第九章生物分子

第九章生物分子第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)糖類化合物糖類化合物又叫碳水化合物，是自然界廣泛存在的一類化合物，如淀粉、纖維素、蔗糖、葡萄糖等都屬于糖類。糖類化合物是由綠色植物通過光合作用合成，是自然界儲存太陽能的物質(zhì)，是人類和動植物生命活動所不可缺少的一類化合物。第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日概述從結(jié)構(gòu)上看，糖類化合物是多羥基醛或多羥基酮或者徹底水解后可以形成多羥基醛或多羥基酮的化合物。生物界分布廣、含量多。幾乎所有的動物、植物、微生物體內(nèi)都有。主要的生物學作用：人和動物的主要能源物質(zhì)。是細胞膜的組成成分，具有結(jié)構(gòu)功能。具有復雜多方面的生物活性與功能。

糖類常具有Cn(H2O)m的經(jīng)驗式，所以常稱為糖碳水化合物。但是有的糖如脫氧核糖[C5H10O4]的組成不符合這一通式，而有些不是糖的化合物如CH3COOH的組成又符合這一通式。所以碳水化合物這一名稱并不完全恰當。第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日1、定義：多羥基醛或酮以及能水解生成多羥基醛或酮的一類化合物。一、糖的定義及分類第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日2、分類：（1）根據(jù)糖類是否能水解以及水解后的產(chǎn)物，將糖類化合物分成三類：①．單糖：不能水解的多羥基醛或多羥基酮。是最簡單的碳水化合物，如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、核糖、山梨糖等。②．低聚糖：也稱為寡糖，能水解產(chǎn)生2～10個單糖分子的化合物。根據(jù)水解后生成的單糖數(shù)目，又可分為二糖、三糖、四糖等。其中最重要的是二糖，如蔗糖、麥芽糖、纖維二糖、乳糖等。③．多糖：水解產(chǎn)生10個以上單糖分子的化合物。如淀粉、纖維素、糖原等。

(2)據(jù)官能團可分為：醛糖、酮糖(3)據(jù)C原子可分為：丙糖、丁糖、戊糖、已糖第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日按分子中碳原子數(shù)目，單糖分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖等。分子中含有醛基的叫醛糖，含有酮基的叫酮糖。二、單糖自然界最主要的單糖是戊醛糖（如核糖）、己醛糖（如葡萄糖、半乳糖）和己酮糖（果糖）。第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日（一）單糖的結(jié)構(gòu)

1.開鏈結(jié)構(gòu)（Fischer投影式）D型：結(jié)構(gòu)式中,位號最大的手性碳原子的構(gòu)型與D-(+)-甘油醛中C-2構(gòu)型一致。L型：結(jié)構(gòu)式中,位號最大的手性碳原子的構(gòu)型與L-(-)-甘油醛中C-2構(gòu)型一致。最簡單的醛糖第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日天然存在的糖大多為D型糖，自然界所有單糖為D-構(gòu)型。第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日（二）單糖結(jié)構(gòu)表示法（以葡萄糖為例）1、葡萄糖開鏈式結(jié)構(gòu)葡萄糖的分子式為C6H12O6。葡萄糖的構(gòu)造式CHOCH2OHCHOHCHOHCHOHCHOH第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日CHOCH2OH也可寫為：

豎線表示碳鏈；羰基具有最小編號,并寫在投影式上端；“－”短橫線代表手性碳上的羥基。第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日由于葡萄糖開鏈結(jié)構(gòu)中既有醛基又有醇羥基，分子內(nèi)部可形成環(huán)狀半縮醛結(jié)構(gòu)。半縮醛羥基的兩種空間取向形成兩種異構(gòu)體.端基差向異構(gòu)體。-D-(+)-吡喃葡萄糖-D-(+)-呋喃葡萄糖

-D-呋喃..-D-吡喃葡..

+18.7o(

63%)+112o(37%)2、葡萄糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和變旋光現(xiàn)象第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日醛酮加醇（ROH）C=O+H–ORORC–OR+H2O縮醛干HClH–OR——縮醛化反應(yīng)半縮醛OHC–OR干HCl很活潑，不穩(wěn)定⑵反應(yīng)條件：無水H+條件催化C=O+CH3HH–OC2H5H–OC2H5結(jié)構(gòu)似醚，穩(wěn)定縮醛水解CCH3HOC2H5OC2H5乙醛縮二乙醇H+-H2OH–OCH2H–OCH2CCH3HO–CH2O–CH2乙醛縮乙二醇H+C=O+CH3H-H2O⑴反應(yīng)范圍：醛。酮較難第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日環(huán)己酮縮乙二醇、-羥基醛發(fā)生分子內(nèi)縮醛化反應(yīng)，可得到5、6圓環(huán)狀穩(wěn)定的半縮醛。CH2CH2CH2CHOOH-羥基丁醛干HClCH2–CH2OCH2CHOHCH2–CH2O-HCH2CHOOOO+HOCH2CH2OH+H2O應(yīng)用：保護醛基第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日-異構(gòu)體：半縮醛羥基與CH2OH在鏈異側(cè)；或半縮醛羥基與C5上的羥基在鏈同側(cè)。-異構(gòu)體：半縮醛羥基與CH2OH在鏈同側(cè)；或半縮醛羥基與C5上的羥基在鏈異側(cè)。

--第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日葡萄糖的Haworth式-D-吡喃葡萄糖

-D-吡喃葡萄糖注意：通常吡喃環(huán)中的氧原子寫在環(huán)的右上角。CH2OHOHC=OHababOOOHCH2OHOHOHOHOHCH2OHOHOHOH第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日如何由Haworth(哈沃斯)式判斷糖的構(gòu)型？-D-吡喃葡萄糖-L-吡喃葡萄糖-異構(gòu)體：半縮醛羥基與CH2OH在鏈異側(cè)；或半縮醛羥基與C5上的羥基在鏈同側(cè)。-異構(gòu)體：半縮醛羥基與CH2OH在鏈同側(cè)；或半縮醛羥基與C5上的羥基在鏈異側(cè)。第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日試判斷下面呋喃葡萄糖是D-型還是L-型？是-構(gòu)型還是-構(gòu)型？-D-呋喃葡萄糖OH第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日變旋光現(xiàn)象結(jié)晶葡萄糖有兩種，一種是從乙醇中結(jié)晶出來的，熔點146℃。它的新配溶液的[α]D為+112°，此溶液在放置過程中，比旋光度逐漸下降，達到+52.17°以后維持不變；另一種是從吡啶中結(jié)晶出來的，熔點150℃，新配溶液的[α]D為+18.7°，此溶液在放置過程中，比旋光度逐漸上升，也達到+52.7°以后維持不變。糖在溶液中，比旋光度自行轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄖ档默F(xiàn)象稱為變旋現(xiàn)象。葡萄糖的開鏈結(jié)構(gòu)不能解釋此現(xiàn)象。

第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日α-D-(+)-吡喃葡萄糖β-D-(+)-吡喃葡萄糖比旋光度熔點150℃146℃平衡時比例63%37%0.1%葡萄糖的變旋現(xiàn)象，就是由于開鏈結(jié)構(gòu)與環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成平衡體系過程中的比旋光度變化所引起的。在溶液中α-D-葡萄糖可轉(zhuǎn)變?yōu)殚_鏈式結(jié)構(gòu)，再由開鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?D-葡萄糖；同樣β-D-葡萄糖也變轉(zhuǎn)變?yōu)殚_鏈式結(jié)構(gòu)，再轉(zhuǎn)變?yōu)棣?D-葡萄糖。經(jīng)過一段時間后，三種異構(gòu)體達到平衡，形成一個互變異構(gòu)平衡體系，其比旋光度亦不再改變。

第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日（三）單糖的物理性質(zhì)單糖一般均無色。易溶于水。有不同程度的甜味。具有結(jié)晶性、滲透性。單糖有旋光性，其溶液有變旋現(xiàn)象。

第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日（四）單糖的化學性質(zhì)

1、成苷（甙）反應(yīng)：單糖的環(huán)式結(jié)構(gòu)中含有活潑的半縮醛羥基，它能與醇或酚等含羥基的化合物脫水形成縮醛型物質(zhì)，稱為糖苷，也稱為配糖體，其糖的部分叫做糖基，非糖的部分叫做配基。例如，α-D-葡萄糖在干燥氯化氫催化下，與無水甲醇作用生成甲基-α-D-葡萄糖苷；而β-D-葡萄糖在同樣條件下形成甲基-β-D-葡萄糖苷。

甲基--D-葡萄糖苷

甲基--D-葡萄糖苷環(huán)狀半縮醛羥基甙鍵H2O第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日糖苷為縮醛結(jié)構(gòu),無變旋現(xiàn)象無還原性,在堿溶液中穩(wěn)定。-D-葡萄糖苷酶

甲基--D-吡喃葡萄糖苷-D-吡喃葡萄糖

酸或酶催化下，苷鍵斷裂生成原來的糖和非糖部分。第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日

2、氧化反應(yīng)1)與Tollens、Fehling、Benedict試劑反應(yīng)（堿性條件）第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日2)與溴水、稀硝酸、高碘酸的反應(yīng)利用此反應(yīng)可以區(qū)別醛糖和酮糖第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日三、單糖衍生物——D-氨基糖糖的羥基為氨基所取代的化合物的總稱。作為生物體成分最常見的是葡糖胺和半乳糖胺，它是己糖的2位羥基為氨基所取代的化合物2-氨基--D-葡糖糖2-氨基--D-半乳糖2-乙酰氨基--D-葡萄糖第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日四、寡糖（自學）自學、思考并作答：什么是寡糖？什么是雙糖？還原性雙糖及非還原性雙糖在還原性及旋光性方面有什么區(qū)別？A、B、O、AB型血型在結(jié)構(gòu)上有什么異同點？第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日五、多糖自學、思考并作答：什么是多糖？從結(jié)構(gòu)上看直鏈淀粉和纖維素有什么相似及不同之處？如何鑒別二者？什么是糖原生成及糖原分解？第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)類脂所謂類脂，就是類似脂肪的意思，曾作為脂肪以外的溶于脂溶劑的天然化合物的總稱來使用。但現(xiàn)在已不作為物質(zhì)的名稱來使用了，而是多作為所謂“類脂樣的”形容詞，用于可溶于脂溶劑中，表示和脂肪相似的性質(zhì)。類脂是從生物中提取的、溶于非極性溶劑（如氯仿、乙醚）而不溶于水的有機物.類脂化合物包括一些化學結(jié)構(gòu)與油脂有較大差異的物質(zhì)，如磷脂、蠟等，由于它們在物態(tài)及物理性質(zhì)方面與油脂類似，因此叫做類脂化合物。第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日貯存脂類——重要的貯能供能物質(zhì)，每克脂肪（高度還原的物質(zhì)）氧化時可釋放出38.9kJ的能量，每克糖和蛋白質(zhì)氧化時釋放的能量僅分別為17.2kJ和23.4kJ。浮游生物中蠟是代謝燃料的儲存形式，蠟還有保護功能。結(jié)構(gòu)脂類——磷脂、糖脂、硫脂、固醇類等有機物是生物體的重要成分（如生物膜系統(tǒng)）活性脂類——固醇類、萜類是一些激素和維生素等生理活性物質(zhì)的前體脂類（糖脂）與信息識別、種特異性、組織免疫有密切的關(guān)系；與細胞信號轉(zhuǎn)導有關(guān)（PIP2）。人類的某些疾病如動脈粥樣硬化、脂肪肝和酮尿癥等都與脂類代謝紊亂有關(guān)。脂類的生物學功能第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日一、油和脂肪（油脂）（甘油三酸酯）1.脂酰甘油的結(jié)構(gòu)習慣上，液態(tài)：油；固態(tài)：脂肪第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日如果R1=R2=R3時，為單純甘油三酯；R1≠R2≠R3時，為混合甘油三酯（天然大多以此形式存在）；R-COOH可以是各種高級脂肪酸（12C～22C的直鏈一元羧酸）（飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸），也可以是無機酸；當不飽和脂肪酸多時，甘油三酯呈液態(tài)即油（例：植物油），當飽和脂肪酸多時，甘油三酯呈固態(tài)或半固態(tài)即脂肪（例：豬油）。最常見的是16或18個碳原子，p314表16-1

第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日2.三脂酰甘油的性質(zhì)水解和皂化脂肪酸甘油第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日皂化反應(yīng)：指在堿液中水解甘油三酯，生成三分子脂肪酸鹽（通常為脂肪酸鈉鹽或脂肪酸鉀鹽即肥皂）和一分子甘油的反應(yīng)。

水解1克甘油三酯，所需KOH的毫克數(shù)稱為皂化值。皂化值越大，表示油脂的平均相對分子量越小。第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日課堂練習1下述每組兩個詞的含義有什么不同？（1）酯和脂（2）油脂和類脂（3）菜油和煤油（4）白蠟和石蠟（5）磷脂酸和磷脂第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日（1）羧酸和醇脫去1分子水生成的產(chǎn)物稱為酯。而脂是指油脂和類脂；油脂是由高級脂肪酸和甘油所形成的酯.（2）油脂是指動植物油；類脂具有與油脂類似的物態(tài)和物理性質(zhì).（3）菜油是植物油，是由高級脂肪酸和甘油所形成的酯；煤油是石油的分餾產(chǎn)品之一。（4）白蠟是類脂化合物。它的化學成分是高級脂肪酸與高級飽和一元醇形成的酯；石蠟是石油中得到的直鏈烷烴（含有26-30個碳原子）的混合物,它們的物態(tài)、物性相近，而化學性質(zhì)完全不同。（5）磷脂它們都是含有磷酸酯的類脂物質(zhì)；磷脂酸是甘油分子中的3個羥基有2個與高級脂肪酸形成酯，另一個與磷酸形成酯。第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日課堂練習2類脂部分內(nèi)容自學，完成下列題目：填寫下表：名稱結(jié)構(gòu)式完全水解產(chǎn)物（名稱、分子式或結(jié)構(gòu)式）神經(jīng)磷脂腦磷脂卵磷脂2、影響細胞膜流動性的因素有哪些？如何影響？第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日三、甾族化合物（自學）1.寫出甾族化合物母環(huán)結(jié)構(gòu)并編號。2.寫出膽固醇的結(jié)構(gòu)式，并以*注明手性中心。第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

蛋白質(zhì)存在于一切細胞中。它們是構(gòu)成人體和動植物組織的基本材料，肌肉、毛發(fā)、皮膚。指甲、腥、神經(jīng)、激素、抗體、血清、血紅蛋白、酶等都是由不同蛋白質(zhì)組成的。蛋白質(zhì)在有機體中承擔著多種生物功能，它們能供給機體營養(yǎng)，輸送氧氣，控制代謝過程，防御疾病、傳遞遺傳信息，負責機械運動，執(zhí)行保護機能，等等?？梢哉f，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是參與體內(nèi)各種生物化學變化最重要的組分。生命的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更新。第三節(jié)氨基酸和蛋白質(zhì)血紅蛋白

第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日*蛋白質(zhì)存在一切細胞中。*蛋白質(zhì)在有機體中承擔著多種生物功能。*蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。*生命活動的基本特征就是蛋白質(zhì)的不斷自我更新（新陳代謝）。*從化學上看，蛋白質(zhì)是氨基酸的高聚物：氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基石。第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日1、氨基酸分類R—C—COOHNH2H-氨基酸分子中既含有氨基（—NH2），又含有羧基（—COOH）的化合物叫氨基酸。

各種氨基酸的差別主要在于R基團的不同，而R的結(jié)構(gòu)是多種多樣的。一、氨基酸第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日*根據(jù)氨基和羧基的數(shù)目中性氨基酸：氨基數(shù)目=羧基數(shù)目堿性氨基酸：氨基數(shù)目＞羧基數(shù)目酸性氨基酸：氨基數(shù)目＜羧基數(shù)目*根據(jù)烴基的類型脂芳族氨基酸：并氨酸、纈氨酸等。芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸等。雜環(huán)族氨基酸：色氨酸、脯氨酸等。人體所需的氨基酸約有20種，分非必需氨基酸和必需氨基酸（須從食物中供給）。第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日酸性氨基酸：羧基數(shù)目比堿性氨基多，等電點<5(有2個)。L-天門冬氨酸(Asparticacid)L-谷氨酸(Glutamicacid)第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日L-賴氨酸(Lysine)L-組氨酸(Histidine)堿性氨基酸：堿性氨基數(shù)目比羧基多，等電點>7(共有3個)。L-精氨酸(Arginine)第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日中性氨基酸：堿性氨基與羧基數(shù)目相等，等電點約5-7(共15個)。L-絲氨酸(Serine)L-蛋氨酸(Methionine)L-谷酰胺(Glutamine)L-色氨酸(Tryptophan)第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日甘氨酸丙氨酸CH3-CH-CH-COOH

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CH3NH2

纈氨酸亮氨酸異亮氨酸第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日苯丙氨酸蘇氨酸第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日半胱氨酸天冬酰胺第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日2、命名

-氨基酸的命名一般采用俗名，即根據(jù)其來源或性質(zhì)命名。

每種氨基酸都有縮寫符號(即英文名稱的頭一個字母)和中英文代號。甘氨酸GlyG甘賴氨酸LysK賴

氨基酸符號字母代號漢文代號第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日3、氨基酸的構(gòu)型天然氨基酸，除甘氨酸外，-C原子都有手性，因此具有旋光性，且都是L–構(gòu)型。CHOHHOCH3COOHHHOCH3COOHHH2NCH3L–甘油醛L–乳酸L–丙氨酸-氨基酸的構(gòu)型是與由L–甘油醛導出的L–乳酸相聯(lián)系而確定的，即將-氨基酸看成是L–乳酸中的羥基被氨基取代的產(chǎn)物。其它含有一個以上手性碳原子的氨基酸的構(gòu)型，均取決于-C原子：如果某氨基酸的-C原子的構(gòu)性與L–丙氨酸相當，這個氨基酸就是L型。第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日氨基酸的性質(zhì)

-氨基酸都為無色晶體，易溶于水，而難溶于乙醚、苯等有機溶劑中，它們具有較高的熔點，且大多數(shù)在熔化時會發(fā)生分解。除甘氨酸外,其它天然氨基酸都有旋光性。氨基酸是含有氨基和羧基的雙官能團化合物，所以它們既具有羧酸的性質(zhì)，又具有胺類的性質(zhì)，同時還具有這兩種官能團相互影響而賦于它們的某些特性。一、氨基酸的兩性和等電點

氨基酸中有兩性基團，既能和酸反應(yīng)，也能和堿反應(yīng)，它是兩性化合物。實際上雜氨基酸分子內(nèi)，氨基與羧基作用生成一個兩性離子，氨基酸的晶體就是以兩性離子的形式存在的，這種兩性離子是分子內(nèi)的氨基與羧基成鹽的結(jié)果，故稱為內(nèi)鹽。1）兩性第五十頁，共五十七頁，2022年，8月28日R–CH–COOHNH2R–CH–COONH3+-內(nèi)鹽（亦稱為偶極離子）氨基酸具有高熔點和水溶性，就是其內(nèi)鹽性質(zhì)的表現(xiàn)。在水溶液中，氨基酸的兩性離子存在下列平衡：R–CH–COOH

NH3R–CH–COONH3+R–CH–COONH2OH-OH-H+H+--+陽離子兩性離子陰離子（氨基酸正離子）（氨基酸負離子）第五十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日2）等電點丙氨酸在純水溶液中可形成入下的平衡：OH+CH3CHCOOHCH3CHCOOCH3CHCOO+H3O-NH3+NH3+NH2正離子兩性離子負離子--+H2OH2O在這里，酸性基團—NH3+和堿性基團—COO–的相對強度不完全等同，即前者的給質(zhì)子能力大于后者接受質(zhì)子的能力，所以丙氨酸的兩性離子容易從—NH3+給出質(zhì)子形成較多的負離子。在平衡體系中，負離子數(shù)目多于正離子，使丙氨酸帶有一定數(shù)量的凈負電荷，其溶液略顯酸性（PH值略小于7）。第五十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日

如果在丙氨酸水溶液的平衡體系中外加酸，則可抑制負離子的生成，而使正離子的數(shù)量增加（平衡向左移動）。當加入適量的酸時，可以使正，負離子相等，丙氨酸的凈電荷等于零。

將此溶液置于電場中，氨基酸不向電場的任何一極移動，即處于電中性（等電）狀態(tài)。這個凈電荷為零的氨基酸所在的溶液的PH值就稱為該氨基酸的等電點（Isoelectricpoint)。

必須注意，氨基酸在純水中的電離一般都不是它的等電點，要達到等電點必須加入酸或堿來調(diào)節(jié)。由于各種氨基酸中的羧基和氨基的相對強度和數(shù)目不同，所以各種氨基酸的等電點也不同。中性氨基酸等電點=5.5～6.3酸性氨基酸等電點=2.8～3.2堿性氨基酸等電點=7.6～10.6

第五十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日★氨基酸的等電點并非是它的中性點。在等電點時，兩性離子的濃度最大，溶解度最小?！锔鶕?jù)等電點可以鑒定氨基酸，而用調(diào)節(jié)等電點的方法可以分離氨基酸的混合物。常用的方法：利用其在等電點時的溶解度最小，可以某氨基酸從混合溶液中沉淀出來；第五十四頁，共五十七頁，2022年，8月