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第十讲 有机天然产物 高分子化合物


2015年“扬子石化”杯第29届全国中学生化学 竞赛(江苏赛区)选拔赛暨夏令营 7.12~
7.21

第十讲 有机天然产物 高分子化合物

第一部分 生命的基本物质

地球上的生物种类繁多、形态与结构 千差万别,但各种生物的化学组成基本相 同,代谢过程相似。生命活动有共同的物 质基础,然而各显其特点。

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一、

生物体的主要元素

生物具有多样性,但生物体的 化学组成基本相似
组成生物体的主要元素包括C、 H、O、N、P、S、Ca等,以上 7种元素约占生物体的99.35%, 其中C、H、O、N 4种元素占 96%。

二、 构成生物体的化合物
(一)水

水: 占生物体内化合物第一位
生命来自于水,水是生物体含量最高的物质, 通常占细胞总量60%~90%。细胞中的所有反应都 是在水中进行的,如果无水,酶的活动便无法进行。 所以水是生命的活动介质。

水在人体结构中的比例
水约占人体组成的70%。男性体内含水分 较女性多,年轻的人较年长者多,新生儿 体内含水量约为70~75%。在人体不同组 织中水分含量不同。

骨骼和软骨——10%
脂肪——占脂肪总量的20~35%

肌肉——占肌肉总量的70%
血液——91~92%

(二)无机盐
无机盐约占人体重量的5%;构成骨骼、牙齿等 坚硬组织;在肌肉其他软组织也有许多无机盐与 有机物相结合而存在。此外,作为可溶性盐存在 于体液、消化液和血液中。由于新陈代谢作用, 每天有一定数量的无机盐从各种途径排出体外, 因此每天必须从食物来补充。无机盐在食物中分 布很广,一般指含量较多的钙、钠、钾、镁、磷、 硫和氯等七种元素构成的盐。

无机离子的功能有:
体液中的主要无机盐有:Na+、K+ 、Ca2+、Mg2+、 Cl- 、HCO3- 、 HPO42-等,它们执行非常重要的生理 功能。

a.直接参与生物大分子的形成,如PO43- 是合成磷脂、
b.维持细胞内的pH和渗透压,以保持细胞的正常生理 活动;
c.参与细胞的生命活动; d.作为酶反应的辅助因子。

核苷酸所必需的;Fe3+是细胞色素、血红蛋白的成分;

(三)有机大分子
构成生物体的分子主要是有机物,有机物主要是 碳化合物。碳原子可以形成四个价键,既能与其他 碳原子共价连接成为稳定的链式或环式碳链结构, 称为碳骨架。也能与氢、氧、氮、硫和磷原子形成 共价键。连接在碳链上的特定功能团更使碳化合物 具有不同的特性。 生物多样性的分子基础就在于碳原子可以形成众多 的形状与性质各异的复杂的生物大分子。生物大分 子主要有糖类、蛋白质、核酸。

第二部分 高分子化合物

一、高 分 子 基 本 概 念
根据IUPAC1996年之建议:Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 - 2311

1. 高 分 子

Polymer, Macromolecule

也叫聚合物或大分子,具有高的相对分子量,其结构必 须是由多个重复单元所组成,并且这些重复单元实际上 或概念上是由相应的小分子衍生而来。

CH2-CH CH2-CH CH2-CH Cl Cl Cl 实际上
H2C CH Cl
聚氯乙烯

CH2 CH OH
聚乙烯醇

概念上

CH2 CH OH

2. 单体 能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构组成单元的小分 子。
聚 合 反 应

小 分 子

高 分 子

Polymerization
单 体

Monomer

3. 聚合反应 聚合反应:使单体变为聚合物的反应。 按反应类型分类:加聚反应、 缩聚反应

加聚反应
不饱和烯烃类单体经加成聚合而形成高分子的反应称为加聚反应。

CH2 CH

[ CH2 CH ]n

天然橡胶: 全顺式
H3C CH2 H H3C CH2 H2C

H2C

H

顺式

反式

[ CH2 CH2 ]n

[ C CH2 ]n CH3

[ C CH2 ]n Cl

聚乙烯
[ CH2 CH ]n

聚丙烯
CH3 [ C CH2 ]n COOCH3

聚氯乙烯
[ C CH2 ]n CN

聚苯乙烯

聚甲基丙 烯酸甲酯

聚丙烯腈

R

R H

R H H R R R

R H R H
H

R H H R R H

全同立构 (Isotactic) 间同立构 (Syndiotactic) 无规立构 (Atactic)

H

R H

H

R H

H

高分子链的立构规整性

缩聚反应
具有两个以上活性功能团的低分子物

质通过分子间的缩合反应,形成高分
子化合物的反应

酚醛树脂
OH + HCHO OH CH2OH + OH CH2OH

OH CH2OH

OH H 2 C

OH + H2O

OH 3 + 2 CH2O

OH H 2 C

OH H 2 C OH

尼龙6

尼龙66

其它例子
CH3 [ CO O C CH3 CH3

O ]n

[ O Si ]n CH3

聚碳酸酯

聚二甲基硅氧烷

二、高 分 子 的 链 结 构
线形高分子 环状高分子 支化高分子

梳形高分子

星形高分子

梯形高分子

网状高分子

体型高分子

星形 线形 树枝状

短支化
长支化 梯形

均聚物

交替共聚物

无规共聚物 嵌段共聚物

接枝共聚物

高 分 子 科 学 简 史

天然高分子 的直接利用 天然高分子 的化学改性

淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等

天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等

高 分 子 合 成 高 分 子 时 代

缩聚反应,自由基、配位、离子聚合等

应用举例

硬化橡胶( 20-30%硫)

酚醛塑料(Bakelite)

PVC

应用
Teflon

聚苯乙烯(Polystyrene)

尼龙66

“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对 人类社会做出如此巨大的贡献.”
制 约 因 素 :高分子制品废弃后对环境的污染 解决途径

(1)延长使用寿命:减少废弃 (2)回收利用:低性能应用;降解 (3)自然降解:自然分解回归自然

(4)生物合成高分子

第三部分

生物大分子

§1 糖类化合物
一、概述
糖类是由C、H、O三种元素构成,习惯称为碳水化 合物,是生物的能源物质。 糖类广泛分布于动、植物体的各种组织细胞中。 葡萄糖?血液 乳糖?乳汁 糖元?肝脏、骨骼肌 果糖?新鲜的果实 蔗糖?甘蔗、甜菜 淀粉?种子 纤维素?植物细胞壁 植物光合作用的产物是葡萄糖 根据糖类水解的情况,可以分为单糖、双糖和多糖 三大类。其中多糖属于生物大分子。

1. 定义
?

糖类是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍 生物的总称

CHO CHOH CHOH CH2OH

CH 2OH C=O CHOH CH 2OH

2. 来源
光合作用:在日光作用下,通过叶绿素的催化作用, 将空气中的二氧化碳和水转化为碳水化合物。

日光 6 CO2 + H2O 叶绿素 C6H12O6 + 6 O2

植物光合作用 6 CO2 + H2O 动物呼吸作用 C6H12O6 + 6 O2

3. 糖的分布及其重要性:
?

分布 (1)所有生物的细胞质和细胞核含有核糖 (2)动物血液中含有葡萄糖 (3)肝脏中含有糖元 (4)植物细胞壁由纤维素所组成 (5)粮食中含淀粉 (6)甘蔗,甜菜中含大量蔗糖
光合作用 重要性 (1)水+CO2 碳水化合物 (2)动物直接或间接从植物获取能量 (3)糖类是人类最主要的能量来源 (4)糖类也是结构成分 (5)纤维素是植物的结构糖

?

4. 分类
五碳糖(戊糖) 核糖 C5H10O5 是 RNA 组成成分 脱氧核糖 C5H10O4 是 RNA 组成成分 葡萄糖 C6H22O6 生命活动的主要能源 六碳糖(己糖) 果糖 C6H22O6 半乳糖 C6H22O6 麦芽糖 C11H22O11 蔗糖 C11H22O11 乳糖 C11H22O11 淀粉:植物细胞储备能源 纤维素:植物细胞壁成分 糖元:动物细胞储备能源

单糖

糖类

二糖

多糖

二、单糖
单糖是构成多糖的单体,是由C、H、O三种元素 所组成的多羟基的酮或醛的衍生物,通常C、H、O三 种元素的比例为1:2:1,分子通式为(CH2O)n, 其中n≥3。但符合此通式的并不一定都是糖,如乳酸 C3H6O3即是一例;相反也有个别的糖不符合此通式, 如脱氧核糖C5H10O4,鼠李糖C6H12O5。

(一)单糖定义

单糖:不能水解的多羟基醛、酮
?

根据羰基结构分类: 醛糖;酮糖 根据碳原子数目及羰 基结构分类: 某醛糖;某酮糖

CHO CHOH

CH 2OH C=O CHOH CH 2OH
丁酮糖

?

CHOH CH2OH
丁醛糖

(二)单糖结构构象

1.单糖的开环结构_菲舍尔投影式
D-葡萄糖(己醛糖) D-果糖(己酮糖)

C6H12O6

C6H12O6

1 CHO 2 H OH 3 CH OH
D-甘油醛 2

空间结构和异构现象

投影式几种写法
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH HO OH OH CH2OH CH2OH CHO OH CHO

2. 单糖的环形结构 醛 + 醇
R C R O R OH R

半缩醛
OR C R OH

1CHO H HO H H 5 OH H OH OH HOH2C H 5 H OH H 1 CHO

OH OH H

OH

CH2OH CH2OH 5 H OH OH OH OH 1 CHO OH OH H 5 HO OH

CH2OH 1 CHO

开环结构和闭环结构(Haworth)
CH2OH H OH 1CHO H HO H H 5 OH H OH OH H OH CH2OH O H OH H H OH OH O H OH H H OH OH H

a-D-葡萄糖

b-D-葡萄糖
H

CH2OH

D-果糖
CH2OH H H CH2OH H HO H H CHO H OH OH CH2OH CH2OH H H OH O OH CH2OH H OH OH H O OH OH CH2OH

a-D-果糖

b-D-果糖

3. 单糖构象
β -D-葡萄糖
H OH H HO HO H H OH H OH O HO HO OH OH

α -D-葡萄糖
OH O

(三) 糖的性质 1. 葡萄糖的变旋现象
CHO OH HO HO O OH OH H HO H H OH H OH OH CH2OH HO HO OH O OH OH

a-D-葡萄糖 从<50oC的水溶液中析晶制得 平衡后 比旋光度为+112° a/b-D=36:64 熔点为146oC

b-D-葡萄糖 从>98oC的水溶液中析晶制得 比旋光度为+18.7° 熔点为150oC

a-D-葡萄糖溶于水中,其初始比旋光度为+112°,经放置后,它逐渐转 变为一个恒定的值+52.7°。相反,将b-D-葡萄糖晶体溶于水中,其初始 比旋光度为+18.7°,经放置后,也逐渐转变为恒定值+52.7°。

2. 还原性:与本尼迪特试剂反应
柠檬酸钠-碳酸钠溶液和CuSO4溶液
CHO H HO H H OH H OH OH CH2OH H COOOH

2Cu2+

5OH-

HO H
H

H OH
OH CH2OH

2Cu

3H2O

COOH H HO H H OH H OH OH COOH HNO3 H HO H H

CHO OH H OH OH CH2OH Br2 H2O H HO H H

COOH OH H OH OH CH2OH

D-葡萄糖二酸

D-葡萄糖酸

单糖易被碱性弱氧化剂氧化说明它们具有还原性,所以把它们叫做还原糖。

3. 邻二醇的氧化
R O H C OH 2 HIO4 CHO R C O 2 HIO 4 C CH 2OH H + H C O OH + H C O OH R' HIO4 R C O OH + R' C O H

R

H C

H C

OH OH

R

H C

R

C O

H

+ CO2

+

H

C O

H

OH O

4. 形成缩醛:糖苷
OR R C R OH OR

+

ROH

HCl

R

C R

OR

CH2OH O OH OH OH OH

CH2OH

CH2OH O OCH3

+

CH3OH

HCl

O OH OH OCH3 OH

+

OH OH OH

苷羟基

甲基-α-葡萄糖苷
单糖环状半缩醛结构中的半缩醛羟基与另一分子醇或羟基作用时,脱去一 分子水而生成缩醛。糖的这种缩醛称为糖苷。

例:水杨苷

H OH HO HO H H O H OH H O OH

例:苦杏仁苷
HO HO

H OH H O H H HO OH HOH HO H H O H O OH H CH CN

5. 成脎(sà )
H HO H H CHO OH 3C6 H5NH-NH2 H OH (苯肼) OH CH2OH N-NHC6H5 N-NHC6H5 HO H 3C6H5NH-NH2 H OH H OH CH2 OH CH2OH O HO H H OH H OH CH2OH

α-羟基醛或α-羟基酮的特有反应
O C6H5 NH-NH2 N-NHC6H5

OH H

C6H5NH-NH2

O

C6H5NH2

NH3

6. 成醚;糖苷键水解

CH2OH O OH OH OH OCH3 (CH3)2SO4 NaOH

CH2OCH3 O OCH3 OCH3 OCH3 OCH3 HCl

CH2OCH3 O OH OCH3 OCH3 OCH3

7. 成酯
OH HO HO O CHOH OH (CH 3CO)2O H3COCO H3COCO OCOCH3 O CHOCOCH3 OCOCH3

单糖分子中含多个羟基,这些 五乙酸-D-葡萄糖酯 羟基能与酸作用生成酯。人体 五乙酰基-D-葡萄糖 内的葡萄糖在酶作用下生成葡 OPO3H2 萄糖磷酸酯,如1-磷酸吡喃葡萄 糖和6-磷酸吡喃葡萄糖等。 O HO 单糖的磷酸酯在生命过程 HO CHOH 中具有重要意义,它们是人体 6-磷酸-D-葡萄糖酯
OH

内许多代谢的中间产物。

例:脑苷脂,存在于神经组织中
CH2OH OH OH O

O OCH2CHNHC(CH2)22CH3 CHOH CH OH CH(CH2)12CH3

三、二糖
由两个单糖分子通过羟基失水缩聚而成

麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成

蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成
乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成

麦芽糖

(1) 来源:麦芽 (2) 结构: 两分子葡萄糖缩合:失水而成 ?A α(1→4)糖苷键 ?B α(1→6)糖苷键 (3) 物理性质:白色晶体 (4) 化学性质: ?A. 有半缩醛OH,故有还原作用 有苷羟基 ?B. 与苯肼作用产生糖脎

蔗糖

(1) 来源:甘蔗、菠萝 (2) 结构: 蔗糖 水解 葡萄糖+果糖 (3) 物理性质:白色结晶 (4) 化学性质: (右旋) A、 无还原作用,不能与苯肼作用产生糖脎 ?B、 转化作用

无苷羟基

不能成脎,不能变旋,没有还原性

乳糖

(1) 来源:乳汁 (2) 结构:α-D-葡萄糖 β-D半乳糖 以β(1→4)键型缩合 (3) 物理性质:不甜 (4) 化学性质: A、 还原性、成脎 B、 与HNO3共同煮产生粘酸

表 3 1 种 存在 类
蔗 糖

三种二糖的比较
物理性质 化学性质

组成

麦 芽 糖 乳 糖

三 种 甘蔗 一分子葡萄糖 二 甜菜 和一分子果糖 糖 的 比 五谷 二分子葡萄糖 较
麦芽

白色结晶,果甜。易溶 无还原性,不能形成糖脎。 于水,有旋光作用,无 不被酵母发酵,水解后形 变旋作用(无α,β型) 成一分子葡萄糖与一分子 果糖。加热至200℃以上 变成棕黑色焦糖 白色结晶,甜仅次于蔗 有还原性,可形成糖脎, 糖。有旋光作用,易溶 可被酵母发酵,水解后生 成二分子葡萄糖 于水,有变旋作用(有 α,β型) 白色结晶,微甜,不易 有还原性,可形成糖脎, 溶于水。有旋光作用及 不被酵母发酵,水解后产 变旋作用(有α,β型) 生葡萄糖和半乳糖

乳类

一分子葡萄糖 和一分子半乳 糖

四、多糖
由多个单糖分子缩聚而成 ? 重要的多糖有淀粉、糖元、纤维素、氨基葡聚糖等

通过a-1,4-苷键连接水解 得D-葡萄糖,由a-葡萄 糖单元构成

性质: 直链淀粉-在冷水中不溶 解,略溶于热水 支链淀粉-吸收水分,吸 水后膨胀成糊状 ??? 直链淀粉:以α(1→4) 糖苷键型缩合而成的遇碘 紫兰色

支链淀粉
除α-1,4-糖苷键外,还有 α-1,6-糖苷键连接的分支 ? 高度分散性 易溶于水
?

纤维素
?

?

?

纤维素是D-葡萄糖以β1,4苷键构成的多糖,分 子不分支; 纤维素分子以氢键构成 平行的微晶体,氢键的 牢固性虽较弱,但氢键 较多,故微晶束相当牢 固; 植物细胞壁的纤维素在 一般加工条件下不会溶 解,无还原性,人体不 能利用纤维素。

灵芝、巴西蘑菇 ? 甲壳素、壳聚糖 ? 肝素
?

§2 脂类(lipids)化合物
? 脂类的组成和功能
? 脂类是脂肪、磷脂、类固醇等类化合物的总称。
? 脂类分子也含C、H、O 3种元素,但H:O远大于2,有

些脂含P和N,各种脂类分子的结构可以差异很大。
? 脂类不溶于水,可溶于非极性溶剂。 ? 脂类是生物膜的主要成分;脂肪氧化时产生的能量大 约是糖氧化时的二倍。 ? 生物表面的保护层/保持体温/生物活性物质。

一、油脂
? ?

油脂是指猪油、牛油、花生油、豆油、桐 油等动植物油 主要成分为三分子高级脂肪酸与甘油形成 的酯

1. 脂肪酸
脂肪:由甘油醇和 脂肪酸结合成的酯
脂肪酸:长直链单羧 酸 C12-C24(偶数碳 原子)

饱和

不饱和(一至多个 双键)

常见脂肪酸
俗名 系统名 结构式 熔点

月桂酸

十二酸

CH3(CH2)10COOH

44

硬脂酸

十八酸

CH3(CH2)16COOH

71.2

油酸

9-十八碳烯酸

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

16.3

2. 油脂的反应
皂化:将油脂用氢氧化钠(或氢氧化钾)水解,就得 到脂肪酸的钠盐(或钾盐)和甘油。高级脂肪酸的钠 盐就是肥皂。 O
H2C O C O 3NaOH HC O C O C R HC OH + 3 R R H2C OH O C ONa

H2C

O

R

H2C

OH

加成:油脂中不饱和键与卤素作用,生成卤代脂肪酸,
这一作用称为卤化作用。

氢化:

3. 肥皂及表面活性剂
肥皂:70%高级脂肪酸钠,30%水

亲水基团和疏水基团:一个既具有亲 水基,又具有亲油基的分子叫两亲分 子,肥皂分子在水中时许多分子的烃 基链彼此靠色散力绞在一起,形成一 个球形而将亲水部分露在球面上,叫 胶束。

胶束





二、磷脂
?
又称磷酸甘油脂

,与脂肪不同之
处在于甘油的一

个羟基不是与脂
肪酸结合成酯, 而是与磷酸及其 衍生物(如磷酸胆 碱)结合,形成卵

磷脂

磷脂

?

卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分,磷酸胆碱一
端为极性的头,两个脂肪酸一端为非极性的尾,其 中一个脂肪酸通常含不饱和双键,因此总有点弯折

?

类固醇

固醇类物质包括胆固醇、性激素、肾上腺皮质 激素、维生素D原等。 胆固醇和磷脂一样,也可以同蛋白质结合成脂 蛋白,作为细胞膜的一部分。 维生素D原是形成维生素D的前身物,如皮肤 里有一种7-去氢胆固醇,在紫外线照射下可转变为 维生素D。 性激素、肾上腺皮质激素在调节正常的新陈代 谢和生殖上都有重要的功能。

类固醇如胆固醇等脂类也是细胞膜的重要成分

§3 蛋白质
蛋白质是人类及所有动物赖以生存的营养要素。 蛋白质是生命最重要的物质基础,也是生命的表现。 ? 它存在于细胞、组织和分泌物中,成为液体(血 液和奶)、半流动体(卵蛋白和肌肉)或各种不同 硬度的半硬体(角质、指甲和头发)。人体内除水 分外,蛋白质约占人体重量的一半。相当于占体重 的17~18%。
?

一、蛋白质的化学组成与分类
?1. 元素组成 ??C H O N S P?Fe ??C:50% H:7% O:23% N:16% 其他:微量 ??P:牛奶中的酪蛋白含磷 ??Fe:血中的血红蛋白含铁。 ??I:甲状腺中甲状腺球蛋白含碘。

S:0-3%

?2.蛋白质的平均含N量16%
???凯氏定氮的基础

3.蛋白质的分类
根据组成分类
简单蛋白:蛋白质完全由AA组成。Eg.核糖核酸酶、胰岛素 结合蛋白:除了蛋白质部分外,还有非蛋白质成分(辅基、配基)eg.血红蛋白、 核蛋白

根据分子的形状分类
球状蛋白质――分子对称性佳,外形接近球状或椭球状,溶解度较好,能结晶。 Eg.血红蛋白、血清球蛋白。 纤维状蛋白质――对称性差,分子类似细棒或纤维 可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白。不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋白。

根据功能分类

蛋白质的主要种类和功能

? ? ? ? ? ? ? ?

结构蛋白 伸缩蛋白 贮存蛋白 保护蛋白 运输蛋白 激素蛋白 信号蛋白 酶和辅酶

二、 蛋白质的基本结构单位—氨基酸
蛋白质的水解: ?根据水解程度 ??完全水解:彻底水解--得到的水解产物是 各种AA的混合物。 ??部分水解(不完全水解)--得到的产物是 各种大小不等的肽段和AA。 ? ? 三种水解方法:酸,碱,酶
?

1. 氨基酸的结构
结构特点:分子中含有氨基的羧酸 分类:α氨基酸,β-氨基酸等

H3C

α CH C NH2

O OH

β H 2C NH2

H2 C C

O OH

? 不同氨 基酸其R 基各不相 同,R基 的结构决 定了20种 氨基酸的 特殊性质

NH

α -氨基酸的结构

? ? ?

除甘氨酸外的手性氨基酸 除脯氨酸外,均为a-氨基酸 L-氨基酸

α -氨基酸结构通式

α-氨基酸按基团分类: 中性氨基酸 碱性氨基酸 酸性氨基酸

丙氨酸、谷氨酸、赖氨酸
O O CH C CH 3 OH H2N CH C CH2 CH2 C OH O OH H2N CH2 CH2 CH2 CH2 NH2 O CH C OH

H 2N

酸性氨基酸与碱性氨基酸

2. 氨基酸的酸碱两性与偶极离子
氨基酸不是以分子形式存在,而是以离子形式 存在,这种离子形式称偶极离子、两性离子或 兼性离子

正离子、负离子与偶极离子
氨基酸的离子化状态与溶液的pH有关
O O O

_
CH2 NH2 C O

H+ _ OH

_
CH2 C O

+NH

3

CH2 C H+ _ OH +NH3

OH

等电点
在某一pH时,氨基酸所带净电荷为0,在电场 中既不向阳极移动,也不向阴极移动,此时氨基酸 所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。以PI表示。 此时正离子和负离子数量相等,且浓度都很低,而 偶极离子浓度最高。(等电点不是中性点)。 在强酸性溶液中主要以正离子存在;在强碱性 溶液中主要以负离子存在。氨基酸在等电点时溶解 度最小 。

3. 氨基酸的化学反应
水合茚三酮反应 :生成蓝紫色物质
O OH OH O + H 2N O CH C R OH

O N O

O

弱酸环境加热 检验α-氨基
+ RCHO + CO2 + H2O

HO

与亚硝酸反应:定量放出氮气,定量 测定氨基酸或蛋白质的水解程度
O H2N CH CH3 C OH O

+

HNO2

HO

CH C CH3

OH

+

N2

+

H2O

α -氨基酸受热反应
O H 3C C CH HN C O NH CH CH3

NH 2 CH C OH O

OH

H3 C

+

O

C CH CH3 NH2

+

H 2O

半胱氨酸与胱氨酸

O CH NH2 C OH -2H 2H S SH 2C H 2C

NH2 CH COOH CH NH2 COOH

2 HSH2C

α -氨基酸的制备
1、蛋白质水解 2、卤代酸氨解

O Br CH C CH3 OH 2NH3 H2O

室温
O H2N CH C CH3 OH NH4Br

3、由丙二酸酯制备

O COOC2H5 N CH COOC2H5 O COOH H2N C R COOH C2H5ONa RCl

O COOC2H5 N O C R COOC2H5

H2O

_

CO2

COOH H2N CH R

三、多肽
O H2N CH R C OH + H2N CH R O C OH

O H2N CH R C NH CH R

O C OH

某氨酰某氨酸

肽键是氨基酸在蛋白质分子中的主要连接方式 丙氨酰甘氨酰丝氨酸 丙 甘 丝

COOH N
H N

O H2N
COOH

水解
OH COOH N H H2N
H N

O
COOH

四、蛋白质
? 蛋白质是由氨基酸以酰胺鍵形成的高分

子化合物。
? 由C、H、O、N、S等元素组成,有些

含有P、Fe、I。
? 单纯蛋白和结合蛋白:非蛋白部分叫辅

基(糖、脂肪、色素等)。

1. 蛋白质的结构
? 蛋白质分子中氨基酸的连结顺序,

叫做一级结构。
? 蛋白质二级结构-氢鍵

二 级 结 构 - 螺 旋 α

蛋白质二级结构-β 折叠

蛋白质四级结构

四种不同蛋白质

(a) –Arg-Val-Glu-Lys-Met-Val-Leu-Ala-Gly-

(b) (c) (d)

Summery: the four levels of structure in protein.

单链蛋白质只有一、二、三级结构,无四级结构。

?

蛋白质结构与功能的关系

? 蛋白质的特定构象即蛋白质的三维空间结构 和形态对于蛋白质的功能起决定性的作用。 ? 蛋白质变性(构象发生变化)使得其特定的 功能便立即丧失。

2. 蛋白质的性质
?

两性电解质

?

电泳法:等电点不同,在一定pH值中所带电 荷不同,在电场中移动的方向和速度也不同。 具有胶体性质:在水溶液中的颗粒直径在1- 100nm。

?

盐析 在蛋白质的胶体溶液中加入盐类、有机 溶剂或某些酸可使蛋白质沉淀。 蛋白质的变性 如果在蛋白质的胶体溶液中加入的酸、 碱或重金属盐或加热使其高级结构被破坏 (并不是蛋白质的水解),其活性消失。

蛋白质的水解

谷氨酸的系统名为2-氨基戊二酸。 请回答下列问题: 1.写出其结构。 2 .写出谷氨酸在 pH=10.0的水溶液中,占 优势的离子结构。 3.若谷氨酸溶于 pH=7的纯水中 ,所得溶液 的pH值是x,请问x是大于7还是小于7?, 此氨基酸的等电点是大于 x 还是小于 x ? 为什么?

§4 核酸

★核酸贮存遗传信息,控制蛋白质的合成。 ★核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA), 都是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。 ★贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因,它编 码蛋白质的氨基酸序列,从而决定蛋白质的功能。 通过蛋白质的作用,DNA实际上控制着细胞和生 物体的生命过程。 ★ DNA控制蛋白质的合成是通过RNA来实现的, 即遗传信息由DNA转录到RNA,后者决定蛋白质 的氨基酸序列。

1、核酸的基本单位—核苷酸
戊糖:分核糖和脱氧核糖两种
CH2OH H H OH
NH2 C N HC N C C N HN CH N H C H2N N C N H O C C

O H

OH H OH

CH2OH H H OH

O H

OH H H

碱基: 分嘌呤和嘧啶两类

核糖
N CH

脱氧核糖

OOP O
CH CH

腺嘌呤(A)

鸟嘌呤(G)

O-

O C HN O C N H C CH CH3 O HN C

O C CH CH N H O N C

NH2 C

磷酸

N H

胸腺嘧啶(T)

尿嘧啶(U)

胞嘧啶(C)

核苷
核糖的一号碳原子上的羟基与碱基上的氢缩水聚合

核苷酸中核糖的3号或5号碳原子上的羟 基与磷酸上的氢缩水聚合

2、核酸的化学结构和空间结构

Watson、Crick的DNA双螺旋结构


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