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现代生物技术导论—组成生物体的基本元件
3、多糖的高级结构
不同高级结构带来不同的生物学性能
淀粉形成螺旋状 纤维素呈长纤维状 能源贮存 结构支架
(1) 固醇类的内核由4个环组成 (2) 一些人体重要维生素和激素是固醇 (3) 胆固醇是细胞的必要成份 (4) 血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬 化和心脑血管疾病
一个氨基酸的羧基 和另一个氨基酸的 氨基脱水缩合形成 肽键
水影响生命活动的例子:
• 肺泡在水环境中保证氧气和二氧化碳的交换 • 水分子间氢键造成水的表面张力,可使肺泡 瘪塌 • 肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表面 张力,是肺泡胀开
2、氨基酸
• 氨基酸是同时具有α-氨基和α-羧基的小分 子。
• α-碳原子 • 具有α-氨基和α-羧基是各种氨基酸的共性 • 各种氨基酸的区别在侧链基团——R上
• 参与蛋白质合成的共有20种天然氨基酸
根据侧链结构和性质,可把20种氨基酸 分成不同的组:
• 疏水氨基酸:亮氨酸,异亮氨酸,缬氨酸,苯丙 氨酸 • 亲水氨基酸:丝氨酸,苏氨酸,天冬酰氨, • 酸性氨基酸:天冬氨酸,谷氨酸 • 碱性氨基酸:精氨酸,赖氨酸 • 含硫氨基酸:半胱氨酸,甲硫氨酸 • 含羟基氨基酸:苏氨酸,丝氨酸, • 带环氨基酸:酪氨酸,苯丙氨酸,色氨酸
第二章 组成生物体的基本元件 ——从生物小分子到生物大分子
生物小分子与生物大分子的关系 生物小分子简介 生物大分子的形成 生物大分子的高级结构
一、生物小分子与生物大分子的关系
二、生物小分子简介
1、水 水对生物体非常重要 水占生物体的60%以上的重量 地球上生命起源于水中,陆生生物的体内 细胞也生活在水环境中 水的性质影响生命活动 如:溶解性质,酸碱度,pH
A、需要多个非共价键才足以维持高级结构的稳
定;
B、高级结构不很稳定。生物大分子变性就是因
为高级结构破坏,大分子性质改变,生物活性
丧失。但是,一级结构尚未破坏。
RNase的变性和复性
注意:双硫键(共价键)也在维持蛋白质高级结构中 起重要作用。
2、核酸的高级结构
(1) DNA双螺旋
A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双 螺旋,糖-磷酸-糖构成螺旋主链
• 一条肽链的两端有不同结构和性质: • 一端的氨基酸残基带有游离氨基,称氨基端; • 另一端的氨基酸残基带有游离羧基,称羧基端。
麦 芽 糖 的 结 构
一条多糖链的两端有不同结构和性质: 一端的糖基有游离的半缩醛羟基,称还原端; 另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基;称非还 原端。
一端的核苷酸,其5’-C没 有进入磷酸二酯键,称5 ’ 末端; 另一端的核苷酸,其3’-C 没有进入磷酸二酯 键,称3 ’末端。
• 蛋白质的三级结构是指整条肽链盘绕折叠
形成一定的空间结构形状。如纤维蛋白和
球状蛋白。
• 蛋白质的四级结构是指各条肽链之间的位
置和结构。所以,四级结构只存在于由两
条肽链以上组成的蛋白质。
血红蛋白质的三级结构和四级结构
维持生物大分子高级结构的重要因素-- 非共价键
范德华引力
疏水基团相互作用
非共价键的键强度很小,所以:
B、两条链的碱基都位于中间,碱基平面与螺 旋轴垂直
C、两条链对应碱基呈配对关系(形成氢键)
A=T 含10 bp
G≡C
D、螺旋直径20A,螺距34A,每一螺距中 DNA 双螺旋可以看作是DNA 的二级结构,
DNA的三级结构的形成需要蛋白质帮助。
(2)RNA为单链盘绕,局部形成碱基配对。
例如:转运RNA(tRNA)的三叶草结构
(1)作为组建蛋白质的元件
(2)有的氨基酸或其衍生物具有生物活性 (代谢调节、信号传递等) 调味品:味精——谷氨酸钠
3、单糖
• 多羟基醛或多羟基酮称为糖。 • 以葡萄糖为例,葡萄糖是六碳糖
天然单糖大多数是D-型糖, C1上羟基位置不同吡喃型出现 α-,β-两种构型 第五个C的羟基在右边。
吡喃型
(1)C2----C5 均为不对称碳原子。六碳糖有16 种同分异构体。 (2)天然单糖在C5 位上羟基有固定结构方向, 天然单糖大多数是D-型糖。 (3)在水溶液中葡萄糖在C1---C5 之间脱水通 过氧桥相联成环状-吡喃型 (4)各个C 上羟基位于环上或环下 (5)C1 上羟基位置不同出现α-,β-两种构型
必需氨基酸:人体中不能合成的氨基酸
• • • • • • • • 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苏氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 蛋氨酸 精氨酸 组氨酸 婴儿还应加上这两种 半必需氨基酸
谷类作物中尤其缺乏此种氨基酸
Ile
Met Val Leu Trp Phe Thr Lys
一
家
写
两
三
本
书
来
异亮、甲硫、缬、
亮、 色、苯丙、苏、赖
甘丙缬亮异脂链;丝苏半甲羟硫添;
天谷精赖组酸碱;脯酪苯色杂芳环; 门冬酰胺谷酰胺;都有“密码”属常 见
20 种天然氨基酸除甘氨酸外,都带一个不对 称碳原子-α碳原子,都有光学异构体(镜映 体)。 已知19 种天然氨基酸均为L-型氨基酸。参与
蛋白质合成的也是L-型。
氨基酸的功能:
单糖的生物功能:
A、作为多糖的组成元件
B、作为燃料 C、组成寡糖参与细胞信号传递
4、核苷酸
• 核苷酸分子由三个部分组成:
• 碱基:嘧啶、嘌呤 • 五碳糖:核糖或脱氧核糖 • 磷酸
• 碱基—糖之间是β—糖苷键
• 糖—磷酸之间是磷酸酯键
参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸
• • • • • DNA水解液 RNA水解液中 脱氧腺核苷酸(dAMP) 腺苷酸(AMP) 脱氧鸟核苷酸(dGMP) 鸟苷酸(GMP) 脱氧胞核苷酸(dCMP) 胞苷酸(CMP) 脱氧胸腺核苷酸(dTMP) 尿苷酸(UMP)
1、氨基酸通过肽键联成肽链
寡肽:含有2-20个氨基酸残基
(如二肽、五肽、八肽)
多肽:含20-50 个氨基酸残基 蛋白质:含几十个氨基酸残基 注意:肽链有方向性, 氨基端(N 端), 羧基端(C 端)
2、单糖通过糖苷键联成多糖链
(1)贰糖 对贰糖结构的了解包括弄清楚: 单糖基成份(麦芽糖是两个葡萄糖) α-还是β-糖苷键 取代位置 麦芽糖
四、生物大分子的高级结构
由生物小分子到生物大分子,分子增大, 出现新的性质。 其中最主要的特点是:生物大分子有独 特的立体结构、空间构型和分子整体形状。
1、蛋白质的高级结构
• 蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列 顺序 • 蛋白质的二级结构是指邻近几个氨基酸形成 的一定的结构形状。如:α-螺旋和β-折叠
还有一些重要的具有生物活性的核苷酸
5、脂类
• 脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂
的各种小分子。 • 葡萄糖---水溶性的 • 油脂---脂溶性的
脂类种类很多,分子结构相差较大
A、油脂:甘油三脂 B、磷脂和鞘脂
C、固
醇
三、生物大分子的形成
生物大分子主要有三大类: 蛋白质、 核酸、 多糖 它们都是由生物小分子单体通过特有的共价 键联结而成。
(2)多糖
淀粉和纤维素都由葡萄糖组成(1,4糖苷 键),它们之间主要区别在于α-糖苷键和β
-糖苷键的区别
(3)注意:多糖链也有方向性,有还原端和
非还原端
3、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸
(1) 核酸链也有方向性 (2) DNA 和RNA 在组成成份上有差别 DNA RNA 脱氧核糖 核糖 有胸腺嘧啶 有尿嘧啶 无尿嘧啶 无胸腺嘧啶