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1、有機(jī)天然產(chǎn)物 高分子化合物,第一部分 生命的基本物質(zhì),地球上的生物種類繁多、形態(tài)與結(jié)構(gòu)千差萬別，但各種生物的化學(xué)組成基本相同，代謝過程相似。生命活動有共同的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而又凸顯其特點(diǎn)，生命現(xiàn)象是比化學(xué)現(xiàn)象更高級的運(yùn)動形式。,生物具有多樣性，但生物體的化學(xué)組成基本相似 組成生物體的主要元素包括C、H、O、N、P、S、Ca等，以上7種元素約占生物體的99.35%，其中C、H、O、N 4種元素占96%。,一、 生物體的主要元素,表 人體元素成分,常量元素,微量元素,（一）水 水: 占生物體內(nèi)化合物第一位 生命來自于水，水是生物體含量最高的物質(zhì)，通常占細(xì)胞總量60%90%。細(xì)胞中的所有反應(yīng)都是在水中

2、進(jìn)行的，如果無水，酶的活動便無法進(jìn)行。所以水是生命的活動介質(zhì)。,二、 構(gòu)成生物體的化合物,水在人體結(jié)構(gòu)中的比例 水約占人體組成的70%。男性體內(nèi)含水分較女性多，年輕的人較年長者多，新生兒體內(nèi)含水量約為7075%。在人體不同組織中水分含量不同。 骨骼和軟骨10% 脂肪占脂肪總量的2035% 肌肉占肌肉總量的70% 血液9192%,（二）無機(jī)鹽 無機(jī)鹽約占人體重量的5%；構(gòu)成骨骼、牙齒等堅(jiān)硬組織；在肌肉其他軟組織也有許多無機(jī)鹽與有機(jī)物相結(jié)合而存在。此外，作為可溶性鹽存在于體液、消化液和血液中。由于新陳代謝作用，每天有一定數(shù)量的無機(jī)鹽從各種途徑排出體外，因此每天必須從食物來補(bǔ)充。無機(jī)鹽在食物中分布很

3、廣，一般指含量較多的鈣、鈉、鉀、鎂、磷、硫和氯等七種元素構(gòu)成的鹽。,,無機(jī)離子的功能有: 體液中的主要無機(jī)鹽有：Na+、K+ 、Ca2+、Mg2+、Cl- 、HCO3- 、 HPO42-等，它們執(zhí)行非常重要的生理功能。 a.直接參與生物大分子的形成，如PO43- 是合成磷脂、核苷酸所必需的；Fe3+是細(xì)胞色素、血紅蛋白的成分； b.維持細(xì)胞內(nèi)的pH和滲透壓，以保持細(xì)胞的正常生理活動; c.參與細(xì)胞的生命活動； d.作為酶反應(yīng)的輔助因子。,Fe 氧的運(yùn)送和酶的活性有關(guān)，缺少引起貧血。 Cu 發(fā)生冠心病的主要原因，與酶的活性有關(guān) Zn 在青少年的發(fā)育生長、癌癥等的防治起作用。 Mo 與酶的活性、食

4、道癌的發(fā)病率和防治有關(guān)。 I 缺碘產(chǎn)生地方性甲狀腺腫，幼兒發(fā)生呆小癥， Mn 與酶的活性有關(guān)。 Co 與酶的活性有關(guān)。青春期少女0.015mg/每日。 V 軟體動物富有釩；魚體含量較低。,（三）有機(jī)大分子 構(gòu)成生物體的分子主要是有機(jī)物，有機(jī)物主要是碳化合物。碳原子可以形成四個價(jià)鍵，既能與其他碳原子共價(jià)連接成為穩(wěn)定的鏈?zhǔn)交颦h(huán)式碳鏈結(jié)構(gòu)，稱為碳骨架。也能與氫、氧、氮、硫和磷原子形成共價(jià)鍵。連接在碳鏈上的特定功能團(tuán)更使碳化合物具有不同的特性。生物多樣性的分子基礎(chǔ)就在于碳原子可以形成眾多的形狀與性質(zhì)各異的復(fù)雜的生物大分子。生物大分子主要有糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸。,第二部分高分子化合物,1. 高 分

5、子,也叫聚合物分子或大分子，具有高的相對分子量，其結(jié)構(gòu)必須是由多個重復(fù)單元所組成，并且這些重復(fù)單元實(shí)際上或概念上是由相應(yīng)的小分子衍生而來。,Polymer molecule, Macromolecule,根據(jù)IUPAC1996年之建議：Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 - 2311,,,,一、高 分 子 基 本 概 念,聚氯乙烯,聚乙烯醇,,,實(shí)際上,概念上,能夠進(jìn)行聚合反應(yīng)，并構(gòu)成高分子基本結(jié)構(gòu)組成單元的小分子。,2. 單體,3. 聚合反應(yīng),聚合反應(yīng)：使單體變?yōu)榫酆衔锏姆磻?yīng)。 按反應(yīng)類型分類：加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng),加聚反應(yīng)不飽和烯烴類單體

6、經(jīng)加成聚合而形成高分子的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng),,天然橡膠：全順式,順式反式,等規(guī)間規(guī)無規(guī),縮聚反應(yīng)具有兩個以上活性功能團(tuán)的低分子物質(zhì)通過分子間的縮合反應(yīng)，形成高分子化合物的反應(yīng),,酚醛樹脂,尼龍6,,尼龍66,其它例子,線形高分子,環(huán)狀高分子,支化高分子,梳形高分子,梯形高分子,網(wǎng)狀高分子,星形高分子,體型高分子,,,二、高 分 子 的 鏈 結(jié) 構(gòu),應(yīng)用舉例,,硬化橡膠（ 20-30%硫）,酚醛塑料(Bakelite),PVC,應(yīng)用,,聚苯乙烯(Polystyrene),尼龍66,Teflon,Australian Matt Walsh surfaces for air during the la

7、unch of the Speedo Fastskin FSll swimsuit in Sydney, Australia in March. The suit is claimed to reduce drag by up to 4 percent.,Ian Thorpe,制 約 因 素,解 決 途 徑,（1）延長使用壽命：減少廢棄 （2）回收利用：低性能應(yīng)用；降解 （3）自然降解：自然分解回歸自然,：高分子制品廢棄后對環(huán)境的污染,“在人類歷史上,幾乎沒有什么科學(xué)技術(shù)象高分子科學(xué)這樣對人類社會做出如此巨大的貢獻(xiàn).”,第三部分 生物大分子,,糖類是由C、H、O三種元素構(gòu)成，習(xí)慣稱為碳水化合物

8、，是生物的能源物質(zhì)。 糖類廣泛分布于動、植物體的各種組織細(xì)胞中。動物的血液里含有葡萄糖，乳汁里有乳糖，肝臟、骨骼肌里有糖原。植物光合作用的產(chǎn)物是葡萄糖，新鮮的果實(shí)里含有果糖，甘蔗、甜菜里含有蔗糖，種子里有淀粉，植物細(xì)胞壁的成分是纖維素。 根據(jù)糖類水解的情況，可以分為單糖、雙糖和多糖三大類。其中多糖屬于生物大分子。在生物體內(nèi)重要的單糖、雙糖和多糖如下表所示：,1 糖類化合物,一、概述,1. 定義,糖類是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱,光合作用：在日光作用下，通過葉綠素的催化作用，將空氣中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為碳水化合物。,2. 來源,3. 糖的分布及其重要性：,分布（1）所有生物的

9、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核含有核糖（2）動物血液中含有葡萄糖（3）肝臟中含有糖元（4）植物細(xì)胞壁由纖維素所組成（5）糧食中含淀粉（6）甘蔗，甜菜中含大量蔗糖 重要性（1）水+CO2 光合作用 碳水化合物（2）動物直接或間接從植物獲取能量（3）糖類是人類最主要的能量來源（4）糖類也是結(jié)構(gòu)成分（5）纖維素是植物的結(jié)構(gòu)糖,,,4. 分類,二、單糖 單糖是構(gòu)成多糖的單體，是由C、H、O三種元素所組成的多羥基的酮或醛的衍生物，通常C、H、O三種元素的比例為1：2：1，分子通式為（CH2O）n，其中n3。但符合此通式的并不一定都是糖，如乳酸C3H6O3即是一例；相反也有個別的糖不符合此通式，如脫氧核糖C5H10O

10、4，鼠李糖C6H12O5。,單糖：不能水解的多羥基醛、酮,根據(jù)羰基結(jié)構(gòu)分類：醛糖；酮糖 根據(jù)碳原子數(shù)目及羰基結(jié)構(gòu)分類： 某醛糖；某酮糖,（一）單糖定義,1.單糖的開環(huán)結(jié)構(gòu)菲舍爾投影式D葡萄糖D果糖C6H12O6 C6H12O6,D-甘油醛,（二）單糖結(jié)構(gòu)構(gòu)象,空間結(jié)構(gòu)和異構(gòu)現(xiàn)象,投影式幾種寫法,2. 單糖的環(huán)形結(jié)構(gòu)醛醇半縮醛,開環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)（Haworth),,D果糖,3. 單糖構(gòu)象, D葡萄糖 D葡萄糖,1. 葡萄糖的變旋現(xiàn)象：手性碳變化,(三) 糖的性質(zhì),不能成脎，不能變旋，沒有還原性,2. 還原性：與本尼迪特試劑反應(yīng),D-葡萄糖二酸D-葡萄糖酸,3. 鄰二醇等的氧化,4. 形成縮醛：

11、糖苷,甲基 葡萄糖苷,水楊苷，苦杏仁苷,5. 成脎,6. 成醚；糖苷鍵水解,7. 成酯,五乙酸D-葡萄糖酯 五乙酰基D-葡萄糖,6磷酸D-葡萄糖酯,三、二糖 由兩個單糖分子通過羥基失水縮聚而成,麥芽糖由兩分子葡萄糖單體脫水縮合形成 蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖縮合形成 乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖縮合而成,麥芽糖,（1） 來源：麥芽 （2） 結(jié)構(gòu)： 兩分子葡萄糖縮合：失水而成 A（14）糖苷鍵 B（16）糖苷鍵 （3） 物理性質(zhì)：白色晶體 （4） 化學(xué)性質(zhì)： A 有半縮醛OH，故有還原作用B 與苯肼作用產(chǎn)生糖脎,蔗糖,（1） 來源：甘蔗、菠蘿 （2） 結(jié)構(gòu)： 蔗糖水解葡萄糖+果糖 （3）

12、 物理性質(zhì)：白色結(jié)晶 （4） 化學(xué)性質(zhì)： A、 無還原作用，不能與苯肼作用產(chǎn)生糖脎B、 轉(zhuǎn)化作用,不能成脎，不能變旋，沒有還原性,乳糖,（1） 來源：乳汁 （2） 結(jié)構(gòu)：-D-葡萄糖 -D半乳糖 以（14）鍵型縮合 （3） 物理性質(zhì)：不甜 （4） 化學(xué)性質(zhì)：A、 還原性、成脎B、 與HNO3共同煮產(chǎn)生粘酸,三種二糖的比較,由多個單糖分子縮聚而成 重要的多糖有淀粉、糖原、纖維素、氨基葡聚糖等,四、多糖,,,性質(zhì)：直鏈淀粉-在冷水中不溶解，略溶于熱水 支鏈淀粉-吸收水分，吸水后膨脹成糊狀 直鏈淀粉：以（14）糖苷鍵型縮合而成的 遇碘紫蘭色,支鏈淀粉,除-1,4-糖苷鍵外，還有-1,6-糖苷鍵連接的

13、分支 高度分散性 易溶于水,,纖維素,纖維素是D-葡萄糖以-1,4苷鍵構(gòu)成的多糖，分子不分支； 纖維素分子以氫鍵構(gòu)成平行的微晶體，氫鍵的牢固性雖較弱，但氫鍵較多，故微晶束相當(dāng)牢固； 植物細(xì)胞壁的纖維素在一般加工條件下不會溶解，無還原性，人體不能利用纖維素。,脂類的組成和功能 脂類是脂肪、磷脂、類固醇等類化合物的總稱。 脂類分子也含C、H、O 3種元素，但H:O遠(yuǎn)大于2，有些脂含P和N，各種脂類分子的結(jié)構(gòu)可以差異很大。 脂類不溶于水，可溶于非極性溶劑。 脂類是生物膜的主要成分；脂肪氧化時(shí)產(chǎn)生的能量大約是糖氧化時(shí)的二倍。 生物表面的保護(hù)層/保持體溫/生物活性物質(zhì)。,2 脂類(lipids)化合物

14、,一、油脂,油脂是指豬油、牛油、花生油、豆油、桐油等動植物油 主要成分為三分子高級脂肪酸與甘油形成的酯,脂肪：由甘油醇和脂肪酸結(jié)合成的酯 脂肪酸：長直鏈單羧酸 C12C24（偶數(shù)碳原子） 飽和 不飽和（一至多個雙鍵）,1. 脂肪酸,常見脂肪酸,皂化：將油脂用氫氧化鈉（或氫氧化鉀）水解，就得到脂肪酸的鈉鹽（或鉀鹽）和甘油。高級脂肪酸的鈉鹽就是肥皂。,加成：油脂中不飽和鍵與鹵素作用，生成鹵代脂肪酸，這一作用稱為鹵化作用。 氫化：,2. 油脂的反應(yīng),3. 肥皂及表面活性劑肥皂：70%高級脂肪酸鈉，30%水親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)：一個既具有親水基，又具有親油基的分子叫兩親分子，肥皂分子在水中時(shí)許多分子的烴

15、基鏈彼此靠色散力絞在一起，形成一個球形而將親水部分露在球面上，叫膠束。,膠束,油,水,又稱磷酸甘油脂，與脂肪不同之處在于甘油的一個羥基不是與脂肪酸結(jié)合成酯，而是與磷酸及其衍生物(如磷酸膽堿)結(jié)合，形成卵磷脂,二、磷脂,磷脂,卵磷脂是生物膜脂質(zhì)雙層的主要成分，磷酸膽堿一端為極性的頭，兩個脂肪酸一端為非極性的尾，其中一個脂肪酸通常含不飽和雙鍵，因此總有點(diǎn)彎折,固醇類物質(zhì)包括膽固醇、性激素、腎上腺皮質(zhì)激素、維生素D原等。膽固醇和磷脂一樣，也可以同蛋白質(zhì)結(jié)合成脂蛋白，作為細(xì)胞膜的一部分。 維生素D原是形成維生素D的前身物，如皮膚里有一種7-去氫膽固醇，在紫外線照射下可轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D。 性激素、腎上腺皮

16、質(zhì)激素在調(diào)節(jié)正常的新陳代謝和生殖上都有重要的功能。,類固醇,類固醇如膽固醇等脂類也是細(xì)胞膜的重要成分,腦苷脂：存在于神經(jīng)組織中,3 蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是人類及所有動物賴以生存的營養(yǎng)要素。蛋白質(zhì)是生命最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是生命的表現(xiàn)。 它存在于細(xì)胞、組織和分泌物中，成為液體（血液和奶）、半流動體（卵蛋白和肌肉）或各種不同硬度的半硬體（角質(zhì)、指甲和頭發(fā)）。人體內(nèi)除水分外，蛋白質(zhì)約占人體重量的一半。相當(dāng)于占體重的1718%。,一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分類,1.元素組成C H ON S PFeC：50%H：7%O：23%N：16%S：03%其他：微量P：牛奶中的酪蛋白含磷Fe:血中的血紅蛋白含鐵。I：甲狀腺

17、中甲狀腺球蛋白含碘。 2蛋白質(zhì)的平均含N量16%凱氏定氮的基礎(chǔ),3蛋白質(zhì)的分類,根據(jù)組成簡單蛋白蛋白質(zhì)完全由AA組成。Eg核糖核酸酶、胰島素結(jié)合蛋白除了蛋白質(zhì)部分外，還有非蛋白質(zhì)成分（輔基、配基）eg.血紅蛋白、核蛋白根據(jù)分子的形狀球狀蛋白質(zhì)分子對稱性佳，外形接近球狀或橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶。Eg.血紅蛋白、血清球蛋白。纖維狀蛋白質(zhì)對稱性差，分子類似細(xì)棒或纖維 可溶性纖維狀蛋白質(zhì)肌球蛋白。不溶性纖維狀蛋白質(zhì)膠原、彈性蛋白。根據(jù)功能分類,結(jié)構(gòu)蛋白 伸縮蛋白 貯存蛋白 保護(hù)蛋白 運(yùn)輸?shù)鞍?激素蛋白 信號蛋白 酶和輔酶,蛋白質(zhì)的主要種類和功能,二、 蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基酸,蛋白質(zhì)的水解

18、：根據(jù)水解程度完全水解：徹底水解--得到的水解產(chǎn)物是各種AA的混合物。部分水解（不完全水解）--得到的產(chǎn)物是各種大小不等的肽段和AA。 三種水解方法：酸，堿，酶,1. 氨基酸的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分子中含有氨基的羧酸 分類：氨基酸，氨基酸等,不同氨基酸其R基各不相同，R基的結(jié)構(gòu)決定了20種氨基酸的特殊性質(zhì),NH,氨基酸的結(jié)構(gòu),除甘氨酸外的手性氨基酸 除脯氨酸外，均為-氨基酸 L氨基酸,-氨基酸結(jié)構(gòu)通式,-氨基酸按基團(tuán)分類： 中性氨基酸堿性氨基酸酸性氨基酸,丙氨酸、谷氨酸、賴氨酸,,酸性氨基酸與堿性氨基酸,2. 氨基酸的酸堿兩性與偶極離子,氨基酸不是以分子形式存在，而是以離子形式存在，這種離子形式稱

19、偶極離子、兩性離子或兼性離子,正離子、負(fù)離子與偶極離子,氨基酸的離子化狀態(tài)與溶液的pH有關(guān),等電點(diǎn),在某一pH時(shí)，氨基酸所帶凈電荷為0，在電場中既不向陽極移動，也不向陰極移動，此時(shí)氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。以PI表示。此時(shí)正離子和負(fù)離子數(shù)量相等，且濃度都很低，而偶極離子濃度最高。（等電點(diǎn)不是中性點(diǎn)）。 在強(qiáng)酸性溶液中主要以正離子存在；在強(qiáng)堿性溶液中主要以負(fù)離子存在。氨基酸在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最小 。,水合茚三酮反應(yīng) ：生成藍(lán)紫色物質(zhì),3. 氨基酸的化學(xué)反應(yīng),與亞硝酸反應(yīng)定量放出氮?dú)?，定量測定氨基酸或蛋白質(zhì)的水解程度,氨基酸受熱反應(yīng),半胱氨酸與胱氨酸,氨基酸的制備,1、蛋白質(zhì)水解

20、2、鹵代酸氨解,3、由丙二酸酯制備,三、多肽,,某氨酰某氨酸,,,肽鍵是氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的主要連接方式,四、蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是由氨基酸以酰胺鍵形成的高分子化合物。 由C、H、O、N、S等元素組成，有些含有P、Fe、I。 單純蛋白和結(jié)合蛋白：非蛋白部分叫輔基（糖、脂肪、色素等）。,1. 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)分子中氨基酸的連結(jié)順序，叫做一級結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)氫鍵,二級結(jié)構(gòu) 螺旋,蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu) 折疊,AT堿基對中的氫鍵,堿基中的烯醇互變,,蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)四種不同蛋白質(zhì),(a) Arg-Val-Glu-Lys-Met-Val-Leu-Ala-Gly-,(b),,,,(c),(d),Summer

21、y: the four levels of structure in protein.,蛋白質(zhì)的特定構(gòu)象即蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)對于蛋白質(zhì)的功能起決定性的作用。 蛋白質(zhì)變性（構(gòu)象發(fā)生變化）使得其特定的功能便立即喪失。,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,2. 蛋白質(zhì)的性質(zhì),兩性電解質(zhì) 電泳法：等電點(diǎn)不同，在一定pH值中所帶電荷不同，在電場中移動的方向和速度也不同。 具有膠體性質(zhì)：在水溶液中的顆粒直徑在1100nm。,鹽析在蛋白質(zhì)的膠體溶液中加入鹽類、有機(jī)溶劑或某些酸可使蛋白質(zhì)沉淀。蛋白質(zhì)的變性如果在蛋白質(zhì)的膠體溶液中加入的酸、堿或重金屬鹽或加熱使其高級結(jié)構(gòu)被破壞（并不是蛋白質(zhì)的水解），其活性消失。蛋白

22、質(zhì)的水解,,,,谷氨酸的系統(tǒng)名為2氨基戊二酸。 請回答下列問題： 1寫出其結(jié)構(gòu)。 2寫出谷氨酸在pH=10.0的水溶液中，占優(yōu)勢的離子結(jié)構(gòu)。 3若谷氨酸溶于pH=7的純水中,所得溶液的pH值是x，請問x是大于7還是小于7？,此氨基酸的等電點(diǎn)是大于x還是小于x？為什么？,,,,4 核酸,,核酸貯存遺傳信息，控制蛋白質(zhì)的合成。 核酸包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都是由許多順序排列的核苷酸組成的大分子。 貯存遺傳信息的特殊DNA片段稱為基因，它編碼蛋白質(zhì)的氨基酸序列，從而決定蛋白質(zhì)的功能。通過蛋白質(zhì)的作用，DNA實(shí)際上控制著細(xì)胞和生物體的生命過程。 DNA控制蛋白質(zhì)的合成是通過RNA來實(shí)現(xiàn)的，即遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)錄到RNA，后者決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列。,戊糖:分核糖和脫氧核糖兩種 堿基: 分嘌呤和嘧啶兩類 磷酸,1、核酸的基本單位核苷酸,Sugars used,核糖的一號碳原子上的羥基與堿基上的氫縮水聚合,核苷,核苷酸中核糖的3號或5號碳原子上的羥基與磷酸上的氫縮水聚合,2、核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu),Watson、Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),,,謝謝！,