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有機天然產(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，生命現(xiàn)象是比化學現(xiàn)象更高級的運動形式。,生物具有多樣性，但生物體的化學組成基本相似 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)，通常占細胞總量60%90%。細胞中的所有反應(yīng)都是在水中進行的，如果無水，酶的活動便無法進行。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）無機鹽 無機鹽約占人體重量的5%；構(gòu)成骨骼、牙齒等堅硬組織；在肌肉其他軟組織也有許多無機鹽與有機物相結(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)量的無機鹽從各種途徑排出體外，因此每天必須從食物來補充。無機鹽在食物中分布很廣，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。,無機離子的功能有: 體液中的主要無機鹽有：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+是細胞色素、血紅蛋白的成分； b.維持細胞內(nèi)的pH和滲透壓，以保持細胞的正常生理活動; c.參與細胞的生命活動； d.作為酶反應(yīng)的輔助因子。,Fe 氧的運送和酶的活性有關(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）有機大分子 構(gòu)成生物體的分子主要是有機物，有機物主要是碳化合物。碳原子可以形成四個價鍵，既能與其他碳原子共價連接成為穩(wěn)定的鏈式或環(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鍵。連接在碳鏈上的特定功能團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 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,實際上,概念上,能夠進行聚合反應(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 launch 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,幾乎沒有什么科學技術(shù)象高分子科學這樣對人類社會做出如此巨大的貢獻.”,第三部分 生物大分子,糖類是由C、H、O三種元素構(gòu)成，習慣稱為碳水化合物，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，新鮮的果實里含有果糖，甘蔗、甜菜里含有蔗糖，種子里有淀粉，植物細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）所有生物的細胞質(zhì)和細胞核含有核糖（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C5H10O4，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：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） 物理性質(zhì)：白色結(jié)晶 （4） 化學性質(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，故微晶束相當牢固； 植物細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；脂肪氧化時產(chǎn)生的能量大約是糖氧化時的二倍。 生物表面的保護層/保持體溫/生物活性物質(zhì)。,2 脂類(lipids)化合物,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%水親水基團和疏水基團：一個既具有親水基，又具有親油基的分子叫兩親分子，肥皂分子在水中時許多分子的烴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。相當于占體重的1718%。,一、蛋白質(zhì)的化學組成與分類,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 保護蛋白 運輸?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：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：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，這種離子形式稱偶極離子、兩性離子或兼性離子,正離子、負離子與偶極離子,氨基酸的離子化狀態(tài)與溶液的pH有關(guān),等電點,在某一pH時，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，此時氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。以PI表示。此時正離子和負離子數(shù)量相等，且濃度都很低，而偶極離子濃度最高。（等電點不是中性點）。 在強酸性溶液中主要以正離子存在；在強堿性溶液中主要以負離子存在。氨基酸在等電點時溶解度最小 。,水合茚三酮反應(yīng) ：生成藍紫色物質(zhì),3. 氨基酸的化學反應(yīng),與亞硝酸反應(yīng)定量放出氮氣，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 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),Summery: 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實際上控制著細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、核酸的化學結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu),Watson、Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),謝謝！,