1、第 二 章 生命的物质基础 生命的形式多种多样 生命的形态多变但是化学成分是统一的 元素：无机界的 C、H、P、N 、O、S 分子：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素 认识生命 认识组成生命的物质第第 一一 节节 生物体的主要元素及其功能生物体的主要元素及其功能 生物具有多样性，但生物体的化学组生物具有多样性，但生物体的化学组成基本相似成基本相似。参与生物体组成，构成生命不可缺少参与生物体组成，构成生命不可缺少的元素大约的元素大约27种种，它们在，它们在元素周期表元素周期表中的中的分布。分布。参与生物体组成的元素在元素周期表中的位置参与生物体组成的元素在元素周期表中的位置一、一、常量元素（万分之一）
2、常量元素（万分之一）指在生物体内指在生物体内含量较高含量较高，至少约占生物体，至少约占生物体质量的质量的万分之一万分之一以上，且在生物体内具有重以上，且在生物体内具有重要生物功能的组成元素。要生物功能的组成元素。主要包括：主要包括：C、H、O、N、S、P、Cl、Ca、K、Na、Mg 等等11种元素种元素。其中其中 C、H、O、N、P、S、Ca等等，约占生物，约占生物体元素组成的体元素组成的99.35%。“反自然反自然”现象现象自然界：自然界：C、H、N 总和总和 96%生命具有生命具有浓集自然界中稀少元素的能力浓集自然界中稀少元素的能力，而这种能力也正是生命的一种突出的特征。而这种能力也正是生
3、命的一种突出的特征。海藻中碘含量是海水的海藻中碘含量是海水的200万倍。万倍。环境毒物在人体内的富集：铅、汞环境毒物在人体内的富集：铅、汞、DDT 人体的元素组成人体的元素组成96%O存在于几乎所有的有机化合物中，是构成存在于几乎所有的有机化合物中，是构成 水水的元素之一，又为细胞呼吸所必需。的元素之一，又为细胞呼吸所必需。C相互联结成环或链，形成各种生物大分子相互联结成环或链，形成各种生物大分子 的基本骨架。的基本骨架。H几乎存在于所有的有机化合物中，是构成水几乎存在于所有的有机化合物中，是构成水 的另一种元素。在生物代谢反应中，的另一种元素。在生物代谢反应中，H+还与还与 电子及能量的转移
4、有关。电子及能量的转移有关。N是蛋白质、核酸、植物细胞中叶绿素等的重要是蛋白质、核酸、植物细胞中叶绿素等的重要 组成元素。组成元素。常量元素的生物功能常量元素的生物功能钙钙人每天需要摄入多少钙？人每天需要摄入多少钙？从粪、尿、汗中排出：从粪、尿、汗中排出：320450 mg 吸收率约吸收率约 40%：320 100/40=800 mg 人体每天需要补充钙的数量人体每天需要补充钙的数量成人成人 800 mg 800 mg 婴儿（婴儿（1010个月）个月）400 mg 400 mg幼儿（幼儿（33岁）岁）600 mg 600 mg少年（少年（10蔗糖（蔗糖（100）麦芽糖（麦芽糖（46）乳糖（乳糖
5、（30）糖醇（多元醇）糖醇（多元醇）单糖的衍生物单糖的衍生物不易于消化不易于消化，其能值低于大多数可溶性碳水化合物，其能值低于大多数可溶性碳水化合物，为为0.2-3kcal/g0.2-3kcal/g，因此，血糖生成指数小、产能相对缓，因此，血糖生成指数小、产能相对缓慢。慢。不易引起龋齿不易引起龋齿。作为作为甜味剂生产低热量或无糖食品甜味剂生产低热量或无糖食品，如糖果、口香糖、，如糖果、口香糖、烘焙食品、罐头水果、果酱、饮料等。烘焙食品、罐头水果、果酱、饮料等。木糖醇：木糖醇：存在于多种水果、蔬菜存在于多种水果、蔬菜氢化木糖可以生产，氢化木糖可以生产，甜度与蔗糖相等甜度与蔗糖相等其代谢不受胰岛素
6、调节，可被糖尿病其代谢不受胰岛素调节，可被糖尿病患者接受患者接受。（3）麦芽糖醇麦芽糖氢化制得可作为功能性甜味剂用于心血管病、糖尿病等患者的保健食品。防龋齿。苦荞苦荞麦芽糖醇麦芽糖醇沙琪玛沙琪玛苦荞苦荞麦芽糖醇麦芽糖醇蛋黄派（草莓味）蛋黄派（草莓味）5.5.多多 糖糖 多糖一般是由几百个或几千个单糖分子间多糖一般是由几百个或几千个单糖分子间通过通过脱水缩合脱水缩合而成的而成的分支或不分支的长链分子分支或不分支的长链分子。主要为主要为-葡萄糖葡萄糖分子间的缩合。分子间的缩合。包括淀粉和包括淀粉和非淀粉多糖（果胶、纤维等）非淀粉多糖（果胶、纤维等）糖原糖原淀粉淀粉纤维素纤维素（1 16 6）糖苷键
7、）糖苷键（1 14 4）糖苷键）糖苷键（1 14 4）糖苷键）糖苷键淀粉和糖原结构淀粉和糖原结构NRENRERE直链淀粉直链淀粉支链淀粉或糖原分支点的结构支链淀粉或糖原分支点的结构RENRE(16)分支点分支点支链淀粉或糖原分子示意图支链淀粉或糖原分子示意图直链淀粉的螺旋结构直链淀粉的螺旋结构0.8nm1.4nm6个残基个残基纤维素片层结构纤维素片层结构纤维素纤维素一级一级结构结构植物细胞壁与纤维素的结构植物细胞壁与纤维素的结构微纤维微纤维纤维素链纤维素链植物细胞中的植物细胞中的纤维素微纤维纤维素微纤维细胞壁细胞壁改性淀粉（变性淀粉）改性淀粉（变性淀粉）普通淀粉经物理或化学处理后，使其某些性质
8、普通淀粉经物理或化学处理后，使其某些性质发生改变的淀粉。发生改变的淀粉。预糊化淀粉（预糊化淀粉（-淀粉）、高粘度淀粉、低粘度淀粉）、高粘度淀粉、低粘度淀粉、氧化淀粉、交联淀粉、糊精、阳离子淀淀粉、氧化淀粉、交联淀粉、糊精、阳离子淀粉、淀粉衍生物等。粉、淀粉衍生物等。黏度的稳定性、色泽、凝沉性、胶粘性等性质黏度的稳定性、色泽、凝沉性、胶粘性等性质发生明显变化。发生明显变化。可用于可用于增稠、保型、稳定增稠、保型、稳定冷冻食品内部结构、冷冻食品内部结构、改善食品风味、除却异杂味等。改善食品风味、除却异杂味等。爽身粉、护肤粉等。爽身粉、护肤粉等。糖类与健康：糖类与健康：1.1.来源丰富，许多食物均可
9、提供充分的糖类。来源丰富，许多食物均可提供充分的糖类。2.2.食入较多的非淀粉纤维，可刺激肠道蠕动，增强结肠发酵食入较多的非淀粉纤维，可刺激肠道蠕动，增强结肠发酵率有助于正常消化和排便。率有助于正常消化和排便。3.3.糖类每日适宜摄入量应占热量的糖类每日适宜摄入量应占热量的55-65%55-65%。4.4.食物血糖生成指数食物血糖生成指数可用于糖尿病患者、高血压患者、肥胖可用于糖尿病患者、高血压患者、肥胖者的膳食管理、居民营养教育甚至于运动员的膳食管理者的膳食管理、居民营养教育甚至于运动员的膳食管理、食欲研究等。、食欲研究等。四、脂四、脂 类类 脂类是脂类是脂肪酸和醇脂肪酸和醇所形成的脂及其衍
10、生物。所形成的脂及其衍生物。脂类广泛的存在于动植物体内及其细胞中。脂类广泛的存在于动植物体内及其细胞中。脂类由脂类由C、H、O三种元素组成，三种元素组成，H:O比远比远大于大于2，是由碳原子和氢原子通过共价键形成，是由碳原子和氢原子通过共价键形成的的非极性化合物非极性化合物，故，故不溶于水，能溶于非极性不溶于水，能溶于非极性溶剂溶剂。（1）是构成）是构成生物膜的骨架生物膜的骨架；（2）是动物体的主要）是动物体的主要贮能物质贮能物质；（3）参与）参与构成某些生物大分子构成某些生物大分子；（4）直接、间接地参与生物的）直接、间接地参与生物的代谢反应代谢反应（必需脂（必需脂肪酸）肪酸）；（5）作为某
11、些脂溶性物质良好的）作为某些脂溶性物质良好的溶剂溶剂（脂溶性维（脂溶性维生素）生素）；（6）构成身体或器官）构成身体或器官保护层（保护层（器官、神经、关器官、神经、关节）节）；（7）维持体温；）维持体温；（8）体改膳食的饱腹感和美味感。）体改膳食的饱腹感和美味感。1.脂类在生物体内的主要功能脂类在生物体内的主要功能 脂类种类很多，分子结构相差较大。脂类种类很多，分子结构相差较大。中性脂肪和油中性脂肪和油：甘油三酯甘油三酯 磷脂磷脂 固醇类固醇类2.脂的分类脂的分类（1）中性脂肪和油）中性脂肪和油 由由甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸结合而成。甘油的每一结合而成。甘油的每一个个-OH和脂肪酸的和脂肪酸的
12、-COOH结合，形成结合，形成酯键酯键。+甘油三酯分子结构磷脂分子结构磷脂分子结构（2）磷脂）磷脂 磷脂分子可以看成磷脂分子可以看成是是一个极性头一个极性头，两条两条非极性尾巴非极性尾巴。鞘脂分子和磷脂不鞘脂分子和磷脂不同。但总体看来，也同。但总体看来，也可看成可看成一个极性头一个极性头，两条非极性尾巴两条非极性尾巴。磷脂和细胞膜 固醇类是固醇类是环戊烷多氢菲环戊烷多氢菲的衍生物；的衍生物；一些人体重要一些人体重要维生素和激素维生素和激素是固醇；是固醇；胆固醇是细胞的必要成份；胆固醇是细胞的必要成份；血清中的胆固醇太多会促使形成血清中的胆固醇太多会促使形成动脉硬化和心脑动脉硬化和心脑 血管疾病
13、血管疾病。（3）固醇类）固醇类胆固醇与磷脂的结合胆固醇与磷脂的结合 一些固醇类化合物可以作一些固醇类化合物可以作为兴奋剂使用为兴奋剂使用,但同时也会对但同时也会对运动员带来损害。运动员带来损害。性激素就是一种固醇类化合物性激素就是一种固醇类化合物雄性激素雄性激素雌性激素雌性激素反式脂肪酸反式脂肪酸主要是食品工业为了改善产品风主要是食品工业为了改善产品风味和延长产品货架期，使味和延长产品货架期，使部分不饱和脂肪酸部分不饱和脂肪酸氢化氢化形成的，它在室温下成固态，性质更稳形成的，它在室温下成固态，性质更稳定。定。反式脂肪酸反式脂肪酸分子中氢原子位于共价键结构碳分子中氢原子位于共价键结构碳原子的原子
14、的不同侧不同侧。天然不饱和脂肪酸分子中氢原子位于共价键天然不饱和脂肪酸分子中氢原子位于共价键结构碳原子的结构碳原子的相同侧相同侧，称为顺式脂肪酸。，称为顺式脂肪酸。反式脂肪酸反式脂肪酸德国化学家威廉德国化学家威廉诺曼诺曼19021902年发明年发明氢化氢化技术把技术把植物油从液态变为固态或膏状。植物油从液态变为固态或膏状。特点：特点：耐高温、不易变质、存放更久、食物口耐高温、不易变质、存放更久、食物口感更酥松感更酥松 。1910 1910 年氢化植物油年氢化植物油植物奶油上市，抹面包，植物奶油上市，抹面包，用于用于蛋糕、曲奇饼、饼干、面包，炸薯条、炸蛋糕、曲奇饼、饼干、面包，炸薯条、炸鸡块、奶
15、制品、冰激淋、咖啡伴侣、奶油糖、鸡块、奶制品、冰激淋、咖啡伴侣、奶油糖、奶茶、奶昔奶茶、奶昔和热巧克力等的生产。和热巧克力等的生产。20 世纪世纪90 年代，年代，Mensink和和Katan 关于反关于反 式脂肪酸与血脂关系的报告引发了学术界式脂肪酸与血脂关系的报告引发了学术界和政府团体的激烈争论。和政府团体的激烈争论。美国学者美国学者A Ascherio 和和WC Willett：反式：反式 脂肪酸的消费每年使脂肪酸的消费每年使30000 名美国人早亡名美国人早亡。丹麦率先于丹麦率先于2003年年6月月1日起禁止市场销售任何日起禁止市场销售任何含反式脂肪酸超过含反式脂肪酸超过2%的油脂。的
16、油脂。2007 年欧洲杂志年欧洲杂志Waitrose Food illustrated 在庆祝其第在庆祝其第100 期出版时，邀请了欧洲名厨、期出版时，邀请了欧洲名厨、美食评论家和历史学家从人类食物历史中选出美食评论家和历史学家从人类食物历史中选出10 个灾难时刻个灾难时刻，“氢化植物油氢化植物油”被列为最大的灾被列为最大的灾难时刻。难时刻。世界卫生组织在世界卫生组织在2006、2008、2009 年分年分别组织专家对其进行评估，建议反式脂别组织专家对其进行评估，建议反式脂肪酸的最大摄取量肪酸的最大摄取量不超过不超过2.2 克克/天。天。增加增加2%反式脂肪酸摄入，可增加心血反式脂肪酸摄入，可
17、增加心血管疾患危险性管疾患危险性24%。美国美国FDA 2006FDA 2006年年1 1月月1 1日日起，食品营养标签中必须起，食品营养标签中必须标注产品的饱和脂肪酸及反式脂肪酸的含量。标注产品的饱和脂肪酸及反式脂肪酸的含量。20072007年年7 7月月1 1日起，纽约餐饮业停止使用含有反式日起，纽约餐饮业停止使用含有反式脂肪酸的烹饪油和起酥油。脂肪酸的烹饪油和起酥油。20082008年年7 7月月1 1日起，纽约餐饮业封杀含有反式脂肪日起，纽约餐饮业封杀含有反式脂肪酸的食品，所有供餐，每份反式脂肪酸含量必须酸的食品，所有供餐，每份反式脂肪酸含量必须低于低于0.50.5克。克。加拿大、巴西
18、要求反式脂肪酸含量超过加拿大、巴西要求反式脂肪酸含量超过0.50.5克的食克的食品，必须在标签中标明含量。品，必须在标签中标明含量。荷兰、法国、瑞典等欧洲国家要求食品中反式脂荷兰、法国、瑞典等欧洲国家要求食品中反式脂肪酸含量必须控制在肪酸含量必须控制在5%5%以下。以下。（1）提高体内总胆固醇水平，导致血管梗塞的低密度脂蛋）提高体内总胆固醇水平，导致血管梗塞的低密度脂蛋白胆固醇（白胆固醇（LDL）增加，能防止血管硬化的高密度脂蛋）增加，能防止血管硬化的高密度脂蛋白胆固醇（白胆固醇（HDL）减少，增加患心血管病的风险。）减少，增加患心血管病的风险。（2）干扰胎儿中枢神经系统的发育。）干扰胎儿中枢
19、神经系统的发育。（3）抑制前列腺素合成。）抑制前列腺素合成。（4）与直肠癌、结肠癌的发病有关。）与直肠癌、结肠癌的发病有关。（5）长期食用增加患）长期食用增加患2 型糖尿病的风险。型糖尿病的风险。（6）使女性不孕症的几率大大增加。）使女性不孕症的几率大大增加。反式脂肪酸的危害：反式脂肪酸的危害：反式脂肪酸含量较多的食物反式脂肪酸含量较多的食物口感很香、脆、滑的口感很香、脆、滑的多油多油食物。食物。巧克力派、蛋黄派、布丁蛋糕、糖果、冰淇淋巧克力派、蛋黄派、布丁蛋糕、糖果、冰淇淋等。等。速食店和西式快餐店的食物、现制现售的速食店和西式快餐店的食物、现制现售的奶茶奶茶。一些天然食物也会含有一些反式脂
20、肪酸，如牛羊肉、乳及乳一些天然食物也会含有一些反式脂肪酸，如牛羊肉、乳及乳制品。（制品。（是否是否 有危害还没有定论。）有危害还没有定论。）植物油在植物油在脱色、脱臭、高温脱色、脱臭、高温等精炼过程中或过度加热、等精炼过程中或过度加热、反复反复煎炸煎炸等过程中也会产生少量的反式脂肪酸等过程中也会产生少量的反式脂肪酸脂肪与健康脂肪与健康1.人体必需的营养素之一；人体必需的营养素之一；2.来源丰富：肉、油（一个汉堡来源丰富：肉、油（一个汉堡35g）；）；3.脂肪的每日摄入量占总热量的脂肪的每日摄入量占总热量的20-30%；4.过多摄入脂肪会对人体产生多种危害；过多摄入脂肪会对人体产生多种危害；5.
21、开发具有脂肪性状而又不能被人体吸收的脂肪替开发具有脂肪性状而又不能被人体吸收的脂肪替代品（燕麦素、蔗糖聚酯）。代品（燕麦素、蔗糖聚酯）。五、蛋白质五、蛋白质 蛋白质（蛋白质（protein）是生活细胞内）是生活细胞内含量最含量最丰富、功能最复杂的生物大分子丰富、功能最复杂的生物大分子，参与了，参与了几几乎所有的生命活动和生命过程乎所有的生命活动和生命过程。生物体最主要的特征是生命活动，而生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的体现者蛋白质是生命活动的体现者。（1）酶酶：具有催化作用。：具有催化作用。（2）调节蛋白调节蛋白：调节机体代谢：调节机体代谢激素。激素。（3）转运蛋白转运蛋白:
22、如血红蛋白、膜转运蛋白。如血红蛋白、膜转运蛋白。（4）贮存蛋白贮存蛋白：如卵清蛋白、铁蛋白。：如卵清蛋白、铁蛋白。（5）防御和进攻蛋白防御和进攻蛋白：如免疫球蛋白。：如免疫球蛋白。（6）运动蛋白运动蛋白：肌肉蛋白和肌球蛋白。：肌肉蛋白和肌球蛋白。（7）受体蛋白受体蛋白：接受和传递信息，如阻遏蛋白。：接受和传递信息，如阻遏蛋白。（8）其他作用其他作用：视觉蛋白，味觉蛋白：视觉蛋白，味觉蛋白，结构蛋白，结构蛋白。1 1蛋白质的主要种类和功能蛋白质的主要种类和功能 2.2.蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位氨基酸氨基酸 氨基酸（氨基酸（amino acid,aa 或或 AA）是蛋是蛋白质水解的
23、最终产物，是组成蛋白质的基白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位（构件分子）。从各种生物体内发本单位（构件分子）。从各种生物体内发现的氨基酸已有现的氨基酸已有180多种，但参与蛋白质多种，但参与蛋白质组成的常见氨基酸只有组成的常见氨基酸只有20种种，这，这20种氨基种氨基酸称为酸称为常见氨基酸或基本氨基酸常见氨基酸或基本氨基酸。氨基酸名称氨基酸名称 英文缩写英文缩写 简简 写写氨基酸名称氨基酸名称英文缩写英文缩写 简简 写写甘氨酸甘氨酸GlyG丝氨酸丝氨酸SerS丙氨酸丙氨酸AlaA苏氨酸苏氨酸ThrT缬氨酸缬氨酸ValV天冬酰胺天冬酰胺AsnN异亮氨酸异亮氨酸IleI谷酰胺谷酰胺GlnQ
24、亮氨酸亮氨酸LeuL酪氨酸酪氨酸TyrY苯丙氨酸苯丙氨酸PheF组氨酸组氨酸HisH脯氨酸脯氨酸ProP天冬氨酸天冬氨酸AspD甲硫氨酸甲硫氨酸MetM谷氨酸谷氨酸GluE色氨酸色氨酸TrpW赖氨酸赖氨酸LysK半胱氨酸半胱氨酸CysC精氨酸精氨酸ArgR 20种标准氨基酸的英文简写种标准氨基酸的英文简写（1）氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式 氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的氨基酸是含有氨基的羧酸，不同氨基酸的R基不同，（除脯氨酸、甘氨酸外）都为基不同，（除脯氨酸、甘氨酸外）都为L-氨基酸氨基酸。各种氨基酸的区别在。各种氨基酸的区别在侧链基团侧链基团R的的不同。不同。H3NCHCOOR-+
25、H2NCHCOOHRL L丝氨酸和丝氨酸和D D丝氨酸是一对对映体丝氨酸是一对对映体据据R基团基团化学结构化学结构分类分类：脂肪族、芳香族和杂环脂肪族、芳香族和杂环据据R基团基团极性极性分类分类带正电荷（种）带正电荷（种）带负电荷（种）带负电荷（种）极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA不带电荷不带电荷带电荷带电荷据据酸碱性质酸碱性质分类分类中性（一氨基一羧基）中性（一氨基一羧基）酸性酸性(一氨基二羧基一氨基二羧基)谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸碱性（二氨基一羧基）碱性（二氨基一羧基）赖氨酸、组氨酸赖氨酸、组氨酸、精氨酸、精氨酸据据营养营养学分类学分类 必需必需非必需非必需人的必需
26、氨基酸人的必需氨基酸Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr假假 设设 来来 借借 一一 两两 本本 书书 幼儿时需精氨酸和组氨酸幼儿时需精氨酸和组氨酸（2）基本氨基酸的分类（3）氨基酸的功能）氨基酸的功能 作为组建蛋白质的元件；作为组建蛋白质的元件；有的氨基酸或其衍生物具有生物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）。活性（代谢调节、信号传递等）。3.3.肽键、肽和多肽肽键、肽和多肽 肽是由一个氨基酸的肽是由一个氨基酸的-羧基羧基与另一个与另一个氨基酸的氨基酸的-氨基氨基脱水缩合而形成的无分支脱水缩合而形成的无分支线形聚合物。线形聚合物。氨基酸间缩水形
27、成的共价键氨基酸间缩水形成的共价键酰胺键酰胺键称称肽键肽键（peptide bond）。）。NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸+-HOH肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 多肽链多肽链（polypeptide chain）是指许多氨基酸）是指许多氨基酸之间以之间以肽键肽键连接而成的一种结构。连接而成的一种结构。COOHN 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端；的一端；C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基
28、的一端。的一端。多肽链有两端多肽链有两端N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶4.蛋蛋白白质质结结构构的的主主要要层层次次一级结构一级结构四级结构四级结构二级结构二级结构三级结构三级结构primary structuresecondary structureTertiary structurequariernary structure超二级结构超二级结构结构域结构域 supersecondary structureStructure doman（1）蛋白质一级结构蛋白质一级结构多肽链中多肽链中氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序，包括，包括二硫键的位置二硫键的位置称为称为蛋白质的一级结构蛋白
29、质的一级结构。这是蛋白质。这是蛋白质最基本的结构，最基本的结构，决定蛋白质高级结构和生物功能的信息决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。牛胰岛素的一级结构牛胰岛素的一级结构（2）蛋白质的二级结构）蛋白质的二级结构螺旋螺旋（helix）折叠折叠（-pleated sheet）转角转角（-turn）无规则卷曲无规则卷曲（nonregular coil）蛋白质的二级结构（蛋白质的二级结构（secondary structure）指）指肽肽链主链链主链不同区段通过自身的相互作用，不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿形成氢键，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，
30、是蛋白质，是蛋白质结构的构象单元。主要有以下类型：结构的构象单元。主要有以下类型：螺旋（螺旋（helix）折叠（折叠（-pleated sheet）特征：特征：两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的两条或多条伸展的多肽链（或一条多肽链的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的若干肽段）侧向集聚，通过相邻肽链主链上的N-H与与C=O之间有规则的氢键之间有规则的氢键，形成，形成锯齿状片层结构锯齿状片层结构，即，即折叠片。折叠片。-折叠有两种类型：折叠有两种类型：平行式平行式：所有肽链的：所有肽链的N-端都在同一侧端都在同一侧；反平行式反平行式：相邻两条肽链的：相邻两条肽链的方向相反方向相反。-折叠
31、折叠转角（转角（-turn）特征：特征：多肽链中氨基酸残基多肽链中氨基酸残基n的羰基上的氧与的羰基上的氧与残基（残基（n+3）的氮原上的氢之间形成）的氮原上的氢之间形成氢键氢键，肽链肽链回折回折180。无无规规则则卷卷曲曲示示意意图图无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素C的三级结构的三级结构无规则卷曲无规则卷曲（3 3）蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质的超二级结构和结构域蛋白质中蛋白质中相邻的二级结构单位相邻的二级结构单位（即单个（即单个螺旋或螺旋或折叠或折叠或转角）组合在一起，形成转角）组合在一起，形成有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体有规则的、在空间上能辩认的二级结构组合体称称为蛋白
32、质的超二级结构为蛋白质的超二级结构 基本组合方式基本组合方式：；超二级结构（超二级结构（supersecondary structure）超二级结构是蛋白质二级结构和三级结构超二级结构是蛋白质二级结构和三级结构的一种的一种过渡空间构像过渡空间构像。超二级结构类型超二级结构类型1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -链链-迂回迂回回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构-迂回迂回 结构域（结构域（structure domain）在二级结构的基础上，多肽进一步卷曲在二级结构的基础上，多肽进一步卷曲折叠成几个折叠成几个相对独立、近似球形的三维实体相对独立、近似球形的三维实体，再由两个或两
33、个以上这样的三维实体缔合成再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级结构，这种相对独立的三维实体称为结三级结构，这种相对独立的三维实体称为结构域。构域。卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域卵溶菌酶的三级结构中的两个结构域-螺旋螺旋-转角转角-折叠折叠二硫键二硫键结构域结构域1结构域结构域2（3）蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使进一步卷曲折叠，借助次级键维系使螺旋、螺旋、折叠片、折叠片、转角等二级结构相互转角等二级结构相互配置而配置而形成特定的构象形成特定的构象。三级结构
34、的形成使肽链中所有的原子都达到空三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。间上的重新排布。球状蛋白的三级的结构特征球状蛋白的三级的结构特征含有多种二级结构单元。含有多种二级结构单元。分子表面往往有一个分子表面往往有一个内陷的空隙内陷的空隙，它常常是，它常常是蛋蛋白质的活性中心白质的活性中心。大多数非极性侧链埋在分子内部，形成大多数非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核疏水核；而极性侧链在分子表面，形成而极性侧链在分子表面，形成亲水面亲水面。蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次蛋白质的三级结构具有明显的折叠层次。分子呈现球状或椭圆状分子呈现球状或椭圆状。肌肌红红蛋蛋白白三三级级结结构构核
35、糖核酸酶三级结构示意图核糖核酸酶三级结构示意图 N His12CHis119Lys41（5 5）蛋白质的四级结构）蛋白质的四级结构 四级结构是指由相同或不同的称作四级结构是指由相同或不同的称作亚基（亚基（subunit）的亚单位按照一定排布方式聚合而成的的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构。蛋白质结构。亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含亚基本身都具有球状三级结构，一般只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键连接的肽链组成。连接的肽链组成。维持四级结构稳定的作用力是维持四级结构稳定的作用力是疏水键、离子疏水键、离子键、氢键、范得华力。
36、键、氢键、范得华力。蛋白质四级结构的特点蛋白质四级结构的特点v 有多个亚基；有多个亚基；v 稳定性主要靠亚基间的稳定性主要靠亚基间的疏水作用疏水作用维持；维持；v 亚基单独存在时无生物活性或活性很小，亚基单独存在时无生物活性或活性很小，只有通过亚基相互聚合成四级结构后，蛋只有通过亚基相互聚合成四级结构后，蛋白质才具有完整的生物活性；白质才具有完整的生物活性；v 亚基间具有亚基间具有协同性协同性和和别构效应别构效应。血红蛋白四级结构血红蛋白四级结构烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装蛋白蛋白质的质的空间空间结构结构二级结构二级结构超二级结构超二级结构结构域
37、结构域三级结构三级结构四级结构四级结构蛋白质的各级结构蛋白质的各级结构氨基酸一级结构二级结构三级结构四级结构血红蛋白盐键盐键(离子键离子键）氢氢键键二硫键二硫键疏水键疏水键氢键氢键氢键疏水键疏水键蛋白质的空间作用力蛋白质的空间作用力 维系蛋白质分子的一级结构维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键肽键、二硫键 维系蛋白质分子的二级结构维系蛋白质分子的二级结构：氢键氢键 维系蛋白质分子的三级结构维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用疏水相互作用力力 氢键氢键、范德华力范德华力、盐键盐键 维系蛋白质分子的四级结构维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐范德华力、盐键键5.蛋白质的分子结构与功能的关系蛋
38、白质的分子结构与功能的关系（1 1）蛋白质蛋白质一级结构与功能一级结构与功能（2 2）蛋白质蛋白质高级构象与功能高级构象与功能 蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。能密切相关。一级结构决定高级结构，也决定蛋白质的一级结构决定高级结构，也决定蛋白质的功能。功能。蛋白质一级结构的种属差异与同源性蛋白
39、质一级结构的种属差异与同源性 细胞色素细胞色素蛋白质一级结构的变异与分子病蛋白质一级结构的变异与分子病 血红蛋白质异常病变血红蛋白质异常病变镰刀型贫血病镰刀型贫血病同源蛋白的种属差异与生物进同源蛋白的种属差异与生物进化化同源蛋白质同源蛋白质 是指在不同生物体中具有是指在不同生物体中具有相同功能相同功能的蛋白质。的蛋白质。不变残基不变残基 指在同源蛋白质的一级结构中对所有生物种属来指在同源蛋白质的一级结构中对所有生物种属来说在说在种类和排列位置都是相同种类和排列位置都是相同的氨基酸。的氨基酸。可变残基可变残基 指不同种类生物的同源蛋白质中除过不变残基外指不同种类生物的同源蛋白质中除过不变残基外的
40、其他位置上的氨基酸。的其他位置上的氨基酸。不不同同生生物物来来源源的的细细胞胞色色素素c中中不不变变的的AA残残基基14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血红素血红素细胞色素细胞色素c分子的空间结构分子的空间结构不变的不变的AA残基残基 35个不变的个不变的AA残基，其中有的可能参残基，其中有的可能参加维持分
41、子构象；有的可能参与电子传递加维持分子构象；有的可能参与电子传递；有的可能参与；有的可能参与“识别识别”并结合细胞色素并结合细胞色素还原酶和氧化酶。还原酶和氧化酶。不同生物与人的不同生物与人的Cytc的的AA差异数目差异数目生物生物 与人不同的与人不同的AA数目数目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、猪、羊、狗牛、猪、羊、狗 11马马 12鸡、火鸡鸡、火鸡 13响尾蛇响尾蛇 14海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21角饺角饺 23小蝇小蝇 25蛾蛾 31小麦小麦 35粗早链孢霉粗早链孢霉 43酵母酵母 44 -链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7
42、8 Hb-A（正常人）（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S（患（患 者）者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys正常红正常红细胞细胞镰刀形镰刀形红细胞红细胞分子病分子病镰刀型贫血病镰刀型贫血病分子病：分子病：由于遗传基因由于遗传基因的突变导致蛋白质分子的突变导致蛋白质分子结构的改变或某种蛋白结构的改变或某种蛋白质缺乏引起的疾病。质缺乏引起的疾病。高级构象决定蛋白质的功能高级构象决定蛋白质的功能 蛋白质高级构象破坏，功能丧失蛋白质高级构象破坏，功能丧失 实例：实例：核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶的变性与复性核糖核酸酶变性与
43、复性作用核糖核酸酶变性与复性作用变性变性复性复性去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 高级构象决定蛋白质的功能高级构象决定蛋白质的功能蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定蛋白质在表现生物功能时，构象发生一定变化（变构效应）变化（变构效应）实例：实例：血红蛋白的变构效应和输氧功能血红蛋白的变构效应和输氧功能蛋白质的分类蛋白质的分类u 完全蛋白质完全蛋白质 u 不完全蛋白质不完全蛋白质 u 半完全蛋白质半完全蛋白质 完全蛋白质完全蛋白质 是指是指含
44、有人体生长所必需的各种氨基酸，且氨基含有人体生长所必需的各种氨基酸，且氨基酸比例接近人体需要，酸比例接近人体需要，当这类蛋白质为唯一蛋白质来当这类蛋白质为唯一蛋白质来源时，能促进机体健康生长。源时，能促进机体健康生长。动物来源的蛋白质大多为完全蛋白质。如酪蛋白、动物来源的蛋白质大多为完全蛋白质。如酪蛋白、乳白蛋白、卵白蛋白、卵黄蛋白、肉中的白蛋白、肌乳白蛋白、卵白蛋白、卵黄蛋白、肉中的白蛋白、肌蛋白和大豆蛋白。蛋白和大豆蛋白。不完全蛋白质不完全蛋白质是指缺少一种或几种人体必需的氨基酸，当仅用这是指缺少一种或几种人体必需的氨基酸，当仅用这种蛋白质为唯一蛋白质来源时，种蛋白质为唯一蛋白质来源时，它
45、不能促进机体生长它不能促进机体生长，甚至甚至不能维持生命的一类蛋白质不能维持生命的一类蛋白质。如玉米胶蛋白、动物结缔组织、蹄筋胶质及由动物皮如玉米胶蛋白、动物结缔组织、蹄筋胶质及由动物皮等制得的白明胶。等制得的白明胶。半完全蛋白质半完全蛋白质 介于上述两种蛋白质之间，含有人体所必需的各种介于上述两种蛋白质之间，含有人体所必需的各种氨基酸，但氨基酸，但氨基酸组成比例不平衡氨基酸组成比例不平衡，依其作为唯一蛋，依其作为唯一蛋白质来源时，白质来源时，能维持机体生命，但不能促进机体生长能维持机体生命，但不能促进机体生长发育的一类蛋白质发育的一类蛋白质如小麦、大麦中的麦胶蛋白如小麦、大麦中的麦胶蛋白 氨
46、基酸代谢疾病：氨基酸代谢疾病：苯丙苯丙酮酮酸尿症酸尿症（phenylketonuria,PKU)苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，导致患儿智力苯丙酮酸的堆积对中枢神经系统有毒性，导致患儿智力发育障碍。发育障碍。19501950年以来年以来,已成功利用含有各种必需的宏量和微量营已成功利用含有各种必需的宏量和微量营养素养素,但其苯丙氨酸含量较低或无的膳食但其苯丙氨酸含量较低或无的膳食。苯丙苯丙酮酮酸尿症酸尿症（phenylketonuria,PKU)部分苯丙酮酸经部分苯丙酮酸经乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶作用转化为作用转化为苯乳酸苯乳酸，部分氧化脱羟变为部分氧化脱羟变为苯乙酸苯乙酸。尿以及汗液排出的这些
47、代谢物使患儿体表以及尿以及汗液排出的这些代谢物使患儿体表以及尿液呈特殊的尿液呈特殊的“鼠尿味鼠尿味”。血中大量的苯丙氨酸血中大量的苯丙氨酸抑制酪氨酸脱羧酶活性抑制酪氨酸脱羧酶活性，从而减少黑色素的形成从而减少黑色素的形成，皮肤、毛发和眼睛颜，皮肤、毛发和眼睛颜色变浅。色变浅。苯丙酮酸尿症苯丙酮尿症苯丙酮尿症常染色体隐性常染色体隐性苯丙酮尿症型：智力低下，60%患儿有脑电图异常。头发细黄，皮肤色浅和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。早期早期 (出生后出生后7-107-10天）着手防治，出生后天）着手防治，出生后3 3个月个月内低苯丙氨酸饮食，如内低苯丙氨酸饮食，如大米、大白菜、菠菜、大
48、米、大白菜、菠菜、马铃薯、羊肉马铃薯、羊肉等，可促使婴儿正常生长发育。等，可促使婴儿正常生长发育。孩子长大时再适当放宽对饮食的限制，能孩子长大时再适当放宽对饮食的限制，能成功成功防止苯丙防止苯丙酮酮酸尿症患者智力发育迟缓的进一步酸尿症患者智力发育迟缓的进一步发展。发展。未经治疗的苯丙未经治疗的苯丙酮酮酸尿症患者的智商分数在酸尿症患者的智商分数在10103030，而经过治疗的患者智商分数只比其正常而经过治疗的患者智商分数只比其正常的未患病同胞兄妹稍低几分。的未患病同胞兄妹稍低几分。白化病：白化病：由于缺乏由于缺乏酪氨酸酶酪氨酸酶，酪氨酸不能转变为双羟苯丙，酪氨酸不能转变为双羟苯丙氨酸，氨酸，不能
49、形成黑色素不能形成黑色素。患者全身皮肤、头发、眼缺乏黑色素，皮肤白患者全身皮肤、头发、眼缺乏黑色素，皮肤白或粉红，头发呈淡黄色，眼呈浅蓝色，畏光眼球或粉红，头发呈淡黄色，眼呈浅蓝色，畏光眼球震颤。震颤。苯丙酮尿症苯丙酮尿症白化病白化病白化病尿黑酸症尿黑酸症缺乏尿黑酸氧化酶，缺乏尿黑酸氧化酶，尿黑酸分解受阻，出尿黑酸分解受阻，出现现黑尿黑尿褐黄病性关节炎、褐黄病性关节炎、大关节大关节褐黄病褐黄病上腭出现兰色或黑色的色素斑上腭出现兰色或黑色的色素斑眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀眼巩膜、肋软骨出现黑色沉淀（内源性尿黑酸自身氧化形成内源性尿黑酸自身氧化形成）蛋白质与健康蛋白质与健康1.蛋白质约占人体质量的
50、蛋白质约占人体质量的16%，是肌肉、血液、皮肤和许多，是肌肉、血液、皮肤和许多其他器官的重要组成部分；其他器官的重要组成部分；2.每日摄取的蛋白质应该相当于全天热量的每日摄取的蛋白质应该相当于全天热量的10-12%；3.必需氨基酸、限制氨基酸；必需氨基酸、限制氨基酸；4.食物来源：肉、鱼、蛋、奶；食物来源：肉、鱼、蛋、奶；5.缺乏蛋白质的后果：代谢率下降、发育受阻、生命脆弱、缺乏蛋白质的后果：代谢率下降、发育受阻、生命脆弱、易生病。易生病。近来有报道称，疑有不良近来有报道称，疑有不良商人将皮革废料或动物毛商人将皮革废料或动物毛发等物质加以水解成皮革发等物质加以水解成皮革水解蛋白，再将其掺入奶水
