第八章生命物质与人体健康.ppt

第八章,生命物质与人体健康,主讲：罗典典,（1）了解氨基酸、蛋白质、酶的结构和特性本章学习要求,（2）了解核糖核酸、脱氧核糖核酸的组成与结构，DNA复制机制与基因表达；了解生命科学中的基因突变、DNA重组技术、基因工程、中心法则等近代新概念3）了解一些对人类危害较大的疾病的防治方法及人们在治疗癌症、心血管病、爱滋病等中的一些新方法、新技术4）了解生命元素的主要生理功能及其与人体健康的关系，平衡膳食的组成及毒品种类2,8.1 氨基酸、蛋白质和酶,8.2 核酸和基因工程,8.3 疾病与治疗,8.4 生命元素与人体健康,目 录,3,8.1 氨基酸、蛋白质和酶,4,氨基酸是蛋白质水解的最终产物由蛋白质水解得到的氨基酸有20种蛋白质水解得到的氨基酸都是属于α-氨基酸，可用 如下通式表示：,不同的氨基酸仅仅是R基团部分有所不同α,8.1.1 氨基酸,5,序号 中文名称 英文缩写  结构式,1 甘氨酸 Gly(G)    2 丙氨酸 Ala(A)    3 亮氨酸* Leu(L)   4 异亮氨酸* Ile(I)   5 缬氨酸* Val(V)   6 丝氨酸 Ser(S)   7 苏氨酸* Ihr(T) 8 甲硫氨酸 (蛋氨酸)* Met(M)   9 半胱氨酸 Cys(C)   10 苯丙氨酸* Phe(F),,,,,,,20种天然氨基酸,6,序号 中文名称  英文缩写  结构式,11 谷氨酰胺 Gln(Q ) 12 天冬酰胺   Asn(N)13 酪氨酸 Tyr(Y)  14 色氨酸*  Trp(W)   15 天冬氨酸  Asp(D)  16 谷氨酸 Glu(E) 17 赖氨酸* Lys(K)   18 精氨酸* Arg(R)  19 组氨酸*   His(H)   20 脯氨酸 PrO(P),20种天然氨基酸（续）,,,,,,7,表中带*者为人体必需氨基酸，儿童有10种，成人则为前8种。

氨基酸特性： 无色晶体，熔点较高（一般>200℃） 不溶于有机溶剂，易溶于水 具有两性,思考：什么是必需氨基酸？,必需氨基酸——人体所必需但自身不能制造的氨基酸，它们必须从食物中摄取思考：20种氨基酸都是人体必需氨基酸吗？,必需氨基酸,8,除甘氨酸外，其余19种氨基酸的α-碳原子都与4个不相同的基团相连这种结构的的化合物在空间有两种不同的排布：,这两种不同排布的化合物不能重叠，它们之间的关系就象实物和镜像、左手和右手的关系：,构型异构与手性分子,9,☆这种由于基团在空间的排列方式不同引起的异构称为构型异构☆这种实物和镜像不能重叠的分子称为手性分子或不对称分子，两者称为一对对映体，其中一个为D-型，另一个为L-型☆蛋白质水解得到的氨基酸都是L-型氨基酸10,肽是氨基酸分子间通过肽键相连的一类化合物由二个氨基酸缩合而成的叫二肽，由三个氨基酸缩合而成的叫三肽，由较多的氨基酸缩合而成的叫多肽二肽,8.1.2 多肽,,肽键,11,多肽链可简单表示如下：,,,,氨基酸残基,N端,C端,一种广泛存在于动植物细胞中的重要三肽，是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成它的结构式为：,命名 γ-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸,简称 谷胱甘肽,12,肽键的结构,13,蛋白质是生物体内一类极为重要的功能大分子化合物。

从最简单的病毒、细菌等微生物到高等动物，一切生命过程和繁衍活动都与蛋白质密切相关，可以说没有蛋白质就没有生命蛋白质种类繁多，结构十分复杂，估计在人体内有几十万种以上的蛋白质8.1.3 蛋白质,14,为了表示其不同层次的结构，常将蛋白质结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构但小分子蛋白质与大分子多肽之间不存在绝对严格的分界线现在还认为多肽一般没有严密并相对稳定的空间结构，即其空间结构比较易变，具有可塑性；而蛋白质分子具有相对严密，比较稳定的空间结构，这也是蛋白质发挥生物功能的基础，因此一般将胰岛素（牛胰岛素相对分子质量为5733）划归为蛋白质蛋白质与多肽均是氨基酸的多聚物，通常将相对分子质量在10 000以上的称为蛋白质，10 000以下的称为多肽15,蛋白质分子的一级结构是指多肽链中氨基酸残基的连接方式和排列顺序不同的蛋白质，一级结构不同蛋白质的一级结构是由基因上的遗传密码的排列顺序决定的一级结构最为重要，它包含着决定蛋白质空间结构的基本因素，也是蛋白质生物功能的多样性和种属特异性的结构基础1. 蛋白质的一级结构,16,,A链含有11种共21个氨基酸残基，N-端为甘氨酸，C-端为天冬酰胺，A链本身的6位和11位上的二个半胱氨酸通过二硫键相连成环；,B链含16种共30个氨基酸残基，其N-端为苯丙氨酸，C-端为丙氨酸。

牛胰岛素的一级结构示意图牛胰岛素由二条肽链共51个氨基酸残基组成,17,1965年我国科学工作者在世界上首次用人工方法合成具有全部生物活性的结晶牛胰岛素蛋白质的人工合成不仅在哲学上、理论上有重大意义，而且为 合成比天然产物更有效的多肽抗生素、激素等药物开辟了广阔前景18,,蛋白质的空间结构又叫蛋白质的构象、高级结构、立体结构、三维结构等，指的是蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布维持蛋白质分子构象的作用力有：氢键、盐键、疏水键、范德华力和二硫键等蛋白质的空间结构主要包括蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构最早研究蛋白质空间结构的上世纪最伟大的化学家L.Pauling，在20世纪30年代就开始应用X-衍射方法来研究蛋白质晶体结构1951年首先提出了蛋白质的立体结构模型：α-螺旋和β-折叠2.蛋白质的空间结构,19,维持蛋白质分子构象的各种作用力 a．氢键； b．盐键； c．疏水键；d．二硫健,20,,蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架中若干肽段在空间的伸展方式维系主链构象稳定的最主要因素是主链的羰基和亚氨基之间所形成的氢键：,蛋白质的二级结构最重要的是α-螺旋和β-折叠，还有β-转角和无规卷曲等。

1）蛋白质的二级结构,21,在α-螺旋结构中，多肽链中各肽键平面通过α-碳原子的旋转，围绕中心轴形成一种紧密螺旋盘曲构象绝大多数蛋白质分子中所存在的α-螺旋几乎都是右手螺旋α-螺旋结构,22,α-螺旋其结构特点如下：,肽链呈螺旋上升，每相隔3.6个氨基酸残基上升1圈，每个氨基酸残基沿轴旋转100，沿轴向升高0.15nm，故螺距约为0.54nm；,23,螺旋间靠氢键维系，氢键是由同一条主链上一个氨基酸残基中的C=O氧与后面第四个氨基酸残基中的N-H氢形成，方向与螺旋轴大致平行，由于每个肽键中的C=O和N-H都参与形成链内氢键、故保持了α-螺旋的最大稳定性24,α-螺旋的四种表示方法,25,β-折叠一般有两条以上的肽链或一条肽链内的若干肽段共同参与形成，它们平行排列，并在两条肽链或一条肽链内的两个肽段之间以氢键维系而成β-折叠结构,26,,纤维状蛋白质一般只有一类二级结构构象单元，而球状蛋白质可能在同一分子内有几类二级结构构象单元蛋白质的三级结构是指蛋白质（主要指球状蛋白）分子在二级结构的基础上依靠非共价键力进一步卷曲、折叠而构成的一种不规则的、特定的、更复杂的空间结构β-转角,β-折迭,α-螺旋,无规卷曲,,,,,,,,,,(2) 蛋白质的三级结构,27,抹香鲸肌红蛋白的三级结构,存在于哺乳动物（鲸、海狗和海豚）肌肉中的肌红蛋白是一种较小的球状蛋白，它是由一条含153个氨基酸残基组成的多肽链。

主链中75％绕曲成8段比较直的-螺旋28,1971年我国科学工作者全部完成了0.25nm分辨率的猪胰岛素晶体结构的测定工作1974年又完成了分辨率为0.18nm的胰岛素晶体结构的分析工作我国测定绘制的猪胰岛素空间结构示意图,猪胰岛素结构,29,,蛋白质的四级结构中的每一个具有三级结构的多肽链称为亚基（或亚单位）一般亚基多为偶数，较小的蛋白质亚基数一般为2～10个，多的可达上千个血红蛋白有两条α-链、两条β-链，α-链含141个氨基酸残基，β-链含146个氨基酸残基（共4个亚基、近于一个直径为5.5nm的球体）很多蛋白质是以三级结构的球状蛋白质的聚集体形式存在的这种由球状蛋白质通过非共价键彼此结合在一起的聚集体称为蛋白质的四级结构溶菌酶、肌红蛋白等无四级结构3) 蛋白质的四级结构,30,血红蛋白的四级结构,31,酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂绝大多数的酶都是蛋白质酶的辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作用特点不同又可分为辅酶或辅基非蛋白质部分 (辅助因子),8.1.4 酶和酶工程,32,,（2）高度选择性 酶一般只能选择性地催化一种或一类相同类型的化学反应。

酶催化的反应几乎不产生副反应1）高效性 酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂酶的催化效率通常比非催化反应高108～1022倍，比一般催化剂高107～1013倍3）反应条件温和 酶促反应一般在pH＝5～8的水溶液中进行，反应温度范围为20～40℃在非水溶剂中，有些酶可在100 ℃以上反应1. 酶的催化作用特点,33,,其中E-S复合物的形成是决定反应速率的关键步骤在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶-底物中间复合物当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶2. 酶催化反应的机理,34,,(1) “锁与钥匙”学说——刚性模式,(2) “诱导契合”学说——柔性模式,3.酶与底物结合的模式,35,,酶工程是指酶制剂在工业上的大规模生产和应用主要内容 酶的制备、酶和细胞的固定化、酶反应器的设计和放大、反应条件的设计和优化等主要任务 通过预先设计，经过人工控制，获得大量所需酶，并保持酶的稳定性，发挥最大的催化功能酶催化反应的基本步骤：,酶制剂,→,产品,催化反应,生物反应器,固定酶,→,→,→,目前已从生物体提取并纯化了3000种以上酶，工业化生产已有100多种，如胰蛋白酶（消化药）、溶菌酶、天冬酰胺酶（抑肿瘤）等。

4. 酶工程,36,我们的饮食要注意吸收各种营养合理营养是健康的物质基础，而平衡膳食是合理营养的唯一途径毒品是目前一个危害比较严重的社会问题，毒品主要有鸦片、海洛因、冰毒等4.化学元素与生命,组成生命体的元素很多，但其中11种常量元素和14种微量元素是最关键的每一种元素都有其独特的生理功能平衡膳食的组成必须包括四方面的食物：谷类、薯类和杂粮；动物肉类和豆类；蔬菜类；水果类和油脂类37,谢谢。