生物高分子化合物

§14-2氨基酸和蛋白质
（简 介）
一、氨基酸的结构与分类和主要性质
1、 α-氨基酸的结构
氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单 位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸 和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为： （1）结构 分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的 α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。
6 * 5 * 4
H - C OH HO - C - H H - C H - C CH 2OH
O
H OH
CH2OH H HO H
O H H OH OH
HO
2、单糖的物理性质
单糖在常温下大多为白色晶体，可溶于水，具吸湿性，难溶于 醇等有机溶剂，水—醇混合溶剂常用于糖的重结晶。单糖都有甜味， 但程度不同。除丙酮糖外，都具有环状结构。
H 2N COOH CH R α-碳原子基团 R基团
α-氨基酸基本结构通式
（2）氨基酸——羧酸分子里烃基上的氢原子被氨基取代后 H 的生成物叫氨基酸。
α-氨基酸通式：
H2N
C R
COOH
2、氨基酸的分类（只介绍）
中性氨基酸 氨基数 = 羧基数 按R基团的 酸碱性分
碱性氨基酸 氨基数 > 羧基数
酸性氨基酸 氨基数 < 羧基数
（7）分解反应
C6H12O6
酒化酶
2C2H5OH + 2CO2↑
三、 寡糖（只介绍二糖） 1.麦芽糖（C12H22O11） （1）组成和结构
CH2OH H HO H OH H
葡萄糖
CH2OH O H H OH
α -1，4糖苷键 1
H O
4
O H H OH H H OH
葡萄糖
OH
（2）主要化学性质
2、纤维素
（ 1）存在：纤维素是自然界分布最广、存在量最多的有机物， 是植物细胞壁的主要组分。纤维素在棉花中的含量达98％，在木 材中为50％。 （ 2）结构：
纤维素的结构单位是β-D-葡萄糖
（3）化学性质： ①无还原性 ②水解反应
其水解产物也是葡萄糖。
③由于人体内无水解β-1，4糖苷键的酶存在， 不能代谢利用纤维素作为人体活动的能源 物质。
H C H - C-OH HO - C-H H - C-OH H - C CH 2OH
α -D-葡萄糖
36%
OH
CHO H - C - OH O HO - C - H H - C - OH H - C - OH CH 2OH
D-葡萄糖
0.024%
HO C
H
H - C-OH HO - C-H H - C-OH H - C CH 2OH
（3）结构：
淀粉是由很多D-葡萄糖通过糖苷键缩合而成，所以淀粉 的结构单位是D-葡萄糖
（4）化学性质： ①无还原性 ②淀粉的特性反应
淀粉溶液遇碘→变蓝色
③淀粉的水解反应
水解反应最终生成葡萄糖，水解程度可用碘加以检测：
水解过程（加入碘水）： 淀粉 → 糊精 → 麦芽糖 → 葡萄糖
蓝 蓝紫→红色 无色 无色
5.89 5.68 5.66 5.07 5.74 5.41
谷氨酰胺
苏氨酸
glutamine
threonine
Gln
Thr
Q
T
5.65
5.60
3. 酸性氨基酸 天冬氨酸 aspartic acid 谷氨酸 4. 碱性氨基酸 赖氨酸 lysine Lys K
9.74
Asp Glu
D E
2.97 3.22
（2）化学性质 ①无还原性（分子中无半缩醛羟基）， 不能和Tollen’s或 Fehling’s反应。 ②水解反应 蔗糖在酸性条件或在酶的作用下水解，生成一分子葡 萄糖和一分子果糖，水解后的溶液具有还原性。
C12H22O11 + H2O 蔗糖
稀H2SO4 Δ C6H12O6 + C6H12O6 葡萄糖
CH2OH D 甘油 醛 L
CH2OH 甘油 醛
单糖的Fischer投影式书写
（2）单糖的环状结构
葡萄糖的性质用其开链结构式不能解释的问题
葡萄糖分子若仅以链式结构存在，在无水HCl存在下其 游离醛理应与两分子甲醇作用生成缩醛，但实际上葡萄糖 分子只能与一分子甲醇结合成稳定的化合物。
在溶液中，开链式与环式结构，两者可互变：
D-葡萄糖、D-甘露糖、D-果糖之间在稀碱催化的互变异构反应
由于存在葡萄糖和果糖之间的互变异构，所以葡萄糖和 果糖的某些化学性质很相似。
（2）氧化反应
① 碱性条件下能被弱氧化剂氧化
葡萄糖和果糖都能和Tollen’s或 Fehling’s反应，有银析出或 生成砖红色的Cu2O沉淀。 如葡萄糖与Tollen’s和Fehling’s试剂的反应式可表示为： Δ CH2OH(CHOH)4CHO + 2[Ag(NH3)2]OH CH2OH(CHOH)4COOH + 2Ag + 4NH3 + H2O CH2OH(CHOH)4CHO + 2Cu(OH)2 Δ CH2OH(CHOH)4COOH + Cu2O + 2 H2O [思考]葡萄糖是醛糖，能与Tollen’s和Fehling’s试剂反应，但果 糖是酮糖不存在醛基为什么也能与Tollen’s和Fehling’s试剂反应？ 原因：存在互变异构 ↑
3、单糖的化学性质
（1）互变异构反应 单糖在稀碱溶液中，开链结构的醛或酮基与α碳原子上的 H原子发生互变异构反应，产生烯二醇结构，此结构进一步 互变异构，逆向恢复成原来的单糖，或正向进行，产生差 向异构生成另一种单糖等称为差向异构化。 D-葡萄糖与D-甘露糖及D-果糖之间在稀碱催化下通过烯二 醇结构而发出互变异构反应。
(CHOCOCH3)4 + 5H2O
CHO
五乙酸葡萄糖酯
CH 2OH H OH H OH H O H H OH OH
CH 2OH
H3PO4
H2 O
H OH H OH H
O H H OH
或
OPO 3H 2
CH 2OPO 3H 2 O H H H H OH OH OH H OH
1-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
赖、组、精
谷、天冬(氨酸)
* 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:
1. （非极性）疏水性氨基酸 甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 glycine alanine valine leucine isoleucine Gly Ala Val Leu Ile G A V L I F P
5.97 6.00 5.96 5.98 6.02 5.48
①有还原性（分子中存在半缩醛羟基） 能和Tollen’s或 Fehling’s反应。
CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH
H
HO
O H H OH H H OH
O
H H OH H
O H H OH
OH
H
HO
O H H OH H H OH
O
H H OH H
OH H OH CHO
麦芽糖是还原性糖 ②水解反应
glutamic acid
精氨酸
arginine
Arg
R
10.76
组氨酸
histidine
His
H
7.59
人体所需的八种必需氨基酸
赖氨酸(Lys)
亮氨酸(Leu) 婴儿时期所需: 早产儿所需：
缬氨酸(Val)
蛋氨酸(Met)
色氨酸(Trp)
苯丙氨酸(Phe)
异亮氨酸(Ile) 苏氨酸(Thr)
精氨酸(Arg)、 组氨酸(His) 色氨酸(Trp)、半胱氨酸(Cys)
必需氨基酸：生命活动所必需的，但人体自身不能合成，必
β -D-葡萄糖
64%
O
葡萄糖的链、环结构互结构方法是，将左侧原子或
原子团写在上方，右侧原子或原子团写在下方。如：
1 * *
CHO
2 3
H C
OH
H - C - OH HO - C - H H - C - OH H - C - OH CH 2OH
果糖
银氨溶液 银镜生成 Δ 3d H2SO4 NaOH 水解产物 蔗糖（1ml） Cu(OH)2 Δ 为何要加 NaOH 砖红色沉淀 Δ 溶液至碱性？
四、多糖（只介绍淀粉和纤维素）
1. 淀粉
（1）存在：淀粉是植物体中储藏的养分，多存在于种子和块茎中。 （2）组成：直链淀粉(又称糖淀粉)—可溶解在热水中， 支链淀粉(又称胶淀粉)——不溶于水
说明：糖类的俗称——碳水化合物并不存在原来的意义，只
是沿用了下来。 （3）糖类定义——从结构上看，糖类一般是多羟基醛或多羟 基酮以及水解能生成它们的物质。
醛糖：葡萄糖、半乳糖、 单糖：不能再水解的糖 （脱氧）核糖 酮糖：果糖 寡糖：水解能生成2-10个单糖 分子的糖，又称低聚糖 蔗糖 麦芽糖
（4）分类
乳糖 均多糖：水解生成一种单糖 多糖：能水解生成许多单 如：淀粉、纤维素等 糖的高分子化合物 杂多糖：水解生成多种单糖 或单糖衍生物如：阿拉伯胶
二、 单糖
重点介绍葡萄糖和果糖
葡萄糖和果糖的分子式都是C6H12O6，但它们的结构是 不同的。 葡萄糖是己醛糖链式结构可表示为：CH2OH(CHOH)4CHO。 O 果糖是己酮糖链式结构可表示为：CH2OH(CHOH)3CCH2OH。 葡萄糖和果糖都是单糖，它们的性质很相似，所以放在 一起讨论。
一、糖的概念和分类
1、糖类(俗称:碳水化合物)
（1） 组成 —— C、H、O 三种元素 例：葡萄糖、果糖 C6H12O6
蔗糖、麦芽糖 淀粉、纤维素
C12H22O11 (C6H10O5)n