天然高分子课件

天然高分子的种类很多，组成结构复杂可粗分成下列六类：

1.多糖，包括纤维素、淀粉、糖原、半纤维素等；

2.蛋白质，即动植物中的聚酰胺；

3.核酸，即聚核苷酸；

4.天然橡胶或聚异戊二烯；

5.木质素；

6.其他，如虫胶和聚链烷酸酯

纤维素•纤维素：•纤维素是构成细胞壁的基础物质。木材约有一半是纤维素。棉花是自然界中较纯粹的纤维素，约含纤维素92—

95%，脱脂棉和无灰滤纸差不多是纯粹的纤维素。•纤维素分子中大约含有几千个葡萄糖单元。它的分子量约为几十万。

•纤维素的性质：

•纤维素是白色、无臭、无味的物质，不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂。

•跟淀粉一样，纤维素不显示还原性。纤维素可以发生水解，但较淀粉困难。纤维素在稀酸和一定压强下长时间加热可发生水解，水解的最后产物是葡萄糖。

纤维素结构

纤维素结构

•

纤维素的水解反应可以表示如下：

纤维素分子由很多个葡萄糖

单元构成。每个葡萄糖单元有三个

醇羟基，因而纤维素分子也可用

【C6H7O2（OH）3】n表示。由于醇

羟基的存在，所以纤维素能够表现

出醇的一些性质，如生成硝酸酯、

乙酸酯等。

纤维素的用途：

纤维素常用于制造纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯、粘胶纤维和造纸等等。

（1）制造纤维素硝酸酯

纤维素硝酸酯俗名硝酸纤维，是由棉花（成分是纤维素）跟浓硝酸、浓硫酸的混和物在一定条件下反

应制得的。

•

•

•

•（2）制造纤维素乙酸酯纤维素乙酸酯俗名醋酸纤维素,是由棉花跟乙酸-乙酸酐[(CH3CO)2O]的混合物在一定条件下反应制得的。纤维素乙酸酯多用于电影胶片片基.它的优点是不易着火.(3)制造粘胶纤维把纤维素依次用浓氢氧化钠.二硫化碳处理,再把生成物溶解于稀氢氧化钠溶液中即形成粘胶液.把粘胶纤维.粘胶细孔压入稀硫酸溶液中,重新生成纤维素,即是粘胶纤维.粘胶纤维中的长纤维俗称人造丝,短纤维俗称人造棉,都可供纺织用.如果把粘胶液通过狭缝压入稀酸中,可制成透明的薄膜,俗称玻璃纸。

淀粉：

淀粉是绿色植物进行光合作用的产物，主要存在于植物的种子、块茎或块根里，其中谷类中含淀粉较多。例如，大米约含淀粉80%，小麦约含70%，马铃薯约含20%等。

淀粉分子中约含有几百个到几千个葡萄糖单元，它的分子量从几万到几十万。淀粉是一类分子量很大的化合物。这类分子量很大的化合物通常叫做高分子化合物。淀粉、纤维素、蛋白质都属于天然有机高分子化合物。

性质：

淀粉是一种白色粉末状的物质，它不溶于冷水，在热水里淀粉颗粒会膨胀破裂，有一部分淀粉会溶解在水里，另一部分悬浮在水里，形成胶状淀粉糊。

化

学

性质1 、与碘的反应2 、水解酸性水解淀粉酶水解——生成麦芽糖。3 水解后的银镜反应。

用途•制葡萄糖和酒精•淀粉是食物的一种重要成分。它也是一种工业原料，可以用来制葡萄糖和酒精等。淀粉在淀粉酶的作用下，先

转化为麦芽糖，再转化为葡萄糖。葡萄糖受到酒曲里的酒化酶的作用，变为酒精。这就是含淀粉物质酿酒的主要过程。葡萄糖变为酒精的反应可以简略表示如下：

1.半纤维素和戊糖

2.甲壳素和壳聚糖

3.

琼脂和藻酸

蛋白质是第二大类天然高分子，仅次于多糖。蛋白质

构成动物躯体大部分组织，存在于所有细胞中，是皮肤、

肌肉、腱、神经。血液的主要组成，也是酶、激素、抗体的主要成分。

蛋白质的相对分子质量很大，可以达到上千万。但是如此大的高分子化合物，也是由基本结构单元构成的，就是氨基酸。

10.2.1 α-α-中α-碳上的H●人体内不能合成的氨基酸（必需氨基酸）有哪几种？8种合成能力较差的氨基酸（半必需

2种氨基酸）有几种？

●蛋白质水解后得到的均为α-氨基酸

1.几种重要的氨基酸甘氨酸丙氨酸苯丙氨酸

谷氨酸

2. 氨基酸的性质

●物理性质：

无色晶体，有特殊香甜味，熔点较高（200℃），能溶于强酸或强碱溶液中，一般能溶于水，（难溶于乙醇、乙醚）。●结构分析

官能团分析：

氨基典型反应R羧基典型反应

既能与酸反应生成盐①、氨基酸的两性也能与碱反应生成盐

+HCl

+NaOH+ H2O

②、氨基酸的解离

OH-

2－COOH

3+2－COO-NH3+OH-H+H+2－COO-

2甘氨酸解离示意图

R－CH－COOHOH-

H+R－－COO-

3+OH-H+R－－COO-23+

氨基酸的等电点是:当调节溶液的pH为某一特定值的时候,可以使下式中阴、阳离子的浓度相等

,此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点,记作pI.达到等电点时,氨基酸在水中的溶解度最小,可以根据这一性质分离氨基酸.

③、成肽反应

两个氨基酸分子（可以相同，也可以不同），在酸或碱的存在下加热，通过一分子的氨基与另一分子的羧基间脱去一分子水，缩合形成含有肽键的化合物，

成为成肽反应。+ H2O

10.2.2 蛋白质的种类和功能

蛋白质是多种氨基酸的共缩聚物，属于天然聚酰胺。可以从不同角度，如功能用途、组成、结构形态等，对蛋白质可进行多种分类。

（1）按功能和用途，蛋白质可分为结构蛋白（如丝、毛、胶原），催化功能蛋白（如酶），传输蛋白（如传输氧的血红素蛋白）等。

（2）按组成，还可以将蛋白质分为单纯蛋白和结合蛋白。

（3）根据结构形态，蛋白质可粗分为纤维蛋白和球形蛋白两大类。

a.纤维蛋白：α-角蛋白一般是非弹性体，强韧或有一定柔性，其

分子构象是α-螺旋结构。

β-角蛋白也是α-螺旋，有分子内氢键。

b.球蛋白：生物体内化学反应功能与球蛋白有关，属于这类蛋白质的有酶、激素、抗体、蛋清蛋白、血红素蛋白、肌红蛋白等。

蛋白质的四级结构

蛋白质的分子结构包括：

一级结构(primary structure)

二级结构(secondary structure)高级结构三级结构(tertiary structure)

四级结构

(quaternary structure)

1、蛋白质的一级结构

定义：

蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。

主要化学键：肽键

二硫键的位置属于一级结构研究范畴。

2、蛋白质的二级结构

定义：

蛋白质二级结构的主要形式

•-螺旋( -helix )

•-折叠( -pleated sheet )

•-转角( -turn )

•无规卷曲( random coil )

-螺旋

结构要点:

①多肽链主链围绕中心轴形成

右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。

②每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm，即0.15nm/氨基酸残基。

③每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。

-折叠

①多肽链充分伸展，相邻酰胺平面之间折叠成锯齿状结构，侧链位于锯齿结构的上下方。②两段以上的β -折叠结构平行排列，两链间可顺向平行，也可反向平行。

③两链间的肽键之间形成氢键，以稳固β -折叠结构。氢键与螺旋长轴垂直。

-转角和无规卷曲

-转角：

①肽链内形成180º回折。

②含4个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键。

③第二个氨基酸残基常为脯氨酸（Pro）。无规卷曲：没有确定规律性的肽链结构。

3、蛋白质的三级结构

定义

整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。稳定因素：

疏水键、离子键、氢键和范德华力等。

4、蛋白质的四级结构

每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基(subunit)。

蛋白质分子中两条或两条亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。

亚基之间的结合力主要是氢键和离子键。

血红蛋白（Hb

）的四级结构

10.2.4 多肽的合成

某一氨基酸的氨基和另一氨基酸的羧基进行缩合，

形成酰胺键（肽键），产物称为肽

10.2.5 蛋白质的化学反应

1* 蛋白质的变性(denaturation)

在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分

子的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。

2013-6-11

变性的本质：

——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白

质的一级结构。

•造成变性的因素：

如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、

重金属离子及生物碱试剂等。

若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素

后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构

象和功能，称为复性。

2、水解

水解原理：(结构中含有)HO

H—N—CH2—C—OH

注意：不同的蛋白质水解最终生成各种氨基酸，

、侧基反应

蛋白质中侧基，如

等，可与酸、酰氯、酸酐、醇、偶氮盐、甲醛、异氰酸酯等反应，供研究或改性之需。

4、交联

研究目的有二：（1）使蛋白质中的原有二硫桥交联断裂，增加蛋白质在水中的溶胀溶解性能；（2）在皮、毛、丝分子间引入交联，改善使用性能，例如动物生皮用单宁、铬盐、甲醛等鞣制（交联），增加对酸、碱、氧化剂、微生物霉变的稳定性。

10.2.6 重要天然蛋白质的结构特征和改性羊毛、丝、胶原、酪素等重要天然蛋白质，可以根据其结构特征，进行改性。

（1）羊毛

（2）蚕丝

（3）胶原

（4）酪素塑料和人造毛

10.2.7 酶—生物催化剂

（1）、什么是酶

一类由细胞产生的，对生物体内的化学反应具有催化作用的蛋白质。

（2）、酶催化作用具有的特点

（1）条件温和，不需加热。

（2）具有高度的专一性。

（3）具有高效催化作用。