图9.9
在鞘糖脂中，单糖、双糖或寡糖通过O-糖苷键与神经酰胺相连，重要的鞘糖脂有脑苷脂(cerebroside)、硫脑苷脂(sulfatide)和神经节苷脂(ganglioside)。
脑苷脂是单糖与神经酰胺形成的糖脂，是非离子型的。半乳糖脑苷脂(galatocerebroside)几乎全部存在于脑的细胞膜中。
脑苷脂被硫酸化后称为硫脑苷脂，在生理pH下带负电荷。
寡糖链(带有一个或多个唾液酸残基)与神经酰胺形成的鞘糖脂称为神经节苷脂，最初是从神经组织中分离到的，在其它组织中也有分布。
神经节苷脂的命名含有M、D、T和角注数字，M、D、T分别表示含有一个、两个、三个唾液酸，数字表示在糖链上的位置。
（1）、 脑苷脂（中性糖鞘脂类） 

图
主要在神经、脑组织中，X为Glc称Glc脑苷脂，X为Gal称Gal脑苷脂。X还可能是：Fuc、GlcNAc、GalNAc
（2）、 神经节苷酯（酸性糖鞘脂类）
含有唾液酸，在脑灰质和胸腺中含量高。
中枢神经系统某些神经元膜的特征性脂，可能与通过神经元的神经冲动传递有关。

图
人的神经系统细胞膜至少有15种神经节苷脂，它们的生物功能尚未完全了解。
3、 糖脂的生物学功能
糖脂的功能还不十分清楚，有些动物细胞膜上的糖脂分子能与细菌毒素以及细菌细胞结合，起受体的作用。
（1）细胞结构的刚性
（2）抗原的化学标记  血型抗原
        图
人的A、B、O血型差异在于糖链末端残基。现在临床上正研究用酶促降解B—抗原或A抗原的末端残基Gal或GalNAc，从而增加O—抗原的血液来源。
（3）细胞分化阶段可鉴定的化学标记
可能与糖链的长短有关
（4）调节细胞的正常生长
与正常细胞转化成肿癌细胞有关。肿癌Cell的神经节苷脂糖链比正常Cell的短。
（5）授予细胞与其它生物活性物质的反应性倾向。

u 鞘脂贮积病(sphingolipld storage disease, sphingolipidose)
溶酶体贮积病是由于降解某种特定代谢物的酶发生遗传性缺陷造成的。一些溶解体贮积病与鞘脂代谢有关，也称鞘脂贮积病，常见的就是Tay-sochs神经节苷GM2贮积病，这是由于降解它的b-hexosaminidaseA(b-氨基己糖苷酶)缺陷造成的。当细胞积累GM2时就溶胀最终死亡，Tay-Sachs综合症(失明，肌肉萎缩，抽搐，精神错乱)，通常在出生数月后表现出来。
disease symptern Accumulating spluingolipid Enzyme deficiency
Tay-sachs disease BlindnessMuscle weaknessSeizuresMental retardation Ganglioside 
GM2 b-hexosaminidoseA Gaucheris disease Mental retardations,Liver and spleen enlargementEresion of 
cong bones Glucocerebosile b-glucosidase
Niemann-Pick disease Montal retardution sphingomyelin sphingomylinase
二、 脂蛋白   lipoprotein
要点：血桨脂蛋白 血桨白蛋白
（学生自己看，此处不讲，在脂代谢中讲。）

虽然脂蛋白可以指任何与脂基(如脂肪酸、异戊二烯)共价相连的蛋白、但它常常用来指哺乳动物血浆(尤其是人)中的脂-蛋白质复合物。
血浆脂蛋白可以把脂类(三酰甘油、磷脂、胆固醇)从一个器官运输到另一个器官。


图9.17  P233
血浆脂蛋白根据密度来分类：
（1） 乳糜微粒，密度非常低，运输甘油三酯和胆固醇脂，从小肠到组织肌肉和adipose组织。
（2） 极低密度脂蛋白VLDL(0.95-1.006g/cm3)，在肝脏中生成，将脂类运输到组织中，当VLDL被运输到全身组织时，被分解为三酰甘油、脱辅基蛋白和磷脂，最后，VLDL被转变为低密度脂蛋白。
（3） 低密度脂蛋白(LDL，1.006-1.063g/cm3)，把胆固醇运输到组织，经过一系列复杂的过程，LDL与LDL受体结合并被细胞吞食。
（4） 高密度脂蛋白(HDL，1.063-1.210g/cm3)，也是在肝脏中生成，可能负责清除细胞膜上过量的胆固醇。当血浆中的卵磷脂：胆固醇酰基转移酶(Lecithin cholesterol acyltransferase, LCAT)将卵磷脂上的脂肪酸残基转移到胆固醇上生成胆固醇脂时，HDL将这些胆固醇脂动输到肝。肝脏将过量的胆固醇转化为胆汁酸。

u 脂蛋白与动脉粥样硬化：(atherosclerosis)
动脉粥样硬化是一个慢性病，在此过程中，粥样物质逐渐沉积在动脉的内壁上，这些沉积物称为Plaque(蚀斑)，在plaque形成过程中，平滑肌细胞、巨噬细胞和各种细胞残渣逐渐聚集。当巨噬细胞中吞食了大量脂类物质(主要是胆固醇和胆固醇脂)它们就成为粥样化细胞。最后，粥样硬化斑钙化(calcify)突入动脉腔，阻止血液流动，大脑、心、肺等器官就会缺氧和营养。冠状动脉粥样硬化病是最常见的一种，由于缺氧和营破坏了心肌。
Plaque中的胆固醇大部分是来自粥样细胞吞噬的LDL。因此，毫不奇怪，高水平的血浆LDL与冠状动脉粥样症直接相关(LDL含有大量的胆固醇及胆固醇脂)，其它相关因素还包括高脂类饮食、吸烟、抑郁和缺少运动，高水平的血浆HDL与代几率的冠状动脉病有关。肝细胞是唯一具有HDL受体的细胞。
可粥样化的细胞具有LDL受体，当LDL与受体结合后这些细胞就通过胞吞作用吞食LDL。在正常情况下，进入细胞中的LDL释放出的胆固醇和其它脂类可用于细胞结构和代谢上的需要。通常情况下LDL受体功能是高度调控的，吞入相对大量的LDL后，LDL受体合成就降低。巨噬细胞却不同，LDL受体的合成并不降低，粥样硬化斑中的巨噬细胞含有高水平的LDL受体，而且对氧化破坏的LDL仍有亲和力。抗坏血酸(Vc)和VE都是抗氧化剂，能抑止粥样斑的形成。


第六节 萜类和固醇类化合物
可以统称为类异戊二烯类(isoprenoid)，由乙酰-CoA经由异戊二烯焦磷酸生成的，而不是由异戊二烯合成的
一、 萜类
一些真核蛋白质合成后经过异戊二烯化，常见的异戊二烯基团就是farnesyl和geranylgeranyl group 
二、 固醇类
结构：
含有环戊烷多氢菲母核的一类醇、酸及其衍生物。包括：固醇、固醇衍生物。

图
1、 胆固醇（二氢胆固醇、T—脱氢胆酸、胆固醇酯）
以游离或酯的形态存在于一切动物组织中，植物中没有。是最早由从动物胆石中分离出的固醇。
（1）、 结构
C3 羟基
C10和C13各一个甲基
C5与C6间一个双键
C17异辛烷
（2）、 性质 
白色、斜方晶体。
a. 醇基可与脂酸成酯（棕榈酸、硬脂酸、油酸）
b. 双键可加氢
（3）、 分布及功能
a. 70千克人体含140克左右，1/4在脑及神经组织中，肝、肾含量较多。肾上腺、卵巢等合成固醇激素的腺体含量也较多，可达1—5%。血清中含量升高，会增加患心血管疾病的可能性。
b. 胆固醇是生物膜的重要成分，羟基极性端分布于膜的亲水界面，母核及侧链深入膜双层，控制膜的流动性，阻止磷脂在相变温度以下时转变成结晶状态，保证膜在低温时的流动性及正常功能。
c. 胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D等生理活性物质的前体。
胆汁酸（在肝中合成）参与肠道脂类吸收
肾上腺皮质激素、雌激素、雄激素
               7一脱氢胆固醇   紫外线   维生素D3
2、 植物固醇
不能被动物吸收和利用。
主要有：豆固醇（大豆中）
麦固醇（麦芽中）
3、 酵母固醇
麦角固醇，经紫外光照射可转化成维生素D3。
三、 固醇衍生物
1、 胆汁酸
图
多数脊椎动物的胆酸，能以肽键与Gly或牛磺酸结合。胆酸与脂肪酸或其他脂类结合（胆固醇，胡萝卜素）成盐，乳化肠腔内油脂，增加脂肪酶作用位点，便于油脂消化吸收。
2、 类固醇激素
（1）肾上腺皮质激素（７种）
（2）性激素
雄性激素：睾丸酮
雌性激素：雌二醇、、黄体酮

第三章     蛋白质
第一节 蛋白质概论
蛋白质是所有生物中非常重要的结构分子和功能分子，几乎所有的生命现象和生物功能都是蛋白质作用的结果，因此，蛋白质是现代生物技术，尤其是基因工程，蛋白质工程、酶工程等研究的重点和归宿点。
一、 蛋白质的化学组成与分类
1、 元素组成
碳 50%  氢7%    氧23%   氮16%    硫 0-3%    微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼
凯氏定氮：平均含氮16%，粗蛋白质含量=蛋白氮×6.25
2、 氨基酸组成
从化学结构上看，蛋白质是由20种L-型α氨基酸组成的长链分子。
3、 分类
（1）、 按组成：
简单蛋白：完全由氨基酸组成
结合蛋白：除蛋白外还有非蛋白成分（辅基）
详细分类，P 75 表 3-1，表 3-2。（注意辅基的组成）。
（2）、 按分子外形的对称程度：
球状蛋白质：分子对称，外形接近球状，溶解度好，能结晶，大多数蛋白质属此类。
纤维状蛋白质：对称性差，分子类似细棒或纤维状。
（3）、 功能分：
酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、结构蛋白、防御蛋白。
4、 蛋白质在生物体内的分布
          含量(干重)  微生物     50-80%
                       人 体    45%
                    一般细胞    50%
              种类  大肠杆菌    3000种
                       人体     10万种
                     生物界     1010-1012

二、 蛋白质分子大小与分子量
蛋白质是由20种基本aa组成的多聚物，aa数目由几个到成百上千个，分子量从几千到几千万。一般情况下，少于50个aa的低分子量aa多聚物称为肽，寡肽或生物活性肽，有时也罕称多肽。多于50个aa的称为蛋白质。但有时也把含有一条肽链的蛋白质不严谨地称为多肽。此时，多肽一词着重于结构意义，而蛋白质原则强调了其功能意义。

P 76 表3-3    （注意：单体蛋白、寡聚蛋白；残基数、肽链数。）

蛋白质分子量= aa数目*110
对于任一给定的蛋白质，它的所有分子在氨基酸组成、顺序、肽链长度、分子量等方面都是相同的，均一性。
三、 蛋白质分子的构象与结构层次
蛋白质分子是由氨基酸首尾连接而成的共价多肽链，每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构，这种空间结构称为蛋白质的（天然）构象。

P77 图3-1，蛋白质分子的构象示意图。

一级结构    氨基酸顺序
二级结构   α螺旋、β折叠、β转角，无规卷曲
三级结构   α螺旋、β折叠、β转角、松散肽段
四级结构   多亚基聚集
四、 蛋白质功能的多样性
细胞中含量最丰实、功能最多的生物大分子。
1． 酶 
2． 结构成分（结缔组织的胶原蛋白、血管和皮肤的弹性蛋白、膜蛋白）
3． 贮藏（卵清蛋白、种子蛋白）
4． 物质运输（血红蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖运输载体、脂蛋白、电子传递体）
5． 细胞运动（肌肉收缩的肌球蛋白、肌动蛋白）
6． 激素功能（胰岛素）
7． 防御（抗体、皮肤的角蛋白、血凝蛋白）
8． 接受、传递信息（受体蛋白，味觉蛋白）
9． 调节、控制细胞生长、分化、和遗传信息的表达（组蛋白、阻遏蛋白）
第二节 氨基酸
一、 蛋白质的水解(见P79)
氨基酸是蛋白质的基本结构单位。在酸、碱、蛋白酶的作用下，可以被水解成氨基酸单体。
酸水解：色氨酸破坏，天冬酰胺、谷胺酰胺脱酰胺基
碱水解：消旋，色氨酸稳定
酶水解：水解位点特异，用于一级结构分析，肽谱氨基酸的功能：
（1）、 组成蛋白质
（2）、 一些aa及其衍生物充当化学信号分子
g-amino butyric acid (g-氨基丁酸)、Serotonic(5-羟色胺，血清紧张素)、melatonin(褪黑激素，N-乙酰-甲氧基色胺)，都是神经递质，后二者是色氨酸衍生物(神经递质是一个神经细胞产生的影响第二个神经细胞或肌肉细胞功能的物质)。
Thyroxine(甲状腺素，动物甲状腺thyroid gland产生的Tyr衍生物)和吲乙酸(植物中的Trp衍生物)都是激素(激素就是一个细胞产生的调节其它细胞的功能的化学信号分子)。
（3）、 氨基酸是许多含N分子的前体物
核苷酸和核酸的含氮碱基、血红素、叶绿素的合成都需要aa
（4）、 一些基本氨基酸和非基本aa是代谢中间物
精氨酸、Citrulline(瓜氨酸)、Ornithine(鸟氨酸)是尿素循不(Urea cycle)的中间物，含氮废物在脊椎动物肝脏中合成尿素是排除它们的一种重要机制。
三、 氨基酸的结构与分类
1809年发现Asp，1938年发Thr，目前已发现180多种。但是组成蛋白质的aa常见的有20种，称为基本氨基酸（编码的蛋白质氨基酸），还有一些称为稀有氨基酸，是多肽合成后由基本aa经酶促修饰而来。此外还有存在于生物体内但不组成蛋白质的非蛋白质氨基酸(约150种)。
（一） 编码的蛋白质氨基酸（20种）
也称基本氨基酸或标准氨基酸，有对应的遗传密码。
近年发现谷胱甘肽过氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有证据表明此氨基酸由终止密码UGA编码，可能是第21种蛋白质氨基酸。

结构通式：
不变部分，可变部分。L-型，羧酸的α-碳上接-NH2，，所以都是L-α-氨基酸。
α-氨基酸都是白色晶体，熔点一般在200℃以上。
除胱氨酸和酪氨酸外都能溶于水，脯氨酸和羟脯氨酸还能溶于乙醇和乙醚。

表  20种氨基酸结构
1、 按照R基的化学结构分（蛋白质工程的同源替代）：
（1）、 R为脂肪烃基的氨基酸（5种）
Gly、Ala、Val、Leu、Ile、
图3-2

R基均为中性烷基（Gly为H），R基对分子酸碱性影响很小，它们几乎有相同的等电点。（6 .0±0.03）

P 92 表 3-7   （比较等电点。）

Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性。
从Gly至Ile，R基团疏水性增加，Ile 是这20 种a.a 中脂溶性最强的之一（除Phe 2.5、Trp3.4 、Tyr 2.3以外）。
（2）、 R中含有羟基和硫的氨基酸（共4种）
含羟基的有两种：Ser和Thr。
图3-3

Ser的-CH2 OH基（pKa=15），在生理条件下不解离，但它是一个极性基团，能与其它基团形成氢键，具有重要的生理意义。在大多数酶的活性中心都发现有Ser残基存在。
Thr 中的-OH是仲醇，具有亲水性，但此-OH形成氢键的能力较弱，因此，在蛋白质活性中心中很少出现。
Ser和Thr的-OH往往与糖链相连，形成糖蛋白。
含硫的两种：Cys、Met
图3-4

Cys中R含巯基（-SH），Cys 具有两个重要性质：
（1）在较高pH值条件，巯基离解。
（2）两个Cys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。
Cys—s—s—Cys
二硫键在蛋白质的结构中具有重要意义。
Cys还常常出现在酶的活性中心。
Met的R中含有甲硫基（-SCH3），硫原子有亲核性，易发生极化，因此，Met是一种重要的甲基供体。
u Cys与结石
在细胞外液如血液中，Cys以胱氨酸(Cystine)氧化形式存在，胱氨酸的溶解性最差。
胱氨酸尿(Cystinuria)是一种遗传病，由于胱氨酸的跨膜运输缺陷导致大量的胱氨酸排泄到尿中。胱氨酸在肾(Kidney)、输尿管(ureter)、膀胱(urinary bladder)中结晶形成结石(Calculus, calculi)，结石会导致疼疼、发炎甚至尿血。
大量服用青霉胺(Penicillcemine)能降低肾中胱氨的含量，因为青霉胺与半胱氨酸形成的化合物比胱氨酸易溶解。
青霉胺的结构
（3）、 R中含有酰胺基团（2种）
Asn、Gln
图3-5

酰胺基中氨基易发生氨基转移反应，转氨基反应在生物合成和代谢中有重要意义
（4）、 R中含有酸性基团（2种）
Asp、Glu，一般称酸性氨基酸
图3-6

Asp侧链羧基pKa（β-COOH）为3.86，Glu侧链羧基pKa（γ-COOH）为4.25
它们是在生理条件下带有负电荷的仅有的两个 氨基酸。
（5）、 R中含碱性基团（3种）
Lys、Arg、His，一般称碱性氨基酸
图3-7

Lys的R侧链上含有一个氨基，侧链氨基的pKa为10.53。生理条件下，Lys侧链带有一个正电荷（—NH3+），同时它的侧链有4个C的直链，柔性较大，使侧链的氨基反应活性增大。（如肽聚糖的短肽间的连接）
Arg是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是已知碱性最强的有机碱，pKa值为12.48，生理条件下完全质子化。
His含咪唑环，咪唑环的pKa在游离氨基酸中和在多肽链中不同，前者pKa为6.00，后者为7.35，它是20种氨基酸中侧链pKa值最接近生理pH值的一种，在接近中性pH时，可离解平衡。它是在生理pH条件下唯一具有缓冲能力的氨基酸。
His含咪唑环，一侧去质子化和另一侧质子化同步进行，因而在酶的酸碱催化机制中起重要作用。
（6）、 R中含有芳基的氨基酸（3种）
Phe、Try、Trp
图3-8
都具有共轭π电子体系,易与其它缺电子体系或π电子体系形成电荷转移复合物( charge-transfer  complex)或电子重叠复合物。在受体—底物、或分子相互识别过程中具有重要作用。
这三种氨基酸在紫外区有特殊吸收峰，蛋白质的紫外吸收主要来自这三种氨基酸，在280nm处，Trp＞Tyr＞Phe。
Phe疏水性最强.。
酪氨酸的-OH磷酸化是一个十分普遍的调控机制，Tyr在较高pH值时，酚羟基离解。
Trp有复杂的π共轭休系，比Phe和Tyr更易形成电荷转移络合物。
（7）、 R为环状的氨基酸（1种）
Pro，有时也把His、Trp归入此类。
图3-9

Pro是唯一的一种环状结构的氨基酸，它的α-亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性结构。它在蛋白质空间结构中具有极重要的作用，一般出现在两段α-螺旋之间的转角处，Pro残基所在的位置必然发生骨架方向的变化，
u 必需氨基酸：
成年人：Leu、Ile、Val、Thr、Met、Trp、Lys、Phe
婴儿期：Arg和His供给不足，属半必须氨基酸。
必须氨基酸在人体内不能合成，是由于人体内不能合成这些氨基酸的碳架（α-酮酸）
2、 按照R基的极性性质(能否与水形成氢键)20种基本aa，可以分为4类：
侧链极性(疏水性程度)
Gly 0 Ser -0.3 Glu -2.5 Lys -3.0
Ala 0.5 Asn -0.2 Asp -2.5 Arg -3.0
Met 1.3 Gln -0.2   His 0.5
Pro 1.4 Thr 0.4    
Val 1.5 Cys 1.0    
Leu 1.8 Tyr 2.3    
Ile 1.8      
Phe 2.5      
Trp 3.4      

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