当前课程知识点：大学化学 > 第十一章 元素与生命化学概论 > 生命化学概论-蛋白质 > Video
同学们好
今天我们一起学习
碳的生命有机化合物
蛋白质
蛋白质是生物体的
主要功能物质
生命活动
主要通过蛋白质
来完成的
下面是一些个蛋白质
以及它们的功能作用
由此可以看出
蛋白质起到了
组成生命体的组织成分
帮助生命体的运动
运输生命体所需要的
氧气等
以及抵抗外来疾病的侵袭
维持生命健康
和储存微量元素
维持新陈代谢的平衡等作用
因此蛋白质是生命体
非常重要的一类物质
蛋白质从元素组成上来说
主要由C、H、N、O、S组成
那这些个元素
如何组成蛋白质呢
蛋白质是一些
生物大分子化合物
它从结构上来说是由
20种氨基酸聚合而成
氨基酸顾名思义
是含有氨基和酸是羧基的
这一类小分子
如图所示
它含有氨基和
羧基两部分
因此这就属于
典型的氨基酸
而构成蛋白质的氨基酸
是属于α-氨基酸
α-氨基酸是指
与羧基相连的这个C原子
这个是α-C
而氨基是直接与这个
α-C相连
因此这属于α-氨基酸
而R基团是区别不同的
氨基酸的一个
主要的基团
那如果这个R基团上面
含有碳的话
那这个碳就属于β-碳
而R为H的时候
这个氨基酸
就是甘氨酸
根据R基团的不同
有20种不同的氨基酸
比如说
当R为H的时候是甘氨酸
为甲基的时候就是
丙氨酸 等等等等
除了比较简单的
含有碳氢链的这种
取代基的氨基酸以外
还有一些含有O、S
以及N的一些个
取代R基团
这些不同的R基团
它的与金属离子的配位情况
也是不一样的
比如说
含有-OH羟基的
这些个R基团它可以和
金属离子形成配位键
而含有S原子的
这种R基团
也可以和某些金属离子
形成金属硫的配位键
除此之外
还有羧酸
R基团上的羧基
可以和金属离子
通过这个羧基氧进行配位
还有含有氨基的N原子
这个R基团上的N原子
也可以和金属离子
形成氮金属的配位键
这是不同的R基团
它具有和不同的金属离子
形成配位键的这种能力
除了上述
17种比较常见的
氨基酸以外
还有3种结构比较复杂的
氨基酸
如图所示
这三种氨基酸中
R基团相对复杂
比如说色氨酸
含有一个苯并的五元环
氮杂的
而脯氨酸形成一个环状的
五元环氮杂的基团
而这个N仍然是属于
羧基的α-碳相连的位置上
因此也属于这个α-氨基酸
最下面一个是组氨酸
它的R基团里边含有一个
五元的咪唑基团
我们把这个五元环
叫做咪唑
这个咪唑里边
含有两种不同的N原子
一种是与H直接相连的
含有H的
另外一种是不含有H的
这两种N它形成
这个咪唑环的时候
采取的杂化方式是不一样的
根据杂化轨道理论
这个没有与H相连的N原子
它采取的是不等性的
sp2杂化方式
也就是说
杂化的三个轨道
N上的电子数目是不同的
其中有一个轨道
它是有两个电子
因此是
不等性的sp2杂化
也就杂化之后
三个sp2杂化轨道
形成一个平面
两个单电子的杂化轨道
和邻近的两个C原子形成
σ的单键
而另外一个孤对电子
sp2杂化轨道
在平面内形成这样
一个孤对电子轨道
另外一个没有参与杂化的
N原子上的p电子
单电子 在咪唑的平面内
与它平行的
相邻的C原子上的
p轨道单电子
形成一个大π键
这是这个没有N-H
采取的杂化方式
而这个与H相连的
咪唑上的N原子
它采取的却是等性的
sp2杂化方式虽然都是sp2
但是一个是不等性
一个是等性的
那么对于这个N原子来说
它是等性的sp2杂化
因此三个单电子轨道
sp2杂化之后
分别和相邻的
两个C一个H上的
单电子轨道形成σ键
另外一个 一对弧对电子
没有参与杂化
在垂直于这个咪唑的平面上
然后形成大π键
由此可见
对于这两个N来说
没有与H相连的
这个N是可以和金属离子
形成配位键的
而与H相连的这个N原子
它是无法和金属离子
形成配位键的
这是它们两个的区别
而这个组氨酸上的
咪唑基团
也是构成
金属酶里边所包含的
一个和金属离子配位
组合在一起的一个
主要的一个化学键
除此之外
氨基酸还可以和
金属离子形成这种
螯合的2：1形的化合物
而在这里边
与金属离子螯合的
是一个羧基O原子和
氨基N原子
而氨基的N原子此时
这个N采取的是
不等性的sp3杂化
这个和我们前边所学习的
氨分子的NH3
它的杂化方式是一样的
都是不等性的
sp3杂化方式
这样也就是说
这个N有一个孤对电子
O上有孤对电子
可以和金属离子
形成这种配位键
形成这个配位化合物
也是鉴定
氨基酸的一个
主要的方法
对于20种常见的
氨基酸来说
除了甘氨酸以外
其他的氨基酸
都是手性的氨基酸
判断手性与否
可以通过
这个C原子周围
它的基团
是否有相同基团
来进行判断
比如说对于甘氨酸来说
这个α-C原子
它的周围
有两个相同的H原子
因此甘氨酸这个C原子
就没有手性
而其他的基团
由于这个R基
都不是H原子
也不是氨基或者羧基
因此其他类型的氨基酸
都含有手性的C原子
下边这个图显示的是
两种氨基酸的
不同的手性情况
左边是叫做L型的氨基酸
而右边叫做D型的氨基酸
而这两种虽然
氨基酸的组成是相同的
但是这两种物质
在偏振光的作用下
它的偏转程度是不一样的
因此呈现了这个
左旋和右旋的情况
氨基酸是如何构成
蛋白质的呢
从化学的角度来说
羧基和氨基是可以通过
缩水形成酰胺键的
而氨基酸含有羧基和氨基
因此可以进行缩合
形成缩合的物质
而对于构成蛋白质的
氨基酸来说
它们的缩合物
两个氨基酸缩合
叫做二肽
如图所示
这两种氨基酸
可以缩聚的-OH
和氨基的H
形成一分子水脱去
然后形成了
这个两个氨基酸分子
缩合的物质
形成了一个新的键
C-N键
这个C是酰基的C
对于这个化合物来说
碳氧氮形成
它对它的结构
影响是比较大的
我们知道在这里氨基里
N是采取的是sp3
不等性的杂化方式
而在这个形成酰胺键之后
这个N原子
采取的是
等性的sp2杂化方式
也就是说
N上的三个单电子轨道
采取的是sp3杂化方式
因此这三个杂化轨道
分别和C
这个C
以及这个H
形成三个σ键
而另外一对孤对电子
在垂直于这个
碳氮氢的这个平面
和邻近的C原子
有一定的这个
π键的相互作用
因此形成了
碳氧氮氢碳平面结构
这个结构对于蛋白质的
二级结构是非常重要的
而对于这个二肽来说
它含有羧基
一端是含有氨基
一端是含有羧基
因此含有羧基的这个基团
可以进一步的
和另外的氨基酸
的氨基进行反应
发生类似的
脱水聚合反应
形成含有三个
氨基酸组成的分子
叫做三肽
因此我们把这个酰胺键
也对于蛋白质来说
我们经常把它叫做肽键
蛋白质是属于多肽
它是由一个
或者多个肽链构成的
生物大分子
而构成蛋白质的
氨基酸的数量
它也是各不相同的
因此构成了不同的蛋白质
比如说
从人和动物的胰脏中
分泌出来的胰岛素
就是一种蛋白质
通过测定发现
胰岛素它是由
A,B两条链构成的
在A链中
左边是甘氨酸
然后和异亮氨酸
通过肽键结合
依次连成到
最右侧的天冬酰胺
21个氨基酸构成A链
而B链最左边是
苯丙氨酸
而最右边是丙氨酸
一共有30个氨基酸
而A,B两条链通过
S-S键联系起来
构成胰岛素的
蛋白质分子
从数量上来说
它一共由
51个氨基酸构成
而氨基酸的种类
一共有17种
胰岛素结构的确定
是英国科学家桑格
在1955年
通过实验确定的
因为他在蛋白质结构
测定方面的贡献
因此获得了1958年的
诺贝尔化学奖
而我国科学家
在牛胰岛素的
人工合成方面
也作出了突出的贡献
我国的
邹承鲁院士和邢其毅院士
分别带领不同的科研团队
成功的合成了牛胰岛素
蛋白质中的氨基酸
它的连接顺序
我们把它称为一级结构
而蛋白质中
肽链的这种空间走向
我们把它称作二级结构
它的二级结构主要有两种
一种叫做α螺旋
一种叫做β螺旋
左图所示的
就是α螺旋
前面我们提到
酰胺键
它具有平面结构
因此这个键
酰胺键是无法
平面内进行扭转的
而造成α螺旋这种
扭转式的结构
是由于酰胺基C和
它相邻的这个
C原子之间
这个C-C单键导致的
C-C单键它是可以
在平面内进行旋转的
因此构成了α螺旋的
这种弯折的结构
而这个结构当中
我们可以看到
有存在着氢键的情况
氮氢基团和
酰氧基团
可以形成这种
氮氢氧的氢键作用
因此
可以稳定这个螺旋的
这种排布方式
而在β螺旋中
肽链是平行排列的
同样
在不同的肽链之间
存在着氮氢氧的这种
氢键相互作用
而靠这种相互作用
把平行的肽链
连成了二维的
这种层状结构
由此可见
氢键在蛋白质的
二级结构中
起到了重要的作用
因此生命体
具有稳定的pH值
是非常重要的
好我们今天的课就到这里
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
