浙江大学：《生物与医用材料》课程教学课件（讲稿）第一部分 生物组织与材料仿生 第二章 氨基酸与蛋白质

第二章结构蛋白及软组织S2.1氨基酸S2.2蛋白质S2.3结构蛋白与结缔组织62014/10/28第一部分生物组织与材料仿生

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 6 第二章 结构蛋白及软组织 § 2.1 氨基酸 § 2.2 蛋白质 § 2.3 结构蛋白与结缔组织

材料按其功能可以分成两大类：？2.功能材料：1.结构材料：利用材料的力学性能利用材料力学性能以外的其它物理、化学特性2014/10/28第一部分生物组织与材料仿生

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 7 材料按其功能可以分成两大类：? 1. 结构材料： 利用材料的力学性能 2. 功能材料： 利用材料力学性能以 外的其它物理、化学 特性

人高速火车车厢、轮子等骨骼、皮肤、肌的材料（钢、健、韧带、铜、铝、钛、结构材料（羟基磷灰石、塑料等）胶原蛋白等）、各类膜电脑、电线、脑细胞、神经、功能材料传感器（硅、（光、触觉、嗅氧化锌、钛酸觉等）传感器、钙等)肝细胞、肾细胞、肺细胞8第一部分生物组织与材料仿生2014/10/28

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 8 结构材料 功能材料 高速火车 车厢、轮子等 的材料（钢、 铜、铝、钛、 塑料等） 电脑、电线、 传感器（硅、 氧化锌、钛酸 钙等） 脑细胞、神经、 （光、触觉、嗅 觉等）传感器、 肝细胞、肾细胞、 肺细胞 骨骼、皮肤、肌 健、韧带 （羟基磷灰石、 胶原蛋白等）、 各类膜 人

生物软组织生物世界最早发展获得的结构材料：长链高分子组成的软组织三种长链高分子：植物的纤维素，动物的甲壳素，动物的胶原蛋白2014/10/28第一部分生物组织与材料仿生

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 9 生物世界最早发展获得的结构材料：长链高分子组成的软组织 三种长链高分子：植物的纤维素，动物的甲壳素，动物的胶原蛋白 生物软组织

OHHOHOHCH,OHOHα-D-吡喃葡萄糖OHOHHHHHCH,OHOHH图1纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。分子量500002500000，相当于300～15000个葡萄糖基。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。10第一部分生物组织与材料仿生2014/10/28

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 10 纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。分子量50000～2500000，相当于300～ 15000个葡萄糖基。 不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最 多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤 维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。 a-D-吡喃葡萄糖

HOOHHCOHHβ-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖CH三ONHCHOHOHOHNHCH,甲壳素的化学结构和植物纤维素非常相似。都是六碳糖的多聚体，分子量都在100万以上。纤维素的基本单位是葡萄糖，它是由300～2500个葡萄糖残基通过β1，4糖武链连接而成的聚合物。几丁质的基本单位是乙酰葡萄糖胺，它是由1000～3000个乙酰葡萄糖胺残基通过p1，4糖式链相互连接而成聚合物。而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺11第一部分生物组织与材料仿生2014/10/28

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 11 β-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖 甲壳素的化学结构和植物纤维素非常相似。都是六碳糖的多聚体，分子量都在100万以上。纤维素 的基本单位是葡萄糖，它是由300～2500个葡萄糖残基通过β1，4糖甙链连接而成的聚合物。几丁 质的基本单位是乙酰葡萄糖胺，它是由1000～3000个乙酰葡萄糖胺残基通过p1，4糖甙链相互连接 而成聚合物。而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺

高等动物的软组织<一胶原蛋白纤维<一胶原蛋白<一多肽链一氨基酸结构蛋白122014/10/28第一部分生物组织与材料仿生

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 12 高等动物的软组织 胶原蛋白纤维 胶原蛋白 多肽链 氨基酸 结构蛋白

82.1氨基酸氨基酸的基本特征一会氨基酸是多肽链的构成单元，由一个α碳原子、一个氨基(NH)、一个羰基(COOH)、一个氢原子和一个侧链(R)构成氨基酸Caα-碳H0H2N氨基一=C.C-OHH.N-01I羰基-C-OHRR侧链R13第一部分生物组织与材料仿生2014/10/28

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 13 § 2.1 氨基酸 一、 氨基酸的基本特征 氨基酸是多肽链的构成单元，由一个a碳原子、一个氨基 (NH2)、一个羰基(COOH)、一个氢原子和一个侧链(R)构成 C OH H O R H2N 氨基酸 Cα C OH O R H2N a-碳 氨基 羰基 R侧链 Cα

二、氨基酸的分类根据侧基R的不同一共有20种氨基酸，人体自身能合成其中10种，另10种依靠食物摄入。COO"氨基酸根据侧基R的不同被分成三类+H,NC-HCHcOO-----1.亲水性氨基酸*H,N-CHCH2由带电的或极性的R侧基组成COO，包括：酸、碱、以及不带电NH3的极性基团。AsparticLysineacid(Lys orK)(Asp or D)赖氨酸天冬氨酸（碱）14第一部分生物组织与酸伤生2014/10/28

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 14 二、氨基酸的分类 根据侧基R的不同一共有20种氨基酸， 人体自身能合成其 中10种，另10种依靠食物摄入。 氨基酸根据侧基R的不同被分成三类 1.亲水性氨基酸 由带电的或极性的R侧基组成 ，包括：酸、碱、以及不带电 的极性基团。 赖氨酸 （碱） 天冬氨酸 （酸）

亲水性氨基酸Hydrophilic amino acid赖氨酸组氨酸天（门）冬氨酸谷氨酸精氨酸lysinehistidineaspartic acidglutamic acidarginineCOOCOOCO0COO'COOHN-C-HHN-C-HHN-C-HHN-C-H*HN-C-HCHCHeCH.CHCH二二CH.一5一五C-NHCOD川CHCOOCHH谷氨酰胺NIL天冬酰胺glutanineasparagineCOO丝氨酸苏氨酸C=NHCOOserinethreonineHN-C-HNILCOOCOOHN-C-HCH,HN-C-HHN-C-HCHLCH.CH,H-C-OHCHOHHN

2014/10/28 第一部分 生物组织与材料仿生 15 亲水性氨基酸 Hydrophilic amino acid