生物化学知识点总结(王镜岩版).pdf

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1、1生物化学讲义2003孟祥红绪论(preface)一、生物化学(biochemistry)的含义：生物化学可以认为是生命的化学(chemistryoflife)。生物化学是用化学的理论和方法来研究生命现象。1、生物体是有哪些物质组成的？它们的结构和性质如何？容易答复。2、 这些物质在生物体内发生什么变化？是怎样变化的？变化过程中能量是怎样转换的？ 即这些物质在生物体内怎样进行物质代谢和能量代谢？大部分已解决。3、这些物质结构、代谢和生物功能及复杂的生命现象如生长、生殖、遗传、运动等之间有什么关系？最复杂。二、生物化学的分类根据不同的研究对象：植物生化；动物生化；人体生化；微生物生化从不同的研究

2、目的上分：临床生物化学；工业生物化学；病理生物化学；农业生物化学；生物物理化学等。糖的生物化学、蛋白质化学、核酸化学、酶学、代谢调控等。三、生物化学的发展史1、历史背景：从十八世下半叶开始，物理学、化学、生物学取得了一系列的重要的成果1化学方面法国化学家拉瓦锡推翻“ 燃素说” 并认为动物呼吸是像蜡烛一样的燃烧，只是动物体内燃烧是缓慢不发光的燃烧 生物有氧化理论的雏形瑞典化学家舍勒 发现了柠檬酸、苹果酸是生物氧化的中间代谢产物，为三羧酸循环的发现提供了线索。2物理学方面：原子论、x-射线的发现。3生物学方面：物种起源 进化论发现。2、生物化学的诞生：在19世纪末20世纪初，生物化学才成为一门独立

3、的科学。德国化学家李比希：1842年撰写的有机化学在生理与病理学上的应用一书中，首次提出了新陈代谢名词。另一位是德国医生霍佩赛勒：1877年他第一次提出Biochemie这个名词英文译名是Biochemistry(orBiologicalchemistry)汉语翻译成生物化学。3、生物化学的建立：从生物化发展历史来看，20世纪前半叶，在蛋白质、酶、维生素、激素、物质代谢及生物氧化方面有了长足进步。成就主要集中于英、美、德等国。英国，代表人物是霍普金斯 创立了普通生物化学学派。1929年他和荷兰的艾克曼因发现维生素而获得诺贝尔生理和医学奖。 后来又发现了色氨酸和谷胱甘肽。德国，在以下几个方面的成

4、就：糖和嘌呤类物质、血红素、叶绿素、糖原 乳酸循环、维生素D、细胞呼吸等都荣获了诺贝尔化学和生理学。美国，这一时期在留德的美国学者的推动下，他们在营养与卫生工作方面的研究较为突出。4、发展中的生物化学从上世纪50年代至今，生物化学进入了飞速发展阶段。A、主要成就有：21酶的结晶：1926年Sumner发表了他第一次成功结晶了脲酶，随后Northrup制得了胃蛋白酶和胰蛋白酶结晶，开辟了酶学研究的新领域。2代谢途径的阐明：30年代阐明了糖酵解途径；1937年Krebs发现三羧酸循环获1953年诺贝尔生理学或医学奖。目前，糖、脂肪、蛋白质及氨基酸的代谢途径基本阐明。当前努力的方向为代谢调控。3生物

5、能研究的发现：50年代以来阐明了：ATP是能量代谢能的产生和利用的关键化合物。提出了氧化磷酸化和呼吸链的理论，建立了生物能学。B、这个时期生物化学发展的几个特征：首先是物理学家、化学家以及遗传学家参加到生物化学的领域中来；其次是研究方法有突破性改进；通讯交流方面：各类科学期刊增多，以及电脑的存储、网络的普遍使用,使信息的传递变得更为方便快捷。物理学家、化学家、遗传学家等参加了生物化学的领域中来：在蛋白质方面：两位英国物理学家将x-射线应用于蛋白质分子的高级结构研究，肯德鲁(Kendrew)测定了肌红蛋白的结构，(Perutz)佩鲁茨测定了血红蛋白的结构，二人于1962年分别分享诺贝尔化学奖。目

6、前x-射线衍射分析已成为蛋白质与核酸高级结构研究常规方法。美国化学家鲍林 Pauling 确认氢键在蛋白质的结构以及大分子间的相互作用中的重要性；鲍林认为某些蛋白质具有类似于螺旋的结构。这就是我们在蛋白质一章中将要学到的-螺旋结构。他还研究了镰刀形红细胞贫血病，并提出了分子病的名称，因此荣获诺贝尔化学奖。Sanger 生物化学家1955年确定了牛胰岛素的结构，获1958年诺贝尔化学奖。1980年设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序的方法，获1980年诺贝尔化学奖。在核酸方面，最著名的莫过于DNA双螺旋结构的发现。这一成果是物理学家、化学家和生物化学家共同智慧的结晶。英国物理学家威尔金斯Wilk

7、ins1946年完成了DNAx-衍射研究。1953年沃森与克里克在此基础上确定了DNA分子结构。他们三人于1962年荣获了诺贝尔生理和医学奖。由此我们可以得到一点启示:学科交叉是推动科学发展的动力之一。加拿大细菌遗传学家艾弗里Avery与美国生物学家Macleod,Carty1944年在美国纽约洛克菲勒研究所著名实验做了著名的转化试验，证明遗传物质是DNA美国遗传学家麦克林托克以发现了可移动的基因获1958年诺贝尔生理奖。Ochoa和Korngerg发现RNA和DNA生物合成机制获1959年诺贝尔生理奖。1916年，Lwoff提出信使RNA的存在。1960年，Jacob、Monod 阐明了基因

8、控制酶的生物合成，从而调节细胞的方式。3发现操纵子 Operon 基因， 能影响mRNA的合成， 从而调节其他基因的功能， 在微生物界Operon普遍存在。以上三人共获1965年诺贝尔生理或医学奖。2生物化学研究方法的改进：a.分配色谱方法的建立：马丁与辛格发明了可用于核苷酸、氨基酸、糖、生物碱等多种混合物别离的色谱方法。这种方法已在化学、医学和生物学中得到了广泛的应用并取得了重要进展。b.电泳法：在糖、蛋白质、核酸等物质的分析别离方面取得广泛应用c.离心法：在蛋白质、核酸的别离、分子量测定中有不可替代作用d.另外还有荧光分析法，同位素示踪和电镜等。近年来新兴的生化仪器层出不穷，这里仅列出几例

9、，如基因扩增仪，基因合成仪， 基因序列分析仪、超过滤系统、高效层析系统、多肽序列分析、生物芯片、生物传感器等。3生物化学在基础理论方面的发展 分子生物学的诞生：学术界普遍认为1953年DNA双螺旋结构的发现是分子生物学的开端从此人们开始在分子水平上分析纷繁复杂的生命现象。分子生物学在近十年的发展非常迅速，只有电脑科学的发展速度能与之相比。4生物化学在应用方面的发展 生物工程生物技术基因工程遗传工程；蛋白质工程；酶工程；细胞工程；生化工程5生化研究的新领域：糖类生物化学；蛋白质化学 ；信号传导机制四、中国对生物化学的奉献：吴宪：曾与美国哈佛医学院Folin一起首次用比色定量方法测定血糖。吴宪与刘

10、思职、万昕、陈同度、汪猷、张昌颖、杨恩孚、周启源等完成了蛋白质变性理论，血液的生物化学方法检查研究，免疫化学研究，素食营养研究，内分泌研究。王应睐，邹承鲁，钮经文，邢其毅，曹天钦，王德宝，汪猷1987年又人工合成了具有生物活性的酵母丙胺酸转移RNA，从而使我国在核酸人工合成方面处于国际领先地位1今后我们要在基础理论研究方面特别注意:生物大分子的结构与功能生物大分子之间相互作用分子遗传和遗传工程生物膜的结构与功能激素、活性多肽及其重要的活性小分子的结构与功能代谢调节与调控方面的研究另一方面我们应该注意研究工、医、农、国防等各方面急需解决的问题。2生物化学的应用工业领域的应用：食品工业；发酵工业及

11、其抗生素制造业；酶制剂工业；饲料工业；生物制品工业；皮革工业等。在农业领域的应用：如研究植物的新陈代谢的各种过程，便能够控制植物的发育明确糖类、 脂类、 蛋白质、 维生素、 生物碱、 芳香油以其他的化合物在植物体内的合成规律，可获得大量优4质的各种作物。植物新品种的培育，许多作物的遗传性状如：抗寒性、耐水性、抗病性的可以利用生化技术鉴定。对合理贮藏食物原料、谷物、果实、蔬菜有很大意义。提高肉类蛋白质的产量、牛乳分泌量、牛乳脂肪含量等方面有实际意义。临床生化的诊断今天已经成为一种不可缺少的诊断的方法：如确定血糖浓度和糖韧量曲线才能确定糖尿病的诊断是否正确；血清中酸性磷酸酶的活力的测定可以诊断前列

12、腺癌；碱性磷酸酶的产品可以诊断骨癌；血清和尿中淀粉酶的活力测定可以诊断急性胰腺炎。生物化学对一般预防医学也很重要。增进人体的健康是预防疾病的一种积极的因素。如何给病人以适当营养从而增进人体健康是生化的另一个重要问题。适当营养不仅可以预防，而且还可以治疗疾病。第一章糖类化学第一节糖类化学概论一、糖类的概念与分类：曾用的概念 碳水化合物：通式Cn(H2O)m误认为是碳与水的化合物，故称碳水化合物(carbohydrate)。糖类的现代概念：糖类：鼠李糖(rhamnase)C6H10O5和脱氧核糖(deoxyribose)C5H10O4非糖的物质：甲醛CH2O、乳酸C3H6O3有些糖类化合物：除C、

13、H、O外，还有N、S、P，多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。研究简史：十八世纪后半叶德国化学家E,Fisher提出投影式十九世纪二十年代中期建立了表示糖的结构、立体构形与光学性质关系的法则提出的糖的环状结构七十年代以后 糖类化合物研究的新局面：通过糖类的研究发现了许多新的生物合成反应与酶调节机理；认识许多基本的生命过程：如细胞环境、细胞识别、细胞生长与分化、免疫、先天缺陷遗传病、药物的作用等等；生物信息的携带者糖类化合物多糖、寡糖是第三核酸、蛋白质大重要的生物高分子化合物。糖类的分类1、单糖(monosaccharides)是最简单的糖，不能再被水解为最小的单位。根据其所含碳原子C数

14、目：丙糖、丁糖、戊糖(pentose)和已糖(hexose)等根据其羟基-OH又可以分为醛糖和酮糖2、寡糖(oligosaccharides)是有两到十分子的单糖缩合而成的，水解后产生单糖。3、多糖(polysaccharides)是由多个单糖分子缩和而成的如按其组成：同多糖：相同的单糖组成；5杂多糖：不同的单糖基组成如按其分子有无支链：支链、直链多糖；如按其功能的不同：结构多糖、储存多糖、抗原多糖等；如按其分布：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖之分。4、结合糖：如果糖类化合物尚有非糖物质部分，则称为糖缀物和复合糖例如，糖肽、糖脂、糖蛋白等。二、糖类分布及重要性：一分布：所有生物细胞质和细胞核内，

15、含有戊糖植物界最多：约占干重的80%，动物：血液中含有葡萄糖、肝脏和肌肉中含有糖原、乳汁中含有乳糖微生物中：糖约占菌体干重的10-13%。二重要性1水+CO2碳水化合物2动物直接或间接从植物获取能量3糖类是人类最主要的能量来源4糖类也是结构成分5纤维素是植物的结构糖第二节单糖(monosaccharides)单糖的种类很多，单糖在结构上、性质上差异不少，但也有许多共同之处。从数量上讲以葡萄糖(glucose)最多，分布也最广，其中葡萄糖结构具有代表性。一、单糖的分子结构一链状结构1、葡萄糖链状结构确实定：元素组成：经验式为CH2O测定分子量：1801葡萄糖能被纳汞齐作用复原成山梨醇，而山梨醇是

16、右边结构从而证明了六个碳原子连成了一条直链。2葡萄糖能和福林试剂醛试剂反应：证明其分子式中含有醛基。-COH3葡萄糖和乙酸酐反应产生五个和乙酰基之的衍生物，证明糖分子中有五个羟基。-OH2、葡萄糖的构型(configuration)1不对称碳原子的概念：一个碳原子和四个不同的原子或基团相连时， 并因而失去对称性的四面体碳， 也称手性碳原子、不对称中心或手性中心，常用C*表示。2构型不对称碳原子的四个取代基在空间的相对取向。这种取向形成两种而且只有两种可能的四面体形式，即两种构型如甘油醛把羟基在左边规定为L-型，羟基在边右规定为D型。甘油醛从糖的定义上判断是最简单的单糖凡在理论上由D-甘油醛衍生

17、出的单糖为D-系单糖，由L-甘油醛衍生出的糖为L-系单糖。天然的单糖大多只存在一种构型， 例如葡萄糖、果糖(fructose)、核糖(ribose)都是D-系单糖。3、与链式结构相关的概念：6镜象对映体(antipode)： 两类物质彼此类似但不同它们互为镜像但不能重叠这两类结构相化合物称为一对对映体。2差向异构体(epimers)：仅一个对称碳原子构型不同， 二镜向非对映体的异构物称为差向异构体。3旋光异构现象和旋光度：当光波通过尼克梭镜时，由于尼克梭镜(nicolprism)的结构,通过的只是某一平面振动的光波，光波其他方向的都被遮断这种称为平面偏振光。当它通过具有旋光性质某异构物溶液时，

18、则偏振面会向左旋转或者向右偏转。旋光度是作是旋光物质的一种物理性质，它在一定的条件下是一个常数。 条件、温度、浓度、而波长、旋光管的长度加以固定旋光度常用旋光率(specificrotation)表示。4手性与旋光性旋光性与分子内部的结构有关分子内假设存在对称元素如， 对称面、 对称中心或四重交替之一的， 都可以和它的镜像重合，没有旋光性分子内假设不存在对称元素，不能和它的镜像重合，都有旋光性。这种分子称手性分子。手性与旋光性是一对孪生子。5构型与旋光方向的区别:虽然使平面偏振光右旋+和左旋-的甘油醛分别规定为D-型、L-型。在投影式中左边为L-型、右边为D-型。但针对单糖结构而言，D与+、L

19、与-并无必然联系。例如，D-葡萄糖和D果糖的旋光方向分别为+和-，而L-葡萄糖和L-果糖的旋光方向均为-。构型与旋光方向是两个概念二环状结构1、环状结构的提出：链式结构无法解释以下现象1缺少希夫反应，不能被漂白了的品红出现红色。2醛类能和亚硫酸钠加成反应而葡萄糖不能。3不能与两分子醇反应，形分子与一分子醇反应形成半缩醛。4存在变旋现象。鉴于此，提出了葡萄糖的分子环状结构学说：即C5-OH与C1CHO形成1 5氧桥修正后提出用透视式表达糖的结构。2、单糖的-型和-型环状结构中由于链内的缩醛反应第一碳原子是不对称状态， 与其相连的氢亲和羟基的位置有两种可能的排列方式，因而有两种构型。半缩醛羟基在平

20、面以下为-型，在平面以上为-型。二者互为异头体(anomer)。3、环状结构与链状结构的关系：二者是同分异构体，而环状结构更为重要。在晶体状态和水溶液中绝大部分是环状结构，在水溶液中而是可以互变三葡萄糖的构象(conformation)：指一个分子中，不改变共价键的结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子间的空间排布。一种构象的改变为另一种构象时不要求共价键的断裂和重新形成。葡萄糖的环状结构中各原子不同在一个平面上而折成船式和椅式两种无张力的环。7其中以椅式主要，而船式极少。随着温度的升高船式比例相应增加，建立两种构象间的平衡二、单糖的性质一物理性质：1、旋光性： 一切糖内都有不对称碳原子，都具

21、有旋光性。旋光性是鉴定糖的一个重要指标。2、甜度：各种糖的甜度不一，常以蔗糖的甜度为标准进行比较3、溶解度：单糖分子有多个羟基，增加了他的水溶性，尤其在热水中的溶解度极大。但不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。二单糖的化学性质：单糖是多羟基的醛或者酮，以上三种基团均能参加反应。1、醛基或酮基参加的反应：1单糖氧化：碱性溶液中，醛基或者酮基变成非常活泼的烯二醇，具有复原性，能复原金属离子如Cu2+等离子。同时糖本身得以氧化成糖酸及其他产物。例如血糖的定量测定计根据此原理。血液中的复原糖与解已经硫酸铜共热， 产生氧化亚铜糖酸于酸性的钼酸盐反应产生蓝色化合物。蓝色的深浅同糖含量成正比2单糖复原：醛基和酮基被

22、复原成醇，如：在纳汞齐的作用下生成山梨醇3成脎作用：醛基和酮基与苯肼、HCN、羟胺等起加合作用。4异构化作用：葡萄糖、果糖和甘露糖山者通过烯醇式可以互相转化。2、由羟基产生的性质：单糖有半缩醛羟基和醇性醛基两类可以发生以下几类反应。1酯化反应：生物化学上重要的糖脂是磷酸酯、是糖代谢的中间产物 活性形式2成苷作用：单糖半缩醛羟基很容易与醇或酚的羟基反应失水而形成缩醛式衍生物，通称糖苷。由于单糖有两种形式型、型，故有两种糖苷和3脱水作用：单糖与盐酸作用即产生脱水作用糖醛能与酚类化合物产生结构尚不明了的各种有色物质。4氨基化作用：单糖分之中的羟基被氨基取代称为糖胺。自然界存在的自然界的氨基糖多以以乙

23、酰氨基糖的形式存在如5)脱氧作用：单糖羟基之一失去氧即成脱氧核糖如使藻类糖蛋白的成分。第三节寡糖(oligosaccharides)寡糖是由2-20个分子的单糖缩合而成的糖。一、二糖：与日常生活密切相关的二糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。1、麦芽糖(maltose)：淀粉的水解产物。谷类的种子发芽时及在消化道中被淀粉酶水解即产生麦芽糖。民间常用大麦芽其中含有淀粉酶使淀粉水解变成麦芽糖。二分子的葡萄糖-D-G和-D-G缩水按 1-4形成糖苷键2、蔗糖(sucrose)：日常食用的糖主要是蔗糖。 甘蔗、甜菜、胡萝卜和有甜味的果实 香蕉、菠萝等都含有蔗糖81化学性质：无游离醛基、不具复原性。2物理性质：溶于

24、水、甜度高。3、乳糖(lactose)：由乳腺产生存在于人和动物的乳汁内。牛乳含有10%；人乳含有5-7%乳糖是由-D-G和-D-L各一分子按1-4糖苷键缩合失水形成的。4、纤维二糖(cellobiose)：是纤维素的基本结构单位。迅两分子的葡萄糖按 1-4键型相连而成。二、三糖：棉籽糖(raffinose)，见于多种植物，尤其是棉籽甜菜中。于酸性共热时，棉子糖即水解生成葡萄糖和果糖各一分子。棉籽糖蔗糖酶果糖+蜜二糖棉籽糖半乳糖苷酶半乳糖+蔗糖第四节多糖(polysaccharides)一、概述：多糖是多个的单糖分子缩合失水而成的，分子量很大在水中不能形成真溶液只能形成胶体有些不溶于水，如纤维

25、素无甜味也无复原性，有旋光，无变旋现象。按功能分作为动物植物骨架的原料，如食物的纤维素(cellulose)和动物的几丁质(chitin)；作为贮藏多糖，如淀粉和糖元。在需要时可以通过生物体的酶系统的作用，分解放出多糖；具有复杂的生理功能:如粘多糖(mucopolysaccharides)、血型物质等。按照组分的繁简：同多糖(homopolysaccharide)：某一种单一的多糖缩合而成，如淀粉、糖原、纤维素；杂多糖(heteropolysaccharide)。由不同类型的单体组成如结缔组织中的透明质酸等。二、同多糖：水解产生一种单糖或单糖衍生物1、淀粉(starch)：存在于所有绿色植物得

26、到多数组织，在显微镜下我们观察植物种子如麦、玉米、大米、块茎及干果栗子、白果等，会看到大小不等的淀粉颗粒。1结构：有直链淀和支链淀粉之分。直链淀粉(amylose)：有葡萄糖单位组成，连接方式和麦芽糖分子中的葡萄糖单位间的相同，1-4糖苷键一般链长250-300个葡萄糖单位。支链淀粉(amylopectin)：有多个较短的-1、4糖苷键直链组成。每两个糖的直链之间的连接为-1、6糖苷键，较短的直链链端葡萄糖分子的第1个碳原子上羟基与邻近的另一个链中的葡萄糖分子中的第6个碳原子上的羟基结合。一般淀粉都含有直链淀粉和支链淀粉， 玉米和马铃薯分别含有27%和20%的直链淀粉，其余部分为支链糯米，全部

27、为支链淀粉豆类全部是直链淀粉。2性质：直链淀粉冷水中不溶解，略溶于热水，但支链淀粉吸收水分吸收水份后成糊状。淀粉在酸和淀粉酶解作用下可被降解，最终产物是葡萄糖，这种降解产物是逐步进行的。淀粉红色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖。92、糖原(glycogen)：动物淀粉是动物和细菌细胞内能源的储存形式。结构与淀粉相似性质。遇碘成棕红色。3、纤维素(cellulose)：地球外表天然起源的最丰富的有机化合物。来源主要是：棉花、麻、树木、野生植物的；另外还有一大部分来源于作物的茎杆如麦杆、稻草、高粱秆、甘蔗渣等。结构：葡萄糖借-1-4糖苷键的连接成直链。直链键彼此平行，链间的葡萄糖羟基间极易形成氢键，再加上

28、半纤维素、果胶、木质素等的粘结作用，使完整的纤维素具有高度的不溶于水等特性。2性质：在酸的作用下发生解水，经过一系列中间产物，最后形成葡萄糖。纤维素纤维素糊精纤维二糖葡萄糖4、几丁质(chitin)：由乙酰糖胺以糖苷键缩合失水而成的均一多糖。结构与纤维素相似。三、杂多糖：水解产生一种以上的单糖或/和单糖衍生物有代表性的有以下几种：1、透明质酸(hyaluronicacid)：分布于结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、细胞间质、关节液、恶性肿瘤组织和某些一细菌的细胞壁。是细胞间粘合物质、油润滑作用、对组织起保护作用。结构： 葡萄糖醛酸同乙酰葡萄糖胺以糖苷键连成的二糖单位。 后者糖苷键与另一两个糖单位相

29、连。2、硫酸软骨素(chondroitin)：软骨的主要成分， 结缔组织， 筋腱山心瓣膜， 唾液中也含有。其重复单位同透明质酸类似，含有硫酸基。3、肝素(heparin)：肝中的肝素含量丰富。广泛存在于哺乳动物组织和体液中。猪胃粘膜中含有十分丰富，肺、脾、肌肉和动脉壁、肥大细胞肝素含量较高第五节结合糖糖与非糖物质如脂类或蛋白质共价结合，分别形成糖脂(glycolipids)、糖蛋白(glycoproteins)和蛋白聚糖(proteoglycans)总称为结合糖和复合糖一、糖蛋白：一定义：糖与蛋白质之间，以蛋白质为主，一定部位以共价键与假设干糖分子相连构成的分子；总体性质更接近蛋白质，其上糖链

30、不呈现双链重复序列。二分布：糖蛋白在动物植物中较为典型，微生物中不具糖蛋白。这类糖蛋白可被分泌进入体液或作为膜蛋白。它包括许多酶、大分子蛋白质激素，血浆蛋白、全体抗体、补体因子、血型物质、粘液组份等。三糖蛋白的作用:1、由于糖蛋白的高粘度特性，机体用它作为润滑剂2、防护蛋白水解酶的水解作用3、防止细菌、病毒侵袭。4、在组织培养时对细胞粘着和细胞接触抑制作用。5、对外来组织的细胞识别也有一定作用6、与肿瘤特异性抗原活性的鉴定有关10二、蛋白聚糖：是一种长而不分枝的多糖链， 既糖胺聚糖，其一定部位上与假设干肽链相连， 多糖呈双糖的系列的重复结构，其总体性质与多糖更相近。一蛋白聚糖的种类与组成核心蛋

31、白-在蛋白聚糖的分子结构中，蛋白质分子居于中间，构成一条主链。单体-糖胺聚糖分子排列在蛋白分子的两侧，这种结构成蛋白聚糖的“ 单体” 。单体的糖胺聚糖链的分布是不均匀的二蛋白聚糖的功能 构成细胞间基质，分布于任何组织中 蛋白聚糖中糖胺聚糖是多阴离子化合物，结合Na+、K+，从而吸收水分，糖的OH也是亲水的，所以基质内的旦白聚糖可以吸引、保留水而成凝胶 起筛子作用，容许小分子化合物自由扩散，而阻止细菌通过，起保护作用 蛋白聚糖也有一些特殊的作用：肝素抗凝剂透明质酸吸引大量水分子，使组织“ 疏松” ，细胞易于移动，促进创伤愈合硫酸软骨素软骨中丰实、维持软骨的机械性能细胞膜外表的一些旦白聚糖，与细胞

32、间相互识别、生长有关蛋白聚糖是生物化学中近二十年来取得突破性进展的领域， 有关其结构和功能的研究吸引了越来越多的科学家。第二章脂类化学第一节概论一、脂类的概念及生物学功能：一概念：脂类共同的物理性质， 不溶于水，但是能溶于非极性的有机溶剂 氯仿、乙醚、丙酮、苯等中。化学组成和化学结构上有很大的差异一般是由脂肪酸和醇组成、也有不含脂肪酸的如萜类、固醇类及其衍生物。二 脂类的生物功能也是多种多样，主要有以下几个方面：1、膜功能：构成生物膜的重要物质。2、能量来源：燃料的贮存形式和运输形式。3、对动物来讲，是必需脂肪酸和脂溶性的维生素的溶剂。4、参与信号的传导和识别5、另外此类物质有防止机械损伤和热

33、量散发等保护作用二、脂类的分类：根据组成脂类的不同组份可以将脂类分为三大类：1、单纯脂质：1甘油三脂是3分子脂肪酸和1分子甘油所组成的酯。2蜡由长链脂肪酸和长链醇或固醇组成。2、复合脂质：除醇类和脂肪酸外尚有其他物质。1磷脂如甘油磷酸类含有甘油、脂肪酸、磷酸和其他含氮的碱胆碱、乙醇胺；鞘胺醇磷脂2糖脂鞘糖脂和甘油糖脂113鞘胺醇磷脂和鞘糖脂合称为鞘脂类3、衍生脂质，上述脂类物质衍生而来，或关系密切。1取代烃：脂肪酸及其碱性盐和高级醇2固醇类3萜4其他脂质如维生素A、D、E、K，糖脂和脂蛋白。第二节脂酰甘油类脂酰甘油，即脂肪酸和甘油所形成的脂。 脂类中最丰富的一大类是三酯酰甘油， 其结构如下图。

34、一、脂肪酸：在自然界中游离的脂肪酸较为少见，绝大部分脂肪酸是以结合形式存在的。按照其饱和程度脂肪酸可分成：饱和脂肪酸不饱和脂肪酸。1、它们之中大部分是不分枝和无环无羟基单羧酸。2、自然界中分子中的碳原子数目绝大多数是偶数。3、饱和脂肪酸中最普遍的软脂酸16酸和硬脂酸18酸。不饱和脂肪酸中最普遍的是油酸18碳1烯酸。4、不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸低。5、细菌中所含的脂肪酸比植物动物少得多，绝大多数为饱和脂肪酸。高等植物和低温生活的动物中不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸含量。6、高等动物的不饱和脂肪酸从结构上讲部分是顺式结构7、必需脂肪酸：我们把维持哺乳动物正常生长所需要的而体内又不能

35、合成的脂肪酸成为必需脂肪酸(亚油酸和亚麻酸)。哺乳动物中的亚油酸18碳2烯酸和亚麻酸 18碳3烯酸是从植物中获得的。如亚油酸在红花油、玉米油、棉籽油、大豆油中含量均在50%以上。二、甘油甘油味道甜，比重为。和水与乙醇可以任何比例互溶，但不溶于乙醚、氯份等。甘油是许多化合物的良好溶剂，广泛地用于化装品和医药工业。甘油能保持水分，可以作为润湿剂。三、甘油三酯的类型：甘油三酯有许多不同的类型简单三脂酰甘油：三个脂肪酸都是相同的。混合三酯酰甘油：含有两个或两个以上不同的脂肪酸的甘油三酯。多数天然的油物质都是简单的甘油三酯和混合的甘油三酯的复杂的混合物。四：甘油三酯的物理与化学性质：1、溶解度：不容易水

36、，也没有形成高度分散的倾向。2、熔点：其熔点随着不饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。三软酯酰甘油和三硬酯酰甘油在体温以下为固态，三油酰甘油和三亚油酰甘油在体内呈液态。猪的脂肪中油酸占50%。猪油的固化点，人的脂肪中油酸占70%，人油的固化点15。植物中含有大量的不饱和脂肪酸，因此成液态。123、皂化和皂化值：将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶作用时都可以发生水解当用碱水解酯酰甘油时，可产生脂肪酸的盐类即肥皂，故称之为皂化反应。完全皂化一克油或脂所消耗的氢氧化钾的毫克数称为皂化值。4、酸败和酸值：油脂是在空气中暴露过久即产生难闻的臭味这种现象称为酸败。酸败的化学本质： 由于脂水解释放游离的脂肪酸氧

37、化为醛或酮低分子的脂肪酸(如丁酸)的氧化产物有臭味。5、氢化，油脂中的不饱和键可以在金属镍催化下发生氢化反应6、卤化和碘值：油物可以与囱素发生加成作用。生成卤代脂肪酸，自一作用称为卤化作用。碘值指一百克油所能吸收的碘的克酸数。7、乙酰化值：油脂中含有羟基的脂肪酸可以与乙酸酐和其他酰化试剂作用形成相应的酯。乙酰化值：指一克乙酰化的油脂分解出的乙酸用氢氧化钾中和时所需要的氢氧化钾的毫克数。第三节磷脂类磷脂是分子中含有磷酸的复合脂。甘油磷脂类甘油丙三醇鞘氨醇磷脂鞘氨醇一、甘油磷脂的结构二、常见的甘油磷脂1、磷脂酰胆碱俗称卵磷脂卵磷脂的结构中极性部分是胆碱。卵磷脂的功能：1是生物膜的主要成分之一；2在

38、生物控制有机体代谢中，脂肪的代谢中起重要作用。3防止脂肪肝的形成，临床上是一种很好的乳化剂。2、磷脂酰乙醇胺脑磷脂：动物中植物中含量丰富，参与血液的凝固过程3、磷脂酰丝氨酸：也参与血液凝固过程4、肌醇磷脂：肌醇替代胆碱主要存在于肝脏和心肌中5、双磷脂酰甘油心磷脂：含有二个磷脂酸分子，磷酸基团分别与一个甘油分子的碳原子上的羟基以酯键相连。主要存在于细菌细胞膜、真核细胞线粒体内膜等三、醚甘油磷脂1、缩醛磷脂：以一个长碳氢链取代脂肪酸以醚键与甘油羟基相连，存在于细胞膜，特别是肌肉和神经细胞的膜中。2、血小板趋化因子PAF嗜碱性粒细胞释放，能引起血小板凝集和血管扩张四、鞘磷脂1、鞘氨醇：13有60多种

39、，动物中常见的是D-鞘氨醇；植物中二氢鞘氨醇和4-羟二氢鞘氨醇2、神经酰胺脂肪酸通过酰胺键与鞘氨醇的-NH4相连，形成神经酰胺鞘磷脂鞘氨醇磷脂类： 神经酰胺被胆碱或磷酰乙醇氨酯化形成的化合物。 鞘氨醇是长们的不饱和的氨基醇，其结构式如下：鞘磷脂极性头部是磷酯酰胆碱或磷酰乙醇氨。鞘磷脂是高等动物组织中含量最丰富的鞘酯类。总结：磷脂类从结构上讲其共性是都含有磷酸基团，都含有极性的基团。其结构骨架是醇， 可分成两类甘油醇与鞘氨醇以其极性头部的种类可将甘油磷酯分成几大类鞘氨醇亦然。第四节萜类、类固醇类这类物质特点是不含脂肪酸、在组织中含量较少，但是有极其重要的生物学功能一、萜类：是异戊二烯的衍生物含有

40、二个异戊二烯单位的萜称单萜，三个称倍半萜，四个称二萜。植物中如柠檬油中，含有的柠檬苦素、薄荷中含有的薄荷、樟脑油中含有的樟脑二、类固醇概述：类固醇类化合物广泛分布于生物界。生物功能：作为激素起某种代谢调节作用；作为乳化剂有助于脂肪的消化和吸收；有抗炎症的作用。固醇类可分为固醇和固醇衍生物两大类。一固醇的结构特点1、甾核上的C3常为羟基或酮基2、C17上可以是羟基或酮基或其它形式的侧链3、C4-C5和C5-C6之间常是双键4、A环在某些化合物上常是苯环，而且无C19-角甲基。二胆固醇和非动物固醇1、胆固醇细胞膜的成分之一， 与膜的通透性有关胆固醇是神经髓鞘的绝缘物质； 可以解除某种毒素对细胞的毒

41、害作用。2、非动物固醇：植物细胞的重要组分，不能为动物吸收；主要为豆固醇、麦角固醇、菜油固醇、谷固醇。麦角固醇经日光或UV照射可以转化为维生素D2三固醇衍生物1、胆汁酸在肝中合成，可以从胆汁中别离到。胆汁中有三种不同的胆汁酸，胆酸脱氧胆酸和鹅脱氧胆酸2、性激素：孕酮、睾丸激素第五节生物膜简介一、细胞中的膜系统：膜系统=质膜+内膜系统真核细胞细胞核、线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体、过氧化物酶体、叶绿体植物。电子显微镜下表现出大体相同的厚度与结构通称为生物膜的衍生物。二、膜的化学组成：14生物膜都是由脂和蛋白质两大类物质组成的。此外糖+金属离子+水分，占12.5%1、膜脂，磷脂：磷脂酰胆碱、磷脂

42、酰乙醇氨、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、神经鞘磷脂、心磷脂细菌和线粒体。固醇： 胆固醇动物细胞豆固醇植物。2、膜蛋白：外周蛋白： 分布于膜的外表， 通过静电作用及时离子键作用等较弱非共价键与膜外外表结合。内嵌蛋白： 分布在磷脂双分子层中； 有时还横跨全膜或者以多酶复合体形式由内嵌和外周蛋白结合；以疏水和亲水二部分分别与磷脂的疏水和亲水的两部分结合。膜蛋白对物质代谢、物质传递、细胞运动、信息的接受与传递、支持与保护均有重要意义。3、膜糖类：主要以糖蛋白和糖脂的形式存在。在细胞质膜的外表分布较多，糖蛋白主要为中性氨基糖和唾液酸。糖酯主要为神经糖脂。与细胞的抗原结构、受体、细胞免疫反应、细胞识别、血型及

43、细胞癌变等均有密切关系三、生物膜的流动性主要特征一膜脂的流动性磷脂液晶态类似晶态的凝胶状态液晶态生理条件1、相变温度以上膜脂运动的几种方式1磷脂烃链围绕C-C键旋转而导致异构化运动2磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动：“ 梯度现象”极性部分快；甘油骨架慢；脂肪酸烃链较快3磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴作旋转运动4磷脂分子在膜内作侧向扩散或侧向移动5磷脂分子在脂双层中作翻转flip-flop运动2、膜脂的分相混合磷脂相变温度不同。温度下降至某一值事，处于凝胶态液晶态磷脂分子各自聚集。二膜蛋白：可以作横向移动，外周蛋白飘浮在双分子层的外表，而内在蛋白完全系于烃基核心。四、生物膜的分子结构一生物

44、膜分子间作用力的类型1、静电引力：存在于一切极性和带电荷基团之间吸引or排斥2、疏水作用力：维持膜结构的主要作用力3、范德华引力：使膜中分子尽可能彼此靠近与疏水力相互补充二生物膜的结构：Danielli与Davson三夹板模型1、膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层；两层磷脂分子的脂肪酸烃链伸向膜中心。极性端则面向膜两侧水相。152、在脂双层的基础上，进一步解释蛋白质定位的问题，即蛋白质分子以单层覆盖两侧，形成蛋白质-脂质-蛋白质的“ 三明治” or“ 三夹板”1膜的内嵌蛋白溶解于双分子的中心疏水部分；2外周蛋白与带电荷的脂质双分子层的极性头部连接；3双分子层中的脂质分子之间或者蛋白质分子与脂

45、质分子之间无共价的结合；五、膜功能：1、代谢调控：代谢途径的分隔；进行氧化磷酸化线粒体内膜和光合磷酸化叶绿体类囊体膜的场所。2、物质运输：不带电荷的脂溶性的物质较容易通过；亲水性物质、离子大多数具有专一性的传送载体酶系和通道。膜的传送作用能调节物质进出细胞的流量从而保证细胞内环境的稳定状态。3、神经传导：细胞膜还含有电荷的外表物质构成跨膜电位差。细胞膜还具有自我封闭的特点，细胞假设被刺伤可以迅速的自动再封闭。4、具有识别某些分子信号的功能。一些细菌 趋化作用：膜能够感受出营养物质的微小差异，刺激细胞泳向营养源。促进同种细胞有规则的缔合：动物细胞膜的外外表含有识别同种细胞受体。细胞外表还具有受体

46、部位能特异地结合激素分子。如肝脏及肌肉细胞的外表含有识别并结合胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素的特异受体。这些受体部位与激素结合，就可以将信号从膜传向细胞内的酶，调节它们的活力第三章氨基酸(aminoacid)一、氨基酸 蛋白质的构件分子蛋白质的水解1、酸水解：6M,HCI 或4M,H2SO4回流煮沸20h优点：不起消旋作用缺点：色氨酸被破坏，羟基氨基酸部分分解，酰氨基水解。2、碱水解：5M NaOH 共煮10-20h缺点：多数氨基酸遭到不同程度的破坏，产生消旋现象，得D，L 混合物，精氨酸脱氨优点：色氨酸稳定3、酶水解：缺点：持续时间较长，部份水解优点：不产生消旋，也不破坏氨基酸工业上开发大量复

47、合酶，用于蛋白质加工蛋白质的一般结构氨基酸的结构：含氨基和羧基，氨基可位于、等位置-氨基酸除脯氨酸可用下式表示熔点高、绝大多数具旋光性除甘氨酸，除胱氨酸和酪氨酸外，一般能溶于水，脯氨酸和羟脯氨酸溶于乙醇和乙醚。16二、氨基酸的分类生物体发现氨基酸180 多种，常见蛋白质氨基酸；不常见蛋白质氨基酸；非蛋白质氨基酸参与蛋白质组成的常见氨基酸或基本氨基酸20 种，均为L 型氨基酸常见蛋白质氨基酸根据R 基的结构特性分为：脂肪族；芳香族和杂环1、脂肪族： 中性氨基酸，包括：甘氨酸不含手性碳原子，无旋光性、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和甲硫氨酸； 极性氨基酸： 含羟基的氨基酸；丝氨酸丝蛋白中得到，酪

48、蛋白、卵黄磷脂蛋白以磷酯酸形式存在，酶催化和调节作用中发挥作用 、苏氨酸发现最晚的一种氨基酸 ； 含巯基氨基酸半胱氨酸首先在膀胱积石中发现，1899 年在蛋白质中发现，多以胱氨酸形式存在，可形成分子内或分子间二硫键，维持蛋白质高级结构的作用力， 对蛋白质高级结构形成具重要作用， 同时是某些酶的活性基团 ； 含酰氨基氨基酸：天冬酰氨，谷氨酰氨，参与氨代谢，植物体内重要的氨的转运者； 酸性氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸，参与氨代谢，谷氨酸为某些酶活性中心的催化基团 碱性氨基酸：赖氨酸、精氨酸存在于活性部位，参与酶催化，精氨酸是蛋白质代谢中尿素形成的中间产物2、芳香族氨基酸：酪氨酸、苯丙氨酸，苯丙氨酸浓度

49、测定被用于苯丙酮尿症的诊断，酪氨酸在奶酪中含量丰富。3、杂环氨基酸：色氨酸，在植物和某些动物体转化成泛酸，有时归入芳香族组氨酸，碱性氨基酸，大量存在于珠蛋白，某些酶活性部位的催化基团脯氨酸，无自由-氨基，在肽链转角处丰富。根据R 极性分为：非极性氨基酸、不带电荷的极性氨基酸、 带正电荷的氨基酸和带负电荷的氨基酸。不常见的蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸三、氨基酸的酸碱化学氨基酸的兼性离子形式 有关氨基酸的兼性离子形式推测的基础有机物分子：如以中性分子形式存在，熔点较低，如二苯氨是 53，原因：晶体分子间维系力是靠范德华力作用，作用较弱；如以离子状态存在熔点较高，如氯化钠是200，原因：分子间靠离子键

50、来维持，作用较强。在溶液中非极性分子使溶液介电常数降低， 而极性分子使溶液介电常数升高， 而离子态是强的极性分子。氨基酸分析结果发现：其晶体熔点高200以上，其溶液介电常数升高，说明氨基酸是以离子状态存在，氨基酸是两性电解质，氨基酸完全质子化时是多元酸， 侧链不解离的中性氨基酸是二元酸、 酸性和碱性氨基酸可视为三元酸。既可以被酸滴定又可以被碱滴定，氨基酸的解离氨基酸的等电点：曲线可知氨基酸可以带上正电或者负电荷， 也可以带电荷为零。静电荷为0 时的PH 称为氨基酸的等电点PI，对于不解离的中性氨基酸来说其等当点等于 pK1，pK2 算术平均值；对侧链基团解离的氨基酸，等电点为其两侧pK 的算术