环境生物化学教案文档格式.docx

1、 分子分类学如细菌，过去主要由观察形态，现在以rRNA的分子结构为基础。 分子遗传学遗传物质的分子结构，如基因的分子结构、染色体等。 人类基因组、动物基因组被破译、植物基因组被解读，给医药卫生、农业等带来革命性变化。 分子免疫学免疫的分子结构及作用原理。 对于人及动物特殊病的诊断治疗开辟了新的前景。 分子生理学生理过程的分子水平的变化，对研究疾病的发生机制。 分子病理学引起疾病的分子水平的因素的变化过程。 分子细胞生物学细胞的分子组成及其功能。 随着这些新学科的出现，分子生物学也从生物化学的发展中独立出来，成为一门新的学科，但有些部分依然不能与生物化学完全分开，还有很多交叉。 那么分子生物学又

2、与生物化学是什么关系呢？二、生物化学是现代生物学科的基础和前沿（幻灯）1为什么说是现代生物学的基础（板书）？ 是由于生物科学发展到分子水平，必须借助于生物化学的理论和方法来探讨各种生命现象，如：生长繁殖衰老遗传变异、生理、病理、生物起源和进化等。因此它是各学科的共同语言；而现代生物学是指分子水平的生物学，现代生物技术是分子水平的工程学，是现代生物学的核心。2为什么说它又是现代生物学的前沿（板书）？ 是因为各生物学科的进展或突破很大程度上有赖于生物化学的研究进展所取得的成就。如果没有生物化学对生物大分子结构与功能的阐明，没有遗传密码及传递途径的发现，就没有今天的分子生物学和分子遗传学。没有生物化

3、学对限制性核酸内切酶的发现及纯化，也就没有今天的生物工程。生物化学与各门生物学关系密切，在生物学科中占有举足轻重的地位。3那么分子生物学又与生物化学是什么关系呢？ 分子生物学是以生物化学、生物物理学、微生物学和遗传学为基础发展起来的。其主要任务是从分子水平上来阐明生命现象和生物学规律。生物化学主要研究内容的蛋白质、核酸、糖类等生物大分子的结构与功能，与分子生物学的研究内容是交叉的，二者关系密切，密不可分，但各自有侧重点。因此，国际生物化学会（International Union of Biochemistry）改更名为（International Union of Biochemistry

4、and Molecular Biology）国际生物化学与分子生物学协会。中国的生物化学学会也更名为中国生物化学与分子生物学会。第三节 生物化学与现代化学发展的关系（幻灯） 因为我们大部分是学化学出身，化学基础雄厚，所以这里必须特别提示一下，化学家对化学研究的进展对生物化学有着积极的影响，而反过来，生物化学的发展又促进化学的发展。这可为我们学化学的同学将来从事生物化学方向的研究提高成功的信心和自信。 实际上，生物化学是在不断地研究阐明生命现象中的化学问题过程中发展起来的。下面举几个例子： 如：第一个生物化学实验是1897（板书）年进行的。是一位德国的化学家爱德沃德布赫纳（Edward Buch

5、rer板书）用不含细胞的酵母菌提取液成功地在体外实现了糖转化为酒精的发酵过程。 再如：大分子这个术语是1922板书年由德国化学家赫尔曼斯托丁格（Hermam Staudinger板书）引入的，它用于描述质量很大的分子。在这些大分子里原子通过很强的化学链而组装在一起。另一个极为重要的概念是“专一性”（specificity）。“专一性”是指酶辨认出它们所作用的分子（底物）的化学结构的能力。 专一性这个概念，首先是1890板书年德国化学家艾米尔费希尔（Emil Fischer板书）清楚地提出的。费希尔对蛋白质进行过深入的研究。为了说清专一性这一概念的含义，费希尔用锁和钥匙进行比喻。（但现在这一概念

6、在酶反应过程中已经过时。这一概念也被用于免疫过程中抗原与抗体的关系。 19361940板书年专一性概念发生了实质性的变化，从一个生物学的概念逐渐演化成了一个立体化学的概念。这个迅速的转变是奥地利免疫化学家卡尔兰斯泰勒（纳）（Karl Landsteiner）与美国化学家莱纳斯波林（Linus Pauling）相遇的结果。 1935年温德尔斯坦利（Wendell Meredith Stanley）完成对烟草花叶病毒（TWY）（板书）的纯化和结晶，构成了革命性事件，1946年获诺贝尔化学奖。 除了用化学的方法以外，近年来生物物理学的发展，或者说物理学家对生物化学或分子生物学的进展影响也是巨大的。如

7、物理学家乔治盖英（George Gammon）宇宙起源“大爆炸”理论的奠基人之一，是另一位对分子生物学发展做出过重要贡献的物理学家。 再者，生物化学测定中的一些物理化学方法，如：超速离心、电泳和同位素的使用、光谱学、电子显微镜，都是物理化学技术的应用。 谈到生物化学和分子生物学，大家都会立刻想到DNA的结构。正是在1953年，吉姆沃森（James D。Watson（板书）和弗朗西斯。克里克（Francis H。C。crick）（板书）发现了DNA的双螺旋结构之后，1955年Sanger第一个进行了蛋白质一级结构的测定，测出了牛胰岛素的一级结构。Edman又在此基础上进行了改进，发明了氨基酸自动

8、分析测序仪。目前的液相和固相测序仪，气相序列仪已测出一千多种蛋白质的一级结构，通过计算机建立了数据库。近些年来用X光衍射和 核磁共振直接测定蛋白质的二级、三级、四级结构、为揭示生命现象和病症的发生发展机理的本质提供了重要的基础。第四节、生物化学与现化工业（应用生物化学）幻灯 分子生物学与基础生化学主要是生化和分子水平生物学的理论研究。但他的理论与技术已广泛的应用于现代工农业、现代医学、食品医药等行业。 生物化学对现代化工、轻工、食品、医药工业的渗透。生物化学的发展，不仅在生命现象及生物进化等理论问题上成就卓著，而且随着生物化学技术和设备的进步，不断应用于工、农、医等领域的实践，在现代工业、现代

9、农业和现代医学中起着越来越重要的作用。用生物化学和分子生物学的理论来指导现代生物技术，在工农业及各行各业的应用构成了许多应用生化的分支，在这里首先我们应该讨论一下什么是生物化学技术它与现代生物技术的关系。 生物化学技术包括：发酵、提取、纯化、酶工程、生化工程。现代生物技术主要利用分子生物学的工程技术，生物体或其体系及它们的衍生物来创造人类所需要的各种产品的一门新型的跨学科技术体系。并牵涉到生物机能及其产物的控制，以达到工业化生产，其产品实现商业化。 这个综合性技术包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程。所以生物化学技术是现代生物技术的重要组成部分而不是全部。第五节、生物化学与国民

10、经济各领域发展的关系（幻灯） 当阐述生物化学与国民经济各领域发展的关系时，必然离不开生物技术。生物化学的发展在很大程度上依赖于生物技术的发展，而生物化学与分子生物学的理论又为生物技术的发展奠定了理论基础。第二章 糖类的化学目的与要求：使学生从生物化学的角度认识糖的本质意义和糖在生物体中的作用等，使学生掌握糖化学的基本知识以及一些概念与有机化学方面的区别。重点讲解：糖的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构和性质，使学生通过掌握典型单糖（葡萄糖和果糖）的结构和性质，再从单糖的基础上去理解二糖的结构和性质，从而使学生学会比较分析的方法去认识各种重要糖类的特征。几种主要多糖在讲解时要结合医学上的应

11、用。在讲解单糖的结构和性质时，要联系有机化学醛、酮的化学性质和结构。对学生要求：掌握糖类及其衍生物化学组成、结构；掌握基本概念、构型和构象的区别环式单糖不同的书写方式、重要的化学反应。理解不同构型和构象造成的稳定性差别。了解不同的糖对生物体的用途以及它们在体内的分布第一节 .糖的概念一.糖的种类和功能 1.糖的定义：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）C6H12O5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

12、：除C、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2.糖的功能：（1）是生物获取能量的主要来源（2）具有特殊的生理功能（3）糖类也是结构成分（4）生物体合成其它化合物的基本原料（5）糖作为信号识别的分子3.糖的种类： （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

13、单糖分子缩和而成的如按其组成：同多糖：相同的单糖组成；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.糖的构型1.几个概念： 同分异构体 结构异构 立体异构 几何异构 旋光异构 差向异构2.糖的构型 不对称碳原子 旋光异构体的性质 甘油醛的构型（DL） 意义 葡萄糖的构型第二节 单糖的结构和性质单糖的种类很多，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（glucos

14、e）最多，分布也最广，其中葡萄糖结构具有代表性。一、定义及分类定义：具有1个自由醛基或酮基，以及两个以上的糖类物质称为单糖。分类：醛糖；酮糖丙糖、丁糖、戊糖、己糖 等二、单糖的分子结构（一）链状结构1、葡萄糖链状结构的确定：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还原成山梨醇，而山梨醇是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。（-COH）3）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。（-OH）2、葡萄糖的构型（configuration）1）不对称碳原子的概念：一个碳原子和

15、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：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

16、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，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若存在对称元素如，对

17、称面、对称中心或四重交替之一的，都可以和它的镜像重合，没有旋光性分子内若不存在对称元素，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

18、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，1893年 E.Fischer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1926年W.H.Hawworth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

19、（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。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第三节 .寡糖的结构和性质寡糖是由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

20、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1）化学性质：无游离醛基、不具还原性。2）物理性质：溶于水、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。由两分子的葡萄糖按（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

21、，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 多糖的结构和性质一、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，如纤维素无甜味也无还原性，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

22、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）：由葡萄糖单位组成，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）：由多个较短的-1、4糖苷键直链组成。每两个糖的直

23、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。2、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）

24、：地球表面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。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。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（hyaluronicac

25、id）：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（gly

26、coproteins）和蛋白聚糖（proteoglycans）总称为结合糖和复合糖四、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若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

27、别也有一定作用6、与肿瘤特异性抗原活性的鉴定有关五、蛋白聚糖：是一种长而不分枝的多糖链，既糖胺聚糖，其一定部位上与若干肽链相连，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，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而成凝胶 起筛子作用，容许小分子化合物自由扩

28、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表面的一些蛋白聚糖，与细胞间相互识别、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。第三章 脂 类 化 学通过本章的学习，使学生对脂类及其衍生物有比较全面的认识。单脂和复脂的组分、结构和性质，对固醇亦给予必要的介绍。使学生对脂肪的结构和性质以及对固体类物质的基本结构作彻底的了解；引导学生联系脂肪的结构学习复脂的结构。在固醇核心结构的基础上学习类固醇物质，在萜类学习的过程中了解异戊二烯结构的不同变化。讲解时，要对磷脂与糖脂的区别、各种磷