生物化研究的内容.docx

1、生物化研究的内容第一章 绪 论一生物化学研究的内容1生物化学：生物化学(biochemistry)是研究生物机体（微生物、植物、动物）的化学组成和生命现象中的化学变化规律的一门科学，即研究生命活动化学本质的学科。所以生物化学可以认为就是生命的化学。生物化学利用化学的原理与方法去探讨生命，是生命科学的基础。它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。2 生物化学研究的主要方面：（1）生物体的物质组成 高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质，如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物（2）物质代谢生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物

2、质代谢或新陈代谢。物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收中间代谢排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质物质代谢调控，能量代谢几方面的内容。（3）生物分子的结构与功能 根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观点 ，要想了解细胞及亚细胞的结构和功能，必先了解构成细胞及亚细胞的生物分子的结构和功能。因此，研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。二生物学的发展（）静态生物化学阶段大约从十八世纪中叶到二十世纪初，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，发现了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机

3、物质组成 。（二）动态生物化学阶段大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。此阶段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。其中主要的有： 1932年，英国科学家Krebs 建立了尿素合成的鸟氨酸循环；1937年，Krebs又提出了各种化学物质的中心环节三羧酸循环的基本代谢途径； 1940年，德国科学家Embden和Meyerhof提出了糖酵解代谢途径。(三、)分子生物学阶段从1953年至今。以1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型为标志，生物化学的发展进入分子生物学阶段。这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。三 生物化学与其他学科的关系生物化学

4、是介乎生物学与化学的一门边缘科学，它与生物科学的许多分支学科均有密切关系。 首先，它与生理学是特别密切的姊妹学科。例如植物生理学，它是研究植物生命活动原理的一门科学。植物的生命活动包括许多方面，其中有机物代谢是重要的方面，这本身也属于生物化学的内容。因此，在植物生理学的教科书中也包括部分生物化学内容。 生物化学与遗传学也有密切关系，现已知核酸是一切生物遗传信息载体，而遗传信息的表达，则是通过核酸所携带的遗传信息翻译为蛋白质以实现的。因此，核酸和蛋白质的结构、代谢与功能，同时是生物化学与遗传学的内容。 生物化学也与微生物学有关，目前所积累的生物化学知识，有相当部分是用微生物为研究材料获得的，如大

5、肠杆菌是被生物化学广泛应用的材料。 生物化学与分类学也有关系，由于蛋白质在进化上是较少变化的，因此，近代利用某些蛋白质结构的研究，可以作为分类的依据。此外，农业科学、生物技术、食品科学、医药卫生及生态环境等科学，都需要生物化学的基础。四 生物化学的应用与发展二十一世纪是以信息科学和生命科学为前沿科学的时代。生物化学在生命科学中居于基础地位，也是医学、畜牧、兽医、农学、林学和食品科学等专业必修的基础课。生物化学在生产生活中的应用主要体现在医疗、农业和食品行业等方面。在医学上，人们根据疾病的发病机理以及病原体与人体在代谢和调控上的差异，设计或筛选出各种高效低毒的药物。比如最早的抗生素璜胺类药物就是

6、竞争性抑制使细菌不能合成叶酸从而死亡。依据免疫学知识人们设计研制出各种疫苗，使人类从传染病中得以幸免。艾滋病疫苗的研制工作也在不断取得进步民以食为天，这说明了农业生产在人类生活中的基础地位。我国是一个人口大国，且人均耕地少，如果不是通过生物技术改良农作物提高产量和质量，那么不要说实现小康，可能连社会稳定都无从谈起。大家可能对转基因这个概念比较陌生，但在当今社会，没有跟转基因产品打过交道的人可2002年，我国本土生产大豆1541万吨，从美国和阿根廷等国家共进口了1397万吨大豆，进口大豆占我国大豆总消费量50%左右。其中美国占573万吨，剩下是阿根廷和巴西。美国100%转基因，阿根廷98%，巴西

7、至少10%。这说明市面上流通的豆类制品，近50%是转基因作物制造。而这一信息知道的人并不多，但随着认证的进行，这一状况会逐步好转。现代生命科学技术可以大大加快人类的进化历程并改变某些物种，从而影响到整个自然界的发展历程。科技的每一小步前进都会带来社会的深刻变化。正如网络的出现促成了虚拟社区的形成，而这虚拟的世界却又实实在在地影响着人们的现实生活。总的来说科技的进步给人类带来的更多是利益，生命科学领域中的工作者们正在努力实现使生命更完美的目标。没有疾病的困扰，胎儿在发育之前已对其缺陷基因进行了彻底的修复；不必杀生，人工合成的蛋白质取代了动物肉类；200岁被定为青年，衰老的器官被人工合成的新器官所

8、移植。我想这就是生命科学的未来，她将营造出一个健康、繁荣和幸福的生命世界！第二章 生物体内的糖类糖是自然界中存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物经光合作用形成的。这类物质主要是由碳、氢、氧所组成，是含多羟基的醛类或酮类化合物。根据水解后产生单糖残基的多少可将糖作如下分类：单糖：这是一类最简单的多羟基醛或多羟基酮，它不能再进行水解。根据其所含的碳原子数，单糖又可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖等。依其带有的基团，又可分为醛糖和酮糖。寡糖：是由210个单糖分子聚合而成的糖，如二糖、三糖、四糖、九糖等。多糖：由多分子单糖及其衍生物所组成，依其组成又可分为两类：（1）

9、同聚多糖：由相同单糖结合而成，如戊聚糖、淀粉、纤维素等。（2）杂聚多糖：由一种以上单糖或其衍生物所组成，如半纤维素、粘多糖等。第一节 单糖及其衍生物任何单糖的构型都是由甘油醛及二羟丙酮派生的，形成醛糖和酮糖。由于糖的构型有D-构型与L-构型，即凡分子中靠近伯醇(CHOH)的仲醇基(CHOH)中的羟基如在分子的右方者称为D-糖，在左方者称为L-糖，因此又有D-醛糖和L-醛糖、D-酮糖和L-酮糖之分。它们的关系如图1-1、图1-2。植物体内最重要的单糖有戊糖、己糖和庚糖，现在分别举例说明如下：一、 戊糖（pentose） 高等植物中有三种重要的戊糖，即D-核糖、D木糖及L-阿拉伯糖。其环状结构式为

10、： -D-核糖 L-阿拉伯糖 D-木糖 D-核糖（D-ribose）是所有生活细胞的普遍成分之一，在细胞质中含量最多。核糖是构成遗传物质核糖核酸（RNA）的主要成分。如果D-核糖在C上被还原，则形成2脱氧-D-核糖。脱氧核糖是另一类遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）的主要成分。L-阿拉伯糖（L-arabinose）在植物中分布很广，是粘质、树胶、果胶质与半纤维素的组成成分，在植物体内以结合态存在。D-木糖(D-xylose)是植物粘质、树胶及半纤维素的组成成分，也以结合态存在于植物体内。图1-1 D-醛糖的关系图图1-2 D-酮糖的关系图二、 己糖(hexose) 高等植物中重要的己醛糖有D-葡萄

11、糖、D-甘露糖、 D-半乳糖；重要的己酮糖有D-果糖和D-山梨糖。葡萄糖(glucose)是植物界分布最广、数量最多的一种单糖，多以D-式存在。葡萄糖在植物的种子、果实中以游离状态存在，它也是许多多糖的组成成分，如蔗糖是由D-葡萄糖与D-果糖结合而成的，淀粉及纤维素都是由D-葡萄糖聚合而成的。-D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖 果糖（fructose）也是自然界中广泛存在的一种单糖。存在于植物的蜜腺、水果及蜂蜜中，是单糖中最甜的糖类。在游离状态时，果糖为-D-吡喃果糖，结合态时为-D-呋喃果糖。 甘露糖(mannose)在植物体内以聚合态存在，如甘露聚糖。它是植物粘质与半纤维的组成成分。花生皮

12、、椰子皮、树胶中含有较多的甘露糖。甘露糖的还原产物甘露糖醇是柿霜的主要成分。 D-甘露糖醇半乳糖(galactose)在植物体内仅以结合状态存在。乳糖、蜜二糖、棉籽糖、琼脂、树胶、果胶类及粘质等都含有半乳糖。山梨糖(sorbose)又称清凉茶糖，存在于细菌发酵过的山梨汁中，是合成维生素C的中间产物，在制造维生素C的工艺中占有重要的地位。桃、李、苹果、樱桃等果实中含有山梨糖的还原产物山梨糖醇。三、 庚糖(heptose) 庚糖虽然在自然界分布较少，但在高等植物中存在。最重要的有D-景天庚酮糖及D-甘露庚酮糖。前者存在于景天科及其他肉质植物的叶子中，故名景天庚酮糖。它以游离状态存在。该糖是光合作用

13、的中间产物，在碳循环中占有重要地位。D-甘露庚酮糖存在于樟梨果实中，也以游离状态存在。它们的线状结构如下：四、糖的重要衍生物 由于电子显微镜的应用及近代细胞壁化学的研究，自然界中又发现有两种其他的脱氧糖类，它们是细胞壁的成分。一种是L-鼠李糖(L-rhamnose)，另一种是6-脱氧-L-甘露糖。 糖醛酸（uronic acid）由单糖的伯醇基氧化而得。其中最常见的是葡萄糖醛酸（glucouronic acid）它是脏内的一种解毒剂。半乳糖醛酸存在于果胶中。糖胺（glycosamine）又称氨基糖, 即糖分子中的一个羟基为氨基所代替。自然界中存在的糖胺都是己糖胺。常见的是D-葡萄糖胺(D-gl

14、ucosamine)，为甲壳质(几丁质)的主要成分。甲壳质是组成昆虫及甲壳类结构的多糖。 D-半乳糖胺则为软骨组成成分软骨酸的水解产物。第二节 寡 糖寡糖的概念是1930年提出的，是指由210个单糖分子聚合而成的糖。自然界中存在着大量的寡聚糖，早在1962年就已经发现了584种之多。寡聚糖在植物体内具有贮藏、运输、适应环境变化、抗寒、抗冻、调节酶活性等功能。寡糖中以双糖分布最为普遍，意义也较大。一、 双糖(disaccharides) 双糖是由两个相同的或不同的单糖分子缩合而成的。双糖可以认为是一种糖苷，其中的配基是另外一个单糖分子。在自然界中，仅有三种双糖(蔗糖、乳糖和麦芽糖)以游离状态存在

15、，其他多以结合形式存在(如纤维二糖)。蔗糖在碳水化合物中是最重要的双糖，而麦芽糖和纤维二糖在植物中也很重要，它们是两个重要的多糖淀粉和纤维素的基本结构单位。1 蔗糖(sucrose) 蔗糖1-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃果糖苷蔗糖在植物界分布最广泛，并且在植物的生理功能上也最重要。蔗糖不仅是主要的光合作用产物，而且也是碳水化合物储藏和积累的一种主要形式。在植物体中碳水化合物也以蔗糖形式进行运输。此外，我们日常食用的糖也是蔗糖。它可以大量地由甘蔗或甜菜中得到，在各种水果中也含有较多。蔗糖是-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃果糖苷。它不是还原糖，因为2个还原性的基团都包括在糖苷键中。蔗糖有一个特殊性质，就是极易被酸水解，其水解速度比麦芽糖或乳糖大1 000倍。蔗糖水解后产生等量的D-葡萄糖及D-果糖，这个混合物称为转化糖。在高等植物和低等植物中有一种转化酶(invertase)，可以使蔗糖水解成葡萄糖和果糖。 2 麦芽糖(maltose) 它大量存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中，在自然界中很少以游离状态存在。它是淀粉的组成成分。淀粉在淀粉酶作用下水解可以产生麦芽糖。用大麦淀粉酶水解淀粉，可以得到产率为80的麦芽糖。用酸或麦芽糖酶水解麦芽糖只得到D-葡萄糖，麦芽糖酶的作用表明这2个D-葡萄糖是通过第l和第4碳原子连结的，故麦芽糖可以认为是-D-葡萄糖-(l，4)-D-葡萄糖苷。因为有一个醛基是自由的