搜索
-1-高等院校生物化学笔记一生物化学Biochemistry1.【教学内容与学时】第1讲：1–2学时；序论1学时，单糖1学时；2.【教学目的和要求】了解生物化学的概念、研究对象和生物化学的发展简史；掌握单糖的结构和性质。3.【教学重点与难点】生物化学的概念、单糖的立体结构、单糖的颜色反应。绪论一、生物化学的概念生物化学是研究生命现象化学本质的学科。生物化学就是生命的化学。生物化学是研究生物体内的化学分子构成，分子结构、性质、功能及其在体内代谢过程的学科。——代谢包括物质和能量两方面。生物化学是研究生物的化学组成和化学变化的，所以生物化学也可以分作两大部分内容：①化学组成部分，也称为静态生物化学，主要探讨构成生物体的分子类型、分子结构、化学性质及生物功能；②化学变化部分，讨论的是生物体内的化学分子之间如何进行转化，即研究生物体内的化学反应，以及这些反应发生的部位和反应机理，以及伴随这些反应所产生的能量变化。简单讲——生物化学就研究生物体的化学组成和生命中的化学变化。生命的本质倒底是什么？说起来很简单，但严格定义又困难。二、生物化学的发展史生物化学的研究始于18世纪下半叶，但作为一门独立的学科是在20世纪初。1629年荷兰人海尔蒙特进行了柳枝试验，100磅土，2磅重柳枝，只浇水，5年后土和柳枝共重169磅，土减少了二两，论文发表于1648年（死后2年）。1775年拉瓦锡进行定量试验，证明呼吸过程和化学氧化是相同的。并推测呼吸形成的CO2也是由于吸入了氧气，与体内的有机物结合并氧化为CO2，从而将呼吸氧化与燃烧联系在一起。1783年拉瓦锡和拉普拉斯在法国科学院院报发表论文，提出动物热理论——呼吸相当于不发光的燃烧。并测定了释放CO2和释热的关系。现在一般把这一年称为生化开始年。并把拉瓦锡称为生物化学之父。但在这同一时期的开拓者还有普利斯特列和舍勒（Scheele），前者发现了光合现象；后者在1770年发现了洒石酸，之后又从膀胱结石中分离出尿酸，并对苹果酸、柠檬酸，甘油等进行了大量研究。舍勒是瑞典人，学徒工出身，非常热爱化学，最后成为化学家。进入十九世纪，科学发展大大加快，成就不断涌现，例如：1828年维勒（李比西的学生）人工合成了第一个有机物——尿素，证明有机物可以人造。1838年施来登与施旺发表细胞学说。（在1839年）细胞是有机体，整个动物和植物乃是细胞的集合体。它们按照一定的规律排列在动植物体内。这一学说把植物和动物统一起来。-2-*1842年李比西（德国人）在《有机化学在生理学与病理学上的应用》一书中首次提出新陈代谢一词。*1860年巴斯德又对洒精发酵进行了研究——首次提出发酵是由酵母菌或细菌引起的，此研究为后来的糖代谢和呼吸作用研究奠定了基础。1871年米切尔（Miescher霍佩的学生-瑞典人）发表文章分离出核素，即DNA。当时年仅24岁，是首次从脓细胞中分离出脱氧核糖核蛋白。实际分离在1868年完成，论文在1871年发表。1877年德国生理学家——医生霍佩·赛勒，首次提出生物化学一词Biochemie，英文为Biochemistry。并且首次提出蛋白质一词。1897年Buchner用酵母无细胞提取液发酵成功，证明酶的存在。许多人开始提取酶，但都未成功。二十世纪初，在维生素、激素、酶的研究方面发展较快。1902年艾贝尔（Abel美国人）在德国学习七年，1903年制成肾上腺素晶体；后来又在1926年制成胰岛素晶体。1905年Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。同年Starling提出激素（Hormere）一词。1907年霍克（池延登的学生，美国人）发表《实验生理化学》一书，实际上就是生物化学的前身。这就标志着生物化学已经形成，已经从生理学中独立出来。1911年波兰科学家Funk结晶出抗神经炎维生素，并命名为Vitamine，意为生命的胺，实际是复合维生素B。1913年米利切斯和曼顿研究了酶的动力学提出了米曼方程。同年Wilstatter和Stoll分离出了叶绿素。1930年Northrop分离出胃蛋白酶，并证明是蛋白质。1933年Krebs和Henselen发现尿素循环；同年Embdem和Meyerhof初步完成了糖酵解途径的中间产物研究。提出了糖酵解途径。1937年Krebs提出了三羧酸循环的假说；同年Lohmann和Selitser证明硫胺素是丙酮酸羧化酶辅基的组成成分；在此期间Kalcker及Belitser各自对氧化磷酸化作用进行了定量研究。1944年Avery，Maeleod和McCarty完成了肺炎球菌转化试验，证明DNA是遗传物质。1948年Calvin和Bessen发现磷酸甘油酸是光合作用中CO2固定的最初产物，并用了十年时间完成了卡尔文循环的整个代谢途径研究。同年Leloir等人发现了尿苷酸在碳水化合物代谢中的作用。1953年Watson和Criek利用X–射线衍射分析了DNA结构，提出了DNA结构的双螺旋结构模型。这一发现为生物的遗传研究奠定了分子基础。通常把这一年确定为分子生物学的诞生年。同年（1953年），Sanger和Trhompson完成了胰岛素A链及B链的氨基酸序列测定，二年后报道了胰岛素中二硫键位置。1956年A.Kornberg发现了DNA聚合酶。与此同年Ubarger发现了从苏氨酸合成异亮氨酸时终产物异亮氨酸能抑制合成链中的第一个酶，即发现了生物合成过程的反馈作用。1958年S.B.Weiss和Hurwitz等人发现了DNA指导的RNA聚合酶；同在此年Crik提出分子遗传的中心法则；Meselson和Stahl用同位素标记方法证明了DNA的半保留复制假说。1961年Jacob和Monod提出了操纵子学说，并指出了mRNA的功能；同年Weiss和Hurwitz从大肠杆菌中发现-3-了DNA指导的RNA聚合酶；同年M.Nirenberg和H.Matthei发现了遗传密码（苯丙氨酸的）。为三连体核苷酸。1965中国首次人工全合成了牛胰岛素。从七十年代后，生物化学的发展主要集中在分子生物学方面。关于中国的生物化学发展，也做一简略回顾。【思考题】１．生物化学的研究对象是什么?２．生物化学的研究从什么时候开始,进入二十世纪生物化学的发展有什么特点?主要参考书1.王镜岩等生物化学第三版高教出版社2.罗继盛等生物化学简明教程第三版高教出版社3.沈仁权顾其敏主编基础生物化学第二版高教出版社4.王希成编著生物化学清华大学出版社5.周爱儒主编生物化学第五版人民卫生出版社6.宁正祥赵谋明编著食品生物化学华南理工大学出版社生物化学习题集1.生物化学习题解析陈钧辉等编南京大学出版社1986年8月第一版科学出版社2001年9月第二版2.生物化学习题集张来群谢丽涛主编科学出版社1998年10月第二版【教学内容与学时】第1讲：糖类/单糖1学时（上接序论1学时）【教学目的和要求】了解单糖的一般性质、化学结构、生物功能。【教学重点与难点】单糖的结构特点。第一章糖类糖类是指含有多羟基的醛类或酮类化合物，及其产生的缩聚物或衍生物（水解后产生多羟基醛或酮）。糖类也称为碳水化合物，因大多数单糖的元素比为C：H：O为1：2：1。有时写成Cn(H2O)n，所以称为碳水化合物。但个别单糖并不遵循这一比例。例如：鼠李糖为C6H12O5；岩藻糖为C6H12O5；脱氧核糖为C5H10O4等等，这样就不符合碳水化合物的通式。第一节单糖一、糖类概述1．糖的分类按照功能基团可把糖分为醛糖和酮糖。按照有无其他非糖成分又可分为单成分糖和复合糖。单成分糖习-4-惯上分为单糖、寡糖和多糖三类。（1）单糖单糖只含有一个羰基，不能再水解为更简单的糖。取简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮。最常见的单糖是葡萄糖和果糖。含有醛基的叫醛糖，如甘油醛、葡萄糖等；含的酮基的叫酮糖，如二羟丙酮、果糖等。单糖又根据C原子数分为三、四、五、六、七碳糖，习惯也称为丙、丁、戊、己、庚糖。例如六碳糖就称为己糖。（2）寡糖也叫低聚糖。天然的寡糖一般由2~6个单糖聚合成。自然界中较多的是二糖和三糖，最常见的二糖是蔗糖和乳糖。（3）多糖是由多个单糖通过糖苷键聚合成的高分子化合物。单糖数随机而不固定，所以多糖没有固定的分子量和确定的物理常数。如果多糖分子由同一种单糖聚合成，称为称同聚多糖或均一多糖，如淀粉、纤维素等；如多糖分子中有两种或多种单糖或其他非糖物质，称为杂聚多糖或简称杂多糖，如肽聚糖、果胶、透明质酸、海藻酸等。2．糖类的生物学作用糖类的生物学作用主要有以下几方面：能量物质；结构物质；信息及生理活性物质。（1）糖是生物能量的主要来源糖是人类的主要食物，人体能够代谢的糖类主要是葡萄糖和淀粉，撮入体内经胃酸分解为葡萄糖，经血液运输到各个细胞及组织微生物和低等动物除可以利用葡糖外，也能利用其它糖类，例如真菌可分解纤维素。（2）糖是细胞及组织的重要结构成分如核酸中的核糖，细胞膜的糖蛋白、糖脂；结缔组织的透明质酸、硫酸软骨素等；低等生物的胞壁酸、几丁质等；植物细胞壁的主要成分是纤维素和半纤维素及果胶等多糖组成。（3）作为生理活性物质例如肝素具有抗凝血作用。（4）作为生物信息载体糖类有多种异构体，结构变化丰富，再与蛋白结合形成糖蛋白，作为分子间识别及细胞间识别的重要信息物质。例如人体的免疫反应，植物花粉和柱头的识别等。二、单糖的分子结构1．单糖的链式结构所有单糖均可以链式结构存在。（1）分子构型的概念构型是指一个分子中各原子或基团在空间的固定排列，使分子呈现特有的立体结构。构型发生转变时，共价键要发生断裂和重新形成。构型与构象不同，构象是由于单键旋转使分子中基团之间位置发生相对变化，构象可随时变化，但不发生共价键断裂。构造异构是分子中原子连接的次序不同，而构型异构是分子中原子连接的次序相同，但在空间排列方式不同。构型异构和构象异构又都叫立体异构。-5-（2）单糖的立体异构表示法①D–L型表示法以甘油醛作参照物，按Fischer投影式表示：把命名时编号最小的碳原子放在上面，基本碳链的碳原子放在下边，手性碳放在中间，上下的碳原子指向纸平面的背面，中心碳原子左右的基团指向纸平面的前面。根据分子手性碳上羟基位置排列确定构型：OH在左侧为L型；OH在右侧为D型。这是人为规定的。D型甘油醛和L型甘油醛是对映体，或叫旋光异构体（光学异构体），也就是通常所讲的立体异构体。而甘油醛和二羟丙酮之间就是同分异构体，或者称构造异构体（结构异构体），属官能团异构。其他单糖的构型都以甘油醛作参照。②R–S型表示法这种表示法不用参照物，比较准确但麻烦。按手性碳上四个基团大小排列顺序，最小的基团远离眼睛，余下三个基团排在眼前，由大小到小顺序排列为顺时针方向的为R构型；反时针方向的为S构型。按R–S构型则D型甘油醛为R型；L型甘油醛为S型。（3）对映体的旋光性对映体有旋光性。偏振光通过有旋光物质的溶液时，偏振光会发生旋转一定角度。沿顺时针方向旋转称右旋，用（+）表示；沿反时针方向旋转称左旋，用（－）表示。旋方向和D–L构型无关（无必然联系）。偏振光旋转的角度叫旋光度。是旋光物质的一种物理常数。在一定条件下测定是不变的。为了便于比较，常将温度、浓度、光波长、旋光管长度固定。这样测得结果称旋光率（过去叫比旋度）。（4）单糖的链式结构(略)2．单糖的环式结构（1）缩合方式醛基同分子中哪一个羟基缩合，关键看键角稳定性。C原子键角为109o28′，六元环内角为120o，比较接近。再者由于不是在同一平面上，键角可能接近109o。相对讲，4元5元不如六元环稳定。六元环也叫吡喃型环。从实验得知，葡萄糖一般形成六元环，果糖一般形成五元环。单糖从链式转为环式结构，结构式也改为环式结构。但用费雪式投影式不方便，用哈沃斯投影式更接近实际。可从费雪式改成哈沃斯式。（2）α、β型异构体——新形成的非对映异构体单糖成环后，由于环状分子键不能旋转，又多出一个手性碳。如葡萄糖1位碳和果糖的2位碳。新产生的手性碳衍生出两个异构体，分别称α型和β型。也叫异头物。两种类型异构体旋光度不同。例如葡萄糖，α?-(D)型为112?，β-(D)型为18.7?，所以