生物化学讲义

生物化学讲义上册第一章绪论（1-2节）一.如何学好生化课1.生物化学的特点1.内容分布：生物化学这门课，从教材上看，通常都分为上下两集，上集谈的是生物分子的结构、性质、功能，很少涉及它们的变化，这些生物分子包括糖、脂、蛋白质、核酸、酶、激素、维生素以及抗生素等，叫做静态生化，以DNA结构为例。而下集则讲的是这些生物分子的来龙去脉，即合成与分解，叫动态生化，以DNA的复制为例。2.特点：概念性描述性的内容居多，很少有推导性或计算性的内容，因此，它不同于理科而更近似于文科，记忆的东西多，女生常常比男生学得好，巧妙记忆成为学好生化的一个重要方法，学完生化课后，你们应该有一种意外的惊喜，阿，我的脑子咋变得这样好使呢？这与记身份证号码和圆周率是异曲同工的，举例3.14159265358979323846264338327（山巅一寺一壶酒，尔乐苦煞吾，把酒吃，酒杀尔，杀不死，乐而乐，撕杀，杀爸杀尔妻），320106630817209（三儿拎衣拎肉，又拎酒，给我过生日）。2.师生合作1.老师备课：由于生物化学是我院最重要的课程（课时多以及研考跑不掉），所以我得竭尽全力准备，既要完成大纲规定的内容又不能照本宣科，注意理论和实践、经典与前沿的融合，使生化课变得兴趣盎然而不是枯燥无味，要做到这些，备课是相当辛苦的，且听我来表一表，我在四川大学上了320节生化课（200节理论，120节实验），上课笔记成了现在的讲课笔记的一部分，后来临时抱佛脚，又到南大进修了200学时的生化理论课（生化专业用）以及120学时的理论课（非生化专业用），讲课教师叫杨荣武，是个教书天才（合作文章（在我几十篇文章中，这是最得意的一篇）、同学的师弟、上海生化所），听课笔记真是一摞一摞，从中精炼出我们现在的6-70学时理论课（难呐），还要增补一些名人趣闻、科学前沿之类的味精，总的算来，我给你们讲一节课，自己要听7节课，再准备三小时，代价不菲，所以我常挂在嘴边的一句话就是，你们一定要学好这门课，学不好很对不起人，在你最对不起的人里面，我应该列在前三名。2.学生学习：看小说似的预习几遍，尤其上课要用心听讲（省时省力），当场或课后整理笔记（重要性），择重记忆（注意方法），几个小窍门：早上多吃糖（原因，脑血糖），站立听课（肾上腺，恐怖电影，我讲课）。二.生化课的重要性1.国际形势1.美国的著名大学（哈佛、麻省、斯坦佛、普林斯顿等）文理皆必修生化。2.人体基因工程计划：上个世纪的三个计划：曼哈顿、阿波罗、人体基因工程：人类23对染色体（23对DNA分子）测序，几十万个基因，大肠杆菌8000个基因，基因改造（治病），WATSON和CRICK开玩笑，女儿赛过爱因斯坦和玛丽莲梦露，儿子聪明高飞低潜力大无穷的超人。3.诺贝尔奖金（90多万美元，最高荣誉）的分布：化学，医学生理学领域不说独占鳌头也是多抢多占，如蛋白质的螺旋和折迭（化学）、G蛋白、第二信使学说的三代科学家三次获奖，光合作用机制，更不要说核酸领域了（复制、转录、逆转录、RNA复制等中心法则中的内容）2.国内形势有悲有喜，悲者，生物学越来越不受中学重视（高考的变迁30-50-70-0），在1994年广州中山大学召开的《生物科学前沿研讨会》上，北大教授、中科院院士瞿中和（电镜DNA照片）说得非常尖锐：取消生物考试，瞧不起人类本身，搞不好农业、计划生育、环保，是将我国教育事业引向歧途。在我国，生物化学还是一门非常专业的学科未能得到普及，，虽然，生化专业一直都是个重点大学的热门，但那是为了好出国（我的同学），另外，我国的生化工业远远落后于日本和欧美列强，给毕业生就业带来了困难。喜者是许多有识之士已经看到了生化的光辉前景，纷纷抢滩这块宝地，生化工业也在艰难的条件下起步并有蓬勃发展之势，以我们身边的人物为例，欧阳老师和我们的专业发展。三.生物化学的任务及其发展1.生物化学的定义和历史酒酿的制造2.生物化学的任务：总结7条1.生物大分子及其复合物的结构与功能2蛋白质是怎样工作的3.遗传信息是怎样表达和传递的4.生物大分子如何被合成5.细胞内成千上万个生化反应如何协调6.细胞生长与分化的机制7.生命的起源3.生物化学的现状及其发展1.现状2.发展方向四.参考书1.《生物化学》沈同，全面，繁多，不易懂，有错处。2.《生物化学原理》-细胞的分子结构与功能伦宁格，国际通用的最佳生化教材，全面，图多，有原文和中译文2种版本，考专业GRE必读。3.《生物化学》郑集，少而精，通俗易懂。4.《生物化学系列丛书》上海生化所，专题，扩展知识面。5.《Nature》英国，月刊，国际最高学术刊物，每期都有生化内容。6.《Science》美国，月刊，国际最高学术刊物，每期都有生化内容。7.《Cell》美国，月刊，国际著名学术刊物，每期都有生化内容。8.《Biochemistry》美国，月刊，国际著名学术刊物.第二章糖类§1.糖的概念一.糖的种类和功能1.糖的定义2.糖的功能：能源结构信息传递3.糖的种类：单糖：定义醛糖酮糖丙、丁、戊、己、庚糖及其两者的组合，重要单糖的举例寡糖：定义举例多糖：定义同多糖杂多糖举例结合糖：定义举例4.碳水化合物：carbohydrate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（D\L）意义葡萄糖的构型§2.单糖的结构和性质单糖举例一.葡萄糖的结构1.链式结构：条件结构式构型旋光异构体和自然选择简化结构式2.环状结构：条件吡喃型和呋喃型及自然选择?型和?型异头物3.投影式（Haworth式）链式与环式的互变规则4.变旋现象：现象本质5.葡萄糖的构象：船式和椅式6.几种重要单糖的结构式（默认为D-型）：甘油醛二羟丙酮核糖！脱氧核糖！葡萄糖甘露糖半乳糖果糖！链式和环式都要，请大家自己在书上将其找到。二.单糖的性质1.物理性质：旋光性（特例）甜度：标准以及顺序（果糖＞蔗糖＞葡萄糖）溶解性2.化学性质1.与强酸的作用：形成糠醛及其衍生物反应式及其原理：书P16糖的鉴定：Molish反应：糠醛及其衍生物与?-萘酚反应作用生成紫色的化合物，原理是羰基于酚类进行了缩合，这样，将糖与浓酸作用后再与?-萘酚反应作用就能生成紫色的化合物，可鉴别糖。（多羟、醛基）Seliwanoff反应：同样的原理，将糖与浓酸作用后再与间苯二酚反应，若是酮糖就显鲜红色，若是醛糖就显淡红色，由此可鉴别酮糖和醛糖。2.形成糖苷：糖的半缩醛羟基与其它物质的羟基或氨基脱水缩合形成的化合物。举例：麦芽糖的结构式：见书P22葡萄糖?-1,4-葡萄糖苷，?-葡萄糖出半缩醛羟基，另一葡萄糖（?、?可互变）出4位上的羟基。反应部位主体、配体、糖苷键的键型（半缩醛羟基的构型-半缩醛羟基的位置，另一羟基的位置）全名：配体半缩醛羟基的构型-半缩醛羟基的位置,另一羟基的位置-主体苷3.糖的还原性费林反应（Fehling）：见P15费林试剂反应式定量法与铁氰化钾的反应：将葡萄糖与铁氰化钾（K3Fe（CN）6）溶液共热时，铁氰化钾被还原成亚铁氰化钾（K4Fe（CN）6）。反应式：K3Fe（CN）6+葡萄糖→K4Fe（CN）6+葡萄糖酸4.形成糖脎糖与三分子苯肼的反应反应式：见P17用途：鉴定单糖的种类：糖脎为黄色的不溶于水的晶体，不同的糖脎其晶型和熔点均不同，由此可鉴别单糖的种类。思考题：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖哪几种可被糖脎反应所鉴别，哪些不能？其余的反应如酯化作用、对碱的作用、糖的氧化性等，请大家自己看看。§3.寡糖定义结构单位：环状的糖糖苷键主体和配体寡糖（以及淀粉）中的单糖叫残基一.几种重要的二糖1.麦芽糖：见P22葡萄糖?-1,4-葡萄糖苷：是直链淀粉的形成方式2.异麦芽糖：葡萄糖?-1,6-葡萄糖苷：是枝链淀粉分支处的的形成方式3.蔗糖：?-葡萄糖?-2,1果糖苷/?-果糖?-1,2葡萄糖苷4.乳糖：见P22葡萄糖?-1,4-半乳糖苷5.纤维二糖：见P22葡萄糖?-1,4-葡萄糖苷：是纤维素的形成方式。§4.多糖定义一.同多糖即均一多糖：定义1.淀粉结构单位：?-D-葡萄糖（在淀粉和寡糖中叫做葡萄糖残基）连接方式（即糖苷键型）：直链淀粉：?-1,4糖苷键，枝链淀粉?-1,6糖苷键（仅出现在分支处）和?-1,4糖苷键（除了分支处以外的地方）直链淀粉的结构：见P24还原端和非还原端各一枝链淀粉的结构：见P25还原端一个，非还原端多个淀粉的二级结构（空间结构）：见P24右手螺旋（像个弹簧），每一圈含有6个葡萄糖残基碘显色机理：钻圈，圈越多（分子量越大即葡萄糖残基越多）色越深淀粉水解碘显色的变化：淀粉（蓝色或紫色）→红色糊精→无色糊精→寡糖→葡萄糖性质：与葡萄糖相比，它没有还原性、有旋光性但无变旋现象、溶解度降低2.糖原：结构上完全同枝链淀粉，只是分子量要大得多3.纤维素：见P27结构单位：?-D-葡萄糖连接方式：?-1,4糖苷键分子量：上万个葡萄糖残基二级结构：锯齿带状，交织在一起，强度很大。4.其余多糖：半纤维素和几丁质等，请大家自己回去看看。二级结构：锯齿的链状，由于它们互相缠绕和交织，因此，强度很大。性质：不溶于水，仅能被高温的强酸和少数几种纤维素酶所水解二.杂多糖通常与蛋白质形成具有粘性的物质，故称粘多糖，在体内起润滑作用（胃部以及关节处的粘夜，鼻涕等）例如：透明质酸、硫酸软骨素和肝素等三.结合糖：糖脂、糖蛋白、蛋白多糖等，自己看第三章脂类§1.概述定义：由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物统称为脂类，这是一类一般不溶于水而溶于脂溶性溶剂的化合物。一.脂类的类别1.单纯脂：定义：脂肪酸与醇脱水缩合形成的化合物蜡：高级脂肪酸与高级一元醇，幼植物体表覆盖物，叶面，动物体表覆盖物，蜂蜡。甘油脂：高级脂肪酸与甘油，最多的脂类。2.复合脂：定义：单纯脂加上磷酸等基团产生的衍生物磷脂：甘油磷脂（卵、脑磷脂）、鞘磷脂（神经细胞丰富）3.脂的前体及衍生物高级脂肪酸甘油固醇萜类前列腺素4.结合脂：定义：脂与其它生物分子形成的复合物糖脂：糖与脂类以糖苷键连接起来的化合物（共价键），如霍乱毒素脂蛋白：脂类与蛋白质非共价结合的产物如血中的几种脂蛋白，VLDL、LDL、HDL、VHDL是脂类的运输方式。二.脂类的功能1.最佳的能量储存方式体内的两种能源物质比较单位重量的供能：糖4.1千卡/克，脂9.3千卡/克。储存体积：1糖元或淀粉：2水，脂则是纯的，体积小得多。动用先后：糖优先，关于减肥和辟谷2.生物膜的骨架：细胞膜的液态镶嵌模型：磷脂双酯层，胆固醇，蛋白质。见HP343.电与热的绝缘体电绝缘：神经细胞的鞘细胞，电线的包皮，神经短路热绝缘：冬天保暖，企鹅、北极熊4.信号传递：固醇类激素5.酶的激活剂：卵磷脂激活?-羟丁酸脱氢酶6.糖基载体：合成糖蛋白时，磷酸多萜醇作为羰基的载体§2.甘油脂定义：高级脂肪酸与甘油，其中甘油三脂就是油脂。一.脂肪酸：结合态、游离态（FFA）1.性质偶数顺式双键的位置9、12、15溶点与结构的关系：链长（长-高），饱不饱和（饱-高）2.简单表达式：简单结构式：波浪形，注意双键的构型简单表达式：链长：双键数△双键位置举例：油酸18：1△93.常见脂肪酸和必需脂肪酸常见：软脂酸16：0，硬脂酸18：0必须脂肪酸：（Vf）：人和哺乳动物不可缺少但又不能合成的脂肪酸，必须从食物（尤其是植物）中摄取。包括：亚油酸18：2△9，12?-亚麻酸18：3△9，12，15?-亚麻酸18：3△6，9，12素油比荤油营养价值大二.甘油脂（脂酰甘油）甘油的写法和性质：P33甘油脂的通式：MG、DG、TG：P33油脂：油（植物）+脂肪（动物），脂肪酸的饱和性决定了它们的状态1.油脂的物理性质1.溶解度：不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、氯仿、表面活性剂（双亲性物质）等，对比MG和DG2.溶点：植物的油与动物的脂肪的溶点，由脂肪酸的饱和性决定3.旋光性：前题，书写方式（L）与构型无关，这是规定，P33。2.化学性质1.皂化与皂化