生物化學 楊 晶 生命科學與技術學院 北京化工大學科技大廈西配樓613室,教材： 1、張洪淵等，生物化學（第三版）化學工業(yè)出版社，2006年 2、羅紀盛等，生物化學簡明教程（第三版）高等教育出版社1999年 參考書：1. 沈同，王鏡巖 著。生物化學（第二/三版） 高等教育出版社， 1990/2002年 2. Biochemistry (second edition) Hames & Hooper,教學方法：講授為主，對講課的意見要求及時提出 內容、深度、速度。 學習方法：1、課后復習，多看書，筆記盡量詳細。 2、注意各章節(jié)聯系，善于綜合分析總結教學內容。 3、不懂的地方及時提出。 考核方法：1、平時10 2、期中考試占40% 3、期末考試50 4、成績：百分制,課時安排：80學時 緒論： 1學時 第一章：糖類 4學時 第二章：蛋白質化學 8學時 第三章: 核酸化學 6學時 第四章：脂質和生物膜 4學時 第五章：酶 8學時 第六章：維生素和輔酶 4學時 期中考試： 2學時,第七章：生物氧化 5學時 第八章：糖代謝 8學時 第九章：脂質代謝 8學時 第十章：氨基酸代謝 8學時 第十一章：核酸代謝 6學時 第十二章：蛋白質生物合成 6學時 期末考試 2學時,緒 論,1、生物化學發(fā)展史簡述,生物化學的研究始于18世紀下半葉，但作為一門獨立 的學科是在20世紀初。 （1）生物化學研究的開始 18世紀生物化學發(fā)展歷程： 拉瓦錫：動物熱理論呼吸相當于不發(fā)光的燃燒 （1783年，生化開始年） 普利斯特列 ：光合現象 舍勒 ：在1770年發(fā)現了酒石酸，之后又從膀胱結石中 分離出尿酸。,(2) 19世紀科學發(fā)展大大加快，成果不斷涌現 1828年維勒（李比西的學生）人工合成了第一個有 機物尿素，證明有機物可以人造。 1838年：施來登與施旺發(fā)表細胞學說 1860年：巴斯德對酒精發(fā)酵進行了研究，提出發(fā)酵 是由酵母菌或細菌引起的，此研究為后來的糖代謝和 呼吸作用研究奠定了基礎。 1871年：米切爾發(fā)表文章分離出核素，即DNA 1897年：Buchner用酵母無細胞提取液發(fā)酵成功， 證明酶的存在。,(3) 20世紀初，在酶、代謝機理方面的研究發(fā)展較快。,1905年：Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。 1937年：Krebs提出了三羧酸循環(huán)的假說 1944年：Avery，Maeleod和McCarty完成了肺炎 球菌轉化試驗，證明DNA是遺傳物質。 1953年：Watson和Crick利用X射線衍射分析了 DNA結構，提出了DNA結構的雙螺旋結構模型 這一發(fā)現為生物的遺傳研究奠定了分子基礎。,2、生物化學的涵義： 生物化學是 研究生命現象化學本質的科學。 它主要是利用化學的理論和方法研究生命現象。,3、生物化學的研究對象和目的 研究生物體內的化學分子構成，分子結構、性質、 功能及其在體內代謝過程。,l 研究范圍： 1. 生物體由那些物質組成？其結構、性質和功能如何？ 2. 這些物質在生命體內發(fā)生什么變化？怎樣變化的？ 變化過程中能量是怎樣轉變的？物質在體內怎 樣進行物質代謝和能量代謝。 3. 物質的結構，代謝和生物功能及生命現象（生長、 繁殖、遺傳、運動等）之間的關系。 l 目的：不僅要了解上述現象，而且要利用已經了解 的知識去改造自然。,糖類的結構及功能,本章內容,一、糖的命名與分類 二、單糖的結構、構型與性質 （重點及難點） 三、寡糖，重點學習二糖 四、多糖，重點學習淀粉、糖原,糖是自然界存在的一類有機物，廣泛存在于動、 植物及微生物體內，尤其以植物含量最多，約占干 重80%以上。 一切生物體維持生命活動所需的能量來源； 生物體合成其它化合物的基本原料C源； 參與細胞識別和信息傳遞； 與免疫、血型、細胞間聯系有關。,糖的生理功能：,一、糖的定義、分類及功能,糖是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和衍生物的總稱，它包括多羥醛、多羥酮、它們的縮聚物及其衍生物。 例如：,葡萄糖為多羥基醛醛糖（aldose） 果糖為多羥基酮酮糖（ketose）,1糖（saccharide）的定義,3糖的分類,按組成及水解情況能否水解和水解后的產物分為：, 單糖：不能被水解為更小的單位，具有一個自由的醛 基(酮基)以及兩個以上OH。 寡糖：由2-10個單糖縮合而成，水解后產生單糖。 如：蔗糖、麥芽糖、乳糖等。 多糖：由多個單糖縮合而成，水解后產生多個單糖。 如： 淀粉、纖維素、糖原等。,二、單糖的定義及分類,具有一個自由的醛基(或酮基)以及兩個以上羥基的糖類物質稱為單糖。 按含有羰基官能團的種類分為：醛糖和酮糖,甘油醛,二羥基丙酮,按所含碳原子的數目分類,（1）單糖的開鏈結構及D、L構型,例如：甘油醛分子（最簡單的單糖）,*,*,三、單糖的化學結構,（2）單糖的旋光性,1）單糖分子中含有不對稱碳原子，且分子本身內部不對稱 2）單糖可使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉的性質。 比旋光度或旋光率： 旋光物質在一定條件下可使偏振光的偏振面旋轉到一定的角度。 表示方法：tD。,比旋光度或旋光率,L：旋光管的長度，單位厘米 C：為100mL溶液中含溶質的克數 以鈉光燈為光源，溫度為t時測得的旋轉角度,物質的右旋性常用d或（+）表示， 物質的左旋性常用l或（-）表示。,注意： 旋光物質的構型（D或L）與物質的旋光性（d或l） 構型D-或L-是人為規(guī)定的，與物質的旋光性無光， d-或l-是實際測得的右旋性或左旋性。,其他單糖都以甘油醛為標準比較。 3C以上的糖有2個以上不對稱碳C*，故構型的確定以距醛基 （或酮基）最遠的C*為準：在該C*上的OH在右邊為D-型糖， 在C*上的OH在左邊為L-型糖。,單糖的旋光異構體,理論上含有n個手性碳原子的單糖有2n個旋光異構體。,*,*,*,*,如己醛糖，開鏈結構 有24 =16個旋光異構體；環(huán)狀結構有25 =32個旋光異構體。,醛糖,酮糖,變旋性質：旋光度自行改變的現象,-D-葡萄糖 D-葡萄糖 -D-葡萄糖 36% 0.024% 64% +112 平衡后 +18.7 （酒精） （變旋現象）* （吡啶） +52.7,（3）單糖的環(huán)狀結構與-構型,五個碳以上單糖除直鏈結構外還可通過醛（酮）基與其它碳 原子上的羥基成環(huán)生成半縮醛形式，形成環(huán)狀結構。如葡萄糖分子,C1-C4成五元環(huán) 呋喃糖,C1-C5成六元環(huán) 吡喃糖,成環(huán)后，C1也成為不對稱C*原子，半縮醛羥基可有兩種不同的 排列方式，由此產生和兩種異構體。、-的確定： -型：半縮醛羥基與決定DL構型的羥基同側為 -型； -型：半縮醛羥基與決定DL構型的羥基不同側為-型。 異頭物：只是在羰基碳原子上構型不同的同分異構體。 異頭碳：決定異頭現象的碳原子。,*,*,Fischer式結構,從開鏈或環(huán)式改寫成哈沃斯式，要將左側原子或原子團寫在上方，右側原子或原子團寫在下方。,Haworth投影式,OH,OH,和異頭物 （anomers, a & b） 異頭C（anomeric C1） a (OH below the ring) b (OH above the ring).,63%,36%,（4）、構象式(立體結構)：,船式構象 椅式構象,椅式構象：,二.單糖的理化性質,1. 物理性質： 旋光性： 變旋性：一種旋光物質由于有不同的構型，在溶液中其比旋光度可發(fā)生改變，最后達到某一比旋光度值即恒定不變，這種現象稱為變旋性。,Mutarotation 變旋現象：旋光度改變的現象,原因：不同結構形式的葡萄糖可互變，各種形式 最后達到一定的平衡所致。,溶解度：單糖都是無色結晶，羥基（多）在水溶液中溶解度很大，不溶于乙醇，丙酮。 甜度：單糖都有甜味，果糖170，蔗糖100，轉化糖130,單糖分子除了具有上述的旋光性和變旋性外，由于其分子 結構上存在醛基，酮基，羥基等官能團，因此在特定條件下可 以發(fā)生氧化還原反應，酯化反應，形成糖苷等反應。,（1）氧化反應,斐林氏反應,杜倫氏反應,二、單糖的化學性質,成脎反應:糖脎黃色晶體，鑒別多種還原糖,果糖也是還原糖，原因在于其-羥甲基酮在堿性條件下可通過酮-烯醇式互變異構轉變成醛：,單糖的醛基和伯醇基都易被氧化,（2）酯化反應,單糖具有多個醇性羥基，故具有醇的性質。尤其是半縮 醛羥基更活潑，容易與酸反應生成酯。,（3）形成糖苷,環(huán)狀單糖是一種半縮醛，它的半縮醛羥基與另一含 羥基化合物（或其他非羥基化合物）縮合生成的縮 醛類物質，稱為糖苷。,+,糖基,配基或配糖體,糖基：提供半縮醛羥基的糖,本節(jié)要點,1、單糖中葡萄糖、果糖的開鏈式和環(huán)式結構 （Fischer投影式和Haworth投影式） 2、d和l，D和L，和的定義和含義 3、變旋性和旋光性、變旋現象和旋光現象 4、單糖的化學性質,三、寡糖,1、寡糖的命名,若干個單糖間若都以糖苷鍵相連接，單糖基數為210個構成 的糖類物質，稱為寡糖或低聚糖。 按結構命名，考慮以下幾個方面： （1）單糖種類 （2）連接方式 （3）糖苷鍵構型 （4）糖苷鍵連接的方向用箭頭表示，由糖基的半縮醛羥基指 向配基糖的位置,（1）蔗糖： 葡萄糖果糖。 廣泛存在植物，甜菜，甘蔗中最多。 因為葡萄糖與果糖結合成蔗糖后其醛基和酮基都完全喪失，因此， 蔗糖沒有還原性。,-葡萄糖（12）果糖苷 或 -果糖（21）葡萄糖苷,比較重要的三個寡糖：蔗糖、麥芽糖、乳糖,蔗糖的水解產物：果糖和葡萄糖。 果糖比旋光度為-92.4 葡萄糖比旋光度為+52.5 蔗糖比旋光度為+66.5 在水解過程中蔗糖由右旋變?yōu)樽笮倪^程，稱為轉化； 轉化作用所生成的等量葡萄糖和果糖的混合物稱為轉化糖,轉化的定義,（2）麥芽糖：葡萄糖 葡萄糖，谷物發(fā)芽的種子中含 有麥芽糖淀粉水解后大多能得到麥芽糖。還原性糖,纖維二糖,葡萄糖（14）葡萄糖苷，纖維素的水解產物,（3）乳糖：半乳糖葡萄糖， 主要存在于動物乳汁中，還原性糖。,-半乳糖（14）葡萄糖苷,三糖：棉子糖 具有旋光性，無還原性,-半乳糖 -葡萄糖 -果糖,-1，6糖苷鍵 ，-（1 2）糖苷鍵,本節(jié)要點,（1）寡糖結構式的表示方式 （2）掌握常見幾種寡糖的化學組成，化學性質,四、多糖,多糖是由多個單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物，包含 20個以上單糖分子，是一類結構復雜的大分子物質，廣泛的存 在于動物，植物中。 多糖的共性：無還原性、無變旋現象，無甜味，大多不溶于水。 常見的幾種多糖：淀粉、糖原、纖維素等。,（1）淀粉：由多個-D-葡萄糖組成。存在于植物的根莖和種子 中。直鏈淀粉：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷鍵相連。,直鏈淀粉,直鏈淀粉分子的空間構象是卷曲成螺旋形的，每一回轉為6個 葡萄糖基，淀粉在水溶液中混懸時就形成這種螺旋圈。,支鏈淀粉：-D-葡萄糖，以-1，4糖苷鍵相連成主鏈， 分支處以-1，6糖苷鍵相連。,每支鏈平均含有24-30個葡萄糖基，每兩個分支點的距離平均約為11-12個葡萄糖殘基；支鏈數目可達50-70個。,化學性質： 無還原性； 淀粉+碘變色反應； 聚合度為20左右，與碘形成紅色絡合物 聚合度為20-60，與碘形成紫紅色絡合物 聚合度大于60，與碘形成藍色絡合物 淀粉水解最終生成葡萄糖，水解程度可用碘加以檢測： 淀粉 糊精 麥芽糖 葡萄糖 藍 藍紫紅色 無色 無色,（2）糖原: 動物淀粉 存在：動物體的肝臟（肝糖原），肌肉（肌糖原）,腎臟（腎糖原) 結構：以-D-葡萄糖為基本單元，相對分子質量很大，相當于3 萬個葡萄糖單位。主鏈上每3-5個葡萄糖基就有一個分支，支鏈長 度一般由10-14個葡萄糖單位組成。 (14)苷鍵和(16)苷鍵連接 與支鏈淀粉相似但分支多而短。糖原整體分子呈球形。 性質：與碘反應呈紅色 無還原性。,（3）纖維素 存在：植物細胞壁或支撐組織，是地球上最豐富的有機物。 結構：以-D-葡萄糖為基本單元。以-1，4糖苷鍵相連， 形成線性結構。纖維素微晶間氫鍵很多，故結構牢固。,纖維素的性質： （1）溶解性：在大部分普遍溶劑中極難溶解。 （2）無還原性 （3）與濃硝酸和濃硫酸反應，生成纖維素三硝酸酯 （又稱火棉），制造炸藥原料,1葡萄糖作為單糖的基本根據是（ ） A它具有較小的分子量 B它不能水解成更簡單的糖 C它所含有的碳原子數很少 D它是一種結構簡單的多羥基醛 2下列各物質中，不能發(fā)生銀鏡反應的是（ ） A葡萄糖 B麥芽糖 C甲酸鈉 D蔗糖 3跟葡萄糖具有不同最簡式的是（ ） A甲醛 B乙酸 C甲酸甲酯 D丙烯酸,B,D,D,4. 具有還原性的二糖是（ ）； 由不同的單糖組成的二糖是（