一生物化學(xué)研究的內(nèi)容

1、第一章 緒論一生物化學(xué)研究的內(nèi)容1生物化學(xué)：生物化學(xué)(biochemistry)是研究生物機體（微生物、植物、動物）的化學(xué)組成和生命現(xiàn)象中的化學(xué)變化規(guī)律的一門科學(xué)，即研究生命活動化學(xué)本質(zhì)的學(xué)科。所以生物化學(xué)可以認(rèn)為就是生命的化學(xué)。生物化學(xué)利用化學(xué)的原理與方法去探討生命，是生命科學(xué)的基礎(chǔ)。它是介于化學(xué)、生物學(xué)及物理學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科。2 生物化學(xué)研究的主要方面：（1）生物體的物質(zhì)組成 高等生物體主要由蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類以及水、無機鹽等組成，此外還含有一些低分子物質(zhì)，如維生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解產(chǎn)物（2）物質(zhì)代謝生物體與其外環(huán)境之間的物質(zhì)交換過程就稱為物質(zhì)代謝或新陳代謝。

2、物質(zhì)代謝的基本過程主要包括三大步驟：消化、吸收中間代謝排泄。其中，中間代謝過程是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的，最為復(fù)雜的化學(xué)變化過程，它包括合成代謝，分解代謝，物質(zhì)物質(zhì)代謝調(diào)控，能量代謝幾方面的內(nèi)容。（3）生物分子的結(jié)構(gòu)與功能 根據(jù)現(xiàn)代生物化學(xué)及分子生物學(xué)研究還原論的觀點，要想了解細(xì)胞及亞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，必先了解構(gòu)成細(xì)胞及亞細(xì)胞的生物分子的結(jié)構(gòu)和功能。因此，研究生物分子的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，代表了現(xiàn)代生物化學(xué)與分子生物學(xué)發(fā)展的方向。二生物學(xué)的發(fā)展（）靜態(tài)生物化學(xué)階段大約從十八世紀(jì)中葉到二十世紀(jì)初，主要完成了各種生物體化學(xué)組成的分析研究，發(fā)現(xiàn)了生物體主要由糖、脂、蛋白質(zhì)和核酸四大類有機物質(zhì)組成。（二）動態(tài)

3、生物化學(xué)階段大約從二十世紀(jì)初到二十世紀(jì)五十年代。此階段對各種化學(xué)物質(zhì)的代謝途徑有了一定的了解。其中主要的有： 1932年，英國科學(xué)家Krebs 建立了尿素合成的鳥氨酸循環(huán)；1937年，Krebs又提出了各種化學(xué)物質(zhì)的中心環(huán)節(jié)三羧酸循環(huán)的基本代謝途徑； 1940年，德國科學(xué)家Embden和Meyerhof提出了糖酵解代謝途徑。(三、)分子生物學(xué)階段從1953年至今。以1953年，Watson和Crick提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為標(biāo)志，生物化學(xué)的發(fā)展進(jìn)入分子生物學(xué)階段。這一階段的主要研究工作就是探討各種生物大分子的結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系。三生物化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系生物化學(xué)是介乎生物學(xué)與化學(xué)的一門

4、邊緣科學(xué)，它與生物科學(xué)的許多分支學(xué)科均有密切關(guān)系。首先，它與生理學(xué)是特別密切的姊妹學(xué)科。例如植物生理學(xué)，它是研究植物生命活動原理的一門科學(xué)。植物的生命活動包括許多方面，其中有機物代謝是重要的方面，這本身也屬于生物化學(xué)的內(nèi)容。因此，在植物生理學(xué)的教科書中也包括部分生物化學(xué)內(nèi)容。生物化學(xué)與遺傳學(xué)也有密切關(guān)系，現(xiàn)已知核酸是一切生物遺傳信息載體，而遺傳信息的表達(dá)，則是通過核酸所攜帶的遺傳信息翻譯為蛋白質(zhì)以實現(xiàn)的。因此，核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、代謝與功能，同時是生物化學(xué)與遺傳學(xué)的內(nèi)容。生物化學(xué)也與微生物學(xué)有關(guān)，目前所積累的生物化學(xué)知識，有相當(dāng)部分是用微生物為研究材料獲得的，如大腸桿菌是被生物化學(xué)廣泛應(yīng)用的材

5、料。生物化學(xué)與分類學(xué)也有關(guān)系，由于蛋白質(zhì)在進(jìn)化上是較少變化的，因此，近代利用某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，可以作為分類的依據(jù)。此外，農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物技術(shù)、食品科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生及生態(tài)環(huán)境等科學(xué)，都需要生物化學(xué)的基礎(chǔ)。四生物化學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展二十一世紀(jì)是以信息科學(xué)和生命科學(xué)為前沿科學(xué)的時代。生物化學(xué)在生命科學(xué)中居于基礎(chǔ)地位，也是醫(yī)學(xué)、畜牧、獸醫(yī)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)和食品科學(xué)等專業(yè)必修的基礎(chǔ)課。生物化學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和食品行業(yè)等方面。在醫(yī)學(xué)上，人們根據(jù)疾病的發(fā)病機理以及病原體與人體在代謝和調(diào)控上的差異，設(shè)計或篩選出各種高效低毒的藥物。比如最早的抗生素璜胺類藥物就是競爭性抑制使細(xì)菌不能合成葉酸從而死

6、亡。依據(jù)免疫學(xué)知識人們設(shè)計研制出各種疫苗，使人類從傳染病中得以幸免。艾滋病疫苗的研制工作也在不斷取得進(jìn)步民以食為天，這說明了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在人類生活中的基礎(chǔ)地位。我國是一個人口大國，且人均耕地少，如果不是通過生物技術(shù)改良農(nóng)作物提高產(chǎn)量和質(zhì)量，那么不要說實現(xiàn)小康，可能連社會穩(wěn)定都無從談起。大家可能對轉(zhuǎn)基因這個概念比較陌生，但在當(dāng)今社會，沒有跟轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品打過交道的人可2002年，我國本土生產(chǎn)大豆1541萬噸，從美國和阿根廷等國家共進(jìn)口了1397萬噸大豆，進(jìn)口大豆占我國大豆總消費量50%左右。其中美國占573萬噸，剩下是阿根廷和巴西。美國100%轉(zhuǎn)基因，阿根廷98%，巴西至少10%。這說明市面上流通的豆類

7、制品，近50%是轉(zhuǎn)基因作物制造。而這一信息知道的人并不多，但隨著認(rèn)證的進(jìn)行，這一狀況會逐步好轉(zhuǎn)?，F(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)可以大大加快人類的進(jìn)化歷程并改變某些物種，從而影響到整個自然界的發(fā)展歷程?？萍嫉拿恳恍〔角斑M(jìn)都會帶來社會的深刻變化。正如網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)促成了虛擬社區(qū)的形成，而這虛擬的世界卻又實實在在地影響著人們的現(xiàn)實生活?？偟膩碚f科技的進(jìn)步給人類帶來的更多是利益，生命科學(xué)領(lǐng)域中的工作者們正在努力實現(xiàn)使生命更完美的目標(biāo)。沒有疾病的困擾，胎兒在發(fā)育之前已對其缺陷基因進(jìn)行了徹底的修復(fù)；不必殺生，人工合成的蛋白質(zhì)取代了動物肉類；200歲被定為青年，衰老的器官被人工合成的新器官所移植。我想這就是生命科學(xué)的未來，她

8、將營造出一個健康、繁榮和幸福的生命世界！第二章生物體內(nèi)的糖類糖是自然界中存在的一大類具有廣譜化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能的有機化合物。它主要是由綠色植物經(jīng)光合作用形成的。這類物質(zhì)主要是由碳、氫、氧所組成，是含多羥基的醛類或酮類化合物。根據(jù)水解后產(chǎn)生單糖殘基的多少可將糖作如下分類：單糖：這是一類最簡單的多羥基醛或多羥基酮，它不能再進(jìn)行水解。根據(jù)其所含的碳原子數(shù)，單糖又可分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖等。依其帶有的基團，又可分為醛糖和酮糖。寡糖：是由210個單糖分子聚合而成的糖，如二糖、三糖、四糖、九糖等。多糖：由多分子單糖及其衍生物所組成，依其組成又可分為兩類：（1）同聚多糖：由相同單糖結(jié)合而成，如戊聚

9、糖、淀粉、纖維素等。（2）雜聚多糖：由一種以上單糖或其衍生物所組成，如半纖維素、粘多糖等。第一節(jié) 單糖及其衍生物任何單糖的構(gòu)型都是由甘油醛及二羥丙酮派生的，形成醛糖和酮糖。由于糖的構(gòu)型有D-構(gòu)型與L-構(gòu)型，即凡分子中靠近伯醇(CHOH)的仲醇基(CHOH)中的羥基如在分子的右方者稱為D-糖，在左方者稱為L-糖，因此又有D-醛糖和L-醛糖、D-酮糖和L-酮糖之分。它們的關(guān)系如圖1-1、圖1-2。植物體內(nèi)最重要的單糖有戊糖、己糖和庚糖，現(xiàn)在分別舉例說明如下：一、 戊糖（pentose）高等植物中有三種重要的戊糖，即D-核糖、D木糖及L-阿拉伯糖。其環(huán)狀結(jié)構(gòu)式為：-D-核糖 L-阿拉伯糖 D-木糖

10、D-核糖（D-ribose）是所有生活細(xì)胞的普遍成分之一，在細(xì)胞質(zhì)中含量最多。核糖是構(gòu)成遺傳物質(zhì)核糖核酸（RNA）的主要成分。如果D-核糖在C上被還原，則形成2脫氧-D-核糖。脫氧核糖是另一類遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸（DNA）的主要成分。L-阿拉伯糖（L-arabinose）在植物中分布很廣，是粘質(zhì)、樹膠、果膠質(zhì)與半纖維素的組成成分，在植物體內(nèi)以結(jié)合態(tài)存在。D-木糖(D-xylose)是植物粘質(zhì)、樹膠及半纖維素的組成成分，也以結(jié)合態(tài)存在于植物體內(nèi)。圖1-1 D-醛糖的關(guān)系圖圖1-2 D-酮糖的關(guān)系圖二、 己糖(hexose) 高等植物中重要的己醛糖有D-葡萄糖、D-甘露糖、 D-半乳糖；重要的己酮

11、糖有D-果糖和D-山梨糖。葡萄糖(glucose)是植物界分布最廣、數(shù)量最多的一種單糖，多以D-式存在。葡萄糖在植物的種子、果實中以游離狀態(tài)存在，它也是許多多糖的組成成分，如蔗糖是由D-葡萄糖與D-果糖結(jié)合而成的，淀粉及纖維素都是由D-葡萄糖聚合而成的。a-D-吡喃葡萄糖b-D-吡喃葡萄糖果糖（fructose）也是自然界中廣泛存在的一種單糖。存在于植物的蜜腺、水果及蜂蜜中，是單糖中最甜的糖類。在游離狀態(tài)時，果糖為b-D-吡喃果糖，結(jié)合態(tài)時為b-D-呋喃果糖。 甘露糖(mannose)在植物體內(nèi)以聚合態(tài)存在，如甘露聚糖。它是植物粘質(zhì)與半纖維的組成成分?；ㄉぁ⒁悠?、樹膠中含有較多的甘露糖。甘

12、露糖的還原產(chǎn)物甘露糖醇是柿霜的主要成分。 D-甘露糖醇半乳糖(galactose)在植物體內(nèi)僅以結(jié)合狀態(tài)存在。乳糖、蜜二糖、棉籽糖、瓊脂、樹膠、果膠類及粘質(zhì)等都含有半乳糖。山梨糖(sorbose)又稱清涼茶糖，存在于細(xì)菌發(fā)酵過的山梨汁中，是合成維生素C的中間產(chǎn)物，在制造維生素C的工藝中占有重要的地位。桃、李、蘋果、櫻桃等果實中含有山梨糖的還原產(chǎn)物山梨糖醇。三、 庚糖(heptose) 庚糖雖然在自然界分布較少，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質(zhì)植物的葉子中，故名景天庚酮糖。它以游離狀態(tài)存在。該糖是光合作用的中間產(chǎn)物，在碳循環(huán)中占有重要地位。

13、D-甘露庚酮糖存在于樟梨果實中，也以游離狀態(tài)存在。它們的線狀結(jié)構(gòu)如下：四、糖的重要衍生物 由于電子顯微鏡的應(yīng)用及近代細(xì)胞壁化學(xué)的研究，自然界中又發(fā)現(xiàn)有兩種其他的脫氧糖類，它們是細(xì)胞壁的成分。一種是L-鼠李糖(L-rhamnose)，另一種是6-脫氧-L-甘露糖。糖醛酸（uronic acid）由單糖的伯醇基氧化而得。其中最常見的是葡萄糖醛酸（glucouronic acid）它是臟內(nèi)的一種解毒劑。半乳糖醛酸存在于果膠中。糖胺（glycosamine）又稱氨基糖, 即糖分子中的一個羥基為氨基所代替。自然界中存在的糖胺都是己糖胺。常見的是D-葡萄糖胺(D-glucosamine)，為甲殼質(zhì)(幾丁質(zhì)

14、)的主要成分。甲殼質(zhì)是組成昆蟲及甲殼類結(jié)構(gòu)的多糖。 D-半乳糖胺則為軟骨組成成分軟骨酸的水解產(chǎn)物。第二節(jié) 寡 糖寡糖的概念是1930年提出的，是指由210個單糖分子聚合而成的糖。自然界中存在著大量的寡聚糖，早在1962年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了584種之多。寡聚糖在植物體內(nèi)具有貯藏、運輸、適應(yīng)環(huán)境變化、抗寒、抗凍、調(diào)節(jié)酶活性等功能。寡糖中以雙糖分布最為普遍，意義也較大。一、 雙糖(disaccharides)雙糖是由兩個相同的或不同的單糖分子縮合而成的。雙糖可以認(rèn)為是一種糖苷，其中的配基是另外一個單糖分子。在自然界中，僅有三種雙糖(蔗糖、乳糖和麥芽糖)以游離狀態(tài)存在，其他多以結(jié)合形式存在(如纖維二糖)。蔗

15、糖在碳水化合物中是最重要的雙糖，而麥芽糖和纖維二糖在植物中也很重要，它們是兩個重要的多糖淀粉和纖維素的基本結(jié)構(gòu)單位。1 蔗糖(sucrose) 蔗糖1-a-D-吡喃葡萄糖-b-D-呋喃果糖苷蔗糖在植物界分布最廣泛，并且在植物的生理功能上也最重要。蔗糖不僅是主要的光合作用產(chǎn)物，而且也是碳水化合物儲藏和積累的一種主要形式。在植物體中碳水化合物也以蔗糖形式進(jìn)行運輸。此外，我們?nèi)粘Ｊ秤玫奶且彩钦崽?。它可以大量地由甘蔗或甜菜中得到，在各種水果中也含有較多。蔗糖是a-D-吡喃葡萄糖b-D-呋喃果糖苷。它不是還原糖，因為2個還原性的基團都包括在糖苷鍵中。蔗糖有一個特殊性質(zhì)，就是極易被酸水解，其水解速度比麥芽

16、糖或乳糖大1000倍。蔗糖水解后產(chǎn)生等量的D-葡萄糖及D-果糖，這個混合物稱為轉(zhuǎn)化糖。在高等植物和低等植物中有一種轉(zhuǎn)化酶(invertase)，可以使蔗糖水解成葡萄糖和果糖。2 麥芽糖(maltose) 它大量存在于發(fā)芽的谷粒，特別是麥芽中，在自然界中很少以游離狀態(tài)存在。它是淀粉的組成成分。淀粉在淀粉酶作用下水解可以產(chǎn)生麥芽糖。用大麥淀粉酶水解淀粉，可以得到產(chǎn)率為80的麥芽糖。用酸或麥芽糖酶水解麥芽糖只得到D-葡萄糖，麥芽糖酶的作用表明這2個D-葡萄糖是通過第l和第4碳原子連結(jié)的，故麥芽糖可以認(rèn)為是a-D-葡萄糖-(l，4)-D-葡萄糖苷。因為有一個醛基是自由的，所以它是還原糖。麥芽糖a-D-

17、葡萄糖-(l，4)-D-葡萄糖苷3 乳糖(Iactose)乳糖存在于哺乳動物的乳汁中(牛奶中含乳糖47)。高等植物花粉管及微生物中也含有少量乳糖。乳糖是由D-葡萄糖和D-半乳糖分子以 l，4鍵連結(jié)縮合而成的，乳糖是還原糖。分子結(jié)構(gòu)如下：乳糖-D吡喃半乳糖（1,4）a-D-吡喃葡萄糖苷4 纖維二糖 (cellobiose) 纖維素經(jīng)過小心水解可以得到纖維二糖，它是由2個葡萄糖通過-l，4-葡萄糖苷鍵縮合而成的還原性糖。與麥芽糖不同，它是-葡萄糖苷。纖維二糖-D-吡喃葡萄糖（1,4）-D-吡喃葡萄糖苷二、三糖自然界中廣泛存在的三糖(trisaccharide)僅有棉籽糖(raffinose)，主要

18、存在于棉籽、甜菜及大豆中，水解后產(chǎn)生D-葡萄糖、D-果糖及D-半乳糖。在蔗糖酶作用下，由棉籽糖中分解出果糖而留下蜜二糖；在a-半乳糖苷酶作用下，由棉籽糖中分解出半乳糖而留下蔗糖。棉籽糖的分子結(jié)構(gòu)如下：三、四糖水蘇糖(stachyose)是目前研究得比較清楚的四糖，存在于大豆、豌豆、洋扁豆和羽扇豆種子內(nèi)，由2個分子半乳糖、1分子a-葡萄糖及1個分子b-果糖組成。結(jié)構(gòu)如下：第三節(jié) 植物的貯藏多糖和結(jié)構(gòu)多糖多糖(polysaccharides)是分子結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的碳水化合物，在植物體中占有很大部分。多糖可以分為兩大類：一類是構(gòu)成植物骨架結(jié)構(gòu)的不溶性的多糖，如纖維素、半纖維素等，是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分；

19、另一類是貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)，如淀粉、菊糖等。多糖是由許多單糖分子縮合而成的：由一種單糖分子縮合而成的如淀粉、糖原、纖維素等；由二種單糖分子縮合而成的如半乳甘露糖膠、阿拉伯木糖膠等；由數(shù)種單糖及非糖物質(zhì)構(gòu)成的如果膠物質(zhì)等。1.淀粉(starch)淀粉幾乎存在于所有綠色植物的多數(shù)組織中。是植物中最重要的貯藏多糖，是禾谷類和豆科種子、馬鈴薯塊莖和甘薯塊根的主要成分，它是人類糧食及動物飼料的重要來源。在植物體中，淀粉以淀粉粒狀態(tài)存在，形狀為球形、卵形，隨植物種類不同而不同。即使是同種作物，淀粉含量也因品種、氣候、土壤等條件變化而有所不同。淀粉在酸和體內(nèi)淀粉酶的作用下被降解，其最終水解產(chǎn)物為葡萄糖。這種降解

20、過程是逐步進(jìn)行的：淀粉®紅色糊精®無色糊精®麥芽糖®葡萄糖遇碘顯（紫藍(lán)色）（紅色）（不顯色）（不顯色）用熱水溶解淀粉時，可溶的一部分為直鏈淀粉；另一部分不能溶解的為支鏈淀粉。(1) 直鏈淀粉(amylose) 直鏈淀粉溶于熱水，遇碘液呈紫藍(lán)色，在620680nm間呈最大光吸收。相對分子質(zhì)量約在1000050000之間。每個直鏈淀粉分子只含有一個還原性端基和一個非還原性端基，所以它是一條長而不分枝的鏈。直鏈淀粉是由 l，4糖苷鍵連結(jié)的a-葡萄糖殘基組成的，當(dāng)它被淀粉酶水解時，便產(chǎn)生大量的麥芽糖，所以直鏈淀粉是由許多重復(fù)的麥芽糖單位組成的，分子結(jié)構(gòu)如下： 直

21、鏈淀粉 (2) 支鍵淀粉(amylopectin) 支鏈淀粉的相對分子質(zhì)量非常之大，在50000一1000000之間。端基分析表明，每2430個葡萄糖單位含有一個端基，因而它必定具有支鏈的結(jié)構(gòu)，每條直鏈都是a-l，4鍵連結(jié)的鏈，支鏈之間由a-l，6鍵連結(jié)，可見支鏈淀粉分支點的葡萄糖殘基不僅連接在C4上，而且連接在C6上，a-1，6-糖苷鍵占5%6%。支鏈淀粉的分支長度平均為2430個葡萄糖殘基。遇碘顯紫色或紫紅色，在530555nm呈現(xiàn)最大光吸收。一般淀粉都含有直鏈淀粉和支鏈淀粉。但在不同植物中，直鏈淀粉和支鏈淀粉所占的比例不同，如表1-1。即使是同一作物，品種不同二者的比例也不同，如糯玉米中

22、幾乎不含直鏈淀粉，全為支鏈淀粉。 支鏈淀粉 表1-1 不同植物的淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例淀粉直鏈淀粉（%）支鏈淀粉（%）馬鈴薯淀粉小麥淀粉玉米淀粉稻米淀粉1920242123177881767779832.糖原(glycogen)糖原是動物細(xì)胞中的主要多糖，是葡萄糖極容易利用的儲藏形式。其作用與淀粉在植物中的作用一樣，故有“動物淀粉”之稱。糖原中的大部分葡萄糖殘基是以a-1，4-糖苷鍵連結(jié)的，分支是以a-1，6-糖苷鍵結(jié)合的，大約每10個殘基中有一個鍵（圖1-3）。糖原端基含量占9%而支鏈淀粉為4%，故糖原的分支程度比支鏈淀粉約高1倍多。糖原的相對分子質(zhì)量很高，約為5 000 000。它

23、與碘作用顯棕紅色，在430490nm下呈最大光吸收。圖1-3 糖原的分子結(jié)構(gòu)3.菊糖(inu1in) 菊糖是多聚果糖，菊糖中的果糖一律以D-呋喃糖的形式存在。菊科植物如菊芋、大麗花的根部，蒲公英、橡膠草等都含有菊糖，代替了一般植物的淀粉，因而也稱為菊粉。菊糖分子中含有約30個 l，2-糖苷鍵連接的果糖殘基。菊糖分子中除含果糖外，還含有葡萄糖。葡萄糖可出現(xiàn)在鏈端，也可以出現(xiàn)在鏈中。菊糖不溶于冷水而溶于熱水，因此，可以用熱水提取，然后在低溫(如0)下沉淀出來。菊糖具有還原性。淀粉酶不能水解菊糖，因此人和動物不能消化它。蔗糖酶可以以極慢的速度水解菊糖。真菌如青霉菌(Penicillium glauc

24、um)、酵母及蝸牛中含有菊糖酶，可以使菊糖水解。4. 纖維素(cellulose)纖維素是最豐富的有機化合物，是植物中最廣泛的骨架多糖，植物細(xì)胞壁和木材差不多有一半是由纖維素組成的。棉花是較純的纖維素，它含纖維素高于90%。通常纖維素、半纖維素及木質(zhì)素總是同時存在于植物細(xì)胞壁中。植物纖維素不是均一的一種物質(zhì)，粗纖維可以分為a-纖維素、b-纖維素和-纖維素三種。a-纖維素不溶于17.5NaOH，它不是純粹的纖維素，因為在其中含有其他聚糖(如甘露聚糖)；b-纖維素溶于17.5NaOH，加酸中和后沉淀出來；-纖維素溶于堿而加酸不沉淀。這種差別大概是由于纖維素結(jié)構(gòu)單位的結(jié)合程度和形狀的不同。實驗證明，

25、纖維素不溶于水，相對分子質(zhì)量在50 000400 000，每分子纖維素含有3002 500個葡萄糖殘基。葡萄糖分子以b-l，4-糖苷鍵連接而成。在酸的作用下完全水解纖維素的產(chǎn)物是b-葡萄糖，部分水解時產(chǎn)生纖維二糖，說明纖維二糖是構(gòu)成纖維素的基本單位。水解充分甲基化的纖維素則產(chǎn)生大量的2，3，6-三甲氧基葡萄糖，表明纖維素的分子沒有分枝。其分子結(jié)構(gòu)如下：纖維素除反芻動物外，其他動物的口腔、胃、腸都不含纖維素酶，不能把纖維素水解，所以纖維素對人及動物都無營養(yǎng)價值，但有利于刺激腸胃蠕動，吸附食物，幫助消化。某些微生物、菌類、藻類及各種昆蟲，特別是反芻動物胃中的細(xì)菌含有纖維素酶，能消化纖維素。近年來已

26、篩選出富含纖維素酶的微生物，它們能將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖等。5.半纖維素(hemicellulose)半纖維素大量存在于植物木質(zhì)化部分，包括很多高分子的多糖中?？梢杂孟A溶液提取，用稀酸水解，則產(chǎn)生己糖和戊糖，因此它們是多縮己糖（如多縮半乳糖和多縮甘露糖）和多縮戊糖（如多縮木糖和多縮阿拉伯糖）的混合物。多縮戊糖及多縮己糖都是以b-l，4-糖苷鍵相連接的。多縮木糖的分子結(jié)構(gòu)如下：6. 果膠物質(zhì) (pectic substances)果膠物質(zhì)一般存在于初生細(xì)胞壁中。在水果如蘋果、桔皮、柚皮及胡蘿卜等中含量較多。果膠物質(zhì)可分為三類，即原果膠、果膠及果膠酸。(1) 果膠酸(pectic aci

27、d) 果膠酸的主要成分為多縮半乳糖醛酸，水解后產(chǎn)生半乳糖醛酸。植物細(xì)胞中膠層中含有果膠酸的鈣鹽和鎂鹽的混合物；它是細(xì)胞與細(xì)胞之間的粘合物，某些微生物(如白菜軟腐病菌)能分泌分解果膠酸鹽的酶，使細(xì)胞與細(xì)胞松開。植物器官的脫落也是由于中膠層中果膠酸的分解。(2) 果膠酯酸(pectinic acid) 果膠酯酸常呈不同程度的甲酯化，酯化范圍在085之間。一般把酯化程度很低(5以下)的稱為果膠酸，酯化程度高的則稱為果膠酯酸。果膠酯酸是水溶性的溶膠。酯化程度在45以下的果膠酯酸在飽和糖溶液中(6570)及在酸性條件下(pH值為3.13.5)形成凝膠(膠凍)，為制糖果、果醬等的重要物質(zhì)，稱為果膠(Pec

28、tin)。果膠酯酸的分子結(jié)構(gòu)如右： (3) 原果膠(Protopectin) 原果膠不溶于水，主要存在于初生細(xì)胞壁中，特別是薄壁細(xì)胞及分生細(xì)胞的胞壁。蘋果和桔皮最富含原果膠，后者可達(dá)干重的40。在水果成熟過程中，原果膠和果膠酸鹽由酶的作用使兩者由不溶解狀變成溶解狀的果膠，因而使水果由硬質(zhì)的狀態(tài)變成柔軟的成熟狀態(tài)。果膠物質(zhì)除含多縮半乳糖醛酸外，還含少量糖類，如L-阿拉伯糖、 D-半乳糖、L-鼠李糖、D-木糖、 D-葡萄糖等。7.肽聚糖肽聚糖是細(xì)胞壁中的一種結(jié)合多糖，是由多糖與氨基酸連結(jié)而成的復(fù)雜聚合物，因其肽鏈不太長，故把這些聚合物叫做肽聚糖(peptidoglycan)。肽聚糖的糖鏈?zhǔn)怯蒒-乙

29、酰葡萄糖胺(N-acetyl-D-glucosamine，簡稱NAG)及N-乙酰胞壁酸 (N-acetyl-muramic acid，簡稱NAMA)以b-1，4糖苷鍵組合而成的二糖。N-乙酰胞壁酸與N-乙酰葡萄糖胺以其C位的羥基與乳酸的a-羥基以醚鍵連接而成。在肽聚糖中，每個乳酸部分的羧基又與四肽相連，該四肽是由 L-丙氨酸、 D-異谷氨酰胺、L-賴氨酸、 D-丙氨酸所組成，分子結(jié)構(gòu)如下圖。肽聚糖為一線性的多糖鏈，每隔一個己糖胺(hexose amine)有一個四肽側(cè)鏈。在二個相鄰的平行多糖鏈之間還有交叉鏈連接。在交叉鏈中，末端D-丙氨酸的羧基與一個五肽(五甘氨酸)殘基連接，這個五甘氨酸轉(zhuǎn)而再

30、與相鄰肽聚糖的四肽側(cè)鏈的賴氨酸的a-氨基相連接，如圖1-4。肽聚糖在免疫化學(xué)、植物病理學(xué)以及細(xì)胞的生長與分化等方面有很重要的研究價值。肽聚糖的重復(fù)單位8. 甲殼質(zhì)(chitin)甲殼質(zhì)(chitin)亦稱幾丁質(zhì)，是一種N乙酰葡萄糖胺的同聚物(homopolymer)，為組成甲殼類的介殼(如蝦、蟹)及昆蟲類外骨胳的結(jié)構(gòu)成分。 N乙酰葡萄糖胺以bl，4糖苷鍵相連結(jié)。圖1-4肽聚糖結(jié)構(gòu)的一部分Ala：丙氨酸； Glu：谷氨酸； Gly：甘氨酸； Lys：賴氨酸9. 粘多糖類(mucopolysaccharides)粘多糖類為高相對分子質(zhì)量(高至5×106)的膠性物質(zhì)，存在于動物細(xì)胞的細(xì)胞衣

31、(cell coat)中，起著潤滑和粘合的作用。一種常見的粘多糖為透明質(zhì)酸，是由D-葡萄糖醛酸與N-乙酰-D-葡萄糖胺單位交替組成的雜多糖（heteropoly saccharide）。透明質(zhì)酸存在于眼睛的玻璃體、角膜、細(xì)胞間質(zhì)、關(guān)節(jié)液中，可溶于水，呈粘稠溶液。軟骨素在結(jié)構(gòu)上與透明質(zhì)酸相似，惟氨基糖為 N-乙酰-D-半乳糖胺，也是細(xì)胞衣的一種成分。軟骨素的硫酸酯(在氨基糖的C4及C6位置上)為軟骨、腱及骨胳的主要成分。透明質(zhì)酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：幾丁質(zhì)透明質(zhì)酸第三章脂類脂類包括的范圍很廣，是生物體內(nèi)一大類重要的有機化合物。這些物質(zhì)在化學(xué)組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)上有很大差異，但是它們都有一個共同的特性，即不溶

32、于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非極性溶劑。用這類溶劑可將脂類物質(zhì)從細(xì)胞和組織中萃取出來。脂類的這種特性主要由構(gòu)成它的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)成分所決定。脂類具有重要的生物功能，它是構(gòu)成生物膜的重要物質(zhì)，細(xì)胞所含有的磷脂幾乎都集中在生物膜中。脂類物質(zhì)，主要是油脂，是機體代謝所需燃料的貯存形式和運輸形式。脂類物質(zhì)也可為動物機體提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂溶性維生素。某些萜類及類固醇類物質(zhì)，如維生素 A、 D、 E、 K，膽酸及固醇類激素具有營養(yǎng)、代謝及調(diào)節(jié)功能。在機體表面的脂類物質(zhì)有防止機械損傷與防止熱量散發(fā)等保護作用。脂類作為細(xì)胞的表面物質(zhì)，與細(xì)胞識別、種特異性和組織免疫等有密切關(guān)系。具有生物活性的某些維生素和

33、激素也是脂類物質(zhì)。第一節(jié)脂酰甘油類脂酰甘油（acyl glycerols），又可稱為脂酰甘油酯（acyl glycerides），即脂肪酸和甘油所形成的酯。根據(jù)參與產(chǎn)生甘油酯的脂肪酸的分子數(shù)，脂酰甘油分為單脂酰、二脂酰和三脂酰甘油三類。三脂酰甘油(triacylglycerols)又稱為甘油三酯(triglycerides)，是脂類中含量最豐富的一大類，其結(jié)構(gòu)如下：（R1，R2和R3可以相同，也可不全相同甚至完全不同）它是甘油中的三個羥基和三個脂肪酸分子縮合、失水后形成的酯。單脂酰甘油(monoacylglycerols)和二脂酰甘油(diacylglycerols)自然界少見。甘油三酯(三脂

34、酰甘油)是植物和動物細(xì)胞貯脂(depot lipids)的主要組分。般在室溫下為液態(tài)的稱為油(oils)，在室溫下為固態(tài)的稱為脂肪(fats)。這種區(qū)別是由于甘油三酯中飽和脂肪酸及不飽脂肪酸的比例不同。一、脂肪酸脂類化合物的主要成分為脂肪酸(fattyacides)，所有的脂肪酸都有一長的碳?xì)滏?，其一端有個羧基。碳?xì)滏溡跃€性為主，分枝或環(huán)狀的為數(shù)甚少。不同脂肪酸之間的區(qū)別主要在于碳?xì)滏湹拈L短、飽和與否，以及雙鍵的數(shù)目和位置。 脂肪酸的共性 高等動、植物的脂肪酸有以下共性： （）脂肪酸大部分為直鏈結(jié)構(gòu)，碳原子為偶數(shù)，鏈長為C14C20的占多數(shù)。最常見的是C16或C18的脂肪酸。C12以下的飽和脂

35、肪酸大量存在于哺乳動物的乳脂中。 （）飽和脂肪酸中最普遍的是軟脂酸和硬脂酸，不飽和脂肪酸中最普遍的是油酸。 （）在高等植物和低溫下生活的動物中不飽和脂肪酸的含量高于飽和脂肪酸含量。 （）不飽和脂肪酸的熔點比同等鏈長的飽和脂肪酸的熔點低。 （）高等動、植物的單不飽和脂肪酸的雙鍵位置一般在C9C10之間，不飽和脂肪酸中的一個雙鍵一般也位于C9C10之間，其他雙鍵漸次遠(yuǎn)離羧基。 （）高等動、植物的不飽和脂肪酸，幾乎都具有相同的幾何構(gòu)型，而且大都屬于順式(cis)，只有極少數(shù)的不飽和脂肪酸屬于反式(trans)。 （）細(xì)菌所含有脂肪酸種類比高等動、植物的少得多，而且絕大多數(shù)為飽和脂肪酸，碳原子數(shù)目和高

36、等動、植物脂肪酸的碳原子數(shù)目相似，也在C12C18之間，而且細(xì)菌中絕大多數(shù)的脂肪酸為飽和脂肪酸，有的脂肪酸還帶有分支的甲基。 植物中的飽和脂肪酸表2-1 天然的飽和脂肪酸名稱碳原子數(shù)分子式來源熔點/月桂酸豆蔻酸棕櫚酸（軟脂酸）硬脂酸12141618CH3（CH2）10COOHCH3（CH2）12COOHCH3（CH2）14COOHCH3（CH2）16COOH月桂豆蔻一般動植物一般動植物44546370植物油脂中的脂肪酸可以分為飽和的和不飽和的兩類。在飽和脂肪酸(saturated fatty acid)中，棕櫚酸(palmitic acid)、月桂酸(lauric acid)、豆蔻酸(myri

37、stic acid)和硬脂酸(stearic acid)分布最廣泛，并且數(shù)量最多。在幾乎所有脂肪中，棕櫚酸都是其中的組分之一。棕櫚油中最富于棕櫚酸(3545)；棕櫚油、椰子油中富于月桂酸；從豆蔻籽的脂肪中易分離得到豆蔻酸；硬脂酸大量存在于動物脂肪中，在植物油中僅有微量(見表2-l)。 植物中重要的不飽和脂肪酸植物脂肪酸的大部分都屬于不飽和脂肪酸(unsatu-rated fatty acid)，它們含有l(wèi)2個或多個雙鍵，因此也可稱為脂肪烯酸。有些植物還含有少數(shù)的帶羥基及帶環(huán)狀的脂肪酸。在不飽和脂肪酸中，油酸和亞油酸分布最廣，含量也最豐富。根據(jù)世界植物油產(chǎn)量計算，油酸占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中脂肪總產(chǎn)量的34

38、左右，亞油酸占29，而棕櫚酸只占11。根據(jù)不飽和程度，將不飽和脂肪酸分為一烯酸、二烯酸、三烯酸、四烯酸等。（）一烯酸(CnH2n-1COOH)：油酸、棕櫚油酸(palmitoleic acid)及芥子酸等都屬于一烯酸，油酸和棕櫚油酸是動植物脂類中兩種最豐富的不飽和一烯脂肪酸。CH3(CH)7CH=CH(CH)7COOH油酸CH3 (CH2) 5CH=CH(CH2)7 COOH棕櫚油酸植物油含油酸豐富，如花生油含58，芝麻油含46，棉籽油含3，大豆油含32。芥子酸存在于十字花科植物種子中，如菜籽油含46，芥菜籽油含2832。（）二烯酸(CnH2n-3COOH)：植物中存在的重要的二烯酸為亞油酸,

39、如亞麻油含41%,棉籽油含41%，菜籽油含18%，芝麻油含35%，大豆油中含量達(dá)49%。 CH3（CH2）4 CH=CHCH2 CH=CH（CH2）7 COOH亞油酸（）三烯酸(CnH2n-5COOH)：重要的三烯酸為亞麻酸，在亞麻油中含量達(dá)20；桐酸(elaeostearic acid)也是三烯酸，在桐油中含量達(dá)72。桐油是我國特產(chǎn)，在國際市場上占有重要的位置。CH3 CH2 CH=CHCH2 CH=CHCH2 CH=CH(CH2)7 COOHa亞麻酸CH3 ( CH2)3 CH=CHCH=CHCH=CH(CH2)7 COOH桐酸（）四烯酸(CnH2n-7COOH)：花生四烯酸(arachi

40、donic acid)是含20個碳的四烯酸。植物含C20以上的不飽和脂肪酸較少，只有在種子的卵磷脂(lecithin)、腦磷脂(cephalin)中含有少量的C20C22的不飽和酸。CH3 (CH2)4 CH=CHCH2 CH=CHCH2 CH=CHCH2 CH=CH(CH2)3 COOH花生四烯酸（）羥基脂肪酸：蓖麻酸(ticinoleic acid)是含有一個羥基的不飽和脂肪酸，在蓖麻油中含量達(dá)8086。高等植物中存在的不飽和脂肪酸可總結(jié)如表2-2。表2-2 天然的不飽和脂肪酸名稱碳原子數(shù)分子式油酸蓖麻酸亞油酸亞麻酸桐酸花生烯酸芥子酸18181818182022CH3（CH2）7CH=CH

41、（CH2）7COOHCH3（CH2）5CHOHCH2CH=CH（CH2）7COOHCH3（CH2）4CH=CHCH2CH=CH（CH2）7COOHCH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH（CH2）7COOHCH3（CH2）3 CH=CHCH=CHCH=CH（CH2）7COOHCH3（CH2）4（CH=CHCH2）4（CH2）2COOHCH3（CH2）7CH=CH（CH2）11COOH二、酰甘油的類型三酰甘油有許多不同的類型，主要是由它們所含脂肪酸的情況決定的。三酰甘油的通式為：如果三個脂肪酸是相同的（即R 1、R 2 、R 3是相同的），稱為簡單三酰甘油（simple triac

42、ylglycerols），具體命名時稱為某某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油、三軟脂酰甘油、三油脂酰甘油等。如果含有兩個或三個不同脂肪酸（即R 1、R 2 、R 3不同時）的三酰甘油稱為混合三酰甘油，如一軟脂酰二硬脂酰甘油。在混合三酰甘油中各脂?；捎谖恢貌煌?，又有不同的異構(gòu)體。多數(shù)天然油脂都是簡單三酰甘油和混和三酰甘油的極其復(fù)雜的混合物。到目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)在天然油脂中脂肪酸分布的規(guī)律。 三、三酰甘油的理化性質(zhì) 溶解度三酰甘油不溶于水，也沒有形成高度分散的傾向。二酰甘油和單脂酰甘油則不同，由于它們有游離羥基，故有形成高度分散態(tài)的傾向，其形成的小微粒稱為微團（micelles），它們常用于食品工業(yè)，

43、使食物更易均勻，便于加工，且二者都可以被機體利用。 熔點三酰甘油的熔點是由其脂肪酸的組成決定的，一般隨飽和脂肪酸的數(shù)目和鏈長的增加而升高。如三軟脂酰甘油和三硬脂酰甘油在常溫下為固態(tài)，三油酰甘油和三亞油酰甘油在常溫下為液態(tài)。豬的脂肪中油酸占50%，豬油固化點為30.5。人脂肪中油酸占70%，人脂固化點為15。植物油中含大量的不飽和脂肪酸，因此呈液態(tài)。 皂化和皂化值當(dāng)將脂酰甘油與酸或堿共煮或經(jīng)脂酶（lipase）作用時，都可發(fā)生水解。酸水解可逆；堿水解，由于脂肪酸羧基全部處于解離狀態(tài)，即成為負(fù)離子，因而沒有和甘油作用的可能性，故堿水解不可逆。當(dāng)用堿水解三酰甘油時，生成物之一為脂肪酸的鹽類，這就是日

44、常所用的肥皂，所以脂類的堿水解反應(yīng)一般稱為皂化反應(yīng)（saponification）。完全皂化1g油或脂所消耗的氫氧化鉀毫克數(shù)稱為皂化值（saponification number），用以評估油脂質(zhì)量，并計算該油脂相對分子質(zhì)量。4酸敗和酸值 油脂在空氣中暴露過久即產(chǎn)生難聞的臭味，這種現(xiàn)象稱為“酸敗”（rancidity）。其化學(xué)本質(zhì)是油脂水解放出游離的脂肪酸，后者再氧化成醛或酮，低分子的脂肪酸（如丁酸）的氧化產(chǎn)物都有臭味。脂肪分解酶或稱脂酶（lipase）可加速此反應(yīng)。油脂暴露在日光下可加速此反應(yīng)。中和1g油脂中的游離脂肪酸所消耗的氫氧化鉀毫克數(shù)稱為酸值（acidvalue）。酸敗的程度一般用酸

45、值來表示。不飽和脂肪酸氧化后所形成的醛或酮可聚合成膠狀的化合物。桐油等可用作油漆即是根據(jù)此原理。氫化和鹵化 油脂中的不飽和鍵可以在催化劑的作用下發(fā)生氫化反應(yīng)。工業(yè)上常用Ni粉等催化氫化使液狀的植物油適當(dāng)氫化成固態(tài)三酰甘油酯，這稱為人造奶油，便于運輸。氫化可防止酸敗作用。 油脂中的不飽和鍵可與鹵素發(fā)生加成作用，生成鹵代脂肪酸，這一作用稱為鹵化作用（halogenation）。100g油脂所能吸收的碘的克數(shù)稱為碘值（iodine value），在實際碘值測定中，多用溴化碘或氯化碘為鹵化試劑。 乙酰化值（acetylation number） 含羥基的脂?；衔铮u基含量可通過與乙酸酐或其他?；瘎┓?/p>

46、應(yīng)生成乙?；セ蛳鄳?yīng)?；ザ鴾y得。乙?；抵?g乙?；挠椭纸獬龅囊宜嵊脷溲趸浿泻蜁r所需氫氧化鉀的毫克數(shù)。第二節(jié) 其它酰基甘油類一、烷基醚脂酰甘油（alkyl ether acylglycerols）它含有兩個脂肪酸分子和一個長的烷基或烯基鏈分別與甘油分子以酯鍵相連。例如烷基醚鍵二脂酰甘油和a、b-烯基醚二脂酰甘油（a、b-alkenyl ether acylglycerols），其結(jié)構(gòu)如下：烷基醚鍵二脂酰甘油a、b-烯基醚二脂酰甘油這種脂類不易與甘油三酯分開，因此發(fā)現(xiàn)較晚。用弱堿或酶促水解，它們則形成甘油醚（glycerol ethers）。例如，鮫肝醇和鯊肝醇實際上都是甘油醚，其結(jié)構(gòu)

47、如下： 鮫肝醇鯊肝醇二、糖基脂酰甘油（glycosylacylglycerols）糖基與甘油分子第三個羥基以糖果苷鍵相連，甘油另兩個羥基與脂肪酸以酯鍵相連。最普通的例子是在高等植物和脊椎動物神經(jīng)組織中發(fā)現(xiàn)的單半乳糖基二脂酰甘油，其結(jié)構(gòu)如下：當(dāng)X=H時，為單半乳糖二脂酰甘油酯(MGDG)從細(xì)菌中可分離到二甘露糖基二脂酰甘油。第三節(jié)磷脂類磷脂是分子中含有磷酸的復(fù)合脂。由于所含醇的不同，可分為甘油磷脂類和鞘氨醇磷脂類，它們的醇物質(zhì)分別是甘油和鞘氨醇（sphingosine）。兩類磷脂分子的組成對比如表2-3。表2-3 兩類磷脂的分子組成（分子數(shù)）組成相同脂肪酸磷酸組成不同或不盡相同醇類其他甘油磷脂鞘

48、氨醇磷脂2 11 1甘油膽堿、乙醇胺、絲氨酸和肌醇等鞘氨醇膽堿一、磷酸甘油酯（phosphoglycerides）磷酸甘油酯即甘油磷脂，是生物膜的主要組分。1磷酸甘油酯的組成磷酸甘油酯是甘油中的兩個醇羥基為脂肪酸酯化，而第三個醇羥基被磷酸酯化，磷酸再與含羥基的氮堿或其他含羥基的小分子化合物脫水形成磷酸二酯鍵，通式如下：甘油磷脂兩條長的碳?xì)滏湗?gòu)成它的非極性尾部（nonpolar tail），其余部分構(gòu)成它的極性頭部（polar head）。不同類型的甘油磷脂的分子大小、形狀、極性頭部的電荷等都不相同。甘油磷脂分子中一般含有飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸各一分子，不飽和脂肪酸常與甘油的第二個碳原子縮合。

49、 磷酸甘油酯的命名如果將甘油C1或C3分別用脂肪酸或磷酸酯化，C2則成為一個不對稱C原子，于是形成兩個互為對映體（antipode）的異構(gòu)物。天然存在的甘油磷脂都屬L-構(gòu)型。結(jié)構(gòu)如下：D-構(gòu)型L-構(gòu)型 1967年國際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會及國際生物化學(xué)聯(lián)合會的生物化學(xué)命名委員會建議采用下列命名原則：將甘油的三個碳原子分別標(biāo)號為1，2，3（三者順序不能隨便顛倒）。用投影式表示，C2上羥基一定要放在C2的左邊。這種編號稱為立體專一編號（stereospecific numbering），用sn表示，寫在化合物名稱前面。根據(jù)這一命名原則，磷酸甘油和磷脂酸命名如下：sn-甘油-1-磷酸 sn-甘油-3-磷酸sn-二脂酰甘油-1-磷酸 sn-二脂酰甘油-3-磷酸 3主要的磷酸甘油酯（1）磷脂酰膽堿(phosphatidyl cho1ine) 它是白色蠟狀物質(zhì)，極易吸水，其不飽和脂肪酸能很快被氧化。各種動物組織、臟器中含量都相當(dāng)高。其結(jié)構(gòu)如下：磷脂酰膽堿（卵磷脂）膽堿的堿性甚強，可與氫氧化鈉相比。它在生物界分布很廣，且有重要的生物功能，