环境生物化学教案.doc

第一章 绪论第一节概述 一、生物化学的概念与涵义（幻灯PPt） 概念：生物化学是生物学与化学交叉而产生的一个边缘学科，它是利用化学的理论和方法作为主要手段（而不是唯一的手段）来研究生物的一门科学。因此，他又被称为生命的化学。所以，要学好生物化学要有化学的各种基础知识。 涵义：更具体来说是以生物体为对象，研究生命化学本质及其变化规律，通过对这些规律的了解来探索生长、发育、衰老、遗传、学习、记忆思维及其疾病的产生根源等复杂生命现象的本质及其规律。并将这些知识应用于工、农、医等实践领域以期改造自然，改善自己，增强生命力，创造人与自然的和谐与发展的社会环境，造福于子孙万代。分支：生物化学从不同角度研究，又产生出许多分支。（幻灯PPt）因研究对象不同分为概括起来称为普通生物化学。我们所研究的就是普通生物化学的课程所涉及的问题。二、生物化学的研究内容：（幻灯ppt） 静态生化：顾名思义，机体的化学组成、结构、性质、功能。动态生化：体内各种物质的化学变化及与外界进行信息物质和能量变换。功能生化：重要生命物质的结构与功能的关系，环境对机体的影响，从分子水平上阐明生命现象的机制与规律。第二节 生物化学与其他生命科学的关系 一、生物化学是分子水平的生物学（幻灯ppt） 从生物的发展历史看，人们对生物体（生命现象）的认识是从宏观到微观，从形态结构到生理功能。从器官（如眼、心脏、脑）组织（组成器官的细胞种类形态连接方式）细胞（有机体基本的功能单位） 细胞结构分子水平（细胞的物质结构）元素（超分子结构、大分子、小分子）板书 生物化学的发展历程：19世纪末以前，人们主要是通过生物体内的化学变化来认识生物体的生理机能。到了19世纪末期至20世纪初期，生物化学才成为一门独立的学科。40年代末50年代初，随着对量的质、酶、核酸、糖类、脂类等生物大分子结构、性质、功能和代谢的初步探明，越来越多的科学工作者被吸引着，起来越广的学科向其靠拢，使生物化学跨入了突飞猛进的发展时代。 生物化学的成就又带动了生命科学向分子水平的展。生物学的各分支学科又衍生出分子水平的新学科。如： 分子分类学如细菌，过去主要由观察形态，现在以rRNA的分子结构为基础。 分子遗传学遗传物质的分子结构，如基因的分子结构、染色体等。 人类基因组、动物基因组被破译、植物基因组被解读，给医药卫生、农业等带来革命性变化。 分子免疫学免疫的分子结构及作用原理。 对于人及动物特殊病的诊断治疗开辟了新的前景。 分子生理学生理过程的分子水平的变化，对研究疾病的发生机制。 分子病理学引起疾病的分子水平的因素的变化过程。 分子细胞生物学细胞的分子组成及其功能。 随着这些新学科的出现，分子生物学也从生物化学的发展中独立出来，成为一门新的学科，但有些部分依然不能与生物化学完全分开，还有很多交叉。 那么分子生物学又与生物化学是什么关系呢？二、生物化学是现代生物学科的基础和前沿（幻灯）1为什么说是现代生物学的基础（板书）？ 是由于生物科学发展到分子水平，必须借助于生物化学的理论和方法来探讨各种生命现象，如：生长繁殖衰老遗传变异、生理、病理、生物起源和进化等。因此它是各学科的共同语言；而现代生物学是指分子水平的生物学，现代生物技术是分子水平的工程学，是现代生物学的核心。2为什么说它又是现代生物学的前沿（板书）？ 是因为各生物学科的进展或突破很大程度上有赖于生物化学的研究进展所取得的成就。如果没有生物化学对生物大分子结构与功能的阐明，没有遗传密码及传递途径的发现，就没有今天的分子生物学和分子遗传学。没有生物化学对限制性核酸内切酶的发现及纯化，也就没有今天的生物工程。生物化学与各门生物学关系密切，在生物学科中占有举足轻重的地位。3那么分子生物学又与生物化学是什么关系呢？ 分子生物学是以生物化学、生物物理学、微生物学和遗传学为基础发展起来的。其主要任务是从分子水平上来阐明生命现象和生物学规律。生物化学主要研究内容的蛋白质、核酸、糖类等生物大分子的结构与功能，与分子生物学的研究内容是交叉的，二者关系密切，密不可分，但各自有侧重点。因此，国际生物化学会（International Union of Biochemistry）改更名为（International Union of Biochemistry and Molecular Biology）国际生物化学与分子生物学协会。中国的生物化学学会也更名为中国生物化学与分子生物学会。第三节 生物化学与现代化学发展的关系（幻灯） 因为我们大部分是学化学出身，化学基础雄厚，所以这里必须特别提示一下，化学家对化学研究的进展对生物化学有着积极的影响，而反过来，生物化学的发展又促进化学的发展。这可为我们学化学的同学将来从事生物化学方向的研究提高成功的信心和自信。 实际上，生物化学是在不断地研究阐明生命现象中的化学问题过程中发展起来的。下面举几个例子： 如：第一个生物化学实验是1897(板书)年进行的。是一位德国的化学家爱德沃德布赫纳（Edward Buchrer板书）用不含细胞的酵母菌提取液成功地在体外实现了糖转化为酒精的发酵过程。 再如：大分子这个术语是1922板书年由德国化学家赫尔曼斯托丁格（Hermam Staudinger板书）引入的，它用于描述质量很大的分子。在这些大分子里原子通过很强的化学链而组装在一起。另一个极为重要的概念是“专一性”（specificity）。“专一性”是指酶辨认出它们所作用的分子（底物）的化学结构的能力。 专一性这个概念，首先是1890板书年德国化学家艾米尔费希尔（Emil Fischer板书）清楚地提出的。费希尔对蛋白质进行过深入的研究。为了说清专一性这一概念的含义，费希尔用锁和钥匙进行比喻。（但现在这一概念在酶反应过程中已经过时。这一概念也被用于免疫过程中抗原与抗体的关系。 19361940板书年专一性概念发生了实质性的变化，从一个生物学的概念逐渐演化成了一个立体化学的概念。这个迅速的转变是奥地利免疫化学家卡尔兰斯泰勒（纳）（Karl Landsteiner）与美国化学家莱纳斯波林（Linus Pauling）相遇的结果。 1935年温德尔斯坦利（Wendell Meredith Stanley）完成对烟草花叶病毒（TWY）（板书）的纯化和结晶，构成了革命性事件，1946年获诺贝尔化学奖。 除了用化学的方法以外，近年来生物物理学的发展，或者说物理学家对生物化学或分子生物学的进展影响也是巨大的。如物理学家乔治盖英（George Gammon）宇宙起源“大爆炸”理论的奠基人之一，是另一位对分子生物学发展做出过重要贡献的物理学家。 再者，生物化学测定中的一些物理化学方法，如：超速离心、电泳和同位素的使用、光谱学、电子显微镜，都是物理化学技术的应用。 谈到生物化学和分子生物学，大家都会立刻想到DNA的结构。正是在1953年，吉姆沃森（James D。Watson（板书）和弗朗西斯。克里克（Francis H。C。crick）（板书）发现了DNA的双螺旋结构之后，1955年Sanger第一个进行了蛋白质一级结构的测定，测出了牛胰岛素的一级结构。Edman又在此基础上进行了改进，发明了氨基酸自动分析测序仪。目前的液相和固相测序仪，气相序列仪已测出一千多种蛋白质的一级结构，通过计算机建立了数据库。近些年来用X光衍射和 核磁共振直接测定蛋白质的二级、三级、四级结构、为揭示生命现象和病症的发生发展机理的本质提供了重要的基础。第四节、生物化学与现化工业（应用生物化学）幻灯 分子生物学与基础生化学主要是生化和分子水平生物学的理论研究。但他的理论与技术已广泛的应用于现代工农业、现代医学、食品医药等行业。 生物化学对现代化工、轻工、食品、医药工业的渗透。生物化学的发展，不仅在生命现象及生物进化等理论问题上成就卓著，而且随着生物化学技术和设备的进步，不断应用于工、农、医等领域的实践，在现代工业、现代农业和现代医学中起着越来越重要的作用。用生物化学和分子生物学的理论来指导现代生物技术，在工农业及各行各业的应用构成了许多应用生化的分支，在这里首先我们应该讨论一下什么是生物化学技术它与现代生物技术的关系。 生物化学技术包括：发酵、提取、纯化、酶工程、生化工程。现代生物技术主要利用分子生物学的工程技术，生物体或其体系及它们的衍生物来创造人类所需要的各种产品的一门新型的跨学科技术体系。并牵涉到生物机能及其产物的控制，以达到工业化生产，其产品实现商业化。 这个综合性技术包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程。所以生物化学技术是现代生物技术的重要组成部分而不是全部。第五节、生物化学与国民经济各领域发展的关系（幻灯） 当阐述生物化学与国民经济各领域发展的关系时，必然离不开生物技术。生物化学的发展在很大程度上依赖于生物技术的发展，而生物化学与分子生物学的理论又为生物技术的发展奠定了理论基础。第二章 糖类的化学目的与要求：使学生从生物化学的角度认识糖的本质意义和糖在生物体中的作用等，使学生掌握糖化学的基本知识以及一些概念与有机化学方面的区别。重点讲解：糖的概念、分类以及单糖、二糖和多糖的化学结构和性质，使学生通过掌握典型单糖(葡萄糖和果糖)的结构和性质，再从单糖的基础上去理解二糖的结构和性质，从而使学生学会比较分析的方法去认识各种重要糖类的特征。几种主要多糖在讲解时要结合医学上的应用。在讲解单糖的结构和性质时，要联系有机化学醛、酮的化学性质和结构。对学生要求：掌握糖类及其衍生物化学组成、结构；掌握基本概念、构型和构象的区别环式单糖不同的书写方式、重要的化学反应。理解不同构型和构象造成的稳定性差别。了解不同的糖对生物体的用途以及它们在体内的分布第一节 .糖的概念一.糖的种类和功能 1.糖的定义：曾用的概念： 碳水化合物：通式Cn(H2O)m误认为是碳与水的化合物，故称碳水化合物(carbohydrate)。糖类的现代概念：糖类：鼠李糖(rhamnase)C6H12O5和脱氧核糖(deoxyribose)C5H10O4非糖的物质：甲醛CH2O、乳酸C3H6O3有些糖类化合物：除C、H、O外，还有N、S、P，多羟基的醛或酮及其缩聚物和某些衍生物的总称2.糖的功能： （1）是生物获取能量的主要来源（2）具有特殊的生理功能（3）糖类也是结构成分（4）生物体合成其它化合物的基本原料（5）糖作为信号识别的分子3.糖的种类： （1）单糖(monosaccharides)是最简单的糖，不能再被水解为最小的单位。根据其所含碳原子（C）数目：丙糖、丁糖、戊糖(pentose)和已糖(hexose)等根据其羟基（-OH）又可以分为醛糖和酮糖（2）寡糖(oligosaccharides)是有两到十分子的单糖缩合而成的，水解后产生单糖。（3）多糖(polysaccharides)是由多个单糖分子缩和而成的如按其组成：同多糖：相同的单糖组成；杂多糖：不同的单糖基组成如按其分子有无支链：支链、直链多糖；如按其功能的不同：结构多糖、储存多糖、抗原多糖等；如按其分布：胞外多糖、胞内多糖、胞壁多糖之分。（4）结合糖：如果糖类化合物尚有非糖物质部分，则称为糖缀物和复合糖例如，糖肽、糖脂、糖蛋白等。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（DL） 意义 葡萄糖的构型第二节 单糖的结构和性质单糖的种类很多，单糖在结构上、性质上差异不少，但也有许多共同之处。从数量上讲以葡萄糖(glucose)最多，分布也最广，其中葡萄糖结构具有代表性。一、定义及分类定义：具有1个自由醛基或酮基，以及两个以上的糖类物质称为单糖。分类：醛糖；酮糖丙糖、丁糖、戊糖、己糖 等二、单糖的分子结构（一）链状结构1、葡萄糖链状结构的确定：元素组成：经验式为CH2O测定分子量：1801）葡萄糖能被纳汞齐作用还原成山梨醇，而山梨醇是右边结构从而证明了六个碳原子连成了一条直链。2）葡萄糖能和福林试剂（醛试剂）反应：证明其分子式中含有醛基。（-COH）3）葡萄糖和乙酸酐反应产生五个和乙酰基之的衍生物，证明糖分子中有五个羟基。（-OH）2、葡萄糖的构型(configuration)1）不对称碳原子的概念：一个碳原子和四个不同的原子或基团相连时，并因而失去对称性的四面体碳，也称手性碳原子、不对称中心或手性中心，常用C*表示。2）构型不对称碳原子的四个取代基在空间的相对取向。这种取向形成两种而且只有两种可能的四面体形式，即两种构型如甘油醛把羟基在左边规定为L-型，羟基在边右规定为D型。甘油醛从糖的定义上判断是最简单的单糖凡在理论上由D-甘油醛衍生出的单糖为D-系单糖，由L-甘油醛衍生出的糖为L-系单糖。天然的单糖大多只存在一种构型，例如葡萄糖、果糖(fructose)、核糖(ribose)都是D-系单糖。3、与链式结构相关的概念：镜象对映体(antipode)：两类物质彼此类似但不同它们互为镜像但不能重叠这两类结构相化合物称为一对对映体。2）差向异构体(epimers)：仅一个对称碳原子构型不同，二镜向非对映体的异构物称为差向异构体。3）旋光异构现象和旋光度：当光波通过尼克梭镜时，由于尼克梭镜(nicolprism)的结构,通过的只是某一平面振动的光波，光波其他方向的都被遮断这种称为平面偏振光。当它通过具有旋光性质某异构物溶液时，则偏振面会向左旋转或者向右偏转。旋光度是作是旋光物质的一种物理性质，它在一定的条件下是一个常数。（条件、温度、浓度、而波长、旋光管的长度加以固定）旋光度常用旋光率(specificrotation)表示。4）手性与旋光性旋光性与分子内部的结构有关分子内若存在对称元素如，对称面、对称中心或四重交替之一的，都可以和它的镜像重合，没有旋光性分子内若不存在对称元素，不能和它的镜像重合，都有旋光性。这种分子称手性分子。手性与旋光性是一对孪生子。5）构型与旋光方向的区别:虽然使平面偏振光右旋（+）和左旋（-）的甘油醛分别规定为D-型、L-型。在投影式中左边为L-型、右边为D-型。但针对单糖结构而言，D与+、L与-并无必然联系。例如，D-葡萄糖和D果糖的旋光方向分别为+和-，而L-葡萄糖和L-果糖的旋光方向均为-。构型与旋光方向是两个概念（二）环状结构1、环状结构的提出：链式结构无法解释以下现象1）缺少希夫反应，不能被漂白了的品红出现红色。2）醛类能和亚硫酸钠加成反应而葡萄糖不能。3）不能与两分子醇反应，形分子与一分子醇反应形成半缩醛。4）存在变旋现象。鉴于此，1893年 E.Fischer提出了葡萄糖的分子环状结构学说：即C5-OH与C1CHO形成1 5氧桥1926年W.H.Hawworth修正后提出用透视式表达糖的结构。2、单糖的-型和-型环状结构中由于链内的缩醛反应第一碳原子是不对称状态，与其相连的氢亲和羟基的位置有两种可能的排列方式，因而有两种构型。半缩醛羟基在平面以下为-型，在平面以上为-型。二者互为异头体(anomer)。3、环状结构与链状结构的关系：二者是同分异构体，而环状结构更为重要。在晶体状态和水溶液中绝大部分是环状结构，在水溶液中而是可以互变（三）葡萄糖的构象(conformation)：指一个分子中，不改变共价键的结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子间的空间排布。一种构象的改变为另一种构象时不要求共价键的断裂和重新形成。葡萄糖的环状结构中各原子不同在一个平面上而折成船式和椅式两种无张力的环。其中以椅式主要，而船式极少。随着温度的升高船式比例相应增加，建立两种构象间的平衡第三节 .寡糖的结构和性质寡糖是由2-20个分子的单糖缩合而成的糖。一、二糖：与日常生活密切相关的二糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖。1、麦芽糖(maltose)：淀粉的水解产物。谷类的种子发芽时及在消化道中被淀粉酶水解即产生麦芽糖。民间常用大麦芽其中含有淀粉酶使淀粉水解变成麦芽糖。二分子的葡萄糖-D-G和-D-G缩水按 （1-4）形成糖苷键2、蔗糖(sucrose)：日常食用的糖主要是蔗糖。甘蔗、甜菜、胡萝卜和有甜味的果实（香蕉、菠萝等）都含有蔗糖1）化学性质：无游离醛基、不具还原性。2）物理性质：溶于水、甜度高。3、乳糖(lactose)：由乳腺产生存在于人和动物的乳汁内。牛乳含有10%；人乳含有5-7%乳糖是由-D-G和-D-L各一分子按（1-4）糖苷键缩合失水形成的。4、纤维二糖(cellobiose)：是纤维素的基本结构单位。由两分子的葡萄糖按（1-4）键型相连而成。二、三糖：棉籽糖(raffinose)，见于多种植物，尤其是棉籽甜菜中。于酸性共热时，棉子糖即水解生成葡萄糖和果糖各一分子。棉籽糖蔗糖酶果糖+蜜二糖棉籽糖半乳糖苷酶半乳糖+蔗糖第四节 多糖的结构和性质一、概述：多糖是多个的单糖分子缩合失水而成的，分子量很大在水中不能形成真溶液只能形成胶体有些不溶于水，如纤维素无甜味也无还原性，有旋光，无变旋现象。按功能分作为动物植物骨架的原料，如食物的纤维素(cellulose)和动物的几丁质(chitin)；作为贮藏多糖，如淀粉和糖元。在需要时可以通过生物体的酶系统的作用，分解放出多糖；具有复杂的生理功能:如粘多糖(mucopolysaccharides)、血型物质等。按照组分的繁简：同多糖(homopolysaccharide)：某一种单一的多糖缩合而成，如淀粉、糖原、纤维素；杂多糖(heteropolysaccharide)：由不同类型的单体组成如结缔组织中的透明质酸等。二、同多糖：水解产生一种单糖或单糖衍生物1、淀粉(starch)：存在于所有绿色植物得到多数组织，在显微镜下我们观察植物种子（如麦、玉米、大米、）、块茎及干果（栗子、白果等），会看到大小不等的淀粉颗粒。1）结构：有直链淀和支链淀粉之分。直链淀粉(amylose)：由葡萄糖单位组成，连接方式和麦芽糖分子中的葡萄糖单位间的相同，（1-4）糖苷键一般链长250-300个葡萄糖单位。支链淀粉(amylopectin)：由多个较短的-1、4糖苷键直链组成。每两个糖的直链之间的连接为-1、6糖苷键，较短的直链链端葡萄糖分子的第1个碳原子上羟基与邻近的另一个链中的葡萄糖分子中的第6个碳原子上的羟基结合。一般淀粉都含有直链淀粉和支链淀粉，玉米和马铃薯分别含有27%和20%的直链淀粉，其余部分为支链，糯米全部为支链淀粉，豆类全部是直链淀粉。2）性质：直链淀粉冷水中不溶解，略溶于热水，但支链淀粉吸收水分后成糊状。淀粉在酸和淀粉酶解作用下可被降解，最终产物是葡萄糖，这种降解产物是逐步进行的。淀粉 红色糊精 无色糊精 麦芽糖 葡萄糖。2、糖原(glycogen)：动物淀粉是动物和细菌细胞内能源的储存形式。结构与淀粉相似性质。遇碘成棕红色。3、纤维素(cellulose)：地球表面天然起源的最丰富的有机化合物。来源主要是：棉花、麻、树木、野生植物的；另外还有一大部分来源于作物的茎杆如麦杆、稻草、高粱秆、甘蔗渣等。1）结构：葡萄糖借-（1-4）糖苷键的连接成直链。直链键彼此平行，链间的葡萄糖羟基间极易形成氢键，再加上半纤维素、果胶、木质素等的粘结作用，使完整的纤维素具有高度的不溶于水等特性。2）性质：在酸的作用下发生解水，经过一系列中间产物，最后形成葡萄糖。纤维素纤维素糊精纤维二糖葡萄糖4、几丁质(chitin)：由乙酰糖胺以糖苷键缩合失水而成的均一多糖。结构与纤维素相似。三、杂多糖：水解产生一种以上的单糖或/和单糖衍生物有代表性的有以下几种：1、透明质酸(hyaluronicacid)：分布于结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、细胞间质、关节液、恶性肿瘤组织和某些一细菌的细胞壁。是细胞间粘合物质、油润滑作用、对组织起保护作用。结构：葡萄糖醛酸同乙酰葡萄糖胺以糖苷键连成的二糖单位。后者糖苷键与另一两个糖单位相连。2、硫酸软骨素(chondroitin)：软骨的主要成分，结缔组织，筋腱山心瓣膜，唾液中也含有。其重复单位同透明质酸类似，含有硫酸基。3、肝素(heparin)：肝中的肝素含量丰富。广泛存在于哺乳动物组织和体液中。猪胃粘膜中含有十分丰富，肺、脾、肌肉和动脉壁、肥大细胞肝素含量较高糖与非糖物质如脂类或蛋白质共价结合，分别形成糖脂(glycolipids)、糖蛋白(glycoproteins)和蛋白聚糖(proteoglycans)总称为结合糖和复合糖四、糖蛋白：（一）定义：糖与蛋白质之间，以蛋白质为主，一定部位以共价键与若干糖分子相连构成的分子；总体性质更接近蛋白质，其上糖链不呈现双链重复序列。（二）分布：糖蛋白在动物植物中较为典型，微生物中不具糖蛋白。这类糖蛋白可被分泌进入体液或作为膜蛋白。它包括许多酶、大分子蛋白质激素，血浆蛋白、全体抗体、补体因子、血型物质、粘液组份等。（三）糖蛋白的作用：1、由于糖蛋白的高粘度特性，机体用它作为润滑剂2、防护蛋白水解酶的水解作用3、防止细菌、病毒侵袭。4、在组织培养时对细胞粘着和细胞接触抑制作用。5、对外来组织的细胞识别也有一定作用6、与肿瘤特异性抗原活性的鉴定有关五、蛋白聚糖：是一种长而不分枝的多糖链，既糖胺聚糖，其一定部位上与若干肽链相连，多糖呈双糖的系列的重复结构，其总体性质与多糖更相近。（一）蛋白聚糖的种类与组成核心蛋白-在蛋白聚糖的分子结构中，蛋白质分子居于中间，构成一条主链。单体-糖胺聚糖分子排列在蛋白分子的两侧，这种结构成蛋白聚糖的单体.。单体的糖胺聚糖链的分布是不均匀的（二）蛋白聚糖的功能 构成细胞间基质，分布于任何组织中 蛋白聚糖中糖胺聚糖是多阴离子化合物，结合Na+ 、K+，从而吸收水分，糖的OH也是亲水的，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而成凝胶 起筛子作用，容许小分子化合物自由扩散，而阻止细菌通过，起保护作用 蛋白聚糖也有一些特殊的作用：肝素抗凝剂透明质酸吸引大量水分子，使组织.疏松.，细胞易于移动，促进创伤愈合硫酸软骨素软骨中丰实、维持软骨的机械性能细胞膜表面的一些蛋白聚糖，与细胞间相互识别、生长有关蛋白聚糖是生物化学中近二十年来取得突破性进展的领域，有关其结构和功能的研究吸引了越来越多的科学家。第三章 脂 类 化 学目的与要求：通过本章的学习，使学生对脂类及其衍生物有比较全面的认识。重点讲解：单脂和复脂的组分、结构和性质，对固醇亦给予必要的介绍。使学生对脂肪的结构和性质以及对固体类物质的基本结构作彻底的了解；引导学生联系脂肪的结构学习复脂的结构。在固醇核心结构的基础上学习类固醇物质，在萜类学习的过程中了解异戊二烯结构的不同变化。讲解时，要对磷脂与糖脂的区别、各种磷脂、糖脂彼此间的异同进行分析比较。磷脂不仅要对其结构和性质进行比较系统的讲述外，还要对其生理功能进行介绍。生物膜化学要结合膜功能谈化学物质。对学生要求：掌握脂类及其衍生物化学组成、结构和性质，以及它们在体内的分布。理解脂肪以及脂肪酸的不同指标的含义和用途。了解各种不同的脂肪以及脂肪酸对人体的重要性。第一节 概述一、脂类（lipids）的概念及生物学功能：（一）概念：脂类共同的物理性质，不溶于水，但是能溶于非极性的有机溶剂（氯仿、乙醚、丙酮、苯等）中。化学组成和化学结构上有很大的差异一般是由脂肪酸和醇组成、也有不含脂肪酸的如萜类、固醇类及其衍生物。（二） 脂类的生物功能也是多种多样，主要有以下几个方面：1、膜功能：构成生物膜的重要物质。2、能量来源：燃料的贮存形式和运输形式。3、对动物来讲，是必需脂肪酸和脂溶性的维生素的溶剂。4、参与信号的传导和识别5、另外此类物质有防止机械损伤和热量散发等保护作用二、脂类的分类：根据组成脂类的不同组份可以将脂类分为三大类：1、单纯脂质：1）甘油三脂是3分子脂肪酸和1分子甘油所组成的酯。2）蜡由长链脂肪酸和长链醇或固醇组成。2、复合脂质：除醇类和脂肪酸外尚有其他物质。1）磷脂如甘油磷酸类含有甘油、脂肪酸、磷酸和其他含氮的碱（胆碱、乙醇胺）；鞘胺醇磷脂2）糖脂鞘糖脂和甘油糖脂3）鞘胺醇磷脂和鞘糖脂合称为鞘脂类3、衍生脂质，上述脂类物质衍生而来，或关系密切。1）取代烃：脂肪酸及其碱性盐和高级醇2）固醇类3）萜4）其他脂质如维生素A、D、E、K，糖脂和脂蛋白。第二节 油脂的结构和性质脂酰甘油（acyl glycerols），即脂肪酸和甘油所形成的脂。脂类中最丰富的一大类是三酯酰甘油，其结构如图所示。一、脂肪酸(fatty acids)：在自然界中游离的脂肪酸较为少见，绝大部分脂肪酸是以结合形式存在的。按照其饱和程度脂肪酸可分成：饱和脂肪酸不饱和脂肪酸。1、它们之中大部分是不分枝和无环无羟基单羧酸。2、自然界中分子中的碳原子数目绝大多数是偶数。3、饱和脂肪酸中最普遍的软脂酸（16酸）和硬脂酸（18酸）。不饱和脂肪酸中最普遍的是油酸（18碳1烯酸）。4、不饱和脂肪酸的熔点比同等链长的饱和脂肪酸低。5、细菌中所含的脂肪酸比植物动物少得多，绝大多数为饱和脂肪酸。高等植物和低温生活的动物中不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸含量。6、高等动物的不饱和脂肪酸从结构上说部分是顺式结构7、必需脂肪酸：我们把维持哺乳动物正常生长所需要的而体内又不能合成的脂肪酸成为必需脂肪酸(亚油酸和亚麻酸)。哺乳动物中的亚油酸（18碳2烯酸）和亚麻酸（18碳3烯酸）是从植物中获得的。如亚油酸在红花油、玉米油、棉籽油、大豆油中含量均在50%以上。二、甘油(glycerol)甘油味道甜，比重为1.26。和水与乙醇可以任何比例互溶，但不溶于乙醚、氯份等。甘油是许多化合物的良好溶剂，广泛地用于化妆品和医药工业。甘油能保持水分，可以作为润湿剂。三、甘油三酯的类型：甘油三酯有许多不同的类型简单三脂酰甘油(simple triacylglycerides)：三个脂肪酸都是相同的。混合三酯酰甘油(mixed triacylglycerides)：含有两个或两个以上不同的脂肪酸的甘油三酯。多数天然的油物质都是简单的甘油三酯和混合的甘油三酯的复杂的混合物。四、甘油三酯的物理与化学性质：1、溶解度：不容易水，也没有形成高度分散的倾向。2、熔点：其熔点随着不饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。三软酯酰甘油和三硬酯酰甘油在体温以下为固态，三油酰甘油和三亚油酰甘油在体内呈液态。猪的脂肪中油酸占50%。猪油的固化点30.5，人的脂肪中油酸占70%，人油的固化点15。植物中含有大量的不饱和脂肪酸，因此成液态。3、皂化和皂化值：将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶作用时都可以发生水解当用碱水解酯酰甘油时，可产生脂肪酸的盐类即肥皂，故称之为皂化反应。完全皂化一克油或脂所消耗的氢氧化钾的毫克数称为皂化值。4、酸败和酸值：油脂是在空气中暴露过久即产生难闻的臭味这种现象称为酸败。酸败的化学本质：由于脂水解释放游离的脂肪酸氧化为醛或酮低分子的脂肪酸(如丁酸)的氧化产物有臭味。5、氢化，油脂中的不饱和键可以在金属镍催化下发生氢化反应6、卤化和碘值：油脂可以与卤素发生加成作用。生成卤代脂肪酸，这一作用称为卤化作用。碘值指一百克油所能吸收的碘的克数。7、乙酰化值：油脂中含有羟基的脂肪酸可以与乙酸酐和其他酰化试剂作用形成相应的酯。乙酰化值：指一克乙酰化的油脂分解出的乙酸用氢氧化钾中和时所需要的氢氧化钾的毫克数。第三节 磷脂和固醇类磷脂是分子中含有磷酸的复合脂。甘油磷脂类 甘油（丙三醇）鞘氨醇磷脂 鞘氨醇一、甘油磷脂的结构二、常见的甘油磷脂1、磷脂酰胆碱俗称卵磷脂(lecithin)卵磷脂的结构中极性部分是胆碱。卵磷脂的功能：1）是生物膜的主要成分之一；2）在生物控制有机体代谢中，脂肪的代谢中起重要作用。3）防止脂肪肝的形成，临床上是一种很好的乳化剂。2、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂cphalin）：动物中植物中含量丰富，参与血液的凝固过程3、磷脂酰丝氨酸(phosphatidyl serine)：也参与血液凝固过程4、肌醇磷脂(phosphainositol)：肌醇替代胆碱主要存在于肝脏和心肌中5、双磷脂酰甘油（心磷脂cardiolipin）：含有二个磷脂酸分子，磷酸基团分别与一个甘油分子的碳原子上的羟基以酯键相连。主要存在于细菌细胞膜、真核细胞线粒体内膜等三、醚甘油磷脂1、缩醛磷脂(plasmalogens)：以一个长碳氢链取代脂肪酸以醚键与甘油羟基相连，存在于细胞膜，特别是肌肉和神经细胞的膜中。2、血小板趋化因子（PAF）嗜碱性粒细胞释放，能引起血小板凝集和血管扩张四、鞘磷脂(sphingomyelins)1、鞘氨醇(sphingenine)： 有60多种，动物中常见的是D-鞘氨醇；植物中二氢鞘氨醇和4-羟二氢鞘氨醇2、神经酰胺(ceramide)脂肪酸通过酰胺键与鞘氨醇的-NH4相连，形成神经酰胺鞘磷脂(sphingophospholipid)（鞘氨醇磷脂类）：神经酰胺被胆碱或磷酰乙醇氨酯化形成的化合物。鞘氨醇是长链的不饱和的氨基醇，其结构式如下：鞘磷脂极性头部是磷酯酰胆碱或磷酰乙醇氨。鞘磷脂是高等动物组织中含量最丰富的鞘酯类。总结：磷脂类从结构上讲其共性是都含有磷酸基团，都含有极性的基团。其结构骨架是醇，可分成两类甘油醇与鞘氨醇以其极性头部的种类可将甘油磷酯分成几大类鞘氨醇亦然。第四节 生 物 膜 一、细胞中的膜系统：膜系统=质膜(plasm membranes)+内膜系统（真核细胞）细胞核、线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体、过氧化物酶体、叶绿体（植物）。电子显微镜下表现出大体相同的厚度与结构通称为生物膜的衍生物。二、膜的化学组成：生物膜都是由脂和蛋白质两大类物质组成的。此外糖+金属离子+水分，占12.5%1、膜脂磷脂：磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇氨、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、神经鞘磷脂、心磷脂（细菌和线粒体）。固醇： 胆固醇（动物细胞）豆固醇（植物）。2、膜蛋白：外周蛋白(extrinsic proteins)：分布于膜的外表，通过静电作用及时离子键作用等较弱非共价键与膜外表面结合。内嵌蛋白(intrinsic proteins)：分布在磷脂双分子层中；有时还横跨全膜或者以多酶复合体形式由内嵌和外周蛋白结合；以疏水和亲水二部分分别与磷脂的疏水和亲水的两部分结合。膜蛋白对物质代谢、物质传递、细胞运动、信息的接受与传递、支持与保护均有重要意义。3、膜糖类：主要以糖蛋白(glycoprotein)和糖脂(glycolipid)的形式存在。在细胞质膜的表面分布较多，糖蛋白主要为中性氨基糖和唾液酸。糖酯主要为神经糖脂。与细胞的抗原结构、受体、细胞免疫反应、细胞识别、血型及细胞癌变等均有密切关系三、生物膜的流动性主要特征（一）膜脂的流动性磷脂液晶态类似晶态的凝胶状态液晶态（生理条件）1、相变温度以上膜脂运动的几种方式（1）磷脂烃链围绕C-C键旋转而导致异构化运动（2）磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴左右摆动：.梯度现象 极性部分快；甘油骨架慢；脂肪酸烃链 较快（3）磷脂分子围绕与膜平面相垂直的轴作旋转运动（4）磷脂分子在膜内作侧向扩散或侧向移动（5）磷脂分子在脂双层中作翻转（flip-flop）运动2、膜脂的分相混合磷脂相变(phase transition)温度不同。温度下降至某一值事，处于凝胶态液晶态磷脂分子各自汇集。（二）膜蛋白：可以作横向移动，外周蛋白飘浮在双分子层的表面，而内在蛋白完全系于烃基核心。四、生物膜的分子结构（一）生物膜分子间作用力的类型1、静电引力：存在于一切极性和带电荷基团之间吸引or排斥2、疏水作用力：维持膜结构的主要作用力3、范德华引力：使膜中分子尽可能彼此靠近与疏水力相互补充（二）生物膜的结构：（Danielli与Davson三夹板模型）1、膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层；两层磷脂分子的脂肪酸烃链伸向膜中心。极性端则面向膜两侧水相。2、在脂双层的基础上，进一步解释蛋白质定位的问题，即蛋白质分子以单层覆盖两侧，形成蛋白质-脂质-蛋白质的 三明治 or 三夹板 结构（1）膜的内嵌蛋白溶解于双分子的中心疏水部分；（2）外周蛋白与带电荷的脂质双分子层的极性头部连接；（3）双分子层中的脂质分子之间或者蛋白质分子与脂质分子之间无共价的结合；五、膜功能：1、代谢调控：代谢途径的分隔；进行氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)（线粒体内膜）和光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation)（叶绿体类囊体膜）的场所。2、物质运输：不带电荷的脂溶性的物质较容易通过；亲水性物质、离子大多数具有专一性的传送载体酶系和通道。膜的传送作用能调节物质进出细胞的流量从而保证细胞内环境的稳定状态。3、神经传导：细胞膜还含有电荷的表面物质构成跨膜电位差。细胞膜还具有自我封闭的特点，细胞若被刺伤可以迅速的自动再封闭。4、具有识别某些分子信号的功能。一些细菌.趋化作用：膜能够感受出营养物质的微小差别，刺激细胞泳向营养源。促进同种细胞有规则的缔合：动物细胞膜的外表面含有识别同种细胞受体。细胞表面还具有受体(receptor)部位能特异地结合激素分子。如肝脏及肌肉细胞的表面含有识别并结合胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素的特异受体。这些受体部位与激素(hormone)结合，就可以将信号(signal)从膜传向细胞内的酶，调节它们的活力。第四章 蛋白质化学目的与要求：通过本章的学习，使学生对蛋白质及其组成成分氨基酸有比较全面的认识。重点讲解：较全面地介绍蛋白质化学的基础知识。重点讲解氨基酸和蛋白质的结构、性质和功能间的依存关系。对个别重要蛋