生物化学竞赛专题

生物化学竞赛专题生物化学竞赛专题 夏劲松 名目 第一讲 糖类、脂质…………………第 2 页 第二讲 蛋白质……………………第 13 页 第三讲 核酸………………………第 29 页 第四讲 维生素……………………第 43 页 生物化学的概念及其研究内容生物化学的概念及其研究内容 生物体的生命现象〔过程〕作为物质运动的一种独有的专门的运动形 式，其差不多表现形式确实是〔新陈代谢和自我繁育〕 。那么构成这种专门 运动形式物质基础又是什么呢？恩格斯专门早就说过〝蛋白质是生命活动 的表达者〞。现在仅有蛋白质是远远不够的，还要有核酸，糖类、脂类、 维生素、激素、萜〔音tie〕类，卜啉〔音lin〕等。正是这些生命物质之间 的相互和谐的作用才形成了丰富多彩的生命现象，那么，这些生命物质到 底有那些呢？他们是如何样产生和消亡，又是如何样相互转变和相互作用 呢？这确实是生物化学所要研究的内容。 那么就让我们试着给生物化学下一个定义吧。 生物化学是研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化的一门科 学。或者说生物化学是研究生命现象中的物质基础和化学变化的一门科学。 更简单地说生物化学确实是研究生命现象的化学本质。有人也称生物化学 确实是生命的化学。 第一讲第一讲 糖类、脂质糖类、脂质 一、 糖的概念 糖类物质是多羟基(2 个或以上)的醛类或酮类化合物，以及它们的衍生 物或聚合物，据此可分为醛糖和酮糖。还可依照碳层子数分为丙糖、丁糖、 戊糖、己糖。最简单的糖类确实是丙糖(甘油醛和二羟丙酮)。 由于绝大多数的糖类化合物都能够用通式 Cn(H2O)n表示，因此过去人 们一直认为糖类是碳与水的化合物，称为碳水化合物。现在差不多这种称 呼并不恰当，只是沿用已久，仍有许多人称之为碳水化合物。 二、 糖的种类 依照糖的结构单元数目多少分为： (1)单糖：不能被水解成更小分子的糖。 (2)寡糖： 2-6 个单糖分子脱水缩合而成， 以双糖最为普遍， 意义也较大。 (3)多糖： 均一性多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质(壳多糖) 不均一性多糖：糖胺多糖类(透亮质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等) 由一种单糖缩合的称均一多糖，由不同单糖缩合的称不均一多糖。 (4)结合糖(复合糖，糖缀合物)：糖脂、糖蛋白 (蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 (5)糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷 三、 糖类的生物学功能 (1) 提供能量：植物的淀粉和动物的糖元差不多上能量的储存形式。 (2) 物质代谢的碳骨架：为蛋白质、核酸、脂类的合成提供碳骨架。 (3) 细胞的骨架： 纤维素、 半纤维素、 木质素是植物细胞壁的要紧成分， 肽聚糖是细胞壁的要紧成分。 (4) 细胞间识别和生物分子间的识别。 细胞膜表面糖蛋白的寡糖链参与细胞间的识别。一些细胞的细胞膜表 面含有糖分子或寡糖链，构成细胞的天线，参与细胞通信。 红细胞表面 ABO 血型决定簇就含有岩藻糖。 四、单糖的结构 1、 单糖的链状结构 确定链状结构的方法〔葡萄糖〕 ： a. 与 Fehling 试剂或其它醛试剂反应，含有醛基。 b. 与乙酸酐反应，产生具有五个乙酰基的衍生物。 c. 用钠、汞剂作用，生成山梨醇。 葡萄糖的链式结构 最简单的单糖之一是甘油醛，它有两种立体异构形式。 这两种立体异构体在旋光性上刚好相反，一种异构体使平面偏振光 的偏振面沿顺时针方向偏转， 称为右旋型异构体(dextrorotary)， 或 D 型异构 体。另一种异构体那么使平面偏振光的偏振面沿逆时针编转，称左旋异构 体(levorotary)或 L 型异构体。 像甘油醛如此具有旋光性差异的立体异构体又 称为光学异构体，常用D，L 表示。以甘油醛的两种光学异构体作对比，其 他单糖的光学异构体与之比较而规定为D 型或 L 型。 2、 单糖的环状结构 在溶液中，含有 4 个以上碳原子的单糖要紧以环状结构。 3、 构型与构象 构型：分子中由于各原子或基团间特有的固定的空间排列方式不同 而使它出现出不同的固定的立体结构，如D-甘油醛与 L-甘油醛，D-葡萄糖 和 L-葡萄糖是链状葡萄糖的两种构型。一样情形下，构型都比较稳固，一 种构型转变另一种构型那么要求共价键的断裂、 原子(基团)间的重排和新共 价键的重新形成。 构象： 由于分子中的某个原子(基团)绕 C-C 单键自由旋转而形成的不 同的临时性的易变的空间结构形式，不同的构象之间能够相互转变，在各 种构象形式中，势能最低、最稳固的构象是优势构象。葡萄糖的有两种构 象，一种是船式，一种是椅式。 五、糖分解代谢 糖作为要紧的供能物质，其分解代谢途径要紧有三条：⑴氧气充足的 情形下，葡萄糖或糖原完全氧化分解为 CO2和水，同时开释出大量能量， 称为糖的有氧氧化。⑵在氧气不足的情形下，葡萄糖或糖原分解为乳酸， 同时开释少量能量，称为糖的无氧分解或糖酵解。⑶在某些组织器官中， 糖还能够循着磷酸戊糖通路进行代谢。 1、糖酵解 糖酵解〔EMP〕是生命机体中普遍存在的糖代谢差不多途径。在机 体氧供给充足条件下，它是三羧酸循环、氧化磷酸化作用进行的前奏。糖 酵解和有氧氧化差不多上由一系列酶催化的连续化学反应过程，实际上它 们在开始的时期有许多步骤是一样的，只是分解为丙酮酸以后，由于供氧 条件不同才不一样。 反应步骤 〔1〕 、 葡萄糖磷酸化形成 G-6-P〔6-磷酸葡萄糖〕 〔2〕 、 G-6-P 异构化为 F-6-P〔6-磷酸果糖〕 〔3〕 、 F-6-P 磷酸化，生成 F-1,6-2P〔1,6-二磷酸果糖〕 〔4〕 、 F-1,6-2P 裂解成 3-磷酸甘油醛和 DHAP〔磷酸二羟丙酮〕 〔5〕 、 磷酸二羟丙酮〔DHAP〕异构化成 3-磷酸甘油醛 〔6〕 、 3-磷酸甘油醛氧化成 1,3-二磷酸甘油酸〔3-磷酸甘油酸磷酸〕 〔7〕 、 1,3-二磷酸甘油酸转化成 3-磷酸甘油酸和 ATP 〔8〕 、 3-磷酸甘油酸转化成 2-磷酸甘油酸 〔9〕 、 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 〔10〕 、 磷酸烯醇式丙酮酸生成 ATP和丙酮酸。 EMP〔糖酵解〕总反应式： 葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→ 2 丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O EMP〔糖酵解〕的能量变化： 无氧情形下：净产生 2ATP〔2 分子 NADH 将 2 分子丙酮酸还原成乳酸〕 。 有氧条件下：NADH 可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的 ATP。 1 分子 NADH→3ATP 1 分子 FAD→2ATP 因此， 净产生8ATP 〔酵解2ATP， 2 分子NADH进入呼吸氧化， 共生成6ATP〕 。 2、丙酮酸的去路 Ⅰ.进入三羧酸循环 Ⅱ. 生成乳酸 在厌氧酵解时〔乳酸菌、剧烈运动的肌肉〕 ，丙酮酸同意了3-磷酸甘 油醛脱氢酶生成的 NADH 上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸。 总反应：葡萄糖 + 2ADP + 2Pi → 2 乳酸 + 2ATP + 2H 2O Ⅲ. 生成乙醇 酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，能够经丙酮酸脱羧 酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH 还原成乙醇。 总反应：葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+→2 乙醇+2CO2+2ATP+2H20 3、三