【正文】 生 物 化 學(xué) 提 要 OUTLINE OF BIOCHEMISTRY第 1 章 糖 (Carbohydrates)1．1學(xué)習(xí)要點(diǎn)糖是所有含有醛基（半縮醛羥基）或酮基（半縮酮羥基）的多羥基化合物的總稱。單糖（monosaccharides）單糖的結(jié)構(gòu)特征單糖是有機(jī)小分子，碳架、構(gòu)型、構(gòu)像、功能基團(tuán)等都是在學(xué)習(xí)單糖時(shí)應(yīng)注意的結(jié)構(gòu)要素。其中，構(gòu)型上的異構(gòu)或/和構(gòu)像上的異構(gòu)可以引起異構(gòu)體間化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)功能的顯著差異甚至改變，因此確定分子的構(gòu)型或構(gòu)像是非常重要的。單糖的旋光異構(gòu)①旋光性——物質(zhì)具有的使經(jīng)過的偏振光旋轉(zhuǎn)一定角度的能力。兩個(gè)旋光符號(hào)+、，各表示右旋和左旋。旋光性發(fā)生的原因是分子的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如存在不對(duì)稱碳原子（手性碳原子）。②旋光異構(gòu)體——分子的化學(xué)組成相同但旋光性不同，彼此為旋光異構(gòu)體。含有一個(gè)手性碳原子的甘油醛或乳酸存在D型（右旋）和L型（左旋），D型和L型甘油醛是對(duì)映體，即互為鏡像的旋光異構(gòu)體。含有n個(gè)手性碳原子的分子其旋光異構(gòu)體的數(shù)目理論上可以達(dá)到2n個(gè)。③D型糖和L型糖——通過和甘油醛比較可以確定其他含有手性碳原子的分子的相對(duì)構(gòu)型。用D和L表示兩種旋光異構(gòu)構(gòu)型，故相對(duì)構(gòu)型與旋光符號(hào)無關(guān)?？梢愿鶕?jù)遠(yuǎn)離羰基的不對(duì)稱碳原子，即第4個(gè)不對(duì)稱C原子的OH排布方向?qū)翁欠譃镈型糖和L型糖。天然葡萄糖是D型。自然界已知的單糖基本上都是D型。④己糖有多少旋光異構(gòu)體？理論上鏈?zhǔn)郊喝┨菓?yīng)該有24 =16種旋光異構(gòu)體。由于在水溶液中可以形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)（例如吡喃葡萄糖），使羰基C原子成為不對(duì)稱C原子，因而旋光異構(gòu)體增加。（2）單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)溶液中的單糖和寡糖、多糖等中的單糖單位都是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。己糖因其含氧六元環(huán)稱為吡喃糖，戊糖因含氧五元環(huán)稱為呋喃糖。對(duì)單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)最先是通過研究葡萄糖的變旋現(xiàn)象獲得的。半縮醛羥基或半縮酮羥基（異頭體）——環(huán)狀結(jié)構(gòu)中羰基C原子成為新的手性C原子，與其連接的羥基稱為半縮醛羥基或半縮酮羥基（異頭體）。依據(jù)異頭體與糖環(huán)平面的相對(duì)位置不同，用a（在平面下）和b（在平面上）區(qū)分異頭體構(gòu)型，因而有a和b吡喃糖，a和b呋喃糖之分。吡喃糖有兩種無張力構(gòu)像——椅式構(gòu)像和船式構(gòu)像。椅式比船式穩(wěn)定，這是因?yàn)樵诖街写嬖贑C鍵的重疊和不相鄰原子間（C1H和C4H）的作用力。（3）單糖的主要功能團(tuán)：羰基（醛基和酮基）、羥基2． 單糖的性質(zhì)（1）單糖的互變異構(gòu)在稀堿下，葡萄糖、果糖和甘露糖之間可以互變異構(gòu)。（2）葡萄糖的變旋現(xiàn)象：新鮮配制的葡萄糖溶液放置一段時(shí)間其旋光度發(fā)生改變。由+1120變?yōu)?52O。（3）單糖的主要功能團(tuán)的反應(yīng)性與單糖衍生物糖苷、氨基糖、糖酯、糖酸、糖醇、糖殺①糖苷（glycoside）：?jiǎn)翁堑目s醛式化合物，單糖的醛基（半縮醛羥基）參與反應(yīng)，提供羥基的分子稱為配糖體②糖酯：?jiǎn)翁堑牧u基或半縮醛羥基的酯化產(chǎn)物。自然界中的糖酯通常是磷酸酯或硫酸酯。③糖酸：?jiǎn)翁堑牧u基或半縮醛羥基被氧化為羧基的產(chǎn)物。如糖二酸、糖醛酸糖醇：?jiǎn)翁堑娜┗贿€原為羥基的產(chǎn)物氨基糖（糖胺）：?jiǎn)翁堑牧u基被氨基取代的產(chǎn)物。某些氨基還可進(jìn)一步被乙?；?。3．單糖的生物學(xué)功能細(xì)胞的燃料分子。例如葡萄糖是所有細(xì)胞都能利用的燃料分子（見糖代謝）。寡糖和多糖等的構(gòu)件分子。非糖生物分子的碳架來源（見有關(guān)物質(zhì)代謝）。某些重要的單糖及其衍生物如D葡萄糖（Glu）、D半乳糖（Gal）、D甘露糖（Man）、D果糖（Fru）、唾液酸（sailic acid）或N乙酰D神經(jīng)氨酸（NeuNAC）1．1．2 二糖、寡糖和多糖 oligasaccharides and polysaccharides、寡糖和多糖的結(jié)構(gòu)特征糖苷鍵（glycosidic bond）：二糖、寡糖和多糖中單糖單位之間的連鍵，由一單糖的半縮醛羥基與另一單糖單位的羥基縮合而成。其形式如C1—O —C1，2，3，4，6 ，如C1—O —C1簡(jiǎn)要表示為（1174。1）。根據(jù)異頭體的構(gòu)型可以分為①a糖苷，如蔗糖 aGlc（1174。 2）a Fru，麥芽糖 aGlc（1174。4）Glc，海藻糖 aGlc（ 1174。 1）Glc②b糖苷，如乳糖 bGal（ 1 174。 4）aGlc，纖維二糖bGlc（1174。 4）Glc（2）單糖單位的數(shù)目和種類寡糖一般含310單糖單位，多糖由于所含的單糖單位數(shù)目不確定，往往沒有確定的分子量。組成上多糖一般不具有復(fù)雜性，即構(gòu)成多糖的單糖單位種類很少。按照復(fù)雜程度將多糖分為均一多糖(homopolysaccharides)和不均一多糖(heteropolysaccharides)2. 二糖、寡糖和多糖的生物學(xué)功能儲(chǔ)存能量。凡能為生物提供單糖作為燃料分子的糖都可以作為生物的能源，例如淀粉、糖原，它們也被稱為儲(chǔ)藏多糖(stored polysaccharides) （見糖代謝） 結(jié)構(gòu)成分。如纖維素、幾丁質(zhì)分別是植物/真菌/節(jié)肢動(dòng)物等細(xì)胞壁或外骨骼成分，糖胺聚糖(glycosaminoglycans)和蛋白聚糖(proteoglycans)是動(dòng)物細(xì)胞間質(zhì)成分，肽聚糖（peptideglycan）是細(xì)菌細(xì)胞壁成分，它們統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)多糖(struvtural polysaccharides) 3．糖的生物合成（見糖代謝） 糖蛋白Glycoproteins一類由糖類同多肽或蛋白質(zhì)以共價(jià)鍵連接而成的結(jié)合蛋白。糖在其中的含量從1%到70%左右。作為分泌蛋白，如粘液糖蛋白(mucous glycoproteins) 、血清糖蛋白(serum glycoproteins)或膜蛋白，如血型物質(zhì)、載體、受體等1. 糖蛋白中的糖的結(jié)構(gòu)特征糖與氨基酸的連接也稱為糖苷鍵，根據(jù)連接氨基酸殘基的側(cè)鏈不同分為兩類：①單糖的半縮醛羥基與絲氨酸/蘇氨酸殘基的羥基縮合而成。其形式如（糖）C1—O —C（肽）。②單糖的半縮醛羥基與天冬酰胺或賴氨酸的氨基縮合而成。其形式如（糖）C1—N —C（肽）。單糖單位之間的連接：多種類型糖苷鍵單糖單位：多樣，常見的如Glc 、Gal、Man、木糖（Xyl）、巖藻糖（Fuc）、GlcNAc、GalNAc、GlcuA、艾杜糖（IduA）、SA某些糖蛋白中的糖鏈結(jié)構(gòu)人免疫球蛋白IgG的糖鏈部分：ManManManGlcNAcGlcNAc → 天冬酰胺殘基人紅細(xì)胞血型物質(zhì)主要糖鏈部分： Gal GalNAc174。絲氨酸（蘇氨酸）殘基 173。 173。 SA SA 2．糖蛋白中的糖的生物學(xué)功能：信息分子，參與分子識(shí)別和細(xì)胞識(shí)別。①?zèng)Q定分子半衰期，例如Aschwell的早期實(shí)驗(yàn)：血漿銅蘭蛋白除去唾液酸，露出半乳糖后，加速被從血漿中清除。肝細(xì)胞上有去唾液酸蛋白質(zhì)的受體。② 作為遺傳標(biāo)志作為抗原決定簇為新合成的蛋白質(zhì)提供“郵遞”信息。在蛋白質(zhì)加工和運(yùn)輸中參與形成中間體結(jié)構(gòu)作用提供粘滯性和彈性，形成電荷和水化層，使蛋白質(zhì)具有潤(rùn)滑和保護(hù)作用。穩(wěn)定：抗變性、掩蔽和保護(hù)蛋白質(zhì)敏感位點(diǎn)，抗凍錨著：如GPI（糖基化磷脂酰肌醇）連接將蛋白質(zhì)固定在細(xì)胞膜外表面。3．糖蛋白的糖基化（見蛋白質(zhì)生物合成）蛋白質(zhì)糖基化發(fā)生在高爾基體中，由具有高度專一性的糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶催化，需要糖基載體——1．1．4 糖的分析旋光性：[a] D 176。C=旋光度/[管長(zhǎng)（分米）* 濃度（g/ml ）] 光吸收：A=e * L * C ，式中： A=光吸收（即A=logI0/I）， e =克分子消光系數(shù)，L=比色杯直徑，C=克分子濃度第2章 脂類(Lipids) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)脂類是一切不溶于水, 溶于弱極性或非極性有機(jī)溶劑的生物分子的總稱。 脂肪酸Fatty Acids脂肪酸的結(jié)構(gòu)特征與性質(zhì)長(zhǎng)鏈：烴鏈鏈長(zhǎng)為436碳的羧酸。雙鍵：根據(jù)有無雙鍵分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。雙鍵易于氧化和過氧化附：脂肪酸的簡(jiǎn)寫：①D 編號(hào)系統(tǒng)：從羧基端開始編號(hào)，D表示雙鍵位置，硬脂酸記為C18 : 0，油酸記為C18: D 9 ，有時(shí)C可以省略，即18: D 9。②w編號(hào)系統(tǒng)：從甲基端開始編號(hào)， w表示雙鍵位置，如亞油酸記為C18：w6，9， 依第一雙鍵出現(xiàn)位置，將多不飽和脂肪酸分為w3系、 w6系、 w7系， w9系。(2) 天然脂肪酸一般結(jié)構(gòu)特征在自然界中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100多種脂肪酸。它們主要在鏈長(zhǎng)和飽和度上有差別。①多為偶數(shù)、14C22C②單不飽和脂肪酸的雙鍵位置一般在C9C10之間。多不飽和脂肪酸的雙鍵位置在C9與末端甲基之間，雙鍵之間往往以亞甲基隔開。③雙鍵基本上是順式構(gòu)型2．脂肪酸的生物學(xué)功能作為生物燃料分子, 氧化產(chǎn)能（見脂代謝）生理活性物質(zhì)，如前列腺素（Prostaglandins，一類脂肪酸激素）和白三烯（Leucotrienes）、凝血惡烷（Thromboxanes）等20C化合物（作用機(jī)理見激素部分）花生四烯酸與二十碳化合物的關(guān)系（圖）3. 脂肪酸的生物合成（見脂代謝）必需脂肪酸——營(yíng)養(yǎng)上必需由食物提供,生物體自身不能合成的脂肪酸為該種生物的必需脂肪酸。例如亞油酸（linoleic acid）和亞麻酸（lenoleinic）是人體的必需脂肪酸.2．1．2 酰基甘油酯（油脂）脂肪酸的甘油酯，依?；潭确譃槿８视汀⒍８视秃蛦熙８视?。1. 三酰甘油的結(jié)構(gòu)特征與性質(zhì)脂肪酸組成：（見前）天然三酰甘油中的組成脂肪酸的類別和數(shù)目可以有很大不同。酯鍵：?；视王サ孽ユI對(duì)堿、酸和脂酶敏感，其中堿水解稱為皂化，因?yàn)樵撨^程中產(chǎn)生脂肪酸的金屬鹽。2. 三酰甘油的生物學(xué)功能：(1)作為儲(chǔ)脂，是能量的高密度儲(chǔ)存形式。（脂肪的生物合成，脂肪的分解與脂肪酸氧化見脂的分解代謝）(2)隔熱、絕緣(3)保護(hù) 膜脂膜脂的結(jié)構(gòu)特征構(gòu)成膜的脂類分子都是極性脂，即具有親水的頭基團(tuán)（極性頭）和疏水的烴鏈（非極性尾）。（1）甘油磷脂的結(jié)構(gòu)： 脂肪酸—甘油—磷酸—X，其中磷酸—X稱為頭基團(tuán)①頭基團(tuán)X的主要類型：膽堿、乙醇胺、絲氨酸、甘油、磷脂酰甘油和肌醇②某些重要的甘油磷脂：磷脂酰膽堿（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）、磷脂酰絲氨酸 （2）鞘磷脂的結(jié)構(gòu)： 脂肪酸—鞘氨醇（二氫鞘氨醇）—磷酸—X，其中脂肪酸—鞘氨醇部分稱為神經(jīng)酰胺①頭基團(tuán)X的主要類型：膽堿②某些重要的鞘磷脂：神經(jīng)節(jié)苷脂（3）糖脂（鞘糖脂、甘油糖脂）的結(jié)構(gòu)： 脂肪酸—甘油（鞘氨醇）—X①鞘糖脂頭基團(tuán)X的主要類型：寡糖或多糖②某些重要的鞘糖脂：神經(jīng)節(jié)苷脂（含有唾液酸的鞘糖脂）、半乳糖苷神經(jīng)酰胺、紅細(xì)胞糖苷脂 （4）膽固醇的結(jié)構(gòu)①核心結(jié)構(gòu)：環(huán)戊烷多氫菲， ②頭基團(tuán)：3OH膽固醇不是典型的雙親分子，不形成微團(tuán)。其堅(jiān)硬的平面稠環(huán)結(jié)構(gòu)易于形成固態(tài)。膜脂在水中的行為膜脂分散在在水中時(shí)，疏水的烴鏈避開水分子，并聚集，；親水的極性頭與水分子結(jié)合，并分散。這兩種相反的力使膜脂分子自動(dòng)發(fā)生簇聚，產(chǎn)生了微團(tuán)（含疏水核心），或囊泡（雙分子層組成的閉合空心球狀結(jié)構(gòu)），或是位于空氣水界面的單分子層（在很小部分雙親脂中發(fā)生）。烴鏈避開水而聚集的傾向稱為疏水效應(yīng)，由于水是有序的氫鍵締合體系（低熵），與烴鏈靠近的水分子失去氫鍵而無序度增加（高熵），疏水效應(yīng)可以使水分子間恢復(fù)或增加氫鍵締合，因此疏水效應(yīng)也稱為熵驅(qū)動(dòng)。膜脂的生物學(xué)功能（見生物膜）結(jié)構(gòu)作用磷脂雙層構(gòu)成所有生物膜的基質(zhì)。作為分子錨幫助某些蛋白質(zhì)分子定位在膜上。生理活性膽固醇與極性脂混合，因其具有剛性結(jié)構(gòu)，能降低周圍脂的運(yùn)動(dòng)性，因而能調(diào)節(jié)生物膜的流動(dòng)性，糖脂作為信息分子參與細(xì)胞表面的分子識(shí)別，構(gòu)成某些細(xì)胞表面受體的識(shí)別位點(diǎn),如霍亂毒素的靶細(xì)胞受體是鞘糖脂（見細(xì)胞信號(hào)傳遞）在特殊的酶催化下產(chǎn)生的三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）等是重要的細(xì)胞信使（見細(xì)胞信號(hào)傳遞）4．膜脂的生物合成（見脂代謝） 脂蛋白脂與蛋白質(zhì)以非共價(jià)鍵結(jié)合形成脂蛋白1．血漿脂蛋白根據(jù)梯度密度超速離心中的相對(duì)浮率，可以將血漿脂蛋白分為4大類：乳糜微粒（chylomicron，Chy）、極低密度脂蛋白(very low density lipoproteins，VlDL)、低密度脂蛋白(low density lipoproteins ，LDL)、高密度脂蛋白high density lipoproteins，HDL)血漿脂蛋白的結(jié)構(gòu)特征：脂質(zhì)核心模型① 血漿脂蛋白中的脂：包括磷脂（PL）、膽固醇酯（CHLE）、游離膽固醇（CHL）和三酰甘油(TG)。乳糜微粒和VLDL含大量的三酰甘油和膽固醇酯，其中三酰甘油含量分別為90％和55％，LDL和HDL的磷脂含量相近，但比例不同。高密度脂蛋白——25%35%磷脂，其中磷脂酰膽堿占磷脂總量的75%，鞘磷脂占13％，磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇和溶血磷脂酰膽堿均占12％；低密度脂蛋白——22％磷脂，其中磷脂酰膽堿占65％，鞘磷脂占25％，其他磷脂占10％。② 血漿脂蛋白中的載脂蛋白：脂蛋白的表面電荷和在電場(chǎng)中的遷移行為等物理特性，主要與載脂蛋白的組成和含量有關(guān)。載脂蛋白大體分為 ApoA（I、II、III）ApoB、ApoC（I、II、III）ApoD、ApoE（ARP）血漿脂蛋白的主要生物學(xué)功能①脂的運(yùn)輸載體：蛋白質(zhì)與脂質(zhì)結(jié)合可將脂質(zhì)從它們的吸收部位和合成部位運(yùn)送到儲(chǔ)存部位或其他關(guān)部位。②參與生物膜的結(jié)構(gòu)與功能2. 膜蛋白膜蛋白是定位在細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)。膜蛋白的結(jié)構(gòu)特征絕大多數(shù)膜整合蛋白的序列富含疏水性氨基酸，在脂雙層區(qū)的跨膜長(zhǎng)度達(dá)3nm，跨膜區(qū)傾向于形成a螺旋或b折疊，以獲得最大數(shù)量的鏈內(nèi)氫鍵。如果跨膜區(qū)的a螺旋的殘基都是疏水的，它們與周圍脂的相互作用將加固a螺旋。例如細(xì)菌視紫紅質(zhì)跨膜區(qū)的單肽鏈為7段a螺旋，a螺旋之間和周圍都是膜脂的烴鏈。與鄰近膜蛋白聯(lián)合形成大的復(fù)合物（碎片“