生物化学上册精要

生 物 化 学 提 要

OUTLINE OF BIOCHEMISTRY 第 1 章 糖 (Carbohydrates) 1．1学习要点

糖是所有含有醛基（半缩醛羟基）或酮基（半缩酮羟基）的多羟基化合物的总称。

单糖（monosaccharides） 单糖的结构特征

单糖是有机小分子，碳架、构型、构像、功能基团等都是在学习单糖时应注意的结构要素。其中，构型上的异构或/和构像上的异构可以引起异构体间化学性质和生物学功能的显著差异甚至改变，因此确定分子的构型或构像是非常重要的。

单糖的旋光异构

①旋光性——物质具有的使经过的偏振光旋转一定角度的能力。两个旋光符号+、-，各表示右旋和左旋。旋光性发生的原因是分子的不对称结构，如存在不对称碳原子（手性碳原子）。

②旋光异构体——分子的化学组成相同但旋光性不同，彼此为旋光异构体。含有一个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型甘油醛是对映体，即互为镜像的旋光异构体。含有n个手性碳原子的分子其旋光异构体的数目理论上可以达到2n个。

③D型糖和L型糖——通过和甘油醛比较可以确定其他含有手性碳原子的分子的相对构型。用D和L表示两种旋光异构构型，故相对构型与旋光符号无关。可以根据远离羰基的不对称碳原子，即第4个不对称C原子的-OH排布方向将单糖分为D型糖和L型糖。天然葡萄糖是D型。自然界已知的单糖基本上都是D型。

④己糖有多少旋光异构体？理论上链式己醛糖应该有24 =16种旋光异构体。由于在水溶液中可以形成环状结构（例如吡喃葡萄糖），使羰基C原子成为不对称C原子，因而旋光异构体增加。 （2）单糖的环状结构

溶液中的单糖和寡糖、多糖等中的单糖单位都是环状结构。己糖因其含氧六元环称为吡喃糖，戊糖因含氧五元环称为呋喃糖。

对单糖的环状结构的认识最先是通过研究葡萄糖的变旋现象获得的。

半缩醛羟基或半缩酮羟基（异头体）——环状结构中羰基C原子成为新的手性C原子，与其连接的羟基称为半缩醛羟基或半缩酮羟基（异头体）。依据异头体与糖环平面的相对位臵不同，用?（在平面下）和?（在平面上）区分异头体构型，因而有?-和?-吡喃糖，?-和?-呋喃糖之分。

吡喃糖有两种无张力构像——椅式构像和船式构像。椅式比船式稳定，这是因为在船式中存在C-C键的重叠和不相邻原子间（C1-H和C4-H）的作用力。 （3）单糖的主要功能团：羰基（醛基和酮基）、羟基

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2． 单糖的性质

（1）单糖的互变异构

在稀碱下，葡萄糖、果糖和甘露糖之间可以互变异构。 （2）葡萄糖的变旋现象：

新鲜配制的葡萄糖溶液放臵一段时间其旋光度发生改变。由+1120变为+52O。

（3）单糖的主要功能团的反应性与单糖衍生物 糖苷、氨基糖、糖酯、糖酸、糖醇、糖杀 ①糖苷（glycoside）：单糖的缩醛式化合物，单糖的醛基（半缩醛羟基）参与反应，提供羟基的分子称为配糖体

②糖酯：单糖的羟基或半缩醛羟基的酯化产物。自然界中的糖酯通常是磷酸酯或硫酸酯。

③糖酸：单糖的羟基或半缩醛羟基被氧化为羧基的产物。如糖二酸、糖醛酸 糖醇：单糖的醛基被还原为羟基的产物 氨基糖（糖胺）：单糖的羟基被氨基取代的产物。某些氨基还可进一步被乙酰化。

3．单糖的生物学功能

细胞的燃料分子。例如葡萄糖是所有细胞都能利用的燃料分子（见糖代谢）。 寡糖和多糖等的构件分子。

非糖生物分子的碳架来源（见有关物质代谢）。 某些重要的单糖及其衍生物如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-神经氨酸（NeuNAC）

1．1．2 二糖、寡糖和多糖 oligasaccharides and polysaccharides 1.二糖、寡糖和多糖的结构特征 糖苷键（glycosidic bond）：二糖、寡糖和多糖中单糖单位之间的连键，由一单糖的半缩醛羟基与另一单糖单位的羟基缩合而成。其形式如C1—O —C1，2，3，4，6 ，如C1—O —C1简要表示为（1?1）。根据异头体的构型可以分为

①?-糖苷，如蔗糖 ?-Glc（1? 2）-?- Fru，麦芽糖 ?-Glc（1?4）Glc，海藻糖 ?-Glc（ 1? 1）Glc

②?-糖苷，如乳糖 ?-Gal（ 1 ? 4）-?-Glc，纤维二糖?-Glc（1? 4）Glc （2）单糖单位的数目和种类

寡糖一般含3-10单糖单位，多糖由于所含的单糖单位数目不确定，往往没有确定的分子量。

组成上多糖一般不具有复杂性，即构成多糖的单糖单位种类很少。按照复杂程度将多糖分为均一多糖(homopolysaccharides)和不均一多糖(heteropolysaccharides)

2. 二糖、寡糖和多糖的生物学功能

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储存能量。凡能为生物提供单糖作为燃料分子的糖都可以作为生物的能源，例如淀粉、糖原，它们也被称为储藏多糖(stored polysaccharides) （见糖代谢） 结构成分。如纤维素、几丁质分别是植物/真菌/节肢动物等细胞壁或外骨骼成分，糖胺聚糖(glycosaminoglycans)和蛋白聚糖(proteoglycans)是动物细胞间质成分，肽聚糖（peptideglycan）是细菌细胞壁成分，它们统称为结构多糖(struvtural polysaccharides) 3．糖的生物合成（见糖代谢） 1.1.3 糖蛋白Glycoproteins

一类由糖类同多肽或蛋白质以共价键连接而成的结合蛋白。糖在其中的含量从1%到70%左右。作为分泌蛋白，如粘液糖蛋白(mucous glycoproteins) 、血清糖蛋白(serum glycoproteins)或膜蛋白，如血型物质、载体、受体等 1. 糖蛋白中的糖的结构特征 糖与氨基酸的连接

也称为糖苷键，根据连接氨基酸残基的侧链不同分为两类：

①单糖的半缩醛羟基与丝氨酸/苏氨酸残基的羟基缩合而成。其形式如（糖）C1—O —C（肽）。

②单糖的半缩醛羟基与天冬酰胺或赖氨酸的氨基缩合而成。其形式如（糖）C1—N —C（肽）。

单糖单位之间的连接：多种类型糖苷键

单糖单位：多样，常见的如Glc 、Gal、Man、木糖（Xyl）、岩藻糖（Fuc）、GlcNAc、GalNAc、GlcuA、艾杜糖（IduA）、SA 某些糖蛋白中的糖链结构

人免疫球蛋白IgG的糖链部分：Man-Man-Man-GlcNAc-GlcNAc → 天冬酰胺残基

人红细胞血型物质主要糖链部分：

Gal -GalNAc?丝氨酸（苏氨酸）残基 ? ? SA SA 2．糖蛋白中的糖的生物学功能：

信息分子，参与分子识别和细胞识别。

①决定分子半衰期，例如Aschwell的早期实验：血浆铜兰蛋白除去唾液酸，露出半乳糖后，加速被从血浆中清除。肝细胞上有去唾液酸蛋白质的受体。 ② 作为遗传标志 作为抗原决定簇

为新合成的蛋白质提供“邮递”信息。在蛋白质加工和运输中参与形成中间体 结构作用

提供粘滞性和弹性，形成电荷和水化层，使蛋白质具有润滑和保护作用。 稳定：抗变性、掩蔽和保护蛋白质敏感位点，抗冻

锚着：如GPI（糖基化磷脂酰肌醇）连接将蛋白质固定在细胞膜外表面。

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3．糖蛋白的糖基化（见蛋白质生物合成）

蛋白质糖基化发生在高尔基体中，由具有高度专一性的糖基转移酶和糖苷酶催化，需要糖基载体—— 1．1．4 糖的分析

旋光性：[?] D ?C=旋光度/[管长（分米）? 浓度（g/ml ）] 光吸收：A=? ? L ? C ，式中： A=光吸收（即A=logI0/I）， ? =克分子消光系数，L=比色杯直径，C=克分子浓度 第2章 脂类(Lipids) 2.1 学习要点

脂类是一切不溶于水, 溶于弱极性或非极性有机溶剂的生物分子的总称。 2.1.1 脂肪酸Fatty Acids 脂肪酸的结构特征与性质

长链：烃链链长为4-36碳的羧酸。

双键：根据有无双键分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。双键易于氧化和过氧化 附：脂肪酸的简写：

①? 编号系统：从羧基端开始编号，?表示双键位臵，硬脂酸记为C18 : 0，油酸记为C18: ? 9 ，有时C可以省略，即18: ? 9。 ②?编号系统：从甲基端开始编号， ?表示双键位臵，如亚油酸记为C18：?6，9， 依第一双键出现位臵，将多不饱和脂肪酸分为?-3系、 ?-6系、 ?-7系， ?-9系。

(2) 天然脂肪酸一般结构特征

在自然界中已经发现100多种脂肪酸。它们主要在链长和饱和度上有差别。 ①多为偶数、14C-22C

②单不饱和脂肪酸的双键位臵一般在C9-C10之间。多不饱和脂肪酸的双键位臵在C9与末端甲基之间，双键之间往往以亚甲基隔开。 ③双键基本上是顺式构型 2．脂肪酸的生物学功能

作为生物燃料分子, 氧化产能（见脂代谢）

生理活性物质，如前列腺素（Prostaglandins，一类脂肪酸激素）和白三烯（Leucotrienes）、凝血恶烷（Thromboxanes）等20C化合物（作用机理见激素部分）

花生四烯酸与二十碳化合物的关系（图） 3. 脂肪酸的生物合成（见脂代谢）

必需脂肪酸——营养上必需由食物提供,生物体自身不能合成的脂肪酸为该种生物的必需脂肪酸。例如亚油酸（linoleic acid）和亚麻酸（lenoleinic）是人体的必需脂肪酸.

2．1．2 酰基甘油酯（油脂）

脂肪酸的甘油酯，依酰化程度分为三酰甘油、二酰甘油和单酰甘油。 1. 三酰甘油的结构特征与性质

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脂肪酸组成：（见前）天然三酰甘油中的组成脂肪酸的类别和数目可以有很大不同。

酯键：酰基甘油酯的酯键对碱、酸和脂酶敏感，其中碱水解称为皂化，因为该过程中产生脂肪酸的金属盐。 2. 三酰甘油的生物学功能：

(1)作为储脂，是能量的高密度储存形式。（脂肪的生物合成，脂肪的分解与脂肪酸氧化见脂的分解代谢） (2)隔热、绝缘 (3)保护

2.1.3 膜脂 膜脂的结构特征

构成膜的脂类分子都是极性脂，即具有亲水的头基团（极性头）和疏水的烃链（非极性尾）。

（1）甘油磷脂的结构： 脂肪酸—甘油—磷酸—X，其中磷酸—X称为头基团 ①头基团X的主要类型：胆碱、乙醇胺、丝氨酸、甘油、磷脂酰甘油和肌醇 ②某些重要的甘油磷脂：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸

（2）鞘磷脂的结构： 脂肪酸—鞘氨醇（二氢鞘氨醇）—磷酸—X，其中脂肪酸—鞘氨醇部分称为神经酰胺 ①头基团X的主要类型：胆碱 ②某些重要的鞘磷脂：神经节苷脂

（3）糖脂（鞘糖脂、甘油糖脂）的结构： 脂肪酸—甘油（鞘氨醇）—X ①鞘糖脂头基团X的主要类型：寡糖或多糖

②某些重要的鞘糖脂：神经节苷脂（含有唾液酸的鞘糖脂）、半乳糖苷神经酰胺、红细胞糖苷脂 （4）胆固醇的结构

①核心结构：环戊烷多氢菲， ②头基团：3-OH

胆固醇不是典型的双亲分子，不形成微团。其坚硬的平面稠环结构易于形成固态。

膜脂在水中的行为

膜脂分散在在水中时，疏水的烃链避开水分子，并聚集，；亲水的极性头与水分子结合，并分散。这两种相反的力使膜脂分子自动发生簇聚，产生了微团（含疏水核心），或囊泡（双分子层组成的闭合空心球状结构），或是位于空气-水界面的单分子层（在很小部分双亲脂中发生）。

烃链避开水而聚集的倾向称为疏水效应，由于水是有序的氢键缔合体系（低熵），与烃链靠近的水分子失去氢键而无序度增加（高熵），疏水效应可以使水分子间恢复或增加氢键缔合，因此疏水效应也称为熵驱动。 膜脂的生物学功能（见生物膜）

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