环境生物化学教案

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。

1936—1940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。

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