分别从基础理论和应用技术的角度回顾近年来生物发光和化学发光领域的研究进展。其中有关生物发光基础研究的进展主要包括：新的生物发光物种及生物学意义的发现，发光蛋白和底物的结构及发光机理的揭示等。生物发光的应用研究则包含了活体组织内部特定物质成像、生物传感器、病原体快速检测、生物芯片、细菌总数快速测定、免疫及基因标记分析、报告基因、细胞毒性测定、细胞内外Ｃａ２＋浓度测定等。其中较为突出的是反恐战争中与生物恐怖有关的烈性病原体快速筛查，生物发光共振能量转移技术的应用，以及国际空间站中空气污染物的实时快速监控。而化学发光基础研究的进展主要集中于化学发光机理的研究及新型发光底物的合成。化学发光的应用研究进展则体现在与色谱技术联合应用测定化学污染物，以及神经毒剂和农药残留的快速现场筛查方面；同时，也出现了一些新兴的均相免疫及基因分析方法。另外，基于发光检测的生物芯片技术中微粒（液态）编码点阵的出现，新兴光电检测器件的问世，以及互联网上光生物学信息资源的逐渐丰富也是令人可喜的进展。
１ 生物发光
１．１ 基础研究进展
自从萤火虫发光系统被揭示以来，经过多年的努力，目前已经被发现存在发光现象的生物包括细菌、真菌、昆虫、蠕虫、水母、乌贼、鱼类、虾类等总共约有７００多个物种，涉及１７个门，其中绝大部分生活在海洋，特别是深海，有报道说在海平面数百米以下大部分的物种都具有生物发光现象。这些发光生物大部分为自身表达发光蛋白，而某些鱼类则利用共生菌发光。生物发光的波长范围几乎覆盖了所有的可见光区域。
发光对于动物的主要意义包括求偶、觅食、防御、进攻等，有人认为细菌发光可能也属于一种自身保护机制，目的在于消耗细胞内过多的氧化性物质。近年来，发现许多物种发光强度、波长和闪烁频率的变化具有其特定的含义，说明生物发光也许是生物个体间相互交换信息的一种手段。同时，观测该发光现象的变化将给我们提供许多关于物种迁徙繁殖，生态环境及气候变迁，乃至海洋潮汐及地球化学变化等信息，因此国外许多学者投入力量开展了部分海域生物发光现象的宏观观测和调查，提出了影响其变化的有关因素，并建立了相关的数学模型。
近年来，随着越来越多的发光蛋白被提纯、其编码基因序列被测定、表达，人们开始研究不同发光物种发光蛋白之间，以及发光蛋白与同类非发光物种同源蛋白基因序列之间的同源性等，以探讨其系统发生及进化过程。例如，有人认为虫荧光素酶（Ｌｕｃｉｆｅｒａｓｅ）是从ＡＭＰ／ＣｏＡ连接酶进化而来；而最近的证据表明，虫荧光素酶（Ｌｕｃｉｆｅｒａｓｅ）同时具有脂肪酰辅酶Ａ（Ｆａｔｔｙ Ａｃｙｌ－ＣｏＡ）合成酶活性，其基因也与果蝇中编码脂肪酰辅酶Ａ合成酶的序列（ＣＧ６１７８）高度同源，提示虫荧光素酶可能是脂肪酰辅酶Ａ合成酶的进化产物。
目前越来越多的发光蛋白被提纯、其编码基因被克隆表达；同时其底物也被人工合成，因此其相关的基础研究和产品的商业化进展迅速。已经发现的发光蛋白（Ｐｈｏｔｏｐｒｏｔｅｉｎ）及其结构、活性部位、催化机理如下：细菌荧光素酶（Ｌｕｃｉｆｅｒａｓｅ，ＬＵＸ）：由两个对称的杂合二聚体构成，底物为ＦＭＮＨ
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和醛。（２）虫荧光素酶（ＬＵＣ）：活性位点在两个结构域（Ｄｏｍａｉｎ）之间，底物为虫荧
生物发光及化学发光研究及应用进展
杨晓林（北京大学人民医院 １０００５０）
作者简介
杨晓林，男，研究员。中
国生物物理学会光生物
物理学专业委员会副主
任委员、国际生物发光
及化学发光协会学术理
事。
光素（Ｌｕｃｉｆｅｒｉｎ）及ＡＴＰ，并需要Ｍｇ２＋参与。
（３）腰鞭毛虫（Ｄｉｎｏｆｌａｇｅｌｌａｔｅ）荧光素酶：含有三个结构域，每个都具有发光活性，底物为腰鞭毛虫荧光素，同时需要Ｏ
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参与；比较有特点的是：该荧光素在中性ｐＨ条件下与一种特定的荧光素结合蛋白（ＬＢＰ）结合并被持续氧化，当ｐＨ下降时荧光素与结合蛋白解离并与上述荧光素酶结合，因此改变ｐＨ可调控其发光强度变化。（４）水母素（Ａｅｑｕｏｒｉｎ）及奥贝林（Ｏｂｅｌｉｎ）：含腔肠素（Ｃｏｅｌｅｎｔｅｒａｚｉｎｅ）过氧化物生色团，因此只需要Ｃａ２＋激活。（５）绿色荧光蛋白（ＧＦＰ）：来自水母，以共价结合自催化方式形成发色团，通过接受其它分子提供的能量产生荧光，其机理被称为生物发光共振能量转移（Ｂｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ＲｅｓｏｎａｎｃｅＥｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＢＲＥＴ），类似的荧光蛋白还有橙色荧光蛋白（ＯＦＰ）、黄色荧光蛋白（ＹＦＰ）、红色荧光蛋白（ＲＦＰ）、蓝绿荧光蛋白（ＣＦＰ）等。
另外，目前已经被发现的生物发光底物有：虫
荧光素、腔肠素、ＦＭＮＨ
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、腰鞭毛虫荧光素、种虾素（Ｖａｒｇｕｌｉｎ）等。
人们普遍关注的问题是，为什么同一发光底物可产生不同波长的生物发光？目前较为公认的机理包括：（１）酶－底物作用方式的变化，实验证明，发光蛋白活性位点单个或几个氨基酸的变化往往导致发射光谱的改变。（２）基于共振的电荷去定位化（Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ－ｂａｓｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｌｏ－ｃａｌｉｚａｔｉｏｎ），光子分层传递（Ｐｈｏｔｏｎｒｅｌａｙ）。（３）生物发光共振能量转移（ＢＲＥＴ）
生物发光的调控机制包括：神经系统传导，受体、神经递质、第二信使等。最近有人发现在某些海洋发光鱼类的发光器官中存在一氧化氮合成酶样免疫活性物（ＮＯＳ－ＩＲ），提示ＮＯ可能在生物发光调控机制中具有重要作用。
利用基因工程技术，目前已经成功地表达出可产生各种波长生物发光和荧光的重组蛋白；同时也合成了可以产生不同波长生物发光的底物，甚至合成了一些可同时用于生物发光和化学发光的荧光素苯硼酸衍生物，并将特定的虫荧光素类似物用于光动力学治疗。１．２ 生物发光技术的应用
由于近年来有关生物发光机理的基础研究进展迅速，加上生物发光作为一种非放射性、非创伤损害性、高灵敏度、实时动态的检测技术，其优势十分显著，因此生物发光检测技术在生物医学研究、临床诊断、食品及环境检测等方面的应用越来越广泛，相关产品也逐步实现产业化、规模化。
由于生物发光的灵敏度较高，本底干扰较少，特别是可以在动物活体上实现动态非创伤测量，因此利用特异性生物发光进行活体组织内部特定物质的成像已经成为生物医学研究中非常有用的技术。通常的做法是将发光基因重组的肿瘤细胞或病原微生物植入实验动物体内，通过发光成像研究其感染、生长、转移、浸润过程。通过选择多种发光及荧光蛋白作为报告因子，还可实现多色发光或荧光成像，以同时研究多个致病因子及其相互作用。
利用生物发光系统可以建立一系列生物传感器，用于检测环境中的特定物质及其含量变化。比较常见的做法是建立特异启动子诱导的发光基因重组菌株，如果环境中存在特定污染物，则上述细菌就被诱导表达发光蛋白，并产生生物发光。
近年来，基于反恐战争中防止生化袭击的要求，西方国家建立了快速检测烈性病原体的生物发光技术。方法之一是使用炭疽杆菌的特异噬菌体产生的炭疽孢子特异溶素（Ｌｙｓｉｎ）以及虫荧光素酶检测炭疽孢子，当被检测物中存在炭疽孢子时，特异溶素将溶解该孢子并释放其内部ＡＴＰ导致发光；方法之二是利用具有特异表面抗体并表达水母素的重组小鼠Ｂ淋巴细胞，一旦该细胞与特定抗原结合，则离子通道开放，使钙离子进入细胞内，激发水母素发光，目前该方法已经用于炭疽、天花、鼠疫、兔热病（Ｔｕｌａｒｅｍｉａ）等病原体的检测。
美国国家航天局（ＮＡＳＡ）利用高度集成的半导体－生物芯片作为太空舱环境的连续动态检测设备。其中利用含特异启动子的重组发光菌构成各种化学污染物的检测单元，当该化学物存在时诱导该细菌表达发光蛋白并发光；同时使用可诱导宿主细胞产生酰基同型丝氨酸内酯（ＡＨＬ）的特异性重组噬菌体和重组发光菌一起构成各种病原菌的检测单元，当出现特定病原菌时，特异的噬菌体将感染
该细菌并使其产生ＡＨＬ，而ＡＨＬ则可诱导同一单元内的重组发光菌发光。该检测系统的响应时间小于３０分钟，检测限达到十亿分之一（ｐｐｂ）级，且实现低能耗、低质量、低维护和无线遥控的目标，被称为生物发光生物检测集成电路（ＢＢＩＣ）。
另外，还有人利用海洋发光菌制备生物芯片测定水体生化耗氧量（ＢＯＤ），其可检测范围达到０～５０ ｐｐｍ。同时越来越多的人利用发光基因重组的病原菌评估食品灭菌效果，或者将其作为实验菌株，用于测试新型药物的药效和潜在耐药几率。
虫荧光素酶发光系统作为发现最早，研究工作最完整的生物发光体系，其最具商业价值的应用无疑是细菌总数（ＴＢＣ）及可同化有机碳（ＡＯＣ）的快速测定。其原理是利用虫荧光素酶测定活细菌细胞内的ＡＴＰ。如果该方法应用于新鲜食品，如肉、蛋、奶及蔬菜水果的检测，则需要用滤膜或特殊试剂，通常是ＡＭＰ脱氨酶及三磷酸双磷酸酶去除标本中天然存在的内源性ＡＴＰ，然后使用裂解剂释放细菌内部的ＡＴＰ并测定发光。目前随着稳定的液态ＡＴＰ标准的出现，这一方法日见标准化。为进一步提高检测灵敏度，可是用滤膜浓缩细菌；同时也可以用免疫捕获法测定特定微生物，如青霉素耐药金黄色葡萄球菌等。目前该方法也派生出一些可进一步提高灵敏度和抗干扰性的变型技术，如：加入腺苷激酶和丙酮酸激酶后测定发光达到最高峰的半数时间；同时测定ＡＭＰ＋ＡＴＰ总量；测定腺苷激酶等。目前美国国家航天局已经利用该技术研发出检测航天设备及其安装车间内地球微生物污染的方法。
发光蛋白作为一种非放射性、高灵敏度的标记物，近年来也被应用于免疫及基因标记分析中。例如，利用水母素或虫荧光素酶标记抗原、抗体或者核酸探针，然后进行特异性抗原、抗体或靶基因序列的检测及分析，这种方式和目前常用的放射性同位素、荧光素、酶及化学发光物质标记技术类似。其特点一是可以通过选择生物发光中必需的两种酶作为标记物实现双标记串联测定，即两种被检测物都存在时才产生信号；也可以同时选择不同波长的多个标记物进行并联测定，即在一个反应内同时测定两种被检测物信号。但截止目前，利用生物发光标记的免疫及基因分析产品尚未像化学发光标记产品那样实现产业化。
将某种特定基因序列作为表达标记，用于检测特定基因位点的表达及其调控，这称之为报告基因技术。由于发光信号的检测具有高灵敏度、非破坏性和动态连续性，因此发光蛋白报告基因已经成为这一领域的主流。例如，对于重要的药物作用靶点—Ｇ蛋白偶联受体（Ｇ－Ｐｒｏｔｅｉｎ－ＣｏｕｐｌｅｄＲｅｃｅｐｔｏｒ，ＧＰＣＲ）的研究，以及对于ＲＮＡ干扰（ＲＮＡ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＲＮＡｉ）的研究。目前主要的进展如下：（１）在发光蛋白报告基因的表达载体中加入特定序列，使宿主可产生促进蛋白及ｍＲＮＡ降解的因子，从而缩短报告基因产物的寿命以降低检测惯性，缩短响应时间，这些序列包括ＰＥＳＴ，ＣＬ１，ＡＲＥ等；（２）同时使用多个不同波长的突变型萤火虫荧光素酶基因与水母荧光素酶基因，实现双报告基因分析甚至多报告基因分析；（３）利用腔肠素的酰氧甲基醚衍生物消除常规腔肠素在培养液中降解造成的本底发光，但该物质可被哺乳动物细胞内的脂酶分解产生腔肠素，因此将其加入培养基中可保证培养细胞持续不断地得到发光底物供给。
生物发光在生物医学研究中的另外一个应用是替代常规的染色法进行细胞毒性测定。其基本原理是测定溶解细胞释放的ＡＴＰ，其最低检测限可以达到１０个细胞以下，大大超过染色法１ ０００细胞的水平。其次，还可以通过测定ＡＴＰ消耗分析激酶活性；或者通过测定特定荧光素原转化为荧光素的速度，测定特定酶的活性，如：细胞色素Ｐ４５０家族酶类，以及通过水解Ｚ－ＤＥＶＤ－荧光素原产生荧光素来测定活体细胞内凋亡因子——半胱氨酸天冬氨酰蛋白酶（Ｃａｓｐａｓｅ）活性。
由于水母素及奥贝林等水母发光蛋白具有高度的Ｃａ２＋依赖性，因此目前已经成为一个快速、连续、动态、无损测量细胞内外Ｃａ２＋浓度及其调控的有力工具。目前已经有多种商品化的重组Ｃａ２＋激活发光蛋白及其表达载体面市。有人还建立了可在线粒体内表达水母素的重组ＣＨＯ细胞，当存在某种特定刺激时，离子通道开放使胞内Ｃａ２＋增加，从而激活发光。
近年来，利用生物发光共振能量转移原理检测体内及体外的抗原抗体反应、受体配体反应、蛋白相互作用已经成为又一项新兴生物技术。其中比较有代表性的工作是测定细胞内雌激素受体在雌激素样物质作用下的二聚体化。目前，在新近生产的发光检测仪中已经开始配备相关的配件。
自上世纪末开始，一种被称为ＰＰｉ Ａｓｓａｙ的生物发光检测技术已经逐步成为一项广泛使用的实时基因分析技术，如快速多序列并行基因测序、实时定量ＰＣＲ等。其原理如下：利用乙酸激酶和丙酮酸去激化酶或者ＡＴＰ硫酸化酶（Ｓｕｌｆｕｒｙｌａｓｅ）将ＤＮＡ聚合反应中产生的焦磷酸转化为ＡＴＰ，并用虫荧光素发光系统检测其发光信号。该技术应用于基因测序已经实现商业化，而将其作为实时定量ＰＣＲ的检测手段，其难点在于常规ＰＣＲ反应中的ｄＡＴＰ可使虫荧光素酶发光，从而导致高本底，但目前已经合成Ｄ－α－Ｓ－ＡＴＰ替代ｄＡＴＰ，以降低本底发光。为了提高该方法的特异性，有人设计了特异的ＲＮＡ探针与目的ＤＮＡ结合，当该ＤＮＡ被复制扩增时，ＲＮＡ探针被水解产生ＡＭＰ，随后被转化为ＡＴＰ并导致发光。
随着上述应用技术的多样化，对于发光蛋白的质量也提出了更高的要求，因此使得目前商品化重组荧光素酶在环境耐受性方面有了很大提高，有的可常温保存６周以上，甚至出现了一些特殊用途的发光蛋白，例如：可抵抗细胞裂解液中表面活性剂的荧光素酶；可耐热７０ ℃，专门用于ＰＣＲ的荧光素酶等。
２ 化学发光
２．１ 化学发光机理的研究及新型发光底物的合成近年来，常见化学发光底物，特别是螺旋金刚烷环氧化物苯磷酸酯（ＡＭＰＰＤ）类和吖啶酯类的发光机理研究中发现，大多数化学发光底物及其中间产物中均存在１，２－二氧四环（１，２－Ｄｉｏｘｅｔａｎｅ）结构，而且该结构的存在似乎对于生物发光底物也具有非常重要的意义。同时对于其化学发光过程中的量子机制，也提出了所谓的“化学起始的电子交换发光（ＣＩＥＥＬ）”学说。基于上述理论，目前已经合成了多个高效化学发光底物，其发光波长几乎覆盖了所有的可见光区域。
同时，针对目前已经广泛使用的商品化发光底物的改进包括：在原有磷酸酶发光底物——螺旋金刚烷环氧化物苯磷酸酯基础上合成其取代基衍生物，如ＣＳＰＤ，ＣＳＴＡＲ等；在原有吖啶酯基础上合成其衍生物作为新型过氧化物酶发光底物；将１，２－二氧四环苯硼酸酯作为过氧化物酶发光底物等。上述改进均使检测灵敏度进一步提高，达到峰值的时间进一步缩短；或者使其工作液在常温下保存时间进一步延长，甚至可以将发光剂和氧化剂同时配制在一个工作液里长期存放。也有人合成了一种鲁米诺的光敏感衍生物——邻－２－硝基苄鲁米诺，当受到光照时该物质将分解生成鲁米诺，由此可实现光辐射剂量的化学发光检测。另外，还有人合成了一种特殊的发光底物——６，８二芳基咪唑［１，２－ａ］吡嗪－３（７Ｈ）－酮，该物质不仅可以在超氧离子作用下发光，而且其发光波长还会随着反应体系ｐＨ的变化而改变，因此可以作为化学发光法测量溶液酸碱度的指示剂。还有一些研究试图合成细胞膜通透性更好的发光底物，以用于测定细胞内超氧化物。
２．２ 化学发光技术的应用
化学发光作为高灵敏度的检测手段，被广泛应用于分析化学中。由于近年来发现越来越多的化学物质具有增强或抑制化学发光的作用，因此该检测技术的应用范围进一步扩大，特别是被广泛地应用于环境污染物的检测。但为了提高检测的特异性，通常都是将化学发光检测与色谱技术联合应用。不过在某些特殊场合，也可以直接利用化学发光原理实现某种特定物质的现场快速检测，例如，均属于有机磷酸酯类的神经毒剂现场筛查和农药残留检测等。
从上世纪９０年代开始，化学发光免疫及基因分析技术已经成为一个庞大的生物技术产业，被广泛应用于临床诊断、生物医学研究、环境保护等领域，目前常规的方法是将发光剂或催化发光反应的酶作为检测标记。而近年来有人将增强剂作为标记，也有人合成了一种增强剂前体，然后用可以水解该前体产生活性增强剂的酶作为标记；甚至将原有过氧化物酶的发光底物用于同时测定
氧化酶和过氧化物酶的串联实验，即由氧化酶产生过氧化氢，再由过氧化物酶产生活性氧族导致底物发光。
对于标记免疫及基因分析而言，无需固化包被以及洗涤的快速均相测定方法无疑是最理想的。除了目前常见的均相测定方法，如：吖啶酯差分水解、荧光偏振和荧光共振能量转移以外，近期出现的技术主要有以下两种：其一是吖啶酯结合抑制法，其原理是将吖啶酯与半抗原的连接物作为标记物，当特异蛋白与其结合后会抑制其氧化发光；其二是所谓的“靠近放大发光均相测定（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ａｓｓａｙ，ＡＬＰＨＡ）”，其原理是将抗原、抗体或基因探针分别与两种微球连接，当特异的分子结合发生时，这两种微球就会被连接在一起，此时如果用特定的光源照射反应体系，则包含在其中一个微球中的光敏剂就会释放出自由基，并氧化另一个微球中的发光剂发光，而如果这两种微球没有结合，则由于其距离较远，寿命较短的自由基就无法到达另一微球并使其发光。类似产品如ＰＥ公司已经开发出ＡｌｐｈａＳｃｒｅｅｎ系列，目前已将其应用于蛋白泛素化（Ｕｂｉｑｕｉｔｉｎａｔｉｏｎ）的检测。
另外，由于三甲氧基苯乙二醛（ＴＭＰＧ）可以与鸟嘌呤反应生成发光底物，因此最近该物质被当作固相分子杂交的检测试剂。例如，将端粒的特异性重复序列（－ＴＴＡＧＧＧ－）连接到固相载体上，则标本中的端粒片段就会与其杂交结合，待洗涤去除未结合物质后加入ＴＭＰＧ，即可用化学发光法定量测定端粒ＤＮＡ的含量。
此外，也有人利用各种发光剂包被的微球颗粒研究细胞吞噬作用中吞噬体内部的活性氧族，或者利用光敏剂在光照条件下产生的活性氧族进行食品及环境的杀菌消毒。
３ 其他
以往常规的发光检测仪均使用光电倍增管作为检测器件，但随着光电子技术的发展，一种被称为电子轰炸电荷偶合器（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＢｏｍｂａｒｄｍｅｎｔＣＣＤ，ＥＢ－ＣＣＤ）的高灵敏度半导体器件已经广泛地被应用到发光成像仪器中，极大地提高了检测灵敏度。另外，在灵敏度要求不高的超小型发光检测设备中，ＣＣＤ和光敏二极管阵列也被广泛使用。
在目前常规的固相载体、位置编码的生物芯片基础上，出现了一种微粒编码点阵（ＥｎｃｏｄｅｄＰａｒｔｉｃｌｅ Ａｒｒａｙ），或称为液态点阵（ＬｉｑｕｉｄＡｒｒａｙ）的新型芯片。其原理是利用不同荧光素配比编码的多个微球分别标记不同的抗体、抗原或探针，在结合反应结束后，用类似流式细胞计的原理测定各个微球上的信号，即让这些微球依次通过一个直径比其略大的微检测管，并在该检测管中分别完成不同微球的识别和信号检测。其特点为定量检测能力强于固化芯片，检测项目可灵活组合等。
另外，近年来网上的光生物学资源也日见丰富。如：数字光生物学纲要（ＤＰＣ）是由美国教育部、美国光生物学学会和光生物学基金共同资助，是一个免费的互动式网上学习、交流论坛，包含光生物学史、光医学、光化学、光物理学、生物发光、化学发光、植物光生理学等诸多学科，内容详实，图文并茂，并有大量多媒体演示，学术性、趣味性皆强。网址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙ．ｉｎｆｏ／。另外，俄罗斯也建立了发光菌株的网上数据库，网址为：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｂｐ．ｒｕ／ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ／ｄｅｆａｕｌｔ．ｈｔｍ。
学习提纲
掌握已经发现的发光蛋白及其结构、活性部位、催化机理。
生物化学在工业及环境方面的应用 化工10904 杨庆序号18 学号200903052 生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究，进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜一级其他物理学、化学技术，对重要的生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行分析，以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。 生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力。例如皮革的鞣制、脱毛，蚕丝的脱胶，棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当巨大的经济价值，特别是固定化酶和固定化细胞技术的应用更促进了酶工业和发酵工业的发展。70年代以来，生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速，包括一些激素、干扰素和疫苗等。基因工程和细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不仅能提高产量，还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶，如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投产后将会带来更大的经济效益。据估计，全球发酵产品的市场有120～130亿美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有机酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。发酵产品市场的增大与发酵技术的进步分不开。现代生物技术的进展推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都比过去有了极大的提高。目前世界最大的串联发酵装置
已达75 m＼许多公司对发酵工艺进行了调整，从而降低了生产成本。如ADM （Archer Danie1s Mid1and）和Cargill公司在20世纪90年代初对其发酵装置进行改造，将以碳水化合物为原料的生产工艺改为以玉米粉为原料，从而降低了生产成本，ADM公司生产的赖氨酸成本比原先降低了一半。利用基因工程技术，不但成倍地提高了酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因菌产生酶。利用基因工程，使多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、氨基酸合成途径的关键酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、稳定性得到提高，氨基酸合成的代谢流得以拓宽，产量提高。随着基因重组技术的发展，被称为第二代基因工程的蛋白质工程发展迅速，显示出巨大潜力和光辉前景。利用蛋白质工程，将可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的性能，从而生产出新型生化产品。 环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家。环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。处理环境污染的方法日新月异，近年来生物化学的方法越来越得到人们的重视。 在生物化学技术发展的同时，污水化学处理技术也在不断发展，其主要特点是投资省、运行稳定、操作灵活、除磷效果好，但不能去除溶解性有机污染物，出水水质也难以达到二级处理的排放要求，运行费用往往偏高。 当代污水处理技术的最重要发展趋势就是生物处理与化学处理的结合，二者
基因组学探究的应用前景-生物化学研究进展20世纪90年代初，以完成人类基因组全序列测定和注释为核心任务的人类基因组计划在美国的领导下兴起.自1999年中国加入人类基因组计划到现在的10年时间里，中国基因组学得到了快速的发展，建立了先进的基因组学技术平台，并出色完成了多项重大基因组科学研究项目，对我国生命科学各个领域的发展产生了重要影响下面是小编搜集整理的基因组学探究的应用前景-生物化学研究进展的论文范文，欢迎大家阅读参考。 摘要：当代所研讨的基因组学其实是一门研讨基因组的构造框架，功用及表达产物的一门学科，据研讨基因的构造不只是蛋白质颗粒，还有许多构造复杂功用的DNA,包括三个的亚范畴，还包括构造基因组学，功用基因组学和遗传基因组学分子基因组学。最近研讨，基因组学在分子微生物药物，真菌、细菌、病毒基因，养分基因方面都有所研讨，前景是非常黑暗的而且这也是一个非常具有生命生机的新兴学科。可以造福人类，促进人类文明开展。值得去讨论。 关键词：基因组使用基因构造前景 基因组学的使用前景与剖析 养分基因组学 养分基因组学是全新的一门学问。爲什麼这麼说呢。道理很复杂，缘由也很明白，那就是以前没有人研讨过。大家都晓得的，养分是很重要的一种物质关系到我们的身心安康，所以从基因组学来研讨养分的学科是很有必要的。从中不但可以很好地效劳于人类还能是人类生
活的更好，最初还有利于基因组学的开展。养分基因组学研讨次要是养分干涉模型。随着这些功用弱小开展，全体性生物检测技术并结合了先进计算机技术生物信息学的办法的不时改良和进步，不时推进养分基因组学的开展。 毒理基因组学研讨 大家都晓得生物生活在自然界中都需求一定的进攻手腕。有些植物爲了进攻本身退化出来毒理作用，可以经过此作用来杀害入侵者或许自卫。从基因组学的方向可以研讨毒理基因组学，不但可以研讨毒理基因本身还可以爲传统毒理学检测提供更多的实际根据，阐明有毒物质怎样制毒的缘由，从而使风险评价的不确定性大大降低，目前虽然毒理基因组学只能作爲风险评价的参考，但是作爲风险评价提供所需无力的实际根据和精确的预测将会依赖独立基因组学。 乳酸菌基因组学研讨 大家都晓得酵糖类时次要的代谢产物是乳酸。乳酸杆菌是一个十分重要的菌种，所以研讨它的生理习性是十分有利于人类的，基因组学不但可以从分子角度爲我们提供研讨办法，还可以从基因角度来诠释，从事研讨乳酸杆菌的迷信家表示这是一门很有意义的学科，目前各国都在研讨这门学科以及其所带来的影响。如今迷信家重要研讨的是细菌能表达产物来自基因组的表达，所以增强研讨乳酸菌的基因组可以更好的理解基因组的表达调控翻译转录，从而破解其奥妙。 微生物药物菌功用基因组学研讨 微生物是自然界中的一支奇特的生物，形体很小却作用和影响很
?综述? 中药配位化学研究进展 李英华,吕秀阳3,刘 霄,柳 叶 (浙江大学制药工程研究所,浙江杭州310027) [摘要] 从中药毒理学和药理学、中药功效成分的改进以及中药功效成分的分离制备和鉴定3个方面论述了 中药配位学说在中药研究领域中的重要意义,并列举了中药配位研究领域常用的技术。指出中药配位热力学和动力学的研究、中药中微量元素的存在状态与药效和毒性关系的研究、利用配位作用开发高效分离吸附剂或者高效分离色谱柱、利用有机成分与某些金属或微量元素生成有色配合物的特性开发高灵敏度的分析方法可能成为中药现代化研究过程中的热点和关键。 [关键词] 配位化学;中药 [中图分类号]R 284.3 [文献标识码]A [文章编号]100125302(2006)1621309205 [收稿日期] 2005210216 [基金项目] 浙江省中医药科研基金研究计划项目(2005C188)[通讯作者] 3吕秀阳,T el :(0571)87952683,E 2mail :luxiuyang @zju 1edu 1cn 配位化合物是指由可给出孤对电子或多个不定域电子的一定数目的离子或分子(统称配位体)和具有接受孤对电子或多个不定域电子空位的原子或离子(统称中心原子)按一定组成和空间构型所形成的化合物。随着生物无机化学的发展和分析手段的提高,越来越多的研究表明配位化合物在生命过程中起着重要作用。如植物中的叶绿素和哺乳动物体内的血红素分别是动植物体内的有机分子与金属元素镁、铁形成的配合物,含铜的天然有机分子蛋白质的配合物在无脊椎动物的血液中执行着输氧的功能。研究配合物,特别是天然有机配合物,提高生命质量是许多化学家、植物化学家和药物化学家追求的目标。随着近年来分离技术的发展,越来越多的研究者们投入到天然药物配合物的研究中来,成果不断出现。作者对配位化学在中药领域的研究进展作一综述,探讨实现中药现代化的研究途径。 1 中药配位学说的提出 许多学者在中药或天然药物有效成分寻找的过程中发现多数中药或者天然药物存在着越提纯疗效越差或者出现毒副作用等问题,而某些剧毒药物在和其他药物配伍后出现降低毒性或者转化为某种疗效等现象。在解释这些问题时,“唯有机成分有效论”和“微量元素对号入座论”慢慢表现出局限性。因此,在总结两者的基础上,依据中药中的多数有机大分子化合物含有羟基、羰基、羧基、氨基、巯基、杂环氮等配位基团可以作为配体,而微量元素大多可作为中心离子与有机分子形成配合物,有机成分、微量元素及其形成的配合 物之间的配位平衡可以使它们之间产生相互的协同、拮抗或产生新的生物学活性的特性,曹治权教授提出中药有效成分的配位学说[1]。中药配位化学学说认为:中药有效成分可以是其中的某种或某几种有机成分,也可以是其中的微量元素,但更多可能是有机成分与微量元素组成的配位化物,天然药物以其中的有机物分子与微量元素间形成的配合物在动植物及人体的生命活动中发挥作用。中药配位学说的提出为中药有效成分的发现、中药药理学和毒理学的快速发展以及天然活性成分的分离制备等方面起着重要的指导作用。 2 中药配位学说中的实验研究方法学 中药配位学说的发展离不开分离、分析及结构表征技术,分离分析技术的飞速发展大大促进了中药配位化学领域的研究。目前应用于从复杂的中药体系中分离出中药配位化合物的现代分离技术有:膜分离法、色谱法和电泳技术等,色谱法又分为高效液相色谱法、柱色谱法、薄层色谱、纸色谱和凝胶色谱等。光谱技术是用来分析表征配合物的主要方法,用来研究天然药物配合物的组成和结构,进行定性和定量分析,包括紫外,红外,荧光,核磁共振,质谱,拉曼光谱,X 衍射等[2]。 张斌等[3](1998)合成了三(32羟基黄酮)合Al 3+配合物并制得其单晶,X 射线衍射结果表明其结构属于三方晶系,分子中每个32羟基黄酮以其独特的酮基和羟基同时与Al 3+配位,3个配体中的6个配位氧原子形成扭曲的配位八面体结构。张淑敏等[4]制备了Fe 3+与槲皮素(Qu )的配合物并探讨了其配位机理,结果槲皮素与Fe 3+生成的配合物在430 nm 处有最大吸收,配合物的组成为Fe 3+∶Qu =1∶2。郭振楚等[5]研究了氨基葡萄糖及羧甲基氨基葡萄糖分别与铁(Ⅱ)、锌(Ⅱ)、钴(Ⅱ)、铜(Ⅱ )形成配合物的UV ,IR 和1H 2NMR 光谱特征。发现配合物发生了明显紫移,在红外光谱和1H 2
生物化学重点及难点归纳总结 武汉大学生命科学学院生化的内容很多,而且小的知识点也很多很杂,要求记忆的内容也很多.在某些知识点上即使反复阅读课本,听过课后还是难于理解.二则由于内容多,便难于突出重点,因此在反复阅读课本后找出并总结重点难点便非常重要,区分出需要熟练掌握和只需了解的内容. 第一章: 氨基酸和蛋白质 重点:1.氨基酸的种类和侧链,缩写符号(单字母和三字母的),能够熟练默写,并能记忆在生化反应中比较重要的氨基酸的性质和原理 2.区分极性与非极性氨基酸,侧链解离带电荷氨基酸,R基的亲水性和疏水性,会通过利用pK值求pI值,及其缓冲范围. 3.氨基酸和蛋白质的分离方法(实质上还是利用蛋白质的特性将其分离开来,溶解性,带电荷,荷质比,疏水性和亲水性,分子大小(也即分子质量),抗原-抗体特异性结合. 4.蛋白质的一级结构,连接方式,生物学意义,肽链的水解. 第二章: 蛋白质的空间结构和功能 重点: 1.研究蛋白质的空间结构的方法(X射线晶体衍射,核磁共振光谱) 2.构筑蛋白质结构的基本要素(肽基,主链构象,拉氏图预测可能的构造,螺旋,转角,片层结构,环形构象,无序结构) 3.纤维状蛋白:角蛋白,丝心蛋白,胶原蛋白,与之相关的生化反应,特殊性质,,及其功能的原理. 4.球状蛋白和三级结构(特征及其原理,基元及结构域,三级结构揭示进化上的相互关系.蛋白质的折叠及其原理,推动蛋白质特定构象的的形成与稳定的作用力,疏水作用,氢键,静电相互作用,二硫键. 5.寡聚体蛋白及四级结构(测定蛋白质的亚基组成.,寡聚体蛋白存在的意义及其作用 原理) 6.蛋白质的构象与功能的关系(以血红蛋白和肌红蛋白作为例子进行说明,氧合曲线,协同效应,玻尔效应) 第三章: 酶 重点:1.酶的定义及性质,辅助因子.活性部位 2.酶的比活力,米氏方程,Vmax,Km,转换数,Kcat/Km确定催化效率,双底物酶促反应动力学.对酶催化效率有影响的因素,及其作用机理. 3.酶的抑制作用,竞争性抑制剂,非竞争性抑制剂,反竞争性抑制剂,不可逆抑制剂,及其应用. 4.酶的作用机制:转换态,结合能,邻近效应,酸碱催化,共价催化及其原理,会举例.溶菌酶的作用机制,丝氨酸蛋白酶类及天冬氨酸蛋白酶类的结构特点及作用机制. 5.酶活性调节,酶原激活,同工酶,别构酶,多功能酶和多酶复合物. 及其与代谢调节的关系及原理.
生物化学研究进展 作业 题目蛋白质的提取、纯化 姓名 学号 班级 专业
题目：蛋白质的提取、纯化 姓名： 专业： 摘要：本文综述了蛋白质的提取原理及方法，蛋白质纯化的意义、基本原则及方法，蛋白质纯化的前景展望。 关键词：提取原理提取方法水溶液有机溶剂双水相萃纯化意义基本原则方法溶解度带电性质电荷数配体特异性前景 正文： 1 蛋白质样品的提取 1．1蛋白质样品的提取原理 提取蛋白质的基本原理主要有两方面：一是利用混合物中几个组分分配率的差别，把它们分配到可用机械方法分离的两个或几个物相中，如盐析、有机溶剂提取、层析和结晶等；二是将混合物置于单一物相中，通过物理力场的作用使各组分分配于不同区域而达到分离目的，如电泳、超速离心、超滤等。 1．2 蛋白质样品的提取方法 1．2．1 水溶液提取法稀盐和缓冲系统的水溶液是提取蛋白质最常用的溶剂。通常用量是原材料体积的1—5倍，提取时需要均匀地搅拌，以利于蛋白质的溶解。提取的温度要视有效成分性质而定，一般在低温(5℃以下)下操作。另外，蛋白质和酶是两性电解质，提取液的pH值应选择在偏离等电点两侧的pH值范围内。一般来说，在避免极端pH值的前提下，碱性蛋白质用偏酸性的提取液提取，而酸性蛋白质用偏碱性的提取液提取。此外，稀浓度可促进蛋白质盐溶，并且盐离子与蛋白质部分结合，能够保护蛋白质不易变性。因此可在提取液中加少量NaC1等中性盐，一般以0．15 mol／L浓度为宜。 1．2．2 有机溶剂提取法一些和脂质结合牢固或分子中非极性侧链较多的蛋白质和酶都不溶于水、稀盐溶液、稀酸或碱，可溶于乙醇、丙酮和丁醇等有机溶剂，具有一定的亲水性和较强的亲脂性，并且不会残留在产品中，容易蒸发除去，密度低，与沉淀物质的密度差大，便于离心分离。但不足的是用有机溶剂来提取蛋白质比用盐析法更容易引起蛋白质变性。 1．2．3 双水相萃取法双水相萃取法是依据物质在两相间的选择性分配，当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用、各种力(疏水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同，进而分离目的蛋白。此方法可在室温下进行，双水相中的聚合物还可以提高蛋白质的稳定性，收率较高。对于细胞内的蛋白质，需要先对细胞进行有效破碎。目的蛋白常分布在上相并得到浓缩，细胞碎片等固体物分布在下相中。采用双水相系统浓缩目的蛋白，会受聚
生物无机化学的认识 生物无机化学是无机化学、生物化学、医学等多种学科的交叉领域。其研究对象是生物体内的金属（和少数非金属）元素及其化合物，特别是衡量金属元素和生物大分子配体形成的生物配合物，如各种金属酶、金属蛋白等。侧重研究它们的结构-性质-生物活性之间的关系以及在生命环境内参与反应的机理。 生物无机化学虽然听起来有些不实用，其实在生活中，我们经常可以看到一些运用了生物无机化学的地方。比如农业方面，我们熟知的化肥，就运用了生物无机化学的知识，农作物的生长发育，不仅需要常量营养元素，还需要如铁、锰、铜、锌、钼等微量元素，这些微量元素和氮、磷、钾同等重要，不可代替。同样，在我们熟知的一些保健品，像“脑白金”、“黄金搭档”等等，都是补充我们人体内的微量元素的保健食品。以我们最熟悉的钙来说，从小我们的父母就给我们补钙，喝牛奶、吃钙片等等方式，可见钙对于我们的重要性。人体缺钙，就容易腿软、抽筋、蛀牙，但钙多了也不行，人体内的钙过量容易得佝偻病。所以，微量元素虽然重要，但是也不能过多。 生物无机化学无疑正在迅速发展。生物无机化学主要分为两部分：一是研究生物体本身微量元素的作用，二是研究外界微量元素对机体的影响。 含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象，做此项研究主要依靠生物化学技术。含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物，与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性，但却有其他的重要功能。现在的研究在于发现新的蛋白，确定其结构、性质。现在热门的蛋白有硒蛋白，因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。硒的作用，主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面，但结论不统一。现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。 无机药物的发展在生物无机领域中有很重要的地位。顺铂的抗肿瘤作用的发现开辟了无机药物化学的新领域。在抗癌药物应用中，顺铂药物目前仍在临床上使用，主要有四种铂配合物：顺铂、卡铂、顺糖氨铂、奥沙利铂。从1980年发现二烃基锡衍生物具有抗癌活性以来，人们先后合成了具有顺铂结构的二烃基二卤化锡配合物，与卡铂结构类似的有机锡化合物，以及有机锡羧酸衍生物等等。在锗化合物方面，从发现1971年合成的β-羧基乙基锗倍半氧化物具有抗癌活性以来，人们先后合成了许多有机的锗化合物。此外还有茂钛衍生物和稀土配合物。因为癌症是人类健康寿命最主要的杀手，所以在抗癌药物的研究开发方面将有很大
高分子纳米复合材料的研究进展摘要：阐述了高分子纳米复合材料的发展研究现状及高分子纳米复合材料的制备方法、结构性质和性能，同时介绍了高分子纳米材料的表征技术及应用前景。 关键词：高分子；纳米材料；复合材料；制备；表征；应用 1、引言 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科,在实际应用和理论上都具有极大的研究价值,所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一, 被誉为“21世纪最有前途的材料”[ 1 ,2 ]。高分子纳米复合材料是近年来高分子材料科学的一个发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散相尺寸至少有一维小于100 纳米的复合材料。这种新型复合材料可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美地结合起来，开辟了复合材料的新时代，制备纳米复合材料。已成为获得高性能复合材料的重要方法之一。 高分子材料科学的涉及非常广泛,其中一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来实现高分子材料使用性能的大幅提升。因此纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应了高分子复合材料对高性能填料的需求, 对高分子材料科学突破传统理念发挥重要的作用。纳米材料科学与高分子材料科学的交融互助就产生了高分子纳米复合材料[3]。
2、高分子纳米复合材料的制备 高分子纳米复合材料的涉及面较宽,包括的范围较广,近年来发展建立起来的制备方法也多种多样[4、6 ],可大致归为四大类:纳米单元与高分子直接共混,在高分子基体中原位生成纳米单元;在纳米单元存在下单体分子原位聚合生成高分子及纳米单元和高分子同时生成。 2.1纳米单元的制备 可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多[7--10],通常有两种形式的制备:从小到大的构筑式,即由原子、分子等前体出发制备;从大到小的粉碎式,即由常规块材前体出发制备(一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能,常采用构筑式制备法) 。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。总的来说,这类纳米单元与高分子直接共混的方法简单易行,可供选择的纳米单元种类多,其自身几何参数和体积分数等便于控制,但所得复合体系的纳米单元空间分布参数一般难以确定,纳米单元的分布很不均匀,且易于发生团聚,影响材料性能,改进方法是对制得的纳米单元做表面改性,改善其分散性、耐久性,提高其表面活性,还能使表面产生新的物理、化学和机械性能等特性。 2.2纳米单元的表面改性 纳米单元表面改性方法根据表面改性剂和单元间有无化学反应可分为表面物理吸附方法和表面化学改性方法两类吸附包裹聚合改性一般是指两组份之间除了范德华力、氢键或配位键相互作用外,没有主离子键或共价键的结合,采用的方法主要有两种:在溶液或熔体中聚
生物化学工程的研究进展 摘要:生物化学工程是一门由化学、工程学和生物学等学科相互渗透、密切结合而形成的新兴边缘学科，近十余年来，随着对生物反应器、生物传感器、分离纯化设备等的研究，生物反应和分离纯化的动力学模型的建立，以及计算机控制技术，过程的系统分析和技术经济评价等的运用，生物化学工程这门新兴学科也得到了突飞猛进的发展。 关键词：生物化学；生化工程；研究进展 生物化学工程一般称为生化工程，生物化学工程是生物化学反应的工程应用，主要包括代谢工程、发酵工程和生物化学传感器等，生物化学工程和生物医学工程是最初的生物工程学概念，基因重组、发酵工程、细胞工程、生化工程等在21世纪整合而形成了系统生物工程。 生物化学工程的研究内容有很多，主要包括：生化反应器，分离提纯技术与设备，生物传感器、测量与控制，生化过程分析评价与设计放大等内容。下面将主要介绍分离提纯技术与生物传感器的研究进展。 1.分离提纯技术 生物化学反应一般会在稀水中进行，所以浓度会很低，同时又有很多杂质，产出的物质有可能发生反应，甚至连温度也有可能对反应产生影响所以，如何提取和分离出我们所需要的产品就成了我们研究的重点，生物产品的分离技术，除了传统的沉淀法、吸附法、萃取法
和离子交换等方法以外,近年来,又发展了许多新的分离方法,如层析技术和膜分离技术(包括微孔过滤、超滤与反渗析技术)，随着生物化学的发展，会有更加高效和具有针对性的方法出现。 2.生物传感器 生物体内的反应是十分复杂的，随着生物体内各种代谢反应的进行，生物体内的各项指标是一直在变化的，如何检测这些指标，使其达到最适于人体的程度，就需要各种生物传感器的帮助，生物传感器是根据酶和微生物细胞对其基质具有专一性而用于分析某一化学物质的工具。是由固定化的生物材料与适当的换能器件密切接触而构成。此换能器件可将生化信一号转换成定量的电或光的信号，其特点是检测速率快、灵敏度高、专一性强和使用简便。0年代,酶电极第一个实现了生物传感器的构型.对它的研究经70年代飞跃后现已进入实用阶段，可以用来测控多种有机物，目前利用复合酶膜制成的多功能酶电极检测鱼肉鲜度或酶的活性已实用化。 随着科技的迅猛发展，各种检测手段不断发展，生化工程会越来越实用，研究不断深入，领域不断拓宽，人类日益增长的需要也会得以满足。 参考文献： [1]朱龙华生物化学工程研究进展 [2]陈红征李菊梅杨洁生物化学工程研究进展及其发展趋势
血液的颜色
中文摘要 摘要：世界是斑斓多彩的。有七色的彩虹，绚丽的烟花，五颜六色的花卉。如果问你血液是什么颜色？大部分人也许会脱口而出：红色。不错，日常中的哺乳动物和我们人类的血液都是鲜红的。但是科学家会告诉你：血液是多彩的。那么血液都有什么颜色？它们是什么生物？血液颜色的多样化是为什么？本文将会逐一从生物学、化学层面为你解答以上问题。 关键词：血液颜色化学结构生物 英文摘要 Abstract：The world is colorful.There are seven colors of the rainbow, colorful fireworks, colorful flowers.If you ask what color your blood? Most people may blurt out: red.Yes, the blood of mammals and humans are bright red in our daily life.But scientists will tell you: blood is colorful.So what's the color of blood?What are they biological? Why is the diversity of the color of blood? These questions will be answered one by one from a biological, chemical levels for you. Keywords: blood color chemical structure biological
绪论 掌握：生物化学、生物大分子和分子生物学的概念。 【复习思考题】 1. 何谓生物化学？ 2. 当代生物化学研究的主要内容有哪些 蛋白质的结构与功能 掌握：蛋白质元素组成及其特点；蛋白质基本组成单位--氨基酸的种类、基本结构及主要特点；蛋白质的分子结构；蛋白质结构与功能的关系；蛋白质的主要理化性质及其应用；蛋白质分离纯化的方法及其基本原理。 【复习思考题】 1. 名词解释：蛋白质一级结构、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、蛋白质四级结构、肽单元、模体、结构域、分子伴侣、协同效应、变构效应、蛋白质等电点、电泳、层析 2. 蛋白质变性的概念及本质是什么有何实际应用？ 3. 蛋白质分离纯化常用的方法有哪些其原理是什么？ 4. 举例说明蛋白质结构与功能的关系 核酸的结构与功能 掌握：核酸的分类、细胞分布，各类核酸的功能及生物学意义；核酸的化学组成；两类核酸（DNA与RNA）分子组成异同；核酸的一级结构及其主要化学键；DNA 右手双螺旋结构要点及碱基配对规律；mRNA一级结构特点；tRNA二级结构特点；核酸的主要理化性质（紫外吸收、变性、复性），核酸分子杂交概念。 第三章酶 掌握：酶的概念、化学本质及生物学功能；酶的活性中心和必需基团、同工酶；酶促反应特点；各种因素对酶促反应速度的影响、特点及其应用；酶调节的方式；酶的变构调节和共价修饰调节的概念。 第四章糖代谢 掌握：糖的主要生理功能；糖的无氧分解（酵解）、有氧氧化、糖原合成及分解、糖异生的基本反应过程、部位、关键酶（限速酶）、生理意义；磷酸戊糖途径的生理意义；血糖概念、正常值、血糖来源与去路、调节血糖浓度的主要激素。 【复习思考题】 1. 名词解释：.糖酵解、糖酵解途径、高血糖和糖尿病、乳酸循环、糖原、糖异生、三羧酸循环、活性葡萄糖、底物水平磷酸化。 2．说出磷酸戊糖途径的主要生理意义。 3．试述饥饿状态时，蛋白质分解代谢产生的丙氨酸转变为葡萄糖的途径。
化学前沿 【论文摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科学的 基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化, 即温 和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”,正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究领域中 占有一席之地。 （三）缺陷与价态控制 缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象, 也是决定和优化材料 性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切, 因此, 缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关, 因此，可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。 （四）计算机辅助合成 计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库, 再在系统研究其合成反应与机理的基础上, 应用神经网络系统并结合基因算法、退火、mon te2carlo 优化计算等建立有关的合成反应数学模型与能量分布模型, 并进一步建立定向合成的专家决策系统。
糖尿病及其治疗 姓名：学号： 引言：随着人们生活水平的提高和物质生活的丰富，加之肥胖、体力活动减少、饮食结构不合理、病毒感染等原因，近年来，我国糖尿病的发病率已明显呈上升趋势。 关键词：糖尿病高血糖胰岛素治疗 一糖尿病的概念 糖尿病是一种代谢内分泌疾病，是由于人体内胰岛素缺乏或相对缺乏所致的一种慢性内分秘代谢性疾病，以糖代谢紊乱为突出表现，未治疗状态下高血糖为主要特征，并伴有蛋白质和脂肪代谢异常。我国早在2000多年前就有该病的记载，早在《黄帝内经》中对糖尿病已有详细的记载，对糖尿病病因病机、临床表现、治则和预后都作出了论述，到汉代在《金匮要略》中把糖尿病作为一个独立疾病来对待，唐代《外台秘要》中最先记载了糖尿病尿甜的表现。而西方国家直到1672年才有土耳其人Areteus较系统的描述了糖尿病的临床表现，他发现了糖尿病患者“尿甜如蜜”，并详细记载了糖尿病患者从开始发病到病情恶化，直至昏迷死亡的临床过程。 二糖尿病的种类 糖尿病(Diabetes)分1型糖尿病和2型糖尿病。在糖尿病患者中，2型糖尿病所占的比例约为95%。 1型糖尿病 其中1型糖尿病多发生于青少年，因胰岛素分泌缺乏，依赖外源性胰岛素补充以维持生命。 2型糖尿病 2型糖尿病多见于中、老年人，其胰岛素的分泌量并不低，甚至还偏高，临床表现为机体对胰岛素不够敏感，即胰岛素抵抗(Insulin Resistance，IR)。 三糖尿病的起因 糖尿病有明显的遗传倾向并存在显著遗传异质性。除少数患者是由于单基因突变所致外，大部分1型糖尿病（胰岛素依赖性糖尿病，insulin-dependent diabetes mellitus，IDDM）及2型糖尿病（非胰岛素依赖性，non-insulin-dependent diabetes mellitus，NIDDM）患者是多基因及环境因子共同参与及相互作用引起的多因子病（也称为复杂病）。 四糖尿病的危害 三多一少（多饮、多食、多尿及体重减轻）是初诊糖尿病者的经典症状。
紫外可见光谱在生物无机化学中的应用 摘要综述了紫外可见光谱在生物无机化学各方面应用中的最新进展和独特之处,探讨了紫外可见光谱研究金属离子与生物分子相互作用的基本原理及所得主要信息。 关键词紫外可见光谱生物无机化学 生物无机化学是近几十年来发展起来的一门新兴的边缘学科,它是无机化学(特别是配位化学) 、生物化学、医学临床化学、营养化学、环境科学等学科相互渗透、相互融合的产物,是近年来自然科学中十分活跃的一个领域,是在分子水平上研究生物金属与生物配体之间的相互作用,研究分析测定这些生物化合物结构和性能以及它们在活体中作用的一门学科。 生物无机化学发展迅速。除了在金属蛋白和金属酶方面由铁、铜、锌?8943 .等扩大到诸如镍酶、钒酶、锰酶、钼酶、钨酶?8943 .以外,还从金属蛋白扩大到以非金属元素为活性元素的蛋白。研究各种金属与生物配体相互作用的方法有电子吸收光谱、圆二色谱、红外光谱、核磁共振谱、X 射线衍射光谱、荧光光谱等。在生物分子结构的研究中,很重要的目的是了解金属蛋白和金属酶。金属蛋白和金属酶中仅含少量的金属离子,但它们起至关重要的作用,即它们及其配位环境往往就是生物分子的活性中心,因而测定金属离子及其微环境的结构是很有意义的。金属蛋白和金属酶中金属离子的基态及最低激发态往往与它们所处的环境有直接的联系。因此,金属蛋白和金属酶的电子吸收光谱研究是表征金属离子所处环境的主要手段。本文对紫外可见光谱(电子吸收光谱) 在生物无机化学中的应用研究最新进展作了综述。 1 紫外可见光谱的基本原理 所有的光谱都是由于粒子(原子、离子、自由基、分子、晶体等) 与电磁波以某种类型的相互作用产生的。电子吸收光谱是由电子在一系列能级上跃迁产生的。当电磁波的能量接近△E电子的能量时,可引起电子在各能级之间的跃迁并伴随分子的振动能级和转动能级的变化而产生的吸收光谱。由于是电子跃迁所需的能量通常落在光谱的紫外、可见区,因而又称作紫外可见吸收光谱。从本质上说,电子跃迁是原子或分子
等电点：在某PH的溶液中，氨基解离呈阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的P H称为该氨基酸的等电点 DNA变性：某些理化因素会导致氢键发生断裂，使双链DNA解离为单链，称为DNA变性 解链温度（Tm）：在解链过程中，紫外吸收值得变化达到最大变化值的一半时所对应的温度 酶的活性中心：酶分子中一些必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能和底物特异结合，并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心 同工酶：指催化相同化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质、免疫学性质不同的一组酶 诱导契合：在酶和底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变性、相互适应，这一过程为酶底物结合的诱导契合 米氏常数（Km值）：等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度 酶原的激活：酶的活性中心形成或暴露，酶原向酶的转化过程即为。。 有氧氧化：葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳的反应过程称为有氧氧化 三羧酸循环：是指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸，再4次脱氢，2次脱羧，又生成草酰乙酸的循环反应过程 糖异生：从非糖化合物转化为葡萄糖或糖原的过程称为。。 脂肪动员：指储存在脂肪细胞中的甘油三酯，被酯酸逐步水解为游离脂酸和甘油并释放入血，通过血液运输至其他组织，氧化利用的过程 酮体：是脂酸在肝细胞线粒体中β-氧化途径中正常生成的中间产物：乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮脂蛋白：血浆中脂类物质和载脂蛋白结合形成脂蛋白 呼吸链：线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，可通过连锁的氧化还原将代谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。这一系列酶和辅酶称为呼吸链或电子传递链 营养必需氨基酸：体内需要而又不能自身合成，必须由食物提供的氨基酸 一碳单位：指某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基因 半保留复制：DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模极，按碱基配对规律，合成与模极互补的子链、子代细胞的DNA。一股单链从亲代完整的接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这中复制方式称为半保留复制 生物转化：机体对内外源性的非营养物质进行代谢转变，使其水溶性提高，极性增强，易于通过胆汁或尿液排出体外，这一过程为生物转化 氧化磷酸化：代谢物脱氢进入呼吸链，彻底氧化成水的同时，ADP磷酸化生成ATP，称为氧化磷酸化 底物水平磷酸化：底物由于脱氢脱水作用，底物分子内部能量重新分布生成高能键，使ATP磷酸化生成ATP的过程 密码子：在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸。这种三联体形成的核苷酸行列称为密码子 盐析：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出称为盐析 糖酵解：葡萄糖或糖原在组织中进行类似的发酵的降解反应过程，最终形成乳酸或丙酮酸，同时释放出部分能量，形成ATP供组织利用 蛋白质的一级结构：指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序 蛋白质的二级结构：多肽链主链骨架原子的相对空间位置。 蛋白质的三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 蛋白质的四级结构：蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用 DNA的空间结构与功能
生物化学应用简述 而在本世纪,与生物化学有关的最重要的领域主要有以下几个方面:(1) 生物大分子结构与功能的关系; (2) 生物膜的结构与功能; (3) 机体自身调控的分子机理; (4) 生化技术的创新与发明; (5) 功能基因组、蛋白质组、代谢组等; (6) 分子育种与分子农业(工厂化农业); (7) 生物净化; (8) 生物电子学; (9) 生化药物; (10)生物能源的开发等。 二、生物化学在不同领域的应用 生物化学就是在医学、农业、某些工业与国防部门的生产实践的推动下成长起来的,反过来,它又促进了这些部门生产实践的发展。 医学生化 对一些常见病与严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究,有助于进行预防、诊断 与治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面,磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新 领域,如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代,再加上各种疫苗的普遍应用,使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的 理论与方法与临床实践的结合,产生了医学生化的许多领域,如:研究生理功能失调与代谢紊 乱的病理生物化学,以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学,与器官移植与疫苗研制有关的免疫生化等。 农业生化 农林牧副渔各业都涉及大量的生化问题。如防治植物病虫害使用的各种化学与生物杀虫 剂以及病原体的鉴定;筛选与培育农作物良种所进行的生化分析;家鱼人工繁殖时使用的多 肽激素;喂养家畜的发酵饲料等。随着生化研究的进一步发展,不仅可望采用基因工程的技术 获得新的动、植物良种与实现粮食作物的固氮;而且有可能在掌握了光合作用机理的基础上,使整个农业生产的面貌发生根本的改变。 工业生化 生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力。例如皮革的鞣制、脱 毛,蚕丝的脱胶,棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包 括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当 巨大的经济价值,特别就是固定化酶与固定化细胞技术的应用更促进了酶工业与发酵工业的 发展。70年代以来,生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速,包括一些激素、干扰素与疫苗等。基因工程与细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不 仅能提高产量,还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶,如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功,正式投产后将会带来更大的经济效益。 国防方面的应用 防生物战、防化学战与防原子战中提出的课题很多与生物化学有关。如射线对于机体的损伤及其防护;神经性毒气对胆碱酯酶的抑制及解毒等。 三、生物化学在实际生活中的作用 1.生物制药 生物药物就是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果,从生物体、生物组织、细胞、体液等,综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理与
生物无机化学研究进展 1.生物无机化学发展背景 生物无机化学，又称生物化学或生物配位化学，是无机化学、生物化学、医学等多种学科的交叉领域。其研究对象是生物体内的金属（和少数非金属）元素及其化合物，特别是痕亮金属元素和生物大分子配体形成的生物配合物，如各种金属酶、金属蛋白等。 其研究模式为：发现有用的生物分子→分离出来→测定结构→侧重研究它们的结构、性质、生物活性之间的关系以及在生命环境内参与反应的激励→人工合成。 生物无机化学的蕴生和发展差不多经历了半个世纪，而作为独立学科的简历，却是近30年的事情，通常人们把国际期刊《Journal of Inorganic Biochemistry》的创立作为标志。众所周知，这个学科是在无机化学和生物学的相互交叉、渗透中发展起来的一门边沿学科。 它的基本任务是从现象学上以及从分子、圆子水平上研究金属与生物配体之间的相互作用。而对这种相互作用的阐明有赖于无机化学和生物学两门学科水平的高度发展。 2.我国生物化学的研究状况 生物无机化学在我国较早就有一些不同学科的研究者在如生物矿化等方面开展工作；但是作为一门学科的出现，似应以全国第一次生物无机化学会议（1984年，武汉）的召开为标志。总之，从80年代初，我国从事不同学科的化学家顺应国际上这一新学科的发展，不少人纷纷转到生物无机这块园地进行耕耘。近20年来，这些耕耘者，的确作出了不少有意义的成果，以下分几个方面作概括介绍。 1)金属离子及其配合物与生物大分子的作用 金属离子与生物大分子结合后，常常会发生明显的生物化学效应。计亮年等观察到一些金属（碱和碱土金属）氯化物和葡萄糖酸盐对葡萄糖氧化酶（GOD）的活性有激活和抑制作用。生物大分子结合的金属离子可被不同类型的螯合剂夺取。李荣昌等研究了牛血清白蛋白镉（Ⅱ）的这类反应，提出用竞争参数F来表征螯合剂从生物大分子金属配合物中夺取金属的能力，求得了多种螯合剂相应的F值和稳定常数。 分子识别是近年来国际上一个十分活跃的研究领域。计亮年等合成了一系列钌的平面配体配合物与小牛胸腺DNA的作用。杨频等选用铁（II）、镍（II）为中心；离子，以phen、bipy、dppz等为配体，合成并分离出了手性金属配合物，研究了它们与B-DNA的作用。 应用金属及其配合物对肽键的化学切割，是作为金属水解肽酶的模拟物来加以研究的。朱龙根等发现，简单的Pb(Ⅱ)水配合物能选择性的与含蛋氨酸和甲硫半胱氨酸残基小肽中的硫原子配位，进而快速地切割它们的羧基端的肽键。他们还发现氨基酸和二肽的配合物也能有效地水解肽键，活性配合物为双核配合物。蛋白质的水解机理是利用金属配合物促进特定肽键的水解，以达到选择性断裂肽键的目的。 离子探针是一种研究生物体内无适当光、磁信号金属离子的结合状态的有效手段。杨频研究组应用顺磁离子探针研究了人血清白蛋白与Gd（Ⅲ）的作用。 2)药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理 顺铂的作用机理：60年代末期，顺铂（cis-platin）抗癌作用的发现及其临床应用，开辟了金属配合物抗癌药物研究的新领域。顺铂抗癌作用的化学基础，如顺铂的靶分子、顺铂的跨膜机制等，至今仍是人们致力研究的课题。王夔曾提出金属-细胞相互作用的多靶模型，为后来更多的实验事实所支持。他用实验证实了细胞膜是细胞外金属配合物进攻的前沿，金属离子与膜分子的结合是首先发生的事件。 有机锡配合物的抗癌活性及其与DNA作用的分子机理：自80年代初，Crowe等人发现有机锡配合物有抗癌活性以来，已进行了大量合成和筛选工作。国内胡盛志等发现，由抗癌