（生物科技行业）王镜岩生
物化学
生物传感器产业现状和发展前景
冯德荣
1.1生物传感器概述
生物传感器是壹个非常活跃的研究和工程技术领域，它和生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科壹起，处在生命科学和信息科学的交叉区域。它们的共同特征是：探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是：广泛地应用各种生物活性材料和传感器结合，研究和开发具有识别功能的换能器，且成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术，研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularlyimpriniedpolymer，MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片（DNA芯片、蛋白质芯片）独立学科领域，本文对这些领域将不进行讨论。
生物传感器研究起源于20世纪的60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在壹起，首先制成了第壹种生物传感器，即葡萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是：1985年“生物传感器”国际刊物在英国创刊；1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版；1990年首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开，且且确定以后每隔二年召开壹次。
此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴旺起来，从用壹种或多种酶作为分子识别元件的传感器，逐渐发展设计出用其他的生物分子作识别元件的传感器，例如酶—底物、酶—辅酶、抗原—抗体、激素—受体、DNA双螺旋拆分的分子等，把它们的壹方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另壹方。除了生物大分子以外，仍能够用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能的元件来作识别元件。甚至能够用人工合成的受体分子和传感器结合来测定微生物、细胞和相关的生物分子。
和生物活性材料组合的传感器能够是多种类型的物理或化学传感器，如电化学（电位测定、电导测定、阻抗测定）、光学（光致发光、共振表面等离子体）、机械（杠杆、压电反应）、热（热敏电阻）或者电（离子或者酶场效应晶体管）等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生物传感器。
按期召开的世界生物传感器学术大会记录了生物传感器技术发展的历程，总汇了这壹领域的发展新动向。例如1992年在德国慕尼黑“国际生物传感器流动注射分析和生物工艺控制”学术会议上对生物工艺控制和在线系统进行研讨，至今仍作为研究者攻关的课题。2004年在西班牙格拉纳达会展中心召开的第八届世界生物传感器大会能够说是世界生物分析系统领域的壹次大的盛会［1］，参会代表人数和发表论文数量都创造了历史新高。共有700余名来自世界各地的学者参加了本届大会，第八届世界生物传感器大会涉及领域内容空前广泛，对9个专题进行了分组讨论。包括核酸传感器和DNA芯片、免疫传感器、酶传感器、组织和全细胞传感器、用于生物传感器的天然和合成受体、新的信号转导技术、系统整合/蛋白质组学/单细胞分析、生物电化学/生物燃料/微分析系统、商业发展和市场。其中，单分子/细胞分析和生物印迹生物传感器由于它们良好的发展态势及在生命科学研究中的重要位置成为和会学者讨论的热点问题。
1.2中国生物传感器技术发展的过程
中国生物传感器研究始于20世纪八十年代初，从事生物传感器研究的科研机构有中国科学院微生物所、中国科学院上海生化所、上海冶金所、中国科学院武汉病毒所、华东理工大学和山东省科学院生物研究所等单位，直至今日，这些单位仍在生物传感器领域进行着创新研究和开发。最早展开生物传感器的研讨活动是
1986年由中国微生物协会酶工程专业技术委员会组织的第壹届工业生化及酶工程全国学术会议。中国酶工程专业技术委员对这壹领域的国内外学术交流起到很好的作用，其活动包括定期召开的全国性酶工程学术会议和每隔二年壹次的中日酶工程学术会议，其中生物传感器都是重要的研讨议题。
20世纪九十年代至今我国生物传感器研究队伍逐渐扩大，其标志之壹是近10年来在中国国内期刊上发表的以生物传感器为关键詞的论文总数达到650篇，其中2003年的论文数量比1994年增加了约壹倍(表3-30)。近十年的该领域专家的研究背景也从生物学扩大到化学和电子学。1999年这壹领域主要研究单位和专家集体编撰的专著“中国生物传感器进展”壹书在美国出版［2］，表明了生物传感器领域学科相互交叉的趋势。表3-31列出了我国生物传感器的有代表性的主要研究机构。
表3-30近十年来在中国期刊发表的生物传感器论文
表3-31我国生物传感器领域的主要研究机构
1.3我国生物传感器产业化的现状
当前我国生物传感器产业化现状和市场特点是：我国自主研发生物传感器产品及跨国企业集团在中国推出的产品共存且相互竞争。壹些掌握生物传感器技术的跨国大企业集团，见好被称为“世界工厂”的中国市场，采取技术输出的途径，吸收我国的技术力量和销售途径，在我国市场上进行生物传感器的开发、产品制造和销售。壹部份海外留学归国的生物传感器专门人才也将自己的成果在中国转化且设厂办企业。家用保健类生物传感器技术已率先较好地实现了产业化突破，取得了显著经济效益。固定化酶生物传感器作为壹类多品种的精密科学仪器，支撑了壹部份生物技术过程检测，对传统生物产业技术改造具有重要意义。我国生物传感器产业表现的空前繁荣景象代表了当前世界生物传感器产业的主要潮流。中国已产业化和应用的主要生物传感器种类见表3-32。
表3-32中国已产业化和应用的主要生物传感器种类
1.3.1家用医疗保健类生物传感器
生命科学等新兴学科的发展正越来越显著地提高着人们的生活质量和工作效率，给人类生活和生产带来深刻的革命性变化。在生物传感器领域中产生较大经济效益产业的典型代表产品是手掌型血糖分析仪以及相关的胰岛素泵，它们在改善糖尿病人的健康方面起到了非常重要的作用。
20世纪七十年代，当葡萄糖传感器开始用于血糖的分析后，研究者目光已集中到糖尿病相关的血糖检测技术上，且和胰岛素给药方式相联系，提出研制闭环式人工胰岛的设想。30多年来，研制闭环式人工胰岛努力从未间断。虽然至今仍不能成功地推出人工胰岛产品，却发展出二个相关独立的大产业：手掌型血糖分析器和胰岛素泵产业。二者在全世界都已发展成几十亿美元的产业规模。
1.3.1.1手掌型血糖分析器
糖尿病人能够自测的手掌型血糖分析器已经达到大规模应用的程度。在上世纪７０年代血糖自我监测仪器就已问市，使血糖的检验由医院延伸到家中。８０年新壹代血糖及操作技术简单化，使得自我监测血糖的准确度提高了。研究者最初沿着干化学试剂条测定尿糖浓度的思路，采用酶法葡萄糖分析技术、且结合丝网印刷和微电子技术制作的电极，以及智能化仪器的读出装置，三者完美地组合成微型化的血糖分析仪。它们大多数是价位在500-1800元之间的简易型仪器，适于家用和病人自己使用。据报道，韩国LGX公司推出的可测定血糖的手机，也已在中国市场上出现。表3-33列出了我国市场上现有的血糖仪系列产品，其中包括国外著名的健康事业X公司和我国自主研发产品为主的企业。
表3-33我国市场的血糖仪系列产品
1.3.1.2胰岛素泵
胰岛素泵又称为持续胰岛素输注泵，是为模拟自身胰岛素的生理性分泌，使血糖获得理想的控制而设计的智能式输注装置［3］。现有皮下型和植入型。目前这类广泛应用的胰岛素泵仍是开环式的，从严格的意义来说，它只是壹种智能式的注射装置，不是壹种生物传感器，可是它离不开血糖的分析，况且，30多年来研制和血糖分析器偶联的闭环式人工胰岛的努力壹直没有停止，这种目标终究会实现。
1993年6月国际卫生协会发布了为期10年的糖尿病控制和且发症试验结果，该结果证明，在糖尿病的治疗中，使用胰岛素泵的治疗效果明显优于传统的胰岛素分次注射，其血糖更平稳，且发症减少60%~76%。
此后，使用胰岛素泵成为医学界公认的糖尿病患者注射胰岛素的首选方式。虽然市场销售价格不菲，可是市场效益巨大，甚至超过了手掌型血糖分析仪。壹些大医药集团都把血糖仪和胰岛素泵捆绑在壹起运营的。
根据有关网站调研数据表明，2003年我国新增使用胰岛素泵的患者达到1500人。加上2002年1000人，俩年来的总和
，是2002年以前的销量总和的俩倍。据此估测，在中国胰岛素泵的销售量已达到1亿元人民币。
提高糖尿病人的生活品质，控制血糖，应用胰岛素泵的概念已经被众多患者接受，随着产品的不断丰富，行业竞争
是不可避免的。2004年，福尼亚、圣唐的新型号，MESMED普及型纷纷准备上市，加上市场已经投放的5个品牌6个型
号，糖尿病患者今年购买胰岛素泵的选择余地将扩大到7~9个型号。2004年价格方面，竞争中的普及型的价格分别
为16800~19800元，都没有超过2万元，而几年前其市场价格每台则高达7万元，因此，市场竞争最终的受益者是广
大消费者。表3-34列出了在我国已经注册登记的胰岛素泵。
1.3.1.3高端保健类血糖分析仪
高端不破皮血糖分析仪包括手表式血糖分析仪和用红外传感器原理的食指按压式血糖分析仪。
美国CygnusX公司正在开发的手表式血糖监测仪是壹种连续的自动血糖监测装置。在对其校准之后，该装置无疼痛地进行监测且显示大量的血糖数据，可帮助糖尿病患者更好地控制其忽高忽低的血糖值。该装置像壹块戴在腕部的手表，使用低电流无痛地将血糖抽取到自耗式经皮透渗贴片(自动传感器)。该自动传感器内置壹个生物传感器，安放在手表式血糖监测仪的背面，紧贴在皮肤上。收集到的血糖在自动传感器内引发电化学反应，产生电子。生物传感器测量电子数目，而ASLC芯片使电子发射值和血液中的葡萄糖浓度值相等。手表式血糖监测仪可在频繁地间隔内测量血糖值。这种手表式血糖监测仪市场零售价为21800元。它能每隔10分钟自动采集壹次血糖数据,即时显示血糖状态。尚未有是否获得ＦＤＡ核准的信息［4］。
全球最大的综合跨国集团之壹日立X公司最近也推出了不破皮采血测定血糖的仪器。它的原理是利用长波１０５０－
２４５０ｎｍ的ＮＩＲ照射穿透身体时，葡萄糖会吸收壹部分光波，光谱分析仪再根据光波被吸收的程度计算出
葡萄糖值。它的缺点为需要时常校正，且其测定易受体内因素如水分，脂肪、皮肤、肌肉、骨骼、服用之药物、
血色素浓度、体温及营养状态等影响，所以在人体研究的成果仍有待验证，目前尚未有是否获得ＦＤＡ核准的信息。
1.3.1.4高精度血糖分析仪
高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪。其分析精度能够达到0.5-2%，比家用保健类生物传感器几乎
高壹个数量级，比目前医用生化分析仪的精度也高2-3个百分点。这在血糖分析领域是非常重要的，它们能够用作
血糖分析的标准方法。尤其是在市场销售的手掌型血糖分析仪出现质量事故时，需要另壹种有说服力分析方法证明
其分析结果时，固定化酶葡萄糖生物传感分析仪能够作为壹种理想的仲裁工具。它们既可作为医用类型的分析仪，
仍可用作生物技术产业的过程监控、食品分析、和科研工具。多种酶传感器研究开发比较成熟，已形成商品，如美
国YSIX公司、德国BSTX公司的酶电极类仪器产品。国内较广泛应用的山东省生物研究所的俩种半自动的生物传感分析
仪也有十多年的历史，2003年仍增加了壹种新型的自动血糖-乳酸分析仪。
1.3.2用于环境检测的生物传感器
用于环境检测的微生物传感器种类很多，包括BOD传感器和毒物传感器。1977年Karube等报道了能够测定水质的BOD微生物传感器的研究成果［7］，人类第壹台BOD微生物传感器宣告问世。这以后，BOD 传感器在日、美、德、瑞典等国到了开发和初步应用，现也有少量国外的BOD分析仪输入到国内作为研究应用。BOD分析仪产业起步时期望很高，可是至今商品化过程仍在艰难中徘徊，主要原因有以下几点，壹是用于水质分析的微生物菌膜难于按照商品化仪器习惯的配套的试剂盒来开发，而且壹种菌膜不能同时测量多种类型污水；二是受溶解氧分析的传感器的限制，作为水质分析的BOD分析仪测量的最低限是10毫克/升，高于国际标准五类水质的上限，因此它只能测定高浓度的有机废水，而不能对江河、海洋的水质的污染程度的进行测定；第三，含有活性微生物的BOD传感器不能对同时含有重金属类毒物的高浓度有机污水进行测定，重金属类毒物会造成微生物材料不可逆中毒。使测定结果降低甚至不能延续。虽然如此，BOD微生物分析仪对于我国环境废水的排放监控仍然有很大意义，壹旦时机成熟，它将成为壹类有壹定市场规模的重要的环境生物传感器品种。
测定有机磷的生物传感器实际上是胆碱酯酶传感器，因为专壹性不高、没有价格便宜的酶源、成本较高等方面原因、在商品化方面没有获得突破，目前仍无法用生物传感器取代传统的化学分析测定有机磷的方法。
1.3.3SPR生物传感器
药物分析用生物传感器其典型代表产品是SPR生物传感器，这是壹种表面膜共振分析，是实时测定生物分子结合的技术,在九十年代初由发玛西亚X公司引入，以抗原抗体结合分析为例,将抗原(或抗体)通过表面化学方法固定在芯片的金箔表面,然后让抗体(或抗原)流过抗原抗体的结合将改变膜表面液体性状,从而影响金箔共振性质,这壹改变可被实时检测且记录下来(这被称之结合相)。如改让缓冲液流过，结合的抗体(或抗原)将解离且被带走,这同样改变膜表面液体性状,检测且记录下来的金箔共振性质改变就是解离相。SPR生物传感器是壹种昂贵的生物传感器分析仪，国内只有少许有条件的实验室从国外购进，且以对外收费的服务形式运行。它主要用于部份新药研发中药物作用的分子活性基团的识别。清华大学和中国科学院电子研究所均自行研制了SPR生物传感器。其中中国科学院电子研究所的产品配有小型流动注入系统、温控测试池及可批量制备的SPR生物传感芯片。具有体积小、测定范围宽、精度高、灵敏度高、功能完整、操作方便、可靠、
耗材廉价等优点，是壹种创新性、实用化的现代科学仪器。目前，这种光、机、电壹体化、智能化和实用化的SPR生化分析仪已提供几家科研单位使用。［8］
1.3.4固定化酶生物传感分析仪
固定化酶生物传感分析仪是最早出现且精度最高的生物传感器，它们已经发展成壹类可靠的精密分析仪器［5,6］。
其特点是有以下几点：
①稳定性好，分析精度高。目前已商品化的分析仪具有较高的智能化程度，采用性质稳定的过氧化氢电极或氧电极
，工作性能十分可靠，配套的固定化酶膜能贮存、运送和长期使用、便于装配。可连续工作上千次，稳定性好。
②分析成本最低。由于采用了固定化酶膜作为分析工具，昂贵的酶法分析试剂能够反复使用数千次，其分析成本只
有手掌型血糖分析仪的十分之壹。
③品种多，应用范围广，适用于许多生物技术产业过程监控和科学研究。
④分析速度快，不到20秒能够获得准确的分析结果，这在临床急症室、某些重症病人的监护等许多场合都很重要。
山东省科学院生物研究所(山东省生物传感器重点实验室)把生物传感器和生化分析、精密仪器及计算机技术紧密结
合，将其提升为实用化的科学仪器，以仪器的形式为经济建设和科学研究服务，集成研制了许多种新的生物传感器
分析系统，包括单指标的、双指标的和多指标的；离线的和在线的，半自动的和全自动的。其阶段性成果在1997年
获得了国家发明奖。近十多年来，在固定化酶生物传感分析仪领域上保持在国内独家生产的优势。以山东省生物传
感器重点实验室中的服务系统为支撑，每年实现生物传感器的快速分析200万次之上。且形成系列化的产品和配套
的固定化酶膜及试剂盒，在和国外同类仪器的竞争中表现明显的优势。
固定化酶生物传感器最重要服务对象包括：临床、食品分析、发酵工业控制、环境监测、防卫安全检测等领域。例如在发酵工业的氨基酸工业(味精、天冬氨酸、丙氨酸、赖氨酸等)、抗生素工业(葡萄糖等的在线监测和控制系统)、酒类工业(酒精生物传感器1min可得到结果)、酶制剂工业(糖化酶快速分析)、淀粉糖工业(葡萄糖、淀粉、糖化酶的分析)、生物细胞培养(葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺分析)、石化工业中微生物脱硫细胞培养监控、维生素C的生产、发酵甘油的生产等，生物传感器检测技术是生物加工类企业改造的重要途径之壹，在线生物传感器分析是建立生产模拟系统和实时检测的新工具。
表3-35列出了2001年~2003年三年中主要固定化酶生物传感器品种的年分析次数和酶膜的年使用量。
表3-35固定化酶生物传感器的年分析次数和酶膜的年使用量
中国味精企业是应用酶生物传感器最早、普及面最广的行业，现有用户59家单位147台生物传感分析仪在正常运转，通过快速测定葡萄糖、谷氨酸和L-乳酸等成分的含量，及时了解发酵罐中发酵液成分变化，有效地对生产过程进行控制，使产量和质量不断地得到提高。技术人员通过生物传感器检测和控制，提高了原料淀粉糖和发酵产品的质量，减轻了有机排污量，在发酵产品的离交回收工段应用生物传感器后，增收效果尤为显著。生物传感器被誉为是发酵工厂的眼睛，是十多年来这个行业不可缺少的新检测工具。据
2001~2003年期间对几家运转良好的味精发酵企业的调研测算，年对全行业产生增产节支效益达到3亿多元，十多年累计已产生经济效益达到14.5亿元。
生物化工行业是这几年发展很快的新领域，壹些产品如L-乳酸、谷氨酰胺、赖氨酸、乙醇、异维生素C、维B12、脱硫微生物、新型多聚糖的研发和生产都已开始应用生物传感器作快速监测，如在L-乳酸的研发中，应用生物传感器检测，能够明确研究目标，避免研究走入歧途。目前共有39个单位44台套分析仪在运行中。
大学及研究院所也是生物传感器的主要服务对象之壹，有39家科研院校的58台仪器投入了应用，为科研人员节省大量的时间。生物传感器为食品检测单位提供了方便的真假纯生啤酒的鉴别方法，且制定了生物传感器应用于食品的分析标准。
生物传感分析仪仍用于国内19家疾病控制中心、防疫站和医学研究单位，对抗疲劳功能食品进行快速检测，受到应用单位的欢迎。
有近100家体育运动单位在训练中应用生物传感分析仪，从壹个侧面为高竞技体育训练提供了检查训练效果的检测方法，对重要的高竞技体育比赛成绩的获得起了科研保证作用。
经济和社会发展的需求是研发新仪器的原动力。1989年，我国第壹种生物传感器的实用化仪器---SBA-30型乳酸分析仪诞生，这是国家体委为迎接在北京召开的亚运会的招标项目。项目在运动训练中应用，且获得了科学技术成果奖励。谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪是在1992年完成的，它为我国生物传感器在工业控制领域得到大规模应用创造了良好条件，生物传感分析仪取代了传统繁琐的仍原糖分析方法和笨重的生化类分析仪---瓦氏呼吸机。2004年4月，我国出现劣质奶粉事件，针对我国婴儿奶粉市场混乱的现状，用生物传感器分析奶制品中乳糖、淀粉(麦芽糊精)和蔗糖等三种成分的科研项目得到立项启动。最近，在国外疯牛病引发的饲料行业赖氨酸出现热销的背景下，壹种快速分析发酵生产中赖氨酸含量的生物传感分析仪已投放市场。
我国固定化酶生物传感分析仪已实现较好的推广(见表3-36)，至2004年上半年，应用用户达到271家，数量达到423台套，复盖了全国各省市。累计实现直接经济效益1200万元。其中在生物技术企业应用约200台套，产生了间接经济效益14.5亿元，平均每台仪器产生700万元间接效益。固定化酶生物传感器对生物技术和传统生物加工产业的推广应用，突破了长期在生物技术研究和生产中缺乏快速、实时、实用的生化成分分析仪器的瓶颈，起到了其它技术不能取代的作用。
表3-36固定化酶生物传感器在全国推广应用情况
1.4国内外差距的比较
我国生物传感器的产业正处在发展阶段，有较大经济潜力的项目主要是手掌型血糖分析仪及胰岛素泵二类产品。生产单位不多，都属于中小型企业。可是行业竞争激烈。和外资X公司同类产品相比较，技术上差距不大。我国在固定化酶生物传感器研发、生产和应用方面居国际领先水平，经过15年发展已有许多应用单位，对国民经济影响大，产生了比较显著的经济效益。可是作为壹类生物技术专用的检测工具，其产业规模不大。固定化酶生物传感分析仪的应用，离不开配套试剂盒供应和持久的技术服务。十五年来，山东省科学院生物研究所(山东省生物传感器重点实验室)坚持了这种持久的技术服务。1.5产业发展前景展望21世纪将是生物经济时代。而生物传感器则作为生物技术支撑及关键设备之壹，也必然会得到极大的发展，成为生物技术发展中出现的新产业链，它们将进壹步和信息技术相结合，发展成为生物技术的数字工程。测定各种生化成分的生物传感器，它的用途遍及临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括中医药研究开发）、环境保护各个领域，仍然有许多品种有待于研制。今后十年中将会有许多新领域在进壹步应用生物传感器方面获得突破性进展。在家用医疗保健类生物传感器方面，手掌型血糖仪试剂条的稳定性、保存性仍不理想，血糖标准浓度控制方法有待于建立。当前不破皮血糖分析仪也已问世，可是在应用上有许多技术需要深入研究。诊断各种疾病的医用传感器，仍有待于引深研发，例如谷氨酸传感器是壹定的脱氢酶、转氨酶、血氨的指示性传感器，它在临床急症室等许多场合可取代光度法测定，有潜在应用前景；测定胸外科病人乳酸指标的生物传感器也已开始应用,和肾透析联用的几种生物传感器也有产业化开发价值。今后十年这些生物传感器将逐渐得到普及。高速的、能够普及的使用的免疫生物传感器技术也有待于研究的突破。
生物检测专用设备中的固定化酶生物传感器产品有市场前景、有科技含量、具有高附加值，可是受现阶段生物技术产品市场规模的限制，其市场容量相当有限。建议由国家支持建立壹个小规模的国家工程技术中心，这有利于坚持壹些小品种的生物传感器分析技术的社会服务，以推动相关产业的发展。
生物化学(第三版)课后习题详细解答 第三章氨基酸 提要 α-氨基酸是蛋白质的构件分子,当用酸、碱或蛋白酶水解蛋白质时可获得它们.蛋白质中的氨基酸都是L型的.但碱水解得到的氨基酸是D型和L型的消旋混合物。 参与蛋白质组成的基本氨基酸只有20种。此外还有若干种氨基酸在某些蛋白质中存在，但它们都是在蛋白质生物合成后由相应是基本氨基酸(残基）经化学修饰而成.除参与蛋白质组成的氨基酸外,还有很多种其他氨基酸存在与各种组织和细胞中，有的是β-、γ-或δ—氨基酸，有些是D型氨基酸。 氨基酸是两性电解质。当pH接近1时，氨基酸的可解离基团全部质子化，当pH在13左右时，则全部去质子化.在这中间的某一pH（因不同氨基酸而异）,氨基酸以等电的兼性离子（H3N+CHRCOO-)状态存在。某一氨基酸处于净电荷为零的兼性离子状态时的介质pH称为该氨基酸的等电点,用pI表示。 所有的α—氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应。α—NH2与2,4-二硝基氟苯（DNFB）作用产生相应的DNP-氨基酸（Sanger反应）;α—NH2与苯乙硫氰酸酯(PITC）作用形成相应氨基酸的苯胺基硫甲酰衍生物（ Edman反应）.胱氨酸中的二硫键可用氧化剂（如过甲酸）或还原剂（如巯基乙醇）断裂.半胱氨酸的SH基在空气中氧化则成二硫键.这几个反应在氨基酸荷蛋白质化学中占有重要地位。 除甘氨酸外α—氨基酸的α-碳是一个手性碳原子,因此α-氨基酸具有光学活性.比旋是α-氨基酸的物理常数之一，它是鉴别各种氨基酸的一种根据. 参与蛋白质组成的氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在紫外区有光吸收，这是紫外吸收法定量蛋白质的依据。核磁共振（NMR）波谱技术在氨基酸和蛋白质的化学表征方面起重要作用。 氨基酸分析分离方法主要是基于氨基酸的酸碱性质和极性大小。常用方法有离子交换柱层析、高效液相层析（HPLC)等。 习题 1。写出下列氨基酸的单字母和三字母的缩写符号:精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰氨、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。［见表3-1］
生物化学习题（答案不太全） 第一章绪论 一、问答 1．什么是生物化学？它主要研究哪些内容？ 2．生物化学经历了哪几个发展阶段？各个时期研究的主要内容是什么？试举各时期一二例重大成就。 第二章蛋白质化学 一、问题 1．蛋白质在生命活动中有何重要意义？ 2．蛋白质是由哪些元素组成的？其基本结构单元是什么？写出其结构通式。3．蛋白质中有哪些常见的氨基酸？写出其中文名称和三字缩写符号，它们的侧链基团各有何特点？写出这些氨基酸的结构式。 4．什么是氨基酸的等电点，如何进行计算？ 5．何谓谷胱甘肽？简述其结构特点和生物学作用？ 6．什么是构型和构象？它们有何区别？ 7．蛋白质有哪些结构层次？分别解释它们的含义。 8．简述蛋白质的a-螺旋和b-折迭。 9．维系蛋白质结构的化学键有哪些？它们分别在哪一级结构中起作用？10．为什么说蛋白质的水溶液是一种稳定的亲水胶体？ 11．碳氢链R基在蛋白质构象中如何取向？ 12．多肽的骨架是什么原子的重复顺序，写出一个三肽的通式，并指明肽单位和氨基酸残基。 13．一个三肽有多少NH2和COOH端？牛胰岛素呢？
14．利用哪些化学反应可以鉴定蛋白质的N-端和C-端？ 15．简述蛋白质变性与复性的机理，并概要说明变性蛋白质的特点。 16．简述蛋白质功能的多样性？ 17．试述蛋白质结构与功能的关系。 18．蛋白质如何分类，试评述之。 二、解释下列名称 1.蛋白质系数 2.变构效应 3.无规则卷曲 4.a-螺旋 5.< 生物化学习题 一、最佳选择题：下列各题有A、B、C、D、E五个备选答案，请选择一个最佳答案。 1、蛋白质一级结构的主要化学键是( ) A、氢键 B、疏水键 C、盐键 D、二硫键 E、肽键 2、蛋白质变性后可出现下列哪种变化( ) A、一级结构发生改变 B、构型发生改变 C、分子量变小 D、构象发生改变 E、溶解度变大 3、下列没有高能键的化合物是( ) A、磷酸肌酸 B、谷氨酰胺 C、ADP D、1，3一二磷酸甘油酸
生物化学名词解释 1 .氨基酸（am i no acid）：是含有一个碱性氨基（-N H 2）和一个酸性羧基(-COOH)的有机化合物，氨基一般连在α -碳上。氨基酸是蛋白质的构件分子 2.必需氨基酸（essential am i no acid）：指人（或其它脊椎动物）（赖氨酸，苏氨酸等）自己不能合成，需要从食物中获得的氨基酸。 3.非必需氨基酸（n onessential am i no aci d）：指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成,不需要从食物中获得的氨基酸。 4.等电点（pI,isoel ectric poi nt）：使氨基酸处于兼性离子状态，在电场中不迁移（分子的静电荷为零）的 pH 值。 5.茚三酮反应（ninhydrin reacti on ）：在加热条件下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色（与脯氨酸及羟脯氨酸反应生成黄色）化合物的反应。 6.层析（ch rom at og raphy） :按照在移动相和固定相（可以是气体或液体）之间的分配比例将混合成分分开的技术。 7.离子交换层析（ion-exc hange colum n）：一种用离子交换树脂作支持剂的层析技术。 8.透析（dialysis）：利用蛋白质分子不能通过半透膜的性质，使蛋白质和其他小分子物质如无机盐、单糖等分开的一种分离纯化技术。 9.凝胶过滤层析（gel filtration ch rom at og raphy， GPC）：也叫做分子排阻层析/凝胶渗透层析。一种利用带孔凝胶珠作基质，按照分子大小分离蛋白质或其它分子混合物的层析技术。 10.亲合层析（affinity chrom atog raph ）：利用共价连接有特异配体的层析介质，分离蛋白质混合物中能特异结合配体的目的蛋白质或其它分子的层析技术。 11.高压液相层析（HPLC）：使用颗粒极细的介质，在高压下分离蛋白质或其他分子混合物的层析技术。 12.凝胶电泳（gel elect roph oresis）：以凝胶为介质，在电场作用下分离蛋白质或核酸的分离纯化技术。 13.SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）：在去污剂十二烷基硫酸钠存在下的聚丙烯酰氨凝胶电泳。SDS-PAGE 只是按照分子的大小，而不是根据分子所带的电荷大小分离的。 14.等电聚焦电泳（IEF）：利用一种特殊的缓冲液（两性电解质）在聚丙烯酰氨凝胶制造一个 pH 梯度，电泳时，每种蛋白质迁移到它的等电点（pI）处，即梯度为某一 pH 时，就不再带有净的正或负电荷了。 1 5.双向电泳（tw o-dim ension al electroph orese）：等电聚焦电泳和 SDS-PAGE 的组合，即先进行等电聚焦电泳（按照 pI）分离，然后再进行 SDS-PAGE（按照分子大小分离）。经染色得到的电泳图是二维分布的蛋白质图。 1 6.Edm an 降解（Edm an deg radation ）：从多肽链游离的 N 末端测定氨基酸残基的序
第十章 DNA 的生物合成（复制） 一、A型选择题 1．遗传信息传递的中心法则是（） A．DNA→RNA→蛋白质 B．RNA→DNA→蛋白质 C．蛋白质→DNA→RNA D．DNA→蛋白质→RNA E．RNA→蛋白质→DNA 2．关于DNA的半不连续合成，错误的说法是（） A．前导链是连续合成的 B．随从链是不连续合成的 C．不连续合成的片段为冈崎片段 D．随从链的合成迟于前导链酶合成 E．前导链和随从链合成中均有一半是不连续合成的 3．冈崎片段是指（） A．DNA模板上的DNA片段 B．引物酶催化合成的RNA片段 C．随从链上合成的DNA片段 D．前导链上合成的DNA片段 E．由DNA连接酶合成的DNA 4．关于DNA复制中DNA聚合酶的错误说法是（） A．底物都是dNTP B．必须有DNA模板 C．合成方向是5，→3， D．需要Mg２+参与 E．需要ATP参与 5．下列关于大肠杆菌DNA聚合酶的叙述哪一项是正确（） A．具有3，→5，核酸外切酶活性 B．不需要引物 C．需要4种NTP D．dUTP是它的一种作用物 E．可以将二个DNA片段连起来 6．DNA连接酶（） A．使DNA形成超螺旋结构 B．使双螺旋DNA链缺口的两个末端连接 C．合成RNA引物D．将双螺旋解链 E．去除引物，填补空缺 7．下列关于DNA复制的叙述，哪一项是错误的（） A．半保留复制 B．两条子链均连续合成 C．合成方向5，→3， D．以四种dNTP为原料 E．有DNA连接酶参加 8．DNA损伤的修复方式中不包括（） A．切除修复 B．光修复 C．SOS修复 D．重组修复 E．互补修复 9．镰刀状红细胞性贫血其β链有关的突变是（） A．断裂B．插入C．缺失 D．交联 E．点突变 10．子代DNA分子中新合成的链为5，-ACGTACG-3，，其模板链是（） A．3，-ACGTAＣG-5， B．5，-TGCATGC-3， C．3，-TGCATGC-5， D．5，-UGCAUGC-3， E．3，-UGCAUGC-5， 二、填空题 1．复制时遗传信息从传递至；翻译时遗传信息从传递至。2．冈崎片段的生成是因为DNA复制过程中，和的不一致。 3．能引起框移突变的有和突变。 4．DNA复制的模板是；引物是；基本原料是；参与反应的主要酶类有、、、和。 5．DNA复制时连续合成的链称为链；不连续合成的链称为链。 6．DNA的半保留复制是指复制生成的两个子代DNA分子中，其中一条链是，另一条链是。 7．DNA 复制时，阅读模板方向是，子代DNA合成方向是，催化DNA合成的酶是。
生物化学习题(答案不太全） 第一章绪论 一、问答 1．什么是生物化学？它主要研究哪些内容？ 2．生物化学经历了哪几个发展阶段？各个时期研究的主要内容是什么？试举各时期一二例重大成就. 第二章蛋白质化学 一、问题 1．蛋白质在生命活动中有何重要意义？ 2．蛋白质是由哪些元素组成的？其基本结构单元是什么?写出其结构通式。3．蛋白质中有哪些常见的氨基酸?写出其中文名称和三字缩写符号，它们的侧链基团各有何特点?写出这些氨基酸的结构式。 4．什么是氨基酸的等电点，如何进行计算？ 5．何谓谷胱甘肽?简述其结构特点和生物学作用？ 6．什么是构型和构象？它们有何区别？ 7．蛋白质有哪些结构层次？分别解释它们的含义。 8．简述蛋白质的a—螺旋和b-折迭. 9．维系蛋白质结构的化学键有哪些?它们分别在哪一级结构中起作用？ 10．为什么说蛋白质的水溶液是一种稳定的亲水胶体？ 11．碳氢链R基在蛋白质构象中如何取向？ 12．多肽的骨架是什么原子的重复顺序，写出一个三肽的通式，并指明肽单位和氨基酸残基. 13．一个三肽有多少NH2和COOH端？牛胰岛素呢？ 14．利用哪些化学反应可以鉴定蛋白质的N—端和C—端？ 15．简述蛋白质变性与复性的机理，并概要说明变性蛋白质的特点。 16．简述蛋白质功能的多样性？ 17．试述蛋白质结构与功能的关系。 18．蛋白质如何分类，试评述之。 二、解释下列名称 1。蛋白质系数 2.变构效应 3。无规则卷曲 4。a—螺旋 5。〈 生物化学习题 一、最佳选择题：下列各题有A、B、C、D、E五个备选答案，请选择一个最佳答案。 1、蛋白质一级结构的主要化学键是（) A、氢键 B、疏水键 C、盐键 D、二硫键 E、肽键 2、蛋白质变性后可出现下列哪种变化（) A、一级结构发生改变 B、构型发生改变 C、分子量变小 D、构象发生改变 E、溶解度变大 3、下列没有高能键的化合物是（) A、磷酸肌酸 B、谷氨酰胺
导入：100年前，恩格斯指出“蛋白体是生命的存在形式”；今天人们如何认识蛋白 质的概念和重要性？ 1839年荷兰化学家马尔德（G.J.Mulder）研究了乳和蛋中的清蛋白,并按瑞典化学家Berzelius的提议把提取的物质命名为蛋白质（Protein，源自希腊语，意指“第一重要的”）。德国化学家费希尔(E.Fischer)研究了蛋白质的组成和结构，在1907年奠立蛋白质化学。英国的鲍林(L.Pauling)在1951年推引出蛋白质的螺旋；桑格(F.Sanger)在1953 年测出胰岛素的一级结构。佩鲁茨(M.F.Perutz)和肯德鲁(J.C.kendrew) 在1960年测定血红蛋白和肌红蛋白的晶体结构。1965年，我国生化学者首先合成了具有生物活性的蛋白质——胰岛素（insulin）。 蛋白质是由L-α-氨基酸通过肽键缩合而成的，具有较稳定的构象和一定生物功能的 生物大分子（biomacromolecule）。蛋白质是生命活动所依赖的物质基础，是生物体中含 量最丰富的大分子。 单细胞的大肠杆菌含有3000多种蛋白质，而人体有10万种以上结构和功能各异的蛋 白质，人体干重的45%是蛋白质。生命是物质运动的高级形式，是通过蛋白质的多种功能 来实现的。新陈代谢的所有的化学反应几乎都是在酶的催化下进行的，已发现的酶绝大多 数是蛋白质。生命活动所需要的许多小分子物质和离子，它们的运输由蛋白质来完成。生 物的运动、生物体的防御体系离不开蛋白质。蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等动物的记忆、识别机构等方面都起着重要的作用。随着蛋白质工程和蛋白质组学 的兴起和发展，人们对蛋白质的结构与功能的认识越来越深刻。 第一节蛋白质的分子组成 一、蛋白质的元素组成 经元素分析，主要有 C（50%～55%）、H（6%～7%）、O（19%～24%）、N（13%～19%）、S（0%～4%）。有些蛋白质还含微量的P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I等。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。因此，可以用定氮法来推算样品中蛋白质 的大致含量。
生物化学笔记王镜岩等《生物化学》第三版 适合以王镜岩《生物化学》第三版为考研指导 教材的各高校的生物类考生备考
目录 第一章概述------------------------------01 第二章糖类------------------------------06 第三章脂类------------------------------14 第四章蛋白质（注1）-------------------------21 第五章酶类（注2）-------------------------36 第六章核酸（注3）--------------------------------------45 第七章维生素（注4）-------------------------52 第八章抗生素------------------------------55 第九章激素------------------------------58 第十章代谢总论------------------------------63 第十一章糖类代谢（注5）--------------------------------------65 第十二章生物氧化------------------------------73 第十三章脂类代谢（注6）--------------------------------------75 第十四章蛋白质代谢（注7）-----------------------------------80 第十五章核苷酸的降解和核苷酸代谢--------------86 第十六章 DNA的复制与修复（注8）---------------------------88 第十七章 RNA的合成与加工（注9）---------------------------93 第十八章蛋白质的合成与运转--------------------96 第十九章代谢调空------------------------------98 第二十章生物膜（补充部分）---------------------102
生物化学知识点汇总(王镜岩版)
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生物化学讲义（2003） 孟祥红 绪论(preface) 一、生物化学(biochemistry)的含义： 生物化学可以认为是生命的化学(chemistryoflife)。 生物化学是用化学的理论和方法来研究生命现象。 1、生物体是有哪些物质组成的？它们的结构和性质如何？容易回答。 2、这些物质在生物体内发生什么变化？是怎样变化的？变化过程中能量是怎样转换的？（即这些物质在生物体 内怎样进行物质代谢和能量代谢？）大部分已解决。 3、这些物质结构、代谢和生物功能及复杂的生命现象（如生长、生殖、遗传、运动等）之间有什么关系？最复 杂。 二、生物化学的分类 根据不同的研究对象：植物生化；动物生化；人体生化；微生物生化 从不同的研究目的上分：临床生物化学；工业生物化学；病理生物化学；农业生物化学；生物物理化学等。 糖的生物化学、蛋白质化学、核酸化学、酶学、代谢调控等。 三、生物化学的发展史 1、历史背景：从十八世下半叶开始，物理学、化学、生物学取得了一系列的重要的成果（1）化学方面 法国化学家拉瓦锡推翻“燃素说”并认为动物呼吸是像蜡烛一样的燃烧，只是动物体内燃烧是缓慢不发光的 燃烧——生物有氧化理论的雏形 瑞典化学家舍勒——发现了柠檬酸、苹果酸是生物氧化的中间代谢产物，为三羧酸循环的发现提供了线索。 （2）物理学方面：原子论、x-射线的发现。 （3）生物学方面：《物种起源——进化论》发现。 2、生物化学的诞生：在19世纪末20世纪初，生物化学才成为一门独立的科学。 德国化学家李比希： 1842年撰写的《有机化学在生理与病理学上的应用》一书中，首次提出了新陈代谢名词。另一位是德国医生霍佩赛勒： 1877年他第一次提出Biochemie这个名词英文译名是Biochemistry(orBiologicalchemistry)汉语翻译成 生物化学。 3、生物化学的建立： 从生物化发展历史来看，20世纪前半叶，在蛋白质、酶、维生素、激素、物质代谢及生物氧化方面有了长足 进步。成就主要集中于英、美、德等国。 英国，代表人物是霍普金斯——创立了普通生物化学学派。
第一章糖类 提要 糖类是四大类生物分子之一，广泛存在于生物界，特别是植物界。糖类在生物体内不仅作为结构成分和主要能源，复合糖中的糖链作为细胞识别的信息分子参与许多生命过程，并因此出现一门新的学科，糖生物学。 多数糖类具有(CH2O)n的实验式，其化学本质是多羟醛、多羟酮及其衍生物。糖类按其聚合度分为单糖，1个单体；寡糖，含2-20个单体；多糖，含20个以上单体。同多糖是指仅含一种单糖或单糖衍生物的多糖，杂多糖指含一种以上单糖或加单糖衍生物的多糖。糖类与蛋白质或脂质共价结合形成的结合物称复合糖或糖复合物。 单糖，除二羟丙酮外，都含有不对称碳原子(C*)或称手性碳原子，含C*的单糖都是不对称分子，当然也是手性分子，因而都具有旋光性，一个C*有两种构型D-和L-型或R-和S-型。因此含n个C*的单糖有2n个旋光异构体，组成2n-1对不同的对映体。任一旋光异构体只有一个对映体，其他旋光异构体是它的非对映体，仅有一个C*的构型不同的两个旋光异构体称为差向异构体。 单糖的构型是指离羧基碳最远的那个C*的构型，如果与D-甘油醛构型相同，则属D系糖，反之属L 系糖，大多数天然糖是D系糖Fischer E论证了己醛糖旋光异构体的立体化学，并提出了在纸面上表示单糖链状立体结构的Fischer投影式。许多单糖在水溶液中有变旋现象，这是因为开涟的单糖分子内醇基与醛基或酮基发生可逆亲核加成形成环状半缩醛或半缩酮的缘故。这种反应经常发生在C5羟基和C1醛基之间，而形成六元环吡喃糖(如吡喃葡糖)或C5经基和C2酮基之间形成五元环呋喃糖(如呋喃果糖)。成环时由于羰基碳成为新的不对称中心，出现两个异头差向异构体，称α和β异头物，它们通过开链形式发生互变并处于平衡中。在标准定位的Hsworth式中D-单糖异头碳的羟基在氧环面下方的为α异头物，上方的为β异头物，实际上不像Haworth式所示的那样氧环面上的所有原子都处在同一个平面，吡喃糖环一般采取椅式构象，呋喃糖环采取信封式构象。 单糖可以发生很多化学反应。醛基或伯醇基或两者氧化成羧酸，羰基还原成醇；一般的羟基参与成脂、成醚、氨基化和脱氧等反应；异头羟基能通过糖苷键与醇和胺连接，形成糖苷化合物。例如，在寡糖和多糖中单糖与另一单糖通过O-糖苷键相连，在核苷酸和核酸中戊糖经N-糖苷键与心嘧啶或嘌呤碱相连。 生物学上重要的单糖及其衍生物有Glc, Gal，Man, Fru,GlcNAc, GalNAc,L-Fuc,NeuNAc (Sia),GlcUA 等它们是寡糖和多糖的组分,许多单糖衍生物参与复合糖聚糖链的组成，此外单糖的磷酸脂，如6-磷酸葡糖，是重要的代谢中间物。 蔗糖、乳糖和麦芽糖是常见的二糖。蔗糖是由α-Glc和β- Fru在两个异头碳之间通过糖苷键连接而成，它已无潜在的自由醛基，因而失去还原，成脎、变旋等性质，并称它为非还原糖。乳糖的结构是Gal β(1-4)Glc，麦芽糖是Glcα(1-4)Glc,它们的末端葡萄搪残基仍有潜在的自由醛基，属还原糖。环糊精由环糊精葡糖基转移酶作用于直链淀粉生成含6,7或8个葡萄糖残基，通过α-1,4糖苷键连接成环，属非还原糖，由于它的特殊结构被用作稳定剂、抗氧化剂和增溶剂等。 淀粉、糖原和纤维素是最常见的多糖，都是葡萄糖的聚合物。淀粉是植物的贮存养料，属贮能多糖，是人类食物的主要成分之一。糖原是人和动物体内的贮能多糖。淀粉可分直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉分子只有α-1,4连键，支链淀粉和糖原除α-1,4连键外尚有α-1,6连键形成分支，糖原的分支程度比支链淀粉高。纤维素与淀粉、糖原不同，它是由葡萄糖通过β-1.4糖苷键连接而成的，这一结构特点使纤维素具有适于作为结构成分的物理特性，它属于结构多糖。 肽聚糖是细菌细胞壁的成分，也属结构多糖。它可看成由一种称胞壁肽的基本结构单位重复排列构成。胞壁肽是一个含四有序侧链的二糖单位，G1cNAcβ(1-4)MurNAc，二糖单位问通过β-1,4连接成多糖，链相邻的多糖链通过转肽作用交联成一个大的囊状分子。青霉素就是通过抑制转肽干扰新的细胞壁形成而起抑菌作用的。磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁的特有成分;脂多糖是阴性细菌细胞壁的特有成分。 糖蛋白是一类复合糖或一类缀合蛋白质。许多内在膜蛋白质和分泌蛋白质都是糖蛋白。糖蛋白和糖脂中的寡糖链，序列多变，结构信息丰富，甚至超过核酸和蛋白质。一个寡糖链中单糖种类、连接位置、异头碳构型和糖环类型的可能排列组合数目是一个天文数字。糖蛋白中寡糖链的还原端残基与多肽链氨基酸
第三章脂类 提要 一、概念 酸、皂化值、碘值、酸价、酸败、油脂的硬化、甘油磷脂、鞘氨醇磷脂、神经节苷脂、脑苷脂、乳糜微粒 二、脂类的性质与分类单纯脂、复合脂、非皂化脂、衍生脂、结合脂 单纯脂 脂肪酸的俗名、系统名和缩写、双键的定位 三、油脂的结构和化学性质 (1)水解和皂化脂肪酸平均分子量＝3×56×1000÷皂化值 (2)加成反应碘值大，表示油脂中不饱和脂肪酸含量高，即不饱和程度高。 (3)酸败 蜡是由高级脂肪酸和长链脂肪族一元醇或固醇构成的酯。 四、磷脂（复合脂） （一）甘油磷脂类 最常见的是卵磷脂和脑磷脂。卵磷脂是磷脂酰胆碱。脑磷脂是磷脂酰乙醇胺。 卵磷脂和脑磷脂都不溶于水而溶于有机溶剂。磷脂是兼性离子，有多个可解离基团。在弱碱下可水解，生成脂肪酸盐，其余部分不水解。在强碱下则水解成脂肪酸、磷酸甘油和有机碱。磷脂中的不饱和脂肪酸在空气中易氧化。 （二）鞘氨醇磷脂 神经鞘磷脂由神经鞘氨醇（简称神经醇）、脂肪酸、磷酸与含氮碱基组成。脂酰基与神经醇的氨基以酰胺键相连，所形成的脂酰鞘氨醇又称神经酰胺；神经醇的伯醇基与磷脂酰胆碱（或磷脂酰乙醇胺）以磷酸酯键相连。 磷脂能帮助不溶于水的脂类均匀扩散于体内的水溶液体系中。 非皂化脂 （一）萜类是异戊二烯的衍生物 多数线状萜类的双键是反式。维生素A、E、K等都属于萜类，视黄醛是二萜。天然橡胶是多萜。（二）类固醇都含有环戊烷多氢菲结构 固醇类是环状高分子一元醇，主要有以下三种：动物固醇胆固醇是高等动物生物膜的重要成分，对调节生物膜的流动性有一定意义。胆固醇还是一些活性物质的前体，类固醇激素、维生素D3、胆汁酸等都是胆固醇的衍生物。 植物固醇是植物细胞的重要成分，不能被动物吸收利用。 1，酵母固醇存在于酵母菌、真菌中，以麦角固醇最多，经日光照射可转化为维生素D2。 2.固醇衍生物类 胆汁酸是乳化剂，能促进油脂消化。 强心苷和蟾毒它们能使心率降低，强度增加。 性激素和维生素D 3. 前列腺素 结合脂 1.糖脂。它分为中性和酸性两类，分别以脑苷脂和神经节苷脂为代表。 脑苷脂由一个单糖与神经酰胺构成。 神经节苷脂是含唾液酸的糖鞘脂，有多个糖基，又称唾液酸糖鞘脂，结构复杂。 2.脂蛋白 根据蛋白质组成可分为三类：核蛋白类、磷蛋白类、单纯蛋白类，其中单纯蛋白类主要有水溶性的血浆脂蛋白和脂溶性的脑蛋白脂。 血浆脂蛋白根据其密度由小到大分为五种： 乳糜微粒主要生理功能是转运外源油脂。 极低密度脂蛋白(VLDL) 转运内源油脂。 低密度脂蛋白(LDL) 转运胆固醇和磷脂。 高密度脂蛋白(HDL) 转运磷脂和胆固醇。 极高密度脂蛋白(VHDL) 转运游离脂肪酸。 脑蛋白脂不溶于水，分为A、B、C三种。top 第一节概述 一、脂类是脂溶性生物分子 脂类（lipids）泛指不溶于水，易溶于有机溶剂的各类生物分子。脂类都含有碳、氢、氧元素，有的还含有氮和磷。共同特征是以长链或稠环脂肪烃分子为母体。脂类分子中没有极性基团的称为非极性脂；有极性基团的称为极性脂。极性脂的主体是脂溶性的，其中的部分结构是水溶性的。 二、分类 1.单纯脂单纯脂是脂肪酸与醇结合成的酯，没有极
王镜岩——生物化学名词解释（2013年~2002年） 【2013年】 1.寡聚蛋白质（oligomeric protein）：两条或两条以上具有三级结构的多肽链组成的蛋白质。（也称多聚蛋白质）。如：血红蛋白（两条α链，两条β链）、己糖激酶（4条α链）。附：仅由一条多肽链构成的蛋白质称为单体蛋白质。如：溶菌酶和肌红蛋白【第三章蛋白质】（上159） 2.酶的转换数(turnover number,TN)：即K3，又称催化常数（catalytic constant,K cat）是指在一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物的分子数。（通常来表示酶的催化效率） 附：[ 或每秒钟每微摩尔酶分子转换底物的微摩尔数] ，大多数酶对它们的天然底物的转换数的变化围是每秒1到104（上321）【第四章酶】 3.糖的变旋现象（mutarotation）：是当一种旋光异构体，如糖溶于水中转变为几种不同的旋光异构体的平衡混合物时，发生的旋光变化的现象。【第一章糖类】（上8；2013、2008） 4.油脂的酸值（acid number）：是指中和1g油脂中的游离脂肪酸所消耗KOH 的毫克数。【第二章脂类和生物膜】（上95） 5.激素受体：位于细胞表面或细胞，结合特异激素并引发细胞响应的蛋白质。【第六章维生素、激素和抗生素】 6.乙醛酸循环（glyoxylic acid cycle ,GAC）：是一种被修改的三羧酸循环，在两种循环中具有某些相同的酶和产物，但代谢途径不同，在乙醛酸循环中乙酰CoA首先和草酰乙酸缩合成柠檬酸，然后转变为异柠檬酸，再裂解为琥珀酸和乙醛酸，在这一循环中产生乙醛酸，故称乙醛酸循环。【第八章糖代谢】（这个循环除两步由异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶催化的反应外，其他的反应都和“柠檬酸循环”相同。）（2013、2012） 资料2：又称三羧酸循环支路，该途径在动物体不存在，只存在于植物和微生物中，主要在乙醛酸循环体中和线粒体中进行。乙醛酸循环从草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸开始，柠檬酸经异构化生成异柠檬酸，与TCA循环不同的是异柠檬酸经异柠檬酸裂解酶裂解为琥珀酸和乙醛酸。乙醛酸与另一分子乙酰CoA在苹果酸合酶的催化下形成苹果酸，最后生成草酰乙酸。该途径中含有两种特异的酶：异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶，其总反应式为：2乙酰CoA+2NAD++FAD →草酰乙酸+2CoASH+2NADH+2H++FADH2。 7.丙酮酸脱氢酶系： 8.呼吸链：由一系列可作为电子载体的酶复合体和辅助因子构成，可将来自还原型辅酶或底物的电子传递给有氧代谢的最终的电子受体分子氧（也称呼吸电子传递链）【第七章代谢总论、生物氧化和生物能学】（2013、2011） 9.化学渗透学说（chemiosnotic theory）：电子经呼吸链传递的同时，可将质子从膜的基质面排到膜外，造成膜外的电化学梯度，此梯度贮存的能量致使质子顺梯度回流，并使P 与ADP生成ATP。【第七章代谢总论、生物氧化和生物能学】 10.半乳糖血症(galactosemia)：人类的一种基因型遗传代谢缺陷，是由于缺乏1—磷酸半乳糖尿酰转移酶，导致婴儿不能代谢奶汁中乳糖分解生成的半乳糖。【第八章糖代谢】（2013、2011） 11.退火（annealing）：热变性的DNA，在缓慢冷却条件下重新形成双链的过程。[ 将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。] 退火温度=Tm—25℃【第五章核酸化
生物化学学习指导及习题 1
第一章蛋白质化学 I 主要内容 一、蛋白质的生物学意义 蛋白质是生物体内最为重要的有机化学物质之一，它几乎参与了生物体所有的生命活动，如生物体的构成、机体的运动、化学催化、机体的免疫保护、生物遗传信息的传递与表达等等，可以说蛋白质是一切生命活动的重要支柱，没有蛋白质就没有生命现象的存在，因此，蛋白质化学是生物化学中一个重要的研究方面。 二、蛋白质的元素组成 蛋白质是由C、H、O、N、S等几种元素构成，其中C 50-55%、H 6-8%、O 20-30%、N 15-17%、S 0-4%，且含量基本相同，因此通过测定蛋白质样品中元素含量就可以推测出样品中蛋白质的含量。 三、蛋白质的氨基酸组成 （一）氨基酸的结构及特点 一般的蛋白质都是由20种氨基酸构成，这些氨基酸都是在蛋白质的合成过程中直接加进去的，并有专门的遗传密码与其对应，这些构成蛋白质的基本氨基酸称为天然氨基酸(通用氨基酸)。天然氨基酸具有如下特点： 1. 20种天然氨基酸均有专门的遗传密码与其对应，它们在蛋白质的合成中是直接加上去的。 2. 除甘氨酸外，其它氨基酸至少含有一个手性碳原子。 3. 除脯氨酸外，其它氨基酸均为 -氨基酸。 4. 氨基酸虽有D、L–型之分，但存在于天然蛋白质中的氨基酸均为L-型氨基酸。 （二）天然氨基酸的分类 2
1.根据氨基酸分子中氨基和羧基的相对数量进行分类 2.根据氨基酸分子结构分类 3.根据氨基酸侧链基团极性分类 氨基酸根据其侧链基团在近中性的pH条件下是否带电荷以及带电荷的种类分成四类：非极性氨基酸、极性不带电荷氨基酸、极性带正电荷氨基酸、极性带负电荷氨基酸。 （三）稀有蛋白质氨基酸 这部分主要是指虽然在蛋白质中有所存在，含量却较少的一类氨基酸。蛋白质中的稀有氨基酸是在蛋白质合成后的加工过程中通过化学的方法在天然氨基酸的基础上增加某些基团而形成的。 （四）非蛋白质氨基酸 非蛋白质氨基酸是细胞中不参与天然蛋白质合成的一类氨基酸。 （五）氨基酸的重要理化性质 1. 一般理化性质 2. 氨基酸的酸碱性质与等电点 3. 氨基酸的主要化学性质 （1）茚三酮反应 （2）桑格反应（Sanger reaction） （3）埃德曼反应（Edman reaction ） 3
王镜岩 第一章糖 一、糖的概念 糖类物质是多羟基(2个或以上)的醛类(aldehyde)或酮类(Ketone)化合物，以及它们的衍生物或聚合物。 据此可分为醛糖(aldose)和酮糖(ketose)。 还可根据碳层子数分为丙糖(triose)，丁糖(terose)，戊糖(pentose)、己糖(hexose)。 最简单的糖类就是丙糖(甘油醛和二羟丙酮) 由于绝大多数的糖类化合物都可以用通式Cn (H2O)n表示，所以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。现在已经这种称呼并恰当，只是沿用已久，仍有许多人称之为碳水化合物。 二、糖的种类 根据糖的结构单元数目多少分为： （1）单糖：不能被水解称更小分子的糖。 （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(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等) （4）结合糖(复合糖，糖缀合物，glycoconjugate)：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原都是能量的储存形式。 (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主要成分，肽聚糖是细胞壁的主要成分。 (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。 第一节单糖 一、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。 图2 最简单的单糖之一是甘油醛(glyceraldehydes)，它有两种立体异构形式(Stereoismeric form)，图7.3。 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(Plane polarized liyot)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。另一种异构体则使平面偏振不的编振机逆时针编转，称左旋异构体(levorotary,L)或L型异构体。 像甘油醛这样具有旋光性差异的立体异构体又称为光学异构体(Cptical lsmer)，常用D，L表示。 以甘油醛的两种光学异构体作对照，其他单糖的光学异构构与之比较而规定为D型或L型。 差向异构体(epimer)：又称表异构体，只有一个不对称碳原子上的基因排列方式不同的非对映异构体，如D-等等糖与D-半乳糖。 链状结构一般用Fisher投影式表示：碳骨架、竖直写；氧化程度最高的碳原子在上方， 2、单糖的环状结构 在溶液中，含有4个以上碳原子的单糖主要以环状结构。 单糖分子中的羟基能与醛基或酮基可逆缩合成环状的半缩醛(emiacetal)。环化后，羰基C就成为一个手性C原子称为端异构性碳原子(anomeric carbon -型头异构体。β-型及αatom)，环化后形成的两种非对映异构体称为端基异构体，或头异构体(anomer)，分别称为 环状结构一般用Havorth结构式表示：
第二章课后习题答案 1.计算赖氨酸的ε-NH3+20%被解离时的溶液PH。 解：pH = pKa + lg20% pKa = 10.53 pH = 10.53 + lg20% = 9.9 2.计算谷氨酸的γ-COOH三分之二被解离时的溶液pH。 解：pH = pKa + lg（（2/3）/（1/3））=4.6 pKa = 4.25 3.计算下列物质0.3mol/L溶液的pH：(a)亮氨酸盐酸盐；(b)亮氨酸钠盐；(c)等电亮氨酸。解：a：pH=2.36+ lg（C（H+）/0.3）=1.46 b: pH=9.60+lg(0.3/C(OH+))=11.5 c:pH=pI=1/2(2.36+9.60)=5.98 4.计算下列氨基酸的pI值：丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和精氨酸。 解：pI = 1/2（pKa1+ pKa2） pI(Ala) = 1/2（2.34+9.69）= 6.02 pI(Cys) = 1/2（1.71+10.78）= 5.02 pI(Glu) = 1/2（2.19+4.25）= 3.22 pI(Ala) = 1/2（9.04+12.48）= 10.76 5. 向1L1mol/L的处于等电点的甘氨酸溶液加入0.3molHCl，问所得溶液的pH是多少？如果加入0.3mol NaOH以代替HCl时，pH将是多少？ 解：pH1=pKa1+lg(7/3)=2.71 pH2=pKa2+lg(3/7)=9.23 6.计算0.25mol/L的组氨酸溶液在pH6.4时各种离子形式的浓度（mol/L）。 解：由pH=pK1+lg（His+/ His2+）=pKr+lg（His0/His+）=pK2+lg（His-/ His0）得His2+为1.87×10-6，His+为0.071，His0为0.179 His-3.0×10-4 7.说明用含一个结晶水的固体组氨酸盐酸盐（相对分子质量=209.6；咪唑基pKa=6.0）和1mol/L KOH配制1LpH6.5的0.2mol/L组氨酸盐缓冲液的方法 解：取组氨酸盐酸盐41.92g(0.2mol)，加入352ml 1mol/L KOH，用水稀释至1L。 8. L-亮氨酸溶液（3.0g/50ml 6mol/L HCl）在20cm旋光管中测得的旋光度为+1.81o。计算L-亮氨酸在6mol/L HCl中的比旋。 解：c=3.0/50=0.06g/ml l=2dm. +1.81=[a]*0.06*2 得：[a]= +15.1o 9.甘氨酸在溶剂A中的溶解度为在溶剂B中的4倍，苯丙氨酸在溶剂A中的溶解度为溶剂B 中的两倍。利用在溶剂A和B之间的逆流分溶方法将甘氨酸和苯丙氨酸分开。在起始溶液中甘氨酸含量为100mg ，苯丙氨酸为81mg ，试回答下列问题：(1)利用由4个分溶管组成的逆流分溶系统时，甘氨酸和苯丙氨酸各在哪一号分溶管中含量最高？解：根据逆流分溶原理，可得： 对于Gly：Kd = C A/C B = 4 = q(动相)/p（静相） p+q= (1/5 + 4/5) 4个分溶管分溶3次：（1/5 + 4/5）3=1/125+2/125+48/125+64/125
生物化学各章复习题 第 3 章氨基酸 回答问题 : 1. 什么是蛋白质的酸水解、碱水解和酶水解，各有何特点？ 2. 写出 20 种基本氨基酸的结构、三字母缩写和单字母缩写。 3. 甘氨酸、组氨酸和脯氨酸各有何特点？ 4. 什么是氨基酸的等电点？写出下了列氨基酸的结构、解离过程，并计算等电点：缬氨酸、谷氨酸和精氨酸。 5. 在多肽的人工合成中，氨基酸的氨基需要保护，有哪些反应可以保护氨基？ 6. Sanger 试剂、 Edman 试剂分别是什么？与氨基酸如何反应，此反应有何意义？ 7. 试写出半胱氨酸与乙撑亚胺的反应，此反应有何意义？ 8. 写出氧化剂和还原剂打开胱氨酸二硫键的反应。 9. 蛋白质有紫外吸收的原因是什么，最大吸收峰是多少？ 10. 什么是分配定律、分配系数？分配层析的原理是什么？ 11. 什么是 HPLC? 12. 课本 P156,15 题。 第 4 、 5 章蛋白质的共价结构，三维结构 一．名词解释： 单纯蛋白（举例），缀合蛋白（举例），辅基，配体，蛋白质的一、二、三、四级结构，超二级结构，结构域，
肽平面（酰胺平面），谷胱甘肽（结构式），对角线电泳，完全水解，部分水解，同源蛋白质，不变残基，可变残基， α - 螺旋β - 折叠，膜内在蛋白，脂锚定膜蛋白，蛋白质的变性与复性，单体，同聚体，杂多聚蛋白 二．回答问题： 1. 试举例说明蛋白质功能的多样性？ 2. 那些实验能说明肽键是蛋白质的连接方式？ 3. 试述肽键的性质。 4. 试述蛋白质一级结构测定的策略。 5. 如何测定 N- 端氨基酸？ 6. 图示胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、嗜热菌蛋白酶及胃蛋白酶的作用专一性。 7. 书 p194 —第 2 题 8. 研究蛋白质构象的方法都有哪些？ 9. 稳定蛋白质的三微结构的作用力有哪些？ 10. 影响α - 螺旋形成的因素有哪些？ 11. 胶原蛋白的氨基酸组成有何特点？ 12. 蛋白质变性后有哪些现象？ 13. 举例说明蛋白质一级结构决定三级结构。 第 6 章蛋白质结构与功能的关系 一．名词解释： 珠蛋白，亚铁血红素，高铁血红素，亚铁肌红蛋白，高铁血红蛋白 二．回答问题： 1. 肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线有何不同，试从蛋白质结构与功能的关系上加以解
王镜岩生物化学考研复习笔记 王镜岩生物化学是考取生化方向研究生同学们的基础教材，在前期复习中同学们应该已经将书通读一遍，由于书中内容较多，建议同学们冲刺阶段的复习，以精炼的笔记为主，下面就由带着大家复习一遍此书的重点内容。 第十一章蛋白质的生物合成(翻译) 第一节蛋白质合成体系 一、mRNA与遗传密码 1.mRNA是蛋白质合成的直接模板 原核生物一个mRNA带有功能相关的几种蛋白质的编码信息，称多顺反子(几个基因的复本);真核生物一个mRNA一般只带一种蛋白质的编码信息，称单顺反子。mRNA的生成要经加工，尤其是真核生物细胞，这就造成mRNA的序列和DNA序列间没有完整的一对一的关系。遗传密码(geiccode)是规定mRNA的核苷酸序列翻译成多肽链氨基酸序列的一套法则，也就是mRNA的核苷酸序列和多肽链氨基酸序列的共线性关系。 2.遗传密码是三联体密码 20世纪中叶，数学推算编码20种氨基酸所需的碱基最低数是3(43=64)，密码子(codon)应是三联体(triplet)，即mRNA的序列以三个核苷酸为一组。 1961年Crick及其同事通过研究噬菌体基因的移码突变推测三联体密码子是非重叠、无标点的。Nirenberg等用人工合成的mRNA
在无细胞蛋白质合成系统中寻找氨基酸与三联体密码子的对应关系。Khorana和他的同事用化学合成结合酶促反应，合成含有2、3、4核苷酸重复序列的多聚核苷酸，以此为模板找出各氨基酸的密码子。技术上的突破人工合成的三核苷酸能与对应的氨酰-tRNA一起结合在核糖体上，由此确定绝大多数密码子。1966年全部64个密码子破译，其中AUG编码甲硫氨酸，又是起始密码;UAA、UAG、UGA3个是终止密码，不编码氨基酸;还有61个编码一特定的氨基酸。 3.遗传密码特点：①连续性,指密码子必须按53方向三个一组读码框往下阅读，无标点、不重叠、不跳格。正确的读码框的确立是由核糖体识别在编码序列开头处的起始密码AUG;②简并性，是指同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象。编码同一氨基酸的密码子称为同义密码子，通常只在第3位碱基上不同，这样可减少有害突变。密码子第3位碱基与tRNA反密码子不严格遵从碱基配对规律(摆动碱基配对)，如tRNA反密码子第一位的I(由A转变而来)可与mRNA密码子第3位碱基U、C、A形成配对，U可对应A、G，因而密码子第3个位置又称摆动位置;③通用性，即所有生物基本共用同一套遗传密码。线粒体以及少数生物基因组的密码子有变异(如在酵母、哺乳动物、果蝇中，AUA=Met而非Ile，UGA=Trp而非终止码。) 二、tRNA与氨基酸的转运 1.tRNA是转运氨基酸的工具 具备倒L型三级结构的tRNA由氨酰合成酶催化氨基酸共价连结到3端，形成氨酰-tRNA，需要ATP。tRNA与蛋白质合成有关的位点