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单糖有许多立体异构体,其区别仅在于分子中的羟基在空间取向上的不同,例如:葡萄糖、甘露糖、半乳糖
糖苷:单糖的半缩醛羟基能与醇或酚的羟基缩合脱水而成糖苷(glucosides)。
2、寡糖
由少数(2~6)几个单糖缩合而成的糖称为寡糖(oligosaccharides)。最多的寡糖是双糖。
(1)、双糖
如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖等。
①、麦芽糖
一个葡萄糖分子的1位C(d—lC)和另一葡萄糖分子的4位C(a-4C)连接,失去一分子水,形成糖苷键,即成麦芽糖。
麦芽糖是淀粉的基本结构单位。淀粉水解即产生麦芽糖,所以麦芽糖通常只存在于发生淀粉水解的组织,如麦芽中。
②、蔗糖
食用的糖主要是蔗糖(sucrose)。甘蔗、甜菜、胡萝卜以及香蕉、菠萝等水果中都富含蔗糖。一分子a-葡萄糖和一分子β-果糖缩合脱水即成蔗糖。
⑧、纤维二糖
2分子尽葡萄糖缩合脱水即成纤维二糖(cellobiose)。纤维二糖是纤维素的基本
④、乳糖
一分子户半乳糖和一分子a-葡萄糖结合脱水即成乳糖(1actose)。乳糖存在于哺乳动物乳汁中,人乳中5%一7%为乳糖,牛奶中4%为乳糖。
(2)、其他寡糖
小分子糖中,除双糖外,还有由3~6个单糖结合而成三糖、四糖等。例如,棉子、甜菜和桉树中的棉子糖(raffinose)是由3个单糖分子,即半乳糖、葡萄糖、果糖组成
3、多糖
自然界数量最大的糖类是多糖(polysaccharides)。多糖分子是由很多单糖分子(通常为葡萄糖分子)缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子。常见的多糖有淀粉、纤维素和糖原等。
(1)、淀粉
淀粉(starch)是植物细胞中以贮藏状态存在的糖。淀粉分子的通式为(C6H1005)n n为a-D—葡萄糖分子的数目,从数百至数千不等。
各葡萄糖分子的a-1C与相邻葡萄糖分子的a-4C连接,脱水形成糖苷键,而成长度不等的链状分子,即淀粉分子。
根据链的分支与否,可将淀粉分为直链淀粉(amylose)和支链淀粉(amylopectin)2种。直链淀粉不分支,通常卷曲成螺旋形,相对分子质量从几千到500 000不等。支链淀粉分子较大,相对分子质量在200 000以上,、可达100万。支链淀粉的各链中的葡萄糖都是a-1C与a-4C相连成糖苷键的,但在分支处,二葡萄糖则是以a-lC和a-6C相连的。支链淀粉一般每隔24~30个葡萄糖就有一个分支。一般的淀粉中都含有直链和支链2种分子,如马铃薯淀粉中22%是直链的,78%是支链的。但也有只含一种分子的,如豆类种子所含淀粉全为直链淀粉,糯米淀粉全为支链淀粉。
直链淀粉遇碘变为深蓝色,这是鉴定淀粉的简便方法。淀粉水解,先成为糊精(遇碘变为红色),再成麦芽糖,最后成葡萄糖。
(2)、糖原
糖原(glycogen)是动物细胞中贮存的多糖,又称动物淀粉。糖原也是由。—葡萄糖1,4糖苷键连接而成的,但糖原的分支比支链淀粉多,主链每隔8—12个葡萄糖就有一个分支,每个分支约有12~18个葡萄糖分子(图1—4)。糖原在水中的溶解度大于淀粉,遇碘变为红褐色。肝细胞中糖原的相对分子质量平均可达几百万。
(3)、纤维素
地球上数量最大的有机化合物是糖类,而糖类中又以纤维素(cellulose)所占比例最大,约占植物界碳素总量的50%以上。如高等植物细胞壁的主要成分是纤维素。木材中50%是纤维素,而棉花纤维中90%都是纤维素。纤维素分子呈不分支长链,由10 000~15 000个β-D—葡萄糖在1,4碳原子之间键接而成。这是纤维素和直链淀粉、支链淀粉、糖原的一个主要不同之处,后3者都是由a—D—葡萄糖缩合而成的。纤细素水解时产生纤维二糖,再进一步水解而成葡萄糖。
纤维素水解需要纤维素酶(cellulase)。人没有纤维素酶,不能消化纤维素。但食物中纤维素成分能刺激肠道蠕动,减少癌的发生。
(三)、脂类
脂类(1ipids)不溶于水,但都能溶于非极性溶剂,如乙醚、氯仿和苯中。脂类的主要组成元素也是C、H、O,但H;O远大于2,所以不同于糖类。此外,有的脂类还含有P和N。
1、脂类的生物学功能
①、是生物膜的重要成分;
②、是贮存能的分子。脂肪氧化时产生的能约2倍于糖氧化时产生的能,所以细胞贮存脂肪比贮存糖经济得多;
③、构成生物表面的保护层,如皮肤和羽毛以及果实外表的蜡质;
④、是很好的绝缘体,动物皮下脂肪有保持正常体温的作用;
⑤、有些脂类是重要的生物学活性物质,如维生素A、维生素D、睾酮、肾上腺皮质激素、前列腺素等。
2、脂类分类。
①、中性脂肪(fat)和油(oil)
两者都是甘油(醇)和脂肪酸(fattyacid)结合而成的酯,在植物中称为油。甘油分子有3个
OH,每一个OH和一个脂肪酸的cOOH结合,形成酯键,就成一个脂肪分子。 脂肪分子没有极性集团,所以称为中性脂肪,中性脂肪是高度疏水的。
脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。饱和脂肪酸的C、H上没有双键,分子可以伸直,紧密并列,需较多热能才能散开,熔点高,室温下为固态。不饱和脂肪酸的C、H上至少有一个双键,并部分扭曲成小弯,分子不能紧密排列,易散开,熔点低,室温下为液态。
②、蜡
蜡是由脂肪酸和醇化合而成的酯。但蜡的脂肪酸都是长链的,醇也都是长链的,并且只有一个—OH基。皮肤表面、毛,羽植物叶及果实表面以及昆虫体表都有蜡覆盖,使细胞与外界严密隔离,防止细胞失水。
③、磷脂类
磷脂(phospholipids)几乎全部存在于细胞的膜系统中,在脑、肺、肾、心、骨髓、卵及大豆细胞中含量最高。和脂肪不同之处在于;甘油的一个α—羟基不是和脂肪酸而是和磷酸结合成酯(磷脂酸)。磷脂酸是最简单的磷脂,在细胞中含量甚少,但它是其他磷脂合成的中间产物。细胞中的磷脂,大多比磷脂酸复杂,即磷脂酸分子式中的HI为含氨基的醇,如胆碱、胆胺、丝氨酸等所取代,则分别成为卵磷脂、脑磷脂、丝氨酸磷脂等。
卵磷脂为白色蜡状物质,易溶于乙醚、乙醇等有机溶剂,是生物膜的主要成分,主要存在于脑、卵黄、红细胞、肾上腺和精液中。脑磷脂与血液凝集有关,也是动物膜结构的主要成分。丝氨酸磷脂存在于脑中。
通常磷脂分子中的2个脂肪酸总有一个是不饱和的,因此2个脂肪酸链不是平行并列的,其中一个(不饱和脂肪酸)总是有折弯的。
磷脂分子由于有磷酸和与之相连接的含氨基的化合物,因而是有极性的分子,它的磷酸一端为极性的头,是亲水的,它的2个脂肪酸链是非极性的尾,是疏水的。如将磷脂放在水面上,磷脂分子都将以亲水的头和水面相接,而倒立在水面上,成一单分子层。如将磷脂放入水中,磷脂分子则会形成单分子微团,各分子的极性头位于微团的表面而与水接触,非极性的疏水端则藏在微团的中心。如在水中置一隔膜,磷脂分子能在隔膜小孔处形成双分子层:亲水的极性头位于双分子层的外表,疏水的尾藏在内面。细胞各种膜的形成、结构和特性,都与磷脂分子的极性特征有关。
④、类固醇
这是一类具有特殊芳香族结构的物质,它们不含脂肪酸,但它们的理化性质与脂肪相近。
它们不溶于水,而易溶于非极性的有机溶剂,所以习惯上将它们和脂类放在一起。
类固醇(steroids)分子的基本结构是一个由4个碳环构成的环戊烷多氢菲。最熟知的类固醇是在环戊烷多氢菲上连有一条碳氢链的胆固醇(cholester01)。胆固醇是动物细胞膜和神经髓鞘的重要成分,与膜的透性有关。动物细胞线粒体和内质网膜中也有少量胆固醇。植物细胞不含胆固醇,但含有其他类固醇物质,称为植物固醇(phytoster01)。一些重要的生物活性物质,如性激素、维生素D和肾上腺皮质激素等都属于类固醇。
⑤、萜类
从结构上看,萜类(terpenes)和类固醇很相似。萜类不含脂肪酸,而是由不同数目的
异戊二烯连接而成的分子。
植物细胞中的类胡萝卜素(carotenoids)属于萜类,由8个异戊二烯分子构成。β-胡萝卜素是一种重要的类胡萝卜素。β-胡萝卜素分子裂解为二,就成2个分子的维生素A。另一种萜类物质是视黄醛(retin01),是维生素A的氧化物。视黄醛对动物的感光活动有非常重要的作用。
此外,维生素E和维生素K也都是萜类。
(四)、蛋白质




