資源簡(jiǎn)介

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1.化學(xué)元素與人體健康
自然界中的元素有些對(duì)人體是必需的，有些則是有害的。凡是人體新陳代謝或生長(zhǎng)發(fā)育所必需的元素，稱為必需元素；反之，為非必需元素。必需元素中又分常量元素和微量元素兩類，成人每日需要大于100 mg的稱為常量元素，也有人稱為宏量元素，如鉀、鈉、鈣、磷、鎂、氯、硫等。成人每日需要小于100 mg的稱為微量元素，目前認(rèn)為有鐵、鋅、碘、硒、氟、銅、鉬、錳、鉻、鎳、釩、錫、硅、鈷等。非必需元素也分兩類，一類是人體新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育并不需要，但攝入少量后不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重病理現(xiàn)象的，如鋁、鉍等元素；另一種不僅人體不需要，而且攝入微量也會(huì)使人出現(xiàn)病態(tài)或新陳代謝嚴(yán)重障礙，這些元素，常稱之為有害元素或有毒元素，例如汞、鎘、鉛等。
一、必需元素的功能
必需元素種類很多、功能各異，概括起來有以下幾個(gè)方面：
（一）構(gòu)成身體的重要材料：如鈣、磷等是骨骼、牙齒的重要成分。
（二）維持身體的酸堿平衡：體內(nèi)各種生理變化，需要有一個(gè)酸堿度穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，溶液中呈酸性的元素有氯、硫、磷等，在肉、魚、蛋、谷物中含量多。溶液中呈堿性的元素有鈣、鈉、鉀、鎂等，在蔬菜及水果中含量多。各種水果中的有機(jī)酸，雖然有酸味，因通常在體內(nèi)經(jīng)代謝分解成二氧化碳和水，并不影響體內(nèi)的酸堿度。
（三）維持組織、細(xì)胞的滲透壓：如鉀離子維持細(xì)胞內(nèi)液滲透壓，鈉離子維持細(xì)胞外液滲透壓，這樣就可保持體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的平衡。
（四）構(gòu)成身體許多重要生理活性物質(zhì)：如碘是甲狀腺激素的成分，鐵是血紅蛋白的成分，鋅、硒、鉬、鐵等是很多酶的成分。
（五）與神經(jīng)、肌肉的興奮、收縮等有關(guān)。目前，我國(guó)膳食模式礦物質(zhì)中以鈣和鐵缺乏較常見，某些地區(qū)和人群也可出現(xiàn)鋅、碘、硒、氟等的缺乏。
2.還原糖的鑒定原理
生物組織中普遍存在的可溶性糖種類較多,常見的有葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖。前三種糖的分子內(nèi)都含有游離的具有還原性的半縮醛羥基,因此叫做還原性糖。蔗糖的分子內(nèi)沒有游離的半縮醛羥基,因此叫做非還原性糖,不具有還原性。實(shí)際上在課本所提供的實(shí)驗(yàn)中,用斐林試劑只能檢驗(yàn)生物組織中可溶性的還原糖存在與否,而不能鑒定可溶性的非還原性糖。
用于鑒定還原糖的實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備植物組織是常用的實(shí)驗(yàn)材料，但必須加以選擇。在雙子葉植物中，光合作用的主要產(chǎn)物葡萄糖形成后，合成為淀粉，暫時(shí)儲(chǔ)藏在葉子內(nèi)，因此最好不用雙子葉植物的葉子作實(shí)驗(yàn)材料。有些單子葉植物，如韭菜、鳶尾，并不將光合作用的初始產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸?，因此葉內(nèi)含有大量的可溶性單糖，但是，由于葉片中葉綠素的顏色較深，對(duì)于鑒定時(shí)的顏色反應(yīng)起著掩蓋作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，因此，也不宜用單子葉植物的葉子作實(shí)驗(yàn)材料。
本實(shí)驗(yàn)最理想的實(shí)驗(yàn)材料是還原糖含量較高的植物組織（或器官），而且組織的顏色較淺或近于白色的，如蘋果和梨的果實(shí)。經(jīng)試驗(yàn)比較，顏色反應(yīng)的明顯程度依次為蘋果、梨、白色甘藍(lán)葉、白蘿卜。
斐林試劑由質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的硫酸銅溶液配制而成,二者混合后,立即生成淡藍(lán)色的Cu（OH）2沉淀。Cu（OH）2與加入的葡萄糖在加熱的條件下,能夠生成磚紅色的Cu2O沉淀,而葡萄糖本身氧化成葡萄糖酸。
用斐林試劑鑒定可溶性還原糖時(shí),溶液的顏色變化過程為：淺藍(lán)色→棕色→磚紅色（沉淀）。
3.蛋白質(zhì)的鑒定原理
鑒定生物組織中是否含有蛋白質(zhì)時(shí),常用雙縮脲法,使用的是雙縮脲試劑。雙縮脲試劑的成分是質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量濃度為0.01 g/mL的硫酸銅溶液。在堿性溶液（NaOH）中,雙縮脲（H2NOC—NH—CONH2）能與Cu2+作用,形成紫色或紫紅色的絡(luò)合物,這個(gè)反應(yīng)叫做雙縮脲反應(yīng)。由于蛋白質(zhì)分子中含有很多與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵,因此,蛋白質(zhì)都可與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應(yīng)。
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1.蛋白質(zhì)在人體內(nèi)的主要功能
（1）構(gòu)成酶、激素、抗體以及機(jī)體組織。（2）促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育。（3）維持滲透壓。（4）供給人體部分能量。
人體每天需要通過食物攝入一定量的蛋白質(zhì)，用以機(jī)體生長(zhǎng)、更新、組織修補(bǔ)以及各種生理功能的需要。也就是說，生命的產(chǎn)生、存在與消亡，無一不與蛋白質(zhì)有關(guān)。
人體的神經(jīng)、肌肉、血液、骨骼，甚至沒有一處不含蛋白質(zhì)，一個(gè)幾千克重的嬰兒長(zhǎng)成為一個(gè)幾十千克重的大人，體內(nèi)各種組織成分的自我更新都離不開蛋白質(zhì)。人體的新陳代謝是通過成千上萬種化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，而這些反應(yīng)都需要酶來催化，酶能在正常體溫下，廣泛參加人體各種各樣的生命活動(dòng)。如肌肉收縮、血液循環(huán)、消化、生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖以及各種各樣的思維活動(dòng)。如果沒有酶的參加，生命活動(dòng)就無法進(jìn)行。而這些具有各種各樣特異作用的酶，和調(diào)節(jié)生理功能的一些激素一樣，本身也是蛋白質(zhì)。
由此可見，在生命活動(dòng)中蛋白質(zhì)是無處不存在的，而且具有多種多樣的重要功能。生物體一旦失去蛋白質(zhì)，那么一切生命活動(dòng)即將停止，生命終結(jié)。所以說，蛋白質(zhì)是生命物質(zhì)。一個(gè)人每天需要多少蛋白質(zhì)，要根據(jù)年齡、性別、勞動(dòng)條件和健康情況而定，并因食物來源而有所不同。例如，一個(gè)65千克的健康成年男子，根據(jù)其體力勞動(dòng)強(qiáng)度的不同，每天約需要蛋白質(zhì)75～100克。一般成年女子略微少些。而兒童、青少年在生長(zhǎng)發(fā)育期，以及婦女懷孕和授乳期間所需要的蛋白質(zhì)便多些。至于人在生病的情況下，如燒傷、骨折、感染、腎炎等，患者的蛋白質(zhì)需要量可根據(jù)病情作相應(yīng)增減。
一個(gè)體重65千克，從事較輕勞動(dòng)的成年男子，可以從他每天所吃的主副食（糧食500克，肉100克，蛋一個(gè)，豆制品50克，蔬菜500克）中獲得所需要的75克蛋白質(zhì)。根據(jù)需要與可能，他還可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)劑副食，如增加些乳、蛋、肉類、豆制品、花生等提高蛋白質(zhì)的質(zhì)和量。如果調(diào)配得當(dāng)，充分發(fā)揮各種植物蛋白質(zhì)的“互補(bǔ)作用”，少加甚至不加動(dòng)物性食品也可保證蛋白質(zhì)的需要。
其他兒童、青少年、成年、老年男女以及孕婦、產(chǎn)婦和病人可以此為參考，調(diào)劑每天的主副食，酌情增減蛋白質(zhì)的攝入量。
我們選擇蛋白質(zhì)食物，首先應(yīng)考慮蛋白質(zhì)含量的多少。如果食物中蛋白質(zhì)含量很少，即使?fàn)I養(yǎng)價(jià)值很高，也不能滿足人體需要。在常用的每100克食物中，肉類含蛋白質(zhì)10～20克，魚類含15～20克，全蛋含13～15克，豆類含20～30克，谷類含8～12克，蔬菜、水果含1～2克。動(dòng)物性食物比植物性食物含量多，豆類含量很多，質(zhì)量上比動(dòng)物性食物也不差。判斷蛋白質(zhì)質(zhì)的優(yōu)劣有三點(diǎn)：（1）蛋白質(zhì)被人體消化、吸收得越徹底，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越高。整粒大豆的消化率為60%，做成豆腐、豆?jié){后可提高到90%，其他蛋白質(zhì)在煮熟后吸收率也能提高，如乳類為98%，肉類為93%，蛋類為98%，米飯為82%。（2）被人體吸收后的蛋白質(zhì)，利用的程度有高有低，利用程度越高，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高。利用的程度高低，叫蛋白質(zhì)的生理價(jià)值。常用食物蛋白質(zhì)的生理價(jià)值是：雞蛋94%，牛奶85%，魚肉83%，蝦77%，牛肉76%，大米77%，白菜76%，小麥67%。動(dòng)物蛋白質(zhì)的生理價(jià)值一般比植物蛋白質(zhì)高。（3）看所含必需氨基酸是否豐富，種類是否齊全，比例是否適當(dāng)。種類齊全、數(shù)量充足、比例適當(dāng)，叫完全蛋白質(zhì)，如動(dòng)物蛋白質(zhì)和豆類蛋白質(zhì)。種類齊全，但比例不適當(dāng)，叫半完全蛋白質(zhì)，在谷物中含量較多。種類不全，叫不完全蛋白質(zhì)，如肉皮中的膠質(zhì)蛋白，平米中的平米膠蛋白。將兩種以上的食物混合食用，使含的氨基酸相互補(bǔ)充，能更好地適合人體的需求。多吃蛋白質(zhì)也不好，會(huì)增加腎臟負(fù)擔(dān)，增加額外的熱能消耗，不經(jīng)濟(jì)。所以，要合理食用蛋白質(zhì)。
2.蛋白質(zhì)的主要生理功能
蛋白質(zhì)是一切生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，這不僅是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是構(gòu)成機(jī)體組織器官的基本成分，更重要的是蛋白質(zhì)本身不斷地進(jìn)行合成與分解。這種合成、分解的對(duì)立統(tǒng)一過程，推動(dòng)生命活動(dòng)，調(diào)節(jié)機(jī)體正常生理功能，保證機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、遺傳及修補(bǔ)損傷的組織。根據(jù)現(xiàn)代的生物學(xué)觀點(diǎn)，蛋白質(zhì)和核酸是生命的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。
蛋白質(zhì)的生理功能：①蛋白質(zhì)是構(gòu)成組織和細(xì)胞的重要成分，如肌肉、骨骼及內(nèi)臟主要由蛋白質(zhì)組成。一切細(xì)胞的原生質(zhì)都以蛋白質(zhì)為主，動(dòng)物的細(xì)胞膜及細(xì)胞間質(zhì)也主要由蛋白質(zhì)組成。②用于更新和修補(bǔ)組織細(xì)胞。③參與物質(zhì)代謝及生理功能的調(diào)控。④氧化供能。1克蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化供能約1.67×104焦耳。⑤其他功能。如多功能血漿蛋白質(zhì)的生理功能。
組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20余種，體內(nèi)只能合成一部分，其余則須由食物蛋白質(zhì)供給。體內(nèi)不能合成或合成速度太慢的氨基酸都必須由食物蛋白質(zhì)供給，故又稱為“必需氨基酸”。體內(nèi)能自己合成的氨基酸則不必由食物蛋白質(zhì)供給的又稱為“非必需氨基酸”。在體內(nèi)合成蛋白質(zhì)的許多氨基酸中，有8種必需氨基酸須食物供給，即賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸。食物中含有的必需氨基酸越多，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。動(dòng)物蛋白如肉類、蛋、乳均含8種必需氨基酸，又稱優(yōu)質(zhì)蛋白；植物蛋白如豆類蛋白質(zhì)所含的必需氨基酸是不全的。但若把玉米、小米及大豆三種植物蛋白質(zhì)混合組成的面食，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值則明顯提高。這種把幾種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低的蛋白質(zhì)，混合后使其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高的作用又稱為不同蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用。
3.蛋白質(zhì)工程及進(jìn)展
簡(jiǎn)單地講，蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和生物活力的作用機(jī)制之間的關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至于創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程在誕生之日起就與基因工程密不可分?；蚬こ淌峭ㄟ^基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步根據(jù)分子設(shè)計(jì)的方案，通過對(duì)天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來實(shí)現(xiàn)對(duì)其所編碼的蛋白質(zhì)的改造，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過改造的，具有了人類所需要的優(yōu)點(diǎn)的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)都是通過漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程自然選擇而來的，而蛋白質(zhì)工程對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，好比是在實(shí)驗(yàn)室里加快了的進(jìn)化過程，期望能更快、更有效地為人類的需要服務(wù)。
對(duì)蛋白質(zhì)的研究與改造：蛋白質(zhì)是重要的生物大分子，參與生命體系幾乎所有的過程。血紅蛋白在紅血球中載氧，膠原蛋白組成皮膚的大部分，各種酶催化生命活動(dòng)中眾多的反應(yīng)。具有如此繁多功能的蛋白質(zhì)，在組成和結(jié)構(gòu)上有一些規(guī)律，使得人們可以著手對(duì)它進(jìn)行研究和改造。蛋白質(zhì)都是由一類叫做氨基酸的小分子化合物構(gòu)成，這些氨基酸按特定的排列順序首尾相連，形成特定長(zhǎng)度的肽鏈。在生理?xiàng)l件下，由于肽鏈內(nèi)部相鄰氨基酸殘基之間的相互作用，以及在順序上相隔較遠(yuǎn)，但在空間上相互接近的氨基酸殘基之間的相互作用，使得肽鏈總是傾向于采取一種能量最低的空間結(jié)構(gòu)，來達(dá)到穩(wěn)定存在的形式。這樣的特定的空間結(jié)構(gòu)，與蛋白質(zhì)特有的功能密切相關(guān)。綜合上面所說的，可以發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是由其氨基酸的組成和排列順序決定的。有了這樣一個(gè)規(guī)律，就可以通過改變蛋白質(zhì)的氨基酸組成和排列順序來改變其空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的功能。
當(dāng)前，蛋白質(zhì)工程是發(fā)展較好、較快的分子工程。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)后，已可應(yīng)用高效的基因工程來進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。最早的蛋白工程是福什特（Forsht）等在1982～1985年間對(duì)酪氨酰－t－RNA合成酶的分子改造工作。他根據(jù)XRD（X射線衍射）實(shí)測(cè)該酶與底物結(jié)合部位結(jié)構(gòu)，用定位突變技術(shù)改變與底物結(jié)合的氨基酸殘基，并用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量所得變體酶的活性，深入探討了酶與底物的作用機(jī)制。佩里（Perry）1984年通過將溶菌酶中Ile（3）改成Cys（3），并進(jìn)一步氧化生成Cys（3）～Cys（97）二硫鍵，使酶熱穩(wěn)定性提高，顯著改進(jìn)了這種食品工業(yè)用酶的應(yīng)用價(jià)值。1987年福什特通過將枯草桿菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，而導(dǎo)致了活性中心His（64）質(zhì)子pKa從7下降到6，使酶在pH＝6時(shí)的活力提高10倍。工業(yè)用酶最佳pH的改變預(yù)示可帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。蛋白工程還可對(duì)酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、堿變性等加以改變。由此可以看出蛋白工程的威力及其光輝前景。上述各例是通過對(duì)關(guān)鍵氨基酸殘基的置換與增刪進(jìn)行蛋白工程的一類方法。另一類是以某個(gè)典型的折疊進(jìn)行“從頭設(shè)計(jì)”的方法。1988年杜邦公司宣布，成功設(shè)計(jì)并合成了由四段反平行α－螺旋組成為73個(gè)氨基殘基的成果。這顯示，按人們預(yù)期要求，通過從頭設(shè)計(jì)以折疊成新蛋白的目標(biāo)已是可望又可及了。預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的模型法，在奠定分子生物學(xué)基礎(chǔ)時(shí)起過重大作用。蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)，包含著關(guān)于高級(jí)結(jié)構(gòu)的信息這一點(diǎn)已日益明確。結(jié)合模型法，通過分子工程來預(yù)測(cè)高級(jí)結(jié)構(gòu)，已成為人們所矚目的問題了。
蛋白質(zhì)工程應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，如可開發(fā)多元疫苗，具有免疫調(diào)節(jié)機(jī)能和直接殺死癌細(xì)胞的新抗癌制劑，具高度選擇性的分離劑和附著劑，超穩(wěn)定并具有多種催化活性的酶，或者擴(kuò)大酶對(duì)pH、溫度及有機(jī)溶劑的適應(yīng)性，使之耐酸堿、耐高溫、不易變性或改變其異體蛋白的抗原性等等。
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1.核酸的發(fā)現(xiàn)
1868年，在德國(guó)化學(xué)家霍佩—賽勒（Hoppe－Seyler）的實(shí)驗(yàn)室里,有一個(gè)瑞士籍的研究生,名叫米舍爾（F.Miescher,1844～1895）,他在實(shí)驗(yàn)室所承擔(dān)的工作是研究膿血中細(xì)胞的化學(xué)成分。當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室附近有一家醫(yī)院,常常扔出許多帶膿血的繃帶,膿血里有與病菌“作戰(zhàn)”而死亡的白細(xì)胞以及其他死亡的人體細(xì)胞。米舍爾細(xì)心地用洗脫的辦法將繃帶上的膿血收集起來。他先用酒精把細(xì)胞中的脂肪性物質(zhì)去掉,然后用豬胃黏膜的酸性提取液（一種能除掉蛋白質(zhì)的胃蛋白酶粗制品）進(jìn)行處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的大部分被分解了,而細(xì)胞核只是縮小了一點(diǎn)兒,仍然保持完整。得到細(xì)胞核后,米舍爾對(duì)組成細(xì)胞核的物質(zhì)進(jìn)行了化學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)含有與細(xì)胞內(nèi)其他有機(jī)物明顯不同的物質(zhì),這種物質(zhì)的磷含量很高,遠(yuǎn)高于蛋白質(zhì),而且對(duì)蛋白酶有耐受性。米舍爾認(rèn)為這是一種新物質(zhì)?；襞濉惱债?dāng)時(shí)是生物化學(xué)界的權(quán)威,治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),他要在親自做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證米舍爾的工作后,才允許米舍爾發(fā)表這個(gè)成果?；襞濉惱沼媒湍讣?xì)胞做實(shí)驗(yàn),證實(shí)了米舍爾的發(fā)現(xiàn)。米舍爾將他發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)命名為“核素”。核素十分不穩(wěn)定,提取時(shí)必須非常小心,速度要快,還得保持很低的溫度。為了制備核素,米舍爾常常從清晨5：00就開始在低溫的房間里工作,這大大影響了他的健康。由于積勞成疾,他51歲就離開了人間。
霍佩—賽勒的另一個(gè)學(xué)生,德國(guó)的科塞爾（A.kossel,1853～1927）,發(fā)現(xiàn)核素是蛋白質(zhì)和核酸的復(fù)合物。他小心地水解核酸,得到了組成核酸的基本成分：鳥嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶,還有些具有糖類性質(zhì)的物質(zhì)和磷酸。確定了核酸這個(gè)生物大分子的組成之后,隨之而來的問題是這些物質(zhì)在大分子中的比例,它們之間是如何連接的。斯托伊德爾（H.Steudel）找到了前一個(gè)問題的答案。通過分析,他發(fā)現(xiàn)單糖、每種嘌呤或嘧啶堿基、磷酸的比例為1∶1∶1。限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，后一個(gè)問題沒有完全解決，科塞爾及其同事只是發(fā)現(xiàn),如果小心地水解核酸,糖基團(tuán)與含氮的基團(tuán)是連在一起的。科塞爾還對(duì)核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)合方式進(jìn)行了研究。他發(fā)現(xiàn)有些物種的核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合比較緊密,有些則比較松散?？迫麪栆蚱湓诤怂峄瘜W(xué)領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作,榮獲1910年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
1911年,科塞爾的學(xué)生列文（P.A.T.Le－vine,1869～1940）對(duì)核酸做了進(jìn)一步的研究。他證明核酸所含的糖類由5個(gè)碳原子組成,并將這種糖類命名為核糖。當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩種不同的核酸,列文找到了它們之間的區(qū)別：它們中的五碳糖不同。另一種糖類比核糖少一個(gè)氧原子,稱為脫氧核糖。兩種核酸也由原來的名字改為核糖核酸和脫氧核糖核酸。1934年,列文發(fā)現(xiàn)核酸可被分解成含有一個(gè)嘌呤、一個(gè)核糖或脫氧核糖和一個(gè)磷酸的片段，這樣的組合叫核苷酸。他認(rèn)為核苷酸是由五碳糖與磷酸基團(tuán)組成的長(zhǎng)鏈,每一個(gè)五碳糖上再接一個(gè)堿基。列文認(rèn)為這些堿基可能以一種非常簡(jiǎn)單的方法排列,如12341234等,每個(gè)數(shù)字代表一種特定的堿基。這個(gè)模型后來被稱為核酸結(jié)構(gòu)的四核苷酸假說。列文雖然沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng),但他的貢獻(xiàn)有目共睹,并將永遠(yuǎn)留在核酸化學(xué)的歷史中。
弄清物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最終證明是成功地合成出這種物質(zhì)。核酸的結(jié)構(gòu)問題很復(fù)雜,糖類和堿基都是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的組分,有多種連接的可能,而且還有磷酸基團(tuán)的連接問題。英國(guó)生物化學(xué)家托德（A.R Todd）成功地合成了核苷酸,并于1955年成功合成了二核苷酸。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸輔酶方面的貢獻(xiàn)而獲得1957年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
2.核酸的分離和提純
研究核酸首先要對(duì)其進(jìn)行分離和提純。制備核酸要注意防止核酸的降解和變性,盡量保持其在生物體內(nèi)的天然狀態(tài)。早期研究時(shí),由于受到方法上的限制,得到的樣品往往是一些降解產(chǎn)物。要制備天然狀態(tài)的核酸,必須在溫和的條件下進(jìn)行,防止過酸、過堿,避免劇烈攪拌,尤其是防止核酸酶的作用。
真核生物中的染色體DNA與組蛋白結(jié)合成核蛋白（DNP）,存在于核內(nèi)。DNP溶于水和濃鹽溶液（如質(zhì)量濃度為1 mol/L的NaCl溶液）,但不溶于質(zhì)量濃度為0.14 mol/L的NaCl溶液。利用這一性質(zhì),可將細(xì)胞破碎后用濃鹽溶液提取,然后用水稀釋至0.14 mol/L,使DNP纖維沉淀出來,纏繞在玻璃棒上,再經(jīng)多次溶解和沉淀以達(dá)到純化目的。苯酚是很強(qiáng)的蛋白質(zhì)變性劑,可用苯酚抽提,除去蛋白質(zhì)。用水飽和的苯酚與DNP一起振蕩,冷凍離心,DNA溶于上層水相,不溶性變性蛋白質(zhì)，殘留物位于中間界面,一部分變性蛋白質(zhì)停留在酚相。如此操作反復(fù)多次以除凈蛋白質(zhì)。將含DNA的水相合并,在有鹽存在的條件下加2倍體積冷的乙醇,可將DNA沉淀出來。再用乙醚和乙醇洗滌沉淀,用這種方法可以得到純的DNA。
RNA比DNA更不穩(wěn)定,而且RNase又無處不在,因此RNA的分離更為困難。制備RNA通常需要注意3點(diǎn)：（1）所有用于制備RNA的器具必須滅菌；（2）在破碎細(xì)胞的同時(shí)加入強(qiáng)變性劑使RNase失活；（3）在RNA的反應(yīng)體系中加入RNase的抑制劑。目前最常用的制備RNA的方法有兩種：（1）用酸性鈲鹽/苯酚/氯仿抽提。鈲是極強(qiáng)烈的蛋白質(zhì)變性劑,它幾乎使所有遇到的蛋白質(zhì)都變性。用苯酚和氯仿多次除凈蛋白質(zhì)。此法用于小量制備RNA。（2）用鈲鹽/氯化銫將細(xì)胞抽提物進(jìn)行密度梯度離心。蛋白質(zhì)在最上層,DNA位于中間,RNA沉在底部。此法可制備較大量高純度的天然RNA。不同功能RNA常分布于細(xì)胞的不同部位,分離這些RNA常常先用差速離心法,將細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、細(xì)胞質(zhì)等各部分分開,再從這些部分中分離出RNA。
3.核酸中核苷酸的連接方式
核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子,無分支結(jié)構(gòu)。核酸中的核苷酸以磷酸二酯鍵彼此相連。DNA中的脫氧核糖核苷酸，通過3′,5′－磷酸二酯鍵連接起來,形成直線形或環(huán)形多聚體（如圖2－3－2）。組成RNA的核苷酸也是以3′,5′－磷酸二酯鍵彼此連接起來的。（如圖2－3－3）
圖2－3－2 DNA中多核苷酸鏈 圖2－3－3 RNA
的一個(gè)小片段及縮寫符號(hào) 分子中一小段結(jié)構(gòu)
A.DNA中多核苷酸鏈的一個(gè)小片段；
B.為豎線式縮寫；
C.為文字式縮寫。
4.法醫(yī)DNA指紋技術(shù)
法醫(yī)DNA指紋技術(shù)的檢驗(yàn)開辟了生物物證檢驗(yàn)的新領(lǐng)域，使法醫(yī)學(xué)上的個(gè)人識(shí)別和親子鑒定等難題達(dá)到個(gè)人同一認(rèn)定的水平。該技術(shù)在法醫(yī)DNA分析領(lǐng)域內(nèi)的非同位素標(biāo)記探針、DNA擴(kuò)增、STR位點(diǎn)的復(fù)合擴(kuò)增、mtDNA的測(cè)序分析、小衛(wèi)星區(qū)域DNA的數(shù)字編碼、人類串聯(lián)重復(fù)寡核苷酸探針等方面取得的成果，提高了我國(guó)法醫(yī)DNA分析水平，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先或國(guó)際先進(jìn)水平。
該技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用以來，已檢案3 000余起。為一大批重大疑難案件的偵破提供了科學(xué)依據(jù)。該技術(shù)解決了微量血液、血斑及毛干指甲等特殊生物物證檢材的法醫(yī)DNA檢驗(yàn)難題，最少檢測(cè)量達(dá)到相當(dāng)于0.02 μL血液、0.1 cm毛干，0.1立方毫米指甲；建立了短串聯(lián)重復(fù)序列（STRS）復(fù)合擴(kuò)增及擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性研究的實(shí)驗(yàn)方法，適用于極微量檢材及腐敗檢材；建立了小衛(wèi)星MS32MVR—PCR方法，靈敏度極高，識(shí)別率達(dá)4.09×10－18，可進(jìn)行個(gè)人同一認(rèn)定，提供了一種親權(quán)鑒定的方法，解決了微量生物物證個(gè)人同一認(rèn)定問題；自行設(shè)計(jì)合成寡核苷酸重復(fù)序列片段，以PCR方法制備多聚體探針，經(jīng)基因組DNA指紋分析，獲得可檢測(cè)基因組 DNA高度多態(tài)性的新探針，該技術(shù)能起到認(rèn)定罪犯的作用，在偵察破案中意義重大，在實(shí)際辦案中顯示了巨大的社會(huì)效益。（摘自http：//www.wiseman.com.cn）
5.生物特征指紋識(shí)別
指紋是指人類手指上出現(xiàn)的條狀紋路。它們的形成依賴于胚胎發(fā)育時(shí)的環(huán)境?！皼]有兩個(gè)完全相同的指紋”這一觀點(diǎn)已經(jīng)得到公認(rèn)。指紋識(shí)別已經(jīng)有了很長(zhǎng)一段時(shí)間的歷史。目前，指紋鑒定已經(jīng)被官方所接受在法律界成為一種有效的身份鑒定手段。全球范圍內(nèi)都建立了指紋鑒定機(jī)構(gòu)以及罪犯指紋數(shù)據(jù)庫。作為最傳統(tǒng)、最成熟的生物鑒定方式，指紋有如下兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：
（1）穩(wěn)定性：指紋具有很強(qiáng)的相對(duì)穩(wěn)定性。從胎兒六個(gè)月指紋完全形成到尸體腐爛，指紋紋線類型、結(jié)構(gòu)、統(tǒng)計(jì)特征的總體分布等始終沒有明顯變化。盡管隨著年齡的增大，指紋在外形大小，紋線粗細(xì)上會(huì)產(chǎn)生一些變化，局部紋線上也可能出現(xiàn)新的特征。但從總體上看，指紋是相對(duì)穩(wěn)定的：即使手指皮膚受傷，只要不傷及真皮層，傷愈后紋線仍能恢復(fù)原狀；如果傷及真皮，傷愈后形成的傷疤雖然破壞了紋線，但傷疤本身也形成了新的穩(wěn)定特征。
（2）獨(dú)特性：指紋具有明顯的獨(dú)特性。至今仍找不出兩個(gè)指紋完全相同的人。由于皮膚表皮上的紋路是在胎兒六個(gè)月的時(shí)候形成的，因此同卵雙胞胎的指紋也是不相同的。不僅是人與人之間，同一個(gè)人的十指指紋也有明顯的區(qū)別。根據(jù)指紋學(xué)理論，兩枚指紋匹配上12個(gè)特征的幾率為10～50，指紋最多可以用來區(qū)分1 096個(gè)人。指紋的這一特點(diǎn)，為指紋用于身份鑒定提供客觀依據(jù)。
基于指紋的身份鑒別系統(tǒng)是典型的模式識(shí)別系統(tǒng)。它包含兩個(gè)主要的模塊：訓(xùn)練模塊和鑒別模塊（鑒定或識(shí)別）。訓(xùn)練模塊采集指紋數(shù)據(jù)，提取代表這些數(shù)據(jù)的特征，將特征和相關(guān)的身份信息存入數(shù)據(jù)庫；鑒別模塊采集待識(shí)別樣本的生物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提取特征，然后在數(shù)據(jù)庫中根據(jù)提取的特征進(jìn)行檢索，找到最佳匹配（鑒定模式）或者根據(jù)用戶所宣稱的身份，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的特征，決定它們是否匹配。圖2－3－4給出了一個(gè)典型的基于指紋統(tǒng)計(jì)特征的身份鑒別系統(tǒng)。
圖2－3－4 基于指紋的鑒別系統(tǒng)
指紋身份鑒別系統(tǒng)有兩種工作模式：鑒定模式和識(shí)別模式。身份鑒定是指確認(rèn)用戶聲稱的身份是否與其真實(shí)身份一致，即回答“我是某人嗎”的問題；身份識(shí)別是指識(shí)別出用戶的真實(shí)身份，即回答“我是誰”的問題。
手指表面的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路就是指紋。從生理上看，紋路是手指皮膚的凸起的部分（脊），紋路之間是凹下的部分（谷）。因此，理想的指紋圖像是一幅黑白相間的二值圖像。但是，由于指紋通常是用按壓的方式得到的，因此油墨不均勻、紙張不均勻、按壓的壓力不均勻、按壓的位置和方向不同、手指的狀況以及皮膚的變形等等都會(huì)導(dǎo)致指紋圖像不理想。通過掃描儀或者攝像機(jī)進(jìn)行數(shù)字化的時(shí)候，由于光照的影響，也會(huì)引入各種噪聲。這些因素都使得灰度圖像不能直接用來匹配。因此，有必要選擇合適的特征來描述指紋。
為了使指紋身份鑒別系統(tǒng)能工作，指紋的特征（表示）應(yīng)具有如下性質(zhì)：
（1）保持指紋的獨(dú)特性。
（2）易于進(jìn)行匹配；
（3）對(duì)噪聲具有一定的魯棒性，對(duì)旋轉(zhuǎn)、平移和變形具有不變性；
（4）對(duì)不完整指紋具有魯棒性；
通常采用的有兩種層次的結(jié)構(gòu)特征：
全局特征：全局特征描述的是指紋的全局紋路結(jié)構(gòu)，具體如下：
（1）弓型（Arch）：平弓型（PlainArch），帳弓型（TentedArch）；
（2）箕型（Loop）：放射性箕型（RadialLoop），尺骨狀箕（UlnarLoop）；
（3）斗型（Whorl）：平斗型（PlainWhorl），中心對(duì)稱箕（Centralpocketloop），雙箕型（DoubleLoop）；
（4）雜型。
局部特征：端點(diǎn)和分叉點(diǎn)是最常用的指紋局部結(jié)構(gòu)特征，也稱為細(xì)節(jié)特征。采用這種特征的一個(gè)例子是細(xì)節(jié)—坐標(biāo)模型，即使用指紋的細(xì)節(jié)點(diǎn)及其坐標(biāo)和其他一些特征來描述指紋。
對(duì)于指紋身份鑒定，特別是現(xiàn)場(chǎng)的模糊指紋進(jìn)行認(rèn)定的時(shí)候所使用的信息是細(xì)節(jié)特征點(diǎn)，如小橋、環(huán)、分叉點(diǎn)、三角點(diǎn)和端點(diǎn)。人們根據(jù)紋路的局部結(jié)構(gòu)特征共定義了大概150多種細(xì)節(jié)特征。
目前指紋識(shí)別已進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，因?yàn)橹讣y識(shí)別技術(shù)在所有生物特征識(shí)別技術(shù)中性能價(jià)格比最好。指紋門禁系統(tǒng)、指紋考勤系統(tǒng)是基于指紋的身份鑒別技術(shù)最直接的應(yīng)用成果，已有一些產(chǎn)品將指紋錄入儀內(nèi)更加方便，相信在不久的將來，隨著網(wǎng)絡(luò)化的更加普及，指紋識(shí)別的應(yīng)用將更加廣泛。（摘自http：//health. sohu.com/）
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1.糖類概述
糖類廣泛地存在于生物界,特別是植物界。按干重計(jì),糖類占植物體的85%～90%,占細(xì)菌的10%～30%,在動(dòng)物體所占比例小于2%。動(dòng)物體內(nèi)糖類的含量雖然不多,但其生命活動(dòng)所需要能量主要來源于糖類。糖類是地球上數(shù)量最多的一類有機(jī)化合物。地球生物量干重的50%以上是由葡萄糖的聚合物構(gòu)成的。地球上糖類的根本來源是綠色植物進(jìn)行的光合作用。
大多數(shù)糖類只由碳、氫、氧三種元素組成,其實(shí)驗(yàn)式為（CH2O）n或Cn（H2O）m。其中氫和氧的原子數(shù)比例是2∶1,猶如水分子中氫和氧之比,因此過去曾誤認(rèn)為這類物質(zhì)是碳（carbon）的水合物（hydrate）,碳水化合物（carbohydrate）也因之而得名。但后來發(fā)現(xiàn)有些糖類,如脫氧核糖（C5H10O4）,它們的分子中H、O之比并非2∶1；而一些非糖物質(zhì),如甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）和乳酸（C3H6O3）等,它們的分子中H、O之比卻都是2∶1,所以大家認(rèn)為“碳水化合物”這一名稱并不恰當(dāng)。為此,1927年國(guó)際化學(xué)名詞重審委員會(huì)曾建議用“糖族（glucide）”一詞代替“碳水化合物”。但由于“碳水化合物”這一名稱沿用已久,至今西文中仍廣泛使用它。漢語中“糖類”和“碳水化合物”兩詞通用,但以前者居多。
糖類從化學(xué)角度看,是多羥基的醛或多羥基的酮。大家熟悉的葡萄糖和果糖,結(jié)構(gòu)式如下圖：

D－葡萄糖 D－果糖
葡萄糖含6個(gè)碳原子、5個(gè)羥基和1個(gè)醛基,稱己醛糖；果糖含6個(gè)碳原子、5個(gè)羥基和1個(gè)酮基,稱己酮糖。淀粉和纖維素也屬于糖類,它們是由多個(gè)葡萄糖分子縮合而成的聚合物。此外,像N－乙酰葡糖胺、果糖－1,6－二磷酸這樣一些糖類的衍生物也歸入糖類。因此,從化學(xué)本質(zhì)給糖類下一個(gè)定義應(yīng)該是：糖類是多羥醛、多羥酮或其衍生物,或水解時(shí)能產(chǎn)生這些化合物的物質(zhì)。
糖類是細(xì)胞中非常重要的一類有機(jī)化合物。其作用主要有以下幾個(gè)方面。
作為生物體的結(jié)構(gòu)成分 植物的根、莖、葉含有大量的纖維素、半纖維素和果膠物質(zhì)等,這些物質(zhì)構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分。肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)多糖。昆蟲和甲殼動(dòng)物的外骨骼也是糖類，稱殼多糖。
作為生物體內(nèi)的主要能源物質(zhì) 糖類在生物體內(nèi)（或細(xì)胞內(nèi)）通過生物氧化釋放出能量,供給生命活動(dòng)的需要。生物體內(nèi)作為能源儲(chǔ)存的糖類有淀粉、糖元等。
在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì) 有些糖類是重要的中間代謝產(chǎn)物,糖類通過這些中間產(chǎn)物為合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。
作為細(xì)胞識(shí)別的信息分子 糖蛋白是一類在生物體內(nèi)分布極廣的復(fù)合糖。它們的糖鏈可能起著信息分子的作用。細(xì)胞識(shí)別、免疫、代謝調(diào)控、受精作用、個(gè)體發(fā)育、癌變、衰老、器官移植等，都與糖蛋白的糖鏈有關(guān)。
2.糖蛋白
糖蛋白是一類復(fù)合糖或一類結(jié)合蛋白質(zhì)。糖蛋白中的糖鏈很少含多于15個(gè)單糖單位的,因此糖鏈也稱寡糖鏈或聚糖鏈。
許多膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。細(xì)胞膜中的免疫球蛋白、病毒和激素等的膜受體也常是糖蛋白；消化道上皮細(xì)胞分泌的黏液主要成分是糖蛋白；從細(xì)胞分泌到胞外體液中的蛋白質(zhì)也多是糖蛋白,這些糖蛋白包括血液中存在的激素蛋白、血漿蛋白等。作為胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì),膠原蛋白,也是糖蛋白。糖蛋白和糖脂中的糖鏈序列是多變的,結(jié)構(gòu)信息豐富，甚至超過核酸和蛋白質(zhì)。
糖蛋白的糖鏈參與肽鏈的折疊和締合；參與糖蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌；還參與分子識(shí)別和細(xì)胞識(shí)別,這可能是它最重要的生物學(xué)作用。分子識(shí)別是通過兩個(gè)分子各自的結(jié)合部位來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)合部位結(jié)構(gòu)互補(bǔ)，相應(yīng)的基團(tuán)間產(chǎn)生足夠的作用力,使兩個(gè)分子結(jié)合在一起。分子識(shí)別是一種普遍的生物學(xué)現(xiàn)象。糖鏈、蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)各自間以及它們相互之間都存在分子識(shí)別。細(xì)胞識(shí)別實(shí)際上就是細(xì)胞表面分子的相互識(shí)別。例如,哺乳動(dòng)物的卵細(xì)胞外面有一層透明的糖蛋白外衣,號(hào)稱透明帶,由三種糖蛋白組成,糖鏈能被精子表面的受體識(shí)別，精卵識(shí)別引發(fā)精子頭部釋放蛋白酶和透明質(zhì)酸酶,使透明帶水解,精子和卵細(xì)胞的細(xì)胞膜融合,精子核進(jìn)入卵細(xì)胞內(nèi)。
3.糖類的甜度和溶解度
嚴(yán)格地說,甜度不屬于糖類的物理性質(zhì),它屬于一種感覺。甜度通常用蔗糖作為參照物,以它為100,葡萄糖是70,麥芽糖是35,乳糖是16。果糖的甜度幾乎是蔗糖的兩倍,其他天然糖的甜度都小于蔗糖。
糖精是一類低熱量或無熱量的非糖增甜劑。糖精是人工合成的,甜度為50 000。糖精問世已有百余年。在糖精之后還合成了多種增甜劑,后來人們發(fā)現(xiàn)不少合成增甜劑對(duì)哺乳動(dòng)物有致癌和致畸作用,多數(shù)合成增甜劑已被禁用。蛇菊苷和應(yīng)樂果甜蛋白是非糖天然增甜劑,前者存在于原產(chǎn)南美洲巴拉圭的一種菊科植物,后者存在于原產(chǎn)西非尼日利亞的一種植物。非糖增甜劑可作為糖尿病、心血管病、肥胖癥和高血壓患者的醫(yī)療食品添加劑。
除甘油醛微溶于水外,其他單糖均易溶于水,特別是在熱水中溶解度極大。單糖微溶于乙醇,不溶于乙醚、丙酮等非極性有機(jī)溶劑。蔗糖的溶解度很大；乳糖的溶解度遠(yuǎn)比蔗糖小；麥芽糖的溶解度比蔗糖小,比乳糖大。
4.脂質(zhì)概述
脂質(zhì)（lipid,也譯為脂類或類脂）,是一類低溶于水而溶于非極性溶劑的生物有機(jī)分子。大多數(shù)脂質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是脂肪酸和醇所在形成的酯類及其衍生物。脂質(zhì)的元素組成主要是碳、氫、氧,有的還含有氮、磷、硫。
脂質(zhì)按化學(xué)組成,大體可分為三大類。
單純脂質(zhì) 由脂肪酸和甘油形成的酯。包括三酰甘油（或稱甘油三酯）和蠟。
復(fù)合脂質(zhì) 除了含有脂肪酸和醇外,還有其他非脂成分。磷脂的非脂成分是磷酸和含氮堿（如膽堿、乙醇胺）,糖脂的非脂成分是糖類。
衍生脂質(zhì) 由單純脂質(zhì)或復(fù)合脂質(zhì)衍生而來或與之關(guān)系密切,但也具有脂質(zhì)的一般性質(zhì)。（1）取代烴,主要是脂肪酸及其堿性鹽（皂）和高級(jí)醇,少量脂肪醛、脂肪胺和烴；（2）固醇類（甾類）,包括固醇、性激素、腎上腺皮質(zhì)激素等；（3）萜,包括許多天然色素（如胡蘿卜素）、香精油、天然橡膠等；（4）其他脂質(zhì)，如維生素A、D、E、K,脂多糖、脂蛋白等。
脂質(zhì)的生物學(xué)功能也和它們的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)一樣,是極其多種多樣的。按照脂質(zhì)的生物學(xué)功能,可以把脂質(zhì)分為三大類。
儲(chǔ)存脂質(zhì) 包括三酰甘油和蠟。在大多數(shù)真核細(xì)胞中,三酰甘油以微小的油滴形式存在于胞質(zhì)溶膠中。脊椎動(dòng)物的脂肪細(xì)胞儲(chǔ)存大量的三酰甘油，幾乎充滿了整個(gè)細(xì)胞。許多植物的種子中存在三酰甘油,為種子萌發(fā)提供能量和合成前體。很多生物中油脂是能量的主要儲(chǔ)存形式,三酰甘油是疏水的,因此有機(jī)體不必?cái)y帶像儲(chǔ)存多糖所攜帶的結(jié)合水。肥胖人的脂肪組織中積儲(chǔ)的三酰甘油可達(dá)15～20 kg,足以供應(yīng)一個(gè)月所需的能量。然而人體以糖元形式儲(chǔ)存的能量不夠一天的需要。當(dāng)然葡萄糖和糖元也有優(yōu)點(diǎn),易溶于水,能快速提供代謝所需的能量。某些動(dòng)物儲(chǔ)存在皮下的三酰甘油不僅作為能儲(chǔ),而且作為抗低溫的絕緣層。海豹、海象、企鵝和其他的南北極溫血?jiǎng)游锏纳眢w里都填充著大量的三酰甘油。冬眠動(dòng)物如熊,在冬眠前積累大量脂肪也用作能儲(chǔ)。人和動(dòng)物的皮下和腸系膜脂肪組織還起防震的填充物作用。
在海洋的浮游生物中,蠟是代謝燃料的主要儲(chǔ)存形式。蠟還有其他功能,這與它排斥水和具有高稠度的性質(zhì)有關(guān)。脊椎動(dòng)物的某些皮膚腺分泌蠟以保護(hù)毛發(fā)和皮膚,使之柔韌、潤(rùn)滑并防永。鳥類,特別是水禽,從它們的尾羽腺分泌蠟使羽毛能防水。冬青、杜鵑和許多熱帶植物的葉覆蓋著一層蠟,以防寄生物侵襲和水分的過度蒸發(fā)。
結(jié)構(gòu)脂質(zhì) 各種生物膜的骨架是由磷脂類構(gòu)成的脂雙層,參與脂雙層構(gòu)成的膜脂還有固醇和糖脂。脂雙層的表面是親水的,內(nèi)部是疏水的。脂雙層有屏障作用,使膜兩側(cè)的親水性物質(zhì)不能自由通過,這對(duì)維持細(xì)胞正常的結(jié)構(gòu)和功能是很重要的。
活性脂質(zhì) 具有專一的重要生物活性,包括數(shù)百種類固醇和萜,如雄性激素、雌性激素和腎上腺皮質(zhì)激素等類固醇激素,以及對(duì)人和動(dòng)物體的正常生長(zhǎng)所必需的維生素A、D、E、K,多種光合色素等。
5.三酰甘油
動(dòng)植物油脂的化學(xué)本質(zhì)是?；视?其中主要是三酰甘油,常溫下呈液態(tài)的酰基甘油稱油（oil）,呈固態(tài)的稱脂（fat）。植物性?；视投酁橛停煽芍猓?動(dòng)物性?；视投酁橹~油例外）。
純的三酰甘油是無色、無臭、無味的稠性液體或蠟狀固體。天然油脂的顏色來自溶于其中的色素物質(zhì)（如類胡蘿卜素）；氣味一般是由非油脂成分引起的。三酰甘油的密度均小于1 g/cm3。三酰甘油不溶于水,略溶于低級(jí)醇,易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非極性有機(jī)溶劑。
天然油脂長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味,這種現(xiàn)象稱為酸敗。酸敗的原因主要是油脂的不飽和成分發(fā)生自動(dòng)氧化,產(chǎn)生過氧化物并進(jìn)而降解成揮發(fā)性醛、酮、酸的復(fù)雜混合物。其次是微生物的作用,它們把油脂分解為游離的脂肪酸和甘油,一些低級(jí)脂肪酸本身就有臭味,而且脂肪酸經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)也產(chǎn)生揮發(fā)性的低級(jí)酮,甘油可被氧化成具有異臭的1，2－環(huán)氧丙醛。為了防止自動(dòng)氧化,可在新鮮油脂和含油脂食物中加入天然的或合成的抗氧化劑。植物油的抗自動(dòng)氧化能力比動(dòng)物油脂強(qiáng),就是因?yàn)榇嬖谔烊坏目寡趸瘎?。此?排除氧氣（真空、充氮）,降低溫度（冷藏）,消除其他促進(jìn)自動(dòng)氧化的因素，也能防止和延緩酸敗發(fā)生。
●備課資料
1.自由水、結(jié)合水和代謝水
自由水是指在生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)可以自由流動(dòng)的水，是良好的溶劑和運(yùn)輸工具。如人和動(dòng)物血液中含水83％，多為自由水，可把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送到各個(gè)細(xì)胞，又把細(xì)胞產(chǎn)生的代謝廢物運(yùn)到排泄器官。它的數(shù)量制約著細(xì)胞的代謝強(qiáng)度。如呼吸速度、光合速度、生長(zhǎng)速度等。自由水占總含水量百分比越大則代謝越旺盛。
結(jié)合水是指在細(xì)胞內(nèi)與其他物質(zhì)結(jié)合在一起的水。水是極性分子，氧側(cè)帶部分負(fù)電荷，氫側(cè)帶部分正電荷，因此水分子很容易與其他極性分子間形成氫鍵。如氨基、羧基、羥基等均可與水結(jié)合，成為結(jié)合水。所有這些水不再能溶解其他物質(zhì)，較難流動(dòng)。如心肌含水79％，與血液含水量相差不多，但所含的水均為結(jié)合水，故呈堅(jiān)實(shí)的形態(tài)。結(jié)合水不參與代謝作用，然而植物中結(jié)合水的含量與植物抗性大小有密切關(guān)系。即使干燥的成熟種子也保持約25％左右的水即結(jié)合水，這時(shí)原生質(zhì)呈半凝固的凝膠狀態(tài)，生理活性降到最低程度，但原生質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)還可以保持并可抵抗干旱和寒冷等不良環(huán)境。另外，據(jù)對(duì)人和動(dòng)物的研究發(fā)現(xiàn)，人和動(dòng)物的年齡愈大，細(xì)胞中的結(jié)合水愈少，生病時(shí)，結(jié)合水也有變化。自由水和結(jié)合水的區(qū)分不是絕對(duì)的，兩者在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。如血液凝固時(shí)，自由水就變成了結(jié)合水。
代謝水是指糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化時(shí)產(chǎn)生的水。每100 g糖氧化時(shí)可產(chǎn)生55 mL水；每100 g脂肪氧化時(shí)可產(chǎn)生107 mL水；而100 g蛋白質(zhì)可產(chǎn)生41 mL水。普通食譜中每418.4 J熱量的食物代謝后產(chǎn)生12 mL水，通常成人每天需進(jìn)食10 460 J熱量的混合性食物，這樣每天約產(chǎn)生300 mL代謝水。雞胚在封閉的蛋殼內(nèi)發(fā)育成小雞所需的水全是代謝水。
2.陽離子在細(xì)胞中的作用
離子種類
在細(xì)胞中的作用
Fe2+或Fe3+
血紅蛋白、細(xì)胞色素、過氧化物酶和鐵蛋白的組成成分
Na+
維持膜電位
K+
參與蛋白質(zhì)合成和某些酶促合成
Mg2+
葉綠素、磷酸酶、Na—K泵
Mn2+
肽酶
Cu2+
酪氨酸酶、抗壞血酸氧化酶
Co2+
肽酶
Mo2+
硝酸還原酶、黃嘌呤氧化酶
Ca2+
鈣調(diào)素、肌動(dòng)球蛋白、ATP酶
3.水適于作生物體進(jìn)行生命活動(dòng)的介質(zhì)的理化性質(zhì)
（1）水分子是極性分子，在水分子中氧的一端帶有負(fù)電，氫的一端帶有正電，每個(gè)水分子的氧都和它周圍的另一些水分子的帶正電的氫相吸引而形成氫鍵。這種氫鍵很脆弱，并且很快就斷開，每一氫鍵只能保持10－10～10－11s。但斷得快形成得也快，總的結(jié)果是水分子總是以不穩(wěn)定的氫鍵形成一片，水的這一特性使水分子有較強(qiáng)的內(nèi)聚力和表面張力。由于內(nèi)聚，水就可以在根、莖、葉的導(dǎo)管中形成連續(xù)的水柱，從而可以從根部一直上升到參天大樹的樹梢。由于有較高的表面張力，所以水蠅等昆蟲能在水面上行走。由于水分子的極性，它可以和多種極性分子和極性表面結(jié)合，這就是水的附著力，也是細(xì)胞內(nèi)存在結(jié)合水的主要原因。
（2）水是一種極性分子使水成為一種良好的溶劑。生命系統(tǒng)中很多分子都是電解質(zhì)或是極性分子，如小分子的糖類、氨基酸等都能溶于水，水也由此而成為生命系統(tǒng)中各化學(xué)反應(yīng)的原理想介質(zhì)。沒有極性的分子，如脂類分子不溶于水，它們是生物膜的主要成分，由于它們的疏水性，膜才能存在而不被水溶解。
（3）水的比熱在自然界中是最高的，為1，即1 g水上升1 ℃需4.184 J熱量。而1 g空氣上升1 ℃只需1.046 J熱量就行了。由于水能在溫度升高時(shí)吸收較多的熱量，這就使細(xì)胞的溫度和代謝速率得以保持穩(wěn)定。水生生物還可以由于水的這一特性而不至于遭到水溫急劇變化的沖擊。水的蒸發(fā)熱也高，1 g液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水需要2 259.36 J，這一特性對(duì)生物的活動(dòng)也是有利的，我們夏天出汗，汗水蒸發(fā)吸熱多，有利于維持體溫。植物在高溫的夏季仍能保持低體溫，就是由于水分子大量蒸發(fā)之故。提高水溫和水的汽化都必須打開氫鍵，使水分子能自由運(yùn)動(dòng)，而打開氫鍵是需要能量的。
（4）由于水溶液的流動(dòng)性大，水在生物體內(nèi)還起到運(yùn)輸物質(zhì)的作用，將吸收來的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)組織中去，并將組織中產(chǎn)生的廢物運(yùn)輸?shù)脚判蛊鞴伲懦鲶w外。
（5）水還有一個(gè)重要的特點(diǎn)，固態(tài)的水（冰）密度比液態(tài)的水密度低。水溫降低時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)變慢，分子間距離縮小，水密度增大。在水溫降至4 ℃時(shí)，分子間距離最小，分子運(yùn)動(dòng)最慢，各分子間幾乎都能和另外4個(gè)水分子形成氫鍵。水溫如再下降，各水分子間距離彼此又稍稍離開以保持最大數(shù)量的氫鍵存在。水溫降至0 ℃時(shí)，水分子互以氫鍵相連而結(jié)冰，但體積略大于等量的液態(tài)水，密度也低于液態(tài)水而漂浮于水的表層。這一特性對(duì)水生生物至關(guān)重要。若冰的密度大，沉入水底，上面的水又層層結(jié)冰而下沉，水生生物將無存身之處，冰浮在表面，正好成為一層絕緣層，使下面的水保持在冰點(diǎn)以上，水生生物可生活于其中。此外，結(jié)冰時(shí)散熱，冰融化吸熱，這一過程有緩沖水溫變化的作用，也有利于生物的生存。
（6）水的電離：水的一部分分子可解離成H+和OH－，H2O H+＋OH－。這樣寫只是為了方便，實(shí)際上水并不解離為游離的H+，而是水分子中的一個(gè)氫質(zhì)子脫離它外周的電子而跳躍到另一個(gè)水分子上去，結(jié)果2個(gè)水分子產(chǎn)生一個(gè)帶正電的H3O+和一個(gè)帶負(fù)電的OH－。H2O＋H2OH3O+＋OH－，純水在25 ℃時(shí)，H+和OH－的濃度是一樣的，都為1.0×10－7 mol·L－1。pH是以mol·L－1為單位的氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。所以純水的pH=7，為中性。生物體內(nèi)大多數(shù)的生物化學(xué)反應(yīng)是在中性的環(huán)境中進(jìn)行的。
本章自我檢測(cè)詳解
一、概念檢測(cè)
判斷題
1.√（組成細(xì)胞的化學(xué)元素，在無機(jī)自然界里都能找到，沒有一種化學(xué)元素為細(xì)胞所特有）
2.×（能夠?yàn)榧?xì)胞的生命活動(dòng)提供能量的能源物質(zhì)主要有糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等，而核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)，不是能源物質(zhì)）
3.×（細(xì)胞中含量最多的物質(zhì)是水）
4.√（蛋白質(zhì)在細(xì)胞中承擔(dān)的功能多種多樣。結(jié)構(gòu)蛋白是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，蛋白質(zhì)還有催化作用、運(yùn)輸作用、傳遞信息、調(diào)節(jié)機(jī)體生命活動(dòng)、免疫功能等。一切生命活動(dòng)都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者）
5.×（核酸包括DNA和RNA兩種類型。DNA主要存在細(xì)胞核內(nèi)，RNA主要存在細(xì)胞質(zhì)中）
6.×（膽固醇是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分，參與血脂的運(yùn)輸。膽固醇含量過高才對(duì)生物體有害）
選擇題
1.A（蔗糖和麥芽糖是植物細(xì)胞含有的糖類，乳糖是動(dòng)物細(xì)胞所含有的糖類，而葡萄糖是動(dòng)植物細(xì)胞共有的糖類）
2.B（脫氧核糖核酸（DNA）的基本組成單位是脫氧核苷酸）
3.D（糖類、脂肪都只含有C、H、O三種元素。胰島素是一種蛋白質(zhì)，含有C、H、O、N四種化學(xué)元素）
4.A（酷暑使在室外作業(yè)的人們大量出汗，排出過多的無機(jī)鹽，導(dǎo)致體內(nèi)的水鹽平衡和酸堿平衡失調(diào)，應(yīng)多喝淡鹽水）
畫概念圖
二、知識(shí)遷移
自由水 結(jié)合水 自由水
三、技能應(yīng)用
20種氨基酸在形成肽鏈時(shí)可以有不同的序列,這是肽鏈形式多樣的主要原因。用數(shù)學(xué)的排列組合方式可以解釋,假若一段只有20個(gè)氨基酸的肽鏈,那么由于不同的排列組合可以形成的肽鏈形式就有2020種之多。更何況肽鏈中的氨基酸數(shù)目遠(yuǎn)不止20個(gè),通常是成百上千,可以想象形成的肽鏈形式將會(huì)是一個(gè)天文數(shù)字。
四、思維拓展
在隕石中發(fā)現(xiàn)了氨基酸,且非地球所有,這說明宇宙中很可能還存在與地球生物類似的生命形式。因?yàn)榘被崾墙M成蛋白質(zhì)的基本單位,而蛋白質(zhì)又是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。

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