‘壹’ ●生物化学的研究内容以及与分子生物学关系。10分
第一章 绪 论
一生物化学研究的内容
1生物化学：生物化学(biochemistry)是研究生物机体（微生物、植物、动物）的化学组成和生命现象中的化学变化规律的一门科学，即研究生命活动化学本质的学科。所以生物化学可以认为就是生命的化学。
生物化学利用化学的原理与方法去探讨生命，是生命科学的基础。它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。2 生物化学研究的主要方面：（1）生物体的物质组成 高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质，如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物
（2）物质代谢生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物质代谢或新陈代谢。物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质物质代谢调控，能量代谢几方面的内容。（3）生物分子的结构与功能 根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观点 ，要想了解细胞及亚细胞的结构和功能，必先了解构成细胞及亚细胞的生物分子的结构和功能。因此，研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。
二生物学的发展
（－）静态生物化学阶段
大约从十八世纪中叶到二十世纪初，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，发现了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成 。
（二）动态生物化学阶段
大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。此阶段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。
其中主要的有： 1932年，英国科学家Krebs 建立了尿素合成的鸟氨酸循环；1937年，Krebs又提出了各种化学物质的中心环节——三羧酸循环的基本代谢途径； 1940年，德国科学家Embden和Meyerhof提出了糖酵解代谢途径。
(三、)分子生物学阶段
从1953年至今。以1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型为标志，生物化学的发展进入分子生物学阶段。这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。
三 生物化学与其他学科的关系
生物化学是介乎生物学与化学的一门边缘科学，它与生物科学的许多分支学科均有密切关系。
首先，它与生理学是特别密切的姊妹学科。例如植物生理学，它是研究植物生命活动原理的一门科学。植物的生命活动包括许多方面，其中有机物代谢是重要的方面，这本身也属于生物化学的内容。因此，在植物生理学的教科书中也包括部分生物化学内容。
生物化学与遗传学也有密切关系，现已知核酸是一切生物遗传信息载体，而遗传信息的表达，则是通过核酸所携带的遗传信息翻译为蛋白质以实现的。因此，核酸和蛋白质的结构、代谢与功能，同时是生物化学与遗传学的内容。
生物化学也与微生物学有关，目前所积累的生物化学知识，有相当部分是用微生物为研究材料获得的，如大肠杆菌是被生物化学广泛应用的材料。
生物化学与分类学也有关系，由于蛋白质在进化上是较少变化的，因此，近代利用某些蛋白质结构的研究，可以作为分类的依据。此外，农业科学、生物技术、食品科学、医药卫生及生态环境等科学，都需要生物化学的基础。
四 生物化学的应用与发展
二十一世纪是以信息科学和生命科学为前沿科学的时代。生物化学在生命科学中居于基础地位，也是医学、畜牧、兽医、农学、林学和食品科学等专业必修的基础课。生物化学在生产生活中的应用主要体现在医疗、农业和食品行业等方面。在医学上，人们根据疾病的发病机理以及病原体与人体在代谢和调控上的差异，设计或筛选出各种高效低毒的药物。比如最早的抗生素——璜胺类药物就是竞争性抑制使细菌不能合成叶酸从而死亡。依据免疫学知识人们设计研制出各种疫苗，使人类从传染病中得以幸免。艾滋病疫苗的研制工作也在不断取得进步民以食为天，这说明了农业生产在人类生活中的基础地位。我国是一个人口大国，且人均耕地少，如果不是通过生物技术改良农作物提高产量和质量，那么不要说实现小康，可能连社会稳定都无从谈起。大家可能对转基因这个概念比较陌生，但在当今社会，没有跟转基因产
品打过交道的人可2002年，我国本土生产大豆1541万吨，从美国和阿根廷等国家共进口了1397万吨大豆，进口大豆占我国大豆总消费量50%左右。其中美国占573万吨，剩下是阿根廷和巴西。美国100%转基因，阿根廷98%，巴西至少10%。这说明市面上流通的豆类制品，近50%是转基因作物制造。而这一信息知道的人并不多，但随着认证的进行，这一状况会逐步好转。
现代生命科学技术可以大大加快人类的进化历程并改变某些物种，从而影响到整个自然界的发展历程。科技的每一小步前进都会带来社会的深刻变化。正如网络的出现促成了虚拟社区的形成，而这虚拟的世界却又实实在在地影响着人们的现实生活。总的来说科技的进步给人类带来的更多是利益，生命科学领域中的工作者们正在努力实现使生命更完美的目标。没有疾病的困扰，胎儿在发育之前已对其缺陷基因进行了彻底的修复；不必杀生，人工合成的蛋白质取代了动物肉类；200岁被定为青年，衰老的器官被人工合成的新器官所移植。。。我想这就是生命科学的未来，她将营造出一个健康、繁荣和幸福的生命世界！
第二章 生物体内的糖类
糖是自然界中存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物经光合作用形成的。这类物质主要是由碳、氢、氧所组成，是含多羟基的醛类或酮类化合物。根据水解后产生单糖残基的多少可将糖作如下分类：
单糖：这是一类最简单的多羟基醛或多羟基酮，它不能再进行水解。根据其所含的碳原子数，单糖又可分为丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖等。依其带有的基团，又可分为醛糖和酮糖。
寡糖：是由2～10个单糖分子聚合而成的糖，如二糖、三糖、四糖、……、九糖等。
多糖：由多分子单糖及其衍生物所组成，依其组成又可分为两类：（1）同聚多糖：由相同单糖结合而成，如戊聚糖、淀粉、纤维素等。（2）杂聚多糖：由一种以上单糖或其衍生物所组成，如半纤维素、粘多糖等。
第一节 单糖及其衍生物
任何单糖的构型都是由甘油醛及二羟丙酮派生的，形成醛糖和酮糖。由于糖的构型有D-构型与L-构型，即凡分子中靠近伯醇(—CH2OH)的仲醇基(—CHOH)中的羟基如在分子的右方者称为D-糖，在左方者称为L-糖，因此又有D-醛糖和L-醛糖、D-酮糖和L-酮糖之分。它们的关系如图1-1、图1-2。
植物体内最重要的单糖有戊糖、己糖和庚糖，现在分别举例说明如下：
一、 戊糖（pentose）
高等植物中有三种重要的戊糖，即D-核糖、D木糖及L-阿拉伯糖。其环状结构式为：
β-D-核糖 L-阿拉伯糖 D-木糖
D-核糖（D-ribose）是所有生活细胞的普遍成分之一，在细胞质中含量最多。核糖是构成遗传物质——核糖核酸（RNA）的主要成分。如果D-核糖在C2上被还原，则形成2脱氧-D-核糖。脱氧核糖是另一类遗传物质——脱氧核糖核酸（DNA）的主要成分。
L-阿拉伯糖（L-arabinose）在植物中分布很广，是粘质、树胶、果胶质与半纤维素的组成成分，在植物体内以结合态存在。
D-木糖(D-xylose)是植物粘质、树胶及半纤维素的组成成分，也以结合态存在于植物体内。
图1-1 D-醛糖的关系图
图1-2 D-酮糖的关系图
二、 己糖(hexose)
高等植物中重要的己醛糖有D-葡萄糖、D-甘露糖、 D-半乳糖；重要的己酮糖有D-果糖和D-山梨糖。
葡萄糖(glucose)是植物界分布最广、数量最多的一种单糖，多以D-式存在。葡萄糖在植物的种子、果实中以游离状态存在，它也是许多多糖的组成成分，如蔗糖是由D-葡萄糖与D-果糖结合而成的，淀粉及纤维素都是由D-葡萄糖聚合而成的。
-D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖
果糖（fructose）也是自然界中广泛存在的一种单糖。存在于植物的蜜腺、水果及蜂蜜中，是单糖中最甜的糖类。在游离状态时，果糖为-D-吡喃果糖，结合态时为-D-呋喃果糖。
甘露糖(mannose)在植物体内以聚合态存在，如甘露聚糖。它是植物粘质与半纤维的组成成分。花生皮、椰子皮、树胶中含有较多的甘露糖。甘露糖的还原产物——甘露糖醇是柿霜的主要成分。
半乳糖(galactose)在植物体内仅以结合状态存在。乳糖、蜜二糖、棉籽糖、琼脂、树胶、果胶类及粘质等都含有半乳糖。
山梨糖(sorbose)又称清凉茶糖，存在于细菌发酵过的山梨汁中，是合成维生素C的中间产物，在制造维生素C的工艺中占有重要的地位。桃、李、苹果、樱桃等果实中含有山梨糖的还原产物——山梨糖醇。
三、 庚糖(heptose)
庚糖虽然在自然界分布较少，但在高等植物中存在。最重要的有D-景天庚酮糖及D-甘露庚酮糖。前者存在于景天科及其他肉质植物的叶子中，故名景天庚酮糖。它以游离状态存在。该糖是光合作用的中间产物，在碳循环中占有重要地位。D-甘露庚酮糖存在于樟梨果实中，也以游离状态存在。它们的线状结构如下：
四、糖的重要衍生物
由于电子显微镜的应用及近代细胞壁化学的研究，自然界中又发现有两种其他的脱氧糖类，它们是细胞壁的成分。一种是L-鼠李糖(L-rhamnose)，另一种是6-脱氧-L-甘露糖。
糖醛酸（uronic acid）由单糖的伯醇基氧化而得。其中最常见的是葡萄糖醛酸（glucouronic acid）它是脏内的一种解毒剂。半乳糖醛酸存在于果胶中。
糖胺（glycosamine）又称氨基糖, 即糖分子中的一个羟基为氨基所代替。自然界中存在的糖胺都是己糖胺。常见的是D-葡萄糖胺(D-glucosamine)，为甲壳质(几丁质)的主要成分。甲壳质是组成昆虫及甲壳类结构的多糖。 D-半乳糖胺则为软骨组成成分软骨酸的水解产物。
第二节 寡 糖
寡糖的概念是1930年提出的，是指由2～10个单糖分子聚合而成的糖。自然界中存在着大量的寡聚糖，早在1962年就已经发现了584种之多。寡聚糖在植物体内具有贮藏、运输、适应环境变化、抗寒、抗冻、调节酶活性等功能。寡糖中以双糖分布最为普遍，意义也较大。
一、 双糖(disaccharides)
双糖是由两个相同的或不同的单糖分子缩合而成的。双糖可以认为是一种糖苷，其中的配基是另外一个单糖分子。在自然界中，仅有三种双糖(蔗糖、乳糖和麦芽糖)以游离状态存在，其他多以结合形式存在(如纤维二糖)。蔗糖在碳水化合物中是最重要的双糖，而麦芽糖和纤维二糖在植物中也很重要，它们是两个重要的多糖——淀粉和纤维素的基本结构单位。
1． 蔗糖(sucrose)
蔗糖在植物界分布最广泛，并且在植物的生理功能上也最重要。蔗糖不仅是主要的光合作用产物，而且也是碳水化合物储藏和积累的一种主要形式。在植物体中碳水化合物也以蔗糖形式进行运输。此外，我们日常食用的糖也是蔗糖。它可以大量地由甘蔗或甜菜中得到，在各种水果中也含有较多。
蔗糖是-D-吡喃葡萄糖-D-呋喃果糖苷。它不是还原糖，因为2个还原性的基团都包括在糖苷键中。蔗糖有一个特殊性质，就是极易被酸水解，其水解速度比麦芽糖或乳糖大1 000倍。蔗糖水解后产生等量的D-葡萄糖及D-果糖，这个混合物称为转化糖。在高等植物和低等植物中有一种转化酶(invertase)，可以使蔗糖水解成葡萄糖和果糖。
2． 麦芽糖(maltose)
它大量存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中，在自然界中很少以游离状态存在。它是淀粉的组成成分。淀粉在淀粉酶作用下水解可以产生麦芽糖。用大麦淀粉酶水解淀粉，可以得到产率为80％的麦芽糖。
用酸或麦芽糖酶水解麦芽糖只得到D-葡萄糖，麦芽糖酶的作用表明这2个D-葡萄糖是通过第l和第4碳原子连结的，故麦芽糖可以认为是-D-葡萄糖-(l，4)-D-葡萄糖苷。因为有一个醛基是自由的，所以它是还原糖。
3． 乳糖(Iactose)
乳糖存在于哺乳动物的乳汁中(牛奶中含乳糖4％～7％)。高等植物花粉管及微生物中也含有少量乳糖。乳糖是由D-葡萄糖和D-半乳糖分子以 l，4键连结缩合而成的，乳糖是还原糖。分子结构如下：
4． 纤维二糖 (cellobiose)
纤维素经过小心水解可以得到纤维二糖，它是由2个葡萄糖通过β-l，4-葡萄糖苷键缩合而成的还原性糖。与麦芽糖不同，它是β-葡萄糖苷。
纤维二糖[β-D-吡喃葡萄糖（1,4）-D-吡喃葡萄糖苷]
二、 三糖
自然界中广泛存在的三糖(trisaccharide)仅有棉籽糖(raffinose)，主要存在于棉籽、甜菜及大豆中，水解后产生D-葡萄糖、D-果糖及D-半乳糖。在蔗糖酶作用下，由棉籽糖中分解出果糖而留下蜜二糖；在-半乳糖苷酶作用下，由棉籽糖中分解出半乳糖而留下蔗糖。棉籽糖的分子结构如下：
三、四糖
水苏糖(stachyose)是目前研究得比较清楚的四糖，存在于大豆、豌豆、洋扁豆和羽扇豆种子内，由2个分子半乳糖、1分子-葡萄糖及1个分子-果糖组成。结构如下：
第三节 植物的贮藏多糖和结构多糖
多糖(polysaccharides)是分子结构很复杂的碳水化合物，在植物体中占有很大部分。 多糖可以分为两大类：一类是构成植物骨架结构的不溶性的多糖，如纤维素、半纤维素等，是构成细胞壁的主要成分；另一类是贮藏的营养物质，如淀粉、菊糖等。
多糖是由许多单糖分子缩合而成的：由一种单糖分子缩合而成的如淀粉、糖原、纤维素等；由二种单糖分子缩合而成的如半乳甘露糖胶、阿拉伯木糖胶等；由数种单糖及非糖物质构成的如果胶物质等。
1.淀粉(starch)
淀粉几乎存在于所有绿色植物的多数组织中。是植物中最重要的贮藏多糖，是禾谷类和豆科种子、马铃薯块茎和甘薯块根的主要成分，它是人类粮食及动物饲料的重要来源。在植物体中，淀粉以淀粉粒状态存在，形状为球形、卵形，随植物种类不同而不同。即使是同种作物，淀粉含量也因品种、气候、土壤等条件变化而有所不同。
淀粉在酸和体内淀粉酶的作用下被降解，其最终水解产物为葡萄糖。这种降解过程是逐步进行的：
淀粉—红色糊精—无色糊精—麦芽糖—葡萄糖
遇碘显 （紫蓝色） （红色） （不显色） （不显色）
用热水溶解淀粉时，可溶的一部分为直链淀粉；另一部分不能溶解的为支链淀粉。
(1) 直链淀粉(amylose) 直链淀粉溶于热水，遇碘液呈紫蓝色，在620～680nm间呈最大光吸收。相对分子质量约在10 000～50 000之间。每个直链淀粉分子只含有一个还原性端基和一个非还原性端基，所以它是一条长而不分枝的链。直链淀粉是由 l，4糖苷键连结的-葡萄糖残基组成的，当它被淀粉酶水解时，便产生大量的麦芽糖，所以直链淀粉是由许多重复的麦芽糖单位组成的，分子结构如下：
直链淀粉
(2) 支键淀粉(amylopectin) 支链淀粉的相对分子质量非常之大，在50 000一1 000 000之间。端基分析表明，每24～30个葡萄糖单位含有一个端基，因而它必定具有支链的结构，每条直链都是-l，4键连结的链，支链之间由-l，6键连结，可见支链淀粉分支点的葡萄糖残基不仅连接在C4上，而且连接在C6上，-1，6-糖苷键占5%～6%。支链淀粉的分支长度平均为24～30个葡萄糖残基。遇碘显紫色或紫红色，在530～555nm呈现最大光吸收。
一般淀粉都含有直链淀粉和支链淀粉。但在不同植物中，直链淀粉和支链淀粉所占的比例不同，如表1-1。即使是同一作物，品种不同二者的比例也不同，如糯玉米中几乎不含直链淀粉，全为支链淀粉。
支链淀粉
表1-1 不同植物的淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例
淀 粉 直链淀粉（%） 支链淀粉（%）
马铃薯淀粉
小麦淀粉
玉米淀粉
稻米淀粉 19～20
24
21～23
17 78～81
76
77～79
83
2. 糖原(glycogen)
糖原是动物细胞中的主要多糖，是葡萄糖极容易利用的储藏形式。其作用与淀粉在植物中的作用一样，故有“动物淀粉”之称。糖原中的大部分葡萄糖残基是以-1，4-糖苷键连结的，分支是以-1，6-糖苷键结合的，大约每10个残基中有一个键（图1-3）。糖原端基含量占9%而支链淀粉为4%，故糖原的分支程度比支链淀粉约高1倍多。糖原的相对分子质量很高，约为5 000 000。它与碘作用显棕红色，在430～490nm下呈最大光吸收。
图1-3 糖原的分子结构
3. 菊糖(inu1in)
菊糖是多聚果糖，菊糖中的果糖一律以D-呋喃糖的形式存在。菊科植物如菊芋、大丽花的根部，蒲公英、橡胶草等都含有菊糖，代替了一般植物的淀粉，因而也称为菊粉。菊糖分子中含有约30个 l，2-糖苷键连接的果糖残基。菊糖分子中除含果糖外，还含有葡萄糖。葡萄糖可出现在链端，也可以出现在链中。
菊糖不溶于冷水而溶于热水，因此，可以用热水提取，然后在低温(如0℃)下沉淀出来。菊糖具有还原性。淀粉酶不能水解菊糖，因此人和动物不能消化它。蔗糖酶可以以极慢的速度水解菊糖。真菌如青霉菌(Penicillium glaucum)、酵母及蜗牛中含有菊糖酶，可以使菊糖水解。
4. 纤维素(cellulose)
纤维素是最丰富的有机化合物，是植物中最广泛的骨架多糖，植物细胞壁和木材差不多有一半是由纤维素组成的。棉花是较纯的纤维素，它含纤维素高于90%。通常纤维素、半纤维素及木质素总是同时存在于植物细胞壁中。
植物纤维素不是均一的一种物质，粗纤维可以分为-纤维素、-纤维素和γ-纤维素三种。-纤维素不溶于17.5％NaOH，它不是纯粹的纤维素，因为在其中含有其他聚糖(如甘露聚糖)； -纤维素溶于17.5％NaOH，加酸中和后沉淀出来；γ-纤维素溶于碱而加酸不沉淀。这种差别大概是由于纤维素结构单位的结合程度和形状的不同。
实验证明， 纤维素不溶于水，相对分子质量在50 000～400 000，每分子纤维素含有300～2 500个葡萄糖残基。葡萄糖分子以-l，4-糖苷键连接而成。在酸的作用下完全水解纤维素的产物是-葡萄糖，部分水解时产生纤维二糖，说明纤维二糖是构成纤维素的基本单位。水解充分甲基化的纤维素则产生大量的2，3，6-三甲氧基葡萄糖，表明纤维素的分子没有分枝。其分子结构如下：
二、酰甘油的类型
三酰甘油有许多不同的类型，主要是由它们所含脂肪酸的情况决定的。三酰甘油的通式为：
如果三个脂肪酸是相同的（即R 1、 R 2 、R 3是相同的），称为简单三酰甘油（simple triacylglycerols），具体命名时称为某某脂酰甘油，如三硬脂酰甘油、三软脂酰甘油、三油脂酰甘油等。如果含有两个或三个不同脂肪酸（即R 1、 R 2 、R 3不同时）的三酰甘油称为混合三酰甘油，如一软脂酰二硬脂酰甘油。在混合三酰甘油中各脂酰基由于位置不同，又有不同的异构体。
多数天然油脂都是简单三酰甘油和混和三酰甘油的极其复杂的混合物。到目前为止，还没有发现在天然油脂中脂肪酸分布的规律。
三、三酰甘油的理化性质
1． 溶解度
三酰甘油不溶于水，也没有形成高度分散的倾向。二酰甘油和单脂酰甘油则不同，由于它们有游离羟基，故有形成高度分散态的倾向，其形成的小微粒称为微团（micelles），它们常用于食品工业，使食物更易均匀，便于加工，且二者都可以被机体利用。
2． 熔点
三酰甘油的熔点是由其脂肪酸的组成决定的，一般随饱和脂肪酸的数目和链长的增加而升高。如三软脂酰甘油和三硬脂酰甘油在常温下为固态，三油酰甘油和三亚油酰甘油在常温下为液态。猪的脂肪中油酸占50%，猪油固化点为30.5℃。人脂肪中油酸占70%，人脂固化点为15℃。植物油中含大量的不饱和脂肪酸，因此呈液态。
3．皂化和皂化值
当将脂酰甘油与酸或碱共煮或经脂酶（lipase）作用时，都可发生水解。酸水解可逆；碱水解，由于脂肪酸羧基全部处于解离状态，即成为负离子，因而没有和甘油作用的可能性，故碱水解不可逆。当用碱水解三酰甘油时，生成物之一为脂肪酸的盐类，这就是日常所用的肥皂，所以脂类的碱水解反应一般称为皂化反应（saponification）。完全皂化1g油或脂所消耗的氢氧化钾毫克数称为皂化值（saponification number），用以评估油脂质量，并计算该油脂相对分子质量。
4．酸败和酸值
油脂在空气中暴露过久即产生难闻的臭味，这种现象称为“酸败”（rancidity）。其化学本质是油脂水解放出游离的脂肪酸，后者再氧化成醛或酮，低分子的脂肪酸（如丁酸）的氧化产物都有臭味。脂肪分解酶或称脂酶（lipase）可加速此反应。油脂暴露在日光下可加速此反应。 中和1g油脂中的游离脂肪酸所消耗的氢氧化钾毫克数称为酸值（acid value）。酸败的程度一般用酸值来表示。不饱和脂肪酸氧化后所形成的醛或酮可聚合成胶状的化合物。桐油等可用作油漆即是根据此原理。
5．氢化和卤化
油脂中的不饱和键可以在催化剂的作用下发生氢化反应。工业上常用Ni粉等催化氢化使液状的植物油适当氢化成固态三酰甘油酯，这称为人造奶油，便于运输。氢化可防止酸败作用。
油脂中的不饱和键可与卤素发生加成作用，生成卤代脂肪酸，这一作用称为卤化作用（halogenation）。
100g油脂所能吸收的碘的克数称为碘值（iodine value），在实际碘值测定中，多用溴化碘或氯化碘为卤化试剂。
6．乙酰化值（acetylation number）
含羟基的脂酰化合物，羟基含量可通过与乙酸酐或其他酰化剂反应生成乙酰化酯或相应酰化酯而测得。乙酰化值指1g乙酰化的油脂所分解出的乙酸用氢氧化钾中和时所需氢氧化钾的毫克数。
第二节 其它酰基甘油类
一、烷基醚脂酰甘油（alkyl ether acylglycerols）
它含有两个脂肪酸分子和一个长的烷基或烯基链分别与甘油分子以酯键相连。例如烷基醚键二脂酰甘油和、-烯基醚二脂酰甘油（、-alkenyl ether acylglycerols），其结构如下：
烷基醚键二脂酰甘油 、-烯基醚二脂酰甘油
这种脂类不易与甘油三酯分开，因此发现较晚。用弱碱或酶促水解，它们则形成甘油醚（glycerol ethers）。例如，鲛肝醇和鲨肝醇实际上都是甘油醚，其结构如下：
二、糖基脂酰甘油（glycosylacylglycerols）
糖基与甘油分子第三个羟基以糖果苷键相连，甘油另两个羟基与脂肪酸以酯键相连。最普通的例子是在高等植物和脊椎动物神经组织中发现的单半乳糖基二脂酰甘油，其结构如下：
3． 磷酸甘油酯的命名
如果将甘油C1或C3分别用脂肪酸或磷酸酯化，C2则成为一个不对称C原子，于是形成两个互为对映体（antipode）的异构物。天然存在的甘油磷脂都属L-构型。结构如下：
D-构型 L-构型
1967年国际理论和应用化学联合会及国际生物化学联合会的生物化学命名委员会建议采用下列命名原则：
将甘油的三个碳原子分别标号为1，2，3（三者顺序不能随便颠倒）。
用投影式表示，C2上羟基一定要放在C2的左边。这种编号称为立体专一编号（stereospecific numbering），用sn表示，写在化合物名称前面。根据这一命名原则，磷酸甘油和磷脂酸命名如下：
sn-甘油-1-磷酸 sn-甘油-3-磷酸
sn-二脂酰甘油-1-磷酸 sn-二脂酰甘油-3-磷酸
三、非皂化脂质
非皂化脂质的特点是它们都不含脂肪酸，因此不能为碱所皂化。它们在组织和细胞内含量虽少，但却包括许多有重要生物功能的物质，如维生素和激素等。
‘贰’ 现代分子生物学研究的主要内容有哪几方面
现代分子生物学研究主要内容有：
DNA重组技术（基因工程）
基因表达的调控
生物大分子的结构和功能研究
基因组、功能基因组与生物信息学研究
‘叁’ 50分 简述分子生物学的主要研究方向
分子生物学
分子生物学（molecular biology ）从分子水平研究作为生命活动主要物质基础的生物大分子结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。重点研究下述领域：（1]蛋白质（包括酶）的结构和功能。（2）[核酸的结构和功能，包括遗传信息的传递。（3）生物膜的结构和功能。（4）生物调控的分子基础。（5）生物进化]。分子生物学是第二次世界大战后，由生物化学,`遗传学,微生物学,病毒学,结构分析及高分子化学等不同研究领域结合而形成的一门交叉科学。目前分子生物学已发展成生命科学中的带头学科。
随着]DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，特别是当人们了解到遗传密码是由 RNA转录表达的以后，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。
如果将一种生物的 DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型，这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。
这种做法就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。
生物学的研究可以说长期以来都是科研的重点，惟其所涉及的方方面面与人类生活紧密相连。本世纪50年代以前的生物学研究，虽然有些已进入了微观领域，但总的来说，主要是研究生物个体组织、器官、细胞或是亚细胞这些东西之间的相互关系。50年代中期，随着沃森和克里克揭示出DNA分子的空间结构，生物学才真正开始了其揭开分子水平生命秘密的研究历程。到70年代，重组DNA技术的发展又给人们提供了研究DNA的强有力的手段，于是分子生物学就逐渐形成了。顾名思义，分子生物学就是研究生物大分子之间相互关系和作用的一门学科，而生物大分子主要是指基因和蛋白质两大类；分子生物学以遗传学、生物化学、细胞生物学等学科为基础，从分子水平上对生物体的多种生命现象进行研究；分子生物学在理论和实践中的发展也为基因工程的出现和发展打下了良好的基础，因此可以说基因工程就是分子生物学的工程应用。现在基因工程所展现出的强大生命力和巨大的经济发展潜力完全得益于分子生物学的迅猛发展，而且有证据表明，基因工程的进一步发展仍然要依赖于分子生物学研究的发展。
分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来，分子生物学一直是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质-脂质体系。
生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。现代化学和物理学理论、技术和方法的应用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了分子生物学的蓬勃发展。
分子生物学的发展简史
结构分析和遗传物质的研究在分子生物学的发展中作出了重要的贡献。结构分析的中心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能。
1912年英国布喇格父子建立了 X射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。以后布喇格的学生阿斯特伯里和贝尔纳又分别对毛发、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。他们的工作为后来生物大分子结晶学的形成和发展奠定了基础。
20世纪50年代是分子生物学作为一门独立的分支学科脱颖而出并迅速发展的年代。首先在蛋白质结构分析方面，1951年提出了α-螺旋结构，描述了蛋白质分子中肽链的一种构象。1955年桑格完成了胰岛素的氨基酸序列的测定。接着肯德鲁和佩鲁茨在 X射线分析中应用重原子同晶置换技术和计算机技术，分别于1957和1959年阐明了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的立体结构。1965年中国科学家合成了有生物活性的胰岛素，首先实现了蛋白质的人工合成。
另一方面，德尔布吕克小组从1936年起选择噬菌体为对象开始探索基因之谜。噬菌体感染寄主后半小时内就复制出几百个同样的子代噬菌体颗粒，因此是研究生物体自我复制的理想材料。
1940年比德尔和塔特姆提出了“一个基因，一个酶”的假设，即基因的功能在于决定酶的结构，且一个基因仅决定一个酶的结构。但在当时基因的本质并不清楚。1944年埃弗里等研究细菌中的转化现象，证明了DNA是遗传物质。
1953年沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构，开创了分子生物学的新纪元。并在此基础上提出的中心法则，描述了遗传信息从基因到蛋白质结构的流动。
遗传密码的阐明则揭示了生物体内遗传信息的贮存方式。1961年雅各布和莫诺提出了操纵子的概念，解释了原核基因表达的调控。到20世纪60年代中期，关于DNA自我复制和转录生成RNA的一般性质已基本清楚，基因的奥秘也随之开始解开了。
仅仅三十年左右的时间，分子生物学经历了从大胆的科学假说，到经过大量的实验研究，从而建立了本学科的理论基础。进入70年代，由于重组DNA研究的突破，基因工程已经在实际应用中开花结果，根据人的意愿改造蛋白质结构的蛋白质工程也已经成为现实。
分子生物学的基本内容
蛋白质的结构单位是α-氨基酸。常见的氨基酸共20种。它们以不同的顺序排列可以为生命世界提供天文数字的各种各样的蛋白质。
蛋白质分子结构的组织形式可分为四个主要的层次。一级结构，也叫化学结构，是分子中氨基酸的排列顺序。首尾相连的氨基酸通过氨基与羧基的缩合形成链状结构，称为肽链。肽链主链原子的局部空间排列为二级结构。二级结构在空间的各种盘绕和卷曲为三级结构。有些蛋白质分子是由相同的或不同的亚单位组装成的，亚单位间的相互关系叫四级结构。
蛋白质的特殊性质和生理功能与其分子的特定结构有着密切的关系，这是形形色色的蛋白质所以能表现出丰富多彩的生命活动的分子基础。研究蛋白质的结构与功能的关系是分子生物学研究的一个重要内容。
随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明。70年代末以来，采用测定互补DNA顺序反推蛋白质化学结构的方法，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现。
发现和鉴定具有新功能的蛋白质，仍是蛋白质研究的内容。例如与基因调控和高级神经活动有关的蛋白质的研究现在很受重视。
生物体的遗传特征主要由核酸决定。绝大多数生物的基因都由DNA构成。简单的病毒如噬菌体的基因组是由46000个核苷酸按一定顺序组成的一条双股DNA。由于是双股DNA，所以通常以碱基对计算其长度。
遗传信息要在子代的生命活动中表现出来，需要通过复制、转录和转译。复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA分子。转录是根据DNA的核苷酸序列决定一类RNA分子中的核苷酸序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译。因为这一类RNA起着信息传递作用，故称信使核糖核酸。
基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸、核酸与蛋白质的相互作用。DNA复制时，双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开，然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板，复制出于代DNA链。转录是在RNA聚合酶的催化下完成的。
生物体内普遍存在的膜结构，统称为生物膜。它包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜。从化学组成看，生物膜是由脂质和蛋白质通过非共价键构成的体系。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。
生物体的能量转换主要在膜上进行。生物体取得能量的方式，或是像植物那样利用太阳能在叶绿体膜上进行光合磷酸化反应；或是像动物那样利用食物在线粒体膜上进行氧化磷酸化反应。这二者能量来源虽不同，但基本过程非常相似，最后都合成腺苷三磷酸。
生物体利用食物氧化所释放能量的效率可达70%左右，而从煤或石油的燃烧获取能量的效率通常为20～40％，所以生物力能学的研究很受重视。对生物膜能量转换的深入了解和模拟，将会对人类更有效地利用能量作出贡献。
生物膜的另一重要功能是细胞或细胞膜内外的信息传递。在细胞表面，广泛地存在着一类称为受体的蛋白质。激素和药物的作用都需通过与受体分子的特异性结合而实现。癌变细胞表面受体物质的分布有明显变化。细胞膜的表面性质还对细胞分裂繁殖有重要的调节作用。
对细胞表面性质的研究带动了糖类的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子结构与功能的研究越来越受到重视。从发展趋势看，寡糖与蛋白质或脂质形成的体系将成为分子生物学研究的一个新的重要的领域。
分子生物学的成就说明：生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的。例如，不论在何种生物体中，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。遗传物质，除某些病毒外，都是 DNA，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。
物理学的成就证明，一切物质的原子都由为数不多的基本粒子根据相同的规律所组成，说明了物质世界结构上的高度一致，揭示了物质世界的本质，从而带动了整个物理学科的发展。分子生物学则在分子水平上揭示了生命世界的基本结构和生命活动的根本规律的高度一致，揭示了生命现象的本质。和过去基本粒子的研究带动物理学的发展一样，分子生物学的概念和观点也已经渗入到基础和应用生物学的每一个分支领域，带动了整个生物学的发展，使之提高到一个崭新的水平。
过去生物进化的研究，主要依靠对不同种属间形态和解剖方面的比较来决定亲缘关系。随着蛋白质和核酸结构测定方法的进展，比较不同种属的蛋白质或核酸的化学结构，即可根据差异的程度，来断定它们的亲缘关系。由此得出的系统进化树，与用经典方法得到的是基本符合的。
采用分子生物学的方法研究分类与进化有特别的优越性。首先，构成生物体的基本生物大分子的结构反映了生命活动中更为本质的方面。其次，根据结构上的差异程度可以对亲绕关系给出一个定量的，因而也是更准确的概念。第三，对于形态结构非常简单的微生物的进化，则只有用这种方法才能得到可靠结果。
分子生物学在生物工程技术中也起了巨大的作用，1973年重组DNA技术的成功，为基因工程的发展铺平了道路。80年代以来，已经采用基因工程技术，把高等动物的一些基因引入单细胞生物，用发酵方法生产干扰素、多种多肚激素和疫苗等，基因工程的进一步发展将为定向培育动、植物和微生物良种以及有效地控制和治疗一些人类遗传性疾病提供根本性的解决途径。
从基因调控的角度研究细胞癌变也已经取得不少进展。分子生物学将为人类最终征服癌症做出重要的贡献。
‘肆’ 用生物解决疾病
分子生物学原理怎样设计药物
中国疾病预防控制中心副研究员王健伟告诉我们，如果要开发一种抗病毒的药物，首先我们得知道病毒是怎样侵害人体的，在人体细胞内是怎样复制的，只有把这些关键环节找到，才有可能设计出一种新药物。
不同病毒的复制速度和特点不同，一个病毒一般几十分钟到几小时就可以复制一次。病毒的生活周期是这样的：首先它穿过细胞膜进入人体细胞，然后开始“脱”衣服，把自己的基因组释放出来，在细胞内复制自己的基因组，并翻译出蛋白，最后用新产生的蛋白对复制出的基因组进行包装，产生新的病毒，新诞生的病毒会通过一定形式离开细胞，再去感染别的细胞。
王健伟说，这个过程中的每一步都有可能成为设计药物的靶子，只要阻断其中某一环节，就有可能抑制病毒的生长。
比如，艾滋病病毒要进入细胞，必须要经过受体介导，王教授把受体比喻成门上的柄，人只有抓住把柄才能容易地把门打开。病毒也是一样，只有通过受体才能容易地进入细胞内———当然，病毒与“把柄”存在特异性的识别和作用过程。如果设计一种药物，使病毒与“把柄”不能结合，就能抑制艾滋病病毒对细胞的伤害。
利用分子生物学原理，阻断病毒在人体细胞内的“自由活动”，就可以设计药物了，但是———
分子生物技术怎样生产药物
用分子生物学原理设计药物，必须知道病毒是怎样侵害人体，是怎样在人体细胞复制的，而用分子生物学技术生产药物也是这个道理，必须知道DNA在细菌等细胞中是怎样表达的。
病毒学专家洪涛院士说，科学家在研究中发现DNA也是可以切割的，即通过特定的酶，把DNA从某些特定位点切断，而这些被切成断片的DNA还可以用特定的酶再连接上，这样，就可以把不同的DNA重组在一块，产生新的DNA，让这些新DNA在细胞中表达，就可以产生大量的有用蛋白质，如各种疫苗等。
不过，重组后的DNA并不能直接放到细胞内，还需要借助一个有效载体来转导，质粒就是起着这个作用的载体之一。
质粒是一种环状DNA，存在在细菌里边，并能够独立复制，它就像一艘宇宙飞船，载着东西在细胞内外穿梭。
科研人员把质粒从细菌体内提取出后，会用一种特殊的酶把它从一个特定的部位切开，把有用的基因插入其中，让它转化细菌，这样就把基因导入到细菌中去了，比如大肠杆菌。大肠杆菌的分裂速度非常块，繁殖能力特别强，质粒所带的有用基因可以在细菌内大量复制，表达大量的蛋白质，经过复杂的分离、提取和纯化过程就可以得到所需要的蛋白质。像干扰素等药物就是这样生产的。
目前，用基因工程方法生产疫苗最成功的例子就是乙肝疫苗的制取。它是通过把能诱导机体产生抵抗肝炎病毒的抗体的基因放到酵母或者其它细胞，比如中国仓鼠卵巢细胞中，让其表达，生产出大量免疫蛋白，最后制成疫苗。
防治传染病有了药物还不能完全解决问题，最主要的还是以预防为主，但要想有效预防，就必须事先知道疾病是由什么病毒引起的，怎样才能尽快诊断出来。可是———
分子生物学怎样诊断病毒
洪院士介绍，检测细菌相对容易，把它直接在培养基中进行培养就行。现在，有些病毒可以用细胞来培养、扩增，通过观察病毒侵染细胞时的各种病理反应就能够鉴别出，所以检测、鉴定也相对容易。可现在还有很多的病毒无法通过细胞进行培养，传统的细胞培养技术难以奏效。于是，目前大量的检测试剂诊断病毒，依靠的都是分子生物学技术。
洪院士说，现在用于检测病毒的分子生物学技术有很多。比如，通过测定基因序列就可以辨别病毒。虽然有些病毒看起来都一样，比如冠状病毒，它们的外形很相似，但是通过比较它们的基因，却能知道它们之间的细微差别。例如，SARS病毒和引起普通感冒的冠状病毒在形态上是很相像的，但是通过分析它的基因组序列，却发现SARS病毒是一种新的病毒，与以往发现的冠状病毒有很多不同。
尽管分子生物学技术已经成为今天人类防治传染病的一种最锐利的武器，但是，到目前为止，用分子生物学防治传染病依然还有许多待解决的难题。
不过，王健伟说，随着对分子生物学研究的不断深入，人们对病毒发病机理将会有更深刻的认识，分子生物学在阻断和治疗传染病方面也将起着越来越巨大的作用。