環(huán)境生物化學(xué)第一章

環(huán)境生物化學(xué)

EnvironmentalBiochemistry

趙景聯(lián)

教材：《環(huán)境生物化學(xué)》，趙景聯(lián)主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2007

1．緒論

1.1生物化學(xué)概述

生物化學(xué)的涵義

生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容

生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系生物化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景

環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)的涵義生物化學(xué)（Biochemistry）是介于生物與化學(xué)之間的—門邊緣科學(xué)。它是用化學(xué)的理論和方法作為主要手段來研究生命現(xiàn)象，從而揭示生命的奧秘。環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)的涵義生物化學(xué)的任務(wù)

靜態(tài)生物化學(xué):研究構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)(糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸)及對(duì)體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)起催化和調(diào)節(jié)作用的酶、維生素和激素的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。

動(dòng)態(tài)生物化學(xué):研究構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)在生命活動(dòng)過程中進(jìn)行的化學(xué)變化，也就是新陳代謝及在代謝過程中能量的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)規(guī)律。

環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)的涵義生物化學(xué)研究的是生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)，一切與生命有關(guān)的化學(xué)現(xiàn)象都是生物化學(xué)的研究對(duì)象。從研究對(duì)象分類動(dòng)物生物化學(xué)：以人體及動(dòng)物為研究對(duì)象。植物生物化學(xué)：以植物為研究對(duì)象。普通生物化學(xué)：研究對(duì)象不局限于動(dòng)物或植物、而且一般生物。進(jìn)化生物化學(xué)或比較生物化學(xué)：以生物(特別是動(dòng)物)的不同進(jìn)化階段為化學(xué)特征(包括化學(xué)組成和代謝方式)為研究對(duì)象。生理化學(xué)：以生理為研究對(duì)象。環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)的涵義此外，根據(jù)不同的研究對(duì)象和目的，生物化學(xué)還可有許多分支．如微生物生化、醫(yī)學(xué)生化、農(nóng)業(yè)生化和工業(yè)生化等等。環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容

研究體內(nèi)的物質(zhì)組成(敘述生化)

研究體內(nèi)物質(zhì)代謝(動(dòng)態(tài)生化)

研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能(分子生物學(xué))

這三個(gè)部分是緊密聯(lián)系的環(huán)境生物化學(xué)(1)生物體的物質(zhì)組成

生物體是由許多物質(zhì)按嚴(yán)格的規(guī)律組建起來的。在生物體內(nèi)除水外，每一類物質(zhì)又包括很多種化合物。如人體蛋白質(zhì)就有10萬種以上。各種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，因而也就各種不同的功能。此外，人體內(nèi)還含有核酸、激素、微量元素等，它們占體重的分量雖少，但也是維持正常生命活動(dòng)不可缺乏的物質(zhì)。環(huán)境生物化學(xué)(1)生物體的物質(zhì)組成

所有這些物質(zhì)不是雜亂處堆積在一起的，它們彼此之間有一定組成規(guī)律，從而構(gòu)成能夠體現(xiàn)多種生物功能的生物學(xué)結(jié)構(gòu)。環(huán)境生物化學(xué)(1)生物體的物質(zhì)組成蛋白質(zhì)和核酸是實(shí)現(xiàn)生命活動(dòng)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，而且分子量很大。通常稱之為生物高分子(biomacromolecule)，這些生物高分子化合物由較簡單的小分子物質(zhì)構(gòu)成，常將這些小分子稱為構(gòu)件分子。這些構(gòu)件分子除構(gòu)成生物大分于發(fā)揮作用外，它單獨(dú)存在時(shí)也有某些特殊作用。環(huán)境生物化學(xué)(1)生物體的物質(zhì)組成研究生物體物質(zhì)組成的另一個(gè)重要方面，是用人工方法來合成生物大分子，其目的，不僅是驗(yàn)證對(duì)體內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析的結(jié)果，更重要的是在于深入認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系，探索生命現(xiàn)象的奧秘，追索生命的起源，還可制備極難獲得的生物活性物質(zhì)。我國科學(xué)家在1965年首先人工合成了胰島素，1981年合成了酵母丙氨酸t(yī)RNA，這些郁是國際上的首創(chuàng)成果．為人類作出的重大貢獻(xiàn)。環(huán)境生物化學(xué)(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控生物體不斷與外界環(huán)境進(jìn)行著物質(zhì)交換，生物體內(nèi)時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行著極其有規(guī)律的化學(xué)反應(yīng)，將這些過程總的稱為物質(zhì)代謝或新陳代謝(metabolism)。生物體通過消化吸收新攝取的營養(yǎng)物質(zhì)，在體內(nèi)一部分被轉(zhuǎn)變成其組成成分，以保證生長發(fā)育和組織更新的需要，另一部分被氧化分解釋放能量以維持生命活動(dòng)。環(huán)境生物化學(xué)(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控體內(nèi)進(jìn)行的物質(zhì)代謝叫做中間代謝、中間代謝的化學(xué)反應(yīng)絕大多放都在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。從分子大小變化來分合成代謝:由小分子物質(zhì)變成大分子物質(zhì)的過程分解代謝:由大分于物質(zhì)變成小分子物質(zhì)的過程從生物學(xué)意義上來分同化作用:將從外界吸收來的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成體內(nèi)組成成分的過程(以合成代謝為主)異化作用:使體內(nèi)組成成分轉(zhuǎn)變成可排出體外的形式的過程(分解代謝為主)環(huán)境生物化學(xué)(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控中間代射中的化學(xué)反應(yīng)絕大多數(shù)是連鎖反應(yīng)，將這種連鎖反應(yīng)叫做代謝途徑。在許多種酶的催化下進(jìn)行。一個(gè)細(xì)胞內(nèi)有近2千種酶，在同一時(shí)間內(nèi)催化著各種不同代謝途徑中的各種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)彼此密切配合并與機(jī)體的需要精確地相應(yīng)、構(gòu)成非常協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體系。環(huán)境生物化學(xué)(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)為什么能如此巧妙地進(jìn)行呢?是由于多種調(diào)節(jié)因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制來實(shí)現(xiàn)的。首先．酶的催化作用有嚴(yán)格專一性和可調(diào)控性，又有區(qū)域分布和多酶體等特點(diǎn)。這些是在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)各條代謝途徑能有序進(jìn)行的基礎(chǔ)。此外，動(dòng)物和人體內(nèi)還有神經(jīng)系統(tǒng)、激素及其它調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)酶的活力來調(diào)節(jié)代謝途徑的方向和強(qiáng)度。環(huán)境生物化學(xué)(3)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系組成生物體的各種物質(zhì)都與其生理功能密切相關(guān)，尤其是生物高分子顯得格外突出，可以說．結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)．功能是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。一切生命現(xiàn)象都是從具體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)代謝的基礎(chǔ)上體現(xiàn)出來的。

環(huán)境生物化學(xué)(3)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系因此，生物高分子的結(jié)構(gòu)與功能的研究是生物化學(xué)-分子生物學(xué)中最引人注目的內(nèi)容開創(chuàng)了分子生物學(xué)時(shí)代Watson—Crick發(fā)表了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型Sanger發(fā)表了胰島素分子中氨基酸殘基的排列順序蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基排列順序是其空間結(jié)構(gòu)與生物功能的重要基礎(chǔ)闡明DNA半保留復(fù)制機(jī)理，破譯遺傳密碼，證實(shí)反轉(zhuǎn)錄作用提出了遺傳中心法則的現(xiàn)代見解在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的基因重組技術(shù)為改造生物性狀、揭開生命奧秘又向前跨進(jìn)了一大步環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系

⑴生物化學(xué)與化學(xué)的關(guān)系19世紀(jì)末期以前19世紀(jì)末和20世紀(jì)初近年來生物化學(xué)的問題主要由化學(xué)(特別是有機(jī)化學(xué))及生理學(xué)分別研究生物化學(xué)才成為一門獨(dú)立科學(xué).研究生物體的化學(xué)成分必須應(yīng)用化學(xué)的方法.生物化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能以及物質(zhì)代謝的研究上已經(jīng)廣泛應(yīng)用了物理化學(xué)的理論及技術(shù)環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系1生物化學(xué)的一個(gè)目的就是通過體內(nèi)的化學(xué)變化來認(rèn)識(shí)生物體的生理機(jī)能，找出其化學(xué)依據(jù)。因此生物化學(xué)的研究工作不能脫離生理學(xué)，生理學(xué)的研究也離不開生物化學(xué)。2微生物學(xué)的研究更需要廣泛應(yīng)用生物化學(xué)的原理與技術(shù)，例如微生物的生理活動(dòng)、病毒的本質(zhì)、免疫的化學(xué)程序、抗體的生成機(jī)制等均與生物化學(xué)有密切關(guān)系。3此外，細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、胚胎學(xué)、組織學(xué)、進(jìn)化論甚至分類學(xué)的研究都離不開生物化學(xué)。

⑵生物化學(xué)與其他生物科學(xué)的關(guān)系環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系生物化學(xué)與有機(jī)化學(xué)、生理學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)等雖然有密切的聯(lián)系，但是作為一門獨(dú)立的科學(xué)，生物化學(xué)本身具有獨(dú)特的研究對(duì)象和研究方法。環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系今天人們根據(jù)一定的研究對(duì)象和目的以及人類生活的需要，把生物化學(xué)分為植物生物化學(xué)、動(dòng)物生物化學(xué)、人體生物化學(xué)、微生物生物化學(xué)、病理生物化學(xué)、臨床生物化學(xué)、工業(yè)生物化學(xué)、農(nóng)業(yè)生物化學(xué)、環(huán)境生物化學(xué)、生物物理化學(xué)等等，因此生物化學(xué)的研究和發(fā)展是多方面的。環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景現(xiàn)代生物科學(xué)生產(chǎn)實(shí)踐

農(nóng)業(yè)科學(xué)

生物工程或生物高技術(shù)

絕大多數(shù)生物學(xué)問題都需要從生化角度和用生化方法才可能較深入地得到了解。如食品、發(fā)酵、制藥及皮革工業(yè)，預(yù)防、治療醫(yī)學(xué)等都與生物化學(xué)有密切關(guān)系。如研究植物的新陳代謝的各種過程，就有可能控制植物的發(fā)育，此外，農(nóng)產(chǎn)品的貯藏與加工，植物病蟲害的防治等。遺傳工程或基因工程；蛋白質(zhì)工程和酶工程；以及細(xì)胞培養(yǎng)、組織培養(yǎng)等體外技術(shù)，用于改造物種和生產(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)物。

環(huán)境生物化學(xué)生物化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景以生物化學(xué)的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)的生物工程具有廣闊的前景

改造物種．培育高抗逆性、具有特殊品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物與工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)W科相結(jié)合，在材料工業(yè)．污水和廢物處理方面發(fā)揮作用。利用植物建造“植物工廠”，生產(chǎn)對(duì)人類有用的特殊生物化學(xué)物質(zhì)。

生產(chǎn)新型的藥物和疫苗，對(duì)于治療疾病、維護(hù)人類健康有著重要的意義分子生物電子學(xué)對(duì)電子計(jì)算機(jī)制造、疾病防治和生物模擬都有重要的推動(dòng)作用。極大地改變社會(huì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人們的勞動(dòng)生產(chǎn)方式。環(huán)境生物化學(xué)

1.2環(huán)境生物化學(xué)概述

環(huán)境生物化學(xué)定義環(huán)境生物化學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)

環(huán)境生物化學(xué)的由來

環(huán)境生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法

環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)定義

環(huán)境科學(xué)向化學(xué)提出的基本問題已經(jīng)從早期的分析監(jiān)測(cè)方法和環(huán)境治理方法轉(zhuǎn)向環(huán)境過程研究。環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)定義從廣義來講從狹義來講環(huán)境保護(hù)角度環(huán)境生物化學(xué)主要是研究生物對(duì)污染物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的能力，討論生物代謝污染物質(zhì)的途徑。環(huán)境生物化學(xué)是介于環(huán)境污染化學(xué)與生物化學(xué)之間的一門科學(xué)。它是研究環(huán)境中的污染物質(zhì)在生物體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化規(guī)律。環(huán)境生物化學(xué)主要研究天、地、生相互作用的基本化學(xué)反應(yīng)，特別是人和生物對(duì)外來物質(zhì)和能量所做的應(yīng)答以及人類生活生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的化學(xué)基礎(chǔ)。

環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)產(chǎn)能物質(zhì)糖類、脂類和蛋白質(zhì)的化學(xué)、代謝規(guī)律和基本理論酶工程、基因工程、微生物細(xì)胞工程和發(fā)酵工程四大現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)原理、作用機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)生物催化劑-酶的化學(xué)、作用機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)遺傳物質(zhì)-核酸的化學(xué)、作用機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)研究烴、有機(jī)農(nóng)藥、石油及環(huán)境激素等不易降解物質(zhì)的生物代謝與轉(zhuǎn)化規(guī)律及其生物降解的分子機(jī)制研究有毒污染物的生物積累與生物轉(zhuǎn)化與有毒物質(zhì)的生物化學(xué)效應(yīng)環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)環(huán)境生物化學(xué)是一門年輕的科學(xué)，我們希望通過系統(tǒng)地闡明環(huán)境污染及其工程處理中的生物化學(xué)基礎(chǔ)理論、原理和目前這一領(lǐng)域的最新成果的介紹和討論，對(duì)這方面知識(shí)的全面了解，有助于環(huán)境污染工程技術(shù)的改進(jìn)和提高，促進(jìn)環(huán)境污染的治理和整個(gè)環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的由來

環(huán)境生物化學(xué)是生物化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，迄今為止，還沒有一個(gè)完整的定義和概念。近年來，隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，逐漸形成了《環(huán)境化學(xué)》、《環(huán)境微生物學(xué)》和《環(huán)境生物學(xué)》等分支，而且正在形成獨(dú)立的體系。

環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的由來但目前這方面的內(nèi)容多半是單純從化學(xué)或生物學(xué)的角度討論較多，在工程方面還出現(xiàn)了《工程生物化學(xué)》，內(nèi)容多半局限于發(fā)酵工業(yè)方面的生物與生物化學(xué)原理，盡管有的論著中也涉及到一些環(huán)境生物化學(xué)問題，但仍欠全面系統(tǒng)，特別是在適合環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專業(yè)參考內(nèi)容方面更顯不足。環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的由來我國目前有近200個(gè)院校開設(shè)環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專業(yè)，西安交通大學(xué)等校已將環(huán)境生物化學(xué)作為環(huán)境工程專業(yè)本科生，環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)專業(yè)研究生必修課，在據(jù)了解其他數(shù)院校也已開設(shè)或打算開設(shè)環(huán)境生物化學(xué)課程。環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法

生物化學(xué)雖然與化學(xué)，特別是有機(jī)化學(xué)密切相關(guān)，但性質(zhì)畢竟有所不同，主要區(qū)別是生物化學(xué)反應(yīng)是在生物體內(nèi)進(jìn)行的，反應(yīng)的環(huán)境比體外復(fù)雜，—般由生物催化劑(酶)參加。有些在體外發(fā)生的反應(yīng)，在體內(nèi)就不一定照樣進(jìn)行，因此，不能簡單地根據(jù)體外的化學(xué)反應(yīng)去理解體內(nèi)的反應(yīng)。

環(huán)境生物化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法生物化學(xué)分為動(dòng)態(tài)（代謝）和靜態(tài)（結(jié)構(gòu)）兩大部分，兩部分之間是互相聯(lián)系的。結(jié)構(gòu)是代謝的基礎(chǔ)，而在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)時(shí)，往往也涉及一些代謝的知識(shí)。學(xué)完代謝之后，如果再復(fù)習(xí)一下結(jié)構(gòu)的知識(shí)，會(huì)有更深刻的理解。學(xué)習(xí)生物化學(xué)時(shí)，應(yīng)對(duì)教師指定的教材內(nèi)容作全面了解，分析比較，明確概念；對(duì)糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸以及其他有關(guān)化學(xué)物質(zhì)的學(xué)習(xí)，要從化學(xué)本