信息论在生物学和化学领域的应用
信息论在生物学和化学领域的应用
信息科学与技术学院**
指导教师**
摘要：信息论近年来迅速发展，已广泛渗入物理、化学、生物、医学、自动控制、计算机、人工智能、仿生学、经济和管理等不同领域。本文阐述信息论在现代生物学、化学等学科中的应用。
关键词：信息论；生物信息论；化学信息论；基因编码
一、概述
1948年，Claude E.Shannon在BSTJ发表题为“The Mathematical Theory of Communica-tion”的著名论文，创立了后人所称的“信息论”，揭开了人类认识史上的新纪元:由材料和能量的
时代开始走向自觉地认识和利用信息的时代。现在，人们越来越清楚地看到，Shannon信息论
的确是科学史上一座巍峨的里程碑，它把科学领进了信息世界的大门。但是，Shannon信息论
并没有穷尽信息问题的研究。正如Shannon本人所说：“企求一次就揭开自然的全部奥秘，这
种期望是不切实际的”。事实上，一个具有旺盛生命力的理论必然会不断地渗透到新的领域，不断地改变自己的面貌[1]。现如今，信息熵概念广泛渗入物理、化学、生物、医学、自动控制、计算机、人工智能、仿生学、经济和管理等不同领域。信息过程不仅是通讯研究的对象，而且被当作控制社会的手段来研究[2]。就正是由Shannon信息论经过不断的开拓、发展和升华的结果，它是信息理论发展的全新阶段。
二、信息论与生物学
（一）信息与遗传[2]
1944年细菌转化现象的发现，第一次证实了细胞核内DNA核酸是遗传的物质基础。1953 年沃森和克里克提出 DNA螺旋结构模型，认为是由两条多核苷酸链靠碱基间确定配对关系而
联系在一起，形成犹如螺旋状的长梯子，第一梯级相当一对碱基。梯级很多，若以500梯级的
大分子计，其结构可能取型的数目为10330信息量。历史上有过物种，最高估计是40亿种，其
信息量不过才是10g24*109=31.9比特，可见DNA结构可储存遗传信息量大得足以使每一物种
内各个个体间都可以有差别。
生物性状的遗传，是在分子水平上通过DNA复制来实现的。也就是DNA双链松解，每一条链再按碱基配对关系，吸引相应碱基形成与原DNA双链相同结构的双链，结果是一分为二，而复制中的差错则会引起生物体变异。
蛋白质的合成，首先要由 mRNA按模板DNA 的分子结构转录一份副本，然后再按副本转为蛋白质“文字”。蛋白质种类很多，都由20种氨基酸形成，只是排列结构不同。4种核苷酸排列的DNA双链，与20种氨基酸排列的蛋白质大分子链对应，正像点和划两种信号的电报编码，要与26个英文字母拼成的字对应一样，有一个编码和译码的问题。
（二）信息与进化论
信息论的快速发展也促进了与进化论的结合，生物进化信息论从信息论和生物热力学基础上开拓出来以后，迅速发展成一门覆盖面广、突破性强的新兴学科。首先，它已合理地解释了个体发育与形态发生、类群进化与系统发育以及生态历史与其进化等等问题，并突出了它们的共同规律，第二，集合了广泛领域里的研究资料和人员，有从事分子生物学、发育生物学、群体遗传学、生态遗传学、进化分类学、古生物学以及数理计算机学领域里的学者们。第三，由于突破了进化论与第二定律之间长久未统一的问题，因而决定它成为进化论中最广义的理论，将遗传进化的诸项基本因素—复制和繁殖、突变和重组、选择和隔离等赋以科学的定性，有利于各派观点间的统一进化信息论趋向于比较成熟时间还不太长。它的快速发展说明了以前的各派进化理论在新的现实问题面前暴露出局限性，发生了剧烈的冲突，并引起不时的争论，促使广大学者去发现更广泛的新理论，推动进化论的不断发展和完善[3]。
（三）信息论与生物医学[6]
人体是一个高度有序的聚细胞体。生命现象要求分子，细胞、结构、组织和功能等在空间和时间上高度有序。要维持自身的高度有序状态，维持生长，发育过程，就必须不断地从外界摄取食物和能量，同时向环境排出废物。薛定谔把生命有机体从环境汲取食物称为“汲取负熵”。他认为有机体就是依赖负熵为生的，生命有机体正是从汲取秩序的食物中汲取秩序维持自身的高度有序水平，而这正意味着汲取了信息。因为不确定性是无序性的量度，获得信息将使无序性减少而使有序性增加，因此获得信息的过程是从无序向有序转化的过程，这种转化的定量描述是通过信息量来实现的。从以上的分析可知，对生命系统发展的有利因素是负熵，对系统发展的不利因素是熵增。正常机体不断从环境汲取信息(负熵)在机体内合成高度有序的结
构，同时机体内的有序结构又在不断自发地破坏(即熵值在增加)，因此各局部处于存有一定信息的动态稳定态之中。这些状态可以采用具有滴与负熵意义的指标定量表示，根据这些指标数值的增减就可以判断系统功能状态的变化是趋于巩固和激活，还是趋于瓦解和衰落。
目前，对于生命体的各个层次，人们从不同水平确定其信息量。例如在DNA水平上主要考虑的是相对熵、等概散度和独立散度，这些决定了DNA中碱基的有序性;在蛋白质水平上主要考虑的是熵和相对熵的大小，这些量提示氨基酸结构是否具有生理功能;在系统水平上，主要考虑的是信息熵，最大熵，负熵和剩余度等。
在现代医学中，从患者血液中获得的生化指标的信息特征找出科学规律，对疾病的进程进行定性判断，定量描述及动态分析都是生物医学的贡献。
三、信息论与化学
（一）超分子化学与化学信息学的提出[4]
1987年诺贝尔化学奖得主、法国化学家莱恩(Lehn)在定义超分子化学时所提出的化学信息论的概念，指的是与超分子形成过程密切相关的化学信息。
Lehn在处理超分子化学的问题时，用的是与传统所不同的视角，他在继承化学家所习惯的空间匹配和电性匹配等原则的同时，提出了超分子、分子识别、化学信息和化学反应智能化等一系列新概念。为了解释上述过程及其他类似过程的化学本质，Lehn从现代生物学中借用了“识别”的概念。因为识别是一种以信息的识别和接收为前提的智能化过程，所以Lehn接着又提出了化学信息与化学反应智能化的概念。Lehn在此处提出的化学信息，并非具体的某个化学事件或化合物，而是一种起诱导和决定超分子形成过程作用的信息，亦即当底物与受体在相互作用时，以对另一方所提供的或所具有的有效化学信息的识别为前提，这就是化学信息论。
“化学信息”，至今还只是个模糊的含义，没有明确的定义，但是却被化学家们所普遍接受，因为莱恩所提出的与分子识别概念相关的化学反应已经是比比皆是。从化学亲和力的概念发展到今天化学信息与分子识别的概念，这是一条曲折的道路。化学信息论在以后的发展中，还有待于物理学家，化学家和信息学家的联手作战。
（二）信息论与化学计量学
由于计算技术与信息论的结合，一门崭新的分析化学分支学科——化学计量学应运而生[5]。它的产生和发展使分析化学进入了一个新的境界，使分析化学从单纯的“信息提供者”转变为“问题的解决者”。化学计量学也是统计学、数学和计算机科学的“接口”，也可认作是分析
化学的“软件”。
自从Kowalski将信息论在分析化学中的应用引入化学计量学领域以来，化学计量学得到
了飞速的发展。在卡尔曼滤波(KF)的研究中，由于分析化学所涉及的对象是与物质及能量相关
的信息。因此，分析过程与传统的通信处理信息过程颇为相似。1979年Pouilsse首次将KF理
论用于多组分体系的吸收光谱分析，将重叠的光谱曲线进行快速的滤波过程。Weutezll用典型
的氨基酸混合物和BIM计算机采集数据，以KF法分析了甘氨酸和天冬天冬酰胺混合物。Hayashi以信息论和KF为基础优化了液相色谱法的检测波长。郭寅龙等用自适应卡尔曼滤波(AKF)解决了相互干扰的多组分体系分析，避免了在信息未知的条件下KF性能不好的缺点。
石乐明等将KF技术与计算机联机分析了5组分混合食用色素，提高了分析的自动化。李华则
利用误差校正因子校正掩蔽剂残余背景的KF方法分析了实际钢样，获得满意结果。由此可见，化学计量学在信息论的产生后飞速发展[5]。
四、总结与展望
信息熵的概念在自然科学的应用已经十分广泛，无论是物理，化学，生物等自然科学还是
心理、翻译等社会学科。本文也概括了许多信息论实际应用的例子，例如血液鉴别，对疾病的
定性判断，基因编码测序。数据的传输和信息的利用必须依靠于信息论，在信息爆炸的今天，信息论的应用已经不止于传统科学，由信息论衍生的新兴学科也必然快速发展，最终服务和应
用于社会。
参考文献
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[2]王玲俐,罗惠谦.信息论的发展和意义[J].科技进步与对策, 2001, 18:106-
107.DOI:doi:10.3969/j.issn.1001-7348.2001.08.048.
[3]凌锦良. 生物进化信息论概述[J]. 自然杂志, 1990, 04期:236-231.
[4]刘威, 宋心琦. 化学信息论--21世纪化学的重要课题之一[J]. 河北大学学报：自然科学版, 2000,
03期:297-303. DOI:doi:10.3969/j.issn.1000-1565.2000.03.022.
[5] 唐波, 沈含熙. 信息论与化学计量学[J]. 分析化学, 1994, 03期:301-307.
[6]金宝荣. 信息论在生物医学中的应用简介[J]. 辽宁医学院学报, 1988, 03期.
Application of information theory in biology and chemistry Abstract: Information theory developed rapidly in recent years. It has been widely infiltration of physics, chemistry, biology, medicine, automatic control, computer, artificial intelligence, bionics, economy and management in different fields. The article briefly introduces few applicationof information theory in modern biology, chemistry and other subjects.
Key Words: Information theory; bioinformatics; chemical information theory; gene encoding
生物化学在工业及环境方面的应用
生物化学在工业及环境方面的应用 化工10904 杨庆序号18 学号200903052 生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究，进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜一级其他物理学、化学技术，对重要的生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行分析，以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。 生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力。例如皮革的鞣制、脱毛，蚕丝的脱胶，棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当巨大的经济价值，特别是固定化酶和固定化细胞技术的应用更促进了酶工业和发酵工业的发展。70年代以来，生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速，包括一些激素、干扰素和疫苗等。基因工程和细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不仅能提高产量，还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶，如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投产后将会带来更大的经济效益。据估计，全球发酵产品的市场有120～130亿美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有机酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。发酵产品市场的增大与发酵技术的进步分不开。现代生物技术的进展推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都比过去有了极大的提高。目前世界最大的串联发酵装置
已达75 m＼许多公司对发酵工艺进行了调整，从而降低了生产成本。如ADM （Archer Danie1s Mid1and）和Cargill公司在20世纪90年代初对其发酵装置进行改造，将以碳水化合物为原料的生产工艺改为以玉米粉为原料，从而降低了生产成本，ADM公司生产的赖氨酸成本比原先降低了一半。利用基因工程技术，不但成倍地提高了酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因菌产生酶。利用基因工程，使多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、氨基酸合成途径的关键酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、稳定性得到提高，氨基酸合成的代谢流得以拓宽，产量提高。随着基因重组技术的发展，被称为第二代基因工程的蛋白质工程发展迅速，显示出巨大潜力和光辉前景。利用蛋白质工程，将可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的性能，从而生产出新型生化产品。 环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括：水污染、大气污染、噪声污染、放射性污染等。随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家。环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。处理环境污染的方法日新月异，近年来生物化学的方法越来越得到人们的重视。 在生物化学技术发展的同时，污水化学处理技术也在不断发展，其主要特点是投资省、运行稳定、操作灵活、除磷效果好，但不能去除溶解性有机污染物，出水水质也难以达到二级处理的排放要求，运行费用往往偏高。 当代污水处理技术的最重要发展趋势就是生物处理与化学处理的结合，二者
高等数学知识在生物化学工程中的应用举例
高等数学知识在生物化学工程中的应用举例 高等数学是生命科学学院校开设的重要基础课程，数学方法为生物化学的深入研究发展提供了强有力的工具。下面仅举一些用高等数学基础知识解决生物化学工程中的一些实际问题的例子，旨在启发学生怎样正确理解和巩固加深所学的知识，并且强化应用数学解决实际问题的意识。 例1 在化工原理中常用的柏努利方程式中的应用 化工生产过程中常于密闭管道内输送液体，使液体流动的主要因素有（1）流体本身的位差；（2）两截面间的压强差；（3）输送机械向流体外作的外功。 流动系统的能量衡量常用柏努利方程式，下面来介绍柏努利方程式。 定态流动时液体的机械能衡量式为 ∑?-=+?+ ?f e p p h W v d p u z g 212 2 （1） 该式队可压缩液体和不可压缩液体均适用。对不可压缩液体，（1）式中?2 p p vdp 项应视过程性质（等温、绝热 或多变过程）按热力学原则处理，对不可压缩液体，其比容v 或者密度ρ为常数，故 ρ ρ ρp p p dp vdp p p p p ?= -= = ?? 2 12 2 1 ，代入（1）式有： ∑-=?+?+?f e h W p u z g ρ 22 或 ∑+++=+++f e h p u gz W p u gz ρ ρ22 22121122 （2） （2）式称为柏努利方程式。 需要注明的是，22u 为动能，gz 为位能，ρ p 为静态能，e W 为有效能，∑f h 为能量损耗，z ?为高度差。 例2 混合气体粘度的计算 常温下混合气体的计算式为 ∑∑=== n i i i n i i i i m M y M y 1 211 21 μμ （3） 其中m μ为常温下混合气体的粘合度（Pa.s ）；i y 为纯组分i 的摩尔分率；i μ为混合气体的温度下，纯组分i 的粘度（Pa.s ）；i M 为组分i 的分子量（Kg/kmol ）。 例如：空气组分约为01.0,78.0,21.022Ar N O （均为体积积分率），试利用Ar N O ,,22的粘度数量，计算常温下C 020时空气的粘度？
国开《医学生物化学》形考任务所有答案
盐析沉淀蛋白质的原理是( ) 选择一项： A. 降低蛋白质溶液的介电常数 B. 使蛋白质溶液的pH值等于蛋白质等电点 C. 调节蛋白质溶液的等电点 D. 中和电荷，破坏水化膜 E. 与蛋白质结合成不溶性蛋白盐 题目2 还未回答 满分5.00 标记题目 题干 蛋白质的一级结构和空间结构决定于( ) 选择一项： A. 分子中氢键 B. 分子中二硫键的数量
C. 分子中次级键 D. 分子内部疏水键 E. 氨基酸组成和顺序 题目3 还未回答 满分5.00 标记题目 题干 患有口腔炎应服用( ) 选择一项： A. 维生素PP B. 维生素C C. 维生素B2 D. 维生素D E. 维生素B1 题目4 还未回答 满分5.00
标记题目 题干 分子病主要是哪种结构异常（）选择一项： A. 空间结构 B. 二级结构 C. 四级结构 D. 一级结构 E. 三级结构 题目5 还未回答 满分5.00 标记题目 题干 蛋白质分子中主要的化学键是( ) 选择一项：
A. 盐键 B. 肽键 C. 酯键 D. 二硫键 E. 氢键 题目6 还未回答 满分5.00 标记题目 题干 蛋白质的等电点是指( ) 选择一项： A. 蛋白质溶液的pH值等于7时溶液的pH值 B. 蛋白质分子的正电荷与负电荷相等时溶液的pH值 C. 蛋白质溶液的pH值等于7．4时溶液的pH值 D. 蛋白质分子呈正离子状态时溶液的pH值 E. 蛋白质分子呈负离子状态时溶液的pH值
题目7 还未回答 满分5.00 标记题目 题干 苯丙酮酸尿症是缺乏( ) 选择一项： A. 6-磷酸葡萄糖酶 B. 酪氨酸羟化酶 C. 苯丙氨酸羟化酶 D. 酪氨酸酶 E. 谷胱甘肽过氧化物酶 题目8 还未回答 满分5.00 标记题目 题干
生物技术在化学品生产中的应用
第十五节生物技术在化学品生产中的应用 作者：谭天伟文章来源：石化技术与应用点击数：2243 更新时间： 2011-07-08 生物化工是利用生物体(酶、微生物、细胞及细胞组织)结合化学和工程系原理进行化学品的加工或提供相应的社会服务(如环境治理)。生物化工有时又称为生物加工过程，生物化工生产的产品有以下几类：精细化学品，如维生素、色素等；生物材料，如生物可降解材料聚乳酸、壳聚糖及手性化合物等；医药及生物制剂，如青霉素、头孢、干扰素等；农用化学品，如生物农药、微生物肥料等；功能性食品及食品、饲料添加剂等。 1、生物技术从医药领域逐渐向化工领域转移，使传统的以石油为原料的化学工业发生变化。从而向条件温和、以可再生瓷源为原料的生物加工过程转移 目前生物技术主要用于医药及农业领域，但高效的生物转化技术越来越多地被用于化学品的生产。倒如1，3丙二醇(PDO)是一种重要的化工原料，可以合成聚酯PrT(聚对苯二甲酸丙二酯)。目前国际上主要是采油化学法生成PrT，如荷兰Shell采用环氧丙烷催化加氢用酰化法生成，副产物多，选择性差。现已开始研究采用生物发酵法生产1，3丙二醇，如美国杜邦通过基因工程方法开发了以淀粉为原料生产1．3丙二醇的工艺，该工艺不产生污染物．并通过发酵法合成的1，3丙二醇合成了聚酯PrT，2000年3月杜邦公司已宣布批量生产1，3丙二醇。 甘油是用途广泛的化工原料，目前有2条生产工艺路线：化学法和生物发酵法。化学法主要采用环氧丙烷水解工艺。发酵法以淀粉为原料，环境上有一定优势。我国目前在甘油发酵技术上达到国际领先水平，可以生产药用和食品级甘油。我国目前的生物法甘油年生产能力已达1万t以上。但发酵法甘油和化学法甘油的竞争还是很激烈的．二者的经济性在很大程度上取决于石油的价格。 乙醛酸是合成香兰素和许多中间体的重要原料，乙醛酸目前主要采用化学法生产．工艺路线有乙二醛氧化法．氯乙酸氧化法及草酸电解法，生产厂家主要集中在日本、美国和德国等发达国家。其中草酸电解法由于反应条件较温和，转化率高，目前被国内外大多数厂家采用。化学法工艺的主要问题是反应条件苛刻(240℃)，乙醛酸转化率低，仅60％一80％，环境污染严重。由于转化率低．分离纯化工艺复杂，一般乙醛酸产品纯度仅40％，而90％纯度的乙醛酸价格比40％纯度的乙醛酸高5～6倍。
(2020年更新)国家开放大学电大《医学生物化学》期末题库和答案
最新国家开放大学电大《医学生物化学》期末题库及答案 考试说明：本人针对该科精心汇总了历年题库及答案，形成一个完整的题库，并且每年都在更新。该题库对考生的复习、作业和考试起着非常重要的作用，会给您节省大量的时间。做考题时，利用本文档中的查找工具，把考题中的关键字输到查找工具的查找内容框内，就可迅速查找到该题答案。本文库还有其他网核及教学考一体化答案，敬请查看。 《医学生物化学》题库及答案一 一、名词解释(每题5分，共25分) 1．酶的活性中心 2．Tm值 3．糖异生作用 4．必需脂肪酸 5．肝脏的生物转化作用 二、单项选择题(每题2分，共40分) 1．各种蛋白质的含氮量相近，平均含量为( ) A．18％， B．16％C．20％ D．15％E．22％ 2．维系蛋白质一级结构的主要化学键是( ) A．盐键 B．疏水作用C．氢键 D．二硫键E．肽键， 3．RNA和DNA彻底水解后的产物( ) A．核糖不同，部分碱基不同 B．碱基相同，核糖不同 C．碱基不同，核糖不同 D．碱基不同，核糖相同E．以上都不对 4．乳酸脱氢酶的同工酶有( ) A．2种 B．3种C．4种 D．5种E．6种 5．关于酶正确的叙述是( ) A．能催化热力学上不能进行的反应 B．是由活细胞产生的一种生物催化剂 C．催化的反应只限于细胞内 D．其本质是含辅酶或辅基的蛋白质 E．能升高反应活化能 6．酶的特异性是指( )
A．酶与辅酶特异的结合 B．酶对其所催化的底物有特异的选择性 C．酶在细胞中的定位是特异性的 D．酶催化反应的机制各不相同 E．在酶的分类中各属不同的类别 7．正常静息状态下，大部分血糖被哪一器官作为能源供应( ) A．脑 B．肝 C．肾 D．脂肪E．肌肉 8．有关糖的无氧酵解过程可以认为( ) A．终产物是乳酸 B．催化反应的酶系存在于胞液和线粒体中C．通过氧化磷酸化生成ATP D．不消耗ATP，同时通过底物磷酸化产生ATPE．反应都是可逆的、9．低密度脂蛋白( ) A．在血浆中由 一脂蛋白转变而来 B．是在肝脏中合成的 C．胆固醇含量最多 D．它将胆固醇由肝外转运到肝内 E．含量持续高于正常者时，是患动脉硬化的唯一指标 10．抑制脂肪动员的激素是( ) A．胰岛素 B．胰高血糖素 C．甲状腺素 D．肾上腺素E．甲状旁腺素 11．下列哪种氨基酸不属于人体必需氨基酸( ) A．苯丙氨酸 B．赖氨酸C．亮氨酸 D．蛋氨酸E．酪氨酸 12．体内氨的主要运输形式是( )A．尿素 B．NH4ClC．苯丙氨酸D．谷氨酰胺E．天冬氨酸 13．生物转化中，第二相反应包括( ) A．结合反应 B．羧化反应C．水解反应 D．氧化反应E．还原反应14．嘌呤核苷酸循环脱氨基作用主要在哪种组织中进行( ) A．肝 B．肾 C．脑 D．肌肉E．肺
生物化学应用
生物化学应用简述 而在本世纪,与生物化学有关的最重要的领域主要有以下几个方面:(1) 生物大分子结构与功能的关系; (2) 生物膜的结构与功能; (3) 机体自身调控的分子机理; (4) 生化技术的创新与发明; (5) 功能基因组、蛋白质组、代谢组等; (6) 分子育种与分子农业(工厂化农业); (7) 生物净化; (8) 生物电子学; (9) 生化药物; (10)生物能源的开发等。 二、生物化学在不同领域的应用 生物化学就是在医学、农业、某些工业与国防部门的生产实践的推动下成长起来的,反过来,它又促进了这些部门生产实践的发展。 医学生化 对一些常见病与严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究,有助于进行预防、诊断 与治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面,磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新 领域,如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代,再加上各种疫苗的普遍应用,使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的 理论与方法与临床实践的结合,产生了医学生化的许多领域,如:研究生理功能失调与代谢紊 乱的病理生物化学,以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学,与器官移植与疫苗研制有关的免疫生化等。 农业生化 农林牧副渔各业都涉及大量的生化问题。如防治植物病虫害使用的各种化学与生物杀虫 剂以及病原体的鉴定;筛选与培育农作物良种所进行的生化分析;家鱼人工繁殖时使用的多 肽激素;喂养家畜的发酵饲料等。随着生化研究的进一步发展,不仅可望采用基因工程的技术 获得新的动、植物良种与实现粮食作物的固氮;而且有可能在掌握了光合作用机理的基础上,使整个农业生产的面貌发生根本的改变。 工业生化 生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力。例如皮革的鞣制、脱 毛,蚕丝的脱胶,棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包 括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当 巨大的经济价值,特别就是固定化酶与固定化细胞技术的应用更促进了酶工业与发酵工业的 发展。70年代以来,生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速,包括一些激素、干扰素与疫苗等。基因工程与细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不 仅能提高产量,还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶,如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功,正式投产后将会带来更大的经济效益。 国防方面的应用 防生物战、防化学战与防原子战中提出的课题很多与生物化学有关。如射线对于机体的损伤及其防护;神经性毒气对胆碱酯酶的抑制及解毒等。 三、生物化学在实际生活中的作用 1.生物制药 生物药物就是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果,从生物体、生物组织、细胞、体液等,综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理与
生物技术在应用药物化学中的应用
生物技术在应用药物化学中的应用 摘要：本文先简要地介绍生物技术中的主要几个技术分支，以及研究的方向还有应用药物化学的研究任务和目的，再通过技术的分析讨论生物技术在应用药物化学的研究中起到的重要作用。最后简单列举生物技术药物的发展现状。 关键词：生物技术;药物化学;应用 正文： 1.什么是生物技术 生物技术（Biotechnology），是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。生物技术是一门新兴的，综合性的学科。现代的生物技术主要包含基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、有机化学、无机化学、物理化学、物理学、信息学及计算机科学等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。 1.1.细胞工程 细胞工程（Cell engineering）是生物技术中最基础的，最重要的，是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。 1.2.基因工程 基因工程（Genetic engineering）又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。基因工程是生物技术中的核心技术。其中包括：核酸分子杂交技术，DNA序列分析技术，基因定点突变技术以及聚合酶链反应技术等。[1] 1.3.蛋白质组学 蛋白质组（Proteomics）学本质上指的是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。[2]
国家开放大学电大专科《医学生物化学》2027-2028期末试题及答案(试卷号：2121)
国家开放大学电大专科《医学生物化学》2027-2028期末试题及答案（试卷号：2121）一、名词解释（每题5分，共25分） 1．同工酶 在不同组织细胞内存在一组催化相同的化学反应，而分子结构、理化性质和免疫学性质不同的酶，称同工酶。如乳酸脱氢酶可分为LDHi、LDH2直至LDH。 2．限速酶 是指在整条代谢通路中催化反应速度最慢的酶，它不但可以影响整条代谢途径的总速度，而且还可改变代谢方向。 3．一碳单位 一碳单位是指某些氨基酸代谢产物含有一个碳原子的基团，如甲基（-CH3）、亚甲基（-CH2-）、次甲基（-C H=），羟甲基（-CH2 0H）、亚氨甲基（-CH=NH2）、甲酰基（-CHO）等。 4．逆转录 一些病毒分子中，RNA也可以作为模版，指导DNA的合成，这种遗传信息传递的方向与转录过程相反，称为逆转录。 5．肝脏的生物转化作用 非营养性物质在肝脏内经过氧化、还原、水廨和结合反应，使其极性增强，易溶于水，可随胆汁或尿液排出体外，这一过程称为肝脏的生物转化作用。 二、填空题（每空1分．共5分） 1．联合脱氨基作用主要由转氨基作用和氧化脱氨基作用组成。 2．血钙中能发挥生理作用的只有钙离子，使血钙降低的激素是降钙素。 3．调节血糖浓度的最重要的器官是肝 三、单项选择题（每小题选择_个最佳答案，填写在括号中。每小题2分，共40分） 1．各种蛋白质的等电点不同是由于( )。 A.分子量大小不同 B．蛋白质分子结构不同 C．蛋白质的氨基酸组成不同 D．溶液的pH值不同 E．蛋白质的来源不同 2．有关cAMP的叙述正确的是( )。 A. cAMP是环化的二核苷酸 B．cAMP是由ADP在酶催化下生成的 C．cAMP是激素作用的第二信使
生物化学在应用化学中联系与应用
生物化学在应用化学中联系与应用当今世界科学技术发展突飞猛进，知识与技术更新周期明显加快，伴随着新技术革命的到来，学科领域相互渗透,学科界限已趋模糊。这些变化与发展极大地影响着社会生活的各个方面,深刻地改变着社会面貌。高新技术发展带来的变化。特别是知识经济时代,需要培养知识复合型和能力复合型人才，要求学生要掌握全面的知识，会全面处理复杂的学科交叉的实际问题。这些天我通过在图书馆和网络查阅了相关资料，了解了一些关于我们本专业和生物化学之间的联系与应用。 生物是一门自然科学，它是以各门学科为基础，尤其是化学知识。细胞代谢是生物的基本特征，而细胞代谢又是生物体内全部有序化学变化的总称，由此可见，只要是生物体就离不开化学反应，化学知识的应用在生物教学中更是不可或缺。 一、生物教学中对化学分子学知识的应用 1. 关于元素的异同 组成生物体的化学元素与化学教材中的相关元素有何异同？在讲到这一知识点时，可以先引申到化学教材中有关化学元素的特征，然后再通过比较，让学生理解和掌握生物体内组成化合物的元素和自然界中的元素在种类和含量之间的区别。如在介绍“元素含量差异”时，列举出碳元素在生物细胞干重中占55.59%，而碳元素在地壳中含量只有0.087%的事例，就能让学生对组成细胞的元素有清晰的认识，可以帮助学生加深理解并做到深刻记忆。
2. 关于化合物的异同 组成生物体的化合物时，可通过自然界的化合物可分为无机化合物和有机化合物两大类，引出组成生物体的化合物也可分为无机化合物和有机化合物两大类，但生物体内的化合物种类远远没有自然界的多。化学中无机化合物大致分为氧化物、酸、碱、盐等；而生物体内无机化合物包括水和无机盐两类。化学中根据有机物分子中所含官能团，分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等，根据有机物分子中的碳架结构，可分为开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三大类；而生物中有机化合物分为糖类、脂肪、蛋白质和核酸四大类。另外在含量上两者也有显著差异。这就说明了生物是自然界的一部分，两者有统一的一面，同时又存在着差异性。 3. 关于生物大分子的异同 生物大分子是组成生物体的主要物质，当讲到这一知识点时就可以与化学分子进行比较。以蛋白质为例，化学中讲解了蛋白质的知识，如蛋白质的组成元素、组成单位氨基酸、结构、性质、变性等，但组成生物体的蛋白质和化学中的蛋白质有许多不同之处。例如，组成单位氨基酸，在化学中只要含有氨基和羧基的化合物就称为氨基酸，而生物体内组成蛋白质的氨基酸只有约20种，它们都是α—氨基酸。在结构上要特别强调组成生物体的蛋白质有特定的空间结构，空间结构一旦被破坏，蛋白质就不是原来的蛋白质。在性质上要强调蛋白质的生物性，就是一旦失去生物活性，就不能完成生物体的各项功能。在讲到蛋白质的变性时，可通过化学中讲到的变性条件，物理因素可以
医学生物化学模拟试题及参考答案
医学生物化学模拟试题（2）及参考答案一、单选题(每题1分，共25分) 1．变性蛋白质的主要特点是( )。 A．黏度下降B．溶解度增加 C．不易被蛋白酶水解D．生物学活性丧失 E．容易被盐析出沉淀 2．Km值与底物亲和力大小关系是( )。 A．Km值越小，亲和力越大B．Km值越大，亲和力越小 C．Km值的大小与亲和力无关D．Km值越小，亲和力越小 E．1／Km值越小，亲和力越大 3．可使血糖浓度下降的激素是( )。 A．肾上腺素B．胰高糖素 Ｃ．胰岛素D．糖皮质激素 E．生长素 4．激素敏感脂肪是指( )。 A．组织脂肪酶B．脂蛋白脂肪酶 C．胰脂酶D．脂肪细胞中的甘油三酯脂肪酶 E．脂肪细胞中的甘油一酯脂肪酶 5．各种细胞色素在呼吸链中传递电子的顺序是( )。 A．a a3 b c1 c 1／2O2 B．b a a3 C1 C 1／2O2 C．b c c1 a a3 1／2O2 D．c cl a a3 b 1／2O2 E．b c1 c aa3 1／2O2 6．患白化病的根本原因之一是因为先天性缺乏( )。 A．酪氨酸转氨酶B．苯丙氨酸羟化酶 C．酪氨酸酶D．尿黑酸氧化酶 E．对羟苯丙酮酸还原酶 7．dTMP合成的直接前体是( )。 A．dUMP B．TMP C．TDP D．dUDP E．dCMP 8．酶化学修饰调节的主要方式是( )。 A．甲基化与去甲基化B．乙酰化与去乙酰化 Ｅ．磷酸化与去磷酸化D．聚合与解聚 E．酶蛋白与cAMP结合和解离 9．基因表达产物是( )。 A．DNAB．RNA C．蛋白质 D．酶和DNA E．大部分是蛋白质，有些基因产物是RNA 10．血钙中直接发挥生理作用的物质为( )。 A．草酸钙B．血浆蛋白结合钙 C．磷酸氢钙D．羟磷灰石
信息论在生物学和化学领域的应用
信息论在生物学和化学领域的应用 信息科学与技术学院** 指导教师** 摘要：信息论近年来迅速发展，已广泛渗入物理、化学、生物、医学、自动控制、计算机、人工智能、仿生学、经济和管理等不同领域。本文阐述信息论在现代生物学、化学等学科中的应用。 关键词：信息论；生物信息论；化学信息论；基因编码 一、概述 1948年，Claude E.Shannon在BSTJ发表题为“The Mathematical Theory of Communica-tion”的著名论文，创立了后人所称的“信息论”，揭开了人类认识史上的新纪元:由材料和能量的 时代开始走向自觉地认识和利用信息的时代。现在，人们越来越清楚地看到，Shannon信息论 的确是科学史上一座巍峨的里程碑，它把科学领进了信息世界的大门。但是，Shannon信息论 并没有穷尽信息问题的研究。正如Shannon本人所说：“企求一次就揭开自然的全部奥秘，这 种期望是不切实际的”。事实上，一个具有旺盛生命力的理论必然会不断地渗透到新的领域，不断地改变自己的面貌[1]。现如今，信息熵概念广泛渗入物理、化学、生物、医学、自动控制、计算机、人工智能、仿生学、经济和管理等不同领域。信息过程不仅是通讯研究的对象，而且被当作控制社会的手段来研究[2]。就正是由Shannon信息论经过不断的开拓、发展和升华的结果，它是信息理论发展的全新阶段。 二、信息论与生物学 （一）信息与遗传[2] 1944年细菌转化现象的发现，第一次证实了细胞核内DNA核酸是遗传的物质基础。1953 年沃森和克里克提出 DNA螺旋结构模型，认为是由两条多核苷酸链靠碱基间确定配对关系而 联系在一起，形成犹如螺旋状的长梯子，第一梯级相当一对碱基。梯级很多，若以500梯级的 大分子计，其结构可能取型的数目为10330信息量。历史上有过物种，最高估计是40亿种，其 信息量不过才是10g24*109=31.9比特，可见DNA结构可储存遗传信息量大得足以使每一物种 内各个个体间都可以有差别。
应用生物化学参考答案
参考答案 1.生物体中的必须元素有哪些？哪些是微量元素？ 必须元素：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Na、Mg、Cl、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr、Si、V、F、B、Mo、Sn、Ni、Br 微量元素：Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr、Si、V、F、B、Mo、Sn、Ni、Br 2.简述原核细胞和真核细胞在结构上的差别。 3.简述生命的特征。 化学成分的同一性；生命具严谨有序的结构；生命能自我繁殖；生命的繁殖存在遗传和变异；生命会生长发育；生命需新陈代谢；生命有应激反应；生命存在进化。 4.水在生物体中的作用 水在生物体内的作用水分子是很强的极性分子，具有沸点高、比摩尔热容大、摩尔蒸发热大以及能溶解许多物质的特性，这些特性对于维持生物体的正常生理活动有着重要的意义。 5.糖的D-,L-, α-,β-型是如何区别和决定的？ 以甘油醛为参照物，用互为镜像的“对映体”——D型和L型表示： 醛糖与酮糖的构型是由分子中离羰基最远的不对称碳原子上的羟基方向来决定的。 异头物的半缩醛羟基和羟甲基临近的羟基在碳链同侧的称α型，在异侧的称β型。 6.单糖的氧化、还原成脎反应？ (1)单糖的氧化 以葡萄糖为例： ①在弱氧化剂（如溴水）作用下，醛基被氧化成葡萄糖酸； ②较强氧化剂（如稀硝酸）作用下，醛基和伯醇基同时被氧化，生成葡萄糖二酸； ③生物体内，在专一性酶作用下，伯醇基被氧化，生成葡萄糖醛酸。 另外，单糖在碱性溶液中，醛基、酮基烯醇化变成非常活泼的烯二醇，具还原性，能还原金Cu2+、Ag+等，而其本身则被氧化成为相应的糖酸。 (2)单糖的还原
醛糖被还原成糖醇。酮糖被还原成两种同分异构的糖醇。 (3)单糖的成脎反应 单糖游离羰基能与3分子苯腙作用生成糖脎。 7.什么是变旋现象？如何区分左旋右旋？ 一个有旋光性的糖溶液放置后，它的比旋光度会发生变化，这种现象叫变旋现象。 具有不对称碳原子的化合物溶液能使偏振光平面旋转，即具有旋光性。使偏振光平面发生顺时针方向偏转，称为右旋，用d或（+）表示；发生逆时针方向偏转的，称为左旋，用l 或（-）表示。 8.蔗糖、乳糖和纤维素的组成与结构有何异同？ 9.淀粉、糖原和纤维素的组成与结构有何异同？
第十二章 电化学在生物和医学中的应用
第十二章电化学在生物和医学中的应用 第一节生物电化学的研究内容 生命现象最基本的过程是电荷运动。生物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电位差人和动物的代谢作用以及各种生理现象，处处都有电流和电位的变化产生。人或其它动物的肌肉运动、大脑的信息传递以及细胞膜的结构与功能机制等无不涉及电化学过程的作用。细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料电池的氧化和还原过程来模拟；生物电池是利用电化学方法模拟细胞功能；生物电化学是在20世纪70年代初由电生物学、生物物理学、生物化学、电生理及电化学等多门学科交叉形成的独立学科，其主要研究内容如下： 1．生物分子电化学 利用近代电化学技术模拟生物分子在生命活动过程的作用和变化。生物体内进行的化学反应绝大部分是氧化还原反应，它们本身的电子传递机理及它们所构成的物质和能量代谢链的电子传递机理，正在利用电化学理论和研究技术有效地进行研究。 2．生物电催化 生物电催化是研究酶对生物体系中电化学反应催化作用，其研究内容主要有酶的结构和性能；酶促反应机理；酶固定化方法；在电极一电解质界面酶的电化学行为和氧化还原反应机理；酶促反应同电化学反应的关联方法，尤其是酶在固定化电子递体或促进剂的电极上的电催化作用；酶电催化的应用，尤其是酶作为专一性电化学传感器一酶在能源转换和存储中的应用。 3．光合作用 光合作用实际上是所有生命过程所需能量的最初来源。光合作用敏化剂叶绿素分子的激发态，激发态的反应、能量转换过程及模型，初级电荷分离及其后的二级反应，等，都可以利用电化学方法研究，光合作用的各个步骤也可能利用电化学系统来模拟。 4．活组织电化学
利用对离子和氧化还原反应敏感的染料作指示剂可以间接测定细菌的电位和离 子浓度，以探测细胞中的离子行为。微生物电化学有重要的应用，例如微生物燃料电池，利用电化学技术杀死微生物以净化水等。 5．生物技术中的电化学技术 研制生物电极，包括微电极、酶电极和微生物电极等，研究它们在生物技术、医学和其他领域中的应用。电化学为电生理学，例如跨膜电位的测定、兴奋细胞的刺激、膜电位的控制、离子电渗疗法、脑电图、肌动电流图、心电图的研究提供了基础。通过电流流过细胞描摹来修饰细胞，利用电脉冲进行细胞膜打孔、细胞电融合和电打孔基因摄取，这些电生物学技术离不开电化学原理。 第二节生物体的电现象 一、脑波、心电和筋电 生物电化学已经涉及到不同领域的生物学问题，主要是：①在生物体内进行的绝大部分化学反应都是氧还原反应，例如为生命需要(营养、组织生长、再生、废物排泻)进行的新陈代谢。②光合作用，包括吸收分子的电子激发过程、膜上产生的电子和质子转移过程和代谢化学反应。③膜现象几乎完全控制着离子和分子等物质从活细胞外部向内部或反方向的传输，离子有方向性的运动造成了跨膜电位差，调节着一系列的物质运输。④生物体所需的信息过程几乎都是通过电信号方式发生的，出现一系列电生理现象，包括视觉、动作、痛觉、热刺激、饥饿和干渴感等等。⑤用一定周期和幅度的适当电脉冲在膜中生成微孔，使物质更容易跨膜转移，有可能实现细胞融合和基因摄取。⑥生物电化学方法对各种疾病的治疗，涉及生物传感器、燃料电池、人工器脏、电刺激和电麻醉、食品控制、环境保护等多方面的应用。现在首先了解生物体的电现象及有关的实验技术。 二、细胞膜电位和刺激传递 1．微电极 两个显著的特点：①电极响应速度相当快(RC<”s)，在扫描伏安测量中，扫描速度高达2×104 V‘。～，比常规电极快3个数量级。②极化电流甚微，一般为毫微安(，甚至可低到微微安(pA)的数量级；欧姆电位降很小，故可采用双电极
《医学生物化学》2018期末试题及答案
《医学生物化学》2018期末试题及答案 一、单项选择题(每题2分．共40分) 1．蛋白质的特殊功能不包括( ) A．复制功能 B．调节功能 C．收缩及运动功能 D．运输及储存功能E．保护及免疫功能 2．肝脏合成最多的血浆蛋白是( ) A．a球蛋白 B．β球蛋白 C．白蛋白 D．纤维蛋白原E．凝血酶原3．下列关于ATP的不正确说法是( ) A．是体内的唯一的直接供能物质 B．可将其高能磷酸键转移给肌酸 C．可作为间接供能物质 D．可将其高能磷酸键转给GDP生成GTP E．不稳定4．与佝偻病的发生无关的因素是( ) A．肝肾功能严重受损 B．阳光照射充足 C．食物中钙磷比例不当 D．维生素D摄入不足E．碱性磷酸酶活性降低5．胆红素来源不包括( ) A．细胞色素 B．储铁铁蛋白C．血红蛋白 D．过氧化氢酶E．肌红蛋白6．关于同工酶正确的说明是( ) A．是由不同的亚基组成的多聚复合物 B．对同一底物具有不同的专一性 C．对同一底物具有相同的Km值 D．在电泳分离时它们的迁移率相同E．免疫学性质相同 7．饥饿时体内的代谢可能发生下列变化( ) A．糖异生↑ B．磷酸戊糖旁路↑C．血酮体↓ D．血中游离脂肪酸↓，E．糖原合成↑ 8．谷氨酸在蛋白质代谢作用中具有重要作用，因为( ) A．参与转氨基作用 B．参与其它氨基酸的贮存和利用C．参与尿素的合成D．参与一碳单位的代谢 E．参与嘌呤的合成 9．不属于胆色素的是( ) A．结合胆红素 B．胆红素C．血红素 D．胆绿素 E．胆素原 10．下列不能补充血糖的代谢过程是( ) A．肝糖原分解 B．肌糖原分解C．食物糖类的消化吸收 D．糖异生作用E．肾小球的重吸收作用 11．关于组成蛋白质的氨基酸结构，正确的说法是( )
医学和生物化学领域中的应用
医学和生物化学领域中的应用 图115分析血清中的抗惊厥药 ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-ODS(6.0mm×15cm) 流动相：0.1M磷酸盐缓冲液（pH5.5）/甲醇（10/9）流量：1.2ml/min 柱温：55℃ 检测器：紫外（210nm） 图116分析血清中乙酰水杨酸和水杨酸 ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-ODS(6.0mm×15cm) 流动相：0.1M磷酸盐缓冲液（pH2.1）/甲醇（1/1）流量：1.5ml/min 柱温：55℃ 检测器：紫外（245nm） ■色谱峰 1、乙玻胺 2、去氧苯巴比妥 3、苯巴比妥 4、苯妥英 5、环已烯巴比妥（内标） 6、酰胺咪嗪 ■色谱峰 1、乙酰水杨酸 2、水杨酸 图117分析血液中的茶碱 ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-ODS(6.0mm×15cm) 流动相：0.1mM磷酸盐缓冲液（pH2.1）/乙腈（10/1）流量：1.0ml/min 柱温：40℃ 检测器：紫外（270nm） 图118分析尿中黄嘌呤、次黄嘌呤和尿酸 ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-ODS(6.0mm×15cm) 流动相：20mM磷酸盐缓冲液（pH3） 流量：1.0ml/min 柱温：40℃ 检测器：紫外（260nm） ■色谱峰 1、茶碱 2、羟乙茶碱（内标） ■色谱峰 1、尿酸 2、次黄嘌呤 3、黄嘌呤
图120 分析血液中维生素25-OH-D3 ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-ODS(6.0mm×15cm) 流动相：甲醇/水（5/1） 流量：1.5ml/min 柱温：50℃ 检测器：紫外（265nm） 图121分析尿中的多胺化合物 ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-ODS(6.0mm×15cm) 流动相：高氯酸钠和已烷基磺酸钠/乙腈， 梯度洗脱 流量：1.1ml/min 柱温：50℃ 检测器：荧光（Ex.345nm,Em,455nm） （用OPA柱后衍生法） 图122分析婴儿尿液中的HVA和VMA ■分析条件： 色谱柱：Shim-pack CIC-VMA(6.0mm×15cm) 流动相：酒石酸/乙腈（97/3） （加有少量EDTA） 流量：1.5ml/min 检测器：电导■色谱峰 1、正乙酰基腐胺 2、腐胺 3、正乙酰基亚精胺 4、正乙酰基精胺 ■色谱峰 1、香草杏仁酸（VMA） 2、高香草酸（HV A）
化学在中学生物中的应用
化学在中学生物中的应用 发表时间：2011-12-08T13:11:25.027Z 来源：《学习方法报·理化教研周刊》2011年第15期供稿作者：吴清华[导读] 生物是一门自然科学，它是以各门学科为基础，尤其是化学知识。 江西省鄱阳县油墩街中学吴清华 生物是一门自然科学，它是以各门学科为基础，尤其是化学知识。细胞代谢是生物的基本特征，而细胞代谢又是生物体内全部有序化学变化的总称，由此可见，只要是生物体就离不开化学反应，化学知识的应用在生物教学中更是不可或缺。笔者根据多年中学生物和化学课程教学经验，现将如何融合和应用化学知识的一些做法总结如下： 一、生物教学中对化学分子学知识的应用 1. 关于元素的异同 组成生物体的化学元素与化学教材中的相关元素有何异同？在讲到这一知识点时，可以先引申到化学教材中有关化学元素的特征，然后再通过比较，让学生理解和掌握生物体内组成化合物的元素和自然界中的元素在种类和含量之间的区别。如在介绍“元素含量差异”时，列举出碳元素在生物细胞干重中占55.59%，而碳元素在地壳中含量只有0.087%的事例，就能让学生对组成细胞的元素有清晰的认识，可以帮助学生加深理解并做到深刻记忆。 2. 关于化合物的异同 在讲授组成生物体的化合物这一知识时，可通过自然界的化合物可分为无机化合物和有机化合物两大类，引出组成生物体的化合物也可分为无机化合物和有机化合物两大类，但生物体内的化合物种类远远没有自然界的多。化学中无机化合物大致分为氧化物、酸、碱、盐等；而生物体内无机化合物包括水和无机盐两类。化学中根据有机物分子中所含官能团，分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等，根据有机物分子中的碳架结构，可分为开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三大类；而生物中有机化合物分为糖类、脂肪、蛋白质和核酸四大类。另外在含量上两者也有显著差异。这就说明了生物是自然界的一部分，两者有统一的一面，同时又存在着差异性。 3. 关于生物大分子的异同 生物大分子是组成生物体的主要物质，当讲到这一知识点时就可以与化学分子进行比较。以蛋白质为例，化学中讲解了蛋白质的知识，如蛋白质的组成元素、组成单位氨基酸、结构、性质、变性等，但组成生物体的蛋白质和化学中的蛋白质有许多不同之处。例如，组成单位氨基酸，在化学中只要含有氨基和羧基的化合物就称为氨基酸，而生物体内组成蛋白质的氨基酸只有约20种，它们都是α—氨基酸。在结构上要特别强调组成生物体的蛋白质有特定的空间结构，空间结构一旦被破坏，蛋白质就不是原来的蛋白质。在性质上要强调蛋白质的生物性，就是一旦失去生物活性，就不能完成生物体的各项功能。在讲到蛋白质的变性时，可通过化学中讲到的变性条件，物理因素可以是加热、加压、紫外线照射、超声波作用等；化学因素有强酸、强碱、重金属盐等，再结合生物体实际情况讲解生物体内的蛋白质变性知识。 二、生物教学中催化原理的应用 生物体内的化学反应能快速有效地进行，当讲到这一章节时，可以通过应用化学中的催化剂原理进行讲解。化学中的催化剂是指使化学反应变快或减慢或者在较低温度环境下进行化学反应，而它本身的质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。生物体内发生的各种化学反应正因为有了酶这种催化剂才能快速有效地进行。酶是一种特殊的催化剂，它与化学中的催化剂有着许多区别：从化学本质上看，绝大多数酶是特殊的蛋白质，而化学催化剂大多数是简单的化合物；从催化特点看，酶只能加快化学反应速率，并且一种酶只能催化一种或一类化学反应，而化学催化剂既有加快化学反应速率，也有减慢化学反应速率，并且可以催化多种化学反应；从催化效率看，酶是一种高效催化剂，它的催化效率是普通催化剂的10～100倍。从这几方面比较，学生就容易掌握酶的多样性、高效性和微量性的特点。 三、生物教学中氧化还原原理的应用 生物体内发生的反应大多是氧化还原反应，如光合作用、细胞呼吸等，若能巧妙利用氧化还原原理，对掌握生物体内发生的化学变化有很大帮助。以有氧呼吸过程为例，如果我们掌握了氧化还原反应过程中得失电子总数相等的原理，我们就能很容易推出1 mol葡萄糖完全氧化需要6 mol氧气参与，而6 mol氧气完全被还原成水需要24 mol [H]，这就说明在有氧呼吸过程的第二阶段必须有6 mol水参加反应才能生成20 mol [H]，这样才能保证电子得失守恒。 四、生物教学中化学反应原理的应用 化学反应能否进行取决于化学物质本身的结构和性质，有些反应能够进行，有些反应不能进行，有些反应是某些物质的特征反应，化学上常利用这些反应来进行物质的鉴别。生物教学中在探究生物体内反应原理时，为了探究反应的步骤和反应的中间产物，常常需要鉴别某些反应的中间产物。例如酵母菌是一种兼性厌氧型生物，它在有氧和无氧条件下都能生存。为了探究酵母菌发酵产生酒精的反应条件是有氧还是无氧，我们要分别对有氧和无氧条件下的产物进行鉴定。首先要鉴定二氧化碳的产生，要用到化学中二氧化碳的鉴别方法（使澄清石灰水变浑浊）来观察二氧化碳产生的速度。其次要探究酵母菌是在无氧条件下发酵产生酒精，还是在有氧条件下产生酒精，要探究两种不同条件下是否都能产生酒精。要鉴别酒精的产生要用到化学中酒精的鉴别方法（在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液与酒精发生化学反应变成灰绿色）。在生物实验教学中，检测生物组织中各种物质的种类时也会用到很多化学知识，如在检测还原糖存在时必须要知道还原糖与斐林试剂的特征反应等。 五、化学方程式的应用（生理反应式和化学反应式的异同） 细胞中的化学反应式是生命特有的一种现象，用现在观点说是基因的选择性表达，是有一定的生物目的，如提供能量、形成某种物质参与机体的构建等，基本上都是有机反应，且都是在常温常压下进行的酶促反应。而化学反应（化学角度）是一种非生命现象的过程，不具有特定的生命目的，且大多数反应条件苛刻。因此在书写生理反应式时要注明反应的场所，注明反应条件和目的，如以下三个反应是以能量代谢为目的： 光合作用：6CO2＋12H2O C6H12O6＋6H2O＋6O2 有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋大量能量 无氧呼吸：C6H12O6 2CO2＋2C2H5OH＋能量或C6H12O6 2C3H6O3＋能量