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第一篇 能源静态生物化学基础1

第1章 绪论1

1.1 生物化学的含义1

1.2 生物化学的研究内容1

1.3 生物化学与其他生命科学的关系2

1.4 生物化学与能源3

第2章 蛋白质化学4

2.1 概述4

2.1.1 蛋白质的概念4

2.1.2 蛋白质的分类4

2.1.3 蛋白质的生物学功能6

2.2 蛋白质的基本单位——氨基酸7

2.2.1 氨基酸的结构通式8

2.2.2 氨基酸的分类8

2.2.3 氨基酸的性质10

2.3 肽14

2.3.1 肽的概念14

2.3.2 生物活性肽14

2.4 蛋白质的分子结构17

2.4.1 蛋白质的一级结构17

2.4.2 蛋白质的空间结构17

2.4.3 蛋白质结构与功能的关系20

2.5 蛋白质的性质21

2.5.1 蛋白质分子的大小21

2.5.2 两性解离和等电点21

2.5.3 胶体性质21

2.5.4 沉淀作用21

2.5.5 变性作用21

2.5.6 颜色反应22

2.6 蛋白质及氨基酸的分离纯化与测定23

2.6.1 分离纯化的一般原则及基本步骤23

2.6.2 分离纯化的基本方法24

2.6.3 氨基酸的分离26

2.6.4 蛋白质及氨基酸的分析测定27

习题30

参考文献30

推荐书目31

第3章 核酸化学32

3.1 概述32

3.1.1 核酸的研究历史32

3.1.2 核酸的化学组成33

3.2 核酸的结构与功能37

3.2.1 DNA的结构与功能37

3.2.2 RNA的结构与功能39

3.3 核酸的性质及纯度测定42

3.3.1 核酸的溶解性42

3.3.2 核酸的解离42

3.3.3 核酸的紫外吸收42

3.3.4 变性与复性43

3.3.5 核酸的含量与纯度测定44

3.3.6 核酸碱基序列的测定45

3.4 核酸化学中的几种重要技术46

3.4.1 核酸的分子杂交技术46

3.4.2 PCR技术46

3.4.3 基因定点突变技术47

3.4.4 定向分子进化48

习题48

参考文献48

推荐书目49

第4章 糖类的化学50

4.1 概述50

4.1.1 糖的定义与元素组成50

4.1.2 糖的分类与命名50

4.1.3 糖类的生物学功能51

4.2 单糖的结构和性质51

4.2.1 单糖的旋光性与开链结构51

4.2.2 单糖的环状结构52

4.2.3 单糖及其衍生物53

4.2.4 单糖的性质57

4.3 寡糖的结构和性质61

4.3.1 双糖的结构和性质61

4.3.2 三糖的结构和性质62

4.4 多糖的结构和性质62

4.4.1 同聚多糖62

4.4.2 杂聚多糖64

4.5 复合糖类66

习题68

参考文献68

推荐书目68

第5章 脂类和生物膜化学69

5.1 概述69

5.1.1 脂质的概念69

5.1.2 脂质的分类69

5.1.3 脂类的生理功能70

5.2 油脂的结构和性质70

5.2.1 油脂的结构70

5.2.2 油脂的性质71

5.3 磷脂和固醇类73

5.3.1 磷脂73

5.3.2 固醇类76

5.4 生物膜78

5.4.1 生物膜的组成及结构模型78

5.4.2 生物膜的特性79

5.4.3 生物膜的功能80

5.4.4 膜生物工程80

习题81

参考文献81

推荐书目81

第6章 酶化学82

6.1 概述82

6.1.1 酶的概念82

6.1.2 酶的催化特性82

6.1.3 酶的组成及分类83

6.2 酶的结构与功能的关系85

6.2.1 活性部位和必需基团85

6.2.2 酶原的激活86

6.2.3 同工酶87

6.3 酶催化反应的机制88

6.4 酶促反应动力学89

6.4.1 底物浓度对酶反应速率的影响89

6.4.2 酶浓度对酶反应速率的影响91

6.4.3 温度对酶反应速率的影响91

6.4.4 pH值对酶反应速率的影响92

6.4.5 激活剂对酶反应速率的影响92

6.4.6 抑制剂对酶反应速率的影响92

6.5 酶的制备94

6.5.1 酶的制备及纯化94

6.5.2 酶活性的测定94

6.6 酶在工业上的应用及酶工程95

6.6.1 酶在食品工业中的应用95

6.6.2 酶在医药工业中的应用95

6.6.3 酶在科研中的应用96

6.6.4 酶工程96

习题97

参考文献97

推荐书目97

第7章 维生素和辅酶98

7.1 概述98

7.1.1 维生素的含义及其生理功能98

7.1.2 维生素的分类98

7.2 水溶性维生素与辅酶98

7.2.1 维生素B1与焦磷酸硫胺素（TPP）98

7.2.2 维生素B2与黄素辅酶99

7.2.3 维生素PP与辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ101

7.2.4 泛酸与辅酶A102

7.2.5 维生素B6与磷酸吡哆素103

7.2.6 生物素104

7.2.7 叶酸与叶酸辅酶104

7.2.8 维生素B12与辅酶B12106

7.2.9 维生素C107

7.3 脂溶性维生素107

7.3.1 维生素A107

7.3.2 维生素D108

7.3.3 维生素E109

7.3.4 维生素K110

习题111

参考文献111

推荐书目111

第二篇 能源动态生物化学基础112

第8章 新陈代谢总论与生物氧化112

8.1 新陈代谢总论112

8.1.1 新陈代谢的概念112

8.1.2 新陈代谢的研究方法114

8.1.3 生物体内能量代谢的基本规律115

8.1.4 高能化合物与ATP115

8.2 生物氧化117

8.2.1 生物氧化的概念和特点117

8.2.2 生物氧化中二氧化碳的生成118

8.2.3 生物氧化中水的生成119

8.2.4 氧化磷酸化作用124

习题127

参考文献127

推荐书目127

第9章 糖代谢128

9.1 概述128

9.1.1 多糖及寡糖的降解128

9.1.2 糖的吸收与转运130

9.2 糖的分解代谢131

9.2.1 酵解途径（EMP）——糖的无氧分解131

9.2.2 三羧酸循（TCA）——糖的需氧分解136

9.2.3 磷酸己糖途径（HMP）——糖需氧分解的代谢旁路143

9.3 糖的合成代谢145

9.3.1 糖异生作用145

9.3.2 糖原合成146

9.4 糖代谢在工业上的应用148

9.4.1 酒精发酵148

9.4.2 甘油发酵149

9.4.3 丙酮丁醇发酵149

9.4.4 有机酸发酵149

习题151

参考文献151

推荐书目151

第10章 脂类代谢152

10.1 概述152

10.1.1 脂肪的降解152

10.1.2 脂肪的吸收与转运153

10.2 脂肪的代谢154

10.2.1 甘油代谢155

10.2.2 脂肪酸的分解代谢156

10.2.3 脂肪酸的合成代谢160

10.3 磷脂代谢和固醇代谢165

10.3.1 磷脂代谢165

10.3.2 固醇代谢166

10.4 脂质代谢在工业上的应用169

10.4.1 脂质代谢在食品工业中的应用（以共轭亚油酸为例）169

10.4.2 多不饱和脂肪酸发酵170

10.4.3 石油工业中的应用170

习题171

参考文献171

推荐书目171

第11章 核酸代谢172

11.1 核酸的降解和核苷酸代谢172

11.1.1 核酸的酶促降解172

11.1.2 核苷酸的分解代谢173

11.1.3 核苷酸的合成代谢174

11.2 DNA复制与修复177

11.2.1 DNA复制有关的酶177

11.2.2 DNA的复制方式179

11.2.3 DNA复制过程180

11.2.4 DNA畸变与遗传病182

11.2.5 DNA损伤与修复185

11.3 RNA的生物合成188

11.3.1 RNA聚合酶188

11.3.2 基因转录的过程189

11.3.3 基因转录的方式192

11.3.4 转录产物的加工修饰192

11.3.5 RNA的复制合成195

习题196

参考文献196

推荐书目196

第12章 蛋白质代谢197

12.1 概述197

12.1.1 蛋白质的消化与吸收197

12.1.2 蛋白质的营养价值198

12.2 氨基酸的代谢199

12.2.1 氨基酸的脱氨基作用199

12.2.2 氨基酸的脱羧基作用201

12.2.3 氨与α-酮酸的转化202

12.2.4 个别氨基酸的分解代谢204

习题206

参考文献206

推荐书目206

第13章 代谢的调节控制207

13.1 生物体内的代谢调控模式207

13.1.1 细胞分子水平的调控207

13.1.2 体液激素的调控212

13.1.3 神经系统的调控215

13.2 反馈调节215

13.2.1 前馈与反馈215

13.2.2 反馈调节的机理216

13.3 诱导与阻遏218

13.3.1 酶的诱导合成218

13.3.2 酶合成的阻遏作用220

13.3.3 分解代谢产物对酶合成的阻遏221

13.4 代谢调控在工业上的实践意义221

习题222

参考文献222

推荐书目222

第三篇 能源生物化学代谢223

第14章 微生物的产甲烷代谢与沼气化工程223

14.1 沼气发酵基本原理223

14.2 产甲烷微生物224

14.2.1 产酸发酵性细菌224

14.2.2 产氢产乙酸菌226

14.2.3 同型产乙酸菌226

14.2.4 产甲烷菌227

14.3 甲烷合成代谢途径240

14.3.1 由H2和CO2形成甲烷240

14.3.2 甲酸产甲烷途径245

14.3.3 甲醇和甲胺产甲烷途径245

14.3.4 乙酸产甲烷途径247

习题250

参考文献250

推荐书目251

第15章 微生物的产乙醇代谢与燃料乙醇252

15.1 产乙醇微生物252

15.1.1 六碳糖发酵微生物252

15.1.2 五碳糖发酵微生物254

15.1.3 合成气发酵微生物256

15.2 乙醇合成代谢途径259

15.2.1 六碳糖乙醇发酵途径259

15.2.2 五碳糖乙醇发酵途径264

15.2.3 合成气乙醇发酵的代谢途径265

15.2.4 发酵运动单胞菌乙醇发酵机理266

15.3 醇发酵生产工艺与应用267

15.3.1 淀粉类原料制取乙醇工艺267

15.3.2 糖类原料生产燃料乙醇的工艺268

15.3.3 纤维类原料生产燃料乙醇工艺269

习题272

参考文献272

推荐书目272

第16章 石油与煤炭的微生物生理生化代谢273

16.1 微生物采油的生物化学机制273

16.1.1 微生物采油技术的发展历程274

16.1.2 采油微生物的分类275

16.1.3 微生物开采石油的机理276

16.1.4 现代技术在微生物采油中的应用279

16.2 石油中的硫酸盐还原菌280

16.2.1 来源于地下油层水的硫酸盐还原菌280

16.2.2 非培养技术检测硫酸盐还原菌283

16.2.3 结论284

16.3 煤炭中的微生物转化机理284

16.3.1 煤的形成与微生物转化285

16.3.2 煤炭微生物转化分类285

16.3.3 煤炭微生物转化机理287

16.3.4 煤炭转化微生物选育289

16.3.5 煤炭微生物转化技术应用290

习题290

参考文献290

推荐书目291

第17章 新能源的生物化学机理292

17.1 生物制氢292

17.1.1 生物制氢微生物292

17.1.2 生物制氢机理294

17.2 生物柴油300

17.2.1 物理法301

17.2.2 化学法301

17.2.3 无催化剂条件下生产生物柴油303

17.3 生物甲醇303

17.3.1 用矿物燃料生产甲醇304

17.3.2 通过甲酸甲酯生产甲醇305

17.3.3 甲烷选择性氧化生成甲醇305

17.3.4 利用生物质制取甲醇305

17.3.5 利用二氧化碳生产甲醇306

17.4 生物丁醇306

17.4.1 丙酮-丁醇生产中常用的微生物306

17.4.2 丙酮-丁醇的发酵机理307

17.4.3 丙酮-丁醇发酵技术309

17.5 微生物燃料电池310

17.5.1 产电微生物310

17.5.2 MFC结构和工作原理316

17.5.3 产电微生物电子传递机理317

习题319

参考文献319

推荐书目319

第四篇 能源生物化学实验320

实验1 氨基酸和蛋白质的呈色反应320

实验2 Molisch反应鉴定醛糖323

实验3 酶的特性实验324

实验4 磷钼酸法测定维生素C的含量325

实验5 酵母核糖核酸的分离及组分鉴定326

实验6 DNA的酶切分析328

实验7 微生物沼气发酵330

实验8 固定化酵母发酵产啤酒331

实验9 餐厨垃圾厌氧制氢实验333

实验10 卵磷脂的提取和鉴定335

参考文献336

推荐书目336