能源生物化学

第一篇能源静态生物化学基础

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

3.2.1DNA的结构与功能37

3.2.2RNA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

3.4.2PCR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

6.4.4pH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

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

9.2.2三羧酸循环(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

11.2DNA复制与修复177

11.2.1DNA复制有关的酶177

11.2.2DNA的复制方式179

11.2.3DNA复制过程180

11.2.4DNA畸变与遗传病182

11.2.5DNA损伤与修复185

11.3RNA的生物合成188

11.3.1RNA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

11.3.5RNA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

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乙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

17.5.2MFC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

实验1氨基酸和蛋白质的呈色反应320

实验2Molisch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6DNA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

本书以现代生物化学基础知识为主体内容，强调生物化学原理在各个领域，尤其是在能源生产工程上的实际应用。全书内容共分四篇。第一篇为能源静态生物化学部分，主要介绍各生物大分子的结构、功能及其理化性质。第二篇为能源动态生物化学部分，主要介绍各生物大分子的代谢及其相互转化规律。第三篇为能源的生物化学代谢部分，主要介绍了能源生产的代谢途径及技术方法。第四篇为能源生物化学的实验，此十个实验为理论知识的实际操作部分。每章后附有习题，便于复习掌握所学知识要点。本书适合能源工程、环境科学与工程、生物能源、农业工程、化学工程、制药工程、发酵工程和食品工程等专业读者和科研技术人员阅读参考,也可供相关专业工程类学生作为教材使用。

全国首次系统阐述生物质能源开发利用过程中涉及的生物化学知识、生物化学方法和途径，对生产生物质能源等新能源的生物化学技术、原理进行了系统介绍，理论与应用技术结合，原理与实用技术融汇。