大分子化合物和膠體

1、大分子化合物和膠體大分子化合物和膠體 高分子化合物，簡稱高分子，又稱高聚物，它的相對分子質(zhì)量高達(dá)幾千甚至幾百萬。有無機(jī)高分子和有機(jī)高分子之分，這里討論有機(jī)高分子。有機(jī)高分子中有纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉、木質(zhì)素等天然高分子和有機(jī)小分子聚合而成的合成高分子。工程應(yīng)用中多為合成高分子。世界上第一個(gè)合成高分子是1907年誕生的酚醛樹脂。 五、高分子化合物n HCHO + nOHOHCH2nn H2O+ 化工產(chǎn)品有：化工產(chǎn)品有： 無機(jī)化工：無機(jī)化工：無機(jī)酸、堿、鹽和化肥為代表無機(jī)酸、堿、鹽和化肥為代表的的； 有機(jī)化工：有機(jī)化工：烷烴、烯烴、芳烴、醇、醛、烷烴、烯烴、芳烴、醇、醛、酸、酯、酮、胺等為代表的基本

2、酸、酯、酮、胺等為代表的基本； 精細(xì)化工：精細(xì)化工：染料、染料、涂料涂料、日用化學(xué)品為代日用化學(xué)品為代表的表的。 高分子化工：合成樹脂及塑料、合成橡膠、高分子化工：合成樹脂及塑料、合成橡膠、合成纖維為代表的；合成纖維為代表的； 由原子或原子團(tuán)（由原子或原子團(tuán)（結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元）以）以共價(jià)鍵形式連結(jié)共價(jià)鍵形式連結(jié)而成的而成的大分子量同系混合物大分子量同系混合物v 結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元v 共價(jià)鍵連結(jié)共價(jià)鍵連結(jié)v 大分子量（通常大分子量（通常104）v 同系混合物（具有分子量的多分散性同系混合物（具有分子量的多分散性）什么是高分子？什么是高分子？注：注：“分子量分子量”一詞國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定稱一詞國內(nèi)有關(guān)

3、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定稱“相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量”。但對于高分子，國際上絕大多數(shù)專業(yè)書刊都稱。但對于高分子，國際上絕大多數(shù)專業(yè)書刊都稱Molecular Weight，且考慮到以后還將引入，且考慮到以后還將引入“平均分子量平均分子量”、“分子量分子量分布分布”等高分子專有的概念，故我們?nèi)詧?jiān)持稱等高分子專有的概念，故我們?nèi)詧?jiān)持稱“分子量分子量”。塑料（塑料（Plastics）橡膠（橡膠（Rubber）纖維（纖維（Fiber）涂料（涂料（Coating, Paint）膠粘劑（膠粘劑（Adhesive）A. 分類（分類（Classification）1）根據(jù)產(chǎn)品的性能和用途分）根據(jù)產(chǎn)品的性能和用途分稱為稱為“三

4、大合成材料三大合成材料”，產(chǎn)量大，產(chǎn)量大，應(yīng)用面廣。應(yīng)用面廣。功能高分子（生物醫(yī)用高分子、光電功能高分子、分離功能高分子（生物醫(yī)用高分子、光電功能高分子、分離功能高分子、功能高分子、）1.2 高分子化合物的分類和命名高分子化合物的分類和命名CH2=CHCl尼龍尼龍-66的單體的單體己二酸：己二酸：HOOC(CH2)4COOH己二胺：己二胺：NH2(CH2)6NH2 苯乙烯苯乙烯 氯乙烯氯乙烯 1）單體（）單體（Monomer）：）：合成聚合物的低分子量原料合成聚合物的低分子量原料CH2=CH2）重復(fù)結(jié)構(gòu)單元）重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 （Repeating Structure Unit）：）：大大分子鏈上化

5、學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本單分子鏈上化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本單元，可簡稱元，可簡稱重復(fù)單元重復(fù)單元，又可稱又可稱鏈節(jié)（鏈節(jié)（Chain Element）CH2CHClCO(CH2)4CONH(CH2)6NH聚氯乙烯的重復(fù)單元聚氯乙烯的重復(fù)單元尼龍尼龍-66的重復(fù)單元的重復(fù)單元重復(fù)單元的特點(diǎn)：重復(fù)單元的特點(diǎn)：v 以單體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)以單體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)v 在聚合物鏈中重復(fù)出現(xiàn)在聚合物鏈中重復(fù)出現(xiàn)H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元重復(fù)單元H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH(2n-1) H2O+Case 1：聚合物由二種

6、單體縮聚而生成。如：聚合物由二種單體縮聚而生成。如：結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元3）結(jié)構(gòu)單元（）結(jié)構(gòu)單元（Structure Unit）：單體分子通過聚合反應(yīng)進(jìn)入單體分子通過聚合反應(yīng)進(jìn)入大分子鏈的基本單元。結(jié)構(gòu)單元的元素組成可以與單體的元素大分子鏈的基本單元。結(jié)構(gòu)單元的元素組成可以與單體的元素組成相同，也可以不同。組成相同，也可以不同。重復(fù)單元（鏈節(jié)）重復(fù)單元（鏈節(jié)） 結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元 本例特點(diǎn)本例特點(diǎn)：v 因兩種單體參與聚合，故兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成了一個(gè)重復(fù)因兩種單體參與聚合，故兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成了一個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元。4）單體單元（）單體單元（Monomer Unit）：單體分子通過聚合反應(yīng)形單體分子

7、通過聚合反應(yīng)形成的元素組成與單體完全相同的結(jié)構(gòu)單元。成的元素組成與單體完全相同的結(jié)構(gòu)單元。v 因聚合反應(yīng)為官能團(tuán)間的縮合反應(yīng)，單體分子進(jìn)入大分因聚合反應(yīng)為官能團(tuán)間的縮合反應(yīng)，單體分子進(jìn)入大分子后失去了一些元素，故子后失去了一些元素，故結(jié)構(gòu)單元不能稱單體單元。結(jié)構(gòu)單元不能稱單體單元。v 以大分子鏈中的以大分子鏈中的結(jié)構(gòu)單元數(shù)目結(jié)構(gòu)單元數(shù)目表示，記作表示，記作v 以大分子鏈中的以大分子鏈中的重復(fù)單元數(shù)目重復(fù)單元數(shù)目表示，記作表示，記作DP5）聚合度（）聚合度（Degree of Polymerization）：）：聚合物分子量大聚合物分子量大小的一個(gè)指標(biāo)，在聚合物的分子結(jié)構(gòu)式中以小的一個(gè)指標(biāo)，在聚

8、合物的分子結(jié)構(gòu)式中以n 表示，也稱表示，也稱為鏈節(jié)數(shù)。有兩種表示方法：為鏈節(jié)數(shù)。有兩種表示方法：H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHnnXnDPXn22)(220102021010MMXMXMXMDPMnnn 本例中本例中 ，因兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成了一個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，因兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成了一個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，所以所以聚合物的分子量（聚合物的分子量（Molecular Weight）：）： 式中，式中，M0重復(fù)單元的重復(fù)單元的“分子量分子量”，M10、M20 分別分別為兩種結(jié)構(gòu)單元的為兩種結(jié)構(gòu)單元的“分子量分子量”，且，且20100MMMCase 2：聚合物由一種單體聚合而生成，且重復(fù)結(jié)

9、構(gòu)單元聚合物由一種單體聚合而生成，且重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的元素組成與單體的元素組成完全相同。如的元素組成與單體的元素組成完全相同。如：CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHn重復(fù)單元重復(fù)單元 (鏈節(jié)鏈節(jié))結(jié)構(gòu)單元單體單元結(jié)構(gòu)單元單體單元00MXMDPMn 式中，式中，M0 為重復(fù)單元為重復(fù)單元 (或結(jié)或結(jié)構(gòu)單元構(gòu)單元)的分子量，也就是單體的分子量，也就是單體的分子量。的分子量。nXDPnCH2 CHn重復(fù)單元（鏈節(jié)）結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元（鏈節(jié)）結(jié)構(gòu)單元 單體單元單體單元Case 3：聚合物由一種單體聚合而生成，但重復(fù)單元的元聚合物由一種單體聚合而生成，但重復(fù)單元的元素組成與單體的元素組成不同

10、。如：素組成與單體的元素組成不同。如： 注意：注意：式中，式中，M0 是重復(fù)是重復(fù)單元（或結(jié)構(gòu)單元）的單元（或結(jié)構(gòu)單元）的“分分子量子量”，而不是單體的分子，而不是單體的分子量量nXDPn00MXMDPMnCase 4：聚合物由二種單體聚合而生成，但兩種結(jié)構(gòu)單元聚合物由二種單體聚合而生成，但兩種結(jié)構(gòu)單元的元素組成分別與兩種單體的元素組成相同。如：的元素組成分別與兩種單體的元素組成相同。如： 與之對應(yīng)，由一與之對應(yīng)，由一種單體聚合而成的聚種單體聚合而成的聚合物稱合物稱均聚合物均聚合物（Homopolymer） 該聚合物（稱該聚合物（稱共聚物，共聚物，Copolymer）由）由丁二烯丁二烯和和苯乙

11、苯乙烯烯二種單體共聚而成，存在著二種單體共聚而成，存在著兩種與各自單體元素組成完全兩種與各自單體元素組成完全相同的結(jié)構(gòu)單元。相同的結(jié)構(gòu)單元。分子形態(tài)呈多樣性分子形態(tài)呈多樣性絕大多數(shù)聚合物呈長鏈線型，因此有絕大多數(shù)聚合物呈長鏈線型，因此有“分子鏈分子鏈”之稱。之稱。Linear線型高分線型高分子子Branched支鏈高分子支鏈高分子Crosslinked Network體型高分子體型高分子Dendrimer樹狀高分子樹狀高分子Star星型高分子星型高分子例如：聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯加聚結(jié)合而成： 單體鏈節(jié)多分散性：高分子化合物相對分子質(zhì)量大小不等的現(xiàn)象簡寫：ClCH2CHn聚合物nCH2C

12、HClCH2CHCH2ClCHCH2ClCHCl.聚合聚合度加成聚合加成聚合與縮合聚合縮合聚合 n H2N(CH2)6NH2己二酸 己二胺n HOOC(CH2)4COOH+ (2n1) H2O聚酰胺66 或尼龍66n OH+又如，聚酰胺66（尼龍66）由己二胺和己二酸為單體經(jīng)過縮聚反應(yīng)制得： H NH(CH2)6NH CO (CH2)4CO它的聚合度為2n 聚合度是以鏈節(jié)數(shù)來計(jì)量的 在聚酰胺化學(xué)式中，名稱后的第一個(gè)數(shù)字“6”指二元胺的碳原子數(shù)，第二個(gè)數(shù)字“6”指二元酸的碳原子數(shù)。 碳鏈高分子化合物碳鏈高分子化合物 主鏈中均是 CC 鍵 主鏈中引入了 O，N 等雜元素，不但有 CC 鍵，還有 C

13、O，CN 鍵， 雜鏈高分子化合物雜鏈高分子化合物 主鏈中僅含有 Si，P，O等元素而沒有 C 原子元素有機(jī)高分子化合物元素有機(jī)高分子化合物高分子化合物的分類高分子化合物的分類表表2. 1 一些高分子化合物及其單體一些高分子化合物及其單體 名名 稱稱化化 學(xué)學(xué) 式式 單單 體體聚乙烯CH2CH2聚丙烯CH3 CHCH2 聚氯乙烯ClCHCH2 聚苯乙烯聚四氟乙烯CF2CF2 聚異戊二烯 CH2CH2nCHCH2nCH3CHCH2nClCHCH2nCF2CF2nCH2CH2nCCHCH3CHCH2CH2CCHCH2CH3 名名 稱稱化化 學(xué)學(xué) 式式 單單 體體聚酰胺H2N(CH2)6NH2HOOC

14、(CH2)4COOH 聚甲基丙烯酸甲酯聚環(huán)氧乙烷聚丙烯腈CH2CHCNNH(CH2)6NHC (CH2)4COOnOnNH(CH2)5CCH2CnCOOCH3CH3CH2CH2nOCHCH2nCNNH(CH2)5C=O CH2CCOOCH3CH3CH2CH2O名名 稱稱化化 學(xué)學(xué) 式式單單 體體聚丙烯酰胺聚對苯二甲酸乙二(醇)酯 HO CH2 CH2OH 酚醛樹脂HCHO ，聚二甲基硅氧烷 CH2CH2nCOH2NCCOOCH2CH2nOOOHCH2nSiOnCH3CH3SiOHOHCH3CH3OHCOOHCHOOCH2CHCNH2O名名 稱稱ABS化學(xué)式化學(xué)式單單 體體CH2CHCN，CH2

15、CHCHCH2， CHCH2xCNCH2CH2yCH CHCHCH2zCHCH2高分子化合物的命名 (4)有時(shí)還以高分子化合物的主要用途或最初用途表示命名，屬習(xí)慣名稱或商品名稱，如乙烯-丙烯共聚物稱乙丙橡膠，聚酰胺高聚物稱尼龍或錦綸。 歸納起來一般有以下幾種情況：(1)在單體或組成特征前面加“聚”(Po1y-)，表示高分子化合物是通過聚合反應(yīng)得到的，如聚乙烯、聚酰胺等。(2)在單體后面加“樹脂”，曾表示樹上流出的脂，多為天然高分子化合物，現(xiàn)在也將某些合成高分子化合物稱作“樹脂”，如酚醛樹脂，脲醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚氯乙烯樹脂等。(3)英文縮寫，如ABS是以其單體丙烯腈(Acrylonitrile

16、)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)英文名稱的第一個(gè)字母大寫組合來表示；PE是聚乙烯(Polyethylene)的英文縮寫表2. 2 一些常見高分子化合物的名稱高分子材料 化學(xué)名稱 習(xí)慣名稱或商品名稱 英文名稱 英文縮寫 塑 料 聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物 聚乙烯，乙綸聚丙烯，丙綸聚氯乙烯，氯綸聚苯乙烯腈丁苯共聚物PolyethylenePolypropylenePoly (vinyl chloride)PolystyreneAcrylonitrile-butadiene-styrene copolymer PEPPPVCPSABS纖 維 聚對苯

17、二甲酸乙二(醇)酯聚己二酰己二胺 聚丙烯腈聚乙烯醇縮乙醛 滌綸，的確良錦綸66或尼龍66腈綸維綸 Poly (ethylene terephthalate)Poly (hexamethylene adipamide), PolyacrylonitrilePoly (vinyl acetal) PETPPA PANPVA 橡 膠 丁二烯苯乙烯共聚物順聚丁二烯順聚異戊二烯乙烯丙烯共聚物 丁苯橡膠順丁橡膠異戊橡膠乙丙橡膠 Butadiene-styrene rubbercis-1,4-Polybutadiene rubbercis-1,4-Polyisoprene rubberEthylene-pr

18、opylene rubber SBRBRIREPR 構(gòu)成生命的物質(zhì)種類很多，有脂、維生素、激素、血紅素、葉綠素等生物小分子，有蛋白質(zhì)、核酸、糖類等生物大分子。 蛋白質(zhì)分子是一條或多條多肽鏈構(gòu)成的生物大分子，相對分子質(zhì)量可從一萬到數(shù)百萬。多肽鏈由氨基酸通過肽鍵（酰胺鍵，CONH）共價(jià)連接而成，各種多肽鏈都有自己特定的氨基酸順序。 1蛋白質(zhì) 六、生物大分子圖2-4 L- 和 D- 構(gòu)型的- 氨基酸L- 構(gòu)型D- 構(gòu)型CHCOOHRH2NCHRNH2HOOC 人體細(xì)胞含有 3 000 至 10 000 種以上的蛋白質(zhì)，人體蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成。除脯氨酸外，其它 19 種均是-碳上有一個(gè)氨基(NH

19、2) 的有機(jī)羧酸（-氨基酸），結(jié)構(gòu)通式為 RCH(NH2)COOH，R 是每種氨基酸的特征基團(tuán)。最簡單的氨基酸是甘氨酸，其中R基是一個(gè) H 原子。按 R 基組成的不同，氨基酸可分為脂肪族、芳香族和雜環(huán)族三類；按 R 基極性的不同，氨基酸又可分為非極性 R 基氨基酸和極性 R 基氨基酸。 氨基酸序號中文名稱英文縮寫R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)1甘氨酸Gly(G)2丙氨酸Ala(A)3絲氨酸Ser(S) 4半胱氨酸Cys5蘇氨酸*Thr(T) CH(OH)CH36纈氨酸*Val(V) CH(CH3 )27亮氨酸*Leu(L) CH2CH(CH3 )28異亮氨酸*Ile(I) CH(CH3 )CH2CH39蛋氨酸*

20、Met CH2CH2SCH310賴氨酸*Lys CH2CH2CH2CH2NH2NH2COOHCHHH3CNH2COOHCHHOCH2NH2COOHCHNH2COOHCHHSCH2表表2. 3 20 種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)種氨基酸的名稱和結(jié)構(gòu)序號 中文名稱英文縮寫R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)11色氨酸*Trp12酪氨酸Tyr13天冬氨酸Asp14天冬酰胺Asn15苯丙氨酸*Phe(F)16 精氨酸*Arg17谷氨酸Glu18谷氨酰胺Gln19組氨酸*His20脯氨酸PrO(P)CH2CH2CH2COOHCH2COOHCH2CONH2CH2NHCH2OHCH2CH2CH2NHCNHNH2CH2CH2CONH2NNH

21、CH2NHHCOOH續(xù)表表中帶*者為人體必需氨基酸 除甘氨酸外，其余 19 種氨基酸的- 碳原子都與 4 個(gè)不相同的基團(tuán)相連。這種結(jié)構(gòu)的的化合物在空間有兩種不同的排布：這兩種不同的排布化合物不能重疊，它們之間的關(guān)系就象實(shí)物和鏡像、左手和右手的關(guān)系：CHH2NHOOCRCCOOHNH2HR手性分子 生物界 10101012 數(shù)量級的蛋白質(zhì)種類中，有些完全由氨基酸組成，這是簡單蛋白質(zhì)簡單蛋白質(zhì)；有些除蛋白質(zhì)外，還有被稱為輔基或配基的非蛋白質(zhì)成分，這是結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)又叫蛋白質(zhì)的構(gòu)象、高級結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)等，指的是蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間中的排

22、布。 維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵有：氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、Van der Waals 力和二硫鍵。 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)主要包括蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。在-螺 旋結(jié)構(gòu)中，多肽鏈中各肽鍵平面通過-碳原子的旋轉(zhuǎn)，圍繞中心軸形成一種緊密螺旋盤曲構(gòu)象。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子中所存在的-螺旋幾乎都是右手螺旋。-螺旋的四種表示方法蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 纖維狀蛋白質(zhì)一般只有一類二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元，而球狀蛋白質(zhì)可能在同一分子內(nèi)有幾類二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象單元。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiary structuer）是指蛋白質(zhì)（主要指球狀蛋白）分子在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲、折疊而構(gòu)成的一種不規(guī)則的、特定的、更復(fù)雜的空間

23、結(jié)構(gòu)。無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲-螺旋螺旋-折迭折迭-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角2核酸 核酸因首先發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞核并且具有酸性而得名。核酸是信息分子，擔(dān)負(fù)著遺傳信息的儲存、傳遞及功能表達(dá)。核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)兩類。DNA主要集中在細(xì)胞核內(nèi)，RNA主要分布在細(xì)胞質(zhì)中。它們由磷酸、脫氧核糖或核糖、有機(jī)堿組成，如表2. 4所示。A，G，C，T，U分別為腺嘌呤（Adenine），鳥嘌呤（Guanine），胞嘧啶（Cytosine），胸腺嘧啶（Thymine）和尿嘧啶（Uracil）的英文第一個(gè)字母。DNA 和 RNA 之間主要是戊醛糖和嘧啶堿有區(qū)別。 核酸組成DNARNA酸H3PO4H3PO4戊醛糖含氮

24、有機(jī)堿嘌呤堿嘧啶堿NNNNOH2NNNNNNH2HHH腺嘌呤(A) 鳥嘌呤(G) 腺嘌呤(A) 鳥嘌呤(G)NNNNOH2NNNNNNH2HHHCH3HHHNNOONNNH2ONNNH2ONNOOHHH胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U)OOHOHHOH2C-D-2-脫氧核糖HOH2COOHOHOH-D-核糖DNA和RNA的組成單元在 DNA 分子中存在 4 種脫氧核糖核苷，其結(jié)構(gòu)如下： HNNNNNH2NNNNOH2NOOHHOH2CHOH2COOHOOHHOH2COOHHOH2CCH3HNNOONNNH2O (脫氧胞苷) (脫氧胸苷) (脫氧腺苷) (脫氧鳥苷) 胞嘧啶脫

25、氧核苷 胸腺嘧啶脫氧核苷 腺嘌呤脫氧核苷 鳥嘌呤脫氧核苷蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄(酶)轉(zhuǎn)錄(酶)RNA(酶)復(fù)制DNA(酶)復(fù)制翻譯(酶)圖2-6 “中心法則” 示意圖 核酸是遺傳信息的攜帶者與傳遞者。生物體的遺傳信息以特定的核苷酸排列順序，似密碼的形式排列在 DNA 分子上，并通過 DNA 的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自 DNA 轉(zhuǎn)錄給 RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能。這就是所謂的遺傳信息傳遞的中心法則， 中心法則 基因是一個(gè)特定的 DNA 片段，通常有 1 000 5 000 個(gè)堿基對，一個(gè) DNA 分子可以含有多達(dá)上萬個(gè)基因，人體的46條染色體大約含1

26、00萬個(gè)基因。人類基因組計(jì)劃的核心就是要測定人類基因組的全部 DNA 序列，從而獲得人類全面認(rèn)識自我的最重要的生物信息?；?基因芯片的檢測速度之所以這么快，主要是因?yàn)榛蛐酒嫌谐汕先f個(gè)微凝膠，可進(jìn)行并行檢測；同時(shí)，由于微凝膠是三維立體的，它相當(dāng)于提供了一個(gè)三維檢測平臺，能固定住蛋白質(zhì)和 DNA 并進(jìn)行分析。內(nèi)嵌基因芯片的基因檢測裝置 基因芯片，又稱 DNA 芯片，與計(jì)算機(jī)芯片非常相似，只是高度集成的不是半導(dǎo)體管，而是成千上萬的網(wǎng)格狀密集排列的基因探針。每個(gè)基因探針包含著由若干個(gè)核苷酸組成的 DNA 片段。目前已經(jīng)可以在一枚郵票大小的基因芯片上布滿 40 100 萬種基因探針，根據(jù)堿基互補(bǔ)

27、配對原則捕捉相應(yīng)的 DNA，從而對遺傳物質(zhì)進(jìn)行分子檢測。這是一種革命性的新方法、新工具。基因芯片 基因工程從狹義上理解就是指 DNA 重組技術(shù)，即提取或合成不同生物的遺傳物質(zhì)(DNA)，在體外切割、拼接和重新組合，然后通過載體將重組的DNA分子引入受體細(xì)胞，使重組DNA在受體細(xì)胞中得以復(fù)制與表達(dá)。 基因工程的直接目的就是改造生物。 例如，作為人類主要食物的谷類作物含有大量糖類，而人體所必需的蛋白質(zhì)、氨基酸與維生素的含量卻很少。有些微生物可以產(chǎn)生這些物質(zhì)，用大規(guī)模發(fā)酵的方法培養(yǎng)微生物，進(jìn)而提取這些物質(zhì)，就可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。 采用 DNA 重組及細(xì)胞融合等技術(shù)改造了蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸等氨基酸

28、的生產(chǎn)菌，與原始菌株相比，氨基酸的含量提高了幾十倍，且生產(chǎn)成本下降?；蚬こ?糖類 糖類是自然界中分布最廣的一大類有機(jī)化合物，主要由 C，H 和 O 三種元素組成，大多具有通式 Cn(H2O)n，故又稱碳水化合物。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，糖類物質(zhì)是含多羥基的醛或酮及其衍生物。這類物質(zhì)是生物體基本營養(yǎng)物質(zhì)的重要成分。糖類物質(zhì)由植物光合作用合成，n H2O + n CO2 Cn(H2O)n + n O2光葉綠素 糖類通過生物氧化為自身提供能量，以滿足生命活動的能量需要。如葡萄糖的氧化反應(yīng)：C6H12O6 6 O2 6 H2O 6 CO2糖類常分三類：(1)單糖(2)低聚糖或寡糖(3)多糖， 糖的分類 由于

29、纖維素、淀粉等碳水化合物徹底水解后都生成葡萄糖，所以把葡萄糖看做是這些天然高分子化合物的單體，并把葡萄糖、果糖等不再水解的較簡單化合物稱做單糖。依此類推，可將碳水化合物分成三類：(1)單糖HCHOOHOHHOHHOHHCH2OHHOCHOHOHHOHHOHHCH2OHHCHOOHHHOOHHOHHCH2OHHOCHOHHHOOHHOHHCH2OHHCHOOHOHHHHOOHHCH2OHHOCHOHOHHHHOOHHCH2OHHOCHOHHHOHHOOHHCH2OHHCHOOHHHOHHOOHHCH2OHD-己醛糖的構(gòu)型阿蘇糖阿卓糖葡萄糖甘露糖古羅糖艾杜糖半乳糖塔羅糖果糖單體葡萄糖單體(2)低聚

30、糖或寡糖OHHOHHOHOOHHHCH2OHHHOHHOHOCH2OHCH2OH蔗糖(雙糖)CH2OHOHHOOHHOHHCH2OH果糖單體FischerProiection能水解成 2 10 個(gè)單糖。蔗糖、乳糖和麥芽糖都是二糖。 淀粉是麥芽糖的高聚體，徹底水解后得到葡萄糖。淀粉是植物體中儲存的養(yǎng)分，主要存在于種子和塊莖中，是食物的重要組成部分。大米中含有淀粉 62 86%，麥子中含 57 75%，玉米中含 65 72%，馬鈴薯中含 12 14%。淀粉遇水可水解成為糊精的混合物。糊精可用作食品添加劑、膠水、漿糊，并用于藥品、紙張和紡織品的制造等。淀粉等加以改性可代替合成高分子，制成不污染環(huán)境的

31、可降解塑料制品。(3)多糖 能水解成10個(gè)以上的單糖。如植物體內(nèi)的淀粉、纖維素，動物體內(nèi)的糖原、甲殼素等。多糖廣泛存在于自然界，是一類聚合度不同的天然高分子化合物。多糖沒有甜味，一般不溶于水。與生物體關(guān)系最密切的多糖是淀粉、糖原和纖維素。 糖原又稱動物淀粉，是動物的能量儲存庫。糖原呈無定型無色粉末，較易溶于熱水形成膠體溶液。糖原在動物的肝臟和肌肉中含量最大。當(dāng)動物血液中葡萄糖含量較高時(shí)，就會結(jié)合成糖原儲存于肝臟中，當(dāng)葡萄糖含量降低時(shí)，糖原就分解成葡萄糖而供給機(jī)體能量。 糖原 纖維素是自然界中最豐富的多糖。棉花中纖維素含量為 97 99%，木材中為 50%，亞麻中為 80%，玉米莖中為 30%。

32、 由于纖維素分子間氫鍵的作用，使分子鏈平行排列、緊密結(jié)合，形成纖維束，每一束有100200條分子鏈。這些纖維束擰在一起形成繩狀結(jié)構(gòu)，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。纖維素不僅不溶于水，甚至不溶于強(qiáng)酸或堿。人體中由于缺乏具有分解纖維素結(jié)構(gòu)所必需的酶，因此纖維素一般不能為人體所利用，不能成為人類的主要食品。纖維素是植物支撐組織的基礎(chǔ)，是植物細(xì)胞壁的主要成分；是制造人造絲、人造棉、玻璃紙、火棉膠等的主要原料；在制備復(fù)合材料中也有較多應(yīng)用。 纖維素HOOHHHOHOOHHOHHHOHOHOHHHHOHOHHOOHHHOHOHOHHHOHHOOHHHOHHOHHOHHOHOOHHHOHHOHHOOHHH

33、OHHOHHOHOHOH 式式 式式淀粉纖維 三、膠體三、膠體 膠體體系是一種分散系。分散系由分散相和分散介質(zhì)兩部分組成。被分散的物質(zhì)稱為分散相，容納分散相的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。 例如：葡萄糖溶液、食鹽水、泥漿這幾種分散系中，葡萄糖分子、Na+ 和Cl 離子和泥沙是分散相，水是分散介質(zhì)。對于分散介質(zhì)為液態(tài)的液體分散體系，可根據(jù)分散相粒子直徑大小分為分子與離子分散系、膠體分散系及粗分散系三類，其中分散相直徑在 1100 nm范圍內(nèi)稱為膠體分散體系。 SiO2. nH2O (左側(cè)燒杯)和 Fe(OH)3(右側(cè)燒杯) 溶膠Tyndall phenomenonAgNO3 + KI KNO3 + AgI 膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式 AgIm .膠 核擴(kuò)散層AgIm膠 核圖5-5 AgI 溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)示意圖吸附層I-K+n I- . (n - x) K+ 膠粒x-吸附層. yK+膠團(tuán)擴(kuò)散層例： 膠體的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，目前人們普通認(rèn)同的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為雙電層結(jié)構(gòu)。 膠團(tuán)結(jié)構(gòu)過量的 KI 作穩(wěn)定劑 溶膠是多相、高分散體系，具有很大的表面能，因此具有自發(fā)聚集成較大顆粒的趨勢，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。