本書(shū)以生物大分子蛋白質(zhì)和核酸為核心，共由11章組成。第1章介紹了環(huán)境分析化學(xué)方面的基礎知識。第2章至第8章介紹了氨基酸和蛋白質(zhì)的結構、性質(zhì)，蛋白質(zhì)和氨基酸分析，酶和免疫分析原理及其在環(huán)境分析中的應用。第9章至第11章介紹了核酸的結構、性質(zhì)，適配體的性質(zhì)及其在環(huán)境分析中的應用。

本書(shū)除可供高等院校環(huán)境類(lèi)、化學(xué)類(lèi)、化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)使用外，還可供有關(guān)教學(xué)和科技人員參考。

梁愛(ài)惠，女，1965年12月生，研究員，碩士導師?，F在廣西師范大學(xué)從事納米材料與生物分析、環(huán)境分析的研究工作。近年來(lái)主持國家自然科學(xué)基金項目2項、省部級課題3項，以及參研多項國家級項目。在《Nanoscale》、《Analyst》、《Plasmonics》、《Talanta》等國際高水平刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中SCI、EI收錄論文60余篇。獲授權中國發(fā)明專(zhuān)利9項。曾獲廣西科技進(jìn)步獎二等獎、三等獎各1項，中國分析測試協(xié)會(huì )科學(xué)技術(shù)獎二等獎1項。

溫桂清，女，1975年9月生，理學(xué)碩士，副教授，環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士導師。2003年起在廣西師范大學(xué)從事環(huán)境分析、環(huán)境監測方面的教學(xué)和科研工作，為《環(huán)境化學(xué)》廣西精品課程主講教師；廣西特色專(zhuān)業(yè)（環(huán)境科學(xué)）及一體化課程建設項目主研。參編《環(huán)境納米分析》等著(zhù)作，主要參與了3項國家自然科學(xué)基金項目以及3項省部級項目的研究工作，主持省部級共建重點(diǎn)實(shí)驗室研究基金項目1項，廳（校）級項目4項，已在國際頂級刊物《Plasmonics》（影響因子3.75，2010）等期刊上發(fā)表第一作者學(xué)術(shù)論文20余篇，其中SCI收錄論文6篇；獲省部級科研獎勵2項，授權專(zhuān)利2項。

目 錄

第1章 環(huán)境分析化學(xué)簡(jiǎn)介……………………………………………………………………1

1.1 環(huán)境分析化學(xué)的任務(wù)、特點(diǎn)及要求……………………………………………1

1.1.1 環(huán)境分析化學(xué)的任務(wù)……………………………………………………………1

1.1.2 環(huán)境分析化學(xué)的特點(diǎn)………………………………………………………1

1.1.3 環(huán)境分析化學(xué)的要求……………………………………………………………2

1.2 環(huán)境分析化學(xué)的發(fā)展趨勢………………………………………………………2

1.2.1 高效預富集、分離方法的研究……………………………………………………2

1.2.2 環(huán)境分析監測技術(shù)的連續自動(dòng)化………………………………………………3

1.2.3 開(kāi)發(fā)新的用于環(huán)境分析化學(xué)的計算機軟件……………………………………3

1.2.4 各種方法和儀器的聯(lián)用…………………………………………………………3

1.2.5 提出新原理，發(fā)展新方法…………………………………………………………3

1.2.6 環(huán)境生化分析……………………………………………………………………4

1.3 環(huán)境檢驗的生化指示器系統……………………………………………………4

1.3.1 活體生物……………………………………………………………………………4

1.3.2 組織和器官…………………………………………………………………………5

1.3.3 細胞培養……………………………………………………………………………7

1.3.4 細胞制備物…………………………………………………………………………8

1.4 污染物在生物體內的積累和分布……………………………………………………10

1.4.1 污染物在生物體內的積累…………………………………………………………10

1.4.2 污染物在生物體內的分布………………………………………………………10

1.5 生物樣品的采集、制備和保存…………………………………………………………11

1.5.1 人類(lèi)血、尿、頭發(fā)和其他組織樣品的采集、制備和保存…………………………11

1.5.2 動(dòng)物樣品的采集、制備和保存……………………………………………………13

1.5.3 人和動(dòng)物待檢樣品的取樣………………………………………………………16

1.5.4 植物樣品的采集、制備和保存……………………………………………………16

1.6 生物樣品的預處理…………………………………………………………………18

1.6.1 消解和灰化………………………………………………………………………19

1.6.2 提取、分離和濃縮…………………………………………………………………19

1.6.3 適用于酶法檢驗的生物樣品的處理……………………………………………20

1.7 環(huán)境樣品有機污染物分析的預處理技術(shù)……………………………………………22

1.7.1 優(yōu)先污染物與優(yōu)先監測…………………………………………………………22

1.7.2 環(huán)境有機污染物分析的必要性與特點(diǎn)…………………………………………23

1.7.3 環(huán)境有機污染物分析的一般步驟與方法………………………………………23

1.7.4 環(huán)境有機污染物衍生化…………………………………………………………25

1.7.5 固相萃取…………………………………………………………………………27

1.7.6 固相微萃取………………………………………………………………………32

1.7.7 超臨界流體萃取…………………………………………………………………34

思考題……………………………………………………………………………………37

參考文獻…………………………………………………………………………………………37

第2章 蛋白質(zhì)結構與性質(zhì)………………………………………………………………………38

2.1 蛋白質(zhì)的功能、分類(lèi)…………………………………………………………………38

2.1.1 蛋白質(zhì)研究概況…………………………………………………………………38

2.1.2 蛋白質(zhì)的功能……………………………………………………………………39

2.1.3 蛋白質(zhì)的分類(lèi)……………………………………………………………………39

2.2 氨基酸的功能、結構、性質(zhì)……………………………………………………………40

2.2.1 氨基酸的功能與制備……………………………………………………………40

2.2.2 天然氨基酸的主體結構…………………………………………………………41

2.2.3 氨基酸的性質(zhì)……………………………………………………………………42

2.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì)……………………………………………………………………………45

2.3.1 蛋白質(zhì)的兩性解離和等電點(diǎn)……………………………………………………45

2.3.2 蛋白質(zhì)分子的大小………………………………………………………………46

2.3.3 蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)………………………………………………………………47

2.3.4 蛋白質(zhì)的變性……………………………………………………………………47

2.3.5 蛋白質(zhì)的沉淀反應………………………………………………………………48

2.3.6 蛋白質(zhì)的顏色反應……………………………………………………………48

2.4 蛋白質(zhì)的結構分析…………………………………………………………………49

2.4.1 蛋白質(zhì)的一級結構…………………………………………………………………49

2.4.2 蛋白質(zhì)的二級結構…………………………………………………………………49

2.4.3 蛋白質(zhì)的三級結構…………………………………………………………………50

2.4.4 蛋白質(zhì)的四級結構…………………………………………………………………50

2.5 蛋白質(zhì)組學(xué)簡(jiǎn)介…………………………………………………………………………51

2.5.1 常用的蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)………………………………………………………52

2.5.2 蛋白質(zhì)組學(xué)研究展望………………………………………………………………55

思考題……………………………………………………………………………………55

參考文獻……………………………………………………………………………………………55

第3章 氨基酸分析…………………………………………………………………………………56

3.1 氨基酸的定量斑點(diǎn)分析…………………………………………………………………56

3.1.1 斑點(diǎn)顯色分析法…………………………………………………………………56

3.1.2 斑點(diǎn)熒光分析法…………………………………………………………………57

3.2 色譜方法……………………………………………………………………………………57

3.2.1 離子交換色譜法…………………………………………………………………57

3.2.2 反相色譜分析法…………………………………………………………………60

3.2.3 氣相色譜法………………………………………………………………………62

3.2.4 氨基酸的電泳分析法……………………………………………………………62

3.3 基于氨基酸選擇性反應的分析方法………………………………………………63

3.3.1 顯色分析法………………………………………………………………………63

3.3.2 熒光方法…………………………………………………………………………63

3.3.3 微生物方法………………………………………………………………………64

3.3.4 酶分析法…………………………………………………………………………64

3.4 氨基酸分析中存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢…………………………………………65

思考題……………………………………………………………………………………65

參考文獻………………………………………………………………………………………65

第4章 蛋白質(zhì)分析方法…………………………………………………………………66

4.1 蛋白質(zhì)分析方法概論…………………………………………………………………66

4.2 化學(xué)分析法……………………………………………………………………………67

4.3 紫外吸收光譜法…………………………………………………………………68

4.3.1 雙縮脲法………………………………………………………………………69

4.3.2 勞里(Lowry)法………………………………………………………………69

4.3.3 染料結合法……………………………………………………………………70

4.4 熒光分光光度法………………………………………………………………73

4.4.1 內源熒光法……………………………………………………………………73

4.4.2 外源熒光法……………………………………………………………………73

4.5 共振散射光譜法………………………………………………………………………75

4.6 極譜法……………………………………………………………………………………76

4.6.1 蛋白質(zhì)自身的極譜波…………………………………………………………76

4.6.2 蛋白質(zhì)的催化氫波……………………………………………………………76

4.6.3 蛋白質(zhì)-金屬配合物吸附波…………………………………………………77

4.7 高效液相色譜法………………………………………………………………………78

4.7.1 高效液相色譜簡(jiǎn)介……………………………………………………………78

4.7.2 蛋白質(zhì)的高效液相色譜分析…………………………………………………84

4.8 高效毛細管電泳法……………………………………………………………84

4.8.1 HPCE簡(jiǎn)介…………………………………………………………………84

4.8.2 毛細管電泳法的應用………………………………………………………90

思考題………………………………………………………………………………91

參考文獻………………………………………………………………………………………91

第5章 酶分析法…………………………………………………………………………………92

5.1 酶分析基礎……………………………………………………………………………92

5.1.1 酶的定義和性質(zhì)…………………………………………………………………92

5.1.2 酶分析測定的原則………………………………………………………………92

5.1.3 酶反應動(dòng)力學(xué)……………………………………………………………………93

5.1.4 影響酶催化反應的因素…………………………………………………………96

5.2 酶動(dòng)力學(xué)分析方法……………………………………………………………98

5.2.1 初速度法………………………………………………………………………98

5.2.2 固定時(shí)間分析法………………………………………………………………99

5.3 酶分析的檢測技術(shù)……………………………………………………………………99

5.3.1 紫外—可見(jiàn)分光光度法………………………………………………………100

5.3.2 熒光光度法……………………………………………………………………100

5.3.3 電化學(xué)法………………………………………………………………………100

5.3.4 其他方法………………………………………………………………………101

5.4 酶分析應用……………………………………………………………………………101

5.4.1 活化劑的測定…………………………………………………………………101

5.4.2 抑制劑的分析…………………………………………………………………102

5.4.3 酶活性的測定…………………………………………………………………103

思考題…………………………………………………………………………………106

參考文獻 …………………………………………………………………………………………107

第6章 免疫分析……………………………………………………………………………………108

6.1 抗原抗體及其制備……………………………………………………………………109

6.1.1 抗原及其制備…………………………………………………………………109

6.1.2 抗體及其制備…………………………………………………………………112

6.2 免疫反應 ………………………………………………………………………………121

6.2.1 免疫反應基本原理……………………………………………………………121

6.2.2 經(jīng)典的免疫反應………………………………………………………………124

6.3 免疫分析法 …………………………………………………………………………131

6.3.1 放射免疫測定…………………………………………………………………132

6.3.2 免疫熒光技術(shù)……………………………………………………………………145

6.3.3 膠體金標記技術(shù)…………………………………………………………………153

思考題…………………………………………………………………………………158

參考文獻 …………………………………………………………………………………………159

第7章 酶聯(lián)免疫法及其在殘留農藥分析中的應用…………………………………160

7.1 采用ELISA檢測殘留農藥的改進(jìn)方法……………………………………160

7.1.1 酶標抗原直接競爭抑制法…………………………………………………160

7.2 ELISA檢測殘留農藥的一般程序 …………………………………………161

7.2.1 半抗原的準備………………………………………………………………161

7.2.2 人工免疫抗原的合成………………………………………………………161

7.2.3 農藥抗體的制備……………………………………………………………162

7.2.4 抗原或抗體的包被…………………………………………………………162

7.2.5 結果的判定…………………………………………………………………163

7.2.6 應用實(shí)例……………………………………………………………………165

7.3 采用分子診斷技術(shù)對環(huán)境中毒素的檢測分析………………………166

7.3.1 采用免疫分析對真菌毒素的分子診斷……………………………………166

7.3.2 采用免疫分析技術(shù)對細菌毒素的分子診斷………………………………170

7.3.3 采用免疫分析技術(shù)對其他生物毒素的檢測………………………………172

思考題…………………………………………………………………………………175

參考文獻 …………………………………………………………………………………………175

第8章 生物傳感器及其在環(huán)境污染物分析中的應用……………………………176

8.1 概述…………………………………………………………………………………176

8.2 酶傳感器…………………………………………………………………………177

8.2.1 酶傳感器的結構…………………………………………………………177

8.2.2 酶的固定化 ………………………………………………………………177

8.2.3 酶傳感器的分類(lèi)…………………………………………………………178

8.3 酶傳感器應用………………………………………………………………………181

8.4 采用生物傳感器對環(huán)境中的污染物進(jìn)行監測………………………………182

8.4.1 采用生物傳感器對環(huán)境參數的監測………………………………………182

8.4.2 生物傳感器對毒素物質(zhì)的檢測……………………………………………184

8.4.3 利用生物傳感器對殘留農藥的檢測………………………………………185

8.4.4 采用傳感器對重要污染物的檢測…………………………………………188

8.4.5 生物傳感器對有機大分子的檢測…………………………………………192

8.4.6 生物傳感器對環(huán)境中金屬離子的檢測……………………………………194

8.5 環(huán)境中農藥的免疫傳感技術(shù)進(jìn)展………………………………..……195

8.5.1 農藥分析免疫傳感器………………………………………………………195

8.5.2 免疫傳感器的生物分子部分………………………………………………196

8.5.3 免疫傳感器的傳感器部分…………………………………………………197

8.5.4 免疫傳感器方法……………………………………………………………201

思考題…………………………………………………………………………………202

參考文獻…………………………………………………………………………………………202

第9章 核酸分析………………………………………………………………………204

9.1 核酸的結構……………………………………………………………………204

9.1.1 堿基、戊糖、核苷和核苷酸……………………………………………… 204

9.1.2 核酸的結構………………………………………………………………207

9.2 核酸及核苷酸的性質(zhì)………………………………………………………210

9.2.1 溶解性……………………………………………………………………210

9.2.2 核酸及其組分的兩性性質(zhì)………………………………………………210

9.2.3 紫外吸收特性……………………………………………………………214

9.2.4 核酸的變性與復性………………………………………………………215

9.3 核酸的分離純化……………………………………………………………215

9.3.1 核酸分離的一般原則……………………………………………………215

9.3.2 DNA的分離純化…………………………………………………………216

9.3.3 RNA的分離純化…………………………………………………………216

9.3.4 核酸組分的分離純化……………………………………………………217

9.4 核酸分析方法…………………………………………………………………218

9.4.1 化學(xué)發(fā)光法…………………………………………………………………218

9.4.2 光度分析法…………………………………………………………………218

9.4.3 熒光分析法……………………………………………………………219

9.4.4 共振散射光譜分析法………………………………………………………219

9.4.5 電化學(xué)方法…………………………………………………………………220

9.4.6 其他方法……………………………………………………………………220

思考題………………………………………………………………………………220

參考文獻………………………………………………………………………………………220

第10章 基于分子診斷技術(shù)的環(huán)境致病微生物檢測…………………………221

10.1 利用PCR技術(shù)檢測環(huán)境中的致病微生物…………………………221

10.1.1 聚合酶鏈式反應………………………………………………………221

10.1.2 采用PCR技術(shù)檢測病原菌…………………………………………227

10.1.3 采用PCR檢測環(huán)境中的病毒……………………………………………232

10.1.4 PCR檢測環(huán)境中的寄生蟲(chóng)………………………………………………235

10.2 利用寡核苷雜交技術(shù)檢測致病微生物………………………………238

10.2.1 核酸探針雜交技術(shù)………………………………………………………238

10.2.2 采用DNA探針檢測病原微生物………………………………………251

10.3 利用免疫分析技術(shù)檢測致病微生物…………………………………255

10.3.1 免疫分析法檢測病原細菌……………………………………………255

10.3.2 ELISA法檢測病原真菌………………………………………………256

10.3.3 ELISA法檢測病毒……………………………………………………257

10.3.4 ELISA法檢測病原蟲(chóng)…………………………………………………258

10.4 檢測環(huán)境中病原微生物的其他快速方法…………………………259

10.4.1 檢查某些細菌的專(zhuān)有酶進(jìn)行快速鑒定………………………………259

10.4.2 快速檢測細菌生化反應的色原或熒光底物及成套鑒定系統………259

10.4.3 應用不同載體的快速凝集試劑檢查與鑒定微生物…………………259

10.4.4 快速檢出細菌的毒素………………………………………………260

10.4.5 快速的細菌對抗菌藥物的敏感性試驗………………………………260

10.4.6 化學(xué)傳感器對病毒的快速監測………………………………………260

思考題…………………………………………………………………………………261

參考文獻………………………………………………………………………………………261

第11章 核酸適體及其在環(huán)境分析中的應用………………………………………262

11.1 修飾核苷酸SELEX技術(shù)…………………………………………………262

11.1.1 支持Mod-SELEX的聚合酶……………………………………………262

11.1.2 修飾核苷酸庫SELEX技術(shù)應用實(shí)例（Mod-SELEX）………………265

11.2 基于核酸適體的生物傳感器和生物測定最近取得的進(jìn)展…………267

11.2.1 核酸的性能………………………………………………………………268

11.2.2 概述核酸的功能……………………………………………………….270

11.2.3 從大自然庫克書(shū)庫中選擇適配體………………………………………271

11.2.4 利用適配體開(kāi)展工作……………………………………………………272

11.2.5 光學(xué)傳感器………………………………………………………………273

11.2.6 固定光學(xué)傳感器…………………………………………………………276

11.2.7 固定聲信號傳感器-受約束的和諧信號…………………………………278

11.2.8 微傳感器…………………………………………………………………279

11.2.9 電子傳感器………………………………………………………………279

11.2.10 傳遞FNAs信號促進(jìn)適體生物感應……………………………………282

11.2.11 適體生物測定—應用于適體研究……………………………………284

11.2.12 適體在診斷學(xué)、治療學(xué)和藥物發(fā)現中的應用…………………………285

11.3 核酸適配體電化學(xué)傳感器………………………………………………………287

11.3.1 電化學(xué)核酸適配體傳感器………………………………………………288

11.3.2 效應晶體管核酸適配體傳感器…………………………………………294

11.3.3 基于壓電晶體的微重量核酸適配體傳感器……………………………295

11.3.4 結論和展望………………………………………………………………296

11.4 用于環(huán)境污染監測的核酸生物傳感器………………………………………297

11.4.1 前言—生物傳感器在環(huán)境中的應用……………………………………298

11.4.2 基于核酸的生物傳感器…………………………………………………298

11.4.3 基于核酸吸引力的生物傳感器…………………………………………298

11.4.4 基于核酸催化反應的生物傳感器………………………………………302

11.4.5 基于核酸的生物傳感器用于檢測由化學(xué)作用導致的DNA損傷………304

11.4.6 新趨勢和結論……………………………………………………………305

思考題………………………………………………………………………………305

參考文獻…………………………………………………………………………306

前 言

環(huán)境分析化學(xué)是研究如何運用現代科學(xué)理論和先進(jìn)實(shí)驗技術(shù)來(lái)鑒別和測定環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的種類(lèi)、成分、含量以及化學(xué)形態(tài)的科學(xué)，是環(huán)境化學(xué)和分析化學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科。生化分析技術(shù)在環(huán)境分析化學(xué)中的應用，為環(huán)境污染物的分析和檢測提高了一類(lèi)簡(jiǎn)便、快速、價(jià)廉的方法。本書(shū)共由11章組成。環(huán)境分析化學(xué)基礎知識對環(huán)境生化分析的學(xué)習是最基本的也是非常重要的，這些內容常被忽視，故把它列在第1章。蛋白質(zhì)和核酸均為非常重要的二類(lèi)生物大分子，也是二類(lèi)非常重要的分析試劑。以蛋白質(zhì)為主線(xiàn)，第2章至第8章對氨基酸和蛋白質(zhì)的結構、性質(zhì)，蛋白質(zhì)和氨基酸分析，酶分析、免疫分析和生物傳感器原理及其在環(huán)境分析中的應用進(jìn)行了介紹。核酸是另一種非常重要的生物大分子分析試劑，結合我們的科研成果，參考有關(guān)文獻，第9章至第11章介紹了核酸結構及其分析方法，PCR技術(shù)原理和適配體分析原理及其在環(huán)境分析中的應用。

酶分析、免疫分析、適配體分析、納米分析是當今相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，以此為基礎的環(huán)境生化分析發(fā)展迅速, 我們在參考已有關(guān)生化分析教材的基礎上，結合本課題組的研究成果，編著(zhù)了《環(huán)境生化分析》教材，不妥之處，懇請同仁批評指正。 該書(shū)可作為化學(xué)、環(huán)境類(lèi)高年級本科生教材使用，也可作為研究生教材。在該書(shū)編著(zhù)過(guò)程中，得到環(huán)境與資源學(xué)院領(lǐng)導及環(huán)境科學(xué)系老師同學(xué)們的大力支持，在此一并致謝！

本書(shū)內容非常新穎,緊跟科技前沿,以生物大分子蛋白質(zhì)和核酸為核心，共由11章組成。第1章介紹了環(huán)境分析化學(xué)方面的基礎知識。第2章至第8章介紹了氨基酸和蛋白質(zhì)的結構、性質(zhì)，蛋白質(zhì)和氨基酸分析，酶和免疫分析原理及其在環(huán)境分析中的應用。第9章至第11章介紹了核酸的結構、性質(zhì)，適配體的性質(zhì)及其在環(huán)境分析中的應用。

本書(shū)除可供高等院校環(huán)境類(lèi)、化學(xué)類(lèi)、化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)使用外，還可供有關(guān)教學(xué)和科技人員參考.