生物化学

一、生物化学概念

生物化学是运用化学的原理和方法，研究生物体的物质组成和遵循化学规律所发生的一系列化学变化，进而深入揭示生命现象本质的一门科学，有生命的化学之称。

二、生物化学研究内容

1. 生物体物质的化学组成、结构、性质和功能

2. 生物体内的物质代谢、能量转换和代谢调控

3. 生物体的信息代谢

4. 运用生物化学原理和方法，为农业、工业、医药卫生、环境保护等服务，开拓富有经济价值的生物资源（酶制剂、药品、食品添加剂、杀虫剂……）

三、生物化学的发展

1  静态生物化学时期（二十世纪二十年代以前）：研究内容以分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主。

2  动态生物化学时期（二十世纪前半叶）：物质代谢途径及动态平衡、能量转化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、抗生素等的代谢 

3  机能生物化学及分子生物学时期（二十世纪五十年代以后）：生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理 

第一章 蛋白质化学

一．蛋白质的生物学意义

生物体的组成成分； 酶； 运输； 运动； 抗体； 干扰素； 遗传信息的控制； 细胞膜的通透性； 高等动物的记忆、识别机构。

二．蛋白质的元素组成

    C（50~55%）、H（6~8%）、O（20~23%）、N（15~18%）、 S（0~4%）、…

N的含量平均为16%——凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础：

蛋白质含量＝ 蛋白氮×6.25

三．蛋白质的组成

氨基酸是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸组成（牢记三字符号和结构式）。

Cα如是不对称C（除Gly），则：（1）具有两种立体异构体 [D-型和L-型]；（2）具有旋光性（手性） [左旋（-）或右旋（+）]

氨基酸的重要理化性质：（1）一般物理性质：无色晶体，熔点极高（200℃以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。具有紫外吸收性质（280nm）。（2）两性解离和等电点：氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的—NH3+正离子和能接受质子的—COO-负离子，为两性电解质。调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的—+NH3基和—COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。（3）化学性质：①与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几μg）；②与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法，可以用来直接测定氨基酸的浓度和蛋白质水解程度；③与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应，重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”。

四．肽

肽是一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。

肽链写法：游离α-氨基在左，游离α-羧基在右，氨基酸之间用“－”表示肽键。

五．蛋白质的结构

蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：一级结构，二级结构，三级结构和四级结构（不总是有）。

（一）蛋白质的一级结构

一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键主要指肽键和二硫键。

（二）蛋白质的空间结构

是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构，碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个α-碳原子多处于同一个平面上。

蛋白质构象稳定的原因：（1）酰胺平面；（2）侧链基团R的影响。

1.  蛋白质的二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。

（1）α-螺旋：Pauling和Corey于1965年提出。

结构要点：1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100°。2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键，氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。3)R侧链基团伸向螺旋的外侧。4）Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在α-螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。

（2）β-折叠结构：是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。β-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）。

（3）β-转角：为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。

（4）自由回转：没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。

2.  蛋白质的三级结构

指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。

3.  蛋白质的四级结构

多肽亚基的空间排布和相互作用。亚基间以非共价键连接。

（三）蛋白质结构中的共价健和次级键

六．蛋白质分子结构与功能的关系

蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学结构，还需要一定的空间构象。

（一）蛋白质一级结构与功能的关系

1.  种属差异

蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。

2.  分子病

蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。

（二）蛋白质构象与功能的关系

别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。因别构而产生的效应称别构效应。如血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响与其它亚基的相互作用。

七．蛋白质的性质

（一）蛋白质的相对分子量

蛋白质相对分子量在10 000~1 000 000之间。测定分子量的主要方法有渗透压法、超离心法、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。最准确可靠的方法是超离心法（Svedberg于1940年设计）：蛋白质颗粒在25~50×104 g离心力作用下从溶液中沉降下来。沉降系数的单位常用S，1S=1×10-13（s）

（二）蛋白质的两性电离及等电点

蛋白质在偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点时为两性离子。

电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开。

（三）蛋白质的胶体性质

布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力。

蛋白质溶液稳定的原因：1）表面形成水膜（水化层）；2）带相同电荷。

（四）蛋白质的变性

天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变性。

变性蛋白质主要标志是生物学功能的丧失。溶解度降低，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状改变，肽链松散，反应基团增加，易被酶消化。

变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固。

有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性如不超过一定限度，经适当处理后，可重新变为天然蛋白质。

第二章  核酸的化学

一．核酸的概念和重要性

1869年，Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleic acid）；此后几十年内，弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。1944年，Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验。1952年，Hershey等的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内，证明DNA是遗传物质。

除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有机体的遗传物质是DNA。不同有机体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。

二．核酸的组成成分

碱基（熟记腺嘌呤、鸟嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶的结构式）、戊糖（核糖或脱氧核糖）、磷酸。

各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料。

在体内能量代谢中的作用：ATP——能量“货币”；UTP——参加糖的互相转化与合成；CTP——参加磷脂的合成；GTP——参加蛋白质和嘌呤的合成。

第二信使——cAMP、cGMP。

三．DNA的结构

（一）DNA的一级结构

因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列。通常碱基序列由DNA链的5′→3′方向写。DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。

（二）DNA的双螺旋结构

1953年，Watson 和Crick 提出。

DNA的双螺旋模型特点：（1）两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。（2）磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按A—T，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）。（3）螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm，螺旋结构每隔10个碱基对（bp）重复一次，间隔为3.4nm。（4）碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行；（5）两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起（G-C三个氢键，A-T二个氢键）；（6）螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持。

DNA的双螺旋结构的意义：该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。

DNA双螺旋的构象类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA。

四．DNA与基因组织

基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。包括结构基因与调节基因。基因组是指细胞内遗传信息的携带者－DNA的总体。

基因组的特点：

1. 原核生物基因组的特点：（1）DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。（2）功能相关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中（多顺反子）。（3）有基因重叠现象。

2. 真核生物基因组的特点：（1）具有重复序列。（2）有断裂基因（由于内含子有存在）。内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。例外：组蛋白基因和干扰素基因没有内含子。）。

五．RNA的结构与功能

RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。

（一）tRNA

tRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。

tRNA分子量为4S，1965年Holley 测定AlatRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。主要特征：1.四臂四环；2.氨基酸臂3′端有CCAOH的共有结构；3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TψC环含有T和ψ；7.含有修饰碱基和不变核苷酸。

（二）rRNA

占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组成核糖体。

（三）mRNA与hnRNA

mRNA约占细胞RNA总量的3~5%，是蛋白质合成的模板。

真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。

（四）RNA的其它功能

1981年，Cech发现RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性。

六．核酸的性质

（一）一般理化性质：（1）为两性电解质，通常表现为酸性。（2）DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。（3）DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。（4）RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。（5）利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。

（二）核酸的紫外吸收性质：核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。

    核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30～40%，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。 

（三）核酸的的变性：双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解温度（Tm）。

（四）分子杂交：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成氢键，或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程。

七．核酸的序列测定

目前多采用Sanger的酶法和Gilbert的化学法（双脱氧核苷酸法）。

第三章  糖类的结构与功能

一．糖类的结构与功能

最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示（有例外），统称碳水化合物。糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。

糖类的生物学意义：（1）是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源；（2）是生物体合成其它化合物的基本原料；（3）充当结构性物质；（4）糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质；（5）糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。

二．多糖

多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。

多糖的功能：（1）贮藏和结构支持物质。（2）抗原性（荚膜多糖）。（3）抗凝血作用（肝素）。（4）为细胞间粘合剂（透明质酸）。（5）携带生物信息（糖链）。

三．多糖代表物

（一）淀粉与糖原

天然淀粉由直链淀粉（以α-(1,4)糖苷键连接）与支链淀粉（分支点为α-(1,6)糖苷键）组成。淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色；链长为20个葡萄糖基，呈红色；链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。

糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。

（二）纤维素与半纤维素

纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借β-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。

    半纤维素是指除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。

四．糖复合物

    ——是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物。

（一）糖蛋白与蛋白多糖

    两种不同类型苷键： N-糖苷键（肽链上的Asn的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成）；O-糖苷键（肽链上的Ser或Thr的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成）。

糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型。

    O型：Fuc（岩藻糖）

    A型：Fuc和GNAc（乙酰氨基葡萄糖）

    B型：Fuc和Gal（半乳糖）

（二）糖脂与脂多糖

——脂类与糖（或低聚糖）结合的一类复合糖。

1. 甘油醇糖脂：甘油二酯与己糖（半乳糖、甘露糖和脱氧葡萄糖）结合而成。

   2. N-酰基神经醇糖脂

第四章  脂类和生物膜

一．脂类

不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂。主要包括脂肪（可变脂），磷脂、糖脂、固醇（基本脂）。

（一）脂肪（三酰甘油）

1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（熟悉“必需脂肪酸”概念和种类）。

（二）甘油磷酸酯类

磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。

（三）鞘脂类

——由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团组成。可分为三类：鞘磷脂类、脑苷脂类（糖鞘脂）、神经节苷脂类。

（四）固醇（甾醇）类

    固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物。

二．生物膜

——电镜下表现出大体相同的形态、厚度6～9nm左右的3片层结构。

真核细胞由于生物膜的分化形成细胞器。

膜的化学组成：（1）膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分散于水相时，可形成脂质体。（2）膜蛋白。（3）膜糖类。

膜的结构：

• 双层脂分子构成（E. Gorter,  F.Grendel, 1925)

• 三明治式结构模型(H.Davson, J.F.Danielli, 1935)

• 单位膜模型(J.D.Robertson, 1959)

• 流动镶嵌模型(S.J.Singer, G.Nicolson, 1972)

膜的流动镶嵌模型结构要点：（1）膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。（2）脂质双分子层具有流动性。（3）内嵌蛋白“溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。（4）外周蛋白与脂质双分子层的极性头部连接。（5）双分子层中的脂质分子之间或蛋白质组分与脂质之间无共价结合。（6）膜蛋白可作横向运动。

第五章    酶

一．酶的概念

定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。

酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。

酶的催化特点：高效性、专一性、反应条件温和、活力受多种因素调控。

二．酶的分类与命名

1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：（1）氧化还原酶类；（2）转移酶类；（3）水解酶类；（4）裂解酶类；（5）异构酶；（6）合成酶类。用EC X1.X2.X3.X4来表示。

酶的命名有两种方法：系统名、惯用名。

系统名：包括所有底物的名称和反应类型。

惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。

对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应类型。

三．酶的化学本质

（一）大多数酶是蛋白质

1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。

1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNA——ribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。

核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。

（二）酶的辅因子

酶从其组成上可分为单体酶和结合酶（全酶）。结合酶由酶蛋白和辅因子组成。辅因子包括辅基、辅酶和金属激活剂。

酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。

（三）单体酶、寡聚酶和多酶复合物

1.单体酶：仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。

2.寡聚酶：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。

3.多酶复合物：几个酶镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。

四．酶的结构与功能的关系

（一）活性部位和必需基团

必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。

活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。包括结合部位（决定酶的专一性）和催化部位（决定酶的催化性质）。

（二）酶原的激活

没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。这个过程实质上是酶活性部位形成和暴露的过程。

在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。

（三）同工酶

——能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。如乳酸脱氢酶。

五．酶作用的专一性

包括结构专一性和立体异构专一性。前者又分为基团专一性和绝对专一性。

六．酶的作用机理

酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。

中间产物学说。

诱导嵌合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。

使酶具有高催化效率的因素：

（1）底物和酶的邻近效应与定向效应

邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近，提高了反应基团的有效浓度。

定向效应：由于酶的构象作用，底物的反应基团之间、酶与底物的反应基团之间正确取向的效应。

酶把底物分子从溶液中富集出来，使它们固定在活性中心附近，反应基团相互邻近，同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠，反应易于发生。

（2）底物的形变和诱导契合

酶中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子云密度变化，产生电子张力，降低了底物的活化能。①酶从低活性形式转变为高活性形式，利于催化。②底物形变，利于形成ES复合物。③底物构象变化，过度态结构，大大降低活化能。

（3）酸碱催化

酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用。影响酸碱催化反应速度的两个因素: ①酸碱强度(pK值）。组氨酸咪唑基的解离常数为6，在pH6附近给出质子和结合质子能力相同，是最活泼的催化基团。②给出质子或结合质子的速度。咪唑基(His)最快，半寿期小于10-10秒

（4）共价催化

酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高的共价中间物。催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。

（5）活性部位微环境的影响

① 疏水环境：介电常数低，加强极性基团间的作用。②电荷环境：在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子 

七．酶促反应的速度和影响酶促反应速度的因素

（一）酶反应速度的测量

用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。测定反应的初速度。研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准。因为底物浓度降低、酶部分失活、产物抑制和逆反应等因素，会使反应速度随反应时间的延长而下降。 

（二）酶浓度对酶作用的影响

在有足够底物和其他条件不变的情况下：  v = k [E]

（三）底物浓度对酶作用的影响

1.  底物浓度对酶反应速度的影响

用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：

底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。

2.  米氏方程式

3.  米氏常数的意义及测定

km= [S]

（1） km是酶的一个基本的特征常数。其大小与酶的浓度无关，而与具体的底物有关，且随着温度、pH和离子强度而改变。（2）从km可判断酶的专一性和天然底物。 Km最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。（3）当k2》k3时，km的大小可以表示酶与底物的亲和性。（4）从km的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度。（5）km还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。

米氏常数可根据实验数据作图法直接求得：先测定不同底物浓度的反应初速度，从v与[S]的关系曲线求得V，然后再从1/2 V求得相应的[S]即为km（近似值）。通常用Lineweaver-Burk作图法（双倒数作图法）。

（四）pH对酶作用的影响

虽然大部分酶的pH-酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。pH对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。

（五）温度对酶作用的影响

两种不同影响：1.温度升高，反应速度加快；2.温度升高，热变性速度加快。

（六）激活剂对酶作用的影响

——凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如Cl－是唾液淀粉酶的激活剂。

（七）抑制剂对酶作用的影响

1．不可逆的抑制作用

抑制剂与酶活性中心（外）的必需基团共价结合，使酶的活性下降，无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。

2．可逆的抑制作用 

抑制剂与酶蛋白非共价键结合，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。

（1）竞争性抑制：抑制剂具有与底物类似的结构，竞争酶的活性中心，并与酶形成可逆的EI复合物，阻止底物与酶结合。可以通过增加底物浓度而解除此种抑制。

Vmax不变，Km变大，而且随[I]浓度的增大而增大。

（2）非竞争性抑制：底物和抑制剂可以同时与酶结合，但是，中间的三元复合物ESI不能进一步分解为产物，因此，酶的活性降低。抑制剂与酶活性中心以外的基团结合，其结构可能与底物无关。不能通过增加底物浓度的办法来消除非竞争性抑制作用。

Km不变，Vmax降低。

（3）反竞争性抑制：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。常见于多底物的酶促反应中。

E+S→ES+I →ESI≠ P

Km及Vmax都变小。

（八）酶的变（别）构效应

——有些酶具有类似血红蛋白那样的别构效应，称为别构酶。

特点：1.一般是寡聚酶；2.具有别构效应；3.v对[S]不呈直角双曲线。ATCase。

八．酶的制备与活力的测定

——酶活力是指酶催化某一化学反应的能力。

酶（活力）单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。（U/g，U/ml）

在最适的反应条件（25℃）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，即           1IU=1μmol/min

在最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为1kat单位，即

                         1kat=1mol/s

酶的纯度：

            比活力 = 活力单位数/ 毫克蛋白（氮）

第六章  维生素和辅酶

掌握三方面内容：辅酶形式、功能部位、缺乏症。

维生素是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要。维生素不能供给机体热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主要功能是通过作为酶的辅酶成分调节机体代谢。长期缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。

医疗上用维生素防治维生素不足而引起的疾病。长期大量使用维生素A和维生素D会引起中毒；维生素B1用量过多会引起周围神经痛觉缺失；长期大量使用维生素B12会引起红细胞过多；口服维生素C过多可破坏膳食中维生素B12而引起贫血。

水溶性维生素：维生素B族（B1、B2、泛酸、维生素PP、B6、生物素、叶酸，B12）和维生素C等。

脂溶性维生素：维生素A、D、E、K等。

一． 维生素B1

维生素B1由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称硫胺（素）。维生素B1在活体组织中可经硫胺素激酶催化与ATP作用转化成硫胺素焦磷酸（TPP）。TPP是脱羧酶、脱氢酶的辅酶。功能部位在噻唑环的C2上。

二． 维生素B2和黄素辅酶

维生素B2又称核黄素，是一种含核糖醇基的黄色物质，在自然界多与蛋白质结合存在，这种结合体称黄素蛋白。维生素B2由异咯嗪与核糖醇所组成。自然界中，维生素B2在机体内与ATP作用转化为核黄素磷酸，即黄素单核苷酸（简称FMN）。后者再经ATP作用进一步磷酸化即产生黄素腺嘌呤二核苷酸（简称FAD）。 FMN与FAD是许多脱氢酶的辅酶，是很重要的递氢体。可促进生物氧化作用，对糖、脂和氨基酸的代谢都很重要。

三．泛酸（维生素B3）和辅酶A

泛酸是β-丙氨酸与α，γ-二羟-β-二甲基丁酸结合而成的化合物。分子中有一肽键。在机体内泛酸与ATP和半胱氨酸经一系列反应可合成辅酶A（CoA）。泛酸的生物功能是以CoA形式参加代谢，是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。

四．维生素PP和辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ

维生素PP过去称抗赖皮病维生素或维生素B5，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺。可转变为NAD+与NADP+，皆是脱氢酶的辅酶。抗结核药异烟肼的结构与尼克酰胺类似，两者有拮抗作用，长期服用异烟肼时应注意补充尼克酰胺。

五．维生素B6和磷酸吡哆醛

维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢（包括Trp → nicotinamide）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。

六．生物素

生物素（维生素B7）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个C5酸枝链。尿素环上的一个N可与CO2结合。生物素是多种羧化酶的辅酶，在CO2固定反应中起重要作用。

七．叶酸和叶酸辅酶

叶酸（folic acid）即维生素B11，由蝶呤啶、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。叶酸的5、6、7、8位置，在NADPH＋H+存在下，可被还原成四氢叶酸（FH4或THFA）。四氢叶酸的N5 和N10位可与多种一碳单位结合作为它们的载体。THFA是转一碳基团酶系的辅酶。

八．维生素B12和B12辅酶

维生素B12是含钴的化合物，又称钴胺素。维生素B12的发现是多年研究恶性贫血症（即巨初红细胞症）的结果。维生素B12的吸收需要一种胃壁细胞分泌的糖蛋白（称为内因子），两者结合后才能被小肠吸收。恶性贫血患者的胃液中常缺乏内因子，须注射维生素B12治疗。

九．维生素C

维生素C能防治坏血病，又称抗坏血酸。促进各种支持组织及细胞间粘合物的形成。是脯氨酸羟化酶的辅酶。对生物氧化有重要作用，是强力抗氧化剂 。

十．维生素A

维生素A又名视黄醇，只存在于动物性食物中，包括A1 和 A2两种。A1即一般所说的视黄醇，主要存在于咸水鱼的肝脏；A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物和动物中普遍存在的β-胡萝卜素可转变为2分子视黄醇。在视觉过程中维生素A的变化。维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。

十一. 维生素D

维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、D4、D5，均为类固醇衍生物，其中D2和D3较为重要。只在动物体内含有维生素D，鱼肝油中含量最丰富。动、植物组织中含有能转化为维生素D的固醇类物质，经紫外光照射可转变为维生素D。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素D元的方法来制造。维生素D调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化，使牙齿、骨骼发育正常。机体只能从胆汁排出过多的维生素D，维生素D如摄食过量则会中毒。

十二. 维生素E

维生素E又称生育酚或抗不育维生素。由于维生素E的强抗氧化性质，能保护不饱和脂酸使其不被氧化成脂褐色素及自由基，从而维护细胞的完整和功能，故有一定的抗衰老作用。

十三. 维生素K

维生素K是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物。维生素K的主要作用是促进血液凝固，因维生素K是促进肝脏合成凝血酶原的重要因素。大剂量维生素K可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。

第七章 生物氧化

一． 生物氧化的特点和方式

糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化，其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。

生物氧化的特点：（1）反应条件温和，多步反应，逐步放能。（2）生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。（3）真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。 

CO2的生成：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。

H2O的生成：代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。

二． 线粒体电子传递体系 

线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链，因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。

氧化电子传递链位于原核生物的质膜上，真核生物中位于线粒体的内膜上。 

呼吸链的种类、组成及传递体的排列顺序，偶联ATP的部位和特异抑制剂。

三． 氧化磷酸化作用

代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP），这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。有底物水平磷酸化和电子传递水平磷酸化两种类型。

电子传递水平磷酸化：电子沿着氧化电子传递链传递的过程中所伴随的将ADP磷酸化为ATP的作用，或者说是ATP的生成与氧化电子传递链相偶联的磷酸化作用。 

底物水平磷酸化：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物（如PEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。 

呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和原子氧（O）消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至原子氧所产生的ATP分子数。NADH呼吸链：P/O~ 3。FADH2呼吸链：P/O~ 2。

氧化磷酸化的偶联机理：

化学偶联假说（1953年，Edward Slater）  

构象偶联假说（1964年，Paul Boyer ）

化学渗透假说（1961年，Peter Mitchell） 

电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成H+跨线粒体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化学势( ΔmH+ )驱动ATP的合成。

线粒体外NADH的氧化磷酸化作用：磷酸甘油穿梭系统；苹果酸—天冬氨酸穿梭系统。

第八章    糖代谢

一．葡萄糖的主要代谢途径

（一）糖酵解

糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称ＥＭＰ途径。

熟悉糖酵解途经不可逆反应、能量变化步骤、ATP计算。

总反应式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi T 2C3H4O3+2NADH +2H++2ATP+2H2O

能量计算：氧化1分子葡萄糖净生成 

                          2ATP

                          2NADH   →       6ATP 或 4ATP （？）

生物学意义：

 ★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；

 ★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；

 ★为糖异生提供基本途径。

（二）丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

1. 丙酮酸脱氢酶系。

2. 三羧酸循环（柠檬酸循环、TCA循环、Krebs循环）

（1） 总反应式：

丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP  →  4NADH + 4H+ + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O

乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP  →  3NADH +3H+ + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O

（2）一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。3NADH、FADH2进入呼吸链。

（3）三羧酸循环中碳骨架的不对称反应 

同位素标记表明，乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去余下甲基碳的50%。

三羧酸循环的能量计量。

三羧循环的生物学意义：

·是有机体获得生命活动所需能量的主要途径

·是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽

·形成多种重要的中间产物

·是发酵产物重新氧化的途径

3. 乙醛酸循环

2乙酰CoA+NAD++2H2O  →  琥珀酸 + 2CoA+NADH+H+

生物学意义：

过量的草酰乙酸可以糖异生成Glc，因此，乙醛酸循环可以使脂肪酸的降解产物乙酰CoA经草酰乙酸转化成Glc，供给种子萌发时对糖的需要。

植物中，乙醛酸循环只存在于苗期，而生长后期则无乙醛酸循环。

哺乳动物及人体中，不存在乙醛酸循环，因此，乙酰CoA不能在体内生成糖和氨基酸。

（三）磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, ppp）

磷酸戊糖途径的两个阶段：氧化脱羧阶段，非氧化分子重排阶段。

总反应式：

6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O   →   5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+

磷酸戊糖途径的生理意义：

（1） 产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供主要的还原力。NADPH作为主要的供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，及氨的同化等所必需。

（2）中间产物为许多化合物的合成提供原料。产生的磷酸戊糖参加核酸代谢。4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。 

（3）是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途径。

（4）NADPH主要用于还原反应，其电子通常不经电子传递链传递，一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能，需通过两个偶联反应，进行穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD+上。

胞液内：α-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+  →  异柠檬酸+NADP+

异柠檬酸能自由通过线粒体膜，传递氢。

线粒体内：异柠檬酸+NAD+ =α-酮戊二酸+CO2+NADH+H+

一分子Glc经磷酸戊糖途径，完全氧化，产生12分子NADPH，可生成（36-1）=35ATP 

（四）糖的异生

糖异生总反应：

2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H20 → Glc+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi

从2分子丙酮酸形成Glc共消耗6个ATP，2个NADH。 

凡是能生成丙酮酸或草酰乙酸的物质都可以变成葡萄糖，如TCA中全部的中间产物，大多数氨基酸

植物微生物经过乙醛酸循环，可将乙酰CoA转化成草酰乙酸，因此可以将脂肪酸转变成糖。

动物体中不存在乙醛酸循环，因此不能将乙酰CoA转变成糖。

糖异生主要途径和关键反应：

非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下，绕过糖酵解途径的三个不可逆反应，利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。

二．糖原的分解和生物合成

（一）糖原的酶促磷酸解

（二）糖原的生物合成

（1）UDP-葡萄糖焦磷酸化酶

—— 催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为各种聚糖形成时，提供糖基和能量。动物细胞中糖元合成时需UDPG；植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG。

（2）糖原合成酶

—— 催化a-1，4-糖苷键合成

（3）糖原分支酶 

—— 催化a-1，6-糖苷键合成

第九章  脂类代谢

一．脂肪的分解代谢

（一）脂肪的水解

（二）甘油的转化

（三）脂肪酸的分解代谢

1. 饱和脂肪酸的氧化分解途径

（1）β-氧化作用

脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰CoA，该过程称作β-氧化。

①脂肪酸的活化和转运

②β-氧化的生化历程

③脂肪酸β-氧化作用小结 ： 

Ø 脂肪酸β-氧化时仅需活化一次，其代价是消耗1个ATP的两个高能键。

Ø 长链脂肪酸由线粒体外的脂酰CoA合成酶活化，经肉碱运到线粒体内；中、短链脂肪酸直接进入线粒体，由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化。

Ø β-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。

Ø β-氧化的产物是乙酰CoA，可以进入TCA

（2）α-氧化作用

脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化作用。

（3）ω氧化作用

脂肪酸的ω-氧化指脂肪酸的末端甲基（ω-端）经氧化转变成羟基，继而再氧化成羧基，从而形成α，ω-二羧酸的过程。

2. 酮体的代谢

脂肪酸β-氧化产物乙酰CoA，在肌肉中进入三羧酸循环氧化供能，然而在肝细胞中还有另一条去路。乙酰CoA可在肝细胞形成乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮，这三种物质统称为酮体。酮体在肝中生成后，再运到肝外组织中利用。

酮体的合成发生在肝、肾细胞的线粒体内。形成酮体的目的是将肝中大量的乙酰CoA转移出去，乙酰乙酸占30%，β—羟丁酸70%，少量丙酮。（丙酮主要由肺呼出体外）

肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径，主要取决于草酰乙酸的可利用性。饥饿状态下，草酰乙酸离开TCA，用于异生合成Glc。当草酰乙酸浓度很低时，只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数乙酰CoA用于合成酮体。

当乙酰CoA不能再进入TCA时，肝脏合成酮体送至肝外组织利用，肝脏仍可继续氧化脂肪酸。 

肝中酮体生成的酶类很活泼，但没有能利用酮体的酶类。因此，肝脏线粒体合成的酮体，迅速透过线粒体并进入血液循环，送至全身。 

肝脏氧化脂肪时可产生酮体，但不能利用它（缺少β—酮脂酰CoA转移酶），而肝外组织在脂肪氧化时不产生酮体，但能利用肝中输出的酮体。

在正常情况下，脑组织基本上利用Glc供能，而在严重饥饿状态，75%的能量由血中酮体供应。 

酮体生成的生理意义：酮体是肝内正常的中间代谢产物，是肝输出能量的一种形式。酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌肉毛细管壁，是心、脑组织的重要能源。脑组织不能氧化脂酸，却能利用酮体。长期饥饿，糖供应不足时，酮体可以代替Glc，成为脑组织及肌肉的主要能源。正常情况下，血中酮体小于3mg/100ml。在饥饿、高脂低糖膳食时，酮体的生成增加，当酮体生成超过肝外组织的利用能力时，引起血中酮体升高，导致酮症酸（乙酰乙酸、β—羟丁酸）中毒，引起酮尿。 

二．脂肪的生物合成

所有的生物都可用糖合成脂肪酸，有两种合成方式。

A. 从头合成（乙酰CoA）——在胞液中（16碳以下）。

B. 延长途径——在线粒体或微粒体中。

高等动物的脂类合成在肝脏、脂肪细胞、乳腺中占优势。 

脂肪酸合成过程中的中间产物，以共价键与ACP辅基上的-SH基相连，ACP辅基就象一个摇臂，携带脂肪酸合成的中间物由一个酶转到另一个酶的活性位置上。 

脂肪合成时，乙酰CoA是脂肪酸的起始物质（引物），其余链的延长都以丙二酸单酰CoA的形式参与合成。 

所用的碳来自HCO3－（比CO2活泼），形成的羧基是丙二酸单酰CoA的远端羧基。

细胞内的乙酰CoA几乎全部在线粒体中产生，而合成脂肪酸的酶系在胞质中，乙酰CoA必须转运出来。转运方式：柠檬酸-丙酮酸循环。

线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长。

第十章 氨基酸代谢

一．蛋白质的酶促降解

胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶的专一性。

二．氨基酸的分解与转化

1．脱氨基作用

（1）氧化脱氨基作用

氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。此酶是能使氨基酸直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。

（2）转氨基作用

在转氨酶的催化下， α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸，而原来的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸，这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。（除Gly、Lys、Thr、Pro外 ）

大多数转氨酶，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。如丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。动物组织中，Asp转氨酶的活性最大。在大多数细胞中含量高，Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。 

（3）联合脱氨基作用

转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基作用方式。

单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。 

转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联（骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主 ）。

不同动物排泄氨的方式：水生动物，氨；爬虫类，尿酸；两栖类，尿素；鸟类，尿酸；哺乳类，尿素。

2. 脱羧基作用

氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。

γ－氨基丁酸是谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化脱羧的产物，它对中枢神经系统的传导有抑制作用。组胺可使血管舒张、降低血压，而酪胺则使血压升高。前者是组氨酸的脱羧产物，后者是酪氨酸的脱羧产物。

如果体内生成大量胺类，能引起神经或心血管等系统的功能紊乱，但体内的胺氧化酶能催化胺类氧化成醛，继而醛氧化成脂肪酸，冉分解成二氧化碳和水。

3. 氨基酸分解产物的转化

（1）氨的代谢转变

①重新生成氨基酸

在大脑中发生a-酮戊二酸转变为Glu的反应，大量消耗了a-酮戊二酸和NADPH，引起中毒症状（肝昏迷）。在肌肉中，可利用这一反应生成的谷氨酸的转氨基作用，生成丙氨酸，将氨转运到肝脏中去。

②生成谷氨酰胺和天冬酰胺

③尿素的生成——尿素(鸟氨酸)循环

在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为尿素循环。

NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O ® NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi+ AMP +PPi+延胡索酸

肝脏形成尿素的能力下降会引起肝昏迷（血氨升高，使大脑α-酮戊二酸下降，TCA受阻）可加Asp或Arg缓解。

④合成其他含N物质。

（2）氨基酸碳骨架的转化途径

①再氨基化生成氨基酸

②转变成糖或脂肪

·生糖氨基酸

·生酮氨基酸

·生酮兼生糖氨基酸

③氧化供能生成CO2和H2O

必需氨基酸：凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。

人的必需氨基酸：Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phe、Trp、 (His、Arg)。

第十一章  核苷酸代谢

一．核酸的酶促降解

食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。

吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。

人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。 

核酸酶的分类：1）根据对底物的专一性；2）根据切割位点。

限制性内切酶：原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶。

二．核苷酸的降解

1. 嘌呤的分解解

腺嘌呤脱氨在核苷水平，鸟嘌呤脱氨在碱基水平。

不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。

排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类

排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类

排尿囊酸动物：硬骨鱼类

排尿素动物：大多数鱼类、两栖类

某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。

2. 嘧啶的分解

三．核苷酸的合成代谢

1．嘌呤核苷酸的生物合成

（1）从头合成途径（形成嘌呤环时已是核苷酸水平——次黄苷酸IMP）

嘌呤环上各原子的来源。合成AMP或GMP消耗的ATP数目。

（2）嘌呤核苷酸合成补救途径

利用已有的碱基和核苷合成核苷酸。

嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。自毁容貌综合症（Lesch-Nyhan综合症）就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。

2. 嘧啶核苷酸的合成代谢

嘧啶环上各原子的来源。

3. 脱氧核苷酸的合成

4. 胸腺嘧啶核苷酸的合成

第十二章   核酸的生物合成

一．DNA的生物合成

（一）DNA的半保留复制

DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。

DNA的半保留复制可以说明DNA在代谢上的稳定性。经过多代复制，DNA的多核苷酸链仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。 

（二）复制的起点和单位

基因组能独立进行复制的单位称为复制子。原核生物是单复制子，真核生物是多复制子。每个复制子有起点。复制多数是双向、对称的，但也有例外。

（三）原核细胞DNA的复制（DNA指导下的DNA合成）

1. 反应特点：

（1） 以四种dNTP为底物；（2）需要模板指导；（3）需要有引物3′-羟基存在；（4）DNA链的生长方向是5′→ 3′；（5）产物DNA的性质与模板相同。

2. 大肠杆菌DNA聚合酶

（1）DNA聚合酶I：有聚合酶活性和外切酶活性，其中3′→ 5′外切酶活性起校正作用，5＇→ 3＇活性起修复和切除引物作用。DNA聚合酶I主要起损伤修复作用。

（2） DNA聚合酶Ⅱ：单链，以切口双链DNA为模板。

（3）DNA聚合酶Ⅲ：起DNA复制作用，功能与聚合酶I相似。

3. 真核生物DNA聚合酶

有a、b、g、δ、ε五种，性质与大肠杆菌的酶相似，多无外切酶活性。a相当于聚合酶Ⅲ，用于引发、滞后链合成；b主要起修复作用，γ位于线粒体，δ合成前导链。

（4）DNA连接酶：使双链DNA切口处的5＇－磷酸和3＇-羟基生成磷酸二酯键。

（四）半不连续复制

复制叉由5＇向3＇方向连续复制，称为前导链；另一条链复制叉由3＇向5＇移动，而DNA复制方向不变，形成许多不连续片段，称为冈崎片段，最后连接成完整的DNA，称为滞后链。

首先由引物合成酶由5＇向3＇方向合成10个核苷酸以内的RNA引物，然后聚合酶III在引物3＇-羟基上合成DNA，再由聚合酶I切除引物，填补空白，最后DNA连接酶将冈崎片段连接起来，形成完整DNA。

复制具有高度忠实性，其错配几率约为10-10。体内复制叉的复杂结构提高了复制的准确性，修复系统对错配加以纠正，进一步提高了复制的忠实性。

（五）真核生物DNA的复制

真核生物有核小体结构，复制速度慢，真核生物采取多复制起点的方法加速复制。

真核生物复制时，核小体打开，组蛋白直接转移到子代前导链上，滞后链用新合成的组蛋白。所以DNA是半保留的，而组蛋白是全保留的。真核生物冈崎片段长度约为200碱基对（相当于一个核小体的长度）。

（六）DNA的修复

1. 光复活

光复活酶可被可见光激活，分解由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。

2. 切除修复

细胞内有多种特异的核酸内切酶，可识别DNA的损伤部位，在其附近将DNA单链切开，再由外切酶将损伤链切除，由聚合酶以完整链为模板进行修复合成，最后由连接酶封口。

切除修复不需光照，也称暗修复。人体缺乏相应系统则发生“着色性干皮病”，皮肤干燥，有色素沉着，易患皮肤癌。

3. 重组修复

以上修复发生在复制前，称为复制前修复。复制时未修复的损伤部分会留下缺口，通过遗传重组进行修复：从完整的母链上将相应序列移至缺口处，用再合成的序列填补母链的空缺。此过程也叫复制后修复。重组修复中原损伤没有除去，但若干代后可逐渐稀释，消除其影响。

4. 诱导修复

DNA严重损伤能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应，包括修复效应、诱变效应、分裂抑制及溶原菌释放噬菌体等。细胞癌变也可能与应急反应有关。应急反应诱导切除和重组修复酶系，还诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，加快修复，避免死亡，但提高了变异率。 

（七）逆转录生成DNA

1. 逆转录酶

此酶有多种功能，可先合成DNA－RNA杂合分子，再水解RNA，然后复制其互补链，形成双链DNA。

2. 逆转录过程：

以前任宿主的tRNA为引物,为复制末端,需要借助末端重复结构进行“跳跃”。

3. 意义

逆转录与细胞恶性转化有关，为肿瘤的研究和防治提供了重要线索。艾滋病、乙肝等也有逆转录过程。

逆转录病毒经过改造，可作为信息载体，用于肿瘤和遗传疾病的基因治疗。

二．RNA的生物合成

（一）DNA转录生成RNA

1. RNA聚合酶

酶的特性：以4种NTP为底物，需模板和镁离子，合成方向也是5＇→ 3＇，但不需要引物。

酶的分类：真核生物的酶有多种，根据a－鹅膏蕈碱的抑制作用可分为三类：聚合酶Ⅰ对它不敏感，分布于核仁，转录核糖体RNA；聚合酶Ⅱ对低浓度敏感，存在于核质，转录信使RNA；聚合酶Ⅲ位于核质，对高浓度敏感，转录小分子量RNA，如转运RNA、5SRNA等。

线粒体和叶绿体也有RNA聚合酶，结构简单，能合成所有种类RNA。

2. 酶的构成

大肠杆菌的全酶有5个亚基（α2ββ＇ωσ）。β催化形成磷酸二酯键，β’结合模板，σ亚基称为起始因子，可使RNA聚合酶稳定地结合到启动子上。α2ββ＇称为核心酶。

3. 模板

以完整双链DNA为模板，其中仅一条链可转录。转录时局部解链，转录后DNA重新形成双螺旋结构，所以DNA是全保留的。

（二）转录过程

分为起始、延长和终止三个阶段。起始包括对双链DNA特定部位的识别、局部解链以及在最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键。第一个核苷酸掺入的位置称为转录起点。

起始后起始因子离开，核心酶构象改变，沿模板移动，转录生成杂交双链，随后DNA互补链取代RNA链，恢复DNA双螺旋结构。

聚合酶到达终点时，在终止辅助因子的帮助下停止反应，酶和RNA链脱落，转录结束。

（三）转录后加工（真核生物）

核糖体RNA：基因拷贝数多，在几十到几千之间。由RNA聚合酶I转录生成一个较长的前体，哺乳动物为45S。核仁是其转录、加工和装配成核糖体的场所。5SRNA基因也是成簇排列的，由RNA聚合酶III转录，经加工参与构成大亚基。

转运RNA：由RNA聚合酶III转录，加工与原核相似，但3＇端的CCA都是后加的。

信使RNA：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，在核内加工时形成大小不等的中间物，称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工过程包括：

切除内含子转录产物。

5＇端加帽子，帽子结构有多种，起识别和稳定作用。

3＇端加尾：在核内完成。先由RNA酶III在3＇端切断，再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。尾与通过核膜有关，还可防止核酸外切酶降解。

内部甲基化：主要是6-甲基腺嘌呤，在hnRNA中已经存在。可能对前体的加工起识别作用。

（四）RNA生物合成的抑制剂

1. 碱基类似物

有些人工合成的碱基类似物能干扰和抑制核酸的合成。作用方式有以下两类：

作为代谢拮抗物，直接抑制核苷酸生物合成有关酶类。如6-巯基嘌呤进入体内后可转变为巯基嘌呤核苷酸，抑制嘌呤核苷酸的合成。可作为抗癌药物，治疗急性白血病等。此类物质一般需转变为相应的核苷酸才能表现出抑制作用。

进入核酸分子，形成异常RNA或DNA，影响核酸的功能并导致突变。5-氟尿嘧啶类似尿嘧啶，可进入RNA，与腺嘌呤配对或异构成烯醇式与鸟嘌呤配对，使A-T对转变为G-C对。因为正常细胞可将其分解，而癌细胞不能，所以可选择性抑制癌细胞生长。

2. DNA模板功能抑制物

烷化剂：带有活性烷基，能使DNA烷基化。鸟嘌呤烷化后易脱落，双功能烷化剂可造成双链交联，磷酸基烷化可导致DNA链断裂。通常有较大毒性，引起突变或致癌。

放线菌素类：可与DNA形成非共价复合物，抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素。

嵌入染料：含有扁平芳香族发色团，可插入双链DNA相邻碱基对之间。常含丫啶或菲啶环，与碱基大小类似，可在复制时增加一个核苷酸，导致移码突变。如溴乙啶。

3. RNA聚合酶抑制剂

利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。

a-鹅膏蕈碱：抑制真核生物RNA聚合酶。

放线菌素D：抑制原核、真核细胞RNA聚合酶

第十三章 蛋白质的生物合成

一．蛋白质合成体系

1. 遗传密码

mRNA是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。

DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。

mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。

基本特性：（1）无标点：是连续阅读的，若插入或删除一个碱基，会使以后的读码发生错误，称为移码。（2）一般不重叠：只有少数基因的遗传密码是重叠的。（3）简并性：多数氨基酸有几个不同的密码子，只有色氨酸和甲硫氨酸仅一个密码子。（4）摆动性：密码子的专一性主要由头两位碱基决定，第三位不重要，称为摆动性。（5）UAG,UAA,UGA不编码氨基酸，作为终止密码子，只能被肽链释放因子识别。AUG是起始密码子。（6）通用性：在各种生物中几乎完全通用，但发现线粒体有所不同，如人线粒体中UGA编码色氨酸。

2. 核糖体

是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。椭圆球状，两亚基结合面上有较大空隙，蛋白质的合成在此进行。大亚基上有两个转运RNA位点：氨酰基位点(A)和肽酰基位点(P)，还有一个水解GTP的位点。两个亚基的接触面上有信使RNA结合位点，核糖体上还有许多蛋白因子结合位点。

多核糖体：由一个信使RNA与一些单个核糖体结合而成，呈念珠状。这样可以同时合成许多肽链，提高了翻译的效率。

二．翻译的过程

1. 准备

肽链的合成是由氨基端向羧基端进行的，信使RNA是从5＇向3＇翻译的。

氨基酸的活化：由氨酰tRNA合成酶催化，分两步：

1）形成氨基酸－AMP－酶复合物：氨基酸的羧基与5＇磷酸形成高能酸酐键而活化。

2）转移：氨基酸转移到转运RNA 3＇末端，与3＇或2＇羟基结合。总反应为：

氨基酸＋tRNA＋ATP=氨酰tRNA＋AMP＋PPi

转运RNA的作用：起接头作用，根据密码子决定氨基酸的去向。

2. 肽链合成的起始

（一）起始信号：起始密码子是AUG，其上游约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列，可与16S rRNA的3＇端互补，与起始有关。

起始复合物的形成

1）起始氨基酸：是N-甲酰甲硫氨酸。

2）30S起始复合物：信使RNA先与小亚基结合，在起始因子3(IF3)的参与下形成mRNA-30S-IF3复合物，然后在IF1和IF2参与下与fMet-tRNAf和GTP结合，并释放IF3，形成30S起始复合物。

30S起始复合物与大亚基结合，水解GTP，释放IF1和IF2，形成70S起始复合物。此时转运RNA占据肽酰位点，空着的氨酰位点可接受另一个转运RNA，为肽链延长作好了准备。

3. 肽链的延伸

（1）转运RNA进入氨酰位点，需ATP和两种延伸因子参加。（2）肽键的形成：肽酰基转移到氨酰位点，同时形成肽键。（3）移位：指核糖体沿信使RNA移动一个密码子。原肽酰位点的转运RNA离开，肽酰tRNA进入肽酰位点。以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就按进位、转肽、脱落、移位这4个步骤一再重复。

4. 终止

终止信号的识别，肽链释放，释放因子使肽酰转移酶水解并释放转运RNA，然后核糖体离开，IF3使核糖体解离，并与小亚基结合，以防重新聚合。

5. 真核生物的合成

（一）核糖体：更大，为60S和40S。

（二）起始氨基酸：是甲硫氨酸。

（三）起始信号：密码子为AUG，无富含嘌呤的序列。因为是单顺反子，只有一个起点，所以小亚基先与帽子结合，向3’端移动寻找即可。

（四）起始复合物：80S，起始因子(eIF)有多种。需GTP和ATP。

（五）延伸因子和终止因子：EF1a相当于EFTu，EF1bg相当于EFTs。终止因子(eRF)称为信号释放因子。

6. 抑制剂

白喉毒素抑制真核生物的移位作用。亚胺环己酮只作用于80S核糖体，抑制真核生物的翻译。氯霉素、链霉素、四环素、新霉素、卡那霉素只作用于原核生物，链霉素、新霉素、卡那霉素与小亚基结合，引起错读。

第十四章  物质代谢的联系及其调节

代谢调节的四级水平：酶水平调节、细胞水平调节、激素水平调节、神经水平调节

一．酶水平的调节

这是生物最基本的调节方式。主要是通过改变限速酶的结构或含量以影响酶活性，对物质代谢进行调节。所谓限速酶是指整条代谢通路中催化反应速度最慢的酶。这些限速酶不但可以影响整条代谢途径的总速度，甚至还可改变代谢方向。

1.  酶活性的调节

（1）别构调节作用

一般为寡聚酶，由催化亚基和调节亚基组成，别构效应物与调节亚基结合，引起酶分子的构象发生变化，从而改变酶的活性。

反馈调节（包括正反馈和负反馈）。

（2）共价修饰调节作用

不同类型的可逆共价修饰作用：①磷酸化/脱磷酸化；②乙酰化/脱乙酰化；③腺苷酸化/脱腺苷酸化；④尿苷酸化/脱尿苷酸化；⑤ADP-核糖基化；⑥甲基化/脱甲基化；⑦S-S/SH相互转变。

共价修饰调节对调节信号有放大作用。如磷酸化酶激活的级联反应。

2.  基因表达的调节

酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。

（1）原核生物基因表达调节

1960～1961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操纵子模型

酶合成的诱导作用。

降解物的阻遏作用

酶合成的阻遏作用

（2）真核生物基因表达的调控

为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。

二．酶在细胞内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节）

代谢酶类区域化具有的生理意义即是实现代谢调控的一个原始方式。

三．激素对代谢的调节

动物激素4类：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白质、固醇类、脂肪酸衍生物。动物激素由内分泌腺分泌

植物激素5类：生长素、赤霉素类、激动素类、脱落酸、乙烯。

蛋白质肽类激素与类固醇激素的作用机制。

四．神经系统对代谢的调节

生物化学重点

绪论
一、生物化学的的概念：
生物化学（biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学，它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。
二、生物化学的发展：
1．叙述生物化学阶段：是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。
2．动态生物化学阶段：是生物化学蓬勃发展的时期。就在这一时期，人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。
3．分子生物学阶段：这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。

三、生物化学研究的主要方面：
1．生物体的物质组成：高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质。
2．物质代谢：物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。
3．细胞信号转导：细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。
4．生物分子的结构与功能：通过对生物大分子结构的理解，揭示结构与功能之间的关系。
5．遗传与繁殖：对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。
第一章 蛋白质的结构与功能
一、氨基酸：
1．结构特点：氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种，除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-α-氨基酸。
2．分类：根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类：① 非极性中性氨基酸(8种)；② 极性中性氨基酸(7种)；③ 酸性氨基酸(Glu和Asp)；④ 碱性氨基酸(Lys、Arg和His)。

二、 肽键与肽链：
肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经脱水而形成的共价键(-CO-NH-)。氨基酸分子在参与形成肽键之后，由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。每条多肽链都有两端：即自由氨基端(N端)与自由羧基端(C端)，肽链的方向是N端→C端。

三、肽键平面(肽单位)：
肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转；组成肽键的四个原子及其相邻的两个α碳原子处在同一个平面上，为刚性平面结构，称为肽键平面。

四、蛋白质的分子结构：
蛋白质的分子结构可人为分为一级、二级、三级和四级结构等层次。一级结构为线状结构，二、三、四级结构为空间结构。
1．一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序，其维系键是肽键。蛋白质的一级结构决定其空间结构。
2．二级结构：指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，借氢键维系。主要有以下几种类型：
⑴α-螺旋：其结构特征为：①主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm；③ 相邻螺旋圈之间形成许多氢键；④ 侧链基团位于螺旋的外侧。
影响α-螺旋形成的因素主要是：① 存在侧链基团较大的氨基酸残基；② 连续存在带相同电荷的氨基酸残基；③ 存在脯氨酸残基。
⑵β-折叠：其结构特征为：① 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片；② 所有肽键的C=O和N—H形成链间氢键；③侧链基团分别交替位于片层的上、下方。
⑶β-转角：多肽链180°回折部分，通常由四个氨基酸残基构成，借1、4残基之间形成氢键维系。
⑷无规卷曲：主链骨架无规律盘绕的部分。
3．三级结构：指多肽链所有原子的空间排布。其维系键主要是非共价键（次级键）：氢键、疏水键、范德华力、离子键等，也可涉及二硫键。
4．四级结构：指亚基之间的立体排布、接触部位的布局等，其维系键为非共价键。亚基是指参与构成蛋白质四级结构的而又具有独立三级结构的多肽链。

五、 蛋白质的理化性质：
1．两性解离与等电点：蛋白质分子中仍然存在游离的氨基和游离的羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两性解离的性质。蛋白质分子所带正、负电荷相等时溶液的pH值称为蛋白质的等电点。
2．蛋白质的胶体性质：蛋白质具有亲水溶胶的性质。蛋白质分子表面的水化膜和表面电荷是稳定蛋白质亲水溶胶的两个重要因素。
3．蛋白质的紫外吸收：蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸残基对紫外光有吸收，以色氨酸吸收最强，最大吸收峰为280nm。
4．蛋白质的变性：蛋白质在某些理化因素的作用下，其特定的空间结构被破坏而导致其理化性质改变及生物活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性。引起蛋白质变性的因素有：高温、高压、电离辐射、超声波、紫外线及有机溶剂、重金属盐、强酸强碱等。绝大多数蛋白质分子的变性是不可逆的。

六、蛋白质的分离与纯化：
1．盐析与有机溶剂沉淀：在蛋白质溶液中加入大量中性盐，以破坏蛋白质的胶体性质，使蛋白质从溶液中沉淀析出，称为盐析。常用的中性盐有：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。盐析时，溶液的pH在蛋白质的等电点处效果最好。凡能与水以任意比例混合的有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等，均可引起蛋白质沉淀。
2．电泳：蛋白质分子在高于或低于其pI的溶液中带净的负或正电荷，因此在电场中可以移动。电泳迁移率的大小主要取决于蛋白质分子所带电荷量以及分子大小。
3．透析：利用透析袋膜的超滤性质，可将大分子物质与小分子物质分离开。
4．层析：利用混合物中各组分理化性质的差异，在相互接触的两相（固定相与流动相）之间的分布不同而进行分离。主要有离子交换层析，凝胶层析，吸附层析及亲和层析等，其中凝胶层析可用于测定蛋白质的分子量。
5．超速离心：利用物质密度的不同，经超速离心后，分布于不同的液层而分离。超速离心也可用来测定蛋白质的分子量，蛋白质的分子量与其沉降系数S成正比。
七、氨基酸顺序分析：
蛋白质多肽链的氨基酸顺序分析，即蛋白质一级结构的测定，主要有以下几个步骤：
1. 分离纯化蛋白质，得到一定量的蛋白质纯品；
2. 取一定量的样品进行完全水解，再测定蛋白质的氨基酸组成；
3. 分析蛋白质的N-端和C-端氨基酸；
4. 采用特异性的酶（如胰凝乳蛋白酶）或化学试剂（如溴化氰）将蛋白质处理为若干条肽段；
5. 分离纯化单一肽段；
测定各条肽段的氨基酸顺序。一般采用Edman降解法，用异硫氰酸苯酯进行反应，将氨基酸降解后，逐一进行测定；
7. 至少用两种不同的方法处理蛋白质，分别得到其肽段的氨基酸顺序；
8. 将两套不同肽段的氨基酸顺序进行比较，以获得完整的蛋白质分子的氨基酸顺序。
第三章 核酸的结构与功能
一、核酸的化学组成：
1．含氮碱：参与核酸和核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱和嘧啶碱两大类。组成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），它们都是嘧啶的衍生物。组成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），它们都是嘌呤的衍生物。
2．戊糖：核苷酸中的戊糖主要有两种，即β-D-核糖与β-D-2-脱氧核糖，由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
3．核苷：核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。通常是由核糖或脱氧核糖的C1’ β-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合，故生成的化学键称为β，N糖苷键。其中由D-核糖生成者称为核糖核苷，而由脱氧核糖生成者则称为脱氧核糖核苷。由“稀有碱基”所生成的核苷称为“稀有核苷”。假尿苷（ψ）就是由D-核糖的C1’ 与尿嘧啶的C5相连而生成的核苷。

二、核苷酸的结构与命名：
    核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核酸两大类。最常见的核苷酸为5’-核苷酸（5’ 常被省略）。5’-核苷酸又可按其在5’位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
    此外，生物体内还存在一些特殊的环核苷酸，常见的为环一磷酸腺苷（cAMP）和环一磷酸鸟苷（cGMP），它们通常是作为激素作用的第二信使。
    核苷酸通常使用缩写符号进行命名。第一位符号用小写字母d代表脱氧，第二位用大写字母代表碱基，第三位用大写字母代表磷酸基的数目，第四位用大写字母P代表磷酸。

三、核酸的一级结构：
    核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。核酸具有方向性，5’-位上具有自由磷酸基的末端称为5’-端，3’-位上具有自由羟基的末端称为3’-端。
    DNA由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。RNA由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸组成。RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。

四、DNA的二级结构：
    DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型，其主要实验依据是Chargaff研究小组对DNA的化学组成进行的分析研究，即DNA分子中四种碱基的摩尔百分比为A=T、G=C、A+G=T+C（Chargaff原则），以及由Wilkins研究小组完成的DNA晶体X线衍射图谱分析。
     天然DNA的二级结构以B型为主，其结构特征为：①为右手双螺旋，两条链以反平行方式排列；②主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；③两条链间存在碱基互补，通过氢键连系，且A-T、G-C（碱基互补原则）； ④螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；⑤螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。

五、DNA的超螺旋结构：
双螺旋的DNA分子进一步盘旋形成的超螺旋结构称为DNA的三级结构。
绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋，其三级结构呈麻花状。
在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。

六、DNA的功能：
DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。
     DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。一个生物体的全部DNA序列称为基因组（genome）。基因组的大小与生物的复杂性有关。

七、RNA的空间结构与功能：
    RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。RNA通常以单链存在，但也可形成局部的双螺旋结构。
1．mRNA的结构与功能：mRNA是单链核酸，其在真核生物中的初级产物称为HnRNA。大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端的7-甲基鸟苷三磷酸（m7GTP）帽子结构和3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。mRNA的功能是为蛋白质的合成提供模板，分子中带有遗传密码。mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（coden）。
2．tRNA的结构与功能：tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNA。tRNA的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形，故称为“三叶草”结构，可分为五个部分：①氨基酸臂：由tRNA的5’-端和3’-端构成的局部双螺旋，3’-端都带有-CCA-OH顺序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。②DHU臂：含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰tRNA合成酶的结合有关。③反密码臂：其反密码环中部的三个核苷酸组成三联体，在蛋白质生物合成中，可以用来识别mRNA上相应的密码，故称为反密码（anticoden）。④ TψC臂：含保守的TψC顺序，可以识别核蛋白体上的rRNA，促使tRNA与核蛋白体结合。⑤可变臂：位于TψC臂和反密码臂之间，功能不详。
3．rRNA的结构与功能：rRNA是细胞中含量最多的RNA，可与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。原核生物中的rRNA有三种：5S，16S，23S。真核生物中的rRNA有四种：5S，5.8S，18S，28S。

八、核酶：
具有自身催化作用的RNA称为核酶（ribozyme），核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结构。

九、核酸的一般理化性质：
核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm。

十、DNA的变性：
    在理化因素作用下，DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致DNA的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为DNA的变性。
    引起DNA变性的因素主要有：①高温，②强酸强碱，③有机溶剂等。DNA变性后的性质改变：①增色效应：指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的现象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物功能丧失或改变。
    加热DNA溶液，使其对260nm紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时的温度，就是DNA的变性温度（融解温度，Tm）。Tm的高低与DNA分子中G+C的含量有关，G+C的含量越高，则Tm越高。

十一、DNA的复性与分子杂交：
将变性DNA经退火处理，使其重新形成双螺旋结构的过程，称为DNA的复性。
     两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA），只要它们有大致相同的互补碱基顺序，以退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。核酸杂交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA杂交。不同来源的，具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序。
     常用的核酸分子杂交技术有：原位杂交、斑点杂交、Southern杂交及Northern杂交等。
     在核酸杂交分析过程中，常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记，这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。

十二、核酸酶：
凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶。凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶，凡能从多核苷酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶（限制酶）
第三章 酶
一、酶的概念：
酶（enzyme）是由活细胞产生的生物催化剂，这种催化剂具有极高的催化效率和高度的底物特异性，其化学本质是蛋白质。酶按照其分子结构可分为单体酶、寡聚酶和多酶体系（多酶复合体和多功能酶）三大类。

二、酶的分子组成：
    酶分子可根据其化学组成的不同，可分为单纯酶和结合酶（全酶）两类。结合酶则是由酶蛋白和辅助因子两部分构成，酶蛋白部分主要与酶的底物特异性有关，辅助因子则与酶的催化活性有关。
    与酶蛋白疏松结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅酶。与酶蛋白牢固结合并与酶的催化活性有关的耐热低分子有机化合物称为辅基。

三、辅酶与辅基的来源及其生理功用：
    辅酶与辅基的生理功用主要是：⑴ 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。⑵ 运载反应基团，如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳单位等，参与基团转移。大部分的辅酶与辅基衍生于维生素。
    维生素（vitamin)是指一类维持细胞正常功能所必需的，但在许多生物体内不能自身合成而必须由食物供给的小分子有机化合物。
    维生素可按其溶解性的不同分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。脂溶性维生素有VitA、VitD、VitE和VitK四种；水溶性维生素有VitB1，VitB2，VitPP，VitB6，VitB12，VitC，泛酸，生物素，叶酸等。
1.TPP：即焦磷酸硫胺素，由硫胺素（Vit B1）焦磷酸化而生成，是脱羧酶的辅酶，在体内参与糖代谢过程中α-酮酸的氧化脱羧反应。
2.FMN和FAD：即黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），是核黄素（VitB2）的衍生物。FMN或FAD通常作为脱氢酶的辅基，在酶促反应中作为递氢体（双递氢体）。
3.NAD+和NADP+：即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，辅酶Ⅰ）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+，辅酶Ⅱ），是Vit PP的衍生物。NAD+和NADP+主要作为脱氢酶的辅酶，在酶促反应中起递氢体的作用，为单递氢体。
4.磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺：是Vit B6的衍生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作为氨基转移酶，氨基酸脱羧酶，半胱氨酸脱硫酶等的辅酶。
5.CoA：泛酸（遍多酸）在体内参与构成辅酶A（CoA）。CoA中的巯基可与羧基以高能硫酯键结合，在糖、脂、蛋白质代谢中起传递酰基的作用，是酰化酶的辅酶。
6.生物素：是羧化酶的辅基，在体内参与CO2的固定和羧化反应。
7. FH4：由叶酸衍生而来。四氢叶酸是体内一碳单位基团转移酶系统中的辅酶。
8. Vit B12衍生物：Vit B12分子中含金属元素钴，故又称为钴胺素。Vit B12在体内有多种活性形式，如5'-脱氧腺苷钴胺素、甲基钴胺素等。其中，5'-脱氧腺苷钴胺素参与构成变位酶的辅酶，甲基钴胺素则是甲基转移酶的辅酶。

四、金属离子的作用：
1. 稳定构象：稳定酶蛋白催化活性所必需的分子构象；
2. 构成酶的活性中心：作为酶的活性中心的组成成分，参与构成酶的活性中心；
3. 连接作用：作为桥梁，将底物分子与酶蛋白螯合起来。

五、酶的活性中心：
    酶分子上具有一定空间构象的部位，该部位化学基团集中，直接参与将底物转变为产物的反应过程，这一部位就称为酶的活性中心。
    参与构成酶的活性中心的化学基团，有些是与底物相结合的，称为结合基团，有些是催化底物反应转变成产物的，称为催化基团，这两类基团统称为活性中心内必需基团。在酶的活性中心以外，也存在一些化学基团，主要与维系酶的空间构象有关，称为酶活性中心外必需基团。

六、酶促反应的特点：
1．具有极高的催化效率：酶的催化效率可比一般催化剂高106～1020倍。酶能与底物形成ES中间复合物，从而改变化学反应的进程，使反应所需活化能阈大大降低，活化分子的数目大大增加，从而加速反应进行。
2．具有高度的底物特异性：一种酶只作用于一种或一类化合物，以促进一定的化学变化，生成一定的产物，这种现象称为酶作用的特异性。
⑴绝对特异性：一种酶只能作用于一种化合物，以催化一种化学反应，称为绝对特异性，如琥珀酸脱氢酶。
⑵相对特异性：一种酶只能作用于一类化合物或一种化学键，催化一类化学反应，称为相对特异性，如脂肪酶。
⑶立体异构特异性：一种酶只能作用于一种立体异构体，或只能生成一种立体异构体，称为立体异构特异性，如L-精氨酸酶。
3．酶的催化活性是可以调节的：如代谢物可调节酶的催化活性，对酶分子的共价修饰可改变酶的催化活性，也可通过改变酶蛋白的合成来改变其催化活性。

七、酶促反应的机制：
1．中间复合物学说与诱导契合学说：酶催化时，酶活性中心首先与底物结合生成一种酶-底物复合物（ES），此复合物再分解释放出酶，并生成产物，即为中间复合物学说。当底物与酶接近时，底物分子可以诱导酶活性中心的构象以生改变，使之成为能与底物分子密切结合的构象，这就是诱导契合学说。
2．与酶的高效率催化有关的因素：①趋近效应与定向作用；②张力作用；③酸碱催化作用；④共价催化作用；⑤酶活性中心的低介电区（表面效应）。

八、酶促反应动力学：
    酶反应动力学主要研究酶催化的反应速度以及影响反应速度的各种因素。在探讨各种因素对酶促反应速度的影响时，通常测定其初始速度来代表酶促反应速度，即底物转化量<5%时的反应速度。
1．底物浓度对反应速度的影响：
⑴底物对酶促反应的饱和现象：由实验观察到，在酶浓度不变时，不同的底物浓度与反应速度的关系为一矩形双曲线，即当底物浓度较低时，反应速度的增加与底物浓度的增加成正比（一级反应）；此后，随底物浓度的增加，反应速度的增加量逐渐减少（混合级反应）；最后，当底物浓度增加到一定量时，反应速度达到一最大值，不再随底物浓度的增加而增加（零级反应）。
⑵米氏方程及米氏常数：根据上述实验结果，Michaelis & Menten 于1913年推导出了上述矩形双曲线的数学表达式，即米氏方程： ν= Vmax[S]/(Km+[S])。其中，Vmax为最大反应速度，Km为米氏常数。
⑶Km和Vmax的意义：
   ①当ν=Vmax/2时，Km=[S]。因此，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。
   ②当k-1>>k+2时，Km=k-1/k+1=Ks。因此，Km可以反映酶与底物亲和力的大小，即Km值越小，则酶与底物的亲和力越大；反之，则越小。
   ③Km可用于判断反应级数：当[S]<0.01Km时，ν=（Vmax/Km）[S]，反应为一级反应，即反应速度与底物浓度成正比；当[S]>100Km时，ν=Vmax，反应为零级反应，即反应速度与底物浓度无关；当0.01Km<[S]<100Km时，反应处于零级反应和一级反应之间，为混合级反应。
   ④Km是酶的特征性常数：在一定条件下，某种酶的Km值是恒定的，因而可以通过测定不同酶（特别是一组同工酶）的Km值，来判断是否为不同的酶。
   ⑤Km可用来判断酶的最适底物：当酶有几种不同的底物存在时，Km值最小者，为该酶的最适底物。
   ⑥Km可用来确定酶活性测定时所需的底物浓度：当[S]=10Km时，ν=91%Vmax，为最合适的测定酶活性所需的底物浓度。
   ⑦Vmax可用于酶的转换数的计算：当酶的总浓度和最大速度已知时，可计算出酶的转换数，即单位时间内每个酶分子催化底物转变为产物的分子数。
⑷Km和Vmax的测定：主要采用Lineweaver-Burk双倒数作图法和Hanes作图法。
2．酶浓度对反应速度的影响：当反应系统中底物的浓度足够大时，酶促反应速度与酶浓度成正比，即ν=k[E]。
3．温度对反应速度的影响：一般来说，酶促反应速度随温度的增高而加快，但当温度增加达到某一点后，由于酶蛋白的热变性作用，反应速度迅速下降。酶促反应速度随温度升高而达到一最大值时的温度就称为酶的最适温度。酶的最适温度与实验条件有关，因而它不是酶的特征性常数。低温时由于活化分子数目减少，反应速度降低，但温度升高后，酶活性又可恢复。
4．pH对反应速度的影响：观察pH对酶促反应速度的影响，通常为一钟形曲线，即pH过高或过低均可导致酶催化活性的下降。酶催化活性最高时溶液的pH值就称为酶的最适pH。人体内大多数酶的最适pH在6.5～8.0之间。酶的最适pH不是酶的特征性常数。
5．抑制剂对反应速度的影响：
     凡是能降低酶促反应速度，但不引起酶分子变性失活的物质统称为酶的抑制剂。按照抑制剂的抑制作用，可将其分为不可逆抑制作用和可逆抑制作用两大类。
⑴不可逆抑制作用：
     抑制剂与酶分子的必需基团共价结合引起酶活性的抑制，且不能采用透析等简单方法使酶活性恢复的抑制作用就是不可逆抑制作用。如果以ν～[E]作图，就可得到一组斜率相同的平行线，随抑制剂浓度的增加而平行向右移动。酶的不可逆抑制作用包括专一性抑制（如有机磷农药对胆碱酯酶的抑制）和非专一性抑制（如路易斯气对巯基酶的抑制）两种。
⑵可逆抑制作用：
    抑制剂以非共价键与酶分子可逆性结合造成酶活性的抑制，且可采用透析等简单方法去除抑制剂而使酶活性完全恢复的抑制作用就是可逆抑制作用。如果以ν～[E]作图，可得到一组随抑制剂浓度增加而斜率降低的直线。可逆抑制作用包括竞争性、反竞争性和非竞争性抑制几种类型。
  ① 竞争性抑制：抑制剂与底物竞争与酶的同一活性中心结合，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的催化活性降低，这种作用就称为竞争性抑制作用。其特点为：a.竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物；b.抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同；c.抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓度可使抑制程度减小；d.动力学参数：Km值增大，Vm值不变。典型的例子是丙二酸对琥珀酸脱氢酶（底物为琥珀酸）的竞争性抑制和磺胺类药物（对氨基苯磺酰胺）对二氢叶酸合成酶（底物为对氨基苯甲酸）的竞争性抑制。
  ② 反竞争性抑制：抑制剂不能与游离酶结合，但可与ES复合物结合并阻止产物生成，使酶的催化活性降低，称酶的反竞争性抑制。其特点为：a.抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合；b.必须有底物存在，抑制剂才能对酶产生抑制作用；c.动力学参数：Km减小，Vm降低。
  ③ 非竞争性抑制：抑制剂既可以与游离酶结合，也可以与ES复合物结合，使酶的催化活性降低，称为非竞争性抑制。其特点为：a.底物和抑制剂分别独立地与酶的不同部位相结合；b.抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响；c.动力学参数：Km值不变，Vm值降低。
6．激活剂对反应速度的影响：能够促使酶促反应速度加快的物质称为酶的激活剂。酶的激活剂大多数是金属离子，如K+、Mg2+、Mn2+等，唾液淀粉酶的激活剂为Cl-。

九、酶的调节：
可以通过改变其催化活性而使整个代谢反应的速度或方向发生改变的酶就称为限速酶或关键酶。
    酶活性的调节可以通过改变其结构而使其催化活性以生改变，也可以通过改变其含量来改变其催化活性，还可以通过以不同形式的酶在不同组织中的分布差异来调节代谢活动。
1．酶结构的调节：通过对现有酶分子结构的影响来改变酶的催化活性。这是一种快速调节方式。
  ⑴变构调节：又称别构调节。某些代谢物能与变构酶分子上的变构部位特异性结合，使酶的分子构发生改变，从而改变酶的催化活性以及代谢反应的速度，这种调节作用就称为变构调节。具有变构调节作用的酶就称为变构酶。凡能使酶分子变构并使酶的催化活性发生改变的代谢物就称为变构剂。当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而使其对配体的亲和力发生改变，这种效应就称为变构酶的协同效应。变构剂一般以反馈方式对代谢途径的起始关键酶进行调节，常见的为负反馈调节。变构调节的特点：① 酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现；②酶的变构仅涉及非共价键的变化；③调节酶活性的因素为代谢物；④为一非耗能过程；⑤无放大效应。
  ⑵共价修饰调节：酶蛋白分子中的某些基团可以在其他酶的催化下发生共价修饰，从而导致酶活性的改变，称为共价修饰调节。共价修饰方式有：磷酸化-脱磷酸化等。共价修饰调节一般与激素的调节相联系，其调节方式为级联反应。共价修饰调节的特点为：①酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在；②有共价键的变化；③受其他调节因素（如激素）的影响；④一般为耗能过程；⑤存在放大效应。
  ⑶酶原的激活：处于无活性状态的酶的前身物质就称为酶原。酶原在一定条件下转化为有活性的酶的过程称为酶原的激活。酶原的激活过程通常伴有酶蛋白一级结构的改变。酶原分子一级结构的改变导致了酶原分子空间结构的改变，使催化活性中心得以形成，故使其从无活性的酶原形式转变为有活性的酶。酶原激活的生理意义在于：保护自身组织细胞不被酶水解消化。 
2．酶含量的调节：是指通过改变细胞中酶蛋白合成或降解的速度来调节酶分子的绝对含量，影响其催化活性，从而调节代谢反应的速度。这是机体内迟缓调节的重要方式。
  ⑴酶蛋白合成的调节：酶蛋白的合成速度通常通过一些诱导剂或阻遏剂来进行调节。凡能促使基因转录增强，从而使酶蛋白合成增加的物质就称为诱导剂；反之，则称为阻遏剂。常见的诱导剂或阻遏剂包括代谢物、药物和激素等。
  ⑵酶蛋白降解的调节：如饥饿时，精氨酸酶降解减慢，故酶活性增高，有利于氨基酸的分解供能。
3．同工酶的调节：在同一种属中，催化活性相同而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶。同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。因此，同工酶在体内的生理功能是不同的。
     乳酸脱氢酶同工酶（LDHs）为四聚体，在体内共有五种分子形式，即LDH1（H4），LDH2（H3M1），LDH3（H2M2），LDH4（H1M3）和LDH5（M4）。心肌中以LDH1含量最多，LDH1对乳酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化乳酸转变为丙酮酸再进一步氧化分解，以供应心肌的能量。在骨骼肌中含量最多的是LDH5，LDH5对丙酮酸的亲和力较高，因此它的主要作用是催化丙酮酸转变为乳酸，以促进糖酵解的进行。

十、酶的命名与分类：
1．酶的命名：主要有习惯命名法与系统命名法两种，但常用者为习惯命名法。
2．酶的分类：根据1961年国际酶学委员会（IEC）的分类法，将酶分为六大类：① 氧化还原酶类：催化氧化还原反应；②转移酶类：催化一个基团从某种化合物至另一种化合物；③水解酶类：催化化合物的水解反应；④裂合酶类：催化从双键上去掉一个基团或加上一个基团至双键上；⑤异构酶类：催化分子内基团重排；⑥合成酶类：催化两分子化合物的缔合反应。
第四章 糖代谢 
一、糖类的生理功用： 
① 氧化供能：糖类是人体最主要的供能物质，占全部供能物质供能量的70%；与供能有关的糖类主要是葡萄糖和糖原，前者为运输和供能形式，后者为贮存形式。
② 作为结构成分：糖类可与脂类形成糖脂，或与蛋白质形成糖蛋白，糖脂和糖蛋白均可参与构成生物膜、神经组织等。
③作为核酸类化合物的成分：核糖和脱氧核糖参与构成核苷酸，DNA，RNA等。
④转变为其他物质：糖类可经代谢而转变为脂肪或氨基酸等化合物。

二、糖的无氧酵解： 
糖的无氧酵解是指葡萄糖在无氧条件下分解生成乳酸并释放出能量的过程。其全部反应过程在胞液中进行，代谢的终产物为乳酸，一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成两分子ATP。 
    糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段： 
1. 活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖(FBP)，即葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP)。这一阶段需消耗两分子ATP，己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶）和6-磷酸果糖激酶-1是关键酶。 
2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子F-1,6-BP裂解为两分子3-磷酸甘油醛，包括两步反应：F-1,6-BP→磷酸二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛 和磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛。 
3. 放能（丙酮酸的生成）：3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此阶段有两次底物水平磷酸化的放能反应，共可生成2×2=4分子ATP。丙酮酸激酶为关键酶。 
4．还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+。即丙酮酸→乳酸。

三、糖无氧酵解的调节： 
    主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。己糖激酶的变构抑制剂是G-6-P；肝中的葡萄糖激酶是调节肝细胞对葡萄糖吸收的主要因素，受长链脂酰CoA的反馈抑制；6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素，受ATP和柠檬酸的变构抑制，AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖的变构激活；丙酮酸激酶受1,6-双磷酸果糖的变构激活，受ATP的变构抑制，肝中还受到丙氨酸的变构抑制。

四、糖无氧酵解的生理意义： 
1. 在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径：⑴ 骨骼肌在剧烈运动时的相对缺氧；⑵ 从平原进入高原初期；⑶ 严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肺及心血管疾患所致缺氧。 
2. 在有氧条件下，作为某些组织细胞主要的供能途径：如表皮细胞，红细胞及视网膜等，由于无线粒体，故只能通过无氧酵解供能。 
五、糖的有氧氧化： 
葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解生成C2O和H2O，并释放出大量能量的过程称为糖的有氧氧化。绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体内进行，一分子葡萄糖彻底氧化分解可产生36/38分子ATP。糖的有氧氧化代谢途径可分为三个阶段： 
1．葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸： 
   此阶段在细胞胞液中进行，与糖的无氧酵解途径相同，涉及的关键酶也相同。一分子葡萄糖分解后生成两分子丙酮酸，两分子（NADH+H+）并净生成2分子ATP。NADH在有氧条件下可进入线粒体产能，共可得到2×2或2×3分子ATP。故第一阶段可净生成6/8分子ATP。 
2．丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA： 
    丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧生成（NADH+H+）和乙酰CoA。此阶段可由两分子（NADH+H+） 
    产生2×3分子ATP 。丙酮酸脱氢酶系为关键酶，该酶由三种酶单体构成，涉及六种辅助因子，即NAD+、FAD、CoA、TPP、硫辛酸和Mg2+。 
3．经三羧酸循环彻底氧化分解： 
生成的乙酰CoA可进入三羧酸循环彻底氧化分解为CO2和H2O，并释放能量合成ATP。一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成12分子ATP，故此阶段可生成2×12=24分子ATP。 
   三羧酸循环是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。这一循环反应过程又称为柠檬酸循环或Krebs循环。 
   三羧酸循环由八步反应构成：草酰乙酸 + 乙酰CoA→柠檬酸→异柠檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→琥珀酸→延胡索酸→苹果酸→草酰乙酸。 
   三羧酸循环的特点：①循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。 ②每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成12分子ATP。 ③循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。 ④循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。 ⑤循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。 ⑥循环中有一次直接产能反应，生成一分子GTP。 ⑦三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶系，且α-酮戊二酸脱氢酶系的结构与丙酮酸脱氢酶系相似，辅助因子完全相同。 
六、糖有氧氧化的生理意义： 
1．是糖在体内分解供能的主要途径：⑴ 生成的ATP数目远远多于糖的无氧酵解生成的ATP数目；⑵ 机体内大多数组织细胞均通过此途径氧化供能。 
2．是糖、脂、蛋白质氧化供能的共同途径：糖、脂、蛋白质的分解产物主要经此途径彻底氧化分解供能。 
3．是糖、脂、蛋白质相互转变的枢纽：有氧氧化途径中的中间代谢物可以由糖、脂、蛋白质分解产生，某些中间代谢物也可以由此途径逆行而相互转变。 
七、有氧氧化的调节和巴斯德效应： 
丙酮酸脱氢酶系受乙酰CoA、ATP和NADH的变构抑制，受AMP、ADP和NAD+的变构激活。异柠檬酸脱氢酶是调节三羧酸循环流量的主要因素，ATP是其变构抑制剂，AMP和ADP是其变构激活剂。 
   巴斯德效应：糖的有氧氧化可以抑制糖的无氧酵解的现象。有氧时，由于酵解产生的NADH和丙酮酸进入线粒体而产能，故糖的无氧酵解受抑制。 
八、磷酸戊糖途径： 
    磷酸戊糖途径是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。该旁路途径的起始物是G-6-P，返回的代谢产物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶。 
九、磷酸戊糖途径的生理意义： 
1. 是体内生成NADPH的主要代谢途径：NADPH在体内可用于：⑴ 作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇等。⑵ 参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。⑶ 维持巯基酶的活性。⑷ 使氧化型谷胱甘肽还原。⑸ 维持红细胞膜的完整性：由于6-磷酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。 
2. 是体内生成5-磷酸核糖的唯一代谢途径：体内合成核苷酸和核酸所需的核糖或脱氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，其生成方式可以由G-6-P脱氢脱羧生成，也可以由3-磷酸甘油醛和F-6-P经基团转移的逆反应生成。 
十、糖原的合成与分解： 
糖原是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。糖原分子的直链部分借α-1,4-糖苷键而将葡萄糖残基连接起来，其支链部分则是借α-1,6-糖苷键而形成分支。糖原是一种无还原性的多糖。糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。 
1．糖原的合成代谢：糖原合成的反应过程可分为三个阶段。 
⑴活化：由葡萄糖生成尿苷二磷酸葡萄糖：葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→1-磷酸葡萄糖→UDPG。此阶段需使用UTP，并消耗相当于两分子的ATP。 
⑵缩合：在糖原合酶催化下，UDPG所带的葡萄糖残基通过α-1,4-糖苷键与原有糖原分子的非还原端相连，使糖链延长。糖原合酶是糖原合成的关键酶。 
⑶分支：当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶的催化下，将距末端6～7个葡萄糖残基组成的寡糖链由α-1,4-糖苷键转变为α-1,6-糖苷键，使糖原出现分支，同时非还原端增加。 2．糖原的分解代谢：糖原的分解代谢可分为三个阶段，是一非耗能过程。 
⑴水解：糖原→1-磷酸葡萄糖。此阶段的关键酶是糖原磷酸化酶，并需脱支酶协助。 
⑵异构：1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖。 
⑶脱磷酸：6-磷酸葡萄糖→葡萄糖。此过程只能在肝和肾进行。 
十一、糖原合成与分解的生理意义： 
1．贮存能量：葡萄糖可以糖原的形式贮存。 
2．调节血糖浓度：血糖浓度高时可合成糖原，浓度低时可分解糖原来补充血糖。 
3．利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。这就是肝糖原合成的三碳途径或间接途径。 
十二、糖异生： 
由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。该代谢途径主要存在于肝及肾中。糖异生主要沿酵解途径逆行，但由于有三步反应（己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶）为不可逆反应，故需经另外的反应绕行。 
1．G-6-P → G：由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行水解，该酶是糖异生的关键酶之一，不存在于肌肉组织中，故肌肉组织不能生成自由葡萄糖。 
2．F-1,6-BP → F-6-P：由果糖1,6-二磷酸酶-1催化进行水解，该酶也是糖异生的关键酶之一。 
3．丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸：经由丙酮酸羧化支路完成，即丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸羧化酶（需生物素）的催化下生成草酰乙酸，后者转变为苹果酸穿出线粒体并回复为草酰乙酸，再在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下转变为磷酸烯醇式丙酮酸，这两个酶都是关键酶。 
糖异生的原料主要来自于生糖氨基酸、甘油和乳酸。 
十三、糖异生的生理意义： 
1．在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定：在较长时间饥饿的情况下，机体需要靠糖异生作用生成葡萄糖以维持血糖浓度的相对恒定。

2．回收乳酸分子中的能量：由于乳酸主要是在肌肉组织经糖的无氧酵解产生，但肌肉组织糖异生作用很弱，且不能生成自由葡萄糖，故需将产生的乳酸转运至肝脏重新生成葡萄糖后再加以利用。

葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝脏，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为乳酸循环（Cori循环）。 
3．维持酸碱平衡：肾脏中生成的α-酮戊二酸可转变为草酰乙酸，然后经糖异生途径生成葡萄糖，这一过程可促进肾脏中的谷氨酰胺脱氨基，生成NH3，后者可用于中和H+，故有利于维持酸碱平衡。 
十四、血糖： 
血液中的葡萄糖含量称为血糖。按真糖法测定，正常空腹血糖浓度为3.89～6.11mmol/L（70～100mg%）。 
1．血糖的来源与去路：正常情况下，血糖浓度的相对恒定是由其来源与去路两方面的动态平衡所决定的。血糖的主要来源有：① 消化吸收的葡萄糖；② 肝脏的糖异生作用；③ 肝糖原的分解。血糖的主要去路有：① 氧化分解供能；② 合成糖原（肝、肌、肾）；③ 转变为脂肪或氨基酸；④ 转变为其他糖类物质。 
2．血糖水平的调节：调节血糖浓度相对恒定的机制有： 
  ⑴组织器官：①肝脏：通过加快将血中的葡萄糖转运入肝细胞，以及通过促进肝糖原的合成，以降低血糖浓度；通过促进肝糖原的分解，以及促进糖的异生作用，以增高血糖浓度。②肌肉等外周组织：通过促进其对葡萄糖的氧化利用以降低血糖浓度。 
  ⑵激素：①降低血糖浓度的激素——胰岛素。②升高血糖浓度的激素——胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素、甲状腺激素。 
  ⑶神经系统。