生物化學精要40頁

1、一、生物化學概念生物化學是運用化學的原理和方法，研究生物體的物質組成和遵循化學規(guī)律所發(fā)生的一系列化學變化，進而深入揭示生命現象本質的一門科學，有生命的化學之稱。二、生物化學研究內容1. 生物體物質的化學組成、結構、性質和功能2. 生物體內的物質代謝、能量轉換和代謝調控3. 生物體的信息代謝4. 運用生物化學原理和方法，為農業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等服務，開拓富有經濟價值的生物資源（酶制劑、藥品、食品添加劑、殺蟲劑）三、生物化學的發(fā)展1 靜態(tài)生物化學時期（二十世紀二十年代以前）：研究內容以分析生物體內物質的化學組成、性質和含量為主。2 動態(tài)生物化學時期（二十世紀前半葉）：物質代謝途徑及動態(tài)平

2、衡、能量轉化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代謝、蛋白質合成、核酸的遺傳功能、酶、維生素、激素、抗生素等的代謝 3 機能生物化學及分子生物學時期（二十世紀五十年代以后）：生命的本質和奧秘：運動、神經、內分泌、生長、發(fā)育、繁殖等的分子機理 第一章 蛋白質化學一蛋白質的生物學意義生物體的組成成分； 酶； 運輸； 運動； 抗體； 干擾素； 遺傳信息的控制； 細胞膜的通透性； 高等動物的記憶、識別機構。二蛋白質的元素組成 C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、 S（04%）、N的含量平均為16%凱氏（Kjadehl）定氮法的理論基礎：蛋白質含量 蛋白氮×6.

3、25三蛋白質的組成氨基酸是蛋白質的基本組成單位。從細菌到人類，所有蛋白質都由20種標準氨基酸組成（牢記三字符號和結構式）。C如是不對稱C（除Gly），則：（1）具有兩種立體異構體 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質：（1）一般物理性質：無色晶體，熔點極高（200以上），不同味道；水中溶解度差別較大（極性和非極性），不溶于有機溶劑。具有紫外吸收性質（280nm）。（2）兩性解離和等電點：氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時都以離子形式存在，在同一個氨基酸分子上帶有能放出質子的NH3+正離子和能接受質子的COO-負離子，為兩性電解質。調節(jié)氨基酸溶液的pH

4、，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解離程度完全相等時，即所帶凈電荷為零，此時氨基酸所處溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點（pI）。（3）化學性質：與茚三酮的反應：Pro產生黃色物質，其它為藍紫色。在570nm（藍紫色）或440nm（黃色）定量測定（幾g）；與甲醛的反應：氨基酸的甲醛滴定法，可以用來直接測定氨基酸的濃度和蛋白質水解程度；與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應，重復測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設計出“多肽順序自動分析儀”。四肽肽是一個氨基酸的-羧基和另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而成的化合物。氨基酸之間脫水后形成的鍵稱肽鍵（酰胺鍵）。肽鏈寫法：游離-氨基在左，游離-羧基在右，氨基酸

5、之間用“”表示肽鍵。五蛋白質的結構蛋白質是氨基酸以肽鍵相互連接的線性序列。在蛋白質中，多肽鏈折疊形成特殊的形狀（構象）。在結構中，這種構象是原子的三維排列，由氨基酸序列決定。蛋白質有四種結構層次：一級結構，二級結構，三級結構和四級結構（不總是有）。（一）蛋白質的一級結構一級結構就是蛋白質分子中氨基酸殘基的排列順序，即氨基酸的線性序列。在基因編碼的蛋白質中，這種序列是由mRNA中的核苷酸序列決定的。一級結構中包含的共價鍵主要指肽鍵和二硫鍵。（二）蛋白質的空間結構是指蛋白質分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽鏈的走向。由于羰基碳-氧雙鍵的靠攏，允許存在共振結構，碳與氮之間的肽鍵有部分雙鍵性質，由

6、CO-NH構成的肽單元呈現相對的剛性和平面化，肽鍵中的4個原子和它相鄰的兩個-碳原子多處于同一個平面上。蛋白質構象穩(wěn)定的原因：（1）酰胺平面；（2）側鏈基團R的影響。1. 蛋白質的二級結構：指蛋白質多肽鏈本身的折疊和盤繞方式。（1）-螺旋：Pauling和Corey于1965年提出。結構要點：1）螺旋的每圈有3.6個氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個殘基沿軸旋轉100°。2）每個肽鍵的羰基氧與遠在第四個氨基酸氨基上的氫形成氫鍵，氫鍵的走向平行于螺旋軸，所有肽鍵都能參與鏈內氫鍵的形成。3)R側鏈基團伸向螺旋的外側。4）Pro的N上缺少H，不能形成氫鍵，經常出現在-螺旋的端頭，它改變

7、多肽鏈的方向并終止螺旋。（2）-折疊結構：是一種肽鏈相當伸展的結構。肽鏈按層排列，依靠相鄰肽鏈上的羰基和氨基形成的氫鍵維持結構的穩(wěn)定性。肽鍵的平面性使多肽折疊成片，氨基酸側鏈伸展在折疊片的上面和下面。-折疊片中，相鄰多肽鏈平行或反平行（較穩(wěn)定）。（3）-轉角：為了緊緊折疊成緊密的球蛋白，多肽鏈常常反轉方向，成發(fā)夾形狀。一個氨基酸的羰基氧以氫鍵結合到相距的第四個氨基酸的氨基氫上。（4）自由回轉：沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結構。酶的活性部位。2. 蛋白質的三級結構指多肽鏈上的所有原子（包括主鏈和側鏈）在三維空間的分布。3. 蛋白質的四級結構多肽亞基的空間排布和相互作用。亞基間以非共價鍵連接。（三）蛋白

8、質結構中的共價健和次級鍵六蛋白質分子結構與功能的關系蛋白質分子具有多樣的生物學功能，需要一定的化學結構，還需要一定的空間構象。（一）蛋白質一級結構與功能的關系1. 種屬差異蛋白質一級結構的種屬差異十分明顯，但相同部分氨基酸對蛋白質的功能起決定作用。根據蛋白質結構上的差異，可以斷定它們在親緣關系上的遠近。2. 分子病蛋白質分子一級結構的氨基酸排列順序與正常有所不同的遺傳病。（二）蛋白質構象與功能的關系別（變）構作用：含亞基的蛋白質由于一個亞基的構象改變而引起其余亞基和整個分子構象、性質和功能發(fā)生改變的作用。因別構而產生的效應稱別構效應。如血紅蛋白是別構蛋白，O2結合到一個亞基上以后，影響與其它亞

9、基的相互作用。七蛋白質的性質（一）蛋白質的相對分子量蛋白質相對分子量在10 0001 000 000之間。測定分子量的主要方法有滲透壓法、超離心法、凝膠過濾法、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。最準確可靠的方法是超離心法（Svedberg于1940年設計）：蛋白質顆粒在2550×104 g離心力作用下從溶液中沉降下來。沉降系數的單位常用S，1S=1×10-13（s）（二）蛋白質的兩性電離及等電點蛋白質在偏酸溶液中帶正電荷，在偏堿溶液中帶負電荷，在等電點時為兩性離子。電泳：帶電顆粒在電場中移動的現象。分子大小不同的蛋白質所帶凈電荷密度不同，遷移率即異，在電泳時可以分開。（三）蛋白質的膠體

10、性質布郎運動、丁道爾現象、電泳現象，不能透過半透膜，具有吸附能力。蛋白質溶液穩(wěn)定的原因：1）表面形成水膜（水化層）；2）帶相同電荷。（四）蛋白質的變性天然蛋白質受物理或化學因素的影響，其共價鍵不變，但分子內部原有的高度規(guī)律性的空間排列發(fā)生變化，致使其原有性質發(fā)生部分或全部喪失，稱為蛋白質的變性。變性蛋白質主要標志是生物學功能的喪失。溶解度降低，易形成沉淀析出，結晶能力喪失，分子形狀改變，肽鏈松散，反應基團增加，易被酶消化。變性蛋白質分子互相凝集為固體的現象稱凝固。有些蛋白質的變性作用是可逆的，其變性如不超過一定限度，經適當處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|。第二章 核酸的化學一核酸的概念和重要性18

11、69年，Miescher從膿細胞的細胞核中分離出了一 種含磷酸的有機物，當時稱為核素（nuclein）,后稱為核酸（nucleic acid）；此后幾十年內，弄清了核酸的組成及在細胞中的分布。1944年，Avery 等成功進行肺炎球菌轉化試驗。1952年，Hershey等的實驗表明32P-DNA可進入噬菌體內，證明DNA是遺傳物質。除少數病毒（RNA病毒）以RNA作為遺傳物質外，多數有機體的遺傳物質是DNA。不同有機體遺傳物質（信息分子）的結構差別，使得其所含蛋白質（表現分子）的種類和數量有所差別，有機體表現出不同的形態(tài)結構和代謝類型。RNA的主要作用是從DNA轉錄遺傳信息，并指導蛋白質的合成

12、。二核酸的組成成分堿基（熟記腺嘌呤、鳥嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶的結構式）、戊糖（核糖或脫氧核糖）、磷酸。各種核苷三磷酸和脫氧核苷三磷酸是體內合成RNA和DNA合成的直接原料。在體內能量代謝中的作用：ATP能量“貨幣”；UTP參加糖的互相轉化與合成；CTP參加磷脂的合成；GTP參加蛋白質和嘌呤的合成。第二信使cAMP、cGMP。三DNA的結構（一）DNA的一級結構因為DNA的脫氧核苷酸只在它們所攜帶的堿基上有區(qū)別，所以脫氧核苷酸的序列常被認為是堿基序列。通常堿基序列由DNA鏈的53方向寫。DNA中有4種類型的核苷酸，有n個核苷酸組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數為4n。（二）DNA的雙螺

13、旋結構1953年，Watson 和Crick 提出。DNA的雙螺旋模型特點：（1）兩條反向平行的多聚核苷酸鏈沿一個假設的中心軸右旋相互盤繞而形成。（2）磷酸和脫氧核糖單位作為不變的骨架組成位于外側，作為可變成分的堿基位于內側，鏈間堿基按AT，GC配對（堿基配對原則，Chargaff定律）。（3）螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直距離0.34nm，螺旋結構每隔10個堿基對（bp）重復一次，間隔為3.4nm。（4）堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行；（5）兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結合在一起（G-C三個氫鍵，A-T二個氫鍵）；（6）螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持。DNA的雙螺旋結構的

14、意義：該模型揭示了DNA作為遺傳物質的穩(wěn)定性特征，最有價值的是確認了堿基配對原則，這是DNA復制、轉錄和反轉錄的分子基礎，亦是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎。該模型的提出是20世紀生命科學的重大突破之一，它奠定了生物化學和分子生物學乃至整個生命科學飛速發(fā)展的基石。DNA雙螺旋的構象類型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA。四DNA與基因組織基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能單位。包括結構基因與調節(jié)基因?；蚪M是指細胞內遺傳信息的攜帶者DNA的總體?；蚪M的特點：1. 原核生物基因組的特點：（1）DNA大部分為結構基因，每個基因出現頻率低。（2）功能相關基因串聯在一起，并轉錄在同

15、一mRNA中（多順反子）。（3）有基因重疊現象。2. 真核生物基因組的特點：（1）具有重復序列。（2）有斷裂基因（由于內含子有存在）。內含子（intron)：基因中不為多肽編碼，不在mRNA中出現。外顯子（exons）：為多肽編碼的基因片段。例外：組蛋白基因和干擾素基因沒有內含子。）。五RNA的結構與功能RNA分子是含短的不完全的螺旋區(qū)的多核苷酸鏈。（一）tRNAtRNA約占RNA總量的15%，主要作用是轉運氨基酸用于合成蛋白質。tRNA分子量為4S，1965年Holley 測定AlatRNA一級結構，提出三葉草二級結構模型。主要特征：1.四臂四環(huán)；2.氨基酸臂3端有CCAOH的共有結構；3.

16、D環(huán)上有二氫尿嘧啶（D）；4.反密碼環(huán)上的反密碼子與mRNA相互作用；5.可變環(huán)上的核苷酸數目可以變動；6.TC環(huán)含有T和；7.含有修飾堿基和不變核苷酸。（二）rRNA占細胞RNA總量的80%，與蛋白質（40%）共同組成核糖體。（三）mRNA與hnRNAmRNA約占細胞RNA總量的35%，是蛋白質合成的模板。真核生物mRNA的前體在核內合成，包括整個基因的內含子和外顯子的轉錄產物，形成分子大小極不均勻的hnRNA。（四）RNA的其它功能1981年，Cech發(fā)現RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。大部分核酶參加RNA的加工和成熟，也有催化C-N鍵的合成。23SrRNA具肽酰轉移酶活性

17、。六核酸的性質（一）一般理化性質：（1）為兩性電解質，通常表現為酸性。（2）DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末，不溶于有機溶劑。（3）DNA溶液的粘度極高，而RNA溶液要小得多。（4）RNA能在室溫條件下被稀堿水解而DNA對堿穩(wěn)定。（5）利用核糖和脫氧核糖不同的顯色反應鑒定DNA與RNA。（二）核酸的紫外吸收性質：核酸的堿基具有共扼雙鍵，因而有紫外吸收性質，吸收峰在260nm（蛋白質的紫外吸收峰在280nm）。 核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少3040%，當核酸變性或降解時光吸收值顯著增加（增色效應），但核酸復性后，光吸收值又回復到原有水平（減色效應）。 （三）核酸的的變性：雙螺旋

18、區(qū)氫鍵斷裂，空間結構破壞，形成單鏈無規(guī)線團狀，只涉及次級鍵的破壞。DNA變性是個突變過程，類似結晶的熔解。將紫外吸收的增加量達到最大增量一半時的溫度稱熔解溫度（Tm）。（四）分子雜交：在退火條件下，不同來源的DNA互補區(qū)形成氫鍵，或DNA單鏈和RNA鏈的互補區(qū)形成DNA-RNA雜合雙鏈的過程。七核酸的序列測定目前多采用Sanger的酶法和Gilbert的化學法（雙脫氧核苷酸法）。第三章 糖類的結構與功能一糖類的結構與功能最初，糖類化合物用Cn(H2O)m表示（有例外），統(tǒng)稱碳水化合物。糖類是多羥基的醛或多羥基酮及其縮聚物和某些衍生物的總稱。糖類的生物學意義：（1）是一切生物體維持生命活動所需能

19、量的主要來源；（2）是生物體合成其它化合物的基本原料；（3）充當結構性物質；（4）糖鏈是高密度的信息載體，是參與神經活動的基本物質；（5）糖類是細胞膜上受體分子的重要組成成分，是細胞識別和信息傳遞等功能的參與者。二多糖多糖是由多個單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物。多糖沒有還原性和變旋現象，無甜味，大多不溶于水。多糖的結構包括單糖的組成、糖苷鍵的類型、單糖的排列順序3個基本結構因素。多糖的功能：（1）貯藏和結構支持物質。（2）抗原性（莢膜多糖）。（3）抗凝血作用（肝素）。（4）為細胞間粘合劑（透明質酸）。（5）攜帶生物信息（糖鏈）。三多糖代表物（一）淀粉與糖原天然淀粉由直鏈淀粉（以-(1,4)糖

20、苷鍵連接）與支鏈淀粉（分支點為-(1,6)糖苷鍵）組成。淀粉與碘的呈色反應與淀粉糖苷鏈的長度有關：鏈長小于6個葡萄糖基，不能呈色；鏈長為20個葡萄糖基，呈紅色；鏈長大于60個葡萄糖基，呈藍色。糖原又稱動物淀粉，與支鏈淀粉相似，與碘反應呈紅紫色。（二）纖維素與半纖維素纖維素是自然界最豐富的有機化合物，是一種線性的由D-吡喃葡萄糖基借-(1,4)糖苷鍵連接的沒有分支的同多糖。微晶束相當牢固。 半纖維素是指除纖維素以外的全部糖類（果膠質與淀粉除外）。四糖復合物 是糖類的還原端和其他非糖組分以共價鍵結合的產物。（一）糖蛋白與蛋白多糖 兩種不同類型苷鍵： N-糖苷鍵（肽鏈上的Asn的氨基與糖基上的半縮醛

21、羥基形成）；O-糖苷鍵（肽鏈上的Ser或Thr的羥基與糖基上的半縮醛羥基形成）。糖蛋白中寡糖鏈末端糖基組成的不同決定人體的血型。 O型：Fuc（巖藻糖） A型：Fuc和GNAc（乙酰氨基葡萄糖） B型：Fuc和Gal（半乳糖）（二）糖脂與脂多糖脂類與糖（或低聚糖）結合的一類復合糖。1. 甘油醇糖脂：甘油二酯與己糖（半乳糖、甘露糖和脫氧葡萄糖）結合而成。 2. N-酰基神經醇糖脂第四章 脂類和生物膜一脂類不溶于水，但能溶于非極性有機溶劑。主要包括脂肪（可變脂），磷脂、糖脂、固醇（基本脂）。（一）脂肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸結合而成的酯。脂肪酸分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸（熟悉“必需脂

22、肪酸”概念和種類）。（二）甘油磷酸酯類磷脂在水相中自發(fā)形成脂質雙分子層。（三）鞘脂類由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子極性頭基團組成。可分為三類：鞘磷脂類、腦苷脂類（糖鞘脂）、神經節(jié)苷脂類。（四）固醇（甾醇）類 固醇類都是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物。二生物膜電鏡下表現出大體相同的形態(tài)、厚度69nm左右的3片層結構。真核細胞由于生物膜的分化形成細胞器。膜的化學組成：（1）膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。當磷脂分散于水相時，可形成脂質體。（2）膜蛋白。（3）膜糖類。膜的結構： 雙層脂分子構成（E. Gorter, F.Grendel, 1925) 三明治式結構模型(H.Davson, J.

23、F.Danielli, 1935) 單位膜模型(J.D.Robertson, 1959) 流動鑲嵌模型(S.J.Singer, G.Nicolson, 1972)膜的流動鑲嵌模型結構要點：（1）膜結構的連續(xù)主體是極性的脂質雙分子層。（2）脂質雙分子層具有流動性。（3）內嵌蛋白“溶解”于脂質雙分子層的中心疏水部分。（4）外周蛋白與脂質雙分子層的極性頭部連接。（5）雙分子層中的脂質分子之間或蛋白質組分與脂質之間無共價結合。（6）膜蛋白可作橫向運動。第五章 酶一酶的概念定義：酶是生物體內進行新陳代謝不可缺少的受多種因素調節(jié)控制的具有催化能力的生物催化劑。酶具有一般催化劑的特征：1.只能進行熱力學上允

24、許進行的反應；2.可以縮短化學反應到達平衡的時間，而不改變反應的平衡點；3.通過降低活化能加快化學反應速度。酶的催化特點：高效性、專一性、反應條件溫和、活力受多種因素調控。二酶的分類與命名1961年國際酶學委員會（Enzyme Committee, EC）根據酶所催化的反應類型和機理，把酶分成6大類：（1）氧化還原酶類；（2）轉移酶類；（3）水解酶類；（4）裂解酶類；（5）異構酶；（6）合成酶類。用EC X1.X2.X3.X4來表示。酶的命名有兩種方法：系統(tǒng)名、慣用名。系統(tǒng)名：包括所有底物的名稱和反應類型。慣用名：只取一個較重要的底物名稱和反應類型。對于催化水解反應的酶一般在酶的名稱上省去反應

25、類型。三酶的化學本質（一）大多數酶是蛋白質1926年J.B.Sumner首次從刀豆制備出脲酶結晶，證明其為蛋白質，并提出酶的本質就是蛋白質的觀點。1982年T.Cech發(fā)現了第1個有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陸續(xù)發(fā)現了真正的RNA催化劑。核酶的發(fā)現不僅表明酶不一定都是蛋白質，還促進了有關生命起源、生物進化等問題的進一步探討。（二）酶的輔因子酶從其組成上可分為單體酶和結合酶（全酶）。結合酶由酶蛋白和輔因子組成。輔因子包括輔基、輔酶和金屬激活劑。酶的催化專一性主要決定于酶蛋白部分，輔因子通常是作為電子、原子或某些化學基團的載體。（三）單體酶、寡聚酶

26、和多酶復合物1.單體酶：僅有一條具有活性部位的多肽鏈，全部參與水解反應。2.寡聚酶：由幾個或多個亞基組成，亞基牢固地聯在一起，單個亞基沒有催化活性。亞基之間以非共價鍵結合。3.多酶復合物：幾個酶鑲嵌而成的復合物。這些酶催化將底物轉化為產物的一系列順序反應。四酶的結構與功能的關系（一）活性部位和必需基團必需基團：這些基團若經化學修飾使其改變，則酶的活性喪失?；钚圆课唬好阜肿又兄苯优c底物結合，并和酶催化作用直接有關的部位。包括結合部位（決定酶的專一性）和催化部位（決定酶的催化性質）。（二）酶原的激活沒有活性的酶的前體稱為酶原。酶原轉變成有活性的酶的過程稱為酶原的激活。這個過程實質上是酶活性部位形成

27、和暴露的過程。在組織細胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保護分泌這種酶的組織細胞不被水解破壞。（三）同工酶能催化相同的化學反應，但在蛋白質分子的結構、理化性質和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。如乳酸脫氫酶。五酶作用的專一性包括結構專一性和立體異構專一性。前者又分為基團專一性和絕對專一性。六酶的作用機理酶和一般催化劑的作用就是降低化學反應所需的活化能，從而使活化分子數增多，反應速度加快。中間產物學說。誘導嵌合學說（Koshland，1958）：酶活性中心的結構有一定的靈活性，當底物（激活劑或抑制劑）與酶分子結合時，酶蛋白的構象發(fā)生了有利于與底物結合的變化，使反應所需的催化基團和結合基團正確地

28、排列和定向，轉入有效的作用位置，這樣才能使酶與底物完全吻合，結合成中間產物。使酶具有高催化效率的因素：（1）底物和酶的鄰近效應與定向效應鄰近效應：酶與底物形成中間復合物后使底物之間、酶的催化基團與底物之間相互靠近，提高了反應基團的有效濃度。定向效應：由于酶的構象作用，底物的反應基團之間、酶與底物的反應基團之間正確取向的效應。酶把底物分子從溶液中富集出來，使它們固定在活性中心附近，反應基團相互鄰近，同時使反應基團的分子軌道以正確方位相互交疊，反應易于發(fā)生。（2）底物的形變和誘導契合酶中某些基團可使底物分子的敏感鍵中某些基團的電子云密度變化，產生電子張力，降低了底物的活化能。酶從低活性形式轉變?yōu)楦?/p>

29、活性形式，利于催化。底物形變，利于形成ES復合物。底物構象變化，過度態(tài)結構，大大降低活化能。（3）酸堿催化酶分子的一些功能基團起瞬時質子供體或質子受體的作用。影響酸堿催化反應速度的兩個因素: 酸堿強度(pK值）。組氨酸咪唑基的解離常數為6，在pH6附近給出質子和結合質子能力相同，是最活潑的催化基團。給出質子或結合質子的速度。咪唑基(His)最快，半壽期小于10-10秒（4）共價催化酶作為親核基團或親電基團，與底物形成一個反應活性很高的共價中間物。催化劑通過與底物形成反應活性很高的共價過渡產物，使反應活化能降低，從而提高反應速度的過程，稱為共價催化。（5）活性部位微環(huán)境的影響 疏水環(huán)境：介電常數

30、低，加強極性基團間的作用。電荷環(huán)境：在酶活性中心附近，往往有一電荷離子，可穩(wěn)定過渡態(tài)的離子 七酶促反應的速度和影響酶促反應速度的因素（一）酶反應速度的測量用一定時間內底物減少或產物生成的量來表示酶促反應速度。測定反應的初速度。研究酶促反應速度，以酶促反應的初速度為準。因為底物濃度降低、酶部分失活、產物抑制和逆反應等因素，會使反應速度隨反應時間的延長而下降。 （二）酶濃度對酶作用的影響在有足夠底物和其他條件不變的情況下： v = k E（三）底物濃度對酶作用的影響1. 底物濃度對酶反應速度的影響用中間產物學說解釋底物濃度與反應速度關系曲線的二相現象：底物濃度很低時，有多余的酶沒與底物結合，隨著底

31、物濃度的增加，中間絡合物的濃度不斷增高。當底物濃度較高時，溶液中的酶全部與底物結合成中間產物，雖增加底物濃度也不會有更多的中間產物生成。2. 米氏方程式3. 米氏常數的意義及測定km= S（1） km是酶的一個基本的特征常數。其大小與酶的濃度無關，而與具體的底物有關，且隨著溫度、pH和離子強度而改變。（2）從km可判斷酶的專一性和天然底物。 Km最小的底物，通常就是該酶的最適底物，也就是天然底物。（3）當k2k3時，km的大小可以表示酶與底物的親和性。（4）從km的大小，可以知道正確測定酶活力時所需的底物濃度。（5）km還可以推斷某一代謝物在體內可能的代謝途徑。米氏常數可根據實驗數據作圖法直接

32、求得：先測定不同底物濃度的反應初速度，從v與S的關系曲線求得V，然后再從1/2 V求得相應的S即為km（近似值）。通常用Lineweaver-Burk作圖法（雙倒數作圖法）。（四）pH對酶作用的影響雖然大部分酶的pH-酶活曲線是鐘形，但也有半鐘形甚至直線形。pH對酶作用的影響機制：1.環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活；2.影響酶活性基團的解離；3.影響底物的解離。（五）溫度對酶作用的影響兩種不同影響：1.溫度升高，反應速度加快；2.溫度升高，熱變性速度加快。（六）激活劑對酶作用的影響凡能提高酶活力的物質都是酶的激活劑。如Cl是唾液淀粉酶的激活劑。（七）抑制劑對酶作用的影響1不可逆的抑制作用抑制劑與酶

33、活性中心（外）的必需基團共價結合，使酶的活性下降，無法用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。2可逆的抑制作用 抑制劑與酶蛋白非共價鍵結合，可以用透折、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復活。（1）競爭性抑制：抑制劑具有與底物類似的結構，競爭酶的活性中心，并與酶形成可逆的EI復合物，阻止底物與酶結合?？梢酝ㄟ^增加底物濃度而解除此種抑制。Vmax不變，Km變大，而且隨I濃度的增大而增大。（2）非競爭性抑制：底物和抑制劑可以同時與酶結合，但是，中間的三元復合物ESI不能進一步分解為產物，因此，酶的活性降低。抑制劑與酶活性中心以外的基團結合，其結構可能與底物無關。不能通過增加底物濃度的辦法來消除非競

34、爭性抑制作用。Km不變，Vmax降低。（3）反競爭性抑制：酶只有在與底物結合后，才能與抑制劑結合。常見于多底物的酶促反應中。E+SES+I ESI PKm及Vmax都變小。（八）酶的變（別）構效應有些酶具有類似血紅蛋白那樣的別構效應，稱為別構酶。特點：1.一般是寡聚酶；2.具有別構效應；3.v對S不呈直角雙曲線。ATCase。八酶的制備與活力的測定酶活力是指酶催化某一化學反應的能力。酶（活力）單位：在一定條件下，一定時間內將一定量的底物轉化為產物所需的酶量。（U/g，U/ml）在最適的反應條件（25）下，每分鐘內催化一微摩爾底物轉化為產物的酶量定為一個酶活力單位，即 1IU=1mol/min在

35、最適條件下，每秒鐘內使一摩爾底物轉化為產物所需的酶量定為1kat單位，即 1kat=1mol/s酶的純度： 比活力 = 活力單位數/ 毫克蛋白（氮）第六章 維生素和輔酶掌握三方面內容：輔酶形式、功能部位、缺乏癥。維生素是維持生物正常生命過程所必需的一類小分子有機物，需要量很少，但對維持健康十分重要。維生素不能供給機體熱能，也不能作為構成機體組織的物質，其主要功能是通過作為酶的輔酶成分調節(jié)機體代謝。長期缺乏任何一種維生素都會導致相應的疾?。ňS生素缺乏癥）。醫(yī)療上用維生素防治維生素不足而引起的疾病。長期大量使用維生素A和維生素D會引起中毒；維生素B1用量過多會引起周圍神經痛覺缺失；長期大量使用維生

36、素B12會引起紅細胞過多；口服維生素C過多可破壞膳食中維生素B12而引起貧血。水溶性維生素：維生素B族（B1、B2、泛酸、維生素PP、B6、生物素、葉酸，B12）和維生素C等。脂溶性維生素：維生素A、D、E、K等。一 維生素B1維生素B1由一含S的噻唑環(huán)和一含NH2的嘧啶環(huán)組成，又稱硫胺（素）。維生素B1在活體組織中可經硫胺素激酶催化與ATP作用轉化成硫胺素焦磷酸（TPP）。TPP是脫羧酶、脫氫酶的輔酶。功能部位在噻唑環(huán)的C2上。二 維生素B2和黃素輔酶維生素B2又稱核黃素，是一種含核糖醇基的黃色物質，在自然界多與蛋白質結合存在，這種結合體稱黃素蛋白。維生素B2由異咯嗪與核糖醇所組成。自然界中

37、，維生素B2在機體內與ATP作用轉化為核黃素磷酸，即黃素單核苷酸（簡稱FMN）。后者再經ATP作用進一步磷酸化即產生黃素腺嘌呤二核苷酸（簡稱FAD）。 FMN與FAD是許多脫氫酶的輔酶，是很重要的遞氫體。可促進生物氧化作用，對糖、脂和氨基酸的代謝都很重要。三泛酸（維生素B3）和輔酶A泛酸是-丙氨酸與，-二羥-二甲基丁酸結合而成的化合物。分子中有一肽鍵。在機體內泛酸與ATP和半胱氨酸經一系列反應可合成輔酶A（CoA）。泛酸的生物功能是以CoA形式參加代謝，是?；妮d體，是體內?；傅妮o酶，對糖、脂、蛋白質代謝過程中的乙酰基轉移有重要作用。四維生素PP和輔酶、輔酶維生素PP過去稱抗賴皮病維生素或維

38、生素B5，包括尼克酸（煙酸）和尼克酰胺。可轉變?yōu)镹AD+與NADP+，皆是脫氫酶的輔酶?？菇Y核藥異煙肼的結構與尼克酰胺類似，兩者有拮抗作用，長期服用異煙肼時應注意補充尼克酰胺。五維生素B6和磷酸吡哆醛維生素B6又稱吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。作為輔酶參加多種代謝反應，包括脫羧、轉氨、氨基酸內消旋、Trp代謝（包括Trp nicotinamide）、含硫氨基酸的脫硫、羥基氨基酸的代謝和氨基酸的脫水等。六生物素生物素（維生素B7）為含硫維生素，其結構可視為由尿素與硫戊烷環(huán)結合而成，并有一個C5酸枝鏈。尿素環(huán)上的一個N可與CO2結合。生物素是多種羧化酶的輔酶，在CO2固定反應中起重要作用。七

39、葉酸和葉酸輔酶葉酸（folic acid）即維生素B11，由蝶呤啶、對氨基苯甲酸與L-谷氨酸連接而成。葉酸的5、6、7、8位置，在NADPHH+存在下，可被還原成四氫葉酸（FH4或THFA）。四氫葉酸的N5 和N10位可與多種一碳單位結合作為它們的載體。THFA是轉一碳基團酶系的輔酶。八維生素B12和B12輔酶維生素B12是含鈷的化合物，又稱鈷胺素。維生素B12的發(fā)現是多年研究惡性貧血癥（即巨初紅細胞癥）的結果。維生素B12的吸收需要一種胃壁細胞分泌的糖蛋白（稱為內因子），兩者結合后才能被小腸吸收。惡性貧血患者的胃液中常缺乏內因子，須注射維生素B12治療。九維生素C維生素C能防治壞血病，又稱抗

40、壞血酸。促進各種支持組織及細胞間粘合物的形成。是脯氨酸羥化酶的輔酶。對生物氧化有重要作用，是強力抗氧化劑 。十維生素A維生素A又名視黃醇，只存在于動物性食物中，包括A1 和 A2兩種。A1即一般所說的視黃醇，主要存在于咸水魚的肝臟；A2即3-脫氫視黃醇，主要存在于淡水魚肝臟。在高等植物和動物中普遍存在的-胡蘿卜素可轉變?yōu)?分子視黃醇。在視覺過程中維生素A的變化。維生素A較易被正常腸道吸收，但不直接隨尿排泄，因而攝取過量是有害的。十一. 維生素D維生素D具有抗佝僂病作用，又稱抗佝僂病維生素。已確知有4種，即維生素D2、D3、D4、D5，均為類固醇衍生物，其中D2和D3較為重要。只在動物體內含有維

41、生素D，魚肝油中含量最豐富。動、植物組織中含有能轉化為維生素D的固醇類物質，經紫外光照射可轉變?yōu)榫S生素D。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射維生素D元的方法來制造。維生素D調節(jié)鈣、磷代謝，維持血液正常的鈣、磷濃度，從而促進鈣化，使牙齒、骨骼發(fā)育正常。機體只能從膽汁排出過多的維生素D，維生素D如攝食過量則會中毒。十二. 維生素E維生素E又稱生育酚或抗不育維生素。由于維生素E的強抗氧化性質，能保護不飽和脂酸使其不被氧化成脂褐色素及自由基，從而維護細胞的完整和功能，故有一定的抗衰老作用。十三. 維生素K維生素K是一類能促進血液凝固的萘醌衍生物。維生素K的主要作用是促進血液凝固，因維生素K是促

42、進肝臟合成凝血酶原的重要因素。大劑量維生素K可引起動物貧血、脾腫大和肝腎傷害。對皮膚和呼吸道有強烈刺激，有時還引起溶血。第七章 生物氧化一 生物氧化的特點和方式糖類、脂肪、蛋白質等有機物質在細胞中進行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化，其實質是需氧細胞在呼吸代謝過程中所進行的一系列氧化還原反應過程。生物氧化的特點：（1）反應條件溫和，多步反應，逐步放能。（2）生物氧化在活細胞中進行，pH中性，反應條件溫和，一系列酶和電子傳遞體參與氧化過程，逐步氧化，逐步釋放能量，轉化成ATP。（3）真核細胞，生物氧化多在線粒體內進行，在不含線粒體的原核細胞中，生物氧化在細胞膜上進行。 C

43、O2的生成：糖、脂、蛋白質等有機物轉變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧而生成CO2。H2O的生成：代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O。二 線粒體電子傳遞體系 線粒體基質是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產生的NADH和FADH2將質子和電子轉移到內膜的載體上，經過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞鏈，因為其功能和呼吸作用直接相關，亦稱為呼吸鏈。氧化電子傳遞鏈位于原核生物的質膜上，真核生物中位于線粒體的內膜上。 呼吸鏈的

44、種類、組成及傳遞體的排列順序，偶聯ATP的部位和特異抑制劑。三 氧化磷酸化作用代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于合成ATP（即ADP+PiATP），這種氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶聯的過程稱氧化磷酸化。有底物水平磷酸化和電子傳遞水平磷酸化兩種類型。電子傳遞水平磷酸化：電子沿著氧化電子傳遞鏈傳遞的過程中所伴隨的將ADP磷酸化為ATP的作用，或者說是ATP的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯的磷酸化作用。 底物水平磷酸化：是指ATP的形成直接與一個代謝中間物（如PEP）上的磷酸基團轉移相偶聯的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。 呼吸過程中無機磷酸（Pi）消耗量和原子氧（O）消

45、耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此P/O的數值相當于一對電子經呼吸鏈傳遞至原子氧所產生的ATP分子數。NADH呼吸鏈：P/O 3。FADH2呼吸鏈：P/O 2。氧化磷酸化的偶聯機理：化學偶聯假說（1953年，Edward Slater） 構象偶聯假說（1964年，Paul Boyer ）化學滲透假說（1961年，Peter Mitchell） 電子傳遞的自由能驅動H+從線粒體基質跨過內膜進入到膜間隙，從而形成H+跨線粒體內膜的電化學梯度，這個梯度的電化學勢( mH+ )驅動ATP的合成。線粒體外NADH的氧化磷酸

46、化作用：磷酸甘油穿梭系統(tǒng)；蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)。第八章 糖代謝一葡萄糖的主要代謝途徑（一）糖酵解糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATP生成的一系列反應，是生物體內普遍存在的葡萄糖降解的途徑。該途徑也稱作Embden-Meyethof-Parnas途徑，簡稱途徑。熟悉糖酵解途經不可逆反應、能量變化步驟、ATP計算?？偡磻?C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi Þ 2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O能量計算：氧化1分子葡萄糖凈生成 2ATP 2NADH 6ATP 或 4ATP （？）生物學意義： 是葡萄糖在生物體內進行有氧或無氧分解的共同途徑,通過糖酵解

47、，生物體獲得生命活動所需要的能量； 形成多種重要的中間產物，為氨基酸、脂類合成提供碳骨架； 為糖異生提供基本途徑。（二）丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解1. 丙酮酸脫氫酶系。2. 三羧酸循環(huán)（檸檬酸循環(huán)、TCA循環(huán)、Krebs循環(huán)）（1） 總反應式：丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP    4NADH + 4H+ + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O乙酰CoA +&#

48、160;3NAD+ + FAD + GDP    3NADH +3H+ + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O（2）一次底物水平的磷酸化、二次脫羧反應，三個調節(jié)位點，四次脫氫反應。3NADH、FADH2進入呼吸鏈。（3）三羧酸循環(huán)中碳骨架的不對稱反應 同位素標記表明，乙酰CoA上的兩個C原子在第一輪TCA上并沒有被氧化。被標記的羰基碳在第二輪TCA中脫去。在第三輪TCA中，兩次脫羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循環(huán)一次

49、，脫去余下甲基碳的50%。三羧酸循環(huán)的能量計量。三羧循環(huán)的生物學意義：·是有機體獲得生命活動所需能量的主要途徑·是糖、脂、蛋白質等物質代謝和轉化的中心樞紐·形成多種重要的中間產物·是發(fā)酵產物重新氧化的途徑3. 乙醛酸循環(huán)2乙酰CoA+NAD+2H2O    琥珀酸 + 2CoA+NADH+H+生物學意義：過量的草酰乙酸可以糖異生成Glc，因此，乙醛酸循環(huán)可以使脂肪酸的降解產物乙酰CoA經草酰乙酸轉化成Glc，供給種子萌發(fā)時對糖的需要。植物中，乙醛酸循環(huán)只存在于苗期，而生長后期則無乙醛酸循環(huán)。哺乳

50、動物及人體中，不存在乙醛酸循環(huán)，因此，乙酰CoA不能在體內生成糖和氨基酸。（三）磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, ppp）磷酸戊糖途徑的兩個階段：氧化脫羧階段，非氧化分子重排階段。總反應式：6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+磷酸戊糖途徑的生理意義：（1） 產生大量的NADPH，為細胞的各種合成反應提供主要的還原力。NADPH作為主要的供氫體，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原，及氨的同化等所必需。（2）中間產物為許多化合物的合成提供原料。產生

51、的磷酸戊糖參加核酸代謝。4-磷酸赤蘚糖與糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）可合成莽草酸，經莽草酸途徑可合成芳香族氨基酸。 （3）是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途徑。（4）NADPH主要用于還原反應，其電子通常不經電子傳遞鏈傳遞，一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能，需通過兩個偶聯反應，進行穿梭轉運，將氫轉移至線粒體NAD+上。胞液內：-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+ 異檸檬酸+NADP+異檸檬酸能自由通過線粒體膜，傳遞氫。線粒體內：異檸檬酸+NAD+ =-酮戊二酸+CO2+NADH+H+一分子Glc經磷酸戊糖途徑，完全氧化，產生12分子NADPH，可生成（36-1）=35A

52、TP （四）糖的異生糖異生總反應：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H20 Glc+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi從2分子丙酮酸形成Glc共消耗6個ATP，2個NADH。 凡是能生成丙酮酸或草酰乙酸的物質都可以變成葡萄糖，如TCA中全部的中間產物，大多數氨基酸植物微生物經過乙醛酸循環(huán)，可將乙酰CoA轉化成草酰乙酸，因此可以將脂肪酸轉變成糖。動物體中不存在乙醛酸循環(huán)，因此不能將乙酰CoA轉變成糖。糖異生主要途徑和關鍵反應：非糖物質轉化成糖代謝的中間產物后，在相應的酶催化下，繞過糖酵解途徑的三個不可逆反應，利用糖酵解途徑其它酶生成葡萄糖的途徑稱為糖異生。二糖原的分解和生物合成

53、（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 催化單糖基的活化形成糖核苷二磷酸，為各種聚糖形成時，提供糖基和能量。動物細胞中糖元合成時需UDPG；植物細胞中蔗糖合成時需UDPG，淀粉合成時需ADPG，纖維素合成時需GDPG和UDPG。（2）糖原合成酶 催化a-1，4-糖苷鍵合成（3）糖原分支酶 催化a-1，6-糖苷鍵合成第九章 脂類代謝一脂肪的分解代謝（一）脂肪的水解（二）甘油的轉化（三）脂肪酸的分解代謝1. 飽和脂肪酸的氧化分解途徑（1）-氧化作用脂肪酸在體內氧化時在羧基端的-碳原子上進行氧化，碳鏈逐次斷裂，每次斷下一個二碳單位，即乙酰CoA，該過程稱作-氧化。脂

54、肪酸的活化和轉運-氧化的生化歷程脂肪酸-氧化作用小結 ： Ø 脂肪酸-氧化時僅需活化一次，其代價是消耗1個ATP的兩個高能鍵。Ø 長鏈脂肪酸由線粒體外的脂酰CoA合成酶活化，經肉堿運到線粒體內；中、短鏈脂肪酸直接進入線粒體，由線粒體內的脂酰CoA合成酶活化。Ø -氧化包括脫氫、水化、脫氫、硫解4個重復步驟。Ø -氧化的產物是乙酰CoA，可以進入TCA（2）-氧化作用脂肪酸氧化作用發(fā)生在-碳原子上，分解出CO2，生成比原來少一個碳原子的脂肪酸，這種氧化作用稱為-氧化作用。（3）氧化作用脂肪酸的-氧化指脂肪酸的末端甲基（-端）經氧化轉變成

55、羥基，繼而再氧化成羧基，從而形成，-二羧酸的過程。2. 酮體的代謝脂肪酸-氧化產物乙酰CoA，在肌肉中進入三羧酸循環(huán)氧化供能，然而在肝細胞中還有另一條去路。乙酰CoA可在肝細胞形成乙酰乙酸、-羥丁酸、丙酮，這三種物質統(tǒng)稱為酮體。酮體在肝中生成后，再運到肝外組織中利用。酮體的合成發(fā)生在肝、腎細胞的線粒體內。形成酮體的目的是將肝中大量的乙酰CoA轉移出去，乙酰乙酸占30%，羥丁酸70%，少量丙酮。（丙酮主要由肺呼出體外）肝臟線粒體中的乙酰CoA走哪一條途徑，主要取決于草酰乙酸的可利用性。饑餓狀態(tài)下，草酰乙酸離開TCA，用于異生合成Glc。當草酰乙酸濃度很低時，只有少量乙酰CoA進入TCA，大多數乙

56、酰CoA用于合成酮體。當乙酰CoA不能再進入TCA時，肝臟合成酮體送至肝外組織利用，肝臟仍可繼續(xù)氧化脂肪酸。 肝中酮體生成的酶類很活潑，但沒有能利用酮體的酶類。因此，肝臟線粒體合成的酮體，迅速透過線粒體并進入血液循環(huán)，送至全身。 肝臟氧化脂肪時可產生酮體，但不能利用它（缺少酮脂酰CoA轉移酶），而肝外組織在脂肪氧化時不產生酮體，但能利用肝中輸出的酮體。在正常情況下，腦組織基本上利用Glc供能，而在嚴重饑餓狀態(tài)，75%的能量由血中酮體供應。 酮體生成的生理意義：酮體是肝內正常的中間代謝產物，是肝輸出能量的一種形式。酮體溶于水，分子小，能通過血腦屏障及肌肉毛細管壁，是心、腦組織的重要能源。腦組織不能氧化脂酸，卻能利用酮體。長期饑餓，糖供應不足時，酮體可以代替Glc，成為腦組織及肌肉的主要能源。正常情況下，血中酮體小于3mg/100ml。在饑餓、高脂低糖膳食時，酮體的生成增加，當酮體生成超過肝外組織的利用能力時，引起血中酮體升高，導致酮癥酸（乙酰乙酸、羥丁酸）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，有兩種合成方式。A. 從頭合成（乙酰CoA）在胞液中（16碳以下）。B. 延長途徑在線粒體或微粒體中。高等動物的脂類合成在肝臟、脂肪細胞、乳腺中占優(yōu)勢。 脂肪酸合成過程中的中間產物，以共價鍵與ACP輔基上的-SH基相連，ACP輔基就象一個搖臂