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生物化学讲义1/11 第一章绪论一、生物化学的概念生物化学是从分子水平研究生物体中各种化学变化规律的科学。因此生物化学又称为生命的化学（简称：生化），是研究生命分子基础的学科。生物化学是一门医学基础理论课。二、生物化学的主要内容 1 研究生物体的物质组织、结构、特性及功能。蛋白质、核酸2研究物质代谢、能量代谢、代谢调节。研究糖、脂、蛋白质、核酸等物质代谢、代谢调节等规律，是本课程的主要内容。3遗传信息的贮存、传递和表达，研究遗传信息的贮存、传递及表达、基因工程等，是当代生命科学发展的主流，是现代生化研究的重点。三、生物化学的发展史四、生物化学与健康的关系生化是医学的基础，并在医、药、卫生各学科中都有广泛的应用。本课程不仅是基础医学如生理学、药理学、微生物学、免疫学及组织学等的必要基础课，而且也是医学检验、护理等各医学专业的必修课程。五、学好生物化学的几点建议1加强复习有关的基础学科课程，前、后期课程有机结合，融会贯通、熟练应用。2 仔细阅读、理解本课程的“绪论”，了解本课程重要性，激发起学习生物化学的兴趣和求知欲望。3 每次学习时，首先必须了解教学大纲的具体要求，预读教材，带着问题进入学习。4 学习后及时做好复习，整理好笔记。5 学生应充分利用所提供的相关网站，从因特网上查找学习资料，提高课外学习和主动学习的能力。6实验实训课是完成本课程的重要环节。亲自动手，认真、仔细完成每步操作过程，观察各步反应的现象，详细、科学、实事求是地记录并分析实验结果，独立完成实验报告。第一章蛋白质的化学一、蛋白质的分子组成（一）蛋白质的元素组成蛋白质分子主要元素组成：C、H、O、N、S。特征元素：N 元素（含量比较恒定约为16%）故所测样品中若含1 克 N，即可折算成6.25 克蛋白质。（实例应用）（二）组成蛋白质的基本单位 氨基酸（AA）（一）编码氨基酸的概念和种类：蛋白质合成时受遗传密码控制的氨基酸，共有20 种（二）氨基酸的结构通式：L-氨基酸（甘氨酸除外）（三）氨基酸根据R 基团所含的基团，可分为酸性氨基酸（羧基）、碱性氨基酸（氨基及其衍生基团）和极性的中性氨基酸（羟基、巯基和酚羟基）。二、蛋白质的结构与功能（一）蛋白质的基本结构1肽键和肽（1）肽键：一个氨基酸的-羧基与另一氨基酸的-氨基脱水缩合而成的共价键称肽键，肽键是蛋白质分子中氨基酸之间相互连接的主键。（2）肽：氨基酸通过肽键而成的化合物称肽。生物化学讲义2/11（3）生物活性肽2蛋白质的一级结构概念：蛋白质肽链中氨基酸残基的排列顺序，是蛋白质分子的基本结构。意义：是空间结构及其功能的基础。实例分析：胰岛素、分子病等（二）蛋白质的空间结构蛋白质在一级结构的基础上进一步折叠、盘曲而成的三维结构，又称构象。维系空间结构的化学键：氢键、盐键、疏水键和二硫键等空间结构可分下列层次：1蛋白质的二级结构-螺旋、-折叠、-转角和无规卷曲。2蛋白质的三级结构特点是多肽链中疏水的氨基酸一般集中在分子内部。有些蛋白质仅有一条三级结构的多肽链，其表面可形成活性中心，具有活性。3蛋白质的四级结构亚基的概念、数目、种类三、蛋白质的理化性质和分类（一）、蛋白质的理化性质1两性电离与等电点蛋白质是两性离子，其分子所带电荷受环境pH 的影响。蛋白质的等电点：蛋白质分子呈电中性时的溶液pH 值称蛋白质的等电点（pI）。1）蛋白质在pH 小于其等电点的溶液中呈阳离子，2）蛋白质在pH 大于其等电点的溶液中呈阴离子，3）蛋白质在pH 和其等电点相同的溶液中不带电，此时溶解度最低，易于沉淀析出。临床应用：电泳技术电泳：带电颗粒在电场中朝与其所带电荷相反的方向泳动，称电泳（electrophoresis）。电泳技术是目前分离、提纯、鉴定蛋白质最常用的方法之一。2蛋白质的亲水胶体性质临床应用：盐析（salt precipitaion）、有机溶剂沉淀法3蛋白质的沉淀1）盐析法2）有机溶剂沉淀法3）生物碱试剂法4）重金属沉淀法4蛋白质的变性：蛋白质在理化因素作用下，使蛋白质分子的空间结构破坏，理化性质及生物学活性丧失的过程。引起蛋白质变形的因素：（举例：物理因素、化学因素和生物因素）变性的本质：非共价键断裂，使蛋白质分子从严密有规则的空间结构变成松散紊乱的结构状态。蛋白质变性的实际应用举例：应用变性的实例、防止变性的实例5紫外吸收性质及呈色反应在 280 nm 具有紫外吸收的特点临床应用：用 280nm 吸收值测定对蛋白质进行定性和定量。（二）蛋白质的分类1按分子形状分类球状蛋白质、纤维状蛋白质2按组成分类单纯蛋白质、结合蛋白质第二章核酸的化学核酸的分类、分布与生物学功能分 类分生物化学讲义3/11 布生物学功能核糖核酸（RNA）细胞质参与蛋白质的生物合成mRNA（信使 RNA）5%Pr合成的直接模板tRNA（转运 RNA）15%活化与转运AA rRNA（核蛋白体RNA）80%充当装配机，提供场所脱氧核糖核酸（DNA）核内染色质遗传的物质基础*一、核酸的分子组成（一）组成成份1碱基A G C U T 2戊糖3磷酸比较两类核酸的化学组成组成成分DNA RNA 磷酸磷 酸磷 酸戊糖2-脱氧核糖核 糖碱基A G C T A G C U（二）组成核酸的基本单位核苷酸1核苷2核苷酸二、核酸的分子结构（一）核酸分子的一级结构（二）核酸分子的空间结构1DNA 的二级结构双螺旋结构，其主要特点是：1）两条链方向相反、相互平行、主链是磷酸戊糖链，处于螺旋外侧。2）碱基在螺旋内侧并配对存在，A 与 T 配对的 G 与 C 配对，A 与 T 之间二个氢键相连（A-T），G 与 C 之间三个氢键相链（G-C）。3）螺旋直径2nm，二个碱基对平面距0.34mm，10bp 为一螺距，距离为3.4nm。4）稳定因素主要是碱基之间的氢键和碱基对平面之间的堆积力。DNA 的二级结构的生物学意义：1）提出了遗传信息的贮存方式、DNA 的复制机理2）是 DNA 复制、转录和翻译的分子基础2 RNA 的空间结构tRNA 二级结构特点：呈三叶草形，有三环四臂。第三章酶一、酶的概述（一）酶的概念生物化学讲义4/11 1酶的定义：酶是由活细胞产生的生物催化剂，本质为蛋白质，具有高度专一性和高效的催化作用。2酶促反应、底物和作用物（二）酶促反应的特点1高度的催化效率在常温常压及中性pH 条件下，酶比一般催化剂的催化效率高107-1013 倍。2高度催化专一性酶对所作用的底物有严格的选择性，从酶对底物分子结构要求不同，可分三种专一性：1）对专一性：一种E 只能催化一种S（脲酶）2）相对专一性：一种E 只能催化一类S（一种化学键/水解酶类）3）立体异构专一性：一种E 只能催化一种S 的某一种特定构型（LDH-乳酸脱氢酶）3高度的不稳定性（易受变性因素影响而失活）二、酶的结构与功能（一）酶的分子组成1单纯蛋白酶如蛋白酶、淀粉酶、脂酶等水解酶。2结合蛋白酶：酶蛋白+辅助因子（结合成全酶才有活性）1）酶蛋白：决定催化反应的特异性（选择 E 催化的 S）2）辅助因子：决定催化反应的类型（递电子、氢或一些基团）主要有金属离子和有机小分子（辅基/辅酶）参与组成（二）酶的活性中心与必需基团1活性中心：存在于酶分子表面的局部空间区域（构象），由必需基团所组成功能：结合底物并催化底物进行反应2必需基团：与酶活性中心有关的功能基团（酶发挥催化作用所需要基团），一般指分布在酶分子表面的极性基团，包括-COOH、-NH2、-OH、-SH、咪唑基等。功能：在活性中心内（活性中心的组份）有结合基团和催化基团在活性中心外维持构象稳定（三）酶原与酶原激活1概念：在细胞内合成或初分泌时，只是酶的无活性前体 酶原2酶原激活：在一定条件下，使酶原转化成活性的酶，称酶原的激活。酶原激活的过程通常是在酶原分子中切除部分肽段，从而有利于酶活性中心的形成或暴露。3意义：在特定条件下被激活，可调节代谢、保护自体（避免细胞自身消化，保持血流畅通）许多蛋白水解酶如消化腺分泌的蛋白酶、参于血液凝固的酶和溶解纤维蛋白凝块的酶均以酶原形式存在，发挥作用前需先经过加工。实例：胰蛋白酶原激活（四）同工酶1概念：催化功能相同，但酶蛋白的组成与结构等均不同的一组酶特点：a.存在于同一种属或同一个体的不同组成或同一组织同一细胞中。b.一级结构不同，理化性质包括带电性质不同，免疫学性质不同，但空间结构中的活性中心相同或相似。c.往往是四级结构的酶类。d.已发现一百多种酶具有同工酶性质。发现最早研究最多的是乳酸脱氢酶，它有生物化学讲义5/11 五种同工酶。临床测定同工酶酶谱的变化，多用于疾病的诊断和鉴别诊断。2组成、分型、分布、命名和医学应用以乳酸脱氢酶为例：LDH 是由 2 种亚基组成的四聚体，共有5种分型。LDH 同工酶在诊断中的意义：心肌炎：LDH1，肺梗塞：LDH3，肝炎：LDH5三、酶催化反应的动力学影响酶促反应的因素有酶浓度、底物浓度、pH、温度、激活剂等。必需采用测定反应初速度的条件。（一）底物浓度的影响 矩形双曲线（二）酶浓度的影响在底物浓度足够高时，酶促反应速度与酶浓度呈正比。（三）pH 的影响酶活性最高时的pH 值称酶的最适pH。大多数酶最适pH 值在 7 左右，亦有偏酸和偏碱的例外。（四）温度的影响最适温度：最大酶促反应速度时的温度。（五）激活剂对反应速度的影响1凡能提高酶活性的物质称激活剂（activator）。2通常分必需激活剂和非必需激活剂两类，前者多为金属离子。（六）抑制剂对酶促反应速度的影响凡使酶活性降低或丧失的作用称抑制作用，使酶活性起抑制作用的物质称抑制剂。根据抑制剂与酶结合的方式不同，抑制作用可分为不可逆抑制和可逆抑制两大类。1不可逆抑制：例子：重金属离子对巯基酶的抑制作用；有机磷农药对羟基酶（如胆碱酯酶）的抑制作用。2可逆抑制：1）竞争性抑制：重要实例：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用；磺胺类药物的抑菌作用。2）非竞争性抑制作用：抑制剂可逆地与酶的非活性中心区结合，由于抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，故称非竞争性抑制作用。四、酶与医学的关系（一）酶与疾病发生酶的质、量异常可致疾病（白化病/蚕豆黄）（二）酶与疾病诊断酶活性高低可反映疾病（主要是血浆中的细胞酶类）（三）酶与疾病治疗多 酶 片：治疗消化不良尿激酶酶：治疗血栓、抢救心梗糜蛋白酶：治疗老慢支、清创溶 酶 片：治疗口腔溃疡维生素维生素是人体必需的小分子有机物，在体内不能合成或合成不足，必需由食物提供，一生物化学讲义6/11 旦缺乏会导致缺乏症。维生素分为脂溶性和水溶性两种。脂溶性维生素包括A、D、K、E。缺乏维生素A易导致夜盲症和干眼病；缺乏维生素D会导致佝偻病及软骨病。维生素E 是体内重要的抗氧化剂；维生素K促进多重凝血因子形成。水溶性维生素包括B族维生素和维生素C两大类。缺乏维生素B1会导致脚气病；缺乏维生素B2可引起口角炎等；缺乏维生素 PP易导致癞皮病；维生素B6构成转氨酶的辅酶磷酸吡哆醛；生物素是羧化酶辅酶；泛酸构成的 HSCoA 是酰基转移酶辅酶；叶酸是一碳单位的载体，维生素B12是甲基转移酶辅酶，缺乏叶酸和B12都会导致巨幼红细胞性贫血。维生素C是羟化酶辅酶，参与胶原蛋白形成及体内多种氧化还原反应，缺乏维生素C导致坏血病。维生素、辅酶与相关酶之间的关系维生素活性形式（辅助因子形式）相关酶B1焦磷酸硫胺素（TPP）-酮酸脱氢酶复合体B2黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）黄素酶PP尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）不需氧脱氢酶B6磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺转氨酶、脱羧酶泛酸辅酶A（HSCoA）酰基转移酶生物素生物素羧化酶叶酸四氢叶酸（FH4）一碳单位转移酶B12甲基B12（CH3-B12）甲基转移酶CL-抗坏血酸羟化酶第四章糖代谢一、糖的分解代谢（一）糖的酵解1糖酵解的概念：糖的无氧分解是指葡萄糖或糖原在无氧条件下，分解成乳酸的过程。因其反应过程与酵母的生酵发酵相似，故又称糖酵解。反应部位：在细胞浆内进行，因酵解过程中所有的酶均存于胞浆。2 反应过程：可分二个阶段：第一阶段：葡萄糖分解生成丙酮酸的过程第二阶段：丙酮酸还原成乳酸3糖无氧氧化的生理意义1）糖无氧氧化是机体在缺氧或无氧条件下迅速获得能量的有效方式。2）有些组织细胞，如神经、白细胞、骨髓、成熟红细胞、肿瘤等，即使氧供充足，也主要依靠糖无氧氧化获得能量。3）成熟红细胞因缺乏线粒体不能依靠糖的有氧氧化来获得能量，所需能量的90%95%来自于糖酵解。（二）糖的有氧氧化生物化学讲义7/11 1糖的有氧氧化的概念：在有氧情况下，葡萄糖或糖原彻底氧化成C02和 H20 的过程。是糖氧化产能的主要方式。2糖有氧氧化的过程：分为三个阶段：3糖有氧氧化的生理意义1）在有氧条件下，人体内大多数组织细胞主要利用糖的有氧氧化获得能量1 分子葡萄糖经有氧氧化可净得38（或 36）分子 ATP，是无氧氧化的19（或 18）倍2）三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质彻底氧化分解的共同途径3）三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质三大物质代谢相互联系与转化的枢纽。（三）磷酸戊糖途径二、糖原合成与分解（一）糖原的合成由单糖合成糖原的过程称为糖原合成。（二）糖原的分解由糖原分解为葡萄糖的过程称为糖原分解，习惯上指肝糖原的分解。三、糖异生作用糖异生作用是指非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。（一）糖异生途径糖异生途径基本上是糖无氧氧化的可逆过程，（二）糖异生的生理意义1维持空腹或饥饿情况下血糖浓度的相对恒定2有利于乳酸的利用3调节酸碱平衡。四、血糖（一）血糖的来源与去路 1 血糖：血液中的葡萄糖。空腹血糖浓度为3.96.1mmol/L（葡萄糖氧化酶法）2 血糖恒定的意义：血糖浓度的相对稳定对保证组织器官，特别是对脑组织的正常生理活动具有重要意义。（二）血糖浓度的调节1组织器官的调节肝2激素的调节调节血糖的激素有两大类，一类是降低血糖的激素，即胰岛素；另一类是升高血糖的激素，有胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素和生长素等。（三）高血糖和低血糖1高血糖和糖尿临床上将空腹血糖浓度高于7.22mmol/L 称为高血糖。当血糖浓度超过肾糖阈（8.89.9mmol/L）时，一部分葡萄糖从尿中排出，称之为糖尿。引起高血糖和糖尿的原因有生理性和病理性两种。2低血糖空腹血糖浓度低于3.3mmol/L 称为低血糖。低血糖影响脑组织的功能，会出现头晕、CO2+H2O+ATP 葡萄糖或糖原丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶 A 三羧酸循环（胞液）（线粒体）第一阶段第二阶段第三阶级生物化学讲义8/11 心悸、倦怠无力等，严重时（血糖浓度低于2.5mmol/L）出现昏迷，称为低血糖休克。如不及时给病人静脉补充葡萄糖，可导致死亡。引起低血糖的病因有：胰性（胰岛-细胞功能亢进、胰岛-细胞功能低下等）；肝性（肝癌、糖原累积病等）；内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等；肿瘤（胃癌等）；饥饿或不能进食者等。第六章脂类代谢脂类包括三脂酰甘油(甘油三酯)及类脂。一、概述（一）脂类的分布与含量（二）脂类的生理功能必需脂肪酸：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。二、甘油三脂的中间代谢（一）三脂酰甘油的分解代谢1三脂酰甘油动员2脂肪酸的氧化产物：二氧化碳和水3酮体的生成和利用：酮体是脂肪酸在肝内氧化不完全所产生的一类中间产物的统称，包括乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酸1酮体的生成：生成部位：肝脏2酮体的利用：利用部位：肝外组织意义：当糖供应不足时，酮体是脑组织的主要能源。饥饿、糖尿病等情况下，脂肪动员增加，肝内生酮增加，血中酮体增加，可产生酮血症、酮尿症甚至酮症酸中毒。（二）甘油三脂的合成代谢三、类脂代谢（一）甘油磷脂代谢（二）胆固醇代谢1.胆固醇的合成合成部位肝脏合成原料乙酰辅酶 A 合成过程 1.二羟戊酸的合成 2.鲨烯的生成 3.胆固醇的生成2胆固醇的转化与排泄转化为：胆汁酸；转化为类固醇激素；转化为维生素D3 四、血脂与血浆脂蛋白（一）血脂的组成与含量血浆中的脂质，包括甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯以及游离脂肪酸。（二）血浆脂蛋白1 血浆脂蛋白的分类1）电脉分类法脂蛋白、前脂蛋白、脂蛋白、乳糜微粒2）超速离心法高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白、乳糜微粒2血浆脂蛋白的性质、组成、功能见表 62 生物化学讲义9/11（三）高脂血症又称高脂蛋白血症。标准：空腹12-14 小时血甘油三酯2。26mmol/L(200mg/dl)，血胆固醇 6。21mmol/L(240mg/dl)为标准。第七章氨基酸分解代谢一、蛋白质的营养作用（一）蛋白质的生理功能 1 维持组织细胞的生长、更新和修复 2 参与体内各种生理活动 3 氧化供能（二）蛋白质的需要量 1 氮平衡 16%2 蛋白质的需要量 80克/天二、氨基酸的一般代谢（一）氨基酸代谢概况血中氨基酸的来源和去路来源 1）食物蛋白质消化吸收 2）组织蛋白质降解 3）体内合成的非必需氨基酸去路：1）合成组织蛋白质（此为蛋白质的主要生理功能）2）分解成 CO2+H2O+尿素 +能量。3）转变成其它含氮化合物。（二）氨基酸的脱氨基作用1转氨基作用重要的转氨酶：谷丙转氨酶/ALT（肝脏活性最强）和谷草转氨酶/ASP（心肌细胞活性最强），这两种酶均为细胞内酶，借此用于临床疾病的诊断。2氧化脱氨基作用3联合脱氨基作用主要方式联合脱氨基作用是指转氨基作用（由转氨酶催化）和谷氨酸的氧化脱氨基作用（由谷氨酸脱氢酶催化）偶联的过程。这是体内主要的脱氨基方式。（三）氨的代谢1体内氨的来源氨对机体有毒，因此机体必需及时消除氨的毒性作用。氨的来源有三：1）氨基酸脱氨生成是NH3的主要来源，2）肠道 NH3的吸收，此途径的NH3由蛋白质的腐败作用及尿素的肠肝循环产生，酸性的肠道环境可减少NH3的吸收；3）肾脏产NH3，部分可吸收入血。2氨的主要去路合成尿素尿素生成部位：肝脏生成过程：鸟氨酸循环。生物化学讲义10/11 尿素合成的意义：NH3有毒，尿素是中性无毒高度溶解的化合物，可随血由肾排出，故尿素的生成是体内解除氨毒的最主要方式，是NH3的主要去路。（四）酮酸的代谢1合成非必需氨基酸2转化为糖和脂质3氧化供能三、个别氨基酸代谢（一）氨基酸脱羧基作用1组胺来自于组胺酸组胺有扩血管降血压，促进胃液分泌等作用2GABA 来自于谷氨酸-氨基丁酸为抑制性神经递质35-HT 来自于色氨酸 5-羟色胺与睡眠疼痛和体温调节有关（二）一碳单位的代谢：1概念：指蛋白质代谢中所生成的含有一个碳原子的有机基团如：-CH3、-CH2-、-CH=、-CHO等。2转运载体：四氢叶酸（FH4）。3生理功用：参与嘌呤、嘧啶和某些重要物质的合成。（三）芳香族氨基酸的代谢1苯丙氨酸代谢先天性缺乏苯丙氨酸羟化酶，引起苯丙酮酸尿症。2酷氨酸代谢先天性缺乏酪氨酸酶，可导致白化病。肝脏生化肝是人体内最大的实质器官，成人约1500 克，占体重的2.5%左右。肝有“物质代谢中枢”之称，不仅影响食物的消化、吸收，而且在物质代谢、生物转化及排泄中均具有十分重要作用。生物化学讲义11/11 溶血性黄疸、肝细胞性黄疸及阻塞性黄疸的鉴别指标正常溶血性黄疸肝细胞性黄疸阻塞性黄疸血清总胆红素浓度1mg/dl1mg/dl1mg/dl结合胆红素极少未结合胆红素00.7mg/dl尿三胆尿胆红素-+尿胆素原少量不一定尿胆素少量不一定粪胆素原40280mg/24h 或正常或-粪便颜色正常深变浅或正常完全梗阻时白陶土色肝胆生化肝在物质代谢代谢中的作用肝的生物转化作用胆汁酸的代谢胆色素的代谢概念分类功能代谢胆红素的生成与转运胆红素在肝内的代谢胆红素在肠中的变化胆红素与黄疸概念反应类型生物转化特点影响因素糖代谢脂类代谢蛋白质代谢维生素代谢激素代谢