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1、1生物化学国家自学考试营养、食品与健康专业（专科）主 编：李刚副主编：（以姓氏笔画为序）王子梅李载权编写者（以姓氏笔画为序）：于宇马康涛 王子梅 王新娟 刘新文朱卫国 朱滨 李平风 李刚 李载权 倪菊华 贾弘禔2目 录前言 第一篇 生物分子的结构与功能 第一章 蛋白质的结构与功能 第二章 核酸的结构与功能 第三章 酶 第四章 维生素与微量元素 第二篇 物质代谢与调节第五章 糖代谢 第六章 脂类代谢 第七章 生物氧化 第八章 氨基酸代谢 第九章 核苷酸代谢 第十章 物质代谢的联系与调节 第三篇 基因信息传递与医学第十一章 DNA 的生物合成 第十二章 RNA 的生物合成 第十三章 蛋白质的生物合

2、成 第十四章 基因表达调控、基因重组与基因工程 第十五章 基因与医学 第四篇 物质代谢的协调与营养学基础第十六章 血液的生物化学 第十七章 肝的生物化学 第十八章 激素的生物化学 第十九章 钙磷代谢与骨骼 第二十章 水、电解质与酸碱平衡 第二十一章 营养学基础附录一、教材大纲 附录二、实验要求 3前言本教材是为国家自学考试营养、食品与健康专业（专科）生物化学课程编写的教科书。全书分 4 篇，包括生物分子的结构与功能、物质代谢与调节、基因信息的传递和重要组织器官代谢，共 21 章。生物化学是生命科学领域重要的基础学科，当今生命科学领域所取得的每个理论进步和技术发明，无一不与生物化学相关。例如，D

3、NA 双螺旋、重组 DNA技术 (DNA 克隆)、聚合酶链式反应 (PCR)、DNA 芯片、RNA 干扰技术，以及人类基因组计划、基因组学、蛋白质组学等，仅从这些现代科学与技术的新名词就不难理解生物化学与分子生物学的发展何等迅速。生物化学与分子生物学成为推动现代生命科学和医学发展的领头学科和主要推动力。生物化学课程是不同专业医学生的必修课之一，是学习其他医学课程的基础。结合营养专业（专科）的学习特点，我们在编写本书的过程中对原有普通生物化学教科书的内容进行了适当删减合并。如在基因表达调控、基因重组与基因工程和基因与医学两章中，涵概了普通教科书中的相关内容；增加激素的生物化学和水、电解质与酸碱平

4、衡和营养的生物化学基础章节；对其他各章内容深浅度也做了适当的调整，以适应自学考试的需要。每章后还附有小结和思考题便于复习。我们还编写了教材大纲（附录一） ，大纲内容指出各章学习的要求、要点和难点，规定了课程自学考试的范围和标准，以指导学生自学。同时大纲也是社会助学组织进行自学辅导的依据，也是进行自学考试命题的依据。大纲中还附有题型举例，以便自学时参考。附录二是实验要求，包括 9 个实验的目的及要求，以供社会助学时参考和选择。虽然我们曾组织和参加过多种教材的编写，但生物化学与分子生物学的发展迅猛，使我们仍感到知识更新的不足，在掌握各章内容范围和深浅度上仍有欠缺，在编写过程中仍有不少疏漏。如果读者

5、在学习的过程中发现有错误或其他问题，请及时反馈给我们，以便改正，我们在此对大家致以诚挚的感谢。编者2006.2 北京4第一篇生物分子的结构与功能生物体，包括人体，是由多种物质按严格的规律组成的。据测定，人体的物质组成含有水 55%67%，蛋白质 15%18%，脂类 10%15%，无机盐 3%4%，糖类 1%2%，以及少量核酸、维生素、激素等有机小分子等。人们通常将蛋白质、核酸、脂类、糖类等统称为生物分子，其中蛋白质与核酸又称为生物大分子。几乎所有生命体都含有蛋白质与核酸这两类生物大分子，蛋白质是生命活动的物质基础与生命存在的重要形式，核酸是遗传信息与遗传过程的物质基础，因此蛋白质与核酸是生命的

6、重要标志。生物大分子的高级构象决定生物大分子的生物学功能。酶是由活细胞合成的、具有高级空间构象的、能催化化学反应的生物大分子。生物化学的物质代谢就是要研究生物分子物质之间或生物分子物质代谢与能量代谢之间相互转化的关系，酶蛋白在促成这些相互转换的生物化学反应中扮演极为重要的角色。维生素、尤其是水溶性维生素，作为辅酶成分或辅助因子，促进了许多酶促反应的进行，因此是酶蛋白重要的功能组成部分。本篇内容着重介绍了蛋白质、核酸分子结构与功能的关系，介绍了酶促反应的机理与酶促反应的动力学特征，以及维生素的化学结构与生物学功能。学习本篇时，重点放在了解这些生物分子具有哪些基本结构，哪些重要的基本概念，以及生物

7、大分子结构与功能有什么样的关系等问题。在学习各章时，注意将它们进行横向比较，找出不同物质之间的共性规律，这样便于理解与记忆。有关糖类、脂类化学分子结构与功能的相关知识放在第二篇物质代谢与调节。（李载权）5第一章蛋白质的结构与功能生物体可以看作是一个由物质组成的不均一体系。此体系的特征是其构成部分布置合宜，变化协调，并可以自我更新。体系的另一个特征是它含有大量的蛋白质（ protein）和核酸。病毒能够生长繁殖、遗传、致病，然而它却连最简单的细胞形态或结构都没有，它只是一种蛋白质与核酸结合生成的核蛋白。核蛋白是最简单的生命形式。近年，美国神经生物化学家 S.B.Prusiner 发现一类只有蛋白

8、质而没有核酸的病原体 朊病毒(prion), 若其结构发生一定改变则可引起动物或人的朊病毒病。朊病毒的发现打破了“病毒必须有核酸”的传统观念。S.B.Prusiner 因发现朊病毒而荣获 1997 年度诺贝尔生理医学奖。生物体所携带的全部遗传信息在基因组中，而生物学功能的主要体现者是蛋白质。蛋白质组指的是基因组编码的全部蛋白质。今后在蛋白质组水平上揭示生命现象的本质及活动规律将成为生命科学的重点。蛋白质是生物体中含量最丰富的高分子物质，约占人体固体成分的 45%，分布广泛，几乎所有的器官组织都含有蛋白质。生物体结构越复杂其蛋白质种类和功能也越繁多，即使在单细胞生物中所发现的蛋白质也有数千种，人

9、体的蛋白质种类就更多约有数十万种。不同的蛋白质各有特异的生物学功能：某些蛋白质是酶，催化生物体内的代谢反应；某些蛋白质是激素，具有一定的调节功能；某些蛋白质具有运载功能，它们携带小分子从一处到另一处，通过细胞膜，在血液循环中，在不同组织间载运代谢物，如血红蛋白是转运氧气和二氧化碳气的工具；血清清蛋白可运输自由脂肪酸及胆红素等。某些蛋白质赋予细胞和器官收缩的能力，可使其改变形状或运动，如骨骼肌收缩靠肌动蛋白和肌球蛋白；有些蛋白质具有保护或防御功能，如凝血酶与纤维蛋白原参与血液凝固，从而防止血管系统失血。最重要的起保护作用的蛋白质是抗体或免疫球蛋白，它们可以中和外来的有害物质。 像卵清蛋白和牛奶中

10、的酪蛋白是营养和储存蛋白。肌腱和软骨的主要成分是胶原蛋白，它具有很高的抗张强度，韧带含有弹性蛋白，它们属於结构蛋白。综上所述，蛋白质是生命的物质基础。第一节 蛋白质的分子组成一、蛋白质的基本结构单位氨基酸从各种动、植物组织提取的蛋白质，经元素分析表明，含碳 5055、氢68、氧 1924、氮 1319和硫 04；有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜锌、锰、钴、钼等，个别蛋白质还含有碘。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为 16。动植物组织中含氮物又以蛋白质为主，因此只要测定生物样品中的含氮量，就可以按下式推算出样品中的蛋白质大致含量。6每克样品中含氮克数6.25100100 克样品中蛋白质含量（

11、g）蛋白质是高分子化合物，可以受酸、碱或蛋白酶作用而水解成为其基本组成单位氨基酸。蛋白质水解液中的各种氨基酸须进行分离鉴定，才能确定其分子组成。各种层析法及电泳法等均为分离鉴定氨基酸的手段。(一) 蛋白质氨基酸的结构特点蛋白质水解生成的天然氨基酸有 20 余种之多，但其化学结构式具有一个共同的特点，即在连结羧基的碳原子上还有一个氨基；故称氨基酸。氨基酸的一般结构式可用下式表示：由上式可以看出，除 R 和 H 外，与碳原子相连的四个原子或基团各不相同。所以除甘氨酸外其余氨基酸的碳原子是一个不对称碳原子，因而都具有旋光异构现象，也都会有D 系和 L 系两种可能性。组成天然蛋白质的 20 种氨基酸多

12、属于 L氨基酸。生物界中已发现的 D 系氨基酸大都存在于某些细菌产生的抗生素及个别的生物碱中。(二) 氨基酸的分类组成蛋白质的氨基酸已知有二十余种，但绝大多数蛋白质只由二十种氨基酸组成(表11)。根据它们的侧链 R 的结构和性质分为以下四类：1 非极性 R 基氨基酸: 这类氨基酸的特征是在水中溶解度小于极性 R 基氨基酸。包括四种带有脂肪烃侧链的氨基酸 (丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)；两种含芳香环氨基酸 (苯丙氨酸和色氨酸)；一种含硫氨基酸 (蛋氨酸) 和一种亚氨基酸 (脯氨酸)。2 不带电荷的极性 R 氨基酸: 这类氨基酸的特征是比非极性 R 基氨基酸易溶于水。包括三种具有羟基的氨基酸

13、 (丝氨酸、苏氨酸、和酪氨酸)；两种具有酰氨基的氨基酸 (谷氨酰氨和天冬酰氨)；一种含有巯基氨基酸 (半胱氨酸) 和 R 基团只有一个氢但仍能表现一定极性的甘氨酸。3 带正电荷的 R 基氨基酸: 这类氨基酸的特征是在生理条件下带正电荷，是一类碱性氨基酸。包括在侧链含有氨基的赖氨酸；R 基团含有一个带正电荷胍基的精氨酸和含有弱碱性咪唑基的组氨酸。4 带负电荷的 R 基氨基酸: 天冬氨酸和谷氨酸都含有两个羧基，在生理条件下分子带负电荷，是一类酸性氨基酸。表 1-1 蛋白质中存在的 L氨基酸中英文名称中英文缩写结构式等电点 pI71.非极性 R 基氨基酸丙氨酸丙6.02AlanineAla（A）缬氨

14、酸缬5.97valineVal（V）亮氨酸亮5.98leucineLeu（L）异亮氨酸异亮6.02isoleucineIle（I）苯丙氨酸苯丙5.48phenylalaninePhe（F）色氨酸色5.89tryptophaneTrp（W）蛋氨酸蛋5.75methionineMet（M）脯氨酸脯6.48prolinePro（P）2.不带电荷的极性 R基氨基酸丝氨酸丝5.68serineSer（S）苏氨酸苏5.60threonineThr（T）酪氨酸酪5.66tyrosineTry（Y）谷氨酰胺谷胺5.65glutamineGln（Q）天冬酰胺天胺5.41asparagineAsn（N）半胱氨酸半

15、胱5.07cysteineCsy（C）8甘氨酸甘5.97glycineGly（G）3.带正电荷的 R 基氨基酸（碱性氨基酸）精氨酸精10.76arginineArg（R）赖氨酸赖9.74lysineLsy（K）组氨酸组7.59histidineHis（H）4.带负电荷的 R 基氨基酸（酸性氨基酸）天冬氨酸天冬2.98Aspartic acidAsp（D）谷氨酸谷3.22Glutamic acidGlu（E）(三) 氨基酸的理化性质 1两性游离及等电点 所有氨基酸都含有碱性的氨基 (或亚氨基)，又含有酸性的羧基；能在酸性溶液中与质子 (H+) 结合而呈阳离子(-NH3+)；也能在碱性溶液中与羟基

16、（OH ）结合，失去质子而变成阴离子(-COO);所以它是一种两性电解质，具有两性游离的特性。氨基酸的游离方式决定于其所处环境的酸碱度。在某种 pH 环境中，氨基酸可能不游离，也可能游离成阳性离子及阴性离子的程度及趋势相等，成为氨基酸的兼性离子。在电场中它既不移向阴极，也不移向阳极。此时，氨基酸所处环境的 pH 值称为该氨基酸的等电点(pI )。92芳香族氨基酸的紫外吸收性质 色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在 280nm 波长附近具有最大的光吸收峰(图 11)。由于大多数蛋白质含有酪氨酸、色氨酸残基，所以在分光光度计中测定它对 280nm 波段的光吸收，是定量测定溶液中蛋白质含量的一种最迅速简便的方

17、法。图 1-1 芳香族氨基酸的紫外吸收3茚三酮反应 氨基酸与茚三酮的水合物共同加热，氨基酸则被氧化分解，生成醛、氨及二氧化碳；茚三酮水合物则被还原。在弱酸性溶液中，茚三酮的还原产物还可与氨及另一分子茚三酮缩合成为蓝紫色化合物(图 12)。蓝紫色化合物颜色的深浅与来自氨基酸的氨成正比，其最大吸收峰在波长 570nm 处 (MAX=570nm)。据此可以作氨基酸的定量分析，该反应的灵敏度为 1g。因为凡具有氨基、能放出氨的化合物几乎都有此反应，故也能广泛适用于多肽与蛋白质的定性及定量分析。但脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮呈黄色(MAX=440nm)；天冬酰氨与茚三酮反应生成棕色产物，这对它们也有定量、定

18、性意义。图 12 氨基酸的茚三酮反应二、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式(一) 氨基酸的成肽反应 两分子氨基酸可借一分子所含的氨基与另一分子所含的羧基去水缩合成为最简单的肽，即二肽。在这两个氨基酸之间新产生的酰胺键(CO-NH- ) 称为肽键。二肽仍有自由氨基和羧基，故能同样借肽键与另一分子氨基酸缩合成三肽，三肽借肽键再与氨基酸缩合则依次生成四肽、五肽；由 10 个以内氨基酸连成的小肽称为寡肽。而许多氨基酸可连成多肽。肽链分子中的氨基酸相互衔接，形成长链，称为多肽链。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而稍有残缺，故称为氨基酸残基。蛋白质就是由许多氨基酸残基组成的多肽链，通常将分子量在 10 000 以

19、上的称为蛋白质，以下的称为多肽(胰岛素的分子量为 5 733，也可称为蛋白质)。多肽链中有自由氨基的一端称为氨基末端或 N 末端；有自由羧基的一端称羧基末端或 C 末端。按照惯例，命名短肽从 N-末端开始指向 C 末端(图 13)。图 13 肽与肽键(二) 生物活性肽 自然界的动物、植物和微生物中存在某些小肽或寡肽，它们有着各种重要的生物学活性。肽类激素如下丘脑分泌的促甲状腺素释放激素是三肽,神经垂体分泌的促肾上腺皮质激素是 39 肽。又 如催产素、加压素等；与神经传导等有关的神经肽如 P10物质、脑啡肽等；抗生素肽如短杆菌素 S、短杆菌肽 A、缬氨霉素及博莱霉素，还有广泛存在于细胞中的谷胱甘

20、肽(glutathione ，GSH，SH 表示分子中的自由巯基，) 谷胱甘肽是一种不典型的三肽,谷氨酸通过 -羧基与半胱氨酸的 -氨基形成肽键,故称 -谷胱甘肽. G-SH 在体内具有保护某些蛋白质的活性-SH 不被氧化的作用。结构式见下面。通过重组DNA 技术还可得到肽类药物、疫苗等。三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类蛋白质是由许多氨基酸借肽键形成的高分子化合物，分子量在 104106。如人的细胞色素 C 由 104 个氨基酸残基组成(Mr：1.3104)；而牛肝中谷氨酸脱氢酶则由 8 300 个氨基酸残基组成(Mr：106)。按计算，20 种氨基酸可组成天文数字种类的蛋白质；实际上人体内的

21、蛋白质也有几十万种，它们有着千变万化的生物学功能，确有分类的必要。可以根据不同的方法分类，如分子的组成、分子的溶解性质、分子的形状或空间构象及功能等。根据分子的组成可将蛋白质分为单纯蛋白质和结合蛋白质。单纯蛋白质只由氨基酸组成，其水解最终产物只有氨基酸。单纯蛋白质按其溶解性质不同可分为清蛋白(或白蛋白)、球蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白等。结合蛋白则是由单纯蛋白与非蛋白物质结合而成，此非蛋白物质称为该结合蛋白的辅基。可按其辅基的不同分为核蛋白、色蛋白、糖蛋白、磷蛋白、脂蛋白和金属蛋白等(表12)。表 1-2 结合蛋白质蛋白质名称辅 基举 例核蛋白核 酸DNA 结合蛋白、病毒核蛋

22、白色蛋白色 素 血红蛋白、黄素蛋白糖蛋白糖 类 免疫球蛋白、粘蛋白磷蛋白磷 酸 胃蛋白酶、酪蛋白脂蛋白脂 类 -脂蛋白、-脂蛋白金属蛋白 金属离子 铁蛋白、铜兰蛋白H2CHCH2COOHOHNSHCH2CCHCNCH2COOHCH2OH谷胱甘肽（GSH)11按照分子形状或空间构象的不同，可将蛋白质分为纤维状蛋白和球蛋白两大类。纤维状蛋白分子很不对称，其分子长轴/短轴10。肌肉的结构蛋白和血纤维蛋白原可溶于水，而角蛋白、丝心蛋白等纤维蛋白不溶于水。球状蛋白的溶解性较好，其分子形状接近球形；分子长轴/短轴12 氨基（Lys） 9.4-10.6 7.3- 12胍基（Arg） 11.6-12.6 11

23、.5-12.6酚羟基(Tyr) 9.8-10.4 9.4- 12硫氢基（Cys） 8-9 8-9.5- 二、亲核或亲电催化(nulceophilic and electrophilic catalysis)50木瓜蛋白酶(papain)发挥水解蛋白酶的活性时，要求 Cys25 呈负解离状态 RS-进行亲核攻击，同时要求 His159 呈正解离状态 ImH+，进行亲电子攻击。酶分子结构在Cys25 周围创造的微环境，使其 pKa 值改变 4.2（而原来 Cys 的 SH 基的 pKa 值为 8-9） 。而在 His159 周围所处的微环境，使其 pKa 值升至 8.2（而原来 His 的咪唑基的

24、 pKa 值为 6） 。这样，当环境的 pH 介于 4.2-8.2 间，可满足 Cys25 处于负解离，而 His159 呈正解离状态。值得注意的是，金属离子，辅基及辅酶也参与多元催化，金属离子主要起亲电子催化作用。三、邻近效应及定向排列（proximity and orientation）通常底物在溶液中的浓度很稀，碰撞到一起的机会较少，必须碰到一起后才能进行反应;而进行反应又必须要有一定的接触时间;常常反应还来不及进行，底物又匆匆分开了。但在酶的帮助下，底物可聚集到酶分子的表面上来，大大提高了底物的局部浓度。结合在酶表面上的底物分子乃有充裕的时间进行反应。所以，邻近效应实际上是将分子间的反

25、应变成类似于分子内的反应，催化效率当然提高。再加上底物与酶结合时，其受催化攻击的部位定向地对准酶的活性中心，使酶的活性中心易于诱导底物分子中的电子轨道趋于有利于反应的排列，催化效率当然提高。四、诱导契合（induced fit）酶在发挥催化作用前，必先与底物密切结合，这种结合是酶与底物的结构相互诱导，相互形变，相互适应的过程。这就是诱导契合学说。换句话说，酶分子的构象与底物的结构原来并不完全吻合，只当底物与酶接近时，结构上才相互诱导适应，更密切地多点结合，此时酶与底物的结构均有形变(图3-5)。同时，酶在底物的诱导下，其活性中心进一步形成，并与底物受催化攻击的部位密切靠近，易于反应。这种相互诱

26、导的形变，还可使底物处于不稳定状态，易受酶的催化攻击。这种不稳定状态的底物，称之为过渡态 (transition state)。这种底物的过渡态可与酶的活性中心密切结合，易于受酶的催化基团的攻击。在设计酶的抑制剂时，最有效地与酶有高度亲和力的抑制剂，莫过于过渡态类似物 (transition state analogs)，这为药物设计开辟了一个新的方向。例如，腺苷酸激酶ATP + AMP ADP + ADP(A-ppp) (Ap) (App) (App)此反应中，其过渡态为 A-ppp-pA，据此，设计了一种过渡态类似物 AppppppA，它对腺苷酸 激酶有高度的亲和力，但却不能被其催化裂解。

27、 图 3-5 酶与作用物的诱导契合51鉴于过渡态与酶的活性中心的结构最相吻合，联系到抗原抗体间的结构也是最相吻合，密切结合，因而若以过渡态类似物为抗原，注入动物体内产生抗体，该抗体必能与过渡态类似物密切结合，在结构上互相适应，有可能这种结构与催化该过渡态反应的酶的活性中心相类同。换句话说，该抗体可能具有催化该过渡态反应的酶活性。实验确证了这一构想，获得了兼具酶催化活性的抗体，特称之为抗体酶。五、多元催化一般的催化剂进行催化反应时，通常只限于一种解离状态。例如，酸碱催化中，或只是酸催化，或只是碱催化，鲜有兼备酸和碱的催化功能者。但酶正是同时具有酸和碱催化的特性，这是因为酶分子中含有各种不同的功能

28、基团，它们的pK值不等，解离程度不一。即便同一种功能基团，由于各自在蛋白质分子中所处的微环境不同，其解离程度也可有差别。所以，同一酶分子常常既可起酸的催化作用，又可起碱的催化作用；或者既可起亲核催化，又可起亲电子催化，通过这类多功能基团(包括辅基及辅酶)的协同作用，其催化效率必将大为增进。第四节 酶促反应的动力学一切有关酶催化效能的研究，均以测定酶反应的速度为依据。酶促反应的动力学就是研究反应过程中的速度;酶促反应的速度不单决定于酶量的多少，还受很多因素的影响，如作用物浓度、pH、温度、激动物及抑制物等。通常酶反应动力学所研究的速度，是指反应开始时的速度，即初速度。采用反应的初速度可以避免反应

29、进行过程中，作用物浓度因被消耗而相对降低;以及反应产物堆积等因素对反应速度的抑制作用。一、作用物浓度的影晌一般化学反应中，反应速度多随作用物浓度的增高而增高，呈直线关系。但在酶促反应中，却是另一种图形，呈双曲线型，参见图3-6。图3-6作用物浓度对酶反应速度的影响当作用物浓度很低时，反应速度()随着作用物 (substrate)浓度(S)的增高，成直线比例上升。而当作用物浓度继续增高时，反应速度增高的趋势逐渐缓和。一旦当S达到相当高时，反应速度不再随 S的增高而增高，达到了极限最大值，称最大反应速度(V)。这是因为在酶促反应过程中，决定反应速度的是作用物和酶两者的浓度。在酶量恒定的情况下，当S

30、很低时，酶还没有全部被作用物所占据，尚有游离的酶分子存在，故随着S增高，酶与作用物结合产生的中间产物 (ES)的量也随之增高，可随S的增高而呈直线上升，这是曲线的第一段。随之，当酶已大部分与作用物结合，所余的游离酶不多了，所以，随着S的增高，ES生成的速度就不如反应之初时增高的幅度。反应速度的增高也就趋52缓，此即曲线的第二段。当S继续增高到一定程度后，所有游离的酶均与作用物结合成ES，反应速度也就达到最大值 (V)，此即曲线的平坦段 (第三段)。米曼氏（Michaelis-Menten）用数学推导方式，根据中间产物学说推导出了一个方程式，以此方程式作图所得到的曲线，与实验实测得到的数据所作出

31、的图形完全相同，进一步证明了中间产物学说的正确性。根据中间产物学说米曼氏进行数学推导，得出S和 关系的公式：此即米氏方程。米氏方程的意义：（一） 当=V/2时，米氏方程成为此时Km=S，即Km表示反应速度为最大反应速度一半时的S。Km为酶的特征性常数，其单位为 mmol/L.常见酶的Km见表3-4。表3-4常见酶的Km值- 酶 作用物 Km(mmol/L)- 过氧化氢酶 H2O2 25己糖激酶(脑) ATP 0.4D-葡萄糖 0.05D-果糖 1.5碳酸酐酶 H2CO3 9糜蛋白酶 甘氨酰酪氨酸甘氨酸 108半乳糖酐酶 D-乳糖 4.0- E + SE + PESk1k-1k2 v =V SK

32、m + SV V S Km + S 2=_53各种同工酶的Km值不同，可借Km以鉴别之。测定酶活性时，常要求S过量，一般S的量以20-100Km值为宜。(二)当SKm时，米氏方程分母中的Km可忽略不计，则= VS = V。即当SKmS 时反应速度达到最大反应速度V(三)当S70mg/dl）高过肾脏重吸收能力时，尿中就会出现酮体，即为酮症。因酮体中占绝大部分的乙酰乙酸和 -羟丁酸都是相对较强的有机酸，如在体内堆积过多会导致代谢性酸中毒，常称为酮症酸中毒。第四节 甘油三酯的合成代谢甘油三酯是机体储存能量的形式。人体许多组织都可以合成甘油三酯，以肝、脂肪组织和小肠最为活跃。合成甘油三酯所需的脂酸及

33、3-磷酸甘油主要由葡萄糖代谢提供。人和动物即使完全不摄入脂肪，亦可由糖大量转变而来。一、脂酸的合成除必需脂酸以外，各种非必需脂酸都可以在体内合成。多年来长链脂酸的合成被人们设想是脂酸 氧化的简单逆行反应过程。现已证实，脂酸合成与氧化分解发生在不同的亚细胞部位，由不同的酶催化，循不同的途径进行。脂酸的合成是以乙酰 CoA 为原料，在细胞的胞液中经脂酸合酶体系催化完成的，但只能合成最长含 16 碳的软脂酸，它再经进一步加工生成碳链更长的饱和或不饱和脂酸。（一）乙酰 CoA 转运出线粒体合成脂酸的原料乙酰 CoA 主要来自糖的氧化分解，某些氨基酸分解也可提供。以上生成乙酰 CoA 的反应均发生在细胞

34、的线粒体内，而合成脂酸的酶系却存在于胞液中, 因此，线粒体中的乙酰 CoA 必须进入胞液才能作为原料合成脂酸。乙酰 CoA 自身不易透过线粒体内膜，主要通过柠檬酸-丙酮酸循环途径转运出线粒体（图 6-7） 。每经一次这样的循环，可使 1 分子乙酰 CoA 由线粒体进入胞液，同时消耗 ATP，并提供 NADPH+H+补充合成反应的需要。图 6-7 柠檬酸-丙酮酸循环123（二）丙二酸单酰 CoA 的生成乙酰 CoA 除 1 分子直接参与脂酸合成外，其余的均先转化生成丙二酸单酰 CoA 后，方能进入脂酸合成途径。乙酰 CoA 羧化酶CH3COSCoA + HCO3- + H+ + ATP HOOC

35、-CH2COSCoA + ADP + Pi(乙酰 CoA) 生物素，Mn2+ (丙二酸单酰 CoA)催化这一反应的酶为乙酰 CoA 羧化酶，它是脂酸合成的限速酶。该酶存在于胞液中，辅基为生物素，其反应机理与其它依赖生物素的羧化反应相似，如催化丙酮酸羧化成为草酰乙酸的反应等。乙酰 CoA 羧化酶既受变构调节又受化学修饰调节，例如，柠檬酸与异柠檬酸是该酶的变构激活剂，而长链脂酰 CoA 为变构抑制剂；胰高血糖素、肾上腺素等促进该酶磷酸化而失活，抑制脂肪酸合成，胰岛素则能使酶去磷酸化而增强其活性，加速脂酸合成。（三）软脂酸的合成1脂酸合酶体系从乙酰 CoA 和丙二酸单酰 CoA 合成长链脂酸是在脂酸

36、合酶体系的催化下进行的。研究发现，大肠杆菌、酵母和动物体内脂酸合酶体系的组成、结构及性质有所不同。以大肠杆菌为例，该酶系是由 7 种酶蛋白聚合在一起以酰基载体蛋白（ACP）为中心构成的一个多酶复合体。ACP 为一种低分子量蛋白质，其辅基末端含有自由-SH 基，称为中心巯基，可以作为脂酰基的结合部位，将酯酰基从一个酶转移到另一个酶参加反应。7 种酶中的 酮脂酰合酶也含有一个自由-SH 基，称为外周巯基，是乙酰基或丙二酸单酰基的结合位点。在哺乳动物中，该酶系中 7 种酶的活性以及 ACP 的活性均集中在一条多肽链上，属于多功能酶，它通常以首尾相连的二聚体形式参与催化脂酸合成（图 6-8） 。图 6

37、-8 脂酸合酶二聚体2软脂酸的合成过程16 碳的饱和脂酸软脂酸是由 1 分子乙酰 CoA 和 7 分子丙二酸单酰 CoA，在脂酸合酶体系催化下合成的。软脂酸的合成过程如下：（1）乙酰 CoA 的乙酰基经 ACP 转移，结合到脂酸合酶体系中的外周巯基上。（2）丙二酸单酰 CoA 在丙二酸单酰 CoA 转移酶作用下，与 ACP 辅基上的-SH（中心巯基）连接，脱掉辅酶 A，形成丙二酸单酰-ACP。（3）乙酰基与丙二酸单酰基在脂酸合酶体系上依次进行缩合、加氢、脱水和再加氢反应，生成比原来多 2 个碳的丁酰-ACP。丁酰-ACP 经脂酰基转移酶作用再转移到外周巯基上，此时 ACP 上的中心巯基又可与另

38、124一分子丙二酸单酰基结合，重复上述缩合、加氢、脱水和再加氢的过程，每重复一次使碳链延长 2 个碳原子，直到延长到 16 碳时，由硫酯酶催化使软脂酰基从酶复合体上脱下，生成软脂酸（图 6-9)。图 6-9 软脂酸的合成过程综上所述，软脂酸的合成是在胞液中以乙酰 CoA 为原料，但绝大部分需先羧化成丙二酸单酰 CoA 后参加脂酸合成。合成过程是在脂酸合酶体系上以 ACP 为核心由 7 种酶催化，依次重复进行缩合、加氢、脱水、再加氢的过程，每重复一次使碳链延长 2 个碳原子，最后形成 16 碳的软脂酸。 其总的反应式为：脂肪酸合酶体系乙酰 CoA + 7 丙二酸单酰 CoA + 14NADPH+

39、H+ + H2O 软脂酸 +14NADP+7CO2+7H2O+8CoASH（四）其它脂酸的合成1除软脂酸外其它饱和脂酸的合成在动物细胞中，脂酸合酶体系催化合成的脂酸主要为软脂酸，碳链较短的饱和脂酸可以通过软脂酸在线粒体 氧化生成，经过一次 氧化就减少 2 个碳原子。软脂酸还可作为更长碳链饱和脂酸的前体，在线粒体和滑面内质网中脂酸碳链延长酶体系作用下，可以形成更长碳链的饱和脂酸。在线粒体，软脂酸经线粒体脂酸延长酶体系作用，与乙酰 CoA 缩合、逐步延长碳链。反应过程与脂酸 氧化逆行反应相似。通过此种方式可延长脂酸碳链至 24 或 26 碳，但以18 碳的硬脂酸最多。在内质网，软脂酸碳链延长是以丙

40、二酰 CoA 为二碳单位供体，由 NADPHH+供氢，经缩合（同时脱羧） 、还原等过程延长碳链。延长过程与胞液中脂酸合成过程基本相同，但酰基的载体不是 ACP 而是 CoA。合成产物也是以硬脂酸为主。2不饱和脂酸的合成前已述及，人体脂类中的不饱和脂酸包括软油酸、油酸、亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸等。前两者可在肝微粒体内去饱和酶催化下脱氢生成，软脂酸转变成软油酸、硬脂酸转变成油酸。多不饱和脂酸如亚麻酸和亚油酸，由于人体缺乏相应的去饱和酶而无法合成，少量花生四烯酸可由亚油酸经碳链加长及去饱和后转变而来，但不能满足机体需要，仍需从食物中获取。因此，亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸是人体必需脂酸。必需脂酸在体

41、内参与磷脂合成，是构成细胞膜和线粒体膜的重要组分，也是维持皮肤正常代谢所必需的。如果缺乏这些必需脂酸就会表现出皮肤角化不全、创伤愈合不良、心肌收缩力降低、对疾病抵抗力减弱、生长停滞等异常。此外，必需脂酸在体内可转变生成二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），EPA 是合成前列腺素、血栓素、白三烯125等物质的前体，DHA 存在于大脑皮质，视网膜及睾丸组织中，在脑和视网膜的发育中起重要作用。EPA 和 DHA 在鱼油中含量丰富，可通过食物补充。3多不饱和脂酸的重要衍生物前列腺素（PG）、血栓素（TX）和白三烯（LTs）均由二十碳多不饱和脂酸衍生而来，它们对细胞代谢具有明显的调节作用，与

42、炎症、免疫、过敏及心血管疾病等重要病理过程有关。前列腺素最早从羊的精囊和人的精液中分离出来，认为来自前列腺，故称之为前列腺素。目前已知除红细胞外，全身各组织都能合成前列腺素，而且种类繁多。前列腺素的基本骨架结构由一个五碳环和两条侧链构成即前列腺酸，根据五碳环的取代基团和双键位置及数目不同，又分为不同类型，如 PGA、PGE、PGF、PGI 等。前列腺酸 前列腺素 PGF2前列腺素作用广泛，PGE2能诱发炎症，促进局部血管扩张，毛细血管通透性增加，引起红、肿、热、痛等症状。PGE2和 PGA2均可使动脉平滑肌舒张从而降低血压。PGE2及 PGI2抑制胃酸分泌，促进胃肠平滑肌蠕动。PGF2能使卵巢

43、平滑肌收缩，引发排卵，加强子宫收缩，促进分娩等。血栓素 A2（TXA2）也是二十碳不饱和脂酸的衍生物，它有前列腺酸样骨架但又不相同，分子中的五碳环为含氧的噁烷所取代。血栓素 A2血栓素 A2 可由血小板产生，它能强烈地促进血小板聚集，促进血凝及血栓形成。前述PGI2有很强的舒血管和抗血小板聚集作用，因此，TXA2和 PGI2的平衡是调节小血管收缩、血小板聚集的重要条件。它们的代谢与心脑血管病有密切的关系。白三烯（LTs）是不含前列腺酸骨架的二十碳多不饱和脂酸，在白细胞内含量比较高。白三烯 A4（LTA4）126研究证明，白三烯是一类过敏反应的慢反应物质，能使支气管平滑肌收缩，作用缓慢而持久。白

44、三烯还能调节白细胞的功能，促进其游走和趋化作用，诱发多形核白细胞脱颗粒，使溶酶体释放水解酶类，促进炎症及过敏反应的发展。二、3-磷酸甘油的生成合成甘油三酯不但需要各种脂肪酸，还需要 3-磷酸甘油。其来源有两个方面：（一）从糖代谢产生糖分解产生的磷酸二羟丙酮，在胞液中 3-磷酸甘油脱氢酶催化下，还原为 3-磷酸甘油，此反应普遍存在于人体各组织中，它是 3-磷酸甘油的主要来源。（二）细胞内甘油再利用在肝、肾、小肠黏膜及哺乳期乳腺组织中富含甘油激酶，在该酶催化下，甘油活化生成3-磷酸甘油。脂肪及肌肉组织中甘油激酶活性很低，因而不能利用游离甘油合成甘油三酯。三、甘油三酯的合成（一）合成部位肝、脂肪组织和小肠是合成甘油三酯的