生物化学笔记材料(完整编辑-).doc

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1、第一章 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

2、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。 第二

3、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 -亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为 L-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： 非极性中性氨基酸(8 种)； 极性中性氨基酸(7 种)； 酸性氨基酸(Glu 和 Asp)； 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 -羧基与另一分子氨基酸的 -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

4、，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 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： -

5、螺旋：其结构特征为：主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋；螺旋每上升一圈是 3.6 个氨基酸残基，螺距为 0.54nm； 相邻螺旋圈之间形成许多氢键； 侧链基团位于螺旋的外侧。 影响 -螺旋形成的因素主要是： 存在侧链基团较大的氨基酸残基； 连续存在带相同电荷的氨基酸残基； 存在脯氨酸残基。 -折叠：其结构特征为： 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片； 所有肽键的 C=O 和 NH形成链间氢键；侧链基团分别交替位于片层的上、下方。 -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。 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

6、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

7、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

8、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。

9、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； 6. 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

10、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 -D-核糖与 -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 -羟基与嘧啶碱 N1 或嘌呤碱 N9 进行缩合，故生成的化学

11、键称为 ，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（）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

12、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

13、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：为右手双螺旋，两条链以反平行方

14、式排列；主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；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）； 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；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

15、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。 1mRNA 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

16、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）。 2tRNA 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：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。DHU 臂：含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰 tRNA 合成酶的结合有关。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

17、上相应的密码，故称为反密码（anticoden）。 TC 臂：含保守的 TC 顺序，可以识别核蛋白体上的 rRNA，促使 tRNA 与核蛋白体结合。可变臂：位于 TC 臂和反密码臂之间，功能不详。 3rRNA 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

18、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：高温，强酸强碱，有机溶剂等。DNA 变性后的性质改变：增色效应：指 DNA 变性后对 260nm 紫外光的光吸收度增加的现象；旋光性下降；粘度降低；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

19、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

20、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）第四章 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

21、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： 运载氢原子或电子，参与氧化还原反应。 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

22、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 -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）和尼克酰

23、胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+，辅酶），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

24、. 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

25、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 1061020 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。 绝对特异性：一种酶只能作

26、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。 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。 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

27、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：趋近效应与定向作用；张力作用；酸碱催化作用；共价催化作用；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。 Km 可用于判断反应级数：当S100Km 时，=

28、Vmax，反应为零级反应，即反应速度与底物浓度无关；当 0.01Km20kJ/mol 的磷酸键称为高能磷酸键，主要有以下几种类型： 1磷酸酐键：包括各种多磷酸核苷类化合物，如 ADP，ATP 等。 2混合酐键：由磷酸与羧酸脱水后形成的酐键，主要有 1,3-二磷酸甘油酸等化合物。 3烯醇磷酸键：见于磷酸烯醇式丙酮酸中。 4磷酸胍键：见于磷酸肌酸中，是肌肉和脑组织中能量的贮存形式。磷酸肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，而必须先将其高能磷酸键转移给 ATP，才能供生理活动之需。这一反应过程由肌酸磷酸激酶（CPK）催化完成。 九、线粒体外 NADH 的穿梭： 胞液中的 3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产

29、生 NADH。这些 NADH 可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生 H2O 和 ATP。 1磷酸甘油穿梭系统：这一系统以 3-磷酸甘油和磷酸二羟丙酮为载体，在两种不同的 -磷酸甘油脱氢酶的催化下，将胞液中 NADH 的氢原子带入线粒体中，交给 FAD，再沿琥珀酸氧化呼吸链进行氧化磷酸化。因此，如 NADH 通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，则只得到 2 分子 ATP。 2苹果酸穿梭系统：此系统以苹果酸和天冬氨酸为载体，在苹果酸脱氢酶和谷草转氨酶的催化下。将胞液中 NADH 的氢原子带入线粒体交给 NAD+，再沿 NADH 氧化呼吸链进行氧化磷酸化。因此，经此穿梭系统带入一对氢原子可生成

30、 3 分子 ATP第八章 氨基酸代谢 一、蛋白质的营养作用： 1蛋白质的生理功能：主要有：是构成组织细胞的重要成分；参与组织细胞的更新和修补；参与物质代谢及生理功能的调控；氧化供能；其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等。 2氮平衡：体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡。氮平衡有以下几种情况： 氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。 氮正平衡：每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后

31、恢复期。 氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。 3必需氨基酸与非必需氨基酸：体内不能合成，必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需氨基酸。反之，体内能够自行合成，不必由食物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。 必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。酪氨酸和半胱氨酸必需以必需氨基酸为原料来合成，故被称为半必需氨基酸。 4蛋白质的营养价值及互补作用：蛋白质营养价值高低的决定因素有

32、： 必需氨基酸的含量； 必需氨基酸的种类； 必需氨基酸的比例，即具有与人体需求相符的氨基酸组成。将几种营养价值较低的食物蛋白质混合后食用，以提高其营养价值的作用称为食物蛋白质的互补作用。 二、蛋白质的消化、吸收与腐败 1蛋白质的消化：胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽，再在小肠中完全水解为氨基酸。 2氨基酸的吸收：主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。除此之外，也可经 -谷氨酰循环进行。 3蛋白质在肠中的腐败：主要在大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用，可产生有毒物质。 三、氨基酸的脱氨基作用： 氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和非氧化脱氨基。 1氧

33、化脱氨基：反应过程包括脱氢和水解两步，反应主要由 L-氨基酸氧化酶和谷氨酸脱氢酶所催化。L-氨基酸氧化酶是一种需氧脱氢酶，该酶在人体内作用不大。谷氨酸脱氢酶是一种不需氧脱氢酶，以 NAD+或 NADP+为辅酶。该酶作用较大，属于变构酶，其活性受 ATP，GTP 的抑制，受 ADP，GDP 的激活。 2转氨基作用：由转氨酶催化，将 -氨基酸的氨基转移到 -酮酸酮基的位置上，生成相应的 -氨基酸，而原来的 -氨基酸则转变为相应的 -酮酸。转氨酶以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。转氨基作用可以在各种氨基酸与 -酮酸之间普遍进行。除 Gly，Lys，Thr，Pro 外，均可参加转氨基作用。较为重要的转氨酶有：

34、 丙氨酸氨基转移酶（ALT），又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与 -酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在肝脏中活性较高，在肝脏疾病时，可引起血清中 ALT 活性明显升高。 天冬氨酸氨基转移酶（AST），又称为谷草转氨酶（GOT）。催化天冬氨酸与 -酮戊二酸之间的氨基移换反应，为可逆反应。该酶在心肌中活性较高，故在心肌疾患时，血清中 AST 活性明显升高。 3联合脱氨基作用：转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为 -酮酸的过程，称为联合脱氨基作用。可在大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。 4嘌呤核苷酸循环（PNC）：这是存在于骨骼肌和心肌中的

35、一种特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，腺苷酸脱氨酶的活性较高，该酶可催化 AMP 脱氨基，此反应与转氨基反应相联系，即构成嘌呤核苷酸循环的脱氨基作用。 四、-酮酸的代谢： 1再氨基化为氨基酸。 2转变为糖或脂：某些氨基酸脱氨基后生成糖异生途径的中间代谢物，故可经糖异生途径生成葡萄糖，这些氨基酸称为生糖氨基酸。个别氨基酸如 Leu，Lys，经代谢后只能生成乙酰 CoA 或乙酰乙酰 CoA，再转变为脂或酮体，故称为生酮氨基酸。而 Phe，Tyr，Ile，Thr，Trp 经分解后的产物一部分可生成葡萄糖，另一部分则生成乙酰 CoA，故称为生糖兼生酮氨基酸。 3氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧

36、化分解供能。 五、氨的代谢： 1血氨的来源与去路： 血氨的来源：由肠道吸收；氨基酸脱氨基；氨基酸的酰胺基水解；其他含氮物的分解。 血氨的去路：在肝脏转变为尿素；合成氨基酸；合成其他含氮物；合成天冬酰胺和谷氨酰胺；直接排出。 2氨在血中的转运：氨在血液循环中的转运，需以无毒的形式进行，如生成丙氨酸或谷氨酰胺等，将氨转运至肝脏或肾脏进行代谢。 丙氨酸-葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异生转变为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉重新分解产生丙酮酸，这一循环过程就称为丙氨酸-葡萄糖循环。 谷氨酰胺的运氨作用：肝外组织，如脑、骨骼肌、心

37、肌在谷氨酰胺合成酶的催化下，合成谷氨酰胺，以谷氨酰胺的形式将氨基经血液循环带到肝脏，再由谷氨酰胺酶将其分解，产生的氨即可用于合成尿素。因此，谷氨酰胺对氨具有运输、贮存和解毒作用。 3鸟氨酸循环与尿素的合成：体内氨的主要代谢去路是用于合成尿素。合成尿素的主要器官是肝脏，但在肾及脑中也可少量合成。尿素合成是经鸟氨酸循环的反应过程来完成，催化这些反应的酶存在于胞液和线粒体中。其主要反应过程如下：NH3+CO2+2ATP 氨基甲酰磷酸胍氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸尿素+鸟氨酸。 尿素合成的特点：合成主要在肝脏的线粒体和胞液中进行；合成一分子尿素需消耗四分子 ATP；精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶；

38、尿素分子中的两个氮原子，一个来源于 NH3，一个来源于天冬氨酸。 六、氨基酸的脱羧基作用： 由氨基酸脱羧酶催化，辅酶为磷酸吡哆醛，产物为 CO2 和胺。 1-氨基丁酸的生成：-氨基丁酸（GABA）是一种重要的神经递质，由 L-谷氨酸脱羧而产生。反应由 L-谷氨酸脱羧酶催化，在脑及肾中活性很高。 25-羟色胺的生成：5-羟色胺（5-HT）也是一种重要的神经递质，且具有强烈的缩血管作用，其合成原料是色氨酸。合成过程为：色氨酸5 羟色氨酸5-羟色胺。 3组胺的生成：组胺由组氨酸脱羧产生，具有促进平滑肌收缩，促进胃酸分泌和强烈的舒血管作用。 4多胺的生成：精脒和精胺均属于多胺，它们与细胞生长繁殖的调节

39、有关。合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱羧酶。 七、一碳单位的代谢： 一碳单位是指只含一个碳原子的有机基团，这些基团通常由其载体携带参加代谢反应。常见的一碳单位有甲基（-CH3）、亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH-）、甲酰基（-CHO）、亚氨甲基（-CH=NH）、羟甲基（-CH2OH）等。 一碳单位通常由其载体携带，常见的载体有四氢叶酸（FH4）和 S-腺苷同型半胱氨酸，有时也可为 VitB12。 常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物有：N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4）；N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4）；N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N1

40、0-CH2-FH4）；N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4）；N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4）。 苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和色氨酸代谢降解后可生成 N10-甲酰四氢叶酸，后者可用于嘌呤 C2 原子的合成；苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和组氨酸代谢降解后可生成 N5,N10-次甲基四氢叶酸，后者可用于嘌呤 C8原子的合成；丝氨酸代谢降解后可生成 N5,N10-亚甲基四氢叶酸，后者可用于胸腺嘧啶甲基的合成。 八、S-腺苷蛋氨酸循环： 蛋氨酸是体内合成许多重要化合物，如肾上腺素、胆碱、肌酸和核酸等的甲基供体。其活性形式为 S-腺苷蛋氨酸（SAM）。SAM 也是一种一碳单位衍生物

41、，其载体可认为是 S-腺苷同型半胱氨酸，携带的一碳单位是甲基。 从蛋氨酸形成的 S-腺苷蛋氨酸，在提供甲基以后转变为同型半胱氨酸，然后再反方向重新合成蛋氨酸，这一循环反应过程称为 S-腺苷蛋氨酸循环或活性甲基循环。 九、芳香族氨基酸的代谢： 在神经组织细胞中的主要代谢过程为：苯丙氨酸酪氨酸多巴多巴胺去甲肾上腺素肾上腺素。多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素统称儿茶酚胺。在黑色素细胞中，多巴可转变为黑色素。苯丙氨酸羟化酶遗传性缺陷可致苯丙酮酸尿症，酪氨酸酶遗传性缺陷可致白化病第九章 核苷酸代谢 一、核苷酸类物质的生理功用： 核苷酸类物质在人体内的生理功用主要有： 作为合成核酸的原料：如用 ATP，GT

42、P，CTP，UTP 合成 RNA，用 dATP，dGTP，dCTP，dTTP 合成 DNA。 作为能量的贮存和供应形式：除 ATP 之外，还有 GTP，UTP，CTP 等。 参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸 cAMP 和 cGMP 作为激素的第二信使。 参与构成酶的辅酶或辅基：如在 NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA 中均含有核苷酸的成分。 作为代谢中间物的载体：如用 UDP 携带糖基，用 CDP 携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。 二、嘌呤核苷酸的合成代谢： 1从头合成途径：利用一些简单的前体物，如 5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及 CO2 等，逐步合成嘌

43、呤核苷酸的过程称为从头合成途径。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。 嘌呤环中各原子分别来自下列前体物质：Asp N1；N10-CHO FH4 C2 ；Gln N3 和 N9 ；CO2 C6 ；N5,N10=CH-FH4 C8 ；Gly C4 、C5 和 N7。 合成过程可分为三个阶段： 次黄嘌呤核苷酸的合成：在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗 ATP，由 5-磷酸核糖合成 PRPP(1-焦磷酸-5-磷酸核糖)。然后再经过大约 10 步反应，合成第一个嘌呤核苷酸次黄苷酸（IMP）。 腺苷酸及鸟苷酸的合成：IMP 在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP

44、-S），然后裂解产生 AMP；IMP 也可在 IMP 脱氢酶的催化下，以 NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。 三磷酸嘌呤核苷的合成：AMP/GMP 被进一步磷酸化，最后生成 ATP/GTP，作为合成 RNA 的原料。ADP/GDP 则可在核糖核苷酸还原酶的催化下，脱氧生成 dADP/dGDP，然后再磷酸化为 dATP/dGTP，作为合成 DNA 的原料。 2补救合成途径：又称再利用合成途径。指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径可在大多数组织细胞中进行。其反应为：A + PRPP AMP；G/

45、I + PRPP GMP/IMP。 3抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制：能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物，通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物，主要通过对代谢酶的竞争性抑制作用，来干扰或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗作用。在临床上应用较多的嘌呤核苷酸类似物主要是 6-巯基嘌呤（6-MP）。6-MP 的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制 IMP 转变为 AMP 或 GMP，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。 三、嘌呤核苷酸的分解代谢： 嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷酶的催化下分解生成嘌呤碱，最后产生的 I 和 X 经黄嘌呤氧化酶催化氧化生成

46、终产物尿酸。痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。可用别嘌呤醇予以治疗。 四、嘧啶核苷酸的合成代谢： 1从头合成途径：指利用一些简单的前体物逐步合成嘧啶核苷酸的过程。该过程主要在肝脏的胞液中进行。嘧啶环中各原子分别来自下列前体物：CO2C2 ；GlnN3 ；Asp C4 、C5 、C6 、N1 。嘧啶核苷酸的主要合成步骤为： 尿苷酸的合成：在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以 Gln，CO2，ATP 等为原料合成氨基甲酰磷酸。后者在天冬氨酸转氨甲酰酶的催化下，转移一分子天冬氨酸，从而合成氨甲酰天

47、冬氨酸，然后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即 UMP。 胞苷酸的合成：UMP 经磷酸化后生成 UTP，再在胞苷酸合成酶的催化下，由 Gln 提供氨基转变为 CTP。 脱氧嘧啶核苷酸的合成：CTPCDPdCDPdCTP。dCDPdCMPdUMPdTMPdTDPdTTP。胸苷酸合成酶催化 dUMP 甲基化，甲基供体为 N5,N10-亚甲基四氢叶酸。 2补救合成途径：由分解代谢产生的嘧啶/嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补救合成途径。以嘧啶核苷的补救合成途径较重要。主要反应为：UR/CR + ATP UMP/CMP；TdR + ATP dTMP。 3抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的

48、抑制：能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代谢药物是 5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU 在体内可转变为 F-dUMP，其结构与 dUMP 相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。 五、嘧啶核苷酸的分解代谢： 嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶和核苷磷酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。不同的嘧啶碱其分解代谢的产物不同，其降解过程主要在肝脏进行。 胞嘧啶和尿嘧啶降解的终产物为（-丙氨酸 + NH3 + CO2 ）；胸腺嘧啶降解的终产物为（-氨基异丁酸 + NH3 + CO2 ）。第十一章 DNA 的生物合成 一、遗传学的中心法则和反中心法则： DNA 通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA 的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。但在少数 RNA 病毒中，其遗传信息贮存在 RNA 中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是 RNA 通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；通过反转录将遗传信息传递给 DNA，再由 DNA 通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。 二、DNA 复制的特点： 1半保留复制：DNA 在复制时，以亲代