生物化学重点难点护本.pdf

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1、第一章蛋白质的分子结构与功能一、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2 0 种，除脯氨酸为a-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均为L-a-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（G lu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a-竣基与另一分子氨基酸的a-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

2、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）与自由竣基端（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a 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：a-螺旋：

3、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0.5 4 n m；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a-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。供折叠：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N H形成链间氢键；侧链基团分别交替位于片层的上、下方。快转角：多肽链1 8 0。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间排布。其维系键主要是非 共

4、 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竣基，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

5、氨酸吸收最强，最大吸收峰为280nmo4.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。第二章核酸的结构与功能一、核酸的化学组成：1.含氯碱：参与核酸和核甘酸构成的含氮碱主要分为喋吟碱和口密咤碱两大类。组成核甘酸的喀咤碱主要有三种尿 嗑 陡（U）、胞 喀 咤（C）和胸腺 喀 咤（T）,它们都是喀咤的衍生物。组成核甘酸的喋吟碱主要有两种腺 喋 吟（A）和鸟 喋 吟（G）,它们都是喋吟的衍

6、生物。2.戊糖：核甘酸中的戊糖主要有两种，即B-D-核糖与B-D-2-脱氧核糖，由此构成的核甘酸也分为核糖核甘酸与脱氧核糖核酸两大类。3.核甘：核昔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C P供羟基与喀嗟碱N1或喋吟碱N9进行缩合，故生成的化学键称为0,N糖昔键。其中由D-核糖生成者称为核糖核甘，而由脱氧核糖生成者则称为脱氧核糖核甘。由“稀有碱基”所生成的核首称为“稀有核昔”。假 尿 背 川）就是由D-核糖的C1，与尿喀碇的C5相连而生成的核昔。二、核甘酸的结构与命名：核甘酸是由核甘与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核甘酸和脱氧核糖核酸两大类。最常见

7、的核甘酸为5核甘酸（5,常被省略）。5、核甘酸又可按其在5,位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核甘（核甘酸）、二磷酸核甘和三磷酸核甘。止 匕 外，生物体内还存在一些特殊的环核甘酸，常见的为环一磷酸腺 首（cAMP）和环一磷酸鸟昔（cGMP）,它们通常是作为激素作用的第二信使。核甘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：核甘酸通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的多核普酸及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

8、具有自由羟基的末端称为3，-端。DNA由dAMP、dGMP、dCMP和 dTMP四种脱氧核糖核甘酸所组成。DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核甘酸的种类、数目、排列顺序及连接方式。RNA由AMP,GMP,CMP,UMP四种核糖核甘酸组成。RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核普酸的种类、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

9、=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

10、结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。（染色质的基本组成单位是核小体，DNA区段与八聚体（H2A、H2B、H3和H4各两分子）的组蛋白组成核小体的核心颗粒，核心颗粒间通过一个组蛋白H1的连接区DNA彼此相连。）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

11、.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HnRNAo大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的 5，-端的7-甲基 鸟甘三磷酸(m7GTP)帽子结构和3，-端的多聚腺甘酸(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甘酸组成一组,在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核甘酸三联体称为遗传密码(coden)o2.tRNA的结构与功能：tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNAo 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tRN

12、A的端和-端构成的局部双螺旋，35-端都带有-CCA-OH顺 序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。DHU臂：含有二氢尿喀咤核昔，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甘酸组成三联体，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)。TVC 臂：含保守的TyC顺序，可以识别核蛋白体上的rRN A,促使tRNA与核蛋白体结合。可变臂：位于JVC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R N A,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

13、。真核生物中的rRNA有四种：5S,5.8S,18S,28So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：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

14、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)oTm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。-|、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

15、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。凡能从多核甘酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶，凡能从多核甘酸链中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。能识别特定的核甘酸顺序，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（含维生素及酶的调节）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

16、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：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、竣基及一碳单位等，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）

17、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 VitB”VitB2,VitPP,VitB6,VitBl2,V itC,泛酸,生物素，叶酸等。1.TPP：即焦磷酸硫胺素，由硫胺素（V itB P焦磷酸化而生成，是脱竣酶的辅酶，在体内参与糖代谢过程中a-酮酸的氧化脱竣反应。2.FMN和FAD：即黄素单核甘酸（FMN）和黄素腺喋吟二核普酸（FAD）,是 核 黄 素（VitB2）的衍生物。FMN或FAD通常作为脱氢酶

18、的辅基，在酶促反应中作为递氢体（双递氢体）。3.NAD+和NADP+：即尼克酰胺腺喋吟二核甘酸（NAD+,辅酶I）和尼克酰胺腺喋吟二核甘酸磷酸（NADP+,辅酶H）,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.磷酸毗哆醛和磷酸毗哆胺：是Vit B6的衍生物。磷酸毗哆醛和磷酸毗哆胺可作为氨基转移酶，氨基酸脱竣酶，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）o CoA中的筑基可与竣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：是竣化酶的辅基，在体内参与C

19、O2的固定和竣化反应。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.VitB%衍生物：Vit B%分子中含金属元素钻，故又称为钻胺素。Vit B12在体内有多种活性形式，如旌脱氧腺普钻胺素、甲基钻胺素等。其中，5：脱氧腺背钻胺素参与构成变位酶的辅酶，甲基钻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

20、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

21、现象称为酶作用的特异性。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。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

22、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：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 5%时的反应速度。1.底物浓度对反应速度的影响：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

23、，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）。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：v=VmaxS/（Km+S）o 其中，Vmax为最大反应速度，Km为米氏常数。（3）Km和 Vmax的意义：当 v=Vmax/2时，Km=So因此，Km等于酶促反应速度达最大值一半时的底物浓度。当 k_1k+2时，Km=k/k+尸Ks。因

24、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。K m可用于判断反应级数：当S100Km时，v=V m ax,反应为零级反应，即反应速度与底物浓度无关；当0.01KmS HDL。2.载脂蛋白的功能：转运脂类物质；作为脂类代谢酶的调节剂：LCAT可 被 A poA l等激活，也可被 ApoAH所抑制。LpL(脂蛋白脂肪酶)可被ApoCH所激活，也可被 ApoCHI所抑制。ApoA II可激活H L 的活性。(3)作为脂蛋白受体的识别标记：ApoB可被细胞膜上的ApoB,E 受 体(LDL受体)所识别；ApoE可被细胞膜上的ApoB,E 受体和ApoE受

25、 体(LD L受体相关蛋白，L R P)所识别。ApoA I 参 与 HDL受体的识别。(4)参与脂质转运：CETP可促进胆固醇酯由HDL转移至VLDL和 LDL；PTP可促进磷脂由CM 和 VLDL转移至HDL。3.血浆脂蛋白的代谢和功能：乳糜微粒在小肠粘膜细胞组装，与外源性甘油三酯的转运有关；极低密度脂蛋白在肝脏组装，与内源性甘油三酯的转运有关；低密度脂蛋白由VLDL代谢产生，可将肝脏合成的胆固醇转运至肝外组织细胞；高密度脂蛋白来源广泛，与胆固醇的逆向转运有关。第六章生物氧化一、生物氧化的概念和特点：物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为生物氧化。与体外燃烧一样，生物氧化也是一个消耗

26、。2,生 成 CO2和 H 2O,并释放出大量能量的过程。但与体外燃烧不同的是，生物氧化过程是在37,近于中性的含水环境中，由酶催化进行的；反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。二、线粒体氧化呼吸链：在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上。主要的复合体有：1.复合体I(NADH-泛酉昆还原酶)：由一分子NADH还原酶(F M N),两分子铁硫蛋白(F e-S)和一分子C o Q 组成，其作用是将(N A D H+H+)传递给 C o Q。铁硫蛋白分子中

27、含有非血红素铁和对酸不稳定的硫。其分子中的铁离子与硫原子构成一种特殊的正四面体结构，称为铁硫中心或铁硫簇，铁硫蛋白是单电子传递体。泛 醍(C o Q)是存在于线粒体内膜上的一种脂溶性醍类化合物。分子中含对苯酿结构，可接受二个氢原子而转变成对苯二酚结构，是一种双递氢体。2 .复合体I I (琥珀酸-泛醍还原酶)：由一分子琥珀酸脱氢酶(F A D),两分子铁硫蛋白和两分子C y t b 5 6 o 组成，其作用是将F A D 出传递给C o Q o细胞色素类：这是一类以铁吓琳为辅基的蛋白质，为单电子传递体。细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。存在于线粒体内膜的细胞色素有 C y t a

28、a3,C y t b (b56 o b5 62，b5 6 6),C y t c,C y t c,；而存在于微粒体的细胞色素有C y t P 4 5 o 和 C y t b5 o3 .复合体n i (泛醍-细胞色素c 还原酶)：由两分子C y t b (分别为 C y t b s 6 2 和 C y t b 5 6 6)，一分子C y t c 1 和一分子铁硫蛋白组成，其作用是将电子由泛醍传递给C y t c。4 .复合体I V (细胞色素c氧化酶)：由一分子C y t a 和一分子C y t a 3 组成，含两个铜离子，可直接将电子传递给氧，故 C y t a a s 又称为细胞色素c 氧化酶

29、，其作用是将电子由C y t c 传递给氧。三、呼吸链成分的排列顺序:由上述递氢体或递电子体组成了 NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链两条呼吸链。1.NADH氧化呼吸链:其递氢体或递电子体的排列顺序为:NAD+t FMN(Fe-S)CoQ-b(Fe-S)-5-c-aa3-l/2O2。丙酮酸、a-酮戊二酸、异柠檬酸、苹果酸、。-羟丁酸、羟脂酰CoA和谷氨酸脱氢后经此呼吸链递氢。2.琥珀酸氧化呼吸链：其递氢体或递电子体的排列顺序为：FAD(Fe-S)-CoQb(Fe-S)一 g -c-aa3-l/2O2。琥珀酸、3-磷酸甘油(线粒体)和脂酰CoA脱氢后经此呼吸链递氢。四、生物体内能量生成的方式：

30、1.氧化磷酸化：在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成A TP,这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化。2.底物水平磷酸化：直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化。五、氧化磷酸化的偶联部位：每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数称为P/O比值。当底物脱氢以NAD+为受氢体时,P/O比值约为3；而当底物脱氢以FAD为受氢体时，P/O比值约为2。故NADH氧化呼吸链有三个生成ATP的偶联部位，而琥珀酸氧化呼吸链只有两个生成ATP的偶联部位。六、氧化磷酸化的偶联机制:目前公认的机制是1961年由Mitchel

31、l提出的化学渗透学说。这一学说认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，H+通过氢泵作用（氧化还原神）被排斥到线粒体内膜外侧（膜间腔）,从而形成跨膜pH梯度和跨膜电位差。这种形式的能量，可以被存在于线粒体内膜上的A TP合酶利用，生成高能磷酸基团，并与ADP结合而合成ATPo在电镜下，ATP合酶分为三个部分，即头部，柄部和基底部。但如用生化技术进行分离,则只能得到F0（基底部+部分柄部）和F1（头部+部分柄部）两部分。ATP合酶的中心存在质子通道，当质子通过这一通道进入线粒体基质时，其能量被头部的ATP合酶催化活性中心利用以合成ATPo七、氧化磷酸化的影响因素：1.ATP/ADP比值

32、：ATP/ADP比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，当ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。2.甲状腺激素：甲状腺激素可以激活细胞膜上的Na+,K+-ATP酶,使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。3.药物和毒物：呼吸链的抑制剂：能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为呼吸链的抑制剂。能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉 素A、鱼藤酮等；能够抑制第二位点的有抗霉素A和二疏基丙醇;能够抑制第三位点的有CO、H2s和CN，N,其中，CN和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+,而CO和H2S主

33、要抑制还原型Cytaa3-Fe2+O解偶联剂：不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP的磷酸化的试剂称为解偶联剂。其机理是增大了线粒体内膜对H+的通透 性，使H+的跨膜梯度消除，从而使氧化过程释放的能量不能 用 于ATP的合成反应。主要的解偶联剂有2,4-二硝基酚。氧化磷酸化的抑制剂：对电子传 递 和ADP磷酸化均有抑制作用的药物和毒物称为氧化磷酸化的抑制剂，如寡霉素。八、高能磷酸键的类型：生物化学中常将水解时释放的能量20kJ/mol的磷酸键称为高能磷酸键，主要有以下儿种类型：1.磷酸酎键：包括各种多磷酸核甘类化合物，如ADP,ATP等。2.混合酎键：由磷酸与竣酸脱

34、水后形成的酎键，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 呱 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(C PK)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 生NADHo这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产 生H2O和ATPo1.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a-磷酸甘油脱氢酶的催化下，将胞液中NADH的氢原子带

35、入线粒体中，交给FA D,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ADH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3分子ATPo第 七 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

36、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

37、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（He）、缀 氨 酸（Vai）。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：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：

38、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AT

39、P,GTP的抑制，受ADP,GDP的激活。2.转氨基作用：由转氨酶催化，将a-氨基酸的氨基转移到a-酮酸酮基的位置上，生成相应的a-氨基酸，而原 来 的a-氨基酸则转变为相应的a-酮酸。转氨酶以磷酸毗哆醛（胺）为辅酶。转氨基作用可以在各种氨基酸与a-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：丙氨酸氨基转移酶（AUT）,又称为谷丙转氨酶（GPT）。催化丙氨酸与a-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a-

40、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a-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.喋吟核甘酸循环（PNC）：这是存在于骨骼肌和心肌中的一种特殊的联合脱氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中，腺甘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，即构成喋吟核甘酸循环的脱氨基作用。四、a-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

41、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,L ys,经代谢后只能生成乙酰CoA或乙酰乙酰C oA,再转变为脂或酮体，故称为生酮氨基酸。而 Phe,Tyr,He,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 C oA,故称为生糖兼生酮氨基酸。3.氧化供能：进入三竣酸循环彻底氧化分解供能。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，

42、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

43、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 一氨基甲酰磷酸一呱氨酸一精氨酸代琥珀酸一精氨酸一尿素+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；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、氨基酸的脱竣基作用：由氨基酸脱竣酶催化，辅酶为磷酸毗哆醛，产物为CO2和胺。1.Y-氨基丁酸的生成：Y-氨 基 丁 酸（GABA）是一种重要的神经递质，由L-谷氨酸脱竣而产生。反 应 由L-谷氨酸脱竣酶催化，在脑及肾

44、中活性很高。2.5-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：组胺由组氨酸脱竣产生，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：精豚和精胺均属于多胺，它们与细胞生长繁殖的调节有关。合成的原料为鸟氨酸，关键酶是鸟氨酸脱竣酶。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-)、次甲基或甲快基(=CH-)、甲酰基(-CHO)、亚氨甲基(-CH=

45、NH)、羟甲基(-CH2O H)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-腺昔同型半胱氨酸，有时也可为VitB12。常见的一碳单位的四氢叶酸衍生物有：N Q甲酰四氢叶酸(Nl0-CHO FH4);N5-亚氨甲基四氢叶酸(N5-CH=NH FH4)；NMNQ亚甲基四氢叶酸(N5,N1 0-C H2-F H4)；NMNQ次甲基四氢叶酸(N5,N=C H-F H 4)；N5-甲基四氢叶酸(N-CH3FH4)。苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和色氨酸代谢降解后可生成N Q甲酰四氢叶酸，后者可用于喋吟C 2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,NQ次甲基四氢叶酸，

46、后者可用于喋吟C 8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，后者可用于胸腺嚏咤甲基的合成。八、S-腺昔蛋氨酸循环：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-腺普蛋氨酸(SAM)o SA M也是一种一碳单位衍生物，其载体可认为是S-腺普同型半胱氨酸，携带的一碳单位是甲基。从蛋氨酸形成的S-腺甘蛋氨酸,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-腺首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：苯丙氨酸一酪氨酸一多巴一多巴胺一去甲肾上腺素一肾上腺素

47、。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。第八章核昔酸代谢一、核甘酸类物质的生理功用：核甘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,GTP,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：如环核甘酸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中均含有核甘酸

48、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，用腺首携带蛋氨酸（SAM）等。二、喋吟核甘酸的合成代谢: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C O 2等，逐步合成喋吟核甘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。喋吟环中各原子分别来自下列前体物质：Asp N l；N10-CHOFH4-C2；Gin 一 N3 和 N9；CO2 一 C6；N5,N10=CH-FH4 一 C8；Gly-C 4、C5 和 N7。合成过程可分为三个阶段：次黄喋吟核甘酸的合成：在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下,消耗A T P

49、,由5：磷酸核糖合成PRPP（-焦磷酸5-磷酸核糖）。然后再经过大约10步反应，合成第一个喋吟核甘酸次黄甘酸（IMP）。腺甘酸及鸟背酸的合成：IMP在腺甘酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺甘酸代琥珀酸（AMP-S）,然后裂解产生AMP；IM P也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体,脱氢氧化为黄甘酸（XMP）,后者再在鸟背酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟甘酸（GMP）。三磷酸喋吟核甘的合成：AMP/GMP被进一步磷酸化，最后生成ATP/GTP,作为合成RN A的原料。ADP/GDP则可在核糖核甘酸还 原 酶 的 催 化 下，脱 氧 生 成dADP/dGDP,然后

50、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喋吟碱合成喋吟核甘酸的过程。这一途径可在大多数组织细胞中进行。其反应为：A+PRPP AMP；G/I+PRPP GMP/IMPo3.抗代谢药物对喋吟核甘酸合成的抑制：能够抑制喋吟核甘酸合成的一些抗代谢药物，通常是属于喋吟、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，来干扰或抑制喋吟核甘酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗作用。在临床上应用较多的喋吟核甘酸类似物主要是6-筑基喋吟（6-MP）06-MP的化学结构与次黄口票吟类似,因而可以抑制IMP转变为AMP或G M P,从而干扰