《生物化学》课件

《生物化学》欢迎学习《生物化学》课程！生物化学是研究生命科学的重要基础学科，它探索生命活动的分子基础，揭示生物大分子的结构与功能，以及它们在生命过程中的转化与调控课程概述学科定位生物化学是研究生命活动分子基础的学科，是现代生命科学的核心领域，连接化学与生物学的桥梁研究内容探索生物分子的结构、性质与功能，包括蛋白质、核酸、糖类和脂类等各类生物大分子研究规律阐明生物分子在生命活动中的变化规律，揭示代谢途径及其调控机制研究方法第一章绪论生物化学的定义生命的化学，研究生命的分子本质1研究内容生物分子的组成、结构与功能研究方法与技术发展史从经典生化到现代组学技术学科关系与医学、药学、分子生物学等密切相关生物化学作为探索生命本质的科学，为我们理解生命现象提供了分子水平的视角它不仅是独立的学科，还是其他生命科学及医学领域的基础，支撑着现代生物技术的发展通过分子结构与功能研究，生物化学揭示了生命活动的化学本质生物化学的研究内容分子组成与结构理化性质与生物功能研究蛋白质、核酸、糖类和脂类等生物探索生物分子的物理化学特性及其与生1大分子的化学组成及三维结构物功能的关系生命活动中的变化生命现象的分子基础研究生物分子在代谢过程中的合成、降阐明各种生理病理现象背后的分子机制解及其调控规律生物化学通过多层次的研究，从微观到宏观揭示生命的奥秘研究不仅关注单个分子的性质，还探究分子间相互作用及其在细胞、组织乃至整个生物体中的功能网络，为疾病诊断和治疗提供理论依据生物化学的发展历史早期探索阶段世纪初19维勒首次合成尿素，打破了有机物只能来源于生物体的观点，为生物化学奠定了基础酶学研究时期世纪末世纪初19-20布赫纳发现无细胞发酵，证实酶的存在；米歇尔发现核酸，开启了对遗传物质的探索3分子生物学时代世纪中期20沃森和克里克发现DNA双螺旋结构；中心法则的提出；蛋白质结构与功能研究深入组学时代世纪末至今20人类基因组计划完成；蛋白质组学、代谢组学等技术兴起；基因编辑技术革命生物化学的发展历程反映了人类对生命本质认识的不断深入从早期的有机物合成，到酶学研究揭示生化反应本质，再到DNA结构的发现开启分子生物学时代，每一步都推动了生命科学的革命性进展，最终形成了当今多组学整合的研究范式第二章蛋白质化学

（一）蛋白质的基本概念氨基酸的分类与结构肽键与多肽链蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的氨基酸是蛋白质的基本单元，含有氨基氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键，进生物大分子，是生命活动的主要执行和羧基两个功能团根据侧链基团的性而构成多肽链肽键具有平面性和部分者蛋白质在生物体内承担结构支持、质，可将氨基酸分为非极性、极性非带双键特性，这种特殊结构为蛋白质的折催化反应、信号传导、免疫防御等多种电、酸性和碱性四大类每种氨基酸都叠提供了基础多肽链的氨基酸序列决关键功能有其独特的化学特性和生物学功能定了蛋白质的最终结构和功能蛋白质化学

（二）一级结构氨基酸在多肽链中的排列顺序二级结构多肽链局部的规则折叠形式三级结构整个多肽链在三维空间的折叠构象四级结构多个多肽链之间的相互组合蛋白质结构是一个层次递进的体系一级结构是由基因决定的氨基酸序列；二级结构主要包括α-螺旋和β-折叠两种主要形式，由氢键稳定；三级结构是在二级结构基础上，通过疏水作用、离子键、氢键和二硫键等多种作用力形成的紧密折叠构象；四级结构则是由多个蛋白质亚基通过非共价键作用组装形成的功能性复合体蛋白质功能与结构关系结构决定功能功能蛋白质举例蛋白质的三维空间结构直接决定酶催化特定生化反应，活性中其生物学功能精确的结构使酶心的结构精确匹配底物；运输蛋能够特异性识别底物，使抗体能白血红蛋白中亚铁血红素的空够结合抗原，使离子通道能够选间位置专为结合氧分子设计；免择性地运输特定离子结构的微疫球蛋白可变区形成特定三维小变化都可能导致功能的显著改结构，精确识别抗原分子变变性与疾病关系蛋白质结构变性会导致功能丧失许多疾病与蛋白质错误折叠有关，如阿尔茨海默病中β-淀粉样蛋白的异常聚集，朊病毒疾病中朊蛋白的构象改变，以及多种遗传性疾病中的蛋白质结构缺陷蛋白质研究方法蛋白质纯化•细胞裂解与粗提取•盐析分级沉淀•离子交换色谱•凝胶过滤色谱•亲和色谱结构分析•一级结构质谱法、Edman降解法•二级结构圆二色谱、红外光谱•三级结构X射线晶体学、核磁共振•四级结构超离心、交联技术功能研究•酶活性测定•结合动力学分析•蛋白质相互作用研究•细胞内定位与示踪蛋白质研究需要综合运用多种技术手段从分离纯化到结构解析，再到功能研究，每一步都需要特定的方法和技术近年来，冷冻电镜技术的发展为解析复杂蛋白质结构提供了新工具，而蛋白质组学方法则使我们能够系统性地研究细胞中的全部蛋白质第三章核酸化学

（一）核酸的发现与概念1869年，米歇尔从细胞核中分离出含磷酸的物质，命名为核素，后称核酸核酸是携带遗传信息的生物大分子，分为DNA和RNA两大类，是生命遗传物质的化学基础核苷酸结构组成核苷酸是核酸的基本单位，由磷酸、五碳糖和含氮碱基组成DNA含有腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和胸腺嘧啶T，而RNA中T被尿嘧啶U替代核酸的物理化学性质核酸具有独特的理化特性，包括紫外吸收、酸碱性、热变性和复性等这些性质是核酸研究和应用的基础，也是理解其生物功能的关键核酸化学

（二）双螺旋结构的多样结构DNA RNA沃森和克里克于1953年提出DNA双螺旋模型，揭示了DNA分子RNA通常为单链结构，但可通过分子内碱基配对形成复杂的三的基本结构特征DNA由两条多核苷酸链按碱基互补配对原则维构象RNA种类多样，包括信使RNAmRNA、转运（A-T，G-C）通过氢键连接，形成右手螺旋双螺旋外侧是磷RNAtRNA、核糖体RNArRNA及多种非编码RNA酸-脱氧核糖骨架，内侧是成对的碱基•mRNA携带蛋白质编码信息•每个螺旋周期含10个碱基对•tRNA呈三叶草结构，负责运送氨基酸•螺旋直径约2nm，每个周期上升

3.4nm•rRNA与蛋白质结合形成核糖体•两条链方向相反（5→3与3→5）•非编码RNA调控基因表达核酸的生物学功能遗传信息储存遗传信息转录DNA以碱基序列形式储存遗传信息，基1DNA信息转录为RNA，主要是形成因组包含生物体发育和功能所需的全部mRNA，携带蛋白质编码信息信息基因表达调控蛋白质翻译合成非编码RNA参与调控基因表达，包括mRNA信息被核糖体解读，指导蛋白质microRNA、长链非编码RNA等的氨基酸序列合成核酸的核心功能是遵循中心法则（DNA→RNA→蛋白质）实现遗传信息的传递DNA作为遗传信息的携带者，通过复制将信息传递给子代；通过转录将信息传递给RNA；RNA又通过翻译将信息表达为蛋白质此外，越来越多的研究表明，非编码RNA具有多种调控功能，参与基因表达的精细调控网络第四章糖类的结构与功能

（一）糖类的基本概念单糖的结构与构型糖类是多羟基醛或酮，是生物单糖是最简单的糖类，不能被体内最丰富的有机物之一根水解为更简单的糖根据碳原据结构复杂性可分为单糖、寡子数可分为三碳糖、五碳糖、糖和多糖，它们在能量供应、六碳糖等；根据含醛基或酮基结构支持和细胞识别等方面发又可分为醛糖和酮糖单糖分挥重要作用子中的手性碳使其具有D型和L型构型常见单糖及其变化葡萄糖、果糖、半乳糖是最常见的单糖单糖在水溶液中存在环状结构，并可形成α和β两种异构体此外，单糖可进行氧化、还原、酯化等反应，形成多种衍生物，如糖醛酸、氨基糖和磷酸糖等糖类的结构与功能

（二）储能多糖淀粉和糖原是重要的储能多糖淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，是植物的储能物质；糖原结构与支链淀粉相似但分支更多，是动物体内的储能形式这些多糖能够在需要时被分解，为生物体提供能量结构多糖纤维素是地球上最丰富的有机物，由β-D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成，形成直链结构，多条链间通过氢键形成微纤维，是植物细胞壁的主要成分几丁质是节肢动物外骨骼的主要成分，结构与纤维素相似复合糖类糖蛋白和糖脂是细胞膜上的重要组分，糖链位于细胞外表面，参与细胞识别、免疫应答等过程蛋白质或脂质上连接的糖链结构多样，信息容量大，是分子识别的重要基础第五章脂类和生物膜

（一）脂类分类化学结构生物学功能简单脂质脂肪酸与醇形成的酯能量储存，隔热，机械保护复合脂质含有其他基团的脂酯细胞膜的主要成分，信号传导固醇类四环结构的甾体化合物膜流动性调节，激素合成前体脂溶性维生素维生素A、D、E、K生理调节，抗氧化，凝血脂类是一类不溶于水但溶于有机溶剂的生物分子，化学性质多样但都具有疏水性脂肪酸是脂类的基本组成单位，由碳氢链和一个羧基组成，可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸甘油脂（甘油三酯）是由甘油和三个脂肪酸分子形成的酯，是生物体内最主要的能量储存形式磷脂是生物膜的主要成分，由甘油、两个脂肪酸、一个磷酸和一个醇基组成，具有亲水头部和疏水尾部的两亲性结构，这种结构使其能在水环境中自发形成双分子层，是生物膜形成的分子基础脂类和生物膜

（二）生物膜的分子组成流动镶嵌模型膜蛋白与膜功能生物膜主要由脂质双分子层和嵌入其中1972年，辛格和尼科尔森提出了生物膜膜蛋白根据与膜的结合方式可分为外周的蛋白质组成磷脂是膜的基本骨架，的流动镶嵌模型，认为膜是一个二维流蛋白和整合蛋白膜蛋白执行物质转胆固醇调节膜的流动性，糖脂主要分布动的脂质双分子层，其中嵌有各种蛋白运、信号传导、酶催化、细胞黏附等多在膜的外层，参与细胞识别膜蛋白的质脂质和蛋白质分子可以在膜平面内种功能例如，离子通道控制特定离子含量可达总膜质量的50%以上，负责膜自由扩散，但很少能从一侧翻转到另一的跨膜运输，受体蛋白接收外界信号并的大部分功能活动侧这种流动性是膜功能的关键转导至细胞内部，转运蛋白实现特定物质的选择性转运第六章酶化学

（一）酶的概念与命名酶的催化特点酶是具有催化功能的生物大分子，酶催化具有高效率、高特异性和温主要为蛋白质，少数为RNA（核和条件下进行的特点催化效率可酶）酶能够显著加速生化反应，提高10^6-10^12倍；特异性包括对但自身不改变反应的平衡点国际底物、立体构型和反应类型的特异酶学委员会根据所催化的反应类型性；酶在生理pH和温度下即可高效将酶分为六大类氧化还原酶、转工作，这些特性是传统化学催化剂移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和所不具备的连接酶酶的活性中心活性中心是酶分子上直接参与催化作用的特定区域，通常是一个三维口袋或裂缝，由分散在一级结构中但在三维空间上集中的氨基酸残基组成活性中心包括底物结合位点和催化位点，前者负责特异性识别和结合底物，后者直接参与化学键的断裂与形成酶化学

（二）酶化学

（三）辅酶与辅基是许多酶催化活性所必需的非蛋白质组分辅酶是与酶蛋白松散结合的有机小分子，可在反应过程中从一个酶转移到另一个酶；辅基则是与酶蛋白紧密结合的无机或有机基团多数辅酶源自维生素，在反应中充当电子、官能团或化学基团的载体NAD+/NADH是重要的氧化还原辅酶，在脱氢反应中接受氢原子；FAD/FADH2参与生物氧化还原反应；辅酶A在脂肪酸代谢和三羧酸循环中携带酰基多酶复合体是由多个酶分子组装形成的超分子结构，能够协同催化一系列连续反应，提高代谢效率并减少中间产物的扩散损失，如丙酮酸脱氢酶复合体酶工程技术已广泛应用于医药、食品、纺织等行业第七章代谢总论与生物氧化

（一）代谢概念生物体内物质和能量转换的全部化学反应代谢类型分为合成代谢同化作用和分解代谢异化作用代谢途径由一系列连续的酶促反应组成的反应序列生物能量ATP作为能量货币连接能量释放和利用过程代谢是维持生命的基本过程，包括分解代谢（分解复杂物质释放能量）和合成代谢（利用能量合成生物分子）两大类代谢途径是由一系列酶催化的连续反应组成的，形成复杂的网络结构研究代谢途径的方法包括同位素示踪、中间体积累分析、酶学研究和代谢组学等ATP是生物体内最重要的高能化合物，含有两个高能磷酸键，水解时释放大量能量ATP→ADP+Pi释放约

30.5kJ/mol能量，ATP→AMP+PPi释放约

45.6kJ/mol能量ATP在生物体内作为能量货币，连接能量产生和利用过程其高能本质在于磷酸基团之间的静电排斥和共振稳定性减少等因素代谢总论与生物氧化

（二）复合物INADH脱氢酶复合物，催化NADH氧化并将电子传递给辅酶Q复合物II琥珀酸脱氢酶复合物，催化琥珀酸氧化并将电子传递给辅酶Q复合物III细胞色素bc1复合物，将电子从辅酶Q传递给细胞色素c复合物IV细胞色素c氧化酶复合物，催化O2接受电子生成H2O复合物VATP合成酶，利用质子动力势催化ADP磷酸化生成ATP生物氧化是生物体内的氧化还原反应，为生命活动提供能量电子传递链（呼吸链）是线粒体内膜上的一系列氧化还原酶系统，按照递增的氧化还原电位排列，能够将NADH和FADH2中的电子逐步传递给最终电子受体O2，同时将释放的能量耦联到ATP的合成氧化磷酸化是通过电子传递过程中释放的能量驱动ATP合成的过程米切尔的化学渗透学说认为，电子传递过程中，复合物I、III和IV将质子从线粒体基质泵入膜间隔，形成质子浓度梯度和膜电位，产生质子动力势ATP合成酶利用质子回流释放的能量催化ATP合成P/O比表示每对电子通过呼吸链可合成的ATP数量，NADH为

2.5，FADH2为

1.5代谢总论与生物氧化

（三）活性氧与氧化应激抗氧化系统活性氧（ROS）包括超氧阴离子O2•-、过氧化氢H2O2和羟生物体进化出复杂的抗氧化防御系统，包括酶促抗氧化系统和非自由基OH•等，主要产生于线粒体电子传递链和某些酶促反酶促抗氧化系统酶促系统包括超氧化物歧化酶SOD、过氧化应正常情况下，细胞内ROS的产生和清除处于动态平衡；当氢酶CAT和谷胱甘肽过氧化物酶GPx等，能够催化ROS转化ROS产生过多或清除系统受损，引起的细胞损伤称为氧化应激为无毒产物非酶促系统包括谷胱甘肽、维生素C、维生素E等小分子抗氧化剂•损伤DNA，导致突变和基因组不稳定•SOD催化O2•-转化为H2O2•氧化蛋白质，改变其结构和功能•CAT将H2O2分解为H2O和O2•引起脂质过氧化，破坏细胞膜完整性•GPx利用谷胱甘肽将H2O2还原为H2O第八章糖代谢

（一）第一阶段能量投入糖酵解起始于葡萄糖的活化，经两次磷酸化反应，消耗2个ATP分子，形成果糖-1,6-二磷酸这一阶段包含三个反应步骤葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸→果糖-6-磷酸→果糖-1,6-二磷酸其中，磷酸果糖激酶是第一个关键限速酶第二阶段裂解果糖-1,6-二磷酸在醛缩酶的催化下，裂解为两个三碳糖甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸在异构酶作用下转化为甘油醛-3-磷酸，使一分子葡萄糖最终生成两分子甘油醛-3-磷酸第三阶段能量收获两分子甘油醛-3-磷酸经过一系列反应，最终生成两分子丙酮酸，同时产生4个ATP和2个NADH关键反应包括甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化的氧化磷酸化反应和丙酮酸激酶催化的底物水平磷酸化反应最终能量收获为2个ATP（4个产生减去2个消耗）糖代谢

（二）血糖升高血糖降低激活糖异生途径，抑制糖酵解，促进糖原合成激活糖酵解途径，抑制糖异生，促进糖原分解激素调节关键酶调节胰岛素促进糖酵解，抑制糖异生；胰高血糖素作用通过磷酸化、别构效应等机制调控关键酶活性相反糖异生是指从非糖前体（如丙酮酸、乳酸、甘油和氨基酸）合成葡萄糖的过程，主要发生在肝脏和肾脏糖异生与糖酵解并非完全相反的过程，糖酵解中三个不可逆反应（己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应）在糖异生中被其他酶催化的反应替代丙酮酸羧化酶、果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖-6-磷酸酶戊糖磷酸途径是葡萄糖代谢的另一重要途径，包括氧化阶段和非氧化阶段氧化阶段生成NADPH和核糖-5-磷酸，NADPH为还原性生物合成提供电子，核糖-5-磷酸是核苷酸合成的原料非氧化阶段可将五碳糖转化为糖酵解中间产物糖原合成与分解受到精细调控，关键酶糖原合成酶和糖原磷酸化酶通过磷酸化/去磷酸化相互协调，确保能量需求与供给的平衡糖代谢

（三）8反应步骤三羧酸循环包含8个反应步骤，每转一圈消耗一分子乙酰CoA3产生NADH每循环一次产生3分子NADH，提供大量电子给呼吸链1产生FADH2每循环一次产生1分子FADH2，参与电子传递与能量转换12产量ATP一分子葡萄糖完全氧化可净产生约30-32分子ATP三羧酸循环（TCA循环，又称柠檬酸循环或克雷布斯循环）是有氧条件下细胞内主要的能量产生途径，在线粒体基质中进行循环起始于乙酰CoA与草酰乙酸结合形成柠檬酸，经过一系列反应，最终重新生成草酰乙酸，完成一个循环每循环一次产生3个NADH、1个FADH

2、1个GTP（相当于ATP）和2个CO2循环中有三个关键限速酶柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢复合体，它们受底物浓度、产物浓度和能量状态的调节三羧酸循环不仅是能量代谢的中心，也是多种代谢途径的交汇点与糖代谢、脂肪酸代谢和氨基酸代谢相连接，为合成代谢提供中间产物，是代谢网络的枢纽第九章脂类代谢

（一）脂肪动员三酰甘油脂肪酶水解三酰甘油，释放脂肪酸和甘油•受激素调控肾上腺素、胰高血糖素促进，胰岛素抑制•空腹、运动等能量需求增加时激活脂肪酸活化脂肪酸与CoA结合形成脂酰CoA，消耗ATP•由脂酰CoA合成酶催化•为后续β-氧化做准备氧化过程β-脂酰CoA碳链逐步缩短，每次释放一个乙酰CoA•包括脱氢、水合、再脱氢和硫解四步反应•每循环产生1个NADH、1个FADH2和1个乙酰CoA能量生成乙酰CoA进入三羧酸循环进一步氧化•一分子棕榈酰CoAC16完全氧化可产生108个ATP•脂肪是能量密度最高的储能物质脂类代谢

（二）特征比较脂肪酸合成脂肪酸β-氧化发生部位细胞质线粒体基质起始物质乙酰CoA脂酰CoA辅助因子NADPH NAD+,FAD载体酰基载体蛋白ACP辅酶ACoA酶系统脂肪酸合成酶复合体独立的多种酶中间产物酰基-ACP,丙二酰-ACP脂酰-CoA,烯酰-CoA方向从羧基向甲基方向延长从甲基向羧基方向降解脂肪酸的生物合成主要在细胞质中进行，是β-氧化的反向过程，但两者在发生部位、参与酶系和辅酶等方面存在显著差异脂肪酸合成以乙酰CoA和丙二酰CoA为原料，由脂肪酸合成酶复合体催化，NADPH提供还原力，每次延长两个碳原子，最终合成棕榈酸C16不饱和脂肪酸合成需要专门的去饱和酶，在脂肪酸中引入双键；长链脂肪酸的形成需要延长酶系统，将棕榈酸进一步延长三酰甘油合成需要甘油-3-磷酸和脂酰CoA，经过磷脂酸中间体完成；磷脂合成则可通过CDP-胆碱途径（Kennedy途径）或磷脂酰丝氨酸去羧化途径等多种途径实现脂类代谢

（三）合成起始乙酰CoA缩合形成HMG-CoA限速步骤HMG-CoA还原为甲羟戊酸中间产物鲨烯环化形成多环结构最终产物胆固醇及其衍生物胆固醇是细胞膜的重要组分，也是类固醇激素、维生素D和胆汁酸的前体胆固醇合成是一个复杂的过程，需要多种酶的参与，主要在肝脏进行合成的关键限速酶是HMG-CoA还原酶，它受多种因素调节胆固醇高时抑制酶的活性，胰岛素促进酶的活性而胰高血糖素抑制他汀类药物通过抑制这一酶的活性来降低血胆固醇水平类固醇激素是由胆固醇衍生的重要调节分子，包括肾上腺皮质激素、性激素等它们的合成始于胆固醇侧链的切除和环结构的修饰磷脂代谢对膜更新和细胞信号传导至关重要，磷脂酶A

2、C和D参与磷脂的降解和信号分子的生成脂蛋白是脂质在血液中运输的载体，包括乳糜微粒、极低密度脂蛋白VLDL、低密度脂蛋白LDL和高密度脂蛋白HDL，它们在脂质运输、细胞间转移和胆固醇逆转运中发挥重要作用第十章氨基酸代谢

（一）线粒体反应氨的产生1NH3与CO2和ATP结合形成氨基甲酰磷酸，继而形成氨基酸脱氨基作用释放氨基，转氨基作用转移氨基2瓜氨酸精氨酸水解4细胞质反应3精氨酸被水解为尿素和鸟氨酸，完成一个循环瓜氨酸与天冬氨酸反应，经精氨基琥珀酸形成精氨酸蛋白质在消化酶作用下被水解为氨基酸，通过肠细胞特异性转运系统吸收在细胞内，氨基酸发生转氨基作用和脱氨基作用，产生的氨具有神经毒性，必须迅速清除转氨基作用是指氨基从一种氨基酸转移到另一种α-酮酸的过程，由转氨酶催化，转移氨基但不释放氨；而脱氨基作用则直接释放氨，主要由谷氨酸脱氢酶催化尿素循环是高等动物体内处理氨的主要途径，主要在肝脏进行该循环首先在线粒体中将NH

3、CO2和ATP通过氨甲酰磷酸合成酶反应形成氨甲酰磷酸，进而与鸟氨酸反应生成瓜氨酸；瓜氨酸在细胞质中经一系列反应最终形成精氨酸；精氨酸被精氨酸酶水解为尿素和鸟氨酸，释放的尿素通过血液运输到肾脏排出体外，而鸟氨酸进入下一轮循环一碳单位的代谢主要依赖于叶酸衍生物和S-腺苷甲硫氨酸，参与核苷酸、某些氨基酸的生物合成和甲基化反应等重要过程氨基酸代谢

（二）氨基酸分解代谢的共同途径包括脱氨基作用、转氨基作用和碳骨架的进一步氧化根据碳骨架的最终去向，氨基酸可分为糖源氨基酸（分解产物可转化为葡萄糖前体）、酮源氨基酸（分解产物可生成乙酰CoA或酮体）和糖酮两源氨基酸大多数氨基酸为糖源氨基酸，包括丙氨酸、谷氨酸等；纯酮源氨基酸仅有亮氨酸和赖氨酸；而苯丙氨酸、酪氨酸等既可产生葡萄糖前体又可产生酮体某些氨基酸具有特殊的代谢途径和功能，如芳香族氨基酸苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸分解产生多种生物活性物质，包括儿茶酚胺、甲状腺激素、5-羟色胺等；含硫氨基酸蛋氨酸、半胱氨酸参与甲基化反应和抗氧化防御；分支链氨基酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸是肌肉能量来源氨基酸代谢紊乱可导致多种疾病，如苯丙酮尿症PAH缺陷、枫糖尿症分支链α-酮酸脱氢酶缺陷、高胱氨酸尿症和白化病等，多通过新生儿筛查早期发现并通过饮食控制和药物治疗第十一章核苷酸代谢嘌呤核苷酸代谢嘧啶核苷酸代谢嘌呤核苷酸的从头合成以磷酸核糖焦磷酸PRPP为起始物质，逐步构建嘧啶核苷酸合成始于天冬氨酸和氨甲酰磷酸的缩合，形成氨甲酰天冬氨嘌呤环首先，PRPP与谷氨酰胺反应形成磷酸核糖胺；随后通过一系酸，然后环化形成二氢乳清酸，经过一系列反应最终形成尿苷酸UMP；列酶促反应，逐步添加碳原子和氮原子，构建完整的嘌呤环结构，最终UMP可进一步磷酸化为UDP和UTP；UTP可在CTP合成酶作用下转化为形成肌苷酸IMP；IMP可进一步转化为腺苷酸AMP和鸟苷酸GMP CTP•合成受反馈抑制调节•环结构先形成后连接核糖•挽救途径重利用嘌呤碱基•合成主要在细胞质中进行•分解最终产物为尿酸•分解产物为β-氨基酸和CO2脱氧核苷酸的生成是由核糖核苷酸在核苷酸还原酶作用下，将核糖上的2-羟基被还原去除而形成该酶的活性受到严格调控，确保DNA合成所需的脱氧核苷酸供应平衡胸苷酸dTMP的合成则需要甲基化反应，由dUMP在胸苷酸合成酶作用下，接受一个甲基形成dTMP，甲基来源于N5,N10-亚甲基四氢叶酸核苷酸代谢的调节机制复杂精细，包括反馈抑制、同工酶调控和多点控制等例如，嘌呤合成的第一步受AMP和GMP的反馈抑制；嘧啶合成的第一步受UTP和CTP的反馈抑制核苷酸代谢紊乱可导致多种疾病，如Lesch-Nyhan综合征（HGPRT缺陷导致尿酸过多）、痛风（尿酸代谢异常）、免疫缺陷病（腺苷脱氨酶缺陷）等某些抗肿瘤药物和抗病毒药物正是通过干扰核苷酸代谢发挥作用第十二章核酸的生物合成

（一）5→3合成方向DNA聚合酶只能沿5→3方向合成1引发子需要RNA引物提供3-OH基团2链DNA领先链连续合成，滞后链片段合成20nm/s复制速率原核生物DNA复制叉移动速度DNA复制是遗传信息传递的基础，遵循半保留复制模式，保证了遗传信息的准确传递复制过程始于起始蛋白识别并结合特定的DNA序列（复制起点），解旋酶解开双螺旋，单链结合蛋白稳定单链DNA，DNA聚合酶沿模板链5→3方向合成新链由于DNA聚合酶只能在5→3方向合成，且需要3-OH引发，所以复制叉两侧合成模式不同领先链可连续合成，而滞后链需要分段合成（冈崎片段），后者需要RNA酶H去除RNA引物，DNA聚合酶I填补空隙，DNA连接酶连接片段真核生物DNA复制的特点包括复制起点多、复制叉移动速度慢（约10倍慢于原核生物）、需要多种DNA聚合酶（α、δ、ε等）、复制与组蛋白组装协调进行、有精细的复制时序（不同区域复制的先后顺序）真核生物的线粒体和叶绿体等具有自己的DNA，复制方式独特，与其原核生物祖先相似DNA聚合酶除了聚合活性外，还具有3→5外切酶活性（校对功能），通过即时纠错确保复制精确度，错误率低至10^-9核酸的生物合成

（二）转录起始转录延伸转录终止RNA聚合酶在启动子区域RNA聚合酶沿模板链移转录到终止信号时，RNA结合DNA，在转录因子辅动，按照碱基互补配对原聚合酶停止合成，RNA释助下形成转录起始复合则A-U，G-C合成RNA放原核生物终止依赖物，解开双螺旋，开始合链延伸过程中，DNA双Rho蛋白或发夹结构；真成RNA真核生物转录起螺旋在聚合酶前方解开，核生物终止涉及多种蛋白始复杂，需要多种通用转在后方重新结合，形成转因子和聚腺苷酸化信号序录因子TFⅡ系列协助录泡合成方向为5→3，列识别RNA聚合酶Ⅱ识别启动不需要引物子加工RNA真核生物初级转录产物需经过一系列加工5端加帽、3端多聚腺苷酸化、内含子剪切等这些修饰对RNA的稳定性、转运和翻译效率至关重要第十三章蛋白质的生物合成

（一）遗传密码特点结构与功能氨酰化反应tRNA遗传密码是DNA/RNA中碱基序列与蛋白质中tRNA是蛋白质合成中的关键适配分子，将氨氨酰化反应（又称tRNA的氨基酸活化）由氨氨基酸序列之间的对应关系它具有以下特点基酸与对应密码子联系起来其特点包括呈酰tRNA合成酶催化，将特定氨基酸连接到相三联体密码子（三个核苷酸对应一个氨基酸）；三叶草二级结构和L型三级结构；一端连接应tRNA上该反应分两步进行首先氨基酸密码子数量多于氨基酸（64个密码子对应20种特定氨基酸，另一端含有反密码子；分子内含与ATP反应形成氨酰-AMP复合物；随后氨酰基氨基酸）；大多数氨基酸由多个密码子编码多种修饰核苷酸；每种tRNA专一识别一种或转移给tRNA的3末端腺苷酸，形成氨酰-tRNA（密码子简并性）；密码子与反密码子按A-几种相关氨基酸；与核糖体、mRNA和蛋白质反应具有高度特异性，确保密码子与氨基酸对U/T和G-C配对；AUG既编码甲硫氨酸又作为因子相互作用，参与蛋白质合成过程应关系的准确性起始信号；UAA、UAG和UGA作为终止信号；密码子无重叠和间隔；具有普遍性但有少数例外蛋白质的生物合成

（二）翻译起始•小核糖体亚基结合mRNA和起始tRNA•大亚基加入形成完整核糖体•起始tRNA位于P位点，A位点准备接收下一个tRNA肽链延伸•氨酰-tRNA进入A位点，反密码子与密码子配对•肽基转移酶催化P位点肽链转移到A位点氨基酸•核糖体向3端移动一个密码子（移位）•A位点tRNA移至P位点，E位点tRNA释放翻译终止•终止密码子进入A位点•释放因子识别终止密码子•水解P位点肽酰-tRNA键，释放多肽链•核糖体解离为大小亚基蛋白质合成后需要经过一系列修饰才能获得正确的结构和功能翻译后修饰包括N末端甲硫氨酸的切除；特定氨基酸的修饰（如羟基化、甲基化、磷酸化等）；蛋白质的剪切加工，如胰岛素原转化为活性胰岛素；二硫键的形成，稳定蛋白质三维结构蛋白质折叠是在分子伴侣（如热休克蛋白）辅助下进行的，确保新合成的多肽链获得正确的空间构象蛋白质的分选和转运确保蛋白质被送达正确的细胞区室分选信号包括信号肽指导蛋白质进入内质网；线粒体靶向序列引导蛋白质进入线粒体；核定位信号引导蛋白质进入细胞核翻译过程受到多种因素调控，包括起始因子的磷酸化状态、mRNA的5帽结构和3多聚A尾巴、非编码RNA的调控等，这些机制确保蛋白质合成的速率和精确性，并能根据细胞需求进行调整第十四章物质代谢的相互联系和调节控制

（一）糖代谢脂质代谢糖酵解、糖异生、三羧酸循环、戊糖磷酸途径、糖脂肪酸β-氧化、脂肪酸合成、甘油脂代谢、胆固醇12原合成与分解代谢氨基酸代谢代谢联系3转氨基作用、脱氨基作用、尿素循环、氨基酸分解共同中间产物、能量货币、还原力、前体分子共享与合成三大营养物质代谢通过多种途径相互联系乙酰CoA是连接糖、脂肪和某些氨基酸代谢的关键中间产物，既可由丙酮酸氧化产生，又是脂肪酸合成与β-氧化的关键物质三羧酸循环是多种代谢途径的汇合点，其中间产物可作为合成多种生物分子的前体糖异生可利用脂肪和蛋白质分解产物合成葡萄糖，而NADPH是连接多种代谢途径的重要还原力载体不同器官具有特化的代谢特点肝脏是代谢的中心器官，参与几乎所有代谢过程，尤其是糖异生、脂肪酸合成、胆固醇代谢和氨解毒；肌肉主要进行糖原分解、糖酵解和蛋白质合成；脂肪组织专门负责三酰甘油的合成和储存；脑组织主要依赖葡萄糖供能，但在长期禁食时可利用酮体代谢的能量平衡是健康的关键，摄入能量与消耗能量的平衡决定体重的稳定，而代谢率受多种因素影响，包括基础代谢率、食物热效应和体力活动等物质代谢的相互联系和调节控制

（二）饥饿状态代谢调节进食状态代谢调节饥饿状态下，血糖水平降低，胰高血糖素和肾上腺素分泌增加，皮质醇进食后，血糖升高，刺激胰岛素分泌增加，而胰高血糖素分泌减少胰分泌增加，而胰岛素分泌减少短期饥饿（数小时）主要依靠肝糖原分岛素促进组织摄取葡萄糖，激活糖原合成，抑制糖原分解和糖异生同解维持血糖；中期饥饿（数天）激活糖异生途径，利用氨基酸、甘油等时，胰岛素促进脂肪酸和甘油三酯合成，抑制脂肪分解在蛋白质代谢非糖前体合成葡萄糖；长期饥饿（数周）导致酮体产生增加，为脑提供方面，胰岛素促进氨基酸摄取和蛋白质合成，抑制蛋白质分解替代燃料，同时蛋白质分解减少，以保护肌肉组织•促进糖原分解和糖异生•促进葡萄糖摄取和利用•增强脂肪动员和β-氧化•促进糖原、脂肪和蛋白质合成•减少蛋白质合成，增加蛋白质分解•抑制糖异生和脂肪分解•产生酮体作为能量替代物•促进能量储存激素是代谢调控的关键因素，通过结合特定受体激活细胞内信号通路，进而调控代谢酶的活性胰岛素是唯一的降糖激素，促进能量储存；胰高血糖素与胰岛素作用相反，促进能量动员；肾上腺素在应激状态下快速动员能量；皮质类固醇激素调节糖、脂、蛋白质代谢，在慢性应激中发挥作用；甲状腺激素增强基础代谢率，促进热量产生不同激素之间存在协同或拮抗作用，共同维持代谢平衡第十五章基因表达调控

（一）原核生物操纵子调控转录水平调控表观遗传调控操纵子是原核生物基因表达调控的基本单位，真核生物转录调控比原核生物复杂得多，涉及表观遗传调控是指不改变DNA序列的基因表包括结构基因、启动子、操纵基因和调节基启动子、增强子、沉默子等顺式作用元件，以达调控机制主要包括DNA甲基化（通常导因经典模型有乳糖操纵子（诱导型）和色氨及转录因子、组蛋白修饰酶等反式作用因子致基因沉默）、组蛋白修饰（影响染色质结构酸操纵子（阻遏型）乳糖操纵子在无乳糖时转录因子通过特异性结合DNA序列，促进或和基因活性）、非编码RNA调控（如长链非被阻遏蛋白抑制；有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白抑制RNA聚合酶的结合和活性组蛋白修饰编码RNA和microRNA）和染色质重塑（改结合，使其无法结合操纵基因，从而启动转如乙酰化、甲基化、磷酸化等改变染色质结变核小体排列）这些机制在胚胎发育、细胞录构，影响基因的可及性分化和疾病发生中起关键作用基因表达调控

（二）转录后调控转录后调控主要发生在RNA处理和稳定性层面，包括RNA剪接、RNA编辑、RNA稳定性调控和RNA干扰等机制选择性剪接允许一个基因产生多种mRNA和蛋白质；RNA编辑通过改变RNA序列影响编码信息；mRNA稳定性受其5帽和3多聚A尾巴以及特定序列如AU丰富区的影响翻译水平调控翻译水平调控包括翻译起始调控、延伸调控和终止调控起始是主要调控点，受起始因子eIF2的磷酸化状态影响；mRNA的5非翻译区可含有上游开放阅读框或形成复杂二级结构，影响核糖体结合；内部核糖体进入位点IRES允许非传统的翻译起始；微小RNA通过靶向mRNA抑制翻译或促进降解蛋白质水平调控蛋白质水平调控包括翻译后修饰和蛋白质降解翻译后修饰（如磷酸化、乙酰化、泛素化等）可改变蛋白质的活性、定位和相互作用；蛋白质降解通过泛素-蛋白酶体系统和溶酶体途径进行，泛素化标记蛋白质被26S蛋白酶体识别并降解；蛋白质的半衰期从几分钟到几天不等，是调控蛋白质水平的重要因素第十六章重组技术

（一）DNA切割DNA利用限制性内切酶在特定序列处切割DNA，产生粘性末端或平末端常用酶包括EcoRI、BamHI、HindIII等，每种酶识别特定的回文序列连接DNADNA连接酶（如T4DNA连接酶）催化DNA片段之间磷酸二酯键的形成，将目的基因与载体连接成重组DNA分子转化宿主将重组DNA分子导入宿主细胞（通常是大肠杆菌），通过抗生素筛选获得含有重组DNA的转化体克隆扩增转化菌株在培养基中生长繁殖，重组DNA随宿主复制而扩增，形成含有相同重组DNA的菌落聚合酶链式反应PCR是一种体外快速扩增特定DNA片段的技术原理是利用DNA聚合酶和特异性引物，通过反复变性、退火和延伸循环，指数级扩增目标DNA关键组分包括模板DNA、热稳定DNA聚合酶（通常是Taq聚合酶）、正反向引物、dNTPs和合适的缓冲液PCR技术应用广泛，包括基因克隆、遗传诊断、DNA测序、法医鉴定和分子进化研究等DNA测序技术经历了从Sanger测序到高通量测序的发展Sanger测序（链终止法）基于DNA合成过程中掺入双脱氧核苷酸终止DNA链延伸；高通量测序如焦磷酸测序、Illumina测序等可同时测定数百万DNA片段，极大提高了测序效率和降低了成本第三代测序技术如单分子实时测序和纳米孔测序可直接测定单个DNA分子，读长更长人类基因组计划的完成和测序成本的大幅降低推动了基因组学和个体化医疗的快速发展重组技术

（二）DNA基因表达系统基因编辑技术基因表达载体包含强启动子、多克隆基因编辑技术包括锌指核酸酶ZFN、位点、终止信号和选择标记等元件转录激活样效应物核酸酶TALEN和原核表达系统（如pET系统）使用大CRISPR/Cas9系统CRISPR/Cas9系肠杆菌作宿主，表达量高但缺乏真核统因其简单高效而革命性地改变了基翻译后修饰；真核表达系统包括酵母、因编辑领域该系统利用向导RNA引昆虫细胞和哺乳动物细胞系统，可进导Cas9核酸酶在特定位点切割DNA，行正确的翻译后修饰，但表达量较低通过细胞自身的修复机制实现基因敲表达条件如温度、诱导物浓度需要优除、插入或替换基因编辑应用于基化以获得高效表达础研究、疾病模型构建、基因治疗和农作物改良等领域转基因与基因敲除动物转基因动物是指基因组中含有外源基因的动物，通常通过显微注射将外源DNA注入受精卵前核；基因敲除动物是指特定基因被定向破坏的动物，通过胚胎干细胞同源重组或直接基因编辑技术构建这些动物模型对研究基因功能、人类疾病机制和药物开发至关重要例如，APP/PS1双转基因小鼠是研究阿尔茨海默病的重要模型第十七章基因组学与医学人类基因组计划HGP是一项国际合作项目，旨在测定人类全部DNA序列并绘制基因图谱该项目于1990年启动，2003年宣布完成，确定人类基因组约有30亿个碱基对，编码约25,000个基因HGP的成果包括确立了人类基因组完整序列；发现大量基因多态性；开发了高通量DNA测序技术；推动了生物信息学发展；奠定了个体化医疗的基础基因组学研究方法涵盖各种组学技术功能基因组学研究基因表达和功能；比较基因组学分析不同物种基因组的异同；结构基因组学研究DNA三维结构；环境基因组学研究环境中微生物群落基因组精准医学将个体基因组信息与临床实践相结合，实现个体化预防、诊断和治疗它的应用包括药物基因组学指导药物选择和剂量；基因检测预测疾病风险；肿瘤基因组分析指导靶向治疗；基因治疗修正或替代缺陷基因基因组学已从研究工具转变为临床工具，推动医学进入精准医疗时代第十八章细胞信息传递

（一）信号分子受体识别包括激素、神经递质、细胞因子、生长因子等膜受体或胞内受体特异性结合信号分子细胞响应信号转导基因表达、代谢活动或细胞行为的改变通过级联反应将信号从膜传至胞内靶点细胞信号传导是细胞接收、处理和响应外部信号的过程，是细胞与环境互动的基础信号分子根据作用距离可分为自分泌（作用于分泌细胞本身）、旁分泌（作用于邻近细胞）和内分泌（通过血液作用于远处细胞）三类信号分子的多样性和特异性使细胞能够响应不同的环境刺激受体按照位置和作用机制可分为几类G蛋白偶联受体GPCR是最大的受体家族，具有七次跨膜结构，信号通过G蛋白传递；酪氨酸激酶受体RTK在配体结合后二聚化并自身磷酸化，激活下游信号通路；离子通道受体在配体结合后改变通道构象，允许特定离子通过；胞内受体主要位于细胞质或核内，与脂溶性配体结合后直接调控基因表达GPCR信号通路中，受体激活G蛋白后，通过调节腺苷酸环化酶、磷脂酶C等效应器，产生第二信使如cAMP和IP3/DAG，进而激活蛋白激酶，最终导致细胞响应细胞信息传递

（二）受体激活信号分子结合受体，引起构象变化•G蛋白偶联受体激活G蛋白•酪氨酸激酶受体自身磷酸化第二信使生成激活的受体触发第二信使产生•腺苷酸环化酶产生cAMP•磷脂酶C产生IP3和DAG•IP3促进内质网释放Ca2+蛋白激酶级联第二信使激活蛋白激酶•cAMP激活蛋白激酶APKA•DAG和Ca2+激活蛋白激酶CPKC•MAPK级联放大信号靶蛋白调节激酶磷酸化靶蛋白改变其活性•酶活性改变•转录因子活化•细胞骨架重组第十九章细胞生长调控与肿瘤发生的分子基础细胞周期调控肿瘤发生的分子机制细胞周期是细胞从一次分裂到下一次分裂的完整过程，包括G1期（生肿瘤发生是多阶段过程，涉及基因组水平的多种变化原癌基因（如长准备）、S期（DNA合成）、G2期（分裂准备）和M期（有丝分裂）RAS、MYC）在正常情况下促进细胞生长，但突变激活后导致失控增殖；细胞周期通过多种机制精密调控，核心调控分子是细胞周期蛋白抑癌基因（如TP

53、RB）正常时抑制异常生长，但失活后细胞丧失重（Cyclin）和细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）Cyclin水平周期性变要的限制机制肿瘤发生还涉及DNA修复基因缺陷、端粒酶激活、血管化，当达到阈值时与CDK结合并激活它，进而磷酸化下游靶蛋白促进细生成和免疫逃逸等机制胞周期进展•增殖信号自给自足•G1/S检查点确保DNA无损伤•对生长抑制信号不敏感•G2/M检查点确保DNA复制完成•逃避细胞凋亡•M期检查点确保染色体正确分离•无限复制潜能•持续血管生成•组织侵袭和转移能力肿瘤细胞代谢存在显著特征，即使在有氧条件下也倾向于通过糖酵解产能，称为Warburg效应这一特征使肿瘤细胞能够在低氧环境中生存，并将中间代谢物用于生物合成肿瘤微环境的低氧、酸性和免疫抑制特性进一步促进肿瘤生长和治疗抵抗理解肿瘤的分子基础对开发靶向治疗至关重要，如针对特定原癌基因产物的抑制剂和免疫检查点抑制剂等第二十章血液的化学血液成分与功能血红蛋白结构与功能血液凝固机制血液由细胞成分（红细胞、白细胞、血小血红蛋白是红细胞中的主要蛋白质，由四个血液凝固是一系列级联反应，目的是形成纤板）和液体成分（血浆）组成血浆含有亚基组成，每个亚基包含一个血红素和一条维蛋白凝块阻止出血包括内源途径、外源水、蛋白质、代谢物、电解质等血液的主多肽链成人血红蛋白HbA通常由两条α链途径和共同途径三部分血小板活化在凝血要功能包括运输氧气和营养物质；移除代和两条β链组成血红素含有铁离子Fe2+，中起关键作用，活化后变形、聚集并释放促谢废物；参与免疫防御；维持体温和酸碱平可逆结合氧分子血红蛋白的氧合作用具有凝物质凝血过程受多种因子调控，如组织衡；参与凝血过程红细胞主要负责氧气运协同性，表现为S形氧结合曲线氧结合受多因子途径抑制物TFPI、抗凝血酶、蛋白C和输，白细胞参与免疫防御，血小板参与止血种因素影响pH降低、CO2增加、2,3-BPG蛋白S等纤溶系统可降解血凝块，维持血液和凝血过程增加和温度升高均促进氧释放流动性，主要由纤维蛋白酶原激活物和纤维蛋白酶组成第二十一章肝的化学糖代谢功能脂质代谢功能解毒与生物转化胆汁酸合成与分泌肝脏是糖代谢的中央调控器官，肝脏是脂质代谢的主要场所，肝脏是主要的解毒器官，通过肝脏将胆固醇转化为胆汁酸，维持血糖稳定主要功能包括功能包括脂肪酸合成与β-氧多种酶系统将内源性和外源性是胆固醇代谢的主要途径胆糖原合成与分解，储存和释放化；甘油三酯、磷脂和胆固醇有害物质转化为无毒或易排泄汁酸以结合形式（与甘氨酸或葡萄糖；糖异生，从非糖前体合成；脂蛋白（VLDL、形式第一相反应主要由细胞牛磺酸）分泌入胆汁，促进脂合成葡萄糖；糖酵解，分解葡HDL）合成与分泌；胆固醇色素P450酶系催化，包括氧溶性物质消化吸收，并参与肠萄糖产生能量；维持空腹和进转化为胆汁酸肝脏脂质代谢化、还原和水解；第二相反应肝循环胆汁还含有胆固醇、食后的血糖平衡肝脏糖代谢紊乱可导致脂肪肝、血脂异常包括与葡萄糖醛酸、硫酸、谷磷脂、胆红素等，胆红素是血严重障碍可导致低血糖或高血等疾病胱甘肽等结合，增加水溶性便红素降解的产物，通过结合葡糖于排泄萄糖醛酸增加水溶性后排出第二十二章常用分子生物学技术1基因表达分析技术用于研究基因表达水平和调控机制的方法北方印迹Northern blot检测特定RNA；实时定量PCR精确测量mRNA水平；RNA测序全面分析转录组；DNA微阵列同时检测大量基因表达；原位杂交显示组织中基因表达的空间分布；启动子报告基因分析启动子活性和调控元件2蛋白质分析技术用于研究蛋白质表达、结构和相互作用的方法西方印迹Western blot检测特定蛋白；质谱法鉴定蛋白质组成；蛋白质芯片高通量分析蛋白质表达和修饰；酶联免疫吸附测定ELISA定量检测蛋白质；免疫沉淀分析蛋白质相互作用；双杂交系统检测蛋白质-蛋白质相互作用；X射线晶体学和核磁共振分析蛋白质三维结构3细胞分析技术用于研究细胞结构、功能和代谢的方法免疫荧光显微镜观察蛋白质细胞内定位；活细胞成像研究动态细胞过程；流式细胞术分析细胞表面标志和细胞周期；激光共聚焦显微镜获得高分辨率三维图像；电子显微镜观察超微结构；单细胞测序分析单个细胞基因表达生物信息学分析利用计算机技术处理生物学大数据的方法序列比对分析DNA/蛋白质序列相似性；基因预测识别编码区；蛋白质结构预测模拟蛋白质三维结构；系统发育分析研究进化关系；功能注释预测基因功能；通路富集分析识别关键生物学通路；基因调控网络分析基因间相互调控关系实验技术与方法核酸提取与分析是分子生物学实验的基础DNA提取常用方法包括酚-氯仿法、硅胶吸附法和盐析法；RNA提取需特别注意防止RNase污染，常用异硫氰酸胍-酚-氯仿法提取的核酸可通过琼脂糖凝胶电泳分析完整性，通过分光光度法测定浓度和纯度核酸分析技术包括PCR、限制性酶切分析、DNA测序和核酸杂交等蛋白质分离纯化是研究蛋白质的关键步骤包括盐析、离子交换色谱、亲和色谱、凝胶过滤色谱和高效液相色谱等方法蛋白质分析方法包括SDS-PAGE电泳、等电聚焦、二维电泳、质谱分析和圆二色谱等酶学分析主要测定酶的活性，包括测定底物消耗或产物生成的速率，计算动力学参数如Km、Vmax等细胞代谢测量技术包括氧消耗测定、同位素示踪、代谢组学分析等，用于研究细胞能量代谢和代谢物变化这些技术的综合应用，为生物化学研究提供了强大的工具课程总结与展望核心概念回顾从分子到代谢网络的系统理解前沿热点组学技术与系统生物学的融合实际应用从基础研究到临床转化的桥梁未来展望生物化学在解决全球挑战中的角色生物化学研究已从单个分子的结构与功能探索，发展为对复杂生命系统的整体认识当前研究热点包括代谢组学全面分析细胞代谢网络；表观遗传学研究基因表达的非遗传调控；蛋白质组学和结构生物学揭示蛋白质复合体功能；系统生物学整合多层次数据构建生命活动模型；合成生物学设计人工生物系统和功能元件生物化学在医学和药学领域的应用日益广泛精准医疗将基因组信息与治疗决策相结合；靶向药物开发基于对分子靶点的深入理解；基因和细胞治疗为遗传疾病提供新希望；代谢工程用于生物制药和生物材料生产；环境生物化学助力绿色技术发展随着新技术如人工智能、单分子检测、基因编辑和生物传感器的发展，生物化学将在解决健康、能源和环境等全球挑战中发挥越来越重要的作用，为人类福祉做出更大贡献。