《生物化学复习》课件

《生物化学复习》欢迎参加生物化学复习课程本课程将深入探讨生物大分子的结构与功能，帮助您理解复杂的代谢途径与调控机制，并介绍现代分子生物学技术及其应用通过系统的学习，您将能够从分子层面理解生命的奥秘本课程内容丰富，涵盖从蛋白质、核酸到各种代谢途径的全面知识体系，旨在为您的学习和研究提供坚实的理论基础让我们一起探索生物化学的精彩世界！课程概述学科定位课程安排生物化学是研究生命分子及其本课程总学时为学时，其72代谢过程的学科，它从分子层中理论教学学时，实验课48面解析各种生命现象，是理解程学时，确保理论与实践24生命科学的基础相结合考核方式课程考核采用综合评价方式，平时成绩占（含出勤、课堂表现和30%作业），期末考试占70%生物化学是现代生命科学的核心学科之一，它揭示了生命体系内部的化学基础，为医学、农业和生物技术等领域提供了理论支撑通过本课程的学习，你将能够理解生物分子如何相互作用并维持生命活动第一章蛋白质化学基础分子组成蛋白质由种基本氨基酸通过肽键连接而成，是生物体内数量最多、功20能最复杂的大分子结构层次蛋白质具有一级、二级、三级和四级四个层次的空间结构，这些结构决定了蛋白质的功能特性生物功能蛋白质在生物体内执行催化、运输、调节、防御、支持等几乎所有的生物学功能，是生命活动的主要执行者蛋白质是生物体内最重要的功能分子，其功能多样性源于氨基酸序列的特异性排列和空间结构的精确折叠通过本章学习，你将了解蛋白质的基本组成、结构特点以及结构与功能之间的密切关系氨基酸的结构与性质

1.1分类依据化学特性极性非极性、极性无电荷、酸羧基酸性，易解离••α-性、碱性氨基碱性，接受质子•α-结构脂肪族、芳香族、含硫•两性离子结构与关系•pH营养必需与非必需氨基酸•基团多样性R疏水侧链缬氨酸、亮氨酸等•极性侧链丝氨酸、苏氨酸等•带电侧链赖氨酸、谷氨酸等•氨基酸是蛋白质的基本构建单元，它们共同的特点是同时含有氨基和羧基，但侧链基R团的差异赋予了它们独特的化学性质这些性质直接影响蛋白质的折叠方式和功能特性了解氨基酸的结构与性质，是掌握蛋白质化学的基础肽键与多肽链

1.2氨基酸脱水一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基之间脱水缩合α-α-肽键形成与之间形成共价键，具有部分双键性质C=O N-H多肽延长肽链可持续延长，形成具有氨基端和羧基端的多肽链肽键是连接氨基酸的关键化学键，它具有平面性、部分双键特性和顺反异构性，这些特点限制了多肽链的构象自由度肽键平面内的、、、四个原子处于同一平面，C O N H通常以反式构象存在，这对蛋白质的折叠方式有重要影响多肽链有明确的方向性，按照约定俗成的规则，从端（氨基端）到端（羧基端）表N C示命名时也遵循从端到端的顺序，如甘氨酰丙氨酰丝氨酸表示一个由三个氨基N C--酸组成的三肽蛋白质一级结构

1.3基因编码序列通过转录翻译决定氨基酸排列顺序DNA序列测定桑格法、质谱分析等技术可确定蛋白质的精确序列序列特异性序列决定蛋白质独特的功能和高级结构进化分析序列比对可揭示物种进化关系和蛋白质功能演变蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的排列顺序，它是由基因编码决定的，也是蛋白质最基本的结构信息胰岛素是最早被测定完整氨基酸序列的蛋白质，由弗雷德里克桑格于年完成，·1951为此他获得了诺贝尔奖蛋白质一级结构的分析技术经历了从手动埃德曼降解法到现代自动化氨基酸分析仪和质谱技术的飞跃，大大提高了蛋白质组学研究的效率和精度序列的微小变化可能导致蛋白质功能的显著差异，因此一级结构的准确测定对于理解蛋白质功能至关重要蛋白质二级结构

1.4螺旋折叠α-β-螺旋是蛋白质最常见的二级结构之一，由多肽链骨架以螺旋折叠是另一种重要的二级结构，由相邻多肽链段之间通过氢α-β-方式排列形成每个螺旋圈包含个氨基酸残基，螺距为键连接形成的片层结构根据肽链方向可分为平行折叠和反

3.6β-平行折叠

0.54nmβ-螺旋结构由肽键平面中与之间形成的氢键稳定，这些在折叠中，多肽链呈现锯齿状排列，侧链基团交替指向折叠C=ON-Hβ-氢键平行于螺旋轴螺旋在蛋白质中广泛存在，特别是在膜片层的两侧这种结构在许多蛋白质中形成刚性骨架，如丝素蛋α-蛋白和球状蛋白中白和免疫球蛋白除了螺旋和折叠外，蛋白质中还有转角和无规则卷曲等二级结构转角通常连接相邻的折叠，使多肽链能够改变方向α-β-β-β-β-无规则卷曲虽然没有规则的氢键模式，但对蛋白质功能同样重要，特别是在功能位点处蛋白质三级结构

1.5疏水作用氢键非极性氨基酸侧链聚集在蛋白质内部，远离不同部位的极性基团之间形成的弱相互作用水环境二硫键盐桥两个半胱氨酸之间形成的共价键，显著增强带相反电荷的氨基酸侧链之间的静电吸引结构稳定性蛋白质的三级结构是指整个多肽链在空间中的三维折叠构象，它使远离的氨基酸在空间上靠近，形成功能性的立体结构疏水作用是驱动蛋白质折叠的主要力量，而各种弱相互作用和二硫键则进一步稳定了结构根据三级结构的特点，蛋白质可分为球状蛋白和纤维状蛋白球状蛋白紧密折叠成致密球形，如酶和运输蛋白；纤维状蛋白则呈长丝状结构，如胶原蛋白和角蛋白三级结构与蛋白质功能密切相关，结构的微小变化可能导致功能的显著改变蛋白质四级结构

1.6蛋白质变性与复性

1.7变性因素作用高温、极端、有机溶剂、尿素等破坏非共价键pH空间结构解体高级结构消失，多肽链展开条件恢复尝试移除变性剂，提供适宜折叠环境蛋白质变性是指在物理或化学因素作用下，蛋白质的高级结构被破坏，而一级结构保持不变的过程变性蛋白质失去生物活性，但在某些条件下可以复性恢复功能安芬森的核糖核酸酶实验首次证明了蛋白质变性的可逆性，表明蛋白质折叠信息蕴含在其氨基酸序列中不正确折叠的蛋白质可能导致严重疾病，如朊病毒疾病（包括疯牛病、克雅氏病）和多种神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病）这些疾病的共同特点是错误折叠的蛋白质形成不溶性聚集体，干扰正常细胞功能了解蛋白质折叠机制对于疾病治疗和蛋白质工程具有重要意义第二章核酸化学24主要核酸类型核苷酸种类作为遗传信息的稳定储存者，作为多含、、、四种碱基，含、、DNA RNA DNA AT G C RNAA U功能的执行者、四种碱基G C×⁹310人类基因组大小人类基因组包含约亿个碱基对，编码约30个基因25,000核酸是遗传信息的载体，包括脱氧核糖核酸和核糖核酸两大类主要存在于细胞DNA RNA DNA核中，负责长期存储和传递遗传信息；则在基因表达过程中扮演多种角色，包括信息传递、氨基RNA酸运输和催化等功能核酸作为生命的信息分子，不仅记录着生物进化的历史，也控制着个体发育和日常生理功能通过对核酸结构和功能的深入研究，科学家们揭示了生命的基本规律，并开发出基因工程、基因诊断和基因治疗等革命性技术核酸的基本组成单位

2.1核苷酸完整结构单元碱基戊糖磷酸++核苷2碱基与戊糖的结合物基本组分碱基、戊糖、磷酸三种化学成分核酸的基本构建单位是核苷酸，每个核苷酸由三部分组成含氮碱基、五碳戊糖和磷酸基团中的戊糖是脱氧核糖，缺少位羟DNA2--D-2基；而中的戊糖是核糖，位含有羟基这一结构差异使比更稳定，适合长期存储遗传信息RNAD-2DNA RNA核酸中的碱基分为两类嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）和嘧啶（胞嘧啶，胸腺嘧啶仅在中，尿嘧啶仅在中）碱基通过糖苷A GC T DNA URNA N-键与戊糖的位碳原子相连形成核苷，核苷再与磷酸酯化形成核苷酸核苷酸不仅是核酸的基本单位，还在能量代谢（如）和信号传导1ATP（如）中发挥重要作用cAMP的一级结构

2.2DNA1核苷酸连接2链的极性相邻核苷酸通过磷酸二酯键链具有明确的端和端3,5-DNA535连接，形成具有方向性的多核苷酸端通常带有一个自由的磷酸基团，链每个核苷酸的磷酸与下一个端带有一个自由的羟基按照惯53核苷酸的羟基缩合，释放一分子例，序列总是从端向端读3DNA53水取3序列与信息的一级结构是指核苷酸的线性排列顺序，这种序列编码了遗传信息基因组DNA测序技术的发展使我们能够精确读取这些序列信息的一级结构是理解遗传信息存储和传递的基础每个核苷酸在序列中的位置都是特DNA定的，不同的碱基序列编码不同的遗传信息人类基因组计划已经测定了完整的人类序列，为研究遗传疾病和个体差异提供了宝贵资源DNA测序技术从桑格法发展到下一代测序和第三代测序，测序速度提高了数百万倍，成DNA本降低了数万倍这些技术的进步使得个体化医疗和基因组学研究变得可行，为医学诊断和治疗带来了革命性变化的二级结构

2.3DNA参数型型型B DNA ADNAZ DNA螺旋方向右手螺旋右手螺旋左手螺旋每圈碱基对数

10.51112螺距

3.4nm

2.8nm

4.5nm存在条件生理条件脱水条件高盐环境的二级结构是指分子中核苷酸之间的空间排列关系，最典型的是DNA DNAWatson-提出的双螺旋模型在这个模型中，两条互补的链以反平行方式缠绕在共Crick DNA同轴心周围，形成右手螺旋双螺旋结构由碱基间的氢键和碱基堆积相互作用稳定双螺旋遵循严格的碱基配对原则腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对形成两个氢DNAAT键，鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对形成三个氢键这种配对的特异性是复制和GCDNA遗传信息传递的分子基础双螺旋结构还形成了主沟和次沟，这些沟槽是蛋白质识别和结合特定序列的重要位点DNA的三级结构

2.4DNA超螺旋闭合环状分子在扭转应力下形成超螺旋结构，可分为正超螺旋和负超螺旋细胞内DNA通常以负超螺旋形式存在，这有利于复制和转录过程DNA DNA核小体结构真核生物与组蛋白结合形成核小体，每个核小体包含约个碱基对的缠绕DNA146DNA在组蛋白八聚体外表面，形成珠串结构染色质纤维核小体进一步盘绕压缩形成染色质纤维，再进一步压缩形成染色单体最终组装30nm成染色体这种多层次的压缩使得长达米的分子能够装入直径仅几微米的细胞2DNA核的三级结构是指分子在细胞内的高度压缩和组织形式拓扑异构酶在调节超螺旋DNA DNA DNA中起关键作用，能够通过暂时打破和重新连接磷酸二酯键来改变的扭转状态，对复制、DNADNA转录和重组至关重要染色体结构的动态变化与基因表达调控密切相关在细胞分裂期，染色质高度压缩形成可见的染色体；而在间期，特定区域的染色质部分解开，允许转录因子接近并激活基因表达表观遗传修饰（如组蛋白乙酰化、甲基化等）通过改变染色质结构参与基因表达调控的种类与功能

2.5RNA信使转运核糖体RNA mRNA RNA tRNARNA rRNA携带从转录的遗传信息，作是蛋白质合成过程中的适配器分是核糖体的主要组成部分，与蛋白mRNA DNAtRNArRNA为蛋白质合成的模板它的端有帽子子，负责将氨基酸精确运送到核糖体上质一起构成核糖体这一蛋白质合成的工5结构，端有多聚腺苷酸尾巴，中间是正在合成的多肽链中每种特异性厂它不仅提供结构支持，还参与催化3tRNA编码序列和非编码区在真核生物中，地结合一种氨基酸，并通过其反密码子肽键形成的核心反应，展示了分子RNA需要经过剪接，将内含子去除，与上的密码子配对，确保氨基酸的催化能力mRNA mRNA外显子连接，然后才能被翻译按正确顺序连接除了这三种主要的外，近年来发现了许多非编码，它们不转译成蛋白质但执行重要的调控功能例如，微小RNARNARNAmiRNA和小干扰通过干扰机制调控基因表达；长非编码参与染色质修饰和转录调控；核内小RNAsiRNA RNARNAlncRNA RNAsnRNA参与前体的剪接过程mRNA核酸的理化性质

2.6第三章酶学生物催化剂高度特异性酶能显著加速生化反应速率对底物结构高度选择•••催化效率可提高10⁶-10¹²倍•反应类型特异性常温常压下高效工作立体选择性和区域选择性••可调控性受环境因素影响（温度、）•pH可被激活或抑制•参与复杂代谢网络调控•酶是生物体内的催化剂，几乎所有生化反应都需要特定酶的参与才能以足够的速率进行酶的本质是蛋白质（少数为，称为核酶），通过降低反应的活化能来加速反应，但不改变RNA反应的平衡常数酶本身在反应中不被消耗，可重复利用与无机催化剂相比，酶具有更高的催化效率和特异性，能在温和条件下发挥作用，这些特性使酶在工业、医药和环保等领域具有广泛应用例如，洗衶剂中的蛋白酶和淀粉酶，食品工业中的果胶酶和转化酶，医疗诊断中的各种酶学检测等酶的基本概念

3.1命名系统酶的命名通常基于其催化的反应类型，后缀为酶系统命名包括底物名称加上反-应类型，如葡萄糖磷酸异构酶国际酶学委员会制定了编号系统，将酶分为-6-EC六大类结构组成完整的酶（全酶）可能包含蛋白质部分（酶蛋白）和非蛋白质部分（辅助因子）辅助因子可能是无机离子（如⁺、⁺）或有机分子（辅酶）紧密结合的辅基Mg²Zn²与松散结合的辅酶有不同的作用方式活性测定酶活性单位定义为在特定条件下，每分钟转化底物的酶量比活力是指每U1μmol毫克蛋白质的酶活性单位数，是衡量酶纯度的重要指标国际单位和酶活性单位IU是常用的活性表示方法katal酶根据催化的反应类型被分为六大类氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶每类酶都有特定的功能和催化机制例如，氧化还原酶催化电子转移反应，水解酶催化水解反应，连接酶则催化两个分子的连接并伴随能量消耗酶催化反应动力学

3.2酶催化反应动力学研究酶反应速率与底物浓度的关系，以及各种因素对反应速率的影响米氏方程（方程）是描述这种关系的基本公式Michaelis-Menten v，其中为反应速率，为最大反应速率，为底物浓度，为米氏常数=Vmax[S]/Km+[S]v Vmax[S]Km值等于使反应速率达到最大值一半的底物浓度，反映了酶与底物亲和力的大小，值越小表示亲和力越大为了方便测定和，通常采用Km KmKm Vmax双倒数作图法将米氏方程转化为直线形式通过实验测定不同底物浓度下的反应速率，绘制Lineweaver-Burk1/v=Km/Vmax1/[S]+1/Vmax对的图，从截距和斜率可计算出动力学参数1/v1/[S]酶的催化机制

3.3底物结合底物特异性结合到酶的活性位点过渡态稳定酶降低活化能，稳定反应中间体催化反应底物转化为产物，化学键断裂或形成产物释放产物从酶上释放，酶恢复原状可再次催化酶催化反应的本质是降低反应的活化能，使反应在生理条件下能够迅速进行酶通过多种方式实现这一目标，包括将底物分子定向在适当位置使反应基团靠近（近程效应）、提供适宜的微环境（如疏水口袋或特定值）、参与临时共价键形成、应力和扭曲作用等pH费雪的锁钥学说和柯什兰的诱导契合学说是解释酶特异性的两个互补模型锁钥学说认为酶的活性位点具有特定形状，只有相应形状的底物才能结合；而诱导契合学说则强调酶在与底物结合过程中会发生构象变化，活性位点的形状会调整以更好地适应底物现代研究表明两种机制在不同酶中都存在影响酶活性的因素

3.4酶抑制作用

3.5可逆抑制不可逆抑制抑制剂与酶的结合是非共价的，可以通过稀释或透析去除主要抑制剂与酶形成稳定的共价键，永久性地破坏酶活性常见的不包括三种类型可逆抑制剂包括竞争性抑制抑制剂与底物竞争同一结合位点有机磷化合物抑制乙酰胆碱酯酶••非竞争性抑制抑制剂结合于酶的别处，改变活性中心构象重金属离子结合酶中的巯基••自杀抑制剂经酶催化后产生活性中间体，再与酶共价结合•反竞争性抑制抑制剂只与酶底物复合物结合•-酶抑制剂在生理调节、药物设计和生化研究中具有重要应用通过抑制剂作用模式的动力学分析，可判断抑制类型在竞争性抑制中，抑制剂增加表观而不影响；非竞争性抑制降低而不影响；反竞争性抑制则同时降低和通过双倒数作Km VmaxVmax KmKm Vmax图法可直观区分这些抑制类型变构酶与调节

3.6正效应构象改变变构激活剂结合，提高酶对底物的亲和力酶蛋白从态紧张态转变为态松弛态TR协同效应负效应一个亚基的变化影响其他亚基的底物结合能力变构抑制剂结合，降低酶对底物的亲和力变构酶是代谢调控的关键酶类，其特点是具有催化位点和变构位点两种不同的结合位点变构效应物（激活剂或抑制剂）结合到变构位点，通过诱导酶的构象变化来影响催化位点对底物的亲和力变构酶通常是由多个亚基组成的多聚体蛋白质，展示协同效应一个亚基与效应物或底物的结合会影响其他亚基的结合特性希尔方程用于描述变构酶的协同效应，其中为希尔系数，反映协同作用的程度当时，表示正协同作用；时，表示负协同作用；v/Vmax=[S]^n/K+[S]^n nn1n1时，则无协同效应变构调节是细胞代谢控制的主要机制之一，允许对酶活性进行快速、可逆的调节，对维持细胞内环境稳态至关重要n=1第四章生物氧化能量货币ATP生物体能量转换与利用的核心分子电子传递链有序的电子传递过程，释放能量氧化还原反应基础的能量获取方式生物氧化是生物体内获取能量的主要方式，通过一系列氧化还原反应将食物中的化学能转化为形式的生物能这一过程主要在线粒体内进行，ATP通过电子传递链将电子从还原型辅酶（、₂）传递给最终电子受体氧气，同时将释放的能量耦联到的合成NADH FADHATP（三磷酸腺苷）是生物体内主要的高能化合物，被称为细胞的能量货币分子中含有两个高能磷酸键，水解这些键释放的能量可以驱动ATPATP各种生物化学反应和生理过程，如肌肉收缩、物质主动运输、生物合成等生物氧化与合成的效率对于细胞能量平衡至关重要，异常可导致多ATP种疾病生物氧化概述

4.1氧化还原反应高能磷酸化合物电子转移是能量释放的基础是主要能量载体••ATP脱氢反应是最常见的生物氧化形式水解△°约••G-

30.5kJ/mol氧化还原电位决定电子流向能量耦联机制多样••生物能学原理自由能变与反应方向•能量转换效率考量•氧化磷酸化效率约•40%生物氧化是指生物体内的氧化还原反应，其本质是电子的转移和能量的释放氧化过程中，物质失去电子或氢原子；还原过程中，物质获得电子或氢原子这些反应通常由特定的脱氢酶催化，将电子从底物转移到辅酶⁺或上，形成或₂NAD FAD NADH FADH生物氧化反应的方向由反应物和产物的氧化还原电位差决定，电子总是从还原电位低（电子富集）的物质流向还原电位高（电子缺乏）的物质在这一过程中释放的自由能被用于合成，ATP ATP的高能磷酸键储存了这些能量，并将其传递给需要能量的生物化学反应生物氧化是细胞能量代谢的核心，维持着生命活动所需的能量供应呼吸链与电子传递

4.2复合体复合体I III脱氢酶复合体，接受的电子，含和铁硫中心细胞色素₁复合体，含细胞色素、₁和铁硫蛋白NADH NADHFMN bcb c复合体复合体II IV琥珀酸脱氢酶复合体，接受₂的电子，含和铁硫中心细胞色素氧化酶复合体，含细胞色素和₃，将电子传给₂FADH FADc aa O呼吸链是位于线粒体内膜上的一系列电子传递体，由四个主要复合体（）和两个移动性电子载体（辅酶和细胞色素）组成电子从或₂输入呼吸链，经过一系列氧I-IV Qc NADH FADH化还原反应后，最终传递给氧气生成水电子在呼吸链中传递的过程伴随着能量的释放，这些能量用于将质子从线粒体基质泵到膜间隙，形成质子浓度梯度辅酶⁺和₂是重要的电子载体，主要来源于三羧酸循环、糖酵解和脂肪酸氧化等代谢途径在电子传递过程中，可能产生少量的活性氧种类NAD/NADHFAD/FADH NADHβ-（），如超氧阴离子自由基₂⁻、过氧化氢₂₂和羟自由基这些自由基在正常浓度下参与细胞信号传导，但过量时可导致氧化应激和组织损伤生物体进化出复杂ROS O·H O·OH的抗氧化系统，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶，来清除这些有害自由基SOD氧化磷酸化

4.33~

2.5质子泵复合体平均比P/O复合体、和能够泵出质子，形成质子动力势氧化可产生约个，₂约个I IIIIV NADH

2.5ATP FADH

1.5ATP10-14质子梯度基质与膜间隙差约单位，相当于pH

0.5-

1.010-能量14kJ/mol氧化磷酸化是将电子传递释放的能量转化为的过程，由提出的化学渗透理论解释了这一耦联机制ATP Mitchell根据该理论，电子传递过程中释放的能量用于将质子⁺从线粒体基质泵到膜间隙，形成跨膜质子浓度梯度H和电位差，共同构成质子动力势合成酶复合体是利用质子动力势合成的分子机器，由₁和₀两部分组成₀嵌入膜中，形成ATPV ATPF FF质子通道；₁突出于基质侧，含有催化合成的活性位点当质子顺浓度梯度通过₀返回基质时，驱动F ATPF₁部分旋转，促使和结合形成这一过程类似于水力发电，质子流动驱动分子涡轮机旋转，将F ADPPi ATP能量转化为的化学能比（每原子氧消耗产生的数量）是衡量氧化磷酸化效率的重要参数ATP P/O ATP呼吸链抑制剂

4.4抑制剂作用位点抑制机制应用毒性/鱼藤酮复合体阻断氧化农药神经毒素I NADH/抗霉素复合体阻断与结研究工具抑制细胞A IIICyt bCoQ/合生长氰化物复合体阻断电子传递给₂强烈毒素窒息死亡IV O/寡霉素合成酶阻断⁺通过₀研究工具能量耗竭ATP HF/二硝基酚内膜质子载体，解偶联研究工具产热增加2,4-/呼吸链抑制剂是一类能特异性阻断电子传递链或氧化磷酸化耦联的物质，对于揭示呼吸链功能机制和某些疾病的研究具有重要意义不同抑制剂有特定的作用靶点，如罗替农和杀鱼藤酮抑制复合体；琥珀酸脱I氢酶抑制剂如丙二酸抑制复合体；抗霉素和恶唑林酮抑制复合体；氰化物、叠氮化物和一氧化碳抑II AIII制复合体IV解偶联剂是另一类重要的呼吸链干扰物，它们如二硝基酚能够使质子梯度消散而不通过2,4-DNP ATP合成酶，导致电子传递与合成解偶联解偶联状态下，电子传递加速但合成减少，释放的能量ATP ATP以热能形式散失生理解偶联现象在棕色脂肪组织中尤为重要，通过解偶联蛋白介导，参与产热和UCP体温调节线粒体功能障碍与多种疾病相关，包括神经退行性疾病、糖尿病、心肌病和衰老过程，这使得线粒体靶向药物成为研究热点第五章糖代谢能源物质糖类是最直接的能量来源，葡萄糖是大多数细胞的首选燃料，特别是大脑和红细胞人体在静息状态下，大脑消耗的葡萄糖约占总量的60%代谢网络糖代谢途径包括糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径和糖异生等多条代谢途径，它们相互连接形成精密的代谢网络，满足细胞不同生理需求精细调控糖代谢受到多层次调控，包括激素（如胰岛素和胰高血糖素）、神经因素和代谢中间产物反馈，确保血糖和细胞能量水平的稳定糖代谢是所有生物体的中心代谢过程，不仅提供能量，还为合成氨基酸、核苷酸和脂肪提供碳骨架人体中的碳水化合物主要以葡萄糖、糖原和糖蛋白形式存在，每日约需克碳水化合物以维持正常生理功能200-300糖酵解途径

5.1投资阶段第步1-5糖酵解的前半部分消耗分子，将葡萄糖转化为两分子甘油醛磷酸这一阶2ATP-3-段包括三个关键步骤己糖激酶葡萄糖激酶催化的磷酸化反应，磷酸果糖激酶催化/的第二次磷酸化，以及醛缩酶催化的裂解反应回收阶段第步6-10后半部分将两分子甘油醛磷酸转化为两分子丙酮酸，同时产生分子和-3-4ATP2分子关键酶包括甘油醛磷酸脱氢酶和丙酮酸激酶最终能量收益为NADH-3-每分子葡萄糖净产生分子2ATP无氧条件下的延伸在缺氧条件下，丙酮酸可进一步转化为乳酸（动物组织）或乙醇（酵母），以再生⁺，维持糖酵解的持续进行乳酸发酵在剧烈运动的肌肉中尤为重NAD要，而酒精发酵则是啤酒和葡萄酒生产的基础糖酵解是一条古老且高度保守的代谢途径，几乎存在于所有生物中，可在有氧或无氧条件下进行在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体被氧化为乙酰，进入三羧酸循环进一步氧CoA化；在无氧条件下，丙酮酸转化为乳酸或乙醇，使糖酵解能持续进行糖原合成与分解

5.2糖原合成葡萄糖葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原→-6-→-1-→UDP-→调控因素胰岛素促进合成，胰高血糖素促进分解糖原分解糖原葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖肝脏→-1-→-6-→糖原是动物体内主要的葡萄糖储存形式，主要存在于肝脏（约占肝脏重量的）和肌肉（约占肌10%肉重量的）糖原是由糖苷键连接的葡萄糖链，每个残基处有糖苷键1-2%α-1,4-8-12α-1,6-形成的分支点，形成树状结构这种高度分支的结构增加了溶解度并提供了多个末端，有利于快速合成和分解糖原合成和分解由不同的酶和途径进行合成时，糖原合成酶催化葡萄糖的葡萄糖残基转移到UDP-已有糖原链的非还原端，延长链；分支酶则将链段转移形成分支分解时，糖原磷酸α-1,4α-1,6化酶从非还原端逐个释放葡萄糖磷酸；当达到距分支点个残基处时，转移酶和去分支酶协同作-1-4用移除分支这些过程受到复杂的激素调控，尤其是胰岛素和胰高血糖素通过影响酶的磷酸化状态来调节活性三羧酸循环

5.3磷酸戊糖途径

5.4氧化阶段非氧化阶段葡萄糖磷酸脱氢生成磷酸葡萄糖酸核酮糖磷酸重排为核糖磷酸•-6-6-•-5--5-磷酸葡萄糖酸脱氢生成核酮糖磷酸通过转酮酶和转醛酶反应•6--5-•产生分子用于还原生物合成生成果糖磷酸和甘油醛磷酸•2NADPH•-6--3-生理意义为核苷酸合成提供核糖磷酸•-5-为脂肪酸合成提供•NADPH与糖酵解途径相互连接•磷酸戊糖途径（又称己糖单磷酸途径）是发生在细胞质中的重要代谢途径，主要有两个功能产生用于还原性生物合成和提供核糖磷酸用于核苷酸合成该途径分为氧化阶段和非氧化阶段，NADPH-5-氧化阶段是不可逆的，而非氧化阶段可根据细胞需求进行可逆调整（葡萄糖磷酸脱氢酶）是该途径的第一个也是限速酶，其缺乏会导致溶血性贫血，如蚕豆病G6PD-6-当红细胞暴露于氧化应激（如服用某些药物或摄入蚕豆）时，无法产生足够来维持谷胱甘肽还原NADPH状态，导致红细胞膜损伤和溶血磷酸戊糖途径在不同组织中的活性差异很大，在肝脏、脂肪组织和泌乳乳腺等进行活跃脂肪酸合成的组织中活性最高糖异生作用

5.5糖异生作用是从非糖前体（如丙酮酸、乳酸、甘油和大多数氨基酸）合成葡萄糖的代谢途径，主要发生在肝脏和肾脏中它在长时间禁食、剧烈运动和某些病理状态下尤为重要，可维持血糖水平，为依赖葡萄糖的组织（如大脑和红细胞）提供能量糖异生作用在大部分步骤上与糖酵解途径相同，但方向相反有四个糖酵解中的不可逆步骤需要通过特殊的糖异生酶绕过丙酮酸羧化酶将丙酮酸转化为草酰乙酸；磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶将草酰乙酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸；果糖二磷酸酶催化果糖二磷酸水-1,6--1,6-解为果糖磷酸；葡萄糖磷酸酶使葡萄糖磷酸水解为葡萄糖整个过程消耗分子和分子，是一个高能耗过程，反-6--6--6-6ATP2GTP映了细胞维持血糖稳态的重要性糖代谢的调控

5.6酶活性调控激素调控关键酶的变构调节与共价修饰如磷酸化胰岛素促进葡萄糖利用，胰高血糖素促进葡萄糖产生基因表达调控4底物可用性长期适应性调节，影响酶蛋白合成量饮食状态与组织需求决定代谢流向糖代谢的调控是一个多层次、高度整合的系统，确保能量供需平衡和血糖稳态在酶水平上，每条代谢途径都有一些关键限速酶，如糖酵解中的己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶；糖异生中的丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和果糖二磷酸酶；糖原代谢中的糖原磷酸化酶和糖原合成酶这些酶受到多种因素的调控，包括变-1,6-构效应物（如、、柠檬酸等）的即时调控和共价修饰（主要是可逆磷酸化）的中期调控ATP AMP激素在糖代谢调控中扮演核心角色胰岛素作为唯一的降血糖激素，促进葡萄糖摄取、糖酵解、糖原合成和脂肪合成，同时抑制糖异生和糖原分解胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素和生长激素则具有升血糖作用，通过促进糖原分解和糖异生来增加血糖水平糖代谢紊乱与多种疾病相关，最典型的是糖尿病，其特征是胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗导致的高血糖，可引发一系列严重的代谢紊乱和组织损伤第六章脂质代谢高能量密度代谢灵活性脂质运输脂肪是能量储存的理想形式，完全氧化脂肪酸可通过氧化分解产生能量，也由于脂质不溶于水，需要特殊的运输系统1β-克脂肪可产生约能量，是同量碳水可通过脂肪酸合成途径重新合成储存这如脂蛋白（如、）将其在水环38kJ HDL LDL化合物的两倍多人体脂肪储备可提供长种双向调控使机体能够适应不同的能量状境中运输到不同组织这些脂蛋白在动脉达数周的能量需求态粥样硬化发展中起关键作用脂质代谢是能量平衡的重要组成部分，涉及脂肪酸、甘油三酯、磷脂和类固醇等多种脂类物质的合成、转化和降解脂肪不仅是重要的能量来源，还是细胞膜的主要成分、信号分子的前体和某些激素的原料脂质代谢紊乱与多种疾病相关，包括肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化和某些神经系统疾病了解脂质代谢的调控机制对于这些疾病的预防和治疗具有重要意义本章将系统介绍脂质代谢的各个方面，重点关注脂肪酸氧化与合成、甘油三酯代谢、磷脂代谢、胆固醇代谢以及脂蛋白介导的脂质运输脂肪酸氧化

6.1β-活化阶段脂肪酸首先在细胞质中被酰基合成酶活化，消耗形成脂酰CoA1ATP CoA转运阶段长链脂酰通过肉碱转运系统进入线粒体基质CoA氧化循环β-每轮循环脂肪酸缩短个碳，产生乙酰、和₂21CoA1NADH1FADH能量结算完全氧化棕榈酸产生，比同碳数葡萄糖高出倍C16129ATP

2.5脂肪酸氧化是脂肪酸分解代谢的主要途径，主要发生在线粒体基质中该过程包括四个连续反应脱β-氢（依赖）、水合、再脱氢（⁺依赖）和硫解（与反应），每完成一个循环便从脂肪酸羧FAD NADCoA基端断下两个碳原子形成一分子乙酰，同时产生一分子和一分子₂CoA NADHFADH不同结构的脂肪酸氧化存在特殊情况不饱和脂肪酸需要额外的异构酶处理双键；奇数碳脂肪酸最终会产生丙酰，经过特殊途径转化为琥珀酰进入循环；支链脂肪酸则需要特殊的酶系进行降解脂CoA CoATCA肪酸氧化受到多种因素调控，如饥饿时激活，而高糖饮食则抑制肉碱转运系统的缺陷可导致脂肪酸氧化障碍，引起严重代谢疾病脂肪酸的合成

6.2比较方面脂肪酸合成脂肪酸氧化β-发生位置细胞质线粒体基质碳源乙酰和丙二酰脂酰CoA CoA CoA辅酶还原力、⁺氧化NADPHFADNAD酶系脂肪酸合成酶复合体独立酶系碳链增长方向从酰基甲基端向羧基端从羧基端开始氧化中间产物载体酰基载体蛋白辅酶ACP A脂肪酸合成与氧化是相反的过程，但不是简单的逆反应合成主要发生在细胞质中，由脂肪酸合成β-酶复合体催化，这是一个多功能蛋白，包含所有必需的催化活性合成过程始于乙酰的羧化，由CoA乙酰羧化酶催化，形成丙二酰，这是合成的限速步骤CoA CoA脂肪酸合成每次延长个碳，需要分子乙酰（或丙二酰）和分子，通过缩合、还21CoACoA2NADPH原、脱水和再还原四个连续反应完成主要产物是棕榈酸，更长链和不饱和脂肪酸需要额外C16:0的延长酶和去饱和酶系统脂肪酸合成受营养状态和激素强烈调控高糖饮食和胰岛素促进合成，而禁食和肾上腺素则抑制乙酰羧化酶的可逆磷酸化是主要调控机制，糖尿病和肥胖中这一调控可CoA能失调甘油三酯代谢

6.3甘油三酯合成甘油三酯分解甘油三酯合成始于甘油磷酸，它可以来源于糖酵解的中间产甘油三酯在脂肪组织中储存，需要时可被激素敏感脂肪酶水解-3-物二羟丙酮磷酸，也可以通过甘油激酶从甘油直接形成甘油这一过程分步进行，先水解成甘油二酯，然后是甘油一酯，最终-磷酸与脂酰发生酰化反应，形成溶血磷脂酸，再经过磷产生甘油和三个游离脂肪酸甘油返回肝脏再利用，而脂肪酸则3-CoA酸化和两次酰化反应，最终形成甘油三酯进入血液循环，被需能组织摄取并氧化磷酸甘油脂酰溶血磷脂酸甘油三酯甘油二酯脂肪酸•3-+CoA→•→+溶血磷脂酸磷脂酸甘油二酯甘油二酯甘油一酯脂肪酸•→→•→+甘油二酯脂酰甘油三酯甘油一酯甘油脂肪酸•+CoA→•→+甘油三酯是体内主要的能量储存形式，主要存在于脂肪组织和肝脏中脂肪组织中的脂解受到严格的激素调控胰岛素抑制脂解，促进葡萄糖摄取和脂肪合成；而胰高血糖素、肾上腺素和生长激素则促进脂解，释放脂肪酸供能这些激素主要通过影响环腺苷酸水平来调节激素敏感脂肪酶的活性cAMP磷脂与鞘脂代谢

6.4生物膜结构组分形成细胞膜和细胞器膜的双分子层结构信号分子前体磷脂酰肌醇、神经鞘磷脂等参与信号转导肺表面活性物质磷脂酰胆碱是肺表面活性物质的主要成分磷脂是细胞膜的主要组成成分，包括磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇等多种类型它们的合成始于磷脂酸，磷脂酸经过去磷酸化生成甘油二酯，然后与不同的极性头基团结合形成各种磷脂甘油二酯途径和胆碱途径是两条主要的磷脂合成途径CDP-CDP-鞘脂是另一类重要的膜脂，包括神经鞘磷脂、脑苷脂和神经节苷脂等它们的基本结构是神经酰胺，由长链脂肪酰基和丝氨酸缩合形成鞘脂CoA在神经系统中特别丰富，参与神经信号传导和细胞识别鞘脂代谢异常与多种溶酶体贮积病相关，如病和病此外，某些磷脂Tay-Sachs Gaucher代谢产物如磷脂酰肌醇二磷酸₂、二酰基甘油和磷脂酰肌醇三磷酸₃在细胞信号传导中扮演重要角色-4,5-PIPDAG-3,4,5-IP胆固醇代谢

6.5乙酰活化CoA三分子乙酰生成羟基甲基戊二酰CoA3--3-CoAHMG-CoA还原HMG-CoA还原为甲羟戊酸，关键调控步骤HMG-CoA鲨烯合成六分子异戊二烯焦磷酸缩合形成鲨烯胆固醇是一种重要的甾醇类脂质，是细胞膜的组成部分，也是类固醇激素、维生素和胆汁酸的前体人体内约的胆固醇由肝脏合成，其余来自饮食D80%胆固醇合成是一个复杂的过程，涉及多个酶促反应，主要发生在肝脏的内质网和细胞质中30还原酶是胆固醇合成的限速酶，它的活性受到多层次调控，包括转录水平、翻译后修饰和降解他汀类药物（如洛伐他汀、辛伐他汀）通过HMG-CoA抑制还原酶，有效降低血液胆固醇水平，是治疗高胆固醇血症的主要药物胆固醇的运输依赖于脂蛋白，主要有四类乳糜微粒、极低密度HMG-CoA脂蛋白、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白胆固醇水平过高与动脉粥样硬化和冠心病风险增加相关，而胆固醇被认为具有VLDL LDLHDLLDL-HDL-保护作用胆固醇代谢紊乱是心血管疾病的主要危险因素，了解其代谢调控对疾病防治具有重要意义第七章氨基酸代谢蛋白质动态平衡氨基酸转化人体蛋白质不断进行合成与降解，每氨基酸可相互转化，也可转化为糖、天约有克蛋白质参与这种脂肪或能量碳骨架可进入糖异生途250-300周转过程，远超日常饮食中摄入的蛋径或三羧酸循环，而氨基则通过尿素白质量循环排出体外必需氨基酸人体无法合成或合成不足的种氨基酸苯丙氨酸、缬氨酸、色氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、9亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、组氨酸必须从食物中获取氨基酸代谢是蛋白质代谢的重要组成部分，涉及氨基酸的合成、降解和转化氨基酸不仅是蛋白质的基本单元，还是多种重要生物分子的前体，如神经递质、嘌呤、嘧啶和卟啉等此外，氨基酸在必要时也可作为能量来源氨基酸代谢的中心是氨基酸池，它是体内所有游离氨基酸的总和，主要存在于血液和细胞内液中氨基酸池通过蛋白质合成与降解、饮食摄入、组织间转运和代谢转化等过程不断更新氨基酸代谢紊乱可导致多种疾病，包括苯丙酮尿症、枫糖尿病和高同型半胱氨酸血症等本章将系统介绍氨基酸代谢的各个方面，重点关注蛋白质周转、氨基酸分解、尿素循环和特殊氨基酸代谢蛋白质周转与氨基酸池

7.1氨基酸的分解代谢

7.2转氨基作用氧化脱氨基作用碳骨架去路转氨酶催化氨基从氨基酸谷氨酸脱氢酶催化谷氨酸氨基酸去氨后剩下的碳骨转移到酮酸，生成新的脱氨基生成酮戊二酸和架有多种代谢去路可转α-α-氨基酸和酮酸这一过铵离子这一反应是体内化为葡萄糖（生糖氨基α-程是可逆的，是氨基酸合处理过量氨基的主要途径，酸）、酮体（生酮氨基酸）成与分解的重要途径谷连接转氨基作用和尿素循或直接进入循环不TCA草转氨酶和谷丙转环谷氨酸脱氢酶反应是同氨基酸的碳骨架进入代AST氨酶是临床上重要可逆的，在氮缺乏时可固谢途径的点不同，决定了ALT的转氨酶，其血清水平升定铵离子合成谷氨酸它们的最终代谢命运高常提示肝脏损伤氨基酸分解的第一步通常是去除氨基，这主要通过两种方式实现大多数氨基酸首先通过转氨基作用将氨基转移给酮戊二酸形成谷氨酸，谷氨酸再通过氧化脱氨基作用α-释放铵离子少数氨基酸（如丝氨酸、苏氨酸）可直接脱氨去氨后的碳骨架根据其化学结构进入不同的代谢途径尿素循环

7.3尿素循环（鸟氨酸循环）是哺乳动物体内处理氨基酸代谢产生的有毒铵离子的主要途径，主要发生在肝脏中该循环由五个连续反应组成，将两分子氨（一个来自铵离子，另一个来自天冬氨酸）和一分子二氧化碳合成一分子尿素，尿素随后通过肾脏排出体外循环各步反应分别发生在线粒体和细胞质中第一步和第二步在线粒体中，而第三至第五步在细胞质中进行尿素循环与循环有密切联系尿素循环中产生的延胡索酸可进入循环，而循环中的酮戊二酸可通过转氨基作用转变为谷氨酸，参与铵离子的处理尿素循TCA TCATCAα-环需要消耗能量，每合成一分子尿素需要个高能磷酸键（）尿素循环酶缺陷可导致高氨血症和脑病等严重后果，最常见的是鸟氨酸氨甲酰43ATP→2ADP+1AMP+4Pi转移酶缺乏症，这是一种连锁遗传病，主要影响男性OTC X特殊氨基酸代谢

7.4芳香族氨基酸代谢含硫氨基酸代谢芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）代谢产生多种重要含硫氨基酸（蛋氨酸、半胱氨酸）代谢与甲基转移和抗氧化防御化合物相关苯丙氨酸经酪氨酸途径分解，或转化为酪氨酸蛋氨酸通过腺苷蛋氨酸参与甲基转移反应••S-SAM酪氨酸是儿茶酚胺（肾上腺素、去甲肾上腺素）和黑色素的同型半胱氨酸是蛋氨酸代谢的中间产物••前体半胱氨酸是谷胱甘肽的前体，参与细胞抗氧化•色氨酸是羟色胺（血清素）和烟酸的前体•5-高同型半胱氨酸血症与心血管疾病风险增加相关，可由族维生B苯丙酮尿症是由苯丙氨酸羟化酶缺陷引起的常见遗传病，导致苯素缺乏或遗传因素引起丙氨酸积累，影响大脑发育支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）的代谢涉及一个共同的酮酸脱氢酶复合体，先转氨基后脱羧，最终产物可进入循环α-TCA或转化为酮体支链氨基酸代谢缺陷导致枫糖尿病，特征是尿液中含有类似枫糖浆气味的酮酸，严重可导致神经损伤α-第八章核苷酸代谢26核苷酸类别合成途径嘌呤、和嘧啶、、核苷酸是和从头合成需消耗大量能量，补救途径可重复利用核苷A GC UTDNA RNA的基本构建单元和碱基30+代谢酶数量核苷酸代谢涉及数十种专一性酶，许多是重要药物靶点核苷酸是核酸（和）的基本构建单元，同时也是许多辅酶（如、⁺、）和重要信号DNARNAATP NADCoA分子（如、）的组成部分核苷酸代谢包括从头合成途径和补救途径两种方式，前者从简单前体cAMP cGMP如氨基酸、核糖磷酸和₂合成核苷酸，需要消耗大量能量；后者则回收已有的核苷和碱基，更为经济-5-CO高效核苷酸代谢紊乱与多种疾病相关，如痛风（尿酸代谢异常）、免疫缺陷综合征（腺苷脱氨酶缺乏）和Lesch-综合征（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺乏）许多抗肿瘤和抗病毒药物都是核苷酸类似物，通过Nyhan-干扰核苷酸代谢或核酸合成发挥作用本章将重点介绍嘌呤和嘧啶核苷酸的合成与降解途径，以及相关的代谢调控和疾病嘌呤核苷酸代谢

8.1从头合成途径补救途径嘌呤核苷酸的从头合成始于磷酸核糖焦磷酸，经嘌呤补救途径通过两种主要酶催化次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖5--1-PRPP-过多步反应最终形成肌苷酸，这是所有嘌呤核苷酸的转移酶将次黄嘌呤和鸟嘌呤与结合形成和10IMP HGPRTPRPP IMP共同前体可进一步转化为腺苷酸和鸟苷酸；腺嘌呤磷酸核糖转移酶将腺嘌呤与结合形IMP AMP GMP GMPAPRT PRPP从头合成途径的第一个限速步骤是谷氨酰胺酰胺转移酶催成补救途径比从头合成节能，对于某些组织（如脑和骨PRPP AMP化的反应，受到和的反馈抑制髓）尤为重要AMPGMP嘌呤核苷酸的降解最终产生尿酸，尿酸在大多数哺乳动物中继续分解为更溶解的丙氨酸，但在人类和高等灵长类动物中，由于尿酸氧化酶的缺失，尿酸是最终代谢产物尿酸在生理下溶解度低，容易在关节和组织中形成结晶，导致痛风痛风是一种代谢性关节炎，pH特征是血尿酸水平升高和尿酸盐结晶沉积，通常影响足部第一跖趾关节考试重点与复习策略代谢途径记忆技巧对于复杂的代谢途径，首先理解整体流程和生理意义，然后记忆关键酶和调控点使用流程图和思维导图将各途径联系起来，突出能量变化和碳原子去向不必死记每一个中间产物，但要明确入口、出口和关键节点考试答题策略生物化学考题通常包括概念解释、反应机制分析和代谢途径应用等回答问题时应遵循点线面的思路首先明确关键概念，然后解释相关反应或途径，最后联系生理病理意义特别注意易混——淆的概念，如氧化磷酸化与底物水平磷酸化、从头合成与补救途径等实验技能掌握理论知识与实验技能同等重要熟悉基本实验原理如分光光度法、层析法和电泳技术，掌握酶活性测定方法和动力学参数计算做好实验记录，学会数据处理和分析，培养发现问题和解决问题的能力实验部分通常占总成绩的左右30%在复习生物化学时，应当重点掌握各大代谢途径的关键酶和调控机制，理解而非死记硬背蛋白质结构层次、酶动力学参数、代谢途径的能量计算和代谢产物去向都是历年考试的热点针对不同章节的特点采取有针对性的学习策略例如蛋白质结构要结合图形记忆，酶学部分需要理解动力学曲线，代谢部分则需要掌握联系和区别。