《生物化学》课件

《生物化学》生物化学是研究生命现象的化学本质和分子基础的科学，它解释了生物体内复杂的化学反应和分子间相互作用本课程将带领你探索生命的分子奥秘，从基本的生物分子结构到复杂的代谢网络，帮助你理解生命活动的分子机制通过学习生物化学，你将能够理解疾病的分子基础，为医学研究和药物开发奠定理论基础同时，生物化学知识也是现代生物技术、农业科学和环境科学发展的核心支撑让我们一起踏上这段探索生命本质的奇妙旅程，揭开生命科学的神秘面纱！第一章绪论生物化学的基础地位生物化学的发展历程生物化学的应用领域生物化学是现代生命科学最重要的基础从世纪初期的有机化学起源，到世现代生物化学在医药研发、疾病诊断、1920科学之一，它通过研究生物体内分子水纪中期双螺旋结构的发现，再到现农作物改良、食品加工、环境保护等领DNA平的化学变化来解释生命现象作为分代的基因组学和蛋白质组学，生物化学域有着广泛应用随着技术的不断进子生物学、分子遗传学等现代生命学科的发展历程反映了人类对生命本质认识步，生物化学正在帮助人类解决越来越的核心，生物化学为理解生命的本质提的不断深入每一次重大突破都推动了多的实际问题，并为人类福祉做出重要供了坚实的理论基础医学、农业和环境科学的革命性进步贡献生物化学的研究内容生物大分子的结构、性质和功能研究蛋白质、核酸、糖类和脂类等生物大分子的化学结构、物理化学性质及其在生命过程中的功能通过揭示分子结构与生物功能之间的关系，帮助我们理解生命活动的本质生物体内物质代谢过程及其调控规律研究生物体内物质和能量转换的化学反应网络，包括糖类、脂类、氨基酸等物质的合成与分解途径，以及这些代谢过程的调控机制代谢网络的精确调控是生命活动稳态维持的基础生物大分子的分离、提取、纯化与鉴定研究和开发从复杂生物样品中分离、提取和纯化生物大分子的方法与技术，以及确定其结构和特性的分析技术这些方法学的发展为生物化学研究提供了强大的技术支持结构与功能之间的关系研究探索生物大分子结构与其生物学功能之间的内在联系，阐明结构决定功能的分子机制这种理解对于疾病机制研究、药物设计和生物技术应用具有重要意义生物化学与相关学科的关系生理学与细胞生物学的基础分子生物学的理论源泉生物化学为理解细胞功能和生理过程提生物化学为分子生物学提供了研究方法供分子基础，揭示了生理现象背后的化和理论基础，两者相互促进，共同推动学本质没有生物化学知识，就无法全2生命科学发展分子生物学技术反过来面理解机体功能和疾病发生的分子机也极大地促进了生物化学研究的深入制医学与农业应用的基础生物技术的理论支撑生物化学在疾病诊断、药物开发、农作生物化学原理是现代生物技术发展的理物改良等领域发挥着关键作用理解生论基础，从基因工程到蛋白质工程，从物化学原理对于解决医疗健康和食品安疫苗开发到酶工程，生物化学知识在生全问题至关重要物技术领域有着广泛应用生物化学的研究方法分离纯化技术包括离心分离、色谱技术、电泳技术等，用于从复杂生物样品中分离和纯化特定的生物分子这些技术是生物化学研究的基础，为后续结构和功能研究提供纯净样品结构分析技术包括射线晶体学、核磁共振波谱、质谱分析和冷冻电镜等技术，用于确定生X物分子的精确结构结构分析为理解生物分子功能提供了关键信息功能研究技术包括酶活性测定、代谢通量分析、细胞培养和动物模型等方法，用于研究生物分子在生命活动中的功能和作用机制这些技术帮助我们理解生物分子如何参与生命过程分子生物学技术包括基因克隆、技术、基因编辑和转基因技术等，用于研究基因表达和调PCR控机制这些技术极大地拓展了生物化学研究的广度和深度第二章水和缓冲系统缓冲系统维持生物体内稳定环境pH水的生物学作用生化反应介质、结构稳定因素水的物理化学特性极性分子、氢键网络、高热容水是生命的摇篮，其独特的物理化学特性使其成为生物体内最重要的分子之一水分子的极性结构和氢键形成能力，赋予了水高沸点、高热容和强溶解能力等特性，这些特性对维持生物体内稳定的环境至关重要在生物体内，缓冲系统对维持稳定的环境起着关键作用生物化学反应通常对高度敏感，缓冲系统能够抵抗外界环境变化对生物体pH pH内的影响，保证生物体正常生理功能的进行理解水和缓冲系统的基本原理，是深入学习生物化学的基础pH生物体内的水环境细胞内外水环境的差异渗透压与生命活动细胞内外的水环境在离子组成、渗透压是由溶质浓度差引起的水分pH值和代谢物浓度等方面存在显著差子定向流动趋势，对细胞形态和功异细胞膜作为选择性屏障，维持能有重要影响生物体通过主动运这种差异并调控物质交换水通道输和离子泵系统精确调控细胞内外蛋白在细胞水平衡中扮演重要角渗透压平衡渗透压失调可导致细色，允许水分子快速通过细胞膜而胞肿胀、萎缩甚至死亡，是许多病不改变其他离子浓度理过程的基础水合作用的生物学意义水合作用是水分子通过氢键与生物大分子表面形成水合层的过程这种作用对蛋白质折叠、核酸结构稳定和膜结构维持至关重要水合层不仅影响生物大分子的溶解性，还参与调节分子间相互作用和生化反应动力学缓冲系统的原理与计算缓冲系统的定义与机制方程缓冲容量与设计Henderson-Hasselbalch缓冲系统是由弱酸或弱碱及其共轭碱缓冲容量定义为使升缓冲溶液值改pH=pKa+log[A-]/[HA]1pH或共轭酸组成的溶液，能够抵抗值变单位所需的强酸或强碱的摩尔数缓pH1方程是计算缓Henderson-Hasselbalch变化当添加强酸时，缓冲系统中的共冲容量与总浓度成正比，在时pH=pKa冲溶液值的基本工具该方程表明，pH轭碱会与氢离子结合；当添加强碱时，达到最大设计缓冲系统时，应选择当弱酸及其共轭碱的浓度相等时，HA A-弱酸会释放氢离子中和氢氧根离子这接近目标值的弱酸共轭碱对，并pKa pH-缓冲溶液的值等于弱酸的值当pH pKa种机制使缓冲系统能够在一定范围内维根据需要调整总浓度以获得适当的缓冲比值在到之间时，缓冲[A-]/[HA]

0.110持相对稳定的值容量pH系统具有最佳缓冲能力生物体内的主要缓冲系统磷酸盐缓冲系统主要由₂₄⁻₄⁻组成，约为，接近细胞内值，因此在H PO/HPO²pKa

6.8pH细胞内环境中发挥重要缓冲作用磷酸盐缓冲系统在维持细胞质和细胞器内稳定环境方面起关键作用，对确保细胞内酶活性和代谢过程的正常进行至关pH重要碳酸氢盐缓冲系统由₂₃₃⁻组成，是血液中最重要的缓冲系统，约为该H CO/HCO pKa

6.1系统通过呼吸系统和肾脏的协同调节，有效维持血液值在的狭窄pH

7.35-

7.45范围内二氧化碳可通过肺部排出，使该缓冲系统具有独特的开放性特征蛋白质缓冲系统蛋白质上的氨基酸侧链如组氨酸残基可作为缓冲剂血红蛋白是重要的蛋白缓冲剂，在携氧过程中释放氢离子，与碳酸氢盐系统协同作用蛋白质缓冲系统由于其高浓度和多种解离基团，对血液缓冲能力有显著贡献第三章氨基酸与蛋白质基础知识-氨基酸是蛋白质的基本构建单元，自然界中有种标准氨基酸参与蛋白质合成每种氨基酸都包含一个α碳原子，连接着一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个特20-异性的侧链基团正是这些侧链基团的多样性，赋予了氨基酸不同的物理化学性质氨基酸通过肽键连接形成多肽链，最终折叠成具有特定三维结构的蛋白质蛋白质是生命活动的主要执行者，发挥着催化、运输、调节、防御、结构支持等多种功能理解氨基酸和蛋白质的基本性质，是深入学习生物化学的关键一步氨基酸的结构与物理化学性质氨基酸基本结构包含α碳原子，连接着氨基₂、羧--NH基、氢原子和特异性侧链基-COOH R团两性离子结构在生理下，氨基酸以两性离子形式存pH在，氨基质子化₃⁺，羧基解离-NH-⁻COO手性与旋光性除甘氨酸外，所有氨基酸在α碳原子处具-有手性中心，自然界主要存在型氨基酸L等电点氨基酸在其等电点时呈电中性，不同pI氨基酸的值各异pI紫外吸收特性含芳香环的氨基酸色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸有特征紫外吸收溶解性与侧链性质相关，极性侧链增加水溶性，非极性侧链降低水溶性氨基酸的生物学功能209标准氨基酸必需氨基酸直接参与蛋白质合成的基本氨基酸数量，由密码子编码人体无法合成，必须从食物中获取的氨基酸数量mRNA300+60%非标准氨基酸神经递质前体自然界中存在的其他氨基酸及衍生物数量作为神经递质合成前体的氨基酸占比氨基酸除了作为蛋白质的基本构件外，还具有多种重要的生物学功能色氨酸是羟色胺血清素的前体，酪氨酸是多巴胺和去甲肾上腺素的前体，这些神经递质在神经系统功能中起关键作用谷氨酸和5-甘氨酸则直接作为兴奋性和抑制性神经递质某些氨基酸衍生物如肌酸、牛磺酸和γ氨基丁酸在肌肉能量代谢和神经系统功能中扮演重要角色非标准氨基酸如羟脯氨酸对胶原蛋白的结构稳定性至关重要，而硒代半胱氨酸则参与某些关键氧化还原-4-酶的催化功能理解这些多样化的功能有助于我们全面认识氨基酸的生物学意义蛋白质的一级结构氨基酸序列蛋白质一级结构是指多肽链中氨基酸残基的线性排列顺序，从端到端这种序列由N C基因序列通过转录和翻译过程确定，反映了遗传信息的表达DNA序列测定现代蛋白质序列测定方法包括埃德曼降解法和质谱分析技术前者通过逐个释放端氨N基酸确定序列，后者则通过测量肽段质量并进行数据库比对来确定序列序列分析一级结构分析包括同源性比较、功能域识别和进化关系研究生物信息学工具可预测蛋白质的结构特征、修饰位点和可能的功能，为实验研究提供指导序列决定结构安芬森实验证明，蛋白质的一级结构包含了决定其高级结构所需的全部信息特定的氨基酸序列会自发折叠成唯一的三维结构，这是蛋白质结构形成的基本原理蛋白质的二级结构螺旋结构折叠结构转角与无规则卷曲α-β-β-螺旋是一种右手螺旋结构，每转一圈包折叠由相邻多肽链段通过氢键连接形转角是多肽链改变方向的短序列，通常αββ---含个氨基酸残基，相邻残基间的垂直距成，可以是平行或反平行排列在反平行由四个氨基酸残基组成，第一个残基的羰

3.6离为每个氨基酸残基的基团β折叠中，相邻链段方向相反，形成的氢基与第四个残基的氨基之间形成氢键无

0.15nm N-H-与前面第四个残基的基团形成氢键，键垂直于肽链方向；而在平行β折叠中，规则卷曲则是不具有规则重复结构的区C=O-这种规则的氢键网络使α螺旋具有高度稳相邻链段方向相同，形成的氢键呈倾斜状域，但仍具有重要的生物学功能，如参与-定性态蛋白质蛋白质相互作用-蛋白质的三级结构疏水作用三级结构形成的主要驱动力氢键与离子键提供结构特异性和稳定性范德华力提供短距离弱相互作用二硫键通过共价键增强结构稳定性蛋白质的三级结构是指单条多肽链在空间上的完整折叠构象在水环境中，蛋白质折叠过程主要由疏水作用驱动，非极性氨基酸侧链倾向于聚集在分子内部，远离水环境；而极性和带电荷的氨基酸侧链则倾向于暴露在分子表面，与水分子相互作用球状蛋白通常具有紧密折叠的球形结构，内部主要是疏水性氨基酸，外表面是亲水性氨基酸纤维状蛋白则呈现延伸的形态，通常富含重复序列，如胶原蛋白中的甘氨酸重复单元理解三级结构对于解释蛋白质功能和设计药物具有重要意义-X-Y蛋白质的四级结构亚基与四级结构亚基间相互作用蛋白质的四级结构是指多个多肽链（亚基）亚基之间的相互作用主要依靠疏水作用、氢通过非共价相互作用组装形成的复合体结键、离子键和范德华力，与稳定三级结构的构四级结构在许多大型功能性蛋白质和酶作用类似这些相互作用形成特定的结合界复合物中普遍存在，如血红蛋白、抗体和多12面，确保亚基以正确的方式组装聚酶功能调节机制同源与异源多聚体四级结构的动态变化是许多蛋白质功能调节同源多聚体由相同的亚基组成，如由四个相43的基础变构效应是一种常见的调节机制，同亚基组成的肌红蛋白；异源多聚体则由不如血红蛋白的氧合作用，其中一个亚基结合同亚基组成，如由两个链和两个链组成αβ氧分子后会影响其他亚基的氧亲和力的血红蛋白不同类型的多聚体结构赋予蛋白质多样化的功能蛋白质结构研究方法射线晶体衍射技术核磁共振波谱法冷冻电镜技术X射线晶体学是测定蛋白质高分辨率三维核磁共振技术可以在溶液状态下冷冻电子显微镜技术近年来取X NMRCryo-EM结构的传统方法该技术要求将蛋白质研究蛋白质结构，适合分析相对较小的得了革命性进展，已成为研究大型蛋白结晶，然后用射线照射晶体，分析衍射蛋白质约以下该技术基于原子质复合物结构的重要工具该技术将蛋X30kDa图案以重建电子密度图，最终确定原子核在磁场中的共振特性，可提供原子间白质样品快速冷冻在极薄的玻璃态冰层位置虽然该方法分辨率高，但蛋白质距离和角度约束，从而确定蛋白质的三中，保持其天然状态，然后通过电子显结晶是一个难点，且某些动态区域难以维结构还能研究蛋白质的动态变微镜成像并计算重建三维结构冷冻电NMR确定化和相互作用镜不需要结晶，适合研究膜蛋白和大型复合物蛋白质的分离与纯化样品制备与初步分离蛋白质纯化的第一步是组织匀浆和细胞破碎，释放细胞内蛋白质随后通过离心分离去除细胞碎片，获得粗提液分级分馏法利用蛋白质在不同盐浓度或条件下的溶解度差异，实现初步分离硫酸铵沉淀是常用的分级分馏方pH法色谱分离技术离子交换色谱基于蛋白质表面电荷差异，使用带相反电荷的固定相选择性结合目标蛋白质，然后通过改变盐浓度或洗脱凝胶过滤色谱则基于分pH子大小差异，通过多孔材料分离不同大小的蛋白质，适合最终纯化步骤和分子量测定高选择性分离方法亲和色谱是高选择性的分离方法，利用蛋白质与特定配体的特异性结合实现分离例如，标记了组氨酸标签的重组蛋白可通过镍亲和色谱纯化高效液相色谱结合高压系统和精细填料，能快速高效分离HPLC微量蛋白质，常用于分析纯度和制备少量高纯度样品蛋白质的变性与复性物理因素导致变性高温会增加分子热运动，破坏维持蛋白质结构的非共价键；而极端会改pH变氨基酸侧链的电荷状态，影响离子键和氢键的形成化学因素导致变性尿素和盐酸胍等变性剂能与蛋白质中的氢键竞争，破坏蛋白质内部的氢键网络；还原剂如β巯基乙醇则破坏二硫键，导致蛋白质结构松散-复性条件与技术通过缓慢去除变性剂，控制适当的氧化还原环境，并添加分子伴侣，可促进某些蛋白质的正确复性，恢复其生物学活性分子伴侣辅助折叠分子伴侣如热休克蛋白能识别并结合未折叠或错误折叠的蛋白质，防HSP止其聚集，并提供适当环境促进正确折叠蛋白质的功能分类第四章酶学生物催化剂-酶活性测定分光光度法、电化学法、放射性同位素法酶促反应动力学米氏方程、动力学参数、反应机制酶的命名与分类系统命名法、六大类酶、编号EC酶的特性与性质高效性、高特异性、可调控性酶是生物体内最重要的催化剂，具有极高的催化效率和特异性与一般化学催化剂相比，酶能在温和条件下（中性、生理温度）高效催化反应，催化效率可pH比非催化反应提高倍酶的高特异性表现在对底物识别和反应类型的选择上，这种特异性源于酶分子表面特定的三维结构10^6-10^12国际生物化学和分子生物学联盟建立了系统的酶命名与分类系统，将酶分为六大类氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶每种IUBMB酶都有唯一的编号，反映其催化的反应类型和底物特异性理解酶学基础知识对于研究生物化学过程和开发生物技术应用至关重要EC酶的催化机制特异性识别与结合活化能降低机制酶通过活性位点上特定的氨基酸残基识酶降低反应活化能的方式包括将底物别并结合底物，形成酶底物复合物这置于有利构象、提供催化基团参与反-种结合基于分子互补原理，涉及多种非应、稳定过渡态、改变微环境值、暂pH共价相互作用，如氢键、疏水相互作用时形成共价中间体等这些机制往往协和离子键同作用，共同提高反应速率常见催化策略产物释放与酶再生酸碱催化利用活性位点的氨基酸残基提反应完成后，产物从酶活性位点释放，供或接受质子；共价催化通过形成酶底-酶分子恢复初始状态，可继续参与新一物共价中间体；金属离子催化通过结合轮催化循环这种循环特性使少量酶能金属离子稳定带电中间体；邻近和定向催化大量底物转化，体现了酶的高效效应通过将反应物置于合适位置和方向性促进反应酶动力学米氏方程酶活性的影响因素温度效应效应底物与酶浓度效应pH温度升高会增加分子动能，加快反应速值影响酶活性位点的氨基酸残基电离状在低底物浓度下，反应速率与底物浓度成pH率，但过高的温度会导致酶蛋白变性每态，从而影响底物结合和催化效率每种正比；随着底物浓度增加，反应速率增长种酶都有其最适温度，通常接近生物体的酶都有特定的最适范围，反映了其生理变缓，最终接近，表现为零级反应pH Vmax生理温度温度每升高℃，酶促反应速环境例如，胃蛋白酶的最适为左动力学酶浓度与反应速率在其他条件不10pH2率约增加倍，直到达到最适温度超过右，而胰蛋白酶的最适为左右极端变时呈线性关系，这是酶活性测定的基2-3pH8最适温度后，酶活性迅速下降，这种现象会改变酶的电荷分布，甚至导致结构变础然而，某些酶在高浓度时可能出现自pH可用于酶的热灭活处理性，使酶永久失活抑制现象酶的抑制作用竞争性抑制非竞争性抑制竞争性抑制剂与底物竞争酶的活性位非竞争性抑制剂结合在酶的变构位点，点，其结构通常与底物相似这种抑制而非活性位点，使酶构象发生变化，降可通过增加底物浓度来克服，因为高浓低其催化活性这种抑制不能通过增加度底物会增加底物与抑制剂的竞争优底物浓度来完全克服，因为抑制剂与底势竞争性抑制的特征是不变，物结合不存在直接竞争非竞争性抑制Vmax但表观增大磺胺类药物抑制细菌的特征是降低，但不变重Km VmaxKm对氨基苯甲酸的利用就是典型的竞争性金属离子如汞、铅对含巯基的酶的抑制抑制例子常表现为非竞争性抑制不可逆抑制不可逆抑制剂通常与酶的关键氨基酸残基形成共价键，永久破坏酶的催化活性这类抑制剂常被用作生化武器、农药或特定的药物例如，神经毒剂沙林通过磷酰化胆碱酯酶的丝氨酸残基，使其永久失活；青霉素通过抑制细菌细胞壁合成酶发挥抗菌作用不可逆抑制的程度取决于酶与抑制剂接触的时间和抑制剂浓度辅酶与辅基辅酶类型来源参与反应类型代表酶系统烟酰胺辅酶维生素烟酸氧化还原反应脱氢酶B3NAD+/NADP+黄素辅酶维生素核黄氧化还原反应黄素酶B2素FAD/FMN辅酶维生素泛酸酰基转移反应酰基转移酶ACoA B5生物素维生素羧化反应羧化酶H四氢叶酸维生素叶酸一碳单位转移甲基转移酶B9辅酶维生素分子重排反应变位酶B12B12吡哆醛磷酸维生素氨基转移反应转氨酶B6多底物酶反应动力学双底物反应类型有序与随机机制动力学方程与研究方法多数酶促反应涉及两个或更多底物双顺序机制又可分为有序顺序机制和随机多底物反应的动力学分析较单底物反应底物反应是最常见的多底物反应类型，顺序机制在有序顺序机制中，底物必复杂，通常需要设计一系列实验，固定通常遵循两种基本机制顺序机制和乒须按特定顺序结合，如磷酸激酶首先结一种底物浓度，改变另一种底物浓度，乓机制在顺序机制中，所有底物必须合，然后结合葡萄糖；在随机顺序测定反应速率通过双倒数作图和斜率ATP先与酶结合形成三元复合物，然后才能机制中，底物结合没有严格顺序要求，再作图等方法，可区分不同反应机制并进行化学转化；在乒乓机制中，第一个如酒精脱氢酶可先结合或先结合乙确定相关动力学参数同位素交换实验NAD+底物结合并被部分转化，随后第一个产醇这些不同机制反映了酶活性位点的和瞬态动力学方法也是研究多底物反应物释放，然后第二个底物结合，完成反结构特点和底物结合诱导的构象变化机制的重要工具应循环变构调节与酶活性调控2+结合位点变构酶通常含有两个或更多结合位点催化位点和调节位点4+亚基结构大多数变构酶具有四聚体或更高级别的四级结构10x活性变化变构效应可使酶活性变化高达倍以上1050%代谢酶约半数关键代谢酶受变构调节控制变构调节是酶活性调控的重要机制，涉及调节分子与酶的非活性位点结合，引起酶构象变化，从而影响其催化活性变构效应可分为正效应和负效应激活剂正效应物增强酶与底物的亲和力，提高酶活性；抑制剂负效应物则降低酶与底物的亲和力，抑制酶活性磷酸果糖激酶是变构调节的经典例子，它受负效应物和正效应物的反向调节当细胞能量充足浓度高时，抑制该酶活性，减缓糖酵ATPAMPATPATP解；当能量不足浓度高时，激活该酶，加速糖酵解产能这种精确调节机制使细胞能根据能量状态调整代谢速率，维持能量平衡，是生物体代谢AMPAMP调控网络的重要组成部分酶的应用医学诊断应用工业生产应用临床生化检验中，特定酶的活性工业领域中，酶被用作高效、环常作为疾病诊断指标如血清谷保的生物催化剂蛋白酶用于洗丙转氨酶和谷草转氨酶涤剂中分解蛋白质污渍；纤维素ALT升高提示肝损伤，肌酸激酶酶和半纤维素酶用于生物质能源AST升高提示心肌损伤，淀粉酶生产；葡萄糖异构酶用于高果糖CK升高提示胰腺炎此外，酶联免浆生产；脂肪酶用于生物柴油合疫吸附测定利用酶的催化成工业酶制剂通常经过蛋白质ELISA特性进行高灵敏度免疫检测，广工程改造，提高稳定性和催化效泛应用于病毒、激素和肿瘤标志率，适应工业生产条件物检测环境保护应用环保领域中，酶被用于生物修复和废物处理漆酶和过氧化物酶可降解难降解污染物如多环芳烃和酚类；脲酶用于废水中氮污染物处理；纤维素酶和蛋白酶用于有机废物堆肥处理酶促降解通常比化学处理更环保，不产生有毒副产物，且可在温和条件下进行，降低能耗第五章糖类与糖代谢糖类是生物体内最重要的能源物质和结构组分，按分子大小可分为单糖、二糖和多糖单糖是最简单的糖类单元，如葡萄糖、果糖和半乳糖，通常具有开链和环状两种形式；二糖由两个单糖通过糖苷键连接形成，如蔗糖、麦芽糖和乳糖；多糖则由大量单糖单元聚合而成，如淀粉、纤维素和糖原糖代谢是生物体获取、储存和利用能量的核心过程，主要包括糖酵解、三羧酸循环、电子传递链和氧化磷酸化等途径通过这些代谢途径，葡萄糖被完全氧化为二氧化碳和水，同时释放能量并合成此外，糖代谢还提供合成其他生物分子所需的前体物质，与脂代谢和氨基酸代谢相互关联，共同构成生物体的代谢网络ATP糖的结构与性质单糖的立体化学糖苷键形成糖类的理化性质单糖分子中含有多个手性碳原子，导致糖苷键是连接单糖单元形成寡糖和多糖糖类通常具有良好的水溶性，这源于分存在多种立体异构体和异构体是镜的关键化学键，由一个单糖的半缩醛羟子中含有大量羟基可形成氢键还原糖D-L-像关系，自然界中主要存在系列糖基与另一个单糖的羟基脱水缩合形成具有半缩醛结构，能够还原铜离子D-类单糖还存在α和β构型的差异，这种根据参与成键的羟基位置，糖苷键可有α-Benedict试剂和银离子Tollens试差异源于糖环上位半缩醛碳的羟基、、等多种类型不同类剂，这是检测还原糖的重要方法糖类βαC11,4-1,4-1,6朝向不同不同构型的糖分子具有不同型的糖苷键赋予多糖不同的结构特性和在强酸条件下会脱水形成糠醛类化合的物理化学性质和生物活性生物功能物，进一步与酚类物质反应产生有色物质，这是糖类定性的基础多糖的结构与功能结构多糖功能多糖纤维素是植物细胞壁的主要成分，由β-1,4糖苷键连接的葡萄糖链组成，分子间可形肝素是一种高度硫酸化的糖胺聚糖，具有成大量氢键，赋予其高度的机械强度几抗凝血作用透明质酸是结缔组织中的重丁质是真菌细胞壁和节肢动物外骨骼的主要成分，具有保水和润滑作用这类多糖多糖研究方法储能多糖要成分，由N-乙酰葡萄胺通过β-1,4糖苷往往含有氨基糖和醛酸单元，常与蛋白质多糖结构研究通常结合化学分析、酶解分键连接形成这些结构多糖为生物体提供结合形成蛋白多糖，参与细胞间识别、信淀粉是植物的主要储能多糖，由直链淀粉析和物理方法化学分析包括甲基化分析机械支持和保护号传导和免疫调节等重要生理过程α糖苷键和支链淀粉α和α糖和周期酸氧化等，用于确定糖苷键类型和-1,4-1,4-1,6苷键组成糖原是动物的储能多糖，结构连接位置；酶解分析利用特异性糖苷酶水与支链淀粉相似但分支更多，有利于快速解多糖，分析产物组成；物理方法如射X分解释放葡萄糖这些储能多糖在生物体线衍射和核磁共振则用于研究多糖的高级能量代谢中起着能量银行的作用结构和构象糖酵解途径预备阶段投入阶段糖酵解的前五步反应构成预备阶段，消耗个，将葡萄糖磷酸化并裂解为两分子甘2ATP油醛磷酸关键步骤包括己糖激酶催化葡萄糖磷酸化；磷酸果糖激酶催化果糖磷-3--6-酸磷酸化，这是糖酵解的第一个限速步骤，受能量状态变构调节；醛缩酶催化六碳糖裂解为两个三碳糖能量收获阶段糖酵解的后五步反应构成能量收获阶段，每个甘油醛磷酸转化为丙酮酸的过程中-3-生成个和个关键步骤包括甘油醛磷酸脱氢酶催化的底物水平磷2ATP1NADH-3-酸化，生成高能中间产物二磷酸甘油酸；磷酸甘油酸激酶和丙酮酸激酶催化的1,3-3-合成反应总体而言，每分子葡萄糖经糖酵解产生个丙酮酸、个和净ATP22NADH获得个2ATP厌氧条件下的命运在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体参与三羧酸循环；在厌氧条件下，丙酮酸有不同命运在动物肌肉中，乳酸脱氢酶催化丙酮酸还原为乳酸，同时再生，NAD+维持糖酵解持续进行；在酵母等微生物中，丙酮酸脱羧形成乙醛，再被醇脱氢酶还原为乙醇，这就是酒精发酵过程，同样再生支持糖酵解NAD+三羧酸循环8反应步骤三羧酸循环包含个反应步骤，从乙酰与草酰乙酸缩合开始8CoA3NADH产生每循环一次产生个分子，每个携带高能电子3NADH1FADH₂产生每循环一次产生个₂分子，供电子传递链使用1FADH2CO₂释放每循环一次释放个₂分子，完成碳骨架氧化2CO三羧酸循环循环是有氧呼吸的核心途径，在线粒体基质中进行循环始于乙酰与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，然后经过一系列氧化还原反应，最终TCACoA再生草酰乙酸关键酶包括柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体和琥珀酸脱氢酶等三羧酸循环不仅是能量代谢的中心，也是代谢物交换的枢纽循环中间产物可通过补充反应得到补充，如丙酮酸羧化生成草酰乙酸、谷氨酸脱氨基生成α-酮戊二酸等循环中间产物也可作为生物合成前体，如柠檬酸用于脂肪酸合成、α-酮戊二酸用于氨基酸合成等这种进出循环的特性使三羧酸循环成为连接糖、脂、蛋白质代谢的重要纽带电子传递链与氧化磷酸化电子传递复合体线粒体内膜上包含四个主要电子传递复合体，依次传递电子至最终电子受体氧气复合体I-IV脱氢酶和复合体琥珀酸脱氢酶分别接收来自和₂的电子，然后通过泛INADHIINADH FADH醌、复合体、细胞色素和复合体，最终将电子传递给氧气形成水III cIV质子梯度形成复合体、和在传递电子的同时，将基质中的质子泵入膜间隙，形成跨膜质子梯度质子动I III IV力势这种梯度包含化学势差和电势两部分，是合成的直接驱动力质子泵效率不pHATP同，复合体、和分别泵出、和个质子，而复合体不泵质子I IIIIV442II合成酶ATP合成酶复合体是一个分子马达，由₁和₀两部分组成₀嵌入膜中，形成质子通ATPV F F F道；₁突出于基质侧，具有催化合成的活性位点质子沿浓度梯度通过₀返回基质，驱F ATPF动₀转子旋转，引起₁构象变化，催化与磷酸结合生成这一过程是提出FFADP ATPMitchell的化学渗透理论的核心能量效率计算氧化磷酸化效率用比表示，即每传递一对电子至氧气分子所合成的数量通过P/O ATPNADH复合体、、途径的比约为；₂通过复合体、、途径的比约为I IIIIV P/O

2.5FADH II IIIIVP/O完全氧化一分子葡萄糖可产生约个，远高于糖酵解产生的个

1.530ATP2ATP戊糖磷酸途径氧化相非氧化相戊糖磷酸途径的氧化相包括三个反应步非氧化相通过一系列可逆的转醛酶和转酮骤葡萄糖磷酸脱氢、磷酸葡萄糖酸酶反应，将碳糖转化为碳和碳中间产-6-6-536内酯水解和磷酸葡萄糖酸脱氢这一阶物，可重新进入糖酵解途径这一阶段可6-段产生个和个₂，生成碳根据细胞需要调整核糖磷酸和糖酵解2NADPH1CO5-5-糖核糖磷酸氧化相是不可逆的，主中间产物的比例，满足核苷酸合成或能量-5-2要受细胞需求调控产生的需求NADPH临床相关性生成与功能NADPH葡萄糖磷酸脱氢酶缺乏症是最是重要的还原力，主要用于生物-6-G6PD NADPH常见的酶缺陷病，主要影响红细胞的抗氧合成反应和抗氧化防御脂肪酸合成、类化能力患者红细胞生成减少，固醇合成等合成代谢过程需要提NADPH NADPH抵抗氧化应激能力下降，表现为溶血性贫供还原当量谷胱甘肽还原酶利用血某些药物和蚕豆中的化合物可诱发将氧化型谷胱甘肽还原为NADPH GSSG缺乏患者发生溶血，因此这些患者还原型谷胱甘肽，维持细胞抗氧化G6PD GSH应避免接触这类诱发因素能力糖异生作用糖异生的生理意义糖异生的关键酶与绕道反应糖异生与糖酵解的调控糖异生是从非糖前体如乳酸、丙酮酸、糖异生在大部分步骤上与糖酵解相反，糖异生与糖酵解在多个水平受到相反调甘油和某些氨基酸合成葡萄糖的代谢途但糖酵解中的三个不可逆反应需要通过控，确保两条途径不会同时全速运行，径，主要在肝脏和肾脏进行糖异生在特殊酶催化的绕道反应来克服丙酮避免徒劳循环关键调控点包括丙酮维持血糖稳定、为红细胞和神经组织提酸羧化酶将丙酮酸转化为草酰乙酸，然酸激酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶；磷酸果/供能源方面发挥关键作用，尤其在禁食后由磷酸烯醇丙酮酸羧激酶转化为磷酸糖激酶果糖二磷酸酶；己糖激酶/-1,6-/和剧烈运动期间更为重要长时间禁食烯醇丙酮酸；果糖二磷酸酶催化果葡萄糖磷酸酶激素调控中，胰岛素-1,6--6-时，肝糖原耗尽后，糖异生成为维持血糖二磷酸脱磷酸；葡萄糖磷酸酶促进糖酵解抑制糖异生，而胰高血糖素-1,6--6-糖的主要途径催化葡萄糖磷酸脱磷酸生成葡萄糖和肾上腺素则促进糖异生抑制糖酵解-6-糖原合成与分解糖原合成糖原合成始于葡萄糖磷酸转化为葡萄糖磷酸，然后活化为葡萄糖糖原合酶将葡萄-6--1-UDP-UDP-糖中的葡萄糖残基转移到已有糖原分子上，形成α糖苷键支链酶则负责形成α糖苷键，创-1,4-1,6建分支点糖原合成需要糖原启动蛋白糖原蛋白作为初始底物糖原分解糖原分解由糖原磷酸化酶催化，该酶从非还原端逐个切下葡萄糖残基，同时加入磷酸基团，生成葡萄糖磷酸到达距分支点个残基处时，转移酶将末端个残基转移到另一链上，然后α葡萄-1-43-1,6-糖苷酶水解分支点在肝脏中，葡萄糖磷酸可转化为葡萄糖释放入血；在肌肉中，则进入糖酵解-1-产生能量激素调控糖原代谢受胰岛素和胰高血糖素的拮抗调控胰岛素促进糖原合成，抑制糖原分解；胰高血糖素则促进糖原分解，抑制糖原合成这种调控通过信号通路和蛋白质磷酸化级联反应实现，其中cAMP糖原磷酸化酶激酶和糖原合酶激酶是关键调控酶肾上腺素通过与胰高血糖素相似的机制，促进肝脏和肌肉糖原分解运动中的糖原动员运动时，肌肉糖原是快速提供能量的重要来源短时高强度运动主要依赖肌糖原分解供能；而长时间运动则逐渐转向脂肪氧化和肝糖原动员运动训练可增加肌肉糖原储存量糖原超补偿，提高耐力运动能力糖原耗竭是运动疲劳的重要原因之一，补充碳水化合物有助于恢复运动能力第六章脂类与脂代谢脂类的分类与结构脂类的生物学功能脂类是一组溶于有机溶剂而不溶于水的脂类在生物体内具有多种重要功能甘生物分子，按结构可分为简单脂如甘油三酯是主要的能量储存形式，每克可油三酯、复合脂如磷脂、糖脂和衍生提供约千卡能量；磷脂和胆固醇是细9脂如胆固醇、脂溶性维生素脂肪酸胞膜的主要成分，决定膜的流动性和通是大多数脂类的基本组成单元，通常含透性；某些脂类如前列腺素、白三烯和有偶数碳原子个，可分为饱和类固醇激素是重要的信号分子；脂溶性12-24脂肪酸无双键和不饱和脂肪酸含一个维生素参与多种生理过程；脂肪组织还或多个双键具有保温和缓冲保护作用脂代谢概述脂代谢包括脂肪酸氧化、脂肪酸合成、甘油脂代谢和类固醇代谢等过程脂肪酸氧化主要在线粒体中进行，通过β氧化途径将脂肪酸分解为乙酰，进入三羧酸循环产-CoA生能量；脂肪酸合成则在细胞质中进行，利用乙酰和丙二酰构建脂肪酸链；CoA CoA甘油脂代谢和类固醇代谢涉及更复杂的生化反应网络，与多种疾病如肥胖、糖尿病和心血管疾病密切相关脂肪酸氧化脂肪酸活化1脂肪酸首先与辅酶结合形成活性中间体A线粒体转运通过肉碱穿梭系统进入线粒体基质氧化循环β-每循环缩短两个碳原子并产生一分子乙酰CoA能量产生乙酰进入三羧酸循环完全氧化产生CoA ATP脂肪酸氧化主要通过β氧化途径进行，首先脂肪酰合成酶催化脂肪酸与反应形成脂肪酰，消耗一个长链脂肪酰通过肉碱穿梭系统进入线粒体内膜肉碱酰-CoA CoA CoA ATPCoA转移酶催化脂肪酰基从转移到肉碱上，形成脂肪酰肉碱；肉碱转位酶将脂肪酰肉碱转运至线粒体基质；肉碱酰转移酶催化脂肪酰基从肉碱转回I CoAII CoA在线粒体基质中，脂肪酰经历四步循环反应酰脱氢酶催化αβ碳之间形成双键，产生₂；烯酰水合酶催化加水形成β羟基衍生物；β羟基酰脱氢酶催化氧CoA CoA-FADH CoA--CoA化β羟基为β酮基，产生；β酮硫解酶催化硫解反应，释放乙酰并生成缩短两个碳原子的脂肪酰，继续下一轮氧化完全氧化一分子棕榈酰可产生个--NADH-CoA CoACoAC16106，远高于葡萄糖氧化产生的约个ATP30ATP脂肪酸的生物合成前体物质生成脂肪酸合成的碳源主要来自葡萄糖分解产生的丙酮酸，丙酮酸在线粒体中氧化脱羧形成乙酰，通CoA过柠檬酸穿梭系统转运至细胞质，再生成乙酰和草酰乙酸乙酰羧化酶催化乙酰与碳CoACoACoA酸氢根反应形成丙二酰，这是脂肪酸合成的限速步骤CoA2脂肪酸合成酶复合体脂肪酸合成酶是一个多功能酶复合体，包含七个功能域，能催化脂肪酸链的逐步延长首先，乙酰转移酶将乙酰基转移到酰基载体蛋白上；丙二酰转移酶将丙二酰基转移到β酮酰合成酶上；β酮ACP--酰合成酶催化缩合反应，形成乙酰丙二酰；随后通过还原、脱水和再还原三步反应，生成丁酰ACPACP链延长与不饱和脂肪酸合成酶复合体可将丁酰逐步延长至棕榈酰更长链脂肪酸的合成需要内质网中ACP ACPC16的延长酶系统不饱和脂肪酸的形成则依赖去饱和酶系统，如Δ去饱和酶催化硬脂酸转化9-C18:0为油酸人体不能合成亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸，需从食物获取C18:1C18:2C18:3调控机制脂肪酸合成受多层次调控短期调控主要通过乙酰羧化酶的可逆磷酸化实现，胰岛素促进去磷酸CoA化激活，肾上腺素和胰高血糖素促进磷酸化抑制；长期调控则涉及转录水平的调节，高碳水化合物饮食增加脂肪酸合成酶的合成，而禁食则降低其表达脂肪酸合成与氧化受到协调调控，避免徒劳循环甘油脂代谢甘油三酯合成甘油三酯水解磷脂合成脂蛋白代谢甘油三酯合成主要在肝脏和脂肪甘油三酯水解由激素敏感脂肪磷脂主要通过两条途径合成脂蛋白是由脂质和载脂蛋白组成组织进行，首先甘油激酶催化甘酶、甘油二酯脂肪酶和甘油一酯甘油途径和胆碱途的复合颗粒，负责脂质在体内的CDP-CDP-油磷酸化形成甘油磷酸；然后脂肪酶顺序催化，释放三个脂肪径前者从磷脂酸出发，形成运输按密度分为几类乳糜微-3-甘油磷酸酰基转移酶催化脂肪酸和一个甘油分子这一过程受甘油，再与醇类反应生成粒、极低密度脂蛋白-3-CDP-CM酰与甘油磷酸反应形成溶激素调控胰岛素抑制脂解，促磷脂；后者从甘油二酯出发，与、低密度脂蛋白和CoA-3-VLDL LDL血磷脂酸；溶血磷脂酸磷酸酶催进甘油三酯合成和储存；而肾上胆碱或乙醇胺反应，高密度脂蛋白乳糜微粒CDP-CDP-HDL化脱磷酸生成甘油二酯；最后二腺素和胰高血糖素则激活脂解，形成磷脂酰胆碱卵磷脂或磷脂运输食物中的脂质；运输VLDL酰甘油酰基转移酶催化第三个脂释放脂肪酸供能量需求脂肪组酰乙醇胺磷脂合成主要在内质肝脏合成的甘油三酯；运输LDL肪酰基转移至甘油二酯，形成甘织是主要的甘油三酯储存场所，网进行，新合成的磷脂通过膜泡胆固醇至外周组织；则将外HDL油三酯禁食状态下释放脂肪酸供肝脏和转运到细胞的各个膜系统周组织的胆固醇转运回肝脏，称肌肉利用为胆固醇逆转运类固醇代谢第七章核酸结构与功能核酸是携带遗传信息的生物大分子，主要包括脱氧核糖核酸和核糖核酸核苷酸是核酸的基本构建单元，由一个含氮碱基、一个五碳糖脱氧核糖或核糖和一DNA RNA个或多个磷酸基团组成中的碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶；中则是、、和尿嘧啶DNA A G CT RNAAGC U通常以双螺旋结构存在，两条互补链通过碱基配对相连；而多以单链形式存在，但可通过分子内碱基配对形成复杂的二级结构根据功能可分为信DNA A-T,G-C RNARNA使、转运、核糖体和多种非编码理解核酸结构是研究基因表达和调控、复制和蛋白质合成等生命过程的基础RNAmRNA RNAtRNARNArRNA RNADNA核酸的理化性质与研究方法紫外吸收特性热变性与复性超螺旋与拓扑异构核酸在波长处有强烈吸收，这是双螺旋在加热时会解链形成单链，环状分子可以形成超螺旋结构，即260nm DNA DNA由碱基的共轭双键系统引起的双这一过程称为变性或解链变性温度双螺旋轴本身盘绕形成的高级结DNA DNA螺旋中，碱基通过堆积作用密集排列，是一半分子解链时的温度，反构根据螺旋方向，超螺旋可分为正超Tm DNA抑制了部分紫外吸收高色散效应；当映了稳定性，与含量成正比螺旋和负超螺旋大多数天然环状DNA GCGC DNA变性时，碱基堆积被破坏，导致紫对含有三个氢键，比对更稳定变性呈负超螺旋状态，有利于复制和转DNA ATDNA外吸收增加约称为增色效应这一在适当条件下可重新退火形成双螺录起始拓扑异构酶可调节超40%DNA DNA DNA特性是监测变性和复性过程的基旋，称为复性或退火这一特性是分子螺旋状态，包括型拓扑异构酶单链切DNA I础，也是核酸定量的常用方法杂交技术的基础，用于基因克隆、割和型拓扑异构酶双链切割，是一些DNAII测序和基因表达分析抗生素和抗肿瘤药物的作用靶点复制与修复DNA修复机制DNA保障基因组稳定性的安全系统复制叉结构与蛋白复制机器的核心组分与协同工作聚合酶家族DNA3催化合成的关键酶类DNA半保留复制模型复制的基本原理DNA复制是一个高度精确和高效的过程，遵循半保留复制模型双链解旋后，每条链作为模板合成新的互补链，最终形成两个相同的子代分子，各包含一条亲代DNA DNA DNA链和一条新合成链复制从特定的起始点开始，由解旋酶打开双螺旋，形成复制叉由于聚合酶只能从→方向合成，领先链可连续合成，而滞后链则以短片DNA53DNA段冈崎片段形式不连续合成，后经连接酶连接DNA聚合酶是复制的核心酶，原核生物中主要有聚合酶、和，其中聚合酶负责主要合成；真核生物中则有α、β、γ、δ、ε等多种聚合酶，分别在复制、修复和线DNA DNAIIIIII III粒体合成中发挥作用损伤修复系统包括碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复和双链断裂修复等多种机制，共同维护基因组完整性修复缺陷可导致多种DNA DNA疾病，如着色性干皮症和遗传性非息肉性结肠癌等转录与转录后加工转录起始与延伸转录是以DNA为模板合成RNA的过程，由RNA聚合酶催化在原核生物中，转录起始需要RNA聚合酶识别启动子区域并结合σ因子；在真核生物中，则需要多种转录因子和RNA聚合酶II结合到启动子区域转录延伸阶段，RNA聚合酶沿DNA模板链从5→3方向移动，按照碱基互补原则A-U,G-C合成RNA链转录终止与真核特异性转录终止在原核和真核生物中机制不同原核生物通常依赖终止子序列形成茎环结构或因子；真核生物则通过识别特定的多腺苷酸化信号序列，切割新生并添加多Rho RNA聚尾真核生物转录与原核生物的主要区别还包括真核基因含有内含子需要剪接；真核需要加帽和加尾修饰；真核转录在细胞核内进行，而翻译在细胞质中进行A mRNARNA剪接与修饰真核前体需要经过多种加工才能成为成熟端加帽是加工的第一步，在转录起始后立即进行，添加一个甲基鸟苷帽子结构，保护免受mRNApre-mRNA mRNA57-mRNA核酸酶降解并促进翻译起始剪接过程去除内含子并连接外显子，由剪接体完成，通常遵循规则选择性剪接可产生不同的异构体，增加蛋白spliceosome GT-AG mRNA质组的多样性端多聚腺苷酸化添加约个腺苷酸残基，增强稳定性并促进核输出和翻译3200mRNA翻译与蛋白质合成翻译后修饰翻译的三个阶段新合成的多肽链常需要翻译后修饰才能发挥完全功遗传密码特性翻译过程包括起始、延伸和终止三个阶段起始阶能常见修饰包括端起始甲硫氨酸的切除；二N遗传密码是上的核苷酸序列与蛋白质中氨基段起始携带甲硫氨酸与起始密码子硫键形成；糖基化特别是分泌蛋白和膜蛋白；磷mRNA tRNAAUG酸序列之间的对应关系每三个连续核苷酸密码配对，小核糖体亚基与结合，然后大亚基加酸化调节蛋白活性；泛素化标记蛋白质降解mRNA子编码一个氨基酸，个密码子中有个编码入形成完整核糖体延伸阶段氨酰按646120tRNA等蛋白质还需要正确折叠形成活性构象，有时需种氨基酸，个为终止密码子、、密码子顺序进入位点，肽基转移酶催化3UAA UAGmRNA AP要分子伴侣协助分泌蛋白和膜蛋白通过信号肽引遗传密码具有简并性多个密码子可编码同位点的肽链转移到位点的氨基酸上，核糖体移位UGAA导进入内质网，经高尔基体修饰后运至目标位置，一氨基酸、无歧义性一个密码子只编码一种氨基使新形成的肽酰移至位点终止阶段当tRNA P这一过程称为蛋白质靶向运输酸、普适性大多数生物共用同一套密码和无间隔终止密码子进入位点，释放因子结合并催化肽链A性密码子之间无间隔，按顺序读取等特点释放，核糖体解离基因表达调控原核生物的操纵子模型真核生物转录水平调控原核生物基因表达调控主要发生在转录水平，经典模型是和提出的操真核生物基因表达调控更为复杂，涉及多个水平转录水平调控包括启动子和增Jacob Monod纵子模型操纵子由结构基因、启动子、操纵基因和调控基因组成以大肠杆菌乳强子序列；转录因子的结合与相互作用；染色质结构修饰如组蛋白乙酰化增加基因糖操纵子为例，当无乳糖时，阻遏蛋白结合到操纵基因阻止转录；当有乳糖时，乳可及性，甲基化通常抑制表达转录后调控包括选择性剪接产生不同异构mRNA糖与阻遏蛋白结合使其构象改变，脱离操纵基因，允许转录进行这种机制使细菌体；稳定性调控如通过降解特定；翻译水平调控如通过mRNAmiRNA mRNA能根据环境快速调整代谢结构影响翻译效率；蛋白质水平调控如通过蛋白质降解控制蛋白质寿命5UTR表观遗传调控机制非编码与基因表达调控RNA表观遗传调控是指不改变序列但影响基因表达的遗传机制主要包括甲非编码在基因表达调控中发挥重要作用微小和小干扰DNADNARNA RNAmiRNA基化，通常发生在岛，抑制基因表达；组蛋白修饰，如乙酰化、甲基化、磷酸通过干扰机制，与靶配对导致其降解或翻译抑制长链非CpG RNAsiRNARNA mRNA化等，形成组蛋白密码调控染色质结构和基因活性；染色质重塑，通过依赖编码可通过多种机制调控基因表达，如作为分子支架聚集蛋白复合ATP RNAlncRNA性复合物改变核小体排列；非编码调控，如长链非编码可招募染物、作为诱饵捕获或转录因子、引导染色质修饰复合物到特定基因位点等RNA RNAlncRNAmiRNA色质修饰复合物到特定基因位点表观遗传修饰可受环境因素影响，并可能代代相环状可作为海绵，竞争性结合减少其对靶基因的抑RNAcircRNA miRNAmiRNA传制这些非编码构成了复杂的调控网络，精细调节基因表达RNA生物化学与现代生物技术1重组技术DNA重组技术是现代生物技术的基础，包括克隆、表达载体构建和转基因生物创制等关键工具包括DNADNA限制性内切酶能在特定序列处切割和连接酶能连接片段通过将目标基因插入质粒、病DNADNADNA毒或人工染色体等载体，再转入宿主细胞，可实现基因的分离、扩增、表达和功能研究该技术广泛应用于基础研究、医药、农业和环境保护等领域技术PCR聚合酶链式反应是体外扩增特定片段的强大技术，由于年发明通过温PCR DNAKary Mullis1983PCR度循环使变性、引物退火和延伸，每循环一次数量翻倍热稳定的聚合酶使自动化DNADNATaq DNA成为可能技术衍生出多种变体，如实时荧光定量、反转录、多重等，广泛应用于PCR PCR PCRPCRPCR基因检测、临床诊断、法医鉴定和分子生物学研究基因编辑技术基因编辑技术允许研究者精确修改生物体基因组早期技术包括锌指核酸酶和转录激活因子样效应ZFNs物核酸酶年问世的系统因其简便、高效和通用性引发革命性影响该系统TALENs2012CRISPR-Cas9由引导和核酸酶组成，可靶向切割特定序列，通过细胞自身修复机制实现基因敲除、插入RNA Cas9DNA或点突变基因编辑技术在疾病治疗、作物改良和基础研究中展现巨大潜力，同时也引发伦理争议4应用前景生物化学与现代生物技术的结合正在多领域创造革命性变化在医学领域，基因治疗、精准医学和免疫疗法等技术有望治愈以往难以治疗的疾病；在农业领域，转基因作物和分子育种技术可提高产量、增强抗性和改善营养价值；在环境领域，生物修复技术和生物燃料生产有助于解决污染和能源问题随着合成生物学、系统生物学和生物信息学的发展，人类干预生命过程的能力将进一步增强，可能彻底改变医疗、农业和工业生产方式。