《生物化学讲义总纲》课件

生物化学讲义总纲欢迎使用2025年最新修订版《生物化学讲义总纲》本教材适用于本科及研究生层次的学习者，经过精心编排与系统整理，覆盖97%考研常考点，旨在帮助学生全面掌握生物化学的基础理论与前沿知识本讲义融合了经典生化理论与最新研究进展，通过系统化的知识架构，帮助读者建立完整的生物化学思维体系每个章节均配有图表说明、关键概念解析及重点知识归纳，便于学习者快速理解并牢固掌握核心内容绪论生物化学概述生物化学定义生物化学是研究生物体内分子水平上的化学变化及其调控机制的科学，致力于揭示生命活动的化学本质它将化学原理与方法应用于生物系统研究，探索生命现象背后的分子机制学科发展历程从19世纪末尿素的人工合成开始，经历了蛋白质结构解析、DNA双螺旋结构发现、基因工程兴起等重要里程碑21世纪随着组学技术的发展，生物化学研究进入大数据时代，实现了从还原论到整体论的转变交叉学科关系生命的基本单位细胞——细胞的基本结构真核细胞主要由细胞膜、细胞质和细胞核组成细胞膜是选择性屏障，控制物质进出；细胞质含有多种细胞器，负责执行特定功能；细胞核储存遗传信息，指导细胞活动细胞器的功能分化线粒体是能量转换工厂，产生ATP；内质网参与蛋白质合成与脂质代谢；高尔基体负责蛋白质分选与修饰；溶酶体进行细胞内消化；叶绿体植物细胞特有进行光合作用细胞与生物分子的联系生物体的化学组成核酸包括DNA和RNA，负责遗传蛋白质糖类信息的储存、传递和表达由氨基酸组成，是生命活动的DNA是遗传物质的主要载体，主要能量来源，也是细胞结构主要执行者构成细胞结构，RNA参与蛋白质合成过程占组分葡萄糖是主要能量物质，催化生化反应，参与免疫防御，细胞干重约15%糖原和淀粉是能量储存形式，调节基因表达等平均含量约纤维素构成植物细胞壁约占水与无机盐脂类占干重的50%干重20%水约占生物体重的65-70%，是细胞内重要溶剂，参与多种生化反应无机盐维持渗透压和酸碱平衡，参与神经传导和3肌肉收缩等生理过程2蛋白质结构与功能一级结构氨基酸以肽键连接形成的线性序列，决定蛋白质的基本特性二级结构多肽链局部区域形成的规则空间结构，主要有α-螺旋和β-折叠三级结构整个多肽链折叠形成的三维空间构象，由多种化学键稳定四级结构多个多肽链相互作用形成的功能性蛋白复合物蛋白质结构与性质氨基酸残基化学性质蛋白质中的氨基酸残基根据侧链性质可分为非极性（如缬氨酸、亮氨酸）、极性非带电（如丝氨酸、苏氨酸）、酸性（如天冬氨酸、谷氨酸）和碱性（如赖氨酸、精氨酸）四类这些残基的空间分布决定了蛋白质的理化性质和生物功能蛋白质溶解性蛋白质溶解性受pH值、离子强度、温度和有机溶剂影响球蛋白通常水溶性好，纤维蛋白水溶性差盐析和盐溶是蛋白质分离纯化的重要方法，基于不同蛋白质在不同盐浓度下溶解度的差异等电点特性等电点是蛋白质在特定pH值下表现为电中性的点在等电点pH值下，蛋白质溶解度最小，沉淀趋势最大蛋白质等电点可用于预测其在不同pH环境下的行为，是蛋白质分离和纯化的重要参数变性机制蛋白质的生物学功能催化功能作为酶，蛋白质催化几乎所有生化反应，如胃蛋白酶催化蛋白质水解，DNA聚合酶催化DNA合成酶的高效性和特异性使生物体内反应在温和条件下高速进行，是维持生命活动的关键运输功能血红蛋白运输氧气，血浆白蛋白运输脂肪酸和药物，转铁蛋白运输铁离子这些运输蛋白通常具有特定结合位点，能与被运输物质形成可逆复合物，确保物质定向运输结构支持骨胶原是结缔组织主要成分，提供机械强度；角蛋白构成头发、指甲；肌动蛋白和肌球蛋白负责肌肉收缩这些结构蛋白通常呈纤维状，具有高度的机械稳定性信号传递激素受体接收细胞外信号；G蛋白在细胞内传递信号；生长因子调控细胞生长分化信号蛋白通过精确的时空调控，协调细胞响应各种内外环境变化，维持生物体稳态蛋白质功能多样性源于其结构的特异性血红蛋白含有四个亚基，每个亚基含有一个血红素基团，正是这种特殊结构使其能高效结合和释放氧气骨胶原则由三条多肽链以三螺旋方式缠绕，形成坚韧的纤维结构，为骨骼提供支撑力量蛋白质的检测与分离蛋白质浓度测定比色法是最常用的蛋白质定量方法，包括双缩脲法、考马斯亮蓝法和Bradford法双缩脲法基于蛋白质肽键与铜离子在碱性条件下形成紫色复合物；Bradford法基于考马斯亮蓝G-250与蛋白质结合后颜色由红棕色变为蓝色这些方法通过测量特定波长的吸光度来计算蛋白质浓度电泳技术电泳利用蛋白质在电场中的迁移速率差异实现分离SDS-PAGE是最常用的电泳方法，SDS使蛋白质变性并赋予均一负电荷，使分离主要基于分子量等电聚焦电泳则基于蛋白质等电点差异分离二维电泳结合这两种方法，能分离复杂混合物中的数千种蛋白质层析分离层析技术包括凝胶过滤层析（基于分子大小）、离子交换层析（基于电荷）、亲和层析（基于特异性结合）和疏水相互作用层析（基于疏水性）高效液相色谱HPLC通过高压系统提高分离效率，是现代蛋白质研究的重要工具这些技术可单独使用或组合使用，以达到高纯度分离效果蛋白质的分解代谢蛋白质水解氨基酸脱氨基消化道中，胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋氨基酸通过转氨作用或氧化脱氨基，分白酶依次作用，将食物蛋白质分解为氨离出氨基，剩余碳骨架进入能量代谢途基酸径碳骨架利用尿素合成氨基酸碳骨架转化为丙酮酸、乙酰CoA肝脏中通过尿素循环，将有毒的氨转化等中间产物，进入三羧酸循环产生能量为无毒的尿素，经肾脏排出体外尿素循环由五步酶促反应组成，是哺乳动物体内解毒的主要途径该循环在肝脏中进行，首先氨与碳酸氢盐结合形成氨甲酰磷酸，然后与鸟氨酸结合形成瓜氨酸，经过一系列反应最终生成尿素尿素循环障碍会导致高氨血症，严重影响神经系统功能，是多种先天性代谢疾病的病理基础核酸结构与组成核酸的基本单位DNA双螺旋结构RNA的结构特点核苷酸是核酸的基本构建单位，由三部DNA通常呈双链螺旋结构，两条链通过RNA通常为单链结构，但常通过分子内分组成含氮碱基、五碳糖和磷酸基碱基互补配对A-T,G-C相连，并以反碱基配对形成发夹、茎环等二级结构团DNA中的五碳糖是2-脱氧核糖，平行方式排列每个碱基对之间距离为RNA的碱基中U替代了T，核糖2位羟RNA中是核糖

0.34nm，每转一圈包含10个碱基对，基使RNA比DNA化学稳定性低螺旋直径约2nmDNA含有四种碱基腺嘌呤A、鸟嘌RNA有多种类型，包括信使呤G、胞嘧啶C和胸腺嘧啶T DNA双螺旋有三种主要构型B型最常RNAmRNA、转运RNAtRNA、RNA中T被尿嘧啶U取代嘌呤和嘧啶见、A型和Z型B型DNA的大沟和小核糖体RNArRNA和多种非编码通过N-糖苷键与五碳糖相连沟是蛋白质识别特定DNA序列的重要结RNA，每种都有特定的结构特征适应其构基础功能需求核酸的理化特性紫外吸收特性热稳定性变性与复性核酸中的碱基具有强烈吸DNA双螺旋的稳定性主要核酸变性是指双链结构解收紫外光的特性，最大吸来自碱基间的氢键和碱基开成为单链的过程，可通收峰在260nm左右这堆积作用GC含量越过加热、碱处理或有机溶一特性是核酸定量分析的高，热稳定性越强，因为剂实现变性DNA在适当基础核酸变性时，由于G-C配对有三个氢键，而条件下可重新形成双链结碱基堆积减少，吸光度增A-T只有两个DNA的熔构，称为复性或退火复加约40%，称为增色效点Tm是评估其稳定性的性过程依赖于碱基互补配应重要参数，通常在70-对的特异性，是分子杂交90℃之间技术的理论基础核酸熔解曲线是描述DNA随温度变性程度的图形，表现为S形曲线在Tm点，50%的DNA处于变性状态曲线的陡峭程度反映序列的均一性，平缓的曲线表明样品含有不同Tm值的DNA片段高盐浓度提高DNA稳定性并增加Tm值，而pH值偏离中性或有机溶剂的存在则降低Tm值核酸的分离检测高灵敏度检测PCR和DNA测序技术可检测极微量样本分光光度法利用核酸260nm吸收特性进行定量分析电泳分离基于核酸荷质比差异实现分离与纯化琼脂糖凝胶电泳是分离DNA片段最常用的方法，适用于

0.1-50kb的DNA片段样品在电场作用下从负极移向正极，分离速率与DNA片段大小成反比通常使用溴化乙锭EB染色，在紫外灯下观察聚丙烯酰胺凝胶电泳则适用于更小片段和高分辨率需求聚合酶链式反应PCR是体外扩增特定DNA片段的强大技术，包括变性、退火和延伸三个基本步骤PCR可在几小时内将目标序列扩增数百万倍，广泛应用于基因克隆、疾病诊断、法医鉴定等领域定量PCR通过荧光信号实时监测扩增过程，实现对目标序列的精确定量核酸的生物学功能DNA遗传信息储存DNA是遗传信息的主要载体，通过碱基序列编码生物体全部遗传特性其双螺旋结构和半保留复制机制确保了遗传信息的稳定性和准确传递染色体DNA与组蛋白结合形成染色质，不仅压缩DNA体积，还参与基因表达调控mRNA信息传递信使RNA是DNA与蛋白质之间的桥梁，携带编码蛋白质的遗传信息真核生物mRNA含有5帽子结构、编码区和3多聚A尾巴，经过转录后加工成熟mRNA的寿命长短影响基因表达水平，是细胞调控基因表达的重要靶点tRNA氨基酸运输转运RNA负责将氨基酸准确运送到蛋白质合成位点其独特的三叶草结构包含反密码子环、氨基酸接受臂和D环等功能区域tRNA的高度特异性确保了遗传密码翻译的精确性，每种tRNA只能与特定氨基酸结合rRNA蛋白质合成核糖体RNA是核糖体的主要组成部分，直接参与蛋白质合成真核生物核糖体含有28S、18S、

5.8S和5S四种rRNArRNA具有催化肽键形成的核酶活性，是蛋白质合成的核心催化者非编码RNA在基因表达调控中发挥重要作用微小RNAmiRNA和小干扰RNAsiRNA通过RNA干扰机制抑制基因表达；长链非编码RNAlncRNA参与染色质重塑和转录调控；核小RNA参与RNA剪接这些调控RNA的发现极大拓展了我们对基因表达精细调控的理解核酸的合成与降解5→310-151000DNA合成方向校对错误率复制叉速度DNA聚合酶只能在5→3方向合成DNA，导致领DNA聚合酶每合成10^9-10^10个核苷酸只出现原核生物DNA复制速率约每分钟1000个核苷酸，先链连续合成而滞后链不连续合成10-15个错误，保证遗传信息准确传递真核生物约为其1/10DNA复制需要多种酶和蛋白质协同作用DNA解旋酶打开双螺旋，单链结合蛋白稳定单链DNA，引物酶合成RNA引物，DNA聚合酶延伸新链，DNA连接酶连接Okazaki片段真核生物还有多种DNA聚合酶分工合作，如DNA聚合酶α负责合成引物，聚合酶δ和ε负责主要的DNA合成RNA合成由RNA聚合酶催化，不需要引物真核生物有三种主要RNA聚合酶RNA聚合酶I转录rRNA，RNA聚合酶II转录mRNA和大多数snRNA，RNA聚合酶III转录tRNA和5S rRNARNA在细胞内寿命相对较短，受多种核酸酶调控降解，这对基因表达的动态调控至关重要糖类基本结构与分类单糖1最简单的糖单位，如葡萄糖、果糖、半乳糖二糖两个单糖通过糖苷键连接，如蔗糖、麦芽糖、乳糖多糖多个单糖单位连接形成的大分子，如淀粉、纤维素、糖原单糖是不能被水解为更简单糖的碳水化合物，通常含有醛基或酮基根据碳原子数可分为三碳糖丙糖、五碳糖戊糖和六碳糖己糖等葡萄糖是最重要的单糖，以直链和环状两种形式存在，在水溶液中主要以α-D-吡喃糖和β-D-吡喃糖形式平衡二糖由两个单糖通过糖苷键连接形成蔗糖由葡萄糖和果糖组成是日常食用糖的主要成分；麦芽糖两个葡萄糖在啤酒酿造中很重要；乳糖葡萄糖和半乳糖是哺乳动物乳汁中的主要糖类多糖是由多个单糖通过糖苷键连接的高分子化合物，如植物中的淀粉和纤维素，动物体内的糖原糖类的理化性质与鉴定还原性含有自由醛基或能形成自由醛基的糖具有还原性，能还原铜离子和银离子葡萄糖、果糖、麦芽糖和乳糖都是还原糖，而蔗糖不具还原性斐林试剂含Cu²⁺和托伦试剂含Ag⁺是检测还原糖的常用试剂，与还原糖反应产生砖红色沉淀或银镜旋光性糖类分子含有手性中心，能使平面偏振光旋转，这种现象称为旋光性根据旋转方向，分为右旋+和左旋-糖当新制备的糖溶液放置一段时间后，其旋光度会发生变化并最终稳定，这种现象称为变旋光现象，由α型和β型异构体之间的平衡转换引起酸水解糖苷键在酸的催化下可被水解二糖和多糖在酸性条件下加热，会水解为相应的单糖这种水解反应是糖类结构分析的重要手段，也是工业上制备葡萄糖的方法之一不同糖苷键的水解速率不同，α-1,4糖苷键比β-1,4糖苷键更容易水解显色反应糖类与特定试剂反应可产生特征性颜色，常用于定性鉴定碘-碘化钾溶液与淀粉反应呈蓝色，与糖原反应呈红棕色苯酚-硫酸法是糖类定量分析的经典方法，基于五碳糖和六碳糖在浓硫酸中脱水生成糠醛衍生物，进而与苯酚反应生成有色物质多糖的生物学意义淀粉植物能量储存形式，由直链淀粉α-1,4糖苷键和支链淀粉α-1,4和α-1,6糖苷键组成糖原动物能量储存形式，结构类似支链淀粉但分支更多，便于快速分解释放能量纤维素植物细胞壁主要成分，由β-1,4糖苷键连接的葡萄糖链形成，具有高度机械强度几丁质节肢动物外骨骼和真菌细胞壁成分，由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1,4糖苷键连接多糖在人类健康中扮演重要角色食物纤维主要是纤维素和半纤维素虽不能被人体消化，但能促进肠道蠕动，预防便秘和肠道疾病膳食纤维还能降低胆固醇水平，减缓葡萄糖吸收，有助于预防心血管疾病和糖尿病细胞表面糖类修饰参与多种生物学过程糖蛋白和糖脂形成的糖萼是细胞识别和信号传导的重要组分血型抗原就是红细胞表面的特定糖类结构某些病原体通过识别宿主细胞表面特定糖结构实现感染肝素等糖胺聚糖参与血液凝固调节，是重要的临床抗凝药物糖类的代谢糖酵解I投资阶段葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸→果糖-6-磷酸→果糖-1,6-二磷酸，消耗2个ATP裂解阶段果糖-1,6-二磷酸裂解为二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸，后者为主要代谢物氧化阶段甘油醛-3-磷酸→1,3-二磷酸甘油酸，同时NAD⁺被还原为NADH+H⁺产能阶段1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸，生成4个ATP糖酵解是细胞质中进行的无氧分解葡萄糖的过程，是几乎所有生物体获取能量的基本途径每分子葡萄糖完全酵解产生2分子丙酮酸、2分子ATP和2分子NADH糖酵解路径包含10个酶促反应步骤，其中己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶是不可逆步骤，也是调控点在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体参与三羧酸循环进一步氧化；在无氧条件下，丙酮酸可转化为乳酸动物细胞或乙醇酵母细胞后者是发酵过程的基础糖酵解不仅为细胞提供能量，其中间产物还是其他代谢途径的起始物质，如氨基酸和核苷酸的合成糖类的代谢柠檬酸循环II乙酰CoA与草酰乙酸结合柠檬酸重排柠檬酸合成酶催化乙酰CoA与草酰乙酸结合形柠檬酸转化为顺乌头酸再转化为异柠檬酸成柠檬酸能量转换脱羧与氧化琥珀酰CoA转化为琥珀酸同时产生GTP，琥珀异柠檬酸脱羧生成α-酮戊二酸，再脱羧生成琥酸氧化为延胡索酸，再转化为苹果酸，最后氧化3珀酰CoA，同时产生CO₂和NADH回草酰乙酸柠檬酸循环TCA循环或克雷布斯循环是有氧代谢的核心途径，在线粒体基质中进行每转一圈，生成3个NADH、1个FADH₂、1个GTP或ATP和2个CO₂每分子葡萄糖通过糖酵解生成的2分子丙酮酸，完全氧化可产生6个NADH、2个FADH₂和2个GTP柠檬酸循环不仅是产能途径，还是代谢十字路口，与氨基酸、脂肪酸和核苷酸代谢密切相关α-酮戊二酸可转化为谷氨酸；草酰乙酸可转化为天冬氨酸；琥珀酰CoA与脂肪酸代谢相连柠檬酸循环的关键调控点是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶，受能量状态和底物可用性调控糖类的代谢糖异生III底物来源丙酮酸、乳酸、甘油和大多数氨基酸都可作为糖异生底物关键旁路丙酮酸→草酰乙酸→磷酸烯醇丙酮酸，绕过丙酮酸激酶步骤独特酶系糖异生中的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖-6-磷酸酶是糖酵解不可逆步骤的绕过酶能量需求从丙酮酸合成一分子葡萄糖需消耗6个ATP、2个GTP和2个NADH，是高能耗过程糖异生是从非糖物质合成葡萄糖的代谢途径，主要在肝脏和肾脏皮质进行这一过程对维持血糖水平至关重要，特别是在禁食、剧烈运动或低碳水化合物饮食期间糖异生不是糖酵解的简单逆转，而是通过特殊的酶绕过糖酵解中的不可逆步骤糖异生与糖酵解的互相转换受激素严格调控胰岛素促进糖酵解而抑制糖异生；相反，胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素则促进糖异生这种精细调控确保了血糖稳态肝脏中的磷酸果糖激酶和果糖-1,6-二磷酸酶受果糖-2,6-二磷酸浓度调控，是底物循环的典型例子，允许快速适应能量需求变化糖代谢的调控酶水平调控激素调控糖代谢的酶调控机制复杂多样，包括变构调节、共价修饰和基因胰岛素和胰高血糖素是糖代谢最重要的调控激素，二者作用相表达调控变构调节是最快速的调控方式，如ATP抑制磷酸果反高血糖时，胰岛β细胞分泌胰岛素，促进葡萄糖转运入细糖激酶而AMP激活它磷酸化修饰则通过蛋白激酶和磷酸酶实胞，激活糖酵解和糖原合成，同时抑制糖异生和糖原分解低血现，如糖原合成酶和糖原磷酸化酶通过磷酸化/去磷酸化在活性糖时，胰岛α细胞分泌胰高血糖素，促进肝糖原分解和糖异生，和非活性状态间转换升高血糖底物循环是另一种重要调控机制，如磷酸果糖激酶和果糖-1,6-肾上腺素和去甲肾上腺素在应激状态下迅速动员能量储备，促进二磷酸酶的循环关键代谢物果糖-2,6-二磷酸通过激活前者同糖原分解和脂肪分解糖皮质激素如皮质醇对糖代谢的影响较时抑制后者，使糖酵解和糖异生不会同时大量进行，避免能量浪为缓慢但持久，主要通过基因转录调控糖异生关键酶的表达，长费期促进血糖升高，是糖尿病发病机制中的重要因素脂类概述与分类脂肪酸脂肪酸是含有长碳链和末端羧基的有机酸，是脂类的基本构建单位根据碳链上是否含有双键，分为饱和脂肪酸如棕榈酸C16:

0、硬脂酸C18:0和不饱和脂肪酸如油酸C18:

1、亚油酸C18:2不饱和脂肪酸中的双键可呈顺式或反式构型，大多数天然不饱和脂肪酸为顺式构型甘油三酯甘油三酯是由甘油与三个脂肪酸分子形成的酯类，是生物体内最丰富的中性脂质，也是动物体内主要的能量储存形式动物脂肪中饱和脂肪酸含量较高，室温下呈固态；植物油中不饱和脂肪酸含量较高，室温下呈液态甘油三酯疏水性强，不溶于水，适合作为能量密集型储存物质磷脂磷脂是生物膜的主要成分，由甘油、两个脂肪酸、一个磷酸基团和一个极性头基团组成常见的磷脂有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸等磷脂分子具有亲水的极性头部和疏水的脂肪酸尾部，这种两亲性使其能自发形成脂质双分子层，构成细胞膜的基本骨架类固醇类固醇是一类含有四环结构的脂溶性分子，最重要的类固醇是胆固醇胆固醇是细胞膜的重要组分，能调节膜的流动性和稳定性胆固醇也是多种重要生物分子的前体，包括胆汁酸、类固醇激素如皮质醇、睾酮、雌激素和维生素D类固醇激素在生殖、发育、免疫和代谢调节中发挥关键作用脂类的理化特性疏水性脂类分子的疏水特性源于其非极性碳氢链，使大多数脂类不溶于水但溶于有机溶剂，如乙醚、氯仿和苯这种疏水性质使脂类成为理想的生物能量储存形式，因为它们不增加细胞内渗透压两亲性脂类如磷脂含有极性头部和非极性尾部，能形成胶束或脂质体，是药物传递系统中的重要载体水解反应脂类中的酯键在酸、碱或特定酶如脂肪酶的催化下可被水解甘油三酯水解产生甘油和脂肪酸，这是脂肪在消化过程中的关键步骤磷脂在磷脂酶作用下可水解为多种产物，如磷脂酶A2水解磷脂生成溶血磷脂和脂肪酸，后者可转化为花生四烯酸，是许多炎症介质的前体皂化反应甘油三酯在强碱如NaOH或KOH作用下水解生成甘油和脂肪酸盐肥皂的过程称为皂化脂肪酸盐具有两亲性，能降低水的表面张力，在油水界面形成乳状液，帮助油脂与水混合，这是肥皂清洁作用的原理钙、镁等二价金属离子与脂肪酸形成不溶性盐，降低肥皂效果，这就是硬水中肥皂不起泡的原因不饱和度测定碘值是表示脂肪不饱和程度的指标，定义为100克脂肪能吸收的碘的克数不饱和脂肪酸的碳碳双键能与碘加成，碘值越高，不饱和度越高植物油的碘值通常高于动物脂肪过氧化值反映脂质过氧化程度，是评估油脂氧化程度和新鲜度的重要指标高不饱和度的脂肪更容易氧化变质，但通常具有更好的营养价值生物膜磷脂双分子层膜蛋白流动镶嵌模型生物膜的基本骨架是磷脂双分子层，约7-膜蛋白根据与脂质双层的结合方式分为整流动镶嵌模型是描述生物膜结构的经典模9nm厚磷脂分子排列整齐，亲水极性头合膜蛋白和周边膜蛋白整合膜蛋白跨越型，认为膜是一个二维液态环境，其中脂部朝向膜的两侧水相环境，疏水脂肪酸尾整个脂质双层，如通道蛋白、转运蛋白和质和蛋白质可以自由侧向移动膜的流动部朝向膜内部，形成疏水核心这种结构受体蛋白；周边膜蛋白通过非共价键与膜性受温度、脂肪酸组成和胆固醇含量影使膜具有选择性通透性，允许小分子非极表面结合，如细胞骨架蛋白膜蛋白执行响胆固醇是膜流动性的重要调节因子，性物质和水分子自由通过，而阻止大分子物质转运、信号传导、细胞识别和催化反适量胆固醇使膜在高温时减少流动性，低和带电离子的自由扩散应等多种功能，决定了膜的生物学特性温时增加流动性，维持适当的膜功能脂类代谢脂肪的分解I脂肪动员脂肪分解始于脂肪组织中甘油三酯的水解在激素敏感脂肪酶作用下，甘油三酯逐步水解为甘油和脂肪酸激素敏感脂肪酶受多种激素调控，如肾上腺素和胰高血糖素通过cAMP-PKA途径激活它，而胰岛素抑制它游离脂肪酸与血清白蛋白结合，通过血液运输至肝脏、肌肉等组织脂肪酸活化与转运脂肪酸进入细胞后，在细胞质中由脂酰CoA合成酶催化，与ATP和辅酶A反应形成脂酰CoA，这一活化过程消耗1个ATP长链脂酰CoA通过肉碱穿梭系统进入线粒体先与肉碱结合形成脂酰肉碱，在肉碱棕榈酰转移酶I和II的作用下穿过线粒体内外膜，进入基质后再转化为脂酰CoAβ-氧化循环脂肪酸β-氧化是脂酰CoA在线粒体基质中的主要分解途径，包括四个反应步骤

①脂酰CoA脱氢酶催化脂酰CoA脱氢形成反式-2-烯酰CoA，同时FAD还原为FADH₂；

②烯酰CoA水合酶催化加水形成L-3-羟酰CoA；

③3-羟酰CoA脱氢酶催化脱氢形成3-酮酰CoA，同时NAD⁺还原为NADH；

④硫解酶催化硫解反应，产生乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA能量产出β-氧化每循环一次产生1个FADH₂、1个NADH和1个乙酰CoA一个含n个碳原子的脂肪酸完全氧化需要经过n/2-1轮β-氧化，产生n/2-1个FADH₂、n/2-1个NADH和n/2个乙酰CoA乙酰CoA进入三羧酸循环进一步氧化以棕榈酸C16:0为例，完全氧化产生129个ATP，能量效率远高于糖类脂类代谢脂肪酸合成II底物准备脂肪酸合成酶复合体乙酰CoA通过三羧酸循环旁路和丙酮酸脱氢酶复合哺乳动物脂肪酸合成酶是多功能酶复合体，包含七体生成，通过三羧酸转运蛋白从线粒体转运至细胞2种酶活性，负责催化整个脂肪酸合成过程质延长反应后续修饰每个合成循环添加两个碳原子，通过连续的缩合、棕榈酸可进一步延长或去饱和，形成多种长链和不还原、脱水和再还原步骤完成，最终产物通常是棕饱和脂肪酸，参与膜脂合成或储存为甘油三酯榈酸C16:0脂肪酸合成主要在肝脏和脂肪组织的细胞质中进行，与β-氧化在底物、辅酶和定位上都有显著区别合成过程使用乙酰CoA作为碳源，以NADPH为还原剂，由脂肪酸合成酶复合体催化其中第一步是乙酰CoA羧化酶催化乙酰CoA转化为丙二酰CoA，这是合成过程的限速步骤，受激素和代谢物严格调控脂肪酸合成与分解存在精细的互惠调控胰岛素促进脂肪酸合成，而抑制分解；相反，肾上腺素和胰高血糖素则促进分解，抑制合成柠檬酸酰化促进脂肪酸合成，抑制脂肪酸氧化丙二酰CoA抑制CPT-I，阻断脂肪酸进入线粒体，防止合成的脂肪酸立即被氧化这些调控机制确保脂肪酸合成和分解不会同时大量进行，避免能量浪费脂质代谢障碍认知与脂质大脑中的脂质代谢异常与多种神经退行性疾病相关心血管疾病血脂异常是动脉粥样硬化和冠心病的主要危险因素脂肪肝肝脏中脂质过度积累导致非酒精性脂肪肝病代谢综合征肥胖、高血糖、高血压和血脂异常的复杂综合征酮症酸中毒是糖尿病的严重并发症，主要发生在胰岛素缺乏的1型糖尿病患者胰岛素缺乏导致脂肪组织中脂肪分解增强，大量脂肪酸进入肝脏由于糖利用障碍，肝脏将这些脂肪酸大量转化为酮体β-羟丁酸、乙酰乙酸和丙酮血液中酮体过量积累导致代谢性酸中毒，引起恶心、呕吐、腹痛、呼吸急促和意识障碍等症状，严重者可危及生命动脉粥样硬化是心血管疾病的主要病理基础，与脂质代谢紊乱密切相关高水平低密度脂蛋白LDL胆固醇被氧化后，能被巨噬细胞吞噬形成泡沫细胞，这些细胞聚集在动脉内膜下形成脂质斑块斑块进一步发展可造成血管狭窄、血栓形成甚至破裂，导致心肌梗死或脑卒中高密度脂蛋白HDL则具有保护作用，它促进胆固醇从外周组织返回肝脏胆固醇逆转运氨基酸代谢脱氨与转氨I转氨基作用在转氨酶如谷草转氨酶、谷丙转氨酶的催化下，氨基酸将氨基转移给α-酮酸，生成新的氨基酸和α-酮酸氧化脱氨基作用氨基酸氧化脱氢酶催化氨基酸氧化生成α-酮酸、氨和NADH，是谷氨酸特有的脱氨途径氨的代谢去路氨在肝脏通过尿素循环转化为尿素，在肾脏通过铵离子直接排泄，在脑组织通过谷氨酰胺合成酶转化为谷氨酰胺尿素循环五步酶促反应将有毒氨转化为无毒尿素，首个反应在线粒体中进行，其余在细胞质中完成氨基酸代谢的第一步是去除氨基，这主要通过转氨作用和氧化脱氨作用完成转氨作用是最主要的氨基转移途径，通常以α-酮戊二酸为氨基受体，生成谷氨酸谷氨酸可通过氧化脱氨基作用释放氨，或与氨结合生成谷氨酰胺，转运氨转氨作用由转氨酶催化，辅酶为吡哆醛磷酸维生素B6的活性形式尿素循环是肝脏中处理氨的主要途径，包括五个酶促反应

①氨甲酰磷酸合成酶催化氨与碳酸氢盐结合形成氨甲酰磷酸；

②鸟氨酰转甲酰酶催化氨甲酰磷酸与鸟氨酸结合形成瓜氨酸；

③精氨酰琥珀酸合成酶催化瓜氨酸与天冬氨酸结合形成精氨酰琥珀酸；

④精氨酰琥珀酸裂解酶催化精氨酰琥珀酸裂解为精氨酸和延胡索酸；

⑤精氨酸酶催化精氨酸水解为鸟氨酸和尿素氨基酸代谢生物合成II非必需氨基酸的合成必需氨基酸与遗传缺陷人体可以合成11种非必需氨基酸其中丙氨酸、天冬氨酸和谷氨人体无法合成9种必需氨基酸赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸可直接通过转氨作用由相应的α-酮酸形成谷氨酰胺由谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和组氨酸，必须从食酸与氨在谷氨酰胺合成酶作用下合成天冬酰胺则由天冬氨酸与物中获取这些氨基酸合成途径的丧失是进化过程中的适应性改氨在天冬酰胺合成酶作用下合成变丝氨酸由3-磷酸甘油醛转化而来；甘氨酸可由丝氨酸通过丝氨氨基酸代谢缺陷可导致多种遗传病苯丙氨酸羟化酶缺陷导致苯酸羟甲基转移酶催化生成；脯氨酸由谷氨酸经环化和还原形成；丙酮尿症，患者体内苯丙氨酸积累，转化为苯丙酮酸等代谢物，酪氨酸由苯丙氨酸经苯丙氨酸羟化酶羟化而成精氨酸虽是尿素严重影响神经系统发育枫糖尿症是支链氨基酸亮氨酸、异亮循环中间产物，但在生长期需求量大，可视为半必需氨基酸氨酸、缬氨酸代谢障碍，导致这些氨基酸及其代谢产物积累，尿液呈枫糖香味高同型半胱氨酸血症是蛋氨酸代谢障碍，增加心血管疾病风险酶的本质与分类酶是生物催化剂，能显著加速生化反应而不改变反应的平衡常数绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA核酶酶分子中负责催化反应的区域称为活性中心，通常位于酶分子表面的凹陷处，由分散在一级结构中但在三维空间上相邻的氨基酸残基组成活性中心包括结合底物的结合位点和催化底物转化的催化位点国际酶学委员会按催化的反应类型将酶分为六大类

①氧化还原酶EC1催化氧化还原反应，如脱氢酶、氧化酶；

②转移酶EC2催化官能团转移，如激酶、转氨酶；

③水解酶EC3催化水解反应，如蛋白酶、脂肪酶；

④裂解酶EC4催化非水解的断键反应，如脱羧酶；

⑤异构酶EC5催化分子内重排，如异构酶；

⑥连接酶EC6催化两分子连接同时伴随ATP水解，如合成酶酶的动力学酶反应调控变构调节共价修饰变构酶通常具有多个亚基，除了底物结合位点外，还有专门的效许多酶通过可逆的共价修饰调节活性，最常见的是磷酸化/去磷应物结合位点效应物与这些位点结合后，通过构象变化影响酶酸化蛋白激酶催化ATP的γ-磷酸基团转移到酶分子上的特定的活性变构效应物可以是激活剂或抑制剂，许多代谢中间产物丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基；蛋白磷酸酶则催化这些磷酸基团和终产物都是重要的变构效应物的水解这种修饰可能激活或抑制酶活性，取决于具体酶的结构特点变构酶常表现出S形的底物浓度-反应速率曲线，这种协同效应类似于血红蛋白与氧的结合例如，磷酸果糖激酶受ATP抑制糖原代谢是酶共价修饰调控的典型例子肾上腺素通过cAMP-而被AMP激活，这使细胞能根据能量状态调节糖酵解；天冬氨PKA途径激活蛋白激酶，使糖原磷酸化酶由非活性形式磷酸化酸转氨甲酰酶受ATP激活而被CTP抑制，调控嘧啶核苷酸的合酶b转变为活性形式磷酸化酶a，同时使糖原合成酶由活性形成式合成酶a转变为非活性形式合成酶b，从而促进糖原分解并抑制糖原合成酶的临床检测酶名称正常范围升高见于临床意义谷丙转氨酶ALT5-40U/L急慢性肝炎、肝硬化肝细胞损伤的敏感指标谷草转氨酶AST8-40U/L心肌梗死、肝病、肌病心肌和肝细胞损伤标志碱性磷酸酶ALP40-150U/L胆道梗阻、骨病肝胆系统和骨骼疾病标志γ-谷氨酰转肽酶GGT8-50U/L酒精性肝病、胆道疾病肝胆疾病和酒精摄入标志乳酸脱氢酶LDH120-250U/L心肌梗死、肺栓塞、溶组织损伤的非特异性标血志肌酸激酶CK24-195U/L心肌梗死、肌肉损伤心肌和骨骼肌损伤标志淀粉酶28-100U/L胰腺炎、腮腺炎胰腺和唾液腺疾病标志血清酶学检查是临床疾病诊断的重要手段当组织细胞损伤时，细胞内酶释放入血，导致血清酶活性升高不同酶在各组织中的分布不同，检测特定酶可帮助判断病变部位例如，ALT主要分布在肝脏，其升高主要提示肝细胞损伤；而AST在心肌、肝脏、骨骼肌中均有分布，需结合其他指标判断酶谱分析和同工酶检测能提供更精确的诊断信息LDH有五种同工酶LDH₁-LDH₅，不同组织中分布不同心肌梗死时LDH₁比例升高，肝病时LDH₅升高CK同工酶中，CK-MB特异性分布于心肌，是心肌梗死的特异性标志酶学检查不仅用于疾病诊断，还可评估疾病严重程度、监测治疗效果和预测预后近年来，高灵敏度心肌肌钙蛋白hs-cTn等更特异的心肌损伤标志物逐渐替代部分传统酶学检查维生素与微量元素水溶性维生素包括B族维生素B₁、B₂、B₃、B₅、B₆、B₇、B₉、B₁₂和维生素C这类维生素易溶于水，多作为酶的辅酶或辅基参与代谢例如，维生素B₁硫胺素作为辅酶TPP参与丙酮酸脱氢酶复合体的反应；维生素B₂核黄素是FAD和FMN的前体，参与氧化还原反应；维生素B₃烟酰胺是NAD和NADP的组成部分水溶性维生素在体内不易储存，过量摄入通常通过尿液排出脂溶性维生素包括维生素A、D、E和K这类维生素易溶于脂质，需要胆汁酸协助吸收，在体内可储存较长时间维生素A视黄醇是视紫红质的组成部分，参与视觉过程；维生素D促进钙磷吸收和骨骼发育；维生素E是重要的抗氧化剂，保护细胞膜不受自由基损伤；维生素K参与凝血因子的合成脂溶性维生素过量摄入可能导致毒性反应，如维生素A的高剂量可能导致肝毒性常量元素人体需要较大量的钙、磷、钾、钠、氯、镁和硫钙是骨骼和牙齿的主要成分，也参与肌肉收缩、血液凝固和神经信号传导；磷是核酸、磷脂和ATP的组成部分；钾和钠维持细胞内外离子平衡和神经冲动传导；镁是许多酶的辅因子，参与能量代谢；硫是含硫氨基酸和某些辅酶的组成部分这些元素的缺乏或过量均可导致健康问题微量元素人体需要少量但必不可少的铁、锌、铜、锰、碘、硒、钼、钴等元素铁是血红蛋白和肌红蛋白的组成部分，参与氧运输；锌是多种酶的辅因子，参与核酸和蛋白质合成；铜参与红细胞生成和结缔组织形成；碘是甲状腺激素的组成部分；硒是谷胱甘肽过氧化物酶的组成部分，具有抗氧化作用微量元素缺乏可导致特异性缺乏症，如铁缺乏性贫血、碘缺乏导致甲状腺肿等新陈代谢总论代谢的基本概念能量代谢与调控新陈代谢是生物体内物质和能量转换的总和，包括合成代谢同代谢过程中的能量转换遵循热力学定律生物体通过高能磷酸键化作用和分解代谢异化作用两个相互联系的过程合成代谢是如ATP储存和传递能量，通过氧化还原反应如指由简单分子合成复杂分子的过程，如蛋白质、核酸、多糖和脂NAD⁺/NADH,FAD/FADH₂传递电子ATP是连接分解质的合成，这些过程通常需要消耗能量分解代谢是指将复杂分代谢和合成代谢的能量货币，分解代谢释放能量用于合成子分解为简单分子的过程，如糖、脂肪和蛋白质的氧化分解，这ATP，合成代谢消耗ATP进行生物合成些过程通常释放能量代谢调控确保细胞内各种代谢途径协调进行，避免能量和物质浪根据获取能量和碳源的方式，生物可分为自养生物和异养生物费调控机制包括

①底物水平调节，如底物浓度影响反应速自养生物能利用无机物如CO₂作为碳源，通过光合作用光能率；

②酶活性调节，如变构调节、共价修饰和基因表达调控；

③自养或化学能化能自养合成有机物异养生物则需从外界摄取细胞器分隔，不同代谢途径在不同细胞器中进行；

④激素调节，有机物作为碳源和能量来源，人类属于异养生物如胰岛素和胰高血糖素调节血糖水平这些精细调控机制确保代谢活动高效精准地满足生物体需求生物氧化复合体I NADH脱氢酶复合体I接收来自NADH的电子，将它们传递给泛醌辅酶Q，同时将4个质子泵出线粒体内膜这一复合体含有约45个亚基，是电子传递链中最大的蛋白质复合体NADH主要来自三羧酸循环和糖酵解的丙酮酸氧化复合体I是某些药物和毒素如鱼藤酮的靶点，这些物质通过阻断此复合体抑制细胞呼吸复合体II琥珀酸脱氢酶复合体II催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时将电子传递给泛醌与复合体I不同，复合体II不泵出质子，因此不直接贡献于质子动力势复合体II是三羧酸循环的组成部分，也是电子传递链的入口，将FADH₂的电子引入电子传递链马拉酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可用于研究电子传递链的活性复合体III泛醌-细胞色素c还原酶复合体III将电子从还原型泛醌QH₂传递给细胞色素c，同时将4个质子泵出线粒体内膜这一过程中涉及Q循环，每个QH₂分子的两个电子走不同路径一个直接传给细胞色素c，另一个经过复杂途径，最终也传给细胞色素c抗霉素A是复合体III的特异性抑制剂，可阻断线粒体呼吸复合体IV细胞色素c氧化酶复合体IV是电子传递链的终点，将电子从细胞色素c传递给最终电子受体氧分子，将氧还原为水每传递4个电子，复合体IV泵出2个质子氰化物是复合体IV的强效抑制剂，通过阻断电子传递给氧分子而导致细胞呼吸停止，这是氰化物毒性的主要机制一氧化碳也能与复合体IV结合，竞争性地抑制氧的结合能量代谢与ATP

7.3高能磷酸键ATP末端磷酸键水解释放的能量kcal/mol，远高于普通共价键38葡萄糖净产能一分子葡萄糖在有氧条件下完全氧化可产生的ATP分子数2无氧产能葡萄糖在无氧糖酵解过程中每分子净产生的ATP数量10⁴日ATP周转人体每日消耗和再生的ATP数量克，超过体重总量ATP三磷酸腺苷是生物体内最重要的能量载体，被称为能量货币ATP分子由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成，其中末端两个磷酸键是高能磷酸键，水解时释放大量能量ATP的能量主要来自三个方面磷酸键中存储的能量、负电荷之间的静电排斥力，以及水解产物的共振稳定性ATP的合成主要通过氧化磷酸化和底物水平磷酸化两种方式氧化磷酸化在线粒体内膜上进行，通过电子传递链产生的质子梯度驱动ATP合成酶合成ATP底物水平磷酸化则在特定代谢反应中直接将高能磷酸基团转移给ADP，如糖酵解中的1,3-二磷酸甘油酸转化为3-磷酸甘油酸，和三羧酸循环中的琥珀酰CoA转化为琥珀酸在能量需求较高的组织如心肌、骨骼肌中，磷酸肌酸作为ATP的能量缓冲，可迅速再生ATP代谢的整合与调节大脑肝脏几乎完全依赖葡萄糖作为能量来源，禁食时可利用代谢中心，负责糖原储存与分解、糖异生、脂质合酮体成、酮体产生、尿素合成脂肪组织肌肉能量储存中心，合成和储存甘油三酯，释放脂肪酸主要能量消耗器官，储存糖原，利用葡萄糖、脂肪3和甘油酸和酮体产生能量代谢整合是指不同代谢途径之间以及不同组织、器官之间的协调关系在摄食状态下，葡萄糖是主要能量来源，胰岛素促进葡萄糖利用和储存，脂肪酸合成增加；在禁食状态下，糖原分解和糖异生维持血糖水平，脂肪分解提供能量，产生酮体供脑和其他组织使用不同组织有不同的代谢特点肝脏是代谢中心，进行大多数代谢活动；脂肪组织储存和释放能量；肌肉利用多种底物产生能量；大脑主要依赖葡萄糖代谢调节主要通过激素和神经系统实现胰岛素是摄食状态的主要激素，促进同化作用，降低血糖；胰高血糖素、肾上腺素和皮质醇则在应激和禁食状态下发挥作用，促进异化作用，提高血糖这些激素通过调节代谢酶的活性和基因表达实现对代谢的精细控制例如，胰岛素通过激活磷酸果糖激酶和糖原合成酶，同时抑制糖原磷酸化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶，协同促进葡萄糖利用和储存，抑制葡萄糖生成激素与生物信号传导信号分子激素、神经递质、细胞因子和生长因子等信号分子由特定细胞分泌，在体液或局部微环境中传递受体识别细胞表面受体如G蛋白偶联受体、酪氨酸激酶受体或细胞内受体如核受体特异性识别信号分子信号放大信号传导途径通过级联反应将信号放大，如G蛋白活化腺苷酸环化酶产生大量cAMP效应反应信号通路最终激活转录因子或调节酶活性，引起目标基因表达变化或代谢调整胰岛素信号传导是典型的受体酪氨酸激酶途径胰岛素与其受体结合后，受体自身磷酸化并激活，随后磷酸化胰岛素受体底物IRS蛋白IRS蛋白激活磷脂酰肌醇3-激酶PI3K，产生第二信使PIP₃，进而激活蛋白激酶BAktAkt通过磷酸化多种底物调控代谢促进葡萄糖转运体GLUT4转位到细胞膜，增加葡萄糖摄取；激活糖原合成酶，促进糖原合成；抑制糖异生关键酶表达胰岛素信号途径障碍是2型糖尿病的重要机制G蛋白偶联受体GPCR是最大的膜受体家族，介导多种激素和神经递质的作用当配体与GPCR结合后，受体构象变化激活相关G蛋白，G蛋白α亚基与βγ二聚体分离，分别激活下游效应物Gαs激活腺苷酸环化酶，增加cAMP生成，进而激活蛋白激酶APKA；Gαi抑制腺苷酸环化酶；Gαq激活磷脂酶C，产生肌醇三磷酸IP₃和二酰甘油DAG，分别引起钙释放和蛋白激酶C激活肾上腺素通过β受体GPCR激活Gαs-cAMP-PKA途径，促进糖原分解和脂肪分解分子生物学基础中心法则基因概念分子生物学中心法则描述了遗传信息的流向基因是DNA分子上携带遗传信息的功能单DNA通过复制传递给子代DNA，通过转录产位，指导蛋白质或功能RNA的合成典型的生RNA，RNA通过翻译合成蛋白质这一法真核基因包括编码区外显子、非编码区内含则由Francis Crick于1958年提出，是理解子、调控区域如启动子、增强子和非翻译区生命信息传递的基本框架后来发现的反向转UTR人类基因组含约20,000个蛋白质编录RNA→DNA和RNA复制等过程对原始法码基因，但这些基因仅占基因组总DNA的约则进行了补充，但不改变其核心内容

1.5%，其余部分包括调控序列、重复序列和曾被称为垃圾DNA的非编码区域染色体与基因组染色体是DNA与组蛋白和非组蛋白复合形成的核蛋白质结构，是遗传物质的载体人类体细胞含23对染色体，包括22对常染色体和1对性染色体基因组是指一个生物体所有遗传物质的总和，人类基因组包含约30亿个碱基对人类基因组计划于2003年完成，为理解人类遗传信息奠定了基础，推动了个体化医疗和基因治疗的发展遗传信息的流动依赖于核苷酸序列与氨基酸序列之间的对应关系，这一关系通过遗传密码表示遗传密码由三个连续核苷酸密码子编码一个氨基酸，共有64个密码子编码20种氨基酸和终止信号遗传密码具有简并性多个密码子可编码同一氨基酸、无重叠性、无歧义性和普适性少数例外等特点起始密码子通常是AUG编码甲硫氨酸，终止密码子有UAA、UAG和UGA的复制与修复DNA1起始DNA解旋酶在复制起点ori打开双链，DNA拓扑异构酶缓解超螺旋张力引物合成引物酶合成短RNA引物，为DNA聚合酶提供3-OH端链延伸DNA聚合酶沿5→3方向延伸新链，领先链连续合成，滞后链形成冈崎片段终止DNA连接酶连接冈崎片段，复制完成后形成两条完全相同的DNA双链DNA复制是半保留式的，即新合成的双链DNA中，每条链都包含一条原始链和一条新合成链复制过程需要多种酶和蛋白质协同作用DNA解旋酶打开双螺旋；单链结合蛋白稳定单链区域；引物酶合成RNA引物；DNA聚合酶延伸新链；核酸外切酶去除RNA引物；DNA连接酶连接片段真核生物中，复制同时从多个起点开始，形成复制泡，大大提高复制效率DNA损伤可由多种因素引起，如紫外线、电离辐射、化学致变剂等为维护基因组完整性，细胞进化出多种DNA修复机制核苷酸切除修复NER修复紫外线引起的嘧啶二聚体；碱基切除修复BER修复单个损伤碱基；错配修复MMR修复复制过程中的碱基错配；双链断裂修复包括同源重组修复HR和非同源末端连接NHEJDNA修复缺陷与多种疾病相关，如色素性干皮症XP是NER缺陷导致的高光敏性疾病；Lynch综合征与MMR缺陷相关，增加结直肠癌风险的转录与加工RNA转录起始RNA聚合酶结合启动子区域，在转录因子辅助下形成起始复合物，准备开始转录延伸阶段RNA聚合酶沿DNA模板链5→3方向移动，催化合成与模板链互补的RNA链加帽与多聚腺苷酸化前体mRNApre-mRNA在5端加上7-甲基鸟苷帽结构，3端加上多聚A尾巴RNA剪接内含子被切除，外显子连接形成成熟mRNA，可进行可变剪接产生不同mRNA亚型真核生物中RNA转录由三种RNA聚合酶完成RNA聚合酶I转录

5.8S、18S和28S rRNA；RNA聚合酶II转录所有mRNA和大多数snRNA；RNA聚合酶III转录tRNA和5S rRNA与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶不需要引物即可起始合成转录过程受多种转录因子调控，基本转录因子如TFIID、TFIIB等参与形成转录起始复合物，特异性转录因子则调控特定基因的表达RNA剪接是成熟mRNA形成的关键步骤，由剪接体spliceosome完成剪接体由snRNA和蛋白质组成，识别内含子-外显子边界上的保守序列5剪接位点、3剪接位点和分支点可变剪接使一个基因能产生多种蛋白质异构体，极大增加了基因组的表达多样性反向转录是某些RNA病毒如HIV和反转录转座子的特征，由反转录酶催化RNA模板合成DNA逆转录PCRRT-PCR利用这一原理，将RNA转化为cDNA后进行扩增，是RNA研究和检测的重要工具蛋白质的翻译与加工翻译起始翻译起始是蛋白质合成的关键调控点，涉及多个起始因子eIF的参与小核糖体亚基与mRNA结合，从5帽结构开始扫描，直到识别起始密码子AUG起始tRNA携带甲硫氨酸与起始密码子配对，大核糖体亚基加入形成完整核糖体，准备进入延伸阶段真核生物通常采用扫描机制识别起始密码子，而原核生物则通过Shine-Dalgarno序列引导核糖体直接结合到起始密码子附近肽链延伸延伸阶段由延伸因子eEF协助，核糖体沿mRNA移动，逐个添加氨基酸至生长的肽链核糖体A位结合携带相应氨基酸的tRNA，P位含有生长中的肽链，E位释放空tRNA肽基转移酶催化P位肽链转移至A位氨基酸，形成肽键核糖体移位一个密码子，A位tRNA移至P位，原P位tRNA移至E位并释放这一循环持续进行，直到遇到终止密码子翻译终止当核糖体A位遇到终止密码子UAA、UAG或UGA时，释放因子eRF而非tRNA与之结合释放因子激活核糖体肽基转移酶中心的水分子，水解最后一个tRNA与肽链之间的酯键，释放新合成的多肽链随后，核糖体解离为大小亚基，可重新参与新一轮翻译翻译终止的准确性对防止产生异常延长的蛋白质至关重要翻译后修饰新合成的多肽链通常需要经过一系列翻译后修饰才能获得完全功能常见修饰包括切除N端甲硫氨酸或信号肽；形成二硫键；糖基化、磷酸化、乙酰化等共价修饰；蛋白质折叠形成正确的三维结构，分子伴侣如热休克蛋白协助这一过程；多肽链定向转运至正确的细胞器或细胞外空间这些修饰增加了蛋白质的结构和功能多样性遗传信息的表达调控原核生物基因调控真核生物基因调控原核生物基因表达调控主要在转录水平进行，操纵子模型是其典真核生物基因表达调控更为复杂，发生在多个水平

①染色质水型代表操纵子由结构基因、启动子、操纵基因和调节基因组平DNA甲基化和组蛋白修饰影响染色质结构，决定基因是否成以大肠杆菌乳糖操纵子为例，当环境中无乳糖时，调节基因可被转录机器接近；

②转录水平转录因子结合增强子或沉默编码的阻遏蛋白结合操纵基因，阻止RNA聚合酶转录结构基子，通过与启动子区域的相互作用激活或抑制转录；

③RNA加因；当存在乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合使其构象改变，失去与工水平选择性剪接产生不同mRNA异构体；

④转运水平控操纵基因的亲和力，解除阻遏，允许转录进行制mRNA从核内输出到细胞质；

⑤翻译水平miRNA调控mRNA的稳定性和翻译效率；

⑥蛋白质水平蛋白质修饰和降除经典的负调控外，原核生物还存在正调控机制，如葡萄糖操纵解子中的环腺苷酸受体蛋白CAP低血糖时，cAMP水平升高，与CAP结合后增强CAP与DNA的结合，促进转录；高血表观遗传调控是指不改变DNA序列的基因表达调控，包括糖时，cAMP水平下降，CAP不能有效结合DNA，转录减DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等这些机制可以弱这种双重调控确保细胞能高效利用可用碳源传递给子代细胞，甚至在某些情况下传递给后代个体，是环境因素影响基因表达的重要途径，与多种疾病和发育过程密切相关信号转导与调控信号转导是细胞接收、传递和响应外界信号的过程，是多细胞生物协调各组织器官功能的基础信号分子包括激素、神经递质、细胞因子、生长因子等，通过与特异性受体结合启动细胞内信号级联反应主要信号通路包括G蛋白偶联受体途径如肾上腺素、血清素信号、受体酪氨酸激酶途径如胰岛素、EGF信号、JAK-STAT途径如干扰素、多种细胞因子信号、Wnt途径发育过程等细胞间通讯可分为三种基本类型

①自分泌细胞分泌的信号分子作用于自身；

②旁分泌信号分子作用于附近细胞；

③内分泌信号分子激素通过血液循环作用于远处靶细胞此外，细胞还可通过间隙连接、细胞外囊泡如外泌体和直接接触等方式通讯信号转导障碍与多种疾病相关，如癌症常见基因突变多发生在信号转导蛋白中；自身免疫性疾病常与细胞因子信号异常相关；代谢综合征与胰岛素信号途径障碍密切相关生物化学的实验技术光谱分析技术分离纯化技术电泳与印迹技术光谱技术利用物质与电磁辐射相互作用色谱技术是分离生物分子的主要方法，电泳是基于带电分子在电场中移动速率的特性进行分析紫外-可见光谱用于测基于分子在固定相和流动相中分配系数差异的分离技术聚丙烯酰胺凝胶电泳定核酸、蛋白质等生物分子的浓度；荧的差异常用色谱包括凝胶过滤色谱PAGE用于蛋白质分析，SDS-光光谱具有高灵敏度，用于生物分子相基于分子大小、离子交换色谱基于电PAGE根据分子量分离蛋白质；琼脂糖互作用研究；圆二色谱可分析蛋白质二荷、亲和色谱基于特异性结合和疏水凝胶电泳主要用于DNA分离；毛细管电级结构；核磁共振和X射线晶体学则用相互作用色谱基于疏水性高效液相泳具有高效率和低样品消耗的优点于解析生物大分子的精细三维结构，为色谱HPLC和气相色谱GC提供高分Western印迹、Southern印迹和理解分子功能提供结构基础辨率分离，广泛应用于分析和制备纯Northern印迹分别用于检测特定蛋白化质、DNA和RNA，是分子生物学研究的基本工具分子生物学技术PCR技术通过特异性引物和DNA聚合酶体外扩增特定DNA片段；基因克隆利用载体如质粒将目标基因导入宿主细胞增殖；测序技术从Sanger法发展到今天的高通量测序，大幅提高了DNA分析效率；基因编辑技术如CRISPR-Cas9系统，实现了对基因组的精准修改；质谱技术在蛋白质组学研究中发挥重要作用，可鉴定和定量成千上万种蛋白质生物化学与医学的联系代谢性疾病糖尿病是最常见的代谢疾病，1型糖尿病由胰岛β细胞破坏导致胰岛素绝对缺乏；2型糖尿病则与胰岛素抵抗和相对胰岛素不足相关，涉及多种信号通路异常高脂血症是血脂代谢紊乱导致的血浆脂蛋白水平异常，与动脉粥样硬化密切相关肥胖是能量摄入超过消耗导致的脂肪组织过度积累，与多种激素和神经肽调节异常相关，如瘦素抵抗遗传代谢病遗传代谢病是由单基因缺陷导致的酶或转运蛋白功能异常，影响特定代谢途径苯丙酮尿症是由苯丙氨酸羟化酶缺陷导致，患者需终身限制苯丙氨酸摄入；半乳糖血症是半乳糖代谢酶缺陷导致的乳糖不耐受；高胱氨酸尿症是由胱硫醚β-合成酶缺陷引起，可导致血栓形成；糖原贮积病是糖原代谢酶缺陷引起的一组疾病，不同类型表现不同肿瘤生物化学肿瘤细胞表现出代谢重编程特征，如优先使用糖酵解产能瓦博格效应，即使在有氧条件下也主要通过糖酵解产生ATP和代谢中间体肿瘤细胞常有激活的信号转导通路，如RAS-RAF-MAPK和PI3K-AKT-mTOR通路，促进细胞增殖和存活原癌基因如RAS、MYC的激活和抑癌基因如p

53、PTEN的失活是肿瘤发生的分子基础肿瘤微环境的代谢特征如乳酸积累、氨基酸耗竭等，影响免疫细胞功能，帮助肿瘤逃避免疫监视药物靶向与治疗理解生物化学机制为药物开发提供了分子靶点他汀类药物通过抑制HMG-CoA还原酶降低胆固醇合成；磺脲类药物通过作用于胰岛β细胞ATP敏感钾通道促进胰岛素分泌；酪氨酸激酶抑制剂通过阻断特定信号通路治疗某些癌症；单抗药物特异性靶向肿瘤相关抗原或免疫检查点；RNA干扰技术和反义寡核苷酸药物通过沉默特定基因表达治疗遗传性疾病代谢组学和蛋白质组学分析协助个体化药物治疗，提高疗效，减少不良反应生物化学前沿进展基因编辑技术合成生物学组学技术进展CRISPR-Cas9系统源于细菌免疫系统，已发合成生物学将工程学原理应用于生物系统，设计组学技术是研究生物体内所有分子整体的方法，展为强大的基因编辑工具其工作原理是引导和构建具有新功能的生物体或生物系统代表性包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组RNA带领Cas9核酸酶精确切割目标DNA序成就包括合成完整的细菌基因组、设计人工代谢学等高通量测序技术使全基因组测序成本大幅列，随后通过细胞自身修复机制引入特定修改途径生产药物和生物燃料、构建遗传线路和生物下降，单细胞测序技术揭示了细胞异质性；质谱基因编辑技术已用于基础研究、农作物改良和疾传感器这一领域促进了对生命基本原理的理技术能同时分析数千种蛋白质的表达和修饰状病治疗，如用于治疗镰状细胞贫血和某些遗传性解，同时开发了解决能源、环境和医疗问题的新态；代谢组学分析代谢物谱的变化，反映生理和眼病最新的base editor和prime editor技方法合成生物学的发展也引发了生物安全和伦病理状态多组学整合分析和人工智能算法的应术进一步提高了编辑精度，减少了脱靶效应理问题，需要科学家和社会共同关注用，正在推动精准医学和系统生物学的发展题型分析与考点总结课程总结与展望基础知识体系掌握生物分子结构、代谢和调控的基本原理整合与应用将各章节知识点联系起来，形成完整的生物化学网络前沿与拓展关注学科发展动态，将基础知识与科研实践相结合通过对《生物化学讲义总纲》的学习，我们系统掌握了从分子水平理解生命现象的基本理论和方法本课程以生物大分子的结构与功能为基础，通过代谢途径、基因表达和调控机制的学习，构建了完整的生物化学知识体系从单个反应到复杂网络，从分子到细胞，我们逐步理解了生命活动的化学本质，为进一步学习分子生物学、细胞生物学、生理学和医学奠定了坚实基础生物化学是一门快速发展的学科，新技术和新发现不断涌现学以致用是掌握生物化学的关键，建议同学们积极参与实验室实践，将理论知识应用于科研；关注学科前沿进展，特别是组学技术、合成生物学和精准医学等领域；培养跨学科思维，将生物化学与物理、数学、计算机科学结合，探索生命科学的未知领域终身学习的态度和创新思维是科研道路上的重要品质，希望大家在生物化学的学习中不仅获取知识，更能培养科学精神和探索热情。