《生物化学要点解析》课件

生物化学要点解析欢迎参加《生物化学要点解析》课程！本课程将系统地讲解生物化学的核心概念、基本原理和重要应用，帮助你建立完整的生物化学知识体系生物化学是研究生命过程化学本质的学科，它是现代生命科学的基础通过本课程，你将了解从分子到细胞水平的生命活动规律，掌握蛋白质、核酸、酶学等关键领域的专业知识，为进一步学习医学、药学和生物技术奠定坚实基础让我们一起探索生命的奥秘，揭示分子世界的精彩！第一章绪论1生物化学的定义生物化学是研究生物体内化学物质的结构、功能及其在生命活动中发生的化学变化规律的科学它探索生命的分子基础，是理解生命本质的重要途径2研究对象主要研究生物大分子（蛋白质、核酸、多糖、脂质）的结构与功能，以及它们在生命活动中的代谢过程和调控机制3学科发展从19世纪尿素合成的里程碑，到现代组学技术的快速发展，生物化学已成为生命科学研究的核心基础学科生物分子的基本类型蛋白质由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子，是生命活动的主要承担者作为结构材料、催化剂、信号分子等发挥多种功能核酸包括DNA和RNA，是遗传信息的携带者和表达者DNA储存遗传信息，RNA参与遗传信息的表达过程脂类主要包括脂肪、磷脂和固醇等，是细胞膜的主要成分，也是重要的能量储存形式和信号分子糖类从简单的单糖到复杂的多糖，是生物体的能量来源，也是细胞识别和结构组成的重要部分生命的化学本质细胞生命的基本单位细胞器特定功能的亚细胞结构生物膜隔离与交流的界面生物大分子蛋白质、核酸、多糖、脂质原子与分子碳、氢、氧、氮等元素生命的本质可以从分子层次逐级理解从简单的原子分子，到复杂的生物大分子，再到高度有序的细胞器和细胞，形成了生命的组织层次每一层次都有其特定的结构和功能，共同构成生命系统的完整性第二章蛋白质化学基础球蛋白纤维蛋白12呈球形或椭球形，水溶性好，如血红蛋白、呈长丝状，不溶于水，具有高度机械强度，抗体等如胶原蛋白、角蛋白复合蛋白膜蛋白含有非蛋白成分（辅基），如糖蛋白、脂蛋位于生物膜中，具有疏水区域，参与物质转43白、核蛋白等运和信号传导蛋白质是由氨基酸通过肽键连接形成的生物大分子，是生命活动的主要承担者根据形态、溶解性和功能的不同，蛋白质可分为多种类型，每种类型在生物体内发挥着特定的作用氨基酸的结构与性质基本结构分类两性离子特性氨基酸是构成蛋白质的基本单位，通常根据侧链性质，20种常见氨基酸可分在溶液中，氨基酸同时含有正负电荷，由一个中心碳原子（α碳）连接一个氨为形成两性离子结构不同pH环境下，氨基、一个羧基、一个氢原子和一个特定基酸的净电荷会发生变化，当溶液pH等•非极性氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸）的侧链（R基团）组成正是R基团的差于氨基酸的等电点时，其净电荷为零•极性中性氨基酸（如丝氨酸、苏氨异，赋予了不同氨基酸独特的化学性这一特性是蛋白质电泳分离技术的理论酸）质基础•酸性氨基酸（如谷氨酸、天冬氨酸）•碱性氨基酸（如赖氨酸、精氨酸）多肽与蛋白质一级结构肽键形成一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α-氨基之间脱水缩合形成肽键多肽链生成多个氨基酸通过肽键连接成链状结构序列确定氨基酸排列顺序决定了蛋白质的一级结构功能决定一级结构是蛋白质高级结构和功能的基础肽键具有部分双键特性，使多肽链呈平面结构，不能自由旋转这种刚性平面结构对蛋白质的高级结构形成至关重要蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸残基的排列顺序，它由基因编码决定，是蛋白质所有高级结构和功能的基础蛋白质高级结构二级结构三级结构四级结构由多肽链局部区域形成的规则重复结整个多肽链在空间的折叠形式，由多由多条多肽链（亚基）相互结合形成构，主要包括α-螺旋和β-折叠α-螺种化学键维持，包括疏水作用、氢的蛋白质复合体如血红蛋白由四个旋呈右手螺旋状，每

3.6个氨基酸为一键、离子键、二硫键等决定了蛋白亚基组成，协同发挥运输氧气的功周β-折叠由多肽链平行或反平行排质的生物学功能能列形成，通过氢键稳定蛋白质功能举例酶作为生物催化剂，催化几乎所有生化反应例如消化酶能分解食物大分子，DNA聚合酶参与DNA复制酶的高效催化作用是生命活动得以进行的关键抗体免疫系统产生的识别和结合特定抗原的蛋白质，是机体防御系统的重要组成部分抗体具有Y形结构，可特异性结合外来物质，帮助清除病原体激素许多激素如胰岛素、生长激素等为蛋白质，通过与靶细胞上的受体结合，调控细胞代谢和生理功能它们在维持机体内环境稳态中扮演重要角色蛋白质结构与疾病疾病发生蛋白质聚集蛋白质错误折叠与多种神经退行性疾病密切蛋白质错误折叠错误折叠的蛋白质往往倾向于相互聚集，形相关，如阿尔茨海默病（β-淀粉样蛋白沉当蛋白质未能获得正确的三维结构时，就会成不溶性淀粉样纤维或斑块这些聚集体可积）、帕金森病（α-突触核蛋白聚集）和朊发生错误折叠这可能是由基因突变、环境能干扰细胞正常功能，导致细胞损伤或死病毒病（朊蛋白异常折叠）等因素或老化过程导致的错误折叠的蛋白质亡可能失去原有功能，甚至获得有害功能第三章核酸化学DNA RNA1脱氧核糖核酸，主要存在于细胞核中，核糖核酸，广泛分布于细胞核和细胞质是遗传信息的主要携带者中，参与遗传信息的表达磷酸二酯键核苷酸连接相邻核苷酸的化学键，形成核酸的核酸的基本构建单元，由碱基、戊糖和主链结构磷酸基团组成核酸是存储、传递和表达遗传信息的关键生物大分子根据戊糖类型不同，核酸分为DNA和RNA两大类DNA主要负责遗传信息的储存和复制，而RNA则参与遗传信息的表达过程核酸的结构和功能的研究是现代分子生物学的基础核苷酸的结构碱基核苷酸中含氮的杂环化合物，分为嘌呤和嘧啶两大类嘌呤碱基包括腺嘌呤A和鸟嘌呤G；嘧啶碱基包括胞嘧啶C、胸腺嘧啶T和尿嘧啶UT只存在于DNA中，U只存在于RNA中戊糖五碳糖，在DNA中为2-脱氧-D-核糖，在RNA中为D-核糖两者的区别在于2位碳原子上是否有羟基，这一微小差异导致DNA和RNA性质和功能的显著不同磷酸基连接在戊糖的5位碳原子上，通过形成磷酸二酯键将核苷酸连接成链正是这种磷酸二酯骨架赋予了核酸分子的方向性（5→3）和稳定性的双螺旋结构DNA碱基配对1A与T通过两个氢键配对，G与C通过三个氢键配对螺旋结构两条链缠绕形成右手螺旋，每10个碱基对完成一周主沟与次沟3螺旋表面形成不等大的两种沟，是蛋白质结合的位点DNA双螺旋结构的稳定性来源于多种力的协同作用碱基间的氢键提供特异性识别，碱基堆积作用（π-π相互作用）增强稳定性，而磷酸骨架上的负电荷则被水分子和细胞内正离子中和这种精妙的结构使DNA能够稳定存储遗传信息，同时又能在需要时解开双螺旋进行复制和转录的种类与功能RNARNA类型主要特征生物学功能信使RNA mRNA携带编码蛋白质的遗传信作为DNA与蛋白质合成息，结构不稳定之间的信息载体转运RNA tRNA呈三叶草结构，携带特定将氨基酸运送到核糖体，氨基酸参与蛋白质合成核糖体RNA rRNA含量最丰富，与蛋白质结构成核糖体结构，催化肽合形成核糖体键形成小核RNA snRNA存在于细胞核中的小分子参与前体mRNA的剪接RNA过程微小RNA miRNA长度约22个核苷酸的非调控基因表达，参与转录编码RNA后调控RNA的多样性远超DNA，不仅结构丰富，功能也极为多样近年来，随着技术进步，科学家们不断发现新的RNA类型和功能，如长链非编码RNA、环状RNA等，揭示了RNA在生命活动中的重要调控作用核酸的生物学功能遗传信息的储存遗传信息的传递遗传信息的表达DNA分子通过特定的碱基序列编码生物DNA通过半保留复制机制将遗传信息准基因表达是一个从DNA到RNA再到蛋白体的遗传信息人类基因组包含约30亿确地传递给下一代细胞复制过程由多质的过程首先，DNA通过转录生成个碱基对，编码约2万个蛋白质编码基种酶和蛋白质协同完成，错误率极低RNA，然后某些RNA（如mRNA）通过因这些信息决定了从简单的细胞特性（约每10亿碱基对出现一个错误），确翻译合成蛋白质这一中心法则到复杂的生物体特征的所有遗传性状保了遗传信息的稳定性（DNA→RNA→蛋白质）是分子生物学的基本原理第四章酶与酶促反应4000+10^12已知酶的数量催化效率在人体内发现的酶类种类酶可提高反应速率倍数37°C最适温度大多数人体酶的最佳工作温度酶是生物体内催化化学反应的蛋白质分子，它们能够显著提高反应速率而不改变反应的平衡常数酶的存在使生物体内的化学反应能够在温和条件下快速进行，是维持生命活动的关键因素酶的作用特点包括高效性（反应速率提高10^6-10^12倍）、高特异性（只催化特定底物的特定反应）以及受调节性（活性可被多种因素调控）这些特性使酶成为生物体精确调控代谢的重要工具酶的结构及分类单体酶寡聚酶由单一多肽链组成的酶，如胰蛋由多个亚基组成的酶，如乳酸脱白酶、核糖核酸酶等结构相对氢酶（四个亚基）亚基间的相简单，通常分子量较小，但功能互作用常导致协同效应，使酶的完整，能独立催化特定反应调节更为精细部分亚基可能具有不同功能，如调节或催化多酶复合体多种不同酶组成的功能复合体，如丙酮酸脱氢酶复合体能催化多步连续反应，提高效率并减少中间产物扩散，实现代谢通路的精确控制按国际酶学委员会分类，酶可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催化特定类型的化学反应，共同构成生物体内完整的代谢网络酶活性中心与必需基团活性中心定义结合位点酶分子中直接参与底物结合和催化反应与底物特异性结合的氨基酸残基，提供的特定区域，通常是一个三维口袋或裂酶反应的专一性缝结构催化基团辅助因子直接参与化学反应的氨基酸残基，如丝某些酶需要非蛋白质组分（如金属离氨酸蛋白酶中的丝氨酸、组氨酸和天冬子、维生素衍生物）参与催化氨酸三联体必需基团是酶活性中心中对催化反应必不可少的化学基团例如，在胰凝乳蛋白酶中，第57位的组氨酸残基通过接受和释放质子促进肽键的水解；第195位的丝氨酸残基则作为亲核基团攻击底物这些精确排列的必需基团共同作用，降低反应活化能，加速反应进行同工酶及临床应用乳酸脱氢酶同工酶转氨酶同工酶碱性磷酸酶同工酶LDH ALPLDH有5种同工酶（LDH1-LDH5），由H天门冬氨酸转氨酶AST和丙氨酸转氨酶ALP有多种同工酶，来源于肝脏、骨骼、和M两种亚基不同组合构成不同组织中ALT是重要的肝功能指标AST主要分布肠道和胎盘等组织肝胆疾病（如胆管阻同工酶分布不同心肌主要含LDH1，骨骼在心肌、肝脏和骨骼肌，而ALT主要存在塞）和骨病（如骨肿瘤）可导致特定ALP肌和肝脏主要含LDH5急性心肌梗死于肝脏肝细胞损伤时，这些酶释放入同工酶升高通过电泳分离不同同工酶，后，血清中LDH1水平升高，可用于疾病诊血，导致血清水平升高ALT升高更能特可帮助鉴别疾病类型断异性反映肝损伤酶的工作原理底物结合底物与酶的活性中心结合，形成酶-底物复合物过渡态形成底物分子被扭曲至高能过渡态，活化能降低催化反应发生化学键重排，反应在活性中心内完成产物释放产物从酶上释放，酶分子可再次催化新反应诱导契合假说认为，底物与酶结合时会诱导酶的活性中心构象发生变化，使之更精确地适应底物，就像钥匙插入锁后微调锁芯一样这种动态适应过程增强了酶与底物之间的相互作用，提高了催化效率通过降低反应活化能，酶能使生物体内的反应在温和条件下快速进行这种催化效率是非生物催化剂无法比拟的，是生命过程得以维持的关键酶促反应特点高效性可提高反应速率10^6-10^12倍专一性只催化特定底物的特定反应温和条件在生理pH和温度下高效工作酶的高效性使生物体内的化学反应能够快速进行，支持生命活动的各种需求例如，碳酸酐酶每秒可催化约100万个二氧化碳分子与水结合，而没有酶的情况下，这一反应极其缓慢酶的专一性是通过活性中心的精确三维结构实现的例如，葡萄糖激酶只能磷酸化葡萄糖而不能磷酸化其他结构相似的糖，这种专一性确保了代谢途径的精确调控酶促反应在生理温度和pH值下即可高效进行，避免了极端条件对生物体的伤害，这与传统化学催化剂需要高温高压等条件形成鲜明对比酶促反应动力学底物浓度与反应速率曲线与温度对酶活性的影响pH影响温度影响pH每种酶都有其最适pH值，在此pH下酶活性最高离开最适温度升高会增加分子运动速度，提高酶与底物碰撞频率，促进反pH，活性降低，甚至完全丧失pH影响主要通过改变酶分子带应进行但过高温度会导致酶蛋白变性，活性迅速丧失电状态，影响酶的三维结构和催化基团的离子化状态人体酶的最适温度通常在37°C左右，与体温相符极端环境生例如，胃蛋白酶的最适pH为

2.0，适应胃内酸性环境；而胰蛋白物（如嗜热菌）的酶则有更高的热稳定性，这与其特殊的结构特酶的最适pH为

8.0，适应小肠碱性环境这种差异反映了酶与其点有关了解温度对酶活性的影响对食品加工、工业发酵等领域生理环境的协同进化具有重要意义酶抑制剂与激活剂竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制抑制剂与底物竞争同一结合位点，导抑制剂结合在酶的非活性中心位点，抑制剂只与酶-底物复合物结合，而不致Km增大而Vmax不变例如，琥珀改变酶的构象，使Vmax降低而Km不与游离酶结合，导致Km和Vmax同时酸脱氢酶被丙二酸竞争性抑制，因为变重金属离子（如汞、铅）通常是降低这种抑制在多底物酶系统中较丙二酸结构与琥珀酸相似，能与酶的非竞争性抑制剂，它们与酶分子的巯常见，是设计某些药物的重要理论基活性中心结合基结合，破坏酶的空间结构础酶在临床诊断中的应用酶类临床意义参考范围丙氨酸转氨酶ALT肝细胞损伤标志物，肝男9-50U/L炎、肝硬化等引起升高女7-40U/L肌酸激酶CK心肌梗死、肌肉疾病的重男50-310U/L要指标女40-200U/L淀粉酶急性胰腺炎诊断的重要依30-110U/L据γ-谷氨酰转肽酶GGT肝胆系统疾病、酒精性肝男10-60U/L病标志物女7-45U/L乳酸脱氢酶LDH组织损伤的非特异性指120-250U/L标，心肌梗死后明显升高生化检验中的酶学指标具有灵敏度高、特异性强、样本要求少等优点，已成为疾病诊断的重要手段临床应用中需注意酶学检验的时间窗口问题，如心肌梗死后不同酶的血清水平变化有特定规律，选择适当时间点检测可提高诊断准确性第五章维生素与微量元素脂溶性维生素水溶性维生素包括维生素A、D、E、K，具有以下共包括B族维生素和维生素C，具有以下共同特点同特点•溶于脂溶剂，不溶于水•溶于水，不溶于脂溶剂•可在体内储存，过量摄入可能导致•体内不易储存，需要持续补充毒性•多作为辅酶或辅因子参与代谢•吸收需要脂肪和胆汁参与•过量摄入通常从尿中排出•通常作为激素前体或抗氧化剂维生素功能概述维生素在体内主要通过以下方式发挥作用•作为酶的辅因子参与代谢反应•参与基因表达调控•发挥抗氧化保护作用•维持特定组织功能与完整性维生素缺乏症维生素缺乏A导致夜盲症、角膜干燥症、皮肤角化，严重时可导致失明维生素A参与视网膜感光物质的合成，维持上皮组织正常功能，并调节免疫系统维生素缺乏D儿童可引起佝偻病，成人可引起骨质软化症维生素D促进小肠对钙的吸收，维持血钙平衡，对骨骼发育和矿化至关重要维生素缺乏B12导致恶性贫血，神经系统损伤B12参与DNA合成和红细胞生成，维持神经系统健康素食者和胃切除患者是高风险人群维生素缺乏C引起坏血病，表现为牙龈出血、皮下出血、伤口愈合不良维生素C参与胶原合成，是重要的抗氧化剂，增强免疫力微量元素作用铁锌铜Fe ZnCu血红蛋白和肌红蛋白的300多种酶的组成成分多种氧化酶的辅助因重要组成部分，参与氧或激活剂，参与核酸和子，如细胞色素C氧化的运输和储存同时是蛋白质合成，维持免疫酶、酪氨酸酶等参与多种氧化还原酶的活性功能锌对味觉、嗅铁代谢、结缔组织形成中心，参与电子传递觉、生长发育和生殖功和神经系统功能缺铜缺铁可导致缺铁性贫能都至关重要锌缺乏可导致贫血、白细胞减血，表现为乏力、面色可引起生长迟缓、味觉少和骨骼异常人体铜苍白、耐力下降等人减退、免疫功能下降的日需要量约为体铁的日需要量约为男等成人每日需要量约

0.9mg性8mg，女性18mg为8-11mg第六章糖代谢三羧酸循环糖酵解丙酮酸完全氧化为CO2和H2O1葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量ATP电子传递链氧化还原反应耦联ATP合成5糖异生糖原代谢非糖物质合成葡萄糖4葡萄糖的储存与释放糖代谢是机体最基本的能量代谢途径葡萄糖作为主要能源物质，通过一系列精密调控的代谢途径，为机体提供能量并维持血糖稳定糖代谢紊乱与糖尿病、低血糖等多种疾病密切相关糖酵解与有氧氧化糖酵解糖酵解是一个10步反应过程，将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，同时产生2分子ATP和2分子NADH这一过程不需要氧气参与，可在细胞质中进行糖酵解的关键限速酶是磷酸果糖激酶，受ATP、柠檬酸抑制，AMP和果糖-2,6-二磷酸激活三羧酸循环在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体，经丙酮酸脱氢酶复合体转化为乙酰CoA，然后进入三羧酸循环每个循环产生3分子NADH、1分子FADH2和1分子GTP，完全氧化一分子丙酮酸三羧酸循环的关键调节酶是柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶氧化磷酸化糖酵解和三羧酸循环产生的NADH和FADH2进入电子传递链，电子最终传递给氧气形成水电子传递过程中释放的能量用于将H+泵出线粒体内膜，形成质子梯度，驱动ATP合成酶合成ATP这一过程是细胞能量生成的主要途径糖异生与糖原代谢糖异生糖原合成糖原分解糖异生是从非糖前体（如丙酮酸、乳糖原是体内葡萄糖的储存形式，主要存糖原分解由糖原磷酸化酶催化，将糖原酸、甘油和某些氨基酸）合成葡萄糖的在于肝脏和肌肉中葡萄糖首先被激活分子逐个释放为葡萄糖-1-磷酸，后者转过程，主要发生在肝脏和肾脏这一过为UDP-葡萄糖，然后在糖原合酶的催化化为葡萄糖-6-磷酸在肝脏中，葡萄糖-程与糖酵解大部分反应可逆，但有三个下添加到现有糖原分子上糖原合酶是6-磷酸可被葡萄糖-6-磷酸酶水解为葡萄关键步骤需要特定的糖异生酶催化丙该过程的关键调节酶，受磷酸化抑制，糖，释放入血；而肌肉缺乏这一酶，只酮酸羧化酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸激活能通过糖酵解利用糖原果糖-1,6-二磷酸酶糖原合成受胰岛素促进，在进食后活糖原分解受胰高血糖素和肾上腺素促糖异生在饥饿状态下尤为重要，可维持跃肝糖原主要维持血糖稳定，而肌糖进，在饥饿和应激状态下活跃血糖水平，为脑和红细胞提供能量胰原则为肌肉活动提供能量高血糖素促进糖异生，而胰岛素抑制这一过程血糖稳态调节胰岛β细胞和α细胞感知血糖变化高血糖刺激β细胞分泌胰岛素，低血糖刺激α细胞分泌胰高血糖素胰岛素作用促进组织摄取利用葡萄糖，激活糖原合成，抑制糖异生和糖原分解胰高血糖素作用促进肝糖原分解和糖异生，升高血糖其他激素协同调节肾上腺素、皮质醇等应激激素在低血糖时协同胰高血糖素升高血糖血糖稳态是维持生命活动的关键生理过程，正常空腹血糖维持在

3.9-

6.1mmol/L范围内血糖调节涉及多个器官和激素系统的协同作用，形成精密的反馈调控网络这种调控机制的紊乱是糖尿病等代谢疾病的病理基础糖代谢与疾病亿

1.

411.2%全球糖尿病患者中国糖尿病患病率2021年全球糖尿病患者估计数量成年人患病率持续上升6%糖化血红蛋白界值糖尿病诊断标准之一糖尿病是最常见的糖代谢疾病，分为1型（胰岛β细胞破坏导致胰岛素绝对缺乏）和2型（胰岛素抵抗和相对胰岛素分泌不足）糖尿病的慢性高血糖可导致多种并发症，包括视网膜病变、肾病、神经病变和心血管疾病等低血糖是另一种常见的糖代谢紊乱，常见于糖尿病患者胰岛素使用过量、胰岛素瘤和某些肝肾疾病严重低血糖可导致意识障碍甚至死亡，因为脑组织严重依赖葡萄糖供能糖原累积症是一组罕见的遗传性疾病，由糖原合成或分解相关酶缺陷导致，表现为不同组织中糖原异常累积，伴随多系统受累第七章生物氧化ATP合成1生物能量货币的生成质子梯度能量储存的中间形式电子传递链有序的电子传递过程还原当量NADH和FADH2作为电子载体氧气最终电子受体生物氧化是生物体内最重要的能量转换过程，将食物中的化学能通过氧化还原反应转化为ATP形式的能量线粒体是生物氧化的主要场所，其内膜上存在完整的电子传递链和ATP合成系统生物氧化的核心是电子从底物传递到氧气的过程，这一过程由多种呼吸链复合体按特定顺序排列完成在电子传递过程中释放的能量用于将质子泵出线粒体内膜，形成跨膜质子梯度，最终驱动ATP合成电子传递链与合成ATP复合物INADH脱氢酶复合物，氧化NADH，泵出4个H+复合物II琥珀酸脱氢酶，氧化FADH2，不泵出H+复合物III细胞色素bc1复合物，泵出4个H+复合物IV细胞色素c氧化酶，将电子传给O2，泵出2个H+复合物VATP合成酶，利用质子梯度合成ATP电子传递链是线粒体内膜上一系列有序排列的氧化还原酶复合物NADH从复合物I进入，FADH2从复合物II进入，电子依次通过泛醌、复合物III、细胞色素c和复合物IV，最终将氧还原为水在电子传递过程中，复合物I、III和IV将质子从线粒体基质泵到膜间隙，建立跨膜质子梯度ATP合成酶利用质子沿浓度梯度回流的能量催化ADP和Pi合成ATP这一过程被称为氧化磷酸化，是有氧呼吸的核心机制氧化磷酸化机制化学渗透假说由诺贝尔奖获得者彼得·米切尔提出，认为电子传递与ATP合成通过质子梯度偶联电子传递链将质子泵出线粒体内膜，在内膜两侧形成质子浓度差和电位差（约180mV），构成质子动力势质子沿浓度梯度通过ATP合成酶返回基质时释放能量，驱动ATP合成ATP合成酶结构与功能ATP合成酶是一个分子马达，由F1和F0两部分组成F0镶嵌在膜中，形成质子通道；F1突出于基质侧，含有催化中心当质子通过F0流动时，引起F0旋转，带动F1中的γ亚基旋转，导致F1中三个催化位点构象变化，完成ATP合成每转一圈合成3个ATP分子P/O比P/O比是指每传递一对电子到氧分子所合成的ATP数量NADH的P/O比约为

2.5，FADH2的P/O比约为

1.5这一差异是因为FADH2从复合物II进入呼吸链，绕过了复合物I的质子泵送了解P/O比对计算代谢途径的能量产量至关重要抑制剂对生物氧化影响第八章脂类代谢脂肪酸合成β-氧化以乙酰CoA为原料合成脂肪酸脂肪酸分解产生乙酰CoA胆固醇代谢酮体代谢43胆固醇合成、转运与调节肝脏产生酮体供外周组织利用脂类代谢是机体重要的能量代谢途径，包括脂肪酸、甘油磷脂、甘油三酯、类固醇等多种脂类物质的合成与分解在能量富余时，碳水化合物和蛋白质的代谢产物可转化为脂肪储存；在能量缺乏时，脂肪动员分解供能脂类代谢与糖代谢、氨基酸代谢密切关联，相互调控脂类代谢紊乱与肥胖、高脂血症、动脉粥样硬化、脂肪肝等多种疾病相关酮体代谢及其生理意义酮体的化学本质酮体合成酮体利用酮体主要包括β-羟丁酸、乙酰乙酸和少量酮体合成发生在肝脏线粒体中，以乙酰肝外组织（尤其是脑、心肌和骨骼肌）可丙酮它们是脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA为原料首先，两分子乙酰CoA缩合利用酮体作为能源β-羟丁酸首先氧化为CoA的水溶性载体形式在长时间饥饿或形成乙酰乙酰CoA，后者与另一分子乙酰乙酰乙酸，后者活化为乙酰乙酰CoA，最碳水化合物摄入严重不足时（如糖尿病酮CoA反应生成β-羟基-β-甲基戊二酰CoA，终分解为两分子乙酰CoA进入三羧酸循环症），肝脏产生大量酮体，供给脑、心脏再经脱水、断裂形成乙酰乙酸乙酰乙酸完全氧化脑组织在长期饥饿状态下可将和骨骼肌等组织利用可进一步还原为β-羟丁酸或自发脱羧为丙酮体作为主要能源，部分替代葡萄糖酮脂蛋白与动脉粥样硬化脂蛋白分类与功能脂蛋白按密度分为乳糜微粒、VLDL、IDL、LDL和HDLLDL负责将胆固醇从肝脏运送到外周组织，HDL则将外周组织多余的胆固醇运回肝脏，称为逆胆固醇转运动脉粥样硬化发生LDL胆固醇水平过高时，过量LDL可在动脉内膜下沉积LDL在内膜中被氧化修饰，刺激内皮细胞释放趋化因子，吸引单核细胞迁移至内膜下，转化为巨噬细胞泡沫细胞形成巨噬细胞通过清道夫受体摄取氧化LDL，转化为富含胆固醇酯的泡沫细胞泡沫细胞聚集形成脂纹，是动脉粥样硬化的早期病变斑块发展与并发症随着病变进展，斑块内积累平滑肌细胞、胶原、钙盐等，形成纤维斑块斑块可造成血管狭窄或破裂，引发血栓形成，导致心肌梗死或脑卒中等严重后果第九章氨基酸与蛋白质代谢蛋白质消化吸收食物蛋白质在消化道内被胃蛋白酶、胰蛋白酶等水解为氨基酸，通过主动转运进入小肠上皮细胞，最终进入血液循环机体每天约有300-400g蛋白质参与周转，包括食物蛋白质和组织蛋白质的合成分解蛋白质合成蛋白质合成是将mRNA上的遗传信息翻译为蛋白质的过程，包括起始、延伸和终止三个阶段这一过程需要核糖体、tRNA、多种蛋白质因子和能量（GTP）参与蛋白质合成是机体耗能最多的生物合成反应之一蛋白质降解体内蛋白质的降解主要通过溶酶体途径和泛素-蛋白酶体系统完成前者主要降解受体介导内吞的蛋白质，后者主要降解胞内短寿命蛋白和异常蛋白蛋白质降解是细胞更新和质量控制的重要机制氨基酸代谢氨基酸代谢包括分解代谢（氨基转移、脱氨、尿素循环等）和合成代谢人体只能合成部分氨基酸（非必需氨基酸），必需氨基酸必须从食物中获取氨基酸代谢紊乱可导致多种遗传性代谢病氨基转移、脱氨及尿素循环氨基转移氨基转移是氨基酸分解的第一步，由转氨酶催化，将氨基酸的α-氨基转移给α-酮戊二酸，生成谷氨酸和相应的α-酮酸这一反应是可逆的，在氨基酸分解和合成中都起重要作用临床上常用的转氨酶包括ALT和AST，是重要的肝功能指标氧化脱氨谷氨酸经谷氨酸脱氢酶催化，发生氧化脱氨，生成α-酮戊二酸和氨这一反应是不可逆的，是氨基酸氮原子进入尿素循环的主要途径肝脏是脱氨反应的主要场所，也是处理有毒氨的关键器官尿素循环尿素循环是肝脏将有毒的氨转化为无毒的尿素的过程，包括五个酶促反应，分别在线粒体和细胞质中进行循环的第一步是碳酸氢铵与ATP反应生成氨甲酰磷酸，随后与鸟氨酸结合形成瓜氨酸，后者在一系列反应后最终生成尿素和鸟氨酸，鸟氨酸重新进入循环尿素循环障碍可导致高氨血症，表现为精神异常、呕吐、昏迷等治疗原则是限制蛋白质摄入，使用苯甲酸钠等药物帮助排出氮废物，严重者需要血液透析清除氨蛋白质营养与代谢病蛋白质营养状况评价氨基酸代谢病蛋白质营养状况可通过多项指标评估血清白蛋白和前白蛋白水氨基酸代谢病是一组由氨基酸代谢相关酶缺陷导致的遗传性疾平反映蛋白质合成能力；氮平衡（摄入氮减去排泄氮）反映蛋白病，通常表现为特定氨基酸或其代谢产物在体内积累，引起多器质代谢状态；体重指数和肌肉围度反映机体组成；免疫功能指标官损害也与蛋白质营养密切相关苯丙酮尿症是由苯丙氨酸羟化酶缺陷导致，苯丙氨酸及其代谢产蛋白质营养不良可导致多种临床表现，包括肌肉萎缩、水肿、免物在体内积累，可导致严重智力障碍早期筛查和低苯丙氨酸饮疫功能下降、伤口愈合延迟等儿童蛋白质营养不良可影响生长食干预可改善预后发育和智力发展其他常见氨基酸代谢病包括枫糖尿病（支链氨基酸代谢障碍）、高胱氨酸尿症、酪氨酸血症等新生儿筛查可早期发现多种氨基酸代谢病第十章核酸的代谢与调控DNA复制RNA合成（转录）核苷酸代谢DNA复制是一个精确的半保留复制过程，由转录是以DNA为模板合成RNA的过程，由核苷酸可通过从头合成途径（以氨基酸、核糖DNA聚合酶、解旋酶、连接酶等多种酶协同完RNA聚合酶催化，包括起始、延伸和终止三个等为原料）和补救途径（利用核苷和碱基）两成复制从特定的起始点开始，沿5→3方向阶段真核生物转录后还需进行加帽、加尾和种方式合成嘌呤和嘧啶核苷酸的合成途径不延伸，形成领先链和滞后链复制过程中设有剪接等修饰过程转录是基因表达的第一步，同，但都受到严格调控核苷酸代谢紊乱与多多重校对机制，保证复制准确性受多种因素精细调控种疾病相关，如痛风（嘌呤代谢异常）转录与转录后调控调控层次原核生物真核生物转录起始启动子、操纵子系统、双顺反子系统启动子、增强子、沉默子、调控蛋白复合物转录延伸阿托体、rho因子顺式作用元件、延伸因子转录终止终止信号、解偶联多聚腺苷酸化信号转录后调控几乎没有加帽、加尾、剪接、RNA编辑、miRNA调控染色质水平调控无组蛋白修饰、DNA甲基化、染色质重塑真核生物的基因表达调控比原核生物复杂得多，主要表现在以下几个方面真核生物具有更复杂的启动子和增强子系统；转录后RNA加工过程更为复杂；存在染色质水平的表观遗传调控；基因表达调控更具组织和发育特异性基因表达的基本过程DNA复制DNA聚合酶沿5→3方向合成DNA，解旋酶打开双螺旋，多种酶协同工作完成复制转录RNA聚合酶以DNA为模板合成RNA，真核生物转录后RNA需进行加工修饰RNA加工包括5加帽、3加尾和剪接，移除内含子，连接外显子，形成成熟mRNA翻译核糖体在mRNA上合成蛋白质，tRNA携带氨基酸，按遗传密码对应关系翻译蛋白质加工翻译后修饰如切除信号肽、糖基化、磷酸化等，使蛋白质获得功能构象物质代谢的联系与调节糖代谢脂类代谢葡萄糖通过糖酵解和三羧酸循环产生能量，也可脂肪酸β-氧化提供能量，过量糖可转化为脂肪酸转化为糖原储存和甘油三酯储存12能量代谢蛋白质代谢3三大营养物质氧化产生NADH和FADH2，通过氨基酸用于蛋白质合成，碳骨架可进入三羧酸循呼吸链最终生成ATP环或转化为糖、脂三大营养物质的代谢途径紧密相连，形成完整的代谢网络乙酰CoA是三者联系的关键中间物质糖酵解产生的丙酮酸脱羧生成乙酰CoA；脂肪酸β-氧化产生乙酰CoA；某些氨基酸也可分解为乙酰CoA乙酰CoA进入三羧酸循环完全氧化，释放能量代谢途径的转换受激素（如胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素等）、神经系统和细胞内关键酶活性的精密调控，以适应机体在不同生理和病理状态下的能量需求典型实例与应用临床生化检验药物研发生物技术产业生化检验是医学诊断的重要手段，如肝功生物化学是药物研发的重要基础，如酶抑基因工程、蛋白质工程、酶工程等生物技能检测中的转氨酶、胆红素，肾功能检测制剂设计（他汀类降脂药、蛋白酶抑制术广泛应用于医药、食品、环保等领域中的尿素氮、肌酐，以及血糖、血脂、电剂）、受体靶向药物（β受体阻滞剂）、代如重组DNA技术生产的胰岛素、生长激解质等指标现代自动生化分析仪可同时谢通路调控剂（磺脲类降糖药）等了解素，酶工程在食品加工和洗涤剂中的应检测几十项生化指标，具有快速、准确、药物作用的分子机制有助于开发更有效、用，以及核酸技术在基因诊断中的应用高通量的特点更安全的药物等总结与答疑重点考点把握酶学、代谢途径、调控机制延伸阅读推荐《生物化学与分子生物学》《现代医学分子生物学》实验技能培养生化实验设计与数据分析本课程系统介绍了生物化学的基本概念、理论和研究方法，重点阐述了生物大分子的结构与功能、代谢途径及其调控机制通过学习，希望大家能够掌握生物化学的核心知识，理解生命活动的分子基础，为进一步学习医学、药学等专业课程奠定基础生物化学是一门快速发展的学科，新技术、新发现不断涌现建议大家保持对学科前沿的关注，通过阅读专业期刊文献、参加学术讲座等方式拓展知识面同时，重视实验技能的培养，学会设计实验、分析数据和解决问题，提高科研能力。