《生物化学课》课件

生物化学课欢迎来到生物化学课程，这是一门全面探索生命化学过程的基础课程通过系统学习，我们将深入了解生物大分子的结构特点、代谢途径的运行机制以及精密的调控网络生物化学是连接化学与生物学的桥梁，它让我们能够从分子水平理解生命现象的本质在这门课程中，我们将揭示生命活动背后的化学奥秘，探索生物分子如何协同工作，支持生命的各种复杂功能课程概述课程内容本课程主要讲授生物大分子的结构特点、细胞代谢网络以及分子调控机制，通过理论与实验相结合的方式，建立系统的生物化学知识体系学习目标通过本课程学习，学生将掌握生命化学过程的基础理论，理解生物分子的结构与功能关系，能够分析基本的代谢途径及其调控网络授课形式课程采用理论讲解与实验教学相结合的形式，通过课堂讲授、实验操作、小组讨论等多种方式，帮助学生全面理解生物化学知识考核方式课程评价包括平时表现（20%）、实验报告（30%）及期末考试（50%），全面评估学生对生物化学理论与实践的掌握程度第一章生物化学绪论研究对象与内容发展历史与里程碑生物化学主要研究生物体内分子结构、功能及其相互作用，探索生命从乌勒尔合成尿素开始，经历了酶的结晶、DNA双螺旋结构发现，到活动的化学本质通过了解生物大分子的结构特点、代谢途径和调控人类基因组计划完成，生物化学的发展见证了人类对生命本质认识的机制，解释生命现象的分子基础不断深入研究方法与技术学科关联与前沿进展现代生物化学研究依赖于多种先进技术，包括分离纯化技术、结构分生物化学与分子生物学、遗传学、细胞生物学等多学科紧密联系，共析方法、功能研究技术以及新兴的组学技术，这些方法不断推动生物同构成现代生命科学的基础当前前沿研究包括精准医学、合成生物化学向前发展学等新兴领域生物化学的研究对象分子间相互作用代谢与能量转换探索生物分子之间的相互识别、研究生物体内物质和能量转换的结合和调控机制，包括蛋白质-蛋化学过程，包括各种代谢途径、白质、蛋白质-核酸、蛋白质-小能量产生与利用机制，以及代谢生物大分子结构与功能生命信息的传递与表达分子等多种相互作用网络的整合与调控研究蛋白质、核酸、糖类和脂类阐明遗传信息的储存、复制、转等生物大分子的化学组成、空间录、翻译及调控过程，理解基因构象和生物学功能，揭示结构与表达调控的分子机制和信号传导功能的关系网络14生物化学的发展历史1年尿素合成1828-弗里德里希·沃勒首次在实验室合成尿素，打破了有机物只能由生物体合成的观念，建立了有机化学与生命科学的联系，开创了生物化学研究的先河2年酶的结晶1926-萨姆纳成功结晶尿素酶，证明酶是蛋白质而非神秘的活力，为蛋白质研究奠定基础，成为生物化学发展的重要里程碑3年双螺旋结构1953-DNA沃森和克里克揭示DNA双螺旋结构，阐明遗传信息存储机制，引发分子生物学革命，推动生物化学研究进入分子水平4年人类基因组计划2003-人类基因组测序完成，开启基因组学时代，促进生物信息学发展，为精准医学和个体化治疗提供理论基础，标志生物化学进入系统研究阶段生物化学研究技术分离纯化技术结构分析方法包括各种层析技术（如离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析）利用X射线晶体学、核磁共振波谱、质谱、圆二色谱等技术，解析和电泳技术（如聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦电泳），用于从复生物大分子的精细结构这些方法可提供从原子分辨率到整体构象杂生物样品中分离纯化特定分子这些技术基于分子的大小、电的结构信息，帮助理解分子功能的结构基础荷、亲和性等特性，是生物化学研究的基础功能研究技术组学技术包括酶学分析、分子克隆、基因表达与沉默、蛋白质互作分析等技基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等高通量分析方法，术，用于研究生物分子的功能特性及其相互作用这些方法可以在实现对生物系统的整体研究这些技术能够同时分析大量分子，揭分子水平揭示生物功能的化学机制示复杂生物系统的工作原理和调控网络第二章蛋白质化学四级结构多个多肽链的空间组装三级结构多肽链的三维折叠构象二级结构局部规则排列α-螺旋、β-折叠一级结构氨基酸序列肽链中氨基酸的排列顺序蛋白质是生命活动的主要执行者，其功能多样性源于结构的多样性蛋白质由氨基酸通过肽键连接形成，从一级结构到四级结构的层次性组织决定了蛋白质的最终功能理解蛋白质结构与功能的关系是生物化学研究的核心内容氨基酸的结构与性质氨基酸基本结构氨基酸分类氨基酸理化性质氨基酸是蛋白质的基本构建单元，由α-碳•非极性氨基酸甘氨酸、丙氨酸、缬氨基酸具有两性特点，可以作为酸或碱原子连接一个氨基、一个羧基、一个氢氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、参与反应每种氨基酸都有特定的等电原子和一个特异性侧链（R基团）组成甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸点（pI），在此pH值下氨基酸分子呈电正是这种侧链的差异造就了20种常见氨中性•极性非带电氨基酸丝氨酸、苏氨基酸的多样性酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺、氨基酸的滴定曲线反映了其在不同pH下谷氨酰胺除甘氨酸外，所有氨基酸在α-碳上存在手的离子状态变化，是理解蛋白质电荷特性，天然蛋白质中的氨基酸均为L型构•酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸性的基础氨基酸的理化性质直接影响型这种立体选择性对蛋白质功能至关蛋白质的溶解性、电荷分布和功能特•碱性氨基酸赖氨酸、精氨酸、组氨重要性酸蛋白质一级结构肽键形成肽键是通过一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基之间脱水缩合形成的共价键这种反应在生物体内由核糖体催化，需要能量输入才能进行肽键具有部分双键特性，导致其平面性和刚性，这限制了多肽链的构象自由度，为蛋白质高级结构的形成提供了基础多肽链特性多肽链具有明确的方向性，按照从氨基端（N端）到羧基端（C端）的顺序排列这种方向性对于蛋白质合成、折叠和功能都至关重要多肽链上的氨基酸侧链相互交替排列在链的两侧，这种排布方式为二级结构的形成创造了条件一条多肽链可包含几十到数千个氨基酸残基序列表示与分析蛋白质一级结构通常使用氨基酸的三字母或单字母缩写从N端到C端表示例如，甘氨酸可表示为Gly或G，丙氨酸为Ala或A氨基酸序列决定了蛋白质的所有高级结构和功能特性，这是蛋白质研究的基本原理现代测序技术可以快速准确地测定蛋白质的氨基酸序列蛋白质二级结构螺旋结构α-α-螺旋是最常见的二级结构之一，呈右手螺旋状，每转

3.6个氨基酸，上升距离为

0.54nm螺旋内部通过肽键的N-H与前第四个氨基酸的C=O形成氢键，使结构稳定脯氨酸因环状结构破坏螺旋，而一些疏水性氨基酸则有助于螺旋形成折叠结构β-β-折叠由相邻多肽链段以近乎完全伸展状态排列形成，通过肽链间的氢键稳定根据相邻链段方向可分为平行β-折叠和反平行β-折叠两种类型β-折叠常见于含多个疏水氨基酸的区域，在蛋白质内核形成稳定结构转角与无规卷曲β-β-转角使多肽链方向急剧改变，通常由四个氨基酸组成，常见于连接α-螺旋或β-折叠的区域无规卷曲则是不具有规则周期性的结构区域，但并非完全无序，对蛋白质功能同样重要，如酶的活性位点常位于此类区域蛋白质三级结构疏水相互作用氢键作用蛋白质折叠的主要驱动力，使疏水性氨多肽链内部氨基与羰基之间、侧链极性基酸侧链聚集在分子内部，远离水环基团之间形成的非共价键，对维持蛋白境，是蛋白质三级结构稳定的关键因素质精确构象至关重要二硫键离子相互作用半胱氨酸侧链巯基之间形成的共价键，带相反电荷的氨基酸侧链之间形成的静为蛋白质结构提供额外稳定性，常见于电引力，如赖氨酸与谷氨酸之间的盐分泌蛋白和膜外区域桥，增强蛋白质结构稳定性蛋白质三级结构是指单一多肽链在空间中的完整三维折叠构象这种折叠过程受热力学驱动，最终构象通常对应能量最低的状态三级结构的形成和稳定性受上述多种相互作用的共同影响，这些力量精确平衡，使蛋白质既有稳定性又具有必要的柔性以执行生物学功能蛋白质四级结构蛋白质四级结构是指由多条多肽链（亚基）通过非共价相互作用组装形成的复合物这些亚基可以完全相同（同源多聚体）或不同（异源多聚体）亚基间的相互作用与三级结构中的作用力类似，主要包括疏水相互作用、氢键、离子键和范德华力四级结构对许多蛋白质的功能至关重要例如，血红蛋白由四个亚基组成，表现出协同氧结合特性；ATP合酶的多亚基结构使其能够耦合质子流与ATP合成；许多受体蛋白和转录因子也依赖四级结构来执行信号传导和基因调控功能四级结构还可以提供调节位点，如变构效应通常作用于亚基界面蛋白质功能多样性催化功能防御功能运输功能酶是具有催化功能的蛋白免疫系统中的抗体、补体蛋运输蛋白负责携带分子穿越质，能够特异性加速生物化白和多种抗菌肽具有识别和生物膜或在体液中运输血学反应，降低活化能而不改清除病原体的能力这些防红蛋白运输氧气，转铁蛋白变反应平衡人体内存在数御蛋白通过特异性结合外来携带铁离子，脂蛋白运输脂千种酶，控制着从简单的水物质，激活免疫反应或直接质，而膜转运蛋白则控制离解到复杂的代谢转换的各类破坏病原体膜结构，保护机子和分子通过细胞膜的选择反应酶的催化效率极高，体免受感染性转运反应速率可提高10^6-10^12倍信号传导激素、受体和信号蛋白通过复杂的信号网络调控细胞活动这些蛋白通过特异性结合和构象变化，将细胞外信号转化为细胞内响应，协调细胞生长、分化和代谢等过程第三章核酸化学核苷酸基本结构1核苷酸是核酸的基本构建单元结构特点DNA2双螺旋结构是遗传信息储存的基础类型与功能RNA多种RNA协同工作实现基因表达核酸理化性质理化特性决定核酸功能与应用核酸是生命信息的载体，包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两大类DNA主要负责遗传信息的储存和传递，而RNA则参与遗传信息的表达过程核酸的化学性质和结构特点使其能够精确复制、转录和翻译，保证遗传信息的准确传递和表达，是生命延续的分子基础核苷酸的基本结构3组成部分核苷酸由碱基、五碳糖和磷酸基团三部分组成5主要碱基DNA和RNA共含五种主要碱基，分别是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶2五碳糖类型DNA含2-脱氧核糖，RNA含核糖，差别在于2位是否有羟基3高能磷酸键ATP中含三个磷酸基团，相邻磷酸间形成高能磷酸键，是细胞能量货币核苷酸是核酸的基本构建单元，也是许多重要辅酶和能量载体的组成部分核苷是由碱基与五碳糖通过N-糖苷键连接形成的化合物，而核苷酸则是核苷在糖的5位连接一个或多个磷酸基团核苷酸通过磷酸二酯键连接形成核酸链，这种连接方式产生的骨架具有方向性，从5端到3端的结构DNA双螺旋模型构象多样性高级结构Watson-Crick DNADNADNA的经典结构是由Watson和Crick于DNA存在多种构象形式，主要包括A型、在细胞核中，DNA通过多层次折叠和包1953年提出的双螺旋模型这一模型描B型和Z型DNAB型DNA是生物体内最常装形成高级结构首先与组蛋白形成核述了两条互补的多核苷酸链以反平行方见的形式，每转螺旋含10个碱基对，螺小体结构，进一步盘绕形成30nm染色质式缠绕形成右手螺旋链间通过碱基配距为

3.4nmA型DNA螺旋更粗更短，主纤维，最终压缩为高度浓缩的染色体对（A-T，G-C）形成的氢键维持稳定，要出现在脱水条件下Z型DNA则是一种而碱基的疏水性使其堆叠在螺旋内部，左手螺旋，通常在特定序列（如GC交替此外，DNA还可形成超螺旋、十字结磷酸-糖骨架则位于外侧序列）区域形成构、发夹结构等特殊结构，这些结构在这种结构完美解释了DNA的遗传信息存这些不同构象的转换与DNA功能调控密DNA复制、修复和基因表达调控中发挥储和复制机制，碱基互补配对原则使切相关，影响着转录因子结合和基因表重要作用DNA拓扑异构酶可调节DNADNA能够精确复制，确保遗传信息的准达过程的拓扑状态，对维持DNA功能至关重确传递要的结构与类型RNA信使转运RNA mRNARNA tRNAmRNA携带DNA编码的遗传信息，作为蛋白质合成的模板其结构特点包括5端的甲基化鸟嘌呤tRNA是连接遗传密码和氨基酸的适配器分子，呈现独特的L型三维结构每种tRNA特异性识别帽子、3端的多聚腺苷酸尾巴以及中间的编码区和非编码区这些结构特征对mRNA的稳定性、一种氨基酸和相应的密码子，精确执行遗传密码的翻译过程转运和翻译效率至关重要•三叶草二级结构包括接受臂、反密码臂、D臂和TΨC臂•5帽子结构保护mRNA免受核酸酶降解•含多种修饰核苷酸，增强结构稳定性和功能特异性•3多聚A尾延长mRNA半衰期•反密码环与mRNA密码子配对，3端连接特定氨基酸•非编码区含有调控元件影响翻译效率核糖体非编码RNA rRNARNArRNA是核糖体的主要组成成分，与核糖体蛋白一起构成蛋白质合成的工厂不同生物体含有不除了经典的三大类RNA外，细胞中还存在多种功能多样的非编码RNA，参与基因表达的各个层同类型的rRNA，如原核生物的16S、23S和5S rRNA，真核生物的18S、28S、

5.8S和5S rRNA面调控这些RNA不编码蛋白质，但在细胞功能中发挥重要作用•微小RNA miRNA调控基因表达的短链RNA•高度保守的序列和复杂的二级、三级结构•长链非编码RNA lncRNA参与染色质重塑和转录调控•具有核糖酶活性，催化肽键形成（核糖酶P位点）•小核RNA snRNA参与前体mRNA的剪接过程•提供mRNA和tRNA结合位点，协调翻译过程•核仁小RNA snoRNA指导rRNA的修饰核酸的理化性质变性与复性核酸双链结构在高温、极端pH或高浓度变性剂作用下可发生解链（变性），形成单链；当条件恢复正常时，互补单链可重新结合（复性或退火）变性过程是协同性的，在特定温度（熔解温度Tm）下急剧发生Tm值受GC含量、离子强度和pH等因素影响，GC含量越高，Tm值越高，说明结构越稳定紫外吸收特性核酸因含有杂环碱基而在260nm波长处有强烈的紫外吸收当核酸双链变性为单链时，碱基之间的堆积作用减弱，吸光度增加约40%，这种现象称为超色性效应相反，当单链核酸形成双链时，吸光度降低，称为减色性效应这一特性常用于核酸浓度测定和变性过程监测核酸杂交技术核酸杂交是基于互补碱基配对原理，使不同来源的单链核酸特异性结合形成杂合分子的技术杂交反应的特异性和效率取决于序列互补性、温度、盐浓度等因素这一技术广泛应用于基因检测、基因组研究和分子诊断领域，是现代分子生物学的重要工具核酸分析方法现代核酸研究依赖多种分析技术电泳技术根据核酸片段大小进行分离；聚合酶链反应PCR实现特定DNA片段的体外扩增；DNA测序技术解读核酸序列信息；核酸芯片技术允许同时分析大量基因表达这些技术共同推动了基因组学和分子生物学的快速发展基因组与转录组基因组特点与组成基因组研究技术转录组分析基因组编辑技术基因组是生物体全部遗传信息基因组测序技术经历了从转录组是特定条件下细胞内所CRISPR-Cas9系统是近年来革的总和，包含编码蛋白质的基Sanger测序到高通量测序的革有RNA转录本的集合，反映了命性的基因组编辑工具，由一因、非编码RNA基因、调控序命性发展第一代测序技术完基因表达的动态全景转录组种RNA引导的DNA核酸酶组列和结构序列等多种功能元成人类基因组计划耗时13年，测序RNA-Seq可同时检测数成，可实现对基因组的精确修件人类基因组包含约30亿个而现代测序平台可在数天内完万个基因的表达水平，识别新改该技术操作简便、成本低碱基对，编码约2万个蛋白质成个体基因组测序，成本降低的转录本和剪接变体，分析非廉、效率高，已广泛用于基础编码基因，这些基因仅占基因了数千倍编码RNA的表达模式研究、农业育种和疾病治疗探组总量的不到2%索除测序外，基因组研究还涉及转录组分析广泛应用于发育生基因组中还包含大量重复序基因组注释、变异分析、表观物学、疾病研究和药物开发基因组编辑技术的进步使写列、转座元件、内含子和基因基因组学和比较基因组学等领通过比较不同条件下的转录组基因组成为可能，为合成生物间区，这些非编码区在基因域这些技术共同推动了精准变化，可以揭示基因表达调控学和基因治疗开辟了新途径，表达调控和染色体结构维持方医学、药物基因组学和个体化网络，发现关键的分子标志物同时也引发了伦理讨论和监管面发挥重要作用，不再被视为治疗的发展和治疗靶点挑战垃圾DNA第四章糖类化学生物学功能能量储存、细胞识别、结构支持糖蛋白与糖脂糖基化修饰与细胞表面分子识别多糖结构同多糖与异多糖的结构与功能单糖基本结构单糖的构型、环化与化学性质糖类是生物体内最丰富的有机物，不仅是重要的能量来源，还参与细胞识别、免疫反应和结构支持等多种生物学过程从简单的单糖到复杂的多糖，糖类结构的多样性和功能的特异性使其成为生命活动不可或缺的组成部分本章将系统介绍糖类化学的基础知识，以及糖类在生物体内的多种功能和应用单糖的结构与性质单糖是最简单的糖类，不能水解为更小的糖分子按照含碳原子数目可分为三碳糖、五碳糖和六碳糖等根据所含醛基或酮基，又可分为醛糖和酮糖单糖具有多个手性中心，形成多种立体异构体，如D型和L型，其中D型是自然界中最常见的形式单糖在水溶液中主要以环状结构存在，五元环称为呋喃糖，六元环称为吡喃糖环化过程中原羰基碳成为新的手性中心，形成α和β两种构型，这两种构型在水溶液中可以相互转化，导致旋光度随时间变化的现象，称为变旋光现象单糖的化学反应主要发生在羟基和还原性端基，如氧化、还原、糖苷键形成等，这些反应特性是理解糖类生物合成和代谢的基础二糖与多糖结构常见二糖结构二糖由两个单糖通过糖苷键连接形成麦芽糖由两个葡萄糖通过α-1,4-糖苷键连接，保留还原性；蔗糖由葡萄糖和果糖通过α-1,β-2糖苷键连接，无还原性；乳糖由葡萄糖和半乳糖通过β-1,4-糖苷键连接，是哺乳动物乳汁中的主要糖分同多糖结构特点同多糖由同一种单糖组成，如淀粉、糖原和纤维素均由葡萄糖组成，但连接方式不同淀粉含直链淀粉（α-1,4-糖苷键）和支链淀粉（额外含α-1,6-糖苷键）；糖原结构类似支链淀粉但分支更多；纤维素则由β-1,4-糖苷键连接，形成直链结构，是植物细胞壁的主要成分异多糖与复杂糖链异多糖由不同单糖单元组成，如透明质酸（由葡萄糖醛酸和N-乙酰葡萄糖胺组成）、硫酸软骨素（含硫酸化的N-乙酰半乳糖胺）这类多糖常含有荷电基团，在细胞外基质和关节液中发挥重要功能糖链的空间构象受糖苷键类型、单糖种类和化学修饰的影响，决定了其生物学功能的特异性糖类的生物学功能能量储存与供应细胞识别与黏附糖类是生物体主要的能量来源淀粉和糖原细胞表面的糖蛋白和糖脂作为分子身份证作为植物和动物的储能物质，可在需要时分，在细胞-细胞识别、信号传递和免疫应答解释放葡萄糖，通过糖酵解和氧化磷酸化产中发挥关键作用例如，血型抗原、组织相生ATP葡萄糖是脑细胞和红细胞的首选能容性抗原和病毒受体都依赖特定的糖链结源，对维持正常生理功能至关重要构，细微的结构差异可导致显著的生物学效应免疫与防御功能结构支持功能糖类在免疫系统中发挥多重作用粘多糖形多糖是许多生物结构的主要成分纤维素构成物理屏障抵抗病原体；细菌多糖荚膜帮助成植物细胞壁；几丁质形成节肢动物外骨逃避宿主免疫；植物多糖如β-葡聚糖可刺激骼；透明质酸和硫酸软骨素等糖胺聚糖是结免疫系统；黏蛋白保护消化道和呼吸道粘膜缔组织和关节液的重要组分，提供结构支持表面特定糖链还可作为受体介导病原体识和润滑功能别糖蛋白与糖脂糖基化修饰类型糖蛋白结构与功能糖脂结构与功能糖基化与疾病糖基化是最常见的蛋白质翻译后糖蛋白广泛存在于细胞膜表面和糖脂是含有一个或多个糖基的脂糖基化异常与多种疾病相关先修饰，分为N-连接糖基化和O-连分泌蛋白中，糖链部分可占总分质分子，主要存在于细胞膜外天性糖基化缺陷CDG是一组罕接糖基化两大类N-糖基化发生子量的1-70%根据糖链含量和层神经节苷脂、脑苷脂和硫脂见遗传病，导致严重发育异常；在蛋白质的天冬酰胺残基上，具结构可分为单纯糖蛋白和复合糖是常见的糖脂类型，在神经系统溶酶体储存病如Tay-Sachs病涉有保守的序列识别位点Asn-X-蛋白糖链修饰可影响蛋白质的中尤为丰富糖脂与细胞膜微区及糖脂代谢异常；癌细胞常表现Ser/Thr；O-糖基化则发生在丝折叠、稳定性、半衰期和抗原（脂筏）形成密切相关，参与信出糖基化模式改变，可作为诊断氨酸或苏氨酸残基上，无明确序性号传导和膜动态调节标志物列要求功能性糖蛋白包括黏附分子如糖生物学研究为疾病诊断和治疗糖基化过程在内质网和高尔基体选择素，参与细胞迁移和炎症反糖脂在细胞识别、神经发育和突提供新思路，如利用特异性凝集中进行，涉及多种糖基转移酶和应；免疫球蛋白，其糖链影响抗触传递中发挥重要作用例如，素检测糖基化变化，开发针对特加工酶的协同作用不同组织和体功能；激素受体，如胰岛素受GM1神经节苷脂是霍乱毒素的受定糖结构的药物，以及利用糖工物种具有特征性的糖基化模式，体；运输蛋白如转铁蛋白；以及体；血型抗原包含特征性糖脂结程技术改善治疗性蛋白的药代动形成所谓的糖码，增加了蛋白凝血因子等，糖基化对这些蛋白构；多种寡聚糖乳糖苷在胚胎发力学特性质功能的多样性的正确功能至关重要育中具有调控功能第五章脂类与生物膜脂类是一组化学性质多样的生物分子，共同特点是疏水性或两亲性主要脂类包括脂肪酸、甘油脂、磷脂、鞘脂和类固醇等脂肪酸是构成复杂脂质的基本单元，由碳氢链和一个羧基组成，可分为饱和和不饱和脂肪酸复杂脂质如磷脂和鞘脂是生物膜的主要成分，而胆固醇等类固醇则调节膜的流动性和参与信号传导生物膜是由脂质双分子层和嵌入其中的蛋白质构成的动态结构，按照流动镶嵌模型，膜蛋白可在脂双层中自由移动生物膜不仅是细胞和细胞器的边界，还是物质转运和信号传递的场所脂类在能量储存、膜结构维持、信号传导和激素合成等方面发挥重要作用，脂类代谢异常与多种疾病如肥胖、动脉粥样硬化和某些神经退行性疾病密切相关脂肪酸结构与性质脂肪酸类型碳链长度双键数量代表脂肪酸主要来源物理性质饱和脂肪酸12-240棕榈酸动物脂肪、椰室温下多为固C16:

0、硬脂子油态，熔点高酸C18:0单不饱和脂肪16-241油酸C18:1ω-橄榄油、坚果室温下多为液酸9态，熔点适中多不饱和脂肪18-222-6亚油酸C18:2植物油、鱼油室温下为液酸ω-

6、α-亚麻态，熔点低，酸C18:3ω-3易氧化反式脂肪酸16-181-3反油酸氢化植物油、性质类似饱和部分加工食品脂肪酸，熔点高脂肪酸是由碳氢链和一个羧基组成的一元羧酸，是构成甘油脂、磷脂和鞘脂的基本结构单元自然界常见的脂肪酸碳链长度多为偶数（12-24个碳原子），可分为饱和脂肪酸（无双键）和不饱和脂肪酸（含一个或多个双键）不饱和脂肪酸的双键通常为顺式构型，但部分加工食品中也存在反式脂肪酸必需脂肪酸如亚油酸（ω-6）和α-亚麻酸（ω-3）人体无法合成，必须从食物中获取这些脂肪酸是合成前列腺素、血栓烷和白三烯等重要生物活性分子的前体，参与炎症反应、血管舒缩和免疫调节脂肪酸的组成和比例对生物膜的流动性、细胞信号传导和人体健康有重要影响，合理平衡ω-6/ω-3脂肪酸比例对预防慢性疾病具有积极意义复杂脂质的结构甘油脂结构甘油脂是由甘油与一个、两个或三个脂肪酸形成酯键的化合物最常见的是甘油三酯，是生物体主要的能量储存形式甘油三酯可含相同或不同的脂肪酸，脂肪酸组成决定了其物理性质和营养价值植物油富含不饱和脂肪酸，室温下呈液态；动物脂肪多含饱和脂肪酸，常为固态磷脂多样性磷脂是生物膜的主要成分，由甘油骨架、两个脂肪酸链和一个含磷的极性头部组成，具有两亲性特点根据极性头部的不同，可分为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇等多种类型，各具特定功能磷脂酰肌醇及其衍生物在信号传导中尤为重要，参与第二信使的生成类固醇结构类固醇是一类含四环结构的脂溶性分子，胆固醇是其中最著名的代表胆固醇是动物细胞膜的重要组分，调节膜流动性和稳定性；同时也是合成胆汁酸、类固醇激素和维生素D的前体植物中的类固醇称为植物甾醇，可竞争性抑制胆固醇的吸收，有助于降低血脂生物膜结构与功能流动镶嵌模型膜脂组成特点Singer和Nicolson于1972年提出的生物磷脂、糖脂和胆固醇构成膜脂骨架，不膜模型，描述膜为脂质双分子层嵌入蛋对称分布于双层的内外侧，形成具有流白质的动态结构，膜蛋白可在脂双层中动性和选择性的屏障侧向移动膜转运与信号膜蛋白类型膜通过各种机制实现物质选择性转运，包括跨膜蛋白、周边蛋白和脂锚定蛋3并将细胞外信号转导至细胞内，协调细白，执行物质转运、信号传导、细胞识胞活动别等多种功能生物膜是细胞和细胞器的基本结构，形成选择性屏障的同时，还是物质转运和信号传导的平台膜的流动性受脂肪酸不饱和度、胆固醇含量和温度的影响，对维持膜功能至关重要膜的侧向不均一性表现为脂筏的存在，这些富含胆固醇和鞘脂的微区在信号传导和膜蛋白聚集中发挥重要作用脂类与信号传导受体激活细胞外信号分子结合膜受体，触发膜脂质转换酶活化，启动脂质介导的信号传导脂质信号产生磷脂酶C水解磷脂酰肌醇二磷酸，生成二酰甘油和肌醇三磷酸两种第二信使信号级联放大二酰甘油激活蛋白激酶C，肌醇三磷酸促进钙离子释放，触发下游信号分子活化细胞应答信号级联最终导致特定基因表达、蛋白修饰或细胞骨架重组等生物学效应脂质不仅是生物膜的结构组分，还在细胞信号传导中发挥关键作用磷脂酰肌醇及其衍生物构成复杂的信号系统，调控细胞增殖、分化和凋亡等过程磷脂酰肌醇-3-激酶PI3K通路在胰岛素信号传导和肿瘤发生中尤为重要，是药物研发的热点靶点花生四烯酸是一种重要的多不饱和脂肪酸，可通过环氧合酶和脂氧合酶途径转化为前列腺素、血栓烷和白三烯等生物活性分子，参与炎症反应、免疫调节和血管功能调控甾体激素如雌激素、睾酮和皮质醇等通过结合细胞内受体，直接调控基因表达，影响机体的代谢、生长和生殖功能脂质信号通路的异常与多种疾病如糖尿病、肿瘤和神经退行性疾病密切相关第六章酶化学酶的本质与特性酶是具有催化功能的生物分子，主要为蛋白质，少数为RNA（核酶）酶的基本特性包括高效催化性、专一性、可调节性和对环境敏感性酶通过降低反应活化能加速生化反应，而不改变反应的平衡常数，反应速率可提高10^6-10^12倍•催化效率高转化数（每秒催化的底物分子数）从10到10^7不等•专一性强对底物结构和反应类型均有特异性要求•可调节性活性可受多种因素和机制调控酶的作用机制酶催化反应的基本步骤包括酶与底物结合形成酶-底物复合物，催化化学反应，以及产物释放与酶再生酶的催化能力源于其特殊的结构特点，活性中心通常位于酶分子内部的裂隙或袋状区域•诱导契合底物结合导致酶构象变化，使活性位点更适合催化•过渡态稳定酶降低活化能的主要机制是稳定反应的过渡态•近邻效应酶将反应物集中在适当空间位置，增加有效碰撞概率酶的研究方法酶学研究涉及酶的分离纯化、结构解析和功能分析等多个方面现代酶学研究综合了生物化学、分子生物学和计算生物学等多学科方法，促进了对酶催化机制的深入理解•酶活测定分光光度法、放射性示踪法、电化学方法等•结构解析X射线晶体学、核磁共振、冷冻电镜等技术•分子设计通过蛋白质工程和定向进化改造酶的性质酶的应用前景酶作为生物催化剂在医药、食品、环保和工业生产等领域有广泛应用酶催化反应通常在温和条件下进行，具有高效、特异和环保等优点，符合绿色化学和可持续发展的要求•医药应用酶替代疗法、诊断试剂、药物设计靶点•工业应用洗涤剂、食品加工、生物燃料生产•生物技术分子克隆、基因工程、生物传感器酶的基本特性催化作用特点酶的专一性活性中心结构酶是高效的生物催化剂，能够显酶的专一性是其最重要特征之酶的活性中心是执行催化功能的著降低反应活化能，加速生化反一，包括底物专一性和反应类型关键区域，通常位于分子表面的应速率而不改变反应的平衡状专一性底物专一性是指酶只能凹陷或裂隙中，由非连续的氨基态与普通化学催化剂相比，酶识别特定结构的底物分子，这种酸残基组成活性中心包含底物的催化效率更高（可提高10^6-识别可以是绝对的（如尿素酶仅结合位点和催化位点两部分底10^12倍反应速率），条件更温催化尿素水解）或相对的（如脂物结合位点通过多种非共价作用和（通常在生理pH和温度下有肪酶可作用于多种酯类，但对酯力（如氢键、静电作用、疏水相最佳活性），专一性更强（对底键结构有特定要求）反应专一互作用）特异性识别和结合底物和反应类型均具高度选择性则指酶催化特定类型的化学反物；催化位点则含有直接参与化性）应，如水解、异构化或氧化还原学反应的关键残基，如丝氨酸蛋等白酶中的催化三联体（丝氨酸、组氨酸和天冬氨酸）酶的分类命名国际生物化学与分子生物学联盟IUBMB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酶有系统命名和常用名两种名称系统命名描述酶催化的反应，如ATP:葡萄糖磷酸转移酶；常用名通常更简短，如己糖激酶每种酶还有唯一的EC编号，如己糖激酶的EC编号为

2.

7.

1.1，其中第一位数字表示酶的大类酶促反应动力学影响酶活性的因素温度的影响的影响底物与酶浓度激活剂与抑制剂pH温度对酶活性有双重影响一方pH对酶活性的影响主要通过改变在其他条件恒定的情况下，底物激活剂可通过多种机制增强酶活面，温度升高可增加分子热运酶和底物分子的离子化状态，影浓度[S]增加会导致反应速率v增性，如金属离子可作为辅因子直动，提高酶与底物的碰撞频率，响氨基酸侧链的电荷分布，从而加，但增幅逐渐减小，最终接近接参与催化反应或稳定酶构象加速反应；另一方面，过高温度影响酶的催化活性和底物结合能最大反应速率Vmax，呈现典型的如Mg²⁺对激酶、Zn²⁺对碳酸酐会导致酶蛋白变性，活性下降力每种酶都有特定的最适pH范饱和曲线这种现象是由酶分子酶、Ca²⁺对蛋白酶等的激活作每种酶都有其最适温度，通常与围，在此范围内活性最高超出数量有限导致的，当所有酶分子用某些激活剂作用于变构位生物体的生理温度相近，如人体最适范围，酶活性下降；pH变化都与底物结合时，进一步增加底点，通过改变酶的构象增强其活酶的最适温度多在37°C左右过大则可能导致酶不可逆变性物浓度不会提高反应速率性温度对酶活性的影响可用阿伦尼不同酶的最适pH差异很大，反映酶浓度[E]与反应速率通常呈线性抑制剂则通过与酶结合降低其活乌斯方程描述，反应速率常数k与了它们在体内作用环境的差异关系，即v∝[E]（当底物过量性，按照作用机制可分为可逆抑温度T的关系为lnk=-Ea/RT+如胃蛋白酶最适pH约为2，适应胃时）这是酶活性测定的基础，制和不可逆抑制可逆抑制包括lnA，其中Ea为活化能，R为气体液的酸性环境；而胰蛋白酶最适通过测量反应速率可以推算酶的竞争性、非竞争性和反竞争性抑常数，A为频率因子大多数酶催pH约为8，适应十二指肠的碱性环含量然而，在多底物反应和复制，它们对酶动力学参数Km和化反应的Q10值（温度升高10°C境这种pH特异性对消化系统的杂的调节系统中，这种简单关系Vmax的影响不同不可逆抑制剂时反应速率的增加倍数）约为2-正常功能至关重要可能不适用，需要考虑更复杂的通常与酶活性中心的关键残基形3动力学模型成共价键，永久失活酶酶的抑制作用酶的调节机制别构调节共价修饰效应分子结合酶的调节位点，通过构象变化影响蛋白激酶催化的可逆磷酸化修饰是最常见的调节酶的活性，可为正向或负向调节方式，可激活或抑制酶活性基因表达调控酶原激活通过改变酶的合成和降解速率，长期调节细胞内无活性前体通过限制性蛋白水解转变为活性酶，酶的水平常见于消化酶和凝血因子酶的活性精确调节是维持生物体内生化反应平衡的关键别构调节是一种高效的调控机制，基于蛋白质构象变化传递信息经典例子如磷酸果糖激酶受ATP抑制和AMP激活，血红蛋白的氧结合协同性也是别构效应的表现别构酶通常具有多个亚基，遵循对称模型或序贯模型进行调节共价修饰，特别是磷酸化/去磷酸化，是细胞信号传导中的核心机制如糖原磷酸化酶通过磷酸化激活，而糖原合成酶则被磷酸化抑制，实现糖原代谢的反向调控酶原激活产生的级联放大效应在消化系统和血液凝固过程中尤为重要，确保这些强效酶在特定时间和部位发挥作用在基因水平，酶的合成可通过转录因子、启动子活性和mRNA稳定性等多种机制调控，实现对酶活性的长期调节第七章生物氧化与能量代谢生物氧化的本质生物氧化是生物体内的氧化还原反应，通过电子传递释放能量并最终被氧接受与燃烧不同，生物氧化是多步骤、可控的过程，能量以ATP形式逐步释放和储存生物体中的氧化还原反应主要通过脱氢作用进行，涉及多种脱氢酶和电子载体分子高能化合物ATP是生物体内最重要的高能化合物，其末端磷酸键水解释放约

7.3kcal/mol能量ATP水解驱动生物体内的能量需求过程，如肌肉收缩、主动运输和生物合成除ATP外，其他高能化合物还包括磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙酮酸和辅酶A硫酯等，它们在能量转移和代谢调节中发挥重要作用电子传递链线粒体内膜上的电子传递链是能量转换的核心装置，由四个呼吸链复合体和两个可移动电子载体（辅酶Q和细胞色素c）组成电子从NADH或FADH₂传递到最终电子受体O₂，电子传递过程中释放的能量用于将质子从基质泵入膜间隔，形成质子梯度，驱动ATP合成自由基与抗氧化生物氧化过程中产生的活性氧（如超氧阴离子、过氧化氢和羟自由基）具有高度反应性，可损伤细胞组分生物体进化出复杂的抗氧化防御系统，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等酶类抗氧化剂，以及维生素E、维生素C、谷胱甘肽等非酶类抗氧化剂，共同保护细胞免受氧化损伤生物氧化概念氧化还原反应氧化还原电位电子载体分子生物氧化是生物体内发生的氧化还原氧化还原电位（E°′）是衡量物质得失NAD⁺/NADH和FAD/FADH₂是细胞反应，包括失电子（氧化）和得电子电子倾向的定量指标，以伏特（V）为内主要的电子载体对，分别由烟酰胺（还原）两个互补过程在生物系统单位电位越正，物质越易得电子腺嘌呤二核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷中，氧化还原反应主要表现为脱氢和（还原），作为氧化剂；电位越负，酸构成NAD⁺主要接受来自食物分加氢反应，即氢原子（包含一个质子物质越易失电子（氧化），作为还原解的高能电子，在糖酵解、三羧酸循和一个电子）的转移如葡萄糖氧化剂在生物体内，电子总是从低电位环和脂肪酸氧化中起重要作用FAD分解最终生成二氧化碳和水，本质上（如NADH，-

0.32V）流向高电位（如多作为某些脱氢酶的辅基，如琥珀酸是葡萄糖中的氢被氧气夺取的过程O₂，+

0.82V）的物质，这一过程释脱氢酶这些辅酶通过可逆的氧化还放的能量可用于ATP合成原反应参与能量代谢底物水平磷酸化除了氧化磷酸化外，细胞还通过底物水平磷酸化直接合成ATP在这一过程中，代谢中间产物中的高能磷酸键直接转移给ADP形成ATP，无需电子传递链参与如糖酵解过程中1,3-二磷酸甘油酸转化为3-磷酸甘油酸的反应，以及三羧酸循环中琥珀酰辅酶A转化为琥珀酸的反应，都能通过底物水平磷酸化产生ATP或GTP线粒体电子传递链复合体INADH脱氢酶复合体，接受来自NADH的电子，通过铁硫中心传递给辅酶Q，同时将4个质子从基质泵入膜间隙复合体II琥珀酸脱氢酶复合体，将FADH₂的电子传递给辅酶Q，但不泵出质子，因此产生的ATP少于复合体I复合体III细胞色素c还原酶复合体，通过Q循环将电子从辅酶Q传递给细胞色素c，同时将4个质子泵入膜间隙复合体IV细胞色素c氧化酶复合体，将电子从细胞色素c传递给最终电子受体O₂，生成H₂O，同时将2个质子泵入膜间隙线粒体电子传递链是生物体内能量转换的枢纽，位于线粒体内膜上电子通过一系列载体传递，释放的能量用于将质子从基质泵入膜间隙，形成质子动力势这一过程涉及多种复杂的氧化还原反应，具有高度的组织性和效率除了四个主要复合体外，电子传递链还包括两个可移动的电子载体辅酶Q（泛醌）和细胞色素c辅酶Q是脂溶性分子，可在膜中自由扩散，连接复合体I/II和复合体III；细胞色素c则是一种水溶性蛋白，在膜外表面连接复合体III和复合体IV氧化还原电位的逐级升高确保电子单向流动，最终被氧接受形成水氧化磷酸化氧化磷酸化是将电子传递过程中释放的能量转化为ATP化学能的过程，是生物体获取能量的主要途径化学渗透学说（Mitchell，1961）解释了这一过程的机制电子传递链在将电子从NADH/FADH₂传递到氧气的同时，将质子从线粒体基质泵入膜间隙，形成跨膜质子梯度（即质子动力势）；这一梯度包含化学势（pH差）和电势两部分，代表储存的能量；质子沿梯度通过ATP合酶返回基质时释放能量，驱动ADP与无机磷酸结合形成ATPATP合酶F₁F₀-ATP合成酶是一个复杂的蛋白质复合体，由F₁和F₀两部分组成F₀部分嵌入膜中形成质子通道，F₁部分位于基质侧，含有催化ATP合成的活性中心质子流过F₀部分导致其旋转，带动F₁部分的构象变化，从而促进ATP合成这一精巧的分子机器是生物能量转换的核心装置，效率高达60%以上P/O比（每对电子生成的ATP分子数）是评估氧化磷酸化效率的重要指标，NADH的P/O比约为

2.5，FADH₂约为

1.5第八章糖代谢糖异生作用1从非糖物质合成葡萄糖糖原代谢糖原合成与分解调节血糖平衡磷酸戊糖途径3产生NADPH和核苷酸合成前体三羧酸循环乙酰CoA的完全氧化与能量释放糖酵解途径葡萄糖初步分解生成丙酮酸糖代谢是生物体内最基本也最重要的代谢途径，为细胞提供能量和生物合成前体葡萄糖作为主要能源物质，通过糖酵解途径分解为丙酮酸，然后在有氧条件下进入线粒体通过三羧酸循环和电子传递链完全氧化，产生大量ATP；在无氧条件下则转化为乳酸或乙醇除能量产生外，糖代谢还提供重要的中间代谢物，支持氨基酸、核苷酸和脂肪酸的合成磷酸戊糖途径生成NADPH供还原生物合成反应使用，并提供核苷酸合成所需的核糖糖原合成与分解调节机体葡萄糖水平，维持血糖稳定糖异生作用则从非糖物质（如氨基酸、乳酸和甘油）合成葡萄糖，在禁食和剧烈运动时尤为重要这些途径相互协调，确保能量代谢和物质代谢的平衡糖酵解途径10反应步骤糖酵解由十个酶促反应组成，将葡萄糖分解为两分子丙酮酸2净产量ATP每分子葡萄糖完成糖酵解产生2分子ATP（总产4个，消耗2个）2产量NADH每分子葡萄糖完成糖酵解产生2分子NADH，在有氧条件下可进一步产能3调控酶己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶是糖酵解的三个关键调节点糖酵解是细胞质中将葡萄糖分解为丙酮酸的代谢途径，是几乎所有生物共有的能量获取方式该途径分为两个阶段能量投入阶段（前五步），消耗2分子ATP将葡萄糖转化为两分子甘油醛-3-磷酸；能量收获阶段（后五步），将甘油醛-3-磷酸转化为丙酮酸，同时产生4分子ATP和2分子NADH，净得2分子ATP糖酵解的关键调控酶包括己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，它们催化不可逆反应，受多种代谢物调节如磷酸果糖激酶受ATP抑制、AMP和果糖-2,6-二磷酸激活，反映细胞能量状态在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体参与三羧酸循环；在无氧条件下，丙酮酸可转化为乳酸（动物细胞）或乙醇（酵母），这一过程也将NADH重新氧化为NAD+，使糖酵解能够持续进行三羧酸循环乙酰进入脱氢反应CoA1丙酮酸脱氢生成乙酰CoA，与草酰乙酸结合形成柠四步脱氢反应产生3个NADH和1个FADH₂，携带檬酸，启动循环高能电子进入电子传递链2底物水平磷酸化脱羧反应琥珀酰CoA转化为琥珀酸过程中直接生成两步脱羧反应释放两分子CO₂，完成碳骨架的氧GTP≈ATP化三羧酸循环（又称柠檬酸循环或克雷布斯循环）是有氧呼吸的核心途径，位于线粒体基质中每转一圈循环，完成一分子乙酰CoA（2个碳原子）的完全氧化，生成2分子CO₂、3分子NADH、1分子FADH₂和1分子GTP这些还原当量通过电子传递链最终产生约12分子ATP，体现了有氧代谢的高效性三羧酸循环不仅是能量代谢的枢纽，也是多种生物合成途径的起点循环中间体可作为前体合成氨基酸、卟啉和核苷酸等重要分子例如，α-酮戊二酸可转化为谷氨酸，草酰乙酸可转化为天冬氨酸循环的调控主要通过三个限速酶柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶，它们对ATP/ADP比值、NADH/NAD⁺比值以及特定代谢物如钙离子敏感，确保循环速率与细胞能量需求相匹配磷酸戊糖途径氧化相非氧化相与糖酵解的关系磷酸戊糖途径始于氧化相，由三个连续非氧化相由一系列可逆反应组成，将5-磷磷酸戊糖途径与糖酵解在葡萄糖-6-磷酸反应组成首先，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶酸核糖转化为中间产物磷酸糖，最终部处分叉，并在甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷催化葡萄糖-6-磷酸氧化生成6-磷酸葡萄糖分返回糖酵解途径主要反应包括5-磷酸酸处重新汇合这种网络结构使细胞能酸内酯，同时产生一分子NADPH；接核糖异构化生成5-磷酸核酮糖，转酮基反够根据代谢需求灵活分配葡萄糖碳骨着，6-磷酸葡萄糖酸内酯水解为6-磷酸葡应生成磷酸己糖和磷酸丁糖，以及转醛架在不同组织中，两条途径的相对活萄糖酸；最后，6-磷酸葡萄糖酸脱氢并脱基反应重组碳骨架性存在差异羧生成5-磷酸核糖，同时产生第二分子这一阶段的主要功能是连接磷酸戊糖途•肝脏和脂肪组织磷酸戊糖途径活性NADPH和一分子CO₂径与糖酵解，实现碳原子的重新分配高，支持脂肪酸合成所需NADPH这一阶段的主要功能是生成NADPH，为在核苷酸合成需求高时，非氧化相可维•红细胞主要为抗氧化防御提供细胞还原生物合成反应（如脂肪酸合成持5-磷酸核糖供应；在NADPH需求高但NADPH和谷胱甘肽还原）提供电子供体红细核苷酸合成需求低时，过量的5-磷酸核糖•生长活跃组织核苷酸合成需求高，胞中的磷酸戊糖途径尤为活跃，产生的可转化回糖酵解中间体，保持碳平衡磷酸戊糖途径提供5-磷酸核糖NADPH维持谷胱甘肽还原态，保护血红•肌肉组织能量需求为主，糖酵解途蛋白免受氧化损伤径占主导第九章脂类代谢脂肪酸分解代谢1β-氧化过程逐步缩短脂肪酸产生乙酰CoA、NADH和FADH₂脂肪酸合成代谢2脂肪酸合成酶复合体催化乙酰CoA和丙二酰CoA缩合延长碳链甘油脂代谢3甘油三酯的合成与分解调节脂肪储存和动员类固醇代谢4胆固醇合成、转运和调节对细胞膜功能和激素合成至关重要脂类代谢是能量储存和利用的重要途径，也是生物膜和信号分子合成的基础脂肪酸的β-氧化是产生能量的主要方式，每个氧化循环缩短脂肪酸链两个碳原子，产生一分子乙酰CoA、一分子NADH和一分子FADH₂这些产物通过三羧酸循环和电子传递链进一步氧化，释放大量能量脂肪酸氧化的能量产量显著高于糖类，使脂肪成为理想的能量储存形式脂肪酸合成与氧化在不同细胞器中进行，受不同条件调控，避免了徒劳循环合成发生在细胞质中，需要ATP、NADPH和碳前体；氧化发生在线粒体中，产生ATP和还原当量甘油脂代谢连接糖代谢和脂肪酸代谢，在能量丰富时促进脂肪储存，在能量缺乏时促进脂肪动员类固醇代谢以胆固醇为中心，涉及复杂的合成、转运和调节网络，与多种生理过程和疾病密切相关脂肪酸氧化β-第十章氨基酸代谢氨基酸分解代谢氨基酸分解始于脱氨基作用，氨基转移至α-酮戊二酸形成谷氨酸，谷氨酸脱氨基产生铵离子碳骨架则转化为丙酮酸、乙酰CoA或三羧酸循环中间体等代谢物根据碳骨架的最终去向，氨基酸可分为糖原性（可转化为葡萄糖）、酮原性（可转化为酮体）或两者兼有氨的代谢与尿素循环氨基酸分解产生的铵离子具有神经毒性，主要通过尿素循环转化为无毒的尿素排出体外尿素循环由五个酶促反应组成，分布在线粒体和细胞质中，最终将两分子氨基和一分子二氧化碳转化为尿素该循环消耗3分子ATP和1分子天冬氨酸，主要在肝脏进行氨基酸的生物合成人体能够合成约12种非必需氨基酸，合成途径通常从中心代谢物（如丙酮酸、草酰乙酸）开始，经过转氨基作用引入氨基必需氨基酸（如赖氨酸、色氨酸）合成途径较为复杂，需从食物中获取植物和微生物能合成所有氨基酸，通常以糖代谢产物为前体氨基酸衍生物氨基酸除了构成蛋白质外，还是许多重要生物分子的前体例如，色氨酸可转化为5-羟色胺（血清素）；酪氨酸是儿茶酚胺（肾上腺素）和黑色素的前体；组氨酸脱羧形成组胺；精氨酸参与一氧化氮合成；甘氨酸与琥珀酰CoA形成血红素这些衍生物在神经传递、激素调节和免疫反应等生理过程中发挥重要作用第十一章核苷酸代谢嘌呤核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的从头合成始于磷酸嘧啶核苷酸的合成与嘌呤不同，DNA合成需要脱氧核苷酸，它们核苷酸分解代谢包括脱磷酸形成核糖焦磷酸PRPP，通过多步反先构建嘧啶环，然后与核糖结由核糖核苷酸在2位还原形成核苷，水解生成核碱基和核糖应构建嘌呤环首先合成的是肌合合成始于天冬氨酸与碳酰磷这一反应由核糖核苷酸还原酶催（或脱氧核糖）嘌呤碱基最终苷酸IMP，它是腺苷酸AMP和酸的缩合，形成氨基甲酰天冬氨化，是DNA合成的限速步骤，也氧化为尿酸，在大多数哺乳动物鸟苷酸GMP的共同前体这一酸，经过一系列反应形成尿苷酸是细胞周期控制的关键点该酶中可进一步氧化为尿囊素，但人过程需要多种氨基酸（甘氨酸、UMPUMP可转化为胞苷酸含有对硫基自由基和非血红素铁类缺乏尿酸氧化酶，以尿酸形式天冬氨酸、谷氨酰胺）提供氮原CMP，胸腺嘧啶核苷酸dTMP中心，需要硫氧还蛋白提供电排出子，甲酰四氢叶酸提供碳原子，则由脱氧尿苷酸甲基化形成子嘌呤代谢异常与多种疾病相关，消耗6个ATP脱氧核苷酸的平衡至关重要，比如高尿酸血症和痛风（尿酸代谢嘌呤核苷酸还可通过补救途径合嘧啶合成的关键调控点是天冬氨例失调会导致DNA合成错误和遗或排泄障碍），Lesch-Nyhan综成，利用游离碱基或核苷与酸转氨甲酰酶，受CTP抑制和传不稳定许多抗肿瘤药物和抗合征（HGPRT缺陷导致嘌呤补救PRPP反应直接形成核苷酸，更ATP激活，确保嘌呤和嘧啶核苷病毒药物通过干扰脱氧核苷酸合途径异常）嘧啶代谢障碍则可为经济核苷酸的单磷酸形式可酸平衡合成叶酸辅酶在dTMP成或直接作为核苷酸类似物抑制导致尿苷酸合成酶缺乏症等罕见进一步磷酸化为二磷酸和三磷酸合成中发挥关键作用，是抗肿瘤DNA合成，阻止细胞增殖疾病形式，ATP是主要的能量供体药物设计的重要靶点第十二章核酸的生物合成复制起始DNADNA复制始于特定的起始位点，由起始蛋白复合物识别并打开双螺旋，形成复制叉解旋酶沿着DNA链前进，解开双螺旋结构；单链结合蛋白稳定暴露的单链DNA，防止其重新退火或形成二级结构复制启动需要RNA引物，由DNA引发酶（即RNA聚合酶）合成短片段RNA与模板链配对，提供DNA聚合酶所需的3-OH游离端链的延伸DNADNA聚合酶催化脱氧核苷酸按照模板链的指导依次加入新链，具有5→3方向的聚合活性和3→5的校对活性由于两条模板链方向相反，而DNA聚合酶只能在5→3方向合成，导致一条链（前导链）可连续合成，另一条链（滞后链）则需分段合成成岡崎片段滞后链合成需要不断启动新的RNA引物，最终由DNA连接酶将岡崎片段连接起来损伤与修复DNADNA常因环境因素（如紫外线、化学变异原）或内源性代谢产物（如活性氧）受损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识别并去除DNA损伤，如紫外引起的嘧啶二聚体；碱基切除修复处理单个碱基损伤；错配修复纠正复制错误；双链断裂修复通过非同源末端连接或同源重组修复断裂的DNA修复系统异常与多种疾病相关，如色素性干皮症和遗传性非息肉性结肠癌转录与加工RNA转录是由RNA聚合酶催化的DNA信息向RNA的传递过程真核生物中，RNA聚合酶II负责合成mRNA前体，转录起始需要一系列转录因子结合启动子区域初级转录产物（前体mRNA）需经过多种加工，包括5端加帽、3端多聚腺苷酸化和内含子剪接RNA剪接由小核核糖核蛋白复合物（spliceosome）执行，通过识别内含子-外显子边界，去除内含子并连接外显子成熟的mRNA最终通过核孔复合体转运至细胞质参与蛋白质合成第十三章蛋白质的生物合成遗传密码与密码子翻译的分子机制翻译后修饰遗传密码是DNA或RNA碱基序列到氨基酸序列的翻译是在核糖体上进行的蛋白质合成过程，分为新合成的蛋白质常需经过翻译后修饰才能获得完转换规则密码子是mRNA上连续三个核苷酸的起始、延伸和终止三个阶段起始阶段，起始因全功能常见修饰包括N端甲硫氨酸去除和乙组合，共有64种密码子，其中61种编码20种氨基子协助小核糖体亚基结合mRNA和起始tRNA（携酰化；羟基化（如胶原蛋白中脯氨酸和赖氨酸羟酸，3种为终止密码子遗传密码具有简并性（多带甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸）；大亚基结合形成基化）；糖基化（添加碳水化合物链）；磷酸化个密码子可编码同一氨基酸）、非重叠性（每个完整核糖体，准备延伸延伸阶段，tRNA携带的（调节蛋白活性）；泛素化（标记蛋白质降核苷酸只属于一个密码子）和无歧义性（每个密氨基酸按mRNA指导依次加入肽链，肽链在大亚解）；二硫键形成（稳定蛋白结构）；蛋白水解码子只编码一种氨基酸）遗传密码在生物界高基的肽基转移酶中心形成肽键终止阶段，当遇（如胰岛素前体切除C肽）等这些修饰极大丰度保守，但线粒体和少数物种存在轻微变异到终止密码子时，释放因子结合并促使肽链释富了蛋白质的结构和功能多样性，精细调控蛋白放，核糖体解离翻译过程需要GTP水解提供能质活性、稳定性和相互作用量第十四章代谢调节与信号传导激素调节机制信号传导系统激素是远距离调控代谢的重要分子胰岛素和细胞信号传导是细胞接收、处理和响应外部信胰高血糖素调控血糖平衡胰岛素促进葡萄糖号的过程典型信号通路包括G蛋白偶联受吸收和储存，抑制糖异生和脂肪分解；胰高血体通路，激活腺苷酸环化酶或磷脂酶C，产生糖素作用相反，促进血糖升高肾上腺素和去cAMP或钙等第二信使；酪氨酸激酶受体通甲肾上腺素调节应激反应，动员能量储备甲系统生物学方法路，通过自身磷酸化启动级联反应；核受体通状腺激素调控基础代谢率皮质醇影响糖、现代代谢研究采用系统生物学方法，整合分代谢途径整合路，配体直接调控基因表达信号通路特点是脂、蛋白质代谢，参与应激反应这些激素通子、细胞和组织水平的数据，构建代谢网络模级联放大、交叉交流和多重调控，确保细胞对过影响关键酶的活性或表达水平，协调各组织生物体内代谢途径并非孤立运行，而是形成高型代谢组学技术分析生物样品中全部代谢物环境变化的精确响应代谢活动度整合的网络糖代谢、脂质代谢和氨基酸代的组成和变化，结合基因组学、转录组学和蛋谢通过共享中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA）白质组学数据，揭示代谢调控的整体规律计和调节分子相互连接组织间也存在代谢分算模型预测代谢流向和关键调控点，指导代谢工，如肝脏、肌肉和脂肪组织在葡萄糖和脂肪工程和药物开发系统生物学方法正推动生物酸代谢中承担不同角色，通过血液循环交换代化学研究从还原论走向整体论，为疾病诊断和谢产物，维持整体平衡治疗提供新思路3。