生物化学精要40页

1、一、生物化学概念生物化学是运用化学的原理和方法，研究生物体的物质组成和遵循化学规律所发生的一系列化学变化，进而深入揭示生命现象本质的一门科学，有生命的化学之称。二、生物化学研究内容1. 生物体物质的化学组成、结构、性质和功能2. 生物体内的物质代谢、能量转换和代谢调控3. 生物体的信息代谢4. 运用生物化学原理和方法，为农业、工业、医药卫生、环境保护等服务，开拓富有经济价值的生物资源（酶制剂、药品、食品添加剂、杀虫剂）三、生物化学的发展1 静态生物化学时期（二十世纪二十年代以前）：研究内容以分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主。2 动态生物化学时期（二十世纪前半叶）：物质代谢途径及动态平

2、衡、能量转化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、抗生素等的代谢 3 机能生物化学及分子生物学时期（二十世纪五十年代以后）：生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理 第一章 蛋白质化学一蛋白质的生物学意义生物体的组成成分； 酶； 运输； 运动； 抗体； 干扰素； 遗传信息的控制； 细胞膜的通透性； 高等动物的记忆、识别机构。二蛋白质的元素组成 C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、 S（04%）、N的含量平均为16%凯氏（Kjadehl）定氮法的理论基础：蛋白质含量 蛋白氮×6.

3、25三蛋白质的组成氨基酸是蛋白质的基本组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸组成（牢记三字符号和结构式）。C如是不对称C（除Gly），则：（1）具有两种立体异构体 D-型和L-型；（2）具有旋光性（手性） 左旋（-）或右旋（+）氨基酸的重要理化性质：（1）一般物理性质：无色晶体，熔点极高（200以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。具有紫外吸收性质（280nm）。（2）两性解离和等电点：氨基酸在水溶液中或在晶体状态时都以离子形式存在，在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的NH3+正离子和能接受质子的COO-负离子，为两性电解质。调节氨基酸溶液的pH

4、，使氨基酸分子上的+NH3基和COO-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。（3）化学性质：与茚三酮的反应：Pro产生黄色物质，其它为蓝紫色。在570nm（蓝紫色）或440nm（黄色）定量测定（几g）；与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法，可以用来直接测定氨基酸的浓度和蛋白质水解程度；与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应，重复测定多肽链N端氨基酸排列顺序，设计出“多肽顺序自动分析仪”。四肽肽是一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（酰胺键）。肽链写法：游离-氨基在左，游离-羧基在右，氨基酸

5、之间用“”表示肽键。五蛋白质的结构蛋白质是氨基酸以肽键相互连接的线性序列。在蛋白质中，多肽链折叠形成特殊的形状（构象）。在结构中，这种构象是原子的三维排列，由氨基酸序列决定。蛋白质有四种结构层次：一级结构，二级结构，三级结构和四级结构（不总是有）。（一）蛋白质的一级结构一级结构就是蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。一级结构中包含的共价键主要指肽键和二硫键。（二）蛋白质的空间结构是指蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构，碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由

6、CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平面上。蛋白质构象稳定的原因：（1）酰胺平面；（2）侧链基团R的影响。1. 蛋白质的二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。（1）-螺旋：Pauling和Corey于1965年提出。结构要点：1）螺旋的每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100°。2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键，氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。3)R侧链基团伸向螺旋的外侧。4）Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在-螺旋的端头，它改变

7、多肽链的方向并终止螺旋。（2）-折叠结构：是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。-折叠片中，相邻多肽链平行或反平行（较稳定）。（3）-转角：为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。（4）自由回转：没有一定规律的松散肽链结构。酶的活性部位。2. 蛋白质的三级结构指多肽链上的所有原子（包括主链和侧链）在三维空间的分布。3. 蛋白质的四级结构多肽亚基的空间排布和相互作用。亚基间以非共价键连接。（三）蛋白

8、质结构中的共价健和次级键六蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子具有多样的生物学功能，需要一定的化学结构，还需要一定的空间构象。（一）蛋白质一级结构与功能的关系1. 种属差异蛋白质一级结构的种属差异十分明显，但相同部分氨基酸对蛋白质的功能起决定作用。根据蛋白质结构上的差异，可以断定它们在亲缘关系上的远近。2. 分子病蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。（二）蛋白质构象与功能的关系别（变）构作用：含亚基的蛋白质由于一个亚基的构象改变而引起其余亚基和整个分子构象、性质和功能发生改变的作用。因别构而产生的效应称别构效应。如血红蛋白是别构蛋白，O2结合到一个亚基上以后，影响与其它亚

9、基的相互作用。七蛋白质的性质（一）蛋白质的相对分子量蛋白质相对分子量在10 0001 000 000之间。测定分子量的主要方法有渗透压法、超离心法、凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。最准确可靠的方法是超离心法（Svedberg于1940年设计）：蛋白质颗粒在2550×104 g离心力作用下从溶液中沉降下来。沉降系数的单位常用S，1S=1×10-13（s）（二）蛋白质的两性电离及等电点蛋白质在偏酸溶液中带正电荷，在偏碱溶液中带负电荷，在等电点时为两性离子。电泳：带电颗粒在电场中移动的现象。分子大小不同的蛋白质所带净电荷密度不同，迁移率即异，在电泳时可以分开。（三）蛋白质的胶体

10、性质布郎运动、丁道尔现象、电泳现象，不能透过半透膜，具有吸附能力。蛋白质溶液稳定的原因：1）表面形成水膜（水化层）；2）带相同电荷。（四）蛋白质的变性天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其共价键不变，但分子内部原有的高度规律性的空间排列发生变化，致使其原有性质发生部分或全部丧失，称为蛋白质的变性。变性蛋白质主要标志是生物学功能的丧失。溶解度降低，易形成沉淀析出，结晶能力丧失，分子形状改变，肽链松散，反应基团增加，易被酶消化。变性蛋白质分子互相凝集为固体的现象称凝固。有些蛋白质的变性作用是可逆的，其变性如不超过一定限度，经适当处理后，可重新变为天然蛋白质。第二章 核酸的化学一核酸的概念和重要性18

11、69年，Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleic acid）；此后几十年内，弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。1944年，Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验。1952年，Hershey等的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内，证明DNA是遗传物质。除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有机体的遗传物质是DNA。不同有机体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的合成

12、。二核酸的组成成分碱基（熟记腺嘌呤、鸟嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶的结构式）、戊糖（核糖或脱氧核糖）、磷酸。各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料。在体内能量代谢中的作用：ATP能量“货币”；UTP参加糖的互相转化与合成；CTP参加磷脂的合成；GTP参加蛋白质和嘌呤的合成。第二信使cAMP、cGMP。三DNA的结构（一）DNA的一级结构因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列。通常碱基序列由DNA链的53方向写。DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。（二）DNA的双螺

13、旋结构1953年，Watson 和Crick 提出。DNA的双螺旋模型特点：（1）两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。（2）磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原则，Chargaff定律）。（3）螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm，螺旋结构每隔10个碱基对（bp）重复一次，间隔为3.4nm。（4）碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行；（5）两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起（G-C三个氢键，A-T二个氢键）；（6）螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持。DNA的双螺旋结构的

14、意义：该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。DNA双螺旋的构象类型：B-DNA、A-DNA、Z-DNA。四DNA与基因组织基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。包括结构基因与调节基因。基因组是指细胞内遗传信息的携带者DNA的总体。基因组的特点：1. 原核生物基因组的特点：（1）DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。（2）功能相关基因串联在一起，并转录在同

15、一mRNA中（多顺反子）。（3）有基因重叠现象。2. 真核生物基因组的特点：（1）具有重复序列。（2）有断裂基因（由于内含子有存在）。内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。例外：组蛋白基因和干扰素基因没有内含子。）。五RNA的结构与功能RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。（一）tRNAtRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。tRNA分子量为4S，1965年Holley 测定AlatRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。主要特征：1.四臂四环；2.氨基酸臂3端有CCAOH的共有结构；3.

16、D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TC环含有T和；7.含有修饰碱基和不变核苷酸。（二）rRNA占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组成核糖体。（三）mRNA与hnRNAmRNA约占细胞RNA总量的35%，是蛋白质合成的模板。真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。（四）RNA的其它功能1981年，Cech发现RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性

17、。六核酸的性质（一）一般理化性质：（1）为两性电解质，通常表现为酸性。（2）DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。（3）DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。（4）RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。（5）利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。（二）核酸的紫外吸收性质：核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。 核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少3040%，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。 （三）核酸的的变性：双螺旋

18、区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解温度（Tm）。（四）分子杂交：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成氢键，或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程。七核酸的序列测定目前多采用Sanger的酶法和Gilbert的化学法（双脱氧核苷酸法）。第三章 糖类的结构与功能一糖类的结构与功能最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示（有例外），统称碳水化合物。糖类是多羟基的醛或多羟基酮及其缩聚物和某些衍生物的总称。糖类的生物学意义：（1）是一切生物体维持生命活动所需能

19、量的主要来源；（2）是生物体合成其它化合物的基本原料；（3）充当结构性物质；（4）糖链是高密度的信息载体，是参与神经活动的基本物质；（5）糖类是细胞膜上受体分子的重要组成成分，是细胞识别和信息传递等功能的参与者。二多糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的结构包括单糖的组成、糖苷键的类型、单糖的排列顺序3个基本结构因素。多糖的功能：（1）贮藏和结构支持物质。（2）抗原性（荚膜多糖）。（3）抗凝血作用（肝素）。（4）为细胞间粘合剂（透明质酸）。（5）携带生物信息（糖链）。三多糖代表物（一）淀粉与糖原天然淀粉由直链淀粉（以-(1,4)糖

20、苷键连接）与支链淀粉（分支点为-(1,6)糖苷键）组成。淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色；链长为20个葡萄糖基，呈红色；链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。（二）纤维素与半纤维素纤维素是自然界最丰富的有机化合物，是一种线性的由D-吡喃葡萄糖基借-(1,4)糖苷键连接的没有分支的同多糖。微晶束相当牢固。 半纤维素是指除纤维素以外的全部糖类（果胶质与淀粉除外）。四糖复合物 是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物。（一）糖蛋白与蛋白多糖 两种不同类型苷键： N-糖苷键（肽链上的Asn的氨基与糖基上的半缩醛

21、羟基形成）；O-糖苷键（肽链上的Ser或Thr的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成）。糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型。 O型：Fuc（岩藻糖） A型：Fuc和GNAc（乙酰氨基葡萄糖） B型：Fuc和Gal（半乳糖）（二）糖脂与脂多糖脂类与糖（或低聚糖）结合的一类复合糖。1. 甘油醇糖脂：甘油二酯与己糖（半乳糖、甘露糖和脱氧葡萄糖）结合而成。 2. N-酰基神经醇糖脂第四章 脂类和生物膜一脂类不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂。主要包括脂肪（可变脂），磷脂、糖脂、固醇（基本脂）。（一）脂肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（熟悉“必需脂

22、肪酸”概念和种类）。（二）甘油磷酸酯类磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。（三）鞘脂类由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团组成。可分为三类：鞘磷脂类、脑苷脂类（糖鞘脂）、神经节苷脂类。（四）固醇（甾醇）类 固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物。二生物膜电镜下表现出大体相同的形态、厚度69nm左右的3片层结构。真核细胞由于生物膜的分化形成细胞器。膜的化学组成：（1）膜脂：主要是磷脂、固醇和鞘脂。当磷脂分散于水相时，可形成脂质体。（2）膜蛋白。（3）膜糖类。膜的结构： 双层脂分子构成（E. Gorter, F.Grendel, 1925) 三明治式结构模型(H.Davson, J.

23、F.Danielli, 1935) 单位膜模型(J.D.Robertson, 1959) 流动镶嵌模型(S.J.Singer, G.Nicolson, 1972)膜的流动镶嵌模型结构要点：（1）膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层。（2）脂质双分子层具有流动性。（3）内嵌蛋白“溶解”于脂质双分子层的中心疏水部分。（4）外周蛋白与脂质双分子层的极性头部连接。（5）双分子层中的脂质分子之间或蛋白质组分与脂质之间无共价结合。（6）膜蛋白可作横向运动。第五章 酶一酶的概念定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允

24、许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。酶的催化特点：高效性、专一性、反应条件温和、活力受多种因素调控。二酶的分类与命名1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类：（1）氧化还原酶类；（2）转移酶类；（3）水解酶类；（4）裂解酶类；（5）异构酶；（6）合成酶类。用EC X1.X2.X3.X4来表示。酶的命名有两种方法：系统名、惯用名。系统名：包括所有底物的名称和反应类型。惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。对于催化水解反应的酶一般在酶的名称上省去反应

25、类型。三酶的化学本质（一）大多数酶是蛋白质1926年J.B.Sumner首次从刀豆制备出脲酶结晶，证明其为蛋白质，并提出酶的本质就是蛋白质的观点。1982年T.Cech发现了第1个有催化活性的天然RNAribozyme（核酶），以后Altman和Pace等又陆续发现了真正的RNA催化剂。核酶的发现不仅表明酶不一定都是蛋白质，还促进了有关生命起源、生物进化等问题的进一步探讨。（二）酶的辅因子酶从其组成上可分为单体酶和结合酶（全酶）。结合酶由酶蛋白和辅因子组成。辅因子包括辅基、辅酶和金属激活剂。酶的催化专一性主要决定于酶蛋白部分，辅因子通常是作为电子、原子或某些化学基团的载体。（三）单体酶、寡聚酶

26、和多酶复合物1.单体酶：仅有一条具有活性部位的多肽链，全部参与水解反应。2.寡聚酶：由几个或多个亚基组成，亚基牢固地联在一起，单个亚基没有催化活性。亚基之间以非共价键结合。3.多酶复合物：几个酶镶嵌而成的复合物。这些酶催化将底物转化为产物的一系列顺序反应。四酶的结构与功能的关系（一）活性部位和必需基团必需基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶的活性丧失。活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。包括结合部位（决定酶的专一性）和催化部位（决定酶的催化性质）。（二）酶原的激活没有活性的酶的前体称为酶原。酶原转变成有活性的酶的过程称为酶原的激活。这个过程实质上是酶活性部位形成

27、和暴露的过程。在组织细胞中，某些酶以酶原的形式存在，可保护分泌这种酶的组织细胞不被水解破坏。（三）同工酶能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。如乳酸脱氢酶。五酶作用的专一性包括结构专一性和立体异构专一性。前者又分为基团专一性和绝对专一性。六酶的作用机理酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。中间产物学说。诱导嵌合学说（Koshland，1958）：酶活性中心的结构有一定的灵活性，当底物（激活剂或抑制剂）与酶分子结合时，酶蛋白的构象发生了有利于与底物结合的变化，使反应所需的催化基团和结合基团正确地

28、排列和定向，转入有效的作用位置，这样才能使酶与底物完全吻合，结合成中间产物。使酶具有高催化效率的因素：（1）底物和酶的邻近效应与定向效应邻近效应：酶与底物形成中间复合物后使底物之间、酶的催化基团与底物之间相互靠近，提高了反应基团的有效浓度。定向效应：由于酶的构象作用，底物的反应基团之间、酶与底物的反应基团之间正确取向的效应。酶把底物分子从溶液中富集出来，使它们固定在活性中心附近，反应基团相互邻近，同时使反应基团的分子轨道以正确方位相互交叠，反应易于发生。（2）底物的形变和诱导契合酶中某些基团可使底物分子的敏感键中某些基团的电子云密度变化，产生电子张力，降低了底物的活化能。酶从低活性形式转变为高

29、活性形式，利于催化。底物形变，利于形成ES复合物。底物构象变化，过度态结构，大大降低活化能。（3）酸碱催化酶分子的一些功能基团起瞬时质子供体或质子受体的作用。影响酸碱催化反应速度的两个因素: 酸碱强度(pK值）。组氨酸咪唑基的解离常数为6，在pH6附近给出质子和结合质子能力相同，是最活泼的催化基团。给出质子或结合质子的速度。咪唑基(His)最快，半寿期小于10-10秒（4）共价催化酶作为亲核基团或亲电基团，与底物形成一个反应活性很高的共价中间物。催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。（5）活性部位微环境的影响 疏水环境：介电常数

30、低，加强极性基团间的作用。电荷环境：在酶活性中心附近，往往有一电荷离子，可稳定过渡态的离子 七酶促反应的速度和影响酶促反应速度的因素（一）酶反应速度的测量用一定时间内底物减少或产物生成的量来表示酶促反应速度。测定反应的初速度。研究酶促反应速度，以酶促反应的初速度为准。因为底物浓度降低、酶部分失活、产物抑制和逆反应等因素，会使反应速度随反应时间的延长而下降。 （二）酶浓度对酶作用的影响在有足够底物和其他条件不变的情况下： v = k E（三）底物浓度对酶作用的影响1. 底物浓度对酶反应速度的影响用中间产物学说解释底物浓度与反应速度关系曲线的二相现象：底物浓度很低时，有多余的酶没与底物结合，随着底

31、物浓度的增加，中间络合物的浓度不断增高。当底物浓度较高时，溶液中的酶全部与底物结合成中间产物，虽增加底物浓度也不会有更多的中间产物生成。2. 米氏方程式3. 米氏常数的意义及测定km= S（1） km是酶的一个基本的特征常数。其大小与酶的浓度无关，而与具体的底物有关，且随着温度、pH和离子强度而改变。（2）从km可判断酶的专一性和天然底物。 Km最小的底物，通常就是该酶的最适底物，也就是天然底物。（3）当k2k3时，km的大小可以表示酶与底物的亲和性。（4）从km的大小，可以知道正确测定酶活力时所需的底物浓度。（5）km还可以推断某一代谢物在体内可能的代谢途径。米氏常数可根据实验数据作图法直接

32、求得：先测定不同底物浓度的反应初速度，从v与S的关系曲线求得V，然后再从1/2 V求得相应的S即为km（近似值）。通常用Lineweaver-Burk作图法（双倒数作图法）。（四）pH对酶作用的影响虽然大部分酶的pH-酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。pH对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.影响酶活性基团的解离；3.影响底物的解离。（五）温度对酶作用的影响两种不同影响：1.温度升高，反应速度加快；2.温度升高，热变性速度加快。（六）激活剂对酶作用的影响凡能提高酶活力的物质都是酶的激活剂。如Cl是唾液淀粉酶的激活剂。（七）抑制剂对酶作用的影响1不可逆的抑制作用抑制剂与酶

33、活性中心（外）的必需基团共价结合，使酶的活性下降，无法用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。2可逆的抑制作用 抑制剂与酶蛋白非共价键结合，可以用透折、超滤等物理方法除去抑制剂而使酶复活。（1）竞争性抑制：抑制剂具有与底物类似的结构，竞争酶的活性中心，并与酶形成可逆的EI复合物，阻止底物与酶结合。可以通过增加底物浓度而解除此种抑制。Vmax不变，Km变大，而且随I浓度的增大而增大。（2）非竞争性抑制：底物和抑制剂可以同时与酶结合，但是，中间的三元复合物ESI不能进一步分解为产物，因此，酶的活性降低。抑制剂与酶活性中心以外的基团结合，其结构可能与底物无关。不能通过增加底物浓度的办法来消除非竞

34、争性抑制作用。Km不变，Vmax降低。（3）反竞争性抑制：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。常见于多底物的酶促反应中。E+SES+I ESI PKm及Vmax都变小。（八）酶的变（别）构效应有些酶具有类似血红蛋白那样的别构效应，称为别构酶。特点：1.一般是寡聚酶；2.具有别构效应；3.v对S不呈直角双曲线。ATCase。八酶的制备与活力的测定酶活力是指酶催化某一化学反应的能力。酶（活力）单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需的酶量。（U/g，U/ml）在最适的反应条件（25）下，每分钟内催化一微摩尔底物转化为产物的酶量定为一个酶活力单位，即 1IU=1mol/min在

35、最适条件下，每秒钟内使一摩尔底物转化为产物所需的酶量定为1kat单位，即 1kat=1mol/s酶的纯度： 比活力 = 活力单位数/ 毫克蛋白（氮）第六章 维生素和辅酶掌握三方面内容：辅酶形式、功能部位、缺乏症。维生素是维持生物正常生命过程所必需的一类小分子有机物，需要量很少，但对维持健康十分重要。维生素不能供给机体热能，也不能作为构成机体组织的物质，其主要功能是通过作为酶的辅酶成分调节机体代谢。长期缺乏任何一种维生素都会导致相应的疾病（维生素缺乏症）。医疗上用维生素防治维生素不足而引起的疾病。长期大量使用维生素A和维生素D会引起中毒；维生素B1用量过多会引起周围神经痛觉缺失；长期大量使用维生

36、素B12会引起红细胞过多；口服维生素C过多可破坏膳食中维生素B12而引起贫血。水溶性维生素：维生素B族（B1、B2、泛酸、维生素PP、B6、生物素、叶酸，B12）和维生素C等。脂溶性维生素：维生素A、D、E、K等。一 维生素B1维生素B1由一含S的噻唑环和一含NH2的嘧啶环组成，又称硫胺（素）。维生素B1在活体组织中可经硫胺素激酶催化与ATP作用转化成硫胺素焦磷酸（TPP）。TPP是脱羧酶、脱氢酶的辅酶。功能部位在噻唑环的C2上。二 维生素B2和黄素辅酶维生素B2又称核黄素，是一种含核糖醇基的黄色物质，在自然界多与蛋白质结合存在，这种结合体称黄素蛋白。维生素B2由异咯嗪与核糖醇所组成。自然界中

37、，维生素B2在机体内与ATP作用转化为核黄素磷酸，即黄素单核苷酸（简称FMN）。后者再经ATP作用进一步磷酸化即产生黄素腺嘌呤二核苷酸（简称FAD）。 FMN与FAD是许多脱氢酶的辅酶，是很重要的递氢体。可促进生物氧化作用，对糖、脂和氨基酸的代谢都很重要。三泛酸（维生素B3）和辅酶A泛酸是-丙氨酸与，-二羟-二甲基丁酸结合而成的化合物。分子中有一肽键。在机体内泛酸与ATP和半胱氨酸经一系列反应可合成辅酶A（CoA）。泛酸的生物功能是以CoA形式参加代谢，是酰基的载体，是体内酰化酶的辅酶，对糖、脂、蛋白质代谢过程中的乙酰基转移有重要作用。四维生素PP和辅酶、辅酶维生素PP过去称抗赖皮病维生素或维

38、生素B5，包括尼克酸（烟酸）和尼克酰胺。可转变为NAD+与NADP+，皆是脱氢酶的辅酶。抗结核药异烟肼的结构与尼克酰胺类似，两者有拮抗作用，长期服用异烟肼时应注意补充尼克酰胺。五维生素B6和磷酸吡哆醛维生素B6又称吡哆素，包括吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺。作为辅酶参加多种代谢反应，包括脱羧、转氨、氨基酸内消旋、Trp代谢（包括Trp nicotinamide）、含硫氨基酸的脱硫、羟基氨基酸的代谢和氨基酸的脱水等。六生物素生物素（维生素B7）为含硫维生素，其结构可视为由尿素与硫戊烷环结合而成，并有一个C5酸枝链。尿素环上的一个N可与CO2结合。生物素是多种羧化酶的辅酶，在CO2固定反应中起重要作用。七

39、叶酸和叶酸辅酶叶酸（folic acid）即维生素B11，由蝶呤啶、对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接而成。叶酸的5、6、7、8位置，在NADPHH+存在下，可被还原成四氢叶酸（FH4或THFA）。四氢叶酸的N5 和N10位可与多种一碳单位结合作为它们的载体。THFA是转一碳基团酶系的辅酶。八维生素B12和B12辅酶维生素B12是含钴的化合物，又称钴胺素。维生素B12的发现是多年研究恶性贫血症（即巨初红细胞症）的结果。维生素B12的吸收需要一种胃壁细胞分泌的糖蛋白（称为内因子），两者结合后才能被小肠吸收。恶性贫血患者的胃液中常缺乏内因子，须注射维生素B12治疗。九维生素C维生素C能防治坏血病，又称抗

40、坏血酸。促进各种支持组织及细胞间粘合物的形成。是脯氨酸羟化酶的辅酶。对生物氧化有重要作用，是强力抗氧化剂 。十维生素A维生素A又名视黄醇，只存在于动物性食物中，包括A1 和 A2两种。A1即一般所说的视黄醇，主要存在于咸水鱼的肝脏；A2即3-脱氢视黄醇，主要存在于淡水鱼肝脏。在高等植物和动物中普遍存在的-胡萝卜素可转变为2分子视黄醇。在视觉过程中维生素A的变化。维生素A较易被正常肠道吸收，但不直接随尿排泄，因而摄取过量是有害的。十一. 维生素D维生素D具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。已确知有4种，即维生素D2、D3、D4、D5，均为类固醇衍生物，其中D2和D3较为重要。只在动物体内含有维

41、生素D，鱼肝油中含量最丰富。动、植物组织中含有能转化为维生素D的固醇类物质，经紫外光照射可转变为维生素D。目前尚不能用人工方法合成，只能用紫外光照射维生素D元的方法来制造。维生素D调节钙、磷代谢，维持血液正常的钙、磷浓度，从而促进钙化，使牙齿、骨骼发育正常。机体只能从胆汁排出过多的维生素D，维生素D如摄食过量则会中毒。十二. 维生素E维生素E又称生育酚或抗不育维生素。由于维生素E的强抗氧化性质，能保护不饱和脂酸使其不被氧化成脂褐色素及自由基，从而维护细胞的完整和功能，故有一定的抗衰老作用。十三. 维生素K维生素K是一类能促进血液凝固的萘醌衍生物。维生素K的主要作用是促进血液凝固，因维生素K是促

42、进肝脏合成凝血酶原的重要因素。大剂量维生素K可引起动物贫血、脾肿大和肝肾伤害。对皮肤和呼吸道有强烈刺激，有时还引起溶血。第七章 生物氧化一 生物氧化的特点和方式糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化，其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。生物氧化的特点：（1）反应条件温和，多步反应，逐步放能。（2）生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。（3）真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。 C

43、O2的生成：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。H2O的生成：代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。二 线粒体电子传递体系 线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链，因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。氧化电子传递链位于原核生物的质膜上，真核生物中位于线粒体的内膜上。 呼吸链的

44、种类、组成及传递体的排列顺序，偶联ATP的部位和特异抑制剂。三 氧化磷酸化作用代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+PiATP），这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。有底物水平磷酸化和电子传递水平磷酸化两种类型。电子传递水平磷酸化：电子沿着氧化电子传递链传递的过程中所伴随的将ADP磷酸化为ATP的作用，或者说是ATP的生成与氧化电子传递链相偶联的磷酸化作用。 底物水平磷酸化：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物（如PEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。 呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和原子氧（O）消

45、耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至原子氧所产生的ATP分子数。NADH呼吸链：P/O 3。FADH2呼吸链：P/O 2。氧化磷酸化的偶联机理：化学偶联假说（1953年，Edward Slater） 构象偶联假说（1964年，Paul Boyer ）化学渗透假说（1961年，Peter Mitchell） 电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成H+跨线粒体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化学势( mH+ )驱动ATP的合成。线粒体外NADH的氧化磷酸

46、化作用：磷酸甘油穿梭系统；苹果酸天冬氨酸穿梭系统。第八章 糖代谢一葡萄糖的主要代谢途径（一）糖酵解糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径。熟悉糖酵解途经不可逆反应、能量变化步骤、ATP计算。总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi Þ 2C3H4O3+2NADH +2H+2ATP+2H2O能量计算：氧化1分子葡萄糖净生成 2ATP 2NADH 6ATP 或 4ATP （？）生物学意义： 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解

47、，生物体获得生命活动所需要的能量； 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； 为糖异生提供基本途径。（二）丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解1. 丙酮酸脱氢酶系。2. 三羧酸循环（柠檬酸循环、TCA循环、Krebs循环）（1） 总反应式：丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP    4NADH + 4H+ + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O乙酰CoA +&#

48、160;3NAD+ + FAD + GDP    3NADH +3H+ + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O（2）一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。3NADH、FADH2进入呼吸链。（3）三羧酸循环中碳骨架的不对称反应 同位素标记表明，乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循环一次

49、，脱去余下甲基碳的50%。三羧酸循环的能量计量。三羧循环的生物学意义：·是有机体获得生命活动所需能量的主要途径·是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽·形成多种重要的中间产物·是发酵产物重新氧化的途径3. 乙醛酸循环2乙酰CoA+NAD+2H2O    琥珀酸 + 2CoA+NADH+H+生物学意义：过量的草酰乙酸可以糖异生成Glc，因此，乙醛酸循环可以使脂肪酸的降解产物乙酰CoA经草酰乙酸转化成Glc，供给种子萌发时对糖的需要。植物中，乙醛酸循环只存在于苗期，而生长后期则无乙醛酸循环。哺乳

50、动物及人体中，不存在乙醛酸循环，因此，乙酰CoA不能在体内生成糖和氨基酸。（三）磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, ppp）磷酸戊糖途径的两个阶段：氧化脱羧阶段，非氧化分子重排阶段。总反应式：6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+磷酸戊糖途径的生理意义：（1） 产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供主要的还原力。NADPH作为主要的供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，及氨的同化等所必需。（2）中间产物为许多化合物的合成提供原料。产生

51、的磷酸戊糖参加核酸代谢。4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。 （3）是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途径。（4）NADPH主要用于还原反应，其电子通常不经电子传递链传递，一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能，需通过两个偶联反应，进行穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD+上。胞液内：-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+ 异柠檬酸+NADP+异柠檬酸能自由通过线粒体膜，传递氢。线粒体内：异柠檬酸+NAD+ =-酮戊二酸+CO2+NADH+H+一分子Glc经磷酸戊糖途径，完全氧化，产生12分子NADPH，可生成（36-1）=35A

52、TP （四）糖的异生糖异生总反应：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H20 Glc+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi从2分子丙酮酸形成Glc共消耗6个ATP，2个NADH。 凡是能生成丙酮酸或草酰乙酸的物质都可以变成葡萄糖，如TCA中全部的中间产物，大多数氨基酸植物微生物经过乙醛酸循环，可将乙酰CoA转化成草酰乙酸，因此可以将脂肪酸转变成糖。动物体中不存在乙醛酸循环，因此不能将乙酰CoA转变成糖。糖异生主要途径和关键反应：非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下，绕过糖酵解途径的三个不可逆反应，利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。二糖原的分解和生物合成

53、（一）糖原的酶促磷酸解（二）糖原的生物合成（1）UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为各种聚糖形成时，提供糖基和能量。动物细胞中糖元合成时需UDPG；植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG。（2）糖原合成酶 催化a-1，4-糖苷键合成（3）糖原分支酶 催化a-1，6-糖苷键合成第九章 脂类代谢一脂肪的分解代谢（一）脂肪的水解（二）甘油的转化（三）脂肪酸的分解代谢1. 饱和脂肪酸的氧化分解途径（1）-氧化作用脂肪酸在体内氧化时在羧基端的-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位，即乙酰CoA，该过程称作-氧化。脂

54、肪酸的活化和转运-氧化的生化历程脂肪酸-氧化作用小结 ： Ø 脂肪酸-氧化时仅需活化一次，其代价是消耗1个ATP的两个高能键。Ø 长链脂肪酸由线粒体外的脂酰CoA合成酶活化，经肉碱运到线粒体内；中、短链脂肪酸直接进入线粒体，由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化。Ø -氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。Ø -氧化的产物是乙酰CoA，可以进入TCA（2）-氧化作用脂肪酸氧化作用发生在-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为-氧化作用。（3）氧化作用脂肪酸的-氧化指脂肪酸的末端甲基（-端）经氧化转变成

55、羟基，继而再氧化成羧基，从而形成，-二羧酸的过程。2. 酮体的代谢脂肪酸-氧化产物乙酰CoA，在肌肉中进入三羧酸循环氧化供能，然而在肝细胞中还有另一条去路。乙酰CoA可在肝细胞形成乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮，这三种物质统称为酮体。酮体在肝中生成后，再运到肝外组织中利用。酮体的合成发生在肝、肾细胞的线粒体内。形成酮体的目的是将肝中大量的乙酰CoA转移出去，乙酰乙酸占30%，羟丁酸70%，少量丙酮。（丙酮主要由肺呼出体外）肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径，主要取决于草酰乙酸的可利用性。饥饿状态下，草酰乙酸离开TCA，用于异生合成Glc。当草酰乙酸浓度很低时，只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数乙

56、酰CoA用于合成酮体。当乙酰CoA不能再进入TCA时，肝脏合成酮体送至肝外组织利用，肝脏仍可继续氧化脂肪酸。 肝中酮体生成的酶类很活泼，但没有能利用酮体的酶类。因此，肝脏线粒体合成的酮体，迅速透过线粒体并进入血液循环，送至全身。 肝脏氧化脂肪时可产生酮体，但不能利用它（缺少酮脂酰CoA转移酶），而肝外组织在脂肪氧化时不产生酮体，但能利用肝中输出的酮体。在正常情况下，脑组织基本上利用Glc供能，而在严重饥饿状态，75%的能量由血中酮体供应。 酮体生成的生理意义：酮体是肝内正常的中间代谢产物，是肝输出能量的一种形式。酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌肉毛细管壁，是心、脑组织的重要能源。脑组织不能氧化脂酸，却能利用酮体。长期饥饿，糖供应不足时，酮体可以代替Glc，成为脑组织及肌肉的主要能源。正常情况下，血中酮体小于3mg/100ml。在饥饿、高脂低糖膳食时，酮体的生成增加，当酮体生成超过肝外组织的利用能力时，引起血中酮体升高，导致酮症酸（乙酰乙酸、羟丁酸）中毒，引起酮尿。 二脂肪的生物合成所有的生物都可用糖合成脂肪酸，有两种合成方式。A. 从头合成（乙酰CoA）在胞液中（16碳以下）。B. 延长途径在线粒体或微粒体中。高等动物的脂类合成在肝脏、脂肪细胞、乳腺中占优势。 脂肪酸合成过程中的中间产物，以共价键与ACP辅基上的-SH基相连，ACP辅基就象一个摇臂