医学生物化学教案

1、医学生物化学教案医学生物化学周晶一、课程概况生物化学是研究生命化学的科学，它在分子水平上探讨生命的本质，即研究生物体的化学组成及化学变化规律的科学。医学生物化学主要研究人体的生物化学，它是一门重要的医学基础课程。近年来，生物学、微生物学、免疫学、生理学和病理学等基础医学学科的研究均深入到分子水平，并应用生物化学的理论和技术解决各个学科的问题。同样，生物化学与临床医学的关系也很密切。近代医学的发展经常运用生物化学的理论和方法来诊断、治疗和预防疾病，而且许多疾病的机理也需要从分子水平上加以探讨。生物化学课程为其它医学基础课程和临床医学课程提供必要的理论基础，是医学各专业的必修课。本课程适应医科类各

2、专业的学生学习。学生必须具备化学的基础知识。通过本课程的学习，使学生理解生物分子的结构与生理功能，以及两者之间的关系；理解生物体重要物质代谢的基本途径、主要生理意义、调节以及代谢异常与疾病的关系；理解基因信息传递的基本过程、基因表达调控的概念；理解各组织器官的代谢特点及它们在医学上的意义。根据课程的分工，有关血液凝固、纤维蛋白溶解、气体运输、各种激素的结构与功能，及肾脏的有关内容归入生理学课程。本课程的同期及后续课为医学免疫学与微生物学、病理学、药理学等。第一部分为生物分子的结构与功能，包括第14章，内容为蛋白质化学、核酸化学和酶。第二部分为物质代谢与调节，包括第510章，内容为糖代谢、脂代谢

3、、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢、物质代谢的联系与调节。第三部分为遗传信息的传递，包括第1114章，内容为dna的生物合成复制、rna的生物合成转录、蛋白质的生物合成翻译、基因表达调控与基因工程。第四部分为重要组织器官代谢，包括第1520章，内容为肝胆生化、血液生化、骨骼与磷钙代谢、水、电解质和酸碱平衡、营养生化。第一部分生物分子的结构与功能第一章蛋白质化学要求掌握1蛋白质的重要生理功能；2掌握蛋白质的含氮量及与蛋白质定量关系；3蛋白质的基本结构单位；4掌握蛋白质一、二、三、四级结构的概念；5掌握结构与功能的关系。熟悉1 氨基酸的酸性、碱性、含硫、含羟基及芳香族氨基酸；2 熟悉蛋白质的重要理

4、化性质及其在医学中的应用。 提要：本章着重从蛋白质的基本化学组成、分子结构以及结构与功能的关系、理化性质和分类等方面进行讲述。一、 蛋白质的元素组成蛋白质是各种生命现象的主要物质基础，是各种组织的基本组成成分。人体内蛋白质含量约占人体干重的45。其主要元素有碳、氢、氧、氮、硫等，其中氮的含量比较恒定，平均为16左右。这是蛋白质元素组成的重要特点，也是蛋白质定量测定的依据。通常只要测定出生物样品中的含氮量，就可用样品中含氮的克数乘以=样品中蛋白质的克数来计算蛋白质的含量。二、蛋白质分子的基本结构单位氨基酸氨基酸是蛋白质的基本组成单位。组成蛋白质的氨基酸有20种，它们在结构上都有一个共同点，即在-

5、碳原子上都结合有氨基或亚氨基，都为l型-氨基酸。所有的氨基酸都含有碱性的氨基，又含有酸性的羧基，因此是两性电解质，在不同的ph值溶液中，可带不同的电荷。当氨基酸处在某一ph值溶液中时，氨基酸所带的正、负电荷数相等，此时溶液的ph值为该氨基酸的等电点(pi)。不同的氨基酸有各自特定的等电点。氨基酸由于和茚三酮反应发生颜色变化，故可用于氨基酸的定性和定量测定。三、蛋白质的分子结构由一个氨基酸的羧基予另一个氨基酸的氨基脱去一分子水形成的键称为肽键。肽键是蛋白质结构中的基本键。根据多肽链中氨基酸的残基数分别称为二肽、三肽、寡肽或多肽。多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。蛋白质多肽链中氨基酸按一定排列顺

6、序以肽键相连形成蛋白质的一级结构。蛋白质的一级结构是其高级结构的基础。蛋白质分子中的多肽链经折叠盘曲而具有一定的构象称为蛋白质的高级结构。高级结构又可分为二级、三级和四级结构。维持蛋白质高级结构的化学键主要是次级键，有氢键、离子键、疏水键、二硫键以及范德华引力。蛋白质的二级结构是指在一级结构基础上多肽链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象，主要的有-螺旋和-片层结构。蛋白质的三级结构是多肽链在二级结构的基础上进一步盘曲、折叠而形成的整体构象。某些蛋白质具有三级结构即可表现生物学活性，三级结构是其分子结构的最高形式。许多蛋白质分子是由两条或两条以上具有三级结构的多肽链相互聚合而成的蛋白质分子称为蛋

7、白质的四级结构，其中每一个具有三级结构的多肽链称为亚基或亚单位。亚基之间借次级键缔合在一起，形成寡聚体或多聚体。其中每个亚基单独存在时无生物学活性。但并非所有蛋白质分子均具有四级结构形式。蛋白质的功能与其特异的构象有密切关系，而一级结构对空间结构有决定作用。即蛋白质的一级结构是其生物学功能的基础。蛋白质一级结构不同，其生物学功能不同，各种蛋白质的特定功能是由其特殊的结构决定的。蛋白质的一级结构改变而使生物学功能发生很大的变化。蛋白质的空间结构直接与其生物活性相关，空间结构发生改变，其生物学活性也随之改变。四、蛋白质的理化性质1两性游离和等电点：蛋白质的部分理化性质与氨基酸相同，如某些呈色反应等

8、。根据蛋白质的两性游离性质，采用电泳方法可对蛋白质进行分离、纯化鉴定和分子量的测定。 2高分子化合物的性质：如胶体性质，易沉淀，不易透过半透膜。根据蛋白质这些性质可用透析法分离蛋白质，利用超速离心法既能分离、纯化蛋白质，又能测定蛋白质分子量。天然蛋白质常以稳定的亲水胶体溶液形式存在，这是由于蛋白质颗粒表面存在水化膜和表面电荷。如除去这两个稳定因素，蛋白质就可发生沉淀。例如调节蛋白质溶液的ph到等电点，加入脱水剂去除水化膜。常采用盐析、有机溶剂和某些酸类或重金属离子等都可使蛋白质沉淀。3蛋白质的沉淀：蛋白质的沉淀和变性反应是不同的两个概念。蛋白质在某些理化条件下，空间结构发生变化而丧失其生物活性

9、称为变性。分散在溶液中的蛋白质分子发生凝聚，并从溶液中沉淀、析出的现象，成为蛋白质的沉淀。根据沉淀的方法和条件不同，蛋白质的沉淀可能是变性的，也可能是未变性。第二章核酸化学 要求掌握1 dna和rna分子组成的异同；2 掌握多核苷酸链中单核苷酸之间的连接方式及多核苷酸链的方向性；3 掌握dna双螺旋结构模型要点、碱基配对规律；4 掌握核酸的紫外吸收特性、dna变性、tm、复性及杂交的概念。熟悉1 核酸的分类、细胞分布及生物学功能；2 熟悉核酸的平均磷含量与核酸定量之间的关系；3 熟悉核苷酸、核苷和碱基的基本概念；4 熟记常见的核苷酸的缩写符号；5 熟悉体内重要的环核苷酸camp和cgmp；6

10、熟悉rrna、mrna、trna的结构特点及功能。提要：1核苷酸的分子组成核酸分子主要由碳、氢、氧、氮和磷等元素组成，含磷量为910，可通过测定磷含量来估计样品中核酸含量。核酸的基本组成单位是核苷酸，核酸是由数十个到数十万个核苷酸连接而成的，故也称为多核苷酸。核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成。碱基又分为嘌呤碱和嘧啶碱两类。戊糖可分为核糖和脱氧核糖。dna中的碱基和戊糖与rna的有所不同。dna分子中主要有a(腺嘌呤)、t(胸腺嘧啶)、g(鸟嘌呤)和c(胞嘧啶)四种碱基，戊糖为脱氧核糖；rna分子中碱基成分多为a、u(尿嘧啶)、g和c，戊糖为核糖。此外，dna和rna还含有少量稀有碱基。 碱基和戊糖

11、缩合后的生成物称核苷。嘌呤和嘧啶可分别与核糖以糖苷键相连，形成嘌呤核苷或嘧啶核苷。嘌呤和嘧啶同样也可与脱氧核糖以糖苷键相连，形成各种脱氧核苷。核苷与磷酸以磷酯键相连，可形成2-，3-或5-核糖核苷酸。脱氧核苷与磷酸借助磷酯键相连可形成3-或5-脱氧核糖核苷酸。在生物体内大量游离存在的多是5-核苷酸(nmp)。5-核苷酸的磷酸基上往往可以再连接一分子磷酸或二分子磷酸，形成二磷酸核苷(ndp)或三磷酸核苷(ntp)。脱氧核苷酸(dnmp)也可以再连接一分子或二分子磷酸，形成脱氧二磷酸核苷(dndp)或脱氧三磷酸核苷(dntp)。在体内有一些游离的核苷酸及其衍生物在代谢中起重要作用。如多种三磷酸核苷

12、特别是atp是重要的直接供能物质。4种ntp和dntp是合成rna和dna的原料。camp(环化腺苷酸)和cgmp(环化鸟苷酸)是多种激素作用的第二信使，调节细胞内多种物质代谢。一些游离核苷酸的衍生物是体内一些重要酶的辅酶，参与生物氧化和各种物质代谢过程。2dna分子的空间结构核酸是遗传的物质基础。各种生物都含有两类核酸，即核糖核酸(rna)和脱氧核糖核酸(dna)。病毒只含有dna或rna。dna是遗传信息的载体，其绝大部分存在于细胞核内。rna与蛋白质的合成密切相关，主要分布在细胞质中。在多核苷酸链中，脱氧核苷酸的连接方式、数量和排列顺序称为dna的一级结构。组成核酸的核苷酸按一定顺序排列

13、，以 3，5-磷酸二酯键相连的链式结构。首尾分别为5-磷酸基及3-羟基，即按5®3方向书写。二级及三级结构统称高级结构，dna和rna各有特点。dna的二级结构特点是双链双螺旋、两条链反向平行、碱基向内互补(a-t，g-c)。每个碱基对的两碱基处于同一平面，该平面垂直与双螺旋的中心轴。配对碱基之间的氢键和范德华引力使该结构稳定。无论dna 双螺旋结构形式如何，dna分子中两条多核苷酸联的碱基排列顺序总遵循碱基互补规律的。只要其中一条链排列顺序确定，另一条也随确定。dna的三级结构是在二级结构基础上进一步形成的超螺旋结构。如真核细胞dna的双链缠绕在组蛋白上构成核小体，它是染色体的基本

14、单位。3rna的分子结构rna为单链结构，局部可因碱基互补配对(a-u，c-g)以氢键相连形成双螺旋结构。不参加配对的碱基所形成的单链则被排斥在双链外，形成环状突起。这就是rna的二级结构。rna按功能不同分为三类，即信使rna(mrna)、转运rna(trna)及核蛋白体rna(rrna)。每三个碱基对应一种氨基酸，因此其碱基排列顺序决定了由它指导合成的蛋白质多肽链的氨基酸排列顺序。mrna携带了dna的遗传信息，在蛋白质合成中作为合成蛋白质的模板起传递遗传信息的作用。trna的二级结构最具特色，呈三叶草型。其主要功能部位有二个，一是氨基酸臂的 3末端为-cca-oh，起特异结合氨基酸作用；

15、二是有一个反密码环，环上有反密码子，与mrna上的密码子反向互补，于是由trna携带的氨基酸可被转运到与密码子对应的部位，因此trna具有携带转运氨基酸的作用。trna的三级结构为倒“l”型，是天然状态下的构象。 rrna不单独存在，它与蛋白质结合为核蛋白体，分为大小亚基，存在于粗面内质网与胞浆中。核蛋白体是蛋白质生物合成的场所。3核酸的理化性质和应用酸碱性：由于dna和rna的多核苷酸链上既有酸性的磷酸基团，又有碱基上的碱性基团，因此它也是两性电解质。在一定ph溶液中可带某种电荷，故可用电泳方法将其分离。核酸通常显酸性，易与金属离子生成盐，此时可加入乙醇或异丙醇使其沉淀析出。高分子特性：如：

16、胶体性质。紫外吸收特性、变性、复性与杂交特性：核酸在260nm处有吸收峰，可用于定量分析。核酸还具有高分子化合物的某些性质，如粘度大，沉降速度快。核酸在某些条件下会发生氢键断裂，双螺旋结构松散分开即为核酸的变性，但无共价键的断裂。核酸变性后理化性质发生改变，如紫外(260nm)吸收峰值增高，粘度降低。核酸热变性时，其紫外光吸收峰值达到最大值一半时的温度称解链温度 (tm)。tm值大小与核酸分子中的g-c对含量多少及核酸分子的长度有关。核酸热变性后，温度再缓慢下降，解开的两条链又可重新缔合而形成双螺旋，此即为核酸的复性。不同来源的变性核酸一起复性，有可能发生杂交，核酸分子杂交在分子生物学研究中是

17、一项应用较多的重要实验技术。第三章 酶要求掌握 1 酶、酶的活性中心、必需基团、酶原的激活、同工酶和变构酶的概念； 2 酶的化学组成、特性和结合蛋白酶（全酶）类的特性； 3 影响酶促反应的因素； 4 米氏方程和米氏常数的意义； 5 竞争性抑制作用的概念； 6 三种抑制作用对最大速度和km的影响。提要：生物体内所有的反应均在常温、常压和近中性温和的内环境条件下进行。这是因为生物体内存在着一种生物催化剂一酶。酶是由活细胞产生，能在体内外对其底物(作用物)起催化作用的一类蛋白质。酶与一般催化剂的不同点在于酶具有极高的催化效率、高度专一性(特异性)、高度不稳定性和酶活性的可调控性。酶按其分子组成可分成

18、单纯蛋白酶和结合蛋白酶(全酶)两类。前者酶分子全部由氨基酸组成，如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。结合蛋白酶的分子组成除含蛋白质部分(称酶蛋白)外，还含有非蛋白质部分(称辅助因子)，根据与酶蛋白结合的牢固程度不同又可分为辅基和辅酶。辅助因子由金属离子、b族维生素衍生物等组成。酶蛋白与辅酶(辅基)的关系是：一种酶蛋白只能与一种辅酶(辅基)结合生成一种全酶，催化一种反应，而一种辅酶(辅基)可与多种酶蛋白结合生成不同全酶，催化不同的反应。因而酶蛋白决定反应专一性，辅酶则具体参加反应。酶蛋白与辅酶单独存在时均无活性，只有结合成全酶，才有活性。酶的本质是蛋白质，在某一区域，集中了与酶活性密切相关的集团，称为酶

19、的必需集团，这些必需集团比较集中，并构成一定的空间构象，直接参与酶促反应的区域称为酶活性中心。酶促反应动力学研究各种因素对酶反应速度的影响。主要因素有：作用物浓度，酶浓度，ph，温度，激动剂及抑制剂。km值是当反应速度为最大速度的一半时的底物浓度，它表示酶与底物的亲和力，km值越大，亲和力越小，反之km值越小亲和力越大。由于本部分介绍的内容是基础知识，请同学自己加以总结。第二部分为物质代谢与调节第二部分 物质代谢与调节糖、脂类代谢及生物氧化生命活动最重要特征之一是生物体内各种物质按一定规律不断进行新陈代谢，以实现生物体与外界环境的物质交换及自我更新与机体内环境的相对稳定。物质代谢中绝大多数化学

20、反应实在细胞内优美催化而进行的。各种物质代谢之间有着广泛的联系，而且集体具有严密的调节控制能力，构成一个统一的整体。物质代谢的正常进行是生命过程所必需的，这一部分主要介绍糖代谢、脂类代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢、及各种物质代谢的联系与调节规律。 第四章 糖代谢要求：掌握血糖浓度正常值、血糖的来源与去路、肝脏和激素对血糖的调节作用；掌握糖酵解的基本反应过程、限速酶、atp的生成及糖酵解的生理意义；掌握糖有氧氧化的基本反应过程、限速酶、atp的生成及生理意义；掌握糖原合成与分解的生理意义；掌握糖异生途径的限速酶、生理意义及乳酸循环概念；掌握关键酶及磷酸戊糖途径的生理意义；掌握糖耐量试验的

21、意义。熟悉糖原合成与分解的基本反应过程、限速酶；熟悉糖异生的概念及基本反应过程。提要：糖是体内重要的能源物质，也可以作为组成细胞的结构成分。食物中的糖类主要是淀粉，经消化作用水解为葡萄糖后被吸收。吸收后主要经门静脉入肝，一部分在肝细胞中合成糖原或转化为其它物质，其余则以血糖形式进入大循环供各组织利用。 一、血糖血液中的葡萄糖即为血糖，是糖的运输形式。血糖浓度的相对恒定对保证组织器官，特别是大脑的正常生理活动具有重要意义，因为脑组织所需能量主要依靠血中葡萄糖的氧化分解供给。正常人空腹血糖浓度为70110mgdll)。血糖浓度的相对恒定依靠体内血糖的来源和去路之间的动态平衡来维持。血糖的来源主要包

22、括四方面，主要代谢去路包括五方面，而血糖浓度的相对恒定依赖于血糖来源与去路的平衡。肝脏可进行糖原合成、糖原分解和糖异生过程，是调节血糖浓度的最重要器官。肌糖原对血糖浓度也有一定调节作用，但不能直接调节血糖，需通过乳酸循环方可调节血糖浓度。葡萄糖在肌肉合成肌糖原，肌糖原分解产生大量乳酸，通过血液循环运送到肝脏，经糖异生作用转变为葡萄糖以补充血糖。该葡萄糖经血液循环又可被运送到肌肉合成肌糖原，上述过程称为乳酸循环。血糖主要在神经、激素的调节下维持恒定。其中降低血糖的激素有胰岛素，升高血糖的激素有胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素。这些激素在不同环节上影响糖代谢，调节血糖代谢。二、糖的分解代

23、谢糖在体内分解代谢主要通过糖酵解、有氧氧化及磷酸戊糖途径。糖酵解是指葡萄糖或糖原经过一系列反应生成丙酮酸的过程。它在机体各组织中普遍存在。催化此代谢途径的酶存在于细胞胞液中。其中己糖激酶(在肝中为葡萄糖激酶)、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶是糖酵解过程的三个限速酶。糖酵解可产生少量能量：1分子葡萄糖经糖酵解净生成2分子atp，糖原中的每1分子葡萄糖残基经糖酵解净生成3分子atp，糖酵解的主要生理功用是在无氧条件下提供机体能量。糖的有氧氧化是指葡萄糖或糖原在有氧条件下，彻底氧化成c02和h20，并产生大量能量的过程。它是体内糖分解供能的主要途径。糖有氧氧化的反应过程包括三个阶段：第一阶段是每1分子葡萄

24、糖经酵解生成2分子丙酮酸，在胞液中进行。第二阶段是丙酮酸进入线粒体氧化脱羧，生成乙酰辅酶a，反应由丙酮酸脱氢酶系催化。丙酮酸脱氢酶系由三种酶、五种辅助因子组成：丙酮酸脱氢酶、硫辛酸乙酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶以及焦磷酸硫胺素tpp，含硫胺素(维生素b1)、硫辛酸、辅酶a(含泛酸)、黄素腺嘌呤二核苷酸fad，含核黄素(维生素b2)、尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 nad+，含尼克酰胺(维生素pp)。第三阶段即乙酰辅酶a进入三羧酸循环被彻底氧化成c02和h20。三羧酸循环在线粒体中进行。由乙酰辅酶a和草酰乙酸缩合生成柠檬酸开始，每循环1次消耗1个乙酰辅酶a分子。反应过程中有4次脱氢(3次以nad+为受氢

25、体，1次以fad为受氢体)和2次脱羧反应。每循环一周产生12个atp。柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系及琥珀酸脱氢酶催化的反应在生理条件下是不可逆，其中异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环最主要的限速酶。柠檬酸合成酶、-酮戊二酸脱氢酶系也可调节三羧酸循环进行的速度。三羧酸循环中间产物的补充主要通过丙酮酸羧化生成草酰乙酸。糖的有氧氧化及三羧酸循环的生理意义主要在于：1氧化供能：每分子葡萄糖经有氧氧化彻底分解成c02和h20，同时可生成36或38分子atp。2三羧酸循环是体内糖、脂肪和氨基酸三大营养物质分解代谢的最终共同途径。3三羧酸循环也是糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽。磷酸戊糖途径是糖的

26、氧化旁路，整个反应在胞液中进行。磷酸戊糖途径的限速酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶。磷酸戊糖途径的生理意义在于： 1提供大量nadph+h+，参与体内很多代谢反应；2生成5-磷酸核糖，为核酸合成提供原料。三、糖原合成和糖原分解由单糖合成糖原的过程称为糖原合成。肝脏和肌肉组织可合成糖原。糖原合成的反应过程包括四步：第一步是在葡萄糖激酶（在肝脏）或己糖激酶（在肌肉或其它组织）催化下，使葡萄糖磷酸化，形成6-磷酸葡萄糖。第二步再经磷酸葡萄糖变位酶的变位作用转变为1-磷酸葡萄糖。第三步在utp参与下由udp葡萄糖焦磷酸化酶催化生成udp葡萄糖。最后，在糖原合成酶催化下与引物通过1,4糖苷键相连形成直链，然后分

27、枝酶将其末端长约7个葡萄糖残基转变成1,6-糖苷键形成分枝。糖原每增加一个葡萄糖残基消耗2个高能磷酸键。糖原合成酶是糖原合成的限速酶。糖原磷酸化酶水解-1,4糖苷键，同时将磷酸根加在葡萄糖分子上，释放出1-磷酸葡萄糖。当降解进行至离分枝处剩4个葡萄糖残基时，脱枝酶将剩余3个葡萄糖转移至另一个分枝上，并水解-1,6糖苷键,释放出1个葡萄糖。肝脏有葡萄糖-6-磷酸酶，可水解6-磷酸葡萄糖直接补充血糖，而肌肉中无此酶，生成的6-磷酸葡萄糖只能进入糖酵解途径。糖原分解的限速酶是磷酸化酶。四、糖异生由非糖物质（乳酸、甘油、生糖氨基酸和丙酮酸等）生成葡萄糖的过程称为糖异生。主要在肝细胞胞液中进行。饥饿和酸

28、中毒时，肾脏也可进行糖异生。其过程基本为糖酵解的逆过程，但需克服酵解中葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的三个不可逆反应。 葡萄糖-6-磷酸酶、果糖二磷酸酶、丙酮酸羧化酶及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶是糖异生的4个限速酶。代谢物及激素可通过调节这些限速酶的活性而调节代谢途径进行的速度， 以适应机体的需要。五、糖代谢障碍 多种疾病影响糖代谢，造成低血糖、高血糖及糖尿。空腹状态下血糖浓度持续超过130mg/dl（l）是称为高血糖。当血糖浓度超过肾糖阈（160-180 mg/dl）是葡萄糖即从尿中排出，称为糖尿。人体处理所给予葡萄糖的能力称为葡萄糖耐量或耐糖现象。耐糖曲线可反映葡萄糖耐量是否正常。即

29、清晨1次口服大量葡萄糖，每隔半小时测定血糖浓度，绘制的时间-血糖浓度曲线。正常人耐糖曲线：空腹血糖浓度正常；食入葡萄糖后血糖浓度1小时内达高峰，但不超过肾糖阈；血糖浓度2小时内降至正常水平。糖尿病患者耐糖曲线表现为：空腹血糖浓度高于130mg/dll)；进食后血糖浓度升高，可超过肾糖阈；2小时内不能恢复至空腹血糖水平。第五章 脂类代谢要求：掌握脂肪动员、甘油三酯水解的关键酶、激素敏感脂肪酶；掌握-氧化过程、酮体生成、氧化和生理意义及酮症；掌握必需脂肪酸概念和种类。熟悉血脂；熟悉血浆脂蛋白的分类与化学组成特点、来源及生理功能；熟悉脂肪酸活化、转运；熟悉甘油代谢；熟悉磷脂酰胆胺和磷脂酰胆碱合成；熟

30、悉胆固醇代谢；熟悉胆固醇合成部位、原料、基本过程、限速酶及其调节；熟悉胆固醇的转化。提要：体内存在的脂类物质包括甘油三酯(tg)和类脂。类脂又包括胆固醇、胆固醇酯、磷脂和糖脂等。甘油三酯主要分布于脂肪组织，具有贮能、供能、保温和保护机体与脏器等功能。类脂主要分布于神经组织和生物膜中，是机体的重要组成成分，而且是合成体内多种特殊生理功能物质的原料。如胆固醇可合成类固醇激素、胆汁酸与维生素d3原等。构成脂类的脂肪酸，大多能在体内合成。有些不饱和脂肪酸不能在体内合成，必须由食物供给，称之为必需脂肪酸。它们是亚油酸(十八碳二烯酸)、亚麻油酸(十八碳三烯酸)和花生四烯酸(二十碳四烯酸)。花生四烯酸还可转

31、变生成前列腺素、白三烯等重要物质。一、血脂血脂是血中脂类物质的统称，它包括甘油三酯、磷脂、胆固醇、胆固醇酯和游离脂肪酸等。正常人空腹血脂总量为400700mgdll)，其中甘油三酯为10160mgdl(平均100mgdl)，总胆固醇150250mgdl(平均200mgdl)，胆固醇酯占总胆固醇的 70左右。血中少量的游离脂肪酸与清蛋白结合运输。(一)脂蛋白的组成、结构脂蛋白由载脂蛋白(apoprotein，apo)和脂类组成。载脂蛋白分a、b、c、d、e五类，各类又分若干亚类，其主要功用为运载脂质并维持脂蛋白结构的稳定，有些载脂蛋白还具有激活脂蛋白代谢酶和识别脂蛋白受体的功能。如apo a i

32、能激活卵磷脂-胆固醇酰基转移酶 (lcat)；apo b能识别细胞膜上的ldl受体；apo c 能激活脂蛋白脂肪酸(lpl)。脂蛋白的结构特点是载脂蛋白位于脂蛋白颗粒的外层，其亲水基团朝外，疏水基团朝内。脂质位于脂蛋白颗粒内，磷脂的亲水基团可伸出到脂蛋白的外表，以增加脂蛋白外层的亲水性，并起稳定脂蛋白结构的作用。(二)脂蛋白的分类由于脂蛋白的蛋白质和脂质的组成、比例不同，它们的颗粒大小、表面电荷及密度均有差异。因此可用电泳法和超速离心法将它们分离。用电泳法后，按迁移率的快慢依次分为。-脂蛋白、前-脂蛋白、-脂蛋白和位于点样原点的乳糜微粒四种。-脂蛋白最快，cm最慢。用超速离心法，按密度高低依次

33、分为高密度脂蛋白(hdl)、低密度脂蛋白(ldl)、极低密度脂蛋白(vldl)和乳糜微粒(gm)四种。(三)各类脂蛋白的来源、组成特点及功用1乳糜微粒(cm) 由小肠粘膜上皮细胞合成，其中含有大量甘油三酯 (80%95%)。因这来自食物脂肪的消化、吸收，所以cm的功用为运输外源性甘油三酯到肝和肝外组织被利用。2极低密度脂蛋白(vldl，即前-脂蛋白) 主要由肝细胞合成，含有较多的甘油三酯(5070)，vldl的功用是向肝外运输内源性甘油三酯。3低密度脂蛋白(ldl，即-脂蛋白) 这是vldl在血浆中转变生成的。vldl在血液循环过程中，受毛细血管壁上存在的脂蛋白脂肪酶的作用，使其中的甘油三酯不

34、断被水解，释出脂肪酸与甘油，于是脂蛋白颗粒变小、密度增加，同时其中的胆固醇比例相应提高 (达45%50%)，成为ldl。ldl的功用是将肝内合成的胆固醇向肝外组织运输。4高密度脂蛋白(hdl，即-脂蛋白) 主要由肝细胞合成。其次，小肠粘膜、上皮细胞也能合成少量。hdl含有较多的磷脂(25)与胆固醇(20)。其主要功用是向肝外组织运输磷脂和将肝外组织的胆固醇逆向往肝内运输。(四)脂蛋白的代谢各种脂蛋白的代谢过程就是运送脂质的过程。这里主要涉及两种酶（脂蛋白脂肪酶、卵磷脂-胆固醇酰基转移酶）、三种受体（apoe受体、ldl受体、hdl受体）以及相关载脂蛋白的作用。(五)高脂(蛋白)血症空腹血脂高于

35、正常范围，包括上限的隐性或显性病变，均称为高脂(蛋白)血症。临床常见有高甘油三酯血症和高胆固醇血症。二、甘油三酯代谢甘油三酯代谢包括甘油三酯分解代谢、酮体的生成与氧化及甘油三酯合成代谢三部分。（一）甘油三酯分解代谢1甘油三酯的水解 体内甘油三酯在不同场所的脂肪酶作用下水解成脂肪酸和甘油。在肠道，由胰脂肪酶水解食物中的甘油三酯；在血液循环系统，毛细血管壁内皮细胞上存在的脂蛋白脂肪酶水解血液中脂蛋白内的甘油三酯；组织细胞内的组织脂肪酶水解细胞内甘油三酯。脂肪动员与激素敏感性脂肪酶：脂肪细胞内贮存的甘油三酯在甘油三酯脂肪酶、甘油二酯脂肪酶和甘油一酯脂肪酶的依次作用下，逐步水解最后生成脂肪酸和甘油，此

36、过程称为脂肪动员。以上三种酶统称脂肪酶，其中甘油三酯脂肪酶活性最低，是脂肪动员的限速酶。因它受多种激素调节，故又称之为激素敏感性脂肪酶。胰岛素抑制其活性，为抗脂解激素；胰高血糖素、肾上腺素、肾上腺皮质激素等使其活性增强，为脂解激素。2甘油的代谢去路 脂肪分解产生的甘油经磷酸化，生成-磷酸甘油，再脱氢生成磷酸二羟丙酮，便可纳入糖代谢途径彻底氧化或糖异生成糖，或转变为其它物质。3脂肪酸的-氧化 脂肪酸的分解方式有多种，以-氧化方式为主。-氧化即脂肪酸在分解过程中，从-位碳原子上脱氢（即氧化）最多而得名。细胞浆中的脂肪酸首先需活化，再进入线粒体内氧化。（1）脂肪酸的活化-生成脂酰辅酶a（脂酰coa）

37、胞浆中的脂肪酸在辅酶a的参与下由脂酰coa合成酶催化生成脂酰辅酶a ，反应消耗atp。（2）脂酰coa进入线粒体脂酰coa本身不能穿过线粒体内膜，需借助于线粒体内膜中的肉毒碱携带和位于该膜外侧和内侧的肉毒碱脂酰基转移酶i和的催化作用才能进入线粒体内。此转运过程是脂肪酸氧化的限速步骤，肉毒碱-脂酰转移酶i是限速酶。（3）脂肪酸的-氧化 脂肪酸的-氧化包括脱氢、加水、再脱氢、硫解四步反应。多数脂肪酸含偶数碳原子，活化的脂酰coa每经一次-氧化便生成一分子乙酰coa和比原来少两个碳原子的新的脂酰coa。如此反复进行-氧化，长链偶数碳的饱和脂肪酸便分解生成若干乙酰coa和fad·2h、nad

38、·2h。以1分子16碳的软脂酸为例，它活化后经7次-氧化生成8分子乙酰coa、7分子 fad·2h、7分子nadh+h+。以上再彻底氧化，生成的atp总数为131个，减去活化消耗的两个高能磷酸键，净生成129个atp，可见脂肪酸是机体重要的能源物质。(二)酮体的生成和氧化肝内脂肪分解代谢很活跃。脂肪酸分解生成的乙酰coa，除部分氧化供能外，其余还能在肝内特有酶的作用下合成酮体，供肝外组织氧化利用。酮体是脂肪酸在肝内分解生成的一类中间产物，包括乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮。1酮体的生成 乙酰coa作为基本原料在肝内合成酮体，其关键酶是-羟-甲基戊二酸单酰coa合成酶(hmg co

39、a合成酶)。2酮体的氧化利用 肝内缺乏氧化利用酮体的酶类。酮体又属小分子化合物，故在肝内生成后通过血液运往肝外组织，作为能源物质被氧化利用。酮体中的丙酮量很少，又具挥发性，主要随呼出气和尿液排出。正常生理情况下，酮体生成量不多，而肝外组织利用酮体能力较强，故血中酮体含量很低(2mgdl以下)。在持续饥饿或糖尿病等糖代谢障碍情况下，脂肪动员增强，于是酮体生成增多。脑和心肌等组织可依赖酮体氧化获取能量。一旦酮体生成量超过肝外组织利用的限度，则出现酮症酸中毒。对酮症的治疗原则是制止脂肪大量动员，以便酮体生成减少；同时应增加糖的有氧氧化，以便产生足够量的草酰乙酸，使酮体的氧化增加，最终达到血酮体含量正

40、常。故对各种病因引起的糖来源少的患者应静点葡萄糖，而对糖尿病患者还需加用胰岛素等。(三)甘油三酯的合成代谢甘油三酯在体内各组织均可合成，但以脂肪组织和肝脏为主。1 脂肪酸的合成合成脂肪酸的基本原料是乙酰coa和nadph+h+，合成脂肪酸的基本过程和脂肪酸-氧化的逆过程相仿，但不完全相同。脂肪酸合成是在胞浆脂肪酸合成酶复合体上进行的，在脂肪酸链上，每增加2个碳原子，均在复合体上依次进行缩合，加氢，脱水和再加氢四步连续反应。如此反复进行，便可合成16c的软脂酸。在此基础上，再继续使脂肪酸碳链延长、缩短、去饱和，便可生成除必需脂肪酸以外的多种脂肪酸。2甘油的来源 甘油可由葡萄糖分解转变或某些生糖和

41、生糖兼生酮氨基酸转变而来，还可直接由脂肪的水解产生。3甘油三酯的合成 这是-磷酸甘油逐渐结合脂肪酸的脂化过程。三、类脂代谢 (一)磷脂磷脂为含磷脂质的总称。其中以甘油磷脂含量最多。体内磷脂总量的50为卵磷脂，故以卵磷脂为例，来说明磷脂的合成与分解。1磷脂的合成 各组织细胞均可合成磷脂，但以肝脏合成最多。脑磷脂的基本组分为甘油二酯、磷酸和胆胺(乙醇胺)，在体内可由丝氨酸脱羧生成胆胺。卵磷脂的组分基本与脑磷脂相同，只是用胆碱替代胆胺。合成卵磷脂的胆碱，它既可来自于食物，又可由胆胺甲基化生成。2磷脂的分解 生物体内存在不同的磷脂酶，它们分别水解甘油磷脂分子中不同的酯键。存在于细胞膜及线粒体膜上的磷脂

42、酶a2能特异性地催化磷酸甘油酯中2位上的酯键水解，生成多不饱和脂肪酸和溶血磷脂。溶血磷脂是一种较强的表面活性物质，能使细胞膜破坏，引起细胞坏死，该酶以ca2+为激活剂。急性胰腺炎时，大量磷脂酶a2原在胰腺内被激活，致使胰腺细胞坏死，是急性胰腺炎的临床生化基础。(二)胆固醇1胆固醇的合成 全身各组织几乎均可合成胆固醇，其中肝脏合成量最大（约占总量 80），其次是小肠。胆固醇是在胞浆和滑面内质网合成的，合成胆固醇的基本原料是乙酰 coa和nadp·2h，关键酶是hmg coa还原酶。2胆固醇合成的调节 胆固醇的合成受产物、激素和脂肪等调节，主要是通过调节 hmg-coa还原酶的合成量和酶

43、的活性来实现。体内合成及食入的胆固醇一旦超量，便作为产物，反馈抑制关键酶的活性，使合成量减少。激素中胰岛素能增强hmg coa还原酶的活性，使胆固醇合成量增加；而胰高血糖素、糖皮质激素则抑制该酶的活性，减少胆固醇的合成；甲状腺素既增加hmg coa还原酶的活性使胆固醇合成增加，又可促进胆固醇转变为胆汁酸，故有降胆固醇的作用。此外，食物中的脂肪能诱导hmg coa还原酶的生成，故有增加胆固醇合成的作用。3胆固醇的转化(降解) 胆固醇不能分解为小分子化合物，在机体不同组织中可进一步转化生成以下衍生物。 （1）在肝脏胆固醇大部分转变为胆汁酸，这是极好的表面活性物质，它随胆汁进入肠道后起乳化脂类并促进

44、脂类消化吸收的作用。（2）在肾上腺皮质和性腺，胆固醇转变为类固醇激素，调节代谢和生理功能。（3）在皮肤和皮下，胆固醇脱氢生成7-脱氢胆固醇(维生素d3原)，经紫外线照射形成维生素d3，活化后调节钙磷代谢。胆固醇的作用很重要，人体不能缺少，但含量过高会引发高胆固醇血症及动脉粥样硬化等心、脑血管疾病。第六章 生物氧化要求：掌握氧化磷酸化、底物水平磷酸化作用的概念、偶联部位及影响因素。熟悉两条呼吸链的组成和排列；熟悉线粒体外nadh转运进入线粒体的两种穿梭作用。提要：物质在生物体内的氧化分解称为生物氧化。在细胞的线粒体内和线粒体外均可进行，但氧化过程不同。线粒体内的氧化过程伴有atp的生成；而线粒体

45、外的氧化，不伴有磷酸化，也不生成atp，它主要与体内代谢物、药物、毒物的生物转化有关。生物氧化反应与化学中的氧化还原概念一致，只是反应过程更为复杂。加氧、脱氢、失电子均属于氧化作用，反之，脱氧、加氢，得电子均属于还原作用。要重点理解和掌握线粒体生物氧化体系，即掌握在线粒体内糖、脂类、氨基酸等营养物质分解生成co2和h20，并释放能量的过程。物质在体内、外氧化的最终结果相同，但二者的表现形式和反应所处的条件不同。生物氧化的特点是在细胞内由酶催化的氧化反应，反应是在体液的温和条件下，逐步进行和完成；反应中逐步释放的能量有相当一部分使adp磷酸化为atp；生物氧化速度可由细胞自动调节和控制；能量的生

46、成大多伴有h20的形成；c02是有机酸在酶的催化下脱羧产生。一、 线粒体生物氧化体系线粒体内的生物氧化作用依赖于线粒体内膜上一系列酶的作用。这些酶作为递氢体或递电子体，按一定顺序排列在内膜上，组成递氢或递电子体系，称为电子传递链。该传递链进行一系列连锁反应与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故又称为呼吸链。组成呼吸链的主要成分有：尼克酰胺核苷酸、黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶q及细胞色素等五类。它们在呼吸链中的作用是：前四类酶通过加氢和脱氢反应，传递作用物脱下的氢，故是递氢体。而细胞色素是传递电子故是递电子体，其中细胞色素a和a3不易分离统称为细胞色素aa3，因其在传电子过程中能直接激活氧，使氧激后成氧离子

47、并与氢质子结合生成h20和能量，故又称细胞色素氧化酶。呼吸链中各递氢体或递电子体是按氧化还原电位的顺序排列的。有两条不同类型的呼吸链：1nadh氧化呼吸链：以nad+为辅酶的脱氢酶开始在线粒体内催化代谢物脱氢，经呼吸链的传递，完成生成h2o的过程。属于这条呼吸链的酶有异柠檬酸脱氢酶，苹果酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶、-羟脂酰coa脱氢酶，-羟丁酸脱氢酶、-谷氨酸脱氢酶等。2琥珀酸氧化呼吸链：以fad为辅酶的脱氢酶开始，在线粒体内催化代谢物脱氢，经呼吸链传递生成h20的过程。属于这条呼吸链的酶有琥珀酸脱氢酶、脂酰coa脱氢酶及线粒体内-磷酸甘油脱氢酶等。可见生物氧化过程中是由代谢物经

48、脱氢作用，将脱下来的氢经一系列酶或辅酶的传递,最后传给氧，活化的氢与活化的氧结合生成水。呼吸链中大部分成分在线粒体内膜中形成4个蛋白质复合物。atp几乎是生物组织细胞能够直接利用的唯一能源。体内atp的生成方式有两种：1作用物（底物）水平磷酸化，指在高能化合物放能过程的同时，伴有adp磷酸化生成atp，如磷酸甘油激酶、丙酮酸激酶及琥珀酸单酰coa合成酶催化的反应均属此类。2氧化磷酸化，指在代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的过程中，消耗了氧，消耗了无机磷酸，使adp磷酸化生成atp的过程，称为氧化磷酸化。可见代谢物氧化脱氢与adp的磷酸化之间是一种偶联反应。多数代谢物每脱下一对氢，经nadh

49、进入呼吸链传递生成水，可生成3个高能磷酸键，使3分子adp磷酸化为3分子atp；若脱下一对氢经fad·2h进入呼吸链传递生成水，只能产生2分子atp。氧化磷酸化的偶联部位可以通过测定各氧化还原对之间的电位差等方式确定。很多因素可影响氧化磷酸化，有adpatp、甲状腺素和氧化磷酸化作用的抑制剂等。线粒体内生成的hadh和fad·2h均可直接参加氧化磷酸化，但亦有不少脱氢反应是在线粒体外进行的，如3-磷酸甘油醛脱氢反应、乳酸脱氢反应和-磷酸甘油脱氢反应等。由于所产生的nadh存在于线粒体外，又不能自由透过线粒体内膜，因此必需借助某些能自由通过线粒体内膜的物质，而被转移入线粒体内

50、膜，方能进行氧化磷酸化，产生h20和能量，此转移过程称穿梭作用。体内有两种穿梭作用：即存在于脑和骨骼肌中的-磷酸甘油穿梭作用和存在于肝、肾、心的苹果酸-天冬氨酸穿梭作用。二、非线粒体氧化体系细胞的微粒体和过氧化物酶体也是生物氧化的重要场所，其特点是在氧化过程中不伴有偶联磷酸化，不能生成atp。主要用于代谢物、药物和毒物的生物转化作用。其中某些酶的活性与消除代谢产生的自由基关系密切，它包括微粒体氧化体系和过氧化物酶体氧化体系。 第三部分遗传信息的传递复制、转录、翻译、基因表达调控及基因工程第十章 dna的生物合成复制要求：掌握遗传信息传递的中心法则及其补充；掌握dna的半保留复制方式、复制的原料

51、、模板、参与复制的酶类；掌握逆转录的概念及逆转录酶的功能。熟悉dna复制的过程。提要：遗传信息的传递在医学生物学中具有重要作用，在这里主要讨论遗传的分子基础，即基因的分子生物学基本知识。dna是遗传的物质基础。dna分子中碱基（核苷酸）的排列顺序即是贮藏的遗传信息。所谓基因，实质上是dna大分子中的各功能片段。虽然dna分子中只有a、g、c、t四种碱基，但由于dna分子很大，含有的碱基数量极多（如人的基因组dna含有约3×109个碱基对），可以有多种多样不同的排列方式。不同的基因，其碱基的序列不同，携带着千变万化的遗传信息。细胞有丝分裂之前，细胞中的 dna分子必须进行自我复制，将亲

52、代dna的遗传信息准确地传递到子代dna分子中，这一过程称为dna复制。由此，子代细胞则具有一套与亲代细胞完全相同的dna分子，这就是遗传作用。另一方面，dna是信息分子，其分子中贮藏的信息必须要通过由它指导合成的特定蛋白质，表现特异的功能，才能体现出来。如前所述，蛋白质是生命的物质基础，蛋白质功能的复杂性依赖于蛋白质分子内氨基酸的排列顺序及其空间结构。蛋白质的结构不同，功能也各异，从而影响机体的各种生命活动。现已证明，体内蛋白质分子合成时，其氨基酸的排列顺序最终是由dna分子中核苷酸（碱基）顺序所决定的。但是，dna本身并不能直接指导蛋白质的合成，而是首先以dna分子为模板，在细胞内合成与其

53、结构相应的rna，将dna的遗传信息抄录到mrna（信使rna）分子中，这种将 dna遗传信息传递给rna的过程，称为转录。通过转录，dna的碱基序列按互补配对的原则转变成rna分子中的相应碱基序列。然后，再以mrna为模板，按照其碱基(a、g、c、u)的排列顺序，以三个相邻碱基序列为一种氨基酸的密码子形式，来决定蛋白质合成时氨基酸的序列。这一过程称为翻译。通过转录和翻译，基因遗传信息指导合成各种功能的蛋白质，这就是基因表达。遗传信息传递方向的这种规律，即复制转录翻译，称为遗传信息传递的中心法则。进一步研究发现，某些病毒中rna也可以作为模板，指导dna的合成。这种信息传递方向与转录过程相反，

54、称为逆（反向）转录。另外，还发现，某些病毒中的rna亦可自身复制。这就是中心法则的补充。学习基因分子生物学的基本知识具有重要意义。一方面它可以使我们对生命的本质有更深刻的认识，并且在此基础上有利于生物体的改造；另一方面，随着研究工作的深入，愈来愈多地发现某些疾病的发生与基因及表达异常有关。例如遗传病、恶性肿瘤、心血管疾病、某些神经性疾病等。为了更好地理解这些疾病发病的分子机理及相应的防治措施，学习遗传信息传递的基本知识是十分必要的。在dna复制过程中，首先是原dna双螺旋的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，双链解开并分为两股单链。然后，每条单链dna各自作为模板，以三磷酸脱氧核糖核苷(dntp)为

55、原料，按照碱基配对规律(a与t配对，g与c配对)，合成新的互补链。这样形成的两个子代dna分子与原来的亲代dna分子的核苷酸顺序是完全相同的。在此过程中，每个子代dna分子的双链，一条链来自亲代dna，而另一条链则是新合成的。这种复制方式称为半保留复制。由于dna在代谢上的稳定性和复制的忠实性，经过许多代的复制，dna分子上的遗传信息仍可准确地传给子代。dna的复制过程极为复杂，但其速度极快，这是由于许多酶和蛋白质因子参与了复制过程。其中，dna聚合酶起着重要作用。在原有dna模板链存在情况下，dna聚合酶催化四种脱氧核苷酸(datp、dttp、dgtp、dctp)，通过与模板链的碱基互补配对

56、，合成新的对应dna链，故此酶又称为dna指导的dna聚合酶(dna directed dna polymerase，缩写为 dddp)。dna聚合酶的特点是不能自行从头合成dna链，而必须有一个多核苷酸链作为引物，dna聚合酶只能在此引物的端催化dntp与末端作用，形成,-磷酸二酯键，从而逐步合成dna链。因此，dna链的合成是有方向性的，即从端端方向进行。这一特点在dna复制过程中具有重要意义。无论在原核细胞或真核细胞中，都存在多种dna聚合酶，它们的性质和作用不完全相同。在真核细胞中至少有5种dna聚合酶，即dna聚合酶a、b、g、d和e。其中dna聚合酶a在细胞中活性最强，在复制中起关

57、键作用，而dna聚合酶b主要在dna损伤的修复中起作用。在dna复制过程中，若有 dntp与亲代dna链中相应碱基错误配对时，某些dna聚合酶还具有核酸外切酶的活性，切去错误配对的核苷酸，以保证dna复制的忠实性，称为“校对”作用。dna复制的这一特性也具有重要意义。引物酶是dna复制的另一种重要的酶。如上所述，dna聚合酶不能自行从头合成dna链，因此，在复制过程中首先需要合成一小段多核苷酸链作为引物。实验证明，这段引物是rna链片段，在这段引物的3端引导dna链的合成。催化引物链合成的酶称为引物酶，实际上它是一种特殊的rna聚合酶。此酶以相应复制起始部位的dna链为模板，合成短片段的rna引物。dna连接酶也是dna复制过程中不可缺