考研生物化学笔记

PAGEPAGE1生物化学一、生物化学的观点生物化学是研究生命现象化学本质的学科。生物化学就是生命的化学。生物化学是研究生物体内的化学分子组成，分子结构、性质、功效及其在体内代谢历程的学科。——代谢包罗物质和能量两方面。生物化学是研究生物的化学组成和化学变革的，所以生物化学也可以分作两大部门内容：化学组成部分，也称为静态生物化学，主要探讨组成生物体的分子类型、分子结构、化学性质及生物功效；②化学变革部门，讨论的是生物体内的化学分子之间如何进行转化，即研究生物体内的化学反响，以及这些反应产生的部位和反响机理，以及陪同这些反响所产生的能量变革。简朴讲——生物化学就研究生物体的化学组成和生命中的化学变革。二、生物化学的生长史生物化学的研究始于18世纪下半叶，但作为一门独立的学科是在20世纪初。1629年荷兰人海尔蒙特进行了柳枝试验，100磅土，2磅重柳枝，只浇水，5年后土和柳枝共重169磅，土淘汰了二两，论文颁发于1648年（死后2年）。1775年拉瓦锡进行定量试验，证明呼吸历程和化学氧化是相同的。并推测呼吸形成的CO2也是由于吸入了氧气，与体内的有机物结归并氧化为CO2，从而将呼吸氧化与燃烧联系在一起。1783年拉瓦锡和拉普拉斯在法国科学院院报颁发论文，提出动物热理论——呼吸相当于不发光的燃烧。并测定了释放CO2和释热的干系。现在一般把这一年称为生化开始年。并把拉瓦锡称为生物化学之父。但在这同一时期的开拓者另有普利斯特列和舍勒（Scheele），前者发明了光合现象；后者在1770年发明了洒石酸，之后又从膀胱结石中分散出尿酸，并对苹果酸、柠檬酸，甘油等进行了大量研究。舍勒是瑞典人，学徒工身世，非常热爱化学，最后成为化学家。进入十九世纪，科学生长大大加快，成绩不停涌现，例如1828年维勒（李比西的学生）人工合成了第一个有机物——尿素，证明有机物可以人造。1838年施来登与施旺颁发细胞学说。（在1839年）细胞是有机体，整个动物和植物乃是细胞的聚集体。它们凭据一定的纪律排列在动植物体内。这一学说把植物和动物统一起来。*1842年李比西（德国人）在《有机化学在生理学与病理学上的应用》一书中首次提出新陈代谢一词。*1860年巴斯德又对洒精发酵进行了研究——首次提出发酵是由酵母菌或细菌引起的，此研究为厥后的糖代谢和呼吸作用研究奠基了底子。1871年米切尔（Miescher霍佩的学生-瑞典人）颁发文章分散出核素，即DNA。其时年仅24岁，是首次从脓细胞中分散出脱氧核糖核卵白。实际分散在1868年完成，论文在1871年颁发。1877年德国生理学家——医生霍佩·赛勒，首次提出生物化学一词Biochemie，英文为Biochemistry。并且首次提出卵白质一词。1897年Buchner用酵母无细胞提取液发酵乐成，证明酶的存在。许多人开始提取酶，但都未乐成。二十世纪初，在维生素、激素、酶的研究方面生长较快。1902年艾贝尔（Abel美国人）在德国粹习七年，1903年制成肾上腺素晶体；厥后又在1926年制成胰岛素晶体。1905年Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。同年Starling提出激素（Hormere）一词。1907年霍克（池延登的学生，美国人）颁发《实验生理化学》一书，实际上就是生物化学的前身。这就标记着生物化学已经形成，已经从生理学中独立出来。1911年波兰科学家Funk结晶出抗神经炎维生素，并命名为Vitamine，意为生命的胺，实际是复合维生素B。1913年米利切斯和曼顿研究了酶的动力学提出了米曼方程。同年Wilstatter和Stoll分散出了叶绿素。1930年Northrop分散出胃卵白酶，并证明是卵白质。1933年Krebs和Henselen发明尿素循环；同年Embdem和Meyerhof开端完成了糖酵解途径的中间产物研究。提出了糖酵解途径。1937年Krebs提出了三羧酸循环的假说；同年Lohmann和Selitser证明硫胺素是丙酮酸羧化酶辅基的组成身分；在此期间Kalcker及Belitser各自对氧化磷酸化作用进行了定量研究。1944年Avery，Maeleod和McCarty完成了肺炎球菌转化试验，证明DNA是遗传物质。1948年Calvin和Bessen发明磷酸甘油酸是光互助用中CO2牢固的最初产物，并用了十年时间完成了卡尔文循环的整个代谢途径研究。同年Leloir等人发明了尿苷酸在碳水化合物代谢中的作用。1953年Watson和Criek利用X–射线衍射阐发了DNA结构，提出了DNA结构的双螺旋结构模型。这一发明为生物的遗传研究奠基了分子底子。通常把这一年确定为分子生物学的诞生年。同年（1953年），Sanger和Trhompson完成了胰岛素A链及B链的氨基酸序列测定，二年后报道了胰岛素中二硫键位置。1956年A.Kornberg发明了DNA聚合酶。与此同年Ubarger发明了从苏氨酸合成异亮氨酸时终产物异亮氨酸能抑制合成链中的第一个酶，即发明了生物合成历程的反馈作用。1958年S.B.Weiss和Hurwitz等人发明了DNA指导的RNA聚合酶；同在此年Crik提出分子遗传的中心规则；Meselson和Stahl用同位素标记要领证明了DNA的半保存复制假说。1961年Jacob和Monod提出了利用子学说，并指出了mRNA的功效；同年Weiss和Hurwitz从大肠杆菌中发明了DNA指导的RNA聚合酶；同年M.Nirenberg和H.Matthei发明了遗传密码（苯丙氨酸的）。为三连体核苷酸。

1965中国首次人工全合成了牛胰岛素。从七十年代后，生物化学的生长主要会合在分子生物学方面。关于中国的生物化学生长，也做一大略回顾。第一章卵白质化学（一）.掌握卵白质的观点与生物学意义卵白质是由L-α-氨基酸通过肽键缩合而成的，具有较稳定的构象和一定生物功效的生物大分子（biomacromolecule）。卵白质是生命运动所依赖的物质底子，是生物体中含量最富厚的大分子。生物学意义单细胞的大肠杆菌含有3000多种卵白质，而人体有10万种以上结构和功效各异的卵白质，人体干重的45%是卵白质。生命是物质运动的高级形式，是通过卵白质的多种功效来实现的。新陈代谢的所有的化学反响险些都是在酶的催化下进行的，已发明的酶绝大多数是卵白质。生命运动所需要的许多小分子物质和离子，它们的运输由卵白质来完成。生物的运动、生物体的防备体系离不开卵白质。卵白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等动物的影象、识别机构等方面都起着重要的作用。随着卵白质工程和卵白质组学的兴起和生长，人们对卵白质的结构与功效的认识越来越深刻。（二）氨基酸根本结构与性质种种卵白质的含氮量很靠近，平均为16%。因此，可以用定氮法来推算样品中卵白质的大抵含量。每克样品含氮克数×6.25×100=100g样品中卵白质含量（g%）组成卵白质的20种氨基酸有配合的结构特点：1．氨基连接在α-C上，属于α-氨基酸（脯氨酸为α-亚氨基酸）。2．R是側链，除甘氨酸外都含手性C，有D-型和L-型两种立体异构体。天然卵白质中的氨基酸都是L-型。注意：构型是指分子中各原子的特定空间排布，其变革要求共价键的断裂和重新形成。旋光性是异构体的光学活性，是使偏振光平面向左或向右旋转的性质，（-）体现左旋，（+）体现右旋。构型与旋光性没有直接对应干系。1．一般物理性质α-氨基酸为无色晶体，熔点一般在200oC以上。种种氨基酸在水中的溶解度差别很大（酪氨酸不溶于水）。一般溶解于稀酸或稀碱，但不能溶解于有机溶剂，通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。芳香族氨基酸（Tyr、Trp、Phe）有共轭双键，在近紫外区有光吸收能力，Tyr、Trp的吸收峰在280nm，Phe在265nm。由于大多数卵白质含Tyr、Trp残基，所以测定卵白质溶液280nm的光吸收值，是阐发溶液中卵白质含量的快速轻便的要领。2．两性解离和等电点（isoelectricpoint,pI）氨基酸在水溶液或晶体状态时以两性离子的形式存在，既可作为酸（质子供体），又可作为碱（质子受体）起作用，是两性电解质，其解离度与溶液的pH有关。在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势和水平相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点。氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数pK1和pK2决定的。盘算公式为：pI=1/2(pK1+pK2)。若1个氨基酸有3个可解离基团，写出它们电离式后取兼性离子两边的pK值的平均值，即为此氨基酸的等电点（酸性氨基酸的等电点取两羧基的pK值的平均值，碱性氨基酸的等电点取两氨基的pK值的平均值）。3．氨基酸的化学反响氨基酸的化学反响是其基团的特征性反响。重要的有：（1）茚三酮反响所有具有自由α-氨基的氨基酸与过量茚三酮共热形成蓝紫色化合物（脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反响产生黄色物质）。用分光光度法可定量测定微量的氨基酸。蓝紫色化合物的最大吸收峰在570nm波优点，黄色在440nm波长下测定。吸收峰值的巨细与氨基酸释放的氨量成正比。（2）与2，4-二硝基氟苯（DNFB）的反响（sanger反响）在弱碱性溶液中，氨基酸的α-氨基很容易与DNFB作用生成稳定的黄色2，4-二硝基苯氨基酸（DNP-氨基酸），这一反响在卵白质化学的研究史上起过重要作用，Sanger等人应用它测定胰岛素一级结构。（3）Edman反响多肽顺序自动阐发仪是凭据相类似的原理设计的，即利用多肽链N端氨基酸的α-氨基与异硫氰酸苯酯PITC反响（Edman降解法）。氨基酸的分类）——凭据R基团对20种卵白质氨基酸的分类及其三字符的缩写1．按R基的化学结构分为脂肪族、芳香族、杂环、杂环亚氨基酸四类。2．按R基的极性和在中性溶液的解离状态分为非极性氨基酸、极性不带电荷、极性带负电荷或带正电荷的四类。带有非极性R（烃基、甲硫基、吲哚环等，共9种）：甘（Gly）、丙（Ala）、缬（Val）、亮（Leu）、异亮（Ile）、苯丙（Phe）、甲硫（Met）、脯（Pro）、色（Trp）带有不可解离的极性R（羟基、巯基、酰胺基等，共6种）：丝（Ser）、苏（Thr）、天胺（Asn）、谷胺（Gln）、酪（Tyr）、半（Cys）带有可解离的极性R基（共5种）：天（Asp）、谷（Glu）、赖（Lys）、精（Arg）、组（His），前两个为酸性氨基酸，后三个是碱性氨基酸。卵白质分子中的胱氨酸是两个半胱氨酸脱氢后以二硫键结合而成，胶原卵白中的羟脯氨酸、羟赖氨酸，凝血酶原中的羧基谷氨酸是卵白质加工修饰而成。（三）卵白质的结构与功效1.肽（peptide）观点：由氨基酸通过肽键相连而成的化合物称为肽。2.肽的理化性质（与氨基酸相似）卵白质的分子结构卵白质的一级结构（primarystructure）（卵白质的共价结构有时也称卵白质的一级结构或称化学结构）卵白质的一级结构只指肽链中的氨基酸序列。卵白质的一级结构是由共价键形成的，如肽键和二硫键。而维持空间构象稳定的是非共价的次级键。如氢键、盐键、疏水键、范德华引力等。1953年，英国科学家F.Sanger首先测定了胰岛素（insulin）的一级结构，有51个氨基酸残基，由一条A链和一条B链组成，分子中共有3个二硫键，其中两个在A、B链之间，另一个在A链内。卵白质的一级结构测定或称序列阐发常用的要领是Edman降解和重组DNA法。Edman降解是经典的化学要领，比力庞大。首先要纯化一定量的待测卵白质，分别作分子量测定、氨基酸组身阐发、N-末端阐发、C-末端阐发；要应用差别的化学试剂或特异的卵白内切酶水解将卵白质裂解成巨细差别的肽段，测出它们的序列，比较差别水解制成的两套肽段，找出重叠片段，最后推断卵白质的完整序列。重组DNA法是基于分子克隆的分子生物学要领，比力简朴而高效，不必先纯化该种卵白质，而是先要得到编码该种卵白质的基因（DNA片段），测定DNA中核苷酸的序列，再按三个核苷酸编码一个氨基酸的原则推测卵白质的完整序列。这两种要领可以相互印证和增补。目前，国际互联网卵白质数据库已有3千多种一级结构清楚。卵白质一级结构是空间结构和特异生物学功效的底子。二、卵白质的二级结构（secondarystructure）卵白质的二级结构是指其分子中主链原子的局部空间排列，是主链构象（不包罗侧链R基团）。构象是分子中原子的空间排列，但这些原子的排列取决于它们绕键的旋转，构象差别于构型，一个卵白质的构象在不破坏共价键情况下是可以改变的。但是卵白质中任一氨基酸残基的实际构象自由度是非常有限的，在生理条件下，每种卵白质似乎是出现出称为天然构象的单一稳定形状。20世纪30年代末，L.Panling和R.B.Corey应用X射线衍射阐发测定了一些氨基酸和寡肽的晶体结构，得到了一组尺度键长和键角，提出了肽单位（peptideunit）的观点,还提出了两种主链原子的局部空间排列的分子模型（α-螺旋）和（β-折叠）。1．肽单位肽键及其两端的α-C共6个原子处于同一平面上，组成了肽单位（所在的平面称肽键平面）。肽键C—N键长为0.132nm，比相邻的单键（0.147nm）短，而较C=N双键（0.128nm）长，有部门双键的性质，不能自由旋转。肽键平面上各原子呈顺反异构干系，肽键平面上的O、H以及2个α-碳原子为反式构型（transconfiguration）。主链中的Cα—C和Cα—N单键可以旋转，其旋转角φ、ψ决定了两个相邻的肽键平面相对干系。由于肽键平面的相对旋转，使主链可以以非常多的构象出现。事实上，肽链在构象上受到很大限制，因为主链上有1/3不能自由旋转的肽键，另外主链上有许多侧链R的影响。卵白质的主链骨架由许多肽键平面连接而成。2.α-螺旋(α-helix)α-螺旋是肽键平面通过α-碳原子的相对旋转形成的一种紧密螺旋盘绕，是有周期的一种主链构象。其特点是：①螺旋每转一圈上升3.6个氨基酸残基，螺距约0.54nm（每个残基上升0.15nm，旋转100O）。②相邻的螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向险些与中心轴平行。典范α-螺旋一对氢键O与N之间共有13个原子（3.613），前后隔断3个残基。③螺旋的走向绝大部门是右手螺旋，残基侧链伸向外侧。R基团的巨细、荷电状态及形状均对α-螺旋的形成及稳定有影响。3.β-折叠(β-pleatedsheet)β-折叠是一种肽链相当伸展的周期性结构。①相邻肽键平面间折叠成110O角，呈锯齿状。②两个以上具β-折叠的肽链或同一肽链内差别肽段相互平行排列，形成β-折叠片层，其稳定因素是肽链间的氢键。③逆向平行的片层结构比顺向平行的稳定。α-螺旋和β-折叠是卵白质二级结构的主要形式。毛发中的α-角卵白和蚕丝中的丝心卵白是其典范，在许多球卵白中也存在，但所占比例不一样。胶原卵白中存在的螺旋结构差别于一般的α-螺旋，是由3条具有左手螺旋的链相互缠绕形成右手超螺旋分子。链间氢键以及螺旋和超螺旋的反向盘绕维持其稳定性。4．β-转角（β-turn）为了紧紧折叠成球卵白的紧密形状，多肽链180O回折成发夹或β-转角。其处由4个连续的氨基酸残基组成，常有Gly和Pro存在，稳定β-转角的作用力是第一个氨基酸残基羰基氧（O）与第四个氨基酸残基的氨基氢（H）之间形成的氢键。β-转角常见于连接反平行β-折叠片的端头。5．无规卷曲（randomcoil）多肽链的主链出现无确定纪律的卷曲。典范球卵白约莫一半多肽链是这样的构象。6．超二级结构和结构域超二级结构和结构域是卵白质二级至三级结构条理的一种过渡态构象。超二级结构指卵白质中两个或三个具有二级结构的肽段在空间上相互靠近，形成一特殊的组合体，又称为模体（motif）。通常有αα，ββ，βαβ等，例如钙结合卵白质中的螺旋-环-螺旋模序及锌指结构。结构域是球状卵白质的折叠单位，是在超二级结构底子上进一步绕曲折叠有奇特构象和部门生物学功效的结构。对付较小的卵白质分子或亚基，结构域和三级结构是一个意思，即这些卵白质是单结构域的；对付较大的卵白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上的相对独立的结构域缔合成三级结构。三、卵白质的三级结构（tertiarystructure）指一条多肽链中所有原子的整体排布，包罗主链和侧链。维系三级结构的作用力主要是次级键（疏水相互作用、静电力、氢键等）。在序列中相隔较远的氨基酸疏水侧链相互靠近，形成“窟窿”或“口袋”状结构，结合卵白质的辅基往往镶嵌其内，形乐成能活性部位，而亲水基团则在外，这也是球状卵白质易溶于水的原因。1963年Kendrew等从鲸肌红卵白的X射线衍射图谱测定它的三级结构（153个氨基酸残基和一个血红素辅基，相对分子质量为17800）。由A→H8段α-螺旋盘绕折叠成球状，氨基酸残基上的疏水侧链多数在分子内部形成一个袋形空穴，血红素居于其中，富有极性及电荷的则在分子外貌形结婚水的球状卵白。四、卵白质的四级结构(quaternarystructure)有些卵白质的分子量很大，由2条或2条以上具有独立三级结构的多肽链通过非共价键相互结合而成，称为卵白质的四级结构。组成四级结构的每条多肽链称为亚基(subunit)，亚基单独存在时一般没有生物学功效，组成四级结构的几个亚基可以相同或差别。如血红卵白(hemoglobin,Hb)是由两个α-亚基和两个β-亚基形成的四聚体（α2β2）。卵白质结构与功效的干系一、卵白质一级结构与功效的干系（一）一级结构是空间构象的底子（二）种属差别（三）分子病二、卵白质空间结构与功效的干系卵白质的空间结构是其生物活性的底子，空间结构变革，其功效也随之改变。肌红卵白（Mb）和血红卵白（Hb）是典范的例子。肌红卵白（Mb）和血红卵白（Hb）都能与氧进行可逆的结合，氧结合在血红素辅基上。然而Hb是四聚体分子，可以转运氧；Mb是单体，可以储存氧，并且可以使氧在肌肉内很容易地扩散。它们的氧合曲线差别，Mb为一条双曲线，Hb是一条S型曲线。在低p(O2)下，肌红卵白比血红卵白对氧亲和性高许多，p(O2)为2.8torr(1torr≈133.3Pa)时，肌红卵白处于半饱和状态。在高p(O2)下，如在肺部（约莫100torr）时，两者险些都被饱和。其差别形成一个有效的将氧从肺转运到肌肉的氧转运系统。Hb未与氧结适时，其亚基处于一种空间结构紧密的构象（紧张态，T型），与氧的亲和力小。只要有一个亚基与氧结合，就能使4个亚基间的盐键断裂，酿成松弛的构象（松弛态，R型）。T型和R型的相互转换对换治Hb运氧的功效有重要作用。一个亚基与其配体结合后能促进另一亚基与配体的结合是正协同效应，其理论解释是Hb是别构卵白，有别构效应。卵白质的理化性质卵白质的理化性质和氨基酸相似，有两性解离及等电点、紫外吸收和呈色反响。作为生物大分子，另有胶体性质、沉淀、变性和凝固等特点。要了解和阐发卵白质结构和功效的干系就要利用其特殊的理化性质，接纳盐析、透析、电泳、层析及离心等不损伤卵白质空间构象的物理要领分散纯化卵白质。卵白质的相对分子质量卵白质的相对分子质量在1万~100万，其颗粒平均直径约为4.3nm（胶粒范畴是1~100nm）。准确可靠的测定要领是超速离心法，卵白质的相对分子质量可用沉降系数（S）体现。二、卵白质的两性解离及等电点卵白质和氨基酸一样是两性电解质，在溶液中的荷电状态受pH值影响。当卵白质溶液处于某一pH时，卵白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为该卵白质的等电点。pH＞pI时，该卵白质颗粒带负电荷，反之则带正电荷。在人体体液中多数卵白质的等电点靠近pH5，所以在生理pH7.4情况下，多数卵白质解离成阴离子。少量卵白质，如鱼精卵白、组卵白的pI偏于碱性，称碱性卵白质，而胃卵白酶和丝卵白为酸性卵白。卵白质的紫外吸收卵白质含芳香族氨基酸，在280nm波优点有特征性吸收峰，用于定量测定。（主要是酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸中的R基团有苯环共轭双键系统）卵白质的变性及复性卵白质在某些理化因素的作用下，空间结构被破坏，导致理化性质改变，生物学活性丧失，称为卵白质的变性（denaturation）。卵白质变性的本质是多肽链从卷曲到伸展的历程，不涉及一级结构的改变（如加热破坏氢键，酸碱破坏盐键等）。变性作用不外于剧烈，是一种可逆反响，去除变性因素，有些卵白质原有的构象和功效可规复或部门规复，称为复性（denaturation）。卵白质变性的主要体现是失去生物学活性，如酶失去催化能力、血红卵白失去运输氧的功效、胰岛素失去调治血糖的生理功效等。变性卵白溶解度低落，易形成沉淀析出；易被卵白水解酶消化。卵白质变性具有重要的实际意义。卵白质的分散、纯化第二章核酸的化学DNA的分子结构一、DNA的一级结构(primarystucture)DNA的一级结构是指分子中脱氧核苷酸的排列顺序，常被简朴认为是碱基序列（basesequence）。碱基序有严格的偏向性和多样性。一般将5＇-磷酸端作为多核苷酸链的“头”，写在左侧，如pACUGA（5＇→3＇）。在DNA一级结构中，有一种回文结构的特殊序列，所谓回文结构即DNA互补链上一段反向重复顺序，正读和反读意义相同，经反折可形成“十字形”结构，在转录成RNA后可形成“发夹”样结构，有调控意义。→GCTAGTTCACTCTGAACAATT→←CGATCAAGTGAGACTTGTTAA←DNA分子很大，最小的病毒DNA约含5000b。1965年Holley用片段重叠法完成酵母tRNAala76nt序列测定；1977年Sanger利用双脱氧法（酶法）测定了φX174单链DNA5386b的全序列。1990年实施的人类基因组筹划（HGP），用15年，投资30亿美元，完成人类单倍体基因组DNA3×109bp全序列的测定。该筹划由美、英、日、法、德、中六国科学家互助，于2003年提前完成，生命科学进入后基因组时代，研究重点从测序转向对基因组功效的研究。二、DNA的二级结构——双螺旋(doublehelix)1953年，Watson和Crick凭据Wilkins和Franklin拍摄的DNAX-射线照片（DNA有0.34nm和3.4nm两个周期性变革）以及Chargaff等人对DNA的碱基组成的阐发（A=T，G=C，A+G=C+T），推测出DNA是由两条相互缠绕的链形成。Watson-Crick双螺旋结构模型如下图：1．两条反向平行的多核苷酸链形成右手螺旋。一条链为5＇→3＇，另一条为3＇→5＇。（某些病毒的DNA是单链分子ssDNA）2．碱基在双螺旋内侧，A与T，G与C配对，A与T形成两个氢键，G与C形成三个氢键。糖基-磷酸基骨架在外侧。外貌有一条大沟和一小沟。3．螺距为3.4nm，含10个碱基对（bp），相邻碱基对平面间的距离为0.34nm。螺旋直径为2nm。氢键维持双螺旋的横向稳定。碱基对平面险些垂直螺旋轴，碱基对平面间的疏水聚集力维持螺旋的纵向稳定。4．碱基在一条链上的排列顺序不受限制。遗传信息由碱基序所携带。5．DNA构象有多态性。Watson和Crick凭据Wilkins和Franklin拍摄的DNAX-射线照片是相对湿度92%的DNA钠盐所得的衍射图，因此Watson-Crick双螺旋结构称B-DNA。细胞内的DNA与它非常相似。另外另有A-DNA、C-DNA、D-DNA。1979年Rich发明Z-DNA（左手螺旋、螺距4.5nm、直径1.8nm）三、DNA的三级结构DNA双螺旋进一步盘曲所形成的空间构象称DNA的三级结构。某些病毒、细菌、真核生物线粒体和叶绿体的DNA是环形双螺旋，再次螺旋化形成超螺旋；在真核生物细胞核内的DNA是很长的线形双螺旋，通过组装形成非常致密的超等结构。1．环形DNA可形成超螺旋当将线性过旋或欠旋的双螺旋DNA连接形成一个环时，都市自动形成分外的超螺旋来抵消过旋或欠旋造成的应力，目的是维持B构象。过旋DNA会自动形成分外的左手螺旋（正超螺旋），而欠旋形成分外的右手螺旋（负超螺旋）。一段双螺旋圈数为10的B-DNA连接成环形时，不产生进一步扭曲，称松弛环形DNA（双螺旋的圈数=链绕数，即T=L，超螺旋数W=0；L=T+W），但将这一线形DNA的螺旋先拧松一圈再连接成环时，解链环形DNA存在的扭曲张力，可导致双链环向右手偏向扭曲形成负超螺旋（T＝10，L=9，W=-1）。在生物体内，绝大多数超螺旋DNA以负超螺旋的形式存在，也就是说，一旦超螺旋解开，则会形成解链环形DNA，有利于DNA复制或转录。螺旋具有相同的结构，但L值差别的分子称为拓扑异构体。DNA拓扑异构酶切断一条链或两条链，拓扑异构体可以相互转变。W的正体现双链闭环的螺旋圈在增加，W的负体现淘汰。L和T的正负体现螺旋偏向，右手为正，左手螺旋为负；L值肯定是整数。2．真核细胞染色体真核细胞DNA是线形分子，与组卵白结合，其两端牢固也形成超螺旋结构。DNA被紧密地包装成染色体来自三个水平的折叠：核小体、30nm纤丝和放射环。核小体是染色体的根本结构单位，是DNA包装的第一步，它由DNA结合到组卵白上形成复合物，在电镜下显示为成串的“念珠”状。组卵白是富含精氨酸和赖氨酸的碱性卵白质，其氨基酸序列在进化中是高度守旧的。组卵白有5种，H2A、H2B、H3和H4各两分子组成的八聚体是核小体焦点颗粒，DNA缠绕其上，相邻核小体间的DNA称为连接DNA且结合H1。200bpDNA的长度约为68nm，被压缩在10nm的核小体中。压缩比约为7。30nm纤丝是第二级压缩，每圈含6个核小体，压缩比是6。30nm螺旋管再缠绕成超螺旋圆筒，压缩比是40。再进一步形成染色单体，总压缩近一万倍。典范人体细胞的DNA理论长度应是180cm，被包装在46个5μm的染色体中。RNA的分子结构RNA通常以单链形式存在，比DNA分子小得多，由数十个至数千个核苷酸组成。RNA链可以回折且通过A与U，G与C配对形成局部的双螺旋，不能配对的碱基则形成环状突起，这种短的双螺旋区和环称为发夹结构一、转运RNA（transferRNA，tRNA）1．分子量最小的RNA，约占总RNA的15%。主要功效是在卵白质生物合成历程中，起着转运氨基酸的作用。2．1965年Holley等测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构，并提出二级结构模型。一级结构特点：核苷酸残基数在73~95；含有较多的稀有碱基（如mG、DHU等）；5＇-末端多为pG，3＇-末端都是-CCA。3．tRNA的二级结构为“三叶草”形，包罗4个螺旋区、3个环及一个附加叉。各部门的结构都和它的功效有关。5＇端1~7位与近3＇端67~72位形成的双螺旋区称氨基酸臂，似“叶柄”，3＇端有配合的-CCA-OH结构，用于连接该RNA转运的氨基酸。3个环是二氢尿嘧啶环（D环）、反密码子环、TΨC环。4．1973~1975年S.H.Kim的X射线衍射阐发表明，tRNA的三级结构呈倒L字母形，反密码环和氨基酸臂分别位于倒L的两端。二、信使RNA（messengerRNA，mRNA）1．细胞内含量较少的一类RNA，约占总RNA的3%。其功效是将核内DNA的碱基顺序（遗传信息）按碱基互补原则转录至核糖体，指导卵白质的合成。2．种类多，作为差别卵白质合成的模板，其一级结构差别很大。真核细胞的mRNA有差别于原核细胞的特点：3＇-末端有多聚A（polyA）尾，5＇-末端加有一个“帽”式结构,（m7Gppp）。3．代谢活泼，寿命较短。三、核糖体RNA（ribosomalRNA，rRNA）1．约占细胞总RNA的80%。主要功效是与多种卵白质组成核糖体，是卵白质合成的场合。2．核糖体在结构上可分散为巨细两个亚基。原核细胞的rRNA有3种，23S与5SrRNA在大亚基，16S在小亚基。真核细胞有4种rRNA，其中大亚基含28S、5.8S、5S，小亚基只有18S。3.种种rRNA的一级结构中的核苷酸残基数及其顺序都不相同，且有特定的二级结构。核酸的性质一、一般理化性质1．DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。2．具有大分子的一般特性。分子巨细可用Da、b或bp、S、链长（μm）体现。一个bp相当的核苷酸平均分子量为660Da；1μm长的DNA双螺旋相当3000bp或2×106Da。3．两性电解质。种种核酸的巨细及所带的电荷差别，可用电泳和离子互换法分散。RNA在室温下易被稀碱水解，DNA较稳定，此特性用来测定RNA的碱基组成和纯化DNA。4．紫外吸收，最大吸收峰在260nm处，核酸的变性或降解，吸光度A升高，称为增色效应。核酸的分散纯化第三章酶酶的观点和作用一、酶的观点酶是由活细胞合成的，对其特异底物起高效催化作用的生物催化剂（biocatalyst）。已发明的有两类：主要的一类是卵白质酶（enzyme），生物体内已发明4000多种，数百种酶得到结晶。美国科学家Cech于1981年在研究原生动物四膜虫的RNA前体加工成熟时发明核酶“ribozyme”，为数不多，主要做用于核酸（1989年的诺贝尔化学奖）。二、酶的作用特点酶所催化的反响称为酶促反响。在酶促反响中被催化的物质称为底物，反响的生成物称为产物。酶所具有的催化能力称为酶活性。酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的共性，如在反响前后酶的质和量稳定；只催化热力学允许的化学反响，即自由能由高向低转变的化学反响；不改变反响的平衡点。但是，酶是生物大分子，又具有与一般催化剂差别的特点。1．极高的催化效率酶的催化效率通常比非催化反响高108～1020倍，比一般催化剂高107～1013倍。例如，脲酶催化尿素的水解速度是H+催化作用的7×1012倍；碳酸酐酶每一酶分子每秒催化6×105CO2与水结合成H2CO3，比非酶促反响快107倍。2．高度的特异性酶对催化的底物有高度的选择性，即一种酶只作用一种或一类化合物，催化一定的化学反响，并生成一定的产物，这种特性称为酶的特异性或专一性。有结构专一性和立体异构专一性两种类型。结构专一性又分绝对专一性和相对专一性。前者只催化一种底物，进行一种化学反响。如脲酶仅催化尿素水解。后者可作用一类化合物或一种化学键。如酯酶可水解种种有机酸和醇形成的酯。在动物消化道中几种卵白酶专一性差别，胰卵白酶只水解Arg或Lys羧基形成的肽键；胰凝乳卵白酶水解芳香氨基酸及其它疏水氨基酸羧基形成的肽键。立体异构专一性指酶对底物立体构型的要求。例如乳酸脱氢酶催化L-乳酸脱氢为丙酮酸，对D-乳酸无作用；L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，对D-氨基酸无作用。3．酶活性的可调治性酶促反响受多种因素的调控，通过改变酶的合成和降解速度可调治酶的含量；酶在胞液和亚细胞的断绝漫衍组成酶的区域化调治；代谢物浓度或产物浓度的变革可以抑制或激活酶的活性；激素和神经系统的信息，可通过对要害酶的变构调治和共价修饰来影响整个酶促反响速度。所以酶是催化剂又是代谢调治元件，酶水平的调治是代谢调控的根本方法。4．酶的不稳定性酶主要是卵白质，凡能使卵白质变性的理化因素均可影响酶活性，甚至使酶完全失活。酶催化作用一般需要比力温和的条件（37℃三、酶的国际分类与命名（一）酶的分类凭据国际酶学委员会（InternationalEnzymeCommission，IEC）的划定，凭据酶促反响的性质，分为六大类：1．氧化还原酶（oxidoreductases）催化底物进行氧化还原反响。如乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等。2．转移酶（transferases）催化底物之间某些基团的转移或互换。如甲基转移酶、氨基转移酶、磷酸化酶等。3．水解酶（hydrolases）催化底物产生水解反响。如淀粉酶、卵白酶、核酸酶、脂肪酶等。4．裂解酶（lyases）催化底物裂解或移去基团（形成双键的反响或其逆反响）。如碳酸酐酶、醛缩酶、柠檬酸合成酶等。5．异构酶(isomerases)催化种种同分异构体之间相互转化。如磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。6．合成酶(ligases)催化两分子底物合成一分子化合物，同时偶联有ATP的剖析释能。如谷氨酰胺合成酶、氨基酸-RNA连接酶等。（二）酶的命名1961年，国际酶学委员会(IEC)主要凭据酶催化反响的类型,把酶分为6大类，制定了系统命名法。划定每一酶只有一个系统名称，它标明酶的所有底物与催化反响性质，底物名称之间以“：”离开，同时另有一个由4个数字组成的系统编号。如谷丙转氨酶的系统名称是丙氨酸：α-酮戊二酸氨基转移酶（酶表中的统一编号是EC2.6.1.2）。乳酸脱氢酶的编号是EC1.1.1.27。酶的作用机制1酶的活性中心酶的活性部位酶的活性部位（activesite）是它结合底物和将底物转化为产物的区域，又称活性中心。它是由在线性多肽链中可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维小区（为裂缝或为凹陷）。酶活性部位的基团属必须基团，有二种：一是结合基团，其作用是与底物结合，生成酶-底物复合物；二是催化基团，其作用是影响底物分子中某些化学键的稳定性，催化底物产生化学反响并促进底物转酿成产物，也有的必须基团同时有这两种功效。另有一些化学基团位于酶的活性中心以外的部位，为维持酶活性中心的构象所必须，称为酶活性中心以外的必须基团。组成酶活性中心的常见基团有组氨酸的咪唑基、丝氨酸的羟基、半胱氨酸的巯基等。如丝氨酸卵白酶家属的胰卵白酶、胰凝乳卵白酶和弹性卵白酶，都催化卵白质的肽键使之水解，但底物的专一性由它们的底物-结合部位中氨基酸基团的性质所决定，与其作用的底物互补。像胰卵白酶，在它的底物-结合部位有带负电荷的Asp残基，可与底物侧链上带正电荷的Lys和Arg相互作用，切断其羧基侧；胰凝乳卵白酶在它的底物-结合部位有带小侧链的氨基酸残基，如Gly和Ser，使底物庞大的芳香的和疏水氨基酸残基得以进入，切断其羧基側；弹性卵白酶有相对大的Val和Thr不带电荷的氨基酸側链，凸出在它的底物-结合部位，阻止了除Ala和Gly小側链以外的所有其他氨基酸。2酶的专一性和高效性机制影响酶促反响速度的主要因素底物浓度、酶浓度、温度、pH、激活剂、抑制剂二、酶浓度对反响速度的影响当研究某一因素对酶促反响速度的影响时，体系中的其他因素保持稳定，而只变更所要研究的因素。当底物浓度远大于酶浓度时，酶促反响速度与酶浓度的变革成正比。三、底物浓度对酶反响速度的影响（一）米-曼氏方程式1913年，Michaelis和Menten凭据中间产物学说进行数学推导，得出V与[S]的数学方程式，即米-曼氏方程式。1925年Briggs和Haldane提出稳态理论，对米氏方程做了一项重要的修正。底物浓度对酶促反响速度的影响呈双曲线。当底物浓度较低时，V与[S]呈正比干系（一级反响）；随着[S]的增高，V的增加逐步减慢（混淆级反响）；增到一定水平，V不再增加而是趋于稳定（零级反响）。当[S]＜＜Km时，v=Vmax[S]/Km，反响速度与底物浓度成正比；当[S]＞＞Km时，v≌Vmax，反响速度到达最大速度，再增加[S]也不影响V。（二）Km的意义1．当V/v=2时,Km=[S],Km是反响速率v即是最大速率V一半时的底物浓度，单位为摩尔/升（mol/L）。2．Km=K2+K3/K1，当K2＞＞K3时，Km值可用来体现酶对底物的亲和力。Km值越小，酶与底物的亲和力越大；反之，则越小。3．Km是酶的特征性常数，它只与酶的结构和酶所催化的底物有关，与酶浓度无关。Km和Vmax可用图解法凭据实验数据测出。通过测定在差别底物浓度下的Vo，再用1/Vo对1/[S]的双倒数作图，又称Lineweaver-BurK作图法，即取米氏方程式倒数形式。四、pH对反响速度的影响每一种酶只能在一定限度的pH范畴内才体现活力，酶体现最大活力时的pH称为酶的最适pH。最适pH的微小偏离可使酶活性部位的基团离子化产生变革而低落酶的活性，较大偏离时，维护酶三维结构的许多非共价键受到滋扰，导致酶卵白的变性。酶的最适pH不是牢固的常数，受酶的纯度、底物的种类和浓度、缓冲液的种类和浓度等的影响。一般酶的最适pH在4~8之间，植物和微生物体内的酶最适pH多在4.5~6.5,而动物体内的最适pH多在6.5~8，多在6.8左右。但也有例外，如胃卵白酶最适pH为1.9，胰卵白酶的最适pH为8.1,肝精氨酸酶的最适pH为9.0。Vo对pH的干系图形是钟形曲线。五、温度对反响速度的影响温度对Vo干系的图形是一条曲线，它可清楚地体现出最适温度。多数哺乳动物的酶最适温度在37℃左右，植物体内酶的最适温度在50~60℃。也有些微生物的酶适应在高温或低温下事情。温度从两方面影响酶促反响速率，是升高温度提高六、激活剂对反响速度的影响凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂（activator）。必须激活剂常是金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+等,Mg2+是多种激酶和合成酶的必须激活剂；非必须激活剂是有机化合物和Cl-等，如胆汁酸盐是胰脂肪酶，Cl-是唾液淀粉酶的非必须激活剂。七、抑制剂对反响速度的影响使酶活性下降而不导致酶变性的物质称为酶的抑制剂。抑制剂作用有可逆和不可逆抑制两类。以可逆抑制最为重要。（一）不可逆抑制作用这类抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必须基团相结合，使酶失活，一般不能用透析、超滤等物理要领去除。这类抑制作用可用某些药物解毒，使酶规复生性。如农药敌百虫、敌敌畏、1059等有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合，使酶失活，导致乙酰胆碱不能水解而积蓄。迷走神经兴奋出现中毒状态。解磷定（PAM）可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用，显然这类解毒药物和有机磷农药结合的强度大于和酶结合。重金属盐引起的巯基酶中毒，可用络合剂或参加其他过量的巯基化合物，如二巯基丙醇（BAL）来解毒。（二）可逆抑制作用这类抑制剂通常以非共价键与酶可逆性结合，使酶活性低落或失活，接纳透析、超滤的要领可去除抑制剂，规复酶活性。可逆抑制有竞争、非竞争、反竞争3种类型，以竞争性抑制研究的最多。三种作用的配合点是因Km和Vmax值的变革导致酶促反响初速度下降。竞争性抑制剂的结构与底物类似，且在酶的同一部位（活性中心）和酶结合，仅在加大底物浓度时才逐渐抵消，显然Km值要增加，Vmax稳定。非竞争性抑制剂不直接影响酶与底物的结合，酶同时和二者结合生成的中间产物是三元复合物，也无正常产物生成，所以Km稳定，而Vmax减小。反竞争抑制剂促进酶与底物的结合，形成的三元复合物也不能形成正常产物，所以Km变小，Vmax也变小。药物是酶的抑制剂。竞争性抑制原理应用典范是磺胺药的研制。磺胺药和细菌合成叶酸所需的对氨基苯甲酸仅一个碳原子之别（酿成了S），使细菌的叶酸不能正常合成，导致细菌的核苷酸合成受阻而死亡。而人以摄入叶酸为主，故磺胺药对人的核酸合成无影响。别构酶变构酶(allostericenzyme)变构酶又称别构酶，是一类调治代谢反响的酶。一般是寡聚酶，酶分子有与底物结合的活性部位和与变构剂非共价结合的调治部位，具有变构效应。引起变构效应的物质称为变构效应剂。低落酶活性的称变构抑制剂或负效应物；反之，称为变构激活剂或正效应物。变构酶与血红卵白一样，存在着协同效应。共价修饰酶同工酶同工酶（isozymes）具有差别的分子形式但却催化相同的化学反响的一组酶称为同工酶。1959年发明的第一个同工酶是乳酸脱氢酶（LDH），它在NADH存在下，催化丙酮酸的可逆转化生成乳酸。它是一个寡聚酶，由两种差别类型的亚基组成5种分子形式：H4、H3M、H2M2、HM3、M4，它们的分子结构、理化性质和电泳行为差别，但催化同一反响，因为它们的活性部位在结构上相同或非常相似。M亚基主要存在骨骼肌和肝脏，而H亚基主要在心肌。心肌梗死的情况可通过血液LDH同工酶的类型的检测确定。酶的分散与提纯除了接纳分散纯化卵白质的一般要领，如盐析、有机溶剂沉淀、吸附、凝胶过滤、超离心法外，还要注意防备强酸、强碱、高温和剧烈搅拌等，以制止酶活力的损失。胞内酶和胞外酶的提取在处置惩罚要领上有所差别。胞内酶需要先用捣碎、砂磨、冻融、或自溶等要领将细胞破坏，然后再用适当的分散纯化技能提出。维生素和辅酶p186第五章糖代谢一生物体内的糖类二单糖的剖析作用1.糖酵解（一）观点和部位糖酵解(glycolysis)是无氧条件下，葡萄糖降解成丙酮酸并有ATP生成的历程。它是生物细胞普遍存在的代谢途径，涉及十个酶催化反响，均在胞液。（二）反响历程和要害酶1.己糖激酶（hexokinase）催化葡萄糖生成G-6-P，消耗一分子ATP。己糖激酶（HK）漫衍较广，而葡萄糖激酶（GK）只存在于肝脏，这是第一个要害酶催化的耗能的限速反响。若从糖原开始，由磷酸化酶和脱支酶催化生成G-1-P，再经变位酶转成G-6-P。2.G-6-P异构酶催化G-6-P转化为F-6-P。3.磷酸果糖激酶（PFK-Ⅰ）催化F-6-P磷酸化生成F-1，6-DP，消耗一分子ATP。这是第二个要害酶催化的最主要的耗能的限速反响。4.醛缩酶裂解F-1，6-DP为磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸。平衡有利于逆反响偏向，但在生理条件下甘油醛-3-磷酸不停转化成丙酮酸，驱动反响向裂解偏向进行。5.丙糖磷酸异构酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮的相互转换。6.甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化甘油醛-3-磷酸氧化为1，3-二磷酸甘油酸。这是酵解中唯一的一步氧化反响，是由一个酶催化的脱氢和磷酸化两个相关反响。反响中一分子NAD+被还原成NADH，同时在1，3-二磷酸甘油酸中形成一个高能酸酐键，为在下一步酵解反响中使ADP酿成ATP。7.磷酸甘油酸激酶催化1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸。反响（6）和反响（7）联互助用，将一个醛氧化为一个羧酸的反响与ADP磷酸化生成ATP偶联。这种通过一高能化合物将磷酰基转移ADP形成ATP的历程称为底物水平磷酸化。底物水平磷酸化不需氧，是酵解中形成ATP的机制。8.磷酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸转化为2-磷酸甘油酸9.烯醇化酶催化2-磷酸甘油酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（PFP）。PFP具有很高的磷酰基转移潜能，其磷酰基是以一种不稳定的烯醇式互变异构形式存在的。10.丙酮酸激酶催化PFP生成丙酮酸和ATP。这是第三个要害酶催化的限速反响。也是第二次底物水平磷酸化反响。丙酮酸是酵解中第一个不再被磷酸化的化合物。其去路：在大多数情况下，可通过氧化脱羧形成乙酰辅酶A进入柠檬酸循环；在某些情况条件（如肌肉剧烈收缩），乳酸脱氢酶可逆地将丙酮酸还原为乳酸；在酵母，厌氧条件下经丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶催化，丙酮酸转化成乙醇（酒精发酵）。葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+→2乳酸+2ATP+2H2O葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O（三）糖酵解能量的估算和生理意义在体外，1mol葡萄糖→2mol乳酸，ΔGO＇=－196kJ/mol1mol糖原→2mol乳酸，ΔGO＇=－183kJ/mol在机体内，生成2molATP相当捕捉2×30.514=61.028kJ/mol葡萄糖酵解获能效率=2×30.514/196×100%=31%糖原酵解获能效率=3×30.514/196×100%=49.7%糖酵解是生物界普遍存在的供能途径，其生理意义是为机体在无氧或缺氧条件下（应激状态）提供能量满足生理需要。例如，剧烈运动时，肌肉内ATP大量消耗，糖酵解加快可迅速得到ATP；成熟的红细胞没有线粒体，完全靠糖酵解供能；神经细胞、白细胞、骨髓、视网膜细胞代谢极为活泼，不缺氧时亦由糖酵解提供部门能量。（四）糖酵解的调控糖酵解三个主要调控部位，分别是己糖激酶、果糖磷酸激酶（PFK）和丙酮酸激酶催化的反响。HK被G-6-P变构抑制，这种抑制导致G-6-P的积聚，酵解作用削弱。但G-6-P可转化为糖原及戊糖磷酸，因此HK不是最要害的限速酶。PFK被ATP变构抑制，但这种抑制作用被AMP逆转，这使糖酵解对细胞能量需要得以应答。当ATP供给短缺（和AMP富足）时，加快速度，生成更多的ATP，ATP足够时就减慢速度。柠檬酸可增加ATP对酶的抑制作用；F-2，6-DP可消除ATP对酶的抑制效应，使酶活化。PFK被H+抑制，可防备肌乳酸过量导致的血液酸中毒。丙酮酸激酶被F-1，6-DP活化，加快酵解。ATP、丙氨酸变构抑制此酶。三、糖的有氧剖析三羧酸循环（一）观点和部位葡萄糖的有氧剖析是从葡萄糖到丙酮酸经三羧酸循环（TCA），彻底氧化生成CO2、H2O和释放大量能量的历程。是在细胞的胞液和线粒体两个部位进行的。（二）反响历程和要害酶整个历程可分为三个阶段：第一阶段是葡萄糖剖析为丙酮酸，在胞液进行。与酵解反响历程所差别的是3-磷酸甘油醛脱氢生成的NADH进入线粒体氧化。第二阶段是丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA。丙酮酸脱氢酶系是由3种酶和5种帮助因子组成的多酶复合体，是要害酶。整个历程中无游离的中间产物，是个不可逆的连续历程。第三阶段是柠檬酸循环（又称三羧酸循环或Krebs循环，1937年提出，1953年获诺贝尔奖）。此循环有8步酶促反响：1.柠檬酸合成酶催化乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸和CoASH。是第一个要害酶催化的限速反响。2.顺乌头酸酶催化柠檬酸异组成异柠檬酸。3.异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的催化下生成草酰琥珀酸，再脱羧生成α-酮戊二酸。此步是第一次氧化脱羧，异柠檬酸脱氢酶是第二个要害酶。4.α-酮戊二酸由α-酮戊二酸脱氢酶系催化氧化脱羧生成琥珀酰CoA。此酶系由3种酶和5种帮助因子组成，是第三个要害酶催化的第二次氧化脱羧。5.琥珀酰CoA在琥珀酰硫激酶催化下生成琥珀酸。这是循环中惟一的一次底物水平磷酸化，GDP磷酸化形成GTP。6.琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下氧化为延胡索酸。这是第三步脱氢，生成FADH2。7.延胡索酸在延胡索酸酶作用下水化形成苹果酸。8.苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下氧化为草酰乙酸。这是第四步脱氢，生成NADH+H+一次三羧酸循环历程，可归结为一次底物水平磷酸化，二次脱羧，三个要害酶促反响，四步脱氢氧化反响。每循环一次产生12分子ATP，总反响：乙酰CoA+2H2O+3NAD++FAD+ADP+Pi→2CO2+3NADH+3H++FADH2+CoASH+ATP（三）能量的估算和生理意义在体外，1mol葡萄糖→CO2+H2O，ΔGO＇=－2840kJ/mol。体内总反响：葡萄糖+6O2+36/38ADP+36/38Pi→6CO2+42/44H2O+36/38ATP第一阶段生成6或8分子ATP，即1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸、2分子ATP、2分子NADH+H+（1分子NADH+H+在胞液转运到线粒体氧化，经差别的转运方法，可生成2或3分子ATP）。第二阶段是6ATP，即2分子丙酮酸氧化脱羧生成2分子乙酰CoA与2分子NADH+H+，后者经电子通报链生成6ATP。第三阶段是24ATP，即2分子乙酰CoA经三羧酸循环生成2×12=24ATP。葡萄糖有氧氧化的获能效率=38×30.5/2840×100%=40%糖的有氧氧化生理意义：①为机体提供更多的能量，是机体利用糖和其他物质氧化而得到能量的最有效方法。②三羧酸循环是糖、脂、卵白质三大营养物质最终代谢通路和转化的枢纽。糖转酿成脂是最重要的例子。③三羧酸循环在提供某些物质生物合成的前体中起重要作用。（四）三羧酸循环的调控三羧酸循环在细胞代谢中占据中心位置，受到严密的调控。丙酮酸脱氢酶复合物催化的反响是进入三羧酸循环的必经之路，可通过变构效应和共价修饰两种方法进行快速调治，乙酰CoA及NADH+H+对酶有反馈抑制作用。三羧酸循环中3个不可逆反响是调治部位。要害酶的活性受ATP、柠檬酸、NADH的反馈抑制；异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶是主要的调治点，ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构激活剂。四、乙醛酸循环在植物和某些微生物存在异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，勾通了三羧酸循环支路。该途径可以利用乙酰CoA生成用于糖异生和其它生物合成途径中的四碳中间产物。有些微生物具有乙酰CoA合成酶，能利用乙酸作为惟一碳源制作自己的机体。乙酸在辅酶A、ATP及该酶的到场下活化成乙酰CoA，而进入乙醛酸循环。油料种子萌发时脂转化为糖就是通过该途径进行的。五、戊糖磷酸途径（一）观点和部位葡萄糖经G-6-P生成磷酸戊糖、NADPH及CO2的历程。因从G-6-P开始，又称己糖磷酸支路（HMS）。在胞液中进行。实验证明碘乙酸能抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶，使酵解和有氧氧化途径均停止，但糖的剖析仍可进行，在肝脏、脂肪、乳腺、肾上腺皮质和骨髓等组织，该途径是活泼的。（二）反响历程1.氧化阶段从G-6-P开始，经过脱氢、脱羧反响生成5-磷酸核酮糖、2分子NADPH+H+及1分子CO2。G-6-P脱氢酶的活性决定G-6-P进入代谢途径的流量，为限速酶。NADPH/NADP+比例升高。反响受抑制；反之，被激活。2.非氧化阶段磷酸戊糖分子经过异构化互变，3种戊糖（5-磷酸核酮糖、5-磷酸核糖、5-磷酸木酮糖）由转酮酶和转醛酶催化，产生3C、4C、5C、6C、7C糖的中间产物，最终生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，与糖酵解相连接。总反响式：6G-6-P+12NADP++7H2O→5G-6-P+12NADPH+12H++6CO2+Pi（三）生理意义虽非生物体氧化供能的主要方法，确有两个重要的功效。一是提供NADPH用于需要还原力的生物合成反响。二是提供5-磷酸核糖，用于核苷酸和核酸的生物合成。糖异生作用（一）观点和部位非糖物质(如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的历程称为糖异生作用。这是体内单糖生物合成的惟一途径。肝脏是糖异生的主要器官，恒久饥饿时，肾脏的糖异生作用增强。糖异生中许多反响是糖酵解的逆向历程，在胞液和线粒体内产生。（二）反响历程糖异生并非是糖酵解的逆转，己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化的三个高放能反响不可逆，组成“能障”，需要消耗能量走另外途径，或由其它的酶催化来克服不可逆反响带来的“能障”。1.丙酮酸羧化支路：丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧基化生成草酰乙酸，再经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化脱羧基和磷酸化形成磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸羧化酶仅存在线粒体中，胞液中的丙酮酸必须进入线粒体，才气羧化为草酰乙酸，此步消耗1分子ATP，草酰乙酸不能直接透过线粒体膜，转化成苹果酸或天冬氨酸才转运回胞液。PEP羧激酶在线粒体和胞液都有，此步消耗1分子GTP。PEP经一系列酶催化生成F-1，6-BP，其反响需用1分子ATP和1分子NADH。2.果糖二磷酸酶催化F-1，6-BP水解为F-6-P。3.G-6-P酶催化G-6-P水解为葡萄糖。总反响式：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++6H2O→葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+糖异生即是用了4分子ATP克服由2分子丙酮酸形成2分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障，用了2分子ATP进行磷酸甘油激酶催化反响的可逆反响。这比酵解净生成的ATP多用了4分子ATP。（三）糖异生的调控和生理意义糖异生的前体，例如乳酸是由乳酸脱氢酶催化转化为丙酮酸进入糖异生途径的，甘油先转酿成α-磷酸甘油再转化成磷酸二羟丙酮进入。ATP/AMP的变革是影响糖异生要害酶活性的重要因素。当AMP的水平高时，表明要合成更多的ATP，AMP引发PFK，增加糖酵解的速率和抑制果糖1，6-二磷酸酶，封闭糖异生作用；反之，当ATP和柠檬酸水平高时，PFK受抑制，低落酵解的速率，以及柠檬酸引发果糖1，6-二磷酸酶，增加糖异生的速率。糖异生的意义：1.增补血糖，可保持其浓度的相对恒定。在饥饿或剧烈运动时对保持血糖水平是重要的，在脑和红细胞，险些完全依靠血糖作为能量的来源。2.接纳乳酸能量，防备乳酸中毒。剧烈运动时，肌糖原酵解产生大量乳酸，部门由尿排出，但大部门经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原和葡萄糖，以增补血糖，再被肌肉利用，形成乳酸循环。所以糖异生途径对乳酸的再利用、肝糖原的更新、增补肌肉消耗的糖及防备乳酸中毒都有一定的意义。生物氧化生物氧化的观点、1.观点：有机物质在生物体细胞内氧化剖析产生二氧化碳、水，并释放出大量能量的历程称为生物氧化（biologicaloxidation）。又称细胞呼吸或组织呼吸。呼吸链的组成组成呼吸链的身分已发明20余种，分为5大类。1．辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ辅酶Ⅰ（NAD+或CoⅠ）为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。辅酶Ⅱ（NADP+或CoⅡ）为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它们是不需氧脱氢酶的辅酶，分子中的烟酰胺部门，即维生素PP能可逆地加氢还原或脱氢氧化，是递氢体。以NAD+作为辅酶的脱氢酶占多数。2．黄素酶黄素酶的种类许多，辅基有2种，即FMN和FAD。FMN是NADH脱氢酶的辅基，FAD是琥珀酸脱氢酶的辅基，都是以核黄素为中心组成的，其异咯嗪环上的第1位及第5位两个氮原子能可逆地进行加氢和脱氢反响，为递氢体。3.铁硫卵白分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫，因而常简写为FeS形式。在线粒体内膜上，常与其他递氢体或递电子体组成复合物，复合物中的铁硫卵白是通报电子的反响中心，亦称铁硫中心，与卵白质的结合是通过Fe与4个半胱氨酸的S相连接。4.泛醌（又名辅酶Q）一类遍及漫衍于生物界的脂溶性醌类化合物。分子中的苯醌为担当和通报氢的焦点，其C-6上带有异戊二烯为单位组成的侧链，在哺乳动物，这个长链为10个单位，故常以Q10体现。5.细胞色素类细胞色素（cytochrome,Cyt）是一类以铁卟啉为辅基的结合卵白质，存在于生物细胞内，因有颜色而得名。已发明的有30多种，按吸收光谱分a、b、c三类，每类又有许多多少种。Cyta和a3结合紧，迄今尚未离开，故写成aa3，位于呼吸链的终末部位，其辅基为血红素A，通报电子的机制是以辅基中铁价的变革Fe3+→Fe2+，a3还含有铜离子，把电子直接交给分子氧Cu+→Cu2+，所以a3又称细胞色素氧化酶。a3中的铁原子可以与氧结合，也可以与氰化物离子（CN—）、CO等结合，这种结合一旦产生，a3便失去使氧还原的能力，电子通报中止，呼吸链阻断，导致机体不能利用氧而窒息死亡。2．电子通报的抑制剂(三)氧化磷酸化1．氧化磷酸化的类型2．氧化磷酸化的机制3．线粒体穿梭系统氧化磷酸化的类型1.观点：氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）是指在生物氧化中陪同着ATP生成的作用。有代谢物连接的磷酸化和呼吸链连接的磷酸化两种类型。即ATP生成方法有两种。一种是代谢物脱氢后，分子内部能量重新漫衍，使无机磷酸酯化先形成一个高能中间代谢物，促使ADP酿成ATP。这称为底物水平磷酸化。如3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸，再降解为3-磷酸甘油酸。另一种是在呼吸链电子通报历程中偶联ATP的生成。生物体内95%的ATP来自这种方法。2．氧化磷酸化的机制三、氧化磷酸化偶联机制（一）化学渗透假说（chemiosmotichypothesis）1961年，英国粹者PeterMitchell提出化学渗透假说（1978年获诺贝尔化学奖），说明了电子通报释出的能量用于形成一种跨线粒体内膜的质子梯度（H+梯度），这种梯度驱动ATP的合成。这一历程归纳综合如下：1.NADH的氧化，其电子沿呼吸链的通报，造成H+被3个H+泵，即NADH脱氢酶、细胞色素bc1复合体和细胞色素氧化酶从线粒体基质跨过内膜泵入膜间隙。2.H+泵出，在膜间隙产生一高的H+浓度，这不但使膜外侧的pH较内侧低（形成pH梯度），并且使原有的外正内负的跨膜电位增高，由此形成的电化学质子梯度成为质子动力，是H+的化学梯度和膜电势的总和。3.H+通过ATP合酶流回到线粒体基质，质子动力驱动ATP合酶合成ATP。（二）ATP合酶ATP合酶由两部门组成（Fo-F1），球状的头部F1突向基质液，水溶性。亚单位Fo埋在内膜的底部，是疏水性卵白，组成H+通道。在生理条件下，H+只能从膜外侧流向基质，通道的开关受柄部某种卵白质的调治。四、影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂能阻断呼吸链某一部位电子通报的物质称为呼吸链抑制剂。鱼藤酮、安密妥在NADH脱氢酶处抑制电子通报，阻断NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能进行。抗霉素A抑制电子在细胞色素bc1复合体处的通报。氰化物、CO、叠氮化物（N3-）抑制细胞色素氧化酶。对电子通报及ADP磷酸化均有抑制作用的物质称氧化磷酸化抑制剂，如寡霉素。（二）解偶联剂2，4-二硝基苯酚（DNP）和颉氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶联历程，使电子通报照常进行而不生成ATP。DNP的作用机制是作为H+的载体将其运回线粒体内部，破坏质子梯度的形成。由电子通报产生的能量以热被释出。（三）ADP的调治作用正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的调治，只有ADP被磷酸化形成ATP，电子才通过呼吸链流向氧。如果提供ADP，随着ADP的浓度下降，电子通报进行，ATP在合成，但电子通报随ADP浓度的下降而减缓。此历程称为呼吸控制，这包管电子流只在需要ATP合成时产生。3．线粒体穿梭系统（一）α-磷酸甘油穿梭作用这种作用主要存在于脑、骨骼肌中，载体是α-磷酸甘油。胞液中的NADH在α-磷酸甘油脱氢酶的催化下，使磷酸二羟丙酮还原为α-磷酸甘油，后者通过线粒体内膜，并被内膜上的α-磷酸甘油脱氢酶（以FAD为辅基）催化重新生成磷酸二羟丙酮和FADH2，后者进入琥珀酸氧化呼吸链。葡萄糖在这些组织中彻底氧化生成的ATP比其他组织要少，1摩尔G→36摩尔ATP。（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭作用主要存在肝和心肌中。1摩尔G→38摩尔ATP胞液中的NADH在苹果酸脱氢酶催化下，使草酰乙酸还原成苹果酸，后者借助内膜上的α-酮戊二酸载体进入线粒体，又在线粒体内苹果酸脱氢酶的催化下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH进入NADH氧化呼吸链，生成3分子ATP。草酰乙酸经谷草转氨酶催化生整天冬氨酸，后者再经酸性氨基酸载体转运出线粒体转酿成草酰乙酸。七、脂类代谢(一)生物体内的脂类(二)脂肪的剖析代谢1．脂肪的酶促水解2．甘油的降解和转化3．脂肪酸的β一氧化剖析(三)脂肪的生物合成1．甘油的生物合成一、3-磷酸甘油的生成糖剖析代谢产生的磷酸二羟丙酮经脱氢酶催化还原生成3-磷酸甘油是最主要的来源；脂肪剖析产生的甘油主要用于糖异生，很少一部门经脂肪组织外的甘油激酶催化与ATP作用生成3-磷酸甘油2．饱和脂肪酸的重新合成合成脂肪酸的酶系主要在胞浆，而糖代谢提供的乙酰CoA原料又在线粒体生成，所以乙酰CoA需通过转运。合成脂肪酸的历程差别于β-氧化的逆历程，是由7种酶卵白和酰基载体卵白（ACP）组成的多酶复合体完成，合成的产物是软脂酸。碳链延长是在线粒体和内质网中的2个差别的酶系催化下进行的。（一）软脂酸的生物合成1.乙酰CoA转运至胞浆（柠檬酸-丙酮酸循环）。乙酰CoA与草酰乙酸在线粒体先缩合生成柠檬酸，经内膜上的载体转运入胞浆，在ATP-柠檬酸裂解酶作用下生成乙酰CoA与草酰乙酸，前者到场脂肪酸的合成，后者可经苹果酸脱氢酶和苹果酸酶催化转变为丙酮酸再进入线粒体，也可在载体作用下，经苹果酸直接进入线粒体，继而转变为草酰乙酸。2.乙酰CoA羧化生成丙二酸单酰CoA乙酰CoA羧化酶催化，ATP、生物素、Mg2+到场，总反响：乙酰CoA+ATP+HCO3－——→丙二酸单酰CoA+ADP+PiATP提供能量，生物素起转移羧基的作用，乙酰CoA羧化酶是FA合成的限速酶（变构酶），变构剂柠檬酸与其变构部位结合可激活此酶的活性。3.乙酰基和丙二酸单酰基的转移（负载）脂肪酸合成的酰基载体不是CoA，而是酰基载体卵白。在乙酰CoA-ACP转酰基酶和丙二酸单酰CoA-ACP转酰基酶的催化下，乙酰基和丙二酸单酰基被转移至ACP上，生成乙酰-ACP和丙二酸单酰-ACP。4.脂肪酸合成酶系催化进行缩合、还原、脱水、还原反响。（1）酮酰基-ACP合成酶担当乙酰-ACP的乙酰基，释放HS-ACP，并催化乙酰基转移到丙二酸单酰-ACP上生成乙酰乙酰-ACP。（2）乙酰乙酰-ACP中的β-酮基转换为醇，生成β-羟丁酰-ACP。反响由酮酰基-ACP还原酶催化，NADPH为酶的辅酶。（3）β-羟丁酰-ACP经脱水酶催化生成带双键的反式丁烯酰-ACP。（4）反式丁烯酰-ACP还原为四碳的丁酰-ACP。反响是由烯脂酰-ACP还原酶催化，NADPH为酶的辅酶。如此每循环一次，有一个新的丙二酸单酰CoA到场合成（孝敬二碳单位），7次循环，生成16C的软脂酰-ACP，经硫解酶水解生成软脂酸和HS-ACP。3．三酰甘油的生物合成细胞内的FFA的含量并不多，大多数是以酯化形式三脂酰甘油和磷脂存在。脂肪合成的前体是甘油-3-磷酸和脂酰CoA。酰基转移酶催化1分子甘油-3-磷酸和2分子脂酰CoA生成磷脂酸，经磷脂酸磷酸酶水解去磷酸生成二脂酰甘油，再由酰基转移酶催化结合1分子脂酰CoA生成三脂酰甘油。(四)甘油磷脂代谢、甘油磷脂的合成在生理pH下，磷脂酰胆碱与磷脂酰乙醇胺所带的净电荷为零，属于中性磷脂，而磷脂酰肌醇与磷脂酰丝氨酸带有负的净电荷属于酸性磷脂。磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺和三脂酰甘油是通过一个共有途径合成的。先由甘油-3-磷酸作为酰化反响的骨架与提供酰基的脂酰CoA反响生成磷脂酸，脱磷酸后成二脂酰甘油（DG）。DG直接酰化形成TG或与CDP-胆碱或CDP-乙醇胺反响生成磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺。DG是合成的重要中间物。CDP-胆碱与CDP-乙醇胺是胆碱与乙醇胺在激酶的催化下先生成磷酸胆碱和磷酸乙醇胺，再在转移酶作用下，与CTP反响生成。磷脂酰乙醇胺可担当S-腺苷蛋氨酸提供的-CH3而转化成磷脂酰胆碱。磷脂酸是两个酸性磷脂合成的直接前体。磷脂酸与CTP反响生成CDP-二脂酰甘油。在E.coli，CDP-二脂酰甘油与丝氨酸结合生成磷脂酰丝氨酸；在原核生物和真核生物中，与肌醇结合形成磷脂酰肌醇，或与1分子磷脂酰甘油结合生成心磷脂，心磷脂是心肌线粒体内膜的主要磷脂。在哺乳动物中，磷脂酰丝氨酸是在碱基互换酶的作用下形成的。该酶催化丝氨酸取代磷脂酰乙醇胺中的乙醇胺，反响是可逆的。(五)固醇的生物合成机体所需胆固醇主要通过自身合成，仅从食物（内脏、蛋黄、肉类等）摄取少量。合成的根本历程合成历程庞大，有近30步酶促反响，大抵分为三个阶段：乙酰基（C2）→异戊二烯（C5）→鲨烯（C30）→胆固醇（C27）八、氨基酸和核苷酸的代谢(一)氨基酸的代谢1．氨基酸的剖析代谢氨基酸的一般代谢氨基酸的一般代谢是指种种氨基酸配合的剖析代谢途径。开始于脱氨作用；氨与天冬氨酸的N原子结合，形成尿素并被排放；氨基酸的碳骨架（脱氨基产生的α-酮酸）转化为一般的代谢中间物。一、脱氨基作用氨基酸脱氨有氧化脱氨和非氧化脱氨两种方法，氧化脱氨又和转氨作用组成联合脱氨基作用。非氧化脱氨主要在微生物体内进行。1.氧化脱氨基作用氧化脱氨是酶催化下陪同有脱氢的脱氨，α-氨基酸转变为α-酮酸。主要的酶有L-氨基酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶和L-谷氨酸脱氢酶。前二类是黄素卵白酶，辅基为FMN和或FAD，在动物体内作用都不大，所形成的FMNH2或FADH2被氧分子氧化，产生毒性的过氧化氢，可由过氧化氢酶剖析为水和氧。L-谷氨酸脱氢酶遍及漫衍于动物、植物和微生物，辅酶为NAD+或NADP+。L-谷氨酸脱氢酶活性高，专一性强，只催化L-谷氨酸氧化脱氨生成α-酮戊二酸、NH3、NADH或NADPH，反响是可逆的。此酶是一种变构酶，ATP、GTP和NADH是变构抑制剂，而ADP、GDP是变构激活剂。味精生产即利用微生物体内的L-谷氨酸脱氢酶将α-酮戊二酸转变为谷氨酸，进而转化为谷氨酸钠。2.转氨基作用一种α-氨基酸的氨基在转氨酶催化下转移到α-酮酸上，生成相应的α-酮酸和另一α-氨基酸，反响是可逆的。转氨作用相同了糖与卵白质的代谢。大多数转氨酶以α-酮戊二酸作为氨基的受体，这样许多氨基酸的氨基通过转氨作用转化为谷氨酸，再经L-谷氨酸脱氢酶的催化使氨