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解放军文职招聘考试蛋 白 质 的 分 子 组 成
来源：长理培训发布时间：2017-06-01 20:23:50
第一篇 生物大分子的结构与功能
生物大分子（biopolymer、biomacromolecule)是指生物体内由分子量较低的基本结构单位按一定顺序和方式连接而成的多聚化合物。包括核酸、蛋白质、多糖、蛋白聚糖和复合脂类等。 自然界典型的生物大分子的分子量在104Ｄ以上
第 一 章蛋白质的结构与功能
一、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分
分布广：蛋白质普遍存在于生物界；所有器官、组织都含有蛋白质；
细胞的各个部分都含有蛋白质。
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
1）作为生物催化剂（酶）
2）调节蛋白(激素、酶)
3）防御蛋白(免疫球蛋白)
4）转运蛋白(载体)
5）收缩或运动 (肌动蛋白)
6）营养和储存蛋白（外源蛋白）
7）结构蛋白（胶原、弹性蛋白）
8)其他 ：信息传递、受体识别等
3. 氧化供能
二、蛋白质定义
蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。
protein一词就是来自1938年Jons J Berzelius创造的希腊单词protios，意为第一或最重要的意思 ，是生命的物质基础
蛋 白 质 的 分 子 组 成
The Molecular Component of Protein
一、蛋白质的元素
组成主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘
蛋白质元素组成的特点各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数× 6.25×100
二、氨基酸(amino acid，aaAA)
组成蛋白质的基本结构单位
存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L- -氨基酸（甘氨酸除外）
（一）氨基酸的一般结构式
除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：
(1). 分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。
(2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子
A. 都具有旋光性；B. 都具有D-型和L-型两种立体异构体。
组成人体蛋白质的氨基酸都为L-型。
（二）氨基酸的分类
根据侧链极性进行分类
非极性R基氨基酸：水中溶解度小于极性R基氨基酸
不带电荷的极性R基氨基酸：水中溶解度大于非极性R基氨基酸
带正电荷的R基氨基酸：生理条件下带正电荷
带负电荷的R基氨基酸：生理条件下带负电荷
生物大分子（biopolymer、biomacromolecule)是指生物体内由分子量较低的基本结构单位按一定顺序和方式连接而成的多聚化合物。包括核酸、蛋白质、多糖、蛋白聚糖和复合脂类等。 自然界典型的生物大分子的分子量在104Ｄ以上
第 一 章蛋白质的结构与功能
一、蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分
分布广：蛋白质普遍存在于生物界；所有器官、组织都含有蛋白质；
细胞的各个部分都含有蛋白质。
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
1）作为生物催化剂（酶）
2）调节蛋白(激素、酶)
3）防御蛋白(免疫球蛋白)
4）转运蛋白(载体)
5）收缩或运动 (肌动蛋白)
6）营养和储存蛋白（外源蛋白）
7）结构蛋白（胶原、弹性蛋白）
8)其他 ：信息传递、受体识别等
3. 氧化供能
二、蛋白质定义
蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。
protein一词就是来自1938年Jons J Berzelius创造的希腊单词protios，意为第一或最重要的意思 ，是生命的物质基础
蛋 白 质 的 分 子 组 成
The Molecular Component of Protein
一、蛋白质的元素
组成主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘
蛋白质元素组成的特点各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数× 6.25×100
二、氨基酸(amino acid，aaAA)
组成蛋白质的基本结构单位
存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L- -氨基酸（甘氨酸除外）
（一）氨基酸的一般结构式
除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：
(1). 分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而称为α-氨基酸。
(2). 除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子都为不对称碳原子
A. 都具有旋光性；B. 都具有D-型和L-型两种立体异构体。
组成人体蛋白质的氨基酸都为L-型。
（二）氨基酸的分类
根据侧链极性进行分类
非极性R基氨基酸：水中溶解度小于极性R基氨基酸
不带电荷的极性R基氨基酸：水中溶解度大于非极性R基氨基酸
带正电荷的R基氨基酸：生理条件下带正电荷
带负电荷的R基氨基酸：生理条件下带负电荷
（三）氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI)
在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
2. 紫外吸收色氨酸、酪氨酸的苯丙氨酸等芳香族氨基酸最大吸收峰在 280 nm 附近。大多数蛋白质含有色氨酸、酪氨酸，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。
3. 茚三酮反应
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
三、肽键和多肽链（一）肽键和肽(peptide)
肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。
肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……
由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。
肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。
多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
多肽链有两端
N 末端：多肽链中有自由氨基的一端
C 末端：多肽链中有自由羧基的一端
（二）生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
2. 多肽类激素及神经肽
多肽和蛋白质的区别：（参照）
氨基酸残基数量<50 >100 分子量：<10KD >10KD
有无严密且相对稳定的空间结构：
四、蛋白质的分类
（一）、依据蛋白质的分子形状和空间构型
1.球状蛋白质：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶大多数蛋白质属于这一类。
2.纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质
（二）、依据蛋白质的组成分为简单蛋白和结合蛋白
1.简单蛋白：又称为单纯蛋白质
（1）清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。
（2）谷蛋白和醇溶蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于70－80％乙醇中。
（3）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。
（4）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。
2.结合蛋白：由单纯蛋白与其它非蛋白成分结合而成
（1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。
（2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。
（3）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清-、-脂蛋白等。
（4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。
（5）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。
（三）、按功能分为活性蛋白和非活性蛋白
（四）、家族分类法
蛋 白 质 的 分 子 结 构
The Molecular Structure of Protein
蛋白质的分子结构包括:一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure)
三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure)
1. 两性解离及等电点
氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI)
在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
2. 紫外吸收色氨酸、酪氨酸的苯丙氨酸等芳香族氨基酸最大吸收峰在 280 nm 附近。大多数蛋白质含有色氨酸、酪氨酸，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。
3. 茚三酮反应
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
三、肽键和多肽链（一）肽键和肽(peptide)
肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。
肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。
两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……
由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。
肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。
多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
多肽链有两端
N 末端：多肽链中有自由氨基的一端
C 末端：多肽链中有自由羧基的一端
（二）生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
2. 多肽类激素及神经肽
多肽和蛋白质的区别：（参照）
氨基酸残基数量<50 >100 分子量：<10KD >10KD
有无严密且相对稳定的空间结构：
四、蛋白质的分类
（一）、依据蛋白质的分子形状和空间构型
1.球状蛋白质：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶大多数蛋白质属于这一类。
2.纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒分为可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质
（二）、依据蛋白质的组成分为简单蛋白和结合蛋白
1.简单蛋白：又称为单纯蛋白质
（1）清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。
（2）谷蛋白和醇溶蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于70－80％乙醇中。
（3）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。
（4）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。
2.结合蛋白：由单纯蛋白与其它非蛋白成分结合而成
（1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞色素等。
（2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。
（3）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。 如血清-、-脂蛋白等。
（4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。
（5）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。
（三）、按功能分为活性蛋白和非活性蛋白
（四）、家族分类法
蛋 白 质 的 分 子 结 构
The Molecular Structure of Protein
蛋白质的分子结构包括:一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure)
三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure)
一、蛋白质的一级结构（primary structure）
定义
蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。主要的化学键
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
二、蛋白质的二级结构(secondary structure)
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
主要的化学键： 氢键
氢键:当氢原子与氧、氮、氟等负电性很大的原子成键时，由于电子云向负电性大的原子作很大偏移，使氢原子核暴露，于是氢核的正电荷与第二个分子中的负电性强的氟、氧或氮原子产生静电引力，此引力即为氢键。
它是一种特殊的偶极与偶极间的作用力，其数值约为21KJ/mol，较一般分子间力10KJ/mol大，但只及一般共价键的1/10~1/20。
特点：有方向性和饱和性，可存在于分子间或分子内。
（一）肽单元
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型， N—H上的H和C═O上的O方向总是相反,此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。
蛋白质二级结构的主要形式
-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn )卷曲 (coil )
（二） -螺旋
1). 组成人体蛋白质右手螺旋：是从N端到C端为顺时针方向的右手螺旋结构，肽链骨架由肽键上的C、N原子与氨基酸残基中的α碳原子组成(N-C-C α)，交替形成了肽链主链，螺旋每圈由3.6个氨基酸残基组成，每圈上下螺距为0.54nm，每个残基向上移动0.15nm
2). 稳定力量：氢键，每个肽键平面的C═O和第4个肽键上的N—H形成氢键，且氢键方向与α－螺旋长轴基本平行
3). 侧链：氨基酸残基侧链R在螺旋外侧
（三）-折叠（又称-片层）
-折叠特点：
1) 肽键平面充分伸展，呈锯齿状
2）每个肽单元以α碳原子为旋转点，依次折叠。氨基酸残基的侧链交替位于锯齿状结构的上下方。
3）稳定力量：氢键，方向与 -折叠的长轴垂直
4）锯齿状结构一般比较短，只含5-8个氨基 酸残基
（四）非重复二级结构——-转角和卷曲
Super-secondary structure（超二级结构）
Between secondary and tertiary structure
超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或二个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，相互作用，形成一个有规则的二级结构聚集体，被称为超二级结构。
定义
蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。主要的化学键
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
二、蛋白质的二级结构(secondary structure)
蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
主要的化学键： 氢键
氢键:当氢原子与氧、氮、氟等负电性很大的原子成键时，由于电子云向负电性大的原子作很大偏移，使氢原子核暴露，于是氢核的正电荷与第二个分子中的负电性强的氟、氧或氮原子产生静电引力，此引力即为氢键。
它是一种特殊的偶极与偶极间的作用力，其数值约为21KJ/mol，较一般分子间力10KJ/mol大，但只及一般共价键的1/10~1/20。
特点：有方向性和饱和性，可存在于分子间或分子内。
（一）肽单元
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型， N—H上的H和C═O上的O方向总是相反,此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。
蛋白质二级结构的主要形式
-螺旋 ( -helix ) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn )卷曲 (coil )
（二） -螺旋
1). 组成人体蛋白质右手螺旋：是从N端到C端为顺时针方向的右手螺旋结构，肽链骨架由肽键上的C、N原子与氨基酸残基中的α碳原子组成(N-C-C α)，交替形成了肽链主链，螺旋每圈由3.6个氨基酸残基组成，每圈上下螺距为0.54nm，每个残基向上移动0.15nm
2). 稳定力量：氢键，每个肽键平面的C═O和第4个肽键上的N—H形成氢键，且氢键方向与α－螺旋长轴基本平行
3). 侧链：氨基酸残基侧链R在螺旋外侧
（三）-折叠（又称-片层）
-折叠特点：
1) 肽键平面充分伸展，呈锯齿状
2）每个肽单元以α碳原子为旋转点，依次折叠。氨基酸残基的侧链交替位于锯齿状结构的上下方。
3）稳定力量：氢键，方向与 -折叠的长轴垂直
4）锯齿状结构一般比较短，只含5-8个氨基 酸残基
（四）非重复二级结构——-转角和卷曲
Super-secondary structure（超二级结构）
Between secondary and tertiary structure
超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或二个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，相互作用，形成一个有规则的二级结构聚集体，被称为超二级结构。
模体(motif)二个或二个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，其具有特征性的氨基酸排列顺序，并且同特定的功能相联系.
即具有特殊功能的超二级结构称为基序或模体
即具有特殊功能的超二级结构称为基序或模体
模体常见的形式α-螺旋-β转角（或环）-α-螺旋模体
链-β转角-链模体
链-β转角-α-螺旋-β转角-链模体
链-β转角-链模体
链-β转角-α-螺旋-β转角-链模体
J结构域：大分子蛋白质由于相邻的超二级结构紧密联系，形成两个或多个在空间上具有明显区别的局部区域，这种局部区域各有独特的空间构象，并承担不同的生物学功能叫做结构域
三、蛋白质的三级结构整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。
即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
主要的化学键
疏水键、离子键、二硫键、氢键和 Van der Waals力等。
四、蛋白质的四级结构
有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
亚基之间的结合力主要是氢键和离子键等非共价键。
蛋白质四级结构内涵：亚基的数目、种类、空间排列方式
自然界蛋白质的亚基数目多为偶数，可有相同或不同的亚基组成。若亚基相同，称为纯聚体；亚基不同，称为杂聚体，不同亚基一般用a 、、 r等来命名。
并不是所有的蛋白质都具有四级结构
判断的依据：
*两条以上多肽链组成，每一条多肽链都有完整的三级结构
*亚基间的连接键都是非共价键
亚基单独存在时一般不具备此蛋白的生物活性，只有按特定方式组装成具有四级结构时，蛋白质才具有生物活性
分子伴侣
分子伴侣(chaperon) 是细胞一类保守蛋白质，通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。
1. 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
HSP70、HSP40和GreE族
2. 伴侣素(chaperonins)
GroEL和GroES家族
伴侣素的主要作用——
为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。
（二）蛋白质一级结构的种属差异
一、蛋白质一级结构与功能的关系
1．一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
2．氨基酸序列提供重要的生物进化信息
（二）一级结构与分子病由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。（涉及蛋白质分子结构异常或氨基酸的缺失、替换等）
1、蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。
2、蛋白质分子中一些非关键部位的氨基酸残基改变或缺失则不会影响蛋白的生理活性
二、蛋白质空间结构与功能的关系
蛋白质的别构效应
具有两个或两个以上亚基的蛋白质
1、别构效应（allosteric effect）
指一些小分子物质，作用于具有四级结构的蛋白质，引起蛋白质亚基间一些次级键的改变，使蛋白质分子构象发生轻微变化，包括分子变得疏松或紧密，从而使其生物活性发生改变的过程。
变构剂：引起变构作用的小分子物质
变构蛋白：能发生变构效应的蛋白
2、意义
具有四级结构蛋白质，通过别构作用，其活性得到不断调整，从而使机体适应千变万化的内、外环境，因此推断这是蛋白质进化到具有四级结构的重要生理意义之一。
即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
主要的化学键
疏水键、离子键、二硫键、氢键和 Van der Waals力等。
四、蛋白质的四级结构
有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基 (subunit)。
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。
亚基之间的结合力主要是氢键和离子键等非共价键。
蛋白质四级结构内涵：亚基的数目、种类、空间排列方式
自然界蛋白质的亚基数目多为偶数，可有相同或不同的亚基组成。若亚基相同，称为纯聚体；亚基不同，称为杂聚体，不同亚基一般用a 、、 r等来命名。
并不是所有的蛋白质都具有四级结构
判断的依据：
*两条以上多肽链组成，每一条多肽链都有完整的三级结构
*亚基间的连接键都是非共价键
亚基单独存在时一般不具备此蛋白的生物活性，只有按特定方式组装成具有四级结构时，蛋白质才具有生物活性
分子伴侣
分子伴侣(chaperon) 是细胞一类保守蛋白质，通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。
1. 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
HSP70、HSP40和GreE族
2. 伴侣素(chaperonins)
GroEL和GroES家族
伴侣素的主要作用——
为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。
（二）蛋白质一级结构的种属差异
一、蛋白质一级结构与功能的关系
1．一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能
2．氨基酸序列提供重要的生物进化信息
（二）一级结构与分子病由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。（涉及蛋白质分子结构异常或氨基酸的缺失、替换等）
1、蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。
2、蛋白质分子中一些非关键部位的氨基酸残基改变或缺失则不会影响蛋白的生理活性
二、蛋白质空间结构与功能的关系
蛋白质的别构效应
具有两个或两个以上亚基的蛋白质
1、别构效应（allosteric effect）
指一些小分子物质，作用于具有四级结构的蛋白质，引起蛋白质亚基间一些次级键的改变，使蛋白质分子构象发生轻微变化，包括分子变得疏松或紧密，从而使其生物活性发生改变的过程。
变构剂：引起变构作用的小分子物质
变构蛋白：能发生变构效应的蛋白
2、意义
具有四级结构蛋白质，通过别构作用，其活性得到不断调整，从而使机体适应千变万化的内、外环境，因此推断这是蛋白质进化到具有四级结构的重要生理意义之一。
3、举例:肌红蛋白与血红蛋白的结构与其功能
与氧结合的情况
Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。
* 协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。
如果是促进作用则称为正协同效应
(positive cooperativity)
如果是抑制作用则称为负协同效应
(negative cooperativity)
致病机理：
正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。
PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。
症状是：脾气改变，容易紧张、激怒；姿势和步态改变，难以站立，身体平衡障碍，运动失调；产奶量下降，体重下降。潜伏期长，一般2～8年。症状出现后，进行性加重，一般只需2个星期到6个月，疯牛以死亡而告终。患病牛年龄多在3～5岁。
到目前为止，对疯牛病尚无有效的治疗方法，亦无有效的生前检测手段，一般是通过尸检脑组织，经病理检验而确诊。
疯牛病脑组织病理特征: 广泛海绵状空泡，胶质细胞增生，神经元退行性变，淀粉样蛋白沉积
一、理化性质
（一）蛋白质的两性电离
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。
* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)
当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、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称为蛋白质的等电点。
与氧结合的情况
Hb与Mb一样能可逆地与O2结合， Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。
* 协同效应(cooperativity)
一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。
如果是促进作用则称为正协同效应
(positive cooperativity)
如果是抑制作用则称为负协同效应
(negative cooperativity)
致病机理：
正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。
PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。
症状是：脾气改变，容易紧张、激怒；姿势和步态改变，难以站立，身体平衡障碍，运动失调；产奶量下降，体重下降。潜伏期长，一般2～8年。症状出现后，进行性加重，一般只需2个星期到6个月，疯牛以死亡而告终。患病牛年龄多在3～5岁。
到目前为止，对疯牛病尚无有效的治疗方法，亦无有效的生前检测手段，一般是通过尸检脑组织，经病理检验而确诊。
疯牛病脑组织病理特征: 广泛海绵状空泡，胶质细胞增生，神经元退行性变，淀粉样蛋白沉积
一、理化性质
（一）蛋白质的两性电离
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。
* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)
当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、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称为蛋白质的等电点。
（二）蛋白质的高分子性质 （胶体性质） * 蛋白质胶粒稳定的因素 颗粒表面电荷水化膜
（三）蛋白质的沉淀、变性和凝固
1、蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白质肽链融会相互缠绕继而聚集，从溶液中析出。
引起沉淀的因素
①盐析: 中性盐，高浓度硫酸铵
②有机溶剂：乙醇，丙酮 (pI)
③重金属盐：Cu2+,Ag+,Hg2+
④生物碱试剂:苦味酸，鞣酸等
⑤加热(pI)
2、蛋白质的变性(denaturation)
概念：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质和生物活性的改变。
变性的本质
—— 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。
造成变性的因素（物理、化学）
如紫外线、超声波、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。
应用举例
临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。
此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。
（三）蛋白质的沉淀、变性和凝固
1、蛋白质沉淀在一定条件下，蛋白质肽链融会相互缠绕继而聚集，从溶液中析出。
引起沉淀的因素
①盐析: 中性盐，高浓度硫酸铵
②有机溶剂：乙醇，丙酮 (pI)
③重金属盐：Cu2+,Ag+,Hg2+
④生物碱试剂:苦味酸，鞣酸等
⑤加热(pI)
2、蛋白质的变性(denaturation)
概念：在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质和生物活性的改变。
变性的本质
—— 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。
造成变性的因素（物理、化学）
如紫外线、超声波、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。
应用举例
临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。
此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。
变性后理化性质的改变： 溶解度降低 黏度增加 结晶能力消失 生物活性丧失 易被蛋白酶水解
变性
可逆变性：Pr变性后如将变性剂除去，该Pr分子的天然构象和生物学活性还能恢复。
不可逆变性：若变性条件强烈，作用时间长，构像变化大，理化性质难以恢复。
*复性: 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation) 。
“变性的蛋白质易于沉淀，但不一定沉淀；有时蛋白质发生沉淀，也并不一定变性。”
* 3、蛋白质的絮凝及凝固作用
强酸强碱使蛋白质变性后，蛋白质仍能溶于强酸强碱中，若将强酸强碱溶液的PH调至等电点，则变性的蛋白质立即结成絮状的不容物，这种现象称为变性蛋白质的絮凝作用（flocculation）。
蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中，称为蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 。
是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果
总结：Pr变性、沉淀与凝固之间的关系：
变性Pr不一定沉淀 沉淀Pr不一定变性
变性Pr不一定凝固 凝固的Pr一定变性
（四）蛋白质的紫外吸收
由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。
（五）蛋白质的呈色反应
⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction)
蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。
⒉双缩脲反应(biuret reaction)
蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，氨基酸不出现此反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。
二、蛋白质的分离和纯化
根据蛋白质等电点、溶解度、分子量大小及形状、电离性质、生物学功能的差异进行分离纯化
（一）透析及超滤法
* 透析(dialysis)
利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。
操作: Pr溶液置半透膜袋中，置流动溶剂（如蒸馏水）中，使小分子杂质（如无机盐、单糖、双糖、AA、小肽等）透出，蛋白质留于袋中而得到分离。
材料：特制的半透膜，截止分子量一般为一万。
* 超滤法
应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。
（二）有机溶剂沉淀、盐析及免疫沉淀
*使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。
*盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。
* 免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。
（三）电泳
蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(elctrophoresis) 。
根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。 水平板电泳
四）层析
层析(chromatography)分离蛋白质的原理
待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。
蛋白质分离常用的层析方法
凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析，利用各蛋白质分子大小不同分离。
* 离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。
凝胶过滤法
离子交换层析法
定义: 利用离子交换树脂作为支持物，将带有不同电荷的Pr进行分离的方法。
分类: 阳离子交换树脂,如羧甲基纤维素等阴离子交换树脂,如二乙基氨基乙基 纤维素等
（五）超速离心
蛋白质结构的测定
可逆变性：Pr变性后如将变性剂除去，该Pr分子的天然构象和生物学活性还能恢复。
不可逆变性：若变性条件强烈，作用时间长，构像变化大，理化性质难以恢复。
*复性: 若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性(renaturation) 。
“变性的蛋白质易于沉淀，但不一定沉淀；有时蛋白质发生沉淀，也并不一定变性。”
* 3、蛋白质的絮凝及凝固作用
强酸强碱使蛋白质变性后，蛋白质仍能溶于强酸强碱中，若将强酸强碱溶液的PH调至等电点，则变性的蛋白质立即结成絮状的不容物，这种现象称为变性蛋白质的絮凝作用（flocculation）。
蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中，称为蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 。
是蛋白质变性后进一步发展的不可逆结果
总结：Pr变性、沉淀与凝固之间的关系：
变性Pr不一定沉淀 沉淀Pr不一定变性
变性Pr不一定凝固 凝固的Pr一定变性
（四）蛋白质的紫外吸收
由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。
（五）蛋白质的呈色反应
⒈茚三酮反应(ninhydrin reaction)
蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。
⒉双缩脲反应(biuret reaction)
蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应，氨基酸不出现此反应，双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。
二、蛋白质的分离和纯化
根据蛋白质等电点、溶解度、分子量大小及形状、电离性质、生物学功能的差异进行分离纯化
（一）透析及超滤法
* 透析(dialysis)
利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。
操作: Pr溶液置半透膜袋中，置流动溶剂（如蒸馏水）中，使小分子杂质（如无机盐、单糖、双糖、AA、小肽等）透出，蛋白质留于袋中而得到分离。
材料：特制的半透膜，截止分子量一般为一万。
* 超滤法
应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。
（二）有机溶剂沉淀、盐析及免疫沉淀
*使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。
*盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。
* 免疫沉淀法：将某一纯化蛋白质免疫动物可获得抗该蛋白的特异抗体。利用特异抗体识别相应的抗原蛋白，并形成抗原抗体复合物的性质，可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。
（三）电泳
蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(elctrophoresis) 。
根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。 水平板电泳
四）层析
层析(chromatography)分离蛋白质的原理
待分离蛋白质溶液（流动相）经过一个固态物质（固定相）时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离蛋白质的目的 。
蛋白质分离常用的层析方法
凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析，利用各蛋白质分子大小不同分离。
* 离子交换层析：利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。
凝胶过滤法
离子交换层析法
定义: 利用离子交换树脂作为支持物，将带有不同电荷的Pr进行分离的方法。
分类: 阳离子交换树脂,如羧甲基纤维素等阴离子交换树脂,如二乙基氨基乙基 纤维素等
（五）超速离心
蛋白质结构的测定
蛋白质空间结构测定
* 二级结构测定
通常采用圆二色光谱(circular dichroism，CD)测定溶液状态下的蛋白质二级结构含量。 -螺旋的CD峰有222nm处的负峰、208nm处的负峰和198 nm处的正峰三个成分；而-折叠的CD谱不很固定。
三聚氰胺（英文名Melamine），是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。简称三胺
微溶于冷水，极微溶于热乙醇，不溶于醚、苯和四氯化碳，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等。低毒。在一般情况下较稳定，但在高温下可能会分解放出氰化物。
由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷，三聚氰胺也常被不法商人用作食品添加剂，以提升食品检测中的蛋白质含量指标，因此三聚氰胺也被人称为“蛋白精”。
蛋白质主要由氨基酸组成，其含氮量一般不超过30%，而三聚氰胺的分子式含氮量为66％左右。通用的蛋白质测试方法“凯氏定氮法”是通过测出含氮量来估算蛋白质含量，因此，添加三聚氰胺会使得食品的蛋白质测试含量偏高，从而使劣质食品通过食品检验机构的测试。有人估算在植物蛋白粉和饲料中使测试蛋白质含量增加一个百分点，用三聚氰胺的花费只有真实蛋白原料的1/5。三聚氰胺作为一种白色结晶粉末，没有什么气味和味道，掺杂后不易被发现。
第 二 章
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
第一节 概述
核酸在实践应用方面有极重要的作用，现已发现近2000种遗传性疾病都和DNA结构有关。
核 酸(anucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
第一节 概述
核酸在实践应用方面有极重要的作用，现已发现近2000种遗传性疾病都和DNA结构有关。
核 酸(anucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。
第二节
核酸的基本结构单位：核苷酸
1. 元素组成
C、H、O、N、P
2. 分子组成
① 核苷(ribonucleoside)的形成
碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
含核苷酸的生物活性物质：
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
环化核苷酸: cAMP，cGMP
③核苷酸的连接
一个核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的α-磷酸基团缩合形成3,5-磷酸二酯键(phosphodiester bond)。
RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子
C、H、O、N、P
2. 分子组成
① 核苷(ribonucleoside)的形成
碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
含核苷酸的生物活性物质：
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
环化核苷酸: cAMP，cGMP
③核苷酸的连接
一个核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的α-磷酸基团缩合形成3,5-磷酸二酯键(phosphodiester bond)。
RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子
第三节
DNA分子的结构与功能
DNA分子的结构与功能
一、定义
核酸中核苷酸的排列顺序。
由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。
DNA携带两类遗传信息
1、有功能活性的DNA序列携带的信息
2、调控信息
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
核酸分子的大小常用碱基(base或kilobase,简写b或kb)数目来表示。
小的核酸片段(<50bp)常被称为寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的长度可以高达几十万个碱基。
DNA的空间结构(spatial structure)
构成DNA的所有原子在三维空间具有确定的相对位置关系。
DNA的空间结构又分为二级结构(secondary structure)和高级结构（三级结构）。
二、 DNA的二级结构——双螺旋结构
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
①：两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行。两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺旋的结构。
②：脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。
③：碱基配对：碱基平面垂直螺旋轴, 与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 螺旋旋转一周正好为10个碱基对，螺距为3.4nm，这样相邻碱基平面间隔为0.34nm并有一个36◦的夹角。螺旋直径为2nm。
④：稳定力量： 互补碱基对的氢键维持双链横向稳定性疏水性的碱基堆积力维持双链纵向稳定性。
⑤：DNA双螺旋的表面存在大沟（major groove）和小沟（minor groove），蛋白质分子通过这些沟与碱基相识别或结合
（三）DNA双螺旋结构的多样性
三、DNA的三级结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil)
DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同，双螺旋绕数增加。
负超螺旋(negative supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方向相反，双螺旋绕数减少。
意义
DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。
核小体的组成
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
四、DNA是遗传信息的物质基础
DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
①：两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行。两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺旋的结构。
②：脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。
③：碱基配对：碱基平面垂直螺旋轴, 与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 螺旋旋转一周正好为10个碱基对，螺距为3.4nm，这样相邻碱基平面间隔为0.34nm并有一个36◦的夹角。螺旋直径为2nm。
④：稳定力量： 互补碱基对的氢键维持双链横向稳定性疏水性的碱基堆积力维持双链纵向稳定性。
⑤：DNA双螺旋的表面存在大沟（major groove）和小沟（minor groove），蛋白质分子通过这些沟与碱基相识别或结合
（三）DNA双螺旋结构的多样性
三、DNA的三级结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil)
DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同，双螺旋绕数增加。
负超螺旋(negative supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方向相反，双螺旋绕数减少。
意义
DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。
核小体的组成
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
四、DNA是遗传信息的物质基础
DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。
第四节
RNA分子的结构与功能
RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。
RNA比DNA小的多。其种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。
RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。
一 、信使RNA(messenger RNA,mRNA)的结构与功能
*特征：种类最多，占总RNA1%~5% 分子量大小不一 半衰期短
1、大部分真核细胞mRNA的5‘末端都以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷为起始结构 帽子结构:m7GpppNp
mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白(cap binding protein，CBP)结合。
2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个长短不一多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。
帽子结构和多聚A尾的功能 ：mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控
3、成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成
4、三联体密码(triplet coden)：mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号
5、真核生物是单顺反子
* 原核生物mRNA结构特点
1、原核生物是多顺反子：每分子mRNA带有编码几种蛋白质的遗传信息。编码区的序列之间有间隔序列，间隔序列含有核糖体识别、结合部位，有5‘、3’非编码区
2、无帽子与多聚A结构
3、一般没有修饰碱基
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
二、转运RNA (transfer RNA, tRNA)的结构与功能
* 特征：分子量小,由73～93核苷酸组成,占总RNA15%具有较好的稳定性
* tRNA的结构特点含 10~20% 稀有碱基，如 DHU， T 3´末端为 — CCA-OH 5´末端核苷酸往往是G
30%碱基是保守的
* tRNA的二级结构
——三叶草形（4环4臂） 氨基酸臂(接纳茎) DHU环(8~14b) 反密码环 额外环(可变环) (4~21)
TΨ环(大小相对恒定)
tRNA的3-末端连接氨基酸
tRNA的3-末端都是以CCA结尾。
3-末端的A与氨基酸共价连结，tRNA成为了氨基酸的载体。
不同的tRNA可以结合不同的氨基酸。
tRNA的反密码子识别mRNA的密码子
* tRNA的三级结构—— 倒L形
* tRNA的功能
活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。
RNA分子的结构与功能
RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。
RNA比DNA小的多。其种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。
RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。
一 、信使RNA(messenger RNA,mRNA)的结构与功能
*特征：种类最多，占总RNA1%~5% 分子量大小不一 半衰期短
1、大部分真核细胞mRNA的5‘末端都以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷为起始结构 帽子结构:m7GpppNp
mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白(cap binding protein，CBP)结合。
2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个长短不一多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。
帽子结构和多聚A尾的功能 ：mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控
3、成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成
4、三联体密码(triplet coden)：mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号
5、真核生物是单顺反子
* 原核生物mRNA结构特点
1、原核生物是多顺反子：每分子mRNA带有编码几种蛋白质的遗传信息。编码区的序列之间有间隔序列，间隔序列含有核糖体识别、结合部位，有5‘、3’非编码区
2、无帽子与多聚A结构
3、一般没有修饰碱基
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
二、转运RNA (transfer RNA, tRNA)的结构与功能
* 特征：分子量小,由73～93核苷酸组成,占总RNA15%具有较好的稳定性
* tRNA的结构特点含 10~20% 稀有碱基，如 DHU， T 3´末端为 — CCA-OH 5´末端核苷酸往往是G
30%碱基是保守的
* tRNA的二级结构
——三叶草形（4环4臂） 氨基酸臂(接纳茎) DHU环(8~14b) 反密码环 额外环(可变环) (4~21)
TΨ环(大小相对恒定)
tRNA的3-末端连接氨基酸
tRNA的3-末端都是以CCA结尾。
3-末端的A与氨基酸共价连结，tRNA成为了氨基酸的载体。
不同的tRNA可以结合不同的氨基酸。
tRNA的反密码子识别mRNA的密码子
* tRNA的三级结构—— 倒L形
* tRNA的功能
活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。
三、核蛋白体RNA (ribosomal RNA, rRNA)结构与功能
* 特征：含量最多，占总RNA80%以上
* rRNA的功能
参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
* rRNA的种类（根据沉降系数）
真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA
原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA
第 五 节
核 酸 的 理 化 性 质
The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid
* 特征：含量最多，占总RNA80%以上
* rRNA的功能
参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
* rRNA的种类（根据沉降系数）
真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA
原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA
第 五 节
核 酸 的 理 化 性 质
The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid
一、核酸的一般理化性质
1、核酸的大小和测定
核酸分子大小的表示方法：分子量： 道尔顿， Da 碱基数： 单链（base ,b）;双链(base pair,bp)
沉降系数：S 链长： 1um长DNA双螺旋相当于3000bp或2×106Da
测定方法：电泳法、离心法
2、溶解度和粘度 微溶于水，不溶于有机溶剂；细胞内以钠盐的形式存在
3、核酸的水解DNA和RNA中的糖苷键和磷酸二酯键都可以用化学法或酶法水解
4、核酸的两性电解核酸为多元酸，具有较强的酸性碱基为可水解的碱性基团
二、核酸的紫外吸收
核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。
三、DNA的变性、复性和杂交
1、变性(denaturation)：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。
方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。
变性后其它理化性质变化：OD260增高
解链曲线
解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260（absorbance）值作图，所得的曲线称为解链曲线。
Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。
1）其大小与G+C含量成正比，G+C含量越高，Tm越高
2）DNA链越长Tm越高
2、DNA的复性与分子杂交
DNA复性(renaturation)的定义
在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。
减色效应
DNA复性时，其溶液OD260降低。
在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。
这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。
探针 (probe)
一小段用同位素、生物素或荧光染料标标记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸。与固定在NC膜上的核苷酸结合，判断是否有同源的核酸分子存在。
探针技术在遗传性疾病诊断上已开始应用。
例如诊断地中海贫血或血红蛋白病，可以由已确诊的病人白细胞中提取DNA，这就是诊断探针。用诊断探针检查，不但可以对有症状患者进行确诊，还可以发现一些没有症状的隐性遗传性疾病。从胎儿的羊水也可以提取到少量DNA。 由于探针技术比较灵敏，就使遗传性疾病的产前诊断较为容易办得到了。杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基础，在生物学和医学的研究中，以及临床诊断中得到了日益广泛的应用。
核酸分子杂交的应用研究DNA分子中某一种基因的位置测定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础
1、核酸的大小和测定
核酸分子大小的表示方法：分子量： 道尔顿， Da 碱基数： 单链（base ,b）;双链(base pair,bp)
沉降系数：S 链长： 1um长DNA双螺旋相当于3000bp或2×106Da
测定方法：电泳法、离心法
2、溶解度和粘度 微溶于水，不溶于有机溶剂；细胞内以钠盐的形式存在
3、核酸的水解DNA和RNA中的糖苷键和磷酸二酯键都可以用化学法或酶法水解
4、核酸的两性电解核酸为多元酸，具有较强的酸性碱基为可水解的碱性基团
二、核酸的紫外吸收
核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。
三、DNA的变性、复性和杂交
1、变性(denaturation)：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。
方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。
变性后其它理化性质变化：OD260增高
解链曲线
解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260（absorbance）值作图，所得的曲线称为解链曲线。
Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。
1）其大小与G+C含量成正比，G+C含量越高，Tm越高
2）DNA链越长Tm越高
2、DNA的复性与分子杂交
DNA复性(renaturation)的定义
在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。
减色效应
DNA复性时，其溶液OD260降低。
在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。
这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。
探针 (probe)
一小段用同位素、生物素或荧光染料标标记其末端或全链的已知序列的多聚核苷酸。与固定在NC膜上的核苷酸结合，判断是否有同源的核酸分子存在。
探针技术在遗传性疾病诊断上已开始应用。
例如诊断地中海贫血或血红蛋白病，可以由已确诊的病人白细胞中提取DNA，这就是诊断探针。用诊断探针检查，不但可以对有症状患者进行确诊，还可以发现一些没有症状的隐性遗传性疾病。从胎儿的羊水也可以提取到少量DNA。 由于探针技术比较灵敏，就使遗传性疾病的产前诊断较为容易办得到了。杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基础，在生物学和医学的研究中，以及临床诊断中得到了日益广泛的应用。
核酸分子杂交的应用研究DNA分子中某一种基因的位置测定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础
第 六 节
核 酸 酶
Nuclease
核酸酶是指所有可以水解核酸的酶
依据底物不同分类
DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。
RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。
依据切割部位不同
核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。
核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。
核酸酶的功能
参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接。
清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及侵入细胞的外源性核酸。
降解食物中的核酸。
体外重组DNA技术中的重要工具酶 。
核 酶
催化性RNA (ribozyme) 作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA。
催化性DNA (DNAzyme) 人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。
核 酸 酶
Nuclease
核酸酶是指所有可以水解核酸的酶
依据底物不同分类
DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。
RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。
依据切割部位不同
核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。
核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。
核酸酶的功能
参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接。
清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及侵入细胞的外源性核酸。
降解食物中的核酸。
体外重组DNA技术中的重要工具酶 。
核 酶
催化性RNA (ribozyme) 作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA。
催化性DNA (DNAzyme) 人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。
第 三 章
酶
本章重点：
酶的化学结构和其催化活性之间的关系
酶促反应动力学
第 一 节
生物催化剂在生命活动中的重要性
酶的概念现代科学认为酶是由活细胞所产生，能在体内或体外发挥相同催化作用的一类具有活性中心和特殊结构的生物大分子，包括核酸和蛋白质等
根据生物催化剂的化学本质分类：
蛋白质类酶 :
核酸类的酶：核酶和脱氧核酶蛋白质非核酸类的生物催化剂: 模拟酶
一般意义酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。
酶的不同形式:
单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。
寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。
多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。
多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。
第二节
根据生物催化剂的化学本质分类：
蛋白质类酶 :
核酸类的酶：核酶和脱氧核酶蛋白质非核酸类的生物催化剂: 模拟酶
一般意义酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。
酶的不同形式:
单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结构的酶。
寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。
多酶体系(multienzyme system)：由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。
多功能酶(multifunctional enzyme)或串联酶(tandem enzyme)：一些多酶体系在进化过程中由于基因的融合，多种不同催化功能存在于一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。
第二节
酶的分子结构
The Molecular Structure
一、 酶的分子组成
结合酶 (conjugated enzyme)
*各部分在催化反应中的作用
酶蛋白决定反应的专一性和高效性
辅助因子决定反应的种类与性质
金属离子是最多见的辅助因子
金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。
金属活化酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。
金属离子的作用稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。
小分子有机化合物的作用其主要作用是在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。
辅助因子分类按其与酶蛋白结合的紧密程度）
辅酶 (coenzyme):与酶蛋白非共价结合，较疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 (prosthetic group):与酶蛋白共价键结合，较紧密，不能用透析或超滤的方法除去，在反应中不能离开酶蛋白
二、酶的活性中心必需基团(essential group)
酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。
酶的活性中心(active center)
或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。
活性中心内的必需基团
三、酶原与酶原的激活
酶原 (zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。
酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。
酶原激活的生理意义
避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化， 使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。
有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。
四、 同工酶*
定义
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质 同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。
* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5)
*生理及临床意义
在代谢调节上起着重要的作用；
同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；
用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；
同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。
The Molecular Structure
一、 酶的分子组成
结合酶 (conjugated enzyme)
*各部分在催化反应中的作用
酶蛋白决定反应的专一性和高效性
辅助因子决定反应的种类与性质
金属离子是最多见的辅助因子
金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。
金属活化酶(metal-activated enzyme) 金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。
金属离子的作用稳定酶的构象； 参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。
小分子有机化合物的作用其主要作用是在反应中起运载体的作用，传递电子、质子或其它基团。
辅助因子分类按其与酶蛋白结合的紧密程度）
辅酶 (coenzyme):与酶蛋白非共价结合，较疏松，可用透析或超滤的方法除去。 辅基 (prosthetic group):与酶蛋白共价键结合，较紧密，不能用透析或超滤的方法除去，在反应中不能离开酶蛋白
二、酶的活性中心必需基团(essential group)
酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关的化学基团。
酶的活性中心(active center)
或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。
活性中心内的必需基团
三、酶原与酶原的激活
酶原 (zymogen)有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。
酶原的激活在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。
酶原激活的生理意义
避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化， 使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。
有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原适时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。
四、 同工酶*
定义
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同mRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋白质 同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。
* 举例：乳酸脱氢酶(LDH1～ LDH5)
*生理及临床意义
在代谢调节上起着重要的作用；
同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断；
用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征；
同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。
第三节
酶促反应的特点
酶与一般催化剂的共同点
在反应前后没有质和量的变化；
只能催化热力学允许的化学反应；
只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。
一、 酶促反应的特点
（一）酶的催化效率极高(高效性)
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
（二）酶促反应具有高度的特异性（高度的特异性）
一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。
根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：
绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。eg: 脲酶只催化尿素的水解。
相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物或一种化学键。eg: 酯酶
立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体异构体中的一种。eg:L-乳酸脱氢酶只作用于L-乳酸。
（三）酶活性的可调节性
酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。
在反应前后没有质和量的变化；
只能催化热力学允许的化学反应；
只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。
一、 酶促反应的特点
（一）酶的催化效率极高(高效性)
活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能量。
（二）酶促反应具有高度的特异性（高度的特异性）
一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。
根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：
绝对特异性(absolute specificity)：只能作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物 。eg: 脲酶只催化尿素的水解。
相对特异性(relative specificity)：作用于一类化合物或一种化学键。eg: 酯酶
立体结构特异性(stereo specificity)：作用于立体异构体中的一种。eg:L-乳酸脱氢酶只作用于L-乳酸。
（三）酶活性的可调节性
酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。其中包括三方面的调节。
第四节
酶促反应的机制
酶促反应的机制
1、诱导契合假说(induced-fit hypothesis)
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说 。 酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态
2、邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心
3、表面效应使底物分子去溶剂化
酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化 (desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应(surface effect)。
4、酶的催化机制呈多元催化作用
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的诱导契合假说 。 酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态
2、邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心
3、表面效应使底物分子去溶剂化
酶的活性中心多是酶分子内部的疏水“口袋”，酶反应在此疏水环境中进行，使底物分子脱溶剂化 (desolvation)，排除周围大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为表面效应(surface effect)。
4、酶的催化机制呈多元催化作用
第五节
酶促反应动力学
Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction
概念研究各种因素对酶促反应速度的影响，并加以定量的阐述。
酶活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。可以用在一定条件下它所催化的某一化学反应的速度表示。
酶促反应速度可用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量。通常测定产物的增加量，故反应速度的单位为：浓度/单位时间。酶催化的反应速度越大，则酶的活力也越大
影响因素包括有
酶浓度、底物浓度、pH、温度、
抑制剂、激活剂等。
一、底物浓度对反应速率影响
单底物、单产物反应
酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示
反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速度
底物浓度远远大于酶浓度当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。
随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。
当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应
（二） 酶促反应模式中间产物
（三）、米－曼氏方程式
[S]：底物浓度
V：不同[S]时的反应速度
Vmax：最大反应速度(maximum velocity)
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
（揭示单底物反应的动力学特性）
米－曼氏方程式推导过程：
ES的生成速率 = ES的分解速率
用米氏方程解释矩形双曲线 :
当底物浓度很低，即[S]<<Km时 v=Vmax[S]/ Km
若底物浓度很高，即[S]>> Km v=Vmax[S]/[S]=Vmax
若[S]= Km时v=12Vmax
（四）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数
Km值的推导
Km与Vmax的意义
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位与底物浓度单位相同，是mol/L。
Km与Vmax的意义 Km值: 米氏常数
①定义： Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
② 意义：
a) Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关 ；
b) Km可近似表示酶对底物的亲和力；
c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。
*Km的大小反映该酶对底物亲和力的大小
此时Km即为[ES]的解离常数
Km的大小代表E与S的亲和力
Km大，亲和力小，反应速度慢 Km小，亲和力大，反应速度快
m改变引起的生理效应
亚洲人乙醛脱氢酶对乙醇Km高于欧洲人
个别人酒精过敏，乙醛脱氢酶对乙醇Km高
反应达最大速率，[Et] =[ES]
Vmax = k2[ES] = k2[Et]
Vmax定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。
（五）Ｋm值与Ｖmax值的测定
1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法
酶活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。可以用在一定条件下它所催化的某一化学反应的速度表示。
酶促反应速度可用单位时间内、单位体积中底物的减少量或产物的增加量。通常测定产物的增加量，故反应速度的单位为：浓度/单位时间。酶催化的反应速度越大，则酶的活力也越大
影响因素包括有
酶浓度、底物浓度、pH、温度、
抑制剂、激活剂等。
一、底物浓度对反应速率影响
单底物、单产物反应
酶促反应速度一般在规定的反应条件下，用单位时间内底物的消耗量和产物的生成量来表示
反应速度取其初速度，即底物的消耗量很小（一般在5﹪以内）时的反应速度
底物浓度远远大于酶浓度当底物浓度较低时反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。
随着底物浓度的增高反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。
当底物浓度高达一定程度反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应
（二） 酶促反应模式中间产物
（三）、米－曼氏方程式
[S]：底物浓度
V：不同[S]时的反应速度
Vmax：最大反应速度(maximum velocity)
Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)
（揭示单底物反应的动力学特性）
米－曼氏方程式推导过程：
ES的生成速率 = ES的分解速率
用米氏方程解释矩形双曲线 :
当底物浓度很低，即[S]<<Km时 v=Vmax[S]/ Km
若底物浓度很高，即[S]>> Km v=Vmax[S]/[S]=Vmax
若[S]= Km时v=12Vmax
（四）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数
Km值的推导
Km与Vmax的意义
∴Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位与底物浓度单位相同，是mol/L。
Km与Vmax的意义 Km值: 米氏常数
①定义： Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
② 意义：
a) Km是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关 ；
b) Km可近似表示酶对底物的亲和力；
c) 同一酶对于不同底物有不同的Km值。
*Km的大小反映该酶对底物亲和力的大小
此时Km即为[ES]的解离常数
Km的大小代表E与S的亲和力
Km大，亲和力小，反应速度慢 Km小，亲和力大，反应速度快
m改变引起的生理效应
亚洲人乙醛脱氢酶对乙醇Km高于欧洲人
个别人酒精过敏，乙醛脱氢酶对乙醇Km高
反应达最大速率，[Et] =[ES]
Vmax = k2[ES] = k2[Et]
Vmax定义：Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。
（五）Ｋm值与Ｖmax值的测定
1. 双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver- Burk)作图法
二、酶浓度对反应速度的影响
当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。
关系式为：V = K3 [E]
三、温度对反应速度的影响
双重影响
温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。
酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关。
酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。
当[S]＞＞[E]，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。
关系式为：V = K3 [E]
三、温度对反应速度的影响
双重影响
温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 。
酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应进行的时间有关。
酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不使酶破坏。温度回升后，酶又恢复其活性。
四、 pH对反应速度的影响
pH与酶活性中心的必需基团，辅酶及底物的电离有关最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境pH。
最适pH也不是酶的特征性常数与底物浓度、缓冲液的种类与浓度以及酶的纯度的有关极度pH条件使酶变性
五、激活剂对反应速度的影响
激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。
• 必需激活剂 (essential activator)
• 非必需激活剂 (non-essential activator)
可能机制：作为酶与底物间联系的桥梁作为辅酶或辅基的一部分协助催化与酶中的氨基酸侧链基团结合，稳定酶的催化
六、抑制剂对反应速度的影响
酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。
抑制作用的类型根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：
(一) 不可逆性抑制作用
* 概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。
举例有机磷化合物 羟基酶（专一性抑制） 重金属离子及砷化合物 巯基酶（非专一性抑制）
二） 可逆性抑制作用
* 概念
抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。
１. 竞争性抑制作用
定义
抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。
* 特点
I与S结构类似，竞争酶的活性中心；
抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；
动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。
* 举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶磺胺类药物的抑菌机制
与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶
非竞争性抑制
抑制剂不改变酶对底物的亲和力
有些抑制剂即可与酶与底物复合物结合也可与游离的酶结合，底物和抑制剂之间无竞争关系（不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合）。但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物，减少了活性酶分子。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。
* 反应模式
* 特点
抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；
抑制程度取决于抑制剂的浓度；
动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。
３. 反竞争性抑制
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中间产物ES的量下降。这样，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。使有效的活性酶减少，这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。
* 反应模式
* 特点：
抑制剂只与酶－底物复合物结合；
抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；
动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。
pH与酶活性中心的必需基团，辅酶及底物的电离有关最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境pH。
最适pH也不是酶的特征性常数与底物浓度、缓冲液的种类与浓度以及酶的纯度的有关极度pH条件使酶变性
五、激活剂对反应速度的影响
激活剂(activator)使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。
• 必需激活剂 (essential activator)
• 非必需激活剂 (non-essential activator)
可能机制：作为酶与底物间联系的桥梁作为辅酶或辅基的一部分协助催化与酶中的氨基酸侧链基团结合，稳定酶的催化
六、抑制剂对反应速度的影响
酶的抑制剂(inhibitor)凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。
抑制作用的类型根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：
(一) 不可逆性抑制作用
* 概念抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。
举例有机磷化合物 羟基酶（专一性抑制） 重金属离子及砷化合物 巯基酶（非专一性抑制）
二） 可逆性抑制作用
* 概念
抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。
１. 竞争性抑制作用
定义
抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。
* 特点
I与S结构类似，竞争酶的活性中心；
抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；
动力学特点：Vmax不变，表观Km增大。
* 举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶磺胺类药物的抑菌机制
与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶
非竞争性抑制
抑制剂不改变酶对底物的亲和力
有些抑制剂即可与酶与底物复合物结合也可与游离的酶结合，底物和抑制剂之间无竞争关系（不影响酶与底物的结合，酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合）。但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物，减少了活性酶分子。这种抑制作用称作非竞争性抑制作用。
* 反应模式
* 特点
抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系；
抑制程度取决于抑制剂的浓度；
动力学特点：Vmax降低，表观Km不变。
３. 反竞争性抑制
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合，使中间产物ES的量下降。这样，既减少从中间产物转化为产物的量，也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。使有效的活性酶减少，这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。
* 反应模式
* 特点：
抑制剂只与酶－底物复合物结合；
抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度；
动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。
第 六 节
酶 的 调 节
The Regulation of Enzyme
代谢反应中调节对象 关键酶代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定 。
关键酶催化的反应具有以下特点：
① 催化反应的速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故常又为限速酶(limiting velocity enzymes)。
② 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。
③ 这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。
调节方式 快速调节 缓慢调节
The Regulation of Enzyme
代谢反应中调节对象 关键酶代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速度及方向由其中的关键酶决定 。
关键酶催化的反应具有以下特点：
① 催化反应的速度最慢，它的速度决定整个代谢途径的总速度，故常又为限速酶(limiting velocity enzymes)。
② 催化单向反应不可逆或非平衡反应，它的活性决定整个代谢途径的方向。
③ 这类酶活性除受底物控制外，还受多种代谢物或效应剂的调节。
调节方式 快速调节 缓慢调节
一 、酶结构的调节
（一）别构酶和别构调节小分子化合物与酶分子的非催化部位或亚基可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性，此种调节方式称别构调节。
① 被调节的酶称为变构酶或别构酶(allosteric enzyme)
② 使酶发生变构效应的物质，称为别构效应剂
(allosteric effector)
•别构激活剂allosteric effector——引起酶活性增加的变构效应剂。
•别构抑制剂allosteric effector ——引起酶活性降低的变构效应剂。
③别构部位 (allosteric site)或调节部位变构效应剂与变构酶结合的部位
（二） 酶的化学修饰调节
化学修饰（chemical modificationg）：在其他酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团发生可逆的共价修饰，从而改变酶的活性，此过程又称为共价修饰(covalent modification)
常见类型磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化－SH与－S－S互变
3. 化学修饰的特点
①被修饰的酶有两种形式（有活性、无活性，活性高、活性低） 酶蛋白的共价修饰是可逆的酶促反应，在不同酶的作用下，酶蛋白的活性状态可互相转变。催化互变反应的酶在体内可受调节因素如激素的调控。
②具有放大效应，效率较变构调节高。
③磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。同一个酶可以同时受变构调节和化学修饰调节。
二、 酶含量的调节 包括对酶合成与分解速率的调节
（一）酶蛋白合成的诱导和阻遏 诱导作用(induction) 阻遏作用(repression)
对代谢缓慢而长效的调节
（二）酶降解的调控与一般蛋白质降解途径相同 溶酶体蛋白酶降解途径（不依赖ATP的降解途径）
非溶酶体蛋白酶降解途径（又称依赖ATP和泛素的降解途径）
第七节 酶活性的测定
酶促反应速度可在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。酶的活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。
酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量（mg、μg、μmol等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。
第八节
酶的命名与分类
The Naming and Classification of Enzyme
一、酶的命名
1. 习惯命名法——推荐名称
2. 系统命名法——系统名称
二、酶的分类
1.氧化还原酶类(oxidoreductases)2.转移酶类 (transferases )3.水解酶类 (hydrolases)
4.裂合酶类 (lyases)5.异构酶类( isomerases)6.连接酶类 (ligases, synthetases)
第十节
酶与医学的关系
The Relation of Enzyme and Medicine
酶与医学的关系
The Relation of Enzyme and Medicine
一、酶与疾病的关系
（一） 酶与疾病的发生
（二） 酶与疾病的诊断
（三） 酶与疾病的治疗
2．酶标记测定法 酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记。通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在和含量。
3．工具酶 除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。
（二）酶作为药物用于临床治疗（三）酶的分子工程
将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。 固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的活性。
2．抗体酶具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme) 。
3．模拟酶模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。
（一） 酶与疾病的发生
（二） 酶与疾病的诊断
（三） 酶与疾病的治疗
2．酶标记测定法 酶可以代替同位素与某些物质相结合，从而使该物质被酶所标记。通过测定酶的活性来判断被标记物质或与其定量结合的物质的存在和含量。
3．工具酶 除上述酶偶联测定法外，人们利用酶具有高度特异性的特点，将酶做为工具，在分子水平上对某些生物大分子进行定向的分割与连接。
（二）酶作为药物用于临床治疗（三）酶的分子工程
将水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。 固定化酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的活性。
2．抗体酶具有催化功能的抗体分子称为抗体酶(abzyme) 。
3．模拟酶模拟酶是根据酶的作用原理，利用有机化学合成方法，人工合成的具有底物结合部位和催化部位的非蛋白质有机化合物。
第 四 章
糖 代 谢
Metabolism of Carbohydrates
糖的化学
（一）糖的概念
糖(carbohydrates)即碳水化合物（CH2O）n ，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。
（二）糖的分类及其结构
根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。单糖 (monosacchride)
寡糖 (oligosacchride)多糖 (polysacchride)结合糖 (glycoconjugate)
1. 单糖 不能再水解的糖。
2. 寡糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。麦芽糖 蔗糖 乳糖
3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。淀粉 糖原 纤维素
② 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式
结合糖 糖与非糖物质的结合物。
常见的结合糖有
糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。
糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。
糖 代 谢
Metabolism of Carbohydrates
糖的化学
（一）糖的概念
糖(carbohydrates)即碳水化合物（CH2O）n ，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。
（二）糖的分类及其结构
根据其水解产物的情况，糖主要可分为以下四大类。单糖 (monosacchride)
寡糖 (oligosacchride)多糖 (polysacchride)结合糖 (glycoconjugate)
1. 单糖 不能再水解的糖。
2. 寡糖能水解生成几分子单糖的糖，各单糖之间借脱水缩合的糖苷键相连。麦芽糖 蔗糖 乳糖
3. 多糖 能水解生成多个分子单糖的糖。淀粉 糖原 纤维素
② 糖原 是动物体内葡萄糖的储存形式
结合糖 糖与非糖物质的结合物。
常见的结合糖有
糖脂 (glycolipid)：是糖与脂类的结合物。
糖蛋白 (glycoprotein)：是糖与蛋白质的结合物。
第 一 节
概 述
概 述
分布：
植物 含量最多 约占干重80%，主要是纤维素
微生物 约占干重10~30%，多以糖脂、糖蛋白的形式
存在于外壳中
植物 含量最多 约占干重80%，主要是纤维素
微生物 约占干重10~30%，多以糖脂、糖蛋白的形式
存在于外壳中
人体 约占干重2%，主要是葡萄糖和糖原
一、糖的生理功能
1. 氧化供能
2. 提供合成体内其他物质的原料
3. 作为机体组织细胞的组成成分
4.作为细胞识别的信息分子
二、糖的消化与吸收
（一）糖的消化人类食物中的糖主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖等，其中以淀粉为主。消化部位： 主要在小肠，少量在口腔
食物中含有的大量纤维素，因人体内无-糖苷酶而不能对其分解利用，但却具有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需。
（二）糖的吸收
1. 吸收部位小肠上段
2. 吸收形式 单 糖
3. 吸收机制(简单扩散、继发性主动吸收)Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter, SGLT)
4. 吸收途径 GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 1～5)。
三、血糖的来源和去路 * 血糖，指血液中的葡萄糖。
血糖水平，即血糖浓度。正常血糖浓度 ：3.89~6.11mmol/L（葡萄糖氧化酶法）
血糖水平恒定的生理意义
保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。
脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；
红细胞没有线粒体，完全通过糖无氧酵解获能；
骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。
第 二 节
糖的分解代谢
糖的无氧分解
Glycolysis
一、糖酵解的反应过程
* 糖酵解(glycolysis)的定义在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。
* 糖酵解的反应部位：胞浆
* 糖酵解分为两个阶段
第一阶段由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。
第二阶段由丙酮酸转变成乳酸。
（一）葡萄糖经酵解途径分解为两分子丙酮酸 葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸
哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)
葡萄糖激酶的特点是： ①对葡萄糖的亲和力很低；②受激素调控
这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水平和糖代谢中起着重要的生理作用。
果糖-6-磷酸的生成
果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸
磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖
磷酸丙糖的同分异构化
甘油醛 -3-磷酸氧化为1,3-二磷酸甘油酸
1,3-二磷酸甘油酸转变成甘油酸-3-磷酸
以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。
甘油酸-3-磷酸转变为甘油酸-2-磷酸
甘油酸-2-磷酸转变为磷酸烯醇丙酮酸
磷酸烯醇丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP
二）丙酮酸转变成乳酸
(三)糖酵解小结
⑴ 反应部位：胞浆⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程
⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应⑷ 产能的方式和数量
方式：底物水平磷酸化(2次)
净生成ATP数量：从G开始 2×2-2= 2ATP
从Gn开始 2×2-1= 3ATP
⑸ 终产物乳酸的去路
释放入血，进入肝脏再进一步代谢：
分解利用
乳酸循环（糖异生）
(6)除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。
二、糖酵解的调节
别构调节
别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P
别构抑制剂：柠檬酸; ATP（高浓度）
（一）磷酸果糖激酶-1对调节酵解途径的流量最重要
ATP对磷酸果糖激酶-1的调节：
果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶-1的调节：
果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂；
其作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。
（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点
1、别构调节
别构激活剂：1,6-双磷酸果糖
别构抑制剂：ATP, 丙氨酸
（三）己糖激酶或葡萄糖激酶6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。
长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。
胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成。
三、糖酵解的生理意义
1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。
2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。
① 无线粒体的细胞，如：红细胞
② 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞
3. 糖酵解逆行相似途径（逆向反应）是糖异生途径。
糖的有氧氧化Aerobic Oxidation of Carbohydrate
* 概念 糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。
* 部位：胞液及线粒体
一、有氧氧化的反应过程
第一阶段：酵解途径
第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧
第三阶段：三羧酸循环
第四阶段：氧化磷酸化
（一）丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。丙酮酸脱氢酶复合体的组成
酶
E1：丙酮酸脱氢酶
E2：二氢硫辛酰转乙酰酶
E3：二氢硫辛酰脱氢酶
丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程
1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。
2. 由二氢硫辛酰转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰-E2。
3. 二氢硫辛酰转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰上的二硫键还原为2个巯基。
4. 二氢硫辛酰脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。
5. 在二氢硫辛酰脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。
（二）三羧酸循环
三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。
1、柠檬酸的生成Citrate (6C) is formed from the irreversible condensation of acetyl CoA (2C) and oxaloacetate (4C)- catalyzed by citrate synthase.
2、异柠檬酸的生成Citrate is converted to isocitrate by an isomerization catalyzed by aconitase. This is actually a two step reaction during which cis-aconitate is formed as an intermediate. It is the cis-aconitate which gives the enzyme its name.
3、异柠檬酸氧化脱羧Isocitrate is oxidized to α-ketoglutarate (5C) and CO2 by isocitrate dehydrogenase. This mitochondrial enzyme requires NAD+, which is reduced to NADH.
4、a-酮戊二酸氧化脱羧
α-Ketoglutarate is oxidized to succinyl CoA (4C) and CO2 by the α-ketoglutarate dehydrogenase complex. Like pyruvate dehydrogenase, this is a complex of three enzymes and uses NAD+ as cofactor.
a-酮戊二酸脱氢酶复合体: a-酮戊二酸脱氢酶(TPP)硫辛酸琥珀酰基转移酶(硫辛酸、HSCoA)
二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)
5、琥珀酸的生成
6、延胡索酸的生成
7、延胡索酸水合形成苹果酸
8、草酰乙酸的再生
小 结
① 三羧酸循环：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。
② TAC过程的反应部位是线粒体。
③ 三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环消耗一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。
生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子 CO2， 1分子GTP。
关键酶有：柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶
⑤ 、有氧氧化是机体获得ATP的主要方式 H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。
⑥ 三羧酸循环的中间产物
三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。
表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，
Ⅰ 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。
* 糖酵解(glycolysis)的定义在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称之为糖酵解。
* 糖酵解的反应部位：胞浆
* 糖酵解分为两个阶段
第一阶段由葡萄糖分解成丙酮酸(pyruvate)，称之为糖酵解途径(glycolytic pathway)。
第二阶段由丙酮酸转变成乳酸。
（一）葡萄糖经酵解途径分解为两分子丙酮酸 葡萄糖磷酸化为葡糖-6-磷酸
哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ至Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)
葡萄糖激酶的特点是： ①对葡萄糖的亲和力很低；②受激素调控
这些特性使葡萄糖激酶在维持血糖水平和糖代谢中起着重要的生理作用。
果糖-6-磷酸的生成
果糖-6-磷酸转变为果糖-1,6-二磷酸
磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖
磷酸丙糖的同分异构化
甘油醛 -3-磷酸氧化为1,3-二磷酸甘油酸
1,3-二磷酸甘油酸转变成甘油酸-3-磷酸
以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。
甘油酸-3-磷酸转变为甘油酸-2-磷酸
甘油酸-2-磷酸转变为磷酸烯醇丙酮酸
磷酸烯醇丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP
二）丙酮酸转变成乳酸
(三)糖酵解小结
⑴ 反应部位：胞浆⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程
⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应⑷ 产能的方式和数量
方式：底物水平磷酸化(2次)
净生成ATP数量：从G开始 2×2-2= 2ATP
从Gn开始 2×2-1= 3ATP
⑸ 终产物乳酸的去路
释放入血，进入肝脏再进一步代谢：
分解利用
乳酸循环（糖异生）
(6)除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。
二、糖酵解的调节
别构调节
别构激活剂：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P
别构抑制剂：柠檬酸; ATP（高浓度）
（一）磷酸果糖激酶-1对调节酵解途径的流量最重要
ATP对磷酸果糖激酶-1的调节：
果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶-1的调节：
果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂；
其作用是与AMP一起取消ATP、柠檬酸对磷酸果糖激酶-1的变构抑制作用。
（二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点
1、别构调节
别构激活剂：1,6-双磷酸果糖
别构抑制剂：ATP, 丙氨酸
（三）己糖激酶或葡萄糖激酶6-磷酸葡萄糖可反馈抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激酶不受其抑制。
长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶。
胰岛素可诱导葡萄糖激酶基因的转录，促进酶的合成。
三、糖酵解的生理意义
1. 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。
2. 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径。
① 无线粒体的细胞，如：红细胞
② 代谢活跃的细胞，如：白细胞、骨髓细胞
3. 糖酵解逆行相似途径（逆向反应）是糖异生途径。
糖的有氧氧化Aerobic Oxidation of Carbohydrate
* 概念 糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。
* 部位：胞液及线粒体
一、有氧氧化的反应过程
第一阶段：酵解途径
第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧
第三阶段：三羧酸循环
第四阶段：氧化磷酸化
（一）丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA (acetyl CoA)。丙酮酸脱氢酶复合体的组成
酶
E1：丙酮酸脱氢酶
E2：二氢硫辛酰转乙酰酶
E3：二氢硫辛酰脱氢酶
丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程
1. 丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP。
2. 由二氢硫辛酰转乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰-E2。
3. 二氢硫辛酰转乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同时使硫辛酰上的二硫键还原为2个巯基。
4. 二氢硫辛酰脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢，同时将氢传递给FAD。
5. 在二氢硫辛酰脱氢酶(E3)催化下，将FADH2上的H转移给NAD+，形成NADH+H+。
（二）三羧酸循环
三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。
1、柠檬酸的生成Citrate (6C) is formed from the irreversible condensation of acetyl CoA (2C) and oxaloacetate (4C)- catalyzed by citrate synthase.
2、异柠檬酸的生成Citrate is converted to isocitrate by an isomerization catalyzed by aconitase. This is actually a two step reaction during which cis-aconitate is formed as an intermediate. It is the cis-aconitate which gives the enzyme its name.
3、异柠檬酸氧化脱羧Isocitrate is oxidized to α-ketoglutarate (5C) and CO2 by isocitrate dehydrogenase. This mitochondrial enzyme requires NAD+, which is reduced to NADH.
4、a-酮戊二酸氧化脱羧
α-Ketoglutarate is oxidized to succinyl CoA (4C) and CO2 by the α-ketoglutarate dehydrogenase complex. Like pyruvate dehydrogenase, this is a complex of three enzymes and uses NAD+ as cofactor.
a-酮戊二酸脱氢酶复合体: a-酮戊二酸脱氢酶(TPP)硫辛酸琥珀酰基转移酶(硫辛酸、HSCoA)
二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)
5、琥珀酸的生成
6、延胡索酸的生成
7、延胡索酸水合形成苹果酸
8、草酰乙酸的再生
小 结
① 三羧酸循环：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。
② TAC过程的反应部位是线粒体。
③ 三羧酸循环的要点经过一次三羧酸循环消耗一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。
生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子 CO2， 1分子GTP。
关键酶有：柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶
⑤ 、有氧氧化是机体获得ATP的主要方式 H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。
⑥ 三羧酸循环的中间产物
三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。
表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，
Ⅰ 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TAC中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。
Ⅱ 机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TAC氧化分解。
* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。
* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。
二、有氧氧化的调节
① 酵解途径：己糖激酶丙酮酸激酶磷酸果糖激酶-1
② 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体
③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶
1. 丙酮酸脱氢酶复合体
⑴ 别构调节
别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP
别构激活剂：AMP; ADP; NAD+
* 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。
2. 三羧酸循环的调节
① ATP、ADP的影响
② 产物堆积引起抑制
③ 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶
④ 其他，如Ca2+可激活许多酶
有氧氧化的调节特点
⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。
⑵ ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。
⑶ 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。
⑷ 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。
应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。
① 酵解途径：己糖激酶丙酮酸激酶磷酸果糖激酶-1
② 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体
③ 三羧酸循环：柠檬酸合酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶
1. 丙酮酸脱氢酶复合体
⑴ 别构调节
别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP
别构激活剂：AMP; ADP; NAD+
* 乙酰CoA/HSCoA或 NADH/NAD+时，其活性也受到抑制。
2. 三羧酸循环的调节
① ATP、ADP的影响
② 产物堆积引起抑制
③ 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶
④ 其他，如Ca2+可激活许多酶
有氧氧化的调节特点
⑴ 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。
⑵ ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。
⑶ 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。
⑷ 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。
应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。
三. 三羧酸循环的生理意义
是三大营养物质氧化分解的最终代谢通路；
是三大营养物质代谢联系的枢纽；
提供生物合成的前体；
为呼吸链提供H+ + e。
有氧氧化的生理意义
糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。
磷酸戊糖途径
Pentose Phosphate Pathway
磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。
一、磷酸戊糖途径的反应过程
* 细胞定位：胞 液 (肝脏、脂肪、肾上腺皮质等)
* 反应过程可分为二个阶段
第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2
第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。
1．葡糖-6-磷酸在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH
催化第一步脱氢反应的葡糖-6-磷酸脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。
2．经过基团转移反应进入糖酵解途径——非氧化反应
是三大营养物质氧化分解的最终代谢通路；
是三大营养物质代谢联系的枢纽；
提供生物合成的前体；
为呼吸链提供H+ + e。
有氧氧化的生理意义
糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。
磷酸戊糖途径
Pentose Phosphate Pathway
磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。
一、磷酸戊糖途径的反应过程
* 细胞定位：胞 液 (肝脏、脂肪、肾上腺皮质等)
* 反应过程可分为二个阶段
第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2
第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。
1．葡糖-6-磷酸在氧化阶段生成磷酸戊糖和NADPH
催化第一步脱氢反应的葡糖-6-磷酸脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。
2．经过基团转移反应进入糖酵解途径——非氧化反应
每3分子葡糖-6-磷酸同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成1分子甘油醛-3-磷酸和2分子果糖-6-磷酸。甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。
磷酸戊糖途径的特点
⑴ 脱氢反应以NADP+为受氢体，生成NADPH+H+。
⑵ 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。
⑶ 反应中生成了重要的中间代谢物——5-磷酸核糖。
二、磷酸戊糖途径的生理意义
（一）为核酸的生物合成提供核糖
（二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应
1. NADPH是体内许多合成代谢的供氢体
2. NADPH参与体内的羟化反应（加单氧酶系），与生物转化有关
3. NADPH可维持GSH的还原性
磷酸戊糖途径中酶的先天遗传性缺陷先天遗传缺乏6－磷酸葡萄糖脱氢酶，在给磺胺、阿司匹林等有氧化性的药物时，大量NADPH被氧化，不能保持红细胞中还原谷胱苷肽水平，破坏膜结构，造成溶血、贫血等症状。
第 三 节
糖原的合成与分解
Glycogenesis and Glycogenolysis
糖原的结构特点及其意义
1. 葡萄糖单元以α-1,4-糖苷 键形成长链。
2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。
3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。
糖 原 (glycogen)是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。
糖原储存的主要器官及其生理意义
糖原的生物学意义
是生物体所需能量的储存库
是容易动员的多糖，保证其不间断的供给，从而维持血糖水平的恒定
1. 葡萄糖单元以α-1,4-糖苷 键形成长链。
2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。
3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。
糖 原 (glycogen)是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。
糖原储存的主要器官及其生理意义
糖原的生物学意义
是生物体所需能量的储存库
是容易动员的多糖，保证其不间断的供给，从而维持血糖水平的恒定
一、糖原的合成代谢糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。
（二）合成部位
组织定位：主要在肝脏、肌肉
细胞定位：胞浆
（三）糖原合成途径
1. 葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸
2.葡糖-1-磷酸的生成
这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成α-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。
3. 尿苷二磷酸葡萄糖的生成
4. α-1,4-糖苷键式结合
二、糖原的分解代谢
* 肌糖原的分解
肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成葡糖-6-磷酸之后，由于肌肉组织中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的葡糖-6-磷酸不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。
肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。
（二）合成部位
组织定位：主要在肝脏、肌肉
细胞定位：胞浆
（三）糖原合成途径
1. 葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-磷酸
2.葡糖-1-磷酸的生成
这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成α-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。
3. 尿苷二磷酸葡萄糖的生成
4. α-1,4-糖苷键式结合
二、糖原的分解代谢
* 肌糖原的分解
肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成葡糖-6-磷酸之后，由于肌肉组织中不存在葡糖-6-磷酸酶，所以生成的葡糖-6-磷酸不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。
肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。
糖原积累（2）糖原分解的能量生成
糖酵解 :净生成ATP数量：从G开始 2×2-2= 2ATP从Gn开始 2×2-1= 3ATP
三、糖原合成与分解的调节
第 四 节
糖酵解 :净生成ATP数量：从G开始 2×2-2= 2ATP从Gn开始 2×2-1= 3ATP
三、糖原合成与分解的调节
第 四 节
糖 异 生
Gluconeogenesis
Gluconeogenesis
一、糖异生途径
非糖物质进入糖异生的途径
二、糖异生的调节
三、糖异生的生理意义
糖异生的主要原料为乳酸、氨基酸及甘油。
乳酸来自肌糖原分解。这部分糖异生主要与运动强度有关。
而在饥饿早期，糖异生的原料主要为氨基酸和甘油。
（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡
长期饥饿或禁食时，肾糖异生增强，有利于维持酸碱平衡。
发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒造成的。此时体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，从而使糖异生作用增强。
当肾中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾小管细胞将NH3分泌入管腔中，与原尿中H+结合，降低原尿H+的浓度，有利于排氢保钠作用的进行，对于防止酸中毒有重要作用。
（四）、回收乳酸能量 ——(lactose———（Cori 循环）
其它单糖的代谢
Metabolism of Other Monose
第 五 节
糖代谢紊乱
一、血糖浓度的调节
（二）胰高血糖素
（三）糖皮质激素
（四）肾上腺素
三、血糖水平异常
2. 高血糖及糖尿的病理和生理原因 ① 胰性（胰岛β-细胞功能亢进、胰岛α-细胞功能低下等）
② 肝性（肝癌、糖原积累病等）
③ 内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）
④ 肿瘤（胃癌等）
⑤ 饥饿或不能进食
（二）胰高血糖素
（三）糖皮质激素
（四）肾上腺素
三、血糖水平异常
2. 高血糖及糖尿的病理和生理原因 ① 胰性（胰岛β-细胞功能亢进、胰岛α-细胞功能低下等）
② 肝性（肝癌、糖原积累病等）
③ 内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）
④ 肿瘤（胃癌等）
⑤ 饥饿或不能进食
第 五 章
脂 类 代 谢
第一节 概 述
一、脂类定义
是一类低溶于水而易溶于有机溶剂的生物有机分子，脂肪和类脂总称为脂类(lipid)
二、脂类的分类、含量、分布及生理功能
三、脂类物质的基本构成
四、脂类的消化与吸收
1、消化
条件 ① 乳化剂（胆汁酸盐、甘油一酯、甘油二酯等）的乳化作用；② 酶的催化作用
部 位 主要在小肠上段
消化过程及相应的酶
2、脂类的吸收部 位 十二指肠下段及空肠上段
脂 类 代 谢
第一节 概 述
一、脂类定义
是一类低溶于水而易溶于有机溶剂的生物有机分子，脂肪和类脂总称为脂类(lipid)
二、脂类的分类、含量、分布及生理功能
三、脂类物质的基本构成
四、脂类的消化与吸收
1、消化
条件 ① 乳化剂（胆汁酸盐、甘油一酯、甘油二酯等）的乳化作用；② 酶的催化作用
部 位 主要在小肠上段
消化过程及相应的酶
2、脂类的吸收部 位 十二指肠下段及空肠上段
第 三 节
三酰甘油的中间代谢
脂肪酸的化学 三酰甘油的分解代谢 脂肪动员甘油进入糖代谢脂酸的分解脂酸的其他氧化方式酮体的生成和利用脂肪酸的合成代谢甘油的代谢甘油三酯的合成代谢多不饱和脂酸的重要衍生物
一、脂肪酸的化学
脂肪酸的分类
碳链长度≤10的脂酸称为短链脂酸
将碳链长度≥20的脂酸称为长链脂酸
（一）脂酸根据其碳链长度分类短链、中链和长链脂酸
（二）脂酸根据其碳链是否存在双键分类饱和脂酸和不饱和脂酸
Δ编号系统：是从羧基端开始计数
ω编号系统：是从甲基端开始计数（亦称为n编号）
希腊字母编号：从羧基端碳原子算起，第二个碳原子称α碳原子，第三、四、五、六个碳原子分别为、γ、δ和ε碳原子……亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等多不饱和脂酸是人体不可缺乏的营养素，不能自身合成，需从食物摄取，故称营养必需脂肪酸。
植物油营养价值 > 动物油营养价值
二、三酰甘油分解代谢
（一）三酰甘油的动员
定义 储存在脂肪细胞中的脂肪，被肪脂酶逐步水解为FFA及甘油，并释放入血以供其他组织氧化利用的过程。
关键酶激素敏感性脂肪酶(hormone-sensitive lipase , H 激素敏感性甘油三酯脂肪酶
脂解激素能增强HSL的活性，促进脂肪动员的激素，如胰高血糖素、去甲肾上腺素、ACTH 等。
对抗脂解激素因子能降低HSL的活性，抑制脂肪动员，如胰岛素、前列腺素E2、烟酸等。
（二）甘油代谢
肝：甘油 3-p-甘油 磷酸二羟丙酮
短链脂肪酸: 直接在血液中溶解
中长链脂肪酸: 不溶于水,与血浆中清蛋白结合 , 运至各个组织脂肪酸主要在心、肝、骨骼肌等摄取利用
1、脂酸的活化—— 脂酰 CoA 的生成（胞液）
* 脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)存在于内质网及线粒体外膜上
2、 脂酰CoA 进入线粒体是脂酸β-氧化的主要限速步骤
3、 脂酸的β氧化
4、脂酸氧化的能量生成—— 以16碳软脂酸的氧化为例
活 化：消耗2个高能磷酸键
β氧 化： 每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解 产物：1分子乙酰CoA1分子少两个碳原子的脂酰CoA1分子NADH+H+1分子FADH2 7 轮循环产物：8分子乙酰CoA7分子NADH+H+7分子FADH2
能量计算： 生成ATP 8×10 + 7×2.5 + 7×1.5 = 108净生成ATP 108 – 2 = 106
公式：(n/2-1) ×(2.5+1.5)+n/2×10-2（n是偶数且无不饱和键）
不饱和脂酸的氧化 ： 产生的ATP数较相应饱和脂肪酸少
附加酶：异构酶和NADPH依赖性还原酶
奇数碳原子脂酸的氧化：
丙酰辅酶A 丙二酰辅酶A 琥珀酰辅酶A
羧化 变位酶
α氧化：：在脑等组织内质网和线粒体中进行的支链脂肪酸次要氧化方式 .脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上, 分解出CO2, 生成比原来少一个碳原子的脂肪酸
ω氧化：从脂肪酸远端甲基碳羟化、氧化成羧基，再在任一端活化后进行β氧 化
三、 酮体的生成和利用
乙酰乙酸(acetoacetate) 、β-羟丁酸(β-hydroxybutyrate)、丙酮(acetone)三者总称为酮体,是脂酸在肝脏中氧化分解的正常中间产物 。
原料：脂酸经β氧化产生的乙酰CoA
代谢定位：
生成：肝细胞线粒体
利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）“肝内生成，肝外用”
1. 酮体的生成
2. 酮体的利用
3. 酮体生成的生理意义
酮体是肝脏输出能源的一种形式。
并且酮体可通过血脑屏障，是脑组织的重要能源。
酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。
酮血症、酮尿症、酮症酸中毒
4. 酮体生成的调节
（1）饱食及饥饿的影响（主要通过激素的作用）
（2）肝细胞糖原含量及代谢的影响反之，糖代谢减弱，脂酸β氧化及酮体生成均加强。
（3）丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体丙二酰CoA竞争性抑制肉碱脂酰转移酶 ，抑制脂酰CoA进入线粒体，脂酸β氧化减弱，酮体生产减少。
四、脂肪酸的合成代谢
（一）脂酸的合成
1. 合成部位
组 织：肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等组织
肝是人体合成脂酸的主要场所
亚细胞：
胞液：主要合成16碳的软脂酸（棕榈酸）
肝线粒体、内质网：碳链延长
2. 合成原料
乙酰CoA、ATP、HCO3﹣、NADPH、Mn2+
乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过柠檬酸-丙酮酸循环 (citrate pyruvate cycle)出线粒体。
NADPH的来源
磷酸戊糖途径（主要来源）
胞液中异柠檬酸脱氢酶及苹果酸酶催化的反应
一、脂肪酸的化学
脂肪酸的分类
碳链长度≤10的脂酸称为短链脂酸
将碳链长度≥20的脂酸称为长链脂酸
（一）脂酸根据其碳链长度分类短链、中链和长链脂酸
（二）脂酸根据其碳链是否存在双键分类饱和脂酸和不饱和脂酸
Δ编号系统：是从羧基端开始计数
ω编号系统：是从甲基端开始计数（亦称为n编号）
希腊字母编号：从羧基端碳原子算起，第二个碳原子称α碳原子，第三、四、五、六个碳原子分别为、γ、δ和ε碳原子……亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等多不饱和脂酸是人体不可缺乏的营养素，不能自身合成，需从食物摄取，故称营养必需脂肪酸。
植物油营养价值 > 动物油营养价值
二、三酰甘油分解代谢
（一）三酰甘油的动员
定义 储存在脂肪细胞中的脂肪，被肪脂酶逐步水解为FFA及甘油，并释放入血以供其他组织氧化利用的过程。
关键酶激素敏感性脂肪酶(hormone-sensitive lipase , H 激素敏感性甘油三酯脂肪酶
脂解激素能增强HSL的活性，促进脂肪动员的激素，如胰高血糖素、去甲肾上腺素、ACTH 等。
对抗脂解激素因子能降低HSL的活性，抑制脂肪动员，如胰岛素、前列腺素E2、烟酸等。
（二）甘油代谢
肝：甘油 3-p-甘油 磷酸二羟丙酮
短链脂肪酸: 直接在血液中溶解
中长链脂肪酸: 不溶于水,与血浆中清蛋白结合 , 运至各个组织脂肪酸主要在心、肝、骨骼肌等摄取利用
1、脂酸的活化—— 脂酰 CoA 的生成（胞液）
* 脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)存在于内质网及线粒体外膜上
2、 脂酰CoA 进入线粒体是脂酸β-氧化的主要限速步骤
3、 脂酸的β氧化
4、脂酸氧化的能量生成—— 以16碳软脂酸的氧化为例
活 化：消耗2个高能磷酸键
β氧 化： 每轮循环 四个重复步骤：脱氢、水化、再脱氢、硫解 产物：1分子乙酰CoA1分子少两个碳原子的脂酰CoA1分子NADH+H+1分子FADH2 7 轮循环产物：8分子乙酰CoA7分子NADH+H+7分子FADH2
能量计算： 生成ATP 8×10 + 7×2.5 + 7×1.5 = 108净生成ATP 108 – 2 = 106
公式：(n/2-1) ×(2.5+1.5)+n/2×10-2（n是偶数且无不饱和键）
不饱和脂酸的氧化 ： 产生的ATP数较相应饱和脂肪酸少
附加酶：异构酶和NADPH依赖性还原酶
奇数碳原子脂酸的氧化：
丙酰辅酶A 丙二酰辅酶A 琥珀酰辅酶A
羧化 变位酶
α氧化：：在脑等组织内质网和线粒体中进行的支链脂肪酸次要氧化方式 .脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上, 分解出CO2, 生成比原来少一个碳原子的脂肪酸
ω氧化：从脂肪酸远端甲基碳羟化、氧化成羧基，再在任一端活化后进行β氧 化
三、 酮体的生成和利用
乙酰乙酸(acetoacetate) 、β-羟丁酸(β-hydroxybutyrate)、丙酮(acetone)三者总称为酮体,是脂酸在肝脏中氧化分解的正常中间产物 。
原料：脂酸经β氧化产生的乙酰CoA
代谢定位：
生成：肝细胞线粒体
利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）“肝内生成，肝外用”
1. 酮体的生成
2. 酮体的利用
3. 酮体生成的生理意义
酮体是肝脏输出能源的一种形式。
并且酮体可通过血脑屏障，是脑组织的重要能源。
酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗。
酮血症、酮尿症、酮症酸中毒
4. 酮体生成的调节
（1）饱食及饥饿的影响（主要通过激素的作用）
（2）肝细胞糖原含量及代谢的影响反之，糖代谢减弱，脂酸β氧化及酮体生成均加强。
（3）丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体丙二酰CoA竞争性抑制肉碱脂酰转移酶 ，抑制脂酰CoA进入线粒体，脂酸β氧化减弱，酮体生产减少。
四、脂肪酸的合成代谢
（一）脂酸的合成
1. 合成部位
组 织：肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等组织
肝是人体合成脂酸的主要场所
亚细胞：
胞液：主要合成16碳的软脂酸（棕榈酸）
肝线粒体、内质网：碳链延长
2. 合成原料
乙酰CoA、ATP、HCO3﹣、NADPH、Mn2+
乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过柠檬酸-丙酮酸循环 (citrate pyruvate cycle)出线粒体。
NADPH的来源
磷酸戊糖途径（主要来源）
胞液中异柠檬酸脱氢酶及苹果酸酶催化的反应
3. 软脂酸合成酶系及反应过程
（1）丙二酰CoA的合成乙酰CoA羧化酶 (acetyl CoA carboxylase)是脂酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素，Mn2+是其激活剂。
（2）脂酸合成
从乙酰CoA及丙二酸单酰CoA合成长链脂酸，是一个重复加成过程，每次延长2个碳原子。
先合成16C的软脂酸，再以此为基础合成其他脂酸
（二）脂酸碳链的延长
（四）脂酸合成的调节
1. 代谢物的调节作用
乙酰CoA羧化酶的别构调节物
抑制剂：软脂酰CoA及其他长链脂酰CoA
激活剂：柠檬酸、异柠檬酸
进食糖类而糖代谢加强，NADPH及乙酰CoA供应增多，有利于脂酸的合成。
大量进食糖类也能增强各种合成脂肪有关的酶活性从而使脂肪合成增加。
2. 激素调节
乙酰CoA羧化酶的共价调节
胰高血糖素：激活PKA，使之磷酸化而失活
胰岛素：通过磷蛋白磷酸酶，使之去磷酸化而复活
五、三酰甘油的合成
（一）合成部位：肝脏、脂肪组织、小肠粘膜的胞液
（二）合成原料
原料：甘油：先活化为α-磷酸-甘油 脂酸：先活化为脂酰CoA
（1）丙二酰CoA的合成乙酰CoA羧化酶 (acetyl CoA carboxylase)是脂酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素，Mn2+是其激活剂。
（2）脂酸合成
从乙酰CoA及丙二酸单酰CoA合成长链脂酸，是一个重复加成过程，每次延长2个碳原子。
先合成16C的软脂酸，再以此为基础合成其他脂酸
（二）脂酸碳链的延长
（四）脂酸合成的调节
1. 代谢物的调节作用
乙酰CoA羧化酶的别构调节物
抑制剂：软脂酰CoA及其他长链脂酰CoA
激活剂：柠檬酸、异柠檬酸
进食糖类而糖代谢加强，NADPH及乙酰CoA供应增多，有利于脂酸的合成。
大量进食糖类也能增强各种合成脂肪有关的酶活性从而使脂肪合成增加。
2. 激素调节
乙酰CoA羧化酶的共价调节
胰高血糖素：激活PKA，使之磷酸化而失活
胰岛素：通过磷蛋白磷酸酶，使之去磷酸化而复活
五、三酰甘油的合成
（一）合成部位：肝脏、脂肪组织、小肠粘膜的胞液
（二）合成原料
原料：甘油：先活化为α-磷酸-甘油 脂酸：先活化为脂酰CoA
原料来源：甘油和脂酸主要来自于葡萄糖代谢
糖 磷酸二羟丙酮 α-磷酸甘油
糖 乙酰辅酶A 脂酸（脂酰辅酶A）
2. CM中的FFA（来自食物脂类的消化吸收）
3.体内原有脂肪、磷脂的降解
甘油 α-磷酸甘油
脂酸 脂酰辅酶A
（三）合成基本过程
* 3-磷酸甘油主要来自糖代谢。
* 肝、肾等组织含有甘油激酶，可利用游离甘油。
糖 磷酸二羟丙酮 α-磷酸甘油
糖 乙酰辅酶A 脂酸（脂酰辅酶A）
2. CM中的FFA（来自食物脂类的消化吸收）
3.体内原有脂肪、磷脂的降解
甘油 α-磷酸甘油
脂酸 脂酰辅酶A
（三）合成基本过程
* 3-磷酸甘油主要来自糖代谢。
* 肝、肾等组织含有甘油激酶，可利用游离甘油。
第四节
磷 脂 的 代 谢
磷 脂 的 代 谢
（一）概念、分类
分类 甘油磷脂 ——由甘油构成的磷酯
（体内含量最多的磷脂）
鞘 磷 脂 ——由鞘氨醇构成的磷脂
（二）甘油磷脂的合成
以磷脂酸作前体 ，需CTP,以 CDP衍生物形式作活化载体。
根据CDP活化的部分不同存在两条途径：
1、二酰甘油首先被活化，再与肌醇等头基反应，合成磷脂
2、磷酸胆碱或磷酸乙醇胺等头基首先被活化，再与二酰甘油反应，合成磷脂
（三）甘油磷脂的分解
分类 甘油磷脂 ——由甘油构成的磷酯
（体内含量最多的磷脂）
鞘 磷 脂 ——由鞘氨醇构成的磷脂
（二）甘油磷脂的合成
以磷脂酸作前体 ，需CTP,以 CDP衍生物形式作活化载体。
根据CDP活化的部分不同存在两条途径：
1、二酰甘油首先被活化，再与肌醇等头基反应，合成磷脂
2、磷酸胆碱或磷酸乙醇胺等头基首先被活化，再与二酰甘油反应，合成磷脂
（三）甘油磷脂的分解
第 五 节
胆固醇代谢
Metabolism of Cholesterol
胆固醇的结构、分布和生理功能
胆固醇的合成合成部位合成原料合成过程合成调胆固醇的转化 固醇共同结构环戊烷多氢菲
* 胆固醇的生理功能
是生物膜的重要成分，对控制生物膜的流动性有重要作用；
是合成胆汁酸、类固醇激素及维生素D等生理活性物质的前体。
一、 胆固醇的合成
（一）合成部位
组织定位：除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成，以肝、小肠为主。
细胞定位：胞液、光面内质网
（二）合成原料
18乙酰CoA + 36ATP + 16(NADPH+H+)
乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环出线粒体
（三）合成基本过程（约 30 步酶促反应）
1. HMG-CoA 的合成
2.甲羟戊酸的合成
3. 胆固醇的合成
（四）胆固醇合成的调节
HMG-CoA还原酶
酶的活性具有昼夜节律性 (午夜最高 ，中午最低 ）
可被磷酸化而失活，脱磷酸可恢复活性
受胆固醇的反馈抑制作用
胰岛素、甲状腺素能诱导肝HMG-COA还原酶的合成
3. 激素
胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMG-CoA还原酶的合成，从而增加胆固醇的合成。
胰高血糖素及皮质醇则能抑制HMG-CoA还原酶的活性，因而减少胆固醇的合成。
甲状腺素还促进胆固醇在肝转变为胆汁酸。
二、胆固醇的转化
（一）转变为胆汁酸 (bile acid)（肝脏 80%胆固醇 ）胆固醇在在肝细胞中转化成胆汁酸(bile acid)，随胆汁经胆管排入十二指肠，是体内代谢的主要去路。
类固醇激素danzhisuan维生素D
体内合成（乙酰CoA）
第 六 节
血 浆 脂 蛋 白 代 谢
Metabolism of Lipoprotein
胆固醇代谢
Metabolism of Cholesterol
胆固醇的结构、分布和生理功能
胆固醇的合成合成部位合成原料合成过程合成调胆固醇的转化 固醇共同结构环戊烷多氢菲
* 胆固醇的生理功能
是生物膜的重要成分，对控制生物膜的流动性有重要作用；
是合成胆汁酸、类固醇激素及维生素D等生理活性物质的前体。
一、 胆固醇的合成
（一）合成部位
组织定位：除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成，以肝、小肠为主。
细胞定位：胞液、光面内质网
（二）合成原料
18乙酰CoA + 36ATP + 16(NADPH+H+)
乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环出线粒体
（三）合成基本过程（约 30 步酶促反应）
1. HMG-CoA 的合成
2.甲羟戊酸的合成
3. 胆固醇的合成
（四）胆固醇合成的调节
HMG-CoA还原酶
酶的活性具有昼夜节律性 (午夜最高 ，中午最低 ）
可被磷酸化而失活，脱磷酸可恢复活性
受胆固醇的反馈抑制作用
胰岛素、甲状腺素能诱导肝HMG-COA还原酶的合成
3. 激素
胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMG-CoA还原酶的合成，从而增加胆固醇的合成。
胰高血糖素及皮质醇则能抑制HMG-CoA还原酶的活性，因而减少胆固醇的合成。
甲状腺素还促进胆固醇在肝转变为胆汁酸。
二、胆固醇的转化
（一）转变为胆汁酸 (bile acid)（肝脏 80%胆固醇 ）胆固醇在在肝细胞中转化成胆汁酸(bile acid)，随胆汁经胆管排入十二指肠，是体内代谢的主要去路。
类固醇激素danzhisuan维生素D
体内合成（乙酰CoA）
第 六 节
血 浆 脂 蛋 白 代 谢
Metabolism of Lipoprotein
血脂
血浆脂蛋白的分类、组成特点及结构
载脂蛋白的定义、种类、功能
血浆脂蛋白的代谢
血浆脂蛋白代谢异常
一、血脂
血浆所含脂类统称血脂，包括：甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯以及游离脂酸。
外源性——从食物中摄取
内源性——肝、脂肪细胞及其他组织合成后释放入血
二、血浆脂蛋白
血脂与血浆中的蛋白质结合，以脂蛋白(lipoprotein)形式而运输。
（一）载脂蛋白
载脂蛋白(apolipoprotein, apo) 指血浆脂蛋白中的蛋白质部分。
功能：
① 结合和转运脂质，稳定脂蛋白的结构
② 载脂蛋白可参与脂蛋白受体的识别：
③ 载脂蛋白可调节脂蛋白代谢关键酶活性：
超速离心法：CM、VLDL、LDL、HDL
中密度脂蛋白( intermediate low density lipoprotein ，IDL) 是VLDL在血浆中的代谢物，其组成及密度
介于VLDL与LDL之间
三、血浆脂蛋白的代谢
（一）乳糜微粒
来 源小肠合成的TG和合成及吸收的磷脂、胆固醇
CM的生理功能运输外源性TG及胆固醇酯。
（二）极低密度脂蛋白 VLDL的合成以肝脏为主，小肠亦可合成少量。
VLDL的生理功能： 运输内源性TG
（三）低密度脂蛋白
来 源：由VLDL转变而来
生理功能转运肝合成的内源性胆固醇
（四）高密度脂蛋白
主要在肝合成；小肠亦可合成。CM、VLDL代谢时，其表面apo AⅠ、AⅡ、AⅣ、apo C及磷脂、胆固醇等离开亦可形成新生HDL。
血浆脂蛋白的分类、组成特点及结构
载脂蛋白的定义、种类、功能
血浆脂蛋白的代谢
血浆脂蛋白代谢异常
一、血脂
血浆所含脂类统称血脂，包括：甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯以及游离脂酸。
外源性——从食物中摄取
内源性——肝、脂肪细胞及其他组织合成后释放入血
二、血浆脂蛋白
血脂与血浆中的蛋白质结合，以脂蛋白(lipoprotein)形式而运输。
（一）载脂蛋白
载脂蛋白(apolipoprotein, apo) 指血浆脂蛋白中的蛋白质部分。
功能：
① 结合和转运脂质，稳定脂蛋白的结构
② 载脂蛋白可参与脂蛋白受体的识别：
③ 载脂蛋白可调节脂蛋白代谢关键酶活性：
超速离心法：CM、VLDL、LDL、HDL
中密度脂蛋白( intermediate low density lipoprotein ，IDL) 是VLDL在血浆中的代谢物，其组成及密度
介于VLDL与LDL之间
三、血浆脂蛋白的代谢
（一）乳糜微粒
来 源小肠合成的TG和合成及吸收的磷脂、胆固醇
CM的生理功能运输外源性TG及胆固醇酯。
（二）极低密度脂蛋白 VLDL的合成以肝脏为主，小肠亦可合成少量。
VLDL的生理功能： 运输内源性TG
（三）低密度脂蛋白
来 源：由VLDL转变而来
生理功能转运肝合成的内源性胆固醇
（四）高密度脂蛋白
主要在肝合成；小肠亦可合成。CM、VLDL代谢时，其表面apo AⅠ、AⅡ、AⅣ、apo C及磷脂、胆固醇等离开亦可形成新生HDL。
五、血浆脂蛋白代谢异常
1. 高脂蛋白血症——血脂高于参考值上限。
成人 TG > 2.26mmol/l 或 200mg/dl
（空腹14~16h） 胆固醇 > 6.21mmol/l 或 240mg/dl
儿童 胆固醇 > 4.14mmol/l 或 160mg/dl
1. 高脂蛋白血症——血脂高于参考值上限。
成人 TG > 2.26mmol/l 或 200mg/dl
（空腹14~16h） 胆固醇 > 6.21mmol/l 或 240mg/dl
儿童 胆固醇 > 4.14mmol/l 或 160mg/dl
第六章 生物氧化
Chapter6 Biological Oxidation
大纲要求
掌握线粒体呼吸链的组成、排列顺序；氧化磷酸化的过程及调节。
熟悉其它的氧化体系。
第一节
概 述
线粒体内的生物氧化主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。
一、生物氧化的概念和意义物质在生物体内的氧化分解称生物氧化(biological oxidation) 。
线粒体内的生物氧化的一般过程
生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(CO2，H2O)和释放能量均相同。
Chapter6 Biological Oxidation
大纲要求
掌握线粒体呼吸链的组成、排列顺序；氧化磷酸化的过程及调节。
熟悉其它的氧化体系。
第一节
概 述
线粒体内的生物氧化主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。
一、生物氧化的概念和意义物质在生物体内的氧化分解称生物氧化(biological oxidation) 。
线粒体内的生物氧化的一般过程
生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(CO2，H2O)和释放能量均相同。
第二节
线粒体氧化体系
线粒体结构
一、呼吸链的组成及其作用定义
（1）代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶（酶复合体）催化的连锁的氧化还原反应逐步传递，最终与氧结合生成水，并释放出能量；
（2）酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上；
（3）此过程与细胞呼吸有关，故此传递链称为呼吸链。递氢体、递电子体都起传递电子（2H 2H+ + 2e）的作用，故呼吸链又称电子传递链。
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
（一）复合体Ⅰ作用是将NADH+H+中的电子传递给泛醌
复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。
复合体Ⅰ电子传递：NADH→FMN→Fe-S→ CoQ→ Fe-S→ CoQ
每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMNH·。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态，属于单、双电子传递体。
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)通过其中的铁原子与无机硫或铁硫蛋白中蛋白部分的半胱氨酸的硫相连接，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。属于单电子传递体。
泛醌
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），是脂溶性辅酶。
氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
是内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。
它不只接受NADH-Q还原酶脱下的氢和电子，还接受线粒体其他黄素酶类脱下的氢和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。
线粒体氧化体系
线粒体结构
一、呼吸链的组成及其作用定义
（1）代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶（酶复合体）催化的连锁的氧化还原反应逐步传递，最终与氧结合生成水，并释放出能量；
（2）酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上；
（3）此过程与细胞呼吸有关，故此传递链称为呼吸链。递氢体、递电子体都起传递电子（2H 2H+ + 2e）的作用，故呼吸链又称电子传递链。
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
（一）复合体Ⅰ作用是将NADH+H+中的电子传递给泛醌
复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。
复合体Ⅰ电子传递：NADH→FMN→Fe-S→ CoQ→ Fe-S→ CoQ
每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMNH·。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态，属于单、双电子传递体。
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)通过其中的铁原子与无机硫或铁硫蛋白中蛋白部分的半胱氨酸的硫相连接，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。属于单电子传递体。
泛醌
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），是脂溶性辅酶。
氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
是内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。
它不只接受NADH-Q还原酶脱下的氢和电子，还接受线粒体其他黄素酶类脱下的氢和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。
（二）复合体Ⅱ
功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。
复合体Ⅱ是琥珀酸-泛醌还原酶，它是嵌在线粒体内膜上的酶蛋白。完整的酶还包括琥珀酸脱氢酶。
电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S →CoQ
复合体Ⅱ没有H+泵的功能。
三）复合体Ⅲ
功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c
复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。
电子传递过程：CoQH2→(Cyt b566→Cyt b562) →Fe-S →Cytc1→Cytc
细胞色素(cytochrome, Cyt)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。
细胞色素的辅基复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。
Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。
（四）复合体Ⅳ
功能是将电子从细胞色素C传递给氧
复合体Ⅳ又称细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase)。
电子传递：Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3–CuB→O2
Cyt a3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。
细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2还原成水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合，不会引起细胞损伤。
二、呼吸链中电子传递链的排列顺序
三、体内重要的呼吸链1、NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
2、琥珀酸（FADH2）氧化呼吸链
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。
复合体Ⅱ是琥珀酸-泛醌还原酶，它是嵌在线粒体内膜上的酶蛋白。完整的酶还包括琥珀酸脱氢酶。
电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S →CoQ
复合体Ⅱ没有H+泵的功能。
三）复合体Ⅲ
功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c
复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。
电子传递过程：CoQH2→(Cyt b566→Cyt b562) →Fe-S →Cytc1→Cytc
细胞色素(cytochrome, Cyt)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。
细胞色素的辅基复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。
Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。
（四）复合体Ⅳ
功能是将电子从细胞色素C传递给氧
复合体Ⅳ又称细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase)。
电子传递：Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3–CuB→O2
Cyt a3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。
细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2还原成水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合，不会引起细胞损伤。
二、呼吸链中电子传递链的排列顺序
三、体内重要的呼吸链1、NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
2、琥珀酸（FADH2）氧化呼吸链
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
第三节
ATP的生成、利用和储存
一、ATP的生成底物水平磷酸化氧化磷酸化
（一）底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation)
分子内部能量发生重排，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
（二）氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)
是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。
氧化磷酸化是氧化过程与磷酸化过程相偶联。
氧化磷酸化偶联部位（ATP的生成部位）
2. 氧化磷酸化偶联机制电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。
电子传递过程复合体Ⅰ (4H+) 、Ⅲ (4 H+)和Ⅳ (2H+)有质子泵功能。
3. ATP合酶
ATP合成的结合变构机制(binding change mechanism)
当H+顺浓度递度经Fo中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。
4. 影响氧化磷酸化的因素（1）ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。
（2）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加。
一、ATP的生成底物水平磷酸化氧化磷酸化
（一）底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation)
分子内部能量发生重排，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
（二）氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)
是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。
氧化磷酸化是氧化过程与磷酸化过程相偶联。
氧化磷酸化偶联部位（ATP的生成部位）
2. 氧化磷酸化偶联机制电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。
电子传递过程复合体Ⅰ (4H+) 、Ⅲ (4 H+)和Ⅳ (2H+)有质子泵功能。
3. ATP合酶
ATP合成的结合变构机制(binding change mechanism)
当H+顺浓度递度经Fo中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。
4. 影响氧化磷酸化的因素（1）ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。
（2）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加。
（3）氧化磷酸化抑制剂
1) 电子传递链抑制剂
复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidin A)及异戊巴比妥(amobarbital)等阻断传递电子到泛醌 。
复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A(antimycin A)，二巯基丙醇（dimercaptopropanol，BAL）阻断Cyt b传递电子到Cytc1。
复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
2）解偶联剂
解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。
如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ；解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。
3）ATP合酶抑制剂
这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合Fo单位，二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCD)共价结合Fo的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从Fo质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。
寡霉素(oligomycin)可阻止质子从Fo质子通道回流，抑制ATP生成。
（4）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。
电子传递链及氧化磷酸化系统概貌
二、ATP的储存和利用
高能磷酸键水解时释放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯键，常表示为P。
高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物
核苷二磷酸激酶的作用
ATP + UDP ADP + UTP
ATP + CDP ADP + CTP
ATP + GDP ADP + GTP
肌酸激酶的作用
磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
ATP的生成和利用
三、线粒体内膜对物质的转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。
（一）胞浆中NADH的转运
胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
1. 磷酸甘油穿梭 主要存在于脑和骨骼肌中
2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 主要存在于肝和心肌中
（二）ADP和ATP的转运
每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷 ，相当于多1个H+转入线粒体基质。
1) 电子传递链抑制剂
复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidin A)及异戊巴比妥(amobarbital)等阻断传递电子到泛醌 。
复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A(antimycin A)，二巯基丙醇（dimercaptopropanol，BAL）阻断Cyt b传递电子到Cytc1。
复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
2）解偶联剂
解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。
如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ；解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。
3）ATP合酶抑制剂
这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合Fo单位，二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCD)共价结合Fo的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从Fo质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。
寡霉素(oligomycin)可阻止质子从Fo质子通道回流，抑制ATP生成。
（4）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。
电子传递链及氧化磷酸化系统概貌
二、ATP的储存和利用
高能磷酸键水解时释放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯键，常表示为P。
高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物
核苷二磷酸激酶的作用
ATP + UDP ADP + UTP
ATP + CDP ADP + CTP
ATP + GDP ADP + GTP
肌酸激酶的作用
磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
ATP的生成和利用
三、线粒体内膜对物质的转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。
（一）胞浆中NADH的转运
胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
1. 磷酸甘油穿梭 主要存在于脑和骨骼肌中
2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 主要存在于肝和心肌中
（二）ADP和ATP的转运
每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷 ，相当于多1个H+转入线粒体基质。
第四节
非线粒体氧化体系
一、微粒体氧化体系（加氧酶系）
（一）加单氧酶细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase)，又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶(hydroxylase)
二、过氧化物酶体氧化体系
反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)
ROS主要来源
线粒体：超氧阴离子O·-2，是体内O·-2的主要来源； O·-2在线粒体中再生成H2O2和·OH。
过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成H2O2和羟自由基·OH。
胞浆需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。
细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等外源因素也可导致细胞产生活性氧类。
（一）过氧化氢酶(catalase)
又称触酶，其辅基含4个血红素
谷胱甘肽过氧化物酶
（三）超氧化物歧化酶
第八章
核苷酸代谢
大纲要求
熟悉嘌呤和嘧啶核苷酸的合成原料，合成代谢特点，分解代谢的简要过程及产物，脱氧核苷酸的生成 。
了解食物核苷酸的消化、吸收和核苷酸的生物学功用；了解核苷酸抗代谢物的生化功用。
核苷酸是核酸的基本结构单位。
人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。因此，与氨基酸不同，核苷酸不属于营养必需物质。
核苷酸的生物功用
作为核酸合成的原料
体内能量的利用形式
参与代谢和生理调节
组成辅酶
活化中间代谢物
第一节
核苷酸的合成代谢
一、嘌呤核苷酸的合成AMPGMP
嘌呤核苷酸的合成存在两种途径从头合成途径(de novo synthesis)
利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸。
补救合成途径(salvage pathway)利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
合成原料谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸、甘氨酸、一碳单位和核糖-5-磷酸。嘌呤核苷酸的相互转变
AMP和GMP的生成
嘌呤核苷酸从头合成特点
嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。
IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP 或GMP的合成又需1个ATP。
（二）从头合成的调节
调节方式：反馈调节和交叉调节
（三）嘌呤核苷酸的补救合成参与补救合成的酶
腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase)
补救合成的生理意义
补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。
二、嘧啶核苷酸的合成
嘧啶核苷酸的结构
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
合成部位主要是肝细胞胞液
合成原料谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸和核糖-5-磷酸
（二）从头合成嘧啶核苷酸的调节
（三）嘧啶核苷酸的补救合成
（四）脱氧核糖核苷酸的生成
（六）嘧啶核苷酸的抗代谢物
熟悉嘌呤和嘧啶核苷酸的合成原料，合成代谢特点，分解代谢的简要过程及产物，脱氧核苷酸的生成 。
了解食物核苷酸的消化、吸收和核苷酸的生物学功用；了解核苷酸抗代谢物的生化功用。
核苷酸是核酸的基本结构单位。
人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。因此，与氨基酸不同，核苷酸不属于营养必需物质。
核苷酸的生物功用
作为核酸合成的原料
体内能量的利用形式
参与代谢和生理调节
组成辅酶
活化中间代谢物
第一节
核苷酸的合成代谢
一、嘌呤核苷酸的合成AMPGMP
嘌呤核苷酸的合成存在两种途径从头合成途径(de novo synthesis)
利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸。
补救合成途径(salvage pathway)利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
合成原料谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸、甘氨酸、一碳单位和核糖-5-磷酸。嘌呤核苷酸的相互转变
AMP和GMP的生成
嘌呤核苷酸从头合成特点
嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。
IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP 或GMP的合成又需1个ATP。
（二）从头合成的调节
调节方式：反馈调节和交叉调节
（三）嘌呤核苷酸的补救合成参与补救合成的酶
腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase)
补救合成的生理意义
补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。
二、嘧啶核苷酸的合成
嘧啶核苷酸的结构
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
合成部位主要是肝细胞胞液
合成原料谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸和核糖-5-磷酸
（二）从头合成嘧啶核苷酸的调节
（三）嘧啶核苷酸的补救合成
（四）脱氧核糖核苷酸的生成
（六）嘧啶核苷酸的抗代谢物
第二节
核苷酸的分解代谢
一、嘌呤核苷酸的分解代谢
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
第 七 章
氨基酸代谢
大纲要求
掌握氨基酸的一般代谢及体内尿素的生成。
熟悉氨基酸的脱羧基作用，一碳单位的代谢，含硫氨基酸代谢；熟悉体内氨的来源、转运。
了解蛋白质的营养作用及体内的消化、吸收及腐败；了解芳香族氨基酸和支链氨基酸代谢。
第一节
蛋白质的营养和氨基酸的生理作用
Nutritional Function of Protein and function of amino acids
掌握氨基酸的一般代谢及体内尿素的生成。
熟悉氨基酸的脱羧基作用，一碳单位的代谢，含硫氨基酸代谢；熟悉体内氨的来源、转运。
了解蛋白质的营养作用及体内的消化、吸收及腐败；了解芳香族氨基酸和支链氨基酸代谢。
第一节
蛋白质的营养和氨基酸的生理作用
Nutritional Function of Protein and function of amino acids
一、氮平衡氮平衡(nitrogen balance)
摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。
摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系。
二、蛋白质的生理需要量
成人每日蛋白质最低生理需要量为30g~50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。
常用食品（100克）中蛋白质含量(克)表
四、 氨基酸的生理功能合成组织蛋白质（主要）合成其他含氮化合物氧化供能
五、氨基酸的来源食物供应体内合成蛋白质分解
成人每日蛋白质最低生理需要量为30g~50g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g。
常用食品（100克）中蛋白质含量(克)表
四、 氨基酸的生理功能合成组织蛋白质（主要）合成其他含氮化合物氧化供能
五、氨基酸的来源食物供应体内合成蛋白质分解
第二节
蛋白质的消化、吸收
外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收
蛋白质消化的生理意义
由大分子转变为小分子，便于吸收。
消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。
蛋白质消化的生理意义
由大分子转变为小分子，便于吸收。
消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应。
一、胃的消化作用
二、小肠中的消化作用——小肠是蛋白质消化的主要部位
酶原激活的意义
三、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠
吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽
吸收机制：耗能的主动吸收过程
氨基酸吸收载体
载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。
肽的吸收
利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系
此种转运也是耗能的主动吸收过程
吸收作用在小肠近端较强
第三节
蛋白质的腐败作用
二、小肠中的消化作用——小肠是蛋白质消化的主要部位
酶原激活的意义
三、氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠
吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽
吸收机制：耗能的主动吸收过程
氨基酸吸收载体
载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞。
肽的吸收
利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽转运体系
此种转运也是耗能的主动吸收过程
吸收作用在小肠近端较强
第三节
蛋白质的腐败作用
一、腐败作用蛋白质的腐败作用(putrefaction)
肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的作用。
肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的作用。
二、腐败作用的产物及其生成
（一）胺类的产生
（二）氨的产生
三）腐败作用产生其它有害物质
（一）胺类的产生
（二）氨的产生
三）腐败作用产生其它有害物质
第四节
氨基酸的一般代谢
氨基酸的一般代谢
一、体内蛋白质的分解
（一）体内蛋白质降解的一般情况
成人体内的蛋白质每天约有1%~2%被降解，主要是肌肉蛋白质。
蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%~80%被重新利用合成新的蛋白质。
（一）体内蛋白质降解的一般情况
成人体内的蛋白质每天约有1%~2%被降解，主要是肌肉蛋白质。
蛋白质降解产生的氨基酸，大约70%~80%被重新利用合成新的蛋白质。
（二）体内蛋白质降解途径
1. 蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径被降解
不依赖ATP和泛素；利用溶酶体中的组织蛋白酶(cathepsin)降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。
2. 蛋白质在蛋白酶体通过ATP-依赖途径被降解
依赖ATP和泛素降解异常蛋白和短寿蛋白质
蛋白酶体存在于细胞核和胞浆内，主要降解异常蛋白质和短寿蛋白质。
二、氨基酸的脱氨基作用脱氨基作用
指氨基酸脱去α-氨基生成相应α-酮酸的过程。
脱氨基方式氧化脱氨基转氨基作用联合脱氨基非氧化脱氨基
（一）转氨基作用
在转氨酶(transaminase)的作用下，某一氨基酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸得到此氨基生成相应的氨基酸的过程。
大多数氨基酸可参与转氨基作用，但赖氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸除外。
转氨基作用不仅是体内多数氨基酸脱氨基的重要方式，也是机体合成非必需氨基酸的重要途径。
血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。
（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用
（三）联合脱氨基作用
两种脱氨基方式的联合作用，使氨基酸脱下α-氨基生成α-酮酸的过程。
转氨基和氧化脱氨基偶联
转氨基和嘌呤核苷酸循环偶联
三、α-酮酸的代谢 氨基酸脱氨基后生成的-酮酸(-keto acid）主要有三条代去路。
（一）可彻底氧化分解并提供能量
（二）α-酮酸经氨基化生成营养非必需氨基酸
（三）α-酮酸可转变成糖及脂类化合物
物质代谢的相互联系
Metabolic Interrelationships
任一供能物质的代谢占优势，常能抑制和节约其他物质的降解。
糖、脂和蛋白质之间的相互联系
2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖
3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响
（二）糖与氨基酸代谢的相互联系
1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸，可转变为糖。
2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸
（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系
1. 蛋白质可以转变为脂肪吗？氨基酸 -~乙酰CoA 脂肪
3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸
（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料
2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供
糖、脂和蛋白质之间的相互联系
2. 脂肪的甘油部分能在体内转变为糖
3. 脂肪的分解代谢受糖代谢的影响
（二）糖与氨基酸代谢的相互联系
1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应的α-酮酸，可转变为糖。
2. 糖代谢的中间产物可氨基化生成某些 非必需氨基酸
（三）脂类与氨基酸代谢的相互联系
1. 蛋白质可以转变为脂肪吗？氨基酸 -~乙酰CoA 脂肪
3. 脂肪的甘油部分可转变为非必需氨基酸
（四）核酸与糖、蛋白质代谢的相互联系1. 氨基酸是体内合成核酸的重要原料
2. 磷酸核糖由磷酸戊糖途径提供
第五节
氨的代谢
氨是机体正常代谢产物，具有毒性。
体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。
氨的代谢
氨是机体正常代谢产物，具有毒性。
体内的氨主要在肝合成尿素(urea)而解毒。
一、氨的来源
（一）氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨
（二）肠道细菌腐败作用产生氨
蛋白质和氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨
尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨
（三）肾小管上皮细胞分泌的氨
二、氨的去路在肝内合成尿素，这是最主要的去路；
合成非必需氨基酸及其它含氮化合物；
合成谷氨酰胺。
三、氨的转运
（一）丙氨酸-葡萄糖循环
生理意义
肌肉中氨以无毒的丙氨酸形式运输到肝。
肝为肌肉提供葡萄糖。
（二）谷氨酰胺的生成及分解
四、尿素的生成（一）合成尿素的部位
肝细胞的线粒体及胞液中
（三）鸟氨酸循环的详细步骤
1. 氨基甲酰磷酸的合成反应在线粒体中进行
反应由氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ(carbamoyl phosphate synthetaseⅠ, CPS-Ⅰ)催化。
N-乙酰谷氨酸为其激活剂，反应消耗2分子ATP。
2. 瓜氨酸的合成反应在线粒体中进行
反应由鸟氨酸氨基甲酰转移酶(ornithine carbamoyl transferase, OCT)催化，OCT常与CPS-Ⅰ构成复合体。
反应在线粒体中进行，瓜氨酸生成后进入胞液。
3. 精氨酸的合成反应在胞液中进行。
4. 精氨酸水解生成尿素反应在胞液中进行。
反应小结：
原料：2 分子氨，一个来自于游离氨，另一个来自天冬氨酸。
过程：通过鸟氨酸循环，先在线粒体中进行，再在胞液中进行。
耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。
（四）尿素合成的调节
1. 高蛋白质膳食促进尿素合成
2. AGA激活 CPS-Ⅰ启动尿素合成
3. 精氨酸代琥珀酸合成酶活性
一、氨基酸的脱羧基作用
二、一碳单位的代谢（一）一碳单位与四氢叶酸
一碳单位的定义某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。
一碳单位的种类
甲基 (methyl) -CH3
甲烯基 (methylene) -CH2-
甲炔基 (methenyl) -CH=
甲酰基 (formyl) -CHO
亚胺甲基 (formimino) -CH=NH
（三）一碳单位的相互转变
（四）一碳单位的生理功能
一碳单位是合成嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸的原料。把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来。
另外，一碳单位代谢障碍可造成某些病理情况。如巨幼红细胞贫血。因为一碳单位是合成嘌呤和嘧啶的原料，一碳单位代谢障碍使核酸合成障碍，导致细胞核发育停滞，而胞浆仍继续发育成熟，细胞呈现核浆发育不平衡，胞体较正常为大的巨幼细胞，可产生巨幼红细胞贫血。
三、含硫氨基酸代谢
（一）甲硫氨酸的代谢1. 甲硫氨酸与转甲基作用SAM为体内甲基的直接供体
2. 甲硫氨酸循环(methionine cycle)
由N5-CH3-FH4供给甲基合成甲硫氨酸，就目前所知体内利用N5-CH3-FH4唯一反应 。
所需酶为N5-CH3-FH4转甲基酶(甲硫氨酸合成酶)，辅酶是维生素B12。
因此，当维生素B12缺乏时，既不利于SAM的生成，同时也影响FH4的再生，使组织中游离的FH4含量减少，不能重新利用它来转运其他的一碳单位，从而使核酸合成障碍，影响细胞分裂，可产生巨幼红细胞贫血。
生理意义：
由N5-CH3-FH4供给甲基合成甲硫氨酸，再通过此循环的SAM提供甲基，以进行体内广泛存在的甲基化反应。
体内存在的甲基化反应
核酸、蛋白质、脂类、碳水化合物等的甲基化。
含氮物质，如肌酸、松果素、肾上腺素、甲氧肾上腺素、鹅肌肽、肉碱、甲基组胺等的生成。
（二）半胱氨酸与胱氨酸的代谢1. 半胱氨酸与胱氨酸的互变
PAPS为活性硫酸根，是体内硫酸基的供体。
四、芳香族氨基酸的代谢
苯丙氨酸羟化生成酪氨酸
1. 儿茶酚胺与黑色素的合成
帕金森病(Parkinson disease)患者多巴胺生成减少。
人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。
2. 酪氨酸的分解代谢
体内代谢尿黑酸的酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸尿症。
（二）色氨酸的代谢
五、支链氨基酸的代谢支链氨基酸的分解代谢
第十章 DNA的生物合成
DNA Biosynthesis ( Replication )
大纲要求
掌握遗传信息流向的中心法则；DNA的复制方式、逆转录作用及相关酶系的特征。
粗读了解DNA损伤的因素、类型及修复系统。
遗传的物质基础
从细胞水平上看，遗传的物质基础是核染色体。
核染色体主要由DNA和组蛋白组成，还含有少量非组蛋白和RNA，每条染色单体只含有1个DNA分子。
从分子水平上看，DNA是遗传的物质基础，它的分子中储存有遗传信息，亦即脱氧核苷酸残基的排列顺序（碱基的排列顺序）。遗传信息是以基因（gene）为单位储存在DNA分子中的。
遗传信息传递的中心法则
第一节DNA 的复制
复制(replication) 是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。
一、DNA复制的方式——半保留复制
DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。
半保留复制的意义:
按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。
一、DNA复制的方式——半保留复制
DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。
半保留复制的意义:
按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。
二、参与DNA复制的酶类及蛋白质因子
参与DNA复制的物质:
模板(template): 解开成单链的DNA母链；
底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP；
聚合酶(polymerase): 依赖DNA的DNA聚合酶，简写为 DNA-pol；
引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；
其他的酶和蛋白质因子。
（一）DNA聚合酶
全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)
简称：DNA-pol活性：
1. 53 的聚合活性
2. 核酸外切酶活性
DNA聚合酶的5`→3`聚合活性
在DNA模板链的指导下，以dNTP为底物，按照碱基配对原则，将dNTP逐个地加到寡聚核苷酸片段（引物或新合成的DNA链）的3’-OH末端上，催化3’,5’-磷酸二酯键的形成。
新链的延长为5→3方向进行。
核酸外切酶活性
3 5外切酶活性:能辨认错配的碱基对，并将其水解。
5 3外切酶活性:能切除突变的 DNA片段。
1. 原核生物的DNA聚合酶DNA-pol ⅠDNA-pol ⅡDNA-pol Ⅲ
DNA-pol Ⅰ（109kD）
对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。
DNA-pol Ⅱ（120kD）
DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。
DNA-pol Ⅱ对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它可能参与DNA损伤的应急状态修复。
NA-pol Ⅲ (250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
2. 真核生物的DNA聚合酶
（二）双链DNA解链、解螺旋酶
DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。
1. 解螺旋酶(helicase) 又称解链酶。利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。
2. 拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链。
拓扑异构酶作用特点：
既能水解 、又能连接磷酸二酯键。
拓扑异构酶分类：
拓扑异构酶Ⅰ
切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。
反应不需ATP。
拓扑异构酶Ⅱ
切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。
利用ATP供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。
3. 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)在复制中维持模板处于单链状态；保护单链的完整。
（三）引物酶引物酶(primase) ——复制起始时催化生成RNA引物的酶。
Q：引物为什么是RNA而不是DNA？
A：因为DNA聚合酶没有催化游离的dNTP聚合的能力，只能催化在现有的核苷酸链的3`-OH处加入新的核苷酸，而引物酶可催化游离的NTP聚合，聚合的一小段RNA可提供3`-OH末端，供dNTP加入、延伸。
（四）连接酶DNA连接酶(DNA ligase)作用方式：
连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。
功能：
DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。
在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。
也是基因工程的重要工具酶之一。
三、DNA复制过程
双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。
真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。
原核生物的DNA生物合成
（一）复制的起始
1. DNA解链
2. 引发体和引物
含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。
引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。
（二）复制的延长
复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
复制的半不连续性
顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leading strand) 。
另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链(lagging strand) 。复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazaki fragment)。
领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。
领头链的合成：
领头链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。随从链的合成同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长
三）复制的终止切除引物、填补空缺、连接切口
真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。
复制的起始需要DNA-pol α（引物酶活性）和pol δ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replication factor, RF)。 引物较原核生物的短。
（二）复制的延长
DNA-pol δ和pol α分别兼有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，DNA-pol δ通过PCNA（增殖细胞核抗原）的协同作用，逐步取代pol α，在RNA引物的3-OH基础上合成领头链和随从链。
冈崎片段较原核生物的短。
（三）复制的终止
染色体DNA呈线状，复制在末端停止。
复制的终止过程包括：冈崎片段的连接，复制子之间的连接。
染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。
端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。
端粒的结构特点：
由末端单链DNA序列和蛋白质构成。
末端DNA序列为富含G 、C的成串短的重复序列。 如人的端粒为TTAGGG。
端粒的功能：
维持染色体的稳定性
维持DNA复制的完整性
端粒酶(telomerase)
组成：
端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)
端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)
端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT)
功能：提供RNA模板；逆转录功能
参与DNA复制的物质:
模板(template): 解开成单链的DNA母链；
底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP；
聚合酶(polymerase): 依赖DNA的DNA聚合酶，简写为 DNA-pol；
引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；
其他的酶和蛋白质因子。
（一）DNA聚合酶
全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)
简称：DNA-pol活性：
1. 53 的聚合活性
2. 核酸外切酶活性
DNA聚合酶的5`→3`聚合活性
在DNA模板链的指导下，以dNTP为底物，按照碱基配对原则，将dNTP逐个地加到寡聚核苷酸片段（引物或新合成的DNA链）的3’-OH末端上，催化3’,5’-磷酸二酯键的形成。
新链的延长为5→3方向进行。
核酸外切酶活性
3 5外切酶活性:能辨认错配的碱基对，并将其水解。
5 3外切酶活性:能切除突变的 DNA片段。
1. 原核生物的DNA聚合酶DNA-pol ⅠDNA-pol ⅡDNA-pol Ⅲ
DNA-pol Ⅰ（109kD）
对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。
DNA-pol Ⅱ（120kD）
DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。
DNA-pol Ⅱ对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它可能参与DNA损伤的应急状态修复。
NA-pol Ⅲ (250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
2. 真核生物的DNA聚合酶
（二）双链DNA解链、解螺旋酶
DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。
1. 解螺旋酶(helicase) 又称解链酶。利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。
2. 拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链。
拓扑异构酶作用特点：
既能水解 、又能连接磷酸二酯键。
拓扑异构酶分类：
拓扑异构酶Ⅰ
切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。
反应不需ATP。
拓扑异构酶Ⅱ
切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。
利用ATP供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。
3. 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)在复制中维持模板处于单链状态；保护单链的完整。
（三）引物酶引物酶(primase) ——复制起始时催化生成RNA引物的酶。
Q：引物为什么是RNA而不是DNA？
A：因为DNA聚合酶没有催化游离的dNTP聚合的能力，只能催化在现有的核苷酸链的3`-OH处加入新的核苷酸，而引物酶可催化游离的NTP聚合，聚合的一小段RNA可提供3`-OH末端，供dNTP加入、延伸。
（四）连接酶DNA连接酶(DNA ligase)作用方式：
连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。
功能：
DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。
在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。
也是基因工程的重要工具酶之一。
三、DNA复制过程
双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。
真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的功能单位。
原核生物的DNA生物合成
（一）复制的起始
1. DNA解链
2. 引发体和引物
含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。
引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。
（二）复制的延长
复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
复制的半不连续性
顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leading strand) 。
另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链(lagging strand) 。复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazaki fragment)。
领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。
领头链的合成：
领头链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。随从链的合成同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长
三）复制的终止切除引物、填补空缺、连接切口
真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。
复制的起始需要DNA-pol α（引物酶活性）和pol δ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replication factor, RF)。 引物较原核生物的短。
（二）复制的延长
DNA-pol δ和pol α分别兼有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，DNA-pol δ通过PCNA（增殖细胞核抗原）的协同作用，逐步取代pol α，在RNA引物的3-OH基础上合成领头链和随从链。
冈崎片段较原核生物的短。
（三）复制的终止
染色体DNA呈线状，复制在末端停止。
复制的终止过程包括：冈崎片段的连接，复制子之间的连接。
染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。
端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。
端粒的结构特点：
由末端单链DNA序列和蛋白质构成。
末端DNA序列为富含G 、C的成串短的重复序列。 如人的端粒为TTAGGG。
端粒的功能：
维持染色体的稳定性
维持DNA复制的完整性
端粒酶(telomerase)
组成：
端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)
端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)
端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT)
功能：提供RNA模板；逆转录功能
第二节
DNA的修复合成
DNA的修复合成
一、DNA损伤
DNA突变具体指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNA damage)。
从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。
（一）DNA损伤的因素
1. 自发突变
2. 诱发突变
实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有物理和化学因素。
物理因素：紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射
（二）DNA损伤的形式
错配 (mismatch)缺失 (deletion)插入 (insertion)重排 (rearrangement)
DNA损伤（突变）可能造成两种结果：
其一是导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNA骨架中产生切口或断裂）；
其二是导致复制后基因突变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使DNA 序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常代谢。
二、DNA损伤的修复
修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。
修复的主要类型：
光修复(light repairing)切除修复(excision repairing)重组修复(recombination repairing)SOS修复
DNA突变具体指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNA damage)。
从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。
（一）DNA损伤的因素
1. 自发突变
2. 诱发突变
实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有物理和化学因素。
物理因素：紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射
（二）DNA损伤的形式
错配 (mismatch)缺失 (deletion)插入 (insertion)重排 (rearrangement)
DNA损伤（突变）可能造成两种结果：
其一是导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNA骨架中产生切口或断裂）；
其二是导致复制后基因突变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使DNA 序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常代谢。
二、DNA损伤的修复
修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。
修复的主要类型：
光修复(light repairing)切除修复(excision repairing)重组修复(recombination repairing)SOS修复
第三节
逆转录
逆转录
一、逆转录作用与逆转录酶
RNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况下，前病毒基因组通过基因重组(recombination)，参加到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为整合(integration)。前病毒独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。
试管内合成cDNA:
以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。
RNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况下，前病毒基因组通过基因重组(recombination)，参加到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为整合(integration)。前病毒独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。
试管内合成cDNA:
以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。
第十一章 RNA的生物合成
RNA Biosynthesis ( Transcription )
大纲要求
掌握转录的特点和三类RNA转录后的加工和修饰。
熟悉转录时RNA合成的过程。
了解转录酶系的特征。
在生物界，RNA合成有两种方式：
一是DNA指导的RNA合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容。
另一种是RNA指导的RNA合成(RNA-dependent RNA synthesis)，也叫RNA复制(RNA replication), 由RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式。
转录 (transcription) 是生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。
掌握转录的特点和三类RNA转录后的加工和修饰。
熟悉转录时RNA合成的过程。
了解转录酶系的特征。
在生物界，RNA合成有两种方式：
一是DNA指导的RNA合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容。
另一种是RNA指导的RNA合成(RNA-dependent RNA synthesis)，也叫RNA复制(RNA replication), 由RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模板合成RNA的方式。
转录 (transcription) 是生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。
第一节
转录体系
Transcription System
转录体系
Transcription System
参与转录的物质：
原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)
模板: DNA
酶 : RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)
其他蛋白质因子
一、转录作用及其特点
DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。
转录的这种选择性称为不对称转录(asymmetric transcription)，它有两方面含义：在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是充当模板的DNA链并非总是同一股单链。
DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand) 。相对的另一股单链是编码链(coding strand) 。
二、RNA聚合酶
全称：依赖DNA的RNA聚合酶 (DNA-dependent RNA polymerase)
简称：RNA-pol
活性：53 的聚合活性
在模板链的指引下，无需引物，可以催化游离的NTP 以3 ,5-磷酸二酯键相连，进行聚合反应。
新链的延长为5→3方向进行。
无校对功能。
RNA合成的化学反应：（一）原核生物RNA聚合酶由多个亚基组成。
（二） 真核生物RNA聚合酶RNA聚合酶Ⅰ（RNA polⅠ）RNA聚合酶Ⅱ（RNA polⅡ）RNA聚合酶Ⅲ（RNA pol Ⅲ）
真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基。
RNA聚合酶Ⅱ由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。
RBP1的羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域(carboxyl-terminal domain, CTD)。 CTD对于维持细胞的活性是必需的。
（三）启动子及终止子1. 启动子（1） 原核生物的启动子
DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。
RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。
转录是不连续、分区段进行的。
每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列（调节基因）。
调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而启动转录，其中由σ亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。
对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法。
顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstream promoter elements or promoter-proximal elements)等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。
起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATA box)。通常认为这就是启动子的核心序列。
原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)
模板: DNA
酶 : RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)
其他蛋白质因子
一、转录作用及其特点
DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。
转录的这种选择性称为不对称转录(asymmetric transcription)，它有两方面含义：在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是充当模板的DNA链并非总是同一股单链。
DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand) 。相对的另一股单链是编码链(coding strand) 。
二、RNA聚合酶
全称：依赖DNA的RNA聚合酶 (DNA-dependent RNA polymerase)
简称：RNA-pol
活性：53 的聚合活性
在模板链的指引下，无需引物，可以催化游离的NTP 以3 ,5-磷酸二酯键相连，进行聚合反应。
新链的延长为5→3方向进行。
无校对功能。
RNA合成的化学反应：（一）原核生物RNA聚合酶由多个亚基组成。
（二） 真核生物RNA聚合酶RNA聚合酶Ⅰ（RNA polⅠ）RNA聚合酶Ⅱ（RNA polⅡ）RNA聚合酶Ⅲ（RNA pol Ⅲ）
真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基和十几个小亚基。
RNA聚合酶Ⅱ由12个亚基组成，其最大的亚基称为RBP1。
RBP1的羧基末端有一段共有序列(consensus sequence)为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域(carboxyl-terminal domain, CTD)。 CTD对于维持细胞的活性是必需的。
（三）启动子及终止子1. 启动子（1） 原核生物的启动子
DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。
RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。
转录是不连续、分区段进行的。
每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列（调节基因）。
调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的启动子上而启动转录，其中由σ亚基辨认启动子，其他亚基相互配合。
对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法即RNA聚合酶保护法。
顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件(upstream promoter elements or promoter-proximal elements)等近端调控元件和增强子(enhancer)等远隔序列。
起始点上游多数有共同的TATA序列，称为Hognest盒或TATA盒(TATA box)。通常认为这就是启动子的核心序列。
许多RNA聚合酶II识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的起始子(intiator，Inr) 。
启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。
增强子是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录的基因及其转录起始上游序列
原核生物的转录过程
启动子上游元件是位于TATA盒上游的DNA序列，多在转录起始点约-40～-100nt的位置，比较常见的是GC盒和CAAT盒。
增强子是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的DNA序列。
真核生物RNA聚合酶Ⅱ转录的基因及其转录起始上游序列
原核生物的转录过程
一、转录起始
RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。
DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。
E.coli的转录起始和延长
转录起始过程：
1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合；
2. DNA双链局部解开；
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：
第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。
RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。
DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。
E.coli的转录起始和延长
转录起始过程：
1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合；
2. DNA双链局部解开；
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物：
第一个磷酸二酯键生成后，σ亚基即从转录起始复合物上脱落，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，酶沿DNA链前移，进入延长阶段。
二、 转录延长
σ亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；
在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。
三、转录终止
转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。
依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：
依赖ρ因子的转录终止
非依赖ρ因子的转录终止
（一）依赖ρ因子的转录终止
ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。
ρ因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。
ρ因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。
目前认为，ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放 。
（二） 非依赖 ρ因子的转录终止
DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。
真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。
一、转录起始转录起始前复合物
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物(pre-initiation complex, PIC) 。
RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。通常包括：可诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和/或中介子在通用转录因子/RNA聚合酶II复合物与可诱导因子、上游因子之间的辅助和中介作用。因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制基因是否转录、何时转录。
Ⅱ型基因中的四类转录因子
二 、真核生物转录延长
真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。
RNA-pol前移处处都遇上核小体。
转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。
三、真核生物的转录终止
真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。
真核生物mRNA有聚腺苷酸(poly A)尾巴结构，是转录后才加进去的。
转录不是在poly A的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。
真核生物的转录终止及加尾修饰
真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primary RNA transcript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。
加工主要在细胞核中进行。
几种主要的修饰方式：
1. 剪接(splicing)2. 剪切(cleavage)3. 修饰(modification)如，甲基化修饰4. 添加(addition)
σ亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；
在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。
三、转录终止
转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。
依据是否需要蛋白质因子的参与，原核生物转录终止分为：
依赖ρ因子的转录终止
非依赖ρ因子的转录终止
（一）依赖ρ因子的转录终止
ρ因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。
ρ因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。
ρ因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。
目前认为，ρ因子终止转录的作用是：与RNA转录产物结合，结合后ρ因子和RNA聚合酶都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂化双链拆离，利于产物从转录复合物中释放 。
（二） 非依赖 ρ因子的转录终止
DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的结构来终止转录。
真核生物的转录过程比原核复杂。二者的转录起始过程有较大区别，转录终止也不相同。
一、转录起始转录起始前复合物
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物(pre-initiation complex, PIC) 。
RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。通常包括：可诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和/或中介子在通用转录因子/RNA聚合酶II复合物与可诱导因子、上游因子之间的辅助和中介作用。因子和因子之间互相辨认、结合，以准确地控制基因是否转录、何时转录。
Ⅱ型基因中的四类转录因子
二 、真核生物转录延长
真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。
RNA-pol前移处处都遇上核小体。
转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。
三、真核生物的转录终止
真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。
真核生物mRNA有聚腺苷酸(poly A)尾巴结构，是转录后才加进去的。
转录不是在poly A的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。
真核生物的转录终止及加尾修饰
真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物(primary RNA transcript)，几乎所有的初级RNA转录物都要经过加工，才能成为具有功能的成熟的RNA。
加工主要在细胞核中进行。
几种主要的修饰方式：
1. 剪接(splicing)2. 剪切(cleavage)3. 修饰(modification)如，甲基化修饰4. 添加(addition)
一、真核生物mRNA的加工
核内的初级mRNA称为不均一核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)。
hnRNA经过5´加帽，3´加尾和剪接，形成成熟的mRNA。
帽子结构( m7GpppNm )
帽子结构的意义：
可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；
也能与帽结合蛋白质复合体(cap-binding complex of protein)结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。
尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。
poly A的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。
一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其poly A长度为20至200个核苷酸之间，也有少数例外。
前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。
3. 前体mRNA的剪接
断裂基因(splite gene)
真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。
外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。
内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。
mRNA的剪接过程是：
除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。
4. mRNA的编辑(mRNA editing)
RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。
二、tRNA的转录后加工
三、rRNA的转录后加工
都以DNA为模板；
都需依赖DNA的聚合酶；
都是酶促的核苷酸聚合过程；
聚合过程都是核苷酸之间产生磷酸二酯键；
都从5`→3`延伸多聚核苷酸链；
都遵循碱基配对规律。
核内的初级mRNA称为不均一核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)。
hnRNA经过5´加帽，3´加尾和剪接，形成成熟的mRNA。
帽子结构( m7GpppNm )
帽子结构的意义：
可以使mRNA免遭核酸酶的攻击；
也能与帽结合蛋白质复合体(cap-binding complex of protein)结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。
尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。
poly A的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。
一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其poly A长度为20至200个核苷酸之间，也有少数例外。
前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。
3. 前体mRNA的剪接
断裂基因(splite gene)
真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。
外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。
内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。
mRNA的剪接过程是：
除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。
4. mRNA的编辑(mRNA editing)
RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。
二、tRNA的转录后加工
三、rRNA的转录后加工
都以DNA为模板；
都需依赖DNA的聚合酶；
都是酶促的核苷酸聚合过程；
聚合过程都是核苷酸之间产生磷酸二酯键；
都从5`→3`延伸多聚核苷酸链；
都遵循碱基配对规律。
第十二章 蛋白质的生物合成
大纲要求
掌握遗传信息，遗传密码与mRNA的关系，遗传密码的特点。
熟悉蛋白质生物合成体系中的主要RNA，三种酶和多种蛋白质因子的功能和作用特点，生物合成过程及能量变化。
了解翻译后的蛋白质加工方式。
翻译（Translation）蛋白质的生物合成，即翻译，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。
就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。
生物学意义
（1）维持多种生命活动
（2）适应环境的变化
（3）参与组织的更新和修复
掌握遗传信息，遗传密码与mRNA的关系，遗传密码的特点。
熟悉蛋白质生物合成体系中的主要RNA，三种酶和多种蛋白质因子的功能和作用特点，生物合成过程及能量变化。
了解翻译后的蛋白质加工方式。
翻译（Translation）蛋白质的生物合成，即翻译，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。
就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。
生物学意义
（1）维持多种生命活动
（2）适应环境的变化
（3）参与组织的更新和修复
第一节
蛋白质合成体系
参与蛋白质合成的物质
1. 原料：20种编码氨基酸
2. 三种RNA： mRNA （模板） tRNA （转运氨基酸） rRNA （构成核糖体，作为蛋白合成的场所）
3. 酶及蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、转位酶、起始因子、延长因子、释放因子等
4. 其他物质：ATP、GTP、Mg2+、 K+
一、mRNA与遗传密码
开放阅读框架：从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。
遗传密码
密码子（codon）在mRNA的开放阅读框架区，按 5→3的方向，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。
遗传密码表
2. 连续性与不重叠性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
3. 简并性(degenerate)
4. 摆动性(wobble)
从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
二、氨基酸的“搬运工具”——tRNA
三、肽链合成的“装配机”——核糖体
核糖体又称核蛋白体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。
蛋白质合成体系
参与蛋白质合成的物质
1. 原料：20种编码氨基酸
2. 三种RNA： mRNA （模板） tRNA （转运氨基酸） rRNA （构成核糖体，作为蛋白合成的场所）
3. 酶及蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、转位酶、起始因子、延长因子、释放因子等
4. 其他物质：ATP、GTP、Mg2+、 K+
一、mRNA与遗传密码
开放阅读框架：从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。
遗传密码
密码子（codon）在mRNA的开放阅读框架区，按 5→3的方向，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。
遗传密码表
2. 连续性与不重叠性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
3. 简并性(degenerate)
4. 摆动性(wobble)
从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
二、氨基酸的“搬运工具”——tRNA
三、肽链合成的“装配机”——核糖体
核糖体又称核蛋白体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。
第二节
蛋白质的合成过程
反应过程
（1）氨基酸的活化
（2）肽链的生物合成
起始、延长、终止
（3）肽链形成后的加工和靶向输送
一、氨基酸的活化与转运
氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。
参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。
氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
该酶通过分子中相间隔的活性部位分别识别结合ATP、特异氨基酸和携带简并密码的数种tRNA。
二、肽链合成的起始
起始(initiation)延长(elongation)终止(termination )
肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。翻译时，从mRNA的起始密码子AUG开始，按5′→3′方向逐一读码，直至终止密码子。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从N-端→C-端延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。
肽链合成的起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物的过程。
过程：起始三元复合物的形成
核糖体大小亚基分离；
mRNA在小亚基定位结合；
30S前起始复合物的形成
即，起始三元复合物与起始氨基酰-tRNA的结合；
核糖体大亚基结合形成70S复合物
原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：
在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核糖体结合位点(ribosomal binding site, RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。
mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列。
指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核糖体并聚合成多肽链的过程。1. 进位(positioning)/注册(registration)2. 成肽(peptide bond formation)3. 转位(translocation)
EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核糖体向mRNA的3′侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核糖体P位，而卸载的tRNA则移入E位。
六、翻译后的加工
新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslational modification)。
蛋白质在核糖体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。这个过程称为蛋白质的靶向输送(protein targeting)。
蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。
在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核糖体结合位点(ribosomal binding site, RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。
mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列。
指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核糖体并聚合成多肽链的过程。1. 进位(positioning)/注册(registration)2. 成肽(peptide bond formation)3. 转位(translocation)
EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核糖体向mRNA的3′侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核糖体P位，而卸载的tRNA则移入E位。
六、翻译后的加工
新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslational modification)。
蛋白质在核糖体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。这个过程称为蛋白质的靶向输送(protein targeting)。
蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。
翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。
（一）多肽链折叠为天然构象的蛋白质
新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N-端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。
一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。
细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶和蛋白质辅助。
几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:
分子伴侣 (molecular chaperon)
蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)
肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)
1. 分子伴侣:
分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。
分子伴侣有以下功能：①封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；
②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；
③促进蛋白质折叠和去聚集；
④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。
分子伴侣主要有：
(1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
(2) 伴侣蛋白(chaperonin)
人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。
(2) 伴侣蛋白(chaperonin)
2. 蛋白质二硫键异构酶3. 肽-脯氨酰顺反异构酶
2. 分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外
真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核糖体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。
4. 靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列
与分泌型蛋白质一样，内质网中的驻留蛋白质先经粗面内质网上的附着核糖体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。但是，内质网蛋白质多肽链的C-端含有滞留信号序列，可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。
5. 质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜
质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。
不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于膜上。
6. 线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体
绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中的游离核糖体上合成后释放、靶向输送到线粒体中的。
7. 细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核
一、分子病如，镰刀形红细胞贫血。
二、蛋白质生物合成的阻断剂
蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。
抗生素等就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能、干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。
可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。
（一）抗生素类阻断剂
翻译起始的抗生素
影响翻译延长的抗生素
嘌呤霉素作用示意图
某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。
白喉毒素的作用机理：
2．蓖麻蛋白(ricin)
蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B两条多肽链组成。
A链是一种蛋白酶，可作用于真核生物核糖体大亚基的28S rRNA，催化其中特异腺苷酸发生脱嘌呤基反应，使28S rRNA降解，使核糖体大亚基失活；
B链对A链发挥毒性具有重要的促进作用，且B链上的半乳糖结合位点也是毒素发挥毒性作用的活性部位。
（三）干扰素
干扰素(interferon, IFN)是真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。
干扰素分为α-（白细胞）型、β-（成纤维细胞）型和γ-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型，分别具有其特异作用。
干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：
一是干扰素在某些病毒双链RNA存在时，能诱导特异的蛋白激酶活化，该活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成；
二是干扰素能与双链RNA共同活化特殊的2ˊ-5ˊ寡聚腺苷酸（2ˊ-5ˊA）合成酶，催化ATP聚合，生成单核苷酸间以2ˊ-5ˊ磷酸二酯键连接的2ˊ-5ˊA，经2ˊ-5ˊA活化核酸内切酶RNase L，后者可降解病毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。
二、蛋白质生物合成的阻断剂
蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。
抗生素等就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能、干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。
可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。
（一）抗生素类阻断剂
翻译起始的抗生素
影响翻译延长的抗生素
嘌呤霉素作用示意图
某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。
白喉毒素的作用机理：
2．蓖麻蛋白(ricin)
蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B两条多肽链组成。
A链是一种蛋白酶，可作用于真核生物核糖体大亚基的28S rRNA，催化其中特异腺苷酸发生脱嘌呤基反应，使28S rRNA降解，使核糖体大亚基失活；
B链对A链发挥毒性具有重要的促进作用，且B链上的半乳糖结合位点也是毒素发挥毒性作用的活性部位。
（三）干扰素
干扰素(interferon, IFN)是真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。
干扰素分为α-（白细胞）型、β-（成纤维细胞）型和γ-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型，分别具有其特异作用。
干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：
一是干扰素在某些病毒双链RNA存在时，能诱导特异的蛋白激酶活化，该活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成；
二是干扰素能与双链RNA共同活化特殊的2ˊ-5ˊ寡聚腺苷酸（2ˊ-5ˊA）合成酶，催化ATP聚合，生成单核苷酸间以2ˊ-5ˊ磷酸二酯键连接的2ˊ-5ˊA，经2ˊ-5ˊA活化核酸内切酶RNase L，后者可降解病毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。
干扰素的作用机制:1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活
2. 干扰素诱导病毒RNA降解
三、蛋白质合成障碍的相关疾病
缺铁性贫血
小儿麻痹症
三、蛋白质合成障碍的相关疾病
缺铁性贫血
小儿麻痹症
第十八章
血液的生物化学
Hemal Biochemistry
大纲要求
掌握血浆蛋白质的分类，血浆蛋白质的功能。
掌握红细胞的代谢特点。
熟悉血液的组成成分，理化性质，非蛋白氮。
血液的生物化学
Hemal Biochemistry
大纲要求
掌握血浆蛋白质的分类，血浆蛋白质的功能。
掌握红细胞的代谢特点。
熟悉血液的组成成分，理化性质，非蛋白氮。
第一节
血液的化学成分与功能
一、血液的化学成分
正常人体的血液总量约占体重的8%。
血液由液态的血浆与混悬在其中的红细胞、白细胞和血小板组成。
正常人血液的含水量约为77%～81%，比重为1.050～1.060，它主要取决于血液内的血细胞数和蛋白质的浓度。
血液的固体成分可分为无机物和有机物两大类。
无机物：以电解质为主；
有机物：蛋白质、非蛋白质类含氮化合物、糖类和脂类等。
非蛋白氮（non-protein nitrogen, NPN）
主要有尿素、尿酸、肌酸、肌酐、氨基酸、多肽、胆红素和氨等，这些化合物中所含的氮总称为非蛋白氮。
NPN主要是蛋白质和核酸代谢的最终产物，一般由血液运输到肾脏排出。肾功能障碍时影响非蛋白质含氮化合物的排泄，血液中非蛋白氮的氮含量升高。
尿素是NPN中含量最多的一种物质。
目前临床多用血清尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）代替NPN作为判断肾排泄功能的指标。
二、血液的基本功能
运输功能平衡功能免疫功能凝血与抗凝血功能
第二节
血浆蛋白质
一、血浆蛋白的分类与特性
（一）血浆蛋白的分类
血浆蛋白是指血浆含有的蛋白质，是血浆中的主要的固体成分。血浆蛋白总浓度：60～80g/L。
通常按来源、分离方法和生理功能将血浆蛋白质分类。
分离蛋白质的常用方法包括电泳(electrophoresis)和超速离心(ultra centrifuge)。
种 类 血 浆 蛋 白
1. 载体蛋白2. 免疫防御系统蛋白3. 凝血和纤溶蛋白4. 酶5. 蛋白酶抑制剂6. 激素7. 参与炎症应答的蛋白 清蛋白、脂蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等IgG ,IgM ,IgA ,IgD ,IgE 和补体C1-9 等凝血因子Ⅶ、Ⅷ、凝血酶原、纤溶酶原等卵磷脂：胆固醇酰基转移酶等1抗胰蛋白酶、 2巨球蛋白等促红细胞生成素、胰岛素等
C-反应蛋白、 2酸性糖蛋白等
（二）血浆蛋白的特性
1. 绝大多数血浆蛋白在肝合成。
2. 血浆蛋白的合成场所一般位于膜结合的多核蛋白体上。
3. 除清蛋白外，几乎所有的血浆蛋白均为糖蛋白。
4. 在循环过程中，每种血浆蛋白均有自己特异的半衰期。
5. 许多血浆蛋白呈现多态性(polymorphism)。
6. 在急性炎症或某种类型组织损伤等情况下，某些血浆蛋白的水平会增高，它们被称为急性时相蛋白质(acute phase protein，APP)。
二、血浆蛋白的功能
（一）维持血浆胶体渗透压
正常人血浆胶体渗透压的大小，取决于血浆蛋白质的摩尔浓度。
由于清蛋白的分子量小（69kDa），在血浆内的总含量大、摩尔浓度高，加之在生理pH条件下，其电负性高，能使水分子聚集其分子表面，故清蛋白能最有效地维持胶体渗透压。清蛋白所产生的胶体渗透压大约占血浆胶体总渗透压的75%～80%。
（二）维持血浆正常的pH
正常血浆的pH为7.40±0.05。
蛋白质是两性电解质，血浆蛋白质的等电点大部分在pH 4.0～7.3之间，血浆蛋白盐与相应蛋白形成缓冲对，参与维持血浆正常的pH。
（三）运输作用
如清蛋白，可以运输胆红素等。
此外血浆中还有皮质激素传递蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等。
这些载体蛋白除结合运输血浆中某种物质外，还具有调节被运输物质代谢的作用。
（四）免疫作用
血浆中的免疫球蛋白，IgG、IgA、IgM、IgD和IgE，又称为抗体，在体液免疫中起至关重要的作用。
此外，血浆中还有一组协助抗体完成免疫功能的蛋白酶——补体。
（五）催化作用
血浆中的酶称作血清酶。
根据血清酶的来源和功能，可分为以下三类：
（六）营养作用
每个成人3L左右的血浆中约有200g蛋白质。
（七）凝血、抗凝血和纤溶作用
血浆中存在众多的凝血因子、抗溶血及纤溶物质，它们在血液中相互作用、相互制约，保持循环血流通畅。
但当血管损伤、血液流出血管时，即发生血液凝固，以防止血液的大量流失。
第三节
一、红细胞的代谢特点
红细胞是血液中最主要的细胞，它是在骨髓中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。
在成熟过程中，红细胞发生一系列形态和代谢的改变。
红细胞成熟过程中的代谢变化
（一）糖代谢
血循环中的红细胞每天大约从血浆摄取30g葡萄糖，其中90%～95%经糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路进行代谢，5%～10%通过磷酸戊糖途径进行代谢。
（一）维持血浆胶体渗透压
正常人血浆胶体渗透压的大小，取决于血浆蛋白质的摩尔浓度。
由于清蛋白的分子量小（69kDa），在血浆内的总含量大、摩尔浓度高，加之在生理pH条件下，其电负性高，能使水分子聚集其分子表面，故清蛋白能最有效地维持胶体渗透压。清蛋白所产生的胶体渗透压大约占血浆胶体总渗透压的75%～80%。
（二）维持血浆正常的pH
正常血浆的pH为7.40±0.05。
蛋白质是两性电解质，血浆蛋白质的等电点大部分在pH 4.0～7.3之间，血浆蛋白盐与相应蛋白形成缓冲对，参与维持血浆正常的pH。
（三）运输作用
如清蛋白，可以运输胆红素等。
此外血浆中还有皮质激素传递蛋白、运铁蛋白、铜蓝蛋白等。
这些载体蛋白除结合运输血浆中某种物质外，还具有调节被运输物质代谢的作用。
（四）免疫作用
血浆中的免疫球蛋白，IgG、IgA、IgM、IgD和IgE，又称为抗体，在体液免疫中起至关重要的作用。
此外，血浆中还有一组协助抗体完成免疫功能的蛋白酶——补体。
（五）催化作用
血浆中的酶称作血清酶。
根据血清酶的来源和功能，可分为以下三类：
（六）营养作用
每个成人3L左右的血浆中约有200g蛋白质。
（七）凝血、抗凝血和纤溶作用
血浆中存在众多的凝血因子、抗溶血及纤溶物质，它们在血液中相互作用、相互制约，保持循环血流通畅。
但当血管损伤、血液流出血管时，即发生血液凝固，以防止血液的大量流失。
第三节
一、红细胞的代谢特点
红细胞是血液中最主要的细胞，它是在骨髓中由造血干细胞定向分化而成的红系细胞。
在成熟过程中，红细胞发生一系列形态和代谢的改变。
红细胞成熟过程中的代谢变化
（一）糖代谢
血循环中的红细胞每天大约从血浆摄取30g葡萄糖，其中90%～95%经糖酵解通路和2,3-二磷酸甘油酸旁路进行代谢，5%～10%通过磷酸戊糖途径进行代谢。
1. 糖酵解
红细胞中存在催化糖酵解所需要的所有的酶和中间代谢物，糖酵解的基本反应和其他组织相同。
糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径，每摩尔葡萄糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，产生2mol ATP和2mol NADH+H+，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在1.85×103mol/L水平。
红细胞中生成的ATP的功能维持红细胞膜上钠泵（Na+-K+-ATPase）的正常运转；
维持红细胞膜上钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运转；
维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换；
少量ATP用于谷胱甘肽、NAD+的生物合成；
ATP用于葡萄糖的活化，启动糖酵解过程。
2. 2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)旁路
正常情况下，2,3-BPG对二磷酸甘油酸变位酶的负反馈作用大于对3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用，所以2,3-二磷酸甘油酸支路仅占糖酵解的15%～50%，但是由于2,3-BPG磷酸酶的活性较低，2,3-BPG的生成大于分解，造成红细胞内2,3-BPG升高。
红细胞内2,3-BPG虽然也能供能，但主要功能是调节血红蛋白的运氧功能。
2, 3-BPG的功能
2, 3-BPG是 调节血红蛋白(Hb) 运氧的重要因素，可降低Hb与氧的亲和力。
3. 磷酸戊糖途径
红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其他细胞相同，主要功能是产生NADPH+H+。
对抗氧化剂，保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶蛋白的巯基等不被氧化，从而维持红细胞的正常功能。
红细胞中的NADPH能维持细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)的含量，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。
谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢
成熟红细胞的脂类几乎都存在于细胞膜。
成熟红细胞已不能从头合成脂肪酸，但膜脂的不断更新却是红细胞生存的必要条件。
红细胞通过主动渗入和被动交换不断地与血浆进行脂质交换，维持其正常的脂类组成、结构和功能。
红细胞中存在催化糖酵解所需要的所有的酶和中间代谢物，糖酵解的基本反应和其他组织相同。
糖酵解是红细胞获得能量的唯一途径，每摩尔葡萄糖经酵解生成2mol乳酸的过程中，产生2mol ATP和2mol NADH+H+，通过这一途径可使红细胞内ATP的浓度维持在1.85×103mol/L水平。
红细胞中生成的ATP的功能维持红细胞膜上钠泵（Na+-K+-ATPase）的正常运转；
维持红细胞膜上钙泵(Ca2+-ATPase)的正常运转；
维持红细胞膜上脂质与血浆脂蛋白中的脂质进行交换；
少量ATP用于谷胱甘肽、NAD+的生物合成；
ATP用于葡萄糖的活化，启动糖酵解过程。
2. 2,3-二磷酸甘油酸(2,3-BPG)旁路
正常情况下，2,3-BPG对二磷酸甘油酸变位酶的负反馈作用大于对3-磷酸甘油酸激酶的抑制作用，所以2,3-二磷酸甘油酸支路仅占糖酵解的15%～50%，但是由于2,3-BPG磷酸酶的活性较低，2,3-BPG的生成大于分解，造成红细胞内2,3-BPG升高。
红细胞内2,3-BPG虽然也能供能，但主要功能是调节血红蛋白的运氧功能。
2, 3-BPG的功能
2, 3-BPG是 调节血红蛋白(Hb) 运氧的重要因素，可降低Hb与氧的亲和力。
3. 磷酸戊糖途径
红细胞内磷酸戊糖途径的代谢过程与其他细胞相同，主要功能是产生NADPH+H+。
对抗氧化剂，保护细胞膜蛋白、血红蛋白和酶蛋白的巯基等不被氧化，从而维持红细胞的正常功能。
红细胞中的NADPH能维持细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)的含量，使红细胞免遭外源性和内源性氧化剂的损害。
谷胱甘肽的氧化与还原及其有关代谢
成熟红细胞的脂类几乎都存在于细胞膜。
成熟红细胞已不能从头合成脂肪酸，但膜脂的不断更新却是红细胞生存的必要条件。
红细胞通过主动渗入和被动交换不断地与血浆进行脂质交换，维持其正常的脂类组成、结构和功能。
二、血红蛋白的生物合成血红蛋白的组成:珠蛋白，血红素(heme)
血红蛋白的合成包括:血红素的合成
珠蛋白的合成
血红蛋白的合成
（一） 血红素的生物合成
合成的组织和亚细胞定位：
参与血红蛋白组成的血红素主要在骨髓的幼红细胞和网织红细胞中合成。
合成原料：
甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe2+
合成部位：
合成的起始和终末阶段均在线粒体内进行，而中间阶段在胞浆内进行。
血红素合成过程：1. -氨基--酮戊酸(-aminolevulinic acid, ALA)的合成
反应部位在线粒体内；
催化此反应的酶是ALA合酶(ALA synthase)，其辅酶是磷酸吡哆醛。此酶是血红素合成的限速酶，受血红素的反馈调节。
ALA生成后从线粒体进入胞液。
2. 胆色素原(prophobilinogen，PBG)的生成
3. 尿卟啉原与粪卟啉原的生成
反应部位：胞液
反应生成的粪卟啉原Ⅲ再进入线粒体。
4. 血红素的生成
血红素合成的特点：
① 合成的主要部位是骨髓和肝脏，但成熟红细胞不能合成；
② 合成的原料简单：琥珀酰CoA、甘氨酸Fe2+等小分子物质；
③ 合成过程的起始与最终过程在线粒体，中间过程在胞液。
血红蛋白的合成包括:血红素的合成
珠蛋白的合成
血红蛋白的合成
（一） 血红素的生物合成
合成的组织和亚细胞定位：
参与血红蛋白组成的血红素主要在骨髓的幼红细胞和网织红细胞中合成。
合成原料：
甘氨酸、琥珀酰CoA、Fe2+
合成部位：
合成的起始和终末阶段均在线粒体内进行，而中间阶段在胞浆内进行。
血红素合成过程：1. -氨基--酮戊酸(-aminolevulinic acid, ALA)的合成
反应部位在线粒体内；
催化此反应的酶是ALA合酶(ALA synthase)，其辅酶是磷酸吡哆醛。此酶是血红素合成的限速酶，受血红素的反馈调节。
ALA生成后从线粒体进入胞液。
2. 胆色素原(prophobilinogen，PBG)的生成
3. 尿卟啉原与粪卟啉原的生成
反应部位：胞液
反应生成的粪卟啉原Ⅲ再进入线粒体。
4. 血红素的生成
血红素合成的特点：
① 合成的主要部位是骨髓和肝脏，但成熟红细胞不能合成；
② 合成的原料简单：琥珀酰CoA、甘氨酸Fe2+等小分子物质；
③ 合成过程的起始与最终过程在线粒体，中间过程在胞液。
血红素合成的调节：
① ALA合酶：
是血红素合成的限速酶；
受血红素反馈抑制；
高铁血红素强烈抑制；
某些固醇类激素可诱导其生成。
② ALA脱水酶与亚铁螯合酶：③ 促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)：
（二） 珠蛋白的合成
珠蛋白的合成同一般蛋白质的合成。
其合成受血红素调控，血红素对珠蛋白的合成有促进作用，可以协调两者的生成比率。
（三） 血红蛋白的合成
血红素合成后与珠蛋白结合成血红蛋白。
① ALA合酶：
是血红素合成的限速酶；
受血红素反馈抑制；
高铁血红素强烈抑制；
某些固醇类激素可诱导其生成。
② ALA脱水酶与亚铁螯合酶：③ 促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)：
（二） 珠蛋白的合成
珠蛋白的合成同一般蛋白质的合成。
其合成受血红素调控，血红素对珠蛋白的合成有促进作用，可以协调两者的生成比率。
（三） 血红蛋白的合成
血红素合成后与珠蛋白结合成血红蛋白。
第十九章
肝的生物化学
肝的生物化学
大纲要求
掌握肝的生物转化作用。
熟悉肝脏形态学结构特点，肝细胞的结构与功能。熟悉胆汁与胆汁酸的代谢。熟悉胆色素的代谢与黄疸。
了解肝在物质代谢中的作用。
肝是人体最大的实质性器官；
肝也是体内最大的腺体；
肝具有复杂多样的生物化学功能。
肝的组织结构特点:
肝具有肝动脉和门静脉双重血液供应;
肝存在肝静脉和胆道系统双重输出通道;
肝具有丰富的肝血窦。
独特的组织结构和化学组成特点赋予肝复杂多样的生物化学功能
肝系多种物质代谢之中枢
生物转化作用
分泌作用（分泌胆汁酸等）
排泄作用（排泄胆红素等）
第一节
肝在物质代谢中的作用
一、肝在糖代谢中的作用
作用：维持血糖水平相对稳定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。
回顾：肝内主要进行那些糖代谢途径？
糖异生
肝糖原的合成与分解
糖酵解途径
糖的有氧氧化
磷酸戊糖途径
二、肝在脂类代谢中的作用
在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。
肝在脂类代谢各过程中的作用
合成
饱食后合成甘油三酯、 胆固醇 、磷脂，并以VLDL形式分泌入血，供其他组织器官摄取与利用；
合成酮体的唯一器官：“肝内生酮肝外用”；
肝是合成胆固醇最主要器官，合成量占全身总合成量的3/4以上。
分解
脂肪酸的β氧化分解；
肝是降解LDL 的主要器官；
肝合成胆汁酸是肝降解胆固醇的最重要途径；
肝是体内胆固醇的重要排泄器官。
运输
合成与分泌 VLDL; HDL; apo CⅡ; LCAT；
apo CⅡ是毛细血管内皮细胞LPL的激活剂；
肝合成与分泌LCAT将血浆胆固醇酯化。
肝在调节机体胆固醇代谢平衡上起中心作用
肝是合成胆固醇最活跃的器官，是血浆胆固醇的主要来源；
胆汁酸的生成是肝降解胆固醇的最重要途径；
肝也是体内胆固醇的主要排泄器官；
肝对胆固醇的酯化也具有重要作用。
三、肝在蛋白质代谢中的作用
肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起重要作用。
肝在血浆蛋白质代谢中的作用
肝细胞的一个重要功能是合成与分泌血浆蛋白质；
肝还是清除血浆蛋白质（清蛋白除外）的重要器官。
肝在氨基酸代谢中的作用
肝是体内除支链氨基酸以外的所有氨基酸分解和转变的重要场所。
肝的另一重要功能是解氨毒。
掌握肝的生物转化作用。
熟悉肝脏形态学结构特点，肝细胞的结构与功能。熟悉胆汁与胆汁酸的代谢。熟悉胆色素的代谢与黄疸。
了解肝在物质代谢中的作用。
肝是人体最大的实质性器官；
肝也是体内最大的腺体；
肝具有复杂多样的生物化学功能。
肝的组织结构特点:
肝具有肝动脉和门静脉双重血液供应;
肝存在肝静脉和胆道系统双重输出通道;
肝具有丰富的肝血窦。
独特的组织结构和化学组成特点赋予肝复杂多样的生物化学功能
肝系多种物质代谢之中枢
生物转化作用
分泌作用（分泌胆汁酸等）
排泄作用（排泄胆红素等）
第一节
肝在物质代谢中的作用
一、肝在糖代谢中的作用
作用：维持血糖水平相对稳定，保障全身各组织，尤其是大脑和红细胞的能量供应。
回顾：肝内主要进行那些糖代谢途径？
糖异生
肝糖原的合成与分解
糖酵解途径
糖的有氧氧化
磷酸戊糖途径
二、肝在脂类代谢中的作用
在脂类的消化、吸收、合成、分解与运输均具有重要作用。
肝在脂类代谢各过程中的作用
合成
饱食后合成甘油三酯、 胆固醇 、磷脂，并以VLDL形式分泌入血，供其他组织器官摄取与利用；
合成酮体的唯一器官：“肝内生酮肝外用”；
肝是合成胆固醇最主要器官，合成量占全身总合成量的3/4以上。
分解
脂肪酸的β氧化分解；
肝是降解LDL 的主要器官；
肝合成胆汁酸是肝降解胆固醇的最重要途径；
肝是体内胆固醇的重要排泄器官。
运输
合成与分泌 VLDL; HDL; apo CⅡ; LCAT；
apo CⅡ是毛细血管内皮细胞LPL的激活剂；
肝合成与分泌LCAT将血浆胆固醇酯化。
肝在调节机体胆固醇代谢平衡上起中心作用
肝是合成胆固醇最活跃的器官，是血浆胆固醇的主要来源；
胆汁酸的生成是肝降解胆固醇的最重要途径；
肝也是体内胆固醇的主要排泄器官；
肝对胆固醇的酯化也具有重要作用。
三、肝在蛋白质代谢中的作用
肝在人体蛋白质合成、分解和氨基酸代谢中起重要作用。
肝在血浆蛋白质代谢中的作用
肝细胞的一个重要功能是合成与分泌血浆蛋白质；
肝还是清除血浆蛋白质（清蛋白除外）的重要器官。
肝在氨基酸代谢中的作用
肝是体内除支链氨基酸以外的所有氨基酸分解和转变的重要场所。
肝的另一重要功能是解氨毒。
四、肝在维生素代谢中的作用肝在维生素的吸收、储存、运输及转化等方面起重要作用。
脂溶性维生素的吸收；
维生素的储存：肝是Vit A、E、K和B12的主要储存场所；
维生素的运输：肝合成视黄醇结合蛋白、Vit D结合蛋白的合成；
维生素的转化：
五、肝在激素代谢中的作用激素的灭活 (inactivation): 激素主要在肝中转化、降解或失去活性的过程称为激素的灭活。
主要方式：生物转化作用
脂溶性维生素的吸收；
维生素的储存：肝是Vit A、E、K和B12的主要储存场所；
维生素的运输：肝合成视黄醇结合蛋白、Vit D结合蛋白的合成；
维生素的转化：
五、肝在激素代谢中的作用激素的灭活 (inactivation): 激素主要在肝中转化、降解或失去活性的过程称为激素的灭活。
主要方式：生物转化作用
第二节
肝的生物转化作用
生物转化的概念
机体对内、外源性的非营养物质进行代谢转变，使其水溶性提高，极性增强，易于通过胆汁或尿液排出体外的过程称为生物转化(biotransformation)。
肝的生物转化作用是机体重要的保护机制。
生物转化的对象
非营养物质: 既不作为构建组织细胞的成分，又不作为能源物质。
生物转化的主要场所
肝是生物转化的主要器官；
肾、肺、胃肠道和皮肤也有一定生物转化功能 。
生物转化的意义生物转化可对体内的大部分非营养物质进行代谢转化，使其生物学活性降低或丧失（灭活），或使有毒物质的毒性减低或消除（解毒）。
通过生物转化作用可增加这些非营养物质的水溶性和极性，从而易于从胆汁或尿液中排出。
肝的生物转化包括两相反应
第一相反应：氧化、还原、水解反应
第二相反应：结合反应
生物转化反应的特点转化反应的连续性: 一种物质在体内的转化往往同时或先后发生多种反应，产生多种产物。
反应类型的多样性: 同一种或同一类物质在体内也可进行多种不同反应。
解毒与致毒的双重性: 一种物质经过一定的转化后，其毒性可能减弱（解毒）, 也可能增强（致毒）。
肝的生物转化作用
生物转化的概念
机体对内、外源性的非营养物质进行代谢转变，使其水溶性提高，极性增强，易于通过胆汁或尿液排出体外的过程称为生物转化(biotransformation)。
肝的生物转化作用是机体重要的保护机制。
生物转化的对象
非营养物质: 既不作为构建组织细胞的成分，又不作为能源物质。
生物转化的主要场所
肝是生物转化的主要器官；
肾、肺、胃肠道和皮肤也有一定生物转化功能 。
生物转化的意义生物转化可对体内的大部分非营养物质进行代谢转化，使其生物学活性降低或丧失（灭活），或使有毒物质的毒性减低或消除（解毒）。
通过生物转化作用可增加这些非营养物质的水溶性和极性，从而易于从胆汁或尿液中排出。
肝的生物转化包括两相反应
第一相反应：氧化、还原、水解反应
第二相反应：结合反应
生物转化反应的特点转化反应的连续性: 一种物质在体内的转化往往同时或先后发生多种反应，产生多种产物。
反应类型的多样性: 同一种或同一类物质在体内也可进行多种不同反应。
解毒与致毒的双重性: 一种物质经过一定的转化后，其毒性可能减弱（解毒）, 也可能增强（致毒）。
一、氧化反应
（一）加单氧酶系（微粒体氧化酶系）
（一）加单氧酶系（微粒体氧化酶系）
加单氧酶系是一个复合物，至少包括两种组分：一种是细胞色素P450 (血红素蛋白)；另一种是NADPH-细胞色素P450还原酶(以FAD为辅基的黄酶)。
该酶催化氧分子中的一个氧原子加到许多脂溶性底物中形成羟化物或环氧化物，另一个氧原子则被NADPH还原成水。故该酶又称羟化酶或混合功能氧化酶(mixed function oxidase, MFO)。
产物：羟化物或环氧化物
意义：加单氧酶系的羟化作用不仅增加药物或毒物的水溶性，有利于排泄，而且还参与体内许多重要物质的羟化过程。
黄曲霉素B1经加单氧酶作用生成的黄曲霉素2, 3环氧化物可与DNA分子中的鸟嘌呤结合，引起DNA突变，成为原发性肝癌发生的重要危险因素。
（二）线粒体单胺氧化酶系
存在部位：胞液中
催化的反应:
醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)催化醇类氧化成醛
醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase, ALDH)催化醛类生成酸
肝微粒体乙醇氧化系统
(microsomal ethanol oxidizing system, MEOS)
MEOS是乙醇-P450加单氧酶，产物是乙醛，仅在血中乙醇浓度很高时才被诱导而起作用。
乙醇诱导MEOS不但不能使乙醇氧化产生ATP，还可增加对氧和NADPH的消耗，而且还可催化脂质过氧化产生羟乙基自由基，后者可进一步促进脂质过氧化，引发肝损伤。
ADH与MEOS之间的比较
二、还原反应
硝基化合物多见于食品防腐剂、工业试剂等。偶氮化合物常见于食品色素、化妆品、纺织与印刷工业等。有些可能是前致癌物。
这些化合物分别在微粒体硝基还原酶(nitroreductase)和偶氮还原酶(azoreductase)的催化下，从NADH或NADPH接受氢，还原生成相应的胺类。
该酶催化氧分子中的一个氧原子加到许多脂溶性底物中形成羟化物或环氧化物，另一个氧原子则被NADPH还原成水。故该酶又称羟化酶或混合功能氧化酶(mixed function oxidase, MFO)。
产物：羟化物或环氧化物
意义：加单氧酶系的羟化作用不仅增加药物或毒物的水溶性，有利于排泄，而且还参与体内许多重要物质的羟化过程。
黄曲霉素B1经加单氧酶作用生成的黄曲霉素2, 3环氧化物可与DNA分子中的鸟嘌呤结合，引起DNA突变，成为原发性肝癌发生的重要危险因素。
（二）线粒体单胺氧化酶系
存在部位：胞液中
催化的反应:
醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)催化醇类氧化成醛
醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase, ALDH)催化醛类生成酸
肝微粒体乙醇氧化系统
(microsomal ethanol oxidizing system, MEOS)
MEOS是乙醇-P450加单氧酶，产物是乙醛，仅在血中乙醇浓度很高时才被诱导而起作用。
乙醇诱导MEOS不但不能使乙醇氧化产生ATP，还可增加对氧和NADPH的消耗，而且还可催化脂质过氧化产生羟乙基自由基，后者可进一步促进脂质过氧化，引发肝损伤。
ADH与MEOS之间的比较
二、还原反应
硝基化合物多见于食品防腐剂、工业试剂等。偶氮化合物常见于食品色素、化妆品、纺织与印刷工业等。有些可能是前致癌物。
这些化合物分别在微粒体硝基还原酶(nitroreductase)和偶氮还原酶(azoreductase)的催化下，从NADH或NADPH接受氢，还原生成相应的胺类。
三、水解反应
肝细胞的胞液与内质网中含有多种水解酶类，主要有酯酶(esterases)、酰胺酶(amidase)和糖苷酶(glucosidase)，分别水解酯键、酰胺键和糖苷键类化合物，以减低或消除其生物活性。这些水解产物通常还需进一步反应，以利排出体外。
四、结合反应
结合对象：
凡含有羟基、羧基或氨基的药物、毒物或激素等均可发生结合反应。
结合物：
葡糖醛酸、硫酸、乙酰基、谷胱甘肽、甲基、甘氨酸等物质或基团。
1. 葡糖醛酸结合
是最重要、最普遍的结合反应
催化酶:
葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronyl transferase, UGT)
2. 硫酸结合
硫酸供体：3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸( PAPS)
催化酶：硫酸转移酶 (sulfate transferase)
举例：
3. 乙酰基结合
主要转化对象：芳香胺类
4. 甲基结合
甲基供体：S-腺苷甲硫氨酸(SAM)
5. 谷胱甘肽结合
是细胞应对亲电子性异源物的重要防御反应
甘氨酸结合
第三节
胆汁与胆汁酸的代谢
一、胆汁
两种胆汁的百分组成和部分性质
二、胆汁酸的代谢与功能
胆汁酸(bile acids)是存在于胆汁中一大类胆烷酸的总称，以钠盐或钾盐的形式存在，即胆汁酸盐，简称胆盐(bile salts)。
肝细胞的胞液与内质网中含有多种水解酶类，主要有酯酶(esterases)、酰胺酶(amidase)和糖苷酶(glucosidase)，分别水解酯键、酰胺键和糖苷键类化合物，以减低或消除其生物活性。这些水解产物通常还需进一步反应，以利排出体外。
四、结合反应
结合对象：
凡含有羟基、羧基或氨基的药物、毒物或激素等均可发生结合反应。
结合物：
葡糖醛酸、硫酸、乙酰基、谷胱甘肽、甲基、甘氨酸等物质或基团。
1. 葡糖醛酸结合
是最重要、最普遍的结合反应
催化酶:
葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronyl transferase, UGT)
2. 硫酸结合
硫酸供体：3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸( PAPS)
催化酶：硫酸转移酶 (sulfate transferase)
举例：
3. 乙酰基结合
主要转化对象：芳香胺类
4. 甲基结合
甲基供体：S-腺苷甲硫氨酸(SAM)
5. 谷胱甘肽结合
是细胞应对亲电子性异源物的重要防御反应
甘氨酸结合
第三节
胆汁与胆汁酸的代谢
一、胆汁
两种胆汁的百分组成和部分性质
二、胆汁酸的代谢与功能
胆汁酸(bile acids)是存在于胆汁中一大类胆烷酸的总称，以钠盐或钾盐的形式存在，即胆汁酸盐，简称胆盐(bile salts)。
（一）胆汁酸的种类
胆汁酸按结构分：
游离胆汁酸(free bile acid)结合胆汁酸(conjugated bile acid)胆汁酸按来源分：初级胆汁酸(primary bile acid)次级胆汁酸(secondary bile acid)
（二）初级胆汁酸的生成
部位：肝细胞的胞液和微粒体中
原料：胆固醇
胆汁酸的合成反应：包括胆固醇核的羟化、侧链 缩短和加辅酶A等多步反应
限速酶：胆固醇7α-羟化酶
程：复杂 胆汁酸代谢的调节
胆固醇7α-羟化酶是胆汁酸合成的限速酶，而HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的关键酶，两者均系诱导酶，同时受胆汁酸和胆固醇的调节。
肝细胞通过这两个酶的协同作用维持肝细胞内胆固醇的水平。
（三） 次级胆汁酸的生成及胆汁酸的肠肝循环
胆汁酸的肠肝循环
胆汁酸肠肝循环的概念:
胆汁酸随胆汁排入肠腔后，约95%胆汁酸可经门静脉重吸收入肝，在肝内转变为结合胆汁酸，并与肝新合成的胆汁酸一道再次排入肠道，此循环过程称胆汁酸的肠肝循环 (enterohepatic circulation of bile acid) 。
机体内胆汁酸储备的总量称为胆汁酸库(bile acid pool)。
胆汁酸肠肝循环的生理意义
在于可使有限的胆汁酸库(bile acid pool)存(约3～5克)循环利用，以满足机体对胆汁酸的生理需求。
胆汁酸的生理功能1. 促进脂类的消化与吸收
胆汁酸的立体构型——亲水与疏水两个侧面，赋予胆汁酸很强的界面活性，成为较强的乳化剂。
2. 维持胆汁中胆固醇的溶解状态以抑制胆固醇析出
人体内约99%的胆固醇随胆汁经肠道排出体外，其中⅓以胆汁酸形式，⅔以直接形式排出体外。
胆汁中的胆汁酸盐与卵磷脂协同作用，使胆固醇分散形成可溶性微团，使之不易结晶沉淀而随胆汁排泄。
胆固醇是否从胆汁中沉淀析出主要取决于胆汁中胆汁酸盐和卵磷脂与胆固醇之间的合适比例（正常比值 10︰1）。
第四节
胆色素的代谢与黄疸
胆汁酸按结构分：
游离胆汁酸(free bile acid)结合胆汁酸(conjugated bile acid)胆汁酸按来源分：初级胆汁酸(primary bile acid)次级胆汁酸(secondary bile acid)
（二）初级胆汁酸的生成
部位：肝细胞的胞液和微粒体中
原料：胆固醇
胆汁酸的合成反应：包括胆固醇核的羟化、侧链 缩短和加辅酶A等多步反应
限速酶：胆固醇7α-羟化酶
程：复杂 胆汁酸代谢的调节
胆固醇7α-羟化酶是胆汁酸合成的限速酶，而HMG-CoA还原酶是胆固醇合成的关键酶，两者均系诱导酶，同时受胆汁酸和胆固醇的调节。
肝细胞通过这两个酶的协同作用维持肝细胞内胆固醇的水平。
（三） 次级胆汁酸的生成及胆汁酸的肠肝循环
胆汁酸的肠肝循环
胆汁酸肠肝循环的概念:
胆汁酸随胆汁排入肠腔后，约95%胆汁酸可经门静脉重吸收入肝，在肝内转变为结合胆汁酸，并与肝新合成的胆汁酸一道再次排入肠道，此循环过程称胆汁酸的肠肝循环 (enterohepatic circulation of bile acid) 。
机体内胆汁酸储备的总量称为胆汁酸库(bile acid pool)。
胆汁酸肠肝循环的生理意义
在于可使有限的胆汁酸库(bile acid pool)存(约3～5克)循环利用，以满足机体对胆汁酸的生理需求。
胆汁酸的生理功能1. 促进脂类的消化与吸收
胆汁酸的立体构型——亲水与疏水两个侧面，赋予胆汁酸很强的界面活性，成为较强的乳化剂。
2. 维持胆汁中胆固醇的溶解状态以抑制胆固醇析出
人体内约99%的胆固醇随胆汁经肠道排出体外，其中⅓以胆汁酸形式，⅔以直接形式排出体外。
胆汁中的胆汁酸盐与卵磷脂协同作用，使胆固醇分散形成可溶性微团，使之不易结晶沉淀而随胆汁排泄。
胆固醇是否从胆汁中沉淀析出主要取决于胆汁中胆汁酸盐和卵磷脂与胆固醇之间的合适比例（正常比值 10︰1）。
第四节
胆色素的代谢与黄疸
胆色素(bile pigment)是体内铁卟啉类化合物的主要分解代谢产物，包括胆绿素(biliverdin)、胆红素(bilirubin)、胆素原(bilinogen) 和胆素(bilin)等。
胆红素处于胆色素代谢的中心，是人体胆汁中的主要色素。
一、胆红素的生成与转运
（一）胆红素的来源
体内的铁卟啉化合物，包括——血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶及过氧化物酶。
正常人每天可生成250～350mg胆红素，其中约80%以上来自衰老红细胞破坏所释放的血红蛋白的分解。
（二）胆红素的生成部位：肝、脾、骨髓等单核吞噬细胞微粒体与胞液中。
血红素加氧酶(HO)有3种同工酶：HO-1、HO-2和HO-3。
HO-1是迄今所知的诱导物最多的诱导酶 ，受血红素和氧化应激等许多因素的诱导合成；
HO-1诱导因素的多样性是细胞重要的保护机制。
胆红素是人体内强有力的内源性抗氧化剂，是血清中抗氧化活性的主要成分。
胆红素的这种抗氧化作用通过胆绿素还原酶循环(biliverdin reductase cycle)实现：胆红素氧化成胆绿素，后者再在分布广、活性强的胆绿素还原酶催化下，利用NADH或NADPH再还原成胆红素。胆绿素还原酶循环可使胆红素的作用增大10000倍。
（三）胆红素在血中的转运运输形式：胆红素-清蛋白复合体
意义:
一方面增加了胆红素的水溶性，提高了血浆对胆红素的运输能力；
另一方面限制了它自由通透各种细胞膜，避免了它对组织细胞造成的毒性，起到暂时性的解毒作用。
竞争结合剂：如磺胺药、水杨酸、胆汁酸等。
过多的游离胆红素则可与脑部基底核的脂类结合，干扰脑的正常功能，称为胆红素脑病(bilirubin encephalopathy)或核黄疸(kernicterus)。
二、胆红素在肝细胞内的代谢
胆红素可以自由双向通透肝血窦肝细胞膜表面进入肝细胞；
胆红素在胞浆与配体蛋白(Ｙ蛋白或Ｚ蛋白)结合，胆红素-Y蛋白或胆红素-Z蛋白形式将胆红素携带至肝细胞滑面内质网。
（二）胆红素在肝中的结合部位：滑面内网质
反应：结合反应(主要结合物为UDP葡糖醛酸, UDPGA)
催化酶：葡糖醛酸基转移酶
产物：主要为双葡糖醛酸胆红素，另有少量单葡萄糖醛酸胆红素、硫酸胆红素，统称为结合胆红素。
意义：胆红素与葡糖醛酸的结合是肝对有毒性胆红素一种根本性的生物转化解毒方式。
两种胆红素理化性质的比较
四、胆红素在肠中的变化
经肝细胞转化生成的葡糖醛酸胆红素随胆汁进入肠道，在回肠下段和结肠的肠菌作用下，脱去葡糖醛酸基，并被还原生成d-尿胆素原(d-urobilinogen)和中胆素原(mesobilirubinogen，i-urobilinogen)。后者又可进一步还原生成粪胆素原(stercobilinogen，l-urobilinogen)，这些物质统称为胆素原。
大部分胆素原随粪便排出体外，在肠道下段，这些无色的胆素原接触空气后分别被氧化为相应的d-尿胆素 (d-urobilin)、i-尿胆素(i-urobilin)和粪胆素(stercobilin，l-urobilin)，三者合称胆素。
（二）胆素原的肠肝循环
四、高胆红素血症及黄疸
（一）正常人胆红素的生成与排泄维持动态平衡
正常血清胆红素浓度：3.4～17.1μmol/L（0.2～1mg/dl)。 4/5为游离胆红素，其余为结合胆红素。
高胆红素血症（hyperbilirubinemia)：体内胆红素生成过多，或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等因素引起血浆胆红素含量的增多。
（二）黄疸的分类
体内胆红素生成过多，或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等因素均可引起血浆胆红素含量增多，称为高胆红素血症(hyperbilirubinemia)。
胆红素为橙黄色物质，过量的胆红素可扩散进入组织造成组织黄染，这一体征称为黄疸(jaundice)。
胆红素处于胆色素代谢的中心，是人体胆汁中的主要色素。
一、胆红素的生成与转运
（一）胆红素的来源
体内的铁卟啉化合物，包括——血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶及过氧化物酶。
正常人每天可生成250～350mg胆红素，其中约80%以上来自衰老红细胞破坏所释放的血红蛋白的分解。
（二）胆红素的生成部位：肝、脾、骨髓等单核吞噬细胞微粒体与胞液中。
血红素加氧酶(HO)有3种同工酶：HO-1、HO-2和HO-3。
HO-1是迄今所知的诱导物最多的诱导酶 ，受血红素和氧化应激等许多因素的诱导合成；
HO-1诱导因素的多样性是细胞重要的保护机制。
胆红素是人体内强有力的内源性抗氧化剂，是血清中抗氧化活性的主要成分。
胆红素的这种抗氧化作用通过胆绿素还原酶循环(biliverdin reductase cycle)实现：胆红素氧化成胆绿素，后者再在分布广、活性强的胆绿素还原酶催化下，利用NADH或NADPH再还原成胆红素。胆绿素还原酶循环可使胆红素的作用增大10000倍。
（三）胆红素在血中的转运运输形式：胆红素-清蛋白复合体
意义:
一方面增加了胆红素的水溶性，提高了血浆对胆红素的运输能力；
另一方面限制了它自由通透各种细胞膜，避免了它对组织细胞造成的毒性，起到暂时性的解毒作用。
竞争结合剂：如磺胺药、水杨酸、胆汁酸等。
过多的游离胆红素则可与脑部基底核的脂类结合，干扰脑的正常功能，称为胆红素脑病(bilirubin encephalopathy)或核黄疸(kernicterus)。
二、胆红素在肝细胞内的代谢
胆红素可以自由双向通透肝血窦肝细胞膜表面进入肝细胞；
胆红素在胞浆与配体蛋白(Ｙ蛋白或Ｚ蛋白)结合，胆红素-Y蛋白或胆红素-Z蛋白形式将胆红素携带至肝细胞滑面内质网。
（二）胆红素在肝中的结合部位：滑面内网质
反应：结合反应(主要结合物为UDP葡糖醛酸, UDPGA)
催化酶：葡糖醛酸基转移酶
产物：主要为双葡糖醛酸胆红素，另有少量单葡萄糖醛酸胆红素、硫酸胆红素，统称为结合胆红素。
意义：胆红素与葡糖醛酸的结合是肝对有毒性胆红素一种根本性的生物转化解毒方式。
两种胆红素理化性质的比较
四、胆红素在肠中的变化
经肝细胞转化生成的葡糖醛酸胆红素随胆汁进入肠道，在回肠下段和结肠的肠菌作用下，脱去葡糖醛酸基，并被还原生成d-尿胆素原(d-urobilinogen)和中胆素原(mesobilirubinogen，i-urobilinogen)。后者又可进一步还原生成粪胆素原(stercobilinogen，l-urobilinogen)，这些物质统称为胆素原。
大部分胆素原随粪便排出体外，在肠道下段，这些无色的胆素原接触空气后分别被氧化为相应的d-尿胆素 (d-urobilin)、i-尿胆素(i-urobilin)和粪胆素(stercobilin，l-urobilin)，三者合称胆素。
（二）胆素原的肠肝循环
四、高胆红素血症及黄疸
（一）正常人胆红素的生成与排泄维持动态平衡
正常血清胆红素浓度：3.4～17.1μmol/L（0.2～1mg/dl)。 4/5为游离胆红素，其余为结合胆红素。
高胆红素血症（hyperbilirubinemia)：体内胆红素生成过多，或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等因素引起血浆胆红素含量的增多。
（二）黄疸的分类
体内胆红素生成过多，或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等因素均可引起血浆胆红素含量增多，称为高胆红素血症(hyperbilirubinemia)。
胆红素为橙黄色物质，过量的胆红素可扩散进入组织造成组织黄染，这一体征称为黄疸(jaundice)。
当血浆胆红素浓度超过34.2μmol/L(2mg/dl)时，肉眼可见皮肤、粘膜及巩膜等组织黄染，临床上称为显性黄疸。
若血浆胆红素升高不明显，在1～2mg/dl之间时，肉眼观察不到皮肤与巩膜等黄染现象，称为隐性黄疸(jaundice occult)。
临床上常根据黄疸发病的原因不同，简单的将黄疸分为三类：
1．溶血性黄疸
溶血性黄疸(hemolytic jaundice)，又称为肝前性黄疸(prehepatic jaundice)。
属于高未结合型胆红素血症。
此类黄疸是由于红细胞的大量破坏，在单核-吞噬细胞系统产生胆红素过多，超过了肝细胞摄取、转化和排泄胆红素的能力，造成血液中未结合胆红素浓度显著增高所致。
2．肝细胞性黄疸
肝细胞性黄疸 (hepatocellular jaundice) 又称为肝原性黄疸(hepatic jaundice)。
由于肝细胞功能受损，造成其摄取、转化和排泄胆红素的能力降低所致的黄疸。
3．阻塞性黄疸
阻塞性黄疸(obstructive jaundice)，又称为肝后性黄疸(posthepatic jaundice)。
此类黄疸是由于各种原因引起的胆管系统阻塞，胆汁排泄障碍所致。
若血浆胆红素升高不明显，在1～2mg/dl之间时，肉眼观察不到皮肤与巩膜等黄染现象，称为隐性黄疸(jaundice occult)。
临床上常根据黄疸发病的原因不同，简单的将黄疸分为三类：
1．溶血性黄疸
溶血性黄疸(hemolytic jaundice)，又称为肝前性黄疸(prehepatic jaundice)。
属于高未结合型胆红素血症。
此类黄疸是由于红细胞的大量破坏，在单核-吞噬细胞系统产生胆红素过多，超过了肝细胞摄取、转化和排泄胆红素的能力，造成血液中未结合胆红素浓度显著增高所致。
2．肝细胞性黄疸
肝细胞性黄疸 (hepatocellular jaundice) 又称为肝原性黄疸(hepatic jaundice)。
由于肝细胞功能受损，造成其摄取、转化和排泄胆红素的能力降低所致的黄疸。
3．阻塞性黄疸
阻塞性黄疸(obstructive jaundice)，又称为肝后性黄疸(posthepatic jaundice)。
此类黄疸是由于各种原因引起的胆管系统阻塞，胆汁排泄障碍所致。
责编：刘卓
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