生物化學(xué)中文綜述

1、生物化學(xué)中文綜述摘要：生物化學(xué)式運(yùn)用化學(xué)的理論和方法研究生命物質(zhì)的邊緣學(xué)科。其任務(wù)主要是了解生物的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命過程中各種化學(xué)變化。從早期對(duì)生物總體組成的研究，進(jìn)展到對(duì)各種組織和細(xì)胞成分的精確分析。關(guān)鍵詞：生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物分子化學(xué)1.蛋白質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)作為一切生命活動(dòng)的支持者和參與者，蛋白質(zhì)參與到了生物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)中，作為遺傳物質(zhì)的表達(dá)產(chǎn)物，緊跟遺傳物質(zhì)之后介紹體現(xiàn)了二者的緊密關(guān)系。1.1氨基酸每一個(gè)氨基酸都有一個(gè)-羧基和一個(gè)一級(jí)-氨基（除了脯氨酸有一個(gè)仲胺氨基之外）。在生理pH時(shí)，-羧基解離，形成帶負(fù)電荷的羧基鹽離子（-COO-），而氨基質(zhì)子化（-NH3+）。每個(gè)氨基酸的

2、-碳原子上都結(jié)合有一種側(cè)鏈（共20種），這個(gè)側(cè)鏈的化學(xué)性質(zhì)決定了一個(gè)氨基酸在蛋白質(zhì)中的功能 ，也提供氨基酸分類的基礎(chǔ)。氨基酸由此分為非極性、無電荷性、酸性和堿性的氨基酸。所有的游離氨基酸加上肽鏈中的帶電氨基酸都能夠產(chǎn)生緩沖作用。一種溶液的pH與一個(gè)弱酸（HA）及它的共軛堿濃度之間的關(guān)系可以用Henderson-Hasselbalch方程表示。緩沖可發(fā)生于pKa±1pH單位的范圍內(nèi)，當(dāng)pH=pKa即A-=HA時(shí)，緩沖達(dá)到最大。每一氨基酸的-碳原子（除了甘氨酸）都有4個(gè)不同的化學(xué)基團(tuán)，所以是一個(gè)手性或旋光性的碳原子。在人體合成蛋白質(zhì)中只有L型的氨基酸。1.2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)的20種

3、氨基酸由肽鍵相連，在氨基酸線性序列中，含有蛋白質(zhì)分子形成獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)所需的消息。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性通過四個(gè)層次來分析，這四個(gè)層次稱之為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)中的氨基酸通過肽鍵共價(jià)結(jié)合，肽鍵是這個(gè)氨基酸的-羧基和另一個(gè)氨基酸的-氨基形成的酰胺鍵。蛋白質(zhì)中氨基酸的序列成為蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)；多肽鏈不會(huì)隨機(jī)形成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，通常是線性序列中彼此位置相接近的氨基酸形成有規(guī)律的排列，這些排列稱為多肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)，常見有螺旋、片層和玩去（轉(zhuǎn)角）；多肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的三級(jí)結(jié)構(gòu)，“三級(jí)”指的是結(jié)構(gòu)域的折疊和結(jié)構(gòu)域在多肽中的最終排列；許多蛋白質(zhì)是由一條多肽鏈構(gòu)成，稱之為單體蛋白質(zhì)，另一些蛋白質(zhì)是由

4、兩條或更多條結(jié)構(gòu)或完全無關(guān)的多肽鏈組成，這些多肽亞基的排列稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致蛋白質(zhì)去折疊和結(jié)構(gòu)無序化，變性并不伴有肽鍵的水解，變性有時(shí)可以逆轉(zhuǎn)，但大多數(shù)是不可逆的。1.3球狀蛋白球狀血紅素蛋白是一組含有以血紅素為緊密結(jié)合輔基的特殊蛋白。血紅素基團(tuán)的作用取決于血紅素蛋白三維結(jié)構(gòu)造成的環(huán)境。例如，細(xì)胞色素的血紅素基團(tuán)作為電子攜帶者，功能隨其氧化和還原的狀態(tài)而變化。相比之下，過氧化氫酶的血紅素基團(tuán)是催化過氧化氫降解的酶的活性部分。在人體兩種最豐富的血紅素蛋白血紅蛋白和肌紅蛋白中，血紅素基團(tuán)的作用是可逆地結(jié)合氧。1.4纖維狀蛋白膠原蛋白和彈性蛋白是常見的、性質(zhì)明確的、在體內(nèi)有結(jié)構(gòu)性作

5、用的纖維狀細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。膠原蛋白分子富含脯氨酸、賴氨酸和甘氨酸，后者出現(xiàn)于一級(jí)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)第三位上。膠原蛋白也含有羥脯氨酸、羥賴氨酸和糖基化的羥賴氨酸，他們是經(jīng)翻譯后修飾形成的。膠原蛋白分子通常形成含有長(zhǎng)的、僵硬的、三股螺旋結(jié)構(gòu)的原纖維，三條膠原蛋白多肽鏈以索樣超螺旋相互纏繞（三螺旋）。其他類型膠原蛋白形成網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)。彈性蛋白是一種具橡膠養(yǎng)性質(zhì)的結(jié)締組織蛋白，存在于某些組織（如肺）。1-抗胰蛋白酶（1-AT）主要由肝臟產(chǎn)生，也可以由其他組織（如單核細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞）產(chǎn)生，它可防止肺泡壁彈性蛋白的降解。1-AT的缺陷能引起肺氣腫，在某些病例也可導(dǎo)致肝硬化。1.5酶酶是通過降低過渡態(tài)能量而增加

6、化學(xué)反應(yīng)速率的蛋白質(zhì)催化劑。在它們所催化的反應(yīng)中，酶未被消耗。酶催化反應(yīng)是高效的、具有特異性的。酶分子含有一個(gè)特殊的稱之為活性部位的口袋或裂隙?；钚圆课缓袇⑴c底物結(jié)合和催化作用的氨基酸側(cè)鏈?；钚圆课唤Y(jié)合底物，形成酶-底物（ES）復(fù)合物。結(jié)合引起酶構(gòu)象的改變（誘導(dǎo)契合），使之可進(jìn)行催化反應(yīng)。ES轉(zhuǎn)化為酶-產(chǎn)物（EP）復(fù)合物，最終解離為酶和產(chǎn)物。通常情況下，細(xì)胞中的酶通過提高低活化自由能的替代反應(yīng)途徑，加速反應(yīng)進(jìn)程。酶不能改變反應(yīng)物或產(chǎn)物的自由能，因而不會(huì)改變化學(xué)平衡。大多數(shù)酶表現(xiàn)為米-曼動(dòng)力學(xué)，以初始反應(yīng)速率（V0）對(duì)底物濃度（S）作圖，顯示為相似于肌紅蛋白氧解離曲線的雙曲線形。米-曼方程：米

7、-曼方程表述了反應(yīng)速率如何隨底物濃度而變化。 V0=(VmaxS)/(Km=S) ，其中V0為初始反應(yīng)速率，Vmax為最大反應(yīng)速率，Km為米氏常數(shù)，S為底物濃度。任何能夠減弱酶催化反應(yīng)速率的底物均稱為抑制劑。兩種最常見的可逆性抑制類型是競(jìng)爭(zhēng)性抑制（增加表觀Km）和非競(jìng)爭(zhēng)性抑制（降低表觀Vm）。具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制能力的物質(zhì)一般與底物有相似的特殊結(jié)構(gòu)，與底物競(jìng)爭(zhēng)酶活性位點(diǎn)。而具有非競(jìng)爭(zhēng)性抑制能力的物質(zhì)往往能改變酶的結(jié)構(gòu)，降低酶的活性。2.中間代謝生物體的結(jié)構(gòu)是維持生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，但是要行使生命活動(dòng)，還需要利用能量，這一部分將重點(diǎn)介紹人體對(duì)糖類物質(zhì)的利用。2.1生物能學(xué)與氧化磷酸化ATP與電子傳遞鏈：A

8、TP由一個(gè)分子腺苷和三個(gè)磷酸基，如果去掉一個(gè)磷酸基團(tuán)，ATP就變成了ADP，去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)就變成了AMP。高能分子通過一系列氧化反應(yīng)代謝生成CO2和水的中間代謝物將電子傳遞給特異的輔酶尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。電子傳遞鏈由五個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)復(fù)合體組成，電子最終和氧結(jié)合并和質(zhì)子形成水，細(xì)胞線粒體參與的三羧酸循環(huán)中需要利用電子傳遞鏈來傳遞電子。氧化磷酸化：根據(jù)化學(xué)滲透假說，細(xì)胞通過電子傳遞鏈傳遞電子產(chǎn)生的自由能合成ATP。線粒體膜能把特定的分子轉(zhuǎn)運(yùn)到膜間隙中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的氧化磷酸化。2.2碳水化合物導(dǎo)論碳水化合物是自然界含量最豐富的有機(jī)分子。他們可以為大多

9、數(shù)生物提供大量的膳食熱量，作為體內(nèi)熱量的儲(chǔ)存形式，構(gòu)成細(xì)胞膜成分參與細(xì)胞間通訊，還可作為結(jié)構(gòu)成分（包括細(xì)菌的細(xì)胞壁、昆蟲的外骨骼、植物纖維的纖維素）。含有醛基的單糖稱為醛糖，含有酮基的單糖稱為酮糖。二塘、寡糖和多糖由多糖通過糖苷鍵連接組成。碳水化合物的消化：從口腔開始，唾液淀粉酶能水解部分淀粉形成短鏈的低聚糖混合物。在腸道中，胰酶可以進(jìn)一步消化淀粉，最終小腸粘膜細(xì)胞分泌的酶能徹底消化糖類物質(zhì)成二糖或單糖，同時(shí)小腸粘膜細(xì)胞將單糖吸收。2.3糖酵解代謝的調(diào)節(jié)：代謝調(diào)節(jié)的方式有很多種，包括激素、神經(jīng)遞質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)的形式也有細(xì)胞內(nèi)信號(hào)和細(xì)胞間通訊兩種。第二信使參與把膜外信號(hào)傳遞到膜內(nèi)，腺苷酸環(huán)化

10、酶識(shí)別各種信號(hào)。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞：葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞有兩種方式，其一是不依賴Na+易化擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，另一個(gè)是Na+單糖共轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。糖酵解反應(yīng)；首先，葡萄糖在己糖激酶的作用下生成6-磷酸葡萄糖消耗一分子ATP，葡萄糖磷酸異構(gòu)酶催化6-磷酸葡萄糖異構(gòu)為6-磷酸果糖，6-磷酸果糖在果糖磷酸激酶的作用下消耗一分子ATP生成1,6-二磷酸果糖。在縮醛酶作用下，1,6-二磷酸果糖裂解生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮。3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮可以在磷酸丙糖異構(gòu)酶的作用下相互轉(zhuǎn)換。3-磷酸甘油醛由3-磷酸甘油醛脫氫酶催化生成1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶作用下生成一分子ATP和一分子3-磷酸甘油酸，通過

11、磷酸甘油變位酶的催化，生成2-磷酸甘油酸。烯醇化酶將2-磷酸甘油酸烯醇化，生成磷酸烯醇式丙酮酸，最終在丙酮酸激酶作用下形成丙酮酸。糖酵解的調(diào)節(jié)：通過控制酶的活性，可以對(duì)糖酵解進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是這種調(diào)節(jié)是短期的。激素對(duì)酶的合成量會(huì)產(chǎn)生影響，所以激素調(diào)節(jié)會(huì)更持久。2.4三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)反應(yīng)：丙酮酸是有氧糖酵解的最終產(chǎn)物，在進(jìn)入三羧酸循環(huán)之前，必須轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體中。丙酮酸在丙酮酸脫氫復(fù)合體的作用下變成乙酰CoA，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)二氧化碳分子。乙酰COA和草酰乙酸配合形成檸檬酸。檸檬酸在順烏頭酸酶作用下異構(gòu)化生成異檸檬酸，再在檸檬酸脫氫酶作用下生成-酮戊二酸，同時(shí)釋放一分子二氧化碳。-酮戊二酸由-酮戊二酸脫

12、氫酶催化生成琥珀酰CoA，琥珀酰CoA裂解生成琥珀酸同時(shí)生成一分子ATP。琥珀酸脫氫酶作用下，琥珀酸氧化生成延胡索酸，延胡索酸水化生成蘋果酸，蘋果酸脫氫變成草酰乙酸。三羧酸循環(huán)的能量產(chǎn)生：進(jìn)行一次三羧酸循環(huán)能產(chǎn)生3分子NADH，一分子FADH2和一個(gè)GTP。即最能產(chǎn)生10個(gè)ATP分子。2.5糖異生糖異生的底物：主要有甘油、乳酸和氨基酸三種。糖異生的獨(dú)特反應(yīng)：1）丙酮酸羧化；2）草酰乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)；3）草酰乙酸脫羧；4）1,6-二磷酸果糖脫磷酸；5）6-磷酸葡萄糖脫磷酸糖異生的調(diào)節(jié)：糖異生主要依靠胰高血糖素、提高底物利用率、乙酰CoA變構(gòu)激活和AMP變構(gòu)抑制進(jìn)行調(diào)控。2.6糖原的代謝糖原的結(jié)構(gòu)和功能：

13、糖原分為肌糖原和肝糖原，是一種有-D-葡萄糖構(gòu)成的支鏈同聚多糖，是細(xì)胞儲(chǔ)存的少量的能源物質(zhì)。糖原的合成與分解及相關(guān)的調(diào)節(jié)：糖原的合成需要由ATP和UTP提供能量，先形成UDP-葡萄糖，之后再逐個(gè)連接UDP-葡萄糖形成糖原。糖原進(jìn)行分解時(shí)，糖原磷酸化酶催化下發(fā)生磷酸解反應(yīng)，糖鏈縮短產(chǎn)生糊精，糊精再斷裂成單個(gè)的游離的葡萄糖。cAMP信號(hào)途徑能激活和抑制糖原的合成。2.7單糖和二糖的代謝果糖和半乳糖的代謝：果糖代謝時(shí)要先經(jīng)過磷酸化，變成1-磷酸果糖， 1-磷酸果糖在縮醛酶B的作用下裂解生成磷酸二羥丙酮和甘油醛，磷酸二羥丙酮直接進(jìn)入糖酵解或者糖異生途徑，而甘油醛進(jìn)入其他的途徑進(jìn)行代謝。半乳糖代謝時(shí)，要

14、先與UDP結(jié)合生成UDP-半乳糖，在差向異構(gòu)酶的作用下生成UDP-葡萄糖，進(jìn)而進(jìn)入葡萄糖的代謝途徑。2.8磷酸戊糖途徑與NADPH磷酸戊糖途徑包含兩個(gè)階段：不可逆的氧化反應(yīng)和一系列可逆的磷酸化糖之間的相互轉(zhuǎn)變。該途經(jīng)沒有ATP的直接產(chǎn)生和消耗。NADPH的利用：NADPH參與過氧化氫的還原反應(yīng)，參與細(xì)胞色素P450單加氧酶系統(tǒng)，還參與白細(xì)胞的吞噬作用。3.脂代謝人體內(nèi)除了糖類物質(zhì)提供能源外，還需要存儲(chǔ)能量更多的物質(zhì)作為儲(chǔ)能物質(zhì)，脂類是一個(gè)良好的選擇。3.1膳食脂類的代謝 膳食脂類的消化始于胃，在小腸延續(xù)。脂類的疏水性是膳食脂類特別是含長(zhǎng)鏈脂肪酸的脂類，必須乳化才能有效地分解。從乳汁獲得的含有短

15、鏈到中鏈脂肪酸的三酰甘油，能在胃中被酸性酯酶（舌酯酶和胃酯酶）分解。膽固醇酯、磷脂和含有LCFA的TAG在小腸中有胰腺分泌的酶分解，最重要的酶是胰酯酶、磷脂酶A2和膽固醇酯酶。膳食脂類利用蠕動(dòng)作用和膽汁酸鹽的去垢劑作用在小腸內(nèi)進(jìn)行乳化作用。3.2脂肪酸和三酰甘油的代謝脂肪酸的結(jié)構(gòu)：脂肪酸含有一個(gè)疏水烴鏈和一個(gè)羧基末端，對(duì)于長(zhǎng)鏈脂肪酸而言疏水部分占大多數(shù)。飽和脂肪酸不含有雙鍵，不飽和脂肪酸含有一個(gè)或多個(gè)雙鍵。營(yíng)養(yǎng)必須氨基酸有亞油酸和-亞麻酸。脂肪酸從頭合成：第一步是將乙酰單位從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中，草酰乙酸與乙酰CoA合成檸檬酸，檸檬酸從線粒體通過轉(zhuǎn)位的方式進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中。在細(xì)胞質(zhì)中檸檬酸分解生成乙

16、酰CoA和草酰乙酸。細(xì)胞質(zhì)中乙酰CoA羧化生成丙二酰CoA。在脂肪酸合酶的作用下，對(duì)丙二酰CoA進(jìn)行加工和延長(zhǎng)，最終形成脂肪酸。脂肪酸的合成需要NADPH，NADPH還原是脂肪酸合成的重要步驟。人體內(nèi)，脂肪酸以三酰甘油的形式儲(chǔ)存。 儲(chǔ)存脂肪酸的動(dòng)員和脂肪酸的氧化：脂肪動(dòng)員需要激素敏感型酯酶催 化三酰甘油脫下1位和3位的脂肪酸。釋放的甘油將進(jìn)入肝臟被磷酸化用于三酰甘油的合成，釋放的脂肪酸移出細(xì)胞與血漿中的血清蛋白結(jié)合進(jìn)入到需要能源的細(xì)胞。脂肪酸的代謝分解途徑主要氧化，二碳單位連續(xù)從脂酰CoA的羧基端脫落，生成乙酰CoA、NADH和FADH2。還存在脂肪酸的氧化，這是一種支鏈脂肪酸植烷酸的氧化方式

17、。酮體：肝臟線粒體能將脂肪酸來源的乙酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)橥w，酮體包括乙酰乙酸、3-羥丁酸和丙酮。在禁食期間，肝細(xì)胞充滿了動(dòng)員的脂肪酸，生成的乙酰CoA用于酮體的合成，肝細(xì)胞中的酮體能為外周組織提供能量。3.3復(fù)合脂的代謝磷脂的結(jié)構(gòu)：人體內(nèi)的磷脂有兩類，以甘油為骨架的磷脂和以鞘氨醇為骨架的磷脂。甘油磷脂含有磷脂酸，是二脂酰甘油在第三位碳上連接磷酸。鞘磷醇磷脂有通過酰胺鍵連接的長(zhǎng)鏈脂肪酸。磷脂的合成與降解：甘油磷脂合成有兩條途徑，一條是CDP-二酰甘油中的磷脂酸轉(zhuǎn)移到醇類物質(zhì)上，另一條是CDP-醇中的醇磷酸一酯轉(zhuǎn)移到1,2-二酰甘油上。磷脂的降解有磷脂酶來完成，在所有的組織和胰液中都能發(fā)生。鞘磷脂的結(jié)

18、構(gòu)：鞘糖脂不含有磷酸，單糖或者多糖通過氧糖苷鍵直接連接于神經(jīng)酰胺的極性頭部。有中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂兩種。鞘磷脂的合成與降解：鞘糖脂主要在高爾基體中合成，糖基供體UDP-糖依次轉(zhuǎn)移糖基單位到受體脂分子上。鞘糖脂通過內(nèi)吞作用內(nèi)吞入溶酶體中進(jìn)行分解。前列腺素：前列腺素、血栓素和白三烯統(tǒng)稱為類花生酸，它們來源與含有二十個(gè)碳原子的脂肪酸。3.4膽固醇和類固醇代謝膽固醇的結(jié)構(gòu)：膽固醇是疏水性極強(qiáng)的化合物，包括四個(gè)稠和的碳?xì)洵h(huán)和一個(gè)八碳側(cè)鏈。膽固醇的合成與降解：膽固醇在所有的組織都能合成，其所有的碳原子都是由乙酰提供的，NADPH提供了還原當(dāng)量。膽固醇的合成對(duì)膽固醇濃度變化的非常敏銳，能夠維持膽固醇產(chǎn)生于

19、代謝的平衡。膽固醇的環(huán)狀結(jié)構(gòu)不能被代謝成二氧化碳和水，而是轉(zhuǎn)化成膽汁酸和膽汁酸鹽，以完整的甾核的形式經(jīng)糞便排出。膽汁酸和膽汁酸鹽：膽汁是有機(jī)和無機(jī)化合物組成的水溶性混合物，磷脂酰膽堿和膽汁酸鹽是膽汁中的有機(jī)化合物，膽汁酸在腸道中作為乳化劑有助于脂類物質(zhì)的分解。膽汁酸鹽有助于膽固醇的排泄。血漿脂蛋白：血漿脂蛋白是有脂類和載脂蛋白組成的球狀大分子復(fù)合物，脂蛋白顆粒包括乳糜微粒、極低密度脂蛋白、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白。脂蛋白的功能是使脂類物質(zhì)溶解在血液中，運(yùn)輸脂類物質(zhì)。類固醇激素：糖皮質(zhì)激素、鹽皮質(zhì)激素和性腺激素的前體物質(zhì)都是類固醇激素。類固醇激素的合成是由膽固醇轉(zhuǎn)化而成的，其分泌是根據(jù)組織對(duì)起

20、始激素信號(hào)的反應(yīng)做出應(yīng)答的。類固醇激素?cái)U(kuò)散穿越靶細(xì)胞質(zhì)膜，結(jié)合特異性的胞質(zhì)受體或核受體。4.氮代謝 氮元素是蛋白質(zhì)中重要的元素，人體絕大多數(shù)生命活動(dòng)離不開含氮物質(zhì)，所以氮代謝對(duì)生物體具有重要意義。4.1氨基酸中氮代謝 膳食蛋白的降解：膳食中的氮主要來源于蛋白質(zhì)的攝入，蛋白質(zhì)分子較大，不能直接被小腸吸收，需經(jīng)過人體的消化分解。胃分泌的鹽酸和胃蛋白酶能降蛋白質(zhì)分解為多肽。胰酶能將多肽裂解為寡肽和氨基酸。游離的氨基酸和小肽會(huì)被小腸上皮細(xì)胞吸收。 氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)如細(xì)胞：人體細(xì)胞外游離氨基酸濃度低于細(xì)胞內(nèi)，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞內(nèi)有ATP水解驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，小腸和腎小管都有氨基酸吸收轉(zhuǎn)運(yùn)體。 氨基酸中氮的脫

21、去：氨基可以氨基酸免受氧化損傷，脫去-氨基是分解氨基酸產(chǎn)生能量的必需步驟。轉(zhuǎn)氨基作用，大多數(shù)氨基酸分解的第一步是把-氨基轉(zhuǎn)移給-酮戊二酸，生成一分子-酮酸和谷氨酸。催化氨基轉(zhuǎn)移的酶有丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶兩種。氧化脫氨作用，谷氨酸脫氫酶催化氨基的氧化，生成氨分子。 鳥氨酸循環(huán)：尿素是氨基酸氨基的主要排出形式，尿素中一個(gè)氮來自游離的氨，另一個(gè)氮來自天冬氨酸。尿素要通過鳥氨酸循環(huán)來產(chǎn)生，前兩步在線粒體中進(jìn)行，一分子二氧化碳、一分子氨和兩分子ATP作為原料合成氨基甲酰磷酸，氨基甲酰磷酸與鳥氨酸反應(yīng)生成瓜氨酸。瓜氨酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中，瓜氨酸與天冬氨酸合成精氨酸代琥珀酸，精氨酸代琥珀酸裂解

22、生成延胡索酸和精氨酸，精氨酸結(jié)合一分子水同時(shí)脫去一分子尿素形成鳥氨酸，鳥氨酸再進(jìn)入到線粒體中進(jìn)行循環(huán)。進(jìn)行一次鳥氨酸循環(huán)能產(chǎn)生一分子尿素，要消耗四個(gè)高能磷酸鍵，尿素的合成是不可逆的。 氨的代謝：人體的氨來源有谷氨酰胺、腸道細(xì)菌、胺類、嘌呤和嘧啶。在肝臟中形成尿素轉(zhuǎn)運(yùn)到腎臟，其他體細(xì)胞產(chǎn)生的氨以谷氨酰胺的形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸在肝臟和腎臟中清除。4.2氨基酸的降解與合成 氨基酸碳骨架的分解：形成草酰乙酸，天冬氨酰水解生成氨和天冬氨酸，天冬氨酸轉(zhuǎn)氨基生成草酰乙酸。谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸、組氨酸可以經(jīng)谷氨酸形成-酮戊二酸。丙氨酸、絲氨酸、甘氨酸、胱氨酸、蘇氨酸可以分解生成丙酮酸。苯丙氨酸和酪氨酸可以羥化生

23、成延胡索酸。甲硫氨酸可以形成琥珀酰CoA。亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸可以形成乙酰CoA。 非必須氨基酸的合成：非必需氨基酸可以從代謝中間產(chǎn)物中合成。以-酮酸為原料合成丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸；通過?；梢院铣商於滨！⒐劝滨０?；谷氨酸通過環(huán)化和還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦彼?；酪氨酸有苯丙氨酸羥化生成；絲氨酸由3-磷酸甘油醛氧化并轉(zhuǎn)氨基生成。 氨基酸代謝缺陷：苯丙酮尿癥，苯丙氨酸羥化酶缺陷引起，這種缺陷間接地引起苯丙酮酸濃度過高，導(dǎo)致智力低下、驚厥、震顫和生長(zhǎng)遲緩。白化病，酪氨酸代謝缺陷導(dǎo)致黑色素產(chǎn)生不足，會(huì)導(dǎo)致皮膚、頭發(fā)、眼睛色素部分缺乏或全部缺乏。高胱氨酸尿癥，胱硫醚-合成酶缺陷是致病原因，特征

24、是血液和尿液中同型半胱氨酸和甲硫氨酸水平偏高，治療方法是限制甲硫氨酸攝入并補(bǔ)充維生素B6和維生素B12。黑尿病，尿黑酸氧化酶缺乏導(dǎo)致尿黑素堆積。4.3氨基酸轉(zhuǎn)換生成的特色產(chǎn)物 卟啉代謝：卟啉是易與金屬離子結(jié)合的環(huán)狀化合物，血紅素是常見的卟啉類化合物。血紅素在肝臟和骨髓中合成，最終在肝臟和脾臟中降解。其他含氮化合物：兒茶酚胺類有多巴胺、去甲腎上腺素和腎上腺素，是糖代謝和脂代謝的調(diào)節(jié)劑，它們通過氧化脫氨基降解。組胺是介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)的化學(xué)信使，主要介導(dǎo)過敏反應(yīng)和炎癥反應(yīng)。血清素是調(diào)節(jié)痛覺、睡眠、食欲、溫度、血壓、認(rèn)知功能的分子。磷酸肌酸是肌肉中的一種高能化合物，能提供少量能量，可逆地供給ADP以維持細(xì)

25、胞內(nèi)ATP水平。黑色素是許多組織中的色素，主要集中于眼睛、毛發(fā)和皮膚。4.4核苷酸代謝核苷酸的結(jié)構(gòu)：核苷酸是由一分子含氮堿基、一分子戊糖和磷酸基團(tuán)組成的。堿基由嘧啶和嘌呤兩種，常見的有腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶、胞嘧啶，還有一些稀有堿基，這些堿基有助于特異性的識(shí)別。戊糖和堿基生成核苷，核苷分為核糖核苷和脫氧核糖核苷。嘌呤核苷酸的合成與降解：嘌呤環(huán)由氨基酸、CO2和N10-甲酰四氫葉酸合成，主要在肝臟進(jìn)行一些列反應(yīng)合成。嘧啶核苷酸的合成與降解：先合成嘧啶環(huán)，然后加到5-磷酸核糖上。嘧啶環(huán)的降解與嘌呤環(huán)降解不同，嘧啶環(huán)可以被打開，被降解為高度溶解的產(chǎn)物同時(shí)會(huì)產(chǎn)生NH3和 CO25.代謝整合5

26、.1胰島素和高血糖素在代謝中的作用胰島素：胰島素是多肽激素，由胰島B細(xì)胞生成，胰島素可以促進(jìn)糖原、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝合成作用。胰島素是由51個(gè)氨基酸組成，是有一條多肽鏈經(jīng)剪切拼接形成二硫鍵最終成為具有活性的胰島素。胰島素的分泌受血糖水平的影響，血糖、血氨基酸濃度的升高能刺激胰島素的分泌，胃腸激素也能有利于胰島素的分泌。當(dāng)膳食熱量不足時(shí)，胰島素的合成與分泌會(huì)受到抑制。胰島素作用于細(xì)胞能促進(jìn)細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取、細(xì)胞內(nèi)糖原的合成、蛋白質(zhì)的合成、脂肪的合成，同時(shí)還能降低糖異生反應(yīng)，抑制糖原分解和抑制脂肪的講解。高血糖素：高血糖素是一種多肽激素，由胰島A細(xì)胞分泌，高血糖素能促進(jìn)肝糖原分解和糖異生，維持血

27、糖水平。低血糖、蛋白質(zhì)食物的攝入、腎上腺素的分泌都能刺激高血糖素的分泌。高血糖素能抑制糖原合成，促進(jìn)糖原分解，促進(jìn)生酮作用和脂類分解。高血糖素與肝細(xì)胞膜高度親和性G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，使cAMP升高，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)。低血糖癥：低血糖會(huì)造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，血糖濃度低于40mg/dL。低血糖的癥狀分為腎上腺素癥狀和神經(jīng)性低血糖癥狀兩種。低血糖還可分為胰島素誘導(dǎo)低血糖、餐后低血糖、空腹低血糖、酒精中毒低血糖四種類型。5.2糖尿病型糖尿病：該病是由于自身免疫對(duì)胰島B細(xì)胞的攻擊，導(dǎo)致胰島素缺乏。型糖尿病發(fā)病與兒童期或者青春期，癥狀發(fā)展迅速，患者會(huì)突然出現(xiàn)多尿口渴多食的癥狀。型糖尿病患者需要依賴皮下注射外源

28、性胰島素來控制高血糖和避免酮癥酸中毒。 型糖尿?。涸摬∈怯捎谌梭w對(duì)胰島素的抵抗和B細(xì)胞的功能下降造成的。這種病發(fā)展較為緩慢，發(fā)病初期不需要依賴胰島素，但是晚期需要注射胰島素。型糖尿病的治療是把患者的血糖控制在正常范圍，預(yù)防并發(fā)癥。5.3肥胖癥肥胖癥的判斷：間接法測(cè)定體質(zhì)指數(shù)（BMI），BMI=體重（Kg）/身高平方（m2），當(dāng)BMI值在18.524.9之間為健康范圍，在2529.9之間為超重，大于等于30為肥胖，超過40為極度肥胖。體重調(diào)節(jié)：多數(shù)人的體重都逐漸傾向于相對(duì)穩(wěn)定，但是體重并不是不可改變的，環(huán)境和行為對(duì)體重有巨大的影響。 影響肥胖的因子：影響神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)的因子有短期信號(hào)和長(zhǎng)期信

29、號(hào)兩種，長(zhǎng)期信號(hào)有瘦素和胰島素，短期信號(hào)有饑餓素和膽囊收縮素。 肥胖與健康：肥胖與死亡風(fēng)險(xiǎn)的增加有關(guān)，是一些列慢性疾病的危險(xiǎn)因素。二型糖尿病、血脂異常、高血壓、心臟病、某些癌癥、膽結(jié)石、關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)等都與肥胖有關(guān)。 減輕體重：體力活動(dòng)和限制熱量攝入是最有效的減輕體重的方式，對(duì)于肥胖達(dá)到疾病的程度的患者可以采用手術(shù)的方法減輕肥胖癥狀。5.4營(yíng)養(yǎng)膳食參考攝入量：膳食參考攝入量（DRI）包括四個(gè)部分，分別是平均需求量、推薦膳食供給量、適宜攝入量和可耐受最高攝入水平。根據(jù)膳食參考攝入量可以用來調(diào)整人體的營(yíng)養(yǎng)攝入以達(dá)到最佳水平。人體能量需要量：能量需求量是指維持特定年齡、性別、身高，與健康水平相適應(yīng)的能

30、維持能量平衡的平均膳食攝入量。膳食脂肪：脂類的攝入要控制膽固醇和飽和脂肪酸的攝入量，適當(dāng)增加不飽和脂肪酸占攝入脂肪的比例有助于健康。膳食碳水化合物：碳水化合物的主要作用是提供能量，不同的碳水化合物對(duì)血糖升高的影響不同，由于碳水化合物不是必須營(yíng)養(yǎng)素，糖類提供的能力應(yīng)占人體總能力消耗的45%-65%。 膳食蛋白質(zhì)：有九種氨基酸是必需氨基酸，無法在人體合成。人體對(duì)蛋白質(zhì)的需求量與攝入的動(dòng)物蛋白量有關(guān)，成年人為0.8g/Kg體重。蛋白質(zhì)缺乏會(huì)造成Kwashiorkor病和Marasmus病。5.5維生素水溶性維生素：葉酸：葉酸作用于一碳單位的代謝，如果缺乏會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)性貧血、胎兒神經(jīng)管受損。鈷胺素（維生

31、素B12 ）：鈷胺素含有一個(gè)卟啉環(huán)，環(huán)中間有一個(gè)鈷配位。它參與同型半胱氨酸轉(zhuǎn)化為甲硫氨酸的甲基化反應(yīng)，缺乏時(shí)會(huì)引起惡性貧血?？箟难幔ňS生素C）：維生素C具有還原作用，作為許多羥化反應(yīng)的輔酶，缺乏時(shí)會(huì)造成壞血病。吡哆醛（維生素B6）：磷酸吡哆醛的功能是作為許多反應(yīng)的輔酶，如轉(zhuǎn)氨基作用、脫氨基作用、脫羧基作用、縮合作用等。硫胺素（維生素B1）：焦磷酸硫胺素參與丙酮酸和-酮酸的氧化反應(yīng)起催化作用，缺乏時(shí)會(huì)引起腳氣病、韋-科綜合征。尼克酸（煙酸）：是一種吡啶衍生物，在氧化還原反應(yīng)中起輔酶的作用，如果缺乏會(huì)引起糙皮病、腹瀉和癡呆。核黃素（維生素B2）：以兩種形式存在，一種是黃素單核苷酸，另一種是黃素腺

32、嘌呤二核苷酸，二者均可以催化底物的氧化或者還原。如果缺乏會(huì)造成皮炎、唇干裂和舌炎。脂溶性維生素：維生素A：維生素A具有一個(gè)長(zhǎng)的不飽和脂肪酸鏈，對(duì)視覺、生殖、生長(zhǎng)和上皮組織的維護(hù)起重要作用。缺乏維生素A會(huì)使皮膚粗糙，兒童生長(zhǎng)緩慢，成人生殖能力下降。維生素D：維生素D是一種甾醇類化合物，具有激素作用，能選擇性地促進(jìn)特異基因表達(dá)或抑制特異基因的表達(dá)。維生素D的總體作用是維持足夠的血漿鈣離子水平。維生素D缺乏會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)不良型佝僂病、甲狀旁腺功能減退癥。維生素K：維生素K是一種醌類物質(zhì)，甲醛醌是維生素K的人造形式，主要作用是參與各種凝血因子的翻譯后修飾。維生素K影響-羧基谷氨酸的生成，影響凝血因子的作用

33、。維生素E：維生素E是由八種生育酚組成，具有抗氧化劑的作用，可以阻止細(xì)胞成分氧化。6.遺傳信息的儲(chǔ)存與表達(dá) 作為生命的信息庫，遺傳物質(zhì)決定了生物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，也為生命的延續(xù)提供了可能，在生物化學(xué)的研究中對(duì)于遺傳物質(zhì)的研究是最為核心的、重要的。6.1脫氧核糖核酸（DNA）DNA的結(jié)構(gòu)：DNA是脫氧核糖核苷單磷酸通過35-磷酸二酯鍵連接形成的多聚體，在除了少數(shù)病毒之外的生物中都是以DNA雙螺旋的形式存在。在兩條DNA是通過鏈上的堿基形成氫鍵的方式反相平行地連接起來，DNA上主要有四種常見的堿基，分別是胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）。正常的堿基配對(duì)原則是A與T配對(duì)，C與G配

34、對(duì)。其中A與T能形成兩個(gè)氫鍵，C與G能形成三個(gè)氫鍵。升高溫度達(dá)到融解溫度和DNA解旋酶都可以打開兩條DNA鏈之間的氫鍵。真核生物中DNA主要以線性的形式，在真核細(xì)胞線粒體和大多數(shù)細(xì)菌中DNA以小的、環(huán)狀的質(zhì)粒的形式存在。原核生物DNA的合成：復(fù)制遵循半保留的原則，子代中有一條DNA鏈來源于母鏈。原核生物的復(fù)制由富含堿基對(duì)結(jié)構(gòu)的復(fù)制原點(diǎn)開始，在解旋酶的作用下，兩條鏈解開形成復(fù)制叉，為實(shí)現(xiàn)雙向復(fù)制需要有引物酶合成RNA引物并使RNA引物結(jié)合在解開的一條鏈上，同時(shí)單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合在沒有進(jìn)行復(fù)制的DNA單鏈上以保持解旋狀態(tài)，DNA聚合酶完成由3向5逐個(gè)脫氧核苷酸的鏈接，完成脫氧核苷酸的鏈接后，D

35、NA聚合酶會(huì)切除RNA引物，并在DNA連接酶的輔助下補(bǔ)全空缺位置連接成一條完整的新鏈。型和型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解決解旋時(shí)出現(xiàn)的超螺旋問題。真核生物DNA的復(fù)制與組構(gòu)：真核細(xì)胞DNA的復(fù)制有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，真核細(xì)胞DNA的復(fù)制與細(xì)胞周期有關(guān)，DNA復(fù)制發(fā)生在S期，參與DNA復(fù)制的聚合酶種類更多，分工也更加的細(xì)致，DNA兩端有端粒對(duì)DNA進(jìn)行保護(hù)，復(fù)制時(shí)需要用到端粒酶來維持DNA的長(zhǎng)度。真核生物細(xì)胞核內(nèi)的DNA分子會(huì)與組蛋白結(jié)合，形成核小體，核小體是構(gòu)成染色體的單位。DNA的修復(fù)：物理、化學(xué)和生物因素都可能會(huì)造成DNA的損傷。甲基化、堿基切除、核酸內(nèi)切識(shí)別都可以對(duì)DNA錯(cuò)誤的堿基進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)DNA雙鏈斷裂時(shí)，細(xì)胞可以進(jìn)行非同源末端連接修復(fù)。6.2核糖核酸（RNA）RNA的結(jié)構(gòu)：核糖體RNA（rRNA）與多種蛋白質(zhì)結(jié)合作為核糖