生物化學(xué)課程綜述

1、生物化學(xué)課程綜述張程豪（臨床醫(yī)學(xué)八年制1301班，2204130103，長沙 410012）摘要: 生物化學(xué)是研究生命體內(nèi)化學(xué)分子、化學(xué)反應(yīng)和遺傳信息傳遞的學(xué)科，是醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)教學(xué)中重要的基礎(chǔ)課程。由于課程知識點(diǎn)繁多，代謝途徑錯(cuò)綜復(fù)雜，對本課程進(jìn)行綜合整合和概述對熟悉基礎(chǔ)知識、理解概念相互聯(lián)系尤為重要。關(guān)鍵詞： 蛋白質(zhì)；糖；脂；氨基酸；DNA；RNA；結(jié)構(gòu)；功能；代謝；遺傳信息生物化學(xué)內(nèi)容多，代謝過程復(fù)雜，代謝過程之間的關(guān)系也復(fù)雜。生物體是一個(gè)有機(jī)整體，生物化學(xué)描述的就是生物體各種生物反應(yīng)的化學(xué)本質(zhì)。因而生物化學(xué)各部分內(nèi)容也是緊密聯(lián)系的，不能分割來看，要以整體和局部結(jié)合的角度來學(xué)習(xí)生物化學(xué)。本

2、文的內(nèi)容大致分為：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能、糖代謝、脂代謝、氮代謝、代謝整合、遺傳信息貯存與復(fù)制以及代謝疾病七個(gè)部分。本文將從這些角度概括出本課程的主體內(nèi)容，從整體上把握各種代謝過程與疾病的關(guān)系，做到真正掌握生物化學(xué)這門醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)的專業(yè)知識以及臨床實(shí)踐的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。1. 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能1.1 氨基酸結(jié)構(gòu)和分類每一種氨基酸都含有一個(gè)羧基、一個(gè)一級氨基和一個(gè)結(jié)合于-碳原子的獨(dú)特“R”側(cè)鏈。氨基酸在蛋白質(zhì)中以肽鍵的方式結(jié)合，側(cè)鏈的性質(zhì)決定了一個(gè)氨基酸在蛋白質(zhì)中的作用。根據(jù)氨基酸側(cè)鏈性質(zhì)，可以將其分為非極性無電荷側(cè)鏈氨基酸：主要有甘氨酸、丙氨酸等；極性無電荷側(cè)鏈氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸等；酸性側(cè)

3、鏈氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；堿性側(cè)鏈氨基酸：組氨酸、賴氨酸、精氨酸。1.2蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)分為一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)即蛋白質(zhì)中氨基酸的序列。維持一級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵為肽鍵，肽鍵通常為反式構(gòu)型，具有雙鍵特征，呈剛性和二維性。二級結(jié)構(gòu)是彼此位置相接近的氨基酸形成有規(guī)律的排列。常見二級結(jié)構(gòu)有-螺旋、-片層、-彎曲、超二級結(jié)構(gòu)模體。-螺旋是由緊湊且盤區(qū)的多肽主鏈核心構(gòu)成的螺旋狀結(jié)構(gòu)，氨基酸側(cè)鏈從主軸向外伸出，避免空間干擾。-螺旋是由多肽主鏈局部肽鍵和羰基氧與氨基氫之間形成廣泛的氫鍵維持。-片層中肽鍵所有的組分都參與了氫鍵形成，表現(xiàn)出折疊，同樣靠氫鍵維持，但氫鍵與主軸是垂直的。-

4、彎曲反轉(zhuǎn)了一條多肽鏈的方向，輔助其成為球狀，通常存在蛋白質(zhì)分子表面，通過離子鍵和氫鍵穩(wěn)固。超二級結(jié)構(gòu)（模體）是由前述二級結(jié)構(gòu)單元結(jié)合構(gòu)成，主要形成于分子內(nèi)部核心區(qū)，通過蛋白質(zhì)表面ioop區(qū)相連接。通常由相鄰二級結(jié)構(gòu)單元通過側(cè)鏈彼此靠攏聚集形成。1.3球狀蛋白主要以血紅素蛋白（肌紅蛋白和血紅蛋白）的結(jié)構(gòu)和功能為例，說明球狀蛋白的相關(guān)性質(zhì)。血紅素蛋白是是以血紅素為緊密結(jié)合輔機(jī)的特殊蛋白。肌紅蛋白是單條多肽鏈折疊形成8個(gè)-螺旋而構(gòu)成。肌紅蛋白只能結(jié)合一個(gè)氧分子，只是可逆性地結(jié)合，氧解離曲線為雙曲線型，不存在協(xié)同作用和別構(gòu)效應(yīng)。血紅蛋白是由四條多肽鏈，兩條鏈，兩條鏈組成，可以結(jié)合四個(gè)氧分子，存在協(xié)同作

5、用和別構(gòu)效應(yīng)，氧解離曲線為S型，與氧的結(jié)合力受到波爾效應(yīng)、2，3-BPG的影響。1.4 酶酶可以降低反應(yīng)活化能而提高反應(yīng)速率，酶促反應(yīng)的速率受到底物濃度、溫度、PH的影響。酶促反應(yīng)的起始反應(yīng)速率和底物濃度的關(guān)系可以用米曼方程來描述：。其中值稱為米氏常數(shù)代表酶和底物結(jié)合能力，越大代表結(jié)合力越小，是酶被底物飽和時(shí)的反應(yīng)速度，為底物濃度。如果用1/V0對1/S作圖，X軸截距為-1/Km,Y軸截距為1/Vmax 可以確定Km和Vmax的值。酶的活性可受到抑制劑的抑制，抑制劑有可逆和不可逆兩種。后者可分為競爭性和非競爭性抑制劑。競爭性抑制劑使Km增大，Vmax不變。非競爭性抑制劑使Km不變，而Vmax增

6、大。酶的活性可以通過別構(gòu)酶、共價(jià)修飾、合成的誘導(dǎo)和阻遏來調(diào)節(jié)。2. 中間代謝2.1 氧化磷酸化線粒體內(nèi)膜上有電子傳遞鏈，可以將來自能量物質(zhì)的電子傳遞到氧，還原生成水。電子傳遞時(shí)偶聯(lián)質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)，質(zhì)子從基質(zhì)跨線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)到膜間隙，而建立起跨膜的電梯度和PH梯度，質(zhì)子可通過線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶再次進(jìn)入線粒體基質(zhì)，驅(qū)動(dòng)ATP泵而導(dǎo)致ATP的合成，所以電子傳遞和ADP的磷酸化作用是緊密偶聯(lián)的。2.2 糖類代謝糖酵解是將葡萄糖經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)最終變?yōu)楸岬倪^程，反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。反應(yīng)分為消耗ATP和合成ATP兩個(gè)階段。第一階段，己糖激酶催化葡萄糖生成葡萄糖-6-磷酸，葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣?/p>

7、-6-磷酸，果糖-6-磷酸由磷酸果糖激酶-1變?yōu)楣?1,6-二磷酸。該酶受到ATP和檸檬酸變構(gòu)抑制，受AMP變構(gòu)激活，果糖-2,6-二磷酸為最強(qiáng)激活劑。第二階段通過一系列反應(yīng)最終生成丙酮酸，整個(gè)糖酵解過程凈產(chǎn)生兩分子ATP和兩分子NADH。糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸首先在丙酮酸脫氫酶復(fù)合體作用下變?yōu)橐阴］o酶A，然后乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)。整個(gè)循環(huán)過程產(chǎn)生三分子NADH、一分子FADH2、一分子GTP，所產(chǎn)生的NADH和FADH2進(jìn)入電子傳遞鏈進(jìn)行氧化磷酸化。當(dāng)血漿中葡萄糖供給不足時(shí)，便會發(fā)生糖異生作用。糖酵解中七個(gè)可逆反應(yīng)在糖異生中是不變的，但是有三個(gè)不可逆反應(yīng)必須繞過。這些反應(yīng)即丙酮酸激酶、磷酸

8、果糖激酶和己糖激酶催化。丙酮酸先變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，由丙酮酸羧化酶催化。然后草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?。接著進(jìn)行糖酵解可逆反應(yīng)的逆反應(yīng)直到果糖-1,6-雙磷酸。果糖-1,6-雙磷酸酶催化果糖-1,6-雙磷酸變?yōu)楣?6-磷酸。葡萄糖-6-磷酸酶催化葡萄糖 6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?從而維持血漿葡萄糖濃度。糖原的合成和降解在維持血糖濃度穩(wěn)定中也發(fā)揮重要作用。糖原主要存在于骨骼肌和肝臟。UDP-葡萄糖是糖原合成的供體，在糖原合酶作用下，UDP-葡萄糖將葡萄糖轉(zhuǎn)移到糖原鏈的非還原端，再將非還原端6-8個(gè)葡萄糖基轉(zhuǎn)移到鄰近糖鏈的葡萄糖基上，以-1,6糖苷鍵連接。糖原分解時(shí)，先由

9、糖原磷酸化酶，斷裂-1,4糖苷鍵生成葡萄糖 1-磷酸。直到距離分支點(diǎn)4個(gè)葡萄糖殘基，然后在4:4轉(zhuǎn)移酶作用下轉(zhuǎn)移走3個(gè)葡萄糖殘基，連接到鄰近鏈上的非還原端，由糖原磷酸化酶繼續(xù)縮短。分支處由脫支酶的淀粉-1,6葡萄糖苷酶活性水解除去。糖原分解所產(chǎn)生的葡萄糖-1-磷酸由葡萄糖磷酸變位酶轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?6-磷酸，然后可以進(jìn)入糖酵解。葡萄糖-6-磷酸不僅可以參與糖酵解，還可以進(jìn)入磷酸戊糖途徑，為機(jī)體提供大部分NADPH和5-磷酸核糖。磷酸戊糖途徑包括不可逆氧化反應(yīng)和可逆的非氧化反應(yīng)兩個(gè)階段。第一階段葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）催化下，最終生成5-磷酸核酮糖。在第二階段，根據(jù)機(jī)體對

10、NADPH和5-磷酸核糖的需求差別，將5-磷酸核酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸、果糖-6-磷酸或者5-磷酸核糖。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NADPH可參與體內(nèi)還原性生物合成、過氧化氫還原反應(yīng)、NO合成等過程，發(fā)揮重要作用。3. 脂代謝常見的脂類有脂肪酸、三酰甘油、磷脂、類固醇以及糖脂。3.1 膳食脂類代謝膳食中攝入的脂類從胃開始消化，在小腸中乳化，小腸黏膜細(xì)胞吸收脂類，吸收的脂類在小腸黏膜細(xì)胞中進(jìn)行TAG和膽固醇酯的再合成，然后以乳糜微粒的形式分泌隨淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液。3.2 脂肪酸和三酰甘油的代謝脂肪酸的代謝主要是從頭合成以及-氧化。脂肪酸從頭合成是在脂肪酸合酶（多功能酶）催化下完成的，從乙酰輔酶A，不斷添

11、加由丙二酰輔酶A提供的2C單位到已存在的碳鏈上，經(jīng)過一系列縮合、還原、脫水、還原過程，并且重復(fù)多次，直到生成16C的軟脂酰-ACP，最終由軟脂酰硫酯酶催化生成軟脂酸。脂肪酸的-氧化發(fā)生在線粒體，二碳單位逐漸連續(xù)從脂酰輔酶A的羧基端脫下，生成乙酰輔酶A、NADH和FADH2。所產(chǎn)生的還原當(dāng)量可進(jìn)入電子傳遞鏈進(jìn)而產(chǎn)生ATP。在持續(xù)的禁食期間，肝臟線粒體能將脂肪酸來源的乙酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)橥w，包括乙酰乙酸、3-羥丁酸和丙酮。酮體經(jīng)血液運(yùn)輸?shù)酵庵芙M織，轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A，可進(jìn)入TCA循環(huán)而產(chǎn)生ATP，酮體是外周組織的重要能源。脂肪酸在體內(nèi)以三酰甘油形式儲存，甘油磷酸和脂酰輔酶A經(jīng)過四步反應(yīng)而生成三酰甘油。

12、三酰甘油在激素敏感性脂酶以及另外的脂肪酶特異作用下水解生成游離脂肪酸和甘油，游離脂肪酸可進(jìn)入線粒體進(jìn)行-氧化，甘油轉(zhuǎn)變?yōu)楦视土姿峥捎糜谌８视偷暮铣苫蛘哌M(jìn)入糖異生和糖酵解。3.2 復(fù)合脂復(fù)合脂有磷脂、糖脂、前列腺素和相關(guān)化合物。磷脂有甘油磷脂、鞘磷脂。前列腺素及相關(guān)化合物血栓素和白三烯統(tǒng)稱為類花生酸，它們可引起廣泛的生理和病理反應(yīng)。前列腺素的合成需要前列腺素內(nèi)過氧化物合酶催化，白三烯的合成通過脂氧合酶家族催化。3.3 膽固醇和類固醇膽固醇合成前兩步和酮體生成類似，最終生成HMG COA。HMG COA經(jīng)HMG COA還原酶催化還原生成甲羥戊酸，為膽固醇合成的限速和調(diào)節(jié)步驟。甲羥戊酸再經(jīng)過多步反

13、應(yīng)變?yōu)槟懝檀?。膽固醇可轉(zhuǎn)化為膽汁酸和膽汁酸鹽。膽汁酸和膽汁酸鹽是有效的去垢劑。膽汁酸和膽汁酸鹽的混合物在回腸被吸收，隨后返回肝臟，稱為肝腸循環(huán)。血漿脂蛋白是由脂類和特殊蛋白質(zhì)組成的球狀大分子復(fù)合物。脂蛋白顆粒有乳糜微粒、極低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白。脂蛋白由中性核（包括TAG和膽固醇酯）和包繞在外的兩性載脂蛋白，磷脂和游離膽固醇構(gòu)成的殼組成。脂蛋白由血液運(yùn)輸?shù)酵庵芙M織而被分解利用。類固醇激素包括：糖皮質(zhì)激素、鹽皮質(zhì)激素、性腺激素。膽固醇是它們的前體物質(zhì)。類固醇激素的合成包括膽固醇烴鏈的縮短和甾核的羥化。類固醇激素是根據(jù)組織對起始激素信號反應(yīng)的需要進(jìn)行分泌的，類固醇激素一般在肝臟轉(zhuǎn)

14、變?yōu)闊o活性的代謝排泄產(chǎn)物，隨尿液和糞便排出。4. 氮的代謝4.1 氨基酸中氮的代謝膳食中蛋白質(zhì)的降解是從胃開始的，胃蛋白酶釋放出多肽和少量游離氨基酸，進(jìn)入小腸后，進(jìn)一步被胰蛋白酶裂解為寡肽和氨基酸，在小腸中寡肽被消化，游離氨基酸通過膜頂端的次級轉(zhuǎn)運(yùn)體系吸收進(jìn)入小腸細(xì)胞。氨基酸要進(jìn)行進(jìn)一步代謝必須脫去-氨基。完成這一反應(yīng)主要是轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨作用。轉(zhuǎn)氨基作用主要由丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化。尿素是氨基酸氨基的主要排出物形式尿素通過鳥氨酸循環(huán)產(chǎn)生。鳥氨酸循環(huán)第一步生成氨基甲酰磷酸，然后氨基甲酰部分轉(zhuǎn)移到鳥氨酸，生成瓜氨酸。瓜氨酸再進(jìn)過三步反應(yīng)最終生成了尿素和鳥氨酸，鳥氨酸可再進(jìn)入

15、循環(huán)，尿素通過血液轉(zhuǎn)運(yùn)到腎臟而排出。氨主要在肝臟中形成尿素排泄，血液中氨必須保持低水平。氨在循環(huán)中以尿素和谷氨酰胺的形式轉(zhuǎn)運(yùn)。4.2 氨基酸的降解與合成氨基酸分解代謝能產(chǎn)生7種中間產(chǎn)物的不同，可以將氨基酸分為生糖、生酮、生糖兼生酮三類。分解代謝能產(chǎn)生丙酮酸或三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物之一的氨基酸為生糖氨基酸。能產(chǎn)生乙酰乙酸或其前體物乙酰CoA或者乙酰乙酰CoA之一的氨基酸。非必需氨基酸可從代謝中間產(chǎn)物合成。例如：丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸可通過轉(zhuǎn)移一個(gè)氨基到-酮酸上生成，轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)為最直接的合成途徑。還4.2 氨基酸轉(zhuǎn)化為特殊產(chǎn)物氨基酸可以轉(zhuǎn)換為卟啉類、兒茶酚胺類、組胺、血清素、肌酸、黑色素等具有重要生

16、理功能的邯鄲化合物。甘氨酸和琥珀酰輔酶A經(jīng)過多步反應(yīng)可生成原卟啉,亞鐵離子并入原卟啉而生成血紅素.限速步驟為由甘氨酸和琥珀酰輔酶A,在-氨基酮戊酸合酶催化下,以磷酸吡哆醛為輔酶生成-氨基酮戊酸。血紅素為多種重要功能物質(zhì)的組成成分，包括血紅蛋白和細(xì)胞色素等。血紅素發(fā)揮作用后也要被降解，血紅素的降解先形成膽紅素，膽紅素又被還原成膽綠素，膽紅素在肝臟中轉(zhuǎn)變?yōu)槟懠t素雙葡萄糖醛酸酯，最終在腸中變?yōu)榧S膽素排除體外。除了血紅素外，兒茶酚胺類等物質(zhì)也由氨基酸合成。兒茶酚胺從酪氨酸合成，兒茶酚胺可由單胺氧化酶滅活。組胺由組氨酸脫羧產(chǎn)生，血清素由色氨酸合成，肌酸可由甘氨酸、精氨酸的胍基加上SAM提供甲基合成。黑色

17、素在黑色素細(xì)胞由酪氨酸合成。4.3 核苷酸代謝核苷酸代謝主要涉及嘌呤核苷酸的合成、脫氧核糖核苷酸的合成、嘌呤核苷酸的降解、嘧啶的合成和降解。嘌呤環(huán)合成是在預(yù)先合成的5-磷酸核糖上逐步加上供體碳和氮而生成的。首先要合成5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)，這是活性核糖。然后由PRPP合成5-磷酸核糖胺，這一步是嘌呤核苷酸合成的關(guān)鍵步驟，然后經(jīng)過隨后若干反應(yīng)而生成次黃嘌呤核苷酸（IMP），IMP又可轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP。嘌呤還有補(bǔ)救合成途徑，即由次黃嘌呤和鳥嘌呤、腺嘌呤在相應(yīng)的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化下，利用PRPP為5-磷酸核糖的來源，生成IMP、GMP和AMP。以上反應(yīng)生成的核苷酸全部含核糖,但是D

18、NA合成需要的是脫氧核苷酸，這就需要核苷酸還原酶將核糖核苷酸還原為脫氧核苷酸，核苷酸還原酶是由兩個(gè)不同亞基R1和R2組成的二聚體，具有活性部位和底物特異性部位。嘌呤核苷酸的降解是經(jīng)過多步反應(yīng)，生成黃嘌呤，再生成尿酸的過程。嘧啶的合成和嘌呤環(huán)合成不同，嘧啶是先合成嘧啶環(huán)，再加到5-磷酸核糖上。經(jīng)過氨基甲酰磷酸、乳清酸等中間物質(zhì)最后生成嘧啶核苷酸。5. 代謝整合5.1 胰島素和胰高血糖素胰島素具有促進(jìn)合成代謝作用，是人體內(nèi)唯一能夠降低血糖的激素。胰島素由51個(gè)氨基酸組成，胰島素由胰島B細(xì)胞合成分泌。胰島素的分泌是可以調(diào)節(jié)的。胰島素對碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)代謝都具有調(diào)節(jié)作用。胰島素通過細(xì)胞膜上高親

19、和性受體結(jié)合，通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而發(fā)揮作用。高血糖素是胰島A細(xì)胞合成分泌的多肽激素，通過促進(jìn)肝糖原分解和糖異生作用起維持血糖水平的作用。高血糖素的分泌也是受到調(diào)節(jié)的，高血糖素通過G蛋白偶聯(lián)受體啟動(dòng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而作用。5.2 進(jìn)食和禁食循環(huán)進(jìn)食（狀態(tài)是指正常攝取食物后2-4小時(shí)期間，血漿葡萄糖、氨基酸和TAG水平瞬時(shí)升高。吸收狀態(tài)時(shí)，肝臟促進(jìn)葡萄糖磷酸化，促進(jìn)糖原合成，增強(qiáng)磷酸己糖通路，促進(jìn)糖酵解，減弱糖異生。同時(shí)脂肪酸和TAG的合成也加強(qiáng)，另外氨基酸降解增強(qiáng)，蛋白質(zhì)的合成增強(qiáng)。脂肪組織中脂肪酸和TAG的合成增多。骨骼肌相應(yīng)代謝也會增強(qiáng)。而大腦的代謝水平是基本不變的。禁食狀態(tài)時(shí)，肝臟增加肝糖原分解，

20、增加糖異生，促進(jìn)脂肪酸氧化和酮體生成。脂肪組織TAG分解以及脂肪酸釋放增強(qiáng)，骨骼肌的代謝增強(qiáng)，大腦對酮體的利用增強(qiáng)。5.3 糖尿病和肥胖糖尿病分為1型糖尿病和2型糖尿病。前者是由于胰島B細(xì)胞被破壞，胰島素產(chǎn)生不足。后者是由于胰島素抵抗且B細(xì)胞不能產(chǎn)生適量的胰島素。對于這兩種類型糖尿病的治療，1型糖尿病可以通過皮下注射外源胰島素來控制高血糖，而2型糖尿病并無有效治療方法，只能服用降血糖藥物以及飲食控制等方法將血糖濃度控制在正常范圍。肥胖癥是體內(nèi)脂肪過度堆積為特征的一種體重調(diào)節(jié)系統(tǒng)紊亂。肥胖可以通過體質(zhì)指數(shù)BMI=體重（Kg）/身高（m）2來判定。18.5-24.9為正常。肥胖有遺傳的因素，也有環(huán)

21、境和自身行為因素。體內(nèi)也有一些和肥胖相關(guān)的分子：瘦素、胰島素等。肥胖和許多慢性病相關(guān)，比如高血壓、心臟病、痛風(fēng)等等。肥胖癥的治療就是要減輕體重，可以通過體力勞動(dòng)、控制飲食、服用藥物以及手術(shù)來治療。5.4 營養(yǎng)物質(zhì)和維生素營養(yǎng)素是指維持機(jī)體正常功能所必須的食物成分。機(jī)體攝取最多的營養(yǎng)素為碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)。對于膳食脂肪而言，飽和脂肪酸和膽固醇攝入過多和心血管疾病呈正相關(guān)，長期食用不飽和脂肪酸冠心病的發(fā)病率更低.另外反式脂肪酸會增加患冠心病的風(fēng)險(xiǎn)。對于膳食碳水化合物，其作用主要是提供能量，可分為單糖、二糖和多糖或纖維。對于膳食蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)質(zhì)量可以采用蛋白質(zhì)消化率校正氨基酸評分法。人體存在氮

22、平衡，正氮平衡是指氮的攝入量大于氮的排出量的狀態(tài)。負(fù)氮平衡是指氮的損失量大于氮的攝入量的狀態(tài)。維生素是一類化學(xué)結(jié)構(gòu)不相同，不能在體內(nèi)足量合成，必須由食物提供的有機(jī)化合物。維生素可分為水溶性和脂溶性。完成特定細(xì)胞功能必須由維生素的參與，許多水溶性維生素是物質(zhì)中間代謝酶的輔酶前體。例如：葉酸在一碳單位代謝中起作用，維生素B12參與同型半胱氨酸轉(zhuǎn)換為甲硫氨酸的甲基化反應(yīng)、甲基丙二酸輔酶A的異構(gòu)反應(yīng)。維生素C主要作為還原劑參與幾種反應(yīng)。維生素B6是作為生物活性的輔酶，磷酸吡哆醛的前體，參與轉(zhuǎn)氨、脫氨、脫羧、縮合反應(yīng)。維生素B1（硫胺素）在-酮酸氧化脫羧中起作用。尼克酸的生物活性輔酶形式為NAD+和NA

23、DP+,是多種氧化還原反應(yīng)的輔酶。核黃素（維生素B2）的兩種生物活性形式為FMN和FAD，二者都能可逆地接受兩個(gè)氫原子。形成FMNH2和FADH2,參與體內(nèi)的還原反應(yīng)。6 遺傳信息的貯存與表達(dá)6.1 DNA結(jié)構(gòu)、復(fù)制與修復(fù)脫氧核糖核酸（DNA）是脫氧核糖核酸通過3·-5·磷酸二酯鍵共價(jià)連接形成的多聚體。DNA大多以雙鏈分子存在，兩條DNA鏈相互纏繞形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。兩條鏈之間通過氫鍵及堆積堿基之間的疏水作用共同穩(wěn)定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA通過自身的復(fù)制將遺傳信息傳遞給子代，DNA以半保留方式復(fù)制。真核生物和原核生物DNA的復(fù)制有所不同。原核生物DNA的復(fù)制過程，先是兩條互補(bǔ)D

24、NA鏈分離，然后形成復(fù)制叉，復(fù)制叉沿DNA分子移動(dòng)，復(fù)制叉以與復(fù)制起始點(diǎn)相反的方向移動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制泡。復(fù)制叉之前的DNA區(qū)出現(xiàn)了正超螺旋，可由DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解除超螺旋。DNA復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶只能以3·-5·方向讀出母鏈核苷酸序列，并只能以5·-3·方向合成新的DNA鏈。所以在復(fù)制時(shí)以不斷前進(jìn)的復(fù)制叉方向進(jìn)行拷貝的鏈成為前導(dǎo)鏈，以背離復(fù)制叉方向進(jìn)行拷貝的鏈成為后隨鏈，需要合成RNA引物，是不連續(xù)的合成，這些不連續(xù)、短的DNA成為岡崎片段。RNA引物可被DNA聚合酶切除，DNA聚合酶可填補(bǔ)空隙，然后殘留的缺口由DNA連接酶封接。真核生物DNA復(fù)制過程

25、和原核生物DNA合成密切相關(guān)，但有不同，真核生物有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，原核生物只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。真核生物RNA引物是由RNA酶H和FEN1，而不是由DNA聚合酶去除。真核生物DNA與原核生物不同，真核生物DNA與組蛋白結(jié)合形成核小體，核小體繼續(xù)纏繞形成多聚核小體，然后更進(jìn)一步螺旋纏繞可形成染色體。DNA合成過程中有精細(xì)的校讀系統(tǒng)，但復(fù)制錯(cuò)誤仍可發(fā)生。DNA修復(fù)的方式有甲基指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)，雙鏈斷裂修復(fù)。6.2 RNA結(jié)構(gòu)、合成與加工RNA主要有三種類型參與蛋白質(zhì)合成的過程：核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(Trna)、信使RNA（mRNA）。它們也都是核糖核苷酸通過磷

26、酸二酯鍵結(jié)合在一起的無分支多聚分子。核糖體RNA與數(shù)種蛋白質(zhì)結(jié)合作為核糖體的組成部分。原核生物存在3種不同大小的rRNA（23S、16S和5S），真核生物的胞漿存在4種rRNA（28S、18S、5.8S和5S）。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA含大量稀有堿基，并廣泛存在鏈內(nèi)的堿基配對，形成具有特征性的二級和三級結(jié)構(gòu)。信使RNA僅占細(xì)胞中RNA的5%，它的大小和堿基序列最具異質(zhì)性。RNA的合成包括起始、延長和終止。起始：即RNA聚合酶的全酶結(jié)合DNA啟動(dòng)子。延長：即一旦啟動(dòng)子區(qū)被全酶識別并結(jié)合，該聚合酶將調(diào)節(jié)DNA雙螺旋發(fā)生局部解鏈，RNA聚合酶從5·-3·進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，不需要引物，無校讀活性。終止：

27、單股RNA鏈不斷延伸直至遇到終止信號，可以是內(nèi)在或依賴于成為因子的蛋白質(zhì)的參與。真核生物的轉(zhuǎn)錄比原核生物復(fù)雜的多，需要大量稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)的參與。真核生物的細(xì)胞核有三種不同類型的RNA聚合酶，每種聚合酶識別特殊類型的基因。增強(qiáng)子是一種特殊的順式作用DNA序列，可增強(qiáng)由RNA聚合酶起始的轉(zhuǎn)錄效率。RNA轉(zhuǎn)錄后的初始產(chǎn)物是最初的、線性的、一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元的RNA拷貝。然后可被核糖核酸酶切割修飾，最終形成具有完整功能的RNA，修飾的方式一般有5·端加帽，去除內(nèi)含子，添加多聚A尾等方式。6.3 蛋白質(zhì)合成遺傳信息要從RNA翻譯為蛋白質(zhì)氨基酸序列，需要一套遺傳密碼。密碼子三個(gè)為一組，可被tRN

28、A識別，并轉(zhuǎn)運(yùn)相應(yīng)的氨基酸。遺傳密碼具有特異性、通用性、簡并性、非重疊與連續(xù)性的特點(diǎn)。要完成翻譯，需要氨基酸、mRNA、tRNA、功能性核糖體、能源和酶類，以及多肽鏈起始、延長和終止所需的蛋白質(zhì)因子。起始：在肽鍵形成之前裝配組成翻譯體系的成分，包括兩個(gè)核糖體的亞基、將被翻譯的mRNA、由信使RNA第一個(gè)密碼子指定的氨基酰-tRNA、GTP,以及促進(jìn)起始復(fù)合物裝配的起始因子。延長：多肽鏈的延長是指氨基酸加入生長鏈的羧基端，肽鍵的形成由肽?；D(zhuǎn)移酶催化。終止：當(dāng)終止密碼子移到A位時(shí)合成終止。翻譯過程一般是形成多聚核糖體的方式進(jìn)行的，合成后的蛋白質(zhì)進(jìn)行靶向輸送。蛋白質(zhì)合成后要進(jìn)行修飾，修飾包括去除部

29、分翻譯的序列，共價(jià)加入一個(gè)或一個(gè)以上的化學(xué)基團(tuán)。翻譯后修飾一般包括：修剪、共價(jià)結(jié)合、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)降解，其中共價(jià)結(jié)合修飾一般有磷酸化、糖基化、羥基化。7. 代謝疾病代謝過程出現(xiàn)紊亂或障礙，就會引發(fā)相關(guān)的疾病。這種障礙一般是由于催化代謝反應(yīng)的酶缺失或者活性受到抑制而導(dǎo)致的，直接導(dǎo)致相應(yīng)產(chǎn)物生成的異常，而帶來相關(guān)的疾病?；蛘呤且恍┬枨罅枯^少的物質(zhì)的攝取不足，致使相關(guān)反應(yīng)不能正常進(jìn)行而導(dǎo)致代謝異常。糖類、脂類、含氮物質(zhì)的代謝、遺傳信息的復(fù)制和傳遞過程，每一個(gè)過程的異常都會有相應(yīng)的疾病產(chǎn)生。在糖類物質(zhì)代謝中，比如參與糖原合成或分解的酶缺陷會引起糖原貯積病。該病的結(jié)果是形成結(jié)構(gòu)異常的糖原，或者是特定

30、組織糖原分解障礙導(dǎo)致正常糖原的過量貯積，可引起低血糖和肌肉無力。另外在磷酸戊糖途徑中，如果G6PD酶缺陷，磷酸戊糖途徑將無法正常進(jìn)行，體內(nèi)不能產(chǎn)生足夠的NADPH，體內(nèi)多種還原反應(yīng)無法發(fā)生。在脂類物質(zhì)代謝中，如果酮體生成速度大于利用速度，會引發(fā)酮癥酸中毒。另外，如果鞘磷脂不能被降解，將會導(dǎo)致尼曼-皮克病，缺陷酶是鞘磷脂酶，磷脂酶C的一種。在氮的代謝中，氨基酸通過鳥氨酸循環(huán)生成尿素而降解。如果肝功下降，或者由于鳥氨酸循環(huán)的缺陷，或者肝臟疾病，血氨水平升高，產(chǎn)生高氨血癥。又如酪氨酸代謝缺陷導(dǎo)致黑色素產(chǎn)生不足引起白化病，缺陷會導(dǎo)致患者皮膚、頭發(fā)和眼鏡的色素部分或全部缺乏。支鏈-酮酸脫氫酶缺陷可引起楓

31、糖尿病，這種酶催化1亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸的脫羧作用。這些氨基酸及其相應(yīng)的-酮酸在血液蓄積，可引起毒性效應(yīng)。氨基酸除了自身的降解代謝外，還可以用于合成其他特殊產(chǎn)物，這些反應(yīng)過程異常，也將導(dǎo)致疾病。比如由氨基酸合成的血紅素，血紅素降解生成的膽紅素如果不能排除體外而沉積在皮膚、甲床和鞏膜，就會引起黃疸病。常見的黃疸病有溶血性黃疸、肝細(xì)胞黃疸、阻塞性黃疸、新生兒黃疸。由氮代謝異常引起的一個(gè)比較嚴(yán)重的疾病是痛風(fēng)，核苷酸代謝的終產(chǎn)物為尿酸，如果尿酸產(chǎn)生過多或者排出不足，就會引起高尿酸血癥。編碼PRPP合酶基因突變，或者嘌呤補(bǔ)救合成的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷，導(dǎo)致可利用的嘌呤增加，嘌呤的降解增強(qiáng)，尿酸增多沉積在關(guān)節(jié)引起痛風(fēng)。除了以上某個(gè)特定過程代謝障礙導(dǎo)致的疾病外，還有一些由于多個(gè)代謝過程異常而導(dǎo)致的代謝綜合征。糖尿病是一組多因素、多基因的綜合征。糖尿病分為型和型糖尿病，型糖尿病是由于胰島素產(chǎn)生不足，體內(nèi)代謝發(fā)生改變。型糖尿病是由于靶組織對胰島素的應(yīng)答能力降低，肝臟葡萄糖生成失控，肌肉和脂肪組織攝取葡萄糖減少。另外一個(gè)綜合代謝紊亂的病癥是肥胖癥，肥胖癥是以體內(nèi)脂肪過度堆積為特征的體重調(diào)節(jié)系統(tǒng)紊亂。肥胖有遺傳的因素，也有環(huán)境和自身行為因素。體內(nèi)也有一些和肥胖相關(guān)的分子：瘦素、胰島素等。肥胖和許多慢性病相關(guān)，比如高血壓、心臟病、痛風(fēng)等等。一些需求量較少的物質(zhì)