生物化學(xué)筆記

1、生物化學(xué)知識總結(jié)第一章第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有 C、H、O、N、S。各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%。二、蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸蛋白質(zhì)在酸、堿或蛋白酶的作用下，最終水解為游離氨基酸（amino acid），即蛋白質(zhì)組成單體或構(gòu)件分子。存在于自然界中的氨基酸有300余種，但合成蛋白質(zhì)的氨基酸僅20種（稱編碼氨基酸）。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)通式組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸有共同的結(jié)構(gòu)特點：1氨基連接在- C上，屬于-氨基酸（脯氨酸為-亞氨基酸）。2R是側(cè)鏈，除甘氨酸外都含手性C，有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。天然蛋白質(zhì)中的氨基酸都是L-型。 （二）氨基酸的分類1按R基

2、的化學(xué)結(jié)構(gòu)分為脂肪族、芳香族、雜環(huán)、雜環(huán)亞氨基酸四類。2按R基的極性和在中性溶液的解離狀態(tài)分為非極性氨基酸、極性不帶電荷、極性帶負(fù)電荷或帶正電荷的四類。帶有非極性R（烴基、甲硫基、吲哚環(huán)等，共9種）：甘（Gly）、丙（Ala）、纈（Val）、亮（Leu）、異亮（Ile）、苯丙（Phe）、甲硫（Met）、脯（Pro）、色（Trp）帶有不可解離的極性R（羥基、巰基、酰胺基等，共6種）：絲（Ser）、蘇（Thr）、天胺（Asn）、谷胺（Gln）、酪（Tyr）、半（Cys）帶有可解離的極性R基（共5種）：天（Asp）、谷（Glu）、賴（Lys）、精（Arg）、組（His），前兩個為酸性氨基酸，后三個是

3、堿性氨基酸。（三）氨基酸的重要理化性質(zhì)1一般物理性質(zhì)-氨基酸為無色晶體，熔點一般在200 oC以上。各種氨基酸在水中的溶解度差別很大（酪氨酸不溶于水）。一般溶解于稀酸或稀堿，但不能溶解于有機(jī)溶劑，通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。芳香族氨基酸（Tyr、Trp、Phe）有共軛雙鍵，在近紫外區(qū)有光吸收能力，Tyr、Trp的吸收峰在280nm，Phe在265 nm。由于大多數(shù)蛋白質(zhì)含Tyr、Trp殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值，是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。2兩性解離和等電點（isoelectric point, pI）氨基酸在水溶液或晶體狀態(tài)時以兩性離子的形式存在，既可

4、作為酸，又可作為堿起作用，是兩性電解質(zhì)，其解離度與溶液的pH有關(guān)。在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢和程度相等，成為兼性離子，呈電中性，此時溶液的pH稱為該氨基酸的等電點。3氨基酸的化學(xué)反應(yīng) 氨基酸的化學(xué)反應(yīng)是其基團(tuán)的特征性反應(yīng)。（1）茚三酮反應(yīng)所有具有自由-氨基的氨基酸與過量茚三酮共熱形成藍(lán)紫色化合物。（2）與2，4-二硝基氟苯（DNFB）的反應(yīng)三、肽（peptide）1肽鍵與肽鏈一個氨基酸的-羧基和另一個氨基酸的-氨基脫水形成的酰胺鍵稱為肽鍵。多肽鏈的方向性是從N末端指向C末端。肽分子中不完整的氨基酸稱為氨基酸殘基。肽按其序列從N端到C端命名。一般10肽以下屬寡肽，10肽

5、以上為多肽。2生物活性肽谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由Glu、Cys、Gly組成的一種三肽，又叫-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸（含-肽鍵）。第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primary structure）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指其分子中主鏈原子的局部空間排列，是主鏈構(gòu)象（不包括側(cè)鏈R基團(tuán)）。兩種主鏈原子的局部空間排列的分子模型（-螺旋）和（-折疊）。1肽單位肽鍵及其兩端的-C共6個原子處于同一平面上，組成了肽單位（所在的平面稱肽鍵平面）。肽鍵CN鍵長為0.132nm

6、，比相鄰的單鍵（0.147nm）短，而較C=N雙鍵（0.128nm）長，有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽鍵平面上各原子呈順反異構(gòu)關(guān)系，肽鍵平面上的O、H以及2個-碳原子為反式構(gòu)型（transconfiguration）。2.-螺旋-螺旋是肽鍵平面通過-碳原子的相對旋轉(zhuǎn)形成的一種緊密螺旋盤繞，是有周期的一種主鏈構(gòu)象。其特點是： 螺旋每轉(zhuǎn)一圈上升3.6個氨基酸殘基，螺距約0.54nm相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。螺旋的走向絕大部分是右手螺旋，殘基側(cè)鏈伸向外側(cè)。R基團(tuán)的大小、荷電狀態(tài)及形狀均對-螺旋的形成及穩(wěn)定有影響。3.-折疊 相鄰肽鍵平面間折疊成110度角，呈鋸齒狀。

7、 兩個以上具-折疊的肽鏈或同一肽鏈內(nèi)不同肽段相互平行排列，形成-折疊片層，其穩(wěn)定因素是肽鏈間的氫鍵。 逆向平行的片層結(jié)構(gòu)比順向平行的穩(wěn)定。-螺旋和-折疊是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式。4-轉(zhuǎn)角5不規(guī)卷曲6超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）指一條多肽鏈中所有原子的整體排布，包括主鏈和側(cè)鏈。維系三級結(jié)構(gòu)的作用力主要是次級鍵（疏水相互作用、靜電力、氫鍵等）。在序列中相隔較遠(yuǎn)的氨基酸疏水側(cè)鏈相互靠近，結(jié)合蛋白質(zhì)的輔基往往鑲嵌其內(nèi)，形成功能活性部位，而親水基團(tuán)則在外，這也是球狀蛋白質(zhì)易溶于水的原因。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) (quaternary structure)

8、有些蛋白質(zhì)的分子量很大，由2條或2條以上具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價鍵相互結(jié)合而成，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。構(gòu)成四級結(jié)構(gòu)的每條多肽鏈稱為亞基 (subunit)，亞基單獨存在時一般沒有生物學(xué)功能，構(gòu)成四級結(jié)構(gòu)的幾個亞基可以相同或不同。如血紅蛋白(hemoglobin,Hb) 是由兩個-亞基和兩個-亞基形成的四聚體。五、蛋白質(zhì)分子中的化學(xué)鍵蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是由共價鍵形成的，如肽鍵和二硫鍵。而維持空間構(gòu)象穩(wěn)定的是非共價的次級鍵。如氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華引力等。第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ) 如果一級結(jié)構(gòu)未破壞，保持了氨基酸的排列順序

9、就可能回復(fù)到原來的三級結(jié)構(gòu)，功能依然存在。（二）種屬差異（三）分子病鐮刀狀紅細(xì)胞貧血病。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是其生物活性的基礎(chǔ)，空間結(jié)構(gòu)變化，其功能也隨之改變。第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和氨基酸相似，有兩性解離及等電點、紫外吸收和呈色反應(yīng)。還有膠體性質(zhì)、沉淀、變性和凝固等特點。一、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)蛋白質(zhì)的水溶液具有親水膠體的性質(zhì)。顆粒表面的水化膜和電荷是其穩(wěn)定的因素，調(diào)節(jié)pH至pI、加入脫水劑等，蛋白質(zhì)即可從溶液中沉淀出來。透析法是利用蛋白質(zhì)不能透過半透膜的性質(zhì)，去掉小分子物質(zhì)，達(dá)到純化的目的。大小不同的蛋白質(zhì)分子可以通過凝膠過濾分開。又稱分子篩層析

10、。二、蛋白質(zhì)的兩性解離蛋白質(zhì)和氨基酸一樣是兩性電解質(zhì)，在溶液中的荷電狀態(tài)受pH值影響。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為該蛋白質(zhì)的等電點。pHpI時，該蛋白質(zhì)顆粒帶負(fù)電荷，反之則帶正電荷。在人體體液中多數(shù)蛋白質(zhì)的等電點接近pH5，所以在生理pH7.4環(huán)境下，多數(shù)蛋白質(zhì)解離成陰離子。少量蛋白質(zhì)，如魚精蛋白、組蛋白的pI偏于堿性，稱堿性蛋白質(zhì)，而胃蛋白酶和絲蛋白為酸性蛋白。三、蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固蛋白質(zhì)在某些理化因素的作用下，空間結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致理化性質(zhì)改變，生物學(xué)活性喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性（denaturation）。

11、蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)是多肽鏈從卷曲到伸展的過程，不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變。變性作用不過于劇烈，是一種可逆反應(yīng)，去除變性因素，有些蛋白質(zhì)原有的構(gòu)象和功能可恢復(fù)或部分恢復(fù)，稱為復(fù)性（denaturation）。蛋白質(zhì)變性的主要表現(xiàn)是失去生物學(xué)活性，變性蛋白溶解度降低，易形成沉淀析出；易被蛋白水解酶消化。蛋白質(zhì)自溶液中析出的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)的沉淀。鹽析、有機(jī)溶劑、重金屬鹽、生物堿試劑都可沉淀蛋白質(zhì)。鹽析沉淀蛋白質(zhì)不變性，是分離制備蛋白質(zhì)的常用方法。如血漿中的清蛋白在飽和的硫酸銨溶液中可沉淀，而球蛋白則在半飽和硫酸銨溶液中發(fā)生沉淀。乙醇、丙酮均為脫水劑，可破壞水化膜，降低水的介電常數(shù)，使蛋白質(zhì)的解離程度降低，

12、表面電荷減少，從而使蛋白質(zhì)沉淀析出。低溫時，用丙酮沉淀蛋白質(zhì)，可保留原有的生物學(xué)活性。但用乙醇，時間較長則會導(dǎo)致變性。重金屬鹽（Hg2+、Cu2+、Ag+），生物堿與蛋白質(zhì)結(jié)合成鹽而沉淀，是不可逆的。凝固是蛋白質(zhì)變性發(fā)展的不可逆的結(jié)果。沉淀的蛋白質(zhì)不一定變性（如鹽析）。四、蛋白質(zhì)的紫外吸收和呈色反應(yīng)蛋白質(zhì)含芳香族氨基酸，在280nm波長處有特征性吸收峰。第五節(jié) 蛋白質(zhì)的分類第二章 核酸的化學(xué)第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成天然存在的核酸有兩類，即脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）。一、核酸的基本組成單位核酸是一種多聚核

13、苷酸，組成單位核苷酸。而核苷酸又由堿基、戊糖和磷酸組成。（一）戊糖（二）堿基（base）核酸中的堿基有兩類：嘌呤堿和嘧啶堿。有5種基本的堿基外， DNA和RNA中常見的兩種嘌呤堿是腺嘌呤（adenine，A）、鳥嘌呤（guanine，G）。而嘧啶堿有所不同：RNA主要含胞嘧啶（cytosine，C）、尿嘧啶（uracil，U），DNA主要含胞嘧啶、胸腺嘧啶（thymine，T）。tRNA中含有較多的稀有堿基（修飾堿基），多為甲基化的。（三）核苷酸是核苷的磷酸酯。生物體內(nèi)游離存在的多是5- 核苷酸（如pA、pdG等）。常見的核苷酸為AMP、GMA、CMP、UMP。常見的脫氧核苷酸有dAMP、dG

14、MA、dCMP、dTMP。AMP是一些重要輔酶的結(jié)構(gòu)成分（如NAD+、NADP+、FAD等）；環(huán)化核苷酸（cAMP/cGMP）是細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)分子和信號分子。ATP在能量代謝中起重要作用。二、核苷酸的連接方式RNA和DNA鏈都有方向性，從5 3。前一位核苷酸的3- OH與下一位核苷酸的5位磷酸基之間形成3，5-磷酸二酯鍵，從而形成一個沒有分支的線性大分子，兩個末端分別稱為5末端和3末端。第二節(jié) DNA的分子結(jié)構(gòu)一、 DNA的一級結(jié)構(gòu) (primary stucture)DNA的一級結(jié)構(gòu)是指分子中脫氧核苷酸的排列順序，常被簡單認(rèn)為是堿基序列（base sequence）。堿基序有嚴(yán)格的方向性和多

15、樣性。一般將5- 磷酸端作為多核苷酸鏈的“頭”，一般將3- 磷酸端作為多核苷酸鏈的“尾”。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋(double helix) 1兩條反向平行的多核苷酸鏈形成右手螺旋。一條鏈為5 3，另一條為3 5。（某些病毒的DNA是單鏈分子ssDNA）2堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)，A與T，G與C配對，A與T形成兩個氫鍵，G與C形成三個氫鍵。糖基-磷酸基骨架在外側(cè)。表面有一條大溝和一小溝。3螺距為3.4 nm，含10個堿基對（bp），相鄰堿基對平面間的距離為0.34nm。螺旋直徑為2 nm。氫鍵維持雙螺旋的橫向穩(wěn)定。堿基對平面幾乎垂直螺旋軸，堿基對平面間的疏水堆積力維持螺旋的縱向穩(wěn)定。4堿基在一條鏈

16、上的排列順序不受限制。遺傳信息由堿基序所攜帶。5DNA構(gòu)象有多態(tài)性。三、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA 雙螺旋進(jìn)一步盤曲所形成的空間構(gòu)象稱DNA的三級結(jié)構(gòu)。某些病毒、細(xì)菌、真核生物線粒體和葉綠體的DNA是環(huán)形雙螺旋，再次螺旋化形成超螺旋；在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的DNA是很長的線形雙螺旋，通過組裝形成非常致密的超級結(jié)構(gòu)。1環(huán)形DNA可形成超螺旋螺旋具有相同的結(jié)構(gòu)，但L值不同的分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶切斷一條鏈或兩條鏈，拓?fù)洚悩?gòu)體可以相互轉(zhuǎn)變。W的正表示雙鏈閉環(huán)的螺旋圈在增加，W的負(fù)表示減少。L和T的正負(fù)表示螺旋方向，右手為正，左手螺旋為負(fù)；L值必定是整數(shù)。四、DNA和基因組1DNA分子中的最小功

17、能單位稱作基因，為RNA或蛋白質(zhì)編碼的基因稱結(jié)構(gòu)基因，DNA中具調(diào)節(jié)功能而不轉(zhuǎn)錄生成RNA的片段稱調(diào)節(jié)基因?；蚪M（genome）是某生物體所含的全部基因，即全部DNA或完整的單套遺傳物質(zhì)（配子中的整套基因）。2細(xì)菌、噬菌體、大多數(shù)動植物病毒的基因組即指單個DNA分子。3真核生物基因一般分布在若干條染色體上，其特點是：有重復(fù)序列（按重復(fù)次數(shù)分單拷貝序、中度重復(fù)序和高度重復(fù)序）；有斷裂基因第三節(jié) RNA的分子結(jié)構(gòu)RNA通常以單鏈形式存在，比DNA分子小得多，由數(shù)十個至數(shù)千個核苷酸組成。RNA鏈可以回折且通過A與U，G與C配對形成局部的雙螺旋，不能配對的堿基則形成環(huán)狀突起，這種短的雙螺旋區(qū)和環(huán)稱為

18、發(fā)夾結(jié)構(gòu)。 RNA主要分為tRNA、rRNA和mRNA三類。此外，細(xì)胞的不同部位還存在著另一些小分子RNA，如核內(nèi)小RNA（snRNA）、核仁小RNA（snoRNA）、胞質(zhì)小RNA（scRNA）等，分別參與mRNA的前體（hnRNA）和rRNA的轉(zhuǎn)運和加工過程。一、轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA）1分子量最小的RNA，約占總RNA的15%。主要功能是在蛋白質(zhì)生物合成過程中，起著轉(zhuǎn)運氨基酸的作用。2 tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點：核苷酸殘基數(shù)在7395；含有較多的稀有堿基（如mG、DHU等）；5-末端多為pG，3- 末端都是-CCA。3tRNA的二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”形，包括4個螺旋區(qū)、

19、3個環(huán)及一個附加叉。各部分的結(jié)構(gòu)都和它的功能有關(guān)。5端17位與近3端6772位形成的雙螺旋區(qū)稱氨基酸臂，似“葉柄”，3端有共同的-CCA-OH結(jié)構(gòu)，用于連接該RNA轉(zhuǎn)運的氨基酸。3個環(huán)是二氫尿嘧啶環(huán)（D環(huán)）、反密碼子環(huán)、TC環(huán)。4 tRNA的三級結(jié)構(gòu)呈倒L字母形，反密碼環(huán)和氨基酸臂分別位于倒L的兩端。二、信使RNA（m RNA）1細(xì)胞內(nèi)含量較少的一類RNA，約占總RNA的3%。其功能是將核內(nèi)DNA的堿基順序（遺傳信息）按堿基互補原則轉(zhuǎn)錄至核糖體，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。2種類多，作為不同蛋白質(zhì)合成的模板，其一級結(jié)構(gòu)差異很大。真核細(xì)胞的mRNA有不同于原核細(xì)胞的特點：3- 末端有多聚A（polyA）尾

20、，5-末端加有一個“帽”式結(jié)構(gòu),（m7 Gppp）。 3代謝活躍，壽命較短。三、核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）1約占細(xì)胞總RNA的80%。主要功能是與多種蛋白質(zhì)組成核糖體，是蛋白質(zhì)合成的場所。2核糖體在結(jié)構(gòu)上可分離為大小兩個亞基。原核細(xì)胞的rRNA有3種，23S與5S rRNA在大亞基，16S在小亞基。真核細(xì)胞有4種rRNA，其中大亞基含28S、5.8S、5S，小亞基只有18S。3. 各種rRNA的一級結(jié)構(gòu)中的核苷酸殘基數(shù)及其順序都不相同，且有特定的二級結(jié)構(gòu)。第四節(jié) 核酸的性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)1都微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。2具有大分子的一般特

21、性。3兩性電解質(zhì)。各種核酸的大小及所帶的電荷不同，可用電泳和離子交換法分離。RNA在室溫下易被稀堿水解，DNA較穩(wěn)定，此特性用來測定RNA的堿基組成和純化DNA。4紫外吸收，最大吸收峰在260nm處，核酸的變性或降解，吸光度A升高，稱為增色效應(yīng)。二、核酸的變性和復(fù)性1變性的概念在理化因素作用下，核酸的雙螺旋區(qū)氫鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞，形成單鏈無規(guī)線團(tuán)狀態(tài)的過程。變性的因素有熱、酸、堿、乙醇、尿素等。變性的本質(zhì)是次級鍵的變化。變性的結(jié)果是紫外吸收值明顯增加（增色效應(yīng)），DNA粘度下降，生物學(xué)功能部分或全部喪失。2DNA的熱變性和TmDNA熱變性過程中，紫外吸收值增高，有一個特征性曲線稱熔解曲線，通

22、常將熔解曲線的中點，即紫外吸收值達(dá)到最大值50%時的溫度稱為解鏈溫度，又叫熔點（Tm）。DNA的熱變性是爆發(fā)式的，像結(jié)晶的溶解一樣，只在很狹窄的溫度范圍內(nèi)完成，一般在70800C之間。變性溫度與堿基組成、DNA長度及變性條件有關(guān)。GC含量越高，Tm越大；DNA越長，Tm越大；溶液離子強度增高，Tm增加。3DNA的復(fù)性與分子雜交 變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補鏈可重新配對，恢復(fù)天然雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火（annealing）。影響復(fù)性速度的因素很多，如單鏈DNA的起始濃度、溫度（最適復(fù)性溫度是比Tm約低250C）、鹽濃度、片斷長度、序

23、列復(fù)雜性等。分子雜交是以核酸的變性和復(fù)性為基礎(chǔ)，只要不同來源的核酸分子的核苷酸序列含有可以形成堿基互補配對的片段，就可以形成DNA/DNA，RNA/RNA或DNA/RNA雜化雙鏈，這個現(xiàn)象稱為核酸分子雜交（hybridization）。第三章 酶一、酶的概念酶是由活細(xì)胞合成的，對其特異底物起高效催化作用的生物催化劑（biocatalyst）。二、酶的作用特點酶所催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)。在酶促反應(yīng)中被催化的物質(zhì)稱為底物，反應(yīng)的生成物稱為產(chǎn)物。酶所具有的催化能力稱為酶活性。與一般催化劑不同的特點。1極高的催化效率2高度的特異性酶對催化的底物有高度的選擇性，即一種酶只作用一種或一類化合物，催化一定的

24、化學(xué)反應(yīng)，并生成一定的產(chǎn)物，這種特性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。有結(jié)構(gòu)專一性和立體異構(gòu)專一性兩種類型。結(jié)構(gòu)專一性又分絕對專一性和相對專一性。立體異構(gòu)專一性指酶對底物立體構(gòu)型的要求。如乳酸脫氫酶催化L-乳酸脫氫為丙酮酸，對D-乳酸無作用；L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，對D-氨基酸無作用。3酶活性的可調(diào)節(jié)性4酶的不穩(wěn)定性酶主要是蛋白質(zhì)，凡能使蛋白質(zhì)變性的理化因素均可影響酶活性，甚至使酶完全失活。酶催化作用一般需要比較溫和的條件第二節(jié)酶的分子組成、結(jié)構(gòu)和功能一、酶的分子組成（一）單純酶和結(jié)合酶單純酶是僅由肽鏈構(gòu)成的酶。如脲酶、一些消化蛋白酶、淀粉酶、脂酶、核糖核酸酶等。結(jié)合酶由蛋白質(zhì)部分和非蛋白質(zhì)部

25、分組成，前者稱為酶蛋白(apoenzyme)，決定酶的特異性和高效率；后者稱為輔助因子(cofactor)，決定反應(yīng)的種類和性質(zhì)。兩者結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶（holoenzyme），這兩部分對于催化活性都是必需的。（二）酶的輔因子酶的輔助因子指金屬離子或小分子有機(jī)化合物（又稱輔酶與輔基）。1.金屬離子約2/3的酶含有金屬離子，常見的是K+、Na+、Mg2+、Cu2+（Cu+）、Zn2+、Fe2+（Fe3+）等。金屬離子的作用是多方面的：參與酶的活性中心；在酶蛋白與底物之間起橋梁作用；維持酶分子發(fā)揮催化作用所必需的構(gòu)象；中和陰離子，降低反應(yīng)中的靜電斥力。2.輔酶與輔基輔酶與輔基是一些化學(xué)穩(wěn)定的

26、小分子有機(jī)物，是維生素樣的物質(zhì)，參與酶的催化過程，在反應(yīng)中傳遞電子、質(zhì)子或一些基團(tuán)。輔酶與酶蛋白的結(jié)合疏松，可以用透析或超濾方法除去；輔基則與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用上述方法除去。一種酶蛋白只能與一種輔助因子結(jié)合成一種特異的酶，但一種輔助因子可以與不同的酶蛋白結(jié)合構(gòu)成多種特異性酶，以催化各種化學(xué)反應(yīng)。二、酶的活性部位酶的活性部位（active site）是它結(jié)合底物和將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的區(qū)域，又稱活性中心。它是由在線性多肽鏈中可能相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基形成的三維小區(qū)（為裂縫或為凹陷）。酶活性部位的基團(tuán)屬必需基團(tuán)，有二種：一是結(jié)合基團(tuán)，其作用是與底物結(jié)合，生成酶-底物復(fù)合物；二是催化基團(tuán)，其作用是影響

27、底物分子中某些化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并促進(jìn)底物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，也有的必需基團(tuán)同時有這兩種功能。還有一些化學(xué)基團(tuán)位于酶的活性中心以外的部位，為維持酶活性中心的構(gòu)象所必需，稱為酶活性中心以外的必需基團(tuán)。三、酶原激活沒有活性的酶的前體稱為“酶原”，酶原轉(zhuǎn)變成酶的過程稱為酶原激活。其實質(zhì)是酶活性部位形成或暴露的過程。一些與消化作用有關(guān)的酶，如胃蛋白酶、胰蛋白酶在最初合成和分泌時，沒有催化活性。胃蛋白酶原在H+作用下，自N端切下幾個多肽碎片，形成酶催化所需的空間結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為胃蛋白酶。胰蛋白酶原隨胰液進(jìn)入小腸時被腸激酶激活，自N端切除一個6肽，促使酶的構(gòu)象變化，形成活性中心，轉(zhuǎn)變成有活性的胰蛋白

28、酶。酶原的生物合成和酶原激活一般不在同一組織、細(xì)胞或細(xì)胞器中進(jìn)行。酶原的激活具有重要的生理意義，不僅保護(hù)細(xì)胞本身不受酶的水解破壞，而且保證酶在特定的部位與環(huán)境中發(fā)揮催化作用。四、同工酶、變構(gòu)酶、抗體酶（一）同工酶（isozymes）具有不同的分子形式但卻催化相同的化學(xué)反應(yīng)的一組酶稱為同工酶。1959年發(fā)現(xiàn)的第一個同工酶是乳酸脫氫酶（LDH），它在NADH存在下，催化丙酮酸的可逆轉(zhuǎn)化生成乳酸。它是一個寡聚酶，由兩種不同類型的亞基組成5種分子形式：H4、H3M、H2M2、HM3、M4，它們的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和電泳行為不同，但催化同一反應(yīng)，因為它們的活性部位在結(jié)構(gòu)上相同或非常相似。M亞基主要存在骨

29、骼肌和肝臟，而H亞基主要在心肌。心肌梗死的情況可通過血液LDH同工酶的類型的檢測確定。（二）變構(gòu)酶(allosteric enzyme)變構(gòu)酶又稱別構(gòu)酶，是一類調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)的酶。一般是寡聚酶，酶分子有與底物結(jié)合的活性部位和與變構(gòu)劑非共價結(jié)合的調(diào)節(jié)部位，具有變構(gòu)效應(yīng)。引起變構(gòu)效應(yīng)的物質(zhì)稱為變構(gòu)效應(yīng)劑。降低酶活性的稱變構(gòu)抑制劑或負(fù)效應(yīng)物；反之，稱為變構(gòu)激活劑或正效應(yīng)物。變構(gòu)酶與血紅蛋白一樣，存在著協(xié)同效應(yīng)。第四節(jié)酶促反應(yīng)動力學(xué)一、酶反應(yīng)速度的測量反應(yīng)的速率也稱速度（velocity），是以單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的改變來表示。二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響當(dāng)研究某一因素對酶促反應(yīng)速度的影響時，體系

30、中的其他因素保持不變，而只變動所要研究的因素。當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)大于酶濃度時，酶促反應(yīng)速度與酶濃度的變化成正比。三、底物濃度對酶反應(yīng)速度的影響 （一）米-曼氏方程式底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響呈雙曲線。當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時，V與S呈正比關(guān)系（一級反應(yīng)）；隨著S的增高，V的增加逐步減慢（混合級反應(yīng)）；增到一定程度，V不再增加而是趨于穩(wěn)定（零級反應(yīng)）。當(dāng)S Km時，v = Vmax S /Km，反應(yīng)速度與底物濃度成正比；當(dāng)S Km 時，vVmax，反應(yīng)速度達(dá)到最大速度，再增加S也不影響V。（二）Km的意義1當(dāng)V/v =2時, Km =S , Km是反應(yīng)速率v等于最大速率V一半時的底物濃度，單位為摩爾/升（m

31、ol/L）。2Km =K2+K3/K1，當(dāng)K2 K3時，Km值可用來表示酶對底物的親和力。Km值越小，酶與底物的親和力越大；反之，則越小。3Km是酶的特征性常數(shù)，它只與酶的結(jié)構(gòu)和酶所催化的底物有關(guān)，與酶濃度無關(guān)。Km和Vmax可用圖解法根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測出。通過測定在不同底物濃度下的Vo，再用1/Vo對1/S的雙倒數(shù)作圖，又稱Lineweaver-BurK作圖法，即取米氏方程式倒數(shù)形式。四、pH對反應(yīng)速度的影響 每一種酶只能在一定限度的pH范圍內(nèi)才表現(xiàn)活力，酶表現(xiàn)最大活力時的pH稱為酶的最適pH。五、溫度對反應(yīng)速度的影響多數(shù)哺乳動物的酶最適溫度在37左右，植物體內(nèi)酶的最適溫度在5060。也有些微生

32、物的酶適應(yīng)在高溫或低溫下工作。六、激活劑對反應(yīng)速度的影響凡能使酶由無活性變?yōu)橛谢钚曰蚴姑富钚栽黾拥奈镔|(zhì)稱為酶的激活劑（activator）。必需激活劑常是金屬離子，如Mg2+、K+、Mn2+等, Mg2+是多種激酶和合成酶的必需激活劑；非必需激活劑是有機(jī)化合物和Cl-等，如膽汁酸鹽是胰脂肪酶，Cl-是唾液淀粉酶的非必需激活劑。七、抑制劑對反應(yīng)速度的影響使酶活性下降而不導(dǎo)致酶變性的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。抑制劑作用有可逆和不可逆抑制兩類。以可逆抑制最為重要。（一）不可逆抑制作用這類抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心上的必需基團(tuán)相結(jié)合，使酶失活，一般不能用透析、超濾等物理方法去除。（二）可逆抑制作用這類抑

33、制劑通常以非共價鍵與酶可逆性結(jié)合，使酶活性降低或失活，采用透析、超濾的方法可去除抑制劑，恢復(fù)酶活性。第四章 新陳代謝總論與生物氧化第一節(jié) 新陳代謝總論一、新陳代謝的概念與特點生物體是一個與環(huán)境保持著物質(zhì)、能量和信息交換的開放體系。通過物質(zhì)交換建造和修復(fù)生物體（按人的一生計,交換物質(zhì)的總量約為體重的1200倍,人體所含的物質(zhì)平均每10天更新一半）。通過能量交換推動生命運動，通過信息交換進(jìn)行調(diào)控，保持生物體和環(huán)境的適應(yīng)。新陳代謝（metabolism）是指生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換的全過程。包括生物體內(nèi)所發(fā)生的一切合成和分解作用（即同化作用和異化作用）。人和動物的物質(zhì)代謝分為三個階段：食

34、物、水、空氣進(jìn)入機(jī)體（攝取營養(yǎng)物的消化和吸收）、中間代謝和代謝產(chǎn)物的排泄。中間代謝是指物質(zhì)在細(xì)胞中的合成與分解過程，合成是吸能反應(yīng)，分解是放能反應(yīng)。它們是矛盾對立和統(tǒng)一的。所以，新陳代謝的功能是：從周圍環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)；將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨硇枰慕Y(jié)構(gòu)元件；將結(jié)構(gòu)元件裝配成自身的大分子；形成或分解生物體特殊功能所需的生物分子；提供機(jī)體生命活動所需的一切能量。各種生物具有各自特異的新陳代謝類型，這決定于遺傳和環(huán)境條件。綠色植物及某些細(xì)菌有光合作用，若干種細(xì)菌有固氮作用，是自養(yǎng)型的；動物與人是異養(yǎng)生物，同化作用必須從外界攝取營養(yǎng)物質(zhì)，通過消化吸收進(jìn)入中間代謝。同一生物體的各個器官或不同組織還具有不

35、同的代謝方式。各種生物的新陳代謝過程雖然復(fù)雜，卻有共同的特點：1.生物體內(nèi)的絕大多數(shù)代謝反應(yīng)是在溫和條件下，由酶催化進(jìn)行的。2.物質(zhì)代謝通過代謝途徑，在一定的部位，嚴(yán)格有序地進(jìn)行。各種代謝途徑彼此協(xié)調(diào)組成有規(guī)律的反應(yīng)體系（網(wǎng)絡(luò)）。3.生物體對內(nèi)外環(huán)境條件有高度的適應(yīng)性和靈敏的自動調(diào)節(jié)。二、新陳代謝的研究方法代謝途徑的研究比較復(fù)雜，可從不同水平，主要對中間代謝進(jìn)行研究。新陳代謝途徑的闡明凝集了許多科學(xué)家的智慧與實驗成果。如1904年德國化學(xué)家Knoop提出的脂肪酸的氧化學(xué)說，1937年Krebs提出的檸檬酸循環(huán)。1.活體內(nèi)（in vivo）和活體外(in vitro)實驗2.同位素示蹤法和核磁共

36、振波譜法（NMR）3.代謝途徑阻斷法三、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律1.服從熱力學(xué)原理。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律，熱力學(xué)第二定律指出，熱的傳導(dǎo)自高溫流向低溫。機(jī)體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)朝著達(dá)到其平衡點的方向進(jìn)行。2.生化反應(yīng)最重要的熱力學(xué)函數(shù)是吉布斯自由能G 。自由能是在恒溫、恒壓下，一個體系作有用功的能力的度量。用于判斷反應(yīng)可否自發(fā)進(jìn)行，是放能或耗能反應(yīng)。G0，表示體系自由能減少，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，但是不等于說該反應(yīng)一定發(fā)生或以能覺察的速率進(jìn)行，是放能反應(yīng)。G0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，吸收能量才推動反應(yīng)進(jìn)行。G0，體系處在平衡狀態(tài)。自由能與另外兩個函數(shù)有關(guān)，G=H - TS（H是總熱量的變化，S是總熵的

37、改變，T是體系的絕對溫度）。標(biāo)準(zhǔn)自由能變化用GO表示（25OC，1個大氣壓，pH為7，反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度為1mol/L時所測得，單位是kJ/mol）。3GO和化學(xué)平衡的關(guān)系G = GO+ RTlnCD/ABG=0時，GO= -RTlnCD/AB= -RTlnK= -2.303RTlgK（R為氣體常數(shù)，lnK為平衡常數(shù)的自然對數(shù)。K1，GO為負(fù)值，反應(yīng)趨于生成物的方向進(jìn)行；K1，GO為正值。）注意：G只取決于產(chǎn)物與反應(yīng)物的自由能之差，與反應(yīng)歷程無關(guān)?？傋杂赡茏兓扔诟鞑椒磻?yīng)自由能變化的代數(shù)和。熱力學(xué)上不利的吸能反應(yīng)可以偶聯(lián)放能反應(yīng)來推動以保持代謝途徑一連串反應(yīng)的進(jìn)行。四、高能化合物與ATP的作用高

38、能化合物（high-energy compound）指化合物含有的自由能特多，且隨水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)釋放。最重要的有高能磷酸化合物，還有硫酯類和甲硫類高能化合物。高能磷酸化合物的酸酐鍵常用P表示，水解時釋放的自由能大于20kJ，稱為高能磷酸鍵。生化中“高能鍵”的含義與化學(xué)中的“鍵能”完全不同?！版I能”指斷裂一個化學(xué)鍵需提供的能量。ATP是細(xì)胞內(nèi)特殊的自由能載體。在標(biāo)準(zhǔn)狀況，ATP水解為ADP和Pi的GO=-30kJ/mol，水解為AMP和PPi的GO=-32kJ/mol。ATP的GO在所有的含磷酸基團(tuán)的化合物中處于中間位置，這使ATP在機(jī)體起作中間傳遞能量的作用，稱之能量的共同中間體。機(jī)體

39、內(nèi)一些在熱力學(xué)上不可能發(fā)生的反應(yīng)，只需與ATP分子的水解相偶聯(lián)，就可使其進(jìn)行。所以說，ATP又是生物細(xì)胞能量代謝的偶聯(lián)劑。從低等的單細(xì)胞生物到高等的人類，能量的釋放、儲存和利用都是以ATP為中心。ATP是整個生命世界能量交換的通用貨幣。ATP是能量的攜帶者或傳遞者，而不是儲存者。在脊椎動物中起能量儲存的是磷酸肌酸（phosphoccreatine，PC），在無脊椎動物中是磷酸精氨酸。ATP和其他的核苷三磷酸GTP、UTP、CTP常稱作富含能量的代謝物。它們幾乎有相同的水解（或形成）的標(biāo)準(zhǔn)自由能，核苷酸之間的磷?；鶊F(tuán)的轉(zhuǎn)移的平衡常數(shù)接近1.0，所以計算物質(zhì)代謝能量時，消耗的其他核苷三磷酸用等價的

40、ATP表示。第二節(jié)生物氧化一、生物氧化的概念、特點和部位1.概念：有機(jī)物質(zhì)在生物體細(xì)胞內(nèi)氧化分解產(chǎn)生二氧化碳、水，并釋放出大量能量的過程稱為生物氧化（biological oxidation）。又稱細(xì)胞呼吸或組織呼吸。2.特點：生物氧化和有機(jī)物質(zhì)體外燃燒在化學(xué)本質(zhì)上是相同的，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律，所耗的氧量、最終產(chǎn)物和釋放的能量均相同。1.酶類：重要的為氧化酶和脫氫酶兩類，脫氫酶尤為重要。脫氫酶分需氧脫氫酶和不需氧脫氫酶。前者可激活代謝物分子中的氫，與分子氧結(jié)合，產(chǎn)生過氧化氫。在無分子氧時，可利用亞甲藍(lán)為受氫體。需氧脫氫酶皆以FMA或FAD為輔酶。不需氧脫氫酶可激活代謝物分子中的氫，使脫

41、出的氫轉(zhuǎn)移給遞氫體或非分子氧。一般在無氧或缺氧環(huán)境下促進(jìn)代謝物氧化。大部分以NAD或NADP為輔酶。2.體系：有不需傳遞體和需傳遞體的兩種體系。三、生物氧化中二氧化碳的生成生物氧化中CO2的生成是代謝中有機(jī)酸的脫羧反應(yīng)所致。有直接脫羧和氧化脫羧兩種類型。按脫羧基的位置又有-脫羧和-脫羧之分。四、生物氧化中水的生成（一）呼吸鏈的概念和類型代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)過一系列的傳遞體，最后與激活的氧結(jié)合生成水的全部體系，此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈（respiratory chain）或電子傳遞鏈（electron transfer chain）。在呼吸鏈中，酶和輔酶按

42、一定順序排列在線粒體內(nèi)膜上。其中傳遞氫的酶或輔酶稱為遞氫體，傳遞電子的酶或輔酶稱為電子傳遞體。遞氫體和電子傳遞體都起著傳遞電子的作用（2H2H+2e）。人體細(xì)胞線粒體內(nèi)最重要的有兩條，即NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈。（二）呼吸鏈的組成1輔酶和輔酶輔酶（NAD+或Co）為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸。輔酶（NADP+或Co）為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它們是不需氧脫氫酶的輔酶，分子中的煙酰胺部分，即維生素PP能可逆地加氫還原或脫氫氧化，是遞氫體。以NAD+作為輔酶的脫氫酶占多數(shù)。2黃素酶黃素酶的種類很多，輔基有2種，即FMN和FAD。FMN是NADH脫氫酶的輔基，F(xiàn)AD是琥珀酸脫氫酶的輔基，都是

43、以核黃素為中心構(gòu)成的，其異咯嗪環(huán)上的第1位及第5位兩個氮原子能可逆地進(jìn)行加氫和脫氫反應(yīng)，為遞氫體。3.鐵硫蛋白分子中含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫，因而常簡寫為FeS形式。在線粒體內(nèi)膜上，常與其他遞氫體或遞電子體構(gòu)成復(fù)合物，復(fù)合物中的鐵硫蛋白是傳遞電子的反應(yīng)中心，亦稱鐵硫中心，與蛋白質(zhì)的結(jié)合是通過Fe與4個半胱氨酸的S相連接。4.泛醌（又名輔酶Q）5.細(xì)胞色素類細(xì)胞色素（cytochrome, Cyt）是一類以鐵卟啉為輔基的結(jié)合蛋白質(zhì)，存在于生物細(xì)胞內(nèi).第三節(jié) 氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念和偶聯(lián)部位1.概念：氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是指在生物氧化中伴隨

44、著ATP生成的作用。有代謝物連接的磷酸化和呼吸鏈連接的磷酸化兩種類型。即ATP生成方式有兩種。一種是代謝物脫氫后，分子內(nèi)部能量重新分布，使無機(jī)磷酸酯化先形成一個高能中間代謝物，促使ADP變成ATP。這稱為底物水平磷酸化。如3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸，再降解為3-磷酸甘油酸。另一種是在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ATP的生成。生物體內(nèi)95%的ATP來自這種方式。2.偶聯(lián)部位： P/O比值是指代謝物氧化時每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機(jī)磷原子的摩爾數(shù)，即合成ATP的摩爾數(shù)。NADH在呼吸鏈被氧化為水時的P/O值約等于3，即生成3分子ATP；FADH2氧化的P/O值約等于2，即生成2分子A

45、TP。NADHNADH脫氫酶Q 細(xì)胞色素bc1復(fù)合體Cytc aa3O2二、胞液中NADH的氧化糖代謝中的三羧酸循環(huán)和脂肪酸-氧化是在線粒體內(nèi)生成NADH（還原當(dāng)量），可立即通過電子傳遞鏈進(jìn)行氧化磷酸化。在細(xì)胞的胞漿中產(chǎn)生的NADH ，如糖酵解生成的NADH則要通過穿梭系統(tǒng)（shuttle system）使NADH的氫進(jìn)入線粒體內(nèi)膜氧化。（一）-磷酸甘油穿梭作用這種作用主要存在于腦、骨骼肌中，載體是-磷酸甘油。胞液中的NADH在-磷酸甘油脫氫酶的催化下，使磷酸二羥丙酮還原為-磷酸甘油，后者通過線粒體內(nèi)膜，并被內(nèi)膜上的-磷酸甘油脫氫酶（以FAD為輔基）催化重新生成磷酸二羥丙酮和FADH2，后者進(jìn)

46、入琥珀酸氧化呼吸鏈。葡萄糖在這些組織中徹底氧化生成的ATP比其他組織要少，1摩爾G36摩爾ATP。（二）蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用主要存在肝和心肌中。1摩爾G38摩爾ATP三、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制（一）化學(xué)滲透假說（chemiosmotic hypothesis）（二）ATP合酶ATP合酶由兩部分組成（Fo-F1），球狀的頭部F1突向基質(zhì)液，水溶性。亞單位Fo埋在內(nèi)膜的底部，是疏水性蛋白，構(gòu)成H+ 通道。在生理條件下，H+ 只能從膜外側(cè)流向基質(zhì)，通道的開關(guān)受柄部某種蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)。四、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑能阻斷呼吸鏈某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為呼吸鏈抑制劑。魚藤酮、安密妥在NADH脫氫酶處

47、抑制電子傳遞，阻斷NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能進(jìn)行?？姑顾谹抑制電子在細(xì)胞色素bc1復(fù)合體處的傳遞。氰化物、CO、疊氮化物（N3-）抑制細(xì)胞色素氧化酶。對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用的物質(zhì)稱氧化磷酸化抑制劑，如寡霉素。（二）解偶聯(lián)劑2，4-二硝基苯酚（DNP）和頡氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶聯(lián)過程，使電子傳遞照常進(jìn)行而不生成ATP。DNP的作用機(jī)制是作為H+的載體將其運回線粒體內(nèi)部，破壞質(zhì)子梯度的形成。由電子傳遞產(chǎn)生的能量以熱被釋出。（三）ADP的調(diào)節(jié)作用正常機(jī)體氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的調(diào)節(jié)，只有ADP被磷酸化形成ATP，電子才通過呼吸鏈流向氧。如果提供ADP，隨著

48、ADP的濃度下降，電子傳遞進(jìn)行，ATP在合成，但電子傳遞隨ADP濃度的下降而減緩。此過程稱為呼吸控制，這保證電子流只在需要ATP合成時發(fā)生。第五章 糖代謝第一節(jié)概論一、糖類的結(jié)構(gòu)與功能1.糖類的結(jié)構(gòu)糖定義為多羥基醛、酮及其縮聚物和某些衍生物。有單糖、寡糖、多糖和復(fù)合糖類。2.糖的生理功能1摩爾的葡萄糖完全氧化為CO2和H2O可釋放2840kJ（679kcal）的能量，其中約40%轉(zhuǎn)移至ATP，供機(jī)體生理活動能量之需。第二節(jié) 糖的分解代謝一、糖的分解特點和途徑1.糖的分解在有氧和無氧下均可進(jìn)行,無氧分解不徹底，有氧分解是其繼續(xù),最終分解產(chǎn)物是CO2、H2O和能量。2.糖的分解先要活化，無氧下的分

49、解以磷酸化方式活化；有氧下，以?；癁橹?。3.在動物和人體內(nèi)，糖的分解途徑主要有3條：糖酵解（葡萄糖丙酮酸乳酸）；檸檬酸循環(huán)（丙酮酸乙酰輔酶ACO2+H2O）；戊糖磷酸途徑（葡萄糖核糖-5-磷酸CO2+H2O）。二、糖酵解（一）概念和部位糖酵解(glycolysis)是無氧條件下，葡萄糖降解成丙酮酸并有ATP生成的過程。它是生物細(xì)胞普遍存在的代謝途徑，涉及十個酶催化反應(yīng)，均在胞液。（二）反應(yīng)過程和關(guān)鍵酶1.己糖激酶（hexokinase）催化葡萄糖生成G-6-P，消耗一分子ATP。己糖激酶（HK）分布較廣，而葡萄糖激酶（GK）只存在于肝臟，這是第一個關(guān)鍵酶催化的耗能的限速反應(yīng)。若從糖原開始，由

50、磷酸化酶和脫支酶催化生成G-1-P，再經(jīng)變位酶轉(zhuǎn)成G-6-P。2.G-6-P異構(gòu)酶催化G-6-P轉(zhuǎn)化為F-6-P。3.磷酸果糖激酶（PFK-）催化F-6-P磷酸化生成F-1，6-DP，消耗一分子ATP。這是第二個關(guān)鍵酶催化的最主要的耗能的限速反應(yīng)。4.醛縮酶裂解F-1，6-DP為磷酸二羥丙酮和甘油醛-3-磷酸。平衡有利于逆反應(yīng)方向，但在生理條件下甘油醛-3-磷酸不斷轉(zhuǎn)化成丙酮酸，驅(qū)動反應(yīng)向裂解方向進(jìn)行。5.丙糖磷酸異構(gòu)酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮的相互轉(zhuǎn)換。6.甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化甘油醛-3-磷酸氧化為1，3 -二磷酸甘油酸。這是酵解中唯一的一步氧化反應(yīng)，是由一個酶催化的脫氫和磷

51、酸化兩個相關(guān)反應(yīng)。反應(yīng)中一分子NAD+被還原成NADH，同時在 1，3-二磷酸甘油酸中形成一個高能酸酐鍵，為在下一步酵解反應(yīng)中使ADP變成ATP。7.磷酸甘油酸激酶催化1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸。反應(yīng)（6）和反應(yīng)（7）聯(lián)合作用，將一個醛氧化為一個羧酸的反應(yīng)與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)。這種通過一高能化合物將磷?；D(zhuǎn)移ADP形成ATP的過程稱為底物水平磷酸化。底物水平磷酸化不需氧，是酵解中形成ATP的機(jī)制。8.磷酸甘油酸變位酶催化3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化為2-磷酸甘油酸9.烯醇化酶催化2-磷酸甘油酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（PFP）。PFP具有很高的磷?；D(zhuǎn)移潛能，其磷?；且砸环N不穩(wěn)定的烯醇

52、式互變異構(gòu)形式存在的。10.丙酮酸激酶催化PFP生成丙酮酸和ATP。這是第三個關(guān)鍵酶催化的限速反應(yīng)。也是第二次底物水平磷酸化反應(yīng)。糖酵解是生物界普遍存在的供能途徑，其生理意義是為機(jī)體在無氧或缺氧條件下（應(yīng)激狀態(tài)）提供能量滿足生理需要。例如，劇烈運動時，肌肉內(nèi)ATP大量消耗，糖酵解加速可迅速得到ATP；成熟的紅細(xì)胞沒有線粒體，完全靠糖酵解供能。（四）糖酵解的調(diào)控糖酵解三個主要調(diào)控部位，分別是己糖激酶、果糖磷酸激酶（PFK）和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)。HK被G-6-P變構(gòu)抑制，這種抑制導(dǎo)致G-6-P的積累，酵解作用減弱。但G-6-P可轉(zhuǎn)化為糖原及戊糖磷酸，因此HK不是最關(guān)鍵的限速酶。PFK被ATP變構(gòu)

53、抑制，但這種抑制作用被AMP逆轉(zhuǎn)，這使糖酵解對細(xì)胞能量需要得以應(yīng)答。當(dāng)ATP供應(yīng)短缺（和AMP充足）時，加快速度，生成更多的ATP， ATP足夠時就減慢速度。檸檬酸可增加ATP對酶的抑制作用；F-2，6-DP可消除ATP對酶的抑制效應(yīng)，使酶活化。PFK被H+抑制，可防止肌乳酸過量導(dǎo)致的血液酸中毒。丙酮酸激酶被F-1，6-DP活化，加速酵解。ATP、丙氨酸變構(gòu)抑制此酶。三、糖的有氧分解（一）概念和部位葡萄糖的有氧分解是從葡萄糖到丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)（TCA），徹底氧化生成CO2、H2O和釋放大量能量的過程。是在細(xì)胞的胞液和線粒體兩個部位進(jìn)行的。（二）反應(yīng)過程和關(guān)鍵酶整個過程可分為三個階段：第一階段

54、是葡萄糖分解為丙酮酸，在胞液進(jìn)行。與酵解反應(yīng)過程所不同的是3- 磷酸甘油醛脫氫生成的NADH進(jìn)入線粒體氧化。第二階段是丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系是由3種酶和5種輔助因子組成的多酶復(fù)合體，是關(guān)鍵酶。整個過程中無游離的中間產(chǎn)物，是個不可逆的連續(xù)過程。第三階段是檸檬酸循環(huán)。此循環(huán)有8步酶促反應(yīng)：1.檸檬酸合成酶催化乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸和CoASH。是第一個關(guān)鍵酶催化的限速反應(yīng)。2.順烏頭酸酶催化檸檬酸異構(gòu)成異檸檬酸。3.異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶的催化下生成草酰琥珀酸，再脫羧生成-酮戊二酸。此步是第一次氧化脫羧，異檸檬酸脫氫酶是第二個關(guān)鍵酶。4.- 酮戊二酸由-

55、 酮戊二酸脫氫酶系催化氧化脫羧生成琥珀酰CoA。此酶系由3種酶和5種輔助因子組成，是第三個關(guān)鍵酶催化的第二次氧化脫羧。5.琥珀酰CoA在琥珀酰硫激酶催化下生成琥珀酸。這是循環(huán)中惟一的一次底物水平磷酸化，GDP磷酸化形成GTP。6.琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化下氧化為延胡索酸。這是第三步脫氫，生成FADH2。7.延胡索酸在延胡索酸酶作用下水化形成蘋果酸。8.蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下氧化為草酰乙酸。這是第四步脫氫，生成NADH+H+一次三羧酸循環(huán)過程，可歸結(jié)為一次底物水平磷酸化，二次脫羧，三個關(guān)鍵酶促反應(yīng)，四步脫氫氧化反應(yīng)。每循環(huán)一次產(chǎn)生12分子ATP，總反應(yīng)：乙酰CoA+2H2O+3NAD+ +F

56、AD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H+FADH2+CoASH+ATP（三）能量的估算和生理意義在體外，1mol 葡萄糖CO2+H2O，GO= 2840kJ/mol。體內(nèi)總反應(yīng)：葡萄糖+6O2+36/38ADP+36/38Pi6CO2+42/44H2O+36/38ATP第一階段生成6或8分子ATP，即 1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸、2分子ATP、2分子NADH+H+（1分子NADH+H+在胞液轉(zhuǎn)運到線粒體氧化，經(jīng)不同的轉(zhuǎn)運方式，可生成2或3分子ATP）。第二階段是6ATP，即 2分子丙酮酸氧化脫羧生成2分子乙酰CoA與2分子NADH+H+ ，后者經(jīng)電子傳遞鏈生成6ATP。第三階段是24ATP，即 2分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)生成2×12 = 24ATP。葡萄糖有氧氧化的獲能效率 = 38×30.5/2840×100% = 40%糖的有氧氧化生理意義：為機(jī)體提供更多的能量，是機(jī)體利用糖和其他物質(zhì)氧化而獲得能量的最有效方式。三羧酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質(zhì)三大營養(yǎng)物質(zhì)最終代謝通路和轉(zhuǎn)化的樞紐。糖轉(zhuǎn)變成脂是最重要的例子。三羧酸循環(huán)在提供某些物質(zhì)生物合成的前體中起重要作用。（四）三羧酸循環(huán)的調(diào)控三羧酸循環(huán)在細(xì)胞代謝中占據(jù)中心位置，受到嚴(yán)密的調(diào)控。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的反