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生物化学
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编辑于2024-05-16 12:43:26
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生物化学
绪论
生物化学发展简史
叙述生物化学（静态生物化学）
研究生命物质的组成和性质
动态生物化学
研究生命物质的代谢过程以及酶、维生素和激素等在代谢过程中的作用
机能生物化学
从生物整体水平研究生命
生物化学的主要内容
生物体的物质组成及生物分子的结构与功能
代谢及其调节
遗传信息传递与调控
糖化学
糖类
是多羟基醛和多羟基酮及其衍生物和聚合物
糖都含有碳、氢、氧三种元素
又称碳水化合物
根据分子组成的复杂程度分为单糖、寡糖和多糖
单糖
结构
葡萄糖（Glc)
分子式：C6H12O6
五羟基己醛
五个羟基，六个碳原子，一个醛基作官能团
是手性分子，有旋光性
手性分子：因结构不对称，不能与其镜像重合的分子。手性碳原子：以共价键连接了四个不同原子或基团，具有不对称性。
生物体内的单糖几乎都是手性分子，且大多数为D-构型。
二羟丙酮例外，它没有手性碳原子，不是手性分子。
最小单糖的分子结构中所含羟基的个数是2个。eg:二羟丙酮
旋光性：手性分子的溶液可以使透过溶液的偏振光的偏振面发生旋转的能力。顺时针旋转为右旋（+），逆时针旋转为左旋（-）
葡萄糖的环状结构与Haworth式
在溶液中，碳碳单键可自由旋转，葡萄糖的C-5羟基可接近C-1，并于C-1醛基发生分子内加成反应，形成环状结构的半缩醛。醛基氧形成的羟基叫做半缩醛羟基。
这种类似于杂环化合物吡喃的杂环结构的糖称为吡喃糖。
α-D-（+）-吡喃葡萄糖和β-D-（+）-吡喃葡萄糖
α表示半缩醛羟基与C-6异面
β表示同面
半乳糖和果糖
半乳糖
是己醛糖
只有C-4构型和葡萄糖不同。像这样，只有一个手性碳原子构型不同的两种手性分子互为差向异构体。半乳糖和葡萄糖互为差向异构体。
果糖
是己酮糖
可发生两种分子内加成反应，形成两类环状结构
吡喃糖
呋喃糖
核糖和脱氧核糖
都是戊醛糖
化学性质
成苷
环状结构单糖的半缩醛羟基较其他羟基活泼，可以与其他化合物的羟基、氨基、亚氨基或硫基缩合，生成糖苷。
糖苷分子由糖基和苷元通过糖苷键连接而成。
成酯
氧化
与碱性弱氧化剂反应
葡萄糖的醛基能被Benedict试剂、Fehling试剂、Tollens试剂等碱性弱氧化剂氧化，生成葡萄糖酸。
凡是能被碱性铜氧化的糖统称为还原糖。醛糖和酮糖都为还原糖。
葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖都是还原糖。
注意！蔗糖是非还原性二糖
与酸性弱氧化剂反应
与酸性强氧化剂反应
酶促氧化反应
完全氧化
还原
醛糖和酮糖都可被还原成相应的糖醇
甘露糖可被还原成甘露醇
异构
醛酮异构
差向异构
寡糖
食物寡糖主要是二糖，由两个单糖组成，分为
还原性二糖
麦芽糖，异麦芽糖，乳糖
非还原性二糖
蔗糖
麦芽糖和异麦芽糖
两个葡萄糖，分别以α-1，4糖苷键(麦芽糖）和α-1，6糖苷键(异麦芽糖）连接而成。
乳糖
由半乳糖和葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接而成
蔗糖
由葡萄糖和果糖通过α-1，2-β-糖苷键连接而成
细胞膜寡糖
血型抗原
多糖
多糖以糖复合物形式存在，即分子中含有非糖基团，如糖蛋白，蛋白多糖和糖脂。
同多糖
淀粉
直链淀粉
遇碘呈蓝色
支链淀粉
遇碘呈紫色
糖原
又称动物淀粉，是动物糖的储存形式
糖原中葡萄糖单位所含手性碳原子个数是5个。
糖原含有α-1，4-糖苷键和α-1，6-糖苷键
所含单糖都是α-D-葡萄糖
所有糖原分子都只有一个还原端
糖原和纤维素中只有C-1构型不同
纤维素
是植物多糖的主要储存方式
右旋糖酐
菊粉
果胶
杂多糖
脂质化学
脂质
脂肪（即甘油三酯，也称三酰甘油）
甘油
脂肪酸
脂肪酸结构特点
是脂质的基本组分。类似氨基酸是蛋白质的基本组分。
注意理解键线式
以亚油酸为例的结构特点
大多数为直链一元羧酸，两端分别为甲基端和羧基端。甲基端又称欧米伽端或n端。
大多数是偶数碳脂肪酸
分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸
不饱和脂肪酸含有碳碳双键。
脂肪酸分类
根据是否含有碳碳双键分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸
根据是否含有碳碳双键分为
饱和脂肪酸
硬脂酸
棕榈酸
不饱和脂肪酸
油酸
亚油酸
与碘化反应有关
不饱和程度越高，其碘值越高
故碘值为0的脂质一定不含油酸或亚油酸
不饱和脂肪酸又可根据所含碳碳双键数目分为
单不饱和脂肪酸
多不饱和脂肪酸
含有两个或两个以上碳碳双键
亚油酸和α-亚麻酸就是多不饱和脂肪酸
不饱和脂肪酸还可根据离欧米伽端最近碳碳双键的位置分为四类
w-7
w-9
w-6
亚油酸
w-3
α-亚麻酸
性质
是多不饱和脂肪酸
不能在哺乳动物体内合成，必需从食物中获取，是必需脂肪酸
用于合成类花生酸
如果饮食中长期缺乏植物油，可能导致必须脂肪酸缺乏。由必须脂肪酸合成的类花生酸及其类花生酸的衍生物也会缺乏，比如花生四烯酸的衍生物：前列腺素、血栓素、白三烯和脂氧素。
脂肪酸功能
类花生酸
是w-6类（亚油酸)花生三烯酸、花生四烯酸和w-3类花生五烯酸的衍生物。
其中花生四烯酸的衍生物包括前列腺素、血栓素、白三烯和脂氧素。
花生四烯酸有四个碳碳双键和一个碳氧双键
花生四烯酸含4个顺式双键
脂肪的化学性质
水解和皂化值
皂化1mol脂肪要消耗168gKOH
氢化、碘化和碘值
碘化反应
用于鉴定脂肪酸的不饱和程度。
不饱和程度越高，其碘值越高
不饱和脂肪酸：油酸和亚油酸
酸败和酸值
脂肪长期暴露于湿热的空气中，会发生氧化和水解，生成低级醛和羧酸等，这一现象称为酸败。
类脂
磷脂
甘油磷脂
磷脂酰胆碱
又称卵磷脂
是两性电解质
构成生物膜
是胆碱的主要储存形式
参与脂质消化、吸收和运输
甘油磷脂具有两亲性
极性头
非极性尾
两个脂酰基长链
鞘磷脂
糖脂
类固醇
是固醇及其衍生物
不含杂环结构
动物类固醇包括
胆固醇
胆固醇酯
在血浆中占70%
胆汁酸
游离胆汁酸
结合胆汁酸
水解产物中不含脂肪酸
类固醇激素
肾上腺皮质激素
盐皮质激素
醛固酮
糖皮质激素
皮质醇
皮质酮
性激素
孕激素
调节月经周期，使增生期子宫内膜增厚，并转化为分泌期内膜（使子宫内膜发生分泌期变化），有利于受精卵着床、保胎
排卵后升高基础体温
降低子宫肌兴奋性，防止子宫过早收缩引起早产
抑制母体对胎儿的排斥反应
雄激素
双氢睾酮活性最高
功能
刺激男性第二性征发育
维持正常性欲
维持生精作用
促进肌肉与骨骼生长
雌激素
促进女性第一、第二性征发育并维持其正常生理功能
与孕激素共同调节月经周期
促进阴道上皮细胞增生和角化
维生素D3原
脂溶性维生素
脂类激素
萜
蜡
蛋白质化学
蛋白质的分子组成
蛋白质的元素组成
各种蛋白质分子中，含量比较相近的特征性元素是氮，平均值是16%
蛋白质折算系数=6.25
凯氏定氮法
食物样品含氮量（g)乘6.25除以食物样品重量（g）再乘100%
蛋白质的结构单位
蛋白质的结构单位是氨基酸
氨基酸结构
氨基酸属于取代羧酸，羧基是官能团，氨基是取代基。
20种编码氨基酸都是α-氨基酸。
脯氨酸是α-亚氨基酸
19种氨基酸的α-碳原子是手性碳原子，因而它们是手性分子，是L-α-氨基酸。
甘氨酸，α-碳原子上连了2个氢原子，不是手性碳原子，不是手性分子，不具有旋光性。
半胱氨酸内含有硫基（-SH)
仅碱性氨基酸含有胍基
谷氨酸含两个羧基
亮氨酸和异亮氨酸分子量相同
R基含有羟基的是：酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸
氨基酸分类
编码氨基酸
用于合成氨基酸，共20种
根据R基极性和所带电荷分为
非极性疏水性氨基酸
甘氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、脯氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸
芳香族氨基酸
苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸
苯丙氨酸和色氨酸属于疏水性氨基酸
酪氨酸属于极性氨基酸
极性氨基酸
带正电荷氨基酸（碱性氨基酸）
赖氨酸
组氨酸
精氨酸（等电点最高10.76）
原理：碱性氨基酸在溶液中能吸来一个带正电的氢离子，因而氨基酸分子带正电
带负电荷氨基酸（酸性氨基酸）
谷氨酸（等电点次低3.22）
天冬氨酸(等电点最低2.77）
原理：酸性氨基酸在溶液中容易电离出（失去）一个带正电的氢离子，因而氨基酸分子带负电荷
非编码氨基酸
也叫其他氨基酸。有些是在蛋白质中由编码氨基酸转换生成的，如胶原中的4-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸
还有一些氨基酸不存在于蛋白质中，如鸟氨酸。这类氨基酸称为非蛋白质氨基酸。
氨基酸性质
紫外吸收特征
在280nm波长附近存在吸收峰的是色氨酸（最显著）和酪氨酸
茚三酮反应
可用于氨基酸定量分析
两性电离与等电点
氨基酸是两性电解质
在溶液中，失去氢离子，带负电，呈酸性
在溶液中，得到氢离子，带正电，呈碱性
中性氨基酸的等电点≈5~6，偏酸性
一个编码氨基酸分子所含可电离基团个数不超过3个
羧基、氨基和R基
蛋白质的辅基
蛋白质的辅基是指蛋白质所含的非氨基酸成分
蛋白质可根据组分分为
简单蛋白质
完全由氨基酸构成
eg:胰岛素
结合蛋白质
含有辅基
糖蛋白，辅基是寡糖和多糖，包括免疫球蛋白和人绒毛膜促性腺激素
血红素蛋白，辅基是血红素，包括血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶、过氧化物酶
肽键和肽
总论：氨基酸通过肽键连接成肽。肽可根据氨基酸残基多少分为寡肽和多肽，其中部分有特殊生理功能的肽类称为活性肽
肽键与肽平面
肽键
是由两个氨基酸的α-羧基和α-氨基缩合形成的酰胺键。
肽键结构中，六个原子构成一个肽单位（-Cα-CO-N-H-Cα-）
肽键具有一定双键性质，不能自由旋转
肽单位的六个原子共面，该平面称为肽平面。
N-Cα键和Cα-C键可自由旋转（单键），相邻肽单位围绕一个Cα旋转可改变蛋白质构象。
肽
肽是氨基酸的链状聚合物
二肽
由两个氨基酸残基构成的肽
寡肽
含有2~10个氨基酸残基的肽
多肽（多肽链）
含有超过10个氨基酸残基
主链原子排列顺序：-N-Cα-C-
氨基酸的R基很小称为侧链
N端：氨基端，起始段
C端：羧基端，终止端
蛋白质是大分子肽
活性肽
是具有特殊生理功能的肽类物质
促肾上腺皮质激素
还原型谷胱甘肽（GSH）
是酸性三肽
是一种两性电解质
具有还原性，是重要的抗氧化剂
只有一种离子形式
蛋白质的分子结构
一级结构属于蛋白质分子的共价结构，简称构造。二、三、四级结构属于空间结构，简称构象。
蛋白质的一级结构决定其空间结构，也就是蛋白质的排列顺序决定其空间构象。
空间结构直接决定其功能
蛋白质的一级结构
是指构成一个蛋白质分子的一条或多条肽链的全部氨基酸序列
稳定一级结构的主要化学键：肽键
胰岛素
由两条肽链组成
A链含21个氨基酸残基
B链含30个氨基酸残基
肽键数=氨基酸数-肽链数
胰岛素含51-2=49个肽键
6个半胱氨酸（Cys）的硫基形成3个二硫键
两个在链间，一个在链内
牛胰岛素是第一种被阐明一级结构的蛋白质，也是第一种人工合成的蛋白质
胰岛素中A链和B链交联是靠二硫键
蛋白质的二级结构
是指蛋白质局部肽段主链原子的空间布局，即主链构象，不包括侧链构象及肽段与肽段之间的空间布局。
稳定二级结构的主要化学键：氢键
氨基酸通过肽键连接成多肽链，多肽链可以通过氢键卷曲折叠成各种二级结构：
α螺旋
是右手螺旋结构
每个螺旋含3.6个氨基酸残基
螺距0.54nm
螺旋直径0.5nm
R基位于螺旋表面（外面）
第m个肽单位的氧与第m+3个肽单位的氢形成主链氢键。也就是，相间隔三个才形成一个氢键。
β折叠
是蛋白质局部肽段的主链构象呈锯齿状折叠
一个β折叠单位含有2个氨基酸残基
同向平行β折叠
单位为0.65nm
反向平行β折叠
β转角
含4个氨基酸残基
环
无规卷曲
蛋白质的三级结构
是指一个蛋白质分子或其一个亚基所含全部原子的空间布局，不包括它与其他分子或亚基之间的关系（整条肽链所含全部氨基酸残基的布局，即为三级结构）
所有蛋白质分子都有三级结构
稳定三级结构的主要化学键：疏水作用。还有其他的一些：氢键、离子键、范德华力等非共价键及二硫键等共价键。
特点：分子内部几乎都是疏水基团，亲水基团位于分子表面
非极性疏水氨基酸：甘氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、脯氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸（这些疏水基团，避开分子表面，埋在分子内部）
蛋白质有些肽段会优先折叠，在二级结构基础上形成基序、结构域等局部构象，再推动其他肽段折叠，形成三级结构
基序
又称模体（超二级结构）
包括螺旋-螺旋、折叠-螺旋-折叠、折叠-折叠、螺旋-转角-螺旋、亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋、锌指
结构域
是指三级结构中由一段肽链形成的一种结构紧密、独立、稳定、有特定功能的结构单位。
蛋白激酶Src
SH3结构域，易与脯氨酸结构域结合
肌红蛋白
功能：储存和运输氧
含血红素
二级结构包括8段α螺旋
蛋白质的四级结构
许多蛋白质由不止一条肽链构成，每一条肽链都有特定且独立的三级结构，称为该蛋白质的一个亚基，这类蛋白质称为多亚基蛋白。
每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基
蛋白质的四级结构是指多亚基蛋白所含全部亚基的数目、种类、空间布局及亚基之间的相互结合作用，但不包括亚基的三级结构。
也就是，由两条或两条以上各自独立具有三级结构的多肽链通过非共价键相互缔合形成四级结构。
稳定四级结构的主要作用力是疏水作用。还有范德华力、离子键和氢键等
不是所有蛋白质都有四级结构
单链没有四级结构
血红蛋白
是最早被阐明四级结构的蛋白质
有变构效应
由珠蛋白和血红素组成
和肌红蛋白一样也是体内的重要含铁蛋白质
肌红蛋白属于三级结构
功能：从肺向组织运输氧，从组织向肺运输二氧化碳和氢离子
稳定蛋白质结构的作用力
二硫键
是共价键
半胱氨酸含硫基
可以在肽链之间形成共价键
含有二硫键的蛋白质含有半胱氨酸
疏水作用
球蛋白分子内部主要聚集了疏水性氨基酸
氢键
是指羟基氢与氨基氢与另一个氧原子或氮原子形成的化学键
离子键
范德华力
其他共价键
蛋白质结构与功能的关系
蛋白质一级结构与功能的关系
蛋白质的一级结构是其空间结构的基础 Anfinsen实验
用硫基乙醇还原二硫键
用尿素破坏疏水作用
这样处理牛胰核糖核酸酶可以使其肽链完全伸展，催化活性完全丧失。是可逆反应
随机配对形成4个二硫键，8个半胱氨酸残基有105种配对方式
蛋白质的一级结构相似则其功能也以致
同源蛋白
蛋白质的编码基因源自同一祖先基因，一级结构和三级结构和功能显著相似
人和黑猩猩细胞色素c一级结构只相差一个氨基酸残基
同源蛋白质的一级结构蕴含生物进化信息
改变蛋白质的一级结构可直接影响其功能
由基因突变引起蛋白质结构或水平异常而导致的疾病称为分子病
镰状细胞贫血
患者的镰状血红蛋白β亚基6号氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸
镰状血红蛋白比正常血红蛋白少两个羧基
蛋白质空间结构与功能的关系
构象决定性质和功能
根据构象可分为
球状蛋白质
纤维蛋白质
指甲和毛发中的蛋白质几乎都是α角蛋白
根据生理功能
活性蛋白
结构蛋白
变构改变活性
变构蛋白在不改变序列的前提下，通过变构就可以改变活性
血红蛋白变构
血红蛋白由四个亚基构成，每个亚基都能通过血红素亚铁离子结合一个氧气。一分子血红蛋白最多可结合四个氧气。（一分子血红蛋白有四个亚铁离子）
未结合氧气的血红蛋白称为脱氧血红蛋白
结合氧气的血红蛋白称为氧合血红蛋白
血红蛋白氧合曲线
是表示血红蛋白氧饱和度与氧分压关系的曲线
血红蛋白携氧能力影响因素
二氧化碳分压升高、2，3-BPG水平升高、pH值降低、体温升高时，血红蛋白携氧能力下降，氧合曲线右移。
无氧酵解，使氧合曲线右移
少量一氧化碳使血红蛋白携氧能力增强，氧合曲线左移
变构蛋白与变构效应
如果蛋白质是研究对象，就把另一种分子称为配体。
特定分子与蛋白质分子特定部位的结合部位称为配体结合位点。
其中一个位点的配体与蛋白质结合引起蛋白质构象改变，进而影响到其他位点与各自配体的亲和力或结合速度，称为协同效应
导致亲和力增强、结合加快的称为正协同效应
反之则是负协同效应
由同一种配体产生的协同效应称为同促效应
不同配体产生的协同效应称为异促效应
与配体结合产生协同效应的蛋白质称为变构蛋白。该配体称为变构剂，结合位点称为变构位点。
变构调节剂结合或解离引起蛋白质变构，活性改变的现象称为变构效应
蛋白质的理化性质
蛋白质的一般性质
紫外吸收特征
蛋白质最大吸收的紫外波长是280nm
色氨酸和酪氨酸对280nm紫外线有强吸收（吸收峰）
显色反应
茚三酮反应
双缩脲反应
蛋白质可发生双缩脲反应
取决于肽键
三肽及以上的肽链（含蛋白质）都能发生双缩脲反应
N端反应
肽链N端的α-氨基可以与2，4-二硝基氟苯或丹磺酰氯发生亲核取代反应，或与异硫氰酸苯酯发生亲核加成反应
两性电离和等电点
溶液pH值为等电点时形成兼性离子
蛋白质的大分子特性
蛋白质溶液的胶体性质
蛋白质溶液的主要稳定因素是同性电荷和水化膜
球状蛋白质分子表面有较多亲水基团，可以与水结合，在蛋白质分子表面形成一层水化膜，使蛋白质分子难以聚集析出
在非等电点条件下，蛋白质分子表面净带同性电荷，相互排斥，难以聚集析出
如果这两种条件被破坏，蛋白质就会析出
也就是说，破坏水化膜并中和其电荷让其达到等电点就会导致蛋白质析出
沉降与沉降系数
沉降系数（s）
沉降系数单位
1S=10﹣¹³秒
蛋白质变性和复性
蛋白质变性
消除稳定蛋白质构象的作用力（破坏二、三、四级结构）
导致其天然构象部分完全破坏、理化性质改变、生物活性丧失
变性效应
导致位于蛋白质内部的疏水基团暴露，分子的对称性丧失、结晶能力丧失、扩散系数减小、溶解度降低、活性丧失、易被蛋白酶降解、溶液粘度增加、对280nm紫外吸收增强。
活性丧失意味着：酶失去催化活性、激素不能调节代谢、抗体不能与抗原反应
引起蛋白质变性的因素
高温（破坏非共价键）、紫外线、射线、超声波、离子强度异常、强酸或强碱（破坏离子键和氢键）、重金属盐、生物碱试剂（三氯醋酸、水杨酸、鞣酸）、有机溶剂（破坏疏水作用）、尿素、离液剂、表面活性剂
蛋白质变性可分为可逆变性和不可逆变性
可逆，也就是蛋白质复性
大多数蛋白质的变性不可逆，加热时甚至形成较坚固的凝块，称为蛋白质凝固。（如鸡蛋清煮熟后的凝块。
核酸化学
核酸的分子组成
核苷酸的组成
核酸是生物大分子、核苷酸聚合物。各种生物都含有两种核算
脱氧核糖核酸（DNA）
核糖核酸（RNA）
组成元素
碳、氢、氧、氮、磷
磷是特征元素
核酸的结构单位和水解产物是核苷酸，核苷酸可进一步水解为核苷和磷酸，核苷又可进一步水解为碱基和戊糖
碱基
脱氧核糖核苷酸（来源于DNA）
碱基：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）
核糖核苷酸（来源于RNA）
碱基：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C),尿嘧啶（U）
戊糖
DNA含有脱氧核糖
RNA含有核糖
磷酸
核酸是含磷酸最多的生物大分子
核苷酸的结构
糖苷键与核苷
戊糖和碱基通过糖苷键相连形成核苷
磷酸酯键与核苷酸
磷酸与核苷的戊糖以磷酸酯键连接形成核苷酸
酸酐键与高能化合物
核苷酸的功能
核酸合成原料（合成DNA或RNA)
直接为生命活动提供能量
合成代谢中间产物
构成辅助因子
代谢调节
化学修饰调节
变构调节
第二信使
神经递质
核酸的分子结构
核酸的一级结构
是指核酸分子的核苷酸序列
由于核酸分子中核苷酸的区别主要在碱基，因此核苷酸序列又称碱基序列
核酸是核苷酸的聚合物
长度不超过50nt的核酸称为寡核苷酸
更长的称为多核苷酸
核酸主链由磷酸与戊糖交替连接构成，具有亲水性（在外侧）;侧链即碱基，具有疏水性（在内侧）。
核酸链有方向性，即两个不同的末端
5’端
磷酸基
3’端
羟基
nt，即核苷酸，用作单链核酸长度单位
DNA的二级结构
Chargaff规则
DNA的组成有物种差异，没有组织差异。即不同物种DNA的组成不同，同一物种不同组织DNA的组成相同。
DNA的组成不随个体的年龄、营养和环境变化而变化
碱基的物质的量的关系
A=T
G=C
A+G=T+C
(A+G)/(T+C)=1
DNA典型的二级结构是右手双螺旋结构
两股DNA链反向互补形成双链结构
亲水的DNA主链位于外面，疏水的碱基侧链位于内部，遵循碱基互补配对原则
腺嘌呤（A）以两个氢键与胸腺嘧啶（T）结合
鸟嘌呤（G）以三个氢键与胞嘧啶(C)结合
在数量上，A=T,C=G
DNA双链进一步盘绕成右手双螺旋结构
双螺旋直径是2nm,螺距是3.4nm
每个螺旋含10bp
双螺旋表面有两道沟槽
大沟
小沟
其他二级结构
Z-DNA为左手双螺旋结构
DNA的三级结构
是指DNA在双螺旋的基础上进一步盘绕成高级结构
超螺旋结构
顺双螺旋方向进一步盘绕成正超螺旋
与双螺旋方向相反进一步盘绕成负超螺旋
两股DNA
正超螺旋为右手超螺旋、负超螺旋为左手超螺旋。
四股DNA
正超螺旋为左手超螺旋、负超螺旋为右手超螺旋
染色体结构
染色体的组成
主要成分：DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白
组蛋白有H1、H2A、H2B、H3、H4共五类。
核心组蛋白
H2A、H2B、H3、H4
连接DNA组蛋白
H1
染色体的结构
真核生物DNA在双螺旋的基础上与组蛋白等结合，经过多级压缩形成染色体结构
核小体
是染色体的基本组成单位，由组蛋白八聚体和核小体DNA构成
组蛋白八聚体
是核小体核心，含有组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两分子
30nm【染色质】纤维
300nm纤维
染色单体
DNA三级结构的生理功能
DNA分子在长度上高度压缩，有利于组装
超螺旋结构影响DNA复制和转录
RNA的种类和分子结构
功能
直接指导蛋白质合成
结构
构成RNA的四种核苷酸是腺苷酸（A）、鸟苷酸（G）、胞苷酸（C）、尿苷酸（U）
RNA含有较多的稀有碱基，具有各种特殊的生理功能
大多数RNA为线性单链结构
线性单链结构也形成右手螺旋结构
RNA分子中某些区段具有序列互补性，因此可自身回折形成茎环结构（发夹结构）
互补双链区的碱基配对
A-U
G-C
G-U
RNA种类繁多，分子量较小，含量变化大
分类
信使RNA
非编码RNA
管家RNA
非编码大RNA
非编码小RNA
调控RNA
非编码大RNA
非编码小RNA
几种RNA
信使RNA（ｍＲＮＡ）
在蛋白质合成过程中负责传递遗传信息、直接指导蛋白质合成
特点
含量低
占细胞总RNA的２％～５％
种类多
寿命短
不同ｍＲＮＡ指导不同蛋白质的合成，完成使命后即被降解
长度极不均一
转移RNA（ｔＲＮＡ）
在蛋白质合成过程中负责运输氨基酸、解读ｍＲＮＡ遗传密码
tRNA占细胞总RNA的10%~15%
一级结构
是一类单链小分子RNA，长73~93nt
由73~93个核苷酸构成
是含稀有碱基最多的RNA
5’端往往是鸟苷酸
3’端都是CCA序列
腺苷酸的3'-羟基是氨基酸结合位点
二级结构
呈三叶草型
四臂三环
氨基酸臂
3'-羟基的序列CCA为蛋白质结合位点
二氢尿嘧啶臂和二氢尿嘧啶环（DHU)
以二氢尿嘧啶为特征
反密码子臂和反密码子环
以含反密码子为特征
TΨC臂和TΨC环
以含胸腺嘧啶核糖核苷T-54假尿苷Ψ55-胞苷C56为特征
三级结构
呈L型
核糖体rRNA
与核糖体蛋白形成核糖体
原核生物和真核生物的核糖体由一个大亚基和一个小亚基构成，两个亚基都由rRNA和核糖体蛋白构成
大肠杆菌核糖体
大亚基
亚基沉降系数
50S
rRNA沉降系数（长度）
23S、5S
亚基蛋白种类
33
小亚基
亚基沉降系数
30S
rRNA沉降系数（长度）
16S
亚基蛋白种类
21
人核糖体
大亚基
亚基沉降系数
60S
rRNA沉降系数（长度）
5S、5.8S、28S
亚基蛋白种类
47
小亚基
亚基沉降系数
40S
rRNA沉降系数
18S
亚基蛋白种类
33
特点
含量最高
８０％～８５％
寿命长
种类少
原核生物
5S、16S、23S三种rRNA
真核生物
5S、5.8S、18S、28S四种rRNA
结构复杂
核酶
可催化RNA自我剪接
许多核酶的底物也是RNA
核小RNA
snRNA
核小RNA（snRNA)与蛋白质构成核小核糖核蛋白
参与mRNA前体加工
胞质小RNA
核酸的理化性质
紫外吸收特征
在260nm存在吸收峰
变性、复性与杂交
核酸变性
一定条件下（如加热），断开双链核酸碱基对氢键，称为核酸的熔解或变性
变性会导致黏度降低、沉降速度加快、紫外吸收增强（增色效应）
引起核酸变性的因素包括高温和化学试剂（酸、碱、乙醇、尿素、甲酰胺）
解链温度（熔点、变性温度）
此时有50%双链DNA解链
DNA的GC含量越高，其解链温度越高
因为G-C碱基对含三个氢键，解开它需要更多能量
核酸复性
复性导致DNA的紫外吸收减弱（减色效应）
通过检测DNA A260 的变化可分析变性或复性程度
核酸杂交
酶
总论
新陈代谢：是生物体为维持生长和繁殖而进行的化学反应，是生命的基本特征。包括物质代谢和能量代谢。
酶
是由活细胞合成的有机生物催化剂，绝大多数是蛋白质
酶促反应
由酶催化的反应
底物
酶促反应的反应物
酶的分子结构
酶的活性中心
酶分子结构上的一个特定部位，该部位可以选择性的结合底物并催化其发生专一反应生成特定产物
一些基团与酶活性密切相关，称为酶的必需基团
必需基团的功能
参与维持酶活性构象或参与酶活性调节
直接参与催化反应
这类必需基团集中在酶分子的特定部位，该部位称为酶的活性中心
位于酶活性中心上的必需基团分为两类
结合基团
识别与结合底物，形成酶-底物复合物
催化基团
降低反应物的活化能
酶的辅助因子
某些酶发生反应时所需的有机分子或离子（通常是金属离子），与无活性的酶蛋白（牢固或松散）结合成有活性的全酶。绝大多数辅助因子直接参与催化反应，起传递电子、原子或基团的作用。
辅助因子分两类
小分子有机化合物
多数是维生素（特别是B族维生素）及其活性形式
无机离子
主要是金属离子
细胞色素c氧化酶
辅助因子还可分为
辅酶
与酶蛋白松散结合甚至在发生反应时才结合，可以用透析或者超滤法去除
在反应中发挥载体作用
辅酶Q（CoQ)不含维生素
辅基
与酶蛋白牢固甚至共价结合，不能用透析或超滤法去除，反应时不离开活性中心
单纯酶和结合酶
单纯酶
催化反应不需要辅助因子参与
包括
蛋白酶
淀粉酶
脂肪酶
核糖核酸酶
结合酶
酶蛋白和辅助因子相结合
一种辅助因子可以与不同酶蛋白结合，组成具有不同专一性的结合酶
一种酶蛋白可以对应多种辅助因子，形成同一个酶
具有不同结构特征的几类酶
单体酶
仅具有三级结构
只有一个活性中心
寡聚酶
由多个亚基构成，有多个活性中心，这些活性中心位于不同亚基上，催化相同的化学反应。
多酶复合体
由几种功能相关的酶构成，有两种或两种以上的活性中心，各活性中心催化的反应构成连锁反应
eg：丙酮酸脱氢酶复合体
所有多酶复合体都有四级结构
多功能酶
由一条肽链构成，但有多个活性中心，这些活性中心催化不同的反应
多酶体系
一组连续的酶促反应形成一条代谢途径。催化一条代谢途径全部反应的所有酶称为多酶体系
是一组酶，是一组蛋白质
同工酶
催化同种反应，但由不同基因编码的一组酶。其组成、结构、理化性质、酶动力学、免疫学性质、活性调节、辅助因子都有不同
不同组织有不同的同工酶谱
乳酸脱氢酶（LDH）
有五种同工酶，均为四聚体
由H亚基和M亚基组成
心肌细胞内富含LDH1
只含H亚基
肝细胞内富含LDH5
只含M亚基
心肌梗死的指标
LDH1和CK2
酶促反应的特点和机制
酶促反应特点
酶具有一般催化剂的共性
只催化热力学允许的反应
可以提高反应速度，但不改变可逆反应的平衡
在催化反应前后没有质和量的变化，并且极少量就可以有效地催化反应
酶自己的特点
高效性
专一性
也叫酶的特异性。和一般催化剂相比，酶对所催化反应的底物和反应类型具有更高的选择性。
结构专一性
绝对专一性
这类酶只催化一种底物发生一种化学反应
eg:尿素酶（脲酶）只催化尿素水解。
相对专一性
这类酶可催化一类底物或一类化学键发生一种化学反应
对反应有专一性，对底物没专一性
立体（异构)专一性
几何异构专一性
光学异构专一性
反应条件温和
常温常压
遇高温、强酸、强碱、重金属盐会变性失活
酶促反应机制
酶促反应高效性的机制
酶提高反应速度的机制正是降低反应的活化能
活化能：化学反应体系中，过渡态自由能与基态自由能之差。
酶-底物复合物学说
酶通过形成酶-底物复合物降低活化能提高反应速度，是邻近效应、表面效应、酸碱催化、张力催化、共价催化、金属离子催化等综合作用的结果。
共价催化：是指酶与底物发生分步反应，在第一步反应中酶作为反应物，通过活性中心中的催化基团（巯基、羟基、氨基、咪挫基、羧基等亲核基团）与底物共价结合，形成酶-底物复合物，然后转化为酶-产物复合物，最后一步酶与产物断开共价结合而再生。
酶促反应专一性的机制
锁钥学说
诱导契合学说
是目前公认的酶与底物结合的学说
三点附着学说
酶动力学
酶浓度对酶促反应速度的影响
在酶促反应中，如果底物浓度远高于酶浓度，从而使酶全部形成酶-底物复合物，则酶促反应速度V0与酶浓度[S]成正比。
底物浓度对酶促反应速度的影响
在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈矩形双曲线关系。
单底物反应的米氏动力学
米氏方程
反映酶促反应初速度V0与底物浓度[S]关系的数学方程式
符合米氏方程的酶动力学称为米氏动力学
Vmax是最大反应速度
Km称为米氏常数，单位是mol/L或mmol/L
当底物浓度极低，反应速度与底物浓度成正比。
当底物浓度极高，即反应速度接近最大反应速度，此时即使增加底物浓度，反应速度也已不再加快。
Km和Vmax的意义
Km是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度
Km是酶的特征常数
Km只与酶的结构、底物的种类和反应体系的条件有关，与酶浓度、底物浓度无关
对于同一底物，不同的同工酶有不同的Km，因此对于来自不同组织或同一组织不同发育期的催化同一反应的酶，通过比较Km可以判断它们是同工酶还是同一种酶。
Km与pH、温度、离子强度、激活剂和抑制剂等反应条件有关。
Km反映酶与底物的亲和力
Km越大，亲和力越小
Km越小，亲和力越大，表示不需要很高的底物浓度就可以使酶达到饱和
Km和Vmax的测定
林-贝氏方程
将米氏方程两边取倒数
1/V0与1/[S]呈线性关系
双倒数作图法
纵轴和横轴上的截距分别为1/Vmax和-1/Km,可以得到Km和Vmax
温度对酶促反应速度的影响
当反应温度过低时，升高温度会增加活化分子数，使酶促反应速度加快
当反应温度过高时，继续升高温度会改变酶活性构象，进而导致酶蛋白变性失活，使酶促反应速度减慢
酶促反应最快时的反应温度称为该酶的最适温度。
pH对酶促反应速度的影响
pH影响酶与底物的结合
影响酶和底物的电离状态
影响酶和底物的构象
过酸或过碱导致酶蛋白变性失活
在某一pH值下酶促反应速度最快，该pH值称为酶的最适pH
酶的最适pH不仅取决于酶的电离状态，同时也取决于底物的电离状态。
动物体内多数酶的最适pH在5~9范围内
抑制剂对酶促反应速度的影响
能与酶蛋白特定部位结合，使酶促反应速度减慢而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。
不可逆抑制剂
不可逆抑制剂通过与酶的必需基团共价结合或非共价结合且在生理条件下解离极慢，使酶部分或完全失活，从而使酶促反应速度减慢或停止，而且用透析等物理方法不能将其去除。
巯基酶抑制剂
砷化合物和重金属银离子、汞离子、铅离子等是巯基酶抑制剂，其作用是破坏巯基，使酶失活
丝氨酸酶抑制剂
丝氨酸酶是以丝氨酸羟基为必需基团的一类酶，如乙酰胆碱酯酶、肽聚糖转肽酶。
有机磷中毒时，乙酰胆碱酯酶受到抑制。造成乙酰胆碱在接头间隙内积累，出现胆碱能神经兴奋性增强的症状（肌肉震颤、额疼、眼疼、胸闷、恶心呕吐、腹痛腹泻、大小便失禁、大汗、流泪流涎、气道分泌物增多、心率减慢、瞳孔缩小）。有机磷化合物是丝氨酸酶抑制剂，其作用机制是酯化丝氨酸酶如乙酰胆碱酯酶的丝氨酸羟基，使酶失活。
有机磷中毒诊断
中度中毒：乙酰胆碱酯酶活性下降到30%~50%
临床上常用乙酰胆碱酯酶复活剂（碘解磷定），配合乙酰胆碱受体拮抗剂（阿托品，抗乙酰胆碱能药物）治疗有机磷中毒。
引起葡萄球菌感染的病原体是金黄色葡萄球菌，其细胞壁的重要成分是肽聚糖，控制肽聚糖合成的关键酶是肽聚糖转肽酶，该酶是一种丝氨酸酶，其必需基团羟基与青霉素共价结合而被不可逆抑制
可逆抑制剂
可逆抑制剂通过与酶或酶-底物复合物非共价结合抑制酶促反应，可采用透析等物理方法将其去除，从而解除抑制。可逆抑制剂可分为竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂，其抑制效应均符合米氏动力学。
竞争性抑制剂
特点
多数竞争性抑制剂是底物类似物，能竞争性与酶的活性中心结合，抑制底物与活性中心的结合，从而抑制酶促反应
表观Km增大，表观Vmax不变（不影响最大反应速度）
因为竞争性抑制剂不改变酶活性，只是阻碍底物进入活性中心，所以增加底物浓度理论上可以削弱甚至消除竞争性抑制剂的抑制作用。（抑制程度取决于底物和抑制剂浓度比）
意义
丙二酸对琥珀酸脱氢酶属于竞争性抑制
磺胺类抗菌药和磺胺增效剂分别抑制二氢蝶酸合酶、二氢叶酸还原酶，从而抑制细菌生长繁殖。
磺胺类抗菌药是对氨基苯甲酸类似物，能竞争性结合二氢蝶酸合酶，从而抑制二氢叶酸的合成。
反竞争性抑制剂
特点
表观Km和表观Vmax都减小
抑制剂结合部位位于活性中心外
抑制剂只与酶-底物复合物结合，因而不抑制酶与底物结合
非竞争性抑制剂
特点
表观Km不变，表观Vmax减小
可单独与酶结合
抑制剂结合于酶的活性中心外
抑制剂的结合不影响底物与活性中心的结合
意义
激活剂对酶促反应速度的影响
激活剂是指通过与酶或底物非共价结合使酶促反应速度加快的物质。
氯离子是唾液α淀粉酶的激活剂
酶活力单位与酶活性测定
酶活力单位
1个酶活力单位是指在25℃、最适条件下，每分钟催化1μmol底物反应所需的酶量
比活力
1mg、1g总蛋白或1ml酶制剂所具有的酶活力单位来表示
酶活性测定的基本原则
在0~40℃范围内，反应速度随温度升高而加快
酶的调节
总论
关键酶（限速酶，调节酶）
不但催化特定反应，还负有控制代谢速度的使命，因而其活性受到调节
关键步骤（限速步骤，关键反应，限速反应）
是代谢途径中反应速度最慢的反应步骤，几乎都由关键酶催化
酶的结构调节
酶的结构调节是指改变现有分子的结构，从而改变其催化活性，因显效快，又称快速调节，调节方式包括变构调节、化学修饰调节、酶原激活。
变构调节
是指酶活性中心的特定部位结合或释放特定分子，引起酶构象改变，活性也随之改变。
能通过变构调节改变活性的酶称为变构酶
变构酶活性中心外与特定分子结合的部位称为变构位点（调节位点）
能对变构酶进行变构调节的特定分子称为变构调节剂（变构效应物，变构效应剂）
反馈抑制
代谢途中关键酶所催化反应或其下游反应的产物对关键酶活性的抑制
反馈抑制使最终产物生成量与代谢需要量一致，既避免最终产物累积对细胞造成损害，又避免能量和代谢物浪费。
化学修饰调节
又称共价修饰调节，是指酶活性中心外的化学修饰位点通过酶促反应结合或脱去特定修饰基团，引起酶构象的改变，活性也随之改变。
化学修饰调节包括磷酸化与去磷酸化、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化与脱腺苷化、-SH与-S-S-互变等。
磷酸化
是指酶调节位点特定基团（酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基R基的羟基）与ATP提供的磷酸基团以磷酸酯键结合。反应由蛋白激酶催化。
蛋白激酶
可催化蛋白质特定基团磷酸化，常参与关键酶或其他蛋白质的化学修饰。
去磷酸化
反应由蛋白磷酸酶催化
蛋白磷酸酶
可催化蛋白质特定基团去磷酸化，常参与关键酶或其他蛋白质的化学修饰。
酶原激活
无活性前体-酶原，必须水解一个或几个特定肽键，或水解掉一个或几个特定氨基酸残基或肽段（激活肽），从而改变酶的构象，形成或暴露出酶的活性中心，表现出酶活性。酶原向酶转化的过程称为酶原激活。
胰蛋白酶、糜蛋白酶、羧肽酶、胃蛋白酶都是由酶原合成分泌的，这样可以避免在分泌和运输过程中消化组织蛋白。
胰蛋白酶原既可以被肠激酶激活成胰蛋白酶，又可以被胰蛋白酶激活，所以其激活过程存在正反馈。
凝血因子ll→lla属于酶原激活
酶的水平调节
是指通过调节酶蛋白的合成和降解速度改变酶蛋白水平，从而改变其总活性，因显效慢，又称缓慢调节。
酶蛋白合成调节
组成酶
诱导酶
诱导物能使酶蛋白合成增加
阻遏酶
胆固醇能抑制胆固醇合成途径关键酶羟甲基戊二酰辅酶A还原酶的合成，使胆固醇合成减少。
酶蛋白降解调节
酶的命名和分类
酶与医学的关系
酶与疾病发生的关系
生物体内的化学反应几乎全是由酶催化进行的，所以先天性或遗传性酶异常或酶的活性受到抑制都会导致疾病，反之疾病也会导致酶异常。
白化病
蚕豆病
苯丙酮尿症
半胱氨酸血症
酶在疾病诊断中的应用
酶作为诊断指标
酸性磷酸酶是前列腺癌的标志物
酶诊断所用标本多为血清，故其检测的酶被称为血清酶
血清酶活性升高的主要原因是细胞受损使细胞酶释放入血
血浆功能酶
外分泌酶
急性胰腺炎时血淀粉酶水平明显升高
血淀粉酶变化特点：发病后6~12h开始升高，48小时开始下降，持续3~5天
淀粉酶水平越高，诊断准确率也越高
淀粉酶水平高低不与病变程度成正比。晚期重症坏死性胰腺炎由于胰腺腺泡细胞大量坏死，无淀粉酶分泌，血淀粉酶水平可能正常，甚至下降。故后期诊断尿淀粉酶比诊断血淀粉酶更有意义。
细胞酶
酶作为诊断工具
NADH和NADPH在波长340nm处有吸收峰，而NAD+和NADP+无该吸收峰。
用苹果酸脱氢酶作为指示酶分析谷草转氨酶
酶在疾病治疗中的应用
用富含消化酶（包括淀粉酶和蛋白酶）的麦曲治疗肠胃病
酶制剂
消化
止血
抗血栓
周围血管扩张
抗肿瘤
溶酶体贮积症
维生素和微量元素
总论
维生素是人体必需的一类营养素，维持人体正常生理功能所必需的一类微量小分子有机化合物（本质），分为水溶性维生素和脂溶性维生素两类
维生素缺乏病
引起维生素缺乏的原因有摄入量不足、吸收障碍、丢失过多、机体需要量增加、胃肠道手术并发症、服用某些药物、慢性肝肾疾病和特异性缺陷等
水溶性维生素
总论
水溶性维生素包括维生素C和B族维生素（硫胺素、核黄素、烟酰胺、吡哆醛、泛酸、生物素、叶酸、钴胺素。
肠道细菌可以合成B族维生素，供人体吸收利用
维生素C
包括抗坏血酸、脱氢抗坏血酸
抗坏血酸
是维生素C的主要存在形式
在胶原的翻译后修饰过程中参与脯氨酸和赖氨酸的羟化，促进成熟胶原（前胶原分子、胶原纤维）的合成。
抗坏血酸缺乏会引起胶原翻译后修饰发生障碍，难以形成前胶原分子，引起创伤愈合不良或坏血病。
可把高铁血红蛋白还原成血红蛋白，恢复其携氧能力
作为氧自由基清除剂保护脂蛋白、不饱和脂肪酸、维生素A、维生素E免遭氧化
维生素C缺乏病（坏血病）
维生素C缺乏引起的营养缺乏病
表现为毛细血管脆性增加，导致皮下组织、关节腔等处出血
维生素B1（硫胺素）
维生素B1的主要活性形式是焦磷酸硫胺素（TPP）
焦磷酸硫胺素是α-酮酸脱氢酶的复合体和转酮酶的辅助因子
维生素B1缺乏病（脚气病）
维生素B1缺乏引起的以神经系统、心血管系统及消化系统功能异常为主的全身性疾病
分为干性脚气病、湿性脚气病、婴儿脚气病
病因
一方面导致神经组织功能不足且血液丙酮酸和α-酮戊二酸积累
另一方面导致神经髓鞘磷酸戊糖途径障碍
维生素B2（核黄素）
维生素B2的活性形式统称黄素辅酶
黄素单核苷酸（FMN）
黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
黄素辅酶是被称为黄素蛋白的多种需氧脱氢酶和不需氧脱氢酶的辅基
FAD可兼做需氧脱氢酶和不需氧脱氢酶的辅助因子
黄素辅酶在生物代谢的氧化还原反应中发挥递氢作用
维生素PP
包括烟酸和烟酰胺
维生素PP的辅助因子统称烟酰胺核苷酸
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）
氧化型（NAD+）
还原型（NADH）
是不需氧脱氢酶的辅助因子
发挥递氢作用
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）
氧化型（NADP+）
还原型（NADPH）
发挥递氢作用
烟酸缺乏病（糙皮病、癞皮病）
是烟酸缺乏引起的全身性疾病
异烟肼治疗结核病
异烟肼结构与维生素PP类似，所以两者有拮抗作用，长期服用导致维生素PP缺乏
泛酸
泛酸的活性形式是辅酶A（CoA、CoASH、HSCoA）和酰基载体蛋白（ACP）
辅酶A参与酰基转移
维生素B6（抗皮炎维生素）
维生素B6的活性形式是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺
磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶和氨基酸脱羧酶的辅基
磷酸吡哆醛是5-氨基乙酰丙酸合成酶的辅基
参与血红素合成
生物素
生物素是依赖ATP的羧化酶（丙酮酸羧化酶等）的辅基，作为羧基载体参与羧化反应，在糖、脂肪、蛋白质代谢中起重要作用。
叶酸
[5,6,7,8-]四氢叶酸（FH4）是叶酸的活性形式
参与一碳代谢
叶酸缺乏发生巨幼细胞性贫血
维生素B12（钴胺素，抗恶性贫血维生素）
维生素B12是唯一含有金属元素的维生素
胃壁细胞合成分泌内因子介导维生素B12被吸收
维生素B12缺乏会引发恶性贫血
维生素B12缺乏会影响四氢叶酸再生，从而影响红细胞成熟，导致恶性贫血和巨幼细胞性贫血
因此服用叶酸治疗巨幼细胞性贫血时，需同时服用维生素B12
影响维生素B12缺乏的因素
胃大部切除或胃壁细胞损伤导致内因子缺乏
回肠切除
脂溶性维生素
维生素A（抗干眼病维生素）
包括维生素A1（视黄醇、视黄醛、视黄酸)和维生素A2
来源
在肝脏中含量最高
最早发现于鱼肝中，只存在于动物性食物中
海水鱼肝含维生素A1
淡水鱼肝含维生素A2
植物中含类胡萝卜素，特别是β胡萝卜素
类胡萝卜素又称维生素A原
维生素A参与构成视网膜感光细胞光感受器
维生素D（抗佝偻病维生素）
包括维生素D3（胆钙化醇、胆骨化醇）和维生素D2（钙化醇、骨化醇）
（鱼）肝、蛋黄等动物性食物富含维生素D3
机体自身合成是维生素D3的主要来源
皮下
7-脱氢胆固醇（维生素D3原）在紫外线照射下转化为维生素D3
肝脏
维生素D3在肝脏转化为25-羟维生素D3（25-OH-D３）
肾脏
维生素D３在肾脏１－羟化（１，２５－OH-D３），即骨化三醇（钙三醇）
骨化三醇是维生素D３的主要活性形式
骨化三醇起激素作用，调节钙磷代谢和细胞分化，促进小肠吸收钙
维生素D缺乏病
维生素D缺乏导致钙、磷代谢障碍引起的全身性骨病
儿童患佝偻病
成人会骨软化
维生素E（生育酚）
维生素E是脂溶性抗氧化剂
维生素K（凝血维生素）
肠道菌群可合成
维生素K参与凝血因子的合成
促进肝脏合成凝血因子II、VII、IX、X
维生素K缺乏会引起全身性的出血性疾病
微量元素
铁
储存铁主要储存于肝
来源
非血红素铁
来自植物性食物
主要是三价铁离子
先被维生素C还原成二价铁离子再被十二指肠吸收
血红素铁
来自动物性食物（蛋黄、肝、肉类含铁较多，奶类含铁较少）
铁主要由十二指肠吸收，主要吸收形式为二价铁离子
亚铁离子吸收后转化为三价铁离子，与铁蛋白结合
血浆三价铁离子与转铁蛋白结合运输
铁的吸收受食物成分影响
胃酸缺乏、胃切除引起亚铁离子吸收减少
鞣酸（茶）也抑制铁吸收
钙也抑制铁吸收
缺铁可影响血红素生成，导致缺铁性贫血
缺铁性贫血可通过补铁治疗
测定指标：血清铁蛋白降低
铁中毒可用去铁胺解毒
锌
铜
铜蓝蛋白具有氧化酶活性
碘
甲状腺激素是影响神经系统发育最重要的激素
碘缺乏病
地方性甲状腺肿
胎儿、幼儿缺碘发生呆小症
我国食品含碘标准是20~30mg/kg
硒
钴
钼
猛
铬
氟
生物氧化
概述
生物氧化是指宏量营养素（产能营养素）糖、脂肪、蛋白质在体内氧化分解，生成二氧化碳和水，释放能量推动合成高能化合物ATP，满足生命活动需求的过程。
生物氧化的特点
生物氧化的二氧化碳是由产能营养素中碳原子氧化成羧基后发生脱羧反应生成的，并非如体外氧化时碳原子直接与氧反应生成。
脱羧反应可根据是否伴有氧化反应分为氧化脱羧和单纯脱羧。
生物氧化过程可分为三个阶段
产能营养素降解为乙酰辅酶A（乙酰CoA)
糖、脂肪、蛋白质的水解产物葡糖糖、脂肪酸、氨基酸通过各自的代谢途径氧化成乙酰辅酶A。
还原当量
产能营养素释放、由电子载体传递的氢原子和电子的统称。
如果还原当量最终传递给氧，只有电子是通过电子载体直接传递给氧的。
乙酰辅酶A是葡萄糖、脂肪酸、氨基酸代谢的汇合点
三羧酸循环
氧化磷酸化
葡萄糖、脂肪酸和氨基酸在第二、三阶段的反应均相同（三羧酸循环、氧化磷酸化），只有在第一阶段通过不同的代谢途径氧化成乙酰辅酶A。
代谢物氧化方式
脱氢
加氧
失电子
呼吸链
呼吸链是指由一组氧化还原酶类和电子载体按照电子传递顺序形成的代谢途径，其作用是接收产能营养素氧化释放的还原当量，并将其电子传递给氧并生成水。
呼吸链位于真核生物线粒体内膜或原核生物细胞膜上
呼吸电子载体
人呼吸链复合物
复合物Ⅰ
NADH脱氢酶
复合物Ⅱ
琥珀酸脱氢酶
复合物Ⅲ
细胞色素c还原酶
复合物Ⅳ
细胞色素c氧化酶
呼吸链复合物成分
黄素蛋白
复合物Ⅰ所含的黄素蛋白以黄素单核苷酸（FMN）为辅基，参与NADH脱氢
复合物Ⅱ所含的黄素蛋白以黄素腺嘌呤二核苷酸为辅基，参与琥珀酸脱氢
辅酶Q（CoQ)
也称泛醌
脂溶性醌类化合物
泛醌可被一个电子和一个氢离子还原成半醌；半醌可被一个电子和一个氢离子还原成泛醇
能接受一组以上还原型辅助因子的电子
复合物Ⅲ的电子供体是泛醇，电子受体是细胞色素
铁硫蛋白
是一类结合蛋白质，以铁硫中心为辅基
铁硫中心由非血红素铁和无机硫组成，包括[2Fe-2S]、[3Fe-4S]、[4Fe-4S]
每次只传递1个电子
可以和辅酶Q形成复合物
其铁的氧化还原反应是可逆的
细胞色素
是一类含有血红素辅基的蛋白质
细胞色素aa3
即复合物Ⅳ（细胞色素c氧化酶）
直接传递电子给O2
辅基为血红素a、血红素a3
细胞色素b
是还原性最强的细胞色素
细胞色素c1
向细胞色素传递电子
细胞色素c（Cytc)
是一种线粒体内膜周边蛋白
从复合体Ⅲ向复合体Ⅳ传递电子
不与其他成分组成复合物
除含有血红素辅基外，尚含有铜离子，参与电子传递
Cu/Cu+
呼吸链复合物电子传递
复合物Ⅱ不是质子泵，不泵出氢离子。
呼吸链复合物电子传递顺序
NADH氧化呼吸链：
NADH
复合物Ⅰ（FMN）
辅酶Q（CoQ)
复合物Ⅲ(细胞色素c还原酶）
Cyt c
复合物Ⅳ(细胞色素aa3)
O2
琥珀酸氧化呼吸链：
琥珀酸
复合物Ⅱ（FAD）
辅酶Q（CoQ)
复合物Ⅲ（细胞色素c还原酶）
Cyt c
复合物Ⅳ(细胞色素aa3)
O2
生物氧化与能量代谢
高能化合物种类
ATP合成
底物磷酸化
氧化磷酸化
是指由产能营养素氧化分解释放能量推动ADP与磷酸缩合成ATP：ADP+Pi+能量→ATP+H2O
氧化磷酸化机制
氧化磷酸化是三种代谢的偶联：产能营养素电子通过呼吸链传递给氧；电子传递过程释放自由能偶联氢离子泵出，即化学能转化为质子动力；氢离子通过特殊蛋白通道回流，偶联ADP磷酸化。
化学渗透学说
ATP合成机制
腺苷酸-磷酸转运
磷/氧比
细胞呼吸调节及其影响因素
肌肉运动对能量代谢影响最大（肌肉收缩时直接供能物质是ATP）
内源因素
ADP
甲状腺激素
解偶联蛋白
外源因素
呼吸链抑制剂
解偶联剂
ATP合成酶抑制剂
腺苷酸转运蛋白抑制剂
ATP利用
骨骼肌中ATP最高储存形式是磷酸肌酸。
细胞质NADH氧化
苹果酸-天冬氨酸穿梭
3-磷酸甘油穿梭
其他氧化体系与抗氧化体系
糖代谢
脂质代谢
氨基酸代谢
核苷酸代谢
代谢调节
血液生化
肝胆生化
水盐代谢和酸碱平衡
DNA的生物合成
RNA的生物合成
蛋白质的生物合成
基因表达控制
生物化学与分子生物学常用技术
原理：聚电解质是一类分子链上带有可电离基团的高聚物，广泛存在于生物体和自然界中，如蛋白质、DNA等。根据所带电荷不同，聚电解质分为阳离子聚电解质、阴离子聚电解质和两性聚电解质。
仅碱性氨基酸含有的基团是胍基（CN3H4)
并非所有磷脂都含有氮
碳碳双键分为顺式和反式
顺式：双键碳结合的氢位于双键同侧；反式位于异侧。
在寡糖和多糖中，含游离半缩醛羟基端称为还原端，另一端则称为非还原端。
构象：是分子的一种空间结构特征，它反映分子中原子或基团的空间布局，这种布局由共价键的键长和键角决定，可因单键旋转而改变。
比如吡喃葡萄糖的椅式构象和船式构象
D-构型，是羟基在右边；L-构型，是羟基在左边（left)