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第一篇 生物分子结构与功能
人卫版《生物化学与分子生物学》第九版，第一篇 生物分子结构与功能，本篇讨论生命内重要生物大分子的结构和功能，包括蛋白质、核酸、酶和聚糖
编辑于2022-12-13 17:04:35 浙江省- 第九版
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第一篇 生物分子结构与功能
第一章 蛋白质的结构与功能
第一节 蛋白质的分子组成
一、组成人体蛋白质的20种L-α-氨基酸
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16% 每克样本含氮克数x6.25x100=100g样品中蛋白质含量（g%）
蛋白质是由许多氨基酸通过肽键链接起来的大分子含氮化合物
组成人体蛋白质的20种L-α-氨基酸除甘氨酸均属于L-α-氨基酸
二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类
根据氨基酸的结构和理化性质分类
1.非极性脂肪族氨基酸
甘氨酸Gly
丙氨酸Ala
缬氨酸Val
亮氨酸Leu
异亮氨酸Ile
脯氨酸Pro
2.极性中性氨基酸
丝氨酸Ser
半胱氨酸Cys
甲硫氨酸Met
天冬氨酸Asn
谷氨酰胺Gln
苏氨酸Thr
3.芳香族氨基酸
苯丙氨酸Phe
络氨酸Tyr
色氨酸Trp
4.酸性氨基酸
天冬氨酸Asp
谷氨酸Glu
5.碱性氨基酸
精氨酸Arg
赖氨酸Lys
组氨酸His
三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质
（一）氨基酸具有两性解离的性质
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称为该氨基酸的等电点（isoelectric point，pI）
氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数pK1和pK2决定的，pI=1/2（pK1+pK2）
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质
蛋白质的最大吸收峰在280nm
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
茚三酮水合物在弱碱性溶液中与氨基酸共加热时，氨基酸被氧化脱氨，脱羧，而茚三酮水合物被还原，其还原物可与氨基酸加热分解产生的氨结合，再与另一分子茚三酮缩合成为蓝紫色的化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波长处
四、氨基酸通过肽键连接而形成蛋白质或活性肽
（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽
肽键：由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸α-氨基脱水缩合形成的化学键
多肽链有两端，其游离α-氨基的一端称为氨基末端或N-端，游离α-羧基的一端称为羧基端或C-端
肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基因不全，被称为氨基酸残基
（二）体内存在多种重要的生物活性肽
1、谷胱甘肽
是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成
GHS的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子
2、多肽类激素及神经肽
第二节 蛋白质的分子结构
一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构
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，主要的化学键是肽键，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、多肽链的局部主链构象为蛋白质的二级结构
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，主要化学键是氢键。
（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上
参与肽键的6个原子Cα1、C、O、N、H、Cα2位于同一平面，Cα1和Cα2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元
（二）α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构
α-螺旋：多肽链的主链围中心轴作有规律的螺旋式上升
1、以肽键平面为单位，右手螺旋。
2、每螺旋包含3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm
3、氢键保持螺旋结构的稳定，氢键的方向与螺旋长轴基本平行
4、氨基酸侧链伸向螺旋外侧，并影响α-螺旋的形成和稳定。
（三）β-折叠使多肽链形成片层结构
β-折叠：肽键肽链平面通过Cα折叠，形成一种伸展的折纸状结构
1、肽单元以Cα旋转点折叠呈锯齿状，多肽链较伸展，氨基酸残基交替出现于锯齿状结构的上下方
2、两条以上肽链或一条肽链内的若干太短，链条肽链走向可相同也可相反。
3、氢键稳固β-折叠结构
（四）β-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在
β-转角：常发生于肽键进行180°回折时的转角上
1、4个氨基酸残基组成
2、氢键维系稳定
3、第二个残基常为脯氨基酸
无规卷曲：用来阐述没有确定规律性的肽链结构
（五）二级结构可组成蛋白质分子中的模体
在许多蛋白质分子中，可由2个或2个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，称为超二级结构。形式有三种：αα，βαβ，ββ
模体是蛋白质分子中具有特定空间构象和特定功能的结构成分，其中一类就是具有特殊功能的超二级结构
（六）氨基酸残基的侧链影响二级结构的形成
三、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成三级结构
（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置
蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链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、氢键和范德华力等
（二)结构域是三级结构层次上的独立功能区
分子量较大的的蛋白质可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其工能，称为结构域
（三）蛋白质的多肽链须折叠成正确的空间构象
分子伴侣：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
四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构
许多功能性蛋白质分子含有2条或2条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基
蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触布局和相互作用，称为蛋白质的司机结构。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。
五、蛋白质的分类
根据蛋白质组成成分
单纯蛋白质
结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分
根据蛋白质形状
纤维状蛋白质
球状蛋白质
蛋白质家族：氨基酸序列相似而且空间结构和功能也十分相近的蛋白质
属于同一蛋白质家族的成员，称为同源蛋白质
蛋白质超家族：2个或2个以上的蛋白质家族之间，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有发挥相似作用的同一模体结构
第三节 蛋白质结构与功能的关系
一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础
（一）一级结构是空间构象的基础
（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构和功能
（三）氨基酸序列提供重要的生物进化信息
（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病“
二、蛋白质的功能依赖特定空间结构
（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似
（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合
协同效应：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
如果是抑制作用则称为负协同效应
别构效应：蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为别构效应
（三）蛋白质构象改变可引起疾病
蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。
第四节 蛋白质的理化性质
一、蛋白质具有两性电离性质
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、蛋白质具有胶体性质
三、蛋白质空间结构破坏而引起变性
蛋白质变性：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改变和生物活性的丧失。
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：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
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结构和功能，称为复性
蛋白质沉淀：在一定条件下蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出，变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性
蛋白质的凝固作用：蛋白质变性后的絮状物加热可变的比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中
四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收
蛋白质分子中含有共轭双键的络氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征吸收峰
五、应用蛋白质呈色反应可测定溶液中蛋白质含量
1、茚三酮反应 蛋白质经水解后产生茚三酮反应
2、双缩脲反应 蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，称为双缩脲反应。氨基酸不出现此反应。
第五节 蛋白质的分离、纯化与结构分析
一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小分子化合物
透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法
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、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质浓缩方法
盐析：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、利用荷电性质可电泳分离蛋白质
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
SDS-聚丙烯胺凝胶电泳，常用于蛋白质分子量的测定
等电聚焦电泳，通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法
双向凝胶电泳，蛋白质组学研究的重要技术
四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离
层析分离蛋白质的原理
带分离蛋白质溶液（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
五、利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离
超速离心法：既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量
六、应用化学或反向遗传学方法可分析多肽链的氨基酸序列
1、分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成
盐酸水解成单个氨基酸，泳离子交换树脂将各种氨基酸分开，测定他们的量，算出各氨基酸在蛋白质中的百分组成或个数
2、测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基
用丹酰氯使之生成丹酰衍生物，带有强烈荧光，鉴别氨基端
羧基端氨基酸残基可用羧肽酶水解
3、把肽链水解成片段，分别进行分析
胰蛋白酶法
胰凝乳蛋白酶法
溴化氯法
4、测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法
将待测肽段先与异硫氰酸苯酯反应，该试剂只与氨基末端氨基酸的游离α-氨基作用，再用冷稀酸处理，氨基末端残基即自肽链脱落下来，成为异硫氰酸苯酯衍生物，用层析可鉴定为何种氨基酸衍生物。残留的肽链可继续与异硫氰酸苯酯作用。逐个鉴定氨基酸的排列顺序
5、一般需要用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果
七、应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定
第二章 核酸的结构与功能
第一节 核酸的结构与功能
一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位
核酸：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。
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸 存在于细胞核和线粒体
携带遗传信息，并通过复制传递给下一代
核糖核酸 分布于细胞核、细胞质、线粒体
是DNA转录的产物，参与遗传信息的复制与表达，某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体
核酸（RNA和DNA）
核苷酸
磷酸
核苷和脱氧核苷
戊糖
核糖
构成RNA
脱氧核糖
构成DNA
碱基
嘌呤
A 腺嘌呤
G 鸟嘌呤
存在于DNA和RNA中
嘧啶
C 胞嘧啶
T 胸腺嘧啶
存在于DNA和RNA中
U 尿嘧啶
仅存在于RNA
二、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3',5'-磷酸二脂键连接形成的大分子
一个脱氧核苷酸3'的羟基与另一个核苷酸5'的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链
DNA链的方向是5'端到3'端
三、RNA也是具有3',5'-磷酸二脂键的线性大分子
RNA也是多个核苷酸分子通过3'，5'=磷酸二酯键连接形成的线性大分子，也具有5'到3'方向性
RNA的戊糖是核糖
RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶
构成RNA的四种基本核苷酸是AMP、GMP、CMP、UMP
四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
核酸的一级结构是构成RNA的核苷酸或DNA的脱氧核苷酸自5'端至3'端的排列顺序。由于核苷酸之间的差异在于碱基的不同，因此核酸的一级结构也就是它的碱基序列
第二节 DNA的空间结构与功能
一、DNA的二级结构是双螺旋结构
（一）DNA双螺旋结构的实验基础
DNA的空间结构：构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系
（二）DNA双螺旋结构模型的要点
1、DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成
两条多聚核苷酸在空间的走向呈反向平行。两条链中一条链的5'到3'方向是自上而下，而另一条链的5'到3'反向是自下而上
两条链围绕着同一螺旋轴形成右手螺旋的结构
双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54
2、核糖与磷酸位于外侧
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
双螺旋结构的表面形成一个大沟和小沟
3、DNA双链之间形成了互补碱基对
腺嘌呤和胸腺嘧啶形成两个氢键
鸟嘌呤和胞嘧啶形成三个氢键
4、碱基对的疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定
（三）DNA双螺旋结构的多样性
（四）DNA的多链结构
Hoogsteen氢键：在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被质子化，可与鸟嘌呤的N-7原子形成氢键；同时，胞嘧啶的N-4的氢原子也可与鸟嘌呤的0-6形成氢键，这种氢键称为Hoogsteen
二、DNA的高级结构是超螺旋结构
（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状的双螺旋分子，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成
（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密结构
端粒：染色体末端膨大的粒状结构，由染色体末端DNA（端粒DNA）与DNA结合蛋白构成。与染色体结构的稳定性、完整性以及衰老和肿瘤的发生发展行相关
着丝粒：两个染色单体的连接位点，富含A、T序列。细胞分裂时，着丝粒可分开使染色体均等有序地进入子代细胞。
超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构
正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相同
负超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
三、DNA是遗传信息的物质基础
DNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供了模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础
基因是携带遗传信息的DNA片段
DNA具有高度稳定性的特点，用来保持生物体系遗传的相对稳定性。同时，DNA又表现出高度复杂性的特点，它可以发生各种重组和突变，适应环境的变迁，为自然选择提供机会。
第三节 RNA的结构与功能
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
信使RNA是细胞内合成蛋白质的模板
mRNA的初级产物为不均一核RNA（hnRNA），含有内含子和外显子，hnRNA经剪切后成为成熟的mRNA
1、真核生物mRNA的5'端有特殊帽结构
帽子结构：m7GpppNm
mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白（CBP）结合
2、真核生物mRNA的3'末端有多聚腺苷酸尾
真核生物的mRNA的3'末端转录后加上一段长短不一定聚腺苷酸
mRNA的多聚A尾在细胞内与ploy（A）结合蛋白（PABP）结合存在
3、mRNA碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列
从mRNA分子5'末端起第一个AUG开始，每3个核苷酸为一组称为密码子
开放阅读框：位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列，决定了多肽链的氨基酸序列
二、tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
1、tRNA含有多种稀有碱基
双氢尿嘧啶
假尿嘧啶核苷
甲基化鸟嘌呤
2、tRNA含有茎环结构
氨基酸臂
DHU环
反密码环
TψC环
附加叉
3、tRNA的3'-末端链接氨基酸
tRNA的3'末端为CCA结尾
3'-末端的A与氨基酸以酯键相连生成氨基酰-tRNA
不同的tRNA结合不同的氨基酸
4、tRNA的反密码子识别mRNA的密码子
tRNA的反密码子环上有反密码子
tRNA上的反密码子通过碱基互补识别mRNA上的密码子
三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所
核糖体RNA（rRNA）是细胞内含量最多的RNA
rRNA与核糖体蛋白结合组成核糖体，为蛋白质的合成提供场所
四、其他非编码RNA参与基因表达的调控
五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现出不同的时空特性
在原核细胞中，RNA合成和蛋白质合成均在同一个空间内同时进行
真核细胞中，由于核膜的存在，RNA合成和蛋白质合成在不同的空间内完成，并具有时间上的差异
第四节 核酸的理化性质
一、核酸分子具有强烈的紫外吸收
核酸由于碱基的共轭双键，在波长260nm处有强烈的吸收
DNA或RNA定量：A260=1.0相当于50ug/ml 双链DNA 40ug/ml 单链 DNA20ug/ml 寡核苷酸
确定样品中核酸的纯度
纯DNA：A260/A280=1.8
纯RNA：A260/A280=2.0
二、DNA变性是双链解离为单链的过程
某些理化因素导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，DNA双链解离为单链的过程，DNA变性的本质是双链间氢键的断裂
增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象
三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链
DNA复性：当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构
退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性
减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低
核酸分子杂交：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，在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链，这种杂化双链可以在不同的DNA和RNA分子间或者RNA与RNA间形成
第五节 核酸酶
依据底物不同分类
DNA酶：专一降解DNA
RNA酶：专一降解RNA
依据对底物作用方式不同
核酸内切酶：在DNA或RNA分子内部切断磷酸二酯键
核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键。有5'端到3'端或3'端到5'端
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
第三章 酶
酶：一类由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质
单体酶：单一亚基构成的酶
寡聚酶：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：由几种不同功能的酶彼此聚合形成多酶体系或称多酶复合物
多功能酶或串联酶：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
第一节 酶分子结构与功能
一、酶的分子组成中常含有辅助因子
单纯酶：仅含有蛋白质的酶
结合酶：由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成
蛋白质部分：酶蛋白
决定反应的特异性
辅助因子
决定反应的种类与性质
小分子有机化合物
主要参与传递电子、质子（或基团）或起运载体作用
金属离子
参与催化反应，传递电子
在酶与底物间起桥梁作用
稳定酶的构象
中和阴离子，降低反应中静电斥力
按其与酶蛋白结合的紧密程度
辅酶：与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去
辅基：与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去
二、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位
酶活性中心或活性部位是酶分子中能与底物特异结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域
必须基团：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。
活性中心内的必须基团
结合基团 与底物相结合
催化基团 催化底物转变成产物
活性中心外的必须基团
位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必须
三、同工酶催化相同的化学反应
是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。
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。
检测组织器官同工酶的变化有重要的临床意义
在代谢调节上起着重要的作用
用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征
同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断
同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究
第二节 酶的工作原理
一、酶促反应特点
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
酶促反应的特点
（一）酶对底物具有极高的效率
酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能
（二）酶对底物具有高度的特异性
1、绝对专一性
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
2、相对专一性
有些酶对底物的专一性不是依据整个底物分子结构，而是依据底物分子中的特定的化学键或特定的基团，因而可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物
（三）酶的活性与酶量具有可调节性
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
（四）酶具有不稳定性
二、酶通过底物形成过渡态而提高反应速率
（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能
活化能是指在一定温度下，1mol反应物从基态转变成过渡态所需要的自由能，即过渡态中间物比基态反应物高出的那部分能量
（二）酶与底物结合形成中间产物
1、诱导契合作用使酶与底物密切结合
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
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
这种邻近效应与定向排列实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率
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，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
（三）酶的催化机制呈多元催化作用
1、酸-碱催化作用
2、亲核催化和亲电催化作用
1）亲核催化作用
2）共价催化作用
3）亲电催化
第三节 酶促反应动力学
一、底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线
在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速率的影响呈矩形双曲线关系
当底物浓度较低时
反应速率与底物浓度成正比，反应为一级反应
随着底物浓度的增高
反应速率不再成正比例加速，反应为混合级反应
当底物浓度高达一定程度
反应速率不再增加，达最大速率，反应为零级反应
（一）米-曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特征
【S】：底物浓度
V：不同【S】时的反应浓度
Vmax：最大反应速率
Km：米氏常数
（二）Km与Kmax是重要的酶促反应动力学参数
1、Km值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度
Km=【S】
2、Km值是酶的特征性常数
3、Km在一定条件下可表示酶对底物的亲和力
Km越大，表示酶对底物的亲和力越小：Km越小，酶对底物的亲和力越大
4、Vmax是酶被底物完全饱和时的反应速率
5、酶的转换数
当酶被底物完全饱和时，单位时间内每个酶分子（或活性中心）催化底物转变成产物的分子数称为酶的转换数，酶的转换数可用来表示酶的催化效率。
（三）Km值与Vmax常通过林-贝氏作图法求取
二、底物足够时酶浓度对酶促反应速率影响呈直线关系
在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达到最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系
三、温度对酶促反应速率的影响具有双重性
酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温度
不是酶的特征性常数
四、pH通过改变酶分子及底物分子的解离状态影响酶促反应速率
酶促反应速率最快时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH
不是酶的特征性常数
五、抑制剂可降低酶促反应速率
酶的抑制剂：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质
根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制剂作用分为
不可逆抑制剂
抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必须基团相结合，使酶失活。此类抑制剂不能用透析、超滤等方法予以去除。
可逆抑制剂
抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或消失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去
竞争性抑制
抑制剂与底物的结构相似，能与对竞争酶的活性中心，从而阻碍酶与底物形成中间产物，这种抑制作用称为竞争性抑制作用
特点
阻碍酶和酶结构相似，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
1.丙二酸对琥珀酸脱氢酶抑制作用是竞争性抑制作用
2.磺胺类药物抑菌的机制属于对酶的竞争性抑制作用
细菌利用对氨基苯甲酸、谷氨酸和二氢喋呤为底物，在菌体内二氢叶酸合成酶的催化下合成二氢叶酸，进一步在FH2还原酶的催化下合成四氢叶酸
磺胺类药物与对氨基苯甲酸的化学结构相似，竞争性结合FH2合成酶的活性中心，抑制FH2以至于FH4合成，干扰一碳单位代谢，进而干扰核酸合成使细菌的生长受到抑制
人类可直接利用食物中的叶酸，体内核酸合成不受磺胺类药物的干扰
非竞争性抑制
有些抑制剂与酶活性中心外的必须基团相结合，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。底物和抑制剂之间无竞争关系。但酶-底物-抑制剂复合物不能进一步释放出产物
特点
1.抑制剂与酶活性中心外的必须基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系
2.抑制程度取决于抑制剂的浓度
3.动力学特点：Vmax降低，表观Km不变
反竞争性抑制
抑制剂仅与酶和底物形成的中间产物结合，使中间产物的量下降。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
特点
1.抑制剂只与酶-底物复合物结合
2.抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度
3.动力学特点：Vmax降低，表观Km降低
六、激活剂可提高酶促反应速率
使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为激活剂
必须激活剂
非必须激活剂
第四节 酶的调节
一、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节
（一）别构效应剂通过改变酶的构象而调节酶活性
别构调节：一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合，使酶构象改变，从而改变酶的催化活性
（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的
共价修饰：酶蛋白肽链的一些基团可在其他酶的催化下，与某些化学基团共价结合，同时又可在另一种酶的催化下，去掉已结合的化学基团，从而影响酶的活性
（三）酶原需要通过激活过程才能产生有活性的酶
酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌、或在其发挥催化功能前处于无活性的状态
酶原激活的机理：酶原在特定的条件下，一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽，分子构象发生改变，形成或暴露出酶的活性中心
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，并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
二、酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节
（一）酶蛋白合成可被诱导或阻遏
诱导作用：在转录水平上能促进酶合成的物质称之为诱导物，诱导物诱发酶蛋白合成的作用称为诱导作用
阻遏作用：在转录水平上能减少酶蛋白合成的物质称为辅阻遏物。辅阻遏物在无活性的阻遏蛋白结合而影响基因的转录，这种作用称阻遏作用
（二）酶降解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（又称以来ATP和泛素的降解途径）
第五节 酶的分类与命名
一、酶可根据其催化的反应类型予以分类
根据酶反应的类型
1.氧化还原酶类
2.转移酶类
3.水解酶类
4.裂解酶类
5.异构酶类
6.合成酶类
二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称
第六节 酶与医学的关系
一、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关
二、酶可作为试剂用于临床检验和科学研究
第四章 聚糖的结构与功能
糖复合物
糖蛋白
一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质
糖蛋白分子中糖蛋白含量大于聚糖
蛋白聚糖
聚糖所占重量在一半以上
蛋白聚糖是一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的大分子糖复合物化合物
组成
核心蛋白
糖胺聚糖
糖胺
葡萄糖胺
半乳糖胺
糖醛酸
葡糖醛酸
艾杜糖醛酸
糖脂
是糖通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物
根据脂质部分不同，可分为
鞘糖脂
甘油糖脂
类固醇衍生糖脂
第一节 糖蛋白分子中聚糖及其合成过程
一、N-连接型糖蛋白的糖基化位点为Asn-X-Ser/Thr
糖蛋白的糖链与蛋白部分是Asn-X-Ser序列的天冬酰胺氮以共价键连接称N-连接糖蛋白
N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸残基的序列子称为糖基化位点
糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为糖型
二、N-连接型聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型之分
三、N-连接型聚糖合成是以长萜醇作为聚糖载体
N-连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载体，先合成含14糖基的寡糖链，然后转移至肽链的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工而成。
每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物
四、O-连接型聚糖合成不需聚糖载体
糖蛋白糖链与蛋白质部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连，称为O-连接糖蛋白。
O-连接寡糖结构
O-连接寡糖有N-乙酰半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖
O-连接寡糖合成
O-连接寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接上N-乙酰半乳基，然后逐个加上糖基直至O-连接寡糖链的形成
五、蛋白质β-N-乙酰葡萄胺的糖基化是可逆的单糖基修饰
主要发生于膜蛋白和分泌蛋白
六、糖蛋白分子中聚糖影响蛋白质的半衰期、结构与功能
（一）聚糖可稳固多肽链的结构及延长半衰期
（二）糖蛋白聚糖加工可参与新生肽链折叠
（三）聚糖可影响糖蛋白在细胞内的靶向运输
（四）聚糖参与分子间的相互识别
第二节 蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖
一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组成的重复二糖单位
体内重要的糖胺聚糖
硫酸软骨素类
硫酸皮肤素
硫酸角质素
透明质酸
肝素和硫酸类肝素
二、核心蛋白含有与糖胺聚糖结合的结构域
与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质
按核心蛋白和糖链成分的差别分类
大分子聚集型胞外机制蛋白聚糖
小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖
跨膜胞内蛋白聚糖
三、蛋白聚糖生物合成时在多肽链上逐一加上糖基
在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔基体内进行糖链延长或加工
多肽链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛酸由UDPGA提供；单糖要由UDP活化；硫酸由PAPS提供；糖胺氨基来自GIn
四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分
1.构成细胞外基质
2.其它功能
抗凝血（肝素）
参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素）
维持软骨机械性能（硫酸软骨素）
第三节 糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂组成
一、鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷化合物
根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分
（一）脑苷脂是不含唾液酸的中性鞘糖脂
（二）硫苷脂是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂
（三）神经节苷脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂
二、髓磷脂中含有甘油糖脂
甘油糖脂也称糖基甘油酯，由二酰甘油分子3位上的羟基与糖基连接而成
第四节 聚糖结构中蕴含大量生物信息
聚糖作为信息分子的作用
特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信息，诸如糖蛋白的胞内定向转运、细胞与细胞的相互作用、组织与器官发育以及细胞外信号转导等
每一聚糖都有一个独特的能被蛋白质阅读，并与蛋白质相结合的三维空间构象，即糖密码
一、聚糖组分是糖蛋白执行功能所必需
聚糖中的糖基序列或不同糖苷键的形成，主要取决于糖基转移酶的特异性识别糖底物和催化作用。依靠多种糖基转移酶特异性地、有序地将供体分子中糖基转运至接受体上，在不同位点以不同糖苷键的方式，形成有序的聚糖结构
鉴于糖基转移酶由基因编码，所以糖基转移酶继续了基因至蛋白质信息流，将信息传递至聚糖分子
聚糖作为某些蛋白质组成与生物表型密切关系，体现生物信息
二、结构多样性的聚糖蕴含生物信息
（一）聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础
（二）聚糖空间结构多样性受基因编码的糖基转移酶和糖苷酶调控
第五章 维生素与无机盐
第一节 脂溶性维生素
一、维生素A
共同特点
（1）均为非极性疏水的异戊二烯衍生物
（2）不溶于水，溶于脂类及脂肪溶剂
（3）在食物中与脂类共存，并随脂类一同吸收
（4）吸收的脂溶性维生素在血液与脂蛋白及某些特殊结合蛋白特异结合而运输
（一）视黄醇是天然维生素A的主要形式
运输形式
（二）视黄醇、视黄醛和视黄酸是维生素A的活性形式
1.视黄醛与视蛋白的结合维持了正常视觉功能
2.视黄酸对基因表达和组织分化具有调节作用
全反式视黄酸和9-顺视黄酸是执行这一重要功能的关键物质，与细胞内核受体结合，与DNA反应元件结合，调节某些基因的表达
3.维生素A和胡萝卜素是有效的抗氧化剂
能直接消灭自由基，有助于控制细胞膜和富含脂质组织的脂质过氧化
4.维生素A及其衍生物可抑制肿瘤生长
（三）维生素A缺乏或过量摄入均引起疾病
缺乏症
1.夜盲症
2.干眼症
3.对感染性疾病的敏感性增加
过多则可引起中毒症状
头痛、恶心、共济失调
肝细胞损伤和高脂血症
长骨增厚、高钙血症、软组织钙化
皮肤干燥、脱屑和脱发
二、维生素D
（一）维生素D是类固醇衍生物
种类
VitD2（麦角钙化醇）
麦角固醇转变为VitD2
VitD3（胆钙化醇）
胆固醇变为7-脱氢胆固醇再转变为VitD3
VitD3与维生素D结合蛋白相结合而运输
（二）维生素D的活化形式是1,25-二羟维生素D3
（三）1,25-(OH)2-D3具有调节血钙和组织细胞分化的功能
1.调节血钙水平是1,25-(OH)2-D3的重要作用
1,25-(OH)2-D3可通过信号转导系统使钙通道开放，促进小肠对钙、磷的吸收，影响骨组织的钙代谢，从而维持血钙和血磷的正常水平，促进骨和牙的钙化
2.1,25-(OH)2-D3还具有影响细胞分化的功能
调节多种组织细胞分化
促进胰岛β细胞合成与分泌胰岛素
抑制某些肿瘤细胞增殖和促进分化
（四）维生素D缺乏症或摄入过量均引起疾病
缺乏症
儿童可患佝偻病
成人可发生软骨病
长期每日摄入25ug维生素D可引起中毒，长期每天摄入125ug维生素D肯定会硬气中毒
异常口渴，皮肤瘙痒
厌食、嗜睡、呕吐、腹泻、尿频
高钙血症、高钙尿症、高血压
软组织钙化
三、维生素E
（一）维生素E是生育酚类化合物
生育酚
生育三烯酚
（二）维生素E具有抗氧化等多方面的功能
1.维生素E是体内重要的脂溶性抗氧化剂
机制：捕捉过氧化脂质自由基，保护生物膜的结构与功能
缺乏：轻度溶血性贫血
2.维生素E具有调节基因表达的作用
上调或下调生育酚的摄取和降解相关的基因
延缓衰老
脂类摄取与动脉硬化的相关基因
预防和治疗冠状动脉粥样硬化性心脏病
细胞外基质蛋白的基因、细胞黏附与炎症的相关基因
抗炎、维持正常免疫功能
细胞信号系统和细胞周期调节的相关基因
抑制细胞增殖，抗肿瘤
3.维生素E能促进血红素合成
缺乏：新生儿贫血
（三）维生素E缺乏可引起轻度贫血
常用维生素E治疗先兆流产及习惯性流产
四、维生素K
（一）维生素K是2-甲基1,4-萘醌的衍生物
天然形式
K1---植物甲萘醌或叶绿醌
K2---肠道细菌的产物
人工合成
K3
(二）维生素K的主要功能是促进凝血
1.维生素K是凝血因子合成所必须的辅酶
2.维生素K对骨代谢具有重要作用
（三）维生素K缺乏可引起出血
第二节 水溶性维生素
共同特点
易溶于水，故易随尿液排出
体内不易储存，必须经常从食物中摄取
作用单一，主要构成酶的辅助因子直接影响某些酶的催化作用
一、维生素B1
（一）维生素B1形成辅酶焦磷酸硫胺素
（二）维生素B1在糖代谢中具有重要作用
TPP是α-酮酸氧化羧酶，也是转酮酶的辅酶
在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性
（三）维生素B1缺乏可引起脚气病
二、维生素B2
（一）维生素B2是FAD和FMN的组成成分
维生素B2又名核黄素
体内活性形成为
黄素单核苷酸FMN
黄素腺嘌呤二核苷酸FAD
(二）FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基
FMN和FAD是体内氧化还原酶的辅基，主要起氢传体的作用
（三）维生素B2缺乏症是一种常见的营养缺乏症
口角炎，唇炎，阴囊炎
三、维生素PP
（一）维生素PP是NAD+和NADP+的组成成分
维生素PP包括
烟酸
烟酰胺
体内活性形式
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NASP+）
（二）NAD+和NADP+是多种不需氧脱氢酶的辅酶
（三）维生素PP缺乏可引起癞皮病
大量长期服用会中毒，肝损伤
四、泛酸
（一）泛酸在辅酶A和酰基载体蛋白的组成成分
泛酸又名遍多酸
体内活性形式为辅酶A，酰基载体蛋白
（二）辅酶A和酰基载体蛋白参与酰基转移反应
CoA及ACP是酰基转移酶的辅酶，参与酰基的转移作用
（三）泛酸缺乏可引起各种胃肠功能障碍等疾病
五、生物素
（一）生物素的来源广泛
又称维生素H、维生素B7、辅酶R
（二）生物素是多种羧化酶的辅基
生物素是体内多种羧化酶的辅基，与羧化酶蛋白中赖氨酸残基的ε-氨基以酰胺键共价结合，形成生物胞素残基，参与CO2固定过程
生物素还可使组蛋白生物素化，从而影响细胞周期、转录和DNA损伤的修复
（三）生物素缺乏也可诱发机体不适
疲乏、恶心、呕吐、食欲不振、皮炎及脱屑性红皮病
六、维生素B6
（一）维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡多胺
活化形式：磷酸吡哆醛和磷酸吡多胺
（二）磷酸吡哆醛的辅酶作用多种多样
1.磷酸吡哆醛是多种酶的辅酶
磷酸吡哆醛是氨基酸转氨酶及脱羧酶的辅酶，用于治疗小儿惊厥、妊娠呕吐和精神焦虑
磷酸吡哆醛也是δ-氨基γ酮戊酸合酶的辅酶。缺乏导致低血色素小细胞性贫血和血清铁增高
磷酸吡哆醛是同型半胱氨酸分解代谢酶的辅酶，缺乏引起高同型半胱氨酸血症
2.磷酸吡哆醛可终止类固醇激素的作用
作用机制
将类固醇激素-受体复合物从DNA中移去，终止这些激素的作用
维生素B6缺乏
可增加人体对雌激素、雄激素、皮质激素和维生素D作用的敏感性
（三）维生素B6过量可引起中毒
日摄入量超过200mg可引起神经损伤，表现为周围感觉神经病
七、叶酸
（一）四氢叶酸（FH4）是叶酸的活性形式
叶酸又称蝶酰谷氨酸
（二）四氢叶酸是一碳单位的载体
FH4是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。N5、N10是一碳单位的结合位点
（三）叶酸缺乏可导致巨幼红细胞性贫血
缺乏症
巨幼红细胞性贫血
高同型半胱氨酸和DNA低甲基化
八、维生素B12
（一）维生素B12的吸收需要内因子
维生素B12又称钴胺素
体内活性形式为甲基钴胺素
（二）维生素B12影响一碳单位的代谢和脂肪酸的合成
VitB12是N5-CH3-FH4转甲基酶（甲硫氨酸合成酶）的辅酶，催化同型半胱氨酸甲基化生成甲硫氨酸
（三）维生素B12缺乏可导致巨幼红细胞性贫血等多种疾病
VitB12缺乏
一是引起甲硫氨酸合成减少
二是影响四氢叶酸的再生
缺乏症
巨幼红细胞性贫血
高同型半胱氨酸血症
神经疾患
九、维生素C
（一）维生素C是对热不稳定的酸性物质
又称L-抗坏血酸，呈酸性，广泛存在于新鲜蔬菜和水果中
动物体内不能合成维生素C，必须由食物供给
（二）维生素C既是一些羟化酶的辅酶又是强抗氧化剂
1.维生素C是一些羟化酶的辅酶
2.维生素C作为抗氧化剂可直接参与体内氧化还原反应
3.维生素C具有增强机体免疫力的作用
（三）维生素C严重缺乏可引起坏血病
十、α-硫辛酸
抗脂肪肝和降低血胆固醇的作用
它很容易进行氧化还原反应，故可保护巯基酶免受金属离子毒害
第三节 微量元素
维生素是指人体中每人每天的需要量在100mg以下的元素
一、铁
（一）运铁蛋白和铁蛋白分别是铁的运输和储存形式
铁在血液中与运铁蛋白结合而运输
多余的铁以铁蛋白的形式主要储存于肝、脾、骨髓、小肠粘膜、胰等器官
体内铁的唯一排泄途径：细胞内有铁蛋白铁随着小肠粘膜上皮细胞脱落而排泄于肠腔
（二）体内铁主要存在于铁卟啉化合物和其他含铁化合物中
（三）铁的缺乏与中毒均可引起严重的疾病
铁的缺乏
小细胞低血色性贫血
铁摄入过剩
血色素沉着症
二、锌
（一）清蛋白和金属硫蛋白分别参与锌的运输和储存
血锌水平：0.1~0.15mmol/L
运输形式：清蛋白或运铁蛋白结合而运输
储存形式：与金属硫蛋白结合
排泄方式：主要经粪排泄，其为尿、汗、乳液
（二）锌是含锌金属酶和锌指蛋白的组成成分
功能：含锌金属酶的组成成分、锌指蛋白中心指模体的成分
（三）锌缺乏可引起多种疾病
皮肤炎、伤口愈合缓慢、脱发、神经精神障碍
儿童发育不良、睾丸萎缩等
三、铜
（一）铜在血液中主要与铜蓝蛋白结合而运输
运输形式：60%的铜与铜蓝蛋白紧密结合，其余的与清蛋白疏松结合或与组氨酸形成复合物
排泄方式：主要随胆汁排泄
（二）铜是多种含铜酶的辅基
1）体内多种酶的辅基，含铜的酶多以氧分子或氧的衍生物为底物
2）铜增强血管对内皮细胞的亲和力、增加血管内皮生长因子和相关细胞因子的表达与分泌，促进血管生成
（三）通缺乏可导致小细胞低色素性贫血等疾病
缺乏症
小细胞低色素性贫血、白细胞减少、出血性血管改变、骨脱盐、高胆固醇血症和神经疾患
中毒
蓝绿粪便、唾液，以及行动障碍
四、锰
（一）大部分锰与血浆中γ-球蛋白和清蛋白结合而运输
运输形式
大部分锰与血浆中γ-球蛋白和清蛋白结合而运输，少量与运铁蛋白结合
储存部位
骨
肝
胰
肾
排泄方式
主要经胆汁，少量随胰液排出，尿中排泄很少
（二）锰是多种酶的组成成分和激活剂
（1）多种酶的组成成分和激活剂
（2）体内正常免疫功能、血糖与细胞能量调节、生殖、消化、谷歌生长、抗自由基等均需要锰
（三）过量摄入锰可引起中毒
缺乏症
生长发育受影响
中毒
抑制呼吸链中复合物和ATP吗，酶的活性，造成氧自由基的过量产生
干扰多巴胺的代谢，导致精神病和帕金森神经功能障碍（锰疯狂）
五、硒
（一）大部分硒与α和β球蛋白结合而运输
运输形式：与α和β球蛋白结合，小部分与VLDL结合而运输
排泄方式：主要随尿及汗液排泄
（二）硒以硒半胱氨酸形式参与多种重要硒蛋白的组成
谷胱甘肽过氧化物酶是重要的含硒抗氧化蛋白，降低细胞内H2O2的含量，保护细胞膜，并加强维生素E的抗氧化作用
硒蛋白P是血浆中的主要硒蛋白，可表达与各种组织，既是硒的转运蛋白，也是内皮系统的抗氧化剂
硫氧化蛋白还原酶参与调节细胞内氧化还原过程，参与DNA合成的修复机制
碘甲腺原氨酸脱碘酶可激活或去激活甲状腺激素，以维持机体生长、发育与代谢
硒参与辅酶Q和辅酶A的合成
（三）硒缺乏可引发多种疾病
糖尿病
心血管疾病
神经变性疾病
癌症
六、碘
功能：主要参与甲状腺激素的合成，也具有抗氧化作用
缺乏症：地方性甲状腺肿，严重可致发育停滞、痴呆，如胎儿期缺碘可致呆小病
中毒：高碘性甲状腺肿，表现为甲状腺功能亢进及一些中毒症状
七、钴
人体对钴的最小需要了为1ug，主要从尿中排泄，人体排钴能力强，很少有钴蓄积的现象发生
钴主要以B12的形式发挥作用，缺乏可致B12缺乏，而B12缺乏可引起巨幼红细胞性贫血等疾病
八、氟
运输形式：与球蛋白结合，小部分以氟化物形式运输
排泄方式：尿
功能：氟与骨、牙的形成及钙磷代谢密切相关
缺乏症：骨质疏松，易发生骨折，牙釉质受损易碎
中毒：骨脱钙和白内障，并可影响肾上腺、生殖腺等多种器官的功能
九、铬
铬作为铬调素的组成成分，增强胰岛素的生物学效应
铬缺乏：胰岛素的有效性降低，造成葡萄糖耐受受损，血清胆固醇和血糖上升
铬中毒：侵害皮肤和呼吸道，出现皮肤黏膜的刺激和腐蚀作用，严重者发生急性肾功能衰竭
第四节 钙、磷及其代谢
一、钙、磷在体内分布及其功能
（一）钙既是骨的主要成分又具有重要的调节作用
血钙的正常水平对于维持骨骼内骨盐的含量、血液凝固过程和神经肌肉的兴奋性具有重要的作用
胞液钙作为第二信使在信号转导中发挥许多重要的生理作用。肌肉中的钙可启动骨骼肌和心肌细胞的收缩
（二）磷是体内许多重要生物分子的组成成分
（三）钙磷代谢紊乱可引起多种疾病
二、钙和磷的代谢
（一）钙和磷的吸收与排泄受多种因素影响
小肠对钙的吸收
主要来源：牛奶、豆类和叶类蔬菜
主要吸收部位：十二指肠和空肠上段
影响因素
1、酸性食物有利于钙的吸收
2、碱性磷酸盐、草酸盐和植酸盐不利于钙的吸收
3、钙的吸收随年龄的增长而下降
4、维生素D能促进钙和磷的吸收
肾对钙的重吸收
1、血钙浓度降低可增加肾小管对钙的重吸收，而血钙高时吸收率下降
2、肾对钙的重吸收受甲状旁腺激素的严格调控
磷的吸收
形式：无机磷酸盐
部位：小肠上段
肾小管对血磷的重吸收也取决于血磷水平，pH降低可增加磷的重吸收。甲状旁腺激素抑制血磷的重吸收
（二）骨内钙和磷的代谢是体内钙磷代谢主要组成
三、钙和磷代谢调节
（一）维生素D促进小肠钙的吸收和骨盐沉淀
（1）1,25-(OH)2D3与小肠粘膜细胞特异的胞浆受体结合，进入细胞核，刺激钙结合蛋白的生成，促进小肠对钙的吸收，磷的吸收也随之增加
（2）1,25-(OH)2D3可促进骨盐沉积，刺激成骨细胞分泌胶原，促进骨基质的成熟，有利于成骨
（二）甲状旁腺激素具有升高血钙和降低血磷的作用
（1）PTH刺激破骨细胞的活化，促进骨盐溶解，使血钙与血磷增高
（2）PTH促进肾小管对钙的重吸收，抑制对磷的重吸收
（3）PHT还可刺激肾合成1,25-(OH)2D3，间接地促进小肠对钙、磷的吸收
（4）PTH的总体作用是使血钙升高
（三）将钙素是唯一降低血钙浓度的激素
降钙素（CT）是甲状腺C细胞合成的由32个氨基酸残基组成的多肽，其作用靶器官为骨和肾
（1）CT抑制破骨细胞、激活成骨细胞，促进骨盐沉积，降低血钙与血磷
（2）CT抑制肾小管对钙、磷的重吸收
（3）CT的总体作用是降低血钙与血磷