1、生物化学,期 末 总 复 习,1. 微生物2. 植物学3. 生态学4. 林学5. 生物化学与分子生物学6. 遗传学7. 细胞生物学与发育生物学8. 免疫学9. 神经科学与心理学,10. 生物物理学与生物医学工程11. 农学12. 畜牧兽医与水产学13. 动物学14. 生理学与病理学15. 预防医学与卫生学16. 临床医学基础学科17. 药物学与药理学18. 中医学与中药学,按照国家自然科学基金委员会的分类，生命科学包括：,学好生物化学的秘诀,正如一句谚语所说的：我听，我忘。我看，我记得。我做，我理解。,第1章 蛋白质的结构与功能,一、蛋白质的分子组成1、组成蛋白质的元素：主要元素有：C、H、O
2、、N和 S各种蛋白质的含N量很接近,平均为162、组成单位：L-氨基酸 有20种编码的氨基酸熟悉20种氨基酸的中文名称及简写符号,3、等电点：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值称为该氨基酸的等电点。,pH=pI pH pI pH 兼性(中性)离子 阳离子 阴离子,5、肽:氨基酸通过肽键连接形成.多肽链:是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。多肽链有两端： N 末端 C 末端 氨基端 羧基端,4、蛋白质的紫外吸收最大峰值为280nm,6、氨基酸在蛋白质分子中以肽键相连,7. 谷胱甘肽(GSH) -生物活性肽,二、蛋白质的
3、分子结构,1、 Pr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:肽键，有些Pr还包括二硫键。2、Pr的二级结构：多肽链主链骨架原子的相对空间位置。主要的化学键：氢键 。形成二级结构的基础：肽单元,3、 Pr的三级结构 ：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中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（盐键）、氢键和 Van der Waals力（范德华力）等 其中最主要的是疏水作用（或疏水键）,大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域 。,结构域：,4、蛋白质的四级结构：蛋白
4、质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,亚基之间的结合主要是：氢键和离子键,三、蛋白质结构与功能的关系,1、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础2、蛋白质的功能依赖特定空间结构,三级结构或四级结构的蛋白质才具有生物学功能。,三、蛋白质结构与功能的关系,1、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础2、蛋白质的功能依赖特定空间结构,四、蛋白质的理化性质,1、蛋白质具有两性电离的性质-等电点 2、蛋白质具有胶体性质胶体稳定的因素:颗粒表面电荷 水化膜,四、蛋白质的理化性质,1、蛋白质具有两性电离的性质-等电点 2、蛋白质具有胶体性质胶体稳定的因素:颗粒表面电荷 水化膜,pH=pI pH
5、pI 8.8910.00mmol/L),肾糖阈,（二）、血糖水平的调节,糖尿病人代谢时会 出现多方面的代谢紊乱。,脂类是指脂肪和类脂的总称为脂类。,第5章 脂类代谢,血浆中所含脂类统称为血脂，包括：甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯以及游离脂肪酸。,必需脂肪酸亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等多不饱和脂肪酸是人体不可缺乏的营养素，不能自身合成，需从食物摄取，故称必需脂肪酸。,一、甘油三酯的分解代谢,(一)脂肪动员,1.定义 储存的脂肪，被脂肪酶逐步水解为FFA及甘油，并释放入血以供其他组织氧化利用的过程。2.关键酶 激素敏感性甘油三酯脂肪酶 (hormone-sensitive triglyceride
6、lipase , HSL) 3.脂解激素 能促进脂肪动员的激素，如胰高血糖素、去甲肾上腺素、ACTH 等。4.抗脂解激素 可抑制脂肪动员，如胰岛素、前列腺素E2等。,3.脂肪酸氧化的反应过程,1.脂肪酸氧化的反应部位,除脑组织外,大多数组织均可进行，其中肝、肌肉最活跃。,第一阶段：脂肪酸的活化成脂酰CoA（胞液）第二阶段：脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体第三阶段： -氧化过程：脱氢、加水、再脱氢、硫解第四阶段：乙酰CoA的彻底氧化,(二)脂肪酸的氧化,2.亚细胞定位 胞液、线粒体。,4、脂酸氧化是体内能量的重要来源-以16碳软脂酸的氧化为例活化：消耗2个高能磷酸键 -氧化：每轮循环四个重复步骤：
7、脱氢（FADH2） 、加水、再脱氢(NADH)硫解,血浆水平：0.030.5mmol/L(0.35mg/dl)。,代谢定位：生成：肝细胞线粒体。原料：乙酰CoA。利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）线粒体。,(三)酮体的生成和利用,酮体生成的关键酶： HMGCoA合酶,酮体是乙酰乙酸(acetoacetate) 、-羟丁酸 (-hydroxybutyrate)、丙酮(acetone)三者的总称。,5、 甘油 3-磷酸甘油 磷酸二羟 糖酵解,1. 酮体的生成,HSCoA,HSCoA,NAD+,NADH+H+,-羟丁酸脱氢酶,HMGCoA合酶,乙酰乙酰CoA硫解酶,HMGCoA 裂解酶,琥珀酰C
8、oA转硫酶(心、肾、脑及骨骼肌的线粒体),2. 酮体的利用,NAD+,NADH+H+,琥珀酰CoA,琥珀酸,HSCoA+ATP,PPi+AMP,HSCoA,乙酰乙酰CoA硫激酶(肾、心和脑的线粒体),乙酰乙酰CoA硫解酶(心、肾、脑及骨骼肌线粒体),2,酮体的生成和利用的总示意图,(一)脂肪酸的合成,1. 合成部位 肝(主要)、脂肪等组织的胞液中。,(2)NADPH的来源,主要来源是磷酸戊糖途径，胞液中异柠檬酸脱氢酶及苹果酸酶催化的反应亦可提供。,乙酰CoA、ATP、HCO3、NADPH、Mn2+,2. 合成原料,(1)乙酰CoA的主要来源,乙酰CoA全部在线粒体内产生，通过柠檬酸-丙酮酸循环
9、 出线粒体。,二、甘油三酯的合成代谢,3. 脂肪酸合成过程,乙酰CoA羧化酶 (acetyl CoA carboxylase)是脂肪酸合成的限速酶，存在于胞液中，其辅基是生物素，Mn2+是其激活剂。催化丙二酰CoA的合成。,脂肪酸合酶复合体，该酶是由两个亚基组成的二聚体，每个亚基都含有多个功能结构域和一个酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)。脂肪酸合成的各步反应均在ACP辅基上进行。,(1) 脂肪酸合成酶系,二、 胆固醇的合成,2.细胞定位：胞液、光面内质网,(一)合成部位,乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环出线粒体。,(二)合成原料,1.组织定位：除成年动物脑组织及
10、成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成，以肝、小肠为主。,外源性胆固醇,体内合成,胆汁酸盐,7-脱氢胆固醇 （皮肤）,VitD3,紫外光,1,25-(OH)2-D3,类固醇激素,皮质醇醛固酮睾丸酮雌二醇孕酮,粪固醇,消化吸收,内源性胆固醇,排出体外,四、胆固醇的转化,五、血浆脂蛋白代谢,1、概念：血脂与血浆中的蛋白质结合，以脂蛋白 形式而运输，其中的Pr称为载脂蛋白。2、血浆脂蛋白的分类超速离心法：CM、VLDL、LDL、HDL乳糜微粒（CM）：转运外源性甘油三酯极低密度脂蛋白：转运外源性甘油三酯低密度脂蛋白：转运胆固醇到肝外高密度脂蛋白:转运肝外胆固醇入肝,VLDL的合成以肝为主，小肠亦可合成
11、少量。,第六章 生物氧化,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。,呼吸链：代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链又称电子传递链。,1. NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2P/O 比值=2.52. 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2P/O 比值=1.5,一、呼吸链成分的排列顺序,3.两条呼吸链的排列顺序,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,二、氧化磷酸化,(一)氧化磷酸
12、化 是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。,是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。,(三)底物水平磷酸化,(二)P/O 比值氧化磷酸化过程中，每消耗1摩尔无机磷原子数与所消耗的氧原子摩尔数之比即P/O比值。,(五) 氧化磷酸化的偶联机理-,化学渗透假说,三、氧化磷酸化系统及抑制剂的影响,胞浆中NADH的氧化,胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。,四、线粒体内膜的物质转运,五、高能化合物的储存和利用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种储存形式。,第 7 章 氨 基 酸 代 谢,一、氨基酸的一
13、般代谢1.营养必需氨基酸:指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸,共有8种:Thr、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Lys、Met 2.脱氨基作用:指aa脱去-氨基生成相应-酮酸的过程。 包括： 转氨基作用 辅酶是磷酸吡哆醛 氧化脱氨基作用 催化酶： L-谷氨酸脱氢酶 氨基酸氧化酶作用 嘌呤核苷酸循环,第 7 章 氨 基 酸 代 谢,一、氨基酸的一般代谢1.营养必需氨基酸:指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸,共有8种:Thr、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Lys、Met 2.脱氨基作用:指aa脱去-氨基生成相应-酮酸的过程。 包括： 氧化脱氨基作用
14、 催化酶： L-谷氨酸脱氢酶 转氨基作用 辅酶是磷酸吡哆醛 联合脱氨基作用 主要在肝、肾组织中进行 嘌呤核苷酸循环 主要在肌肉组织进行,转氨酶的种类多，专一性强，分布广，主要存在于细胞内，血清中的活性很低。丙氨酸转氨酶(ALT)：即谷丙转氨酶（GPT）天冬氨酸转氨酶(AST)即谷草转氨酶（GOT）血清转氨酶活性，临床上可作为疾病诊断和预后的指标之一。氨基酸脱氨基的主要方式：联合脱氨基作用,肝细胞中活性最强,心肌细胞中活性最强,二、氨的代谢,1、血氨的来源氨基酸脱氨基作用产生的氨是血氨主要来源, 胺类的分解也可以产生氨肠道细菌腐败作用产生氨肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺2、血氨的转运通过
15、丙氨酸-葡萄糖循环氨从肌肉运往肝 谷氨酰胺的运氨作用,3、氨在肝合成尿素是氨的主要去路,生成部位:主要是在肝细胞的线粒体及胞液中进行反应过程:原料：2 分子氨，一个来自于游离氨， 另一个来自天冬氨酸。过程：通过鸟氨酸循环，也叫尿素循环。耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶, CPS- 精氨酸代琥珀酸合成酶,鸟氨酸循环,2ADP+Pi,线粒体,胞 液,TAC ,脑内-酮戊二酸,氨中毒的可能机制,脑供能不足,肝昏迷,4、尿素合成障碍可引起高血氨症与氨中毒血氨浓度升高称高血氨症，常见于肝功能严重损伤或尿素合成相关酶的遗传缺陷。高血氨症时可引起脑功能障碍，称氨中毒,一碳单位
16、：某些氨基酸在分解代谢过程中产生的含有一个碳原子的基团，称为一碳单位,一碳单位的种类：甲基(-CH3 )、甲烯基(-CH2- )、甲炔基(-CH= )、甲酰基( -CHO)、亚胺甲基 ( -CH=NH ),四氢叶酸:一碳单位的运载体参与一碳单位代谢,SAM(S腺苷甲硫氨酸)：甲基的直接供体,其他个别氨基酸代谢的产物,氨基酸的特殊代谢及其产物,L-组氨酸 组胺,色氨酸 5-羟色胺,L-谷氨酸 -氨基丁酸,L-半胱氨酸 牛磺酸,SAM为体内甲基的直接供体,活性硫酸根：3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸（PAPS）,(1) 苯丙酮酸尿症(PKU) 苯丙氨酸羟化酶缺陷时，苯丙氨酸不能转变为酪氨酸，生成苯丙酮酸
17、、苯乙酸等从尿排出的一种遗传代谢病。,苯丙氨酸的代谢,(2)人体缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发等发白，称为白化病(albinism)。,（3）体内尿黑酸氧化酶先天缺陷时，尿黑酸分解受阻，可出现尿黑酸症，表现为骨及组织有广泛的黑色物沉积。,第八章 核苷酸代谢,一、嘌呤核苷酸的合成与分解代谢从头合成和补救合成两种途径,（一）嘌呤核苷酸的合成代谢,从头合成途径,1、合成原料：磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO22、哺乳动物合成部位：主要在肝脏3、在磷酸核糖上逐步合成；4、最先合成IMP，再转化成AMP和GMP5、脱氧核糖核苷酸的生成在在核苷二磷酸水平上进行,NDP,dNDP,核糖核苷酸还原酶
18、，Mg2+,嘌呤核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。,（二）、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤碱的最终代谢产物是尿酸,二、嘧啶核苷酸的合成与分解代谢,(一)嘧啶核苷酸的从头合成,1、合成部位：主要是肝细胞胞液,2、合成原料：谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸,3、最先合成UMP，再生成CTP、dTMP,(二)、嘧啶核苷酸的分解代谢的终产物被彻底氧化分解,dTMP或TMP的生成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸dTMP,第十章 DNA的生物合成,一、复制的基本规律1、半保留复制： DNA合成时，以亲代DNA解开的两股单链为模板，按碱基配对规律，合成子代DNA的过程。子代DNA，一股
19、单链来源于亲代，另一股单链为新合成。子代和亲代的DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制意义：按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性2、DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制,3、 DNA复制为半不连续复制领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。,顺解链方向生成的子链，复制为连续进行，称为领头链另一股链复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长,称为随从链。复制中不连续片段称为岡崎片段二、DNA复制的酶学和拓扑学变化参与DNA复制的物质:底物: dNTP聚合酶: 依赖DNA的DNA聚合酶（ D
20、NA-pol；DDDP）模板: 解开成单链的DNA母链；引物: 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；其他的酶和蛋白质因子,聚合反应的特点:DNA 新链生成需引物和模板； 新链的延长只可沿5 3方向进行,原核生物的DNA聚合酶分为三型: DNA-pol DNA-pol DNA-pol 延长子链常见的真核细胞DNA聚合酶有五种DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 延长子链的主要酶DNA-pol ,1、DNA聚合酶,参与DNA合成反应的各种酶DNA聚合酶：催化核苷酸之间聚合核酸外切酶：校读和碱基选择拓扑异构酶：理顺DNA链解螺旋酶DnaA、B、C：作用于氢键，使DNA双
21、链解开成为两条单链。引物酶:由dnaG编码,催化生成RNA引物的酶单链DNA结合蛋白(SSB) :保护单链的完整DNA拓扑异构酶:改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链DNA连接酶:连接DNA双链中的单链缺口,DNA聚合酶，拓扑酶和连接酶催化3,5-磷酸二酯键生成的比较,三、DNA的生物合成过程,2、真核生物复制的起始与原核基本相似,含有解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体,1、原核生物的DNA生物合成：复制起始DNA解链形成引发体,端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。,四、DNA损伤与修复,突变(Mu
22、tation)是指DNA分子中碱基序列的改变，又称为DNA损伤(DNA damage)。,突变的类型,逆转录概念,含有逆转录酶的RNA病毒是通过逆转录(反转录)过程传递遗传信息的，即以RNA为模板，指导DNA的合成，也称为反转录或逆转录。,逆转录酶：,是一种依赖RNA的DNA聚合酶(RNA dependent DNA polymerase，RDDP)，是一多功能酶。,第11章 RNA的生物合成,是DNA指导的RNA合成，也叫转录RNA指导的RNA合成，也叫RNA复制转录 (transcription) 是生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。参与转录的物质：原料: NTP (ATP, UTP
23、, GTP, CTP) 模板: DNA 酶 : 依赖DNA的RNA聚合酶 (RNA-pol)（DDRP） 其他蛋白质因子,复制和转录的区别,RNA聚合酶,（一）原核生物的RNA聚合酶,利福平或利福霉素特异性抑制,真核生物的RNA聚合酶,种 类 I(A) (B) (C)细胞定位 核仁 核质 核质 转录产物 45S-rRNA hnRNA 5S-rRNA， (5.81828) tRNA， snRNA对鹅膏蕈碱的敏感性 耐受 极敏感 中度敏感,一、原核生物转录的模板和酶,1、原核生物转录的模板DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板
24、链、有意义链相对的另一股单链是编码链、反义链。2、 RNA合成由RNA聚合酶催化,3 、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上起动转录,4.不对称转录(asymmetric transcription)：在包含多个基因的DNA分子中，各基因的模板链并不总在同一条链上，在某个基因节段以其中某一条链为模板进行转录，而在另一个基因节段上则以其对应单链为模板，这种选择性称不对称转录。 不对称转录有两方面含义：在DNA分子双链上，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链并非总是在同一单链上。,二、原核生物的转录过程,1、转录起始需要RNA聚合酶全酶与模板结合，形成闭合转录复合体2、原核生物的转录
25、延长时蛋白质的翻译也同时进行3、原核生物转录终止依赖(Rho )因子的转录终止非依赖( Rho)因子的转录终止：转录产物形成发夹结构,三、真核生物的转录过程,1、 真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶2、转录起始需要启动子 、RNA聚合酶和转录因子的参与3、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象4、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行聚腺苷酸(poly A)尾巴,不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的DNA序列，但这些序列都可统称为顺式作用元件(cis-acting element)。,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作
26、用因子(trans-acting factors)。,反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional factors, TF)。,四、 真核生物RNA的加工,1、真核生物mRNA的加工包括首、尾修饰和剪接前体mRNA在5-末端加入“帽”结构前体mRNA在3端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾mRNA的剪接：除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,主要的修饰方式有剪接、剪切、修饰、添加。,外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,断裂基因：真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,切除5前导序列及中部的内含子 3端加入CCA-OH作为末端 碱基修饰,
