生物化学手册
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第一章 绪论 新陈代谢
一.代谢及其特点
代谢：新陈代谢，广义定义：生物体与环境之间的物质和能量交换。狭义定义：细胞内一切化学变化的总称。
代谢的类型：物质代谢
能量代谢
合成代谢：需能，还原
分解代谢：放能，氧化
代谢特点：条件温和
严格调控：时间、地点、数量。
逐步有序：能量逐步释放，便于利用，对比TNT炸药。
有共同规律：所有生物都遵循，酶的本质相同。
二.高能化合物：水解后可释放出大量能量的化合物，△G < -5千卡/mol。
1.高能磷酸化合物：将高能量储存在磷酯键中的化合物，将磷酯键水解（抛出一个磷酸根）就能释放大量的能量，供生理活动之需，其磷酯键用“～”表示，区别于 “－”。这些化合物有：
NTP：A、G、C、T、UTP，其中以ATP最重要，是生物中的“可充电电池”，生化反应中的产能和耗能皆用ATP的个数来衡量。ATP的结构见P133，具有2个高能磷酸键。因此，它的水解供能方式可以是ATP→ADP+○P，释放一个高能键的能量，也可以是ATP→AMP+PPi，释放2个高能键的能量。
NDP：A、G、C、T、UDP，结构见P133，具有1个高能磷酸键。因此，它的水解供能方式只能是ADP→AMP+○P，释放一个高能键的能量。
磷酸烯醇式丙酮酸：PEP，含一个高能键。
2.其它高能化合物：
乙酰～CoA：含一个高能键
还原型的NAD：NADH+H+ 相当于3个高能键，当它氧化成氧化型的NAD时，可以制造3分子ATP（ADP+○P→ATP）
还原型的NADP：NADPH+H+ 相当于3个高能键，当它氧化成氧化型的NAD时，可以制造3分子ATP（ADP+○P→ATP）
FADH2：相当于2个高能键，当它氧化成氧化型的FAD时，可以制造2分子ATP（ADP+○P→ATP）
三.生物氧化：有机物在生物体内完全氧化为CO2和H2O，并放出能量的过程，是需氧细胞中一系列的氧化反应（主要是脱氢），O2参与反应，故称细胞呼吸。产物中的水是脱下来的H与O2结合的产生的，CO2是脱羧的结果，放出的能量用于制造ATP。把脱氢产生ATP称为氧化磷酸化，其场所是线粒体内膜上的呼吸链，见P293，其中脊上面的基粒就是ATP酶复合体（对寡霉素敏感），它把ADP+○P→ATP
四.呼吸链：是位于线粒体内膜上的电子和H传递体系，由一系列酶和辅酶按一定的顺序排列组成，功能是传递电子和H，并制备ATP，是将氧化（脱氢）与磷酸化（制造ATP）偶联起来的场所。它的组成和排列顺序如下：
脱氢酶：α-酮戊二酸异柠檬酸丙酮酸β-羟脂酰CoA 脱氢酶：琥珀酸α-P-甘油
2H 2H → FAD
↓ ↓
NAD → FMN → Fe-S → CoQ → Cytb → Cytc1 → Cytc → Cyta1a3
○1 ○2 ↓○3
ATP ATP ATP O2
* Cyta1a3含有Cu2+
由上可知，呼吸链有全程和支路两条，2H走全程可产生3分子的ATP，走支路只能产生2分子的ATP。
P/O：在呼吸链上传递2H（e+H）时，消耗的O原子与○P的摩尔数之比，反映ATP产生的效率。全程的P/O＝3，支路的P/O＝2。
五.氧化磷酸化的机制：化学渗透学说：e在呼吸链上传递时给H+泵提供了动力，而H+通过离子通道时又给ATP的形成提供了能量。
见草图
2个证据：氧化磷酸化时基质内的PH值高于基质外的，说明基质内的H+少
不进行氧化时，或阻断e传递，人为造成膜两侧PH梯度，则也有ATP生成。
第二章 糖代谢
§1.糖的分解代谢
一. 多糖分解为单糖
1. 淀粉的酶解
<1>胞外降解：淀粉酶类和寡糖酶类配合作用。对外源淀粉（食物）的酶水解，是糖苷酶，水解糖苷键（α-1，4、α-1，6）。
淀粉酶类：
α-淀粉酶：内切α-1，4糖苷键，产物是糊精和寡糖，唾液、胰液含有。
β-淀粉酶：非还原端两两外切α-1，4糖苷键，产物是麦芽糖和分枝寡糖，人不含有。
γ-淀粉酶：非还原端外切α-1，4和α-1，6糖苷键，产物是葡萄糖，人含有。
R酶：异淀粉酶，内切α-1，6糖苷键，产物是直链淀粉，人不含有，仅植物含有。
寡糖酶类：麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等。
<2>胞内降解
动物不存在胞内降解淀粉问题，植物的胞内降解同胞外降解。
2. 糖原的酶解
<1>胞外降解同淀粉，即动物将外源的糖原当成了淀粉。
<2>胞内降解：
糖原磷酸化酶：从非还原端“外切”α-1，4糖苷键，“外切”的方式不是水解而是磷酸化，产物G-1-P，见P310
脱枝酶：同植物中的R酶，内切α-1，6糖苷键。
3. 纤维素的酶解：只能胞外降解，仅存于微生物中。
β-葡萄糖苷酶：纤维二糖酶，专门水解纤维二糖中的β-1，4糖苷键，产物是葡萄糖。见P22
C1：非还原端外切纤维二糖，产物纤维二糖
Cx：内切β-1，4糖苷键。
葡聚糖葡萄糖酶：非还原端外切β-1，4糖苷键，产物葡萄糖。
二. 单糖的无氧氧化：在没有氧气的条件下，葡萄糖降解并释放能量的过程，是葡萄糖的不完全氧化过程，发生在胞浆中。
1. 糖酵解途径（EMP）
<1>物质代谢：见P319，注意其中的不可逆反应，每种物质的结构式自己查，也可见（B）P128，（课间显示）。
<2>能量代谢：消耗ATP：2
产生ATP：2*2
NADH+H+：1*2
净产能6-8个ATP
*** NADH+H+要从胞浆中穿梭到线粒体中才能制造ATP（因为呼吸链在线粒体内膜上），穿梭过程有可能是免费的也有可能是花代价的（1个ATP），故每个胞浆中的NADH+H+最后能产生2～3个ATP
2. 乙醇发酵：工厂生产酒精的过程，要掌握从淀粉到酒精的全部变化过程。狭义的发酵概念：微生物通过无氧氧化将糖类转变成乙醇的过程。广义概念：利用微生物生产一切产品的过程。
<1>物质代谢：EMP后加上丙酮酸脱羧和乙醛还原两步，见P321
<2>能量代谢：净产能2个ATP
3. 乳酸发酵：剧烈运动后（缺氧）肌肉发酸的道理。
<1>物质代谢：EMP后加上丙酮酸还原，见P320
<2>能量代谢：净产能2个ATP
三. 单糖的有氧氧化
1. 总过程：EMP+丙酮酸的氧化脱羧+ TCA
2. 丙酮酸的氧化脱羧：发生在线粒体中，丙酮酸可以自由的穿过线粒体内膜。
<1>物质代谢：见P323
<2>能量代谢：净产生3个ATP
3. 三羧酸循环（TCA）：Krebs循环，诺贝尔奖得主，发生在线粒体中
<1>物质代谢：见P329，英文对照见（B）P132
<2>能量代谢：产生ATP：1
NADH+H+：3
FADH2：1
即1分子乙酰CoA净产生12个ATP，2分子就是24个。
<3>关于环内物质的氧化以及草酰乙酸的补充
TCA总的结果是乙酰CoA被完全氧化成了CO2和H2O，而环上其它的物质的量并没有改变，要使环上的物质也彻底氧化则需要另一途径来帮忙---丙酮酸羧化支路，其过程见P344或草图。把线粒体中的草酰乙酸变成了胞浆中的丙酮酸，下面就好氧化了。
当乙酰CoA太多的时侯，就得及时补充草酰乙酸或者苹果酸以更多的启动TCA，补充的途径一是丙酮酸羧化支路，二是由苹果酸酶一步转化，见P331。
4. 单糖的有氧氧化的生理意义
<1>是生物获取能量的主要途径：1分子葡萄糖经过有氧氧化完全变成了CO2和H2O，共释放出可利用的能量36～38个ATP，能量利用率接近40％。对比一下无氧氧化（乙醇或乳酸发酵）只产生2个ATP。
<2>是物质代谢的总枢纽：许多非糖类物质（脂类、蛋白质）经其它代谢途径后可以转变成为单糖有氧氧化途径中的某些中间产物，因此也就可以被彻底氧化为CO2和H2O。反之，单糖有氧氧化途径中的某些中间产物也可以经其它代谢途径转变成为非糖类物质。
例如：联系糖与蛋白质代谢的枢纽物质：丙酮酸…Ala（P320）、α-酮戊二酸…Glu（P329）、草酰乙酸…Asp（P329）等；联系糖与脂代谢的枢纽物质：3-P-甘油醛…甘油、乙酰CoA…脂肪酸；
四. 磷酸己糖旁路（HMS：Hexose Monophosphate Shunt）或磷酸戊糖途径：单糖的无氧氧化和有氧氧化是细胞内主要的糖分解途径，但不是仅有的，将上述两种途径阻塞后（用酶抑制剂），糖的氧化照样进行。由此发现了单糖的另一种分解代谢方式HMS，地点：胞奖。
1. 物质代谢：见P336，第一第二步为氧化反应（脱氢），产生能量物质，其他各步均为异构和移换反应，没有能量变化。
2. 能量代谢：在P336的图中，3分子的G-6-P产生6分子的NADPH+H+和1分子3-P-甘油醛，同时又返回2分子的G-6-P，也就是1分子的G-6-P产生6分子的NADPH+H+和1分子3-P-甘油醛。那么2分子的G-6-P产生12分子的NADPH+H+和2分子3-P-甘油醛，其中2分子3-P-甘油醛可以通过EMP的逆过程变成G-6-P，这样，1分子的G-6-P净产生12分子的NADPH+H+（它的穿梭总是免费的），合36分子的ATP。1分子的葡萄糖就可以产生35分子的ATP。
3. 生理意义：
<1>是生物获取能量的另一重要途径：尤其在线粒体坏死的细胞中上升为主要供能方式，在肝、骨髓、脂肪组织和腺体中本来就进行旺盛。1分子的葡萄糖就可以产生35分子的ATP，仅次于糖的有氧氧化（36～38）
<2>它是联系己糖与戊糖、糖的分解与光合作用、糖类与核酸代谢的枢纽，这些代谢的中间产物可以进入HMS，同时HMS中的中间产物也可以成为合成其他物质的原料。例如5-P-核糖（糖与核酸）、5-P-核酮糖（HMS与光合作用）、3-P-甘油醛（HMS与EMP）等。
<3>HMS产生的大量NADPH+H+并不主要用于供能，而是主要作为供氢体参与物质的合成代谢，以及作为还原剂起作用，例如保持GSH、血红蛋白、红血球的还原状态
§2.糖的合成代谢
包括2个方面，一是动物体内的糖异生和糖原合成，二是植物体内的光合作用和淀粉形成。
一. 糖异生：非糖类物质通过EMP的逆过程生成单糖（G）的过程。非糖类物质主要有乳酸、甘油、AA等。最旺盛的场所是肝细胞的胞浆。
糖异生的过程：EMP的逆行，注意3个不可逆反应，对应3个底物循环，可使EMP逆行。
底物循环：由2种不同的酶催化的不可逆反应所实现的底物互变。
1.G与G-6-P：见P343
2.F-6-P与FDP：见P343
3. 丙酮酸羧化支路：见P344
请同学们课后写出EMP逆行的全过程。
P345中显示以乳酸和甘油为原料所进行的糖异生。
下面举几个AA为原料的例子：
转氨或脱氨 丙酮酸羧化之路 EMP逆行
Asp---------→草酰乙酸--------------→PEP---------→G
转氨或脱氨 TCA 丙酮酸羧化之路 EMP逆行
Glu----------→α-酮戊二酸-----→草酰乙酸--------------→PEP--------→G
转氨或脱氨 EMP逆行
Ala--------------→丙酮酸---------→G
二.糖原生成：由G生成糖原的过程
1. G的活化：生成G的供体，要消耗2分子ATP
葡萄糖激酶（肝）
己糖激酶（非肝） PG变位酶 UDPG焦磷酸化酶
过程：G---------------→G-6-P---------→G-1-P------------------→UDPG
具体的结构式和过程见P342
2. 糖链延伸：Gn+ UDPG--→Gn+1+UDP
3. 支链形成：
分枝酶
（α-1，4）---------→（α-1，4）+（α-1，6）
分枝酶具有内切和连接2项功能。这一点动植物有共同性。
三.高等植物的光合作用
1. 定义和反应式
植物吸收光能，将CO2和H2O转化成糖类，并放出O2的过程。
发生的部位是植物绿色组织（叶子、茎和果实的外层）之细胞的叶绿体中的类囊体之中，见讲义P6补页中的草图。最重要的物质是叶绿素，它是镁卟啉化合物，与血红蛋白中的铁卟啉很相似，见P349。叶绿素组成光反应中心和光反应系统，负责吸收和传递光能。
反应式：P347，上面的式子表示产生的是糖类，下面的式子直接将产物定为葡萄糖，实际上光合作用的直接产物是3-P-甘油醛，即三碳糖。
2. 过程
<1>光反应：由叶绿素等光合色素组成的光反应系统吸收光能制造NADPH+H+和ATP的过程，为暗反应准备供氢体和能量物质。这是个打基础的过程，分为水的光解和光合磷酸化2个部分。
光，叶绿素
水的光解：H2O ----------------→ 2H+ + 2e + 1/2O2
由此可知光合作用中植物放出O2是由H2O提供的，而不是由CO2提供的。
光合磷酸化：由水的光解产生的2H+ + 2e 在光合链（跟呼吸链很相似的结构）上传递时产生NADPH+H+和ATP的过程
光合链
NADP+ + 2H+ + 2e -------------→ NADPH+H+
光合链
ADP + ○P --------→ ATP
<2>暗反应
不需要O2参与的CO2固定过程，即利用光反应产生的还原剂（供氢体NADPH+H+）和能量物质ATP将CO2和H2O转化成糖类。这是个很复杂的过程，也是一个环式代谢，叫Calvin循环或C3循环，见P362。
重点掌握以下几点：
CO2的直接受体是RuDP（1,5-二磷酸核酮糖），第一步反应的酶即RuDP羧化酶是Calvin循环的关键酶。
Calvin循环的最初产物都是三碳化合物，故称C3循环。
一次Calvin循环固定3分子的CO2，产物是3-P-甘油醛
Calvin循环中有许多EMP及HMS途径中的物质。在P362有许多例子。
C4循环：在某些植物（甘蔗、玉米、高梁等，叫C4植物）中，环境中和自身氧化产生的CO2被某些组织（叶肉，见（B）P154）捕获，形成C4化合物，然后运送到其它组织（维管束，见（B）P154）中再释放出来，这就是C4循环。最后还是通过Calvin循环来形成糖类，所以C4循环并不是固定CO2的过程，而是运送CO2的过程。这种植物利用CO2的效率比C3植物更高。
四.淀粉的形成
1. 单糖的形成
Calvin循环产物是3-P-甘油醛，它异构成P-二羟丙酮，穿过叶绿体的膜进入胞浆中，沿着EMP途径逆行就可生成葡萄糖或其他形式的单糖，如G-6-P。
2. 淀粉的形成
<1>直链淀粉（α-1,4糖苷键）的形成
第一种形式：
变位酶 磷酸化酶
G-6-P --------→ G-1-P ---------→ Gn+1 + ○P
引物Gn
第二种形式：
UDPG焦磷酸酶 UDPG转葡萄糖基酶
G-1-P ---------------→ UDPG ------------------→ Gn+1 + UDP
UTP Ppi 引物Gn
第三种形式：
ADPG焦磷酸酶 ADPG转葡萄糖基酶
G-1-P ---------------→ ADPG ------------------→ Gn+1 + ADP
ATP Ppi 引物Gn
<2>枝链淀粉（α-1,6糖苷键）的形成：
由分枝酶即Q酶来完成，这一点动植物有共同性，这个酶有内切酶和连接酶双重功能，分枝的过程见P373。
第三章 脂代谢
前言：脂类的消化吸收：均在小肠部位进行。
一. 脂类的消化：主要依靠胰脏分泌的酶以及胆囊分泌的胆汁酸（乳化），产物五花八门。
1. 酯酶：水解脂肪酸和一元醇形成的酯。
胆固醇酯酶：水解胆固醇酯，产物为胆固醇和脂肪酸。P375
简单酯酶：水解简单酯如乙酸乙酯等。P374
2. 脂酶：
脂肪酶：水解甘油三酯，产物是甘油、甘油单或双脂以及脂肪酸。P375
磷脂酶：PLA1、PLA2、PLC、PLD，产物为甘油、甘油单或双脂以及脂肪酸、X、P等。P39
二. 脂类的吸收：小肠上皮细胞。
1. 可溶性的产物如甘油、脂肪酸，被小肠上皮细胞吸收后直接进入毛细血管经门静脉运到肝脏进行进一步代谢。
2. 不溶性的产物如甘油脂等，经胆汁酸高度乳化后被小肠上皮细胞吸收，并在其中重新被合成原脂，再进入淋巴系统，形成脂蛋白，最后进入血液中运到肝脏。
§1.细胞内脂肪的分解代谢
一. 脂肪的完全水解：由脂肪酶作用，在（肝）胞浆中进行。产物是甘油和脂肪酸。
二. 甘油的来龙去脉：
甘油 甘油激酶-------→←-------磷酸酶 α-P-甘油 脱氢酶←----→NAD P-二羟丙酮 →EMP→ 合成G或彻底氧化成CO2和H2O
三. 脂肪酸的氧化：β-氧化（发生在β-C上的氧化）
1.偶数、饱和脂肪酸的β-氧化：过程分为活化与转运、线粒体内β-氧化2步。产物是少了2个C的脂酰CoA和乙酰CoA。结构式P381，注意有高能键。
<1>脂肪酸的活化与转运：将胞浆中的脂肪酸变成线粒体中的脂酰CoA，由线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶和线粒体内膜上的肉毒碱脂酰转移酶共同完成。整个过程见P380。
总的反应式：
脂肪酸 + HSCoA（胞浆） -------→ATP↓AMP+PPi 脂酰CoA（线粒体）
能量核算：消耗2分子ATP
<2>线粒体内的β-氧化：分为脱氢、水化、再脱氢和硫解4步。结果是将脂酰CoA降解成为少了2个C的脂酰CoA和乙酰CoA。其过程见P382，物质、酶（特别注意烯脂酰CoA水合酶的高度专一性：只认反式双键，见P380）、能量。
能量核算：1个FADH2、1个NADH+H+一共相当于5分子ATP。
<3>脂肪酸完全氧化成CO2和H2O的过程以及能量核算
脂肪酸 + HSCoA（胞浆） -----------→活化、转运 脂酰CoA（线粒体） -------→β-氧化 乙酰CoA ----→TCA CO2+H2O
脂肪酸：2n
活化、转运1次：消耗2个ATP
β-氧化n-1次：产生（n-1）*5个ATP
生成n个乙酰CoA，经过n次TCA：产生n*12个ATP
总账：
17*n-7个ATP
例如：硬脂酸18：0，n=9，可以产生17*9-7＝146个ATP
2.奇数饱和脂肪酸的β-氧化
前面的过程与偶数、饱和脂肪酸的β-氧化相同，只是最后产生1分子的丙酰CoA而不是乙酰CoA，见P383，它将进一步变成琥珀酰CoA，进入TCA。
3.不饱和脂肪酸的β-氧化
由于天然的不饱和脂肪酸都是顺式双键，且位于9位上，因此在几次正常的β-氧化后会出现3-位上具有顺式双键的情况，见P384，因此要请另外1个酶帮忙，△3顺-△2反-烯脂酰CoA异构酶，将其变成2-位反式双键，符合烯脂酰CoA水合酶的专一性，后面又可以正常进行β-氧化了。
4.酮体代谢
当细胞中β-氧化进行得太剧烈时，产生的大量乙酰CoA无法用掉，它们就会转化成丙酮、乙酰乙酸、β-羟丁酸，统称为酮体，进入血液中运到需要的细胞，如果吃多了脂肪类食物，将使血液中的酮体含量过高，造成酮尿症（酸中毒），扰乱了体内的水盐代谢。酮体的代谢都需要变成糖有氧氧化过程中的中间产物。
§2.脂肪的合成代谢
一. 甘油的形成
1. 由糖的有氧氧化的中间产物转化而来，见§1.二.甘油的来龙去脉。
2. 消化吸收的甘油直接利用。
二.脂肪酸的生物合成：动物体内合成脂肪酸有两条途径，1是胞浆中的“从头合成”途径，2是线粒体和微粒体中的“补救”途径。
1.脂肪酸的“从头合成”途径，胞浆中发生，由乙酰CoA为原料，连续追加2C单位，最后形成软脂酸。
<1>原料：乙酰CoA，既可形成引物（乙酰ACP，见P391）又可形成二C单位的供体（丙二酰ACP，见P391），ACP：Acyl Carrier Protein，酰基载体蛋白。
<2>需要脂肪酸合成酶系：这是个多酶体系，效率极高，见P392，等一下再介绍。
<3>“从头合成”过程，物质、酶、过程。增加的过程：软脂酰ACP的水解。
<4>回头介绍脂肪酸合成酶系，这是一个以ACP为核心，在它周围有次序的排列着合成脂肪酸的各种酶，随着ACP的转动，依次发生上述各种反应。每一步反应的产物正好是上一步反应的底物，因此，效率极高，详细讲解。P392
第一步，ACP接受了乙酰基后将其暂时交给（转到）β-酮脂酰ACP合成酶，然后ACP回头再去接受丙二酰基，再转到β-酮脂酰ACP合成酶处，由该酶将丙二酰基的羧基去掉再将酶身上的乙酰基安到其上，就形成了β-酮脂酰ACP，之后ACP就带着β-酮脂酰基转到另一酶处，转转转…，最后形成多了2个C的脂酰ACP，ACP将这个产物看成是乙酰基，再次暂时交给（转到）β-酮脂酰ACP合成酶，以后的过程同上反复进行。图中的脂肪酰脱酰酶就是软脂酰ACP硫酯酶。
<5>原料乙酰CoA的来源：无论是糖的有氧氧化还是脂肪酸的β-氧化，乙酰CoA都是在线粒体中产生的，而脂肪酸的 “从头合成”途径发生在胞浆中，这就涉及到乙酰CoA的穿梭，从线粒体到胞浆，以柠檬酸-丙酮酸循环为例，代价是2分子的ATP。见P393，略。
2.线粒体中脂肪酸合成的“补救”途径。
胞浆中“从头合成”途径产生的软脂酸，通过正常的脂肪酸β-氧化的活化与转运过程进入线粒体中，再以乙酰CoA为原料，软脂酰CoA为引物，沿着β-氧化的逆过程形成硬脂酰CoA，水解成硬脂酸。要使β-氧化逆转，得请烯脂酰CoA还原酶来帮忙，使第一步的不可逆反应反转，这也就是底物循环，其它各步均是可逆反应，见P382。注意烯脂酰CoA还原酶的辅酶是NADPH+H+
α,β-烯硬脂酰CoA NADP烯脂酰CoA还原酶-------------------→←-------------------脂酰CoA脱氢酶NAD 硬脂酰CoA
3.奇数和不饱和脂肪酸都是在偶数饱和脂肪酸的基础上衍生而来的。
三.脂肪的形成
1. 甘油的活化：在甘油激酶的作用下形成α-P-甘油
2. 脂肪酸的活化：在脂酰CoA合成酶的作用下，形成脂酰CoA。
3. 在脂酰转移酶和磷酸酶的作用下生成脂肪：见P397
§3.磷脂和胆固醇的代谢
一. 磷脂的代谢
1. 分解代谢：细胞内磷脂的分解代谢的第一步与肠道中的消化相同，是由磷脂酶进行的水解作用，见P397。第二步是水解的终产物如甘油、脂肪酸、磷酸、X各自进入自己的代谢途径。
2. 合成代谢
甘油 甘油激酶----→ATP↓ADP α-P甘油 酯酰转移酶-----→酯酰CoA P-二酰甘油 磷酸酶-----→ 二酰甘油 X的活化形式-----→带○P 甘油磷脂
带○P的X的活化形式：如CDP胆碱，P400
以上过程的方程式和结构式见P399、401、
二. 胆固醇的代谢
1.在动物细胞内，胆固醇不能被分解，加氢后变成粪固醇排出体外。胆固醇可以被转化为各种重要物质，如VD、胆汁酸、性激素和其它激素等见P404。但动物细胞可以合成胆固醇。
2.胆固醇的合成过程很复杂，简化为
乙酰CoA -----→ 羟甲基戊酸（MVA，6C）-----→ 鲨烯（30C）-----→ 胆固醇（27C）
重要的内容：乙酰CoA为原料，羟甲基戊二酰CoA（HMGCoA）是关键酶。
4. 胆固醇在体内的运输：
肝脏 LDL--------→血液←--------HDL 外围组织
第四章 蛋白质的分解代谢
食物中的蛋白质在小肠被一系列的蛋白酶作用后，水解成AA，才能被小肠上皮细胞所吸收。AA在细胞内可以通过下列途径进一步分解，也可以重新被合成，而蛋白质的合成则放到后面去讲。
§1.AA的降解
一. 共同代谢途径：氨基和羧基的处理。
1. AA的氧化脱氨作用
需要O2参与，可逆反应，将氨基变成酮基，产物即是α-酮酸，由AA氧化酶催化（有L-和D-之分，具有立体专一性），辅酶为FAD或FMN，但不产生能量。总的反应式P412，具体过程为见讲义下P22。AA氧化酶数量少活性低，因此氧化脱氨不是多数AA的氨基主要处理方式。
但是有一种酶例外：L-Glu脱氢酶，其催化的反应见P413，要产生能量，该酶活性高，是Glu的氨基主要处理方式。
2. AA的转氨作用在转氨酶作用下进行，实际上是移换反应，酮基和氨基的对调，可逆反应。反应式见P413
<1>细胞内的转氨酶种类很多，多数都是“谷Ⅹ转氨酶”，也就是以α-酮戊二酸（P413）为氨基受体的转氨反应，是AA的氨基主要处理方式。其中谷丙转氨酶（见P414）和谷草转氨酶的活性最高：
Glu + 草酰乙酸 ←---→ Asp + α-酮戊二酸
Glu + 丙酮酸 ←---→ Ala + α-酮戊二酸
<2>转氨酶都需要磷酸吡哆醛或磷酸吡哆胺为辅酶（VB6的衍生物，结构见P414），它们是氨基的载体。
<3>转氨酶是胞内酶，以肝脏、心脏含量最高，血液中极少，当肝脏病变时，细胞通透性增大，转氨酶就?出细胞外，进入血液中，使得血液中转氨酶的活性大大提高，这就是诊断肝炎的原理。
3. AA的联合脱氨作用
是氧化脱氨和转氨的集优化，即L-Glu脱氢酶活性高，谷Ⅹ转氨酶种类多，因此两者的联合是广泛而彻底的氨基处理方式，可逆反应。见P415
4. AA的脱羧作用
由氨基酸脱酸酶催化，辅酶也是磷酸吡哆醛，产物是胺（多数具有毒性和强烈的生理效应），以Glu为例见417。产物γ-氨基丁酸具有抑制中枢神经的作用。
二. 共同代谢产物的去路
1. NH3的去路：鱼类：NH3直接排出体外；鸟类：尿酸；哺乳类：尿素。
人和哺乳动物通过鸟氨酸循环，由NH3和CO2生成尿素。由肝脏生成尿素，进入血液后经肾脏排除（尿）。
意义：<1>生化史上头一次提出的环式代谢，由Krebs（TCA）发现的，具有极其广泛的理论价值<2>降毒作用，NH3的毒性比尿素大得多。<3>将废物CO2也一同除去。
鸟氨酸循环的简要过程：P419掌握
注意几点：
<1>原料的活化：肝脏线粒体中。见P421，由氨甲酰磷酸（结构式P420上）合成酶Ⅰ催化，合成酶Ⅱ则在生长旺盛的肝外细胞的胞浆中。消耗2个ATP。
<2>中间插入的NH3 也不是游离的，而是通过转氨而来的，见P421
<3>每形成1分子尿素须消耗4分子ATP，但产生1分子NADH+H+，故总效果相当于消耗1～2分子ATP，见P421。
2. α-酮酸的去路
<1>回头生成AA：沿着氧化脱氨、转氨、联合脱氨的逆反应。
<2>彻底氧化成CO2和H2O并供能：α-酮酸进入EMP、酮体代谢等过程，最后都要经过TCA，统见P423。注意几点：丙酮酸（Ala）、α-酮戊二酸（Glu）、草酰乙酸（Asp）。
<3>转变成糖类或脂类（酮体：丙酮、乙酰乙酸、β-羟丁酸，它们可以进一步转化成脂类）。
生酮AA：进食之后仅使实验动物尿中的酮体浓度提高的AA，只有Leu，属于必须AA。
生酮兼生糖AA：进食之后使实验动物尿中的酮体和糖的浓度都提高的AA，有Ile、Lys、Phe、Trp、Tyr。除了Tyr均是必须AA。
生糖AA：进食之后仅使实验动物尿中的糖的浓度提高的AA，除了上述以外的AA全是。非必需AA除了Tyr外全是。
三. 除了共同代谢途径之外AA还有特殊的代谢方式。略。
§2.AA的生物合成
一. 由α-酮酸沿着氧化脱氨、转氨、联合脱氨的逆反应回头生成AA。
二. 从头合成：由非α-酮酸通过复杂的代谢形成AA。动物只能形成12种（婴儿期间10种），还有8（10）种，必须由食物中补充，叫必须AA。植物和多数微生物都能合成所有20种基本AA。下面通过一个复杂的代谢图显示各种AA的简要合成途经
Tyr 4-P-赤藓糖 HMS←-- G
↑ ｜ ↓
Phe 植物 ｜｜ 3-P-甘油醛 → Ser → CysGly
↑ ｜ ↓
分枝酸 ← 莽草酸 ← -------- ----- PEP
↓ ↓ 植物
Try Ala ← 丙酮酸 ---→ LeuValIle
↓
Asn ← Asp ← 草酰乙酸 ----- TCA ----- α-酮戊二酸 →Glu→ GlnArgPro
｜｜↓ 植物 和眼虫 ｜｜↓
ThrMetLysIle Lys
His的合成很特殊：以PRPP（磷酸核糖焦磷酸：5-P-核糖-1-Ppi）为前体。
第五章 核酸的代谢
核酸的分解代谢及核苷酸的生物合成，而核酸的生物合成（复制、转录等）将在后面详述。
§1.核酸的分解
一.核酸的消化吸收：在小肠处被水解为核苷酸水平以下的组分时才能被吸收进细胞内。
核酸酶（磷酸二酯酶） 磷酸单酯酶 核苷酶
核酸 -------→ 核苷酸 ----→ ○P核苷 ----→ BR
↓ 核苷磷酸化酶
B1-P-R
二.碱基的分解：均可在3种水平上进行，碱基、核苷、核苷酸。此处以碱基水平为例
1. 嘌啉的分解：A、G
见P454、455，人、猿、鸟类以尿酸为终产物排除体外，所以人的尿是酸性的。其他动物还要进一步分解。人的痛风症：黄嘌啉氧化酶活性过高时，形成过多的尿酸，它们的钠盐沉积在关节处造成疼痛。可用别嘌啉醇解除，它是黄嘌啉氧化酶自杀性底物。
2. 嘧啶的分解：U、C、T
见P456，生成的β-氨基酸可以部分排除体外也可以进一步分解。
三.核苷酸的生物合成
1. 补救途径：由现成的碱基合成核苷酸
磷酸核糖转移酶
b + PRPP ←-----------------→ NMP + PPi
PRPP：5-P-核糖-1-PPi
核苷磷酸化酶 核苷激酶
b + 1-P-R ←-----------→ ○P +核苷 --------→ NMP
ATP→ADP
2. 从头合成途径：在PRPP的基础上合成碱基，当碱基合成完毕，核苷酸也合成了，因此称这种碱基的合成方式是核苷酸水平上的。
<1>嘌啉核苷酸的合成（AMP、GMP）：过程很复杂，重要掌握2点：
PRPP是合成的直接起始物，见P457，在PRPP上添加原料合成碱基，核苷酸也合成了。
嘌啉环上的原子来源：见P457
<2>嘧啶核苷酸的合成（CMP、UMP）：过程很复杂，重要掌握2点：
PRPP是合成的间接起始物，先合成嘧啶环再加到PRPP上。
嘧啶环的原子来源：见P461
3. 核苷酸的衍生物的合成
在4种基本核苷酸的基础上合成NDP、NTP、dNMP、dNDP、dNTP
<1>NDP、NTP的合成
核苷酸激酶 核苷二磷酸激酶
NMP ----------→ NDP -------------→ NTP
ATP-→ADP ATP-→ADP
<2> dNMP的合成：是在DP或TP水平上形成的。
NDP或NTP 核苷酸还原酶系---------------→ dNDP或dNTP 磷酸酶--------→ dNMP
以上只能形成dAMP、dGMP、dCMP三种
dTMP没有与之对应的NMP，它得由UMP转变而来：
核苷酸激酶 核苷酸还原酶系 磷酸酶 dTMP合成酶
UMP --------→ UDP ------------→ dUDP -----→ dUMP --------→ dTMP
ATP→ADP 甲烯FH4
4. 癌症的化疗原理
癌细胞：失去接触抑制，核酸和蛋白质合成异常旺盛，消耗营养制造毒物。
治疗癌症：放射、手术、化疗
癌症的化疗原理：药物抑制核苷酸的从头合成途径。这些药物被设计成核苷酸从头合成途径中有关酶的抑制剂，如氧重氮亮氨酸是Gln的类似物，竞争性的抑制剂，干扰嘌啉和嘧啶核苷酸的从头合成。结构对照见草图；
5-F-U是U的类似物，干扰dTMP的合成。
氨基喋呤和氨甲基喋呤是叶酸（F）的类似物，干扰FH4的合成，进而干扰嘌啉核苷酸的合成。
第六章 DNA的复制与修复
从本章起，我们进入高级生化的内容，分子生物学。这几章的内容都是近代生化史上最耀眼的成果，它们都与中心法则有关。
中心法则是50年代Creck提出的遗传信息流动之方向的假说，目前其最完善的形式是：
转录 翻译
DNA -------→←------- RNA ---------→←………… 蛋白质
复制 逆转录 复制 逆翻译
§1.DNA的复制
一. DNA复制的一般规律
1. 半保留复制
由一个DNA分子（称亲代DNA）变成2个DNA分子（称子代DNA），这2个子代DNA分子的一级结构完全一样。
在任何一个子代DNA分子中，一条DNA单链来源于亲代，另一条是新合成的，2条链仍然是碱基配对的。
---------------------------- -----→ --------------…………………+--------------…………………
亲代DNA 复制 子代DNA
实验证明：同位素（15N）示踪技术和密度梯度超离心（CsCl），排除了全保留式和弥散式，见P472或草图，证明了只有半保留方式。
---------------------------- -----→ ----------------------------+……………………………………
---------------------------- -----→ --------------…………------+--------…………………………
2. 需要模板和引物，底物是dNTP，
模板是亲代DNA，新链就是以老的DNA单链为模板，按照碱基配对原则合成的。
引物一般是短的RNA，也有用蛋白质做引物的（Φ29噬菌体），也有用DNA单链的（回折）。
3. 复制的方向（新链延伸的方向）
新链按5’--→ 3’方向合成的，见P138解释2种延伸方向。要求底物dNTP具有3’-OH和5’-PPP。
证明：正常底物中掺予ddNTP，如果产物是具有3’端ddNTP，则是按5’--→ 3’方向合成，如果产物中根本没有ddNTP则是按3’--→ 5’方向合成，见P138解释，结果是前者。
4. 有固定的起始点，通常是双向复制，也有单向复制的
见草图。
5. 复制是在解链（局部）基础上进行的
因此会形成复制泡（眼）或复制叉，见P474
6. 复制是半不连续的
一条新链是连续合成的，称为前导链。另一条新链是不连续合成的，称为后随链，后随链中的小片段叫岗崎片段，每合成一段岗崎片段都需要引物，见草图。一个复制泡合成一段岗崎片段，见讲义P33。
二. 参与DNA复制的酶和有关蛋白质
1. DNA拓扑异构酶
引起DNA在正超螺旋、B-DNA、负超螺旋之间互变，以便解链。
ToPoⅠ：消除负超螺旋（原核）、消除正超螺旋（真核），不需要能量。
ToPoⅡ：引入负超螺旋，需要能量。
2. DNA解链酶
破坏DNA双链之间的氢键，使DNA解链，需要ATP供能。目前发现4种。
解链酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Rep蛋白，其中解链酶Ⅱ与后随链之模板结合，Rep蛋白则与前导链之模板结合。
3. 单链结合蛋白SSB：Single Strand Binding
结合在模板DNA单链上，防止已解链的DNA重新形成双链。
4. RNA引发酶
负责合成一个小片段RNA，作为新链DNA的引物，此酶就是一种RNA聚合酶，受利福平抑制。
5. DNA聚合酶
<1> DNA聚合酶是DNA复制最重要的酶，催化反应：
模板/引物-3’-OH + dNTP Mg2+-------------→DNA聚合酶 模板/引物-dNMP-3’-OH +PPi
由上式可知底物是dNTP，复制方向是5’--→ 3’。
<2>在E.coli中，共发现了3种DNA聚合酶：DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
DNA聚合酶Ⅰ，Kernberg发现，诺贝尔奖得主，该酶是个多功能酶，共具有：
5’--→ 3’聚合； 3’--→ 5’外切，用于自我校对，即当聚合过程中出现碱基配对错误时，该酶聚合活性丧失，3’--→ 5’外切活性激活，但矫枉过正，多切除了10％，然后又恢复聚合活性；5’--→ 3’外切，用于切除引物；水解PPi，加快聚合反应并使之不可逆。DNA聚合酶Ⅰ不是E.coliDNA复制中的最主要酶，这是因为。DNA聚合酶Ⅰ缺陷型的E.coli照样存活。
DNA聚合酶Ⅱ：与DNA聚合酶Ⅰ功能相似，但没有5’--→ 3’外切。
DNA聚合酶Ⅲ：与DNA聚合酶Ⅰ功能相同，其聚合活性比DNA聚合酶Ⅰ高1000倍，是E.coliDNA复制中的最主要酶。
<3>真核生物中的DNA聚合酶，共有5种：DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε，除了γ在线粒体中外，其余都在细胞核中。
6. 切除引物以及填补空白的酶
当DNA复制达到一定程度之后，引物将被水解掉，由引物酶作用，这样前导链尤其是后随链（岗崎片段之间）就出现了空白，再由填补空白的酶以岗崎片段为引物，合成一段新链，见草图解释。在E.coli中，这2种酶都是由DNA聚合酶Ⅰ来充当的。
7. DNA连接酶：将各片段之间形成3’,5’-磷酸二酯键，使新链都连续完整
三. DNA复制的过程
1. 起始
2. 延伸
3. 终止
四. 复制的模型
五. 真核与原核生物DNA复制的比较
1. 核糖体不同：原核70S（50+30），真核80S（60+40）
2. 起始AA不同：原核是fMet，真核是Met。
3. 起始机制不同：原核SD序列，真核5’端帽子。
4. 起始复合物的形成过程不同。略。
5. 真核生物过程更复杂，需要的因子更多。
二. 蛋白质合成的抑制剂
原核 绿霉素、红霉素、链霉素、四环素、新霉素、卡拉霉素
真核 梭链孢酸、放线菌酮、蓖麻毒素、白喉毒素、干扰素（抗病毒）
原核与真核 嘌啉霉素、
第七章 基因工程、基因表达、核酸测序
一.基因工程
上个世纪七十年代发展起来的一项新技术，将成为本世纪最具前途的工业。
把不同来源的基因按照设计蓝图重新整合成一个新的基因组（即DNA分子），再把它引入细胞中，构成具有新的遗传特性的生物，为人类服务。
它的意义在于，借用工程设计的思想，克服了生物种间限制，定向创造新的物种。
基因工程的一般步骤如下：见讲义草图P72，整理如下
1. 根据需要提出设计
2. 分离带有所需基因的DNA片段
3. 改造作为载体的DNA
4. 把2、3体外重组
5. 把重组的DNA分子引入受体细胞
6. 分离这些纯系增殖细胞
7. 使外来基因在受体细胞内表达
一. 基因表达调控
基因表达：基因如果进行了转录进而翻译，就叫基因表达，否则就叫基因不表达。基因表不表达，什么时候表达，都受到严格的调控。真核生物细胞的分化就是因为基因表达不同造成的。
基因表达的调控可以分为DNA水平（基因重排,拓扑异构和启动子的结构）、转录水平（操纵子模型、）、翻译水平三种水平。
1. 操纵子学说之一-------乳糖操纵子
提出者：法国人，Jacob和Monod，诺贝尔奖金得主。
乳糖操纵子的现象：E.coli中与乳糖利用有关的酶是半乳糖苷酶（LactZ）、透性酶（LactY）、转乙酰酶（LactX）三种，当培养基中不含有乳糖时，细胞基本上不产生这三种酶（5个/细胞），当培养基中加了乳糖时，细胞产生很多这三种酶（5000个/细胞）。符合经济原则。
乳糖操纵子模型：
<1>E.coli的DNA上有关乳糖操纵子的结构包括：见讲义草图P55
调节基因I或R 产生有活性的阻遏蛋白，它能结合操纵基因（O），阻止RNA聚合酶的通过，不能转录。诱导物乳糖可以跟它结合，使其失活，不能结合操纵基因（或从操纵基因上掉下来），转录得以正常进行。
控制元件 启动子（P）：RNA聚合酶的驻地
操纵基因（O）：能被有活性的阻遏蛋白结合，阻止RNA聚合酶的通过，不能转录。
结构基因 Z：产生半乳糖苷酶（LactZ）
Y：产生透性酶（LactY）
X：产生转乙酰酶（LactX）
<2> 乳糖操纵子模型的作用机理：培养基中不含有乳糖时，调节基因产生的阻遏蛋白有活性，它能结合操纵基因（O），阻止RNA聚合酶的通过，不能转录。培养基中加了乳糖时，乳糖作为诱导物与阻遏蛋白结合，使其失活，不能结合操纵基因（或从操纵基因上掉下来），转录得以正常进行。见讲义草图P55
2. 操纵子学说之二-------组氨酸操纵子
现象：当培养基中不含有His时，细胞产生很多的His合成酶。当培养基中加了His时，细胞基本上不产生His合成酶。也符合经济原则。
His操纵子模型：
它与乳糖操纵子模型不同的地方在于，调节基因产生的阻遏蛋白是没有活性的，它需要结合His后才具有活性，这里His不是诱导物而是辅阻遏物。
三. 核酸测序
1. RNA的测序
<1>一般过程：目的RNA的分离提纯→3’,5’末端分析→目的RNA降解为2套小片段，并分离各片段→片段测序→拼凑
<2>RNA的水解
碱水解：高温稀氨水可以将RNA彻底水解，水解位置在
…Np↓Np↓…，产物为3’-NMP。
酶水解：
酶 类别 底物 特异性 产物
磷酸单酯酶PMase 外切酶 DNA、RNA ，见P141p↓N……N↓p 端点有游离的-OH
牛胰核糖核酸酶RNaseⅠ 内切酶 RNA 左边为Py，切点见P140-Pyp↓N- 3’端Py核苷酸具有游离的3’-○P
CMCT保护的RNaseⅠ 内切酶 RNA 左边为C，切点见-Cp↓N- 3’端C核苷酸具有游离的3’-○P
核糖核酸酶T1RNase T1 内切酶 RNA 左边为G，切点见P140-Gp↓N- 3’端G核苷酸具有游离的3’-○P
核糖核酸酶U2RNase U2 内切酶 RNA 左边为Pu，切点见P140-Pup↓N- 3’端Pu核苷酸具有游离的3’-○P
<3>RNA的末端分析，判断3’,5’末端核苷酸是什么。
5’末端分析：先用PMase去掉RNA端点核苷酸的游离磷酸根，露出-OH，再用多核苷酸激酶和放射性同位素P32（简记为γ- P32）标记过的ATP，将RNA5’末端核苷酸的5’位上
接上γ- P32，这样就把5’端核苷酸标记了。稀氨水彻底水解RNA，电泳，放射自显影，标准图谱，可知该核苷酸的种类。
3’末端分析：操作同上，在电泳图谱上找出核苷的位置。对照标准图谱，可知该核苷酸的种类。
<4>RNA片段测序：
将这个RNA片段的5’端进行标记（见<3>）
↓
4种RNA内切酶进行不同步的作用（解释:每个分子的作用位点都不同）
↓
电泳分离各产物
↓
放射自显影
↓
直读核酸序列
例如：
*AGCUAGCU…
5’-*多聚核苷酸长度 RNaseⅠ CMCT+ RNaseⅠ RNase T1 RNase U2 直读5’-
1 *A A
2 *AG *AG G
3 *AGC *AGC C
4 *AGCU U
5 *AGCUA A
6 *AGCUAG *AGCUAG G
7 *AGCUAGC *AGCUAGC C
8 *AGCUAGCU U
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