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生物化学教案绪论 第一章 蛋白质的结构与功能授课日期15.9.12授课时数：3学时教学目标1、掌握：蛋白质基本组成单位-氨基酸的种类、基本结构及主要特点；蛋白质的分子结构；蛋白质结构与功能的关系；2、熟悉：当代生物化学研究的主要内容。各种氨基酸的结构；蛋白质的分类。教学重点难点重点：蛋白质元素组成及其特点。氨基酸的种类、基本结构及理化性质。蛋白质的一级结构与高级结构，肽键、肽单元、肽平面的概念。蛋白质结构与功能的关系；蛋白质组学概念，蛋白质的主要理化性质及其应用。蛋白质分离纯化的方法及其基本原理难点：蛋白质结构与功能的关系；氨基酸序列分析及空间结构测定。授课内容绪论 第一章 蛋白质的结构与功能生物化学就是生命的化学。它是研究活细胞和有机体中存在的各种化学分子及其所参与的化学反应的科学。 分子生物学：是研究生物大分子结构、功能及其基因结构、表达与调控机制的科学。一、生物化学发展简史二、生物化学研究内容1生物分子的结构与功能2 物质代谢及其调节 3遗传信息的传递及其调控三、生物化学与医学1生物化学与分子生物学在生命科学中占有重要的地位 2生物化学的理论与技术已渗透到医学科学的各个领域3生物化学的发展促进了疾病病因、诊断和治疗的研究第一章 蛋白质的结构与功能一、蛋白质(是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质是细胞的重要组成部分，是功能最多的生物大分子物质，几乎在所有的生命过程中起着重要作用：1）作为生物催化剂，2）代谢调节作用，3）免疫保护作用，4）物质的转运和存储，5）运动与支持作用，6）参与细胞间信息传递。二、蛋白质的分子组成1. 蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S，各种蛋白质的含N量很接近，平均16%。通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) 6.252. 组成蛋白质的基本单位L-a-氨基酸：种类、三字英文缩写符号、基本结构。分类（非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸）。理化性质（两性解离及等电点、紫外吸收、茚三酮反应 ）。3. 肽键是由一个氨基酸的a-羧基与另一个氨基酸的a-氨基脱水缩合而形成的化学键。肽、多肽链；肽链的主链及侧链；肽链的方向（N-末端与C-末端），氨基酸残基；生物活性肽：谷胱甘肽及其重要生理功能，多肽类激素及神经肽。三、蛋白质的分子结构1. 蛋白质一级结构概念：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。主要化学键肽键。二硫键的位置属于一级结构研究范畴。 2. 蛋白质的二级结构概念：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：氢键肽单元是指参与组成肽键的6个原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。四种主要结构形式（螺旋、折叠、转角、无规卷曲）及影响因素。蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间构象，被称为模体(motif)。3. 蛋白质的三级结构概念：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。主要次级键疏水作用、离子键（盐键）、氢键、范德华力等。结构域（domain）：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，折迭得较为紧密，各行其功能，称为结构域。分子伴侣：通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折迭成天然构象或形成四级结构的一类蛋白质。4. 蛋白质的四级结构每条具有完整三级结构的多肽链，称为亚基 (subunit)。蛋白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，称为蛋白质的四级结构。各亚基之间的结合力疏水作用、氢键、离子键。5. 蛋白质的分类：根据组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质，根据形状分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。6. 蛋白质组学基本概念：一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。研究技术平台研究的科学意义。四、蛋白质结构与功能的关系1. 蛋白质一级结构与功能的关系一级结构是高级结构和功能的基础；一级结构相似其高级结构与功能也相似；氨基酸序列提供重要的生物进化信息；氨基酸序列改变可能引起疾病。2. 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的功能依赖特定空间结构；肌红蛋白的结构与功能。血红蛋白结构、运输O 2功能，氧饱和曲线。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。 变构效应：凡蛋白质（或亚基）因与某小分子物质相互作用而发生构象变化，导致蛋白质（或亚基）功能的变化，称为蛋白质的变构效应。蛋白质构象改变可引起疾病如疯牛病等。五、蛋白质的理化性质1两性解离等电点：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。2胶体性质3变性、复性、沉淀及凝固蛋白质的变性(denaturation)：在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子的特定空间构象被破坏，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：如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等 。 蛋白质变性后的性质改变：溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失及易受蛋白酶水解。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构象和功能，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(protein coagulation) ：蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。 4紫外吸收（280nm）、5呈色反应（茚三酮反应、双缩脲反应）。复习思考题1. 名词解释：蛋白质一级结构、蛋白质二级结构、蛋白质三级结构、蛋白质四级结构、肽单元、模体、结构域、分子伴侣、协同效应、变构效应、蛋白质等电点、电泳、层析2. 蛋白质变性的概念及本质是什么？有何实际应用？3. 蛋白质分离纯化常用的方法有哪些？其原理是什么？4. 举例说明蛋白质结构与功能的关系？第二章 核酸的结构与功能授课日期15.9.19授课时数：3学时教学目标1、掌握：核酸的分类、细胞分布，各类核酸的功能及生物学意义；核酸的化学组成；核酸的一级结构及其主要化学键；DNA右手双螺旋结构要点2、熟悉：核酸的高级结构；核酸酶。教学重点难点重点：两类核酸（DNA与RNA）的细胞分布，功能及生物学意义；化学组成；两类核酸分子组成异同；核酸的一级结构及其主要化学键；DNA右手双螺旋结构要点及碱基配对规律；难点：DNA的空间结构。讲授内容第二章 核酸的结构与功能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。分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类，前者90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。而RNA分布于胞核、胞液，参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。一.核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成元素组成：C、H、O、N、P（910%）分子组成：碱基（嘌呤碱，嘧啶碱）、戊糖（核糖，脱氧核糖）和磷酸1核苷酸中的碱基成分：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）。DNA中的碱基（A、G、C、T），RNA中的碱基（A、G、C、U）。2戊糖：D-核糖（RNA）、D-2-脱氧核糖（DNA）。3磷酸核酸及核苷酸：碱基及戊糖通过糖苷键连接形成核苷，核苷与磷酸连接形成核苷酸。重要游离核苷酸及环化核苷酸：NMP、NDP、NTP、cAMP、cGMP核酸的一级结构概念：核酸中核苷酸的排列顺序，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。核苷酸间的连接键3，5-磷酸二酯键、方向（53）及链书写方式。二、DNA的空间结构与功能1、DNA的二级结构双螺旋结构2chargaff规则：Chargaff规则：腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数总是相等（=T），鸟嘌呤的含量总是与胞嘧啶相等（G=C）；不同生物种属的DNA碱基组成不同，同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。B-DNA结构要点：DNA是一反向平行的互补双链结构 亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧、而碱基位于内侧，两条链的碱基互补配对， A-T形成两个氢键，G-C形成三个氢键。堆积的疏水性碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。两条链呈反平行走向，一条链53，另一条链是35。）。DNA是右手螺旋结构 DNA线性长分子在小小的细胞核中折叠形成了一个右手螺旋式结构。螺旋直径为2nm。螺旋每旋转一周包含了10对碱基，每个碱基的旋转角度为36。螺距为3.4nm；碱基平面之间的距离为0.34nm。DNA双螺旋分子存在一个大沟（major groove）和一个小沟（minor groove），目前认为这些沟状结构与蛋白质和DNA间的识别有关。DNA双螺旋结构稳定的维系 横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以碱基堆积力更为重要。Z-DNA、A-DNA。2、DNA的高级结构超螺旋超螺旋结构(superhelix 或supercoil)：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 原核生物DNA的高级结构是环状超螺旋真核生物染色质(chromatin)DNA是线性双螺旋，它缠绕在组蛋白的八聚体上形成核小体。组蛋白：富含Lys和Arg的碱性蛋白质，包括H1、H2A、H2B、H3、H4。由许多核小体形成的串珠样结构又进一步盘曲成直径为 30nm 的中空的染色质纤维，称为螺线管。螺线管再经几次卷曲才能形成染色单体。人类细胞核中有 46条染色体，这些染色体的 DNA总长达1.7m,经过这样的折叠压缩，46 条染色体总长亦不过 200nm 左右。4、DNA的功能：DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。5、人类基因组计划研究的主要内容。三、RNA的结构与功能（一）mRNA：特点（含量最少（2-3%），种类多，代谢最快（寿命短） 结构：原核细胞mRNA整个分子分为三部分，即5非编码序列、编码序列、 3非编码序列。真核细胞mRNA分子分为五部分帽子、 5非编码序列（前导序列）、编码序列、 3非编码序列（拖尾序列）和尾巴（二）tRNA：10-15%，70-90个核苷酸 特点：（稀有碱基多，分子量小）结构：二级结构：三叶草形 主要组成:四臂三环三级结构：倒L形(三)、 rRNA：特点（含量最大70-80%，甲基化多）种类：原核：23S、16S、5S， 真核：28S、18S、5S、5.8S与多种蛋白质结合形成核糖体（大亚基、小亚基），是蛋白质合成场所。4snmRNA参与基因表达调控snmRNAs的种类：核内小RNA，核仁小RNA，胞质小RNA，催化性小RNA，小片段干涉 RNA snmRNAs的功能：参与hnRNA和rRNA的加工和转运。核酶：概念、化学本质（RNA）、作用底物（核酸）及应用。5、核酸在真核细胞和原核细胞中表现不同时空特性。四、DNA的理化性质及其应用（一）变性概念：在物理、化学因素的影响下，DNA双螺旋结构解为单链的现象称为变性。变性不会破坏DNA的共价键结构。只是破坏DNA的氢键和碱基堆积力。变性后的特点：特点：1.紫外吸收增加。增色效应:DNA变性过程中，其紫外吸收增加的现象。变性因素：强酸碱、有机溶剂、高温等等。影响因素：1.G+C含量。2.DNA的复杂程度（均一性）：均一性好，则熔解温度范围窄。3.介质的离子强度：离子强度高，则Tm值高。（二）复性：概念：变性DNA重新成为双螺旋结构的现象。特点：紫外吸收减少。减色效应：DNA复性过程中，紫外吸收减少的现象。常用的复性方法：退火。（温度缓慢降低，使变性的DNA重新形成双螺旋结构的过程）。 （三）核酸分子杂交。概念：不同来源的核酸链因存在互补序列而形成互补双链结构，这一过程就是核酸杂交过程。包括 DNADNA 杂交 。 DNARNA 杂交。 RNARNA 杂交。原因：不同核酸的碱基之间可以形成碱基配对。用途：是分子生物学研究与基因工程操作的常用技术。五、核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类DNA酶：专一降解DNA。RNA酶 ：专一降解RNA。依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶。化学本质（蛋白质）作用底物（核酸）生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解复习思考题1. 名词解释：核酸、DNA变性、DNA复性、增色效应、解链温度（Tm）、核酶、脱氧核酶2简述核酸的元素组成及基本组成单位。3简述DNA的一级结构以及核苷酸的连接方式。4简述DNA双螺旋结构模型要点。5简述mRNA、tRNA、rRNA的功能。6mRNA的结构特点有哪些？第三章 酶授课日期15.10.17授课时数3学时教学目的掌握：酶的概念、化学本质及生物学功能；酶的活性中心和必需基团；同工酶；酶促反应特点；各种因素对酶促反应速度的影响、特点及其应用；酶调节的方式；熟悉：酶的组成、结构；酶活性测定及酶活性单位；酶含量的调节。教学重点难点重点：酶的概念、化学本质及生物学功能；同工酶；酶的活性中心和必需基团；酶促反应特点；影响酶促反应速度的因素；酶调节的方式；酶的变构调节和共价修饰调节的概念。难点：抑制剂对酶促反应速度的影响；酶活性的调节。讲授内容第三章 酶一、酶的概念及其在生命活动中的重要性1概念：目前将生物催化剂分为两类：酶 、 核酶（脱氧核酶）。酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。 2酶学研究简史。 3酶在生命活动中的重要性。二、酶的分子结构与功能。1酶的不同形式：单体酶寡聚酶多酶体系多功能酶2. 酶的分子组成：单纯酶和结合酶，全酶由蛋白质部分（酶蛋白）和辅助因子组成。辅助因子由小分子有机化合物和金属离子组成。辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度又可分为辅酶（与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。）和辅基 (与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。)常见含B族维生素的辅酶形式及其在酶促反应中的主要作用。3. 酶的活性中心：指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。必需基团：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。活性中心内的必需基团：结合基团(binding group)：与底物相结合；催化基团：催化底物转变成产物。 活性中心外的必需基团：位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象所必需的基团。4. 同工酶：概念：同工酶是指催化相同的化学反应，而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。三、酶促反应的特点和机制1. 酶与一般催化剂的异同点：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。酶作用的特点：酶促反应具有极高的效率；酶促反应具有高度的特异性；酶促反应的可调节性；2酶促反应的特点：酶促反应具有极高的效率：酶的催化效率通常比非催化反应高1081020倍，比一般催化剂高1071013倍；酶的催化不需要较高的反应温度；酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(activation energy)。酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。 活化能：底物分子从初态转变到活化态所需的能。酶促反应具有高度的特异性：酶的特异性(specificity)：一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。分为以下3种类型：绝对特异性：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 。 相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。立体异构特异性：作用于立体异构体中的一种。酶促反应的可调节性：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。其中包括三方面的调节：对酶生成与降解量的调节；酶催化效率的调节；通过改变底物浓度对酶进行调节。3酶促反应的机制：酶-底物复合物的形成与诱导契合：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假说 。酶促反应的机理：邻近效应与定向排列；多元催化；表面效应。四、酶促反应动力学1. 底物浓度的影响：当底物浓度较低时，反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应；随着底物浓度的增高，反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应；当底物浓度高达一定程度，反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应。米式方程：1913年Michaelis和Menten提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式，简称米氏方程式(Michaelis equation)：V=VmaxS/Km+S。Km和Vm的定义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。Vm是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。2. 酶浓度的影响及应用：当SE，酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。3. pH的影响及应用、最适pH值：最适pH (optimum pH)：酶催化活性最大时的环境pH。4. 温度的影响及应用、最适温度：双重影响，温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低 5. 酶的抑制作用：不可逆性抑制：抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。可逆性抑制：抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；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，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 非竞争性抑制：有些抑制剂不影响底物和酶结合，即抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，抑制剂既与E结合，也与ES结合，但生成的ESI复合物是死端复合物，不能释放出产物(图1-5-24)，这种抑制称为非竞争性抑制作用 。反竞争性抑制：此类抑制剂只与ES复合物结合生成ESI复合物，使中间产物ES量下降，而不与游离酶结合，称为反竞争性抑制6. 激活剂的影响：激活剂使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质。激活剂可分为：必需激活剂和非必需激活剂。7. 酶活性测定和酶活性单位酶活性是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是酶促反应速度。酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（s、min或h）内生成一定量（mg、g、mol等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。 五、酶的调节调节方式：酶活性的调节（快速调节）和酶含量的调节（缓慢调节）。调节对象：关键酶。1. 酶活性的调节：酶原与酶原的启动：酶原：有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。酶原的启动：在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。酶原启动机理：形成或暴露出酶的活性中心。酶原启动的意义：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。变构酶：受变构调节的酶称变构酶。变构调节：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，此种调节方式称变构调节。共价修饰调节：在其它酶的催化作用下，某些酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性此过程称为共价修饰调节。2. 酶含量的调节：酶蛋白合成的诱导与阻遏酶降解的调控六、酶的分类与命名1分类：六大类。2命名：习惯命名法推荐名称；系统命名法系统名称。七、酶与医学的关系。1酶与疾病的关系：酶与疾病的发生；酶与疾病的诊断酶与疾病的治疗2酶在医学上的其它应用酶作为试剂用于临床检验和科学研究 酶作为药物用于临床治疗酶的分子工程复习思考题1名词解释：酶、酶的活性中心和必需基团、竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用、催化部位、别构效应、共价修饰、同工酶、酶原、酶原的启动2试述酶原启动的机制及酶以酶原形式存在的生理意义。3试以竞争性抑制的原理说明磺胺类药物的作用机制。4什么是酶的活性？表示酶活性的国际单位和催量是如何规定的？5影响酶作用的因素有哪些？第四章 糖代谢授课日期15.10.24授课时数：3学时教学目的1、掌握：糖的主要生理功能；糖的无氧分解（酵解）、有氧氧化、糖原合成及分解、糖异生的基本反应过程、部位、关键酶（限速酶）、生理意义；磷酸戊糖途径的生理意义；血糖概念、正常值、血糖来源与去路、调节血糖浓度的主要激素。2、熟悉：糖的消化吸收；糖代谢的概况；糖代谢各途径的调节。教学重点难点教学重点 ：糖的主要生理功能；糖的无氧分解（酵解）、有氧氧化、糖原合成及分解、糖异生的基本反应过程、部位、关键酶（限速酶）、生理意义；磷酸戊糖途径的生理意义；血糖概念、正常值、血糖来源与去路、调节血糖浓度的主要激素。教学难点：糖代谢各途径的具体反应过程及其调节。讲授内容第四章 糖代谢物质代谢概论一、 概述糖的概念:糖(carbohydrates)即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生物。糖主要根据其水解产物的情况可分为四大类: 单糖、寡糖、多糖、结合糖。糖的生理功能1、提供碳源和能源 （这是糖的主要功能）2、提供合成体内其它物质的原料 糖可转变成某些氨基酸、脂肪、胆固醇、核苷等。3、作为机体组织细胞的组成成分二、糖的无氧分解(糖酵解)概念：糖的无氧分解指在机体缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程，也称为糖酵解由葡萄糖分解成丙酮酸的过程，这一过程又称为糖酵解途径三、糖的有氧氧化概念：糖的有氧氧化指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。反应部位：胞液及线粒体反应过程：第一阶段：酵解途径第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧为乙酰CoA第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环第四阶段：进入呼吸链进行氧化磷酸化1.丙酮酸的生成酵解途径2.丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰CoA 3.三羧酸循环与氧化磷酸化三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。三羧酸循环(T TAC)也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。三羧酸循环的要点：经过一次三羧酸循环，消耗一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。关键酶有：柠檬酸合酶、-酮戊二酸脱氢酶复合体、异柠檬酸脱氢酶三羧酸循环的生理意义： 是三大营养物质氧化分解的最后共同途径，是产生能量的主要阶段；是三大营养物质代谢联系的枢纽；为其它物质代谢提供小分子前体；为呼吸链提供H+ + e。有氧氧化的能量生成情况：H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP 一分子葡萄糖经过有氧氧化净生成30或32分子ATP 有氧氧化的生理意义：糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高 有氧氧化的调节特点： 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。巴斯德效应。概念：指有氧氧化抑制糖酵解的现象。机制：有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸；缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。五、糖原的合成与分解糖原是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备糖原储存的主要器官及其生理意义： 肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平 糖原的合成代谢 概念：糖原的合成 指由葡萄糖合成糖原的过程。合成部位：组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆反应过程：1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖2. 6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 3. 1- 磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 4. -1,4-糖苷键式结合 5糖原分枝的形成 六、糖异生概念：糖异生是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程部位：主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体 原料：主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸过程：糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖 3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖 调节：在这三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节糖异生的生理意义：1维持血糖浓度恒定 2补充肝糖原 3调节酸碱平衡（乳酸异生为糖） 乳酸循环肌肉酵解G生成乳酸，后者通过血液循环到肝脏，异生为G，并输出为肌肉利用，此过和循环进行，称为乳酸循环。生理意义： 乳酸再利用，避免了乳酸的损失 防止乳酸的堆积引起酸中毒七、血糖及其调节血糖的概念：指血液中的葡萄糖正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/（70110mg/dl)）来源：食物糖消化吸收、肝糖原分解、非糖物质糖异生 去路：氧化分解供能、合成糖原、转变为其它物质 升高和降低血糖的激素及其作用机理 降低血糖：胰岛素 机理： 促进肌、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体将葡萄糖转运入细胞。 通过增强磷酸二酯酶活性，降低cAMP水平，从而使糖原合酶活性增强、磷酸化酶活性降低，加速糖原合成、抑制糖原分解。 通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶激活，加速丙酮酸氧化为乙酰CoA，从而加快糖的有氧氧化。 抑制肝内糖异生。这是通过抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成以及促进氨基酸进入肌组织并合成蛋白质，减少肝糖异生的原料。 通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，可减缓脂肪动员的速率。 升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮质激素、肾上腺素、生长激素等。胰高血糖素机制： 经肝细胞膜受体激活依赖cAMP的蛋白激酶，从而抑制糖原合酶和激活磷酸化酶，迅速使肝糖原分解，血糖升高。 通过抑制6-磷酸果糖激酶-2，激活果糖双磷酸酶-2，从而减少2,6-双磷酸果糖的合成，后者是6-磷酸果糖激酶-1的最强的变构激活剂以及果糖双磷酸酶-1的抑制剂。于是糖酵解被抑制，糖异生则加速。 促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成；抑制肝L型丙酮酸激酶；加速肝摄取血中的氨基酸，从而增强糖异生。 通过激活脂肪组织内激素敏感性脂肪酶，加速脂肪动员，从而间接升高血糖水平。 第五章 脂类代谢授课日期15.11.21授课时数：3学时教学目的1、掌握：脂类的组成、基本结构构成；脂肪的动员；脂肪酸的b-氧化；酮体的生成及利用；胆固醇代谢；血脂的种类、血浆脂蛋白的分类、组成及结构；载脂蛋白的作用；血浆脂蛋白的生理功能。2、熟悉：脂类的消化和吸收；甘油三酯的合成代谢；脂酸的合成代谢；甘油磷脂的代谢；血浆脂蛋白的代谢过程。教学重点难点教学重点：脂类的组成、基本结构构成；脂肪的动员；脂肪酸的b-氧化；酮体的生成及利用；胆固醇代谢；血脂的种类、血浆脂蛋白的分类、组成及结构；载脂蛋白的作用；血浆脂蛋白的生理功能。教学难点：血浆脂蛋白代谢过程。讲授内容第五章 脂类代谢脂类概述 定义：脂肪和类脂总称为脂类(lipid)是一类难溶于水而易溶于有机溶剂的化合物。脂肪即三脂酰甘油 (TAG)也称为甘油三酯，类脂包括胆固醇及其胆固醇酯、磷脂、糖脂。 生理功能：甘油三酯的主要生理功能: 1. 储脂供能2. 提供必需脂酸3. 促进脂溶性维生素吸收4. 热垫作用5. 保护垫作用类脂的主要生理功能: 1. 维持生物膜的结构和功能2. 胆固醇可转变成类固醇激素、维生素、胆汁酸等游离脂肪酸（脂酸）的来源：自身合成或食物供给 必需脂酸亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等多不饱和脂酸是人体不可缺乏的营养素，不能自身合成，需从食物摄取，故称必需脂酸一、不饱和脂酸的命名及分类；分类：单不饱和脂酸和多不饱和脂酸命名：系统命名法标示脂酸的碳原子数即碳链长度和双键的位置编码体系：从脂酸的羧基碳起计算碳原子的顺序或编码体系：从脂酸的甲基碳起计算其碳原子顺序 希腊字母编码体系：从脂酸的羧基邻位碳始计算碳原子的顺序二、脂类的消化和吸收脂类的消化条件： 乳化剂（胆汁酸盐、甘油一酯、甘油二酯等）的乳化作用； 酶的催化作用 部位：主要在小肠上段脂类的吸收部位：十二指肠下段及空肠上段方式：中链及短链脂酸构成的TG直接吸收到肠腔再分解后通过血液被吸收，长链脂酸及2-甘油一酯、胆固醇、溶血磷脂等在肠内重新合成TG、CE、PL，并与载脂蛋白合成乳糜微粒，通过淋巴管 进入血循环二、甘油三酯的代谢：甘油三酯的结构甘油三酯分解脂肪的动员：定义 ：储存在脂肪细胞中的脂肪，被肪脂酶逐步水解为FFA及甘油，并释放入血以供其它组织氧化利用的过程。 关键酶：激素敏感性甘油三酯脂肪酶调节激素：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 、 TSH等抗脂解激素：抑制脂肪动员，如胰岛素、前列腺素E2、烟酸等。脂酸的彻底氧化组织：除脑组织外,大多数组织均可进 行， 其中肝、肌肉最活跃亚细胞：胞液、线粒体过程：脂肪酸的活化脂酰CoA的生成 脂酰CoA进入线粒体 脂肪酸的-氧化 乙酰CoA进入三羧酸循环和氧化磷酸化关键酶：肉碱脂酰转移酶 脂酸氧化的能量生成：含有2n个C原子的饱和FA彻底氧化时可产生ATP数目为17n-7脂酸的其它氧化方式1. 不饱和脂酸的氧化 2. 过氧化酶体脂酸氧化 3. 丙酸的氧化酮体的生成利用酮体概念：乙酰乙酸 、-羟丁酸、丙酮三者是肝脏氧化脂肪酸，向外输出能源物质的式，总称为酮体。 血浆水平：0.030.5mmol/L(0.35mg/dl)代谢定位：生成：肝细胞线粒体利用：肝外组织（心、肾、脑、骨骼肌等）线粒体生理意义：酮体是肝脏输出能源的一种形式。并且酮体分子小，水溶性好，可通过血脑屏障，是脑组织的重要能源。酮体利用的增加可减少糖的利用，有利于维持血糖水平恒定，节省蛋白质的消耗调节：（1） 饱食及饥饿的影响（主要通过激素的作用） （2）肝细胞糖原含量及代谢的影响 （3）丙二酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体软脂酸的合成部位：组织：肝（主要）、脂肪等组织 亚细胞：胞液：主要合成16碳的软脂酸（棕榈酸）肝线粒体、内质网：碳链延长原料：乙酰CoA、ATP、HCO3、NADPH、Mn2+ 关键酶：乙酰CoA羧化酶 基本过程：从乙酰CoA及丙二酰CoA合成长链脂酸，是一个重复加成过程（缩合、还原、脱水、再还原），经过7轮循环反应，每次加上一个丙二酰基，增加两个碳原子，最终释出软酯酸。脂酸碳链的延长或缩短内质网脂酸碳链延长酶系 以丙二酰CoA为二碳单位供体，由 NADPH+H+ 供氢经缩合、加氢、脱水、再加氢等一轮反应增加2个碳原子，合成过程类似软脂酸合成，但脂酰基连在 CoASH 上进行反应，可延长至24碳，以18碳硬脂酸为最多线粒体脂酸碳链延长酶系 以乙酰CoA为二碳单位供体，由 NADPH+H+ 供氢，过程与氧化的逆反应基本相似，需-烯酰还原酶，一轮反应增加2个碳原子，可延长至24碳或26碳，以硬脂酸最多。脂酸碳链缩短通过氧化脂酸合成的调节1. 代谢物的调节作用 2. 激素调节：胰高血糖素：启动PKA，使乙酰CoA羧化酶磷酸化而失活；胰岛素：通过磷蛋白磷酸酶，使乙酰CoA羧化酶去磷酸化而复活 。甘油三酯合成部位：肝脏、脂肪组织、小肠粘膜原料：1. 甘油和脂酸主要来自于葡萄糖代谢2. CM中的FFA（来自食物脂肪）基本过程：1. 甘油一酯途径（小肠粘膜细胞） 2. 甘油二酯途径（肝、脂肪细胞）多不饱和脂酸的重要衍生物前列腺素、血栓恶烷及白三烯结构及生理功能。三、磷脂的代谢定义: 含磷酸的脂类称磷酯分类 :甘油磷脂 由甘油构成的磷酯（体内含量最多的磷脂） 鞘磷脂 由鞘氨醇构成的磷脂甘油磷脂代谢: 组成：甘油、脂酸、磷脂、含氮化合物功能：含一个极性头、两条疏水尾，构成生物膜的磷脂双分子层。甘油磷脂的合成部位：全身各组织内质网，肝、肾、肠等组织最活跃。 原料及辅助因子：脂酸、甘油、磷酸盐、胆碱、丝氨酸、肌醇、ATP、CTP等。合成基本过程：（1）甘油二酯合成途径 (2)CDP甘油二酯合成途径甘油磷脂降解的酶类：磷脂酶A1、A2、B1、B2、C、D等鞘磷脂代谢定义：含鞘氨醇或二氢鞘氨醇的脂类合成部位：全身各细胞内质网，脑组织最活跃原料：软脂酰CoA、丝氨酸、磷酸吡哆醛、NADPH+H+及FADH2 神经鞘磷脂的降解通过脑、肝、肾、脾等细胞溶酶体中的 神经鞘磷脂酶 (属于PLC类)作用而实现。四、胆固醇代谢胆固醇含有环戊烷多氢菲基本结构分布：广泛分布于全身各组织中大约 分布在脑、神经组织，肝、肾、肠等内脏、皮肤、脂肪组织中也较多。肌肉组织含量较低。肾上腺、卵巢等合成类固醇激素的腺体含量较高。生理功能：1.是生物膜的重要成分，对控制生物膜的流动性有重要作用；2.是合成胆汁酸、类固醇激素及维生素D等生理活性物质的前体。胆固醇合成代谢部位：组织定位：除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成，以肝、小肠为主。 每天合成量：11.5 g细胞定位：胞液、光面内质网 原料：18乙酰CoA + 36ATP + 16(NADPH+H+) 关键酶：HMGCOA还原酶基本过程：1. 甲羟戊酸的合成 2. 鲨烯的合成 3. 胆固醇的合成调节：1. 饥饿与饱食饥饿与禁食可抑制肝合成胆固醇。摄取高糖、高饱和脂肪膳食后，胆固醇的合成增加2. 胆固醇胆固醇可回馈抑制肝胆固醇的合成。它主要抑制HMG-CoA还原酶的合成3. 激素胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMG-CoA还原酶的合成，从而增加胆固醇的合成。胰高血糖素及皮质醇则能抑制HMG-CoA还原酶的活性，因而减少胆固醇的合成。甲状腺素还促进胆固醇在肝转变为胆汁酸。胆固醇的转化：（1）转变为胆汁酸 （2）转化为类固醇激素（3）转化为7 - 脱氢胆固醇）第六章 生物氧化授课日期15.11.28授课时数：2学时教学目的1、掌握：生物氧化的概念及生物学意义；呼吸链的概念、两条主要呼吸链的顺序组成及各成分的作用； 2、熟悉：物质体内氧化与体外氧化的异同；氧化磷酸化偶联机制；影响氧化磷酸化的因素；通过线粒体内膜的物质转运。教学重点难点教学重点：生物氧化的概念及生物学意义；呼吸链的概念、两条主要呼吸链的顺序组成及各成分的作用；教学难点：氧化磷酸化偶联机制。讲授内容第六章 生物氧化一、生物氧化概念：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。物质体内氧化与体外氧化的异同相同点：1、生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。2、物质在体内、体外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。不同点：生物氧化体外氧化是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在 一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率能量是突然一次性释放的通过加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。物质中的碳和氢直接氧结合生成CO2和H2O 。二、生成ATP的氧化磷酸化体系1、呼吸链概念：指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，可通过链锁的氧化还原将代谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。这一系列酶和辅酶称为呼吸链又称电子传递链。氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。 复合体酶名称质量(kD)多肽链数功能辅基含结合位点复合体NADH-泛醌还原酶85039FMN，Fe-SNADH（基质侧）CoQ（脂质核心）复合体琥珀酸-泛醌还原酶1404FAD，Fe-S琥珀酸（基质侧）CoQ（脂质核心）复合体泛醌-细胞色素C还原酶25011血红素bL, bH, 1,Fe-SCyt c（膜间隙侧）细胞色素c131血红素cCyt c1， Cyt a复合体细胞色素C氧化酶16213血红素a，a3，CuA, CuBCyt c（膜间隙侧）排列顺序：（1）NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2（2）琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列由以下实验确定: 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧2、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP偶联 概念：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。底物水平磷酸化与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。氧化磷酸化偶联部位：复合体、确定依据（1）P/O比值（2）自由能变化G=-nFE 氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度偶联机制：化学渗透假说电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。 质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成 3、影响氧化磷酸化的因素抑制剂（1） 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。（2）解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白 （3）氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素 ADP的调节作用甲状腺素线粒体DNA突变。4、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用高能磷酸键：水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为 P高能磷酸化合物即含有高能磷酸键的化合物5、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白对各种物质的转运。胞液中NADH的氧化转运机制主要有： -磷酸甘油穿梭存在于脑和骨骼肌 苹果酸-天冬氨酸穿梭存在于肝和心肌腺苷酸载体 三、其他不生成ATP的氧化体系1、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能2、微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化【复习思考题】1. 名词解释：氧化磷酸化、作用物水平磷酸化、呼吸链。2. 说明体内能量的储存形式，如何区分能源物质的储备和高能化合物的储备？3. 举例说明体内ATP的生成方式。4. 呼吸链中四种复合体各有何作用？5. 写出二种呼吸链的简单组成及排列顺序，说明磷酸化的偶联部位。第七章 氨基酸代谢授课日期15.12.19授课时数：3学时教学目的1、掌握：蛋白质的营养作用；氨基酸的脱氨基作用；a-酮酸的代谢；氨的代谢；一碳单位的代谢；甲硫氨酸与转甲基作用； 2、熟悉：蛋白质的消化、吸收与腐败。教学重点难点教学重点：蛋白质的营养作用；氨基酸的脱氨基作用；a-酮酸的代谢；氨的代谢；一碳单位的代谢； 教学难点：氨基酸如何转变成糖及脂类；氨基酸如何彻底氧化。讲授内容第七章 氨基酸代谢一、蛋白质的营养作用1、体内蛋白质具有多方面的重要功能1）蛋白质维持细胞组织的生长、更新和修补2）蛋白质参与体内多种重要的生理活动催化（酶）、免疫（抗原及抗体）、运动（肌肉）、物质转运（载体）、凝血（凝血系统）等。3）蛋白质可作为能源物质氧化供能2、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述氮平衡（摄入食物的含氮量与排泄物（尿与粪）中含氮量之间的关系）氮总平衡：摄入氮 = 排出氮（正常成人）氮正平衡：摄入氮 排出氮（儿童、孕妇等）氮负平衡：摄入氮 排出氮（饥饿、消耗性疾病患者）氮平衡的意义：可以反映体内蛋白质代谢的慨况。生理需要量（成人每日最低蛋白质需要量为3050g，我国营养学会推荐成人每日蛋白质需要量为80g）3营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值必需氨基酸：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：Val、Ile、Leu、Thr、Met、Lys、Phe、Trp蛋白质的营养价值取决于必需氨基酸的数量、种类、量质比。蛋白质的互补作用（指营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充而提高营养价值）二、蛋白质的消化、吸收与腐败1、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收蛋白质消化的生理意义1）由大分子转变为小分子，便于吸收。2）消除种属特异性和抗原性，防止过敏、毒性反应胃中的消化胃酸、胃蛋白酶 胃蛋白酶原胃蛋白酶 + 多肽碎片(pepsinogen) (pepsin) 小肠中的消化（小肠是蛋白质消化的主要部位）胰酶是消化蛋白质的主要酶，最适pH为7.0左右，包括内肽酶和外肽酶。内肽酶：水解蛋白质肽链内部的一些肽键，如胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶外肽酶：自肽链的末段开始每次水解一个氨基酸残基，如羧基肽酶(A、B)、氨基肽酶氨基酸的吸收吸收部位：主要在小肠吸收形式：氨基酸、寡肽、二肽吸收机制：耗能的主动吸收过程氨基酸吸收的载体载体蛋白与氨基酸、Na+组成三联体，由ATP供能将氨基酸、Na+转入细胞内，Na+再由钠泵排出细胞载体类型：中性氨基酸载体、碱性氨基酸载体、酸性氨基酸载体、亚氨基酸与甘氨酸载体-谷氨酰基循环-谷氨酰基循环过程谷胱甘肽对氨基酸的转运谷胱甘肽再合成肽的吸收利用肠粘膜细胞上的二肽或三肽的转运体系此种转运也是耗能的主动吸收过程吸收作用在小肠近端较强3、蛋