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動物生物化學重點筆記

2023-08-26 00:37 作者:答案鬼  | 我要投稿

生物化學重點筆記

緒論
一、生物化學的的概念:

生物化學(biochemistry)是利用化學的原理與方法去探討生命的一門科學,它是介于化學、生物學及物理學之間的一門邊緣學科。

二、生物化學的發(fā)展:
1.敘述生物化學階段:是生物化學發(fā)展的萌芽階段,其主要的工作是分析和研究生物體的組成成分以及生物體的分泌物和排泄物。
2.動態(tài)生物化學階段:是生物化學蓬勃發(fā)展的時期。就在這一時期,人們基本上弄清了生物體內各種主要化學物質的代謝途徑。
3.分子生物學階段:這一階段的主要研究工作就是探討各種生物大分子的結構與其功能之間的關系。
三、生物化學研究的主要方面:
1.生物體的物質組成:高等生物體主要由蛋白質、核酸、糖類、脂類以及水、無機鹽等組成,此外還含有一些低分子物質。
2.物質代謝:物質代謝的基本過程主要包括三大步驟:消化、吸收→中間代謝→排泄。其中,中間代謝過程是在細胞內進行的,最為復雜的化學變化過程,它包括合成代謝,分解代謝,物質互變,代謝調控,能量代謝幾方面的內容。
3.細胞信號轉導:細胞內存在多條信號轉導途徑,而這些途徑之間通過一定的方式方式相互交織在一起,從而構成了非常復雜的信號轉導網絡,調控細胞的代謝、生理活動及生長分化。
4.生物分子的結構與功能:通過對生物大分子結構的理解,揭示結構與功能之間的關系。
5.遺傳與繁殖:對生物體遺傳與繁殖的分子機制的研究,也是現(xiàn)代生物化學與分子生物學研究的一個重要內容。

第一章 蛋白質的結構與功能
一、氨基酸:
1.結構特點:氨基酸(amino acid)是蛋白質分子的基本組成單位。構成天然蛋白質分子的氨基酸約有20種,除脯氨酸為α-亞氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外,其余氨基酸均為L-α-氨基酸。
2.分類:根據氨基酸的R基團的極性大小可將氨基酸分為四類:① 非極性中性氨基酸(8種);② 極性中性氨基酸(7種);③ 酸性氨基酸(Glu和Asp);④ 堿性氨基酸(Lys、Arg和His)
二、 肽鍵與肽鏈:
肽鍵(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸的α-氨基經脫水而形成的共價鍵(-CO-NH-)。氨基酸分子在參與形成肽鍵之后,由于脫水而結構不完整,稱為氨基酸殘基。每條多肽鏈都有兩端:即自由氨基端(N端)與自由羧基端(C端),肽鏈的方向是N端→C端。
三、肽鍵平面(肽單位):
肽鍵具有部分雙鍵的性質,不能自由旋轉;組成肽鍵的四個原子及其相鄰的兩個α碳原子處在同一個平面上,為剛性平面結構,稱為肽鍵平面。
四、蛋白質的分子結構:
蛋白質的分子結構可人為分為一級、二級、三級和四級結構等層次。一級結構為線狀結構,二、三、四級結構為空間結構。
1.一級結構:指多肽鏈中氨基酸的排列順序,其維系鍵是肽鍵。蛋白質的一級結構決定其空間結構。
2.二級結構:指多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊而形成的構象,借氫鍵維系。主要有以下幾種類型:
⑴α-螺旋:其結構特征為:①主鏈骨架圍繞中心軸盤繞形成右手螺旋;②螺旋每上升一圈是3.6個氨基酸殘基,螺距為0.54nm;③ 相鄰螺旋圈之間形成許多氫鍵;④ 側鏈基團位于螺旋的外側。
影響α-螺旋形成的因素主要是:① 存在側鏈基團較大的氨基酸殘基;② 連續(xù)存在帶相同電荷的氨基酸殘基;③ 存


在脯氨酸殘基。
⑵β-折疊:其結構特征為:① 若干條肽鏈或肽段平行或反平行排列成片;② 所有肽鍵的C=O和N—H形成鏈間氫鍵;③側鏈基團分別交替位于片層的上、下方。
⑶β-轉角:多肽鏈180°回折部分,通常由四個氨基酸殘基構成,借1、4殘基之間形成氫鍵維系。
⑷無規(guī)卷曲:主鏈骨架無規(guī)律盤繞的部分。
3.三級結構:指多肽鏈所有原子的空間排布。其維系鍵主要是非共價鍵(次級鍵):氫鍵、疏水鍵、范德華力、離子鍵等,也可涉及二硫鍵。
4.四級結構:指亞基之間的立體排布、接觸部位的布局等,其維系鍵為非共價鍵。亞基是指參與構成蛋白質四級結構的而又具有獨立三級結構的多肽鏈。
五、 蛋白質的理化性質:
1.兩性解離與等電點:蛋白質分子中仍然存在游離的氨基和游離的羧基,因此蛋白質與氨基酸一樣具有兩性解離的性質。蛋白質分子所帶正、負電荷相等時溶液的pH值稱為蛋白質的等電點
2.蛋白質的膠體性質:蛋白質具有親水溶膠的性質。蛋白質分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質親水溶膠的兩個重要因素。
3.蛋白質的紫外吸收:蛋白質分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸殘基對紫外光有吸收,以色氨酸吸收最強,最大吸收峰為280nm。
4.蛋白質的變性:蛋白質在某些理化因素的作用下,其特定的空間結構被破壞而導致其理化性質改變及生物活性喪失,這種現(xiàn)象稱為蛋白質的變性。引起蛋白質變性的因素有:高溫、高壓、電離輻射、超聲波、紫外線及有機溶劑、重金屬鹽、強酸強堿等。絕大多數(shù)蛋白質分子的變性是不可逆的。
六、蛋白質的分離與純化:
1.鹽析與有機溶劑沉淀:在蛋白質溶液中加入大量中性鹽,以破壞蛋白質的膠體性質,使蛋白質從溶液中沉淀析出,稱為鹽析。常用的中性鹽有:硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉等。鹽析時,溶液的pH在蛋白質的等電點處效果最好。凡能與水以任意比例混合的有機溶劑,如乙醇、甲醇、丙酮等,均可引起蛋白質沉淀。
2.電泳:蛋白質分子在高于或低于其pI的溶液中帶凈的負或正電荷,因此在電場中可以移動。電泳遷移率的大小主要取決于蛋白質分子所帶電荷量以及分子大小。
3.透析:利用透析袋膜的超濾性質,可將大分子物質與小分子物質分離開。
4.層析:利用混合物中各組分理化性質的差異,在相互接觸的兩相(固定相與流動相)之間的分布不同而進行分離。主要有離子交換層析,凝膠層析,吸附層析及親和層析等,其中凝膠層析可用于測定蛋白質的分子量。
5.超速離心:利用物質密度的不同,經超速離心后,分布于不同的液層而分離。超速離心也可用來測定蛋白質的分子量,蛋白質的分子量與其沉降系數(shù)S成正比。

七、氨基酸順序分析:
蛋白質多肽鏈的氨基酸順序分析,即蛋白質一級結構的測定,主要有以下幾個步驟:
1. 分離純化蛋白質,得到一定量的蛋白質純品;
2. 取一定量的樣品進行完全水解,再測定蛋白質的氨基酸組成;
3. 分析蛋白質的N-端和C-端氨基酸;
4. 采用特異性的酶(如胰凝乳蛋白酶)或化學試劑(如溴化氰)將蛋白質處理為若干條肽段;
5. 分離純化單一肽段;
?測定各條肽段的氨基酸順序。一般采用Edman降解法,用異硫氰酸苯酯進行反應,將氨基酸降解后,逐一進行測定;
7. 至少用兩種不同的方法處理蛋白質,分別得到其肽段的氨基酸順序;
8. 將兩套不同肽段的氨基酸順序進行比較,以獲得完整的蛋白質分子的氨基酸順序。

第三章 核酸的結構與功能
一、核酸的化學組成:
1.含氮堿:參與核酸和核苷酸構成的含氮堿主要分為嘌呤堿和嘧啶堿兩大類。組成核苷酸的嘧啶堿主要有三種——尿嘧啶(U)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),它們都是嘧啶的衍生物。組成核苷酸的嘌呤堿主要有兩種——腺嘌呤(A)和鳥嘌呤(G),它們都是嘌呤的衍生物。
2.戊糖:核苷酸中的戊糖主要有兩種,即β-D-核糖與β-D-2-脫氧核糖,由此構成的核苷酸也分為核糖核苷酸與脫氧核糖核酸兩大類。
3.核苷:核苷是由戊糖與含氮堿基經脫水縮合而生成的化合物。通常是由核糖或脫氧核糖的C1’ β-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿N9進行縮合,故生成的化學鍵稱為β,N糖苷鍵。其中由D-核糖生成者稱為核糖核苷,而由脫氧核糖生成者則稱為脫氧核糖核苷。由“稀有堿基”所生成的核苷稱為“稀有核苷”。假尿苷(ψ)就是由D-核糖的C1’ 與尿嘧啶的C5相連而生成的核苷。
二、核苷酸的結構與命名:
??? 核苷酸是由核苷與磷酸經脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物,包括核糖核苷酸和脫氧核糖核酸兩大類。最常見的核苷酸為5’-核苷酸(5’ 常被省略)。5’-核苷酸又可按其在5’位縮合的磷酸基的多少,分為一磷酸核苷(核苷酸)、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
??? 此外,生物體內還存在一些特殊的環(huán)核苷酸,常見的為環(huán)一磷酸腺苷(cAMP)和環(huán)一磷酸鳥苷(cGMP),它們通常是作為激素作用的第二信使。
??? 核苷酸通常使用縮寫符號進行命名。第一位符號用小寫字母d代表脫氧,第二位用大寫字母代表堿基,第三位用大寫字母代表磷酸基的數(shù)目,第四位用大寫字母P代表磷酸。
三、核酸的一級結構:
??? 核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側鏈的多核苷酸長鏈化合物就稱為核酸。核酸具有方向性,5’-位上具有自由磷酸基的末端稱為5’-端,3’-位上具有自由羥基的末端稱為3’-端。
??? DNA由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA的一級結構就是指DNA分子中脫氧核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。RNA由AMP,GMP,CMP,UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級結構就是指RNA分子中核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。
四、DNA的二級結構:
??? DNA雙螺旋結構是DNA二級結構的一種重要形式,它是Watson和Crick兩位科學家于1953年提出來的一種結構模型,其主要實驗依據是Chargaff研究小組對DNA的化學組成進行的分析研究,即DNA分子中四種堿基的摩爾百分比為A=T、G=C、A+G=T+C(Chargaff原則),以及由Wilkins研究小組完成的DNA晶體X線衍射圖譜分析。
???? 天然DNA的二級結構以B型為主,其結構特征為:①為右手雙螺旋,兩條鏈以反平行方式排列;②主鏈位于螺旋外側,堿基位于內側;③兩條鏈間存在堿基互補,通過氫鍵連系,且A-T、G-C(堿基互補原則); ④螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力;⑤螺旋的螺距為3.4nm,直徑為2nm。
五、DNA的超螺旋結構:
雙螺旋的DNA分子進一步盤旋形成的超螺旋結構稱為DNA的三級結構。
絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋,其三級結構呈麻花狀。
在真核生物中,雙螺旋的DNA分子圍繞一蛋白質八聚體進行盤繞,從而形成特殊的串珠狀結構,稱為核小體。核小體結構屬于DNA的三級結構。
六、DNA的功能:
?DNA的基本功能是作為遺傳信息的載體,為生物遺傳信息復制以及基因信息的轉錄提供模板。
???? DNA分子中具有特定生物學功能的片段稱為基因(gene)。一個生物體的全部DNA序列稱為基因組(genome)?;蚪M的大小與生物的復雜性有關。
七、RNA的空間結構與功能:
??? RNA分子的種類較多,分子大小變化較大,功能多樣化。RNA通常以單鏈存在,但也可形成局部的雙螺旋結構。
1.mRNA的結構與功能:mRNA是單鏈核酸,其在真核生物中的初級產物稱為HnRNA。大多數(shù)真核成熟的mRNA分子具有典型的5’-端的7-甲基鳥苷三磷酸(m7GTP)帽子結構和3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結構。mRNA的功能是為蛋白質的合成提供模板,分子中帶有遺傳密碼。mRNA分子中每三個相鄰的核苷酸組成一組,在蛋白質翻譯合成時代表一個特定的氨基酸,這種核苷酸三聯(lián)體稱為遺傳密碼(coden)。
2.tRNA的結構與功能:tRNA是分子最小,但含有稀有堿基最多的RNA。tRNA的二級結構由于局部雙螺旋的形成而表現(xiàn)為“三葉草”形,故稱為“三葉草”結構,可分為五個部分:①氨基酸臂:由tRNA的5’-端和3’-端構成的局部雙螺旋,3’-端都帶有-CCA-OH順序,可與氨基酸結合而攜帶氨基酸。②DHU臂:含有二氫尿嘧啶核苷,與氨基酰tRNA合成酶的結合有關。③反密碼臂:其反密碼環(huán)中部的三個核苷酸組成三聯(lián)體,在蛋白質生物合成中,可以用來識別mRNA上相應的密碼,故稱為反密碼(anticoden)。④ TψC臂:含保守的TψC順序,可以識別核蛋白體上的rRNA,促使tRNA與核蛋白體結合。⑤可變臂:位于TψC臂和反密碼臂之間,功能不詳。
3.rRNA的結構與功能:rRNA是細胞中含量最多的RNA,可與蛋白質一起構成核蛋白體,作為蛋白質生物合成的場所。原核生物中的rRNA有三種:5S,16S,23S。真核生物中的rRNA有四種:5S,5.8S,18S,28S。
八、核酶:
具有自身催化作用的RNA稱為核酶(ribozyme),核酶通常具有特殊的分子結構,如錘頭結構。
九、核酸的一般理化性質:
核酸具有酸性;粘度大;能吸收紫外光,最大吸收峰為260nm。
十、DNA的變性:
??? 在理化因素作用下,DNA雙螺旋的兩條互補鏈松散而分開成為單鏈,從而導致DNA的理化性質及生物學性質發(fā)生改變,這種現(xiàn)象稱為DNA的變性。
??? 引起DNA變性的因素主要有:①高溫,②強酸強堿,③有機溶劑等。DNA變性后的性質改變:①增色效應:指DNA變性后對260nm紫外光的光吸收度增加的現(xiàn)象;②旋光性下降;③粘度降低;④生物功能喪失或改變。
??? 加熱DNA溶液,使其對260nm紫外光的吸收度突然增加,達到其最大值一半時的溫度,就是DNA的變性溫度(融解溫度,Tm)。Tm的高低與DNA分子中G+C的含量有關,G+C的含量越高,則Tm越高。
十一、DNA的復性與分子雜交:
?將變性DNA經退火處理,使其重新形成雙螺旋結構的過程,稱為DNA的復性。
???? 兩條來源不同的單鏈核酸(DNA或RNA),只要它們有大致相同的互補堿基順序,以退火處理即可復性,形成新的雜種雙螺旋,這一現(xiàn)象稱為核酸的分子雜交。核酸雜交可以是DNA-DNA,也可以是DNA-RNA雜交。不同來源的,具有大致相同互補堿基順序的核酸片段稱為同源順序。
???? 常用的核酸分子雜交技術有:原位雜交、斑點雜交、Southern雜交及Northern雜交等。
???? 在核酸雜交分析過程中,常將已知順序的核酸片段用放射性同位素或生物素進行標記,這種帶有一定標記的已知順序的核酸片段稱為探針。
十二、核酸酶:
?凡是能水解核酸的酶都稱為核酸酶。凡能從多核苷酸鏈的末端開始水解核酸的酶稱為核酸外切酶,凡能從多核苷酸鏈中間開始水解核酸的酶稱為核酸內切酶。能識別特定的核苷酸順序,并從特定位點水解核酸的內切酶稱為限制性核酸內切酶(限制酶)

第三章 酶
一、酶的概念:
酶(enzyme)是由活細胞產生的生物催化劑,這種催化劑具有極高的催化效率和高度的底物特異性,其化學本質是蛋白質。酶按照其分子結構可分為單體酶、寡聚酶和多酶體系(多酶復合體和多功能酶)三大類。
二、酶的分子組成:
??? 酶分子可根據其化學組成的不同,可分為單純酶和結合酶(全酶)兩類。結合酶則是由酶蛋白和輔助因子兩部分構成,酶蛋白部分主要與酶的底物特異性有關,輔助因子則與酶的催化活性有關。
??? 與酶蛋白疏松結合并與酶的催化活性有關的耐熱低分子有機化合物稱為輔酶。與酶蛋白牢固結合并與酶的催化活性有關的耐熱低分子有機化合物稱為輔基。
三、輔酶與輔基的來源及其生理功用:
??? 輔酶與輔基的生理功用主要是:⑴ 運載氫原子或電子,參與氧化還原反應。⑵ 運載反應基團,如酰基、氨基、烷基、羧基及一碳單位等,參與基團轉移。大部分的輔酶與輔基衍生于維生素。
??? 維生素(vitamin)是指一類維持細胞正常功能所必需的,但在許多生物體內不能自身合成而必須由食物供給的小分子有機化合物。
??? 維生素可按其溶解性的不同分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。脂溶性維生素有VitA、VitD、VitE和VitK四種;水溶性維生素有VitB1,VitB2,VitPP,VitB6,VitB12,VitC,泛酸,生物素,葉酸等。
?1.TPP:即焦磷酸硫胺素,由硫胺素(Vit B1)焦磷酸化而生成,是脫羧酶的輔酶,在體內參與糖代謝過程中α-酮酸的氧化脫羧反應。
?2.FMN和FAD:即黃素單核苷酸(FMN)和黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD),是核黃素(VitB2)的衍生物。FMN或FAD通常作為脫氫酶的輔基,在酶促反應中作為遞氫體(雙遞氫體)。
?3.NAD+和NADP+:即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+,輔酶Ⅰ)和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+,輔酶Ⅱ),是Vit PP的衍生物。NAD+和NADP+主要作為脫氫酶的輔酶,在酶促反應中起遞氫體的作用,為單遞氫體。
?4.磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺:是Vit B6的衍生物。磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺可作為氨基轉移酶,氨基酸脫羧酶,半胱氨酸脫硫酶等的輔酶。
?5.CoA:泛酸(遍多酸)在體內參與構成輔酶A(CoA)。CoA中的巰基可與羧基以高能硫酯鍵結合,在糖、脂、蛋白質代謝中起傳遞酰基的作用,是?;傅妮o酶。
?6.生物素:是羧化酶的輔基,在體內參與CO2的固定和羧化反應。
?7. FH4:由葉酸衍生而來。四氫葉酸是體內一碳單位基團轉移酶系統(tǒng)中的輔酶。
?8. Vit B12衍生物:Vit B12分子中含金屬元素鈷,故又稱為鈷胺素。Vit B12在體內有多種活性形式,如5'-脫氧腺苷鈷胺素、甲基鈷胺素等。其中,5'-脫氧腺苷鈷胺素參與構成變位酶的輔酶,甲基鈷胺素則是甲基轉移酶的輔酶。
四、金屬離子的作用:
1. 穩(wěn)定構象:穩(wěn)定酶蛋白催化活性所必需的分子構象;
2. 構成酶的活性中心:作為酶的活性中心的組成成分,參與構成酶的活性中心;
3. 連接作用:作為橋梁,將底物分子與酶蛋白螯合起來。
五、酶的活性中心:
??? 酶分子上具有一定空間構象的部位,該部位化學基團集中,直接參與將底物轉變?yōu)楫a物的反應過程,這一部位就稱為酶的活性中心。
??? 參與構成酶的活性中心的化學基團,有些是與底物相結合的,稱為結合基團,有些是催化底物反應轉變成產物的,稱為催化基團,這兩類基團統(tǒng)稱為活性中心內必需基團。在酶的活性中心以外,也存在一些化學基團,主要與維系酶的空間構象有關,稱為酶活性中心外必需基團。
六、酶促反應的特點:
1.具有極高的催化效率:酶的催化效率可比一般催化劑高106~1020倍。酶能與底物形成ES中間復合物,從而改變化學反應的進程,使反應所需活化能閾大大降低,活化分子的數(shù)目大大增加,從而加速反應進行。
2.具有高度的底物特異性:一種酶只作用于一種或一類化合物,以促進一定的化學變化,生成一定的產物,這種現(xiàn)象稱為酶作用的特異性。
?⑴絕對特異性:一種酶只能作用于一種化合物,以催化一種化學反應,稱為絕對特異性,如琥珀酸脫氫酶。
?⑵相對特異性:一種酶只能作用于一類化合物或一種化學鍵,催化一類化學反應,稱為相對特異性,如脂肪酶。
?⑶立體異構特異性:一種酶只能作用于一種立體異構體,或只能生成一種立體異構體,稱為立體異構特異性,如L-精氨酸酶。
3.酶的催化活性是可以調節(jié)的:如代謝物可調節(jié)酶的催化活性,對酶分子的共價修飾可改變酶的催化活性,也可通過改變酶蛋白的合成來改變其催化活性。
七、酶促反應的機制:
1.中間復合物學說與誘導契合學說:酶催化時,酶活性中心首先與底物結合生成一種酶-底物復合物(ES),此復合物再分解釋放出酶,并生成產物,即為中間復合物學說。當?shù)孜锱c酶接近時,底物分子可以誘導酶活性中心的構象以生改變,使之成為能與底物分子密切結合的構象,這就是誘導契合學說。
2.與酶的高效率催化有關的因素:①趨近效應與定向作用;②張力作用;③酸堿催化作用;④共價催化作用;⑤酶活性中心的低介電區(qū)(表面效應)。
八、酶促反應動力學:
??? 酶反應動力學主要研究酶催化的反應速度以及影響反應速度的各種因素。在探討各種因素對酶促反應速度的影響時,通常測定其初始速度來代表酶促反應速度,即底物轉化量<5%時的反應速度。
1.底物濃度對反應速度的影響:
⑴底物對酶促反應的飽和現(xiàn)象:由實驗觀察到,在酶濃度不變時,不同的底物濃度與反應速度的關系為一矩形雙曲線,即當?shù)孜餄舛容^低時,反應速度的增加與底物濃度的增加成正比(一級反應);此后,隨底物濃度的增加,反應速度的增加量逐漸減少(混合級反應);最后,當?shù)孜餄舛仍黾拥揭欢繒r,反應速度達到一最大值,不再隨底物濃度的增加而增加(零級反應)。
⑵米氏方程及米氏常數(shù):根據上述實驗結果,Michaelis & Menten 于1913年推導出了上述矩形雙曲線的數(shù)學表達式,即米氏方程: ν= Vmax[S]/(Km+[S])。其中,Vmax為最大反應速度,Km為米氏常數(shù)。
⑶Km和Vmax的意義:
?? ①當ν=Vmax/2時,Km=[S]。因此,Km等于酶促反應速度達最大值一半時的底物濃度。
?? ②當k-1>>k+2時,Km=k-1/k+1=Ks。因此,Km可以反映酶與底物親和力的大小,即Km值越小,則酶與底物的親和力越大;反之,則越小。
?? ③Km可用于判斷反應級數(shù):當[S]<0.01Km時,ν=(Vmax/Km)[S],反應為一級反應,即反應速度與底物濃度成正比;當[S]>100Km時,ν=Vmax,反應為零級反應,即反應速度與底物濃度無關;當0.01Km<[S]<100Km時,反應處于零級反應和一級反應之間,為混合級反應。
?? ④Km是酶的特征性常數(shù):在一定條件下,某種酶的Km值是恒定的,因而可以通過測定不同酶(特別是一組同工酶)的Km值,來判斷是否為不同的酶。
?? ⑤Km可用來判斷酶的最適底物:當酶有幾種不同的底物存在時,Km值最小者,為該酶的最適底物。
?? ⑥Km可用來確定酶活性測定時所需的底物濃度:當[S]=10Km時,ν=91%Vmax,為最合適的測定酶活性所需的底物濃度。
?? ⑦Vmax可用于酶的轉換數(shù)的計算:當酶的總濃度和最大速度已知時,可計算出酶的轉換數(shù),即單位時間內每個酶分子催化底物轉變?yōu)楫a物的分子數(shù)。
⑷Km和Vmax的測定:主要采用Lineweaver-Burk雙倒數(shù)作圖法和Hanes作圖法。
2.酶濃度對反應速度的影響:當反應系統(tǒng)中底物的濃度足夠大時,酶促反應速度與酶濃度成正比,即ν=k[E]。
3.溫度對反應速度的影響:一般來說,酶促反應速度隨溫度的增高而加快,但當溫度增加達到某一點后,由于酶蛋白的熱變性作用,反應速度迅速下降。酶促反應速度隨溫度升高而達到一最大值時的溫度就稱為酶的最適溫度。酶的最適溫度與實驗條件有關,因而它不是酶的特征性常數(shù)。低溫時由于活化分子數(shù)目減少,反應速度降低,但溫度升高后,酶活性又可恢復。
4.pH對反應速度的影響:觀察pH對酶促反應速度的影響,通常為一鐘形曲線,即pH過高或過低均可導致酶催化活性的下降。酶催化活性最高時溶液的pH值就稱為酶的最適pH。人體內大多數(shù)酶的最適pH在6.5~8.0之間。酶的最適pH不是酶的特征性常數(shù)。
5.抑制劑對反應速度的影響:
???? 凡是能降低酶促反應速度,但不引起酶分子變性失活的物質統(tǒng)稱為酶的抑制劑。按照抑制劑的抑制作用,可將其分為不可逆抑制作用和可逆抑制作用兩大類。
⑴不可逆抑制作用:
???? 抑制劑與酶分子的必需基團共價結合引起酶活性的抑制,且不能采用透析等簡單方法使酶活性恢復的抑制作用就是不可逆抑制作用。如果以ν~[E]作圖,就可得到一組斜率相同的平行線,隨抑制劑濃度的增加而平行向右移動。酶的不可逆抑制作用包括專一性抑制(如有機磷農藥對膽堿酯酶的抑制)和非專一性抑制(如路易斯氣對巰基酶的抑制)兩種。
⑵可逆抑制作用:
??? 抑制劑以非共價鍵與酶分子可逆性結合造成酶活性的抑制,且可采用透析等簡單方法去除抑制劑而使酶活性完全恢復的抑制作用就是可逆抑制作用。如果以ν~[E]作圖,可得到一組隨抑制劑濃度增加而斜率降低的直線。可逆抑制作用包括競爭性、反競爭性和非競爭性抑制幾種類型。
? ① 競爭性抑制:抑制劑與底物競爭與酶的同一活性中心結合,從而干擾了酶與底物的結合,使酶的催化活性降低,這種作用就稱為競爭性抑制作用。其特點為:a.競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應產物;b.抑制劑與酶的結合部位與底物與酶的結合部位相同;c.抑制劑濃度越大,則抑制作用越大;但增加底物濃度可使抑制程度減?。籨.動力學參數(shù):Km值增大,Vm值不變。典型的例子是丙二酸對琥珀酸脫氫酶(底物為琥珀酸)的競爭性抑制和磺胺類藥物(對氨基苯磺酰胺)對二氫葉酸合成酶(底物為對氨基苯甲酸)的競爭性抑制。
? ② 反競爭性抑制:抑制劑不能與游離酶結合,但可與ES復合物結合并阻止產物生成,使酶的催化活性降低,稱酶的反競爭性抑制。其特點為:a.抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結合;b.必須有底物存在,抑制劑才能對酶產生抑制作用;c.動力學參數(shù):Km減小,Vm降低。
? ③ 非競爭性抑制:抑制劑既可以與游離酶結合,也可以與ES復合物結合,使酶的催化活性降低,稱為非競爭性抑制。其特點為:a.底物和抑制劑分別獨立地與酶的不同部位相結合;b.抑制劑對酶與底物的結合無影響,故底物濃度的改變對抑制程度無影響;c.動力學參數(shù):Km值不變,Vm值降低。
6.激活劑對反應速度的影響:能夠促使酶促反應速度加快的物質稱為酶的激活劑。酶的激活劑大多數(shù)是金屬離子,如K+、Mg2+、Mn2+等,唾液淀粉酶的激活劑為Cl-。
九、酶的調節(jié):
可以通過改變其催化活性而使整個代謝反應的速度或方向發(fā)生改變的酶就稱為限速酶或關鍵酶。
??? 酶活性的調節(jié)可以通過改變其結構而使其催化活性以生改變,也可以通過改變其含量來改變其催化活性,還可以通過以不同形式的酶在不同組織中的分布差異來調節(jié)代謝活動。
1.酶結構的調節(jié):通過對現(xiàn)有酶分子結構的影響來改變酶的催化活性。這是一種快速調節(jié)方式。
? ⑴變構調節(jié):又稱別構調節(jié)。某些代謝物能與變構酶分子上的變構部位特異性結合,使酶的分子構發(fā)生改變,從而改變酶的催化活性以及代謝反應的速度,這種調節(jié)作用就稱為變構調節(jié)。具有變構調節(jié)作用的酶就稱為變構酶。凡能使酶分子變構并使酶的催化活性發(fā)生改變的代謝物就稱為變構劑。當變構酶的一個亞基與其配體(底物或變構劑)結合后,能夠通過改變相鄰亞基的構象而使其對配體的親和力發(fā)生改變,這種效應就稱為變構酶的協(xié)同效應。變構劑一般以反饋方式對代謝途徑的起始關鍵酶進行調節(jié),常見的為負反饋調節(jié)。變構調節(jié)的特點:① 酶活性的改變通過酶分子構象的改變而實現(xiàn);②酶的變構僅涉及非共價鍵的變化;③調節(jié)酶活性的因素為代謝物;④為一非耗能過程;⑤無放大效應。
? ⑵共價修飾調節(jié):酶蛋白分子中的某些基團可以在其他酶的催化下發(fā)生共價修飾,從而導致酶活性的改變,稱為共價修飾調節(jié)。共價修飾方式有:磷酸化-脫磷酸化等。共價修飾調節(jié)一般與激素的調節(jié)相聯(lián)系,其調節(jié)方式為級聯(lián)反應。共價修飾調節(jié)的特點為:①酶以兩種不同修飾和不同活性的形式存在;②有共價鍵的變化;③受其他調節(jié)因素(如激素)的影響;④一般為耗能過程;⑤存在放大效應。
? ⑶酶原的激活:處于無活性狀態(tài)的酶的前身物質就稱為酶原。酶原在一定條件下轉化為有活性的酶的過程稱為酶原的激活。酶原的激活過程通常伴有酶蛋白一級結構的改變。酶原分子一級結構的改變導致了酶原分子空間結構的改變,使催化活性中心得以形成,故使其從無活性的酶原形式轉變?yōu)橛谢钚缘拿?。酶原激活的生理意義在于:保護自身組織細胞不被酶水解消化。
2.酶含量的調節(jié):是指通過改變細胞中酶蛋白合成或降解的速度來調節(jié)酶分子的絕對含量,影響其催化活性,從而調節(jié)代謝反應的速度。這是機體內遲緩調節(jié)的重要方式。
? ⑴酶蛋白合成的調節(jié):酶蛋白的合成速度通常通過一些誘導劑或阻遏劑來進行調節(jié)。凡能促使基因轉錄增強,從而使酶蛋白合成增加的物質就稱為誘導劑;反之,則稱為阻遏劑。常見的誘導劑或阻遏劑包括代謝物、藥物和激素等。
? ⑵酶蛋白降解的調節(jié):如饑餓時,精氨酸酶降解減慢,故酶活性增高,有利于氨基酸的分解供能。
3.同工酶的調節(jié):在同一種屬中,催化活性相同而酶蛋白的分子結構,理化性質及免疫學性質不同的一組酶稱為同工酶。同工酶在體內的生理意義主要在于適應不同組織或不同細胞器在代謝上的不同需要。因此,同工酶在體內的生理功能是不同的。
???? 乳酸脫氫酶同工酶(LDHs)為四聚體,在體內共有五種分子形式,即LDH1(H4),LDH2(H3M1),LDH3(H2M2),LDH4(H1M3)和LDH5(M4)。心肌中以LDH1含量最多,LDH1對乳酸的親和力較高,因此它的主要作用是催化乳酸轉變?yōu)楸嵩龠M一步氧化分解,以供應心肌的能量。在骨骼肌中含量最多的是LDH5,LDH5對丙酮酸的親和力較高,因此它的主要作用是催化丙酮酸轉變?yōu)槿樗?,以促進糖酵解的進行。
十、酶的命名與分類:
1.酶的命名:主要有習慣命名法與系統(tǒng)命名法兩種,但常用者為習慣命名法。
2.酶的分類:根據1961年國際酶學委員會(IEC)的分類法,將酶分為六大類:① 氧化還原酶類:催化氧化還原反應;②轉移酶類:催化一個基團從某種化合物至另一種化合物;③水解酶類:催化化合物的水解反應;④裂合酶類:催化從雙鍵上去掉一個基團或加上一個基團至雙鍵上;⑤異構酶類:催化分子內基團重排;⑥合成酶類:催化兩分子化合物的締合反應。

第四章 糖代謝?

一、糖類的生理功用:
① 氧化供能:糖類是人體最主要的供能物質,占全部供能物質供能量的70%;與供能有關的糖類主要是葡萄糖和糖原,前者為運輸和供能形式,后者為貯存形式。

② 作為結構成分:糖類可與脂類形成糖脂,或與蛋白質形成糖蛋白,糖脂和糖蛋白均可參與構成生物膜、神經組織等。

③作為核酸類化合物的成分:核糖和脫氧核糖參與構成核苷酸,DNA,RNA等。

④轉變?yōu)槠渌镔|:糖類可經代謝而轉變?yōu)橹净虬被岬然衔铩?
二、糖的無氧酵解:
糖的無氧酵解是指葡萄糖在無氧條件下分解生成乳酸并釋放出能量的過程。其全部反應過程在胞液中進行,代謝的終產物為乳酸,一分子葡萄糖經無氧酵解可凈生成兩分子ATP。
??? 糖的無氧酵解代謝過程可分為四個階段:
1. 活化(己糖磷酸酯的生成):葡萄糖經磷酸化和異構反應生成1,6-雙磷酸果糖(FBP),即葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-雙磷酸果糖(F-1,6-BP)。這一階段需消耗兩分子ATP,己糖激酶(肝中為葡萄糖激酶)和6-磷酸果糖激酶-1是關鍵酶。
2. 裂解(磷酸丙糖的生成):一分子F-1,6-BP裂解為兩分子3-磷酸甘油醛,包括兩步反應:F-1,6-BP→磷酸二羥丙酮 + 3-磷酸甘油醛 和磷酸二羥丙酮→3-磷酸甘油醛。
3. 放能(丙酮酸的生成):3-磷酸甘油醛經脫氫、磷酸化、脫水及放能等反應生成丙酮酸,包括五步反應:3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此階段有兩次底物水平磷酸化的放能反應,共可生成2×2=4分子ATP。丙酮酸激酶為關鍵酶。
4.還原(乳酸的生成):利用丙酮酸接受酵解代謝過程中產生的NADH,使NADH重新氧化為NAD+。即丙酮酸→乳酸。
三、糖無氧酵解的調節(jié):
??? 主要是對三個關鍵酶,即己糖激酶(葡萄糖激酶)、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶進行調節(jié)。己糖激酶的變構抑制劑是G-6-P;肝中的葡萄糖激酶是調節(jié)肝細胞對葡萄糖吸收的主要因素,受長鏈脂酰CoA的反饋抑制;6-磷酸果糖激酶-1是調節(jié)糖酵解代謝途徑流量的主要因素,受ATP和檸檬酸的變構抑制,AMP、ADP、1,6-雙磷酸果糖和2,6-雙磷酸果糖的變構激活;丙酮酸激酶受1,6-雙磷酸果糖的變構激活,受ATP的變構抑制,肝中還受到丙氨酸的變構抑制。
四、糖無氧酵解的生理意義:
1. 在無氧和缺氧條件下,作為糖分解供能的補充途徑:⑴ 骨骼肌在劇烈運動時的相對缺氧;⑵ 從平原進入高原初期;⑶ 嚴重貧血、大量失血、呼吸障礙、肺及心血管疾患所致缺氧。
2. 在有氧條件下,作為某些組織細胞主要的供能途徑:如表皮細胞,紅細胞及視網膜等,由于無線粒體,故只能通過無氧酵解供能。

五、糖的有氧氧化:
葡萄糖在有氧條件下徹底氧化分解生成C2O和H2O,并釋放出大量能量的過程稱為糖的有氧氧化。絕大多數(shù)組織細胞通過糖的有氧氧化途徑獲得能量。此代謝過程在細胞胞液和線粒體內進行,一分子葡萄糖徹底氧化分解可產生36/38分子ATP。糖的有氧氧化代謝途徑可分為三個階段:
?1.葡萄糖經酵解途徑生成丙酮酸:
?? 此階段在細胞胞液中進行,與糖的無氧酵解途徑相同,涉及的關鍵酶也相同。一分子葡萄糖分解后生成兩分子丙酮酸,兩分子(NADH+H+)并凈生成2分子ATP。NADH在有氧條件下可進入線粒體產能,共可得到2×2或2×3分子ATP。故第一階段可凈生成6/8分子ATP。
?2.丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA:
??? 丙酮酸進入線粒體,在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧生成(NADH+H+)和乙酰CoA。此階段可由兩分子(NADH+H+)
??? 產生2×3分子ATP 。丙酮酸脫氫酶系為關鍵酶,該酶由三種酶單體構成,涉及六種輔助因子,即NAD+、FAD、CoA、TPP、硫辛酸和Mg2+。
?3.經三羧酸循環(huán)徹底氧化分解:
?生成的乙酰CoA可進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解為CO2和H2O,并釋放能量合成ATP。一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成12分子ATP,故此階段可生成2×12=24分子ATP。
???三羧酸循環(huán)是指在線粒體中,乙酰CoA首先與草酰乙酸縮合生成檸檬酸,然后經過一系列的代謝反應,乙酰基被氧化分解,而草酰乙酸再生的循環(huán)反應過程。這一循環(huán)反應過程又稱為檸檬酸循環(huán)或Krebs循環(huán)。
???三羧酸循環(huán)由八步反應構成:草酰乙酸 + 乙酰CoA→檸檬酸→異檸檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→琥珀酸→延胡索酸→蘋果酸→草酰乙酸。
???三羧酸循環(huán)的特點:①循環(huán)反應在線粒體中進行,為不可逆反應。 ②每完成一次循環(huán),氧化分解掉一分子乙?;缮?2分子ATP。 ③循環(huán)的中間產物既不能通過此循環(huán)反應生成,也不被此循環(huán)反應所消耗。 ④循環(huán)中有兩次脫羧反應,生成兩分子CO2。 ⑤循環(huán)中有四次脫氫反應,生成三分子NADH和一分子FADH2。 ⑥循環(huán)中有一次直接產能反應,生成一分子GTP。 ⑦三羧酸循環(huán)的關鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶系,且α-酮戊二酸脫氫酶系的結構與丙酮酸脫氫酶系相似,輔助因子完全相同。
六、糖有氧氧化的生理意義:
1.是糖在體內分解供能的主要途徑:⑴ 生成的ATP數(shù)目遠遠多于糖的無氧酵解生成的ATP數(shù)目;⑵ 機體內大多數(shù)組織細胞均通過此途徑氧化供能。
2.是糖、脂、蛋白質氧化供能的共同途徑:糖、脂、蛋白質的分解產物主要經此途徑徹底氧化分解供能。
3.是糖、脂、蛋白質相互轉變的樞紐:有氧氧化途徑中的中間代謝物可以由糖、脂、蛋白質分解產生,某些中間代謝物也可以由此途徑逆行而相互轉變。
七、有氧氧化的調節(jié)和巴斯德效應:
?丙酮酸脫氫酶系受乙酰CoA、ATP和NADH的變構抑制,受AMP、ADP和NAD+的變構激活。異檸檬酸脫氫酶是調節(jié)三羧酸循環(huán)流量的主要因素,ATP是其變構抑制劑,AMP和ADP是其變構激活劑。
???巴斯德效應:糖的有氧氧化可以抑制糖的無氧酵解的現(xiàn)象。有氧時,由于酵解產生的NADH和丙酮酸進入線粒體而產能,故糖的無氧酵解受抑制。
八、磷酸戊糖途徑:
??? 磷酸戊糖途徑是指從G-6-P脫氫反應開始,經一系列代謝反應生成磷酸戊糖等中間代謝物,然后再重新進入糖氧化分解代謝途徑的一條旁路代謝途徑。該旁路途徑的起始物是G-6-P,返回的代謝產物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖,其重要的中間代謝產物是5-磷酸核糖和NADPH。整個代謝途徑在胞液中進行。關鍵酶是6-磷酸葡萄糖脫氫酶。
九、磷酸戊糖途徑的生理意義:
1. 是體內生成NADPH的主要代謝途徑:NADPH在體內可用于:⑴ 作為供氫體,參與體內的合成代謝:如參與合成脂肪酸、膽固醇等。⑵ 參與羥化反應:作為加單氧酶的輔酶,參與對代謝物的羥化。⑶ 維持巰基酶的活性。⑷ 使氧化型谷胱甘肽還原。⑸ 維持紅細胞膜的完整性:由于6-磷酸葡萄糖脫氫酶遺傳性缺陷可導致蠶豆病,表現(xiàn)為溶血性貧血。
2. 是體內生成5-磷酸核糖的唯一代謝途徑:體內合成核苷酸和核酸所需的核糖或脫氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供,其生成方式可以由G-6-P脫氫脫羧生成,也可以由3-磷酸甘油醛和F-6-P經基團轉移的逆反應生成。
十、糖原的合成與分解:
糖原是由許多葡萄糖分子聚合而成的帶有分支的高分子多糖類化合物。糖原分子的直鏈部分借α-1,4-糖苷鍵而將葡萄糖殘基連接起來,其支鏈部分則是借α-1,6-糖苷鍵而形成分支。糖原是一種無還原性的多糖。糖原的合成與分解代謝主要發(fā)生在肝、腎和肌肉組織細胞的胞液中。
1.糖原的合成代謝:糖原合成的反應過程可分為三個階段。
⑴活化:由葡萄糖生成尿苷二磷酸葡萄糖:葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→1-磷酸葡萄糖→UDPG。此階段需使用UTP,并消耗相當于兩分子的ATP。
⑵縮合:在糖原合酶催化下,UDPG所帶的葡萄糖殘基通過α-1,4-糖苷鍵與原有糖原分子的非還原端相連,使糖鏈延長。糖原合酶是糖原合成的關鍵酶。
⑶分支:當直鏈長度達12個葡萄糖殘基以上時,在分支酶的催化下,將距末端6~7個葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由α-1,4-糖苷鍵轉變?yōu)棣?1,6-糖苷鍵,使糖原出現(xiàn)分支,同時非還原端增加。 2.糖原的分解代謝:糖原的分解代謝可分為三個階段,是一非耗能過程。
⑴水解:糖原→1-磷酸葡萄糖。此階段的關鍵酶是糖原磷酸化酶,并需脫支酶協(xié)助。
⑵異構:1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖。
⑶脫磷酸:6-磷酸葡萄糖→葡萄糖。此過程只能在肝和腎進行。

十一、糖原合成與分解的生理意義:

1.貯存能量:葡萄糖可以糖原的形式貯存。
2.調節(jié)血糖濃度:血糖濃度高時可合成糖原,濃度低時可分解糖原來補充血糖。
3.利用乳酸:肝中可經糖異生途徑利用糖無氧酵解產生的乳酸來合成糖原。這就是肝糖原合成的三碳途徑或間接途徑。

十二、糖異生:
由非糖物質轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。該代謝途徑主要存在于肝及腎中。糖異生主要沿酵解途徑逆行,但由于有三步反應(己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶)為不可逆反應,故需經另外的反應繞行。
1.G-6-P → G:由葡萄糖-6-磷酸酶催化進行水解,該酶是糖異生的關鍵酶之一,不存在于肌肉組織中,故肌肉組織不能生成自由葡萄糖。
2.F-1,6-BP → F-6-P:由果糖1,6-二磷酸酶-1催化進行水解,該酶也是糖異生的關鍵酶之一。
3.丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸:經由丙酮酸羧化支路完成,即丙酮酸進入線粒體,在丙酮酸羧化酶(需生物素)的催化下生成草酰乙酸,后者轉變?yōu)樘O果酸穿出線粒體并回復為草酰乙酸,再在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下轉變?yōu)榱姿嵯┐际奖?,這兩個酶都是關鍵酶。
糖異生的原料主要來自于生糖氨基酸、甘油和乳酸。

十三、糖異生的生理意義:
1.在饑餓情況下維持血糖濃度的相對恒定:在較長時間饑餓的情況下,機體需要靠糖異生作用生成葡萄糖以維持血糖濃度的相對恒定。
2.回收乳酸分子中的能量:由于乳酸主要是在肌肉組織經糖的無氧酵解產生,但肌肉組織糖異生作用很弱,且不能生成自由葡萄糖,故需將產生的乳酸轉運至肝臟重新生成葡萄糖后再加以利用。
葡萄糖在肌肉組織中經糖的無氧酵解產生的乳酸,可經血循環(huán)轉運至肝臟,再經糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉運至肌肉組織加以利用,這一循環(huán)過程就稱為乳酸循環(huán)(Cori循環(huán))。

3.維持酸堿平衡:腎臟中生成的α-酮戊二酸可轉變?yōu)椴蒗R宜幔缓蠼浱钱惿緩缴善咸烟?,這一過程可促進腎臟中的谷氨酰胺脫氨基,生成NH3,后者可用于中和H+,故有利于維持酸堿平衡。

十四、血糖:
血液中的葡萄糖含量稱為血糖。按真糖法測定,正常空腹血糖濃度為3.89~6.11mmol/L(70~100mg%)。
1.血糖的來源與去路:正常情況下,血糖濃度的相對恒定是由其來源與去路兩方面的動態(tài)平衡所決定的。血糖的主要來源有:① 消化吸收的葡萄糖;② 肝臟的糖異生作用;③ 肝糖原的分解。血糖的主要去路有:① 氧化分解供能;② 合成糖原(肝、肌、腎);③ 轉變?yōu)橹净虬被?;?轉變?yōu)槠渌穷愇镔|。
2.血糖水平的調節(jié):調節(jié)血糖濃度相對恒定的機制有:
? ⑴組織器官:①肝臟:通過加快將血中的葡萄糖轉運入肝細胞,以及通過促進肝糖原的合成,以降低血糖濃度;通過促進肝糖原的分解,以及促進糖的異生作用,以增高血糖濃度。②肌肉等外周組織:通過促進其對葡萄糖的氧化利用以降低血糖濃度。
? ⑵激素:①降低血糖濃度的激素——胰島素。②升高血糖濃度的激素——胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素、生長激素、甲狀腺激素。
? ⑶神經系統(tǒng)。

第五章?脂類代謝?
一、脂類的分類和生理功用:?
脂類是脂肪和類脂的總稱,是一大類不溶于水而易溶于有機溶劑的化合物。其中,脂肪主要是指甘油三酯,類脂則包括磷脂(甘油磷脂和鞘磷脂)、糖脂(腦苷脂和神經節(jié)苷脂)、膽固醇及膽固醇酯。?
脂類物質具有下列生理功用:?①?供能貯能:主要是甘油三酯具有此功用,體內20%~30%的能量由甘油三酯提供。②?構成生物膜:主要是磷脂和膽固醇具有此功用。③?協(xié)助脂溶性維生素的吸收,提供必需脂肪酸。必需脂肪酸是指機體需要,但自身不能合成,必須要靠食物提供的一些多烯脂肪酸。④?保護和保溫作用:大網膜和皮下脂肪具有此功用。?
二、甘油三酯的分解代謝:?
1.脂肪動員:貯存于脂肪細胞中的甘油三酯在激素敏感脂肪酶的催化下水解并釋放出脂肪酸,供給全身各組織細胞攝取利用的過程稱為脂肪動員。激素敏感脂肪酶(HSL)是脂肪動員的關鍵酶。HSL的激活劑是腎上腺素、去甲腎上腺素和胰高血糖素;抑制劑是胰島素、前列腺素E2和煙酸。?
脂肪動員的過程為:激素+膜受體→腺苷酸環(huán)化酶↑→cAMP↑→蛋白激酶↑→激素敏感脂肪酶(HSL,甘油三酯酶)↑→甘油三酯分解↑。?
脂肪動員的結果是生成三分子的自由脂肪酸(FFA)和一分子的甘油。脂肪酸進入血液循環(huán)后須與清蛋白結合成為復合體再轉運,甘油則轉運至肝臟再磷酸化為3-磷酸甘油后進行代謝。?
2.脂肪酸的β氧化:體內大多數(shù)的組織細胞均可以此途徑氧化利用脂肪酸。其代謝反應過程可分為三個階段:?
(1) 活化:在線粒體外膜或內質網進行此反應過程。由脂肪酸硫激酶(脂酰CoA合成酶)催化生成脂酰CoA。每活化一分子脂肪酸,需消耗兩分子ATP。?
(2) 進入:借助于兩種肉堿脂肪酰轉移酶(酶Ⅰ和酶Ⅱ)催化的移換反應,脂酰CoA由肉堿(肉毒堿)攜帶進入線粒體。肉堿脂肪酰轉移酶Ⅰ是脂肪酸β-氧化的關鍵酶。?
(3)?β-氧化:由四個連續(xù)的酶促反應組成:①?脫氫:脂肪酰CoA在脂肪酰CoA脫氫酶的催化下,生成FADH2和α,β-烯脂肪酰CoA。②?水化:在水化酶的催化下,生成L-β-羥脂肪酰CoA。③?再脫氫:在L-β-羥脂肪酰CoA脫氫酶的催化下,生成β-酮脂肪酰CoA和NADH+H+。④?硫解:在硫解酶的催化下,分解生成1分子乙酰CoA和1分子減少了兩個碳原子的脂肪酰CoA。后者可繼續(xù)氧化分解,直至全部分解為乙酰CoA。?
3.三羧酸循環(huán):生成的乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解。?
三、脂肪酸氧化分解時的能量釋放:?
以16C的軟脂酸為例來計算,則生成ATP的數(shù)目為:一分子軟脂酸可經七次β-氧化全部分解為八分子乙酰CoA,故β-氧化可得5×7=35分子ATP,八分子乙酰CoA可得12×8=96分子ATP,故一共可得131分子ATP,減去活化時消耗的兩分子ATP,故軟脂酸可凈生成129分子ATP。?
對于偶數(shù)碳原子的長鏈脂肪酸,可按下式計算:ATP凈生成數(shù)目=(碳原子數(shù)÷2 -1)×5 + (碳原子數(shù)÷2)×12 -2 。?
四、?酮體的生成及利用:?
脂肪酸在肝臟中氧化分解所生成的乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮三種中間代謝產物,統(tǒng)稱為酮體。?
1.酮體的生成:酮體主要在肝臟的線粒體中生成,其合成原料為乙酰CoA,關鍵酶是HMG-CoA合成酶。?
其過程為:乙酰CoA→乙酰乙酰CoA →HMG-CoA→乙酰乙酸。生成的乙酰乙酸再通過加氫反應轉變?yōu)棣?羥丁酸或經自發(fā)脫羧生成丙酮。?
2.酮體的利用:利用酮體的酶有兩種,即琥珀酰CoA轉硫酶(主要存在于心、腎、腦和骨骼肌細胞的線粒體中,不消耗ATP)和乙酰乙酸硫激酶(主要存在于心、腎、腦細胞線粒體中,需消耗2分子ATP)。?
其氧化利用酮體的過程為:β-羥丁酸→乙酰乙酸→乙酰乙酰CoA→乙酰CoA→三羧酸循環(huán)。?
3.酮體生成及利用的生理意義:?
(1) 在正常情況下,酮體是肝臟輸出能源的一種形式:由于酮體的分子較小,故被肝外組織氧化利用,成為肝臟向肝外組織輸出能源的一種形式。?
(2) 在饑餓或疾病情況下,為心、腦等重要器官提供必要的能源:在長期饑餓或某些疾病情況下,由于葡萄糖供應不足,心、腦等器官也可轉變來利用酮體氧化分解供能。?
五、甘油三酯的合成代謝:?
肝臟、小腸和脂肪組織是主要的合成脂肪的組織器官,其合成的亞細胞部位主要在胞液。脂肪合成時,首先需要合成長鏈脂肪酸和3-磷酸甘油,然后再將二者縮合起來形成甘油三酯(脂肪)。?
1.脂肪酸的合成:脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后產生的乙酰CoA,其合成過程由胞液中的脂肪酸合成酶系催化,不是β-氧化過程的逆反應。脂肪酸合成的直接產物是軟脂酸,然后再將其加工成其他種類的脂肪酸。?
⑴乙酰CoA轉運出線粒體:線粒體內產生的乙酰CoA,與草酰乙酸縮合生成檸檬酸,穿過線粒體內膜進入胞液,裂解后重新生成乙酰CoA,產生的草酰乙酸轉變?yōu)楸岷笾匦逻M入線粒體,這一過程稱為檸檬酸-丙酮酸穿梭作用。?
⑵丙二酸單酰CoA的合成:在乙酰CoA羧化酶(需生物素)的催化下,將乙酰CoA羧化為丙二酸單酰CoA。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成的關鍵酶,屬于變構酶,其活性受檸檬酸和異檸檬酸的變構激活,受長鏈脂酰CoA的變構抑制。?
⑶脂肪酸合成循環(huán):脂肪酸合成時碳鏈的縮合延長過程是一類似于β-氧化逆反應的循環(huán)反應過程,即縮合→加氫→脫水→再加氫。所需氫原子來源于NADPH,故對磷酸戊糖旁路有依賴。每經過一次循環(huán)反應,延長兩個碳原子。但該循環(huán)反應過程由胞液中的脂肪酸合成酶系所催化。?
??? 脂肪酸合成酶系在低等生物中是一種由一分子脂?;d體蛋白(ACP)和七種酶單體所構成的多酶復合體;但在高等動物中,則是由一條多肽鏈構成的多功能酶,通常以二聚體形式存在,每個亞基都含有一ACP結構域。?
⑷軟脂酸的碳鏈延長和不飽和脂肪酸的生成:此過程在線粒體/微粒體內進行。使用丙二酸單酰CoA與軟脂酰CoA縮合,使碳鏈延長,最長可達二十四碳。不飽和鍵由脂類加氧酶系催化形成。?
2.3-磷酸甘油的生成:合成甘油三酯所需的3-磷酸甘油主要由下列兩條途徑生成:①由糖代謝生成(脂肪細胞、肝臟):磷酸二羥丙酮加氫生成3-磷酸甘油。②由脂肪動員生成(肝):脂肪動員生成的甘油轉運至肝臟經磷酸化后生成3-磷酸甘油。?
3.甘油三酯的合成:2×脂酰CoA + 3-磷酸甘油?→?磷脂酸?→?甘油三酯。?
六、甘油磷脂的代謝:?
甘油磷脂由一分子的甘油,兩分子的脂肪酸,一分子的磷酸和X基團構成。其X基團因不同的磷脂而不同,卵磷脂(磷脂酰膽堿)為膽堿,腦磷脂(磷脂酰乙醇胺)為膽胺,磷脂酰絲氨酸為絲氨酸,磷脂酰肌醇為肌醇。?
1.甘油磷脂的合成代謝:甘油磷脂的合成途徑有兩條。?
⑴甘油二酯合成途徑:磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺通過此代謝途徑合成。合成過程中需消耗CTP,所需膽堿及乙醇胺以CDP-膽堿和CDP-乙醇胺的形式提供。?
⑵CDP-甘油二酯合成途徑:磷脂酰肌醇、磷脂酰絲氨酸和心磷脂通過此途徑合成。合成過程中需消耗CTP,所需甘油二酯以CDP-甘油二酯的活性形式提供。?
2.甘油磷脂的分解代謝:甘油磷脂的分解靠存在于體內的各種磷脂酶將其分解為脂肪酸、甘油、磷酸等,然后再進一步降解。?
磷脂酶A1存在于蛇毒中,其降解產物為溶血磷脂2,后者有很強的溶血作用。溶血磷脂2可被磷脂酶B2降解而失去其溶血作用。?
七、鞘磷脂的代謝:?
鞘脂類化合物中不含甘油,其脂質部分為鞘氨醇或N-脂酰鞘氨醇(神經酰胺)。鞘氨醇可在全身各組織細胞的內質網合成,合成所需的原料主要是軟脂酰CoA和絲氨酸,并需磷酸吡哆醛、NADPH及FAD等輔助因子參與。體內含量最多的鞘磷脂是神經鞘磷脂,是構成生物膜的重要磷脂;合成時,在相應轉移酶的催化下,將CDP-膽堿或CDP-乙醇胺攜帶的磷酸膽堿或磷酸乙醇胺轉移至N-脂酰鞘氨醇上,生成神經鞘磷脂。?
八、膽固醇的代謝:?
膽固醇的基本結構為環(huán)戊烷多氫菲。膽固醇的酯化在C3位羥基上進行,由兩種不同的酶催化。存在于血漿中的是卵磷脂膽固醇?;D移酶(LCAT),而主要存在于組織細胞中的是脂肪酰CoA膽固醇?;D移酶(ACAT)。
1.膽固醇的合成:膽固醇合成部位主要是在肝臟和小腸的胞液和微粒體。其合成所需原料為乙酰CoA。每合成一分子的膽固醇需18分子乙酰CoA,54分子ATP和10分子NADPH。
⑴乙酰CoA縮合生成甲羥戊酸(MVA):此過程在胞液和微粒體進行。2×乙酰CoA→乙酰乙酰CoA→HMG-CoA→MVA。HMG-CoA還原酶是膽固醇合成的關鍵酶。
⑵甲羥戊酸縮合生成鯊烯:此過程在胞液和微粒體進行。MVA→二甲丙烯焦磷酸→焦磷酸法呢酯→鯊烯。
⑶鯊烯環(huán)化為膽固醇:此過程在微粒體進行。鯊烯結合在胞液的固醇載體蛋白(SCP)上,由微粒體酶進行催化,經一系列反應環(huán)化為27碳膽固醇。
2.膽固醇合成的調節(jié):各種調節(jié)因素通過對膽固醇合成的關鍵酶——HMG-CoA還原酶活性的影響,來調節(jié)膽固醇合成的速度和合成量。
⑴膳食因素:饑餓或禁食可抑制HMG-CoA還原酶的活性,從而使膽固醇的合成減少;反之,攝取高糖、高飽和脂肪膳食后,HMG-CoA活性增加而導致膽固醇合成增多。
⑵膽固醇及其衍生物:膽固醇可反饋抑制HMG-CoA還原酶的活性。膽固醇的某些氧化物,如7β-羥膽固醇,25-羥膽固醇等也可抑制該酶的活性。
⑶激素:胰島素和甲狀腺激素可通過誘導該酶的合成而使酶活性增加;而胰高血糖素和糖皮質激素則可抑制該酶的活性。
3.膽固醇的轉化:膽固醇主要通過轉化作用,轉變?yōu)槠渌衔镌龠M行代謝,或經糞便直接排出體外。
⑴轉化為膽汁酸:正常人每天合成的膽汁酸中有2/5通過轉化為膽汁酸。初級膽汁酸是以膽固醇為原料在肝臟中合成的,合成的關鍵酶是7α-羥化酶。。主要的初級膽汁酸是膽酸和鵝脫氧膽酸。初級膽汁酸通常在其羧酸側鏈上結合有一分子甘氨酸或?;撬?,從而形成結合型初級膽汁酸,如甘氨膽酸,甘氨鵝脫氧膽酸、牛磺膽酸和?;蛆Z脫氧膽酸。次級膽汁酸是在腸道細菌的作用下生成的。主要的次級膽汁酸是脫氧膽酸和石膽酸。
⑵轉化為類固醇激素:腎上腺皮質球狀帶可合成醛固酮,又稱鹽皮質激素,可調節(jié)水鹽代謝;腎上腺皮質束狀帶可合成皮質醇和皮質酮,合稱為糖皮質激素,可調節(jié)糖代謝。性激素主要有睪酮、孕酮和雌二醇。
⑶轉化為維生素D3:膽固醇經7位脫氫而轉變?yōu)?-脫氫膽固醇,后者在紫外光的照射下,B環(huán)發(fā)生斷裂,生成Vit-D3。Vit-D3在肝臟羥化為25-(OH)D3,再在腎臟被羥化為1,25-(OH)2 D3。1,25-(OH)2 D3為活性維生素D3。
九、血漿脂蛋白:
1.血漿脂蛋白的分類:①電泳分類法:根據電泳遷移率的不同進行分類,可分為四類:乳糜微粒 → β-脂蛋白 → 前β-脂蛋白 → α-脂蛋白。②超速離心法:按脂蛋白密度高低進行分類,也分為四類:CM → VLDL → LDL → HDL。
2.載脂蛋白的功能:
⑴ 轉運脂類物質;
⑵ 作為脂類代謝酶的調節(jié)劑:LCAT可被ApoAⅠ等激活,也可被ApoAⅡ所抑制。LpL(脂蛋白脂肪酶)可被ApoCⅡ所激活,也可被ApoCⅢ所抑制。ApoAⅡ可激活HL的活性。
⑶ 作為脂蛋白受體的識別標記:ApoB可被細胞膜上的ApoB,E受體(LDL受體)所識別;ApoE可被細胞膜上的ApoB,E受體和ApoE受體(LDL受體相關蛋白,LRP)所識別。ApoAⅠ參與HDL受體的識別。
⑷ 參與脂質轉運:CETP可促進膽固醇酯由HDL轉移至VLDL和LDL;PTP可促進磷脂由CM和VLDL轉移至HDL。
3.血漿脂蛋白的代謝和功能:乳糜微粒在小腸粘膜細胞組裝,與外源性甘油三酯的轉運有關;極低密度脂蛋白在肝臟組裝,與內源性甘油三酯的轉運有關;低密度脂蛋白由VLDL代謝產生,可將肝臟合成的膽固醇轉運至肝外組織細胞;高密度脂蛋白來源廣泛,與膽固醇的逆向轉運有關。

第七章 生物氧化
一、生物氧化的概念和特點:
物質在生物體內氧化分解并釋放出能量的過程稱為生物氧化。與體外燃燒一樣,生物氧化也是一個消耗O2,生成CO2和H2O,并釋放出大量能量的過程。但與體外燃燒不同的是,生物氧化過程是在37℃,近于中性的含水環(huán)境中,由酶催化進行的;反應逐步釋放出能量,相當一部分能量以高能磷酸酯鍵的形式儲存起來。
二、線粒體氧化呼吸鏈:
在線粒體中,由若干遞氫體或遞電子體按一定順序排列組成的,與細胞呼吸過程有關的鏈式反應體系稱為呼吸鏈。這些遞氫體或遞電子體往往以復合體的形式存在于線粒體內膜上。主要的復合體有:
1. 復合體Ⅰ(NADH-泛醌還原酶):由一分子NADH還原酶(FMN),兩分子鐵硫蛋白(Fe-S)和一分子CoQ組成,其作用是將(NADH+H+)傳遞給CoQ。
鐵硫蛋白分子中含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫。其分子中的鐵離子與硫原子構成一種特殊的正四面體結構,稱為鐵硫中心或鐵硫簇,鐵硫蛋白是單電子傳遞體。泛醌(CoQ)是存在于線粒體內膜上的一種脂溶性醌類化合物。分子中含對苯醌結構,可接受二個氫原子而轉變成對苯二酚結構,是一種雙遞氫體。
2. 復合體Ⅱ(琥珀酸-泛醌還原酶):由一分子琥珀酸脫氫酶(FAD),兩分子鐵硫蛋白和兩分子Cytb560組成,其作用是將FADH2傳遞給CoQ。
細胞色素類:這是一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質,為單電子傳遞體。細胞色素可存在于線粒體內膜,也可存在于微粒體。存在于線粒體內膜的細胞色素有Cytaa3,Cytb(b560,b562,b566),Cytc,Cytc1;而存在于微粒體的細胞色素有CytP450和Cytb5。
3. 復合體Ⅲ(泛醌-細胞色素c還原酶):由兩分子Cytb(分別為Cytb562和Cytb566),一分子Cytc1和一分子鐵硫蛋白組成,其作用是將電子由泛醌傳遞給Cytc。
4. 復合體Ⅳ(細胞色素c氧化酶):由一分子Cyta和一分子Cyta3組成,含兩個銅離子,可直接將電子傳遞給氧,故Cytaa3又稱為細胞色素c氧化酶,其作用是將電子由Cytc傳遞給氧。
三、呼吸鏈成分的排列順序:
由上述遞氫體或遞電子體組成了NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈兩條呼吸鏈。
1.NADH氧化呼吸鏈:其遞氫體或遞電子體的排列順序為:NAD+ →[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→ c1 → c →aa3 →1/2O2 。丙酮酸、α-酮戊二酸、異檸檬酸、蘋果酸、β-羥丁酸、β-羥脂酰CoA和谷氨酸脫氫后經此呼吸鏈遞氫。
2.琥珀酸氧化呼吸鏈:其遞氫體或遞電子體的排列順序為: [ FAD (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→ c1 → c →aa3 →1/2O2 。琥珀酸、3-磷酸甘油(線粒體)和脂酰CoA脫氫后經此呼吸鏈遞氫。
四、生物體內能量生成的方式:
1.氧化磷酸化:在線粒體中,底物分子脫下的氫原子經遞氫體系傳遞給氧,在此過程中釋放能量使ADP磷酸化生成ATP,這種能量的生成方式就稱為氧化磷酸化。
2.底物水平磷酸化:直接將底物分子中的高能鍵轉變?yōu)锳TP分子中的末端高能磷酸鍵的過程稱為底物水平磷酸化。
五、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位:
每消耗一摩爾氧原子所消耗的無機磷的摩爾數(shù)稱為P/O比值。當?shù)孜锩摎湟訬AD+為受氫體時,P/O比值約為3;而當?shù)孜锩摎湟訤AD為受氫體時,P/O比值約為2。故NADH氧化呼吸鏈有三個生成ATP的偶聯(lián)部位,而琥珀酸氧化呼吸鏈只有兩個生成ATP的偶聯(lián)部位。
六、氧化磷酸化的偶聯(lián)機制:
目前公認的機制是1961年由Mitchell提出的化學滲透學說。這一學說認為氧化呼吸鏈存在于線粒體內膜上,當氧化反應進行時,H+通過氫泵作用(氧化還原袢)被排斥到線粒體內膜外側(膜間腔),從而形成跨膜pH梯度和跨膜電位差。這種形式的能量,可以被存在于線粒體內膜上的ATP合酶利用,生成高能磷酸基團,并與ADP結合而合成ATP。
在電鏡下,ATP合酶分為三個部分,即頭部,柄部和基底部。但如用生化技術進行分離,則只能得到F0(基底部+部分柄部)和F1(頭部+部分柄部)兩部分。ATP合酶的中心存在質子通道,當質子通過這一通道進入線粒體基質時,其能量被頭部的ATP合酶催化活性中心利用以合成ATP。
七、氧化磷酸化的影響因素:
1.ATP/ADP比值:ATP/ADP比值是調節(jié)氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降,可致氧化磷酸化速度加快;反之,當ATP/ADP比值升高時,則氧化磷酸化速度減慢。
2.甲狀腺激素:甲狀腺激素可以激活細胞膜上的Na+,K+-ATP酶,使ATP水解增加,因而使ATP/ADP比值下降,氧化磷酸化速度加快。
3.藥物和毒物:
⑴呼吸鏈的抑制劑:能夠抑制呼吸鏈遞氫或遞電子過程的藥物或毒物稱為呼吸鏈的抑制劑。能夠抑制第一位點的有異戊巴比妥、粉蝶霉素A、魚藤酮等;能夠抑制第二位點的有抗霉素A和二巰基丙醇;能夠抑制第三位點的有CO、H2S和CN-、N3-。其中,CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+,而CO和H2S主要抑制還原型Cytaa3-Fe2+。
⑵解偶聯(lián)劑:不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程,但能使氧化產生的能量不能用于ADP的磷酸化的試劑稱為解偶聯(lián)劑。其機理是增大了線粒體內膜對H+的通透性,使H+的跨膜梯度消除,從而使氧化過程釋放的能量不能用于ATP的合成反應。主要的解偶聯(lián)劑有2,4-二硝基酚。
⑶氧化磷酸化的抑制劑:對電子傳遞和ADP磷酸化均有抑制作用的藥物和毒物稱為氧化磷酸化的抑制劑,如寡霉素。

八、高能磷酸鍵的類型:
生物化學中常將水解時釋放的能量>20kJ/mol的磷酸鍵稱為高能磷酸鍵,主要有以下幾種類型:
1.磷酸酐鍵:包括各種多磷酸核苷類化合物,如ADP,ATP等。
2.混合酐鍵:由磷酸與羧酸脫水后形成的酐鍵,主要有1,3-二磷酸甘油酸等化合物。
3.烯醇磷酸鍵:見于磷酸烯醇式丙酮酸中。
4.磷酸胍鍵:見于磷酸肌酸中,是肌肉和腦組織中能量的貯存形式。磷酸肌酸中的高能磷酸鍵不能被直接利用,而必須先將其高能磷酸鍵轉移給ATP,才能供生理活動之需。這一反應過程由肌酸磷酸激酶(CPK)催化完成。
九、線粒體外NADH的穿梭:
胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脫氫,均可產生NADH。這些NADH可經穿梭系統(tǒng)而進入線粒體氧化磷酸化,產生H2O和ATP。
1.磷酸甘油穿梭系統(tǒng):這一系統(tǒng)以3-磷酸甘油和磷酸二羥丙酮為載體,在兩種不同的α-磷酸甘油脫氫酶的催化下,將胞液中NADH的氫原子帶入線粒體中,交給FAD,再沿琥珀酸氧化呼吸鏈進行氧化磷酸化。因此,如NADH通過此穿梭系統(tǒng)帶一對氫原子進入線粒體,則只得到2分子ATP。
2.蘋果酸穿梭系統(tǒng):此系統(tǒng)以蘋果酸和天冬氨酸為載體,在蘋果酸脫氫酶和谷草轉氨酶的催化下。將胞液中NADH的氫原子帶入線粒體交給NAD+,再沿NADH氧化呼吸鏈進行氧化磷酸化。因此,經此穿梭系統(tǒng)帶入一對氫原子可生成3分子ATP

第八章 氨基酸代謝
一、蛋白質的營養(yǎng)作用:
1.蛋白質的生理功能:主要有:①是構成組織細胞的重要成分;②參與組織細胞的更新和修補;③參與物質代謝及生理功能的調控;④氧化供能;⑤其他功能:如轉運、凝血、免疫、記憶、識別等。
2.氮平衡:體內蛋白質的合成與分解處于動態(tài)平衡中,故每日氮的攝入量與排出量也維持著動態(tài)平衡,這種動態(tài)平衡就稱為氮平衡。氮平衡有以下幾種情況:
⑴氮總平衡:每日攝入氮量與排出氮量大致相等,表示體內蛋白質的合成量與分解量大致相等,稱為氮總平衡。此種情況見于正常成人。
⑵氮正平衡:每日攝入氮量大于排出氮量,表明體內蛋白質的合成量大于分解量,稱為氮正平衡。此種情況見于兒童、孕婦、病后恢復期。
⑶氮負平衡:每日攝入氮量小于排出氮量,表明體內蛋白質的合成量小于分解量,稱為氮負平衡。此種情況見于消耗性疾病患者(結核、腫瘤),饑餓者。
3.必需氨基酸與非必需氨基酸:體內不能合成,必須由食物蛋白質供給的氨基酸稱為必需氨基酸。反之,體內能夠自行合成,不必由食物供給的氨基酸就稱為非必需氨基酸。
必需氨基酸一共有八種:賴氨酸(Lys)、色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)、蛋氨酸(Met)、蘇氨酸(Thr)、亮氨酸(Leu)、異亮氨酸(Ile)、纈氨酸(Val)。酪氨酸和半胱氨酸必需以必需氨基酸為原料來合成,故被稱為半必需氨基酸。
4.蛋白質的營養(yǎng)價值及互補作用:蛋白質營養(yǎng)價值高低的決定因素有:① 必需氨基酸的含量;② 必需氨基酸的種類;③ 必需氨基酸的比例,即具有與人體需求相符的氨基酸組成。將幾種營養(yǎng)價值較低的食物蛋白質混合后食用,以提高其營養(yǎng)價值的作用稱為食物蛋白質的互補作用。
二、蛋白質的消化、吸收與腐敗
1.蛋白質的消化:胃蛋白酶水解食物蛋白質為多肽,再在小腸中完全水解為氨基酸。
2.氨基酸的吸收:主要在小腸進行,是一種主動轉運過程,需由特殊載體攜帶。除此之外,也可經γ-谷氨酰循環(huán)進行。
3.蛋白質在腸中的腐?。褐饕诖竽c中進行,是細菌對蛋白質及其消化產物的分解作用,可產生有毒物質。
三、氨基酸的脫氨基作用:
氨基酸主要通過三種方式脫氨基,即氧化脫氨基,聯(lián)合脫氨基和非氧化脫氨基。
1.氧化脫氨基:反應過程包括脫氫和水解兩步,反應主要由L-氨基酸氧化酶和谷氨酸脫氫酶所催化。L-氨基酸氧化酶是一種需氧脫氫酶,該酶在人體內作用不大。谷氨酸脫氫酶是一種不需氧脫氫酶,以NAD+或NADP+為輔酶。該酶作用較大,屬于變構酶,其活性受ATP,GTP的抑制,受ADP,GDP的激活。
2.轉氨基作用:由轉氨酶催化,將α-氨基酸的氨基轉移到α-酮酸酮基的位置上,生成相應的α-氨基酸,而原來的α-氨基酸則轉變?yōu)橄鄳摩?酮酸。轉氨酶以磷酸吡哆醛(胺)為輔酶。轉氨基作用可以在各種氨基酸與α-酮酸之間普遍進行。除Gly,Lys,Thr,Pro外,均可參加轉氨基作用。較為重要的轉氨酶有:
⑴ 丙氨酸氨基轉移酶(ALT),又稱為谷丙轉氨酶(GPT)。催化丙氨酸與α-酮戊二酸之間的氨基移換反應,為可逆反應。該酶在肝臟中活性較高,在肝臟疾病時,可引起血清中ALT活性明顯升高。
⑵ 天冬氨酸氨基轉移酶(AST),又稱為谷草轉氨酶(GOT)。催化天冬氨酸與α-酮戊二酸之間的氨基移換反應,為可逆反應。該酶在心肌中活性較高,故在心肌疾患時,血清中AST活性明顯升高。
3.聯(lián)合脫氨基作用:轉氨基作用與氧化脫氨基作用聯(lián)合進行,從而使氨基酸脫去氨基并氧化為α-酮酸的過程,稱為聯(lián)合脫氨基作用??稍诖蠖鄶?shù)組織細胞中進行,是體內主要的脫氨基的方式。
4.嘌呤核苷酸循環(huán)(PNC):這是存在于骨骼肌和心肌中的一種特殊的聯(lián)合脫氨基作用方式。在骨骼肌和心肌中,腺苷酸脫氨酶的活性較高,該酶可催化AMP脫氨基,此反應與轉氨基反應相聯(lián)系,即構成嘌呤核苷酸循環(huán)的脫氨基作用。
四、α-酮酸的代謝:

1.再氨基化為氨基酸。
2.轉變?yōu)樘腔蛑耗承┌被崦摪被笊商钱惿緩降闹虚g代謝物,故可經糖異生途徑生成葡萄糖,這些氨基酸稱為生糖氨基酸。個別氨基酸如Leu,Lys,經代謝后只能生成乙酰CoA或乙酰乙酰CoA,再轉變?yōu)橹蛲w,故稱為生酮氨基酸。而Phe,Tyr,Ile,Thr,Trp經分解后的產物一部分可生成葡萄糖,另一部分則生成乙酰CoA,故稱為生糖兼生酮氨基酸。
3.氧化供能:進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解供能。
五、氨的代謝:五、氨的代謝:
1.血氨的來源與去路:
⑴血氨的來源:①由腸道吸收;②氨基酸脫氨基;③氨基酸的酰胺基水解;④其他含氮物的分解。
⑵血氨的去路:①在肝臟轉變?yōu)槟蛩兀虎诤铣砂被?;③合成其他含氮物;④合成天冬酰胺和谷氨酰胺;⑤直接排出?
2.氨在血中的轉運:氨在血液循環(huán)中的轉運,需以無毒的形式進行,如生成丙氨酸或谷氨酰胺等,將氨轉運至肝臟或腎臟進行代謝。
⑴丙氨酸-葡萄糖循環(huán):肌肉中的氨基酸將氨基轉給丙酮酸生成丙氨酸,后者經血液循環(huán)轉運至肝臟再脫氨基,生成的丙酮酸經糖異生轉變?yōu)槠咸烟呛笤俳浹貉h(huán)轉運至肌肉重新分解產生丙酮酸,這一循環(huán)過程就稱為丙氨酸-葡萄糖循環(huán)。
⑵谷氨酰胺的運氨作用:肝外組織,如腦、骨骼肌、心肌在谷氨酰胺合成酶的催化下,合成谷氨酰胺,以谷氨酰胺的形式將氨基經血液循環(huán)帶到肝臟,再由谷氨酰胺酶將其分解,產生的氨即可用于合成尿素。因此,谷氨酰胺對氨具有運輸、貯存和解毒作用。
3.鳥氨酸循環(huán)與尿素的合成:體內氨的主要代謝去路是用于合成尿素。合成尿素的主要器官是肝臟,但在腎及腦中也可少量合成。尿素合成是經鳥氨酸循環(huán)的反應過程來完成,催化這些反應的酶存在于胞液和線粒體中。其主要反應過程如下:NH3+CO2+2ATP →氨基甲酰磷酸→胍氨酸→精氨酸代琥珀酸→精氨酸→尿素+鳥氨酸。
尿素合成的特點:①合成主要在肝臟的線粒體和胞液中進行;②合成一分子尿素需消耗四分子ATP;③精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的關鍵酶;④尿素分子中的兩個氮原子,一個來源于NH3,一個來源于天冬氨酸。
六、氨基酸的脫羧基作用:
由氨基酸脫羧酶催化,輔酶為磷酸吡哆醛,產物為CO2和胺。
1.γ-氨基丁酸的生成:γ-氨基丁酸(GABA)是一種重要的神經遞質,由L-谷氨酸脫羧而產生。反應由L-谷氨酸脫羧酶催化,在腦及腎中活性很高。
2.5-羥色胺的生成:5-羥色胺(5-HT)也是一種重要的神經遞質,且具有強烈的縮血管作用,其合成原料是色氨酸。合成過程為:色氨酸→5羥色氨酸→5-羥色胺。
3.組胺的生成:組胺由組氨酸脫羧產生,具有促進平滑肌收縮,促進胃酸分泌和強烈的舒血管作用。
4.多胺的生成:精脒和精胺均屬于多胺,它們與細胞生長繁殖的調節(jié)有關。合成的原料為鳥氨酸,關鍵酶是鳥氨酸脫羧酶。
七、一碳單位的代謝:
一碳單位是指只含一個碳原子的有機基團,這些基團通常由其載體攜帶參加代謝反應。常見的一碳單位有甲基(-CH3)、亞甲基或甲烯基(-CH2-)、次甲基或甲炔基(=CH-)、甲?;?CHO)、亞氨甲基(-CH=NH)、羥甲基(-CH2OH)等。
一碳單位通常由其載體攜帶,常見的載體有四氫葉酸(FH4)和S-腺苷同型半胱氨酸,有時也可為VitB12。
常見的一碳單位的四氫葉酸衍生物有:①N10-甲酰四氫葉酸(N10-CHO FH4);②N5-亞氨甲基四氫葉酸(N5-CH=NH FH4);③N5,N10-亞甲基四氫葉酸 (N5,N10-CH2-FH4);④N5,N10-次甲基四氫葉酸 (N5,N10=CH-FH4);⑤N5-甲基四氫葉酸(N5-CH3 FH4)。
蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸和色氨酸代謝降解后可生成N10-甲酰四氫葉酸,后者可用于嘌呤C2原子的合成;蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸和組氨酸代謝降解后可生成N5,N10-次甲基四氫葉酸,后者可用于嘌呤C8原子的合成;絲氨酸代謝降解后可生成N5,N10-亞甲基四氫葉酸,后者可用于胸腺嘧啶甲基的合成。
八、S-腺苷蛋氨酸循環(huán):
蛋氨酸是體內合成許多重要化合物,如腎上腺素、膽堿、肌酸和核酸等的甲基供體。其活性形式為S-腺苷蛋氨酸(SAM)。SAM也是一種一碳單位衍生物,其載體可認為是S-腺苷同型半胱氨酸,攜帶的一碳單位是甲基。
從蛋氨酸形成的S-腺苷蛋氨酸,在提供甲基以后轉變?yōu)橥桶腚装彼?,然后再反方向重新合成蛋氨酸,一循環(huán)反應過程稱為S-腺苷蛋氨酸循環(huán)或活性甲基循環(huán)。
九、芳香族氨基酸的代謝:
在神經組織細胞中的主要代謝過程為:苯丙氨酸→酪氨酸→多巴→多巴胺→去甲腎上腺素→腎上腺素。多巴胺、去甲腎上腺素和腎上腺素統(tǒng)稱兒茶酚胺。在黑色素細胞中,多巴可轉變?yōu)楹谏?。苯丙氨酸羥化酶遺傳性缺陷可致苯丙酮酸尿癥,酪氨酸酶遺傳性缺陷可致白化病。


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