2012年考研生物化学强化班讲义
统考农学考研生物化学
强化提高班
跨考教育专业课教研中心
目录
考试形式 (3)
生物化学重点难点分析 (3)
第二章蛋白质化学 (3)
第三章核酸化学 (7)
第四章酶 (8)
第八章生物氧化 (10)
第九章糖类代谢 (12)
第十章脂类代谢 (14)
第十一、十二章氨基酸和核苷酸代谢 (16)
第十三、十四章核酸的生物合成 (17)
第十五章蛋白质的生物合成 (21)
考试形式
一、试卷满分为150分，其中植物生理学为75分，生物化学为75分。考试时间180分钟。
二、试卷题型结构：
单向选择题：30小题，每小题1分，共30分。
简答题：6小题，每小题8分，共48分。
实验题：2题，每题10分，共20分。
分析论述题：4题，每题13分，共52分。
生物化学重点难点分析
第二章 蛋白质化学
重点：
氨基酸：结构、性质
蛋白质：结构、性质、功能、纯化
一、蛋白质的化学组成
C、H、O、N、S、P，含氮量很接近，平均为16%。
二、氨基酸
同时含有氨基和羧基的有机化合物叫做氨基酸。按照是否参与蛋白质的组成，氨基酸可以分为蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。蛋白质氨基酸又包括常见氨基酸和稀有氨基酸。
蛋白质中常见氨基酸只有20种，除了Gly和Pro，都是L型的α-氨基酸。在氨基酸的α-碳原子上有一个氨基，一个羧基，一个氢原子和一个侧链基团。
（一）蛋白质中常见氨基酸的分类：
蛋白质中常见氨基酸只有20种，根据R基团的极性的分类方法可以将它们分为：
1、具有非极性或疏水R基团的氨基酸，共8种。
2、具有极性不带电荷R基团的氨基酸，共7种。
3、R基团在pH 7.0时带负电荷的氨基酸(酸性氨基酸) ，共2种。
4、R基团在pH 7.0时带正电荷的氨基酸(碱性氨基酸) ，共3种。
（二）氨基酸的理化性质
两性性质：氨基酸的α-氨基和α-羧基可以在溶液中解离，形成两性离子。
当溶液的pH＜p I，氨基酸为阳离子。
当溶液的pH＞p I，氨基酸为阴离子。
当溶液的pH＝p I，氨基酸成为两性离子。
等电点：当溶液处于某一特定的pH值时，氨基酸主要以两性离子的形式存在，分子所带的净电荷为零，此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
等电点的计算：
对于具有一个氨基和一个羧基的氨基酸：p I＝1/2(p K1 + p K2)
对于酸性氨基酸：p I＝1/2(p K1 + p K R)
对于碱性氨基酸：p I＝1/2(p K2 + p K R)
紫外吸收：酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸在紫外波段有吸收。
化学反应：Sanger反应（反应、试剂、产物）
Edman反应（反应、试剂、产物）
茚三酮反应（反应、试剂、产物）
三、肽
肽键是一个氨基酸分子的α-羧基与另一个氨基酸分子的α-氨基发生酰化反应，脱去一分子水形成共价键，也称为酰胺键。
多肽链中的氨基酸已不是完整的氨基酸分子，因此称为氨基酸残基。
任何一条肽链都有两个末端，一端为游离的α-NH3+，称为氨基端或N-端；另一端为游离的α-COOˉ，称为羧基端或C-端。因此，多肽链的方向是从N-端到C-端。在书写时，习惯上按从左至右的方向表示N→C。
天然多肽，例如：谷胱甘肽
四、蛋白质的结构
（一）蛋白质的一级结构
定义：蛋白质的一级结构是肽链中氨基酸的排列顺序。
连键：肽键
举例：胰岛素
（二）蛋白质的二级结构
定义：肽链主链局部的折叠和盘绕，不涉及侧链的构象，不涉及整个肽链空间排列。维系二级结构的主要作用力是氨基酸残基上非侧链基团（氨基和羧基）之间形成的氢键。
构象：一个分子中原子的三维空间排列，是由单键的旋转造成的。
肽平面（酰胺平面，）：肽键具有部分双键性质，不能自由转动，因此参与肽键形成的四个原子及相邻的两个α-C处于一个平面上，称为肽平面。
当肽键两端的两个α-C处于同侧时，肽平面为顺式构型，分别处于两侧时为反式构型。蛋白质多肽链中肽平面以反式构型为主。
二级结构的基本类型：α-螺旋、β-折叠、β-转角，无规卷曲以及相关的参数和计算。
要求：各个基本类型的结构特征，相关的参数和计算。
（三）蛋白质的超二级结构
定义：两个或两个以上二级结构单元连接起来，组合成有特殊几何排列的局部空间结构。
基本组合：αα、βαβ（Rossman折迭）、ββ。
（四）蛋白质的结构域
定义：较大的球形蛋白分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，彼此之间以松散的肽段相连，这些球状构象就是结构域。
举例：免疫球蛋白
（五）蛋白质的三级结构
定义：整个多肽链的空间结构，包括侧链在内的所有原子的空间排布，是蛋白质的三维结构。
特点：有多种折叠层次；极性残基在外；疏水残基在内；分子表面有凹穴
稳定三级结构的作用力：主要是次级键或非共价键，包括疏水相互作用、离子键、氢键、范德华相互作用。稳定蛋白质三级结构唯一的共价键是二硫键。
举例：肌红蛋白
（六）蛋白质的四级结构
定义：具有特定三级结构的肽链，通过非共价键形成的大分子组合体系。
亚基：是蛋白质四级结构组分的肽链。亚基一般只有一条多肽链，有的亚基由两条或多条多肽链组成。亚基可以相同，也可以不同。
仅含有一个亚基的蛋白质叫做单体蛋白质；含有少数几个亚基的蛋白质为寡聚蛋白；由较多亚基聚合
成的蛋白质称为多聚蛋白。
举例：血红蛋白
但是，并非所有的蛋白质都包含有这六个水平的结构层次，通常球形蛋白质都包含有一、二、三级结构，功能复杂蛋白质才具有四级结构。
（七）胶原蛋白
三股左手螺旋形成的右手超螺旋。
按照考试大纲，要求掌握蛋白质的初级结构（一级结构）和高级结构（二级结构、超二级结构和结构域、三级结构、四级结构）。
五、蛋白质结构和功能的关系
（一）一级结构与功能的关系：
细胞色素C与进化：可变残基与进化有关，不变残基与功能有关。
血红蛋白与分子病：镰刀形红细胞贫血病患者的血红蛋白中，β链N端第6位氨基酸残基带电荷的谷氨酸残基被置换成了非极性缬氨酸残基，蛋白质的一级结构发生了变化。
（二）空间结构与功能的关系
1、核糖核酸酶A：二硫键与酶活性（这个酶也是蛋白质变性与复性的例子）
2、血红蛋白的变构现象：肌红蛋白的氧合曲线为双曲线，P50 = 2.8托。血红蛋白的氧合曲线为S形，P50 = 26托。（torr，1torr = 1 mm Hg）
肌红蛋白几乎在各种氧分压条件下，都保持对氧分子的高亲和性。血红蛋白则不同，在氧分压较高的肺部，血红蛋白近乎完全被氧饱和；而在氧分压较低的组织中，血红蛋白与氧的亲和力降低，释放出携带的氧并转移给肌红蛋白。血红蛋白与氧结合的这种关系，适应了其作为氧载体的功能，这是由于血红蛋白与氧的结合存在别构效应。
血红蛋白与氧的结合具有别构效应，但是肌红蛋白就没有这种效应。这种区别也反映了蛋白质四级结构与三级结构的区别。
六、蛋白质的理化性质
（一）蛋白质的两性解离和等电点
（二）蛋白质的胶体性质
蛋白质胶体性质的关键在于蛋白质为什么能够溶于水？这是因为：
1、蛋白质颗粒的大小：蛋白质分子直径一般在2~20nm，蛋白质溶液是胶体溶液。
2、水膜：蛋白质分子表面分布着许多亲水基团，这些基团容易与水分子作用，形成水化层，成为蛋白质分子相互接近时的障碍。
3、电荷：处于一定pH环境下的蛋白质分子表面的极性基团可以解离，使蛋白质分子带有同种电荷而相互排斥。同时蛋白质分子表面所带电荷可以吸附溶液中的反电荷离子，形成稳定的双电层。
破坏了上述三个条件就可以使蛋白质从溶液中沉淀出来。
1、中性盐沉淀
盐溶：在低浓度时，中性盐使蛋白质分子可以吸附少量相反电荷的盐离子，起到稳定双电层的作用，因此可以增加蛋白质溶解性。
盐析：大量盐离子“夺取”蛋白质分子表面的水分子，破坏了蛋白质表面的水化层，使蛋白质溶解性降低而沉淀的现象。
2、有机溶剂沉淀
3、重金属沉淀
（三）蛋白质的紫外吸收特征
由于三种氨基酸可以吸收紫外光， Tyr（275nm）、Phe（257nm）、Trp（280nm），所以蛋白质在280nm 有吸收。
（四）蛋白质的变性和复性
变性：当受到某些因素影响时，维系天然构象的次级键被破坏，蛋白质失去天然构象，导致生物活性丧失及相关物理、化学性质的改变，这个过程称为蛋白质变性。蛋白质变性不涉及肽键的断裂。
复性：变性后的蛋白质在除去变性因素后，重新恢复天然构象和生物活性的过程称为蛋白质的复性。
变性蛋白质的特性：肽链松散，生物活性丧失；某些物理化学性质发生改变。
举例：核糖核酸酶A
注意沉淀、变性与水解的区别。
七、蛋白质的分离与纯化
（一）提取蛋白质的原理和方法
依据分子大小：透析和超滤，密度梯度离心，凝胶过滤
依据溶解度：p I， pH和温度，分级沉淀（盐溶和盐析）
依据电荷：离子交换柱层析，电泳，等电聚焦
依据与配基的亲和力：亲和层析
（二）蛋白质分离纯化的主要方法：
1、电泳：蛋白质在高于或低于其p I的溶液中为带电颗粒，在电场中或向正极，或向负极移动的
现象，可以应用于蛋白质的分离。如果在聚丙烯酰胺凝胶电泳的体系中加入SDS，叫做SDS-PAGE，可用于蛋白质份分子量的测定。
2、层析：待分离的蛋白质溶液经过一个固态物质时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小，电荷
多少，以及与配体的亲和力等，使待分离的蛋白质混合物在两相中反复分配，并以不同的速度流经固定相，从而达到分离蛋白质的目的。
3、离心：在离心力的作用下，蛋白质颗粒在溶液中逐渐沉降。当蛋白质颗粒的浮力与离心力相等
时，沉降就停止。此方法用于分离蛋白质。
（三）蛋白质的定量方法
紫外吸收法，茚三酮反应，双缩脲反应
（四）一级结构测定的大致流程，以及其中所涉及的一些概念，包括：二硫键、蛋白酶、氨肽酶、羧肽酶。
八、例题与解析
（一）赖氨酸的p K1（-COOH）为2.18，p K2（-NH3+）为8.95，p K R（ε-NH+）为10.53，它的等电点应该是，在pH7.0的溶液中带电荷，在电场中向极移动。
答：
p I＝1/2(p K2 + p K R)
p I＝1/2 (8.95+10.53)＝9.74
在pH7.0的溶液中带正电荷，在电场中向负极移动。
（二）一种蛋白质的相对分子质量为3 600（氨基酸残基的平均分子量为120）。请问：
1、如果这种蛋白质是一条连续的α-螺旋，它是多长？
2、如果这种蛋白质是一条单股的β-折叠，它是多长？
答：
蛋白质中氨基酸的数目：3 600÷120 = 30（个氨基酸）
α-螺旋中2个氨基酸的距离为0.15nm；平行β-折叠股中2个氨基酸的距离为0.325nm，反平行β-折叠股中2个氨基酸的距离为0.35nm。所以：
1、0.15nm×30 = 4.5nm
2、0.325nm×30 = 9.75nm（平行）
0.35nm×30 = 10.5nm（反平行）
（三）简述SDS-PAGE的原理
答案见书或讲义。
第三章 核酸化学
重点：
DNA：结构、性质
RNA：结构
一、核酸的种类和组成单位
DNA：碱基（A、G、T、C），脱氧核糖，磷酸
RNA：碱基（A、G、U、C），核糖，磷酸
二、核酸的分子结构
（一）DNA的分子结构
1、DNA的化学结构
碱基（A、G、T、C）+脱氧核糖→脱氧核苷+磷酸→脱氧核苷酸Chargaff规则
2、DNA的一级结构
定义，3’，5’- 磷酸二酯键，链的方向是5’→3’。
3、DNA的双螺旋结构：
要求：掌握DNA双螺旋结构的参数及相关的计算
4、稳定双螺旋的力：碱基堆积力、氢键、离子键
5、双螺旋结构的多态性
A-, B-, Z-DNA（旋转方向）
6、DNA的超螺旋结构（定义）
（二）RNA的分子结构：
RNA是单链分子，但可以形成局部双链，产生茎环结构。
3’，5’- 磷酸二酯键、链的方向是5’→3’。
1、tRNA的结构
2、rRNA的结构
核糖体与相应的rRNA
真核生物与原核生物核糖体的区别
3、mRNA的结构
原核mRNA的结构
真核mRNA的结构
二者结构的区别
三、核酸的理化性质
（一）核酸的一般性质：溶解度、沉降、粘度
（二）核酸的紫外吸收特征：在260nm有吸收
（三）核酸的变性和复性
1、核酸变性（定义）
增色效应
Tm值和与Tm值有关的因素：均一性、GC含量、离子强度
实验室中，最常用的DNA变性方法是加热。
2、变性核酸的复性（定义）
减色效应
退火、核酸的分子杂交
四、例题与解析
（一）一个双链DNA样品A的含量为18%，T的含量为，G的含量为，C的含量为。
答：T = A = 18%；G = C = 32%。
（二）现有纯化的小牛胸腺DNA和牛血清白蛋白溶液各一瓶。请简要写出根据核酸与蛋白质紫外吸收的特性区分上述两种物质的实验原理。
答案要点：
实验原理：由于蛋白质的芳香族氨基酸具有共轭双键，在280nm有吸收。核酸的碱基具有共轭双键，在260nm有吸收。
实验方法：
1、分别测定每种样品在280nm和260nm的吸收，如果A280/A260的比值高，样品为牛血清白蛋白溶液。如果A280/A260的比值低，样品为小牛胸腺DNA溶液。
2、分别测定2种溶液的吸收光谱，吸收峰在280nm的是蛋白质溶液，吸收峰在260nm的是DNA溶液。
（三）简述DNA双螺旋结构的基本特征。
答案见教科书或讲义。
（四）简述tRNA结构的基本特征
答案应包括tRNA的一级、二级、三级结构，具体内容见教科书或讲义。
第四章 酶
重点
酶的结构组成：酶的活性中心
酶催化作用的专一性：诱导契合学说
酶催化作用的高效性：降低反应的活化能
酶促反应动力学
别构酶
一、酶的基本概念和作用特点
酶是具有催化活性的蛋白质，核酶是具有催化活性的RNA。
酶催化的特点：催化效率高；作用条件温和；专一性强；受到严格的调控。
补充：
1、酶活力
酶促反应速度（初速度）
酶活力单位
2、酶的比活力
二、酶的分类编号和命名
酶可以分为6大类。
注意合酶与合成酶的区别
三、酶的作用机制
绝大多数酶是蛋白质，具有蛋白质的化学组成；具有一、二、三、四级结构；具有蛋白质的各种性质；
具有活性中心。
（一）酶的结构组成
单成分酶：只含有多肽链
双成分酶：除了多肽链还含有其他成分
酶蛋白+辅因子（辅基、辅酶）→全酶
酶蛋白决定反应的专一性；辅因子决定反应的性质。
（二）酶的活性中心
1、活性中心的定义：
酶的活性中心是酶分子上直接与底物结合，并进行催化作用的部位。
2、活性中心的结构：
单成分酶的活性中心由酶蛋白上的少数几个氨基酸组成。
双成分酶中，除了酶蛋白上的几个氨基酸，辅基或辅酶分子上的某一部分往往也参与活性中心的组成。
3、活性中心的共同特点
4、酶的专一性和高效性机制
解释酶专一性的学说：诱导契合学说
酶促反应高效性的机制：酶能短暂地与反应物结合形成过渡态，从而降低了活化能。
四、影响酶促反应速度的主要因素
（一）酶与底物的结合
邻近效应与定向效应；酶与底物间的弱相互作用；酶的活性中心是疏水的口袋。
（二）酶活性中心的疏水微环境
（三）酶对底物的催化
酸碱催化；共价催化；金属离子催化
（四）综合的作用
五、酶促反应动力学
（一）底物浓度对酶促反应速度的影响及原因（稳态动力学）
米氏方程
米氏方程的应用
米氏常数的意义
米氏常数的求法：双倒数作图法作图
（二）温度对酶促反应速度的影响及原因
（三）pH对酶促反应速度的影响及原因
（四）激活作用和抑制作用
不可逆抑制作用
三种可逆抑制作用：双倒数作图法作图
六、别构酶、同工酶和共价修饰酶
（一）别构酶
是以构象变化影响催化活性的酶。别构酶都是寡聚酶。
别构酶具有活性中心，可与底物结合；还具有别构中心，与调节物结合。二者可位于同一亚基，也可位于不同亚基
具有别构效应，具有正、负调节物。调节物与酶的别构中心结合后，引起酶蛋白构象的变化，影响酶的活性中心与底物结合，从而调节酶促反应的速度及代谢过程。
别构酶的酶促反应速度与底物浓度的关系不符合典型的米氏方程，不呈双曲线而呈S型曲线。当反应
速度达到最大反应速度一半时的底物浓度用[S]0.5或K0.5表示。
别构酶往往处于代谢的关键位置。
解释别构酶作用机制的模型：序变模型、齐变模型
（二）同工酶
催化的化学反应相同。酶蛋白本身的结构和化学组成不同，包括：亚基组成不同；氨基酸组成不同；理化性质和免疫性能不同。
（三）共价修饰酶
定义、举例（磷酸化酶a和磷酸化酶b）
七、酶的分离纯化
基本方法与蛋白质的分离纯化相同
原则是要随时保持酶的活力
八、维生素和辅酶
大多数水溶性维生素及其衍生物是辅酶或辅基的组成成分。
维生素→→→辅酶或辅基→→→作用部位
九、例题与解析
（一）对于双成分酶，全酶包括和，其中决定了酶的专一性。
答：全酶包括酶蛋白和辅因子，其中酶蛋白决定了酶的专一性。
（二）简述酶活性中心的结构以及活性中心的特征。
答案中酶活性中心的结构应该包括单成分酶和双成分酶的结构，特征见教科书或讲义。
（三）如果要从一种粗制酶中分离和纯化出淀粉酶，并对其结构进行评价。请问：（1）写出该实验的主要纯化方法（至少3种）和简要步骤。（2）用什么指标评价该酶的纯化质量和效率。
1、没有唯一的答案，可以对不同的方法作不同的组合。例如：
用硫酸铵分级沉淀粗制品（盐析法），用离心法进一步分离；离心后的样品用凝胶过滤纯化。用电泳评价结构。
2、用比活评价纯化质量；用比活或质量评价纯化效率。
第八章 生物氧化
重点：
高能化合物：生物化学中的高能键，ATP
电子传递链
氧化磷酸化
线粒体穿梭
一、生物氧化的基本概念
二、高能化合物
ATP的结构、作用以及ATP在代谢中起重要作用的原因
三、电子传递链
从代谢底物上脱下来的H（NADH、FADH2）上的电子，不能直接传递给氧，而要经过一系列电子传递体进行转移，最后传递给氧分子，并结合生成水。这些电子载体形成电子传递链，也叫呼吸链。
电子传递链包括许多蛋白质和辅因子。
（一）电子传递链的组成
1、电子载体
电子的传递实际上是在一系列辅因子（电子传递载体）上进行的。包括：
烟酰胺核苷酸类、黄素蛋白、铁硫蛋白、细胞色素类和铜蛋白以及可移动的电子载体（辅酶Q、细胞色素C）
2、电子传递复合物：
电子传递载体与许多蛋白质结合形成复合物，共4类：I、II、III、IV。各个复合物按一定顺序排列，形成电子传递链，位于线粒体内膜。
3、两类电子传递链：
（1）NADH电子传递链
第一个电子受体是NAD+，接受底物上的H+和e-后还原为NADH；
第一个电子供体是NADH，将2个H+和2个e-经FMN、CoQ、Cytb、c1、c、a、a3以及铁硫蛋白（Fe-S）传递给O2。
包括复合物I、III、IV。
（2）FADH2电子传递链
第一个电子受体是FAD ，接受底物上的H+和e-后还原为FADH2；
第一个电子供体是FADH2，将2个H+和2个e-经CoQ、Cyt b、c1、c、a、a3、以及铁硫蛋白（Fe-S）传递给O2。
包括复合物II、III、IV。
从NADH或FADH2开始，一系列电子传递复合物按标准氧化还原电势由低到高（或由负到正）的顺序排列，组成从供氢体到O2的电子传递链。E0’数值越低，供出电子的倾向越大，越处于前面。
电子传递链有两种类型；有3个质子泵；电子传递体可以循环使用；电子传递过程中释放的自由能将用于合成ATP。
（二）电子传递的抑制剂
四、氧化磷酸化
包括2种类型：
1、底物水平磷酸化，如3-磷酸甘油醛形成1，3-二磷酸甘油酸。
2、电子传递链磷酸化。许多书中氧化磷酸化就代表这个概念。
氧化反应与磷酸化反应偶联，位于线粒体内膜。
（一）化学渗透假说解释了氧化磷酸化的机制：
电子沿呼吸链传递伴随着H+从线粒体内膜基质“泵”到内膜外侧，在内膜两侧形成了pH梯度和跨膜电位梯度，二者合称为质子电化学梯度。质子电化学梯度储存的自由能总称为质子移动力。
当质子从F1-F O复合物上的质子通道流回基质时质子移动力驱动ADP和Pi合成ATP。
（二）P/O比
过去表述为：每消耗一个氧原子从ADP形成ATP的分子数。
现在表述为：一对电子从NADH（或FADH2）传递到O2有多少质子泵到膜间隙？合成一分子ATP需要多少质子流回基质？
NADH的P/O = 10÷4 = 2.5
FADH2的P/O = 6÷4 = 1.5
解偶联剂：使氧化与磷酸化过程分离；只抑制ATP的合成，不抑制电子传递。如：2，4-二硝基酚。
氧化磷酸化抑制剂：直接抑制ATP的合成。造成的结果是：因为ATP的合成受到抑制，使线粒体内膜间隙中的质子浓度保持最大，从而抑制了电子传递。如：寡霉素。
离子载体抑制剂，如：缬氨霉素。
（三）能荷
高能状态的腺苷酸与总腺苷酸浓度之比。
高能荷促进合成代谢；低能荷促进分解代谢；
能荷的量在0到1.0间变化，大多数细胞中的能荷在0.8~0.95之间。
五、线粒体穿梭系统
胞质中产生的NADH不能直接进入线粒体，NADH的电子可通过间接方式进入线粒体，即穿梭机制。（一）磷酸甘油穿梭系统：
磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油穿梭，存在于某些肌肉、神经细胞中；包括2种3-磷酸甘油脱氢酶（辅酶NADH，辅酶FAD）。此系统中，1分子NADH经FADH2进入电子传递链只能形成1.5分子ATP。
（二）苹果酸穿梭系统：
苹果酸－天冬氨酸穿梭，存在于心肌、肝脏细胞中；包括2 个膜载体，4种酶参与。此系统中，1分子NADH仍然产生1分子NADH，进入电子传递链后可产生2.5分子ATP。
六、例题与解析
（一）电子传递链中的各个电子传递体按照标准氧化还原电位从到顺序排列。
答：从低到高顺序排列。
（二）什么是电子传递链？简述电子传递体复合物的排列顺序。
答案见教科书或讲义。
（三）线粒体外产生的NADH是如何进入线粒体氧化的？
答案见教科书或讲义。
第九章 糖类代谢
重点：
糖酵解作用
糖异生作用
三羧酸循环
磷酸戊糖途径
一、生物体内的糖类
酮糖：二羟丙酮、果糖
醛糖：甘油醛、葡萄糖、核糖
多糖：蔗糖、淀粉
二、糖酵解
（一） 过程：
可分为两个阶段：
1、由葡萄糖转变为磷酸三碳糖：包括5步反应，每分解1分子葡萄糖消耗2分子ATP，含有2个调控步骤。
2、由磷酸三碳糖转变为丙酮酸：包括5步反应每分子三碳糖产生2分子ATP，1分子NADH，含有1个调控步骤。
（二）糖酵解总反应式：
（三）能量计算
糖酵解中ATP的形成：
NADH由磷酸甘油穿梭系统转运： 2× 2 ＋2×1.5 －2 = 5
NADH由苹果酸穿梭系统转运： 2× 2 ＋2×2.5 －2 = 7
（四）调控的位置和调控酶，调控的因素
糖酵解途径中的调节酶：
己糖激酶：被6-磷酸葡萄糖抑制。
磷酸果糖激酶（关键）：因为6-磷酸葡萄糖可以转化为糖原或进入磷酸戊糖途径生成戊糖；其他六碳糖可以转化为6-磷酸果糖进入糖酵解途径；对磷酸果糖激酶的调控还可以对糖异生作用进行调节。
磷酸果糖激酶-1是别构酶。抑制剂：高浓度ATP、NADH、脂肪酸、柠檬酸。激活剂：高浓度AMP、ADP，低浓度脂肪酸、柠檬酸和2，6-二磷酸果糖。
丙酮酸激酶：被高浓度ATP抑制；被1，6二磷酸果糖激活。
（五）丙酮酸的去向：
有氧降解→TCA
无氧降解→发酵（酒精、乳酸）
（六）糖酵解的意义
糖酵解普遍存在于生物体内，是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径；是机体在缺氧环境下获取能量的有效方式；其产物丙酮酸是有氧分解和无氧分解的交叉点；提供合成反应的原料（碳骨架）。
三、糖异生
由非糖物质合成葡萄糖的过程。类似糖酵解的逆转，但需绕过糖酵解中3个不可逆反应。反应在细胞质中进行。
主要的非糖前体：乳酸、氨基酸类、甘油等。主要的进入点：丙酮酸、草酰乙酸、磷酸二羟丙酮。
糖异生的意义：
糖酵解作用与糖异生作用是互补调节：
细胞中葡萄糖水平高时，糖酵解激活，糖异生受到抑制；
细胞中葡萄糖水平低时，糖酵解受到抑制，糖异生激活。
2,6-二磷酸果糖是关键的调节因子，可以同时调节两条代谢途径。
四、三羧酸循环
（一）丙酮酸的有氧氧化
第一阶段：糖酵解产生的丙酮酸进入线粒体基质，进行氧化脱羧。
丙酮酸→乙酰辅酶A
此反应是连接糖酵解和三羧酸循环的纽带，本身不属于三羧酸循环，产物（乙酰CoA）进入三羧酸循环，由丙酮酸脱氢酶系催化。
总反应
丙酮酸氧化脱羧的调节：产物对酶的反馈抑制；能荷调节；共价修饰。
第二阶段：三羧酸循环
乙酰辅酶A→H2O和CO2，释放出大量的能量
（二）三羧酸循环
1、TCA的过程和催化的酶；总反应式。
2、TCA的调控步骤、酶和因素：
3、TCA的能量计算
每分子乙酰CoA经过TCA可产生10分子ATP。
因为1分子丙酮酸氧化脱羧产生2.5分子ATP（1分子NADH）；所以，糖酵解产生的每分子丙酮酸经过TCA完全氧化成CO2可产生12.5分子ATP。
4、TCA的意义
5、TCA的回补反应：草酰乙酸是乙酰CoA进入TCA的前提；回补反应主要补充草酰乙酸的不足。
五、磷酸戊糖途径
在细胞质中进行
反应过程：
第一阶段：不可逆的氧化反应，产生NADPH和磷酸核酮糖。
第二阶段：可逆的非氧化反应，磷酸核酮糖转变为糖酵解的中间产物。
意义：
总反应式：
六、例题与解析
（一）论述大肠杆菌中丙酮酸脱氢酶复合体的组成、功能以及复合体存在的意义。
答案要点：
组成：包括E1、E2、E3和TPP、FAD、NAD+、CoA、Mg2+。
功能：通过一系列反应将丙酮酸转化为乙酰CoA。
意义：复合体可缩短组成酶之间的距离，使反应高效有序进行。
（二）请说明糖酵解过程的调控反应，催化这些反应的酶以及这些酶本身受到的调控。
答案见教科书或讲义。
（三）请用中文或代号写出三羧酸循环的总反应方程式，该循环的生物学意义是什么？
答案见教科书或讲义。
第十章 脂类代谢
重点：
饱和脂肪酸的β-氧化
饱和脂肪酸的从头合成
一、生物体内的脂类
按结构分：简单脂、复合脂、非皂化脂
按功能分：贮藏脂（三酰甘油）、结构脂（膜脂）、活性脂
二、脂肪的分解代谢
（一）脂肪的酶促水解
脂肪→甘油 + 脂肪酸
（二）甘油的降解和转化
甘油→磷酸甘油→磷酸二羟丙酮→ 3-磷酸甘油醛→糖酵解
（三）脂肪酸的β-氧化
β-氧化作用就是在一系列酶的作用下，从脂肪酸的羧基端开始，在α、β碳原子之间发生断裂，β-碳原子氧化成羧基，生成含有2个碳原子的乙酰CoA和少了2个碳原子的脂肪酸。
真核生物的饱和脂肪酸在胞质中活化，形成脂酰CoA。饱和脂酰CoA上的脂酰基团转移至肉毒碱上，形成脂酰-肉毒碱酯，进入线粒体。肉碱脂酰转移酶 I 是脂肪酸氧化过程中的关键酶。反应在线粒体基质中进行。
反应过程
总反应式
能量计算
不饱和脂肪酸的降解基本上是β-氧化，但需要其他的酶参与，如异构酶、还原酶等。
脂肪酸氧化的调节：
调节脂肪酸氧化的关键酶是肉毒碱脂酰转移酶I，丙二酸单酰CoA可抑制该酶的活性。当丙二酸单酰CoA水平高时，脂肪酸合成活跃，抑制脂肪酸的降解。
三、乙醛酸循环
四、脂肪的生物合成
（一）16碳饱和脂肪酸的从头合成
饱和脂肪酸的从头合成是指16碳饱和脂肪酸的生物合成途径。反应是向碳氢链上重复添加二碳单位，二碳单位由乙酰CoA提供。反应在细胞质中进行。
1、柠檬酸-丙酮酸循环：
真核生物脂肪酸的合成在细胞质中进行；乙酰CoA在线粒体中合成，不能任意穿过线粒体膜。乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环进入细胞质。
16碳饱和脂肪酸的从头合成包括两个酶系统：
乙酰CoA羧化酶：催化乙酰CoA形成丙二酸单酰CoA。催化的反应是不可逆的，是整个脂肪酸合成过程的限速反应。
脂肪酸合酶复合体：催化脂肪酸链的延长
2、从头合成途径：
生成丙二酸单酰CoA（ CO2的作用）。
反应过程（每个循环增加一个2碳单位）。
大量消耗还原力。脂肪酸合成中NADPH的来源：
从柠檬酸-丙酮酸循环中产生。
从磷酸戊糖途径中产生。
与降解的区别
总反应式：
饱和脂肪酸的从头合成：
除原初反应外，乙酰CoA必须羧化成丙二酸单酰CoA的活化形式；CO2虽然参与反应，但并不掺入新合成的脂肪酸链；脂肪酸从头合成过程消耗大量的NADPH ；脂肪酸从头合成过程是缩合、还原、脱水、再还原的循环过程。
（二）甘油的生物合成
磷酸甘油才是合成脂肪的前体
甘油→磷酸甘油
磷酸二羟丙酮→磷酸甘油（主要途径）
（三）三酰甘油的生物合成
磷酸甘油 + 2脂肪酸→磷脂酸→二酰甘油+ 脂肪酸→脂肪（三酰甘油）
五、甘油磷脂的代谢
合成：从α-磷酸甘油形成磷脂酸（二酰磷酸甘油），磷脂酸是合成三酰甘油、卵磷脂、磷脂酰乙醇胺的共同前体。
降解：几种磷脂酶的作用
六、固醇的代谢
合成：碳原子来源于乙酰CoA，形成异戊二烯中间体，经过30步反应合成胆固醇。反应需要大量的NADPH。
降解：在体内不能完全分解成CO2和H2O，形成胆汁酸、固醇激素；最后形成粪固醇排出体外。
七、例题与解析
（一）脂肪酸的β-氧化过程中的关键酶是；饱和脂肪酸从头合成过程中的关键酶是。
肉碱脂酰转移酶 I ，乙酰CoA羧化酶
（二）脂肪酸的β-氧化与从头合成的区别。
答案见教科书或讲义。
（三）硬脂酸（18:0）经过β-氧化，三羧酸循环和电子传递链彻底氧化成CO2，可以产生多少分子ATP？
答：硬脂酸经过8轮β-氧化，产生9分子乙酰CoA，8分子NADH，8分子FADH2。
每分子NADH可以产生2.5分子ATP，8分子共产生20分子ATP。
每分子FADH2可以产生1.5分子ATP，8分子共产生12分子ATP。
每分子乙酰可以产生10分子ATP，9分子共产生90分子ATP。
硬脂酸分子活化时消耗2个高能键，相当于2分子ATP
2.5×8＋1.5×8＋9×10－2=120
一分子硬脂酸完全氧化可以产生120分子ATP。
第十一、十二章 氨基酸和核苷酸代谢
重点：
氨基酸的降解：氨基的代谢
氨基酸的合成
核苷酸的降解
核苷酸的合成
一、氨基酸的代谢
（一）蛋白质的降解
蛋白质降解的泛肽系统：由泛肽把需要降解的蛋白质标记出来，然后由蛋白酶体降解。
（二）氨基酸的分解代谢
氨基酸的降解首先要脱去氨基，余下的碳骨架进入其他的碳代谢途径。所以氨基酸
的分解代谢主要是关注氨基的去向。
1、转氨基作用：反应的通式；转氨酶催化的机理（辅基）
2、氧化脱氨基作用：反应；催化反应的酶（谷氨酸脱氢酶）
3、联合脱氨基作用：是转氨基作用与氧化脱氨基作用的联合。包括：
以谷氨酸脱氢酶为中心的脱氨基作用，在生物体内广泛存在
嘌呤核苷酸循环联合脱氨，骨骼肌、心肌、肝脏、脑中以此途径为主
4、尿素循环
尿素合成的途径称为尿素循环，在线粒体和胞液2个部分进行。
反应途径
每次反应脱去1分子CO2和2分子NH4+，消耗3分子ATP。
5、氨基酸碳骨架的降解
生糖氨基酸的碳骨架经过代谢最终生成：丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。它们可以通过糖异生作用生成葡萄糖。
生酮氨基酸的碳骨架经过代谢最终生成：乙酰CoA 、乙酰乙酰CoA。它们可以生成酮体（丙酮酸、乙酰乙酰酸、β-羟基丁酸）。纯粹生酮的氨基酸只有Leu和Lys 。
（三）氨基酸的合成代谢
生物体内氮素的来源：生物固氮和硝酸还原
1、生物固氮：
固氮酶复合体中，还原酶提供电子；固氮酶利用高能电子把N2还原成NH4+。
固氮条件：固氮酶，充分的ATP供应，强的还原剂，厌氧环境
2、硝酸还原：
硝酸→亚硝酸→NH4+
硝酸还原酶和亚硝酸还原酶
3、NH4+的同化
（1）形成谷氨酸：
谷氨酸合酶途径（高等植物中同化氨的主要途径）
L-谷氨酸脱氢酶途径
（2）形成氨甲酰磷酸
4、氨基酸的合成：6个家族；硫酸还原
5、一碳基团代谢
在代谢过程中，一些化合物可以分解产生具有一个碳原子的基团，称为“一碳基团”。许多氨基酸的代谢与一碳基团有关。
二、核苷酸的代谢
（一）核酸的降解：外切酶、内切酶（限制性内切酶）
（二）核苷酸的分解代谢
核苷酸 +H2O→核苷 + Pi
核苷 +H2O→碱基 + 核糖
核苷 + H2PO4→碱基 + 磷酸核糖
1、嘌呤的降解
鸟嘌呤、腺嘌呤→→黄嘌呤→→→
不同生物中，嘌呤的代谢中产物不同，人类嘌呤代谢的终产物是尿酸。
2、嘧啶的降解
胞嘧啶→尿嘧啶→→→β-丙氨酸→乙酰CoA
胸腺嘧啶→二氢尿嘧啶→→→γ-氨基丁酸→琥珀酰CoA
（三）核苷酸的合成代谢
1、嘌呤的从头合成途径
在这个途径中，不是先合成碱基，然后再形成核苷酸；而是从5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）开始，经过一系列反应，先合成次黄嘌呤核苷酸，再由次黄嘌呤核苷酸转变成腺嘌呤核苷酸或鸟嘌呤核苷酸。
2、嘧啶的合成
嘧啶合成的起始物是天冬氨酸和氨甲酰磷酸，经过一系列反应，先合成嘧啶环（乳清酸），然后形成嘧啶核苷酸（乳清苷酸），再经过反应形成尿嘧啶核苷酸（UMP）。
UMP → UTP → CTP
3、脱氧核苷酸的合成
二磷酸核苷（ADP、GDP、CDP、UDP）在核糖核苷二磷酸还原酶的作用下还原成相应的脱氧二磷酸核糖核苷（dADP、dGDP、dCDP、dUDP）。
（4）脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
dUDP→dUMP→dTMP→dTTP
三、例题与解析
（一）转氨基作用是和相互转变的桥梁。
答：α-氨基酸，α-酮酸
（二）从IMP转变为AMP时，氨基的提供者是，能量的提供者是。
答：Asp，GTP
（三）简述尿素循环。
答案见教科书或讲义。
第十三、十四章 核酸的生物合成
重点：
原核细胞的复制
原核细胞的转录
一、中心法则
二、DNA的生物合成
以亲代DNA为模板，在依赖于DNA的DNA聚合酶催化下合成子代DNA的过程叫做复制。
复制的通式： (dNMP)n + dNTP→ (dNMP)n+1 + PPi
DNA合成的方向从5’→3’。
（一）原核生物DNA的复制
1、半保留复制
DNA双螺旋的每一条链都可以作为复制的模板。每个子代DAN分子中都有一条新合成的链（新）和一条来自亲代的链（旧），即：亲代分子的一半保留在子代分子中，因此称为半保留复制。
半保留复制的意义：保证了亲代的遗传信息准确地传递给子代。
2、参与复制的酶和蛋白质因子：
（1）DNA聚合酶：
大肠杆菌中至少发现了5种不同的DNA聚合酶DNA 。DNA聚合酶III是主要的复制酶。其余的聚合酶主要用于修复。
DNA聚合酶 I ：5’ →3’聚合酶（复制功能）；3’ →5’外切酶（校对功能）； 5’ →3’外切酶（修复功能）DNA聚合酶 III：全酶是一个不对称的二聚体，包括10种亚基：α、β、γ、δ、ε、τ、θ等。
（2）其他的酶和蛋白质因子
解旋酶、拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白、引物酶和引物体、连接酶
DNA连接酶要求：缺口上的3’-OH和5’-磷酸基团相邻；被连接的链与互补链形成氢键。
3、复制过程
（1）起始（原点、复制子、引物）
复制原点 ori：是复制的起始位点，大肠杆菌的原点记做 ori C
复制子：是DNA分子上每次复制发生的单位。包括从复制的起始位点 ori直到终止位点ter的全部DNA序列。
大肠杆菌的染色体是一个复制子。大肠杆菌的质粒是一个独立的复制子。
大肠杆菌的基因组从单一的原点开始，双向复制。
复制叉
大肠杆菌中复制起始包括很多蛋白质在ori C上共同作用：DnaA蛋白（识别复制原点）、解旋酶（DnaB）、解旋酶安装蛋白（DnaC）、拓扑异构酶II、引物酶（DnaG）、DNA聚合酶
（2）延长（冈崎片段、先导链、后随链、半不连续复制）
半不连续复制：在DNA复制过程中，一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不连续的，因此称为半不连续复制。
前导链、后随链、冈崎片段
大肠杆菌细胞复制时，两条链的合成是协同的。
（3）终止
复制忠实性的保证：碱基配对原则；校对功能；修复功能
（二）真核生物DNA的复制
1、基本机制与原核相似：半保留复制；半不连续复制；合成方向为5’→3’；具有3’→5’校对活性；需
要相似的酶。
2、真核细胞中，合成2条子代链的DNA聚合酶不同；合成需要更多辅助因子；复制子较多较小。
3、真核DNA聚合酶
一个典型的真核细胞中可能含有15种DNA聚合酶，根据发现的顺序用希腊字母命名：DNA聚合酶δ和DNA 聚合酶ε是主要的复制酶；DNA 聚合酶α/ 引物酶用于复制起始；聚合酶γ存在于线粒体中；其余的聚合酶主要用于修复
（三）逆转录
以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，合成DNA的过程。
（四）DNA的损伤与修复
1、损伤
点突变（转换、颠换、紫外光造成嘧啶二聚体）
插入、缺失
2、修复
直接修复（光裂合酶修复嘧啶二聚体）、切除修复、错配修复、重组修复、SOS反应。
（五）DNA一级结构分析和PCR技术
1、DNA测序（双脱氧法）
反应需要引物、模板、dNTP、2’,3’-ddNTP（双脱氧核苷三磷酸）、DNA聚合酶。
dNTP是合成DNA 的原料，由于ddNTP缺少2’,3’-OH，可以使 DNA的延长随机终止。
反应时用32P标记DNA引物的5’端。反应体系分成4组，每组加入4种dNTP和一种2’，3’-ddNTP ，合成DNA。反应结束后用电泳分离，放射自显影检查；确定核苷酸的排列顺序。
2、PCR
反应需要2种引物、模板、4种dNTP、Taq DNA聚合酶。
PCR中的一个循环为：变性（94℃）→退火（52℃）→延伸（72℃）。
30个循环后，可使靶DNA扩增106倍。
三、RNA的生物合成
以DNA为模板，由依赖于DNA的RNA聚合酶催化合成RNA的过程叫做转录。RNA合成的方向从5’→3’。
DNA的两条链中只有一条链可以作为转录的模板，所以叫做不对称转录。DNA的两条链可以分为：模板链、反意义链、负链(－)
非模板链、有意义链、正链（＋）、编码链
（一）原核生物RNA的合成
1、原核细胞中，一种RNA聚合酶可以合成所有种类的RNA。
原核RNA聚合酶的全酶包括核心酶α2ββ’和σ (sigma)因子，σ因子的功能是保证RNA 聚合酶以稳定的方式结合在启动子上。
2、原核启动子是DNA上指示转录起始的序列，由RNA聚合酶识别。包括几种元件：
起始点；-10区；-35区；-10区和-35区之间的间隔。
3、转录的过程
（1）起始：
转录起始点是第一个转录进RNA的碱基，标为+1 。这个碱基通常是嘌呤，它的两边是嘧啶，序列为CAT。起始点前面的一个碱基对标为-1。
转录起始需要RNA聚合酶的全酶。第一个转录进RNA的核苷酸常常是A或G。
（2）延伸：
需要RNA聚合酶的核心酶
（3）终止：
转录终止需要终止子的作用终止子是一段DNA，作用是终止转录，使RNA聚合酶解离。原核生有2类终止子：
不依赖于ρ(rho)因子的终止子（内在终止子）
依赖于ρ因子的终止子
转录单位：RNA聚合酶识别的一段DNA。距离是从起转录始位点到终止位点，可能包括一个或几个基因。
抗菌素利福平抑制RNA链合成的起始；利福平抑制细菌RNA聚合酶中β亚基的活性。
抗菌素放线菌素D抑制RNA链的延长。放线菌素D破坏DNA模板的功能。
（二）原核生物RNA合成的调控
1、操纵子
操纵子是原核生物染色体上控制蛋白质合成的功能单位，包括信息区和调控区。
信息区：结构基因部分。由功能上彼此相关的几个基因组成，编码具有酶功能或结构功能的蛋白质。
调控区：控制结构基因表达的部分。含有启动子（promoter，P）和操纵序列（operator，O），有些操纵子中还具有其他的位点。
调节基因编码调节蛋白，这些调节蛋白结合在DNA的特殊位点上，调节基因表达。调节基因不在操纵子内。
2、乳糖操纵子lac
注意3个要点：结构、负调控（阻遏蛋白和诱导物）；正调控（cAMP-CAP）
（1）结构
（2）乳糖操纵子的负调控：
阻遏蛋白与操纵序列结合，阻碍RNA聚合酶与启动子结合，使结构基因不能转录。结构基因关闭。
乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白改变构象，不能与操纵序列结合。RNA聚合酶可与启动子结合，使结构基因得以转录。结构基因开放。
（3）乳糖操纵子的正调控：
CAP结合cAMP后具有活性，与特定位点结合，促进RNA聚合酶结合在启动子上转录结构基因。
3、色氨酸操纵子trp
注意3个要点：结构、阻遏蛋白和辅阻遏物（Trp）、衰减子。
酶合成的诱导促进酶的合成，与分解代谢相关。酶合成的阻遏抑制酶的合成，与合成代谢相关。（三）真核生物RNA的合成
三种RNA聚合酶I、II、III，分别具有各自的产物、位置、启动子，对α-鹅膏蕈碱的反应不一。
真核生物的基因表达调控可以在不同的水平上进行，转录调控是最关键的环节。真核生物转录调控存在多种DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质作用方式。
（四）前体RNA的加工
hnRNA：是真核生物mRNA的前体。真核生物前体RNA的分子量很大，很不均一，因此被称为核内不均一RNA（ hn RNA ）。
mRNA的加工：5’端加帽；3’端多聚腺苷酸化；剪接去除内含子并将外显子连接等。tRNA
rRNA
（五）RNA复制
以正链RNA（＋）为模板，在RNA指导的RNA聚合酶催化下，合成互补RNA链的过程。
正链病毒RNA的复制：首先合成负链（－）RNA，再由负链RNA为模板合成正链RNA（＋）。如脊髓灰质炎病毒和大肠杆菌的噬菌体Qβ。
负链病毒RNA的复制：首先合成正链RNA（＋），再合成负链RNA（－）。如狂犬病病毒和水疱性口