生 物 化 学
主讲教师：饶本强
2004-2005第一学期
学习生物化学的方法
?系统性、条理性学习?
细心耐心、循序渐进?
分清主次，抓住重点?
做好预习，多做习题
链接
本课程的考核方式
?听课出勤率?
课堂提问成绩?
完成习题情况?
期末（中）考试成绩?
其它形式
本学期讲授内容
第一章：糖类的结构与性质
第二章：脂类的结构与性质
第三章：氨基酸（ 重点 ）
第四章：蛋白质的结构与性质（ 重点 ）
第五章：酶（ 重点 ）
第六章：维生素、抗生素与激素
第七章：代谢概况、生物能学、生物膜与物质运输
第八章：糖酵解（ 重点 ）
第九章：三羧酸循环（ 重点 ）
本学期讲授内容
第十章：电子传递与氧化磷酸化（ 重点 ）
第十一章,HMP途径、糖异生、乙醛酸循环（ 重点 ）
第十二章：寡糖、糖原的代谢
第十三章：脂肪酸代谢（ 重点 ）
第十四章：氨基酸代谢
第十五章：核苷酸代谢
第十六章：光合作用与生物固氮
第十七章：核酸分子生物学（ 重点 ）
第十八章：基因工程
第一章：糖类的结构与性质
本章主要内容
一,糖类概况
二,糖的旋光性
三,单糖（结构、性质、代表性单糖及衍生物）
四,寡糖
五,复合糖（糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白）
六,糖链结构分析
糖类寡糖
多糖
同多糖杂多糖
复合糖
单糖什么是糖类？
基本概念
异构 旋光异构 不对称碳原子 对映体 构型 构象
异头物 糖苷 还原糖判定
异构,化合物具有相同的分子式, 但原子连接次序或原子空
间排布不同 。
构型,具有相同的分子式和结构式，但原子在空间的排布不
同，称之构型。
旋光异构,由于存在手性碳（不对称碳原子）而具有旋光性
不对称碳原子,与四个不同的原子或基团相连并因此失去
对称性的四面体碳。用 C*表示 。
对映体 —— 一个不对称碳原子的取代基在空间里的两种取
向是物体与镜像的关系，并且两者不能重叠。这两种旋光异构
体称为对映体。两个对映体具有程度相同但方向相反的旋光性
（ D+与 L-;D-与 L+） 和不同的生物活性,其他物理和化学性质
完全相同 。含 n个 C*的化合物，其旋光异构体的数目是 2n,组成
2n /2对对映体。
任一旋光化合物都只有一个对映体,它的其他旋光异构体在
理、化性质都与之不同，不是对映体的旋光异构体称 非对映体 。
仅一个手性碳构型不同的非对映体称 差向异构体（有几种情
况） 。
异头物 —— 单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳成为新
的手性碳（异头碳），导致 C1差向异构化，产生两个 非对映体，
称之。
α,β异头物判断：有 2种方式。见 P9-10。
异构
结构异构（结构式）
立体异构
旋光异构（ 不对称碳原子 ）
几何异构（顺反异构,双键或环 ）
糖的构型
D,L构型 （ 最远手性碳与甘油醛比较 ）
RS构型 （ 手性碳取代基优先性旋转 ）
糖的立体结构表示 Fischer投影式（线形）
Haworth式（环式）
吡喃型
呋喃型
透视式
注意：糖的构型（ D,L）与旋光方向（ +,-）并无直接联系。
单糖性质
异构化
氧化 （ 重点,高碘酸氧化 ）
还原
成酯、成醚 （ 酰基化、甲基化反应 ）
形成糖苷 （ 重点 ）
高碘酸氧化,糖中邻二羟基间的 C-C键被断裂,形成二醛基,
继而有一个醛基被氧化成甲酸。测定聚合度、
分支点数目和糖苷键位置；
糖苷（键）,环状单糖的半缩醛或半缩酮羟基与另一化
合物发生缩合形成糖苷；糖苷键有 O-苷、
N-苷,S-苷等； 糖苷是缩醛，无醛的性质。
重要的糖
单糖,甘油醛,二羟丙酮,D-核糖, Glc, Gal,Fru、
GlcUA,GlcA, Fuc,GlcNAc,MurNAc、
N- NeuNAc,Sia
寡糖,蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖
多糖,
同多糖,淀粉、纤维素、糖原、几丁质
糖胺聚糖 （ 透明质酸、硫酸角质素 ）,蛋白
聚糖杂多糖：
细菌多糖 （ 肽聚糖、脂多糖、磷壁酸 ）
糖蛋白,糖肽键（ N,O型）；糖链（寡糖链，具重要功能）
α-淀粉酶,β-淀粉酶 !
糖链结构分析（重点）：以糖蛋白为例
分离纯化糖蛋白
从糖蛋白释放糖链
糖链的分离纯化
化学法酶法
N-糖苷酶 F
O-糖苷酶
HPAEC-PAD
凝集素亲和
层析
GPC
糖链的纯度鉴定与
相对分子量测定
单糖组成的测定
完整糖链的测序
糖链结构测定的常用方法
高碘酸氧化
甲基化分析,甲醚基 糖醇 乙酰化
寡糖顺序降解
化
学
法
测定直链多糖的聚合度和支链多糖的分支数目
确定糖苷键的位置
酶
法
外切糖苷酶,从糖链非还原端
内切糖苷酶,从糖链内部
本章需掌握的知识点
1、单糖构型的判定； α,β异头物的判定；
2、糖的甲基化、酰基化、高碘酸氧化、硼氢化钠还原；
3、糖苷键形成；
4、重要糖的结构；
5、糖链分析方法；
本章习题：
本 章 主 要 内 容
一、什么是脂质？
二、脂肪酸
三、三酰甘油
四、脂质过氧化
五、磷脂
六、糖脂
七、萜和类固醇
八、脂蛋白
九、脂质的提取、分离
第二章：脂类的结构与性质
具 体 问 题
1、什么是蜡？
2、生物膜中脂双层的结构
3、脂肪酸简写符号及代表性的脂肪酸
4、人体必需脂肪酸与多不饱和脂肪酸家族
5、前列腺素与阿司匹林
6、磷脂酸、甘油磷脂与鞘磷脂的结构与极性；鞘糖脂的结
构
7、卵磷脂、脑磷脂、心磷脂；神经酰胺与脑苷脂、神经节
苷脂
8、磷脂酶的分类及作用部位
9、胆固醇的结构及其衍生物
10、血浆脂蛋白的结构、分类与功能
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脂质的分类
化学组成
单纯脂质
复合脂质
衍生脂质
取代烃
固醇类
萜
其它
皂化性质
可皂化脂质
不可皂化脂质
极性
极性脂质
非极性脂质
生物功能
储存脂质
结构脂质
活性脂质
上一页
脂质,是一类微溶于水而易溶于非极性溶剂的有机分子，
大多数是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。
两亲化合物,具有极性头部（亲水）和非极性尾部（亲脂）
的分子称之 。
必需脂肪酸,亚油酸和亚麻酸对人体功能必不可少，但必须
由膳食提供，称之。
碘值,指 100g油脂卤化时所能吸收碘的克数。
重要概念
上一页
脂质过氧化,一般是指多不饱和脂肪酸或多不饱和脂质的发
生自动氧化产生过氧化物的现象，它是典型的活性氧参与的自
由基链式反应；
活性氧,指氧或含氧的高反应活性分子，如超氧阴离子自由
基、羟基自由基、过氧化氢、单线态氧等的统称；
上一页
脂 肪 酸 概 况
脂肪酸的种类及简写符号,分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪
酸、多不饱和脂肪酸；偶数碳与奇数碳脂肪酸（ 奇数碳脂肪酸
含量极少！ ）； 简写符号 用 碳数：双键数△ 双键位号 (含顺反式 )表示，
如 18,2 △ 9c,12c。
多不饱和脂肪酸家族,分为 ω-3和 ω-6系列（ 指离羧基最远的
双键到甲基末端 3个碳和 6个碳 ）。如亚油酸和 γ-亚麻酸为 ω-6
系列，而 α-亚麻酸为 ω-3系列。人体内二者不能互转！
且二者对血脂的影响不同。 见 89页表格。
三酰甘油的化学性质
水解与皂化（皂化值）
氢化和卤化（碘值）
乙酰化（含羟基，乙酰化值）
酸败与自动氧化（酸值）
皂化值：皂化 1g油脂所需的 KOHmg数；
碘值,100g油脂卤化时所吸收的碘的克数；
乙酰值：中和 1g乙酰化物所释放的乙酸所需要的 KOHmg数；
酸值：中和 1g油脂中的游离脂肪酸所需的 KOHmg数
重要的脂质
磷脂
甘油磷脂
鞘磷脂
卵磷脂
脑磷脂
脂肪酸
必需脂肪酸 （ 亚油酸、亚麻酸 ）
DHA EPA（ ω-3系列 ）
花生四烯酸 （衍生物为类二十碳烷：如前列腺素等）
心磷脂
鞘糖脂 鞘脂类 神经酰胺 鞘胺醇
神经节苷脂 脑苷脂
磷脂酸
饱和脂肪酸, 月桂酸、软、硬脂酸、花生四烯酸
萜和类固醇
萜,由两个或多个 异戊二烯单位 组成；如类
胡萝卜素为四萜；单萜、倍半萜等。
类固醇,即甾类,环戊烷多氢菲 衍生而来 ；
胆固醇衍生物
激素,5类
胆汁酸
维生素 D
脂蛋白,由脂质和蛋白质以 非共价键 结合而成的复合
物，血浆可分为乳糜微粒,VLDL,IDL,LDL,HDL
五类； 血浆脂蛋白的结构与各自的功能！
其它
胆固醇的结构与极性！
上一页
第 3章：氨基酸（重点）
氨基酸分类 氨基酸的酸碱性质
氨基酸的化学反应 氨基酸混合物的分离
知识点
氨基酸,是蛋白质的构件分子，具有酸碱性质、手性、聚
合能力、特定的侧链结构及多样的化学反应；
兼性离子,指氨基酸分子含有一个正电荷和一个负电荷的
形式。在氨基酸晶体中或中性水溶液中以兼性离子形式存
在；
等电点,指氨基酸处于净电荷为零的兼性离子状态时的
pH。等电点与离子浓度无关，只决定于等电兼性离子两
侧的 pKa值；
氨基酸类别
非蛋白质氨基酸
蛋白质氨基酸
（ 20种）
酸性氨基酸
天冬氨酸
谷氨酸
碱性氨基酸
赖氨酸
组氨酸
精氨酸
中性氨基酸
极性氨基酸
非极性氨基
酸
丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
酪氨酸
天冬酰氨
谷氨酰胺
甘氨酸
丙氨酸亮氨酸
异亮氨酸
苯丙氨酸甲硫氨酸
色氨酸
脯氨酸
颉氨酸
氨基酸的酸碱性质
根据酸碱质子理论,HA A- ＋ H+
氨基酸是两性电解质，既是质子供体，又是质子受体。当氨
基酸完全质子化时，可看作是多元酸； COOH和 NH3+可以发
生解离，用 Ka表示它们的解离常数；在氨基酸溶液中,pH值
计算公式如下：
pH=pKa＋ lg（质子受体 /质子供体）
当 pH大于等电点时，氨基酸带净负电荷；当 pH小于等电点时，
氨基酸带净正电荷！在一定的 pH范围内，氨基酸溶液的 pH离
等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷愈大。
氨基酸的化学反应
α-氨基参加的反应
与亚硝酸反应（生成羟基氨基酸和氮气）
与酰化试剂反应（氨基被酰基化而被保护）
烃基化反应
DNFB反应（生成 DNP-氨基酸）
PITC反应（生成 PTH-氨基酸）
形成西佛碱反应（与醛类化合物）
脱氨基反应
α-羧基参加的反应
成盐成酯
成酰氯（与二氯亚砜等）
脱羧基反应
叠氮反应（氨基酸酯与肼、亚硝酸）
α-氨基与 α-羧基共同参加反应
与茚三酮反应 （氨与还原茚三
酮发生作用生成紫色物质）
成肽反应
侧链 R基参加的反应
酪氨酸酚羟基
组氨酸咪唑
精氨酸胍基
色氨酸吲哚基
半胱氨酸巯基
氨基酸的旋光性与光谱性质
氨基酸的旋光性：
氨基酸的构型（指 α-碳）也以甘油醛为参考物，
从蛋白质的酸水解或酶水解液中得到的都是 L型，但
D型氨基酸在自然界也存在；蛋白质用碱水解或有
机合成氨基酸时，得到的都是无旋光性的 DL-消旋
物
氨基酸的光谱性质：
参与蛋白质组成的 20多种氨基酸在可见光区没有
光吸收，在红外区和远紫外区都有光吸收，但在近
紫外区只有芳香族氨基酸有光吸收；
氨基酸混合物的分析分离
分离方法
柱层析
纸层析 （相对迁移率，非极性性质）
薄层层析
离子交换层析 （电荷和非极性）
气相层析
高效液相层析
氨基酸洗脱顺序的判定,氨基酸与树脂的亲合力主要
决定于它们之间的静电吸引，其次是氨基酸侧链与树
脂聚苯乙烯之间的疏水相互作用；亲和力愈大愈难洗
脱！
第四章：蛋白质（重点）
?蛋白质概况；
?蛋白质的共价结构；
?蛋白质的三维结构；
?蛋白质的结构与功能的关系；
?蛋白质的分离、纯化与鉴定；
Ⅰ 蛋白质概况
蛋白质的化学组成：碳（ 50%）、氢（ 7%）、氧（ 23%）、氮
（ 16%）、硫（ 0-3%）、其它元素微量；蛋白质的平均含氮量为 16%，
此为凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础。
蛋白质是一类最重要的生物大分子，英文称 protein，意为“最原初
的，第一重要的”。
分类 Ⅰ
单纯蛋白质 （如清蛋白、球蛋白、组蛋白、谷蛋白、硬蛋白等）
缀合蛋白质 （如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、金属蛋白、黄素蛋白等）
分类 Ⅱ, 按生物学功能可将蛋白质分为酶、调节蛋白、结构蛋白、转运蛋
白等等；
分类 Ⅲ
分类 Ⅳ
纤维状蛋白质 （一般不溶于水。典型的有：胶原蛋白、弹性蛋白、
角蛋白、丝蛋白、肌球蛋白等）
球状蛋白质 （可溶性好。典型的有：胞质酶类等）
膜蛋白 （与细胞的膜系统结合而存在）
单体蛋白质
（寡）多聚蛋白质
蛋白质结构的层次
构象,指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态；
构象形态间的改变不涉及共价键的破裂！ 每一种天然蛋白质都有自己特
有的空间结构或三维结构，称之为蛋白质的构象；一个给定的蛋白质可
以有多种构象，但只有一种或少数几种在能量上是有利的。
蛋白质的结构
一级结构 （即共价结构，指多肽链的氨基酸序列）
二级结构 （指多肽链借助氢键形成 α螺旋和 β折叠片）
三级结构 （指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有
特定走向的紧密球状结构）
四级结构 （指多聚蛋白质的各亚基之间在空间上的相互
缔合关系）
蛋白质的一级结构即多肽链的氨基酸序列决定蛋白质的高级结构！
蛋白质的功能,催化、调节、转运、储存、运动、结构
组分、支架作用、免疫、异常功能；
Ⅱ 蛋白质的共价结构（一级结构）
氨基酸残基 肽（键） 蛋白质一级结构的测定
氨基酸序列与生物功能 肽的人工合成知识点
氨基酸残基,肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成因而
不在是原来完整的分子，称为氨基酸残基；两个氨基酸
形成一个肽键时失去一分子水，因此失去的水分子数比
氨基酸残基数少一个。每个氨基酸残基的平均分子量为
110。
肽,由两个或多个氨基酸残基通过肽键相连而形成的化
合物；肽有寡肽和多肽之分。一条肽链通常在一端含有
一个游离的末端氨基，称为 N-末端，而另一端含有一个
游离的末端羧基称为 C-末端；
肽键
具有部分双键的性质
肽键比一般碳 -氮单键短
与肽键相连的氢原子和氧原子呈反式构型
肽键不可自由旋转
肽的理化性质：
①肽键的酰氨氢不解离，肽的酸碱性质主要决定于肽键中的游离末端 α-
NH2,α-COOH及侧链 R基上的可解离基团；
②肽中末端 α-羧基的 pKa值比游离氨基酸的大，末端 α-氨基的 pKa值比游离
氨基酸的小；
③游离的 α-氨基,α-羧基和 R基可发生与氨基酸中相应的类似反应，如茚
三酮反应等；
④蛋白质部分水解后所得的肽若不发生消旋，则具有旋光性，短肽的 旋光
度约等于组成氨基酸的旋光度之和，较长的肽的旋光度则不是简单加和；
活性肽,具特殊的生物学功能的肽段，如脑啡肽、谷胱甘肽、肌肽等；
肽
蛋白质一级结构的测定
测定多肽链的数目蛋白质测序
的步骤
拆分多肽链
断开多肽链内的二硫键
测定每一肽链的氨基酸组成
鉴定多肽链的 N-末端和 C-末端
裂解多肽链为较小的肽段
测定各肽段的氨基酸序列
利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构
确定二硫键的位置
蛋白质测序的重要方法
N-末端测定
二硝基氟苯（ DNFB）法,肽游离末端 NH2与 DNFB反
应生成 DNP-肽，最后水解生成黄色 DNP-氨基酸
丹磺酰氯（ DNS）法,用 DNS取代 DNFB，生成 DNS-氨基酸
苯异硫氰酸（ PITC）法,生成 PTH-氨基酸，从肽上断裂下来
氨肽酶法,外切酶，但效果不好
C-末端测定
肼解法,测定 C-末端的最重要的化学方法，肽与肼反应，除
C-末端氨基酸游离外，其他氨基酸转变为氨基酸酰肼化物
还原法,C-末端氨基酸用硼氢化锂还原成相应的 α-氨基醇
羧肽酶法,最有效、最常用
羧肽酶 A
羧肽酶 B
羧肽酶 C
羧肽酶 Y
二硫键的断裂
过甲酸氧化法,将二硫键氧化成磺酸基
巯基化合物还原法,将二硫键还原成巯基，然后用烷基化试
剂如碘乙酸保护巯基，防止其重新被氧化
氨基酸组成的测定：
酸水解,是主要方法，多用 HCl，同时辅以碱水解；所
得氨基酸不消旋，但 Trp全部被破坏,Ser,Thr,Tyr部
分破坏,Asn和 Gln的酰氨基被水解，生成 Asp和 Glu；
多肽链的裂解
酶裂解：
胰蛋白酶,专一性强，断裂 Lys或 Arg的羧
基参与形成的肽键
糜蛋白酶,断裂 Phe,Trp,Tyr,Leu
等疏水氨基酸的羧基端肽键
嗜热菌蛋白酶,专一性差，断裂 Val,Leu，
Phe,Tyr,Trp等氨基参与形成的肽键
胃蛋白酶,在酸性条件稳定，肽键 两侧均为疏水
氨基酸。在确定二硫键位置时，常用到此酶。
其它酶：略
化学裂解：
溴化氰（ CNBr）,只断裂 Met
的羧基形成的肽键
羟氨（ NH2OH）：在 pH9时，专一性断裂
Asn-Gly之间的肽键，其它条件下不专一
肽段的氨基酸测序
Edman化学降解法,用 Edman试剂 PITC与游离氨基作用生
成 PTH-氨基酸，并可用各种层析技术分离；用此法降解，
一次可连续测出 60-70个氨基酸残基的序列；工作量大，
操作麻烦；现改用蛋白质测序仪。
酶解法,利用氨肽酶和羧肽酶，局限性大，有困难
质谱法,质谱仪
由核苷酸序列推定法,mRNA cDNA,推出 cDNA
的核苷酸序列，然后推测出蛋白质的氨基酸序列
肽段在肽链中次序的确定,需借助重叠肽。
重叠肽,由于不同的断裂方法即断裂的专一性不同，产生的切口彼此
错位，使两套肽段正好跨过切口而重叠的肽段；获得重叠肽需要两种或
两种以上的不同方法断裂同一多肽样品，得到两套或多套肽段。
二硫键位置的确定,一般采用胃蛋白酶水解原来的含二硫键的蛋白质。一是胃
蛋白酶专一低，切点多，得到含有二硫键的肽段较小，易分离鉴定；二是在酸性
条件下，有利于防止二硫键发生交换反应。
蛋白质的氨基酸序列与生物功能；肽合成
同源蛋白质,在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质称同源蛋白
质。同源蛋白质具有共同的进化起源。同源蛋白质具有明显的氨基酸序列
相似性，称之为序列同源。根据同源蛋白质的氨基酸序列资料可建立系统
树（进化树）。两个物种的同源蛋白质，其序列中氨基酸的差异数目与这
些物种间的进化发生差异是成比例的。
蛋白质激活,在生物体内有些蛋白质是以前体形式合成，不具有活性，
只有按一定方式裂解除去部分肽链后才具有生物活性，称之为蛋白质激
活。如酶原激活。
肽的人工合成,氨基酸共聚合 （由一种或两种氨基酸反应）
控制合成 （由不同氨基酸按一定顺序）：接肽反应需接肽试
剂，为避免接肽试剂与某些活泼基团反应，故在接肽前须首
先将这些基团加以封闭或保护，如氨基保护或羧基保护等。
在正常条件下，羧基和氨基之间不会自发形成肽键，即氨基
或羧基需活化，通常是羧基活化。
固相肽合成,是控制合成技术的巨大进步，利用固相肽合成仪已成功合成多种
肽和蛋白质。其实质是肽的羧基端第一个氨基酸共价挂接在树脂上，然后加入氨
基受保护的第二个氨基酸并发生缩合反应，形成肽键，依次类推。最后是肽与树
脂断裂并去掉氨基端的保护基团。
Ⅲ 蛋白质的三维结构
研究蛋白质构象的方法,至今研究蛋白质三维结构的成就主要是应用间接
的 X-射线衍射法 ；研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法（了解）。
稳定蛋白质三维结构的作用力
非共价键（次级键）
氢键
范德华力
疏水作用：突出地位
离子键（盐键、静电引力）
共价键,二硫键，重要作用
蛋白质的二级结构
无规卷曲
β转角
β折叠片
α螺旋,最常见、最典型、最丰富的二级结构元件
α螺旋,是重复性结构，每圈螺旋站 3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴上升 0.54nm，
即螺距值；由氢键封闭的环为 13元环；一般为右手螺旋；分子内或链内氢键使
之稳定，减少 R基间的相互作用或 β-碳原子无分支结构均利于其稳定，而 Pro存
在可中断之。
非重复性结构
β折叠片, 为重复性结构； β折叠片的 肽链处于曲折的伸展状态；借助
链间或肽段间的氢键而稳定；分为平行和反平行 β折叠片，平行的比反平
行的更规则。
纤维状蛋白质,动物体的基本支架和外保护成分，分子具规则的线性结
构。
纤维状蛋白质
不溶性（硬蛋白）
可溶性蛋白
角蛋白
胶原蛋白：结缔组织中（骨、皮肤等）
大量存在
弹性蛋白：存在于结缔组织
α角蛋白：主要存在
于毛发中
β角蛋白：天然
存在于丝中其它
肌球蛋白
血纤蛋白原
其它
说明,α角蛋白经充分伸展后可转变成 β角蛋白，即 β折叠片结构。
球状蛋白质：
其种类远比纤维状蛋白质多，蛋白质结构的复杂性和功能的多样性
主要体现在球状蛋白质；
球状蛋白质的整个肽链没有均一的二级结构，但具有多种二级结构
元件如 α螺旋,β折叠片、无规卷曲等，由此构建的三级结构 — 结构域，
并将球状蛋白质分成 4大类；
其三维结构具有明显的 折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水
侧链暴露在分子表面；
在多数的胞内酶、血浆蛋白及蛋白类激素都属于球状蛋白质。
超二级结构,由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，
形成种类不多，有规则的 二级结构串，并在多种蛋白质中充当三级结构
的构件，称为超二级结构。已知有 3种基本形式,αα,βαβ,ββ。
结构域,在多肽链上由二级结构元件或超二级结构形成的相对独立的
紧密球状实体，是三级结构的局部折叠区。较小的球状蛋白质或亚基是
单结构域，而较大的球状蛋白质或亚基是多结构域。结构域可分 4类：
全 α结构,α,β结构、全 β结构和富含金属或二硫键结构域。
蛋白质变性与蛋白质折叠
蛋白质变性,天然蛋白质分子在受到理化因素的作用时导致溶解度降低、
不对称性增高、生物活性丧失及理化特性改变，此过程称之为蛋白质变性。
蛋白质变性的实质是分子中次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉
及共价键破坏，即蛋白质一级结构仍保持完好。当变性因素除去后，变性
蛋白质又可重新回复到天然构象，此为蛋白质的复性。是否蛋白质变性与
复性可逆，仍有疑问。
蛋白质折叠,蛋白质折叠不是随机的而是通过累积选择找到自由能最低的
构象；折叠需要折叠酶和分子伴侣参加。
分子伴侣,是一类与蛋白质折叠有关的蛋白质家族（来源相同、结构相似、
功能相关），它们通过抑制新生肽链不正常的聚集并排除与其他蛋白质不
合理的结合而协助多肽链的正确折叠。
亚基缔合与四级结构,在同多聚体蛋白质中，原体就是亚基，而在杂多
聚体蛋白质中，原体是由不同的亚基组成；亚基缔合的驱动力主要是疏水
相互作用，亚基缔合的专一性由相互作用的表面上的机性基团之间的氢键
和离子键决定。
Ⅳ 蛋白质的结构与功能的关系
肌红蛋白 和 血红蛋白 是两个研究得最透彻的蛋白质，它们是蛋白质结构
与功能的范例。肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，它和血红蛋白
的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性，它们的构象和功能也十分相似。
肌红蛋白
珠蛋白：含 153个氨基酸残基，为 1条肽链
辅基血红素：原卟啉 Ⅸ 与 Fe的络合物称血红素。
卟啉化合物有很强的着色力，使生物组织呈现特定的颜色。卟啉环中心
的铁原子有 6个配位键，其中 4个与四吡咯环的 N原子相连，另 2个沿垂直于
卟啉环面的轴分布在环面的上下，这两个键合部位分别称为第 5和第 6配位。
铁原子可以是亚铁（ Fe2+）或高铁 (Fe3+)，相应的血红素称为亚铁血红
素和高铁血红素，相应的肌红蛋白称为亚铁肌红蛋白和高铁肌红蛋白。类
似的命名也用于血红蛋白。其中只有亚铁态的蛋白质才能结合 O2。
在肌红蛋白分子中，血红素共价地结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中。
其中血红素铁在第 5配位键与珠蛋白第 93位 His残基的咪唑 N配位结合；第 6
配位键处于开放状态，是 O2的结合部位。当第 6位被 O2分子所占据时，即
为氧合肌红蛋白；血红素中 Fe2+能进行可逆氧合作用。血红素的铁原子如
果处在水环境则容易被氧 化成 Fe3+，失去氧合能力，此时 H2O分子代替 O2
成为 Fe3+的第 6个配体。 CO能与 O2竞争第 6配位键，且结合能力远大于 O2。
血红蛋白（ Hb）的主要功能是在血液中结合并转运氧气，它存在于红细胞中。
Hb的结构,脊椎动物的 Hb由 4个多肽链亚基组成，其中 2个是一种亚基,2个是另
一种亚基。如成人的血红蛋白主要是 HbA，亚基组成为 α2β2，次要组分是 HbA2，
亚基组成为 α2δ2；每个血红蛋白分子都有 4个血红素，每个血红素分别位于每个
多肽链中的裂隙处，并暴露在分子的表面。
氧合过程中的构象变化,氧合作用显著改变 Hb的四级结构，且氧合血红蛋白和
去氧血红蛋白具有不同的构象。
氧合曲线和别构效应,氧合曲线呈 S形曲线（氧饱和度与氧分压之间），即血红
蛋白的氧合具有正协同性同促效应，一个 O2的结合增加同一 Hb分子中其余空的
氧合部位对 O2的亲合力；
Hb对 O2亲和力的影响因素,H+,CO2促进 O2从血红蛋白中释放,O2也促进 H+、
CO2 在肺泡毛细血管中释放； BPG（ 2,3-二磷酸甘油酸）降低 Hb对 O2的亲和力，
其只与去氧血红蛋白结合。
血红蛋白分子病,导致一个蛋白质中氨基酸改变的基因突变能产生分子病，这是
一种遗传病。了解最清楚的分子病是镰刀状细胞贫血病，该病人的不正常的血红
蛋白称 HbS，它只是在两条 β链的 N端第 6位上 Glu被 Val置换。这一改变使血红蛋
白表面产生一个疏水小区，导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束，并引起红细胞
镰刀状化和输氧能力降低。地中海贫血是由于缺失一个或多个编码血红蛋白链的
基因造成的。
免疫球蛋白,人类具有 5类免疫球蛋白，每一类别的生物学功能不同。最丰富的
是 IgG类，它由 4条多肽链组成,2条重链,2条轻链。通过二硫键连接成 Y形结构
的分子。靠近 Y的两臂顶端的结构域是可变区，形成两个抗原结合部位。其它抗
体有 IgA：主要存在于人体分泌物中如唾液、泪、乳中； IgM：只存在于血液中，
抵制入侵血液的细菌； IgG：血液中最丰富的抗体，也是唯一能通过胎盘而进入
人体的抗体； IgE：在过敏反应中起重要作用的抗体。
蛋白质的分离纯化
蛋白质的分离和纯化 主要是利用蛋白质之间各种特性的差异，包括蛋白
质分子的酸碱性质、分子的大小和形状、溶解度、吸附性质和对配体分子
的特异亲合力。
蛋白质的酸碱性质,蛋白质是两性电解质。在蛋白质分子中，可解离基
团主要来自侧链上的功能团，此外还有少数的末端 α-羧基和 α-氨基。
可以把蛋白质分子看作是一个多价离子，所带电荷的性质和数量是由蛋
白质分子中的可解离基团的种类和数目以及溶液的 pH所决定的。
对某一种蛋白质来说，在某一 pH时，它所带的 正电荷与负电荷恰好相
等，即净电荷为零，这一 pH称蛋白质的 等电点 。蛋白质的等电点在中性盐
存在下可发生明显的变化，这是由于蛋白质分子中的可解离基团可与中性
盐中的阳离子或阴离子相结合。在没有其他盐类干扰时，蛋白质的 质子供
体基团解离出来的质子数与质子受体基团结合的质子数相等时的 pH称为蛋
白质的 等离子点 。
蛋白质分子的形状,测定蛋白质分子的形状或构象，最精确的方法是 X
射线晶体结构分析，但这种方法只能测定晶体状态的蛋白质空间结构。对
于溶液中的蛋白质分子的形状，只能借助间接的方法来描述蛋白质分子构
象的轮廓。
测定蛋白质分子
相对质量的方法
根据化学组成测定最低相对分子质量,测定某一微量元素或某一氨
基酸的含量如铁原子或色氨酸，并假设蛋白质分子中只有一个铁原
子或一个色氨酸，即最低相对分子质量 =铁的原子量 /铁的百分含量
渗透压法,在半透膜存在时，蛋白质溶液将产生渗透压（平衡
时的静水压力）。理想溶液的渗透压与溶质的浓度呈线性相关，
其关系可用范托夫公式表示,π=cRT/Mr, 在高分子溶液中，
π/c=RT/Mr+Kc，渗透压法简单、准确、且不受蛋白质分子的形
状和水化程度影响，但受 pH的影响，不能区别溶液中蛋白质分
子是否均一。
沉降法,离心力作用
沉降速率法,单位离心场的沉降速度
是个定值，称沉降系数 s。见 P296页
沉降平衡法,沉降产生浓度梯度
凝胶过滤法,标准蛋白质（已知 Mr和斯托克半径）和待测蛋
白质必须具有相同的分子形状（接近球体），分子形状为线
型或与凝胶发生吸附的蛋白质不可用此法测定。
SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法,加入 SDS和少量巯基乙醇，则电
泳迁移率主要取决于其相对分子质量，而与电荷和分子形状
无关。
蛋白质的胶体性质,蛋白质溶液属于胶体系统，其具备形成胶体系的条件：分
散相（蛋白质分子颗粒）的质点大小在 1~100nm，能在分散介质中作布朗运动；分
散相的质点带同种电荷，不易凝聚成大颗粒而沉淀；分散相的质点能与溶剂形成
溶剂化层如水化层而不易凝聚。
蛋白质在溶液中的稳定性是有条件的，相对的。如果条件改变，则蛋白质就会
从溶液中沉淀出来，如改变质点大小、电荷或水化层等。沉淀蛋白质的方法如下：
盐析法,加入大量的中性盐，脱去水化层而沉淀
有机溶剂沉淀法,加入极性的有机溶剂如甲醇等，脱去水化层并增加
质点间的相互作用而沉淀
重金属盐沉淀法,当 pH大于等电点时，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重
金属离子结合成不溶性盐而沉淀
生物碱或酸类沉淀法,当 pH小于等电点时，蛋白质颗粒带净正电荷，
易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀
加热变性沉淀法,蛋白质因加热变性而凝固
蛋
白
质
沉
淀
法
蛋白质纯化的总目标 是增加制品的纯度，即设法除去变性的和不需要的蛋白
质以增加单位蛋白质重量中所需蛋白质的含量或生物活性。分离纯化蛋白质的
程序为：前处理（细胞或组织处理）、粗分级分离（除去杂蛋白）和细分级分
离。
蛋
白
质
的
分
离
纯
化
方
法
分子大小
透析和超过滤,透析指利用蛋白质分子不能通过半透膜而与小
分子分离；超滤是利用压力或离心力使小分子溶质通过半透膜
而蛋白质被截留在膜上而分离。
密度梯度离心,蛋白质颗粒在具有密度梯度的介质中离心
时，质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降得快，
且每种蛋白质颗粒沉降到与其自身密度相等的介质密度梯
度时，即停止不前，最后各种蛋白质在离心管中被分离成
不同的区带。见 P302页。
凝胶过滤,即分子排阻层析。凝胶颗粒内部为多孔的网状结
构。大分子最先流出层析柱。
溶解度
等电点沉淀 和 pH控制
盐溶和盐析,中性盐在低浓度时可增加蛋白质的溶解度，
即盐溶。原因是蛋白质分子吸附盐类离子后，带电层使蛋
白质分子彼此排斥，而与水分子相互作用加强；当 离子强
度 增大到足够高时，此时与蛋白质疏水基团接触的 自由水
被移去以溶剂化盐离子，导致蛋白质疏水基团暴露，使蛋
白质因疏水作用凝聚沉淀。
有机溶剂分级分离法,一是降低介质的 介电常数,二是与
蛋白质争夺 水化水 。
温度沉淀,温度 对溶解度有影响，低温稳定，高温不稳
定。在 0~40℃,大部分的球状蛋白质溶解度随温度升高
而增加。
蛋
白
质
分
离
纯
化
方
法
电荷
电泳 （净电荷、分子
大小、形状）
区带电泳
聚丙烯酰氨凝胶电泳（ PAGE）
毛细管电泳离子交换层析
等电聚焦,外加电场时，蛋白质混合物在具有 pH梯度的介质中
移向并聚焦（停留）在等于其等电点的 pH处，形成区带。
层析聚焦,层析柱中建立连续的 pH梯度，蛋白质样品由柱上
端随缓冲液的展开而聚焦在各自的等电点 pH处，形成区段。
吸附, 吸附层析，吸附剂（硅石、氧化铝、活性碳）和疏水吸附剂，
与待分离分子和杂质分子的吸附与解吸能力不同。
特异亲和力,亲和层析
其它,如高效液相层析（ HPLC）,快速蛋白液相层析（ FPLC）
蛋白质纯度的鉴定方法, 采用物理化学方法如电泳、离心沉降,HPLC和溶
解度分析等。纯的蛋白质电泳时，其电泳图谱只呈现一个条带或峰，离心时以单
一的沉降速度移动；纯的蛋白质在一定的溶剂系统中具有恒定的溶解度，即溶解
度曲线只有一个折点，在折点以前直线斜率为 1，在折点以后斜率为零 ； 此外，
N-末端分析也用于纯度鉴定（单体蛋白质而言）。
必须指出，采用任何单独的一种方法鉴定纯度只能作为蛋白质均一性的必要条
件而非充分条件，即蛋白质往往在一种鉴定中表现为均一性，而在另一种鉴定中
又表现为不均一性。
蛋白质含量测定与纯度鉴定：
测定蛋白质含量的常用方法 有：凯氏定氮法、双缩脲法,Folin-
酚试剂法（ Lowry法，标准测定方法）,紫外吸收法、染料（考马
斯亮蓝）结合法、胶体金法（带负电的疏水胶体，洋红色，遇蛋白
质变蓝色，灵敏度最高）
第五章：酶（ 重点 ）
? 酶概论；
? 酶促反应动力学；
? 酶的作用机制和酶的调节；
酶概论
知识点 酶的本质 全酶 辅酶 辅基 单体酶 寡聚酶多酶复合体 酶的分类 酶的专一性 酶活力
酶单位 比活力 转换数 核酶 抗体酶 固定化酶
酶 —— 具有生物催化功能的蛋白质或核酸。酶作为生物催化剂具有高效性、
高度专一性、活性调控和易失活等特点。
多酶复合体 —— 由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成，也称酶系。
酶的分类 —— 国际酶学委员会根据催化反应类型，将酶分为 6大类，即氧化
还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。分别
用 1~6来表示，在根据底物中被作用的基团或键分为亚类，每一亚类在细
分为亚亚类等，亚类和亚亚类均按顺序编成 1,2,3,4等。每一个酶的分
类编号由 4个数字组成，数字间用,.”隔开，编号前冠以 EC(Enzyme
Commision)。
酶活力 —— 即酶活性，指酶催化某一化学反应的能力，酶活力的大小可以
用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，二者呈线性相
关。所以测定酶活力就是测定酶促反应速率，酶促反应速率可用单位时间
内底物的减少量或产物的增加量来表示。
酶单位（ U） —— 在一定条件下，一定时间 内将一定量的底物转
化为产物所需的 酶量 。酶的含量用每克酶制剂或酶毫升酶制剂含
有多少酶单位表示（ U/g或 U/ml）。
国际单位（ IU）,在最适反应条件下（温度 25℃ ）下，每分钟
内催化 1微摩尔底物转化为产物所需的酶量为一个酶活力单位，即
1IU=1umol/min。
Katal单位（ Kat）,在最适条件下，每秒钟催化 1摩尔底物转化
为产物所需的酶量定为 1Kat单位。
酶的比活力 —— 每 mg蛋白质所含的酶的活力单位数表示，其代表
酶的纯度，也可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。
转化数 —— 在一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，
或每秒钟每微摩尔酶分子转化底物的微摩尔数。
抗体酶 —— 一种具有催化能力的免疫球蛋白（抗体），即抗体具
有酶的属性，也称催化性抗体。
核酶（ ribozyme） —— 某些具有催化功能的 RNA，即为核酶。核
酶的发现，开辟了生物化学研究的新领域，提出了生命起源的新
概念：即 RNA可能早于蛋白质和 DNA，是生命起源中首先出现的
生物大分子。
酶的专一性 —— 即酶对底物的高度选择性，酶一般只能催化一种或一类反应，
作用于一种或一类底物。酶的专一性可分为结构专一性和立体异构专一性，用
“诱导契合说”解释酶的专一性已被广泛认同。
酶的分离纯化 —— 是酶学研究的基础，大多数酶的本质是蛋白质，故可用分离
纯化蛋白质的方法纯化酶。但要选择合适的材料，操作条件要温和，且在制备
过程中，每一步都要测定酶的总活力和比活力，以了解酶的回收率和提纯倍数。
酶工程 —— 是将酶学原理与化学工程技术及基因重组技术有机结合而形成的新
型应用技术，是生物工程的重要组成部分，并必将成为一个很大的生物技术产
业。
酶促反应动力学
反应分子数与反应级数 米氏方程 米氏常数（ Km）
双倒数作图法 酶的抑制类型 温度,pH、激活剂对
酶反应的影响
?反应分子数 —— 在反应中真正相互作用的分子数目。仅有 1个反应的分子参
加的反应称为单分子反应，有 2个反应物分子参加的 反应称为双分子反应，依此
类推。
即,A P 属于单分子反应，动力学方程（速率方
程）为,υ＝ -dc/dt＝ kc ；
A+B p+Q 属于双分子反应，动力学方程为：
υ＝ -dc/dt＝ k c1c2 ；
反应级数 —— 指整个化学反应的速率服从哪种分子的反应速率方程式，则这个反
应即为几级反应。若总反应的速率与浓度关系能以单分子反应的速率方程式表示，
即为 一级反应,若能以双分子反应的速率方程式表示，则为 二级反应,依此类推
，把反应速率与反应物浓度无关的反应称为 零级反应 。
知识点
各
级
反
应
的
特
征
一级反应,c ＝ c0 e-kt 半衰期 t 1/2 ≈ 0.693/k
二级反应,υ＝ -dc/dt＝ k c1c2 半衰期 t 1/2 ＝ 1/ka (a为底物的初浓度 )
零级反应,υ＝ -dc/dt＝ k 半衰期 t 1/2 ＝ a/2k (a为底物的初浓度 )
?酶促反应动力学,底物浓度与酶促反应速率的关系呈双曲线，即当底物浓
度较低时，反应速率与底物浓度呈正比关系，表现为一级反应；当底物浓度逐渐
增加时，反应速率不再按正比关系升高，反应表现为混合级反应；当底物浓度达
到 足够高时，反应速率与底物浓度几乎无关，反应达到最大反应速率，表现为
零级 反应。
米氏方程 —— 1913年 Michaelis和 Menten在前人工作基础上，根据酶反应的中
间复合物学说，即：
E ＋ S ES E ＋ P
假定 E ＋ S ES 迅速建立平衡，底物浓度远大于酶浓度下,ES分解成产物
的逆反应忽略不计，推导出一个数学方程式来表示底物与酶反应速率之间的定量
关系，称为米氏方程，表达式如下：
υ ＝ Vmax ·［ S］ / (Km ＋ ［ S］ )
式中 Km为米氏常数，其物理意义是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底
物浓度，单位是 mol/L，与底物浓度的单位一样。 米氏常数 Km的意义如下：
① Km是酶的一个特征常数，其大小只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关；
② Km值随测定的底物、反应温度,pH及离子强度而改变，即 Km作为常数只是
针对一定的底物、温度,pH和离子强度而言；
③ Km值可以判断酶的专一性和天然底物：有的酶可作用于几种底物，因此就有
几个 Km值，其中 Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。 Km值随不同
底物而异的现象可以帮助判断酶的专一性；
④若已知某个酶的 Km值，可以计算出在某一底物浓度时的反应速率相当 Vmax
的比例；
⑤ Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径：同一种底物往往可以被几种
酶作用，催化不同的反应走不同的途径，究竟走哪一条途径决定于 Km值最小的酶，
只有 Km值小的酶反应比较占优势。
利用作图法测定 Km和 Vmax值：
Km值可用公式计算求得,Km ＝（ k2 ＋ k3） /k1；当 k3远小于 k2 时,Km ≈ k2
/k1 ＝ Ks，在此时,Km相当于 ES复合物的解离常数 Ks！
Vmax= k3 ·Et (Et 为总酶浓度 )；
Km和 Vmax可根据实验数据通过作图法直接求得：即将米氏方程进行变换，
使其成为直线方程，然后用图解法求出 Km与 Vmax值。例如,Lineweaver-Burk双
倒数作图法,1/ υ＝ Km/Vmax ·1/［ S］＋ 1/Vmax,横轴截距为 -1/Km，纵轴
截距为 1/Vmax ；
酶的抑制,酶主要是蛋白质，使酶蛋白变性而导致酶活力丧失的作用称为失活作
用；若由于酶的必需基团化学性质的改变，但酶并未变性，而引起酶活力的降低
或丧失称为抑制作用。引起抑制作用的物质称为抑制剂。抑制类型如下：
抑
制
类
型
不可逆抑制,抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，不能
用物理方法除去抑制剂。
可逆抑制,以非
共价键结合
竞争性抑制,竞争酶的结合部位
非竞争性抑制,同时和酶的不同部位结合
反竞争性抑制,酶与底物结合后，才可与抑制剂
结合
竞争性抑制,Vmax不变,Km增加；
可逆抑制动力学 非竞争性抑制,Vmax减小,Km不变；
反竞争性抑制,Vmax减小,Km减小；
重要的抑制剂
不可逆抑制剂
非专一性,
有机磷化合物,与酶活性部位 Ser-OH共价结合，
强烈抑制胆碱酯酶活性；敌敌畏、敌百虫
有机汞、有机砷化合物,与酶分子中 Cys-
SH作用，抑制含巯基的酶
重金属,使酶蛋白变性失活，用螯合剂可解除
氰化物、硫化物,CO,与酶分子中金属离子
形成络合物
烷化剂,与酶的巯基、氨基、羧基、咪
唑基等结合
专一性：
作用某
一种酶
Ks型,具底物类似结构，可与相应酶结合，并带有一
个活泼的化学基团，可对酶分子的必需基团进行修饰，
从而抑制酶的活性。亦称亲和标记试剂。
Kcat型,具有底物类似结构，本身也是酶的底物，且
存在潜伏的反应基团：当发生催化反应时，潜伏基团
暴露或活化，作用酶活性部位的必需基团或辅基，使
酶不可逆失活。亦称自杀性底物。
可逆抑制剂,最重要和最常见的是竞争性抑制剂。这类抑制剂
与天然代谢物在结构上十分相似，能选择性抑制病菌或癌细胞在代
谢过程中的某些酶，故称之为抗代谢物。如磺胺药，对氨基苯磺酰
胺，它是对氨基苯甲酸的结构类似物，而对氨基苯甲酸是叶酸结构
的一部分，细菌不能直接利用外源的叶酸，只能在二氢叶酸合成酶
的作用下，利用对氨基苯甲酸为原料合成二氢叶酸，继而合成四氢
叶酸 ———— 嘌呤核苷酸合成中重要的辅酶！因此，可利用竞争性
抑制的原理设计药物。
此外,过渡态底物类似物 也可作为竞争性抑制剂：所谓过渡态
底物是指底物和酶结合而形成的中间复合物被活化后的过渡形式。
过渡态底物对酶的亲和力远大于底物，因此可将抑制剂的化学结构
设计成类似于过渡态底物，从而一起酶的强烈抑制。目前报道的过
渡态底物类似物都是竞争性抑制剂，其抑制效率比基态底物类似物
高的多。
温度,pH、激活剂对酶活性的影响,存在酶反应的最适温度、
最适 pH；凡能提高酶活性的物质都称为激活剂，它对酶的作用具有
一定的选择性，即一种激活剂对某种酶起激活作用，而对另一种酶
可能起抑制作用。
酶的作用机制和酶的调节
酶的活性部位 影响酶催化效率的因素 酶活性的调控
调节酶 别构酶 共价调节酶 酶原激活
可逆共价修饰 同工酶
知识点
酶活性部位 —— 酶的催化能力只局限在酶分子的一定区域，只有少数特异的氨基
酸残基参与了底物结合与催化作用，这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即
与酶活性直接相关的区域称为酶的活性部位或活性中心。
活性部位
结合部位,决定酶的专一性
催化部位,决定酶的催化能力
酶活性部位的共同特点：
①酶活性部位在酶分子的总体积中只占相当小的部分，通常只占整个酶分子体积的
1%~2%；
②酶的活性部位是一个三维实体（空间概念）：不是点、线、面的概念；
③ 酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是在结合过程中二者发生一定的
构象变化后才互补的：此动态的辨认过程称为诱导契合；
④酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的一部分结
合到裂缝内并发生催化作用；
⑤底物通过次级键结合到酶上：酶与底物形成 ES复合物主要靠氢键、盐键、范德华
力和疏水相互作用；
⑥酶活性部位具有柔性或可运动性：活性部位更易被破坏；
酶活性部位的研究方法,酶分子侧链基团的化学修饰法（巯基、氨基、羧基、羟基、
咪唑基、胍基等）； X射线晶体结构分析法；定点诱变法（改变编码蛋白质基因中
的 DNA顺序来研究酶活性部位必需氨基酸的变化）等。
补充：
酶的催化作用是由氨基酸侧链上功能基团和辅因子为媒介的，主要的有 His,Ser、
Cys,Lys,Glu,Asp的侧链常直接参加催化过程；辅因子对于酶的催化具有协同作
用；
对于多底物的酶促催化反应，存在着 1个以上的底物结合部位，在活性部位存在 1
个以上的催化基团，能进行协同催化；
与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，故活性部位通
常包围着底物。
影
响
酶
催
化
效
率
的
因
素
底物和酶的邻近效应与定向效应,邻近效应指酶与底物结合成中间
复合物后，使底物与底物之间，酶的催化基团与底物之间的有效浓
度大大提高；定向效应指底物的反应基团之间和酶的催化基团与底
物的反应基团之间的正确取位产生的效应。
底物形变和诱导契合,酶使底物分子中敏感键基团的电子云密度增高
或降低，产生电子张力，使底物分子形变而接近其过渡态，降低了反
应活化能；
酸碱催化,酶通过瞬时的向底物提供质子或从底物接受质子以稳定过
渡态底物而加速反应的催化机制。在生理条件下,pH中性,OH-H+很
低，不能起到酸碱催化作用，此时主要依靠广义的酸碱催化来作用，
即酶蛋白分子中某些基团既是质子供体又是质子受体，如氨基、羧基、
巯基、酚羟基、咪唑基等。
共价催化,酶蛋白中的亲核基团容易攻击底物的亲电中心，形成酶 -底
物共价结合的中间物，从而降低反应活化能，加速反应。酶蛋白中最常
见的 3种亲核基团是：丝氨酸羟基、半胱氨酸巯基、组氨酸咪唑基；底
物中典型的亲电中心：磷酰基、酰基和糖基。
金属离子催化,几乎 1/3的酶催化活性需要金属离子，金属离子通过 3种主
要途径参与催化过程：结合底物为反应定向；可逆地改变金属离子的氧化
态调节氧化还原反应；静电稳定或屏蔽负电荷。
多元协同催化：
酶活性部位受微环境影响,非极性、低介电环境利于酶促反应。
酶活性的调控
酶
活
性
的
调
控
激素
产物反馈抑制
抑制剂、激活剂
别构调节,可逆、非共价,别构酶
共价修饰
不可逆共价修饰,酶原激活
可逆共价修饰：
磷酸化与去磷酸化
甲基化与去甲基化
其它同工酶
别构调节 —— 酶分子的非催化部位（别构部位）与某些化合物可逆地、非共价
结合后使酶的构象发生改变，进而改变酶活性（增加或降低），称之为酶的别构
调节。具有这种调节作用的酶称为别构酶（变构酶）。使酶分子发生别构作用的
物质称为效应物或别构剂，它包括正效应物（别构激活剂）和负效应物（别构抑
制剂）。别构调节普遍存在于生物界，许多多谢途径的关键酶就是利用别构调节
来控制代谢途径之间的平衡。别构调节现象不仅存在于别构酶，还存在于其它的
别构蛋白质如血红蛋白；此外，操纵子中的调节蛋白也是别构蛋白质。
关于别构酶：
①别构酶的酶促反应大多不符合 Michaelis-Menten动力学，即不符合米氏
方程，其酶促反应曲线为 S型（正协同）或双曲；
②效应物（别构剂）与调节亚基（调节部位）结合后导致酶构象的改变，
引起酶催化部位的活性增加或降低；
③具活性中心和别构中心，且二中心处在酶蛋白的不同亚基或同一亚基
的不同部位，即调节部位不同于催化部位；
④许多别构酶常处于代谢途径的起始部位或受控部位，代谢途径的终产
物常作为别构酶的负效应物抑制这些酶；
⑤所有的别构酶均为寡聚酶；
⑥存在同促效应和异促效应：底物分子本身对别构酶的调节作用称同促
效应；非底物分子对别构酶的调节作用称异促效应；
补充,为了区分符合米氏方程的酶和正协同效应的别构酶及负协同效应的别构酶，
Koshland建议用协同指数（ cooperativity index,CI）来鉴别不同的协同作用以及协
同的程度。 CI是指酶分子中的结合位点被底物饱和 90%和饱和 10%时底物浓度的比
值。故协同指数又称饱和比值 (Rs)。 CI=Rs=81 1/n, n为协同系数（ Hill系数），存
在下列不同的 Rs值：
典型的米氏方程酶,Rs=81；
正协同效应的别构酶,Rs＜ 81，且 Rs愈小，正协同效应愈显著；
负协同效应的别构酶,Rs＞ 81,且 Rs愈大，负协同效应愈显著；
此外，也常用 Hill系数来判断酶属于哪一种类型：米氏方程酶 n=1；正协同别
构酶 n ＞ 1；负协同别构酶 n ＜ 1；
调节酶 —— 凡能通过构象变化或亚基解聚或亚基修饰等方式来改变酶活性而对
代谢起调节作用的酶称为调节酶。
调节酶
别构酶,可逆地非共价结合，使构象改变，调节亚基发生变构或进
一步脱离催化亚基（解聚）
共价调节酶,通过其它酶对其多肽链某些基团进行可逆共价修饰，
使处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性；共价修饰主
要是磷酸化、腺苷酰化、甲基化等。如在蛋白激酶作用下发生磷
酸化，主要的蛋白激酶有蛋白激酶 A，磷酸化酶激酶，蛋白酪氨酸
激酶等；共价调节酶是寡聚酶，且在每个亚基上都含有共价修饰
的位点。
酶原激活 —— 是不可逆共价修饰，指酶前体（酶原）经过蛋白水解酶作用后释放出
肽段，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成有活性的酶。
同工酶 —— 指催化相同的化学反应，但其蛋白质的分子结构、理化性质和免疫功能
等 方面不同的一组酶，称为同工酶。 关于同工酶的几点说明：
①同工酶的产生可能是基因分化的产物，而基因分化又可能是生物进化过程中为
适应不同的代谢方式而引起的，故为适应不同的代谢方式，同工酶在不同组织或不
同细胞中分布不同，底物特异性不同和动力学特性不同，这决定了同工酶在体内的
功能是不同的，同工酶只做相同的工作，不一定有相同的功能；
②同工酶是由不同基因编码的单体亚基通过不同的比例聚合成不同的多聚体，使
得同工酶在催化同一反应时以不同的多聚体形式存在；
③同工酶是研究代谢调节、分子遗传、生物进化、个体发育、细胞分化和细胞癌
变的有力工具，在酶学、医学和生物学研究中具有重要地位。
第 6章：维生素、抗生素、激素与生物膜
?维生素
?抗生素
?激素
?生物膜
维生素
维生素 水溶性维生素 脂溶性维生素
维生素缺乏症 各种维生素构成的辅酶（辅基）及其在
酶反应中的功能
知识点
维生素（ Vitamin） —— 维生素是维持生物体正常生长发育和代谢所必需的
一类微量有机物质，不能由机体合成或合成量不足，必须靠食物供给。维生
素在生物体内的作用不同于糖类、脂类和蛋白质，它不是作为碳源、氮源或
能源物质，不是用来供能或构成生物体的组成部分，但却是代谢过程中所必
需的，即绝大多数的维生素是作为酶的辅酶或辅基的组成部分，在代谢中起
到重要作用。
维生素缺乏症 —— 由于各种维生素的生理功能不同，因而缺乏不同的维生素
将产生不同的疾病，即由于维生素缺乏而引起的疾病称为维生素缺乏症。如
缺乏维生素 A导致夜盲症，缺乏维生素 B1导致脚气病，维生素 C缺乏导致坏
血病等等。
维生素的分类 —— 维生素都是小分子有机化合物，它们在化学结构上无共同
性，有脂肪族、芳香族、脂环族、杂环和甾类化合物。通常根据维生素的溶
解性质分为脂溶性和水溶性两大类。分类如下：
维
生
素
脂溶性维生素
维生素 A（视黄醇）,包括 A1和 A2；维生素 A和 β-
胡萝卜素的结构有联系,1个 β-胡萝卜素分子可转化
为 2分子维生素 A。视网膜中的视紫红质可分解成视
蛋白和视黄醛，因而与视觉有关。
维生素 D,包括 D2和 D3，维生素 D原与胆固醇的结
构有联系；维生素 D原经紫外线照射后转化为 D2或
D3。
维生素 E（生育酚）,与生育有关，抗氧化剂作用，
缺乏导致营养性肌肉萎缩。
维生素 K,与凝血有关。
水溶性维生素
维生素 C（抗坏血酸）,人体等不能合成。
维生素 B族
维生素 B1（硫胺素）
维生素 B2（核黄素）
维生素 PP（尼克酸和尼克酰胺）：或
称烟酸和烟酰胺
泛酸
维生素 B6（吡哆醛、醇、胺）
叶酸
生物素
维生素 B12(钴胺素 )
硫辛酸
各种维生素构成的辅酶（辅基）及其主要功能
脂溶性维生素：
维生素 A(视黄醇 ) 11-顺视黄醛 视循环
维生素 D 1,25-二羟胆钙甾醇 调节钙、磷代谢
维生素 E(生育酚 ) —— 抗氧化
维生素 K —— 羧基化、氧化还原反应
水溶性维生素：
维生素 B1(硫胺素 ) 硫胺素焦磷酸（ TPP) 转醛基和 α-酮酸脱羧
维生素 B2(核黄素 ) 黄素单核苷酸（ FMN） 氧化还原反应
黄素腺嘌呤二核苷酸（ FAD） 氧化还原反应
维生素 PP(烟酸和烟酰胺 ) NAD和 NADP 氢原子（电子）转移
泛酸 辅酶 A(CoA) 转醛基
维生素 B6(吡哆醛、胺、醇 ) 磷酸吡哆醛、胺 氨基酸转氨基、脱羧
生物素 生物胞素 传递 CO2
叶酸 四氢叶酸 传递一碳单位
维生素 B12(钴胺素 ) 甲基钴胺素等 甲基化、氢原子重排
硫辛酸 硫辛酸赖氨酸 转醛基、氧化还原反应
维生素 C(抗坏血酸 ) —— 羟基化反应
类 别 辅酶、辅基或其活性形式 主要功能
抗生素
抗生素 —— 抗生素是生物在其生命活动过程中产生的一种次生代谢产物或其人工
衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动。抗生素是一类
最重要的化学治疗剂（还有抗代谢物、中草药的有效成分），第一个抗生素 ——
青霉素在上世纪 40年代问世，至今已寻找到 9千多种新的抗生素和合成过 7万多种
半合成抗生素，但其中只有 50~60种是临床上常用的抗生素。抗生素产生者包括
微生物、昆虫、寄生虫、癌细胞等多种生物。抗生素种类很多，其化学结构、作
用机制和抗菌谱各异，在医疗、农业、畜牧业等方面应用十分广泛。
抗生素的化学结构 —— 化学结构多样，如氨基酸衍生物、寡肽类、多肽类、多肽
-大环内脂类、含嘌呤或嘧啶类、糖苷类、糖苷 -大环内脂类、乙酸或丙酸衍生物、
多烯或多炔类抗生素等。
抗菌谱 —— 抗生素的作用对象有一定的范围，称之为抗菌谱。分为广谱抗生素
（如氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等 ）和窄谱抗生素（如青霉素、多粘菌
素等）。抗生素的抗菌性能具有选择性作用、选择性毒力和引起细菌的耐药性。
抗生素的作用机制 —— 抑菌或杀菌的机理：抑制细胞壁的形成、影响细胞膜的功
能、干扰蛋白质的合成、阻碍核酸的合成。
微生物的抗（耐）药性 —— 随着抗生素的广泛应用,某些病原微生物出现日益
严重的抗药现象，给疾病的治疗带来一定的困难。抗药性的原因：产生使抗生素
失效的酶、改变被抗生素作用的部位、改变细胞膜的透性等。
激素
激素 —— 是生物体内产生的，通过体液或细胞外液运送到作用部位，产生特殊激动
效应，即调节控制各种物质代谢的生理功能，并有利于多细胞的有机体统一成整体
的一类微量的有机化合物，如肾上腺素、胰岛素、甲状腺素等。
激
素
的
分
类
含氮激素,包括氨基酸衍生物类激素、多肽和蛋白质类激素。
固醇类激素,性激素、肾上腺皮质激素等。
从激素的作用机制来看，绝大部分的激素都是专一性的结合到靶细胞的受体上，
形成激素 — 受体复合物，这种复合物再激活细胞膜或细胞内的某种物质（如 G蛋
白、酪氨酸激酶等），然后产生特定信息，这种信息将促进或抑制特定的代谢过
程。目前研究表明，激素的作用机制主要有 4种：如下页图所示。
激素的分泌受到严格调控，它们通过：上级内分泌腺对下级内分泌腺的调控，
下级激素对上级激素的负反馈作用，酶的分布调节和多元调控方式在机体内有节
制的分泌，对外界刺激作出反应，使内环境保持平衡，以保证机体总是处于正常
状态。体内激素在作用后通过排泄、代谢等失活，周转十分迅速。目前发现，激
素的作用与 cAMP、基因表达、癌基因及神经传递等密切相关，故对激素的研究
进入一个新阶段。
激
素
的
作
用
机
制
（
作
用
途
径
）
膜受体通过腺苷酸环化酶作用途径,通过激活 G蛋白而激活腺苷
酸环化酶产生 cAMP。
膜受体通过钙及肌醇三磷酸作用途径,通过激活 G蛋白的一系列作
用，使磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸分解产生肌醇三磷酸，打开 Ca2+通
道，释放的 Ca2+与钙调蛋白结合，激活钙调蛋白。
受体的酪氨酸激酶途径,受体本身含酪氨酸激酶，使受体本身
的酪氨酸残基磷酸化，并进一步促进酪氨酸激酶的活性。
固醇类激素受体调节基因转录速度,激素作用于细胞核中的受体
蛋白，形成对转录起增强作用的转录增强物，是特定基因转录增
强。
目前，在植物及昆虫中也发现了一些激素，利用这些激素，可以研制一些植物
生长调节剂和杀虫剂。
生物膜
生物膜 —— 细胞的外周膜（质膜）和内膜系统统称为生物膜。生物膜结构是细
胞结构的一种基本形式。生物膜具有多种功能，如物质运送、能量转换、细胞
识别、信息传递、神经传导、代谢调控以及药物作用、肿瘤发生等等都与生物
膜有关。
生物膜的结构 —— 主要由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂）和糖类组成。
生物膜的主要组分（蛋白质、脂质、糖类）在膜两侧的分布都是不对称的，这
对于膜功能的表现是必要的。生物膜在一般条件下都呈脂双层结构，但在某些
生理条件下（如细胞的胞吞与胞吐、细胞融合、蛋白质跨膜运输等）有可能出
现非脂双层结构，这称为膜脂的多态性。生物膜的流动性是生物膜结构的主要
特征，它包括膜脂和膜蛋白的运动。磷脂的运动方式多样，膜蛋白的运动可分
分为侧向扩散和旋转扩散。关于生物膜分子结构模型有多种，其中“流体镶嵌”
模型得到广泛认可。生物膜中分子间作用力主要有静电力、疏水作用、范德华
力。
膜蛋白
膜周边蛋白质：能溶于水，较易分离
膜内在蛋白质：不溶于水，需用剧烈方法分离
膜蛋白约占细胞蛋白的 1/4。其中 70%~80%为膜内在蛋白（如受体、离子通道、
离子泵、膜酶、运送载体等）。
第七章：代谢概况、生物能学、物质运输
?代谢概况
?生物能学
?物质运输
代谢概况
新陈代谢（代谢） —— 是生物体内一切化学变化的总称，是生命活动的重
要特征之一。代谢是由多酶体系协同作用的化学反应网络。代谢的基本要
略是形成 ATP、还原力和构造单元。代谢可分为分解代谢和合成代谢，也可
分为物质代谢和能量代谢。
两用代谢途径 —— 分解代谢和合成代谢可以共同利用的代谢环节称为两用
代谢途径。如柠檬酸循环是典型的两用代谢途径，即氨基酸分解代谢的产
物如草酰乙酸,α-酮戊二酸又是柠檬酸循环中的中间物，这些中间物又可用
来合成氨基酸。
代谢中间物 —— 在代谢过程中连续转变着的酶促产物称为代谢中间物。代
谢过程中的个别步骤、个别环节称为中间代谢。各种物质在体内经过代谢
最终都转变为终产物。
自由能 —— 能够用以做功的能量称为自由能。生物体的一切生命活动都需
要能量，如果没有能量来源，生命即停止。太阳能是所有生物最根本的能
量来源。机体利用自由能做功是在常温常压下进行的。机体内捕获和储存
自由能的分子是 ATP。机体在分解代谢中产生自由能的过程大致可分为 3个
阶段：第一阶段，由营养物的大分子如淀粉、蛋白质、脂肪等分解成较小
的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等；第二阶段，小分子进一步转变为少
数几种共同物质如乙酰辅酶 A等；第三阶段，由柠檬酸循环（产生 NADH和
FADH2）和氧化磷酸化产生大量的 ATP，这是产能的主要阶段。
ATP（腺苷三磷酸） —— 是生物体最重要的传递能量的分子，是生物体内能量流通的
“货币”。 ATP不断地处于动态平衡的周转之中（ ADP和 AMP）,ATP提供的能量主要用
于：生物合成、肌肉收缩、营养物质的逆浓度跨膜运输等。在生物体中，能够提供能量
的核苷酸分子除 ATP外，还有 GTP,UTP,CTP等。所有的核苷三磷酸的高能磷酸基都由
ATP转移而来。
NAD+（辅酶 Ⅰ ）,NADP+（辅酶 Ⅱ ） —— 营养物在分解代谢中释放的化学能，
除用于合成 ATP外，还可以以氢原子和电子的形式将将自由能转移给生物合成
的需能反应。具有高能的氢原子是由脱氢酶催化的脱氢反应产生的，脱氢酶将
脱下的高能氢和电子传递给 NAD+（辅酶 Ⅰ ）和 NADP+（辅酶 Ⅱ ），形成 NADH
和 NADPH，其中 NADPH是生物合成的主要还原力。而 NADH可通过电子传递
再氧化并释放大量的自由能而合成 ATP。此外,FMN和 FAD都能接受两个氢原
子和两个电子，在电子传递链中起到传递氢原子和电子的作用。
生化反应的机制 —— 4类反应机制，即基团转移反应（如转醛基、转酮基、转
酰基、转糖基、转磷酰基等），氧化还原反应（电子的得失），消除、异构化
和重排反应，碳 -碳键的形成或断裂反应（亲核体进攻亲电体）。
亲核体 —— 富电子的化合物称为亲核体，它带负电荷，即带有未共用的电子对，
与缺电子中心很易形成共价键。常见的亲核基团有：氨基、羟基、咪唑基及巯
基等。
亲电体 —— 缺电子的化合物称为亲电体。常见有,H+、金属离子、羰基碳原子等。
生物体内的代谢有着完整精密的调节机制如酶的活性调节，神经和激素的调节等等，代
谢的研究方法有多种多样,在测定中最为常用的手段是同位素示踪法。而核磁共正振波
谱法是新型的研究方法。
生物能学
内能 焓 燃烧热 熵 自由能变化 标准自
由能变化 标准生成自由能 化学反应与自由能关
系 高能磷酸化合物 能荷
内能 —— 指体系内部质点能量的总和，通常用 U或 E表示。体系内部各质点的能
量与体系的状态有关，因此，内能是体系状态的函数。如果体系的状态确定，内
能就成为某一个固定值。
焓（ H） —— 指一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和。焓也是
体系的一个状态函数。△ H= △ U + △ PV ；
熵（ S） —— 一个体系中能量分散的程度是该体系中大量质点进行的各种运动综
合表现出来的一种宏观性质，这种性质可以用一种状态函数来表示，它代表着体
系能量分散的程度，这个状态函数称之为熵。 △ S（总） = △ S（体系） + △ S
（环境）；
当△ S（总） =0时，体系所进行的过程是是可逆的，此时体现处于平衡状态；当
△ S（总）＞ 0时，体系发生的过程是自发进行的，且是不可逆的。
用熵作为衡量一个生物化学过程是否能够自发进行是困难的，必须要知道环境熵
变和体系熵变。
知识点
自由能变化的计算公式 Ⅰ, △ G=△ H－ T△ S；
标准自由能变化（ △ G0） —— 在标准条件下发生的化学反应的自由能变化
即为标准自由能变化，标准条件指反应的温度位 25℃,即 298K，大气压为
101,325Pa (1atm)，且反应物和生成物的浓度均为 1mol/L。对于生物化学反应，
标准条件还要求 pH=7，此时的标准自由能变化用△ G0’；
△ G与△ G0 的区别 —— △ G 0 是在特定条件下一个化学反应的常数，所以每
一个化学反应都有其特定的标准自由能变化； △ G是某一个化学反应随反应
条件如反应物浓度、反应温度和 pH而改变的自由能变化，它是不确定的。当
判断某一个化学反应能否自发进行时，只能根据其△ G而不是根据△ G 0进行
判断。当△ G＜ 0时，说明有自由能释放，自由能是降低的，反应能自发进行；
当△ G ＞ 0时，说明需要环境提供自由能，此时反应不能自发进行；当△ G =0
时，没有自由能的变化，此时反应处于平衡状态。
自由能变化的计算公式 Ⅱ,
△ G= △ G 0 ＋ RTln（［ C］ c［ D］ d/［ A］ a［ B ］ b ）
对于生物化学反应，则有：
△ G= △ G0’＋ RTln（［ C］ c［ D］ d/［ A］ a［ B ］ b ）
用 K’eq = ［ C］ c［ D］ d/［ A］ a［ B ］ b
当反应达到平衡时,△ G=0，所以可以推出△ G0’的计算式如下：
△ G 0’ =－ 2.303RTlg K’eq
标准生成自由能 —— 由处于标准状态的最稳定单质合成标准状态的当量化合物
时，其标准自由能的变化值即为标准生成自由能，用△ G 0 f表示；规定在一大
气压下，一定温度时，最稳定单质的标准自由能为零，这样，在标准状态下，
由稳定单质生成 1mol纯化合物的△ G 0 就等于该化合物的标准生成自由能。化学
反应的标准自由能变化等于反应产物的标准生成自由能的总和减去反应物的标
准生成自由能的总和。
高能磷酸化合物 —— 机体内许多磷酸化合物，当其磷酰基水解时释放出大量的
自由能，这类化合物称高能磷酸化合物。高能磷酸化合物的共同特点是具有容
易水解的活泼键。高能键通常用,~”表示。常见的高能磷酸化合物有,1,3-二
磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、焦磷酸,ATP,ADP、磷酸精氨酸、磷酸肌
酸等。其它的非磷酸型的高能化合物还有：酰基辅酶 A,S-腺苷甲硫氨酸等。
能荷 —— 细胞所处的能量状态用 ATP,ADP,AMP之间的关系来表示，称为能
荷。能荷的公式如下：
能荷 =（［ ATP］＋ 1/2［ ADP］） /（［ ATP］＋［ ADP］＋［ AMP］）
能荷是细胞所处能量状态的一个指标，能荷值在 0~1之间变动，高能荷对 ATP的
生成有抑制作用，但可促进 ATP的使用。能荷也表明细胞内 ATP的产生和利用
处于一个相对稳定的平衡状态。
第 8章：糖酵解（重点）
糖酵解的步骤（ 10步反应 10种酶） 净生成 ATP 净生成
NADH 丙酮酸去路 糖酵解的调节（关键酶与限速
酶）
知识点
糖酵解 —— 葡萄糖在无氧条件下转变为丙酮酸所经历的一
系列反应，在此过程中净生成 2个 ATP。糖酵解过程是生物
最古老、最原始的获取能量的一种方式，是生物体共同经
历的途径。酵解过程产生的丙酮酸在无氧条件下由 NADH
还原，由乳酸脱氢酶催化为乳酸，称为乳酸发酵。将丙酮
酸脱羧形成乙醇的过程称为乙醇发酵（丙酮酸脱羧酶、乙
醇脱氢酶催化）。
糖酵解的步骤 —— 经过 10步反应 10种酶催化。全部在细胞
溶胶中进行。反应分 2个阶段进行：第一阶段为耗能的准备
阶段；第二阶段为放能的收入阶段。
葡萄糖
6-磷酸 -葡萄糖
6-磷酸 -果糖
1,6-二磷酸 -果糖
磷酸二羟丙酮 3-磷酸 -甘油醛
第
一
阶
段
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
第
二
阶
段
己糖激酶
磷酸葡萄糖异构酶
磷酸果糖激酶
醛缩酶磷酸丙糖异构酶
磷酸甘油醛脱氢酶
磷酸甘油酸激酶
磷酸甘油酸变位酶
烯醇化酶
丙酮酸激酶
净生成 ATP的计算：
消耗 ATP=2个（ G 6-P-G ； 6-P-F 1,6-2P-F）；
生成 ATP=2× 1＋ 2× 1=4个（ 1,3-二磷酸甘油酸 3-
磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸）即底物水平磷酸
化； 净生成 ATP=4－ 2=2个
产生 NADH=2 × 1（ 3-磷酸甘油醛 1,3-磷酸甘油酸）
丙酮酸的去路：
①丙酮酸脱氢酶系作用下，形成乙酰 -CoA；
②丙酮酸羧化酶作用下，形成草酰乙酸；
③乳酸脱氢酶作用下，生成乳酸；
④丙酮酸脱羧酶及乙醇脱氢酶作用下，生成乙醇；
其中③和 ④是在无氧条件下糖酵解继续进行的反应，使 NADH
在被氧化为 NAD+。
糖酵解的调节：
磷酸果糖激酶 催化的反应是糖酵解的限速步骤，该酶受
ATP和柠檬酸的抑制，受 AMP和 2,6-二磷酸 -果糖激活。如
果磷酸果糖激酶受到抑制，则使 6-磷酸 -果糖浓度增加，也必
然使 6-磷酸 -葡萄糖积累。
己糖激酶 受 6-磷酸 -葡萄糖抑制。
丙酮酸激酶 受 ATP和丙氨酸抑制，受 1,6-二磷酸 -果糖激活。
该酶的活性受磷酸化的调节，去磷酸化为其活性形式。
在糖酵解的 10步反应中，有 5步反应的△ G0’＞ 0，即反应
是吸能的，这 5步反应是可逆的（磷酸葡萄糖异构酶、醛缩
酶、磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶、烯醇化酶）；
葡萄糖分子的第 3,4位碳原子形成了 2分子 3-磷酸甘油醛的
醛基碳原子，葡萄糖分子的第 1,6位碳原子形成了 3-磷酸甘
油醛的第 3位碳原子，第 2,5位碳原子形成 3-磷酸甘油醛的第
2位碳原子。
第 9章：三羧酸循环（柠檬酸循环）重点
氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶系 三羧酸循
环的步骤 三羧酸循环中的酶 三羧酸循
环总结算 三羧酸循环调控 碳原子示踪
知识点
葡萄糖的分解代谢 —— 葡萄糖在无氧条件下进行糖酵解，形
成丙酮酸，丙酮酸在无氧条件下进行乳酸发酵或乙醇发酵；
在有氧条件下，丙酮酸进行氧化分解，最后形成 CO2和 H2O。
这个途径包括两个阶段,柠檬酸循环和氧化磷酸化,即丙酮
酸通过柠檬酸循环进行脱羧和脱氢反应形成 CO2,NADH和
FADH2；氢原子（ 以 NADH和 FADH2形式 ）则随着电子载体
进入电子传递链经过氧化磷酸化作用形成 H2O并合成 ATP。
三羧酸循环 —— 在循环的一系列反应中，关键的化合物是柠
檬酸，因为它有三个羧基，故称为三羧酸循环，又称柠檬酸
循环，简称 TCA循环。又称 Krebs循环。柠檬酸循环是糖类、
脂类和氨基酸代谢的共同途径。柠檬酸循环的中间物是许多
生物合成的前体。柠檬酸循环是典型的两用代谢途径。
丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段，（即形成乙酰 -CoA） —
— 在丙酮酸、辅酶 A和 NAD+的参与下，由丙酮酸脱氢酶系催
化进行 氧化脱羧,即进行氧化还原反应和脱羧反应，生成 CO2、
NADH和乙酰 -CoA。丙酮酸脱氢酶系参加反应的辅助因子有 5
种,CoA,NAD+,TPP,FAD和硫辛酰胺。
丙酮酸脱氢酶系（多酶复合体） —— 该酶系包括 3种酶：丙酮
酸脱氢酶组分（氧化脱羧）、二氢硫辛酰转乙酰基酶（将乙
酰基转移到 CoA ）和二氢硫辛酸脱氢酶（将还原型硫辛酰胺
转变为氧化型）。多酶复合体的优越性在于所有的中间产物
都不需要离开酶的复合体，所有的反应都在严密的体系中有
序的进行。
柠檬酸循环的步骤 —— 8步反应 8种酶。见下页：
乙酰 -CoA
柠檬酸
顺乌头酸
异柠檬酸
草酰琥珀酸
α-酮戊二酸
琥珀酰 -CoA
琥珀酸
延胡索酸
苹果酸
草酰乙酸
柠檬酸合成酶
（缩合）
异柠檬酸脱氢酶
（氧化脱羧）
顺乌头酸酶（脱水）
顺乌头酸酶
（水化）
α-酮戊二酸脱氢酶系
（氧化脱羧）
琥珀酰 -CoA合成酶
（底物水平磷酸化）
琥珀酸脱氢酶
（氧化）
延胡索酸酶
（加水）
苹果酸脱氢酶
（氧化）
NADH
CO2
NADH CO2GTP
FADH2
NADH
H2O
H2O
H2O
H2O
α- 酮戊二酸脱氢酶系 —— 由 3种酶构成,α-酮戊二酸
脱氢酶（ E1）、二氢硫辛酰转琥珀酰酶 (E2)、二氢硫
辛酸脱氢酶 (E3)，该酶催化的反应需 6种辅助因子：
硫辛酸,TPP,CoA,FAD,NAD+,Mg2+。
三羧酸循环的实质 —— 是乙酰 -CoA的氧化分解，形
成 CO2,NADH和 FADH2。在三羧酸循环中，每个中
间物都将被消耗而又被重新形成。因此，单独进行三
羧酸循环时，不会发生任一中间物的净合成或净降解；
三羧酸循环中间物的净合成需要环外酶丙酮酸羧化酶
或氨基酸分解形成的三羧酸循环中间物来补充。三羧
酸循环净降解也需要环外酶草酰乙酸脱羧酶，若缺乏
此酶，则生糖氨基酸分解形成的三羧酸循环中间物将
不能发生净降解，这将大大损害蛋白质的供能。
三羧酸循环的总结算,每次循环，加入 1个乙酰 -CoA，
生成 3个 NADH,1个 FADH2和 1个 GTP。同时脱去 2个
CO2，消耗 2个 H2O。
1个乙酰 -CoA每次循环最终产生 ATP（经过电子传递氧
化磷酸化）, 3× 2.5＋ 1× 1.5＋ 1＝ 10个 ATP；
若从丙酮酸出发计算，产生 ATP＝ 1× 2.5＋ 3× 2.5＋
1× 1.5＋ 1 ＝ 12.5
若从葡萄糖出发计算，产生 ATP ＝ 2 ＋ 2 × 2.5 ＋ 2
× (1× 2.5＋ 3× 2.5＋ 1× 1.5＋ 1 ) ＝ 32
柠檬酸循环共有 4次氧化反应。每一次循环都纳入 1个乙
酰 -CoA分子，即两个碳原子进入循环，又有两个碳原
子以 CO2的形式离开循环，但离开循环的两个碳原子并
不是刚刚进入循环的那两个碳原子（而是原来在草酰乙
酸分子上的羧基），新加入的两个碳原子在形成草酰乙
酸后逐步脱去。在柠檬酸循环中虽然没有 O2分子直接
参加反应，但柠檬酸循环只能在有氧条件下进行。因为
柠檬酸循环产生的 3个 NADH和 1个 FADH2只能通过电子
传递链与 O2分子结合再氧化。
琥珀酸脱氢酶 是柠檬酸循环中唯一嵌入线粒体内膜中的酶，其
它酶都处于线粒体基质中。
三羧酸循环的调控 —— 关键酶是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢
酶和 α- 酮戊二酸脱氢酶。其中柠檬酸合成酶是柠檬酸循环的
限速酶。最关键的物质是乙酰 -CoA、草酰乙酸和产物 NADH。
产物抑制,如乙酰 -CoA和 NADH反馈抑制丙酮酸脱氢酶系；
柠檬酸反馈抑制柠檬酸合成酶；
琥珀酰 -CoA和 NADH反馈抑制 α- 酮戊二酸脱氢酶
竞争性抑制,琥珀酰 -CoA 是乙酰 -CoA结构类似物，竞争性抑
制柠檬酸合成酶；
Ca2+和 ADP的激活作用与 ATP的抑制作用。
柠檬酸循环的填补反应 —— 丙酮酸羧化反应。需 CO2ATP和丙
酮酸羧化酶。
氧化磷酸化 氧化还原电势 标准电势
电子传递链 (呼吸链 ) 电子载体 氧化磷
酸化的作用机制 氧化磷酸化的解偶联和
抑制
第 10章：电子传递与氧化磷酸化（重点）
知识点
生物氧化 —— 有机分子在细胞内氧化分解成二氧化碳和水
并释放出能量形成 ATP的过程统称为生物氧化，其实质是
需氧细胞在呼吸作用中发生的一系列氧化还原反应，即细
胞氧化或细胞呼吸。生物氧化的特点：体温条件下进行，
酶促反应，逐步氧化并释放能量；在氧化过程中产生的能
量一般都储存在 ATP中。
氧化磷酸化 —— 指 NADH和 FADH2上的电子通过一系列电
子传递载体传递给 O2，伴随 NADH和 FADH2的再氧化，并
将释放的能量使 ADP磷酸化形成 ATP的过程（即氧化与磷
酸化发生偶联 ） 。
氧化还原反应 —— 凡是反应中有电子从一种物质转移到另一种物质的化
学反应称为氧化还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反应。
氧化还原电势 —— 还原剂失掉电子或氧化剂得到电子的倾向称氧化还原
电势。
标准电势 —— 任何的氧化 -还原物质即氧还电对都有其特定的电动势，称
标准电势。用 E0’或 ε0表示。氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电
子。例如，异柠檬酸 /α-酮戊二酸 +CO2电对在浓度均为 1.0mol/L时，其标
准电势为 -0.38V，这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对
NADH/NAD+，因为其标准电势为 -0.32V。
电子传递与氧化磷酸化的实质 —— 需氧细胞内糖类、脂类、
蛋白质等通过各自的分解途径所形成的还原型辅酶，包括
NADH和 FADH2通过电子传递链被重新氧化。还原型辅酶上
的氢原子以质子的形式脱下，其电子沿着一系列的电子载体
传递，最后转移给分子氧。而质子和负离子型氧结合成水。
在电子传递过程中释放出的大量自由能使 ADP磷酸化生成
ATP。在传递过程中，电子的传递仅发生在相邻的电子载体
之间，它的传递方向每个电子所具有的电化学势能的大小。
即电子的流动方向总是由电负性较低的氧还电对流向更强电
正性的氧还电对。电子从电负性流向电正性是伴随着自由能
的降低，其标准自由能变化的计算公式为,
△ G0’=-nF△ E0’
n为转移电子数,F为法拉第常数 =23062cal/Vmol,△ E0’为标准电势变
化。利用此公式可以计算出电子传递链中每一步电子传递的自由能变化。
在电子传递过程中伴随有质子的释放和结合，通过这种方式
使质子能定向移动，并通过质子的跨膜电势来推动 ATP的合
成。
电子传递链 —— 电子从 NADH或 FADH2传递到 O2所经过的
途径称为电子传递链，或称呼吸链。电子传递链由蛋白质复
合体构成。 电子传递链存在于真核细胞的线粒体内膜上，存
在于原核细胞的质膜上 。电子传递酶复合体的辅基有：黄素
类、铁硫中心、血红素和铜离子，这些辅基都是电子载体，
电子传递通过这些辅基来完成。电子传递链图解如下：
细胞色素还原酶
细胞色素 c
细胞色素氧化酶
O2
NADH-Q
还原酶 FADH2
琥珀酸 -Q
还原酶NADH
辅酶 QFMN,Fe-S FAD,Fe-S
血红素 b-562
血红素 b-566
血红素 c1
血红素 a
血红素 a3
CuA和 CuB
Fe-S
电子传递的具体过程 —— NADH脱下 2个电子（同时有 2个质
子） FMN、形成 FMNH2 Fe-S Q,形成 QH2
细胞色素还原酶 Fe-S 细胞色素 c 细胞色素
氧化酶 Cu 1/2O2
2个 QH2使 2个细胞色素 c 还原，同时又生成 1个 QH2。
质子泵与产能 —— 在 NADH-Q还原酶、细胞色素还原酶和
细胞色素氧化酶的催化反应中，可使质子由线粒体内膜泵
入线粒体内外膜间隙，所以这三个酶都是质子泵，并推动
ATP的形成。而琥珀酸 -Q还原酶不是质子泵，不能形成 ATP。
一对电子流经 NADH-Q还原酶产生 1个 ATP，流经细胞
色素还原酶产生 0.5个 ATP，流经细胞色素氧化酶产生 1个
ATP，故一个 NADH分子通过氧化磷酸化形成 2.5个 ATP,1
个 FADH2只形成 1.5个 ATP。
氧化磷酸化的解偶联和抑制 —— 见下图
氧
化
磷
酸
化
的
影
响
方
式
解偶联剂,只抑制 ATP的形成，不抑制电子传递过
程，使电子传递产生的自由能变为热能。如 2,4-二
硝基苯酚。对底物水平磷酸化没有影响。
氧化磷酸化抑制剂,即抑制电子传递又抑制 ATP的
形成，它通过直接干扰 ATP的形成，结果也使电子
传递不能进行。所以它并不直接抑制电子传递链上
的载体。如寡霉素。
离子载体抑制剂,能与某些除质子以外的 1价阳
离子结合并作为它们的载体来增加线粒体内膜对
1价阳离子的通透性而破坏氧化磷酸化过程。如
颉氨霉素。
电子传递的抑制剂 —— 能够中断呼吸链中某部位电子传递的
物质称电子传递抑制剂。利用专一性电子传递抑制剂选择性
地阻断呼吸链中某个传递步骤，在测定链中各组分的氧化 -还
原态情况，是研究电子传递链顺序的重要方法。抑制部位见
下图：
NADH NADH-Q还原酶 （ 鱼藤酮、安密妥 ）
QH2 （抗霉素 A ） 细胞色素 c1 细胞色素 c
细胞色素氧化酶 （ CN-,N3-,CO ） O2
线粒体的结构 —— 普遍存在于动植物细胞内，呈球状、棒
状、线状等，是需氧细胞产生 ATP的主要部位。在细胞中
的数目可达数百到数千。线粒体有两层膜：外膜和内膜，
中间为膜间隙，线粒体内部为基质。内膜向基质内折叠为
嵴，嵴的存在大大增加了内膜的面积。内膜是细胞溶胶和
线粒体基质间的主要屏障。膜间隙通过外膜与细胞溶液相
接触。线粒体内膜的功能有 3个方面：第一方面是丙酮酸
和脂肪酸氧化为 CO2，同时使 NAD+,FAD还原为 NADH
和 FADH2，这发生在线粒体基质或面向基质的内膜蛋白质
上；第二方面是电子从 NADH和 FADH2传至线粒体内膜上，
并同时形成跨膜质子泵；第三方面是将储存在电化学质子
梯度的能量由内膜上的 ATP合成酶（ F0F1ATPase） 合成
ATP。
穿梭途径 —— 细胞溶胶中的 NADH（如糖酵解产生的）
不能透过线粒体内膜进入线粒体在氧化，必须通过 3-磷
酸甘油或苹果酸 -天冬氨酸（心脏和肝脏）穿梭途径将电
子（质子）转移给线粒体基质中的 FAD(前者 )或
NAD+(后者 )，形成 FADH2或 NADH再氧化。见 P139页
图。
氧化磷酸化的作用机制 —— 包括 ATP合成部位、能量偶
联假说,质子梯度（质子泵）,ATP合成酶（ F0F1-
ATPase）。
ATP合成部位,第 1个部位是 NADH-Q还原酶将
NADH上的电子传递给 CoQ的过程；第 2个部位是细胞色
素还原酶将电子由 CoQ传递给细胞色素 c的过程；第 3个
部位是细胞色素氧化酶将电子从细胞色素 c传递给氧的
过程。
能量偶联假说,氧化磷酸化作用与电子传递相偶联的方式
是怎样的？提出的假说有：化学偶联假说、构象偶联假说、
化学渗透假说等。
质子梯度,线粒体内膜外的 pH低于基质中 pH，故质子从线
粒体基质逆质子梯度转移到膜外是一个吸（需）能过程 。
此能量是由酶促反应中释放的自由能将质子从线粒体内膜
基质泵出线粒体内膜而 进入内外膜间隙，于是产生质子梯
度，而这种质子梯度将驱动 ATP合成酶合成 ATP，即电子流
通过酶复合体 Ⅰ, Ⅲ, Ⅳ 将质子从线粒体内膜基质侧泵出
到细胞溶胶侧。由 pH梯度和膜电势构成质子动力。当质子
从细胞溶胶侧经 ATP合成酶流回到线粒体基质时，通过 ATP
合成酶的质子流产生驱动力使 ADP和 Pi合成 ATP。
ATP合成酶,含有 F0和 F1单位，质子流回基质通过 F0通道，
而 ATP的合成部位在 F1。与 ATP合成酶紧密结合着的 ATP分
子在质子流经该酶时被释放出来。
呼吸控制 —— ATP/ADP之比对电子传递和氧化磷酸化起重
要调控作用，其中 ADP对氧化磷酸化的调控作用 称为呼吸
控制。
葡萄糖氧化生成 ATP的总结算,32个和 30个 ATP。
第 11章,HMP途径、糖异生、乙醛酸途径（重点）
HMP途径 糖异生 乙醛酸循环
HMP途径（发生在细胞溶胶中） —— 称戊糖磷酸途径或戊糖
磷酸循环等，是糖类的第二条重要代谢途径，即葡萄糖分解
的另外一种机制。这种途径存在于细胞溶胶中，广泛存在于
动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，发生在中，
起始物为 6-磷酸 -葡萄糖，经过氧化分解后产生磷酸戊糖、
CO2,NADPH和 Pi等。该途径分为 2个阶段：氧化阶段和非
氧化阶段。该途径的核心反应为：
6-磷酸 -葡萄糖 + 2NADP+ + H2O 5-磷酸 -核糖
+ 2NADPH + 2H+ +CO2
HMP反应途径图解如下：
HMP途径
6-磷酸 -葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸 -δ-内酯
6-磷酸葡萄糖酸
5-磷酸 -核酮糖
6
6
6
6
5-磷酸 -核糖2 5-磷酸 -木酮糖 5-磷酸 -木酮糖2 2
7-磷酸 -景天庚酮糖 3-磷酸 -甘油醛2 2
6-磷酸 -果糖 4-磷酸 -赤藓糖2 2
+ +
+
+
6-磷酸 -果糖2 3-磷酸 -甘油醛+ 26-磷酸 -葡萄糖4
6-磷酸
葡萄糖
氧
化
阶
段
1
NADPH
NADPH
6
6 CO26
Pi1
H+6
H+6
+
+
非
氧
化
阶
段
HO26
在氧化阶段的关键酶是 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,在非氧化阶段的
关键酶是转酮（醇）酶，木酮糖的 C3位的羟基位置能适合转
酮醇酶的要求，而核酮糖 C3位的羟基位置不能适合转酮醇酶
的要求 。
HMP途径结算,6个 6-P-G进入 HMP途径，消耗 6个 H2O,再
生 5个 6-P-G,6个 CO2,12个 NADPH,12个 H+,1个磷酸。假
如 每分子 6-磷酸 -葡萄糖通过 HMP途径如果完全氧化为 CO2，
则可形成 12分子 NADPH。
HMP途径的重要意义,是细胞产生还原力 NADPH的主要途径；
是细胞内不同结构糖分子的重要来源，并为各种单糖的相互转
变提供条件。
一般情况下，机体对 5-磷酸 -核糖的需要量远不及对 NADPH
的需要量，于是借助转酮基和转醛基作用将 5-磷酸 -核糖转变
为 6-磷酸 -果糖和 3-磷酸 -甘油醛，从而使 HMP途径与糖酵解连
接起来。
当机体对 5-磷酸 -核糖的需要量超过对 NADPH的需要时，
这时 6-磷酸 -葡萄糖通过糖酵解转变为 6-磷酸 -果糖和 3-磷酸
甘油醛，在这种情况下,6-磷酸 -果糖和 3-磷酸甘油醛在转
酮酶和转醛酶将 2分子 6-磷酸 -果糖和 1分子 3-磷酸 -甘油醛通
过反方向 HMP途径转变为 3分子 5-磷酸 -核糖而不通过 HMP
途径 产生 NADPH；
当机体对 5-磷酸 -核糖的需要量远不及对 NADPH的需要量
时,氧化阶段形成的 5-磷酸 -核糖可通过 6-磷酸 -果糖和 3-磷
酸 -甘油醛而进入糖酵解转变为丙酮酸, 即 6-磷酸 -葡萄糖的
6个碳原子中有 5个碳原子参与形成丙酮酸分子，并且产生
ATP和 NADPH。总之，通过 HMP途径和糖酵解之间的穿
插作用，使得机体内的 NADPH,ATP,5-磷酸 -核糖和丙酮
酸等物质可以根据需要而保持合理的水平。
HMP途径调控,限速酶是 6-磷酸 -葡萄糖脱氢酶，最重要的
调控因子是 NADP+。
糖异生 —— 指以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。非糖物
质包括乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油及氨基酸等。糖异生对于人
类及动物而言是绝对必要的途径。在细胞溶胶中进行 。
糖异生与糖酵解的关系 —— 糖异生作用并不是糖酵解的直接逆
反应。因为糖酵解中有重要的 3步反应是不可逆的，即：己糖
激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应，对于这 3步反
应的可逆反应必须采取迂回措施进行。
迂回措施之一,丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸；
迂回措施之二,1,6-二磷酸 -果糖在果糖 -1,6-二磷酸酶催化
下形成 6-磷酸 -果糖；
迂回措施之三,6-磷酸 -葡萄糖在葡萄糖 -6-磷酸酶作用下形成
葡萄糖。（脑和肌肉中不存在此酶，故不能利用 6-磷酸 -葡萄糖
形成葡萄糖。）
糖异生途径总览：见下图。
糖异生
丙酮酸乳酸 氨基酸
草酰乙酸
磷酸烯醇式丙酮酸
2-磷酸 -甘油酸
3-磷酸 -甘油酸
1,3-二磷酸 -甘油酸
3-磷酸 -甘油醛 磷酸二羟丙酮 甘油
1,6-二磷酸 -果糖
6-磷酸 -果糖
6-磷酸 -葡萄糖
葡萄糖
丙酮酸
羧化酶
果糖 -1,6
二磷酸酶
葡萄糖 -6
-磷酸酶
磷酸烯醇式
丙酮酸羧激酶
糖异生能量结算,2个丙酮酸形成 1个葡萄糖, 需消耗 4个
ATP,2个 GTP,扣除糖酵解净生成的 2个 ATP,需消耗 4个额外
的高能键 。
糖异生调节：
ATP,柠檬酸抑制磷酸果糖激酶, 柠檬酸激活果糖 -1,6-
二磷酸酶；
在饥饿时, 血糖含量下降, 刺激血液中胰高血糖素升高,
启动 cAMP级联反应, 导致果糖 -6-磷酸不能转变为果糖 -2，
6-二磷酸, 而果糖 -2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶有强烈激活
作用, 故果糖 -2,6-二磷酸水平降低, 导致糖酵解下降而糖
异生提高；
在饱食时, 血糖升高, 血中胰岛素升高, 果糖 -2,6-二磷
酸水平升高, 加速糖酵解而糖异生受抑制 。
丙酮酸激酶受高浓度 ATP和丙氨酸抑制，受果糖 -1,6-二磷
酸激活；丙酮酸羧化酶受乙酰 -CoA激活，受 ADP抑制；
乙醛酸循环：（只存在于植物和微生物中） 线粒体中的草酰
乙酸通过转变为天冬氨酸跨出线粒体膜，并进入 乙醛酸循环
体, 又变为草酰乙酸，然后与乙酰 -CoA反应生成异柠檬酸，
在异柠檬酸裂合酶作用下，生成乙醛酸（来自乙酰 -CoA）和
琥珀酸（来自草酰乙酸），琥珀酸进入线粒体进行三羧酸循
环又生成草酰乙酸，而乙醛酸与另一分子乙酰 -CoA生成苹果
酸，苹果酸进入细胞溶胶形成草酰乙酸，草酰乙酸可进行糖
异生 。 图解见 160页。
所以,乙醛酸循环的实质 是 2分子乙酰 -CoA生成 1分子草酰乙酸。在
此过程中，还形成 2分子 NADH和 1分子 FADH2。
乙醛酸循环
第 12章：寡糖、糖原的分解与合成（次重点）
寡糖合成 糖蛋白合成 糖原代谢基本内容
寡糖合成概况 —— 寡糖由单糖以糖苷键连接而成，种类很
多，其组成成分有：甘露糖、葡萄糖、果糖、半乳糖,N-乙
酰葡糖胺,N-乙酰半乳糖胺,N-乙酰胞壁酸,N-乙酰神经
氨酸等。糖苷键的形成在生理条件下需要提供能量。 能量主
要是用来形成活化形式的 NDP-糖分子,参与转移单糖的核
苷酸有 UDP,GDP（ Man,Fuc）,CMP（ Sia）。糖分子异
头碳上的核苷酸基团很容易离开糖分子，以促进与第二个糖
分子形成糖苷键。以糖苷键相连的最简单的典型寡糖是乳糖。
乳糖由半乳糖和葡萄糖以 β-1,4-糖苷键相连。反应如下：
UDP-Glc + Gal-1-P UDP-Gal + Glc-1-P
UDP-Gal + Glc 乳糖 +UDP
重要的糖
单糖,甘油醛, D-核糖,Glc, Gal,Fru,GlcUA
GlcA, Fuc,GlcNAc,MurNAc、
NeuNAc, Sia
寡糖,蔗糖、乳糖、麦芽糖
多糖,
同 多糖,淀粉、纤维素、糖原、几丁质
糖胺聚糖（透明质酸等）,蛋白聚糖
杂 多糖：
细菌多糖（肽聚糖等）
糖蛋白,糖肽键（ N,O型）；糖链（寡糖链，具重要功能）
-
Man
乳糖不耐症 —— 几乎所有的婴儿和幼儿都能消化乳糖，但
到青年或成年后，由于小肠细胞中乳糖酶活性大部分或全部
消失，致使乳糖不能被消化或完全被消化，也不能被小肠吸
收，且在大肠内乳糖被细菌转变为有毒物质，出现腹胀、恶
心等症状，临床称 乳糖不耐症 。
糖蛋白合成
糖蛋白合成 —— 糖蛋白是多肽链与寡糖分子相结合的重要
物质。 以 N-糖苷键相连的糖蛋白中, 其寡糖组分通过 N-糖
苷键与蛋白质的 Asn-X-Ser/Thr序列片段中的 Asn相连； 以 O-
糖苷键连接的糖蛋白,其寡糖以 O-糖苷键连接到多肽链的
Ser或 Thr或 5-羟赖氨酸上（胶原蛋白形成的糖蛋白）。 N-连
糖链的合成开始于内质网，且与肽链的合成同时进行：即
先形成寡糖前体（寡糖核心：长醇 ·焦磷酸 ·寡糖），然后转
移到正在增长的多肽链上； O-连糖链是在高尔基体中合成
的，且是在肽链合成后将糖基逐步加上去的 。
总之，糖蛋白的合成需要：糖基供体（如 UDP-葡萄糖等）、
糖基转移酶、糖基受体（第一个受体为特定的氨基酸残基）。
糖原的分解与合成
分解过程,需要 糖原磷酸化酶、糖原脱支酶 和 磷酸葡萄糖变
位酶,磷酸解中由磷酸提供磷酸基，并不消耗 ATP。糖原磷酸
化酶 a从糖原非还原末端依次脱去葡萄糖，生成葡萄糖 -1-P；
遇到 α -1,6-糖苷键由糖原脱支酶解决；葡萄糖 -1-P可转变
为葡萄糖 -6-磷酸，因为肌细胞中缺乏葡萄糖 -6-磷酸酶，不
能将葡萄糖 -6-磷酸转变为葡萄糖而只能进行糖酵解,即肌糖
原供能，肝糖原维持血糖平衡。
合成过程,需要糖基供体,UDP-葡萄糖, 起始引物,生糖原
蛋白, 糖原合成酶 （将葡萄糖残基加到糖原分子非还原末
端）,分支酶 。
UDP-葡萄糖由葡萄糖 -1-P与 UTP在 UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化
下形成。
生糖原蛋白 是含 8个葡萄糖的特殊蛋白质，是合成糖原的核
心和引物。
糖原代谢调控,磷酸化酶 a（有活性）与磷酸化酶 b（无活
性）的互转由磷酸化酶激酶调控； 糖原合成酶 a（去磷酸化、
有活性）和 糖原合成酶 b（磷酸化、无活性）；
骨骼肌中,AMP升高，则促进糖原分解；在肝脏中，当血
糖降低时，则促进糖原分解；
在激素水平，肾上腺素、胰高血糖素与其受体结合，通
过 G蛋白激活腺苷酸环化酶合成 cAMP,cAMP激活蛋白激酶 A，
激活蛋白激酶 A又激活磷酸化酶激酶从而促进糖原分解；而
胰岛素则激活糖原合成酶，促进糖原合成。
第 13章：脂肪酸分解与脂类合成（重点）
脂肪酸氧化 （饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸、奇数
碳脂肪酸）,氧化部位、反应步骤、能量结算；
乙酰 -CoA去路 酮体
脂肪酸合成, 合成部位、反应步骤、脂肪酸链的
延长,脂肪酸去饱和 ；
脂肪酸氧化与脂肪酸合成的综合比较
磷脂合成 （甘油磷脂、鞘磷脂）
胆固醇合成
基
本
知
识
点
脂肪酸氧化内容 —— 脂肪酸氧化生成乙酰 -CoA,FADH2,NADH；
乙酰 -CoA进入三羧酸循环又生成 NADH和 FADH2； NADH和 FADH2进入
电子传递链再氧化。
脂肪酸氧化
脂肪酸氧化分解的部位,原核生物在细胞溶胶中进行, 真
核生物在线粒体基质进行 。
脂肪酸的活化,在细胞溶胶中进行 。 在硫激酶作用下形成
脂酰 -CoA,更长链的脂酰 -CoA跨过线粒体内膜需肉碱帮助,
形成脂酰 -肉碱 （ 需肉碱 -脂酰转移酶 Ⅰ 催化 Ⅱ ） 进入线粒体
基质中, 再转变为脂酰 -CoA和肉碱 （ 需肉碱 -脂酰转移酶 Ⅱ
催化 ） 。
β -氧化步骤,5步反应 5种酶 （ 硫激酶, 脂酰 -CoA脱氢酶,
烯脂酰 -CoA水合酶, 羟脂酰 -CoA脱氢酶, β -酮脂酰 -CoA硫
解酶 ） 脂肪酸氧化每次降解下一个 2碳单元, 氧化是从羧基
端的 β -位碳原子开始的, 称为 β -氧化 。 5步反应为：活化,
氧化, 水合, 氧化, 断裂 。
每次 β -氧化生成 1个乙酰 -CoA,1个 NADH,1个 FADH2 ；
反应步骤见下图：
脂肪酸 β-氧化反应步骤
脂肪酸 CoA-SH＋
脂酰 -CoA
反式 Δ2烯脂酰 -CoA
L-3-羟脂酰 -CoA
β-酮脂酰 -CoA
乙酰 -CoA 脂酰 -CoA
硫激酶ATPAMP
PPi
脂
肪
酸
活
化
脂酰 -CoA脱氢酶FADH2
烯脂酰 -CoA水合酶H2O
羟脂酰 -CoA脱氢酶NADH
硫解酶
（脱下了两个碳原
子）
脂肪酸氧化能量结算, 每一轮 β -氧化，生成 1个 NADH,1个
FADH2, 1个乙酰 -CoA；乙酰 -CoA进入三羧酸循环，生成 1个
FADH2,3个 NADH,1个 GTP，即生成 10个 ATP；在脂肪酸活化时，
消耗 2个高能键（ ATP分解和焦磷酸分解）。
故 1分子软脂酸完全氧化净生成 ATP为：
7× （ 2.5＋ 1.5）＋ 8× 10－ 2=106个 ATP
不饱和脂肪酸的氧化：
单不饱和脂肪酸 氧化需要用到异构酶。以油酸为例，在前 3
轮的 β -氧化中其步骤与饱和脂肪酸完全相同（因为没涉及到
不饱和键），在第 4轮中用到异构酶，将顺式烯脂酰 -CoA变为
反式结构，才可被烯脂酰 -CoA水合酶作用，这一轮中没有用到
脂酰 -CoA脱氢酶，所以少产生 1个 FADH2,即少 1.5 ATP。故油
酸完全氧化可产生,120-1.5=118.5个 ATP
多不饱和脂肪酸 氧化除用到异构酶外，还用到 2,4-二烯脂酰
-CoA还原酶（作用于△ 2t△ 4c-烯脂酰 -CoA）。
奇数碳脂肪酸氧化,生成 丙酰 -CoA和 乙酰 -CoA。丙酰 -CoA在
丙酰 -CoA羧化酶作用下被转化为琥珀酰 -CoA进入 TCA循环。
乙酰 -CoA去路,进入三羧酸循环、合成胆固醇、合成脂肪酸、
生成酮体；
酮体,在肝脏中合成,包括,D-β -羟丁酸、乙酰乙酸、丙
酮 。
酮体在肝外组织被氧化供能,饥饿或患糖尿病时，葡萄糖
不足或不能利用，大量的酮体可被氧化供能,D-β -羟丁酸可
被氧化成乙酰乙酸，乙酰乙酸与 CoA反应生成乙酰乙酰 -CoA，
然后硫解成 2个乙酰 -CoA，乙酰 -CoA进入三羧酸循环后，可生
成 10个 ATP。
,酮血, 和, 酮尿,, 饥饿或患糖尿病时，血糖下降,草酰
更多地进行糖异生，此时脂肪酸氧化加速产生的大量乙酰 -
CoA不能正常进入三羧酸循环，故有利于乙酰 -CoA合成酮体，
导致血液中和尿中酮体大量增加，出现, 酮血, 和, 酮尿, 。
脂肪酸合成在细胞溶胶中进行，合成软脂酸后而终止。然
后以软脂酸为前体，在线粒体和内质网中以两条途径延长碳
链。
脂肪酸合成所需的碳源实质, 均来自 乙酰 -CoA，但形式上
只有 1个乙酰 -CoA参与合成，其余均以丙二酸单酰 -CoA的形式
参与合成。 丙二酸单酰 -CoA是由乙酰 -CoA羧化形成 （ 需 ATP、
HCO3-、乙酰 -CoA羧化酶 ）。乙酰 -CoA主要存在于线粒体中，
必须在三羧酸转运体系的帮助下（乙酰 -CoA转化为柠檬酸）
跨过线粒体 。 脂肪酸合成的步骤图解如下：
脂肪酸合成
脂肪酸合成的反应步骤
乙酰 -CoA
乙酰 -ACP
乙酰 -合酶
启
动
乙酰 -CoA,ACP 转酰酶ACP
脂肪酸合酶
丙二酸单酰 -CoA
丙二酸单酰 -ACP
丙
二
酸
单
酰CoA
:A
CP
转
酰
酶
装
载
缩合
乙酰乙酰 -ACP
β-羟丁酰 -ACP
β-烯丁酰 -ACP
+
丁酰 -ACP
β-酮酰 -ACP 合成酶
β-酮酰 -ACP 还原酶
β-羟酰 -ACP 脱水酶
烯酰 -ACP 还原酶
NADPH
NADPH
H2O
C2O
还原
还原
脱水
软脂酸
软脂酰 -ACP
硫脂酶释放
内膜进入细胞溶胶参与脂肪酸的合成。
脂肪酸合成步骤,由 脂肪酸合酶复合体 催化各步反应，脂
肪酸合酶复合体包含有 7种酶的活性和一个酰基载体蛋白 ACP。
反应分 7步进行：
启动,乙酰 -CoA 乙酰 -ACP 乙酰 -脂肪酸合酶；
装载,丙二酸单酰 -CoA 丙二酸单酰 -ACP；
缩合,乙酰 -脂肪酸合酶 + 丙二酸单酰 -ACP 乙酰乙酰 -
ACP；
还原,乙酰乙酰 -ACP β -羟丁酰 -ACP；
脱水,β -羟丁酰 -ACP β -烯丁酰 -ACP；
还原,β -烯丁酰 -ACP 丁酰 -ACP；
释放,最后一轮结束后，在软脂酸 -ACP硫酯酶催化下释放
出软脂酸；
在第二轮反应中，丁酰 -ACP代替乙酰 -ACP参与反应，接受来
自丙二酸单酰 -ACP的二碳原子（脱羧除去一个碳原子）。
脂肪酸合成结算,以软脂酸为例，需 1个乙酰 -CoA,7个丙二
酸单酰 -CoA，进行 7次轮回反应，净生成 6个 H2O（产生 7个消耗 1
个），产生 7个 CO2（来自 HCO3-），消耗 7个 ATP和 14个 NADPH。
实质上消耗 8个乙酰 -CoA。
脂肪酸链的延长：
在 线粒体 中，脂酰 -CoA + 乙酰 -CoA，实质是乙酰 -CoA的加成
和还原（使用了 NADH和 NADPH），相当于 β -氧化逆反应。
在 内质网 中，丙二酸单酰 -CoA提供二碳原子。
脂肪酸去饱和,需去饱和酶，哺乳动物不能在 C9以外引入双
键，故不能合成亚麻酸和亚油酸。
脂肪酸合成调节,乙酰 -CoA羧化酶是限速酶 。在动物体内，
柠檬酸别构激活乙酰 -CoA羧化酶，软脂酰 -CoA反馈抑制乙酰 -
CoA羧化酶活性；
胰高血糖素、肾上腺素引发的乙酰 -CoA羧化酶磷酸化（ cAMP依
赖蛋白质激酶作用），导致该酶活性丧失；胰岛素引发的柠檬
酸裂解酶和丙酮酸脱氢酶磷酸化使二酶具有活性，导致乙酰 -
CoA生成，利于脂肪酸合成。
植物和细菌中的乙酰 -CoA羧化酶无以上调节现象；
脂肪酸氧化与脂肪酸合成比较,见下页。
甘油磷脂合成,由 3-磷酸甘油或磷酸二羟丙酮酰基化生成磷
脂酸,磷脂酸 是合成甘油磷脂和中性脂的中间物。
在细菌中，磷脂酸与 CTP作用，生成 CDP-二脂酰甘油，然后
由 CDP-二脂酰甘油与丝氨酸反应，生成磷脂酰乙醇胺（卵）、
磷脂酰胆碱（脑）、二磷脂酰甘油（心）等；
磷脂合成
脂肪酸氧化与脂肪酸合成比较：
①胞内部位不同
②酰基载体不同
③二碳单位加入和减去方式不同
④转运机制不同
⑤羟酰基中间物的构型不同
⑥对柠檬酸和 HCO3 - 需求不同
⑦能量需求不同
⑧酶系不同
⑨对 FAD,NAD+和 NADPH的需求不同。
在真核生物中，磷脂酸水解为二脂酰甘油，后者与 CDP-乙
醇胺,CDP-胆碱等反应，生成相应的磷脂；
鞘磷脂合成,鞘氨醇经酰胺化生成神经酰胺，神经酰胺与磷
脂酰胆碱反应，即生成鞘磷脂（将磷酰胆碱基引入神经酰胺
C1-OH位 ）。
胆固醇合成,开始于 3分子乙酰 -CoA合成甲羟戊酸，经过一
系列转化生成胆固醇。（先由 2分子乙酰 -CoA反应生成乙酰乙
酰 -CoA，再加入第三个乙酰 -CoA分子生成 HMG- CoA，然后在
HMG-CoA还原酶作用下生成甲羟戊酸）。 HMG-CoA还原酶是胆
固醇合成的关键酶 。
胆固醇不能氧化为 CO2和 H2O，而是转化为：脂蛋白、胆汁
酸、维生素 D3、类固醇激素、胆固醇酯或参与生物膜组成。
胆固醇合成
第 14章：氨基酸分解与合成 （重点）
蛋白质分解,—— 真核细胞对蛋白质的降解有二体系：一是溶
酶体系, 即溶酶体降解蛋白质, 是非选种择性；二是以细胞溶
胶为基础的, 依赖 ATP机制, 即泛肽标记选择性蛋白质降解方式 。
氨基酸分解,—— 氨基酸的分解代谢总是先脱去氨基 。 氨基酸
的分解分三步：第一步, 脱氨基, 脱下的氨基或转化为氨, 或
转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基；第二步, 氨与天冬氨酸 N原子
结合, 形成尿素并排放；第三步, 氨基酸的碳骨架, 即脱去氨
基后的 α -酮酸转化为代谢中间物进入三羧酸循环 。
氨基酸分解（脱氨基方式、氨的命运） 尿素循环
氨基酸分解产物进入 TCA的方式 生酮氨基酸
氨基酸合成类型 氨基酸合成调节 重要氨基酸
衍生物 氨基酸代谢缺陷症
基本内容
脱氨基方式,转氨基作用、氧化脱氨基作用、联合脱氨基作用
（即转氨、氧化脱氨联合作用）。
转氨基（需要转氨酶）：
氨基酸 +α -酮戊二 酸 α -酮酸 +谷氨酸（占有重要地
位）；
谷氨酸 + 草酰乙酸 α -酮戊二酸 +天冬氨酸
氧化脱氨基作用（需要谷氨酸脱氢酶）：
谷氨酸 α -酮戊二酸 + NH4+ +NAD(P)H
氨的命运,—— 氨基酸经氧化脱氨基作用、脱酰氨基作用或
经嘌呤核苷酸循环等方式将氨基氮转变为氨。氨对生物机体是
有毒物质，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需的。
某些水生动物如原生动物、鱼类、两栖动物等是 排氨动物 ； 大
多数陆生动物是 排尿素动物 ； 鸟类和爬虫类是 排尿酸动物 。 氨
的怎样转运和排泄？
氨的转运：
在血液中主要以 谷氨酰胺 （需谷氨酰胺合成酶） 形式转运
到肝脏，在肝细胞 谷氨酰胺酶 的作用下又变为氨，形成尿素；
在肌肉组织中,存在葡萄糖 -丙氨酸循环,即产生的大量氨
（通过转氨基以谷氨酸的氨基形式存在）转到丙酮酸形成丙
氨酸，丙氨酸在血液中转运到肝脏，在转氨酶作用下变为丙
酮酸和谷氨酸，谷氨酸进一步进行转氨基或氧化脱氨基，为
合成尿素准备前体物。
氨的排泄,排氨动物以谷氨酰胺形式运送到排泄部位；排尿
素动物在肝脏中经过尿素循环合成尿素。
尿素循环（在肝脏）,5步酶反应,2步在线粒体,3步在细胞
溶胶，共消耗 3个 ATP。尿素分子中 1个 N原子来自氨，另一个 N
原子来自天冬氨酸，其 C（包括 O）原子来自 HCO3-。
在尿素循环中，参与反应的酶有,氨甲酰磷酸合成酶、
鸟氨酸转氨甲酰基酶、精氨琥珀酸合成酶、精氨琥珀酸裂
解酶（精氨琥珀酸酶）、精氨酸酶。其中 1,2步反应在线
粒体中进行,3,4,5在细胞溶胶中进行。 见下图。
在线粒体中,氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ 是尿素循环的限速酶，
该酶用氨作为氮供体；在细胞溶胶中,氨甲酰磷酸合成酶
Ⅱ 以谷氨酸作为氮供体，用来合成嘧啶核苷酸。精氨琥珀
酸裂解反应 使尿素循环与三羧酸循环发生联系，催化该反
应的酶是 精氨琥珀酸酶 。 在尿素循环中，共消耗了 4个高
能磷酸键。
氨基酸碳骨架的氧化途径 —— 20种氨基酸脱氨后的碳骨架集
中形成 5种产物进入三羧酸循环，最后氧化成 CO2和水：乙酰 -
CoA、草酰乙酸、琥珀酰 -CoA,α -酮戊二酸、延胡索酸。 见
下图。
尿素循环图解（部分发生在线粒体，部分发生在细胞溶胶）
2ATP+HCO3-+NH3 氨甲酰磷酸 + 2ADP+Pi
谷氨酸
氨基酸
α-酮戊二酸
α-酮戊二酸 鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸 瓜氨酸
Pi
精氨琥珀酸精氨酸
延胡索酸
天冬氨酸尿素
1
2
3
4
5 ATP
AMPPPi +
氨基酸
谷氨酸
草酰乙酸天冬氨酸
异柠檬酸
α-酮戊二酸
琥珀酰 -CoA
琥珀酸
延胡索酸
苹果酸
草酰乙酸
柠檬酸
谷氨酸
乙酰乙酰 -CoA
乙酰 -CoA
Phe Leu Lys
Trp Tyr
丙酮酸
Ala Thr Gly
Ser Cys
Asp
Asn
Phe Tyr
Ile Met
Val
Arg His Gln Phe
乙酰 -CoA
生酮氨基酸,5种（ Phe\Tyr\ Trp \ Leu \Lys），其中只生
酮不生糖的有 Leu和 Lys！因为这 5种氨基酸在分解过程中可转
变为 乙酰乙酰 -CoA，而乙酰乙酰 -CoA可形成乙酰乙酸和 β -羟
丁酸。所以，酮体除来自于脂肪酸氧化形成的乙酰 -CoA外，
还可来自生酮氨基酸。
生糖氨基酸,指能形成丙酮酸或 TCA循环中间物的氨基酸都称
为生糖氨基酸（通过草酰乙酸进行糖异生）。而乙酰 -CoA进
入 TCA循环发生氧化而不生成 TCA中间物。植物和微生物具有
乙醛酸循环途径，可由乙酰 -CoA合成草酰乙酸而进行糖异生。
生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常严格的：因为有
些氨基酸如 Ile Met Val也可分解形成 乙酰 -CoA，故也可生成酮
体。
氨基酸合成,碳骨架来自三羧酸循环、糖酵解、戊糖磷酸途
径。氨来自无机氮,N2,NH3。
氨基酸合成类型：
三羧酸循环,α -酮戊二酸（谷氨酸族）、草酰乙酸（天冬氨
酸族）；
糖酵解,3-磷酸甘油酸（丝氨酸族）、丙酮酸（丙氨酸族）、
磷酸烯醇式丙酮酸 +4-磷酸赤藓糖（芳香族氨基酸）；
戊糖磷酸途径,5-磷酸核糖（组氨酸）；
氨基酸合成调节,产物抑制（举例说明）、酶合成的调节
重要氨基酸衍生物：
NO（氧化氮）,由精氨酸在氧化氮合酶催化形成，同时生成
瓜氨酸；
肌酸,由甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸合成；
卟啉,由甘氨酸、琥珀酰 -CoA合成；
第 17章：核酸分子生物学（重点）
?核酸通论
?核酸结构
?核酸理化特性
?核酸研究方法
?核酸复制、转录与蛋白质翻译
?基因表达调控
?基因突变与基因重组
核酸
种类
分布
性质结构
功能
复制
遗传信息
传递、表达
核酸概况
基因表达
调控转录
翻译
基因突变与
重组
研究
方法
Ⅰ 核酸通论
核酸研究历程 核酸种类、分布、功能
核酸 —— 是重要的生物大分子（还有蛋白质、多糖和脂
类复合物），是生物化学与分子生物学研究的重要对象和领
域。它包括核糖核酸（ RNA）和脱氧核糖核酸 (DNA)。对于
核酸的研究改变了整个生命科学的面貌，并由此诞生分子生
物学这一当今发展最迅速、最活跃的学科。基因工程这门学
科也由此诞生。
核酸研究历程 —— 见下页。
生物技术与生物技术产业概况 —— 见下页。
我国主要的生物技术成就 —— 见下页。
基本内容
1868年，瑞士 Miescher发现核酸 。 1889年,Altmann提出核酸概念。
1953年,Watson和 Crick提出 DNA双螺旋结构模型,是 20世纪自
然科学最伟大成就之一。
1958年,Crick提出遗传信息传递的 中心法则,并于 1971年修改
了该法则 。
1961年,Jacob和 Monod提出 操纵子学说
1966年,Nirenberg等破译出 遗传密码
1981年,Cech发现 核酶 （ Ribozime）
1983年,Simons等发现 反义 RNA
20世纪 70年代，诞生 DNA重组技术 。并诞生基因工程。
20世纪 90年代开始实施 人类基因组计划,开始进行基因组学研究。
生物技术产业空前发展。
生物技术 是指有机体的操作技术, 它是在 20世纪末期, 在现
代分子生物学等生命科学的基础上发展起来的一个新兴的技术领
域 。
近 20年来, 国际上生物技术飞跃发展, 特别是基因操作技术,
生物治疗技术, 转基因动植物技术, 人类和其他生命体基因组工
程, 基因治疗技术, 蛋白质工程技术, 生物信息技术, 生物芯片
技术等 。 生物技术的创新正在带动着生物技术产业的巨大发展,
它包括基因药物, 重组疫苗, 生物芯片, 生物反应器, 基因工程
抗体, 基因治疗与细胞治疗, 组织工程, 转基因农作物, 兽用生
物制品, 生物技术饲料, 器官移植工程, 基因工程微生物农药,
环保, 海洋生物技术, 以及现代生物技术对发酵, 制药, 轻工食
品的传统产业的改造等领域 。
生物技术是 20世纪末人类科技史中最令人瞩目的高新技术, 为
人类解决疾病防治, 人口膨胀, 食物短缺, 能源匮乏, 环境污染
等一系列问题到来了希望 。 国际上科学家和企业家公认, 信息技
术和生物技术是 21世纪关系到国家命运的关键技术和作为创新产
业的经济发展增长点 。
生物技术产业,目前，生物技术产业与信息技术产业相比
较还处于发展初期。至 1998年，全世界共有生物技术公司 3600多
家，主要集中在美国和欧洲，其中年产值超过 10亿美元的约有 20
家。生物技术产业在 20年中市场总值增加了 50多倍（涨幅最快是
在近 10年。例如，美国 1980年生物技术产品的销售额还处于零增
长,1991年达到 59亿美元,1996年为 101亿美元,1998年增至 147
亿美元）。应该看到，目前生物技术公司大多不赢利，这是由于
生物技术产品的研究和开发周期较长,因此从整体看生物技术产
业还处在投入阶段。
1999年，全球生物技术产品的总销售额约为 500亿美元，而产
生的间接经济效益超过 3000亿美元，全球有一半以上的人直接享
用过生物技术产品。其主要产品为医药产品、农产品和食品。
我国自 1986年实施, 863”计划 以来，生物技术的研究和产业化
获得了飞速发展。近 15年来，我国有 600多 家从事生物技术的公司，
其中有 80多家从事生物技术药物的生产；至 1998年已有 14个基因
工程药物,3个基因工程疫苗和数十个基因重组诊断试剂投放市场；
另有 26种基因工程药物处于临床前或临床 Ⅰ, Ⅱ 期试验。
1989年，第一种基因药物 — 重组 α lb干扰素 获准投放市场。至
1999年，我国已有 18种基因药物和疫苗获准进行商业化生产，另有
26种基因药物处于临床前或临床 Ⅰ, Ⅱ 期试验，生物医药产业已初
具规模。
1990年我国研制了第一例转基因家畜,1991年山羊克隆获得成
功。
1993年我国第一例转基因作物 抗病毒烟草 进入了大田试验。
1997年第一例转基因 耐储存番茄 获准进行商品化生产，至 1999
年共有 6种转基因作物产品投放市场。 2000年我国转基因 抗虫棉花
种植面积超过 550万亩。
我国是 人类基因组计划 国际大协作的成员国，承担完成 1%的任
务。美、英、日、法、德、中科学家于 2000年 6月 26日宣布人类基
因组全部 DNA序列的工作框架图已经完成。
我国在国际上首先发现 神经性耳聋的基因,基因治疗已有 4个项
目进入临床试验阶段。
生物芯片技术 的开发研究与产业化正在与国际同步发展。
核酸的种类、分布、功能
Ⅰ 种类
脱氧核糖核酸（ DNA）,是主要的遗传物质。
核糖核酸（ RNA）
tRNA (15%)
mRNA (3-5%)
rRNA (80%)
其它 RNA,如反义 RNA等
所有生物细胞都含有 DNA和 RNA这两类核酸，而病毒只
含 DNA或 RNA。
真核生物染色体 DNA是线型双链 DNA。原核生物的染色
体 DNA、质粒 DNA和真核生物的细胞器 DNA都是环状双
链 DNA。
细胞 RNA通常都是线型单链，但病毒 RNA则有线型与环
状、双链与单链之分。
Ⅱ 分布
DNA
原核生物
真核生物
拟核
质粒
染色体（质）
细胞器：如线粒体、叶绿体等
RNA,核内 （ snRNA,hnRNA）,胞质 (scRNA),细胞器
质粒 DNA为 cccDNA。 类病毒为环状 ssRNA。
卫星病毒或卫星 RNA是指没有辅助性病毒协助时，不能在
宿主细胞内复制的病毒或 RNA。
Ⅲ 功能
DNA,是主要的遗传物质，遗传信息以密码形式编码
在核酸分子上，表现为特定的核苷酸序列。
RNA
参与蛋白质合成 tRNA,转运、识别
rRNA,装配、催化
mRNA：信使、模板
多种细胞功能
RNA的 5种功能
控制蛋白质合成
作用于 RNA转录后加工与修饰
基因表达与细胞功能调节：如反义 RNA,RNAi
（ RNA干扰 ）
生物催化与细胞持家功能（细胞基本功能）
遗传信息的加工与进化
生物体通过 DNA复制将遗传信息由亲代传递给子代。通过
RNA转录和蛋白质翻译使遗传信息在子代中得以表达 。
基因 是指具有遗传效应的 DNA片段或 RNA，它能编码蛋白
质或功能 RNA。某些病毒的基因组是 RNA。
Ⅱ 核酸结构
核酸分子的组成 核酸的四级结构基本内容
核 酸核酸分子组成
核苷酸
磷酸 核苷
戊糖 碱基
A
G
T
C
U核糖
脱氧
核糖
碱基结构、稀有
碱基、核苷三磷
酸、环化核苷酸
磷酸基的位置 —— 在 RNA分子中，磷酸在 2’,3’,5’均可；
在 DNA分子中，磷酸在 3’,5’（ D-2-脱氧核糖 ）。
核酸分子的形成 —— 由多个核苷酸分子聚合而成，无分支结
构。核苷酸分子之间以 3’,5’— 磷酸二酯键相连。磷酸二酯键
的走向为 3’ 5’。
DNA与 RNA的四级结构 —— 与蛋白质四级结构比较。
D
N
A
的
四
级
结
构
一级结构,由多个 4种脱氧核苷酸分子通过 3’,5’— 磷酸
二酯键连接形成的直线型或环型多聚体。
二级结构,在碱基互补配对的基础上形成的 DNA双螺旋结构。
三级结构,在二级结构上,DNA双螺旋结构通过折叠和扭曲
所形成的特定构象。如超螺旋等。
四级结构,指 DNA与蛋白质形成的复合物。如染色体（质）。
重要概念
碱基互补配对与 Chargaff规则 DNA双螺旋结构
DNA双螺旋的几种构象 超螺旋 染色体（质）
的结构
碱基互补配对 —— 指碱基 A,T配对，碱基 G,C配对。它们
之间分别通过 2个氢键和 3个氢键配对。即 A=T G =C 。
Chargaff规则 —— 在双链 DNA分子中，碱基摩尔数存在下列
关系：① A=T ② G=C ③ A+C=G+T ④ A+G=T+C
DNA双螺旋结构 —— 1953年,Watson和 Crick在前人工作的
基础上提出 DNA双螺旋结构 模型。该模型的特征如下：
①两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，且两
条链均为右手螺旋。碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平
行；
② 嘌呤与嘧啶碱基位于双螺旋的内侧；
③双螺旋的平均直径为 2nm,两个相邻碱基对之间的距离
为 0.34nm，即碱基堆积距离为 0.34nm；沿中心轴每旋转一周有
10个核苷酸，故每一转的高度为 3.4nm，即螺距为 3.4nm；两个
核苷酸之间的夹角为 36° ；
④两条核苷酸链依靠碱基之间形成的氢键而结合在一起，即 A
与 T配对,C与 G配对；
⑤碱基在一条链上的排列顺序不受限制，但一旦确定后，即可
决定另一条互补链上的序列。
⑥该模型中的 DNA结构称为 B型构象，表示 DNA钠盐在较高湿
度下制得的纤维的结构，可能比较接近大部分 DNA在细胞中的
构象； DNA能以多种构象存在，如 A,C,D,E,Z（比较特
殊）。其中 A和 B型是 DNA的两种基本构象；这些构象在一定
条件下可以互变，但不涉及共价键的断裂；
超螺旋 —— 当 DNA分子在溶液中以一定的构象存在时，双
螺旋处于能量最低的状态，此为松弛态；如果这种正常的
DNA分子额外地多转几圈或少转几圈，就会使双螺旋中存在
张力。当 DNA分子的两端是固定的，或是环状分子，则这种
额外的张力就不能释放掉,DNA分子就会发生扭曲，用以抵
消张力。这种扭曲称为超螺旋，即双螺旋的螺旋。如 B型构
象的两条链均为右手螺旋，则其负超螺旋为左手螺旋。
在生物体内，绝大多数的 DNA是以超螺旋的形成存在的。
主讲教师：饶本强
2004-2005第一学期
学习生物化学的方法
?系统性、条理性学习?
细心耐心、循序渐进?
分清主次，抓住重点?
做好预习，多做习题
链接
本课程的考核方式
?听课出勤率?
课堂提问成绩?
完成习题情况?
期末（中）考试成绩?
其它形式
本学期讲授内容
第一章：糖类的结构与性质
第二章：脂类的结构与性质
第三章：氨基酸（ 重点 ）
第四章：蛋白质的结构与性质（ 重点 ）
第五章：酶（ 重点 ）
第六章：维生素、抗生素与激素
第七章：代谢概况、生物能学、生物膜与物质运输
第八章：糖酵解（ 重点 ）
第九章：三羧酸循环（ 重点 ）
本学期讲授内容
第十章：电子传递与氧化磷酸化（ 重点 ）
第十一章,HMP途径、糖异生、乙醛酸循环（ 重点 ）
第十二章：寡糖、糖原的代谢
第十三章：脂肪酸代谢（ 重点 ）
第十四章：氨基酸代谢
第十五章：核苷酸代谢
第十六章：光合作用与生物固氮
第十七章：核酸分子生物学（ 重点 ）
第十八章：基因工程
第一章：糖类的结构与性质
本章主要内容
一,糖类概况
二,糖的旋光性
三,单糖（结构、性质、代表性单糖及衍生物）
四,寡糖
五,复合糖（糖胺聚糖、蛋白聚糖、糖蛋白）
六,糖链结构分析
糖类寡糖
多糖
同多糖杂多糖
复合糖
单糖什么是糖类？
基本概念
异构 旋光异构 不对称碳原子 对映体 构型 构象
异头物 糖苷 还原糖判定
异构,化合物具有相同的分子式, 但原子连接次序或原子空
间排布不同 。
构型,具有相同的分子式和结构式，但原子在空间的排布不
同，称之构型。
旋光异构,由于存在手性碳（不对称碳原子）而具有旋光性
不对称碳原子,与四个不同的原子或基团相连并因此失去
对称性的四面体碳。用 C*表示 。
对映体 —— 一个不对称碳原子的取代基在空间里的两种取
向是物体与镜像的关系，并且两者不能重叠。这两种旋光异构
体称为对映体。两个对映体具有程度相同但方向相反的旋光性
（ D+与 L-;D-与 L+） 和不同的生物活性,其他物理和化学性质
完全相同 。含 n个 C*的化合物，其旋光异构体的数目是 2n,组成
2n /2对对映体。
任一旋光化合物都只有一个对映体,它的其他旋光异构体在
理、化性质都与之不同，不是对映体的旋光异构体称 非对映体 。
仅一个手性碳构型不同的非对映体称 差向异构体（有几种情
况） 。
异头物 —— 单糖由直链结构变成环状结构后，羰基碳成为新
的手性碳（异头碳），导致 C1差向异构化，产生两个 非对映体，
称之。
α,β异头物判断：有 2种方式。见 P9-10。
异构
结构异构（结构式）
立体异构
旋光异构（ 不对称碳原子 ）
几何异构（顺反异构,双键或环 ）
糖的构型
D,L构型 （ 最远手性碳与甘油醛比较 ）
RS构型 （ 手性碳取代基优先性旋转 ）
糖的立体结构表示 Fischer投影式（线形）
Haworth式（环式）
吡喃型
呋喃型
透视式
注意：糖的构型（ D,L）与旋光方向（ +,-）并无直接联系。
单糖性质
异构化
氧化 （ 重点,高碘酸氧化 ）
还原
成酯、成醚 （ 酰基化、甲基化反应 ）
形成糖苷 （ 重点 ）
高碘酸氧化,糖中邻二羟基间的 C-C键被断裂,形成二醛基,
继而有一个醛基被氧化成甲酸。测定聚合度、
分支点数目和糖苷键位置；
糖苷（键）,环状单糖的半缩醛或半缩酮羟基与另一化
合物发生缩合形成糖苷；糖苷键有 O-苷、
N-苷,S-苷等； 糖苷是缩醛，无醛的性质。
重要的糖
单糖,甘油醛,二羟丙酮,D-核糖, Glc, Gal,Fru、
GlcUA,GlcA, Fuc,GlcNAc,MurNAc、
N- NeuNAc,Sia
寡糖,蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖
多糖,
同多糖,淀粉、纤维素、糖原、几丁质
糖胺聚糖 （ 透明质酸、硫酸角质素 ）,蛋白
聚糖杂多糖：
细菌多糖 （ 肽聚糖、脂多糖、磷壁酸 ）
糖蛋白,糖肽键（ N,O型）；糖链（寡糖链，具重要功能）
α-淀粉酶,β-淀粉酶 !
糖链结构分析（重点）：以糖蛋白为例
分离纯化糖蛋白
从糖蛋白释放糖链
糖链的分离纯化
化学法酶法
N-糖苷酶 F
O-糖苷酶
HPAEC-PAD
凝集素亲和
层析
GPC
糖链的纯度鉴定与
相对分子量测定
单糖组成的测定
完整糖链的测序
糖链结构测定的常用方法
高碘酸氧化
甲基化分析,甲醚基 糖醇 乙酰化
寡糖顺序降解
化
学
法
测定直链多糖的聚合度和支链多糖的分支数目
确定糖苷键的位置
酶
法
外切糖苷酶,从糖链非还原端
内切糖苷酶,从糖链内部
本章需掌握的知识点
1、单糖构型的判定； α,β异头物的判定；
2、糖的甲基化、酰基化、高碘酸氧化、硼氢化钠还原；
3、糖苷键形成；
4、重要糖的结构；
5、糖链分析方法；
本章习题：
本 章 主 要 内 容
一、什么是脂质？
二、脂肪酸
三、三酰甘油
四、脂质过氧化
五、磷脂
六、糖脂
七、萜和类固醇
八、脂蛋白
九、脂质的提取、分离
第二章：脂类的结构与性质
具 体 问 题
1、什么是蜡？
2、生物膜中脂双层的结构
3、脂肪酸简写符号及代表性的脂肪酸
4、人体必需脂肪酸与多不饱和脂肪酸家族
5、前列腺素与阿司匹林
6、磷脂酸、甘油磷脂与鞘磷脂的结构与极性；鞘糖脂的结
构
7、卵磷脂、脑磷脂、心磷脂；神经酰胺与脑苷脂、神经节
苷脂
8、磷脂酶的分类及作用部位
9、胆固醇的结构及其衍生物
10、血浆脂蛋白的结构、分类与功能
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脂质的分类
化学组成
单纯脂质
复合脂质
衍生脂质
取代烃
固醇类
萜
其它
皂化性质
可皂化脂质
不可皂化脂质
极性
极性脂质
非极性脂质
生物功能
储存脂质
结构脂质
活性脂质
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脂质,是一类微溶于水而易溶于非极性溶剂的有机分子，
大多数是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。
两亲化合物,具有极性头部（亲水）和非极性尾部（亲脂）
的分子称之 。
必需脂肪酸,亚油酸和亚麻酸对人体功能必不可少，但必须
由膳食提供，称之。
碘值,指 100g油脂卤化时所能吸收碘的克数。
重要概念
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脂质过氧化,一般是指多不饱和脂肪酸或多不饱和脂质的发
生自动氧化产生过氧化物的现象，它是典型的活性氧参与的自
由基链式反应；
活性氧,指氧或含氧的高反应活性分子，如超氧阴离子自由
基、羟基自由基、过氧化氢、单线态氧等的统称；
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脂 肪 酸 概 况
脂肪酸的种类及简写符号,分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪
酸、多不饱和脂肪酸；偶数碳与奇数碳脂肪酸（ 奇数碳脂肪酸
含量极少！ ）； 简写符号 用 碳数：双键数△ 双键位号 (含顺反式 )表示，
如 18,2 △ 9c,12c。
多不饱和脂肪酸家族,分为 ω-3和 ω-6系列（ 指离羧基最远的
双键到甲基末端 3个碳和 6个碳 ）。如亚油酸和 γ-亚麻酸为 ω-6
系列，而 α-亚麻酸为 ω-3系列。人体内二者不能互转！
且二者对血脂的影响不同。 见 89页表格。
三酰甘油的化学性质
水解与皂化（皂化值）
氢化和卤化（碘值）
乙酰化（含羟基，乙酰化值）
酸败与自动氧化（酸值）
皂化值：皂化 1g油脂所需的 KOHmg数；
碘值,100g油脂卤化时所吸收的碘的克数；
乙酰值：中和 1g乙酰化物所释放的乙酸所需要的 KOHmg数；
酸值：中和 1g油脂中的游离脂肪酸所需的 KOHmg数
重要的脂质
磷脂
甘油磷脂
鞘磷脂
卵磷脂
脑磷脂
脂肪酸
必需脂肪酸 （ 亚油酸、亚麻酸 ）
DHA EPA（ ω-3系列 ）
花生四烯酸 （衍生物为类二十碳烷：如前列腺素等）
心磷脂
鞘糖脂 鞘脂类 神经酰胺 鞘胺醇
神经节苷脂 脑苷脂
磷脂酸
饱和脂肪酸, 月桂酸、软、硬脂酸、花生四烯酸
萜和类固醇
萜,由两个或多个 异戊二烯单位 组成；如类
胡萝卜素为四萜；单萜、倍半萜等。
类固醇,即甾类,环戊烷多氢菲 衍生而来 ；
胆固醇衍生物
激素,5类
胆汁酸
维生素 D
脂蛋白,由脂质和蛋白质以 非共价键 结合而成的复合
物，血浆可分为乳糜微粒,VLDL,IDL,LDL,HDL
五类； 血浆脂蛋白的结构与各自的功能！
其它
胆固醇的结构与极性！
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第 3章：氨基酸（重点）
氨基酸分类 氨基酸的酸碱性质
氨基酸的化学反应 氨基酸混合物的分离
知识点
氨基酸,是蛋白质的构件分子，具有酸碱性质、手性、聚
合能力、特定的侧链结构及多样的化学反应；
兼性离子,指氨基酸分子含有一个正电荷和一个负电荷的
形式。在氨基酸晶体中或中性水溶液中以兼性离子形式存
在；
等电点,指氨基酸处于净电荷为零的兼性离子状态时的
pH。等电点与离子浓度无关，只决定于等电兼性离子两
侧的 pKa值；
氨基酸类别
非蛋白质氨基酸
蛋白质氨基酸
（ 20种）
酸性氨基酸
天冬氨酸
谷氨酸
碱性氨基酸
赖氨酸
组氨酸
精氨酸
中性氨基酸
极性氨基酸
非极性氨基
酸
丝氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
酪氨酸
天冬酰氨
谷氨酰胺
甘氨酸
丙氨酸亮氨酸
异亮氨酸
苯丙氨酸甲硫氨酸
色氨酸
脯氨酸
颉氨酸
氨基酸的酸碱性质
根据酸碱质子理论,HA A- ＋ H+
氨基酸是两性电解质，既是质子供体，又是质子受体。当氨
基酸完全质子化时，可看作是多元酸； COOH和 NH3+可以发
生解离，用 Ka表示它们的解离常数；在氨基酸溶液中,pH值
计算公式如下：
pH=pKa＋ lg（质子受体 /质子供体）
当 pH大于等电点时，氨基酸带净负电荷；当 pH小于等电点时，
氨基酸带净正电荷！在一定的 pH范围内，氨基酸溶液的 pH离
等电点愈远，氨基酸所携带的净电荷愈大。
氨基酸的化学反应
α-氨基参加的反应
与亚硝酸反应（生成羟基氨基酸和氮气）
与酰化试剂反应（氨基被酰基化而被保护）
烃基化反应
DNFB反应（生成 DNP-氨基酸）
PITC反应（生成 PTH-氨基酸）
形成西佛碱反应（与醛类化合物）
脱氨基反应
α-羧基参加的反应
成盐成酯
成酰氯（与二氯亚砜等）
脱羧基反应
叠氮反应（氨基酸酯与肼、亚硝酸）
α-氨基与 α-羧基共同参加反应
与茚三酮反应 （氨与还原茚三
酮发生作用生成紫色物质）
成肽反应
侧链 R基参加的反应
酪氨酸酚羟基
组氨酸咪唑
精氨酸胍基
色氨酸吲哚基
半胱氨酸巯基
氨基酸的旋光性与光谱性质
氨基酸的旋光性：
氨基酸的构型（指 α-碳）也以甘油醛为参考物，
从蛋白质的酸水解或酶水解液中得到的都是 L型，但
D型氨基酸在自然界也存在；蛋白质用碱水解或有
机合成氨基酸时，得到的都是无旋光性的 DL-消旋
物
氨基酸的光谱性质：
参与蛋白质组成的 20多种氨基酸在可见光区没有
光吸收，在红外区和远紫外区都有光吸收，但在近
紫外区只有芳香族氨基酸有光吸收；
氨基酸混合物的分析分离
分离方法
柱层析
纸层析 （相对迁移率，非极性性质）
薄层层析
离子交换层析 （电荷和非极性）
气相层析
高效液相层析
氨基酸洗脱顺序的判定,氨基酸与树脂的亲合力主要
决定于它们之间的静电吸引，其次是氨基酸侧链与树
脂聚苯乙烯之间的疏水相互作用；亲和力愈大愈难洗
脱！
第四章：蛋白质（重点）
?蛋白质概况；
?蛋白质的共价结构；
?蛋白质的三维结构；
?蛋白质的结构与功能的关系；
?蛋白质的分离、纯化与鉴定；
Ⅰ 蛋白质概况
蛋白质的化学组成：碳（ 50%）、氢（ 7%）、氧（ 23%）、氮
（ 16%）、硫（ 0-3%）、其它元素微量；蛋白质的平均含氮量为 16%，
此为凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础。
蛋白质是一类最重要的生物大分子，英文称 protein，意为“最原初
的，第一重要的”。
分类 Ⅰ
单纯蛋白质 （如清蛋白、球蛋白、组蛋白、谷蛋白、硬蛋白等）
缀合蛋白质 （如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、金属蛋白、黄素蛋白等）
分类 Ⅱ, 按生物学功能可将蛋白质分为酶、调节蛋白、结构蛋白、转运蛋
白等等；
分类 Ⅲ
分类 Ⅳ
纤维状蛋白质 （一般不溶于水。典型的有：胶原蛋白、弹性蛋白、
角蛋白、丝蛋白、肌球蛋白等）
球状蛋白质 （可溶性好。典型的有：胞质酶类等）
膜蛋白 （与细胞的膜系统结合而存在）
单体蛋白质
（寡）多聚蛋白质
蛋白质结构的层次
构象,指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态；
构象形态间的改变不涉及共价键的破裂！ 每一种天然蛋白质都有自己特
有的空间结构或三维结构，称之为蛋白质的构象；一个给定的蛋白质可
以有多种构象，但只有一种或少数几种在能量上是有利的。
蛋白质的结构
一级结构 （即共价结构，指多肽链的氨基酸序列）
二级结构 （指多肽链借助氢键形成 α螺旋和 β折叠片）
三级结构 （指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有
特定走向的紧密球状结构）
四级结构 （指多聚蛋白质的各亚基之间在空间上的相互
缔合关系）
蛋白质的一级结构即多肽链的氨基酸序列决定蛋白质的高级结构！
蛋白质的功能,催化、调节、转运、储存、运动、结构
组分、支架作用、免疫、异常功能；
Ⅱ 蛋白质的共价结构（一级结构）
氨基酸残基 肽（键） 蛋白质一级结构的测定
氨基酸序列与生物功能 肽的人工合成知识点
氨基酸残基,肽链中的氨基酸由于参加肽键的形成因而
不在是原来完整的分子，称为氨基酸残基；两个氨基酸
形成一个肽键时失去一分子水，因此失去的水分子数比
氨基酸残基数少一个。每个氨基酸残基的平均分子量为
110。
肽,由两个或多个氨基酸残基通过肽键相连而形成的化
合物；肽有寡肽和多肽之分。一条肽链通常在一端含有
一个游离的末端氨基，称为 N-末端，而另一端含有一个
游离的末端羧基称为 C-末端；
肽键
具有部分双键的性质
肽键比一般碳 -氮单键短
与肽键相连的氢原子和氧原子呈反式构型
肽键不可自由旋转
肽的理化性质：
①肽键的酰氨氢不解离，肽的酸碱性质主要决定于肽键中的游离末端 α-
NH2,α-COOH及侧链 R基上的可解离基团；
②肽中末端 α-羧基的 pKa值比游离氨基酸的大，末端 α-氨基的 pKa值比游离
氨基酸的小；
③游离的 α-氨基,α-羧基和 R基可发生与氨基酸中相应的类似反应，如茚
三酮反应等；
④蛋白质部分水解后所得的肽若不发生消旋，则具有旋光性，短肽的 旋光
度约等于组成氨基酸的旋光度之和，较长的肽的旋光度则不是简单加和；
活性肽,具特殊的生物学功能的肽段，如脑啡肽、谷胱甘肽、肌肽等；
肽
蛋白质一级结构的测定
测定多肽链的数目蛋白质测序
的步骤
拆分多肽链
断开多肽链内的二硫键
测定每一肽链的氨基酸组成
鉴定多肽链的 N-末端和 C-末端
裂解多肽链为较小的肽段
测定各肽段的氨基酸序列
利用重叠肽重建完整多肽链的一级结构
确定二硫键的位置
蛋白质测序的重要方法
N-末端测定
二硝基氟苯（ DNFB）法,肽游离末端 NH2与 DNFB反
应生成 DNP-肽，最后水解生成黄色 DNP-氨基酸
丹磺酰氯（ DNS）法,用 DNS取代 DNFB，生成 DNS-氨基酸
苯异硫氰酸（ PITC）法,生成 PTH-氨基酸，从肽上断裂下来
氨肽酶法,外切酶，但效果不好
C-末端测定
肼解法,测定 C-末端的最重要的化学方法，肽与肼反应，除
C-末端氨基酸游离外，其他氨基酸转变为氨基酸酰肼化物
还原法,C-末端氨基酸用硼氢化锂还原成相应的 α-氨基醇
羧肽酶法,最有效、最常用
羧肽酶 A
羧肽酶 B
羧肽酶 C
羧肽酶 Y
二硫键的断裂
过甲酸氧化法,将二硫键氧化成磺酸基
巯基化合物还原法,将二硫键还原成巯基，然后用烷基化试
剂如碘乙酸保护巯基，防止其重新被氧化
氨基酸组成的测定：
酸水解,是主要方法，多用 HCl，同时辅以碱水解；所
得氨基酸不消旋，但 Trp全部被破坏,Ser,Thr,Tyr部
分破坏,Asn和 Gln的酰氨基被水解，生成 Asp和 Glu；
多肽链的裂解
酶裂解：
胰蛋白酶,专一性强，断裂 Lys或 Arg的羧
基参与形成的肽键
糜蛋白酶,断裂 Phe,Trp,Tyr,Leu
等疏水氨基酸的羧基端肽键
嗜热菌蛋白酶,专一性差，断裂 Val,Leu，
Phe,Tyr,Trp等氨基参与形成的肽键
胃蛋白酶,在酸性条件稳定，肽键 两侧均为疏水
氨基酸。在确定二硫键位置时，常用到此酶。
其它酶：略
化学裂解：
溴化氰（ CNBr）,只断裂 Met
的羧基形成的肽键
羟氨（ NH2OH）：在 pH9时，专一性断裂
Asn-Gly之间的肽键，其它条件下不专一
肽段的氨基酸测序
Edman化学降解法,用 Edman试剂 PITC与游离氨基作用生
成 PTH-氨基酸，并可用各种层析技术分离；用此法降解，
一次可连续测出 60-70个氨基酸残基的序列；工作量大，
操作麻烦；现改用蛋白质测序仪。
酶解法,利用氨肽酶和羧肽酶，局限性大，有困难
质谱法,质谱仪
由核苷酸序列推定法,mRNA cDNA,推出 cDNA
的核苷酸序列，然后推测出蛋白质的氨基酸序列
肽段在肽链中次序的确定,需借助重叠肽。
重叠肽,由于不同的断裂方法即断裂的专一性不同，产生的切口彼此
错位，使两套肽段正好跨过切口而重叠的肽段；获得重叠肽需要两种或
两种以上的不同方法断裂同一多肽样品，得到两套或多套肽段。
二硫键位置的确定,一般采用胃蛋白酶水解原来的含二硫键的蛋白质。一是胃
蛋白酶专一低，切点多，得到含有二硫键的肽段较小，易分离鉴定；二是在酸性
条件下，有利于防止二硫键发生交换反应。
蛋白质的氨基酸序列与生物功能；肽合成
同源蛋白质,在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质称同源蛋白
质。同源蛋白质具有共同的进化起源。同源蛋白质具有明显的氨基酸序列
相似性，称之为序列同源。根据同源蛋白质的氨基酸序列资料可建立系统
树（进化树）。两个物种的同源蛋白质，其序列中氨基酸的差异数目与这
些物种间的进化发生差异是成比例的。
蛋白质激活,在生物体内有些蛋白质是以前体形式合成，不具有活性，
只有按一定方式裂解除去部分肽链后才具有生物活性，称之为蛋白质激
活。如酶原激活。
肽的人工合成,氨基酸共聚合 （由一种或两种氨基酸反应）
控制合成 （由不同氨基酸按一定顺序）：接肽反应需接肽试
剂，为避免接肽试剂与某些活泼基团反应，故在接肽前须首
先将这些基团加以封闭或保护，如氨基保护或羧基保护等。
在正常条件下，羧基和氨基之间不会自发形成肽键，即氨基
或羧基需活化，通常是羧基活化。
固相肽合成,是控制合成技术的巨大进步，利用固相肽合成仪已成功合成多种
肽和蛋白质。其实质是肽的羧基端第一个氨基酸共价挂接在树脂上，然后加入氨
基受保护的第二个氨基酸并发生缩合反应，形成肽键，依次类推。最后是肽与树
脂断裂并去掉氨基端的保护基团。
Ⅲ 蛋白质的三维结构
研究蛋白质构象的方法,至今研究蛋白质三维结构的成就主要是应用间接
的 X-射线衍射法 ；研究溶液中蛋白质构象的光谱学方法（了解）。
稳定蛋白质三维结构的作用力
非共价键（次级键）
氢键
范德华力
疏水作用：突出地位
离子键（盐键、静电引力）
共价键,二硫键，重要作用
蛋白质的二级结构
无规卷曲
β转角
β折叠片
α螺旋,最常见、最典型、最丰富的二级结构元件
α螺旋,是重复性结构，每圈螺旋站 3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴上升 0.54nm，
即螺距值；由氢键封闭的环为 13元环；一般为右手螺旋；分子内或链内氢键使
之稳定，减少 R基间的相互作用或 β-碳原子无分支结构均利于其稳定，而 Pro存
在可中断之。
非重复性结构
β折叠片, 为重复性结构； β折叠片的 肽链处于曲折的伸展状态；借助
链间或肽段间的氢键而稳定；分为平行和反平行 β折叠片，平行的比反平
行的更规则。
纤维状蛋白质,动物体的基本支架和外保护成分，分子具规则的线性结
构。
纤维状蛋白质
不溶性（硬蛋白）
可溶性蛋白
角蛋白
胶原蛋白：结缔组织中（骨、皮肤等）
大量存在
弹性蛋白：存在于结缔组织
α角蛋白：主要存在
于毛发中
β角蛋白：天然
存在于丝中其它
肌球蛋白
血纤蛋白原
其它
说明,α角蛋白经充分伸展后可转变成 β角蛋白，即 β折叠片结构。
球状蛋白质：
其种类远比纤维状蛋白质多，蛋白质结构的复杂性和功能的多样性
主要体现在球状蛋白质；
球状蛋白质的整个肽链没有均一的二级结构，但具有多种二级结构
元件如 α螺旋,β折叠片、无规卷曲等，由此构建的三级结构 — 结构域，
并将球状蛋白质分成 4大类；
其三维结构具有明显的 折叠层次，且疏水测链球状分子内部，亲水
侧链暴露在分子表面；
在多数的胞内酶、血浆蛋白及蛋白类激素都属于球状蛋白质。
超二级结构,由若干相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，
形成种类不多，有规则的 二级结构串，并在多种蛋白质中充当三级结构
的构件，称为超二级结构。已知有 3种基本形式,αα,βαβ,ββ。
结构域,在多肽链上由二级结构元件或超二级结构形成的相对独立的
紧密球状实体，是三级结构的局部折叠区。较小的球状蛋白质或亚基是
单结构域，而较大的球状蛋白质或亚基是多结构域。结构域可分 4类：
全 α结构,α,β结构、全 β结构和富含金属或二硫键结构域。
蛋白质变性与蛋白质折叠
蛋白质变性,天然蛋白质分子在受到理化因素的作用时导致溶解度降低、
不对称性增高、生物活性丧失及理化特性改变，此过程称之为蛋白质变性。
蛋白质变性的实质是分子中次级键被破坏，引起天然构象解体。变性不涉
及共价键破坏，即蛋白质一级结构仍保持完好。当变性因素除去后，变性
蛋白质又可重新回复到天然构象，此为蛋白质的复性。是否蛋白质变性与
复性可逆，仍有疑问。
蛋白质折叠,蛋白质折叠不是随机的而是通过累积选择找到自由能最低的
构象；折叠需要折叠酶和分子伴侣参加。
分子伴侣,是一类与蛋白质折叠有关的蛋白质家族（来源相同、结构相似、
功能相关），它们通过抑制新生肽链不正常的聚集并排除与其他蛋白质不
合理的结合而协助多肽链的正确折叠。
亚基缔合与四级结构,在同多聚体蛋白质中，原体就是亚基，而在杂多
聚体蛋白质中，原体是由不同的亚基组成；亚基缔合的驱动力主要是疏水
相互作用，亚基缔合的专一性由相互作用的表面上的机性基团之间的氢键
和离子键决定。
Ⅳ 蛋白质的结构与功能的关系
肌红蛋白 和 血红蛋白 是两个研究得最透彻的蛋白质，它们是蛋白质结构
与功能的范例。肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，它和血红蛋白
的亚基在氨基酸序列上具有明显的同源性，它们的构象和功能也十分相似。
肌红蛋白
珠蛋白：含 153个氨基酸残基，为 1条肽链
辅基血红素：原卟啉 Ⅸ 与 Fe的络合物称血红素。
卟啉化合物有很强的着色力，使生物组织呈现特定的颜色。卟啉环中心
的铁原子有 6个配位键，其中 4个与四吡咯环的 N原子相连，另 2个沿垂直于
卟啉环面的轴分布在环面的上下，这两个键合部位分别称为第 5和第 6配位。
铁原子可以是亚铁（ Fe2+）或高铁 (Fe3+)，相应的血红素称为亚铁血红
素和高铁血红素，相应的肌红蛋白称为亚铁肌红蛋白和高铁肌红蛋白。类
似的命名也用于血红蛋白。其中只有亚铁态的蛋白质才能结合 O2。
在肌红蛋白分子中，血红素共价地结合于肌红蛋白分子的疏水空穴中。
其中血红素铁在第 5配位键与珠蛋白第 93位 His残基的咪唑 N配位结合；第 6
配位键处于开放状态，是 O2的结合部位。当第 6位被 O2分子所占据时，即
为氧合肌红蛋白；血红素中 Fe2+能进行可逆氧合作用。血红素的铁原子如
果处在水环境则容易被氧 化成 Fe3+，失去氧合能力，此时 H2O分子代替 O2
成为 Fe3+的第 6个配体。 CO能与 O2竞争第 6配位键，且结合能力远大于 O2。
血红蛋白（ Hb）的主要功能是在血液中结合并转运氧气，它存在于红细胞中。
Hb的结构,脊椎动物的 Hb由 4个多肽链亚基组成，其中 2个是一种亚基,2个是另
一种亚基。如成人的血红蛋白主要是 HbA，亚基组成为 α2β2，次要组分是 HbA2，
亚基组成为 α2δ2；每个血红蛋白分子都有 4个血红素，每个血红素分别位于每个
多肽链中的裂隙处，并暴露在分子的表面。
氧合过程中的构象变化,氧合作用显著改变 Hb的四级结构，且氧合血红蛋白和
去氧血红蛋白具有不同的构象。
氧合曲线和别构效应,氧合曲线呈 S形曲线（氧饱和度与氧分压之间），即血红
蛋白的氧合具有正协同性同促效应，一个 O2的结合增加同一 Hb分子中其余空的
氧合部位对 O2的亲合力；
Hb对 O2亲和力的影响因素,H+,CO2促进 O2从血红蛋白中释放,O2也促进 H+、
CO2 在肺泡毛细血管中释放； BPG（ 2,3-二磷酸甘油酸）降低 Hb对 O2的亲和力，
其只与去氧血红蛋白结合。
血红蛋白分子病,导致一个蛋白质中氨基酸改变的基因突变能产生分子病，这是
一种遗传病。了解最清楚的分子病是镰刀状细胞贫血病，该病人的不正常的血红
蛋白称 HbS，它只是在两条 β链的 N端第 6位上 Glu被 Val置换。这一改变使血红蛋
白表面产生一个疏水小区，导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维束，并引起红细胞
镰刀状化和输氧能力降低。地中海贫血是由于缺失一个或多个编码血红蛋白链的
基因造成的。
免疫球蛋白,人类具有 5类免疫球蛋白，每一类别的生物学功能不同。最丰富的
是 IgG类，它由 4条多肽链组成,2条重链,2条轻链。通过二硫键连接成 Y形结构
的分子。靠近 Y的两臂顶端的结构域是可变区，形成两个抗原结合部位。其它抗
体有 IgA：主要存在于人体分泌物中如唾液、泪、乳中； IgM：只存在于血液中，
抵制入侵血液的细菌； IgG：血液中最丰富的抗体，也是唯一能通过胎盘而进入
人体的抗体； IgE：在过敏反应中起重要作用的抗体。
蛋白质的分离纯化
蛋白质的分离和纯化 主要是利用蛋白质之间各种特性的差异，包括蛋白
质分子的酸碱性质、分子的大小和形状、溶解度、吸附性质和对配体分子
的特异亲合力。
蛋白质的酸碱性质,蛋白质是两性电解质。在蛋白质分子中，可解离基
团主要来自侧链上的功能团，此外还有少数的末端 α-羧基和 α-氨基。
可以把蛋白质分子看作是一个多价离子，所带电荷的性质和数量是由蛋
白质分子中的可解离基团的种类和数目以及溶液的 pH所决定的。
对某一种蛋白质来说，在某一 pH时，它所带的 正电荷与负电荷恰好相
等，即净电荷为零，这一 pH称蛋白质的 等电点 。蛋白质的等电点在中性盐
存在下可发生明显的变化，这是由于蛋白质分子中的可解离基团可与中性
盐中的阳离子或阴离子相结合。在没有其他盐类干扰时，蛋白质的 质子供
体基团解离出来的质子数与质子受体基团结合的质子数相等时的 pH称为蛋
白质的 等离子点 。
蛋白质分子的形状,测定蛋白质分子的形状或构象，最精确的方法是 X
射线晶体结构分析，但这种方法只能测定晶体状态的蛋白质空间结构。对
于溶液中的蛋白质分子的形状，只能借助间接的方法来描述蛋白质分子构
象的轮廓。
测定蛋白质分子
相对质量的方法
根据化学组成测定最低相对分子质量,测定某一微量元素或某一氨
基酸的含量如铁原子或色氨酸，并假设蛋白质分子中只有一个铁原
子或一个色氨酸，即最低相对分子质量 =铁的原子量 /铁的百分含量
渗透压法,在半透膜存在时，蛋白质溶液将产生渗透压（平衡
时的静水压力）。理想溶液的渗透压与溶质的浓度呈线性相关，
其关系可用范托夫公式表示,π=cRT/Mr, 在高分子溶液中，
π/c=RT/Mr+Kc，渗透压法简单、准确、且不受蛋白质分子的形
状和水化程度影响，但受 pH的影响，不能区别溶液中蛋白质分
子是否均一。
沉降法,离心力作用
沉降速率法,单位离心场的沉降速度
是个定值，称沉降系数 s。见 P296页
沉降平衡法,沉降产生浓度梯度
凝胶过滤法,标准蛋白质（已知 Mr和斯托克半径）和待测蛋
白质必须具有相同的分子形状（接近球体），分子形状为线
型或与凝胶发生吸附的蛋白质不可用此法测定。
SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法,加入 SDS和少量巯基乙醇，则电
泳迁移率主要取决于其相对分子质量，而与电荷和分子形状
无关。
蛋白质的胶体性质,蛋白质溶液属于胶体系统，其具备形成胶体系的条件：分
散相（蛋白质分子颗粒）的质点大小在 1~100nm，能在分散介质中作布朗运动；分
散相的质点带同种电荷，不易凝聚成大颗粒而沉淀；分散相的质点能与溶剂形成
溶剂化层如水化层而不易凝聚。
蛋白质在溶液中的稳定性是有条件的，相对的。如果条件改变，则蛋白质就会
从溶液中沉淀出来，如改变质点大小、电荷或水化层等。沉淀蛋白质的方法如下：
盐析法,加入大量的中性盐，脱去水化层而沉淀
有机溶剂沉淀法,加入极性的有机溶剂如甲醇等，脱去水化层并增加
质点间的相互作用而沉淀
重金属盐沉淀法,当 pH大于等电点时，蛋白质颗粒带净负电荷，易与重
金属离子结合成不溶性盐而沉淀
生物碱或酸类沉淀法,当 pH小于等电点时，蛋白质颗粒带净正电荷，
易与生物碱或酸根负离子结合成不溶性盐而沉淀
加热变性沉淀法,蛋白质因加热变性而凝固
蛋
白
质
沉
淀
法
蛋白质纯化的总目标 是增加制品的纯度，即设法除去变性的和不需要的蛋白
质以增加单位蛋白质重量中所需蛋白质的含量或生物活性。分离纯化蛋白质的
程序为：前处理（细胞或组织处理）、粗分级分离（除去杂蛋白）和细分级分
离。
蛋
白
质
的
分
离
纯
化
方
法
分子大小
透析和超过滤,透析指利用蛋白质分子不能通过半透膜而与小
分子分离；超滤是利用压力或离心力使小分子溶质通过半透膜
而蛋白质被截留在膜上而分离。
密度梯度离心,蛋白质颗粒在具有密度梯度的介质中离心
时，质量和密度大的颗粒比质量和密度小的颗粒沉降得快，
且每种蛋白质颗粒沉降到与其自身密度相等的介质密度梯
度时，即停止不前，最后各种蛋白质在离心管中被分离成
不同的区带。见 P302页。
凝胶过滤,即分子排阻层析。凝胶颗粒内部为多孔的网状结
构。大分子最先流出层析柱。
溶解度
等电点沉淀 和 pH控制
盐溶和盐析,中性盐在低浓度时可增加蛋白质的溶解度，
即盐溶。原因是蛋白质分子吸附盐类离子后，带电层使蛋
白质分子彼此排斥，而与水分子相互作用加强；当 离子强
度 增大到足够高时，此时与蛋白质疏水基团接触的 自由水
被移去以溶剂化盐离子，导致蛋白质疏水基团暴露，使蛋
白质因疏水作用凝聚沉淀。
有机溶剂分级分离法,一是降低介质的 介电常数,二是与
蛋白质争夺 水化水 。
温度沉淀,温度 对溶解度有影响，低温稳定，高温不稳
定。在 0~40℃,大部分的球状蛋白质溶解度随温度升高
而增加。
蛋
白
质
分
离
纯
化
方
法
电荷
电泳 （净电荷、分子
大小、形状）
区带电泳
聚丙烯酰氨凝胶电泳（ PAGE）
毛细管电泳离子交换层析
等电聚焦,外加电场时，蛋白质混合物在具有 pH梯度的介质中
移向并聚焦（停留）在等于其等电点的 pH处，形成区带。
层析聚焦,层析柱中建立连续的 pH梯度，蛋白质样品由柱上
端随缓冲液的展开而聚焦在各自的等电点 pH处，形成区段。
吸附, 吸附层析，吸附剂（硅石、氧化铝、活性碳）和疏水吸附剂，
与待分离分子和杂质分子的吸附与解吸能力不同。
特异亲和力,亲和层析
其它,如高效液相层析（ HPLC）,快速蛋白液相层析（ FPLC）
蛋白质纯度的鉴定方法, 采用物理化学方法如电泳、离心沉降,HPLC和溶
解度分析等。纯的蛋白质电泳时，其电泳图谱只呈现一个条带或峰，离心时以单
一的沉降速度移动；纯的蛋白质在一定的溶剂系统中具有恒定的溶解度，即溶解
度曲线只有一个折点，在折点以前直线斜率为 1，在折点以后斜率为零 ； 此外，
N-末端分析也用于纯度鉴定（单体蛋白质而言）。
必须指出，采用任何单独的一种方法鉴定纯度只能作为蛋白质均一性的必要条
件而非充分条件，即蛋白质往往在一种鉴定中表现为均一性，而在另一种鉴定中
又表现为不均一性。
蛋白质含量测定与纯度鉴定：
测定蛋白质含量的常用方法 有：凯氏定氮法、双缩脲法,Folin-
酚试剂法（ Lowry法，标准测定方法）,紫外吸收法、染料（考马
斯亮蓝）结合法、胶体金法（带负电的疏水胶体，洋红色，遇蛋白
质变蓝色，灵敏度最高）
第五章：酶（ 重点 ）
? 酶概论；
? 酶促反应动力学；
? 酶的作用机制和酶的调节；
酶概论
知识点 酶的本质 全酶 辅酶 辅基 单体酶 寡聚酶多酶复合体 酶的分类 酶的专一性 酶活力
酶单位 比活力 转换数 核酶 抗体酶 固定化酶
酶 —— 具有生物催化功能的蛋白质或核酸。酶作为生物催化剂具有高效性、
高度专一性、活性调控和易失活等特点。
多酶复合体 —— 由几种酶靠非共价键彼此嵌合而成，也称酶系。
酶的分类 —— 国际酶学委员会根据催化反应类型，将酶分为 6大类，即氧化
还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。分别
用 1~6来表示，在根据底物中被作用的基团或键分为亚类，每一亚类在细
分为亚亚类等，亚类和亚亚类均按顺序编成 1,2,3,4等。每一个酶的分
类编号由 4个数字组成，数字间用,.”隔开，编号前冠以 EC(Enzyme
Commision)。
酶活力 —— 即酶活性，指酶催化某一化学反应的能力，酶活力的大小可以
用在一定条件下所催化的某一化学反应的反应速率来表示，二者呈线性相
关。所以测定酶活力就是测定酶促反应速率，酶促反应速率可用单位时间
内底物的减少量或产物的增加量来表示。
酶单位（ U） —— 在一定条件下，一定时间 内将一定量的底物转
化为产物所需的 酶量 。酶的含量用每克酶制剂或酶毫升酶制剂含
有多少酶单位表示（ U/g或 U/ml）。
国际单位（ IU）,在最适反应条件下（温度 25℃ ）下，每分钟
内催化 1微摩尔底物转化为产物所需的酶量为一个酶活力单位，即
1IU=1umol/min。
Katal单位（ Kat）,在最适条件下，每秒钟催化 1摩尔底物转化
为产物所需的酶量定为 1Kat单位。
酶的比活力 —— 每 mg蛋白质所含的酶的活力单位数表示，其代表
酶的纯度，也可用来比较每单位质量蛋白质的催化能力。
转化数 —— 在一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物的分子数，
或每秒钟每微摩尔酶分子转化底物的微摩尔数。
抗体酶 —— 一种具有催化能力的免疫球蛋白（抗体），即抗体具
有酶的属性，也称催化性抗体。
核酶（ ribozyme） —— 某些具有催化功能的 RNA，即为核酶。核
酶的发现，开辟了生物化学研究的新领域，提出了生命起源的新
概念：即 RNA可能早于蛋白质和 DNA，是生命起源中首先出现的
生物大分子。
酶的专一性 —— 即酶对底物的高度选择性，酶一般只能催化一种或一类反应，
作用于一种或一类底物。酶的专一性可分为结构专一性和立体异构专一性，用
“诱导契合说”解释酶的专一性已被广泛认同。
酶的分离纯化 —— 是酶学研究的基础，大多数酶的本质是蛋白质，故可用分离
纯化蛋白质的方法纯化酶。但要选择合适的材料，操作条件要温和，且在制备
过程中，每一步都要测定酶的总活力和比活力，以了解酶的回收率和提纯倍数。
酶工程 —— 是将酶学原理与化学工程技术及基因重组技术有机结合而形成的新
型应用技术，是生物工程的重要组成部分，并必将成为一个很大的生物技术产
业。
酶促反应动力学
反应分子数与反应级数 米氏方程 米氏常数（ Km）
双倒数作图法 酶的抑制类型 温度,pH、激活剂对
酶反应的影响
?反应分子数 —— 在反应中真正相互作用的分子数目。仅有 1个反应的分子参
加的反应称为单分子反应，有 2个反应物分子参加的 反应称为双分子反应，依此
类推。
即,A P 属于单分子反应，动力学方程（速率方
程）为,υ＝ -dc/dt＝ kc ；
A+B p+Q 属于双分子反应，动力学方程为：
υ＝ -dc/dt＝ k c1c2 ；
反应级数 —— 指整个化学反应的速率服从哪种分子的反应速率方程式，则这个反
应即为几级反应。若总反应的速率与浓度关系能以单分子反应的速率方程式表示，
即为 一级反应,若能以双分子反应的速率方程式表示，则为 二级反应,依此类推
，把反应速率与反应物浓度无关的反应称为 零级反应 。
知识点
各
级
反
应
的
特
征
一级反应,c ＝ c0 e-kt 半衰期 t 1/2 ≈ 0.693/k
二级反应,υ＝ -dc/dt＝ k c1c2 半衰期 t 1/2 ＝ 1/ka (a为底物的初浓度 )
零级反应,υ＝ -dc/dt＝ k 半衰期 t 1/2 ＝ a/2k (a为底物的初浓度 )
?酶促反应动力学,底物浓度与酶促反应速率的关系呈双曲线，即当底物浓
度较低时，反应速率与底物浓度呈正比关系，表现为一级反应；当底物浓度逐渐
增加时，反应速率不再按正比关系升高，反应表现为混合级反应；当底物浓度达
到 足够高时，反应速率与底物浓度几乎无关，反应达到最大反应速率，表现为
零级 反应。
米氏方程 —— 1913年 Michaelis和 Menten在前人工作基础上，根据酶反应的中
间复合物学说，即：
E ＋ S ES E ＋ P
假定 E ＋ S ES 迅速建立平衡，底物浓度远大于酶浓度下,ES分解成产物
的逆反应忽略不计，推导出一个数学方程式来表示底物与酶反应速率之间的定量
关系，称为米氏方程，表达式如下：
υ ＝ Vmax ·［ S］ / (Km ＋ ［ S］ )
式中 Km为米氏常数，其物理意义是当酶反应速率达到最大反应速率一半时的底
物浓度，单位是 mol/L，与底物浓度的单位一样。 米氏常数 Km的意义如下：
① Km是酶的一个特征常数，其大小只与酶的性质有关，而与酶的浓度无关；
② Km值随测定的底物、反应温度,pH及离子强度而改变，即 Km作为常数只是
针对一定的底物、温度,pH和离子强度而言；
③ Km值可以判断酶的专一性和天然底物：有的酶可作用于几种底物，因此就有
几个 Km值，其中 Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然底物。 Km值随不同
底物而异的现象可以帮助判断酶的专一性；
④若已知某个酶的 Km值，可以计算出在某一底物浓度时的反应速率相当 Vmax
的比例；
⑤ Km值可以帮助推断某一代谢反应的方向和途径：同一种底物往往可以被几种
酶作用，催化不同的反应走不同的途径，究竟走哪一条途径决定于 Km值最小的酶，
只有 Km值小的酶反应比较占优势。
利用作图法测定 Km和 Vmax值：
Km值可用公式计算求得,Km ＝（ k2 ＋ k3） /k1；当 k3远小于 k2 时,Km ≈ k2
/k1 ＝ Ks，在此时,Km相当于 ES复合物的解离常数 Ks！
Vmax= k3 ·Et (Et 为总酶浓度 )；
Km和 Vmax可根据实验数据通过作图法直接求得：即将米氏方程进行变换，
使其成为直线方程，然后用图解法求出 Km与 Vmax值。例如,Lineweaver-Burk双
倒数作图法,1/ υ＝ Km/Vmax ·1/［ S］＋ 1/Vmax,横轴截距为 -1/Km，纵轴
截距为 1/Vmax ；
酶的抑制,酶主要是蛋白质，使酶蛋白变性而导致酶活力丧失的作用称为失活作
用；若由于酶的必需基团化学性质的改变，但酶并未变性，而引起酶活力的降低
或丧失称为抑制作用。引起抑制作用的物质称为抑制剂。抑制类型如下：
抑
制
类
型
不可逆抑制,抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，不能
用物理方法除去抑制剂。
可逆抑制,以非
共价键结合
竞争性抑制,竞争酶的结合部位
非竞争性抑制,同时和酶的不同部位结合
反竞争性抑制,酶与底物结合后，才可与抑制剂
结合
竞争性抑制,Vmax不变,Km增加；
可逆抑制动力学 非竞争性抑制,Vmax减小,Km不变；
反竞争性抑制,Vmax减小,Km减小；
重要的抑制剂
不可逆抑制剂
非专一性,
有机磷化合物,与酶活性部位 Ser-OH共价结合，
强烈抑制胆碱酯酶活性；敌敌畏、敌百虫
有机汞、有机砷化合物,与酶分子中 Cys-
SH作用，抑制含巯基的酶
重金属,使酶蛋白变性失活，用螯合剂可解除
氰化物、硫化物,CO,与酶分子中金属离子
形成络合物
烷化剂,与酶的巯基、氨基、羧基、咪
唑基等结合
专一性：
作用某
一种酶
Ks型,具底物类似结构，可与相应酶结合，并带有一
个活泼的化学基团，可对酶分子的必需基团进行修饰，
从而抑制酶的活性。亦称亲和标记试剂。
Kcat型,具有底物类似结构，本身也是酶的底物，且
存在潜伏的反应基团：当发生催化反应时，潜伏基团
暴露或活化，作用酶活性部位的必需基团或辅基，使
酶不可逆失活。亦称自杀性底物。
可逆抑制剂,最重要和最常见的是竞争性抑制剂。这类抑制剂
与天然代谢物在结构上十分相似，能选择性抑制病菌或癌细胞在代
谢过程中的某些酶，故称之为抗代谢物。如磺胺药，对氨基苯磺酰
胺，它是对氨基苯甲酸的结构类似物，而对氨基苯甲酸是叶酸结构
的一部分，细菌不能直接利用外源的叶酸，只能在二氢叶酸合成酶
的作用下，利用对氨基苯甲酸为原料合成二氢叶酸，继而合成四氢
叶酸 ———— 嘌呤核苷酸合成中重要的辅酶！因此，可利用竞争性
抑制的原理设计药物。
此外,过渡态底物类似物 也可作为竞争性抑制剂：所谓过渡态
底物是指底物和酶结合而形成的中间复合物被活化后的过渡形式。
过渡态底物对酶的亲和力远大于底物，因此可将抑制剂的化学结构
设计成类似于过渡态底物，从而一起酶的强烈抑制。目前报道的过
渡态底物类似物都是竞争性抑制剂，其抑制效率比基态底物类似物
高的多。
温度,pH、激活剂对酶活性的影响,存在酶反应的最适温度、
最适 pH；凡能提高酶活性的物质都称为激活剂，它对酶的作用具有
一定的选择性，即一种激活剂对某种酶起激活作用，而对另一种酶
可能起抑制作用。
酶的作用机制和酶的调节
酶的活性部位 影响酶催化效率的因素 酶活性的调控
调节酶 别构酶 共价调节酶 酶原激活
可逆共价修饰 同工酶
知识点
酶活性部位 —— 酶的催化能力只局限在酶分子的一定区域，只有少数特异的氨基
酸残基参与了底物结合与催化作用，这些特异的氨基酸残基比较集中的区域，即
与酶活性直接相关的区域称为酶的活性部位或活性中心。
活性部位
结合部位,决定酶的专一性
催化部位,决定酶的催化能力
酶活性部位的共同特点：
①酶活性部位在酶分子的总体积中只占相当小的部分，通常只占整个酶分子体积的
1%~2%；
②酶的活性部位是一个三维实体（空间概念）：不是点、线、面的概念；
③ 酶的活性部位并不是和底物的形状正好互补，而是在结合过程中二者发生一定的
构象变化后才互补的：此动态的辨认过程称为诱导契合；
④酶的活性部位是位于酶分子表面的一个裂缝内，底物分子或底物分子的一部分结
合到裂缝内并发生催化作用；
⑤底物通过次级键结合到酶上：酶与底物形成 ES复合物主要靠氢键、盐键、范德华
力和疏水相互作用；
⑥酶活性部位具有柔性或可运动性：活性部位更易被破坏；
酶活性部位的研究方法,酶分子侧链基团的化学修饰法（巯基、氨基、羧基、羟基、
咪唑基、胍基等）； X射线晶体结构分析法；定点诱变法（改变编码蛋白质基因中
的 DNA顺序来研究酶活性部位必需氨基酸的变化）等。
补充：
酶的催化作用是由氨基酸侧链上功能基团和辅因子为媒介的，主要的有 His,Ser、
Cys,Lys,Glu,Asp的侧链常直接参加催化过程；辅因子对于酶的催化具有协同作
用；
对于多底物的酶促催化反应，存在着 1个以上的底物结合部位，在活性部位存在 1
个以上的催化基团，能进行协同催化；
与底物相比较，酶分子很大，而活性部位通常只比底物稍大一些，故活性部位通
常包围着底物。
影
响
酶
催
化
效
率
的
因
素
底物和酶的邻近效应与定向效应,邻近效应指酶与底物结合成中间
复合物后，使底物与底物之间，酶的催化基团与底物之间的有效浓
度大大提高；定向效应指底物的反应基团之间和酶的催化基团与底
物的反应基团之间的正确取位产生的效应。
底物形变和诱导契合,酶使底物分子中敏感键基团的电子云密度增高
或降低，产生电子张力，使底物分子形变而接近其过渡态，降低了反
应活化能；
酸碱催化,酶通过瞬时的向底物提供质子或从底物接受质子以稳定过
渡态底物而加速反应的催化机制。在生理条件下,pH中性,OH-H+很
低，不能起到酸碱催化作用，此时主要依靠广义的酸碱催化来作用，
即酶蛋白分子中某些基团既是质子供体又是质子受体，如氨基、羧基、
巯基、酚羟基、咪唑基等。
共价催化,酶蛋白中的亲核基团容易攻击底物的亲电中心，形成酶 -底
物共价结合的中间物，从而降低反应活化能，加速反应。酶蛋白中最常
见的 3种亲核基团是：丝氨酸羟基、半胱氨酸巯基、组氨酸咪唑基；底
物中典型的亲电中心：磷酰基、酰基和糖基。
金属离子催化,几乎 1/3的酶催化活性需要金属离子，金属离子通过 3种主
要途径参与催化过程：结合底物为反应定向；可逆地改变金属离子的氧化
态调节氧化还原反应；静电稳定或屏蔽负电荷。
多元协同催化：
酶活性部位受微环境影响,非极性、低介电环境利于酶促反应。
酶活性的调控
酶
活
性
的
调
控
激素
产物反馈抑制
抑制剂、激活剂
别构调节,可逆、非共价,别构酶
共价修饰
不可逆共价修饰,酶原激活
可逆共价修饰：
磷酸化与去磷酸化
甲基化与去甲基化
其它同工酶
别构调节 —— 酶分子的非催化部位（别构部位）与某些化合物可逆地、非共价
结合后使酶的构象发生改变，进而改变酶活性（增加或降低），称之为酶的别构
调节。具有这种调节作用的酶称为别构酶（变构酶）。使酶分子发生别构作用的
物质称为效应物或别构剂，它包括正效应物（别构激活剂）和负效应物（别构抑
制剂）。别构调节普遍存在于生物界，许多多谢途径的关键酶就是利用别构调节
来控制代谢途径之间的平衡。别构调节现象不仅存在于别构酶，还存在于其它的
别构蛋白质如血红蛋白；此外，操纵子中的调节蛋白也是别构蛋白质。
关于别构酶：
①别构酶的酶促反应大多不符合 Michaelis-Menten动力学，即不符合米氏
方程，其酶促反应曲线为 S型（正协同）或双曲；
②效应物（别构剂）与调节亚基（调节部位）结合后导致酶构象的改变，
引起酶催化部位的活性增加或降低；
③具活性中心和别构中心，且二中心处在酶蛋白的不同亚基或同一亚基
的不同部位，即调节部位不同于催化部位；
④许多别构酶常处于代谢途径的起始部位或受控部位，代谢途径的终产
物常作为别构酶的负效应物抑制这些酶；
⑤所有的别构酶均为寡聚酶；
⑥存在同促效应和异促效应：底物分子本身对别构酶的调节作用称同促
效应；非底物分子对别构酶的调节作用称异促效应；
补充,为了区分符合米氏方程的酶和正协同效应的别构酶及负协同效应的别构酶，
Koshland建议用协同指数（ cooperativity index,CI）来鉴别不同的协同作用以及协
同的程度。 CI是指酶分子中的结合位点被底物饱和 90%和饱和 10%时底物浓度的比
值。故协同指数又称饱和比值 (Rs)。 CI=Rs=81 1/n, n为协同系数（ Hill系数），存
在下列不同的 Rs值：
典型的米氏方程酶,Rs=81；
正协同效应的别构酶,Rs＜ 81，且 Rs愈小，正协同效应愈显著；
负协同效应的别构酶,Rs＞ 81,且 Rs愈大，负协同效应愈显著；
此外，也常用 Hill系数来判断酶属于哪一种类型：米氏方程酶 n=1；正协同别
构酶 n ＞ 1；负协同别构酶 n ＜ 1；
调节酶 —— 凡能通过构象变化或亚基解聚或亚基修饰等方式来改变酶活性而对
代谢起调节作用的酶称为调节酶。
调节酶
别构酶,可逆地非共价结合，使构象改变，调节亚基发生变构或进
一步脱离催化亚基（解聚）
共价调节酶,通过其它酶对其多肽链某些基团进行可逆共价修饰，
使处于活性与非活性的互变状态，从而调节酶活性；共价修饰主
要是磷酸化、腺苷酰化、甲基化等。如在蛋白激酶作用下发生磷
酸化，主要的蛋白激酶有蛋白激酶 A，磷酸化酶激酶，蛋白酪氨酸
激酶等；共价调节酶是寡聚酶，且在每个亚基上都含有共价修饰
的位点。
酶原激活 —— 是不可逆共价修饰，指酶前体（酶原）经过蛋白水解酶作用后释放出
肽段，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成有活性的酶。
同工酶 —— 指催化相同的化学反应，但其蛋白质的分子结构、理化性质和免疫功能
等 方面不同的一组酶，称为同工酶。 关于同工酶的几点说明：
①同工酶的产生可能是基因分化的产物，而基因分化又可能是生物进化过程中为
适应不同的代谢方式而引起的，故为适应不同的代谢方式，同工酶在不同组织或不
同细胞中分布不同，底物特异性不同和动力学特性不同，这决定了同工酶在体内的
功能是不同的，同工酶只做相同的工作，不一定有相同的功能；
②同工酶是由不同基因编码的单体亚基通过不同的比例聚合成不同的多聚体，使
得同工酶在催化同一反应时以不同的多聚体形式存在；
③同工酶是研究代谢调节、分子遗传、生物进化、个体发育、细胞分化和细胞癌
变的有力工具，在酶学、医学和生物学研究中具有重要地位。
第 6章：维生素、抗生素、激素与生物膜
?维生素
?抗生素
?激素
?生物膜
维生素
维生素 水溶性维生素 脂溶性维生素
维生素缺乏症 各种维生素构成的辅酶（辅基）及其在
酶反应中的功能
知识点
维生素（ Vitamin） —— 维生素是维持生物体正常生长发育和代谢所必需的
一类微量有机物质，不能由机体合成或合成量不足，必须靠食物供给。维生
素在生物体内的作用不同于糖类、脂类和蛋白质，它不是作为碳源、氮源或
能源物质，不是用来供能或构成生物体的组成部分，但却是代谢过程中所必
需的，即绝大多数的维生素是作为酶的辅酶或辅基的组成部分，在代谢中起
到重要作用。
维生素缺乏症 —— 由于各种维生素的生理功能不同，因而缺乏不同的维生素
将产生不同的疾病，即由于维生素缺乏而引起的疾病称为维生素缺乏症。如
缺乏维生素 A导致夜盲症，缺乏维生素 B1导致脚气病，维生素 C缺乏导致坏
血病等等。
维生素的分类 —— 维生素都是小分子有机化合物，它们在化学结构上无共同
性，有脂肪族、芳香族、脂环族、杂环和甾类化合物。通常根据维生素的溶
解性质分为脂溶性和水溶性两大类。分类如下：
维
生
素
脂溶性维生素
维生素 A（视黄醇）,包括 A1和 A2；维生素 A和 β-
胡萝卜素的结构有联系,1个 β-胡萝卜素分子可转化
为 2分子维生素 A。视网膜中的视紫红质可分解成视
蛋白和视黄醛，因而与视觉有关。
维生素 D,包括 D2和 D3，维生素 D原与胆固醇的结
构有联系；维生素 D原经紫外线照射后转化为 D2或
D3。
维生素 E（生育酚）,与生育有关，抗氧化剂作用，
缺乏导致营养性肌肉萎缩。
维生素 K,与凝血有关。
水溶性维生素
维生素 C（抗坏血酸）,人体等不能合成。
维生素 B族
维生素 B1（硫胺素）
维生素 B2（核黄素）
维生素 PP（尼克酸和尼克酰胺）：或
称烟酸和烟酰胺
泛酸
维生素 B6（吡哆醛、醇、胺）
叶酸
生物素
维生素 B12(钴胺素 )
硫辛酸
各种维生素构成的辅酶（辅基）及其主要功能
脂溶性维生素：
维生素 A(视黄醇 ) 11-顺视黄醛 视循环
维生素 D 1,25-二羟胆钙甾醇 调节钙、磷代谢
维生素 E(生育酚 ) —— 抗氧化
维生素 K —— 羧基化、氧化还原反应
水溶性维生素：
维生素 B1(硫胺素 ) 硫胺素焦磷酸（ TPP) 转醛基和 α-酮酸脱羧
维生素 B2(核黄素 ) 黄素单核苷酸（ FMN） 氧化还原反应
黄素腺嘌呤二核苷酸（ FAD） 氧化还原反应
维生素 PP(烟酸和烟酰胺 ) NAD和 NADP 氢原子（电子）转移
泛酸 辅酶 A(CoA) 转醛基
维生素 B6(吡哆醛、胺、醇 ) 磷酸吡哆醛、胺 氨基酸转氨基、脱羧
生物素 生物胞素 传递 CO2
叶酸 四氢叶酸 传递一碳单位
维生素 B12(钴胺素 ) 甲基钴胺素等 甲基化、氢原子重排
硫辛酸 硫辛酸赖氨酸 转醛基、氧化还原反应
维生素 C(抗坏血酸 ) —— 羟基化反应
类 别 辅酶、辅基或其活性形式 主要功能
抗生素
抗生素 —— 抗生素是生物在其生命活动过程中产生的一种次生代谢产物或其人工
衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动。抗生素是一类
最重要的化学治疗剂（还有抗代谢物、中草药的有效成分），第一个抗生素 ——
青霉素在上世纪 40年代问世，至今已寻找到 9千多种新的抗生素和合成过 7万多种
半合成抗生素，但其中只有 50~60种是临床上常用的抗生素。抗生素产生者包括
微生物、昆虫、寄生虫、癌细胞等多种生物。抗生素种类很多，其化学结构、作
用机制和抗菌谱各异，在医疗、农业、畜牧业等方面应用十分广泛。
抗生素的化学结构 —— 化学结构多样，如氨基酸衍生物、寡肽类、多肽类、多肽
-大环内脂类、含嘌呤或嘧啶类、糖苷类、糖苷 -大环内脂类、乙酸或丙酸衍生物、
多烯或多炔类抗生素等。
抗菌谱 —— 抗生素的作用对象有一定的范围，称之为抗菌谱。分为广谱抗生素
（如氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等 ）和窄谱抗生素（如青霉素、多粘菌
素等）。抗生素的抗菌性能具有选择性作用、选择性毒力和引起细菌的耐药性。
抗生素的作用机制 —— 抑菌或杀菌的机理：抑制细胞壁的形成、影响细胞膜的功
能、干扰蛋白质的合成、阻碍核酸的合成。
微生物的抗（耐）药性 —— 随着抗生素的广泛应用,某些病原微生物出现日益
严重的抗药现象，给疾病的治疗带来一定的困难。抗药性的原因：产生使抗生素
失效的酶、改变被抗生素作用的部位、改变细胞膜的透性等。
激素
激素 —— 是生物体内产生的，通过体液或细胞外液运送到作用部位，产生特殊激动
效应，即调节控制各种物质代谢的生理功能，并有利于多细胞的有机体统一成整体
的一类微量的有机化合物，如肾上腺素、胰岛素、甲状腺素等。
激
素
的
分
类
含氮激素,包括氨基酸衍生物类激素、多肽和蛋白质类激素。
固醇类激素,性激素、肾上腺皮质激素等。
从激素的作用机制来看，绝大部分的激素都是专一性的结合到靶细胞的受体上，
形成激素 — 受体复合物，这种复合物再激活细胞膜或细胞内的某种物质（如 G蛋
白、酪氨酸激酶等），然后产生特定信息，这种信息将促进或抑制特定的代谢过
程。目前研究表明，激素的作用机制主要有 4种：如下页图所示。
激素的分泌受到严格调控，它们通过：上级内分泌腺对下级内分泌腺的调控，
下级激素对上级激素的负反馈作用，酶的分布调节和多元调控方式在机体内有节
制的分泌，对外界刺激作出反应，使内环境保持平衡，以保证机体总是处于正常
状态。体内激素在作用后通过排泄、代谢等失活，周转十分迅速。目前发现，激
素的作用与 cAMP、基因表达、癌基因及神经传递等密切相关，故对激素的研究
进入一个新阶段。
激
素
的
作
用
机
制
（
作
用
途
径
）
膜受体通过腺苷酸环化酶作用途径,通过激活 G蛋白而激活腺苷
酸环化酶产生 cAMP。
膜受体通过钙及肌醇三磷酸作用途径,通过激活 G蛋白的一系列作
用，使磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸分解产生肌醇三磷酸，打开 Ca2+通
道，释放的 Ca2+与钙调蛋白结合，激活钙调蛋白。
受体的酪氨酸激酶途径,受体本身含酪氨酸激酶，使受体本身
的酪氨酸残基磷酸化，并进一步促进酪氨酸激酶的活性。
固醇类激素受体调节基因转录速度,激素作用于细胞核中的受体
蛋白，形成对转录起增强作用的转录增强物，是特定基因转录增
强。
目前，在植物及昆虫中也发现了一些激素，利用这些激素，可以研制一些植物
生长调节剂和杀虫剂。
生物膜
生物膜 —— 细胞的外周膜（质膜）和内膜系统统称为生物膜。生物膜结构是细
胞结构的一种基本形式。生物膜具有多种功能，如物质运送、能量转换、细胞
识别、信息传递、神经传导、代谢调控以及药物作用、肿瘤发生等等都与生物
膜有关。
生物膜的结构 —— 主要由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂）和糖类组成。
生物膜的主要组分（蛋白质、脂质、糖类）在膜两侧的分布都是不对称的，这
对于膜功能的表现是必要的。生物膜在一般条件下都呈脂双层结构，但在某些
生理条件下（如细胞的胞吞与胞吐、细胞融合、蛋白质跨膜运输等）有可能出
现非脂双层结构，这称为膜脂的多态性。生物膜的流动性是生物膜结构的主要
特征，它包括膜脂和膜蛋白的运动。磷脂的运动方式多样，膜蛋白的运动可分
分为侧向扩散和旋转扩散。关于生物膜分子结构模型有多种，其中“流体镶嵌”
模型得到广泛认可。生物膜中分子间作用力主要有静电力、疏水作用、范德华
力。
膜蛋白
膜周边蛋白质：能溶于水，较易分离
膜内在蛋白质：不溶于水，需用剧烈方法分离
膜蛋白约占细胞蛋白的 1/4。其中 70%~80%为膜内在蛋白（如受体、离子通道、
离子泵、膜酶、运送载体等）。
第七章：代谢概况、生物能学、物质运输
?代谢概况
?生物能学
?物质运输
代谢概况
新陈代谢（代谢） —— 是生物体内一切化学变化的总称，是生命活动的重
要特征之一。代谢是由多酶体系协同作用的化学反应网络。代谢的基本要
略是形成 ATP、还原力和构造单元。代谢可分为分解代谢和合成代谢，也可
分为物质代谢和能量代谢。
两用代谢途径 —— 分解代谢和合成代谢可以共同利用的代谢环节称为两用
代谢途径。如柠檬酸循环是典型的两用代谢途径，即氨基酸分解代谢的产
物如草酰乙酸,α-酮戊二酸又是柠檬酸循环中的中间物，这些中间物又可用
来合成氨基酸。
代谢中间物 —— 在代谢过程中连续转变着的酶促产物称为代谢中间物。代
谢过程中的个别步骤、个别环节称为中间代谢。各种物质在体内经过代谢
最终都转变为终产物。
自由能 —— 能够用以做功的能量称为自由能。生物体的一切生命活动都需
要能量，如果没有能量来源，生命即停止。太阳能是所有生物最根本的能
量来源。机体利用自由能做功是在常温常压下进行的。机体内捕获和储存
自由能的分子是 ATP。机体在分解代谢中产生自由能的过程大致可分为 3个
阶段：第一阶段，由营养物的大分子如淀粉、蛋白质、脂肪等分解成较小
的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等；第二阶段，小分子进一步转变为少
数几种共同物质如乙酰辅酶 A等；第三阶段，由柠檬酸循环（产生 NADH和
FADH2）和氧化磷酸化产生大量的 ATP，这是产能的主要阶段。
ATP（腺苷三磷酸） —— 是生物体最重要的传递能量的分子，是生物体内能量流通的
“货币”。 ATP不断地处于动态平衡的周转之中（ ADP和 AMP）,ATP提供的能量主要用
于：生物合成、肌肉收缩、营养物质的逆浓度跨膜运输等。在生物体中，能够提供能量
的核苷酸分子除 ATP外，还有 GTP,UTP,CTP等。所有的核苷三磷酸的高能磷酸基都由
ATP转移而来。
NAD+（辅酶 Ⅰ ）,NADP+（辅酶 Ⅱ ） —— 营养物在分解代谢中释放的化学能，
除用于合成 ATP外，还可以以氢原子和电子的形式将将自由能转移给生物合成
的需能反应。具有高能的氢原子是由脱氢酶催化的脱氢反应产生的，脱氢酶将
脱下的高能氢和电子传递给 NAD+（辅酶 Ⅰ ）和 NADP+（辅酶 Ⅱ ），形成 NADH
和 NADPH，其中 NADPH是生物合成的主要还原力。而 NADH可通过电子传递
再氧化并释放大量的自由能而合成 ATP。此外,FMN和 FAD都能接受两个氢原
子和两个电子，在电子传递链中起到传递氢原子和电子的作用。
生化反应的机制 —— 4类反应机制，即基团转移反应（如转醛基、转酮基、转
酰基、转糖基、转磷酰基等），氧化还原反应（电子的得失），消除、异构化
和重排反应，碳 -碳键的形成或断裂反应（亲核体进攻亲电体）。
亲核体 —— 富电子的化合物称为亲核体，它带负电荷，即带有未共用的电子对，
与缺电子中心很易形成共价键。常见的亲核基团有：氨基、羟基、咪唑基及巯
基等。
亲电体 —— 缺电子的化合物称为亲电体。常见有,H+、金属离子、羰基碳原子等。
生物体内的代谢有着完整精密的调节机制如酶的活性调节，神经和激素的调节等等，代
谢的研究方法有多种多样,在测定中最为常用的手段是同位素示踪法。而核磁共正振波
谱法是新型的研究方法。
生物能学
内能 焓 燃烧热 熵 自由能变化 标准自
由能变化 标准生成自由能 化学反应与自由能关
系 高能磷酸化合物 能荷
内能 —— 指体系内部质点能量的总和，通常用 U或 E表示。体系内部各质点的能
量与体系的状态有关，因此，内能是体系状态的函数。如果体系的状态确定，内
能就成为某一个固定值。
焓（ H） —— 指一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和。焓也是
体系的一个状态函数。△ H= △ U + △ PV ；
熵（ S） —— 一个体系中能量分散的程度是该体系中大量质点进行的各种运动综
合表现出来的一种宏观性质，这种性质可以用一种状态函数来表示，它代表着体
系能量分散的程度，这个状态函数称之为熵。 △ S（总） = △ S（体系） + △ S
（环境）；
当△ S（总） =0时，体系所进行的过程是是可逆的，此时体现处于平衡状态；当
△ S（总）＞ 0时，体系发生的过程是自发进行的，且是不可逆的。
用熵作为衡量一个生物化学过程是否能够自发进行是困难的，必须要知道环境熵
变和体系熵变。
知识点
自由能变化的计算公式 Ⅰ, △ G=△ H－ T△ S；
标准自由能变化（ △ G0） —— 在标准条件下发生的化学反应的自由能变化
即为标准自由能变化，标准条件指反应的温度位 25℃,即 298K，大气压为
101,325Pa (1atm)，且反应物和生成物的浓度均为 1mol/L。对于生物化学反应，
标准条件还要求 pH=7，此时的标准自由能变化用△ G0’；
△ G与△ G0 的区别 —— △ G 0 是在特定条件下一个化学反应的常数，所以每
一个化学反应都有其特定的标准自由能变化； △ G是某一个化学反应随反应
条件如反应物浓度、反应温度和 pH而改变的自由能变化，它是不确定的。当
判断某一个化学反应能否自发进行时，只能根据其△ G而不是根据△ G 0进行
判断。当△ G＜ 0时，说明有自由能释放，自由能是降低的，反应能自发进行；
当△ G ＞ 0时，说明需要环境提供自由能，此时反应不能自发进行；当△ G =0
时，没有自由能的变化，此时反应处于平衡状态。
自由能变化的计算公式 Ⅱ,
△ G= △ G 0 ＋ RTln（［ C］ c［ D］ d/［ A］ a［ B ］ b ）
对于生物化学反应，则有：
△ G= △ G0’＋ RTln（［ C］ c［ D］ d/［ A］ a［ B ］ b ）
用 K’eq = ［ C］ c［ D］ d/［ A］ a［ B ］ b
当反应达到平衡时,△ G=0，所以可以推出△ G0’的计算式如下：
△ G 0’ =－ 2.303RTlg K’eq
标准生成自由能 —— 由处于标准状态的最稳定单质合成标准状态的当量化合物
时，其标准自由能的变化值即为标准生成自由能，用△ G 0 f表示；规定在一大
气压下，一定温度时，最稳定单质的标准自由能为零，这样，在标准状态下，
由稳定单质生成 1mol纯化合物的△ G 0 就等于该化合物的标准生成自由能。化学
反应的标准自由能变化等于反应产物的标准生成自由能的总和减去反应物的标
准生成自由能的总和。
高能磷酸化合物 —— 机体内许多磷酸化合物，当其磷酰基水解时释放出大量的
自由能，这类化合物称高能磷酸化合物。高能磷酸化合物的共同特点是具有容
易水解的活泼键。高能键通常用,~”表示。常见的高能磷酸化合物有,1,3-二
磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、焦磷酸,ATP,ADP、磷酸精氨酸、磷酸肌
酸等。其它的非磷酸型的高能化合物还有：酰基辅酶 A,S-腺苷甲硫氨酸等。
能荷 —— 细胞所处的能量状态用 ATP,ADP,AMP之间的关系来表示，称为能
荷。能荷的公式如下：
能荷 =（［ ATP］＋ 1/2［ ADP］） /（［ ATP］＋［ ADP］＋［ AMP］）
能荷是细胞所处能量状态的一个指标，能荷值在 0~1之间变动，高能荷对 ATP的
生成有抑制作用，但可促进 ATP的使用。能荷也表明细胞内 ATP的产生和利用
处于一个相对稳定的平衡状态。
第 8章：糖酵解（重点）
糖酵解的步骤（ 10步反应 10种酶） 净生成 ATP 净生成
NADH 丙酮酸去路 糖酵解的调节（关键酶与限速
酶）
知识点
糖酵解 —— 葡萄糖在无氧条件下转变为丙酮酸所经历的一
系列反应，在此过程中净生成 2个 ATP。糖酵解过程是生物
最古老、最原始的获取能量的一种方式，是生物体共同经
历的途径。酵解过程产生的丙酮酸在无氧条件下由 NADH
还原，由乳酸脱氢酶催化为乳酸，称为乳酸发酵。将丙酮
酸脱羧形成乙醇的过程称为乙醇发酵（丙酮酸脱羧酶、乙
醇脱氢酶催化）。
糖酵解的步骤 —— 经过 10步反应 10种酶催化。全部在细胞
溶胶中进行。反应分 2个阶段进行：第一阶段为耗能的准备
阶段；第二阶段为放能的收入阶段。
葡萄糖
6-磷酸 -葡萄糖
6-磷酸 -果糖
1,6-二磷酸 -果糖
磷酸二羟丙酮 3-磷酸 -甘油醛
第
一
阶
段
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
第
二
阶
段
己糖激酶
磷酸葡萄糖异构酶
磷酸果糖激酶
醛缩酶磷酸丙糖异构酶
磷酸甘油醛脱氢酶
磷酸甘油酸激酶
磷酸甘油酸变位酶
烯醇化酶
丙酮酸激酶
净生成 ATP的计算：
消耗 ATP=2个（ G 6-P-G ； 6-P-F 1,6-2P-F）；
生成 ATP=2× 1＋ 2× 1=4个（ 1,3-二磷酸甘油酸 3-
磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸）即底物水平磷酸
化； 净生成 ATP=4－ 2=2个
产生 NADH=2 × 1（ 3-磷酸甘油醛 1,3-磷酸甘油酸）
丙酮酸的去路：
①丙酮酸脱氢酶系作用下，形成乙酰 -CoA；
②丙酮酸羧化酶作用下，形成草酰乙酸；
③乳酸脱氢酶作用下，生成乳酸；
④丙酮酸脱羧酶及乙醇脱氢酶作用下，生成乙醇；
其中③和 ④是在无氧条件下糖酵解继续进行的反应，使 NADH
在被氧化为 NAD+。
糖酵解的调节：
磷酸果糖激酶 催化的反应是糖酵解的限速步骤，该酶受
ATP和柠檬酸的抑制，受 AMP和 2,6-二磷酸 -果糖激活。如
果磷酸果糖激酶受到抑制，则使 6-磷酸 -果糖浓度增加，也必
然使 6-磷酸 -葡萄糖积累。
己糖激酶 受 6-磷酸 -葡萄糖抑制。
丙酮酸激酶 受 ATP和丙氨酸抑制，受 1,6-二磷酸 -果糖激活。
该酶的活性受磷酸化的调节，去磷酸化为其活性形式。
在糖酵解的 10步反应中，有 5步反应的△ G0’＞ 0，即反应
是吸能的，这 5步反应是可逆的（磷酸葡萄糖异构酶、醛缩
酶、磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛脱氢酶、烯醇化酶）；
葡萄糖分子的第 3,4位碳原子形成了 2分子 3-磷酸甘油醛的
醛基碳原子，葡萄糖分子的第 1,6位碳原子形成了 3-磷酸甘
油醛的第 3位碳原子，第 2,5位碳原子形成 3-磷酸甘油醛的第
2位碳原子。
第 9章：三羧酸循环（柠檬酸循环）重点
氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶系 三羧酸循
环的步骤 三羧酸循环中的酶 三羧酸循
环总结算 三羧酸循环调控 碳原子示踪
知识点
葡萄糖的分解代谢 —— 葡萄糖在无氧条件下进行糖酵解，形
成丙酮酸，丙酮酸在无氧条件下进行乳酸发酵或乙醇发酵；
在有氧条件下，丙酮酸进行氧化分解，最后形成 CO2和 H2O。
这个途径包括两个阶段,柠檬酸循环和氧化磷酸化,即丙酮
酸通过柠檬酸循环进行脱羧和脱氢反应形成 CO2,NADH和
FADH2；氢原子（ 以 NADH和 FADH2形式 ）则随着电子载体
进入电子传递链经过氧化磷酸化作用形成 H2O并合成 ATP。
三羧酸循环 —— 在循环的一系列反应中，关键的化合物是柠
檬酸，因为它有三个羧基，故称为三羧酸循环，又称柠檬酸
循环，简称 TCA循环。又称 Krebs循环。柠檬酸循环是糖类、
脂类和氨基酸代谢的共同途径。柠檬酸循环的中间物是许多
生物合成的前体。柠檬酸循环是典型的两用代谢途径。
丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段，（即形成乙酰 -CoA） —
— 在丙酮酸、辅酶 A和 NAD+的参与下，由丙酮酸脱氢酶系催
化进行 氧化脱羧,即进行氧化还原反应和脱羧反应，生成 CO2、
NADH和乙酰 -CoA。丙酮酸脱氢酶系参加反应的辅助因子有 5
种,CoA,NAD+,TPP,FAD和硫辛酰胺。
丙酮酸脱氢酶系（多酶复合体） —— 该酶系包括 3种酶：丙酮
酸脱氢酶组分（氧化脱羧）、二氢硫辛酰转乙酰基酶（将乙
酰基转移到 CoA ）和二氢硫辛酸脱氢酶（将还原型硫辛酰胺
转变为氧化型）。多酶复合体的优越性在于所有的中间产物
都不需要离开酶的复合体，所有的反应都在严密的体系中有
序的进行。
柠檬酸循环的步骤 —— 8步反应 8种酶。见下页：
乙酰 -CoA
柠檬酸
顺乌头酸
异柠檬酸
草酰琥珀酸
α-酮戊二酸
琥珀酰 -CoA
琥珀酸
延胡索酸
苹果酸
草酰乙酸
柠檬酸合成酶
（缩合）
异柠檬酸脱氢酶
（氧化脱羧）
顺乌头酸酶（脱水）
顺乌头酸酶
（水化）
α-酮戊二酸脱氢酶系
（氧化脱羧）
琥珀酰 -CoA合成酶
（底物水平磷酸化）
琥珀酸脱氢酶
（氧化）
延胡索酸酶
（加水）
苹果酸脱氢酶
（氧化）
NADH
CO2
NADH CO2GTP
FADH2
NADH
H2O
H2O
H2O
H2O
α- 酮戊二酸脱氢酶系 —— 由 3种酶构成,α-酮戊二酸
脱氢酶（ E1）、二氢硫辛酰转琥珀酰酶 (E2)、二氢硫
辛酸脱氢酶 (E3)，该酶催化的反应需 6种辅助因子：
硫辛酸,TPP,CoA,FAD,NAD+,Mg2+。
三羧酸循环的实质 —— 是乙酰 -CoA的氧化分解，形
成 CO2,NADH和 FADH2。在三羧酸循环中，每个中
间物都将被消耗而又被重新形成。因此，单独进行三
羧酸循环时，不会发生任一中间物的净合成或净降解；
三羧酸循环中间物的净合成需要环外酶丙酮酸羧化酶
或氨基酸分解形成的三羧酸循环中间物来补充。三羧
酸循环净降解也需要环外酶草酰乙酸脱羧酶，若缺乏
此酶，则生糖氨基酸分解形成的三羧酸循环中间物将
不能发生净降解，这将大大损害蛋白质的供能。
三羧酸循环的总结算,每次循环，加入 1个乙酰 -CoA，
生成 3个 NADH,1个 FADH2和 1个 GTP。同时脱去 2个
CO2，消耗 2个 H2O。
1个乙酰 -CoA每次循环最终产生 ATP（经过电子传递氧
化磷酸化）, 3× 2.5＋ 1× 1.5＋ 1＝ 10个 ATP；
若从丙酮酸出发计算，产生 ATP＝ 1× 2.5＋ 3× 2.5＋
1× 1.5＋ 1 ＝ 12.5
若从葡萄糖出发计算，产生 ATP ＝ 2 ＋ 2 × 2.5 ＋ 2
× (1× 2.5＋ 3× 2.5＋ 1× 1.5＋ 1 ) ＝ 32
柠檬酸循环共有 4次氧化反应。每一次循环都纳入 1个乙
酰 -CoA分子，即两个碳原子进入循环，又有两个碳原
子以 CO2的形式离开循环，但离开循环的两个碳原子并
不是刚刚进入循环的那两个碳原子（而是原来在草酰乙
酸分子上的羧基），新加入的两个碳原子在形成草酰乙
酸后逐步脱去。在柠檬酸循环中虽然没有 O2分子直接
参加反应，但柠檬酸循环只能在有氧条件下进行。因为
柠檬酸循环产生的 3个 NADH和 1个 FADH2只能通过电子
传递链与 O2分子结合再氧化。
琥珀酸脱氢酶 是柠檬酸循环中唯一嵌入线粒体内膜中的酶，其
它酶都处于线粒体基质中。
三羧酸循环的调控 —— 关键酶是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢
酶和 α- 酮戊二酸脱氢酶。其中柠檬酸合成酶是柠檬酸循环的
限速酶。最关键的物质是乙酰 -CoA、草酰乙酸和产物 NADH。
产物抑制,如乙酰 -CoA和 NADH反馈抑制丙酮酸脱氢酶系；
柠檬酸反馈抑制柠檬酸合成酶；
琥珀酰 -CoA和 NADH反馈抑制 α- 酮戊二酸脱氢酶
竞争性抑制,琥珀酰 -CoA 是乙酰 -CoA结构类似物，竞争性抑
制柠檬酸合成酶；
Ca2+和 ADP的激活作用与 ATP的抑制作用。
柠檬酸循环的填补反应 —— 丙酮酸羧化反应。需 CO2ATP和丙
酮酸羧化酶。
氧化磷酸化 氧化还原电势 标准电势
电子传递链 (呼吸链 ) 电子载体 氧化磷
酸化的作用机制 氧化磷酸化的解偶联和
抑制
第 10章：电子传递与氧化磷酸化（重点）
知识点
生物氧化 —— 有机分子在细胞内氧化分解成二氧化碳和水
并释放出能量形成 ATP的过程统称为生物氧化，其实质是
需氧细胞在呼吸作用中发生的一系列氧化还原反应，即细
胞氧化或细胞呼吸。生物氧化的特点：体温条件下进行，
酶促反应，逐步氧化并释放能量；在氧化过程中产生的能
量一般都储存在 ATP中。
氧化磷酸化 —— 指 NADH和 FADH2上的电子通过一系列电
子传递载体传递给 O2，伴随 NADH和 FADH2的再氧化，并
将释放的能量使 ADP磷酸化形成 ATP的过程（即氧化与磷
酸化发生偶联 ） 。
氧化还原反应 —— 凡是反应中有电子从一种物质转移到另一种物质的化
学反应称为氧化还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反应。
氧化还原电势 —— 还原剂失掉电子或氧化剂得到电子的倾向称氧化还原
电势。
标准电势 —— 任何的氧化 -还原物质即氧还电对都有其特定的电动势，称
标准电势。用 E0’或 ε0表示。氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电
子。例如，异柠檬酸 /α-酮戊二酸 +CO2电对在浓度均为 1.0mol/L时，其标
准电势为 -0.38V，这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对
NADH/NAD+，因为其标准电势为 -0.32V。
电子传递与氧化磷酸化的实质 —— 需氧细胞内糖类、脂类、
蛋白质等通过各自的分解途径所形成的还原型辅酶，包括
NADH和 FADH2通过电子传递链被重新氧化。还原型辅酶上
的氢原子以质子的形式脱下，其电子沿着一系列的电子载体
传递，最后转移给分子氧。而质子和负离子型氧结合成水。
在电子传递过程中释放出的大量自由能使 ADP磷酸化生成
ATP。在传递过程中，电子的传递仅发生在相邻的电子载体
之间，它的传递方向每个电子所具有的电化学势能的大小。
即电子的流动方向总是由电负性较低的氧还电对流向更强电
正性的氧还电对。电子从电负性流向电正性是伴随着自由能
的降低，其标准自由能变化的计算公式为,
△ G0’=-nF△ E0’
n为转移电子数,F为法拉第常数 =23062cal/Vmol,△ E0’为标准电势变
化。利用此公式可以计算出电子传递链中每一步电子传递的自由能变化。
在电子传递过程中伴随有质子的释放和结合，通过这种方式
使质子能定向移动，并通过质子的跨膜电势来推动 ATP的合
成。
电子传递链 —— 电子从 NADH或 FADH2传递到 O2所经过的
途径称为电子传递链，或称呼吸链。电子传递链由蛋白质复
合体构成。 电子传递链存在于真核细胞的线粒体内膜上，存
在于原核细胞的质膜上 。电子传递酶复合体的辅基有：黄素
类、铁硫中心、血红素和铜离子，这些辅基都是电子载体，
电子传递通过这些辅基来完成。电子传递链图解如下：
细胞色素还原酶
细胞色素 c
细胞色素氧化酶
O2
NADH-Q
还原酶 FADH2
琥珀酸 -Q
还原酶NADH
辅酶 QFMN,Fe-S FAD,Fe-S
血红素 b-562
血红素 b-566
血红素 c1
血红素 a
血红素 a3
CuA和 CuB
Fe-S
电子传递的具体过程 —— NADH脱下 2个电子（同时有 2个质
子） FMN、形成 FMNH2 Fe-S Q,形成 QH2
细胞色素还原酶 Fe-S 细胞色素 c 细胞色素
氧化酶 Cu 1/2O2
2个 QH2使 2个细胞色素 c 还原，同时又生成 1个 QH2。
质子泵与产能 —— 在 NADH-Q还原酶、细胞色素还原酶和
细胞色素氧化酶的催化反应中，可使质子由线粒体内膜泵
入线粒体内外膜间隙，所以这三个酶都是质子泵，并推动
ATP的形成。而琥珀酸 -Q还原酶不是质子泵，不能形成 ATP。
一对电子流经 NADH-Q还原酶产生 1个 ATP，流经细胞
色素还原酶产生 0.5个 ATP，流经细胞色素氧化酶产生 1个
ATP，故一个 NADH分子通过氧化磷酸化形成 2.5个 ATP,1
个 FADH2只形成 1.5个 ATP。
氧化磷酸化的解偶联和抑制 —— 见下图
氧
化
磷
酸
化
的
影
响
方
式
解偶联剂,只抑制 ATP的形成，不抑制电子传递过
程，使电子传递产生的自由能变为热能。如 2,4-二
硝基苯酚。对底物水平磷酸化没有影响。
氧化磷酸化抑制剂,即抑制电子传递又抑制 ATP的
形成，它通过直接干扰 ATP的形成，结果也使电子
传递不能进行。所以它并不直接抑制电子传递链上
的载体。如寡霉素。
离子载体抑制剂,能与某些除质子以外的 1价阳
离子结合并作为它们的载体来增加线粒体内膜对
1价阳离子的通透性而破坏氧化磷酸化过程。如
颉氨霉素。
电子传递的抑制剂 —— 能够中断呼吸链中某部位电子传递的
物质称电子传递抑制剂。利用专一性电子传递抑制剂选择性
地阻断呼吸链中某个传递步骤，在测定链中各组分的氧化 -还
原态情况，是研究电子传递链顺序的重要方法。抑制部位见
下图：
NADH NADH-Q还原酶 （ 鱼藤酮、安密妥 ）
QH2 （抗霉素 A ） 细胞色素 c1 细胞色素 c
细胞色素氧化酶 （ CN-,N3-,CO ） O2
线粒体的结构 —— 普遍存在于动植物细胞内，呈球状、棒
状、线状等，是需氧细胞产生 ATP的主要部位。在细胞中
的数目可达数百到数千。线粒体有两层膜：外膜和内膜，
中间为膜间隙，线粒体内部为基质。内膜向基质内折叠为
嵴，嵴的存在大大增加了内膜的面积。内膜是细胞溶胶和
线粒体基质间的主要屏障。膜间隙通过外膜与细胞溶液相
接触。线粒体内膜的功能有 3个方面：第一方面是丙酮酸
和脂肪酸氧化为 CO2，同时使 NAD+,FAD还原为 NADH
和 FADH2，这发生在线粒体基质或面向基质的内膜蛋白质
上；第二方面是电子从 NADH和 FADH2传至线粒体内膜上，
并同时形成跨膜质子泵；第三方面是将储存在电化学质子
梯度的能量由内膜上的 ATP合成酶（ F0F1ATPase） 合成
ATP。
穿梭途径 —— 细胞溶胶中的 NADH（如糖酵解产生的）
不能透过线粒体内膜进入线粒体在氧化，必须通过 3-磷
酸甘油或苹果酸 -天冬氨酸（心脏和肝脏）穿梭途径将电
子（质子）转移给线粒体基质中的 FAD(前者 )或
NAD+(后者 )，形成 FADH2或 NADH再氧化。见 P139页
图。
氧化磷酸化的作用机制 —— 包括 ATP合成部位、能量偶
联假说,质子梯度（质子泵）,ATP合成酶（ F0F1-
ATPase）。
ATP合成部位,第 1个部位是 NADH-Q还原酶将
NADH上的电子传递给 CoQ的过程；第 2个部位是细胞色
素还原酶将电子由 CoQ传递给细胞色素 c的过程；第 3个
部位是细胞色素氧化酶将电子从细胞色素 c传递给氧的
过程。
能量偶联假说,氧化磷酸化作用与电子传递相偶联的方式
是怎样的？提出的假说有：化学偶联假说、构象偶联假说、
化学渗透假说等。
质子梯度,线粒体内膜外的 pH低于基质中 pH，故质子从线
粒体基质逆质子梯度转移到膜外是一个吸（需）能过程 。
此能量是由酶促反应中释放的自由能将质子从线粒体内膜
基质泵出线粒体内膜而 进入内外膜间隙，于是产生质子梯
度，而这种质子梯度将驱动 ATP合成酶合成 ATP，即电子流
通过酶复合体 Ⅰ, Ⅲ, Ⅳ 将质子从线粒体内膜基质侧泵出
到细胞溶胶侧。由 pH梯度和膜电势构成质子动力。当质子
从细胞溶胶侧经 ATP合成酶流回到线粒体基质时，通过 ATP
合成酶的质子流产生驱动力使 ADP和 Pi合成 ATP。
ATP合成酶,含有 F0和 F1单位，质子流回基质通过 F0通道，
而 ATP的合成部位在 F1。与 ATP合成酶紧密结合着的 ATP分
子在质子流经该酶时被释放出来。
呼吸控制 —— ATP/ADP之比对电子传递和氧化磷酸化起重
要调控作用，其中 ADP对氧化磷酸化的调控作用 称为呼吸
控制。
葡萄糖氧化生成 ATP的总结算,32个和 30个 ATP。
第 11章,HMP途径、糖异生、乙醛酸途径（重点）
HMP途径 糖异生 乙醛酸循环
HMP途径（发生在细胞溶胶中） —— 称戊糖磷酸途径或戊糖
磷酸循环等，是糖类的第二条重要代谢途径，即葡萄糖分解
的另外一种机制。这种途径存在于细胞溶胶中，广泛存在于
动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，发生在中，
起始物为 6-磷酸 -葡萄糖，经过氧化分解后产生磷酸戊糖、
CO2,NADPH和 Pi等。该途径分为 2个阶段：氧化阶段和非
氧化阶段。该途径的核心反应为：
6-磷酸 -葡萄糖 + 2NADP+ + H2O 5-磷酸 -核糖
+ 2NADPH + 2H+ +CO2
HMP反应途径图解如下：
HMP途径
6-磷酸 -葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸 -δ-内酯
6-磷酸葡萄糖酸
5-磷酸 -核酮糖
6
6
6
6
5-磷酸 -核糖2 5-磷酸 -木酮糖 5-磷酸 -木酮糖2 2
7-磷酸 -景天庚酮糖 3-磷酸 -甘油醛2 2
6-磷酸 -果糖 4-磷酸 -赤藓糖2 2
+ +
+
+
6-磷酸 -果糖2 3-磷酸 -甘油醛+ 26-磷酸 -葡萄糖4
6-磷酸
葡萄糖
氧
化
阶
段
1
NADPH
NADPH
6
6 CO26
Pi1
H+6
H+6
+
+
非
氧
化
阶
段
HO26
在氧化阶段的关键酶是 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,在非氧化阶段的
关键酶是转酮（醇）酶，木酮糖的 C3位的羟基位置能适合转
酮醇酶的要求，而核酮糖 C3位的羟基位置不能适合转酮醇酶
的要求 。
HMP途径结算,6个 6-P-G进入 HMP途径，消耗 6个 H2O,再
生 5个 6-P-G,6个 CO2,12个 NADPH,12个 H+,1个磷酸。假
如 每分子 6-磷酸 -葡萄糖通过 HMP途径如果完全氧化为 CO2，
则可形成 12分子 NADPH。
HMP途径的重要意义,是细胞产生还原力 NADPH的主要途径；
是细胞内不同结构糖分子的重要来源，并为各种单糖的相互转
变提供条件。
一般情况下，机体对 5-磷酸 -核糖的需要量远不及对 NADPH
的需要量，于是借助转酮基和转醛基作用将 5-磷酸 -核糖转变
为 6-磷酸 -果糖和 3-磷酸 -甘油醛，从而使 HMP途径与糖酵解连
接起来。
当机体对 5-磷酸 -核糖的需要量超过对 NADPH的需要时，
这时 6-磷酸 -葡萄糖通过糖酵解转变为 6-磷酸 -果糖和 3-磷酸
甘油醛，在这种情况下,6-磷酸 -果糖和 3-磷酸甘油醛在转
酮酶和转醛酶将 2分子 6-磷酸 -果糖和 1分子 3-磷酸 -甘油醛通
过反方向 HMP途径转变为 3分子 5-磷酸 -核糖而不通过 HMP
途径 产生 NADPH；
当机体对 5-磷酸 -核糖的需要量远不及对 NADPH的需要量
时,氧化阶段形成的 5-磷酸 -核糖可通过 6-磷酸 -果糖和 3-磷
酸 -甘油醛而进入糖酵解转变为丙酮酸, 即 6-磷酸 -葡萄糖的
6个碳原子中有 5个碳原子参与形成丙酮酸分子，并且产生
ATP和 NADPH。总之，通过 HMP途径和糖酵解之间的穿
插作用，使得机体内的 NADPH,ATP,5-磷酸 -核糖和丙酮
酸等物质可以根据需要而保持合理的水平。
HMP途径调控,限速酶是 6-磷酸 -葡萄糖脱氢酶，最重要的
调控因子是 NADP+。
糖异生 —— 指以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。非糖物
质包括乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油及氨基酸等。糖异生对于人
类及动物而言是绝对必要的途径。在细胞溶胶中进行 。
糖异生与糖酵解的关系 —— 糖异生作用并不是糖酵解的直接逆
反应。因为糖酵解中有重要的 3步反应是不可逆的，即：己糖
激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应，对于这 3步反
应的可逆反应必须采取迂回措施进行。
迂回措施之一,丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸；
迂回措施之二,1,6-二磷酸 -果糖在果糖 -1,6-二磷酸酶催化
下形成 6-磷酸 -果糖；
迂回措施之三,6-磷酸 -葡萄糖在葡萄糖 -6-磷酸酶作用下形成
葡萄糖。（脑和肌肉中不存在此酶，故不能利用 6-磷酸 -葡萄糖
形成葡萄糖。）
糖异生途径总览：见下图。
糖异生
丙酮酸乳酸 氨基酸
草酰乙酸
磷酸烯醇式丙酮酸
2-磷酸 -甘油酸
3-磷酸 -甘油酸
1,3-二磷酸 -甘油酸
3-磷酸 -甘油醛 磷酸二羟丙酮 甘油
1,6-二磷酸 -果糖
6-磷酸 -果糖
6-磷酸 -葡萄糖
葡萄糖
丙酮酸
羧化酶
果糖 -1,6
二磷酸酶
葡萄糖 -6
-磷酸酶
磷酸烯醇式
丙酮酸羧激酶
糖异生能量结算,2个丙酮酸形成 1个葡萄糖, 需消耗 4个
ATP,2个 GTP,扣除糖酵解净生成的 2个 ATP,需消耗 4个额外
的高能键 。
糖异生调节：
ATP,柠檬酸抑制磷酸果糖激酶, 柠檬酸激活果糖 -1,6-
二磷酸酶；
在饥饿时, 血糖含量下降, 刺激血液中胰高血糖素升高,
启动 cAMP级联反应, 导致果糖 -6-磷酸不能转变为果糖 -2，
6-二磷酸, 而果糖 -2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶有强烈激活
作用, 故果糖 -2,6-二磷酸水平降低, 导致糖酵解下降而糖
异生提高；
在饱食时, 血糖升高, 血中胰岛素升高, 果糖 -2,6-二磷
酸水平升高, 加速糖酵解而糖异生受抑制 。
丙酮酸激酶受高浓度 ATP和丙氨酸抑制，受果糖 -1,6-二磷
酸激活；丙酮酸羧化酶受乙酰 -CoA激活，受 ADP抑制；
乙醛酸循环：（只存在于植物和微生物中） 线粒体中的草酰
乙酸通过转变为天冬氨酸跨出线粒体膜，并进入 乙醛酸循环
体, 又变为草酰乙酸，然后与乙酰 -CoA反应生成异柠檬酸，
在异柠檬酸裂合酶作用下，生成乙醛酸（来自乙酰 -CoA）和
琥珀酸（来自草酰乙酸），琥珀酸进入线粒体进行三羧酸循
环又生成草酰乙酸，而乙醛酸与另一分子乙酰 -CoA生成苹果
酸，苹果酸进入细胞溶胶形成草酰乙酸，草酰乙酸可进行糖
异生 。 图解见 160页。
所以,乙醛酸循环的实质 是 2分子乙酰 -CoA生成 1分子草酰乙酸。在
此过程中，还形成 2分子 NADH和 1分子 FADH2。
乙醛酸循环
第 12章：寡糖、糖原的分解与合成（次重点）
寡糖合成 糖蛋白合成 糖原代谢基本内容
寡糖合成概况 —— 寡糖由单糖以糖苷键连接而成，种类很
多，其组成成分有：甘露糖、葡萄糖、果糖、半乳糖,N-乙
酰葡糖胺,N-乙酰半乳糖胺,N-乙酰胞壁酸,N-乙酰神经
氨酸等。糖苷键的形成在生理条件下需要提供能量。 能量主
要是用来形成活化形式的 NDP-糖分子,参与转移单糖的核
苷酸有 UDP,GDP（ Man,Fuc）,CMP（ Sia）。糖分子异
头碳上的核苷酸基团很容易离开糖分子，以促进与第二个糖
分子形成糖苷键。以糖苷键相连的最简单的典型寡糖是乳糖。
乳糖由半乳糖和葡萄糖以 β-1,4-糖苷键相连。反应如下：
UDP-Glc + Gal-1-P UDP-Gal + Glc-1-P
UDP-Gal + Glc 乳糖 +UDP
重要的糖
单糖,甘油醛, D-核糖,Glc, Gal,Fru,GlcUA
GlcA, Fuc,GlcNAc,MurNAc、
NeuNAc, Sia
寡糖,蔗糖、乳糖、麦芽糖
多糖,
同 多糖,淀粉、纤维素、糖原、几丁质
糖胺聚糖（透明质酸等）,蛋白聚糖
杂 多糖：
细菌多糖（肽聚糖等）
糖蛋白,糖肽键（ N,O型）；糖链（寡糖链，具重要功能）
-
Man
乳糖不耐症 —— 几乎所有的婴儿和幼儿都能消化乳糖，但
到青年或成年后，由于小肠细胞中乳糖酶活性大部分或全部
消失，致使乳糖不能被消化或完全被消化，也不能被小肠吸
收，且在大肠内乳糖被细菌转变为有毒物质，出现腹胀、恶
心等症状，临床称 乳糖不耐症 。
糖蛋白合成
糖蛋白合成 —— 糖蛋白是多肽链与寡糖分子相结合的重要
物质。 以 N-糖苷键相连的糖蛋白中, 其寡糖组分通过 N-糖
苷键与蛋白质的 Asn-X-Ser/Thr序列片段中的 Asn相连； 以 O-
糖苷键连接的糖蛋白,其寡糖以 O-糖苷键连接到多肽链的
Ser或 Thr或 5-羟赖氨酸上（胶原蛋白形成的糖蛋白）。 N-连
糖链的合成开始于内质网，且与肽链的合成同时进行：即
先形成寡糖前体（寡糖核心：长醇 ·焦磷酸 ·寡糖），然后转
移到正在增长的多肽链上； O-连糖链是在高尔基体中合成
的，且是在肽链合成后将糖基逐步加上去的 。
总之，糖蛋白的合成需要：糖基供体（如 UDP-葡萄糖等）、
糖基转移酶、糖基受体（第一个受体为特定的氨基酸残基）。
糖原的分解与合成
分解过程,需要 糖原磷酸化酶、糖原脱支酶 和 磷酸葡萄糖变
位酶,磷酸解中由磷酸提供磷酸基，并不消耗 ATP。糖原磷酸
化酶 a从糖原非还原末端依次脱去葡萄糖，生成葡萄糖 -1-P；
遇到 α -1,6-糖苷键由糖原脱支酶解决；葡萄糖 -1-P可转变
为葡萄糖 -6-磷酸，因为肌细胞中缺乏葡萄糖 -6-磷酸酶，不
能将葡萄糖 -6-磷酸转变为葡萄糖而只能进行糖酵解,即肌糖
原供能，肝糖原维持血糖平衡。
合成过程,需要糖基供体,UDP-葡萄糖, 起始引物,生糖原
蛋白, 糖原合成酶 （将葡萄糖残基加到糖原分子非还原末
端）,分支酶 。
UDP-葡萄糖由葡萄糖 -1-P与 UTP在 UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化
下形成。
生糖原蛋白 是含 8个葡萄糖的特殊蛋白质，是合成糖原的核
心和引物。
糖原代谢调控,磷酸化酶 a（有活性）与磷酸化酶 b（无活
性）的互转由磷酸化酶激酶调控； 糖原合成酶 a（去磷酸化、
有活性）和 糖原合成酶 b（磷酸化、无活性）；
骨骼肌中,AMP升高，则促进糖原分解；在肝脏中，当血
糖降低时，则促进糖原分解；
在激素水平，肾上腺素、胰高血糖素与其受体结合，通
过 G蛋白激活腺苷酸环化酶合成 cAMP,cAMP激活蛋白激酶 A，
激活蛋白激酶 A又激活磷酸化酶激酶从而促进糖原分解；而
胰岛素则激活糖原合成酶，促进糖原合成。
第 13章：脂肪酸分解与脂类合成（重点）
脂肪酸氧化 （饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸、奇数
碳脂肪酸）,氧化部位、反应步骤、能量结算；
乙酰 -CoA去路 酮体
脂肪酸合成, 合成部位、反应步骤、脂肪酸链的
延长,脂肪酸去饱和 ；
脂肪酸氧化与脂肪酸合成的综合比较
磷脂合成 （甘油磷脂、鞘磷脂）
胆固醇合成
基
本
知
识
点
脂肪酸氧化内容 —— 脂肪酸氧化生成乙酰 -CoA,FADH2,NADH；
乙酰 -CoA进入三羧酸循环又生成 NADH和 FADH2； NADH和 FADH2进入
电子传递链再氧化。
脂肪酸氧化
脂肪酸氧化分解的部位,原核生物在细胞溶胶中进行, 真
核生物在线粒体基质进行 。
脂肪酸的活化,在细胞溶胶中进行 。 在硫激酶作用下形成
脂酰 -CoA,更长链的脂酰 -CoA跨过线粒体内膜需肉碱帮助,
形成脂酰 -肉碱 （ 需肉碱 -脂酰转移酶 Ⅰ 催化 Ⅱ ） 进入线粒体
基质中, 再转变为脂酰 -CoA和肉碱 （ 需肉碱 -脂酰转移酶 Ⅱ
催化 ） 。
β -氧化步骤,5步反应 5种酶 （ 硫激酶, 脂酰 -CoA脱氢酶,
烯脂酰 -CoA水合酶, 羟脂酰 -CoA脱氢酶, β -酮脂酰 -CoA硫
解酶 ） 脂肪酸氧化每次降解下一个 2碳单元, 氧化是从羧基
端的 β -位碳原子开始的, 称为 β -氧化 。 5步反应为：活化,
氧化, 水合, 氧化, 断裂 。
每次 β -氧化生成 1个乙酰 -CoA,1个 NADH,1个 FADH2 ；
反应步骤见下图：
脂肪酸 β-氧化反应步骤
脂肪酸 CoA-SH＋
脂酰 -CoA
反式 Δ2烯脂酰 -CoA
L-3-羟脂酰 -CoA
β-酮脂酰 -CoA
乙酰 -CoA 脂酰 -CoA
硫激酶ATPAMP
PPi
脂
肪
酸
活
化
脂酰 -CoA脱氢酶FADH2
烯脂酰 -CoA水合酶H2O
羟脂酰 -CoA脱氢酶NADH
硫解酶
（脱下了两个碳原
子）
脂肪酸氧化能量结算, 每一轮 β -氧化，生成 1个 NADH,1个
FADH2, 1个乙酰 -CoA；乙酰 -CoA进入三羧酸循环，生成 1个
FADH2,3个 NADH,1个 GTP，即生成 10个 ATP；在脂肪酸活化时，
消耗 2个高能键（ ATP分解和焦磷酸分解）。
故 1分子软脂酸完全氧化净生成 ATP为：
7× （ 2.5＋ 1.5）＋ 8× 10－ 2=106个 ATP
不饱和脂肪酸的氧化：
单不饱和脂肪酸 氧化需要用到异构酶。以油酸为例，在前 3
轮的 β -氧化中其步骤与饱和脂肪酸完全相同（因为没涉及到
不饱和键），在第 4轮中用到异构酶，将顺式烯脂酰 -CoA变为
反式结构，才可被烯脂酰 -CoA水合酶作用，这一轮中没有用到
脂酰 -CoA脱氢酶，所以少产生 1个 FADH2,即少 1.5 ATP。故油
酸完全氧化可产生,120-1.5=118.5个 ATP
多不饱和脂肪酸 氧化除用到异构酶外，还用到 2,4-二烯脂酰
-CoA还原酶（作用于△ 2t△ 4c-烯脂酰 -CoA）。
奇数碳脂肪酸氧化,生成 丙酰 -CoA和 乙酰 -CoA。丙酰 -CoA在
丙酰 -CoA羧化酶作用下被转化为琥珀酰 -CoA进入 TCA循环。
乙酰 -CoA去路,进入三羧酸循环、合成胆固醇、合成脂肪酸、
生成酮体；
酮体,在肝脏中合成,包括,D-β -羟丁酸、乙酰乙酸、丙
酮 。
酮体在肝外组织被氧化供能,饥饿或患糖尿病时，葡萄糖
不足或不能利用，大量的酮体可被氧化供能,D-β -羟丁酸可
被氧化成乙酰乙酸，乙酰乙酸与 CoA反应生成乙酰乙酰 -CoA，
然后硫解成 2个乙酰 -CoA，乙酰 -CoA进入三羧酸循环后，可生
成 10个 ATP。
,酮血, 和, 酮尿,, 饥饿或患糖尿病时，血糖下降,草酰
更多地进行糖异生，此时脂肪酸氧化加速产生的大量乙酰 -
CoA不能正常进入三羧酸循环，故有利于乙酰 -CoA合成酮体，
导致血液中和尿中酮体大量增加，出现, 酮血, 和, 酮尿, 。
脂肪酸合成在细胞溶胶中进行，合成软脂酸后而终止。然
后以软脂酸为前体，在线粒体和内质网中以两条途径延长碳
链。
脂肪酸合成所需的碳源实质, 均来自 乙酰 -CoA，但形式上
只有 1个乙酰 -CoA参与合成，其余均以丙二酸单酰 -CoA的形式
参与合成。 丙二酸单酰 -CoA是由乙酰 -CoA羧化形成 （ 需 ATP、
HCO3-、乙酰 -CoA羧化酶 ）。乙酰 -CoA主要存在于线粒体中，
必须在三羧酸转运体系的帮助下（乙酰 -CoA转化为柠檬酸）
跨过线粒体 。 脂肪酸合成的步骤图解如下：
脂肪酸合成
脂肪酸合成的反应步骤
乙酰 -CoA
乙酰 -ACP
乙酰 -合酶
启
动
乙酰 -CoA,ACP 转酰酶ACP
脂肪酸合酶
丙二酸单酰 -CoA
丙二酸单酰 -ACP
丙
二
酸
单
酰CoA
:A
CP
转
酰
酶
装
载
缩合
乙酰乙酰 -ACP
β-羟丁酰 -ACP
β-烯丁酰 -ACP
+
丁酰 -ACP
β-酮酰 -ACP 合成酶
β-酮酰 -ACP 还原酶
β-羟酰 -ACP 脱水酶
烯酰 -ACP 还原酶
NADPH
NADPH
H2O
C2O
还原
还原
脱水
软脂酸
软脂酰 -ACP
硫脂酶释放
内膜进入细胞溶胶参与脂肪酸的合成。
脂肪酸合成步骤,由 脂肪酸合酶复合体 催化各步反应，脂
肪酸合酶复合体包含有 7种酶的活性和一个酰基载体蛋白 ACP。
反应分 7步进行：
启动,乙酰 -CoA 乙酰 -ACP 乙酰 -脂肪酸合酶；
装载,丙二酸单酰 -CoA 丙二酸单酰 -ACP；
缩合,乙酰 -脂肪酸合酶 + 丙二酸单酰 -ACP 乙酰乙酰 -
ACP；
还原,乙酰乙酰 -ACP β -羟丁酰 -ACP；
脱水,β -羟丁酰 -ACP β -烯丁酰 -ACP；
还原,β -烯丁酰 -ACP 丁酰 -ACP；
释放,最后一轮结束后，在软脂酸 -ACP硫酯酶催化下释放
出软脂酸；
在第二轮反应中，丁酰 -ACP代替乙酰 -ACP参与反应，接受来
自丙二酸单酰 -ACP的二碳原子（脱羧除去一个碳原子）。
脂肪酸合成结算,以软脂酸为例，需 1个乙酰 -CoA,7个丙二
酸单酰 -CoA，进行 7次轮回反应，净生成 6个 H2O（产生 7个消耗 1
个），产生 7个 CO2（来自 HCO3-），消耗 7个 ATP和 14个 NADPH。
实质上消耗 8个乙酰 -CoA。
脂肪酸链的延长：
在 线粒体 中，脂酰 -CoA + 乙酰 -CoA，实质是乙酰 -CoA的加成
和还原（使用了 NADH和 NADPH），相当于 β -氧化逆反应。
在 内质网 中，丙二酸单酰 -CoA提供二碳原子。
脂肪酸去饱和,需去饱和酶，哺乳动物不能在 C9以外引入双
键，故不能合成亚麻酸和亚油酸。
脂肪酸合成调节,乙酰 -CoA羧化酶是限速酶 。在动物体内，
柠檬酸别构激活乙酰 -CoA羧化酶，软脂酰 -CoA反馈抑制乙酰 -
CoA羧化酶活性；
胰高血糖素、肾上腺素引发的乙酰 -CoA羧化酶磷酸化（ cAMP依
赖蛋白质激酶作用），导致该酶活性丧失；胰岛素引发的柠檬
酸裂解酶和丙酮酸脱氢酶磷酸化使二酶具有活性，导致乙酰 -
CoA生成，利于脂肪酸合成。
植物和细菌中的乙酰 -CoA羧化酶无以上调节现象；
脂肪酸氧化与脂肪酸合成比较,见下页。
甘油磷脂合成,由 3-磷酸甘油或磷酸二羟丙酮酰基化生成磷
脂酸,磷脂酸 是合成甘油磷脂和中性脂的中间物。
在细菌中，磷脂酸与 CTP作用，生成 CDP-二脂酰甘油，然后
由 CDP-二脂酰甘油与丝氨酸反应，生成磷脂酰乙醇胺（卵）、
磷脂酰胆碱（脑）、二磷脂酰甘油（心）等；
磷脂合成
脂肪酸氧化与脂肪酸合成比较：
①胞内部位不同
②酰基载体不同
③二碳单位加入和减去方式不同
④转运机制不同
⑤羟酰基中间物的构型不同
⑥对柠檬酸和 HCO3 - 需求不同
⑦能量需求不同
⑧酶系不同
⑨对 FAD,NAD+和 NADPH的需求不同。
在真核生物中，磷脂酸水解为二脂酰甘油，后者与 CDP-乙
醇胺,CDP-胆碱等反应，生成相应的磷脂；
鞘磷脂合成,鞘氨醇经酰胺化生成神经酰胺，神经酰胺与磷
脂酰胆碱反应，即生成鞘磷脂（将磷酰胆碱基引入神经酰胺
C1-OH位 ）。
胆固醇合成,开始于 3分子乙酰 -CoA合成甲羟戊酸，经过一
系列转化生成胆固醇。（先由 2分子乙酰 -CoA反应生成乙酰乙
酰 -CoA，再加入第三个乙酰 -CoA分子生成 HMG- CoA，然后在
HMG-CoA还原酶作用下生成甲羟戊酸）。 HMG-CoA还原酶是胆
固醇合成的关键酶 。
胆固醇不能氧化为 CO2和 H2O，而是转化为：脂蛋白、胆汁
酸、维生素 D3、类固醇激素、胆固醇酯或参与生物膜组成。
胆固醇合成
第 14章：氨基酸分解与合成 （重点）
蛋白质分解,—— 真核细胞对蛋白质的降解有二体系：一是溶
酶体系, 即溶酶体降解蛋白质, 是非选种择性；二是以细胞溶
胶为基础的, 依赖 ATP机制, 即泛肽标记选择性蛋白质降解方式 。
氨基酸分解,—— 氨基酸的分解代谢总是先脱去氨基 。 氨基酸
的分解分三步：第一步, 脱氨基, 脱下的氨基或转化为氨, 或
转化为天冬氨酸或谷氨酸的氨基；第二步, 氨与天冬氨酸 N原子
结合, 形成尿素并排放；第三步, 氨基酸的碳骨架, 即脱去氨
基后的 α -酮酸转化为代谢中间物进入三羧酸循环 。
氨基酸分解（脱氨基方式、氨的命运） 尿素循环
氨基酸分解产物进入 TCA的方式 生酮氨基酸
氨基酸合成类型 氨基酸合成调节 重要氨基酸
衍生物 氨基酸代谢缺陷症
基本内容
脱氨基方式,转氨基作用、氧化脱氨基作用、联合脱氨基作用
（即转氨、氧化脱氨联合作用）。
转氨基（需要转氨酶）：
氨基酸 +α -酮戊二 酸 α -酮酸 +谷氨酸（占有重要地
位）；
谷氨酸 + 草酰乙酸 α -酮戊二酸 +天冬氨酸
氧化脱氨基作用（需要谷氨酸脱氢酶）：
谷氨酸 α -酮戊二酸 + NH4+ +NAD(P)H
氨的命运,—— 氨基酸经氧化脱氨基作用、脱酰氨基作用或
经嘌呤核苷酸循环等方式将氨基氮转变为氨。氨对生物机体是
有毒物质，因此氨的排泄是生物体维持正常生命活动所必需的。
某些水生动物如原生动物、鱼类、两栖动物等是 排氨动物 ； 大
多数陆生动物是 排尿素动物 ； 鸟类和爬虫类是 排尿酸动物 。 氨
的怎样转运和排泄？
氨的转运：
在血液中主要以 谷氨酰胺 （需谷氨酰胺合成酶） 形式转运
到肝脏，在肝细胞 谷氨酰胺酶 的作用下又变为氨，形成尿素；
在肌肉组织中,存在葡萄糖 -丙氨酸循环,即产生的大量氨
（通过转氨基以谷氨酸的氨基形式存在）转到丙酮酸形成丙
氨酸，丙氨酸在血液中转运到肝脏，在转氨酶作用下变为丙
酮酸和谷氨酸，谷氨酸进一步进行转氨基或氧化脱氨基，为
合成尿素准备前体物。
氨的排泄,排氨动物以谷氨酰胺形式运送到排泄部位；排尿
素动物在肝脏中经过尿素循环合成尿素。
尿素循环（在肝脏）,5步酶反应,2步在线粒体,3步在细胞
溶胶，共消耗 3个 ATP。尿素分子中 1个 N原子来自氨，另一个 N
原子来自天冬氨酸，其 C（包括 O）原子来自 HCO3-。
在尿素循环中，参与反应的酶有,氨甲酰磷酸合成酶、
鸟氨酸转氨甲酰基酶、精氨琥珀酸合成酶、精氨琥珀酸裂
解酶（精氨琥珀酸酶）、精氨酸酶。其中 1,2步反应在线
粒体中进行,3,4,5在细胞溶胶中进行。 见下图。
在线粒体中,氨甲酰磷酸合成酶 Ⅰ 是尿素循环的限速酶，
该酶用氨作为氮供体；在细胞溶胶中,氨甲酰磷酸合成酶
Ⅱ 以谷氨酸作为氮供体，用来合成嘧啶核苷酸。精氨琥珀
酸裂解反应 使尿素循环与三羧酸循环发生联系，催化该反
应的酶是 精氨琥珀酸酶 。 在尿素循环中，共消耗了 4个高
能磷酸键。
氨基酸碳骨架的氧化途径 —— 20种氨基酸脱氨后的碳骨架集
中形成 5种产物进入三羧酸循环，最后氧化成 CO2和水：乙酰 -
CoA、草酰乙酸、琥珀酰 -CoA,α -酮戊二酸、延胡索酸。 见
下图。
尿素循环图解（部分发生在线粒体，部分发生在细胞溶胶）
2ATP+HCO3-+NH3 氨甲酰磷酸 + 2ADP+Pi
谷氨酸
氨基酸
α-酮戊二酸
α-酮戊二酸 鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸 瓜氨酸
Pi
精氨琥珀酸精氨酸
延胡索酸
天冬氨酸尿素
1
2
3
4
5 ATP
AMPPPi +
氨基酸
谷氨酸
草酰乙酸天冬氨酸
异柠檬酸
α-酮戊二酸
琥珀酰 -CoA
琥珀酸
延胡索酸
苹果酸
草酰乙酸
柠檬酸
谷氨酸
乙酰乙酰 -CoA
乙酰 -CoA
Phe Leu Lys
Trp Tyr
丙酮酸
Ala Thr Gly
Ser Cys
Asp
Asn
Phe Tyr
Ile Met
Val
Arg His Gln Phe
乙酰 -CoA
生酮氨基酸,5种（ Phe\Tyr\ Trp \ Leu \Lys），其中只生
酮不生糖的有 Leu和 Lys！因为这 5种氨基酸在分解过程中可转
变为 乙酰乙酰 -CoA，而乙酰乙酰 -CoA可形成乙酰乙酸和 β -羟
丁酸。所以，酮体除来自于脂肪酸氧化形成的乙酰 -CoA外，
还可来自生酮氨基酸。
生糖氨基酸,指能形成丙酮酸或 TCA循环中间物的氨基酸都称
为生糖氨基酸（通过草酰乙酸进行糖异生）。而乙酰 -CoA进
入 TCA循环发生氧化而不生成 TCA中间物。植物和微生物具有
乙醛酸循环途径，可由乙酰 -CoA合成草酰乙酸而进行糖异生。
生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常严格的：因为有
些氨基酸如 Ile Met Val也可分解形成 乙酰 -CoA，故也可生成酮
体。
氨基酸合成,碳骨架来自三羧酸循环、糖酵解、戊糖磷酸途
径。氨来自无机氮,N2,NH3。
氨基酸合成类型：
三羧酸循环,α -酮戊二酸（谷氨酸族）、草酰乙酸（天冬氨
酸族）；
糖酵解,3-磷酸甘油酸（丝氨酸族）、丙酮酸（丙氨酸族）、
磷酸烯醇式丙酮酸 +4-磷酸赤藓糖（芳香族氨基酸）；
戊糖磷酸途径,5-磷酸核糖（组氨酸）；
氨基酸合成调节,产物抑制（举例说明）、酶合成的调节
重要氨基酸衍生物：
NO（氧化氮）,由精氨酸在氧化氮合酶催化形成，同时生成
瓜氨酸；
肌酸,由甘氨酸、精氨酸、甲硫氨酸合成；
卟啉,由甘氨酸、琥珀酰 -CoA合成；
第 17章：核酸分子生物学（重点）
?核酸通论
?核酸结构
?核酸理化特性
?核酸研究方法
?核酸复制、转录与蛋白质翻译
?基因表达调控
?基因突变与基因重组
核酸
种类
分布
性质结构
功能
复制
遗传信息
传递、表达
核酸概况
基因表达
调控转录
翻译
基因突变与
重组
研究
方法
Ⅰ 核酸通论
核酸研究历程 核酸种类、分布、功能
核酸 —— 是重要的生物大分子（还有蛋白质、多糖和脂
类复合物），是生物化学与分子生物学研究的重要对象和领
域。它包括核糖核酸（ RNA）和脱氧核糖核酸 (DNA)。对于
核酸的研究改变了整个生命科学的面貌，并由此诞生分子生
物学这一当今发展最迅速、最活跃的学科。基因工程这门学
科也由此诞生。
核酸研究历程 —— 见下页。
生物技术与生物技术产业概况 —— 见下页。
我国主要的生物技术成就 —— 见下页。
基本内容
1868年，瑞士 Miescher发现核酸 。 1889年,Altmann提出核酸概念。
1953年,Watson和 Crick提出 DNA双螺旋结构模型,是 20世纪自
然科学最伟大成就之一。
1958年,Crick提出遗传信息传递的 中心法则,并于 1971年修改
了该法则 。
1961年,Jacob和 Monod提出 操纵子学说
1966年,Nirenberg等破译出 遗传密码
1981年,Cech发现 核酶 （ Ribozime）
1983年,Simons等发现 反义 RNA
20世纪 70年代，诞生 DNA重组技术 。并诞生基因工程。
20世纪 90年代开始实施 人类基因组计划,开始进行基因组学研究。
生物技术产业空前发展。
生物技术 是指有机体的操作技术, 它是在 20世纪末期, 在现
代分子生物学等生命科学的基础上发展起来的一个新兴的技术领
域 。
近 20年来, 国际上生物技术飞跃发展, 特别是基因操作技术,
生物治疗技术, 转基因动植物技术, 人类和其他生命体基因组工
程, 基因治疗技术, 蛋白质工程技术, 生物信息技术, 生物芯片
技术等 。 生物技术的创新正在带动着生物技术产业的巨大发展,
它包括基因药物, 重组疫苗, 生物芯片, 生物反应器, 基因工程
抗体, 基因治疗与细胞治疗, 组织工程, 转基因农作物, 兽用生
物制品, 生物技术饲料, 器官移植工程, 基因工程微生物农药,
环保, 海洋生物技术, 以及现代生物技术对发酵, 制药, 轻工食
品的传统产业的改造等领域 。
生物技术是 20世纪末人类科技史中最令人瞩目的高新技术, 为
人类解决疾病防治, 人口膨胀, 食物短缺, 能源匮乏, 环境污染
等一系列问题到来了希望 。 国际上科学家和企业家公认, 信息技
术和生物技术是 21世纪关系到国家命运的关键技术和作为创新产
业的经济发展增长点 。
生物技术产业,目前，生物技术产业与信息技术产业相比
较还处于发展初期。至 1998年，全世界共有生物技术公司 3600多
家，主要集中在美国和欧洲，其中年产值超过 10亿美元的约有 20
家。生物技术产业在 20年中市场总值增加了 50多倍（涨幅最快是
在近 10年。例如，美国 1980年生物技术产品的销售额还处于零增
长,1991年达到 59亿美元,1996年为 101亿美元,1998年增至 147
亿美元）。应该看到，目前生物技术公司大多不赢利，这是由于
生物技术产品的研究和开发周期较长,因此从整体看生物技术产
业还处在投入阶段。
1999年，全球生物技术产品的总销售额约为 500亿美元，而产
生的间接经济效益超过 3000亿美元，全球有一半以上的人直接享
用过生物技术产品。其主要产品为医药产品、农产品和食品。
我国自 1986年实施, 863”计划 以来，生物技术的研究和产业化
获得了飞速发展。近 15年来，我国有 600多 家从事生物技术的公司，
其中有 80多家从事生物技术药物的生产；至 1998年已有 14个基因
工程药物,3个基因工程疫苗和数十个基因重组诊断试剂投放市场；
另有 26种基因工程药物处于临床前或临床 Ⅰ, Ⅱ 期试验。
1989年，第一种基因药物 — 重组 α lb干扰素 获准投放市场。至
1999年，我国已有 18种基因药物和疫苗获准进行商业化生产，另有
26种基因药物处于临床前或临床 Ⅰ, Ⅱ 期试验，生物医药产业已初
具规模。
1990年我国研制了第一例转基因家畜,1991年山羊克隆获得成
功。
1993年我国第一例转基因作物 抗病毒烟草 进入了大田试验。
1997年第一例转基因 耐储存番茄 获准进行商品化生产，至 1999
年共有 6种转基因作物产品投放市场。 2000年我国转基因 抗虫棉花
种植面积超过 550万亩。
我国是 人类基因组计划 国际大协作的成员国，承担完成 1%的任
务。美、英、日、法、德、中科学家于 2000年 6月 26日宣布人类基
因组全部 DNA序列的工作框架图已经完成。
我国在国际上首先发现 神经性耳聋的基因,基因治疗已有 4个项
目进入临床试验阶段。
生物芯片技术 的开发研究与产业化正在与国际同步发展。
核酸的种类、分布、功能
Ⅰ 种类
脱氧核糖核酸（ DNA）,是主要的遗传物质。
核糖核酸（ RNA）
tRNA (15%)
mRNA (3-5%)
rRNA (80%)
其它 RNA,如反义 RNA等
所有生物细胞都含有 DNA和 RNA这两类核酸，而病毒只
含 DNA或 RNA。
真核生物染色体 DNA是线型双链 DNA。原核生物的染色
体 DNA、质粒 DNA和真核生物的细胞器 DNA都是环状双
链 DNA。
细胞 RNA通常都是线型单链，但病毒 RNA则有线型与环
状、双链与单链之分。
Ⅱ 分布
DNA
原核生物
真核生物
拟核
质粒
染色体（质）
细胞器：如线粒体、叶绿体等
RNA,核内 （ snRNA,hnRNA）,胞质 (scRNA),细胞器
质粒 DNA为 cccDNA。 类病毒为环状 ssRNA。
卫星病毒或卫星 RNA是指没有辅助性病毒协助时，不能在
宿主细胞内复制的病毒或 RNA。
Ⅲ 功能
DNA,是主要的遗传物质，遗传信息以密码形式编码
在核酸分子上，表现为特定的核苷酸序列。
RNA
参与蛋白质合成 tRNA,转运、识别
rRNA,装配、催化
mRNA：信使、模板
多种细胞功能
RNA的 5种功能
控制蛋白质合成
作用于 RNA转录后加工与修饰
基因表达与细胞功能调节：如反义 RNA,RNAi
（ RNA干扰 ）
生物催化与细胞持家功能（细胞基本功能）
遗传信息的加工与进化
生物体通过 DNA复制将遗传信息由亲代传递给子代。通过
RNA转录和蛋白质翻译使遗传信息在子代中得以表达 。
基因 是指具有遗传效应的 DNA片段或 RNA，它能编码蛋白
质或功能 RNA。某些病毒的基因组是 RNA。
Ⅱ 核酸结构
核酸分子的组成 核酸的四级结构基本内容
核 酸核酸分子组成
核苷酸
磷酸 核苷
戊糖 碱基
A
G
T
C
U核糖
脱氧
核糖
碱基结构、稀有
碱基、核苷三磷
酸、环化核苷酸
磷酸基的位置 —— 在 RNA分子中，磷酸在 2’,3’,5’均可；
在 DNA分子中，磷酸在 3’,5’（ D-2-脱氧核糖 ）。
核酸分子的形成 —— 由多个核苷酸分子聚合而成，无分支结
构。核苷酸分子之间以 3’,5’— 磷酸二酯键相连。磷酸二酯键
的走向为 3’ 5’。
DNA与 RNA的四级结构 —— 与蛋白质四级结构比较。
D
N
A
的
四
级
结
构
一级结构,由多个 4种脱氧核苷酸分子通过 3’,5’— 磷酸
二酯键连接形成的直线型或环型多聚体。
二级结构,在碱基互补配对的基础上形成的 DNA双螺旋结构。
三级结构,在二级结构上,DNA双螺旋结构通过折叠和扭曲
所形成的特定构象。如超螺旋等。
四级结构,指 DNA与蛋白质形成的复合物。如染色体（质）。
重要概念
碱基互补配对与 Chargaff规则 DNA双螺旋结构
DNA双螺旋的几种构象 超螺旋 染色体（质）
的结构
碱基互补配对 —— 指碱基 A,T配对，碱基 G,C配对。它们
之间分别通过 2个氢键和 3个氢键配对。即 A=T G =C 。
Chargaff规则 —— 在双链 DNA分子中，碱基摩尔数存在下列
关系：① A=T ② G=C ③ A+C=G+T ④ A+G=T+C
DNA双螺旋结构 —— 1953年,Watson和 Crick在前人工作的
基础上提出 DNA双螺旋结构 模型。该模型的特征如下：
①两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，且两
条链均为右手螺旋。碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平
行；
② 嘌呤与嘧啶碱基位于双螺旋的内侧；
③双螺旋的平均直径为 2nm,两个相邻碱基对之间的距离
为 0.34nm，即碱基堆积距离为 0.34nm；沿中心轴每旋转一周有
10个核苷酸，故每一转的高度为 3.4nm，即螺距为 3.4nm；两个
核苷酸之间的夹角为 36° ；
④两条核苷酸链依靠碱基之间形成的氢键而结合在一起，即 A
与 T配对,C与 G配对；
⑤碱基在一条链上的排列顺序不受限制，但一旦确定后，即可
决定另一条互补链上的序列。
⑥该模型中的 DNA结构称为 B型构象，表示 DNA钠盐在较高湿
度下制得的纤维的结构，可能比较接近大部分 DNA在细胞中的
构象； DNA能以多种构象存在，如 A,C,D,E,Z（比较特
殊）。其中 A和 B型是 DNA的两种基本构象；这些构象在一定
条件下可以互变，但不涉及共价键的断裂；
超螺旋 —— 当 DNA分子在溶液中以一定的构象存在时，双
螺旋处于能量最低的状态，此为松弛态；如果这种正常的
DNA分子额外地多转几圈或少转几圈，就会使双螺旋中存在
张力。当 DNA分子的两端是固定的，或是环状分子，则这种
额外的张力就不能释放掉,DNA分子就会发生扭曲，用以抵
消张力。这种扭曲称为超螺旋，即双螺旋的螺旋。如 B型构
象的两条链均为右手螺旋，则其负超螺旋为左手螺旋。
在生物体内，绝大多数的 DNA是以超螺旋的形成存在的。
