生物化学复习笔记
1.静态生化－结构和催化作用
1.1 氨基酸、多肽和蛋白质
1. 部分氨基酸的特殊性质蛋白质中的氨基酸都是L 型的，D 型仅存在于细菌细胞壁上的小肽或抗菌肽中；只有Ile 和Thr 有两个手性碳原子，Gly 是唯一不含手性碳原子的AA,因此不具旋光性；Ser 、Thr、 Tyr，这些AA 残基的－OH 上磷酸化是一个十分普遍的调控机制，可进行可逆性磷酸化，可有效地控制细胞的生长和机体的各种反应；
Asn、Gln 在生理pH 范围内其酰氨基不被质子化，因此侧链不带电荷；
Cys，在pro 经常以其氧化型的胱氨酸存在，-S-S-二硫桥；
His 是唯一一个R 基的pka 值在7 附近的AA，因此在PH7.0 附近有明显的缓冲作用；
Phe：它的浓度的测定被用于苯丙酮尿症的诊断；
Met 又称蛋氨酸，它是体内代谢中甲基的供体。（SAM—S-腺苷蛋氨酸）；
A280：Trp、Tyr 和Phe 残基的苯环含有共轭双键；
Trp 显现磷光，是一种寿命较长的发射光，对研究蛋白质结构和动力学特别有用。近年发现谷胱甘肽过氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有证据表明此氨基酸由终止密码UGA 编码，可能是第21 种蛋白质氨基酸。
2. 氨基酸分类 按照R 基的极性性质(能否与水形成氢键)20 种基本aa，可以分为4 类：非极性氨基酸（9 种）、不带电何的极性氨基酸（6 种）、带负电荷的aa(酸性aa，2种)、带正电何的aa(碱性aa，3 种) 酶的活性中心：His、Ser、Cys
3. 氨基酸的化学性质所有的α-AA 都能于茚三酮发生颜色反应生成紫色物质，570nm 测定；Pro 和羟脯氨酸生成亮黄色，440nm 测定；在近紫外区（200-400nm）只有芳香族AA 有吸收光的能力，含有共轭双键的化合物有吸收紫外光的特性，紫外吸收法定量蛋白质的依据；Trp>Tyr>Phe(紫外吸收能力) 在280nm 有最大光吸收。
4. 天然存在的活性肽：
I 谷胱甘肽：Glu—Cys—Gly：红细胞中的巯基缓冲剂,参与氧化还原过程，清除内源性过氧化物和自由基，维护蛋白质活性中心的巯基处于还原状态。
II γ-鹅膏蕈碱：环状八肽，能与真核生物RNA 聚合酶II 牢固结合而抑制该酶的活性，使RNA 合成不能正常进行，但不影响原核生物的RNA 合成。
III 脑啡肽（5 肽） IV 短杆菌肽（抗生素）V 肽类激素: 牛催产素、牛加压素、舒缓激肽
5. 蛋白质一级结构的测定 pro 测定的策略：测定蛋白质分子中多肽链的数目、拆分蛋白质分子中的多肽链、测定多肽链的氨基酸组成、断裂链内二硫键、分析多肽链的N 末端和C 末端、多肽链部分裂解成肽段、测定各个肽段的氨基酸顺序、确定肽段在多肽链中的顺序、确定多肽链中二硫键的位置N-末端和C－末端AA 残基的鉴定
二硫桥的断裂：氧化法（过甲酸）和还原法（巯基乙醇和DTT）。多肽链的部分裂解：①酶裂解法 ②化学裂解法
二硫桥位置的确定：对角线电泳
6. 蛋白质的四个结构层次
重点是超二级结构、结构域。
超二级结构：由两个以上二级结构单元相互聚集形成的有规则的二级结构的组合体如αα、βαβ、βββ; 结构域(domain)，又称motif(模块、基序)。在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。结构域是球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域间的缔合。结构域间的裂缝，常是活性部位，也是反应物的出入口。一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域的裂缝中。
锌指：DNA 结合蛋白中，2 个His、2 个Cys 结合一个Zn
亮氨酸拉链：DNA 结合蛋白中，由亮氨酸倒链形成的拉链式结
7. 稳定蛋白质三维结构的力
非共价键：1、氢键是维持蛋白质三维结构的主要作用力。2、疏水作用（熵效应）在驱动蛋白质的折叠方面占有突出的地位。
共价键：1、肽键 2、二硫键： 对蛋白质的三维结构起到稳定作用，有些二硫键对于维持活性是必需的，有些是非必需的。 绝大多数情况下，二硫键是在多肽链的β 转角附近形成的。 二硫键主要存在于分泌到细胞外的蛋白质中，如核糖核酸酶和胰岛素等。
8. 二级结构的元件
α螺旋及其特征：① 多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸 残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，则由于静电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的α—螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。而当这些残基分散存在时，不影响α—螺旋稳定。② Gly 的Φ 角和Ψ 角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成α—螺旋所需的二面角的机率很小，不易形成α—螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成α—螺旋。③ R 基大（如Ile）不易形成α—螺旋。④ Pro、脯氨酸中止α—螺旋。⑤ R 基较小，且不带电荷的氨基酸利于α—螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7 的水溶液中自发卷曲成α—螺旋。
β-折叠及其特征：从能量上看，反平β-折叠比平行的更稳定，前者的氢键NH---O 几乎在一条直线上，此时氢键最强。 在纤维状蛋白质中β 折叠的主要是反平行式的（更稳定），氢键主要是在肽链之间形式； 球状蛋白质中两种方式几乎同样广泛地存在，氢键既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。
9. 胶原蛋白
由三股左手α-肽链缠绕成的右手三股螺旋。富含Gly-x（Pro）-y（Hpy）,Hyp（4-羟脯氨酸）不易被一般的蛋白酶水解。胶原于水中煮沸即转变成明胶（动物胶）。明胶是一种水溶性的多肽混合物。
10. 别构效应
蛋白的别构部位与效应物的结合改变了蛋白质的构象，从而对活性部位产生的影响，别构效应具有协同性。1、同促效应（发生部位相同）：正协同效应：是S 形配体结合曲线；负协同效应：不呈S 形配体结合曲线。2、异促效应（发生部位不同）：正效应物（激活剂）；负效应物（抑制剂）别构效应物是细胞代谢库的成分，其浓度的细微变化可立即调节代谢需求。
11. 蛋白质的变性和折叠
体内蛋白质折叠：体内蛋白质的折叠需要 PDI（蛋白质二硫键异构酶）、PPIases（肽基脯氨酰异构酶）和分子伴侣。脯氨酰异构化是体内许多蛋白质折叠的限速步骤。
12. 血红蛋白的结构
血红蛋白的氧合曲线（与肌红蛋白比较）：血红蛋白由 4 个亚基组成，每个亚基都与肌红蛋白类似，含有一个血红素，都能结合一分子O2 ，四个亚基之间具有协同效应，第一个配基的结合能提高其它亚基对O2 的亲和力。因此，它的氧合曲线是S 型曲线。
协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气。
波耳效应：增加CO2 的浓度、降低pH 能显著提高血红蛋白亚基间的协同效应，降低血红蛋白对O2 的亲和力，促进O2 的释放，反之，高浓度的O2 也能促使血红蛋白释放H+ 和CO2 。
血红蛋白是一个别构蛋白，BPG 是它的效应物。BPG（二磷酸甘油酸）通过与它的两个β亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象，因而降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。
生理意义：BPG 进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部，PO2 超过100torr，因此，即使没有BPG，血红蛋白也能被饱和，在组织中，PO2 低，BPG 能降低血红蛋白的氧亲和 力，加大血红蛋白的卸氧量。
（1）高山适应和肺气肿的生理补偿变化；BPG 升高。
（2）血库储血时加入肌苷可防止BPG 的降解。 协同效应、波耳效应、别构效应使血红蛋白的输氧能力达到最高效率。
13. 血红蛋白分子病
镰刀状细胞贫血病、地中海贫血
14. 免疫系统和免疫球蛋白 分为5 类，IgA 、M、D、E、G。IgG 是血液中最丰富的免疫球蛋白。
抗原：是指进入异体机体后，能致敏淋巴细胞产生特异抗体，并能与抗体发生特异结合的物质（主要有蛋白质、核酸及其它高分子化合物）。
抗体：是在对抗原刺激的免疫应答中，B 淋巴细胞产生的一类糖蛋白，它是能与相应抗原特异性结合、产生免疫反应的球蛋白，称免疫球蛋白。 抗体多样性的分子机制。
15. 基于抗体一抗原相互用的生化分析方法：
ELISA 酶联免疫吸附测定、免疫印迹测定或称western blotting
16. 分离纯化的一般原则
17．分离纯化常用技术: 盐溶和盐折（硫酸铵）、超滤、层析原理和类型、电泳技术原理和类型。
1.2 酶
1. 酶作为催化剂的特点：
①易失活；②催化效率高，用量少（细胞中含量低）；③高度专一性（与一般催化剂最主要的区别）；④酶活性受到调节和控制：A、调节酶的浓度 B、通过激素调节酶活性 C、反馈抑制调节酶活性 D、抑制和激活剂对酶活性的调节 E、其他方式（别构调控，酶原激活等）；⑤改变反应速率，加速达到反应平衡但不改变化学反应平衡点；⑥酶的催化活性离不开辅酶、辅基、金属离子。
2. 酶的专一性：“锁与钥匙”学说：认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样。
诱导契合假说：当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合进行反应。
3. 酶的活力测定和分离纯化
酶活力的测定：①酶活力 ②酶活力单位 ③酶活力国际单位（IU 单位）④测定酶活力时，为了保证测定的速率是初速率，通常底物浓度通常很大，使酶饱和；底物消耗≤5%的速率为初速率。⑤酶的比活力：代表酶的纯度，用每mg 蛋白质所含的酶活力单位数表示。比活力=活力U/mg 蛋白=总活力U/总蛋白mg 。⑥酶活力的测定方法：A、分光光度法B、荧光法 C、同位素测定方法D、电化学方法（pH 测定法）
酶的分离和纯化：①酶的分离纯化的进程主要包括：浓缩、除杂。②判断分离提纯方法的优劣，一般用两个指标衡量。A、总活力的回收 B、比活力提高倍数。总活力=活力单位数/ml 酶液×总体积（ml）。比活力=活力单位数/mg 蛋白（氮）纯化倍数 =每次比活力 /第一次比活力。回收率（产率）=每次总活力 / 第一次总活力×100%。③酶溶液浓度越低越易变性，切记不能保存酶的稀溶液。常用的蛋白酶抑制剂：PMSF（甲苯磺酰氟）、亮抑酶肽、抑蛋白酶肽。④酶的提纯过程中，总蛋白减少，总活力减少，比活力增高。
4. 酶的工作机制
为什么酶能够降低反应活化能？过渡态理论。
5. 酶的调节机制
别构调节 (非共价修饰, 可逆)：酶分子的非催化部位与某些化含物可逆地非共价结合发生构象的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的别构调节。凡是能使酶分子发生别构作用的物质称为效应物。
共价修饰 (可逆)：共价修饰的基团主要是磷酸化、腺苷化、尿苷酰化及ADP-核糖基化等。在修饰过程中，酶的活性在无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种状态中改变。共价修饰的互变是由不同的酶催化的，属于酶活性的快速调节
酶原激活 (不可逆)：某些活性酶的无活性前体蛋白（如果不是酶，则称某蛋白原），这种前体蛋白经过蛋白水解酶专一作用后，构象发生变化，形成酶的活性部位，变成活性蛋白。活性中心的形成或暴露过程，具有不可逆性。
6. 同工酶
同工酶：是指催化相同的化学反应，但其蛋白质分子结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。不同种生物有相同功能的酶不是同工酶。同工酶具有相同或相似的活性中心，但其理化性质和免疫学性质不同。
1.3 核苷酸和核酸
1. DNA 的结构
B—DNA、A-DNA（右手双螺旋， RNA-RNA、RNA-DNA 杂交分子具有这种结构。A-DNA 是否存在于细胞内还不确定。大多数短DNA 结晶时倾向于形成A 型）、Z-DNA（Z-DNA 在原核和真核生物中都存在。Z-DNA 在调节基因的表达或者遗传重组方面可能起重要的作用）
拓扑异构酶：此酶能改变DNA 拓扑异构体的L 值。①拓扑异构酶酶I（拧紧）②拓扑异构酶酶II（拧松）
2. RNA 的结构
真核 mRNA： polyA、5’-帽子帽子
原核mRNA（多顺反子）：原核mRNA 由先导区、插入序列、翻译区和末端序列组成。没有5/帽子和3/polyA。5’端先导区中，有SD 序列。SD 序列和核糖体16S 的rRNA的3’末端富含嘧啶碱基的序列互补，这种互补序列与mRNA 对核糖体的识别有关。
tRNA 的结构 ：tRNA 约占全部RNA 的15%。每种tRNA 可运载一种特定的氨基酸，一种氨基酸可由一种或多种tRNA 运载。
rRNA 的结构：rRNA 占总RNA 的80%左右、功能、真核原核剪切过程。
3. UV 吸收
鉴定纯度：纯DNA 的A260/A280 应为1.8（1.65-1.85），若大于1.8，表示污染了RNA。纯RNA 的A260/A280 应为2.0。若溶液中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A280 比值明显降低。
含量计算： OD260=1,值相当于：50ug/mL 双螺旋DNA；或：40ug/mL 单螺旋DNA（或RNA）；或：20ug/mL 核苷酸。
增色效应与减色效应：增色效应：在DNA 的变性过程中，摩尔吸光系数增大；减色效应：在DNA 的复性过程中，摩尔吸光系数减小。
4. 核酸杂交
杂交（DNA—DNA、 DNA—RNA）：将不同来源的DNA 混合加热，变性后，慢慢冷却使它复性。若这些异源DNA 之间，在某些区域有相同的序列，则复性时会形成杂交分子。
Southern Bloting、Nothern Bloting
5. DNA 中的一些碱基会被甲基化修饰
DNA 的甲基化：A/C 更容易甲基化，需要甲基化酶；S-腺苷甲硫氨酸是甲基供体；通过甲基化区分自身DNA 和外源DNA；标记错配碱基以进行修复；真核生物甲基化在CpG序列中常见。抑癌基因高甲基化减弱基因的表达、原癌基因低甲基化增强基因的表达。
6. 核酸的分离提纯
DNA 的分离三种方法：①用盐抽提，用苯酚和氯仿除去蛋白质。②用广谱蛋白酶在SDS 存在下保温消化cell 悬液，再用苯酚和氯仿去蛋白，用RNase 除去少量RNA。③用氯化铯密度梯度离心法分离纯化DNA。
RNA 的分离 ：①所有器皿与溶液都要经过处理除去RNase；②在破碎细胞的同时加入强变性剂使RNase 失活；③在实验反应体系中加入RNase 的抑制剂(如DEPC)。常用的分离方法：①用胍盐/氯化铯密度梯度离心 ；②用酸性胍盐/苯酚/氯仿抽提mRNA 所采用Oligo（dT）亲和层析法过柱。
7. 核酸含量的测定
紫外分光光度法、定磷法、定糖法
8. 核酸的凝胶电泳
琼脂糖凝胶电泳：①迁移率：超螺旋 DNA >线型DNA >开环DNA。 ②用于分析RNA 时，须加入蛋白质变性剂，如甲醛等。（使RNase 变性）。 ③EB 染色。
聚丙烯酰胺凝胶电泳(分辨率高)：一般直接用来分析RNA，可分析相对分子质量小于100bp 的DNA 片段和RNA。
9. 核酸的扩增（PCR）
polymerase chain reaction、基本步骤、注意事项、影响特异性的因素、PCR 的主要用途、几种重要的PCR 衍生技术
10. 核酸的限制性酶切
II 型酶的限制和修饰活性分开，蛋白质结构是单一成分，辅助因子Mg2+，位点为反向重复序列。
同裂酶：来源不同的限制酶（名称自然不同），识别同样的核苷酸靶序列，产生同样的切割，形成同样的末端。
星号活力：在一定条件下（低离子强度，碱性pH，或50%甘油），限制酶的特异性降低。结果，它的识别与切割所需的典型的核苷酸序列的数量和种类会发生变化。
1.4 糖和糖生物学
1. 单糖
单糖的环状结构：在溶液中，含有 4 个以上碳原子的单糖主要以环状结构。
在溶液中，糖的链状结构和环状结构之间可以相互转变，最后达到一个动态平衡，称为变旋现象。
只有链状结构才具有下述的氧化还原反应：（1）Molish 反应（ 鉴定单糖的存在）(2)Seliwannoff 反应（区分酮糖与醛糖）、能被弱氧化剂(如Fehling 试剂、Benedict 试剂)氧化的糖称为还原性糖）、糖脎反应（单糖在加热条件下与过量苯肼反应产物称为糖脎）
所有的单糖都是还原性糖。人体不能消化L-葡萄糖。
2. 寡糖
还原性寡糖：麦芽糖、乳糖、纤维二糖
非还原性寡糖：蔗糖、海藻糖、棉籽糖
3. 多糖和杂多糖
直链淀粉：α－(1-4)糖苷键依次相连成长而不分开的葡萄糖多聚物。遇碘显兰色。
支链淀粉：在直链的基础上每隔20-25 个葡萄糖残基就形成一个(1-6)支链。遇碘显紫色。
淀粉酶：α-淀粉酶可以催化淀粉分子中任何部位的α－1,4－糖苷键水解，产物主要是糊精和麦芽糖；β-淀粉酶从链的还原端开始，每次从淀粉分子中水解两个葡萄糖基，产物为极限糊精和麦芽糖
糖原：结构更紧密，更适应其贮藏功能，这是动物将其作为能量贮藏形式的一个重要原因，另一个原因是它含有大量的非原性端，可以被迅速动员水解。糖元遇碘显红褐色。
4. 糖蛋白
糖蛋白中糖链的结构： N-糖苷键型（N-连接）和O-糖苷键型（O-连接）
1.5 脂类和生物膜
1. 脂肪酸及其衍生物
类二十烷酸（类花生酸）：包括前列腺素类，凝血恶烷类和白细胞三烯类，是花生四烯酸的衍生物。花生四烯酸可由亚油酸在体内合成。 前列腺素类：
前列腺素类是花生四烯的衍生物。阿司匹林抑制前列腺素合成酶的环加氧酶活性，从而抑制前列腺素的合成。
2. 磷脂
甘油磷脂、鞘氨醇磷脂。
3. 结合脂
糖脂：脑苷脂（中性糖鞘脂类）、神经节苷酯（酸性糖鞘脂类）；脂蛋白：血浆脂蛋白。
鞘糖脂中，单糖、双糖或寡糖通过O-糖苷键与神经酰胺相连，重要的鞘糖脂有脑苷脂、硫脑苷脂和神经节苷脂。
血浆脂蛋白包括：（1）乳糜微粒，运输甘油三酯和胆固醇脂，从小肠到组织肌肉和脂肪组织。（2）极低密度脂蛋白VLDL，在肝脏中生成，将脂类运输到组织中，当VLDL被运输到全身组织时，被分解为三酰甘油、脱辅基蛋白和磷脂，最后，VLDL 被转变为低密度脂蛋白。（3）低密度脂蛋白LDL，把胆固醇运输到组织，经过一系列复杂的过程，LDL 与LDL 受体结合并被细胞吞食。（4）高密度脂蛋白HDL，也是在肝脏中生成，可能负责清除细胞膜上过量的胆固醇。
4. 固醇类化合物
固醇类：含有环戊烷多氢菲母核的一类醇、酸及其衍生物。包括：固醇、固醇衍生物。
胆固醇：胆固醇是生物膜的重要成分，羟基极性端分布于膜的亲水界面，母核及侧链深入膜双层，控制膜的流动性，阻止磷脂在相变温度以下时转变成结晶状态，保证膜在低温时的流动性及正常功能。胆固醇是合成胆汁酸、类固醇激素、维生素D 等生理活性物质的前体。
类固醇激素：（1）肾上腺皮质激素 （2）性激素
5. 生物膜
流动镶嵌模型：流动性和不对称性
胆固醇：变相温度以上，降低膜的流动性；变相温度以下，保持膜的流动性。生理条件下，胆固醇含量越高，膜的流动性越低。在生理条件下增加胆固醇的含量会降低膜的流动性。
膜蛋白在膜上的定位：外周膜蛋白、内在膜蛋白
糖类：全部分布在膜的非细胞质一侧。 影响流动性的三个重要因素：脂肪酸碳链长短、脂肪酸的饱和程度、胆固醇的含量； 膜脂的流动性主要决定于磷脂分子。
6. 物质转运
初级主动运输、二级主动运输
2 .动态生化－生物能学和代谢
2.1 糖酵解途径和已糖的分解代谢
1. 糖酵解途径 糖酵解：葡萄糖分解为丙酮酸并伴随着生成ATP 的过程。存在于所有生物。在真核细胞中，其反应部位在胞液中。是第一个被阐明的代谢途径
（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P：此反应基本不可逆，调节位点。催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P 强烈地别构抑制。己糖激酶是一种调节酶，ADP 和反应产物葡萄糖-6-磷酸是该酶的变构抑制剂。
（2）G-6-P 异构化为F-6-P
（3）F-6-P 磷酸化，生成F-1.6-P：酵解中的关键步骤。磷酸果糖激酶是糖酵解的限速酶。肝中的磷酸果糖激酶受ATP 的抑制， H+对该酶有抑制作用。通过阻止糖酵解的继续进行，从而防止乳酸的继续形成，避免酸中毒。
（4）F-1.6-P 裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）：该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的△G0 负值的F-1.6-2P 的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。该反应由醛缩酶催化。
（5）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛
（6）3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸
（7）1．3—二磷酸甘油酸转化成3—磷酸甘油酸和ATP：由磷酸甘油酸激酶催化。这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP 的反应。
（8）3—磷酸甘油酸转化成2—磷酸甘油酸
（9）2—磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
（10）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP 和丙酮酸：不可逆，调节位点。由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP 和丙酮酸
2. 丙酮酸的去路
有氧条件：乙酰辅酶 A（三羧酸循环）
无氧条件：乳酸发酵、生成乙醇
高等动物糖酵解－乳酸发酵途径的生理意义：缺氧条件下迅速为生命活动提供能量的途径，尤其对肌肉收缩更为重要。是机体某些组织获能或主要获能的方式，如视网膜、神经、癌组织等。成熟红细胞几乎完全依赖糖酵解供应能量。
乙醇发酵：一些酵母和其它微生物在无氧条件下，丙酮酸先后经丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶的催化作用，脱羧还原为乙醇。（脊椎动物缺乏丙酮酸脱羧酶）TPP 是丙酮酸脱羧酶的辅酶
3. 糖酵解途径的调节
1）磷酸果糖激酶：糖酵解途径最重要的调控点，受高浓度ATP/柠檬酸抑制。
2）丙酮酸激酶：变构抑制剂：ATP、丙氨酸（肝）；变构激活剂：果糖-1,6-双磷酸。
3）己糖激酶、葡萄糖激酶
4. 糖酵解与癌症和进化
肿瘤组织糖酵解速度比正常组织快还是慢?为什么?
糖酵解与进化：糖酵解途径被认为是生物最古老最原始获取能量的一种方式。在进化过程中，大多数较高等生物，虽然进化为利用有氧条件进行生物氧化获取大量的自由能，但仍保留了这种原始方式。糖酵解的十步反应，不但成为生物体共同经历的葡萄糖的分解代谢前期途径，以及供氧不足时的供能途径，而且在哺乳动物一些组织细胞中，葡萄糖酵解途径是唯一的供能途径。
5. 戊糖磷酸途径
以葡萄糖-6-磷酸开始，在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成磷酸戊糖作为中间代谢产物，故将此过程称为戊糖磷酸途径。
生理意义 ：产生NADPH 和核糖-5-磷酸。也是植物光合作用从CO2 合成葡萄糖的部分途径。 NADPH 的主要功能：作为供氢体参与体内多种生物合成反应；是谷胱甘肽还原酶的辅酶；参加肝脏生物转化反应；参与体内嗜中性粒细胞及巨噬细胞在吞噬细菌后产生超氧阴离子的反应，有杀菌作用。
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症：简称G6PD 缺乏症，又称蚕豆病(溶血性贫血症)。是一种遗传病。 红细胞在一些因素的诱发下溶解，血红蛋白释放到血液中，引起黄疸和肾功能障碍。诱发因素包括：进食蚕豆、抗疟疾药物、磺胺类抗生素以及接触一些除草剂。
6. 四种贫血病比较：
1)镰刀状细胞贫血病：血红蛋白单个氨基酸分子突变导致血红蛋白纤维状沉淀。
2)地中海贫血病：缺失一个或多个编码血红蛋白链的基因;基因突变导致转录不正常.
3)溶血性贫血病：缺乏葡萄糖-6-磷酸脱氢酶导致红细胞缺乏NADPH 而容易破裂
4）巨幼红细胞贫血（恶性贫血）：Vit B12 是甲基丙二酸单酰CoA 变位酶的辅酶。 Vit B12在动植物中不能合成，只有一些种类的微生物能合成。健康人每天只需要少量的Vit B12。如果由于吸收障碍缺乏Vit B12 ，就会导致恶性贫血，出现红细胞减少、血红蛋白水平降低和一些中枢神经系统的功能紊乱等症状。在一些病例中，服用大剂量Vit B12 可减轻这 些症状。
2.2 三羧酸循环
1. 三羧酸循环的意义
三羧酸(TCA)循环不仅是糖、脂肪、氨基酸等化合物生物氧化的共同通路，同时也为各种生物合成提供前体，成为各代谢途径连接的枢纽。乙酰辅酶A 是联系三类物质代谢的中间物质。既是TCA 的入口物质，又是合成脂类例如胆固醇的起始物质。
2. 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA
反应部位：线粒体基质（真核细胞）
丙酮酸脱氢酶复合体：三种酶：E1: 丙酮酸脱氢酶、E2: 二氢硫辛酸乙酰转移酶、E3:二氢硫辛酸脱氢酶。 五种辅酶或辅基：TPP（焦磷酸硫胺素）、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）、CoA（辅酶A）、 NAD+（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）、Lipoate（硫辛酸）。
硫辛酸：既是酰基载体又是电子载体；亚砷酸盐及有机砷化物能够与硫辛酸的巯基发生结合，使其失去催化能力。
3. 三羧酸循环
三羧酸循环的反应部位：真核细胞的线粒体和原核细胞的胞浆。 反应步骤：
（1）乙酰CoA+草酰乙酸→柠檬酸：柠檬酸合酶，TCA 中第一个调节酶。氟乙酰CoA可与草酰乙酸生成氟柠檬酸，抑制下一步反应的酶，据此，可以合成杀虫剂、灭鼠药。
（2）柠檬酸→异柠檬酸
（3）异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸和NADH：第一次氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶，TCA 中第二个调节酶。
（4）α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 和NADH：α-酮戊二酸脱氢酶系，TCA循环中的第三个调节酶。
（5）琥珀酰CoA 生成琥珀酸和GTP：TCA 中唯一的底物水平磷酸化反应，直接生成GTP。在高等植物和细菌中，硫酯键水解释放出的自由能，可直接合成ATP。在哺乳动物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP 转化成ATP。
（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH：琥珀酸脱氢酶是TCA 循环 中唯一嵌入线粒体内膜的酶。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。
（7）延胡索酸水化生成L-苹果酸：延胡索酸酶具有立体异构特性。 （8）L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH：L-苹果酸脱氢酶催化。平衡有利于逆反应，但生理条件下，反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸，其在细胞中浓度极低，少于10-6mol/L，使反应向右进行。
能量计算：通过氧化磷酸化，1 分子NADH 产生2.5ATP，1 分子FADH2 产生1.5ATP。 1 分子葡萄糖彻底氧化产生30~32ATP。标准条件下，整个过程能量转化效率可达34％（实际可接近65％）。
三羧酸循环对生物合成前体的供应及其回补反应： TCA 的中间代谢物可作为合成葡萄糖、氨基酸、核苷酸、脂肪酸、胆固醇、胆红素等物质的前体。当TCA 中间代谢物被移走后，就要通过回补反应来合成补充，才能维持TCA 的正常进行。
4. 三羧酸循环的调节
丙酮酸脱氢酶复合体的调节
循环过程的调节：三羧酸循环中三步不可逆的放能反应是其调节位点。催化这三步反应的酶受到产物反馈抑制（如柠檬酸、琥珀酰CoA 等），也受到高能荷物质抑制（如ATP、NADH 等）。三羧酸循环的调节取决于细胞对能量的需求以及对某些生物合成底物的需求。
一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。
5. 丙酮酸代谢障碍与疾病
脚气病：以多发性神经炎、肌肉萎缩、 组织水肿、 心脏扩大、 循环失调及胃肠道症状为特征。发病机理： VitB1 缺乏导致丙酮酸无法进入TCA，使以葡萄糖为唯一能源来 源的神经系统供能出现障碍。
汞中毒与亚砷酸盐中毒：症状：与脚气病相似。发病机理：两种化合物与丙酮酸脱氢酶E2 中的二氢硫辛酸的两个-SH 结合，导致酶失活，从而丙酮酸代谢出现障碍，出现类似脚气病的症状。
解毒治疗：类似于二氢硫辛酸、带两个-SH 的化合物。（如2,3-二巯基丙醇， BAL）
6. 乙醛酸循环
是三羧酸循环的修改形式。在植物、一些无脊椎动物和一些微生物中存在，但不存在于脊椎动物中。乙醛酸循环可以使脂肪酸的降解产物乙酰CoA 经草酰乙酸转化成Glc，供给种子萌发时对糖的需要。植物中，乙醛酸循环只存在于子苗期，而生长后期则无乙醛酸循环。哺乳动物及人体中，不存在乙醛酸循环，因此，乙酰CoA 不能在体内生成糖和氨基酸。
反应部位：乙醛酸循环体。
生理意义：是乙酸或乙酸盐转化为糖的途径。 如在种子发芽时，能将脂肪转化为糖。
2.3 氧化磷酸化
1. 呼吸链
按电子亲和力递增的顺序排列，即低电位到高电位。
呼吸链的分布部位：在原核细胞位于质膜，在真核细胞位于线粒体的内膜。 排布顺序及重要电子传递抑制剂见下图：
（1）阻断电子由NADH 向CoQ 传递。鱼藤酮、阿米妥、粉蝶霉素A。（2）抑制电子从细胞色素b 向细胞色素c1 传递。抗霉素A。（3）阻断电子从细胞色素aa3 向O2 传递。CN- 、N3－、CO。
2. 化学渗透模型
化学渗透模型由英国科学家Peter Mitchell 建立。这一模型被认为是20 世纪生物学最伟大的统一原理之一。它揭示了氧化磷酸化、光合磷酸化以及一些跨膜主动运输、细菌鞭毛运动等等生命活动过程的本质。
化学渗透模型: 呼吸链电子传递释放的能量驱动质子从线粒体内膜进入线粒体膜间腔，从而产生一个跨线粒体内膜的质子电化学梯度。这种电化学梯度贮存的能量形成一种质子动力。 当它驱动质子通过ATP 合酶流回线粒体基质的同时，催化ATP 的合成。
3. 解偶联剂
DNP 和FCCP：使H+不经Fo 回流，破坏电化学梯度，因而不能形成ATP，而是以热量形式释放能量。
寡霉素：抑制氧的利用又抑制ATP 的形成，但不直接抑制电子传递链上载体的作用。
缬氨霉素、短杆菌肽、产热蛋白：属于离子载体，通过增加线粒体内膜对一价阳离子的通透性破坏跨膜电荷梯度，从而影响ATP 形成。
4. 通过线粒体内膜的物质运输
NADH 穿梭系统：苹果酸-天门冬氨酸穿梭（最活跃）、3-磷酸甘油穿梭
ATP-ADP 转位酶：又称腺苷酸转位酶。在线粒体内膜含量丰富。 在ATP-ADP 转位酶的催化下，ATP 运出线粒体和ADP 运进线粒体偶联起来。由于有净负电荷运出线粒体，减弱膜电势梯度和质子动力，使得这一过程相当耗能。
2.4 糖异生和糖原代谢
1. 糖异生
存在于所有生物体中。从磷酸烯醇式丙酮酸到葡萄糖-6-磷酸是共同的途径。
糖异生的生理意义：重要的生物合成葡萄糖的途径。对脑组织、红细胞尤为重要。空腹或饥饿时依赖氨基酸、甘油等异生成葡萄糖维持血糖水平的恒定。补充肝糖原的重要途径。长期饥饿时肾糖异生有利于调节酸碱平衡。再利用乳酸（乳酸循环），防止因乳酸堆积引起酸中毒。
糖异生的关键步骤：从丙酮酸生成葡萄糖是糖异生的中心途径。这条途径不是糖酵解的简单逆反应。糖酵解的三步不可逆反应由不同的反应（称之为绕道反应 “bypass”）来完成。
三步绕道反应：从丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸；
从果糖-1,6-双磷酸转变为果糖-6-磷酸；从葡萄糖-6-磷酸转变为葡萄糖。
从丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸有两条途径:途径1 以丙酮酸、Ala 为前体；途径2以乳酸为前体。两条途径都是由丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由草酰乙酸脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸。前一个反应由丙酮酸羧化酶催化，该酶位于线粒体；后一个反应由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，有胞浆和线粒体两种同工酶。
从果糖-1,6-双磷酸转变为果糖-6-磷酸：由果糖二磷酸酶催化。这是糖异生的关键反应，果糖二磷酸酶被AMP、2.6—二磷酸果糖强烈抑制，但被ATP、柠檬酸和3—磷酸甘油酸激活。
从葡萄糖-6-磷酸转变为葡萄糖：葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝脏和肾脏。在大多数组织中，糖异生终止于生成葡萄糖-6-磷酸，葡萄糖-6-磷酸可用于其他途径，主要是合成糖原。只有在这肝脏和肾脏这两种组织中，才可以通过糖异生途径获得游离的葡萄糖。
骨骼肌和脑组织没有糖异生途径，也没有葡萄糖-6-磷酸酶通过糖原分解产生葡萄糖。它们的葡萄糖由肝或肾糖异生、或消化吸收的葡萄糖通过血液提供。脊椎动物的乙酰CoA 不能转化为丙酮酸，因此不能作为糖异生的前体。
植物和一些细菌通过乙醛酸循环将乙酰CoA 转化为琥珀酸，然后再转化为草酰乙酸作为糖异生前体。在种子发芽过程中，蔗糖是重要的能量来源和生物合成前体。
2. 乳酸循环
乳酸是糖异生的重要前体。肌肉中葡萄糖通过糖酵解分解为乳酸，乳酸通过血液循环运输到肝脏，然后通过糖异生生成葡萄糖，葡萄糖又可通过血液循环重新被肌肉摄取利用。这个过程称为乳酸循环。
3. 底物循环
一对互逆的反应同时进行，称为底物循环。由于底物循环是互逆的产能和耗能过程同时进行，使ATP 以热量形式散发，因此这种不经济的过程又称为无效循环。一般认为，在正常状态下，机体以相互协调的调节方式避免底物循环的发生，如糖酵解与糖异生以互为相反的调节方式避免发生底物循环。但近来研究发现，底物循环具有扩大代谢调节信号的生理意义。
底物循环的另一个生理意义是，机体利用底物循环产生热量来提高或维持体温。如在天气寒冷时，大黄蜂利用上述底物循环产生热量提高体温。
4. 糖原的分解代谢
糖原的降解从糖原的非还原性末端葡萄糖残基开始，α-1,4 糖苷键断裂，生成葡萄糖-1-磷酸和少一个葡萄糖基的糖原分子。这是由糖原磷酸化酶催化的磷酸解反应。
糖原磷酸化酶在离α-1,6 糖苷键分支点的4 个Glc 处停止作用。接着由转移酶将分支的3 个糖残基转移到直链的4 个糖基上。剩余的一个糖残基以α-1,6 糖苷键与糖原相连。这个键再由α-1,6 糖苷酶，又称脱分支酶水解。线性糖链又可继续由糖原磷酸化酶进一步降解。
在磷酸葡萄糖变位酶的催化下，Glc-1-P 转变为Glc-6-P。
糖原的分解代谢在肌肉和肝脏中有着不同的生理意义：肌肉是产生ATP，肝脏是维持血糖稳定。
5. 糖原的合成代谢
糖原合成存在于所有动物组织中，但在肝脏和骨骼肌中活性最强。糖原合成是耗能过程，需要糖原引物分子，糖基的供体是UDPG，而不是Glc-1-P。一些细菌的糖原合成以ADP-Glc 为前体。在植物中，淀粉的合成以ADP-Glc 为前体，蔗糖的合成以UDP-Glc 为前体。
6. 糖醛酸途径
糖醛酸途径：指从 Glc-6-P 或Glc-1-P 开始，经UDP-葡萄糖醛酸生成糖醛酸的途径。
糖醛酸途径的生理意义：UDP 糖醛酸是糖醛酸供体，可形成许多重要的粘多糖如透明质酸、肝素等。从糖醛酸可转变为抗坏血酸（VitC），但人和其它灵长类等动物不能合成抗坏血酸。VitC 缺乏症引起坏血病。在肝脏糖醛酸可与药物或含-OH、-COOH、-NH2、-SH的异物结合成水溶性化合物排出体外，起解毒作用。从糖醛酸可形成木酮糖，与磷酸戊糖途径相连。
7. 糖代谢途径的相互协调调节
糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化之间的协调控制：糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化的速度受细胞能荷水平的控制。ADP 含量高时，刺激氧化磷酸化和丙酮酸氧化，从而加速三羧酸循环。相反，ATP 含量高时，可减慢氧化磷酸化、糖酵解和三羧酸循环。
8. 巴斯德效应
在厌氧条件下，高速酵解的酵母若通入氧气，葡萄糖消耗速度急剧下降，酵解积累的乳酸迅速消失。这种耗氧的同时，葡萄糖消耗减少，乳酸堆积终止的现象，称为巴斯德效应。
9. 糖异生和糖酵解之间的协调控制
为了避免底物循环的发生，两条途径相互协调、互为相反地进行调节。通常表现为同一调节因子（如别构效应剂）对两条途径相应的酶作用相反。如： ①Glc-6-P 抑制己糖激酶，激活葡萄糖6-磷酸酶，从而抑制酵解，促进糖异生。②乙酰CoA 抑制丙酮酸脱氢酶复合体，激活丙酮酸羧化酶，从而抑制酵解，促进糖异生。③AMP 抑制FBPase-1，激活PFK-1，从而抑制糖异生，促进酵解。柠檬酸抑制PFK-1，激活FBPase-1，从而抑制酵解，促进糖异生。果糖-2,6-双磷酸抑制FBPase-1，激活PFK-1，从而抑制糖异生，促进酵解。果糖-6-磷酸和果糖-1,6-双磷酸之间的转化是糖酵解和糖异生的重要调控点。果糖-2,6-双磷酸是这一步骤的重要别构效应物。注意：果糖-2,6-双磷酸是调节因子，但不是代谢中间物。胰高血糖素通过调节果糖-2,6-双磷酸的水平起到抑制酵解，促进糖异生的作用。
10. 糖原分解和糖原合成之间的协调控制
糖原的分解和合成通过激素进行协调的调节。如肾上腺素或胰高血糖素激活 proteinkinase A，最终导致糖原磷酸化酶和糖原合酶的磷酸化，于是，前者被激活，后者被抑制。胰岛素激活protein phosphatase 1，最终导致糖原磷酸化酶和糖原合酶的去磷酸化，于是，前者被抑制，后者被激活。
11. 糖原累积症
由于糖原代谢障碍，使糖原在细胞内过度累积或糖原分子异常的遗传性疾病。常见的是由于缺失糖原代谢过程中的某种酶。糖原累积症种类很多。主要受损器官是肝脏，其次是心脏和肌肉。
12. 附：一些名词的区分
合酶和合成酶：合酶指的是催化的缩合反应没有NTP（如ATP 或GTP）作为能源的。如柠檬酸合酶。合成酶指的是催化的缩合反应有NTP（如ATP 或GTP）作为能源的。如琥珀酰CoA 合成酶。 激酶、磷酸化酶和磷酸酶：激酶催化的是磷酸化反应。是把磷酰基从NTP，如ATP转移到一个受体分子（如糖、蛋白质、或其它核苷酸、或其它代谢中产物）。磷酸化酶催化的是磷酸解反应。是用磷酸攻击分子，然后磷酰基与断裂键共价结合。磷酸酶催化的是去磷酸化反应。是把磷酰基从磷酸酯键去除，并用水分子攻击底物。
2.5 脂肪酸的氧化及合成
1. 脂肪作为储能物质的优缺点
脂肪具有高度还原性，彻底氧化释放的能量是同等重量的糖或蛋白质的两倍多。脂肪具有高度疏水性，因而不会增加细胞胞浆的渗透压，也不会因水化增加额外的重量。但消化需要乳化，运输需要其他蛋白质协助。脂肪具有化学惰性，不易产生副反应。但C-C 键的断裂需要激活。
脂肪动员：指脂肪组织中脂肪在激素的调节下，被一系列脂肪酶水解为脂肪酸和甘油，然后释放进入血液，脂肪酸以与血清白蛋白非共价结合的方式运输到其它组织利用的过程。
2. 饱和偶数碳脂肪酸的氧化
部位: 以肝脏和肌肉组织最为活跃。
整个过程可分为三个阶段：第一阶段：脂肪酸的活化；第二阶段：长链脂酰CoA 进入线粒体；第三阶段：β-氧化。
第一阶段：脂肪酸的活化：脂肪酸与HSCoA 结合生成脂酰CoA 的过程。催化反应的是脂酰CoA合成酶。在细胞内分别有内质网脂酰CoA合成酶和线粒体脂酰CoA合成酶，前者活化12 个碳原子以上的长链脂肪酸，后者活化中链或短链脂肪酸。
第二阶段：长链脂酰CoA 进入线粒体： 在肉碱脂酰移位酶Ⅰ的催化下，以脂酰肉碱的形式进入线粒体，在线粒体基质，脂酰肉碱在肉碱脂酰移位酶Ⅱ的催化下，重新生成脂酰CoA。这是脂肪酸β-氧化的限速步骤。丙二酸单酰CoA 是肉碱脂酰移位酶Ⅰ的抑制剂。肉碱缺乏症和肉碱脂酰移位酶缺乏症：属常染色体遗传病。影响器官主要是肌肉、肾脏、心脏等。症状从中等程度的肌肉疼痛、痉挛到严重的肌肉坏死。
第三阶段：β-氧化：所有脂肪酸β-氧化的酶都是线粒体酶。氧化每一轮循环是脱氢、水化、再脱氢和硫解四个重复步骤，生成1 个乙酰CoA、1 个少2C 的脂酰CoA 以及1 个NADH、1 个FADH2。按软脂酸计算，经过7 轮反应，生成8 个乙酰CoA、7 个NADH 和7 个FADH2。软脂酸的氧化可产生106ATP。
3. 单不饱和脂肪酸的β-氧化
额外需要烯酰CoA 异构酶，使顺式双键转变为反式双键。
4. 多不饱和脂肪酸的β-氧化
除烯酰 CoA 异构酶外，还需2,4-二烯酰CoA 还原酶（NADPH 作为辅酶）。
5. 奇数碳脂肪酸的β-氧化
奇数碳脂肪酸经β-氧化可生成丙酰CoA。丙酰CoA 经过三步反应，转化为琥珀酰CoA，进入三羧酸循环， 进一步可转变为其他物质。Vit B12 是甲基丙二酸单酰CoA 变位酶的辅酶。 Vit B12 在动植物中不能合成，只有一些种类的微生物能合成。健康人每天只需要少量的Vit B12。如果由于吸收障碍缺乏VitB12 ，就会导致恶性贫血，出现红细胞减少、血红蛋白水平降低和一些中枢神经系统的功能紊乱等症状。在一些病例中，服用大剂量Vit B12 可减轻这些症状。
6. 动物过氧化物体/植物乙醛酸体中脂肪酸的β-氧化
途径与线粒体的相似，但不完全相同。FADH2 的电子直接传递给O2，生成H2O2，H2O2 马上转化为H2O 和O2。能量以热量形式散发，而不是储存于ATP 中 。
哺乳动物过氧化物体产生的乙酰CoA 进入胞浆，用于合成其他代谢产物，如胆固醇等。因此，当高脂肪膳食时，肝脏过氧化物体中脂肪酸β-氧化的酶合成增加，产生的乙酰CoA主要用于合成胆固醇，其余部分进入线粒体。
植物中脂肪酸β-氧化只发生在叶组织的过氧化物体以及种子的乙醛酸体中（植物线粒体不存在 β-氧化的酶）。这一途径的生物学意义是利用脂肪提供生物合成的前体，特别是在种子的发芽过程。
β-氧化的酶在线粒体和过氧化物体中组织的形式不同。在线粒体中，各个酶是分离的，而在过氧化物体中，以复合体形式存在。
7. 脂肪酸的α-氧化
对降解支链脂肪酸（如哺乳动物中植烷酸降解）有重要作用。
8. 脂肪酸的ω-氧化
碳原子少于 12 的脂肪酸的氧化途径。通常为C10 或C12 的脂肪酸。催化第一步羟化反应的是混和功能氧化酶。
9. 酮体的生成
在肝脏中，脂肪酸经 -氧化生成的乙酰CoA，转变为乙酰乙酸、 羟丁酸和少量丙酮，这三种物质统称为酮体。这种现象在饥饿或糖尿病状态下尤为明显。酮体是肝脏向肝外组织输出能量的一种方式。
酮体的生成部位在肝细胞线粒体。HMG-CoA 合酶催化的是限速步骤。
酮体生成具有重要的生理意义：是生理情况下，肝脏输出能源的一种形式。是长期饥饿情况下、脑、肌肉组织主要的供能物质。是应激情况下，防止肌肉蛋白过多消耗的一种形式。
酮体过量产生可造成酮血症、酮尿症：正常代谢时血尿酮体含量很少。在饥饿、糖尿病等异常情况下，酮体大量产生。当超过肝外组织所能利用的限度时，血尿酮体含量升高。血中酮体堆积称 “酮血症”。由于乙酰乙酸和β-羟丁酸降低血液pH，造成“酸中毒”。酮体随尿排出称“酮尿症”。 临床上把糖尿病患者血尿酮体的异常称为“酮症”。
10. 脂肪酸的合成
脂肪酸合成部位在胞浆中，在肝脏、脂肪组织特别活跃。碳源是乙酰CoA。乙酰CoA提供最初的两个C 原子，以后延长的2C 单位由乙酰CoA 的活化形式: 丙二酸单酰CoA 提供。
脂肪酸合酶只合成软脂酸（C16），进一步的延长和去饱和由其他酶体系完成。软脂酸的合成可分为3 个步骤：乙酰-CoA 从线粒体运输到胞浆、丙二酸单酰CoA 的生成（乙酰CoA 羧化酶、限速酶）、脂肪酸碳链的延伸（脂肪酸合酶复合体）。
11. 脂肪酸合成受到严密调节
乙酰 CoA 羧化酶催化的是脂肪酸合成的限速步骤。柠檬酸和软脂酰CoA 分别是乙酰CoA 羧化酶的变构激活剂和反馈抑制剂。乙酰CoA 羧化酶可通过激素进行磷酸化/去磷酸化的共价修饰调节。第一个中间物丙二酸单酰CoA 抑制脂肪酸β氧化，避免底物循环（或无效循环）。
12. 长链饱和脂肪酸由软脂酸合成
合成部位在光面内质网和线粒体。与软脂酸合成不同的是，不需ACP 作为脂酰基载体。
13. 不饱和脂肪酸由软、硬脂酸合成
合成部位主要在光面内质网。棕榈酰-CoA 和硬脂酰-CoA 在脂肪酰-CoA 去饱和酶的作用下，在 C-9 和C-10 间形成双键，分别形成棕榈酸和油酸。哺乳动物缺少在C-9 位以外引入双键的酶，因此亚油酸和亚麻酸不能经生物合成得到，只能通过膳食获取，称为必需脂肪酸。
14. 多不饱和脂肪酸的重要衍生物的合成
合成部位在全身各组织细胞光面内质网（除红细胞外）。合成前体是花生四烯酸。花生四烯酸首先在激素或其他刺激信号的作用下，由磷脂酶A2 从膜磷脂水解下来。阿司匹林、布洛芬等通过抑制前列腺素和血栓素胸苷的合成起到解热镇痛的作用。
15. 甘油磷脂的分解代谢
部位在溶酶体。甘油磷脂由特异性磷脂酶（磷脂酶 A1、磷脂酶A2、磷脂酶C、磷脂酶D）水解。 溶血磷脂指水解去掉一个脂肪酸的甘油磷脂，是磷脂酶A1、磷脂酶A2 水解的产物。
16. 鞘脂的分解代谢
鞘脂的降解是由溶酶体中一套特异性的酶按一定步骤分解极性头部基团，最后生成神经酰胺。由于一些水解酶基因变异失去活性，鞘脂降解出现障碍导致鞘脂沉积在溶酶体中。这种遗传性脂类沉积症统称溶酶体病。
17. 甘油磷脂的合成代谢
新生儿呼吸窘迫综合症：由于二软脂酰磷脂酰胆碱合成障碍引起的一种病理性症状。
在健康人中，二软脂酰磷脂酰胆碱和其他一些磷脂以及一些特异性蛋白质存在于肺泡周围的细胞外液中，在呼气时起到减少液体表面张力防止肺塌陷的作用。早产婴儿由于肺没有发育成熟，没有合成足够的二软脂酰磷脂酰胆碱导致发生呼吸窘迫综合症。
18. 鞘脂的合成代谢
合成部位在光面内质网或线粒体内膜。鞘脂的鞘氨醇骨架来源于软脂酰 CoA 和Ser。
19. 胆固醇的代谢
胆固醇的合成代谢：合成主要在肝脏，少量在肠。脑细胞、红细胞不能合成。合成部位在胞液和内质网。胆固醇全部27 个C 来源于乙酰CoA。
胆固醇的生物合成过程可以分为4 个阶段
胆固醇酯的合成：由脂酰CoA-胆固醇脂酰转移酶(ACAT)催化。
20. 胆固醇代谢的调节
胆固醇代谢主要受细胞内胆固醇水平和激素两方面的调节。胆固醇代谢调节的特点是生物合成途径和食物摄取的平衡。
HMG-CoA 还原酶，催化胆固醇合成的限速步骤，其活性变化可达100 倍。其调节包括：一个固醇类分子促进HMG-CoA 还原酶的酶原降解以及抑制HMG-CoA 还原酶基因和LDL 受体基因的转录。激素 (胰岛素/胰高血糖素)通过可逆的磷酸化/去磷酸化调节限速酶的活性。
21. 血浆脂蛋白的代谢
血脂：血浆所含的脂类。来源是外源性脂类（食物摄取）和内源性脂类（体内合成）。血脂含量不如血糖恒定，受膳食、年龄、性别、职业以及代谢等的影响，波动范围较大。
CM：把外源性TG 从小肠运输到各种组织。VLDL：把内源性TG 从肝脏运输到其他组织。LDL：主要把内源性CH 运输到肝外组织。HDL：逆向运输CH，清除血中CH。
引起高血脂症的遗传因素主要有两种：LDL 受体基因突变使得LDL 的CH 不能进入细胞，血液中CH 水平升高，而另一方面， 细胞内CH 合成继续进行，从而引起胆固醇摄取和合成代谢紊乱，造成家族性高胆固醇血症和动脉粥样硬化症。某些蛋白基因突变引起HDL 水平下降。
22. 糖代谢与脂代谢的相互联系
糖可以转变为脂肪。动物中，脂肪绝大部分不能在体内转变为糖。植物和微生物中，脂肪通过乙醛酸循环和糖异生转变为糖。脂肪分解代谢的强度和顺利进行，还有赖于糖代谢的正常进行。
2.6 蛋白质的降解和氨基酸的氧化及合成
1. 蛋白质降解机制
（1）不依赖ATP 的溶酶体途径，没有选择性，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
（2）依赖ATP 的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。
2. 转氨酶
α-酮戊二酸是多种转氨酶反应(只要有 Glu 参与)的氨基受体。所有转氨酶均以磷酸吡哆醛(PLP)为辅因子。
在转氨酶的催化下，某一氨基酸的α-氨基转移到另一种α-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸，而原来的氨基酸则转变成α-酮酸，反应的实质是氨基在α-氨基酸和酮酸的转移。
除Gly、Lys、Thr、Pro 外，AA 都能参与转氨基作用。
3. 联合脱氨基作用
氨基酸在转氨酶作用下，将α-氨基转给α-酮戊二酸分子生成α-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再经过L-谷氨酸脱氢酶的作用，脱去氨基产生游离氨并生成α-酮戊二酸，这种转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶的协同作用称联合脱氨基作用。
意义：体内氨基酸脱氨基的最重要方式；体内合成非必需氨基酸的主要途径。
4. 嘌呤核苷酸循环脱氨基作用
由转氨酶和腺苷酸脱氨酶等多种酶联合作用下脱去氨基产生游离氨的过程。关键酶的分布特点：肌肉中L-谷氨酸脱氢酶活性低，而腺苷酸脱氨酶活性高。意义：是心肌、骨骼肌和脑组织脱氨基的主要方式，实验证明脑组织细胞中的氨有50%是由该循环产生的。
5. 氨基酸的脱羧基作用
氨基酸脱羧后生成相应的胺，有些为重要生物活性物质。
脱羧酶的辅酶也是磷酸吡哆醛，在脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。如脑组织中L-Glu 脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经递质。His 脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr 脱羧生成酪胺，有升高血压的作用。
6. 氨中毒
氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH，产生肝昏迷。
7. 氨的去向
(1）重新利用。合成氨基酸、核酸。
(2）贮存。高等植物将氨基氮以Gln，Asn 的形式储存在体内。
(3）排出体外。排氨动物：水生、海洋动物，以氨的形式排出。排尿酸动物：鸟类、爬虫类，以尿酸形式排出。排尿动物：以尿素形式排出。
谷氨酰胺的运氨作用:Gln 是氨的一种转运形式，它主要从脑、肌肉等组织向肝或肾运送氨。Gln 是大脑等组织解氨毒和运输氨的重要形式。Gln 在肝中释放 NH3 用于合成尿素（主）。Gln 在肾小管分解产生的NH3 与H+结合成NH4+ ，中和固定酸。
丙氨酸-葡萄糖循环:在肌肉中，糖酵解提供丙酮酸，在肝中，丙酮酸又可生成葡萄糖。肌肉运动产生大量的氨和丙酮酸，两者都要运回肝脏进一步转化，而以Ala 的形式运送，一举两得。
8. 尿素的形成
发生部位：肝细胞线粒体和胞液，5 步反应，2 步发生在线粒体内，3 步发生在细胞溶胶。尿素循环是最早发现的代谢循环，称鸟氨酸循环。
反应过程:①氨甲酰磷酸的合成(限速步骤)。 氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ：在线粒体中以氨作氮给体，参与尿素生物合成。氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ：在细胞溶胶中，以谷氨酸为氮给体，参与嘧啶生物合成。N-乙酰Glu 变构激活氨甲酰磷酸合酶 I。②瓜氨酸的合成 ③合成精氨琥珀酸 ④精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸 ⑤Arg 水解生成鸟氨酸和尿素。在线粒体内，Asp 是尿素形成时氨基的直接供给者，又是形成腺苷酸代琥珀酸的重要物质。
合成尿素是体内氨的主要去路（尿素是氨基酸代谢的主要终产物）；尿素分子中的2个氮原子，1 个来自氨，另一个则来自天冬氨酸；C 来自CO2；反应部位：肝细胞的线粒体和胞液；合成1 分子尿素需要消耗4 个高能磷酸键(不考虑脱氢反应）；意义：解氨毒---把有毒的NH3 转变成无毒的尿素；重要的酶：精氨酸代琥珀酸合成酶（限速酶, 氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）。
9. 一碳单位
含一个碳原子的基团。包括甲基、甲烯基 、甲炔基、甲酰基 及亚氨甲基 。一碳单位主要来源于丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的代谢。各种不同形式的一碳单位可通过氧化还原反应相互转变。
N5-CH3-FH4 的生成基本是不可逆的，它在体内含量最多；参与蛋氨酸循环。是联系氨基酸和核酸代谢的枢纽化合物。作为合成嘌呤和嘧啶核苷酸的原料。参与形成SAM 而发挥转甲基作用。一碳单位代谢的障碍可造成某些疾病。
VB12 缺乏引起巨幼红细胞性贫血的机理：VB12 缺乏→N5-CH3-FH4 的甲基不能转移甲硫氨酸生成↓→FH4 再生↓→游离FH4 含量↓ →转运其他OCU↓→核酸合成障碍→细胞分裂障碍→巨幼红细胞性贫血
SAM 的作用：体内最重要的甲基供体(活性甲基)。
N5-CH3-FH4 是体内甲基的间接供体。
2.7 核酸的降解及核苷酸的代谢
1. 核苷酸的生物功能 ①合成核酸。②是多种生物合成的活性中间物。糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。③生物能量的载体ATP、GTP。④腺苷酸是三种重要辅酶的组分。NAD、FAD、CoA。⑤信号分子cAMP、cGMP
2. 嘌呤碱代谢的最终产物
A、尿酸：灵长类、鸟类 B、尿囊素：哺乳动物（灵长类除外） C、尿素：大多数鱼类及两栖类动物。
痛风是一种核酸代谢障碍疾病，由于体内大量积累尿酸而引起的。别嘌呤醇（结构与次黄嘌呤很相似）是黄嘌呤氧化酶抑制剂，治疗痛风病。
黄嘌呤氧化酶既可以氧化次黄嘌呤，又可以氧化黄嘌呤。别嘌呤醇能够抑制其活性，是该酶的自杀性底物。可治疗通风。
3. 嘌呤核苷酸的生物合成
从头合成：以核糖-5-P、氨基酸、CO2 和NH3 等为原料全程合成。
补救合成：利用体内的游离碱基或核苷简单合成(直接与PRPP 连接)。
嘌呤核糖核苷酸的从头合成：嘌呤环合成的前体：CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly。由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。
腺嘌呤核苷酸的合成分两步：IMP 在GTP 供能下与天冬氨酸合成腺苷酸琥珀酸，然后在腺苷酸琥珀裂解酶的催化下分解成AMP 和延胡索酸，而鸟嘌呤核苷酸合成时，是由ATP供能。
嘌呤核苷酸的抗代谢物 ：筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。羽田杀菌素：与Asp 竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸：是Gln 的结构类似物，抑制Gln 参与的反应。氨基蝶呤、氨甲蝶呤 ：叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4 的生成，从而抑制FH4 参与的各种一碳单位转移反应。
嘌呤核苷酸代谢的“补救”途径：磷酸核糖转移酶途径（重要途径）。嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸。
Lesch-Nyhan 综合征（自残症）缺乏次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶。
核苷激酶途径（生物体内只发现有腺苷激酶）：腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP 反应，生成腺嘌呤核苷酸。
生理意义： 1）节省从头合成时的能量和氨基酸消耗； 2）体内的脑、骨髓等器官， 因缺乏有关的酶，通过补救合成嘌呤核苷酸。
4. 嘧啶核糖核苷酸的合成
嘌呤类在磷酸核糖焦磷酸 PRPP (核糖-5-P 的活化态)的基础上逐步构建嘌呤环(次黄嘌呤核苷酸IMP)，嘧啶类则是先形成尿嘧啶后再与PRPP 连接。原料：Asp、Gln 和 CO2。关键酶：胞浆中氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ (CPS II)。细菌只有一种CPS，能够合成Arg 和嘧啶；嘧啶核苷酸合成先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后脱羧生成尿嘧啶核苷酸，然后转化为其他。5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，DNA 合成受阻。
5. 脱氧核糖核苷酸的合成
脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行(dTMP 例外)。dTMP 是在一磷酸核苷水平上由dUMP→dTMP，以后再经磷酸化生成dTDP和dTTP。UMP 转化为CMP 是在三磷酸水平上的。胸腺嘧啶核苷酸的合成中甲基供体是四氢叶酸，而不是SAM。
6. 辅酶核苷酸的生物合成
辅酶核苷酸： NAD、NADP、 FMN、 FAD、 CoA
烟酰胺核苷酸的合成（NAD 、NADP）：NAD、NADP 是脱氢辅酶，在生物氧化还原系统中传递氢。
NAD 的合成途径：（1）烟酸单核苷酸焦磷酸化酶（2）脱酰胺-NAD 焦磷酸化酶（3）NAD 合成酶。
NADP 的合成：NAD 激酶催化NAD 与ATP 反应，使NAD 的腺苷酸残基的核糖2’-OH 磷酸化，生成NADP。
辅酶A 的合成： 前体：腺苷酸、泛酸、巯基乙胺、磷酸途径
3 .分子生物学－信息途径
3.1 DNA 的复制
1. DNA 复制的特征
半保留复制、半不连续复制、双向复制
复制单位：复制子，基因组能独立进行复制的单位，每个复制子都含有一个复制起点。原核生物的DNA 和真核生物细胞器的DNA 是单个复制子，真核生物染色体DNA 是多复制子，都在一个固定的起点开始复制。有时两条链的复制起点并不在同一点上（不对称复制，如D 环复制）。复制方 向大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。
复制方式：滚环式，如：噬菌体ΦX174；D-环式，如：线粒体、叶绿体DNA 复制；直线双向复制，真核染色体DNA 采用这种方式。真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。 真核生物染色体DNA 的复制速度比原核生物的慢。
2. 原核生物DNA 聚合反应有关的酶类
1. DNA 聚合酶；2. 拓扑异构酶：兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将DNA 超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。3. DNA 解链酶。单链结合蛋白(SSB)：结合在解开的DNA 单链上，防止重新形成双螺旋。4. 引物酶和引发体：启动RNA 引物链的合成。5. DNA 连接酶 拓扑异构酶：拓扑异构酶Ⅰ可使DNA 双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。
拓扑异构酶Ⅱ可切断DNA 双链，使DNA 的超螺旋松解后，再将其连接起来。
E.coli. DNA 聚合酶I（Kornberg 酶）：单体酶，含一个Zn2+。用蛋白水解酶将DNA 聚合酶I 部分水解可得：大片段（Klenow），活性：5’→ 3’聚合活性、3’→ 5’外切活性。小片段，活性：5’→ 3’外切活性（只作用于双链DNA 的碱基配对部分，切除修复）。Klenow 片段的用途：a.补齐DNA 3，隐缩未端;b.标记DNA 片段未端;c.cDNA 合成第二链 d.DNA 测序。功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。E.coli. DNA 聚合酶Ⅱ：单体酶，可能在DNA 的修复中起某中作用。基因发生突变，细菌依然能存活
E.coli.DNA 聚合酶Ⅲ（复制酶）：寡聚酶，全酶由10 种共22 个亚基组成，α、ε和θ三种亚基组成核心酶。DNA 聚合酶Ⅲ是合成新链DNA 主要的酶，又称复制酶。5’→3’外切酶活性只作用于单链DNA。
DNA 连接酶：大肠杆菌和其他细菌的DNA 连接酶以NAD 作为能量来源，动物细胞和噬菌体的连接酶以ATP 作为能量来源。
3. 原核生物的DNA 复制的过程
预引发、引发、复制的延伸、复制的终止 在原核生物中，参与DNA 复制延长的是DNA 聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延长随从链)和δ（延长领头链）。子代链的聚合方向都是5‘→3’。
冈崎片段： DNA 在复制时，由随后链先形成的一些短DNA 片段称为冈崎片段。冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000～2000 个核苷酸，而在真核生物中约为100 个核苷酸。
复制的终止：1. 去除引物，填补缺口：在原核生物中，由DNA 聚合酶Ⅰ来水解去除RNA 引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。2. 连接冈崎片段：在DNA 连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA 长链。
4. 真核生物DNA 的复制
真核生物 DNA 的末端有端粒结构，富含G/C。人的端粒为TTAGGG。
端粒的功能是： A，稳定染色体末端结构。B、防止染色体间末端连接。C、可补偿滞后链5-末端在消除RNA 引物后造成的空缺。
端粒酶是一种含有RNA 链的逆转录酶，它以所含的RNA 为模板合成DNA 端粒结构。
5. 保证复制忠实性
原因主要有以下三点：1. DNA 聚合酶的高度专一性，严格遵循碱基配对原则。2. DNA聚合酶的校对功能，错配碱基被3’-5’外切酶切除。3.
起始时以RNA 作为引物 起始时以RNA 作为引物的作用：DNA 复制为什么要合成一个RNA 引物，而后又把这个引物消除呢？这是保证DNA 聚合过程高度精确的又一措施。已知DNA 聚合酶具有3’-5’外切酶功能校对复制过程中的核苷酸，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNA 的合成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时”的，当DNA开始聚合以后再以3’-5’外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。
6. 逆转录－RNA 指导的DNA 合成
逆转录酶有 3 种酶的活性：①依赖RNA 的DNA 聚合酶活力：合成DNA ②RNaseH活性：水解除去RNA-DNA 杂合分子中的RNA ③依赖DNA 的DNA 聚合酶活性：以DNA为模板合成双链DNA。
逆转录酶无校对功能，因此错误率较高，端粒酶就是一种逆转录酶。
逆转录酶的引物可以是寡DNA，也可以是RNA，但要有游离3’-OH 末端。
7. DNA 的修复
细胞对 DNA 损伤的修复系统有五种：A、错配修复； B、直接修复； C、切除修复；D、重组修复； E、易错修复。
8. DNA 的重组
重组的三种类型：同源重组、位点专一重组、转座（又称异常重组）
3.2 RNA 的生物合成加工
1. 原核生物的 RNA 合成
启动子：聚合酶的结合位点，一般位于转录起始位点上游。RNA 聚合酶与启动子结合转录才能开始。共同序列：Pribnow box (-10 box)、-35 box。-10 box 与-35 box 的最佳距离为17bp 加减1 bp
终止子有两种（终止方式也有两种）：1. 不依赖于ρ 的终止子（简单终止子）、依赖于ρ 的终止子。
2. 真核生物的 RNA 合成
真核生物的 RNA 聚合酶：1. RNA 聚合酶I：位于核仁，转录28S/18S/5.8S rRNA。2. RNA聚合酶II ：位于核质，转录mRNA 和snRNA。3. RNA 聚合酶III ：位于核质，5SRNA、tRNA、U6snRNA、7SL RNA、7SK RNA
α-鹅膏蕈碱：抑制RNA 聚合酶II（低浓度）；抑制RNA 聚合酶II 和RNA 聚合酶III（高浓度）、放线菌素D：抑制RNA 聚合酶I
RNA 聚合酶II 识别的启动子（II 类启动子）：与原核基因的启动子最相似。
TATA 区：位于转录起始位点上游约25 bp，共同序列为TATAAAA。功能：确定转录起始位点（一般是TATA 区的第一个核苷酸后30 bp）；有时甚至是决定整个启动子是否有作用。看家基因和控制发育的基因没有TATA 区。
RNA 聚合酶III 识别的启动子（III 类启动子）：5S rRNA 基因位于基因内部。tRNA基因位于基因外部，类似RNA 聚合酶II 识别的启动子（含TATA box）U6 snRNA 基因、7SL RNA 基因、7SK RNA 基因。
RNA 聚合酶I 识别的启动子（I 类启动子）：变化较II 类启动子大，无甚保守序列（即随物种而异）。
增强子：能增强转录的元件，但又不是启动子的一部分。增强子常在启动子的上游，但也可以在基因内部（如内含子中）。
沉默子： 能抑制基因转录的元件，可远距离影响（抑制）基因的转录。沉默子的作用机制是通过影响染色质的结构（使其变得致密），从而使邻近的基因不能转录
增强子与沉默子有时可以是同一DNA 元件（取决于什么蛋白质因子与其结合）。甲状腺素应答元件：只与甲状腺素受体结合，是一沉默子；与甲状腺素受体及其配体（甲状腺素）结合，是一增强子。
真核生物的通用转录因子（TBP）、转录激活子（锌指、GAL4 蛋白质）
3. RNA 合成后的加工
核 mRNA 前体的剪接：Step 1：内含子内的一个腺苷酸的2’ 羟基进攻连接内含子 5’端与外显子的磷酸二酯键，产生一个游离的外显子（5’ 外显子）与一个套环结构（内含子 + 3’ 端外显子）的中间产物。Step 2： 5’ 端外显子的 3’ 羟基进攻连接内含子3’端与外显子的磷酸二酯键，使两外显子连接起来，并产生套环状的内含子。
组成型剪接、选择性剪接（免疫球蛋白）、自剪接的内含子（核酶）
加帽与聚腺苷酸化：1. 加帽：帽子含7-甲基鸟苷（m7G）。一般的RNase 不能切割含有3 个磷酸基的帽子、提高翻译能力（效率）、、有利于mRNA、运出细胞核、使mRNA前体的能正确剪接（第一个内含子的剪接所需）。 2. 聚腺苷酸化：PAP 为不需要模板的聚合酶。一般都是在剪接前发生。保护mRNA、提高mRNA 的翻译能力。聚腺苷酸化信号在poly(A)位点上游。
顺式剪接与反式剪接：1. 顺式剪接：所有参与剪接的外显子都在同一个基因中（同一个RNA 分子中）。2. 反式剪接：参与剪接的外显子并不在同一个基因中（即在不同的RNA分子中）。反式剪接只在某些生物中发现RNA 编辑、RNA 干涉
3.3 蛋白质的合成及转运
1. 原核生物的翻译起始
1. tRNA 装载。在氨酰tRNA 合成酶的作用下，使氨基酸连接到tRNA 3’端的腺苷酸上，形成氨酰tRNA。2. tRNA 识别。氨酰tRNA 合成酶的专一性很高，共有20 种，每一种只用于单一种氨基酸与相应tRNA 的结合。tRNA 上的某些结构特征能使它在氨酰tRNA合成酶的催化下，与特定的氨基酸结合；这些结构特征就是“第二遗传密码”。“第二遗传密码”常在tRNA 的受体茎上，但在其他区域的也有不少。3. 核糖体解离。翻译起始复合物首先是在核糖体小亚基上组装起来。每一次翻译后，核糖体的大小亚基必须解离，以让新的翻译起始复合物形成。核糖体解离需要起始因子（IF）的协助。4. 起始tRNA 携带甲酰甲硫氨酸的tRNA（tRNA ），识别密码子AUG、GUG 和UUG。tRNA 与携带甲硫氨酸到蛋白质链内部的tRNA（tRNA ）稍有不同，后者只识别AUG。5. mRNA 与核糖体小亚基的结合。在起始密码子的上游（数个核苷酸），有一共同序列AGGAGGU，与16S rRNA 3’端的序列（3’ HO-AUUCCUCC AC 5’）互补配对，是核糖体的结合位点；这一序列又称SD 序列。6. 甲酰甲硫氨酰tRNA 与30S 起始复合物的结合。主要由IF-2 负责，IF-1 和IF-3 辅助，此外还需要GTP（GTP 的作用是使IF-2 能顺利地结合到核糖体小亚基上）。7. 70S 起始复合物的形成。30S 起始复合物加上核糖体大亚基（50S），就形成70S 起始复合物。在这一过程中，IF-1 和IF-3 先从复合物中解离，接着IF-2 解离，同时GTP 水解成GDP 和磷酸（促进IF-2 解离）。IF-2 的解离是形成具活性的70S 复合物所必需的
2. 真核生物的翻译起始
与原核生物的翻译起始的差异：起始氨基酸不是甲酰甲硫氨酸，而是甲硫氨酸；起始tRNA 则为tRNA 。 真核mRNA 不含SD 序列，但有5’帽子，有助于起始复合体的形成。通过扫描寻找起始密码子。
mRNA 二级结构与翻译起始的关系：mRNA 5’端附近的二级结构对翻译起始既可有正效应，也可有负效应。紧接AUG 后（AUG 后12 ~ 15 nt）的发夹结构能使核糖体停顿，因而使该AUG 更有可能成为起始位点。
3. 翻译起始的控制
原核生物的起始控制：mRNA 二级结构对翻译起始的影响。反馈抑制。
真核生物的起始控制：最常见的起始控制是对起始因子磷酸化（抑制、促进）。
4. 延伸基本过程
Step 1：一个新的氨酰tRNA 结合到核糖体的A 位。Step 2：形成肽键。Step 3：移位。
延伸的具体过程：1. 氨酰tRNA 结合到核糖体的A 位。需延伸因子EF-Tu 及GTP，另还需EF-Ts。
2. 校对：如错误的氨酰tRNA 进入了A 位（反密码子与密码子不能很好配对），可进行校正。3. 肽键的形成。通过肽基转移酶，把P 位的肽链（或起始氨基酸）与A 位的氨酰tRNA 中的氨基酸以肽键连结起来。肽基转移酶是核糖体的组成部分，且存于核糖体大亚基中。rRNA 在催化肽键形成中起主要作用，具肽基转移酶活性。4. 移位。mRNA与肽基tRNA 移动1 个密码子的距离，使肽基tRNA 进入P 位，而原在P 位的tRNA 离开核糖体。移位需EF-G 及GTP 。5. 终止。终止密码子：UAG：琥 珀密码子；UAA：赭石密码子；UGA：乳白密码子。终止过程需要释放因子，这一过程需GTP 水解。
GTPase 与翻译：IF-2、EF-Tu、EF-G、RF3 等因子都需要与GTP 结合，并通过GTP水解而发挥作用。它们是G 蛋白（G proteins），具有内在的GTPase 活性。
5. 抗生素与翻译
嘌呤霉素的结构与氨酸－tRNA 结构相似，当它接合到核糖体上进行反应后，很容易从核糖体上脱落。从而使蛋白质合成中断。氯霉素与50S 亚基结合，抑制原核肽转移酶。对人的毒性是因为它抑制了线粒体蛋白质的合成。
亚胺环己酮，只抑制真核细胞翻译。
白喉毒素可以与EF-2 结合，抑制肽链的移位作用。 四环素：能够封闭A 位点，干扰氨酰tRNA 的结合。
链霉素：结合到30S 亚基，低浓度引起密码子的错读，高浓度抑制翻译的起始。
6. 蛋白质的运输及翻译后修饰
真核细胞多肽的转运有两种机制：1. 翻译转运同步机制（共转译）。分泌蛋白、质膜蛋白、溶酶体蛋白、内质网和高尔基体滞留蛋白。2. 翻译后转运机制。叶绿体蛋白和线粒体蛋白是在细胞质游离核糖体上被完全合成后通过新生肽的信号序列（引导肽）直接运往目的地并被加工。信号肽、蛋白质前体的加工
3.4 基因表达的调控
1. 细胞代谢的调控
生物体内代谢的三个最关键的中间代谢物是：葡萄糖-6-P，丙酮酸和乙酰CoA。
2. 物质代谢的特点
TCA 是中心环节，ATP 是通用的能量载体， NADPH 以还原力形式携带能量。分解、合成途径往往是分开的，不是简单的逆反应。分解为合成提供还原力和能量。代谢的基本要略在于形成ATP，还原力和构造单元，以用于生物合成。所有生物合成过程都需要有底物，能量和酶，而蛋白质和核酸的合成除需要这三个条件外，还需要模板，用以指导其信息结构。
3. 代谢调节
生物代谢调节在三个水平上进行，即酶水平、细胞水平、多细胞整体水平（神经水平调节、激素水平调节）。
酶水平的调节：主要通过酶定位的区域化、酶活性的调节、酶含量的调节，这三个方 面进行。
主要代谢途径酶系在细胞内的分布：
胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂 肪酸合成，部分蛋白质合成。
线粒体：脂肪酸β氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化
细胞核：核酸的合成、修饰
内质网：蛋白质合成，磷脂合成
胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成
溶酶体：多种水解酶
酶活性的调节（主要是变构效应和共价修饰）：调节方式包括酶原的激活、pH 改变、同工酶、共价修饰、反馈调节（生物体内最重要）。
细胞水平上的调节：①控制跨膜离子浓度剃度和电位梯度；②控制跨膜物质运输；③区隔化：浓缩作用，防止干扰，便于调节；④膜与酶可逆结合。
膜的三种最基本功能：物质运输、能量转换和信息传递。激素水平的调节：含氮激素作用模式；甾醇类激素作用模式。
4. 原核生物基因表达的调节
操纵子模型：大肠杆菌乳糖操纵子---Lac 操纵子、色氨酸操纵子－the trp operon（弱化作用）
翻译水平上的调节主要有：A、不同mRNA 翻译起始频率和速度的差异；B、翻译阻遏作用；C、反义RNA 的作用。
5. 真核生物基因表达的调节
真核基因调控主要是正调控，顺式作用元件和反式作用因子，转录因子的相互作用控制转录。
DNA 水平的调节： 主要是通过改变DNA 序列和染色体结构从而影响基因表达的过程。（1）染色质丢失 （2）基因扩增 （3）基因重排（4）染色体DNA 的修饰和异染色质化。通常染色质的活性转录区无或很少甲基化；非活性区则甲基化程度高。
转录水平的调节： 真核生物的基因调节主要表现在对基因转录活性的控制上。主要包括：（1）染色质的活化和基因的活化。通过染色质改建，组蛋白乙酰化，染色质变的疏松化，可被酶和调节蛋白作用。在转录非常活跃的区域，缺少或全然没有核小体，如rRNA基因。（2）启动子和增强子的顺式作用元件。（了解沉默子、绝缘子的概念）。（3）调节转录的反式作用因子。
转录后加工水平的调节：（1）5’端加上帽子结构；（2）3’端加上polyA 尾巴；（3）除去内含子 ；（4）内部甲基化。
翻译水平的调节：主要是控制mRNA 的稳定性和有选择的进行翻译 翻译后水平的调节：（1）除去起始的甲硫氨酸残基或随后几个残基；（2）切除分泌蛋白或膜蛋白N－末端的信号序列；（3）形成分子内的二硫键，以固定折叠构象；（4）肽链断裂或切除部分肽段；（5）末端或内部某些氨基酸的修饰，如甲基化、乙酰化、磷酸化等；（6）加上糖基（糖蛋白）、脂类分子（脂蛋白）或配体（复杂蛋白）。
