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1 生物化学导论 1

1．1 生物化学是生命的化学 1

1．2 生命物质的特征 2

1．2．1 生物体内的化学反应遵循普通物理化学规律 2

1．2．2 结构与功能是相互依存的 2

1．2．3 细胞是生命的基本单位 2

1．2．4 生物既表现出一致性又存在差异 2

1．3．3 所有的生物都需要酶作为代谢反应的催化剂 3

1．3．2 生物体含有多种不同种类的生物分子 3

1．3．1 所有生物是一个复杂和高度组织化的体系 3

1．3 生命物质和非生命物质有着本质的不同 3

1．3．4 所有生物都需要能量供应 4

1．3．5 生物都有编码在基因中的遗传信息 4

1．4 生物分子、大分子和它们的单体 4

1．4．1 生命物质主要由较轻的元素组成 4

1．4．2 生物分子是含碳的化合物 5

1．4．3 单体组成生物大分子 5

1．5 水——生命的介质 6

1．5．1 水分子结构 6

1．5．2 非共价键 7

1．5．3 水具有独特的热力学性质 8

1．5．4 水是生物体内最好的溶剂 9

1．5．5 水分子可以解离 9

2 蛋白质的结构与功能 11

2．1 氨基酸与多肽 11

2．1．1 氨基酸共有的结构特征 11

2．1．2 依据氨基酸侧链(R)不同进行氨基酸分类 13

2．1．3 每种氨基酸都有专用的缩写名 13

2．1．4 氨基酸既是酸又是碱 16

2．1．5 氨基酸有特征的滴定曲线 18

2．1．6 氨基酸可进行特征的化学反应 21

2．1．7 氨基酸可缩合成肽链 22

2．2 蛋白质的三维结构 24

2．2．1 蛋白质的分子结构特点 24

2．2．2 蛋白质可根据结构与功能进行分类 25

2．2．3 蛋白质具有多种生物功能 26

2．2．4 蛋白质的一级结构是蛋白质结构的基础 27

2．2．5 蛋白质的二级结构 29

2．2．6 蛋白质的三级结构 34

2．2．7 蛋白质的四级结构 40

2．3 蛋白质的结构与功能 41

2．3．1 载氧的结合蛋白质——血红蛋白 41

2．3．2 酶原和激素原经限制性蛋白酶解而被激活 42

2．4 蛋白质的特性 46

2．4．1 蛋白质是两性电解质 46

2．4．2 蛋白质溶解性受所带电荷和溶液离子强度的影响 46

2．4．3 蛋白质具有胶体性质 47

2．4．4 蛋白质的呈色反应可以用于蛋白质定性或定量分析 47

2．5 蛋白质变性时丧失其结构与功能 48

2．6 蛋白质的分离纯化和一级结构测定 49

2．6．1 蛋白质分离纯化 49

2．6．2 蛋白质纯度和活性鉴定 49

2．6．3 蛋白质氨基酸序列测定 50

3 酶 55

3．1 酶的导论 55

3．1．1 酶的化学本质是蛋白质 55

3．1．2 酶具有巨大的催化能力 56

3．1．3 酶的命名和分类 58

3．1．4 酶的催化活性具有高度专一性 60

3．2 酶特有催化的作用机理 60

3．2．1 酶的催化反应发生在活性中心 61

3．2．2 酶催化高效率的机理 63

3．2．3 酶促反应机理的实例 65

3．3．1 酶反应速度与酶活力单位 71

3．3 酶催化反应的动力学 71

3．3．2 底物浓度影响酶反应速度 72

3．3．3 酶浓度对酶反应速度的影响 75

3．3．4 温度影响酶反应速度 76

3．3．5 pH值影响酶反应速度 76

3．3．6 激活剂影响酶反应速度 77

3．3．7 抑制剂影响酶反应速度 77

3．4 酶活性的调节——酶的类型 81

3．4．1 失活形式 81

3．4．3 共价修饰酶 82

3．4．2 同工酶 82

3．4．4 变构酶 83

3．5 许多辅酶成分是水溶性维生素 84

3．5．1 NAD、NADP与V_pp 85

3．5．2 FMN、FAD含有维生素B_2 86

3．5．3 硫胺素是焦磷硫胺素的主要成分 87

3．5．4 辅酶磷酸吡哆醛是维生素_6的(吡哆醛)的衍生物 88

3．5．5 辅酶A含有泛酸(维生素_3) 88

3．5．6 羧化酶辅酶含有生物素 90

3．5．7 四氢叶酸是叶酸的衍生物 91

3．5．8 5′-脱氧腺苷钴胺素(辅酶B_12) 91

3．5．9 维生素C也是辅酶的成分 92

3．5．10 硫辛酸 93

4 脂类与生物膜 94

4．1 生物体内的脂类 94

4．1．1 单纯脂类 94

4．1．2 复合脂类 97

4．1．3 衍生脂具有生物活性 100

4．1．4 脂溶性维生素E与维生素K 102

4．1．5 前列腺素是脂肪酸的衍生物 103

4．1．6 脂质与蛋白质的结合——脂蛋白 104

4．2 生物膜 105

4．2．1 细胞具有多种膜系统 105

4．2．2 生物膜主要由脂类和蛋白质组成 106

4．2．3 生物膜的结构有多种分子模型 111

4．2．4 生物膜分子结构与特性 112

4．3 生物膜具有多种功能 113

4．3．1 穿膜运输是重要的物质运输方式 114

4．3．2 膜泡运输 116

4．3．3 生物膜参与能量转换 117

4．3．4 通过生物膜传递信息 117

4．3．5 细胞膜与神经冲动传递 118

5 糖类 120

5．1 单糖与二糖 120

5．1．1 葡萄糖分子结构与构象 121

5．1．2 单糖的物理、化学性质 123

5．1．3 重要的单糖 126

5．1．4 单糖有多种衍生物 128

5．1．5 双糖 129

5．1．6 三糖 130

5．2 多糖与蛋白聚糖 131

5．2．1 同多糖 131

5．2．2 杂多糖 134

5．3 糖蛋白与糖脂 137

5．3．1 糖蛋白 137

5．3．2 糖脂 139

6 核酸化学 141

6．1 核苷酸 141

6．1．1 核苷酸由含氮碱、戊糖和磷酸组成 141

6．1．2 核苷酸具有多种理化性质 144

6．1．3 核苷酸有多种衍生物 145

6．2 核酸的结构分为不同层次 147

6．2．1 核苷酸排列顺序是核酸的一级结构 147

6．2．2 核酸的二级结构 149

6．2．3 核酸的三级结构 155

6．3．1 核酸在外界因素作用下的降解与变性 163

6．3 核酸的性质 163

6．3．2 核酸的复性与杂交 164

6．3．3 核酸中核苷酸可进行非酶促转变与甲基化 164

6．3．4 DNA序列分析 165

7 生物能学与生物氧化 168

7．1 生物能学原理 168

7．1．1 自由能是生物化学中最有用的热力学函数 168

7．1．2 ATP具有较高的基团转移潜势的结构基础 171

7．1．3 生物氧化所释放的能量转换为ATP分子中的化学能 176

7．2．1 氧化磷酸化发生在线粒体中 178

7．2 线粒体电子流 178

7．2．2 线粒体电子传递链(呼吸链)有5种载体 179

7．2．3 呼吸链的电子传递顺序 183

7．2．4 关于电子传递顺序的实验证据 184

7．3 氧化作用和磷酸化作用由质子梯度偶联起来 184

7．3．1 氧化磷酸化作用的概念 185

7．3．2 P/O比和由ADP形成ATP的部位 186

7．3．3 氧化磷酸化的解偶联和抑制 186

7．3．4 氧化磷酸化作用的机理 187

7．3．5 线粒体的穿梭系统 189

7．3．7 能荷 191

7．3．6 呼吸控制 191

8 糖的分解代谢 193

8．1 酶促多糖和双糖的降解 193

8．1．1 糖原的降解 193

8．1．2 淀粉降解的终产物是葡萄糖 194

8．1．3 纤维素降解为单糖 196

8．1．4 双糖水解为单糖 196

8．2 糖酵解 197

8．2．1 糖酵解有两个过程 197

8．2．2 糖酵解过程中ATP的生成 202

8．2．3 丙酮酸的进——步代谢 203

8．2．4 糖酵解是在严格调节下进行 204

8．2．5 果糖和半乳糖进入糖酵解途径 206

8．3 柠檬酸循环 207

8．3．1 由丙酮酸形成乙酰CoA 207

8．3．2 柠檬酸循环的过程 207

8．3．3 柠檬酸循环氧化产生的能量的有效储存 210

8．3．4 丙酮酸脱氢酶复合体催化多步反应 212

8．3．5 柠檬酸循环的添补反应 214

8．4 戊糖磷酸途径 216

8．4．1 戊糖磷酸途径产生NADPH，并合成五碳的糖类 216

8．4．3 5-磷酸核酮糖通过烯二醇中间产物异构化为5-磷酸核糖 217

8．4．4 戊糖磷酸途径和糖酵解由转酮醇酶和转醛醇酶作用联系起来 217

8．4．2 葡萄糖-6-磷酸转变为5-磷酸核酮糖时产生2分子NADPH 217

8．4．5 戊糖磷酸途径的速率由NADP~+的水平控制 219

8．4．6 磷酸戊糖途径具有重要的生理意义 219

9 脂肪的降解 221

9．1 脂肪在酶催化下的水解 221

9．2 脂肪酸的降解 222

9．2．1 脂肪酸通过连续除去二碳单位而降解 222

9．2．2 脂肪酸的活化 222

9．2．3 活化脂肪酸的转运 223

9．2．4 每一轮脂肪酸氧化都产生乙酰CoA、NADH和FADH_2 223

9．2．6 脂肪酸的α-氧化作用 225

9．2．5 软脂酸(C_16-酰基CoA)彻底氧化产生129个ATP 225

9．2．7 脂肪酸的ω-氧化作用 226

9．2．8 不饱和脂肪酸的氧化 227

9．3 酮体的代谢 228

9．3．1 由乙酰CoA形成酮体 229

9．3．2 由乙酰CoA衍生出来的酮体是能量代谢中的重要分子 229

9．4 乙醛酸循环 230

9．5 类脂的降解 232

9．5．1 甘油磷脂的酶促降解 232

9．5．2 糖脂的降解 232

10．1．1 α-氨基通过谷氨酸氧化脱氨转变成铵离子 234

10 氨基酸分解代谢 234

10．1 α-氨基酸的降解与转化 234

10．1．2 脲循环 236

10．2 氨基酸降解后碳原子的命运 239

10．2．1 C_3族：丙氨酸、丝氨酸和半胱氨酸转变为丙酮酸 240

10．2．2 C_4族：天冬氨酸和天冬酰胺转变为草酰乙酸 240

10．2．3 C_5族：通过谷氨酸转变为α-酮戊二酸 241

10．2．4 琥珀酰CoA是某些氨基酸碳原子进入柠檬酸循环的切入点 242

10．2．5 亮氨酸降解为乙酰CoA和乙酰乙酸 243

10．2．6 苯丙氨酸和酪氨酸被加氧酶降解为乙酰乙酸和延胡索酸 244

10．3 氨基酸与一碳单位 245

10．4 甲硫氨酸为S-腺苷甲硫氨酸合成提供甲基 247

11 糖的生物合成 248

11．1 光合作用 248

11．1．1 在光合作用中CO_2被H_2O还原成碳水化合物 248

11．1．2 光合色素吸收光能，并使光能转变为同化CO_2的同化力——ATP+NADPH 248

11．1．3 卡尔文循环是CO_2同化的最基本途径 251

11．1．4 植物的C_4途径，因提高鞘细胞内CO_2浓度而加速光合作用 254

11．2 糖异生作用 254

11．2．1 糖异生途径并非糖酵解的逆转 255

11．3．1 糖核苷酸是多糖和寡糖合成时的单糖活化形式 256

11．3 蔗糖和多糖的生物合成 256

11．2．2 糖酵解和糖异生作用是互补调节的 256

11．3．2 磷酸蔗糖合成酶是合成蔗糖的主要酶类 257

11．3．3 淀粉和糖原的合成十分相似 257

11．3．4 淀粉的合成主要依赖于以ADPG为葡萄糖供体的淀粉合成酶 258

11．3．5 糖原是葡萄糖有效的储存形式 259

11．3．6 纤维素以GDPG为葡萄糖供体 259

11．3．7 半纤维素是杂聚糖 260

11．3．8 果胶的合成供体是UDP-半乳糖醛酸 260

11．4．2 果糖-2，6-二磷酸对糖酵解起着重要的调节作用 261

11．4．3 光合作用生成的能量和还原力除用于光合碳还原外，还可用于其他代谢 261

11．4．1 植物光合细胞中丙糖、蔗糖、淀粉的相互转化 261

11．4 植物糖代谢的调节 261

11．4．4 植物光合细胞中糖酵解及蔗糖和淀粉的合成是被调节的 262

12 脂类的生物合成 264

12．1 脂肪的生物合成 264

12．1．1 甘油来自糖酵解中磷酸二羟丙酮的还原 264

12．1．2 乙酰CoA通过柠檬酸穿梭方式进入胞质 264

12．1．3 脂肪酸合成的直接原料丙二酸单酰CoA由乙酰CoA羧化生成 265

12．1．4 不同生物脂肪酸合酶系统组装形式不同 266

12．1．5 脂肪酸合成时，首先合成的是16碳饱和脂肪酸 268

12．1．7 不同生物存在不同的脂肪酸链去饱和途径 271

12．1．6 脂肪酸碳链的延长以脂酰CoA为起始，由延长酶催化完成 271

12．1．8 脂肪酸合成可被调节 272

12．1．9 三酰甘油是在3-磷酸甘油上逐次与脂酰CoA酯化合成的 272

12．2 类脂的生物合成 273

12．2．1 甘油磷脂合成 273

12．2．2 糖脂的生物合成 275

12．2．3 胆固醇的生物合成与转化 277

12．3 脂类的转运 280

13 氨基酸的生物合成 281

13．1 氮素循环 281

13．2．2 固氮生物分为自生固氮和共生固氮两种类型 282

13．2．1 生物固氮是微生物和藻类通过自身固氮酶把分子氮变成氨的过程 282

13．2 生物固氮的生物化学 282

13．2．3 固氮过程是由还原酶和固氮酶组成的固氮酶复合物完成的 283

13．2．4 固氮反应需ATP、强还原剂和厌氧环境 283

13．2．5 固氮过程常伴随有氢代谢即放氢和吸氢反应 284

13．3 植物靠硝酸还原作用将土壤硝态氮转变为氨 284

13．3．1 硝酸还原酶将NO_3~-还原为NO_2~- 285

13．3．2 亚硝酸还原酶将NO_2~-还原为NH_4~+ 285

13．4 氨的同化 286

13．4．1 谷氨酸是NH_4~+同化和转移的重要形式 286

13．4．2 NH_4~-消耗ATP形成氨甲酰磷酸 287

13．5．2 呼吸和光合作用的碳代谢为各族氨基酸合成提供碳骨架 288

13．5 氨基酸的生物合成 288

13．5．1 谷氨酸通过转氨基作用为各种氨基酸合成提供氨基 288

13．5．3 一碳基团代谢 295

13．5．4 硫酸根(SO_4~(2-)还原生成半胱氨酸 297

13．6 氨基酸可衍生的其他含氮化合物 298

13．6．1 具有生物活性的胺类物质 299

13．6．2 植物可合成生氰糖苷 300

13．6．3 生物碱是植物的重要次生物质 300

13．6．4 氨基酸可衍生植物激素和动物激素 302

13．6．5 NAD(P)~+和FAD(FMN)由氨基酸衍生而来 302

13．6．6 卟啉类色素由甘氨酸和谷氨酸合成 303

13．6．7 木质素由苯丙氨酸和酪氨酸合成 304

13．6．8 儿茶酚类和黑色素 304

14 核苷酸代谢 305

14．1 核酸的酶促降解 305

14．1．1 外切核酸酶 305

14．1．2 核糖核酸酶 306

14．1．3 限制性内切酶 306

14．2 核苷酸的分解代谢 306

14．2．1 核苷酸降解成碱基、戊糖与磷酸 306

14．2．3 嘧啶的分解代谢 307

14．2．2 嘌呤的分解代谢 307

14．3 核苷酸的生物合成 310

14．3．1 核苷酸的生物合成从磷酸核糖焦磷酸的合成开始 310

14．3．2 嘌呤核苷酸利用氨基酸等从头合成 311

14．3．3 嘧啶核苷酸的从头合成 315

14．3．4 核苷单磷酸经酶促转变成核苷三磷酸 317

14．3．5 脱氧核糖核苷酸的生物合成 318

14．3．6 胸苷酸的生物合成 320

14．3．7 嘌呤和嘧啶碱基通过补救途径再循环 320

14．3．8 核苷酸合成的抑制剂 321

14．3．9 其他重要核苷酸生物合成 322

15 核酸的生物合成 328

15．1 DNA复制 328

15．1．1 DNA复制是一种半保留复制机制 328

15．1．2 DNA多聚酶催化DNA的生物合成 329

15．1．3 复制从原点开始，以5′→3′方向合成 331

15．1．4 真核生物DNA复制更复杂 336

15．1．5 DNA复制具有高度的真实性 337

15．2 DNA修复 337

15．2．1 DNA会出现多种突变 337

15．2．2 细胞有多种DNA修复系统 338

15．3．2 位点专一重组 342

15．3．1 同源遗传重组 342

15．3 DNA重组 342

15．3．3 转座 343

15．4 依赖DNA的RNA合成—转录 344

15．4．1 RNA多聚酶 345

15．4．2 启动子 345

15．4．3 转录分三步 346

15．5 转录后的RNA加工 349

15．5．1 核糖体RNA(rRNA)前体和转移RNA(tRNA)前体需要进行加工 349

15．5．2 转录后mRNA需要进行多种加工 349

15．5．3 RNA具有自身剪接的能力 351

15．5．4 反转录酶和反转录作用 352

16 蛋白质的生物合成 354

16．1 遗传密码与蛋白质合成 354

16．1．1 遗传密码的解读 354

16．1．2 遗传密码的重要性质 356

16．2 蛋白质的生物合成是多步骤过程 360

16．2．1 核糖体是一个复杂的分子机器 360

16．2．2 tRNA有特定结构 364

16．2．3 肽链合成的第一步——氨基酸的活化 365

16．2．4 肽链合成的第二步——合成起始 367

16．2．5 肽链合成的第三步——肽链的延伸 369

16．2．6 肽链合成的第四步——终止合成 372

16．2．7 蛋白质合成的能力学与调控 373

16．3 蛋白质翻泽后的加工与修饰 376

16．3．1 肽链的折叠和加工 376

16．3．2 蛋白质的锚定 377

16．3．3 细胞中专一系统介导蛋白质降解 380

17 代谢调节 383

17．1 代谢途径的相互联系 383

17．1．1 不同代谢途径通过共同代谢物沟通形成代谢网络 383

17．1．2 生物体内的糖和脂可以互相转变 383

17．1．5 三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质和核酸代谢的枢纽 384

17．1．4 生酮氨基酸可转变为脂肪，而脂肪酸有限合成蛋白质 384

17．1．3 糖代谢与蛋白质代谢通过TCA循环相互沟通 384

17．2 代谢调节 386

17．2．1 生物在4级水平上进行代谢调节 386

17．2．2 不同代谢有严格的细胞定位 387

17．2．3 酶水平调节是生物体内最基本、最普遍的调节方式 387

17．3 基因表达调控 394

17．3．1 操纵子是原核生物基因表达调控的基本单位 394

17．3．2 真核生物的基因表达调控远比原核生物复杂 400

参考文献 405

封面图说明 406