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生物化学课程综述张程豪（临床医学八年制1301班，2204130103，长沙 410012）摘要: 生物化学是研究生命体内化学分子、化学反应和遗传信息传递的学科，是医学相关专业教学中重要的基础课程。由于课程知识点繁多，代谢途径错综复杂，对本课程进行综合整合和概述对熟悉基础知识、理解概念相互联系尤为重要。关键词： 蛋白质；糖；脂；氨基酸；DNA；RNA；结构；功能；代谢；遗传信息生物化学内容多，代谢过程复杂，代谢过程之间的关系也复杂。生物体是一个有机整体，生物化学描述的就是生物体各种生物反应的化学本质。因而生物化学各部分内容也是紧密联系的，不能分割来看，要以整体和局部结合的角度来学习生物化学。本文的内容大致分为：蛋白质结构功能、糖代谢、脂代谢、氮代谢、代谢整合、遗传信息贮存与复制以及代谢疾病七个部分。本文将从这些角度概括出本课程的主体内容，从整体上把握各种代谢过程与疾病的关系，做到真正掌握生物化学这门医学基础课程，为后续的专业知识以及临床实践的学习奠定理论基础。1. 蛋白质结构和功能1.1 氨基酸结构和分类每一种氨基酸都含有一个羧基、一个一级氨基和一个结合于α-碳原子的独特“R”侧链。氨基酸在蛋白质中以肽键的方式结合，侧链的性质决定了一个氨基酸在蛋白质中的作用。根据氨基酸侧链性质，可以将其分为非极性无电荷侧链氨基酸：主要有甘氨酸、丙氨酸等；极性无电荷侧链氨基酸：丝氨酸、苏氨酸等；酸性侧链氨基酸：天冬氨酸、谷氨酸；碱性侧链氨基酸：组氨酸、赖氨酸、精氨酸。1.2蛋白质空间结构蛋白质的空间结构分为一级、二级、三级和四级结构。一级结构即蛋白质中氨基酸的序列。维持一级结构的化学键为肽键，肽键通常为反式构型，具有双键特征，呈刚性和二维性。二级结构是彼此位置相接近的氨基酸形成有规律的排列。常见二级结构有α-螺旋、β-片层、β-弯曲、超二级结构模体。α-螺旋是由紧凑且盘区的多肽主链核心构成的螺旋状结构，氨基酸侧链从主轴向外伸出，避免空间干扰。α-螺旋是由多肽主链局部肽键和羰基氧与氨基氢之间形成广泛的氢键维持。β-片层中肽键所有的组分都参与了氢键形成，表现出折叠，同样靠氢键维持，但氢键与主轴是垂直的。β-弯曲反转了一条多肽链的方向，辅助其成为球状，通常存在蛋白质分子表面，通过离子键和氢键稳固。超二级结构（模体）是由前述二级结构单元结合构成，主要形成于分子内部核心区，通过蛋白质表面ioop区相连接。通常由相邻二级结构单元通过侧链彼此靠拢聚集形成。1.3球状蛋白主要以血红素蛋白（肌红蛋白和血红蛋白）的结构和功能为例，说明球状蛋白的相关性质。血红素蛋白是是以血红素为紧密结合辅机的特殊蛋白。肌红蛋白是单条多肽链折叠形成8个α-螺旋而构成。肌红蛋白只能结合一个氧分子，只是可逆性地结合，氧解离曲线为双曲线型，不存在协同作用和别构效应。血红蛋白是由四条多肽链，两条α链，两条β链组成，可以结合四个氧分子，存在协同作用和别构效应，氧解离曲线为S型，与氧的结合力受到波尔效应、2，3-BPG的影响。1.4 酶酶可以降低反应活化能而提高反应速率，酶促反应的速率受到底物浓度、温度、PH的影响。酶促反应的起始反应速率和底物浓度的关系可以用米曼方程来描述：。其中值称为米氏常数代表酶和底物结合能力，越大代表结合力越小，是酶被底物饱和时的反应速度，为底物浓度。如果用1/V0对1/[S]作图，X轴截距为-1/Km,Y轴截距为1/Vmax 可以确定Km和Vmax的值。酶的活性可受到抑制剂的抑制，抑制剂有可逆和不可逆两种。后者可分为竞争性和非竞争性抑制剂。竞争性抑制剂使Km增大，Vmax不变。非竞争性抑制剂使Km不变，而Vmax增大。酶的活性可以通过别构酶、共价修饰、合成的诱导和阻遏来调节。2. 中间代谢2.1 氧化磷酸化线粒体内膜上有电子传递链，可以将来自能量物质的电子传递到氧，还原生成水。电子传递时偶联质子转运，质子从基质跨线粒体内膜转运到膜间隙，而建立起跨膜的电梯度和PH梯度，质子可通过线粒体内膜上的ATP合酶再次进入线粒体基质，驱动ATP泵而导致ATP的合成，所以电子传递和ADP的磷酸化作用是紧密偶联的。2.2 糖类代谢糖酵解是将葡萄糖经过一系列酶促反应最终变为丙酮酸的过程，反应发生在细胞质基质。反应分为消耗ATP和合成ATP两个阶段。第一阶段，己糖激酶催化葡萄糖生成葡萄糖-6-磷酸，葡萄糖-6-磷酸转变为果糖-6-磷酸，果糖-6-磷酸由磷酸果糖激酶-1变为果糖-1,6-二磷酸。该酶受到ATP和柠檬酸变构抑制，受AMP变构激活，果糖-2,6-二磷酸为最强激活剂。第二阶段通过一系列反应最终生成丙酮酸，整个糖酵解过程净产生两分子ATP和两分子NADH。糖酵解产生的丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶复合体作用下变为乙酰辅酶A，然后乙酰辅酶A进入三羧酸循环。整个循环过程产生三分子NADH、一分子