2024生物化学第六版课件

生物化学第六版课件
目录•生物化学概述
•蛋白质结构与功能•酶与维生素
•糖代谢途径及调控•脂类代谢途径及调控
目录•核酸结构与功能•生物氧化与能量转换•基因表达调控
•细胞信号转导途径•现代生物化学技术
01生物化学概述
生物化学定义与特点
定义
生物化学是研究生物体内化学分子
与化学反应的科学，探讨生命现象
的化学本质和规律。

特点
生物化学以分子水平研究生物大分
子的结构和功能，揭示生命活动过
程中的物质变化和能量转化。

生物化学研究历史与现状
历史
生物化学的发展经历了从静态生物化
学到动态生物化学的演变，逐渐深入
到分子水平和基因水平的研究。

现状
现代生物化学与分子生物学、细胞生物
学等学科交叉融合，形成了系统生物学
等新兴领域，推动了生命科学的发展。

生物化学方法可用于检测生物体内各种化学物质的含量和变化，为疾病的早期诊断提供重要依据。

疾病诊断
生物化学研究有助于揭示药物与生物体内靶分子的相互作用机制，为新药的设计和开发提供理论指导。

药物研发
生物化学指标可用于监测疾病的治疗效果，及时调整治疗方案，提高治疗效果和患者生活质量。

治疗监测
生物化学在医学领域重要性
02蛋白质结构与功能
蛋白质组成与分类
蛋白质基本组成
蛋白质由氨基酸组成，包括20种常见氨基酸，每种氨基酸具有不同的结构和功能特点。

蛋白质分类
根据蛋白质的结构、功能和来源，可将其分为酶、抗体、激素、结构蛋白等多种类型。

指蛋白质中氨基酸的线性排列顺序，决定了蛋白质的基本性质和功能。

一级结构
指蛋白质分子中局部的空间结构，主要包括α-螺旋和β-折叠等，对蛋白质的稳定性和功能发挥重要作用。

二级结构
指整个蛋白质分子的三维空间结构，由一级结构和二级结构共同决定，对蛋白质的功能具有重要影响。

三级结构指由多个蛋白质亚基组成的复杂蛋白质分子的结构，亚基之间通过非共价键相互作用，共同发挥特定的生理功能。

四级结构
蛋白质结构层次及特点
蛋白质功能与作用机制
酶催化作用
蛋白质作为酶，能够降低化学反应的活化能，加速生物体内各种化学
反应的进行。

免疫防御作用
抗体是一种特殊的蛋白质，能够识别并结合病原体，从而发挥免疫防
御作用。

调节作用
许多激素和生长因子都是蛋白质，它们通过调节细胞生长、分化和代
谢等过程，维持生物体的正常生理功能。

结构支持作用
胶原蛋白等结构蛋白为细胞和组织提供机械支持和保护，维持生物体
的形态和结构稳定。

03酶与维生素
酶基本概念及分类
酶的定义
酶是一类由活细胞产生的、具有催化
作用的一类有机物，大多数是蛋白质，
少数是RNA。

酶的分类
根据酶所催化的反应性质的不同，将
酶分为六大类，即氧化还原酶、转移
酶、水解酶、裂合酶、异构酶和合成
酶。

酶的命名
采用国际系统命名法，同时标明酶的所有底物和反应性质。

酶活性的影响因素
包括温度、pH 值、抑制剂和激活剂等，其中温度和pH 值对酶
活性的影响最为显著。

酶催化作用机制
酶通过降低反应的活化能来加速化学反应，其催化机制包括酸碱催化、共价催化和金属离子催化
等。

酶的调节
酶活性的调节包括酶活性的抑制和激活，其中抑制又可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争
性抑制等。

酶催化作用机制及影响因素
维生素种类、作用及缺乏症
维生素的种类
维生素可分为脂溶性和水溶性两大类，其中脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K，水溶性维
生素包括维生素B族和维生素C 。

维生素的作用
维生素在人体内发挥着重要的生理功能，如维生素A参与视觉形成、维生素D促进钙吸收、维
生素E具有抗氧化作用等。

维生素缺乏症
长期摄入不足或吸收利用障碍会导致维生素缺乏症，如维生素A缺乏可导致夜盲症、维生素D
缺乏可导致佝偻病等。

同时，过量摄入某些维生素也会引起相应的毒性反应。

04糖代谢途径及调控
糖代谢概述及意义
糖代谢是生物体内葡萄糖等糖类物质的代谢过程，包括多种代谢途径和调控机制。

糖代谢在维持生物体能量平衡、提供碳源以及参与细胞信号传导等方面具有重要意
义。

糖代谢异常与多种疾病的发生和发展密切相关，如糖尿病、肥胖症、心血管疾病等。

糖无氧氧化是指在缺氧条件下，葡萄糖通过一系列酶促反应，最终生成乳酸的过程。

糖无氧氧化的主要产物是乳酸，
同时还会产生少量ATP。

糖无氧氧化途径在剧烈运动和
缺氧条件下发挥重要作用，为
机体提供快速能量来源。

糖有氧氧化的主要产物是二氧化碳和水，同时产生大量ATP 。

糖有氧氧化是生物体获取能量的主要途径，也是细胞呼吸的关键
过程。

糖有氧氧化是指葡萄糖在有氧条件下，通过一系列酶促反应，彻底氧化生成二氧化碳和水的过程。

糖异生是指非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程，包括多种酶促反应和调控步骤。

糖原分解是指糖原分解为葡萄糖的过程，为机体提供能量来源。

糖原合成是指葡萄糖合成糖原的过程，主要发生在肝脏和肌肉组织中。

糖异生、糖原合成与分解在维持血糖水平、调节能量代谢以及参与细胞信号传导等方面具有重要作用。

糖异生和糖原合成与分解
05脂类代谢途径及调控
脂类是一大类不溶于水而易溶于有机溶剂的化合物，包括脂肪和类脂。

脂类定义
脂类分类
生理功能
根据化学结构和性质，脂类可分为简单脂类、复合脂类和衍生脂类。

脂类是生物体的重要组成成分，具有供能、保护、绝缘、信号传导等多种生理功能。

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脂类概述及分类
脂肪酸β-氧化途径及产物
氧化场所
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脂肪酸β-氧化主要在线粒体内进行。

氧化过程
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脂肪酸在脂酰CoA合成酶催化下活化生成脂酰CoA，进入β-氧化循环，
每次循环生成一分子乙酰CoA和一分子比原来少两个碳原子的脂酰CoA。

产物利用
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乙酰CoA可进入三羧酸循环彻底氧化分解供能，也可合成酮体或胆固醇
等重要化合物。

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分解代谢
甘油三酯在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸，供机体氧化供能或重新合成甘油三酯储存。

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合成部位
甘油三酯主要在脂肪组织、肝脏和小肠黏膜上皮细胞中合成。

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合成原料
合成甘油三酯的原料主要是甘油和脂肪酸，其中甘油主要来自葡萄糖的代谢，脂肪酸则来自食物或体内合成。

甘油三酯合成与分解代谢
磷脂和胆固醇代谢途径
磷脂代谢
磷脂是细胞膜的主要成分，其合成部位主要在内质网。

磷脂的
分解代谢主要通过磷脂酶催化水解成脂肪酸、甘油、磷酸等小
分子物质。

胆固醇代谢
胆固醇是体内重要的固醇类物质，主要在肝脏和小肠黏膜上皮
细胞中合成。

胆固醇可转化为胆汁酸、类固醇激素、维生素D
等重要化合物，也可通过胆固醇酯酶催化水解成游离胆固醇和
脂肪酸进行氧化供能。

06核酸结构与功能
核酸基本组成单位脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），根据五碳糖和碱基的不同进行分类。

核酸分类
碱基种类
DNA中的碱基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧
啶（C）；RNA中的碱
基包括腺嘌呤（A）、
鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。

核苷酸，包括碱基、磷
酸和五碳糖（脱氧核糖
或核糖）。

核酸组成与分类
双螺旋结构
碱基互补配对
主链与侧链
稳定性与可变性
DNA 双螺旋结构特点
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DNA 分子由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一螺旋轴形成
右手螺旋结构。

A 与T 通过两个氢键配对，G 与C 通过三个氢键配对，形成稳
定的双链结构。

磷酸和脱氧核糖交替连接构成DNA 主链，碱基位于内侧形成
侧链。

双螺旋结构具有稳定性，但在特定条件下可发生解旋和复制。

携带遗传信息，指导蛋白质合成。

mRNA （信使RNA ）
识别并转运氨基酸到核糖体上参与蛋白质合成。

tRNA （转运RNA ）
与蛋白质结合形成核糖体，作为蛋白质合成
的场所。

rRNA （核糖体RNA ）
如miRNA 、lncRNA 等，参与基因表达调控等生物学过程。

其他非编码RNA
RNA 种类和功能
核酸在遗传信息传递中作用
DNA作为遗传信息的载体，通过特定的核苷酸排列顺序储存遗传信息。

DNA通过自我复制将遗
传信息传递给子代细胞，
保持物种的连续性。

DNA中的遗传信息通过
转录过程传递给mRNA，
实现遗传信息的表达。

mRNA携带的遗传信息
在核糖体上被翻译成蛋
白质，完成生命活动的
执行者。

遗传信息储存遗传信息复制遗传信息转录遗传信息翻译
07生物氧化与能量转换
生物氧化概述及特点
生物氧化概念
生物体内有机物质氧化而产生二氧化碳、水，并释放能量的过程称为生物氧化。

生物氧化特点
在细胞内温和环境中进行；逐步释放能量；与ATP生成相偶联；需要酶的催化。

线粒体结构和功能
线粒体结构
由外膜、内膜、基质和嵴等部分组成，
内膜向内折叠形成嵴，增大膜面积。

线粒体功能
细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细
胞的“动力工厂”，负责产生ATP供
细胞使用。

呼吸链组成和作用机制
呼吸链组成
由一系列的递氢反应和递电子反应按一定的顺序排列所组成的连续反应体系，将代谢物脱下的成对氢原子交给氧生成水，同时有ATP生成。

呼吸链作用机制
通过氧化还原反应逐步传递氢和电子，最终与氧结合生成水，同时释放能量。

ATP生成方式和意义
ATP生成方式
底物水平磷酸化和氧化磷酸化。

底物水平磷酸化是指物质在脱氢或脱水过程中，产生高能代谢物并直接将
高能代谢物中能量转移到GDP(GDP为鸟苷二磷酸)或ADP(GDP和ADP均系高能磷酸盐的贮存形式)上生成
GTP或ATP的过程；氧化磷酸化是指与生物氧化相偶联的磷酸化作用。

ATP意义
为细胞提供直接可用的能量来源；参与细胞内的信号传递和物质转运等过程；维持细胞内环境稳定。

08基因表达调控
基因表达调控概述
基因表达调控的定义
指生物体内基因表达的调节控制，使细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状
态，并对环境条件的变化作出反应的复杂过程。

基因表达调控的意义
基因表达的调控可在多个层次上进行，包括基因水平、转录水平、转录后水平、翻译水
平和翻译后水平的调控，对生物体的生长、发育、衰老和病变等具有重要的调节作用。

转录因子
转录因子是一类能与基因5'端上游特定序列专一性结合，从而保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。

顺式作用元件
顺式作用元件是指与结构基因串联的特定DNA序列，它们不编码蛋白质，只提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起调节基因表达的作用。

反式作用因子
反式作用因子是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

mRNA稳定性
mRNA的稳定性受到多种因素的影响，包括mRNA的序列、结构以及与之结合的蛋白质等。

不稳定的mRNA容易被降解，从而降低其翻译效率。

翻译起始调控
翻译起始是蛋白质合成的关键步骤之一，也是翻译水平调控的重要靶点。

一些调控因子可以与翻译起始因子或核糖体结合，从而影响翻译起始的效率和准确性。

microRNA调控
microRNA是一类内源性的、长度约为20-24个核苷酸的非编码RNA，它们可以通过与靶mRNA的互补序列结合，导致mRNA的降解或翻译抑制，从而在翻译水平上对基因表达进行调控。

DNA甲基化
DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG 二核苷酸的胞嘧啶5号碳位共价键结合一个甲基基团。

甲基化通常会导致基因表达的抑制。

组蛋白修饰
组蛋白是真核生物染色体的基本
结构蛋白，其N-末端氨基酸残基
可以发生乙酰化、甲基化、磷酸
化等多种共价修饰作用。

这些修
饰可以改变染色质的结构和功能，
从而影响基因的表达。

非编码RNA调控
非编码RNA是指不编码蛋白质的
RNA分子，包括长链非编码RNA
和短链非编码RNA等。

它们可以
通过与DNA、RNA或蛋白质相互
作用，对基因表达进行调控。

染色质重塑
染色质重塑是指通过改变染色质
的结构和位置来调控基因的表达。

染色质重塑复合物可以识别并结
合到特定的DNA序列上，通过水
解ATP提供能量来改变染色质的结
构，从而影响基因的表达。

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0203
04
表观遗传调控机制
09细胞信号转导途径
包括激素、神经递质、生长因子等，通过与靶细胞表面的受体结合来传递信息。

信号分子
位于细胞膜上或细胞内，能特异性识别并结合信号分子，触发细胞内的信号转导级联反应。

受体
指信号从细胞外传递到细胞内，经过一系列化学反应，最终调节细胞生理功能的过程。

信号转导途径
细胞信号转导概述
1 2 3一类具有七个跨膜结构域的受体蛋白，与G蛋白结合后激活或抑制下游信号分子。

G蛋白偶联受体（GPCRs）
鸟苷酸结合蛋白，由α、β、γ三个亚基组成，参与信号转导的调节。

G蛋白
包括腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）等，进一步传递信号并调节细胞功能。

下游信号分子
G蛋白偶联受体介导信号转导
酶联受体介导信号转导
酶联受体
一类具有酶活性的受体，如酪氨酸激酶受体、丝氨酸/苏氨酸激
酶受体等。

信号转导机制
配体与受体结合后，激活受体的酶活性，进而磷酸化下游信号分
子，引发信号级联反应。

下游信号通路
包括MAPK通路、PI3K-Akt通路等，参与细胞增殖、分化、凋
亡等生理过程的调节。

细胞核受体介导信号转导
细胞核受体
一类位于细胞核内的受体蛋白，如类固醇激素受体、甲状腺激素受体等。

信号转导机制
配体通过细胞膜进入细胞质，与细胞核受体结合形成复合物，进而调节基因转录。

下游效应
细胞核受体介导的信号转导最终影响基因表达，从而调节细胞生长、发育和代谢等生理过程。

10现代生物化学技术
基因克隆和表达技术
基因克隆的基本步骤
包括目的基因的获取、载体的选择、DNA的体外重组、重组DNA
导入受体细胞以及筛选鉴定等。

基因表达系统的分类
原核表达系统和真核表达系统，其中真核表达系统又包括酵母表达
系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统等。

基因表达调控
包括转录水平调控、转录后水平调控、翻译水平调控和翻译后水平
调控等。

代谢组学的研究内容
包括对内源性代谢物质的整体及其动态变化规律的研究，涉及的技术有核磁共振、质谱和色谱等。

蛋白质组学和代谢组学的应用
在疾病诊断、药物研发和生物过程解析等方面有广泛应用。

蛋白质组学的研究方法
包括蛋白质分离、鉴定、定量和功能分析等，涉及的技术有双向电泳、质谱、蛋白质芯片和蛋白质相互作用分析等。

蛋白质组学和代谢组学技术
生物芯片和生物传感器技术
生物芯片的种类
包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片等，每种芯片都
有其特定的应用领域。

生物传感器的原理
利用生物活性物质（如酶、抗体、核酸等）作为识别元件，与待测
物质发生特异性相互作用，产生可检测的信号。

生物芯片和生物传感器的应用
在生物医学、环境监测、食品安全和军事等领域有广泛应用。

生物信息学在生物化学中应用
生物信息学的研究内容
包括基因组信息的获取、处理、存储、分配和解释等，涉及的技术有基因序列分析、基
因表达谱分析、蛋白质结构预测和功能注释等。

生物信息学在生物化学中的应用
包括基因克隆和表达的分析、蛋白质组学和代谢组学数据的处理和分析、以及药物设计
和研发等。

生物信息学的发展趋势
随着高通量测序技术的发展和大数据时代的到来，生物信息学将在生物医学领域发挥越
来越重要的作用。