動(dòng)物生物化學(xué)重點(diǎn)筆記引言動(dòng)物生物化學(xué)是研究動(dòng)物體內(nèi)化學(xué)分子與化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)，它揭示了生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)，是理解動(dòng)物生理功能、病理變化及營(yíng)養(yǎng)需求的基礎(chǔ)。本筆記旨在梳理動(dòng)物生物化學(xué)的核心知識(shí)點(diǎn)，為深入學(xué)習(xí)動(dòng)物科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域提供堅(jiān)實(shí)的理論框架。一、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能1.1蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。其基本組成單位是氨基酸，氨基酸通過肽鍵連接形成多肽鏈。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其功能，具有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)及四級(jí)結(jié)構(gòu)。*一級(jí)結(jié)構(gòu)：指多肽鏈中氨基酸的排列順序，是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。*二級(jí)結(jié)構(gòu)：指多肽鏈主鏈原子的局部空間排布，不涉及側(cè)鏈。主要形式有α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲，維持二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力是氫鍵。*三級(jí)結(jié)構(gòu)：指整條多肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置，也就是整條多肽鏈所有原子在三維空間的排布。維系三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力包括疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范德華力等，某些蛋白質(zhì)還依賴二硫鍵。具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)即具有生物學(xué)活性。*四級(jí)結(jié)構(gòu)：由兩條或兩條以上具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞基）通過非共價(jià)鍵締合而成的空間結(jié)構(gòu)。并非所有蛋白質(zhì)都具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的功能多樣，包括催化（酶）、運(yùn)輸（如血紅蛋白）、防御（如抗體）、調(diào)節(jié)（如激素）、結(jié)構(gòu)支持（如膠原蛋白）等。蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性是其重要性質(zhì)，變性主要破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)改變，生物學(xué)活性喪失，但一級(jí)結(jié)構(gòu)不變。1.2核酸核酸是遺傳信息的攜帶者，分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩大類?；窘M成單位是核苷酸，由磷酸、戊糖（核糖或脫氧核糖）和含氮堿基組成。*DNA：基本組成單位是脫氧核苷酸，堿基為A、T、G、C。二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)包括反向平行、堿基互補(bǔ)配對(duì)（A-T，G-C）、右手螺旋。DNA的功能是儲(chǔ)存、復(fù)制和傳遞遺傳信息。*RNA：基本組成單位是核糖核苷酸，堿基為A、U、G、C。主要包括mRNA（信使RNA，攜帶遺傳密碼）、tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸）、rRNA（核糖體RNA，構(gòu)成核糖體的成分）。某些RNA還具有催化功能（核酶）。核酸的理化性質(zhì)包括紫外吸收（260nm處有最大吸收峰）、變性與復(fù)性（DNA的解鏈與退火）等。1.3糖類糖類是生物體的主要能源物質(zhì)，也是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分。根據(jù)能否水解及水解產(chǎn)物的多少，可分為單糖、寡糖和多糖。*單糖：不能水解的糖，如葡萄糖、果糖、半乳糖。葡萄糖是動(dòng)物體內(nèi)最重要的單糖，是糖代謝的核心物質(zhì)。*寡糖：由2-10個(gè)單糖分子縮合而成，如蔗糖、乳糖、麥芽糖。*多糖：由多個(gè)單糖分子縮合而成，如糖原（動(dòng)物體內(nèi)的儲(chǔ)存多糖）、淀粉（植物儲(chǔ)存多糖）、纖維素（植物結(jié)構(gòu)多糖，動(dòng)物一般不能消化）。糖原主要儲(chǔ)存在肝臟和肌肉中，是動(dòng)物體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式。糖的生理功能主要包括：提供能量、構(gòu)成組織細(xì)胞、參與細(xì)胞識(shí)別與信息傳遞、作為其他生物活性物質(zhì)的前體等。1.4脂類脂類是一類不溶于水而易溶于有機(jī)溶劑的生物分子，具有多種重要生理功能。*甘油三酯（脂肪）：由一分子甘油和三分子脂肪酸組成，是動(dòng)物體內(nèi)儲(chǔ)存能量的主要形式，具有供能、儲(chǔ)能、保溫、保護(hù)內(nèi)臟等作用。*磷脂：含有磷酸基團(tuán)，是構(gòu)成生物膜的主要成分，如卵磷脂、腦磷脂。具有親水頭部和疏水尾部，在水中可形成雙分子層結(jié)構(gòu)。*固醇類：如膽固醇，是細(xì)胞膜的重要成分，也是合成膽汁酸、維生素D及類固醇激素的前體。*類脂：包括糖脂、脂蛋白等，在細(xì)胞識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用。脂類的消化吸收與脂蛋白的代謝密切相關(guān)。生物膜主要由脂質(zhì)（磷脂為主）和蛋白質(zhì)組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是流動(dòng)性和不對(duì)稱性，功能包括物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、能量轉(zhuǎn)換等。二、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)2.1糖代謝糖代謝的核心是葡萄糖的代謝。*糖的消化吸收：食物中的糖類經(jīng)消化酶水解為單糖后被吸收。*糖的分解代謝：*糖酵解：在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，不需要氧，將葡萄糖分解為丙酮酸，產(chǎn)生少量ATP。是缺氧時(shí)供能的主要途徑。*三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)）：在線粒體中進(jìn)行，丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA后進(jìn)入TCA循環(huán)徹底氧化分解為CO?和H?O，產(chǎn)生大量能量（通過氧化磷酸化生成ATP）。是糖、脂、蛋白質(zhì)代謝的共同通路。*磷酸戊糖途徑：在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，產(chǎn)生NADPH（用于合成代謝）和5-磷酸核糖（用于核苷酸合成）。*糖的合成代謝：*糖原合成：葡萄糖在肝臟和肌肉中合成糖原儲(chǔ)存。*糖異生：非糖物質(zhì)（如乳酸、丙酮酸、甘油、生糖氨基酸）在肝臟（主要）和腎臟中轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程，對(duì)維持血糖穩(wěn)定具有重要意義。*血糖及其調(diào)節(jié)：血糖指血液中的葡萄糖。正常水平相對(duì)穩(wěn)定，受胰島素、胰高血糖素、腎上腺素等激素的調(diào)節(jié)。2.2脂類代謝*脂肪的分解代謝：*脂肪動(dòng)員：儲(chǔ)存在脂肪細(xì)胞中的甘油三酯在激素敏感脂肪酶作用下水解為脂肪酸和甘油，釋放入血。*脂肪酸的β-氧化：脂肪酸在胞液中活化生成脂酰CoA，進(jìn)入線粒體，經(jīng)β-氧化降解為乙酰CoA，后者進(jìn)入TCA循環(huán)氧化供能。是脂肪酸供能的主要方式，產(chǎn)生大量ATP。*酮體的生成與利用：在肝臟中，乙酰CoA可縮合生成酮體（乙酰乙酸、β-羥丁酸、丙酮）。酮體是肝外組織（如腦、肌肉）的重要能源。*脂肪的合成代謝：主要在肝臟和脂肪組織中進(jìn)行，以乙酰CoA為原料，在NADPH供氫條件下合成脂肪酸，進(jìn)而合成甘油三酯。*膽固醇代謝：體內(nèi)膽固醇可通過食物攝取，也可自身合成（以乙酰CoA為原料，主要在肝臟）。膽固醇的去路包括構(gòu)成細(xì)胞膜、轉(zhuǎn)化為膽汁酸、類固醇激素、維生素D等。膽固醇的排泄主要通過膽汁。*血漿脂蛋白代謝：脂蛋白是脂類在血液中的運(yùn)輸形式，根據(jù)密度不同可分為乳糜微粒（CM）、極低密度脂蛋白（VLDL）、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）等，各自承擔(dān)不同的脂類運(yùn)輸功能。2.3蛋白質(zhì)代謝*氨基酸的來源與去路：來源包括食物蛋白消化吸收、組織蛋白分解及體內(nèi)合成（非必需氨基酸）。去路包括合成組織蛋白、轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌衔铮ㄈ缂に?、嘌呤、嘧啶）、氧化供能及脫氨基生成?酮酸和氨。*氨基酸的脫氨基作用：是氨基酸分解代謝的主要途徑，包括氧化脫氨基、轉(zhuǎn)氨基、聯(lián)合脫氨基等。其中聯(lián)合脫氨基作用是體內(nèi)主要的脫氨基方式。*氨的代謝：氨是有毒物質(zhì)，體內(nèi)氨的轉(zhuǎn)運(yùn)主要通過丙氨酸-葡萄糖循環(huán)和谷氨酰胺。氨的主要去路是在肝臟經(jīng)鳥氨酸循環(huán)（尿素循環(huán)）合成尿素，隨尿排出。*α-酮酸的代謝：可通過三羧酸循環(huán)氧化供能，或經(jīng)糖異生生成糖，或轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，也可用于合成非必需氨基酸?個(gè)別氨基酸的代謝：如一碳單位代謝（與嘌呤、嘧啶合成有關(guān)）、芳香族氨基酸代謝（生成神經(jīng)遞質(zhì)等）。2.4生物氧化生物氧化是指物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化分解作用，主要在線粒體中進(jìn)行。其特點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、逐步釋放能量、能量部分以ATP形式儲(chǔ)存。*呼吸鏈（電子傳遞鏈）：線粒體內(nèi)膜上由一系列遞氫體和遞電子體按一定順序排列組成，能將代謝物脫下的氫（H?+e?）逐步傳遞給氧生成水。主要的呼吸鏈有NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈（FADH?呼吸鏈）。*氧化磷酸化：是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP的過程，是體內(nèi)生成ATP的主要方式。其偶聯(lián)部位可通過P/O比值來大致確定。影響氧化磷酸化的因素包括抑制劑、ADP濃度、甲狀腺激素等。*ATP的生成與利用：ATP是體內(nèi)能量的直接供應(yīng)者。除氧化磷酸化外，底物水平磷酸化也可生成少量ATP。2.5物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)*物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系：糖、脂、蛋白質(zhì)代謝通過共同的中間產(chǎn)物（如乙酰CoA、丙酮酸、TCA循環(huán)中間物等）相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化。例如，糖可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹竞湍承┓潜匦璋被?；脂肪的甘油部分可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵荒承┌被峥梢赞D(zhuǎn)變?yōu)樘腔蛑尽?代謝調(diào)節(jié)：機(jī)體通過精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制維持代謝的穩(wěn)態(tài)。包括細(xì)胞水平調(diào)節(jié)（主要通過改變關(guān)鍵酶的活性，如別構(gòu)調(diào)節(jié)、化學(xué)修飾調(diào)節(jié)）、激素水平調(diào)節(jié)（激素通過作用于靶細(xì)胞受體，影響酶活性或基因表達(dá)）和整體水平調(diào)節(jié)（如神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的協(xié)同作用）。三、遺傳信息的傳遞3.1DNA的生物合成（復(fù)制）DNA復(fù)制是以親代DNA為模板合成子代DNA的過程，遵循半保留復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制的原則。*復(fù)制的基本規(guī)律：半保留復(fù)制、雙向復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制（前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，隨從鏈不連續(xù)合成，形成岡崎片段）。*參與復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)因子：DNA聚合酶（催化核苷酸聚合，具有5'→3'聚合酶活性和3'→5'外切酶活性，校正功能）、解旋酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶、引物酶（合成RNA引物）、DNA連接酶（連接岡崎片段）、單鏈DNA結(jié)合蛋白等。*復(fù)制過程：包括起始（解開雙鏈，形成復(fù)制叉，合成引物）、延長(zhǎng)（DNA聚合酶催化核苷酸加入，前導(dǎo)鏈和隨從鏈分別合成）和終止（引物切除，填補(bǔ)缺口，連接酶連接）。3.2RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板合成RNA的過程。*轉(zhuǎn)錄的模板：DNA雙鏈中作為轉(zhuǎn)錄模板的鏈稱為模板鏈（反義鏈），另一條鏈稱為編碼鏈（有義鏈）。轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。*RNA聚合酶：催化RNA合成的酶。原核生物RNA聚合酶由核心酶和σ因子組成；真核生物有多種RNA聚合酶，分別轉(zhuǎn)錄不同類型的RNA。*轉(zhuǎn)錄過程：包括起始（RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合啟動(dòng)子，DNA局部解鏈，第一個(gè)核苷酸摻入）、延長(zhǎng)（RNA鏈按5'→3'方向延伸）和終止（RNA聚合酶到達(dá)終止子，RNA鏈釋放，酶與模板解離）。*轉(zhuǎn)錄后加工：真核生物轉(zhuǎn)錄生成的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（hnRNA、pre-tRNA、pre-rRNA）需要經(jīng)過加工修飾才能成為成熟的RNA。如hnRNA的加工包括5'端加帽、3'端加尾、剪接（去除內(nèi)含子，連接外顯子）等。3.3蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）翻譯是指以mRNA為模板，按照三聯(lián)體遺傳密碼的指引合成蛋白質(zhì)的過程。*遺傳密碼：mRNA分子上從5'端到3'端每三個(gè)相鄰的核苷酸組成一個(gè)密碼子，決定一個(gè)氨基酸或終止信號(hào)。遺傳密碼具有通用性、簡(jiǎn)并性、方向性、連續(xù)性、擺動(dòng)性等特點(diǎn)。*參與翻譯的物質(zhì)：mRNA（模板）、tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，識(shí)別密碼子）、核糖體（場(chǎng)所，由rRNA和蛋白質(zhì)組成）、氨基酸（原料）、多種酶和蛋白質(zhì)因子、ATP和GTP（供能）。*翻譯過程：包括起始（核糖體大小亞基、mRNA、起始tRNA組裝成起始復(fù)合物）、延長(zhǎng)（進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位，肽鏈不斷延長(zhǎng)）和終止（核糖體識(shí)別終止密碼子，肽鏈釋放，核糖體解離）。*翻譯后加工：新生肽鏈需要經(jīng)過加工修飾才能成為具有生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)。包括折疊（形成正確空間結(jié)構(gòu)）、切除部分肽段、氨基酸殘基的化學(xué)修飾（如磷酸化、糖基化、甲基化等）、亞基聚合等。3.4基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程?；虮磉_(dá)調(diào)控是指細(xì)胞或生物體在接受內(nèi)外環(huán)境信號(hào)刺激時(shí)，或在生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段，選擇性地、程序性地表達(dá)特定基因的機(jī)制。原核生物和真核生物的基因表達(dá)調(diào)控存在顯著差異。*原核生物基因表達(dá)調(diào)控：主要在轉(zhuǎn)錄水平，操縱子模型是其基本調(diào)控模式（如乳糖操縱子、色氨酸操縱子）。調(diào)控因素包括啟動(dòng)子、操縱基因、調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物（阻遏蛋白或激活蛋白）、分解代謝物阻遏、衰減子等。*真核生物基因表達(dá)調(diào)控：更為復(fù)雜，可在多個(gè)水平進(jìn)行，包括DNA水平（如染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因擴(kuò)增、基因重排）、轉(zhuǎn)錄水平（最重要，如順式作用元件與反式作用因子的相互作用）、轉(zhuǎn)錄后水平（如RNA加工、轉(zhuǎn)運(yùn)）、翻譯水平及翻譯后水平。四、重要的生物活性物質(zhì)4.1酶酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化作用的生物催化劑，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA（核酶）。*酶的分子組成：分為單純酶和結(jié)合酶。結(jié)合酶由酶蛋白（決定專一性）和輔助因子（包括輔酶和輔基，參與催化反應(yīng)，傳遞電子、原子或基團(tuán)）組成。*酶的活性中心：是酶分子中能與底物特異性結(jié)合并催化底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域。是酶發(fā)揮催化作用的關(guān)鍵部位。*酶促反應(yīng)的特點(diǎn)：高效性、專一性（絕對(duì)專一性、相對(duì)專一性、立體異構(gòu)專一性）、可調(diào)節(jié)性、不穩(wěn)定性。*影響酶促反應(yīng)速度的因素：底物濃度（米氏方程，Km值的意義）、酶濃度、溫度、pH、抑制劑（不可逆抑制、可逆抑制：競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制）和激活劑。*酶的分類與命名。*同工酶：是指催化相同化學(xué)反應(yīng)，但酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。4.2維生素維生素是維持機(jī)體正常生理功能所必需的一類小分子有機(jī)化合物，機(jī)體不能合成或合成量不足，必須從食物中攝取。按其溶解性可分為脂溶性維生素和水溶性維生素。*脂溶性維生素：包括維生素A、D、E、K。它們不溶于水，溶于脂類及有機(jī)溶劑，在體內(nèi)可儲(chǔ)存，過量易中毒。各有其特定的生理功能，如維生素A與視覺有關(guān)，維生素D與鈣磷代謝有關(guān)，維生素E是抗氧化劑，維生素K與凝血有關(guān)。*水溶性維生素：包括B族維生素和維生素C。易溶于水，在體內(nèi)不易儲(chǔ)存，需經(jīng)常從食物中補(bǔ)充。B族維生素多作為輔酶的組成成分參與物質(zhì)代謝，如維生素B?（硫胺素）構(gòu)成TPP，參與α-酮酸氧化脫羧；維生素B?（核黃素）構(gòu)成FAD、FMN；維生素PP（尼克酸）構(gòu)成NAD?、NADP?；泛酸構(gòu)成CoA；生物素參與羧化反應(yīng)；維生素B?構(gòu)成磷酸吡哆醛、磷酸吡哆胺；葉酸構(gòu)成FH?（一碳單位載體）；維生素B??參與甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。維生素C具有還原性，參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)膠原蛋白合成等。4.3激素