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第一章生物分子概论1

第一节概述1

一、生物分子是生物特有的有机化合物1

二、生物分子具有复杂有序的结构1

三、生物结构具有特殊的层次1

四、生物分子都行使专一的功能2

五、代谢是生物分子存在的条件2

六、生物分子体系有自我复制的能力2

七、生物分子能够人工合成2

第二节生物元素2

一、主要生物元素都是轻元素2

二、碳氢氧氮硫磷是生物分子的基本素材2

三、无机生物元素也都有各自的功用4

第三节生物分子中的作用力4

一、两类不同水平的作用力4

二、共价健是生物分子的基本形成力5

三、非共价相互作用是生物高层次结构主要作用力7

第四节生物分子低层次结构的同一性9

一、碳架是生物分子结构的基础9

二、官能团限定分子的性质9

三、杂环集碳架和官能团于一体10

四、异构现象丰富了分子结构的多样性11

第五节生物分子高层次结构的同一性14

一、生物大分子又称生物多聚物14

二、生物大分子具有多级结构15

三、一级结构按照模板指导组装原则合成15

四、高级结构按照自我组装原则形成15

五、生物大分子按照互补性原则相结合15

第二章蛋白质的结构与功能16

第一节概论16

一、蛋白质是由氨基酸构成的生物大分子16

二、蛋白质的功能广泛多样16

三、蛋白质的分类17

第二节氨基酸17

一、20种氨基酸构成蛋白质17

二、氨基酸按侧链有无极性分类19

三、氨基酸的重要性质21

第三节蛋白质的分子结构22

一、蛋白质结构的多层次性22

二、蛋白质的一级结构22

三、蛋白质的二级结构24

四、蛋白质的三级结构25

五、蛋白质的四级结构27

第四节蛋白质分子结构与功能的关系28

一、氨基酸序列改变导致蛋白质功能变化28

二、化学修饰导致蛋白质结构功能变化28

三、变构效应物诱导蛋白质结构功能变化28

四、亚基聚合导致蛋白质结构功能变化29

第五节蛋白质的高分子性质29

一、蛋白质溶液的胶体性质29

二、蛋白质是两性电解质29

三、蛋白质变性30

第三章核酸的结构与功能32

第一节概述32

一、核酸是由核苷酸构成的生物大分子32

二、核酸分为DNA和RNA两类32

三、DNA是遗传物质32

四、RNA参与蛋白质的合成32

第二节核苷酸32

一、核苷酸由三类分子片段组成32

二、戊糖借β糖苷键与碱基构成核苷33

三、核苷借酯键与磷酸构成核苷酸33

四、碱基、核苷、核苷酸有统一的缩写符号33

第三节DNA的结构34

一、DNA的一级结构34

二、DNA的二级结构35

三、DNA的三级结构38

第四节RNA结构40

一、RNA的组成结构与DNA有显著不同40

二、转运RNA40

三、核糖体RNA42

四、信使RNA43

第五节核酸的理化性质44

一、DNA溶液有极高的粘度44

二、核酸的密度很高44

三、核酸在260nm处有紫外吸收峰44

四、双螺旋DNA可以变性44

第四章糖的结构与功能46

第一节概述46

一、糖是多羟基羰基化合物46

二、糖的分类46

三、糖的分布与功能47

第二节单糖47

一、单糖的结构47

二、重要的单糖49

第三节糖苷键、糖苷与糖链51

一、糖苷键与糖苷51

二、聚糖链51

第四节寡糖和多糖52

一、寡糖52

二、多糖53

第五节结合糖55

一、糖蛋白55

二、蛋白聚糖56

第五章脂质的结构与功能57

第一节概述57

一、脂质是脂溶性生物分子57

二、脂质按分子组成分类57

三、脂质的分布与功能57

第二节脂酸、甘油、鞘氨醇58

一、脂酸58

二、甘油60

三、鞘氨醇61

第三节三酰甘油61

一、三酰甘油的组成不均一61

二、三酰甘油是脂酸的贮备和运送形式61

第四节复合脂62

一、复合脂有着相似的分子设计62

二、甘油磷脂的母体是磷脂酸62

三、鞘磷脂的母体是磷酸神经酰胺64

四、糖鞘脂65

五、甘油糖脂65

第五节类固醇66

一、类固醇是环戊烷全氢菲衍生物66

二、胆固醇是高等动物的主要类固醇66

三、胆固醇的生物功能67

第六节脂质的超分子结构67

一、极性脂在水中形成超分子结构67

二、脂单分子层围成微团67

三、脂双分子层围成脂质体68

四、脂质构成生物膜的液态基质68

第六章酶70

第一节概述70

一、酶是具有催化活性的蛋白质70

二、酶的命名与分类71

三、酶反应速度、活力、比活、转换值72

第二节酶分子72

一、酶分子的组成与结构72

二、酶的活性中心73

三、同工酶分工不同74

第三节酶的催化机理75

一、酶降低反应的活化能75

二、酶反应始于酶-底物复合物形成75

三、酶与底物结合是诱导契合过程75

四、酶的催化机理76

第四节影响酶促反应速度的因素77

一、酶反应速度与酶浓度成正比77

二、酶反应速度与底物浓度有定量关系77

三、酶反应受温度的双重影响78

四、酶有最适pH79

五、酶的抑制剂79

六、酶的激活剂80

第五节酶的调节81

一、酶的功能受到粗调与细调81

二、对酶活性的调节--细调节81

三、酶数量的调节--粗调节82

第七章维生素83

第一节概述83

一、概念83

二、维生素分为脂溶性和水溶性两大类83

三、维生素有不同的命名系统83

四、人体通过几种途径获取维生素83

五、需要量、缺乏病、过多症84

六、维生素大都参与生物活性分子构成84

第二节脂溶性维生素84

一、维生素A84

二、维生素D85

三、维生素E86

四、维生素K86

第三节水溶性维生素87

一、硫胺素87

二、核黄素87

三、尼克酰胺88

四、吡哆素89

五、泛酸90

六、生物素91

七、叶酸91

八、维生素B1292

九、抗坏血酸93

第八章激素95

第一节概述95

一、激素是内分泌细胞产生的化学信号分子95

二、激素可按化学本质分类95

三、激素具有突出的作用特点97

第二节激素的作用机理98

一、激素-细胞表面受体-第二信使模式98

二、激素-细胞内受体-基因表达模式100

第三节激素的合成、贮存、释放和灭活101

一、激素的合成101

二、激素的贮存和释放104

三、激素的运输104

四、激素的灭活104

第九章物质代谢概论105

第一节概述105

一、代谢是生命的基本特征105

二、代谢通过代谢途径完成105

第二节代谢途径的同一性105

一、代谢途径是不平衡的稳态体系105

二、代谢途径的形式多样105

三、代谢途径有确定的细胞定位106

四、代谢途径相互沟通106

五、代谢途径间有能量关联107

六、关键酶限制代谢途径的流量107

第三节代谢反应类型107

一、氧化还原反应107

二、基团转移反应108

三、水解反应108

四、裂合反应108

五、异构反应109

六、连接反应109

第四节合成代谢的同一性109

一、合成代谢有阶段性和趋异性109

二、合成代谢有营养依赖性110

三、合成代谢需要能量推动110

四、合成生物大分子的信息来自先在生物分子111

第五节分解代谢的同一性111

一、分解代谢有阶段性和趋同性111

二、第一阶段生物大分子被水解为构件分子111

三、第二阶段构件分子被氧化成乙辅酶酰A112

四、第三阶段乙酰辅酶A进入三羧酸循环113

五、分解代谢有供能意义116

第十章氧化磷酸化117

第一节生物能学117

一、生物能学研讨体内化学能的释放、保存、利用117

二、ATP是生物自由能的流通手段117

三、标准还原电位与反应自由能变化119

第二节真核生物氧化磷酸化在线粒体中进行120

一、线粒体是真核细胞的动力装置120

二、线粒体是生物氧化的中心场所120

三、线粒体内膜上装备着多种运送系统120

第三节呼吸链121

一、真核生物呼吸链装配在线粒体内膜中121

二、呼吸链由4种酶复合体和2种可移动电了载体组成121

三、电子载体依照一定顺序传递电子122

四、呼吸链有3个磷酸化偶联部位122

五、呼吸抑制剂阻断电子传递122

第四节氧化磷酸化的机理123

一、化学渗透学说123

二、H+-ATP酶124

三、H+-ATP酶抑制剂和解偶联剂124

四、氧化磷酸化受ADP水平调控124

五、线粒体外NADH所携带的还原能力通过穿梭系统输入线粒体124

第十一章糖代谢126

第一节糖的动态平衡126

一、糖有很高的代谢率126

二、糖以单糖的形式被吸收和运送126

三、糖原贮量随进食周期波动127

四、血糖水平相对衡定127

第二节糖的分解代谢128

一、有氧氧化途径128

二、糖酵解131

三、磷酸戊糖途径是葡萄糖分解代谢的支路132

第三节糖异生133

一、通过糖异生途径重新合成葡萄糖133

二、糖异生是糖酵解的相反过程133

三、糖异生是补充血糖的重要途径134

四、糖异生的调节134

第四节糖原代谢135

一、糖原合成135

二、糖原分解136

三、调节137

第十二章脂代谢138

第一节脂质的动态平衡138

一、脂质的贮量大代谢率低138

二、脂质乳化成微团被消化吸收138

三、脂库脂的贮存与动用140

四、血浆脂蛋白是脂的运送形式140

第二节三酰甘油的代谢145

一、分解代谢145

二、合成代谢149

三、脂酸与三酰甘油代谢的调节153

第三节类脂代谢155

一、磷脂代谢155

二、胆固醇代谢159

第十三章氨基酸代谢160

第一节氨基酸的动态平衡160

一、氨基酸代谢池的容量小更新快160

二、氨基酸的来源和去路160

三、血浆氨基酸是氨基酸及氨的转运形式161

第二节氨基酸的营养必需性162

一、蛋白质的营养价值162

二、氮平衡描述氨基酸的收支关系162

三、蛋白质需要量162

第三节氨基酸的分解代谢163

一、氨基酸脱氨进入分解代谢163

二、氨基酸以不同方式脱氨163

三、氨的代谢166

四、α-酮酸的代谢168

五、一些氨基酸分解提供一碳单位169

第四节 非必需氨基酸合成170

第五节血红素代谢171

一、血红素是血红素蛋白辅基171

二、用甘氨酸、琥珀酰辅酶A和Fe2+合成血红素171

三、血红素分解产生胆色素172

第十四章核苷酸代谢175

第一节概述175

一、核苷酸有多种功能175

二、核苷酸没有供能意义175

三、核苷酸没有营养必需性175

第二节合成代谢176

一、从头合成途径176

二、补救途径182

三、核苷酸合成的调节182

第三节分解代谢184

一、嘌呤核苷酸的分解代谢184

二、嘧啶核苷酸的分解代谢185

第十五章遗传信息传递概论187

第一节DNA是遗传物质187

一、遗传信息是决定生物表型的密码指令187

二、遗传物质必备的条件187

三、DNA是遗传物质187

四、基因是DNA的功能单位188

第二节遗传信息传递的方向188

一、中心法则描述遗传信息的传递方向188

二、DNA通过信使指导蛋白质合成189

第三节遗传信息传递的机制189

一、遗传信息传递是模板指导合成189

二、遗传信息传递必需保真190

三、遗传信息传递受到严格的调控190

四、进化了复杂的基因复制和表达操作系统190

五、信息分子合成都经过起始、延长、终止三个阶段190

第十六章DNA复制192

第一节复制机理192

一、DNA复制是半保留的192

二、复制始于特定起点192

三、复制是双向的，链聚合是单向的192

四、半不连续复制使DNA两条链得以同向成长193

五、DNA复制中的拓扑学问题193

第二节DNA复制酶类与蛋白因子193

一、DNA聚合酶催化5 -3 聚合反应194

二、引物酶催化RNA引物合成195

三、DNA连接酶催化切口连接195

四、解链酶催化双螺旋解链196

五、拓扑异构酶改变DNA双螺旋绕数196

六、单链DNA结合蛋白稳定单链结构196

第三节原核生物DNA复制197

一、引发197

二、链的合成197

三、终止198

第四节真核生物DNA复制198

一、真核生物DNA采用多起点复制199

二、真核生物DNA在S期复制199

三、真核生物有多种DNA聚合酶199

四、真核生物DNA复制的引物长岗崎片段短199

五、真核生物DNA复制与染色体蛋白合成同步199

第五节DNA复制的保真度199

一、原核DNA聚合酶的3 -5 外切活性有校对功能199

二、用RNA作引物也有保真意义200

三、不用3 -5 方向聚合反应有利校正差错200

第六节 DNA复制的调控200

第十七章转录201

第一节转录机理201

一、转录结构基因的有意义链201

二、转录单位有特定的起止点201

三、转录不需要引物和解链解旋系统202

四、稳定RNA都需要转录后加工202

第二节RNA聚合酶202

一、原核生物只有一种RNA聚合酶202

二、真核生物有多种RNA聚合酶和转录因子202

第三节原核生物转录203

一、起始203

二、延长204

三、终止205

四、调控205

第四节真核生物转录207

一、真核生物转录与原核生物转录比较207

二、真核生物转录的调控208

第五节转录后加工209

一、原核生物转录后加工209

二、真核生物转录后加工209

第十八章翻译213

第一节概述213

一、翻译比复制转录都复杂213

二、参与翻译的生物分子不下200种213

第二节遗传密码215

一、遗传密码是记载在DNA序列中的遗传信息215

二、遗传密码的特性215

第三节氨基酰tRNA合成216

一、合成蛋白质以氨基酰tRNA为氨基酸供体216

二、氨基酸tRNA连接酶催化二步反应216

第四节原核生物蛋白质合成217

一、起始217

二、延长219

三、终止220

第五节真核生物蛋白质合成220

一、真核生物与原核生物翻译的比较220

二、真核生物翻译的调控220

第六节翻译后加工222

一、肽链折迭222

二、主链剪切222

三、二硫键形成222

四、侧链修饰222

五、非肽链成分的结合222

六、亚基缔合223

第七节蛋白质合成抑制物223

一、抗生素类蛋白质合成抑制物223

二、蛋白类翻译抑制物223

第十九章修复、突变、重组225

第一节概述225

一、修复、突变、重组与遗传、变异225

二、修复、突变、重组三者密切相关225

第二节DNA修复225

一、修复是必不可少的225

二、概念类型与机理226

第三节突变227

一、概念与类型227

二、突变机理229

三、突变的意义与危害231

第四节重组231

一、概念与类型231

二、意义与效应233

第二十章基因工程简介235

第一节前言235

一、基因工程是体外DNA重组技术235

二、基因工程改变生物遗传性状235

三、基因工程的基本程序236

第二节基因工程的基本操作236

一、制取目的DNA236

二、选用适当的运载体237

三、体外重组237

四、引入细胞240

五、筛选240

第三节应用241

一、基因工程掀起了新的技术革命241

二、基因工程是生命科学研究的重要工具241

三、基因工程在医学中的应用241

第二十一章水244

第一节水是生物体最重要的无机成分244

一、水是构成细胞内外液的主要部分244

二、水是生命的介质244

第二节水的生物学重要性基于它的极性245

一、水是偶极分子245

二、水分子借氢键形成有序的高分子结构246

第三节水的溶剂性质246

一、离子或偶极子型溶质-水系统246

二、双溶性分子-水系统246

三、非极性分子-水系统246

四、生物大分子-水系统246

第四节水的平衡与渗透效应246

一、水的摄入量与排出量保持平衡247

二、各部分体液间保持水的平衡247

三、渗透效应是影响体液平衡的重要因素247

第五节酸碱平衡与缓冲效应249

一、酸碱的获得量与排出量保持平衡250

二、缓冲效应遏制酸碱改变体液的pH值250

三、共轭酸碱构成缓冲体系251

四、重要的生物缓冲对253

第二十二章无机盐254

第一节概述254

一、无机盐泛指水以外的无机成分254

二、无机生物元素的存在形式不一，功能各异254

三、必须保持无机生物元素的代谢平衡254

第二节钙磷镁代谢255

一、分布、吸收、排出255

二、功能256

三、动态平衡及其调控257

第三节钾钠氯代谢259

一、分布、吸收、排出259

二、功能259

三、钾钠氯平衡的调节260

第四节微量元素261

一、铁261

二、锌261

三、铜262

四、氟262

五、碘262

六、硒263

七、其他微量元素263

附录265