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第一章蛋白质的结构与功能
蛋白质及其组成单位氨基酸的相关概念介绍;蛋白质各结构层次,包括一级结构(肽键和肽平面)、二级结构(α螺旋;β折叠等)、三级结构(模体和结构域)、四级结构(亚基)的结构特点;蛋白质结构与功能的关系;蛋白质的主要性质;与蛋白质研究相关的蛋白质组学的概述。
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●1.1蛋白质的组成单位氨基酸
蛋白质的概念、分布和组成;组成蛋白质的基本单位氨基酸的种类、结构、分类和性质。
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●1.2蛋白质的分子结构
和蛋白质一级结构相关的肽的定义和命名、肽键、肽平面及二面角;蛋白质二级结构概念及主要的结构部件α螺旋、β折叠、β转角、β凸起、环和无规则卷曲;蛋白质三级结构的概念及主要部件模体和结构域;蛋白质四级结构的概念及其相关的寡聚蛋白质、亚基;纤维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白几类常见蛋白质的介绍,球状蛋白质家族的肌红蛋白、血红蛋白的结构与功能。
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●1.3蛋白质的结构与功能的关系
蛋白质的结构与功能的关系,蛋白质分子结构的改变与其功能之间的关系。
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●1.4蛋白质的性质
蛋白质的性质:主要涉及蛋白质的紫外吸收、两性解离及等电点、胶体性质、沉淀反应、变性与复性、水解与颜色反应等方面。
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●1.5蛋白质组学概述
蛋白质组学的概念、研究的内容、研究常用的方法和技术。
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第二章酶
生物体内时时刻刻在进行着复杂多样的化学反应,而保证这一切顺利进行的,即是生物催化剂-酶。酶是由细胞产生的,能够在生理条件下,高效且专一地催化体内进行的化学反应。酶是每个生化过程的中心,它们催化数以百计的分步反应,降解营养物质,保存和转化化学能,并由简单的前体物质合成生物体所需要的大分子。酶在疾病诊断、化学工程、食品技术和农业生产中也是发挥着重要作用的实用工具,在生物学发展和探究过程中起着重要的推动作用。在此章中我们将从描述酶的基本性质和催化能力的基本原理开始,然后介绍酶动力学以及酶的催化机制,讨论如何调节酶的活性。在最后还会学习可作为酶的辅基或辅酶的维生素的一些知识。
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●2.1酶学概论
生物化学的大部分历史都是酶的研究历史。在人们认识到酶的存在及对生命过程的重要性以后,即开始探究它的化学本质。除少数酶是RNA外,绝大部分酶的本质是蛋白质。酶能够在中性pH、温和温度等条件下,将在细胞环境中不利或不可能的化学反应,高效专一地催化,使其顺利进行。酶的催化对生物系统是必不可少的。
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●2.2酶的系统分类和命名
随着越来越多的酶被分离纯化,酶的成员不断扩大,需要对酶进行科学的分类和命名,以避免“一酶数名”或“一名数酶”的现象。
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●2.3酶促反应动力学
酶动力学是研究酶促反应速率的影响因素及其变化规律的学科。酶动力学的研究有助于阐明酶的结构和功能之间的关系,寻找酶的最佳反应条件,了解酶在代谢中的作用以及某些药物的作用机制。影响酶促反应速率的因素可概括为外因和内因。外因主要包括温度、pH、离子强度以及有无激活剂或抑制剂的存在,内因主要是酶浓度和底物浓度这两个因素。
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●2.4酶的抑制作用
酶抑制剂是干扰酶的催化作用、减缓或停止酶反应的分子。酶抑制剂的研究也为酶的作用机制及酶动力学研究提供了丰富信息,有助于确定某些代谢途径。酶的抑制作用有两大类:可逆抑制和不可逆抑制。可逆抑制又分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种类型。
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●2.5酶的催化机制
依据“过渡态稳定学说”,酶能够高效催化反应,源于其对过渡态的稳定作用,酶与过渡态的亲和力必须要高于酶与底物的亲和力。为了稳定过渡态,酶在催化反应时,充分使用一系列机制来实现过渡态的稳定,主要包括邻近定向效应、广义的酸碱催化、静电催化、金属催化、共价催化和底物形变。
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●2.6酶活性的调节
细胞内生化反应受酶活性的调节,而具有高效催化性能的酶也受激活剂、抑制剂及其他调节因素的调控。酶活性的调节主要有两种,一是通过改变酶量,以量变的方式进行,;另一种是通过改变已有的酶的活性,即以质变的方式进行。改变酶量的具体方式有两种,一种是通过同工酶,另外一种是通过控制酶基因的表达和酶分子的降解。酶活性质变的调节方式主要包括共价修饰调节、酶原水解激活、别构调节、受调节蛋白的调节以及单体的聚合和解离。
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●2.7维生素与辅酶
维生素是维持生物体正常生命活动必不可少的一类小分子有机化合物,其种类繁多,来源广泛,功能多样。通常按其溶解性,分为水溶性维生素和脂溶性维生素。它们除了在代谢调节和维持机体生理功能等方面的作用外,还可以作为某些酶的辅酶或辅基,发挥作用。
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第三章核酸的结构与功能
核苷酸是生物体内极为重要的一类小分子物质,它在细胞中最重要的功能是构成核酸。核酸可以分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA,其中DNA是生物体主要的遗传物质,少数病毒以RNA为遗传物质,除此之外,RNA还具对基因表达进行调节等作用。核酸的生物学功能与其结构特征是息息相关的。本章将介绍核酸的化学结构、理化性质及其生物学功能。
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●3.1核苷酸的化学组成、结构和功能
核苷酸是核酸的基本结构单位,本节学习核苷酸的化学组成、结构和功能。
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●3.2核酸的结构与功能
核酸可以分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA,本节学习DNA和RNA的结构、功能等。
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●3.3核酸的理化性质
本节学习核酸的溶解性、紫外吸收等重要理化性质。
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●3.4基因组学和转录组学
本节简单介绍基因组学和转录组学。
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第四章糖的结构与功能
糖是自然界含量最丰富的一类有机分子之一。就化学结构特征而言,糖的定义是多羟基醛或多羟基酮,以及它们的缩合物和某些衍生物。糖在生物体内有众多重要的生理学功能,例如储存能量,作为细胞的结构成分,作为合成其他生物分子的前体等。本章将主要介绍糖类的分类、结构、性质和生物学功能等。
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●4.1单糖的结构与性质
单糖是不能再水解的糖类,是构成各种二糖和多糖的基本单位。本节学习单糖的结构和性质。
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●4.2寡糖和多糖
本节学习寡糖和多糖的定义、结构特征和生物学功能等。
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●4.3糖缀合物
本节学习几种重要糖缀合物的定义和生物学功能等。
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第五章脂类的结构和功能
本章学习脂类的定义、分类、结构及功能。
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●5.1脂类定义
本节学习脂类的定义、功能及根据组成成分的分类。
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●5.2简单脂
本节学习简单脂的定义、结构与功能。
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●5.3复合脂
本节学习复合脂的定义、分类、结构与功能。
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●5.4胆固醇
本节学习胆固醇的结构与功能。
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第六章生物能学与代谢总论
新陈代谢是生命最基本的特征之一,指生物体内发生的所有化学反应。由于物质代谢的同时总伴随着能量的变化,因此代谢包括物质代谢和能量代谢两方面的内容。本章将介绍代谢的基本概念和特征、高能生物分子的概念和功能、生物体内的偶联反应等。
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●6.1新陈代谢的概述
本节介绍新陈代谢的基本概念、特征等。
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●6.2生物能学
本节介绍生物能学的相关概念,如生物体内高能化学键的定义、种类等。
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●6.3新陈代谢的主要反应类型
本节介绍新陈代谢的主要反应类型。
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●6.4代谢组学
本节简单介绍代谢组学的定义、研究工具及应用等。
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第七章生物氧化
有机分子在细胞内氧化分解为二氧化碳和水并释放能量的过程,称之为生物氧化。生物体所需的能量来自于糖、脂肪、蛋白质等有机物在体内的生物氧化。生物氧化是在体温条件下进行,并依赖于酶的催化。生物大分子在细胞内氧化分解过程中,代谢物的脱氢伴随有电子的传递。
从代谢物脱下来的高能电子,经过电子传递链的传递,最终传递给末端电子受体氧分子并生成水。电子传递的过程中会释放出大量的自由能,推动ADP磷酸化生成ATP,作为生物体的能量来源。氧化磷酸化,是指在底物脱氢被氧化时,电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP的过程。
氧化磷酸化的过程,实际上是将电子传递过程中产生的,线粒体内膜两侧的质子梯度以及跨膜电势能转化为ATP中所储存的化学能的过程。化学渗透假说能够很好地解释呼吸链和氧化磷酸化的偶联机制。 -
●7.1呼吸链
呼吸链,是存在于线粒体内膜上的一系列有严格排列顺序的电子传递体构成的复合体。电子在沿着线粒体内膜的传递过程中,有两条典型的呼吸链,NADH呼吸链和FADH2呼吸链。NDAH呼吸链由复合体I、复合体III和复合体IV组成;FADH2呼吸链由复合体I、复合体II和复合体IV组成。
真核细胞胞质中的NADH,需要借助内膜上的苹果酸穿梭系统和3-磷酸甘油穿梭系统,才能直接跨过线粒体内膜进入线粒体基质。在3-磷酸甘油穿梭系统中,1分子NADH经氧化磷酸化只能产生1.5分子的ATP;在苹果酸穿梭系统中,1分子NADH可以产生2.5分子的ATP。 -
●7.2氧化磷酸化
氧化磷酸化,是指在底物脱氢被氧化时,电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP的过程。为解释氧化磷酸化的偶联机制,Peter Mitchell于1961年提出了“化学渗透”学说,该学说的核心内容是:电子传递过程中释放的自由能最终形成了跨线粒体内膜的质子梯度,质子梯度最终用来驱动ATP的合成。行使这一功能的是位于线粒体内膜上的F1Fo-ATP合酶。
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第八章糖的代谢
本章学习糖的代谢,包括糖酵解、柠檬酸循环、磷酸戊糖途径、糖异生及糖原的分解与合成的生物化学历程、生理功能及调控方式。
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●8.1糖酵解
本节学习糖酵解的生物化学历程、生理功能及调控方式。
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●8.2柠檬酸循环
本节学习柠檬酸循环的生物化学历程、生理功能及调控方式。
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●8.3磷酸戊糖途径
本节学习磷酸戊糖途径的生物化学历程、生理功能及调控方式。
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●8.4糖异生
本节学习糖异生的生物化学历程、生理功能及调控方式。
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●8.5糖原分解与合成
本节学习糖原分解与合成的生物化学历程、生理功能及调控方式。
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第九章脂类代谢
本章学习脂肪酸的分解代谢和脂肪酸的合成代谢,酮体的代谢以及其它脂类的代谢。
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●9.1脂肪的酶促降解和甘油的代谢
本节学习脂肪的酶促降解以及甘油的合成代谢。
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●9.2脂肪酸氧化
本节学习脂肪酸的分解代谢。
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●9.3酮体的代谢
本节学习酮体的合成代谢和分解代谢。
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●9.4脂肪酸合成
本节学习脂肪酸的生物合成。
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●9.5脂肪酸代谢的调控
本节学习脂肪酸合成和分解代谢的调控方法。
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●9.6三酰甘油和甘油磷脂的合成
本节学习三酰甘油和甘油磷脂的合成的过程。
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●9.7胆固醇的代谢
本节学习胆固醇的合成代谢和转化过程。
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第十章氨基酸代谢
蛋白质降解的细胞外和细胞内途径;与氨基酸分解代谢相关的几种脱氨基作用发生部位、具体过程及主要的酶;哺乳动物中与尿素生成有关的鸟氨酸循环发生的部位、过程、主要酶及其活性的调节;氨基酸的合成与分解。
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●10.1蛋白质的酶促降解
蛋白质降解的细胞外途径和细胞内途径介绍;细胞内蛋白质降解的意义;蛋白质经蛋白酶体途径降解涉及的蛋白质泛素化和蛋白质酶体降解过程。
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●10.2氨基酸的脱氨基作用
氨基酸的氧化脱氨基,转氨脱氨基、联合脱氨基的发生部位、具体过程及主要的酶。
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●10.3鸟氨酸循环
血氨的来源以及生物体氨的排泄方式;哺乳动物中与尿素生成有关的鸟氨酸循环发生的部位、过程、主要酶及其活性的调节。
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●10.4氨基酸碳骨架的降解和合成代谢
氨基酸碳骨架的分解代谢和合成代谢。
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第十一章核苷酸代谢
本章学习核苷酸的生物合成和分解代谢。
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●11.1核苷酸的生物合成
本节学习核苷酸的从头合成途径和补救合成途径,脱氧核苷酸的合成。
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●11.2核苷酸分解代谢
本节学习核苷酸的分解代谢。
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第十二章代谢调节
本章学习代谢途径的相互联系、调控方法,组织、器官代谢的特点及联系。
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●12.1代谢途径的相互联系
本节学习蛋白质、核酸、糖类和脂类代谢的相互联系。
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●12.2组织、器官代谢的特点及联系
本节学习大脑、肝脏、肌肉、脂肪组织等代谢的特点及相互联系。
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●12.3代谢的的调节控制
本节学习代谢的的调节控制方式——共价修饰、变构调节等。