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第一章 绪论 1

第一节 生命的特征和生物化学的研究范畴 1

第二节 一些生物化学的基本概念 2

一、生物分子是含有不同功能基团的含碳化合物 2

二、细胞含有一组通用的小分子 3

三、分子量，分子质量和它们的正确单位 3

四、摩尔和摩拉 3

五、生物大分子是细胞的主要成分 4

六、生物分子的构型 4

七、生物分子的构象 6

八、生物分子之间的相互作用有立体特异性 7

第三节 生物能学和热力学 8

一、生物能量转化服从热力学定律 8

二、细胞需要自由能资源 9

三、标准自由能改变和一个反应的平衡常数直接相关 9

第四节 水及生物分子间的弱相互作用 10

一、氢键使水具有特殊性质 11

二、水和极性溶质形成氢键 12

三、水和带电溶质的相互作用 12

四、结晶物质溶于水导致熵增加 12

五、非极性气体在水中的溶解度很小 13

六、非极性化合物迫使水结构作能量优化改变 13

七、范德华作用是原子间的弱吸引力 15

八、弱相互作用是大分子结构和功能的关键 15

九、溶质影响水溶液的依数性和渗透压 16

提要 18

思考题 19

第二章 蛋白质化学 20

第一节 通论 20

一、蛋白质的化学概念 20

二、蛋白质的分类 20

三、蛋白质的元素组成 23

第二节 蛋白质的组成单位——氨基酸 23

一、氨基酸的一般结构特征 23

二、氨基酸的分类和结构 24

三、蛋白质中的修饰性氨基酸 26

四、非蛋白质氨基酸 26

五、氨基酸的一般性质 27

六、氨基酸的化学性质 27

第三节 蛋白质的结构 31

一、蛋白质的一级结构 32

［附］：质谱在肽和蛋白质研究中的应用 39

二、蛋白质的二级结构 40

三、纤维状蛋白质的结构 45

四、超二级结构和结构域 49

五、球状蛋白质的三级结构 53

六、蛋白质的四级结构 55

第四节 蛋白质的结构与功能 56

一、蛋白质的一级结构决定其高级结构 57

二、蛋白质的一级结构与功能 57

三、蛋白质的空间结构与功能 60

第五节 蛋白质的性质 76

一、蛋白质的水合作用和透析 76

二、蛋白质的两性性质和等电点 76

三、蛋白质的变性作用与复性 77

四、蛋白质的沉淀作用 77

第六节 蛋白质的分离纯化和测定 78

一、蛋白质分离纯化的一般原则 78

二、分离纯化的主要方法 79

三、蛋白质分子量的测定 82

四、蛋白质纯度的鉴别标准 85

五、蛋白质含量的测定 86

［附］：蛋白质结构的X射线晶体衍射法分析 87

提要 88

生化基本题型举例 89

第三章 酶化学 91

第一节 通论 91

一、酶是生物催化剂 91

二、酶催化的特征 91

第二节 酶的分类和命名 93

一、酶的命名 93

二、酶的国际系统分类法 93

三、酶的组成分类 95

第三节 酶催化作用的结构基础 96

一、酶分子结构的特征 96

二、酶原及酶原的激活 100

第四节 酶催化作用的机理 103

一、酶依靠降低活化能加速化学反应 103

二、一般酸-碱催化 104

三、共价催化 105

四、金属离子催化 105

五、酶执行催化功能的几个实例 106

第五节 酶促反应的动力学 116

一、酶浓度的影响 117

二、底物浓度对反应速度的影响 117

三、温度对酶促反应速度的影响 121

四、pH的影响 122

五、激活剂的影响 122

六、抑制剂的影响 123

七、过渡态类似物是酶的一种潜在抑制剂 126

第六节 重要酶类及其活性调节 128

一、多酶体系 128

二、调节酶 129

三、同工酶 135

四、催化抗体 136

第七节 酶的分离纯化和活力测定 138

一、酶分离纯化的一般原则 138

二、酶的活力与测定 138

三、回收率和纯化倍数 140

提要 140

思考题 142

第四章 核苷酸和核酸 143

第一节 碱基、核苷和核苷酸 143

一、碱基、核苷和核苷酸 143

二、核苷酸的生物学功能 146

第二节 磷酸二酯键与多核苷酸 147

第三节 碱基的性质和核酸结构 149

第四节 DNA结构 151

一、DNA储存遗传信息的证实 151

二、各物种DNA有着独特的碱基组成 152

三、Watson-Crick DNA双螺旋结构 153

四、DNA存在不同的三维结构形式 154

五、与DNA碱基顺序相关的特殊结构 155

第五节 RNA的种类和结构 158

一、信使RNA 158

二、其他RNA及结构 159

第六节 核酸的变性、复性和杂交 161

一、DNA的变性与复性 161

二、DNA的熔解温度 163

三、核酸的杂交及应用 164

第七节 核酸的化学反应和酶法修饰 164

一、核酸的化学反应 164

二、DNA的酶法甲基化 167

第八节 核酸酶和DNA限制性内切酶 168

一、核酸的酶法水解与核酸酶的分类 168

二、核酸酶的特异性 168

三、限制性内切酶（限制酶） 169

四、限制片段的长度和限制图 169

第九节 DNA一级结构测定与DNA的化学合成 172

一、DNA碱基顺序的测定（DNA sequencing） 172

二、DNA的化学合成（DNA chemical synthesis） 172

第十节 基因和基因组 175

一、天然DNA分子的大小与顺序特征 175

二、基因与顺反子 177

三、染色体DNA的碱基顺序特征 179

第十一节 DNA超螺旋和染色质结构 180

一、DNA的拓扑学结构 180

二、DNA在体内的包装 185

提要 189

思考题 191

第五章 碳水化合物和糖生物学 193

第一节 概论 193

第二节 单糖和二糖 193

一、单糖的两大家族：醛糖和酮糖 193

二、单糖有不对称中心 194

三、一般单糖具有环形结构 196

四、生物体含有许多六碳糖衍生物 198

五、许多单糖是还原糖 199

糖尿症和血糖测定 200

六、二糖含有一个糖苷键 201

提要 203

第三节 多糖 204

一、一些匀聚多糖是能量的储存形式 204

二、淀粉 205

三、糖原 205

四、葡聚糖 206

五、一些匀聚多糖起结构支持作用 206

六、几丁质 206

七、立体结构因子和氢键影响匀聚多糖的折叠 207

八、细菌和藻类细胞壁含有结构性异质多糖 208

九、糖胺聚糖是细胞外基质异质多糖 210

提要 211

第四节 复合糖：肽聚糖、糖蛋白和糖酯 211

一、肽聚糖是含有糖胺聚糖的细胞表面或胞外基质中的生物大分子 212

二、糖蛋白共价结合寡糖 215

三、糖脂和脂多糖是膜成分 216

提要 217

第五节 碳水化合物信息分子和糖密码 218

一、凝集素是能阅读糖密码和介导许多生物学过程的蛋白 218

二、凝集素和碳水化合物的相互作用 221

提要 223

第六节 糖组学及研究方法 223

一、糖组学 223

二、糖类的研究方法 224

提要 225

思考题 225

第六章 维生素与辅酶 229

第一节 维生素的概念与分类 229

一、维生素的一般概念和重要性 229

二、维生素的命名和分类 229

第二节 重要的脂溶性维生素 230

一、维生素A及维生素A原 230

二、维生素D及维生素D原 231

三、维生素K 233

四、维生素E 233

第三节 重要的水溶性维生素 235

一、维生素C 235

二、维生素B1和焦磷酸硫胺素 237

三、维生素B2和FMN、FAD 238

四、泛酸与辅酶A 239

五、烟酸、烟酰胺和NAD、NADP 239

六、维生素B6及其辅酶 241

七、生物素 241

八、叶酸和四氢叶酸 242

九、维生素B12及其辅酶 242

十、硫辛酸 244

提要 244

思考题 244

第七章 生物膜 245

第一节 生物膜的组成与结构特征 245

一、生物膜结构的一般特征 245

二、生物膜的组成 245

［附］：因膜脂储积所致人的遗传性代谢缺陷病 252

第二节 生物膜的流动性 257

一、膜脂和膜蛋白的运动 257

二、膜脂跨脂双层的运动需要催化剂 259

三、脂筏 260

［附］：原子力显微镜呈现膜蛋白的形象 261

第三节 小分子物质的跨膜转运 262

一、跨膜转运的类型 262

二、载体蛋白介导的被动转运 264

三、转运ATP酶 267

四、离子梯度驱动的二级主动转运 272

提要 274

思考题 275

第八章 激素与生物信号转导 276

第一节 激素的概念与分类 276

一、激素的一般概念 276

二、激素的分类 277

三、激素作用的特点 277

第二节 重要的动物激素 277

一、下丘脑激素 277

二、垂体激素 278

三、甲状腺激素 280

四、胰腺激素 281

五、肾上腺激素 281

六、性激素 282

七、脂肪酸衍生类激素（二十烷酸类激素，eicosanoids） 284

第三节 激素分泌的调控 285

一、下丘脑承上启下的调节 285

二、反馈调节 286

三、多元调控 286

第四节 生物信号转导 286

一、受体 286

二、信号转导机制 289

第五节 昆虫激素 303

第六节 植物激素 304

提要 304

思考题 305

第九章 新陈代谢引论 306

第一节 新陈代谢的一般概念 306

一、代谢途径的多酶体系 306

二、细胞代谢中的主要化学反应 307

第二节 新陈代谢的调控及研究方法 308

一、新陈代谢的调控 308

二、新陈代谢的研究方法 309

提要 310

思考题 310

第十章 糖代谢 311

第一节 糖酵解 311

一、糖酵解的基本概念 311

二、糖酵解途径 311

三、糖酵解总观 314

四、丙酮酸的命运 315

第二节 葡萄糖的异生作用 316

一、葡萄糖异生作用的前体 317

二、葡萄糖异生作用途径 317

三、糖异生作用与糖酵解的协同调控 318

第三节 柠檬酸循环 321

一、丙酮酸的氧化 321

二、柠檬酸循环途径 322

三、乙醛酸循环 327

第四节 磷酸戊糖途径 328

一、磷酸戊糖途径的反应过程 328

二、磷酸戊糖途径的调节 330

三、磷酸戊糖途径的生理意义 330

第五节 糖原的代谢 330

一、糖原的降解 330

二、糖原的合成 331

三、糖原合成与降解的协同调控 333

四、激素对血糖水平的调节 335

提要 337

思考题 338

第十一章 生物氧化 339

第一节 生物能学的基本概念 339

一、生物体能量的转换遵循热力学定律 339

二、标准自由能变化与平衡常数 341

三、偶联化学反应标准自由能变化的可加和性及意义 341

四、关于生物化学中能量变化的一些规定 342

五、氧化还原电势与自由能变化的关系 342

六、高能生物分子 345

第二节 电子传递与氧化磷酸化 347

一、生物体电子传递的方式与电子载体 347

二、呼吸链及其组成 348

三、氧化磷酸化作用 353

四、线粒体外NADH的跨膜转运 357

提要 358

思考题 358

第十二章 光合作用 359

第一节 光合作用的光反应 359

一、叶绿体与光合膜 359

二、光合色素 360

三、光合色素对光能的吸收和传递 361

四、光合单位 363

五、双光系统与电子传递链 364

六、光合磷酸化 370

第二节 光合作用中碳水化合物的生物合成 371

一、卡尔文循环 371

二、卡尔文循环的调节 373

三、植物细胞中CO2的浓缩机制 376

提要 378

思考题 379

第十三章 脂代谢 380

第一节 概述 380

一、脂类的一般概念 380

二、脂肪的消化和吸收 381

第二节 脂肪的分解代谢 381

一、体内甘油三酯的分解 381

二、甘油的代谢 381

三、脂肪酸的分解代谢 382

四、酮体的代谢 387

第三节 脂肪的合成代谢 388

一、脂肪酸的生物合成 388

二、甘油三酯（脂肪）的合成 394

第四节 磷脂和鞘脂的代谢 394

一、磷脂的代谢 394

二、鞘脂的代谢 396

第五节 胆固醇的代谢 397

一、胆固醇的生物合成 398

二、胆固醇、胆固醇酯及其他脂类进入细胞的转运 400

三、胆固醇的去路 403

提要 404

思考题 405

第十四章 氨基酸的代谢 406

第一节 蛋白质的降解 406

一、外源蛋白的消化与吸收 406

二、组织蛋白质的胞内降解 406

第二节 氨基酸的分解代谢 407

一、氨基酸分解的基本反应 407

二、氨的排泄 410

三、氨基酸碳架的氧化 414

第三节 氨基酸的生物合成 420

一、氨基酸的生物合成途径 420

二、几种氨基酸合成的简单途径 420

三、氨基酸生物合成途径中的反馈调节 420

提要 423

思考题 423

第十五章 核苷酸代谢 424

第一节 核酸和核苷酸的分解代谢 424

一、嘌呤碱的分解代谢 424

二、嘧啶碱的分解代谢 426

第二节 核苷酸的合成代谢 427

一、嘌呤核苷酸的生物合成 427

二、嘧啶核苷酸的生物合成 431

三、核苷一磷酸转变为核苷三磷酸 434

四、脱氧核糖核苷酸的生物合成 434

提要 437

思考题 437

第十六章 DNA的复制、修复和重组 438

第一节 DNA的代谢 438

一、DNA代谢包括DNA复制、修复和重组 438

二、大肠杆菌遗传图 439

第二节 DNA复制的一般规律 440

一、关于模板的概念 440

二、DNA复制是半保留的 441

三、DNA复制的起始点和方向 441

四、DNA的复制是半不连续的 442

第三节 DNA聚合酶 443

一、DNA是由DNA聚合酶催化合成的 443

二、DNA聚合酶催化DNA合成的精确性 444

三、大肠杆菌的三种DNA聚合酶 445

四、DNA复制需要许多酶和蛋白质因子 446

第四节 细胞DNA复制的阶段性 447

一、DNA复制的起始 447

二、DNA复制的延长阶段 448

三、复制终止过程 450

四、真核细胞DNA的复制 451

第五节 DNA修复 452

一、突变导致肿瘤发生 452

二、错配修复 453

三、碱基切割修复（base-excision repair） 454

四、核苷酸切割修复 456

五、直接修复 456

六、重组修复与差错倾向修复 457

第六节 体内DNA重组过程 459

一、同源遗传重组有着多重的功能 459

二、重组需要特殊的酶 461

三、同源重组是DNA修复的重要途径 462

第七节 位点特异遗传重组 463

一、可转座遗传因子可从一个座位转移到另一座位 465

二、免疫球蛋白基因的重组 466

提要 467

思考题 468

第十七章 RNA代谢 470

第一节 依赖DNA的RNA合成 470

一、RNA是由RNA聚合酶合成的 470

二、模板链与非模板链 471

第二节 足迹法与启动子 472

第三节 RNA合成的终止 475

第四节 真核生物细胞核RNA聚合酶 476

一、RNA聚合酶Ⅱ需要许多其他蛋白质因子 476

二、RNA聚合酶和转录因子在启动子上的组装 477

三、RNA合成的起始 478

四、RNA合成的延长、终止和释放 478

五、RNA聚合酶Ⅱ活性的调节 478

六、DNA指导的RNA聚合酶能被选择性地抑制 478

第五节 新生RNA的剪接和修饰 478

一、除去内含子的剪接过程 479

二、真核生物mRNA进行装饰性加工 481

三、不同RNA剪接方式导致一个基因多种产物 484

四、核糖体RNA和tRNA的转录后加工 484

五、细胞RNA以不同速度降解 488

六、多核苷酸磷酸化酶合成随机顺序的类RNA多聚物 488

第六节 核酶 488

一、I类内含子的酶学特性 488

二、M1 RNA 489

第七节 以RNA为模板的DNA和RNA合成 490

一、反转录酶从病毒RNA产生DNA 491

二、逆转录病毒引起癌症和艾滋病 492

三、用HIV反转录酶抑制物治疗艾滋病 493

四、许多转座子，逆病毒和内含子可能有共同的进化始祖 493

五、端粒酶是一种特殊的反转录酶 494

六、一些病毒RNA是由RNA指导的RNA聚合酶复制的 495

七、SELEX方法产生具有新功能的RNA聚合物 495

八、一个由未知功能RNA组成的RNA世界 496

提要 499

思考题 499

第十八章 蛋白质的生物合成与修饰 501

第一节 概述 501

第二节 遗传密码的破译 502

一、三联体密码与阅读框 502

二、人工合成多核苷酸和无细胞体系蛋白质合成 503

三、三核苷酸诱导氨酰tRNA对核糖体的特异结合 503

四、具有特定重复顺序多聚核糖核苷酸模板的合成 504

第三节 遗传密码的几个重要特性 505

一、遗传密码的几个重要特性 505

二、翻译移码和RNA编辑（RNA editing） 506

三、tRNA对密码子的识别 507

四、遗传密码的天然改变 509

五、病毒DNA中不同阅读框的重叠基因 511

第四节 蛋白质的生物合成 511

一、核糖体是一个复杂的超分子结构 512

二、转移RNA具有特征性结构 513

三、氨酰-tRNA合成酶和它们催化的反应 514

四、一些氨酰-tRNA合成酶具有校对（proofreading）功能 515

五、氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别 517

六、多肽链的合成从氨基末端开始 518

七、一个特定氨基酸起始蛋白质的合成 518

八、多肽合成起始的三个步骤 519

九、延长阶段中肽键的形成 520

十、核糖体的校正功能仅限于密码子与反密码子的相互作用 521

十一、多肽合成的终止 523

第五节 多肽链的折叠与加工 526

一、氨基末端和羧基末端的修饰 526

二、信号序列的切除 526

三、氨基酸残基的修饰 526

四、糖侧链的连接 526

五、异戊二烯基团的附加 527

六、辅基的附加 528

七、蛋白酶水解修饰 528

八、二硫键的形成 528

九、蛋白质合成受许多抗生素和毒素抑制 528

第六节 蛋白质投递和降解 528

一、许多真核蛋白的翻译后修饰开始于内质网 529

二、糖基化在蛋白质投递过程中起重要作用 529

三、线粒体和叶绿体蛋白的投递 532

四、通往细胞核的信号顺序 533

五、细菌蛋白质投递途径的信号序列 533

六、细胞通过受体介导的胞饮作用（pinocytosis）输入蛋白 533

七、所有细胞中蛋白质的降解是由专一的系统进行的 534

提要 535

思考题 536

第十九章 基因表达的调节 538

第一节 基因表达调节的原理 538

一、RNA聚合酶结合启动子顺序 539

二、转录起始接受DNA结合蛋白的调节 539

第二节 基因的调节单位——操纵子 541

一、许多原核基因是以操纵子为单位调节的 541

二、乳糖操纵子的负调节作用 541

第三节 调节蛋白与DNA的结合 543

一、调节蛋白有独立的DNA结合结构域 543

二、螺旋-转角-螺旋 545

三、锌指 546

四、同质异形结构域 546

第四节 蛋白质与蛋白质的相互作用 546

一、调节蛋白的蛋白质-蛋白质相互作用结构域 546

二、亮氨酸拉链 547

三、碱性螺旋-环-螺旋 547

第五节 原核生物基因表达的调节 548

一、Lac操纵子的正调节系统 548

二、阿拉伯糖操纵子的正调节和负调节作用 549

三、色氨酸操纵子的转录弱化调节 551

四、SOS反应的诱导 554

五、核糖体蛋白与rRNA合成的协调 554

六、遗传重组对基因表达的调节 556

七、mRNA的功能受小分子RNA的调节 557

八、RNA开关 558

第六节 λ噬菌体的发育调节 560

一、噬菌体λ对大肠杆菌的感染 560

二、噬菌体λ的溶菌繁殖 561

三、反终止作用（antitermination） 562

四、λ溶原的建立（establishing lysogeny） 565

五、溶原状态的维持和cI基因的自我调节 566

六、λ感染命运的决定：溶菌周期或溶原化 567

七、溶原的诱导 569

第七节 真核基因表达的调节 569

一、转录活性染色质在结构上区别于灭活染色质 569

二、染色质的乙酰化和核小体置换 570

三、许多真核启动子是正调节的 570

四、反激活蛋白和辅激活蛋白促进普通转录因子的组装 571

第八节 真核基因表达的调节蛋白 572

一、TATA结合蛋白 572

二、DNA结合反激活蛋白（DNA-binding transactivator） 572

三、辅激活蛋白复合物 572

四、转录激活过程 572

五、可逆转录激活 573

六、酵母半乳糖代谢基因既有正调节也有负调节 573

七、结合DNA的反激活蛋白具有组件型结构 574

八、真核基因表达的细胞间和细胞内信号调节 575

九、通过磷酸化核转录因子的调节 576

第九节 真核生物mRNA的翻译阻遏 577

第十节 发育过程中调节蛋白的级联控制 578

一、母性基因 579

二、节化基因 579

三、同质异形基因 580

四、Epigenetics（表遗传学） 580

第十一节 由RNA干扰介导的基因沉默 581

一、RNA干扰 581

二、真核生物RNA介导的基因表达调节 582

提要 583

思考题 584

第二十章 重组DNA技术与基因组学 586

第一节 DNA克隆技术的基础 586

第二节 重组DNA技术的基本操作原理 586

一、重要的工具酶 586

二、DNA克隆的载体 587

三、目的基因的获得 591

四、DNA的体外重组 593

五、将重组DNA导入细胞的技术 593

六、筛选克隆细胞 594

第三节 重组DNA技术的应用 595

一、重组DNA技术产生新品种新选择 595

二、法医学的强大武器——DNA指纹法 595

三、工程化微生物用于地下采油、采矿及消除环境污染 596

四、基因治疗与遗传性疾病的基因诊断 596

第四节 基因组文库和基因组学 597

一、DNA文库提供基因组特异的遗传信息目录 597

二、多聚酶链式反应扩增特异性DNA片段 599

三、基因组测序提供最完善的基因文库 600

第五节 从基因组到蛋白质组 602

一、蛋白质组和蛋白质组学 602

二、序列和结构相关性提供蛋白质功能的信息 602

三、细胞基因表达图谱（cellular expression pattern） 603

四、双向凝胶电泳 604

五、DNA微阵列 604

六、蛋白质芯片（protein chip） 605

七、蛋白质相互作用的检测 605

八、基因组成分的比较 605

九、纯化蛋白质复合物 605

十、酵母双杂交分析（yeast two-hybrid analysis） 605

提要 607

思考题 608

参考文献 609

生化英汉名词对照及索引 610