绪论 1
1 氨基酸和蛋白质的一级结构 6
1.1 蛋白质是由20种不同的氨基酸构成的 6
1.1.1 20种氨基酸可以按其侧链分类 7
1.1.2 氨基酸的离子状态取决于环境的pH 11
1.1.3 使用离子交换层析可将各种氨基酸分开 14
1.1.4 氨基酸可进行特征的化学反应 15
1.2 蛋白质中的氨基酸是通过肽键连接的 16
1.3 肽可以化学合成 17
1.4 蛋白质可以通过各种生物化学技术纯化 19
1.4.1 柱层析常用于蛋白质的分离纯化 20
1.4.2 电泳分离蛋白质是根据蛋白质在电场中的迁移率 23
1.5 蛋白质的一级结构就是它的氨基酸序列 26
1.5.1 蛋白质的氨基酸组成可以定量确定 26
1.5.2 Edman降解方法常用于氨基酸序列的测定 27
1.5.3 大蛋白被水解成肽段后再测序 27
1.5.4 蛋白质一级结构的比较可以揭示进化关系 29
要点提示 30
习题 31
2 蛋白质的三维结构和功能 34
2.1 蛋白质存在着4种水平的结构 35
2.2 肽单位是一个有极性的且呈平面的单位 36
2.3 肽链在构象上受到很大的限制 37
2.4 a-螺纹是一种常见的二级结构 39
2.5 β-折叠是由伸展的多肽链组成的 42
2.6 胶原中存在着不同的螺纹结构 43
2.7 肌红蛋白是第一个被确定具有三级结构的蛋白质 44
2.8 球蛋白的折叠依赖于各种相互作用 45
2.9 伴娘蛋白协助蛋白质折叠 46
2.10 变性剂可引起蛋白质去折叠 47
2.11 球蛋白还存在着其他一些结构 49
2.12 具有四级结构的蛋白质是球状亚基的组装体 51
2.12.1 血红蛋白是四聚体蛋白 51
2.12.2 血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线不同 52
2.12.3 血红蛋白是别构蛋白 53
2.12.4 镰刀形细胞贫血病是一种分子病 54
2.13 抗体识别和结合特异的抗原 56
要点提示 57
习题 59
3 酶 60
3.1 酶的命名和分类是根据酶催化的反应 61
3.2 比活是酶纯化程度的指标 62
3.3 酶降低反应的活化能，但不会改变反应平衡 63
3.4 酶催化作用发生在活性部位 64
3.5 存在着几种解释酶催化作用的机制 65
3.5.1 几乎所有酶的作用机制都包括酸碱催化机制 65
3.5.3 底物与酶的结合在催化过程中起着重要的作用 66
3.5.2 许多酶催化的基团转移反应都是通过共价催化进行的 66
3.6 米氏方程是表示酶促反应的速度方程 67
3.6.1 米氏方程可以在假定存在一个稳态反应条件下推导出来 69
3.6.2 Km和νmax可以用双倒数作图法确定 70
3.7 可逆抑制剂通过非共价键与酶结合 71
3.7.1 竞争性抑制剂只与游离的酶结合 71
3.7.2 反竞争性抑制剂只与ES结合 73
3.7.3 非竞争性抑制剂与ES和E都结合 74
3.7.4 可逆的酶抑制剂常用于酶学研究和临床 75
3.8 不可逆抑制剂共价修饰酶 76
3.9 酶促反应的速度受pH的影响 77
3.10.1 胰凝乳蛋白酶原是胰凝乳蛋白酶的非活性前体 78
3.10 丝氨酸蛋白酶可以说明酶活性的许多特征 78
3.10.2 血凝固涉及酶原激活的级联反应 79
3.10.3 X射线晶体图分析揭示了丝氨酸蛋白酶底物结合特异性的基础 80
3.11 调节酶一般都是寡聚体 82
3.11.1 有两种模型可以描述别构调节作用 83
3.11.2 天冬氨酸转氨甲酰酶是第一个分析得比较透彻的别构酶 84
3.11.3 某些调节酶受磷酸化作用的调控 87
3.12 某些酶具有组织或器官特异性 87
要点提示 88
习题 89
4 辅酶 92
4.1 NAD+和NADP+是尼克酸的衍生物 93
4.2 FAD和FMN是含有核黄素的核苷酸 94
4.3 辅酶A是泛酸的衍生物 96
4.4 硫胺素焦磷酸是维生素B1的衍生物 97
4.5 磷酸吡哆醛是维生素B6的衍生物 98
4.6 生物素是某些羧化酶的辅基 100
4.7 四氢叶酸是蝶呤的衍生物 101
4.8 维生素B12和它的辅酶形式都含有钴 102
4.9 硫辛酸是参与酰基转移反应的辅助因子 104
4.10 某些维生素是脂溶性的 105
习题 108
要点提示 108
5 糖 110
5.1 大多数单糖都是手性化合物 110
5.2 醛糖和酮糖可以形成环式的半缩醛 112
5.3 单糖存在不同的构象 115
5.4 一些单糖衍生物在生物学上是很重要的 116
5.5 二糖是两上单糖通过糖苷链连接形成的 118
5.6 单糖和大多数多糖是还原糖 120
5.7 多糖是单糖的聚合物 120
5.7.1 淀粉和糖原是葡萄糖的同多糖 121
5.7.2 纤维素和几丁质是结构同多糖 122
5.8 常见的复合糖有肽聚糖、糖蛋白和蛋白聚糖三种类型 123
5.8.1 肽聚糖是细菌细胞壁的主要成分 124
5.8.2 糖蛋白有三种主要类型 126
5.8.3 蛋白聚糖是细胞外基质的主要成分 127
要点提示 128
习题 129
6 脂和生物膜 131
6.1 脂在结构和功能上表现出多样性 131
6.2 脂肪酸是许多脂的成分 132
6.3 类花生酸是多不饱和脂肪酸的衍生物 134
6.4 三脂酰甘油是中性的非极性脂 135
6.5 甘油磷脂是生物膜的主要成分 136
6.6 鞘脂构成了生物膜中的第二类脂 139
6.7 类固醇构成了第三类膜脂 141
6.8 脂双层形成膜的基本结构 144
6.9 流动镶嵌模型描述了生物膜的特征 145
6.10 膜可以从细胞中分离出来 145
6.11 脂双层是动态结构 146
习题 147
6.12 存在着三种类型的膜蛋白 149
6.13 穿膜蛋白含有跨越脂双层的疏水区 151
6.14 某些膜蛋白可以快速地在脂双层中扩散 152
6.15 脂双层和细胞膜是有选择性的通透壁垒 153
6.16 跨膜转运系统对细胞是非常必要的 154
6.16.1 通道蛋白和孔蛋白使溶质扩散过膜 155
6.16.2 被动转运是自发进行的 157
6.16.3 主动转运需要供给能量 158
6.17 胞吞和胞吐与脂囊泡形成有关 161
要点提示 161
习题 162
7 核酸 164
7.1 核苷酸是DNA和RNA的构件分子 164
7.1.1 核苷酸含有两类碱基 165
7.1.2 核苷是核糖或脱氧核糖的N-苷 167
7.1.3 核苷酸是核苷的磷酸脂 168
7.1.4 核酸中的核苷酸是通过3′，5′-磷酸二酸链连接的 172
7.2 DNA 分子中贮存着遗传信息 173
7.3 DNA 的碱基组成是有规律的 176
7.4 DNA 二级结构是一个双螺旋结构 177
7.5 DNA 双螺旋可以几种不同类型的构象存在 180
7.6 环状双螺旋DNA可形成超螺旋 181
7.7 真核细胞核内DNA被包装形成染色质 183
7.8 细胞中含有几种类型的RNA 185
7.9 某些RNA具有稳定的二级结构 186
7.10 在体外双链DNA和RNA可以变性和复性 187
7.11 不同来源的核酸可以形成杂化体 189
7.12 核酸酶催化核酸的磷酸二酯键水解 189
7.13 限制性内切酶在特殊部位催化双螺旋DNA的水解 190
7.14 DNA 的核苷酸序列是可以测定的 191
7.15 利用特殊的DNA修饰酶制作重组DNA分子 192
要点提示 194
习题 195
8 代谢导论 197
8.1 代谢描述的是细胞的所有反应 197
8.2 代谢分为分解代谢和合成代谢 199
8.3 代谢是可调控的 200
8.4 代谢途径一般都局限于细胞内的特定区域 202
8.5 热力学原理是代谢研究的基础 203
8.6 ATP是生物能的主要载体 204
8.7 其他代谢的能量可以与ATP的合成耦联 207
8.8 酰基转移在代谢中也是很重要的 208
8.9 生物氧化反应是自由能可以以还原型辅酶的形式贮存 208
8.10 代谢途径可以通过不同的方法研究 211
要点提示 212
习题 213
9 酵解和柠檬酸循环 215
9.1 糖酵解是普遍存在的糖代谢途径 216
9.1.1 糖酵解包括十步酶催化反应 216
9.1.2 酵母在厌氧条件下可将丙酮酸转化成乙醇 225
9.1.3 在绝大多数细胞中丙酮酸可以转化为乳酸 226
9.1.4 酵解途径中存在三个主要的调控酶 226
9.1.5 巴斯德效应是氧存在下酵解速度降低的现象 228
9.2 柠檬酸循环可生成贮能丰富的分子 228
9.2.1 丙酮酸脱氢酶复合物催化丙酮酸脱羧形成乙酰CoA 229
9.2.2 柠檬酸循环包括八步酶促反应 232
9.2.3 柠檬酸循环产生的还原型辅酶通过氧化磷酸化可以生成ATP 238
9.2.4 柠檬酸循环受到严密的调控 239
9.2.5 柠檬酸循环中存在几处代谢物进出口 240
9.3 植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路 242
要点提示 243
习题 244
10 糖代谢中的其他途径 246
10.1 戊糖磷酸途径能提供核糖-5-磷酸和NADPH 246
10.2 葡糖醛酸途径可以生成糖醛酸和抗坏血酸 248
10.3 饮食中的其他糖可以经酵解途径降解 249
10.3.1 果糖可以转换为甘油醛-3-磷酸 250
10.3.2 半乳糖可以转换为葡萄糖-1-磷酸 250
10.4 糖原的降解需要磷酸化酶、转移酶和去分支酶 251
10.3.3 甘露糖可以转换为果糖-6-磷酸 251
10.5 糖原合成的底物是UDP-葡萄糖 253
10.6 葡萄糖可以通过糖异生途径由非糖物质合成 254
要点提示 258
习题 259
11 电子传递和氧化磷酸化 260
11.1 真核生物的氧化磷酸化发生在线粒体中 261
11.2 化学渗透假说解释了电子传递是如何与ADP为磷酸化耦联的 262
11.3 贮存在质子浓度梯度中的能量具有电能和化学能的成分 263
11.4 电子传递和氧化磷酸化依赖于蛋白复合物 264
11.4.2 复合物Ⅰ将来自NADH的电子传递给泛醌 267
11.4.1 辅助因子在电子传递中具有特殊的作用 267
11.4.4 复合物Ⅲ将电子由QH2传给细胞色素C 269
11.4.3 复合物Ⅱ将电子由琥珀酸转移到泛醌 269
11.4.5 复合物Ⅳ将电子从细胞色素C传给O2 270
11.4.6 复合物Ⅴ把质子重新进入基质与ATP的形成过程耦联起来 271
11.5 穿梭机制使得胞液中的NADH可被有氧氧化 273
11.5.1 甘油磷酸穿梭机制在昆虫飞行肌中占优势 273
11.5.2 苹果酸-天冬氨酸穿梭是哺乳动物中更为活跃的穿梭机制 274
要点提示 275
习题 275
12 光合作用 277
12.1 植物和藻类中的光合作用发生在叶绿体中 277
12.2 类囊体膜含有两种类型的光系统 280
12.3 非循环电子传递导致NADP+还原为NADPH 281
12.4 循环电子传递可以增强跨类囊体膜的质子浓度梯度 285
12.5 还原性戊糖磷酸循环反应将CO2同化为糖 285
12.5.1 RuBisCO催化RPP循环的起始反应 285
12.5.2 CO2被固定反碳被还原，生成CO2受体分子 286
12.5.3 光、pH和Mg2+调节RPP循环中某些酶的活性 288
12.6 RuBisCO也催化核酮糖-1，5-二磷酸的氧合作用 289
12.7 C4途径通过浓缩CO2可以使RuBisCO的氧合活性减小 291
12.8 某些植物在夜间固碳为的是保存水 294
12.9 蔗糖和淀粉是由RPP循环的代谢物合成的 295
要点提示 297
习题 298
13.1 脂肪细胞是哺乳动物脂肪的主要贮存处 300
13 脂代谢 300
13.2 脂肪酸氧化的主要方式是β-氧化 301
13.2.1 脂肪酸通过与辅酶A酯化被激活 302
13.2.2 脂酰CoA通过转运系统进入线粒体基质 302
13.2.3 脂肪酸氧化产生乙酰CoA,NADH和FADH2 303
13.3 奇数碳脂肪酸的β-氧化有丙酰CoA生成 306
13.4 不饱和脂肪酸的氧化还需要另外两个酶 307
13.5 酮体是燃料分子 308
13.5.1 酮体是在肝脏中合成的 309
13.6 脂肪酸的合成是在细胞质中进行的 310
13.5.2 酮体是在线粒体中被氧化的 310
13.6.1 乙酰CoA是从线粒体转运到细胞质的 311
13.6.2 乙酰CoA羧化形成丙二酸单酰CoA 312
13.6.3 脂肪酸合成是由脂肪酸合成酶复合物催化完成的 312
13.7 脂肪酸链的进一步加长和去饱和需要另外的酶 315
13.8 动物的脂肪酸代谢受激素的调控 316
13.9 三脂酰甘油和磷脂是由二脂酰甘油合成的 318
13.10 鞘脂是软脂酰CoA和丝氨酸的衍生物 321
13.11 胆固醇是由细胞质中的乙酰CoA衍生的 322
要点提示 325
13.12 胆固醇合成的调控酶是HMG-CoA还原酶 325
习题 326
14.1.1 少数生物能够固氮 327
14 氨基酸代谢 327
14.1 生物圈中的氮处于循环中 327
14.1.2 植物和微生物可以将硝酸盐和亚硝酸盐转化为氨 328
14.1.3 谷氨酸脱氢酶催化氨整合到谷氨酸中 329
14.1.4 谷氨酰胺是氨的一个重要载体 329
14.1.5 转氨酶催化a-氨基酸和a-酮酸的可逆相互转换 330
14.2 许多非必需氧基酸可直接由中间代谢物合成 331
14.2.1 丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸都是3-磷酸甘油酸的衍生物 332
14.2.3 在哺乳动物中酪氨酸可以由苯丙氨酸合成 333
14.2.2 脯氨酸是由谷氨酸形成的 333
14.3 细菌和植物合成动物所必需的氨基酸 335
14.3.1 天冬氨酸是赖氨酸、苏氨酸和蛋氨酸的前体 335
14.3.2 支链氨基酸异亮氨酸、缬氨酸和亮氨酸共享酶促反应过程 335
14.3.3 分支酸是芳香族氨基酸合成的主要中间代谢物 335
14.2.4 精氨酸的合成需要两个组织中的反应 335
14.3.4 组氨酸是由磷酸核糖焦磷酸、ATP和谷氨酰胺合成的 338
14.4 氨基酸分解代谢常开始于脱氨作用 340
14.5 尿素循环将氨转化为尿素 341
14.5.1 游离的氨被激活形成氨甲酰磷酸 341
14.5.2 尿素循环本身是由四步酶促反应组成 342
14.6.1 一些氨基酸是通过简单转换后被降解的 345
14.6 氨基酸碳骨架的降解会聚在代谢的主要途径 345
14.6.2 脯氨酸、精氨酸和组氨酸可转换为谷氨酸 346
14.6.3 丝氨酸和苏氨酸都可经甘氨酸裂解系统降解 347
14.6.4 支链氨基酸亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸的降解途径类似 348
14.6.5 蛋氨酸降解过程中有半胱氨酸生成 349
14.6.6 芳香族氨基酸的分解过程相似 351
14.6.7 赖氨酸的部分降解途径类似于色氨酸的降解途径 353
14.7 许多其他生物分子都是由氨基酸衍生的 354
14.7.1 甘氨酸是血红素的前体 354
14.7.2 信息分子NO是由精氨酸合成的 355
14.7.3 一些胺类分子是由氨基酸脱羧形成的 356
要点提示 357
习题 358
15. 核苷酸代谢 359
15.1 核苷酸生物合成需要磷酸核糖焦磷酸 359
15.2 同位素标记实验给出了嘌呤环中各个原子的来源 360
15.3 嘌呤核苷酸从头合成的最初产物是次黄嘌呤核苷酸 360
15.4 AMP和GMP是次黄嘌呤核苷酸的衍生物 363
15.5 嘌呤核苷酸可以通过补救途径合成 364
15.6 嘧啶核苷酸的从头合成途径的最初产物是UMP 365
15.7 CTP是由UMP合成的 367
15.8 脱氧核糖核苷酸是通过核糖核苷酸还原合成的 368
15.9 嘌呤核苷酸降解产生尿酸 370
15.11 肌肉中嘌呤核苷酸循环生成氨 372
15.10 大多数动物可以降解尿酸 372
15.12 嘧啶可以降解生成乙酰CoA和琥珀酰CoA 373
要点提示 375
习题 375
16 激素 377
16.1 生物体内主要存在三类激素 378
16.2 许多激素只影响表面存在相应特异受体的细胞 380
16.3 cAMP是第二信使 381
16.4 肌醇三磷酸和二脂酰甘油也是第二信使 382
16.5 胰岛素和许多生长因子的受体是酪氨酸激晦 383
16.6 类固醇和甲状腺激素进入核内改变基因表达 384
16.7 胰高血糖素可引起脂肪和肝组织中cAMP浓度的增加 385
16.8 肾上腺素也是通过cAMP起作用的 387
16.9 胰岛素可激活许多细胞中的酪氨酸激酶 389
要点提示 390
习题 391
17 DNA复制 392
17.1 DNA复制是半保留式的 392
17.2 DNA复制是双向进行的 394
17.3 DNA聚合酶Ⅲ催化复制叉处的聚合反应 394
17.4 DNA 聚合酶Ⅲ同时催化两务链的合成 397
17.4.1 在滞后链中DNA的合成是不连续的 397
17.4.2 每个岗崎片段的合成开始于一个RNA引物 398
17.4.3 DNA polⅠ切去RNA 引物，并使岗崎片段延伸 399
17.4.4 岗崎片段通过DNA连接酶连接 401
17.5 复制叉移动需要多蛋白复合物 401
17.6 细菌中的DNA复制起始于染色体上惟一的一个部位 402
17.7 DNA复制终止于ter区 403
17.8 真核生物DNA的复制类似于原核生物DNA的复制 404
17.9 除了标准的DNA复制方式之外，还存在其他的复制方式 405
17.9.1 某些细菌噬菌体DNA是通过滚环复制机制合成的 405
17.9.2 滞后链上的延迟合成导致D-环的形成 406
17.9.3 利用一个RNA模板逆转录酶可以催化DNA合成 407
17.9.4 利用PCR可以有选择地放大DNA序列 409
17.10 损伤的DNA可以修复 410
17.10.1 脱嘌呤，脱氨和形成胸腺嘧啶二聚体都可能造成DNA损伤 410
17.10.2 自然选择需要一个DNA损伤的背景水平 410
17.10.3 在E.coli中存在4种基本的修复系统 412
17.10.4 修复系统中的遗传缺陷会引起疾病 415
要点提示 416
18 RNA合成 419
18.1 基因转录需要DNA依赖性的RNA聚合酶 419
18.2 RNA合成包括三个过程：起始、延伸和终止 420
18.2.1 转录在启动子调控下起始 421
18.2.2 链延伸是核苷酸(基)转移反应 423
18.2.3 转录终止在特殊的终止子序列 423
18.3 一些抗生素是RNA合成的抑制剂 424
18.4 原初转录RNA都需经转录后加工 424
18.5 大多数RNA剪接机制都需要一个RNA催化的两步反应 425
18.5.1 第Ⅰ类内含子的自我剪接借助于外部的鸟苷酸 426
18.5.2 第Ⅱ类内含子的自我剪接借助于内部的腺苷酸 426
18.5.3 hnRNA剪接需要一个snRNP剪接体 427
18.5.4 核酶是位置特异的核酸内切酶 428
18.6 rRNA和tRNA是从原初转录RNA加工来的 429
18.7 加工后的mRNA含有一个5＇-甲基鸟苷帽子和3＇-聚腺苷酸尾巴 430
要点提示 432
习题 432
19 蛋白质合成 434
19.1 遗传密码是三联体密码 435
19.2 蛋白质合成需要tRNA分子 438
19.2.1 所有的tRNA都具有类似的三维结构 439
19.2.2 “摆动”容许某些tRNA识别几个密码 440
19.3 氨酰-tRNA 合成酶催化氨基酸结合在tRNA 分子上 442
19.4 核糖体是蛋白质合成的场所 444
19.5.1 起始复合物只可在起始密码处组装 446
19.5 翻译开始于起始复合物的组装 446
19.5.2 起始需要一个特殊的tRNA 分子 447
19.5.3 起始复合物的形成涉及三个步骤 448
19.6 肽链延伸涉及三个反应的循环 449
19.7 特殊信号终止肽链的合成 451
19.8 信号肽序列指导蛋白质定位 452
19.9 蛋白质的合成受到许多抗生素和毒素的抑制 454
要点提示 455
习题 456
20 基因调控 458
20.1 转录因子可以起转录激活剂或转录阻遏物的作用 458
20.2 E.Coli中乳糖操纵子是第一个被发现的操纵子 460
20.2.1 IPTG通过使阻遏物失活引起乳糖操纵子的去阻遏 461
20.2.2 分解代谢物基因激活蛋白正向调控乳糖操纵子 462
20.3 AraC既是阿拉伯糖操纵子的阻遏物，也是它的激活剂 464
20.4 通过细胞中的色氨酸浓度双向调控色氨酸操纵子 466
20.5 真核生物中的基因表达调控需要大量的蛋白质 468
20.6 大多数真核生物转录调控因子都含有不同的功能结构域 470
20.7 有些基因的转录受配体信赖性的转录因子调控 473
要点提示 474
习题 475
参考书目 477
索引 478