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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pH11

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RNA185

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CoA229

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ATP238

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NADPH246

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C269

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O2270

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NADPH281

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FADH2303

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CoA312

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UMP365

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CoA373

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