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第一篇 结构生物化学1

结构生物化学内容简介和学习方法2

第一章 氨基酸4

第一节 氨基酸的结构、种类和分类4

一、蛋白质氨基酸4

二、非蛋白质氨基酸7

第二节 氨基酸的性质和功能7

一、氨基酸的性质7

框1-1生物医药——药物的手性9

二、氨基酸的功能12

第三节 氨基酸的分离与纯化12

一、电泳12

二、层析13

科学故事——第22种蛋白质氨基酸的发现13

第二章 蛋白质的结构15

第一节 肽的结构15

一、肽的分类和命名15

二、肽键的结构与性质16

三、寡肽的理化性质17

四、几种天然存在的活性肽17

框2-1生化点滴——五花八门的蛋白质命名方法18

第二节 蛋白质的结构18

一、蛋白质的一级结构19

二、蛋白质的二级结构20

框2-2生化大师的传奇——感冒期间的感悟25

三、蛋白质的三级结构28

四、蛋白质的四级结构33

第三节 蛋白质的折叠历程与结构预测35

一、蛋白质折叠的基本规律35

二、蛋白质折叠的历程37

三、与蛋白质错误折叠相关的疾病38

四、蛋白质结构的预测40

第四节 蛋白质组及蛋白质组学42

科学故事——“一级结构决定高级结构”学说的提出43

第三章 蛋白质的功能及其与结构之间的关系45

第一节 蛋白质的功能45

第二节 蛋白质结构与功能之间的关系46

一、蛋白质结构与功能关系的一般规则46

二、几类重要的蛋白质的结构与功能47

框3-1生化应用——蛛丝/蚕丝复合纤维的制备及其应用价值50

框3-2生化医药——丁酸的妙用58

第三节 蛋白质的功能预测61

科学故事——一种多功能蛋白质的发现62

第四章 蛋白质的性质、分类及研究方法64

第一节 蛋白质的理化性质64

第二节 蛋白质一级结构的测定67

一、间接测定法67

二、直接测定法67

第三节 蛋白质的分离、纯化和分析71

一、蛋白质纯化的准备工作72

二、蛋白质纯化的一般注意事项72

三、蛋白质纯化的常见方法73

四、蛋白质纯化方案的设计77

五、蛋白质纯度的测定77

第四节 蛋白质的分类78

框4-1身边的生物化学——毒也美丽79

第五节 多肽的固相合成79

科学故事——NGF的发现80

第五章 核苷酸82

第一节 核苷酸的结构与组成82

一、碱基82

二、核苷83

三、核苷酸85

第二节 核苷酸的功能87

框5-1生化热点——生命系统中的砷可以完全取代磷吗？88

第六章 核酸的结构与功能90

第一节 核酸的分类90

框6-1生化聚焦——DNA分子一定没有“你”（U）吗？91

第二节 核酸的一级结构92

第三节 核酸的高级结构93

一、DNA的高级结构93

框6-2生化探究——“大沟”和“小沟”中的秘密95

二、RNA的高级结构104

第四节 核酸与蛋白质的相互作用109

一、DNA与蛋白质的复合体109

二、RNA与蛋白质的复合体111

第五节 核酸的功能112

科学故事——DNA双螺旋结构的发现112

第七章 核酸的性质及研究方法114

第一节 核酸的理化性质114

一、酸碱解离114

二、变性114

三、复性和杂交116

框7-1生化动态——肽核酸的发现及其应用117

四、核酸的水解117

第二节 核酸研究的技术和方法118

一、核酸的化学合成118

二、核酸的分离、纯化和定量118

第三节 核酸一级结构的测定119

一、DNA一级结构的测定120

二、RNA一级结构的测定123

框7-2生化趣事——年度分子和年度突破123

第八章 酶学概论124

第一节 酶的化学本质124

第二节 酶的催化性质125

框8-1生化趣事——催化动力、生化武器与投弹手甲虫127

第三节 酶的分类和命名129

一、酶的分类129

二、酶的命名130

科学故事——酶化学本质的确定130

第九章 酶动力学132

第一节 影响酶促反应的因素132

一、酶促反应速率和反应类型132

二、影响酶促反应速率的因素132

第二节 米氏反应动力学134

一、米氏方程成立的前提134

二、米氏方程的推导134

三、米氏方程的解读和延伸135

框9-1理论联系实际——甲醇或二甘醇中毒的解毒137

四、米氏方程的双重性137

五、米氏方程的线性转换138

第三节 酶抑制剂作用的动力学139

一、可逆性抑制剂140

二、不可逆性抑制剂142

第四节 多底物反应动力学145

一、多底物反应中的一些专门术语145

二、多底物反应的动力学机制145

第五节 别构酶的动力学146

一、别构酶的性质146

二、S形曲线和Hill方程147

三、Hill作图148

四、协同性的优点149

第十章 酶的催化机理151

第一节 酶催化机理研究的主要方法151

第二节 过渡态稳定学说152

一、过渡态稳定学说152

二、支持过渡态稳定学说的证据154

框10-1生化制药——水解可卡因药物的研制155

第三节 过渡态稳定的化学机制156

一、邻近定向效应156

二、广义的酸碱催化156

三、静电催化158

四、金属催化158

五、共价催化158

六、底物形变160

第四节 几种常见酶的结构与功能160

一、蛋白酶160

二、溶菌酶164

第十一章 核酶的结构与功能167

第一节 核酶的种类167

框11-1生化热点——DNA也能催化吗？168

第二节 核酶的催化机制168

一、小核酶的催化机制169

二、大核酶的催化机制170

第三节 核酶发现的意义及其应用171

框11-2生化新见解——“病毒创造了DNA”？173

科学故事——核酶的发现174

第十二章 酶活性的调节176

第一节 酶的“量变”176

一、酶的“量变”和“质变”的主要差别176

二、同工酶176

三、酶的合成和降解177

第二节 酶的“质变”177

一、别构调节177

二、共价修饰调节181

三、水解激活182

四、调节蛋白的激活或抑制183

五、聚合与解离184

框12-1生化趣事——“分子捕鼠器”的威力184

第十三章 酶的应用及研究方法186

第一节 酶的活力测定186

一、酶活力的表示方法186

二、酶活力测定的方法186

第二节 酶的分离和纯化188

第三节 酶工程189

一、固定化酶189

二、人工酶190

三、定点突变酶190

四、杂交酶191

五、抗体酶191

框13-1生化动态——抗体酶的新来源191

第十四章 维生素与辅酶193

第一节 水溶性维生素193

一、B族维生素193

框14-1生化应用——生物素-亲和素检测系统的建立和应用198

二、维生素C199

第二节 脂溶性维生素200

一、维生素A200

二、维生素D201

三、维生素E202

四、维生素K202

科学故事——维生素的发现203

第十五章 糖类205

第一节 单糖205

一、单糖的命名和缩写205

二、单糖的旋光异构205

三、单糖的环状结构和异头物206

四、单糖的构象207

五、单糖的衍生物208

六、单糖的性质208

七、几种生化上重要的单糖209

第二节 寡糖209

第三节 多糖210

一、贮能多糖211

二、结构多糖212

框15-1生化与健康——蛀牙与防蛀牙213

第四节 糖缀合物213

第十六章 脂质与生物膜216

第一节 脂质的化学结构及其功能216

一、简单脂216

框16-1生化与健康——爱斯基摩人健康的秘密217

二、复合脂217

三、异戊二烯类脂221

第二节 生物膜的结构及其功能221

一、生物膜的化学组成222

二、生物膜的基本结构与性质223

框16-2生化动态——脂质体的应用225

第三节 物质的跨膜转运227

科学故事——水孔蛋白的发现228

第十七章 激素及其受体介导的信号转导230

第一节 激素的一般性质230

一、激素的定义230

二、激素的化学本质、分类和生物合成231

三、激素的定量231

第二节 激素作用的一般特征232

一、特异性232

框17-1生化与健康——瘦肉精、喘息定与萘心安233

二、高效性236

三、水溶性激素的作用往往需要“第二信使”236

四、可能产生“快反应”或“慢反应”236

五、脱敏性和时效性236

第三节 激素作用的详细机制236

一、脂溶性激素的作用机制237

二、水溶性激素的作用机制237

框17-2生化趣事——毒气的妙用250

三、信号转导的整合250

第四节 激素的分泌及其调节251

结构生物化学思考题253

第二篇 代谢生物化学255

代谢生物化学内容简介及学习方法256

第十八章 代谢总论258

第一节 代谢的基本概念与特征258

一、代谢的基本概念258

框18-1生化聚焦——底物通道运输260

二、代谢的基本特征261

三、代谢中的氧化还原反应和氧气在代谢中的作用262

第二节 代谢研究的主要内容和方法262

第十九章 生物能学264

第一节 热力学定律与Gibbs-Helmholtz方程264

第二节 生化反应的方向性与自由能之间的关系264

第三节 △G与△E之间的关系265

第四节 生命系统内的偶联反应266

第五节 高能生物分子266

第二十章 生物氧化269

第一节 呼吸链269

一、呼吸链的组分269

二、呼吸链组分的排列顺序271

三、复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的结构与功能273

四、植物细胞替代的复合体275

第二节 氧化磷酸化275

一、氧化磷酸化的偶联机制275

框20-1生化研究动态——复合体Ⅰ的结构：细胞中的“蒸汽机”？278

二、F1F？ ATP合酶的结构与功能279

三、F1F？ ATP合酶的催化机制279

四、氧化磷酸化的解偶联282

框20-2生化趣事——炸药与减肥283

五、氧化磷酸化的抑制283

六、P/O值与氧化磷酸化的调节284

科学故事——结合变化学说的发现285

第二十一章 生物大分子的消化和吸收287

第一节 糖类的消化和吸收287

一、双糖、寡糖和多糖的酶促降解287

二、单糖的吸收和转运288

第二节 脂质的消化和吸收288

一、脂质的酶促降解288

二、脂质的吸收289

第三节 蛋白质与核酸的消化和吸收290

一、蛋白质的消化和吸收290

二、核酸的消化和吸收291

第四节 真菌和食虫植物对生物大分子的消化和吸收291

框21-1身边的生物化学——猪笼草吃荤的秘密291

科学故事——葡萄糖转运蛋白的发现292

第二十二章 糖酵解294

第一节 糖酵解的发现294

第二节 糖酵解的全部反应294

第三节 NADH和丙酮酸的命运302

一、在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运302

二、在缺氧或无氧状态下NADH和丙酮酸的命运305

框22-1生化趣事——不喝酒也醉酒的秘密305

第四节 其他物质进入糖酵解306

第五节 糖酵解的生理功能307

第六节 糖酵解的调节308

一、葡萄糖的可得性308

二、己糖激酶和葡萄糖激酶的调节308

三、PFK-1的调节309

四、丙酮酸激酶的调节312

框22-2理论联系实际——教你制作葡萄酒312

第二十三章 三羧酸循环314

第一节 三羧酸循环的发现314

第二节 三羧酸循环的全部反应315

一、反应过程315

二、三羧酸循环小结319

第三节 三羧酸循环的生理功能319

第四节 乙醛酸循环320

第五节 三羧酸循环的回补反应321

第六节 三羧酸循环的调控322

第七节 TCA循环的起源和进化324

框23-1理论联系实际——短跑、中跑与长跑的能量消耗324

第二十四章 磷酸戊糖途径326

第一节 磷酸戊糖途径的全部反应326

一、氧化相326

二、非氧化相327

三、磷酸戊糖途径小结328

第二节 磷酸戊糖途径的生理功能330

框24-1生化与健康——蚕豆与溶血性贫血331

第二十五章 糖异生332

第一节 糖异生所涉及的全部反应332

一、从丙酮酸到葡萄糖332

二、其他物质进入糖异生335

三、糖异生的能量消耗336

第二节 糖异生的生理功能336

框25-1生化研究动态——嗜热古菌的一种特殊的双功能酶336

第三节 糖异生的调节337

第二十六章 光合作用340

第一节 光合作用的基本过程340

第二节 植物光合作用的细胞器——叶绿体340

第三节 光反应341

一、光能的吸收和传递342

二、产氧光合有机体的光系统343

三、PSⅡ内发生的光化学反应344

四、电子从PSⅡ经细胞色素b6/f复合体到PSⅠ的传递345

五、PSⅠ内发生的光化学反应345

六、NADP+的还原345

七、光合磷酸化346

八、光反应的调节346

框26-1生化新发现——分子变光开关347

第四节 暗反应348

一、C3循环与C3植物348

二、光呼吸350

三、C4循环与C4植物351

第五节 CAM植物352

第六节 卡尔文循环的调节353

科学故事——卡尔文循环的发现354

第二十七章 糖原代谢356

第一节 糖原的分解356

第二节 糖原的合成358

框27-1生化点滴——三大能源贮备之PK360

第三节 糖原代谢的调节360

一、别构调节360

二、受激素控制的“可逆磷酸化”调节361

科学故事——糖原素的发现364

第二十八章 脂肪、磷脂和糖脂的代谢367

第一节 脂肪代谢367

一、脂肪的水解367

二、脂肪的合成368

框28-1生化与健康——TZD治疗Ⅱ型糖尿病的机理369

第二节 磷脂代谢369

一、磷脂的分解369

二、磷脂的合成370

第三节 糖脂代谢372

一、糖脂的分解372

二、糖脂的合成373

科学故事——脂瘦素及其受体的发现374

第二十九章 脂肪酸代谢376

第一节 脂肪酸的分解376

一、脂肪酸的β氧化376

二、脂肪酸的α-氧化与ω-氧化380

三、酮体的生成和利用381

第二节 脂肪酸的合成383

一、脂肪酸合成的一般性质383

二、脂肪酸合成的详细机制384

第三节 脂肪酸代谢的调控388

一、脂肪酸分解代谢的调控388

二、脂肪酸合成代谢的调控388

框29-1生化与健康——减肥的新希望389

第三十章 胆固醇代谢391

第一节 胆固醇的合成391

框30-1生化医药——降胆固醇药物的新靶点393

第二节 胆固醇的转运394

第三节 胆固醇的代谢转变与调节397

一、胆固醇的代谢转变397

二、胆固醇代谢的调节398

科学故事——LDL受体的发现400

第三十一章 氨基酸代谢401

第一节 氨基酸的分解401

一、氨基的代谢401

二、氨的进一步代谢转变403

框31-1理论联系实际——“冬眠”的生化奥秘409

三、碳骨架的代谢409

第二节 氨基酸及其衍生物的合成410

第三十二章 核苷酸代谢412

第一节 核苷酸的合成412

一、核苷酸的从头合成412

二、核苷酸的补救合成415

三、核苷二磷酸（NDP）和核苷三磷酸（NTP）的合成416

四、脱氧核苷酸的合成416

五、胸苷酸的合成418

六、核苷酸类辅酶的合成418

框32-1生化聚焦——噬菌体对宿主菌内核苷酸代谢途径的改造418

第二节 核苷酸合成的调节419

一、嘌呤核苷酸合成的调节419

二、嘧啶核苷酸合成的调节420

三、脱氧核苷酸合成的调节420

第三节 核苷酸的分解421

一、嘌呤核苷酸的分解421

二、嘧啶核苷酸的分解422

第四节 几种与核苷酸代谢相关的疾病423

第五节 常见的抗核苷酸代谢药物425

代谢生物化学思考题427

第三篇 分子生物学429

分子生物学内容简介及学习方法430

第三十三章 DNA复制432

第一节 DNA复制的一般特征432

第二节 参与DNA复制的主要酶和蛋白质435

一、DNA聚合酶435

二、DNA解链酶439

三、单链DNA结合蛋白439

四、DNA拓扑异构酶439

五、DNA引发酶441

六、切除引物的酶441

七、DNA连接酶441

八、尿嘧啶-DNA糖苷酶441

九、端粒酶441

框33-1生化与健康——端粒激活与青春再现443

第三节 DNA复制的详细机制444

一、以大肠杆菌为代表的细菌基因组DNA的“θ复制”系统444

二、滚环复制系统448

三、D环复制系统449

四、真核细胞的细胞核DNA复制450

五、古菌的DNA复制451

第四节 DNA复制的高度忠实性452

第五节 DNA复制的调节机制453

一、细菌DNA复制起始的调控453

二、真核细胞DNA复制起始的调控454

框33-2生化研究动态——干细胞分裂过程中的染色体分离454

科学故事——半保留复制的实验证明455

第三十四章 DNA的损伤、修复和突变458

第一节 DNA的损伤458

第二节 DNA的修复459

一、直接修复459

框34-1身边的生物化学——UV与健康461

二、切除修复461

框34-2生化医药——切除修复缺陷引发的疾病以及治疗方法466

三、双链断裂修复466

四、损伤跨越467

第三节 DNA的突变469

一、突变的类型与后果469

二、突变的原因470

三、回复突变与突变的校正473

四、突变原与致癌物质之间的关系以及致癌物质的检测475

科学故事——TTDA的发现475

第三十五章 DNA重组477

第一节 同源重组477

一、同源重组的模型477

二、参与同源重组的主要酶和蛋白质480

三、细菌的同源重组482

第二节 位点特异性重组482

一、λ噬菌体的位点特异性整合483

二、鼠伤寒沙门氏菌鞭毛抗原的转换485

第三节 转座重组485

一、原核生物的转座486

二、真核生物的转座486

框35-1生化趣事——谁偷走了人的DNA？489

三、转座的分子机制490

四、转座重组的调节490

框35-2生化突破——睡美人转座子的复活491

科学故事——“跳跃基因”的发现491

第三十六章 DNA转录494

第一节 DNA转录的一般特征494

第二节 依赖DNA的RNA聚合酶495

一、细菌的RNA聚合酶495

二、真核生物的RNA聚合酶496

框36-1身边的生物化学——路边的“野蘑菇”你不要采！498

三、古菌的RNA聚合酶499

四、某些病毒的RNA聚合酶499

第三节 细菌的DNA转录499

一、转录的起始499

二、转录的延伸503

三、转录的终止503

第四节 真核生物核基因的转录505

一、真核细胞核转录系统与细菌转录系统的异同505

二、真核细胞核DNA的转录506

第五节 古菌的DNA转录513

框36-2生化研究动态——当转录遇到DNA损伤513

科学故事——mRNA的发现514

第三十七章 转录后加工518

第一节 细菌的转录后加工518

一、mRNA前体的后加工518

二、rRNA前体的后加工518

三、tRNA前体的后加工518

第二节 真核生物的转录后加工520

一、mRNA前体的后加工520

框37-1生化研究动态——U1-snRNP的新功能528

二、rRNA前体的后加工530

框37-2生化聚焦——章鱼抗寒的秘密532

三、tRNA前体的后加工532

第三节 古菌的转录后加工533

科学故事——第一例真正核酶的发现534

第三十八章 基因组RNA的复制536

第一节 依赖于RNA的RNA合成536

一、双链RNA病毒的RNA复制536

二、单链RNA病毒的RNA复制537

第二节 以DNA为中间物的RNA复制537

一、逆转录病毒的RNA复制537

框38-1身边的生物化学——有天生不会感染HIV的人吗？540

二、某些DNA病毒生活史中的逆转录现象543

科学故事——逆转录酶的发现543

第三十九章 蛋白质的生物合成及其在细胞内的降解545

第一节 参与翻译的主要生物大分子545

一、核糖体545

二、mRNA547

三、tRNA547

四、氨酰-tRNA548

五、辅助蛋白因子550

第二节 翻译的一般特征551

第三节 翻译的详细机制553

一、细菌的蛋白质合成553

框39-1生化新突破——催化氨酰-tRNA合成的最小核酶的问世554

二、真核生物的细胞质翻译系统560

三、细胞器翻译系统562

四、古菌的翻译系统563

第四节 mRNA的质量控制563

第五节 翻译的抑制剂565

框39-2身边的生物化学——为什么蓖麻毒素不会杀死蓖麻自身？566

第六节 蛋白质在细胞内的降解567

一、细胞内不依赖于ATP的蛋白质降解系统567

二、细胞内依赖于ATP的蛋白质降解系统567

科学故事——“N端规则”的发现570

第四十章 蛋白质的翻译后加工及其定向和分拣572

第一节 翻译后加工572

框40-1生化探寻——内含肽的“内涵”573

第二节 蛋白质翻译后的定向转运与分拣573

一、信号假说574

二、蛋白质的共翻译定向574

三、蛋白质的翻译后定向577

科学故事——“信号学说”的发现580

第四十一章 再次程序化的遗传解码和翻译暂停582

第一节 再次程序化的遗传解码582

一、翻译水平的移框582

二、通读583

三、跳跃翻译584

四、含硒半胱氨酸和吡咯赖氨酸的参入584

框41-1生化点滴——含硒蛋白知多少586

第二节 翻译暂停587

第四十二章 原核生物的基因表达调控588

第一节 在DNA水平上的调控588

一、基因的拷贝数588

二、启动子的强弱588

三、DNA重排589

第二节 在转录水平上的调控589

一、转录起始水平上的调控589

二、转录终止水平上的调控——终止与抗终止595

框41-1生化研究动态——探测氟离子的核开关598

第三节 在翻译水平上的调控599

一、反义RNA599

二、核开关599

框42-2生化新突破——原核生物的CRISPR系统601

三、自体调控601

四、mRNA的二级结构与基因表达的调控602

五、mRNA的稳定性与基因表达的调控602

六、严紧应答602

第四节 环境信号诱发的基因表达调控603

第五节 在基因组水平上的全局调控604

一、调节子604

二、噬菌体基因表达的时序控制604

科学故事——“核开关”的发现604

第四十三章 真核生物的基因表达调控606

第一节 在染色质水平上的调控606

一、组蛋白的共价修饰对基因表达的影响607

二、染色质重塑对基因表达的影响607

三、组蛋白变体对基因表达的影响609

四、性染色质构象的变化与两性基因剂量之间的平衡610

第二节 在DNA水平上的调控610

一、DNA扩增610

二、DNA重排611

三、DNA甲基化与羟甲基化613

四、DNA印记614

框43-1身边的生物化学——蜂王称王的秘密615

五、多个启动子的可变使用615

第三节 在转录水平上的调控616

一、顺式作用元件616

二、转录因子617

三、转录水平调控的实例620

第四节 在转录后加工及运输水平上的调控621

一、可变剪接621

二、可变加尾622

三、在mRNA运输水平上的调控623

第五节 在翻译及翻译后加工水平上的调控623

一、自体调控623

二、mRNA区域化623

三、mRNA的屏蔽624

四、RNA干扰624

框43-2生化研究动态——我们吃的不仅是食物，也许还有“信息”627

五、mRNA的稳定性与基因表达调控628

六、对翻译过程本身的调节629

科学故事——RNAi的发现629

第四十四章 重组DNA技术631

第一节 重组DNA技术简介631

一、基因克隆的载体631

二、将外源基因或序列导入载体的工具634

三、宿主细胞636

四、将重组DNA引入到宿主细胞的途径636

五、重组体的选择和筛选636

第二节 基因克隆的详细步骤637

一、外源DNA序列和目的基因的获得637

二、目的基因与载体的连接638

第三节 基因克隆的应用638

一、文库的建立638

二、DNA序列分析641

三、表达外源蛋白641

四、转基因动物和植物642

五、基因治疗642

六、基因敲除642

七、基因敲减642

八、寻找未知基因643

框44-1生化新突破——人造生命的诞生643

第四节 聚合酶链式反应644

第五节 蛋白质工程645

第六节 研究核酸与蛋白质相互作用的主要方法和技术647

第七节 研究蛋白质之间相互作用的主要方法和技术648

一、免疫共沉淀648

二、亲和层析648

三、共价交联648

四、荧光共振能量转移648

五、生物发光共振能量转移649

六、酵母双杂交649

第八节 SELEX技术650

第九节 生物芯片技术651

一、基因芯片651

二、蛋白质芯片653

第十节 基因组学研究概述653

一、结构基因组学653

二、功能基因组学654

三、与基因组学相关的学科654

框44-2生化热点——千人基因组计划655

科学故事——PCR的发明655

分子生物学思考题658

主要参考书目660

推荐网站661

本书常见英文缩写662