生物化學

一、生物化學的概念

生物化學是研究生命現象化學本質的學科。生物化學就是生命的化學。生物化學是研究生

物體內的化學分子構成，分子結構、性質、功能及其在體內代謝過程的學科。——代謝包括

物質和能量兩方面。

生物化學是研究生物的化學組成和化學變化的，所以生物化學也可以分作兩大部分內容：

化學組成部分，也稱為靜態生物化學，主要探討構成生物體的分子類型、分子結構、

化學性質及生物功能；

②化學變化部分，討論的是生物體內的化學分子之間如何進行轉化，即研究生物體內

的化學反應，以及這些反應發生的部位和反應機理，以及相伴這些反應所產生的能量變化。

簡單講—生物化學就研究生物體的化學組成和生命中的化學變化。

二、生物化學的發展史

生物化學的研究始于18世紀下半葉，但作為一門獨立的學科是在20世紀初。

1629年荷蘭人海爾蒙特進行了柳枝試驗，100磅土，2磅重柳枝，只澆水，5年后土和柳枝

共重169磅，土減少了二兩，論文發表于1648年（死后2年）。

1775年拉瓦錫進行定量試驗，證明呼吸過程和化學氧化是相同的。并估量呼吸形成的C02

也是由于吸入了氧氣，與體內的有機物結合并氧化為C02,從而將呼吸氧化與燃燒聯系在

一起。

1783年拉瓦錫和拉普拉斯在法國科學院院報發表論文，提出動物熱理論一一呼吸相當于不

發光的燃燒。并測定了開釋C02和釋熱的關系。現在一樣把這一年稱為生化開始年。并把

拉瓦錫稱為生物化學之父。但在這同一時期的開拓者還有普利斯特列和舍勒（Scheele）,

前者發覺了光合現象；后者在1770年發覺了灑石酸，之后又從膀胱結石中分離出尿酸，并

對蘋果酸、檸檬酸，甘油等進行了大量研究。舍勒是瑞典人，學徒工出身，非常熱愛化學,

最后成為化學家。

進入十九世紀，科學發展大大加快，成就不斷涌現，例如

1828年維勒（李比西的學生）人工合成了第一個有機物一一尿素，證明有機物可以人造。

1838年施來登與施旺發表細胞學說。（在1839年）細胞是有機體，整個動物和植物乃是

細胞的集合體。它們按照一定的規律排列在動植物體內。這一學說把植物和動物統一起來。

*1842年李比西（德國人）在《有機化學在生理學與病理學上的應用》一書中首次提出新陳

代謝一詞。

*1860年巴斯德又對灑精發酵進行了研究一一首次提出發酵是由酵母菌或細菌引起的，此研

究為后來的糖代謝和呼吸作用研究奠定了基礎。

1871年米切爾（Miescher霍佩的學生-瑞典人）發表文章分離出核素，即DNA。當時年僅

24歲，是首次從膿細胞中分離出脫氧核糖核蛋白。實際分離在1868年完成，論文在1871

年發表。

1877年德國生理學家一一醫生霍佩?賽勒，首次提出生物化學一詞Biochemie,英文為

Biochemistryo并且首次提出蛋白質一詞。

1897年Buchner用酵母無細胞提取液發酵成功，證明酶的存在。許多人開始提取酶，但都

未成功。二十世紀初，在維生素、激素、酶的研究方面發展較快。

1902年艾貝爾（Abel美國人）在德國學習七年，1903年制成腎上腺素晶體；后來又在1926

年制成胰島素晶體。

1905年Knoop提出了脂肪酸的b-氧化作用。同年Starling提出激素（1formere）一詞。

1907年霍克（池延登的學生，美國人）發表《實驗生理化學》一書，實際上就是生物化學

的前身。這就標志著生物化學已經形成，已經從生理學中獨立出來。

1911年波蘭科學家Funk結晶出抗神經炎維生素，并命名為Vitamine,意為生命的胺，實

際是復合維生素B。

1913年米利切斯和曼頓研究了酶的動力學提出了米曼方程。同年Wilstatter和Stoll分離出

了葉綠素。

1930年Northrop分離出胃蛋白酶，并證明是蛋白質。1933年Krebs和Henselen發覺尿素

循環；同年Embdem和Meyerhof初步完成了糖酵解途徑的中間產物研究。提出了糖酵解

途徑。

1937年Krebs提出了三竣酸循環的假說；同年Lohmann和Selitser證明硫胺素是丙酮酸竣

化酶輔基的組成成分;在此期間Kalcker及Belitser各自對氧化磷酸化作用進行了定量研究。

1944年Avery,Maeleod和McCarty完成了肺炎球菌轉化試驗，證明DNA是遺傳物質。

1948年Calvin和Bessen發覺磷酸甘油酸是光合作用中CO2固定的最初產物，并用了十年

時間完成了卡爾文循環的整個代謝途徑研究。同年Leloir等人發覺了尿甘酸在碳水化合物

代謝中的作用。

1953年Watson和Criek利用X-射線衍射分析了DNA結構，提出了DNA結構的雙螺旋結

構模型。這一發覺為生物的遺傳研究奠定了分子基礎。通常把這一年確定為分子生物學的

產生年。同年（1953年），Sanger和Trhompson完成了胰島素A鏈及B鏈的氨基酸序列測

定，二年后報道了胰島素中二硫鍵位置。

1956年A.Kornberg發覺了DNA聚合酶。與此同年Ubarger發覺了從蘇氨酸合成異亮氨酸

時終產物異亮氨酸能抑制合成鏈中的第一個酶，即發覺了生物合成過程的反饋作用。

1958年S.B.Weiss和Hurwitz等人發覺了DNA指導的RNA聚合酶；同在此年Crik提出分

子遺傳的中心法則；Meselson和Stahl用同位素標記方法證明了DNA的半保留復制假說。

1961年Jacob和Monod提出了操縱子學說,并指出了mRNA的功能；同年Weiss和Hurwitz

從大腸桿菌中發覺了DNA指導的RNA聚合酶；同年M.Nirenberg和H.Mallhei發覺了遺傳

密碼（苯丙氨酸的）。為三連體核甘酸。

1965中國首次人工全合成了牛胰島素。從七十年代后，生物化學的發展主要集中在分子生

物學方面。關于中國的生物化學發展，也做一簡略回顧。

第一聿蛋白質化學

（一）.把握蛋白質的概念與生物學意義

蛋白質是由L-a-氨基酸通過肽鍵縮合而成的，具有較穩固的構象和一定生物功能的

生物大分子（biomacromolecule）。蛋白質是生命活動所依靠的物質基礎，是生物體中含量最

豐富的大分子。

生物學意義

單細胞的大腸桿菌含有3000多種蛋白質，而人體有10萬種以上結構和功能各異的蛋

白質，人體干重的45%是蛋白質。生命是物質運動的高級形式，是通過蛋白質的多種功能

來實現的。新陳代謝的所有的化學反應幾乎都是在酶的催化下進行的，已發覺的酶絕大多數

是蛋白質。生命活動所需要的許多小分子物質和離子，它們的運輸由蛋白質來完成。生物的

運動、生物體的防備體系離不開蛋白質。蛋白質在遺傳信息的控制、細胞膜的通透性，以及

高等動物的記憶、識別機構等方面都起著重要的作用。隨著蛋白質工程和蛋白質組學的興起

和發展，人們對蛋白質的結構與功能的認識越來越深刻。

（二）氨基酸

基本結構與性質

各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16%。因此，可以用定氮法來推算樣品中蛋白質

的大致含量。

每克樣品含氮克數X6.25X100=100g樣品中蛋白質含量（g%）

組成蛋白質的20種氨基酸有共同的結構特點：

1.氨基連接在a-C上，屬于a-氨基酸（脯氨酸為a-亞氨基酸）.

2.R是到］鏈，除甘氨酸外都含手性C,有D-型和L-型兩種立體異構體。天然蛋白質中的氨

基酸都是L-型。

注意：構型是指分子中各原子的特定空間排布，其變化要求共價鍵的斷裂和重新形成。

旋光性是異構體的光學活性，是使偏振光平面向左或向右旋轉的性質，（-）表示左旋，（+）

表示右旋。構型與旋光性沒有直接對應關系。

1.一樣物理性質

a-氨基酸為無色晶體，熔點一樣在200oC以上。各種氨基酸在水中的溶解度差別很大

（酪氨酸不溶于水）。一樣溶解于稀酸或稀堿，但不能溶解于有機溶劑，通常酒精能把氨基

酸從其溶液中沉淀析出。

芳香族氨基酸（Tyr、Trp、Phe）有共規雙鍵，在近紫外區有光吸取能力，Tyr、Trp的

吸取峰在280nm,Phe在265nm。由于大多數蛋白質含Tyr、Trp殘基，所以測定蛋白質溶

液280nm的光吸取值，是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。

2.兩性解離和等電點（isoelectricpoint,pl）

氨基酸在水溶液或晶體狀態時以兩性離子的形式存在，既可作為酸（質子供體），又可

作為堿（質子受體）起作用，是兩性電解質，其解離度與溶液的pH有關。

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢和程度相等，成為兼性離子,

呈電中性，此時溶液的pH稱為該氨基酸的等電點。氨基酸的pl是由a-竣基和a-氨基的解

離常數的負對數pKl和pK2決定的。運算公式為：pI=l/2（pKl+pK2）?

若1個氨基酸有3個可解離基團，寫出它們電離式后取兼性離子兩邊的pK值的平均值,

即為此氨基酸的等電點（酸性氨基酸的等電點取兩竣基的pK值的平均值，堿性氨基酸的等

電點取兩氨基的pK值的平均值）。

3.氨基酸的化學反應

氨基酸的化學反應是其基團的特點性反應。重要的有：

（1）荀三酮反應

所有具有自由a-氨基的氨基酸與過量苗三酮共熱形成藍紫色化合物（脯氨酸和羥脯氨

酸與荀三酮反應產生黃色物質）。用分光光度法可定量測定微量的氨基酸。藍紫色化合物的

最大吸取峰在570nm波長處，黃色在440nm波長下測定。吸取峰值的大小與氨基酸開釋的

氨量成正比。

（2）與2,4-二硝基氟苯（DNFB）的反應（sanger反應）

在弱堿性溶液中，氨基酸的a-氨基很容易與DNFB作用生成穩固的黃色2,4?■二硝基

苯氨基酸（DNP-氨基酸），這一反應在蛋白質化學的研究史上起過重要作用，Sanger等人應

用它測定胰島素一級結構。

（3）Edman反應

多肽順序自動分析儀是根據相類似的原理設計的，即利用多肽鏈N端氨基酸的a一氨基與

異硫氟酸苯酯PITC反應（Edman降解法）。

氨基酸的分類）一根據R基團對20種蛋白質氨基酸的分類及其三字符的縮寫

1.按R基的化學結構分為脂肪族、芳香族、雜環、雜環亞氨基酸四類。

2.按R基的極性和在中性溶液的解離狀態分為非極性氨基酸、極性不帶電荷、極性帶負電

荷或帶正電荷的四類。

帶有非極性R（一基、甲硫基、呼I噪環等，共9種）：甘（Gly）、丙（Ala）、.（Vai）、

亮（Leu）、異亮（Ile）＞苯丙（Phe）、甲硫（Met）、脯（Pro）、色（Trp）

帶有不可解離的極性R（羥基、筑基、酰胺基等，共6種）：絲（Ser）,蘇（Thr）、天

胺（Asn）、谷胺（Gin）、酪（Tyr）、半（Cys）

帶有可解離的極性R基（共5種）：天（Asp）、谷（Glu）、賴（Lys）、精（Arg）、組（His）,

前兩個為酸性氨基酸，后三個是堿性氨基酸。

蛋白質分子中的胱氨酸是兩個半胱氨酸脫氫后以二硫鍵結合而成,膠原蛋白中的羥脯氨

酸、羥賴氨酸，凝血酶原中的竣基谷氨酸是蛋白質加工修飾而成。

（三）蛋白質的結構與功能

1.肽（peptide）

概念：由氨基酸通過肽鍵相連而成的化合物稱為肽。

2.肽的理化性質（與氨基酸相似）

蛋白質的分子結構

一、蛋白質的一級結構（primarystructure）（蛋白質的共價結構有時也稱蛋白質的一級

結構或稱化學結構）

蛋白質的一級結構只指肽鏈中的氨基酸序列。

蛋白質的一級結構是由共價鍵形成的，如肽鍵和二硫鍵。而堅持空間構象穩固的是非共

價的次級鍵。如氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華引力等。

1953年，英國科學家F.Sanger第一測定了胰島素（insulin）的一級結構，有51個氨基

酸殘基，由一條A鏈和一條B鏈組成，分子中共有3個二硫鍵，其中兩個在A、B鏈之間，

另一個在A鏈內。

蛋白質的一級結構測定或稱序列分析常用的方法是Edman降解和重組DNA法。Edman

降解是經典的化學方法，比較復雜。第一要純化一定量的待測蛋白質，分別作分子量測定、

氨基酸組成分析、N-末端分析、C-末端分析；要應用不同的化學試劑或特異的蛋白內切酶

水解將蛋白質裂解成大小不同的肽段，測出它們的序列，對照不同水解制成的兩套肽段，找

出重疊片段，最后推斷蛋白質的完整序列。重組DNA法是基于分子克隆的分子生物學方法,

比較簡單而高效，不必先純化該種蛋白質，而是先要得到編碼該種蛋白質的基因（DNA片

段），測定DNA中核甘酸的序列，再按三個核甘酸編碼一個氨基酸的原則估量蛋白質的完

整序列。這兩種方法可以相互印證和補充。

目前，國際互聯網蛋白質數據庫已有3千多種一級結構清楚。蛋白質一級結構是空間結

構和特異生物學功能的基礎。

二、蛋白質的二級結構（secondarystructure）

蛋白質的二級結構是指其分子中主鏈原子的局部空間排列，是主鏈構象（不包括側鏈R

基團）。

構象是分子中原子的空間排列，但這些原子的排列取決于它們繞鍵的旋轉，構象不同于

構型，一個蛋白質的構象在不破壞共價鍵情形下是可以改變的。但是蛋白質中任一氨基酸殘

基的實際構象自由度是非常有限的，在生理條件下，每種蛋白質好像是出現出稱為天然構象

的單一穩固形狀。

20世紀30年代末，L.Panling和R.B.Corey應用X射線衍射分析測定了一些氨基酸和

寡肽的晶體結構，獲得了一組標準鍵長和鍵角，提出了肽單元（peptideunit）的概念，還提

出了兩種主鏈原子的局部空間排列的分子模型（a-螺旋）和（B-折疊）。

1.肽單位

肽鍵及其兩端的a-C共6個原子處于同一平面上，組成了肽單位（所在的平面稱肽鍵

平面）。

肽鍵C—N鍵長為0.132nm,比相鄰的單鍵（0.147nm）短，而較C=N雙鍵（0.128nm）

長，有部分雙鍵的性質，不能自由旋轉。肽鍵平面上各原子呈順反異構關系，肽鍵平面上的

0、H以及2個a-碳原子為反式構型（transconfiguration）?

主鏈中的Ca—C和Ca—N單鍵可以旋轉，其旋轉角。、中決定了兩個相鄰的肽鍵平

面相對關系。由于肽鍵平面的相對旋轉，使主鏈可以以非常多的構象顯現。事實上，肽鏈在

構象上受到很大限制，因為主鏈上有1/3不能自由旋轉的肽鍵，另外主鏈上有很多側鏈R的

影響。蛋白質的主鏈骨架由許多肽鍵平面連接而成。

2.a-螺旋（a-helix）

a-螺旋是肽鍵平面通過a-碳原子的相對旋轉形成的一種緊密螺旋盤繞，是有周期的一

種主鏈構象。其特點是：

①螺旋每轉一圈上升3.6個氨基酸殘基，螺距約0.54nm（每個殘基上升0.15nm,旋轉1000）。

②相鄰的螺圈之間形成鏈內氫鍵，氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。典型a-螺旋一對氫鍵0

與N之間共有13個原子（3.613）,前后間隔3個殘基。

③螺旋的走向絕大部分是右手螺旋，殘基側鏈伸向外側。R基團的大小、荷電狀態及形狀均

對a-螺旋的形成及穩固有影響。

3.B-折疊（B-pleatedsheet）

B-折疊是一種肽鏈相當舒展的周期性結構。

①相鄰肽鍵平面間折疊成1100角，呈鋸齒狀。

②兩個以上具B-折疊的肽鏈或同一肽鏈內不同肽段相互平行排列，形成B-折疊片層，

其穩固因素是肽鏈間的氫鍵。

③逆向平行的片層結構比順向平行的穩固。

a-螺旋和B-折疊是蛋白質二級結構的主要形式。毛發中的a一角蛋白和蠶絲中的絲心蛋

白是其典型，在許多球蛋白中也存在，但所占比例不一樣。

膠原蛋白中存在的螺旋結構不同于一樣的a-螺旋，是由3條具有左手螺旋的鏈相互纏

繞形成右手超螺旋分子。鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤繞堅持其穩固性。

4.0-轉角（B-turn）

為了緊緊折疊成球蛋白的緊密形狀，多肽鏈1800回折成發夾或轉角。其處由4個

連續的氨基酸殘基構成，常有Gly和Pro存在，穩固B-轉角的作用力是第一個氨基酸殘基

皴基氧（0）與第四個氨基酸殘基的氨基氫（H）之間形成的氫鍵。轉角常見于連接反平

行折疊片的端頭。

5.無規卷曲（randomcoil）

多肽鏈的主鏈出現無確定規律的卷曲。典型球蛋白大約一半多肽鏈是這樣的構象。

6.超二級結構和結構域

超二級結構和結構域是蛋白質二級至三級結構層次的一種過渡態構象。

超二級結構指蛋白質中兩個或三個具有二級結構的肽段在空間上相互接近，形成一特別

的組合體，又稱為模體(motif)。通常有aa,BB,Ba|3等，例如鈣結合蛋白質中的螺

旋-環-螺旋模序及鋅指結構。

結構域是球狀蛋白質的折疊單位，是在超二級結構基礎上進一步繞曲折疊有特殊構象和

部分生物學功能的結構。對于較小的蛋白質分子或亞基，結構域和三級結構是一個意思，即

這些蛋白質是單結構域的；對于較大的蛋白質分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上的

相對獨立的結構域締合成三級結構。

三、蛋白質的三級結構(tertiarystructure)

指一條多肽鏈中所有原子的整體排布，包括主鏈和側鏈。維系三級結構的作用力主要是

次級鍵(疏水相互作用、靜電力、氫鍵等)。在序列中相隔較遠的氨基酸疏水側鏈相互靠近,

形成“洞穴”或“口袋”狀結構，結合蛋白質的輔基往往鑲嵌其內，形成功能活性部位，而

親水基團則在外，這也是球狀蛋白質易溶于水的原因。1963年Kendrew等從鯨肌紅蛋白的

X射線衍射圖譜測定它的三級結構(153個氨基酸殘基和一個血紅素輔基，相對分子質量為

17800)?由A-H8段a-螺旋盤繞折疊成球狀，氨基酸殘基上的疏水側鏈大都在分子內部形

成一個袋形空穴，血紅素居于其中，富有極性及電荷的則在分子表面形成親水的球狀蛋白。

四、蛋白質的四級結構(quaternarystructure)

有些蛋白質的分子量很大，由2條或2條以上具有獨立三級結構的多肽鏈通過非共價鍵

相互結合而成，稱為蛋白質的四級結構。構成四級結構的每條多肽鏈稱為亞基(subunit),

亞基單獨存在時一樣沒有生物學功能，構成四級結構的幾個亞基可以相同或不同。如血紅蛋

白(hemoglobin,Hb)是由兩個a-亞基和兩個B-亞基形成的四聚體(a202)?

蛋白質結構與功能的關系

一、蛋白質一級結構與功能的關系

(-)一級結構是空間構象的基礎

(―)種屬差異

(三)分子病

二、蛋白質空間結構與功能的關系

蛋白質的空間結構是其生物活性的基礎，空間結構變化，其功能也隨之改變。肌紅蛋白

(Mb)和血紅蛋白(Hb)是典型的例子。

肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)都能與氧進行可逆的結合，氧結合在血紅素輔基上。

然而Hb是四聚體分子，可以轉運氧；Mb是單體，可以儲存氧，并且可以使氧在肌肉內很

容易地擴散。它們的氧合曲線不同，Mb為一條雙曲線，Hb是一條S型曲線。在低p(O2)

下，肌紅蛋白比血紅蛋白對氧親和性高很多，p(02)為2.8torr(ltorr』33.3Pa)時:肌紅蛋白

處于半飽和狀態。在高p(02)下，如在肺部(大約lOOtorr)時，兩者幾乎都被飽和。其差異

形成一個有效的將氧從肺轉運到肌肉的氧轉運系統。

Hb未與氧結合時，其亞基處于一種空間結構緊密的構象(緊張態，T型)，與氧的親和

力小。只要有一個亞基與氧結合，就能使4個亞基間的鹽鍵斷裂，變成放松的構象(放松態,

R型)。T型和R型的相互轉換對調劑Hb運氧的功能有重要作用。一個亞基與其配體結合

后能促進另一亞基與配體的結合是正協同效應，其理論說明是Hb是別構蛋白，有別構效應。

蛋白質的理化性質

蛋白質的理化性質和氨基酸相似，有兩性解離及等電點、紫外吸取和呈色反應。作為生物大

分子，還有膠體性質、沉淀、變性和凝固等特點。要了解和分析蛋白質結構和功能的關系就

要利用其特別的理化性質，采取鹽析、透析、電泳、層析及離心等不傷害蛋白質空間構象的

物理方法分離純化蛋白質。

蛋白質的相對分子質量

蛋白質的相對分子質量在1萬~100萬，其顆粒平均直徑約為4.3nm(膠粒范疇是

l~100nm)?準確可靠的測定方法是超速離心法，蛋白質的相對分子質量可用沉降系數(S)

表示。

二、蛋白質的兩性解離及等電點

蛋白質和氨基酸一樣是兩性電解質，在溶液中的荷電狀態受pH值影響。當蛋白質溶液

處于某一pH時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此

時溶液的pH稱為該蛋白質的等電點。pH>pI時，該蛋白質顆粒帶負電荷，反之則帶正電荷。

在人體體液中多數蛋白質的等電點接近pH5,所以在生理pH7.4環境下，多數蛋白質解離成

陰離子。少量蛋白質，如魚精蛋白、組蛋白的pl偏于堿性，稱堿性蛋白質，而胃蛋白酶和

絲蛋白為酸性蛋白。

蛋白質的紫外吸取

蛋白質含芳香族氨基酸，在280nm波長處有特點性吸取峰，用于定量測定。(主要是酪

氨酸、苯丙氨酸、色氨酸中的R基團有苯環共軌雙鍵系統)

蛋白質的變性及復性

蛋白質在某些理化因素的作用下，空間結構被破壞，導致理化性質改變，生物學活性喪

失，稱為蛋白質的變性(denaturation)。

蛋白質變性的本質是多肽鏈從卷曲到舒展的過程，不涉及一級結構的改變(如加熱破壞

氫鍵，酸堿破壞鹽鍵等)。變性作用不過于劇烈，是一種可逆反應，去除變性因素，有些蛋

白質原有的構象和功能可復原或部分復原，稱為復性(denaturation),

蛋白質變性的主要表現是失去生物學活性，如酶失去催化能力、血紅蛋白失去運輸氧的

功能、胰島素失去調劑血糖的生理功能等。變性蛋白溶解度降低，易形成沉淀析出；易被蛋

白水解酶消化。蛋白質變性具有重要的實際意義。

蛋白質的分離、純化

第二章核酸的化學

DNA的分子結構

一、DNA的一級結構(primarystucture)

DNA的一級結構是指分子中脫氧核甘酸的排列順序，常被簡單認為是堿基序列(base

sequence)。堿基序有嚴格的方向性和多樣性。一樣將5'-磷酸端作為多核甘酸鏈的“頭”,

寫在左側，如pACUGA(5'f3')。

在DNA一級結構中，有一種回文結構的特別序列，所謂回文結構即DNA互補鏈上一

段反向重復順序，正讀和反讀意義相同，經反折可形成“十字形”結構，在轉錄成RNA后

可形成“發夾”樣結構，有調控意義。

fGCTAGTTCACTCTGAACAATT-

-CGATCAAGTGAGACTTGTTAA-

DNA分子很大，最小的病毒DNA約含5000b。1965年Holley用片段重疊法完成酵母

tRNAala76nt序列測定；1977年Sanger利用雙脫氧法(酶法)測定了6X174單鏈DNA5386b

的全序列。1990年實施的人類基因組計劃(HGP),用15年，投資30億美元，完成人類單

倍體基因組DNA3X109bp全序列的測定。該計劃由美、英、日、法、德、中六國科學家合

作，于2003年提前完成，生命科學進入后基因組時代，研究重點從測序轉向對基因組功能

的研究。

二、DNA的二級結構——雙螺旋(doublehelix)

1953年，Watson和Crick根據Wilkins和Franklin拍照的DNAX-射線照片-（DNA

有0.34nm和3.4nm兩個周期性變化）以及Chargaff等人對DNA的堿基組成的分析（A=T,

G=C,A+G=C+T）,估量出DNA是由兩條相互纏繞的鏈形成。Watson-Crick雙螺旋結構模

型如下圖：

1.兩條反向平行的多核甘酸鏈形成右手螺旋。一條鏈為5'-3',另一條為3'-5\

（某些病毒的DNA是單鏈分子ssDNA）

2.堿基在雙螺旋內側，A與T,G與C配對，A與T形成兩個氫鍵，G與C形成三個

氫鍵。糖基-磷酸基骨架在外側。表面有一條大溝和一小溝。

3.螺距為3.4nm,含10個堿基對（bp）,相鄰堿基對平面間的距離為0.34nm。螺旋

直徑為2nm?

氫鍵堅持雙螺旋的橫向穩固。堿基對平面幾乎垂直螺旋軸，堿基對平面間的疏水堆積力

堅持螺旋的縱向穩固。

4.堿基在一條鏈上的排列順序不受限制。遺傳信息由堿基序所攜帶。

5.DNA構象有多態性。

Watson和Crick根據Wilkins和Franklin拍照的DNAX-射線照片是相對濕度92%的

DNA鈉鹽所得的衍射圖，因此Watson-Crick雙螺旋結構稱B-DNA。細胞內的DNA與它非

常相似。另外還有A-DNA、C-DNA、D-DNA。

1979年Rich發覺Z-DNA（左手螺旋、螺距4.5nm、直徑1.8nm）

三、DNA的三級結構

DNA雙螺旋進一步盤旋所形成的空間構象稱DNA的三級結構。

某些病毒、細菌、真核生物線粒體和葉綠體的DNA是環形雙螺旋，再次螺旋化形成超

螺旋；在真核生物細胞核內的DNA是很長的線形雙螺旋，通過組裝形成非常致密的超級結

構。

1.環形DNA可形成超螺旋

當將線性過旋或欠旋的雙螺旋DNA連接形成一個環時，都會自動形成額外的超螺旋來

抵消過旋或欠旋造成的應力，目的是堅持B構象。過旋DNA會自動形成額外的左手螺旋（正

超螺旋），而欠旋形成額外的右手螺旋（負超螺旋）。

一段雙螺旋圈數為10的B-DNA連接成環形時，不發生進一步扭曲，稱放松環形DNA

（雙螺旋的圈數=鏈繞數，即T=L,超螺旋數W=0；L=T+W）,但將這一線形DNA的螺旋

先擰松一圈再連接成環時，解鏈環形DNA存在的扭曲張力，可導致雙鏈環向右手方向扭曲

形成負超螺旋（T=10,L=9,W=-l）?

在生物體內，絕大多數超螺旋DNA以負超螺旋的形式存在，也就是說，一旦超螺旋解

開，則會形成解鏈環形DNA,有利于DNA復制或轉錄。

螺旋具有相同的結構，但L值不同的分子稱為拓撲異構體。DNA拓撲異構酶切斷一條

鏈或兩條鏈，拓撲異構體可以相互轉變。W的正表示雙鏈閉環的螺旋圈在增加，W的負表

示減少。L和T的正負表示螺旋方向，右手為正，左手螺旋為負；L值必定是整數。

2.真核細胞染色體

真核細胞DNA是線形分子，與組蛋白結合，其兩端固定也形成超螺旋結構。DNA被

緊密地包裝成染色體來自三個水平的折疊：核小體、30nm纖絲和放射環。

核小體是染色體的基本結構單位，是DNA包裝的第一步，它由DNA結合到組蛋白上

形成復合物，在電鏡下顯示為成串的“念珠”狀。組蛋白是富含精氨酸和賴氨酸的堿性蛋白

質，其氨基酸序列在進化中是高度保守的。組蛋白有5種，H2A、H2B、H3和H4各兩分子

組成的八聚體是核小體核心顆粒，DNA纏繞其上，相鄰核小體間的DNA稱為連接DNA且

結合Hl。20（）bpDNA的長度約為68nm,被壓縮在10nm的核小體中。壓縮比約為7。30nm

纖絲是第二級壓縮，每圈含6個核小體，壓縮比是6。30nm螺旋管再纏繞成超螺旋圓筒，

壓縮比是40。再進一步形成染色單體，總壓縮近一萬倍。典型人體細胞的DNA理論長度應

是180cm,被包裝在46個5Hm的染色體中。

RNA的分子結構

RNA通常以單鏈形式存在，比DNA分子小得多，由數十個至數千個核昔酸組成。RNA

徒可以回折且通過A與U,G與C配對形成局部的雙螺旋，不能配對的堿基則形成環狀突

起，這種短的雙螺旋區和環稱為發夾結構

一、轉運RNA(transferRNA,tRNA)

1.分子量最小的RNA,約占總RNA的15%。主要功能是在蛋白質生物合成過程中，

起著轉運氨基酸的作用。

2.1965年Holley等測定了酵母丙氨酸tRNA的一級結構，并提出二級結構模型。一級

結構特點：核甘酸殘基數在73~95；含有較多的稀有堿基(如mG、DHU等)；5'-末端多

為pG,3—末端都是-CCA。

3.tRNA的二級結構為“三葉草”形，包括4個螺旋區、3個環及一個附加叉。各部分

的結構都和它的功能有關。5,端卜7位與近3,端67~72位形成的雙螺旋區稱氨基酸臂，

似“葉柄”，3'端有共同的-CCA-OH結構，用于連接該RNA轉運的氨基酸。3個環是二氫

尿嚏咤環(D環)、反密碼子環、TWC環。

4.1973—1975年S.H.Kim的X射線衍射分析表明，tRNA的三級結構呈倒L字母形，

反密碼環和氨基酸臂分別位于倒L的兩端。

二、信使RNA(messengerRNA,mRNA)

1.細胞內含量較少的一類RNA,約占總RNA的3%。其功能是將核內DNA的堿基順

序(遺傳信息)按堿基互補原則轉錄至核糖體，指導蛋白質的合成。

2.種類多，作為不同蛋白質合成的模板，其一級結構差異很大。真核細胞的mRNA有

不同于原核細胞的特點：3'-末端有多聚A(polyA)尾，5'-末端加有一個“帽”式結

構,(m7Gppp)?

3.代謝活躍，壽命較短。

三、核糖體RNA(ribosomalRNA,rRNA)

1.約占細胞總RNA的80%。主要功能是與多種蛋白質組成核糖體，是蛋白質合成的

場所。

2.核糖體在結構上可分離為大小兩個亞基。原核細胞的rRNA有3種，23S與5srRNA

在大亞基，16S在小亞基。真核細胞有4種rRNA,其中大亞基含28S、5.8S、5S,小亞基

只有18So

3.各種rRNA的一級結構中的核昔酸殘基數及其順序都不相同，且有特定的二級結構。

核酸的性質

一、一樣理化性質

1.DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末；都微溶于水，不溶于一樣有機溶劑。

常用乙醇從溶液中沉淀核酸。

2.具有大分子的一樣特性。分子大小可用Da、b或bp、S、鏈長(Um)表示。一個

bp相當的核甘酸平均分子量為660Da；1um長的DNA雙螺旋相當3000bp或2X106Da?

3.兩性電解質。各種核酸的大小及所帶的電荷不同，可用電泳和離子交換法分離。RNA

在室溫下易被稀堿水解，DNA較穩固，此特性用來測定RNA的堿基組成和純化DNA。

4.紫外吸取，最大吸取峰在260nm處，核酸的變性或降解，吸光度A升高，稱為增色效應。

核酸的分離純化

第三章酶

酶的概念和作用

一、酶的概念

酶是由活細胞合成的，對其特異底物起高效催化作用的生物催化劑(biocatalyst),已發

覺的有兩類：主要的一類是蛋白質酶(enzyme),生物體內已發覺4000多種，數百種酶得

到結晶。美國科學家Cech于1981年在研究原生動物四膜蟲的RNA前體加工成熟時發覺核

酶“ribozyme”，為數不多，主要做用于核酸(1989年的諾貝爾化學獎)。

二、酶的作用特點

酶所催化的反應稱為酶促反應.在酶促反應中被催化的物質稱為底物，反應的生成物稱

為產物。酶所具有的催化能力稱為酶活性。

酶作為生物催化劑，具有一樣催化劑的共性，如在反應前后酶的質和量不變；只催化熱

力學答應的化學反應，即臼由能由高向低轉變的化學反應；不改變反應的平穩點。但是，酶

是生物大分子，又具有與一樣催化劑不同的特點。

1.極高的催化效率

酶的催化效率通常比非催化反應高108?1020倍，比一樣催化劑高107?1013倍。例如，

版酶催化尿素的水解速度是H+催化作用的7X1012倍;碳酸酊酶每一酶分子每秒催化6X

105C02與水結合成H2CO3,比非酶促反應快107倍。

2.高度的特異性

酶對催化的底物有高度的挑選性，即一種酶只作用一種或一類化合物，催化一定的化學

反應，并生成一定的產物，這種特性稱為酶的特異性或專一性。有結構專一性和立體異構專

一性兩種類型。

結構專一性又分絕對專一性和相對專一性。前者只催化一種底物，進行一種化學反應。

如胭酶僅催化尿素水解。后者可作用一類化合物或一種化學鍵。如酯酶可水解各種有機酸和

醇形成的酯。在動物消化道中幾種蛋白酶專一性不同，胰蛋白酶只水解Arg或Lys竣基形成

的肽鍵；胰凝乳蛋白酶水解芳香氨基酸及其它疏水氨基酸竣基形成的肽鍵。

立體異構專一性指酶對底物立體構型的要求。例如乳酸脫氫酶催化L-乳酸脫氫為丙酮

酸，對D-乳酸無作用；L-氨基酸氧化酶只作用L-氨基酸，對D-氨基酸無作用。

3.酶活性的可調劑性

酶促反應受多種因素的調控，通過改變酶的合成和降解速度可調劑酶的含量；酶在胞液

和亞細胞的隔離分布構成酶的區域化調劑;代謝物濃度或產物濃度的變化可以抑制或激活酶

的活性；激素和神經系統的信息、，可通過對關鍵酶的變構調劑和共價修飾來影響整個酶促反

應速度。所以酶是催化劑又是代謝調劑元件，酶水平的調劑是代謝調控的基本方式。

4.酶的不穩固性

酶主要是蛋白質，凡能使蛋白質變性的理化因素均可影響酶活性，甚至使酶完全失活。

酶催化作用一樣需要比較溫順的條件(37℃、latm、pH7)?

三、酶的國際分類與命名

(-)酶的分類

根據國際酶學委員會(InternationalEnzymeCommission,IEC)的規定，按照酶促反應

的性質，分為六大類：

1.氧化還原酶(oxidoreductases)催化底物進行氧化還原反應。如乳酸脫氫酶、琥珀酸

脫氫酶、細胞色素氧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等。

2.轉移酶(transferases)催化底物之間某些基團的轉移或交換。如甲基轉移酶、氨基

轉移酶、磷酸化酶等。

3.水解酶(hydrolases)催化底物發生水解反應。如淀粉酶、蛋白酶、核酸酶、脂肪酶

等。

4.裂解前(lyases)催化底物裂解或移去基團(形成雙鍵的反應或其逆反應)。如碳酸

酢酶、醛縮酶、檸檬酸合成酶等。

5.異構酶(isomerases)催化各種同分異構體之間相互轉化。如磷酸丙糖異構酶、消旋

酶等。

6.合成酶(ligases)催化兩分子底物合成一分子化合物，同時偶聯有ATP的分說明能。

如谷氨酰胺合成酶、氨基酸-RNA連接酶等。

(二)酶的命名

1961年，國際酶學委員會(IEC)主要根據酶催化反應的類型，把酶分為6大類，制定了系

統命名法。規定每一酶只有一個系統名稱，它標明前的所有底物與催化反應性質，底物名稱

之間以“：”分隔，同時還有一個由4個數字組成的系統編號。如谷丙轉氨酶的系統名稱是

丙氨酸：a-酮戊二酸氨基轉移酶(酶表中的統一編號是EC2.6.1.2)。乳酸脫氫酶的編號是

EC1.1.1.27?

酶的作用機制

1酶的活性中心酶的活性部位

酶的活性部位(activesite)是它結合底物和將底物轉化為產物的區域，又稱活性中心。

它是由在線性多肽鏈中可能相隔很遠的氨基酸殘基形成的三維小區(為裂縫或為凹陷)。酶

活性部位的基團屬必需基團，有二種：一是結合基團，其作用是與底物結合，生成酶-底物

復合物；二是催化基團，其作用是影響底物分子中某些化學鍵的穩固性，催化底物發生化學

反應并促進底物轉變成產物，也有的必需基團同時有這兩種功能。還有一些化學基團位于酶

的活性中心以外的部位，為堅持酶活性中心的構象所必需，稱為酶活性中心以外的必需基團。

構成酶活性中心的常見基團有組氨酸的咪口坐基、絲氨酸的羥基、半胱氨酸的疏基等。如

絲氨酸蛋白酶家族的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和彈性蛋白酶，都催化蛋白質的肽鍵使之水解，

但底物的專一性由它們的底物-結合部位中氨基酸基團的性質所決定，與其作用的底物互補。

像胰蛋白酶，在它的底物-結合部位有帶負電荷的Asp殘基，可與底物側鏈上帶正電荷的Lys

和Arg相互作用，切斷其竣基側；胰凝乳蛋白酶在它的底物-結合部位有帶小側鏈的氨基酸

殘基，如Gly和Ser,使底物龐大的芳香的和疏水氨基酸殘基得以進入，切斷其竣基但的彈

性蛋白酶有相對大的Vai和Thr不帶電荷的氨基酸俱I］鏈，凸出在它的底物-結合部位，阻止

了除Ala和Gly小仰］鏈以外的所有其他氨基酸。

2酶的專一性和高效性機制

影響酶促反應速度的主要因素

底物濃度、酶濃度、溫度、pH,激活劑、抑制劑

二、酶濃度對反應速度的影響

當研究某一因素對酶促反應速度的影響時，體系中的其他因素保持不變，而只變動所要

研究的因素。

當底物濃度遠大于酶濃度時，酶促反應速度與酶濃度的變化成正比。

三、底物濃度對酶反應速度的影響

(-)米-曼氏方程式

1913年，Michaelis和Menten根據中間產物學說進行數學推導，得出V與［S］的數學方

程式，即米-曼氏方程式。1925年Briggs和Haldane提出穩態理論，對米氏方程做了一項重

要的修正。

底物濃度對酶促反應速度的影響呈雙曲線。當底物濃度較低時，V與［S］呈正比關系（一

級反應）；隨著［S］的增高，V的增加逐步減慢（混合級反應）；增到一定程度，V不再增加

而是趨于穩固（零級反應）。

當兇<VKm時，v=Vmax［S］/Km,反應速度與底物濃度成正比；當網>>

Km時，v絲Vmax,反應速度達到最大速度，再增加［S］也不影響V。

（二）Km的意義

1.當V/v=2時,Km=［S］,Km是反應速率v等于最大速率V一半時的底物濃度，單位

為摩爾/升（mol/L）o

2.Km=K2+K3/K1,當K2>>K3時，Km值可用來表示酶對底物的親和力。Km值

越小，酶與底物的親和力越大；反之，則越小。

3.Km是酶的特點性常數，它只與酶的結構和酶所催化的底物有關，與酶濃度無關。

Km和Vmax可用圖解法根據實驗數據測出。通過測定在不同底物濃度下的Vo,再用

1/Vo對1/［S］的雙倒數作圖，又稱Lineweaver-BurK作圖法，即取米氏方程式倒數形式。

四、pH對反應速度的影響

每一種酶只能在一定限度的pH范疇內才表現活力，酶表現最大活力時的pH稱為酶的

最適pH。最適pH的微小偏離可使酶活性部位的基團離子化發生變化而降低酶的活性，較

大偏離時，保護酶三維結構的許多非共價鍵受到干擾，導致酶蛋白的變性.

酶的最適pH不是固定的常數，受酶的純度、底物的種類和濃度、緩沖液的種類和濃度

等的影響。一樣酶的最適pH在4~8之間，植物和微生物體內的酶最適pH多在4.5~6.5,而動

物體內的最適pH多在6.5~8,多在6.8左右。但也有例外，如胃蛋白酶最適pH為1.9,胰

蛋白酶的最適pH為8」，肝精氨酸酶的最適pH為9.0。Vo對pH的關系圖形是鐘形曲線。

五、溫度對反應速度的影響

溫度對Vo關系的圖形是一條曲線，它可清楚地表示出最適溫度。多數哺乳動物的酶最

適溫度在37℃左右，植物體內酶的最適溫度在50~60℃。也有些微生物的酶適應在高溫或低

溫下工作。溫度從兩方面影響酶促反應速率，是升高溫度提高反應速率和酶遇熱易變性失活

兩個相反效應間的平穩。

六、激活劑對反應速度的影響

凡能使酶由無活性變為有活性或使酶活性增加的物質稱為酶的激活劑（activator）。必需

激活劑常是金屬離子，如Mg2+、K+、Mn2+等，Mg2+是多種激酶和合成酶的必需激活劑；

非必需激活劑是有機化合物和CL等，如膽汁酸鹽是胰脂肪酶，C1-是唾液淀粉酶的非必需激

活劑。

七、抑制劑對反應速度的影響

使酶活性下降而不導致酶變性的物質稱為酶的抑制劑。抑制劑作用有可逆和不可逆抑制

兩類。以可逆抑制最為重要。

（-）不可逆抑制作用

這類抑制劑通常以共價鍵與酶活性中心上的必需基團相結合，使酶失活，一樣不能用透

析、超濾等物理方法去除。這類抑制作用可用某些藥物解毒，使酶復原活性。如農藥敵百蟲、

敵敵畏、1059等有機磷化合物能特異地與膽堿酯酶活性中心的絲氨酸羥基結合，使酶失活,

導致乙酰膽堿不能水解而積存。迷走神經興奮出現中毒狀態。解磷定（PAM）可解除有機

磷化合物對羥基酶的抑制作用，明顯這類解毒藥物和有機磷農藥結合的強度大于和酶結合。

重金屬鹽引起的筑基酶中毒，可用絡合劑或加入其他過量的疏基化合物，如二筑基丙醇

（BAD來解毒。

(二)可逆抑制作用

這類抑制劑通常以非共價鍵與酶可逆性結合，使酶活性降低或失活，采用透析、超濾的

方法可去除抑制劑，復原酶活性。可逆抑制有競爭、非競爭、反競爭3種類型，以競爭性抑

制研究的最多。三種作用的共同點是因Km和Vmax值的變化導致酶促反應初速度下降。競

爭性抑制劑的結構與底物類似，且在酶的同一部位(活性中心)和酶結合，僅在加大底物濃

度時才逐步抵消，明顯Km值要增加，Vmax不變。非競爭性抑制劑不直接影響酶與底物的

結合，酶同時和二者結合生成的中間產物是三元復合物，也無正常產物生成，所以Km不變,

而Vmax減小。反競爭抑制劑促進酶與底物的結合,形成的三元復合物也不能形成正常產物,

所以Km變小，Vmax也變小。

藥物是酶的抑制劑。競爭性抑制原理應用范例是磺胺藥的研制。磺胺藥和細菌合成葉酸

所需的對氨基苯甲酸僅一個碳原子之別(變成了S),使細菌的葉酸不能正常合成，導致細

菌的核甘酸合成受阻而死亡。而人以攝入葉酸為主，故磺胺藥對人的核酸合成無影響。

別構酶變構酶(allostericenzyme)

變構酶又稱別構酶，是一類調劑代謝反應的酶。一樣是寡聚酶，酶分子有與底物結合的

活性部位和與變構劑非共價結合的調劑部位，具有變構效應。引起變構效應的物質稱為變構

效應劑。降低酶活性的稱變構抑制劑或負效應物；反之，稱為變構激活劑或正效應物。變構

酶與血紅蛋白一樣，存在著協同效應。

共價修飾酶

同工酶同工酶(isozymes)

具有不同的分子形式但卻催化相同的化學反應的一組酶稱為同工酶。1959年發覺的第

一個同工酶是乳酸脫氫酶(LDH),它在NADH存在下，催化丙酮酸的可逆轉化生成乳酸。

它是一個寡聚酶，由兩種不同類型的亞基組成5種分子形式：H4、H3M、H2M2、HM3、

M4,它們的分子結構、理化性質和電泳行為不同，但催化同一反應，因為它們的活性部位

在結構上相同或非常相似。M亞基主要存在骨骼肌和肝臟，而H亞基主要在心肌。心肌梗

死的情形可通過血液LDH同工酶的類型的檢測確定。

酶的分離與提純

除了采用分離純化蛋白質的一樣方法，如鹽析、有機溶劑沉淀、吸附、凝膠過濾、超離心法

外，還要注意防止強酸、強堿、高溫順劇烈攪拌等，以避免酶活力的缺失。

胞內酶和胞外酶的提取在處理方法上有所不同。胞內酶需要先用搗碎、砂磨、凍融、或

自溶等方法將細胞破壞，然后再用適當的分離純化技術提出。

維生素和輔酶P186

第五章糖代謝

-生物體內的糖類

二單糖的分解作用

1.糖酹解

(-)概念和部位

糖酵解（glycolysis）是無氧條件下，葡萄糖降解成丙酮酸并有ATP生成的過程。它是生物

細胞普遍存在的代謝途徑，涉及十個酶催化反應，均在胞液。

（-）反應過程和關鍵酶

1.己糖激酶（hexokinase）催化葡萄糖生成G-6-P,消耗一分子ATP。

己糖激酶（HK）分布較廣，而葡萄糖激酶（GK）只存在于肝臟，這是第一個關鍵酶催

化的耗能的限速反應。若從糖原開始，由磷酸化酶和脫支酶催化生成G-1-P,再經變位酶轉

成G-6-Po

2.G-6-P異構酶催化G-6-P轉化為F-6-P-,

3.磷酸果糖激酶（PFK-I）催化F-6-P磷酸化生成F-l,6-DP,消耗一分子ATP。這是

第二個關鍵酶催化的最主要的耗能的限速反應。

4.醛縮酶裂解F-l,6-DP為磷酸二羥丙酮和甘油醛-3-磷酸。平穩有利于逆反應方向，但

在生理條件下甘油醛-3-磷酸不斷轉化成丙酮酸，驅動反應向裂解方向進行。

5.丙糖磷酸異構酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮的相互轉換。

6.甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化甘油酸-3-磷酸氧化為1,3-二磷酸甘油酸。這是酵解中唯獨

的一步氧化反應，是由一個酶催化的脫氫和磷酸化兩個相關反應。反應中一分子NAD+被還

原成NADH,同時在1,3-二磷酸甘油酸中形成一個高能酸酎鍵，為在下一步酵解反應中使

ADP變成ATP。

7.磷酸甘油酸激酶催化1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸。反應（6）和反應（7）

聯合作用，將一個醛氧化為一個竣酸的反應與ADP磷酸化生成ATP偶聯。這種通過一高能

化合物將磷酰基轉移ADP形成ATP的過程稱為底物水平磷酸化。底物水平磷酸化不需氧，

是酹解中形成ATP的機制。

8.磷酸甘油酸變位酶催化3-磷酸甘油酸轉化為2-磷酸甘油酸

9.烯醇化酶催化2-磷酸甘油酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（PFP）。PFP具有很高的磷酰基轉

移潛能，其磷酰基是以一種不穩固的烯醇式互變異構形式存在的。

10.丙酮酸激酶催化PFP生成丙酮酸和ATP。這是第三個關鍵酶催化的限速反應。也是

第二次底物水平磷酸化反應。

丙酮酸是酵解中第一個不再被磷酸化的化合物。其去路：在大多數情形下，可通過氧化

脫段形成乙酰輔酶A進入檸檬酸循環；在某些環境條件（如肌肉劇烈收縮），乳酸脫氫酶可

逆地將丙酮酸還原為乳酸；在酵母，厭氧條件下經丙酮酸脫竣酶和乙醇脫氫酶催化，丙酮酸

轉化成乙醇（酒精發酵）。

葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+-2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H20

葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+f2乳酸+2ATP+2H20

葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+-2乙醇+2CO2+2ATP+2H20

（三）糖酵解能量的估算和生理意義

在體外,Imol葡萄糖f2moi乳酸,AGO'=_196kJ/mol

1mol糖原f2moi乳酸，AGO'=-183kJ/mol

在機體內，生成2moiATP相當捕捉2X30.514=61.028kJ/mol

葡萄糖酵解獲能效率=2X30.514/196X100%=31%

糖原酵解獲能效率=3X30.514/196X100%=49.7%

糖酵解是生物界普遍存在的供能途徑，其生理意義是為機體在無氧或缺氧條件下（應激

狀態）提供能量滿足生理需要。例如，劇烈運動時，肌肉內ATP大量消耗，糖酵解加速可

迅速得到ATP；成熟的紅細胞沒有線粒體，完全靠糖酵解供能；神經細胞、白細胞、骨髓、

視網膜細胞代謝極為活躍，不缺氧時亦由糖酵解提供部分能量。

（四）糖酵解的調控

糖酵解三個主要調控部位，分別是己糖激酶、果糖磷酸激酶（PFK）和丙酮酸激酶催化

的反應。

HK被G-6-P變構抑制，這種抑制導致G-6-P的積存，酵解作用減弱。但G-6-P可轉化

為糖原及戊糖磷酸，因此HK不是最關鍵