生化教案第五章

第一篇：生化教案第五章

第五章 核酸化学 第一节 概述

一、染色体、基因和DNA

1、染色体和基因----遗传的基本单位

染色体是细胞核内能被碱性染料着色的物质的螺旋集缩体，由核酸、组蛋白、非组蛋白等组成。

经典遗传学认为，染色体和基因间有平行现象，基因存在于染色体上，基因在遗传中具有完整性和独立性，随染色体的分离、配对而进行独立的分配。

2、核酸---遗传信息的载体

基因位于核酸分子上，所以核酸是遗传变异的物质基础，是遗传信息的载体，在蛋白质生物合成中起十分重要的作用。

二、核酸的化学组成

1、分类---核酸分为RNA（mRNA、tRNA、rRNA）和DNA

2、核酸中的糖---核糖和脱氧核糖

3、含氮碱基---嘌呤和嘧啶衍生物

4、核苷酸---核酸的基本结构单位,由碱基、戊糖和磷酸组成。

5、核苷酸的衍生物（1）ATP和GTP ATP：腺嘌呤核糖核苷三磷酸；GTP：鸟嘌呤核糖核苷三磷酸

（2）cAMP和cGMP 主要功能是作为细胞之间传递信息的信使。

6、核苷酸的重要作用

（1）核苷酸是合成DNA和RNA的前体

（2）在多糖合成中尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）是葡萄糖的活性形式，是合成糖原葡萄糖基的直接供体

（3）ATP是生物体内生物能生成、储藏、转运的中心

（4）各种代谢反应中所需要的NAD（H)、NADP（H）等都是腺苷酸的衍生物

（5）cAMP为3‘，5`-环腺苷酸，它是由ATP转变而来的，在生物体细胞内具有传递生理信息的重要作用，被称为第二信使。

（6）鸟嘌呤-5‘-三磷酸（GTP）是生物大分子移位反应的主要动力来源。

第二节 核酸的结构

一、核酸的一级结构

指核苷酸的排列顺序，包括核苷酸间的连接键

1、磷酸二酯键----核苷酸间的基本连接 核苷酸之间通过3`，5 `-磷酸二酯键连接

2、一级结构----核苷酸的排列顺序

二、核酸的高级结构

1、DNA的二级结构----双螺旋结构模型（1）DNA双螺旋结构模型提出的依据

主要依赖于20世纪40年代X射线衍射技术的应用，不少人 得到了

大量核酸X的衍射图谱。

（2）DNA双螺旋结构模型的特征

主链:两链均为右手螺旋，磷酸二酯键方向相反。

碱基配对

碱基参数：双螺旋直径2nm，相邻碱基对之间的高度即碱基垂直堆积距离为0.34nm.螺旋表面（形成大沟和小沟）（3）DNA双螺旋结构的稳定因素 氢键（AT间两个，GC间3个氢键）碱基堆积力（两个平行的碱基环之间）

离子键（磷酸基团的解离，使DNA成为一种多电荷阴离子，有利于与带正电荷的组蛋白或介质中的阳离子形成静电作用，利于双螺旋的稳定）

2、tRNA二级结构---三叶草结构模型 四臂四环 氨基酸接受区 反密码子区 二氢尿嘧啶区

TΨC区（一臂一环）可变区

3、DNA的三级结构---超螺旋

DNA的三级结构是指双螺旋基础上分子的进一步扭曲或再次螺旋所形成的构象。其中，超螺旋是最常见并且研究最多的DNA三级结构。

第三节 核酸的性质及纯度测定

一、核酸的溶解性

1、溶解性—碱基、核苷酸和核酸具有不同的溶解性

DNA和RNA都是极性化合物，一般都微溶入水，不溶于乙醇、乙醚。核酸、核苷酸、碱基在水中的溶解度依次减小。2、0.14摩尔法---分离DNA蛋白质和RNA蛋白质

DNA蛋白的溶解度在低浓度盐溶液中随盐浓度的增加而增加，在1mol/LNaCI溶液中的溶解度比纯水中高2倍，但在0.14mol/的NaCl溶液中溶解度最低（几乎不溶），而RNA蛋白在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度较大，故可以在此盐浓度条件下分离DNA蛋白和RNA蛋白。

二、核酸的分离

1、多价解离—体内DNA呈多阴离子态（磷酸可解离成多价阴离子）。磷酸多级解离，多元酸；另外还含有含氮碱基，又呈碱性，所以核酸为两性电解质。

2、带电性—核酸和核苷酸可用离子交换分离

由于核酸、核苷酸是两性电解质，在一定pH条件下，如果核酸、核苷酸带正电荷，可用阳离子交换树脂进行分离，带电荷越多的核酸结合越牢固，最后被洗脱下来。

三、紫外吸收

1、紫外吸收—由碱基的共轭体系决定

由于嘌呤碱和嘧啶碱、核苷、核苷酸、核酸都在240-290nm范围内有特征吸收。通常选用260nm处测定

2、定量测定—核酸和核苷酸测定的基本方法

定性测定的几个数据判断：最大吸收波长、最小吸收波长、在两个吸收波长下吸光度比值(250/260、260/280>2.0，表示RNA样品中蛋白质含量低，>1.9表示DNA样品中蛋白质含量低。290/260）。

定量测定公式：核苷酸%=[(Mr×A260)/(ξ260×C)]×100 Mr为核苷酸相对分子质量； ξ260为在260nm处的吸收系数，C为样品浓度，mg/mL，A260为样品在260nm波长下的吸光度值。

对于大分子核酸的测定，常用比吸收系数法或摩尔磷原子吸收系数法。

比吸收系数ε是指一定浓度（mg/mL或ug/mL）的核酸溶液在260nm处的吸光度值。摩尔磷原子吸收系数ε（P）是指含磷浓度为1mol/L时的核酸水溶液在260nm处的吸光度值。

四、变性与复性

1、DNA变性---DNA生物功能实现所必需

变性：氢键、碱基堆积力等被破坏，双链成为单链的过程，但一级结构没有被破坏。变性因素：加热、极端的pH 条件、有机溶剂、尿素、甲酰胺等。

变性后的表现：由一定刚性变为无规则线团，DNA溶液的黏度降低，沉降速度加快，藏在内部的碱基全部暴露出来，DNA的A260增大，即增色效应。

2、DNA复性—核酸研究中的常用手段 复性的概念：

复性应用：变成单链再形成双链，用于DNA-DNA杂交。

五、核酸的含量与纯度测定

1、定磷法、定糖法—测定核酸含量

利用纯的核酸含磷元素的量为9.5%左右。用强酸消化核酸成无机磷酸，然后磷酸与定磷试剂中的钼酸铵反应生成磷钼酸铵，它在还原剂作用下被还原成钼蓝复合物，最后在650-660nm下比色测定，得出总含磷量，再减去无机磷（即不经硝化直接测定）的量即为核酸磷的真实含量，此值乘以系数10.5即为核酸含量。（2）定糖法

核酸分子含有核糖或脱氧核糖，这两种糖具有特殊的呈色反应。

RNA 在浓盐酸或浓硫酸作用下，RNA受热发生降解，生成的核糖进而脱水转化成糖醛，糖醛与3，5-二羟甲苯(苔黑酚)反应生成绿色物质，最后在670nm-680nm下比色测定。

DNA DNA受热酸解释放出脱氧核糖，后者在浓硫酸或冰醋酸存在下可与二苯胺反应生成蓝色物质，在595-620nm波长下进行比色测定。

定糖法的测定范围

苔黑酚法为20-250ugRNA，二苯胺法为40-400ugDNA.2、凝胶电泳---DNA纯度鉴定（1）紫外吸收法测定核酸纯度

利用测定260nm处和280nm处吸光度的比值来确定，纯DNA比值为1.8，纯RNA比值为2.0，在纯化DNA时，通常用比值在1.8-2.0之间作为纯度标准，大于此值表示有RNA污染，如果小于此值，则有蛋白质或酚等污染。（2）凝胶电泳法鉴定DNA纯度

琼脂糖凝胶电泳，目前分离纯化和鉴定核酸特别是DNA的标准方法。

DNA在琼脂糖凝胶中泳动率取决于：DNA分子大小、琼脂糖浓度、DNA构象及电流强度。

六、核酸碱基序列的测定

1、DNA碱基序列测定方法

（1）DNA碱基序列测定的基本步骤

DNA片段的制备（利用限制性内切酶和PCR方法）

DNA碱基序列测定

（2）Maxam-Gilbert（化学降解法）

原理是应用一定化学试剂，选择性的切断某种特定核苷酸（A、G、T、C）所形成的磷酸二酯键，得到不同链长的DNA小片段,包括两步：碱基选择性水解；对水解产物DNA小片段进行电泳分析和碱基序列的推测。（3）Sanger法（末端终止法）

原理是以DNA的酶促合成为基础，以被测DNA单链为模板，通过特殊设计的“末端终止技术合成出一系列相差一个核苷酸长度的互补链，然后利用凝胶电泳分离这些不同长度的DNA小片段，据此推测确定待测DNA链的碱基序列。（4）DNA的自动测序法

原理是以Sanger法为基础，主要改进是以荧光标记物代替同位素标记，即以不同颜色的荧光分别代表A、T、G、C四种碱基，电泳结果经激光束激发后，其最大的发射波长被转换成四种碱基含义的电信号，再由仪器的检测系统识别和记录。

2、RNA碱基序列测定方法 应用逆转录法，以待测的RNA链为模板，在逆转录酶催化下，合成DNA，然后用Maxam-Gilbert 法或Sanger法测定DNA碱基序列，再得出RNA的碱基序列。第四节

核酸的生物功能

一、DNA的复制与生物遗传信息的储存

DNA复制是保持生物种群遗传性状稳定的基本分子机制。

DNA复制理论为现代分子分子生物技术、如基因重组、聚合酶链式反应和基因突变技术等的发展奠定了理论基础和实验基础。

二、RNA是生物遗传信息表达的媒介

1、基因的转录—mRNA的合成

是以DNA为模板合成与其碱基序列互补的mRNA的过程

2、tRNA和rRNA的功能

tRNA是将mRNA携带的遗传密码翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸活化后，带到核糖体上进行蛋白质合成。

rRNA是组成核糖体的主要组成，目前的作用机制还不清楚

3、核酸与蛋白质的生物合成关系

（1）tRNA对氨基酸的识别、结合和活化

tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的作用下，能识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂3‘-羟基与氨基酸的羧基形成活化酯-----氨基酰-tRNA（2）氨酰-tRNA在mRNA模板指导下组装成蛋白质

氨基酰-tRNA通过反密码子臂上的三联体反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置上，最后在核糖体中合成肽链。

三、生物遗传变异的化学本质—DNA结构变化

碱基序列颠倒，某个碱基被调换，少了或多了一对或几对碱基

四、核酸的催化性质

1、核酶的组成和结构

核酶是具有特殊结构的RNA，RNA是核酶的功能部分，有些核酶除含有RNA外，还含有蛋白质等成分。

2、核酶的催化作用

核酶的催化反应包括水解反应、连接反应和转核苷酰反应等。

如核酶RNaseP在tRNA前体的5‘端部分水解切除一个特殊序列，生成tRNA.3、核酶的研究现状与展望

研究发现，核酶在翻译、表达和核糖体功能的实现中可能具有重要作用。

存在的问题：核酶的催化效率太低；由于核酶本身是RNA，很容易被核酸水解酶所破坏。展望：定向分子进化技术、PCR技术等的应用为筛选特殊性质的新型核酶开辟了新的途径。

第五节 核酸化学中的几种重要技术

一、核酸的分子杂交技术

原理：利用核酸（DNA）的变性和复性的性质。

二、PCR技术 聚合酶链反应的简称

三、基因定点突变技术

是应用人工的方法，合成在某一点或某几点上碱基序列改变的突变DNA，然后再通过突变DNA的转录、翻译和表达，获得突变蛋白质的技术。基因定点突变技术的关键是合成一种特殊的引物DNA。

四、定向分子进化

主要是通过DNA或RNA的突变、筛选和扩增的不断循环，从而获得具有优良性能的新品种分子。

第五章

重点

1、聚合酶链反应（PCR）技术的原理和操作步骤

2、从tRNA的结构上，如何理解它在蛋白质翻译过程中的作用？

3、核酸的含量与纯度测定的方法和原理如何？

4、紫外吸收法测定核酸的原理是什么？

第二篇：运动生化教案

运动生物化学

绪 论

1.运动与身体化学组成（蛋白质、核酸、糖、脂类、无机盐和水）之间的相互适应规律。

2.运动过程中机体内物质和能量代谢及调节的规律。

3.为增强体质、提高竞技运动能力提供理论基础和科学方法运动性疲劳的消除和恢复，机能监控和评定，制定运动处方。

一、运动生物化学当前的任务

（一）运动与生物分子结构和功能

受体构型变化与激素的调节能力；葡萄糖、脂肪酸和某些氨基酸吸收转运与载体蛋白的关系等。

（二）运动时物质代谢的动力学研究 物质代谢和能量代谢体系：

无氧代谢过程磷酸原系统（ATP,CP）；糖酵解系统；有氧氧化系统

（三）运动时代谢调控与运动能力 1.激素调节

（1）运动与下丘脑-垂体-肾上腺轴（2）运动与下丘脑-垂体-性腺轴 反馈调节

下丘脑—垂体—肾上腺轴（HPA轴）下丘脑—垂体—甲状腺轴（HPT轴）下丘脑—垂体—性腺轴（HPG轴）2.神经调节 神经递质的作用 3.酶调节

（1）激活或抑制细胞内酶活性

（2）影响酶分子的合成或降解，改变酶分子的含量 4.分子生物学与运动生物化学

二、运动生物化学的发展及其与相关学科的关系

（一）运动生物化学与运动生理学的关系

（二）运动生物化学和运动医学的关系

（三）运动生物化学和运动营养学的关系

（四）运动生物化学和运动心理学的关系

（五）运动生物化学和运动训练学的关系

第一篇

生物分子概论

第一章

糖类、脂类、蛋白质、核酸的生物化学

第一节

糖

类

一、概述

(一)定义：糖类是一类含多羟基的醛类或酮类化合物的总称。多羟基醛：葡萄糖

多羟基酮：果糖

（二）存在和分布

碳水化合物是地球上最丰富的生物分子，每年全球植物和藻类光合作用可转换1000亿吨CO2和H2O成为纤维素和其他植物产物。

如：•植物体85-90%的干重是糖。细菌、酵母的细胞壁糖 结缔组织中的糖：肝素、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等 核酸的糖、脂多糖（糖脂）、糖蛋白（蛋白聚糖）中的糖 细胞膜及其他细胞结构中的糖 血型糖

食用糖：蔗糖

医疗用糖：葡萄糖及其衍生物，如葡萄糖酸的钠、钾、钙、锌盐等 绿色植物的皮、杆等多糖：纤维素 粮食及块根、块茎中的多糖：淀粉。动物体内的贮藏多糖：糖元

昆虫、蟹、虾等外骨骼糖：几丁质

食用菌中的糖：香菇多糖、茯苓多糖、灵芝多糖、昆布多糖等。

（三）糖的化学组成

•主要由C、H、O三种元素组成，有些还有N、S、P等。• 单糖多符合结构通式：（CH2O）n，•符合通式的不一定是糖：CH3COOH（乙酸），CH2O（甲醛），C3H6O3（乳酸）

•是糖的不一定都符合通式：如C5H10O4（脱氧核糖），C6H12O5（鼠李糖）。

二、糖的分类

（一）单糖：凡不能被水解为更小分子糖的糖。

丙糖：甘油醛；

丁糖：赤藓糖

戊糖：木酮糖、核酮糖、核糖等

己糖：葡萄糖、果糖、半乳糖等。

（二）寡糖（低聚糖）

可以水解为其他糖的糖。一般由2~10个单糖分子缩合形成的糖

二糖：

蔗糖+水=葡萄糖+果糖；

乳糖+水=葡萄糖+半乳糖；

麦牙糖+水=葡萄糖+葡萄糖 三糖：棉籽糖

（三）多糖：可水解为多个其他单糖或其衍生物的糖。

淀粉、糖元、纤维素等。

三、糖的生物学功能

（一）概述

•供给能量:有氧氧化和无氧酵解

•机体的重要能源：糖代谢中间产物可转化为氨基酸、脂肪酸、核苷 •机体结构的重要组分：蛋白聚糖和糖蛋白为结缔组织、软骨和骨的基质的物质基础，糖蛋白和糖脂组成细胞膜

•细胞间的信息传递：膜糖蛋白与细胞的免疫、识别作用有关 •特殊生理功能的物质：激素、酶、血型物质为糖蛋白 •保护与润滑：粘膜与分泌物中含蛋白聚糖

（二）运动中糖的生物学功能 1.糖可储存和提供机体所需的能量 2.糖具有降低蛋白质分解的作用 3.糖可调节脂肪代谢 第二节

脂 类

一、脂类概述

生物脂类是一类范围很广的化合物，化学成分及结构差异极大，脂类定义的特点就是水不溶性(water insoluble)（即脂溶性，fat-soluble），因此，多数脂类都易溶于乙醚、氯仿、己烷、苯等有机溶剂，而不溶于水。

（一）存在与分布

脂类广泛存在于动植物体内。脂肪广泛分布于皮下组织、肠系膜、大网膜以及内脏周围和肌间组织中。类脂是生物膜的组成成分。

（二）化学组成

主要由碳、氢、氧组成，有些还含有氮和磷。

二、脂类分类

（一）单纯脂：指由脂肪酸和醇类所形成的酯；包括脂肪、油和蜡。脂肪酸（Fatty acids）：碳链为4-36碳的羧酸，这些碳链在一些脂肪酸中为饱和脂肪酸，而其他的则含有一个或多个双键。必需脂肪酸：维持人体正常生长所需而体内又不能合成的脂肪酸。其中的亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸为人体必需脂肪酸。

脂肪和油（Fats and Oils）：含不饱和脂肪酸较多的甘油酯室温下为液体，被称为油（oil），多见于植物体，含饱和脂肪酸较多的甘油酯室温下为固体，被称为脂肪（fat），多见于动物体。

（二）复合脂类：由脂肪酸、醇类和其它物质组成的脂类物质。包括磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（脑苷脂和神经节苷脂）和脂蛋白等。

磷脂：为一类含磷的复合脂，广泛存在于动物的肝、脑、神经组织和植物的种子里。磷脂是细胞膜的组成成分。

糖脂：是糖、脂肪酸、含氮醇的复合脂，常与磷脂共存。是细胞膜及神经髓鞘的组成成分，也是构成血型物质和细胞膜抗原的重要组分。

脂蛋白：由蛋白质、脂肪、胆固醇、鳞脂等组成。是血液中脂类物质的转运形式。

（三）类脂：指一些理化性质与脂肪相似，不含结合脂肪酸的脂类物质。包括胆固醇、维生素D、类固醇激素等。

胆固醇是动物组织中最主要的固醇，神经组织及肾上腺中丰富，占脑固体物质的17%，人体发现的胆石几乎全是胆固醇，肝、肾、表面组织含量也相当多；植物中发现有类似固醇物豆固醇真菌中有麦角甾醇，细菌中极少含有胆固醇；一些激素和几乎所有的性激素都是固醇衍生物。

胆固醇的作用：（1）细胞膜的组成成分

（2）特殊生物活性物质的前体: 胆汁酸在肠道内作为乳化剂使食物脂肪易于被脂肪酶所作用；各种类固醇激素是通过胆固醇C17侧链的氧化形成的；维生素D由胆固醇转化而来；固醇类物质还有一定的抗炎症作用；固醇的衍生物强心苷有治疗心脏病的作用。（3）维持生物膜的正常透过能力；（4）组成神经髓鞘绝缘物质（5）解毒

三、脂类的生物学功能

（一）概述.类脂是机体组织的组成成分

生物膜中类脂占30~50%。主要是磷脂、胆固醇和糖脂。2.脂肪是人体能量的主要来源和最大储能库

产能量为糖或蛋白质的两倍。储存时所占体积为糖原的1/4。3.防震和隔热保温作用：水上运动。

4.脂溶性维生素的载体：控体重时补充维生素。5.甘油三酯贮存能量和保温

（二）运动中脂肪的生物学功能

1.提供长时间低强度运动（马拉松）机体所需大部分能量。

脂肪酸氧化时产生相同能量时耗氧量要比糖高出11%。2.脂肪氧化供能具有降低蛋白质和糖消耗的作用

高水平耐力性运动员对脂肪氧化分解的能力也高，运动时机体增大脂肪功能的比例，同样可降低糖的消耗，有效的提高运动成绩。第三节

蛋白质、核酸

一、蛋白质

（一）蛋白质的化学组成

碳、氢、氧、氮和少量的硫。氮的平均含量为16%。蛋白质含量=含氮量* 6.25(二)蛋白质的基本结构单位：氨基酸

必需氨基酸：人体不能自行合成，必需从外界摄取以完成营养需要的氨基酸。

（三）蛋白质的分子结构 1.蛋白质的一级结构

指构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序和连接方式。肽键：由一个氨基酸的α-氨基与相邻氨基酸的α-羧基脱去1分子水缩合而成的化学键。

二、肽键与肽链

1.概念: 肽键： 一个氨基酸的α-羧基与另一氨基酸的α-氨基脱水缩

合形成的化学键

肽：氨基酸通过肽键相连而形成的化合物 2 蛋白质的空间结构

蛋白质二级结构：指多肽链本身有规则的绕曲折叠，形成的重复性结构（螺旋 折叠）。维持二级结构的化学键为氢键。

氢键：是非共价键中键能最弱，但却是数目最多最重要的键。蛋白质三级结构：在二级结构基础上，蛋白质多肽链借助各种次级键（氢键、盐键、疏水键、范德华引力、二硫键）的相互作用，进一步绕曲折叠，形成具有一定立体形状的三级结构。系指一条多肽链内所有原子的空间排布，包括主链、侧链构象内容，即整条多肽链的三维结构。稳定维系三级结构的作用有：氢键、离子键、疏水键、二硫键和配位键。

疏水键：非极性基团为避开水相而聚集在一起的作用力。盐键：即离子键，生理情况下，Asp 和 Lys 间可形成盐键。

此外, 二硫键、配位键也是维持蛋白质空间结构的化学键由于多肽链中的各氨基酸残基的性质和排列顺序不同, 天然蛋白质可折叠、盘绕成一定的空间结构。蛋白质的四级结构：两条以上具有独立三级结构的肽链通过非共价键聚合而成，每一条肽链称为一个亚基或亚单位，各亚基在蛋白质分子内的空间排布及相互关系称为蛋白质的四级结构。亚基可相同或不同，其聚合或解聚可有调节活性的作用。蛋白质三维结构

•初级结构或一级结构——排列顺序（蛋白和DNA）

•二级结构——折叠和盘旋（氢键作用）蛋白质有两种二级结构：alpha螺旋和beta折叠；DNA为双螺旋

•三级结构——DNA为超螺旋；蛋白质则是形成3D结构（由侧链决定）——大多数蛋白质或多或少都是球形

（四）蛋白质在生命活动中的作用 1 酶的催化作用

2 组成有机体的结构成分 3 运载和储存 4 激素的调节作用 5 免役保护作用 6 作为受体传递信息 7 调节基因的表达 8 参与能量代谢

运输蛋白不是酶，但有活性位点，大部分在膜上，单细胞生物中，把营养运入，把废物运出；多细胞生物中，携带物质到处跑

二、核酸

（一）核酸概述 1.核酸的分布和含量

存在于动植物和微生物细胞内。核酸占细胞干重的5~15%。2.核酸的元素组成

除碳、氢、氧、氮外，还有大量的磷。磷平均约为9~10%。可用于测定核酸的含量。3.核酸的基本结构单位

一、碱基（base）

腺嘌呤

(adenine, A)，鸟嘌呤

(guanine, G)，胞嘧啶

(cytosine, C)，胸腺嘧啶(thymine,T)，尿嘧啶

(uracil,U)

二、戊糖

两类核酸的基本成分

（二）核酸在生命活动中的作用

1.DNA

是遗传信息的载体，在DNA分子上有很多基因，每个基因是决定是决定一个蛋白质或RNA的DNA片段，DNA结构上任一碱基的改变，都会导致蛋白质结构的改变，从而引起生物遗传的变异。所以，一切生物突变和进化都可以说是由于DNA结构改变而引起蛋白质改变的结果。2.RNA

第二章

水、无机盐和维生素的生物化学

第一节

水

一、概述

水是地球上最丰富的无机化合物，也是生物组织中含量最多的成分。

二、水平衡 水的摄入(来源)①

饮水:

1200ml/d ②

食物:

1000ml/d ③

代谢水:

300 ml/d

（总量:

2500ml/d）水的排出

⑴ 呼吸蒸发: 350 ml/d ⑵ 皮肤蒸发: 500 ml/d(非显性)⑶ 粪便排出: 150 ml/d ⑷ 由肾排出: 1500ml/d

（总量:

2500ml/d）一次大强度、大运动量的训练的排汗量可高达2000~7000毫升，------所以，要特别注意运动员的水平衡问题。三 水的生物学功能

（一）构成体液

体液（体重60%），细胞外液（20%），细胞内液（40%），血浆（5%）

组织间液（15%）

（含量与性别、胖瘦、年龄有关）

（二）维持电解质平衡

分布和组成，渗透压，酸碱平衡及电荷平衡。

（三）促进体内化学反应

良好溶剂，促进电离，营养物质和代谢物的运输。

（四）调节和维持体温的恒定

比热、蒸发热和流动性

（五）润滑作用

关节（滑液）、食管和肠道（唾液），眼球（眼房液）。

（六）水与运动能力 第二节 无机盐

一、概述

无机盐约占体重的5%。

常量元素：钙、磷、钾、硫、氯、钠、镁。十分之几克到几克。微量元素：铬、铜、氟、碘、铁、锰、铝、硒、硅、和锌等14种。微克到毫克。

无机盐的主要生物学功能 构成机体组织的重要材料，如牙齿、骨骼； 2 维持机体的渗透压平衡，维持细胞内外物质交流； 3 维持体液的酸碱平衡，维护内环境稳定； 维持神经肌肉的兴奋性，保持其正常的应激能力； 5 调节酶和激素的活性，维持机体正常代谢。

二、人体无机盐的分布和组成

细胞内外液中无机盐的含量与分布有显著差别(P39.表2-2)，其特点如下：

1、细胞内外液中阴阳离子总量相等，呈电中性。

2、细胞内外液电解质分布差异大：

外液：阳离子：Na+最多，阴离子CI-、HCO3-最多

内液：阳离子K+最多，阴离子Pro-、HPO42-最多

3、细胞内液电解质总量多于外液，但蛋白质含量高，故细胞内外液渗透压相当。

4、细胞外液中，细胞间液与血浆的总离子浓度及电解质含量很接近，差别在于血浆中蛋白含量高于细胞间液。

三、酸碱平衡

酸碱平衡：机体不断地代谢产生并食入酸性和碱性物质，通过一系列的调节机制将多余的酸性或碱性物质排出体外，使体液pH维持在恒定范围内的过程。

血浆pH：7.35-7.45，平均7.4,体液略低。调节有三：

1、血液的缓冲作用

2、肺呼出CO2的调节

3、肾排尿的酸度

（一）体内酸、碱性物质的来源 1.酸性物质的来源

（1）挥发性酸（H2CO3）：体内物质生物氧化产生CO2，经肺排出,每日300-400L，相当于15mol H2CO3，为体内产生的最多的酸性物质。（2）非挥发性酸（固定酸）：体内的硫酸、磷酸、乳酸、酮体等。

（3）成酸食物—糖、脂肪、蛋白质

2、碱性物质的来源

体内代谢产碱较少、多为食物（成碱食物：蔬菜、瓜果）中获得的，外源性碱性物质（苹果酸盐和柠檬酸盐中的Na+、K+形成的碳酸氢盐）。

（二）缓冲系统在调节酸碱平衡中的作用

1、血浆中主要的缓冲体系：

2、红细胞中主要的缓冲体系：

其中，碳酸氢盐缓冲系统含量最多，能力最强。在维持体液酸碱平衡中起着重要作用。血浆的酸碱度也直接取决于NaHCO3与H2CO3的浓度比值。正常情况下，NaHCO3与H2CO3的比例为20：1，此时血液PH为7.4,若比值改变，则pH随之改变。另外，比值还说明：机体对酸的缓冲力较强。机体调节酸碱平衡的过程就是通过对血液缓冲系统、肺部和肾脏的调节而实现的。其中，血液缓冲系统作用最快，但不能持续作用；呼吸系统较快，但只能调节碳酸的浓度而且影响因素较多；肾脏作用反应慢，但效能高、时间长，是最重要的缓冲系统。

四、几种重要的无机盐

（一）钙

占无机盐总量40%，99%以磷酸钙和碳酸钙形式存在于骨骼和牙齿。成人含钙总量约为1200克。

1、调节肌肉的收缩和舒张

2、维持神经冲动的传递

3、参与血液凝固

4、调节酶的活性

5、作为第二信使

甲状旁腺激素、维生素D使其上升；降钙素使其下降。运动员（尤其控体重的女运动员）每日补充的钙量应比正常人略多。

（二）铁

成人体内含铁量为3.5-4.0克，其中70%以血红素形式存在于血红蛋白、肌红蛋白及细胞色素中，其余大部分以铁蛋白的形式储存在肝脏、脾脏和骨髓中。参与氧和二氧化碳的运输及酸碱平衡的调节。2 为过氧化氢酶和过氧化物酶等的组成部分。运动员剧烈运动使铁丢失量增加，故需注意补充铁(三)氯和钠

成人体内钠总含量为克/每千克体重，机体对氯的需要量为钠的一半。成人每天有1.1~3.3克食盐即可满足需要。钠离子是胰液、胆汁、汗液和眼泪的组成成分，与肌肉收缩和神经功能关系密切；氯离子被用于产生胃中盐酸，有助于维生素B12和铁的正常吸收。参与淀粉酶的激活，抑制微生物的生长。

运动员运动时大量出汗，盐分丢失较多，可致软弱无力，易疲劳，严重时会发生肌肉痉挛、恶心、头痛等。

（四）钾

约占无机盐总量的5%，2g/Kg BW；其中：98%在细胞内液，2%在细胞外液。2-4g/天。维持细胞内适宜的渗透压、酸碱平衡和营养素出入细胞；参与糖原和蛋白质代谢，维持细胞内某些酶的活性。运动员在高温下运动时，大量出汗可增加钾的丢失，但正常膳食可满足这一需求。第三节

维生素

一、概述

脂溶性： A、D、E、K 水溶性： 维生素C、B1（硫胺素）、B2（核黄素）、PP（烟酸）B6（吡哆醇）、B12（钴胺素）、生物素、泛酸、叶酸 水溶性维生素与辅酶

维生素

辅酶形式

B1

B2

PP

TPP FMN、FAD NAD、NADP

辅酶的主要作用

参与递氢

参与递氢

转氨基等

参与羧化反应

B6

磷酸吡哆醛

生物素

与酶蛋白结合

泛 酸

HSCoA

转移酰基

叶 酸

FH4

一碳基团转移

B12

甲基--B12

转甲基酶的辅酶

二、与运动关系密切的维生素

（一）维生素B1 作用机制：为糖代谢中丙酮酸脱氢酶的辅酶组成成分。参与已酰胆碱的合成与分解

与运动的关系：当充足时，可促进运动时糖原有氧代谢，提高速度和耐力，加速运动后血乳酸消除。

缺乏后果：运动时乳酸堆积增多，机体容易疲劳，并可能影响心脏功能。

（二）维生素B2（FMN，FAD）

作用机制：构成体内氧化还原酶辅基，为氢传递体。与细胞内呼吸功能关系密切。

与运动的关系：运动员缺乏此维生素时，直接影响骨骼肌代谢能力，引起肌收缩无力，耐久力下降。

（三）维生素PP（NAD+，NADP+）

作用机制：构成体内脱氢酶的辅酶，在生物氧化过程中起着传递氢的作用。参与有氧代谢和无氧代谢供能。

与运动的关系：与运动员的有氧和无氧耐力有关，在运动后参与合成代谢，与恢复能力有关。

（四）维生素B6（磷酸吡哆醛）

作用机制：氨基酸脱羧酶的辅酶，参与蛋白质的合成和分解代谢。与运动的关系：与运动员的力量素质有关。

（五）维生素C 18 作用机制：维生素具有很强的还原性，有可逆的氧化还原作用，参与肌酸和蛋白质的代谢。

与运动的关系：长时间运动后，引起组织维生素C降低，并可能引起白细胞吞噬能力下降。维生素C有提高耐力，消除疲劳和促进创伤愈合的作用。

（六）维生素A

作用机制：是形成眼视网膜中视紫质的原料，具有保护角膜上皮，防止角质化的作用。

与运动的关系：缺乏时，肾上腺皮质发生萎缩和性功能紊乱，因此，要求视力集中的运动员适当补充。否则会影响运动能力。

（七）维生素E 具有抗氧化，防止肌肉萎缩等生物学作用，从而提高肌肉耐力。

第三章

生物化学过程的调节物质

第一节

酶

一、概述

概念：酶是由生物细胞所产生的具有催化功能的蛋白质。(一)

酶催化反应的特点 1.酶的高度催化效率 2.高度专一性

（1）定义：酶只能催化一种或一类底物，发生一定的化学变化, 生成一定的产物。（2）类型：

绝对特异性：作用于一种底物进行专一反应，生成一种特定产物。相对特异性：作用于一类化合物或一种化学键。如脂肪酶、磷酸酯酶和蛋白水解酶等。

立体异构特异性：只能催化一种立体异构体进行反应，或产物是一种立体异构体。3.不稳定性

强酸、强碱、重金属盐、有机溶剂、高温、紫外线 4.酶的可调控性（1）激素的调节作用

（2）底物与代谢产物的调节作用。

酶活性的调节：抑制和激活。

酶含量的调节：诱导、阻遏和降解

二、酶的化学组成和活性

（一）酶的化学组成 单纯酶：仅由氨基酸组成 结合酶：蛋白部分，辅助因子

（二）酶活性

• 酶活性：酶催化底物反应的能力，以酶促反应速度来衡量。• 酶活性单位：在酶作用的最适条件下，25C，1分钟内催化1.0微摩尔底物发生变化所需的酶量。

• 长期接受运动训练后，体内某些酶的活性可随之发生适应性的变化，使代谢能力改善，运动能力得以提高。

三、同工酶和限速酶

（一）同工酶

指催化同一个化学反应，但酶分子本身的结构、组成有所不同的一组酶。

（二）限速酶

在代谢体系中活性最低，又易受某些特殊因素调控，造成整个代谢体系受影响的酶。

四、人体的主要代谢酶系

（一）物质代谢和能量代谢的主要酶系 胞液：糖酵解酶系； 脂肪酸合成酶系

胞液和线粒体内：糖异生酶系； 尿素合成酶系 线粒体内膜：呼吸链酶系

线粒体基质内：三羧酸循环酶系； 脂肪酸氧化酶系；酮体生成酶系

（二）血清酶 1.血清酶的来源

功能性酶：脂蛋白脂肪酶、凝血酶等，在血液中发挥重要催化功能。非功能性酶：来源于机体各组织器官，在血液中不发挥催化功能，但可反映有关脏器细胞被破坏的情况。

由于运动引起内环境的急剧变化时，血清中多种酶的活性表现出相对提高。2.运动对血清酶的影响

超长时间运动时血清酶升高，最明显的是CK，可达正常值的5~10倍，训练水平较高者，峰值出现在运动后24~36小时。3.运动引起血清酶活性升高的机理

（1）肌纤维收缩产生的牵拉能提高细胞膜的通透性；

（2）运动时肌肉缺氧、钾离子升高、乳酸增多，血糖含量下降和ATP水平降低均能加速细胞内酶的代谢，促使酶分子入血。

（三）酶对运动的适应 1.酶催化功能的适应

受激素、底物或产物调节，可在极短的时间内完成，但维持时间较短。

2.酶含量的适应

受激素、底物或产物可诱导酶的合成，所以，在运动后较晚出现，但持续时间较长。第二节 激素

一、概述：激素是内分泌细胞合成的一类化学物质，这些物质随血液循环于全身，并对一定的组织或细胞发挥特有的效应。激素发挥作用的时效性： 快速反应类型：去甲肾上腺素和肾上腺素等。2 慢反应类型：醛固酮、甲状腺素、抗利尿激素等。3 滞后反应类型：生长激素、胰高血糖素等。

二、激素对运动时的代谢调节

（一）肾上腺素和去甲肾上腺素 1.促进心输出量

2.促进肝糖原分解释放葡萄糖入血，升高血糖。（1）对肌糖原分解的影响大于对肝糖原的影响；（2）抑制肌细胞吸收血糖，有利于肌细胞利用脂肪酸；（3）刺激胰高血糖素分泌，抑制胰岛素分泌。

（二）胰高血糖素

（1）激活糖原分解和抑制糖原合成（2）抑制脂肪酸合成（3）激活糖异生

（三）胰岛素

（1）促进血糖进入肌细胞，激活肌糖原合成代谢（2）抑制肝糖异生作用，促进脂肪酸合成

（3）促进肌细胞吸收氨基酸和蛋白质合成，抑制细胞内蛋白质降解。

（四）生长激素（1）促使RNA合成；（2）促进糖异生作用；

（3）促进氨基酸进入肌细胞，加速蛋白质合成。

第二篇 运动时物质代谢和能量代谢及其调节

本篇主要介绍糖、脂肪和蛋白质三大能源物质氧化分解的一般途径，人体内能量代谢的基本规律，运动过程中骨骼肌内供能系统的供 能特点及其相互间的关系，以及糖、脂肪、蛋白质在运动中的代谢特点、供能地位和生物学作用及代谢调节。

第四章 运动时物质代谢和能量代谢

•人体生命活动过程是一个消耗能量的过程，物质代谢和能量代谢是维持生命活动、保证运动供能的前提。

•运动时人体内尤其是骨骼肌能量消耗增多，而骨骼肌的直接能源物质是ATP。

•糖、脂肪和蛋白质是人体的三大细胞燃料，经生物氧化将储存的能量释放出来，转换成三磷酸腺苷ATP，以保证ATP供能的连续性。•本章着重阐述骨骼肌利用ATP和合成ATP的代谢过程。第一节 能量代谢概述

生物体的重要特征之一是不断进行新陈代谢活动。物质代谢是指生物体内进行的各种化学反应过程的总称。能量代谢是指伴随物质代谢过程发生的能量吸收、储存、转移、释放和利用的过程。•能量代谢的核心物质是ATP。几个重要基本概念的介绍：

一、高能化合物：一般将水解时释放的标准自由能高于20.92KJ/mol（5千卡/摩尔）的化合物称为高能化合物。举例：ATP、CP、ADP、磷酸烯醇式丙酮酸、1，3－二磷酸甘油酸、琥珀酰辅酶A等。

二、生物氧化

（一）概念

营养物质在生物体内氧化成水和二氧化碳并释放能量的过程称为生物氧化。

特点：1.40％的能量用于合成ATP，60％的能量以热能的形式散发。

2.主要在细胞的线粒体上进行。3.能量逐级释放。4.需要适宜的反应条件。

（二）生物氧化的途径

由许多酶促反应有组织、有秩序、依次衔接起来的连续化学反应。各种营养物质进行生物氧化都有共同的规律，大体可分为三个阶段： • 第一阶段：释放能量很少，仅为其蕴藏能量的1％以下，且以热能形式散失，不能储存。

• 第二阶段：能量释放占总能量的1/3，且可以生成ATP。• 第三阶段：是氧化分解代谢的最后通路，2/3的能量在此阶段释放，是生成ATP最多的环节。•1.生物氧化中水的生成

• 生物氧化中水的生成是通过呼吸链完成的。呼吸链指在线粒体内膜上一系列递氢、递电子体按一定顺序排列，构成的一条连锁反应体系。此反应体系与细胞摄取氧的呼吸过程有关。代谢物脱下的氢经呼吸链与被激活的氧结合成水，在此过程中有能量的释放。线粒体内重要的呼吸链有两条：NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链。•2.生物氧化中ATP的生成

•

生物氧化过程中ATP的生成有两种方式：底物水平磷酸化和氧化磷酸化。

底物水平磷酸化指直接由代谢物分子的高能磷酸键转移给ADP生成ATP 的方式。如1，3二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、琥珀酰辅酶A。

氧化磷酸化指代谢物脱下的氢经呼吸链过程氧化最后生成水同时伴有能量的释放，使ADP生成ATP的过程。

氧化磷酸化反应中生成ATP的数量及氧化磷酸化的偶联部位可由P/O比值来确定。P/O比值指在形成ATP时每消耗1摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数。•NADH的P/O值是3，即生成3分子ATP，FADH2的P/O值是2，即生成2分子ATP。3.生物氧化中二氧化碳的生成

生物氧化中二氧化碳由有机酸脱羧反应生成。第二节 三磷酸腺苷ATP 骨骼肌收缩时其能量来自ATP分子的分解反应，ATP是骨骼肌收缩的直接能源物质。

一、ATP的分子结构生物学功能

（一）ATP的分子组成和结构

ATP分子由一个腺嘌呤、一个核糖和三个磷酸基团组成，其末端的两个磷酸酯键为高能磷酸键。(二)ATP的生物学功能 1.生命活动的直接能源

ATP－ADP循环是人体内能量转换的基本方式，它维系着能量的释放、储存和利用。2.合成磷酸肌酸

ATP＋C→ADP+CP 3.参与构成一些重要辅酶 4.提供物质代谢时需要的能量

二、运动时ATP的利用和再合成途径

（一）运动时肌肉ATP的利用途径 运动时肌肉ATP利用的部位和作用：

（1）肌动球蛋白ATP酶消耗ATP，引起肌丝相对滑动和肌肉收缩做功；

（2）肌质网膜上钙泵消耗ATP转运Ca2+，调节肌肉松弛；（3）肌膜上钠泵消耗ATP转运Na+/K+，调节膜电位。

（二）ATP再合成途径

肌细胞有三条供能系统，构成运动肌能量供应体系：（1）高能磷酸盐如磷酸肌酸分解构成磷酸原供能系统；（2）糖无氧分解构成糖酵解供能系统；

（3）糖、脂肪、蛋白质有氧氧化构成有氧代谢供能系统。第三节 运动时骨骼肌供能系统一、磷酸原供能系统

•

ATP、CP分子内均含有高能磷酸键，在代谢中均能通过转移磷酸基团的过程释放能量，故将ATP、CP合称磷酸原。由ATP、CP分解反应组成的供能系统称为磷酸原供能系统。

（一）磷酸肌酸的分子结构与功能 1.磷酸肌酸的分子结构

磷酸肌酸CP是肌酸C的磷酸化形式。2.磷酸肌酸的功能

高能磷酸键的储存库。•CP+ADP→C+ATP 组成肌酸-磷酸肌酸穿梭系统。

将线粒体内有氧代谢释放的部分能量转移到细胞质内，即将能量从产能部位转运到利用能量的部位。

（二）运动时磷酸肌酸供能 1.磷酸原系统供能过程

ATP+H2O→ADP+Pi+能量

ADP+ＡDP→AMP+ATP

CP+ADP→C+ATP ２.磷酸原系统供能特点

• 最早被启动，最快被利用，具有快速供能和最高功率输出的特点；最大功率输出可达.6-3.0mmol/kg干肌/s，可维持最大强度运动６－８秒，在短时间最大强度或最大用力运动中主要供能；与速度或爆发力运动关系密切，如短跑，投掷，柔道，举重等运动项目 ３.不同强度运动时磷酸原储量的变化 •

极量强度运动至力竭时ＣＰ储量接近耗尽，达安静时的３％以下，ＡＴＰ储量不会低于安静值的６０％。７５％最大摄氧量持续运动至疲劳时，ＣＰ储量可降到安静值的２０％左右，ＡＴＰ的储量略低于安静值。低于６０％最大摄氧量强度运动时，ＣＰ储量几乎不下降。

４.运动训练对磷酸原系统的影响

运动训练可明显提高ＡＴＰ酶的活性，可加快ＡＴＰ的利用和再合成的速度。速度训练可提高ＣＫ酶的活性，提高ＡＴＰ的转换速率和肌肉的最大功率输出，有利于运动员提高速度素质和恢复期ＣＰ的重新合成。运动训练可使骨骼肌ＣＰ储量明显增多，提高磷酸原供能时间。运动训练对骨骼肌内ＡＴＰ储量影响不明显。

二、糖酵解供能系统

糖原或葡萄糖无氧分解生成乳酸的过程，并合成ＡTP的过程称为糖的无氧代谢，又称为糖酵解。糖酵解供能的基本过程见下图。糖酵解反应在细胞质内进行，由１２步连续的化学反应组成。糖酵解中ＡＴＰ的生成 有两个部位。

ＡＴＰ生成方式：底物水平磷酸化•

ＡＴＰ生成数量：每分子葡萄糖经糖酵解净生成２分子ＡＴＰ，每个葡萄糖单位肌糖原经糖酵解净获３分子ＡＴＰ。* 运动时糖酵解供能

在以最大强度运动６－８秒时ＣＰ成为主要的供能物质，同时糖酵解被激活，肌糖原迅速分解参与供能。在全力运动３０－６０秒时 糖酵解可达最大速率，其输出功率为１毫摩尔～Ｐ/千克干肌/秒，约是磷酸原的一半。糖酵解的主要基质是肌糖原，当以最大速率进行短跑至力竭时肌糖原储量消耗不足一半。糖酵解供能系统在运动中可维持的运动时间较长，是３０秒至２分钟以内最大强度运动的主要供能系统。在速度和速度耐力项目中起主要供能作用。

三、有氧代谢供能系统

在氧气的参与下，糖，脂肪和蛋白质氧化生成ＣO2和Ｈ2O的过程称为有氧代谢。糖有氧氧化供能指在氧存在的情况下，糖原，葡萄糖和乳酸的有氧氧化，终产物是二氧化碳和水。* 糖有氧氧化的基本过程 •（1）细胞质内反应阶段

•与糖酵解生成丙酮酸的完全相同。•（2）线粒体内反应阶段

丙酮酸→乙酰辅酶Ａ（在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧）•

乙酰辅酶Ａ与草酸乙酸缩合成柠檬酸进入三羧酸循环。三羧酸循环运转一周的净结果是氧化１分子的乙酰辅酶Ａ生成１２分子的ＡＴＰ。每分子葡萄糖有氧氧化可净获得３６或３８分子ＡＴＰ

（二）脂肪酸氧化供能 1.脂肪水解

•１分子ＴＧ→甘油＋３分子脂肪酸 2.甘油的分解代谢

•

甘油只在肾脏，肝脏等少数组织被氧化利用，直接为肌肉供能的意义不大。

3.脂肪酸的分解代谢 •（１）脂肪酸活化

•在线粒体外膜脂肪酸与辅酶Ａ结合生成脂肪酰辅酶Ａ。•（２）脂肪辅酶Ａ进入线粒体

•借助于线粒体内膜上肉碱转运机制被转运至线粒体内。•（３）脂肪酰辅酶Ａ的β－氧化

每一次β－氧化，包括脱氢，水化，再脱氢，硫解四步连续的反应过程，最终将β－碳原子氧化成一个新的羧基。脂肪酸氧化的ＡＴＰ生成数，以硬脂酸为例ＡＴＰ的生成数是147。

（三）蛋白质氧化供能

蛋白质首先分解成氨基酸，氨基酸再脱去氨基生成相应的酮酸。脱去氨基的方式是转氨基和氧化脱氨基作用。

转氨基作用：由某一氨基酸与α－酮戊二酸进行氨基转移反应，生成相应的α－酮酸和谷氨酸，催化转氨基作用的酶是转氨酶。•

氧化脱氨基作用：由转氨基作用生成的谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的作用下经脱氢，水化反应生成氨和α－酮戊二酸的过程。

联合脱氨基作用：当转氨基作用与谷氨酸氧化脱氨基作用联合进行时，使氨基酸脱掉氨基生成相应的α－酮酸和氨称为联合脱氨基作用。生成的α－酮酸可经不同环节加入三羧酸循环，进而彻底氧化生成二氧化碳和水，同时生成ＡＴＰ，这是氨基酸氧化分解中可提供能

量的部分。联合脱氨基作用主要在肝，肾组织中进行。α－酮酸还可重新合成非必需氨基酸，并可转变为糖和脂肪。骨骼肌，心肌内存在嘌呤核苷酸循环的脱氨基方式。

（四）三大细胞燃料代谢的相互关系 1.分解代谢中的关系

•末端循环的共同途径是三羧酸循环 2.三者之间的相互转化

在体内糖极易转化为脂，脂肪分子中仅甘油部分可经糖异生作用转换为糖。

糖可经氨基化合成非必需氨基酸，生糖氨基酸可转变为糖。•

生酮氨基酸可合成脂肪酸，机体几乎不利用脂肪合成蛋白质。

（五）运动时的有氧代谢供能

糖的有氧代谢供能特点为最大输出功率约为糖酵解的一半，可满足１－２小时的大强度运动。脂肪氧化的最大功率输出仅为糖有氧氧化的一半，储量丰富，可供运动的时间理论上不受限制，是中低强度运动时的主要基质。蛋白质在长于３０分钟的激烈运动中参与供能，但最多不超过总供能的１８％。

有氧代谢供能是数分钟以上耐力性运动项目的基本供能系统，同时提高有氧代谢能力对改善运动肌代谢环境和加速疲劳消除起着重要作用，对速度和力量型项目运动员同样重要。第四节 运动时能量的释放和利用

一、运动时供能系统的动用特点

（一）人体骨骼肌细胞的能量储备

表 人骨骼肌细胞的能量储备（70kg体重）

供能物质

储量（mmol/kg干肌）可利用的能量

ATP

24.6

9.8

CP

76.8

61.4

Gn

365

100/14200

TG

48.6

24520

（二）供能系统的输出功率

各种能源产生高能磷酸基团的最大速率

能源利用

最大输出功率(mmol~p/kg干肌/秒)

可供运动时间 CP

1.6～3.0

6～8秒

Gn糖酵解

1.0

30～60秒达最大速率

可维持运动2～3分钟

Gn有氧氧化

0.1.5～2小时 FFA有氧氧化

0.25

不限时间

（三）供能系统的相互关系

运动中基本不存在一种能量单独供能的情况，肌肉可以利用所有能量物质，只是时间，顺序和相对比例随运动状况而异，不是同步利用。最大功率输出的顺序，由大到小是：•磷酸原系统＞糖酵解系统＞糖有氧氧化＞脂肪酸有氧氧化，且分别以近５０％的速率依次递减。当以最大输出功率运动时，各系统能维持的运动时间是磷酸原供极量强度运动６－８秒，糖酵解系统供最大强度运动３０－９０秒，33 可维持２分钟以内，３分钟以上的运动能量需求主要依赖于有氧代途径。在超过３０分钟的激烈运动中蛋白质也参与供能，但供能量不超过总能量的１８％。运动时间越长强度越小，脂肪氧化供能的比例越大。

运动后ＡＴＰ，ＣＰ的恢复和乳酸的清除要依靠有氧代谢系统才能完成，有氧代谢供能是运动后机体恢复的基本代谢方式。

二、不同活动状态下供能系统的相互关系 •

（一）安静时

骨骼肌内能量消耗较少，ＡＴＰ保持高水平，肌细胞内以游离脂肪酸和葡萄糖的有氧氧化供能，且线粒体内氧化脂肪酸的能力大于糖的氧化能力。

（二）短时间激烈运动

骨骼肌以无氧代谢供能为主，在极量运动时以ＡＴＰ，ＣＰ供能为主，在超过１０秒的运动中糖酵解供能的比例增加。•

（三）大强度运动

机体总体上基本依靠有氧代谢供能，部分骨骼肌由糖酵解合成ＡＴＰ。

（四）长时间低强度运动

以脂肪酸供能为主，但运动开始时ＣＰ和糖酵解供能直到有氧代谢能力充分调动起来为止。

总之，短时间激烈运动时（１０秒以内）基本上依赖ＡＴＰ，ＣＰ储备供能，长时间中低强度运动时以糖和脂肪酸有氧代谢供能为

主，运动时间在１０秒－１０分钟以内执行全力运动时，所有的能源储备都被动用，运动开始时ＡＴＰ，ＣＰ被动用，然后糖酵解供能，最后糖原，脂肪酸和蛋白质有氧代谢也参与供能。运动结束后的一段时间内，骨骼肌等组织细胞内有氧代谢速率仍高于安静时水平，它所产生的能量用于运动时消耗的能源物质的恢复。

第五章

运动与糖代谢

第一节 肌糖原与运动能力

一、影响肌糖原储量的因素

肌肉部位：不同个体同一部位肌糖原储量相同，同一个体不同部位肌糖原储量不同。

肌纤维类型：快肌略高于慢肌

运动训练水平：训练水平越高，通常肌糖原也越高。饮食状况：正常糖原含量的肌肉对饮食糖的敏感性较低。

二、影响运动时肌糖原利用的因素

运动强度、持续时间与肌糖原利用：运动强度增大，肌糖原消耗速率相应增大

1、在90%~95%最大摄氧量以上强度运动时，肌糖原消耗速率最大。

2、在65%~85%最大摄氧量强度长时间运动时，肌糖原消耗总量最大。

3、以30%最大摄氧量强度运动时，肌糖原很少利用。训练水平：

耐力训练水平可以提高肌肉氧化糖和脂肪酸的能力。高训练水平的人，执行定量负荷运动时，肌糖原氧化速率减慢。在进行大强度亚极量运动时，肌糖原分解速率相对较快。肌纤维类型：

I

有氧化氧化型：肌糖原利用随强度增大而减少 IIa 酵解氧化型：肌糖原利用随强度增大而增大 IIb 酵解型：肌糖原利用随强度增大而增大 饮食：

赛前适量补糖：减少肌糖原的消耗，赛前增加脂肪酸的利用：节省肌糖原的消耗 环境温度的影响：

气温影响人体的代谢速率和代谢底物的选择 低氧分压：

缺氧——糖酵解供能比例增加，高原训练初期，肌糖原利用增加

三、肌糖原与运动能力的关系

有氧运动能力与肌糖原储量 无氧运动能力与肌糖原储量

第二节

血糖与运动能力

一、概述

（一）血糖浓度

血液中的葡萄糖含量称为血糖。

正常空腹血糖浓度为3.89～6.11mmol/L

低血糖范围：<3.8 mmol/L

高血糖范围：>7.2 mmol/L

二、血糖的来源与去路

三、血糖的生物学作用

中枢神经系统的主要供能物质。血糖是红细胞的唯一能源。血糖是运动肌的肌外燃料。

四、血糖与运动能力的关系

短时间激烈运动时，血糖在运动时供能的地位很小；长时间运动时，血糖可能成为重要的限制运动能力的因素；中枢神经系统因血糖供能缺乏而出现中枢疲劳；影响红细胞能量代谢，使氧的运输能力下降；由于运动肌外源性糖供应不足导致外周疲劳而使运动能力下降。第三节

肝脏释放葡萄糖与运动能力

一、安静时肝葡萄糖释放

（一）安静时肝糖原分解：占肝葡萄糖释放的70%

（二）安静时糖异生作用：占肝葡萄糖释放的25~30% 糖异生：在肝脏中，有非糖物质转变成葡萄糖和糖原的过程。区别糖异生和糖酵解

二、运动时肝葡萄糖释放

（一）短时间大强度运动：以肝糖原分解为主，约占肝葡萄糖释放的90%左右。

（二）长时间大强度运动时：肝糖原分解速率增加，但时间越长，糖

异生的比率逐渐增加。

（三）运动时糖异生作用：不同时间糖异生基质成分的变化：40分钟以内：以乳酸为主；40分钟左右：以生糖氨基酸为主；40分钟以后：以甘油为主

三、膳食对肝糖原贮备量的影响因素

肝糖原主要受饮食糖含量的影响，一天低糖饮食，肝糖原含量可降到最低水平；而高糖饮食可使肝糖含量达大最高水平。摄取果糖在肝内合成糖原的能力比葡萄糖高3~4倍。第四节

乳酸与运动

一、运动时乳酸生成的机理 1.安静时乳酸的生成

2.短时间极量运动乳酸的生成 3.亚极量运动时乳酸的生成

4.中、低强度运动开始时乳酸的生成

二、乳酸的消除

（一）乳酸消除的基本途径

（二）运动时乳酸代谢 氧化占55％～70％ 糖异生：Gn<20％ 蛋白质成分：5％～10％ 其它：<10％

（三）乳酸消除的生物学意义

§提供氧化底物。

§通过糖异生维持血糖浓度。

§改善肌细胞内环境，维持糖酵解反应继续继续。

三、乳酸与运动能力的关系 •乳酸生成与运动能力 •乳酸消除与运动能力

第六章 运动与脂肪代谢

运动时脂肪可以参加能量代谢，脂肪的供能地位主要与血浆游离脂肪酸的作用分不开。血浆游离脂肪酸可以为多种器官和组织供能，也是安静与运动时骨骼肌的主要供能物质之一。第一节 运动与脂肪代谢

一、概述

（一）长时间运动时骨骼肌细胞燃料的选择 糖原的优缺点：

耗氧量少，缺氧时可进行无氧代谢 分解速度快，输出功率较高

相同量的糖原释放能量可合成的ＡＴＰ比脂肪少 在体内储存时所占体积较大，储量较少

长时间运动时可维持运动时间受肌糖原储量的影响 脂肪的优缺点：

耗氧量高，分解速度慢，输出功率低

可合成ＡＴＰ的量多

在体内储存时所占体积较小，储量丰富

长时间运动时可维持运动时间理论上不受脂肪储量的影响

（二）运动时脂肪的供能作用

§短时间激烈运动时：肌肉基本不利用脂肪酸，磷酸肌酸和肌糖原是肌肉的主要供能物质。

§当大于６０％－６５％最大摄氧量强度少于６０分钟的运动中：机体以糖的有氧和无氧代谢为运动肌的主要供能物质。

§当低于６０％－６５％最大摄氧量强度的长时间运动中：机体以脂肪为运动肌的主要供能物质。

（三）运动时脂肪参与供能的形式和来源 运动时脂肪参与供能的形式主要有三种：

完全氧化：在心肌，骨骼肌等组织中，脂肪酸完全氧化生成二氧化碳和水，这是脂肪供能的主要形式。

不完全氧化：在肝脏中脂肪酸不完全氧化生成中间产物酮体，参与脂肪组织脂解的调节。

糖异生：在肝，肾细胞中甘油作为非糖物质经过糖异生途径转变成葡萄糖，对维持血糖水平起重要作用。* 参与骨骼肌供能的脂肪酸来源

有三个部位的脂肪经水解途径产生脂肪酸，并提供给运动肌氧化供能（１）脂肪组织储存的脂肪

（２）循环系统即血浆脂蛋白含有的脂肪

40（３）肌细胞中的脂肪

运动时人体基本上不利用肝脏内储存的脂肪

二、运动时脂肪分解代谢

（一）脂肪组织中脂肪分解 1.脂肪酸动员

脂肪细胞内储存的脂肪经脂肪酶水解释放出脂肪酸，供给全身各组织摄取利用。2.脂肪分解

脂肪细胞内ＴＧ受一系列脂肪酶催化水解最终生成甘油和脂肪酸。甘油三酯脂肪酶所催化的过程是调节脂肪酸动员的限速步骤。３.脂肪组织释放脂肪酸和甘油

在脂肪细胞中脂肪水解所产生的甘油基本上全部被释释放入血，经血液循环运输到肝脏等组织进一步代谢。脂肪酸只有部分被释放入血，大部分在脂肪细胞内直接参与再酯化过程，称为甘油三酯－脂肪酸循环。释放入血的脂肪酸水溶性较差，立即与血浆清蛋白结结合以增加水溶性。每分子清蛋白可结合１０分子脂肪酸。

（二）血浆甘油三酯分解 １.血浆脂蛋白与甘油三酯

血浆中的ＴＧ是与磷脂，胆固醇，胆固醇酯和载脂蛋白以不同比例结合而存在，共同构成脂蛋白。按密度可将脂蛋白分为四类：

它们分别是乳糜微粒ＣＭ，极低密度脂蛋白ＶＬＤＬ，低密度脂蛋白ＬＤＬ和高密度脂蛋白ＨＤＬ。nＣＭ中含ＴＧ比例最高，含蛋

白质量最少，nＨＤＬ中含蛋白质含量最高，ＴＧ含量最少。２.血浆脂蛋白中ＴＧ的分解

在ＬＰＬ的催化作用下，血浆脂蛋白中的ＴＧ水解为脂肪酸和甘油，水解出的脂肪酸立即以血浆清蛋白为载体生成游离脂肪酸，被各组织器官摄取和利用。３.血浆甘油三酯的供能作用

血浆甘油三酯的供能作用很小，训练可使人体血浆甘油三酯浓度降低。

（三）肌细胞内ＴＧ分解 １.肌内ＴＧ含量

主要分布在慢肌纤维中，以中性脂滴形式分三在线粒体附近，数量与线粒体容积成正相关。其含量可因肌纤维类型，营养和身体活动而改变。

２.肌内ＴＧ分解

受骨骼肌内ＬＰＬ催化，受多种激素调节。训练可影响骨骼肌ＬＰＬ活性。

３.肌内ＴＧ的供能作用

长时间运动可引起肌内脂肪含量明显下降，且运动时肌内ＴＧ的脂解强度比脂肪组织大得多。第二节 运动时脂肪酸的利用

运动时骨骼肌氧化的脂肪酸依靠肌内ＴＧ水解和摄取血浆ＦＦＡ，随运动时间延长，血浆ＦＦＡ供能起主要作用。

一、血浆游离脂肪酸浓度及其转运率

安静空腹时血浆ＦＦＡ相对较低，只有０.1毫摩尔每升左右，但血浆ＦＦＡ的转运率较快，半衰期大约为４分钟。

运动过程中血浆ＦＦＡ的浓度升高，可以上升２０倍，到接近２毫摩尔每升，且转运率加快，并与运动强度的增大密切相关，反映出血浆ＦＦＡ无论在静息状态，还是低，中强度运动时都能积极参与各组织器官的氧化供能。

二、骨骼肌利用血浆游离脂肪酸

（一）血浆ＦＦＡ在骨骼肌内的供能地位 １.安静时的供能地位

动脉血ＦＦＡ是安静肌的基本燃料，大约５０％的血浆ＦＦＡ在流经肌肉的过程中被吸收利用。２.运动时的供能地位

短时间极量或高强度运动中血浆ＦＦＡ供能的意义不大；长时间运动开始的数分钟内，血浆ＦＦＡ会出现暂时下降，然后逐渐升高。原因：

运动时肌肉吸收血浆ＦＦＡ增多，但脂肪组织分解及脂肪酸释放入血的量相对不足。进入脂肪组织的血流量暂时下降，造成肌肉吸收血浆ＦＦＡ速率与组织向循环系统释放脂肪酸的速率之间暂时的不平衡。通过逐渐增强脂肪组织的脂肪酸动员速率，血浆ＦＦＡ浓度逐渐上升到基础水平或超过基础水平。大约在运动后３－４小时达到最高值，接近２毫摩尔每升。运动终止时骨骼肌利用脂肪酸立即减弱，43 而脂肪组织内由于代谢活动使肢解仍保持较高速率，运动后血浆ＦＦＡ浓度将上升。大约经过１０－１５分钟血浆ＦＦＡ达到最高水平然后下降，逐渐恢复到安静时水平。

（二）影响肌细胞内血浆ＦＦＡ供能的因素 运动强度和持续时间

运动强度下降到６０％－７０％最大摄氧量，超过２０－３０分钟的长时间运动中肌细胞吸收血浆ＦＦＡ供能比例增大。血浆脂肪酸浓度

运动肌摄取和利用血浆ＦＦＡ与其浓度存在正比关系。饮食

吃糖抑制脂肪组织的脂肪分解，服用咖啡因可促进脂肪组织的脂解。耐力训练水平

高水平耐力运动员运动时脂肪酸氧化供能比例相对较高，有利于运动时节省糖储备。肌内局部因素

肌肉肉碱含量可影响脂肪酸的利用。环境温度

寒冷温度消耗脂肪酸的数量增多。

（三）不同组织利用血浆ＦＦＡ供能的差异 心肌和肝脏具有较强的脂肪酸氧化能力。Ｉ型肌纤维具有高氧化脂肪酸的能力。

ⅡＢ型肌纤维氧化脂肪酸的能力较差。

（四）骨骼肌脂肪酸氧化与运动能力关系示例 １.促进脂肪酸供能与最大耐力 ２.抑制脂肪酸供能与大强度耐力

（五）训练对骨骼肌脂肪酸氧化的影响

每分心输出量增大，ＨＢ，ＭＢ含量增多，骨骼肌毛细血管密度增大，对骨骼肌的供氧能力提高。使训练肌的细胞内线粒体数目增多和体积增大，线粒体内酶活性提高，骨骼肌代谢利用氧的能力提高。第三节 运动与甘油、酮体代谢

一、运动与甘油代谢

（一）甘油代谢

甘油由相应组织分解进入血液直接运送到肝脏，肾脏和小肠等组织，主要在肝脏中进一步代谢，因为肝脏有较高活性的甘油激酶。

甘油生成α－磷酸甘油，然后脱氢生成磷酸二羟丙酮。根据肝脏内供氧情况的不同，有三条可能代谢去路：彻底氧化为二氧化碳和水，每分子甘油产生２２分子ＡＴＰ；转变成乳酸；n糖异生作用转变为糖。

肾，小肠一定程度上可以利用甘油。

（二）运动时甘油代谢的意义

甘油糖异生生成葡萄糖，对长时间有氧运动中维持血糖的浓度有重要作用。甘油直接为骨骼肌供能的意义不大。当肌糖原储量充足时甘油氧化供能更少。

二、运动与酮体代谢

（一）酮体的生成

在肝细胞内脂肪酸氧化极不完全，生成乙酰乙酸，β－羟丁酸和丙酮，总称为酮体。肝细胞线粒体内含有合成酮体的酶类，但缺乏利用酮体的酶类。酮体生成后进入血液成为血酮体运输到肝外的一些组织，被进一步氧化和利用。

（二）酮体的氧化

主要在心肌，骨骼肌，神经系统和肾脏，可以将乙酰乙酸，β－羟丁酸转变成乙酰辅酶Ａ，然后通过三羧酸循环氧化成二氧化碳和水。

(三)运动时血酮体动力学变化

短时间激烈运动时血酮体浓度没有明显变化。长时间运动时，尤其是糖储备低的运动过程中血酮体浓度明显升高。在血酮体浓度低下时，随着运动强度上升，血酮体代谢加快。在高血酮体水平时，酮体代谢清除速率不再加快。

（四）酮体生成的意义

酮体是联系肝脏与肝外组织的一种能量特殊运输形式 参与脑组织和肌肉能量代谢 参与脂肪酸动员的调节

血、尿酮体浓度升高评定体内糖储备状况 第七章 运动与蛋白质和氨基酸代谢 蛋白质的功能：

构成机体细胞组成的重要物质。组织细胞的修复作用。调节各种生理功能。供能作用。

第一节 运动和恢复期蛋白质代谢

一、概述

氮平衡：在正常情况下，机体的蛋白质摄入量和排出量 处于动态平衡。

短时间激烈运动对蛋白质代谢影响较小，蛋白质基本不参与供能。长时间耐力运动时蛋白质和氨基酸分解代谢加强。

二、运动时蛋白质代谢

（一）运动时蛋白质净降解 由组织蛋白质释放或者转换提供。

长时间运动肝脏、肌肉非收缩蛋白分解代谢速率加快，肌肉收缩蛋白的分解速率减慢，整体蛋白质代谢表现为分解代谢加强。

（二）判断机体蛋白质分解代谢的强度指标 尿素氮可反映整体蛋白质的代谢情况。

尿3-甲基组氨酸反映肌肉收缩蛋白分解代谢的情况。血清氨基酸浓度的变化。

（三）运动使蛋白质分解代谢增强的原因 训练状态

训练的类型，强度，频率

激素变化 酶活性变化

三、运动后蛋白质代谢

（一）运动后蛋白质净合成

运动后恢复1小时内，骨骼肌蛋白质合成减弱。

运动后第2小时内蛋白质合成速率上升，并在尚未明确的时间内持续上升。

（二）影响运动后肌肉蛋白质合成的因素

运动使细胞膜通透性增加，使进入细胞内的游离氨基酸数量增加，为蛋白质合成提供了基本原料。

在运动后30分钟内肌细胞内ATP，CP迅速恢复到正常水平。机体内对蛋白质合成的阻遏作用解除。

多胺含量增加，可从核糖体水平提高蛋白质合成速率。激素浓度改变。

（三）运动训练对蛋白质代谢的影响

耐力训练的作用：

使骨骼肌线粒体的数目增多，体积增大，线粒体蛋白质量和组成酶活性提高。

力量训练的作用：

使训练肌的体积增大，肌纤维增粗，力量增强，这种适应性变化出现在快收缩肌纤维。

肌肉粗大的主要原因是肌蛋白数量增多，包括收缩蛋白总量增多。

此外肌纤维周围的结缔组织，肌腱，韧带组织数量增长。第二节 运动与氨基酸代谢

长时间运动时机体对氨基酸的利用加强，某些氨基酸氧化成二氧化碳和水直接参与供能，或者参与糖异生维持运动中血糖水平。

一、氨基酸代谢库

（一）游离氨基酸库

骨骼肌和肝脏是重要的游离氨基酸库。大约80%的游离氨基酸分布在骨骼肌内。大约10%分布在肝脏内。肾脏约含4%。

血浆游离氨基酸比例较低。

骨骼肌和肝脏是蛋白质和氨基酸代谢旺盛的部位，血浆游离氨基酸的变化反映肌肉，肝脏蛋白质代谢和氨基酸的变化。

（二）运动时代谢利用的氨基酸 三个来源

血浆和组织内游离氨基酸。

组织蛋白质降解时释放出的氨基酸。

非氨基酸类物质，主要是糖分解的中间代谢产物转变生成。组织蛋白质分解释放出的或生成的氨基酸是运动时可利用的主要部分，游离氨基酸库在运动中的供能作用不大。血液氨基酸浓度的变化可以反映游离氨基酸库动态平衡的改变，但不提供氨基酸代谢流通的情况。

二、运动与氨基酸供能

长时间的大强度运动时氨基酸氧化增强，参与氧化供能的氨基酸主要是丙氨酸，谷氨酸，门冬氨酸和支链氨基酸。

（一）丙氨酸，谷氨酸，门冬氨酸

在相应转氨酶的作用下，上述氨基酸直接转变为丙酮酸，α-酮戊二酸和草酰乙酸，从不同途径进入三羧酸循环。

（二）支链氨基酸

支链氨基酸包括亮氨酸，异亮氨酸和缬氨酸。

组织内支链酮酸脱氢酶分布不均匀，肌肉内含量约占总量的60%，其次是肝组织，所以肌肉是氧化支链氨基酸的主要组织。

每分子亮氨酸，异亮氨酸和缬氨酸完全氧化分别产生42，43和32分子ATP。

安静时骨骼肌总能量消耗的14%由支链氨基酸氧化过程提供，属于非糖的能量来源。

（三）影响氨基酸供能的因素

耐力训练能提高运动肌内谷-丙转氨酶活性。

三、运动与氨基酸的糖异生作用

在耐力运动期间，氨基酸的另一代谢途径是合成葡萄糖。在各种生糖氨基酸中以丙氨酸为主，约占糖异生生成葡萄糖总量的20%-25%，占肝脏葡萄糖输出量的5%-8%。

（一）葡萄糖-丙氨酸循环的代谢途径

由肌内葡萄糖，肌糖原分解生成的丙酮酸，与氨基酸之间经转氨

第三篇：生化实验教案

生命科学与技术学院生化实验（下）

生 物 化 学 实 验（下）

实验三 离子交换柱层析法分离氨基酸

生命科学与技术学院生化实验（下）

华中科技大学生命科学与技术学院 2012级生物化学小老师

第三组

离子交换柱层析法分离氨基酸

【实验目的】

1.学习离子交换树脂分离氨基酸的基本原理。2.掌握离子交换柱层析的基本操作。3.掌握氨基酸和茚三酮显色机理。

【实验原理】

1.离子交换层析原理

离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离目的的方法。

有些高分子物质含有一些可以解离的基团，例如-SO3H，-COOH等，因此可以和溶液中的离子产生交换反应，如：

或

这类高分子物质统称为离子交换剂，离子交换剂是一类具有离子交换功能的高分子材料。功能基团由固定在骨架上的带电基团与可进行交换的能移动离子两部分组成，二者所带电荷相反，以静电作用结合。可进行交换的离子称为反离子或抗衡离子，这种反离子可与溶液中带

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同种电荷的离子进行交换反应。因离子交换反应是可逆的，在一定条件下被交换的离子也可以“解吸”，使离子交换剂又恢复到原来的离子形式，所以离子交换剂通过交换和再生可以反复使用。其中使用的最普遍的是离子交换树脂。由于一定离子交换剂对于不同离子的静电引力不同，因此在洗脱过程中，不同的离子在离子交换柱上的迁移速度也不同，最后完全分离。

选择适当的条件，可使一些溶质分子变成离子态，通过静电作用结合到离子交换剂上，而另一些物质则不能被交换，这两类物质即被分离。带同种电荷的不同离子都可以结合到同一介质上，但由于各自所带电量不同，与介质的结合牢度不同，可改变洗脱条件使它们依次先后被洗脱，从而达到分离目的。

离子交换层析是一种基于氨基酸电荷行为的层析方法。本实验采用磺酸型阳离子交换树脂（732型）分离酸性氨基酸天冬氨酸（Asp，pI2.97）和碱性氨基酸赖氨酸（Lys，pI9.74）的混合液。氨基酸是两性电解质，分子上所带的净电荷取决于氨基酸的等电点和溶液的pH值。在pH5.3条件下，因为pH值低于Lys的PI值，Lys可解离成阳离子结合在树脂上；Asp可解离成阴离子，不被树脂吸附而流出层析柱。在pH12条件下，因pH值高于Lys的pI值Lys可解离成阴离子从树脂上被交换下来。这样通过改变洗脱液的pH值可使它们被分别洗脱而达到分离的目的。2.茚三酮反应机理

茚三酮反应是指在加热条件下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成紫色（与羟脯氨酸或脯氨酸反应生成（亮黄色）化合物的反应。

该紫色化合物在570nm处有最大光吸收，所以可以利用分光光度计测量其含量。

由于该反应灵敏度高，目前已经广泛应用于氨基酸定性和定量的分析，国内的大部分教材认为其反应机理为：

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但是大量实验表明而且大部分的学者认为茚三酮显色反应生成的有色物质是混合物而不是单一组分。

茚三酮显色反应受pH，茚三酮试剂的配制方法和浓度，氨基酸种类和浓度，反应温度，反应时间，冷却时间，离子强度等都有较大影响。特别要注意的是pH对显色反应的影响特别大，且该反应在一个小时内稳定。

【实验器材和试剂】

一、实验器材

层析柱（20cm*1cm）；铁架台；恒流泵；部分收集器；分光光度计；移液枪；恒温水浴锅；试管；玻璃棒；烧杯；试管架。

二、实验试剂

①732型阳离子交换树脂（100-200目）

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②2mol/L氢氧化钠溶液，1mol/L氢氧化钠溶液； ③2mol/L盐酸溶液，0.1mol/L盐酸溶液； ④标准氨基酸溶液

天冬氨酸、赖氨酸均配制成2mg/mL的0.1mol/L盐酸溶液； ⑤洗脱液

柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲溶液（pH5.3）

取柠檬酸14.25g，氢氧化钠9.30g和浓盐酸5.25mL溶于少量水后，定容至500mL，冰箱保存

注：在柠檬酸缓冲液中加入0.1%酚溶液可防止长霉。在室温较高的夏季，配制缓冲溶液用的蒸馏水必须是新鲜蒸馏水，配前煮沸，配好后在4℃保存。0.01mol/LNaOH溶液（pH12）

取0.4gNaOH固体用适量蒸馏水溶解后，定容至1L ⑥显色剂

取0.5g茚三酮溶于75mL乙二醇单甲醚中，加水定容至100mL。待测样品

混合氨基酸溶液：将2mg/mL天冬氨酸、赖氨酸溶液按1:2.5的比例混合，混合后再以1:1的比例用0.1mol/L盐酸溶液稀释。

【操作步骤】

1.树脂的处理

对于市售干树脂，先是经水充分溶胀后，经浮选得到颗粒大小合适的树脂，然后加4倍量的2mol/LHCl溶液浸泡1小时，倾去酸液，用蒸馏水洗至中性，然后用2mol/LNaOH溶液处理，做法同上。以1mol/LNaOH溶液浸泡树脂一小时转化为钠型，用蒸馏水洗至中性，最后用欲使用的柠檬酸缓冲液浸泡，过剩的树脂浸入1mol/LNaOH溶液中保存，以防细菌生长。2 装柱

取层析柱一支，垂直固定在铁架台上，(实验前需进行检漏，小老师会在实验过程中进行演示)用夹子夹紧柱底出口处橡胶管，在柱内加2~3cm高的柠檬酸缓冲液。将搅拌成悬浮状的树脂沿柱内壁缓慢倒入。待树脂在柱底部逐渐沉降时，慢慢打开柱底出口处铁夹，继续加入树脂悬浮液，直至树脂高度到层析柱高度的3/4处。

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注意：要注意装柱过程的连续性，装好的层析柱应均匀，防止产生气泡，节痕或界面，否则会对实验有较大的影响，必须重新装柱。3平衡

层析柱装好后，再缓慢沿管壁加入 适量缓冲液至树脂床面以上2~3cm处，接上横流泵，用柠檬酸缓冲液以0.5mL/min的流速进行平衡，用pH试纸测量流出液pH，直至流出液的pH与缓冲液的pH相等。

注意：调节流速前要排除恒流泵与柱间连接管内所有气泡，以免影响流速，影响实验效果。调节流速时统一将流速调节为10滴/min,平衡时间一般为15分钟。4加样

关闭恒流泵，打开层析柱上端管口，缓慢打开柱底出口，小心放出层析柱内的液体至柱内液体的凹液面恰好与树脂上液面相齐，立即关闭下端出口（注意：不要使液面下降至树脂表面以下）。用移液枪吸取氨基酸混合样品0.5ml，沿靠近树脂表面的管壁缓慢加入，注意不要冲坏树脂表面。加样后打开柱底止水夹，使液体尽可能缓慢地流下至液体凹液面恰与树脂表面相平，立即关闭止水夹。再用胶头滴管吸取0.5ml缓冲液清洗柱内壁，打开止水夹放出液体，使液体下表面与树脂表面相平，按照此法清洗2次。然后小心加入缓冲液离柱顶部1cm为止，并将层析柱与恒流泵和部分收集器相连。

注意：样品体积不要过大，样品的含量不能超过层析柱内离子交换能力，否则影响分离效果。5.洗脱

① 缓冲液洗脱：用柠檬酸缓冲液（pH5.3）以6s/滴的流速开始洗脱，用试管收集洗脱液，每管收集1ml，收集1-10号管。(② 0.01mol/L NaOH溶液（pH12）洗脱：关闭恒流泵和止水夹，将柠檬酸缓冲液更换为0.01mol/L的NaOH溶液，打开止水夹进行洗脱，同法收集11-40管。收集完毕后，关闭止水夹和恒流泵。

注意：在整个实验过程中要多注意层析柱，避免使柱内液体流干，否则实验即为失败。6.测定

分别向60管收集液中加入1.5ml柠檬酸缓冲液，混匀后再加入1ml茚三酮显色剂，混匀。沸水浴15min后取出，冷却至室温，在1h内用分光光度计在570nm下以蒸馏水为空白管进行比色，测定各管的吸光度值。

注意：比色时尽量避免将液体沾在手上或衣服上。7.树脂再生

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层析柱使用几次后，需将树脂取出用1mol/LNaOH溶液洗涤，再用蒸馏水洗至中性后可反复使用。

注意：在本次实验结束之后需将树脂倒至指定烧杯中。

【结果与分析】

以吸光度值为纵坐标，收集的管数为横坐标，绘制出洗脱曲线。以已知两种氨基酸的纯溶液样品，按上述方法和条件分别操作，将得到的洗脱曲线与混合氨基酸的洗脱曲线对照，可确定2个峰的大致位置及各峰为何种氨基酸。

【思考题】

1.对于新树脂我们做的处理是先用2mol/LHCl搅拌半小时，然后用蒸馏水洗至中性，再用2mol/LNaOH搅拌半小时，用蒸馏水洗至中性，最后用1mol/LHCl搅拌半小时，还用蒸馏水洗至中性。请分析原因。

2.所加树脂的高度为层析柱高度的3/4，请思考树脂过高或过低对实验结果有何影响，试分析原因。

3.本实验加的样品为天冬氨酸和赖氨酸，若再加一个组氨酸，请估计其峰值的位置，说明理由。

第四篇：生化教案第十章 脂代谢

第十章 脂代谢

第一节 概述

类脂和脂肪总称为脂肪。类脂是构成机体组织的结构成分，脂肪是动植物的重要能源，称为储存脂质。

一、脂肪的降解

1、胰脂肪酶---在人和动物体消化道中降解脂肪

胰脂肪酶分为酯酶和脂酶两类。酯酶主要水解脂肪酸和一元醇构成的酯。脂酶包括脂肪酶和磷脂酶，脂肪酶水解三酰甘油，产生甘油和脂肪酸。磷脂酶作用于磷脂，可产生甘油、脂肪酸、磷酸、胆碱等。

2、微生物脂肪酶---具有双向催化特性

细菌的脂肪酶降解活性一般不高，但真菌的脂肪酶活性较高。脂肪酶能将脂肪降解生成脂肪酸和甘油。

脂肪酶也能在一定条件下催化醇与酸缩合成酯。

二、脂肪酸的吸收与转运

1、脂肪的吸收---吸收形态的多样性 被吸收的形态

一是完全水解成甘油和脂肪酸，脂肪酸再与胆汁盐按比例结合成可溶于水的复合物，与甘油一起被小肠上皮细胞吸收并进入血液。

二是不完全水解，脂肪部分水解成脂肪酸、单酰甘油、二酰甘油，而被吸收。

三是完全不水解，经胆汁高度乳化成脂肪微粒，同样能被小肠粘膜细胞吸收，经淋巴系统再进入血液循环。

2、血脂---油脂的转运

血浆中的脂质统称为血脂。

血脂与蛋白结合形成脂蛋白，根据密度，脂蛋白分为高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白、乳糜颗粒等，脂蛋白具有较强的亲水性，便于随血液循环被转运至各器官组织。

三、油脂的中间代谢概况

第二节

脂肪的代谢

一、甘油代谢

1、甘油的分解---从磷酸丙糖插入EMP

2、甘油的合成---分解代谢的逆行

二、脂肪酸的分解代谢

1、β-氧化---分解代谢的主要途径

脂肪酸通过酶催化α碳原子与β碳原子间的断裂、β碳原子上的氧化，相继切下二碳单位而降解的方式称为β氧化（是在线粒体中进行的）。

脂肪酸β氧化前必须活化形成脂酰辅酶A，然后才能进一步分解。

在线粒体基质中进行的脂肪酸β-氧化包括氧化、水化、再氧化、硫解4步化学反应。

（1）氧化

进入线粒体的脂酰辅酶A被脂酰辅酶A脱氢酶催化，脱去α、β碳两个碳原子上的氢，生成FADH2和烯脂酰辅酶A。

2、水化

3、再氧化

（4）硫解

三、脂肪酸的合成代谢 1胞浆合成---全程合成途径 全程合成途径是指从二碳单位开始的脂肪酸合成过程。2 酰基转换

合成过程的中间产物都连接在一个酰基载体蛋白（ACP）分子上，并与其—SH以共价键相连。

第三节 磷脂代谢和固醇代谢

二、固醇代谢

1、胆固醇的合成---关键酶是羟甲基戊二酰CoA还原酶

第四节 脂质代谢在工业上的应用

一、脂质代谢在食品工业中的应用

1、脂酶水解食品中的脂肪----影响食品的风味

脂酶作用于食品材料中的油脂，产生游离脂肪酸，后者很容易进一步氧化而产生一系列短碳链的脂肪酸、脂肪醛等，从而影响食品的风味。

2、脂酶催化的酯交换—生产新产品的一种手段

脂酶作用于油和脂肪时，同时发生甘油酯的水解和再合成反应，于是酰基在甘油酯分子间移动和发生酯交换反应。

酯交换反应从廉价的原料生产有价值的可可奶油。第十章 重点

1、解释β-脂肪酸氧化

2、脂肪被吸收的形态有哪三种？分别解释之。

第五篇：生化教案第九章 糖代谢

第九章

糖代谢 第一节 概述

一、多糖及寡糖的降解

1、胞外降解---核苷酶的水解方式

 α-淀粉酶 水解淀粉的α（1，4）糖苷键，产物为麦芽糖、麦芽三糖和α糊精酶或消化酶

 β淀粉酶 水解淀粉的α（1，4）糖苷键，从水解淀粉的非还原性末端残基开始，依次切下两个葡萄糖单位，产物为麦芽糖，作用于支链淀粉。

 γ淀粉酶水解淀粉的α（1，4）糖苷键和α（1，6）糖苷键,终产物均为葡萄糖。 R酶能特异性作用于淀粉的α（1，6）糖苷键，将支链淀粉的分支切下  纤维素酶水解纤维素的β（1，4）糖苷键，产物为纤维二糖和葡萄糖。

2、胞内降解---糖原的磷酸解

 磷酸解：糖原在细胞内的降解称为磷酸解，即加磷酸分解。 细胞内糖原降解需要脱支酶和糖原磷酸化酶的催化。 脱支酶水解糖原的α（1，6）糖苷键，切下糖原分支

 糖原磷酸化催化的反应不需水而需要磷酸参与磷酸解作用，从糖原的非还原末端依次切下葡萄糖残基，产物为1-磷酸葡萄糖和少一个葡萄糖残基的糖原。

二、糖的吸收与转运



1、糖的吸收---单糖同Na离子的同向协同运输

 葡萄糖跨膜运输所需要的能量来自细胞两侧Na离子浓度梯度，小肠上皮细胞能吸收葡萄糖等单糖。

2、糖的转运---血糖的来源与去路

 血糖：血液中的糖称为血糖  4.4—6.7mmol/L为正常范围、高于8.8mmol/L为高血糖、低于3.8mmol/L为低血糖。 正常机体可通过肝糖原或肌糖原的合成或降解来维持血糖恒定。

三、糖的中间代谢概念



1、中间代谢---糖在细胞内的分解与合成

 从小肠吸收的甘露糖、果糖、半乳糖、葡萄糖可在各种酶的催化下，转化成6-磷酸葡萄糖。

2、糖的分解代谢类型----需氧分解占主导地位（1）不需氧分解

 分解不完全，产生能量少于糖的有氧分解；

 糖类物质在细胞内进行无氧呼吸生成乳酸的过程称为酵解。 糖经酵母菌无氧呼吸作用产生乙醇的过程称为发酵。（2）需氧分解

将糖在有氧存在下彻底分解成CO2和H2O，同时释放出能量的过程称为有氧氧化或有氧呼吸。

糖的有氧氧化与无氧氧化的区别：有氧氧化是以氧作为最终受氢体；糖的无氧分解，是以中间产物丙酮酸为受氢体，在发酵过程中以乙醛为受氢体。有氧呼吸在糖的分解过程中占主导地位，产生能量较多。

第二节 糖的分解代谢

一、糖酵解（EMP）---糖的无氧分解

发酵与酵解起始物质都是葡萄糖，从葡萄糖到丙酮酸的生成，二者相同。发酵和酵解都在细胞浆中进行。

1、糖的裂解---糖酵解的第一阶段是耗能的

2、醛氧化成酸---糖酵解的第二阶段是产能的

3、丙酮酸的去向---有氧和无氧条件下转变成不同产物（1）丙酮酸转变为乙醇

第一步：丙酮酸脱羧酶催化下，脱去羧基并产生乙醛。

第二步：在醇脱氢酶催化下，由NADH+H提供氢，使乙醛还原为乙醇。（2）丙酮酸转变为乳酸（无氧条件下）（3）丙酮酸转变为乙酰辅酶A

在有氧存在的条件下，丙酮酸转变为乙酰辅酶A，再进入三羧酸循环，被彻底氧化成CO2、H2O并释放出能量。二、三羧酸循环（TCA）---糖的需氧分解

3、生理意义-----糖的无氧分解和需氧分解的能量转换效率（1）为机体提供能量

经计算，葡萄糖的产能效率是40%，比发酵高12%，比酵解高9%，所以，糖的有氧氧化时生物机体获取能量的主要途径。

（2）糖的需氧代谢是物质代谢的总枢纽 在糖、脂肪、蛋白质代谢中的作用如下图（3）草酰乙酸在TCA循环中的作用

草酰乙酸的浓度影响TCA循环的速度，必需保持一定的浓度，草酰乙酸可由下列3种途径生成。

三、磷酸己糖途径（HMS）---糖需氧分解的代谢旁路

2、生理意义---产生的NADPH为重要的还原力 HMS和ＥＭＰ都存在于细胞浆中。从图９－８可见：

每１分子６－磷酸葡萄糖进入ＨＭＳ循环一次，可产生３分子ＣＯ２，6分子NADPH和1分子3-P-甘油醛。2分子3-P-甘油醛经过EMP逆行，又可合成1分子6-P酸葡萄糖，因此，1分子6-磷酸葡萄糖经HMS完全氧化，需循环2次，可产生12分子NADPH。此外，NADPH也可通过穿梭作用进入呼吸链进行氧化磷酸化产生ATP，若以每分子NADPH产生3分子ATP计算，每分子6-磷酸葡萄糖经HMS可产生36分子ATP。

第三节 糖的合成代谢

一、光合作用

1、概念---光合作用是合成糖的主要途径

2、能量转换---光合作用分两个阶段进行

光反应：利用光能合成ATP，还原NADP，并释放氧气。

暗反应：利用光反应产生的NADP和ATP，通过1，5-二磷酸核酮糖固定CO2，生成3-磷酸甘油酸，然后在多种酶作用下生成3-磷酸甘油醛，最后通过3-磷酸甘油醛转变成葡萄糖。

二、糖原合成

人和动物体内合成糖原的过程包括糖原生成作用和糖异生作用

1、糖原生成作用---由葡萄糖合成糖原

2、糖异生作用---由非糖物质合成糖原

在EMP中，由激酶催化的反应是不可逆的，需其他酶的参与丙酮酸羧化支路

在EMP中，由磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸是不可逆的，所以，在糖异生过程中，丙酮酸先转化为草酰乙酸后，再转化成磷酸烯醇式丙酮酸。如图 糖异生作用的3种主要原料是乳酸、甘油和某些氨基酸。乳酸在乳酸脱氢酶催化下生成丙酮酸，经EMP逆行合成糖 氨基酸通过多种方式转变成EMP的中间产物，再生成糖。糖氧化与糖异生作用的关系如图9-11

第九章 糖代谢

重点

1、叙述磷酸己糖途径（HMS）的生理意义

2、糖的需氧代谢是物质代谢的总枢纽？ 3、1分子葡萄糖彻底氧化分解后产生的ATP数目是多少？ATP产生的部位是