南京醫(yī)科大學(xué)生化教研室：王磊教學(xué)課件歡迎來到南京醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)課程。本課程由王磊教授主講，將深入淺出地帶領(lǐng)大家探索生命科學(xué)的微觀世界，揭示生物體內(nèi)分子的結(jié)構(gòu)、功能與代謝變化規(guī)律。生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)教育的基礎(chǔ)學(xué)科，對理解人體健康與疾病的本質(zhì)具有重要意義。通過本課程的學(xué)習(xí)，你將掌握從分子層面理解生命過程的能力，為未來的醫(yī)學(xué)實(shí)踐和科研工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程簡介與教學(xué)目標(biāo)課程核心內(nèi)容定位本課程聚焦生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，代謝途徑及其調(diào)控機(jī)制，以及生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)的緊密聯(lián)系。作為醫(yī)學(xué)教育的關(guān)鍵基礎(chǔ)課程，我們將以臨床應(yīng)用為導(dǎo)向，構(gòu)建系統(tǒng)的生物化學(xué)知識體系。教學(xué)知識體系建設(shè)從分子結(jié)構(gòu)入手，逐步深入代謝網(wǎng)絡(luò)，最終達(dá)到對整體生命活動(dòng)的理解。課程將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，深化對生物化學(xué)原理的理解和應(yīng)用。培養(yǎng)生化分析與應(yīng)用能力通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用生物化學(xué)知識解釋生理現(xiàn)象、分析疾病機(jī)制以及探索疾病干預(yù)策略的能力，為后續(xù)醫(yī)學(xué)專業(yè)課程和臨床實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。生物化學(xué)的發(fā)展簡史早期探索（18-19世紀(jì)）1828年維勒合成尿素，打破了有機(jī)物只能由生物體合成的觀念。1897年布赫納發(fā)現(xiàn)無細(xì)胞酵母提取物能發(fā)酵糖，證明了生物化學(xué)反應(yīng)可在體外進(jìn)行。分子結(jié)構(gòu)解析時(shí)期（20世紀(jì)中期）1953年沃森與克里克闡明DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，開啟了分子生物學(xué)時(shí)代。1958年桑格完成胰島素的氨基酸序列測定，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究奠定基礎(chǔ)?，F(xiàn)代生物化學(xué)發(fā)展（20世紀(jì)末至今）人類基因組計(jì)劃的完成、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的興起，推動(dòng)生物化學(xué)進(jìn)入系統(tǒng)生物學(xué)階段。CRISPR基因編輯技術(shù)的發(fā)展為生物化學(xué)研究提供了強(qiáng)大工具。中國生物化學(xué)學(xué)科建設(shè)從20世紀(jì)50年代開始，中國生物化學(xué)研究逐步發(fā)展。王應(yīng)睞、鄒承魯?shù)瓤茖W(xué)家為中國生物化學(xué)學(xué)科奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。如今，中國已成為生物化學(xué)研究的重要力量。南京醫(yī)科大學(xué)生化教研室簡介教研室歷史與成就南京醫(yī)科大學(xué)生化教研室始建于1935年，是國內(nèi)最早設(shè)立的醫(yī)學(xué)院校生化教研室之一。經(jīng)過數(shù)代學(xué)者的辛勤耕耘，已發(fā)展成為集教學(xué)、科研于一體的重要學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。迄今已培養(yǎng)碩博士研究生數(shù)百名，發(fā)表SCI論文千余篇，多次獲得國家級和省部級科研獎(jiǎng)勵(lì)。主要師資與研究方向教研室現(xiàn)有教授10名，副教授15名，講師及實(shí)驗(yàn)員20余名，其中包括國家杰出青年基金獲得者2名，長江學(xué)者1名。主要研究方向涵蓋代謝性疾病機(jī)制、腫瘤代謝重編程、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)翻譯后修飾等領(lǐng)域，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)界具有重要影響力。教學(xué)特色與創(chuàng)新我們注重理論與實(shí)踐結(jié)合，采用案例教學(xué)、PBL教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。建立了完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，擁有生物化學(xué)與分子生物學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，為學(xué)生提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺。生物分子的基本組成水與無機(jī)元素水是生命的搖籃，占人體重量的65-70%。主要無機(jī)元素包括鈉、鉀、鈣、鎂、氯等，它們在維持酸堿平衡、滲透壓和神經(jīng)傳導(dǎo)中扮演重要角色。有機(jī)元素及其生物意義碳、氫、氧、氮、硫、磷是構(gòu)成生物大分子的基本元素。碳原子的特殊化學(xué)性質(zhì)使其能形成多樣化的生物分子，是生命的核心元素。生物分子分類生物分子主要包括蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂類四大類。它們共同構(gòu)成了細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能單元，是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。3微量元素功能鐵、鋅、銅、錳等微量元素雖含量極少，但在酶催化、氧運(yùn)輸、免疫功能等方面具有不可替代的作用。缺乏這些元素會導(dǎo)致嚴(yán)重的生理功能障礙。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能1四級結(jié)構(gòu)多個(gè)蛋白質(zhì)亞基的空間排列組合三級結(jié)構(gòu)多肽鏈的空間折疊構(gòu)象二級結(jié)構(gòu)α-螺旋、β-折疊等局部有序排列一級結(jié)構(gòu)氨基酸的線性排列順序蛋白質(zhì)是由20種基本氨基酸通過肽鍵連接而成的生物大分子。每種氨基酸具有不同的化學(xué)性質(zhì)，它們的排列順序決定了蛋白質(zhì)的最終結(jié)構(gòu)和功能。蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)承擔(dān)著結(jié)構(gòu)支持、催化反應(yīng)、信號傳導(dǎo)、免疫防御等多種關(guān)鍵功能。蛋白質(zhì)的折疊過程受多種因素影響，包括氫鍵、疏水作用、離子鍵、范德華力等。蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤可能導(dǎo)致一系列疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)方法X射線晶體學(xué)通過分析X射線在蛋白質(zhì)晶體中的衍射圖案，可以確定原子在三維空間中的精確位置，是解析蛋白質(zhì)高分辨率結(jié)構(gòu)的金標(biāo)準(zhǔn)方法。該技術(shù)已解析了數(shù)萬種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，但需要獲得高質(zhì)量的蛋白質(zhì)晶體。核磁共振(NMR)技術(shù)利用原子核在磁場中的共振現(xiàn)象，測定原子間的空間距離和相互作用，可在溶液狀態(tài)下研究蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。NMR特別適合于研究小分子蛋白和蛋白質(zhì)的區(qū)域動(dòng)力學(xué)變化。質(zhì)譜分析通過測定蛋白質(zhì)或肽段的質(zhì)荷比，確定氨基酸序列和翻譯后修飾?，F(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)如液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)已成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心工具，可同時(shí)分析成千上萬種蛋白質(zhì)。冷凍電鏡技術(shù)將樣品快速冷凍在玻璃態(tài)冰中，保持其天然結(jié)構(gòu)，然后通過電子顯微鏡成像。近年來隨著探測器和圖像處理算法的進(jìn)步，冷凍電鏡已能達(dá)到接近原子分辨率，尤其適合于研究大型蛋白質(zhì)復(fù)合物。酶的本質(zhì)與分類酶的本質(zhì)酶是具有高度特異性的生物催化劑，絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少數(shù)為RNA（核酶）。它們能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加速生物化學(xué)反應(yīng)，但本身不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)。催化機(jī)制酶通過與底物形成酶-底物復(fù)合物，提供有利的微環(huán)境促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。催化過程可能涉及共價(jià)催化、酸堿催化、金屬離子催化和近程效應(yīng)等多種機(jī)制。分類系統(tǒng)國際酶學(xué)委員會將酶分為六大類：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和連接酶。每種酶都有特定的EC編號，反映其催化的反應(yīng)類型。酶的活性中心通常只占整個(gè)酶分子的一小部分，其余部分維持適當(dāng)?shù)娜S構(gòu)象。很多酶需要輔因子（如輔酶、金屬離子）參與催化。酶的專一性體現(xiàn)在對底物結(jié)構(gòu)和反應(yīng)類型的選擇性上，是生物體精確調(diào)控生化反應(yīng)的基礎(chǔ)。酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)米氏方程基本原理米氏方程描述了酶促反應(yīng)速率與底物濃度之間的關(guān)系：v=Vmax[S]/(Km+[S])。該方程基于酶與底物形成可逆的酶-底物復(fù)合物，然后產(chǎn)物釋放的假設(shè)。當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)低于Km時(shí)，反應(yīng)速率與底物濃度成正比；當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)高于Km時(shí)，反應(yīng)速率接近最大值Vmax，表現(xiàn)為零級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。Km與Vmax的生物學(xué)意義Km（米氏常數(shù)）等于使反應(yīng)速率達(dá)到Vmax一半的底物濃度，反映了酶與底物的親和力。Km值越小，親和力越大。不同酶的Km值差異很大，從微摩爾到毫摩爾范圍不等。Vmax（最大反應(yīng)速率）反映了在酶量固定條件下，反應(yīng)能達(dá)到的最大速度，與酶的催化效率和總量有關(guān)。kcat（轉(zhuǎn)換數(shù)）表示每個(gè)酶活性中心單位時(shí)間內(nèi)能轉(zhuǎn)化的底物分子數(shù)。通過雙倒數(shù)作圖法（Lineweaver-Burk圖）可以線性化米氏方程，更便于從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中確定Km和Vmax。酶的效率常用催化效率常數(shù)kcat/Km表示，接近擴(kuò)散限制的酶(10^7-10^9M^-1s^-1)被認(rèn)為達(dá)到了"催化完美"。酶的調(diào)控與抑制劑酶活性調(diào)控機(jī)制酶活性調(diào)控是生物體精確控制代謝流向的關(guān)鍵機(jī)制。基因表達(dá)水平調(diào)控決定了酶的總量；而變構(gòu)調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾、蛋白質(zhì)相互作用等機(jī)制則可快速調(diào)節(jié)已存在酶的活性。反饋抑制是最常見的調(diào)控方式之一，代謝途徑的最終產(chǎn)物可抑制該途徑的關(guān)鍵酶，確保產(chǎn)物不會過量產(chǎn)生。這種調(diào)控方式在氨基酸合成等生物合成途徑中尤為重要。酶抑制劑類型與機(jī)制競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致表觀Km增大而Vmax不變。增加底物濃度可克服此類抑制。非競爭性抑制劑結(jié)合在酶的別構(gòu)位點(diǎn)，改變酶的構(gòu)象，降低酶的活性，表現(xiàn)為Vmax降低而Km不變。不可逆抑制劑通常與酶活性中心的關(guān)鍵氨基酸殘基形成共價(jià)鍵，永久性地滅活酶。如有機(jī)磷農(nóng)藥抑制乙酰膽堿酯酶，導(dǎo)致神經(jīng)傳遞物質(zhì)積累和中毒癥狀。許多重要藥物是酶抑制劑，如他汀類藥物抑制HMG-CoA還原酶降低膽固醇合成，抗生素如青霉素抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成酶。了解酶的抑制機(jī)制對藥物設(shè)計(jì)和毒理學(xué)研究至關(guān)重要。碳水化合物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單糖-基本構(gòu)建單元單糖是最簡單的碳水化合物，不能通過水解產(chǎn)生更小的糖分子。葡萄糖（C?H??O?）是人體最重要的能量來源，在血液中以游離形式存在。其他重要單糖包括果糖、半乳糖、核糖等。單糖可形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，α和β構(gòu)型的差異對生物學(xué)性質(zhì)有重要影響。二糖-常見營養(yǎng)物質(zhì)二糖由兩個(gè)單糖通過糖苷鍵連接形成。蔗糖（葡萄糖+果糖）是日常食品中最常見的糖；乳糖（半乳糖+葡萄糖）是哺乳動(dòng)物乳汁中的主要糖；麥芽糖（兩個(gè)葡萄糖）在谷物發(fā)芽過程中產(chǎn)生。這些二糖在消化過程中需要特定的酶水解為單糖才能被吸收。多糖-儲能與結(jié)構(gòu)功能多糖由大量單糖重復(fù)單元組成，分子量可達(dá)數(shù)百萬。儲能多糖如糖原（動(dòng)物）和淀粉（植物）由葡萄糖單元組成，是生物體短期能量儲存形式。結(jié)構(gòu)多糖如纖維素（植物細(xì)胞壁）和幾丁質(zhì)（節(jié)肢動(dòng)物外骨骼）提供機(jī)械支持和保護(hù)功能。糖胺聚糖是結(jié)締組織的重要組成部分。碳水化合物除了作為能量來源外，還參與多種生物學(xué)過程。細(xì)胞表面的糖蛋白和糖脂在細(xì)胞識別、免疫應(yīng)答和信號傳導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。核糖和脫氧核糖是核酸的重要組成部分。糖綴合物的結(jié)構(gòu)多樣性使其成為生物學(xué)信息編碼的重要媒介。糖類代謝重要通路糖酵解糖酵解是細(xì)胞質(zhì)中將葡萄糖分解為丙酮酸的十步反應(yīng)過程。每分子葡萄糖產(chǎn)生2分子ATP、2分子NADH和2分子丙酮酸。關(guān)鍵限速酶包括己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，它們是調(diào)控點(diǎn)。這一過程在有氧和無氧條件下都能進(jìn)行，是幾乎所有細(xì)胞獲取能量的基本途徑。三羧酸循環(huán)又稱檸檬酸循環(huán)或克雷布斯循環(huán)，在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。每個(gè)循環(huán)將一分子乙酰CoA完全氧化為二氧化碳，同時(shí)產(chǎn)生3分子NADH、1分子FADH?和1分子GTP。關(guān)鍵酶包括檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。除提供能量外，TCA循環(huán)還為多種生物合成反應(yīng)提供中間產(chǎn)物。電子傳遞鏈與氧化磷酸化位于線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞鏈接受來自NADH和FADH?的電子，通過一系列氧化還原反應(yīng)最終將電子傳遞給氧氣生成水。這一過程釋放的能量用于將質(zhì)子泵出線粒體基質(zhì)，形成質(zhì)子梯度。ATP合酶利用質(zhì)子回流的能量合成ATP。這一過程是有氧條件下ATP生成的主要來源，效率遠(yuǎn)高于糖酵解。糖代謝的各途徑緊密連接，形成復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)。在不同組織和不同生理狀態(tài)下，這些途徑的活性受到精確調(diào)控，以滿足細(xì)胞能量需求和生物合成需要。糖代謝異常與多種疾病相關(guān)，如糖尿病、癌癥和神經(jīng)退行性疾病等。糖原代謝與調(diào)控糖原合成糖原合成始于糖原合成酶將UDP-葡萄糖的葡萄糖部分轉(zhuǎn)移到已有糖原分子上。新的α-1,4-糖苷鍵形成延長糖鏈。分支酶負(fù)責(zé)形成α-1,6-糖苷鍵創(chuàng)建分支點(diǎn)，增加糖原的溶解度和代謝效率。糖原分解糖原磷酸化酶從糖原非還原端逐個(gè)切下葡萄糖，形成葡萄糖-1-磷酸。脫支酶將分支點(diǎn)處的葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到主鏈上，確保完全分解。肝臟中的葡萄糖-6-磷酸酶可將G6P轉(zhuǎn)化為游離葡萄糖釋放到血液中維持血糖水平。代謝平衡調(diào)控糖原合成和分解不會同時(shí)以高速率進(jìn)行，避免無謂的ATP消耗。兩個(gè)過程中的關(guān)鍵酶受到相反的調(diào)控：當(dāng)糖原合成酶活性增強(qiáng)時(shí)，糖原磷酸化酶被抑制，反之亦然。這種精確協(xié)調(diào)確保能量儲存和釋放過程的高效性。激素調(diào)節(jié)機(jī)制胰島素促進(jìn)糖原合成，抑制糖原分解；而胰高血糖素、腎上腺素和皮質(zhì)醇則促進(jìn)糖原分解。這些激素通過影響蛋白激酶A和蛋白激酶B等信號通路，改變關(guān)鍵酶的磷酸化狀態(tài)，從而控制它們的活性。脂類的分類和結(jié)構(gòu)簡單脂質(zhì)主要包括脂肪酸和三酰甘油。脂肪酸是由碳?xì)滏満鸵粋€(gè)羧基組成的一元羧酸，可分為飽和脂肪酸（無雙鍵）和不飽和脂肪酸（含一個(gè)或多個(gè)雙鍵）。不飽和脂肪酸的雙鍵可呈順式或反式構(gòu)型，對脂肪酸的物理性質(zhì)和生理功能有重要影響。三酰甘油由一分子甘油與三分子脂肪酸酯化形成，是生物體最主要的能量儲存形式。復(fù)合脂質(zhì)磷脂是細(xì)胞膜的主要成分，由甘油骨架、兩條脂肪酸鏈和一個(gè)含磷的極性頭部組成，具有兩親性特點(diǎn)。主要包括磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇等。糖脂含有糖基部分，主要存在于細(xì)胞膜外層，參與細(xì)胞識別和信號傳導(dǎo)。鞘脂以鞘氨醇為骨架，包括神經(jīng)鞘磷脂、腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂等。衍生脂質(zhì)固醇類是重要的衍生脂質(zhì)，膽固醇是其中最著名的代表。膽固醇是細(xì)胞膜的重要組成部分，影響膜的流動(dòng)性，同時(shí)也是類固醇激素和膽汁酸的前體。其他衍生脂質(zhì)包括脂溶性維生素（A、D、E、K）、類胡蘿卜素和前列腺素等。前列腺素由花生四烯酸衍生而來，作為局部激素參與多種生理過程的調(diào)節(jié)。脂肪酸的分解與合成脂肪酸β-氧化通路脂肪酸β-氧化是脂肪酸在線粒體基質(zhì)中分解的主要途徑。過程始于脂肪酸活化形成脂酰CoA，然后通過肉堿穿梭系統(tǒng)進(jìn)入線粒體。在線粒體中，脂肪酸通過四步循環(huán)反應(yīng)（脫氫、水合、再脫氫、硫解）逐步從羧基端切下兩個(gè)碳原子，形成乙酰CoA和縮短兩個(gè)碳的脂酰CoA。每輪β-氧化產(chǎn)生1分子FADH?、1分子NADH和1分子乙酰CoA。乙酰CoA進(jìn)入TCA循環(huán)進(jìn)一步氧化。一個(gè)16碳脂肪酸完全氧化產(chǎn)生約129分子ATP，能量效率遠(yuǎn)高于葡萄糖。脂肪酸合成途徑脂肪酸合成主要在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，由脂肪酸合成酶復(fù)合體催化。與β-氧化方向相反，但反應(yīng)機(jī)制不同。起始底物是乙酰CoA和丙二酰CoA，經(jīng)過縮合、還原、脫水和再還原四步循環(huán)反應(yīng)，每輪循環(huán)延長兩個(gè)碳原子。脂肪酸合成酶是一個(gè)多功能復(fù)合體，包含七個(gè)功能域。合成過程需要NADPH提供還原力，主要來自戊糖磷酸途徑。合成的主要產(chǎn)物是棕櫚酸(C16:0)，可進(jìn)一步延長或去飽和形成其他脂肪酸。脂肪酸分解和合成在不同細(xì)胞器中進(jìn)行，受到不同酶系統(tǒng)控制，并通過激素和代謝中間物精確調(diào)節(jié)。瘦素、胰島素和胰高血糖素等激素通過調(diào)控關(guān)鍵酶的表達(dá)和活性，協(xié)調(diào)脂肪酸代謝與整體能量狀態(tài)。肥胖和2型糖尿病常伴有脂肪酸代謝異常。膜脂與生物膜功能生物膜結(jié)構(gòu)模型生物膜遵循液態(tài)鑲嵌模型，由脂質(zhì)雙分子層作為基本骨架，膜蛋白嵌入或附著其中。膜脂的兩親性特點(diǎn)（親水頭部和疏水尾部）使其自發(fā)形成雙分子層結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞提供物理屏障和功能平臺。磷脂分子特性磷脂是膜的主要成分，包括磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等。不同磷脂頭部的電荷特性和脂肪酸尾部的長度、飽和度影響膜的流動(dòng)性和曲率。磷脂不對稱分布在膜的兩側(cè)，形成功能上的不對稱性。膽固醇調(diào)節(jié)作用膽固醇插入磷脂雙層中，其剛性環(huán)狀結(jié)構(gòu)限制磷脂尾部的運(yùn)動(dòng)，在高溫時(shí)降低膜流動(dòng)性，低溫時(shí)防止膜過度剛性。膽固醇含量的調(diào)節(jié)是細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境變化的重要機(jī)制。生物膜不僅是細(xì)胞的邊界，還是多種生物學(xué)過程的場所。膜脂參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，如磷脂酰肌醇代謝產(chǎn)物作為第二信使。膜脂筏是富含膽固醇和鞘脂的微區(qū)域，為特定蛋白質(zhì)提供功能平臺。膜脂代謝異常與多種疾病相關(guān)，如動(dòng)脈粥樣硬化、神經(jīng)退行性疾病和癌癥。核酸的分子基礎(chǔ)核苷酸基本結(jié)構(gòu)核苷酸是核酸的基本構(gòu)建單元，由三部分組成：含氮堿基、五碳糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸基團(tuán)。堿基分為嘌呤（腺嘌呤A和鳥嘌呤G）和嘧啶（胞嘧啶C、胸腺嘧啶T和尿嘧啶U）兩大類。核苷酸通過磷酸二酯鍵連接形成核酸鏈。DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)DNA通常呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條多核苷酸鏈通過堿基間的氫鍵配對（A-T、G-C）連接，并圍繞共同軸線螺旋排列。DNA的糖為脫氧核糖，堿基包括A、G、C、T。DNA分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，主要功能是儲存和傳遞遺傳信息。DNA可形成不同構(gòu)象，如B型、A型和Z型。RNA多樣性與功能RNA通常為單鏈結(jié)構(gòu)，糖為核糖，堿基包括A、G、C、U（代替T）。RNA可通過分子內(nèi)堿基配對形成復(fù)雜的二級結(jié)構(gòu)。主要RNA類型包括：mRNA（傳遞遺傳信息）、tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸）、rRNA（構(gòu)成核糖體）、以及各種非編碼RNA（如miRNA、lncRNA等），參與基因表達(dá)調(diào)控。核酸是生命的信息分子，DNA中的遺傳信息通過RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯實(shí)現(xiàn)生物功能。核酸序列分析和操作是現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)，如PCR、基因測序、CRISPR基因編輯等。理解核酸結(jié)構(gòu)與功能對疾病機(jī)制研究和藥物開發(fā)具有重要意義。DNA的復(fù)制、損傷與修復(fù)復(fù)制起始DNA解旋酶打開雙螺旋，形成復(fù)制起點(diǎn)半保留復(fù)制新合成鏈與模板鏈配對形成兩個(gè)雙螺旋損傷識別特定蛋白識別DNA損傷位點(diǎn)修復(fù)機(jī)制不同損傷類型對應(yīng)特異性修復(fù)途徑DNA復(fù)制是一個(gè)高度精確的過程，錯(cuò)誤率約為10??。復(fù)制過程需要多種酶和蛋白質(zhì)協(xié)同作用：DNA聚合酶催化新鏈合成；引物酶合成RNA引物提供3'-OH端；DNA連接酶連接岡崎片段；拓?fù)洚悩?gòu)酶緩解超螺旋張力。DNA損傷來源廣泛，包括紫外線輻射導(dǎo)致的嘧啶二聚體、化學(xué)物質(zhì)引起的堿基修飾、自發(fā)脫嘌呤/脫嘧啶及氧化損傷等。修復(fù)系統(tǒng)包括直接修復(fù)、堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)、重組修復(fù)等。DNA修復(fù)缺陷與多種疾病相關(guān)，如色素性干皮癥和某些癌癥。轉(zhuǎn)錄與翻譯機(jī)制轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)RNA聚合酶在啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄因子輔助下打開DNA雙鏈，開始合成RNA。真核生物RNA聚合酶II負(fù)責(zé)mRNA合成，需要一系列基本轉(zhuǎn)錄因子（TFIIA、TFIIB等）參與組裝前起始復(fù)合物。啟動(dòng)子上游與下游的調(diào)控元件影響轉(zhuǎn)錄效率。RNA加工修飾真核生物初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物需要經(jīng)過多步加工：5'端加帽、3'端多腺苷酸化、內(nèi)含子剪接等。選擇性剪接使同一基因可產(chǎn)生多種mRNA變體。RNA修飾（如甲基化）進(jìn)一步調(diào)控RNA穩(wěn)定性和功能。成熟mRNA經(jīng)核孔復(fù)合體輸出到細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行翻譯。翻譯過程翻譯在核糖體上進(jìn)行，分為起始、延伸和終止三個(gè)階段。起始涉及起始密碼子(AUG)識別和起始復(fù)合物形成；延伸階段tRNA將氨基酸帶到核糖體，通過肽基轉(zhuǎn)移酶活性形成肽鍵；遇到終止密碼子時(shí)，釋放因子結(jié)合導(dǎo)致多肽鏈釋放和核糖體亞基解離。翻譯后修飾新合成的多肽鏈可能需要多種修飾才能獲得完全功能：切除信號肽、糖基化、磷酸化、泛素化等。蛋白質(zhì)折疊得到幫助蛋白（如分子伴侶）輔助。某些蛋白質(zhì)需要跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)到特定亞細(xì)胞位置才能發(fā)揮功能。翻譯后修飾顯著擴(kuò)展了蛋白質(zhì)組的多樣性?；虮磉_(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因調(diào)控相對簡單，主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。典型模式是操縱子系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控序列（啟動(dòng)子、操縱基因、操縱子）。乳糖操縱子是經(jīng)典例子：無乳糖時(shí)，阻遏蛋白結(jié)合操縱子阻止轉(zhuǎn)錄；有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合使其構(gòu)象改變，離開操縱子允許轉(zhuǎn)錄。另有正調(diào)控系統(tǒng)，如阿拉伯糖操縱子中的CAP蛋白在cAMP存在時(shí)促進(jìn)RNA聚合酶結(jié)合。原核生物基因組緊湊，往往多個(gè)功能相關(guān)基因共同轉(zhuǎn)錄為一個(gè)多順反子mRNA。真核生物調(diào)控的復(fù)雜性真核基因表達(dá)調(diào)控在多個(gè)層面進(jìn)行：染色質(zhì)水平（DNA甲基化、組蛋白修飾）、轉(zhuǎn)錄水平（轉(zhuǎn)錄因子、增強(qiáng)子、沉默子）、RNA加工水平（選擇性剪接、RNA編輯）、轉(zhuǎn)錄后水平（miRNA調(diào)控、RNA穩(wěn)定性）、翻譯水平和蛋白質(zhì)水平（翻譯后修飾、蛋白質(zhì)降解）。真核調(diào)控的顯著特點(diǎn)是遠(yuǎn)距離作用的增強(qiáng)子，它們可位于基因上游、內(nèi)含子中甚至下游很遠(yuǎn)處。染色質(zhì)環(huán)化使增強(qiáng)子與啟動(dòng)子接觸。組織特異性表達(dá)通常由多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同控制，形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。表觀遺傳調(diào)控增加了基因表達(dá)的復(fù)雜性，包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA和染色質(zhì)重塑等機(jī)制。這些修飾可以穩(wěn)定遺傳，但不改變DNA序列。表觀遺傳變化在發(fā)育、分化和疾病過程中起重要作用。環(huán)境因素也可通過表觀遺傳機(jī)制影響基因表達(dá)，形成基因-環(huán)境互作。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)胞通訊3主要信號通路類型囊泡運(yùn)輸信號通路：配體與受體內(nèi)化后在胞內(nèi)傳遞信號；G蛋白偶聯(lián)受體通路：通過G蛋白活化腺苷酸環(huán)化酶或磷脂酶C；受體酪氨酸激酶通路：受體二聚化后自磷酸化激活下游通路20+第二信使種類cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2?等小分子在細(xì)胞內(nèi)傳遞和放大外部信號。它們激活特定蛋白激酶，引發(fā)級聯(lián)反應(yīng)，最終影響基因表達(dá)或細(xì)胞功能500+人類蛋白激酶數(shù)量蛋白激酶通過磷酸化修飾下游蛋白，改變其活性、定位或互作能力。絲氨酸/蘇氨酸激酶和酪氨酸激酶是兩大主要家族，形成復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞通訊是多細(xì)胞生物協(xié)調(diào)功能的基礎(chǔ)，包括內(nèi)分泌信號（遠(yuǎn)距離，通過血液）、旁分泌信號（近距離，擴(kuò)散至鄰近細(xì)胞）、自分泌信號（作用于產(chǎn)生細(xì)胞本身）和接觸依賴性信號（需要細(xì)胞直接接觸）。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與多種疾病相關(guān)，如癌癥（生長因子信號過度活化）、糖尿?。ㄒ葝u素信號缺陷）等。能量代謝基礎(chǔ)能量來源與轉(zhuǎn)換生物體的能量最初來源于太陽，通過光合作用轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。動(dòng)物通過食物鏈獲取能量，在體內(nèi)通過食物分解釋放能量，并轉(zhuǎn)化為ATP的化學(xué)能，用于驅(qū)動(dòng)各種生命活動(dòng)。ATP的結(jié)構(gòu)與功能ATP（三磷酸腺苷）由腺嘌呤、核糖和三個(gè)磷酸基團(tuán)組成。高能磷酸鍵水解釋放能量，ATP→ADP+Pi約釋放30.5kJ/mol能量。ATP是細(xì)胞內(nèi)能量的即時(shí)貨幣，不適合長期儲存能量。ATP的生成途徑底物水平磷酸化：在糖酵解和TCA循環(huán)中直接將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP上。氧化磷酸化：在線粒體內(nèi)膜上，電子傳遞鏈產(chǎn)生的質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)ATP合酶合成ATP，是有氧條件下ATP生成的主要方式。能量平衡與調(diào)控人體每天周轉(zhuǎn)約60-70kgATP，但任一時(shí)刻僅存在約50g。通過精確調(diào)控ATP合成和消耗的平衡，維持能量穩(wěn)態(tài)。能量代謝紊亂與多種疾病相關(guān)，如肥胖、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病等。生物氧化及呼吸鏈生物氧化是生物體內(nèi)物質(zhì)的氧化過程，通過呼吸鏈完成電子逐步傳遞到氧氣的過程。線粒體是細(xì)胞的"能量工廠"，其內(nèi)膜上排列著呼吸鏈復(fù)合體。呼吸鏈由四個(gè)主要復(fù)合體組成：復(fù)合體I（NADH脫氫酶）、復(fù)合體II（琥珀酸脫氫酶）、復(fù)合體III（細(xì)胞色素b-c1復(fù)合體）和復(fù)合體IV（細(xì)胞色素c氧化酶）。電子從NADH或FADH?經(jīng)復(fù)合體I或II進(jìn)入呼吸鏈，經(jīng)泛醌、復(fù)合體III、細(xì)胞色素c、復(fù)合體IV，最終傳遞給氧氣生成水。在這個(gè)過程中，復(fù)合體I、III、IV將質(zhì)子泵出線粒體基質(zhì)到膜間隙，形成質(zhì)子梯度。ATP合酶（也稱復(fù)合體V）利用質(zhì)子回流的能量合成ATP。這種化學(xué)滲透機(jī)制高效地將氧化能轉(zhuǎn)化為ATP的化學(xué)能。代謝物的跨膜運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸機(jī)制主動(dòng)運(yùn)輸需要能量輸入，可將物質(zhì)逆濃度梯度運(yùn)輸。初級主動(dòng)運(yùn)輸直接利用ATP水解能量，如Na?/K?-ATPase和Ca2?-ATPase。次級主動(dòng)運(yùn)輸利用離子濃度梯度的電化學(xué)能進(jìn)行協(xié)同運(yùn)輸或反向運(yùn)輸，如葡萄糖Na?共轉(zhuǎn)運(yùn)體和Na?/Ca2?交換體。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族是重要的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，參與藥物、脂質(zhì)和多肽的轉(zhuǎn)運(yùn)，與多藥耐藥性相關(guān)。P-糖蛋白是最著名的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，能將多種藥物泵出細(xì)胞。被動(dòng)運(yùn)輸比較被動(dòng)運(yùn)輸不消耗能量，物質(zhì)沿濃度梯度方向移動(dòng)。簡單擴(kuò)散主要適用于小型非極性分子（如O?、CO?和脂溶性小分子）穿過脂雙層。促進(jìn)擴(kuò)散通過特異性載體蛋白進(jìn)行，如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT家族和水通道蛋白。離子通道是膜跨越蛋白，形成水性通道使特定離子快速通過。根據(jù)開關(guān)機(jī)制分為電壓門控、配體門控和機(jī)械門控通道。離子通道功能異常與多種疾病相關(guān)，如囊性纖維化和某些神經(jīng)肌肉疾病。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族SLC（溶質(zhì)載體）家族包含400多個(gè)成員，負(fù)責(zé)各種小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，如氨基酸、糖類、核苷和離子等。不同組織表達(dá)特定的SLC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白譜系，滿足其代謝和功能需求。線粒體內(nèi)膜含有特殊轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)，如腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶（交換ATP/ADP）和磷酸鹽載體。這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白確保線粒體與細(xì)胞質(zhì)之間的代謝物交換，維持能量代謝的正常運(yùn)行。氨基酸代謝與疾病氨基酸合成與分解概述人體可合成11種非必需氨基酸，其余9種必需氨基酸需從食物獲取。氨基酸分解首先去除α-氨基（轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用），氨基轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩亟?jīng)腎臟排出。碳骨架根據(jù)其最終去向分為糖原性（可轉(zhuǎn)化為葡萄糖）和酮原性（轉(zhuǎn)化為酮體）。特殊代謝產(chǎn)物功能除構(gòu)成蛋白質(zhì)外，氨基酸還是多種重要生物分子的前體：色氨酸轉(zhuǎn)化為5-羥色胺（血清素）；酪氨酸產(chǎn)生兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)和黑色素；精氨酸為一氧化氮合成提供底物；甲硫氨酸提供甲基用于DNA甲基化和其他甲基化反應(yīng)。氨基酸代謝異常疾病苯丙酮尿癥：苯丙氨酸羥化酶缺陷導(dǎo)致苯丙氨酸蓄積，干擾腦發(fā)育；楓糖尿癥：支鏈氨基酸代謝障礙；同型半胱氨酸血癥：甲硫氨酸代謝異常，增加心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)；高苯丙氨酸血癥、酪氨酸血癥等。這些疾病多為常染色體隱性遺傳，可通過新生兒篩查早期發(fā)現(xiàn)。氨基酸代謝網(wǎng)絡(luò)與其他代謝途徑緊密連接。某些氨基酸可直接進(jìn)入TCA循環(huán)（如谷氨酸）；一些氨基酸參與糖異生過程（如丙氨酸）；支鏈氨基酸對肌肉能量代謝和蛋白質(zhì)合成具有特殊意義。肝臟是氨基酸代謝的中心器官，也是尿素循環(huán)的唯一場所。嘌呤、嘧啶代謝1合成路徑嘌呤核苷酸從頭合成始于磷酸核糖焦磷酸(PRPP)，通過多步酶促反應(yīng)形成肌苷酸(IMP)，再轉(zhuǎn)化為腺苷酸(AMP)和鳥苷酸(GMP)。嘧啶合成以天冬氨酸和氨基甲酰磷酸為起始物質(zhì)，經(jīng)過途中酶催化形成尿苷酸(UMP)，再轉(zhuǎn)化為胞苷酸(CMP)和胸苷酸(TMP)。2補(bǔ)救途徑核苷酸的補(bǔ)救合成利用游離堿基或核苷，是能量高效的再利用方式。主要酶包括腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(APRT)和次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(HGPRT)。HGPRT缺陷導(dǎo)致Lesch-Nyhan綜合征，特征為高尿酸血癥和嚴(yán)重神經(jīng)行為異常。3分解代謝嘌呤最終分解為尿酸，在人體內(nèi)幾乎不再進(jìn)一步代謝，通過腎臟排出。嘧啶降解產(chǎn)物如β-氨基異丁酸和β-丙氨酸等，最終可進(jìn)入TCA循環(huán)。尿酸在血液中接近飽和，若濃度過高可形成尿酸鹽晶體沉積在關(guān)節(jié)中，導(dǎo)致痛風(fēng)。核苷酸代謝受到嚴(yán)格調(diào)控。ATP、GTP等終產(chǎn)物對自身合成途徑的關(guān)鍵酶有反饋抑制作用。嘌呤合成第一步受PRPP合成酶活性調(diào)控，該酶受嘌呤核苷酸抑制和PRPP激活。多種抗腫瘤藥物和免疫抑制劑靶向核苷酸代謝通路，如甲氨蝶呤(抑制二氫葉酸還原酶)和6-巰基嘌呤(HGPRT底物)等。激素分子的生化基礎(chǔ)蛋白質(zhì)/多肽激素由氨基酸組成，如胰島素、生長激素、促甲狀腺激素等。這類激素通常不能透過細(xì)胞膜，與細(xì)胞膜表面受體結(jié)合，通過第二信使系統(tǒng)(如cAMP、IP3/DAG和Ca2?)傳遞信號，激活細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)。這些激素合成后貯存在分泌顆粒中，根據(jù)需要釋放，作用迅速但持續(xù)時(shí)間較短。類固醇激素源自膽固醇，包括腎上腺皮質(zhì)激素、性激素和維生素D等。脂溶性使其能透過細(xì)胞膜，與胞內(nèi)或核內(nèi)受體結(jié)合，形成激素-受體復(fù)合物直接調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。合成后通常不儲存，而是根據(jù)需要即時(shí)合成。作用較慢但持續(xù)時(shí)間長，多通過特異性結(jié)合蛋白在血液中運(yùn)輸。氨基酸衍生物激素來源于酪氨酸或色氨酸等氨基酸，如甲狀腺激素(T3、T4)和兒茶酚胺類(腎上腺素、去甲腎上腺素)。甲狀腺激素通過核受體作用，調(diào)控代謝和發(fā)育。兒茶酚胺通過膜受體(主要是G蛋白偶聯(lián)受體)作用，調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)、心血管功能和能量代謝。激素系統(tǒng)形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，通常采用負(fù)反饋機(jī)制維持穩(wěn)態(tài)。下丘腦-垂體-靶腺軸是典型例子，如下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素→垂體分泌促甲狀腺激素→甲狀腺分泌甲狀腺激素→抑制上游激素分泌。激素分泌異常導(dǎo)致多種疾病，如糖尿病(胰島素缺乏或抵抗)、甲亢/甲減、庫欣綜合征(皮質(zhì)醇過多)等。血糖穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制胰島素作用機(jī)制胰島素由胰腺β細(xì)胞分泌，是唯一降低血糖的激素。當(dāng)血糖升高時(shí)，葡萄糖進(jìn)入β細(xì)胞促進(jìn)胰島素釋放。胰島素結(jié)合細(xì)胞表面受體激活胞內(nèi)信號通路，促進(jìn)GLUT4轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜，增加葡萄糖攝??；同時(shí)激活糖原合成酶促進(jìn)糖原合成，抑制糖原分解和糖異生。胰高血糖素逆向調(diào)節(jié)胰高血糖素由胰腺α細(xì)胞分泌，當(dāng)血糖降低時(shí)釋放增加。其主要作用是提高血糖：激活肝臟糖原磷酸化酶促進(jìn)糖原分解；誘導(dǎo)糖異生酶表達(dá)增強(qiáng)糖異生；促進(jìn)脂肪分解提供糖異生底物。胰高血糖素與胰島素形成拮抗平衡，共同維持血糖穩(wěn)定。多激素協(xié)同調(diào)控除胰高血糖素外，其他升糖激素包括：腎上腺素和去甲腎上腺素（應(yīng)激狀態(tài)下快速動(dòng)員肝糖原）；糖皮質(zhì)激素（促進(jìn)蛋白質(zhì)分解提供糖異生底物，長期作用）；生長激素（抑制外周葡萄糖利用，促進(jìn)脂肪分解）。這些激素與胰島素形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，維持血糖在4.4-6.7mmol/L的狹窄范圍內(nèi)。血脂代謝與心血管健康高密度脂蛋白(HDL)"好膽固醇"，促進(jìn)膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)低密度脂蛋白(LDL)向外周組織運(yùn)送膽固醇極低密度脂蛋白(VLDL)從肝臟輸送內(nèi)源性脂質(zhì)乳糜微粒(CM)運(yùn)輸飲食來源的脂質(zhì)脂蛋白是血液中脂質(zhì)的主要運(yùn)輸形式，由脂質(zhì)核心（三酰甘油和膽固醇酯）和表面單層（磷脂、游離膽固醇和載脂蛋白）組成。不同類型脂蛋白按密度遞增排列：乳糜微?！鷺O低密度脂蛋白→中間密度脂蛋白→低密度脂蛋白→高密度脂蛋白。載脂蛋白是脂蛋白表面的蛋白質(zhì)成分，如apoB-100、apoA-I等，參與脂蛋白代謝和受體識別。動(dòng)脈粥樣硬化是心腦血管疾病的主要病理基礎(chǔ)，其形成涉及多步驟：內(nèi)皮功能障礙→LDL在內(nèi)皮下氧化修飾→巨噬細(xì)胞吞噬氧化LDL形成泡沫細(xì)胞→炎癥反應(yīng)→平滑肌細(xì)胞增殖和遷移→纖維斑塊形成。高LDL和低HDL是重要危險(xiǎn)因素。他汀類藥物通過抑制HMG-CoA還原酶降低膽固醇合成，是目前最有效的血脂調(diào)節(jié)藥物。維生素與輔酶類別代表維生素生化功能缺乏癥水溶性維生素維生素B1(硫胺素)TPP輔酶形式參與α-酮酸脫羧腳氣病、威尼克腦病水溶性維生素維生素B2(核黃素)FAD、FMN輔酶參與氧化還原反應(yīng)口角炎、舌炎水溶性維生素?zé)熕?維生素B3)NAD?、NADP?輔酶參與氧化還原糙皮病水溶性維生素維生素B6(吡哆醇)PLP輔酶形式參與氨基轉(zhuǎn)移癲癇樣發(fā)作、貧血水溶性維生素維生素B12(鈷胺素)甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，同型半胱氨酸代謝惡性貧血、神經(jīng)損傷水溶性維生素葉酸四氫葉酸參與一碳單位轉(zhuǎn)移巨幼紅細(xì)胞性貧血水溶性維生素維生素C(抗壞血酸)抗氧化劑，羥化反應(yīng)輔因子壞血病，牙齦出血脂溶性維生素維生素A(視黃醇)視覺循環(huán)，細(xì)胞分化調(diào)節(jié)夜盲癥，角膜干燥脂溶性維生素維生素D(鈣化醇)鈣磷代謝調(diào)節(jié)，基因表達(dá)調(diào)控佝僂病，骨質(zhì)疏松脂溶性維生素維生素E(生育酚)抗氧化劑，保護(hù)細(xì)胞膜神經(jīng)肌肉功能障礙脂溶性維生素維生素K參與凝血因子γ-羧基化出血傾向免疫分子的生化本質(zhì)抗體結(jié)構(gòu)與功能抗體(免疫球蛋白)是由B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的Y形糖蛋白，由兩條重鏈和兩條輕鏈通過二硫鍵連接形成。每條鏈包含可變區(qū)和恒定區(qū)，可變區(qū)形成抗原結(jié)合位點(diǎn)，決定抗體特異性；恒定區(qū)決定抗體類型(IgG、IgM、IgA、IgE、IgD)和效應(yīng)功能?？贵w識別抗原的分子基礎(chǔ)是互補(bǔ)決定區(qū)(CDR)與抗原表位之間的精確三維互補(bǔ)，涉及多種非共價(jià)力?？乖?抗體結(jié)合的親和力和特異性使抗體成為免疫防御和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的核心分子。細(xì)胞因子的信號作用細(xì)胞因子是免疫細(xì)胞分泌的小分子蛋白質(zhì)，介導(dǎo)細(xì)胞間通訊。主要類別包括：白細(xì)胞介素(IL)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答；腫瘤壞死因子(TNF)參與炎癥和細(xì)胞死亡；干擾素(IFN)具有抗病毒作用；趨化因子引導(dǎo)免疫細(xì)胞遷移；轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)調(diào)控細(xì)胞增殖和分化。細(xì)胞因子通過與特異性受體結(jié)合激活下游信號通路，如JAK-STAT、MAPK和NF-κB等，調(diào)控基因表達(dá)。受體多為跨膜蛋白，具有胞外配體結(jié)合域和胞內(nèi)信號域，配體結(jié)合導(dǎo)致受體二聚化和胞內(nèi)區(qū)域的相互磷酸化。主要組織相容性復(fù)合體(MHC)是細(xì)胞表面的多態(tài)性糖蛋白，參與抗原呈遞。MHCI類分子存在于幾乎所有有核細(xì)胞表面，呈遞胞內(nèi)抗原；MHCII類分子主要分布在專業(yè)抗原呈遞細(xì)胞上，呈遞胞外抗原。理解免疫分子的生化基礎(chǔ)對疫苗開發(fā)、免疫治療和自身免疫病機(jī)制研究具有重要意義。細(xì)胞周期與生化調(diào)控G1期(Gap1)細(xì)胞質(zhì)增長、蛋白質(zhì)合成活躍。G1后期存在限制點(diǎn)(R點(diǎn))，通過后細(xì)胞承諾完成分裂周期。CyclinD-CDK4/6復(fù)合物磷酸化Rb蛋白，部分釋放E2F轉(zhuǎn)錄因子，激活DNA復(fù)制所需基因表達(dá)。S期(Synthesis)DNA復(fù)制發(fā)生，染色體數(shù)量加倍。CyclinE-CDK2和CyclinA-CDK2復(fù)合物活化，進(jìn)一步磷酸化Rb完全激活E2F。參與復(fù)制的關(guān)鍵蛋白包括解旋酶、DNA聚合酶、連接酶等。復(fù)制檢查點(diǎn)確保DNA完整復(fù)制。G2期(Gap2)為有絲分裂準(zhǔn)備，合成與分裂相關(guān)蛋白。CyclinB-CDK1(M期促進(jìn)因子,MPF)開始積累。G2檢查點(diǎn)確保DNA復(fù)制完整無損，解決可能的DNA損傷，防止帶有異常的細(xì)胞進(jìn)入分裂。3M期(Mitosis)細(xì)胞分裂，包括前期、中期、后期和末期。CyclinB-CDK1全面活化，磷酸化多種底物啟動(dòng)染色體凝縮、核膜崩解、紡錘體形成等過程。紡錘體檢查點(diǎn)確保染色體正確連接到紡錘體。細(xì)胞凋亡是程序性細(xì)胞死亡，對組織穩(wěn)態(tài)維持至關(guān)重要。主要途徑包括外源性途徑(死亡受體激活)和內(nèi)源性途徑(線粒體介導(dǎo))。關(guān)鍵執(zhí)行者是caspase蛋白酶級聯(lián)，活化的caspase切割多種細(xì)胞底物導(dǎo)致細(xì)胞解體。Bcl-2家族蛋白(如Bcl-2、Bax、Bad等)調(diào)控線粒體外膜通透性，平衡促凋亡和抗凋亡信號。凋亡異常與多種疾病相關(guān)，如癌癥(凋亡抑制)和神經(jīng)退行性疾病(凋亡過度)。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法總覽分光光度法基于物質(zhì)對特定波長光的吸收能力，用于定量分析。紫外-可見分光光度計(jì)測定蛋白質(zhì)(280nm)、核酸(260nm)濃度；酶活性測定通過底物或產(chǎn)物的光吸收變化計(jì)算反應(yīng)速率；比色法測定各種代謝物，如葡萄糖(葡萄糖氧化酶法)、膽固醇等。電泳分析利用帶電分子在電場中遷移速率差異進(jìn)行分離。聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)分離蛋白質(zhì)，SDS根據(jù)分子量分離；脈沖場凝膠電泳(PFGE)分離大片段DNA；毛細(xì)管電泳結(jié)合高靈敏檢測系統(tǒng)可分離少量復(fù)雜混合物；等電聚焦(IEF)根據(jù)蛋白等電點(diǎn)分離。層析技術(shù)基于物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相中分配系數(shù)不同實(shí)現(xiàn)分離。主要類型：高效液相色譜(HPLC)高效分離多種生物分子；親和層析利用特異性結(jié)合分離目標(biāo)分子；凝膠過濾色譜根據(jù)分子大小分離；離子交換色譜基于分子電荷差異分離；氣相色譜分離揮發(fā)性物質(zhì)。同位素與放射性技術(shù)放射性同位素標(biāo)記(如3H、1?C、32P、3?S)用于示蹤代謝途徑、測定酶活性和核酸雜交等。自動(dòng)放射顯影記錄放射性標(biāo)記分子在凝膠或膜上的位置；閃爍計(jì)數(shù)法定量測定β放射性；穩(wěn)定同位素(如13C、1?N)結(jié)合質(zhì)譜分析代謝通量。現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用基因擴(kuò)增技術(shù)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是體外擴(kuò)增特定DNA片段的強(qiáng)大工具。通過溫度循環(huán)使DNA變性、引物退火和延伸，目標(biāo)序列呈指數(shù)級擴(kuò)增。關(guān)鍵組分包括耐熱DNA聚合酶(Taq或Pfu)、引物、dNTPs和模板DNA。改良版包括實(shí)時(shí)熒光定量PCR(監(jiān)測產(chǎn)物積累動(dòng)態(tài))、數(shù)字PCR(絕對定量)、多重PCR(同時(shí)擴(kuò)增多個(gè)靶點(diǎn))等?；蚪M編輯技術(shù)CRISPR-Cas9系統(tǒng)是最新一代基因編輯工具，源自細(xì)菌防御病毒的免疫系統(tǒng)。包含兩個(gè)關(guān)鍵組分：向?qū)NA(gRNA)識別目標(biāo)DNA序列；Cas9核酸酶切割DNA形成雙鏈斷裂。細(xì)胞修復(fù)斷裂可通過非同源末端連接(產(chǎn)生基因敲除)或同源定向修復(fù)(精確編輯)。該技術(shù)具有簡單、高效、多靶點(diǎn)等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究、作物改良和疾病治療。高通量分析平臺新一代測序技術(shù)(NGS)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模平行測序，單次實(shí)驗(yàn)可獲取數(shù)百億堿基信息。應(yīng)用包括全基因組測序、外顯子組測序、轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)、表觀基因組圖譜等。蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)結(jié)合質(zhì)譜和生物信息學(xué)，實(shí)現(xiàn)數(shù)千蛋白質(zhì)的同時(shí)鑒定和定量。單細(xì)胞分析技術(shù)突破傳統(tǒng)混合樣本限制，揭示細(xì)胞異質(zhì)性，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)提供支持。分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)研究革命性進(jìn)步。限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具實(shí)現(xiàn)了DNA片段的切割和連接，形成基因克隆的基礎(chǔ)。表達(dá)載體系統(tǒng)用于異源蛋白表達(dá)，蛋白質(zhì)互作分析技術(shù)(如酵母雙雜交、免疫共沉淀、近鄰生物素化等)闡明蛋白質(zhì)功能網(wǎng)絡(luò)。這些技術(shù)合力推動(dòng)生物化學(xué)研究從傳統(tǒng)描述性階段進(jìn)入分子精確解析階段。臨床生物化學(xué)基礎(chǔ)臨床生物化學(xué)檢驗(yàn)是醫(yī)學(xué)診斷的核心支柱，通過測定體液中的生化指標(biāo)反映人體生理病理狀態(tài)。標(biāo)本收集和處理至關(guān)重要：血液常采用抗凝劑（如EDTA、肝素）防止凝固；離心分離血清或血漿；部分項(xiàng)目要求空腹，某些檢測需要特殊保存條件以維持分析物穩(wěn)定性。肝功能檢查包括：轉(zhuǎn)氨酶（ALT、AST）評估肝細(xì)胞損傷；堿性磷酸酶（ALP）和γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（GGT）反映膽汁淤積；白蛋白和凝血因子評估肝臟合成功能；膽紅素指示肝臟代謝和排泄功能。腎功能指標(biāo)有：肌酐和尿素氮評估腎小球?yàn)V過功能；電解質(zhì)（鈉、鉀、氯、鈣等）反映腎小管功能；尿蛋白和尿微量白蛋白檢測腎小球?yàn)V過屏障完整性。參考范圍受多種因素影響，包括年齡、性別、種族、分析方法等。腫瘤生物化學(xué)機(jī)制基因調(diào)控異常原癌基因（如RAS、MYC）活化促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活；抑癌基因（如TP53、RB）失活導(dǎo)致細(xì)胞周期檢查點(diǎn)失效。表觀遺傳改變，包括DNA甲基化異常、組蛋白修飾改變和非編碼RNA表達(dá)異常，共同參與腫瘤發(fā)生。代謝重編程華伯格效應(yīng)：即使在氧氣充足條件下，癌細(xì)胞仍偏好糖酵解產(chǎn)能。谷氨酰胺代謝亢進(jìn)提供氮源和碳骨架。脂肪酸合成增強(qiáng)為膜合成和信號傳導(dǎo)提供物質(zhì)。這些代謝改變滿足腫瘤快速增殖需求，并提供對藥物和環(huán)境應(yīng)激的抵抗力。信號通路失調(diào)生長因子信號（如EGFR、IGF1R）過度活化；PI3K/AKT/mTOR通路持續(xù)激活促進(jìn)細(xì)胞生長和代謝；Wnt、Notch等發(fā)育信號通路異常激活；炎癥信號（如NF-κB通路）慢性活化。這些信號異常形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，支持腫瘤生長、侵襲和轉(zhuǎn)移。腫瘤微環(huán)境是腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞（如腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞）和細(xì)胞外基質(zhì)共同形成的生態(tài)系統(tǒng)。乏氧、酸性和營養(yǎng)缺乏是腫瘤微環(huán)境的典型特征，這些條件選擇性支持更具侵襲性的克隆擴(kuò)張。腫瘤免疫逃逸機(jī)制包括：下調(diào)MHC分子表達(dá)；分泌免疫抑制因子；表達(dá)PD-L1等免疫檢查點(diǎn)分子。靶向腫瘤代謝特征的治療策略包括：糖酵解抑制劑、谷氨酰胺代謝阻斷劑、脂肪酸合成抑制劑等。糖尿病的生化基礎(chǔ)胰島素作用機(jī)制胰島素結(jié)合細(xì)胞表面受體活化受體酪氨酸激酶活性，引發(fā)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)。胰島素受體底物(IRS)磷酸化后招募并激活PI3K，進(jìn)而活化PKB/Akt和下游效應(yīng)分子。主要生理作用包括：促進(jìn)GLUT4葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜，增加葡萄糖攝取；激活糖原合成酶，促進(jìn)糖原合成；抑制糖原磷酸化酶和PEPCK，減少糖異生。胰島素還影響脂質(zhì)代謝（抑制脂解，促進(jìn)脂肪合成）和蛋白質(zhì)代謝（促進(jìn)氨基酸攝取和蛋白質(zhì)合成）。胰島素抵抗機(jī)制胰島素抵抗是2型糖尿病的核心病理機(jī)制，表現(xiàn)為正常濃度胰島素產(chǎn)生減弱的生物學(xué)效應(yīng)。分子機(jī)制包括：受體后信號通路缺陷，如IRS蛋白絲氨酸殘基過度磷酸化；PI3K和Akt活性降低；脂肪因子（如TNF-α、游離脂肪酸）干擾信號傳導(dǎo)；細(xì)胞器應(yīng)激（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體功能障礙）；慢性炎癥狀態(tài)。胰島素抵抗導(dǎo)致高胰島素血癥，長期代償最終導(dǎo)致β細(xì)胞功能耗竭和相對胰島素不足。高血糖的生化后果持續(xù)高血糖導(dǎo)致多種生化變化，解釋慢性并發(fā)癥的發(fā)生：蛋白質(zhì)糖基化生成晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)，改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能；多元醇途徑活化消耗NADPH，增加氧化應(yīng)激；蛋白激酶C激活影響血管功能；己胺途徑活化及糖毒性均導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和血管內(nèi)皮功能障礙。這些改變共同導(dǎo)致微血管并發(fā)癥（視網(wǎng)膜病變、腎病變、神經(jīng)病變）和大血管并發(fā)癥（心腦血管疾病）。肥胖與代謝綜合征脂肪組織功能脂肪組織不僅是能量儲存器官，還是活躍的內(nèi)分泌器官。白色脂肪組織主要儲存能量，分泌多種脂肪因子（脂聯(lián)素、瘦素等）；棕色脂肪組織富含線粒體，參與產(chǎn)熱。肥胖狀態(tài)下，脂肪組織發(fā)生重塑：脂肪細(xì)胞肥大，脂肪組織血供不足導(dǎo)致局部缺氧，巨噬細(xì)胞浸潤增加，形成慢性炎癥狀態(tài)。脂肪細(xì)胞信號網(wǎng)絡(luò)脂肪組織分泌多種脂肪因子參與全身代謝調(diào)控：瘦素抑制食欲，提高能量消耗；脂聯(lián)素提高胰島素敏感性，具有抗炎和抗動(dòng)脈粥樣硬化作用；抵抗素和TNF-α促進(jìn)胰島素抵抗；白細(xì)胞介素-6促進(jìn)炎癥反應(yīng)。肥胖時(shí)脂肪因子分泌譜發(fā)生改變，瘦素和胰島素抵抗，脂聯(lián)素水平下降，炎癥因子升高。代謝綜合征發(fā)生機(jī)制代謝綜合征是腹部肥胖、高血壓、高血糖和血脂異常的綜合表現(xiàn)。胰島素抵抗是其共同病理基礎(chǔ)：導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)合成增加，VLDL分泌增多；異位脂肪沉積（如肝臟、肌肉、胰腺）加劇胰島素抵抗；交感神經(jīng)系統(tǒng)活性增高導(dǎo)致血壓升高；高胰島素血癥促進(jìn)腎臟鈉潴留。代謝疾病生化標(biāo)志物高敏C反應(yīng)蛋白(hs-CRP)反映低度炎癥狀態(tài)；糖化血紅蛋白(HbA1c)反映長期血糖控制水平；血脂譜（總膽固醇、甘油三酯、HDL-C、LDL-C）評估脂質(zhì)代謝狀況；胰島素和C肽評估胰島β細(xì)胞功能；HOMA-IR指數(shù)評估胰島素抵抗程度；脂肪因子（脂聯(lián)素、瘦素）代謝紊亂反映。常見代謝性罕見病介紹疾病類型代表疾病生化缺陷臨床表現(xiàn)診斷方法氨基酸代謝障礙苯丙酮尿癥苯丙氨酸羥化酶缺陷進(jìn)行性智力障礙，膚色較淺血苯丙氨酸升高氨基酸代謝障礙楓糖尿癥支鏈α-酮酸脫氫酶復(fù)合體缺陷喂養(yǎng)困難，昏迷，尿液有楓糖味血支鏈氨基酸升高有機(jī)酸代謝障礙甲基丙二酸血癥甲基丙二酰輔酶A變位酶缺陷酸中毒，高氨血癥，發(fā)育遲緩尿甲基丙二酸升高尿素循環(huán)障礙鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶缺乏癥OTC酶缺陷高氨血癥，神經(jīng)系統(tǒng)癥狀血氨升高，尿內(nèi)酰胺升高糖原累積癥糖原貯積癥I型葡萄糖-6-磷酸酶缺陷低血糖，肝腫大，生長遲緩肝活檢，基因檢測溶酶體貯積癥高雪氏病β-葡萄糖腦苷脂酶缺陷肝脾腫大，骨骼變形，神經(jīng)癥狀酶活性測定，基因檢測線粒體疾病MELAS綜合征線粒體DNA突變腦卒中樣發(fā)作，肌病，乳酸酸中毒肌活檢，基因檢測遺傳代謝病是由于單基因缺陷導(dǎo)致特定酶或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能異常，進(jìn)而引起代謝途徑障礙的一組疾病。雖然單個(gè)疾病罕見，但總體發(fā)病率約1/500。新生兒篩查是早期發(fā)現(xiàn)代謝病的重要手段，常用串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)技術(shù)同時(shí)檢測多種氨基酸和?；鈮A。早期診斷和干預(yù)對改善預(yù)后至關(guān)重要，治療策略包括飲食限制、酶替代、輔因子補(bǔ)充和器官移植等。藥物生化與酶學(xué)基礎(chǔ)90%肝臟藥物代謝比例肝臟是藥物代謝的主要器官，含有豐富的藥物代謝酶系統(tǒng)。肝功能不全患者常需調(diào)整藥物劑量以避免毒性作用57人類CYP450同工酶數(shù)量細(xì)胞色素P450酶是最重要的I相代謝酶家族，其中CYP3A4、CYP2D6、CYP2C9參與大多數(shù)藥物代謝。這些酶的遺傳多態(tài)性是個(gè)體用藥反應(yīng)差異的重要原因2藥物代謝主要相數(shù)I相反應(yīng)涉及氧化、還原和水解，增加極性；II相反應(yīng)包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化等，進(jìn)一步增加水溶性促進(jìn)排泄藥物的生物化學(xué)作用機(jī)制多樣，包括：與受體結(jié)合（如β受體阻滯劑）；抑制特定酶活性（如他汀類藥物抑制HMG-CoA還原酶）；影響離子通道功能（如鈣通道阻滯劑）；干擾神經(jīng)遞質(zhì)合成、釋放或清除（如SSRIs抑制5-HT再攝?。?；修飾DNA或蛋白質(zhì)（如烷化劑）等。藥物代謝酶誘導(dǎo)和抑制是藥物相互作用的重要機(jī)制：誘導(dǎo)劑（如利福平）促進(jìn)酶表達(dá)增加藥物清除；抑制劑（如酮康唑）抑制酶活性延長藥物半衰期?？股睾涂鼓[瘤藥物分子作用抗生素作用機(jī)制β-內(nèi)酰胺類（青霉素、頭孢菌素）抑制細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖合成，通過與青霉素結(jié)合蛋白（PBPs）共價(jià)結(jié)合，阻斷肽聚糖交聯(lián)。大環(huán)內(nèi)酯類（紅霉素等）結(jié)合細(xì)菌核糖體50S亞基，阻斷肽鏈延伸。氨基糖苷類（鏈霉素等）結(jié)合30S亞基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)誤譯。氟喹諾酮類抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶和拓?fù)洚悩?gòu)酶IV，阻斷DNA復(fù)制。細(xì)菌耐藥機(jī)制包括：產(chǎn)生降解酶（如β-內(nèi)酰胺酶）；改變藥物靶點(diǎn)（如PBP突變）；減少藥物攝取或增加外排；改變代謝途徑。多重耐藥細(xì)菌（如MRSA、CRE）對多種抗生素產(chǎn)生耐藥，治療困難?？鼓[瘤藥物分子機(jī)制烷化劑（環(huán)磷酰胺等）與DNA形成共價(jià)交聯(lián)，阻斷復(fù)制?？勾x藥物（如甲氨蝶呤）干擾核苷酸合成。拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑（如依托泊苷）阻斷DNA拓?fù)渥兓??？刮⒐芩幬铮ㄈ缱仙即迹└蓴_微管動(dòng)態(tài)平衡，阻斷有絲分裂。激素類藥物（如他莫昔芬）競爭性結(jié)合激素受體。靶向治療藥物針對特定分子，如酪氨酸激酶抑制劑（伊馬替尼等）和單克隆抗體（曲妥珠單抗等）。腫瘤耐藥機(jī)制包括：藥物外排泵（如P-糖蛋白）過表達(dá)；藥物代謝或解毒增強(qiáng)；靶點(diǎn)改變；DNA損傷修復(fù)增強(qiáng)；細(xì)胞凋亡途徑缺陷；干細(xì)胞樣特性維持等。聯(lián)合用藥和個(gè)體化治療是克服耐藥的重要策略。前沿：生物大分子的結(jié)構(gòu)解析冷凍電鏡技術(shù)近年來實(shí)現(xiàn)了革命性突破，成為解析大型蛋白質(zhì)復(fù)合物和膜蛋白結(jié)構(gòu)的主力。該技術(shù)將生物樣品快速冷凍在玻璃態(tài)冰中，保持其天然狀態(tài)，使用低劑量電子束成像，通過計(jì)算機(jī)圖像處理將二維投影重建為三維結(jié)構(gòu)。2017年該技術(shù)獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。最新發(fā)展包括：直接電子探測器提高信噪比；運(yùn)動(dòng)校正算法減少樣品漂移影響；人工智能輔助圖像處理。其他結(jié)構(gòu)生物學(xué)新技術(shù)包括：微電子衍射(MicroED)適用于難以生長大晶體的蛋白質(zhì)；X射線自由電子激光(XFEL)可對微小晶體進(jìn)行飛行中衍射；集成混合方法結(jié)合多種技術(shù)優(yōu)勢，如冷凍電鏡與晶體學(xué)、質(zhì)譜或核磁共振聯(lián)用。AlphaFold等AI預(yù)測工具已能從氨基酸序列準(zhǔn)確預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，甚至蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)，為理解蛋白質(zhì)功能和藥物設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大支持。前沿：多組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)1基因組學(xué)研究生物體全部遺傳信息轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析所有基因表達(dá)和調(diào)控模式3蛋白質(zhì)組學(xué)研究全部蛋白質(zhì)及其相互作用4代謝組學(xué)檢測所有代謝物變化反映功能狀態(tài)系統(tǒng)生物學(xué)整合多組學(xué)數(shù)據(jù)，從整體角度理解生命系統(tǒng)。與傳統(tǒng)生物學(xué)研究單個(gè)基因或蛋白質(zhì)不同，系統(tǒng)生物學(xué)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型描述組分間相互作用和調(diào)控關(guān)系。這種方法特別適合研究復(fù)雜疾病，如癌癥、代謝綜合征等，這些疾病通常不是單一因素導(dǎo)致，而是多個(gè)通路和基因網(wǎng)絡(luò)共同作用的結(jié)果。數(shù)據(jù)整合分析實(shí)例：結(jié)合臨床肝癌樣本的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組數(shù)據(jù)，鑒定了驅(qū)動(dòng)腫瘤生長的關(guān)鍵信號網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)方法難以識別的"隱藏驅(qū)動(dòng)因素"；整合多組學(xué)數(shù)據(jù)解析人類微生物組與宿主代謝的相互作用，揭示了腸道菌群影響藥物代謝的分子機(jī)制。南京醫(yī)科大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用多組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了胰腺癌特異性代謝特征和潛在干預(yù)靶點(diǎn)。前沿：合成生物學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用基因線路設(shè)計(jì)合成生物學(xué)以工程學(xué)思維設(shè)計(jì)生物系統(tǒng)，創(chuàng)建人工基因線路執(zhí)行特定功能。基本組件包括：傳感器模塊（檢測特定信號）；處理模塊（整合信號并做出"決策"）；執(zhí)行模塊（產(chǎn)生所需輸出）。常用設(shè)計(jì)元件有啟動(dòng)子、轉(zhuǎn)錄因子、核糖體結(jié)合位點(diǎn)、終止子等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具和標(biāo)準(zhǔn)化生物元件庫極大促進(jìn)了合成線路的開發(fā)效率。細(xì)胞工廠構(gòu)建改造微生物或哺乳動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)醫(yī)用分子。通過調(diào)整細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化底物利用，減少副產(chǎn)物積累，提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量。例如：工程化大腸桿菌生產(chǎn)青蒿素前體；酵母細(xì)胞生產(chǎn)阿片類藥物；CHO細(xì)胞生產(chǎn)復(fù)雜單克隆抗體。代謝流分析、基因組尺度模型和高通量篩選技術(shù)加速了細(xì)胞工廠的優(yōu)化過程。醫(yī)學(xué)應(yīng)用實(shí)例CAR-T細(xì)胞治療：工程化T細(xì)胞表達(dá)嵌合抗原受體，特異性識別并殺傷腫瘤細(xì)胞。溶瘤病毒：設(shè)計(jì)能特異性在腫瘤微環(huán)境中復(fù)制的病毒。合成益生菌：工程化益生菌在腸道檢測疾病標(biāo)志物并釋放治療分子。生物傳感器：設(shè)計(jì)微生物或細(xì)胞系檢測血糖或其他生理指標(biāo)并控制藥物釋放。組織工程：結(jié)合生物材料和基因工程細(xì)胞創(chuàng)建功能性人工組織或器官。醫(yī)學(xué)科研中的生物化學(xué)研究范例代謝重編程與腫瘤發(fā)生南京醫(yī)科大學(xué)腫瘤代謝研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新型代謝調(diào)控機(jī)制：代謝酶丙酮酸激酶M2(PKM2)除催化功能外，還可通過與轉(zhuǎn)錄因子STAT3相互作用，促進(jìn)惡性腫瘤的能量代謝重編程。該研究揭示了代謝調(diào)控與基因表達(dá)間的新型聯(lián)系，為腫瘤代謝治療提供了新靶點(diǎn)。腸道菌群與胰島素抵抗代謝病研究中心利用宏基因組學(xué)與代謝組學(xué)聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)特定腸道菌群代謝產(chǎn)物與2型糖尿病發(fā)生密切相關(guān)。通過小鼠模型驗(yàn)證，證實(shí)這些代謝產(chǎn)物通過影響肝臟胰島素信號通路，誘導(dǎo)胰島素抵抗。這一發(fā)現(xiàn)為基于微生物組的代謝疾病預(yù)防和治療提供了新思路。表觀遺傳與細(xì)胞命運(yùn)決定干細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)組蛋白甲基化酶EZH2通過調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)，在心肌細(xì)胞分化過程中起關(guān)鍵作用。敲低EZH2導(dǎo)致心臟發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化。這一機(jī)制有望應(yīng)用于心肌再生醫(yī)學(xué)，為心臟疾病治療提供新策略。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)安排與考核基礎(chǔ)技能培訓(xùn)（第1-2周）實(shí)驗(yàn)安全教育，移液器使用，溶液配制，pH測定，離心機(jī)操作等。這些基本技能是后續(xù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，要求學(xué)生掌握科學(xué)的操作方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。第一次實(shí)驗(yàn)報(bào)告占總成績5%。2蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)（第3-6周）蛋白質(zhì)提取與純化，電泳分析，Westernblot技術(shù)，