《生物化学思维导图》
一、核心概念与生物分子
1.1 基本概念
- 定义： 研究生物体内的化学过程和物质组成的学科。
- 中心法则： DNA -> RNA -> 蛋白质 (复制、转录、翻译)。
- 代谢： 生物体内所有化学反应的总称 (合成代谢、分解代谢)。
- 能量学： 研究生物体内能量流动和转化的科学 (吉布斯自由能、熵、焓)。
- 酶： 生物催化剂，加速生物化学反应 (催化机制、酶动力学、酶抑制)。
- 细胞结构与功能：细胞膜、细胞质、细胞核、细胞器（线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体）。
1.2 生物分子
- 碳水化合物：
- 单糖 (葡萄糖、果糖、半乳糖)。
- 二糖 (蔗糖、乳糖、麦芽糖)。
- 多糖 (淀粉、糖原、纤维素)。
- 功能：能量来源、结构成分、细胞识别。
- 脂类：
- 脂肪酸 (饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸)。
- 甘油三酯 (储能物质)。
- 磷脂 (细胞膜的主要成分)。
- 甾醇 (胆固醇、激素)。
- 功能：能量储存、细胞膜结构、激素合成、绝缘。
- 蛋白质：
- 氨基酸 (20种常见氨基酸、必需氨基酸)。
- 肽键 (氨基酸连接方式)。
- 蛋白质结构 (一级、二级、三级、四级)。
- 功能：催化（酶）、运输（血红蛋白）、结构（胶原蛋白）、免疫（抗体）、信号传递（激素受体）。
- 核酸：
- DNA (双螺旋结构、碱基互补配对)。
- RNA (mRNA、tRNA、rRNA)。
- 核苷酸 (碱基、戊糖、磷酸)。
- 功能：遗传信息存储、蛋白质合成。
- 维生素：
- 脂溶性维生素 (A, D, E, K)。
- 水溶性维生素 (B族维生素, 维生素C)。
- 功能：辅酶、抗氧化剂、调节代谢。
- 矿物质：
- 常量元素 (钙, 磷, 钾, 钠, 氯, 镁, 硫)。
- 微量元素 (铁, 锌, 铜, 碘, 硒)。
- 功能：结构成分、酶的辅助因子、调节生理功能。
二、代谢途径
2.1 碳水化合物代谢
- 糖酵解： 葡萄糖 -> 丙酮酸 (发生在细胞质中)。
- 三羧酸循环 (TCA循环)： 丙酮酸 -> CO2 + NADH + FADH2 (发生在线粒体基质中)。
- 氧化磷酸化： NADH + FADH2 -> ATP (发生在线粒体内膜上)。
- 糖异生： 非糖物质 -> 葡萄糖 (发生在肝脏和肾脏)。
- 糖原合成与分解： 葡萄糖 <-> 糖原 (发生在肝脏和肌肉)。
- 戊糖磷酸途径： 产生 NADPH 和核糖-5-磷酸 (发生在细胞质中)。
2.2 脂类代谢
- 脂肪酸氧化： 脂肪酸 -> 乙酰CoA (发生在线粒体中)。
- 脂肪酸合成： 乙酰CoA -> 脂肪酸 (发生在细胞质中)。
- 甘油三酯合成与分解： 甘油 + 脂肪酸 <-> 甘油三酯 (发生在脂肪细胞)。
- 酮体生成： 乙酰CoA -> 酮体 (发生在肝脏)。
- 胆固醇合成： 乙酰CoA -> 胆固醇 (发生在细胞质和内质网)。
- 脂蛋白代谢： VLDL, LDL, HDL (脂类在血液中的运输形式)。
2.3 氨基酸代谢
- 氨基酸脱氨基： 氨基酸 -> α-酮酸 + NH3。
- 尿素循环： NH3 -> 尿素 (发生在肝脏)。
- α-酮酸代谢： α-酮酸 -> 能量或中间代谢物。
- 氨基酸合成： 从中间代谢物合成氨基酸 (必需氨基酸需要从食物中摄取)。
- 一碳单位代谢： 四氢叶酸 (THF) 在一碳单位转移中的作用。
2.4 核苷酸代谢
- 嘌呤合成与分解： Adenine, Guanine。
- 嘧啶合成与分解： Cytosine, Thymine, Uracil。
- 脱氧核苷酸合成： 核糖核苷酸 -> 脱氧核糖核苷酸。
- 核苷酸 salvage 途径： 回收利用核苷酸。
三、调控机制
3.1 酶的调节
- 变构调节： 调节剂与酶的变构位点结合，改变酶的活性。
- 共价修饰： 磷酸化、乙酰化、糖基化等修饰影响酶的活性。
- 酶的原酶激活： 通过蛋白水解激活酶。
- 酶的合成与降解： 基因表达的调控影响酶的含量。
3.2 激素的调节
- 胰岛素： 降低血糖，促进糖原合成、脂肪酸合成。
- 胰高血糖素： 升高血糖，促进糖原分解、糖异生。
- 肾上腺素： 升高血糖，促进糖原分解、脂肪酸分解。
- 糖皮质激素： 升高血糖，促进糖异生、蛋白质分解。
- 性激素： 影响性器官发育和生殖功能。
3.3 信号转导
- G蛋白偶联受体 (GPCR)： 通过 G 蛋白激活下游信号通路。
- 受体酪氨酸激酶 (RTK)： 激活磷脂酰肌醇-3-激酶 (PI3K) 和 Ras-MAPK 信号通路。
- 细胞内受体： 与激素结合，直接调控基因表达。
- 钙离子信号： 细胞内钙离子浓度的变化影响多种细胞功能。
- 环腺苷酸 (cAMP) 信号： cAMP 激活蛋白激酶 A (PKA)。
3.4 基因表达调控
- 转录调控： 启动子、增强子、转录因子。
- 翻译调控： mRNA 的稳定性、起始因子。
- 表观遗传调控： DNA 甲基化、组蛋白修饰。
四、应用
4.1 临床生物化学
- 疾病诊断： 检测血液、尿液等体液中的生物标志物。
- 药物设计： 基于生物化学原理设计药物。
- 营养与健康： 研究营养物质对健康的影响。
- 遗传性疾病： 研究遗传性代谢缺陷。
4.2 生物技术
- 基因工程： 重组 DNA 技术、基因编辑。
- 蛋白质工程： 改造酶的性质。
- 生物传感器： 利用生物分子进行检测。
- 生物材料： 利用生物材料制备医疗器械。
4.3 食品科学
- 食品加工： 酶在食品加工中的应用。
- 食品安全： 检测食品中的有害物质。
- 营养强化： 添加维生素和矿物质。
五、研究方法
5.1 分离纯化技术
- 离心： 根据密度分离生物分子。
- 色谱： 根据分子特性分离生物分子 (离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱)。
- 电泳： 根据电荷和大小分离生物分子 (SDS-PAGE, 等电聚焦电泳)。
5.2 分析技术
- 光谱学： 紫外-可见光谱、荧光光谱、核磁共振。
- 质谱： 测量分子的质量。
- X-射线衍射： 确定蛋白质的晶体结构。
- 酶联免疫吸附试验 (ELISA)： 检测特定蛋白质的含量。
- 聚合酶链式反应 (PCR)： 扩增 DNA。
- 测序技术： DNA 测序、RNA 测序。
5.3 细胞生物学技术
- 细胞培养： 在体外培养细胞。
- 显微镜： 光学显微镜、电子显微镜。
- 流式细胞术： 分析细胞的特性。
This is a comprehensive biochemistry mind map in markdown format, covering core concepts, metabolic pathways, regulation mechanisms, applications, and research methods. The hierarchical structure is maintained through headings and subheadings.