生物化学是研究生物体内化学物质结构、性质及其代谢规律的科学，它连接了生物学与化学，是理解生命活动的基础，以下从生物大分子、代谢途径、酶学及分子生物学技术等方面,系统梳理生物化学常识的核心内容。
生物大分子：生命的化学基础
生物大分子包括蛋白质、核酸、糖类和脂质，它们是细胞结构和功能的物质基础。
蛋白质由氨基酸通过肽键连接而成，其一级结构是氨基酸序列，二级结构包括α-螺旋和β-折叠，三级结构由侧链相互作用形成，四级结构则是多亚基的组装，蛋白质的功能多样性（如催化、运输、免疫）取决于其空间结构，血红蛋白的四级结构使其具备携带氧气的能力，而变性（如高温、强酸）会导致结构破坏并丧失功能。
核酸分为DNA和RNA，前者是遗传信息的载体，后者参与蛋白质合成，DNA的双螺旋结构由两条反向平行的多核苷酸链通过氢键连接（A-T、G-C配对），而RNA多为单链，局部可形成双链结构（如tRNA的三叶草结构），基因表达包括转录（DNA→RNA）和翻译（RNA→蛋白质），中心法则揭示了遗传信息的流动方向。
糖类是细胞的主要能源和结构成分，单糖（如葡萄糖）是基本单位，双糖（蔗糖、乳糖）由两分子单糖缩合，多糖（淀粉、纤维素）则由大量单糖通过糖苷键连接，淀粉是植物储能形式，纤维素构成植物细胞壁，而糖原是动物体内的储能多糖。
脂质包括脂肪、磷脂和固醇等，脂肪由甘油和脂肪酸组成，是高效的储能分子；磷脂具有亲水头部和疏水尾部，构成生物膜的基本骨架；固醇类（如胆固醇）参与细胞膜流动性和激素合成。
代谢途径：生命活动的能量转换
代谢分为分解代谢（分解分子释放能量）和合成代谢（消耗能量构建分子），核心是能量货币ATP的循环利用。
糖代谢是生物体获取能量的主要途径，葡萄糖在细胞质中通过糖酵解分解为丙酮酸，产生少量ATP和NADH；丙酮酸进入线粒体，通过三羧酸循环（TCA循环）彻底氧化生成CO₂，并释放大量还原力（NADH、FADH₂）；电子传递链（ETC）通过氧化磷酸化将还原力转化为ATP，最终氧气作为电子受体生成水，无氧条件下（如剧烈运动），丙酮酸转化为乳酸或乙醇，导致肌肉酸痛。
脂质代谢包括脂肪的分解与合成，脂肪酶将脂肪分解为甘油和脂肪酸，后者通过β-氧化生成乙酰辅酶A进入TCA循环，是长时间饥饿时的主要能源，胆固醇合成以乙酰辅酶A为原料，受HMG-CoA还原酶调控，他汀类药物通过抑制此酶降低血脂。
氨基酸代谢涉及蛋白质合成与分解，20种标准氨基酸通过密码子对应mRNA上的核苷酸序列，在核糖体上翻译成多肽，脱氨基作用是氨基酸分解的主要方式，生成氨（有毒），在肝脏通过尿素循环转化为尿素排出，必需氨基酸（如赖氨酸、甲硫氨酸）需从食物中摄取,缺乏会导致营养不良。
酶学：生物催化剂的奥秘
酶是生物催化剂，其本质多为蛋白质（少数为RNA），通过降低反应活化能加速代谢反应，酶的活性受多种因素影响：
- 温度：在最适温度（如人体37℃）下活性最高，高温或低温均会导致失活。
- pH：胃蛋白酶的最适pH为2（酸性），胰蛋白酶为8（碱性），pH改变影响酶的解离状态。
- 抑制剂：竞争性抑制剂（如磺胺类药物）与底物竞争结合位点，非竞争性抑制剂则与酶活性中心外的 allosteric site 结合，降低酶活性。
- 激活剂：如Mg²⁺是许多激酶的辅助因子，能增强酶活性。
酶的动力学可用米氏方程描述，其中Km值反映酶与底物的亲和力（Km越小，亲和力越高）。
分子生物学技术：探索生命工具
现代生物化学依赖多种技术解析生命现象：
- PCR技术：通过DNA聚合酶在体外扩增特定基因片段，用于基因检测、法医鉴定等。
- 凝胶电泳：根据分子大小分离DNA、RNA或蛋白质，如琼脂糖凝胶电泳分离DNA片段。
- Western blot：通过抗体检测特定蛋白质，用于疾病诊断（如新冠病毒抗原检测）。
- CRISPR-Cas9：基因编辑技术，可精准切割DNA，用于基因治疗和农业育种。
以下表格总结主要代谢途径的比较：
| 代谢途径 | 发生场所 | 关键产物 | 能量变化 | 生理意义 |
|---|---|---|---|---|
| 糖酵解 | 细胞质 | 丙酮酸、ATP、NADH | 净生成2 ATP | 快速供能（无氧条件） |
| 三羧酸循环 | 线粒体基质 | CO₂、NADH、FADH₂ | 生成还原力，无ATP直接产出 | 有氧呼吸核心，彻底氧化有机物 |
| 氧化磷酸化 | 线粒体内膜 | ATP（大量） | 利用NADH/FADH₂生成ATP | 细胞主要能量来源 |
| β-氧化 | 线粒体 | 乙酰辅酶A、FADH₂、NADH | 生成ATP | 脂肪分解供能 |
相关问答FAQs
Q1: 为什么酶在高温下会失活？
A: 酶的活性依赖于其特定的空间结构，高温破坏了维持结构的氢键、疏水作用等次级键，导致蛋白质变性，活性中心无法与底物结合，从而丧失催化功能，煮熟的鸡蛋中的蛋白质变性后，酶活性完全消失。
Q2: DNA和RNA在结构和功能上有何主要区别？
A: 结构上，DNA是双链螺旋，含脱氧核糖和碱基T（腺嘌呤配对）；RNA是单链，含核糖和碱基U（尿嘧啶替代T），功能上，DNA是遗传信息的储存库，负责长期保存遗传指令；RNA则参与基因表达的各个环节，如mRNA携带信息、tRNA转运氨基酸、rRNA构成核糖体。
