生物化学这门课,看着头大,但真正考场上拿到手的是那套卷。 把线粒体想象成一个庞大的发电厂,它的名字叫“糖酵解”,别被名字骗了,实际上讲的是能量如何从食物里跑出来。葡萄糖进细胞,得先拆两半,变成两个丙酮酸。

这一步实际上是个高耗能的过程,中间那堆东西叫 ATP 合成酶,说白了就是把质子泵到膜外,等膜内外电荷差大了,质子顺着梯度流回来,推着 ATP 工厂干活,一个 ATP 币赚出来。至于丙酮酸去哪了?酵母菌里发酵一下,直接变乙醇,酒味挺冲;哺乳动物细胞里就进线粒体,再彻底氧化成二氧化碳和水,整个过程呼噜呼噜,净产出 30 到 32 个 ATP,这才是真·能量大户。 再看 DNA 复制,这玩意儿最讲究“误差率”。细胞里复制的时候,本来就有点差错,但这点错率代表死亡细胞的复制失误率,一般管住在 10^-9 级别。

如何保证?实际上是在复制过程中,新合成的链上本来就有个 3'末端,正好插上一个互补的 DNA 链。当两条链都合成一半的时候,它们自己就“对”上了。

这时候细胞里有个检查员叫“解旋酶”,它先把双螺旋解开,但不会解开忒久,让这段“对”好,直接交出去,让下一个复制周期接着干。

要是这个“检查员”废了,细胞就直接报废。 RNA 聚合酶是个小个子,负责转录。启动阶段有个叫“通用转录因子”的小团,把 DNA 上的启动子找出来,搭班子。一旦班子搭好,它们就变成“启动复合物”(PIC),启动干活。转录出的 RNA 是单链的,还得折叠成特定的三叶草结构才能稳定存有,不然一出来就乱糟糟的。

这时候细胞里有个辅助蛋白叫“剪接酶”,专门负责切掉那些富余的内含子,只留下外显子。串联起来的囊泡式降解产物叫 snRNP,看着复杂,实际上只是一堆大小不一的蛋白质在盒子状结构里,哪位也不认识哪位。一旦剪接失效,RNA 没法成 mature,蛋白也就造不好。 糖蛋白的合成是个两不管的活儿。糖基化那一步,要是出错,蛋白结构就崩;烷基化那一步,要是缺了辅酶,蛋白活性就没了。蛋白质的折叠是个场效应景观,就像在悬崖边上摆积木,下坠速度极快,根本来不及调整角度。一旦折叠黄了,蛋白就变成一堆没法工作的垃圾,哪怕它序列再完美。 细胞膜是个动态的界面。磷脂双分子层挺致密,但胆固醇能进去,出于它是亲水头朝面、疏水尾朝尾,刚好能塞在中间。胆固醇分子自己还能挪动,让膜在温度变化时保持弹性,不至于忒硬或忒脆。离子通道是个水洞,钠钾泵像个勤劳的搬运工,一边泵钠钾,一边生成 ATP,反过来,ATP 水解供能给钠钾泵,这就是能量耦合。 转录和翻译是基因信息的流动。基因在核里,mRNA 出核,进核糖体,翻译成蛋白质。

这个过程里有大量调控点,比如启动子序列、增强子,还有那些转录因子。有些转录因子是负调控的,有些是正调控的,细胞得根据环境调整比例。

要是要加强某个基因的表达,可能得加一个增强子,要么敲掉一个阻遏蛋白,就像给信号发射台拉高了音量。 蛋白质的降解途径也挺讲究。泛素化是一条长路,先泛素化,再蛋白酶体降解。

还有一种叫液泡途径,把损坏的蛋白丢进去,后续处理。

这些降解系统一旦乱套,细胞里的蛋白堆积,细胞就死了。 说到离子通道,非选择性阳离子通道是个好办粗暴的家伙,啥阳离子都能通。而受抑制的通道则挺克制,比如肌酸激酶,它只通磷酸肌酸,不通钾离子,这是为了维持肌肉收缩的功率储备。 线粒体基质里有个钙离子传感器,把钙离子浓度和钙离子通道的活性连在一起。

这俩信号互相影响,细胞在应激状态下能麻利调整代谢。 DNA 甲基化是个表观遗传标记,主要是 CpG 岛上的 C 被甲基化。

这玩意儿能影响基因表达,还能传给下一代。

反过来,表观遗传修饰也会影响 DNA 复制的准性,形成一个互动的网络。 糖原合成是个耗能过程,消耗 ATP 和 UDP-葡糖糖。糖原分解则是分两步走,先糖原磷酸化酶去掉一个非还原端,再磷酸化酶去掉另一个,最终水解酶水解出葡萄糖。尿糖是血糖超过肾糖阈,葡萄糖漏到尿里了,这是糖尿病的信号。 抗体分泌是个精细活儿。B 细胞先结合抗原,激活 T 细胞,分泌细胞因子。抗体形成过程涉及 B 细胞受体、TCR、CD40 等分子的特异性识别。抗原呈递细胞把肽段展示在 MHC 分子上,T 细胞识别后,细胞因子释放,B 细胞增殖分化成浆细胞,浆细胞疯狂分泌抗体。 细胞周期里,G1 期是预备阶段,DNA 复制形成在 S 期。G2 期检查 DNA 是否损伤,M 期启动分裂。纺锤体检查点要是在 G2 期没通过,细胞直接凋亡,保命要紧。 最终说点串货的。ATP 水解驱动构象变化,构象变化驱动反应,反应生成 ATP,这逻辑链条一环扣一环。转录、翻译、翻译后修饰,每个环节都有调控机制,确保细胞在对的工夫、对的空间、以对的量表达对的蛋白。

这些机制缺一不可,任何一个环节断裂,整个系统的稳定性就崩塌了。