代谢总论

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代谢总论与生物能学·

由人手生成

代谢总论·

代谢是 生物与环境 进行 物质能量交换 的过程
代谢是 活细胞内 所有化学反应的总称

  • 代谢物

    代谢过程是连续的。在代谢过程中，连续转变的酶促反应产物 称为 中间产物，即 代谢物

  • 不同的代谢类型
    • 物质代谢

      物质的 合成/分解

    • 能量代谢

      能量的 转移/存储/释放

    • 分解代谢

      有机物转变为更小的产物 释放能量（部分为热量|部分为NTP/还原电子载体）

    • 合成代谢（生物合成）

      小的前提转变为更复杂的分子 吸收能量 （NTP|其他还原力）

    • 自养

      以CO2为 唯一碳源

    • 异养

      从其他环境中获取碳源

  • 重要物质
    • NTP

      起 捕获/释放 能量的作用

      1. 提供 生物合成 所需能量
      2. 提供 机体活动 及 肌肉收缩 所需能量
      3. 提供 物质跨膜运输 所需能量
      4. 提供 DNA/RNA/蛋白质 合成 所需能量（保证基因信息传递正确）
    • 电子/质子载体
      • NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）（辅酶I）
      • NADP（P是磷酸）（辅酶II）
      • FAD
      • CoA
      • FMN
      • VB3-ADP
  • 研究方法
    1. 同位素示踪法
    2. 酶抑制法
    3. 气体测量法
    4. 核磁共振波谱法
    5. 通过遗传缺陷症 研究代谢

生物能学·

  • 体系：指 研究对象 所涉及全部物质 的总称
  • 环境：指 体系外全部物质 的总称
    • open 可以交换物质能量
    • closed 可以交换能量
    • isolated 不能交换物质能量
  • 能量（主要是功与能，体系与环境交换的形式）
    • 热力学第一定律

      $ \Delta U = Q - W $

    • 热力学第二定律

      高温 → 低温

    • 内能U
    • 焓变H

      $ \Delta U = \Delta U + \Delta Pv $

    • 熵变S

      $ \Delta S = \Delta S_{ 体系 } + \Delta S_{ 环境 } $

    • 自由能G

      $ \Delta G = W $ $ \Delta G > 0 $ 反应不能自发 $ \Delta G < 0 $ 反应能自发 $ \Delta G = 0 $ 反应处于平衡 $ \ce{ A + B <=> C + D } $
      $ \Delta G = \Delta G^{ \circ } + RT \ln \frac{ [C][D] }{ [A][B] } $
      $ \Delta G^{ \circ } $ : 标准自由能变化（室温 1大气压 1mol/L）
      $ \Delta G^{ \circ ’ } = -RT \ln K’_平 $ : 生物化学中的自由能变化（pH=7）
      例如

    • 高能化合物水解/集团转移时 释放21kj/mol能量
      • 磷氧键（ATP $ \Delta G^{ \circ ’ } = -30.5KJ/mol $ 磷酸基团中间载体 ）
      • 氮磷键（磷酸肌酸）
      • 硫酯键（酰基CoA）
      • 甲硫键（s-腺苷甲硫氨酸）

考点总结及名词解释·

有待补充

本章名词·

标准自由能变化｜standard free energy change

标准自由能变化（ΔG°）是指在标准状态（298 K、1 atm，所有组分处于其标准状态）下，反应按化学计量式进行1 mol反应进度时发生的吉布斯自由能变化。它等于所有产物标准生成自由能的总和减去所有反应物标准生成自由能的总和。ΔG°的正负决定了反应在标准条件下自发进行的方向，其绝对值反映了反应驱动力的大小。

放射自显影｜autoradiography

放射自显影是一种利用放射性同位素标记的样品使感光材料（如X射线胶片）感光，从而检测生物分子或示踪代谢过程的技术。在分子生物学中，常将放射性标记的探针与膜上固定样品杂交后，通过放射自显影显示杂交信号的位置，例如菌落原位杂交中检测阳性克隆。此外，通过掺入放射性标记前体，放射自显影还可用于分析DNA复制方向等动态过程。

能量转换｜energy conversion

能量转换是生物体将一种能量形式转变为另一种形式的过程。生物利用燃料中的化学能，将其转化为合成大分子所需的化学能、浓度梯度、电梯度、运动、热以及少数情况下的光能。这种能力是所有活生物的基本性质，其机制遵守热力学定律。

ATP-依赖的蛋白质水解体系｜ATP-dependent proteolysis system

ATP-依赖的蛋白质水解体系是真核细胞内一种选择性降解蛋白质的需能途径。该体系通过泛素共价标记待降解蛋白质，标记过程需ATP参与。多肽水解虽为放能反应，但该体系依赖ATP，用于靶蛋白的识别、去折叠或转运等步骤，确保异常或过量蛋白质被及时清除，维持细胞代谢稳态。

场致解吸｜field desorption

场致解吸是质谱技术中使样品分子电离的一种方法，可将样品分子转化为带电离子，以便质量分析器检测其质荷比。

不可逆过程的热力学｜thermodynamics of irreversible processes

不可逆过程的热力学是研究自然界中不可逆过程（如热传导、扩散、化学反应等）的热力学分支，关注系统在偏离平衡态时的行为，涉及熵产生和耗散结构等概念。

不可逆性｜irreversibility

不可逆性是热力学过程中，系统发生自发变化后无法自行恢复原状的性质。自发过程具有方向性和限度，均为不可逆过程，如气体向真空自由膨胀，混乱度增大，无法自动回到初始状态。不可逆性源于系统微观状态数增加，反映了熵增原理。

苯基标记化合物｜phenyl-labeled compound

苯基标记化合物是指将苯基作为示踪基团连接于待研究分子（如脂肪酸）上的化合物。苯基在生物体内不被代谢，可随特定代谢产物排出，从而通过检测含苯基的终产物来追踪代谢途径。

标准焓｜standard enthalpy

标准焓是指在热力学标准状态（温度298 K，压力1 atm，对于溶液溶质浓度为1 mol/L）下，物质所具有的焓值或反应体系的焓变，符号为ΔH°。由于焓的绝对值无法测定，通常应用标准生成焓，即由稳定态单质生成1 mol化合物时的焓变。标准焓是状态函数，其规定便于比较不同反应的能量变化。

标准燃烧焓｜standard enthalpy of combustion

标准燃烧焓是指在标准状态（通常为298 K和101325 Pa）下，1 mol纯物质完全燃烧所发生的焓变，常用符号ΔcH⊖表示。

标准熵｜standard entropy

标准熵是指在标准状态（温度298 K，压力1 atm）下，1 mol纯物质的熵值，符号为 $S^{\ominus}$。它是系统混乱度或无序度的量度，反映了物质内部微观粒子的运动与分布状态。对同一物质，固、液、气态的标准熵依次增大，因分子无序度逐级增加。

标准生成焓｜standard enthalpy of formation

标准生成焓是指在标准状态（298K、1 atm）下，由稳定态单质生成1 mol化合物时的焓变，符号为ΔH_f^⊖，单位为kJ·mol⁻¹。稳定态单质的标准生成焓规定为零。

标准生成自由能｜standard free energy of formation

标准生成自由能是指在标准状态（1 atm压力）和指定温度（一般为25℃）下，由稳定态单质生成1 mol化合物的反应的自由能变化，符号为ΔG_f⦵，单位为kJ·mol⁻¹。稳定态单质的标准生成自由能被规定为零。利用标准生成自由能可以计算化学反应的标准自由能变化，即产物的ΔG_f⦵总和减去反应物的ΔG_f^⦵总和。

重排反应｜rearrangement reaction

重排反应是指分子中碳-碳键断裂并重新形成，导致碳骨架发生变化的反应。这类反应常见于某些变位酶催化的代谢过程，例如甲基丙二酰单酰辅酶A变位酶将L-甲基丙二酰单酰辅酶A转化为琥珀酰辅酶A，此酶的辅基是维生素B12衍生物。

标准转换常数｜standard conversion constant

标准转换常数是热力学中用于关联标准自由能变化与反应平衡常数的系数，通常为RT（气体常数R与绝对温度T的乘积），在25°C下其值约为2.478 kJ/mol，用于将标准自由能变化ΔG°转换为平衡常数K的自然对数，即ΔG° = -RT ln K。

多磷酸激酶-1｜polyphosphate kinase 1

多磷酸激酶-1（polyphosphate kinase 1）是一类催化多磷酸（polyP）可逆合成的酶，通常以 ATP 为磷酸基供体，将磷酸基转移至多磷酸链上，生成多磷酸 n+1 和 ADP，或催化逆反应。该酶在微生物中参与磷酸盐储存和能量代谢调节。

反应焓｜enthalpy of reaction

反应焓，又称焓变，是指在恒压条件下化学反应吸收或放出的热量，等于系统的焓变化量（ΔH）。焓是状态函数，定义为 H = U + PV，恒压反应热 q_p = ΔH。反应焓变仅取决于反应的始态和终态，是热化学研究化学反应热效应的核心概念。

反应热｜heat of reaction

反应热是化学反应系统在特定条件下吸收或放出的热量。在恒压条件下，反应热等于系统的焓变（q_p = ΔH）；在恒容条件下，反应热等于系统的内能变化（q_v = ΔU）。反应热是热化学研究的核心内容。

高速微弹发射装置｜high-speed microprojectile bombardment

高速微弹发射装置是一种将外源DNA导入细胞或组织的物理方法，利用高压气体或火药驱动将包裹DNA的金属微弹高速射入靶细胞，常用于植物基因工程中难以通过其他方法转化的细胞。

高效液相色谱｜high performance liquid chromatography

高效液相色谱是一种色谱技术，以极性挥发性溶液为流动相，填有疏水介质的反相柱或亲和介质的亲和柱为固定相，利用样品分子在流动相和固定相之间分配系数的不同而实现高效分离。

隔离系统｜compartmentalization

隔离系统指细胞内由生物膜分隔形成的不同区室结构，如细胞核、线粒体、内质网等。各区室具有独特的化学微环境与酶系，使不同代谢途径或反应在空间上彼此隔离，避免相互干扰，提高代谢效率并实现精细调控。这种区室化是细胞高度有序性和功能复杂性的结构基础。

放热反应｜exothermic reaction

放热反应是指化学反应过程中系统向环境释放热量的反应。在恒压条件下，放热反应对应于系统的焓变（ΔH）为负值。这类反应在生物体内常见，如ATP水解为ADP和Pi时会以热的形式释出自由能。

放射性同位素示踪法｜radioisotope tracing

放射性同位素示踪法是一种利用人工制得的放射性同位素标记化合物以追踪其代谢路径或定位的研究方法，其优点是不改变被标记化合物的化学性质。标记时可根据需要选定不同的放射性同位素和标记部位，检测则依赖于放射性测量仪器。由于放射性同位素不稳定、具有特定半衰期，该方法能灵敏地示踪分子在生物体内的动态变化，是当代最常用的同位素示踪技术。

飞行时间质量分析器｜time-of-flight mass analyzer

飞行时间质量分析器是质谱仪的一种质量分析器，通过测量离子在无场飞行管中的飞行时间来分离不同质荷比的离子，具有高分辨率和宽质量范围的特点。

共振传递｜resonance energy transfer

共振传递是光合作用中捕光色素分子间的一种非辐射激发能传递方式。通过分子间的共振相互作用，被辅助集光色素（如藻红蛋白、藻蓝蛋白）吸收的光子能量依次传递给相邻色素（如别藻蓝蛋白），最终到达反应中心叶绿素a，从而扩展光吸收范围并提高光能利用效率。

Gibbs自由能｜Gibbs free energy

Gibbs自由能是热力学中用于描述恒温恒压系统状态的状态函数，表示为G。其变化量ΔG决定了化学反应自发进行的方向和限度：ΔG<0时反应可自发进行，ΔG>0时反应非自发。标准自由能变化ΔG°定义为在标准条件（298K、1atm、各组分处于1mol/L或标准态）下，驱动反应趋于平衡的潜力。利用标准生成自由能ΔGf°可计算反应的ΔG°，其值等于产物ΔGf°总和减去反应物ΔGf°总和。

孤立系统｜isolated system

孤立系统是指与环境既无物质交换也无能量交换的热力学系统，其总内能保持恒定。在孤立系统中，自发过程朝着熵增大的方向进行，最终达到平衡态，是研究可逆与不可逆过程的基础模型。

盖格计数器｜Geiger counter

盖格计数器是一种用于检测和测量电离辐射(如α、β、γ射线)的仪器,其核心部件为充气管,通过辐射使气体电离产生电脉冲,从而记录辐射强度。在生物化学与分子生物学中,常用于放射性同位素示踪实验中检测标记化合物的放射性。

封闭系统｜closed system

封闭系统是热力学中与外界只有能量交换而无物质交换的系统，恒温恒压下的封闭系统常用于分析化学反应的能量变化。

广度性质｜extensive property

广度性质是热力学中其数值与系统所含物质的量成正比的性质，如质量、体积、内能、熵等。广度性质具有加和性，系统整体的广度性质等于各部分该性质之和。与广度性质相对的是强度性质，如温度、压力、密度等，其数值与物质的量无关。

Hess定律｜Hess's law

赫斯定律是指一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，其总的热效应相同，即反应热只取决于始态和终态，与途径无关。它是热化学的基本定律，以状态函数焓的性质为基础。

核磁共振波谱｜nuclear magnetic resonance spectroscopy

核磁共振波谱是指磁性原子核在高强磁场作用下产生不同核自旋能级，吸收特定频率电磁辐射后发生能级跃迁所得到的共振波谱。其原理是自旋量子数不为零的原子核在外磁场中自旋量子化，当射频电磁波频率与核进动频率匹配时，核吸收能量由低能级跃迁至高能级，通过扫频或扫场记录信号。波谱可提供化学位移值、谱峰多重性、耦合常数和相对峰强度等参数，用于解析分子的化学基团、结构及溶液构象。

核磁共振成像｜nuclear magnetic resonance imaging

核磁共振成像（nuclear magnetic resonance imaging, NMRI，又称磁共振成像MRI）是20世纪70年代发展起来的一种成像技术，其主要原理是在主磁场外施加梯度磁场以定位分子，通常测定氢（¹H）谱，因机体中氢原子最多。NMR信号强度与样品氢核密度有关，利用不同组织含水和碳氢化合物比例不同导致信号强度差异，经计算机处理形成氢核密度的图像，从而区分各种组织。该技术在医学、神经生物学和认知科学中广泛应用。

恒容反应热｜heat of reaction at constant volume

恒容反应热是指在恒容条件下，化学反应系统吸收或放出的热量，符号为q_v。根据热力学第一定律，由于恒容时系统不做体积功，恒容反应热等于系统内能的变化，即q_v=ΔU。若为吸热反应，系统从环境吸收的热量全部用于增加内能。

恒压反应热｜enthalpy

恒压反应热是指恒压条件下化学反应吸收或放出的热量，数值上等于系统的焓变（ΔH）。焓是状态函数，定义为 H=U+PV。恒压反应热用于描述反应在恒压下的热效应，是热化学研究的重要内容。

化学电离｜chemical ionization

化学电离是一种质谱分析中使用的软电离技术，通过反应气体离子（如甲烷、氨等）与样品分子发生离子-分子反应，使样品分子电离，通常生成准分子离子，碎片较少，适用于分子量测定和结构分析。

化学位移值｜chemical shift

化学位移值是核磁共振波谱提供的四个重要参数之一，反映原子核所处的化学环境，不同的化学位移值可用于推断分子的化学基团和结构。

化学校对｜proofreading

化学校对是指在DNA复制过程中，DNA聚合酶利用其3’→5’外切酶活性，切除错误掺入的核苷酸，以提高DNA复制的保真度。

混乱度｜entropy

混乱度即系统无序程度的量度，也称为熵。它反映了系统内部分子运动和分布的随机性或无组织状态，微观上可用微观状态数目Ω表征。混乱度越大，系统越无序；混乱度减小则系统有序性增加，信息可视为负熵。在生化反应中，产物质点数增加往往伴随混乱度增大，有利于反应进行，如ATP水解。

活细胞｜living cell

活细胞是生命活动的基本结构与功能单位，具有完整的细胞结构（如细胞膜、细胞器和核结构），能够进行新陈代谢以持续获取、转换和利用能量，维持自身的生存、生长和繁殖。

结合变化机制｜binding change mechanism

结合变化机制是由Paul Boyer提出的解释ATP合酶利用质子动力合成ATP的分子机制。该机制认为，质子跨膜流动的主要作用不是直接驱动ATP的合成，而是引发酶的构象变化，使已预先在催化部位合成的、与酶牢固结合的ATP分子释放下来。在无质子流时，与F1催化部位结合的ATP和游离的ADP、Pi处于平衡状态，但ATP不能离开酶；质子流通过F0导致构象改变，迫使ATP释出，从而实现ATP的净合成。

进动｜precession

进动是指旋转物体的自转轴在空间绕另一轴线做圆锥形旋转的运动。在生物化学与分子生物学中，进动常被用于描述原子核自旋在外加磁场中的Larmor进动，即核磁矩绕外磁场方向以特定频率旋转，这是核磁共振波谱学的基础物理现象。

进动频率｜precession frequency

进动频率是指自旋的原子核在外磁场中绕外磁场方向作进动时的角频率，其大小与原子核的旋磁比和外磁场强度成正比。在生物化学中，常用于核磁共振技术，通过测定不同化学环境下原子核的进动频率差异来分析分子结构。

进化热力学｜evolutionary thermodynamics

进化热力学是运用热力学原理研究生物进化过程的学科，强调生命系统作为开放系统，通过能量耗散和负熵输入，使其从一种有序度较低的定态跃迁至有序度更高的定态，从而驱动进化。

绝热过程｜adiabatic process

绝热过程是指系统与环境之间没有热量交换的热力学过程。在此过程中，系统内能的变化仅取决于做功，理想气体的可逆绝热过程遵循PV^γ=常数的关系（γ为热容比）。在生物化学中，某些快速反应或量热实验可近似视为绝热过程，用于测定热量变化。

均裂断键｜homolytic cleavage

均裂断键是指共价键断裂时，共享电子对分开，每个原子各保留一个电子。该过程通常产生自由基，是生物体内自由基反应的基础。

卡诺定理｜Carnot theorem

卡诺定理指出，所有工作于相同高温热源和相同低温热源之间的热机，其效率不可能超过可逆热机，可逆热机具有最大效率，且该效率只取决于热源温度，与工作物质无关。该定理为熵概念的抽象和热力学第二定律的建立奠定了基础。

可逆过程｜reversible process

可逆过程是热力学中一种理想化的过程，系统在变化过程中每一步都无限接近平衡态，当过程逆向进行时，系统和环境能够完全恢复原状而不留下任何永久性变化。可逆过程的特点是进行得无限缓慢，驱动力无限小，无摩擦等耗散效应，其熵变可用可逆过程的热温商来度量。

克莱森酯解｜Claisen ester cleavage

克莱森酯解是脂肪酸β-氧化最后一步中由硫解酶催化的碳-碳键断裂反应，属于克莱森酯缩合的逆过程。该反应通过形成乙酰-CoA的负碳离子中间体，使β-酮脂酰-CoA裂解为乙酰-CoA和缩短两个碳原子的新脂酰-CoA，实现脂肪酸链的逐步降解。

克莱森酯缩合反应｜Claisen condensation

克莱森酯缩合反应是酯缩合的一种，指在柠檬酸合酶催化下，乙酰辅酶A的甲基在酶活性位点组氨酸残基的碱催化下，去质子化形成烯醇式碳负离子，该碳负离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核进攻，生成柠檬酰辅酶A，随后水解释放柠檬酸和辅酶A。该反应具有立体专一性，乙酰辅酶A的乙酰基专一形成柠檬酸的前-S羰甲基。

快原子轰击｜fast atom bombardment

快原子轰击（fast atom bombardment, FAB）是一种用于质谱分析的软电离技术，通过高速中性原子束轰击液态基质中的样品分子，使其电离形成离子，适用于极性大、难挥发、热不稳定化合物的测定。

离子阱｜ion trap

离子阱是质谱技术中的一种质量分析器，用于捕获并测定离子的质荷比。

离子源｜ion source

离子源是质谱仪中使样品分子电离成为气态离子的装置，为后续质量分析器检测质荷比提供带电粒子。

磷酸酐交换反应｜phosphoanhydride exchange reaction

磷酸酐交换反应是指将一个高能磷酸化合物（如ATP）中的磷酸酐键转移至另一分子，伴随新的磷酸酐键形成的基团转移反应。该反应通过亲核进攻引发，常涉及磷酰基从供体转移到受体，构型可能发生反转。在细胞能量代谢中，此类反应是底物水平磷酸化等过程的化学基础，实现自由能的直接转移，而非单纯的水解。

磷酸肌酸｜phosphocreatine

磷酸肌酸是肌酸的磷酸化形式，存在于动物肌肉、脑和血液中，是贮存和转移磷酸键能的高能磷酸化合物。其水解标准自由能变化为-43.1 kJ/mol，高于ATP水解的-30.5 kJ/mol，故能将高能磷酸基团转移给ADP迅速合成ATP。肌肉中其含量约为ATP的4倍，可在剧烈运动初期维持4~6秒的急需能量供应。

磷酰基转移｜phosphoryl transfer

磷酰基转移是指磷酰基（常为磷酸基团的一部分）从一个亲核体（X）转移到另一个亲核体（Y）的反应。其机制是亲核体 Y 进攻磷原子，形成三角双锥形中间体，随后离去基团 X 脱去，导致磷酰基四面体构型反转。这一过程常见于 ATP 依赖的基团转移反应，通过将磷酰基共价转移到底物或酶上，实现自由能的传递和利用。

内能｜internal energy

内能是系统内部能量的总和，是状态函数，用符号U表示。在恒容条件下，系统吸收或放出的热量全部用于内能的增加或减少，即恒容反应热等于内能的变化（q_v = ΔU）。内能与系统的压力、体积共同决定焓（H = U + PV）。

能量转移｜energy transfer

能量转移是指能量从供体分子或基团传递到受体分子或基团的过程。例如在光合作用中，藻胆素等辅助集光色素吸收的光能通过别藻蓝蛋白传递到反应中心叶绿素a；在ATP供能机制中，ATP通过磷酰基、焦磷酰基或腺苷酸基团的转移，将自由能共价地传递给底物分子或酶，驱动需能反应。

偶合常数值｜coupling constant

偶合常数是核磁共振波谱中的一个重要参数，反映相邻原子核之间通过价电子传递的自旋-自旋耦合作用强度，其大小受价电子影响，可用于推断分子结构及原子核间的相互关系。

谱峰多重性｜peak multiplicity

谱峰多重性是核磁共振波谱中由于相邻原子核之间的自旋-自旋耦合作用导致谱峰发生分裂的现象，其分裂模式直接反映相邻核的数目与耦合关系，是解析分子结构的重要参数之一。

谱峰相对强度｜relative peak intensity

谱峰相对强度是核磁共振波谱的重要参数之一，指各共振吸收峰的信号强度或积分面积之间的相对比例，直接反映了产生信号的化学等价原子核的数目，可用于确定分子中各类氢（或其他磁性核）的相对数量。

强度性质｜intensive property

强度性质是指系统中不随物质的数量或系统大小而变化的物理性质，如温度、压力、密度和浓度等。这类性质不具有加和性，在系统的任何部分均保持相同值，用于描述物质的固有特征。与之相对的是广延性质，如质量和体积，其数值与系统规模成正比。

羟醛缩合反应｜aldol condensation

羟醛缩合反应又称醛醇缩合反应，是两个醛（或酮）分子在碱性催化下缩合形成β-羟基醛（或酮）的反应，常进一步脱水生成α,β-不饱和羰基化合物。该反应通过一个羰基化合物形成碳负离子对另一个羰基碳进行亲核进攻而实现碳-碳键连接。在生物化学中，其逆反应（羟醛裂解）由醛缩酶催化，发生于含有羰基和相邻羟基的底物，如1,6-二磷酸果糖的C3与C4之间断裂，有机碱介导的羟醛断裂是重要步骤。

亲电子体｜electrophile

亲电子体是在有机化学反应中能够接受电子对以形成共价键的缺电子物种，通常表现为电子受体。在生物化学的基团转移反应中，例如酰基转移时，亲核体会进攻酰基的羰基碳原子，该碳原子即为亲电子中心，体现了亲电子体参与代谢反应的机制。

亲和淘选｜affinity panning

亲和淘选是一种利用亲和肽段标签（如His-tag、Avi-tag等）与目标蛋白质融合，通过标签特异的亲和层析从复杂混合物中特异性分离目标蛋白质或蛋白质复合体的技术。该技术通过固相化配体与标签的高亲和力结合实现捕获，经洗脱获得高纯度的靶标复合体。它广泛应用于蛋白质-蛋白质相互作用网络的高通量分析，为后续质谱鉴定等提供基础。

亲和选择｜affinity selection

亲和选择是一种利用分子间特异性亲和力（如抗原-抗体、酶-底物、受体-配体等）进行筛选的方法。通过将靶分子固定于固相载体，从复杂混合物中捕捉高亲和力的结合物，再洗脱回收以实现选择性富集。该技术常用于蛋白质工程、药物筛选和核酸适配体筛选等领域。

亲和柱｜affinity column

亲和柱是高效液相色谱或亲和层析中使用的色谱柱，其固定相填充有亲和介质，通过介质与目标分子（如带亲和标签的蛋白质）的特异性可逆结合，实现对目标产物的分离纯化。

亲核体｜nucleophile

亲核体是指在化学反应中能提供电子对以进攻缺电子中心（亲电中心）的富电子物种。在生物新陈代谢的基团转移反应（如酰基转移、磷酰基转移）中，亲核体进攻亲电的羰基碳或磷原子，形成四面体中间体，从而完成基团从一亲核体向另一亲核体的转移。

双聚焦分析器｜double-focusing analyzer

双聚焦分析器是一种质谱分析器，通过将电场和磁场结合，能同时实现方向聚焦和能量聚焦，从而克服离子初始能量分散的问题，获得高分辨率的质谱信号。

热化学｜thermochemistry

热化学是研究化学反应热效应的学科，主要关注化学反应中热量的释放或吸收。它应用焓的概念来量化恒压反应热，是生物能学的重要内容之一。

扫场｜field sweeping

扫场是核磁共振波谱法中与扫频相对应的一种操作方式，指在固定辐射电磁波频率的条件下，连续改变外加磁场强度，使不同化学环境的原子核自旋能级跃迁与电磁波能量匹配，从而记录共振吸收信号以获得核磁共振波谱。

热化学方程式｜thermochemical equation

热化学方程式是标明反应热效应的化学方程式，它表示化学反应与焓变的关系，注明反应物和产物的聚集状态及反应条件，并写出恒压反应热ΔH。

扫频｜frequency sweeping

扫频是在核磁共振波谱法中，通过连续改变辐射电磁波的频率，使其与不同化学环境中自旋核的进动频率相匹配，从而获得核磁共振波谱的一种技术手段。

色谱法｜chromatography

色谱法是一种利用样品分子在流动相和固定相之间分配系数不同而实现分离的技术。在操作中，流动相携带样品通过固定相，不同组分因与固定相相互作用力差异而先后被洗脱。常见类型包括气相色谱（流动相为惰性气体，固定相为吸附剂柱）和高效液相色谱（流动相常用极性挥发性溶液，固定相常用反相柱或亲和柱）。该方法具有高效分离复杂样品的能力。

四极杆质量分析器｜quadrupole mass analyzer

四极杆质量分析器是质谱仪中常用的一种质量分析器，由四根平行排列的圆柱形金属杆构成，通过在杆上施加直流和射频叠加电压产生动态四极电场，使只有特定质荷比的离子以稳定轨迹通过并到达检测器，通过扫描电压可实现不同质荷比离子的依次检测。

热力学第一定律｜first law of thermodynamics

热力学第一定律即能量守恒定律在热力学中的体现，表明系统内能的变化等于系统从环境吸收的热量减去系统对环境做的功。在恒容条件下，系统吸收的热量全部用于内能的增加（q_v=ΔU）；在恒压条件下，反应热等于系统的焓变（q_p=ΔH）。该定律是生物能学的基础，所有生物体内的能量转换均需遵守。

热力学过程｜thermodynamic process

热力学过程是指热力学系统状态发生变化的过程，常伴随系统与环境之间的能量传递与转换，并遵守热力学第一定律等基本规律。自发过程具有自动趋向平衡态的方向性和不可逆性，其限度可由熵等状态函数判断。

热力学系统｜thermodynamic system

热力学系统是指从宇宙中被划分出来作为研究对象的那部分实体；系统一般由物理界面所限定。

热力学性质｜thermodynamic property

热力学性质是描述热力学系统宏观状态的物理量，包括温度、压力、体积、内能、焓、熵等，这些量只取决于系统的当前状态，与达到该状态的路径无关。它们分为广延性质（如焓、内能）和强度性质（如温度、压力），为分析生物能转换过程提供热力学基础。

熵增原理｜principle of entropy increase

熵增原理是热力学第二定律的核心表述，指出孤立系统内自发过程总沿熵增加的方向进行，直至平衡态时熵达最大。熵作为系统无序度的量度，其增加反映微观状态数增多与不可逆性增强。该原理为判断过程方向与限度提供依据，揭示自然变化的单向性。

热力学状态｜thermodynamic state

热力学状态是系统在特定条件下所有宏观性质的综合表现，可由一组状态变量（如温度、压力、体积）唯一确定。系统的状态函数（如内能U、焓H、熵S）仅取决于热力学状态，其变化值只与始末状态有关，而与变化途径无关。

热效应｜heat effect

热效应指系统在物理或化学过程中伴随的热量变化。在热化学中，主要指化学反应在等温条件下吸收或放出的热量，恒压反应热等于系统的焓变。

生物能学｜bioenergetics

生物能学是研究活细胞和生物体如何利用能量进行做功以维持生存、生长和繁殖的学科。它阐明生物将燃料（如食物）中的化学能转化为多种能量形式，包括合成大分子、建立浓度梯度和电梯度、产生运动、生成热，少数生物还能转化为光能。生物能转换遵循热力学定律，是动态生物化学不可分割的部分，其核心在于能量的转化与利用机制。

实际自由能变化｜actual free energy change

实际自由能变化是指在细胞内非标准条件下（即实际反应物和产物浓度下）化学反应自由能的改变量，用ΔG表示。它与标准自由能变化（ΔG°’）的关系为ΔG = ΔG°’ + RT ln Q，其中Q为质量作用比，反映了实际浓度对反应方向的影响。当ΔG为负值时，反应可自发进行；通过该值可以判断代谢反应在生理条件下的热力学可行性。

碳负离子｜carbanion

碳负离子是含有一个带负电荷的三价碳原子的活性中间体，通常由C—H键异裂丢失质子而形成。其碳原子携带孤对电子，是强亲核试剂，可向缺电子中心进攻。在代谢反应中，如克莱森酯缩合，乙酰-CoA的α-碳在碱催化下去质子生成碳负离子，并通过硫酯键的共振效应（烯醇式）获得稳定。碳负离子参与碳-碳键的形成，是多种生化反应的关键中间体。

碳正离子｜carbocation

碳正离子（carbocation）是一种带有一个正电荷的三价碳原子中间体，因缺电子而具有亲电性，在有机反应中常作为亲电试剂。在生物化学的碳-碳键形成反应中，亲核的碳负离子可进攻亲电的碳正原子，如醛、酮、酯等的羰基碳，这类碳原子即表现出碳正离子特性。

添补反应｜anaplerotic reaction

添补反应是指补充柠檬酸循环中间产物的代谢反应，以补偿因生物合成等途径消耗的中间物，确保循环的正常运转和高效产能。

微观状态数目｜number of microstates

微观状态数目（number of microstates）是指一个热力学系统在给定的宏观状态下，其内部微观粒子（如分子）可能呈现的所有不同分布方式的总数，常用符号Ω表示。它直接反映了系统微观层次的混乱度或无序度，Ω越大，系统越混乱。在热力学中，微观状态数目与熵之间存在本质联系，是理解熵作为系统无序度量度的基础。

无序度｜disorder

无序度是热力学中用于量度系统内部微观粒子分布混乱程度的概念，常以系统可采取的微观状态数目Ω表示，也称为热力学几率；系统的无序度越高，对应的熵值越大，物质从固态到液态再到气态的变化过程即表现为无序度逐级增加、熵值递增；不可逆过程自发趋向于无序度最大的平衡态，有序与无序的变更可通过熵来度量。

吸热反应｜endothermic reaction

吸热反应是指系统从环境吸收热量的化学反应。在恒容条件下，该反应吸收的热量全部用于增加系统的内能，即反应热等于系统内能的变化。

酰基转移｜acyl transfer

酰基转移是酰基从一个亲核体转移到另一个亲核体的反应，常由亲核体进攻酰基的羰基碳原子（亲电子碳原子），先形成四面体结构中间体，随后原来的酰基载体X离去，与其它酰基结合生成新化合物。胰蛋白酶催化肽键水解是典型实例。

液体闪烁测定法｜liquid scintillation counting

液体闪烁测定法是一种用于检测放射性同位素的技术，将放射性样品溶于含有闪烁剂的溶液中，射线能量激发闪烁剂发出荧光，通过光电倍增管将光信号转换为电信号进行计数，尤其适用于低能β射线（如³H、¹⁴C）的测量。

消除反应｜elimination reaction

消除反应是指从有机分子的饱和中心脱去一个小分子（如水、氨、醇等），从而形成碳-碳双键等不饱和键的反应，属于生物体内新陈代谢中消除、异构化和重排反应之一，醇脱水是其典型例子，反应可通过协同机制等多种途径进行。

硝化作用｜nitrification

硝化作用(nitrification)是指硝化细菌在有氧条件下将氨(NH₃)氧化为亚硝酸盐(NO₂⁻)，再进一步氧化为硝酸盐(NO₃⁻)的过程。该过程是氮循环的重要环节，将还原态的氮转化为氧化态，为植物提供可利用的氮源。主要由两类化能自养微生物分步完成：氨氧化菌和亚硝酸氧化菌。

异构化｜isomerization

异构化（isomerization）是指分子内一个氢原子（质子）从一个碳原子脱离并迁移到另一个碳原子上，从而引起双键位置改变的反应。在代谢中，最常见的异构化反应是醛糖-酮糖互变，例如糖酵解中磷酸葡萄糖变位酶催化的反应；磷酸戊糖途径中5-磷酸核酮糖异构化为5-磷酸核糖也属此类，该过程通过烯二醇中间体进行。

异构化反应｜isomerization reaction

异构化反应是指生物化学中分子内氢原子发生迁移的反应，即质子从一个碳原子脱离并转移到另一个碳原子上，由此导致双键位置的改变。这类反应在代谢中十分常见，典型的例子是醛糖-酮糖互变反应，该反应经由烯二醇中间体完成，如磷酸葡萄糖变位酶催化的反应即属此类。

异化作用｜catabolism

异化作用(catabolism)是指生物体内大分子有机物分解为小分子物质并伴随能量释放的代谢过程，为生命活动提供能量和原料基础。

异裂断键｜heterolytic cleavage

异裂断键（heterolytic bond cleavage）是指共价键断裂时，共享的电子对完全保留在其中一个原子上，导致形成一个带负电荷的离子和一个带正电荷的离子的过程。这种断裂方式与均裂断键相对，后者电子对均分。在生物化学中，C—H键的异裂常伴随碳负离子及质子的生成。

异肽键｜isopeptide bond

异肽键(isopeptide bond)是指一个氨基酸的侧链羧基与另一氨基酸的α-氨基或侧链氨基之间形成的酰胺键，不同于由α-氨基和α-羧基形成的常规肽键。例如，谷胱甘肽中谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基连接即形成异肽键，这种连接方式赋予肽或蛋白质独特的结构稳定性与功能。

正比计数法｜proportional counting

正比计数法是一种基于气体电离效应的放射性测量技术，通过收集电离产生的电荷脉冲，其脉冲幅度与入射粒子的能量成正比，从而实现对放射性同位素活度或能量的定量分析。

质量分析器｜mass analyzer

质量分析器是质谱仪的核心部件，用于将离子源产生的带电离子按其质荷比（m/z）进行分离和检测。常见的质量分析器包括单聚焦磁场分析器、双聚焦分析器、四极杆/离子阱分析器和飞行时间分析器等，它们通过不同的物理原理实现离子分离，从而获得离子的质荷比信息。

质量作用比｜mass action ratio

对于化学反应 aA + bB ⇌ cC + dD，各反应物和产物浓度以其化学计量数为指数构成乘积比 [C]c[D]d/([A]a[B]b)，该比值即质量作用比（mass-action ratio），常用符号 Q 表示，反映特定状态下反应物与产物的浓度关系。

质谱测定仪｜mass spectrometer

质谱测定仪（mass spectrometer）是一种将样品分子电离为带电离子，并根据离子的质荷比进行分离和检测的分析仪器。其基本原理是使样品分子离子化后，在质量分析器中按质荷比不同加以区分，从而获得样品的组成与结构信息。在同位素示踪实验中，质谱测定仪可用于检测如¹⁵N标记的化合物，通过将氮转化为气体并测量相对分子质量差异（如¹⁴N¹⁴N为28，¹⁵N¹⁴N为29）来实现分析。

质谱图｜mass spectrum

质谱图是由质谱仪记录并输出的、反映离子质荷比（m/z）与其相对丰度关系的图谱。其形成基于样品分子电离后产生的离子在质量分析器中按质荷比分离，检测器记录不同质荷比离子的强度，从而获得一系列谱峰。质谱图是质谱分析的核心结果，可用于化合物的定性定量和结构解析。

中间物｜intermediate

中间物（intermediate）是指在代谢途径的连续酶促反应中生成的中间产物，是中间代谢的产物，在酶催化下由前一反应产生并作为后一反应的底物，逐步转化以完成整个代谢途径。

自由能｜free energy

自由能（free energy）又称吉布斯自由能，是热力学中用于衡量恒温恒压下系统做非体积功能力的状态函数。其变化量ΔG代表驱使反应趋于平衡的力，ΔG负值表示反应可自发进行。标准生成自由能（ΔGf⊖）是指在标准状态下由稳定单质生成1 mol化合物时的自由能变化，可用于计算反应的标准自由能变化。在生物系统中，如ATP水解释放的自由能可被偶联用于需能过程，做功或维持能荷平衡。

自由组合定律｜law of independent assortment

自由组合定律（law of independent assortment）是孟德尔第二定律，指在配子形成时，控制不同性状的遗传因子（即位于非同源染色体上的基因）彼此独立地分离并自由组合，互不干扰。其细胞学基础是减数分裂过程中非同源染色体的随机分配。

状态函数｜state function

状态函数是描述系统热力学状态的物理量，其值只由系统当前的状态决定，与系统到达该状态所经历的路径无关。常见的状态函数包括内能（U）、焓（H）、熵（S）等。在指定条件下，状态函数的变化量可直接由系统始态和终态的差值求得，这为分析和计算生物能学过程中的能量转换提供了便利。

状态转变｜state transition

状态转变（state transition）是指蛋白质、酶或其他生物大分子在功能执行中发生的构象、活性或能态的转换过程。该过程常由能量输入或信号分子触发，如ATP合酶在质子流驱动下发生构象变化，促使ATP从酶上释放；光合反应中心受光激发后产生电荷分离态。状态转变是生物系统实现能量转换、信号转导和代谢调节的重要机制。

自发变化｜spontaneous change

自发变化又称自发过程，是热力学中无需外力即可自动进行的变化，其共同特点是都有明确的方向性和限度，即不可逆地趋向平衡态，因此自发变化本质上是热力学的不可逆过程。

自发过程｜spontaneous process

自发过程是指在自然条件下，系统能不借助外力而自动趋向平衡态的过程，如热从高温向低温传递、物质从高浓度向低浓度扩散等。其共同特点是具有确定的方向性和限度，总是朝特定方向进行直至达到平衡，并且都是热力学的不可逆过程。

自旋量子数｜spin quantum number

自旋量子数是描述原子核自旋角动量大小的量子数。原子核的自旋量子数不为零时，核能自旋并产生核磁矩，这是核磁共振波谱法的物理基础。在外磁场作用下，核自旋发生量子化，形成不同能级。