生物化學競賽專題

1、生物化學專題 夏勁松生物化學競賽專題夏勁松目錄第一講 糖類、脂質(zhì)第2頁第二講 蛋白質(zhì).第13頁第三講 核酸.第29頁第四講 維生素.第43頁生物化學的概念及其研究內(nèi)容生物體的生命現(xiàn)象（過程）作為物質(zhì)運動的一種獨有的特殊的運動形式，其基本表現(xiàn)形式就是（新陳代謝和自我繁殖）。那么構(gòu)成這種特殊運動形式物質(zhì)基礎(chǔ)又是什么呢？恩格斯很早就說過“蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者”?，F(xiàn)在已知僅有蛋白質(zhì)是遠遠不夠的，還要有核酸，糖類、脂類、維生素、激素、萜（音tie）類，卜啉（音lin）等。正是這些生命物質(zhì)之間的相互協(xié)調(diào)的作用才形成了豐富多彩的生命現(xiàn)象，那么，這些生命物質(zhì)到底有那些呢？他們是怎樣產(chǎn)生和消亡，又是怎樣相互

2、轉(zhuǎn)變和相互作用呢？這就是生物化學所要研究的內(nèi)容。那么就讓我們試著給生物化學下一個定義吧。生物化學是研究生物體的物質(zhì)組成和生命過程中的化學變化的一門科學?；蛘哒f生物化學是研究生命現(xiàn)象中的物質(zhì)基礎(chǔ)和化學變化的一門科學。更簡單地說生物化學就是研究生命現(xiàn)象的化學本質(zhì)。有人也稱生物化學就是生命的化學。第一講 糖類、脂質(zhì)一、 糖的概念 糖類物質(zhì)是多羥基(2個或以上)的醛類或酮類化合物，以及它們的衍生物或聚合物，據(jù)此可分為醛糖和酮糖。還可根據(jù)碳層子數(shù)分為丙糖、丁糖、戊糖、己糖。最簡單的糖類就是丙糖(甘油醛和二羥丙酮)。 由于絕大多數(shù)的糖類化合物都可以用通式Cn(H2O)n表示，所以過去人們一直認為糖類是碳與

3、水的化合物，稱為碳水化合物。現(xiàn)在已經(jīng)這種稱呼并不恰當，只是沿用已久，仍有許多人稱之為碳水化合物。二、 糖的種類根據(jù)糖的結(jié)構(gòu)單元數(shù)目多少分為：(1)單糖：不能被水解成更小分子的糖。(2)寡糖：2-6個單糖分子脫水縮合而成，以雙糖最為普遍，意義也較大。(3)多糖： 均一性多糖：淀粉、糖原、纖維素、半纖維素、幾丁質(zhì)(殼多糖) 不均一性多糖：糖胺多糖類(透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素等) 由一種單糖縮合的稱均一多糖，由不同單糖縮合的稱不均一多糖。(4)結(jié)合糖(復合糖，糖綴合物)：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 (5)糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷三、 糖類的生物學功能 (1) 提供能量：

4、植物的淀粉和動物的糖元都是能量的儲存形式。 (2) 物質(zhì)代謝的碳骨架：為蛋白質(zhì)、核酸、脂類的合成提供碳骨架。 (3) 細胞的骨架：纖維素、半纖維素、木質(zhì)素是植物細胞壁的主要成分，肽聚糖是細胞壁的主要成分。 (4) 細胞間識別和生物分子間的識別。細胞膜表面糖蛋白的寡糖鏈參與細胞間的識別。一些細胞的細胞膜表面含有糖分子或寡糖鏈，構(gòu)成細胞的天線，參與細胞通信。 紅細胞表面ABO血型決定簇就含有巖藻糖。四、單糖的結(jié)構(gòu) 1、 單糖的鏈狀結(jié)構(gòu) 確定鏈狀結(jié)構(gòu)的方法（葡萄糖）： a. 與Fehling試劑或其它醛試劑反應(yīng)，含有醛基。 b. 與乙酸酐反應(yīng)，產(chǎn)生具有五個乙酰基的衍生物。 c. 用鈉、汞劑作用，生成

5、山梨醇。葡萄糖的鏈式結(jié)構(gòu) 最簡單的單糖之一是甘油醛，它有兩種立體異構(gòu)形式。 這兩種立體異構(gòu)體在旋光性上剛好相反，一種異構(gòu)體使平面偏振光的偏振面沿順時針方向偏轉(zhuǎn)，稱為右旋型異構(gòu)體(dextrorotary)，或D型異構(gòu)體。另一種異構(gòu)體則使平面偏振光的偏振面沿逆時針編轉(zhuǎn)，稱左旋異構(gòu)體(levorotary)或L型異構(gòu)體。像甘油醛這樣具有旋光性差異的立體異構(gòu)體又稱為光學異構(gòu)體，常用D，L表示。以甘油醛的兩種光學異構(gòu)體作對照，其他單糖的光學異構(gòu)體與之比較而規(guī)定為D型或L型。 2、 單糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 在溶液中，含有4個以上碳原子的單糖主要以環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 3、 構(gòu)型與構(gòu)象 構(gòu)型：分子中由于各原子或基團間特有的

6、固定的空間排列方式不同而使它呈現(xiàn)出不同的固定的立體結(jié)構(gòu)，如D-甘油醛與L-甘油醛，D-葡萄糖和L-葡萄糖是鏈狀葡萄糖的兩種構(gòu)型。一般情況下，構(gòu)型都比較穩(wěn)定，一種構(gòu)型轉(zhuǎn)變另一種構(gòu)型則要求共價鍵的斷裂、原子(基團)間的重排和新共價鍵的重新形成。 構(gòu)象：由于分子中的某個原子(基團)繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時性的易變的空間結(jié)構(gòu)形式，不同的構(gòu)象之間可以相互轉(zhuǎn)變，在各種構(gòu)象形式中，勢能最低、最穩(wěn)定的構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象。葡萄糖的有兩種構(gòu)象，一種是船式，一種是椅式。五、糖分解代謝 糖作為主要的供能物質(zhì)，其分解代謝途徑主要有三條：氧氣充足的情況下，葡萄糖或糖原徹底氧化分解為CO2和水，同時釋放出大量能量

7、，稱為糖的有氧氧化。在氧氣不足的情況下，葡萄糖或糖原分解為乳酸，同時釋放少量能量，稱為糖的無氧分解或糖酵解。在某些組織器官中，糖還可以循著磷酸戊糖通路進行代謝。1、糖酵解 糖酵解（EMP）是生命機體中普遍存在的糖代謝基本途徑。在機體氧供給充足條件下，它是三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化作用進行的前奏。糖酵解和有氧氧化都是由一系列酶催化的連續(xù)化學反應(yīng)過程，實際上它們在開始的階段有許多步驟是一樣的，只是分解為丙酮酸以后，由于供氧條件不同才不一樣。反應(yīng)步驟 （1）、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P（6-磷酸葡萄糖） （2）、 G-6-P異構(gòu)化為F-6-P（6-磷酸果糖） （3）、 F-6-P磷酸化，生成F-1,6

8、-2P（1,6-二磷酸果糖） （4）、 F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和DHAP（磷酸二羥丙酮） （5）、 磷酸二羥丙酮（DHAP）異構(gòu)化成3-磷酸甘油醛 （6）、 3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸（3-磷酸甘油酸磷酸） （7）、 1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化成3-磷酸甘油酸和ATP （8）、 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化成2-磷酸甘油酸 （9）、 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸 （10）、 磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。EMP（糖酵解）總反應(yīng)式：葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2OEMP（糖酵解）的能量變化：無氧情況下：凈產(chǎn)生2A

9、TP（2分子NADH將2分子丙酮酸還原成乳酸）。有氧條件下：NADH可通過呼吸鏈間接地被氧化，生成更多的ATP。 1分子NADH3ATP 1分子FAD2ATP因此，凈產(chǎn)生8ATP（酵解2ATP，2分子NADH進入呼吸氧化，共生成6ATP）。2、丙酮酸的去路 .進入三羧酸循環(huán) . 生成乳酸 在厭氧酵解時（乳酸菌、劇烈運動的肌肉），丙酮酸接受了3-磷酸甘油醛脫氫酶生成的NADH上的氫，在乳酸脫氫酶催化下，生成乳酸。 總反應(yīng)：葡萄糖 + 2ADP + 2Pi 2乳酸 + 2ATP + 2H2O. 生成乙醇 酵母或其它微生物中，經(jīng)糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，可以經(jīng)丙酮酸脫羧酶催化，脫羧生成乙醛，在醇脫氫酶催化

10、下，乙醛被NADH還原成乙醇。 總反應(yīng)：葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H20 3、三羧酸循環(huán)（TCA） 葡萄糖的有氧氧化包括四個階段。 糖酵解產(chǎn)生丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH） 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA反應(yīng)總式：丙酮酸CoANAD乙酰CoACO2NADHH 三羧酸循環(huán)（CO2、H2O、ATP、NADH） 呼吸鏈氧化磷酸化（NADH-ATP） 三羧酸循環(huán)：乙酰CoA經(jīng)一系列的氧化、脫羧，最終生成CO2、H2O、并釋放能量的過程，又稱檸檬酸循環(huán)。 （1）、 乙酰CoA+草酰乙酸檸檬酸 （2）、 檸檬酸異檸檬酸 （3）、 異檸檬酸氧化、脫羧生成-酮戊二酸

11、和NADH （4）、 -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA和NADH （5）、 琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP（鳥苷三磷酸） （6）、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH2 （7）、 延胡索酸水化生成蘋果酸 （8）、 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸和NADH TCA循環(huán)小結(jié) （1）、 三羧酸循環(huán)示意圖 （2）、 TCA的生物學意義 提供能量：1分子葡萄糖在肝、心中完全氧化，產(chǎn)生38ATP，在骨骼肌、神經(jīng)系統(tǒng)組織中，產(chǎn)生36ATP。 TCA是生物體內(nèi)其它有機物氧化的主要途徑，如脂肪、氨基酸、糖 TCA是物質(zhì)代謝的樞紐：一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等徹底氧化分解的共同途徑；另一方面，循環(huán)中生

12、成的草酰乙酸、-酮戊二酸、檸檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料，因而TCA將各種有機物的代謝聯(lián)系起來。 TCA是聯(lián)系體內(nèi)三大物質(zhì)代謝的中心環(huán)節(jié)，為合成其它物質(zhì)提供C架。 4、磷酸戊糖途徑 第一階段：6-磷酸葡萄糖氧化脫羧生成5-磷酸核糖。 第二階段：磷酸戊糖分子重排，產(chǎn)生不同碳鏈長度的磷酸單糖，進入酵解途徑。 （1）、6-磷酸葡萄糖脫氫脫羧生成5-磷酸核酮糖 （2）、5-磷酸核酮糖異構(gòu)生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖 （3）、5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖通過轉(zhuǎn)酮、轉(zhuǎn)醛反應(yīng)生成酵解途徑的中間產(chǎn)物F-6-P（6-磷酸果糖）和3-磷酸甘油醛六、糖的合成代謝 糖的合

13、成代謝有：光合作用，糖異生，單糖多糖，結(jié)構(gòu)多糖的生物合成光合作用：葡萄糖的生物合成 由CO2和H2O合成已糖，是綠色植物光合作用的基本過程 合成動力（能量）是葉綠素吸收的光能。 第一階段：原初反應(yīng)，吸收光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能。 第二階段：電子傳遞和光合磷酸化。將電能轉(zhuǎn)化成化學能，推動ATP和NADPH的合成，同時水被分解放出O2。 第三階段：CO2的固定和還原，又稱CO2同化?？栁难h(huán)Calvin （1）、1,5-二磷酸核酮糖加CO2合成3-磷酸甘油酸（3PG） （2）、3-磷酸甘油酸經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)化成6-磷酸果糖（F-6-P） （3）、6-磷酸果糖再生成5-磷酸核酮糖（Ru5P）

14、（4）、5-磷酸核酮糖催化生成1,5-二磷酸核酮糖（RuDP）卡爾文循環(huán)的總反應(yīng)：12H+6CO2+18ATP+12NADPH+12H2O C6H12O6+18ADP+18Pi+12NADP+6H+卡爾文循環(huán)就是C3途徑，采用這種方式的植物稱為C3植物，當然還有一種植物在CO2的固定時形成的是C4化合物，這種植物稱為C4植物，具體內(nèi)容在植物學中提及。七、脂質(zhì)脂質(zhì)主要分為三種：脂肪、類脂和固醇類。脂肪是一分子的甘油和三分子的脂肪酸組成的酯，故名三脂酰甘油，習慣上又稱甘油三酯。脂肪的分解代謝有下面這么幾步：（1）、脂肪的水解甘油三脂與水反應(yīng)生成一分子的甘油和三分子的脂肪酸（2）、甘油的代謝甘油在酶

15、的催化下轉(zhuǎn)化為一種磷酸丙糖甘油-磷酸，它在肝臟部位可以轉(zhuǎn)化為葡萄糖或糖原，也可以轉(zhuǎn)化形成丙酮酸，進入三羧酸循環(huán)氧化分解。（3）、脂肪酸的氧化脂肪酸在身體的各個部位氧化分解，稱為脂肪酸的-氧化，最后產(chǎn)物是乙酰輔酶A，直接進入到三羧酸循環(huán)。見奧賽書上27頁。（4）、酮體的生成和氧化在心肌、骨骼肌等組織中的脂肪酸氧化為乙酰輔酶A后，大部分變成乙酰乙酸、-羥丁酸和丙酮等產(chǎn)物，這三種通稱為酮體。酮體在肝細胞中含量較高，進入血液循環(huán)后，肝外組織能迅速的將酮體轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，在進入到三羧酸循環(huán)中氧化分解。磷脂的代謝和膽固醇的代謝可以參見奧賽書上2830頁。第二講 蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)概論 蛋白質(zhì)是所有生物中非

16、常重要的結(jié)構(gòu)分子和功能分子，幾乎所有的生命現(xiàn)象和生物功能都是蛋白質(zhì)作用的結(jié)果，因此，蛋白質(zhì)是現(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是基因工程，蛋白質(zhì)工程、酶工程等研究的重點和歸宿點。蛋白質(zhì)的化學組成與分類 1、 元素組成 碳 50% 氫7% 氧23% 氮16% 硫 0-3% 微量的磷、鐵、銅、碘、鋅、鉬 凱氏定氮：平均含氮16%，粗蛋白質(zhì)含量=蛋白氮×6.252、 氨基酸組成 從化學結(jié)構(gòu)上看，蛋白質(zhì)是由20種L-型氨基酸組成的長鏈分子。 3、 分類 （1）、 按組成： 簡單蛋白：完全由氨基酸組成 結(jié)合蛋白：除蛋白外還有非蛋白成分（輔基） （2）、 按分子外形的對稱程度： 球狀蛋白質(zhì)：分子對稱，外形接近球

17、狀，溶解度好，能結(jié)晶，大多數(shù)蛋白質(zhì)屬此類。 纖維狀蛋白質(zhì)：對稱性差，分子類似細棒或纖維狀。 （3）、 功能分： 酶、運輸?shù)鞍?、營養(yǎng)和貯存蛋白、激素、受體蛋白、運動蛋白、結(jié)構(gòu)蛋白、防御蛋白。蛋白質(zhì)分子大小與分子量 蛋白質(zhì)是由20種基本氨基酸（aa）組成的多聚物，aa數(shù)目由幾個到成百上千個，分子量從幾千到幾千萬。一般情況下，少于50個aa的低分子量aa多聚物稱為肽，寡肽或生物活性肽，有時也稱多肽。多于50個aa的稱為蛋白質(zhì)。但有時也把含有一條肽鏈的蛋白質(zhì)不嚴謹?shù)胤Q為多肽。此時，多肽一詞著重于結(jié)構(gòu)意義，而蛋白質(zhì)原則強調(diào)了其功能意義。蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象與結(jié)構(gòu)層次 蛋白質(zhì)分子是由氨基酸首尾連接而成的共價多

18、肽鏈，每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的（天然）構(gòu)象。 一級結(jié)構(gòu) 氨基酸順序 二級結(jié)構(gòu) 螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角，無規(guī)卷曲 三級結(jié)構(gòu) 螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角、松散肽段 四級結(jié)構(gòu) 多亞基聚集蛋白質(zhì)功能的多樣性 細胞中含量最豐實、功能最多的生物大分子。 1 酶 2 結(jié)構(gòu)成分（結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白、膜蛋白） 3 貯藏（卵清蛋白、種子蛋白） 4 物質(zhì)運輸（血紅蛋白、葡萄糖運輸載體、脂蛋白、電子傳遞體） 5 細胞運動（肌肉收縮的肌球蛋白、肌動蛋白） 6 激素功能（胰島素） 7 防御（抗體、皮膚的角蛋白、血凝蛋白） 8 接受、傳遞信息（受體蛋白，味覺蛋白） 9 調(diào)節(jié)、控

19、制細胞生長、分化、和遺傳信息的表達（組蛋白、阻遏蛋白）二、氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類1809年發(fā)現(xiàn)Asp（天冬氨酸），1938年發(fā)Thr（蘇氨酸），目前已發(fā)現(xiàn)180多種。但是組成蛋白質(zhì)的aa常見的有20種，稱為基本氨基酸（編碼的蛋白質(zhì)氨基酸），還有一些稱為稀有氨基酸，是多肽合成后由基本aa經(jīng)酶促修飾而來。此外還有存在于生物體內(nèi)但不組成蛋白質(zhì)的非蛋白質(zhì)氨基酸(約150種)。 （一） 編碼的蛋白質(zhì)氨基酸（20種） 也稱基本氨基酸或標準氨基酸，有對應(yīng)的遺傳密碼。結(jié)構(gòu)通式：不變部分，可變部分。L-型，羧酸的-碳上接-NH2，所以都是L-氨基酸。 （二） 非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸 也稱修飾氨基酸，是在蛋白質(zhì)合

20、成后，由基本氨基酸修飾而來。Prothrombin(凝血酶原)中含有-羧基谷氨酸，能結(jié)合Ca2+。結(jié)締組織中最豐富的蛋白質(zhì)膠原蛋白含有大量4-羥脯氨酸和5-羥賴氨酸。 （三） 非蛋白質(zhì)氨基酸 除參與蛋白質(zhì)組成的20多種氨基酸外，生物體內(nèi)存在大量的氨基酸中間代謝產(chǎn)物，它們不是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元，但在生物體內(nèi)具有很多生物學功能，如尿素循環(huán)中的L-瓜氨酸和L-鳥氨酸。氨基酸的酸堿性質(zhì) 氨基酸在晶體和水溶液中主要以兼性離子形式存在，-氨基酸都含有-COOH和-NH2。肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)肽：是由一個氨基酸的羧基和另一個氨基酸的氨基脫水縮合而成的化合物。肽鍵：氨基酸間脫水后形成的共價鍵稱肽鍵（酰氨鍵），其中的氨

21、基酸單位稱氨基酸殘基。 由兩個氨基酸形成的肽叫二肽，少于10個氨基酸的肽叫寡肽，多于10個氨基酸的肽叫多肽。三、氨基酸的分解代謝蛋白質(zhì)可以在胃里、小腸里被消化為基本的20種氨基酸，蛋白質(zhì)的分解代謝其實就是氨基酸的分解代謝。20種氨基酸的化學結(jié)構(gòu)不同，其代謝途徑必然有所差別，但各種氨基酸的-氨基和-羧基的變化相類似的。（一）脫氨基作用氨基酸脫去氨基，生成酮酸的過程叫脫氨基作用，這是多數(shù)氨基酸分解代謝的第一步。脫氨基作用有以下幾種方式：氧化脫氨基作用：它普遍存在于動物細胞中，反應(yīng)方程式為：上述反應(yīng)過程是可逆的，其逆過程叫還原氨基化作用，是體內(nèi)由-酮酸生成氨基酸又一種方式。在體內(nèi)催化氨基酸氧化脫氨的

22、酶主要是谷氨酸脫氫酶。此酶的特點：特異性高，在體內(nèi)分布廣，活性大。動物組織中氧化脫氨基作用的實驗根據(jù)有：（1）若用-氨基酸溶液灌注肝臟，流出肝臟的灌注液含有少量的-酮酸。（2）Krebs運用組織切片法，分別將大鼠體內(nèi)各種組織的切片與-氨基酸在生理條件下保溫12小時，將溶液中蛋白質(zhì)除去，利用酮酸能與2,4-二硝基苯肼作用生成苯腙的特性來檢定-酮酸的生成。結(jié)果證明肝臟和腎臟均能將-氨基酸氧化生成-酮酸。 氨基移換作用：是指氨基酸的-氨基，在轉(zhuǎn)氨酶的催化下，轉(zhuǎn)移到-酮酸分子上的過程。參與氨基移換的-酮酸主要是-酮戊二酸，其次是草酰乙酸。幾乎所有的氨基酸都可以與-酮戊二酸發(fā)生氨基移換，并且各有特異的轉(zhuǎn)

23、氨酶，其中作用最強的有谷氨酸-丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）和谷氨酸-草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶（GOT）。轉(zhuǎn)氨酶在體內(nèi)分布很廣泛，但在各組織中活性差別卻很大。在不同動物或人體組織中，這兩種轉(zhuǎn)氨酶活力又各不相同，谷草轉(zhuǎn)氨酶（簡稱GOT）以心臟中活力最大，其次為肝臟。谷丙轉(zhuǎn)氨酶（簡稱GPT）則以肝臟中活力最大，當肝細胞損傷時，酶就釋放到血液內(nèi)，于是血液內(nèi)酶的活力明顯地增加，早期肝炎患者的酶活力大大高于正常人，因此臨床上常以此來推斷肝功能的正常與否，有助于肝臟疾病的診斷。聯(lián)合脫氨作用：轉(zhuǎn)氨作用雖在生命機體內(nèi)普遍存在，但它僅解決氨基的轉(zhuǎn)移。許多事實證明，體內(nèi)氨基酸主要是靠轉(zhuǎn)氨與氧化脫氨基聯(lián)合進行脫氨，簡稱聯(lián)合脫氨作用。

24、生物體內(nèi)L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脫氫酶的活力很強，轉(zhuǎn)氨酶又普遍存在。但是，單靠轉(zhuǎn)氨酶并不能使氨基酸脫去氨基。因此一般認為L-氨基酸在體內(nèi)往往不是直接氧化脫去氨基，而是先與-酮戊二酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用變?yōu)橄喈數(shù)耐峒肮劝彼?，谷氨酸?jīng)谷氨酸脫氫酶作用重新變成-酮戊二酸，同時放出氨，這種脫氨基作用是轉(zhuǎn)氨基作用和氧化脫氨基作用配合進行的，所以叫聯(lián)合脫氨基作用。動物體內(nèi)大部分氨基酸是通過這種方式脫去氨基的。 （二）氨的代謝去路 氨基酸經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生的氨是有毒物質(zhì)。例如，當家兔血液中的氨升高到5mg%時，就能引起中毒死亡。哺乳動物體內(nèi)雖不斷產(chǎn)生氨，但血液中氨的濃度不超過0.1mg%，可見氨在體內(nèi)能

25、迅速變成其他無毒的含氮物質(zhì)。尿素的合成：在哺乳動物體內(nèi)，主要是把氨轉(zhuǎn)變成無毒的尿素，然后隨尿排出體外。尿中的尿素含量隨體內(nèi)蛋白質(zhì)的分解量而變動。合成尿素的途徑，稱為尿素循環(huán)，主要包括四個步驟：由1分子氨和1分子CO2結(jié)合生成氨基甲酰磷酸；鳥氨酸和氨基甲酰磷酸縮合成瓜氨酸；瓜氨酸再與一分子氨反應(yīng)生成精氨酸；精氨酸被精氨酸酶水解，產(chǎn)生1分子尿素和1分子鳥氨酸。這樣每循環(huán)一次，就可以促使2分子氨和1分子C02合成1分子尿素。在鳥氨酸循環(huán)中，各反應(yīng)步驟所需要的酶均存在于肝臟中。 谷氨酰胺的合成：體內(nèi)的氨除主要用于合成尿素外，還有一部分可與谷氨酸結(jié)合，生成谷氨酰胺。谷氨酰胺沒有毒性，經(jīng)血液運到腎臟，在腎

26、小管上皮細胞內(nèi)，被谷氨酰氨酶水解，在生成氨和谷氨酸，這時氨可以直接排入尿液中。 （三）-酮酸的代謝轉(zhuǎn)變 -氨基酸脫氨后生成的-酮酸可以再合成為氨基酸；可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭?；也可氧化成二氧化碳和水，并放出能量以供體內(nèi)需要。再合成氨基酸體內(nèi)氨基酸的脫氨作用與-酮酸的還原氨基化作用可以看作一對可逆反應(yīng)，并處于動態(tài)平衡中。當體內(nèi)氨基酸過剩時，脫氨作用相應(yīng)地加強，相反，在需要氨基酸時，氨基化作用又會加強，從而合成某些氨基酸。 糖代謝的中間產(chǎn)物-酮戊二酸與氨的作用產(chǎn)生谷氨酸就是還原氨基化過程，也就是谷氨酸氧化脫氨基的逆反應(yīng)，此反應(yīng)是由L-谷氨酸脫氫酶催化，以還原輔酶為氫供體。動物體內(nèi)谷氨酸脫氫酶的還原輔酶為

27、NADH+H+或NADPH+H+而在植物體內(nèi)為NADPH+H+。 轉(zhuǎn)變成糖及脂肪當體內(nèi)不需要將-酮酸再合成氨基酸，并且體內(nèi)的能量供給又極充足時，-酮酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘羌爸?，這已為動物實驗所證明。例如，用氨基酸飼養(yǎng)患人工糖尿病的犬，大多數(shù)氨基酸可使尿中葡萄糖的含量增加，少數(shù)幾種可使葡萄糖及酮體的含量同時增加，而亮氨酸只能使酮體的含量增加。在體內(nèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑陌被岱Q為生糖氨基酸，按糖代謝途徑進行代謝；能轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸稱為生酮氨基酸，按脂肪酸代謝途徑進行代謝；二者兼有的稱為生糖兼生酮氨基酸，部分按糖代謝，部分按脂肪酸代謝途徑進行。 氧化成二氧化碳和水脊椎動物體內(nèi)氨基酸分解代謝過程中，20種氨基酸

28、有著各自的酶系催化氧化分解-酮酸。途徑各異，但它們都集中形成5種中間產(chǎn)物可分別進入三羧酸循環(huán)，進一步分解生成C02和脫出的氫通過呼吸鏈生成水。這5種中間產(chǎn)物是乙酰CoA、-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸。氨基酸脫氨基后生成的-酮酸可氧化生成C02、H20和釋放出能量用以合成ATP。例如，1mol谷氨酸氧化脫氨基產(chǎn)生1 mol NADH，-酮戊二酸和氨，-酮戊二酸進入三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)變成草酰乙酸，伴隨產(chǎn)生2mol NADH，lmol FADH2和1mol ATP；草酰乙酸進一步氧化可產(chǎn)生15mol ATP?？偭繛?7mol ATP。NH3合成尿素，消耗了3mol ATP，故谷氨酸徹底氧化

29、生成C02、H20和尿素的同時凈合成24molATP。（四）脫羧基作用氨基酸在氨基酸脫羧酶催化下進行脫羧作用，生成二氧化碳和一個伯胺類化合物。這個反應(yīng)除組氨酸外均需要磷酸吡哆醛作為輔酶。氨基酸的脫羧作用，在微生物中很普遍，在高等動植物組織內(nèi)也有此作用，但不是氨基酸代謝的主要方式。四、蛋白質(zhì)的生物合成生物體內(nèi)各種物質(zhì)的不斷自我更新是生命現(xiàn)象的首要特性，以蛋白質(zhì)為中心的自我更新一旦停止，生命也就隨之告終。蛋白質(zhì)是有機體最必要的制造原料，又是調(diào)節(jié)和催化物質(zhì)代謝的主要因素，因此它是體現(xiàn)生命現(xiàn)象最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物體內(nèi)每個細胞除成熟紅細胞外，都有自己的蛋白質(zhì)合成體系，根據(jù)不同時間內(nèi)細胞自身功能的需要，

30、有控制地合成不同種類和不同數(shù)量的蛋白質(zhì)，以適應(yīng)整個機體組織更新和生命活動的需要。遺傳密碼蛋白質(zhì)合成的遺傳密碼包含于DNA的堿基序列之中。DNA被轉(zhuǎn)錄為mRNA，mRNA又決定所形成多肽鏈中的氨基酸序列。因此我們討論的密碼實際上是指mRNA中的核苷酸排列序列與蛋白質(zhì)中的氨基酸排列序列的關(guān)系。 mRNA中的核苷酸有4種，而氨基酸有20種，4種核苷酸怎樣排列組合才足以代表20種氨基酸呢？用數(shù)學方法推算，如果每一種核苷酸代表一種氨基酸，那么只能代表4種氨基酸，這顯然是不可能的。如果每兩個核苷酸代表一種氨基酸，可以有4216種排列方式，仍不足為20種氨基酸編碼。如果由3個核苷酸代表一種氨基酸，就可以有4

31、364種排列方式，這就滿足了20種氨基酸編碼的需要。以后大量的實驗結(jié)果證明密碼確實是由3個連續(xù)的核苷酸所組成的。這3個核苷酸也稱為三聯(lián)體密碼或密碼子。用人工合成的簡單的多核苷酸代替天然的mRNA，觀察這種結(jié)構(gòu)的RNA可以指導合成怎樣的多肽，就可以推測氨基酸的密碼。例如合成一個多聚尿苷酸作為mRNA，把它加入到從大腸桿菌制備的無細胞提取物中，提取物中的內(nèi)源mRNA事先已設(shè)法除去，再加人放射性同位素標記的氨基酸和ATP，在一定條件下保溫后，觀察哪一種標記氨基酸參入到不溶于酸的蛋白質(zhì)產(chǎn)物中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有多聚苯丙氨酸生成。這一實驗結(jié)果證明：UUU是決定苯丙氨酸的密碼，同樣用多聚腺苷酸和多聚胞苷酸合成的

32、mRNA來合成蛋白質(zhì)，結(jié)果只得到多聚賴氨酸和多聚脯氨酸。這就表明AAA是賴氨酸的密碼、CCC是脯氨酸的密碼。僅僅用了4年時間，于1965年完全弄清了20種天然氨基酸的60多組密碼子。rRNA（核糖體RNA）在蛋白質(zhì)的生物合成中的重要作用是通過它和蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白體的形式來發(fā)揮的。（核蛋白體的外形結(jié)構(gòu)如課本上的圖P46）蛋白質(zhì)的合成過程：（1） 氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運分散在細胞液中的各種氨基酸，需要結(jié)果活化并由tRNA運載至核蛋白體，才能參與蛋白質(zhì)的合成。（2） 核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)是指已活化的氨基酸，由tRNA轉(zhuǎn)運至核蛋白體上，以mRNA為模板合成多肽鏈的過程。（具體機理見書上P47）（3）

33、肽鏈合成后的加工和修飾五、酶生物體內(nèi)所進行的各種生化反應(yīng)幾乎都是在特異的生物催化劑酶的催化下進行的。一般講，酶是由活細胞合成的，是對特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)。生物體內(nèi)的酶很多，結(jié)構(gòu)不同，功能各異。酶既有一般催化劑的催化性質(zhì)，又有一般催化劑所沒有的生物大分子的特性。首先，酶與一般催化劑一樣，在化學反應(yīng)的前后都沒有質(zhì)和量的改變；它們只催化熱力學允許范圍的、實際進行的化學反應(yīng)；它們只能加速化學反應(yīng)的進程，但是不改變反應(yīng)的平衡點，即不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)。酶與一般催化劑的作用機理一樣都是降低化學反應(yīng)的活化能。酶促反應(yīng)速度比非催化反應(yīng)高1081020倍，比一般催化劑催化高1071013倍。與一般的催

34、化劑相比較，酶對其所催化的底物具有較嚴格的選擇性。一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化學反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物，這種現(xiàn)象稱之為酶的特異性。酶可以分為單純酶和結(jié)合酶兩大類。單純酶的基本組成僅為氨基酸的一種酶，大多數(shù)水解酶都是單純酶。結(jié)合酶除了有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之外，還必須有非蛋白質(zhì)部分參加。結(jié)合酶的蛋白部分稱為酶蛋白，非蛋白部分稱為輔助因子，兩者結(jié)合后形成的復合物稱作全酶。影響酶作用的因素（一）PH的影響1. pH影響酶活力的因素影響酶蛋白構(gòu)象，過酸或過堿會使酶變性。影響酶和底物分子解離狀態(tài)，尤其是酶活性中心的解離狀態(tài)，最終影響ES形成。影響酶和底物分子中另一些基團解離，這些基團

35、的離子化狀態(tài)影響酶的專一性及活性中心構(gòu)象。2酶的最適pH和穩(wěn)定性pH最適pH：使酶促反應(yīng)速度達到最大時的介質(zhì)pH。穩(wěn)定性pH：在一定pH范圍內(nèi)，酶不會變性失活，此范圍稱酶的穩(wěn)定性pH。（二）、溫度對酶促反應(yīng)速度的影響。 1最適溫度及影響因素 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響有兩個方面：提高溫度，加快反應(yīng)速度。提高溫度，酶變性失活。這兩種因素共同作用，在小于最適溫度時，前一種因素為主；在大于最適溫度時，后一種因素為主。最適溫度就是這兩種因素綜合作用的結(jié)果。 2酶的穩(wěn)定性溫度 在某一時間范圍內(nèi)，酶活性不降低的最高溫度稱該酶的穩(wěn)定性溫度。（三）、 酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 如果底物濃度足夠大，使酶飽和，則

36、反應(yīng)速度與酶濃度成正比。（四）、激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響 凡是能提高酶活性的物質(zhì)，都稱為激活劑。激活劑作用包括兩種情況：一種是由于激活劑的存在，使一些本來有活性的酶活性進一步提高，這一類激活劑主要是離子或簡單有機化合物。另一種是激活酶原，無活性有活性，這一類激活劑可能是離子或蛋白質(zhì)。 （五）、抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響 抑制作用：使酶活力下降但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用。（不可逆抑制、可逆抑制） 抑制劑：不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團（活性中心上一些基團）發(fā)生變化，引起酶活性下降，甚至喪失，此類物質(zhì)稱為酶的抑制劑。 1不可逆抑制作用 抑制劑與酶活性中心基團共價結(jié)合，使

37、酶的活性下降，無法用透析法除去抑制劑。 2可逆抑制作用 此類抑制劑與酶蛋白的結(jié)合是可逆的，可以用透析法除去抑制劑，恢復酶的活性。競爭性抑制：抑制劑與底物競爭酶的活性中心。競爭性抑制劑具有與底物類似的結(jié)構(gòu)，可與酶形成可逆的EI復合物，阻止底物與酶結(jié)合?？梢酝ㄟ^增加底物濃度而解除此種抑制。非競爭性抑制：抑制劑與酶活性中的以外的基團結(jié)合，其結(jié)構(gòu)可能與底物無關(guān)。酶可以同時與底物及抑制劑結(jié)合，但是，中間產(chǎn)物ESI不能進一步分解為產(chǎn)物，因此，酶的活性降低。顯然，不能通過增加底物的濃度的辦法來消除非競爭性抑制作用。第三講 核酸一、 核酸的分子組成：基本組成單位是核苷酸，而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸三種成分連

38、接而成。兩類核酸：脫氧核糖核酸（DNA），存在于細胞核和線粒體內(nèi)。核糖核酸（RNA），存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)。、堿基：NH2NH2OCH3OOOOONH2胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤嘌呤和嘧啶環(huán)中均含有共軛雙鍵，因此對波長260nm左右的紫外光有較強吸收，這一重要的理化性質(zhì)被用于對核酸、核苷酸、核苷及堿基進行定性定量分析。、戊糖：DNA分子的核苷酸的戊糖是-D-2-脫氧核糖，RNA中為-D-核糖。、磷酸：生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸的磷酸基團位于核糖的第五位碳原子上。二、核酸的結(jié)構(gòu)1、一級結(jié)構(gòu)：核苷酸在核苷酸鏈上的排列順序為核酸的一級結(jié)構(gòu)，核苷酸之間通過3，5磷酸二酯鍵連接。2、DNA的二級結(jié)構(gòu)DN

39、A雙螺旋結(jié)構(gòu)是核酸的二級結(jié)構(gòu)。雙螺旋的骨架由戊糖和磷酸基構(gòu)成，兩股鏈之間的堿基互補配對，是遺傳信息傳遞者，是DNA半保留復制的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)要點：a.DNA是一反向平行的互補雙鏈結(jié)構(gòu)親水的脫氧核糖基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)，而堿基位于內(nèi)側(cè)，堿基之間以氫鍵相結(jié)合，其中，腺嘌呤始終與胸腺嘧啶配對，形成兩個氫鍵，鳥嘌呤始終與胞嘧啶配對，形成三個氫鍵。b.DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu)螺旋直徑為2nm。每旋轉(zhuǎn)一周包含了10個堿基，每個堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36度。螺距為3.4nm，每個堿基平面之間的距離為0.34nm。c.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的維系橫向靠互補堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持，尤以后者

40、為重要。3、DNA的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)是在雙螺旋基礎(chǔ)上進一步扭曲形成超螺旋，使體積壓縮。在真核生物細胞核內(nèi)，DNA三級結(jié)構(gòu)與一組組蛋白共同組成核小體。在核小體的基礎(chǔ)上，DNA鏈經(jīng)反復折疊形成染色體。、DNA功能DNA的基本功能就是作為生物遺傳信息復制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的基礎(chǔ)。DNA中的核糖和磷酸構(gòu)成的分子骨架是沒有差別的，不同區(qū)段的DNA分子只是堿基的排列順序不同。5、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DNA是遺傳信息的載體，而遺傳作用是由蛋白質(zhì)功能來體現(xiàn)的，在兩者之間RNA起著中介作用。其種類繁多，分子較小，一般以單鏈存在，可有局部二級結(jié)構(gòu)，各類RNA在遺

41、傳信息表達為氨基酸序列過程中發(fā)揮不同作用。如：名稱功能核蛋白體RNA(rRNA)核蛋白體組成成分信使RNA(mRNA)蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)轉(zhuǎn)運氨基酸三、核酸的理化性質(zhì)、DNA的變性在某些理化因素作用下，如加熱，DNA分子互補堿基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈，即為變性。監(jiān)測是否發(fā)生變性的一個最常用的指標是DNA在紫外區(qū)260nm波長處的吸光值變化。解鏈過程中，吸光值增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系，稱為DNA的增色效應(yīng)。紫外光吸收值達到最大值的50時的溫度稱為DNA的解鏈溫度（Tm），一種DNA分子的Tm值大小與其所含堿基中的GC比例相關(guān)，GC比例越高，T

42、m值越高。、DNA的復性和雜交變性DNA在適當條件下，兩條互補鏈可重新恢復天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復性，其過程為退火，產(chǎn)生減色效應(yīng)。不同來源的核酸變性后，合并一起復性，只要這些核苷酸序列可以形成堿基互補配對，就會形成雜化雙鏈，這一過程為雜交。雜交可發(fā)生于DNADNA之間，RNARNA之間以及RNADNA之間。四、核酸和核苷酸的代謝1、 核酸的酶促降解核酸是核苷酸以3、5-磷酸二酯鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第一步就是分解為核苷酸，作用于磷酸二酯鍵的酶稱核酸酶（實質(zhì)是磷酸二脂酶）。根據(jù)對底物的專一性可分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。根據(jù)酶的作用方式分：內(nèi)切酶、外切酶。2

43、、 核苷酸的降解a.核苷酸酶 （磷酸單脂酶）水解核苷酸，產(chǎn)生核苷和磷酸。b.核苷酶水解或磷酸解核苷兩種： 核苷磷酸化酶：廣泛存在，反應(yīng)可逆。 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆3、 嘌呤堿的分解首先在各種脫氨酶的作用下水解脫氨，脫氨反應(yīng)可發(fā)生在嘌呤堿、核苷及核苷酸水平上。不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不同，因此，終產(chǎn)物也不同。排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動物：硬骨魚類排尿素動物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素

44、、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。4、 嘧啶的分解人和某些動物體內(nèi)脫氨基過程有的發(fā)生在核苷或核苷酸上，脫下的NH3可進一步轉(zhuǎn)化成尿素排出。5、嘌呤核苷酸的合成a.從頭合成 由5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）開始，先合成次黃嘌呤核苷酸，然后由次黃嘌呤核苷酸（IMP）轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸。嘌呤環(huán)合成的前體：CO2 、NH3、甲酸鹽、氨基酸b.補救途徑利用已有的堿基和核苷合成核苷酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（重要途徑）嘌呤堿和5-PRPP在特異的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的作用下生成嘌呤核苷酸核苷激酶途徑（但在生物體內(nèi)只發(fā)現(xiàn)有腺苷激酶）腺嘌呤在

45、核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下與ATP反應(yīng)，生成腺嘌呤核苷酸。6、嘧啶核苷酸的合成a.從頭合成 與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。 合成前體：CO2、NH3和天冬氨酸尿嘧啶核苷酸的合成 由氨甲酰磷酸與天冬氨酸合成氨甲酰天冬氨酸，閉環(huán)并氧化生成乳清酸。乳清酸于5磷酸核糖焦磷酸作用生成乳清苷酸，脫羧后成為尿嘧啶核苷酸。胞嘧啶核苷酸的合成 尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3（細菌）或谷氨酰氨（植物）反應(yīng)，生成胞嘧啶核苷三磷酸。b.補救途徑（1） 嘧啶核苷激

46、酶途徑（重要途徑）嘧啶堿與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。（2） 磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑（胞嘧啶不行）7、脫氧核苷酸的合成脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生而來的。（1）腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。（2）胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸還原形成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再經(jīng)甲基化轉(zhuǎn)變成胸腺嘧啶。五、DNA的生物合成生物體的遺傳信息儲存在DNA中，并通過DNA的復制由親代傳給子代。在子代的生長發(fā)育中遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA，然后翻譯成蛋白質(zhì)以執(zhí)行各種生命功能，使后代

47、表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。1958年，F(xiàn).Crick提出中心法則： （1）以原DNA分子為模板，合成出相同DNA分子的過程。 （2）以某一段DNA分子為模板，合成出與其序列對應(yīng)的RNA分子的過程。 （3）以mRNA為模板，根據(jù)三聯(lián)密碼規(guī)則，合成對應(yīng)蛋白質(zhì)的過程。中心法則揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的傳遞方向。DNA生物合成有兩種方式：DNA復制和逆轉(zhuǎn)錄DNA體內(nèi)復制涉及：原核、真核生物的染色體、細菌質(zhì)粒（環(huán)狀，雙鏈）、真核細胞器DNA（線粒體、葉綠體）、病毒（雙鏈，環(huán)狀）DNA的體外復制：分子克隆。DNA的復制1、 DNA半保留復制 1953年，Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時

48、就推測DNA可能按照半保留機制進行自我復制。 在復制過程中，首先親代雙鏈解開，然后每條鏈作為模板，在其上合成互補的子代鏈，結(jié)果新形成的兩個子代DNA與親代DNA分子的堿基順序完全一樣，而且每個子代DNA分子中有一條鏈完全來自親代DNA，另一條是新合成的。 DNA的半保留復制可以說明DNA在代謝上的穩(wěn)定性。經(jīng)過多代復制，DNA的多核苷酸鏈仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。2、 復制起點、單位和方向 DNA的復制是在起始階段進行控制的，一旦復制起始，它就會繼續(xù)下去直到整個復制子完成復制。a.復制起點 復制起點是以一條鏈為模板起始DNA合成的一段序列。有時，兩條鏈的復制起點并不總是在同一點上

49、。在一個完整的細胞周期中，每一個復制起點只使用一次，完成一次復制過程。多數(shù)生物的復制起點，都是DNA呼吸作用強烈（甲醛變性實驗）的區(qū)段，即經(jīng)常開放的區(qū)段，富含A.T。 b.復制單位 復制子：能獨立進行復制的單位，每個復制子都含有一個復制起點。 原核生物的染色體和質(zhì)粒、真核生物的細胞器DNA都是環(huán)狀雙鏈分子，它們都是單復制子，都在一個固定的起點開始復制，復制方向大多數(shù)是雙向的，少數(shù)是單向復制。多數(shù)是對稱復制，少數(shù)是不對稱復制（一條鏈復制后才進行另一條鏈的復制）。環(huán)狀DNA的復制眼象，稱形復制。 真核生物的染色體DNA是線形雙鏈分子，含有許多復制起點，因此是多復制子，每個復制子約有100-200K

50、bp。人體細胞平均每個染色體含有1000個復制子。 病毒DNA多種多樣，環(huán)狀或線形，雙鏈或單鏈，但都是單復制子。 c.復制方向 定點起始，復制方向大多數(shù)是雙向的（等速進行或異速進行），形成兩個復制叉，少數(shù)是單向復制，形成一個復制叉。3、與DNA復制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子目前已發(fā)現(xiàn)30多種酶及蛋白質(zhì)因子參與DNA復制 （一） DNA的聚合反應(yīng)和聚合酶 DNA生物合成53，化學合成35 （二） 引物酶或RNA聚合酶（引發(fā)酶） 細胞內(nèi)，DNA的復制需要引物（DNA或RNA），引物酶或RNA聚合酶可合成6-10個堿基的RNA引物。 （三）DNA連接酶（ligase） 連接雙鏈DNA上的切口。兩個DNA片

51、斷通過磷酸二脂鍵連接起來。 大腸桿菌連接酶只能在模板上連接DNA缺口。T4DNA ligase即可連接粘性末端的DNA，又可連接平齊末端的雙鏈DNA。4、 DNA復制過程（E.coli.） a.復制的起始 引發(fā)：當DNA的雙螺旋解開后，合成RNA引物的過程。 引發(fā)體：引物合成酶與各種蛋白質(zhì)因子構(gòu)成的復合體，負責RNA引物的合成。 引發(fā)體沿著模板鏈53方向移動（與岡崎片段合成的方向正好相反，而與復制叉移動的方向相同），移到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。 b.DNA鏈的延長反應(yīng) 前導鏈只需要一個RNA引物，后隨鏈的每一個岡崎片段都需要一個RNA引物，鏈的延長反應(yīng)由DNA pol.催化。 復制

52、體：在DNA合成的生長點（既復制叉上）分布著許多與復制有關(guān)的酶和輔助因子，它們在DNA的模板鏈形成離散的復合物，彼此配合進行高度精確的復制，稱為復制體。 復制體沿著復制叉方向前進就合成DNA。 c.RNA引物的切除及缺口補齊 DNA pol的5， 3，外切活力，切除RNA引物。 DNA pol的5， 3，合成活性補齊缺口。 d.DNA切口的連接 DNA ligase，動物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。 e.DNA合成的終止 環(huán)狀DNA、線性DNA，復制叉相遇即終止。PCR技術(shù)（聚合酶鏈式反應(yīng)）Polymerase chain Reaction 以目的基因或DNA片段為模板，在引物介導及Taq DNA聚合酶催化下，在體外用核苷酸大量合成目的基因或DNA片段。它能快速、專一地擴增所希望得到的目的基因或DNA片段。1、 反應(yīng)物 （1）模板 單、雙鏈DNA或cDNA都可以作為PCR的模板，若以RNA為起始材料，則須經(jīng)反轉(zhuǎn)錄，獲得第一條cDNA后才能用于PCR。 （2）Taq DNA聚合酶 DNA聚合酶是進行PCR擴增的關(guān)鍵，從水生棲熱菌（Thermus aquaticns VT-1）分離出來。Taq DNA聚合酶有很好的熱穩(wěn)定性，92.5處理130min，仍保留50%的酶活性，在74活性最高，錯誤摻入核苷酸的比率為1/750