生物化學(xué)十四中方淳2013426修改

生

物

化

學(xué)Biochemistry理論部分第一部分細(xì)胞的化學(xué)成分水、無機鹽糖類、脂類蛋白質(zhì)、核酸、酶維生素和輔酶（1）單糖是最簡單的糖，不能被水解為更小的單位。單糖通常含有3、4、5、6或7個碳原子，分別稱為丙糖、丁糖、戊糖、已糖和庚糖。天然存在的單糖一般都是D-構(gòu)型。單糖分子既可以開連形式存在，也可以環(huán)式結(jié)構(gòu)形式存在，在環(huán)式結(jié)構(gòu)中如果第一位碳原子上的OH與第二位碳原子的-OH在環(huán)的同一面，稱為α-型；如果-OH是在環(huán)的兩面，稱β-型。1、單糖（三）糖類（單糖、寡糖、多糖、糖復(fù)合物）（2）生物體中重要的單糖①丙糖如甘油醛（醛糖）和二羥丙酮（酮糖）②戊糖戊糖中最重要的有核糖（醛糖）、脫氧核糖（醛糖）和核酮糖（酮糖）③己糖葡萄糖、果糖和半乳糖2、寡糖：最多的寡糖是雙糖，如麥芽糖、蔗糖、纖維二糖、乳糖3、多糖（1）淀粉直鏈淀粉是α-D-葡萄糖基以α-1,4-苷連接的多糖鏈，其空間構(gòu)象卷曲成螺旋形，每一回轉(zhuǎn)為6個葡萄糖基。支鏈淀粉分子中除有α-1.4-糖苷鍵的糖鏈外，還有α-1,6-糖苷鍵連接的分支處，每個分支平均含20~30個葡萄糖基。淀粉有呈色反應(yīng)，直鏈淀粉遇碘呈為藍(lán)色，支鏈淀粉遇碘呈為紫紅色。（2）糖原α-D-葡萄糖基以α-1,4-糖苷鍵連接而成的，但糖原的分支比支鏈淀粉多，糖原遇碘變?yōu)榧t褐色。（3）纖維素由β-D-葡萄糖基借β-1,4-糖苷鍵連接的沒有分支的同多糖。（4）幾丁質(zhì)（甲殼素）昆蟲和甲殼類外骨骼的主要成分為幾丁質(zhì)，是N-乙酰-D-氨基葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵縮合成的同多糖。

（5）糖胺聚糖（粘多糖）是一種由重復(fù)的二糖單位組成的線狀多聚物。二糖重復(fù)單位中，一種為N-乙酰-D-葡糖胺或N-乙酰-D-半乳糖胺，而另一種是D-葡萄糖醛酸。一些糖胺聚糖中，一個或多個羥基被硫酸酯化。糖胺聚糖主要有透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸角質(zhì)素、肝素以及硫酸乙酰肝素。4、糖復(fù)合物糖——肽鏈：肽聚糖、糖蛋白、蛋白聚糖糖——脂質(zhì)：糖脂、脂多糖糖——核酸（四）脂類不溶于水，但能溶于非極性有機溶劑；O元素含量低，C、H元素含量高，徹底氧化后可以放出更多能量1、三酰甘油（脂肪）天然脂肪酸都是L-型；動物脂肪大多富含飽和脂肪酸，在室溫下為固態(tài)，植物油含大量油酸和亞油酸，在室溫下為液態(tài)；哺乳動物和人，亞油酸和亞麻酸為必需脂肪酸2、磷脂（甘油磷脂）磷脂酸是最簡單的磷脂，分子中的H為膽堿、膽胺、絲氨酸所取代，則分別成為卵磷脂、腦磷脂，絲氨酸磷脂等。通常磷脂分子中的2個脂肪酸總有一個是不飽和的，因此2個脂肪酸鏈不是平行并列的，其中一個（不飽和脂肪酸）總是有折彎。3、類固醇：基本結(jié)構(gòu)是環(huán)戊烷多氫菲。最熟知的是膽固醇，膽固醇是動物膜和神經(jīng)髓鞘的主要成份。性激素、維生素D和腎上腺皮質(zhì)激素也都屬于類固醇。4、萜類：由不同數(shù)目的異戊二烯連接而成的分子。維生素A（視黃醇）、維生素E、維生素K、類胡蘿卜素都是萜類。β-類胡蘿卜素裂解就成2個維生素A，維生素A可氧化成視黃醛，對動物感光活動有重要作用。5、蠟：由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂，它存在于皮膚、毛皮、羽毛、樹葉、昆蟲外骨骼中，起保護(hù)作用。（五）蛋白質(zhì)1、蛋白質(zhì)的元素組成：氮的含量在多種的蛋白質(zhì)比較接近，平均為16%，因此用凱氏（kjelahl）法定N，受檢物質(zhì)中含蛋白質(zhì)量為N含量的6。25倍。2、蛋白質(zhì)的氨基酸組成（1）氨基酸的結(jié)構(gòu)天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸都是L-a-氨基酸

COOH|

NH2—C—H|RL-a-氨基酸（2）氨基酸的分類：①根據(jù)R基因極性不同，氨基酸可分為：非極性氨基酸（9種）；極性不帶電荷氨基酸（6種）；極性帶負(fù)電荷氨基酸（2種）；極性帶正電荷氨基酸（3種）②必需氨基酸和非必需氨基酸：必需氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、色氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸等8種。精氨酸和組氨酸為半必需氨基酸。（3）氨基酸的主要理化性質(zhì)①一般的物理性質(zhì)：α-氨基酸呈無色結(jié)晶，熔點高，一般在2000C以上。易溶于酸、堿，但不溶于有機溶劑。②兩性解離和等電點

當(dāng)溶液濃度為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點，簡稱pI。在等電點時，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)。側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2同樣，對于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’R-COO-)/2堿性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2

以谷氨酸為例:pI=1/2（pK1+pKR）＝1/2(2.19+4.25)=3.22

在等電點以上的任何pH，氨基酸帶凈負(fù)電荷，在電場中將向正極移動；

在低于等電點的任何pH，氨基酸帶凈正電荷，在電場中將向負(fù)極移動。

在一定pH范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH離等電點愈遠(yuǎn)，氨基酸所攜帶的凈電荷愈大。

③紫外吸收光譜：色氨酸最大吸收波長為279nm，酪氨酸最大吸收波長278nm，苯丙氨酸最大吸收波長為259nm。④重要的化學(xué)反應(yīng)：a-氨基能與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)紫色沉淀（脯氨酸和羥脯氨酸則產(chǎn)生黃色沉淀）；a-氨基可與亞硝酸反應(yīng)產(chǎn)生氮氣，計算出氨基酸的量；a-氨基還很容易與2，4-二硝基氟苯（DNFB）生成2，4-二硝基氟苯氨基酸（DNP-氨基酸），a-氨基還可以與異硫氰酸苯脂（PITC）反應(yīng)最后產(chǎn)生苯硫乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTH）。一些氨基酸的R基團(tuán)能與特殊的試劑發(fā)生呈色反應(yīng)。3、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)（1）一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)又稱為初級結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子內(nèi)氨基酸的排列順序（2）二級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈本身繞曲折疊成有規(guī)律的結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。這種結(jié)構(gòu)是以肽鏈內(nèi)或肽鏈間的氫鍵來維持的。①α-螺旋：多肽鏈中氨基酸殘基以1000的角度圍繞螺旋軸心盤旋上升，每3.6個殘基就旋轉(zhuǎn)一圈，螺距為0.54nm；右手旋轉(zhuǎn)；多肽鏈內(nèi)的氫鍵由肽鏈中一個肽鍵的-CO的氧原子與第四個肽鍵的-NH的氫原子組成，每個氫鍵所形成的環(huán)內(nèi)共有13個原子，這種螺旋稱為3.613②β-折疊：平行式、反平行式。鄰近兩鏈以相反或相同方向平行排列成片層狀。兩個氨基酸殘基之間的軸心距離為0.35nm，β-折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵是由兩條肽鏈中的一條的-CO基與另一條-NH基之間所形成。③β-轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)分子的多肽鏈上經(jīng)常出現(xiàn)1800的回折，在這種肽鏈的回折角上就是β–轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，它是由第一個氨基酸殘基的-CO與第四個氨基酸殘基的-NH之間形成氫鍵。④自由回轉(zhuǎn)是指沒有一定規(guī)律的松散結(jié)構(gòu)，酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域里。（3）超二級結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域：是指若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)中的構(gòu)象單元彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體。通常有βαβ、βββ、αα、ββ等。結(jié)構(gòu)域是指多肽鏈在超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步繞曲折疊成緊密的球狀結(jié)構(gòu)，在空間上彼此分隔的各自具有部分生物功能的亞結(jié)構(gòu)。一般情況下，酶的活性部位位于兩個結(jié)構(gòu)域之間的裂縫中。（4）三級結(jié)構(gòu)：維持三級結(jié)構(gòu)的作用力主要是一些次級鍵，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等。（5）四級結(jié)構(gòu)：具有三級結(jié)構(gòu)的亞單位通過氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和范德華力等弱作用力聚合而成的特定構(gòu)象。維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：疏水相互作用力、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：范德華力、鹽鍵a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力d范德華力e二硫鍵3、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)（1）膠體性質(zhì)：布朗運動、丁達(dá)爾現(xiàn)象、不能通過半透膜；蛋白質(zhì)顆粒比較穩(wěn)定，不易沉淀（2）兩性電解質(zhì)（3）沉淀反應(yīng)：破壞蛋白質(zhì)的水膜及中和蛋白質(zhì)的電荷出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。高濃度鹽類（如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等，稱為鹽析），有機溶劑（如酒精、丙酮），重金屬鹽（如硝酸銀、醋酸鉛、三氯化鐵等），某些酸類（如苦味酸、單寧酸等）。（4）變性：使其分子的空間結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致其理化性質(zhì)、生物活性都發(fā)生改變。不發(fā)生一級結(jié)構(gòu)的破壞；而主要發(fā)生氫鍵、疏水鍵的破壞。生物活性喪失，溶解度降低。化學(xué)因素有強酸、強堿、重金屬離子、尿素、酒精、丙酮等；物理因素有加熱震蕩或攪拌、超聲波、紫外線及X射線照射等。（5）紫外吸收：280nm的紫外光下，有最大吸收峰。是由于肽鏈中酪氨酸和色氨酸的R-基團(tuán)引起的。（6）變構(gòu)作用（7）呈色反應(yīng)4、蛋白質(zhì)的分類（1）蛋白質(zhì)的化學(xué)分類：簡單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)（1）色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如血紅蛋白、葉綠蛋白和細(xì)胞色素等。（2）糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細(xì)胞膜中的糖蛋白等。（3）脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。如血清

-，

-脂蛋白等。（4）核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細(xì)胞核中的核糖核蛋白等。（5）磷蛋白：由簡單蛋白質(zhì)和磷酸組成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白等（2）蛋白質(zhì)的功能分類結(jié)構(gòu)蛋白和酶（五）核酸1、核酸的組成成分（1）戊糖：β-D-核糖和β-D-2-脫氧核糖，都是β-呋喃型的。（2）堿基：一類是嘌呤，為雙環(huán)分子，一般有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）；一類是嘧啶，為單環(huán)分子，一般有胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）。酮基的嘧啶堿或嘌呤堿，在溶液中可以發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)。稀有堿基是4種主要堿基的衍生物，大多是甲基化堿基，都是在核酸生物合成后，酶促加工修飾而成，tRNA的修飾堿基種類較多，（3）核苷：戊糖C-1的羥基與嘧啶堿N-1或嘌呤堿N-9上的氫縮合連接成共價的β-N-糖苷鍵。5-核糖尿嘧啶，是C-1'是與尿嘧啶的第5個碳原子相連，假尿苷，用符號Ψ表示。(4)核苷酸:核苷酸是核苷的磷酸酯。2'-、3'-和5'-核苷酸。3'-和5'-脫氧核苷酸。生物體內(nèi)的游離核苷酸多為5'-核苷酸。(5)體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物①5'--核苷二磷酸類及5'-核苷三磷酸類:ATP供能，GTP是蛋白質(zhì)合成過程中所需要的，而dATP、dGTP、dTTP和dCTP則是DNA合成所需要的原材料②環(huán)狀核苷酸：5’—環(huán)狀腺苷酸（cAMP）③NAD+和NADH、NADP+和NADPH：2、核酸的結(jié)構(gòu)（1）DNA的結(jié)構(gòu)①一級結(jié)構(gòu)：3',5'-磷酸二酯鍵②二級結(jié)構(gòu)A、分子由兩條多脫氧核苷酸鏈反向平行(一條鏈?zhǔn)?,→5,，另一條鏈為5,→3,)，圍繞著同一個軸，右手盤旋成一個右平行螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋的直徑為2nm；B、磷酸和脫氧核糖在螺旋體的外側(cè)，通過磷酸二酯鍵連結(jié)形成DNA分子的骨架；C、堿基對位于螺旋體內(nèi)側(cè)，按A與T，C與G配對，A-T對有2個氫鍵，C-G對有3個氫鍵，堿基平面與縱軸垂直，每個堿基對間相隔0.34nm旋轉(zhuǎn)方向相差360，因此繞中心軸每旋轉(zhuǎn)一圈有10個核苷酸，每隔3.4nm重復(fù)出現(xiàn)同一結(jié)構(gòu)；D、螺旋表面有一條大溝和一條小溝，這兩條溝對DNA和蛋白質(zhì)的相互識別是很重要的。B、雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素（1）氫鍵（太弱）；（2）堿基堆積力（basestackingforce，由芳香族堿基π電子間的相互作用引起的，能形成疏水核心，是穩(wěn)定DNA最重要的因素；（3）離子鍵（減少雙鏈間的靜電斥力）。C、DNA雙螺旋的構(gòu)象類型,主要具有A、B、D、E、Z等構(gòu)象

B-DNA：92%相對濕度，接近細(xì)胞內(nèi)的DNA構(gòu)象，與Watson和Crick提出的模型相似。A-DNA：75%相對濕度，與溶液中DNA-RNA雜交分子的構(gòu)象相似，推測轉(zhuǎn)錄時發(fā)生B→A。其堿基平面傾斜20°，螺距與每一轉(zhuǎn)堿基對數(shù)目都有變化。Z-DNA：主鏈呈鋸齒型左向盤繞，直徑約1.8nm，螺距4.5nm，每一轉(zhuǎn)含12個bp，只有小溝。B-DNA與Z-DNA的相互轉(zhuǎn)換可能和基因的調(diào)控有關(guān)。C-DNA：44~46%相對濕度，螺距3.09nm，每轉(zhuǎn)螺旋9.33個堿基對，堿基對傾斜6°?？赡苁翘囟l件下B-DNA和A-DNA的轉(zhuǎn)化中間物。D-DNA：60%相對濕度，DNA中A、T序列交替的區(qū)域。每個螺旋含8個bp，螺距2.43nm，堿基平面傾斜16°。③DNA的三級結(jié)構(gòu)線形分子、雙鏈環(huán)狀(dcDNA)→超螺旋多級螺旋模型壓縮倍數(shù)76405（8400）DNA→核小體→螺線管→超螺線管→染色單體2nm10nm30(10)nm400nm2~10μm一級包裝二級包裝三級包裝四級包裝

（2）RNA的結(jié)構(gòu)①一級結(jié)構(gòu)②二級結(jié)構(gòu)tRNA的二級結(jié)構(gòu)是三葉草型的，一般由四臂四環(huán)組成（分子中由A-U、G-C堿基對構(gòu)成的雙螺旋區(qū)叫臂，不能配對仍顯單鏈的部分叫環(huán)）。四環(huán)是：D環(huán)（Ⅰ）、反密碼環(huán)（Ⅱ）、TψC環(huán)（Ⅳ）和可變環(huán)（Ⅲ），四臂為氨基酸接受臂、D臂、反密碼子臂和TψC臂。在氨基酸接受臂，3’-OH端有一個單鏈區(qū)NCCA-3’-OH，在氨基酸合成酶的作用下，活化了的氨基酸連接tRNA分子末端腺苷3’-OH上；在反密碼子環(huán)上其中有3個堿基代表著某種氨基酸的反密碼子，正好與mRNA配對，③三級結(jié)構(gòu)tRNA的三葉形的二級結(jié)構(gòu)變成三級結(jié)構(gòu)為倒L型，tRNA發(fā)揮生物功能以其倒L型三級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。3、核酸的性質(zhì)（1）一般理化性質(zhì)：核酸既有磷酸基，又有堿性基團(tuán)，是兩性電解質(zhì)，因磷酸的酸性強，通常表現(xiàn)為酸性。DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末，都微溶于水，不溶于一般有機溶劑，常用乙醇從溶液中沉淀核酸。D-核糖與濃鹽酸和苔黑酚（甲基間苯二酚）共熱產(chǎn)生綠色，D-2-脫氧核糖與酸和二苯胺一同加熱產(chǎn)生藍(lán)紫色。（2）核酸的紫外吸收性質(zhì)：核酸中的嘌呤和嘧啶環(huán)的共軛體系強烈吸收260~290nm波段紫外光，最大吸收值在260nm處。核酸在變性時，吸收值顯著升高，稱為增色效應(yīng)。在一定條件下，變性的核酸可復(fù)性，則吸收值又回復(fù)至原來水平，稱減色效應(yīng)。（3）核酸的變性和復(fù)性:核酸變性以后，紫外吸收值明顯升高，粘度下降，浮力密度升高，生物功能部分或全部喪失。引起核酸變性的因素很多，如溫度、有機溶劑、酸堿度、尿素、酰胺等試劑均可以核酸的變性。DNA熱變性是爆發(fā)式的，只在很窄的溫度范圍之內(nèi)發(fā)生。通常將熱變性溫度稱為“熔點”或解鏈溫度，用Tm表示。DNA的解鏈溫度Tm是指增色效應(yīng)達(dá)到最高值一半時的溫度。Tm值與堿基組成有關(guān)，G-C含量高的核酸，Tm值也高，兩者成正比，可用經(jīng)驗公式表示：(G-C)%=(T-69.3)×2.44DNA復(fù)性是指變性核酸的互補鏈在適當(dāng)條件下重新締合成雙螺旋的過程。變性核酸復(fù)性時需緩慢冷卻，故又稱退火。在退火條件下，不同來源的DNA互補區(qū)形成雙鏈，或DNA單鏈和RNA鏈的互補區(qū)形成DNA-RNA雜交雙鏈，此過程稱分子雜交。

（六）酶1、酶促反應(yīng)的特點2、酶的化學(xué)組成：單純酶和結(jié)合酶3、酶的結(jié)構(gòu)特點：必需基團(tuán)、活性中心（結(jié)合部位、催化部位）4、酶的作用機制（1）酶的催化作用降低活化能（2）中間產(chǎn)物學(xué)說S+EESE+P底物酶中間產(chǎn)物酶產(chǎn)物（3）“鑰匙—鎖”學(xué)說和“誘導(dǎo)契合”學(xué)說（4）使酶具有高催化效率的因素：鄰近定向效應(yīng)、“張力”和“形變”、酸堿催化、共價催化5、影響酶催化反應(yīng)的因素（1）酶濃度的影響（2）底物濃度的影響米氏方程1913年，德國化學(xué)家Michaelis和Menten根據(jù)中間產(chǎn)物學(xué)說對酶促反映的動力學(xué)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出了表示整個反應(yīng)中底物濃度和反應(yīng)速度關(guān)系的著名公式，稱為米氏方程。Km—米氏常數(shù)Vmax—最大反應(yīng)速度

米氏常數(shù)Km的意義:由米氏方程可知，當(dāng)反應(yīng)速度等于最大反應(yīng)速度一半時,即V=1/2Vmax,Km=[S]上式表示,米氏常數(shù)是反應(yīng)速度為最大值的一半時的底物濃度。因此,米氏常數(shù)的單位為mol/L。不同的酶具有不同Km值，它是酶的一個重要的特征物理常數(shù)。Km值只是在固定的底物，一定的溫度和pH條件下，一定的緩沖體系中測定的，不同條件下具有不同的Km值。Km值表示酶與底物之間的親和程度：Km值大表示親和程度小，酶的催化活性低;Km值小表示親和程度大,酶的催化活性高。測定Km和V的方法很多，最常用的是Lineweaver–Burk的作圖法—雙倒數(shù)作圖法。

1Km11

=

+

V

Vmax[S]Vmax取米氏方程式的倒數(shù)形式：1/Vmax斜率=Km/Vmax-1/Km米氏常數(shù)Km的測定：（3）pH值的影響（4）溫度的影響（5）激活劑的影響能提高酶活性的物質(zhì)即稱為激活劑。按分子大小可分為3類：第一類為無機離子，如Mg2+是各種激酶的激活劑，Cl-能激活唾液α-淀粉酶；第二類為中等大小的有機化學(xué)物，一種是還原劑，如半胱氨酸、還原型谷胱甘肽等，另一種是金屬螯合劑，能除去酶中重金屬雜質(zhì)，從而解除重金屬對酶的抑制，如乙二氨四乙酸（EDAT）；第三類為具有蛋白質(zhì)性的大分子化合物，這類激活劑用于酶原激活，使無活性酶原變成有活性的酶。(6)抑制劑的影響某些物質(zhì)，不引起酶蛋白變性，但能使酶分子上某些必需基團(tuán)發(fā)生變化，因而引起酶活力下降，甚至喪失。這種作用稱為抑制作用，起抑制作用的物質(zhì)稱為抑制劑。酶的抑制作用分為不可逆抑制作用和可逆抑制作用兩類。不可逆抑制作用是指抑制劑以共價鍵的方式與酶蛋白的必需基團(tuán)結(jié)合，使之永久失活，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶的活性。例如，常用的有機磷農(nóng)藥（敵百蟲、1605及1059等）、二次世界大戰(zhàn)中使用過的神經(jīng)毒氣DFP（二異丙基磷酸氟），能與乙酰膽堿脂酶活性中心的絲氨酸-OH結(jié)合，而使酶的活性不可逆的喪失；有機汞（對氯汞苯甲酸）、有機砷化物（路易斯毒氣）、烷化劑（碘乙酸、碘乙酰胺）能與硫氫基作用，而不可逆抑制含硫氫基的酶；氰化物能與細(xì)胞色素氧化酶中的Fe2+結(jié)合，使酶失去活性而阻抑細(xì)胞呼吸。抑制劑與酶以非共價方式結(jié)合而引起酶活性的降低或喪失，用透析、超濾等方法除去抑制劑而使酶恢復(fù)活性，此種抑制作用稱為可逆抑制作用。又可分為競爭性抑制作用、非競爭性抑制作用和反競爭性抑制作用。競爭性抑制概念：抑制劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，與底物競爭性的與酶的活性中心結(jié)合。S+EESE+P+I↑↓EIv=———————V[S]km(1+[I]/ki)+[S]ki=[E][I]/[EI][S]vV/2kmkm′無I有I概念：酶可以同時與底物及抑制劑結(jié)合，兩者沒有競爭作用。非競爭性抑制

S+EESE+P+I↑↓EI+I↑EIS+[S]E+Pv=———————————V1+[I]/ki·[S]km+[S][S]v無IV/2km有I(′)反競爭性抑制

概念：抑制劑能與酶與底物的復(fù)合物ES結(jié)合，不再分解，從而降低形成產(chǎn)物的數(shù)量。S+EESE+P+I↑↓ESIE+Pv=———————V1+——[I]ki·[S]km1+——[I]ki+[S][S]vkm′kmVmax減小，Km不變（7）.酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)：由于效應(yīng)物的存在，而引起酶的結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）變化。別構(gòu)酶(Allostericenzyme)的特點：一般是寡聚酶，由多亞基組成，包括催化部位和調(diào)節(jié)（別構(gòu)）部位；具有別構(gòu)效應(yīng)。指酶和一個配體（底物，調(diào)節(jié)物）結(jié)合后可以影響酶和另一個配體（底物）的結(jié)合能力。相同（均為底物）：同促效應(yīng)（homotropiceffect）不同（效應(yīng)調(diào)節(jié)物）：異促效應(yīng)（heterotropiceffect）根據(jù)配體結(jié)合后對后繼配體的影響根據(jù)配體性質(zhì)正協(xié)同效應(yīng)（positivecooperativeeffect）負(fù)協(xié)同效應(yīng)（negativecooperativeeffect）動力學(xué)特點：不符合米曼方程雙曲線。別構(gòu)酶與非調(diào)節(jié)酶動力學(xué)曲線的比較別構(gòu)酶舉例：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶，簡稱ATCase6．酶的國際系統(tǒng)分類法（1）國際系統(tǒng)分類法分類原則國際生物化學(xué)聯(lián)合會酶學(xué)委員會提出的酶的國際系統(tǒng)分類法的分類原則是：將所有已知酶按其催化的反應(yīng)類型分為六大類，即氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂解酶類、異構(gòu)酶類、合成酶類，分別用1，2，3，4，5，6的編號來表示；根據(jù)底物分子中被作用的基團(tuán)或鍵的性質(zhì)，再將每一大類分為若干亞類，每一亞類又分為若干亞亞類；然后再把屬于這一亞亞類的酶按順序排好。這樣就把已知的酶分門別類地排成一個表，稱為酶表。每一種酶在這個表中的位置可用一個統(tǒng)一的編號來表示。每個編號由四個數(shù)字組成：如催化乳酸脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬娜樗崦摎涿福幪枮镋Cl.l.l.27。EC指國際酶學(xué)委員會的縮寫；第一個1，代表該酶屬于氧化還原酶類；第二個1，代表該酶屬于氧化還原酶類中的第一亞類，催化醇的氧化；第三個1，代表該酶屬于氧化還原酶類中第一亞類的第一亞亞類；第四個數(shù)字表明該酶在一定的亞亞類中的排號（2）六大酶類的特征①氧化還原酶：催化氧化還原反應(yīng)的酶。反應(yīng)通式:AH2+BA+BH2

如琥珀酸脫氫酶、醇脫氫酶、多酚氧化酶等。②轉(zhuǎn)移酶：催化分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。反應(yīng)通式:AR+BA+BR如谷丙轉(zhuǎn)氨酶、膽堿轉(zhuǎn)乙酰酶等。③水解酶：催化水解反應(yīng)的酶。反應(yīng)通式:AB+H20A0H+BH如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。④裂解酶：催化非水解地除去底物分子中的基團(tuán)及其逆反應(yīng)的酶。反應(yīng)通式:ABA+B如草酰乙酸脫竣酶、碳酸酐酶等。⑤異構(gòu)酶：催化分子異構(gòu)反應(yīng)的酶。反應(yīng)通式:AB如葡糖磷酸異構(gòu)酶、磷酸甘油酸磷酸變位酶等。⑥合成酶：與ATP的一個焦磷酸鍵斷裂相偶聯(lián),催化兩個分子合成一個分子的酶。反應(yīng)通式:A+B+ATPAB+ADP+Pi。如天冬酰氨合成酶、丙酮酸羧化酶等。2．酶的命名根據(jù)酶學(xué)委員會的建議,每一種酶都給以兩個名稱。一個是系統(tǒng)名,一個是慣用名。（1）系統(tǒng)命名法：包括兩部分，即底物名稱及反應(yīng)類型。若酶反應(yīng)中有兩種底物起反應(yīng)，則這兩種底物均需表明，當(dāng)中用“:”分開。例如,草酸氧化酶其系統(tǒng)名稱為草酸:氧氧化酶。（2）習(xí)慣命名法：通常依據(jù)酶作用的底物及反應(yīng)類型來命名。如催化乳酸脫氫變成丙酮酸的酶稱為乳酸脫氫酶。催化草酰乙酸脫去C02變?yōu)楸岬拿阜Q草酸乙酸脫羧酶。對于催化水解作用的酶。一般在酶的名字上省去反應(yīng)類型，如水解蛋白的酶稱蛋白酶,水解淀粉的酶稱淀粉酶。有時為了區(qū)別同一類酶，還可以在酶的名稱前面標(biāo)上來源。如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶等。第二部分細(xì)胞代謝分解代謝：糖的分解、脂肪的分解、蛋白質(zhì)的分解、核酸的分解合成代謝：光合作用機理、氨基酸合成、核苷酸合成一、糖的異化作用（糖的分解代謝）1。有氧呼吸包括四個階段：糖酵解、丙酮酸氧化脫羧、檸檬酸循環(huán)、電子傳遞和氧化磷酸化

2。無氧呼吸主要指酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵

①己糖激酶②磷酸葡萄糖同分異構(gòu)酶③磷酸果糖激酶④醛縮酶⑤磷酸丙糖同分異構(gòu)酶⑥磷酸甘油醛脫氫酶⑦磷酸甘油酸激酶⑧磷酸甘油酸變位酶⑨稀醇化酶⑩丙酮酸激酶1．糖酵解（細(xì)胞質(zhì)）

C6H12O6＋2NAD＋＋2ADP＋2Pi2CH3COCOOH＋2NADH＋2H＋＋2ATP2．丙酮酸氧化脫羧（線粒體基質(zhì)中完成）3．檸檬酸循環(huán)（線粒體基質(zhì)）①檸檬酸合成酶②順烏頭酸酶③異檸檬酸脫氫酶④α-酮戊二酸脫氫酶系⑤琥珀酸硫激酶⑥琥珀酸脫氫酶⑦延胡索酸酶⑧蘋果酸脫氫酶4．電子傳遞和氧化磷酸化

電子傳遞鏈抑制劑解偶聯(lián)劑2，4—二硝基苯酚（DNP）ATP酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體/ATP合酶，是ATP合成的場所。結(jié)構(gòu)：頭部：ATP合酶（F1）柄部：棒狀Pr，對寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，與內(nèi)膜連接（FO）頭部含5種不同的亞基（3

、3

、1

、1

、1

）OSCP是能量轉(zhuǎn)換通道F0與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通道）（1）磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

①細(xì)胞質(zhì)中α-磷酸甘油脫氫酶（輔酶為NAD+）②線粒體中α-磷酸甘油脫氫酶（輔酶為FAD）（2）蘋果酸—草酰乙酸穿梭系統(tǒng)①蘋果酸脫氫酶（輔酶為NAD+）②谷草轉(zhuǎn)氨酶（輔酶為NAD+）葡萄糖有氧氧化生成的ATP反應(yīng)輔酶ATP第一階段葡萄糖→6-磷酸葡糖-16-磷酸果糖→1,6-雙磷酸果糖-12×3-磷酸甘油醛→2×1,3-二磷酸甘油酸NAD+3或5*2×1,3-二磷酸甘油酸→2×3-磷酸甘油酸2×12×磷酸烯醇式丙酮酸→2×丙酮酸2×1第二階段2×丙酮酸→2×乙酰CoA2×2.5第三階段2×異檸檬酸→2×α-酮戊二酸2×2.52×α-酮戊二酸→2×琥珀酰CoA2×2.52×琥珀酰CoA→2×琥珀酸2×12×琥珀酸→2×延胡索酸FAD2×1.52×蘋果酸→2×草酰乙酸NAD+2×2.5凈生成30或32NAD+NAD+NAD+（二）無氧呼吸1．酒精發(fā)酵

2．乳酸發(fā)酵關(guān)鍵酶

①

酵解途徑：己糖激酶②丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體③

三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體異檸檬酸脫氫酶（1）6-磷酸果糖激酶對調(diào)節(jié)酵解途徑的流量最重要別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)激活劑：AMP;ADP;F-1,6-2P;F-2,6-2P別構(gòu)抑制劑：檸檬酸;ATP（高濃度）F-6-PF-1,6-2PATPADPPFK-1磷蛋白磷酸酶Pi

PKAATPADPPi

胰高血糖素ATPcAMP活化F-2,6-2P+++–/+AMP+檸檬酸–AMP+檸檬酸–PFK-2（有活性）FBP-2（無活性）6-磷酸果糖激酶-2PFK-2（無活性）FBP-2（有活性）PP果糖雙磷酸酶-2共價修飾調(diào)節(jié)（2）丙酮酸激酶是糖酵解的第二個重要的調(diào)節(jié)點別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)抑制劑：ATP,丙氨酸別構(gòu)激活劑：1,6-雙磷酸果糖共價修飾調(diào)節(jié)丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPADPPi磷蛋白磷酸酶（無活性）（有活性）胰高血糖素PKA,CaM激酶PPKA：蛋白激酶A(proteinkinaseA)CaM：鈣調(diào)蛋白

(3)己糖激酶受到反饋抑制調(diào)節(jié)*6-磷酸葡糖可反饋抑制己糖激酶，但肝葡糖激酶不受其抑制。*長鏈脂肪酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡糖激酶。三種酶六種輔助因子E1-丙酮酸脫氫／羧酶（組分）E2-二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；窫3-二氫硫辛酸脫氫酶TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+丙酮酸脫氫酶系（4）丙酮酸脫氫酶系別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)抑制劑：乙酰CoA;NADH;ATP別構(gòu)激活劑：AMP;ADP;NAD+*乙酰CoA/HSCoA

或NADH/NAD+

時，其活性也受到抑制。共價修飾調(diào)節(jié)（5）檸檬酸合酶

變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰CoAAMP可解除抑制（6）異檸檬酸脫氫酶變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH變構(gòu)激活劑：ADP（7）α—酮戊二酸脫氫酶系

抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰CoA

激活劑：AMP、ADP、Ca2+

二、脂肪的分解代謝1.脂肪的水解

甘油的分解

2.脂肪酸的氧化分解（β-氧化）脂肪酸的活化——脂酰CoA的生成

長鏈脂肪酸氧化前必須進(jìn)行活化，活化在線粒體外進(jìn)行。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存在條件下，催化脂肪酸活化，生成脂酰CoA。穿膜（脂酰CoA進(jìn)入線粒體）脂肪酸活化在細(xì)胞液中進(jìn)行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在線粒體基質(zhì)內(nèi)，因此活化的脂酰CoA必須進(jìn)入線粒體內(nèi)才能代謝。脂肪酸的β氧化長鏈脂酰CoA的β氧化是在線粒體脂肪酸氧化酶系作用下進(jìn)行的，每次氧化斷去二碳單位的乙酰CoA，再經(jīng)TCA循環(huán)完全氧化成二氧化碳和水，并釋放大量能量。偶數(shù)碳原子的脂肪酸β氧化最終全部生成乙酰CoA。脂酰CoA的β氧化反應(yīng)過程如下：（1）脫氫脂酰CoA經(jīng)脂酰CoA脫氫酶催化，在其α和β碳原子上脫氫，生成△2反烯脂酰CoA，該脫氫反應(yīng)的輔基為FAD。（2）加水（水合反應(yīng)）△2反烯脂酰CoA在△2反烯脂酰CoA水合酶催化下，在雙鍵上加水生成L-β-羥脂酰CoA。（3）脫氫L-β-羥脂酰CoA在L-β-羥脂酰CoA脫氫酶催化下，脫去β碳原子與羥基上的氫原子生成β-酮脂酰CoA，該反應(yīng)的輔酶為NAD+。（4）硫解在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下，β-酮脂酰CoA與CoA作用，硫解產(chǎn)生1分子乙酰CoA和比原來少兩個碳原子的脂酰CoA?？偨Y(jié)：脂肪酸β氧化最終的產(chǎn)物為乙酰CoA、NADH和FADH2。假如碳原子數(shù)為Cn的脂肪酸進(jìn)行β氧化，則需要作（n/2－1）次循環(huán)才能完全分解為n/2個乙酰CoA，產(chǎn)生n/2個NADH和n/2個FADH2；生成的乙酰CoA通過TCA循環(huán)徹底氧化成二氧化碳和水并釋放能量，而NADH和FADH2則通過呼吸鏈傳遞電子生成ATP。至此可以生成的ATP數(shù)量為：

3.乙酰CoA的去路進(jìn)入TCA循環(huán)最終氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。生成酮體參與代謝（動物體內(nèi)）脂肪酸β氧化產(chǎn)生的乙酰CoA，在肌肉細(xì)胞中可進(jìn)入TCA循環(huán)進(jìn)行徹底氧化分解；但在肝臟及腎臟細(xì)胞中還有另外一條去路，即形成乙酰乙酸、D-β-羥丁酸和丙酮，這三者統(tǒng)稱為酮體。

肽鏈內(nèi)切酶胃蛋白酶：水解芳香族氨基酸的—NH2形成的肽鍵。胰蛋白酶：水解堿性氨基酸的—COOH形成的肽鍵。胰凝乳蛋白酶：水解芳香族氨基酸的—COOH形成的肽鍵。肽鏈外切酶氨肽酶羧肽酶三、蛋白質(zhì)的分解蛋白水解酶的專一性酶專一性胃蛋白酶R3=色、苯丙、丙、酪、甲硫、亮R4=任何氨基酸胰蛋白酶R3=精、賴R4=任何氨基酸胰凝乳蛋白酶R3=苯丙、酪、色R4=任何氨基酸彈性蛋白酶R3=脂肪族氨基酸R4=任何氨基酸氨基肽酶R1=任何氨基酸R2=除脯氨酸外羧基肽酶AR5=任何氨基酸R6=除精、賴、脯氨酸外羧基肽酶BR5=任何氨基酸R6=精、賴H2N-CH-C-NH-CHNH-CH-C-NH-CHNH-CH-C-NH-CH-COOHOOOR1R2R3R4R5R6

氨基肽酶內(nèi)肽酶羧基肽酶

氨基酸分解的共同途徑（一）氧化脫氨基作用氨基酸脫氫酶（不需氧）氨基酸氧化酶（需氧）（二）轉(zhuǎn)氨基作用（四）脫羧（五）AA降解產(chǎn)物的進(jìn)一步代謝1).2).

CO2放出再羧化EMP生糖/生酮

TCAATPR-CO-COOH氨基酸、糖、脂肪代謝的聯(lián)系

生糖氨基酸：可在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成葡萄糖的氨基酸生酮氨基酸：可在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成酮體的氨基酸生糖兼生酮氨基酸：二者皆可轉(zhuǎn)變的氨基酸

類別氨基酸生糖氨基酸Gly、Ser、Val、His、Arg、Cys、Pro、OHPro、Ala、Glu、Gln、Asp、Asn、Met生酮氨基酸Leu、Lys生糖兼生酮氨基酸Ile、Phe、Tyr、Thr、Trp

3).NH2a.再合成AAb.成酰胺c.生成氨甲酰磷酸d.生成尿素排泄（鳥氨酸（尿素）循環(huán)）

四、核苷酸分解代謝嘌呤和嘧啶的分解1.嘌呤堿的分解次黃嘌呤尿素NH3+CO2G黃嘌呤尿酸（醇式）A尿囊素尿囊酸嘌呤代謝的終產(chǎn)物尿酸靈長類，短毛狗，鳥類、爬蟲類、軟體動物、海鞘類、昆蟲尿囊素哺乳動物（靈長類除外）、腹足類尿囊酸硬骨魚尿素大多數(shù)魚類、兩棲類、淡水瓣鰓類氨甲殼類、咸水瓣鰓類鳥嘌呤/黃嘌呤蜘蛛、豬胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生2.嘧啶堿的分解五、光合作用①原初反應(yīng)；②電子傳遞和光合磷酸化；③碳的同化1、原初反應(yīng)2、電子傳遞和光合磷酸化3、碳的同化（卡爾文循環(huán)）循環(huán)3次，固定3個CO2分子，生成6個PGAL，其中1個PGAL用來合成葡萄糖或其他糖類，這1個PGAL才是卡爾文循環(huán)的凈收入；其余5個PGAL則是用來產(chǎn)生3個分子的RuBP保證再循環(huán)的。所以每產(chǎn)生1個分子葡萄糖需要2個分子PGAL，即需要完成6次循環(huán)。從能量的變化來計算：生產(chǎn)一個可用于細(xì)胞代謝和合成的PGAL需要9個ATP分子和6個NADPH分子參與。氨基酸合成的碳骨架來自中間代謝產(chǎn)物氨基酸合成途徑有6條：谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族絲氨酸族組氨酸芳香族氨基酸合成的氨通常來自：①氨甲酰磷酸②谷氨酸③谷氨酰胺氨固定途徑有6條：①生物固氮②硝酸基還原2六、氨基酸合成嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳單位）甘氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊ㄆ撸┖塑账岬暮铣舌奏ず铣傻脑貋碓窗被柞Ａ姿崽於彼岬谌糠址肿由飳W(xué)初步DNA的半保留復(fù)制

一、概念和實驗依據(jù)二、DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類三、DNA的復(fù)制的起始點和方式四、原核細(xì)胞DNA的復(fù)制過程五、DNA復(fù)制的忠實性六、真核細(xì)胞DNA的復(fù)制

DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。DNA的半保留復(fù)制實驗依據(jù)

[15N]DNA[14N-15N]DNA[14N]DNA[14N-15N]DNA原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能迅速將DNA超螺旋或雙螺旋緊張狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。(3）DNA解鏈酶(DNAhelicase)（4）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：結(jié)合在解開的DNA單鏈上，防止重新形成雙螺旋。(5）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)：啟動RNA引物鏈的合成。(6）DNA連接酶（DNAligase）解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物DNA聚合酶催化的鏈延長反應(yīng)5′RNA引物子鏈3′3′5′5′3′3′5′5′3′3′5′模板鏈大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細(xì)胞的分子統(tǒng)計數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶Ⅰ109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項目DNA聚合酶Ⅲ

切除引物修復(fù)修復(fù)復(fù)制功能

1999年發(fā)現(xiàn)聚合酶

和

，它們涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)（erroounerepair）DNA聚合酶的3′-5′外切酶水解位點3′3′5′5′錯配堿基3′-5′核酸外切酶水解位點DNA聚合酶5′-3′外切酶活力

5′-3′核酸外切酶水解位點單鏈缺口5′DNA連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈DNA的雙向和單向復(fù)制環(huán)狀DNA復(fù)制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始點復(fù)制叉的推進(jìn)復(fù)制叉起始點起始點起始點復(fù)制叉復(fù)制叉未復(fù)制DNA單向復(fù)制雙向復(fù)制DNA生物合成過程

一、復(fù)制的起始DNA復(fù)制的起始階段，由下列兩步構(gòu)成。

（一）預(yù)引發(fā)：1．解旋解鏈，形成復(fù)制叉：由蛋白因子（如dnaB等）識別復(fù)制起始點，拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。2．引發(fā)體組裝：其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體。（二）引發(fā)：在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

二、復(fù)制的延長

階段：（一）聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以3'→5'方向的親代DNA鏈為模板，從5'→3'方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長的是DNA聚合酶Ⅲ。

以3‘→5’方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向為5‘→3’，這一條鏈被稱為前導(dǎo)鏈(leadingstrand)。而以5‘→3’方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時其鏈的聚合方向與復(fù)制叉移動的方向相反，這條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成的，稱為隨后鏈(laggingstrand)。（二）岡崎片段：

由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時是逐步解開的，因此，隨后鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時，由隨后鏈先形成的一些短DNA片段稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。

三、復(fù)制的終止

階段：（一）去除引物，填補缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長。

（二）連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

原核細(xì)胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的延長DNA鏈終止5′RNA引物3′3′岡崎片段復(fù)制起始點復(fù)制的忠實性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計，大腸桿菌DNA復(fù)制5

109堿基對僅出現(xiàn)一個誤差，保證復(fù)制忠實性的原因主要有以下三點:

DNA聚合酶的高度專一性（嚴(yán)格遵循堿基配對原則，但錯配率為7

10-6）

DNA聚合酶的校對功能（錯配堿基被3’-5’外切酶切除）

起始時以RNA作為引物DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯配核苷酸起始時以RNA作為引物的作用

DNA復(fù)制為什么要合成一個RNA引物，而后又把這個引物消除呢？這是保證DNA聚合過程高度精確的又一措施。已知DNA聚合酶具有35外切酶功能校對復(fù)制過程中的核苷酸，也就是說聚合酶在開始形成一個新的磷酸二酯鍵前，總是檢查前一個堿基是否正確，這就決定了它不能從頭開始合成。因此先合成一條低忠實性的多核苷酸來開始DNA的合成，并以核糖核苷酸來表示是“暫時”的，當(dāng)DNA開始聚合以后再以53外切酶的功能切除，以高忠實性的脫氧核苷酸取而代之，確保復(fù)制的忠實性。真核細(xì)胞DNA復(fù)制的特點

多個起點復(fù)制起點起點起點起點起點起點

真核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶

分子量亞基數(shù)細(xì)胞內(nèi)分布酶活力百分比外切酶活力DNA聚合酶

110-23，000多個細(xì)胞核～80%無120，000一個細(xì)胞核和線粒體2～15%無-400，000一個細(xì)胞核+10～25%5

-3

外切酶DNA聚合酶

DNA聚合酶

45，000一個細(xì)胞核10～15%無真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較DNA指導(dǎo)下RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）1、概念及DNA的有義鏈和反義鏈2、RNA聚合酶及催化反應(yīng)3、RNA合成過程4、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工5、真核生物的RNA合成轉(zhuǎn)錄的概念和DNA的有義鏈和反義鏈

轉(zhuǎn)錄是在DNA的指導(dǎo)下的RNA聚合酶的催化下，按照鹼基配對的原則，以四種核苷酸為原料合成一條與模板DNA互補的RNA的過程。RNA的轉(zhuǎn)錄從DNA模板的特定位點開始，并在一定的位點終止。此轉(zhuǎn)錄區(qū)域為一個轉(zhuǎn)錄單位。

啟動子（promoter)

終止子(terminator)模板鏈（templattestrand）反意義鏈(antisensestrand)有意義鏈(sensestrand)非信息區(qū)DNA5′5′3′3′大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖

核心酶(α2ββ

)起始因子全酶(αββ

)全酶核心酶亞基α2ββ’σ決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)合底物，形成磷酸二酯鍵（催化）結(jié)合模板（開鏈）（核心酶參與轉(zhuǎn)錄全過程）識別起始點啟動子（延長時脫落）功能RNA聚合酶催化的反應(yīng)ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNARNA合成過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點延長階段5

3

RNA

啟動子（promoter)

終止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

離開原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸內(nèi)切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：5’—端切除幾到10個核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC

表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示異構(gòu)化酶的作用

真核細(xì)胞mRNA的加工5′

“帽子”PolyA

3′

順反子(cistron)

m7G-5′ppp-N-3′pAAAAAAA-OH

5′端接上一個“帽子”(CAP)結(jié)構(gòu)

3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化

剪接：剪去內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(extron)酵母酪氨酸t(yī)RNA前體的加工早轉(zhuǎn)錄本成熟tRNA加工真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別

DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運加工mRNAmRNA

真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域

RNA聚合酶不相同

啟動子不同

轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同真核細(xì)胞RNA聚合酶在DEAE-Sephadex柱上的洗脫次序稱為酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

沒有對應(yīng)于σ因子的成分，需要轉(zhuǎn)錄因子參與蛋白質(zhì)合成一、蛋白質(zhì)合成體系二、蛋白質(zhì)合成的機理三、肽鏈合成后加工tRNA核糖體一、蛋白質(zhì)合成體系

mRNA和遺傳密碼輔助因子1.mRNA和遺傳密碼攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細(xì)胞內(nèi)，存在時間短，在轉(zhuǎn)錄的同時翻譯在真核細(xì)胞內(nèi)，較穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成時，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質(zhì)。遺傳密碼為一個氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位稱為密碼子（Coden）或三聯(lián)體密碼。密碼子的發(fā)現(xiàn)

統(tǒng)計學(xué)方法人工合成僅由一種核苷酸組成的多聚核苷酸，推測由哪一種氨基酸合成的多肽核糖體結(jié)合試驗1965年，Nirenberg用polyu加入C14標(biāo)記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。遺傳密碼遺傳密碼子的特點無標(biāo)點、不重疊

密碼子是不重疊的，每個三聯(lián)體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸，核苷酸不重疊使用噬菌體x174中某些基因之間有重疊現(xiàn)象簡并(degeneracy)幾種密碼子對應(yīng)于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子通用性絕大多數(shù)密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外終止信號UAG、UAA、UGA起始信號AUG（真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met）和氨酸的密碼子(GUG)(極少出現(xiàn)）tRNA（transferribonucleicasid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體。1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征——三葉草型二級結(jié)構(gòu)2、tRNA的功能（1）被特定的氨酰-tRNA合成酶識別，使tRNA接受正確的活化氨基酸。（2）識別mRNA鏈上的密碼子。（3）在蛋白質(zhì)合成過程中，tRNA起著連結(jié)生長的多肽鏈與核糖體的作用。2、

tRNA密碼子與反密碼子的配對關(guān)系反密碼子tRNA5

3

AUC5

mRNA3

密碼子123核糖體3、核糖體

是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。核糖體的組成原核生物核糖體的組成原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖anticodoncodon30S與mRNA結(jié)合部位P位（結(jié)合或接受肽基的部位）A位（結(jié)合或接受AA-tRNA的部位）50S5

3

mRNA真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段原核

真核功能

IF1IF2eIF2參與起始復(fù)合物的形成IF3eIF3、eIF4C起始CBPI與mRNA帽子結(jié)合eIF4ABF參與尋找第一個AUGeIF5協(xié)助eIF2、eIF3、eIF4C的釋放eIF6協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離EF-TueEF1

協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體延長EF-TseEF1幫助EF-Tu、eEF1周轉(zhuǎn)EF-GeEF2移位因子RF-1終止eRF釋放完整的肽鏈RF-2

蛋白質(zhì)合成的機理1、氨基酸的活化2、原核生物多肽鏈的合成過程4、真核生物多肽鏈的合成3、多核糖體與核糖體循環(huán)氨基酸的活化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸的活化3-氨酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMetN10-甲酰FH4FH4轉(zhuǎn)甲酰酶氨酰-tRNA合成酶特點

a、專一性：

對氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對tRNA具有極高專一性。

b、校對作用：氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解錯誤活化的氨基酸。原核生物多肽鏈的合成過程

原核生物多肽鏈的合成分為三個階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。1、肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長3、肽鏈合成的終止及釋放肽鏈合成的起始30S亞基?mRNAIF3-IF1復(fù)合物30S?mRNA?GTP-fMet–tRNA-IF2-IF1復(fù)合物70S起始復(fù)合物codonanticodonA位P位

mRNA

+30S亞基-IF3A位IF-35

3

IF2GTPP位IF3IF2IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亞基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始復(fù)合物肽鏈的延長12122323進(jìn)位肽鍵形成移位進(jìn)位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）

肽鏈合成的終止及釋放

（1）釋放因子RF1或RF2進(jìn)入核糖體A位。（2）多肽鏈的釋放（3）70S核糖體解離5

3

UAG30S亞基50S亞基5

3

UAGtRNARF多多核糖體與核糖體循環(huán)合成完畢的肽鏈多核糖體3ˊmRNA延伸中的肽鏈5ˊ核糖體循環(huán)真核生物多肽鏈的合成1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首先識別mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移動尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長因子和1種終止因子；5、真核細(xì)胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細(xì)胞。

乳糖操縱子

（一）乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

（二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)

沒有乳糖存在時

有乳糖存在時

（三）CAP的正性調(diào)節(jié)

（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)實驗部分幾類重要的生化實驗技術(shù)一、層析技術(shù)二、電泳技術(shù)三、離心技術(shù)四、透析和超過濾一．層析技術(shù)（chromatography）1．層析技術(shù)一般原理2．層析技術(shù)分類3．常用層析技術(shù)及應(yīng)用層析技術(shù)原理

層析技術(shù)是一種物理的分離方法。無論何種層析,都是由互不相溶的兩個相組成:一是固定相(固體或吸附在固體上的液體），一是流動相（液體或氣體）。層析時，利用混合物中各組分理化性質(zhì)（如吸附力、分子形狀和大小、分子極性、分子親和力、溶解度等）的差異，使各組分不同程度地分布在兩相中，隨著流動相從固定相上流過，不同組分以不同速度移動而最終被分離。

層析法分類（按裝置分類）

紙層析薄膜層析

柱層析洗脫液樣品填充物分部收集玻璃柱常用層析技術(shù)及應(yīng)用吸附層析分配層析凝膠過濾（分子篩層析）離子交換層析親和層析

聚焦層析

吸附層析

原理：載體：硅膠氧化鋁羥基磷石灰應(yīng)用：分離純化蛋白質(zhì)、酶、氨基酸、核苷酸等生化物質(zhì)以吸附劑作為固定相，選擇適當(dāng)?shù)娜軇┳髁鲃酉?。由于各種物質(zhì)的極性不同，被吸附劑吸附的程度和在流動相中的溶解度不同。層析時，當(dāng)流動相從固定相上流過時，各組分也就不同程度地被溶解（解吸），然后又再被吸附、再溶解再吸附，從而以不同速度隨流動相向前移動。分配層析

原理：載體：纖維素硅藻土硅膠應(yīng)用：各種生化物質(zhì)的分離鑒定

分配層析實際上是一種連續(xù)抽提方式。如紙層析中濾紙的結(jié)合水為固定相，以水飽和的有機溶劑為流動相（展開劑）。當(dāng)流動相沿濾紙經(jīng)過樣品點時，樣品點中的溶質(zhì)在水和有機相中溶解度不同而不均勻地分配在兩相中，各種組分按其各自的分配系數(shù)進(jìn)行不斷分配，從而使物質(zhì)得到分離和純化。分子篩層析（gel-filtrationchromatography）

基質(zhì)葡聚糖凝膠（sephadex）瓊脂糖凝膠（sepharose）應(yīng)用測定分子量脫鹽和濃縮分離提純生物大分子除去熱原物質(zhì)

原理：凝膠層析也稱為排阻凝膠層析、凝膠過濾和分子篩層析。它是60年代發(fā)展起來的，利用凝膠把物質(zhì)按分子大小不同進(jìn)行分離的一種方法。由于被分離物質(zhì)的分子大?。ㄖ睆剑┖托螤畈煌?，洗脫時，大分子物質(zhì)由于直徑大于凝膠網(wǎng)孔不能進(jìn)入凝膠內(nèi)部，只能沿著凝膠顆粒間的孔隙，隨溶劑向下移動，因此流程短，首先流出層析柱，而小分子物質(zhì)，由于直徑小于凝膠網(wǎng)孔，能自由進(jìn)出膠粒網(wǎng)孔，使之洗脫時流程增長，移動速度慢而后流出層析柱。分子篩層析原理示意圖

分子篩層析與洗脫曲線

凝膠顆粒收集蛋白質(zhì)管蛋白質(zhì)混合物大分子從柱上面加緩沖溶液小分子洗脫體積（Ve）凝膠柱大分子小分子Ve1Ve2V0蛋白質(zhì)Mr=49,000洗出液中的蛋白質(zhì)濃度洗脫體積（mL）未知logMr洗脫體積與相對分子質(zhì)量的關(guān)系

Andrews的經(jīng)驗公式：logMr=K1-K2(Ve/Vo)球蛋白Mr“選擇性曲線”

G-200G-100logMrKav離子交換層析

（ion-changechromatography）

原理基質(zhì)疏水型離子交換劑；親水型離子交換劑應(yīng)用制備純化生物物質(zhì)定量、定性測定混合物中各組分1.平衡階段:離子交換劑與反離子結(jié)合2.吸附階段：樣品與反離子進(jìn)行交換3、4.解吸附階段：用梯度緩沖溶液洗脫，先洗下弱吸附物質(zhì)，后洗下強吸附物質(zhì)5.再生階段：用原始平衡液進(jìn)行充分洗滌，既可重復(fù)使用12345原始緩沖溶液的反離子樣品溶液梯度濃度離子交換層析原理示意圖

蛋白質(zhì)濃度洗脫體積帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)收集樣品的管收集樣品的管帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)混合物玻璃柱帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)收集樣品的管NaClNaCl梯度常用的陽離子交換劑

離子交換劑可電離基團(tuán)可電離基團(tuán)結(jié)構(gòu)CM-纖維素（弱酸型）羧甲基P-纖維素（中強弱酸型）磷酸基SE-纖維素（強弱酸型）磺乙基SP-纖維素（強弱酸型）磺丙基常用的陰離子交換劑

AE-纖維素（弱減型）氨基乙基離子交換劑可電離基團(tuán)可電離基團(tuán)結(jié)構(gòu)PAB-纖維素（弱減型）對氨基苯甲酸DEAE-纖維素二乙基氨基乙基DEAE-Sephadex二乙基氨基乙基DEAE-纖維素（強減型）二乙基氨基乙基QAE-纖維素（強減型）二乙基（2-羥丙基）-氨基乙基（中弱減型）（中弱減型）親和層析（affiuitychromatography）

應(yīng)用分離純化酶、抗原、抗體分離純化核酸研究酶的結(jié)構(gòu)與功能+待純化分子配體a.理論依據(jù)：待純化分子和配體間具有親和性+基質(zhì)b.活性基質(zhì)與配體結(jié)合產(chǎn)生親和吸附劑++雜質(zhì)c.待純化分子與親和吸附劑結(jié)合，與雜質(zhì)分離+d.偶聯(lián)復(fù)合物經(jīng)解離后，得到純的待純化分子原理：基質(zhì)纖維素、聚丙烯酰胺凝膠、sepharose、sephadex親和層析原理示意圖

蛋白質(zhì)混合物配體與配體結(jié)合的蛋白質(zhì)加入的可溶性配基專一性結(jié)合蛋白質(zhì)沒有結(jié)合的蛋白質(zhì)非專一性結(jié)合蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)濃度洗脫體積與配體專一性結(jié)合蛋白質(zhì)加入配基基質(zhì)聚焦層析（Chromatofocusing）該法是在等電點聚焦方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其分離純化蛋白質(zhì)的依據(jù)是等電點的差異和離子交換行為。蛋白質(zhì)按其等電點在pH梯度環(huán)境中進(jìn)行排列的過程叫做聚焦效應(yīng)。pH