1、一、蛋白质化学 （一）蛋白质的概念与生物学意义 蛋白质是由氨基酸组成的不分支的长链生物大分子。蛋白质的种类繁多，是构成生物体的基本成分，占细胞干重的 50%。蛋白质是生命过程的执行者，表现出丰富的功能。蛋白质在生物体的生命活动中起着极其重要的作用，已知的生物功能没有一个是离开蛋白质而实现的，生物个体间表现出的差异是由于其体内蛋白质的贡献。（二）氨基酸 1氨基酸的基本结构和性质 1）氨基酸的结构：20种蛋白质氨基酸的分子结构特点酸性氨基酸、碱性氨基酸、含硫氨基酸、带羟基氨基酸、亚氨基酸、最小氨基酸、含巯基氨基酸。2）氨基酸的性质：包括了氨基酸的酸碱性质、立体化学、吸收光谱、化学反应。其中酸碱性质
2、非常重要，其包括了兼性离子、pK 、pI 等概念以及 pI的计算。氨基酸的立体结构（D型与L型）吸收光谱：在近紫外区有特征吸收的三个氨基酸Phe、Tyr和Trp。氨基酸的化学反应：一般掌握三个反应：茚三酮反应、Sanger反应、Edman反应，反应的试剂、产物颜色、发生反应的氨基酸中的那个基团。2根据R基团极性对20种蛋白质氨基酸的分类及三字符缩写R基为疏水性或非极性的氨基酸、R 基为极性不带电荷的氨基酸、 R基为带电荷的氨基酸（包括带正电荷和负电荷的氨基酸） （三）蛋白质的结构与功能 1肽的概念及理化性质 一个氨基酸分子的-羧基与另一个氨基酸分子的 -氨基发生酰化反应，脱去一分子水形成肽键，
3、也称为酰胺键。肽就是氨基酸通过肽键连接起来的线性聚合物。2蛋白质的初级结构蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序，包含了蛋白质结构的全部信息。 3蛋白质的高级结构 （二级结构、超二级结构和结构域、三级结构、四级结构） 1）蛋白质的二级结构：指肽链主链或称肽链骨架有规律的折叠和盘绕，是肽链主链局部的空间排列，不涉及侧链的构象和整个肽链空间排列。维系二级结构的主要作用力是氨基酸残基非侧链基团之间形成的氢键。多肽链主链构象的空间限制来自两个方面：1）. 肽键不能自由旋转带来的构象限制。肽链中的肽键主要为反式。2）. -C 二面角、 虽然可以任意旋转，但不是任意二面角所决定的构象都是立体化学所允许
4、的。二级结构的类型：螺旋结构、折叠、- 转角和无规卷曲的结构特点及参数。2）超二级结构：超二级结构指由相邻的蛋白质二级结构单元相互接近，形成有规律的二级结构聚集体。3）结构域：较大的球形蛋白分子中，多肽链往往形成几个紧密的球状构象，这些球状结构之间以松散的肽链相连，这些球状构象即为结构域。4）三级结构：多肽链通过盘绕折叠，借助各种非共价键和二硫键形成具有特定肽链走向的紧密球状构象。三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，但是不包括亚基间或不同分子间的空间排列关系。5）四级结构：具有特定三级结构的肽链，主要通过非共价键形成的大分子组合体系为蛋白质的四级结构。作为蛋白质四级结构组分的肽链
5、被定义为亚基。4蛋白质的结构与功能的关系 一级结构与功能：一级结构的变异与分子病。（同源蛋白）一级结构的序列比较。空间结构与功能：核糖核酸酶的变性与复性实验；血红蛋白与肌红蛋白的功能比较，血红蛋白的别构效应。通过具体例子说明结构与功能的关系。（四） 蛋白质的理化性质 1蛋白质的两性电离及等电点：参考氨基酸的等电点定义。2蛋白质的胶体性质：要形成稳定的胶体分散系统，需要保证三个条件：（1）分散相质点大小介于1100nm（2）分散相质点带有同种电荷，同种电荷相互排斥，使得质点不易沉淀下来；（3）溶剂在分散相质点表面形成溶剂化层，使分散质点间不易靠拢聚集成较大的颗粒而沉淀。3蛋白质的紫外吸收特征由于
6、蛋白质中含有Trp、Tyr 和Phe残基，使蛋白质在近紫外区280nm有最大特征吸收峰。通过测定蛋白质溶液的 A280nm 可以测定蛋白质浓度。4蛋白质的变性及复性当受到某些因素影响时，维系天然构象的次级键被破坏，蛋白质失去天然构象，导致生物活性丧失及相关物理、化学性质的改变，这个过程称为蛋白质变性。变性后的蛋白质在除去变性因素后，重新恢复天然构象和生物活性的过程称为蛋白质的复性。蛋白质的变性复性实验可以用于蛋白质的折叠研究。二、核酸化学 （一） 核酸的种类和组成单位 核酸有两种类型：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。核酸是由核苷酸组成的多核苷酸长链分子。组成RNA的核苷酸为核糖核苷
7、酸，组成DNA的核苷酸为脱氧核糖核苷酸。两种核苷酸都由等摩尔含氮碱基、戊糖和磷酸组成。其中的戊糖是核糖，组成DNA的戊糖为2- 脱氧核糖。碱基有五种A、G、C、U、T。碱基和戊糖缩合形成核苷，核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化形成核苷酸。核苷酸的功能。（二） 核酸的分子结构 1DNA的分子结构：1）DNA的一级结构：指DNA分子中由3，5 -磷酸二酯键连接起来的脱氧核苷酸残基的排列顺序，或者是DNA分子中碱基的排列顺序，遗传信息就贮存在这个碱基的排列顺序中。多核苷酸链具有方向性；每条多核苷酸链都是独一无二的。2）DNA的二级结构：DNA的双螺旋结构模型。稳定双螺旋结构的因素主要有三种：氢键、碱基堆积力
8、和离子键。 DNA结构的多态性双螺旋DNA在不同条件下以多种构象存在，称为。A-型、B-型、Z-型DNA 的结构特点。3）DNA的三级结构：双螺旋DNA通过自身轴的多次转动扭曲形成螺旋的螺旋结构。DNA双螺旋圈数减少，双螺旋DNA处于拧松状态时形成负超螺旋，负超螺旋DNA为右旋。双螺旋圈数增加，双螺旋DNA处于拧紧状态时形成正超螺旋，正超螺旋DNA 为左旋。绝大多数天然存在的DNA形成的是负超螺旋。2RNA的分子结构：1）tRNA的结构：一级结构：大多数tRNA中的核苷酸残基数在76左右。tRNA的一级结构中都含有较多的稀有碱基，大多数tRNA的5末端为 pG，而所有tRNA的3末端都为CCA
9、 OH-3，这是tRNA携带氨基酸的位置。二级结构：tRNA的二级结构中含有较多的发夹结构，形成四个双链的臂和四个单链的环，使tRNA 具有相同的三叶草形结构。三级结构：tRNA的三叶草结构通过折叠形成倒L形的三级结构。2）mRNA的结构：原核生物：一个mRNA分子编码一条多肽链，这种mRNA分子被称为单顺反子。绝大多数的细菌mRNA分子可以编码两条或多条不同的多肽链，这种mRNA分子叫做多顺反子。原核生物mRNA 中不具有帽子和poly （A）结构。真核生物：真核生物mRNA为单顺反子。其mRNA5 端具有帽子结构，5帽子结构由7-甲基鸟苷酸（m7G）经焦磷酸与mRNA5末端核苷酸相连，形成
10、5-5-三磷酸连接。几乎所有的真核mRNA的 3端都具有poly（A）尾。内含子与外显子的概念。3）rRNA的结构：核糖体中含有的RNA统称为rRNA 。原核生物中有三种rRNA：23S、16S、5S；真核生物的rRNA有四种28S 、18S 、5.8S、5S。这些rRNA与蛋白质结合在一起形成核糖体。原核生物中，由50S大亚基和 30S小亚基组成 70S的核糖体。真核生物的核糖体为 80S，大亚基为60S ，小亚基为40S。 （三） 核酸的理化性质 1核酸的一般性质：溶解性、酸碱水解性、沉降性、粘度 DNA和RNA含有极性基团，均微溶于水，它们的钠盐在水中溶解度较大。核酸不溶于乙醇、乙醚等有
11、机溶剂。DNA中的磷酸二酯键对碱不敏感，而 RNA很容易被NaOH稀溶液随机水解。DNA 溶液粘度非常高；RNA溶液的粘度比DNA 溶液小得多。2核酸的紫外吸收特征 核酸溶液在260 nm附近有一个最大吸收峰，在230 nm有一个低谷，RNA的吸收光谱与DNA无显著差别。3核酸的变性及复性 1）变性：在一定条件下，受到某些物理和化学因素的作用，DNA的双螺旋结构破坏，氢键断裂，碱基有规律的堆积被破坏，双螺旋松散，双链分离成两条缠绕的无定形的多核苷酸单链的过程称为变性。2）复性：变性DNA在适当条件下，两条分开的互补单链重新形成双螺旋结构的过程称为复性。缓慢冷却复性的过程称为退火。3）增色效应与
12、减色效应、熔解温度、分子杂交的概念。 增色效应：变性DNA分子双螺旋结构破坏，碱基充分外露，其紫外吸收增加的现象。 减色效应：变性DNA分子复性重新形成双螺旋结构，其紫外吸收降低的现象。 熔解温度T m：DNA变性时，OD 260增大。通常把加热变性使 DNA双螺旋结构失去一半时的温度称为该DNA的熔解温度；或者：当增色效应达到一半时的温度。 核酸的分子杂交：来源不同的两条具有碱基互补序列的单链核酸分子，通过退火复性，碱基互补区段按照碱基配对原则结合在一起形成双链的过程称为核酸的分子杂交。杂交过程可以发生在DNA单链之间、RNA单链之间以及DNA单链与RNA单链之间。三、酶 （一） 酶的基本概
13、念和作用特点1. 酶：是生物活细胞产生的、以蛋白质为主要成分的生物催化剂。某些RNA具有催化活性，称为核酶（ribozyme ）。2. 酶催化剂的特性：极高的催化效率；高度的专一性；催化活性易受外界条件影响；催化活性在细胞内受严格调控；某些酶催化活性与辅助因子有关；酶的蛋白质本质。（二） 酶的国际分类和命名 1. 命名：每一种酶应有一个系统名称和一个习惯名称。2. 国际系统命名法原则：规定每种酶的名称应当标明酶的底物及催化反应的性质。如果一种酶催化两种底物起反应，应在他们的系统名称中包括两种底物的名称，并以“：”将其隔开。3. 分类编号方案：每个酶的分类编号由字母“EC”加上四个数字组成，数字
14、间用“”分开。按酶促反应性质将酶分为6大类。分类编号中的第一个数字表明一个酶属于六大类中的哪一类。第二个数字是该酶的亚类，指明底物中被作用的基团或键。第三个数字是该酶的亚-亚类。第四个数字是该酶在亚-亚类中的排序。（三）酶的作用机制 1酶的活性中心：酶分子中与底物结合并起催化作用的空间部位。1）. 活性中心包括两个功能位点： 结合位点：保证底物正确结合在酶的催化位点附近，决定了酶的专一性。 催化位点：负责底物键的断裂及新键的形成，决定了酶的催化能力。在含有辅因子的酶中，辅因子或其上的某些基团也参与酶活性中心的组成。 2）. 酶活性中心的特点： 只占酶分子结构中很小部分（1-2%）； 具有特定的
15、三维结构，酶和底物结合的专一性取决于活性中心中原子的精致排列； 并不是和底物的形状正好互补，具有柔性； 以弱键与底物结合； 位于酶分子的一个凹穴中，形成疏水区。2酶的专一性和高效性机制 1）. 酶的专一性：指一种酶只能催化某一种或某一类物质发生特定的反应。分为结构专一性和立体异构专一性两类。2）. 高效性机制：邻近和定向效应；底物形变；共价催化；酸碱催化；疏水微环境的影响；金属离子催化。（四） 影响酶促反应速度的主要因素 1. 底物浓度、酶浓度、温度和pH 值、激活剂与抑制剂都对酶促反应速度产生影响。底物浓度：米氏方程表示了底物浓度与反应速度之间的关系。米氏常数K M的物理意义：当酶促反应速度
16、达到最大反应速度一半时的底物浓度，单位为摩尔。2. 抑制剂：抑制作用分为可逆和不可逆抑制作用两种。可逆抑制作用有分为：竞争性抑制作用；非竞争性抑制作用；反竞争性抑制作用。1）. 可逆抑制作用：抑制剂与酶蛋白以非共价键结合，结合是可逆的；可通过透析法除去抑制剂，恢复酶的活性。2）. 竞争性抑制作用：抑制剂和底物竞争酶的结合部位，可通过增加底物浓度减轻或消除抑制作用。3）. 非竞争性抑制作用：酶可以同时与底物和抑制剂结合，两者间无竞争作用，这类抑制作用不能通过提高底物浓度来解除。4）. 反竞争性抑制作用：抑制剂不能与游离的酶结合，必须在酶和底物结合后，才能与ES结合形成ESI复合物；ESI复合物不
17、能分解为产物；这类抑制作用较为少见。5）. 可逆抑制作用的动力学：抑制类型 Vmax Km竞争性抑制 不变 增大非竞争性抑制 降低 不变反竞争性抑制 降低 降低（五） 别构酶和共价修饰酶：SMmaxKVv别构效应与别构酶：酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的别构调节或别构效应。具有别构调节作用的酶称为别构酶。共价修饰酶：这类酶经其他酶对其结构进行共价修饰，使其在活性形式与非活性形式间相互转变。（六） 同工酶催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构及化学组成不同的一组酶四、维生素与辅酶 维生素的概念与种类；水溶性维生素和脂溶性维生素的生物学功
18、能。 主要掌握各种水溶性维生素作为何种辅酶的前体，相应的酶催化哪种反应。五、糖代谢 （一） 生物体内的糖类 主要有单糖、寡糖糖和多糖。糖的结构主要在有机化学中学习。糖的概念是：多羟基醛或多羟基酮，或水解可以变成多羟基醛或酮的化合物。生物化学中涉及的单糖主要是葡萄糖。涉及的寡糖，主要有蔗糖和麦芽糖。多糖中要掌握直链淀粉、支链淀粉、糖原、纤维素的结构，及这些多糖中单糖的连接方式。（二） 单糖的代谢 单糖的分解主要包括三个代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径。这些分解代谢途径中，物质代谢过程伴随着能量分子的生成。1糖酵解：糖酵解在细胞质中进行，是葡萄糖通过发酵分解，降解成丙酮酸同时产生ATP的
19、过程。共10步反应，可以分成两个阶段。第一阶段：由葡萄糖裂解为磷酸三碳糖，共5步反应。1分子葡萄糖消耗2分子ATP，为耗能的糖活化阶段。第二阶段：由磷酸三碳糖最后生成丙酮酸，也是5步反应。1分子磷酸甘油醛转变成1分子丙酮酸，同时生成2分子ATP和2分子NADH ，是放能阶段。 2. 糖异生由非糖物质合成葡萄糖的过程称为糖异生。其途径是通过丙酮酸转变为葡萄糖，基本上是沿着糖酵解的逆反应，但不是糖酵解途径的逆转。主要的非糖前体：乳酸、氨基酸类、甘油；主要的进入点：丙酮酸、草酰乙酸、磷酸二羟丙酮。3三羧酸循环 1）. 三羧酸循环：糖酵解中生成的丙酮酸在无氧条件下进入发酵过程（乳酸发酵和乙醇发酵）。在
20、有氧条件下丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶A ，乙酰辅酶A 经过一系列氧化脱羧反应，最后生成CO 2、H 2O并产生能量的过程即是三羧酸循环。三羧酸循环是燃料分子氧化的最后的共同途径，在线粒体基质中进行。2）. 三羧酸循环包括8步反应：各步反应中的代谢中间物都应该记住。丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶A的反应是连接糖酵解和三羧酸循环的枢纽。之后乙酰辅酶A 进入三羧酸循环，经过两次脱羧、4次脱氢彻底分解。4次脱氢过程中，生成3分子NADH和1分子FADH 2。三羧酸循环发生在线粒体基质，催化这些反应中的酶都位于线粒体基质中，但有一个酶例外：琥珀酸脱氢酶定位在线粒体内膜上。3调控位点：三羧酸循环葡萄糖经糖酵解
21、和三羧酸循环彻底氧化分解途径中有7个调控位点。1）. 糖酵解中有3个：己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的3个反应。2）. 由丙酮酸生成乙酰辅酶A 的反应，也是一个调控位点，催化该步的酶为丙酮酸脱氢酶。3）. 三羧酸循环中的3个调控位点：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和 -酮戊二酸脱氢酶催化的反应。4磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径是葡萄糖在细胞质中直接氧化脱羧，并以戊糖磷酸和NADPH（还原力）为重要中间产物的有氧呼吸途径，产生NADPH的主要途径。主要掌握这个代谢途径的特点。这个途径同样可以分为两个阶段：第一个阶段为不可逆的氧化阶段由6-磷酸葡萄糖生成 5-磷酸核酮糖，伴随着脱羧生成 CO2 和
22、脱氢生成NADPH 。第二个阶段为可逆的非氧化阶段磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖。 糖的磷酸戊糖途径的意义需要掌握。六、电子传递与氧化磷酸化 （一）高能化合物概念，常见的高能化合物。（二）电子传递链1电子传递链的组成由一些氧化还原电位不同的氢传递体和电子传递体按一定顺序（对电子亲和力逐渐升高的顺序）组成的从供氢体到氧之间电子传递系统称为电子传递链，又称呼吸链。电子传递体包括：烟酰胺类核苷酸类NADH；黄素蛋白类（辅基为FMN或FAD）；铁硫蛋白类；细胞色素类及CoQ。电子传递链中多数电子传递体在线粒体内膜上形成4个超分子复合体。电子传递链一般有两条：NADH电子传递链和FADH
23、2电子传递链，但是FADH 2电子传递链不是主要的电子传递链。2电子传递的抑制剂 电子传递的抑制剂作用在呼吸链的三个不同部位：1）. 鱼藤酮和安密妥抑制从 NADH 到 CoQ 的电子传递。2）. 抗霉素 A 抑制细胞色素 b 到 c1 之间的电子传递。3）. 氰化物、叠氮化合物和一氧化碳等物质抑制从细胞色素 aa3 到分子氧之间的电子传递。（三） 氧化磷酸化 1磷酸化的类型 电子从NADH或FADH 2经呼吸链传递给氧形成水时，将所释放的能量转移给ADP形成ATP的过程称为氧化磷酸化。其它的磷酸化类型：底物水平磷酸化和光合磷酸化2氧化磷酸化的机制 先后提出过：化学偶联学说、构象偶联学说和化学
24、渗透学说。化学渗透学说的主要内容：线粒体内膜是封闭的膜系统，质子不能自由通过线粒体内膜；电子传递链和 ATP 合酶在线粒体内膜上是定向排列，递氢体有质子泵的作用，将 H+从线粒体基质定向地泵至内膜外侧的膜间隙；在内膜两侧形成 pH 梯度和跨膜电位梯度质子电化学梯度，称为质子推动力；质子移动力驱动内膜外侧质子通过内膜上的 ATP 合酶回到线粒体基质时使 ADP 磷酸化合成 ATP。3线粒体穿梭系统 在细胞质中产生的还原性辅酶NADH必须通过特殊的跨膜传递机制才能进入线粒体氧化，这个过程称为穿梭作用。磷酸甘油穿梭系统存在于哺乳动物的肌肉组织和神经细胞中，由-磷酸甘油脱氢酶催化，经这个途径进入线粒体
25、的NADH 能够产生1.5分子的ATP 。在心脏、肝脏和肾脏中存在苹果酸-天冬氨酸穿梭系统，由苹果酸脱氢酶催化，经这个途径进入线粒体的NADH可以产生2.5分子的ATP 。七、脂类代谢 （一） 生物体内的脂类 依其化学组成分为三大类：单纯脂类、复合脂类和非皂化脂类单纯脂类：脂肪酸和醇类所形成的酯复合脂类：除脂肪酸和醇类外，尚含有其它非脂性物质。非皂化脂类：萜类、固醇类（甾类）和前列腺素类等。 （二） 脂肪的分解代谢 1脂肪的酶促水解 脂肪酶专一水解三酰甘油的酯键，生成甘油、单酰甘油、二酰甘油和脂肪酸。2甘油的降解和转化 甘油在甘油激酶的催化下生成- 磷酸甘油。 -磷酸甘油氧化脱氢转变成磷酸二羟
26、基丙酮，后者异构化生成3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛可进入糖酵解途径转化为丙酮酸，进而进入三羧酸循环彻底氧化分解。 3-磷酸甘油醛也可以经糖异生途径合成糖原。因此，磷酸二羟基丙酮是联系甘油代谢与糖代谢的关键物质。3脂肪酸的-氧化分解 -氧化是脂肪酸氧化最主要的途径。脂肪酸首先活化成脂酰CoA，然后在一系列酶的作用下，在- 和-碳原子之间发生断裂，- 碳原子被氧化，生成一分子乙酰CoA和较原来少了2个碳原子的脂酰CoA的过程。-氧化在线粒体基质中进行，在植物中- 氧化也存在于乙醛酸体和过氧化物酶体中。植物中- 氧化主要存在于过氧化物酶体中。-氧化时脂肪酸首先活化为脂酰CoA，然后肉碱携带活化的
27、长链脂酰CoA进入线粒体基质，此过程由肉碱酰基转移酶（I 和II ）催化。饱和的酰基CoA 在线粒体基质内，经由重复的氧化、水合、氧化、硫解四个反应序列而降解。偶数碳脂肪酸经- 氧化后生成乙酰CoA，奇数碳脂肪酸经- 氧化后除生成乙酰 CoA之外，还生成丙酰CoA，丙酰 CoA可以转化为琥珀酰CoA 进入三羧酸循环。脂肪酸经- 氧化作用生成的能量计算（略）（三） 脂肪的生物合成 1甘油的生物合成磷酸甘油的合成：DHAP还原或甘油磷酸化2饱和脂肪酸的从头合成 从头合成：从简单原料开始合成。饱和脂肪酸的从头合成就是16碳的饱和脂肪酸的生物合成途径。细胞定位：动物的细胞质；植物的叶绿体（和前质体）
28、。包括乙酰辅酶A 的转运、丙二酸单酰辅酶 A的形成和脂肪酸合成酶系催化的软脂酸的合成过程。乙酰辅酶A是脂肪酸合成的主要原料。通过柠檬酸 -丙酮酸循环将乙酰辅酶 A从线粒体转运到细胞质中。3三酰甘油的生物合成 L-磷酸甘油 + 脂肪酰CoA 脂肪八、蛋白质的分解和氨基酸的代谢（一）氨基酸的代谢 1氨基酸的分解代谢 氨基酸的分解一般总是先脱下氨基，形成碳骨架 -酮酸。氨基 尿素或其它含氮化合物 -酮酸 CO2+H2O+ATP氨基酸的降解反应主要包括：脱氨基、脱羧基、羟基化等作用。 （1）脱氨基：1）. 氧化脱氨基作用：氧化专一氨基酸的酶之一：Glu脱氢酶 2）. 转氨基作用：是氨基酸脱氨的一种重要
29、方式。通过转氨酶实现。转氨酶辅基：磷酸吡哆醛（PLP） 磷酸吡哆胺（PMP）3）. 联合脱氨基作用： 转氨酶-Glu脱氢酶联合脱氨基 转氨酶-嘌呤核苷酸循环联合脱氨基4）脱酰胺基作用：谷氨酰胺酶、天冬酰胺酶使酰胺生成相应的氨基酸和氨（2）脱羧基：氨基酸在脱羧酶（磷酸吡哆醛为辅酶）催化下发生脱羧基作用，生成胺类化合物和CO 2。 （3）尿素循环：大多数陆生脊椎动物以尿素的形式将分解产生的氨基氮排除体外。尿素循环：即将氨转变为尿素的循环，是最早发现的代谢循环。 经尿素循环形成一分子的尿素，可清除两分子的氨基氮和一分子CO 2。 尿素是中性无毒物质。 排尿素动物在肝脏中合成尿素。 氨基酸碳骨架的代谢
30、氨基酸降解产生的碳架最后集中生成七种主要的中间代谢物：丙酮酸、草酰乙酸、延胡索酸、琥珀酰CoA、-酮戊二酸、乙酰CoA、乙酰乙酸。生酮氨基酸和生糖氨基酸的概念九、核酸降解与核苷酸代谢（一）核酸的降解核酸酶：按酶作用的底物专一性：RNase；DNase；Nuclease按酶作用于底物的方式：核酸外切酶，核酸内切酶限制性核酸内切酶：由细菌产生的、专一识别外源双链DNA上特异核苷酸序列，并在识别位点切断DNA链的核酸内切酶。 酶切位点：限制性内切酶所识别的双链DNA中特定的核苷酸序列，一般为48个碱基对，通常具有回文结构。（粘性末端；平头末端。）（二）核苷酸的分解代谢 （1）核苷酸的降解：磷酸单酯酶
31、或核苷酸酶催化核苷酸水解下磷酸生成核苷。分解核苷的酶有两类：核苷磷酸化酶，分解核苷生成含氮碱和1-磷酸戊糖；核苷水解酶，分解核苷生成含氮碱和戊糖。（2）嘌呤的降解： 嘌呤碱的分解从脱氨基开始 人、猿、鸟类等以尿酸作为嘌呤碱代谢的终产物。 不同种类的生物对嘌呤的降解不完全一样。（3）嘧啶的降解：嘧啶的降解也从脱氨开始。 2核苷酸的合成代谢从头合成途径和补救途径。（1）嘌呤核苷酸的合成：从头合成途径：先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），由IMP合成腺苷酸（AMP）、鸟苷酸（GMP ）磷酸核糖的供体：5-磷酸核糖 -1-焦磷酸（PRPP ） 嘌呤合成的前体：CO 2、甲酸盐、Gly、Asp、Gln补救途
32、径：由嘌呤碱或核苷合成嘌呤核苷酸。核苷磷酸化酶，磷酸核糖转移酶、核苷磷酸激酶等。（2）嘧啶核苷酸的合成：从头合成途径：嘧啶核苷酸合成时首先合成嘧啶环，嘧啶环再与磷酸核糖结合生成尿嘧啶核苷酸。由UTP生成CTP。嘧啶环的各原子来自：氨甲酰磷酸和Asp。 补救途径：由嘧啶碱或核苷合成嘧啶核苷酸。核苷磷酸化酶，磷酸核糖转移酶、核苷磷酸激酶等。（3）脱氧核苷酸的降解：脱氧核苷酸由相应的核糖核苷酸二磷酸还原生成。由核糖核苷二磷酸还原酶催化。dTMP由dCMP甲基化生成。十、核酸的生物合成（一） 中心法则：指明了遗传信息的流向。（DNA复制、转录/ 逆转录、RNA复制、翻译）（二） DNA的生物合成 1原
33、核生物DNA的复制DNA的半保留复制：DNA复制时，亲代DNA分子双链解开，以每条链为模板，按碱基互补原则，在两条单链上各形成一条互补链，由亲代一个DNA分子形成两个与其碱基序列相同的子代 DNA分子。每个子代DNA 分子的双链中，一条来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为 DNA的半保留复制。半保留复制的实验证明：Meselson.M & Stahl.F 实验 半保留复制的生物学意义：保证了生物世代的遗传信息传递；保证了生物遗传上的稳定性。（1）参与复制的酶及蛋白质1）. DNA聚合酶： DNA聚合酶 I：5 3 的DNA 聚合酶活性3 5 的DNA外切酶活性（校对功能）5 3 的D
34、NA外切酶活性Klenow片段 （KF ）：用枯草杆菌蛋白酶 /胰蛋白酶温和处理DNA pol I。 DNA聚合酶 II, III： 5 3 的DNA聚合酶活性；3 5 的DNA外切酶活性DNA聚合酶III是E.coli中真正的复制酶；至少10种亚基，核心酶 - 1999 年发现DNA聚合酶 IV和V：可能参与DNA修复，功能不完全清楚。2）解旋酶：E.Coli 有很多种解旋酶，如：解旋酶DnaB和Rep蛋白3）单链DNA结合蛋白（SSB）：E.Coli中为四聚体，稳定 DNA单链。4）引物酶：催化引物RNA的合成。dnaG 的产物（DnaG），单体酶，不受利福平抑制。5）DNA连接酶：催化双
35、链DNA的切口处形成磷酸二酯键。连接反应需要提供能量（NAD +或ATP）6）拓扑异构酶：Topo I：作用于 DNA单链；Topo II：作用于 DNA双链，需ATP。（2）复制过程复制分为复制起始、延伸和终止三个阶段。链的延伸沿5 3方向，由DNA Pol III二聚体催化。复制过程为半不连续复制（前导链、后随链、冈崎片段）。复制多为双向、对称方式。2原核与真核生物DNA复制的差异3逆转录 （1）逆转录：以RNA为模板合成DNA的过程，由逆转录酶催化。（2）逆转录酶：RNA指导的DNA聚合酶活性多功能酶 DNA指导的DNA聚合酶活性 RNA外切酶活性（3）逆转录的意义：补充了中心法则内容；
36、促进了分子生物学、生物化学及病毒学等的研究；应用科研及医学治疗。4DNA的损伤与修复 （1）DNA突变及突变类型：突变：DNA的碱基序列发生突然而稳定的改变称为突变，或：DNA的碱基顺序发生永久性的改变。（2）DNA修复：生物体能使其DNA的损伤得到修复，这是生物长期进化过程中获得的一种保护功能。 光复活：专一性作用于由紫外线引起的DNA嘧啶二聚体 切除修复：一种较普遍的修复机制 错配修复：基于亲代DNA链的甲基化 重组修复：与重组有关的酶类，如：Rec A 。重组修复中 DNA的损伤不能去除。易错修复：SOS反应 （诱导修复）十一 RNA的生物合成 1RNA的转录及加工 （1）转录：以一条D
37、NA链为模板，按碱基配对的原则，合成一条与DNA 一定区段互补的RNA链的过程。由依赖于DNA 的RNA 聚合酶的催化，合成方向为53。 （2）不对称转录：转录时只利用DNA互补链中一条链为模板合成互补的RNA链，称为不对称转录。模板链、负链（-）、反意义链 非模板链、正链（+）、有意义链、编码链（3）RNA聚合酶1）. E.coli 的RNA聚合酶： RNA聚合酶全酶： 2，存在于细胞质；核心酶： 2，具催化聚合的酶活性；起原核细胞 真核细胞DNA聚合酶III（二聚体）：催化两条链的合成 聚合酶：引物（RNA或DNA修复） 的合成； 聚合酶：催化DNA 链的延伸（前导链及后随链）聚合酶：线粒
38、体DNA的复制聚合酶：修复聚合酶：修复、后随链“缺口”DNA的合成引物酶与解旋酶相连 引物酶与聚合酶相连 单一复制起点，单复制子 多个复制起点，多复制子冈崎片段： 1000-2000nt 冈崎片段：100200nt始因子：，识别DNA上特异性的启动子。 细菌的tRNA、rRNA、mRNA都由同一种RNA 聚合酶转录 酶活性受抗菌素- 利福霉素抑制，其结合于亚基，阻止转录起始 启动子： RNA聚合酶识别并结合的、指示转录起始的DNA序列，是控制转录的关键部位。 终止子：提供转录停止信号的DNA序列，这段序列常含有一段自我互补的区域（回文结构）。 不依赖于 （Rho）的终止子 /内部终止子，及依赖
39、因子的终止子2）. 真核生物RNA聚合酶： 至少有三种RNA聚合酶，存在于细胞核中。RNA聚合酶I，存在于核仁中，合成rRNA（5.8S、18S、28S）前体；RNA聚合酶II，存在于核质中，合成mRNA前体；RNA聚合酶III，存在于核质中，合成tRNA、5S rRNA及一些小分子RNA （snRNA ）前体。（4）RNA转录后加工原核生物：mRNA一般不需要加工；tRNA和rRNA通常以前体形式转录出来，必需经加工才能成熟。真核生物：1）. mRNA 的加工修 饰：mRNA 前体为核内不均一RNA或称不均一核RNA（hnRNA）真核生物的大多数基因都被居间序列（内含子）分隔成断裂基因。外显
40、子：DNA中编码氨基酸的序列；内含子：DNA中的非编码区。 真核生物mRNA的转录后加工： 5端形成特殊的帽子结构m 7G 3端腺苷酸化形成polyA 切除由内含子转录来的序列，拼接成完整的mRNA 某些核苷酸的甲基化修饰2）. tRNA 的加工修 饰： 切除5 端的多余序列 3端：由tRNA核苷酸转移酶添加CCA序列（真核和原核）；或者由核糖核酸酶切除多余序列至CCA序列暴露（原核） 碱基修饰形成稀有碱基 切去居间序列（ intervening sequence） 3）. rRNA的加工修饰：通常原初转录物为一个大的前体分子，再经甲基化、居间序列切除而成熟。2RNA的复制 RNA病毒（除逆转
41、录病毒外）：RNA 指导的RNA聚合酶（ RNA复制酶）催化RNA的复制。3RNA的转录调控原核生物转录调控是形成操纵子的方式，以转录起始水平的调控为主。（1）操纵子模型：原核生物染色体上控制蛋白质合成的功能单位。即在原核基因组中，编码一组在功能上相关的蛋白质的几个结构基因，与其共同的控制位点组成一个基因表达的协调单位。包括：调控区和结构基因区或称信息区。调控区：启动子、操纵序列。启动子是RNA聚合酶结合部位；操纵序列是调节蛋白结合部位信息区：结构基因。结构基因：编码酶、蛋白质或功能RNA的基因。 调节基因是负责编码调节蛋白的基因，不在操纵子内。这些调节蛋白结合在DNA的特定位点上，调节相关基
42、因的表达。正调控：调节蛋白激活基因表达；负调控：调节蛋白抑制基因表达。（2）乳糖操纵子：为可诱导型操纵子，在正常情况下不表达或低水平表达结构基因。当诱导物存在时，其结合阻遏物后使结构基因开放而表达。往往与分解代谢有关。十二 蛋白质的生物合成 （一） 遗传密码 （1）遗传密码：密码子：mRNA上编码一个氨基酸的三个相邻的碱基称为该氨基酸的密码子或三联密码。遗传密码：所有密码子的总和或总称。它代表了DNA（或其转录的mRNA ）上的碱基顺序与蛋白质中的氨基酸顺序的关系。（2）遗传密码的基本特性：1）密码的通用性与例外：所有生物共同使用同一套遗传密码，说明生物起源的同一性。但遗传密码不是绝对通用。2
43、）密码的简并性：一种氨基酸具有两个以上密码子的现象。3）密码子的变偶性：密码子的专一性由前两位碱基决定，密码子的第三位碱基具有较小的专一性的特点。4）密码子间无间隔：mRNA上的密码子之间无分隔信号。5）密码子的不重叠性：一条mRNA链上3个连续的碱基组成的密码子只参与编码一个氨基酸。密码子是不重叠的，但基因是可重叠的。开放阅读框架ORF: 由起始密码子至终止密码子的区域。通常有50个或者更多的密码子的阅读框被认为是一个ORF（二） 多肽链的合成体系 （1）mRNA ： mRNA是遗传信息的传递者，是蛋白质合成的模板。大多数真核细胞的mRNA分子只编码一条多肽链；原核细胞的mRNA分子一般可同
44、时编码两个或多个多肽链。 （2）tRNA ：tRNA是氨基酸的运载工具。由tRNA 上的反密码子识别mRNA上的密码子，密码子与反密码子为反向平行，沿mRNA的5 3方向阅读密码子。 每种氨基酸有其特定的tRNA和一种氨酰tRNA合成酶； 同一种氨基酸可以有几种tRNA，称为同功tRNA； 每种氨酰-tRNA合成酶可识别一组同功 tRNA。（3）rRNA：rRNA与许多蛋白质因子组成的核糖体是蛋白质合成的场所。原核生物及真核生物的核糖体均由大小两个亚基组成，核糖体上有很多活性部位。 P部位（肽基部位）：起始氨酰tRNA结合的部位；正在延伸的肽酰 tRNA结合的部位。 A部位（氨酰基部位）：氨酰
45、tRNA进入并结合的部位。 E部位：无负载tRNA离开核糖体的出口。（4）辅助因子：起始因子IF；延伸因子EF；释放因子RF。（三） 原核生物多肽链生物合成的过程 （1）氨基酸的活化：氨基酸由氨酰tRNA合成酶催化形成活化的氨酰tRNA，氨基酸的羧基被活化。氨基酸被活化在tRNA CCA的3 羟基上时才有活性。氨酰tRNA 合成 酶：两类I、II：I类：多为单体酶，活化侧链较大或疏水性较强的氨基酸；II类：多是同二或四聚体，活化侧链较小、极性较强的氨基酸。专一性：对氨基酸的专一性：只作用于L-氨基酸，每种氨基酸至少有一个专一的氨酰tRNA合成酶。对tRNA的专一性：将活化的氨基酸转移到相应的t
46、RNA上，合成氨酰tRNA。蛋白质合成的高忠实性决定于氨酰-tRNA 合成酶的水解校对作用。（2）肽链合成的起始：1）. 起始氨基酸：N-甲酰甲硫氨酸（ N-fMet）2）. 起始氨酰tRNA：tRNA f （原核生物）；tRNAi （真核生物）3）. mRNA上的起始信号辨认-S.D序列： S.D序列：mRNA起始密码子上游约10个核苷酸处几个富含嘌呤的序列，为核糖体的结合位点（RBS），与核糖体小亚基 30S上的16S rRNA 3端的嘧啶配对4）. 先形成30S起始复合物，最后形成70S起始复合物5）. 起始因子：IF-3：促进70S核糖体解离，IF-2：与特定起始fMet-tRNA f
47、 结合，控制其进入核糖体P部位。IF-2与fMet-tRNA f 的结合有很强的专一性 IF-1：完整起始复合物的一部分，稳定起始复合物。（3）肽链的延长：肽链延伸方向N 端 C端，是“结合- 转肽- 移位”三个步骤的多次循环过程，每循环一次肽链延长一个氨基酸残基。1）. 结合：氨酰tRNA在EF-Tu-GTP 的协助下进入核糖体A 部位。EF-Tu具有高度的专一性。2）. 转肽：由肽酰转移酶（转肽酶）23S rRNA参与催化肽键形成，不需能量。3）. 移位：肽酰tRNA从核糖体的A位移到P位，核糖体沿mRNA 5 3的方向相对移动一个密码子距离，移位需EF-G （移位酶）和GTP 。（4）肽
48、链合成的终止与释放：1）. 释放因子进入A位：释放因子识别 mRNA上处于A 部位的终止密码子。RF-1识别终止密码子UAA，UAG；RF-2识别UAA, UGA；RF-3为GTPase，促进核糖体亚基解离。2）. 肽酰转移酶水解肽酰-tRNA 的酯键，肽链从tRNA 上分离。3）. 无负载tRNA脱落，mRNA与核糖体分离。（5）肽链合成过程大量耗能：形成一个肽键平均至少需4个高能键。（6）多核糖体：在蛋白质合成时，一条mRNA链与一定数量的核糖体结合形成的念珠状结构。（四）肽链合成后的折叠、加工与转运 （1）翻译后修饰：1）水解剪切：N-端脱甲酰化和 Met的切除；信号肽的切除；蛋白质前体
49、中非必要肽段的切除。2） 氨基酸侧链的修饰：乙酰化、甲基化、羟基化等。3） 二硫键的形成4） 加入辅基 （2）翻译后折叠：1） 一级结构决定高级结构：蛋白质三维结构的所有信息包含在其氨基酸顺序中。 2） 分子伴侣（chaperon）：协助蛋白质的正确折叠。3） 酶催化：二硫键异构酶（PDI） 、肽基脯氨酰异构酶（PPI）。（3）转运：蛋白质肽链中含有特定的信号序列指导蛋白质在细胞中被正确定位。信号肽：典型的分泌蛋白在N-端有一段约13-35 个氨基酸残基的特殊序列称为信号肽，序列中通常含1015个疏水氨基酸残基。信号序列也可以位于肽链的中部、C末端。一、名词解释必需氨基酸 等电点（pI） 肽键和肽链 肽平面 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 结构域 蛋白质变性与复性分子
