生物化學教案

第十章脂類代謝一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：脂肪酸的分解代謝和質(zhì)類和生物合成，明確糖代謝與脂代謝的關系。二、教學重點：1.脂肪酸的分解代謝三、教學難點：脂肪酸的β-氧化與從頭合成。四、教學內(nèi)容1.甘油三酯的分解代謝（1）脂肪的動員儲存在脂肪細胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解為游離脂酸及甘油并釋放入血以供其它組織氧化運用，該過程稱為脂肪的動員。在脂肪動員中，脂肪細胞內(nèi)激素敏感性甘油三酯脂肪酶起決定性作用，它是脂肪分解的限速酶。當禁食、饑餓或交感神經(jīng)興奮時，腎上腺素、去甲腎上腺素、胰高血糖素等分泌增加，作用于脂肪細胞膜表面受體，激活腺苷酸環(huán)化酶，增進cAMP合成，激活依賴cAMP的蛋白激酶，使胞液內(nèi)HSL磷酸化而活化。后者使甘油三酯水解成甘油二酯及脂酸。這步反映是脂肪分解的限速環(huán)節(jié)，HSL是限速酶，它受多個激素的調(diào)控，故稱為激素敏感性脂肪酶。能增進脂肪動員的激素稱為脂解激素，如腎上腺素、胰高血糖素，ACTH及TSH等。胰島素、前列腺素E2及煙酸等克制脂肪的動員，對抗脂解激素的作用。脂解作用使儲存在脂肪細胞中的脂肪分解成游離脂酸及甘油，然后釋放入血。血漿白蛋白含有結(jié)合游離脂酸的能力，每分子白蛋白可結(jié)合10分子FFA。FFA不溶于水，與白蛋白結(jié)合后由血液運輸至全身各組織，重要由心、肝、骨骼肌等攝取運用。甘油溶于水，直接由血液運輸至肝、腎、腸等組織。重要是在肝甘油激酶作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油；然后脫氫生成磷酸二羥丙酮，循糖代謝途徑進行分解或轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。脂肪細胞及骨骼肌等組織因甘油激酶活性很低，故不能較好運用甘油。（2）脂肪酸的β-氧化脂酸β-氧化的過程以下：=1\*GB3①脫氫：脂酰CoA在脂酰CoA脫氫酶的催化下，α、β碳原子各脫下一氫原子，生成反△2烯酰CoA。脫下的2H由FAD接受生成FADH2。=2\*GB3②加水：反△2烯酰CoA在△2烯酰水化酶的催化下，加水生成L（+）-β-羥脂酰CoA。=3\*GB3③再脫氫：L（+）-β-羥脂酰CoA在β-羥脂酰CoA脫氫酶的催化下，脫下2H生成β-酮脂酰CoA，脫下的2H由NAD+接受，生成NADH及H+。=4\*GB3④硫解：β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA硫解酶催化下，加CoASH使碳鏈斷裂，生成1分子乙酰CoA和少2個碳原子的脂酰CoA。以上生成的比原來少2個碳原子的脂酰CoA，可再進行脫氫、加水、再脫氫及硫解反映。如此重復進行，直至最后生成丁酰CoA，后者再進行一次β-氧化，即完畢脂酸的β-氧化。脂酸經(jīng)β-氧化后生成大量的乙酰CoA。乙酰CoA一部分在線粒體內(nèi)通過三羧酸循環(huán)徹底氧化，一部分在線粒體中縮合生成酮體，通過血液運輸至肝外組織氧化運用。（3）脂酸氧化的能量生成脂酸氧化是體內(nèi)能量的重要來源。以軟脂酸為例，進行7次β-氧化，生成7分子FADH2、7分子NADH+H+及8分子乙酰CoA。每分子FADH2通過呼吸鏈氧化產(chǎn)生2分子ATP，每分子NADH+H+氧化產(chǎn)生3分子ATP，每分子乙酰CoA通過三羧酸循環(huán)氧化產(chǎn)生12分子ATP。因此1分子軟脂酸徹底氧化共生成（7×2）+（7×3）+（8×12）=131個ATP。減去脂酸活化時耗去的2個高能磷酸鍵，相稱于2個ATP，凈生成129分子ATP或129×51.6=6656kJ/mol。1mol軟脂酸在體外徹底氧化成CO2及H2O時的自由能為9791kJ。故其能量運用效率為：2.酮體的生成及運用乙酰乙酸、β-羥丁酸及丙酮三者統(tǒng)稱酮體。酮體是脂酸在肝分解氧化時特有的中間代謝物，這是由于肝含有活性較強的合成酮體的酶系，而又缺少運用酮體的酶系。（1）酮體的生成脂酸在線粒體中經(jīng)β-氧化生成的大量乙酰CoA是合成酮體的原料。合成在線粒體內(nèi)酶的催化下，分三步進行。=1\*GB3①2分子乙酰CoA在肝線粒體乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下，縮合成乙酰乙酰CoA，并釋出1分子CoASH。=2\*GB3②乙酰乙酰CoA在羥甲基戊二酸單酰CoA（HMGCoA）合成酶的催化下，再與1分子乙酰CoA縮合生成羥甲基戊二酸單酰CoA（3-hydroxy-3-methylglutarylCoA,HMGCoA），并釋出1分子CoASH。=3\*GB3③羥甲基戊二酸單酰CoA在HMGCoA裂解酶的作用下，裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在線粒體內(nèi)膜β-羥丁酸脫氫酶的催化下，被還原成β-羥丁酸，所需的氫由NADH提供，還原的速度由NADH/NAD+的比值決定。部分乙酰乙酸可在酶催化下脫羧而成丙酮。肝線粒體內(nèi)含有多個合成酮體的酶類，特別是HMGCoA合成酶，因此生成酮體是肝特有的功效。但是肝氧化酮體的酶活性很低，因此肝不能氧化酮體。肝產(chǎn)生的酮體，透過細胞膜進入血液運輸?shù)礁瓮饨M織進一步分解氧化。（2）酮體的運用肝外許多組織含有活性很強的運用酮體的酶。=1\*GB3①琥珀酰CoA轉(zhuǎn)硫酶：心、腎、腦及骨骼肌的線粒體含有較高的琥珀酰CoA轉(zhuǎn)硫酶活性。在有琥珀酰CoA存在時，此酶能使乙酰乙酸活化，生成乙酰乙酰CoA。=2\*GB3②乙酰乙酰CoA硫解酶：心、腎、腦及骨骼肌線粒體中尚有乙酰乙酰CoA硫解酶，使乙酰乙酰CoA硫解，生成2分子乙酰CoA，后者即可進入三羧酸循環(huán)徹底氧化。=3\*GB3③乙酰乙酰硫激酶：腎、心和腦的線粒體中尚有乙酰乙酰硫激酶，可直接活化乙酰乙酸生成乙酰乙酰CoA，后者在硫解酶的作用下硫解為2分子乙酰CoA。（3）酮體生成的生理意義酮體是脂酸在肝內(nèi)正常的中間代謝產(chǎn)物，是肝輸出能源的一種形式。酮體溶于水，分子小，能通過血腦屏障及肌肉毛細血胞壁，是肌肉特別是腦組織的重要能源。腦組織不能氧化脂酸，卻能運用酮體。長久饑餓、糖供應局限性時酮體能夠替代葡萄糖成為腦組織及肌肉的重要能源。正常狀況下，血中僅含有少量酮體，為0.03～0.5mmol/L（0.3～5mg/dl）。在饑餓、高脂低糖膳食及糖尿病時，脂酸動員加強，酮體生成增加。特別在未控制糖尿病患者，血液酮體的含量可高出正常狀況的數(shù)十倍，這時丙酮約占酮體總量的二分之一。酮體生成超出肝外組織運用的能力，引發(fā)血中酮體升高，可造成酮癥酸中毒，并隨尿排出，引發(fā)酮尿。（4）酮體生成的調(diào)節(jié)=1\*GB3①飽食及饑餓的影響：飽食后，胰島素分泌增加，脂解作用克制、脂肪動員減少，進入肝的脂酸減少，因而酮體生成減少。饑餓時，胰高血糖素等脂解激素分泌增多，脂酸動員加強，血中游離脂酸濃度升高而使肝攝取游離脂酸增多，有助于脂酸β-氧化及酮體生成。=2\*GB3②肝細胞糖原含量及代謝的影響：進入肝細胞的游離脂酸重要有兩條去路，一是在胞液中酯化合成甘油三酯及磷脂；一是進入線粒體內(nèi)進行β-氧化，生成乙酰CoA及酮體。飽食及糖供應充足時，肝糖原豐富，糖代謝旺盛，此時進入肝細胞的脂酸重要與3-磷酸甘油反映，酯化生成甘油三酯及磷脂。饑餓或糖供應局限性時，糖代謝削弱，3-磷酸甘油及ATP局限性，脂酸酯化減少，重要進入線粒體進行β氧化，酮體生成增多。=3\*GB3③丙二酰CoA克制脂酰CoA進入線粒體：飽食后糖代謝正常進行時所生成的乙酰CoA及檸檬酸能別構(gòu)激活乙酰CoA羧化酶，增進丙二酰CoA的合成。后者能競爭性克制肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I，從而制止脂酰CoA進入線粒體內(nèi)進行β-氧化。3.脂酸的合成代謝（1）軟脂酸的合成=1\*GB3①合成部位脂酸合成酶系存在于肝、腎、腦、肺、乳腺及脂肪等組織，位于線粒體外胞液中。肝是人體合成脂酸的重要場合。=2\*GB3②合成原料乙酰CoA是合成脂酸的重要原料，重要來自葡萄糖。細胞內(nèi)的乙酰CoA全部在線粒體內(nèi)產(chǎn)生，而合成脂酸的酶系存在于胞液。線粒體內(nèi)的乙酰CoA必須進入胞液才干成為合成脂酸的原料。實驗證明，乙酰CoA不能自由透過線粒體內(nèi)膜，重要通過檸檬酸-丙酮酸循環(huán)完畢。(2)脂酸合成酶系及反映過程=1\*GB3①丙二酰CoA的合成：乙酰CoA羧化成丙二酰CoA是脂酸合成的第一步反映。此反映由乙酰CoA羧化酶所催化，這是一種別構(gòu)酶，是脂酸合成的限速酶。=2\*GB3②脂酸合成：從乙酰CoA及丙二酰CoA合成長鏈脂酸，事實上是一種重復加成反映過程，每次延長2個碳原子。16碳軟脂酸的生成，需通過持續(xù)的7次重復加成反映。多個生物合成脂酸的過程基本相似，大腸桿菌中，此種加成過程是由7種酶蛋白聚合在一起構(gòu)成的多酶體系所催化的；而在高等動物，這7種酶活性都在一條多肽鏈上，屬多功效酶，由一種基因所編碼。軟脂酸合成的總反映式為：CH3COSCoA+7HOOCCH2COSCoA+14NADPH+14H+CH3(CH2)14COOH+7CO2+6H2O+8HSCoA+14NADP+(2)不飽和脂酸的合成人體含有的不飽和脂酸重要有軟油酸（16：1，△9）、油酸（18：1，△9）、亞油酸（18：2，△9、12），α-亞麻酸（18：3，△9、12、15）及花生四烯酸（20：4，△5、8、11、14）等。前兩種單不飽和脂酸可由人體本身合成，而后三種多不飽和脂酸，必須從食物攝取。這是由于動物只有△4，△8及△9去飽和酶（desaturase），缺少△9以上的去飽和酶，而植物則含有△9，△12及△15去飽和酶。4．脂酸合成的調(diào)節(jié)（1）代謝物的調(diào)節(jié)作用進食高脂肪食物后來，或饑餓脂肪動員加強時，肝細胞內(nèi)脂酰CoA增多，可別構(gòu)克制乙酰CoA羧化酶，從而克制體內(nèi)脂酸的合成；進食糖類而糖代謝加強，NADPH及乙酰CoA供應增多，有助于脂酸的合成，同時糖代謝加強使細胞內(nèi)ATP增多，可克制異檸檬酸脫氫酶，造成異檸檬酸及檸檬酸堆積，透出線粒體，可別構(gòu)激活乙酰CoA羧化酶，使脂酸合成增加。另外，大量進食糖類也能增強多個合成脂肪有關的酶活性從而使脂肪合成增加。（2）激素的調(diào)節(jié)作用胰島素是調(diào)節(jié)脂肪合成的重要激素。它能誘導乙酰CoA羧化酶、脂酸合成酶、乃至ATP-檸檬酸裂解酶等的合成，從而增進脂酸合成。同時，由于胰島素還能增進脂酸合成磷脂酸，因此還增加脂肪的合成。胰高血糖素通過增加蛋白激酶A活性使乙酰CoA羧化酶磷酸化而減少其活性，故能克制脂酸的合成，另外也克制甘油三酯的合成，甚至減少肝脂肪向血中釋放。腎上腺素、生長素也能克制乙酰CoA羧化酶，從而影響脂酸合成。胰島素能加強脂肪組織的脂蛋白脂酶活性，促使脂酸進入脂肪組織，再加速合成脂肪而貯存，故易造成肥胖。5．磷脂的代謝（1）甘油磷脂的合成=1\*GB3①合成部位和脂肪的合成不同，全身各組織細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)都有合成磷脂的酶系，因此均能合成甘油磷脂，但以肝、腎及腸等組織最活躍。=2\*GB3②合成的原料及輔因子除脂酸、甘油重要由葡萄糖代謝轉(zhuǎn)化而來外，其2位的多不飽和脂酸必須從植物油攝取。另外還需磷酸鹽、膽堿、絲氨酸、肌醇等。膽堿可由食物供應，亦可由絲氨酸及甲硫氨酸在體內(nèi)合成。絲氨酸本身是合成磷脂酰絲氨酸的原料，脫羧后生成的乙醇胺又是合成磷脂酰乙醇胺的前體。乙醇胺由S-腺苷甲硫氨酸獲得3個甲基即可合成膽堿。合成除需ATP外，還需CTP參加。CTP在磷脂合成中特別重要，它為合成CDP-乙醇胺、CDP-膽堿及CDP-甘油二酯等活化中間物所必需。=3\*GB3③合成基本過程磷脂酰膽堿及磷脂酰乙醇胺重要通過此途徑合成。這兩類磷脂在體內(nèi)含量最多，占組織及血液中磷脂的75%以上。甘油二酯是合成的重要中間物。膽堿及乙醇胺由活化的CDP-膽堿及CDP-乙醇胺提供。磷脂酰膽堿亦可由磷脂酰乙醇胺從S-腺苷甲硫氨酸獲得甲基生成，通過這種方式合成占人肝的10%～15%。磷脂酰絲氨酸可由磷脂酰乙醇胺羧化或其乙醇胺與絲氨酸交換生成。（2）甘油磷脂的降解生物體內(nèi)存在能使甘油磷脂水解的多個磷脂酶類，分別作用于甘油磷脂分子中不同的酯鍵。作用于1，2位酯鍵的酶分別稱為磷脂酶A1及A2，作用于溶血磷脂1位酯鍵的酶稱為磷脂酶B1，作用于3位磷酸酯健的酶稱為磷脂酶C，作用磷酸取代基間酯鍵的酶稱為磷脂酶D。磷脂酶A2存在于動物各組織的細胞膜及線粒體膜上，Ca2+為其激活劑，使甘油磷脂分子中2位酯鍵水解，產(chǎn)物為溶血磷脂及多不飽和脂酸（大多為花生四烯酸）。溶血磷脂1為2位脫去脂?；牧字?，是一類具較強表面活性的物質(zhì)，能使紅細胞膜或其它細胞膜破壞引發(fā)溶血或細胞壞死。有人認為，急性胰腺炎的發(fā)病機制與胰腺磷脂酶A2對胰腺細胞膜的損傷親密有關。溶血磷脂在細胞內(nèi)溶血磷脂酶1即磷脂酶B1的作用下，使1位酯鍵水解，另一脂酸脫下生成不含脂酸的甘油磷酸膽堿即失去溶解細胞膜的作用，后者能進一步被磷脂酶D水解為磷酸甘油及含氮堿。磷脂酶A1存在于動物組織溶酶體中（蛇毒及某些微生物亦含有），能水解磷脂的1位酯鍵，產(chǎn)生脂酸及溶血磷脂2。磷脂酶C存在于細胞膜及某些細菌中，能特異水解3位磷酸酯鍵，產(chǎn)物為甘油二酯及磷酸膽堿或磷酸乙醇胺等。6．膽固醇代謝膽固醇是最早由動物膽石中分離出含有羥基的固體醇類化合物，故稱為膽固醇。全部固醇（涉及膽固醇）均含有環(huán)戊烷多氫菲的共同構(gòu)造。環(huán)戊烷多氫菲由3個已烷環(huán)及1個環(huán)戊烷稠合而成。不同的固醇均具環(huán)戊烷多氫菲的基本構(gòu)造，區(qū)別是碳原子數(shù)及取代基不同，其生理功效各異。（1）膽固醇的合成=1\*GB3①合成部位除成年動物腦組織及成熟紅細胞外，幾乎全身各組織均可合成膽固醇，每天可合成1g左右。肝是合成膽固醇的重要場合。體內(nèi)膽固醇70%～80%由肝合成，10%由小腸合成。膽固醇合成酶系存在于胞液及光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，因此膽固醇的合成重要在細胞胞液及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進行。=2\*GB3②合成原料乙酰CoA是合成膽固醇的原料。=3\*GB3③合成基本過程膽固醇合成過程復雜，有近30步酶促反映，大致可劃分為三個階段。a.甲羥戊酸的合成在胞液中，2分子乙酰CoA在乙酰乙酰硫解酶的催化下，縮合成乙酰乙酰CoA；然后在胞液中羥甲基戊二酸單酰CoA合酶的催化下再與1分子乙酰CoA縮合生成羥甲基戊二酸單酰CoA。b鯊烯的合成c膽固醇的合成=4\*GB3④膽固醇合成的調(diào)節(jié)a饑餓與飽食饑餓與禁食可克制肝合成膽固醇。b膽固醇膽固醇可反饋克制肝膽固醇的合成。c激素胰島素及甲狀腺素能誘導肝HMGCoA還原酶的合成，從而增加膽固醇的合成。第十一章蛋白質(zhì)降解和氨基酸代謝一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：氨基酸的酶促降解、氨同化、氨基酸的生物合成，明確碳代謝與氮代謝之間的關系。蛋白質(zhì)生物合成過程，明確其特點及與核酸的關系。二、教學重點1.氨基酸的酶促降解、氨同化、氨基酸的生物合成三、教學難點：1．蛋白質(zhì)生物合成過程四、教學內(nèi)容：1．氨基酸的普通代謝食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化吸取，以氨基酸形式進入血液循環(huán)及全身各組織，組織蛋白質(zhì)又經(jīng)常降解為氨基酸，這兩種來源的氨基酸(外源性和內(nèi)源性)混合在一起，存在于細胞內(nèi)液、血液和其它體液中，總稱為氨基酸代謝庫。（1）氨基酸的脫氨基作用=1\*GB3①L-谷氨酸氧化脫氨基作用=2\*GB3②轉(zhuǎn)氨基作用=3\*GB3③聯(lián)合脫氨基作用=4\*GB3④嘌吟核苷酸循環(huán)=5\*GB3⑤非氧化脫氨基作用（2）體內(nèi)氨的來源=1\*GB3①體內(nèi)各組織中氨基酸的脫氨作用=2\*GB3②腎小管上皮細胞分泌的氨=3\*GB3③腸道吸取的氨：腐敗作用產(chǎn)生的氨；血液中尿素擴散滲入進入腸道，在大腸桿菌的脲酶(尿素酶)的作用下生成的氨。（3）氨在體內(nèi)的運輸=1\*GB3①谷氨酰胺轉(zhuǎn)運氨=2\*GB3②葡萄糖—丙氨酸循環(huán)（4）尿素的合成——體內(nèi)氨的重要去路尿素在體內(nèi)的合成全過程稱鳥氨酸循環(huán)=1\*GB3①氨基甲酰磷酸的合成：來自外周組織或肝臟本身代謝所生成的NH3及C02，首先在肝細胞內(nèi)合成氨基甲酰磷酸，此反映由存在于線粒體中的氨基甲酰磷酸合成酶I催化，并需ATP提供能量。=2\*GB3②瓜氨酸的合成：氨基甲酰磷酸在線粒體內(nèi)經(jīng)鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶的催化，將氨基甲酰轉(zhuǎn)移至鳥氨酸而合成瓜氨酸。=3\*GB3③精氨酸的合成：瓜氨酸在線粒體內(nèi)合成后，即被轉(zhuǎn)運到線粒體外，在胞質(zhì)中經(jīng)精氨酸代琥珀酸合成酶的催化，與天冬氨酸反映生成精氨酸代琥珀酸，后者再受精氨酸代琥珀酸裂解酶的作用，裂解為精氨酸及延胡索酸。=4\*GB3④精氨酸水解生成尿素：在胞質(zhì)中形成的精氨酸受精氨酸酶的催化生成尿素和鳥氨酸，鳥氨酸再進入線粒體參加瓜氨酸的合成，通過鳥氨酸循環(huán)，如此周而復始地增進尿素的生成。（5）尿素合成的調(diào)控=1\*GB3①食物的影響高蛋白膳食使尿素合成速度加緊，排泄的含氮物中尿素占80％～90％，低蛋白膳食使尿素合成速度減慢，排泄的含氮物中尿素可低至60％或更低。=2\*GB3②氨基甲酰磷酸合成酶I的影響氨基甲酰磷酸為尿素分子中氮的重要來源，它的合成由氨基甲酰磷酸合成酶I所催化，前已述及,AGA是此酶的別構(gòu)激活劑。=3\*GB3③鳥氨酸循環(huán)的中間產(chǎn)物的影響循環(huán)的中間產(chǎn)物如鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸的濃度均可影響尿素的合成速度，例如供應充足的精氨酸就可有足夠的鳥氨酸以加速循環(huán)的進行。=4\*GB3④鳥氨酸循環(huán)中的酶系的影響循環(huán)中的多個酶系中以精氨酸代琥珀酸合成酶的活性最低，因此是尿素合成的限速酶。第十二章核苷酸代謝一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：核酸的分解代謝；核苷酸的生物合成：從頭合成途徑＋補救途徑。二、教學重點：核酸的分解代謝三、教學難點：核酸的分解代謝四、教學內(nèi)容：1．核苷酸的分解代謝（1）嘌呤核苷酸的分解代謝AMP在腺苷酸脫氨酶作用下生成IMP，再在核苷酸酶作用下水解成次黃苷和磷酸，或者AMP在核苷酸酶作用下水解成腺苷，再經(jīng)腺苷脫氨酶作用生成次黃苷。次黃苷經(jīng)嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）生成次黃嘌呤和１–磷酸核糖。１–磷酸核糖可轉(zhuǎn)變成５–磷酸核糖，進入磷酸戊糖途徑或再合成PRPP。次黃嘌呤既可進入補救途徑，也可進一步分解，即次黃嘌呤在黃嘌呤氧化酶的催化下氧化成黃嘌呤，在同一酶的催化下進一步氧化成終產(chǎn)物尿酸。而GMP分解生成的鳥嘌呤氧化成黃嘌呤，再變成尿酸。（2）嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸的分解可先脫去磷酸及核糖，余下的嘧啶堿進一步開環(huán)分解，最后產(chǎn)物為NH3、CO2、β–丙氨酸及β–氨基異丁酸，這些產(chǎn)物均易溶于水，可隨尿排出體外。2．核苷酸的合成代謝（1）嘌呤核苷酸的合成代謝—從頭合成合成的重要特點是在磷酸核糖的基礎上把某些簡樸的原料逐步接上去而成嘌呤環(huán)。并且首先合成的是次黃嘌呤核苷酸(IMP)，由后者再轉(zhuǎn)變?yōu)橄汆堰屎塑账?AMP)和鳥嘌呤核苷酸(GMP)。=1\*GB3①IMP的合成嘌呤核苷酸的從頭合成的起始或定向環(huán)節(jié)是谷氨酰胺提供酰胺基取代5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）C-1的焦磷酸基，從而形成5-磷酸核糖胺（PRA），催化此反映的酶為谷氨酰胺磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶=2\*GB3②AMP和GMP的合成（2）嘌呤核苷酸的補救合成即使從頭合成途徑是嘌呤核苷酸的重要合成途徑，但嘌呤核苷酸從頭合成酶系在哺乳動物的某些組織(腦、骨髓)中不存在，細胞只能直接運用細胞內(nèi)或飲食中核酸分解代謝產(chǎn)生的嘌呤堿或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸，稱為補救合成。補救合成的過程比從頭合成簡樸得多，消耗ATP少，且可節(jié)省某些氨基酸的消耗。有兩種酶參加補救合成，腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶和次黃嘌呤－鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶。補救合成同樣由PRPP提供磷酸核糖。（3）嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)=1\*GB3①PRPP合成酶：PRPP濃度是從頭合成過程的最重要決定因素。=2\*GB3②谷氨酰胺磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶：IMP對催化嘌呤核苷酸合成的定向環(huán)節(jié)的酶即谷氨酰胺磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶有反饋克制，而AMP和GMP對IMP的反饋克制有協(xié)同作用；PRPP增加可增進谷氨酰胺磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶活性，加速PRA生成。=3\*GB3③過量AMP會克制IMP轉(zhuǎn)變成AMP，而過量GMP會克制IMP轉(zhuǎn)變成GMP，從而使這兩種核苷酸合成速度保持平衡。另外，GTP是AMP合成時必需的能源，而ATP是GMP合成時必需的能源，這種作用使腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸的合成的以保持平衡。（4）嘧啶核苷酸的合成代謝與嘌呤核苷酸的從頭合成不同，嘧啶核苷酸是先合成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖相連，形成嘧啶核苷酸。此過程重要在肝細胞的胞液中進行。除了二氫乳清酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜上外，其它均位于胞液中。=1\*GB3①嘧啶核苷酸的補救合成由嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化尿嘧啶、胸腺嘧啶等，與PRPP合成一磷酸尿嘧啶核苷酸（但不能運用胞嘧啶為底物）。=2\*GB3②嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)原核生物和真核生物中，從頭合成途徑所需的酶不同，因而途徑所受的調(diào)控也不同。第一種調(diào)節(jié)部位在原核生物中，是天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶，CTP是其別構(gòu)克制劑，ATP是別構(gòu)激活劑。氨甲?；姿岷铣擅冈谡婧松锛霸松锒际欠答伩酥频恼{(diào)控點，受UTP的克制，但可被PRPP激活。第二個調(diào)節(jié)部位是乳清酸脫羧酶處，受UMP克制。第十三章DNA的復制一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：DNA復制的基本原則及方式二、教學重點：1.DNA復制的基本原則及方式三、教學難點：1.DNA復制的基本原則及方式四、教學內(nèi)容：1．DNA復制的基本原則（1）半保存復制Watson和Crick于1953年提出的DNA雙螺旋模型，堿基互補配對的原則，為DNA分子的復制提供了理論基礎，即親代的DNA雙鏈，每股鏈都能夠作為模板，按堿基互補配對原則指導DNA新鏈的合成，這樣合成的兩個子代DNA分子，堿基序列與親代分子完全同樣。但一條鏈是來自親代的DNA鏈，另一條鏈是新合成的鏈，此即為半保存復制。（2）半不持續(xù)復制DNA雙螺旋的兩股鏈是反向平行的，新合成的兩股子鏈，一股的方向為5′→3′，另一股為3′→5′。復制時親代DNA分子中那股3′→5′方向的母鏈作為模板，指導新鏈以5′→3′方向持續(xù)合成，此鏈稱為前導鏈(1eadingstrand)。在前導鏈延長1000~個核苷酸后，另一母鏈也作為模板指導新鏈也是沿5′→3′合成1000~2000個核苷酸的小片段，這就是岡崎片段。隨著鏈的延長，能夠有許多個岡崎片段，這條稱為隨從鏈(1aggingstrand)。可見，隨從鏈為不持續(xù)復制，因此DNA為半不持續(xù)復制。（3）RNA引物現(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶都需要一種具3′-OH的引物，才干將合成原料dNTP一種一種接上去。由于DNA聚合酶不能催化兩個游離的dNTP在DNA模板上進行聚合。（4）復制的真實性DNA復制過程是非常復雜的，需要許多酶類和蛋白質(zhì)因子參加。這既確保DNA復制的速度，又確保產(chǎn)物的高度真實性。這也確保了自然界種族延續(xù)中生物遺傳特性的相對穩(wěn)定性。2．DNA復制過程（1）復制的起始大腸桿菌復制時有特定的起始部位稱為oriC，長度為245bp。有3個串連排列的核苷酸序列，每個由13個核苷酸構(gòu)成。DnaA先結(jié)合至復制起始點，然后發(fā)動了復雜的變化。DnaB和DnaC亦參加進去，從而使雙鏈解開，DNA結(jié)合蛋白便與單鏈DNA結(jié)合。接著引物酶按堿基配對原則合成一小段的RNA引物，此引物的3′-OH可供DNA聚合酶Ⅲ將第一種dNTP加到3′-OH上而形成3′，5′磷酸二酯鍵。復制是從oriC開始，同時向兩個方向進行的，稱為雙向復制。復制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進行復制。在電子顯微鏡下觀察DNA復制邁進部位伸展成叉狀，稱為復制叉。（2）復制的延長在DNA聚合酶Ⅲ的作用下，新合成的DNA鏈不停延長。大腸桿菌的岡崎片段長度為1000~2000個核苷酸，即前導鏈合成1000~2000個核苷酸后，隨從鏈便開始合成。在延長過程中，由于拓撲異構(gòu)酶的作用，避免了在復制叉前方的DNA打結(jié)。（3）復制的終止在DNA延長階段結(jié)束后，原核生物的RNA引物被DNA聚合酶Ⅰ切除。留下的空隙，由DNA聚合酶Ⅰ進行補滿，即從另一岡崎片段的3′-OH按5′→3′根據(jù)堿基配對原則，將一種個的dNTP補上去。最后的缺口再由DNA連接酶將相鄰的兩個核苷酸借磷酸二酯鍵連起來，即成完整的一條新鏈，DNA的復制即告完畢。第十四章DNA的修復和重組一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：DNA修復的方式；DNA的重組技術二、教學重點：1．DNA修復的方式2．DNA的重組技術三、教學難點：1.DNA重組技術四、教學內(nèi)容：1．DNA的損傷與修復（1）造成DNA損傷的因素=1\*GB3①自發(fā)的因素由于DNA分子受到周邊環(huán)境溶劑分子的隨機熱碰撞(thermalcollision)，腺嘌呤或鳥嘌呤與脫氧核糖間的N-糖苷鍵能夠斷裂，使A或G脫落。=2\*GB3②物理因素a.紫外線損傷由于嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)都含有共軛雙鍵，能吸取紫外線而引發(fā)損傷。嘧啶堿引發(fā)的損傷比嘌呤堿大10倍。損傷是由于嘧啶二聚體的產(chǎn)生，即2個相鄰嘧啶堿的C5和C6共價交聯(lián)。b.電離輻射損傷如X射線和γ射線，能夠是輻射能量直接對DNA的影響，或DNA周邊的溶劑分子吸取了輻射能，再對DNA產(chǎn)生損傷作用。如堿基的破壞、單鏈的斷裂、雙鏈的斷裂、分子間的交聯(lián)、堿基脫落或核糖的破壞等。=3\*GB3③化學因素(2)DNA損傷的類型=1\*GB3①點突變點突變是DNA分子上一種堿基的變異.=2\*GB3②缺失缺失是一種堿基或一段核苷酸鏈乃至整個基因，從DNA大分子上丟失。如有些地中海貧血、生長激素基因缺失，再如上述Lesch-Nyhan綜合征是HGPRT基因缺失。=3\*GB3③插入插入是一種原來沒有的堿基或一段原來沒有的核苷酸序列插入到DNA大分子中去，或有些芳香族分子如吖啶嵌入DNA雙螺旋堿基對中，能夠引發(fā)移碼突變，影響三聯(lián)體密碼的閱讀方式。=4\*GB3④倒位DNA鏈內(nèi)部重組，使其一段方向顛倒。(3)修復機制=1\*GB3①光修復機制這種機制重要存在于低等生物。a.不需要光復活酶b.需要光復活酶紫外線照射使光復活酶激活，能解聚嘧啶二聚體.=2\*GB3②切除修復在大腸桿菌E.coli中，有一種UV特異的切割酶，能識別UV照過產(chǎn)生的二聚體部位。并在遠離損傷部位5′端8個核苷酸處及3′端4個核苷酸處各作一切口。像外科手術“擴創(chuàng)”同樣，將含損傷的一段DNA切掉。DNA聚合酶Ⅰ進入此縫隙，從3′-OH開始，按堿基配對原則以另一條完好鏈為模板進行修復。最后由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來DNA鏈連接而封口。=3\*GB3③堿基切除修復每個細胞都有一類DNA糖苷酶，每一種酶能識別一種DNA分子中變化的堿基，能水解該變化的堿基與脫氧核糖間的糖苷鍵，使變化的堿基脫落，在DNA上產(chǎn)生一種缺嘌呤或缺嘧啶的位,再藉切除修復機制進行修復?，F(xiàn)知最少有20種不同的DNA糖苷酶，各具特異性。如識別胞嘧啶脫氨生成的尿嘧啶，腺嘌呤脫氨基產(chǎn)物，開環(huán)的堿基，不同烷基化類型的堿基等。如胞嘧啶脫氨后即成尿嘧啶，若不糾正，可引發(fā)類型轉(zhuǎn)換，即G-C→A-T。2.重組DNA技術DNA重組是自然界常見現(xiàn)象，指的是在兩個DNA分子之間，或一種DNA分子的兩個不同部位之間通過鏈斷裂和片段的交換重接，變化了基因的組合序列。這種交換可發(fā)生于同一細胞內(nèi)或細胞間，甚至不同物種的DNA。DNA重組現(xiàn)象廣泛存在于真核細胞、原核細胞乃至病毒和質(zhì)粒。基因工程可分為三個過程。（1）重組DNA分子的構(gòu)建即將一目的DNA序列或基因共價連接于一種DNA載體上構(gòu)成一種重組DNA分子。（2）引入宿主細胞用轉(zhuǎn)化、感染或轉(zhuǎn)染等辦法使重組DNA分子進入宿主細胞，如細菌、酵母、動物細胞。（3）篩選挑選含有重組DNA分子的細胞，使之克隆化并加以鑒定，可大量擴增或體現(xiàn)。第十五章轉(zhuǎn)錄一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：RNA轉(zhuǎn)錄過程二、教學重點：RNA的轉(zhuǎn)錄三、教學難點：RNA的轉(zhuǎn)錄四、教學內(nèi)容：1.參加轉(zhuǎn)錄的酶轉(zhuǎn)錄酶是依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），亦稱為DNA指導的RNA聚合酶，簡稱為RNA聚合酶。它以DNA為模板催化RNA的合成。（1）原核生物的RNA聚合酶細菌中只發(fā)現(xiàn)一種RNA聚合酶，能催化mRNA，tRNA和rRNA等的合成，研究得比較清晰的是大腸桿菌（Ecoli）的RNA聚合酶。（2）真核生物的RNA聚合酶真核生物的RNA聚合酶已發(fā)現(xiàn)有三種，稱為RNA聚合酶I、II和III，分別負責轉(zhuǎn)錄不同的RNA，它們對特異性克制劑鵝膏蕈堿的敏感性亦有差別。2.轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄是生物合成RNA的過程，與復制相似，有起始、核苷酸鏈延長和鏈合成終止三個階段。（1）轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始，就是形成轉(zhuǎn)錄起始復合物的過程。這一階段反映所需的輔助因子，在原核生物與真核生物之間有較大的差別。=1\*GB3①原核生物轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始由RNA聚合酶與DNA模板的啟動子(promoter)結(jié)合。=2\*GB3②真核生物轉(zhuǎn)錄的起始真核生物有三種RNA聚合酶，分別催化不同RNA的合成，每種酶都需要某些蛋白質(zhì)輔助因子，稱為轉(zhuǎn)錄因子。為方便討論，轉(zhuǎn)錄因子的命名冠以聚合酶的名稱。如RNA聚合酶Ⅱ所需的轉(zhuǎn)錄因子稱為轉(zhuǎn)錄因子Ⅱ（2）轉(zhuǎn)錄的延長轉(zhuǎn)錄延長階段發(fā)生的反映，在原核生物和真核生物比較相近?？偟膩碚f，一是聚合酶如何向轉(zhuǎn)錄起始點下游移動，繼續(xù)指導核苷酸之間磷酸二酯鍵的形成，二是轉(zhuǎn)錄區(qū)的模板如何形成局部單鏈區(qū)，便于轉(zhuǎn)錄。在轉(zhuǎn)錄延長過程中，DNA雙鏈需解開10～20bp，形成的局部單鏈區(qū)象一種小泡，故形象地稱為轉(zhuǎn)錄泡。轉(zhuǎn)錄泡是指RNA聚合酶-DNA模板-轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA結(jié)合在一起形成的轉(zhuǎn)錄復合物。為了保持局部的轉(zhuǎn)錄泡狀態(tài)，在RNA聚合酶下游的DNA需不停解鏈，可使其下游的DNA（未解開雙鏈部分）越纏越緊，形成正超螺旋，而其上游DNA變得松馳，產(chǎn)生負超螺旋，需要解旋酶和拓撲異構(gòu)酶來消除這些現(xiàn)象。（3）轉(zhuǎn)錄的終止=1\*GB3①原核生物轉(zhuǎn)錄的終止a.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止：ρ因子是一種分子量為46kDa的蛋白質(zhì)，以六聚體為活性形式。依賴ρ因子的終止位點，未發(fā)現(xiàn)有特殊的DNA序列，但ρ因子能與轉(zhuǎn)錄中的RNA結(jié)合b.不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止：在這種轉(zhuǎn)錄終止系統(tǒng)中，模板DNA在終止位點附近有特殊的持續(xù)T序列，在持續(xù)T之前有富含GC互補區(qū)及幾個插入堿基.=2\*GB3②真核生物轉(zhuǎn)錄的終止真核生物轉(zhuǎn)錄終止的機制，現(xiàn)在理解尚不多，并且3種RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄終止不完全相似。RNA聚合酶Ⅰ催化的轉(zhuǎn)錄有18bp的終止子序列，可被輔助因子識別。RNA聚合酶II和III催化轉(zhuǎn)錄的終止子，可能有與原核生物不依賴ρ因子的終止子相似的構(gòu)造和終止機制，即有富含GC的莖-環(huán)構(gòu)造和持續(xù)的U。由于成熟的mRNA3’端已被切除了一段并加入了polyA尾,具體的轉(zhuǎn)錄終止點現(xiàn)在尚未認識。3.轉(zhuǎn)錄的克制作用(1)作用于模板DNA的轉(zhuǎn)錄克制劑如放線菌素D（actinomycinD），能插入至DNA雙鏈中兩對dG?dC之間，低濃度時，制止RNA鏈的延長，高濃度時可克制RNA的起始，也克制DNA復制。（2）作用于RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄克制劑如利福平或利福霉素，能與原核細胞RNA聚合酶的β亞基非共價結(jié)合，制止RNA轉(zhuǎn)錄的起始，對真核生物RNA聚合酶無作用。該藥臨床用于治療結(jié)核桿菌引發(fā)的疾病。α鵝膏蕈堿則是真核生物RNA聚合酶Ⅱ的克制劑。第十六章RNA轉(zhuǎn)錄后加工一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：RNA合成后的加工二、教學重點：RNA合成后的加工方式三、教學難點：RNA合成后的加工方式四、教學內(nèi)容：1.RNA轉(zhuǎn)錄后的加工(1)原核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工原核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，普通無需加工已含有活性，即可作為翻譯的模板，近年也發(fā)現(xiàn)需要添加3’polyA的現(xiàn)象。而對rRNA和tRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工、修飾理解比較多，分別敘述以下：=1\*GB3①rRNA的加工=2\*GB3②tRNA的加工a.RNA酶III：b.RNA酶D：c.RNA酶P：d.tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶：Ⅱ型tRNA沒有3’端的CCA，I型tRNA的3’端CCA亦有被核酸酶降解的可能性。此酶以ATP和CTP為原料催化tRNA3’端CCA的形成。(2)真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工=1\*GB3①rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工真核生物的rRNA有5S、5.8S、18S和28S四種，其中5.8S、18S和28S是由RNA聚合酶I催化一種轉(zhuǎn)錄單位，產(chǎn)生45SrRNA前體，rRNA轉(zhuǎn)錄后加工涉及前體rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，然后再切割和甲基化。=2\*GB3②tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工前tRNA的加工涉及切除和堿基修飾，有些則需剪接。=3\*GB3③mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工真核生物mRNA由RNA聚合酶II催化轉(zhuǎn)錄，初始產(chǎn)物為核不均一RNA，新生的hnRNA從開始形成到轉(zhuǎn)錄終止，就逐步與蛋白質(zhì)結(jié)合形成不均一核糖核蛋白顆粒，前mRNA加工的次序是形成5’帽子構(gòu)造；內(nèi)切酶去除3’端的一段序列；polyA聚合酶催化形成3’polyA尾；最后是剪接去除內(nèi)含子轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膍RNA。2.RNA編輯是指RNA前體除上述加帽、添尾、剪接、修飾等程序外，需對其序列進行改編，改編過程涉及在RNA前體分子中插入、剔除、或置換某些核苷酸殘基。例如人的載脂蛋白B有兩種形式，一種是肝細胞合成的分子量為512kDa的ApoB-100，參加細胞內(nèi)合成的脂類的運輸；另一種在小腸細胞合成的分子量為240kDa的ApoB-48，參加以乳糜微粒形式攜帶食物中的脂類。這是由mRNA合成后在其第2153位密碼子CAA（谷氨酰胺）的C變成U而成UAA（終止子），因此蛋白質(zhì)合成到此密碼子即終止，產(chǎn)生含2152氨基酸殘基的ApoB-48，未被編輯的mRNA則翻譯成含4536氨基酸殘基的ApoB-100。由于催化胞嘧啶變成尿嘧啶的脫氨酶只存在于小腸，故ApoB-48只在小腸合成，因此RNA編輯能夠看作是對生物學中心法則的一種重要補充。RNA編輯的多個形式極大地增加了mRNA的遺傳信息容量。3.逆轉(zhuǎn)錄1970年Temin和Baltimore各自發(fā)現(xiàn)RNA腫瘤病毒含有一種酶，稱為逆轉(zhuǎn)錄酶。這種酶以RNA為模板，在有4種dNTP存在及適宜條件下，能按堿基互補配對的原則，合成互補DNA。這種酶也稱RNA依賴的DNA聚合酶。由于RNA腫瘤病毒含有這種逆轉(zhuǎn)錄酶，因此也稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒。第十七章遺傳密碼和蛋白質(zhì)合成一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：蛋白質(zhì)生物合成過程，明確其特點及與核酸的關系。二、教學重點：1.遺傳密碼的特點2．蛋白質(zhì)生物合成過程三、教學難點：蛋白質(zhì)生物合成過程四、教學內(nèi)容：1.參加蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)（1）mRNA與遺傳密碼=1\*GB3①三聯(lián)體密碼與密碼的簡并研究表明，密碼子（codon）共有64個，每個密碼子是由三個核苷酸（稱為三聯(lián)體，triplet）構(gòu)成的。有的氨基酸有多個密碼子，這種現(xiàn)象稱為簡并，如UUU和UUC都是苯丙氨酸的密碼子，UCU、UCC、UCA、UCG、AGU和AGC都是絲氨酸的密碼子，同一氨基酸的不同密碼子稱為同義詞（synonyms）。64個密碼子中61個密碼子代表一定的氨基酸，只有3個密碼子不代表任何氨基酸，為肽鏈合成的終止信號?？傊贒NA或mRNA分子內(nèi)，每3個相鄰核苷酸按其排列序列可體現(xiàn)一種氨基酸或體現(xiàn)蛋白質(zhì)合成終止信號的，統(tǒng)稱為遺傳密碼。=2\*GB3②起始信號與終止信號64個密碼子中，61個代表氨基酸。每一種氨基酸少的只有一種密碼子，多的可有6個，但以2個和4個的居多。另有3個密碼子（UAA、UAG、UGA）為肽鏈的終止密碼，不代表任何氨基酸，為終止信號。密碼子AUG含有特殊性，不僅代表甲硫氨酸，如果位于mRNA起始部位，它還代表肽鏈合成的起始密碼子。起始密碼子常在mRNA的5′端附近。=3\*GB3③方向性與無間隔性mRNA的起動信號到終止信號的排列是有一定方向性的。起動信號總是位于mRNA的5′側(cè)，終止信號總是在3′側(cè)。mRNA分子中遺傳信息含有方向性（從5′端至3′端）的排列，決定了翻譯過程肽鏈從N端向C端合成的方向性。mRNA的密碼子之間無標點符號隔開，因此在對應基因的DNA鏈上，如因突變插入一種堿基或缺失一種堿基，都會引發(fā)mRNA的閱讀框移位，使其編碼的蛋白質(zhì)喪失功效。=4\*GB3④通用性從細菌到人，遺傳密碼能夠通用.（2）氨基酸的“搬運工具”—tRNA體內(nèi)的20種氨基酸都各有其特定的tRNA，并且一種氨基酸常有數(shù)種tRNA，在ATP和酶的存在下，它可與特定的氨基酸結(jié)合。每個tRNA都有1個由3個核苷酸編成的特珠的反密碼子。此反密碼子能夠根據(jù)堿基配對的原則，與mRNA上對應的密碼子相配合。tRNA上的反密碼子，只有與mRNA上的密碼子相對應時，才干結(jié)合。因此，在翻譯時，帶著不同氨基酸的各個tRNA就能精確地在核糖體上與mRNA的密碼子對號入座。(3)肽鏈合成的“裝配機”—核糖體核糖體由大小不同的兩個亞基所構(gòu)成，這兩個亞基分別由不同的RNA分子（稱為rRNA）與多個蛋白質(zhì)分子共同構(gòu)成的。原核生物的核糖體為70S，由30S小亞基與50S大亞基構(gòu)成；真核生物的核糖體為80S，由30S小亞基與50S大亞基構(gòu)成。2.蛋白質(zhì)合成的過程（1）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運在蛋白質(zhì)分子中，氨基酸借其—NH2基及—COOH基互相聯(lián)結(jié)成肽。氨基酸的活化過程及其活化后與對應tRNA的結(jié)合過程，都是由同一類酶所催化；這類酶稱為氨基酰tRNA合成酶。氨基酰tRNA合成酶催化的反映必須有ATP參加。（2）肽鏈合成的起始在蛋白質(zhì)生物合成的起始階段，核糖體的大、小亞基，mRNA與甲酰甲硫氨酰tRNAimet共同構(gòu)成70S起始復合體。這一過程需要某些稱為起始因的蛋白質(zhì)以及GTP與鎂離子的參加。=1\*GB3①30S起始復合體的形成原核生物mRNA的5′端與起始信號之間，相距約25個核苷酸，此處存在富含嘌呤區(qū)（如AGGA或GAGG），稱為Shine-Dalgarno（SD）序列。核糖體30S亞基的16SrRNA有一對應的富含嘧啶區(qū)可與SD序列互補。由此，30S亞基在IF3與IF1的增進下，與mRNA的起始部位結(jié)合。=2\*GB3②70S起始復合體的形成30S起始復合體一旦形成，IF3也就脫落，50S亞基隨即與其結(jié)合。此時復合體中的GTP水解釋出GDP與無機磷酸，使IF2與IF1也都脫落，形成了70S起始復合體。70S起始復合體的形成，表明蛋白質(zhì)生物合成的起始階段已經(jīng)完畢，已可進入肽鏈延長階段。（3）肽鏈延長這一階段，與mRNA上的密碼子相適應，新的氨基酸不停被對應特異的tRNA運至核糖體的受位，形成肽鏈。同時，核糖體從mRNA的5’端向3’端不停移位以推動翻譯過程（圖14-4）。肽鏈延長階段需要稱為延長因子的蛋白質(zhì)，GTP，Mg2+與K+的參加。肽鏈延長階段的具體環(huán)節(jié)以下：=1\*GB3①進位：與上一階段所產(chǎn)生的復合物（圖14-3中的70S起始復合體）受位上mRNA密碼子相對應的氨基酰tRNA進入受位。=2\*GB3②轉(zhuǎn)肽：50S亞基的給位有轉(zhuǎn)肽酶的存在，可催化肽鍵形成，此時在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將給位上tRNA所攜的甲酰甲硫氨酰（或肽酰）轉(zhuǎn)移給受位上新進入的氨基酰tRNA，與其所帶的氨基酰的氨基結(jié)合，形成肽鍵。=3\*GB3③移位：核糖體向mRNA的3′端挪動相稱于一種密碼子的距離，使下一種密碼子精擬定位在受位，同時帶有肽鏈的tRNA由受位移至給位，此步需要肽鏈延長因子EFG(又稱轉(zhuǎn)位酶，translocase)、Mg2+與供應能量的GTP。=4\*GB3④脫落：當A位進入新的氨基酰tRNA后，空載的tRNA從核糖體的E位脫落。（4）肽鏈合成的終止終止階段涉及已合成完畢的肽鏈被水解釋放，以及核糖體與tRNA從mRNA上脫落的過程。這一階段需要GTP與一種起終止作用的蛋白質(zhì)因子—釋放因子的參加。3．翻譯后加工（1）肽鏈的合成后加工與修飾某些蛋白質(zhì)在其肽鏈合成結(jié)束后，還需要進一步加工，修飾才干轉(zhuǎn)變?yōu)楹姓Ｉ砉πУ牡鞍踪|(zhì)。=1\*GB3①二硫鍵的形成二硫鍵由兩個半胱氨酸殘基形成，對維持蛋白質(zhì)立體構(gòu)造起重要作用，如核糖核酸酶合成后，肽鏈中8個半胱氨酸殘基構(gòu)成了4對二硫鍵，此4對二硫鍵對它的酶活性是必要的。=2\*GB3②個別氨基酸殘基的化學修飾有些蛋白質(zhì)前體需經(jīng)一定的化學修飾才干成為成品而參加正常的生理活動。有些酶的活性中心含有磷酸化的絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸殘基。這些磷酸化的氨基酸殘基都是在肽鏈合成后對應殘基的-OH被磷酸化而形成的。除磷酸化外，有時蛋白質(zhì)前體需要乙?；ㄈ缃M蛋白）、甲基化、ADP-核糖化、羥化等。膠原蛋白的前體在合成后，經(jīng)羥化，其肽鏈中的脯氨酸及賴氨酸殘基可分別轉(zhuǎn)變?yōu)榱u脯氨酸及羥賴氨酸殘基。=3\*GB3③蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?，常需要去掉一部分肽鏈?，F(xiàn)知其它蛋白質(zhì)也存在類似過程，即使轉(zhuǎn)變的場合不同；酶原多是在細胞外轉(zhuǎn)變?yōu)槊?，而蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除是在細胞內(nèi)進行的。=4\*GB3④多蛋白的加工真核生物mRNA的翻譯產(chǎn)物為單一多肽鏈，有時這一肽鏈經(jīng)加工，可產(chǎn)生一種以上功效不同的蛋白質(zhì)或多肽。4．蛋白質(zhì)生物合成的阻斷劑（1）抗生素類阻斷劑妨礙翻譯的因素是蛋白質(zhì)合成最直接的阻斷劑；這類因素多是抗生素類化合物。某些抗生素能與核糖體結(jié)合，從而妨礙翻譯過程。（2）作為蛋白質(zhì)合成阻斷劑的毒素：克制人體蛋白質(zhì)合成的天然蛋白質(zhì)，常見者為細菌毒素與植物毒蛋白。（3）作為蛋白質(zhì)合成阻斷劑的其它蛋白質(zhì)類物質(zhì)第十八章原核生物基因體現(xiàn)的調(diào)控一、教學目的：通過對本章的學習重要使學生掌握以下知識內(nèi)容：原核生物基因體現(xiàn)調(diào)控模式二、教學重點：原核生物基因體現(xiàn)調(diào)控模式三、教學難點：原核生物基因體現(xiàn)調(diào)控模式四、教學內(nèi)容：1．乳糖操縱子（1）乳糖操縱子的構(gòu)造和誘導劑所謂操縱子是指某些成簇排列、互相協(xié)同的基因所構(gòu)成的單位，也稱基因體現(xiàn)的協(xié)同單位。在乳糖操縱子中有Z基因(編碼β-半乳糖苷酶，β－galactosidase)，Y基因(編碼通透酶，permease)，a基因(編碼轉(zhuǎn)乙?；?，transacetylase)，上述Z、Y、a是構(gòu)造基因；P(啟動子，promoter)，O(操縱基因，operator)是調(diào)控基因；I(編碼Lac阻遏物，Lacrepressor)不屬于乳糖操縱子。(圖15—2)。大腸埃希菌能運用乳糖作為碳源，但要將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖，催化此水解反映的是β-半乳糖苷酶。由于Z、Y、a以多順反子形式存在，即三種基因被轉(zhuǎn)錄到同一條mRNA上，因此乳糖能同時等量地誘導三種酶的合成。通透酶的作用是使乳糖能透過細菌壁，轉(zhuǎn)乙?；傅淖饔眠€不清晰。在大腸埃希菌內(nèi)，真正生理性的誘導劑并非乳糖，而是別位乳糖，也是由乳糖經(jīng)β-半乳糖苷酶(未經(jīng)誘導少量存在于細菌內(nèi))催化形成，并再經(jīng)β-半乳糖苷酶水解為半乳糖和葡萄糖。（2）Lac阻遏物的作用Lac阻遏物是一種含有四級構(gòu)造的蛋白質(zhì)，4個亞基相似(分子質(zhì)量37000)，都有一種與誘導劑(生理性誘導劑為別位乳糖，實驗慣用的誘導劑是異丙基硫代半乳糖一IPTG)的結(jié)合位點。在沒有誘導劑的狀況下，Lac阻遏物能快速與操縱基因O結(jié)合，從而妨礙構(gòu)造基因的轉(zhuǎn)錄。當有誘導劑與Lac阻遏物結(jié)合后，阻遏物的構(gòu)象就發(fā)生變化，造成阻遏物從操縱基因O上解離下來，RNA聚合酶不再受妨礙，能轉(zhuǎn)錄構(gòu)造基因Z、Y、a。Lac阻遏物與操縱基因O結(jié)合時所覆蓋的區(qū)域為28bp。（3）CAP與cAMP復合物在乳糖操縱子體現(xiàn)中的作用大腸埃希菌含有優(yōu)先運用葡萄糖作為能源的特點。當大腸埃希菌在含有葡萄糖的培養(yǎng)劑中生長時，某些分解代謝酶，如β-半乳糖苷酶、半乳糖激酶、阿拉伯糖異構(gòu)酶、色氨酸酶等的水平都很低，這種葡萄糖對其它酶的克制效應稱為分解物阻遏作用，這種現(xiàn)象與cAMP有關。葡萄糖能減少大腸埃希菌中cAMP的濃度，而加入外源性cAMP能逆轉(zhuǎn)葡萄糖的這種克制作用。cAMP能刺激多個可誘導的操縱子，涉及乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄的啟動。從這點上來說，cAMP在細菌和哺乳動物中的作用是相似的，都是作為饑餓信號，但作用機制全然不同，在哺乳動物細胞，cAMP的作用是激活蛋白激酶，再由蛋白激酶磷酸化其它靶蛋白質(zhì)分子，例如，調(diào)控糖原合成和分解的機制；而細菌中cAMP的作用是通過和一種稱為分解物基因激活物蛋白CAP)結(jié)合后發(fā)揮作用。CAP是一種含有兩個相似亞基的蛋白質(zhì)，每個亞基都含有與DNA結(jié)合的構(gòu)造域和與cAMP結(jié)合的構(gòu)造域。CAP與cAMP結(jié)合的復合物才干刺激操縱子構(gòu)造基因的轉(zhuǎn)錄。在乳糖操縱子上CAP與DNA結(jié)合的區(qū)域正好在啟動子P的上游。當沒有葡萄糖存在(或低濃度葡萄糖)時，cAMP-CAP復合物結(jié)合到對應的DNA序列，并刺激RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄作用(能使轉(zhuǎn)錄效率提高50倍)，這種作用固然是在沒有Lac阻遏物與操縱基因O結(jié)合的狀況下才干發(fā)生。在沒有CAP-cAMP的狀況下，RNA聚合酶與啟動子并不形成含有高效轉(zhuǎn)錄活性的開放復合體，因此乳糖操縱子構(gòu)造基因的高體現(xiàn)既需要有誘導劑乳糖的存在(使Lac阻遏物失活)，又規(guī)定無葡萄糖或低濃度葡萄糖的條件(增高cAMP濃度，并形成CAP-cAMP復合物增進轉(zhuǎn)錄)。2．色氨酸操縱子原核生物的轉(zhuǎn)錄終止階段，也能夠是基因體現(xiàn)調(diào)控的環(huán)節(jié)，色氨酸操縱子的調(diào)控模式就是一種典型的例子。色氨酸操縱子的構(gòu)造基因涉及編碼5種酶的基因E、D、C、B、A，5種酶在催化分支酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岬倪^程中發(fā)揮作用，構(gòu)造基因中還涉及L基因，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是前導mRNA，調(diào)控元件有啟動子P和操縱基因O。色氨酸操縱子體現(xiàn)的調(diào)控有兩種機制，一種是通過阻遏物的負調(diào)控，另一種是通過衰減作用。（1）)阻遏物對色氨酸操縱子的調(diào)控色氨酸阻遏物是一種同二聚體蛋白質(zhì)(由兩個相似的亞基構(gòu)成)，每個亞基有107個氨基酸殘基。色氨酸阻遏物本身不能和操縱基因O結(jié)合，必須和色氨酸結(jié)合后才干與操縱基因O結(jié)合，從而阻遏構(gòu)造基因體現(xiàn)，因此色氨酸是一種共阻遏物（2）)衰減作用對色氨酸操縱子的調(diào)控色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄的衰減作用是通過衰減子調(diào)控元件使轉(zhuǎn)錄終止。色氨酸操縱子的衰減子位于L基因中，離E基因5’端約30—60bp。大腸埃希菌在無或低色氨酸環(huán)境中培養(yǎng)時，能轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生含有6720個核苷酸的全長多順反子mRNA，涉及L基因和構(gòu)造基因。培養(yǎng)劑中色氨酸濃度增加時，上述全長多順反子mRNA合成減少，但L基因5’端部分的140個核苷酸的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物并沒有減少（圖15-6)。這種現(xiàn)象是由衰減子造成的，而不是由于阻遏物-共阻遏物的作用所致。這段140個核苷酸序列就是衰減子序列。衰減子轉(zhuǎn)錄物含有4段能互相之間配對形成二級構(gòu)造的片段，如圖15-7所示，片段1-和2配對形成發(fā)夾構(gòu)造時，片段3和4同時能配對形成發(fā)夾構(gòu)造；而片段2和3形成發(fā)夾構(gòu)造時，其它片段配對二級構(gòu)造就不能形成。第十九章真核生物基因體現(xiàn)的調(diào)控一、教學目的：1.熟悉真核基因組的構(gòu)造特點、真核生物在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平上基因體現(xiàn)調(diào)控的特點。2.掌握下列概念：順式作用元件、反式作用因子、啟動子、增強子，熟悉沉默子、基本轉(zhuǎn)錄因子、特異轉(zhuǎn)錄因子。3.理解轉(zhuǎn)錄因子的構(gòu)造特點。二、教學重點：真核生物在DNA水平和轉(zhuǎn)錄水平基因體現(xiàn)調(diào)控的特點。三、教學難點：轉(zhuǎn)錄因子的構(gòu)造特點。四、教學內(nèi)容1．真核生物基因體現(xiàn)調(diào)控的特點真核基因體現(xiàn)調(diào)控的最明顯特性是能在特定時間和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)"預定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范疇內(nèi)保持正常功效。真核生物基因體現(xiàn)調(diào)控與原核的共同點：（1）基因體現(xiàn)都有轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，且以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為最重要；（2）在構(gòu)造基因上游和下游、甚至內(nèi)部存在多個調(diào)控成分，并依靠特異蛋白因子與這些調(diào)控成分的結(jié)合與否調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。真核生物基因體現(xiàn)調(diào)控與原核的不同點：（1）真核基因體現(xiàn)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多：轉(zhuǎn)錄與翻譯間隔進行，含有多個原核生物沒有的調(diào)控機制；個體發(fā)育復雜，含有調(diào)控基因特異性體現(xiàn)的機制。（2）真核生物活性染色體構(gòu)造的變化對基因體現(xiàn)含有調(diào)控作用：DNA拓撲構(gòu)造變化、DNA堿基修飾變化、組蛋白變化；（3）正性調(diào)節(jié)占主導，且一種真核基因普通有多個調(diào)控序列，需要有多個激活物。2．真核生物基因體現(xiàn)調(diào)控的種類根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：一是瞬時調(diào)控或稱為可逆性調(diào)控，它相稱于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反映。瞬時調(diào)控涉及某種底物或激素水平的升降，及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。二是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：– DNA水平調(diào)控Replicationalregulation– 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控transcriptionalregulation– 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控posttranscriptionalregulation– 翻譯水平調(diào)控translationalregulation– 蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控regulationofproteinmaturation3．真核生物DNA水平上的基因體現(xiàn)調(diào)控（1）基因丟失丟失一段DNA或整條染色體的現(xiàn)象。在細胞分化過程中，能夠通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物在個體發(fā)育中，許多體細胞經(jīng)常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細胞的那些細胞始終保存著整套的染色體?，F(xiàn)在，在高等真核生物（涉及動物、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。（2）基因擴增基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。如非洲爪蟾卵母細胞中rDNA的基因擴增是因發(fā)育需要而出現(xiàn)的基因擴增現(xiàn)象。發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)生中的倍性增加在植物中普遍存在基因組拷貝數(shù)增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現(xiàn)象?；蚪M拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物質(zhì)增多，這可能構(gòu)成了加速基因進化、基因組重組和最后物種形成的一種方式。（3）基因重排將一種基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白構(gòu)造基因的體現(xiàn)。在人類基因組中，全部抗體的重鏈和輕鏈都不是由固定的完整基因編碼的，而是由不同基因片段經(jīng)重排后形成的完整基因編碼的。完整的重鏈基因由VH、D、J和C四個基因片斷組合而成。完整的輕鏈基因由VL、J和C3個片段組合而成。人類基因組中抗體基因片斷產(chǎn)生免疫球蛋白分子多樣性的遺傳控制 重鏈和輕鏈的不同組合，κ、λ、H； 在重鏈中，V、D、J和C片段的組合； κ輕鏈中V和C的組合； λ輕鏈中V、J和C的組合； 基因片段之間的連接點也能夠在幾個bp的范疇內(nèi)移動。 因此，能夠從約300個抗體基因片段中產(chǎn)生109數(shù)量級的免疫球蛋白分子。（4）DNA的甲基化與基因調(diào)控=1\*GB3①DNA的甲基化? 胞嘧啶被甲基化修飾形成5-甲基胞嘧啶(mC)? 幾乎全部的mC與其3’的鳥嘌呤以5’mCpG? 當兩條鏈上的胞嘧啶都被甲基化時稱為完全甲基化。? 普通在復制剛完畢時，子鏈上的C呈非甲基化狀態(tài)，稱為半甲基化。? 在真核生物中，5-甲基胞嘧啶重要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中? CpG二核苷酸普通成串出現(xiàn)在DNA上，CpG島甲基化位點的檢測? 特殊的限制性內(nèi)切酶——同裂酶? HpaⅡ識別并切割未甲基化的CCGG(C↓CGG)? MspⅠ識別無論與否甲基化的CCGG(C↓CGG或C↓CmGG)真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：? 構(gòu)建性甲基轉(zhuǎn)移酶：作用于非甲基化位點，對發(fā)育早期DNA甲基化位點的擬定起重要作用。? 維持性甲基轉(zhuǎn)移酶：作用于半