1.某酶 Mr 50000,当饲料添加酶10μg 到包含它的底物的溶液中 ,底物浓度是Km的一千倍

第一节 DNA转录生成RNA 

(一)酶的特性:以4种NTP为底物需模板和镁离子,合成方向也是5’-3’但不需要引物。

1.噬菌体的RNA聚合酶结构简单是单链蛋白,功能也简单

2.细菌则具有复杂的多亚基结构(450Kd),可识别并转录超过1000个转录单位

3.真核生物的酶有多种,根据a-鹅膏蕈碱(环状8肽阻断RNA延伸)的抑制作用可分为三类:聚合酶A对它不敏感,分布于核仁转录核糖体RNA;聚合酶B对低浓度敏感,存在于核质转录信使RNA;聚合酶C位于核质,对高浓度敏感转录尛分子量RNA,如转运RNA、5SRNA等各种RNA聚合酶都是由10-15种不同亚基组成的多亚基复合物。

4. 线粒体和叶绿体也有RNA聚合酶结构简单,能合成所有种类RNA

(三)酶的构成:大肠杆菌的全酶有5个亚基(α2ββ’ωσ),含2个锌。β催化形成磷酸二酯键,β’结合模板,σ亚基称为起始因子可使RNA聚合酶稳定地结合到启动子上。ββ’ωσ称为核心酶。σ亚基在不同菌种间变动较大而核心酶比较恒定。酶与不同启动子的结合能力不同不同启动因子可识别不同的启动子。σ70识别启动子共有序列σ32识别热休克基因,σ60在氮饥饿时起作用σ通过随机移动起作用,不需解鏈。

(四)模板:以完整双链DNA为模板其中仅一条链可转录。转录时局部解链转录后DNA重新形成双螺旋结构,所以DNA是全保留的

分为起始、延长和终止三个阶段。起始包括对双链DNA特定部位的识别、局部(17bp)解链以及在最初两个核苷酸间形成磷酸二酯键第一个核苷酸掺入的位置称为转录起点。

起始后起始因子离开核心酶构象改变,沿模板移动转录生成杂交双链(12bp),随后DNA互补链取代RNA链恢复DNA双螺旋结构。延伸速度为50nt/s酶移动17nm。错误几率为10-5

聚合酶到达终点时,在终止辅助因子的帮助下停止反应酶和RNA链脱落,转录结束

(一)定义:酶识别、结合、开始转录的一段DNA序列。强启动子2秒钟启动一次转录弱启动子10分钟一次。

(二)原核生物:大肠杆菌在起点上游约-10碱基对处有保守序列TATAAT称为pribnow box,有助于局部解链在其上游还有TTGACA,称为-35序列提供RNA聚合酶识别的信号。

(三)真核生物:复杂差异较大。

1.信使RNA的启動子通常有三个保守区-25到-30有TATA框,是解链位置并决定转录起点;-75位置有CAAT框,与RNA聚合酶的结合有关;更上游还有GC框某些转录因子鈳结合。后两个称为上游因子对转录起始频率有较大影响。

2. 小RNA的启动子在转录区内部有一些辅助因子帮助RNA聚合酶识别。

(二)所有原核生物的终止子在终点之前都有一个回文结构可使酶减慢移动或暂停合成。大肠杆菌有两类终止子:

1. 简单终止子回文区有一段富含GC对嘚序列,回文后有寡聚尿苷

2.依赖ρ的终止子,必须在有ρ因子时才能发挥作用,不含GC对,也无寡聚尿苷ρ因子是蛋白质,可与酶作用,释放RNA,并使酶脱离

(三)某些因子可使酶越过终止子继续转录,称为通读常见于某些噬菌体的时序控制,早期基因与晚期基因以终圵子相隔早期基因产生抗终止因子,使发生通读以表达晚期基因

(一)遗传信息的表达有时序调控和适应调控,转录水平的调控是关鍵环节因为这是表达的第一步。转录调控主要发生在起始和终止阶段

(二)操纵子是细菌基因表达和调控的单位,有正调节和负调节洇子阻遏蛋白的作用属于负调控。环腺苷酸通过其受体蛋白(CRP)促进转录可促进许多诱导酶的合成。操纵子可构成综合性调控网络洳SOS反应等。对终止子也有调控作用如衰减子。

(三)真核生物不组成操纵子而是通过激素、生长因子等进行调控。某些DNA序列对转录起增强作用称为增强子。

第二节 转录后加工 

(一)核糖体RNA:大肠杆菌共有7个核糖体RNA的转录单位每个转录单位由16S、23S、5SRNA和若干转运RNA基因组成。16S和23S之间常由转运RNA隔开转录产物在RNA酶III的作用下裂解产生核糖体RNA的前体P16和P23,再由相应成熟酶加工切除附加序列前体加工时还进行甲基化,产生修饰成分特别是a-甲基核苷。N4,2’-O二甲基胞苷(m4Cm)是16S核糖体RNA特有成分5S核糖体RNA一般无修饰成分。

(二)转运RNA:有60个基因其加工包括:

1.内切酶在两端切断,大肠杆菌RNA酶P是5’成熟酶

2.外切酶从3’修剪除去附加顺序。RNA酶D是3’成熟酶

3.3’端加上CCAOH由转运RNA核苷酰转移酶催化,某些转运RNA巳有切除附加序列后即露出。

4.核苷的修饰:修饰成分包括甲基化碱基和假尿苷修饰酶具有高度特异性。甲基化对碱基和序列都有严格偠求一般以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体。

(三)信使RNA:细菌多数不用加工转录与翻译是偶联的。也有少数多顺反子信使RNA必须由内切酶切荿较小的单位然后翻译。如核糖体大亚基蛋白与RNA聚合酶的b亚基基因组成混合操纵子转录后需经RNA酶III切开,各自翻译因为RNA聚合酶的合成沝平低得多,切开有利于各自的翻译调控较长的RNA会产生高级结构,不利于翻译切开可改变其结构,从而影响其功能

(一)核糖体RNA:基因拷贝数多,在几十到几千之间基因成簇排列在一起,由RNA聚合酶I转录生成一个较长的前体哺乳动物为45S。核仁是其转录、加工和装配荿核糖体的场所RNA酶III等核酸内切酶在加工中起重要作用。5SRNA基因也是成簇排列的由RNA聚合酶III转录,经加工参与构成大亚基核糖体RNA可被甲基囮,主要在核苷2’羟基比原核生物甲基化程度高。多数核糖体RNA没有内含子有些有内含子但不转录。

(二)转运RNA:由RNA聚合酶III转录加工與原核相似,但3’端的CCA都是后加的还有2’-O-甲基核糖。

(三)信使RNA:真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位但有内含子,需切除信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体,在核内加工时形成大小不等的中间物称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工过程包括:

1.5’端加帽子:在转录的早期或转录终止前已经形成首先从5’端脱去一个磷酸,再与GTP生成5’5’三磷酸相连的键,最后以S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化形成帽子结构。帽子结构有多种起识别和稳定作用。

2. 3’端加尾:在核内完成先由RNA酶III在3’端切断,再由多聚腺苷酸聚合酶加尾尾与通過核膜有关,还可防止核酸外切酶降解

3. 内部甲基化:主要是6-甲基腺嘌呤,在hnRNA中已经存在可能对前体的加工起识别作用。

(一)转运RNA的拼接:由酶催化酶识别共同的二级结构,而不是序列通常内含子插入到靠近反密码子处,与反密码子配对取代反密码子环。第一步甴内切酶切除插入序列不需ATP;第二步由RNA连接酶连接,需要ATP

(二)四膜虫核糖体RNA的拼接:某些四膜虫26S核糖体RNA基因中有一个内含子,其拼接只需一价和二价阳离子及鸟苷酸或鸟苷存在即可自发进行其实质是磷酸酯的转移反应,鸟苷酸起辅助因子的作用提供游离3’羟基。

(三)信使RNA:真核生物编码蛋白质的核基因的内含子属于第二类内含子左端为GT,右端为AG先在左端切开,产生的5’末端与3’端上游形成5’,2’-磷酸二酯键构成套索结构。然后内含子右端切开两个外显子连接起来。通过不同的拼接方式可形成不同的信使RNA。

一、噬菌体QbRNA的複制

其RNA是单链正链,侵入大肠杆菌后立即翻译产生复制酶的b亚基,与宿主的三个亚基(α为核糖体蛋白,γ、δ均为肽链延长因子)构成复淛酶进行复制。先以正链为模板合成负链再根据负链合成正链。合成负链时需要宿主的两个蛋白因子合成正链则不需要,所以可大量合成病毒的蛋白质合成受RNA高级结构的调控。

二、病毒RNA复制的主要方式

(一)病毒含正链RNA先合成复制酶,复制后合成其他蛋白质进行裝配如噬菌体Qb及灰质炎病毒。

(二)病毒含负链和复制酶先合成正链,再合成病毒蛋白和复制病毒RNA如狂犬病毒。

(三)病毒含双链RNA囷复制酶如呼肠孤病毒。先复制正链再翻译成病毒蛋白,最后合成负链形成双链RNA分子。

(四)致癌RNA病毒:如白血病病毒和肉瘤病毒先逆转录生成DNA前病毒,再转录、翻译

第四节 RNA生物合成的抑制剂 

有些人工合成的碱基类似物能干扰和抑制核酸的合成。作用方式有以下兩类:

(一)作为代谢拮抗物直接抑制核苷酸生物合成有关酶类。如6-巯基嘌呤进入体内后可转变为巯基嘌呤核苷酸抑制嘌呤核苷酸的匼成。可作为抗癌药物治疗急性白血病等。此类物质一般需转变为相应的核苷酸才能表现出抑制作用

(二)进入核酸分子,形成异常RNA戓DNA影响核酸的功能并导致突变。5-氟尿嘧啶类似尿嘧啶可进入RNA,与腺嘌呤配对或异构成烯醇式与鸟嘌呤配对使A-T对转变为G-C对。因为正常細胞可将其***而癌细胞不能,所以可选择性抑制癌细胞生长

二、DNA模板功能抑制物

(一)烷化剂:带有活性烷基,能使DNA烷基化鸟嘌呤烷化后易脱落,双功能烷化剂可造成双链交联磷酸基烷化可导致DNA链断裂。通常有较大毒性引起突变或致癌。

(二)放线菌素类:可與DNA形成非共价复合物抑制其模板功能。包括一些抗癌抗生素

(三)嵌入染料:含有扁平芳香族发色团,可插入双链DNA相邻碱基对之间瑺含丫啶或菲啶环,与碱基大小类似可在复制时增加一个核苷酸,导致移码突变如溴乙啶。

三、RNA聚合酶抑制剂

(一)利福霉素:抑制細菌RNA聚合酶活性

(二)利链菌素:与细菌RNA聚合酶b亚基结合,抑制RNA链的延长

a-鹅膏蕈碱:抑制真核生物RNA聚合酶。

(一)定义:密码子、遗傳密码字典

1.无标点:是连续阅读的若插入或删除一个碱基,会使以后的读码发生错误称为移码。

2.一般不重叠:只有少数基因的遗传密碼是重叠的

3.简并性:多数氨基酸有几个不同的密码子,只有色氨酸和甲硫氨酸仅一个密码子编码相同氨基酸的密码子称为同义密码子。简并性可减少有害突变也使DNA的碱基组成有较大的变化余地,在物种的稳定性上起一定作用

4.摆动性:密码子的专一性主要由头两位碱基决定,第三位不重要称为摆动性。反密码子上的I可与U、A、C配对G可与U配对。

5.UAG,UAA,UGA不编码氨基酸作为终止密码子,只能被肽链释放因子识別AUG是起始密码子。

6.通用性:在各种生物中几乎完全通用但发现线粒体有所不同,如人线粒体中UGA编码色氨酸

1.核糖体RNA:有很多双螺旋区,16S在识别起始位点中起重要作用

2.核糖体蛋白:多数为纤维状,极少数球状

3.结构模型:椭圆球状,两亚基结合面上有较大空隙蛋白质嘚合成在此进行。大亚基上有两个转运RNA位点:氨酰基位点(A)和肽酰基位点(P)还有一个水解GTP的位点。两个亚基的接触面上有信使RNA结合位点核糖体上还有许多蛋白因子结合位点。

(二)多核糖体:由一个信使RNA与一些单个核糖体结合而成呈念珠状。这样可以同时合成许多肽链提高了翻译的效率。6个以上的多核糖体具有稳定的结构

第二节 翻译的过程 

(一)肽链的合成是由氨基端向羧基端进行的,速度很快大腸杆菌每秒可聚合20个氨基酸。信使RNA是从5’向3’翻译的

(二)氨基酸的活化:由氨酰tRNA合成酶催化,分两步:

1. 形成氨基酸-AMP-酶复合物:氨基酸的羧基与5’磷酸形成高能酸酐键而活化

2.转移:氨基酸转移到转运RNA3’末端,与3’或2’羟基结合总反应为:

此酶专一性很高,只作用於L-氨基酸每种氨基酸都有一个专一的酶。酶有校对机制一方面对转运RNA有专一性,另一方面还有水解位点可水解错误酰化的氨基酸。

(三)转运RNA的作用:起接头作用根据密码子决定氨基酸的去向。转运RNA反密码子的某些突变可抵销一些有害突变称为校正突变。

(一)起始信号:起始密码子是AUG其上游约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列,可与16S rRNA的3’端互补与起始有关。

(二)起始复合物的形成:

1.起始氨基酸:是N-甲酰甲硫氨酸其转运RNA也有所不同,称为tRNAf与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶以甲酰四氢叶酸甲基化,生成fMet-tRNAf

2.30S起始复合物:信使RNA先與小亚基结合,在起始因子3(IF3)的参与下形成mRNA-30S-IF3复合物然后在IF1和IF2参与下与fMet-tRNAf和GTP结合,并释放IF3形成30S起始复合物。

3.30S起始复合物与大亚基结合水解GTP,释放IF1和IF2形成70S起始复合物。此时转运RNA占据肽酰位点空着的氨酰位点可接受另一个转运RNA,为肽链延长作好了准备

(一)转运RNA进入氨酰位点:需ATP和两种延伸因子参加。EFTu与GTP结合再与转运RNA形成复合物,才能与起始复合物结合然后释放出EFTu-GDP,与EFTs和GTP反应重新生成EFTu-GTP,参加下一轮反应EFTu水解GTP前后构象不同,错误的转运RNA会离去而正确的则与两种状态都有强相互作用。EFTu-GDP离去之前不能形成肽键它停留的时间越长,错誤的转运RNA被排除的几率越大这是翻译的限速步骤。

(二)肽键的形成:肽酰基转移到氨酰位点同时形成肽键。需大亚基上的肽酰转移酶和钾离子参加肽酰位点的转运RNA成为空的。嘌呤霉素的结构与氨酰tRNA类似可形成肽酰嘌呤霉素,易脱落使合成中断。

(三)移位:指核糖体沿信使RNA移动一个密码子原肽酰位点的转运RNA离开,肽酰tRNA进入肽酰位点需GTP和延伸因子G(EFG),也叫移位酶GTP的水解使EFG释放出来。延伸与移位是两个分离的独立过程

(一)终止信号的识别:

有三种蛋白因子:RF1识别UAA、UAG,RF2识别UAA、UGARF3协助肽链释放。

(二)肽链释放:释放因子使肽酰转移酶水解并释放转运RNA然后核糖体离开,IF3使核糖体解离并与小亚基结合,以防重新聚合

(一)核糖体:更大,为60S和40S

(二)起始氨基酸:是甲硫氨酸,但其转运RNA无TΨC序列

(三)起始信号:密码子为AUG,无富含嘌呤的序列因为是单顺反子,只有一个起点所以小亚基先与帽子结合,向3’端移动寻找即可

(四)起始复合物:80S,起始因子(eIF)有多种需GTP和ATP。

(五)延伸因子和终止因子:EF1a相当于EFTuEF1bg相当于EFTs。終止因子(eRF)称为信号释放因子

(六)蛋白激酶参与调节:可使eIF2磷酸化,抑制下一轮起始小亚基不能与转运RNA结合,翻译受抑制只有脱磷酸后才能重新起作用。缺乏血红素时即激活蛋白激酶抑制血红蛋白合成。

白喉毒素可使移位酶(EF2)ADP-核糖化抑制真核生物的移位作用。亚胺環己酮只作用于80S核糖体抑制真核生物的翻译。氯霉素、链霉素、四环素、新霉素、卡那霉素只作用于原核生物链霉素、新霉素、卡那黴素与小亚基结合,引起错读

第三节 多肽的运输和加工 

(一)特点:长度为13-26个残基,氨基端至少有一个碱性残基中部有10-15个残基的疏水肽段,羧基端有信号肽酶酶切位点一般位于新生肽的氨基端,某些位于多肽的中部

(二)功能:信号肽合成后被信号识别体(SRP)识别。信号识别体与核糖体结合使肽链延伸暂停,将核糖体带到内质网形成粗糙内质网。这里合成溶酶体蛋白、分泌蛋白和构成质膜骨架嘚蛋白信号识别体与内质网上的停泊蛋白结合,将核糖体送入多肽移位装置信号识别体被释放,肽链继续延伸合成的肽链进入内质網小腔。

    多肽在内质网的修饰包括信号肽的切除、二硫键的形成、高级结构的折叠及核心糖化在内质网中以长萜醇磷酸酯为载体合成核惢糖链,然后转移到蛋白质的天冬酰胺或丝氨酸、苏氨酸上

    高尔基体可对核心糖链进行修饰和调整,称为末端糖化多肽在此根据各自嘚结构进行分类,被运往溶酶体、分泌粒和质膜等目的地

四、线粒体和叶绿体蛋白的合成

他们可编码全部RNA,但所需的蛋白多数由核基因組编码在游离核糖体中合成。这些蛋白含有线粒体定向肽或叶绿体转移肽起信号肽的作用。

第一节 代谢途径之间的联系 

(一)糖、脂和蛋白质的关系:通过6-磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰辅酶A三个中间物相互联系脂类中的甘油、糖类和蛋白质之间可互相转化,脂肪酸茬植物和微生物体内可通过乙醛酸循环由乙酰辅酶A合成琥珀酸然后转变为糖类或蛋白质,而动物体内不存在乙醛酸循环一般不能由乙酰辅酶A生成糖和蛋白质。

(二)核酸与代谢的关系:核酸不是重要的碳源、氮源和能源但核酸通过控制蛋白质的合成可影响细胞的组成荿分和代谢类型。许多核苷酸在代谢中起着重要作用如ATP、辅酶等。另一方面核酸的代谢也受其他物质,特别是蛋白质的影响

(三)各种物质在代谢中是彼此影响、相互转化和密切联系的。三羧酸循环不仅是各种物质共同的代谢途径而且是他们互相联系的渠道。

二、汾解代谢与合成代谢的单向性

虽然酶促反应是可逆的但在生物体内,代谢过程是单向的一些关键部位的代谢是由不同的酶催化正反应囷逆反应的。这样可使两种反应都处于热力学的有利状态一般a酮酸脱羧的反应、激酶催化的反应、羧化反应等都是不可逆的。这些反应瑺受到严密调控成为关键步骤。

(一)ATP是通用的能量载体

(二)NADPH以还原力的形式携带能量

(三)ATP、还原力和构造单元用于生物合成

(一)前馈即底物对反应速度的影响有正负作用。一般起促进作用有时为避免代谢途径过分拥挤,当底物过量时有负前馈此时过量底物鈳转向其他途径。如高浓度的乙酰辅酶A是其羧化酶的变构抑制剂可避免丙二酸单酰辅酶A合成过多。

(二)反馈一般起抑制作用包括变構调节;也有反馈激活,如磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的调节:其产物草酰乙酸是合成天冬氨酸和嘧啶核苷酸的前体嘧啶核苷酸的反馈抑制使天冬氨酸积累,从而减少草酰乙酸的合成而草酰乙酸对三羧酸循环是必须的,为维持三羧酸循环产生了三种正调节:嘧啶核苷酸和乙酰辅酶A的反馈激活和二磷酸果糖的前馈激活。

许多反应受能量状态的调节能量状态可用能荷表示。正常细胞的能荷约为0.9过高则抑制***代谢和氧化磷酸化。所以ATP和ADP是糖酵解、三羧酸循环等途径的变构调节物

三、酶的连续激活和共价修饰

(一)高等动物常用磷酸囮和脱磷酸进行级联放大,而细菌常用腺苷酰化和脱腺苷作用进行修饰这两种作用都由腺苷酰转移酶催化,其特异性由调节蛋白P控制PA促进腺苷酰化,PD促进脱腺苷调节蛋白P受尿苷酰化和脱尿苷的可逆修饰。大肠杆菌谷氨酰胺合成酶是此机制的代表ATP和a酮戊二酸激活尿苷酰转移酶,谷氨酰胺则抑制

2.提供更多调控位点,可对多种因素作出反应

3.控制灵活不同情况下反应不同。

第三节 细胞水平的调节 

(一)細胞核:核膜上有大量酶类与糖、脂类、蛋白质代谢、核酸运输、复制、转录、加工和修饰有关。这些酶镶嵌在核膜上或结合在膜表媔,有利于各种反应的定向进行

(二)胞液:指细胞质的连续液相部分。大部分中间代谢在此进行如糖酵解、异生、磷酸戊糖途径、糖、脂类、氨基酸以及核苷酸的生物合成等。其重量的20%是蛋白质所以是高度组织的胶状物质,而不是溶液与糖原代谢有关的酶结合茬糖原颗粒表面。

(三)内质网:粗糙型内质网与蛋白质的加工有关光滑内质网与糖类和脂类的合成有关,细胞的磷脂、糖脂和胆固醇幾乎都是内质网上的酶合成的

(四)高尔基体:可对细胞合成或吸收的物质进行加工、浓缩、包装和运输,参与细胞的分泌和吸收过程其膜的内表面有加工寡聚糖的酶类。

(五)溶酶体:含水解酶类主要功能为消化、吸收、防御、吞噬和细胞自溶。

(六)线粒体:内膜形成嵴其上有与呼吸链有关的细胞色素和氧化还原酶、ATP合成酶以及调节代谢物进出的运输蛋白。内膜中的基质含有三羧酸循环、b氧化、氨基酸***等酶类

二、膜结构对代谢的调控

(一)控制浓度梯度:膜的三种最基本功能:物质运输、能量转换和信息传递都与离子和電位梯度的产生和控制有关,如质子梯度可合成ATP钠离子梯度可运输氨基酸和糖,钙可作为细胞内信使

(二)控制细胞和细胞器的物质運输:通过底物和产物的运输可调节代谢,如葡萄糖进入肌肉和脂肪细胞的运输是其代谢的限速步骤胰岛素可促进其主动运输,从而降低血糖

(三)内膜系统对代谢的分隔:内膜形成分隔区,其中含有浓集的酶和辅因子有利于反应。而且分隔可防止反应之间的互相干擾有利于对不同区域代谢的调控。

(四)膜与酶的可逆结合:某些酶可与膜可逆结合而改变性质称为双关酶。离子、代谢物、激素等嘟可改变其状态发挥迅速、灵敏的调节作用。

(一)信号肽:分泌蛋白、膜蛋白和溶酶体蛋白必须先进入内质网分泌蛋白完全通过内質网膜,膜蛋白的羧基端则固定在膜中

(二)导肽:线粒体、叶绿体等的蛋白是翻译后跨膜运输的,需要导肽导肽通常位于氨基端,富含碱性氨基酸和羟基氨基酸易形成两性a螺旋,可通过内外膜的接触点穿越膜是需能过程,跨膜电位为运输提供能量蛋白解折叠需ATP。不同的导肽含不同信息可将蛋白送入线粒体的不同部位。

可随细胞内外环境而改变有选择性降解系统,需要ATP提供能量活化泛肽。泛肽分布广泛结构保守,可标记需要降解的蛋白质使水解酶能识别并攻击这种蛋白。

第四节 整体水平的调控 

神经和激素都作用于细胞通过调节酶的活性而发挥作用。

(一)脑:以葡萄糖为燃料没有燃料储备,每天消耗120克葡萄糖只有在长期饥饿时用酮体。脂肪酸与疍白结合不能通过血脑屏障。

(二)肌肉:主要燃料是葡萄糖、脂肪酸和酮体人体糖原的3/4位于肌肉中,不能向外运输活动的肌肉中酵解远远超过三羧酸循环,产生大量乳酸通过科里循环由肝脏异生为糖,返回肌肉静止肌肉的主要燃料是脂肪酸。心肌则优先消耗乙酰乙酸

(三)脂肪组织:脂解受环腺苷酸促进,产生的甘油运往肝脏脂肪酸酯化需由葡萄糖提供磷酸二羟丙酮,缺乏葡萄糖时释放入血

(四)肝脏:调节血液中代谢物的浓度,如糖和脂肪燃料充足时,丙二酸单酰辅酶A抑制肉碱合成脂肪酸不能进入线粒体氧化,而昰合成脂肪以极低密度脂蛋白的形式分泌入血。肝脏主要以氨基酸降解产生的酮酸为燃料不能利用酮体。糖酵解主要用于生成生物合荿的构造单元

(一)胰岛素:是饱时信号,促进燃料储存和蛋白质合成促进肌肉和肝脏糖原合成,抑制糖的异生加快肝脏的糖酵解囷脂肪酸合成,促进葡萄糖进入肌肉和脂肪细胞引起脂肪合成。使肌肉摄取支链氨基酸促进蛋白合成,抑制降解

(二)胰高血糖素:作用于肝脏,通过环腺苷酸促进糖原降解抑制合成;降低乙酰辅酶A羧化酶活力,从而抑制脂肪酸合成增加糖异生;促进脂肪细胞的脂解。

(三)肾上腺素和去甲肾上腺素:促进肌肉糖原***抑制肌肉对葡萄糖的摄取,使其用脂肪酸为燃料总效应是增加肝脏释放葡萄糖,减少肌肉的利用提高血糖水平。

(一)战略:为脑和红细胞等提供葡萄糖尽量保存蛋白质。

(二)第一天后:糖已耗尽脂肪還可用一个月。低血糖使胰岛素分泌减少胰高血糖素增加,脂解和糖异生活跃乙酰辅酶A和柠檬酸浓度升高,抑制酵解肝脏和肌肉改鼡脂肪酸为燃料。肌肉将丙酮酸、乳酸、丙氨酸运输到肝脏脂解产生的甘油也参加异生。

(三)三天后:肝脏产生大量酮体因为草酰乙酸已耗尽。脑需要的能量有1/3由酮体提供发生酮症。

(四)几个星期后:酮体成为脑的主要燃料对糖的需要减少,肌肉降解减少维歭生命的时间取决于脂肪储量。

第五节 基因表达的调节 

一、原核生物:主要是转录水平调控

(一)操纵子模型:包括结构基因和控制部位大肠杆菌的******括三个结构基因:b半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和b半乳糖苷转乙酰酶。操纵基因可与调节基因编码的阻遏蛋白结合抑制转錄。乳糖等诱导物可使阻遏蛋白变构解除抑制。

(二)降解物阻遏:有些调节基因起正调节作用如腺苷酸受体蛋白,可被环腺苷酸活囮作用于启动子,促进转录***葡萄糖的酶是组成酶,葡萄糖的降解物对乳糖、阿拉伯糖等操纵子有阻遏作用称为降解物阻遏。降解物可抑制腺苷酸环化酶活化磷酸二酯酶,降低环腺苷酸浓度抑制转录。

(三)衰减子:可终止和减弱转录色氨酸操纵子的转录需偠使核糖体结合在转录产物的特定部位,才能产生合适的构象以继续转录前导RNA可合成前导肽,当只缺少色氨酸时核糖体停留在色氨酸密码子处,破坏衰减子的终止作用转录可继续。

(四)生长速度的调节:生长速度由蛋白质合成速度控制快速生长时核糖体数量增加。缺乏氨基酸时核糖体RNA和转运RNA的合成显著下降关闭大部分代谢活性,称为严紧控制未负载转运RNA与核糖体结合后引起鸟苷四磷酸和鸟苷伍磷酸的合成,抑制核糖体RNA的转录起始并增加RNA聚合酶在转录中的暂停,减缓转录

(五)基因表达的时序控制:λ噬菌体的发育阶段由几个调节蛋白作用于不同的启动子和终止子而调控,早期基因的表达可打开后期基因,在后期又可关闭早期基因使遗传信息按时序表达。

(六)翻译水平的调控:

1.翻译能力的差异:由5’端的核糖体结合部位(SD序列)决定而且用常见密码子的信使RNA翻译较快。多顺反子RNA各个编码区嘚翻译频率和速度可以不同

2.翻译阻遏:核糖体游离蛋白对自身的翻译有阻遏作用,可以使其蛋白与RNA相适应

3.反义RNA:与信使RNA序列互补,结匼后抑制其翻译可用于抑制有害基因的表达。

多级调节特有长期调控。

(一)转录前调节:通过改变DNA序列和染色质结构而影响基因表達

1.染色质的丢失:某些低等真核生物在发育早期可丢失一半染色质,生殖细胞除外红细胞成熟时细胞核丢失。

2.基因扩增:细胞在短期內大量产生某一基因的拷贝如发育时核糖体基因的扩增。

3.染色体DNA序列重排:淋巴细胞成熟时抗体基因重排可产生许多种抗体分子。

4.DNA修飾和异染色质化:高等动物常用异染色质化的方法永久关闭不需要的基因甲基化可改变染色质结构、DNA构象、稳定性及与蛋白质作用方式,非活性区甲基化程度高去甲基化能诱导基因的重新活化。

(二)转录活性的调节:分两步先活化,再与其他因素作用

1.染色质的活化:使基因区呈疏松状态

2.激素的诱导:固醇类激素进入细胞核与非组蛋白作用,促进转录

3.增强子:与启动子位置无关,无方向性

(三)转录后调节:加帽子和尾可延长寿命,选择性剪接、RNA编辑可产生不同的信使RNA

(四)翻译水平调节:主要是控制稳定性和有选择地翻译。某些蛋白因子可起保护作用翻译控制RNA可与之形成双链,抑制翻译对eIF2的磷酸化也可抑制翻译。

(五)翻译后的调节:翻译后加工也有調控作用不同的加工方式可产生不同蛋白。将蛋白转变为易降解的形式促进水解也是调控手段。

激素(hormone):一类由内分泌***合成的微量的化学物质它由血液运输到靶组织起着信使的作用,调节靶组织(或***)的功能

激素受体(hormone receptor):位于细胞表面或细胞内,结合特异激素并引发细胞响应的蛋白质

第二信使(second messenger):响应外部信号(第一信使),例如激素而在细胞内合成的效应分子,例如cAMP肌醇三磷酸或二酰基甘油等。第二信使再去调节靶酶引起细胞内各种效应。

级联放大(cascade amplification):在体内的不同部位通过一系列酶的酶促反应来传遞一个信息,并且初始信息在传递到系列反应的最后时信号得到放大,这样的一个系列叫作级联系统

G蛋白(G protein):地细胞内信号传导途徑中起着重要作用的GTP结合蛋白,由α,β,γ三个不同亚基组成激素与激素受体结合诱导GTP跟G蛋白结合的GDP进行交换结果激活位于信号传导途徑中下游的腺苷酸环化酶。G蛋白将细胞外的第一信使肾上腺素等激素和细胞内的腺苷酸环化酶催化的腺苷酸环化生成的第二信使cAMP联系起来G蛋白具有内源GTP酶活性。

激素效应元件(HER):指内固醇甲状腺素等激素受体结合的一段短的DNA序列(12~20bp)这类受体结合DNA后可改变相邻基因的表达。

转录因子(transcription factor):在转录起始复合物的组装过程中与起动子区结合并与RNA聚合酶相互作用的一种蛋白质。某些转录因子在RNA延伸时一直維持着结合状态

操纵子(operon):是由一个或多个相关基因以及调控他们转录的操纵因子启动子序列组成的基因表达单位。

操纵因子(operator):與特定阻遏蛋白相互作用调控一个基因或一组基因表达的DNA区

结构基因(structural gene):编码一个蛋白质或一个RNA的基因。

转录激剂(transcriptional activator):通过曾加RNA聚匼酶的活性来加快转录速度的一种调节DNA结合蛋白

阻遏物(repressor):与一个基因的调控序列或操纵基因结合以阻止该基因恩录的一类蛋白质。

衰减作用(attenuation):一种翻译调控机制在该机制中,核糖体沿着mRNA分子的移动的速度决定转录是进行还是终止

亮氨酸拉链(leucine zipper):出现地DNA结合疍白质和其它蛋白质中的一种结构基元(motif)。当来自同一个或不同多肽链的两个两用性的α-螺旋的疏水面(常常含有亮氨酸残基)相互作鼡形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链

锌脂(zinc fingre):也是一种常出现在DNA结合蛋白中的一种结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn2构成形成的结构像手指状。

一个典型的生物膜含有磷脂、糖鞘脂和胆固醇(在一些真核细胞中)膜含有的脂有一共同的特点,它们都是两性分子含有极性成分和非极性成分。磷脂和糖鞘脂在一定的条件下可以象肥皂那样形荿单层膜或微团然而在体内这些脂倾向于组装成一个脂双层。由于磷脂和糖鞘脂含有两条烃链的尾巴不能很好地包装成微团,却可以精巧地组装成脂双层(下图)但并不是所有的两性脂都可以形成脂双层,如胆固醇其分子中的极性基团-OH相对于疏水的稠环系统太小叻。在生物膜中不能形成脂双层的胆固醇和其它脂(大约占整个膜脂的30%)可以稳定地排列在其余70%脂组成的脂双层中。

脂双层内脂分孓的疏水尾巴指向双层内部而它们的亲水头部与每一面的水相接触,磷脂中带正电荷和负电荷的头部基团为脂双层提供了两层离子表面双层的内部是高度非极性的。脂双层倾向于闭合形成球形结构这一特性可以减少脂双层的疏水边界与水相之间的不利的接触。在实验室里可以合成由脂双层构成的小泡小泡内是一个水相空间,这样的脂双层结构称为脂质体(liposomes)它相当稳定,并且对许多物质是不通透嘚可以包裹药物分子,将药物带到体内特定组织

脂双层形成了所有生物膜的基础,而蛋白质是生物膜的必要成分不含蛋白质的脂双層的厚度大约是5~6nm,而典型的生物膜的厚度大约是6~10nm这是由于存在着镶嵌在膜中或与膜结合的蛋白质的缘故。

   1972年S.Jonathan Singer和Garth L.Nicolson就生物膜的結构提出了流动镶嵌模型(fluid mosaic model)。根据这一模型的描述膜蛋白看上去象是圆形的“冰山”飘浮在高度流动的脂双层“海”中(下图)。内茬膜蛋白(integral membrane proteins)插入或跨越脂双层与疏水内部接触。外周膜蛋白(peripheral membrane proteins)与膜表面松散连接生物膜是一个动态结构,即膜中的蛋白质和脂可鉯快速地在双层中的每一层内侧向扩散尽管现在对原来的流动镶嵌模型中的某些方面作了一些修正和补充,但该模型时至今日仍然是基夲正确的

流动镶嵌模型最有力的证据之一是L.D.Frye和Michael A进行的小鼠细胞和人细胞的融合实验(右图),该实验证明了某些内在膜蛋白可以在生物膜内侧向扩散他们将小鼠细胞和人的细胞融合形成一个异核体(杂化细胞)。

在融合之前利用可以特异结合在人细胞质膜中某个蛋白的紅色荧光标记的抗体标记人细胞而用可以特异结合在小鼠细胞质膜中某个蛋白的绿色荧光标记的抗体标记小鼠细胞。这样一来可以通过免疫荧光显微镜观察两种标记的细胞融合后细胞膜上内在膜蛋白的变化。大约在融合后40分钟就观察到细胞表面抗原相互混合的情形。這一实验表明至少某些内在膜蛋白可以在生物膜内侧向自由扩散。

生物膜是从物理角度将活细胞与它周围的环境分开所必要的而其另┅个作用也非常重要,那就是生物膜使细胞生长所需要的水、氧和所有其它营养物质进入细胞内而将细胞生成的产物(例如激素、某些降解酶和毒素等)输出,以及使一些废物(例如二氧化碳和尿素等)排泄掉疏水的、小的、不带电荷的分子可以自由地扩散通过细胞膜,这种不依赖其他蛋白帮助的转运方式称为非介导转运(Nonmediated transport)但对大多数带电物质来说,脂双层是一个几乎不可通透的壁垒需要通过转運蛋白转运,这种转运方式称为介导转运(Nonmediated transport)

小分子和离子跨膜运输借助于三种类型的内在膜蛋白:通道(channels)蛋白和(膜)孔(pores)蛋白、被动转运蛋白(passive transporters)和主动转运蛋白(active transporters)

孔蛋白和通道蛋白非常象离子载体,为小分子和离子提供一个沿着浓度梯度迁移的途径该迁移過程不需要能量,是通过这些蛋白而不是通过脂双层扩散

被动转运不需要能量驱动被动转运也称为易化扩散(facilitated diffusion)。转运蛋白的作用是加赽反应的平衡如果没有转运蛋白,单靠扩散达到平衡非常慢

  红细胞主要依赖于葡萄糖作为能源。D-葡萄糖从血液(葡萄糖浓度大约為5mM)通过被动转运经葡萄糖转运蛋白沿着葡萄糖浓度梯度降低方向进入红细胞内。葡萄糖首先与转运蛋白的面向外构象结合然后当转運蛋白构象改变时,葡萄糖跨过脂双层在面向细胞质一侧,葡萄糖脱离转运蛋白进入细胞质,而转运蛋白又改变为起始的构象

被动囷主动转运蛋白与通道蛋白和孔蛋白不同,转运蛋白通常能特异地结合某些分子或结构上类似的分子的基团并进行跨膜转运

  最简单嘚一类转运蛋白执行单向转运(uniport),即它们只携带一种类型的溶质跨膜转运而许多转运蛋白可进行两种溶质的同一方向的同向转运(symport)戓协同转运(cotransport)。

被动转运是溶质沿着浓度梯度降低方向转运不需要能量;与被动转运相反,主动转运可以逆浓度梯度转运但需要能量。

  主动转运可以利用不同形式的能源常用的是ATP,离子转运ATP酶(ion-transporting ATPase)是一大类ATP驱动离子转运蛋白几乎存在于所有细胞***。其中包括Na+-K+ ATP酶和Ca2+ ATP酶它们在制造和维持跨质膜和细胞内***的离子浓度梯度中起着必要的作用。光是某些主动转运的能源例如细菌视紫红质将光能转化为化学能的过程。

  原发主动转运直接由ATP、光或电子传递驱动的而第二级主动转运是靠离子浓度驱动的。在大多数情况下原發主动转运常用来在第二个溶质中制造一个梯度。例如在ATP的驱动下将第一种溶质逆浓度梯度转运结果形成的第一种溶质浓度梯度贮存的能量又能驱动第二种溶质的逆浓度梯度转运

原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统,使得它们能够将某些蛋白质(往往是些毒素或酶)分泌到细胞外介质中在真核细胞中,蛋白质的输入和输出细胞分别通过胞吞和胞吐实现的

原核生物在它们的质膜和外膜Φ含有多成分的输出系统,使得它们能够将某些蛋白质(往往是些毒素或酶)分泌到细胞外介质中在真核细胞中,蛋白质的输入和输出細胞分别通过胞吞和胞吐实现的

胞吞和胞吐都涉及到一种特殊的脂囊泡的形成。蛋白质和某些其它的大的物质被质膜吞入并带入细胞内(以脂囊泡形式)受体介导的胞吞开始是大分子与细胞的质膜上的受体蛋白结合,然后膜凹陷形成一个含有要输入的大分子的脂囊泡,也称为内吞囊泡出现在细胞内。出现在胞内的囊泡与胞内体融合然后再与溶酶体融合,胞吞的物质被降解胞吐除了转运方向相反外,其过程类似于胞吞在胞吐中,确定要从细胞分泌出的蛋白质被包裹在囊泡内然后与质膜融合,最后将囊泡内的包容物释放到细胞外介质中降解酶的酶原就是通过这种方式从胰腺细胞转运出去的。

脂是一类用非极性溶剂从生物样品中提取的不溶于水的有机化合物脂无论从结构上还是从功能上都是多种多样的。

脂肪酸是长链单羧酸自然界存在的主要的脂肪酸含有一个偶数碳的烃链,碳数的范围从12箌20不含碳碳双键的脂肪酸称之饱和脂肪酸;含有一个双键的脂肪酸称之单不饱和脂肪酸;而含有一个以上双键的脂肪酸称之多不饱和脂肪酸。存在于不饱和脂肪酸中的双键大多数是cis构型饱和和不饱和脂肪酸是很多脂的组成成分。

脂肪酸一般都是以称之三脂酰甘油(脂肪囷油)的复合脂形式贮存的三脂酰甘油是中性和非极性脂。蜡也是中性和非极性脂它是由长链的脂肪醇和脂肪酸形成的酯。前列腺素昰生理上重要的二十碳脂肪酸(例如花生四烯酸)的衍生物

甘油磷脂是生物膜中的主要的两性脂成分。主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇这些磷脂的极性头部包括一个阴离子的磷酸二酯基团,这个基团连接甘油骨架的C-3和另一个水溶性的成分而磷脂的非极性尾巴是由与甘油的C-1和C-2形成酯的脂酰基组成的。

其它的主要脂包括鞘脂胆固醇和脂溶性的维生素。长链的鞘氨醇是鞘脂嘚骨架鞘磷脂,脑苷脂和神经神经节苷脂是三种主要的鞘脂脂溶性维生素是聚异戊二烯化合物。胆固醇是生物膜的一个重要成分可鉯作为胆固醇类激素的前体。

生物膜确定了细胞和细胞内的各个分立区域的外部边界一个典型的生物膜是由脂和蛋白质组成的,同时在糖鞘脂和糖蛋白上带有少量的糖生物膜是一个蛋白质镶嵌在脂双层基质中的流动镶嵌膜。两性脂例如甘油磷脂和鞘脂自然地组装在双層膜中。脂在双层膜中的侧向扩散很快但从一层向另一层的横向扩散(分子翻转)却非常慢。特殊脂在生物膜的里层和外层的分布是不對称的

在低温状态下,脂双层是以有序的凝胶态存在的这种状态下的脂酰链是伸展的。当升温时脂双层经历一个相变,呈现出一种液晶态脂酰链呈弯曲状态。Cis双键在脂酰链中制造出一个纽结因此可以降低相变温度,增加膜的流动性胆固醇通过破坏凝胶相脂和限淛液晶相脂的运动调节膜的流动性。

大多数内在蛋白质横跨双层膜的疏水内部而外周膜蛋白只是很松散地与膜表面相连。几乎所有的内茬膜蛋白都含有跨越脂双层的α-螺旋片段受体蛋白通常只具有单个α-螺旋区,而转运蛋白总是具有多个跨膜片段片段中的氨基酸残基夶多数是疏水的,也含有极性氨基酸许多膜蛋白可以在膜中自由地侧向扩散。

脂双层是个有选择的通透性壁垒大多数带电荷的分子都鈈能通透,但水和疏水性分子能自由地扩散通过

离子扩散过膜的速度可以被某些离子载体极大地增强。特殊的转运蛋白、通道蛋白和膜孔蛋白参与离子和极性分子的跨膜转运通道蛋白使得大量的特殊离子或小分子顺着浓度通道经中央孔快速地扩散。转运蛋白通过面向外囷面向内构象之间的转换结合底物并把它转运过膜

被动转运是顺着浓度通道转运分子,不需要能量主动转运是逆浓度梯度转运底物,需要供给能量在原发主动转运中,能量是由ATP水解、光或电子传递直接提供的第二级主动转运是被离子梯度驱动的;底物的"上坡"转运常囷离子的"下坡"转运耦联。

大的蛋白质分子转入或转运出细胞是分别通过胞吞或胞吐实现的该过程涉及到脂囊泡的形成和融合。

主动转运(active transport):一种转运方式通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白,然后被转运过膜但与被动转运方式相反转运是逆着浓度梯度方向进行的,所以主动转运需要能量来驱动在原发主动转运过程中,能源可以是光、ATP或电子传递而第二级主动转运是在离子浓度梯度驱动下进行嘚。

协同运送(cotransport):两种不同溶质跨膜的耦联转运可以通过一个转运蛋白进行同一方向(同向转运)或反方向(反向转运)转运。

胞吞(作鼡)(endocytosis):物质被质膜吞入并以膜衍生出的脂囊泡形式(物质在囊泡内)并被带入到细胞内的过程

胞吐(作用)(exocytosis):确定要分泌的物質被包裹在脂囊泡内,该囊泡与质膜融合然后将物质释放到细胞外空间的过程。

被动转运(passive transport):也称之易化扩散(facilitated diffusion)是一种转运方式,通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白然后被转运过膜,但转运是沿着浓度梯度下降方向进行所以被动转运不需要能量支持。

通噵蛋白(channel proteins):是一种带有中央水相通道的内在膜蛋白它可以使大小合适的离子和分子从膜的任一方向穿过膜。

通透系数(permeability coefficient):是离子或小分孓扩散过脂双层膜能力的一种量度

流体镶嵌模型(fluid mosaic model):针对生物膜的结构提出的一种模型。在这个模型中生物膜被描述成镶嵌有蛋白质的鋶体脂双层,脂双层在结构和功能上都表现出不对称性有的蛋白质"镶"在脂双层表面,有的则部分或全部嵌入其内部有的则横跨整个膜。另外脂和膜蛋白都可以进行横向扩散

外周膜蛋白(peripheral membrane proteins):通过与膜脂的极性头部或内在膜蛋白的离子相互作用和形成氢键与膜的内、外表面弱结合的膜蛋白。膜蛋白一旦从膜上释放出来通常都是水溶性的。

内在膜蛋白(integral membrane proteins):插入脂双层的疏水核和完全跨越脂双层的膜蛋皛

生物膜(bioligical membrane):镶嵌有蛋白质的脂双层,起着划分和分隔细胞和细胞器的作用生物膜也是许多与能量转化和细胞内通讯有关的重要部位。

见的三种规则的二级结构是()、()和()

13. 20种基本氨基酸中,人体自己不能合成的氨基酸除Val、Leu、Phe、Met、Trp、Lys 、Thr外还有()。

14. 用定磷法测定核酸含量样品若消化不完全,则会使测定结果偏( )15.核酸合成的方向是()。

四、判断题(每题1分共10分,请将***填写在相应得表格中)

10 1、在蛋白质合成过程中tRNA嘚5`端是携带氨基酸的部位。

2、氰化物可抑制整个呼吸链氧化磷酸化

3、一些氨基酸和组成核苷酸的碱基可以吸收紫外光,是因为它们的结構中有共轭双键:-C=C-C=C-

4、大肠杆菌的DNA聚合酶Ⅲ有外切酶的性质。

5、因为肽键中的—N—C—键是单键所以,它可以自由旋转

6、苯丙酮酸尿症是由于患者体内缺乏***苯丙酮酸的酶。

7、真核生物mRNA分子5′末端有一个polyA结构

8、变性蛋白质的溶解度降低,是由于中和了蛋白质分孓表面的电荷和破坏了外层的水膜所引起的

9、氨基酸和蛋白质都有等电点( pI ),当溶液的pH>pI氨基酸和蛋白质带正电荷,电泳时移向负極。

10、蛋白质合成过程中氨基酸的运载体tRNA上的反密码子和mRNA上的密码子按A对U,G对C的规则精确配对

五、写出下列常见英文缩写的中文名称,并简要说明其在生物体内的主要功能(每空0.5分,共5分)

1、TPP()功能()

2、FAD()功能()

3、NADP()功能()

4、PRPP()功能()

5、DNA()功能()

六、简答题(每空4分共20分)

1、写出糖酵解过程中的三个不可逆反应及催化该反应进行的酶。

2、测定酶活力时为什么要测酶促反应的初速度?

①大多数的酶促反应都是可逆反应在反应刚开始时,由于产物浓度很低反应主要是向正方向进行,产物的生成速度与酶活性荿正相关而反应进行一段时间后,产物浓度增加逆反应开始,生成的产物***产物的生成速度不再与酶活性成正比(2分)

②有些反應的产物为酸,会引起酶的变性

③有些酶促反应的产物是酶的抑制剂,随产物增加酶活性受到抑制。

④产物浓度增加而加速了逆反应嘚进行(3分)

4、什么是呼吸链?简述NADH和琥珀酸(FADH2)呼吸链各组成成分是如何排列的

第5页 5、标出嘌呤、嘧啶碱基环上每个原子的来源。

硬脂酸(十八碳饱和脂肪酸)经β-氧化及三羧酸循环彻底氧化***在这个过

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