生化要点,生物化学

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  一、生物化学考查目标

趣味复习周之生化篇

  西医综合生物化学的考试范围为人民卫生出版社第七版生物化学教材。要求学生系统掌握本学科中的基本理论、基本知识和基本技能,能够运用所学的基本理论、基本知识和基本技能综合分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。

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  二、生物化学考点解析

本文由中医仲景协会整理,如需要原文件请联系QQ1769090563

  这节我们来解析一下生物化学。今年生物化学未发生任何改变。生物化学对于很多考生来说都是比较难的学科,需要掌握和记忆的东西很多,在此我想提醒大家在复习生化时一定要抓重点,切忌把时间都放在一些较难较偏的知识点上,以免耽误时间。


  下面我们就按大纲分的四大部分进行详细的解析。

蛋白质的结构及功能

  生物化学

第一节 氨基酸与多肽

  第一部分生物大分子的结构和功能

一、氨基酸的结构与分类

  重点内容:氨基酸的分类,几种特殊的氨基酸,蛋白质的分子结构及理化性质,核酸的组成,DNA双螺旋结构,酶的基本概念,米式方程,辅酶成分。熟记20种氨基酸,尽可能记住英文缩写代号,因考试时常以代号直接出现。蛋白质的分子结构常考各级结构的表现形式及其维系键。蛋白质的理化性质及蛋白质的提纯,通常利用蛋白质的理化性质采取不破坏蛋白质结构的物理方法来提纯蛋白质。注意氨基酸及蛋白质理化性质的鉴别。核酸的基本单位是核苷酸,多个核苷酸组成核酸,核苷酸之间的连接键为3’,5′-磷酸二酯键。DNA双螺旋结构,在DNA双链结构中两条碱基严格按A=T(2个氢键)、G三C(3个氢键)配对存在,各种RNA的特点。另外还要注意到一些核酸解题上常用的概念。酶首先要注意的是一些基本概念,如:核酶、脱氧核酶、酶活性中心、同工酶、异构酶等。米式方程式考试重点,V=Vmax[S]/Km+[S],这个方程解释酶促反应浓度与反应速度之间关系的方程式。考试时有时会让考生根据此方程做简单计算后才能作答。几种抑制剂的区别。变构酶的特点,解题时应注意变构调节可引起酶的构象变化。在这里要特别注意的是构型是指物质的基本结构组成,构象是指物质的空间变化,别构调节可引起酶的构象变化,而不是引起酶的构型变化。

(一)氨基酸的一般结构式

  第二部分物质代谢及调节

氨基酸是组成人体蛋白质的基本单位,共有20种,除甘氨酸外均属L-a-氨基酸。氨基酸的一般结构式为NH2—CH(R)—COOH。连在COOH基团上的C称为a—碳原子,不同氨基酸其侧链(R)各异。

  重点掌握糖酵解,糖的有氧氧化,磷酸戊糖旁路,糖异生,酮体、胆固醇、磷脂的合成,呼吸链,氧化磷酸化,特殊氨基酸代谢产物,一碳单位代谢,嘌呤及嘧啶核苷酸合成原料及分解代谢产物,物质代谢的联系。糖代谢一章为考试重点,要全面掌握。糖代谢的化学反应式比较繁杂,每年考试的重点基本在反应部位、关键酶及调节、能量的产生及其各重要物质之间的关系。糖酵解、糖异生、糖的有氧氧化等都是必须熟知的内容。脂类代谢中酮体和胆固醇的合成,注意二者区别。酮体是肝内合成肝外利用,脂肪是肝内合成肝外储存。以乙酰CoA为合成原料的是脂肪合成、酮体合成、胆固醇合成。脂酸的合成与分解,脂酸合成的主料是乙酰CoA;在供氧充足的情况下脂酸在体内分解为CO2和水,释放大量能量,是体内脂酸分解代谢的主要形式。磷脂合成。几种血脂鉴别。呼吸链组成,氧化磷酸化影响因素。尿素合成-鸟氨酸循环。一碳单位代谢,经常考,但只要抓住其中的核心内容就很容易记忆了,一碳单位来源——丝色组甘,一碳单位运载体——四氢叶酸。一碳单位主要功能作为嘌呤和嘧啶合成原料在核酸生物合成中占重要地位,联系氨基酸和核苷酸。嘌呤和嘧啶核苷酸合成分解比较。氨基酸的一般代谢(体内蛋白质的降解、氧化脱氨基、转氨基及联合脱氨基),要注意复习一下。

(二)氨基酸分类

  第三部分基因信息的传递

体内20种氨基酸按理化性质分为4组:

  DNA的复制、转录、翻译过程中所涉及到的的酶等,逆转录及逆转录酶,碱基配对原则,遗传密码的特性,蛋白质合成的干扰,基因类的为考试热点,但内容较散。DNA复制过程,端粒和端粒酶是常考点,端粒酶是一种RNA和蛋白质组成的酶,复制终止时染色体线性DNA末端可缩短,但通过端粒的不依赖模板的复制,可以补偿这种末端缩短。在端粒合成过程中,端粒酶以其自身携带的RNA为模板合成互补链,故端粒酶可看作是一种特殊的逆转录酶。逆转录和逆转录酶。复制和转录的的异同点,从比较中可以看出DNA复制和RNA转录都遵循碱基配对原则,且方向相反。遗传密码的特点是考试重点,大家注意记忆。

①非极性、疏水性氨基酸;

  第四部分生化专题

②极性、中性氨基酸;

  受体类型要注意生理学和生化内容的区别,解题时尤其要弄清是生理学试题还是生化试题,这是关键:生理学将激素分为膜受体、胞浆受体、核受体,生化分为膜受体、胞内受体,生理学中雌激素、雄激素、孕激素的受体位于胞浆及细胞核,生化中雌激素、雄激素、孕激素的受体位于细胞核内。血液与肝的生物化学中注意复习胆红素代谢和胆汁酸代谢。

③酸性氨基酸;

  生物化学的知识比较繁琐,需要记忆的也很多,所以同学们在复习时一定要有侧重点。希望大家在生化这门学科中可以利用最短的时间取得最好的成绩。

④碱性氨基酸

  来源:万学教育

分 类(氨基酸名称)

非极性、疏水性氨基酸甘氨酸(Gly)、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸(Phe)、脯氨酸

极性、中性氨基酸色氨酸(Trp)、丝氨酸(Ser)、酪氨酸(Tyr),半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸(Thr)

酸性氨基酸天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)

碱性氨基酸赖氨酸(lys)、精氨酸(Arg)、组氨酸(His)

生糖兼生酮氨基酸苏氨酸(Thr)、色氨酸(Trp)、苯丙氨酸(Phe)、异亮氨酸、酪氨酸(Tyr)
记忆:(俗色本已漏)

含硫氨基酸半胱氨酸、胱氨酸、甲硫氨酸

二、肽键与肽链

氨基酸分子之间通过去水缩合形成肽链,NH2—CH(R)—CO—NH—CH(R)—COOH在相邻两个氨基酸之间新生的酰胺键称为肽键,肽键具有一定程度双键性质。若许多氨基酸依次通过肽键相互连接,形成长链,称为多肽链。

三、氨基酸的两性解离

蛋白质pH【负电荷】<溶液pH<蛋白质pH【正电荷】

四、紫外吸收

色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)最大吸收峰值在280nm。

第二节 蛋白质的结构

一、蛋白质的一级结构

多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构,肽键和二硫键是维系一级结构的化学键。蛋白质分子的一级结构是其特异空间结构及生物学活性的基础。

二、蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指局部或某一段肽链主链的空间结构,即肽链某一区段中氨基酸残基相对空间位置,它不涉及侧链的构象及与其它肽段的关系。α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲是二级结构的主要形式之一,其结构特征如下:①多肽链主链围绕中心轴旋转,每隔3.6个氨基酸残基上升一个螺距;②每个氨基酸残基与第四个氨基酸残基形成氢键。氢键维持了α-螺旋结构的稳定;③α-螺旋为右手螺旋,氨基酸侧链基团伸向螺旋外侧。

三、蛋白质三级和结构

蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,即整条肽链的三维空间结构。三级结构的形成和稳定主要靠疏水键、盐键、范德华力、氢键等。许多(并非所有)有生物活性的蛋白质由两条或多条具有三级结构的肽链构成,每条肽链被称为一个亚基,通过非共价键维系亚基与亚基之间的空间位置关系,这就是蛋白质的四级结构。各亚基之间的结合力主要是疏水键,氢键和离子键也参与维持四级结构。

一级结构               二级结构         三级结构                  
四级结构

定义氨基酸的排列顺序蛋白质主链的局部结构整条肽链中全部氨基酸残基的排列各亚基之间的空间位置

表现形式 肽链α-螺旋、β-折叠、β-转角结构域、分子伴侣亚基

维系键 肽键          氢键疏水作用、     氢键、范德华力、离子键    
 氢键、离子键

模体

第三节 蛋白质结构与功能关系

一、蛋白质的一级结构和功能的关系

一级结构是空间构象的基础,也是功能的基础。一级结构相似的蛋白质,其空间结构及功能也相近。若一级结构发生改变影响其功能,称为分子病。

二、蛋白质的高级结构和功能的关系

蛋白质的空间结构与功能由密切的关系,若蛋白质的折叠发生错误,尽管其一级结构不变,但蛋白质的构象发生改变,仍可影响其功能,严重时导致疾病称为蛋白质构象疾病。

第四节 蛋白质的理化性质

两性电离;胶体性质;紫外吸收;呈色反应;空间结构破坏可变性。

蛋白质的变性

在某些理化因素的作用下,蛋白质的空间结构(但不包括一级结构)遭到破坏,导致蛋白质若干理化性质和生物学活性的改变,称为蛋白质的变性作用。

蛋白质变性后,其溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失,易被蛋白酶水解。

引起蛋白质变性的常见理化因素有:加热、高压、紫外线、X射线、有机溶剂、强酸、强碱等。球状蛋白质变性后其溶解度降低,容易发生沉淀。

第五节 蛋白质分离纯化

透析及超滤可除去小分子

丙酮沉淀、盐析、免疫沉淀是蛋白质沉淀方法

电荷性质可分离蛋白质

相分配或亲和对蛋白质进行层析分离

凝胶过滤原理

沉降系数S

第二章 核酸的结构和功能

第一节 核酸的基本组成单位—核苷酸

一、核苷酸分子组成

核酸也称为多核苷酸,是由数十个以至数千万计的核苷酸构成的生物大分子,也即核酸的基本组成单位是核苷酸。核苷酸分子由碱基、核糖或脱氧核糖和磷酸三种分子连接而成。碱基与糖通过
糖苷键连成核苷,核苷与磷酸以酯键结合成核苷酸。核酸中含量相对恒定的元素是氮。

参与核苷酸组成的主要碱基有5种。属于嘌呤类化合物的碱基有腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G),属于嘧啶类化合物的碱基有胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。

二、核酸(DNA和RNA)

几个或十几个核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的分子称寡核苷酸,由更多的核苷酸连接而成的聚合物就是多聚核苷酸。多聚核苷酸链是有方向的(5’—
3’)。

DNA分子中出现的碱基有A、T、C和G,糖为脱氧核糖。RNA分子中所含的碱基是A、U、C和G,糖为核糖。DNA分子由2条脱氧核糖核苷酸链组成,RNA分子由1条核糖核苷酸链组成。

DNARNA

名称脱氧核糖核酸核糖核酸

碱基A、T、C、GA、U、C、G

戊糖脱氧核糖核糖

核苷酸/脱氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMPAMP、GMP、CMP、UMP

第二节 DNA的结构与功能

一、DNA碱基组成规律

DNA碱基组成有一定的规律,即DNA分子中A的摩尔数与T相等,C与G相等。

二、DNA的一级结构

一级结构 核苷酸的排列顺序。

三、DNA双螺旋结构要点

双螺旋是DNA二级结构形式,它的结构要点如下:

(一)DNA分子由两条以脱氧核糖-磷酸作骨架的双链组成,以右手螺旋的方式围绕同一公共轴有规律地盘旋。螺旋直径2.37nm,,螺距3.54nm,并形成交替出现的大沟和小沟。

(二)两股单链的戊糖-磷酸骨架位于螺旋外侧,戊糖相连的碱基平面垂直于螺旋轴而伸入螺旋之内。每个碱基与对应链上的碱基共处同一平面,并以氢键维持配对关系,A与T配对,C与G配对。螺旋旋转一周为10.5对碱基。

(三)两碱基之间的氢键是维持双螺旋横向稳定的主要化学键。纵向则以碱基平面之间的碱基堆积力维持稳定。

(四)双螺旋两股单链走向相反,从5’向3’。

四、DNA的三级结构

原核生物没有细胞核,其DNA分子在,使体积压缩。超螺旋结构就是DNA的三级结构。

五、DNA的功能

DNA是遗传的物质基础,表现生物性状的遗传信息贮存在DNA分子的核苷酸序列中。当细胞分裂时,生物遗传信息通过复制从亲代(细胞)传递给子代(细胞),使物种得以延续。因此,DNA与细胞增生、生物体传代有关。DNA还可通过转录指导RNA(包括mRNA)合成,将遗传信息传递给mRNA;继而以mRNA为模板合成特异的蛋白质分子。蛋白质赋予生物体或细胞特异的生物表型和代谢表型,使生物性状遗传。

1、DNA的分子结构及功能

DNA的一级结构DNA的二级结构DNA的三级结构

定义核苷酸的排列顺序

即碱基排列顺序双螺旋结构双螺旋基础上进一步扭转盘曲,形成超螺旋

功能DNA是遗传的物质基础

2、DNA的双螺旋结构和蛋白质的α-螺旋结构的区别

DNA的双螺旋结构                 蛋白质的α-螺旋结构

类型属于DNA的二级结构           属于蛋白质的二级结构

螺距3.54nm,每周10.5对碱基     0.54nm,每周3.6个氨基酸

第三节 DNA变性及其应用

一、DNA变性和复性的概念

1、变性因素 加热、酸碱等因素。

2、结构变化 变性时碱基对之间的氢键断开。

3、增色效应 变性后的DNA在260nm的紫外光吸收增强,称为增色效应。

4、溶液粘度降低

5、融解温度Tm
在DNA热变性过程中,使紫外吸收达到最大增值50%时的温度称为解链温度。

GC含量越高,则Tm值越大

6、DNA复性
变性的DNA在适当条件下,两条互补链可以重新配对,恢复天然的双螺旋结构。

二、核酸杂交

复性是指核酸双链分子中分开的两股单链重新结合。如果将不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理,或将单链DNA与RNA放在一起,只要某些区域(或链的大部分)有形成碱基配对的可能,它们之间就可形成局部双链,这一过程称为核酸杂交,生成的双链称为杂化双链。

DNA变性和蛋白质变性的比较

DNA变性                                      蛋白质变性

定义DNA双链碱基对之间的氢键断开      
 蛋白质的空间构象破坏,生物活性丧失

主要破坏破坏维系双链碱基配对的氢键

不破坏一级结构中核苷酸的序列              破坏二硫键和非共价键

                                          不破坏一级结构中氨基酸的序列

变性结果双链解开,增色效应,溶液粘度降低
溶解度降低、粘度增加、生物活性丧失、易被蛋白酶水解

复性在一定条件下可以复性                 在一定条件下可以复性

第四节 RNA的结构与功能

RNA通常以数十个至数千个核苷酸组成的单链形式存在。RNA主要分为信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖(核蛋白)体RNA(rRNA)
三类。

一、mRNA

mRNA为线状单链结构。由hnRNA经过剪切加工形成。大多数真核mRNA在5’-端含倒装的7-甲基三磷酸鸟苷(m7Gppp),称为帽子结构。mRNA的3’-末端有一段长短不一的多聚腺苷酸序列,由数十个至上百个腺苷酸连接而成。3’-末端的多聚腺苷酸结构可增加转录活性,增加mRNA稳定性。5’加“帽”、3’加“尾”属转录后加工过程。

贮存在DNA核苷酸顺序中的遗传信息通过转录,转送至mRNA的核苷酸顺序,后者决定蛋白质合成的氨基酸排列顺序,也即mRNA可作为蛋白质合成的模板。分子中的每3个核苷酸为—组,决定肽链上一个氨基酸,称为遗传密码。遗传密码的特点为:①三个相连核苷酸组成一个密码子,编码一个氨基酸,共有64个密码子;②密码子之间无核苷酸间隔;③一种氨基酸可有多种密码子;④所有生物使用同一套密码子。

二、tRNA

tRNA由74至95个核苷酸构成。tRNA分子含有稀有碱基,包括双氢尿嘧啶、假尿嘧啶和甲基化的嘌呤。在tRNA单链上有一些能配对的区域,形成局部双链,这些局部的碱基配对双链就像一支叶柄,中间不能配对的碱基鼓出成环状。所有tRNA均呈三叶草形状,这就是tRNA的二级结构。tRNA的三级结构为倒L型。tRNA二级结构有三个环,其中反密码环上有反密码子,反密码子辨认mRNA上相应的三联体密码,而且把正确的氨基酸连接到tRNA
3,末端的CCA-OH结构上。由此可见tRNA在蛋白质生物合成中起运输氨基酸的作用。

三、rRNA

rRNA是细胞内含量最多的RNA,约占RNA总量的80%以上。

真核生物的核糖体           原核生物的核糖体

小亚基  大小为40S             大小为30S

18S rRNA+33种蛋白质         16S rRNA+21种蛋白质

大亚基大小为60 S                     大小为50S

28S、5.8S、5S rRNA+49种蛋白质      23S、5S rRNA+31种蛋白质

不同RNA的比较

mRNAtRNArRNA

主要功能蛋白质合成的模板将氨基酸提交给mRNA核蛋白体的组成

比例占总RNA的5%10%多于80%

结构特点5’ 帽子结构,3’
多聚腺苷酸,带有遗传信息密码含有稀有碱基包括双氢尿嘧啶、假尿嘧啶和甲基化的嘌呤;3,末端有CCA-OH结构组成核蛋白体大小亚基

第三章 酶

第一节 酶的催化作用

一、酶的分子结构与催化作用


是指由活细胞合成,在细胞内或细胞外对其特异性底物起高效催化作用的蛋白质。

核酶 具有高效、催化作用的核糖核酸,主要参与RNA的剪接。

单体酶 由一条多肽链构成的酶。

多酶体系 由多种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。

同功酶
指几种分子结构、理化和免疫学性质均不同,但可催化同一化学反应的一组酶。

常用于临床的两种同功酶:乳酸脱氢酶LDH有五种同功酶,LDH1在心肌含量最高,LDH3在胰腺含量最高,LDH5在肝脏含量最高;肌酸激酶CK有3种同功酶,CK1在脑组织含量最高,CK2在心肌、CK3在骨骼肌含量最高。

二、由于酶的化学本质是蛋白质,它具有一些独特的催化性质:①酶能显著地降低反应活化能,具有高度的催化能力;②每种酶都选择性地催化一种或一组类似发生特定的化学反应,具有高度的催化专—性;③酶是蛋白质,其空间结构可受到各种理化因素的影响以致改变酶的催化活性,所以酶具有高度的不稳定性;④酶的催化作用是受调控的。

三、酶-底物复合物

(—)中间产物学说
酶在催化时,首先与其底物结合,生成酶-底物复合物,经催化作用后再分解为酶和产物,这种酶催化作用过程称为中间产物学说。由于酶-底物复合物的形成,化学反应成千成万倍地被加速,酶与底物一般是通过非共价键结合,使酶和底物分子中参与结合和催化作用的基团有一定的空间立体对应及恰当的距离,以达到快速的结合和解离平衡。

(二)酶的活性中心
酶分子中能与底物结合并发生催化作用的局部空间结构称为酶的活性中心。活性中心中有许多与催化作用直接相关的基闭,称为必需基团。有些必需基团涉及酶与底物的结合,又称为结合基团,有些具有催化功能,称为催化基团。在酶活性中心外,也存在一些与活性相关的必需基团。

酶和底物接合有利于底物形成过渡态:诱导契合、邻近效应与定向排列、表面效应

酶的催化呈多元催化:酸碱催化、共价催化、亲核催化

第二节 辅酶与酶辅助因子

除了单纯由氨基酸残基形成的单纯蛋白质作为酶以外,更多的酶需要辅助因子参与作用,通常被称为结合酶,其中酶的蛋白质部分称为酶蛋白。根据辅助因子与酶蛋白结合成全酶的牢固程度,又分为辅酶和辅基两类。辅酶为结构复杂的小分子有机物,通过非共价键与酶蛋白疏松结合,可用透析、超滤等方法而分离;辅基则常以共价键与酶蛋白牢固结合,不易与酶蛋白分离。除了上述辅酶外,酶辅助因子主要是各种金属离子,如Zn2+、Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Na2+和K+等。

酶的分子组成

其中酶蛋白决定反应的特异性,辅助因子决定反应的种类和性质。

一、维生素与辅酶的关系

维生素可分为水溶性及脂溶性两大类。水溶性维生素中有多种B族维生素,在体内参与辅酶的组成

辅 酶                     B族维生素

硫胺素焦磷酸(TPP)        维生素B1,(硫胺素)

黄素腺嘌吟单核苷酸(FMN)  维生素B2(核黄素)

黄素腺嘌吟二核苷酸(FAD)  维生素B2:(核黄素)

磷酸吡哆醛(PLP)           维生素B6

辅酶A(CoA)               泛酸

四氢叶酸(FH4)             叶酸

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)烟酰胺(维生素PP)

二、辅酶作用

辅酶及辅助因子,在酶促反应中起着传递电子、原子或某些化学基团的作用。各种辅酶的结构中都具有某种能进行可逆变化的基团,起到转移各种化学基团的作用。在氧化还原酶中依赖辅酶分子中的烟酰胺或核黄素发挥其转氢作用。在转氨基酶分子中,吡哆醛起到转移氨基的作用。

三、金属离子作用

金属离子与酶蛋白的结合可以是非常紧密的,是酶的重要组成成分,能与酶及底物形成各种形式的三元络合物,不仅保证了酶与底物的正确定向结合,而且金属离子还可作为催化基团,参与各种方式的催化作用。

第三节 酶反应动力学

酶反应动力学主要研究酶催化反应的过程与速率,以及各种影响酶催化速率的因素。

一、Km和Vmax的概念

在酶促反应中,底物浓度与反应速度为矩形双曲线的关系。底物浓度很低时,反应速度随底物浓度增加而上升,成直线比例,而当底物浓度继续增加时,反应速度上升的趋势逐渐缓和,—旦底物浓度达到相当高时,反应速度不再上升,达到极限最大值,称最大反应速度(Vmax)。根据中间产物学说,推导出了一个方程式:V=Vmax[S]/Km+[S]。,从数学上显示底物浓度和反应速度的关系,其中的Km值为一常数,表示酶蛋白分子与底物的亲和力。Km值是酶的特征性常数之一,在一定程度上代表酶的催化效率。一种酶能催化几种底物时就有不同的Km值,其中Km值最小的底物一般认为是该酶的天然底物或最适底物。

Km的特点

(1)Km值是酶的特征性常数之一,只与酶的底物、温度、pH而与酶浓度无关;

(2)一种酶有几种底物时,每种底物都有其Km,所以Km与底物有关;

(3)同一底物,不同的酶,有不同的Km值;

(4)Km值为一常数,表示酶蛋白分子与底物的亲和力,Km值越小,表示亲和力越大;

(5)Km值在数值上等于酶促反应速度达到最大反应速度1/2时的底物浓度。

二、最适pH和最适温度

在其他条件恒定的情况下,能使酶促反应速度达最大值时的pH,称为酶的最适pH。大部分体内酶的最适pH在7.4左右。例外的是胃蛋白酶的最适pH是1.5—2.5,这就是胃酸缺乏会出现消化不良症状的原因之一。

能使酶促反应速度达最大值时的温度,称为酶的最适温度。

第四节 抑制剂对酶促反应抑制作用

一、不可逆抑制作用

不可逆抑制作用抑制剂一般均为非生物来源,它们与酶共价结合破坏了酶与底物结合或酶的催化功能。由于抑制剂与酶共价结合,不能用简单的透析、稀释等物理方法除去抑制作用。

二、可逆抑制作用

可逆性抑制剂是通过非共价键与酶结合,因此既能结合又易解离,迅速地达到平衡。酶促反应速度因抑制剂与酶或酶-底物复合物相结合而减慢。可逆性抑制作用又分为竞争性和非竞争性抑制等类型。

(一)竞争性抑制作用
竞争性抑制剂的结构与底物相似,能与底物竞争酶的结合位点,所以称竞争性抑制作用。抑制剂与底物竞争酶的结合位点的能力取决于两者的浓度。如抑制剂浓度恒定,底物浓度低时,抑制作用最为明显。随着底物浓度的增加,酶-底物复合物浓度增加,抑制作用减弱。当底物浓度远远大于抑制剂浓度时,几乎所有的酶均被底物夺取,此时,酶促反应的Vmax不变,但Km值变大。

很多药物都属酶的竞争性抑制剂。磺胺药物与对氨基苯甲酸具有类似结构,而对氨基苯甲酸是二氢叶酸合成酶的底物之一,因此磺胺药通过竞争性地抑制二氢叶酸合成酶,使细菌缺乏二氢叶酸乃至四氢叶酸而不能合成核酸而增殖受抑制。

(二)非竞争性抑制作用
,从而使酶丧失活性,称为非竞争性抑制剂。此种抑制剂既影响对底物的结合,又阻碍其催化功能,表现为Vmax值减小,而Km值不变。

不可逆抑制作用竞争性抑制作用非竞争性抑制作用

作用机制抑制剂与酶活性中心上的必需基团结合,使酶失活竞争性抑制剂的结构与底物相似,能与底物竞争酶的结合位点抑制剂既能与酶结合,也能与酶-底物复合物结合

去除方法不能用透析、超滤方法去除可用透析、超滤方法去除可用透析、超滤方法去除

表观Km无增大不变

Vmax无不变降低

P79各种抑制作用比较

第五节 酶的调节

酶的调节主要可分为酶活性调节及酶含量调节两方面,前者涉及一些酶结构的变化,后者则与酶的合成与降解有关。

一、别构调节

代谢物等作用于酶的特定部位,也即别构部位,引起酶构象的变化,使酶活性增加或降低,这就是酶的别构调节。被调节的酶称为别构酶。

二、酶的共价修饰

有些酶,尤其是一些限速酶,在细胞内其他酶的作用下,其结构中某些特殊基团进行可逆的共价修饰,从而快速改变该酶活性,调节某一多酶体系的代谢通路,称为共价修饰调节。最常见的共价修饰是磷酸化修饰。磷酸化修饰是体内重要的快速调节酶活性的方式之—。

三、酶原激活

在细胞内合成及初分泌时,没有活性的酶称为酶原。酶原在一定的条件下,可转变成有活性的酶,此过程称为酶原激活。酶原分子的内部肽键一处或多处断裂,使分子构象发生一定程度的改变,形成活性中心,活性中心的暴露是酶原激活的机制。酶原激活的生理意义在于避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化,并使酶在特定的部位和环境中发挥作用,保证体内代谢的正常进行。

在特定条件下,每分钟催化1μmol底物转化为产物所需酶量为一个国际单位(IU)

1催量(1Kat)指在特定条件下,每秒钟使1mol底物转化为产物所需酶量。

四、同功酶

同一种属中,酶分子结构组成不同,但能催化同一种化学反应的一组酶,称为同工酶。同工酶的理化性质和生物学功能均可有所差异。乳酸脱氢酶(LDH)由H和M两种亚基组成的四聚体,这两种亚基以不同的比例组成5种同工酶,即LDH1(H4),LDH2(H3M),LDH3(H2M2),LDH4(HM3),LDH5(M4)。心肌中富有LDH1。当心肌损害时,血清中LDHl的浓度就会上升,这是心肌损害的重要辅助诊断指标之一。

第六节 核酶

大部分酶的本质是蛋白质,但少部分为核酸。核酶指具有高效、催化作用的核糖核酸,主要参与RNA的剪接。

固定化酶

抗体酶:具有催化功能的抗体分子

第四章 糖代谢

第一节 糖的分解代谢

一、糖酵解基本途径、关键酶和生理意义

(一)基本途径
糖酵解在胞液中进行,其途径可分为两个阶段。第一阶段从葡萄糖生成2个磷酸丙糖。第二阶段由磷酸丙糖转变成丙酮酸,是生成ATP的阶段。

特点:(1)能量代谢

反应ATP

葡萄糖→6-磷酸葡萄糖消耗1分子

6-磷酸葡萄糖→1,6双磷果糖消耗1分子

2×(1,3—二磷酸甘油酸→3—磷酸甘油酸生成2×1分子

2×(磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸)生成2×1分子

(2)脱氢反应:l,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸,生成1分子NADH+H+

(3)2次底物水平磷酸化反应:l,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸

磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸

(二)关键酶:己糖激酶(或葡萄糖激酶)、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶

肝脏中的己糖激酶称为葡萄糖激酶,它对葡萄糖的亲和力很低,Km为10mmol/L左右,而脑己糖激酶的Km为0.1mmol/L左右,故脑对葡萄糖的亲和力很高,即使血糖浓度很低时,脑细胞仍然可以摄取葡萄糖。

(三)生理意义
糖酵解最重要的生理意义在于迅速提供能量尤其对肌肉收缩更为重要。此外,红细胞没有线粒体,完全依赖糖酵解供应能量。神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃,即使不缺氧也常有糖酵解提供部分能量。

二、糖有氧氧化基本途径及供能

(一)基本途径及供能
有氧氧化途径的第一阶段与糖酵解相同即从葡萄糖转变成丙酮酸;第二阶段为丙酮酸转入线粒体内并氧化成乙酰辅酶A;第三阶段为三羧酸循环和氧化磷酸化。

特点:

1、丙酮酸→乙酰辅酶A 生成1分子NADH+H+,代谢后产生2.5分子ATP。

2、由丙酮酸生成的乙酰辅酶A进入三羧酸循环,可产生10分子ATP,三羧酸循环也称柠檬酸循环。

3、三羧酸循环中的1次底物水平磷酸化 琥珀酰辅酶A→琥珀酸,生成1分子ATP。

4、三羧酸循环中4次脱氢,其中3次脱氢生成NADH+H+,1次脱氢生成FADH(1分子NADH+H+经氧化磷酸化生成2.5分子ATP,1分子FADH经氧化磷酸化生成1.5分子ATP)。

5、供能 1 分子乙酰辅酶A释放10个ATP(3×2.5+ 1×1.5+1),1
个丙酮酸在线粒体内彻底氧化生成12.5个ATP(3×2.5+ 1×1.5+1+ 1×2.5)。

6、关键酶 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶。

三、三羧酸循环的意义:柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路;柠檬酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。

巴斯德效应:有氧氧化抑制酵解的现象

第二节 糖原的合成与分解

糖原是体内糖的储存形式,主要存在于肝脏和肌肉,分别称为肝糖原和肌糖原。人体肝糖原总量70-100g,肌糖原180-300g。

一、肝糖原的合成

特点:

1、关键酶 糖原合酶。

2、反应步骤: 葡萄糖→6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖→1-磷酸葡萄糖

3、葡萄糖的供体 尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)

4、葡萄糖合成糖原是耗能的过程,共消耗2个ATP。

二、肝糖原的分解

特点:1、关键酶 磷酸化酶

2、反应步骤 肝糖原→1-磷酸葡萄糖

1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖→葡萄糖

3、关键酶 葡萄糖-6-磷酸酶,此酶催化6-磷酸葡萄糖→葡萄糖。

4、葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中,肌肉内没有,所以只有肝和肾的糖原分解可补充血糖浓度,肌糖原不能分解成葡萄糖。

第三节 糖异生

体内非糖化合物转变成糖的过程称为糖异生。肝脏是糖异生的主要器官。只有肝、肾能够通过糖异生补充血糖。能进行糖异生的非糖化合物主要为甘油、氨基酸、乳酸等。

一、糖异生的基本途径

丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程为糖异生,与糖酵解的途径相反。糖酵解与糖异生途径的多数反应是共有的,是可逆的,但糖酵解途径中有3个非平衡反应是不可逆反应,在糖异生途径中需由另外的反应和酶替代。

1、丙酮酸→磷酸烯醇型丙酮酸,消耗2个ATP。

2、1,6-二磷酸果糖→6-磷酸果糖,此反应由果糖二磷酸酶催化。

3、6-磷酸葡萄糖→葡萄糖,此反应由葡萄糖-6-磷酸酶催化。

4、关键酶:丙酮酸羧化酶

果糖二磷酸—1

葡萄糖-6-磷酸酶

二、糖异生的生理意义

由于肝脏和肾脏富含葡萄糖-6-磷酸酶,只有肝、肾能够通过糖异生补充血糖。维持血糖浓度的恒定,补充或者恢复肝糖原储备的重要途径,肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡。

三、乳酸循环(Cori循环)

肌肉收缩(尤其在氧供不足)时通过糖酵解生成乳酸,后者通过细胞膜弥散入血浆,进入肝脏异生为葡萄糖。葡萄糖释放人血液后可被肌肉氧化利用,这样构成了—个循环,称为乳酸循环。乳酸循环的生理意义在于避免损失乳酸、防止因乳酸堆积引起酸中毒。

第四节 磷酸戌糖途径

一、磷酸戊糖关键酶及生成物

1、关键酶 6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化6-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸

2、生成物 经一系列反应生成2分子NADPH和1分子核糖

二、磷酸戊糖途径的生理意义

(1)磷酸戊糖途径的生理意义在于为机体提供核糖和NADPH。

(2)核糖用于核酸和游离单核苷酸的合成。

(3)NADPH为体内许多合成代谢提供氢原子。

(4)NADPH还维持体内重要的抗氧化剂,保护红细胞膜的完整性,蚕豆病的病人是因为体内缺乏6-磷酸葡萄糖脱氢酶。

归纳总结:

糖代谢中的关键酶

关键酶

糖酵解己糖激酶(或葡萄糖激酶)、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶

糖异生丙酮酸羧化酶、果糖二磷酸—1、葡萄糖-6-磷酸酶

磷酸戊糖途径6-磷酸葡萄糖脱氢酶

糖原分解磷酸化酶、葡萄糖-6-磷酸酶

糖原合成糖原合酶

第五节 血糖及其调节

一、血糖浓度

血糖指血中的葡萄糖。血糖水平相当恒定,在70–110mgL或者3.89-6.11
mmol/L。血糖的来源主要为肠道吸收、肝糖原分解或肝内糖异生生成的葡萄糖释入血液内。血糖的去路则为周围各组织以及肝的摄取利用,包括转变成氨基酸和脂肪。

二、胰岛素的调节

胰岛素是体内惟一降低血糖的激素,由胰脏内的β细胞合成。它可诱导一些酶生成从而促进糖的有氧氧化。它也能促进糖原合成,抑制糖原分解和糖异生,使血糖水平下降。

三、胰高血糖素的调节

胰高血糖素抑制糖原合成酶和激活磷酸化酶,使肝糖原分解加强。它还抑制糖酵解和促进糖异生等,最终的结果是升高血糖。

四、糖皮质激素

糖皮质激素可以促进蛋白质分解,产生的氨基酸进入肝脏进行糖异生作用,还抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖,所以血糖水平升高。

第五章 生物氧化

第一节 ATP与其他高能化合物

一、ATP循环与高能磷酸键

ATP是生命活动中能量的直接供体。ATP由腺嘌呤、核糖和三分子磷酸组成,三分子磷酸之间构成二个磷酸酐键。

二、生物氧化与体外氧化的比较:

生物氧化体外氧化

共同点都有能量产生,最终生成CO2和H2O,都遵循氧化还原反应的一般规律

氧化方式加氧、脱氢、失电子直接氧化

反应产物CO2、H2O和能量

CO2和H2OCO2由有机酸脱羧生成;H2O由脱下的氢和氧结合产生CO2和H2O由碳、氢直接与氧结合生成

能量释放逐步释放突然释放

三、ATP的利用

ATP有3个磷酸基,它们形成的二个高能磷酸键都可以利用。最常见的是末端磷酸基被分解和转移,生成ADP。如ATP和6-磷酸果糖在磷酸果糖激酶-1的催化下,ATP的末端磷酸基团转移至6-磷酸果糖而生成1,6-二磷酸果糖。此外,ATP水解为ADP和Pi释出的能量供离子转运、肌肉收缩和羟化反应等。这时磷酸基团并不出现于反应产物中。有些反应利用ATP的另一个高能磷酸键,生成焦磷酸,这在合成代谢中常可见到。

四、其他高能磷酸化合物

磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙酮酸、乙酰CoA。其中磷酸肌酸是能量储存的形式,它在肌肉中含量丰富。

第二节 氧化磷酸化

一、氧化磷酸化的概念

从物质代谢脱下的氢原子经电子传递链与氧结合成水的过程,逐步释放出能量,储存在ATP中。氢的氧化和ADP的磷酸化过程偶联在一起,称为氧化磷酸化。

二、两条呼吸链的组成和排列顺序

氧化呼吸链的组成:人线粒体呼吸链有4种酶复合体组成,泛醌和Cytc与线粒体内膜结合不紧密,极易分离,故不包含在4种酶复合体中。无论是递氢体还是递电子体,都能传递电子,因此呼吸链也称电子传递链。

体内有两条电子传递链,一条是以NADH为起始的,生成3分子ATP,另—条以FAD为起始的电子传递链,生成2分子ATP。

两条电子传递链的顺序分别为:

NADH→FMN→辅酶Q→Cytb→Cytc→Cytaa3→O2;

FADH2→辅酶Q→Cytb→Cytc→Cytaa3→O2。

其中,单电子传递体为Fe-S、Cytc。

三、ATP合酶

ATP是由位于线粒体内膜上的ATP合酶催化ADP与Pi合成的。ATP合酶是一个大的膜蛋白复合体,由两个主要组分构成,一是疏水的F0组分,另一个是亲水的F1组分。F0主要构成质子通道。当质子流从线粒体外回流至线粒体基质时,提供能量给ATP合酶合成ATP。

四、氧化磷酸化的调节

(1)抑制剂的调节:一类是电子传递链抑制剂,例如,鱼藤酮可以阻断电子从NADH传递至泛醌(NADH→FMN→辅酶Q);抗霉素A和二巯基丙醇抑制电子从Cytb传递至Cytc(Cytb→Cytc),CO、H2S、氰化物抑制电子从Cytaa3→O2。另一类是解偶联剂如二硝基苯酚,使氧化和磷酸化脱离,不能生成ATP。

(2)ATP浓度的调节:细胞活动消耗ATP后,ADP水平升高,ATP水平降低,就促进氧化磷酸化以补充ATP。

(3)甲状腺激素的作用:甲状腺激素可促使ATP生成。

四、胞浆中NADH的氧化

线粒体内的NADH可直接参加氧化磷酸化,但胞浆中的NADH不能自由通过线粒体内膜,故线粒体外NADH携带的H必需通过α-磷酸甘油或苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体。

脑和骨骼肌中的NADH主要通过α-磷酸甘油机制穿梭,生成1.5个ATP;

肝脏和心脏中的NADH主要通过苹果酸-天冬氨酸穿梭,生成2.5个ATP。

第六章 脂肪代谢

第一节 脂肪的合成代谢

一、合成部位

肝、脂肪组织及小肠是合成甘油三酯的主要场所,以肝的合成能力最强。

CM含有载脂蛋白B48;VLDL含有载脂蛋白B100;LCAT的激活剂是载脂蛋白A。

二、合成原料

合成甘油三酯所需的甘油和脂肪酸主要由葡萄糖代谢提供。

三、合成基本过程

肝和脂肪组织主要通过甘油二酯途径合成甘油三酯。由酵解途径生成的3-磷酸甘油依次加上2分子脂酰辅酶A,生成磷脂酸。后者脱去磷酸生成甘油二酯,然后再加上1分子脂酰辅酶A则生成甘油三酯。

小肠粘膜细胞主要利用消化吸收的甘油一酯再合成甘油三酯。

第二节 脂肪酸的合成代谢

一、合成部位

脂肪酸的合成主要在肝、肾,脑、肺、乳腺及脂肪等组织的细胞胞液中进行,因为脂肪酸合成酶系存在于此。肝是人体合成脂肪酸的主要场所。

二、合成原料

脂肪酸合成原料主要为乙酰辅酶A和NADPH,合成时需要ATP提供能量。乙酰辅酶A来自糖的分解代谢,NADPH主要由磷酸戊糖途径生成。由于糖分解代谢产生的乙酰辅酶A存在于线粒体,而脂肪酸合成酶则在胞浆中,乙酰辅酶A不能通过线粒体内膜,需在线粒体内先与草酰乙酸缩合成柠檬酸,后者再通过线粒体内膜的载体进人胞浆,然后柠檬酸裂解酶的催化下,裂解生成乙酰CoA和丙酮酸用于脂肪酸的合成。脂肪酸合成还需要CO2。

第三节 脂肪的分解代谢

一、脂肪动员

储存于脂肪细胞中的脂肪被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸和甘油释放入血以供其它组织氧化利用,该过程称为脂肪动员。脂肪动员的关键酶是激素敏感性甘油三酯酯酶(HSL)。

二、脂肪酸的β氧化

(一)脂肪酸活化
经血流运输而进入细胞液的脂肪酸,首先要在脂酰辅酶A合成酶作用下,生成脂肪酸的活化形式——脂肪酰辅酶A,这是耗能的过程。

(二)脂酰辅酶A进入线粒体 脂酰肉碱脂酰转移酶I是脂肪酸氧化的限速酶。

(三)脂肪酸的β氧化
脂肪酰辅酶A进入线粒体后,在脂肪酸β氧化酶系的催化下,进行脱氢、加水、再脱氢及硫解4步连续反应,需要的辅酶是NAD、
FAD和辅酶A。

三、酮体的生成、利用和生理意义

脂肪酸经β氧化后生成的乙酰辅酶A在线粒体中可缩合生成酮体。酮体包括乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮。合成酮体的酶系主要存在于肝脏,所以肝脏是酮体合成的器官。但肝又缺乏利用酮体的酶系(琥珀酰CoA转硫酶、乙酰乙酸CoA硫解酶),而肝外许多组织具有活性很强的利用酮体的酶,所以肝脏产生的酮体透过细胞膜进入血液运至肝外组织氧化利用。

酮体是肝内正常脂肪酸代谢的中间产物,是肝输出能源的方式之—。由于酮体能通过血脑屏障及毛细血管壁,它是肌肉,尤其是脑组织的重要能源。患糖尿病时,糖代谢障碍可引起脂肪动员增加,酮体生成也增加,尤其在未经控制的糖尿病患者,酮体生成可为正常情况的数十倍、这就是导致酮症酸中毒的主要原因。

第四节 脂肪酸的合成

一、原料:乙酰CoA、ATP、NADPH等。

二、合成步骤:

1、丙二酰CoA的合成
乙酰CoA羧化酶是关键酶,该酶存在于胞浆中,辅基为生物素,是一种变构酶。

2、脂肪酸的合成

3、不饱和脂肪酸 必需脂肪酸:亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。

第五节 甘油磷脂代谢

一、甘油磷脂基本结构与分类

甘油磷脂由甘油、脂肪酸、磷酸及含氮化合物等组成。甘油的1位和2位羟基各结合1分子脂防酸,3位羟基结合1分子磷酸,即为磷脂酸,然后其磷酸基团的羟基可与不同的取代基团连接,就形成六类不同的甘油磷脂:①磷脂酰胆碱(卵磷脂);②磷脂酰乙醇胺(脑磷脂);③磷脂酰肌醇;④磷脂酰丝氨酸;⑤磷脂酰甘油;⑥
二磷脂酰甘油。

磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)通过1,2-甘油二酯+CDP-胆碱 /
CDP-乙醇胺合成,即1,2-甘油二酯途径;

磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸通过CDP-甘油二酯+肌醇/丝氨酸合成,即CDP-甘油二酯途径。

二、合成部位和原料

体内各组织细胞的内质网均含有磷脂合成的酶系,因此都可以自行合成磷脂以供细胞内磷脂成分的更新等需要,但肝、肾及肠的磷脂合成最为活跃,

第六节 胆固醇代谢

胆固醇是人体主要的固醇类化合物,它既是生物膜及血浆脂蛋白的重要成分,又是固醇激素、胆汁酸及维生素D的前体,体内可自行合成胆固醇以满足代谢和类固醇激素合成的需要

一、胆固醇合成部位和合成原料

几乎全身各组织均可合成胆固醇,肝是合成胆固醇的主要场所。胆固醇合成酶系存在于胞液及光面内质网上。合成胆固醇的原料为乙酰辅酶A和NADPH,此外还需ATP提供能量,乙酰辅酶A是葡萄糖、氨基酸和脂肪酸在线粒体内的代谢分解产物。合成反应所需NADPH主要来自磷酸戊糖途径。

关键酶:β-羟-β甲戊二酸单酰CoA(HMG-CoA)还原酶是胆固醇合成的限速酶。

二、胆固醇合成的调节

胆固醇的合成受到下列因素的调节:

1.饥饿与饱食
饥饿与禁食可抑制肝合成胆固醇。相反,进食高糖、高饱和脂肪膳食后,肝HMG-CoA还原酶活性增加,胆固醇的合成增加。

2.胆固醇
胆固醇可反馈抑制肝脏合成胆固醇,它主要抑制HMG-CoA还原酶的合成。此外胆固醇的代谢产物,如7β羟胆固醇和25羟胆固醇对HMG-CoA还原酶有较强的抑制作用。

3.激素
胰岛素和甲状腺素能诱导肝HMG-CoA还原酶的合成,从而增加胆固醇的合成。胰高血糖素和皮质醇能抑制并降低HMG-CoA还原酶的活性,因而减少胆固醇的合成。甲状腺素还可促进胆固醇在肝脏内转变成胆汁酸,因此甲状腺功能亢进时,患者血清胆固醇含量反见下降。

  1. 日周期的影响 午夜合成最高,中午合成最少。

三、胆固醇的转化

  1. 转变为胆汁酸 胆固醇在体内的主要去路是在肝内转化成胆汁酸。

  2. 转化为类固醇激素
    胆固醇是肾上腺、睾丸和卵巢等内分泌合成及分泌类固醇激素的原料。

3.转化为7-脱氢胆固醇
在皮肤,胆固醇可被氧化为7-脱氢胆固醇,后者经紫外线照射转变成维生素D3。

第七节 血浆脂蛋白代谢

一、血脂及其组成

血浆所含脂类统称血脂。血脂主要包括甘油三酯、磷脂、胆固醇及其酯,以及游离脂肪酸等。磷脂主要为磷脂酰胆碱。

二、血浆脂蛋白的分类及功能

超离心法是根据脂蛋白颗粒密度的差异而分离,可分为高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、极低密度脂蛋白(VLDL)和乳糜微粒(CM)。

脂蛋白功能

CM转运外源性甘油三酯和胆固醇

VLDL转运内源性甘油三酯

LDL转运内源性胆固醇

HDL逆向转运胆固醇

三、高脂蛋白血症

分 型脂蛋白变化血脂变化

ICM增加甘油三酯↑↑↑,胆固醇↑

IIa

LDL增加胆固醇↑↑

IIb

LDL和VLDL增加胆固醇↑↑,甘油三酯↑↑

III

中间密度脂蛋白增加胆固醇↑↑,甘油三酯↑↑

IV

VLDL增加甘油三酯↑↑

V

VLDI和CM增加甘油三酯↑↑↑,胆固醇↑

第七章 氨基酸代谢

第一节 蛋白质的生理功能及营养作用

一、蛋白质与氨基酸的生理功能

(一)维持组织的生长、更新和修复

(二)参与多种重要的生理功能

(三)氧化供能

(四)转变为糖类和脂肪。

二、必需氨基酸的概念和种类

体内需要而不能自身合成、或合成量不能满足机体需要,必须由食物供应的氨基酸称为必需氨基酸。

必需氨基酸包括赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸。(一家写两本色书来)

第二节 氨基酸的一般代谢

氮平衡:机体吸收氮与排泄氮之间的关系

氨基酸通过主动转运过程被吸收

一、转氨酶

转氨酶又称氨基转移酶。转氨酶催化某一氨基酸的α-氨基转移到另—种α-酮酸的酮基上,生成相应的氨基酸;原来的氨基酸则转变成α—酮酸。其辅酶是维生素B6的磷酸酯——磷酸吡哆醛。

二、氨基酸的脱氨基作用

(一)氧化脱氨基作用
肝、肾、脑等组织广泛存在L-谷氨酸脱氢酶,可催化L-谷氨酸氧化脱氨生成。α-酮戊二酸及氨,辅酶是NAD+或NADP+。

(二)联合脱氨基作用 基本有两种方式。

(1)转氨酶+L-谷氨酸脱氢酶 此联合脱氨基作用主要在肝、肾等组织进行。

(2嘌呤核苷酸循环联合脱氨基 骨骼肌和心肌主要一种方式进行。

三、α-酮酸的代谢

(一)合成非必需氨基酸
α-酮酸可再氨基化重新生成相应的氨基酸。在谷氨酸脱氢酶催化下,α-酮戊二酸可与氨生成谷氨酸;其余α-酮酸的氨基化需经联合脱氨基作用的逆反应来进行。

(二)转变为糖和脂肪
α—酮酸可转变为糖和脂肪。就α-酮酸的氨基酸来源讲,大多数氨基酸在体内可生成糖,这些氨基酸称为生糖氨基酸;亮氨酸在体内可生成酮体,称为生酮氨基酸;苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸及异亮氨酸既可生成糖、又可生成酮体,称为生糖兼生酮氨基酸。

(三)氧化成H2O及CO2 经三羧酸循环机制进行。

第三节 氨的代谢

一、体内氨的来源

(—)组织氨基酸及胺分解产氨
氨基酸脱氨基作用产生的氨是体内氨的主要来源。胺的分解也可以产生氨。

(二)肠道细菌腐败作用产生氨
肠道吸收的氨有两个来源,即肠内氨基酸在细菌作用下产生的氨和肠道尿素经细菌尿素酶的水解产生的氨。肠道产生的氨较多,每日4g。肠内***作用增强时,氨的产生量增多。NH3比NH4+更易穿过细胞膜而被吸收;在碱性环境中,NH4+偏向于转变为NH3因此肠道pH值偏碱时,氨的吸收增强。临床对高血氨病人采用弱酸性透析液做结肠透析,而禁用碱性肥皂水灌肠就是为减少氨的吸收。

(三)肾小管上皮细胞分泌氨
肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺,后者在谷氨酰胺酶催化下水解成谷氨酸和NH3,这部分NH3分泌到肾小管腔与尿中的H+结合成NH4+,以铵盐形式由尿排出体外,这对体内酸碱平衡调节起着重要作用。酸性尿有利于肾小管细胞中的氨扩散入尿,而碱性尿则阻碍肾小管细胞分泌氨,此时氨被吸收入血,成为血氨的另一来源。肝硬化腹水患者不宜使用碱性利尿剂,原因即在于此。

二、氨的转运

(一)血氨
机体内代谢产生的氨,以及消化道吸收的氨进入血液,形成血氨。除门静脉血液外,体内血液中的氨浓度很低。正常人血浆氨浓度一般不超过0.1mg/100m1,这是因为氨在血液中主要以无毒性形式——丙氨酸和谷氨酰胺运输。

(二)丙氨酸—葡萄糖循环
在肌组织中,氨基酸经转氨基作用将氨基转给丙酮酸生成丙氨酸。丙氨酸经血液运到肝,经联合脱氨基作用释放氨,用于合成尿素;转氨基后生成的丙酮酸经糖异生途径生成葡萄糖。葡萄糖经血液运输至肌组织,沿糖分解途径转变为丙酮酸后,再接受氨基生成丙氨酸。

(三)谷氨酰胺的运氨作用
在脑、肌组织中,氨与谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的催化下生成谷氨酰胺,并经血液输送至肝或肾,再经谷氨酰胺酶水解成谷氨酸和氨。

三、体内氨的去路

(一)合成尿素
正常情况下,体内的氨主要在肝中通过鸟氨酸循环合成尿素而解毒。鸟氨酸循环又称为尿素循环或者Krebs循环。

首先,在线粒体内,氨和二氧化碳在ATP参与下经酶催化合成氨基甲酰磷酸,后者与鸟氨酸缩合生成胍氨酸。胍氨酸出线粒体再与另一分子氨(由天冬氨酸供给)结合生成精氨酸,精氨酸在肝精氨酸酶的催化下水解生成尿素和鸟氨酸。鸟氨酸再重复上述反应。每循环一次便将2分子氨和1分子二氧化碳变成1分子尿素。尿素合成消耗4个高能磷酸键。尿素合成部位在线粒体和胞浆。

氨基甲酰磷酸

(二)谷氨酰胺的合成

第四节 个别氨基酸的代谢

一、氨基酸的脱羧基作用

部分氨基酸在特异的氨基酸脱羧酶催化下进行脱羧反应,生成相应的胺。

(一)γ—氨基丁酸(GABA)
由L-谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸脱羧基生成,此酶在脑、肾中的活性很高,所以脑中GABA含量较多。GABA是抑制性神经递质,对中枢神经系统有抑制作用。

(二)组胺 由组氨酸在组氨酸脱羧酶催化下脱羧基产生。

(三)5-羟色胺(5-HT)
色氨酸经羟化酶催化生成5-羟色氨酸,再经脱羧酶催化生成5-羟色胺。

(四)牛磺酸 半胱氨酸先氧化成磺酸丙氨酸,再脱羧生成牛磺酸。

(五)多胺
鸟氨酸脱羧基生成腐胺,然后再转变为精脒和精胺。精脒和精胺属多胺类,是调节细胞生长的重要物质。

二、一碳单位概念、来源、载体和意义

某些氨基酸在分解代谢过程:可以产生含有一个碳原子的基团,称为一碳单位。体内的一碳单位有:甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基。

一碳单位主要来源于丝氨酸、色氨酸、组氨酸和甘氨酸。施(丝)舍(色)一根竹(组)竿(甘)

一碳单位不能游离存在,常与四氢叶酸结合而转运和参加代谢。所以四氢叶酸可以看作为一碳单位的载体。

三、甲硫氨酸(蛋氨酸)循环

在蛋氨酸腺苷转移酶的催化下,蛋氨酸与ATP作用,生成S腺苷甲硫氨酸(SAM)。SAM中的甲基十分活泼,称活性甲基,SAM称活性蛋氨酸。SAM是体内最重要的甲基供体。

四、苯丙氨酸和酪氨酸代谢

(1)苯丙氨酸在苯丙氨酸羟化酶的作用下生成酪氨酸;缺乏苯丙氨酸羟化酶,尿中会出现大量苯丙酮酸等代谢产物,称为酮酸尿症。

(2)酪氨酸在酪氨酸羟化酶的作用下生成多巴,后者再经历一系列反应生成多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素。上述反应生成的多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素统称为儿茶酚胺,是脑内重要的神经递质或肾上腺髓质激素。酪氨酸羟化酶是合成儿茶酚胺的限速酶。

(3)酪氨酸另一代谢途径是生成黑色素,其合成的关键酶为酪氨酸酶;缺乏此酶可引起白化病。缺乏苯丙氨酸羟化酶时,苯丙氨酸不能转变为酪氨酸,苯丙氨酸蓄积,经转氨基作用生成大量苯丙酮酸,后者进一步变为苯乙酸。此时,尿内出现大量苯丙酮酸等代谢产物,称为苯酮酸尿症。

第八章 核苷酸代谢

第一节 核苷酸代谢

核苷酸是组成核酸的基本单位,核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。两者的异同如下:

DNARNA

名称脱氧核糖核酸核糖核酸

组成碱基A、G、C、TA、G、C、U

合成原料dATP、dGTP、dCTP、dTTPATP、GTP、CTP、UTP

一、两条嘌呤核苷酸合成途径的原料

嘌呤核苷酸从头合成途径的原料:天冬氨酸,一碳单位,谷氨酰胺,
CO2、甘氨酸。

二、嘌呤核苷酸的分解代谢产物

嘌呤核苷酸的最终分解产物是尿酸,体内尿酸过多可引起痛风症。

三、嘌呤从头合成过程:核糖核酸的合成

AMP

核糖核酸嘌呤合成: IMP

GMP

脱氧核糖核酸嘌呤合成:NDP dNDP。

四、两条嘧啶核苷酸合成途径的原料

嘧啶核苷酸从头合成途径原料:C02、谷氨酰胺、天冬氨酸。

UMP UTP CTP

dUDP水解 dUMP dTMP

5-氟尿嘧啶(5—FU)在体内可转变为5-氟尿嘧啶核苷酸,后者可抑制胸腺嘧啶核苷酸合成干扰胸苷酸的合成。

胞嘧啶、尿嘧啶的最终代谢产物是β-丙氨酸、CO2、NH3;胸腺嘧啶的最终代谢产物是β-氨基异丁酸、CO2、NH3。

第二节 核苷酸代谢的调节

一、核苷酸合成途径的主要调节酶

(—)嘌呤核苷酸从头合成途径的主要调节酶
嘌呤核苷酸合成起始阶段的PRPP合成酶、PRPP酰胺转移酶均可被合成产物IMP、AMP及GMP等抑制。反之,PRPP增加可促进酰胺转移酶活性,加速,PRA生成。

(二)嘧啶核苷酸从头合成途径的主要调节酶
嘧啶核苷酸合成的调节酶是氨基甲酰磷酸合成酶II和天冬氨酸转氨甲酰酶,二酶分别受UMP和CTP的反馈抑制;此外,嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸均可抑制磷酸核糖焦磷酸激酶(PRPP合成酶),当嘌吟核苷酸、嘧啶核苷酸含量增加时,PRPP合成可减少,使嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的合成均受到调节。

二、抗核苷酸代谢药物的生化机制

抗代谢药物类似物

6-巯基嘌吟(6-MP)次黄嘌呤

8-氮杂鸟嘌呤谷氨酰胺

氨蝶呤及甲氨蝶呤(MTX)叶酸

5-FU胸腺嘧啶

阿糖胞苷核苷

嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的异同比较

嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸

合成碱基A、GC、U、T

原料天冬氨酸,一碳单位,谷氨酰胺, CO2、甘氨酸C02、谷氨酰胺、天冬氨酸

分解产物尿酸β-丙氨酸、β-氨基异丁酸、CO2、NH3

抗代谢物6-巯基嘌呤5-氟尿嘧啶、阿糖胞苷

关键酶PRPP合成酶、PRPP酰胺转移酶氨基甲酰磷酸合成酶II

物质代谢调节:

P223三大代谢相互联系

P235小结

物质代谢特点、三级水平调节、代谢组学

第九章 遗传信息的传递

第一节 遗传信息传递概述

1、DNA是遗传的物质基础。

2、DNA复制是指以DNA为模板,合成DNA的过程。

3、转录是指将DNA的遗传信息传递给RNA的过程。

4、翻译是指以mRNA为模板,按其碱基(A、G、C和U)排列顺序,以及三个相邻碱基序列决定一个氨基酸的密码子形式,决定蛋白质(肽链)合成时氨基酸的序列的过程。

5、基因表达就是指基因转录和翻译。

6、反(逆)转录是指以RNA为模板,指导DNA的合成的过程。这种遗传信息传递方向与转录过程相反,称为逆转录。

中心法则包括:DNA复制、转录、翻译和反(逆)转录。

第二节 DNA的生物合成

一、DNA复制的特点:

1、半保留复制:以双链DNA中的每一条为模板;

2、碱基配对原则:A与T、C与C碱基配对;

3、酶:依赖DNA聚合酶;

4、需要引物RNA;

5、合成方向:由5’-3’方向合成;

6、合成原料:(dNTP)即dATP、dGTP、dCTP和dTTP;

7、合成的连续链称为前导链,不连续链称为冈崎片段。原核为1000-2000个核苷酸

二、DNA依赖的DNA聚合酶

原核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶

DNA-pol Ⅰ:复制过程中校对、修补、填补缺口

DNA-polⅡ:在无Ⅰ、Ⅲ时起作用

DNA-polⅢ:延长新链核苷酸的聚合

DNA-polα:起始引发,引物酶活性

DNA-polβ:低保真度的复制

DNA-polγ:线粒体DNA复制

DNA-polδ:延长子链的主要酶

DNA-polε:填补引物空隙、切除修复、重组

三、DNA合成过程的特点:

蛋白质基因蛋白质作用

DnaA——辨认复制子

DnaB解螺旋酶解开双链DNA

DnaC——与DnaB协同作用

DnaG引物酶催化RNA引物的生成

SSB单链DNA结合蛋白稳定已解开的单链

拓扑异构酶——改变DNA分子的拓扑构象,理顺DNA链

原核生物DNA生物合成:

DNA解链形成引发体:由解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA的起始复制区域形成的复合结构。

真核生物复制延长发生DNA聚合酶α/δ转换,端粒富含T,G重复序列,解决染色体末端复制问题。

四、逆转录

(—)逆转录,是RNA指导下的DNA合成作用,即以RNA为模板,由dNTP聚合生成DNA的作用。因为此RNA指导的DNA合成作用恰好与转录作用中遗传信息的流动呈相反方向进行,所以称为反转录作用。催化此反应的酶为反转录酶或逆转录酶。反(逆)转录酶首先从Rous肉瘤病毒(一种能引发禽类肉瘤的RNA病毒)中被发现,后来证明各种致癌RNA病毒都有反(逆)转录酶存在,其作用与这类病毒的致癌性有关。

(二)逆转录酶与逆转录
逆转录酶具有三种酶活性:可催化RNA指导的DNA合成反应、RNA的水解反应和DNA指导的DNA聚合反应。反转录合成DNA的过程首先是,以病毒基因组RNA为模板、催化合成一条与RNA互补的单链DNA(cDNA),产物与模板形成DNA-RNA杂交分子。杂交分子中的RNA被水解后,再以单链DNA为模板合成另一条互补DNA链,产生双链DNA分子。反转录酶催化的DNA合成反应也是按5’-3’方向进行;在DNA开始合成时也需要引物,此引物为存在于病毒颗粒中的tRNA。

端粒酶是一种存在于真核染色体端区、由RNA和蛋白质组成的反转录酶,RNA和蛋白质是酶活性必不可少的组分。该酶以组成中的RNA作为模板,催化合成端区的DN***段,防止染色体缩短。

反转录酶的发现对重组DNA技术的发展具有重要意义,它被广泛应用于分子生物学实验中,催化以mRNA为模板、合成cDNA,继而构建cDNA文库,从中筛选出为特异蛋白质编码的核苷酸序列。

(三)逆转录病毒
逆转录病毒是一类RNA病毒,因含逆转录酶而得名。某些逆转录病毒有致癌作用,系通过其病毒癌基因(v—one)使细胞癌变。与病毒癌基因类似的基因也存在于脊椎类动物的正常基因组中,称为细胞癌基因(c-onc)。这些癌基因的激活可能导致细胞的癌变。人类免疫缺陷病毒(HlV)也是一种反转录病毒,它感染人的T细胞,导致人体免疫缺陷,患者因丧失免疫力而死于广泛的感染。

噬菌体DNA按照滚环方式复制,线粒体DNA按照D环方式复制

五、DNA的损伤与修复

紫外线损伤可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基发生共价结合,生成嘧啶二聚体。

引起突变的DNA分子改变有错配、缺失、插入和重排等类型,后两者引起框移突变。

DNA修复主要有错配修复、直接修复、切除修复(转录偶联修复RNA聚合酶)、重组修复和SOS修复等。着色性干皮病(XP)与DNA修复缺陷有关。

第三节 RNA的生物合成

一、RNA的生物合成(转录)特点:

1、模板:双链DNA中的一条链为模板,RNA转录是不对称的;

2、底物:四种三磷酸核苷酸(NTP);

3、方向:从5’—3’方向进行;

4、酶:DNA依赖的RNA聚合酶;

5、全酶由5个亚基组成,即α2ββ’σ;

6、核心酶:全酶去除σ亚基(又称σ因子);

7、σ因子的作用:可辨认DNA模板上的启动子,辨认DNA区段的-35区的TTGACA序列决定转录特异性;

8、RNA链的延长过程由核心酶催化;

9、ρ因子的作用:终止转录,具有ATP酶和解螺旋酶活性

DNA生物合成(DNA复制)和RNA的生物合成(转录)特点的比较

DNA生物合成(DNA复制)RNA的生物合成(转录)

模板双链DNA中的两条链为模板,特点是半保留复制

双链DNA中的一条链为模板,特点是不对称转录

底物四种脱氧三磷酸核苷酸(dNTP)四种三磷酸核苷酸(NTP)

方向从5’—3’方向进行

酶依赖DNA的DNA聚合酶依赖DNA的RNA聚合酶

结构基因:可转录出RNA的DNA区段

RNA聚合酶结合到DNA上的启动子上启动转录

由酶-DNA-RNA形成的转录复合物称转录空泡。

转录终止信号存在于RNA而非DNA模板

真核生物有三种RNA聚合酶

顺式作用元件:启动子、启动子上游元件和增强子

反式作用因子中,直接或间接结合RNA聚合酶的就是转录因子

真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行,转录越过修饰点后,mRNA在修饰点处被切断,随即加入poly
A 尾和5’-帽子。

RNA聚合酶缺乏校读功能,因此转录错误率比复制高。

二、转录后加工过程

加工类型主要有以下几种:①剪切和剪接:前者是指剪去部分序列,后者是剪切后又将某些片段连接起来;②末端添加核苷酸:如tRNA3’端添加—CCA;③化学修饰:主要发生在碱基和核糖分子上,如tRNA分子中尿苷化学修饰为假尿苷。

(一)mRNA前体的加工

真核生物转录生成的是单顺反子mRNA,其前体是非均一RNA(hnRNA)。hnRNA加工过程包括:

1.剪接
真核生物的基因是一种断裂基因,即其结构基因由若干编码序列和非编码序相间排列而成,其中为蛋白质编码的可转录序列称为外显子,不为蛋白质编码的可转录序列为内含子。转录合成的hnRNA需经过剪接、切掉内含子部分,然后再将外显子部分拼接起来。该过程有多种酶活性物质(包括snRNA)参与。

2.5’末端加“帽”
真核细胞成熟mRNA的5’末端均有一个特殊的结构,即m7GpppmNp,称为“帽”。帽的生成是在细胞核内进行的,但胞浆中也有酶体系,动物病毒mRNA加帽过程就是在宿主细胞的胞浆内进行的。

3.3’末端加“尾”
mRNA前体分子的3’末端有—段保守序列,由特异的核酸内切酶切去多余的核苷酸,然后在多聚A聚合酶的催化下,由ATP聚合生成多聚A尾。该反应在核内发生,在胞浆中也可继续进行。

4,碱基修饰 mRNA分子中有少量稀有碱基(如甲基化碱基)是在转录后经化学修饰
(如甲基化)而形成的。

真核生物前体mRNA分子经剪切和剪接可加工成不同的mRNA。

mRNA编辑对基因编码序列进行转录后加工。

(二)tRNA前体的加工
在tRNA前体加工过程也有碱基的化学修饰。例如,某些碱基的甲基化、U加氢还原为DHU等。tRNA分子氨基酸臂3’端的CCA—OH末端也是在转录加工时加入的。

(三)rRNA前体的加工

三、真核生物RNA聚合酶:真核生物RNA聚合酶有3种,为RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ。

RNA-polⅠ转录生成45S-rRNA

RNA-polⅡ转录生成(hnRNA),经剪切形成mRNA

RNA-polⅢ转录生成tRNA、5S-rRNA、snRNA

四、真核生物基因特点:

真核生物基因数目庞大,结构基因为断裂基因,即分为内含子和外显子,两者均被转录,但是内含子在转录后不被翻译。

第十章 蛋白质的生物合成

一、蛋白质生物合成体系和遗传密码

(—)mRNA
它是蛋白质多肽链合成的模板。mRNA中每3个核苷酸组成1个密码子,5’端第一个AUG表示起动信号,并代表甲酰蛋氨酸(细菌)或蛋氨酸(高等动物);UAA或UAG、UGA表示终止。

1、多顺反子:在原核生物中,数个结构基因常串联排列而构成一个转录单位,转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质,为多顺反子,转录后一般不需要加工。

2、单顺反子:真核生物中,一个mRNA只能编码一种蛋白质,转录后需要加工、成熟才能成为翻译的模板。

3、密码子的简并性:一种氨基酸可以由两个或两个以上的密码子为其编码。

4、密码子的通用性:指从简单的病毒到高等的人类,几乎使用同一套遗传密码。

5、密码子的摆动性:指密码子与反密码子配对时,出现的不严格遵守的碱基配对规律的现象。若反密码子的第一位为稀有碱基I,其密码子的第三位碱基可以是A、C、U。

密码子具有方向性和连续性

(二)tRNA:转运氨基酸。

氨基酸的活化形式:氨基酰- tRNA。

(三)蛋白质因子 包括启始因子、延长因子、释放因子等。

蛋白质生物合成过程简单概括为氨基酰-tRNA的生成(氨基酸活化),“核蛋白体循环”。后者是肽链缩合过程,包括起动(四个步骤)、延长、终止三个阶段。P306原核与真核肽链合成过程主要差别。经上述过程合成的肽链尚需经加工、聚合过程才能生成有活性的蛋白质或多肽。

蛋白质生物合成的特点:

1、mRNA:作为蛋白质生物合成的直接模板,存在遗传密码;

2、tRNA:携带氨基酸,存在反密码子与mRNA上的密码子配对;

3、rRNA:蛋白质生物合成的场所。

蛋白质翻译后修饰:分子伴侣、PDI、PPI

一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰

空间结构修饰包括亚基聚合和辅基连接

信号肽结构特点

二、蛋白质合成与医学的关系

(—)分子病的概念
DNA(基因)缺陷、RNA转录及蛋白质合成异常导致机体某些结构与功能障碍引起的疾病,称分子病,例如镰状细胞贫血。这类患者血红蛋白β链N端第六个氨基酸残基由正常的谷氨酸变为缬氨酸,这是由于结构基因中相应核苷酸组成的密码子由原来的CTT转变为CAT所致。

(二)抗生素与蛋白质生物合成

抗生素作用机制

抗生素作用环节作用原理应用

放线菌素影响复制插入双链DNA间,破坏DNA的模板活性抗肿瘤

利福霉素影响转录抑制原核细胞RNA聚合酶活性抗菌

四环素族影响翻译与原核细胞的核糖体小亚基结合,引起变构,抑制氨基酰tRNA进位抗菌

链霉素、卡那霉素同上抑制原核细胞蛋白质合成起始并引起密码错读抗菌

氯霉素同上与原核细胞的核糖体大亚基结合抑制转肽酶活性抗菌

红霉素同上与原核细胞的核糖体大亚基结合,抑制核糖体移位抗菌

嘌呤霉素同上取代氨基酰tRNA进位,使肽酰基转移在它的氨基上并脱落抗肿瘤研究白喉毒素同上特异抑制人、哺乳类肽链延长因子2活性抗肿瘤

干扰素同上活化一种蛋白激酶、使起始因子2磷酸化而失活,并间接活化一种核酸内切酶、促使mRNA降解抗病毒

第十一章 基因表达调控

第一节 基因表达调控的概述

一、基因表达的概念及基因表达调控的意义

(一)基因表达的概念 基因表达就是指基因转录和翻译的过程。

(二)基因调控的意义

二、基因表达的时间特异性和空间特异性

(一)时间或阶段特异性

(二)空间或组织特异性

三、基因的基本表达、诱导和阻遏

(—)基本表达
对生物体来说,有些基因产物在整个生命过程中都是需要的或必不可少的。这类产物的编码基因在生物个体的几乎所有细胞中持续表达,这类基因通常被称之为管家基因。例如,三羧酸循环是一种重要的代谢途径,为该途径中各反应阶段起催化作用的酶编码基因就属此类基因范畴。为区别于其他基因,这类基因表达称为基本表达(或组成性表达)。基本基因表达并非一成不变,更非无控制表达,事实上基本的基因表达也是在一定机制控制下进行的。

(二)诱导与阻遏
与管家基因不同,另有一些基因表达状况极易受外环境变化的影响,随外环境变化,这类基因表达水平可升高或降低。有一类基因,其表达水平在特定环境中会出现增高的现象,即这类基因是可诱导的,此类基因在特定环境中表达增强的过程称作诱导。例如,有严重DNA损伤发生时,细菌内为基因修复酶编码的基因就会被诱导激活,使修复酶反应性地增加。相反,如果基因在对环境信号应答时表现为表达水平降低,这种基因就是可阻遏的,此类基因表达水平降低的过程称作阻遏。例如,当培养基中色氨酸供给充分时,会导致细菌体内与色氨酸合成有关的酶基因表达的抑制。

四、基因表达的多级调控

五、基因表达调控基本要素

(一)DNA元件

真核启动子原核启动序列

定义RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列

共有序列TATA盒(TATAAAA)、CAAT盒Pribnow盒(TATAAT)、TTGACA

共有序列的位置TATA盒:转录起始点上游-25—-30bp

CAAT盒: 转录起始点上游-30—-110bpPribnow盒: 转录起始点上游-10bp

TTGACA:-35区

(二)调节蛋白
根据调节蛋白的功能,可将原核调节蛋白分为三类:特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。

真核基因转录调节蛋白又称转录(调节)因子,或反式作用因子,这些反式作用因子由某一基因表达后,通过DNA-蛋白质或蛋白质-蛋白质相互作用控制另一基因的转录。转录因子又分为基本转录因子、增强子结合因子和转录抑制因子三类(见真核基因调控)。

(三)RNA聚合酶
RNA元件与调节蛋白对转录激活的调节作用最终由RNA聚合酶活性体现。启动序列或启动子的结构、调节蛋白的性质对RNA聚合酶活性影响很大。

第二节 基因表达调控基本原理

一、原核基因表达调控

(—)原核基因表达调控的特点
原核基因表达及其调控具有下述特点:①因为原核细胞没有核,所以原核基因表达时转录与翻译过程紧密偶联;②操纵子调节机制在原核基因调控中具有普遍的意义;③在操纵子调节机制中普遍存在阻遏蛋白介导的负性调节;④由于操纵子内编码基因串联在一起,所以原核基因转录合成多顺反子mRNA;⑤原核基因表达中,转录起始仍为最关键的调节机制,即基因转录开关是控制基因活性的关键。

(二)操纵子
所谓操纵子就是由功能上相关的一组基因在染色体上串联共同构成的一个转录单位。一个操纵子只含一个启动序列及数个可转录的编码基因。除启动序列和编码序列,操纵子内还含有其它具有调节功能的序列。

1.乳糖操纵子的结构 大肠杆菌的乳糖操纵子含z、y及a
3个结构基因,分别编码β-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶,此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因I。I基因编码一种阻遏蛋白,后者与O序列结合,操纵子受阻遏而处于关闭状态。在启动序列p上游还有一个分解代谢物基因激活蛋白(CAP)结合位点。由p序列、O序列和CAP结合位点共同构成乳糖操纵子的调控区。3个酶的编码基因z、y和a即由同一个调控区调节,共同表达或关闭。

2.阻遏蛋白的负性调节

3.CAP的正性调节

二、真核基因表达调控

(一)真核基因结构特点

1.单顺反子
真核基因的转录产物为单顺反子,即一个结构基因经转录生成一个mRNA分子,经过翻译过程合成一条多肽链。

2.重复序列
所谓重复序列就是在整个DNA分子中有多个重复出现的核苷酸序列。这种现象在原核也有存在,但在高等真核基因中表现更多、更普遍。某些重复序列发生在调控区,可能对DNA复制、转录调控具有重要意义。

3.基因不连续性
真核结构基因两侧存在不被转录的非编码序列,往往是基因表达的调控区。在可转录的基因序列内部也有一些不为蛋白质编码的间隔序列,称内含子,编码序列称为外显子。因此真核基因是不连续的。内含子与外显子相间排列,共同被转录。

(二)真核基因的转录特点 在下述方面真核与原核基因转录存在明显差别。

1.活性染色质结构变化

2.正性调节占主导

3.转录与翻译分隔进行

(三)真核基因转录激活调节

1、顺式作用元件
它们是转录调节因子的结合位点,包括启动子、增强子和沉默子。

2、反式作用因子
又称转录因子、转录调节因子或转录调节蛋白。按功能特性可将转录因子分为如下三类:①基本转录因子——RNA聚合酶I、II、Ⅲ各有一组转录因子,它们是三种RNA聚合酶结合各自启动子所必需的。例如,TFⅡ类转录因子为所有mRNA转录启动共有,故称基本转录因子,包括TFⅡD、TFⅡA、TFⅡB、TFⅡE和TFⅡF等;②转录激活因子——凡是通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用起正性转录调节作用的因子均属此范畴,增强子结合因子就是典型的转录激活因子。可见,这类反式作用因子是某一种或一类基因所特有;③转录抑制因子——包括所有通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用产生负性调节效应的因子。这类因子往往属某一基因所特有。大多数转录因子可被分为不同的功能区,如DNA结合区、转录激活区;有些蛋白质因子还具有介导蛋白质-蛋白质相互作用(包括二聚化、多聚化)的结构区。激活因子、抑制因子均属特异转录因子。

顺式作用元件与反式作用因子之间的DNA-蛋白质相互作用、反式作用因子之间的蛋白质-蛋白质相互作用是转录起始复合物形成过程中重要的反应形式。

3.mRNA转录激活及其调节

RNA干扰,miRNA、siRNA差异比较P343

第十二章 重组DNA技术

第一节 重组DNA技术的概述

DNA重组方式:同源重组、接合作用、转化作用、转导作用、特异位点重组、转座重组(转座子)

一、工具酶

限制性核酸内切酶识别DNA的特异序列,并在识别位点或其周围切割双链DNA

DNA连接酶催化DNA分子中相邻的5’-磷酸基和3’-羟基末端之间形成磷酸二酯键,使DNA切口封闭。

DNA聚合酶Ⅰ合成cDNA分子。

Klenow片段常用于cDNA第二链的合成

反转录酶合成cDNA分子。

多聚核苷酸激酶催化多聚核苷酸5’-羟基末端磷酸化,或标记探针。

末端转移酶在3’-羟基末端进行多聚物加尾。

碱性磷酸酶切除末端磷酸基

二、基因载体

充当克隆载体的DNA分子有质粒、噬菌体和病毒DNA以及酵母人工染色体载体等,它们经适当改造后成为具有自我复制、表达功能的克隆载体。

质粒是存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA分子,分子量小的为2~3kb(千碱基),大的可达数百kb。质粒分子本身含有复制功能的遗传结构,能在宿主细胞独立自主地进行复制,并在细胞分裂时保持恒定地传给子代细胞。质粒携带有某些遗传信息,如对某些抗生素的抗性等,所以质粒在细菌内存在会赋予宿主细胞一些遗传性状。质粒DNA的自我复制功能及特殊遗传信息在基因工程操作如扩增、筛选过程都是极其有用的。

三、基因工程基本原理

目的基因的获取:①化学合成法;②基因组DNA; ③cDNA。

分、切、接、转、筛

四、常用的分子生物学技术

1、DNA印迹技术:Southern;RNA印迹技术:Northern;蛋白质印迹技术:Western。

2、聚合酶链反应(PCR)
在有模板DNA、特别设计合成的DNA引物及合成DNA所需要的三磷酸脱氧核苷存在时,向DNA合成体系加入热稳定的Taq
DNA聚合酶,反应体系经反复变性、退火及扩增循环自动地、往复多次地在两引物间进行特定DNA段的酶促合成,使反应产物按指数增长,这就是聚合酶链反应(PCR)。由于每次温度循环所产生的DNA均可作为下次循环合成DNA时的模板,故可使目的DNA段在两引物间按指数扩增,经历25~30次温度循环后DNA可扩增至一百万倍以上。

PCR衍生技术:逆转录PCR,原位PCR,实时PCR

核酸序列分析:末端合成终止法

基因敲除

酵母双杂交和标签蛋白沉淀是分析细胞内蛋白质相互作用的主要手段;EMSA和ChIP是分析DNA和蛋白质相互作用的方法。

第二节 癌基因与抑癌基因

一、癌基因概念

正常情况下不表达,或只是有限制地表达,对细胞无害;只有在外界某些理化或生物学因素作用下被活化而异常表达,可导致细胞癌变。通常将病毒中的癌基因称为病毒癌基因(v—onc),将哺乳类细胞中的癌基因称为细胞癌基因(c—onc)。因为通常情况下细胞癌基因以非激活形式存在,所以又称为原癌基因。

癌基因有:erb、sis、c-myc、ras等。原癌基因活化机制

二、抑癌基因概念

典型的抑癌基因有Rb基因、p53基因、P16等。p53基因作用机制

第十四章 血液和肝脏生化

第一节 红细胞的代谢

一、血红素的合成的原料、部位和关键酶

1、原料:琥珀酰CoA、甘氨酸、Fe2+

2、部位:起始和终止反应均在线粒体进行,中间过程在胞浆进行。

3、关键酶:δ氨基γ酮戊酸(ALA) 合酶,其辅酶是磷酸吡哆醛。

二、成熟红细胞的代谢特点

(一)糖酵解

1.生成ATP
成熟红细胞没有线粒体等亚细胞器,因此糖酵解是其获得能量的主要代谢途径。ATP主要用于红细胞膜的离子泵,维持红细胞膜的可塑性、谷胱甘肽及核苷酸的补救合成。

2.生成NADH
NADH是高铁血红蛋白还原酶的辅助因子。高铁血红蛋白还原酶催化高铁血红蛋白还原为有载氧功能的正常血红蛋白。

3.生成2,3—DPG
与其他细胞不同,糖酵解在成熟红细胞进行时产生大量2,3—二磷酸甘油酸(2,3—DPG)。2,3—DPG的作用是:①与去氧血红蛋白结合,降低血红蛋白对O2的亲合力,这对血红蛋白发挥功能起重要作用;②红细胞不能储存葡萄糖,但2,3—DPG含量很高。2,3—DPG氧化时可生成ATP,故2,3—DPG是红细胞的能量储存形式。

(二)磷酸戊糖途径和氧化还原体系

第二节 肝脏的生物转化作用

一、肝脏生物转化的概念

使极性弱的脂溶性物质变为极性强的水溶性物质,使易于经胆汁或尿液排出体外,这一过程称肝脏的生物转化作用。

二、肝脏生物转化作用的特点

(一)多样性和连续性
即一种物质在体内可进行多种、往往是连续的生物转化反应,才能由原来极性弱的物质变为极性强的物质,脂溶性物质变为水溶性物质,再经胆道或肾脏排出体外。

(二)解毒与致毒双重性
经肝脏生物转化作用,在使物质极性、水溶性增强同时往往也会使毒性强的变为毒性弱的、或无毒的,使易于排出体外,达到解毒作用。但也有少数物质经肝脏生物转化作用使无毒性变为有毒性、或毒性弱变为毒性强的物质。

三、生物转化反应类型及酶系

(—)氧化反应

(二)还原反应

(三)水解反应

(四)结合反应
是体内最重要的生物转化方式。参与结合反应的物质很多,如葡萄糖醛酸(UDPGA供给)、硫酸基(PAPS供给)、甲基(SAM供给)和乙酰基(乙酰CoA供给)等。

第三节 胆汁酸代谢

一、胆汁酸化学

胆汁的主要有机成分有胆汁酸、胆色素、胆固醇、磷脂、粘蛋白等,其中胆汁酸盐含量最多,是胆汁的主要成分。此外,胆汁还含有多种无机盐和排泄物,如异物、毒物、药物及重金属盐等。

二、胆汁酸代谢

(一)初级胆汁酸的生成

胆固醇通过7α羟化酶催化生成7α羟胆固醇,该酶是胆汁酸生成的限速酶。经上述过程生成的胆酸、鹅脱氧胆酸为游离型初级胆汁酸,它们与甘氨酸、牛磺酸结合后生成结合型初级胆汁酸。

(二)次级胆汁酸的生成
结合型初级胆汁酸随胆汁流人肠道,在参与脂类消化的同时,在肠道细菌作用下水解、脱羟,转变为次级胆汁酸,如牛磺胆酸转变为脱氧胆酸,甘氨鹅脱氧胆酸转变为石胆酸。

(三)胆汁酸的肝肠循环
肠道内的各种胆汁酸约有95%被重吸收,其余随粪便排出。胆汁酸的重吸收以主动重吸收为主;石胆酸溶解度小,多以游离形式存在,故大部分不被吸收而排出。

由肠道吸收的胆汁酸(包括初级和次级的;游离型和结合型的),经门静脉重新回到肝脏,肝细胞将游离型胆汁酸再合成为结合型胆汁酸,排人肠腔。这一过程称为胆汁酸的肝肠循环。胆汁酸的肝肠循环可使有限的胆汁酸充分被利用,最大限度地发挥乳化脂类的作用,促进脂类的消化及吸收。

三、胆汁酸代谢的调节

胆固醇在肝内转变为胆汁酸的限速步骤是7α-羟化酶催化的羟化作用。

第四节 胆色素代谢

一、游离胆红素和结合胆红素的性质

游离胆红素结合胆红素

别名间接胆红素直接胆红素

概念未与葡萄糖醛酸结合的胆红素与葡萄糖醛酸结合的胆红素

经肾随尿排出不能能

二、胆色素的肠肝循环

肠道中约10%―20%的胆素原可被肠黏膜细胞重吸收,经门静脉入血。其中大部分再随胆汁排入肠道,形成胆素原的肠肝循环,只有少量经血液循环入肾随尿排出。胆素原接触空气后被氧化成尿胆原,后者是尿的主要色素。

正常血清胆红素浓度:3.4~17.1μmol/L(0.2~1mg/dl)。
4/5为游离胆红素,其余为结合胆红素。

高胆红素血症(hyperbilirubinemia):体内胆红素生成过多,或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等因素引起血浆胆红素含量的增多。

体内胆红素生成过多,或肝细胞对胆红素的摄取、转化及排泄能力下降等因素均可引起血浆胆红素含量增多,称为高胆红素血症(hyperbilirubinemia)。

胆红素为橙黄色物质,过量的胆红素可扩散进入组织造成组织黄染,这一体征称为黄疸(jaundice)。

当血浆胆红素浓度超过34.2μmol/L(2mg/dl)时,肉眼可见皮肤、粘膜及巩膜等组织黄染,临床上称为显性黄疸。

若血浆胆红素升高不明显,在1~2mg/dl之间时,肉眼观察不到皮肤与巩膜等黄染现象,称为隐性黄疸(jaundice
occult)。

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