生物化学笔记精要.doc

生物化学：代谢部分每克样品含氮克数6.25100100g样品中蛋白质含量（g%）Gly甘氨酸(G)Gln谷氨酰胺(Q)Glu谷氨酸(E)Ala丙氨酸(A)Arg精氨酸(R)Asn天冬酰胺(N)Asp天冬氨酸(D)Lys赖氨酸(K)Leu亮氨酸(L)Ile异亮氨酸(I)Ser丝氨酸(S)Thr苏氨酸(T)Trp色氨酸(W)Tyr酪氨酸(Y)Cys半胱氨酸(C)Met蛋氨酸(M)Phe苯丙氨酸(F)Pro脯氨酸(P)His组氨酸(H)Val缬氨酸(V)含共轭双键：色氨酸、酪氨酸。紫外吸收：280nm附近为最大峰。蛋白质二级结构：螺旋、折叠、转角、无规卷曲。模体是具有特殊功能的超二级结构，如锌指。蛋白质三级结构：结构域、分子伴侣、次级键（疏水键、盐键、氢键、Van der Waals力等）。蛋白质四级结构中，各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。一分子Hb共结合4分子氧。Hb各亚基与O2结合呈正协同效应。大于10个氨基酸的肽称多肽。参与肽键形成的6个原子在同一平面上。B型DNA：右手螺旋，螺旋直径2.37nm，每一螺旋的碱基对数目10.4，螺距3.54nm，相邻碱基对之间的垂直间距0.34nm，反式糖苷键构象，相邻碱基对之间的转角36，使构象稳定的相对环境湿度92%，碱基对平面法线与主轴的夹角1，大沟宽深，小沟窄深。Z型DNA左手螺旋。在所有RNA中，mRNA的寿命最短。hnRNA（不均一核RNA）经剪接成为成熟的mRNA。大部分真核细胞mRNA的起始结构为5末端7甲基鸟嘌呤三磷酸核苷（m7GpppN），即帽结构。真核生物mRNA的3末端有多聚A尾。tRNA含多种稀有碱基。tRNA二级结构似三叶草。tRNA三级结构倒L形。所有tRNA的3末端CCA以结束，氨基酸可通过酯键连接在A上。核酶：催化特定RNA降解。DNA紫外吸收值：最大在260nm附近（嘌呤和嘧啶都含有共轭双键）。Tm(DNA解链温度)：50%DNA双链打开。GC含量越高，Tm值越高（GC）。DNA变性：双链解离为单链。snmRNA(非mRNA小RNA)参与基因表达的调控。单纯酶结合酶（全酶酶蛋白辅助因子（金属或辅酶）辅基：与酶蛋白共价结合的辅酶。同工酶催化相同化学反应。Vmax表观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酶分六大类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类、合成酶类。名称辅酶或辅基辅酶A（CoA）泛酸磷酸吡哆醛（胺）Vit B6TPP(焦磷酸硫胺素)Vit B1（硫胺素）FMN(黄素单核苷酸)FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)Vit B2（核黄素）NAD（辅酶，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）NADP（辅酶）尼克酰胺（VitPP之一）钴胺素辅酶类Vit B12四氢叶酸叶酸生物素生物素米氏方程Na依赖型葡萄糖转运体（SGLT）主要存在于小肠黏膜和肾小管上皮细胞。血中葡萄糖进入细胞依赖一类葡萄糖转运体GLUT，已发现5种，GLUT1主要存在于脑、肌、脂肪等组织中，GLUT2主要存在于肝和胰的细胞中，而GLUT4主要存在于脂肪和肌组织中。酶活性中心有的基团作为质子的供体（酸）一般酸碱催化作用。提供电子 亲核催化作用。糖无氧氧化反应过程分为糖酵解途径和乳酸生成两阶段。由葡萄糖分解成丙酮酸，称糖酵解途径。葡萄糖经己糖激酶磷酸化为6磷酸葡萄糖，哺乳类动物体内已发现4种己糖激酶同工酶，肝细胞中存在的是型，称葡萄糖激酶，对葡萄糖亲和力很低。糖酵解途径中有3个非平衡反应：己糖激酶（葡萄糖激酶）、6磷酸果糖激酶1和丙酮酸激酶催化的反应。6-磷酸果糖激酶-1对调节糖酵解途径的流量最重要，ATP和柠檬酸是此酶的变构抑制剂，变构激活剂有：AMP、ADP、1,6二磷酸果糖和2,6二磷酸果糖（F2,6BP）（最强）。己糖激酶受其反应产物6磷酸葡萄糖的反馈抑制，葡萄糖激酶分子内不存在6磷酸葡萄糖的变构部位，故不受6磷酸葡萄糖的影响。糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化。丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA，此反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化，参与的辅酶有硫胺素焦磷酸酯（TPP）、硫辛酸、FAD、NAD及CoA。在真核细胞中，丙酮酸脱氢酶复合体存在于线粒体中，是由丙酮酸脱氢酶（E1），二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）和二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）三种酶按一定比例组合成多酶复合体，其组合比例随生物体不同而异。8种营养必须氨基酸：亮、异亮、苏、缬、赖、甲硫、苯丙、色氨酸。三羧酸循环（TCA循环，柠檬酸循环，Krebs循环）：首先由乙酰CoA（主要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸，再经4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量和2分子CO2,重新生成草酰乙酸的循环反应。TCA循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化生成1个GTP。TCA循环中有3步不可逆反应（3个关键酶）：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。TCA循环是3大营养素的最终代谢通路，是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。1分子乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化分解共生成10个ATP。TCA循环：（乙酰CoA草酰乙酸）柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸酮戊二酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖（胞质中进行）。糖酵解：葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1,6-双磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乳酸糖酵解两次底物水平磷酸化：1,3-二磷酸甘油酸变成3-磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸变成丙酮酸。糖原合酶作用下，形成1,4糖苷键，糖链只能延长。分支酶将糖链以1,6糖苷键相接，形成分支。糖原合酶是糖原合成的关键酶，糖原合酶a有活性，磷酸化成糖原合酶b后即失去活性。糖原磷酸化酶只能分解1,4糖苷键，1,6葡萄糖苷酶水解与糖链形成分支的葡萄糖基。糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶，磷酸化酶b磷酸化为磷酸化酶a时活性增强。糖原合成糖原分解1,4糖苷键糖原合酶糖原磷酸化酶活性a有活性b磷酸化活性增强ba磷酸化失去活性活性很低1,6糖苷键分支酶-1,6-葡萄糖苷酶糖原合成中，UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖）充作葡萄糖供体。肝糖原分解最终产物中约85%为1磷酸葡萄糖，15%为游离葡萄糖。1磷酸葡萄糖转变为6磷酸葡萄糖后，由葡萄糖-6-磷酸酶水解成葡萄糖入血。葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中。肌糖原不能补充血糖。乳酸循环（Cori循环）：肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生。三碳途径（间接途径）：摄入的相当一部分葡萄糖先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物，然后再异生成糖原。糖异生途径：从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。软脂酸16：0，硬脂酸18：0.小肠上段是脂类消化的主要场所，脂类消化产物主要在十二指肠下段及空肠上段吸收。胰腺分泌如十二指肠中消化脂类的酶有胰脂酶、辅脂酶、磷脂酶A2、胆固醇酯酶。甘油三酯是脂酸的主要储存形式，是机体的主要能量储存形式。脂肪动员：储存在脂肪细胞中的甘油三酯，被酯酶逐渐水解为游离脂肪酸（FFA）和甘油并释放入血，通过血液运输至其他组织氧化利用的过程。肝细胞的甘油激酶活性最高，脂肪动员产生的甘油主要被肝细胞摄取利用。脂酸的活化形式为脂酰CoA，(长链) 脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体。肉碱脂酰转移酶是脂酸-氧化的限速酶。经脱氢、加水、再脱氢及硫解等四步连续反应，一次氧化可产生1分子乙酰CoA、1分子FADH2、1分子NADHH和比氧化前少2个碳原子的脂酰CoA。除脑组织外，大多数组织均能氧化脂酸，但以肝及肌最活跃。长期饥饿、糖供应不足时酮体可代替葡萄糖成为脑等组织的主要能源。酮体包括乙酰乙酸、丙酮、羟基丁酸。酮体：肝内合成，尤其HMGCoA合成酶（羟甲基戊二酸单酰CoA合成酶）；肝外利用。1分子FADH2通过呼吸链氧化产生1.5分子ATP，1分子NADHH氧化产生2.5分子ATP，1分子乙酰CoA通过三羧酸循环氧化产生10分子ATP。脂酸活化时消耗2个高能磷酸键（相当于2个ATP）。1分子软脂酸彻底氧化共生成108个ATP，净生成106分子ATP。乙酰CoA是合成脂酸的主要原料，主要来自葡萄糖。线粒体内的乙酰CoA主要通过柠檬酸丙酮酸循环进入胞液。乙酰CoA羧化酶存在于胞液中，将乙酰CoA羧化为丙二酰CoA，是脂酸合成的限速酶，辅基为生物素，Mn为激活剂。柠檬酸、异柠檬酸可使其由无活性的单体聚合成有活性的多聚体，而软脂酰及其他长链脂酰CoA则能使其解聚失活。乙酰CoA羧化酶可被一种依赖于AMP（不是cAMP）的蛋白激酶磷酸化而失活。脂酸合成，每次延长2个碳原子。大约一半以上的甘油三酯水解至甘油一酯后即被吸收。肠黏膜细胞中由甘油一酯合成脂肪的途径称甘油一酯途径。甘油二酯途径是肝细胞及脂肪细胞合成甘油三酯的主要途径。甘油三酯脂酶是脂肪动员的限速酶，又称激素敏感性甘油三酯脂酶（HSL）。除红细胞外，全身各组织均有合成PG的酶系。花生四烯酸可合成PG、TX、LT(白三烯)。由鞘氨醇或二氢鞘氨醇构成的磷脂称鞘磷脂。神经酰胺与磷酸胆碱结合生成神经鞘磷脂。心磷脂（二磷脂酰甘油），是线粒体膜的主要脂质，是仅有含双甘油的磷脂。磷脂酰肌醇是第二信使的前体，被磷酸化生成磷脂酰肌醇-4,5-2磷酸（PIP2），PIP2可分解为二脂酰甘油（DAG）及三磷酸肌醇（IP3），二者均为重要第二信使。甘油磷脂合成的基本原料为甘油、脂酸、磷酸盐、胆碱、丝氨酸、肌醇等。CTP在磷脂合成中为合成CDP乙醇胺、CDP胆碱及CDP甘油二酯等活化中间物所必需。甘油磷脂的合成有甘油二酯合成途径和CDP甘油二酯合成途径两条途径。类固醇的母体结构为环戊烷多氢菲。胆固醇仅存在于动物体内。除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成胆固醇。胆固醇合成酶系存在于胞液及光面内质网膜上。HMGCoA还原酶催化HMGCoA还原生成甲羟戊酸（MVA），是合成胆固醇的限速酶。胆固醇合成：甲羟戊酸鲨烯胆固醇。磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）血脂：血浆所含脂类的统称。apoB100是迄今世界上阐明一级结构的分子量最大的蛋白质。CM由小肠黏膜细胞合成，运输外源性甘油三酯至骨骼肌、心肌、脂肪等组织，运输外源性胆固醇至肝。LDL主要由VLDL在人血浆中转变而来，是转运肝合成的内源性胆固醇的主要形式。HDL主要功能是参与胆固醇的逆向转运（RCT），即将胆固醇从肝外组织转运至肝。HDL及VLDL主要由肝细胞合成，小肠亦可合成部分。HDL主要含apoA及apoA，LDL几乎只含apoB100；VLDL除含apoB100外，还有apoC、apoC、apoC及apoE；CM含apoB48，而不含apoB100.CM含脂最多，密度最低，电泳最慢。脂蛋白电泳：CM前密度：CMVLDLLDLHDLCM及VLDL主要以甘油三酯为内核，LDL及HDL主要以胆固醇酯（CE）为内核。在血浆卵磷脂胆固醇脂酰转移酶（LCAT）催化下，新生HDL转变为成熟HDL。HDL表面的apoA是LCAT的激活剂。LCAT在血浆中将胆固醇转化为胆固醇酯以利运输。LDL代谢中，游离胆固醇（FC）激活内质网脂酰CoA胆固醇脂酰转移酶（ACAT），使FC酯化成CE在胞液中储存。LDL和VLDL具有致AS作用，HDL具有抗AS作用。合成1分子胆固醇需18分子乙酰CoA，16分子NADPH及36分子ATP。（前）极低密度脂蛋白。营养必需脂酸：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸。脂肪即甘油三酯。NADH氧化呼吸链：NADH复合体(含FMN)CoQ复合体(含Cytb，Cytc1)复合体(含Cyta，Cyta3)O2琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸复合体(含FAD)CoQ复合体复合体O2P/O比值：氧化磷酸化过程中，每消耗摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。一对电子经NADH氧化呼吸链传递，P/O比值约2.5；一对电子经琥珀酸氧化呼吸链传递，P/O比值约1.5。在复合体、内，各存在一个ATP生成部位。氧化磷酸化偶联部位在复合体、内。氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与磷酸化生成ATP偶联。鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥等是复合体的抑制剂。萎锈灵是复合体的抑制剂。抗霉素A、粘噻唑菌醇是复合体抑制剂。CN、N3、CO是复合体的抑制剂。解偶联剂：二硝基苯酚（DNP）、棕色脂肪组织中的解偶联蛋白（UCP1）。ATP合酶抑制剂：寡霉素、二环己基碳二亚胺（DCCP）。ADP是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。ATP是最重要的高能磷酸化合物。高能磷酸化合物包括：ATP、乙酰辅酶A、磷酸肌酸、1.3二磷酸甘油酸、氨基甲酰磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸。胞质中NADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链，磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中，苹果酸天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中。复合体（NADH泛醌还原酶）、复合体（琥珀酸泛醌还原酶）、复合体（泛醌细胞色素C还原酶）、复合体（细胞色素C氧化酶）胰液中蛋白酶：内肽酶包括胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶；外肽酶主要包括羧基肽酶A、羧基肽酶B。胰蛋白酶原在十二指肠由肠激酶激活。转氨酶的辅酶都是维生素B6的磷酸酯。ALT(丙氨酸转氨酶)：GPT(谷丙转氨酶)AST(天冬氨酸转氨酶)：GOT(谷草转氨酶)肝组织中GPT的活性最高，心肌组织中GOT的活性最高。各种转氨酶中，L谷氨酸和酮酸的转氨酶最为重要。L谷氨酸是哺乳动物组织中唯一能以相当高的速率进行氧化脱氨反应的氨基酸。L谷氨酸脱氢酶是唯一既能利用NAD又能利用NADP接受还原当量的酶，属不需氧脱氢酶。心肌和骨骼肌中，氨基酸主要通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。联合脱氨基作用：转氨酶与L谷氨酸脱氢酶（氧化脱氨基作用）协同作用，把氨基酸转变成NH3及相应酮酸。联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径。生糖兼生酮氨基酸：异亮、苯丙、酪、苏、色氨酸。生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸。鸟氨酸循环合成尿素；鸟氨酸瓜氨酸精氨酸代琥珀酸精氨酸鸟氨酸（瓜氨酸在线粒体合成后，转运到线粒体外）AGA（N乙酰谷氨酸）是CPS-（氨基甲酰磷酸合成酶）的变构激活剂，NH3和CO2由CPS-催化生成氨基甲酰磷酸。氨基甲酰磷酸是鸟氨酸循环启动的限速酶，精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成启动以后的限速酶。天冬氨酸提供尿素分子的第二个氮原子。谷氨酸经谷氨酸脱羧酶催化生成氨基丁酸。鸟氨酸脱羧酶是多胺生成的限速酶，多胺促进细胞增殖。四氢叶酸是一碳单位的运载体。一碳单位主要来自丝氨酸、甘氨酸、组氨酸及色氨酸的分解代谢。一碳单位的主要功能是参与嘌呤、嘧啶的合成。含硫氨基酸：甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸。甲硫氨酸循环：SAM提供甲基后生成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸再接受N5CH3FH4的甲基，重新生成甲硫氨酸。SAM（S腺苷甲硫氨酸）是体内甲基最重要的直接供体，称活性甲硫氨酸。半胱氨酸和胱氨酸可以互变，但两者都不能转变为甲硫氨酸。甲硫氨酸合成酶的辅基是维生素B12，VitB12不足可引起巨幼红细胞性贫血，同时同型半胱氨酸在血中浓度升高，可能是动脉粥样硬化和冠心病的独立危险因子。半胱氨酸可生成活性硫酸根PAPS（3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸）。苯丙酮酸尿症（PKU）：苯丙氨酸羧化酶缺陷。白化症：酪氨酸酶缺乏。尿黑酸尿症：对羟苯丙酮酸氧化酶缺乏。支链氨基酸：缬、亮、异亮氨酸。食物来源的嘌呤和嘧啶主要被分解而排出体外。ATP是核苷酸。核苷酸合成有两条途径：从头合成途径，补救合成（或重新利用）途径。核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸类似物。6MP（6巯基嘌呤）与次黄嘌呤相似，氮杂丝氨酸及6重氮5氧正亮氨酸与谷氨酰胺相似，氨蝶呤及甲氨蝶呤（MTX）是叶酸类似物。5Fu（5氟尿嘧啶）与胸腺嘧啶相似。阿糖胞苷抑制CDP还原成dCDP。从头合成不同点：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环的；嘧啶核苷酸的合成是先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖相连而成的。PRPP（磷酸核糖焦磷酸）合成酶是嘧啶与嘌呤两类核苷酸合成过程中共同需要的酶。嘌呤核苷酸从头合成：原料：天冬氨酸（N1）、CO2(C6)、甘氨酸(N7、C4、C5)、谷氨酰胺(N3、N9)、甲酰基(C2、C8)；反应步骤：IMPAMP(腺嘌呤核苷酸)GMP(鸟嘌呤核苷酸)嘧啶核苷酸从头合成：原料：天冬氨酸、谷氨酰胺CO2（胞液中生成氨基甲酰磷酸，不同于尿素循环）；反应步骤：UMP(尿嘧啶核苷酸)CTP(三磷酸胞苷)TMP尿酸是人体嘌呤分解代谢的终产物。胞嘧啶降解成NH3、CO2及丙氨酸，胸腺嘧啶降解成氨基异丁酸。嘧啶分解后产生的氨基酸可随尿排出或进一步代谢。肝组织进行嘌呤核苷酸从头合成途径，脑、骨髓等则进行嘌呤核苷酸补救合成。补救合成过程比较简单，消耗能量也少。两种酶参与嘌呤核苷酸的补救合成：APRT(腺嘌呤磷酸核糖转移酶)和HGPRT(次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶)。自毁容貌征（或LeschNyhan综合征）由于基因缺陷而导致HGPRT完全缺失。体内嘌呤核苷酸可以相互转变。体内有毒性氨的三个重要来源：氨基酸脱氨基作用和胺类分解，肠道细菌腐败作用产氨，肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺。减少氨的吸收宜碱化。通过谷氨酰胺，氨从脑和肌肉等组织运往肝或肾。通过丙氨酸葡萄糖循环，氨从肌肉运往肝。肾是可进行糖异生和生成酮体的器官。肾髓质无线粒体，主要由糖酵解供能，肾皮质主要由脂酸及酮体的有氧氧化供能。脑几乎以葡萄糖为唯一供能物质，长期饥饿血糖供应不足时，脑可转变利用由肝生成的酮体作为重要供能物质。肌肉主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸（肌缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，肌糖原无氧酵解增强）。心肌正常优先消耗脂酸。变构调节和化学修饰调节为快速调节。变构调节中，变构抑制更多见。迟缓调节：改变细胞内酶的含量。分布于胞液的多酶体系：糖原合成、脂酸合成、糖酵解、戊糖磷酸途径、糖异生。分布于线粒体的多酶体系：三羧酸循环、氧化磷酸化、呼吸链、脂酸氧化。化学修饰调节效率常较变构调节高（酶促级联放大效应）。酶蛋白的磷酸化由蛋白激酶催化，脱磷酸由磷蛋白磷酸酶催化。代谢组学：对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量检测，分析活细胞中代谢物谱变化的研究领域，以高通量的检测实验和大规模的计算为特征。应激时糖、脂、蛋白质代谢特点是分解代谢增强，合成代谢受抑制。短期进食调节激素主要包括生长激素释放肽（刺激食欲）和胆囊收缩素（CCK，引起厌腻、饱胀感）。参与食欲、进食长期调节的激素包括胰岛素和脂肪细胞分泌的瘦蛋白，两者都抑制进食并促进能量消耗，是调节体内脂肪储存量两种最主要的信号分子。肌肉中的氨基酸占总氨基酸代谢库的50%以上，肝约占10%。长期饥饿时肌蛋白分解较短期饥饿下降。饥饿晚期肾糖异生作用较短期饥饿增强，生成约40g葡萄糖/d，几乎和肝相等。生物化学：基因部分无论线性的真核生物染色体或原核生物环状的DNA，都采用双向复制。双向复制：复制时，DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉（Y字型结构）。子链只能从5至3方向延伸。在同一复制叉上只有一个解链方向。复制的半不连续性：领头链连续复制而随从链不连续复制。冈崎片段：复制中的不连续片段。真核生物是多复制子的复制，原核生物是单复制子（复制体）。复制子：从一个DNA复制起始点起始的DNA复制区。半保留复制是DNA复制的基本特征。DNA复制的参与：底物为dNTP(脱氧三磷酸核苷：dATP、dGTP、dCTP、dTTP)、DNApol(DNA聚合酶，全称依赖DNA的DNA聚合酶)，引物提供3OH末端使dNTP可以依次聚合等。原核生物的DNA聚合酶分三型，三种聚合酶都有53延长脱氧核苷酸链的聚合活性及35核酸外切酶活性，DNApol的小片段还有53核酸外切酶活性。Klenow片段：DNApol的大片段，具有DNA聚合酶活性和35核酸外切酶活性，是实验室常用工具酶。在真核细胞至少发现有15种DNA聚合酶，5种常见真核生物的DNA聚合酶都有53核酸外切酶活性。DNApol是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶，真核生物复制延长中主要起催化作用的是DNApol.DNApol主要是对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNApol在真核生物复制中起校读、修复和填补引物缺口的作用。DNApol基因发生突变，细菌一人能存活。DNApol对模板的特异性不高。认为它参与SOS修复。DNApol的功能是低保真度的复制，可能参与SOS修复。DNApol是线粒体DNA复制的酶。DNApol的功能：起始引发，引物酶活性。DNApol核心酶中，亚基有53聚合活性，有35核酸外切酶活性及碱基选择功能，两边的亚基起夹稳模板链并使酶沿模板滑动的作用。PCNA（增殖细胞核抗原）：形成闭合环形的可滑动DNA夹子，并使pol获得持续合成的能力，PCNA水平也是检验细胞增殖的重要指标。（类似DNApol的亚基）DNA复制的保真性至少要依赖三种机制：遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能；复制出错时有即时的校读功能。原核生物复制起始的相关蛋白质：DnaA辨认起始点，DnaB（解螺旋酶）解开DNA双链，DnaC运送和协同DnaB ，DnaG（引物酶）催化RNA引物生成，SSB(单链DNA结合蛋白)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整，拓扑异构酶（gyrA，B）理顺DNA链。连接酶连接碱基互补基础上的双链中的单链切口（非单独存在的DNA单链或RNA单链）。DNA聚合酶、拓扑酶、连接酶三者都催化3，5磷酸二酯键的生成。复制中的DNA分子会遇到正、负超螺旋及局部松弛等过渡状态，拓扑酶使复制中的DNA能解结、连环或解连环，达到适度盘绕。冈崎片段的成因：随从链的子链延长方向与解链的方向相反。引发体：含有解螺旋酶（DnaB）、DnaC蛋白、引物酶（DnaG）和DNA的起始复制区域的复合结构。引物：由引物酶催化合成的短链RNA分子。复制延长中，在随从链上要不断生成引物，（这时）随从链上引物的生成只需引物酶。在同一复制叉上，领头链的复制先于随从链，但两链是在同一DNApol催化下进行延长的。解链方向就是酶的前进方向。复制的终止过程：引物的水解需靠细胞核内的RNA酶，水解后留下空隙（去除引物），空隙的填补由DNApol催化，在原引物相邻的子链片段提供3OH继续延伸（换成DNA），留下相邻的3OH和5P的缺口，缺口由连接酶连接。DNApol和DNApol分别兼有解螺旋酶和引物酶活性。现在认为pol主要催化合成引物。在复制叉及引物生成后，DNApol通过PCNA的协同作用，逐步取代pol，在RNA引物的3OH基础上连续合成领头链。随从链引物也由pol催化合成。然后由PCNA协同，pol置换pol，继续合成DNA子链。真核生物的引物除RNA外还有DNA片段作为组成成分。老化和端粒酶活性下降有关。端粒酶活性不一定与端粒的长度成正比。逆转录酶：全称是依赖RNA的DNA聚合酶。逆转录酶有三种活性：RNA或DNA作模板的dNTP聚合活性和RNase活性。Zn2为辅助因子。RNA/DNA杂化双链中的RNA被逆转录酶中有RNase活性的组分水解。端粒：真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。染色体复制的终止需要端粒酶延伸端粒DNA。端粒结构的共同特点：富含T，G短序列的多次重复。人端粒酶由三部分组成：人端粒酶RNA（hTR）、人端粒酶协同蛋白1（hTP1）、端粒酶逆转录酶（hTRT）。端粒酶通过一种称为爬行模型的机制维持染色体的完整。锚蛋白是CDK4的特异性抑制物，P21蛋白能抑制多种CDK（细胞周期蛋白依赖激酶），可阻止细胞进入S期进行复制。锚蛋白和P21蛋白被形容为细胞周期的检查点。应用逆转录酶获取基因工程目的基因的方法称cDNA法。cDNA（互补DNA）就是编码蛋白质的基因，通过转录又得到原来的模板RNA。噬菌体DNA按滚环方式复制。线粒体DNA（mtDNA）按D环方式复制。D环复制的特点是复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。DNA突变也称DNA损伤。缺失或插入均有可能导致框移突变。框移突变：三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。多态性：个体之间的基因型差别现象。大量的突变属于自发突变，发生频率只不过在109左右。紫外线可引起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（或称环丁基环）。光修复酶可使嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态。核苷酸切除修复系统是细胞内最重要和有效的修复方式。转录偶联修复：因转录模板链损伤，RNA聚合酶暂停转录，参与切除修复的蛋白质被募集于暂停的RNA聚合酶，将修复酶集中于正在转录的DNA，使该区域的损伤尽快得以修复。重组修复系统能修复双链断裂损伤：由错误的模板复制的子链带有错误甚至缺口，需以重组方式修复，重组蛋白RecA的核酸酶活性将另一股健康的母链与缺口部分进行交换，以填补缺口。真核转录偶联修复的核心是TFH，在核苷酸切除修复（包括转录偶联修复）时起DNA解旋酶的作用，其亚基包括XPA和XPD。SOS修复是DNA损伤广泛而诱发的复杂反应。mRNA是蛋白质合成的直接模板。结构基因：能转录出RNA的DNA区段。模板链并非总是同一单链上。RNA的生物合成：原料为NTP(三磷酸核糖核苷酸)，Mg2和Mn2。核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应。复制和转录相同之处：合成方向53，聚合过程都是核苷酸之间生成3，5磷酸二酯键。翻译时的读码方向只能是53，决定了多肽链中从氨基端（N-端）到羧基端（C-端）的氨基酸排列顺序。不对称转录（模板链转录）核心酶：2（）亚基全酶：亚基加上核心酶亚基的功能是辨认转录起始点。活细胞的转录起始，需要全酶。转录延长阶段仅需核心酶。核心酶参与整个转录过程。电子显微镜下观察原核生物的转录，可看到羽毛状的图形。同一DNA模板上，多个转录同时进行。转录尚未完成，翻译已在进行，一条mRNA链连上多个多聚核糖体（图上小黑点）。真核生物有核膜把转录和翻译隔开，没这种现象。转录空泡：（原核生物）由酶-DNA-RNA形成的转录复合物。RAN聚合酶在合成RNA时，局部的DNA双螺旋解开，形成所谓“转录泡”。DNA连接酶的催化作用需消耗ATP。操纵子：转录是不连续、分区段进行的，每一转录区段可视为一个转录单位，称操纵子。操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序列。启动子：RNA聚合酶在转录起始上游的结合序列，也是控制转录的关键部位。Pribnow盒：10区的一致性序列TATAAT。35区是RNApol对转录起始的辨认位点，亚基对其辨认结合后，酶向下游移动，达到Pribnow盒，酶已跨入了转录起始点，形成相对稳定的酶-DNA复合物，开始转录。转录起始不需引物，原核生物RNA聚合酶可直接结合DNA模板，真核生物RNA聚合酶需与辅助因子结合后才结合模板。mRNA是各种RNA中寿命最短、最不稳定的，需经常重新合成。原核生物转录终止分为依赖(Rho)因子与非依赖因子两大类。原核生物转录起始生成RNA的第一位，即5-端总是三磷酸嘌呤核苷GTP或ATP，又以GTP更常见。RNA链5-端结构在转录延长中一直保留，至转录完成。RNA脱落后，仍带有这5-端的结构（三个磷酸）。亚基若不脱落，RNA聚合酶则停留在起始位置，转录不继续进行。第一个磷酸二酯键生成后，亚基即从转录起始复合物上脱落。顺式作用元件：转录起始点上游的DNA序列。顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件等近端调控元件和增强子等远隔序列。因子能结合RNA，又以对polyC的结合力最强，因子有ATP酶活性和解螺旋酶活性。因子与RNA转录产物结合，RNA聚合酶停顿，因子解螺旋酶活性使DNA/RNA杂化双链拆离，产物释放。近终止区的转录产物形成发夹结构是非依赖因子终止的普遍现象。转录产物的3末端，发现常有多个连续的U，连续的U区5-端上游的一级结构，即接近终止区的一段碱基又可形成鼓槌状的茎环或称发夹形式的二级结构。一串寡聚U是使RNA链从模板上脱落的促进因素。真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶，RNA聚合酶（RNA Pol）催化合成rRNA的前体（45S-rRNA），对鹅膏蕈碱耐受；RNA Pol转录生成hnRNA，对鹅膏蕈碱极敏感；RNA Pol催化合成tRNA、5s-rRNA、snRNA，对鹅膏蕈碱中度敏感。CTD（羧基末端结构域）：RNA聚合酶最大亚基的羧基末端有一段共有序列，为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser的重复序列片段，称CTD。所有真核生物的RNA聚合酶都具有CTD。RNA聚合酶和RNA聚合酶没有CTD。CTD对于维持细胞的活性是必需的，磷酸化的CTD能使开放复合体的构象发生改变，启动转录。TFH、CDK9使CTD磷酸化。反式作用因子：能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质。转录因子（TF，或称通用转录因子）：直接或间接结合RNA聚合酶的反式作用因子。相应于RNApol、的TF，分别称TF、TF、TF。TBP(TATA-结合蛋白)：结合启动子的TATA盒。TFD是由TBP和810个TAFs组成的复合物。TBP支持基础转录但不支持诱导等所致的增强转录，但TFD中的TAFs对诱导引起的增强转录是必要的。真核生物转录延长可观察到核小体移位和解聚现象。上游因子和可诱导因子等在广义上也可称转录因子。辅激活因子可包括TAFs、中介子。PIC(转录起始前复合物)：D-A-B-DNA复合体RNA聚合酶和TFF组成的复合体TFE 和TFH最后加入。TFH：具解旋酶活性，能使转录起始点附近的DNA双螺旋解开，使闭合的PIC成为开放复合体，启动转录。TFH还具激酶活性，它的一个亚基能使RNA聚合酶的CTP磷酸化。在核苷酸切除修复时起DNA解旋酶的作用。真核mRNA，除了组蛋白的mRNA，在3端都有多聚腺苷酸ploy(A)尾结构。真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行。ploy(A)尾的出现不依赖于DNA模板。前体mRNA上的断裂点也是聚腺苷酸化的起始点，断裂点上游有AAUAAA信号序列，断裂点下游有富含G和U的序列。转录不是在polyA的位置上终止。先由核酸外切酶切去前体mRNA3末端的一些核苷酸，然后加入ploy(A)。RNA聚合酶缺乏有校读功能的35核酸外切酶活性，错误率比复制高，但影响比复制小。前体mRNA在5-末端加入“帽”结构（有7-甲基鸟嘌呤）。hnRNA（不均一核RNA，杂化核RNA）：初级mRNA转录物，前体mRNA。断裂基因：真核生物结构基因去除非编码区再连接后称断裂基因。外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。绝大多数脊椎动物的蛋白质编码基因含有内含子。有些低等真核生物的蛋白质编码基因也缺乏内含子。组蛋白基因没有内含子。二次转酯反应：剪接过程的化学反应。剪接接口（或边界序列）：5GUAG-OH-3。大多数内含子都以GU为5端的开始，而其末端则为AG-OH-3。剪接体由snRNP(小分子核糖核蛋白)组成。每一种snRNP含有一种snRNA（核小RNA）。snRNA有5种：U1、U2、U4、U5、U6，分子中碱基以尿嘧啶含量最丰富故名。剪接体与hnRNA结合，使内含子形成套索并拉近上、下游外显子。真核生物前体mRNA分子经剪切和剪接两种模式可加工成不同的mRNA。mRNA编辑是对基因的编码序列进行转录后加工。apoB48是apoB100基因产生的mRNA经编辑后所得。真核生物前体tRNA的加工包括把核苷酸的碱基修饰为稀有碱基。RNA催化一些真核和原核基因内含子的自剪接。密码子存在于mRNA。起始密码子：AUG终止密码子：UAA、UAG、UGAORF（开放阅读框架）：从mRNA5-端的起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列。多顺反子mRNA：原核细胞中，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。单顺反子mRNA：真核细胞的一个mRNA分子只编码一种蛋白质。遗传密码的简并性：一种氨基酸可具有两个或两个以上的密码子为其编码（除甲硫氨酸和色氨酸只对应1个密码子外）。对减少基因突变对蛋白质功能的影响具有一定的生物学意义。从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，但动物细胞的线粒体和植物细胞的叶绿体内所使用的遗传密码与“通用密码”有差别。摆动配对：反密码子与密码子之间的配对并不严格遵守常见的碱基配对规律。摆动配对在反密码子的第1位碱基与密码子的第3位碱基之间最为常见。摆动配对能使1种tRNA识别mRNA的13种简并性密码子。遗传密码具有的重要特点：方向性、连续性、简并性、通用性、摆动性。核糖体循环：即肽链合成的延长阶段，包括进位、成肽、转位，这一阶段是在核糖体上连续循环进行的。广义的核糖体循环指翻译的全过程。氨基酰-tRNA：氨基酸的活化形式，由氨基酸的-羧基与tRNA的3-CCA末端的羟基之间形成酯键连接。每个氨基酸活化需消耗2个高能磷酸键（1个ATP）。一种氨基酸虽然通常可与26种对应的tRNA特异性结合，但一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。蛋白质生物合成需要：酶类：氨基酰-tRNA合成酶（胞液中）、转肽酶（核糖体大亚基的组成成分）、转位酶；非核糖体蛋白质因子：IF（起始因子）、EF（延长因子）、RF（释放因子）；能源物质：ATP、GTP；无机离子：Mn2、K等。真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMet，原核生物是fMet-tRNAfMet(N-甲酰甲硫氨酰-tRNA)。基因组是一个生物体的整套遗传物质。基因表达是基因转录及翻译的过程。核糖体对氨基酰-tRNA的进位有校正作用，EF-Tu-GTP仅存在数毫秒即被分解，错误氨基酰-tRNA因反密码子-密码子配对不能及时发生而从A位解离。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性，将任何错误的氨基酰-AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解，换上与密码子相对应的氨基酸。真核生物翻译终止只有一种释放因子eRF。原核生物的肽链合成过程：IF-3、IF-1与30S小亚基结合，促进大、小亚基分离。mRNA在小亚基上定位结合。翻译起始时A位被IF-1占据，不与任何氨基酰-tRNA结合。fMet-tRNAfMet与结合了GTP的IF-2一起，识别并结合对应于小亚基P位的mRNA序列上的起始密码子AUG。核糖体50S大亚基结合，结合于IF-2的GTP被水解释放能量，促使3种IF释放，形成翻译起始复合物。EF-Tu结合GTP后与EF-Ts分离，氨基酰-tRNA与EF-Tu-GTP结合后以氨基酰-tRNA-Tu-GTP活性复合物形式进入并结合A位。EF-Tu有GTP酶活性，水解GTP释能驱动EF-Tu和GDP从核糖体释出，重新形成Tu-Ts二聚体。在转肽酶的催化下，成肽在A位上进行。延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，使mRNA序列上的下一个密码子进入核糖体的A位，而占据A位的氨基酰-tRNA移入P位，卸载的tRNA则移入E位。只有释放因子能识别终止密码子而进入A位并与终止密码子结合，这一识别过程需要水解GTP。RF-1或RF-2结合终止密码子后可触发核糖体构象改变，将转肽酶活性转变为酯酶活性，水解新生肽链与结合在P位的tRNA之间的酯键，释出合成的肽链，并促使mRNA、卸载的tRNA及RF从核糖体脱离。RF-3可结合核糖体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-1、RF-2与核糖体的相互作用。真核生物mRNA5-端帽子结构能与帽子结合蛋白复合物结合，在翻译时参与mRNA在核糖体上的定位结合。原核生物核糖体上有3个位点：A位（结合氨基酰-tRNA的氨基酰位）、P位（结合肽酰-tRNA的肽酰位）、E位（排出卸载tRNA的排出位）。真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。帽子结合蛋白复合物（eIF-4F复合物）：包括eIF-4E、eIF-4G、eIF-4A各组分，通过eIF-4E结合真核细胞mRNA5-帽子。eIF-4A具有RNA解螺旋酶活性，在eIF-4B作用下，通过消耗ATP将mRNA引导区的二级结构解链，直到起始密码子AUG与Met-tRNAiMet反密码子结合。S-D序列：在原核生物各种mRNA起始AUG上游约813个核苷酸部位，存在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称Shine-Dalgarno序列（S-D序列），又称核糖体结合位点（RBS）。小亚基中16SrRNA通过与S-D序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合，是原核生物mRNA在核糖体小亚基上准确定位结合的两种机制之一。Kozak共有序列：真核生物起始AUG周围的一段短的通用序列，即ACCAUGG，该序列突变可降低核糖体的翻译活性。E.coli的乳糖操纵子（lac操纵子）含Z、Y及A三个结构基因，分别编码-半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶，还有一个操纵序列Q、一个启动序列P、一个调节基因I。I基因具有独立的启动序列（PI），编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，使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CAP分解（代谢）物基因激活蛋白结合位点。在没乳糖存在时，I序列在PI启动序列作用下表达的Lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。（乳糖经透酶催化、转运进入细胞，再经原先存在于细胞中的少数-半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。）半乳糖作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白质构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、发生转录。CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点，当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性。当有葡萄糖存在时，葡萄糖通过降低cAMP浓度阻碍cAMP与CAP结合而抑制lac操纵子转录（分解代谢阻碍），使细菌首先利用葡萄糖。当Lac阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用：但若无CAP存在来加强转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚仍几无转录活性。Lac阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节两种机制协调合作。原核生物在翻译水平的调节：自我控制（调节蛋白结合mRNA靶位点阻断翻译）、反义控制（反义RNA结合mRNA翻译起始部位与mRNA杂交，从而抑制翻译起始）。原核生物基因转录调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白。原核基因转录调节特点：因子决定RNA聚合酶识别特异性，操纵子模型在原核基因表达调控中具有普遍性，原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关机制。在真核基因表达调控中以正性调节占主导。DNA碱基被甲基化修饰的范围与基因表达程度呈反比关系。按功能特性，真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子。一般来说，异（质）二聚体比同（质）二聚体具有更强的DNA结合能力。真核生物对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行。RNA组学：研究细胞内所有小分子RNA的种类、结构和功能。RNA干涉：由siRNA（小干扰RNA）介导的基因表达抑制作用。siRNA是双链分子，参与RISC（RNA诱导的沉默复合体）组成，与特异的靶mRNA完全互补结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程。抑制转座子活性和病毒感染。是生物体本身固有的一种对抗外源基因侵害的自我保护现象。miRNA（微小RNA）：由一段具有发夹环结构的单链RNA前体剪切形成，成熟的miRNA与其他蛋白质一起组成RISC，通过与其靶mRNA分子的3端非编码区域（3UTR）互补匹配，抑制该mRNA分子的翻译。HIV基因的有效表达需要病毒蛋白Tat，它是一种抗终止蛋白，可使RNA Pol通过转录终止点，阻止HIV基因组转录过程的提早终止。干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：干扰素在某些病毒双链RNA存在时，能诱导特异的蛋白激酶活化，该活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质的合成。干扰素能与双链RNA共同活化特殊的25寡聚腺苷酸（25A）合成酶，催化ATP聚合，生成单核苷酸间以25磷酸二酯键连接的25A，经25A活化核酸内切酶RNaseL，后者可降解病毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。处于转录激活状态的染色质结构发生明显变化：对核酸酶敏感、RNA聚合酶前方的转录区DNA拓扑结构由负性超螺旋变为正性超螺旋构象、DNA碱基的甲基化修饰、组蛋白变化(乙酰化、磷酸化、甲基化等)。同源重组是最基本的DNA重组方式。细菌的基因转移与重组有四种方式：接合作用（质粒D