生物化学复习提纲下PPT课件.pptx

生物化学复习提纲 2020 3 19 1 Aa的物理性质蛋白质的结构蛋白质的修饰核酸的双螺旋结构和组蛋白米氏方程酶的抑制作用特点酶的活性调节 2020 3 19 2 生物氧化 1 两条呼吸链组成和排列顺序2 化学渗透假说3 呼吸链抑制剂和氧化磷酸化解偶联剂 2020 3 19 3 糖代谢 1 糖酵解 糖异生 TCA循环的步骤 关键酶和调节2 葡萄糖氧化分解产生的ATP数目3 HMP途径的生理学意义4 乙醛酸循环的特点5 糖原分解和合成以及合成的调节6 糖的各种代谢之间的连接 2020 3 19 4 脂代谢 脂蛋白和载脂蛋白脂肪酸的beta氧化以及ATP的计算脂肪酸的从头合成途径脂肪酸的从头合成途径的调节脂肪动员和酮体的生成和利用糖和脂肪之间的代谢关系 2020 3 19 5 脂蛋白和载脂蛋白 1 脂蛋白 与蛋白质结合在一起形成的脂质 蛋白质复合物 1 1脂蛋白中脂质与蛋白质之间多数是通过脂质的非极性部分与蛋白质组分之间以疏水性相互作用而结合在一起 1 2乳糜微粒 CM 是最大的脂蛋白 主要功能是运输外源性甘油三酯 2 脂肪在脂肪酶催化下水解成甘油和脂肪酸 胰脂肪酶是一种非专一性水解酶 3 载脂蛋白 血浆脂蛋白中的蛋白质部分称为 3 1主要分A B C D E五类3 2基本功能是运载脂类物质 某些载脂蛋白还有激活脂蛋白代谢酶 识别受体等功能 2020 3 19 6 脂肪酸的beta氧化以及ATP的计算 1 概念 脂肪酸的氧化在细胞线粒体内逐步进行 每次从羧基端断下一个二碳物 C2 即 位碳原子首先氧化 此称为 2 阶段 四个阶段 阶段 脂肪酸活化进入线粒体阶段 脂肪酸 氧化 乙酰CoA阶段 乙酰CoA TCA CO2阶段 电子传递链 H2O2 1阶段 脂肪酸活化进入线粒体2 1 1脂肪酸硫激酶 FAthiokinase 又称AcylCoA合成酶 催化 需ATP和Mg2 水解PPi推动反应向右方向进行 形成一个高能硫酯键 消耗2分子高能磷酸键 2020 3 19 7 2 2 氧化 经历脱氢 水化 再脱氢 硫解4步重复反应 2 2 1脱氢氧化从羧基端开始 脂酰 SCoA脱氢酶 辅基是FAD 催化 生成 2 3 反 烯脂酰 SCoA FADH2经呼吸链 产生ATP 2 2 2水化 2 3 反 烯脂酰 SCoA在其水合酶作用下生成L 羟脂酰 SCoA 2020 3 19 8 2 2 3氧化 L 羟脂酰 SCoA脱氢酶 辅酶为NAD 生成 酮脂酰 SCoA 2 2 4硫解 在硫解酶作用下 形成乙酰 SCoA和比原脂酰 SCoA少2个C的脂酰 SCoA 可以重复上述反应过程 一直到完全分解成乙酰CoA 脂肪酸通过 氧化生成的乙酰CoA 一部分用来合成新的脂肪酸和其它生物分子 大部分则进入三羧酸循环完全氧化 2020 3 19 9 1 脂肪酸活化在线粒体外 需消耗1个ATP的二个高能键 计作2ATP 2 脂酰 SCoA需经肉毒碱携带进入线粒体 3 所有脂肪酸 氧化的酶都是线粒体酶 4 氧化包括脱氢 水化 脱氢 硫解4个重复步骤 5 每一次产生1个NADH 1个FADH2 经呼吸链可产生4个ATP 乙酰 CoA可进入TCA 氧化生成CO2和水 如此重复 脂肪酸 氧化1次生成成8个乙酰CoA ATP的生成数为 FADH2和NADH各1个 电子经呼吸链传递给氧 可生成4个ATP 1个乙酰CoA经柠檬酸循环可生成10个ATP 以软脂酸为例 16个碳原子 经7次 氧化生4 7 10 8 108脂肪酸激活时消耗2个ATP 则 108 2 106 2020 3 19 10 脂肪动员和酮体的生成和利用 在病理或饥饿条件下 储存在脂肪细胞中的脂肪 被脂肪酶逐步水解为游离脂酸 FFA 及甘油并释放入血以供其他组织氧化利用 该过程称为脂肪动员 在脂肪动员中 脂肪细胞内激素敏感性甘油三酯脂肪酶 HSL 起决定作用 它是脂肪分解的限速酶 脂肪动员的产物是乙酰辅酶A 再肝脏中乙酰辅酶A与乙酰辅酶A两两缩合生成乙酰乙酰辅酶A 再转化成乙酰乙酸 乙酰乙酸可以还原成 羟丁酸或者脱羧形成丙酮 脂肪动员过程如下图所示 2020 3 19 11 硫解酶 乙酰乙酰辅酶A 羟 甲基戊二酸单酰辅酶A 乙酰乙酸 丙酮 羟丁酸 2020 3 19 12 1 酮体 丙酮 乙酰乙酸 羟丁酸合称 酮体 acetonebodies 是脂肪酸在肝脏进行正常分解代谢所生成的特殊中间产物2 酮体生成的意义 1 酮体易运输 2 易利用 脂肪酸活化后进入 氧化 每经4步反应才能生成一分子乙酰CoA 而乙酰乙酸活化后只需一步反应就可以生成两分子乙酰CoA 长链脂肪酸穿过线粒体内膜需要载体肉毒碱转运 脂肪酸在血中转运需要与白蛋白结合生成脂酸白蛋白 而酮体通过线粒体内膜以及在血中转运并不需要载体 抑制丙酮酸脱氢酶系活性 限制糖的利用 同时乙酰CoA还能激活丙酮酸羧化酶 促进糖异生 3 节省葡萄糖供脑和红细胞利用 4 肌肉组织利用酮体 5 酮体生成增多常见于饥饿 妊娠中毒症 糖尿病等情况下 3 酮体在肝脏线粒体的合成1 生酮作用 ketogenesis 氧化产生过量的乙酰CoA在肝脏中生成酮体的过程 2 肝细胞线粒体中有生酮作用的所有酶 当 草酰乙酸 乙酰CoA 时 生成酮体 4 利用由于肝脏缺乏琥珀酰辅酶A转硫酶和乙酰乙酰硫激酶 故不能利用酮体 2020 3 19 13 在心 肾 脑 肌肉中进行 乙酰乙酸 乙酰乙酰CoA 乙酰CoA 羟丁酸 乙酰乙酸 乙酰CoA丙酮 丙酮酸或乳酸 糖异生在这些细胞中 酮体进一步分解成乙酰CoA TCA 产生ATP 丙酮很少被利用 主要通过呼吸系统或随尿液排出体外 2020 3 19 14 糖和脂肪之间的代谢关系 1 糖是蛋白质合成的碳源和能源 糖分解代谢产生的丙酮酸 a 酮戊二酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 4 磷酸赤鲜糖等合成氨基酸碳架 糖分解产生的能量被利用与蛋白质合成 2 蛋白质分解产物进入糖代谢 蛋白质降解产生的氨基酸经脱氨后生成a 酮酸 它进入糖代谢可进一步氧化发出能量 或经糖异生作用生成糖 2020 3 19 15 氨基酸代谢 蛋白质的消化和降解氨基酸的脱氨基作用氨基的转运尿素的生成过程氨基酸氧化降解产生ATP的数目生糖氨基酸和生酮氨基酸氨基酸代谢和糖代谢的关系氨基酸代谢和脂代谢的关系 2020 3 19 16 蛋白质的消化和降解 必需氨基酸 Val Ile Leu Thr Met Lys Phe Trp His 1 蛋白质的消化 1 1胃内消化蛋白质 胃蛋白酶 小分子肽 肠道胃蛋白酶 44分子的短肽 1 2小肠消化1 2 1来自胰腺的酶1 2 2来自小肠粘膜细胞的寡肽酶1 2 2 1氨肽酶 从N端水解 1 2 2 2羧肽酶 从C端水解 2020 3 19 17 2 内源蛋白质的降解2 1由溶酶体内各种水解酶降解2 1 1功能 1 清除无用的生物大分子 衰老的细胞器及细胞 2 防御功能 识别和吞噬病毒和细菌 3 其它功能 蝌蚪尾部的退化2 2泛素介导胞内蛋白质的降解 标签 2 2 1意义 防止异常 不需要的蛋白质积累 有利于aa的利用 2 2 2通常需降解的蛋白质 1 合成中掺入错误aa的缺陷蛋白质 2 行使功能时有损伤积累的蛋白质 3 代谢途径中的关键酶 常迅速转换 2 2 3泛素 含76个aa残基的高度保守的蛋白质 依赖于ATP 泛素与被降解蛋白连接形成真核蛋白酶水解系统 蛋白酶体2 2 4蛋白质泛素化系统由3个组分构成 一个称为泛素激活酶E1 它可利用水解ATP释放的能量以其胱氨酸泛素转移到靶蛋白上 并与靶蛋白赖氨酸残基 Ly残基 Cys 的巯基与泛素C端的甘氨酸残基 Gly 形成高能硫酯键 连接在E1上的泛素然后被转移到另一个泛素结合蛋白E2上 同时被选中的靶蛋白质与第三个组分即靶蛋白泛素连接酶E3结合 E2然后将与其连接的s NH2基团形成异肽键 isopeptidebond E2被释放 赖氨酸可突变为精氨酸 不导致电荷带来的影响 2020 3 19 18 氨基酸的脱氨基作用 在aa代谢中有重要地位 氧化脱氨基作用 普遍存在于动植物 最主要的是L Glu脱氢酶催化的aa氧化脱氨作用 1 概念 aa在酶催化下氧化成 酮酸 反应需氧并产生氨 此为 主要在肝脏中进行 2 L 谷氨酸脱氢酶的氧化脱氨基2 1L Glu脱氢酶 变构酶 广泛分布在生物胞质和线粒体中 以NAD P 为辅酶 直接脱氨 活性最强 催化的反应可逆 逆过程可合成谷氨酸 反应由于NAD P H能迅速氧化 NH3易以尿素形式除去 故反应在Glu氧化供能中起重要作用 ATP GTP NADH 高能状态 起抑制作用 ADP GDP为变构激活剂 加速Glu氧化 2020 3 19 19 转氨作用 1 概念 一种aa的 氨基与 酮酸之间氨基转移的作用 除Gly Lys Ser Pro Hpr外 2 谷丙转氨酶 GPT 主要在肝中 Glu 丙酮酸GPTAla 酮戊二酸谷草转氨酶 GOT 主要在心肌 Glu 草酰乙酸GOTAsp 酮戊二酸3 由糖代谢所产生的丙酮酸 草酰乙酸和a 酮戊二酸可分别转变成丙氨酸 天冬氨酸和谷氨酸 同时蛋白质分解代谢而来的丙氨酸 天冬氨酸和谷氨酸也可转变成丙酮酸 草酰乙酸和a 酮戊二酸参加三羧酸循环 这些相互转变的过程都是通过转氨作用而实现的 从而沟通了糖与蛋白质的代谢 2020 3 19 20 联合脱氨作用 1 概念 体内氨基酸的脱氨主要靠转氨和氧化脱氨联合进行 简称联合脱氨 体内75 的Pr通过这种方式进行氨基酸代谢的 2 场所 主要在肝 肾组织中 先转氨再脱氨 氨的主要去路 1 在肝脏合成尿素 随尿排出 2 一部分氨可以合成谷氨酰胺和天门冬酰胺 也可合成其它非必需氨基酸 3 少量的氨可直接经尿排出体外 2020 3 19 21 氨基的转运 1 酰胺的合成 Gln 谷氨酰胺 和Asn 天冬酰胺 1 1 功能a 氨基供体 用于合成Pr b 体内解毒除氨的方式 c 氨以酰胺形式储存在脑 肝 肌肉等组织 如肾谷酰胺酶将Gln分解成Glu和氨 氨随尿排出 2 葡萄糖 丙氨酸循环意义 实现肌肉组织中氨的无毒运输 为肌肉活动提供能量 2020 3 19 22 尿素的生成过程 2020 3 19 23 1 氨甲酰磷酸生成1 1在线粒体中进行 耗能 不可逆 氨甲酰磷酸合成酶 催化 为关键酶 N 乙酰谷氨酸为别构激活剂 氨气来源于谷氨酸的氧化脱氨作用 而CO2是糖代谢的产物 二者在ATP存在的条件下首先合成氨甲酰磷酸2 形成瓜氨酸2 1在线粒体内 鸟氨酸转氨甲酰酶将氨甲酰基交给鸟氨酸 经特异转运系统 瓜氨酸进入细胞质 N 乙酰谷氨酸 2020 3 19 24 3 精氨琥珀酸生成 3 1在胞质 精氨琥珀酸合成酶催化瓜氨酸与Asp缩合 消耗2个高能键 Asp在此作为氨基供体 尿素第二个氮来自Asp 4 形成精氨酸 4 1精氨琥珀酸裂合酶催化 Asp提供Arg胍基上的NH2 产物 延胡索酸可进入TCA 延胡索酸可转化成草酰乙酸 再经转氨作用生成Asp 进入鸟氨酸循环 2020 3 19 25 5 尿素形成 鸟氨酸再生5 1精氨酸酶作用于精氨酸 Arg为排脲动物的非必需氨基酸 Arg为尿素的直接前体 尿素中的C来自CO2 N分别来自NH4 和Asp 2020 3 19 26 2020 3 19 27 氨基酸氧化降解产生ATP的数目 形成1分子尿素消耗3分子ATP 4个高能磷酸键 前2步在线粒体中 后3步在细胞液 尿素中的C来自CO2 N分别来自NH4 和Asp 尿素的生成即可解除氨 2个 的毒性 也可减少CO2溶于血液造成的酸性 总反应 2NH4 HCO3 3ATP4 尿素 2ADP3 4Pi2 AMP2 5H 6 Asp 精氨琥珀酸旁路产生的NADH经呼吸链可产生2 5个ATP 减少尿素合成中的能耗 1molAla氧化分解产生的ATP 1 氧化脱氨 1molNADH 2 5ATP 2 丙酮酸进入TCA 4molNADH 1molFADH2 1molATP 12 5ATP 3 NH3合成尿素 消耗 4ATP共产生11molATP 2020 3 19 28 生糖氨基酸和生酮氨基酸 生酮氨基酸 凡在分解过程中可转变为乙酰乙酰CoA和乙酰CoA的氨基酸 包括6种 Phe Tyr Trp Ile Lys Leu 其中Lys Leu只生酮 生糖氨基酸 凡在分解过程中可转变为丙酮酸 酮戊二酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA 延胡索酸的氨基酸 因这些产物可转化成磷酸烯醇式丙酮酸 经糖异生合成糖 包括14种 Ala Gly Ser Thr Cys Glu Gln Arg His Pro Met Val Asp Asn 生酮生糖氨基酸 有些氨基酸降解后有二种中间产物 分别可生成酮体和糖 故称为 包括 Phe Tyr Trp Ile 2020 3 19 29 氨基酸代谢和糖代谢的关系 a 酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的作用下 辅酶NADPH 还原氨基化生成L Glu L Glu和氨在谷氨酰胺合成酶作用下 消化ATP合成Gln 草酰乙酸在谷草转氨酶的作用下 生成L 天冬氨酸 1 精氨琥珀酸的断裂把尿素循环和TCA联系起来 2 TCA中的延胡索酸酶和苹果酸脱氢酶在胞质中有同工酶 故尿素循环产生的延胡索酸 苹果酸进入线粒体经TCA产生的草酰乙酸通过转氨作用生成Asp又进入尿素循环 此为Asp 精氨琥珀酸旁路 将氨基代谢与碳骨架代谢联系起来 3 通过代谢途径的相互关联减少尿素合成的能量消耗 延胡索酸是不能穿过线粒体内膜的 它可以加水转换为苹果酸 或者是转换为草酰乙酸 草酰乙酸再经过转氨基转换为天冬氨酸 苹果酸和天冬氨酸可以穿过线粒体内膜 转氨酶在真核细胞的胞质 线粒体中都存在 2020 3 19 30 氨基酸代谢和脂代谢的关系 2020 3 19 31 当体内不需要将a 酮酸再合成氨基酸 并且体内的能量又供应不足时 a 酮酸可以转变成糖和脂肪 2020 3 19 32 分子部分 DNA的复制过程 9 14 RNA的合成过程 15 20 蛋白质的合成过程 2020 3 19 33 DNA的复制过程 DNA的半保留复制半保留复制 概念 以亲代DNA分子为模板 按照碱基配对的方式合成出子代DNA分子的过程 每个子代分子的一条链来自亲代DNA分子 另一条链是新合成的 这种复制方式称为 意义 1 半保留复制保证了遗传的稳定性 2 DNA是处于不断变异和发展之中 复制起点和方向细菌染色体DNA复制大多是一个起点 双向复制 原核生物 1个起点 真核生物 多个起点 多为双向 少数是单向复制 DNA复制方向由5 3 复制叉 DNA复制是边解链边复制 复制中的DNA在复制点呈分叉状 将分叉点称 2020 3 19 34 原核细胞DNA的复制酶 1 大肠杆菌DNA拓扑异构酶Topoisomerase 一类催化DNA链断裂 旋转和重新连接而直接改变DNA拓扑学性质的酶 打开超螺旋 一条链切割与连接 1 1DNA旋转酶 拓扑异构酶 topoisomerase 复制前 松弛DNA超螺旋 解除拓扑张力 复制后 重新引入超螺旋 需ATP供能 2 DNA解链酶 DNAhelicase 使复制叉前方DNA双链解开 每解1个bp需耗2个ATP 3 大肠杆菌DNA单链结合蛋白阻止解旋的两条链重新形成双螺旋结构4 大肠杆菌DNA引物酶 引物 小段RNA 引物RNA3 OH末端作为DNA合成的起始点 RNA引物酶 引物酶与多种起始蛋白结合形成引物体功能 催化引物合成 参与解链 在DNA一定部位合成 并与其互补 合成方向5 3 RNA引物 冈崎片段引物的合成不需要特异的起始部位 十几个核苷酸的RNA 2020 3 19 35 5 大肠杆菌的DNA聚合酶5 1功能 催化dATP dGTP dCTP dTTP四种脱氧核苷酸聚合成新的3 5 磷酸磷酸二酯键 有外切酶活性 5 2DNA聚合酶I 复制和修复的功能 5 3 聚合作用 5 3 外切酶作用 3 5 外切酶作用5 2 1需要原料 4种dNTP作为底物 解开的DNA双链为模板 与模板互补的引物 DNAorRNA 要求有游离的3 OH Mg2 酶活性部位含有紧密结合的Zn2 5 2 2功能 催化dNTP加到DNA链的3 OH末端 方向5 3 3 端外切酶活性 可起校对作用 5 端外切酶活性 可切除引物 嘧啶二聚体 5 3DNA聚合酶 修复 反应需Mg2 NH4 以带缺口 gap 的dsDNA为模板 反应同酶 具3 5 外切酶活性 活力较低 是一种修复酶 5 4DNA聚合酶 复制 活力较强 主要负责DNA链的延伸 具3 5 外切酶活性 5 5DNA聚合酶的校对作用 依赖于3个DNA聚合酶的3 末端外切酶活性 进行校对和纠错 多种蛋白质参与 从而保证了复制的准确性 6 大肠杆菌切除引物的酶 DNA聚合酶I 7 大肠杆菌DNA连接酶 ligase 7 1 作用 催化相邻的二个DNA片段间的连接 7 2 条件 两片段相邻 两片段需与同一互补链结合 反应耗能 2020 3 19 36 原核细胞DNA的复制过程1 合成所需材料 模板DNA 原料 合成引物所需的NTP 合成DNA所需的dNTP 酶和pr 2 合成方向 5 3 模板链解读方向 3 5 3 合成步骤 1 识别起点 由DNA指导的引物酶等多种pr完成 2 解旋 由拓扑异构酶 解除超螺旋 3 解链 由DNA解链酶催化解开一短链 SSB与单链DNA结合 防止双链间氢键再形成 4 RNA引物合成 以DNA为模板 在引物酶催化下由DNA转录生成5 10个核苷酸链 DNA复制起始的调控DnaA识别两条链的A都被甲基化的OriC 2020 3 19 37 2020 3 19 38 2020 3 19 39 RNA的合成过程 1 转录 概念 储存于DNA中的遗传信息需通过转录和翻译而得到表达 2 转录的产物 信使RNA messengerRNA mRNA 核糖体RNA ribosomeRNA rRNA 转移RNA transferRNA tRNA 3 转录与翻译的异同 3 1同 均以DNA为模板 聚合酶都需依赖DNA 都是生成3 5 磷酸二酯键 合成的方向都是5 3 遵从碱基配对规律 4 模板 模板链 DNA双链中只一条链可做转录模板 拷贝 此链称 或负 链或反义链 编码链 CodingStrand 无转录功能的DNA链称为 或正 链或有义链 3 2异 DNA复制需要引物 转录不需引物 起点通常是嘌呤核苷酸 DNA复制时 dsDNA的两条链都为模板 转录时 dsDNA中的一条链作为模板 转录时 RNA聚合酶只有5 3 聚合作用 无5 3 和3 5 外切活性 2020 3 19 40 5 转录的不对称性 一条链可转录 另一条链不能转录 模板链并不总是在同一单链上 按细胞需要 开放 或 关闭 细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变 6 RNA聚合酶6 1 RNApol的催化活性 6 1 1作用条件 4种NTP为底物 Mg2 或Zn2 的存在 DNA模板 6 1 2反应方向 5 3 无校对功能 6 1 3催化的反应 不需引物 在单核苷酸的3 OH上逐个加核苷酸 6 2原核细胞的RNA聚合酶全酶 具有 亚基的RNApol 5个亚基 核心酶 2 有聚合功能 亚基 起始因子 特异识别启动子 另有两个Zn2 6 2 1 亚基的特点与功能 不同的原核生物 亚基分子量变化较大 亚基的差别决定了原核基因表达的选择性 亚基影响核心酶的构象 使核心酶与DNA一般序列和启动子序列的亲和力有很大不同 不同的 因子识别不同的启动子 从而表达不同的基因 因子负责识别启动子的UP元件 upstreampromoterelement UPE 起始转录 2020 3 19 41 7 原核细胞的转录过程包括 起始 延伸 终止启动子 概念 RNApol识别 结合并开始转录所必需的一段DNA序列 为转录开始的位点 终止子 DNA上提供终止信号的一段序列 回文序列 致使合成的RNA因自身碱基互补形成发夹结构 终止因子 因子 帮助RNpol