生物化学复习重点 自整

1 生物化学的概念生物化学的概念 P1 是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的一门科学 具体来讲 它是从分子水平分子水平来研究生物体 包括人类 动物 植物 微生物 内基本物质的化学组成 化学组成 结构结构及在生命活动中这些物质所进行的化学变化化学变化 即代谢反应 的规律及其与生理功能的关系规律及其与生理功能的关系的一门 科学 是一门生物学与化学相结合的基础学科 2 生物化学研究的基本内容生物化学研究的基本内容 P1 静态生化 静态生化 研究生物体内物质的化学组成 结构 性质 功能及结构与功能的关系 发现和阐明构成生命物体的分子基础 生物分子的化学组成 结构和性质 生物分子的结构 功能与生命现象的关系 动态生化动态生化 研究生物体内物质代谢 新陈代谢 能量转变及其调控机理 生物分子在生物体中的相互作用及其变化规律 蛋白质的化学蛋白质的化学 3 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素 P62 主要有 C 50 55 H 6 8 O 19 24 N 13 19 和 S 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁 铜 锌 锰 钴 钼 个别蛋白质还含有碘 4 凯式定氮法及蛋白质含量计算凯式定氮法及蛋白质含量计算 凯氏定氮法是测定化合物或混合物中总氮量的一种方法 即在有催化剂的条件下 用浓硫酸消化样 品将有机氮都转变成无机铵盐 然后在碱性条件下将铵盐转化为氨 随水蒸气馏出并为过量的酸液吸收 再以标准碱滴定 就可计算出样品中的氮量 由于蛋白质含氮量比较恒定 可由其氮量计算蛋白质含量 故此法是经典的蛋白质定量方法 各种蛋白质的含氮量很接近 平均为 16 蛋白质的大致含量 蛋白质的大致含量 100 克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量 g 每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6 25 100 即蛋白质的含量即蛋白质的含量 蛋白质含氮量蛋白质含氮量 6 25 5 氨基酸结构通式氨基酸结构通式 P63 存在自然界中的氨基酸有 300 余种 但组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20 种 且均属 L 氨基酸 甘氨 酸除外 氨基酸氨基酸 各种氨基酸的区别在于侧链 R 基的不同 20 种基本氨基酸按 R 的极性可分为非极性氨基酸 极性性氨基酸 酸性氨基酸和碱性氨基酸 按 R 基极性分两类 极性 AA 11 种 亲水性 丝 苏 酪甘 半光 非极性 AA 9 种 疏水性 按水溶性酸碱性分为三类 1 中性 AA 有极性与非极性 15 种 2 酸性 AA 2 种 天冬氨酸 谷氨酸 3 碱性 AA 3 种 组 赖 精 谷氨酸 甘氨酸 丝氨酸 半胱氨酸 组氨酸 6 氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 P65 两性解离两性解离 等电点等电点 在某一 pH 环境中 氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等 所带净电 荷为零 在电场中不泳动 此时 氨基酸所处环境的 pH 值称为该种氨基酸的等电点 pI 等电点计算 等电点计算 pK1 羧基的解离常数负对数 pK2 氨基的解离常数负对数 侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸 pI pK1 pK2 酸性氨基酸 Glu Asp 及 Cys pI pK1 pKR 碱性氨基酸 赖 精 组 pI pK2 pKR 紫外吸收紫外吸收 色氨酸 酪氨酸和苯丙氨酸色氨酸 酪氨酸和苯丙氨酸在 280nm 波长附近具有最大吸收峰 其中色氨酸的最大吸收最接近 280nm 显色反应 茚三酮反应显色反应 茚三酮反应 测定氨基酸含量 加热蓝紫色 脯氨酸 羟脯氨酸黄色 天冬酰胺棕色 7 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 P67 成肽反应成肽反应 1 分子 羧基与另 1 分子 氨基脱水缩合的反应 形成酰胺基即肽键 肽键 肽键 一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键 CONH 肽平面肽平面 由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面 C CONHC 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物 氨基酸残基 氨基酸残基 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全 氨基酸的排练顺序氨基酸的排练顺序 在多肽链中 氨基酸残基按一定的顺序排列 通常在多肽链的一端含有一个游离的 氨基 称为氨基端或 N 端 在另一端含有一个游离的 羧基 称为羧基端或 C 端 氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从 N 端的氨基酸残基开始 以端的氨基酸残基开始 以 C 端氨基酸残基为终点的排列顺序端氨基酸残基为终点的排列顺序 一级结构定义一级结构定义 蛋白质多肽链中氨基酸的排练顺序 特点与意义 特点与意义 维持一级结构的化学键维持一级结构的化学键 肽键 有些蛋白质还包括二硫键 如胰岛素 三种形式 无分支的开链多肽 分支开链的多肽 环状多肽 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础 它由遗传密码决定 其上有酶切位点 一级结构 可测定 不同种属间有同源性 蛋白质二级结构 蛋白质二级结构 多肽链的主链在空间的排列 或规则的几何走向 旋转及折叠 特点特点 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键 二级结构的维系力二级结构的维系力 氢键氢键 二级结构的基本形式 1 螺旋螺旋 通过氨基酸 碳原子的旋转 使多肽链的主骨架沿 中心轴盘曲成稳定的 螺旋构象 2 折叠折叠 多肽链的主链相对伸展 多肽链的肽平面呈手风琴折 叠 3 折角折角 肽链主链出现的 180 回折部分 4 不规则卷曲不规则卷曲 用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构 蛋白质三级结构 蛋白质三级结构 在一条多肽链中所有原子的整体空间排布 包括主链和侧链 维系这种特定结构的力主要有氢键 疏水键 离子键和范德华力等 尤其是疏水键 在蛋白质维系这种特定结构的力主要有氢键 疏水键 离子键和范德华力等 尤其是疏水键 在蛋白质 三级结构中起着重要作用 三级结构中起着重要作用 8 蛋白质构象蛋白质构象 pP73 主键 主键 肽键 少量的二硫键 半胱氨酸 次级键 次级键 氢键 数量最多 最重要 疏水键 维持三 四级结构的主要次级键 离子键 范德华力 9 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 P83 1 空间结构体现生物特异性 2 空间结构体现生物活性 3 空间结构的灵活性 体现了生物活性的可调节特性 一级结构变化与疾病关系 基因突变 镰刀状红细胞贫血 第六位的谷氨酸变成了 氨酸 别构效应 别构效应 allosteric effect 蛋白质分子的特定部位 调节部位 与小分子化合物 效应物 结合后 引起空间构象发生改变 从而促使生物学活性变化的现象称为别构效应 可分为同促效应和异促效应 两类 空间构象并非生物活性的唯一影响因素 举例 低温下酶活性低 但并不影响构象 盐析时沉淀的酶无活性 但构象不变 蛋白构象疾病 错误构象相互聚集 形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀 产生毒性而致病 老年痴呆 疯牛病 亨汀顿舞蹈病 10 蛋白质性质蛋白质性质 P90 蛋白质的两性解离和等电点 蛋白质与多肽一样 能够发生两性解离 除两端的氨基和羧基可解离外 氨基酸残基侧链中某些基 团 在一定的溶液 pH 条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团 1 蛋白质的等电点蛋白质的等电点 当蛋白质溶液处于某一 pH 时 蛋白质解离成正 负离子的趋势相等 即成为兼性离 子 净电荷为零 此时溶液的 pH 称为蛋白质的等电点 2 紫外吸收 紫外吸收 蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用 由于外界条件改变 蛋白质水化膜被除去且其电荷被中和时 蛋白质凝聚成团下沉 但其结构未变 蛋白质的沉淀分为可逆沉淀和不可逆沉淀蛋白质的沉淀分为可逆沉淀和不可逆沉淀 中性盐沉淀反应 加入中性盐 不变性中性盐沉淀反应 加入中性盐 不变性 有机溶剂沉淀反应 往往变性 不一定变性有机溶剂沉淀反应 往往变性 不一定变性 重金属盐沉淀 变性重金属盐沉淀 变性 生物碱试剂沉淀反应 变性生物碱试剂沉淀反应 变性 蛋白质的变性蛋白质的变性 denaturation 在某些物理和化学因素作用下 其特定的空间构象被破坏 也即有序的空间结构变成无序的空间结构 从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失 变性的本质 变性的本质 破坏非共价键和二硫键 次级键 不改变蛋白质的一级结构 引起变性的因素引起变性的因素 物理 化学与生物学因素如因素如 如高温 紫外线 加热 乙醇等有机溶剂 强酸 强碱 重金属离子及生物碱试剂等 变性后蛋白质的特点 变性后蛋白质的特点 粘度增加 溶解度降低溶解度降低 易沉淀 易被蛋白酶降解 丧失生物学活性丧失生物学活性 变性意义 变性意义 临床医学上 变性因素常被应用来消毒及灭菌 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂 如疫苗等 的必要条件 乳品解毒 用于急救重金属中毒 复性 若蛋白质变性程度较轻 去除变性因素后 蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能 复性 若蛋白质变性程度较轻 去除变性因素后 蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能 核糖的化学核糖的化学 1 核糖的组成与结构核糖的组成与结构 P105 核酸核酸 以核苷酸为基本组成单位的生物大分子 携带和传递遗传信息 DNA 脱氧核糖核酸 RNA 核糖核酸 核酸的分子组成核酸的分子组成 元素组成 元素组成 主要元素组成 C H O N P 9 11 基本构成单位 基本构成单位 核苷酸 核苷酸由核苷酸由戊糖 磷酸和碱基三部分构成三部分构成 酶酶 1 酶的概念 酶的概念 酶是一类由活细胞产生的 对其特异底物具有高效催化作用的生物分子 又 称为生物催化剂 2 底物 底物 在酶的催化下发生化学变化的物质 3 酶促反应 酶促反应 酶催化的生物化学反应 米氏常数米氏常数 Km 酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度速度为最大速度一半时的底物浓度 单位是单位是 mol L 意义 Km 值是酶的特征性常数 值是酶的特征性常数 在一定条件下 如底物 温度 pH 有无抑 制剂等 某种酶的 Km 值是恒定的 因而可以通过测定不同酶的 Km 值 来判 断是否为不同的酶 Km 可以反映酶与底物亲和力的大小 可以反映酶与底物亲和力的大小 即 Km 值越小 则酶与底物的亲和力越大 反之 则越小 同一种酶如果你有几种底物 就有几个 Km 其中 Km 值最小的底物称为酶的最适底 物 4 酶的化学本质及其组成酶的化学本质及其组成 p139 化学本质 化学本质 除了核酶 核酸 以外 绝大多数是蛋白质是蛋白质 分子组成 分子组成 单纯酶单纯酶 只有氨基酸 结合酶结合酶 辅助性蛋白 由蛋白质和非蛋白质两部分组成 结合酶中 酶蛋白 酶蛋白 蛋白质部分 辅助因子 辅助因子 非蛋白部分 全酶 全酶 酶蛋白和辅助因子结合的完整分子 根据酶蛋白酶蛋白分子的特点 可将酶分为三类 单体酶 单体酶 由单条肽链构成 仅具有三级结构的酶 寡聚酶 寡聚酶 由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶 多酶体系多酶体系 由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物 辅助因子辅助因子分类 按其与酶蛋白结合的紧密程度 辅酶辅酶 与酶蛋白结合疏松 非共价键结合 疏松 非共价键结合 可用透析或超滤的方法除去 辅基辅基 与酶蛋白结合紧密 共价键结合 紧密 共价键结合 不能用透析或超滤的方法除去 辅酶和辅基辅酶和辅基根据化学本质可分为三类 无机金属元素无机金属元素 如铜 锌 镁 小分子有机物小分子有机物 如维生素 铁卟啉 蛋白质辅助因子蛋白质辅助因子 5 酶作为生物催化剂的特点酶作为生物催化剂的特点 P136 酶易失活酶易失活 酶是由细胞产生的生物大分子 凡能使生物大分子变性的因素 如高温 强碱 重金属 盐等都能使酶失去催化活性 因此酶所催化的反应往往都是 在比较温和的常温 常压和接近中性酸碱条件下进行 酶促反应具有高效性酶促反应具有高效性 酶有高度的专一性 酶有高度的专一性 一种酶仅作用于一种或一类化合物 或一定的化学键 催化一定 的化学反应并生成一定的产物 酶的这种特性称为酶的专一性或特异性 酶的催化活性受到调节和控制酶的催化活性受到调节和控制 酶可催化某些特异的化学反应酶可催化某些特异的化学反应 酶的专一性分类 P137 立体化学专一性 立体化学专一性 从底物的立体化学性质考虑的一种专一性 立体异构专一性 当底物具有立体异构体时 酶只能作用其中的一种 立体异构专一性 当底物具有立体异构体时 酶只能作用其中的一种 几何异构专一性 有些酶对于顺反异构体只能作用其中之一 非立体化学专一性非立体化学专一性 键专一性 基因专一性又叫相对专一性 这类酶对底物要求低于绝对专一性 可作用于一类结构相对专一性 这类酶对底物要求低于绝对专一性 可作用于一类结构 相近的底物 相近的底物 绝对专一性 只作用于一种底物 而不作用于任何其他物质 绝对专一性 只作用于一种底物 而不作用于任何其他物质 6 酶的活性酶的活性是指酶催化化学反应的能力 其衡量的标准是酶促反应速度 酶促反应速度酶促反应速度可在适宜的反应条件下 用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示 酶的活性单位酶的活性单位是衡量酶活力大小的尺度 U 表示 它反映在最适条件下 酶促反应在单位时间 s min 或 h 内生成一定量 mg g mol 等 的产物或消耗一定数量的底物所需的酶 量 7 酶的活性中心 酶的活性中心 P140P140 特异氨基酸残基比较集中并构成一定构象 此结构区域与酶活性直 接相关 酶与底物结合并发挥其催化作用的部位酶与底物结合并发挥其催化作用的部位 PPT 概念 概念 必需基团在一级结构上可能相距遥远 但在空间结构上彼此靠近 组成具有特 定空间结构的区域 能与底物特异结合并将底物转化为产物 酶的活性中心的化学基因 酶的活性中心的化学基因 某些氨基酸残基的侧链或肽链的末端氨基和羧基 这些基团一般不集中在肽链的某一区域 更不互相毗邻 往往在一级结构上相距 较远 甚至可分散在不同链上 主要依靠酶分子的耳机和三级结构的形成才能使这些在一级结 构上互相远离的基团靠近 集中于分子表面的某一空间区域 故活性中心又叫活性部位故活性中心又叫活性部位 必需基团 必需基团 酶的活性中心内的一些化学基团 是酶发挥催化作用与底物直接作用的有效基 团 必需基因分 活性中心 必需基因分 活性中心 活性中心外的必需基团 活性部位内的几个氨基酸侧链基团几个氨基酸侧链基团可分为 底物结合部位 结合基团 与底物相结合 催化部位 催化基团 催化底物转变成产物 活性中心外的必需基团 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外 维持酶活性中心应有的空间构象所必需 8 抑制剂对反应速度的影响抑制剂对反应速度的影响 P155 酶的抑制剂 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质 对酶起抑制作用的物质 酶的抑制剂 凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质 对酶起抑制作用的物质 区别于酶的变性区别于酶的变性 抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性 不可逆抑制 不可逆抑制 抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合共价键与酶活性中心的必需基团相结合 使酶失活 不能用物 理 透析等方 法除去抑制剂而恢复酶的活性 非专一性不可逆抑制 抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用 进行共价结合 使非专一性不可逆抑制 抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用 进行共价结合 使 酶失活 酶失活 原理 原理 某些重金属离子 Ph2 Cu2 Hg2 有机砷化合物及对氯汞苯甲酸等 能 与酶分子的巯基进行不可逆结合 许多以巯基为必需基团的媚 巯基酶 因此会被抑制 用二二 巯基丙醇巯基丙醇可使酶复活 专一性不可逆抑制剂 专一性不可逆抑制剂 抑制剂专一作用于酶的活性中心或其必需基团 进行共价结 合 从而抑 制酶的活性 有机磷杀虫剂机理有机磷杀虫剂机理 专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基 使其磷酰化而不可 逆地抑制该酶活性 有机磷杀虫剂的结构与底物愈接近 其抑制愈快 有人称其为假底物 解解 磷定磷定可与有机磷杀虫剂结合 使酶与有机杀虫磷分离而复活 可逆性抑制作用 可逆性抑制作用 抑制剂通常以非共价键与酶或酶非共价键与酶或酶 底物复合物可逆性结合底物复合物可逆性结合 使酶的活性降 低或丧失 抑制剂可用透析 超滤等方法除去 竞争性抑制作用 竞争性抑制作用 抑制剂 I 与底物 S 的结构相似 能与底物竞争酶 E 的活性中心 从而阻碍酶底物复合物的形成 使酶的活性降低 特点 特点 竞争性 I 往往是酶的底物结构类似物 抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同 酶的活性中心 抑制作用可以被高浓度的底物减低以致消除 表观 Km 值增大 Vm 值不变 如磺胺类药物磺胺类药物 磺胺类药物的抑菌机制 磺胺类药物的抑菌机制 与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶 对磺胺敏感的细菌在生长和繁殖时不能利用现成的叶酸 只能利用对氨基苯甲酸合 成二氢叶酸 二氢叶酸可再还原为四氢叶酸 后者是合成核算的必需 磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似 竞争磺胺类药物与对氨基苯甲酸结构相似 竞争占据细菌体内二氢叶酸合成酶 从而抑 制细菌生长所必需的二氢叶酸的合成 细菌核酸的合成受阻 抑制细菌生长和繁殖 非竞争性抑制非竞争性抑制 抑制剂与酶活性中心外必需基团结合后酶活性中心外必需基团结合后 酶仍能与底物结合 形 成酶 底物 抑制剂复合体 ESI 酶与底物结合后不影响酶和抑制剂结合 无竞 争关系 但 ESI 不能进一步释放出产物 因而酶活性降低或失活 非竞争性抑制的特点 非竞争性抑制的特点 非竞争性抑制剂的化学结构不一定不一定与底物的分子结构类似 抑制剂与酶的活性中心外外的位点结合 抑制剂对酶与底物的结合无影响 故底物浓度的改变对抑制程度无影响 抑制程度取决于抑制剂的浓度 动力学参数 Km 值不变 Vm 值降低 反竞争性抑制 反竞争性抑制 抑制剂 I 不能与游离酶 E 结合 但可与 ES 复合物结合 形成 EIS 但 ESI 不能释放出产物 因而酶活性降低或失活 反竞争性抑制的特点 反竞争性抑制的特点 反竞争性抑制剂的化学结构不一定不一定与底物的分子结构类似 抑制剂与底物可同时与酶的不同部位结合 必须有底物存在 抑制剂才能对酶产生抑制作用 抑制程度随底物浓度的增 加而增加 抑制程度取决与抑制剂的浓度及底物的浓度 动力学参数 Km 减小 Vm 降低 9 酶活性的调节作用酶活性的调节作用 调节方式 调节方式 酶活性的调节 快速调节 酶含量的调节 缓慢调节 酶活性的调节 快速调节 酶原与酶原的激活酶原与酶原的激活 酶原 酶原 有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体 此前体物质称为 酶原 酶原的激活 酶原的激活 在一定条件下 酶原向有活性酶转化的过程 酶原激活的生理意义 酶原激活的生理意义 1 消化道内的蛋白酶原 避免细胞产生自身消化 使酶在 特定的部位和环境中发挥作用 保证体内代谢正常进行 2 凝血系统和纤维蛋白溶解酶 有的酶原可以视为酶的储 存形式 在需要时 酶原适时地转变成有活性的酶 发 挥其催化作用 别构调节别构调节 一些代谢物可与某些酶分子活性中心外的某部分可逆地结合 使 酶构象改变 使酶活性中心对底物的结合和催化作用受到影响 从而改变 酶的催化活性 别构激活作用 别构激活作用 导致酶的激活 反之为别构抑制作用 别构激活剂 别构激活剂 导致别构激活的调节物 反之抑制剂 别构调节的特点 别构调节的特点 酶活性的改变通过酶分子构象的改变而实现 酶的变构仅涉及非共价键的变化 调节酶活性的因素为代谢物 为一非耗能过程 无放大效应 酶的共价修饰调节 酶的共价修饰调节 在其他酶的催化作用下 某些酶蛋白肽链上的一些基团 可与某种化学 基团发生可逆的共价结合 从而改变酶的活性 常见类型 常见类型 磷酸化与脱磷酸化 最常见 乙酰化和脱乙酰化 甲基化和脱甲基化 腺苷化和脱腺苷化 SH 与 S S 互变 共价修饰调节的特点 共价修饰调节的特点 酶以两种不同修饰和不同活性的形式存在 有共价键的变化 一般为耗能过程 受其他调节因素 如激素 的影响 存在放大效应 酶含量的调节 缓慢调节 酶蛋白合成的诱导和阻遏酶蛋白合成的诱导和阻遏 诱导作用 诱导物使酶合成增加的过程 阻遏作用 阻遏物使酶合成减少的过程 酶降解的调控 酶降解的调控 降解 使酶的半寿期发生改变 酶的降解就是蛋白质和氨基酸分解代谢的过程 10 调节酶调节酶 共价调节酶 调节剂通过共价键与酶分子结合 以增减酶分子上的基团从而调 节酶的活性状态与非活性状态的相互转换 别构酶 都是寡聚酶 含有两个以上的亚基 分子中除了有可以结合底物的活 性中心外 还有可以结合调节物的变构中心 DNA 生物合成生物合成 1 半保留复制半保留复制 DNA 在复制时 以双链分子 亲代 中互补碱基 A T G C 间的氢键断裂 使双 链分离成单链状态 然后以 DNA 的每一条链为模板 按碱基互补原则 分别合成新链 形成两条新的双链 DNA 分子 每个子代 DNA 中都含有一条亲代 DNA 链 2 DNA 复制方式复制方式 双向对称复制 双向对称复制 大多数原核和真核生物的 DNA 复制都是从固定的起点开始 以双向对称方式 进行复制 即复制起点开始 在两个方向各有一个复制叉进行即复制起点开始 在两个方向各有一个复制叉进行 DNA 复制 复制 双向不对称复制 双向不对称复制 复制起点首先从一个方向进行复制 而后在复制起点从另一个方向进行复制 来年各个复制叉的移动距离不同 单向复制 单向复制 从复制起点开始 只形成一个复制叉进行 DNA 复制 复制子 复制子 基因组能独立完成复制的功能单位 复制起点 复制起点 每个复制子含有控制复制起始的特定区域 这是一些具有特定核苷酸排列 顺序的片段 复制起始位点序列特征 复制起始位点序列特征 富含 A T 具有复制起始蛋白识别的区域 原因 原因 A T 之间的键能较 G C 之间的弱 所以富含 A T 的 DNA 区域经常处于开放 单 链状态 与闭合 双链状态 的动态平衡状态 DNA 呼吸作用 这一区域产生的瞬时 单链状态 对 DNA 复制十分重要 DNA 的复制是在其起始阶段进行控制 复制子 复制一旦启动就持续整个复制完成 3 DNA 的半不连续复制的半不连续复制 DNA 聚合酶聚合酶只能以 5 3 方向聚合子代 DNA 链 模板模板 DNA 链链的前进方向必须是 3 5 前导链前导链 复制时 复制时 1 条链的前进方向条链的前进方向 3 5 与复制叉打开方向是一致的 与复制叉打开方向是一致的 新合成的互补链能 够以 5 3 方向连续合成方向连续合成 滞后链 另一条链的前进方向滞后链 另一条链的前进方向 5 3 与复制叉打开方向相反与复制叉打开方向相反 无法以该模板链指导合成新的 互补链 但随着复制叉继续向前移动 该模板在某一位点开始指导合成新的互补链 互补链合 成的走向与复制叉的走向相反 随着复制叉不断向前移动 该模板链上形成许多不连续的 DNA 片段 最后连接成一条互补的 DNA 不能连续复制不能连续复制 滞后链的复制过程滞后链的复制过程 先以片段的形式合成冈崎片段 多个冈崎片段再连接成完整的链 4 4 多种蛋白质参与多种蛋白质参与 P340P340 DNADNA 解螺旋酶与单链解螺旋酶与单链 DNADNA 结合蛋白结合蛋白 解链酶 解链酶 又称解旋酶 解螺旋酶 是用于解开 DNA 双链的酶蛋白 延模板链移动 每解开一对碱基 需消耗需消耗 2 2 分子分子 ATPATP 通过通过 ATPATP 水解释放出的能量 水解释放出的能量 推动复制叉前 DNA 双螺旋结构解开 形成单链 RNA 底物 3 OH 结构状态 单链单链 DNADNA 结合蛋白 结合蛋白 SSBSSB 是一些能够与单链 DNA 结合的蛋白质 以四聚体形式 与单链 DNA 结合 起保持单链的存在的作用 防止解开的 DNA 单链被酶水解及重 新结合成双链 SSB 不仅作用于由解螺旋酶形成的单链 DNA 也可作用于 DNA 分子中富含 A T 区 域 由于 呼吸作用 形成的单链 每个蛋白分子可覆盖 30nt 在 DNA 复制空 间中 一旦 DNA 双链被解开形成单链状态 SSB 就会立刻结合上去 使其稳定 而且 SSB 这种结合具有协同效应 当 DNA 形成双链结构时 SSB 就被代替脱离 DNA 分子 DNADNA 聚合酶 聚合酶 以四种脱氧核苷三磷酸四种脱氧核苷三磷酸 dATP dGTP dCTP dTTP 为底物 在 DNA 复制模板 链的指导下 按照新生多聚脱氧核苷酸链与模板链键的碱基互补原则新生多聚脱氧核苷酸链与模板链键的碱基互补原则 催化多聚脱 氧核苷酸链的合成 复制 活性 活性 1 5 3 的聚合酶活性 聚合反应 底物 dNTP 2 核酸外切酶活性 3 3 5 5 外切酶活性 外切酶活性 能辨认错配的碱基对 并将其水解 5 5 3 3 外切酶活性 外切酶活性 切除突变的 DNA 片段与冈崎片段中的引物 催化反应特点 催化反应特点 1 以四种脱氧核苷三磷酸作底物 2 反应需要模板链的指导 3 反应需要有引物且 3 端有自由的羟基 3 OH 4 新生链的延长方向为 5 3 5 新生 DNA 链与模板链之间遵循碱基互补配对原则 DNADNA 聚合酶的种类 在原核 大肠杆菌 生物中 目前发现的聚合酶的种类 在原核 大肠杆菌 生物中 目前发现的 DNADNA 聚合酶有三种 聚合酶有三种 DNADNA 聚合酶聚合酶 polpol DNADNA 聚合酶聚合酶 polpol DNADNA 聚合酶聚合酶 polpol 参与参与 DNADNA 复制的主要是复制的主要是 polpol 和 pol 切除引物 NDA 修复 DNA 修复 DNA 复制 全 DNADNA 连接酶连接酶 可催化两段 DNA 分子中单链切刻处的 5 磷酸基和 3 羟基生成的磷 酸二酯键的形成 把两个单链末端之间连接起来 冈崎片段通过冈崎片段通过 DNADNA 连接酶连接成滞后链连接酶连接成滞后链 DNADNA 拓扑异构酶拓扑异构酶 能够松解 DNA 超螺旋结构的酶 拓扑异构酶的作用特点 拓扑异构酶的作用特点 能水解连接磷酸二酯键 分分 类 拓扑异构酶类 拓扑异构酶 切断 DNA 双链中一条链 解除超螺旋结构 使 DNA 解链旋转不致打结 适当时候封闭切口 DNA 变为松弛状态 反应不需 ATP 拓扑异构酶拓扑异构酶 切断 DNA 分子两条链 待正螺结构解除后 再使两 条链重新接上 断端通过切口旋转使超螺旋松弛 利用 ATP 供能 连接断 端 DNA 分子进入负超螺旋状态 此外也可在 DNA 分子中 形成负超螺旋来 中和正超螺旋 细胞内的 DNA 的超螺旋结构状态取决于拓扑异构酶 I 和 II 的平衡 了解了解 DNA 复制的起始由两步构成 1 解旋解链 形成复制叉 A DnaA 蛋白识别复制起始序列 由拓扑异构酶和解链酶作用 使 DNA 双螺旋结构解开 形 成两条单链 DNA B 单链 DNA 结合蛋白 SSB 四聚体结合在两条单链 DNA 上 形成复制叉 2 引发体组装和引物合成 A 由解链酶 DnaB 蛋白 等 6 个蛋白装配成引发前体 并与引发酶 DnaG 蛋白 形成引发 体 B 在引发酶的催化下 以 DNA 为模板 合成一段短的 RNARNA 片段作为引物片段作为引物 从而获得 3 3 端自端自 由羟基 由羟基 3 OH3 OH 5 5 端粒端粒 端粒端粒是指真核生物染色体线性 DNA 分子末端的结构部分 通常膨大成粒状 端粒的结构特点 端粒的结构特点 由末端单链 DNA 序列和蛋白质构成 末端 DNA 序列是多次重复的富含 G T 碱基的短 序列 功能 功能 维持染色体的稳定性 保证 DNA 复制的完整性 产生原因 产生原因 线性 DNA 合成从小 RNA 引物开始 在复制完成后 其末端由于引物 RNA 的水解 DNA 链的 5 端在染色体末端会形成以小段缺失 经过多次复制后 DNA 会出现缩短 解决方法 解决方法 在端粒酶的催化下 进行延长反应 端粒酶端粒酶是一种 RNA 蛋白质复合体 端粒含有一段重复的序列 TTGGCC 端粒酶 RNA 与之互补 端粒反转录酶以端粒酶 RNA 为模 板 合成 TTGGCC 重复序列 添加到模板 DNA 的 3 端 从而对 DNA 链端粒进行延长 6 DNA6 DNA 损伤与修复损伤与修复 P345P345 DNA 分子上单一碱基的改变称点突变 点突变 多个碱基的改变称多点突变 也称复突变 ppt 书 点突变 点突变 DNA 分子中的碱基置换 复制过程中的错配和化学诱变物质的攻击都有可能引 起这种类型的突变 点突变的类型 点突变的类型 1 1 碱基替换碱基替换 一个碱基替换为另一个碱基 如镰刀红细胞贫血病人 转换 转换 发生在同型碱基之间 颠换 发生在异型碱基之间 2 2 碱基缺失 一个碱基从碱基缺失 一个碱基从 DNADNA 大分子上消失 大分子上消失 3 3 碱基插入 原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到碱基插入 原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到 DNADNA 大分子中间 大分子中间 缺失或插入都可导致框移突变 框移突变 框移突变框移突变是指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 DNADNA 损伤修复 损伤修复 是对已发生分子改变的补偿措施 使其尽可能回复为原有的天然状态 修复的主要类型 无差错修复修复的主要类型 无差错修复 直接修复直接修复 错配修复错配修复 切除修复 切除修复 有差错修复 重组修复有差错修复 重组修复 SOSSOS 修复修复 一 直接修复一 直接修复 1 1 光复活 光复活 这是一种广泛存在的修复作用 光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤 其修复过程为 其修复过程为 光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物 在 300 600nm 可 见光照射下 酶获得能量 将嘧啶二聚体的丁酰环打开 使之完全修复 光复活酶 从 DNA 上解离 2 2 烷基转移修复 烷基转移修复 通过甲基转移酶 对引起甲基化的 DNA 损伤进行修复 二 错配修复二 错配修复 对 DNA 复制忠实性有很大贡献 依据 保存母链 原则 修复新合成子链中的错配 依据母链 DNA 中 GATC 序列中腺苷酸 N6 位的甲基化分辨母链与子链 三 三 切除修复切除修复 即是在一系列酶的作用下 将 DNA 分子中受损伤部分切除掉 并以完整的那一条链 为模板 合成出切去的部分 然后使 DNA 恢复正常结构的过程 四 重组修复四 重组修复 这是 DNA 的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式 五 五 SOSSOS 修复修复 当 DNA 损伤广泛难以继续复制时 由此而诱发出一系列复杂的反应 紫外线杀菌原理紫外线杀菌原理 引起嘧啶二聚体的形成 如 TT TC CC 等二聚体 这些嘧啶二 聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构 因而会引起复制障碍 紫外线一方面可使核酸突变 阻碍其复制 转录封锁及蛋白质的合成 另一方面 产 生自由基可引起光电离 从而导致细胞的死亡 RNARNA 生物合成生物合成 1 1 转录转录 P349P349 转录 转录 以 DNA 为模板 在依赖于 DNA 的 RNA 聚合酶作用下 生物合成 RNA 的过程 书 转录作用转录作用由 DNA 指导的 RNA 合成 DNA 以碱基互补原则 决定合成 RNA 的全部碱基成分及排 列顺序 将 DNA 模板上的遗传信息传递到 RNA 分子的过程 ppt 反应体系 反应体系 DNA 模板 NTP 酶 Mg2 Mn2 连接方式连接方式 3 3 5 5 磷酸二酯键 磷酸二酯键 成过程是连续的 方向 成过程是连续的 方向 5 5 3 3 合成部位 合成部位 细胞核内 模板链模板链 在一个转录区内 DNA 单链作为模板进行转录 即是这条 DNA 单链 也称反义链反义链 编码链 编码链 与模板链互补得另一条 DNA 单链 非模板链 又称有义链有义链 以上均是针对某个基因以上均是针对某个基因 2 RNA2 RNA 聚合酶 聚合酶 原核原核 RNARNA 聚合酶 聚合酶 组成组成 因子以及核心酶组成 核心酶 核心酶 2 由由 2 个 1 个 1 个组成 全酶 全酶 因子与核心酶结合后 因子 因子 一种蛋白因子 能识别 DNA 链上的起始点 负责 RNA 合成的起始 又叫起始因子起始因子 细胞内有多种细胞内有多种 因子 不同的不同的 因子识别不同的启动子 从而表达不同的基因因子识别不同的启动子 从而表达不同的基因 亚基 与核苷三磷酸具有很高的亲和力 参与与核苷三磷酸和新生 RNA 链的结合以及催化 磷酸二酯键的形成 亚基 参与模板链烦人结合 亚基 参与全酶和启动子的牢固结合 作用作用 1 识别 DNA 分子中转录的起始部位 2 促进与模板链结合 并使 DNA 双链打开 17bp 3 催化 NTP 的聚合 完成一条 RNA 链的聚合反应 4 识别转录终止信号 停止聚合反应 参与转录水平的调控 3 3 启动子启动子 P351P351 概念概念 启动子是启动子是指 RNA 聚合酶识别 结合和开始转录的一段 DNA 序列 位于转录单位 5 端上游 启动子的结构影响它本身与 RNA 聚合酶的亲和力 从而影响该启动子对下游基因的转录效率 启动子区域的三个功能部位启动子区域的三个功能部位 起始点 起始转录部位转录的第一个核苷酸碱基对 起始点 起始转录部位转录的第一个核苷酸碱基对 1 1 转录起始部位以 1 表示 结合部位 结合部位 10 10 约 6bp 组成 是高度保守区 共有序列为 5 TATAAT 3 位于 起始点上游 10 因 Tm 低 DNA 易解开双链 为 RNA 聚合酶提供场所 识别部位 识别部位 RNARNA 聚合酶识别位点 聚合酶识别位点 约 6bp 组成 在 35 处 为高度保守区 序列 5 TTGACA 3 因子识别此部位 4 4 生物怎样从转录对生物进行调控生物怎样从转录对生物进行调控 P351P351 RNA 聚合酶很容易识别强启动因子 而弱启动因子的识别较差 细胞可以由此调节单位时间 内的转录的 mRNA 分子数 此乃反而控制蛋白质的合成速度 共有序列富含 AT 启动因子和共有序列越接近 AT 含量越高 越易打开 与 RNA 聚合酶亲和 力越高 高启动因子下游基因启动效率越高 5 5 真核生物真核生物 mRNAmRNA 的加工的加工 外显子外显子 在真核生物基因中编码蛋白质的序列 在真核生物基因中编码蛋白质的序列 内含子内含子 非编码蛋白的序列非编码蛋白的序列 因其插于外显子之间又称插入序列因其插于外显子之间又称插入序列 居间序列 核内不均一 核内不均一 RNARNA hnRNAhnRNA mRNA 的原始转录物是分子量极大的前体 再核内加工过程中形 成分子大小不等的中间产物 有一部分可转变为细胞浆中的成熟 mRNA mRNAmRNA 前体加工过程前体加工过程 真核 真核 1 1 5 5 末端形成特殊的帽子结构 部位末端形成特殊的帽子结构 部位 核内核内 2 2 在链的在链的 3 3 末端切断一段序列并加上多聚腺苷酸尾巴 末端切断一段序列并加上多聚腺苷酸尾巴 3 3 末端多聚尾的生成 部位末端多聚尾的生成 部位 核核 内 胞质有酶也可进行 内 胞质有酶也可进行 3 3 剪接作用剪接作用 通过剪接除去由内含子转录来的序列通过剪接除去由内含子转录来的序列 部位部位 胞核胞核 在细胞核内 在细胞核内 hnRNAhnRNA 内含子剪切 外显子连接为成熟内含子剪切 外显子连接为成熟 mRNAmRNA 的过程 的过程 同样的初级产物通过不同的剪接方式可以产生不同的 mRNA 最终转译出不同的蛋白质 这些 蛋白质具有很高的同源性 仅是某些结构域的增减 如大鼠降钙素与降钙素基因相关肽就是经典的基因转录后可剪接的产物 HnRNA 在甲状腺被剪接成含有外显子 1 2 3 4 的成熟 mRNA 转译出钙降素 在脑组织里被剪接成含有外显子 1 2 3 5 6 的成熟 mRNA 转译出 CGRP tRNAtRNA 前体的加工前体的加工 1 用核酸内切酶在 tRNA 两端切断 2 剪切内含子 核酸内切酶从 3 端诸葛切附加的顺序 内含子 进行修剪 连接酶进行 连接 3 在 tRNA3 末端加 CCA 4 核苷的修饰 真核细胞染色质中 双链 DNA 是线状长链 以核小体的形式串联存在 核小体是由组蛋白 H2A H2B H3 和 H4 各两分子组成的八聚体 外绕 DNA 形成所谓的核心颗粒 由 组蛋白 H1 与 DNA 两端连接 与组蛋白皆以盐炼相连形成珠状核小体 这是染色质的结构单位 核小体 长链进一步卷曲 每 6 个核小体围一圈 H1 组蛋白在内侧相互接触 形成螺旋筒结构 组成 染色质纤维 在进一步卷曲折叠 最终分布于各染色单体中 处于细胞核中 蛋白质生物的合成蛋白质生物的合成 1 1 遗传密码遗传密码 基本单位基本单位 密码子 密码子 mRNA 从 5 端 3 端 每 3 个核苷酸组成一组 代表相应的氨基酸或代表相应的氨基酸或 翻译起始 终止信号翻译起始 终止信号 遗传密码的特点遗传密码的特点 不重叠 连续性 不重叠 连续性 密码子间没有标点符号 读码必须按照一定的读码框架 从正确的 起点开始 一个不漏地一直读到终止信号 mRNAmRNA 链上碱基的插入或缺失可导致链上碱基的插入或缺失可导致 移码移码 框移突变 框移突变 简并性 简并性 同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象称为密码子的简并性 对应于同一种 氨基酸的不同密码子称为同义密码子 Trp 和 Met 除外 仅有 1 个密码 子 终止密码 UAA UAG 或 UGA 不编码氨基酸 摆动性 摆动性 mRNA 密码子的第三个核苷酸 3 端 与 tRNA 反密码子第一个核苷酸 5 端 配对时 有时不遵守严格的碱基配对原则 除 A U G C 外 还可有其 它配对方式 通用性 通用性 低等和高等生物 病毒 细菌及真核 共用同一套遗传密码 线粒体 叶绿体 除外 2 2 氨基酸的搬运工具氨基酸的搬运工具 tRNAtRNA 一种 tRNA 可携带一种氨基酸 而一种氨基酸可由数种 tRNA 携带 功能如下功能如下 氨基酸臂 与氨基酸结合 DHU 环 与氨酰 tRNA 合成酶结合 反密码环 识别密码子 T C 环 与核糖核蛋白体结合 3 3 核糖体的活性部位核糖体的活性部位 P375P375 至少四个 mRNA 结合部位 AA tRNA 结合部位 A 位 肽基 tRNA 结合部位 P 位 肽键 形成部位 转肽酶中心 E 部位 此外还有负责肽链延伸的各种延伸因子结合部位 蛋白质合成如何转移 注册 氨酰注册 氨酰 tRNA tRNA 进入进入 A A 位位 成肽 成肽 P P 位酰基与位酰基与 A A 位氨基反应 转肽酶 位氨基反应 转肽酶 转位 脱落 肽酰转位 脱落 肽酰 tRNA tRNA 和起始氨酰和起始氨酰 tRNA tRNA 由由 A A 位移至位移至 P P 位 位 A A 位留空位留空 移位 去氨酰移位 去氨酰 tRNA tRNA 通过通过 E E 位脱出位脱出 方向 方向 N N 端端 C C 端 肽链 端 肽链 5 5 端端 3 3 端 端 mRNAmRNA 4 4 分子伴侣分子伴侣 P379P379 又叫监护分子 一类特殊的蛋白质 一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质 细胞一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质 细胞 核内能与组蛋白结合并能介导核小体有序组装的核质素 核内能与组蛋白结合并能介导核小体有序组装的核质素 它们在细胞内帮助其他含 多肽的结构完成正确的组装 而且在组装完毕后与之分离 不构成这些蛋白质结构 执行功能时的组份 功能 防止新生肽链错误的折叠和聚合 帮助或促进肽链快速地折叠成正确的三维结构 并成熟为具有完整结构和功能的蛋白质 糖代谢糖代谢 1 1 糖代谢的概况糖代谢的概况 还原性辅酶还原性辅酶 NADHNADH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 还原性辅酶还原性辅酶 NADPHNADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 2 2 糖酵解作用 无氧氧化 糖酵解作用 无氧氧化 概念概念 葡萄糖在无氧无氧条件下 分解成丙酮酸并释放出能量生成 ATP 的过程 糖酵解的反应部位 糖酵解的反应部位 胞浆 糖酵解分为糖酵解分为 2 2 个阶段个阶段 第一阶段第一阶段 葡萄糖通过磷酸化磷酸化分解为三碳糖 形成两分子甘油醛两分子甘油醛 3 3 磷酸磷酸的过程 消耗 2 个 ATP 启动反应 第二阶段第二阶段 两分子甘油醛 3 磷酸转变为两分子丙酮酸 产生 4 个 ATP 分子 葡萄糖 1 己糖激酶 己糖激酶 不可逆不可逆 消耗 ATP 6 磷酸葡萄糖 2 己糖异构酶己糖异构酶 可逆可逆 6 磷酸果糖 3 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 不可逆不可逆 消耗 ATP 磷酸己糖磷酸己糖 1 6 二磷酸果糖 4 醛缩酶醛缩酶 可逆可逆醛缩酶醛缩酶 两分子磷酸丙糖两分子磷酸丙糖最终形成 磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶 3 磷酸甘油醛 5 5 3 3 磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶 可逆 可逆 产生辅酶产生辅酶 I I 6 6 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化 可逆可逆 产生产生 ATPATP 7 7 磷酸甘油酸变位酶 8 烯醇化酶 9 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 不可逆不可逆 产生产生 ATPATP 磷酸化磷酸化 10 继续无氧的条件下 辅酶 I 作用于丙酮酸产生乳酸 辅酶 II 可 逆 反应全过程中有三步不可逆的反应反应全过程中有三步不可逆的反应 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 物质在生物氧化过程中 常生成一些含有高能键的化合物 而这些化合物 可直接偶联 ATP 或 GTP 的合成 这种产生 ATP 等高能分子的方式 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 3 3 丙酮酸的去路丙酮酸的去路 丙酮酸有丙酮酸有 3 3 种主要的去路 种主要的去路 1 1 在大多数情况下 丙酮酸可以通过氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶系 形成乙酰氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶系 形成乙酰 CoACoA 然后乙酰 CoA 进入柠檬酸循环 产生辅酶产生辅酶 I I 2 在某些微生物中 丙酮酸可以转化为乙醇 这一过程称之酒精发酵 不可逆不可逆 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 不存在于动物细胞中 催化丙酮酸脱羧产生乙醛 乙醛在醇脱氢酶醇脱氢酶催化下被 NADH 还原成乙醇 消耗辅酶消耗辅酶 I I 3 在某些环境条件下 如缺氧 它可以还原为乳酸 丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的 NADH 使 NADHNADH 重新氧化为重新氧化为 NAD NAD 以确保反应的继续进行 乳酸可以通过血液进入肝 肾等组织内 重新转变成丙酮酸 再合成葡萄糖和肝糖元 或进 入三羧酸循环氧化 4 4 糖酵解的生理意义糖酵解的生理意义 1 是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式 2 是某些细胞在氧供应正常情况下的重要供能途径 3 形成多种重要的中间产物 为氨基酸 脂类合成提供碳骨架 4 为肌肉收缩迅速提供能量 5 5 糖酵解的调节糖酵解的调节 关键酶 己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 调节方式 调节方式 别构调节别构调节 共价修饰调节共价修饰调节 6 6 糖的有氧氧化糖的有氧氧化 概念 概念 在机体氧供充足时 葡萄糖彻底氧化成 H2O 和 CO2 并释放出能量的过程 是机体主要供能方式 部位 胞液及线粒体 C6H12O6C6H12O6 6O26O2 6 6 CO2CO2 6 6 H2OH2O 30