高中生物竞赛辅导--生物化学2

生物化学部分（二）细胞的代谢,异化作用：糖的异化、脂肪的异化、蛋白质异化同化作用：光合作用、蛋白质合成,一、糖的异化作用（糖的分解代谢）,1。有氧呼吸包括四个阶段：糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环、电子传递和氧化磷酸化,2。无氧呼吸主要指酒精发酵和乳酸发酵,己糖激酶磷酸葡萄糖同分异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶磷酸丙糖同分异构酶磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶稀醇化酶丙酮酸激酶,1糖酵解（细胞质）,C6H12O62NAD2ADP2Pi2CH3COCOOH2NADH2H2ATP,2丙酮酸氧化脱羧（线粒体基质中完成）,3柠檬酸循环（线粒体基质）,柠檬酸合成酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系琥珀酸硫激酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶,4电子传递和氧化磷酸化,电子传递链抑制剂,解偶联剂,2，4二硝基苯酚（DNP）,（1）磷酸甘油穿梭系统,细胞质中-磷酸甘油脱氢酶（辅酶为NAD+）线粒体中-磷酸甘油脱氢酶（辅酶为FAD）,（2）苹果酸草酰乙酸穿梭系统,苹果酸脱氢酶（辅酶为NAD+）谷草转氨酶（辅酶为NAD+）,总之，1分子葡萄糖通过酵解分解为2分子丙酮酸，可净得2分子ATP和2分子NADH+H+，通过不同的穿梭系统，总共可得6分子或8分子ATP。2分子丙酮酸进一步氧化脱羧产生2分子乙酰CoA和2分子NADHH+，通过电子传递可得6个ATP。2分子乙酰CoA通过三羧酸循环可产生2个ATP，6个NADH+H+，2个FADH2，总计产生24个ATP。所以1分子葡萄糖通过糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环、电子传递和氧化磷酸化共计产生38或36个ATP。,（二）无氧呼吸,1.酒精发酵,2乳酸发酵,例下列哪一个酶直接参与底物水平磷酸化Aa-酮戊二酸脱氢酶B.3-磷酸甘油醛脱氢酶C.琥珀酸脱氢酶D.6-磷酸葡萄糖脱氢酶E.磷酸甘油酸激酶例下面哪一步反应是糖酵解中唯一的氧化步骤A.葡萄糖-6一磷酸葡萄糖B.6-磷酸果糖一1,6一二磷酸果糖C.3-磷酸甘油醛一1,3-二磷酸甘油酸D.磷酸烯醇式丙酮酸一丙酮酸E.丙酮酸一乳酸,例l分子丙酮酸经TCA循环及呼吸链氧化时A.生成3分子CO2B.生成5分子H2OC.生成12个分子ATPD.有5次脱氢，均通过NAD+开始呼吸链,二、光合作用原初反应；电子传递和光合磷酸化；碳的同化,1、原初反应,2、电子传递和光合磷酸化,3、碳的同化（卡尔文循环）,循环3次，固定3个CO2分子，生成6个PGAL，其中1个PGAL用来合成葡萄糖或其他糖类，这1个PGAL才是卡尔文循环的净收入；其余5个PGAL则是用来产生3个分子的RuBP保证再循环的。所以每产生1个分子葡萄糖需要2个分子PGAL，即需要完成6次循环。从能量的变化来计算：生产一个可用于细胞代谢和合成的PGAL需要9个ATP分子和6个NADPH分子参与。,三、脂肪的分解代谢,1.脂肪的水解,甘油的分解,2.脂肪酸的氧化分解（-氧化）脂肪酸的活化脂酰CoA的生成长链脂肪酸氧化前必须进行活化，活化在线粒体外进行。内质网和线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶在ATP、CoASH、Mg2+存在条件下，催化脂肪酸活化，生成脂酰CoA。,穿膜（脂酰CoA进入线粒体）脂肪酸活化在细胞液中进行，而催化脂肪酸氧化的酶系是在线粒体基质内，因此活化的脂酰CoA必须进入线粒体内才能代谢。,脂肪酸的氧化长链脂酰CoA的氧化是在线粒体脂肪酸氧化酶系作用下进行的，每次氧化断去二碳单位的乙酰CoA，再经TCA循环完全氧化成二氧化碳和水，并释放大量能量。偶数碳原子的脂肪酸氧化最终全部生成乙酰CoA。脂酰CoA的氧化反应过程如下：,（1）脱氢脂酰CoA经脂酰CoA脱氢酶催化，在其和碳原子上脱氢，生成2反烯脂酰CoA，该脱氢反应的辅基为FAD。（2）加水（水合反应）2反烯脂酰CoA在2反烯脂酰CoA水合酶催化下，在双键上加水生成L-羟脂酰CoA。,（3）脱氢L-羟脂酰CoA在L-羟脂酰CoA脱氢酶催化下，脱去碳原子与羟基上的氢原子生成-酮脂酰CoA，该反应的辅酶为NAD+。（4）硫解在-酮脂酰CoA硫解酶催化下，-酮脂酰CoA与CoA作用，硫解产生1分子乙酰CoA和比原来少两个碳原子的脂酰CoA。,总结：脂肪酸氧化最终的产物为乙酰CoA、NADH和FADH2。假如碳原子数为Cn的脂肪酸进行氧化，则需要作（n/21）次循环才能完全分解为n/2个乙酰CoA，产生n/2个NADH和n/2个FADH2；生成的乙酰CoA通过TCA循环彻底氧化成二氧化碳和水并释放能量，而NADH和FADH2则通过呼吸链传递电子生成ATP。至此可以生成的ATP数量为：以软脂酸（18C）为例计算其完全氧化所生成的ATP分子数：,3.乙酰CoA的去路进入TCA循环最终氧化生成二氧化碳和水以及大量的ATP。生成酮体参与代谢（动物体内）脂肪酸氧化产生的乙酰CoA，在肌肉细胞中可进入TCA循环进行彻底氧化分解；但在肝脏及肾脏细胞中还有另外一条去路，即形成乙酰乙酸、D-羟丁酸和丙酮，这三者统称为酮体。,（1）酮体的生成A.2分子的乙酰CoA在肝脏线粒体乙酰乙酰CoA硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰CoA，并释放1分子的CoASH。B.乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA缩合成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA），并释放1分子CoASH。C.HMGCoA在HMGCoA裂解酶催化下裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在线粒体内膜-羟丁酸脱氢酶作用下，被还原成-羟丁酸。部分乙酰乙酸可在酶催化下脱羧而成为丙酮。,（2）酮体的分解肝脏是生成酮体的器官，但不能使酮体进一步氧化分解，而是采用酮体的形式将乙酰CoA经血液运送到肝外组织，作为它们的能源，尤其是肾、心肌、脑等组织中主要以酮体为燃料分子。在这些细胞中，酮体进一步分解成乙酰CoA参加三羧酸循环。,A.乙酰乙酸在肌肉线粒体中经3-酮脂酰CoA转移酶催化，能被琥珀酰CoA活化成乙酰乙酰CoA。B.乙酰乙酰CoA被氧化酶系中的硫解酶裂解成乙酰CoA进入三羧酸循环。C.-羟丁酸在-羟丁酸脱氢酶作用下，脱氢生成乙酰乙酸，然后再转变成乙酰CoA而被氧化。D.丙酮可在一系列酶作用下转变成丙酮酸或乳酸，进而异生成糖。,例1分子软脂酸(16碳)彻底氧化成CO2和H2O可净生成ATP分子数是A.130B.38C.22D.20E.27,例脂酰CoA进行-氧化,其酶促反应的顺序为A脱氢,再脱氢,加水,硫解B.硫解,脱氢,加水,再脱氢C.脱氢,加水,再脱氢,硫解D.脱氢,脱水,再脱氢,硫解E.加水,脱氢,硫解,再脱氢,五、蛋白质的分解,蛋白酶（肽酶）,肽链内切酶,肽链外切酶,二肽酶,组织蛋白酶,肽链内切酶,胃蛋白酶,：水解芳香族氨基酸的NH2形成的肽键。,胰蛋白酶,：水解碱性氨基酸的COOH形成的肽键。,胰凝乳蛋白酶,：水解芳香族氨基酸的COOH形成的肽键。,肽链外切酶,氨肽酶,羧肽酶,氨基酸分解的共同途径,1.脱氨基作用（1）氧化脱氨基作用氨基酸脱氢酶（不需氧）氨基酸氧化酶（需氧）（2）非氧化脱氨基,2.转氨基作用,3.联合脱氨基作用,4.脱羧基作用,5.AA降解产物的进一步代谢1).2).,CO2,放出再羧化,EMP生糖/生酮TCAATP,R-CO-COOH,3).NH2a.再合成AAb.成酰胺c.生成氨甲酰磷酸d.生成尿素排泄（鸟氨酸（尿素）循环）,例下列关于尿素合成,说法错误的是A.肝细胞的线粒体是合成尿素的部位B.尿素合成后主要经肾脏随尿液排出C.每合成1mol尿素消耗1molCO2、2molNH3、3molATPD.尿素合成过程中的两个氮原子由天门冬氨酸提供E.N-乙酰谷氨酸是氨基甲酰磷酸合成酶的激活变构剂,六、蛋白质的生物合成,一、概述,基因的遗传信息在转录过程中从DNA转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。合成体系：20种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白体、酶和因子,以及无机离子、ATP、GTP合成方向：NC端。,二、参与蛋白质合成的三类RNA及核糖体,1.rRNA与蛋白质一起构成核糖体蛋白质合成“工厂”核糖体结构组成核糖体的基本功能结合mRNA，在mRNA上选择适当的区域开始翻译密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对肽键的形成存在核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与mRNA形成串状多核糖体,原核生物核糖体组成,真核生物核糖体组成,2.tRNA结合氨基酸：一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供能,氨基酸结合在tRNA3-CCA的位置。反密码子：每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座。反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则,3.mRNA携带着DNA的遗传信息，是多肽链的合成模板在原核细胞内，存在时间短，在转录的同时翻译在真核细胞内，较稳定蛋白质合成时，mRNA结合于核糖体小亚基上，大亚基结合带氨基酸的tRNA，tRNA的反密码子与mRNA密码子配对，ATP供能，合成蛋白质。,三、遗传密码子,为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置的三个核苷酸单位称为密码子（Coden）或三联体密码。密码子的发现统计学方法人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸，推测由哪一种氨基酸合成的多肽核糖体结合试验1965年，Nirenberg用polyu加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表。,遗传密码,遗传密码子的特点无标点、不重叠密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬菌体x174中某些基因之间有重叠现象简并(degeneracy)几种密码子对应于相同一种氨基酸。这些密码子为同义密码子通用性绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外终止信号UAG、UAA、UGA起始信号AUG（真核中起始为Met、原核中起始为fMet,翻译中间为Met）和氨酸的密码子(GUG)(极少出现）,四、蛋白质生物合成过程,以mRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰tRNA为原料，GTP、ATP供能，在核糖体中完成。,1.氨基酸的活化,tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的3-OH与氨基酸的羧基形成活化酯氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基转移到tRNA的3-OH端上,形成氨基酰-tRNA。,氨基酸活化图示,氨基酸活化的总反应式是：,氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸与ATP的作用,也催化氨基酰基转移到tRNA。氨基酰-tRNA合成酶具有高度的专一性。每一种氨基酰-tRNA合成酶只能识别一种相应的tRNA。tRNA分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺序,而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA合成酶所识别。,氨基酸的活化,2.在核糖体上合成肽链,氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。,肽链的合成过程（以原核为例）起始延伸终止与释放,肽链合成的起始,起始密码的识别首先辨认出mRNA链上的起始点（AUG），核糖体小亚基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位点上游413个核苷酸）结合N甲酰甲硫氨酸tRNA的活化形成起始复合物的形成（图示）,肽链的延长,进位（氨酰tRNA进入A位点）参与因子：延长因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽链的形成肽酰基从P位点转移到A位点，形成新的肽链移位（translocase）在移位因子（移位酶）EFG的作用下，核糖体沿mRNA（5-3）作相对移动，使原来在A位点的肽酰tRNA回到P位点,肽链的延伸过程,肽链合成的终止与释放识别mRNA的终止密码子，水解所合成肽链与tRNA间的酯键，释放肽链R1识别UAA、UAGR2识别UAA、UGAR3影响肽链的释放速度RR帮助P位点的tRNA残基脱落，而后核糖体脱落,多核糖体,在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时，第一个核糖体在mRNA的起始部位结合，引入第一个蛋氨酸，然后核糖体向mRNA的3端移动一定距离后，第二个核糖体又在mRNA的起始部位结合，现向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率,五、真核细胞蛋白质合成的特点,核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成起始密码AUG起始tRNA为MettRNA起始复合物结合在mRNA5端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）已发现的真核起始因子有近9种（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（CBPC）肽链终止因子（EF1EF1）及释放因子（RF）,线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞,蛋白质合成过程小结,肽链合成方向NC（同位素证明）以mRNA的5-3方向阅读遗传密码该合成过程是一个耗能过程肽链的起始需要5ATP，延长时只需4A