生物学奥林匹克培训

1、欢迎各位同学参加 中奥赛德生物学奥林匹克培训!奥赛动向分析与预测与高中生物学内容结合的越来越密切与生活的实际结合的越来越密切关心和追踪最新进展生化、分子与细胞这三门见真功夫！身边的生物化学身边的生物化学4肉碱能否减肥？4“皮革奶”4“瘦肉精”2-肾上腺素激动剂，能加强脂肪的分解，促进蛋白质的合成，化学性质十分稳定，主要经尿和胆汁以原型排出，会在脏器中残留，有毒副作用。 瘦肉精的化学结构前年两大生化发现与前年和去年诺贝尔医学及生理学奖JSynthia（辛西娅）JGFAJ-1J试管婴儿JBruce A. Beutler和Jules A. Hoffmann “先天免疫激活方面的发现”；Ralph M

2、. Steinman “发现树突状细胞及其在获得性免疫中的作用”。 谁是谁是Craig Venter？NASA发现生命新可能-砷元素或能形成生命体 J 以剧毒砷生长的菌株GFAJ-1，将改写生物教科书，使地球外寻找生命的范围得以拓展 J 美国宇航局天体生物学家费丽莎乌尔夫-西蒙(Felisa Wolfe-Simon)，将从加利福尼亚州莫纳湖湖底收集而来的微生物，置于实验室含有砷的混合试剂内培殖了数月，结果发现微生物体内的磷原子被砷原子置换出来了。J 乌尔夫-西蒙表示，每天去实验室的时候都会摒住呼吸，生怕这些微生物会死去，但它们没有。如果这一结果被确认，那么“生命及生命存在于何处”的定义将被扩大

3、。J 碳、氢、氮、氧、磷和硫是地球所有已知生命形式的六大基本构建元素。磷是携带生命基因的DNA和RNA的化学成分之一，被认为是所有活细胞的必需元素。J 砷在化学元素周期表的位置正好位于磷的下方，正是由于两者化学习性相近，所以砷很容易被细胞吸收导致中毒。记忆必需氨基酸J 人体八种必需氨基酸，外加二种半必需氨基酸，此为谐音记忆，非常有效：笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）精（精氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸）住（组氨酸）亮（亮氨酸）凉（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）。氨基酸考点分析4蛋白质氨基酸 vs 非蛋白质氨基酸4D型氨基酸 vs L型氨基酸4必需氨基酸 vs 非必需氨基酸：联想到必需脂肪酸和非必需

4、脂肪酸以及维生素4疏水氨基酸和亲水氨基酸4氨基酸的性质：两性解离与等电点（如何计算）；茚三酮反应；脯氨酸的特殊性蛋白质考点分析4蛋白质一级结构的定义及表示方法：联想到核酸的一级结构及其表示方法4蛋白质的二级结构与主链上的氢键4模体与结构域4三级结构与氢键、疏水键、范德华力、离子键、二硫键4四级结构与氢键、疏水键、范德华力、离子键、4纤维状蛋白、球状蛋白与膜蛋白4蛋白质的性质：紫外吸收、两性解离、变性与复性、颜色反应；联想到核酸的相应的性质核酸考点分析4DNA与RNA三大差别及其原因和生物学意义4几种比较重要的RNA4核酸的二级结构：三种双螺旋ABZ的异同4核酸的三级结构4核酸的性质?DNA 一

5、种类型，一种功能 ?RNA 多种类型，多种功能 编码RNA和非编码 (NcRNA)性质RNADNA戊糖D-核糖2-D-脱氧核糖碱基A、G、C、UA、G、C、T多聚核苷酸链的数目多为单链多为双链双螺旋A型B型和Z型种类多种只有一种功能功能多样一种功能:充当遗传物质碱溶液下的稳定性不稳定，很容易水解稳定 DNA和和RNA的结构异同的结构异同英文缩写全称功能存在mRNA信使RNA翻译模板所有的细胞tRNA转移RNA携带氨基酸，参与翻译同上rRNA核糖体RNA核糖体组分，参与翻译同上SnRNA核小RNA参与真核mRNA前体的剪接真核细胞SnoRNA核仁小RNA参与真核rRNA前体的后加工真核细胞7SL

6、RNA7S长RNA参与蛋白质的定向和分泌真核细胞tmRNA转移信使RNA兼有mRNA和tRNA的功能原核细胞gRNA指导RNA参与真核mRNA的编辑某些真核细胞RNAi（microRNA和siRNA)干扰RNA调节基因的表达真核细胞Ribozyme核酶催化特定的生化反应原核细胞、真核细胞和某些RNA病毒Xist RNA调节雌性哺乳动物一条X染色体转变成巴氏小体哺乳动物为什么DNA含有T? LC自发脱氨基变成UL修复酶能够识别这些突变，以用C取代这些U。L如何区分正常的U和突变而来的U? L使用T就很容易解决以上问题。为什么DNA 2-脱氧，RNA不是? LRNA临近的-OH使其更容易LDNA缺

7、乏2-OH更加稳定 L遗传物质必须更加稳定LRNA需要的时候合成，不需要的时候需要迅速降解。为什么DNA通常是双链的,RNA通常是单链的?n互补的双链结构使DNA很容易进行复制、修复和重组n单链的结构使得RNA能够形成丰富多彩的三维结构AT和和GC碱基对的配对性质碱基对的配对性质B-型型DNA双螺旋结构的主要特征双螺旋结构的主要特征双螺旋稳定的因素（1）氢键 氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性作用的是碱基的堆集力。（2）碱基堆集力 这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相

8、邻碱基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间嘌呤与嘧啶之间嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化能提高碱基的堆积力。（3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和。核酸的理化性质n紫外吸收n酸碱解离n变性n复性和杂交DNA的变性和复性的变性和复性酶学考点4酶的化学本质：主要是蛋白质，少数是RNA；区分核酸酶和核酶；为什么DNA不能充当酶？4细胞里有哪些反应由核酶催化？4酶的性质：与非酶催化剂的共同性质；酶的特有性质4米氏酶与别构酶4米氏常数（Km）、最大反应速度（Vm）与kcat及kcat/Km4酶活性的调节一、离子、小分子物质的跨膜运输一、离子、小分子物质的跨膜运输 被动运输 (1)简单

9、扩散 H2O、CO2、N2、NO、O2和CH4 (2)易化扩散 需要蛋白质介导的扩散转运方式 （3）通道运输主动运输 (1) ATP驱动的主动运输 (2)离子梯度驱动的主动运输某些蛋白质跨膜形成通道和孔，让特定的分子和离子通过，这种运输方式与简单扩散十分相似。例如水通过单纯的脂双层膜是比较慢的，但水通道蛋白则让水分子以更快的速度进出细胞。有的通道一直处于开放状态，如钾泄漏通道；有的通道受到严格的调控，平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，即在细胞需要的时候才会“开闸放流”。这些通道有的需要特殊的配体（如乙酰胆碱和cGMP）结合才能开放，有的受膜电位的控制，有的受机械力控制，有的受磷酸化控制。

10、 通道通道运输方式运输方式载体蛋白载体蛋白 饱和动饱和动力学力学运输方向运输方向能量消耗能量消耗简单扩散简单扩散无无无无顺浓度梯度顺浓度梯度无无通道或孔通道或孔有有无无顺浓度梯度顺浓度梯度无无易化扩散易化扩散有有是是顺浓度梯度顺浓度梯度无无初级主动初级主动运输运输有有是是逆浓度梯度逆浓度梯度直接消耗，通常直接消耗，通常是是ATPATP的水解的水解次级主动次级主动运输运输有有是是逆浓度梯度逆浓度梯度间接消耗，为离间接消耗，为离子梯度子梯度跨膜运输的几种方式的比较跨膜运输的几种方式的比较 ATP驱动的主动运输 （1）Na+/K+泵（2）质子泵：分为在水解ATP的时候发生自我磷酸化的P型、水解ATP

11、的时候不发生自我磷酸化的V型和使用质子驱动力合成ATP的F型。属于P型的有植物细胞膜上的H+泵和动物胃壁细胞与分泌胃酸有关的H+-K+泵；属于V型的存在于溶酶体膜、内体和植物液泡膜；属于F型的存在于细菌质膜、线粒体内膜和类囊体膜。 （3）Ca2+泵（4）ABC运输体（ATP-binding cassette transporter ）离子梯度驱动的主动运输 某一分子的逆浓度梯度的跨膜转运与另一种离子（通常是H+和Na+）的顺浓度梯度的转运相偶联 二、生物大分子的跨膜运输二、生物大分子的跨膜运输 （一）内吞（二）胞吐 内吞内吞 整个过程包括局部细胞膜内陷包被附近的大分子形成小囊泡囊泡脱离细胞膜，

12、进入胞内囊泡与细胞内膜融合（通常是溶酶体），将内容物运输到目的地。完成内吞一般需要满足三个条件：一是需要消耗能量；二是细胞外液中的钙离子；三是细胞内的运动系统。内吞的四种方式内吞的四种方式 （1 1）吞噬作用。）吞噬作用。这种方式主要为变形虫类细胞（如巨噬细胞和变形虫）使用，是巨噬细胞捕获大型颗粒抗原的主要方式。吞噬的对象包括粉尘颗粒、细胞碎片、凋亡细胞和细菌等固相物质。这些物质被吞噬后在胞浆内形成吞噬体；（2 2）胞饮作用。）胞饮作用。几乎所有的细胞都可以使用这种运输方式，机制和过程与吞噬作用相似，只是针对液体或微小颗粒。胞饮后在胞浆内形成吞饮小泡；（3 3）网格蛋白介导的内吞作用）网格蛋白

13、介导的内吞作用。这种方式不仅需要细胞表面的受体识别和结合被吞物，而且需要胞内的一种叫网格蛋白的蛋白质。（4 4）胞膜窖，即膜小内陷。）胞膜窖，即膜小内陷。这种方式不需要笼形蛋白，但需要窖蛋白。窖蛋白与膜上富含胆固醇和糖脂的脂筏区域结合，导致这个区域的细胞膜穴样凹陷，形成微囊结构。 各种各样的信号分子激素、生长因子、神经递质第二信使有：cAMP、cGMP、IP3、Ca2+、甘油二酯（DAG）、神经酰胺、花生四烯酸和NO、H2S、CO等。细菌的信号分子：cAMP；环二鸟苷酸（c-di-GMP）MicroRNA代谢考点4真核细胞代谢的分室化4NADH、FADH2、NADPH、ATP4几种重要的代谢途

14、径：糖酵解、三羧酸循环、糖异生、磷酸戊糖途径、卡尔文循环、尿素循环、核苷酸代谢4如何计算ATP的得与失？代谢途径的分室化代谢途径的分室化代谢途径发生区域三羧酸循环、氧化磷酸化，脂肪酸氧化，氨基酸分解线粒体糖酵解、脂肪酸合成、磷酸戊糖途径、细胞液DNA复制、转录、转录后加工细胞核、线粒体、叶绿体膜蛋白和分泌蛋白的合成粗面内质网脂和胆固醇的合成光面内质网翻译后加工（糖基化）高尔基体尿素循环肝细胞线粒体和细胞液分解代谢和合成代谢分解代谢和合成代谢细胞需要持续不断的能量供应细胞需要持续不断的能量供应NADH, NADPH和和 ATPATP 通用的能量货币通用的能量货币NADPH 生物还原剂生物还原剂糖

15、酵解糖酵解发生在所有的活细胞发生在所有的活细胞位于细胞液位于细胞液 共有十步反应组成共有十步反应组成在所有的细在所有的细胞都相同，但速率不同。胞都相同，但速率不同。两个阶段：两个阶段： i)第一个阶段第一个阶段投资阶段或引发阶投资阶段或引发阶段段: 葡萄糖葡萄糖 F-1,6-2P 2G-3-Pii)第二个阶段第二个阶段获利阶段：产生获利阶段：产生2丙酮酸丙酮酸+2ATP丙酮酸的三种命运丙酮酸的三种命运糖酵解的两阶段反应糖酵解的两阶段反应糖酵解第一阶段的反应糖酵解第一阶段的反应第一步反应第一步反应葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化己糖激酶或葡萄糖激酶引发反应ATP被消耗，以便后面得到更多的ATP葡萄糖

16、的磷酸化至少有两个意义：首先葡萄糖因此带上负电荷，极性猛增，很难再从细胞中“逃逸”出去；其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞反应反应3: 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是糖酵解的限速步骤是糖酵解的限速步骤! ! L糖酵解第二次引发反应糖酵解第二次引发反应L有大的自由能降低，受到高度的调控有大的自由能降低，受到高度的调控糖酵解糖酵解- -第二个阶段的反应第二个阶段的反应产生产生4 ATP 导致糖酵解净产生2ATP 涉及两个高能磷酸化合物. 1,3 BPG PEP 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸被氧化成甘油酸磷酸

17、被氧化成甘油酸-1,3-1,3-二磷酸二磷酸 这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 产生1,3-BPG和NADH 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑制此酶活性。砷酸在化学结构和化学性质与Pi极为相似，因此可以代替无机磷酸参加反应，形成甘油酸-1-砷酸-3-磷酸，但这样的产物很不稳定，很快就自发地水解成为甘油酸-3-磷酸并产生热，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。由于甘油酸-1-砷酸-3-磷酸的自发水解，将导致ATP合成受阻，影响细胞的正常代谢，这就是砷酸有毒性的原因。反应反应10: 10: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶PEP转化成丙酮酸，同时产生转化成丙酮酸，同时产生 ATP 产生两个

18、产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。能量回报。G为为大的大的负值负值受到调控受到调控! NADH和丙酮酸的去向和丙酮酸的去向有氧还是无氧？有氧还是无氧？ 在有氧状态下在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运和丙酮酸的命运 （1）NADH的命运的命运 NADH在呼吸链被彻底氧化成H2O并产生更多的ATP。（2）丙酮酸的命运）丙酮酸的命运 丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮酸运输体与质子一起进入线粒体基质，被基质内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA 在缺氧状态或无氧状态下在缺氧状态或无氧状态下NADH和丙酮酸的命运和丙酮酸的命运（1）乳酸发酵）乳酸发酵（2）酒精发酵）酒精

19、发酵线粒体内膜上的甘油线粒体内膜上的甘油-3-3-磷酸和苹果酸磷酸和苹果酸- -天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统 产生ATP提供生物合成的原料糖酵解与肿瘤 缺氧与缺氧诱导的转录因子糖异生糖异生泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成葡萄糖的过程。它主要发生在动物的肝脏（80）和肾脏（20），是动物细胞自身合成葡萄糖的唯一手段。植物和某些微生物也可以进行糖异生。糖异生与糖酵解途径的比较糖异生与糖酵解途径的比较 糖异生的底物糖异生的底物( (动物动物) ) 丙酮酸, 乳酸, 甘油, 生糖氨基酸，所有TCA循环的中间物$偶数脂肪酸不行!$因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰CoA，而乙酰CoA不能提供葡萄糖的

20、净合成丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶糖异生的第一步反应存在于线粒体基质，需要生物素辅基由ATP驱动羧化反应果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 将将 F-1,6-P水解成水解成F-6-P 葡糖葡糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 催化葡糖催化葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖磷酸水解成葡萄糖 存在于肝、肾细胞内质网膜上。肌肉和脑细胞没有这种酶，故不能进行糖异生 G-6-P需要进入内质网腔才能水解是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径也称为柠檬酸循环和也称为柠檬酸循环和Krebs循环循环 糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酸）被降解成CO2 产生一些ATP产生更多的NADH NADH进入

21、呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP。完整的三羧酸循环完整的三羧酸循环乙酰乙酰CoA的形成的形成脂肪酸的氧化氨基酸的氧化分解丙酮酸的氧化脱羧由丙酮酸脱氢酶系催化 砒霜的毒性机理砒霜的毒性机理TCA 循环总结循环总结总反应：乙酰乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H+CoA1个乙酰个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生通过三羧酸循环产生2CO2, 1 ATP, 3NADH,1FADH22H2O被使用作为底物被使用作为底物绝对需要绝对需要O2吵，吵， 您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！$产生更多的ATP$提供生物合成的原料$ 是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径$某些代谢中间我作为其他代谢途径的别构效应物$产生CO2一分子葡萄糖彻底氧化过程中的一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP ATP 收支情况收支情况与ATP合成相关的反应合成ATP的方式合成ATP的量糖酵解（包括氧化磷酸化）己糖激酶