第一章 绪论
生物化学的研究内容
1．研究组成生物体的基本物质（糖类、脂类、蛋白质、核酸）以及对体内的化学反应起催化和调节作用的生物活性物质（酶、维生素、激素）的结构、性质和功能。
2．研究生物分子的分解与合成，反应过程中能量的变化，及新陈代谢的调节与控制。
3．研究遗传信息的储存、传递和表达。
第二章 蛋白质
重点:
20种基本氨基酸的结构及分类;
氨基酸的等电点的计算；
蛋白质的一、二级结构；
别构效应；
蛋白质的理化性质
一、氨基酸的分类
极性R基氨基酸：
半胱氨酸（Cys）：当两个半胱氨酸分子的巯基氧化时便形成一个二硫交联键，生成胱氨酸。
具有羟基的氨基酸：丝氨酸 和 苏氨酸
带正电荷侧链（在pH接近中性时）的氨基酸包括赖氨酸，精氨酸和组氨酸，它们分别具有ε-NH2，胍基和咪唑基（碱性）。这些基团的存在是使它们带有电荷的原因，组氨酸的咪唑基在pH7时，有10%被质子化，而 pH6时50%质子化。
带有负电荷侧链的氨基酸（pH接近中性时）包括天冬氨酸和谷氨酸。由于侧链为羧基（酸性），在中性pH条件下带一个净负电荷。
二、等电点的计算
酸性氨基酸，以Asp为例
羧基的解离度大于氨基（α-羧基最大），所以中性氨基酸的pI在pH6.0左右，碱性氨基酸pI较大，酸性氨基酸较小。PI(碱性>中性>酸性）
三、 蛋白质的结构
一级结构（primary structure）；
二级结构（secondary structure）；
四级结构。
（一）蛋白质分子中的共价键与次级键
共价键（一级结构） ：肽键和二硫键；
次级键（高级结构）：氢键、盐键、疏水键、范德华力、配位键。
H键，由H同电负性大的原子形成的吸引作用力，键能较小，但Pr中大量存在。氢键是维持蛋白质二级结构等构象的作用力。
疏水键是多肽链上疏水性较强的Aa的非极性侧链避开水相自相粘附聚集在一起形成的，对维持Pr的三级结构有重要作用。
盐键是通过Pr中带正、负电荷的侧链基团互相接近，通过静电吸引而形成的。
范德华力，实质是静电力，分为定向力、诱导力和分散力。
（二）蛋白质的二级结构
主要是指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕方式。
天然蛋白质一般均含有α-螺旋、β-折叠和β-转角的结构。
α-螺旋结构要点
（1）每隔3.6个残基（residue），螺旋上升一圈，螺旋体的中心轴每上升一圈相当于向上平移0.54nm，每个残基上升0.15nm，每一圈每个残基旋转100°
（2） 在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链。
（3） α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一
段左手螺旋。
α-螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。
（2）β-折叠 （β-repeated sheet）
也是Pauling等人提出来的，它是与α-螺旋完全不同的一种结构。
β-折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的片层。
在两条相邻的肽链之间形成氢键。
平行和反平行
平行：所有肽链的N端处于同一端，为同方向，如β-角蛋白。
反平行：肽链的N端一顺一倒的排列，如丝心蛋白。
反平行更稳定。
每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是0.325nm，反平 行的是0.35nm。 反平行的链间氢键与肽链走向平行。
（3）β-转角 (β-turn)
β-转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180o的回折，在回折角上的结构就称β-转角，也称发夹结构，或称U形转折。由第一个氨基酸残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H之间形成氢键。
4.蛋白质的四级结构
亚基（subunit）：大多数相对分子量大的蛋白质都是由几个多肽链组成一个活性单位。这些肽链相互以非共价键联结成一个相当稳定的单位，这种肽链就称为该蛋白质的亚基。
四级结构由分子表面的次级键（盐键和H键）结合而成。
四、蛋白质分子结构与功能的关系
别构现象（allosteric effect）：蛋白质的构象并不是固定不变的，当有些蛋白质的表现其生物活性时，其构象发生改变，从而改变了整个分子的性质，这种现象就称为别构现象（别构效应、变构效应）。具有这种现象的蛋白质叫别构蛋白。
五、蛋白质的性质与分离、分析技术
（一）蛋白质的变性
变性（denaturation）：天然蛋白质因受物理或化学的因素影响，其分子内部原有的高度规律性结构发生变化，致使蛋白质的理化性质和生物学性质有所改变，但并不导致蛋白质一级结构的破坏，这种现象称变性作用。
（二）蛋白质的胶体性质
蛋白质相对分子量大，在水溶液中的形成的颗粒具有胶体溶液的特征（布朗运动、丁道尔现象、电泳现象、不能透过半透膜以及具有吸附能力等）。
蛋白质亲水胶体稳定的两个因素：蛋白质颗粒表面的电荷层和水化膜
第三章 核酸
重点:
核酸、核苷酸、核苷的组成及键的连接方式
双螺旋的结构要点
RNA的结构和功能
DNA变性、性质变化及Tm、复性
分子杂交
一、核酸、核苷酸、核苷的组成
（一）核糖和脱氧核糖
DNA和RNA只是所含的戊糖不同。RNA含β-D-核糖，DNA含β-D-脱氧核糖，某些RNA中含有少量的D-2-O-甲基核糖。
（二）嘌呤碱和嘧啶碱
DNA和RNA都含有腺嘌呤（adenine, A）和鸟嘌呤（guanine, G）
两者所含的嘧啶有所差异，RNA含胞嘧啶（cytosine, C）和尿嘧啶（uracil, U）；DNA含胞嘧啶和胸腺嘧啶（thymine, T）。
（三）核苷（nucleotide）
由核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶碱生成的糖苷。
糖的第1位C原子（C1’）与嘌呤的第9位N原子和嘧啶的第1位N原子相连。
（四）核苷酸
核苷酸是核苷的磷酸酯，是由含氮碱基 、戊糖和 磷酸三种成分组成；核苷的2’，3’ ， 5’都有-OH可以和磷酸形成核苷酸；而脱氧核苷只有3’ 和 5’-OH可以形成核苷酸。
体内游离的核苷酸多为５’-核苷酸。
腺苷（一磷）酸AMP、鸟苷酸GMP；
脱氧胞苷酸dCMP、脱氧胸腺苷酸dTMP。
（五）、核苷酸的性质
核苷酸的碱基具有共轭双键结构，故它在260nm左右有强吸收峰。
DNA和RNA都由于具有磷酸基团而带负电性，在电泳时向正极移动。
RNA在电泳时移动速度：UMP＞GMP ＞ AMP ＞ CMP。
核苷酸的连接方式
DNA和RNA都是没有分支的多核苷酸长链。
核苷酸的连接方式为3’,5’-磷酸二酯键。
磷酸和戊糖交替出现在主链上。
二、核酸的一级结构
双螺旋结构模型的要点
（1）DNA分子是由两条方向相反的平行多核苷酸链构成的。两条链都是右手螺旋，螺旋表面有一条大沟和一条小沟。
（2）两条链上的碱基均在主链的内侧，A与T配对，形成两个氢键；G与C配对形成三个氢键，螺旋的直径为2nm。
（3）成对碱基大致处于同一平面，并与螺旋轴垂直，糖平面与螺旋轴平行，磷酸基边在糖环的外侧。相邻碱基间的距离为 0.34nm，每周10个碱基对，每周高度3.4nm。双链的大小用碱基对bp表示，单链用碱基数b或核苷酸数nt表示。
（4）大多数天然DNA是双链结构（dsDNA），少数为单链分子DNA（ssDNA）。
（5）双链DNA分子主链上的化学键受碱基配对等因素影响旋转受到限制，使DNA分子比较刚硬，呈比较伸展的结构。但一些化学键变可在一定范围内旋转，使DNA分子有一定的柔韧性。
三、DNA的高级结构
DNA双螺旋进一步扭曲即构成三级结构。
双链环状DNA（double stranded cyclic DNA, dcDNA）:
双链环状DNA在自然界是广泛存在的，如一些病毒DNA、一些噬菌体DNA、细菌质粒DNA、线粒体和叶绿体DNA等。
DNA和基因组
（一）DNA与基因
转录（transcription）：根据碱基配对的方式由DNA合成RNA的过程。
RNA的类型：mRNA、tRNA、rRNA。
翻译（translation）：由mRNA指导合成蛋白质的过程。
基因突变 是指由自发损伤或由环境理化因素引起的DNA一级结构的改变，包括碱基的转换、颠换，核苷酸的插入或缺失等
四、RNA的结构和功能
大多数RNA为单链，许多区域自身发生回折，通过A-U，G-C的方式配对，形成双螺旋（40％-70％）。
RNA是一条含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。RNA的二级结构大多数是以单股 多核苷酸链的形式存在，但也可局部盘曲形成 双螺旋 结构
三叶草
结构的主要特征
1. 分子中由A-U、G-C碱基对构成的双螺旋区称臂，不能配对的部分称环，tRNA一般由四环四臂组成。
2. 5’端1-7位与近3’端的66-72位形成7bp的反平行双链称氨基酸臂， 3’端有共同的-CCA-OH结构，其羟基可与该tRNA所携带的Aa形成共价键。
3. 第10-25位3-4个bp的臂和8-14个bp的环，由于臂上有二氢尿嘧啶（D），故称为D环，相应的臂称为D臂。
4. 第27-43位有5bp的反密码子臂和7b的反密码子环，其中34-36位是与mRNA相互作用的反密码子。
5. 第44-48位为可变环，80％的tRNA由4-5b组成，20％的tRNA由13-21b组成。
6. 第49-65位为5bp的TψC臂，和7b的TψC环，因环中有TψC序列而得名。
7. tRNA分子中有多少不等的修饰碱基，某些位置上的核苷酸在不同的tRNA分子中很少变化，称不变核苷酸。
tRNA的三级结构
RNA的三级结构呈“倒L形”。
倒L形结构与核糖体上的空穴相符， TψC环与5S rRNA相应区段有互补关系。
（一）核酸的变性
1.变性的概念
是双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状态的过程。变性只涉及次级键的变化，磷酸二酯键的断裂称为核酸降解。
五、核酸的性质
2.热变性和Tm
加热DNA的稀盐溶液，达到一定温度后，260nm的吸光度骤然增加，表明两链开始分开，当增加约40％以后，趋于平坦。
Tm：当紫外吸收增加达到最大增量一半时的温度称为熔解温度（熔点、变性温度、解链温度等）。
3.影响Tm的因素
（1）G-C含量
GC含量越高，Tm越高。
（G+C）%=（Tm-69.3）×2.44
（2）溶解的离子强度
离子强度越低，Tm越低。所以核酸提取时一般用高盐TE缓冲液（1M NaCl）。
（3）溶液的pH
高pH下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力，pH>11.3时，DNA完全变性。pH<5.0时，DNA易脱嘌呤。
（4）变性剂
甲酰胺、尿素、甲醛等均可破坏氢键，妨碍碱基堆积，使Tm下降。对单链DNA进行电泳时常使用上述变性剂。
（五）核酸的复性
1.变性的核酸的互补链在适当的条件下重新缔合成双螺旋的过程称复性。变性核酸复性时需缓慢冷却，故又称退火（annealing）。
复性时温度不宜过低，Tm-25℃是较合适的复性温度。
（六）分子杂交（molecular hybridization）
在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成双链，或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程称分子杂交。
探针（probe）：天然或人工合成的小片段DNA或RNA，带有放射性或荧光标记，可对与探针互补的核酸序列进行定位。
第四章 糖类
重点
单糖的构型、构象、结构
自然界中的重要单糖、二糖和多糖
重要二糖、多糖的组成单元及糖苷键
一、单糖的构型、结构、构象
构型：指一个分子由于其中各原子特有的
固定的空间排列， 而使该分子所具有的特定的立体化学形式。 属于一级结构。
构象----指一分子中,不改变共价键结构,仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布. 属于二级结构。
构型----涉及共价键的断裂.
构象----不涉及共价键的断裂和重新形成.
1、单糖的结构
自然界中戊糖和已糖有两种不同的结构：多羟基醛的开链形式和半缩醛形式。
葡萄糖多以吡喃环结构存在（1-5缩合），而戊糖多以呋喃环形式存在。
2、单糖的构象
α-型吡喃葡萄的半缩醛羟基是直立键，而β-型吡喃葡萄的半缩醛羟基是平伏键，所以β-构
型更为稳定。
二、重要单糖及其衍生物
自然界中存在的单糖数目要低于其光学异构体的理论数目。常见的单糖有醛糖、酮糖、脱氧糖、分枝糖、氨基糖等。
重要衍生物有糖醇、糖醛酸、氨基糖及糖苷、糖酯。
三、双糖
麦芽糖（maltose） 是由2分子D-葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接而成。
乳糖（lactose） 由1分子D-半乳糖和1分子D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成。
四、多糖的代表物
（一）淀粉与糖原
1.淀粉
存在于植物种子与根茎中，是贮存多糖。天然淀粉由直链淀粉（内层，15-25%）和支链淀粉（外层，75-85%）组成。
用酶或酸水解
淀粉→红糊精→无色糊精→麦芽糖→葡萄糖
2.糖原（glycogen）
结构与淀粉相似,又称动物淀粉，存于动物的肌肉和肝脏中。
五、糖复合物
是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合形成的产物，主要有糖蛋白、蛋白多糖、糖脂和脂多糖。
（一）糖蛋白与蛋白多糖
糖蛋白（glycoprotein）：以蛋白质为主，糖作为辅基，如卵清蛋白（含糖基1％）。
蛋白多糖：以多糖为主，蛋白或肽类所占比例较少，如粘蛋白（含糖基80％）。
糖蛋白中糖链与肽链的连接方式
（1）O-糖苷键 （2）N-糖苷键
第五章 脂类和生物膜
重点
脂的主要类型：脂肪、磷脂等
脂质体
生物膜
生物膜的流动镶嵌模型
一、脂肪酸（fatty acid）
由一条长的烃链和一个末端羧基组成
脂肪酸分为饱和和不饱和两种。饱和脂肪酸如软脂酸和硬脂酸。不饱和脂肪酸如油酸（1个双键）、亚油酸（2个）、亚麻酸（3个）、花生四烯酸（4个）。
脂肪酸的区别在于烃链长度、双键数目和位置
脂肪酸的结构特点
C原子大多是双数，常见的是16和18个C原子。
分子中只有一个双键的不饱和脂肪酸，双键位置一般在第9、10位碳原子之间。
不饱和脂肪酸大多为顺式结构。
必须脂肪酸：自身不能合成而必须由膳食提供的脂肪酸。亚油酸、亚麻酸等
二、磷酯
1、甘油磷酯
两性脂类：极性头部（磷酸基团）和非极性尾部。极性基团亲水
，指向水相；非极性尾由于对水的斥力而形成疏水中心。
三、鞘脂类
是动植物细胞膜的重要组分，在神经细胞和脑内含量较高。具有极性头和两个非极性尾，但不含甘油。由一分子脂肪酸、一分子鞘氨醇或其衍生物以及一分子极性头基团所组成。鞘脂类分为三类。
四、生物膜
（一）细胞中的膜系统
生物体的基本结构和功能单位是细胞。
细胞的质膜和其他许多细胞器均有一层膜包被。各种膜的功能和组分有所不同，但形态上较为类似，统称为生物膜。
脂质体（liposome）
当磷脂分散于水相时，分子疏水尾部倾向于聚集在一起，避开水相，而亲水头暴露在水相，形成具有双分子层结构的封闭囊泡，称为脂质体。
（二）、生物膜的结构模型
流动镶嵌模型（Fluid mosaic model） （S.J. Singer, G.Nicolson, 1972）。
要点
（1）膜的基质或膜结构的连续主体是极性的脂质双分子层；
（2）脂质的疏水尾部含有饱和或不饱和脂肪酸（FA），而FA在细胞正常温度下呈液态，因此双分子层具有流动性；
（3）膜的内嵌蛋白的表面具有疏水的氨基酸侧链，故此类蛋白可“溶解”于双分子的中心疏水部分中；
（4）外周蛋白的表面主要含有亲水性R基，可通过静电引力与带电荷的脂质双分子层的极性头部连接。
（5）双分子层中的脂质分子之间或蛋白质的分子与脂质之间无共价结合。
（6）膜蛋白可做横向运动。
此模型并不能解释所有现象。
第六章 酶
重点
诱导契合学说
酶的作用机制
米氏方程及其意义
酶的抑制剂（可逆与不可逆抑制、竞争性与非竞争性抑制）
酶的别构效应
一、酶专一性假说
诱导契合学说（induced-fit theory）
1958年由D.E.Koshland提出。
酶分子活性部位不是刚性的，具有一定的柔性。
当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，活性部位上的基团达到正确的排列和定向，其构象发生有利于底物结合的变化，酶与底物在此基础上互补契合，进行反应。
二、酶的作用机制
（一）酶的活性部位
活性部位（活性中心）：是指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。
酶的活性部位一般由结合部位与催化部位组成。结合部位决定酶的专一性；催化部位决定酶的催化能力以及酶促反应的性质。
①酶的活性部位在酶分子整体结构中只占很小的部分。
②酶的活性部位具有三维立体结构。
③酶的活性部位含有特定的催化基团。酶中的催化基团主要包括氨基酸侧链上的化学功能团（常见的有Ser-OH、His咪唑基、Cys-SH、Asp和Glu侧链羧基等）以及辅因子的化学功能团（如丙酮酸脱酸酶的硫胺素焦磷酸、转氨酶的磷酸吡
哆醛等）
酶的活性部位的共同特点
必需基团：酶分子中的某些基团若经化学修饰（氧-还、酰化、烷化等）使其改变，则酶的活性丧失，这些基团称必需基团。
④酶的活性部位具有柔性。
⑤酶的活性部位通常是酶分子上的一个裂隙
（二）使酶具有高效催化效率的因素
1.邻近定向效应（proximity and orientation effect）
邻近效应：指底物和酶的活性中心，它们反应的基团需要互相靠近，才能反应。
定向效应: 指酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确定向。
2.“张力”和“形变” （strain and distortion）
底物结合使酶构象发生变化； 变化的酶分子又使底物的敏感键产生“张力”甚至“形变”。
3.酸碱催化（acid-base catalysis）
4.共价催化（covalent catalysis）:酶与底物形成相对不稳定的共价中间复合物，更易于向产物转变。分类：
亲电子催化：缺电子攻击富电子基团
亲核催化：富电子攻击缺电子基团
三、酶促反应的动力学方程式
由Michaelis和Menten于1913年根据中间产物学说推导出米氏方程式。
米氏常数的测定及意义
当反应速度v达到最大反应速度V一半时,即v=V/2时,代入米氏方程（书中P160）,
因此Km指的是最大反应速度一半时的底物浓度,单位为mol/L或nmol/L。
有关米氏常数说明几点
（1）Km是酶的一个特征性常数，只与酶的性质有关，与酶的浓度无关
（2）如酶能催化几种不同的底物，对每种底物都有一个特定的Km值，其中Km值最小的称该酶的最适底物。
米氏常数的求法：双倒数作图法（Lineweaver-Burk作图法）
（一）酶的抑制剂对酶作用的影响
凡是使酶的必需基团或酶的活性部位中的基团化学性质改变而降低酶活力甚至使酶完全丧失活性的物质，称为抑制剂（I），其作用称为抑制作用。
分为不可逆抑制和可逆抑制两种。
四、影响酶促反应速率的因素
（二） 可逆抑制作用(reversible inhibition)
抑制剂与酶的结合是可逆反应，用透析等方法除去抑制剂可恢复酶活力。又分为竞争性、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种。
E+I? EI
双倒数作图法判断可逆抑制类型
五、酶活性的调节
（一）酶活性的调节方式
1.通过改变酶的数量与分布来调节酶的活性。
2.通过改变细胞内已有的酶分子的活性来调节酶的活性。a.改变酶的结构来调节酶的活性（如别构调控、可逆的共价修饰、酶原的激活）。
b. 通过直接影响酶与底物的相互作用来调节酶的活性（竞争性抑制剂对酶的活性的抑制作用）
酶的别构效应
当底物或底物以外的物质和别构酶分子上的相应部位非共价地结合后，通过酶分子构象的变化影响酶的催化活性，这种效应称为别
构效应。
引起别构效应的物质称为别构效应剂（效应物）。
（二）酶的别构调控
别构酶是一类调节酶，对代谢反应起调节作用。主要特点有：
1.寡聚酶，由多个亚基组成，包含活性部位及调节部位。
2.具有别构效应（别构激活剂、别构抑制剂）。
3.v对[S]的关系不服从米氏关系式。
效应物对别构酶的调节作用可分为同促效应和异促效应。
1.同促效应中，酶的活性部位与调节部位相同，效应物是底物。
2.异促效应中，酶的活性部位与调节部位不相同，效应物是非底物分子。
（三）可逆的共价修饰调节
可逆的共价修饰是指某种酶在其他酶的催化下，其肽链中某些基团发生可逆的共价修饰作用，导致改酶在活性形式和非活性形式之间相互转变，以达到调节酶活性的目的。
可逆的共价修饰是酶对酶的作用。
共价修饰作用：磷酸化作用、腺苷酰化作用、尿苷酰化作用、甲基化作用等
（四）酶原的激活
没有催化活性的酶前体称为“酶原”。
酶原的激活：酶原在一定条件下，受某种因素的作用，酶原分子的部分肽键被水解，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称酶原的激活即酶原转变为酶的过程为酶原的激活，实质上是酶的活性中心形成或暴露的过程。
实例：胰蛋白酶原和胃蛋白酶原的激活。
第七章 维生素和辅酶
维生素的分类
脂溶性和水溶性两大类
脂溶性：VA、VD、VE、VK等
水溶性：B族（VB1）、（VB2）、泛酸（VB3）、 VB6 、叶酸（VB11）、（ VB12 ）、 VPP（VB5）、生物素和VC。
第八章 新陈代谢总论和生物氧化
重点
高能化合物的类型
生物氧化及呼吸链的组成
氧化磷酸化及类型
化学渗透说
一、高能化合物与ATP作用
高能化合物：在生化反应中，某些化合物随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能。
高能磷酸化合物（～P）、硫酯型高能化合物、甲硫型高能化合物。
高能磷酸化合物：磷氧型+磷氮型
p205（表8-1）
ATP的作用
ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂（图8-2）。
其他核苷三磷酸也可以供能：如UTP（多糖）、CTP（磷脂）、GTP（蛋白质）。
ATP是能量的携带者或传递者，但不是严格的能量贮存者。往往以肌酸磷酸形式贮存。
二、呼吸链的组成和电子传递顺序
1.呼吸链（respiratory chain）
代谢物上的H原子被脱氢酶激活后经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分子，而生成水的全部体系称呼吸链。也称电子传递体系或电子传递链。
传递体：传H体和传电子体。
呼吸链的类型和电子传递顺序
MH2→NAD(NADP)→FMN(FAD)→Fe-S（FAD：琥珀酸 Succinate 延胡索酸 Fumarate）→CoQ→Cyt→
O2
两种类型（根据最初的受H体不同）：NADH（绝大多数）和FADH2
2.呼吸链的组成
（1）烟酰胺脱氢酶类（以NAD(P)为辅基）
（2）黄素脱氢酶类（以FMN和FAD为辅基）
（3）铁硫蛋白类（Fe-S）
通过Fe的变价互变进行电子传递，一般与黄素酶或细胞色素结合成复合物。
（4）辅酶Q类（泛醌类，ubiquinone）
是一种脂溶性的醌类化合物，因广泛存在于生物界，因此称泛醌。分子中的苯醌结构能可逆地加H还原而形成对苯二酚，属传H体。
属中间传H体，不能从底物直接接受H，传递过程分两步。
（5）细胞色素类（cytochromes）
Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质
三、氧化磷酸化作用
生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移到高能磷酸化合物ATP中。这种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化称为氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation）。
底物水平磷酸化、电子传递体系磷酸化
1.ATP的生成
ADP＋Pi→ATP; AMP+PPi →ATP
（1）底物水平磷酸化：
在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用生成ATP。
X～P+ADP →X+ATP
（2）电子传递体系磷酸化（主要形式）
电子从NADH或FADH2经过电子传递体系传递给O形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP，这一过程称为电子传递体系磷酸化。
电子传递和磷酸化作用是耦联的（coupled）
从NADH到O的过程中，有三处能使生物氧化获得的能量转化为ATP：
研究方法
P/O：每消耗一摩尔氧所消耗无机磷的摩尔数。
NADH呼吸链P/O=3 （or 2.5）
FADH2呼吸链P/O=2（or1.5）
△G与△E
?△G =-nF△E, ?△G o'= -nF△E o'
?△G：反应的自由能；n为电子转移数，F为法拉弟常数（96.49kg/V ）。
计算Cytb→Cyta的?△G o'
化学渗透学说（要点）
（1）传H体和传电子体交替排列，在内膜上有固定的位置，催化反应是定向的。
（2）传H体有H泵的作用，可以将两个H+泵出内膜，而将电子传递给电子传递体。
（3）H+不能自由通过内膜，因此形成外高内低的H+梯度，即跨膜电位。此梯度包含着电子传递过程中释放的能量，可以使ADP和Pi形成ATP。
（4） H+通过内膜上的ATP合成酶流回基质，释放自由能，形成ATP，电化学梯度随之消失。
第九章 糖代谢
重点
糖酵解(10步反应)
TCA循环
糖代谢中能量的计算
一、糖的分解代谢
糖分解代谢的三条途径：
（1）无氧情况下G经酵解产生乳酸；
（2）有氧情况下G经TCA循环彻底氧化成水和CO2；
（3）G经戊糖磷酸途径氧化为水和CO2。
（一）糖的无氧酵解
糖酵解（glycosis）：通过一系列酶促反应将1molG转变为2mol丙酮酸并伴有ATP生成的
过程。
酵解在细胞质中进行，无需氧的参与。
↗ 乳酸 无氧酵解
G→丙酮酸
↘乙醇 生醇发酵
糖酵解的过程（10步反应）
1.已糖磷酸酯的生成（3）
（1）G→G-6-P，受已糖激酶和葡萄糖激酶催化
消耗1分子ATP，此步为第一个限速步聚，不可逆。
（2）G-6-P →F-6-P，已糖磷酸异构酶催化。
（3） F-6-P →F-1,6-diP，果糖磷酸激酶催化。
消耗1分子ATP，不可逆。
2.丙糖磷酸的生成（2）
（1） F-1,6-diP→磷酸二羟丙酮+甘油醛-3-P
由醛缩酶催化，在3和4位C之间断裂。
（2）磷酸二羟丙酮→甘油醛-3-P
由丙糖磷酸异构酶催化。
3.甘油醛-3-P生成丙酮酸（5）
（1）甘油醛-3-P→甘油酸-1,3-diP，由甘油醛-3-P脱氢酶，此步是第一步氧化反应，产生高能磷酸键。
（2）甘油酸-1,3-diP →甘油酸-3-P
高能磷酸键由甘油磷酸激酶作用后转变为ATP，1molG在此反应后共生成2mol ATP（底物水平磷酸化）。
（3）甘油酸-3-P →甘油酸-2-P
催化此反应的是甘油酸磷酸变位酶，变位酶需要甘油酸-2,3-diP的参与。
（4）甘油酸-2-P →烯醇式丙酮磷酸
由烯醇化酶催化，在2、3位C原子上脱下一分子水，此过程中产生的能量形成高能化合物，即磷酸烯醇式丙酮酸。
（5）烯醇式丙酮磷酸→烯醇式丙酮酸
此反应由丙酮酸激酶催化，将2位C上的P转移到ADP上形成ATP。这一步不可逆，也是重要的调控步骤，也是变构酶催化。
（6）丙酮酸生成（无需酶的参与）
4.糖酵解过程中能量的计算
G→2乳酸 ?Go′=-196 kJ/mol（放热）
产生2ATP，获得2×30.514kJ的能量
糖原→2乳酸 ?Go′ =-183 kJ/mol （放热）
产生3ATP（?），获得3×30.514kJ的能量
酵解过程中能量的产生
以葡萄糖为起点
无氧情况下:
G→G-6-P -1ATP
F-6-P→F-1，6-dip -1ATP
2 × 1,3-二磷酸甘油酸→2×甘油酸-3-磷酸 +2ATP
2PEP→2Py +2ATP
净增2ATP 除2分子ATP外，还生成2分子NADH
（二）糖的有氧分解
从已糖到丙酮酸（pyruvic acid, Py）或乳酸仅产生有限的能量。
有氧氧化和无氧酵解在丙酮酸处发生分岐。
糖的有氧氧化即丙酮酸继续被氧化的过程，这一过程发生在线粒体上。
1.丙酮酸脱H酶系
催化丙酮酸不可逆地氧化与脱羧反应，并与辅酶A形成乙酰辅酶A。
催化此反应的丙酮酸脱H酶系共有三个酶：丙酮酸脱羧酶、二H硫辛酸乙酰基转移酶和二H硫辛酸脱氢酶。
2.三羧酸循环（citric acid cycle、TCA循环、Krebs循环）
乙酰辅酶A的乙酰基经过三羧酸循环而彻底氧化
为CO2和水。这个过程不仅是糖有氧分解的途径，也是有机体内一切有机物的C骨架氧化成CO2的必经途径（如脂肪酸）。
（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸
(2)柠檬酸脱水生成顺乌头酸，再加水生成异柠檬酸
（3）异柠檬酸氧化脱羧生成a-酮戊二酸
（4） a-酮戊二酸脱羧，形成琥珀酰辅酶A
（5）由琥珀酰辅酶A生成琥珀酸
（6）琥珀酸被氧化成延胡索酸
（7）延胡索酸加水生成苹果酸
（8）苹果酸被氧化为草酰乙酸
三羧酸循环中有两步反应是不可逆的
（1）柠檬酸（Cit）的合成
（2）α-酮戊二酸（α-KGA）的氧化脱羧
所以TCA Cycle是单方向进行，不能逆转
3.糖有氧分解中的能量变化
有氧分解释放的能量为2867.48kJ/mol
产生的ATP：32个（见表9-4）
NAD(P)H可产生3个ATP、FADH可以产生2个ATP。
糖酵解：7个ATP
TCA循环：20个ATP
乙酰辅酶A生成：5个ATP
自习下列内容
（三）乙醛酸途径－三羧酸循环的支路
（四）戊糖磷酸途径
（五）葡糖醛酸代谢途径
重点掌握：
与三羧酸循环的关系及生物学意义
第十章 脂质代谢
唐新德
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重点
脂肪酸的β-氧化
能量计算
酮体的生成和利用
mixed anhydride of a carboxylic acid and a phosphoric acid
一、脂肪酸的β-氧化
（1）脂肪酸的活化
在硫激酶作用下先与ATP生成脂酰－磷酸腺苷，然后再与辅酶A生成脂酰辅酶A。此反应在细胞质内进行。
（2）脂酰辅酶A的氧化
?2-反-烯脂酰辅酶A
（3）烯脂酰辅酶A水化
L（＋） β-羟脂酰辅酶A
（4）脱氢
β -酮脂酰辅酶A
（5）硫解
脂肪酸经过活化、脱氢、加水、脱氢和硫解五步反应，生成一分子乙酰辅酶A和少两个C原子的脂酰辅酶A。乙酰辅酶A可进入TCA循环，完全氧化成CO2和H2O。
二、肉毒碱的作用
动物体内催化β-氧化的酶分布于线粒体基质中，而长链脂肪酸的激活在线粒体外进行，脂酰辅酶A需要经过肉毒碱的作用进行转移，进入线粒体。反应需要肉毒碱转脂酰基酶Ⅰ、Ⅱ催化。它是脂肪酸氧化的限速步聚。
三、脂肪酸β-氧化过程中能量的转变
一轮反应：
脂酰辅酶A脱氢－FADH2，产生1.5ATP
羟脂酰辅酶A脱氢－NADH，产生2.5ATP
乙酰辅酶A，产生10个ATP
活化需要2ATP
1mol软脂酸（C15H31COOH）的彻底氧化产生多少ATP？
不饱和脂肪酸的H原子
较少，氧化产生的ATP
比相同C原子的饱和脂肪
酸产生的ATP少。
α-氧化和ω-氧化
α-氧化
首先在植物中观察到，但在动物组织，特别是脑组织中也存在α-氧化。
R-αCH2COOH→R-αCH(OH)COOH →
R- αCOCOOH →RCOOH+ αCO2
ω-氧化:
四、酮体的生成和利用
脂肪
甘油:按糖分解代谢进行
脂酸: 有不同的代谢途径
（其中最重
要的是β-OX）
产生大量CH3COSCoA
乙酰CoA的去路
合成脂酸途径 起始物 2C单位供体
丙二酸单酰CoA途径 乙酰CoA 丙二酸单酰CoA 不是β-OX的逆转，需柠檬酸-丙酮酸循环将乙酰基转运，需二个多酶复合物
线粒体酶系延长脂酸途径 C12～C16脂酰CoA 乙酰CoA 基本上是β-OX的逆转，惟（4）不同
内质网酶系延长脂酸途径 C10orC10以上的脂酸 丙二酸单酰CoA 和丙二酸单酰CoA途径相似，但不以ACP为载体，而以CoA为载体。
五、脂酸合成
脂酸合成和脂酸降解的比较
区别点 合成 分解(β-OX）
亚细胞部位 胞液 线粒体
酰基载体 ACP CoA
二碳片段 丙二酰CoA 乙酰CoA
还原当量 NADPH FAD、NAD+
HCO3-和柠檬酸 需要 不需要
能量变化 消耗7ATP＋14NADPH 产生129ATP
第十一章 蛋白质的降解和氨基酸代谢
唐新德
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本章小结
脱氨基、羧基作用
氨基酸分解产物的代谢
一、氨基酸的一般代谢
γ-谷氨酰循环转运
（一）脱氨基作用
1. 氧化脱氨
证据
用α-氨基酸灌注肝脏，产生少量α-酮酸。
Krebs将α-氨基酸与各种组织在生理条件下保温，产物能与DNFB产生苯腙。
Krebs证明了氧化脱氨基作用的定量关系。
催化氨基酸氧化脱氨的酶:
L-氨基酸氧化酶（FMN和FAD）
D-氨基酸氧化酶 （FAD）
专一性氨基酸氧化酶（Gly、D-Asp氧化酶）
L-谷氨酸脱氢酶（L-glutamate dehydrogenase）
L-谷氨酸脱氢酶
别构酶
分布：Liver，Kidney，Brain
不需氧脱氢酶，辅酶：NAD+ or NADP+
别构抑制： GTP、ATP、NADH
别构激活： GDP、ADP
2.转氨基作用（transamination）
(Donor amino acid)
(New amino acid)
(New keto acid)
(Accepter keto acid)
( transaminase)
转氨酶的辅基为磷酸吡哆醛
生物体内L-氨基酸氧化酶活性不高，而L-Glu脱氢酶的活力很强，转氨作用又普遍存在，但单靠转氨并不能使Aa脱去氨基，因此一般认为氨基酸脱氨基主要是通过与α-酮戊二酸进行联合脱氨。
3.联合脱氨基作用
通过转氨和氧化脱氨联合作用进行脱氨
嘌呤核苷酸循环
腺苷酸基
琥珀酸裂合酶
延胡索酸
腺苷酸基
琥珀酸合成酶
腺苷酸基琥珀酸
AMP
+H2O
NH3
α-酮酸
α-氨基酸
Glu
α-KGA
OAA
Asp + IMP
转氨酶
谷草转氨酶
4.非氧化脱氨基作用
主要在微生物体内进行，动物内不普遍。
主要有脱水脱氨基、脱硫化氢脱氨基、直接脱氨基和水解脱氨基4种方式。
（二）脱羧基作用
除组氨酸外，均需PLP作辅酶
氨基酸脱羧在微生物中很普遍，在高等动植物中不是氨基酸代谢的主要方式。
氨基酸脱羧酶专一性很高，一般只对一种氨基酸起作用。
脱羧生成的胺类具有重要的功能。如Glu、Asp、His、Tyr的脱羧产物。
二、氨基酸分解产物的代
谢
分解产物：氨、α-酮酸、CO2、胺等。
氨在pH7.4时主要以NH4+存在，血液中氨含量过高引起中毒反应。它可以与α-酮戊二酸反应，导致TCA循环受阻。
NH4+
Uric acid
Urea
2.α-酮酸的代谢转变
α-酮酸的去路
合成新氨基酸
转变成糖和脂肪
直接氧化成H2O和CO2
第十二章 核苷酸代谢
唐新德
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重点
嘌呤和嘧啶的从头合成途径（IMP和UMP）及补救途径
一、核苷酸的生物合成
（一）核苷酸生物合成的基本途径
1.从头合成（肝脏）
利用核糖磷酸、Aa、CO2、NH3等经酶催化合成。
2.补救途径（脑、骨髓或特殊生理条件下）
利用体内游离的碱基或核苷合成。
purine环各原子的来源
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
从头合成途径（De novo synthesis）
首先合成IMP
1.IMP的合成
磷酸核糖焦磷酸
合成酶催化
PRPP为核糖磷酸的供体
嘌呤核苷酸从头合成中的关键步聚
磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶
注意反应中核糖构型的变化
2.AMP和GMP的合成
3.补救途径（salvage pathway）
(2) phosphoribosyl transferase（更重要的补救途径）
（三）嘧啶核苷酸的合成
与嘌呤核苷酸合成的相同处：都有从头合成途径和补救途径。
显著不同处：先合成嘧啶环，然后再和PRPP作用形成核苷酸。
1.UMP的合成
（1）从头合成途径（De novo synthesis）
第一阶段：合成氨甲酰磷酸
第二阶段: 嘧啶核的形成，包括反应2，3，4
第三阶段：形成尿苷酸, 包括反应5，6
（2）补救途径（salvage pathway）
尿苷磷酸化酶
Ura
R-1-P
Pi
U（尿苷）
尿苷激酶
UMP（更重要）
ATP
ADP
尿嘧啶磷酸核糖转移酶
Ura
PRPP
PPi
2.UTP和CTP合成
第十三章 DNA的生物合成
唐新德
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重点
半保留复制
原核生物DNA的复制（酶的组成及功能）
半不连续复制
冈崎片段
逆转录
DNA损伤的修复
（一）DNA的半保留复制（semicoservative replication）
通过碱基配对的方式合成
新的子链。每个子代分子
的一条链来自亲代DNA、
另一条是新合成的。这种
复制方式称为半保留复制。
1958年Meselson和Stahl用同位素示踪和密度梯度离心的方法证明了DNA的半保留复制
1.DNA聚合酶Ⅰ（DNA polymerase I ）
DNA pol I 高度纯化, 一条多肽链,催化DNA新链合成时需要4中脱氧核苷三磷酸作为底物，还需Mg2+、DNA模板与模板DNA互补的一小段RNA引物，酶的活性部位含有紧密结合的Zn2+（活性所必需）。每个E.coli细胞内大约有400个分子的pol I。
二 原核生物DNA的复制
DNA pol I 的功能
（1）5′→3′聚合作用
（2）3′→5′核酸外切酶的活性
（3）5′→3′核酸外切酶的活性
（4）焦磷酸解作用
（5）焦磷酸
基交换的作用
因此它属于一种多功能酶
5′→3′聚合作用
DNA pol I 不能“从无到有”，只能从已有的多核苷酸链的3′-OH端延长DNA链，也就是说必须要有引物（Primer）, primer多数情况下是RNA，少数情况下是DNA，Primer必须要有一个游离的3′-OH。
模板 template
单链DNA（单链线状DNA、单链环状DNA）
局部变成了单链的双链DNA
有切口（nick）的双链DNA
有缺口（gap）的双链DNA
注意：完整的双链DNA不能作模板
2.DNA聚合酶II和Ⅲ
1970年和1971年先后分离出pol II和pol Ⅲ
三种酶催化同一类聚合反应。 pol II活性很低，并且没有5′→3′的核酸外切酶活力。pol Ⅲ活性最高，是原核生物(如E.coli)内的DNA复制的主要酶类。 pol Ⅲ含有两个核心酶，有多个亚基。
大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较
DNA聚合酶的类型 pol I pol II pol III
分子量 103Kd 88Kd 830Kd
不同种类亚基数目 1 ≥ 7 ≥ 10
每个细胞的分子数 400 100 10
生物学活性 600 30 9000
5'→3'聚合酶活性 ＋ ＋ ＋
3'→5'外切酶活性 ＋ ＋ ＋
5'→3'外切酶活性 ＋ － －
功能 校正，修复，去除RNA引物 修复 复制（5'→3'聚合作用）
（二）双链DNA复制的分子机制
（1）冈崎片段（Okazaki fragment）和半不连续复制（semi-discontinuous replication ）
复制方向:5′→3′
DNA的复制有一半是不连续的
前导链（leading strand）:连续复制
后随链（lagging strand）:先合成冈崎片段
三 真核生物DNA的复制
（一）参与真核生物DNA复制的酶和蛋白质
高等生物有5种DNA聚合酶αβγδε。
α合成后随链，β合成前导链。
DNA聚合酶的类型 α（I） β （II） γ（M） δ（ III ） ε （ II）
分子量Kd 100~200 45 60 122
亚基数 4 1 2 3~5 ≥ 10
持续合成能力 中 高 高 高 高
引物酶活性 + - - - -
5'→3'聚合酶活性 ＋ ＋ + + ＋
3'→5'外切酶活性 - - ＋ + ＋
细胞定位 核 核 线粒体 核 核
真核生物的DNA聚合酶
四 逆转录作用
（RNA指导的DNA合成）
逆转录：以RNA为模板合成DNA，与转录过程中遗传信息从DNA 到RNA的方向相反。
Temin和Baltimore(1970)从致癌的RNA病毒中发现了反(逆)转录酶(reverse transcriptase, RT )。
合成过程与DNA聚合酶类似，它可以任何RNA为模板合成互补DNA（complimentary DNA, cDNA）
五 DNA的损伤与修复
损伤因素：内部因素（碱基错误配对和自发性损伤）和外部因素（射线、化学诱变剂及代谢过程产生的自由基）
紫外照射的损伤：产生TT二聚体。
（一）DNA的损伤
（1）直接修复（光修复）
光复活：指在可见光激活下，DNA光复活酶识别并结合到紫外线照射所形成的TT二聚体上，随即切开TT二聚体的环丁烷结构，使其解聚为单体的过程。
DNA光复活酶专
一性高，存在于原核和真核生物细胞中，但哺乳动物中没有。
单个酶催化的直接修复：指在酶的催化下，改变修饰碱基的结构，使其恢复为正常碱基。
（二）DNA的修复
切除修复：切除异常的碱基和核苷酸，并用正常的碱基或核苷酸替换。
先补后切或先切后补
着色性干皮病：DNA修复缺陷
（3）应急反应修复和重组修复
（2）切除修复
第十四章 RNA的生物合成
唐新德
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转录和复制的异同点
转录： 原核RNA聚合酶各亚基及其功能
RNA聚合酶I、II、III功能
转录后加工：内含子类型及剪接方式
真核细胞mRNA前体的加工
重点
（1）相同点
转录和复制都是酶促的核苷酸聚合过程。都以DNA为模板；都需依赖DNA的聚合酶；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键，都从5′至3′方向延伸成多聚核苷酸新链，都遵从碱基配对规律。
（2）不同点
①目的不同，所使用的酶、原料及其它辅助因子不同，转录是合成RNA，复制是合成DNA；②方式不同：转录是不对称的，只在双链DNA的一条链上进行，只以DNA的一条链为模板，复制为半不连续的，分别以DNA的两条链为模板，在DNA的两条链上进行；③复制需要引物，转录不需要引物；④复制过程存在校正机制，转录过程则没有；⑤转录产物需要加工，复制产物不需要加工。
一、转录和复制的异同点
表14－1 复制和转录的区别
复制 转录
模板 两股链均复制 模板链转录
原料 dNTP NTP
酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶
产物 子代双链DNA mRNA,tRNA,rRNA
配对 AT,GC AU,TA,GC
二 原核生物的转录
RNA聚合酶（1959）催化转录过程。
转录体系:NTP、模板、酶、Mg2+
转录过程与复制类似，但不需要引物，RNA聚合酶也没有校正功能。
转录的第一个碱基通常是GTP或ATP（嘌呤）
（一） E.coli RNA聚合酶
E.coli的RNA聚合酶。这是一个分子量达480ku，由4种亚基α、β、β'和σ组成的五聚体（α2ββ'σ）蛋白质。此外，在全酶制剂中还存在一种相对分子量较小的成分，称为ω亚基。各亚基大小及其功能见表14－2。
表14–2 E.coli的RNA聚合酶各亚基及其功能
亚基 分子质量 功能
α 36 512 决定哪些基因被转录
β 150 618 与转录过程有关（催化）
β' 155 613 结合DNA模板（开链）
σ
ω 70 263
11 000 辨认起始点
未知
核心酶： α2ββ′
全酶: α2ββ′σ
σ因子负责识别转录的启始位点（启动子,promoter）
启动子是指RNA聚合酶识别结合并起始转录的一段特异性DNA序列，一般位于转录起始位点（+1）的上游，可以结合RNA聚合酶，但是本身不会被转录 。
RNA聚合酶之所以仅在启动子处结合，显然启动子处具有能与RNA聚合酶结合
的特异核苷酸顺序，就好像酶与其底物的结构相适合一样。
启动子的位置和序列的确定：转录起始点左边（5′）的DNA顺序称起始点上游顺序，起始点右边（3′）的顺序称为起始点下游顺序。而转录起始点则是RNA第一个核糖核苷酸结合的位点，因此相应的DNA位点的碱基对记为+1，从这一点开始的下游碱基对记为正数，上游的碱基对记为负数。
（二）转录起始
RNA聚合酶结合区即启动子从-70到+30,原核生物的启动子在RNA合成开始位点的上游大约10bp和35bp处的两个共同的序列，称为-10和-35顺序（图11–3），只有少数几个核苷酸的差别。这两个序列的共同顺序如下，-35区“TTGACA”， -35区是RNA pol对转录起始的辨认位点；-10区“TATAAT”。
碱基序列分析的结果表明，RNA pol对转录起始的辨认位点-35区，辨认结合后，酶向下游移动，到达-10区，酶已跨入了转录起始点，形成相对稳定的酶–DNA复合物，就可以开始转录。
图14－4 原核生物启动子的顺序结构
(三）原核生物的转录终止
当RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来，就是转录终止。此时RNA聚合酶遇到了使它从DNA模板上解离的序列，停止了RNA的合成。原核生物DNA中有转录终止信号，称为终止子（terminator）。协助RNA识别终止子的辅助因子称终止因子（ρ因子）。根据终止子的结构的特点和其作用是否依赖终止因子，将大肠杆菌终止子分为两类：
所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个反转重复系列（回文结构），其产生的RNA可形成由茎环构成的发夹结构。该结构可使聚合酶减慢移动或暂停RNA的合成。
图14－6 原核生物的终止子形成由茎环构成的发夹结构
三、真核细胞mRNA前体的加工
原核生物mRNA的转录产物，一般无需加工已具有活性，即可作为翻译的模板。真核生物编码蛋白质的基因以单个基因作为转录单位，其转录产物为单顺反子mRNA。刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核不均一RNA（hnRNA）。hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA，其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。
由hnRNA转变成mRNA的加工过程，需进行5′–端和3′–端的修饰、mRNA链剪接（splicing）、链内部核苷甲基化等。
（1）在5′端加帽
mRNA成熟过程中，先由磷酸酶把5′–ppp嘌呤–水解，生成5′–ppN1，。然后，5′–端与另一鸟苷三磷酸（pppG）反应，生成双鸟苷三磷酸释放出无机焦磷酸。在甲基化酶作用下，鸟苷酸，第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化反应，形成帽子结构。
mRNA前体的一般加工
（2）在3′端加尾 大多数的真核mRNA 都有3′端的多聚（A）尾
巴，多聚（A）尾巴不是由DNA编码的，而是转录后在核内加上去的。polyA聚合酶能识别mRNA 的游离3′–OH端，并加上约200个A残基。
（3）mRNA内部甲基化 真核生物分子内部往往有甲基化的碱基，主要是N6－甲基腺嘌呤（m6A）。这类修饰成分在hnRNA中已经存在。据推测，它可能对mRNA前体加工起识别作用。
第十五章 蛋白质的生物合成
唐新德
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重点
翻译、密码子、反密码子、第二套密码系统
核糖体及tRNA的结构与功能
蛋白质合成后的加工
翻译:以mRNA为模板合成蛋白质的过程。
翻译过程需要多种酶、辅助因子、蛋白质、RNA等的参与。
原核与真核生物翻译过程类似，翻译是耗能过程（ATP和GTP），速度很快。
一、遗传密码（genetic code）
遗传密码（genetic code): 是指mRNA中对应于氨基酸的核苷酸序列。
密码子（codon）：mRNA上3个相邻的核苷酸序列作为一个密码单位，称密码子。
反密码子：在tRNA链上有三个特定的碱基，组成一个密码子，由这些反密码子按碱基配对原则识别mRNA链上的密码子。反密码子与密码子的方向相反
密码子的推测方法：多核苷酸磷酸化酶法、核糖体结合技术。
密码子：64种，其中AUG是Met的密码，也是“起始”密码。UAA、UAG、UGA是终止密码，其他61种编码Aa。
遗传密码的基本特点
1. 密码无标点符号
2. 一般情况下遗传密码是不重叠的
3. 密码的简并性（degeneracy，意义？）
4. 密码的摆动性（wobble）
5.密码的通用性和变异性
6.起始密码子、终止密码子、氨基酸密码子、
selenocystein（称硒代半胱氨酸）
二、核糖体的组成和结构
原核生物核糖体
70S
50S
30S
5S rRNA， 23S rRNA
36种蛋白质
16S rRNA
21种蛋白质
真核生物核糖体
核糖体的功能
参与多肽链合成的启动、延长、终止和“移动”。
P位点(肽酰结合位)：大部分位于小亚基，用于接受新合成的肽链。
A位点(氨酰接受位点)：大部分位于大亚基，用于接受新的氨基酸。
E位点（脱肽酰-tRNA结合位）
三、转移RNA的功能
tRNA上与蛋白质合成有关的位点
（1）3′端Aa接受臂；
（2）氨酰-tRNA合成酶识别位点；
（3）核糖体识别位点；
（4）反密码子位点。
第二套密码系统
第二套密码系统包括：
tRNA中的某些碱基决定携带Aa的专一性。
氨酰-tRNA合成酶对Aa和tRNA都有专一性的要求。
tRNA携带专一性Aa并不需要完整的结构。
四、蛋白质生物合成的分子机制
蛋白质生物合成的方向：N端→C端
mRNA的翻译方向：5ˊ→3ˊ
蛋白质合成除需要Aa外，还需要ATP、GTP，一系列酶和许多辅助因子。翻译比DNA复制和转录更为复杂。
蛋白质生物合成的过程
（原核生物为例）
氨基酸活化
肽链合成的起始
肽链延长
肽链的终止和释放
肽链合成后的折叠和加工
（一）氨基酸的激活
总反应
由高度特异的氨酰-tRNA合成酶催化
(aminoacyl-tRNA synthetase)催化，反应分两步
（二）在核糖体上合成多肽
1.肽链合成的起始
并不是从mRNA5′端的第一个核苷酸开始的，而是位于5′端第25个残基以后。
起始密码上游10个核苷酸处一段富含嘌呤的序列称为SD序列，可以与16srRNA互补，使mRNA与小亚基结合。
起始复合物
需要大小亚基、mRNA、N-甲酰甲硫氨酸-tRNA、起始因子（IF1、IF2及IF3）及GTP参加。
起始复合物的形成分三步
进位：新的氨酰tRNA进入A位点
转肽：形成新的肽键
脱落：转肽后，P位点上的tRNA脱落
移位：核糖体沿mRNA发生移位，A位点带有肽链的tRNA移到P位点。
2.肽链的延长
（四）蛋白质合成所需的能量
若要合成100个Aa组成的肽链要消耗多少能量？
Aa活化 1ATP（2个～ 键）
起始 1GTP（1个～ 键）
延长 2GTP（2个～ 键）
终止 1GTP（1个～ 键）
P
P
P
P
原核生物
（五）蛋白质的定向转运
（1）定向转运：蛋白质定向地到达其执行功能的目标地点
（2）定向转运机制
信号肽理论：多肽链中的信号序列控制蛋白质在细胞内的转移和定位。
第十六章 物质代谢的调节控制
唐新德
MP:151********
tangxinde759@https://www.doczj.com/doc/dc4630245.html,
重点
别构调节和共价调节
Lac和Trp操纵子模型
一、酶水平的调节
酶的调节是通过控制酶的活性和酶的浓度来调节酶促反应的速度和方向，也就是调节代谢的速度和方向。
酶的调节是最基本的调节方式，是一切调节的基础。
1.酶活性的调节
酶活性调节的基础是酶分子的结构，导致酶结构改变的因素都可影响酶的活性。
（1）别构调节作用
（2）共价修饰调节作用
（1）别构调节作用
别构酶：寡聚酶，催化亚基、调节亚基
别构效应物： 底物、产物、终产物及小分子核苷酸类物质等
别构激活剂、别构抑制剂
P416表16-1
反馈调节
反馈调节（直接作用产物、终点产物调节或核苷酸类化合物）
正反馈（激活）和负反馈（抑制）
乙酰CoA抑制丙酮酸脱氢酶系中脱酸酶的活性，但又可激活丙酮酸羧化酶。
（2）共价修饰调节作用
通过对酶肽链上某些基团进行共价修饰，使酶处于活性与无活性的互变状态，从而调节酶的活性。
（去）磷酸化、（脱）乙酰化、（脱）腺苷酰化、（脱）尿苷酰化、（脱）甲基化、S-S/SH相互转变、 ADP-核糖基团 。
两种调节方式的区别
化学修饰调节引起酶分子共价键的变化，因其是酶促反应，对调节信号有放大作
用。
如肾上腺素（ACTH）和胰高血糖素对糖原磷酸化酶的激活。
2.基因表达的调节（酶浓度）
调节主要发生在：
转录水平：影响编码蛋白质的mRNA
翻译水平：调节多肽链合成和合成速率
（1）原核生物基因表达的调节
J.Monod和F.Jacob提出了乳糖发酵过程中酶活性调节的模型—乳糖操纵子模型（Lactose operon model）
诱导作用（induction）
指用诱导物（inducer）来促进细胞内酶的合成，这种作用称诱导作用。
阻遏作用（repression）
指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，这种作用称阻遏作用。
①酶合成的诱导作用
利用乳糖的三种酶是诱导产生的
β-半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成半乳糖和葡萄糖
β-半乳糖透性酶：促使乳糖通过细胞膜。
β-半乳糖苷转乙酰基酶：这酶的功能不清，可能是将不能代谢的乳糖类似物乙酰化，并将它们排出体外。
正调节作用
现在知道乳糖操纵子除需诱导物外，还需cAMP和cAMP受体蛋白（CRP或CAP），当cAMP与CRP结合成复合物时，这复合物能结合到启动子上，促使转录的起始。
②降解物的阻遏作用
有G和Lac共存时，先利用G。
G的降解产物能够抑制腺苷酸环化酶，降低cAMP浓度，因此cAMP-CAP复合物不能形成，不能转录。
③ 酶合成的阻遏作用
以E.coli Trp操纵子为例，Trp操纵子含有5个结构基因，它们编码的酶蛋白催化分支酸转变为Trp，Trp是辅阻遏物（corepressor）。
合成途径操纵子的衰减作用
生物合成的操纵子通常借助阻遏作用来调节有关酶类的合成，如Trp操纵子，但进一步研究发现还存在另一种转录水平上调节基因表达的衰减作用（attenuation），用以终止和减弱转录，这种调节作用的部位称衰减子（attenuator），是一种位于结构基因上游前导区的终止子。
前导区编码mRNA的前导序列（leader sequence），该序列可合成一段小肽（前导肽），它在翻译水平上控制前导区转录的终止。
阻遏和衰减机制虽然都是转录水平的调节，但它们的作用机制完全不同，前者控制转录的起始，后者控制转录起始后是否继续下去。衰减作用比之阻遏作用是更为精细的调节。
（2）真核生物基因表达的调控
转录前调控（基因修饰、丢失、重排等）
转录水平的调控
转录后调控（加工、转运）
翻译水平调控（mRNA的稳定性和起始频率）
翻译后调控（多肽的折叠和加工）
顺式作用元件（cis-acting elements）
DNA调控序列：启动子（promotor）和增强子（enhancer）
反式作用因子（trans-acting factors）： 大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用（DNA-蛋白质相互作用）反式激活另一基
因的转录，故称反式作用蛋白或反式作用因子。
蛋白质调控因子
谢谢！！