《基礎(chǔ)生物化學(xué)》word版

1、 生物化學(xué)第一章 氨基酸和蛋白質(zhì)一組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸的分類非極性氨基酸包括甘氨酸丙氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸苯丙氨酸脯氨酸極性氨基酸極性中性氨基酸色氨酸酪氨酸絲氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷氨酰胺蘇氨酸酸性氨基酸天冬氨酸谷氨酸堿性氨基酸賴氨酸精氨酸組氨酸其中屬于芳香族氨基酸的是色氨酸酪氨酸苯丙氨酸屬于亞氨基酸的是脯氨酸含硫氨基酸包括半胱氨酸蛋氨酸注意在識記時可以只記第一個字如堿性氨基酸包括賴精組二氨基酸的理化性質(zhì)兩性解離及等電點氨基酸分子中有游離的氨基和游離的羧基能與酸或堿類物質(zhì)結(jié)合成鹽故它是一種兩性電解質(zhì)在某一的溶液中氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等成為兼性離子呈電中性此時溶液的

2、稱為該氨基酸的等電點氨基酸的紫外吸收性質(zhì)芳香族氨基酸在280nm波長附近有最大的紫外吸收峰由于大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這些氨基酸殘基氨基酸殘基數(shù)與蛋白質(zhì)含量成正比故通過對280nm波長的紫外吸光度的測量可對蛋白質(zhì)溶液進(jìn)行定量分析茚三酮反應(yīng)氨基酸的氨基與茚三酮水合物反應(yīng)可生成藍(lán)紫色化合物此化合物最大吸收峰在570nm波長處由于此吸收峰值的大小與氨基酸釋放出的氨量成正比因此可作為氨基酸定量分析方法三肽兩分子氨基酸可借一分子所含的氨基與另一分子所帶的羧基脫去分子水縮合成最簡單的二肽二肽中游離的氨基和羧基繼續(xù)借脫水作用縮合連成多肽10個以內(nèi)氨基酸連接而成多肽稱為寡肽39個氨基酸殘基組成的促腎上腺皮質(zhì)激素稱為多

3、肽51個氨基酸殘基組成的胰島素歸為蛋白質(zhì)多肽連中的自由氨基末端稱為端自由羧基末端稱為端命名從端指向端人體內(nèi)存在許多具有生物活性的肽重要的有谷胱甘肽GSH是由谷半胱和甘氨酸組成的三肽半胱氨酸的巰基是該化合物的主要功能基團(tuán)GSH的巰基具有還原性可作為體內(nèi)重要的還原劑保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶分子中巰基免被氧化使蛋白質(zhì)或酶處于活性狀態(tài)四蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)即蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序主要化學(xué)鍵肽鍵有些蛋白質(zhì)還包含二硫鍵蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)包括二級三級四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)也就是該段肽鏈骨架原子的相對空間位置并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象二級結(jié)構(gòu)以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)

4、多為短距離效應(yīng)可分為-螺旋多肽鏈主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律地螺旋式上升順時鐘走向即右手螺旋每隔36個氨基酸殘基上升一圈螺距為0540nm-螺旋的每個肽鍵的-和第四個肽鍵的羧基氧形成氫鍵氫鍵的方向與螺旋長軸基本平形-折疊多肽鏈充分伸展各肽鍵平面折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)側(cè)鏈基團(tuán)交錯位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)上下方它們之間靠鏈間肽鍵羧基上的氧和亞氨基上的氫形成氫鍵維系構(gòu)象穩(wěn)定-轉(zhuǎn)角常發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180度回折時的轉(zhuǎn)角上常有個氨基酸殘基組成第二個殘基常為脯氨酸無規(guī)卷曲無確定規(guī)律性的那段肽鏈主要化學(xué)鍵氫鍵蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置顯示為長距離效應(yīng)主要化學(xué)鍵疏水鍵最主要鹽鍵二硫鍵氫鍵范德華力蛋白質(zhì)的

5、四級結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)分子的二三級結(jié)構(gòu)而言只涉及一條多肽鏈卷曲而成的蛋白質(zhì)在體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)分子含有二條或多條肽鏈每一條多肽鏈都有其完整的三級結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基與亞基之間呈特定的三維空間排布并以非共價鍵相連接這種蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用為四級結(jié)構(gòu)由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)沒有四級結(jié)構(gòu)主要化學(xué)鍵疏水鍵氫鍵離子鍵五蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象和特定生物學(xué)功能的基礎(chǔ)一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)其空間構(gòu)象以及功能也相似尿素或鹽酸胍可破壞次級鍵-巰基乙醇可破壞二硫鍵蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)特有性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)肌紅蛋白只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)易與氧氣結(jié)合氧解

6、離曲線呈直角雙曲線血紅蛋白具有個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)可結(jié)合分子氧成人由兩條-肽鏈141個氨基酸殘基和兩條-肽鏈146個氨基酸殘基組成在氧分壓較低時與氧氣結(jié)合較難氧解離曲線呈狀曲線因為第一個亞基與氧氣結(jié)合以后促進(jìn)第二及第三個亞基與氧氣的結(jié)合當(dāng)前三個亞基與氧氣結(jié)合后又大大促進(jìn)第四個亞基與氧氣結(jié)合稱正協(xié)同效應(yīng)結(jié)合氧后由緊張態(tài)變?yōu)樗沙趹B(tài)六蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的兩性電離蛋白質(zhì)兩端的氨基和羧基及側(cè)鏈中的某些基團(tuán)在一定的溶液條件下可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)蛋白質(zhì)的沉淀在適當(dāng)條件下蛋白質(zhì)從溶液中析出的現(xiàn)象包括a丙酮沉淀破壞水化層也可用乙醇b鹽析將硫酸銨硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液破壞在水溶液中的穩(wěn)定因素

7、電荷而沉淀蛋白質(zhì)變性在某些物理和化學(xué)因素作用下其特定的空間構(gòu)象被破壞從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失主要為二硫鍵和非共價鍵的破壞不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變變性后其溶解度降低粘度增加結(jié)晶能力消失生物活性喪失易被蛋白酶水解常見的導(dǎo)致變性的因素有加熱乙醇等有機(jī)溶劑強(qiáng)酸強(qiáng)堿重金屬離子及生物堿試劑超聲波紫外線震蕩等蛋白質(zhì)的紫外吸收由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸因此在280nm處有特征性吸收峰可用蛋白質(zhì)定量測定蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)a茚三酮反應(yīng)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸可發(fā)生此反應(yīng)詳見二b 雙縮脲反應(yīng)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸酮共熱呈現(xiàn)紫色或紅色氨基酸不出現(xiàn)此反應(yīng)蛋白質(zhì)水解加強(qiáng)氨基酸濃度

8、升高雙縮脲呈色深度下降可檢測蛋白質(zhì)水解程度七蛋白質(zhì)的分離和純化沉淀見六電泳蛋白質(zhì)在高于或低于其等電點的溶液中是帶電的在電場中能向電場的正極或負(fù)極移動根據(jù)支撐物不同有薄膜電泳凝膠電泳等透析利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法層析a離子交換層析利用蛋白質(zhì)的兩性游離性質(zhì)在某一特定時各蛋白質(zhì)的電荷量及性質(zhì)不同故可以通過離子交換層析得以分離如陰離子交換層析含負(fù)電量小的蛋白質(zhì)首先被洗脫下來b分子篩又稱凝膠過濾小分子蛋白質(zhì)進(jìn)入孔內(nèi)滯留時間長大分子蛋白質(zhì)不能時入孔內(nèi)而徑直流出超速離心既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋白質(zhì)的分子量不同蛋白質(zhì)其密度與形態(tài)各不相同而分開第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能一核酸

9、的分子組成基本組成單位是核苷酸而核苷酸則由堿基戊糖和磷酸三種成分連接而成兩類核酸脫氧核糖核酸DNA存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)核糖核酸RNA存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)堿基胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤嘌呤和嘧啶環(huán)中均含有共軛雙鍵因此對波長260nm左右的紫外光有較強(qiáng)吸收這一重要的理化性質(zhì)被用于對核酸核苷酸核苷及堿基進(jìn)行定性定量分析戊糖DNA分子的核苷酸的糖是-D-2-脫氧核糖RNA中為-D-核糖磷酸生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸的磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位碳原子上二核酸的一級結(jié)構(gòu)核苷酸在多肽鏈上的排列順序為核酸的一級結(jié)構(gòu)核苷酸之間通過35磷酸二酯鍵連接三DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是核酸的

10、二級結(jié)構(gòu)雙螺旋的骨架由糖和磷酸基構(gòu)成兩股鏈之間的堿基互補(bǔ)配對是遺傳信息傳遞者DNA半保留復(fù)制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要點aDNA是一反向平行的互補(bǔ)雙鏈結(jié)構(gòu)親水的脫氧核糖基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)而堿基位于內(nèi)側(cè)堿基之間以氫鍵相結(jié)合其中腺嘌呤始終與胸腺嘧啶配對形成兩個氫鍵鳥嘌呤始終與胞嘧啶配對形成三個氫鍵bDNA是右手螺旋結(jié)構(gòu)螺旋直徑為2nm每旋轉(zhuǎn)一周包含了10個堿基每個堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36度螺距為34nm每個堿基平面之間的距離為034nmcDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的維系橫向靠互補(bǔ)堿基的氫鍵維系縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持尤以后者為重要四RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DNA是遺傳信息的載體而遺傳作用是由蛋白質(zhì)功能

11、來體現(xiàn)的在兩者之間RNA起著中介作用其種類繁多分子較小一般以單鏈存在可有局部二級結(jié)構(gòu)各類RNA在遺傳信息表達(dá)為氨基酸序列過程中發(fā)揮不同作用如名稱 功能核蛋白體RNA rRNA 核蛋白體組成成分信使RNA mRNA 蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運RNA tRNA 轉(zhuǎn)運氨基酸信使RNA半衰期最短轉(zhuǎn)運RNA分子量最小tRNA分子中含有1020稀有堿基包括雙氫尿嘧啶假尿嘧啶和甲基化的嘌呤等二級結(jié)構(gòu)為三葉草形位于左右兩側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)分別稱為DHU環(huán)和T環(huán)位于下方的環(huán)叫作反密碼環(huán)反密碼環(huán)中間的3個堿基為反密碼子與mRNA上相應(yīng)的三聯(lián)體密碼子形成堿基互補(bǔ)所有tRNA3末端均有相同的CCA-OH結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)為倒L型功能是在

12、細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的戴本并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA核蛋白體RNA含量最多原核生物的rRNA的小亞基為16S大亞基為5S23S真核生物的rRNA的小亞基為18S大亞基為5S58S28S真核生物的18SrRNA的二級結(jié)構(gòu)呈花狀rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體它是蛋白質(zhì)合成機(jī)器核蛋白體的組成成分參與蛋白質(zhì)的合成核酶某些RNA 分子本身具有自我催化能可以完成rRNA的剪接這種具有催化作用的RNA稱為核酶五核酸的理化性質(zhì)DNA的變性在某些理化因素作用下如加熱DNA分子互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵斷裂使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散變成單鏈即為變性監(jiān)測是否發(fā)生變性的一個最常用的指標(biāo)是DNA在紫外區(qū)260nm波長

13、處的吸光值變化解鏈過程中吸光值增加并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系稱為DNA的增色效應(yīng)紫外光吸收值達(dá)到最大值的50時的溫度稱為DNA的解鏈溫度Tm一種DNA分子的Tm值大小與其所含堿基中的GC比例相關(guān)GC比例越高Tm值越高DNA的復(fù)性和雜交變性DNA在適當(dāng)條件下兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象這一現(xiàn)象稱為復(fù)性其過程為退火產(chǎn)生減色效應(yīng)不同來源的核酸變性后合并一起復(fù)性只要這些核苷酸序列可以形成堿基互補(bǔ)配對就會形成雜化雙鏈這一過程為雜交雜交可發(fā)生于DNADNA之間RNARNA之間以及RNADNA之間六核酸酶注意與核酶區(qū)別指所有可以水解核酸的酶在細(xì)胞內(nèi)催化核酸的降解可分為DNA酶和RNA酶外切酶和內(nèi)切

14、酶其中一部分具有嚴(yán)格的序列依賴性稱為限制性內(nèi)切酶第三章酶一酶的組成單純酶僅由氨基酸殘基構(gòu)成的酶結(jié)合酶酶蛋白決定反應(yīng)的特異性輔助因子決定反應(yīng)的種類與性質(zhì)可以為金屬離子或小分子有機(jī)化合物可分為輔酶與酶蛋白結(jié)合疏松可以用透析或超濾方法除去輔基與酶蛋白結(jié)合緊密不能用透析或超濾方法除去酶蛋白與輔助因子結(jié)合形成的復(fù)合物稱為全酶只有全酶才有催化作用參與組成輔酶的維生素轉(zhuǎn)移的基團(tuán) 輔酶或輔基 所含維生素氫原子 NAD、NADP 尼克酰胺維生素PPFMN、FAD 維生素B2醛基 TPP 維生素B1酰基 輔酶A、硫辛酸 泛酸硫辛酸烷基 鈷胺類輔酶類 維生素B12二氧化碳 生物素 生物素氨基 磷酸吡哆醛 吡哆醛維生

15、素B6甲基等一碳單位 四氫葉酸 葉酸二酶的活性中心酶的活性中心由酶作用的必需基團(tuán)組成這些必需基團(tuán)在空間位置上接近組成特定的空間結(jié)構(gòu)能與底物特異地結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物對結(jié)合酶來說輔助因子參與酶活性中心的組成但有一些必需基團(tuán)并不參加活性中心的組成三酶反應(yīng)動力學(xué)酶促反應(yīng)的速度取決于底物濃度酶濃度H溫度激動劑和抑制劑等底物濃度在底物濃度較低時反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而上升加大底物濃度反應(yīng)速度趨緩底物濃度進(jìn)一步增高反應(yīng)速度不再隨底物濃度增大而加快達(dá)最大反應(yīng)速度此時酶的活性中心被底物飽合米氏方程式VVSKmSa米氏常數(shù)Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大速度一半時的底物濃度bKm值愈小酶與底物的親和力愈大cKm

16、值是酶的特征性常數(shù)之一只與酶的結(jié)構(gòu)酶所催化的底物和反應(yīng)環(huán)境如溫度PH離子強(qiáng)度有關(guān)與酶的濃度無關(guān)dV是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速度與酶濃度呈正比酶濃度在酶促反應(yīng)系統(tǒng)中當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶濃度使酶被底物飽和時反應(yīng)速度與酶的濃度成正比關(guān)系溫度溫度對酶促反應(yīng)速度具有雙重影響升高溫度一方面可加快酶促反應(yīng)速度同時也增加酶的變性酶促反應(yīng)最快時的環(huán)境溫度稱為酶促反應(yīng)的最適溫度酶的活性雖然隨溫度的下降而降低但低溫一般不使酶破壞酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)它與反應(yīng)進(jìn)行的時間有關(guān)H酶活性受其反應(yīng)環(huán)境的PH影響且不同的酶對PH有不同要求酶活性最大的某一PH值為酶的最適PH值如胃蛋白酶的最適PH約為18肝精氨酸酶最適

17、PH為98但多數(shù)酶的最適PH接近中性最適PH不是酶的特征性常數(shù)它受底物濃度緩沖液的種類與濃度以及酶的純度等因素影響激活劑使酶由無活性或使酶活性增加的物質(zhì)稱為酶的激活劑大多為金屬離子也有許多有機(jī)化合物激活劑分為必需激活劑和非必需激活劑抑制劑凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)統(tǒng)稱為酶的抑制劑大多與酶的活性中心內(nèi)外必需基團(tuán)相結(jié)合從而抑制酶的催化活性可分為不可逆性抑制劑以共價鍵與酶活性中心上的必需基團(tuán)相結(jié)合使酶失活此種抑制劑不能用透析超濾等方法去除又可分為a專一性抑制劑如農(nóng)藥敵百蟲敵敵畏等有機(jī)磷化合物能特民地與膽堿酯酶活性中心絲氨酸殘基的羥基結(jié)合使酶失活解磷定可解除有機(jī)磷化合物對羥基酶的抑

18、制作用b非專一性抑制劑如低濃度的重金屬離子如汞離子銀離子可與酶分子的巰基結(jié)合使酶失活二巰基丙醇可解毒化學(xué)毒氣路易士氣是一種含砷的化合物能抑制體內(nèi)的巰基酶而使人畜中毒可逆性抑制劑通常以非共價鍵與酶和或酶底物復(fù)合物可逆性結(jié)合使酶活性降低或消失采用透析或超濾的方法可將抑制劑除去使酶恢復(fù)活性可分為a競爭性抑制劑與底物競爭酶的活性中心從而阻礙酶與底物結(jié)合形成中間產(chǎn)物如丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用磺胺類藥物由于化學(xué)結(jié)構(gòu)與對氨基苯甲酸相似是二氫葉酸合成酶的競爭抑制劑抑制二氫葉酸的合成許多抗代謝的抗癌藥物如氨甲蝶呤MTX5-氟尿嘧啶-FU 6-巰基嘌呤6-MP 等幾乎都是酶的競爭性抑制劑分別抑制四氫葉酸脫氧

19、胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成V不變Km值增大b非競爭性抑制劑與酶活性中心外的必需基團(tuán)結(jié)合不影響酶與底物的結(jié)合酶和底物的結(jié)合也不影響與抑制劑的結(jié)合V降低Km值不變c反競爭性抑制劑僅與酶和底物形成的中間產(chǎn)物結(jié)合使中間產(chǎn)物的量下降V Km均降低四酶活性的調(diào)節(jié)酶原的激活有些酶在細(xì)胞內(nèi)合成或初分泌時只是酶的無活性前體必須在一定條件下這些酶的前體水解一個或幾個特定的肽鍵致使構(gòu)象發(fā)生改變表現(xiàn)出酶的活性酶原的激活實際上是酶的活性中心形成或暴露的過程生理意義是避免細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白酶對細(xì)胞進(jìn)行自身消化并使酶在特定的部位環(huán)境中發(fā)揮作用保證體內(nèi)代謝正常進(jìn)行變構(gòu)酶體內(nèi)一些代謝物可以與某些酶分子活性中心外的某一部位可逆地結(jié)合使

20、酶發(fā)生變構(gòu)并改變其催化活性有變構(gòu)激活與變構(gòu)抑制酶的共價修飾調(diào)節(jié)酶蛋白肽鏈上的一些基團(tuán)可與某種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生可逆的共價結(jié)合從而改變酶的活性這一過程稱為酶的共價修飾在共價修飾過程中酶發(fā)生無活性與有活性兩種形式的互變酶的共價修飾包括磷酸化與脫磷酸化乙?；c脫乙酰化甲基化與脫甲基化腺苷化與脫腺苷化等其中以磷酸化修飾最為常見五同工酶同工酶是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶同工酶是由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈或由同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)翻譯后經(jīng)修飾生成的多分子形式不在同工酶之列同工酶存在于同一種屬或同一個體的不同組織或同一細(xì)胞的不

21、同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中如乳酸脫氫酶是四聚體酶亞基有兩型骨骼肌型M型和心肌型H型兩型亞基以不同比例組成五種同工酶如LDH1HHHH LDH2 HHHM等它們具有不同的電泳速度對同一底物表現(xiàn)不同的Km值單個亞基無酶的催化活性心肌腎以LDH1為主肝骨骼肌以LDH5為主肌酸激酶是二聚體亞基有M型肌型和B型腦型兩種腦中含CK1BB型骨骼肌中含CK3MM型CK2MB型僅見于心肌第章 糖代謝1糖的分解代謝一 多糖分解為單糖1 淀粉的酶解1胞外降解淀粉酶類和寡糖酶類配合作用對外源淀粉食物的酶水解是糖苷酶水解糖苷鍵-14-16淀粉酶類-淀粉酶內(nèi)切-14糖苷鍵產(chǎn)物是糊精和寡糖唾液胰液含有-淀粉酶非還原端兩兩外切-14糖苷

22、鍵產(chǎn)物是麥芽糖和分枝寡糖人不含有-淀粉酶非還原端外切-14和-16糖苷鍵產(chǎn)物是葡萄糖人含有R酶異淀粉酶內(nèi)切-16糖苷鍵產(chǎn)物是直鏈淀粉人不含有僅植物含有寡糖酶類麥芽糖酶蔗糖酶乳糖酶等2胞內(nèi)降解動物不存在胞內(nèi)降解淀粉問題植物的胞內(nèi)降解同胞外降解2 糖原的酶解1胞外降解同淀粉即動物將外源的糖原當(dāng)成了淀粉2胞內(nèi)降解糖原磷酸化酶從非還原端外切-14糖苷鍵外切的方式不是水解而是磷酸化產(chǎn)物G-1-P見P310脫枝酶同植物中的R酶內(nèi)切-16糖苷鍵3 纖維素的酶解只能胞外降解僅存于微生物中-葡萄糖苷酶纖維二糖酶專門水解纖維二糖中的-14糖苷鍵產(chǎn)物是葡萄糖見P22C1非還原端外切纖維二糖產(chǎn)物纖維二糖Cx內(nèi)切-14

23、糖苷鍵葡聚糖葡萄糖酶非還原端外切-14糖苷鍵產(chǎn)物葡萄糖二 單糖的無氧氧化在沒有氧氣的條件下葡萄糖降解并釋放能量的過程是葡萄糖的不完全氧化過程發(fā)生在胞漿中1 糖酵解途徑EMP1物質(zhì)代謝見P319注意其中的不可逆反應(yīng)每種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式自己查也可見BP128課間顯示2能量代謝消耗ATP2產(chǎn)生ATP22NADHH12凈產(chǎn)能6-8個ATP NADHH要從胞漿中穿梭到線粒體中才能制造ATP因為呼吸鏈在線粒體內(nèi)膜上穿梭過程有可能是免費的也有可能是花代價的1個ATP故每個胞漿中的NADHH最后能產(chǎn)生23個ATP2 乙醇發(fā)酵工廠生產(chǎn)酒精的過程要掌握從淀粉到酒精的全部變化過程狹義的發(fā)酵概念微生物通過無氧氧化將糖類轉(zhuǎn)

24、變成乙醇的過程廣義概念利用微生物生產(chǎn)一切產(chǎn)品的過程1物質(zhì)代謝EMP后加上丙酮酸脫羧和乙醛還原兩步見P3212能量代謝凈產(chǎn)能2個ATP3 乳酸發(fā)酵劇烈運動后缺氧肌肉發(fā)酸的道理1物質(zhì)代謝EMP后加上丙酮酸還原見P3202能量代謝凈產(chǎn)能2個ATP三 單糖的有氧氧化1 總過程EMP丙酮酸的氧化脫羧 TCA2 丙酮酸的氧化脫羧發(fā)生在線粒體中丙酮酸可以自由的穿過線粒體內(nèi)膜物質(zhì)代謝見P323能量代謝凈產(chǎn)生3個ATP3 三羧酸循環(huán)TCAKrebs循環(huán)諾貝爾獎得主發(fā)生在線粒體中物質(zhì)代謝見P329英文對照見BP132能量代謝產(chǎn)生ATP1NADHH3FADH21即1分子乙酰CoA凈產(chǎn)生12個ATP2分子就是24個3

25、關(guān)于環(huán)內(nèi)物質(zhì)的氧化以及草酰乙酸的補(bǔ)充TCA總的結(jié)果是乙酰CoA被完全氧化成了CO2和H2O而環(huán)上其它的物質(zhì)的量并沒有改變要使環(huán)上的物質(zhì)也徹底氧化則需要另一途徑來幫忙-丙酮酸羧化支路把線粒體中的草酰乙酸變成了胞漿中的丙酮酸下面就好氧化了當(dāng)乙酰CoA太多的時侯就得及時補(bǔ)充草酰乙酸或者蘋果酸以更多的啟動TCA補(bǔ)充的途徑一是丙酮酸羧化支路二是由蘋果酸酶一步轉(zhuǎn)化4 單糖的有氧氧化的生理意義1是生物獲取能量的主要途徑1分子葡萄糖經(jīng)過有氧氧化完全變成了CO2和H2O共釋放出可利用的能量3638個ATP能量利用率接近40對比一下無氧氧化乙醇或乳酸發(fā)酵只產(chǎn)生2個ATP2是物質(zhì)代謝的總樞紐許多非糖類物質(zhì)脂類蛋白質(zhì)

26、經(jīng)其它代謝途徑后可以轉(zhuǎn)變成為單糖有氧氧化途徑中的某些中間產(chǎn)物因此也就可以被徹底氧化為CO2和H2O反之單糖有氧氧化途徑中的某些中間產(chǎn)物也可以經(jīng)其它代謝途徑轉(zhuǎn)變成為非糖類物質(zhì)例如聯(lián)系糖與蛋白質(zhì)代謝的樞紐物質(zhì)丙酮酸AlaP320-酮戊二酸GluP329草酰乙酸AspP329等聯(lián)系糖與脂代謝的樞紐物質(zhì)3-P-甘油醛甘油乙酰CoA脂肪酸四 磷酸己糖路HMSHexose Monophosphate Shunt或磷酸戊糖途徑單糖的無氧氧化和有氧氧化是細(xì)胞內(nèi)主要的糖分解途徑但不是僅有的將上述兩種途徑阻塞后用酶抑制劑糖的氧化照樣進(jìn)行由此發(fā)現(xiàn)了單糖的另一種分解代謝方式HMS地點胞獎1 物質(zhì)代謝見P336第一第二

27、步為氧化反應(yīng)脫氫產(chǎn)生能量物質(zhì)其他各步均為異構(gòu)和移換反應(yīng)沒有能量變化2 能量代謝在P336的圖中3分子的G-6-P產(chǎn)生6分子的NADPHH和1分子3-P-甘油醛同時又返回2分子的G-6-P也就是1分子的G-6-P產(chǎn)生6分子的NADPHH和1分子3-P-甘油醛那么2分子的G-6-P產(chǎn)生12分子的NADPHH和2分子3-P-甘油醛其中2分子3-P-甘油醛可以通過EMP的逆過程變成G-6-P這樣1分子的G-6-P凈產(chǎn)生12分子的NADPHH它的穿梭總是免費的合36分子的ATP1分子的葡萄糖就可以產(chǎn)生35分子的ATP3 生理意義1是生物獲取能量的另一重要途徑尤其在線粒體壞死的細(xì)胞中上升為主要供能方式在肝

28、骨髓脂肪組織和腺體中本來就進(jìn)行旺盛1分子的葡萄糖就可以產(chǎn)生35分子的ATP僅次于糖的有氧氧化36382它是聯(lián)系己糖與戊糖糖的分解與光合作用糖類與核酸代謝的樞紐這些代謝的中間產(chǎn)物可以進(jìn)入HMS同時HMS中的中間產(chǎn)物也可以成為合成其他物質(zhì)的原料例如5-P-核糖糖與核酸5-P-核酮糖HMS與光合作用3-P-甘油醛HMS與EMP等3HMS產(chǎn)生的大量NADPHH并不主要用于供能而是主要作為供氫體參與物質(zhì)的合成代謝以及作為還原劑起作用例如保持GSH血紅蛋白紅血球的還原狀態(tài)2糖的合成代謝包括2個方面一是動物體內(nèi)的糖異生和糖原合成二是植物體內(nèi)的光合作用和淀粉形成一 糖異生非糖類物質(zhì)通過EMP的逆過程生成單糖G

29、的過程非糖類物質(zhì)主要有乳酸甘油AA等最旺盛的場所是肝細(xì)胞的胞漿第五章脂類代謝 概 述一脂類的概念 脂類lipids是脂肪fat及類脂lipoid的總稱是一類不溶于水而易溶于有機(jī)溶劑并能為機(jī)體利用的有機(jī)化合物 二復(fù)習(xí)脂肪的化學(xué)組成 脂肪是由一分子甘油和三分子脂酸以酯鍵相連而成因此稱為三脂肪酸甘油酯或稱甘油三酯triglyceride TG圖5-1 一脂肪酸脂酸fatty acidFA的分類脂酸是含有羧基的碳?xì)滏湴雌浣Y(jié)構(gòu)有不同的分類方法 1按脂酸碳鏈的長短分為短鏈24C中鏈610C和長鏈1226C脂酸一般將12C原子以下的脂酸稱為中短鏈脂酸而12C原子以上的脂酸稱為長鏈脂酸 2按脂酸的碳原子數(shù)目分

30、為奇數(shù)脂酸與偶數(shù)脂酸主要是偶數(shù)脂酸如軟脂酸硬脂酸油酸等二脂酸的-氧化 除腦組織外大多數(shù)組織均能氧化FA但以肝及肌肉最活躍可分為三個階段 FA的活化脂酰CoA的生成在線粒體外進(jìn)行活化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體外膜上的脂酰CoA合成酶acyl-CoA synthetase在ATPCoAMg2存在下催化FA活化生成脂酰CoA FAATPCoA脂酰CoAAMPPPi 脂酰CoA進(jìn)入線粒體 氧化脂酰CoA的酶系分布在線粒體內(nèi)需以肉堿carnitine為載體轉(zhuǎn)運脂酰CoA線粒體內(nèi)膜外側(cè)面存在的肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶 carnitin acyl transferaseCAT- 催化長鏈脂酰CoA與肉堿合成脂酰肉堿后者在線粒體內(nèi)

31、膜內(nèi)側(cè)面的肉堿-脂酰肉堿轉(zhuǎn)位酶作用下通過內(nèi)膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)內(nèi)進(jìn)入線粒體內(nèi)的脂酰肉堿在線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)面的CAT-的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橹oA并釋出肉堿 圖5-11見六版教材圖5-2 CAT-是脂酸-氧化的限速酶脂酰CoA進(jìn)入線粒體是脂酸-氧化的主要限速步驟當(dāng)饑餓高脂低糖膳食或糖尿病時機(jī)體不能利用糖需用FA供能此時CAT-活性增加FA氧化增強(qiáng)而飽食后TG合成及丙二酰CoA增加后者抑制CAT-I活性則抑制FA的氧化 脂酸的-氧化 脂酰CoA進(jìn)入線粒體基質(zhì)后在脂酸-氧化多酶復(fù)合體催化下從脂?；?碳原子開始進(jìn)行脫氫加水再脫氫及硫解等四步連續(xù)反應(yīng)脂?；鶖嗔焉?分子比原來少2個碳原子的脂酰CoA及l(fā)分子乙酰

32、CoA 圖5-12見六版教材圖5-3 圖5-12 脂酸的-氧化 脂酸-氧化的過程如下 脫氫由脂酰CoA脫氫酶催化脫下的2H由FAD接受生成FADH2 加水由2烯酰水化酶催化下加水生成L -羥脂酰CoA 再脫氫由-羥脂酰CoA脫氫酶催化脫下的2H由NAD接受生成NADHH 硫解由-酮脂酰CoA硫解酶催化生成1分子乙酰CoA和少2個碳原子的脂酰CoA 如此反復(fù)進(jìn)行直至完成脂酸-氧化 FA經(jīng)-氧化生成大量的乙酰CoA乙酰CoA進(jìn)入TAC徹底氧化但在肝中FA-氧化生成的乙酰CoA除進(jìn)入TAC徹底氧化之外還是合成酮體的原料以酮體形式供肝外組織氧化利用 FA氧化的能量生成 以軟脂酸C16為例經(jīng)過7次-氧化

33、最終生成8分子乙酰CoA7分子FADH2和NADHH每分子FADH2通過呼吸鏈氧化產(chǎn)生2分子ATP每分子NADHH 氧化產(chǎn)生3分子ATP每分子乙酰CoA經(jīng)TAC氧化產(chǎn)生12分子ATP因此1分子軟脂酸徹底氧化分解成CO2和H2O共生成1282737131分子ATP減去FA活化時耗去的2個高能磷酸鍵凈生成129分子ATP相當(dāng)于5161296659kJmol1mol軟脂酸在體外徹底氧化成CO2和H2O時所釋放的自由能為9791kJ因此其能量利用效率為66569791 068即68 由此可見FA與Glc一樣都是機(jī)體重要能源物質(zhì)而且比1mol Glc所生成的ATP數(shù)高得多 四酮體的生成及利用 酮體的概念

34、 乙酰乙酸acetoacetate-羥丁酸-hydroxybutyrate及丙酮acetone三者統(tǒng)稱酮體ketone bodies酮體是FA在肝中氧化分解時特有的中間代謝物由于肝臟具有活性較強(qiáng)的合成酮體的酶系而又缺乏利用酮體的酶系 肝線粒體內(nèi)含有各種合成酮體的酶類尤其是HMG-CoA合成酶因此生成酮體是肝特有的功能但是肝氧化酮體的酶活性很低因此肝不能氧化酮體肝產(chǎn)生的酮體透過細(xì)胞膜進(jìn)入血液運輸?shù)礁瓮饨M織進(jìn)一步分解氧化3酮體生成的生理意義 酮體是FA在肝內(nèi)正常的中間代謝產(chǎn)物是肝輸出能源的一種形式酮體溶于水分子小能通過血腦屏障及肌肉毛細(xì)血管壁是肌肉尤其是腦組織的重要能源腦組織不能氧化FA卻能利用酮

35、體長期饑餓糖供應(yīng)不足時酮體可以代替葡萄糖成為腦組織及肌肉的主要能源 第六章生物氧化 Biological Oxidation 概 述 物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱為生物氧化主要是指糖脂肪蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐步釋放能量最終生成二氧化碳和水的過程 生物氧化中物質(zhì)的氧化方式的基本規(guī)律 1氧化還原一般規(guī)律有加氧脫氫失電子 2物質(zhì)體內(nèi)外氧化時所消耗氧量終產(chǎn)物CO2和H2O和釋放能量均相同 3生物氧化是在細(xì)胞內(nèi)溫和環(huán)境中在一系列酶的催化下反應(yīng)逐步進(jìn)行的能量逐步釋放有利于ATP的形成 4脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生水CO2是由有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生而體外水由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成能量是突然釋放的 本章的重點是介紹線粒

36、體生成ATP的氧化體系線粒體內(nèi)生物氧化大致可分為三個階段 第一階段糖脂類蛋白質(zhì)分解為其基本單位 第二階段糖脂類氨基酸經(jīng)一系列反應(yīng)生成乙酰CoA 第三階段三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化第一節(jié)生成ATP的氧化體系 Oxidative system generating ATP 代謝物脫下的成對氫2H通過多種酶和輔酶所催化的反應(yīng)逐步傳遞最終與氧結(jié)合生成水在傳遞過程中釋放的能量使ADP磷酸化生成ATP 一呼吸鏈呼吸鏈的組成 呼吸鏈代謝物脫下的氫經(jīng)一定順序排列的氫遞體或電子遞體傳遞與氧生成水的完整體系 由四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體組成圖6-1 1復(fù)合體INADH-泛醌還原酶 功能將電子從NADH傳遞給泛醌

37、組成黃素蛋白flavoprotein輔基為FMNflavin mononucleotide鐵硫蛋白iron-sulfur protein輔基為鐵硫簇iron-sulfur clusterFe-S 1黃素蛋白FMN中含有核黃素其發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)是異咯嗪環(huán)屬于氫遞體 2鐵硫蛋白Fe-S含有等量的鐵原子和硫原子Fe2S2Fe4S4通過其中的鐵原子與鐵硫蛋白中半胱氨酸殘基的硫相連圖6-2鐵硫簇中的鐵原子可進(jìn)行Fe2 Fe3 e反應(yīng)而傳遞電子屬于單電子遞體鐵硫蛋白一般與其它復(fù)合體成分結(jié)合在一起發(fā)揮作用 3泛醌即輔酶Qcoenzyme QCoQ是一種脂溶性醌類化合物它有較長的多個異戊烯構(gòu)成的側(cè)鏈因側(cè)鏈的疏水

38、作用它能在線粒體內(nèi)膜內(nèi)迅速擴(kuò)散具有流動性它極易從線粒體內(nèi)膜中分離出來故不包含在上述復(fù)合體中人的CoQ側(cè)鏈由10個異戊烯單位組成用CoQ10表示泛醌屬于氫遞體 2復(fù)合體II琥珀酸-泛醌還原酶 功能將琥珀酸脫下的氫傳遞給泛醌 組成黃素蛋白輔基為FADflavin adenine dinucleotide鐵硫蛋白細(xì)胞色素b560cytochrome b560Cyt b5601細(xì)胞色素類 特點以鐵卟啉為輔基由于吸收光譜不同參與呼吸鏈組成的細(xì)胞色素有a bc三類每一類中又因最大吸收峰的微小差別再分為幾種亞類 結(jié)構(gòu)細(xì)胞色素bc的鐵卟啉都是鐵卟啉與血紅素相同細(xì)胞色素a的卟啉環(huán)中有一個甲基被甲?；〈粋€乙烯

39、基側(cè)鏈被多聚異戊烯長鏈取代細(xì)胞色素b是跨膜蛋白有b560b562b566三個亞類細(xì)胞色素C是以乙烯基與蛋白部分的半胱氨酸殘基SH連接松弛地結(jié)合于線粒體內(nèi)膜表面有cc1二個亞類人細(xì)胞色素a和a3結(jié)合緊密很難分離故稱之為Cyt aa3細(xì)胞色素類鐵卟啉輔基的鐵原子可進(jìn)行Fe2Fe3e反應(yīng)而傳遞電子屬于單電子遞體 3復(fù)合體泛醌-細(xì)胞色素c還原酶 功能將電子從CoQ傳遞給Cyt c 組成Cyt b562Cyt b566Cyt c1鐵硫蛋白 Cyt c呈水溶性與線粒體內(nèi)膜外表面結(jié)合不緊密極易與線粒體內(nèi)膜分離故不包含在上述復(fù)合體中 4復(fù)合體細(xì)胞色素c氧化酶 功能將電子從Cyt c傳遞給氧 組成Cyt aa3

40、 Cyt aa3中含有2個鐵卟啉輔基和2個銅原子2個銅原子分別與2個鐵卟啉輔基相連銅原子可進(jìn)行CuCu2e反應(yīng)傳遞電子二呼吸鏈呼吸鏈的排列順序 1實驗根據(jù) 根據(jù)呼吸鏈各組分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位由低到高的排列順序電位低容易失去電子表6-2 表6-2呼吸鏈中各種氧化還原對的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 體外將呼吸鏈拆開和重組鑒定四種復(fù)合體的組成和排列 利用特異的抑制劑阻斷某一組分的電子傳遞在阻斷部位以前的組分處于還原狀態(tài)后面組分處于氧化狀態(tài) 利用呼吸鏈各組分特有的吸收光譜 2兩條氧化呼吸鏈圖6-3 NADH氧化呼吸鏈 琥珀酸氧化呼吸鏈 呼吸鏈特點凡是脫下的氫交給NADH進(jìn)入NADH氧化呼吸鏈凡是脫下的氫交給FA

41、D2H進(jìn)入琥珀酸氧化呼吸鏈 問題1舉例說明二條呼吸鏈排列順序 2在呼吸鏈中細(xì)胞色素類的排列順序 3細(xì)胞色素類都能將電子傳遞給氧嗎3呼吸鏈傳遞的生理意義 增強(qiáng)氧的氧化能力體內(nèi)氧不能直接與氫結(jié)合生成水經(jīng)呼吸鏈傳遞氫就能與氧生成水所以增強(qiáng)氧的氧化能力 逐步釋放能量逐步釋放的能量有利于ATP的形成 以上所述是講述H2O的生成過程那么ATP又是如何生成的呢 三氧化磷酸化oxidative phosphorylation 氧化磷酸化定義代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈電子傳遞生成水同時逐步釋放能量使ADP磷酸化生成ATP的過程一氧化磷酸化偶聯(lián)部位 1實驗根據(jù) PO 比值 定義每消耗1mol氧原子所消耗的無機(jī)磷的摩爾

42、數(shù)消耗氧原子的同時消耗無機(jī)磷 已知-羥丁酸的氧化是通過NADH氧化呼吸鏈測得PO比值接近3即生成3分子ATP琥珀酸氧化時測得PO比值接近2即生成2分子ATP因此表明在NADH與CoQ之間存在偶聯(lián)部位 抗壞血酸氧化的PO比值接近1還原型Cyt c則經(jīng)Cyt aa3被氧化PO比值接近1從-羥丁酸琥珀酸和還原型Cyt c氧化時PO比值的比較表明NADH呼吸鏈存在三個偶聯(lián)部位琥珀酸呼吸鏈存在兩個偶聯(lián)部位表6-3 自由能變化 通過各段測得標(biāo)準(zhǔn)自由能變化NADHCoQCoQCyt cCyt aa312 O2計算結(jié)果可見以上三個偶聯(lián)部位均足夠提供生成ATP所需能量 2氧化磷酸化偶聯(lián)部位 從圖可見代謝物脫下的

43、一對氫經(jīng)NADH氧化呼吸鏈傳遞生成水可生成3分子ATP 代謝物脫下的一對氫經(jīng)FADH2氧化呼吸鏈傳遞生成水可生成2分子ATP 問題舉例說明ATP生成方式提示ATP生成的方式有底物水平磷酸化和氧化磷酸化共舉三個例加以說明 二氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制 1化學(xué)滲透學(xué)說chemiosmotic hypothesis圖6-4 化學(xué)滲透學(xué)說是20世紀(jì)60年代由Peter Mitchell提出的1978年獲諾貝爾化學(xué)獎 其基本要點 1呼吸鏈各組分不均一分布在內(nèi)膜中共構(gòu)成3個回路間隔定向排列 2線粒體內(nèi)膜不允許H自由通過H質(zhì)子從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)到內(nèi)膜外側(cè)產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度跨膜電位差以此儲存能量 3每個回路均有

44、質(zhì)子泵作用共泵出三對氫質(zhì)子當(dāng)氫質(zhì)子回流時通過ATP合酶趨動ADP與Pi生成ATPMitchell的假說中還有不少問題例如泵出質(zhì)子對的確切數(shù)目與ATP合成的關(guān)系呼吸鏈排列順序等近來還有不同意見但到目前為止這個假說的基本概念仍為多數(shù)人接受還沒有其它假說可以取代 2ATP合酶ATP synthase 1結(jié)構(gòu)由F0疏水部分和F1親水部分組成圖6-5 F1構(gòu)成ATP合酶頭部和一部分柄部 特點 五種不同亞基構(gòu)成33約371KD還有較小的肽約810條多肽鏈 功能生成ATP如分離F1則喪失生成ATP的功能但保留ATP的水解活性 亞基必須和亞基結(jié)合才具有催化活性具有六個結(jié)合核苷酸部位亞基控制質(zhì)子通道的閘門作用亞

45、基可能參與質(zhì)子通道的形成 F0構(gòu)成ATP合酶的底部和部分柄部 特點 有abc三類亞基構(gòu)成ab2cn 構(gòu)成質(zhì)子通道 具有對寡霉素敏感的蛋白OSCPoligomycin- sensitivity-conferring protein存在當(dāng)存在有寡霉素時不能生成ATP 2ATP合成機(jī)制 美國科學(xué)院院士加州大學(xué)的保羅博耶教授和丹麥學(xué)者匹斯斯克提出ATP合成的機(jī)制是結(jié)合變化機(jī)制和旋轉(zhuǎn)催化機(jī)制二人共同分享1997年諾貝爾化學(xué)獎 第三節(jié) 氨基酸的一般代謝General Metabolism of Amino Acids 一氨基酸的脫氨基作用 AA的分解代謝主要是通過脫氨基作用生成氨和-酮酸脫氨基方式主要有三

46、種 一L-谷氨酸氧化脫氨基作用 L-谷氨酸脫氫酶L-glutamate dehydrogenase輔酶是NAD或NADP廣泛存在于肝腎腦等組織活性高特異性強(qiáng)只催化L-谷氨酸氧化脫氨 L-谷氨酸 NAD-酮戊二酸 NH3 NADHH L-谷氨酸脫氫酶受GTP和ATP的變構(gòu)抑制而受GDP和ADP的變構(gòu)激活當(dāng)體內(nèi)GTP和ATP不足時谷氨酸加速氧化脫氨這對于AA氧化供能起著重要的調(diào)節(jié)作用 二轉(zhuǎn)氨基作用transamination 轉(zhuǎn)氨酶催化某一AA的-氨基轉(zhuǎn)移到另一種-酮酸的酮基上生成相應(yīng)的AA原來的AA則轉(zhuǎn)變成-酮酸-ketoacid稱為轉(zhuǎn)氨基作用既是AA的分解代謝過程也是體內(nèi)合成非必需AA的重要途

47、徑 除賴氨酸脯氨酸及羥脯氨酸外體內(nèi)AA都有各自相應(yīng)的轉(zhuǎn)氨酶在各種轉(zhuǎn)氨酶中以L-谷氨酸與-酮酸的轉(zhuǎn)氨酶最為重要如GPTglutamic pyruvic transaminase又稱ALT和GOTglutamic oxaloacetic transaminase又稱AST 谷氨酸丙酮酸-酮戊二酸丙氨酸 谷氨酸草酰乙酸-酮戊二酸天冬氨酸 它們在體內(nèi)廣泛存在但各組織中含量不等表7-1 表7-1 正常成人各組織中GOT及GPT活性 正常時轉(zhuǎn)氨酶主要存在于細(xì)胞內(nèi)而血清中的活性很低病理狀態(tài)下細(xì)胞膜通透性增高或細(xì)胞破壞大量轉(zhuǎn)氨酶釋放入血則血清中轉(zhuǎn)氨酶活性明顯升高如急性肝炎患者血清GPT活性顯著升高心肌梗死患者

48、血清中GOT明顯上升臨床上可以此作為疾病診斷和預(yù)后的指標(biāo)之一轉(zhuǎn)氨酶的輔酶都是維生素B6的磷酸酯即磷酸吡哆醛它結(jié)合于轉(zhuǎn)氨酶活性中心賴氨酸-NH2上在轉(zhuǎn)氨酶的催化下磷酸吡哆醛與磷酸吡哆胺的相互轉(zhuǎn)變起著傳遞氨基的作用 三聯(lián)合脫氨基作用 將轉(zhuǎn)氨基作用與L-谷氨酸氧化脫氨基作用聯(lián)合進(jìn)行稱為聯(lián)合脫氨基作用圖7-5它是體內(nèi)各種AA脫氨基的主要方式其過程是AA與-酮戊二酸先進(jìn)行轉(zhuǎn)氨基作用生成相應(yīng)的-酮酸和L-谷氨酸然后L-谷氨酸再經(jīng)L-谷氨酸脫氫酶作用脫去氨基而生成-酮戊二酸后者再繼續(xù)參加轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨基作用的全過程是可逆的因此也是體內(nèi)合成非必需氨基酸的主要途徑 在骨骼肌和心肌中L-谷氨酸脫氫酶的活性低難

49、于進(jìn)行聯(lián)合脫氨基作用其AA是通過嘌呤核苷酸循環(huán)脫去氨基它是另一種形式的聯(lián)合脫氨基作用圖7-6 三體內(nèi)氨的去路 正常情況下體內(nèi)的氨主要在肝中合成尿素而解毒正常成人尿素占排氮總量的8090只有少部分氨在腎以銨鹽形式由尿排出也參與合成非必需氨基酸和核苷酸等體內(nèi)氨的來源與去路保持動態(tài)平衡使血氨濃度相對穩(wěn)定以下主要介紹尿素的合成 一尿素合成的主要器官及鳥氨酸循環(huán) 從動物實驗和臨床觀察兩個方面證明肝臟是尿素合成的主要器官如將動物犬的肝切除則血液及尿中尿素含量明顯降低若只切除犬的腎而保留肝則尿素仍可合成但不能排出因此血中尿素濃度明顯升高若將犬的肝腎同時切除則血中尿素含量可維持在較低水平而血氨濃度顯著升高另從

50、臨床觀察可見肝壞死患者血及尿中幾乎不含尿素而氨基酸含量增多由此可見肝臟是尿素合成的主要器官腎及腦等組織雖然也能合成尿素但合成量甚少 肝臟如何合成尿素早在1932年德國學(xué)者Hans Krebs和Kurt Henseleit根據(jù)一系列實驗首次提出了鳥氨酸循環(huán)Ornithine cycle學(xué)說又稱尿素循環(huán)urea cycle或Krebs- Henseleit循環(huán)隨后用同位素標(biāo)記實驗進(jìn)一步證實了尿素可由氨與CO2合成 二鳥氨酸循環(huán)的詳細(xì)過程 氨甲酰磷酸的合成CO2NH32ATP氨甲酰磷酸2ADPPi 由氨甲酰磷酸合成酶-carbamoyl phosphate synthetaseCPS-催化N-乙酰谷

51、氨酸N-acetyl glutamatic acidAGA是此酶的變構(gòu)激活劑 瓜氨酸的合成在鳥氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶ornithine carbamoyl transferaseOCT催化下氨甲酰磷酸與鳥氨酸縮合生成瓜氨酸OCT常與CPS-結(jié)合成酶的復(fù)合體存在于線粒體 精氨酸的合成進(jìn)入胞液的瓜氨酸經(jīng)精氨酸代琥珀酸合成酶arginino-succinate synthetase催化ATP供能與天冬氨酸結(jié)合生成精氨酸代琥珀酸精氨酸代琥珀酸再經(jīng)精氨酸代琥珀酸裂解酶arginino- succinate lyase的催化裂解成精氨酸及延胡索酸 上述合成反應(yīng)不可逆天冬氨酸起著供給氨基的作用天冬氨酸的氨基可經(jīng)轉(zhuǎn)

52、氨基來自谷氨酸而谷氨酸的氨基又可來自體內(nèi)多種AA由此可見多種AA的氨基也可通過天冬氨酸的形式參與尿素合成 由上圖可見精氨酸代琥珀酸裂解產(chǎn)生的延胡索酸可經(jīng)三羧酸循環(huán)的中間步驟轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岷笳吲c谷氨酸進(jìn)行轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)又可重新生成天冬氨酸因此通過延胡索酸和天冬氨酸使尿素循環(huán)與三羧酸循環(huán)聯(lián)系起來 精氨酸水解生成尿素 精氨酸在胞液中精氨酸酶的作用下水解生成尿素和鳥氨酸鳥氨酸通過線粒體內(nèi)膜上載體的轉(zhuǎn)運再進(jìn)入線粒體并參與瓜氨酸合成如此反復(fù)完成尿素循環(huán)尿素作為代謝終產(chǎn)物經(jīng)腎排出體外圖7-9 小結(jié)尿素分子中碳原子來自肝線粒體內(nèi)的CO2而兩個NH3則1個來自氨另1個來自天冬氨酸合成1分子尿素需消耗4個高能磷酸鍵第

53、三篇 基因信息的傳遞flow of gene information 從生物化學(xué)意義上說基因是為生物活性產(chǎn)物編碼的DNA功能片段這些產(chǎn)物主要是蛋白質(zhì)或是各種RNA蛋白質(zhì)是生命活動的執(zhí)行者通過基因轉(zhuǎn)錄和翻譯由DNA決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)從而決定蛋白質(zhì)的功能DNA還通過復(fù)制將基因信息代代相傳1958年F Crick把上述遺傳信息的傳遞方式歸納為遺傳的中心法則1970年逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后中心法則得以補(bǔ)充稱為補(bǔ)充了的中心法則 遺傳的中心法則體現(xiàn)了以下的內(nèi)容DNA通過復(fù)制可將基因信息代代相傳DNA通過基因表達(dá)決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能RNA參與DNA遺傳信息的表達(dá)RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體從中心法則

54、我們還知道DNA的生物合成有兩種方式DNA復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄以DNA復(fù)制為主要方式RNA的生物合成也有兩種方式轉(zhuǎn)錄和RNA復(fù)制以轉(zhuǎn)錄為主要方式 本篇的主要內(nèi)容有復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯基因表達(dá)調(diào)控和基因工程其中 基因表達(dá) 指通過轉(zhuǎn)錄和翻譯將DNA分子上AGCT四個符號所包含的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子上20種氨基酸的信息 第十章 DNA的生物合成復(fù)制 biosynthesis of DNA 復(fù)制 replication 是指由親代DNA合成兩個相同的子代DNA的過程 本章主要內(nèi)容復(fù)制的特征參與復(fù)制的物質(zhì)復(fù)制的過程DNA損傷與修復(fù)逆轉(zhuǎn)錄生成DNA 第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律basic laws of replication

55、 親代雙鏈復(fù)制出子代雙鏈的DNA有三種可能情況即全保留式半保留式和混合式的復(fù)制見圖103最早證明DNA半保留復(fù)制的實驗是由M Meselson和W F Stahl完成的他們利用Ecoli能利用NH4Cl作為氮源合成DNA的特性將Ecoli在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一直到所有細(xì)胞的DNA都含有了重氮15NH然后再將細(xì)胞轉(zhuǎn)到含14NH4Cl的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)新合成的DNA應(yīng)該含有輕氮14NL收集不同時期的培養(yǎng)物提取細(xì)胞DNA并經(jīng)密度梯度離心分析按照15N-DNAH和14N-DNAL密度的不同可區(qū)分H-HL-L和H-L三種雙螺旋DNA分子結(jié)果發(fā)現(xiàn)子代DNA分子中一條鏈為15N-DNAH另一條鏈

56、為14N-DNAL隨著代數(shù)的增加15N-DNAH按18116等的方式逐漸減少由此證實DNA復(fù)制是半保留的見圖102隨后有人采用培養(yǎng)植物細(xì)胞的方式證明了真核細(xì)胞染色體DNA的復(fù)制也是半保留復(fù)制可見真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的DNA復(fù)制都是采用半保留復(fù)制機(jī)理 半保留復(fù)制 semiconservative replication 當(dāng)DNA進(jìn)行復(fù)制時雙螺旋結(jié)構(gòu)解開成兩條單鏈各自作為模板合成與之互補(bǔ)的新鏈在子代DNA雙鏈中一條是來自于親代另一條完全重新合成這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制見圖101 半保留復(fù)制的意義按半保留復(fù)制方式子代DNA與親代DNA的堿基序列一致即子代保留了親代的全部遺傳信息體現(xiàn)了遺傳的保守性遺傳

57、的保守性是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)但不是絕對的 雙向復(fù)制 bidirectional replication 原核生物基因組是環(huán)狀DNA只有一個復(fù)制起點origin復(fù)制時DNA從起始點向兩個方向解鏈形成兩個延伸方向相反的復(fù)制叉稱為雙向復(fù)制從圖104可以看到最早生成兩個方向相反的引物和兩個延伸方向相反的復(fù)制叉復(fù)制叉是指DNA雙鏈解開分成兩股各自作為模板子鏈沿著模板延長所形成的Y字形結(jié)構(gòu) 真核生物的染色體龐大復(fù)雜有多個復(fù)制起始點同時進(jìn)行多個DNA片段的復(fù)制兩個起始點之間的DNA片段稱為一個復(fù)制子replicon見圖105真核生物也是雙向復(fù)制 復(fù)制的半不連續(xù)性semidiscontinuous repl

58、ication 在同一復(fù)制叉上解鏈的方向只能有一個因此順著解鏈方向而生成的子鏈復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈leading strand而另一股鏈復(fù)制的方向卻與解鏈方向相反這股鏈的復(fù)制必須等待模板鏈解開至足夠長度才能從53方向生成引物然后復(fù)制這股鏈在延長時又要等到下一段暴露出足夠長度的模板再次生成引物而延長這一股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈lagging strand由于領(lǐng)頭鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的而隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的見圖106所以DNA復(fù)制是半不連續(xù)復(fù)制 第二節(jié)DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化 復(fù)制是在酶催化下的核苷酸聚合過程需要多種高分子物質(zhì)的共同參與 參與DNA復(fù)制的酶類等物質(zhì)有 底物為d

59、NTP 模板為解開成單鏈的DNA母鏈 聚合酶為依賴DNA的DNA聚合酶 引物酶primaseDNA聚合酶不能催化兩個游離的dNTP互相聚合第一個dNTP是聚合到已有的寡核苷酸的3-OH末端上然后繼續(xù)延長這一短鏈RNA稱為引物它是由引物酶催化合成的 其他酶和蛋白質(zhì)因子 一DNA聚合酶DNA polymeraseDNA-pol DNA聚合酶是指能以DNA為模板合成與模板互補(bǔ)配對的新DNA鏈的酶原核生物有DNA-pol IDNA-pol IIDNA-pol III等真核生物有DNA-pol DNA聚合酶具有以下活性53DNA聚合酶活性53外切酶活性35外切酶活性 一DNA聚合酶催化的反應(yīng) catal

60、ysisreaction of DNA polymerase 153聚合酶活性復(fù)制過程是在引物寡核苷酸上逐個加入dNTP使新鏈不斷延長 見圖10-7其化學(xué)反應(yīng)如下 dNMPndNTP dNMPn1PPi 反應(yīng)式中的寡核苷酸n可體會為引物或延長中的新鏈其3-OH與三磷酸脫氧核苷式中的dNTP的-磷酸基起反應(yīng)生成35-磷酸二酯鍵因而使n延為n1dNTP上的和-磷酸基游離而生成焦磷酸 新鏈只能從5-端向3-端延長這就是DNA復(fù)制的方向性由于DNA雙螺旋的兩股鏈走向相反因此復(fù)制時也按相反走向各自按模板鏈指引合成新鏈 聚合反應(yīng)的特點characteristics of polymerizationrea