考研西综生化讲义.ppt

生物化学,1,生物大分子,2,蛋白质的结构与功能,一、蛋白质的分子组成元素,二、蛋白质的基本组成单位氨基酸存在于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-一氨基酸(除甘氨酸外)。生物界中也有D一氨基酸。氨基酸的一般结构式为NH2CH（R）COOH。连在COOH基团上的C称为a碳原子，不同氨基酸其侧链(R)各异。,3,三、氨基酸分类,4,四、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质,（一）氨基酸的两性解离,在某一p H的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的p H称为该氨基酸的等电点(pI)。,PHPI 阴离子。,（二）紫外吸收,色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）最大吸收峰值在280nm。,5,五、氨基酸通过肽键连接而形成肽,氨基酸分子之间通过去水缩合形成肽链，NH2CH（R）CONHCH（R）COOH在相邻两个氨基酸之间新生的酰胺键称为肽键。,肽键(CN)的键长为0.132nm，介于C一N的单键长(0.149nm)和双键长(0.127nm)之间，所以有一定程度双键性能，不能自由旋转。,NH2CH（R）CONHCH（R）COOH,6,蛋白质的分子结构,一、蛋白质的结构,7,（一）蛋白质的二级结构特征,每隔3.6个氨基酸残基上升一圈，螺距为0.54nm；氢键维持了-螺旋结构的稳定；-螺旋为顺时针方向，所谓右手螺旋。,8,（二）模体是具有特殊功能的超二级结构,模体是由两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象。,超二级结构与蛋白质模体,9,蛋白质三级结构,（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区,（三）分子伴侣参与蛋白质折叠,10,蛋白质的四级结构,在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链，才能全面地执行功能。每一条多肽链都有其完整的三级结构，称为亚基，亚基与亚基之间以非共价键相连接，称为蛋白质的四级结构。,在四级结构中，各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构寡聚体才有生物学功能。,11,蛋白质的理化性质,蛋白质的变性,在某些理化因素的作用下，蛋白质的空间结构遭到破坏，导致蛋白质若干理化性质和生物学活性的改变，称为蛋白质的变性作用,一般认为蛋白质的变性主要发生在二硫键和非共价键的破坏，不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。,蛋白质变性后，其溶解度降低、粘度增加、结晶能力消失、生物活性丧失，易被蛋白酶水解。,若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。,12,核酸的化学组成与结构,一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位,参与核苷酸组成的主要碱基有5种。属于嘌呤类化合物的碱基有腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)，属于嘧啶类化合物的碱基有胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。,二、DNA是脱氧核苷酸通过3，5一磷酸二酯键连接形成的大分子,三、RNA也是具有3，5一磷酸二酯键的线性大分子,四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序：即碱基的排列顺序,13,DNA的空间结构和功能,一、DNA的二级结构是双螺旋结构,DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构DNA双链间形成互补碱基对，每个螺旋含10.5个碱基对疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定,（一）双螺旋结构的特点,14,（二）DNA双螺旋结构的多样性,人们将Watson和Crick提出的双螺旋结构称为B-DNA或B型一DNA。当环境的相对湿度降低后，虽然DNA仍然是右手螺旋的双链结构，但是它的空间结构参数已不同于B型-DNA，人们将其称为A型-DN A。1979年，发现DNA具有左手螺旋，后来称为Z-DNA或Z型一DNA。,二、DNA的高级结构是超螺旋结构,三、DNA是遗传信息的物质基础,15,RNA的结构与功能,三种主要RNA的比较：,一、mRNA是蛋白质合成的模板,mRNA占总RNA的(25)%，种类最多，寿命最短mRNA的5末端有7一甲基鸟嘌呤一三磷酸核苷结构；3端有多聚腺苷酸mRNA是蛋白质合成的模板,16,17,4.mRNA的成熟过程是hnRNA的剪接过程5.mRNA前体剪接的场所发生在剪接体；6.剪接体由snRNA和蛋白质组成。,二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体,tRNA占总RNA15%tRNA含有多种稀有碱基：包括双氢尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶核苷和甲基化的嘌呤tRNA具有茎环结构：这些茎环结构的存在，使得RNA的二级结构形似三叶草tRNA的3末端连有CCAtRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子,18,三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所,rRNA是细胞内含量最多的RNA，约占RN A总量的8 0以上。,19,核酸的理化性质,嘌呤和嘧啶都含有共轭双键，它们的最大吸收值在260nm附近纯DNA样品的A260A280应为1.8；而纯RNA样品的A260280应为2.0。,一、核酸分子具有强烈的紫外吸收,二、DNA变性是双链解离为单链的过程,温度、p H、离子强度氢键发生断裂DNA变性只改变其二级结构，不改变它的核苷酸序列增色效应：DNA在260nm处的吸光度随之增加融解温度Tm：Tm值与其DNA长短以及碱基的GC含量相关。GC的含量越高，Tm值越高；离子强度越高，Tm值也越高,20,21,三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链,杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，可以在RNA单链之间形成，甚至还可以在DNA单链和RNA单链之间形成Southern印迹、Northern印迹、斑点印迹以及基因芯片都是利用了核酸分子杂交的原理,一、酶的分子组成中常含有辅助因子,酶的分子结构和功能,22,二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位,1.必需基团：与酶的活性密切相关的化学基团2.这些必需基团在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近,酶的活性中心是酶分子中具有三维结构的区域，形成疏水“口袋”。,23,三、同工酶是催化相同化学反应但一级结构不同的一组酶,同工酶是指催化相同化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,24,酶的工作原理,一、酶反应特点,（一）酶反应具有极高的效率（二）酶促反应具有高度的特异性 绝对特异性 相对特异性 立体异构特异性（三）酶促反应具有的可调节性,二、酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能,25,酶促反应动力学,一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线,（一）米-曼方程：V=VmaxS/Km+S（二）Km值的意义 1.Km值在数值上等于酶促反应速度达到最大反应速度12时的底物浓度 2.表示酶蛋白分子与底物的亲和力：Km值愈小，酶对底物的亲和力愈大 3.Km值是酶的特性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境(如温度、p H、离子强度)有关，与酶的浓度无关,二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系,26,27,三、温度对反应速率的影响具有双重性,酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的最适温,酶的最适温度不是酶的特征性常数,生化实验中测定酶活性时，应严格控制反应液的温度,四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率,虽然不同酶的最适p H各不相同，但除少数(如，胃蛋白酶的最适p H约为1.8，肝精氨酸酶最适p H为9.8)外，动物体内多数酶的最适p H接近中性。,最适p H不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液种类与浓度以及酶纯度等因素的影响。,酶催化活性最高时反应体系的p H称为酶促反应的最适pH。,28,五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率,(一)不可逆性抑制剂主要与酶共价结合,(二)可逆性抑制剂与酶和(或)酶一底物复合物非共价结合,（三）磺胺类药物的化学结构与对氨基苯甲酸相似，是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，抑制二氢叶酸合成。,29,六、激活剂可加快酶促反应速率,激活剂大多为金属离子；少数为阴离子；也有有机化合物，如胆汁酸盐,大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，这类激活剂称为必需激活剂,30,酶的调节,酶的调节,酶促反应速率的调节（快速调节）,酶含量的调节（缓慢调节）,变构调节,化学修饰调节：某些化学基团与酶的共价 结合与分离,酶原的激活 实际上酶活性中心暴露的过程,酶蛋白合成的诱导和阻遏,酶蛋白的降解,溶酶体蛋白酶降解,依赖ATP和泛素的降解,生物化学,31,物质代谢及其调节,糖代谢,一、糖的无氧氧化,（一）关键酶（催化不可逆的反应）（1）己糖激酶(或葡萄糖激酶)（2）6-磷酸果糖激酶-1（3）丙酮酸激酶,（二）底物水平磷酸化反应：（1）1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸（2）磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸,（三）脱氢反应：3-磷酸甘油醛 1，3-二磷酸甘油酸，生成1分子NADH+H+,（四）加氢反应：丙酮酸被还原为乳酸 所需的氢原子由NADH+H+提供，后者来自3-磷酸甘油醛的脱氢反应,32,（五）糖酵解的调节,调节糖酵解途径流量最重要的是6-磷酸果糖激酶-1的活性。,6-磷酸果糖激酶-1,变构抑制剂：ATP和柠檬酸,变构激活制剂：AMP、ADP、1，6-二磷酸果糖、2，6-二磷酸果糖（最强的变构激活剂）,丙酮酸激酶,变构抑制剂：ATP,变构激活剂：1，6-二磷酸果糖,（六）糖酵解的生理意义,糖酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。,红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解供应能量。,33,糖的有氧氧化,（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸,（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA,（1）关键酶：丙酮酸脱氢酶复合体（2）辅酶：硫胺素焦磷酸酯(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD十及CoA,（三）三羧酸循环（TCA循环）又称柠檬酸循环或Krebs循环,1.关键酶（催化不可逆的反应）（1）柠檬酸合酶（2）异柠檬酸脱氢酶（3）-酮戊二酸脱氢酶,34,3.四次脱氢反应：异柠檬酸-酮戊二酸+NADH-酮戊二酸 琥珀酰辅酶A+NADH 琥珀酸 延胡索酸+FADH2 苹果酸 草酰乙酸+NADH,35,2.底物水平磷酸化反应：琥珀酰辅酶A 琥珀酸，生成GTP。,1,2,3,4,36,三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式,一分子乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化分解共生成10个ATP。若从丙酮酸脱氢开始计算，共产生12.5分子ATP。1mol的葡萄糖彻底氧化生成可净生成30或32molATP。,四、巴斯德(Pasteur)效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象,葡萄糖的其他代谢途径,一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖,1.关键酶：6一磷酸葡萄糖脱氢酶2.意义：为核酸的生物合成提供核糖；提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应,二、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸,37,糖原的合成与分解,一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体2.糖原合酶（关键酶）形成-1，4糖苷键3.分支酶形成-1，6一糖苷键,二、肝糖原分解产物葡萄糖可补充血糖,糖原磷酸化酶（关键酶）分解-1，4糖苷键，生成1-磷酸葡萄糖脱支酶水解-1，6一糖苷键葡萄糖一6一磷酸酶水解6一磷酸葡萄糖为葡萄糖葡萄糖一6一磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。,38,三、糖原的合成与分解受到彼此相反的调节,糖原磷酸化酶,激活的因素：磷酸化,失活的因素：去磷酸化、血糖升高,糖原合酶,激活的因素：去磷酸化、胰岛素,失活的因素：磷酸化、胰高血糖素,39,糖异生,肝脏是糖异生的主要器官。只有肝、肾能够通过糖异生补充血糖。能进行糖异生的非糖化合物主要为甘油、氨基酸、乳酸和丙酮酸等。,一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应,关键酶：丙酮酸羧化酶：辅酶为生物素果糖二磷酸1葡萄糖-6-磷酸酶,二、糖异生的调节,40,三、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环,乳酸循环，也称Cori循环,乳酸循环的生理意义就在于避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起酸中毒。乳酸循环是耗能的过程，2分子乳酸异生成葡萄糖需消耗6分子ATP。,41,脂类代谢,营养必需脂酸，包括亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸。它们是前列腺素(PG)、血栓烷(TX)及白三烯(LTs)等生理活性物质的前体。,一、甘油三酯的分解代谢,（一）脂肪动员是甘油三酯分解的起始步骤,脂肪动员是指储存在脂肪细胞中的甘油三酯，被脂酶逐步水解为游离脂酸和甘油并释放入血的过程。,能促进脂肪动员的激素被称为脂解激素，如肾上腺素、胰高血糖素，促肾上腺皮质激素及促甲状腺激素刺激激素等。能抑制脂肪动员的激素被称为抗脂解激素，如胰岛素、前列腺素E等。,游离脂肪酸不溶于水，与清蛋白结合后才能在血液中运输。,42,（二）脂酸经氧化分解供能,1脂酸的活化形式为脂酰COA，脂酸的活化在线粒体外进行。,2.脂酰CoA经肉碱转运进入线粒体 脂酰肉碱脂酰转移酶I是脂肪酸氧化的限速酶。,脂酸氧化的最终产物主要是乙酰CoA 脂酸氧化的过程：（1）脱氢：在脂酰CoA脱氢酶的催化下，生成反2烯酰CoA。脱下的2 H由FAD接受生成FADH2。（2）加水：（3）再脱氢：脱下的2 H由NAD+接受，生成NADH+H+（4）硫解,4.脂酸氧化需要的辅酶有NAD、FADH和辅酶A。,43,(三)酮体的生成及利用,1酮体在肝细胞中生成 合成部位为肝细胞线粒体。,肝细胞线粒体内含有各种合成酮体的酶类，尤其是HMG CoA合成酶，因此生成酮体肝细胞特有的功能。,2.酮体在肝外组织利用,心、肾、脑及骨骼肌的线粒体具有较高的琥珀酰CoA转硫酶活性，可以分解酮体。,肝是生成酮体的器官，但不能利用酮体；肝外组织不能生成酮体，却可以利用酮体。,3.酮体生成的生理意义,酮体是脂酸在肝内正常的中间代谢产物；是肝输出能源的一种形式；溶于水，能通过血脑屏障，是脑组织的重要能源。脑组织不能氧化脂酸，却能利用酮体,44,二、脂酸的合成,1合成部位 肝、肾、脑、肺、乳腺及脂肪等组织的胞液。,2.合成原料 乙酰CoA是合成脂酸的主要原料，主要来自葡萄糖。乙酰Co A不能自由透过线粒体内膜，主要通过柠檬酸一丙酮酸循环完成。,3.脂酸合成酶系及反应过程,（1）丙二酰CoA的合成：乙酰CoA羧化酶是关键酶，辅基为生物素，Mn2+为激活剂。（2）脂酸合成：在高等动物，此过程由7种酶活性都在一条多肽链上的多功能酶催化完成；大肠杆菌的脂酸合成酶系中，此过程在酰基载体蛋白(ACP)载体上完成。,45,磷脂和胆固醇的代谢,一、甘油磷脂的合成过程,磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）通过1，2-甘油二酯+CDP-胆碱/CDP-乙醇胺合成，即1，2-甘油二酯途径；磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸通过CDP-甘油二酯+肌醇/丝氨酸合成，即CDP-甘油二酯途径。,二、胆固醇的代谢,1甲羟戊酸（MVA）的合成：HMG CoA还原酶是合成胆固醇的限速酶,2.鲨烯的合成,3.胆固醇的合成,（一）胆固醇的合成过程,46,（二）胆固醇合成的调节,1饥饿与饱食 饥饿与禁食可抑制肝合成胆固醇。相反，进食高糖、高饱和脂肪膳食后，肝HMG-CoA还原酶活性增加，胆固醇的合成增加。2胆固醇 胆固醇可反馈抑制肝脏合成胆固醇。3激素 胰岛素和甲状腺素增加胆固醇的合成。胰高血糖素和皮质醇能抑制胆固醇的合成。甲状腺素还可促进胆固醇在肝脏内转变成胆汁酸，因此甲状腺功能亢进时，患者血清胆固醇含量反见下降。4.日周期的影响 午夜合成最高，中午合成最少。,47,（三）胆固醇的去路,转变为胆汁酸 胆固醇在体内的主要去路是在肝内转化成胆汁酸。2.转化为类固醇激素 胆固醇是肾上腺、睾丸和卵巢等内分泌合成及分泌类固醇激素的原料。3转化为7-脱氢胆固醇 在皮肤，胆固醇可被氧化为7-脱氢胆固醇，后者经紫外线照射转变成维生素D3。,48,血浆脂蛋白的代谢,一、血浆脂蛋白的运输形式,apoA 1是LCAT的激活剂。LCAT由肝细胞合成，分泌入血。,（二）载脂蛋白的功能,二、载脂蛋白的功能,49,生物氧化,在氧化呼吸链中，参与氧化还原作用的酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上。其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。而递氢也需传递电子，它们都起传递电子的作用，所以氧化呼吸链又称电子传递链。,一、氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还原组分,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,泛醌和Cytc与线粒体内膜结合不紧密，极易分离，故不包含在4种酶复合体中。,（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列,50,两条电子传递链的顺序分别为：NADH FMN 辅酶Q Cytb Cytc Cytaa3 O2；FADH2 辅酶Q Cytb Cytc Cytaa3 O2。,二、氧化磷酸化偶联部位在复合体、内,PO比值：通过NADH氧化呼吸链传递，PO比值接近3，说明NADH氧化呼吸链存在3个ATP生成部位。而琥珀酸脱氢时，PO比值接近2，说明琥珀酸氧化呼吸链存在2个ATP生成部位。,51,三、氧化磷酸化的调节,（1）抑制剂的调节：CO、H2S、氰化物抑制电子从Cytaa3 O2。（2）ATP浓度的调节：ADP是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。（3）甲状腺激素的作用：甲状腺激素可促使ATP生成。（4）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。,四、胞质中NADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链,1.-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中，经FADH 2直接将2 H传递给泛醌进入氧化呼吸链。2.苹果酸一天冬氨酸穿棱主要存在于肝和心肌中，经NADH+H+进入NADH氧化呼吸链。,52,氨基酸代谢,一、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库,消化吸收的大多数氨基酸，例如丙氨酸和芳香族氨基酸等主要在肝中分解，而支链氨酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行。,二、联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径,(一)氨基酸通过转氨基作用脱去氨基,转氨基作用由转氨酶催化完成，其辅酶是维生素B6的磷酸酯磷酸吡哆醛。,53,(二)L谷氨酸通过L谷氨酸脱氢酶催化脱去氨基,肝、肾、脑等组织广泛存在L-谷氨酸脱氢酶；联合脱氨基作用：转氨酶+L-谷氨酸脱氢酶,(三)氨基酸通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基,心肌和骨骼肌中氨基酸主要通过嘌呤核苷酸循环脱去氨基。,54,三、氨的代谢,（一）体内有毒性的氨有三个重要来源,氨基酸脱氨基作用和胺类分解均可产生氨；肠道细菌腐败作用产生氨；肾小管上皮细胞分泌的氨主要来自谷氨酰胺。,（二）氨在血液中以丙氨酸和谷氨酰胺的形式转运,1.通过丙氨酸一葡萄糖循环，氨从肌肉运往肝。,2.通过谷氨酰胺，氨从脑和肌肉等组织运往肝或肾。,55,（三）氨在肝合成尿素是氨的主要去路,1.鸟氨酸循环又称为尿素循环或者Krebs循环,2.鸟氨酸循环步骤,56,四、个别氨基酸的代谢,氨基丁酸(GABA),谷氨酸,鸟氨酸,腐胺,精脒,精胺,多胺,（抑制性神经递质）,五、一碳单位,一碳单位：甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基。,一碳单位主要来源于丝氨酸、色氨酸、组氨酸和甘氨酸。施（丝）舍（色）一根竹（组）竿（甘）。,四氢叶酸可以看作为一碳单位的载体。,57,六、含硫氨基酸的代谢,（一）含硫氨基酸包括甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸。,1.S腺苷甲硫氨酸(SAM)为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基供体。,2.肌酸代谢,58,59,（二）半胱氨酸代谢,1.半胱氨酸含有巯基(一SH)，胱氨酸含有二硫键(一S S一)，两者可以相互转变。,2半胱氮酸可转变成牛磺酸。,3半胱氨酸可生成活性硫酸根，即3一磷酸腺苷5一磷酸硫酸(PAPS)。,60,苯丙氨酸,苯丙氨酸羟化酶,酪氨酸,酪氨酸羟化酶,酪氨酸酶,儿茶酚胺,黑色素,缺乏,苯丙酮酸尿症,缺乏,白化病,七、芳香族氨基酸代谢,61,八、支链氨基酸的代谢,支链氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸，它们都是营养必需氨基酸。,支链氨基酸的分解代谢主要在骨骼肌中进行。,62,核苷酸代谢,一、嘌呤核苷酸的合成和分解代谢,（一）嘌呤核苷酸合成代谢,63,（二）嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸,AMP,GMP,次黄嘌呤,鸟嘌呤,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤,黄嘌呤氧化酶,尿酸,64,二、嘧啶核苷酸的合成和分解代谢,（一）嘧啶核苷酸合成原料,65,（二）嘧啶核苷酸合成过程,尿嘧啶核苷酸（UMP）,UDP,UTP,CTP,还原酶,dUDP,dUMP,TMP,TMP合酶,66,（三）嘧啶核苷酸的分解代谢,67,三、核苷酸的抗代谢物,生物化学,68,基因信息传递,基因信息的传递,中心法则,69,DNA的生物合成,一、复制到基本规律,（一）半保留复制是DNA复制的基本特征,（二）DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制,（三）DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制,70,二、DNA复制的酶学和拓扑学变化,(一)原核生物的DNA聚合酶分为三型：DNA-pol、,1.3种聚合酶的相同点：都有5一3延长脱氧核苷酸链的聚合活性 及 3一5核酸外切酶活性。,2.聚合酶的特点：,DNA-pol是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。DNA-pol由10种亚基组成不对称异源二聚体。,71,3.聚合酶的特点：,（1）主要是对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。,（2）用特异的蛋白酶，可以把DNA-po l 水解为两个片段，大片段称Klenow片段，具有DNA聚合酶活性和3一5核酸外切酶活性。（3）K lenow片段是实验室合成DN A和进行分子生物学研究中常用的工具酶。,72,(二)真核生物的DNA聚合酶有5种：DNA-pol、,1.5种聚合酶的相同点：都有5一3 核酸外切酶活性。,2.真核生物聚合酶的不同点：,73,(三)原核生物复制起始点相关蛋白,74,（四）不同酶催化生成磷酸二酯键的比较,75,三、DNA生物合成过程,1.复制过程需要引物。2.引物是由引物酶（DnaG）催化合成的短链RNA分子。3.引物的作用是为DNA合成提供3-OH。4.引发体的构成：DnaB、C、G蛋白、RNA引物和DNA的起始复制区域。,（一）原核生物的DNA生物合成,76,（二）真核生物的DNA生物合成,端粒酶参与解决染色体末端复制问题,端粒是真核生物染色体线DNA分子末端的结构。,端粒酶由3部分组成：RNA、蛋白质、逆转录酶。端粒酶兼有提供RNA模板和催化逆转录的功能。,77,四、逆转录,逆转录酶有3种活性：以RNA作模板的dNTP聚合活性；以DNA作模板的dNTP聚合活性；RNase活性。,78,五、DNA损伤（突变）与修复,（一）多种化学或物理因素可诱发突变,紫外线(UV)可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基发生共价结合，生成嘧啶二聚体。,（二）引起突变的分子改变类型有多种,1.错配可导致编码氨基酸的改变,DNA分子上的碱基错配又称为点突变。,举例：,1.镰形红细胞贫血,6号染色体CTC,CAC,Glu（谷）,Val（缬）,2.膀胱癌,GGC,GTC,Gly（甘）,Val（缬）,79,RNA的生物合成,一、原核生物的转录,（一）原核生物RNA聚合酶由24个亚基组成的5聚体。,1.全酶：2；核心酶22.不同亚基的功能,80,（二）RNA聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录,1.启动子是RNA聚合酶结合的部位。2.原核启动子上游35区有TTGACA序列；10区有TATAAT序列（Pribnow盒）。,（三）原核生物的转录过程,1.转录起始需要RNA聚合酶全酶2.原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行3.原核生物转录终止分为依赖p(Rho)因子与非依赖p因子两大类,81,二、真核生物RNA的生物合成,（一）真核生物有3种DNA依赖性RNA聚合酶,82,（二）转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与,1.转录起始前复合物,2.转录因子,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，称为反式作用因子；,反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子（TF）。,83,（三）真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象,（四）真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行,84,蛋白质的生物合成,一、蛋白质生物合成体系,（一）mRNA是蛋白质生物合成的直接模板,1.在原核细胞中，转录生成的mRN A可编码几种功能相关的蛋白质称为为多顺反子mRNA，转录后一般不需特别加工；,85,86,1.在原核细胞中，转录生成的mRN A可编码几种功能相关的蛋白质称为多顺反子mRNA，转录后一般不需特别加工；,87,2.真核细胞的一个mRNA分子只编码一种蛋白质，为单顺反子mRNA，转录后需要加工、成熟才能成为翻译的模板。,88,3.在mRNA的开放阅读框架区，三联体形式的核苷酸序列称为密码子。,4.遗传密码的特点：,简并性：一种氨基酸可具有两个或两个以上的密码子为其编码。,方向性,连续性,通用性：从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码。,摆动性：反密码子与密码子之间的配对并不严格遵守常见的碱基配对规律。,摆动性,89,氨基酸活化,肽链的起始,肽链的伸长,肽链的终止,多肽链的加工和折叠,二、蛋白质生物合成的过程,起始因子（IF/eIF）,延长因子（EF/eEF）,释放因子（RF/eRF）,90,91,参与原核生物翻译的蛋白质因子及其功能：,（一）氨基酸活化形成氨基酰一tRNA,（二）原核生物肽链合成过程,mRNA在小亚基上定位结合,fMet-tRNA的结合,核糖体大亚基结合,核糖体大、小亚基分离,1.起始,92,IF-2,GDP,Pi,IF-1,IF-3,2.延长,93,进位（注册）、成肽（成肽于A位）、转位,3.终止,94,（三）真核生物的肽链合成过程,1.起始,核糖体大、小亚基分离,Met-tRNA与核糖体小亚基结合,mRNA在小亚基上定位结合,核糖体大亚基结合,eIF,基因表达调控,一、基因表达调控的概念,（一）基因表达指转录和翻译，基因表达调控的基本环节是转录水平的调节。（二）基因表达具有时间和组织特异性。（三）在所有细胞中持续表达的基因称为管家基因。（四）有些基因的表达受到环境变化的诱导和阻遏。,二、原核基因表达调节,（一）原核基因转录调节特点：因子决定RNA聚合酶识别特异性；操纵子模型在原核基因表达调控中具有普遍性；原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节,95,（二）操纵子调控模式在原核基因转录起始的调节中具有普遍性,1.乳糖操纵子由Z、Y、A三个结构基因+一个操纵序列O+一个启动序列P+一个调节序列I。2.三个结构基因分别编码-半乳糖苷酶、透酶、乙酰基转移酶。3.阻遏蛋白与O序列结合。,96,三、真核基因表达调控,（一）真核基因组的结构特点：真核基因组结构庞大；真核基因转录产物为单顺反子；真核基因组含有大量的重复序列；真核基因中存在非编码序列和间隔区，故：具有不连续性。,97,（二）真核基因转录后水平的调节,小分子RNA对基因表达的调节：这些RNA都是非编码RNA，包括snRNA、snoRNA、miRNA、siRNA。,siRNA与miRNA的区别：,98,重组DNA技术,一、重组DNA技术中常用的工具酶,99,二、基因载体,充当克隆载体的DNA分子有：质粒、噬菌体和病毒DNA以及柯斯质粒、酵母人工染色体载体等。,质粒是存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA分子；能在宿主细胞独立自主地进行复制；质粒携带有某些遗传信息，如对某些抗生素的抗性。,100,101,三、常用的分子生物学技术,1、印迹技术：DNA印迹技术：Southern；RNA印迹技术：Northern；蛋白质印迹技术：Western。2、聚合酶链反应（PCR）大量扩增DNA。,3、蛋白质相互作用的研究技术：标签蛋白沉淀（GST-pull down）酵母双杂交技术,4、DNA-蛋白质相互作用的分子分析技术：电泳迁移率变动测定（EMSA）染色质免疫沉淀（CHIP）,细胞信息转导,一、第二信使：指在细胞内传递信息的小分子化合物，如cAMP、cGMP、Ca2+、IP3、DAG、NO等。,二、重要的信号转导分子低分子量G蛋白Ras蛋白属于低分子量蛋白，分子量为21KD，由一个GTP酶结构域构成。,三、细胞内受体的配体：类固醇激素（糖皮质激素、雌激素、孕激素、雄激素）、甲状腺素、维生素D。,四、G蛋白即鸟苷酸结合蛋白，是一类和GTP或GDP结合的，由三个亚基（、）组成。非活化型：+GDP活化型：+GTP,102,五、细胞信号转导,胰高血糖素,肾上腺素,促肾上腺皮质激素,AC,cAMP,PKA,生物学效应,103,（一）ACcAMPPKA信号通路,甲状旁腺素,104,（二）磷脂酶C(PLC)DAG/IP3Ca2+蛋白激酶C(PKC),血管紧张素,乙酰胆碱,促甲状腺激素释放激素,PLC,DAG/IP3,PKC,生物学效应,105,（三）酪氨酸蛋白激酶通路,一些生长因子（如表皮生长因子EGF和血小板源生长因子PDGF）、胰岛素受体等即属此类。,106,血液的生物化学,一、成熟红细胞的代谢特点,（一）糖代谢,1糖酵解和2，3一二磷酸甘油酸(2，3-BPG)旁路,107,（二）血红蛋白的合成与调节,血红蛋白是红细胞中最主要的成分，由珠蛋白和血红素)组成。血红素不但是H b的辅基，也是肌红蛋白、细胞色素、过氧化物酶等的辅基。,1、原料：琥珀酰CoA、甘氨酸、Fe2+2、部位：起始和终止反应均在线粒体进行，中间过程在胞浆进行。3、关键酶：氨基酮戊酸(ALA)合酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。,108,肝的生物化学,一、肝脏中物质代谢中的作用,肝参与多种微生物和辅酶的代谢：肝脏将维生素D3转化为25-羟维生素D3。,二、肝脏的生物转化作用：使极性弱的脂溶性物质变为极性强的水溶性物质，使易于经胆汁或尿液排出体外。,109,三、胆汁与胆汁酸的代谢,(一)初级和次级胆汁酸初级胆汁酸的生成：胆固醇通过7羟化酶催化生成7羟胆固醇，该酶是胆汁酸生成的限速酶。初级胆汁酸：胆酸、鹅脱氧胆酸、甘氨胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸、次级胆汁酸：脱氧胆酸、石胆酸、牛磺胆酸(二)游离和结合胆汁酸游离胆汁酸：胆酸、鹅脱氧胆酸、脱氧胆酸和石胆酸；结合胆汁酸：甘氨胆酸、牛磺鹅脱氧胆酸、甘氨鹅脱氧胆酸、牛磺胆酸。,胆汁中所含的胆汁酸以结合型为主，其中甘氨胆酸和牛磺胆酸的比例为3：1。,110,四、胆汁酸的肠肝循环,111,五、胆色素的代谢,胆色素是体内铁卟啉类化合物的主要分解代谢产物，包括胆绿素、胆红素、胆素原和胆素。,体内铁卟啉类化合物包括血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化氢酶和过氧化物酶等。,112,（一）胆红素主要来源于衰老红细胞的破坏,（二）血红素加氧酶和胆绿素还原酶催化胆红素的生成,（三）血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输,（四）游离胆红素被肝细胞膜摄取,（五）胆红素在肠道内转化为胆素原和胆素,113,六、黄疸,