绪论第一章 蛋白质 第二章 核酸第三章 酶.ppt

绪论第一章 蛋白质 第二章 核 酸 第三章 酶 第四章 维生素 第五章 生物膜 第六章 代谢总论第七章 生物氧化 第八章 糖代谢第九章 脂代谢第十章 蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢 第十一章 核酸的酶促降解及核苷酸代谢第十二章 核酸的生物合成第十三章 蛋白质的生物合成,学习要点提示及思考题,第一章 蛋白质化学 一、要点提示 一、一级结构1、蛋白质是由20种氨基酸组成的。氨基酸性质方面的差别反映了它们侧链的不同。除了甘氨酸没有手性碳以外，其他19种氨基酸都至少含有一个手性碳。,2、氨基酸的侧链可以按照它们的化学结构分为：脂肪族的、芳香族的、含硫的、含醇的、碱性的、酸性的和酰胺类。3、氨基酸和多肽的酸性和碱性基团的离子状态取决于pH。4、许多氨基酸具有非极性的侧链，在水溶液中它们倾向于聚集在一起，以减少与水相互作用的面积，这种倾向称为疏水相互作用。,5、茚三酮与脯氨酸反应生成黄色化合物，与其它氨基酸生成的都是紫色化合物。2,4-二硝基氟苯、丹黄酰氯和苯异硫氰酸酯都能与氨基反应。6、蛋白质中的氨基酸残基是通过肽键连接的，残基的序列称之为蛋白质的一级结构。肽和小的蛋白质可以利用液相或固相合成法合成。7、可以根据蛋白质溶解度、净电荷、大小以及结合特性上的差异，从生物资源中纯化蛋白质。常用方法包括离子交换层析、凝胶过滤层析、HPLC、SDS-PAGE、等电聚焦和双向电泳等方法。,8、多肽的氨基酸序列可以通过Edman降解确定。利用蛋白酶和化学试剂有选择地水解，结合Edman降解可确定大的蛋白质的序列。9、比较蛋白质的一级结构可以揭示进化关系，种属的不同常反映在它们蛋白质的一级结构的差异上。,二、蛋白质的三维结构 1、蛋白质可以分为纤维蛋白和球蛋白。纤维蛋白一般都不溶于水，有一定的强度，具有简单重复的二级结构元件，在生物体内主要起着结构构件的作用。球蛋白是水溶性的，具有更复杂的三级结构，在一条多肽链中都含有几种类型的二级结构，多肽链折叠紧凑，疏水氨基酸残基一般都位于球蛋白的内部，外形大致呈球状的大分子。,2、多肽链中相邻氨基酸残基通过肽键连接，肽键具有部分双键特性，所以整个肽单位是一个极性的平面结构。由于立体上的限制，肽键的构型大都是反式构型。绕N-C和C-C键的旋转赋予了多肽链构象上的柔性。,3、蛋白质结构水平分为四级，一级结构指的是氨基酸序列，二级结构是指在局部肽段中相邻氨基酸的空间关系，三级结构是整个多肽链的三维构象，四级结构是指能稳定结合的两条或两条以上多肽链（亚基）的空间关系。蛋白质具有有基因确定的唯一的氨基酸序列，一级结构决定了蛋白质的构象。4、蛋白质存在几种不同的二级结构，其中包括-螺旋，-折叠和转角等。右手-螺旋是在纤维蛋白和球蛋白中发现的最常见的二级结构。每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm。-折叠是另外一种常见的二级结构，分为平行和反平行式的，处于-折叠的多肽链是肽链的一种伸展的状态。,5、在胶原蛋白中还发现存在着另外的螺旋结构。一个胶原分子是由3个左手的多肽链螺旋相互缠绕形成一个右手的超螺旋。链间氢键和通过脯氨酸和赖氨酸残基的修饰形成的共价交联稳定胶原蛋白。6、球蛋白折叠成它的生物活性状态是一个有序、协同的过程，该过程涉及疏水效应、氢键形成、Van der Waals相互作用和离子配对。在细胞内，酶和伴娘蛋白协助折叠。折叠紧凑的球蛋白可以有选择地结合其他分子，例如含有血红素的血红蛋白和肌红蛋白可以结合和释放氧。,7、受到物理和化学处理（破坏次级键）后，蛋白质的三维结构遭到破坏，它的生物活性会丧失，这一现象称之蛋白质变性。某些变性的蛋白质在一定的条件下可以复性，自发地折叠回具有生物活性的天然构象。这也表明一个蛋白质的三级结构是由它的氨基酸序列确定的。8、肌红蛋白是一条含有153个残基的多肽链，这些氨基酸残基折叠成由8个螺旋组成的紧凑的球状结构。肌红蛋白含有一个血红素辅基，血红素能结合氧，位于蛋白质中疏水的裂隙中。,9、大多数蛋白质中的很多肽段是处于非重复的构象区。这些区域包括用于连接螺旋和折叠的转角和环。二级结构进一步组合又形成超二级结构（或称为基元），超二级结构处于二级结构和三级结构之间。大的球状单位称为功能域，通常都与一种特殊的功能有关。10、血红蛋白是由4条肽链（两个和两个链）组成的。每条肽链都类似于肌红蛋白的肽链，都结合一个血红素。血红蛋白的脱氧（T）和氧合（R）构象在氧的亲和性方面有很大区别。由于结构上的相互作用是与它的三级和四级结构有关，所以血红蛋白在结合氧的过程中显示出别构效应和协同性，BPG是一个重要的别构剂。,11、肌红蛋白的氧饱和曲线为双曲线型，而血红蛋白的氧饱和曲线是S型的。氧饱和曲线上的差别使得血红蛋白承担着将氧由肺运输到外周组织的任务，而肌红蛋白主要是接收血红蛋白释放的氧。12、CO2浓度的增加降低细胞内的pH，血红蛋白结合H和CO2将导致血红蛋白对氧亲和力下降，这将有利于血红蛋白在外周组织容易释放氧。这种现象称之波尔效应。,13血红蛋白分子一级结构上的轻微差别就可能导致功能上的很大不同，正常成年人血红蛋白中的链的第六位的谷氨酸残基被缬氨酸取代就会导致镰刀形细胞贫血病的异常血红蛋白HbS 的生成。14、抗体是能结合外源物质的多结构域蛋白质，处于抗体的轻链和重链的N末端的结构域与抗原相互作用，达到除去抗原的目的。抗体特异结合抗原的显著特点常用来检测和分离未知的目的蛋白，该技术称之免疫印记法（或Western blot）。,二、思考题1、区分下列各对术语：C-末端/N-末端、必需氨基酸/非必需氨基酸、氨基酸侧链/氨基酸序列、极性氨基酸/非极性氨基酸、sanger试剂/Edman试剂、a螺旋/b折叠、a螺旋/胶原螺旋、结构域/超二级结构、链间二硫键/链内二硫键、配基/结合位点、寡聚体/单体、序列同源性/氨基酸组成、原纤维/微纤维 2、为什么在多肽和蛋白质的功能基团的pKa与自由氨基酸的不同？,3、请解释sanger末端基团分析的原理。由这个方法可以解决什么特定问题？如何解决？4、写出氨基酸的侧链功能基团，并写出每个基团的带电形式。5、在写多肽链的氨基酸序列时有什么惯例？6、列举出某些天然存在的多肽以及它们的性质。,7、蛋白质一、二、三、四级结构的含义是什么？维系每级结构的作用力是什么？用什么可以破坏它们？蛋白质的溶解度和光吸收与其结构有什么关系？8、脱氧血红蛋白携氧时会发生什么变化？这些变化如何来解释观察到的正协同作用？,9、列出分离、纯化及分析蛋白质的典型步骤。10、写出决定蛋白质一级结构的各要素。11、由蛋白质一级结构研究引申出哪些重要的定理？12、形成a-螺旋有什么限制条件？它们是怎样起作用的？,返回,第二章 核 酸 一、要点提示 1、核苷酸是由一个杂环碱基与磷酸化的戊糖组成的，核苷酸的含氮碱基是嘌呤和嘧啶的衍生物。常见的嘧啶碱基有胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）；常见的嘌呤碱基有腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。2、核苷中嘌呤或嘧啶环通过-N-糖苷键连接在核糖或2-脱氧核糖上。在核糖核苷中是核糖；在脱氧核苷中是2-脱氧核糖。,3、核苷通常是在5羟基端被磷酸化形成核苷一磷酸、核苷二磷酸或核苷三磷酸。cAMP和cGMP是第二信使，它们在将细胞外激素的信息传递给细胞内酶的信息传导过程中起着重要的作用。4、核酸是核苷酸的聚合物，分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。核酸中嘌呤和嘧啶的反式构象占优势。DNA中发现的主要碱基有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。RNA中的主要碱基有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。,5、DNA是脱氧核糖核苷酸聚合物，核苷酸之间通过3-5磷酸二酯键连接，遗传信息贮存于DNA的碱基序列中。DNA中的碱基组成是有规律的，A的摩尔数总是等于T的摩尔数，G摩尔数总是等于C的摩尔数。6、双螺旋模型是Watson 和Crick首先提出的。两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴缠绕，形成一个右手的双螺旋。A与T之间、G与C之间配对使得每一条链都可作为另一条链的模板。,7、B-DNA是最常见的构型，是一个右手螺旋构型，双螺旋的稳定主要依赖于疏水相互作用、碱基对之间的堆积相互作用、氢键和电子排斥力。糖-磷酸骨架围绕在螺旋的外面，螺旋的表面含有大、小两个沟。8、生物体内存在的超螺旋大都是欠旋的负超螺旋，拓扑异构酶催化去超螺旋反应，在某些情况下也可以引入超螺旋。在细胞内，大的DNA分子被压缩和包装。真核生物的组蛋白结合DNA形成核小体，核小体被串在一起，经一级一级地压缩，形成超螺旋附着在核内的RNA-蛋白质支架上。,9、生物体内存在着4类RNA：rRNA、tRNA、mRNA和小的RNA分子。RNA分子通常都是单链的，也象DNA一样，RNA也存在着二级结构，其中包括发卡，或称之茎-环结构。双链RNA的螺旋构象类似于A-DNA构象。10、通过加热可以使DNA变性，变性的DNA溶液的紫外吸收会增加（增色效应）。处于熔点（Tm）的DNA有50的双链被打开。变性分开的单链DNA可以经退火作用重新复性形成双链DNA，紫外吸收也随之降低（减色效应）。,11、磷酸酶可以水解核酸的磷酸二酯键，核酸酶可以分为Dnases或RNases，又可分为外切酶或内切酶。限制性内切酶作用于DNA中的特殊序列。12、常用的DNA的核苷酸序列测定方法是Sanger双脱氧链终止法，该方法的最大特点是引入了双脱氧核苷三磷酸（2,3-ddNTP）作为链终止剂，2,3-ddNTP与普通的dNTP不同之处在于前者的脱氧核糖的3位又少了个羟基。13、重组DNA的基本步骤包括DNA的制备、用同一种限制性内切酶切外源DNA和载体、通过连接酶连接、转化宿主菌、筛选和鉴定含有重组DNA的宿主菌等步骤。,二、思考题,1、区分下列各对术语：RNA/DNA、B-DNA/Z-DNA、双螺旋/超螺旋、核酸酶/核小体、右手螺旋/左手螺旋、碱基/修饰碱基、核苷酸/核苷、嘌呤/嘧啶、染色体/染色质。2、叙述嘌呤/嘧啶和RNA/DNA的主要性质。3、画出下列结构：5-甲胞嘧啶、N6二甲腺嘌呤、35二磷酸脱氧核糖胞嘧啶、pApTpC。,4、概述Avery,Macleod,McCarty,Hershey和Chase所做的实验，从他们的实验可以得出什么结论？5、WatsonCrick的DNA双螺旋模型有什么主要特点？,返回,第三章 酶 一、要点提示1、酶是生物催化剂，酶的显著特点是催化效率高，具有底物和反应的特异性。除了某些RNA之外，绝大部分酶是蛋白质，或是带有辅助因子的蛋白质。酶可以按照它们催化的反应类型分为六大类：脱氢酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶。2、比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力单位数，比活测定是酶纯化的监测指标，对同一种酶来说，比活越高，酶的纯度越高。,3、酶也和其它催化剂一样，可以通过降低反应的活化能来提高反应速度，使反应快速达到平衡点，但酶不能改变平衡点。4、酶活性部位是一个具有三维结构的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸残基，还含有少量的极性氨基酸残基，极性氨基酸常常参与酶的催化反应。酶活性部位的可离子化和可反应的氨基酸残基形成酶的催化中心。,5、酶催化的两个主要模式是酸碱催化和共价催化。在酸碱催化中，活性部位的弱酸给出质子，而碱接收质子，质子转移可以促进反应进行。在共价催化中底物或底物中的质子与酶共价结合形成一个反应的中间产物。6、酶促反应速度的提高的很大程度上依赖于底物与酶的结合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反应物浓度急剧增高，结果大大加速了酶促反应。底物诱导酶结合，一旦酶结合底物后又使底物变形，当底物达到过渡态时，酶对底物的亲和力最大，使反应活化能降低，容易将底物转化为产物。,7、酶动力学实验涉及到反应条件的系统变化和相应的反应速率的测定。酶动力学测定常常是测定反应的起始速度。酶促反应的第一步是形成非共价的酶-底物复合物。酶促反应相对于酶浓度是一级反应，相对于底物浓度的变化表现出典型的双曲线特征。当酶被底物饱和时达到最大反应速度Vmax。Michaelis-Menten方程描述了这样的动力学行为。8、米氏常数Km等于最大反应速度一半时的底物浓度，就是说此时有一半的酶分子被底物饱和了。动力学常数可以利用计算机分析动力学实验数据来确定，或是通过双倒数作图法测定。一个酶的催化常数（kcat）或转换数等于每个酶分子（或是每个活性部位）每秒钟转换底物（转换成产物）的最大分子数，在数值上kcat等于Vmax除以总酶浓度。当kcat很小可以忽略时，Km是酶对底物亲和力的量度：Km越小，表明酶对底物的亲和力越大。,9、酶促反应的速度也受到抑制剂的影响。酶抑制剂可分为可逆和不可逆抑制剂。可逆抑制剂与酶非共价结合，可逆抑制包括竞争性抑制（Km增加，而Vmax不变）、反竞争性抑制（Km和Vmax都成比例地减少）、非竞争性抑制（Vmax减少、纯的非竞争性抑制Km不变，而混合型非竞争性抑制中Km增大或减少）。不可逆抑制剂与酶共价结合，酶用不可逆抑制剂处理后，然后测定蛋白质片段的序列，有可能确定活性部位的氨基酸残基，有可能解释酶催化的机制。10、酶促反应受pH和温度的影响，大多数酶都存在一个最适pH和最适温度，但最适pH和最适温度都不是酶的特征常数。在最适pH和最适温度下酶促反应具有最大反应速度，大多数酶的反应速度-pH以及反应速度-温度曲线是钟型曲线。,11、别构调节剂通过作用于代谢中关键酶活性部位以外的部位调节代谢过程，这样关键的酶又称之别构酶，一般都是寡聚酶。别构酶表现出的动力学曲线是S型曲线（反应速度对底物浓度），不是双曲线型。别构调节剂通过控制R：T比例改变调节酶Km或Vmax值。酶的活性也可以通过共价修饰调节，常见的共价修饰是酶的磷酸化，磷酸化常发生在活性部位的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基侧链上。,二、思考题1、稳定态/过渡态、比活力/总活力、锁匙模型/诱导契合、可逆抑制/不可逆抑制、吸能反应/放能反应、激活的复合体/酶底物复合体、酶原/同功酶、2、如何能判定化合物X对一个给定的酶是可逆还是不可逆的抑制剂？假设X是可逆抑制剂，你如何确定它是竞争性还是非竞争性抑制剂？,3、酶与别的催化剂相比有什么共同和不同之处？4、比较酶别构调节的序变和齐变模型 5、下面各项对酶的活性有什么影响？I)多酶体系、II)溶酶体、III)反馈调节、IV)共价修饰酶,返回,第四章 维生素和辅酶 一、要点提示1、吡啶核苷酸辅酶NAD和NADP是尼克酸的衍生物。依赖于吡啶核苷酸的脱氢酶催化氢化物离子（H）由一特异的底物转移至NAD和NADP的吡啶环的4位上，使这两个辅酶分别还原为NADH或NADPH，同时释放出一个质子H。吡啶核苷酸一次可以接收或给出两个电子。,2、核黄素（维生素B2）是由一个异咯嗪环系统和一个核醇组成，它的辅酶形式是FAD和FMN。FAD和FMN可以被氢化物（双电子）转移还原为FADH2和FMNH2，还原的黄素辅酶可以通过稳定的自由基FADH和FMNH每次给出一个电子。3、辅酶A是泛酸的衍生物，是参与酰基转移反应的主要辅酶。乙酰CoA的硫酯键的能量大约相当于ATP磷酸酐的能量。,4、硫胺素（维生素B1）是第一个分离出的维生素，它可预防和治疗脚气病。它的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），许多-酮酸脱氢酶都需要TPP作为辅酶或辅基。5、吡哆醛-5-磷酸（PLP）是许多参与氨基酸代谢的酶的辅酶。PLP是吡哆醇的衍生物，通常辅酶都是连接在依赖于PLP的酶上，例如连接在转氨酶活性部位的赖氨酸残基上。,6、生物素常作为几种依赖于ATP的羧化酶和羧基转移酶的辅基。生物素通过酰胺键与处于酶活性部位的一个赖氨酸残基的-氨基共价连接。7、四氢叶酸是叶酸还原的产物，它参与甲醇、甲醛和甲酸氧化水平的一碳单位的转移。这种转移在蛋白质合成和嘌呤核苷酸以及dTMP的生物合成中非常重要。8、维生素B12和它的辅酶形式含有一个钴啉环系统。腺苷钴胺素是维生素的腺苷辅酶衍生物，它参与某些分子内的重排反应。甲基钴胺素是由四氢叶酸和同型半胱氨酸形成蛋氨酸的中间代谢物。,9、硫辛酸可以作为-酮酸脱氢酶多酶复合体的一个辅基。它能够接受酰基，形成一个硫酯，然后再将酰基转移给第二个受体，例如辅酶A。10、四种脂溶性维生素是维生素A、D、E和K。维生素A是一个与视觉有关的化合物，维生素D的衍生物可以调节Ca2的利用，维生素E可以预防膜脂的氧化损伤，维生素K是在某些血凝聚蛋白中由谷氨酸转换为羧基谷氨酸反应中所必需的一种化合物。,返回,第五章 生物膜一、要点提示,1、脂双层是个有选择的通透性壁垒，大多数带电荷的分子都不能通透，但水和疏水性分子能自由地扩散通过。,2、离子扩散过膜的速度可以被某些离子载体极大地增强。特殊的转运蛋白、通道蛋白和膜孔蛋白参与离子和极性分子的跨膜转运。通道蛋白使得大量的特殊离子或小分子顺着浓度通道经中央孔快速地扩散。转运蛋白通过面向外和面向内构象之间的转换结合底物并把它转运过膜。,3、被动转运是顺着浓度通道转运分子，不需要能量。主动转运是逆浓度梯度转运底物，需要供给能量。在原发主动转运中，能量是由ATP水解、光或电子传递直接提供的。第二级主动转运是被离子梯度驱动的；底物的“上坡”转运常和离子的“下坡”转运耦联。4、大的蛋白质分子转入或转运出细胞是分别通过胞吞或胞吐实现的，该过程涉及到脂囊泡的形成和融合。,思考题1、区分下列各对术语：主动运输/被动运输、扩散/协同运输、脂肪/蜡、脂蛋白/含蛋白脂质、内在蛋白质/外周蛋白质、固醇/类固醇。2、物质转运过生物膜有哪几种主要机制？,3、简述钠钾泵的工作过程。4、受体介导的内吞的主要步骤？5、用流动镶嵌模型来说明生物膜的主要结构。6、列出主动运输与酶与底物反应的相似之处。,返回,第六章 代谢总论 一、要点提示,1、发生在细胞中所有反应的总和称之代谢。这些反应又分为分解代谢反应和合成代谢反应。代谢活动使得细胞维持不同于细胞外环境的细胞内条件，汲取来自外界的能量，生长和繁殖和响应内部或外部的影响。2、依次的反应构成了代谢途径，代谢途径可以是线性的、环形的和螺旋形的，有的途径还带有分支。细胞需要酶在合适的温度、压力和pH条件下催化代谢反应。降解和合成途径大都是以逐步方式进行的，一般都有能量的载体核苷三磷酸和尼克酰胺辅酶参与。,3、主要的分解代谢途径可以将大分子转化为小的产能代谢物（或燃料），这些小的化合物作为构件分子用于合成大分子。葡萄糖、脂肪酸和某些氨基酸都可被氧化生成乙酰CoA，乙酰CoA可以进入氧化代谢的共通途径柠檬酸循环。分解代谢反应中释放的能量可以核苷三磷酸和还原型辅酶的形式保存。还原型化合物通过氧化磷酸化被用来由ADP和Pi合成ATP。4、代谢途径受到调节以便有机体能有效地利用燃料和响应需求的变化。响应有时涉及许多途径，有时涉及少数几个途径。流经途径的物质流一般都取决于多步骤的调节。每一步对整个途径都有特定的调节强度。常见的调控有反馈抑制和前馈激活。特殊酶的调控可以通过别构调节、可逆共价调节，以及酶合成和降解速度上的变化来完成。,5、在多细胞生物中，代谢任务一般都是在不同组织和不同的细胞区域进行的。器官间的代谢是通过激素协调的。6、化学或酶促反应的方向取决于自由能的变化，只有当自由能变化为负值时反应才能自发进行。一个反应的标准自由能的变化与该反应的平衡常数有关，DG RTIn Keq。7、ATP在能量代谢中起着主要的作用，一个生物反应过程中释放的能量可以ATP形式贮存，然后被用于需能的另一个反应中。磷酰基团可以从一个富含能量的底物转移到ADP上形成ATP。除了核苷三磷酸外，还存在着其它几类含有激活的磷酰基团的代谢物，例如乙酰磷酸、磷酸原和磷酸烯醇式丙酮酸等。,8、酰基转移是重要的代谢反应。酰基从辅酶A转移会产生大的负的自由能变化。9、生物氧化反应的自由能可以还原型辅酶的形式保存。这种形式的能量是以还原电势测量的，还原电位表示一个分子给出电子的能力。标准的还原电势与标准的自由能变化有关，DGnDE。非标准条件下的还原电势可以通过Nernst方程计算出,二、思考题,1、分下列各对术语：分解代谢/合成代谢、DG/DG、DG/DG、DG/DG、高能键/高能化合物。2、ATP循环是如何与分解代谢和合成代谢联系的？3、定义高能化合物，哪种化合物是高能的？4、解释耦合反应的意义，列出耦合反应所需的要素。,返回,第七章 电子传递和氧化磷酸化一、要点提示,1、氧化磷酸化是由两个紧密偶联的现象组成的。（1）底物通过呼吸电子传递链被氧化，同时伴随着质子跨内线粒体膜的转移，产生一个质子浓度梯度；（2）通过质子沿ATP合成酶中的通道向线粒体基质的流动驱动ATP的生成。2、化学渗透理论解释了ADP磷酰化是如何与电子转移偶联的，也解释了解偶联剂的效应，即该试剂可以使底物氧化，但没有ATP生成。,3、由蛋白质和辅助因子组成的复合物IIV和ATP合成酶参与氧化磷酸化。电子流通过这些复合物一般是根据不同成分的相对电位进行的。来自NADH的电子流通过复合物I，III，IV；而来自琥珀酸的电子流是经过复合物II引入的。几种辅助因子参与电子转移，其中包括FMN，FAD，铁-硫簇，铜原子，细胞色素和泛醌。泛醌连接着复合物I，II和复合物III，而细胞色素c连接着复合物III和复合物IV。4、电子通过复合物I、复合物III和复合物IV转移时都会导致质子移位到膜间隙，但通过复合物II的电子转移对质子浓度梯度没有贡献。复合物IV最后将电子从细胞色素c转移给O2，生成H2O。,5、质子经过FoF1ATP合成酶中的Fo成分重新进入线粒体基质。质子流驱动F1ATP合成酶将ADP和Pi合成为ATP。6、胞液中的NADH进入线粒体内有两种途径：甘油磷酸穿梭途径和苹果酸-天冬氨酸穿梭途径。胞液中的NADH经甘油磷酸穿梭途径转换为线粒体的QH2；经苹果酸-天冬氨酸穿梭途径转换为线粒体的NADH。,二、思考题,1、区分下列各对术语：a)Eo/Eb)细胞色素/细胞色素氧化酶c)甘油磷酸穿梭/苹果酸天冬氨酸穿梭d)呼吸复合物/呼吸链 2、概述化学渗透假说,3、向电子转运系统中加入抑制剂或人造电子受体会产生什么影响？当抑制剂或人造电子受体存在时，P/O的比值是否会改变？如何确定加入上述物质的时间点？4、说明在通过氧化磷酸化合成ATP的过程中，能量转化的效率，可以从自由能的变化或还原势的变化两个方面计算。5、沿着电子传递链，电子载体的还原势如何变化？为什么会这样变化？6、由细胞色素氧化酶催化的O2的4电子还原反应由哪几步组成？这一反应的重要性是什么？,返回,第八章 糖及糖代谢 一、要点提示一、糖1、糖是由羟醛（醛糖）、羟酮（酮糖）和它们的衍生物组成的。其中包括单糖、二糖、寡糖和多糖。除了最简单的酮糖二羟丙酮以外，其它的糖都是手性分子，因此表现出光学特性。对于给定的单糖，有可能存在着2n立体异构体，n为手性碳的数目。2、醛戊糖，醛己糖和酮己糖主要是以吡喃糖和呋喃糖的环式半缩醛形式存在的。异头碳的构型为或型。存在着几种生物学上重要的非聚合的单糖衍生物，其中包括磷酸糖，脱氧糖，氨基糖，糖醇和糖酸等，抗坏血酸也是一个重要的单糖衍生物。,3、单糖可以通过糖苷键形成寡糖和多糖。4种重要的二糖是麦芽糖、纤维二糖、乳糖和蔗糖。乳糖是纤维二糖的差向异构体，是奶中的主要糖。许多植物都可合成蔗糖，是自然界中发现的最丰富的糖。蔗糖中的两个单糖的异头碳都参与了糖苷键的形成，所以蔗糖没有还原性。糖苷是糖的异头碳与其它糖分子的羟基或非糖的有机分子形成糖苷键时形成的化合物，核苷是最常见到的糖苷。4、葡萄糖是贮存多糖直链淀粉、支链淀粉以及糖原和结构多糖纤维素的重复的单糖单位。纤维素是生物圈中最丰富的有机化合物。几丁质是自然界中另一类丰富的同多糖，它的单糖单位是-（14）连接的N-乙酰葡萄糖胺。,5、重要的复合糖包括肽聚糖、糖蛋白和蛋白聚糖。肽聚糖是细菌细胞壁的的主要成分，肽聚糖的聚糖成分是重复的二糖聚合物，这个二糖单位是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸通过-（14）键连接组成的。溶菌酶的作用就是切断N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的键，使聚糖成分解聚，破坏细菌细胞壁。,6、大多数糖蛋白可以按照使蛋白质与它的糖成分连接的键的性质分为3类：O-糖苷键型糖蛋白、N-糖苷键型糖蛋白和连有磷脂酰肌醇-聚糖的糖蛋白。在大多数的O-糖苷键型糖蛋白中，主要的键是N-乙酰葡糖胺和一个丝氨酸或苏氨酸残基的羟基之间形成的键。在N-糖苷键型糖蛋白中，糖苷键是葡糖胺与天冬酰胺的酰胺基之间形成的键。大多数处于质膜外表面基质的糖蛋白都是通过磷脂酰肌醇-聚糖锚在膜的外侧。7、软骨中的主要蛋白聚糖是由透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、特殊的核心蛋白和连接蛋白组成的。,二、酵解和柠檬酸循环要点提示,1、糖酵解是单糖分解代谢的共同途径。催化糖酵解的10个酶都位于细胞质中。每一个己糖可以转化为两分子的丙酮酸，同时净生成两分子ATP和两分子NADH。糖酵解分为两个阶段：己糖阶段（消耗ATP）和丙糖阶段（生成ATP）。,2、在酵解的己糖阶段，首先是葡萄糖在己糖激酶的催化下磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP，然后经异构酶催化转换为果糖-6-磷酸，再经果糖激酶催化再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸，又消耗一分子ATP；在丙糖阶段，果糖-1,6-二磷酸在醛缩酶催化下裂解生成磷酸二羟丙酮和甘油醛-3-磷酸（两个磷酸丙糖在异构酶催化下可以相互转换），后者在甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化下生成1,3-二磷酸甘油酸，同时使NAD还原为NADH，然后1,3-二磷酸甘油酸在甘油酸激酶催化的底物水平磷酸化反应中生成ATP和3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸经变位酶催化转换为2-磷酸甘油酸，再经烯醇化酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，最后在丙酮酸激酶催化的又一次底物水平磷酸化反应中生成丙酮酸和ATP。,3、在厌氧条件下，通过丙酮酸的还原代谢使得NADH重新氧化为NAD。在酵母的酒精发酵过程中，在丙酮酸脱羧酶催化下丙酮酸氧化脱羧生成乙醛，然后乙醛在乙醇脱氢酶的催化下被还原为乙醇，同时使NADH氧化生成NAD。而在肌肉缺氧下的酵解过程中，乳酸脱氢酶催化丙酮酸转化为乳酸，同时也伴随着NADH重新氧化为NAD。4、在酵解途径中存在3个不可逆反应，是分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化的。这3个酶正是酵解途径的调节部位，调节涉及别构调节和共价修饰。,5、糖酵解和柠檬酸循环之间的桥梁是丙酮酸脱氢酶复合物。在细胞质中酵解产生的丙酮酸被转运到线粒体基质中，在线粒体中丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合物催化下氧化生成乙酰CoA和CO2。丙酮酸脱氢酶复合物是由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺乙酰基转移酶和二氢硫辛酰胺脱氢酶组成的，同时还需要硫胺素焦磷酸、硫辛酰胺、CoASH、FAD和NAD等辅助因子。,6、柠檬酸循环是发生在线粒体中的一系列反应，柠檬酸循环由8步酶促反应组成。柠檬酸合成酶催化乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成三羧酸柠檬酸；顺乌头酸酶催化柠檬酸中的三级醇转化为二级醇，导致异柠檬酸的生成；然后在异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合物催化下连续进行氧化脱羧反应形成琥珀酰CoA，同时生成两分子NADH和两分子CO2；当琥珀酰CoA的硫酯键被切断形成琥珀酸和CoASH时，琥珀酰CoA合成酶同时催化GDP底物水平磷酸化生成GTP；琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化形成延胡索酸，同时生成一分子FADH2；然后延胡索酸水化生成苹果酸，最后苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下生成草酰乙酸，又生成一分子NADH，完成了一轮柠檬酸循环。,7、一分子乙酰CoA经柠檬酸循环氧化，使得3分子NAD还原为NADH，一分子FAD还原为FADH2，同时由GDP和Pi生成了一分子的GTP。所以每一分子乙酰CoA经一轮柠檬酸循环产生的还原型辅酶NADH和FADH2经电子传递和氧化磷酸化可以生成11分子ATP。一分子的葡萄糖经酵解、丙酮酸脱氢酶复合物，柠檬酸循环以及电子传递和氧化磷酸化可以产生36分子或38分子ATP。8、柠檬酸循环中存在几个调节部位。丙酮酸脱氢酶复合物受到产物乙酰CoA和NADH 的抑制和受到CoASH和NAD的激活，同时该酶复合物还受到共价修饰调节。异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合物受到别构调节。,9、乙醛酸循环是一个与柠檬酸循环密切相关的途径，这一途径使得植物和某些微生物可以利用乙酰CoA生成用于糖异生和其它生物合成途径中的四碳中间产物。乙醛酸循环中涉及动物细胞中不存在的两个酶：异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶。异柠檬酸裂解酶催化异柠檬酸裂解为琥珀酸和乙醛酸，琥珀酸进入柠檬酸循环，而乙醛酸在苹果酸合成酶的催化下与乙酰CoA缩合形成苹果酸，苹果酸可以作为葡萄糖合成的前体。,三、糖代谢的其他途径要点提示,1、戊糖磷酸途径提供了葡萄糖-6-磷酸的另外一条代谢途径。戊糖磷酸途径分为两个阶段：氧化阶段和非氧化阶段。在氧化阶段，每一分子的葡萄糖-6-磷酸在转化为核酮糖-5-磷酸和CO2的同时生成两分子的NADPH。非氧化阶段包括核酮糖-5-磷酸转化为核苷酸和核酸生物合成所需要的核糖-5-磷酸以及转化为糖酵解和糖异生的中间产物丙糖磷酸和己糖磷酸。,3、葡萄糖经糖醛酸途径可以转化为葡糖醛酸和抗坏血酸（维生素C）。糖醛酸途径可以将非极性的有毒物质转化为可以被排泄掉的极性衍生物。人不能合成抗坏血酸，维生素C的缺乏将导致坏血病。4、饮食中的糖可以转换为进入酵解途径中的代谢物。果糖转化为甘油醛-3-磷酸；半乳糖转化为葡萄糖-1-磷酸；而甘露糖转化为果糖-6-磷酸。,5、糖异生是一个由非糖物质，例如乳酸和氨基酸，合成葡萄糖的途径。糖异生中的许多反应都是糖酵解反应的逆反应，而糖异生中一些特异的酶是用来催化丙酮酸向磷酸烯醇式丙酮酸的不可逆转化（丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶），果糖-1,6-二磷酸向果糖-6-磷酸转化（果糖-1,6-二磷酸酶）和葡萄糖-6-磷酸向葡萄糖的转化（葡萄糖-6-磷酸酶）。,6、糖原是动物的贮存多糖，糖原磷酸化酶催化细胞内糖原降解生成葡萄糖-1-磷酸，经葡萄糖变位酶作用转换为葡萄糖-6-磷酸。在哺乳动物的肝脏中，葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖和Pi。7、糖原可以由葡萄糖磷酸经UDPG合成。糖原合成酶催化UDPG中的葡萄糖基转移至作为引物的糖原上。糖原合成酶有两种形式：无活性的磷酸化型和有活性的去磷酸化型。,思考题1、区分下列各对术语：醛糖/酮糖、a淀粉/支链淀粉、蛋白聚糖/糖蛋白、异头物/差向异构体、纤维素/半纤维素、糊精/葡聚糖、淀粉/糖原 2、为什么主要以环状结构存在的糖可以缓慢进行链式结构特有的反应？,3、描述细菌外壁的基本结构框架，并比较革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁的区别。4、比较麦芽糖、乳糖和蔗糖的结构差别 5、糖是如何共价连接到蛋白上的 6、糖蛋白和蛋白聚糖的结构、性质和功能是什么？,7、区分下列各对术语：醛基转移酶/酮基转移酶、磷酸果糖激酶/磷酸葡萄糖异构酶、柠檬酸/异柠檬酸、三羧酸循环/乙醛酸循环、辅酶A/乙酰辅酶A8、写出糖酵解的10步反应及所需的酶，总反应是什么？,9、分别写出三羧酸循环的八步反应，要求包括酶和辅酶。10、三羧酸循环的主要功能是什么？11、乙醛酸循环的作用是什么？是如何实现的？,12、区分下列各对术语：分支酶/去分支酶、己糖激酶/丙酮酸激酶、糖原生成/糖原分解、I类醛缩酶/II类醛缩酶 13、讨论糖以下列形式存在的条件：a)葡萄糖的形式运输、b)以乳酸形式运输、c)进行糖原生成、d)进行糖原分解。,14、概述戊糖磷酸途径，区分氧化相和非氧化相并说明此途径的功能。15、为什么糖异生途径不是糖酵解的反过程？这两个途径有什么区别，靠什么调控？糖异生需要多少ATP？,返回,第九章 脂代谢 要点提示,一、脂1、脂是一类用非极性溶剂从生物样品中提取的不溶于水的有机化合物。脂无论从结构上还是从功能上都是多种多样的。,2、脂肪酸是长链单羧酸。自然界存在的主要的脂肪酸含有一个偶数碳的烃链，碳数的范围从12到20。不含碳碳双键的脂肪酸称之饱和脂肪酸；含有一个双键的脂肪酸称之单不饱和脂肪酸；而含有一个以上双键的脂肪酸称之多不饱和脂肪酸。存在于不饱和脂肪酸中的双键大多数是cis构型。饱和和不饱和脂肪酸是很多脂的组成成分。,3、脂肪酸一般都是以称之三脂酰甘油（脂肪和油）的复合脂形式贮存的。三脂酰甘油是中性和非极性脂。蜡也是中性和非极性脂，它是由长链的脂肪醇和脂肪酸形成的酯。前列腺素是生理上重要的二十碳脂肪酸（例如花生四烯酸）的衍生物。4、甘油磷脂是生物膜中的主要的两性脂成分。主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇。这些磷脂的极性头部包括一个阴离子的磷酸二酯基团，这个基团连接甘油骨架的C-3和另一个水溶性的成分。而磷脂的非极性尾巴是由与甘油的C-1和C-2形成酯的脂酰基组成的。,5、其它的主要脂包括鞘脂，胆固醇和脂溶性的维生素。长链的鞘氨醇是鞘脂的骨架。鞘磷脂，脑苷脂和神经神经节苷脂是三种主要的鞘脂。脂溶性维生素是聚异戊二烯化合物。胆固醇是生物膜的一个重要成分，可以作为胆固醇类激素的前体。6、生物膜确定了细胞和细胞内的各个分立区域的外部边界。一个典型的生物膜是由脂和蛋白质组成的，同时在糖鞘脂和糖蛋白上带有少量的糖。生物膜是一个蛋白质镶嵌在脂双层基质中的流动镶嵌膜。两性脂，例如甘油磷脂和鞘脂自然地组装在双层膜中。脂在双层膜中的侧向扩散很快，但从一层向另一层的横向扩散（分子翻转）却非常慢。特殊脂在生物膜的里层和外层的分布是不对称的。,7、在低温状态下，脂双层是以有序的凝胶态存在的，这种状态下的脂酰链是伸展的。当升温时，脂双层经历一个相变，呈现出一种液晶态，脂酰链呈弯曲状态。Cis双键在脂酰链中制造出一个纽结，因此可以降低相变温度，增加膜的流动性。胆固醇通过破坏凝胶相脂和限制液晶相脂的运动调节膜的流动性。8、大多数内在蛋白质横跨双层膜的疏水内部。而外周膜蛋白只是很松散地与膜表面相连。几乎所有的内在膜蛋白都含有跨越脂双层的-螺旋片段。受体蛋白通常只具有单个-螺旋区，而转运蛋白总是具有多个跨膜片段，片段中的氨基酸残基大多数是疏水的，也含有极性氨基酸。许多膜蛋白可以在膜中自由地侧向扩散。,二、脂代谢1、在激素敏感性的脂肪酶催化下，贮存在脂肪细胞中的三脂酰甘油转化为游离的脂肪酸和甘油，进入血液中。脂肪酸与血清清蛋白结合后通过血液转运到其它许多组织中，其中包括心脏、骨骼肌和肝脏等组织。2、脂肪酸通过依次除去二碳片段降解至乙酰CoA，该降解过程称为脂肪酸-氧化。在进行-氧化之前，脂肪酸首先在细胞质中通过与辅酶A酯化被激活形成脂酰CoA，然后经肉毒碱穿梭系统转移至线粒体基质中。,3、饱和脂肪酸的氧化途径涉及四个酶催化步骤：氧化、水化、氧化和硫解；不饱和脂肪酸按照同样的降解途径降解至双键出现的部位，进一步降解需要另外二个酶：异构酶和还原酶。奇数碳脂肪酸在-氧化降解的最后阶段可生成丙酰CoA，丙酰CoA经三个酶的催化转化为柠檬酸循环的一个中间代谢物琥珀酰CoA。4、脂酰CoA经氧化降解可以生成乙酰CoA，NADH，FADH2。NADH和FADH2经电子传递和氧化磷酸化能够产生大量的ATP，同时生成许多水。,5、酮体-羟丁酸和乙酰乙酸是燃料分子，酮体是在肝脏中经乙酰CoA缩合形成的，但肝脏不能利用酮体，它们可以被许多其它组织（包括脑）利用，在这些组织的线粒体内被激活和生成乙酰CoA，进入柠檬酸循环。丙酮存在微量，它是乙酰乙酸经非酶催化脱羧生成的。6、动物细胞中的脂肪酸合成发生在细胞质内，其合成途径不同于氧化途径。脂肪酸合成的原料是乙酰CoA，它是通过柠檬酸转运系统由线粒体转运到细胞质中。柠檬酸转运系统和戊糖磷酸途径提供脂肪酸生物合成所需要的NADPH。,7、长链脂肪酸是由丙二酸单酰CoA和乙酰CoA经负载、缩合、还原、脱水和还原五个步骤形成的，重复进行这五步反应可使脂肪酸链延长，脂肪酸生物合成的主要产物是十六碳软脂酸。8、三脂酰甘油和磷脂是通过一个共同途径合成的，都是由1,2-二脂酰甘油衍生来的。磷脂酸是酸性磷脂磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇的前体。鞘脂是一类以鞘氨醇为结构骨架的脂，鞘氨醇酰化形成神经酰胺，神经酰胺经修饰加上磷脂酰胆碱（或磷脂酰乙醇胺）可以形成鞘磷脂或加上一个糖成分形成脑苷脂。,9、胆固醇是动物细胞膜的必需成分