生物化学(下册)期末考试复习资料

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第一章 核酸通论

一、核酸的发现和研究简史

Crick 提出遗传信息传递的中心法则:遗传信息从DNA 传到RNA ,再传到蛋白质,一旦传给蛋白质就不再转移。

二、核酸的种类和分布

核酸分为脱氧核糖核酸(DNA )和核糖核酸(RNA )两大类。所有生物细胞都含有这两类核酸。

1)脱氧核糖核酸(DNA ):遗传信息的贮存和携带者,生物的主要遗传物质。在真核细胞中,DNA 主要集中在细胞核内,组成染色体(染色质),线粒体和叶绿体中均有各自的DNA 。原核细胞没有明显的细胞核结构,DNA 存在于核区。原核生物染色体(只有一条)DNA 、质粒DNA 、真核生物细胞器DNA 都是环状双链DNA ,真核生物染色体是线型双链DNA 。病毒或只含有DNA 或只含有RNA ,从未发现两者兼有的病毒。

2)核糖核酸(RNA ):主要参与遗传信息的传递和表达过程,细胞内的RNA 主要存在于细胞质中,少量存在于细胞核中,病毒中RNA 本身就是遗传信息的储存者。

参与蛋白质合成的RNA 有三大类:转移RNA(tRNA)、核糖体RNA (rRNA )、信使RNA (mRNA )。无论是真核生物还是原核生物都有这三类RNA 。

三、核酸的生物功能

1、DNA 是主要的遗传物质

2、RNA 生物学功能

1) 控制蛋白质合成;

2) 遗传物质,遗传信息的加工和进化

3) 作用于RNA 转录后加工和修饰

4) 基因表达与细胞功能的调节

5) 生物催化与其他细胞持家功能

第二章 核酸的结构

一、核酸是一种多聚核苷酸,它的基本结构单位是核苷酸。核苷酸还可以进一步分解成核苷和磷酸。核苷再进一步分解成碱基和戊糖。碱基分两大类:嘌呤碱和嘧啶碱。所以,核酸是由核苷酸组成的,而核苷酸又由碱基、戊糖和磷酸组成。

核酸 两类核酸的基本化学组成

核苷酸

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磷酸 核苷 戊糖 碱基

核酸的分类就是根据所含戊糖种类的不同而分为核糖核酸和(RNA )和脱氧核糖核酸(DNA )

DNA RNA 嘌呤碱 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 嘧啶碱 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 胞嘧啶 C 尿嘧啶 U

戊糖 D-2-脱氧核糖 D-核糖

酸 磷酸 磷酸

二、核苷酸

1、碱基(具体标号见书P479)

1) 嘧啶碱

C T U

2)嘌呤碱

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3、稀有碱基

如:次黄嘌呤I 、二氢尿嘧啶D

另:对于RNA 来说T 是稀有碱基;对于DNA 来说U 是稀有碱基

2) 核苷

由戊糖和碱基缩合而成。糖与碱基之间以糖苷键相连接。糖的第一位碳原子(C1)与嘧啶碱的第一位氮原子(N1)或与嘌呤碱的第九位氮原子(N9)相连接。所以糖与碱基间的连键是N —糖苷键。对核苷命名时,必须先冠以碱基的名称。糖环中的碳原子标号右上角加撇―’‖,而碱基的原子的标号不加撇―’‖,以示区别。

稀有核苷:碱基不变,但是碱基与糖的连接方式发生变化。如假尿嘧啶(ψ),糖不是与尿嘧啶的N1相连,而是与C5相连。

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假尿嘧啶(稀有核苷,由于其碱基为U ,所以不是稀有碱基)

例:一条RNA 链的碱基排列顺序为 —AGCUTGCIDGψA—,这条链中的稀有碱基数目为 3个(T 、I 、D );稀有核苷数目为4个(T 、I 、D 、ψ)【写入链中的I 、D 等是稀有核苷,如I 为次黄嘌呤核苷】

3) 核苷酸(核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化,形成核苷酸)

核糖核苷的糖环上有3个自由羟基(2’、3’、5’),脱氧核苷的糖环上有2个自由羟基(3’、5’),生物体内游离存在的核苷酸多是5’—核苷酸。与5’C 相连一个磷酸分子的为*MP,连两个磷酸分子的为*DP ,连三个磷酸分子的*TP 。

因此常见的核苷酸类型分别为腺嘌呤核苷酸(AMP ),腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP ),依次类推为GMP 、d GMP 、CMP 、dCMP 、UMP 、d TMP 。最常见的是腺苷三磷酸ATP (腺嘌呤核苷三磷酸),结构见书(P482)。

A

G

三、核酸的共价结构(一级结构)

核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子。核酸的一级结构指核酸的核苷酸序列。

组成核酸的核苷酸是以3’,5’—磷酸二酯键彼此连接起来的。(见书P483图13-2)

四、DNA的二级结构

1、Chargaff 规律

(1)所有生物的DNA中,A=T,G=C,A+C=G+T,且A+G=C+T。

(2)DNA的碱基组成具有种的特异性。

(3)DNA碱基组成没有组织和器官的特异性。

(4)年龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的碱基组成。

2、DNA的二级结构:双螺旋Watson&Crick

DNA的双螺旋模型特点(图见P486)

(1)两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。

(2)磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧,作为可变成分的碱基位于内侧,链间碱基按A—T,G—C配对(碱基配对原则,Chargaff定律)

(3)螺旋直径2nm,相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对重复一次,间隔为3.4nm。

●大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋的互补链

之间,而大沟位于相毗邻的双股之间。

●碱基平面与纵轴垂直,糖环平面与纵轴平行;

●两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起;

●螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持。

3、DNA的三级结构:超螺旋是DNA三级结构的主要形式。

五、RNA的高级结构

天然RNA分子都是单链线形分子,只有部分区域是双螺旋结构。

1、tRNA的高级结构

1)二级结构是三叶草形(见P496图13-18)

由氨基酸臂、二氢尿嘧啶(DHU)环、反密码环、额外环和TψC环等5个部分组成。

●氨基酸臂:7对碱基组成,富含鸟嘌呤,末端为CCA,接受活化的氨基酸

●二氢尿嘧啶环:由8-12个核苷酸组成,具有两个二氢尿嘧啶。通过由3-4个碱基组成的

双螺旋区与tRNA分子的其余部分相连。

●反密码环:由7个核苷酸组成。环中部为反密码子,由3个碱基组成。次黄嘌呤核苷酸

I长出现于反密码子中。反密码子环通过由5个碱基组成的双螺旋区与tRNA的其余部分相连。反密码子可识别信使RNA的密码子。

●额外环:由3-18个核苷酸组成。不同的tRNA具有不同大小不同的额外环,无所以是

tRNA分类的重要指标。

●假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷(TψC环)由7个核苷酸组成,通过由5对碱基组

成的双螺旋区与tRNA的其余部分相连。除个别例外,几乎所有tRNA在此环中都含有TψC。

2)倒L形的三级结构

2、rRNA的高级结构

细菌:16S rRNA 、5S rRNA、23S rRNA组成30S转录单位

真核:18SrRNA、 5.8S rRNA,28S rRNA组成45S的转录单位,5S rRNA单独转录。

3、mRNA的高级结构

原核mRNA的结构特点:多顺反子,前端有一段SD序列,富含嘌呤。

真核mRNA的结构特点:单顺反子,断裂基因,有5’帽子,3’polyA。

●5′帽子:由甲基化酶催化;可抵抗5′核酸外切酶降解mRNA;可为核糖体提供识别位点,

使mRNA很快与核糖体结合,促进蛋白质合成起始复合物的形成。

●3′端有一段约30-300核苷酸的polyA:转录后由poly(A)聚合酶催化加尾;PolyA是

mRNA由核进入胞质所必需的形式;polyA与mRNA半寿期有关,PolyA大大提高mRNA在胞质中的稳定性。

第三章核酸的物理化学性质

一、核酸的水解

1、按磷酸二酯键断裂的方式可将核酸酶分为两类:一类是在3’—OH与磷酸基之间断裂,其产物是5’—磷酸核苷酸或寡核苷酸。另一类是在5’—OH与磷酸基之间断裂,其产物是3’—磷酸核苷酸或寡核苷酸.

2、限制性内切酶(脱氧核糖核酸酶类):指能够识别双链DNA分子的特定序列,在其识别位点中或在其附近切割DNA分子的一类内切酶。具有严格的碱基序列专一性,主要降解外源的DNA。第一个是从大肠杆菌中发现的。限制性内切酶已成为基因工程最重要的工具酶。

二、核酸的紫外吸收

碱基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有强烈的光吸收。λmax=260nm

纯DNA的A260/A280应为1.8(1.65-1.85);纯RNA的A260/A280应为2.0。

若溶液中含有杂蛋白或苯酚,则A260/A280比值明显降低。

1A值相当于:50ug/mL双螺旋DNA或:40ug/mL单链DNA(或RNA)或:20ug/mL寡核苷酸。

在DNA的变性过程中,摩尔吸光系数增大(增色效应)

在DNA的复性过程中,摩尔吸光系数减小(减色效应)

三、核酸的变性、复性及杂交

1、变性:核酸变性指核酸双螺旋区的氢键断裂,变成单链,不涉及共价键断裂。由升高温度引起的称热变性;由酸碱度改变的称酸碱变性。尿素是常用的变性剂。变性后一系列物化性质也随之改变:260nm吸收值升高、粘度降低,浮力密度升高、二级结构改变,部分失活等。DNA的变性是爆发式的,变性作用发生在一个很窄的温度范围内。加热变性使DNA 双螺旋结构失去一半时的温度成为该DNA的熔点或溶解温度(Tm)。DNA的Tm值一般在82—95°C之间。DNA的Tm值与下列因素有关:①DNA均一性②G-C含量与Tm值成正比③介质中离子强度

2、复性:变性DNA在适当(一般低于Tm20~25℃)条件下,两条链重新缔合成双螺旋结构。DNA复性后,很多物化性质又得到恢复。热变性DNA在缓慢冷却时可以复性,快速冷却不能复性。DNA片段越大,复性越慢;DNA浓度越大,复性越快。

3、核酸的杂交:不同来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对的区域,在复性时可形成局部双螺旋区,称核酸分子杂交。制备特定的探针通过杂交技术可进行基因的检测和定位研究。实例:southern印迹法。

第四章糖酵解作用

机体内主要提供能量的物质是ATP。ATP的形成主要通过两条途径,一条是由葡萄糖彻底氧化为二氧化碳和水,从中释放出大量自由能形成大量的ATP(三羧酸循环)。另一条是在没有氧分子参加的条件下,即无氧条件下,由葡萄糖讲解为丙酮酸,并在此过程中产生2

分子ATP(EMP途径)。葡萄糖还可在机体内以多糖的形式进行贮存,需要时,可由糖原迅速动员起来。

●糖酵解途径(过程)是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应,是生物

体内普遍存在的葡萄糖降解的途径,简称EMP途径,是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。

●糖酵解(glycolysis )是动物肌肉利用葡萄糖经历丙酮酸最后转化为乳酸的过程。

发酵(简称酒精发酵)是由酵母菌将葡萄糖转化为酒精的过程。

从能量观点出发,可以把酵解过程划分为两个方面。一方面葡萄糖转变为乳酸是物质的分解过程,其中伴随有自由能的释放,即放能过程;另一方面ADP和无机磷酸形成A TP,则是吸能过程。整个过程需要10种酶,每种酶都有Mg2+离子作为辅助因子。

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一、糖酵解途径(P67 图22-1)场所:细胞质胞液条件:无氧

糖酵解总反应式

葡萄糖+ 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2丙酮酸+ 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

1、糖酵解第一阶段反应机制

第一阶段:

葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸→果糖-6-磷酸→果糖-1,6—二磷酸→甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸→甘油醛-3-磷酸

1)葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖:不可逆反应

通过己糖激酶(或葡萄糖激酶)活化,第1个ATP消耗,活化葡萄糖以进行后续反应;第一个调节酶

2)6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖

3)6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖:第2个ATP消耗;不可逆反应;

磷酸果糖激酶(同工酶)是糖酵解三个调节酶中催化效率最低的酶,因此是糖酵解作用限速酶。该酶需要Mg2+参加反应。第2个调节酶

磷酸果糖激酶PFK是变构酶,该部反应是糖酵解限速步骤。ATP也是该反应的底物,因此磷酸果糖激酶受到高浓度ATP的抑制。ATP可降低该酶对6-磷酸果糖的亲和力。ATP对该酶的这种变构效应是由于ATP结合到酶的一个特殊的调控部位上,调节部位不同于催化部位。但是ATP对该酶的这种变构抑制可被AMP解除。因此ATP/AMP的比例关系对此酶也有明显的调节作用。

4)1,6-双磷酸果糖分裂3-磷酸甘油醛和二羟丙酮磷酸

5)二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸

第二阶段:

甘油醛-3-磷酸→1,3-二磷酸甘油酸→(转移高能磷酸基生成A TP)3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→ 磷酸烯醇式丙酮酸→ 丙酮酸和一个A TP

6)3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸磷酸:糖酵解中唯一的脱氢反应;生成NADH

7)1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸(糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应):生成2分子ATP

1,3-二磷酸甘油酸的磷酰基转移给ADP生成ATP:通过磷酸甘油酸激酶催化

底物水平磷酸化:

底物分子的高能键转移至ADP或GDP生成ATP或GTP的过程。

ATP生成的2种方式之一,另一种为线粒体内的氧化磷酸化。

8)3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸

9)2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸

10)磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸:生成2分子ATP;第二次底物水平磷酸化反应;不可逆反应

通过丙酮酸激酶催化:糖酵解过程的第三个调节酶

二、EMP途径化学计量和生物学意义

总反应式:

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH+2H++2ATP+2H2O

能量计算:氧化一分子葡萄糖净生成:2ATP + 2NADH

(1)、(3)两步消耗2分子ATP,(7)、(10)两步生成4分子ATP,净生成2分子ATP 三、总结

1)3个不可逆反应:1)葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖(己糖激酶);3)6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖(磷酸果糖激酶);10)磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸(丙酮酸激酶)。

2)限速步骤:3)6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖(磷酸果糖激酶)。

3)底物水平磷酸化:7)1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸;9)2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸。

4)氧化还原步骤:6)3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸磷酸。

四、丙酮酸的去路

●在有氧情况下,NADH通过将电子和氢传递给O2而氧化再生(进入呼吸链),丙酮酸

彻底氧化为CO2和H2O排出

●在无氧条件下,NADH通过还原丙酮酸而再生,分为两种情况,即:

乳酸脱氢酶

1、丙酮酸+NADH 乳酸(在生物体内)

2、丙酮酸乙醇(发酵)

五、糖酵解的生理意义

1、缺氧情况下,如机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等,能量获得的主要途径。

2、糖原或葡萄糖分解供能的必需途径。

3、有氧条件下,红细胞、白细胞、神經和骨骼组织等的主要供能形式。

第五章柠檬酸循环

简称TCA循环(糖的有氧氧化):丙酮酸通过TCA进行脱酸和脱氢反应;羧基形成CO2,氢原子则随着载体(NAD+、FAD)进入电子传递链经过氧化磷酸化作用,形成水分子并释放出能量ATP。

场所:线粒体;条件:有氧

一、准备阶段——乙酰CoA的形成(P92 ):丙酮酸氧化

丙酮酸脱氢酶复合体=3个酶+5个辅助因子

E1:丙酮酸脱氢酶,焦磷酸硫胺素(TPP)

E2:二氢硫辛酰转酰基酶,硫辛酸,CoA-SH

E3:二氢硫辛酸脱氢酶,NAD+,FAD

二、TCA循环的反应机制

○1柠檬酸生成;○2氧化脱羧;○3底物磷酸化;○4草酰乙酸再生

1、乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸:不可逆反应限速步骤

柠檬酸合酶:限速酶

2、柠檬酸异构为异柠檬酸

3、异柠檬酸氧化为-α酮戊二酸+ CO2:通过异柠檬酸脱氢酶催化;第一次氧化脱羧;产生NAD(P)H

4、α-酮戊二酸氧化形成琥珀酰CoA + CO2:第二次氧化脱羧;通过α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化;产生NADH;不可逆反应

α-酮戊二酸脱氢酶复合体:与丙酮酸脱氢酶复合体一样(3个酶+5个辅助因子)

5、琥珀酰CoA转化为琥珀酸:TCA中唯一的底物水平磷酸化反应,直接生成GTP

通过琥珀酰CoA合成酶催化水解高能硫脂键释放的能量驱动GDP合成为GTP(或ATP)

6、琥珀酸氧化为延胡索酸:2H从底物移除,产生FADH2

7、延胡索酸水合形成苹果酸:通过延胡索酸酶催化

8、L-苹果酸氧化为草酰乙酸:通过NAD连接的苹果酸脱氢酶催化;产生NADH + H+

由于草酰乙酸与乙酰CoA不断合成柠檬酸而使反应向右进行

三、TCA循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量(中间产物不消耗ATP)

1、总反应式:

CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP

2、三羧酸循环的能量计量

1 GTP 1ATP

3 NADH 7.5个ATP (1NADH=2.5个ATP) 10个ATP

1 FADH

2 1.5个ATP

葡萄糖完全氧化产生的ATP(EMP途径生成2个丙酮酸,因此所有反应需×2)

酵解阶段: 2 ATP 2 ATP

2 × 1NADH 2×2.5=5个ATP或2×1.5=3个ATP

丙酮酸氧化: 2 × 1NADH 2×2.5=5个ATP

三羧酸循环:2 ×1 GTP 2 ×1 ATP

2 ×

3 NADH 2 ×7.5 ATP

2 ×1 FADH2 2 ×1.5 ATP

总计:32个(若按照1NADH=3个ATP计算,则最终生成38个ATP)或30个(原因见生物氧化一章)

释放出的CO2中的2个C原子并不是进入循环的乙酰CoA中的2个C原子。

输入:1分子乙酰CoA+2分子H2O

输出:3NADH + H+1FADH2+1GTP+2CO2

四、三羧循环的生物学意义

1、是有机体获得生命活动所需能量的主要途径;

2、是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽;

3、形成多种重要的中间产物;

4、是发酵产物重新氧化的途径。

五、为什么说TCA循环是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽?

一方面,TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径,另一方面,循环中生成的草酰乙酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料,因而TCA将各种有机物的代谢联系起来。TCA是联系体内三大物质代谢的中心环节,为合成其它物质提供C架。

六、总结

1、2个不可逆反应:1)乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸(柠檬酸合酶);4)α-酮戊二酸

氧化形成琥珀酰CoA + CO2(α-酮戊二酸脱氢酶复合体)

2、限速步骤:1)乙酰CoA与草酰乙酸合成柠檬酸(柠檬酸合酶)

3、底物水平磷酸化:5)琥珀酰CoA转化为琥珀酸

4、4个氧化还原反应:3)异柠檬酸氧化为-α酮戊二酸;3)异柠檬酸氧化为-α酮戊二酸+

CO2;6)琥珀酸氧化为延胡索酸;8)L-苹果酸氧化为草酰乙酸

5、2个氧化脱羧反应:3)异柠檬酸氧化为-α酮戊二酸+ CO2;4)α-酮戊二酸氧化形成琥

珀酰CoA + CO2

七、草酰乙酸的回补反应

在TCA循环中,有些中间产物是合成其它物质的前体,如卟啉的主要碳原子来自琥珀CoA、Glu、Asp可以从α-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成,一旦草酰乙酸浓度下降,则会影响TCA循环,因此这些中间产物必须不断补充,以维持TCA循环。

TCA中间产物是某些物质合成的前体,因此TCA循环的中间产物必须要有一个补充途径

第六章生物氧化——电子传递和氧化磷酸化作用

一、生物氧化

1、定义:生物氧化是糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化,其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程(课件上的定义)。生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量。

2、生物氧化的特点:

1)生物氧化在活细胞中进行,中性pH,体温、水环境等;

2)一系列酶和电子传递体条件下逐步进行的,逐步氧化释放能量,总和与体外相同;

3)释放的能量一般都先储存于特殊的高能化合物ATP。

真核细胞,生物氧化多在线粒体内进行,在不含线粒体的原核细胞中,生物氧化在细胞膜上进行。

3、生物氧化的过程:生物氧化包括三个阶段:

1)糖、脂肪、蛋白质转变为葡萄糖、甘油、脂肪酸和氨基酸;

2)生成乙酰CoA;

3)三羧酸循环和氧化磷酸化。

二、呼吸链

1、定义:呼吸链又叫电子传递体系或电子传递链,它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后,经过一系列的传递体,最后传递给被激活的氧原子,而生成水的全部体系,因为其功能和呼吸作用直接相关,故称为呼吸链。

1)在真核生物细胞内,它位于线粒体内膜上,原核生物中,它位于细胞膜上

2)在生物细胞中,接受代谢物上脱下的氢(或电子)的载体有三种—— NAD+、NADP+ 和

FAD

3)其中NADPH不进入呼吸链合成ATP,而是作为生物合成的还原剂;只有NADH和

FADH2进入呼吸链;所以呼吸链有两条,即NADH氧化呼吸链(主要的呼吸链)和琥珀酸氧化呼吸链(FADH2氧化呼吸链)

2、呼吸链的组成

复合体Ⅰ:NADH一泛醌(辅酶Q)还原酶:该复合体将电子从NADH经FMN及铁硫蛋白传给泛醌。

复合体Ⅱ:琥珀酸一泛醌还原酶:该复合体将电子从琥珀酸经FAD及铁硫蛋白传递给泛醌。复合体Ⅲ:泛醌一细胞色素C还原酶:该复合体将电子从泛醌经Cyt b、Cyt c1传给Cyt c。复合体Ⅳ:细胞色素C氧化酶:该复合体将电子从Cyt c经Cyt aa3传递给氧。

3、电子传递顺序(P120 图24-2)

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4、辅酶Q:又称泛醌,(简写为Q)或辅酶-Q(CoQ)。辅酶Q是醌的衍生物,有一个长的类异戊二烯的尾(n个)。n的数目因物种而异。哺乳动物n为10,即有10个异戊二烯单位,其符号为Ql0。

5、电子传递的抑制剂(见P129 图24-16)【抑制产生ATP的三个部位】

1)抑制剂鱼滕酮等可以抑制NADH电子传递给辅酶Q,但不抑制FADH2的电子传递,

因此FADH2呼吸链仍能获得A TP。鱼滕酮是一种极毒的植物物质,常用于杀虫剂。

2)抗霉素A抑制细胞色素b电子传给c1

3)氰化物(CN-)和一氧化碳抑制细胞色素氧化酶电子传递给氧。氰化物与血红素a3的高

铁形式作用,而一氧化碳则是抑制a3的亚铁形式。

三、氧化磷酸化作用

1、概念: 代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水,同时伴有ADP磷酸化生成ATP的过程。由于代谢物的氧化反应与ADP磷酸化反应偶联发生,又称偶联磷酸化。根据是否需要氧分子参加,又可分为呼吸链磷酸化和底物水平磷酸化。

1)在真核生物细胞内,发生在线粒体内膜上,原核生物中,则发生在浆膜上。

2)底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中,形成了

某些高能磷酸化合物的中间产物,通过酶的作用可使ADP生成ATP

3)电子传递体系磷酸化是指当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给

氧形成水时,同时伴有ADP磷酸化为A TP的全过程。通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化

2、磷氧比(P/O )

呼吸过程中无机磷酸(Pi)消耗量和原子氧(O)消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中,每传递一对电子消耗一个氧原子,而每生成一分子ATP消耗一分子Pi ,因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至原子氧所产生的ATP分子数。

P/O比值是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数,可间接测出ATP生成量。实验证明NADH呼吸链的P/O值是3,即每消耗一摩尔氧原子就可形成3(2.5)摩尔ATP,FADH2呼吸链的P/O值是2,即消耗一摩尔氧原子可形成2(1.5)摩尔ATP。

3、ATP产生的机理:目前主要有三个学说:化学偶联学说、构像耦联学说与化学渗透学说1)化学偶联学假说;电子传递过程产生一种活泼的高能共价中间物,它随后的裂解驱动氧化磷酸化作用。

2)构象偶联假说:电子沿电子传递链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生了构想变化,形成一种高能形式。这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。

3)化学渗透学说的主要论点及机理:呼吸链存在于线粒体内膜之上,当氧化进行时,呼吸链起质子泵作用,质子被泵出线粒体内膜之外侧,造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差,后者被膜上ATP合成酶所利用,使ADP与Pi合成ATP。电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙,从而形成H+跨线粒体内膜的电化学梯度,这个梯度的电化学势( ΔH+ )驱动ATP的合成。【H+梯度】

4、氧化磷酸化的解偶联和抑制

1)解偶联剂:这类试剂的作用是使电子传递和ATP形成两个过程分离,它只抑制ATP的形成过程,不抑制电子传递过程,使电子传递所产生的自由能都变为热能。

典型的解偶联剂是2,4-二硝基苯酚(DNP)

2)氧化磷酸化抑制剂:这类试剂的作用特点是既抑制氧的利用又抑制ATP的形成,但不直接抑制电子传递链上载体的作用。这一点和电子抑制剂不同。氧化磷酸化抑制剂的作用是直接干扰ATP的形成过程。由于它干扰了由电子传递的高能状态形成A TP的过程,结果也使电子传递不能进行。寡霉素(oligomycin)就属于这类抑制剂。

5、葡萄糖彻底氧化生成ATP的总结算

葡萄糖分解通过糖酵解和柠檬酸循环形成的ATP或GTP的分子数,根据化学计算可以得到明确的答复。但是氧化磷酸化产生的ATP分子数并不十分准确。如:一对电子从NADH 传至O2,所产生的ATP分子数是2.5个。在细胞色素还原酶的水平进人电子传递链的电子,如琥珀酸,或细胞液中的NADH,它们的电子对只产生1.5个ATP分子。

因此当一分于葡萄糖彻底氧化为CO2和水所得到的ATP分子数和过去传统的统计数(32个ATP)少了2个ATP分子,成为30个。若按照1NADH=3个ATP计算,则应为36个(传统计数为38个)。

第七章戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径

一、戊糖磷酸途径(HMP途径)

1、概念:磷酸戊糖途径,简称PPP途径,也叫磷酸己糖支路;亦称戊糖磷酸循环;亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径. 以6-磷酸葡萄糖开始,在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸,进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢物的过程,称为戊糖磷酸途径。

●PPP途径广泛存在动、植物细胞内,在细胞质中进行.

●核心反应:葡萄糖-6-磷酸+2NADP+H2O 核糖-5-磷酸+ 2NADPH + 2H+ CO2

●磷酸戊糖途径的两个阶段: 1、氧化脱羧阶段; 2、非氧化分子重排阶段

2、过程:

1、氧化脱羧阶段

1)6-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖酸内酯:限速步骤;使NADP+还原成NADPH

6-磷酸葡萄糖脱氢酶限速酶,对NADP+有高度特异性

2)6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为6-磷酸葡萄糖酸

3)6-磷酸葡萄糖酸转变为5-磷酸核酮糖:使NADP+还原成NADPH

2、非氧化分子重排阶段

3、磷酸戊糖途径的生理意义

1)产生大量的NADPH(还原辅酶Ⅱ),为细胞的各种合成反应提供主要的还原力。NADPH 作为主要的供氢体,为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成,非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原,及氨的同化等所必需。

2)中间产物为许多化合物的合成提供原料。产生的磷酸戊糖参加核酸代谢。

3)是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途径。

4)NADPH主要用于还原反应,其电子通常不经电子传递链传递,一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能,需通过两个偶联反应,进行穿梭转运,将氢转移至线粒体NAD+上5)HMP途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源,并为各种单糖的相互转变提供条件:不同结构糖分子构成3C、4C、5C等的碳骨架。

二、葡糖异生作用

1、概念:从非糖物质(丙酮酸、生糖氨基酸、乳酸和甘油等)转变成糖的过程,称糖异生

2、过程:非糖物质转化成糖代谢的中间产物后,在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。

●糖异生总反应:

2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H20→Glc+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi

从2分子丙酮酸形成Glc共消耗6个ATP,2个NADH。

●糖异生作用并不是糖酵解的直接逆反应,而是不完全的糖酵解过程的逆反应。糖异生实

际上是使用不同的酶用4步反应绕过了糖酵解中不可逆的三步反应:

糖酵解作用糖异生

1 己糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶

2 磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶

3 丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶

糖酵解中最后一步可逆反应,糖异生用了2步来迂回。

3、反应先在线粒体内进行,后在细胞质中进行,因为丙酮酸羧化酶只存在于线粒体内;而糖酵解作用始终在细胞质胞液中进行。

4、糖异生的调节

1、无效循环:两种过程同时进行(当两种酶的活性相等)时,即一方面葡萄糖转变为丙酮酸,另一方面丙酮酸又重新合成葡萄糖,则不能将代谢向前推进,结果仅ATP释放能量,因而又称之为无效循环。

2、乳酸循环:肌肉收缩(尤其是氧供应不足时)通过糖酵解生成乳酸。肌肉内糖异生活性底,所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后,再进入肝,在肝内异生为葡萄糖。葡萄糖入血液后又可被肌肉摄取,这样就构成了一个循环,此循环称为乳酸循环(可立氏循环)。

第八章糖原的分解和生物合成

一、糖原:糖原是动物体内糖的贮存形式;淀粉是植物体内贮存的多聚葡萄糖;糖原贮存的主要器官:肝脏和肌肉组织;糖原和淀粉都是由葡萄糖分子聚合而成的高聚物,统称为萄聚糖。

二、糖原的分解:指糖原分解为葡萄糖的过程。

分解部位:肝脏分解产物:葡萄糖

1、过程:

1)糖原磷酸解为1-磷酸葡萄糖:糖原磷酸化酶,糖原分解的限速酶

2)1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖

3)6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖

三、糖原的生物合成:由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成

1、单糖:葡萄糖(主要)、果糖、半乳糖等

2、部位:肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中

3、在糖原合成中,糖基的的供体是尿苷二磷酸葡萄糖,简称UDP—葡萄糖或UDPG,它是糖原分解的产物,同时也是糖原合成的原料。

4、糖原合成酶——糖原合成的限速步骤:UDPG中的葡萄糖连到糖原引物上

四、总揽

葡萄糖在细胞内的主要代谢去路

贮存糖原等

有氧CoA TCA循环CO2+H2O

葡萄糖糖酵解途径丙酮酸线粒体线粒体

生物化学(下册)期末考试复习资料

无氧;胞液生物体内

无氧乳酸

糖异生胞液

HMP途径核糖-5-磷酸发酵

胞液乙醇

第九章脂肪酸的分解代谢

一、脂肪的水解脂肪酸

甘油

二、脂肪酸的氧化场所:原核生物的细胞溶胶及真核生物的线粒体内

1、脂肪酸的活化—脂酰CoA的形成:由脂酰CoA合酶催化,此酶存在于线粒体外膜。起作用时消耗1个ATP的两个高能磷酸键,即消耗2个ATP 。

2、脂肪酸向线粒体的转运:

中、短链脂肪酸(4-10C)可直接进入线粒体,并在线粒体内活化生成脂酰CoA。

长链脂肪酸先在胞质中生成脂酰CoA,经肉碱转运至线粒体内。

脂酰-CoA穿越线粒体步骤:

1)细胞溶胶中的脂酰-CoA转移到肉碱上,释出CoA到细胞溶胶中

2)经传送系统,脂酰-肉碱被送进线粒体基质

3)脂酰基转移到来自线粒体的CoA分子上

4)释出的肉碱又回到细胞溶胶中

3、饱和脂肪酸的β-氧化作用

1)概念:脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化,碳链逐次断裂,每次断下一个二碳单位,即乙酰CoA,该过程称作β-氧化。

2)脂肪酸的β-氧化过程(P236 图28-8)

(1)活化:脂肪酸的活化(细胞质)

(2)转运:脂肪酸向线粒体的转运

(3)脱氢:脂酰CoA脱氢生成β-反式烯脂酰CoA

(4)水化:△2反式烯脂酰CoA水化生成L-β-羟脂酰CoA

(5)脱氢:L-β-羟脂酰CoA脱氢生成β-酮脂酰CoA

(6)硫解:β-酮脂酰CoA硫解生成乙酰CoA和脂酰CoA (n-2)

4、脂肪酸β-氧化作用小结:脂肪酸氧化是高度的放能过程

1)脂肪酸β-氧化时仅需活化一次,其代价是消耗1个ATP的两个高能键。

2)长链脂肪酸由线粒体外的脂酰CoA合成酶活化,经肉碱运到线粒体内;中、短链脂肪酸直接进入线粒体,由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化。

3)β-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。

4)β-氧化的产物是乙酰CoA,可以进入TCA。

5、β-氧化生成ATP的计算:脂肪酸氧化是高度的放能过程

生物化学(下册)期末考试复习资料

若为14个C脂肪酸:6次β-氧化

产生FADH2 6×1.5个ATP=9个

NADH 6×2.5个ATP=15个

乙酰辅酶A进入TCA循环:产生7×10个ATP=70个

减去脂肪酸活化消耗

2个ATP的高能磷酸键=消耗2个ATP

净产生:ATP 92个

三、不饱和脂肪酸的氧化

奇数碳原子脂肪酸的氧化生成丙酰—CoA

脂肪酸还可以发生α—氧化和ω—氧化

四、酮体的代谢

1、酮体:脂肪酸β-氧化产物乙酰CoA,在肌肉中进入三羧酸循环氧化供能,然而在肝细胞中还有另一条去路。乙酰CoA可在肝细胞形成乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮,这三种物质统称为酮体。酮体在肝中生成后,再运到肝外组织中利用。

2、酮体的合成:肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径,主要取决于草酰乙酸的可利用性。饥饿状态下,草酰乙酸离开TCA,用于异生合成Glc。当草酰乙酸浓度很低时,只有少量乙酰CoA进入TCA,大多数乙酰CoA用于合成酮体。

第十章脂肪的生物合成

一、脂肪的合成

所有的生物都可用糖合成脂肪酸,有两种合成方式。

A. 从头合成(乙酰CoA)——在胞液中(16碳以下)

B. 延长途径——在线粒体或微粒体中

过程:a、缩合b、加氢c、脱水d、加氢(P262 图29-8)

1、脂酰基载体蛋白

参与脂肪酸生物合成的酶有七种,并以没有酶活性的脂酰基载体蛋白(ACP)为中心,构成一个脂肪酸合成酶复合体。ACP是脂肪酸合成的载体

2、丙二酸单酰ACP的形成

脂肪合成时,乙酰CoA是脂肪酸的起始物质(引物),其余链的延长都以丙二酸单酰CoA的形式参与合成。在线粒体产生的的乙酰-CoA必须先从线粒体转移到细胞溶胶中,才能参与脂肪酸的合成。然而,线粒体内膜对乙酰-CoA是不容许通透的乙酰-CoA通过三羧酸转运体系穿过线粒体内膜。

●三羧酸转运体系:

乙酰-CoA在线粒体中产生通过柠檬酸将乙酰-CoA运出线粒体在胞浆中合成脂肪酸

●乙酰CoA羧化酶:(辅酶是生物素)为别构酶,是脂肪酸合成的限速酶,柠檬酸可激活

此酶,脂肪酸可抑制此酶

3、脂肪酸的合成步骤(动物细胞)(P262 图29-8)

1)启动:乙酰-CoA合酶:ACP转酰酶

2)装载:丙二酸单酰-CoA:ACP转酰酶

3)缩合:β -酮酰-ACP合成酶

4)还原:β -酮酰-ACP还原酶

5)脱水:β-羟酰-ACP脱水酶

6)还原:烯酰-ACP还原酶

7)释放:软脂酰-ACP硫脂酶

4、总结

1)ACP是脂肪酸合成的载体;

2)乙酰CoA 羧化酶是脂肪酸合成的限速酶;

3)转运乙酰CoA 的载体是柠檬酸

二、软脂酸分解与合成代谢的区别

合成(从乙酰CoA 开始) 氧化(生成乙酰CoA ) 细胞中部位

细胞质 线粒体 酶 系

7种酶, 多酶复合体或多酶融合体 4种酶分散存在 酰基载体

ACP CoA 二碳片段 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA

电子供体(受体) NADPH FAD 、NAD

β-羟脂酰基构型 D 型 L 型

对HCO3—及柠檬酸的要求

要求

不要求 能量变化

消耗7个ATP 及14个NADPH , 共42ATP 。 产生(7FADH2+7NADH-2ATP )共33ATP 产物

只合成16碳酸以内的脂酸,延长需由别的酶完成。 18碳酸可彻底降解 18碳酸可彻底降解

第一章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢

一、氨基酸的分解代谢

1、 氨基酸的脱氨基

2、 体内主要有3种脱氨基方式

1)转氨基作用:氨基转移酶(转氨酶辅酶—磷酸吡哆醛(PLP))

在转氨酶的催化下,α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上,结果原来的α-氨基酸生成相应的α-酮酸,而原来的α-酮酸则形成了相应的α-氨基酸,这种作用称为转氨基作用或氨基移换作用。(除Gly 、Lys 、Thr 、Pro 外 )

例:谷丙转氨酶

α-氨基酸 + α-酮酸 → α-酮酸 + α-氨基酸

2)氧化脱氨基作用:谷氨酸脱氢酶

氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程称为氧化脱氨基作用。 α-氨基酸 + NAD(P)+ + H2O → α-酮酸 + NAD(P)H+ + H+ + 氨

3)联合脱氨基

其一是指氨基酸的α-氨基借助转氨作用,转移到α-酮戊二酸的分子上,生成相应的α-酮酸和谷氨酸,然后谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的催化下,脱氨基生成α-酮戊二酸,同时释放出氨。 其二是指嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用,次黄嘌呤核苷酸与天冬氨酸作用形成中间产物腺苷酸代琥珀酸,后者在裂合酶的作用下,分裂成腺嘌呤核苷酸和延胡索酸,腺嘌呤核苷酸水解后即产生游离氨和次黄嘌呤核苷酸。

2、最佳脱氨基方式:

1)转氨酶与谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基(肝肾脑)

2)嘌呤核苷酸循环(肌肉肝脑)

3、氨基酸的脱羧基

生物化学(下册)期末考试复习资料

1)由氨基酸脱羧酶催化,它的辅酶也是磷酸吡多醛(组氨酸不需要此酶)

2)胺过量将对机体造成伤害,故产生的胺还要进行生物转化

3)胺→醛→酸→CO2+H2O

二、尿素循环

1、概念:在排尿动物体内由NH3合成,尿素是在肝脏中通过一个循环机制完成的,这一个循环称为尿素循环。

2、总反应方程式:

NH3+CO2+3ATP+天冬氨酸+2H2O NH2-CO-NH2 + 2ADP +2Pi+ AMP +PPi+延胡索酸

3、场所:肝细胞;原料:CO2,NH3;产物:尿素

4、在尿素循环中包括5布酶反应,其中前2步发生在线粒体中,后3步发生在细胞溶胶中。1)氨甲酰磷酸合成酶(GPS),尿素的第一个N原子的获取

它催化NH4+HCO3-使之活化并缩合形成氨甲酰磷酸,氨甲酰磷酸是尿素循环的两个含氮底物,这个过程伴随2个ATP的水解。

CPS包括3个步骤:

●HCO3-受ATP作用而活化,形成羰基磷酸。

●氨对羰基磷酸进攻,取代磷酸基团形成氨基甲酸酯。

●受第2个ATP作用,发生氨基甲酸的磷酸化,形成氨甲酰磷酸及ADP。

本反应不可逆,是限速步骤。

2)鸟氨酸转氨甲酰酶

它的作用是将氨甲酰磷酸的氨甲酰基转移到鸟氨酸上,形成瓜氨酸,此反应发生在线粒体中,但是鸟氨酸产生于细胞溶胶,必须通过特异运输体进入线粒体。

3)精氨琥珀酸合成酶,在尿素第二个N原子的获取。

在精氨酸代琥珀酸合成酶作用下,瓜氨酸的脲基与天冬氨酸的氨基进行缩合。机制是瓜氨酸经ATP作用,形成瓜氨酸-AMP中间体,此时瓜氨酸的脲基氧活化成为脱离基团。这个中间体立即与天冬氨酸的氨基发生置换反应,形成精氨酸琥珀酸。AMP与瓜氨酸通过脲基氧以共价联合在一起。

4)精氨琥珀酸酶

又称精氨琥珀酸裂解酶,在它的催化下,精氨酸与天冬氨酸的碳骨架脱离,脱下延胡索酸,精氨酸最终成为尿素的直接前提。尿素循环与TCA循环之间的沟通是通过尿素循环中精氨琥珀酸酶催化形成的延胡索酸和在TCA循环中形成草酰乙酸经转氨基反应形成天冬氨酸而连接在一起的。

5)精氨酸酶

精氨酸酶催化水解精氨酸产生尿素及再生鸟氨酸,再生成的鸟氨酸又回到线粒体中进入下一轮尿素循环。

在这个循环中使用了4个高能磷酸键(3个ATP水解为2个ADP及Pi,1个AMP及Pi,后者并随之迅速水解为Pi)。上述尿素的两个N原子一个来自氨分子,另一个来自于天冬氨酸,其C原子来自HCO3-。在这过程中,能量的消耗大于能量的获取,因为在形成尿素底

物时是需要能量的

生物化学(下册)期末考试复习资料

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5、尿素循环的调节

氨基酸分解加强促进尿素合成

氨基酸分解代谢加强引起谷氨酸浓度增高N-乙酰谷氨酸合成别构激活氨甲酰磷酸合成酶尿素合成加速

N-乙酰谷氨酸是谷氨酸在N-乙酰谷氨酸合酶的催化下与乙酰-CoA合成的。

第二章DNA的复制和修复

一、中心法则

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●1953年,Watson和Crick提出中心法则:遗传信息的单向流动。

●1964-1970 发现劳氏肉瘤病毒的遗传信息传递方式

●RNA的复制存在于RNA病毒

DNA是生物遗传的主要物质基础,生物机体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上,表现为特定的核苷酸排列顺序,并通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中,遗传信息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质,以执行各种生命功能,使后代表现出与亲代相似的遗传性状。

●复制:以亲代DNA或RNA为模板,根据碱基配对的原则,在一系列酶的作用下,生成

与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。

三、DNA的半保留复制

1、概念:以亲代DNA双链为模板以碱基互补方式合成子代DNA,这样新形成的子代DNA 中,一条链来自亲代DNA,而另一条链则是新合成的,这种复制方式叫半保留复制。

2、半保留复制的实验证据:

1958年Meselson和Stahl将同位素15N标记的15NH4Cl加入大肠杆菌的培养基中培养12代,使大肠杆菌的DNA都带上15N的标记,然后将该大肠杆菌转入14N的普通培养基中培养后,分离子一代、子二代、子三代、子四代DNA,进行氯化铯密度梯度离心,实验证明了DNA的半保留复制。(15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度)

3、DNA的半保留复制的生物学意义:

DNA的半保留复制表明了DNA在代谢上的稳定性,是保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。

四、DNA复制的半不连续性

当DNA复制时,一条链是连续的,另一条链不连续的,因此称为半不连续复制。

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1、前导链(leading strand):以复制叉向前移动的方向为标准,一条模板链是3’ →5’ 方向,在其上DNA能以5’ →3’方向合成子代链,称为前导链。

2、滞后链(lagging strand):另一条模板链是5’ →3’方向的,在其上DNA也是从5’ →3’方向合成子代链,但与复制叉移动的方向正好相反,所以随着复制叉的移动,形成许多不连续的片段,最后形成一条完整的DNA链,称为滞后链。

3、1968年,日本学者冈崎等用3H-脱氧胸苷标记噬菌体T4感染的大肠杆菌,然后通过碱性密度梯度离心法分离标记的DNA产物,发现短时间内首先合成的是较短的DNA片段,接着出现较大的分子,最初出现的DNA片段长度约为1000个核苷酸左右,一般称为冈崎片段。

四、与DNA复制有关的酶

1、DNA聚合酶:1956年Kornberg等在大肠杆菌中首先发现DNA聚合酶,其后发现该酶在许多生物中广泛存在。

1)该酶的催化特点如下:

●以四种脱氧核苷三磷酸(dATP、dGTP dCTP dTTP)作底物;

●反应需要模板:以DNA为模板链,合成子代DNA,模板可以是双链,也可以是单链

DNA。合成产物与模板互补,产物DNA的性质与模板相同。

●反应需要需要有引物3 '–OH存在

●合成方向:5 '→ 3 '

2)DNA聚合酶I:该酶由一条单一多肽链组成,含一个锌原子,为多功能酶,具有5'→ 3 '聚合作用(但持续合成DNA的能力差)。

当有底物和模板存在时,DNA聚合酶I可以使脱氧核糖核苷酸逐个加到具有3'-OH末端的多核苷酸链上,以dNTP为底物,按模板DNA上的指令由DNApolⅠ逐个将核苷酸加上去,就是DNApolⅠ的聚合作用。酶的专一性主要表现为新进入的脱氧核苷酸必须与模板DNA 配对时才有催化作用。dNTP进入结合位点后,可能使酶的构象发生变化,促进3'-OH与

5'-PO4结合生成磷酸二酯键。若是错误的核苷酸进入结合位点,则不能与模板配对,无法改变酶的构象而被3'-5'外切酶活性位点所识别并切除之。

●DNA聚合酶I的作用

a)通过核苷酸聚合反应,使DNA链沿具有5'→ 3 '方向延长(5'→ 3 '聚合酶功能))

b)由3'端水解DNA链(3 '→ 5’外切酶活性,对双链无作用,在正常聚合条件下,此活

性不能作用于生长链,只作用于生长中不配对的单链,从3'→5'方向识别和切除不配对的DNA生长链末端的核苷酸,校对作用);

c)由5'端水解DNA链(5'→3’外切酶活性,对双链有效);

d)由3'端使DNA链发生焦磷酸解;

e)无机焦磷酸盐与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换。

该酶缺失时大肠杆菌仍具有DNA合成酶活性,只是对DNA损伤的修复能力下降,容易导致变异和死亡。推测该酶主要是对DNA损伤的修复,以及在DNA复制时RNA引物切除及其缺口的填补。

●DNA聚合酶Ⅱ

多亚基酶,聚合作用,聚合活力比DNA聚合酶Ⅰ高;持续合成DNA的能力差。该酶也是以四种脱氧核苷三磷酸为底物,从5'→ 3 '合成DNA,需要带有缺口的双链DNA作为模板—引物,反应需Mg2+和NH4+激活。该酶具有3’→ 5’外切酶活性,但无5'→ 3 '外切酶活性,其功能可能在修复紫外光引起的DNA损伤中起作用。

缺失时大肠杆菌仍具有DNA合成能力,推测该酶仍然不是真正的DNA聚合酶。

●DNA聚合酶Ⅲ

多亚基酶,含十种亚基:(αβγθτδδ’χΨε),其中(αεθ)称为核心酶,β2称为夹子,(γ2δδ’χΨ)组成γ复合物,其主要功能是帮助β亚基夹住DNA,故称为夹子装配器,该酶DNA合成的持续能力强,主要与该结构有关。另外,该酶合成速度大,活性高,该酶也是以四种脱氧核苷三磷酸为底物,从5'→ 3 '合成DNA,并且需要有3 '–OH的引物链存在,具有3'→ 5'外切酶活性,但无5'→ 3 '外切酶活性,起校对作用。

缺失时大肠杆菌因DNA复制抑制而致死。因此认为该酶DNA的真正复制酶。

2、DNA连接酶:该酶催化双链DNA切口处的5'-磷酸基和3 '-OH生成磷酸二酯键。

●大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶要求NAD+提供能量;在高等生物和噬菌体中的

DNA连接酶,则要求ATP提供能量。

●T4噬菌体的DNA连接酶不仅能连接双链DNA上的粘性切口,而且能连接无粘性末端

的平头双链DNA。

●DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用。

3、拓扑异构酶:催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶,在DNA重组修复和其它转变方面起重要作用。

1)除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体,引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶。

2)两类拓扑异构酶作用特点:

●拓扑异构酶?:使DNA一条链发生断裂和再连接。作用是松解负超螺旋,反应不需要能量。主要集中在活性转录区,同转录有关。

●拓扑异构酶Π:使DNA两条链发生断裂和再连接。作用是连续引入负超螺旋,当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量,同复制有关。

二者共同控制DNA的拓扑结构。

4、解螺旋酶(解链酶):通过水解ATP促使DNA在复制叉处打开双链。

E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶,还有解螺旋酶I、II、III。每解开一对碱基需要水解2

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