第一篇：生物化學(xué)總結(jié)

生物化學(xué)（biochemistry）是研究生命化學(xué)的科學(xué)，它在分子水平上探討生命的本質(zhì)，即研究生物體的分子結(jié)構(gòu)與功能，物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)，遺傳信息的傳遞與調(diào)控，及其在生命活動中的作用。

人們通常將研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及基因結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控的內(nèi)容，稱為分子生物學(xué)。所以分子生物學(xué)是生物化學(xué)的重要組成部分。

一、生物化學(xué)發(fā)展簡史

1．初期階段(18世紀(jì)—20世記初)生物化學(xué)的研究始于18世紀(jì)，但作為一門獨立的科學(xué)是在20世紀(jì)初期。主要研究生物體的化學(xué)組成。

2．蓬勃發(fā)展階段（從20世記初—20世記中期）

主要在營養(yǎng)學(xué)，內(nèi)分泌學(xué)，酶學(xué)，物質(zhì)代謝及其調(diào)控等方面取得了重大進(jìn)展。3．分子生物學(xué)發(fā)展階段（從20世紀(jì)中期 至今）

主要有物質(zhì)代謝途徑的研究繼續(xù)發(fā)展，重點進(jìn)入代謝調(diào)節(jié)與合成代謝的研究。

另外，顯著特征是分子生物學(xué)的崛起。DAN雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出，遺傳密碼的破譯，重組DNA技術(shù)的建立等。

20世紀(jì)末始動的人類基因組計劃（human genome project）是人類生命科學(xué)中的又一偉大創(chuàng)舉。

以基因編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能為重點之一的功能基因組研究已迅速崛起。當(dāng)前出現(xiàn)的的蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）領(lǐng)域。

闡明人類基因組功能是一項多學(xué)科的任務(wù)，因而產(chǎn)生了一門前景廣闊的新興學(xué)科-----生物信息學(xué)（bioinformatics）。

我國科學(xué)家對生物化學(xué)的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。

二、生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容 1．生物分子的結(jié)構(gòu)與功能 2．物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié) 3．基因信息傳遞及其調(diào)控

三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)

生物化學(xué)是一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課，與醫(yī)學(xué)有著緊密的聯(lián)系。

生物大分子通常都有一定的分子結(jié)構(gòu)規(guī)律，即由一定的基本結(jié)構(gòu)單位，按一定的排列順序和連接方式而形成的多聚體。蛋白質(zhì)和核酸是體內(nèi)主要的生物大分子，各自有其結(jié)構(gòu)特征，并分別行使不同的生理功能。

酶是一類重要的蛋白質(zhì)分子，是生物體內(nèi)的催化劑。

本篇將介紹蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能；核酸的結(jié)核與功能；酶等三章。重點掌握上述生物大分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性，重要功能及基本的理化性質(zhì)與應(yīng)用，這對理解生命的本質(zhì)具有重要意義。蛋白質(zhì)是生物體含量最豐富的生物大分子物質(zhì)，約占人體固體成分的45%，且分布廣泛，所有細(xì)胞、組織都含有蛋白質(zhì)。生物體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，蛋白質(zhì)的種類和功能也越繁多。蛋白質(zhì)也是機(jī)體的功能分子（working molecules）。它參與機(jī)體的一切生理活動，機(jī)體的各種生理功能幾乎都是通過蛋白質(zhì)來完成的，而且在其中起著關(guān)鍵作用，所以蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。

第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成 Conformation of Protein Molecules

一、蛋白質(zhì)的元素組成

組成蛋白質(zhì)的元素除含有碳、氫、氧外都含有氮。有些蛋白質(zhì)還含有少量硫、磷、鐵、錳、鋅、銅、碘等。

大多數(shù)蛋白質(zhì)含氮量比較接近，平均為16%，這是蛋白質(zhì)元素組成的一個特點。蛋白質(zhì)的元素組成中含有氮，是碳水化物、脂肪在營養(yǎng)上不能替代蛋白質(zhì)的原因。

二、氨基酸

氨基酸（amino acid）是組成蛋白質(zhì)的基本單位。組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式有一個共同特點，即在連接羧基的α碳原子上還有一個氨基，故稱α氨基酸(除甘氨酸外)。

（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)

組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸，各種氨基酸在結(jié)構(gòu)上有下列特點。

1．組成蛋白質(zhì)的氨基酸，除甘氨酸外，均屬L-α-氨基酸。2．不同的L-α-氨基酸，其側(cè)鏈（R）不同。

（二）氨基酸的分類

根據(jù)氨基酸側(cè)鏈R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可將20種氨基酸分成四類。1.非極性疏水性氨基酸 2．極性中性氨基 3．酸性氨基酸 4．堿性氨基酸

在蛋白質(zhì)的修飾過程中，蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸殘基的某些基團(tuán)還可被甲基化、甲酰化、乙酰化、異戊二烯化和磷酸化等。

（三）氨基酸的理化性質(zhì)

1.兩性解離及等電點：所有氨基酸都含有堿性的α-氨基和酸性的α-羧基，因此氨基酸是一種兩性電解質(zhì)，具有兩性解離的特性。

2.紫外吸收性質(zhì) 根據(jù)氨基酸的吸收光譜，含有共軛雙鍵的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波長附近。

3.茚三酮反應(yīng)：可作為氨基酸定量分析方法。

三、肽（peptides）㈠肽(peptide)在蛋白質(zhì)分子中由一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸的α-氨基脫水生成的鍵稱為肽鍵（peptide bond）。肽鍵是蛋白質(zhì)分子中基本的化學(xué)鍵。如由 二個氨基酸以肽鍵相連形成的肽稱為二肽，相互之間以肽鍵相連。二肽還可通過肽鍵與另一分子氨基酸相連生成三肽。此反應(yīng)可繼續(xù)進(jìn)行，依次生成四肽、五肽??。由10個以內(nèi)的氨基酸由肽鍵相連生成的肽稱為寡肽（oligopeptide），由更多的氨基酸借肽鍵相連生成的肽稱為多肽（polypeptide）。多肽是鏈狀化合物，故稱多肽鏈（polypeptide chain）。多肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全，故稱為氨基酸殘基（residue）。多肽鏈中形成肽鍵的4個原子和兩側(cè)的α-碳原子成為多肽鏈的骨架或主鏈。構(gòu)成多肽鏈骨架或主鏈的原子稱為主鏈原子或骨架原子，而余下的R基團(tuán)部分，稱為側(cè)鏈。多肽鏈的左端有自由氨基稱為氨基末端（aminoterminal）或N-端，右端有自由羧基稱為羧基 末端（carboxylterminal）或C-端。把含有51個氨基酸殘基、分子量為5733的胰島素稱作蛋白質(zhì)。這似乎是習(xí)慣上的多肽與蛋白質(zhì)的分界線。㈡生物活性肽 ⒈谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH是由谷、半胱和甘氨酸組成的三肽。第一個肽鍵與一般不同，由谷氨酸γ-羧基與半胱氨酸的氨基組成，分子中半胱氨酸的巰基是該化合物的主要功能基團(tuán)。

⒉多肽類激素及神經(jīng)肽

第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

Molecular Structure of Protein

人體的蛋白質(zhì)分子是由20種氨基酸借肽鍵相連形成的生物大分子。每種蛋白質(zhì)都有其一定的氨基酸組成及氨基酸排列順序，以及肽鏈特定的空間排布。從而體現(xiàn)了蛋白質(zhì)的特性，是每種蛋白質(zhì)具有獨特生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分成一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)4個層次，后三者統(tǒng)稱為空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象（conformation）。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)涵蓋了蛋白質(zhì)分子中的每一原子在三維空間的相對位置，它們是蛋白質(zhì)特有性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由一條肽鏈形成的蛋白質(zhì)只有一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，由二條或二條以上肽鏈形成的蛋白質(zhì)才可能有四級結(jié)構(gòu)。

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primary structure）。肽鍵是一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵。有些蛋白質(zhì)還包含二硫鍵，即由兩個半胱氨酸巰基脫氫氧化而成。

目前已知一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當(dāng)可觀，并且還以更快的速度增長。國際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（updated protein databases），收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)及其他資料,為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。

二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（secandary structure）是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置。不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。

（一）肽單元

構(gòu)成肽鍵的4個原子和與其相鄰的兩個α碳原子（Cα）構(gòu)成一個肽單元（peptide unit）。由于參與肽單元的6個原子——Cα

1、C、O、N、H、Cα2位于同一平面，故又稱為肽平面。

（二）α-螺旋

α-螺旋（α-helix）：蛋白質(zhì)分子中多個肽單元通過氨基酸α-碳原子的旋轉(zhuǎn)，使多肽鏈的主鏈圍繞中心軸呈有規(guī)律的螺旋上升，盤旋成穩(wěn)定的α-螺旋構(gòu)象。α螺旋靠氫鍵維持。若氫鍵破壞，則α-螺旋構(gòu)象即遭破壞。

（三）β-折疊（β-pleated sheet）

每個肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方，氫鍵是維持β-折疊結(jié)構(gòu)的主要次級鍵。

（四）β-轉(zhuǎn)角（β-turn）和 無規(guī)卷曲（random coil）

β-轉(zhuǎn)角伸展的肽鏈形成180°回折，即U形轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。無規(guī)卷曲系指沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈構(gòu)象。

（五）模體(motif)在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體。一個模序總有其特征性的氨基酸序列，并發(fā)揮特殊的功能。如在許多鈣結(jié)合蛋白分子中通常有一個結(jié)合鈣離子的模序。它由α-螺旋-環(huán)-α-螺旋三個肽段組成。鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger)也是一個常見的模體例子。此模體由1個α-螺旋和2個反平行的β-折疊三個肽段組成。由于Zn2+可穩(wěn)固模體中α-螺旋結(jié)構(gòu)，致使此α-螺旋能鑲嵌于DNA的大溝中，因此含鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)都能與DNA或RNA結(jié)合?？梢娔ｓw的特征性空間構(gòu)象是其特殊功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成α-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。

三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

(一)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure）是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，也就是整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。

例:Mb（肌紅蛋白）是由153個氨基酸殘基構(gòu)成的單條肽鏈的蛋白質(zhì)，含有1個血紅素輔基?？蛇M(jìn)行可逆的氧合和脫氧。

蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠次級鍵——疏水鍵、離子鍵（鹽鍵）、氫鍵和Van der Waals力等。疏水性氨基酸的側(cè)鏈R基為疏水基團(tuán)，有避開水，相互聚集而藏于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的自然趨勢，這種結(jié)合力叫疏水鍵。

（二）結(jié)構(gòu)域

分子量大的蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)常可分割成1個和數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。如纖連蛋白(fibronectin)，它由二條多肽鏈通過近C-端的兩個二硫鍵相連而成，含有6個結(jié)構(gòu)域，各個結(jié)構(gòu)域分別執(zhí)行一種功能，有可與細(xì)胞、膠原、DNA和肝素等配體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。

（三）分子伴侶

除一級結(jié)構(gòu)為決定因素外，蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的正確形成還需要一類稱為分子伴侶(chaperon)的蛋白質(zhì)參與。分子伴侶通過提供一個保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。分子伴侶廣泛地存在于從細(xì)菌到人的生物體中，其中有很大一部分被稱之為熱休克蛋白（heat shock protein）。

四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

在體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，才能全面地執(zhí)行功能。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（subunit），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，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)（quaternary structure）。在四級結(jié)構(gòu)中，各個亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵維持四級結(jié)構(gòu)。含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，單獨的亞基一般沒有生物學(xué)功能，只有完整的四級結(jié)構(gòu)寡聚體才有生物學(xué)功能。亞基分子結(jié)構(gòu)相同,稱之為同二聚體(homodimer),若亞基分子結(jié)構(gòu)不同,則稱之為異二聚體(heterodimer)。血紅蛋白(hemoglobin,Hb)是由2個α亞基和2個β亞基組成的四聚體，兩種亞基的三級結(jié)構(gòu)頗為相似，且每個亞基都結(jié)合有1個血紅素（heme）輔基。

五、蛋白質(zhì)的分類

（一）根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分可分成單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)，單純蛋白質(zhì)只含氨基酸；結(jié)合蛋白質(zhì)，除蛋白質(zhì)部分外，還含有非蛋白質(zhì)部分，為蛋白質(zhì)的生物活性或代謝所依賴。結(jié)合蛋白質(zhì)中的非蛋白質(zhì)部分被稱為輔基，絕大部分輔基通過共價鍵方式與蛋白質(zhì)部分相連。輔基的種類也很廣，常見的有色素化合物、寡糖、脂類、磷酸、金屬離子甚至分子量較大的核酸。

（二）蛋白質(zhì)還可根據(jù)其形狀分為纖維狀蛋白質(zhì)和球狀蛋白質(zhì)兩大類。第三節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

Relationship of Protein Structure and Function

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)

Anfinsen在研究核糖核酸酶時已發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的功能與其三級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而特定三級結(jié)構(gòu)是以氨基酸順序為基礎(chǔ)的。核糖核酸酶是由124個氨基酸殘基組成的一條多肽鏈，分子中8個半胱氨酸的巰基構(gòu)成四對二硫鍵(Cys26和Cys84, Cys40和Cys95, Cys58和Cys110, Cys65和Cys72)(圖1-17A)。進(jìn)而形成具有一定空間構(gòu)象的球狀蛋白質(zhì)。用變性劑和還原劑β-巰基乙醇處理該酶溶液，分別破壞二硫鍵和次級鍵，使其空間結(jié)構(gòu)被破壞。但肽鍵不受影響，一級結(jié)構(gòu)仍保持完整，酶變性失去活性。如用透析方法除去尿素和β-巰基乙醇后，核糖核酸酶又從無序的多肽鏈卷曲折疊成天然酶的空間結(jié)構(gòu)，酶從變性狀態(tài)復(fù)性，酶的活性又恢復(fù)至原來水平。這充分證明，只要其一級結(jié)構(gòu)未被破壞，就可能恢復(fù)原來的三級結(jié)構(gòu)，功能依然存在，所以多肽鏈中氨基酸的排列順序是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

（二）一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

已有大量的實驗結(jié)果證明，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。例如不同哺乳類動物的胰島素分子結(jié)構(gòu)都由A和B兩條鏈組成，且二硫鍵的配對和空間構(gòu)象也極相似，它們都執(zhí)行著相同的調(diào)節(jié)糖代謝等的生理功能。

又例如垂體前葉分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH, β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促進(jìn)皮下黑色素生成，但作用較弱。

又例存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素C(cytochrome C)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。

但有時蛋白質(zhì)分子中起“關(guān)鍵”作用的氨基酸殘基缺失或被替代，都會嚴(yán)重影響空間構(gòu)象乃至生理功能，甚至導(dǎo)致疾病產(chǎn)生。例如正常人血紅蛋白β亞基的第6位氨基酸是谷氨酸，而鐮刀形貧血患者的血紅蛋白中，谷氨酸變成了纈氨酸，即酸性氨基酸被中性氨基酸替代，僅此一個氨基酸之差，本是水溶性的血紅蛋白，就聚集成絲，相互粘著，導(dǎo)致紅細(xì)胞變形成為鐮刀狀而極易破碎，產(chǎn)生鐮刀形紅細(xì)胞性貧血（sickle cell anemia）。這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，被稱之為“分子病”，其病因為基因突變所致。

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

體內(nèi)蛋白質(zhì)所具有的特定空間構(gòu)象都與其發(fā)揮特殊的生理功能有著密切的關(guān)系。

（一）肌紅蛋白和血紅蛋白結(jié)構(gòu)

肌紅蛋白(myoglubin，Mb)與血紅蛋白都是含有血紅素輔基的蛋白質(zhì)。血紅素是鐵卟啉化合物，它由4個吡咯環(huán)通過4個甲炔基相連成為一個環(huán)形，F(xiàn)e2+ 居于環(huán)中。從X線衍射法分析獲得的肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)中，可見它是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，氨基酸殘基上的疏水側(cè)鏈大都在分子內(nèi)部，富極性及電荷的則在分子表面，因此其水溶性較好。Mb分子內(nèi)部有一個袋形空穴，血紅素居于其中。

血紅蛋白(hemoglubin，Hb)具有四個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)，每個亞基結(jié)構(gòu)中間有一個疏水局部，可結(jié)合1個血紅素并攜帶1分子氧，因此一分子Hb共結(jié)合4分子氧。成年人紅細(xì)胞中的Hb主要由兩條α肽鏈和兩條β肽鏈(α2β2)組成，α鏈含141個氨基酸殘基，β鏈含146個氨基酸殘基。胎兒期主要為α2γ2，胚胎期為α2ε2。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使四個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。

（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧

Hb與Mb一樣可逆地與O2結(jié)合，氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)(稱百分飽和度)隨O2濃度變化而變化。圖1-22為Hb和Mb的氧解離曲線，前者為S狀曲線，后者為直角雙曲線。可見，Mb易與O2結(jié)合，而Hb與O2的結(jié)合在O2分壓較低時較難。為什么？根據(jù)S形曲線的特征可知，Hb中第一個亞基與O2結(jié)合以后，促進(jìn)第二及第三個亞基與O2的結(jié)合，當(dāng)前三個亞基與O2結(jié)合后，又大大促進(jìn)第四個亞基與O2結(jié)合，這種效應(yīng)稱為正協(xié)同效應(yīng)(positive cooperativity)。協(xié)同效應(yīng)的定義是指一個亞基與其配體(Hb中的配體為O2)結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng);反之則為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。還可根據(jù)Perutz等利用X線衍射技術(shù)分析Hb和氧合Hb結(jié)晶的三維結(jié)構(gòu)圖譜，提出了解釋O2與Hb結(jié)合的正協(xié)同效應(yīng)的理論。未結(jié)合O2時，Hb的α1/β1和α2/β2呈對角排列，結(jié)構(gòu)較為緊密，稱為緊張態(tài)(tense state, T態(tài))，T態(tài)Hb與O2的親和力小。隨著O2的結(jié)合，4個亞基羧基末端之間的鹽鍵斷裂，其二級、三級和四級結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，使α1/β1和α2/β2的長軸形成15°的夾角，結(jié)構(gòu)顯得相對松弛，稱為松弛態(tài)(relaxed state, R態(tài))。Hb氧合與脫氧時T態(tài)和R態(tài)相互轉(zhuǎn)換的可能方式有多種。此種一個氧分子與Hb亞基結(jié)合后引起亞基構(gòu)象變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)。小分子O2稱為變構(gòu)劑或效應(yīng)劑，Hb則被稱為變構(gòu)蛋白。變構(gòu)效應(yīng)具有普遍生物學(xué)意義。

（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病

若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生，有人將此類疾病稱為蛋白構(gòu)象疾病。有些蛋白質(zhì)錯折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變，這類疾病包括人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨丁頓舞蹈?。℉untington disease）、瘋牛病等。

第四節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化

The Characters of Protein and its Purification

一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)

（一）蛋白質(zhì)的兩性電離

蛋白質(zhì)是由氨基酸組成，其分子末端除有自由的α-NH2和α-COOH外，許多氨基酸殘基的側(cè)鏈上尚有可解離的基因，這些基團(tuán)在溶液一定pH條件下可以解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液在某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正負(fù)離子的趨勢相等，即成兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點（isoelectric point,PI）。蛋白質(zhì)溶液的pH大于等電點時，該蛋白質(zhì)顆粒帶負(fù)電荷，小于等電點時則帶正電荷。

（二）蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物大分子，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。

（三）蛋白質(zhì)的變性、沉淀和凝固 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，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性(denaturation)。

1． 蛋白質(zhì)變性的特征：蛋白質(zhì)變性的主要特征是生物活性喪失。

2． 蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)：一般認(rèn)為蛋白質(zhì)的變性主要發(fā)生二硫鍵和非共價鍵的破壞，蛋白質(zhì)變性是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的改變或破壞，不涉及一級結(jié)構(gòu)中氨基酸序列的改變。

3． 蛋白質(zhì)變性的意義：在臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外, 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑(如疫苗等)的必要條件。

4.若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，有些蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。但是許多蛋白質(zhì)變性后，空間構(gòu)象嚴(yán)重被破壞，不能復(fù)原，稱為不可逆性變性。

5.蛋白質(zhì)經(jīng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作用發(fā)生變性后，仍能溶解于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液中，若將pH調(diào)至等電點，則變性蛋白質(zhì)立即結(jié)成絮狀的不溶解物，此絮狀物仍可溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。如再加熱則絮狀物可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的凝固作用(protein coagulation)。

（四）蛋白質(zhì)的紫外吸收

蛋白質(zhì)在280nm波長處有特征性的紫外吸收，可作蛋白質(zhì)定量測定。

（五）蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)

⒈茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction)蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)，詳見本章第一節(jié)。

⒉雙縮脲反應(yīng)(biuret reaction)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，稱為雙縮脲反應(yīng)。氨基酸不出現(xiàn)此反應(yīng)。

二、蛋白質(zhì)的分離和純化

（一）透析及超濾法

（二）丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀

（三）電泳

（四）層析

（五）分子篩

（六）超速離心

小 結(jié)

Summary 蛋白質(zhì)是重要的生物大分子，在體內(nèi)分布廣泛，含量豐富，種類繁多。每一種蛋白質(zhì)都有其特定的空間構(gòu)象和生物學(xué)功能。

組成蛋白質(zhì)的基本單位為L-α-氨基酸，共有20種，可分為非極性疏水性氨基酸、極性中性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸四類。氨基酸屬于兩性電解質(zhì)，在溶液的pH等于其pI時，氨基酸呈兼性離子。氨基酸可通過肽鍵相連而成肽。小于10個氨基酸組成的肽稱為寡肽，大于10個則稱為多肽。體內(nèi)存在許多如GSH、促甲狀腺釋放激素和神經(jīng)肽等重要的生物活性肽。

復(fù)雜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可分成一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)四個層次。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸自N端至C端的排列順序，即氨基酸序列，其連接鍵為肽鍵，還包括二硫鍵的位置。形成肽鍵的6個原子處于同一平面，構(gòu)成了所謂的肽單元。二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)主鏈局部的空間結(jié)構(gòu)，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈構(gòu)象。主要為α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲，以氫鍵維持其穩(wěn)定性。在蛋白質(zhì)分子中，空間上相互鄰近的二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，完成特定的生物學(xué)功能，稱之為模體。三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈主鏈和側(cè)鏈的全部原子的空間排布位置。三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠次級鍵。一些蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)可形成1個或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。四級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)亞基之間的締合，也主要靠次級鍵維系。根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀，可分成球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。根據(jù)組成成分，還可分成單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)，前者僅含有氨基酸，后者除氨基酸外，還含有非蛋白質(zhì)的輔基成分。

一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)，也是功能的基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象及功能也相近。若蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變則影響其正常功能，由此引起的疾病稱為分子病。

生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、加工和成熟是一個復(fù)雜的過程，其中多肽鏈的正確折疊對其正確構(gòu)象形成和功能發(fā)揮至關(guān)重要。蛋白質(zhì)折疊成正確的空間構(gòu)象過程，除一級結(jié)構(gòu)是其決定因素外，還需要分子伴侶參與。若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生，有人將此類疾病稱為蛋白構(gòu)象疾病。蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能有著密切關(guān)系。血紅蛋白亞基與O2結(jié)合可引起另一亞基構(gòu)象變化，使之更易與O2結(jié)合，所以血紅蛋白的氧解離曲線呈S型。這種變構(gòu)效應(yīng)是蛋白質(zhì)中普遍存在的功能調(diào)節(jié)方式之一。蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生改變，可導(dǎo)致其理化性質(zhì)變化和生物活性的喪失，稱之為蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)發(fā)生變性后，只要其一級結(jié)構(gòu)未遭破壞，仍可在一定條件下復(fù)性，恢復(fù)原有的空間構(gòu)象和功能。分離、純化蛋白質(zhì)是研究單個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的先決條件。通常利用蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，采取不損傷蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的物理方法來純化蛋白質(zhì)。常用的技術(shù)有電泳法、層析法、超速離心法等。概 述

Introduction 核酸（nucleic acid）是以核苷酸為基本組成單位的生物信息大分子。核酸可以分為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）兩大類。

第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成及一級結(jié)構(gòu)

Chemical constitution and primary construction of nucleic acid 核酸的基本組成單位是核苷酸（nucleotide），而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸三種成分連接而成。DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide或deoxynucleotide），RNA的基本組成單位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。

一、核苷酸的結(jié)構(gòu)

（一）堿基的種類：構(gòu)成核苷酸的五種堿基（base）分別屬于嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）兩類含氮雜環(huán)化合物（見圖2-1）。DNA分子中的堿基成分為A、G、C和T四種；而RNA分子則主要由A、G、C和U四種堿基組成。圖2-1 參與組成核酸的主要堿基

（二）戊糖與核苷：是核苷酸的另一重要成分。脫氧核糖核苷酸中的戊糖是b–D–2–脫氧核糖；核糖核苷酸中的戊糖為b–D–核糖。這一結(jié)構(gòu)上的差異使得DNA分子較RNA分子在化學(xué)上更為穩(wěn)定，從而被自然選擇作為生物遺傳信息的儲存載體。為區(qū)別于堿基中的碳原子編號，核糖或脫氧核糖中的碳原子標(biāo)以C–1′、C–2′（圖2–2）等。堿基和核糖或脫氧核糖通過糖苷鍵（glycosidic bond）縮合形成核苷或脫氧核苷，連接位置是C–1′。DNA和RNA中的核苷組成及其中英文對照見表2–1。

（三）核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合即構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸都是5′核苷酸，即磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位碳原子C–5′上（圖2–3）。根據(jù)磷酸基團(tuán)的數(shù)目不同，有核苷一磷酸（nucleoside monophosphate，NMP）、核苷二磷酸（nucleoside diphosphate，NDP）、核苷三磷酸（nucleoside triphosphate，NTP）的命名方式；根據(jù)堿基成分的不同，有AMP（adenosine monophosphate）、ADP（adenosine diphosphate）、ATP（adenosine triphosphate）等命名。圖2–2 核糖和核苷

（四）核苷酸除了構(gòu)成核酸大分子以外，還參加各種物質(zhì)代謝的調(diào)控和多種蛋白質(zhì)功能的調(diào)節(jié)。例如ATP和UTP在能量代謝中均為重要的底物或中間產(chǎn)物；環(huán)腺苷酸（cyclic AMP，cAMP）和環(huán)鳥苷酸（cyclic GMP，cGMP）等則在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中具有重要調(diào)控作用。

圖2–3 不同類型核苷酸的結(jié)構(gòu)

二、核酸的一級結(jié)構(gòu)

(一)定義:核酸的一級結(jié)構(gòu)是指DNA和RNA分子中核苷酸的排列順序，也稱核苷酸序列。由于核酸分子中不同核苷酸之間的差異僅在于堿基的不同，因此也稱為堿基序列。(二)連接方式: 磷酸二酯鍵。四種脫氧核苷酸按照一定的排列順序以化學(xué)鍵：3′, 5′磷酸二酯鍵（phosphodiester linkage）相連形成的多聚脫氧核苷酸（polydeoxynucleotides）鏈稱為DNA。多聚核苷酸（polynucleotides）鏈則稱為RNA。這些脫氧核苷酸或核苷酸的連接具有嚴(yán)格的方向性，由前一位核苷酸的3′–OH與下一位核苷酸的5′位磷酸基之間形成3′, 5′磷酸二酯鍵，從而構(gòu)成一個沒有分支的線性大分子（圖2-4）。它們的兩個末端分別稱為5′末端（游離磷酸基）和3′末端（游離羥基）。書寫規(guī)則應(yīng)從5′末端到3′末端。（見 六版教材圖2-4）圖2–4 DNA的一級結(jié)構(gòu)及其書寫方式(三)DNA和RNA一級結(jié)構(gòu)的差異：

RNA是生物體內(nèi)另一大類核酸。它與DNA的差別是：① 組成它的核苷酸的戊糖不是脫氧核糖而是核糖；② RNA中的嘧啶成分為胞嘧啶和尿嘧啶，而不含有胸腺嘧啶，所以構(gòu)成RNA的基本四種核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP，其中U代替了DNA中的T。DNA和RNA對遺傳信息的攜帶和傳遞，是依靠堿基排列順序變化而實現(xiàn)的。

第二節(jié) DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

Space structure and function of DNA

一、DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

（一）雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景

1．堿基組成的Chargaff規(guī)則：①A=T，C=G；②不同種屬的DNA堿基組成不同；③同一個體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。

2．DNA纖維的X線圖譜分析顯示DNA是螺旋型分子，且為雙鏈分子。

3．Rosalind Franklin獲得了高質(zhì)量的DNA的X線衍射照片，顯示出DNA是螺旋形分子，而且從密度上提示DNA是雙鏈分子。1953年Watson和Crick總結(jié)前人的研究成果，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點 1． DNA是一反向平行的互補雙鏈結(jié)構(gòu): DNA分子是由兩條反向平行的脫氧多核苷酸鏈組成，一條鏈的走向是5′→3′，另一條鏈的走向是3′→5′。在DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中，外側(cè)是由親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成的骨架，內(nèi)側(cè)是堿基，兩條鏈的堿基之間以氫鍵結(jié)合即A與T配對；C與G配對。兩個配對的堿基結(jié)構(gòu)幾乎在一個平面上，并且此平面與線性分子的長軸相垂直（圖2–5）。2．DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu) DNA線性長分子通過初始的折疊形成一個右手螺旋式結(jié)構(gòu)，螺旋直徑為2nm，螺旋一周包含了10對堿基，螺距為3.4nm。外觀上，DNA雙螺旋分子存在一個大溝和一個小溝，此溝狀結(jié)構(gòu)可能與蛋白質(zhì)和DNA間的識別有關(guān)(圖2–5）。圖2–5 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖 3．疏水力和氫鍵維系DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性橫向靠兩條鏈間互補堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持，由以后者更為重要。

（三）DNA結(jié)構(gòu)的多樣性

不同的環(huán)境條件下，DNA的結(jié)構(gòu)不同，自然界存在的DNA有： B-DNA 右手螺旋（Watson-Crick模型結(jié)構(gòu)）Z-DNA 左手螺旋 A-DNA 右手螺旋

體內(nèi)不同構(gòu)象的DNA在功能上有所差異，可能參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和控制。（見六版教材圖2-6）

圖2-6 不同類型的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝 DNA是十分巨大的信息高分子，DNA的長度要求其必須形成緊密折疊扭轉(zhuǎn)的方式才能夠存在于很小的細(xì)胞核內(nèi)。

（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix 或supercoil）。盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同為正超螺旋（positive supercoil）；盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反則為負(fù)超螺旋（negative supercoil）。自然界的閉合雙鏈DNA主要是以負(fù)超螺旋形式存在。

（二）原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)

絕大部分原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋分子。在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)一步盤繞，并形成類核（nucleoid）結(jié)構(gòu)，以保證其以較致密的形式存在于細(xì)胞內(nèi)。在細(xì)菌基因組中，超螺旋可以相互獨立存在，形成超螺旋區(qū)（圖2–7），各區(qū)域間的DNA可以有不同程度的超螺旋結(jié)構(gòu)。

圖2–7 環(huán)狀DNA 的超螺旋結(jié)構(gòu)示

（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝

在真核生物，DNA以非常致密的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞周期的大部分時間里以分散存在的染色質(zhì)（chromatin）形式出現(xiàn)，在細(xì)胞分裂期形成高度組織有序的染色體（chromosome）染色質(zhì)的基本組成單位被稱為核小體（nucleosome），由DNA和5種組蛋白（histone，H）共同構(gòu)成。核小體中的組蛋白分別稱為H1，H2A，H2B，H3和H4。各兩分子的H2A，H2B，H3和H4共同構(gòu)成八聚體的核心組蛋白，DNA雙螺旋鏈纏繞在這一核心上形成核小體的核心顆粒（core particle）。核小體的核心顆粒之間再由DNA（約60 bp）和組蛋白H1構(gòu)成的連接區(qū)連接起來形成串珠樣的結(jié)構(gòu)（圖2–8）。圖 2–8 核小體的結(jié)構(gòu)示意圖

核小體是DNA在核內(nèi)形成致密結(jié)構(gòu)的第一層次折疊，使得DNA的整體體積減少約6倍。第二層次的折疊是核小體卷曲（每周6個核小體）形成直徑30 nm、在染色質(zhì)和間期染色體中都可以見到的纖維狀結(jié)構(gòu)和襻狀結(jié)構(gòu)，DNA的致密程度增加約40倍。第三層次的折疊是30 nm纖維再折疊形成柱狀結(jié)構(gòu)，致密程度增加約1000倍，在分裂期染色體中增加約10 000倍，從而將約1米長的DNA分子壓縮，容納于直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核中（圖2-9）。

圖2-9 DNA在染色質(zhì)中的組裝 人類的基因組 2.8×109bp DNA的結(jié)構(gòu)特點是具有高度的復(fù)雜性和穩(wěn)定性，可以滿足遺傳多樣性和穩(wěn)定性的需要。第三節(jié) RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

Space structure and function of RNA RNA在生命活動中同樣具有重要作用。它和蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過程的調(diào)控。RNA分子遠(yuǎn)小于DNA分子，分子大小的差異變化大，小的僅有數(shù)十個核苷酸，大的由數(shù)千個核苷酸組成。

RNA分子通常以單鏈形式存在，局部有二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。RNA的種類具有多樣性，同時RNA的功能也是多樣性的。（表2－2）

表2-2 動物細(xì)胞內(nèi)主要RNA的種類及功能

一、信使RNA（messenger RNA，mRNA）的結(jié)構(gòu)與功能

mRNA的長短差異很大，半期最短，由幾分鐘到數(shù)小時不等,在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA初級產(chǎn)物比成熟的mRNA分子大得多，此種初級產(chǎn)物稱為不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),經(jīng)過剪接成為成熟的mRNA并移位至細(xì)胞質(zhì)。圖2-10 真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)示意圖 結(jié)構(gòu)特點：

1． 5′端具有帽子結(jié)構(gòu)： 大多數(shù)真核生物的mRNA在轉(zhuǎn)錄后5′–末端以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸鳥苷為起始結(jié)構(gòu)，這種m7GpppN結(jié)構(gòu)被稱為帽結(jié)構(gòu)（cap sequence）。5′–帽結(jié)構(gòu)是由鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶加到轉(zhuǎn)錄后的mRNA分子上的，與mRNA中所有其他核苷酸呈相反方向。帽結(jié)構(gòu)中的鳥苷酸及相鄰的A或G都可以發(fā)生甲基化，由于甲基化位置的差別可產(chǎn)生數(shù)種不同的帽結(jié)構(gòu)。

mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與一類稱為帽結(jié)合蛋白（cap binding proteins，CBPs）的分子結(jié)合。這種mRNA和CBPs復(fù)合物對于mRNA從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運、與核蛋白體的結(jié)合、與翻譯起始因子的結(jié)合、以及mRNA穩(wěn)定性的維系等均有重要作用。2． 3′末端有poly A尾巴：真核生物mRNA3′末端有數(shù)十至一百多個腺苷酸連接而成，稱為多聚A尾[poly(A)]。poly（A）結(jié)構(gòu)也是在mRNA轉(zhuǎn)錄完成以后額外加入的，催化這一反應(yīng)的酶為poly(A)轉(zhuǎn)移酶。poly(A)在細(xì)胞內(nèi)與poly(A)結(jié)合蛋白（poly(A)-binding protein，PABP）相結(jié)合而存在。這種3′-末端多聚A尾結(jié)構(gòu)和5′–帽結(jié)構(gòu)共同負(fù)責(zé)mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位、mRNA的穩(wěn)定性維系以及翻譯起始的調(diào)控。去除多聚A尾和帽結(jié)構(gòu)是細(xì)胞內(nèi)mRNA降解的重要步驟。

3.mRNA的功能：是轉(zhuǎn)錄核內(nèi)DNA遺傳信息的堿基排列順序，并攜帶至細(xì)胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成中的氨基酸排列順序。mRNA分子從5′–末端的AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼（triplet code）或密碼子（codon）。

二、轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA）的結(jié)構(gòu)與功能

細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，由74到95個核苷酸構(gòu)成。1．結(jié)構(gòu)特點 ：

（1）tRNA分子中含有10%—20%的稀有堿基如：雙氫尿嘧啶（DUH）、假尿嘧啶（ψ，pseudouridine）、甲基化的嘌呤（mG，mA）

（2）tRNA能形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)：組成tRNA的幾十個核苷酸中存在著一些能局部互補配對的區(qū)域，可以形成局部的雙鏈。這些局部雙鏈呈莖狀，中間不能配對的部分則膨出形成環(huán)或襻狀結(jié)構(gòu)，稱為莖環(huán)（stem-loop）結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。由于這些莖環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，使得tRNA整個分子的形狀類似于三葉草形（cloverleaf pattern）。此結(jié)構(gòu)稱為三葉草結(jié)構(gòu)。

（3）tRNA分子末端有氨基酸接納莖： 所有tRNA的3′端的最后3個核苷酸序列均為CCA，是氨基酸的結(jié)合部位，稱為氨基酸接納莖（acceptor stem）。

（4）tRNA序列中有反密碼子：每個tRNA分子中都有3個堿基與mRNA上編碼相應(yīng)氨基酸的密碼子具有堿基反向互補關(guān)系，可以配對結(jié)合，這3個堿基被稱為反密碼子（anticodon），位于反密碼環(huán)內(nèi)。

tRNA的三級結(jié)構(gòu)：X射線衍射結(jié)構(gòu)分析表明，tRNA的共同三級結(jié)構(gòu)是倒L型。（圖2–11b）

圖2–11 tRNA的結(jié)構(gòu)示意圖

2.tRNA的功能：在蛋白質(zhì)合成過程中作為氨基酸的載體并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA

三、核蛋白體RNA（ribosomal RNA，rRNA）的結(jié)構(gòu)與功能

核蛋白體RNA（ribosomal RNA，rRNA）是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與核蛋白體蛋白（ribosomal protein）共同構(gòu)成核蛋白體或稱為核糖體（ribosome）。原核生物和真核生物的核蛋白體均由易于解聚的大、小兩個亞基組成。原核生物的rRNA共有5S，16S，23S三種；而真核生物的rRNA有18S，5S，5.8S，28S四種，它們分別與蛋白質(zhì)一起組成核蛋白體的大亞基和小亞基，然后由大小亞基共同構(gòu)成核蛋白體完成其功能。真核生物的18S rRNA的二級結(jié)構(gòu)成花狀（圖2-12）

圖2-12 真核生物18S rRNA的二級結(jié)構(gòu) 示意圖

rRNA的功能: rRNA與核蛋白體蛋白共同構(gòu)成核蛋白體,為蛋白質(zhì)的合成提供場所。

四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)

除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位還存在著許多其他種類的小分子RNA，這些小RNA被統(tǒng)稱為非mRNA小RNA（small non-messenger RNA，snmRNAs）。有關(guān)snmRNAs的研究近年來受到廣泛重視，并由此產(chǎn)生了RNA組學(xué)（RNomics）的概念。SnmRNAs主要包括核內(nèi)小RNA（small nuclear RNA，snRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、胞質(zhì)小RNA（small cytoplasmic RNA，scRNA）、催化性小RNA（small catalytic RNA）、小片段干擾 RNA（small interfering RNA，siRNA）等。這些小RNA在hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工、轉(zhuǎn)運以及基因表達(dá)過程的調(diào)控等方面具有非常重要的生理作用

核酶：某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，在RNA合成后的剪接修飾中具有重要作用。這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶（ribozyme）或催化性RNA（catalytic RNA）。

小片段干擾 RNA：近年siRNA的研究受到了特別關(guān)注。siRNA是生物宿主對于外源侵入的基因所表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的、具有特定長度（21個核苷酸）和序列的小片段RNA。它可以與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合，并誘發(fā)這些mRNA的降解。

第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)

Phisicochemical property of nucleic acid

一、核酸的一般理化性質(zhì)：

1．核酸是多元酸，有較強(qiáng)的酸性

2．DNA是線性高分子，機(jī)械作用下易發(fā)生斷裂，而RNA分子遠(yuǎn)小于DNA 3．DNA粘度較大，而RNA的粘度要小得多

4．DNA和RNA溶液均具有260nm紫外吸收峰（圖2–13），因此可進(jìn)行定量分析。圖2–13幾種堿基的紫外吸收光譜圖

二、DNA的變性：

1．變性：在某些理化因素作用下，DNA分子互補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DNA變性。DNA變性只改變其二級結(jié)構(gòu)，不改變它的核苷酸排列。

變性的方法：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、加熱以及變性試劑（如尿素、乙醇、丙酮等）

變性的本質(zhì)：雙鏈間氫鍵的斷裂，即空間結(jié)構(gòu)的破壞，不涉及一級結(jié)構(gòu)的變化。

理化因素的變化：A260的值增加、粘度下降、比旋度下降、浮力密度升高、酸堿滴定曲線改變、生物活性喪失

2．增色效應(yīng)（hyperchromic effect）：在DNA解鏈過程中，由于更多的共軛雙鍵得以暴露，DNA在紫外區(qū)260 nm處的吸光值增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系，這種關(guān)系稱為DNA的增色效應(yīng)（hyperchromic effect）。(可通過測A260的變化來監(jiān)測DNA是否發(fā)生變性)3．解鏈曲線：在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260的關(guān)系作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線（圖2–14）。

圖2-14 DNA的解鏈曲線

從曲線中可以看出，DNA的變性從開始解鏈到完全解鏈，是在一個相當(dāng)窄的溫度內(nèi)完成的。在這一范圍內(nèi)，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（melting temperature，Tm）又稱融解溫度。

4．Tm值：核酸分子內(nèi)的50%雙鏈結(jié)構(gòu)被解開時的溫度

Tm值的大小與堿基中的G+C比例有關(guān)，G+C比例越高，Tm值越大。計算公式為：Tm=4（G+C）+2(A+T)

三、DNA的復(fù)性與分子雜交

1．復(fù)性：變性的DNA分子在適當(dāng)條件下,兩條互補鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象,稱為復(fù)性。DNA的復(fù)性速度受溫度的影響，只有溫度緩慢下降才可使其重新配對復(fù)性。一般認(rèn)為，比Tm低25℃的溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。

2． 退火(annealing)：熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性,此過程稱為退火。

注意：DNA受熱變性后,溫度緩慢冷卻才能復(fù)性,如迅速冷卻至4℃以下，則幾乎不能復(fù)性。一般認(rèn)為，比Tm值低25℃的溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。3． 分子雜交（hybridization）：在DNA復(fù)性過程中，不同來源的DNA單鏈分子或者DNA和RNA分子之間，序列完全互補或者不完全互補的兩個單鏈核酸分子之間能形成雙鏈，這種現(xiàn)象稱為分子雜交。（見 六版教材圖2-15）

圖2-15 核酸分子雜交原理示意圖

第五節(jié) 核酸酶

nucleases

一、核酸酶（nucleases）是指所有可以水解核酸的酶。常用于DNA重組技術(shù)中。

二、分類：

1． 按作用的底物分：DNA酶（DNase）和RNA酶（RNase）2． 按作用的部位分：

核酸外切酶：作用于多核苷酸鏈的5′末端或3′末端（5′末端外切酶和3′末端外切酶）核酸內(nèi)切酶：作用于多核苷酸鏈的內(nèi)部，如有嚴(yán)格的序列依賴性則稱為限制性核酸內(nèi)切酶。核酶的底物是核酸，因此從功能上來講也屬于核酸內(nèi)切酶，且為序列特異性的核酸內(nèi)切酶。人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段也具有序列特異性降解RNA的作用，稱為催化性DNA（DNAzyme）。催化性DNA與催化性RNA相比，具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物學(xué)穩(wěn)定性，在疾病治療方面的將有更好的前景。尚未發(fā)現(xiàn)天然的催化性DNA的存在。

小結(jié)

Summary 核酸是以核苷酸為組成單位的線性多聚生物信息分子，分為DNA和RNA兩大類。DNA由脫氧核糖核苷酸連接而形成，RNA的基本組成單位則是核糖核苷酸。DNA分子中的脫氧核糖核苷酸的堿基成分為A、G、C和T四種；而RNA分子中核糖核苷酸的則由A、G、C和U四種堿基組成。堿基與戊糖結(jié)合形成核苷。脫氧核苷中的戊糖是b–D–2–脫氧核糖；核苷中的戊糖為b–D–核糖。核苷與磷酸通過酯鍵連接形成核苷酸。

DNA的一級結(jié)構(gòu)是指DNA分子中的核苷酸的堿基排列順序，DNA對遺傳信息的貯存正是利用堿基排列方式變化而實現(xiàn)的。DNA是雙鏈結(jié)構(gòu)，兩條鏈呈反向平行走向。DNA雙鏈中的腺嘌呤始終與胸腺嘧啶配對存在，形成兩個氫鍵；鳥嘌呤始終與胞嘧啶配對存在，形成三個氫鍵。DNA雙鏈?zhǔn)怯沂致菪Y(jié)構(gòu)。DNA在形成雙鏈螺旋式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在細(xì)胞內(nèi)還將進(jìn)一步折疊成為超螺旋結(jié)構(gòu)，并且在蛋白質(zhì)的參與下構(gòu)成核小體。DNA的基本功能是作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板。

RNA是生物體內(nèi)的另一大類核酸。mRNA以DNA為模板合成后轉(zhuǎn)位至胞質(zhì)，在胞質(zhì)中作為蛋白質(zhì)合成的模板。成熟的mRNA的結(jié)構(gòu)特點是含有特殊5′–末端帽和3′–末端的多聚A尾結(jié)構(gòu)。mRNA分子上每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼或密碼子。tRNA的結(jié)構(gòu)特點包括存在反密碼子、莖環(huán)結(jié)構(gòu)和含有稀有堿基等。tRNA的功能是在細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的運載體并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA。rRNA與核蛋白體蛋白共同構(gòu)成核蛋白體，核蛋白體是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的場所。核蛋白體中的rRNA和蛋白質(zhì)共同為mRNA、tRNA和肽鏈合成所需要的多種蛋白因子提供結(jié)合位點和相互作用所需要的空間環(huán)境。RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一種細(xì)胞在不同時間、不同狀態(tài)下SnmRNAs的表達(dá)具有時間和空間特異性。

核酸具有多種重要理化性質(zhì)。核酸的紫外吸收特性被廣泛用來對核酸、核苷酸、核苷和堿基進(jìn)行定性定量分析。核酸的沉降特性用于超速離心法純化核酸。DNA的變性和復(fù)性是核酸最重要的理化性質(zhì)之一。

DNA變性的本質(zhì)是雙鏈的解鏈。DNA的變性從開始解鏈到完全解鏈，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）。在Tm時，核酸分子內(nèi)50%的雙鏈結(jié)構(gòu)被解開。熱變性的DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補鏈可重新配對而復(fù)性。在DNA 變性后的復(fù)性過程中，只要不同的單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，就可以在不同的分子間雜交形成雜化雙鏈。DNA與DNA及 RNA與DNA間的分子雜交在核酸研究中的應(yīng)用十分廣泛。

核酸酶是可以降解核酸的酶。依據(jù)核酸酶底物的不同可以將其分為DNA酶和RNA酶兩類；依據(jù)切割的部位分為核酸內(nèi)切酶和核酸外切酶；具有序列特異性的核酸酶稱為限制性核酸內(nèi)切酶。概 述

Introduction 一． 酶的生物學(xué)重要性

一切生物都須不斷地進(jìn)行新陳代謝過程，以維持它們的生命活動，而酶是生物用以進(jìn)行代謝過程的工具。因為物質(zhì)代謝過程都需要酶的催化作用，在體內(nèi)只有極少數(shù)不需酶參加而自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。有些在體外能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)例：H2O+CO2 = H2CO3。在體內(nèi)也要依賴特殊的酶---碳酸酐酶的催化。在酶的作用下，生物體內(nèi)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，能在溫和的條件下迅速，準(zhǔn)確，平穩(wěn)而且有規(guī)律的進(jìn)行。

我們來看看食物蛋白質(zhì)在體內(nèi)外的分解情況：在體內(nèi)溫和的條件（近中性pH。37℃）下食物蛋白質(zhì)就能迅速徹底水解成AA，而且AA不會遭破壞。而在體外實驗室中食物蛋白質(zhì)需加入30%的硫酸，100℃，24h，才能徹底水解成氨基酸，但在這一過程中有些AA會遭破壞，因而不能得到全部AA。

因為物質(zhì)代謝過程都需要酶的催化作用，所以從總體來說：沒有酶催化就沒有新陳代謝。酶不僅是生物進(jìn)行代謝過程的工具，而且酶也是生物自身產(chǎn)生的特殊蛋白質(zhì)，所以還可以通過改變酶的活性，控制和調(diào)節(jié)代謝過程的強(qiáng)度，使代謝過程能經(jīng)常地與周圍環(huán)境保持平衡。例：在溫帶生活的人，每日三餐以糖為主食造成體內(nèi)糖代謝過程的酶類活性比較強(qiáng)。而在寒帶生活的愛斯基摩人，每天攝取動物性食品為主，隨脂肪攝入引起有關(guān)脂肪代謝的酶類活性比較強(qiáng)，同時不易產(chǎn)生酮癥。

二、生物催化劑的定義

迄今為止，人們已發(fā)現(xiàn)了兩類生物催化劑（biocatalyst）

（一）酶 ：酶是一類由生物活細(xì)胞所產(chǎn)生的以蛋白質(zhì)為主要成分，對其特異底物（substrate）起高效催化作用的蛋白質(zhì)。是機(jī)體內(nèi)催化各種代謝反應(yīng)最主要的催化劑。

（二）核酶（ribozyme）：是具有高效、特異催化作用的核酸。是近年來發(fā)現(xiàn)的一類新的生物催化劑，其主要作用是參于RNA的剪接。

第一節(jié) 酶的分子結(jié)構(gòu)與功能

Molecular structure and function of enzymes

酶是蛋白質(zhì)，同樣具有一，二，三，級結(jié)構(gòu)，有些酶還具有四級結(jié)構(gòu)。只由一條多肽鏈構(gòu)成的酶稱為單體酶（monomeric enzyme）。由多個相同或不同亞基以非共價鍵連接的酶稱為寡聚酶（oligomeric enzyme）。在細(xì)胞內(nèi)存在著許多不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復(fù)合物，即多酶體系（multienzyme system）。由一條多肽鏈組成卻具有多種不同催化功能的酶，稱為多功能酶（multifunctional enzyme）。

一、酶的分子組成

（一）酶的分子組成（圖4-1）

有的酶就是簡單蛋白質(zhì)，即單純酶（simple enzyme）僅由氨基酸組成。例如：胃蛋白酶，淀粉酶，核糖核酸酶，脲酶。

有的酶屬于結(jié)合蛋白質(zhì)，即結(jié)合酶（conjugated enzyme）我們重點討論結(jié)合蛋白酶的組成。例如：乳酸脫氫酶，己糖激酶。全酶（holoenzyme）：指結(jié)合酶的酶蛋白和輔助因子結(jié)合后形成的復(fù)合物。酶蛋白（apoenzyme）：指結(jié)合酶的蛋白質(zhì)部份。輔酶（coenzyme）：指結(jié)合酶的非蛋白質(zhì)部分，它與蛋白質(zhì)結(jié)合的方式比較疏松。輔基（prosthetic group）：也是結(jié)合酶的非蛋白質(zhì)部分，它與酶蛋白結(jié)合比較牢固，不能用透析法或超濾法除去。

圖4-1 蛋白酶的組成 各部分有什么作用呢？

酶促反應(yīng)的特異性及高效率取決于酶蛋白。

輔助因子則起對電子，原子或某些化學(xué)基團(tuán)的傳遞作用

體內(nèi)酶的種類很多，而輔酶（輔基）的種類卻較少，通常一種酶蛋白只能與一種輔酶（輔基結(jié)合）成為一種專一性的酶，但一種輔基往往能與不同的酶蛋白結(jié)合構(gòu)成許多專一性酶。

（二）輔酶與輔基 1．小分子有機(jī)化合物

幾乎全是B族維生素類衍生物。有的屬于輔酶，有的屬于輔基。酶分子中氨基酸殘基側(cè)鏈上的功能基種類不多，不足以催化體內(nèi)眾多的化學(xué)反應(yīng)。各種輔酶（輔基）的結(jié)構(gòu)中都具有某些能進(jìn)行可逆變化的基團(tuán)，從而彌補了單純酶蛋白酶中，活性基團(tuán)的不足。例：吡哆醛 轉(zhuǎn)移氨基 四氫葉酸 轉(zhuǎn)移-碳基團(tuán) FMN（FAD）遞氫 NAD（NADP）遞氫

一些與酶結(jié)合疏松的輔酶，在接受某些基團(tuán)后不能籍該酶恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，實際上該輔酶起了第二底物的作用。（后面進(jìn)一步介紹）2．金屬離子

金屬離子與酶有什么關(guān)系呢？

有的金屬離子與酶蛋白結(jié)合非常緊密，是酶的重要組成成份，此類酶稱為金屬酶（metalloenzyme）。這些金屬離子對維持酶蛋白構(gòu)象具有一定作用，它們參于酶活性中心組成，對底物的結(jié)合及完成酶的催化功能，起了重要作用。例：碳酸酐酶（Zn）

谷胱甘肽過氧化物酶（Se）酪氨酸酶（Cu）

有些酶與金屬離子結(jié)合疏松，但需要該種金屬離子才能發(fā)揮最大活性，金屬離子起激活劑的作用。

例：丙酮酸激酶需 K+，Mg2+激活。各種磷酸酶需 Mg2+ 精氨酸酶需 Mn2+

金屬離子在酶促反應(yīng)中的作用是什么？（圖4-2）（1）催化作用：

金屬離子與酶及底物形成三元絡(luò)合物，不僅保證了酶與底物的正確定向結(jié)合，而且金屬離子還可作為催化基團(tuán)，參于各種方式的催化作用。

例：丙酮酸激酶，通過Mg2+架橋，不僅穩(wěn)定了酶的構(gòu)象，也激活了ATP，使其更容易在酶活性中心上使丙酮酸磷酸化。（2）氧化還原作用

Fe、Cu、Mo等金屬離子可以氧化還原改變其原子價，在酶分子中它們可以通過氧化還原而傳遞電子完成多種物質(zhì)的氧化。

圖4-2 金屬離子在酶中的作用

二、酶的活性中心與必需基因 為什么酶有催化活性? 1．酶活性中心的定義

酶與底物的結(jié)合，一般是通過非共價鍵，如氫鍵，離子鍵，疏水作用（乃至Van der waels力來完成的），因此需要酶與底物之間參與結(jié)合乃至催化作用的各基因之間有一定的空間立體對應(yīng)，及恰當(dāng)?shù)木嚯x，并且能達(dá)到快速的結(jié)合與解離平衡。

酶分子量在104-106之間是具有一定空間結(jié)構(gòu)的大分子，它的表面分布著許多化學(xué)基因，其中有些化學(xué)基因與酶活性有密切關(guān)系，有些與酶活性沒有直接關(guān)系。與酶活性有關(guān)的基因，在酶分子表面的一定區(qū)域形成一定的空間結(jié)構(gòu)，直接參與將作用物（底物）轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的反應(yīng)過程，這個區(qū)域叫做酶的活性中心（active center）。（圖4-3）

圖4-3 酶的活性中心 2．活性中心的形成 活性中心的功能基團(tuán)主要由氨基酸殘基的側(cè)鏈所提供，在結(jié)合蛋白酶類中還有輔酶的功能基團(tuán)參加。一個酶的活性中心的氨基酸殘基，并不是密集于某段肽鏈內(nèi)，而是通過肽鏈彎曲拆疊才使分散的氨基酸殘基相互接近。

例1：核糖核酸酶的活性中心所含的兩個咪唑基，是來自His-12和His-119，共同位于酶分子的一個裂縫內(nèi)。

例2：木爪蛋白酶的活性中心由Asp-174，His-158和Cys-25提供的羧基，咪唑基和硫氫基組成，它位于酶分子兩半中間的一個裂隙內(nèi)（分子一半含有1-100，另一半含有111-209氨基酸殘基）

3．必需基團(tuán)（圖4-4）

（1）定義：酶分子上與酶活性有關(guān)的化學(xué)基團(tuán)，稱為酶的必需基團(tuán)（essential group）。

（2）分類：

結(jié)合基團(tuán)（binding group）：指在活性中心內(nèi)能與作用物結(jié)合的必需基團(tuán)。催化基團(tuán)（catalytic group）：指在活性中心內(nèi)能促進(jìn)作用物發(fā)生化學(xué)變化的必需基團(tuán)?；钚灾行囊酝獾谋匦杌鶊F(tuán)：指在活性中心以外，維持整個酶分子的空間構(gòu)象的必需基團(tuán)。（3）常見的必需基團(tuán) 組氨酸殘基上的咪唑基。絲氨酸殘基上的羥基。半胱氨酸殘基上的疏基。酸性氨基酸殘基上的羧基。

圖4-4 必需基團(tuán)的組成第二節(jié) 酶促反應(yīng)的特點與機(jī)制

Machanism and Character of Enzyme Reaction

一、酶促反應(yīng)的特點

（一）酶與一般催化劑的共同點

1．作為催化劑，需要量都很少，在化學(xué)反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的改變。2．只能催化熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)。

3．能加速可逆反應(yīng)進(jìn)程，而不改變反應(yīng)平衡點。4．催化可逆反應(yīng)的酶，對正，反都有催化作用。

（二）酶作用的特點：

1．酶促反應(yīng)要求嚴(yán)格的環(huán)境條件（酶的主要成份是蛋白質(zhì)）最適溫度、PH、常壓。2．酶促反應(yīng)具有極高的催化效率

酶的催化效率通常比非催化劑高108—1020倍，比一般催化劑高107—1013倍。例：碳酸酐酶催化效率比非酶促反應(yīng)要快107倍。3．酶促反應(yīng)具有高度的特異性

一種酶要從繁多的化合物中選定它所催化的化合物就是酶特異性的表現(xiàn)。酶有高度的特異性，就是指酶對所有作用物有嚴(yán)格的選擇性。4．酶促反應(yīng)沒有副反應(yīng) 例：淀粉水解（圖4-5）

圖4-5 淀粉水解

5．酶的催化作用可受調(diào)控的（指關(guān)鍵酶）（圖4-6）

圖4-6 酶的催化作用的調(diào)控

二、酶作用的特異性

（一）特異性的類型

1．絕對特異性（absolute specificity）：只能作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專一的反應(yīng)，生成一種特異結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。

2．相對特異性（relative specificity）：作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵，3．立體異構(gòu)特異性（stereospecificity）：一種酶只作用于立體異構(gòu)體中的一種

（二）酶作用特異性的學(xué)說 1．鎖鑰學(xué)說（模板學(xué)說）

這個學(xué)說強(qiáng)調(diào)指出，只有固定的底物才能契入與它互補的酶表面，尤如：鎖與鑰匙的關(guān)系。2.“三點附著”學(xué)說 乳酸脫氫酶的專一性。此學(xué)說認(rèn)為酶分子表面，按順序排列著三個基團(tuán)，底物的基因必需與酶的三個基團(tuán)互補配合時，酶才作用于這個底物，否則底物就不能與酶結(jié)合，受其催化。3.”誘導(dǎo)契合”學(xué)說（induced-fit hypothesis）該學(xué)說保留了底物和酶之間的互補概念，但認(rèn)為酶分子本身不是固定不變的，當(dāng)酶分子與底物分子接近時，酶蛋白受底物分子的誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生有利于同底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補契合，所以酶分子與底物的契合是動態(tài)契合。近年來X-衍射分析的實驗結(jié)果支持了這一學(xué)說。什么是誘導(dǎo)契合？

誘導(dǎo)契合（圖4-7）。酶活性中心的某些氨基酸殘基或基團(tuán)，可以在底物誘導(dǎo)下獲得正確空間定位，以利于底物的結(jié)合與催化。

圖4-7 誘導(dǎo)契合

三、酶促反應(yīng)的機(jī)制

在討論酶促反應(yīng)之前先復(fù)習(xí)一下自由能的概念

（一）一般催化劑加速化學(xué)反應(yīng)的機(jī)制

（二）酶的催化作用

1． 酶的催化機(jī)制：酶與一般催化劑一樣可以降低活化能從而提高化學(xué)反應(yīng)速度但酶比一般催化劑有更高的催化效率，下面我們來看一個例子

活化能：由18000卡/mol 降到2000卡/mol（圖4-8）

圖4-8 酶促反應(yīng)活化能的改變

只要活化能稍有降低，反應(yīng)速度就會發(fā)生數(shù)百倍或千倍、萬倍、百萬倍的增加，這就是酶能加速化學(xué)反應(yīng)的根本所在。

酶為什么能如此多的降低活化能呢？（圖4-9）

圖4-9 酶促反應(yīng)降低反應(yīng)活化能

2.酶促反應(yīng)的機(jī)制（1）中間產(chǎn)物學(xué)說（2）酶催化作用高效率的機(jī)制 酶降低活化能的幾個重要因素：

1）鄰近效應(yīng)（proximity effect）與定向作用（orientation arrange）： 趨近效應(yīng)是指兩個底物分子結(jié)合于酶活性中心后增加了兩者接觸頻率，從而降低了進(jìn)入過渡狀態(tài)所需的活化能，實驗證明趨近效應(yīng)大大增加了反應(yīng)物的有效濃度，有人曾測定某底物在溶液中濃度為0.001 M時，而在某酶分子表面局部范圍濃度高達(dá)100M 比溶液中濃度高出一萬倍。（圖4-10)定向效應(yīng)是指反應(yīng)物在酶表面對著特定的基團(tuán)幾何地定向。因而反應(yīng)物就可以用一種“正確的方式”互相碰撞而發(fā)生反應(yīng)。

總之，酶可以通過“接近”效應(yīng)，和“定向”效應(yīng)使一種分子間的反應(yīng)變成類似于分子內(nèi)的反應(yīng)，因而使反應(yīng)高速進(jìn)行。

圖4-10 鄰近效應(yīng)

2）多元催化（multielement catalysis）

一般催化劑通常僅有一種解離狀態(tài)，只有堿催化或只有酸催化，酶是兩性電解質(zhì)，所含的多種功能基團(tuán)有不同的解離常數(shù)。即使同一種功能基在不同的蛋白質(zhì)分子中處于不同的微環(huán)境，解離度也有差異。因此同一種酶常常蒹有酸、堿雙重催化作用。這種多功能基團(tuán)（包括輔酶或輔基的協(xié)同作用，可極大地提高酶的催化效能。3）表面效應(yīng)（surface effect）；酶活性中心，多為疏水性口袋，疏水環(huán)境可排除水分子對酶和底物功能基團(tuán)的干擾性吸引或排斥，防止在底物與酶之間形成水化膜。有利于酶與底物密切接觸。值得注意的是：一種酶催化的反應(yīng)常常是多種催化機(jī)制的綜合作用，這正是酶促反應(yīng)具有高效率的重要原因

第三節(jié) 酶動力學(xué)

Kinetics of Enzyme

什么是酶動力學(xué) ？

酶動力學(xué)是研究酶催化反應(yīng)的速度，以及研究各種因素對酶促反應(yīng)速度的影響，這些因素包括酶濃度，底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等。*研究某一因素的影響時，其他條件必須固定不變。

一、底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響 研究的前提

I.單底物、單產(chǎn)物反應(yīng)

II.酶促反應(yīng)速度一般在規(guī)定的反應(yīng)條件下，用單位時間內(nèi)底物的消耗量和產(chǎn)物的生成量來表示

III.反應(yīng)速度取其初速度，即底物的消耗量在5%以內(nèi)的反應(yīng)速度 IV.底物濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酶濃度

底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響曲線可以人為的為分三段： 第一段：反應(yīng)速度與底物濃度呈正比關(guān)系表現(xiàn)為一級反應(yīng)。（圖4-11）

圖4-11 底物濃度較低時的酶促反應(yīng) 第二段：介于零級及一級之間的混合級反應(yīng)。（圖4-12）

圖4-12 底物濃度中等時的酶促反應(yīng)

第三段：當(dāng)?shù)孜餄舛萚Ｓ]遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過酶濃度反應(yīng)速度達(dá)極限值：Ｖ=Ｖmax 零級反應(yīng)。（圖4-13）

圖4-13 底物濃度較高時的酶促反應(yīng) 這和一般均相催化劑的作用結(jié)果不同。

1913年前后Micheelis和Menten（米孟氏）在前人工作基礎(chǔ)上發(fā)表了上述單底物酶促反應(yīng)的特殊現(xiàn)象的動力學(xué)分析結(jié)果，提出了酶促反應(yīng)動力學(xué)的基本原理并歸納為一個數(shù)學(xué)公式：

(一)米氏方程：

Ｖ=Ｖmax[Ｓ]/Ｋm+[Ｓ] 它表明了底物濃度與酶促反應(yīng)速度間的定量關(guān)系。Ｋm：米氏常數(shù)；(二)米氏方程的推導(dǎo)

酶促反應(yīng)模式可以表示為：（圖-14）

圖4-14 酶促反應(yīng)模式 <三個假設(shè)>（1）測定的速度為反應(yīng)的初速度，此時底物的消耗很少，只占Ｓ原始濃度的極小部分（通常在５%）。Ｐ+Ｅ→ＥＳ的可能性不予考慮。

（2）底物濃度[Ｓ]顯著超過酶濃度[Ｅ]。所以[ＥＳ]形成不會明顯降低[Ｓ]，所以[Ｓ]的降低可忽略不計。

（3）ＥＳ解離成Ｅ+Ｓ的速度顯著于ＥＳ→Ｐ+Ｅ的速度，或者說Ｅ+Ｓ====ＥＳ→Ｐ+Ｓ的可逆反應(yīng)在測定初速度Ｖ的時間內(nèi)已達(dá)平衡而小量Ｐ的生成不影響這個平衡即在恒態(tài)（穩(wěn)態(tài)）。

<推導(dǎo)> 見教材54-55(三)Ｋm與Ｖmax的意義及應(yīng)用 １． Ｋm的意義：

Ｋm就是當(dāng)Ｖ=１/２Ｖmax時的底物濃度（圖4-15）Ｖ=Ｖmax/２=Ｖmax[Ｓ]/ Ｋm+[Ｓ]

等式兩邊同除Ｖmax Ｋm的意義：（a）Km是酶的特征性常數(shù)之一；（b）1/Km可近似表示酶對底物的親和力；（c）同一酶對于不同底物有不同的Km值。

圖4-15 Ｋm值

2．Vmax（maximum velocity）：

（1）定義：Vmax是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。（2）意義：Vmax=K3[E] 如果酶的總濃度已知，可從Ｖmax計算酶的轉(zhuǎn)換數(shù)，即動力學(xué)常數(shù)Ｋ3（3）計算： Ｖmax=K3[ＥT] 單位 μmol./min?mg 3．酶的轉(zhuǎn)換數(shù)（turnover number）

定義：當(dāng)酶被底物充分飽和時，單位時間內(nèi)每個酶分子催化底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的分子數(shù)。意義：可用來比較每單位酶的催化能力；可用來計算每分鐘每毫克酶催化底物反應(yīng)的值。即酶的比活（specific activity）。(四)Ｋm及Ｖmax測定法

理論上可繪圖求Ｋm，Ｖmax，但實際上不可能得到正確Ｋm，因為只能在[Ｓ]極高時才能得近似Ｖmax。

1．<雙倒數(shù)作圖法>（double reciprocal plot）（圖4-16）

圖4-16 雙倒數(shù)作圖法

2．（圖4-17）

優(yōu)點：（1）從統(tǒng)計學(xué)觀點看此種作圖較為理想

（2）某些酶在行為上有背于米氏方程，很易察覺。

圖4-17 Hanes作圖法

當(dāng)[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應(yīng)速度與酶濃度成正比。（圖4-18）?

二、酶濃度對反應(yīng)速度的影響 關(guān)系式為：V = K3[E] 可通過測定酶促反應(yīng)速度的大小來算出酶濃度，在一定條件下即表示酶活性。?? 什么是酶活性 ？

酶的活性是指酶催化化學(xué)反應(yīng)的能力，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)是酶促反應(yīng)速度。如何衡量酶活性的大小 ？

酶活力大小的衡量尺度是酶的活性單位 酶活性的國際單位（IU）：

在特定的條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為一個國際單位。酶活性的催量單位（katal）：

１催量是指在特定條件下，每秒鐘使１mol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量。

圖4-18 酶濃度對反應(yīng)速度的影響

三、pH對反應(yīng)速度的影響（圖4-19）

1.酶反應(yīng)介質(zhì)的pＨ可影響酶分子活性中心上必需基團(tuán)的解離程度，如催化基團(tuán)質(zhì)子供體或質(zhì)子受體所需的離子化狀態(tài)。

2.可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物結(jié)合。

所以只有在特定的pＨ條件下，酶，底物，和輔酶解離情況，最適宜它們互相結(jié)合，并發(fā)生催化作用。

(一)最適pＨ（optimum pH）

酶催化活性最大時的pＨ值稱為該酶的最適pＨ（optimum pH）(二)如何確定一個酶的最適pＨ

目前只能實驗確定，因為pＨ對酶穩(wěn)定性受多方面因素的影響，如：溫度，底物濃度，酶濃度和酶純度，保護(hù)劑的存在等。

圖4-19 pH對酶促反應(yīng)速度的影響

四、溫度對反應(yīng)速度的影響 1．溫度的影響（圖4-20）

與其他化學(xué)反應(yīng)一樣速度隨溫度增加而加速，凡溫度每升高１０℃反應(yīng)速度大約增加1-2倍。

但酶的主要成分是蛋白質(zhì)可隨溫度升高而變性。

在溫度較低時前一影響較大，但溫度超過一定值后，酶受熱變性的因素占優(yōu)勢。

圖4-20 溫度對酶促反應(yīng)速度的影響

2．最適溫度（optimum temperature）酶促反應(yīng)最快時的溫度稱為該酶的最適溫度。

五、抑制劑對反應(yīng)速度的影響

什么是酶的抑制作用? 酶分子中心的必需基團(tuán)（主要是指酶活性中心上的一些基團(tuán)）的性質(zhì)受到某種化學(xué)物質(zhì)的影響而發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活性的降低或喪失稱為抑制作用（inhibition）。

什么是酶抑制劑 ? 能引起酶抑制作用的物質(zhì)稱為酶抑制劑（inhibitor）。

抑制劑有什么特點? 抑制劑對酶有一定選擇性只能引起某一類或某幾類酶的抑制。所以與一般蛋白質(zhì)變性劑不同。

抑制作用的類型有哪些? 抑制作用分為不可逆性抑制作用和可逆性抑制作用，而可逆性抑制作用又分為競爭性抑制作用、非競爭性抑制作用、反競爭性抑制作用和混合性抑制作用等四種。（圖4-21）

圖4-21 抑制作用的分類

（一）不可逆抑制作用（irreversible inhibition）：一般均為非生物來源

1．抑制劑與酶的必需基因以共價鍵結(jié)合，而引起酶活性喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑，而恢復(fù)酶活力。

2．抑制作用隨抑制劑濃度的增加而逐漸增加，當(dāng)抑制劑的量大到足以和所有的酶結(jié)合，則酶的活性完全被抑制。

如果不可逆抑制劑的結(jié)構(gòu)與酶的底物類似，則其抑制專一性大為加強(qiáng)；類似物可能首先結(jié)合在活性中心上。然后與其鄰近基團(tuán)起反應(yīng)形成共價結(jié)合。

（二）可抑性抑制作用（reversible inhibition）抑制劑與酶以非共價鍵結(jié)合，而引起酶活性的降低或喪失，可用透析等物理方法除去抑制劑，恢復(fù)酶活性。

可逆性抑制又分競爭性（competitive），反競爭性（uncompetitive），非競爭性（non-competitive）抑制與混合性抑制。它們之間的差別在于抑制劑和酶的結(jié)合方式。從而對恒態(tài)動力學(xué)參數(shù)及值的影響也不同。

1．競爭性抑制作用（competitive inhibition）

這是較常見而重要的可逆性抑制作用。它指抑制劑（Ｉ）和底物（Ｓ）對游離酶（Ｅ）的結(jié)合有競爭作用，互相排斥酶分子結(jié)合Ｓ就不能結(jié)合Ｉ，結(jié)合Ｉ就不能結(jié)合Ｓ。（圖4-22）

圖4-22 競爭性抑制作用

競爭抑制作用往往是抑制劑和底物的結(jié)構(gòu)相類似能同時競爭酶的活性中心，使酶活性降低，此外還有些因素可能形成兩者和酶的結(jié)合互相排斥，所以不可能存在ＩＥＳ三聯(lián)復(fù)合體。（圖4-23）圖4-23 競爭性抑制作用的反應(yīng)模式 競爭性抑制作用的動力學(xué)特點：（圖4-24）

(１)抑制劑和底物的結(jié)構(gòu)相類似能同時競爭酶的活性中心。

*有競爭性抑制劑存在時，Km增大，且Km值隨[Ｉ]的增加而增加，稱為表現(xiàn)Km。(２)抑制程度與[Ｉ]成正比，而與[Ｓ]成反比，故當(dāng)?shù)孜餄舛葮O大時，同樣可達(dá)到最大應(yīng)速度。

(３)Km增大，Ｖmax不變

圖4-24 競爭性抑制的動力學(xué)特點 競爭性抑制作用的經(jīng)典例子

例１． 琥珀酸脫氫酶可受丙二酸及草酰乙酸抑制（圖4-25）

圖4-25 丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制

例２． 磺胺藥與對氨基苯甲酸競爭二氫葉酸合成酶的活性中心，DFH的合成受抑，F(xiàn)H4隨之減少。使核酸合成障礙。（圖4-26）

圖4-26 磺胺藥對二氫葉酸合成酶的抑制 磺胺類藥物是最型的例子之一。對磺胺敏感的細(xì)菌在生長和繁殖時不能利用現(xiàn)成的葉酸，只能利用對氨基苯甲酸等合成二氫葉酸，而磺胺類藥物與對氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)類似，競爭結(jié)合細(xì)菌體內(nèi)二氫葉酸合成酶，從而抑制細(xì)菌生長所必需的二氫葉酸的合成。二氫葉酸可再還原為四氫葉酸，后者是合成核酸所必需的，磺胺抑制了細(xì)菌二氫葉酸的合成，使細(xì)菌核酸的合成受阻，從而抑制了細(xì)菌的生長和繁殖。而人體能直接利用食物中葉酸，故其代謝不受磺胺的影響。因此，研究病原體與人體代謝差異對新藥設(shè)計具有重大意義（詳見抗代謝物一節(jié)）?？咕鲂裕停锌稍鰪?qiáng)磺胺藥的藥效，因為它的結(jié)構(gòu)與二氫葉酸有類似之處，是二氫葉酸還原酶的強(qiáng)烈抑制劑，它與磺胺藥配合使用，可使細(xì)菌的四氫葉酸合成受到阻礙，因而嚴(yán)重影響細(xì)菌的核酸及蛋白質(zhì)合成。

利用競爭性抑制是藥物設(shè)計的根據(jù)之一，如抗癌藥阿拉伯糖胞苷，５-氟尿嘧啶等都是利用競爭性抑制而設(shè)計出來的（詳見抗核酸代謝物一節(jié)）。

2．反競爭性抑制作用（uncompetitive inhibition）抑制劑Ｉ不與游離酶Ｅ結(jié)合，卻和ＥＳ中間復(fù)合體結(jié)合而成ＥＩＳ，但ＥＩＳ不能釋出產(chǎn)物。所以，此種抑制主要影響催化功能，而與底物結(jié)合位點無關(guān)，為什么稱為反競爭性抑制? 由于抑制劑作用于ＥＳ復(fù)合物，增加底物濃度[Ｓ]時不能消除抑制，反而抑制作用更強(qiáng)，因為增加了恒態(tài)中的ＥＳ，有利于Ｉ的結(jié)合。底物濃度遠(yuǎn)小于Ｋm值時抑制作用不明，故與競爭性抑制相反。（圖4-27）

圖4-27 反競爭性抑制作用的反應(yīng)模式 [動力學(xué)特點]（圖4-28）

(1)當(dāng)Ｉ存在時，Ｋm和Ｖmax都減少。

(2)有Ｉ時，Ｋm和Ｖmax都隨[Ｉ]的增加而減少。(3)抑制程度即與[Ｉ]成正比，也和[Ｓ]成正比。

圖4-28 反競爭性抑制作用的動力學(xué)特點

3．非競爭性抑制作用（non-competitive inhibition）與混合性抑制作用。底物Ｓ和抑制劑Ｉ與酶的結(jié)合完全地互不相關(guān)，既不排斥，也不促進(jìn)，Ｓ可與游離Ｅ結(jié)合，也可和ＩＥ復(fù)合體結(jié)合。同樣Ｉ可和游離Ｅ結(jié)合，也可和ＥＳ復(fù)合物結(jié)合，但ＩＥＳ不能釋放出產(chǎn)物。[反應(yīng)模式]（圖4-29）

此種抑制既影響酶對底物結(jié)合，又阻礙其催化功能，影響程度視Ki及Ki′的大小而定。

如果Ki=Ki′：則Ｖmax值減小而Ki及Ki′不變，通常稱為非競爭性抑制。實際上Ki常不等于Ki′，Km值常出現(xiàn)變化。故一般將其視為競爭性抑制與反競爭性抑制的混合情況，稱為混合性抑制。

圖4-29 非競爭性抑制作用的反應(yīng)模式 [動力學(xué)特點]（圖4-30）

(１)當(dāng)不Ｉ存在時，Ｋm不變而Ｖmax減小，Ｋm/Ｖm增大。(２)Ｖ 隨[Ｉ]的加大而減小。

(３)抑制程度只與[Ｉ]成正比，而與[Ｓ]無關(guān)。

圖4-30 非競爭性抑制作用的動力學(xué)特點

第四節(jié) 酶的調(diào)節(jié)

Regulation of Enzymes

調(diào)節(jié)的意義是什么? 新陳代謝是生命的特征，人體需不斷進(jìn)行新陳代謝維持生命，新陳代謝過程中的一系列化學(xué)反應(yīng)必須協(xié)調(diào)進(jìn)行適合機(jī)體需要，并適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化，要達(dá)到上述要求就必須調(diào)節(jié)酶的活性。

酶的調(diào)節(jié)大體上可分為酶活性調(diào)節(jié)（涉及酶結(jié)構(gòu)變化）及酶含量調(diào)節(jié)（與酶的合成降解有關(guān)）。細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝需由一系列酶催化，依次進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)而完成 Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ

當(dāng)反應(yīng)總速度改變時，往往并不需要全部酶活性改變而僅限于某些，甚至個別關(guān)鍵酶（Key enzyme）活性變化，就能達(dá)到調(diào)節(jié)該物質(zhì)代謝的要求。關(guān)鍵酶常決定代謝的速度和方向。特點：

(１)只催化單向不平衡反應(yīng)，或者是該連續(xù)反應(yīng)中，催化活性最低的限速酶（rate limiting enzyme）。

(２)常處于代謝的分支點上。(３)可以被調(diào)節(jié)。

一、酶活性調(diào)節(jié)

（一）酶原與酶原的激活 1．酶原（zymogen）：無活性的酶的前身稱為酶原。2．酶原激活：

指酶原在一定條件下轉(zhuǎn)化成有活性的酶的過程稱為酶原激活 3．酶原激活的機(jī)制：

分子內(nèi)肽鍵的一處或多處斷裂，使分子構(gòu)象發(fā)生一定程度的改變，從而形成酶的活性中心（或活性中心暴露），則酶表現(xiàn)出催化活性。4．酶原激活的意義：

在于避免細(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和環(huán)境中發(fā)揮作用，保證體內(nèi)代謝的正常進(jìn)行。

（二）變構(gòu)酶

1.什么是變構(gòu)調(diào)節(jié)（allosteric regulation）？是指某些物質(zhì)與酶的非催化部位呈非共價結(jié)合而改變酶的構(gòu)象從而改變酶的活性，調(diào)節(jié)方式方式稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)。

2.什么是變構(gòu)酶（allosteric enzyme）？指可受變構(gòu)調(diào)節(jié)的酶。

3.什么是變構(gòu)效應(yīng)劑（allosteric effector）？指導(dǎo)致變構(gòu)效應(yīng)的代謝物 如果某效應(yīng)劑引起的協(xié)同效應(yīng)使酶對底物的親和力增加，從而加速反應(yīng)速度，此效應(yīng)稱為變構(gòu)激活效應(yīng)。效應(yīng)劑稱為變構(gòu)激活劑（allosterec activator）。反之為變構(gòu)抑制劑。（圖4-31）4.什么是變構(gòu)部位（allosteric site）？指變構(gòu)效應(yīng)劑結(jié)合的部位。

圖4-31 酶的變構(gòu)效應(yīng)

（三）酶的共價修飾：（圖4-32）1.定義：什么是酶的共價修飾? 酶的共價修飾：是指有些酶，尤其是一些限速酶，在其它酶的作用下，使其結(jié)構(gòu)中某些特殊基團(tuán)進(jìn)行可逆的共價修飾（ovalent modification），從而改變其活性。２.共價修飾的類型：

甲基化和脫甲基化；腺苷化和脫腺苷化；磷酸化與脫磷酸化；乙?；兔撘阴；唬璖H與－S－S互變。

最常見的化學(xué)修飾是磷酸化修飾。

圖4-32 酶的共價修飾

二、酶含量調(diào)節(jié)——慢速調(diào)節(jié)

酶的合成與酶降解的相對速率控制著細(xì)胞內(nèi)的酶含量。

由于酶的生物合成受特異轉(zhuǎn)錄及翻譯過程限制，耗能也較多，屬于慢速調(diào)節(jié)。

（一）酶蛋白合成的誘導(dǎo)與阻遏

多種調(diào)節(jié)信號能影響有關(guān)酶蛋白的合成。

例如：底物濃度能有效地誘導(dǎo)其代謝通路中的限速酶。蛋白質(zhì)食物增多：尿素循環(huán)中有關(guān)酶含量普遍增加。

代謝通路的最終產(chǎn)物對限速酶的合成往往具有阻遏作用：如膽固醇阻抑HMG-CoA還原酶合成。

什么是誘導(dǎo)劑？一般在轉(zhuǎn)錄水平上促進(jìn)酶生物合成的化合物。什么是誘導(dǎo)作用？指誘導(dǎo)劑誘發(fā)酶蛋白生物合成的作用。什么是輔阻遏劑？指在轉(zhuǎn)錄水平上減少酶生物合成的物質(zhì)。什么是阻遏作用？輔阻遏劑與無活性的阻遏蛋白結(jié)合，影響基因的轉(zhuǎn)錄，此過程稱為阻遏作用。

（二）酶的降解

細(xì)胞內(nèi)各種酶的半壽期相差很大。可以通過改變酶分子的降解速度來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶含量。

三、同工酶（isoenzyme）：(一)定義：

在同種生物體內(nèi)，催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)不同的一組酶，稱為同工酶。同工酶由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈組成。也可將同一基因轉(zhuǎn)錄生成不同mRNA所翻譯出來的不同酶蛋白列入同工酶。酶蛋白經(jīng)翻譯、修飾后形成的結(jié)構(gòu)差異的一組酶，稱為次級同工酶。(二)特點：

同工酶的產(chǎn)生主要是基因分化的產(chǎn)物。由于分子結(jié)構(gòu)的差異，雖然催化同一種反應(yīng)，但其底物專一性與親和力，甚至酶的動力學(xué)都可能存在差異，在代謝過程中的功能也有所不同。(三)乳酸脫氫酶同工酶 1．種類

2．分布 3．功能

同工酶雖然催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但可有不同功能。

例：心肌富含LDH1（H4）對NAD+有較大親和力易受丙酮酸抑制。便于心肌利用乳酸氧化供能。

骨骼肌富含LDH5（M4）對NAD+親和力弱不易受丙酮抑制。有利于骨骼肌產(chǎn)生乳酸。

第五節(jié) 酶的命名與分類

Classificatio of Enzymes

一、酶的命名 1．習(xí)慣命名法

僅用底物命名： 例 蛋白酶，淀粉酶

底物+反應(yīng)類型： 例 乳酸脫氫酶，磷酸丙糖異構(gòu)酶 底物+來源： 例 胃蛋白酶，唾液淀粉酶 2． 系統(tǒng)命名法

按國際酶學(xué)委員會制定的與分類相應(yīng)的系統(tǒng)命名法。例：ATP + D-葡萄糖→ADP + D-葡萄糖-6-磷酸 催化該反應(yīng)的酶為ATP；葡萄糖：磷酸基轉(zhuǎn)移酶 系統(tǒng)命名：EC 2.7.1.1 * ATP：葡萄糖磷酸基轉(zhuǎn)移酶。（圖4-33）圖4-33 ATP：葡萄糖磷酸基轉(zhuǎn)移酶

二、酶的分類（圖4-34）* EC的含意? 表示：國際酶學(xué)委員會制定的分類法 * 酶分為幾大類，各類酶的名稱及作用? 圖4-34 酶的分類

* 已知編號如何能在表上找到該酶 例 EC 1.1.1.1 醇脫氫酶 * 如何按順序記六大類酶

1.氧化還原酶（oxidoreductases）2.轉(zhuǎn)移酶（transferases）3.水解酶（hydrolases）4.裂解酶（lyases）

5.異構(gòu)酶（isomerases）6.合成酶（ligases）氧，轉(zhuǎn)，水，裂，異，合

第六節(jié) 酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系

Relationship of Enzymes and Medicine

一、酶與疾病的關(guān)系

（一）酶與疾病的發(fā)生

（二）酶與疾病的診斷

（三）酶與疾病的治療

二、酶在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

（一）酶作為試劑用于臨床檢驗

（二）酶作為藥物用于臨床治療

（三）酶作為工具用于科學(xué)研究和生產(chǎn) 小結(jié)

Summary

酶是由活細(xì)胞合成的對其特異底物起高效催化作用的蛋白質(zhì)。單純酶是僅由氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)，結(jié)合酶除含有蛋白質(zhì)部分外，還含有非蛋白質(zhì)輔助因子。輔助因子是金屬離子或小分子有機(jī)化合物，根據(jù)其與酶蛋白結(jié)合的緊密程度可分為輔酶與輔基。許多B族維生素參與輔酶或輔基的組成。酶蛋白決定酶促反應(yīng)的特異性，輔酶（或輔基）參與酶的活性中心，決定酶促反應(yīng)的性質(zhì)。

酶分子中一些在一級結(jié)構(gòu)上可能相距很遠(yuǎn)的必需基團(tuán)，在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異的結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱為酶的活性中心。酶促反應(yīng)具有高效率、高度特異性和可調(diào)節(jié)性。其催化機(jī)理是酶與底物誘導(dǎo)契合形成酶-底物復(fù)合物，通過鄰近效應(yīng)、定向排列、多元催化及表面效應(yīng)等使酶發(fā)揮高效催化作用。

酶促反應(yīng)動力學(xué)研究影響酶促反應(yīng)速度的各種因素，包括底物濃度、酶濃度、溫度、pH、抑制劑和激活劑等。底物濃度對反應(yīng)速度的影響可用米氏方程式表示：Ｖ=Ｖmax[Ｓ]/Ｋm+[Ｓ]。

其中，Km為米氏常數(shù)，等于反應(yīng)速度為最大速度一半時 的底物濃度，具有重要意義。Vmax和Km 可用米氏方程式的雙倒數(shù)作圖來求取。酶促反應(yīng)在最適pH和最適溫度時活性最高，但它們不是酶的特征性常數(shù)，受許多因素的影響。酶的抑制作用包括不可逆性抑制與可逆性抑制兩種。可逆性抑制中，競爭性抑制作用的表觀Km值增大，Vmax不變；非競爭性抑制作用的Km值不變，Vmax減小，反競爭性抑制作用的Km值和Vmax均減小。

酶活性測定是測量酶量的簡便方法。酶活性單位是衡量酶催化活力的尺度，在適宜條件下以單位時間內(nèi)底物的消耗或產(chǎn)物的生成量來表示。在規(guī)定條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量為1 IU。

機(jī)體內(nèi)對酶的活性與含量的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)代謝的重要途徑。體內(nèi)有些酶以無活性的酶原形式存在，只有在需要發(fā)揮作用時才轉(zhuǎn)化為有活性的酶；變構(gòu)酶是與一些效應(yīng)劑可逆地結(jié)合，通過改變酶的構(gòu)象而影響其活性的一組酶。多亞基的變構(gòu)酶具有協(xié)同效應(yīng)，是體內(nèi)快速調(diào)節(jié)酶活性的重要方式之一。酶的共價修飾使酶在相關(guān)酶的催化下可逆地共價結(jié)合某些化學(xué)基團(tuán)，實現(xiàn)有活性酶與無活性酶的互變。這是體內(nèi)實現(xiàn)對代謝快速調(diào)節(jié)的另一重要方式。酶量的調(diào)節(jié)包括酶生物合成的誘導(dǎo)與阻遏，以及對酶降解的調(diào)節(jié)。同工酶是指催化的化學(xué)反應(yīng)相同，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，是由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈，或同一基因轉(zhuǎn)錄生成的不同mRNA翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質(zhì)。同工酶在不同的組織與細(xì)胞中具有不同的代謝特點。

酶可分為六大類，分別是氧化還原酶類、轉(zhuǎn)移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構(gòu)酶類和合成酶類。酶的名稱包括系統(tǒng)名稱和推薦名稱，酶的系統(tǒng)名稱按酶的分類而定，每一酶均含有四位數(shù)字的編號。

酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系十分密切。許多疾病的發(fā)生與發(fā)展與酶的異?；蛎甘艿揭种朴嘘P(guān)。血清酶的測定可協(xié)助對某些疾病的診斷。許多藥物可通過作用于細(xì)菌或人體內(nèi)的某些酶以達(dá)到治療目的。酶可以作為診斷試劑和藥物對某些疾病進(jìn)行診斷與治療。酶還可作為工具酶或制成固定化酶用于科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐?？贵w酶是人工制造的兼有抗體和酶活性的蛋白質(zhì)；模擬酶是人工合成的具有催化活性的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物?？贵w酶和模擬酶均具有廣闊的開發(fā)前景。

第九章 核苷酸代謝

一、核苷酸類物質(zhì)的生理功用：

核苷酸類物質(zhì)在人體內(nèi)的生理功用主要有：

① 作為合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。

② 作為能量的貯存和供應(yīng)形式：除ATP之外，還有GTP，UTP，CTP等。

③ 參與代謝或生理活動的調(diào)節(jié)：如環(huán)核苷酸cAMP和cGMP作為激素的第二信使。

④ 參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基：如在NAD+，NADP+，F(xiàn)AD，F(xiàn)MN，CoA中均含有核苷酸的成分。

⑤ 作為代謝中間物的載體：如用UDP攜帶糖基，用CDP攜帶膽堿，膽胺或甘油二酯，用腺苷攜帶蛋氨酸（SAM）等。

二、嘌呤核苷酸的合成代謝：

1．從頭合成途徑：利用一些簡單的前體物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳單位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的過程稱為從頭合成途徑。這一途徑主要見于肝臟，其次為小腸和胸腺。

嘌呤環(huán)中各原子分別來自下列前體物質(zhì)：Asp → N1；N10-CHO FH4 → C2 ；Gln → N3和N9 ；CO2 → C6 ；N5,N10=CH-FH4 → C8 ；Gly → C4、C5 和N7。

合成過程可分為三個階段：

⑴ 次黃嘌呤核苷酸的合成：在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5'-磷酸核糖合成PRPP(1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖)。然后再經(jīng)過大約10步反應(yīng)，合成第一個嘌呤核苷酸——次黃苷酸（IMP）。

⑵ 腺苷酸及鳥苷酸的合成：IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解產(chǎn)生AMP；IMP也可在IMP脫氫酶的催化下，以NAD+為受氫體，脫氫氧化為黃苷酸（XMP），后者再在鳥苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鳥苷酸（GMP）。

⑶三磷酸嘌呤核苷的合成：AMP/GMP被進(jìn)一步磷酸化，最后生成ATP/GTP，作為合成RNA的原料。ADP/GDP則可在核糖核苷酸還原酶的催化下，脫氧生成dADP/dGDP，然后再磷酸化為dATP/dGTP，作為合成DNA的原料。

2．補救合成途徑：又稱再利用合成途徑。指利用分解代謝產(chǎn)生的自由嘌呤堿合成嘌呤核苷酸的過程。這一途徑可在大多數(shù)組織細(xì)胞中進(jìn)行。其反應(yīng)為：A + PRPP → AMP；G/I + PRPP → GMP/IMP。

3．抗代謝藥物對嘌呤核苷酸合成的抑制：能夠抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代謝藥物，通常是屬于嘌呤、氨基酸或葉酸的類似物，主要通過對代謝酶的競爭性抑制作用，來干擾或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗腫瘤治療作用。在臨床上應(yīng)用較多的嘌呤核苷酸類似物主要是6-巰基嘌呤（6-MP）。6-MP的化學(xué)結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤類似，因而可以抑制IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP或GMP，從而干擾嘌呤核苷酸的合成。

三、嘌呤核苷酸的分解代謝：

嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶的催化下，脫去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷酶的催化下分解生成嘌呤堿，最后產(chǎn)生的I和X經(jīng)黃嘌呤氧化酶催化氧化生成終產(chǎn)物尿酸。痛風(fēng)癥患者由于體內(nèi)嘌呤核苷酸分解代謝異常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸鈉晶體沉積于軟骨、關(guān)節(jié)、軟組織及腎臟，臨床上表現(xiàn)為皮下結(jié)節(jié)，關(guān)節(jié)疼痛等?？捎脛e嘌呤醇予以治療。

四、嘧啶核苷酸的合成代謝：

1．從頭合成途徑：指利用一些簡單的前體物逐步合成嘧啶核苷酸的過程。該過程主要在肝臟的胞液中進(jìn)行。嘧啶環(huán)中各原子分別來自下列前體物：CO2→C2 ；Gln→N3 ；Asp →C4、C5、C6、N1。嘧啶核苷酸的主要合成步驟為：

⑴尿苷酸的合成：在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ的催化下，以Gln，CO2，ATP等為原料合成氨基甲酰磷酸。后者在天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶的催化下，轉(zhuǎn)移一分子天冬氨酸，從而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再經(jīng)脫氫、脫羧、環(huán)化等反應(yīng)，合成第一個嘧啶核苷酸，即UMP。

⑵胞苷酸的合成：UMP經(jīng)磷酸化后生成UTP，再在胞苷酸合成酶的催化下，由Gln提供氨基轉(zhuǎn)變?yōu)镃TP。

⑶脫氧嘧啶核苷酸的合成：①CTP→CDP→dCDP→dCTP。②dCDP→dCMP→dUMP→dTMP→dTDP→dTTP。胸苷酸合成酶催化dUMP甲基化，甲基供體為N5,N10-亞甲基四氫葉酸。

2．補救合成途徑：由分解代謝產(chǎn)生的嘧啶/嘧啶核苷轉(zhuǎn)變?yōu)猷奏ず塑账岬倪^程稱為補救合成途徑。以嘧啶核苷的補救合成途徑較重要。主要反應(yīng)為：UR/CR + ATP → UMP/CMP；TdR + ATP → dTMP。

3．抗代謝藥物對嘧啶核苷酸合成的抑制：能夠抑制嘧啶核苷酸合成的抗代謝藥物也是一些嘧啶核苷酸的類似物，通過對酶的競爭性抑制而干擾或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代謝藥物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)镕-dUMP，其結(jié)構(gòu)與dUMP相似，可競爭性抑制胸苷酸合成酶的活性，從而抑制胸苷酸的合成。

五、嘧啶核苷酸的分解代謝：

嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶和核苷磷酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，產(chǎn)生的嘧啶堿可在體內(nèi)進(jìn)一步分解代謝。不同的嘧啶堿其分解代謝的產(chǎn)物不同，其降解過程主要在肝臟進(jìn)行。

胞嘧啶和尿嘧啶降解的終產(chǎn)物為（β-丙氨酸 + NH3 + CO2）；胸腺嘧啶降解的終產(chǎn)物為（β-氨基異丁酸 + NH3 + CO2）。

第十一章 DNA的生物合成

一、遺傳學(xué)的中心法則和反中心法則：

DNA通過復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)分子，從而決定生物的表現(xiàn)型。DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程就構(gòu)成了遺傳學(xué)的中心法則。但在少數(shù)RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA中。因此，在這些生物體中，遺傳信息的流向是RNA通過復(fù)制，將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過反轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉(zhuǎn)錄和翻譯傳遞給蛋白質(zhì)，這種遺傳信息的流向就稱為反中心法則。

二、DNA復(fù)制的特點：

1．半保留復(fù)制：DNA在復(fù)制時，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制(semiconservative replication)。DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，是在1958年由M.Meselson 和 F.Stahl 所完成的實驗所證明。

2．有一定的復(fù)制起始點：DNA在復(fù)制時，需在特定的位點起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復(fù)制起始點（復(fù)制子）。在原核生物中，復(fù)制起始點通常為一個，而在真核生物中則為多個。

3．需要引物(primer)：DNA聚合酶必須以一段具有3'端自由羥基（3'-OH）的RNA作為引物，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50～100個核苷酸，而在真核生物中約為10個核苷酸。

4．雙向復(fù)制：DNA復(fù)制時，以復(fù)制起始點為中心，向兩個方向進(jìn)行復(fù)制。但在低等生物中，也可進(jìn)行單向復(fù)制。

5．半不連續(xù)復(fù)制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，因此兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時的方式是不同的。以3'→5'方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在聚合時基本上是連續(xù)進(jìn)行的，這一條鏈被稱為領(lǐng)頭鏈(leading strand)。而以5'→3'方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在聚合時則是不連續(xù)的，這條鏈被稱為隨從鏈(lagging strand)。DNA在復(fù)制時，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazaki fragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。

三、DNA復(fù)制的條件：

1．底物：以四種脫氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

2．模板(template)：以親代DNA的兩股鏈解開后，分別作為模板進(jìn)行復(fù)制。

3．引發(fā)體(primosome)和RNA引物(primer)：引發(fā)體由引發(fā)前體與引物酶（primase）組裝而成。引發(fā)前體是由若干蛋白因子聚合而成的復(fù)合體；引物酶本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）。

4．DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase, DDDP）：

⑴種類和生理功能：在原核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ（pol Ⅰ），DNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ），DNA聚合酶Ⅲ（pol Ⅲ），這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。pol Ⅰ為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì)，具有5'→3'聚合酶活性、3'→5'外切酶活性和5'→3'外切酶的活性；其功能主要是去除引物、填補缺口以及修復(fù)損傷。pol Ⅱ具有5'→3'聚合酶活性和3'→5'外切酶活性，其功能 不明。pol Ⅲ是由十種亞基組成的不對稱二聚體，具有5'→3'聚合酶活性和3'→5'外切酶活性，與DNA復(fù)制功能有關(guān)。

在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種。其中，參與染色體DNA復(fù)制的是pol α（延長隨從鏈）和pol δ（延長領(lǐng)頭鏈），參與線粒體DNA復(fù)制的是pol γ，polε與DNA損傷修復(fù)、校讀和填補缺口有關(guān)，pol β只在其他聚合酶無活性時才發(fā)揮作用。

⑵DNA復(fù)制的保真性：為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復(fù)制必須具有高保真性。DNA復(fù)制時的保真性主要與下列因素有關(guān)：①遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；②在復(fù)制時對堿基的正確選擇；③對復(fù)制過程中出現(xiàn)的錯誤及時進(jìn)行校正。

5．DNA連接酶(DNA ligase)：DNA連接酶可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來。該酶催化的條件是：① 需一段DNA片段具有3'-OH，而另一段DNA片段具有5'-Pi基；② 未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈?zhǔn)峭暾模虎?需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。

6．單鏈DNA結(jié)合蛋白（single strand binding protein, SSB）：又稱螺旋反穩(wěn)蛋白（HDP）。這是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。其作用為：①穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復(fù)制子代DNA；② 保護(hù)單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

7．解螺旋酶（unwinding enzyme）：又稱解鏈酶或rep蛋白，是用于解開DNA雙鏈的酶蛋白，每解開一對堿基，需消耗兩分子ATP。

8．拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)：拓?fù)洚悩?gòu)酶可將DNA雙鏈中的一條鏈或兩條鏈切斷，松開超螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現(xiàn)鏈的纏繞。

四、DNA生物合成過程：

1．復(fù)制的起始：

⑴預(yù)引發(fā)：①解旋解鏈，形成復(fù)制叉：由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。DNA復(fù)制時，局部雙螺旋解開形成兩條單鏈，這種叉狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。②引發(fā)體組裝：由引發(fā)前體蛋白因子識別復(fù)制起始點，并與引發(fā)酶一起組裝形成引發(fā)體。

⑵引發(fā)：在引發(fā)酶的催化下，以DNA鏈為模板，合成一段短的RNA引物。

2．復(fù)制的延長：

⑴聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以親代DNA鏈為模板，從5'→3'方向聚合子代DNA鏈。

⑵引發(fā)體移動：引發(fā)體向前移動，解開新的局部雙螺旋，形成新的復(fù)制叉，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續(xù)進(jìn)行鏈的延長。

3．復(fù)制的終止：

⑴去除引物，填補缺口： RNA引物被水解，缺口由DNA鏈填補，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。

⑵連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

⑶真核生物端粒（telomere）的形成：端粒是指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成粒狀。線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，進(jìn)行延長反應(yīng)。端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它可以其RNA為模板，通過逆轉(zhuǎn)錄過程對末端DNA鏈進(jìn)行延長。

五、DNA的損傷：

由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷。常見的DNA的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)，鏈的斷裂，重組等。引起DNA損傷的因素有：

1．自發(fā)因素：

(1)自發(fā)脫堿基：由于N-糖苷鍵的自發(fā)斷裂，引起嘌呤或嘧啶堿基的脫落。

(2)自發(fā)脫氨基：C自發(fā)脫氨基可生成U，A自發(fā)脫氨基可生成I。

(3)復(fù)制錯配：由于復(fù)制時堿基配對錯誤引起的損傷。

2．物理因素：由紫外線、電離輻射、X射線等引起的DNA損傷。其中，X射線和電離輻射常常引起DNA鏈的斷裂，而紫外線常常引起嘧啶二聚體的形成，如TT，TC，CC等二聚體。

3．化學(xué)因素：

(1)脫氨劑：如亞硝酸與亞硝酸鹽，可加速C脫氨基生成U，A脫氨基生成I。

(2)烷基化劑：這是一類帶有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起堿基或磷酸基的烷基化，甚至可引起鄰近堿基的交聯(lián)。

(3)DNA加合劑：如苯并芘，在體內(nèi)代謝后生成四羥苯并芘，與嘌呤共價結(jié)合引起損傷。

(4)堿基類似物：如5-FU，6-MP等，可摻入到DNA分子中引起損傷或突變。

(5)斷鏈劑：如過氧化物，含巰基化合物等，可引起DNA鏈的斷裂。

六、DNA突變的類型：

1．點突變：轉(zhuǎn)換——相同類型堿基的取代。顛換——不同類型堿基的取代。插入——增加一個堿基。缺失——減少一個堿基。

2．復(fù)突變：插入—— 增加一段順序。缺失—— 減少一段順序。倒位—— 一段堿基順序發(fā)生顛倒。易位—— 一段堿基順序的位置發(fā)生改變。重組—— 一段堿基順序與另一段堿基順序發(fā)生交換。

七、DNA突變的效應(yīng)：

1．同義突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子第三位堿基的改變但不引起密碼子意義的改變，其翻譯產(chǎn)物中的氨基酸殘基順序不變。

2．誤義突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換，其意義發(fā)生改變，翻譯產(chǎn)物中的氨基酸殘基順序發(fā)生改變。

3．無義突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換而改變成終止暗碼子，引起多肽鏈合成的終止。

4．移碼突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換，引起突變點之后的氨基酸殘基順序全部發(fā)生改變。

八、DNA損傷的修復(fù)：

DNA損傷的修復(fù)方式可分為直接修復(fù)和取代修復(fù)兩大類。直接修復(fù)包括光復(fù)活、轉(zhuǎn)甲基作用和直接連接作用，均屬于無差錯修復(fù)。取代修復(fù)包括切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)，后二者屬于有差錯傾向修復(fù)。

1．光復(fù)活：由光復(fù)活酶識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物，在可見光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開，使之完全修復(fù)。

2．轉(zhuǎn)甲基作用：在轉(zhuǎn)甲基酶的催化下，將DNA上的被修飾的甲基去除。此時，轉(zhuǎn)甲基酶自身被甲基化而失活。

3．直接連接：DNA斷裂形成的缺口，可以在DNA連接酶的催化下，直接進(jìn)行連接而封閉缺口。

4．切除修復(fù)：這種修復(fù)機(jī)制可適用于多種DNA損傷的修復(fù)。該修復(fù)機(jī)制可以分別由兩種不同的酶來發(fā)動，一種是核酸內(nèi)切酶，另一種是DNA糖苷酶。①特異性的核酸內(nèi)切酶（如原核中的UvrA、UvrB和UvrC）或DNA糖苷酶識別DNA受損傷的部位，并在該部位的5'端作一切口；②由核酸外切酶（或DNA聚合酶Ⅰ）從5'→3'端逐一切除損傷的單鏈；③在DNA聚合酶的催化下，以互補鏈為模板，合成新的單鏈片段以填補缺口；④由DNA連接酶催化連接片段，封閉缺口。

5．重組修復(fù)：①DNA復(fù)制時，損傷部位導(dǎo)致子鏈DNA合成障礙，形成空缺；②此空缺誘導(dǎo)產(chǎn)生重組酶（重組蛋白RecA），該酶與空缺區(qū)結(jié)合，并催化子鏈空缺與對側(cè)親鏈進(jìn)行重組交換；③對側(cè)親鏈產(chǎn)生的空缺以互補的子鏈為模板，在DNA聚合酶和連接酶的催化下，重新修復(fù)缺口；④親鏈上的損傷部位繼續(xù)保留或以切除修復(fù)方式加以修復(fù)。

6．SOS修復(fù)：這是一種在DNA分子受到較大范圍損傷并且使復(fù)制受到抑制時出現(xiàn)的修復(fù)機(jī)制，以SOS借喻細(xì)胞處于危急狀態(tài)?！?第十二章 RNA的生物合成一、RNA轉(zhuǎn)錄合成的特點：

在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA鏈為模板合成RNA，從而將DNA所攜帶的遺傳信息傳遞給RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成的RNA有多種，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和HnRNA。

1．轉(zhuǎn)錄的不對稱性：指以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給RNA。對于不同的基因來說，其轉(zhuǎn)錄信息可以存在于兩條不同的DNA鏈上。能夠轉(zhuǎn)錄RNA的那條DNA鏈稱為有意義鏈（模板鏈），而與之互補的另一條DNA鏈稱為反意義鏈（編碼鏈）。

2．轉(zhuǎn)錄的連續(xù)性：RNA轉(zhuǎn)錄合成時，在RNA聚合酶的催化下，連續(xù)合成一段RNA鏈，各條RNA鏈之間無需再進(jìn)行連接。

3．轉(zhuǎn)錄的單向性：RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能向一個方向進(jìn)行聚合，RNA鏈的合成方向為5'→3'。

4．有特定的起始和終止位點：RNA轉(zhuǎn)錄合成時，只能以DNA分子中的某一段作為模板，故存在特定的起始位點和特定的終止位點。

二、RNA轉(zhuǎn)錄合成的條件：

1．底物：四種核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，UTP。

2．模板：以一段單鏈DNA作為模板。

3．RNA聚合酶（DDRP）： RNA聚合酶在單鏈DNA模板以及四種核糖核苷酸存在的條件下，不需要引物，即可從5'→3'聚合RNA。

原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個亞基構(gòu)成，即α2ββ'ζ。ζ亞基與轉(zhuǎn)錄起始點的識別有關(guān)，而在轉(zhuǎn)錄合成開始后被釋放，余下的部分（α2ββ'）被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關(guān)。

真核生物中的RNA聚合酶分為三種：RNA polⅠ存在于核仁，對α-鵝膏蕈堿不敏感，用于合成rRNA前體；RNA polⅡ存在于核基質(zhì)，對α-鵝膏蕈堿極敏感，用于合成HnRNA；RNA polⅢ存在于核基質(zhì)，對α-鵝膏蕈堿敏感，用于合成tRNA前體、snRNA及5S rRNA。

4．終止因子ρ蛋白：這是一種六聚體的蛋白質(zhì)，能識別終止信號，并能與RNA緊密結(jié)合，導(dǎo)致RNA的釋放。

5．激活因子：降解產(chǎn)物基因激活蛋白（CAP），又稱為cAMP受體蛋白（CRP），是一種二聚體蛋白質(zhì)。該蛋白與cAMP結(jié)合后，刺激RNA聚合酶與起始部位結(jié)合，從而起始轉(zhuǎn)錄過程。

三、RNA轉(zhuǎn)錄合成的基本過程：

1．識別：RNA聚合酶中的ζ因子識別轉(zhuǎn)錄起始點，并促使核心酶結(jié)合形成全酶復(fù)合物。

位于基因上游，與RNA聚合酶識別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄有關(guān)的一些DNA順序稱為啟動子。在原核生物中的啟動子通常長約60bp，存在兩段帶共性的順序，即5'-TTGACA-3'和5'-TATAATG-3'，其中富含TA的順序被稱為Pribnow盒。真核生物的啟動子中也存在一段富含TA的順序，被稱為Hogness盒或TATA盒。

2．起始：RNA聚合酶全酶促使局部雙鏈解開，并催化ATP或GTP與另外一個三磷酸核苷聚合，形成第一個3',5'-磷酸二酯鍵。

3．延長：ζ因子從全酶上脫離，余下的核心酶繼續(xù)沿DNA鏈移動，按照堿基互補原則，不斷聚合RNA。

4．終止：RNA轉(zhuǎn)錄合成的終止機(jī)制有兩種。

⑴自動終止：模板DNA鏈在接近轉(zhuǎn)錄終止點處存在相連的富含GC和AT的區(qū)域，使RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成寡聚U及發(fā)夾形的二級結(jié)構(gòu)，引起RNA聚合酶變構(gòu)及移動停止，導(dǎo)致RNA轉(zhuǎn)錄的終止。

⑵依賴輔助因子的終止：由終止因子（ρ蛋白）識別特異的終止信號，并促使RNA的釋放。

四、真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾：

1．mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工：

⑴加帽：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的結(jié)構(gòu)。此過程發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，即對HnRNA進(jìn)行加帽。加工過程首先是在磷酸酶的作用下，將5'-端的磷酸基水解，然后再加上鳥苷三磷酸，形成GpppN的結(jié)構(gòu)，再對G進(jìn)行甲基化。

⑵加尾：這一過程也是細(xì)胞核內(nèi)完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些過剩的核苷酸，然后再加入polyA。

⑶剪接：真核生物中的結(jié)構(gòu)基因基本上都是斷裂基因。結(jié)構(gòu)基因中能夠指導(dǎo)多肽鏈合成的編碼順序被稱為外顯子，而不能指導(dǎo)多肽鏈合成的非編碼順序就被稱為內(nèi)含子。真核生物HnRNA的剪接一般需snRNA參與構(gòu)成的核蛋白體參加，通過形成套索狀結(jié)構(gòu)而將內(nèi)含子切除掉。

⑷內(nèi)部甲基化：由甲基化酶催化，對某些堿基進(jìn)行甲基化處理。

2．tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工：

主要加工方式是切斷和堿基修飾。

3．rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工：

主要加工方式是切斷

第十三章 蛋白質(zhì)的生物合成一、蛋白質(zhì)生物合成體系：

生物體內(nèi)的各種蛋白質(zhì)都是生物體利用約20種氨基酸為原料自行合成的。蛋白質(zhì)的生物合成過程，就是將DNA傳遞給mRNA的遺傳信息，再具體的解譯為蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過程，這一過程被稱為翻譯（translation)。參與蛋白質(zhì)生物合成的各種因素構(gòu)成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系包括：

1.mRNA：作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板。

mRNA中每三個相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼。共有64種不同的密碼。遺傳密碼具有以下特點：① 連續(xù)性；② 簡并性；③ 通用性；④ 方向性；⑤ 擺動性；⑥ 起始密碼：AUG；終止密碼：UAA、UAG、UGA。

2.tRNA：在氨基酸t(yī)RNA合成酶催化下，特定的tRNA可與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基酰tRNA，從而攜帶氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。

tRNA反密碼環(huán)中部的三個核苷酸構(gòu)成三聯(lián)體，可以識別mRNA上相應(yīng)的密碼，此三聯(lián)體就稱為反密碼。反密碼對密碼的識別，通常也是根據(jù)堿基互補原則，即A—U，G—C配對。但反密碼的第一個核苷酸與第三核苷酸之間的配對，并不嚴(yán)格遵循堿基互補原則，這種配對稱為不穩(wěn)定配對。

能夠識別mRNA中5′端起動密碼AUG的tRNA稱為起動tRNA。在原核生物中，起動tRNA是tRNAfmet；而在真核生物中，起動tRNA是tRNAmet。

3．rRNA和核蛋白體：原核生物中的核蛋白體大小為70S，可分為30S小亞基和50S大亞基。真核生物中的核蛋白體大小為80S，也分為40S小亞基和60S大亞基。核蛋白體的大、小亞基分別有不同的功能：

⑴小亞基：可與mRNA、GTP和起動tRNA結(jié)合。

⑵大亞基：①具有兩個不同的tRNA結(jié)合點。A位—— 受位或氨?；?，可與新進(jìn)入的氨基酰tRNA結(jié)合；P位——給位或肽?；?，可與延伸中的肽?；鵷RNA結(jié)合。②具有轉(zhuǎn)肽酶活性。

在蛋白質(zhì)生物合成過程中，常常由若干核蛋白體結(jié)合在同一mRNA分子上，同時進(jìn)行翻譯。由若干核蛋白體結(jié)合在一條mRNA上同時進(jìn)行多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結(jié)構(gòu)稱為多核蛋白體。

4．起動因子（IF）：這是一些與多肽鏈合成起動有關(guān)的蛋白因子。原核生物中存在3種起動因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在9種起動因子（eIF）。其作用主要是促進(jìn)核蛋白體小亞基與起動tRNA及模板mRNA結(jié)合。

5．延長因子（EF）：原核生物中存在3種延長因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2種（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白的受體，并可促進(jìn)移位過程。

6．釋放因子（RF）：原核生物中有4種，在真核生物中只有1種。其主要作用是識別終止密碼，協(xié)助多肽鏈的釋放。

7．氨基酰tRNA合成酶：該酶存在于胞液中，與特異氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有關(guān)。每種氨基酰tRNA合成酶對相應(yīng)氨基酸以及攜帶氨基酸的數(shù)種tRNA具有高度特異性。

二、蛋白質(zhì)生物合成過程：

1．氨基酸的活化與搬運：氨基酸的活化以及活化氨基酸與tRNA的結(jié)合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。反應(yīng)完成后，特異的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羥基與相應(yīng)的活化氨基酸以酯鍵相連接，形成氨基酰tRNA。

2．活化氨基酸的縮合——核蛋白體循環(huán)：活化氨基酸在核蛋白體上反復(fù)翻譯mRNA上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過程，稱為核蛋白體循環(huán)。核蛋白體循環(huán)過程可分為三個階段：

⑴起動階段：①30S起動復(fù)合物的形成。在IF促進(jìn)下，30S小亞基與mRNA的起動部位，起動tRNA（tRNAfmet），和GTP結(jié)合，形成復(fù)合體。②70S起動前復(fù)合體的形成。IF3從30S起動復(fù)合體上脫落，50S大亞基與復(fù)合體結(jié)合，形成70S起動前復(fù)合體。③70S起動復(fù)合體的形成。GTP被水解，IF1和IF2從復(fù)合物上脫落。

⑵肽鏈延長階段：①進(jìn)位：與mRNA下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白體的受位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF參與。②成肽：在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲酰蛋氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到受位上的氨基酰tRNA上，與其α-氨基縮合形成肽鍵。給位上已失去蛋氨?；螂孽；膖RNA從核蛋白上脫落。③移位：核蛋白體向mRNA的3'-端滑動相當(dāng)于一個密碼的距離，同時使肽?；鵷RNA從受體移到給位。此步驟需EF（EFG）、GTP和Mg2+參與。此時，核蛋白體的受位留空，與下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰tRNA即可再進(jìn)入，重復(fù)以上循環(huán)過程，使多肽鏈不斷延長。

⑶肽鏈終止階段：核蛋白體沿mRNA鏈滑動，不斷使多肽鏈延長，直到終止信號進(jìn)入受位。①識別：RF識別終止密碼，進(jìn)入核蛋白體的受位。②水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷福嚯逆溑ctRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。③解離：通過水解GTP，使核蛋白體與mRNA分離，tRNA、RF脫落，核蛋白體解離為大、小亞基。

三、多肽鏈合成后的加工修飾：

1．一級結(jié)構(gòu)的加工修飾：

⑴N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸是多肽鏈合成的起始氨基酸，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。其過程是：① 去甲酰化；② 去蛋氨?；?/p>

⑵氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進(jìn)行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲?；?。

⑶二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，將-SH氧化為-S-S-。

⑷肽段的切除：由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。

2．高級結(jié)構(gòu)的形成：

⑴構(gòu)象的形成：在分子內(nèi)伴侶、輔助酶及分子伴侶的協(xié)助下，形成特定的空間構(gòu)象。

⑵亞基的聚合。

⑶輔基的連接。

3．靶向輸送：蛋白質(zhì)合成后，定向地被輸送到其執(zhí)行功能的場所稱為靶向輸送。大多數(shù)情況下，被輸送的蛋白質(zhì)分子需穿過膜性結(jié)構(gòu)，才能到達(dá)特定的地點。因此，在這些蛋白質(zhì)分子的氨基端，一般都帶有一段疏水的肽段，稱為信號肽。分泌型蛋白質(zhì)的定向輸送，就是靠信號肽與胞漿中的信號肽識別粒子（SRP）識別并特異結(jié)合，然后再通過SRP與膜上的對接蛋白（DP）識別并結(jié)合后，將所攜帶的蛋白質(zhì)送出細(xì)胞。—————————— 第十四章 基因表達(dá)調(diào)控

一、基因表達(dá)調(diào)控基本概念與原理：

1．基因表達(dá)的概念：基因表達(dá)（gene expression）就是指在一定調(diào)節(jié)因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并轉(zhuǎn)錄生成特定的RNA，或由此引起特異性蛋白質(zhì)合成的過程。

2．基因表達(dá)的時間性及空間性：

⑴時間特異性：基因表達(dá)的時間特異性(temporal specificity)是指特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按照特定的時間順序發(fā)生，以適應(yīng)細(xì)胞或個體特定分化、發(fā)育階段的需要。故又稱為階段特異性。

⑵空間特異性：基因表達(dá)的空間特異性（spatial specificity）是指多細(xì)胞生物個體在某一特定生長發(fā)育階段，同一基因的表達(dá)在不同的細(xì)胞或組織器官不同，從而導(dǎo)致特異性的蛋白質(zhì)分布于不同的細(xì)胞或組織器官。故又稱為細(xì)胞特異性或組織特異性。

3．基因表達(dá)的方式：

⑴組成性表達(dá)：組成性基因表達(dá)（constitutive gene expression）是指在個體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)。其基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對生命過程必需的或必不可少的，且較少受環(huán)境因素的影響。這類基因通常被稱為管家基因（housekeeping gene）。

⑵誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)：誘導(dǎo)表達(dá)（induction）是指在特定環(huán)境因素刺激下，基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類基因稱為可誘導(dǎo)基因。阻遏表達(dá)（repression）是指在特定環(huán)境因素刺激下，基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類基因稱為可阻遏基因。

4．基因表達(dá)的生物學(xué)意義：①適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖。②維持個體發(fā)育與分化。

5．基因表達(dá)調(diào)控的基本原理：

⑴基因表達(dá)的多級調(diào)控：基因表達(dá)調(diào)控可見于從基因激活到蛋白質(zhì)生物合成的各個階段，因此基因表達(dá)的調(diào)控可分為轉(zhuǎn)錄水平（基因激活及轉(zhuǎn)錄起始），轉(zhuǎn)錄后水平（加工及轉(zhuǎn)運），翻譯水平及翻譯后水平，但以轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控最重要。

⑵基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素：①順式作用元件：順式作用元件（cis-acting element）又稱分子內(nèi)作用元件，指存在于DNA分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的特殊順序。②反式作用因子：反式作用因子（trans-acting factor）又稱為分子間作用因子，指一些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)因子。反式作用因子與順式作用元件之間的共同作用，才能夠達(dá)到對特定基因進(jìn)行調(diào)控的目的。③順式作用元件與反式作用因子之間的相互作用：大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白在與DNA結(jié)合之前，需先通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體或多聚體，然后再通過識別特定的順式作用元件，而與DNA分子結(jié)合。這種結(jié)合通常是非共價鍵結(jié)合。

二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能：

在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基因的組織形式稱為操縱子。典型的操縱子可分為控制區(qū)和信息區(qū)兩部分。信息區(qū)由一個或數(shù)個結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起組成；控制區(qū)通常由調(diào)節(jié)基因（阻抑蛋白編碼基因）、啟動基因（CRP和RNA聚合酶結(jié)合區(qū)）和操縱基因（阻抑蛋白結(jié)合位點）構(gòu)成。

1．原核生物乳糖操縱子：

原核生物乳糖操縱子(Lac operon)的控制區(qū)包括調(diào)節(jié)基因，啟動基因（其CRP結(jié)合位點位于RNA聚合酶結(jié)合位點上游）和操縱基因；其信息區(qū)由β-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（lacY）和乙?；富颍╨acA）串聯(lián)在一起構(gòu)成。當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖濃度升高而葡萄糖濃度降低時，乳糖作為誘導(dǎo)劑與阻抑蛋白結(jié)合，促使阻抑蛋白與操縱基因分離；另一方面，細(xì)胞中cAMP濃度升高，cAMP與CRP結(jié)合并使之激活，CRP與啟動基因結(jié)合并促使RNA聚合酶與啟動基因結(jié)合，基因轉(zhuǎn)錄激活。

2．原核生物色氨酸操縱子：

色氨酸操縱子（trp operon）屬于阻遏型操縱子，主要調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。色氨酸操縱子通常處于開放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。而當(dāng)色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。色氨酸操縱子的調(diào)控還涉及轉(zhuǎn)錄衰減(attenuation)機(jī)制。即在色氨酸操縱子第一個結(jié)構(gòu)基因與啟動基因之間存在有一衰減區(qū)域，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸酸濃度很高時，通過與轉(zhuǎn)錄相偶聯(lián)的翻譯過程，形成一個衰減子結(jié)構(gòu)，使RNA聚合酶從DNA上脫落，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止。

3．原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式：

由成群的操縱子組成的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)稱為調(diào)節(jié)子。通過組成調(diào)節(jié)子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對若干操縱子及若干蛋白質(zhì)的合成進(jìn)行協(xié)同調(diào)控，從而達(dá)到整體調(diào)控的目的。典型的整體調(diào)控模式是SOS反應(yīng)，這是由一組與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)基因組成。在正常情況下，這些基因均被LexA阻遏蛋白封閉。當(dāng)有紫外線照射時，細(xì)菌體內(nèi)的RecA蛋白水解酶被激活，催化LexA阻遏蛋白裂解失活，從而導(dǎo)致與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的基因表達(dá)。

三、真核基因組結(jié)構(gòu)特點：

1．轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子：真核基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一般是單順反子（mono-cistron），即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，并指導(dǎo)翻譯一條多肽鏈。

2．大量重復(fù)序列：真核基因組中含大量的重復(fù)序列，這些重復(fù)序列大部分是沒有特定生物學(xué)功能的DNA片段，可占整個基因組DNA的90%。根據(jù)重復(fù)頻率可將其分為高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列和單拷貝序列。

3．?dāng)嗔鸦颍赫婧松镏械幕蚓哂胁贿B續(xù)性，即一個基因的編碼序列往往被一些非編碼序列分隔開?；蛑心軌蜣D(zhuǎn)錄并進(jìn)一步編碼多肽鏈合成的部分稱為外顯子（exon），而在轉(zhuǎn)錄后會被剪除的部分則稱為內(nèi)含子（intron）。

三、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點：

1．RNA聚合酶活性受轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控：真核生物中存在RNA polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三種不同的RNA聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不同的RNA。這些RNA聚合酶與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合體，從而激活或抑制該酶的催化活性。

2．染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控：真核生物DNA與組蛋白結(jié)合并形成核小體的結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步形成染色質(zhì)。當(dāng)真核基因被激活時，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變。主要的改變有：

⑴單鏈DNA形成：基因被激活后，雙鏈DNA解開成單鏈以利于轉(zhuǎn)錄，從而形成一些對DNAaseⅠ的超敏位點。

⑵DNA拓樸結(jié)構(gòu)改變：天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在，當(dāng)基因激活后，則轉(zhuǎn)錄區(qū)前方的DNA拓樸結(jié)構(gòu)變?yōu)檎猿菪?。正性超螺旋可阻礙核小體形成，并促進(jìn)組蛋白解聚。

⑶核小體不穩(wěn)定性增加：由于組蛋白修飾狀態(tài)改變，巰基暴露等原因而引起核小體結(jié)構(gòu)改變。

4．正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)：真核基因一般都處于阻遏狀態(tài)，RNA聚合酶對啟動子的親和力很低。通過利用各種轉(zhuǎn)錄因子正性激活RNA聚合酶是真核基因調(diào)控的主要機(jī)制。

5．轉(zhuǎn)錄和翻譯過程分別進(jìn)行：轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細(xì)胞部位，可分別進(jìn)行調(diào)控。

6．轉(zhuǎn)錄后加工修飾過程復(fù)雜：特別是mRNA，轉(zhuǎn)錄后僅形成其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物——HnRNA，然后再經(jīng)剪接、加帽、加尾等加工修飾，才能轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膍RNA。

四、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件及激活機(jī)制：

1．順式作用元件（分子內(nèi)作用元件）：

⑴啟動子：存在于結(jié)構(gòu)基因上游，與基因轉(zhuǎn)錄啟動有關(guān)的一段特殊DNA順序稱為啟動子。與原核生物類似，也含有一段富含TATA的順序，稱為TATA盒。除此之外，還可見CAAT盒和GC盒。

⑵增強(qiáng)子：位于結(jié)構(gòu)基因附近，能夠增強(qiáng)該基因轉(zhuǎn)錄活性的一段DNA順序稱為增強(qiáng)子。增強(qiáng)子的特點是：①在轉(zhuǎn)錄起始點5’或3’側(cè)均能起作用；②相對于啟動子的任一指向均能起作用；③發(fā)揮作用與受控基因的遠(yuǎn)近距離相對無關(guān)；④對異源性啟動子也能發(fā)揮作用；⑤通常具有一些短的重復(fù)順序。

⑶沉默子：能夠?qū)蜣D(zhuǎn)錄起阻遏作用的DNA片段，屬于負(fù)性調(diào)控元件。

2．反式作用因子（分子間作用因子）：真核生物反式作用因子通常屬于轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor，TF）。

(1)轉(zhuǎn)錄因子的種類：①非特異性轉(zhuǎn)錄因子（基本轉(zhuǎn)錄因子）：非選擇性調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的蛋白質(zhì)因子稱為非特異性轉(zhuǎn)錄因子。真核生物中存在的三種RNA聚合酶分別有相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，即TFⅠ，TFⅡ，TFⅢ。其中，TFⅡ一共有六種亞類。TFⅡD是唯一能識別啟動子TATA盒并與之結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，而TFⅡB則可促進(jìn)聚合酶Ⅱ與啟動子的結(jié)合。②特異性轉(zhuǎn)錄因子：能夠選擇性調(diào)控某種或某些基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的蛋白質(zhì)因子稱為特異性轉(zhuǎn)錄因子。目前較清楚的是調(diào)控免疫球蛋白基因表達(dá)的核內(nèi)蛋白質(zhì)因子（NF）。

(2)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)：反式作用因子至少含有三個功能域，即DNA結(jié)合功能域，轉(zhuǎn)錄活性功能域和其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合功能域。DNA結(jié)合功能域帶共性的結(jié)構(gòu)主要有：①HTH和HLH結(jié)構(gòu)： 由兩段α-螺旋夾一段β-折迭構(gòu)成，α-螺旋與β-折迭之間通過β-轉(zhuǎn)角或成環(huán)連接，即螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)和螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)。②鋅指結(jié)構(gòu)：見于TFⅢA和類固醇激素受體中，由一段富含半胱氨酸的多肽鏈構(gòu)成。每四個半光氨酸殘基或His殘基螯合一分子Zn2+，其余約12-13個殘基則呈指樣突出，剛好能嵌入DNA雙螺旋的大溝中而與之相結(jié)合。③亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)：見于真核生物DNA結(jié)合蛋白的C端，與癌基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。由兩段α-螺旋平行排列構(gòu)成，其α-螺旋中存在每隔7個殘基規(guī)律性排列的Leu殘基，Leu側(cè)鏈交替排列而呈拉鏈狀。兩條肽鏈呈鉗狀與DNA相結(jié)合。

⑶轉(zhuǎn)錄因子的作用特點：①同一DNA順式作用元件可被不同的轉(zhuǎn)錄因子所識別；②同一轉(zhuǎn)錄因子也可識別不同的DNA順式作用元件；③TF與TF之間存在相互作用；④當(dāng)TF與TF，TF與DNA結(jié)合時，可導(dǎo)致構(gòu)象改變；⑤TF在合成過程中，有較大的可變性和可塑性。

3．轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)控：真核RNA聚合酶Ⅱ的激活需要依賴多種轉(zhuǎn)錄因子，并與之形成復(fù)合體。其過程首先是由TFⅡD識別啟動子序列并與之結(jié)合；繼而RNA聚合酶Ⅱ與TFⅡD、B等聚合形成一個功能性的前起始復(fù)合體——PIC；最后，結(jié)合了增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄因子與前起始復(fù)合體結(jié)合，從而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體?！?/p>

第十五章 基因重組和基因工程

一、自然界的基因轉(zhuǎn)移和重組：

基因重組(gene recombination)是指DNA片段在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間，甚至在不同物種之間進(jìn)行交換，交換后的片段仍然具有復(fù)制和表達(dá)的功能。

1．接合作用：當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞相互接觸時，DNA分子即從一個細(xì)胞向另一個細(xì)胞轉(zhuǎn)移，這種遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移方式稱為接合作用（conjugation）。

2．轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)染：由外來DNA引起生物體遺傳性狀改變的過程稱為轉(zhuǎn)化(transformation)。噬菌體常常可感染細(xì)菌并將其DNA注入細(xì)菌體內(nèi)，也可引起細(xì)菌遺傳性狀的改變。通過感染方式將外來DNA引入宿主細(xì)胞，并導(dǎo)致宿主細(xì)胞遺傳性狀改變的過程稱為轉(zhuǎn)染(transfection)。轉(zhuǎn)染是轉(zhuǎn)化的一種特殊形式。

3．整合和轉(zhuǎn)導(dǎo):外來DNA侵入宿主細(xì)胞，并與宿主細(xì)胞DNA進(jìn)行重組，成為宿主細(xì)胞DNA的一部分，這一過程稱為整合。整合在宿主細(xì)胞染色體DNA中的外來DNA，可以被切離出來，同時也可帶走一部分的宿主DNA，這一過程稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)。來源于宿主DNA的基因稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)基因。

4．轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)座又稱為轉(zhuǎn)位（transposition），是指DNA的片段或基因從基因組的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置的現(xiàn)象。這些能夠在基因組中自由游動的DNA片段包括插入序列和轉(zhuǎn)座子兩種類型。

⑴插入序列：典型的插入序列（insertion sequence，IS）是長750-1500bp的DNA片段，由兩個分離的反向重復(fù)序列和一個轉(zhuǎn)座酶基因。當(dāng)轉(zhuǎn)座酶基因表達(dá)時，即可引起該序列的轉(zhuǎn)座。其轉(zhuǎn)座方式主要有保守性轉(zhuǎn)座和復(fù)制性轉(zhuǎn)座。

⑵轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子(transposons)是可從一個染色體位點轉(zhuǎn)移到另一個位點的分散的重復(fù)序列，含兩個反向重復(fù)序列、一個轉(zhuǎn)座酶基因和其他基因（如抗生素抗性基因）。

免疫球蛋白重鏈基因由一組可變區(qū)基因（VH）和一組恒定區(qū)基因（CH）構(gòu)成，通過這些基因的選擇性轉(zhuǎn)座和重組，就可以轉(zhuǎn)錄表達(dá)出各種各樣的免疫球蛋白重鏈，以對付不同的抗原。

5．基因重組的方式：

⑴位點特異性重組：在整合酶的催化下，兩段DNA序列的特異的位點處發(fā)生整合并共價連接，稱為位點特異性重組。

⑵同源重組：發(fā)生在同源DNA序列之間的重組稱為同源重組(homologous recombination)。這種重組方式要求兩段DNA序列類似，并在特定的重組蛋白或酶的作用下完成。

二、重組DNA技術(shù)：

重組DNA技術(shù)又稱為基因工程（genetic engineering）或分子克隆(molecular cloning)，是指采用人工方法將不同來源的DNA進(jìn)行重組，并將重組后的DNA引入宿主細(xì)胞中進(jìn)行增殖或表達(dá)的過程。

1．載體和目的基因的分離（分）：對載體DNA和目的基因分別進(jìn)行分離純化，得到其純品。

⑴載體：常用的載體(vector)主要包括質(zhì)粒(plasmid)、噬菌體(phage)和病毒(virus)三大類。這些載體均需經(jīng)人工構(gòu)建，除去致病基因，并賦予一些新的功能，如有利于進(jìn)行篩選的標(biāo)志基因、單一的限制酶切點等。①質(zhì)粒：是存在于天然細(xì)菌體內(nèi)的一種獨立于細(xì)菌染色體之外的雙鏈環(huán)狀DNA，具有獨立復(fù)制的能力，通常帶有細(xì)菌的抗藥基因。②噬菌體：可通過轉(zhuǎn)染方式將其DNA送入細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行增殖。常用的為人工構(gòu)建的λ噬菌體載體，當(dāng)目的基因與噬菌體DNA進(jìn)行重組時，可采用插入重組方式，也可采用置換重組方式。③病毒：常用的為SV40，通過感染方式將其DNA送入哺乳動物細(xì)胞中進(jìn)行增殖。

⑵目的基因：①直接從染色體DNA中分離：僅適用于原核生物基因的分離。②人工合成：根據(jù)已知多肽鏈的氨基酸順序，利用遺傳密碼表推定其核苷酸順序再進(jìn)行人工合成。適應(yīng)于編碼小分子多肽的基因。③從mRNA合成cDNA：采用一定的方法釣取特定基因的mRNA，再通過逆轉(zhuǎn)錄酶催化合成其互補DNA（cDNA），除去RNA鏈后，再用DNA聚合酶合成其互補DNA鏈，從而得到雙鏈DNA。④從基因文庫中篩選：將某一種基因DNA用適當(dāng)?shù)南拗泼盖袛嗪螅c載體DNA重組，再全部轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞，得到含全部基因組DNA的種群，稱為G文庫(genomic DNA library)。將某種細(xì)胞的全部mRNA通過逆轉(zhuǎn)合成cDNA，然后轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞，得到含全部表達(dá)基因的種群，稱為C-文庫(cDNA library)。C-文庫具有組織細(xì)胞特異性。⑤利用PCR合成：如已知目的基因兩端的序列，則可采用聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction, PCR）技術(shù)，在體外合成目的基因。

2．載體和目的基因的切斷（切）：通常采用限制性核酸內(nèi)切酶(restriction endonuclease)，簡稱限制酶，分別對載體DNA和目的基因進(jìn)行切斷，以便于重組。能夠識別特定的堿基順序并在特定的位點降解核酸的核酸內(nèi)切酶稱為限制酶。限制酶所識別的順序往往為4-8個堿基對，且有回文結(jié)構(gòu)。由限制酶切斷后的末端可形成平端、3'-突出粘性末端和5'-突出粘性末端三種情況。形成粘性末端(cohesive end)者較有利于載體DNA和目的基因的重組。

3．載體和目的基因的重組（接）：即將帶有切口的載體與所獲得的目的基因連接起來，得到重新組合后的DNA分子。

⑴粘性末端連接法：載體與目的基因通過粘性末端進(jìn)行互補粘合，再加入DNA連接酶，即可封閉其缺口，得到重組體。

⑵人工接尾法：即同聚物加尾連接法。在末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶的催化下，將脫氧核糖核苷酸添加于載體或目的基因的3'-端，如載體上添加一段polyG，則可在目的基因上添加一段polyC，通過堿基互補進(jìn)行粘合后，再由DNA連接酶連接。

⑶人工接頭連接法：將人工連接器（即一段含有多種限制酶切點的DNA片段）連接到載體和目的基因上，即有可能使用同一種限制酶對載體和目的基因進(jìn)行切斷，得到可以互補的粘性末端。

4．重組DNA的轉(zhuǎn)化和擴(kuò)增（轉(zhuǎn)）：將重組DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞進(jìn)行增殖或表達(dá)。重組質(zhì)粒可通過轉(zhuǎn)化方式導(dǎo)入宿主細(xì)胞，λ噬菌體作為載體的重組體，則需通過轉(zhuǎn)染方式將重組噬菌體DNA導(dǎo)入大腸桿菌等宿主細(xì)胞。重組DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞后，即可在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)以擴(kuò)增宿主細(xì)胞。

5．重組DNA的篩選和鑒定（篩）：對含有重組體的宿主細(xì)胞進(jìn)行篩選并作鑒定。

⑴根據(jù)重組體的表型進(jìn)行篩選：對于帶有抗藥基因的質(zhì)粒重組體，可采用插入滅活法進(jìn)行篩選。

⑵根據(jù)標(biāo)志互補進(jìn)行篩選：當(dāng)宿主細(xì)胞存在某種基因及其表達(dá)產(chǎn)物的缺陷時，可采用此方法篩選重組體。即在載體DNA分子中插入相應(yīng)的缺陷基因，如宿主細(xì)胞重新獲得缺陷基因的表達(dá)產(chǎn)物，則說明該細(xì)胞中帶有重組體。

⑶根據(jù)DNA限制酶譜進(jìn)行分析：經(jīng)過粗篩后的含重組體的細(xì)菌，還需進(jìn)行限制酶譜分析進(jìn)一步鑒定。

⑷用核酸雜交法進(jìn)行分析鑒定：采用與目的基因部分互補的DNA片段作為探針，與含有重組體的細(xì)菌菌落進(jìn)行雜交，以確定重組體中帶目的基因。

獲得帶目的基因的細(xì)菌后，可將其不斷進(jìn)行增殖，從而得到大量的目的基因片段用于分析研究。如在目的基因的上游帶有啟動子順序，則目的基因還可轉(zhuǎn)錄表達(dá)合成蛋白質(zhì)?！?為

第十六章 細(xì)胞信息傳遞

一、細(xì)胞間信息物質(zhì)：

凡是由細(xì)胞分泌的、能夠調(diào)節(jié)特定的靶細(xì)胞生理活動的化學(xué)物質(zhì)都稱為細(xì)胞間信息物質(zhì)，或第一信使。

1．激素：激素(hormone)是由特殊分化細(xì)胞合成并分泌的一類生理活性物質(zhì)，這些物質(zhì)通過體液進(jìn)行轉(zhuǎn)運，作用于特定的靶細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞的物質(zhì)代謝或生理活動。

⑴激素的分類：激素可按照其化學(xué)本質(zhì)的不同分為四類。①類固醇衍生物：如腎上腺皮質(zhì)激素、性激素等；②氨基酸衍生物：如甲狀腺激素，兒茶酚胺類激素；③多肽及蛋白質(zhì)：如胰島素、下丘腦激素、垂體激素等；④脂肪酸衍生物：如前列腺素。

⑵激素的作用方式：①自分泌：激素分泌釋放后仍作用于自身細(xì)胞，其傳遞介質(zhì)為胞液；②旁分泌：激素分泌釋放后作用于鄰近的靶細(xì)胞，其傳遞介質(zhì)為細(xì)胞間液。③內(nèi)分泌：激素分泌后作用較遠(yuǎn)的靶細(xì)胞，其傳遞介質(zhì)為血液。

2．細(xì)胞因子：細(xì)胞因子是指由細(xì)胞分泌的一類信息分子，可作用于特定的靶細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長，分化等生理功能。細(xì)胞因子也可通過自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌三種方式作用于特定的靶細(xì)胞。

常見的細(xì)胞因子有：表皮生長因子（EGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）、神經(jīng)生長因子（NGF）、胰島素樣生長因子（IGF）等。

3．神經(jīng)遞質(zhì)：由神經(jīng)元突觸前膜釋放的信息物質(zhì)，可作用于突觸后膜上的受體，傳遞神經(jīng)沖動信號。

二、細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì)：

存在于細(xì)胞內(nèi)，能夠傳遞特定調(diào)控信號的化學(xué)物質(zhì)稱為細(xì)胞內(nèi)信息物質(zhì)。

1．第二信使：在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子化學(xué)物質(zhì)稱為第二信使。① 環(huán)核苷酸類：如cAMP和cGMP；② 脂類衍生物：如甘油二脂（DAG），1,4,5-三磷酸肌醇（IP3），花生四烯酸等。③ 無機(jī)物：如Ca2+、NO等。

2．信號蛋白：細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能夠傳遞特定信號的蛋白質(zhì)分子，常與其他蛋白質(zhì)或酶構(gòu)成復(fù)合體以傳遞信息。如G蛋白、連接蛋白（SOS，GRB2）、鳥苷酸交換蛋白（GEF）、GTPase激活蛋白（GAP）等。

3．信號酶：細(xì)胞內(nèi)能夠傳遞特定調(diào)控信號的酶蛋白分子。如胰島素受體底物-1/2（IRS1/2）、MAPKKK（Raf-1）、MAPKK（MEK-1/2）、MAPK（ERK1/2）、PKA、PKB、PKC、PKG、PAK、PDK、CaMPK等。

三、受體的分類、結(jié)構(gòu)與功能：

受體（receptor)是指存在于靶細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)的一類特殊蛋白質(zhì)分子，它們能識別特異性的配體并與之結(jié)合，產(chǎn)生各種生理效應(yīng)。

1．根據(jù)受體的亞細(xì)胞定位分類：

⑴細(xì)胞膜受體：這類受體是細(xì)胞膜上的結(jié)構(gòu)成分，一般是糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白。多肽及蛋白質(zhì)類激素、兒茶酚胺類激素、前列腺素以及細(xì)胞因子通過這類受體進(jìn)行跨膜信號傳遞。

⑵細(xì)胞內(nèi)受體：這類受體位于細(xì)胞液或細(xì)胞核內(nèi)，通常為單純蛋白質(zhì)。此型受體主要包括類固醇激素受體，維生素D3受體（VDR）以及甲狀腺激素受體（TR）。

2．根據(jù)受體的分子結(jié)構(gòu)分類：

⑴配體門控離子通道型受體：此型受體本身就是位于細(xì)胞膜上的離子通道。其共同結(jié)構(gòu)特點是由均一性的或非均一性的亞基構(gòu)成一寡聚體，而每個亞基則含有4~6個跨膜區(qū)。此型受體包括煙堿樣乙酰膽堿受體（N-AchR）、A型γ-氨基丁酸受體（GABAAR）、谷氨酸受體等。

⑵G蛋白偶聯(lián)型受體：此型受體通常由單一的多肽鏈或均一的亞基組成，其肽鏈可分為細(xì)胞外區(qū)、跨膜區(qū)、細(xì)胞內(nèi)區(qū)三個區(qū)。在第五及第六跨膜α螺旋結(jié)構(gòu)之間的細(xì)胞內(nèi)環(huán)部分（第三內(nèi)環(huán)區(qū)），是與G蛋白偶聯(lián)的區(qū)域。大多數(shù)常見的神經(jīng)遞質(zhì)受體和激素受體是屬于G蛋白偶聯(lián)型受體。

G蛋白是由α、β、γ亞基組成的三聚體，存在于細(xì)胞膜上，其α亞基具有GTPase活性。當(dāng)配體與受體結(jié)合后，受體的構(gòu)象發(fā)生變化，與α亞基的C-端相互作用，G蛋白被激活，此時，α亞基與β、γ亞基分離，可分別與效應(yīng)蛋白（酶）發(fā)生作用。此后，α亞基的GTPase將GTP水解為GDP，α亞基重新與β、γ亞基結(jié)合而失活。

⑶單跨膜α螺旋型受體：此型受體只有一段α螺旋跨膜，受體本身具有酪氨酸蛋白激酶活性；或當(dāng)受體與配體結(jié)合后，再與具有酪氨酸蛋白激酶活性的酶分子相結(jié)合，進(jìn)一步催化效應(yīng)酶或蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基磷酸化，也可以發(fā)生自身蛋白酪氨酸殘基的磷酸化，由此產(chǎn)生生理效應(yīng)。

此型受體主要有表皮生長因子受體（EGFR），胰島素受體（IR），血小板衍生生長因子受體（PDGFR）等。此型受體的主要功能與細(xì)胞生長及有絲分裂的調(diào)控有關(guān)。

⑷轉(zhuǎn)錄調(diào)控型受體：此型受體分布于細(xì)胞漿或細(xì)胞核內(nèi)，其配體通常具有親脂性。結(jié)合配體的受體被活化后，進(jìn)入細(xì)胞核作用于染色體，調(diào)控基因的開放或關(guān)閉。受體的分子結(jié)構(gòu)有共同特征性結(jié)構(gòu)域，即分為高度可變區(qū)-DNA結(jié)合區(qū)及絞鏈區(qū)-激素結(jié)合區(qū)。①高度可變區(qū)：不同激素的受體此區(qū)的一級結(jié)構(gòu)變化較大，其功能主要是與調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)有關(guān)。②DNA結(jié)合區(qū)及絞鏈區(qū)：此區(qū)的功能是與受體被活化后向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移（核轉(zhuǎn)位）并與特異的DNA順序結(jié)合有關(guān)。③激素結(jié)合區(qū)：一般情況下，此區(qū)與一種稱為熱休克蛋白90（hsp90）的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起而使受體處于失活狀態(tài)。

四、受體與配體的結(jié)合特點：

1．高度的親和力：配體與其受體的結(jié)合具有高度親和力，多數(shù)配體與受體的解離常數(shù)為10-11～10-9mol/L。

2．高度的特異性：指一種激素或細(xì)胞因子只能選擇性與相應(yīng)的受體結(jié)合的性質(zhì)。

3．可逆性：配體與受體通常通過非共價鍵而結(jié)合。

4．可飽和性：由于存在于細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)的受體數(shù)目是一定的，因此配體與受體的結(jié)合也是可以飽和的。

5．結(jié)合量與效應(yīng)成正比：配體的濃度越大，配體與受體的親和力越大，受體的數(shù)目越多，則配體與受體的結(jié)合量越大，產(chǎn)生的生理效應(yīng)也越大。

五、細(xì)胞信息傳遞途徑：

1．cAMP-蛋白激酶A途徑：

通過這一途徑傳遞信號的第一信使主要有兒茶酚胺類激素、胰高血糖素、腺垂體的激素、下丘腦激素等。其受體屬于G蛋白偶聯(lián)型膜受體，G蛋白有激活型的Gs和抑制型的Gi兩種。腺苷酸環(huán)化酶（AC）存在于細(xì)胞膜上，可接受G蛋白的信號而被激活，催化ATP轉(zhuǎn)化為cAMP，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度升高，從而激活蛋白激酶A（PKA）。PKA是一種四聚體，兩個亞基為催化亞基，兩個亞基為調(diào)節(jié)亞基。當(dāng)調(diào)節(jié)亞基與cAMP結(jié)合后發(fā)生變構(gòu)（每一調(diào)節(jié)亞基可結(jié)合兩分子cAMP），與催化亞基解聚，從而使催化亞基激活。PKA可促使多種酶或蛋白質(zhì)絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化，改變酶的催化活性或蛋白質(zhì)的生理功能。

2．IP3，Ca2+-CaM激酶途徑：

通過此途徑傳遞信號的第一信使主要有：①激素：兒茶酚胺、血管緊張素Ⅱ等。②生長因子：PDGF、EGF等。③神經(jīng)遞質(zhì)：乙酰膽堿、5-羥色胺等。其受體可為G蛋白偶聯(lián)型，也可為酪氨酸蛋白激酶型。G蛋白為Gp型。通過Gp蛋白介導(dǎo)，存在于細(xì)胞膜上的PLCβ可被激活；而PLCγ則是在受體的酪氨酸蛋白激酶催化下，其酪氨酸殘基被磷酸化修飾而激活。PLC激活后，可催化膜上的磷脂酰肌醇-4,5-雙磷酸（PIP2）水解成為二脂酰甘油（DAG）及1,4，5-三磷酸肌醇（IP3）。當(dāng)IP3與存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的IP3受體結(jié)合后，鈣通道開放，貯存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋放進(jìn)入胞液，引起胞液中Ca2+濃度升高。胞液中的鈣調(diào)蛋白（CaM）與Ca2+結(jié)合發(fā)生變構(gòu)，從而激活依賴Ca2+/CaM的蛋白激酶（CaM激酶），催化數(shù)十種酶或蛋白質(zhì)的磷酸化修飾，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)作用。

3．DAG-蛋白激酶C途徑：

此途徑的第一信使與IP3，Ca2+-CaM激酶途徑相似，也通過Gp型和另一種G蛋白介導(dǎo)信息，激活磷脂酶C（PLC）和磷脂酶D（PLD）。PLD是存在于細(xì)胞膜上的另一種磷脂酶，在Ca2+的存在下，可將磷脂酰膽堿水解成為磷脂酸（PA），PA可進(jìn)一步在磷脂酸磷酸水解酶（PAP）的催化下水解生成DAG，是DAG的另一生成途徑。胞液中DAG濃度升高，可致蛋白激酶C激活。該酶可催化底物蛋白質(zhì)絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化。經(jīng)典的蛋白激酶C需在Ca2+，DAG和磷脂酰絲氨酸的存在下才能被激活。

4．Ras-MAPK途徑：

已知胰島素和大部分的生長因子經(jīng)此途徑傳遞信號。主要過程為：EGF + EGFR → SHC磷酸化 → 形成SHC-SOS-GRB2-Ras復(fù)合體 → Ras激活 → Raf-1激酶↑ → MEK1/2 ↑ → ERK1/2 ↑ → 細(xì)胞生長與調(diào)亡。

5．胞內(nèi)受體介導(dǎo)途徑：

通過細(xì)胞內(nèi)受體傳遞信號的第一信使有：①類固醇激素；②1,25-(OH)2D3；③甲狀腺激素。當(dāng)激素與受體結(jié)合后，引起hsp90與受體解離，受體被活化；活化受體核轉(zhuǎn)移并與HRE結(jié)合；特異基因去阻遏且RNA聚合酶活性增高，特異基因表達(dá)及特異蛋白質(zhì)合成，產(chǎn)生特定的生理效應(yīng)?！?/p>

第二十一章 癌基因和抑癌基因

一、癌基因的概念及分類：

癌基因（oncogene)是指存在于正常細(xì)胞內(nèi)，與細(xì)胞生長發(fā)育調(diào)控有關(guān)的一組結(jié)構(gòu)基因。癌基因可按其來源不同而分為病毒癌基因（v-onc）和細(xì)胞癌基因（c-onc）。

1．病毒癌基因：

具有致癌性的腫瘤病毒有兩種類型：一種是DNA腫瘤病毒，另一種是RNA病毒即逆轉(zhuǎn)錄病毒。DNA腫瘤病毒的基因組的早期功能基因編碼轉(zhuǎn)化蛋白，如病毒SV40的 A基因編碼大T抗原，分布于胞核，可與p53結(jié)合而使之失活。RNA病毒基因組中可含有致癌基因，并表達(dá)相應(yīng)的轉(zhuǎn)化蛋白，感染動物后即可誘發(fā)腫瘤。

2．細(xì)胞癌基因：

細(xì)胞癌基因(c-onc)又稱為原癌基因(protooncogene)，大多數(shù)的原癌基因?qū)儆谡{(diào)控細(xì)胞生長分化的正常基因，原癌基因的蛋白產(chǎn)物是通過影響細(xì)胞生長分化中的控制系統(tǒng)而起作用的。原癌基因激活后可引起細(xì)胞生長分化失控，從而導(dǎo)致細(xì)胞癌變。目前發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞癌基因已超過100種，根據(jù)這些基因表達(dá)蛋白產(chǎn)物的功能可將細(xì)胞癌基因分為四大類：

⑴生長因子類：如c-sis癌基因，其編碼產(chǎn)物為PDGF的β鏈。

⑵G蛋白類：如ras家族，其編碼產(chǎn)物為存在于細(xì)胞膜上的G蛋白，能傳遞生長信號。

⑶受體及信號蛋白類：如src家族，其編碼產(chǎn)物為細(xì)胞內(nèi)的生長信號傳遞蛋白，通常含酪氨酸蛋白激酶活性。

⑷轉(zhuǎn)錄因子類：如myc家族和myb家族，其編碼產(chǎn)物為存在于細(xì)胞核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子。

二、癌基因的激活機(jī)制：

1．插入激活：指來源于病毒等的啟動子或增強(qiáng)子插入到細(xì)胞癌基因的附近或內(nèi)部而使其開放轉(zhuǎn)錄。

2．基因重排：基因從正常位置轉(zhuǎn)移到另一位置，常常是插入一啟動子后而使其轉(zhuǎn)錄活性增加。

3．基因擴(kuò)增：基因數(shù)量的增加。

4．突變點：ras癌基因的點突變，導(dǎo)致其GTPase活性下降，從而使其保持激活狀態(tài)。

三、抑癌基因及其作用機(jī)制：

抑癌基因又稱為抗癌基因(anti-oncogene)，是指存在于正常細(xì)胞中，其編碼產(chǎn)物能抑制細(xì)胞生長增殖的一組結(jié)構(gòu)基因。常見的抑癌基因有Rb基因，p53基因，p16基因等。其中，Rb基因編碼p105Rb轉(zhuǎn)錄因子，p53基因編碼p53轉(zhuǎn)錄因子，p16基因編碼一種p16蛋白。

1．Rb基因的作用機(jī)制：

Rb基因的失活主要與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的發(fā)生相關(guān)。低磷酸化型的p105Rb可與促進(jìn)細(xì)胞分裂的轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合形成復(fù)合物，從而阻止E2F對某些與細(xì)胞增殖相關(guān)的基因啟動轉(zhuǎn)錄。高磷酸化型的p105Rb則可促使其與E2F轉(zhuǎn)錄因子分離，從而使其呈現(xiàn)活性，細(xì)胞即由G1期進(jìn)入S期。

2．p53基因的作用機(jī)制：

p53蛋白一般都位于核內(nèi)，可與特異的DNA片段結(jié)合。其酸性區(qū)域具有許多轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的共同特征，并與寡聚體的形成有關(guān)。p53蛋白能以四聚體的形式與DNA結(jié)合，調(diào)節(jié)其它基因的表達(dá)。p53蛋白的生物學(xué)功能有：① 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)及抑制細(xì)胞生長的作用：p53蛋白促進(jìn)WAF1/CIP1基因表達(dá)產(chǎn)生一種分子量為21kD的蛋白質(zhì)（p21WAF1/CIP1），誘導(dǎo)細(xì)胞生長停滯于G1期。② 參與程序性細(xì)胞凋亡：p53 蛋白啟動不能修復(fù)的損傷細(xì)胞進(jìn)入程序性凋亡。③ 抑制DNA復(fù)制：p53蛋白與復(fù)制蛋白A(repA)結(jié)合后可抑制其與單鏈DNA的結(jié)合，阻止細(xì)胞進(jìn)入S期。

第二十三章 分子生物學(xué)常用技術(shù)

一、分子雜交與印漬技術(shù)的原理：

1．分子雜交：

不同來源的單鏈核酸（DNA或RNA），只要它們具有大致相同的堿基序列，經(jīng)過退火處理，就能重新形成雜種雙螺旋，這一現(xiàn)象稱為分子雜交（molecular hybridization）。利用這

第二篇：生物化學(xué)總結(jié)

一、符號題

1、GSH：還原性谷胱甘肽，是某些酶的輔酶，在體內(nèi)氧化還原作用中起重要作用。

2、DNFB：2,4-二硝基氟苯，可以與氨基酸反應(yīng)生成穩(wěn)定的2,4-二硝基苯氨酸，可用于肽的N端氨基酸測定。

3、PI：等電點，指兩性電解質(zhì)所帶凈電荷為零時外界溶液的PH值。

4、cAMP：3,5-環(huán)腺苷酸，第二信使，在激素調(diào)節(jié)中起作用。

5、Cgmp：3,5-環(huán)鳥苷酸，第二信使，在激素調(diào)節(jié)中起作用。

6、Ta：退火溫度，使變性的DNA緩慢冷卻使其復(fù)性時的溫度，一般以低于變性溫度Tm20-25為宜。

7、tRNA：轉(zhuǎn)移核糖核酸，與氨基酸結(jié)合，攜帶氨基酸進(jìn)入mRNA-核糖體復(fù)合物的特定位置用于蛋白質(zhì)合成。

8、hnRNA：核內(nèi)不均一RNA。mRNA的前體，加工后可轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA。

9、CoASH:輔酶A,乙酰基團(tuán)載體。

10、NAD(P)+：氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，脫氫酶的輔酶，為脫氫反應(yīng)轉(zhuǎn)移H原子或者電子。

11、NADP：還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，還原力，為生物體合成反應(yīng)提供[H].12、FMN:黃素腺嘌呤單核苷酸，脫氫酶的輔基。

13、FAD: 黃素腺嘌呤二核苷酸，脫氫酶的輔基。

14、THF/FH4：四氫葉酸，一碳單位的載體。

15、TPP：焦磷酸硫胺素，脫羧酶的輔酶。

16、PLP：磷酸吡哆醛，轉(zhuǎn)氨酶的輔酶。

17、Km：米氏常數(shù)，反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度。

18、UDOG：尿苷二磷酸葡萄糖，合成蔗糖時葡萄糖的供體

19、ADPG：腺苷二磷酸葡萄糖，合成淀粉時葡萄糖的供體

20、PEP：磷酸烯醇式丙酮酸，含高能磷酸鍵屬于高能磷酸化合物，在糖酵解中生成

21、HMP：磷酸戊糖途徑，產(chǎn)生細(xì)胞所需的具有重要生理作用的特殊物質(zhì)nadph和5-磷酸核糖。

22、G-1-P:葡萄糖-1-磷酸，由葡萄糖激酶催化葡萄糖生成，不含高能鍵。

23、PCR：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，細(xì)胞外DNA分子克隆或無細(xì)胞DNA分子克隆。

24、SSB：單鏈結(jié)合蛋白，DNA復(fù)制時與解鏈的單鏈DNA結(jié)合防止其復(fù)性。

25、Met：甲流氨酸，AUG是甲硫氨酸的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼子。

26、ACP：?；d體蛋白，脂肪酸合成中起載體運輸作用。

27、PRPP:5-磷酸核糖焦磷酸，核酸生物合成中作為戊糖的供體。

28、Imp：次黃嘌呤核苷酸，嘌呤核苷酸生物合成的中間產(chǎn)物。

29、Xmp：黃嘌呤核苷酸，嘌呤核苷酸生物合成與分解的中間產(chǎn)物。

二、名詞解釋

1、氨基酸等電點：在一定的PH下，氨基酸上的氨基和羧基的解離度相等，氨基酸所帶的凈電荷為零，在電場中既不向陰極移動也不向陽極移動，此時的PH稱為氨基酸等電點。

2、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽鍵走向；是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。

3、蛋白質(zhì)變性：天然蛋白質(zhì)易受物理和化學(xué)因素影響，其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)有所改變，但并不導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的破壞。主要標(biāo)志是生物學(xué)功能喪失。

4、鹽析作用：一定濃度的蛋白質(zhì)溶液中，加入高濃度的鹽使蛋白質(zhì)沉淀。

5、生物活性肽：能夠調(diào)節(jié)機(jī)體的生命活動或具有某些生理活性的寡肽和多肽的總稱。

6、堿基互補規(guī)律：在形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程中，由于各種堿基的大小和結(jié)構(gòu)的不同，使得堿基之間的互補配對只能在G=C,和A=T之間進(jìn)行，這種堿基配對的規(guī)律就叫堿基互補規(guī)律。

7、堿基堆積力：在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基對平面垂直于中心軸，層疊于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，相鄰疏水性堿基在旋進(jìn)中彼此堆積在一起相互吸引形成的作用力。主要是指堿基平面的范德華作用力和疏水作用力的總稱。

8、增色效應(yīng)：核酸變性后在260nm處紫外吸收值增加的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。

9、溶解溫度（Tm）：DNA變性時一般在一個溫度范圍內(nèi)發(fā)生，通常把熱變性溫度的中點稱為溶解溫度，即紫外吸收的增加量達(dá)到最大量一半時的溫度。

10、活性部位：酶分子中直接和底物結(jié)合，并和酶的催化作用直接有關(guān)的部位。

11、米氏常數(shù)：酶耳的特征性物理常數(shù)，含義是酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時底物的濃度。

12、競爭性抑制作用：有些抑制劑與底物競爭與酶結(jié)合，當(dāng)抑制劑與酶結(jié)合后就妨礙了底物與酶結(jié)合，減少了酶的作用機(jī)會，因而降低了酶活力，這種作用稱為競爭性抑制作用。

13、非競爭性抑制作用：有些抑制劑和底物可同時結(jié)合在酶的不同部位，抑制劑與酶結(jié)合后不妨礙底物與酶結(jié)合，但形成的酶-底物-抑制劑三元復(fù)合物不能發(fā)生反應(yīng)，這種抑制稱為非競爭性抑制劑。

14、酶的最適溫度(PH)：在一定條件下，一種酶在某一定溫度(PH)其活力最大，這個溫度稱酶的最適溫度（PH).15、酶原的激活：酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)物質(zhì)作用轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程。實質(zhì)上是酶活性部位形成或者暴露的過程。

16、核酶：具有催化活性的RNA。

17、全酶：全酶=酶蛋白+輔因子；兩者結(jié)合成完整的分子才具有活力，單獨存在時均無催化活力。

18、維生素：對人體生長和健康必須的，人體不能合成的，必須從食物中攝取的一類有機(jī)化合物。

19、呼吸鏈：有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化過程中脫下的氫原子，經(jīng)過一系列有嚴(yán)格排列順序的傳遞體組成的傳遞體系進(jìn)行傳遞，最終與氧結(jié)合成水，這樣的電子或氫原子的傳遞體系稱為呼吸鏈或電子傳遞鏈。

20、氧化磷酸化作用：在底物被氧化的過程中伴隨有ADP磷酸化成ATP的過程。

21、底物水平磷酸化：在底物被氧化的過程中，底物分子中形成高能鍵，由此高能鍵提供能量使ADP磷酸化成ATP的過程。

22、生物氧化：有機(jī)物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)氧化分解為二氧化碳和水并釋放能量的過程。

23、糖酵解途徑：指糖原或葡萄糖分子分解成丙酮酸的階段，是體內(nèi)糖代謝最主要的途徑。

24、糖異生：指非糖物質(zhì)（乳酸、甘油、生糖氨基酸）在肝中轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。

25、磷酸戊糖途徑：由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+,前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。

26、脂肪動員：脂肪組織中的脂肪在脂肪酶作用下水解為脂肪酸和甘油釋放進(jìn)血液以供其他組織氧化利用。

27、脂肪酸B-氧化：脂肪酸活化為脂酰Coa進(jìn)入線粒體基質(zhì)中，經(jīng)過脫氫、加水、再脫氫、硫解反應(yīng)后，生成一分子乙酰CoA和一分子比原來少兩個碳的脂酰Coa。由于反應(yīng)在脂酰Coa的A-碳原子和B-碳原子之間進(jìn)行，最后B-碳原子被氧化成?；?，所以稱為B-氧化

28、酮體：脂肪酸在肝細(xì)胞分解氧化時產(chǎn)生特有的中間代謝物，包括乙酰乙酸、B-羥丁酸和丙酮三種。

29、必須氨基酸：自身不能合成，必須由食物供給的氨基酸。人體內(nèi)有8中。

30、DNA的半保留復(fù)制：DNA復(fù)制時，雙鏈解開，按單鏈DNA的核苷酸順序，按堿基配對原則合成新鏈，組成新的DNA分子。新形成的DNA分子與原DNA分子堿基順序完全相同，每個子代DNA的一條鏈?zhǔn)莵碜杂H代另一條是重新合成的，這種復(fù)制方式成為DNA的半保留復(fù)制。

31、DNA的半不連續(xù)復(fù)制：DNA在復(fù)制時，一條鏈?zhǔn)前凑?’—3’方向連續(xù)合成的，另一條鏈的合成是不連續(xù)的，先按照5-’-3’方向合成若干個短的岡崎片段，再通過酶的作用鏈接在一起構(gòu)成另一條鏈，這種復(fù)制方式稱為DNA的半不連續(xù)復(fù)制。

32、轉(zhuǎn)錄：在RNA聚合酶的催化下，以DNA為模板按堿基互補規(guī)律合成與其堿基互補的RNA過程。

33、岡崎片段：DNA復(fù)制中，一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，另一條是先按著5--3方向合成系列短的小片段，再由酶連接成新鏈，這些首先合成的段片段就成為岡崎片段。

34、密碼子：由mRNA上相鄰三個的核苷酸組成的一個密碼子，代表某種氨基酸或肽鏈合成的起始或終止信號。

35、SD序列：原核生物起始密碼子前的核糖體結(jié)合位點，與核糖體小亞基端16SrRNA3’端序列互補，富含嘌呤堿基。

36、反饋抑制：代謝中間物或產(chǎn)物對該反應(yīng)的抑制作用。

37、操縱子：基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，它們有共同的控制區(qū)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)。包括在功能上彼此有關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和控制部位。

三、簡答題

1、維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的力有哪些？

① 一級結(jié)構(gòu)主要是共價鍵如肽鍵、二硫鍵等 ② 二級結(jié)構(gòu)主要是氫鍵等

③ 三級結(jié)構(gòu)主要是次級鍵如疏水鍵等

④ 四級結(jié)構(gòu)主要是次級鍵如鹽鍵、范德華力等

2、簡述DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點

① 雙鏈反向平行結(jié)構(gòu)、右手螺旋、有共同的對稱軸、有大溝小溝

② 主鏈在外側(cè)、側(cè)鏈在內(nèi)測，A、T之間互補配對形成兩對氫鍵，C、G之間互補配

對形成三個氫鍵，堿基平面垂直于

③ 螺旋上升一周有10個核苷酸，螺距為3.4nm，螺旋直徑為2nm。

3、核酸有哪些重要的理化性質(zhì)？

① 紫外吸收性質(zhì)，因為分子中含有共軛體系的嘌呤和嘧啶 ② 核酸為兩性離子，微溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。③ 易被酸堿水解

④ 有變性和復(fù)性的性質(zhì)，⑤ 分子雜交

4、維持核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素有哪些？ ① 氫鍵，對于穩(wěn)定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以及RNA中局部的雙螺旋及三級結(jié)構(gòu)都有重要

作用

② 堿基堆積力，是穩(wěn)定核酸空間結(jié)構(gòu)的主要因素

③ 環(huán)境中的正離子，中和核酸分子中所帶的負(fù)電荷，消除靜電斥力。

5、說明tRNA在結(jié)構(gòu)上的共同特征。

① 二級結(jié)構(gòu)特點有：a.三葉草型，四環(huán)四壁

b.氨基酸臂，與氨基酸結(jié)合c.D環(huán)與D 臂，與酰胺-rRNA合成酶結(jié)合d反密碼子環(huán)與反密碼子臂，與mRNA結(jié)合e可變 環(huán)，可用于tRNA的分類 ② 三級結(jié)構(gòu)的特點：倒L型

6、論述米氏常數(shù)的生物學(xué)意義。

① 酶的特征物理常數(shù)

② 反應(yīng)速度達(dá)到最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位為摩爾濃度 ③ 可以表示酶與底物的親和力，Km值越大親和力越小

④ 同一酶，不同的底物具有不同的Km值，Km最小的是最適底物

7、說明輔酶、輔基與酶蛋白的關(guān)系，輔酶基在催化反應(yīng)中起什么作用？

酶的輔助因子與酶蛋白結(jié)合生成全酶。輔基與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析的方法除去；輔酶與酶蛋白結(jié)合松弛能用透析方法除去。輔基、輔酶、酶蛋白單獨存在時均沒有活性只有全酶有活性。輔基通常是金屬離子或有機(jī)小分子組成，在催化反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子、質(zhì)子、基團(tuán)，有時也參與酶與底物的結(jié)合

8、何謂誘導(dǎo)契合學(xué)說？為什么酶對所催化反應(yīng)的正向底物和逆向底物都有專一性?

誘導(dǎo)契合學(xué)說是指當(dāng)酶分子與底物與底物接近時，酶蛋白受底物分子的誘導(dǎo)，其構(gòu)

象發(fā)生有利于與底物結(jié)合的變化，酶與底物在此基礎(chǔ)上互補契合，進(jìn)行反應(yīng)。在可

逆反應(yīng)中底物與產(chǎn)物對酶均有誘導(dǎo)作用，所以酶對所催化的反應(yīng)的底物和產(chǎn)物都有

專一性。

9、什么是新陳代謝？新陳代謝的特點有哪些？

新陳代謝：是生物體內(nèi)進(jìn)行的所有化學(xué)變化的總稱，是生物體最基本的特征，是生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換的全過程。

特點：在溫和的條件下，由酶催化進(jìn)行；各反應(yīng)步驟嚴(yán)格有序進(jìn)行；反應(yīng)途徑一般有嚴(yán)格

的細(xì)胞定位。

10、什么是生物氧化？與體外燃燒相比有何特點？

① 生物氧化：有機(jī)物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)氧化分解為二氧化碳和水并釋放能量的過程。② 特點：在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行；通過酶的催化作用使有機(jī)物發(fā)生一系列反應(yīng)；能量逐步釋放。

11、三羧酸循環(huán)的生理意義。

① 生物體內(nèi)物質(zhì)主要的分解途徑，提供大量的自由能 ② 循環(huán)中產(chǎn)生許多中間產(chǎn)物是合成其他生物物質(zhì)的原料

12、乙酰CoA可進(jìn)入哪些代謝途徑？

① 進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化分解為CO2和H2O,產(chǎn)生大量能量 ② 合成脂肪酸，進(jìn)一步合成脂肪和磷脂 ③ 合成酮體作為肝輸出能源方式 ④ 合成膽固醇

13、簡述尿素生成的主要階段

① 鳥氨酸與二氧化碳和氨作用，生成瓜氨酸 ② 瓜氨酸與氨作用生成精氨酸 ③ 精氨酸被分解成尿素和鳥氨酸

14、生物細(xì)胞DNA復(fù)制分子機(jī)制的基本特點是什么？

① 半保留復(fù)制

② 原核生物單起點，真核生物多起點 ③ 復(fù)制可以單向和雙向進(jìn)行，后者更常見 ④ 復(fù)制的方向是5-3 ⑤ 復(fù)制是半不連續(xù)的，前導(dǎo)聯(lián)是連續(xù)合成，后隨鏈先合成岡崎片段再連接起來。⑥ DNA的合成需要RNA引物的存在 ⑦ DNA合成有校對機(jī)制

15、簡述蛋白質(zhì)合成的主要過程和階段

主要經(jīng)歷起始、延長、終止和氨基酸的活化和轉(zhuǎn)運 ① 氨基酸的激活

② 起始，原核生物多肽鏈的合成第一步是70s起始復(fù)合物的合成 ③ 延長，經(jīng)歷進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽和移位三個步驟

④ 終止，肽鏈釋放因子碰到mRNA的終止信號時，釋放因子可完成終止信號的識別

并使肽鏈釋放

⑤ 加工處理，轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄉ锕δ艿牡鞍踪|(zhì)。包括糖基化、切除信號肽、形成二硫

鍵、氨基酸修飾

16、簡述糖異生和糖酵解的差異

①

糖酵解過程的三個關(guān)鍵酶是由糖異生的四個關(guān)鍵酶代替催化的 ② 作用部位：糖異生在胞液和線粒體，糖酵解全部在胞液中進(jìn)行

17、舉例說明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系

① 一級結(jié)構(gòu)的定義：蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序

一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，種屬差異與分子病等

② 高級結(jié)構(gòu)的定義：蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間的排列分布和鍵的走向

高級結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，血紅蛋白的一個亞基發(fā)生變化，其功能就會發(fā)生變化

18、簡述凝膠層析法的基本原理及應(yīng)用

① 原理：凝膠層析過程中直徑大于孔徑的分子不能進(jìn)入凝膠內(nèi)部，直接沿凝膠顆粒的

間隙流出，所以向下移動速度較快；小分子物質(zhì)可以在凝膠顆粒間隙中擴(kuò)散外，還 可以進(jìn)入凝膠可以的微孔中，因此在向下移動的過程中必須等待他們從凝膠顆粒內(nèi) 擴(kuò)散至顆粒間隙后再進(jìn)入另一凝膠顆粒，造成在注內(nèi)保留時間長，從而使混合樣品 中分子大小不同的物質(zhì)隨洗脫液按順序的流出注外而得到的分離。

② 應(yīng)用：分離純化蛋白質(zhì)、核酸、多糖等物質(zhì)，還可以測定蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量

15、磷酸戊糖途徑分為哪兩個階段，此代謝途徑的生理意義是什么？

① 分為氧化階段和非氧化階段，前者從葡萄糖-6-磷酸脫氫、脫羧形成核糖-5-磷酸的過程；后者是戊糖磷酸分子重排產(chǎn)生己糖磷酸和丙糖磷酸的過程。

② 意義：是細(xì)胞產(chǎn)生還原力（NADPH）的主要途徑；是細(xì)胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)糖分子的重

要來源，并為各種單糖的相互轉(zhuǎn)變提供條件

16、何謂呼吸鏈？寫出其組成成分，排列順序及ATP偶聯(lián)部位。

① 呼吸鏈的概念：有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化過程中脫下的氫原子，經(jīng)過一系列有嚴(yán)格排

列順序的傳遞體組成的傳遞體系進(jìn)行傳遞，最終與氧結(jié)合成水，這樣的電子或氫原 子的傳遞體系稱為呼吸鏈或電子傳遞鏈。② 組成成分，排列順序

NADH呼吸鏈：底物---NAD+---FMN---COQ--Cytb---Cytc1---Cytc--Cytaa3--1/2O2 FADH2呼吸鏈：琥珀酸--FAD--CoQ---Cytb--Cytc1--Cytc--Cytaa3--1/2O2 ③ ATP偶聯(lián)部位：NADH--COQ，Cytb--Cytc1

Cytaa3--1/2O2

第三篇：生物化學(xué)實驗總結(jié)（范文）

生物化學(xué)實驗心得

高熹 168615140001 時間如清風(fēng)般從你我指間滑過,無聲無息,快得我們都不曾駐足一望,莫然回首間,一學(xué)期的生化實驗已接近尾聲。一學(xué)期的時間雖短，但老師的諄諄教誨、同學(xué)們的良好配合和嚴(yán)格的實驗操作，都將為生物化學(xué)實驗課程畫上一個完美的句號。

眾所周知，生物化學(xué)是一門實驗科目，是一門以實驗為基礎(chǔ)與生活生產(chǎn)息息相關(guān)的課程。需要我們不斷地做實驗，在實驗中觀察、分析相應(yīng)的結(jié)果。所以我認(rèn)為，要做好生物化學(xué)實驗要有以下的四個能力：

1、獨立思考的重要性

我想，在這個過程中，其中一個重要的感悟就是獨立思考的重要性。當(dāng)在試驗中發(fā)現(xiàn)與預(yù)料過程所不符，那么必定是過程中出現(xiàn)錯誤，而尋找并解決的這個過程是書本中無法給予的。做實驗絕對不能人云亦云，要有自己的看法，這樣就要有充分的準(zhǔn)備，若是做了也不知道是個什么實驗，那么做了也是白做。在實驗過程中，自己看書，獨立思考，最終解決問題，從而也就加深了我們對課本理論知識的理解，達(dá)到了“雙贏”的效果。

2、學(xué)會突破創(chuàng)新

實際上，在弄懂了實驗原理的基礎(chǔ)上，我們的時間是充分的，做實驗應(yīng)該是游刃有余的，如果說創(chuàng)新對于我們來說是件難事，那改良總是有可能的。試著通過自己現(xiàn)有的知識，多想，多做，多總結(jié)，我想首先是作為一個求知者在追求知識的道路上必須堅守的原則，其次就是要敢于突破，我們都站在巨人的肩膀上，踮起腳尖即使觸不到天空，也可以更加拓寬自己的視野。

3、現(xiàn)代信息技術(shù)的使用

在生物化學(xué)實驗學(xué)習(xí)中，有很多特殊的、特定的實驗，如有毒有害物質(zhì)參與且不易排污的實驗、不易操作或難以成功的實驗、需要反復(fù)觀察的實驗、反應(yīng)慢導(dǎo)致單位課時中難以完成的實驗等。我們在研究改進(jìn)措施的同時，也可以借助于現(xiàn)代信息技術(shù)手段制作視頻資料或多媒體課件進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)。值得注意的是化學(xué)的基本特征，它的學(xué)習(xí)功能是其它任何學(xué)習(xí)方式難以代替的，現(xiàn)代信息技術(shù)不過是學(xué)習(xí)的輔助手段，要充分利用其優(yōu)勢并與日常學(xué)習(xí)形成優(yōu)勢互補。

4、必須加強(qiáng)動手能力

動手操作對激發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)興趣、幫助理解化學(xué)知識、培養(yǎng)解決問題能力、創(chuàng)新能力等具有重要作用。尤其是生物化學(xué)這樣一種學(xué)科，動手能力的強(qiáng)弱與知識的掌握其實是同等重要的。如果動手能力太弱，所學(xué)習(xí)到的知識就無法通過有效的方式真正組織起來，那么學(xué)到的知識就只是輸入而沒有輸出，只有理論而沒有實踐，對于這樣一門學(xué)科，這樣的缺陷是致命的，而這樣的能力是必須具備的。

本學(xué)期的生化實驗課上，我們一共進(jìn)行了11次實驗，分別是Folin-酚試劑法測定血清蛋白質(zhì)含量、酵母RNA的提取、醋酸纖維薄膜電泳、紫外吸收法測定RNA含量、聚酰胺薄膜層析、纖維素酶活力的測定（三硝基水楊酸法）、還原糖和總糖含量的測定（三硝基水楊酸法）、酶最適PH的測定、費林試劑熱滴定糖、肌糖原酵解作用、微量凱氏定氮法。這些實驗具有代表性，是典型的生化實驗。在這些實驗中，涵蓋了以前無機(jī)實驗和有機(jī)實驗的基礎(chǔ)實驗操作，還有全新的實驗操作以及實驗儀器。

在這些實驗中，紫外可見分光光度計的大量使用給我留下了深刻的印象，在生命科學(xué)的研究中，紫外可見分光光度計起著至關(guān)重要的作用。紫外可見分光光度計是根據(jù)物質(zhì)的吸收光譜研究物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)間相互作用的有效手段。紫外分光光度計可以在紫外可見光區(qū)任意選擇不同波長的光。物質(zhì)的吸收光譜就是物質(zhì)中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波長的光能量，相應(yīng)地發(fā)生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結(jié)果。由于各種物質(zhì)具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光能量的情況也就不會相同，因此，每種物質(zhì)就有其特有的、固定的吸收光譜曲線，可根據(jù)吸收光譜上的某些特征波長處的吸光度的高低判別或測定該物質(zhì)的含量。因此紫外可見分光光度計有以下的應(yīng)用：檢定物質(zhì)、與標(biāo)準(zhǔn)物及標(biāo)準(zhǔn)圖譜對照、比較最大吸收波長吸收系數(shù)的一致性、純度檢驗、推測化合物的分子結(jié)構(gòu)、氫鍵強(qiáng)度的測定、絡(luò)合物組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定、反應(yīng)動力學(xué)研究和有機(jī)分析。所以，掌握好紫外可見分光光度計的使用對以后的學(xué)習(xí)和科研具有很好的促進(jìn)作用。

在生物化學(xué)實驗中，滴定是另外一種重要的手段，我們知道滴定是一種化學(xué)實驗操作也是一種定量分析的手段。它通過兩種溶液的定量反應(yīng)來確定某種溶質(zhì)的含量。通過幾次滴定實驗我們對各種實驗樣品進(jìn)行了定量的分析，得到了較準(zhǔn)確的結(jié)果。掌握好滴定的技能，可以為分析樣品的濃度打好基礎(chǔ)。

接著，電泳分析為樣品的分離與檢測提供了另一種手段。帶電顆粒在電場作用下，向著與其電性相反的電極移動，稱為電泳。利用帶電粒子在電場中移動速度不同而達(dá)到分離的技術(shù)稱為電泳技術(shù)。生物分析中大量應(yīng)用了電泳分析，良好的電泳結(jié)果對實驗者的操作水平要求較高。因此，我們不僅要嚴(yán)格操作，更要提高實驗動手能力。在一些定性實驗中，由于操作中追求速度，出現(xiàn)過實驗組與對照組結(jié)果對比不太顯著的情況。所以，實驗鍛煉的不僅是我的實驗水平，更鍛煉的是我的心智、耐性，這里我認(rèn)為心智的鍛煉比實驗水平的提高更為重要。

總之，這學(xué)期的實驗給我留下了深刻的印象，謝謝老師一學(xué)期的辛苦付出，讓我掌握了生物化學(xué)分析的方法，為以后的學(xué)習(xí)和科研鋪好道路。

課程：專業(yè)英語

學(xué)院：交流學(xué)院

專業(yè)：生物技術(shù)

姓名：高熹

學(xué)號：168615140001

第四篇：《生物化學(xué)》學(xué)習(xí)方法總結(jié)

生物化學(xué)學(xué)習(xí)方法總結(jié)

發(fā)布人：圣才學(xué)習(xí)網(wǎng) 發(fā)布日期：2012-09-24 17:40

生物化學(xué)是是在分子水平上研究生物體的組成與結(jié)構(gòu)、代謝及其調(diào)節(jié)的一門科學(xué)。其發(fā)展快、信息量豐富，有大量需要記憶的內(nèi)容，因此學(xué)好它不是一件容易的事情。下面就如何學(xué)好生物化學(xué)這門課程談一談自己的淺見，希望能對學(xué)生們有所幫助。

1、選擇好教材和參考書

目前市場上有各種各樣的生物化學(xué)教材和一些參考書，如何選擇適合自己的教材和參考書對于培養(yǎng)自己的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)好本學(xué)科十分重要。我個人認(rèn)為應(yīng)該準(zhǔn)備三本教材和一本學(xué)習(xí)指南與習(xí)題解析：一本是簡單的版本，便于理解和自學(xué)。如南京大學(xué)鄭集教授等編寫的《普通生物化學(xué)》；一本是高級的版本，如南京大學(xué)楊榮武教授主編的《生物化學(xué)原理》，閱讀此類教科書便于對各章內(nèi)容全面和深入的掌握；第三本應(yīng)該是一本英文的原版教材，如Lehninger’s Principles of Biochemistry。英文版教材的特點是新、印刷精美，圖表多為彩圖，通常還有配套的多媒體光盤，方便你自學(xué)。閱讀一本好的英文生化教材，不僅對提高自己的專業(yè)英語水平，而且對理解各章節(jié)的內(nèi)容，學(xué)好本學(xué)科是非常有幫助。

2、由表及里，循序漸進(jìn)，課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)

根據(jù)研究內(nèi)容，本課程可分為以下幾部分：①結(jié)構(gòu)生物化學(xué)：著重介紹蛋白質(zhì)、核酸、酶、維生素等的組成、結(jié)構(gòu)與功能。重點闡述生物分子具有哪些基本的結(jié)構(gòu)?哪些重要的理化性質(zhì)?以及結(jié)構(gòu)與功能有什么關(guān)系等問題，同時要隨時將它們進(jìn)行比較。這樣既便于理解，也有利于記憶。②代謝生物化學(xué)：主要介紹糖代謝、脂類代謝、能量代謝、氨基酸代謝、核昔酸代謝、以及各種物質(zhì)代謝的聯(lián)系和調(diào)節(jié)規(guī)律。此部分內(nèi)容是傳統(tǒng)生物化學(xué)的核心內(nèi)容。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，應(yīng)注重學(xué)習(xí)各種物質(zhì)代謝的基本途徑，特別是糖代謝途徑、三羧酸循環(huán)途徑、糖異生途徑和酮體代謝途徑；各代謝途徑的關(guān)鍵酶及生理意義；各代謝途徑的主要調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及相互聯(lián)系；代謝異常與臨床疾病的關(guān)系等問題。③分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)：重點介紹了 DNA復(fù)制，DNA轉(zhuǎn)錄和翻譯。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，應(yīng)重點學(xué)習(xí)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的基本過程，并從必要條件、所需酶蛋白和特點等方面對三個過程進(jìn)行比較，在理順本課程的基本框架后，就應(yīng)全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地掌握教材的基本內(nèi)容，并且找出共性，抓住規(guī)律。

3、學(xué)會做筆記

首先有一點必須強(qiáng)調(diào)，上課時學(xué)生的主要任務(wù)時是聽老師講課而不是做筆記，因此在課堂上要集中精力聽講，一些不清楚的內(nèi)容和重要的內(nèi)容可以筆錄下來，以便課后復(fù)習(xí)和向老師求教。當(dāng)然，條件好的同學(xué)可以買來錄音設(shè)備，將老師的上課內(nèi)容錄下來，以供課后消化。另外，老師的講稿大都做成了幻燈片，學(xué)生可從老師那里得到拷貝。

4、懂得記憶法

學(xué)習(xí)生物化學(xué)時，學(xué)生反映最多的問題是記不住學(xué)過的內(nèi)容。關(guān)于此問題我的建議是：首先分清楚那些需要記憶，那些根本就不需要記憶。如氨基酸的三字母和單字母符號是需要記的，而許多生物分子的結(jié)構(gòu)式并不需要記；其次明白理解是記憶之母，因此對各章內(nèi)容，必須先對有關(guān)原理理解透，然后再去記憶；第三，記憶要講究技巧，多想想方法。如關(guān)于必需氨基酸的記憶，可以將高等動物10種必需氨基酸的首寫字母拼寫成一句話：Tip MTV hall（需付小費的MTV廳）。

5、勤于動手，聯(lián)系實際

這是由“學(xué)懂”通向“會做”的橋梁和提高考生在考試中的實踐能力的重要保證。平時多做習(xí)題，多做實驗，是你掌握本學(xué)科，取得比較理想的考試成績的一個很重要的保證。

6．注意將原核系統(tǒng)和真核系統(tǒng)進(jìn)行比較

無論是原核生物還是真核生物，都在進(jìn)行DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯等基本的分子事件，兩類生物在這些事件上既有相同之處，也有許多差異。在學(xué)習(xí)的時候，時刻要注意將兩大系統(tǒng)進(jìn)行全面的比較。例如：在學(xué)習(xí)DNA復(fù)制的時候，注意將原核細(xì)胞內(nèi)的DNA聚合酶I、II、III、IV、V和真核生物的DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε進(jìn)行比較，將原核DNA聚合酶III的β滑動鉗和真核DNA聚合酶δ的PCNA滑動鉗進(jìn)行比較；在學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)錄的時候，需要將兩者的啟動子結(jié)構(gòu)和RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行比較；在學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)錄校對的時候，注意將原核細(xì)胞中的GreA、GreB和真核細(xì)胞內(nèi)的TFIIS進(jìn)行比較；在學(xué)習(xí)DNA甲基化的時候，要注意原核生物與真核生物在甲基化的位點和功能上是不同的；在學(xué)習(xí)弱化子機(jī)制的時候，要注意這種機(jī)制是原核系統(tǒng)特有的，真核系統(tǒng)沒有。如果能這樣去學(xué)習(xí)的話，那所有的內(nèi)容就活了，將它們串在一起理解要比孤立地記憶要強(qiáng)得多！

7．注意將兩種不同的分子機(jī)制進(jìn)行比較

細(xì)胞內(nèi)的很多分子機(jī)制是很相似的，這就需要我們在學(xué)習(xí)的時候，將相關(guān)聯(lián)的分子機(jī)制放在一起去領(lǐng)會、理解。如DNA復(fù)制和DNA轉(zhuǎn)錄，兩者有很多共同的特點，例如都需要解鏈，合成的方向都是從5′→3′，都遵循Watson和Crick堿基配對原則。當(dāng)然，在意識到這些共同的特點的時候，也不能忽視它們的差別，比如，DNA復(fù)制需要引物，RNA不需要，DNA聚合酶通常具有自我校對能力，RNA聚合酶沒有校對能力。這里更要明白為什么會有這些差異，為什么允許有這些差異? 8．在分子生物學(xué)部分，要以“中心法則”為核心，“堿基互補配對”和“蛋白質(zhì)與核酸之間的相互作用”為主線，巧妙地利用“外因與內(nèi)因的關(guān)系”的理論，全面理解分子生物學(xué)的機(jī)制

分子生物學(xué)的核心內(nèi)容是所謂的“中心法則”，即生物體內(nèi)的三種生物大分子——DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間的關(guān)系。其中涉及到遺傳信息的復(fù)制、損傷修復(fù)、重組、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工和翻譯等。這些過程總是涉及到蛋白質(zhì)和核酸分子之間的相互作用和堿基互補配對，因此，掌握蛋白質(zhì)和核酸分子之間相互作用的規(guī)律以及堿基互補配對的原則對于深入理解分子生物學(xué)的各種機(jī)制和原理至關(guān)重要。另外，細(xì)胞內(nèi)的很多機(jī)制都可以使用哲學(xué)中“外因”和“內(nèi)因”之間的關(guān)系原理進(jìn)行理解，掌握這一點非常重要。例如，理解DNA復(fù)制為什么具有固定的起點?這涉及到DNA復(fù)制起始區(qū)和復(fù)制起始蛋白之間的相互作用，在這里可以將DNA復(fù)制起始區(qū)看成“內(nèi)因”，復(fù)制起始蛋白（大腸桿菌為DnaA蛋白）看成“外因”。按照“內(nèi)因”和“外因”之間的關(guān)系原則，即“內(nèi)因”是變化的根據(jù)，“外因”是變化的條件，“外因”需要通過“內(nèi)因”起作用，DNA復(fù)制區(qū)所具有的特殊序列是DNA復(fù)制具有固定起點的根本原因，即“內(nèi)因”，但僅有它是不夠的，還需要識別這種特殊序列的蛋白質(zhì)，它就是“外因”，正是它們之間的相互作用才使得DNA復(fù)制從固定的起點開始。

9．注意掌握各種研究方法的原理及其應(yīng)用 生物化學(xué)的發(fā)展與研究方法的進(jìn)步分不開來的，而反過來它的發(fā)展又使得人們提出和發(fā)明新的研究手段。兩者之間相互依存，相互促進(jìn)。因此，在學(xué)習(xí)各章節(jié)內(nèi)容的時候，對于生物化學(xué)家在研究各種分子機(jī)理時所使用的方法要充分理解。例如，對參與DNA復(fù)制的各種蛋白質(zhì)和酶的鑒定主要是利用DNA復(fù)制突變體的互補和體外復(fù)制系統(tǒng)的重建兩種方法?；パa的原理是利用某種野生型的蛋白質(zhì)去恢復(fù)特定的DNA復(fù)制缺陷突變體的復(fù)制功能，從而確定參與復(fù)制的蛋白質(zhì)。重建的原理是在較為簡單的體外復(fù)制系統(tǒng)（如SV40病毒復(fù)制系統(tǒng)）中，先人為去掉某種成分，致使復(fù)制不能正常進(jìn)行，然后，將復(fù)制系統(tǒng)中逐一添加分步收集的可能參與復(fù)制的蛋白質(zhì)抽取物，看是否能夠恢復(fù)復(fù)制活性，從而確定復(fù)制蛋白。有時，添加的蛋白質(zhì)可能來自于其他物種，這樣可以從其他物種中找到同源的或同工的蛋白質(zhì)。為了方便理解重建的原理，這里可以打一個比方加以說明。假定你的一臺電腦壞了一個部件而不能運轉(zhuǎn)，那么如何迅速找到是哪一個部件有毛病呢?這時可以用類似重建的手段來確定：首先弄一臺運轉(zhuǎn)正常的電腦，將它的各個部件拆開，那么，來自這臺正常電腦內(nèi)的所有部件都應(yīng)該是正常的（相當(dāng)于野生型蛋白質(zhì)）。然后，將壞掉的電腦逐一取出一個部件（如內(nèi)存條或主板），再用正常電腦的相應(yīng)部件取而代之。如果某一個部件經(jīng)過替換以后，壞的電腦恢復(fù)正常了，這就等于找到了壞的部件（相當(dāng)于突變型蛋白質(zhì)）。這兩種方法對于參與其他過程（如信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯、細(xì)胞周期的調(diào)控等）的蛋白質(zhì)的鑒定也很有幫助。例如，為了找到人細(xì)胞內(nèi)參與細(xì)胞周期的某一種蛋白質(zhì)，先是將酵母細(xì)胞內(nèi)某一種與細(xì)胞周期有關(guān)的蛋白質(zhì)突變，這樣的酵母的細(xì)胞周期肯定會有異常。然后，將正常的人細(xì)胞內(nèi)的各種可能與細(xì)胞周期有關(guān)的蛋白質(zhì)導(dǎo)入到突變的酵母細(xì)胞中，如果其中的某一組分加入以后，酵母的細(xì)胞周期恢復(fù)正常，那么這種導(dǎo)入的蛋白質(zhì)就是人細(xì)胞內(nèi)的一種與細(xì)胞周期有關(guān)的蛋白質(zhì)。

第五篇：生物化學(xué)教學(xué)總結(jié)

期末生物化學(xué)總結(jié)

通過18周課時的教學(xué)，對《生物化學(xué)》這門學(xué)科的基本認(rèn)識。這門課的學(xué)習(xí)也使我學(xué)到了很多東西，主要的在兩個方面，一個是專業(yè)知識方面的，另一個就是對代謝疾病的研究。

一、生物化學(xué)的認(rèn)識

生物化學(xué)是在分子水平上研究生物體的組成與結(jié)構(gòu)、代謝、調(diào)節(jié)及維持生命活動各種化學(xué)變化及其聯(lián)系的一門科學(xué)。它與我們的生命活動息息相關(guān)，如：蛋白質(zhì)、酶類、核酸、脂質(zhì)等等一些東西。而我們要學(xué)的東西，無非就是這些物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、功能等等一些基本概念和一些基本的生物化學(xué)反應(yīng)。

《基礎(chǔ)生物化學(xué)》的主要研究對象是核酸、蛋白質(zhì)、酶和糖類等大生物大分子化合物及其它們的代謝、調(diào)節(jié)。它們是維持生命機(jī)器正常運轉(zhuǎn)的最重要的基礎(chǔ)物質(zhì)。

第一部分，核酸的結(jié)構(gòu)與功能，一種是脫氧核糖核酸（DNA），它是遺傳信息的載體，負(fù)責(zé)遺傳信息的存儲和發(fā)布，并通過復(fù)制將遺傳信息傳給子代。另一種是核糖核酸（RNA），其作用是把特殊的遺傳信息轉(zhuǎn)變成特殊的氨基酸指令系列。它們根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)反應(yīng)功能，DNA將生物遺傳信息RNA，再通過RNA合成蛋白質(zhì)，由蛋白質(zhì)表現(xiàn)出一定生物性狀。

第二部分，第二部分，蛋白質(zhì)化學(xué)，蛋白質(zhì)是生物體的基本構(gòu)成組分，是維持生命活動的重要物質(zhì)。它由氨基酸通過肽鍵按各種特定順序連接而成的生物大分子，具有一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，高級結(jié)構(gòu)決定功能；而其獨特的性質(zhì)和功能又是它結(jié)構(gòu)的反映。

第三部分，第三部分，酶，新陳代謝是生命活動的主要特征,其分子基礎(chǔ)是在生物體內(nèi)不斷地進(jìn)行著一系列復(fù)雜化學(xué)變化，它們都是在酶的催化下進(jìn)行的。所有的酶都是蛋白質(zhì)和少量RNA。酶具有活性中心、酶原激活、動力學(xué)方程（米氏方程）、抑制劑對酶的作用。

第四部分，糖類化學(xué)，糖類化合物是一切生物體維持生命活動所需能量的主要來源，是生物體合成其它化合物的基本原料。主要有：糖酵解（共同途徑）、三羧酸循環(huán)（最后氧化途徑）、磷酸戊糖途徑（支路氧化）。

第五部分，生物氧化，糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量，其實質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過程中所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過程。

第六部分，脂類代謝，主要有脂肪的水解、甘油的轉(zhuǎn)化、脂肪酸的分解代謝。掌握脂肪酸β-氧化。

二 教學(xué)的總結(jié)：

學(xué)會了從不同的角度思考問題、擴(kuò)寬了視野。更毫不保留的把您的知識和經(jīng)驗傳授給我們，總是一絲我認(rèn)為學(xué)習(xí)生化應(yīng)做到由表及里，循序漸進(jìn)，課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)（可大多時候我沒有做好、做到）。

我們上課時的主要任務(wù)是講課，只有在課堂深入淺出的講解，才能更好的理解其本質(zhì)。

懂得記憶法，學(xué)習(xí)生物化學(xué)時，最大的問題是記不住學(xué)過的內(nèi)容，太多太雜。首先分清楚那些需要記憶，那些根本就不需要記憶；其次明白理解是記憶之母，對各章內(nèi)容，必須先對有關(guān)原理理解透，然后再去記憶；簡化記憶法（可以在理解的基礎(chǔ)上記憶老師或自己所編順口溜），對比記憶法（將有關(guān)的名詞單列出來，存同求異，找出不同點。比如我歸納的：字母加H為還原性、加P為**磷酸 等），綱要記憶法（將知識的核心內(nèi)容或關(guān)鍵詞語提煉出來，作為知識的綱要，抓住了綱要則有利于知識的記憶），衍射記憶法（懂得將所學(xué)的東西聯(lián)系起來，記核酸結(jié)構(gòu)功能時聯(lián)系蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能）。

一切為學(xué)生著想。在思想上，積極為學(xué)生考慮著，有專業(yè)前景、學(xué)習(xí)方法、怎樣適應(yīng)大學(xué)等等。

一、“興趣是最好的老師”，學(xué)習(xí)的主動性乃是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的決定性因素。引發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識的興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，提高學(xué)生不斷獲取新知識的再學(xué)習(xí)能力是一位好老師的基礎(chǔ)表現(xiàn)。照本宣讀，平鋪直敘，一定枯燥無味，無法吸引同學(xué)

們的眼球。

二、盡可能用通俗易懂的語言深入淺出地將一些復(fù)雜難懂的生化機(jī)制講清楚，使復(fù)雜問題變得簡單、形象、生動。

三、可以采用參與討論式教學(xué)，使單調(diào)的講授興趣化。