第一篇：生物化學總結

一、符號題

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

2、DNFB：2,4-二硝基氟苯，可以與氨基酸反應生成穩定的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，指兩性電解質所帶凈電荷為零時外界溶液的PH值。

4、cAMP：3,5-環腺苷酸，第二信使，在激素調節中起作用。

5、Cgmp：3,5-環鳥苷酸，第二信使，在激素調節中起作用。

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

7、tRNA：轉移核糖核酸，與氨基酸結合，攜帶氨基酸進入mRNA-核糖體復合物的特定位置用于蛋白質合成。

8、hnRNA：核內不均一RNA。mRNA的前體，加工后可轉變為mRNA。

9、CoASH:輔酶A,乙酰基團載體。

10、NAD(P)+：氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，脫氫酶的輔酶，為脫氫反應轉移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，轉氨酶的輔酶。

17、Km：米氏常數，反應速度達到最大反應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，產生細胞所需的具有重要生理作用的特殊物質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：聚合酶鏈式反應，細胞外DNA分子克隆或無細胞DNA分子克隆。

24、SSB：單鏈結合蛋白，DNA復制時與解鏈的單鏈DNA結合防止其復性。

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：酰基載體蛋白，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、蛋白質空間結構：蛋白質分子中所有原子在三維空間的排列分布和肽鍵走向；是以一級結構為基礎的。

3、蛋白質變性：天然蛋白質易受物理和化學因素影響，其分子內部原有的高度規律性結構發生變化，致使蛋白質的理化性質和生物學性質有所改變，但并不導致蛋白質一級結構的破壞。主要標志是生物學功能喪失。

4、鹽析作用：一定濃度的蛋白質溶液中，加入高濃度的鹽使蛋白質沉淀。

5、生物活性肽：能夠調節機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、堿基互補規律：在形成雙螺旋結構的過程中，由于各種堿基的大小和結構的不同，使得堿基之間的互補配對只能在G=C,和A=T之間進行，這種堿基配對的規律就叫堿基互補規律。

7、堿基堆積力：在DNA雙螺旋結構中，堿基對平面垂直于中心軸，層疊于雙螺旋的內側，相鄰疏水性堿基在旋進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：核酸變性后在260nm處紫外吸收值增加的現象稱為增色效應。

9、溶解溫度（Tm）：DNA變性時一般在一個溫度范圍內發生，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合，并和酶的催化作用直接有關的部位。

11、米氏常數：酶耳的特征性物理常數，含義是酶促反應速度為最大反應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合，當抑制劑與酶結合后就妨礙了底物與酶結合，減少了酶的作用機會，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合在酶的不同部位，抑制劑與酶結合后不妨礙底物與酶結合，但形成的酶-底物-抑制劑三元復合物不能發生反應，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適當物質作用轉變成有活性的酶的過程。實質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化合物。

19、呼吸鏈：有機物在生物體內氧化過程中脫下的氫原子，經過一系列有嚴格排列順序的傳遞體組成的傳遞體系進行傳遞，最終與氧結合成水，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：有機物質在機體內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，是體內糖代謝最主要的途徑。

24、糖異生：指非糖物質（乳酸、甘油、生糖氨基酸）在肝中轉變為葡萄糖或糖原的過程。

25、磷酸戊糖途徑：由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+,前者再進一步轉變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應過程。

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進入線粒體基質中，經過脫氫、加水、再脫氫、硫解反應后，生成一分子乙酰CoA和一分子比原來少兩個碳的脂酰Coa。由于反應在脂酰Coa的A-碳原子和B-碳原子之間進行，最后B-碳原子被氧化成酰基，所以稱為B-氧化

28、酮體：脂肪酸在肝細胞分解氧化時產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。人體內有8中。

30、DNA的半保留復制：DNA復制時，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的一條鏈是來自親代另一條是重新合成的，這種復制方式成為DNA的半保留復制。

31、DNA的半不連續復制：DNA在復制時，一條鏈是按照5’—3’方向連續合成的，另一條鏈的合成是不連續的，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成另一條鏈，這種復制方式稱為DNA的半不連續復制。

32、轉錄：在RNA聚合酶的催化下，以DNA為模板按堿基互補規律合成與其堿基互補的RNA過程。

33、岡崎片段：DNA復制中，一條鏈是連續合成的，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：代謝中間物或產物對該反應的抑制作用。

37、操縱子：基因表達的協調單位，它們有共同的控制區和調節系統。包括在功能上彼此有關的結構基因和控制部位。

三、簡答題

1、維持蛋白質結構的力有哪些？

① 一級結構主要是共價鍵如肽鍵、二硫鍵等 ② 二級結構主要是氫鍵等

③ 三級結構主要是次級鍵如疏水鍵等

④ 四級結構主要是次級鍵如鹽鍵、范德華力等

2、簡述DNA雙螺旋結構要點

① 雙鏈反向平行結構、右手螺旋、有共同的對稱軸、有大溝小溝

② 主鏈在外側、側鏈在內測，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？

① 紫外吸收性質，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，不溶于有機溶劑。③ 易被酸堿水解

④ 有變性和復性的性質，⑤ 分子雜交

4、維持核酸結構的穩定因素有哪些？ ① 氫鍵，對于穩定DNA雙螺旋結構以及RNA中局部的雙螺旋及三級結構都有重要

作用

② 堿基堆積力，是穩定核酸空間結構的主要因素

③ 環境中的正離子，中和核酸分子中所帶的負電荷，消除靜電斥力。

5、說明tRNA在結構上的共同特征。

① 二級結構特點有：a.三葉草型，四環四壁

b.氨基酸臂，與氨基酸結合c.D環與D 臂，與酰胺-rRNA合成酶結合d反密碼子環與反密碼子臂，與mRNA結合e可變 環，可用于tRNA的分類 ② 三級結構的特點：倒L型

6、論述米氏常數的生物學意義。

① 酶的特征物理常數

② 反應速度達到最大反應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、輔基與酶蛋白的關系，輔酶基在催化反應中起什么作用？

酶的輔助因子與酶蛋白結合生成全酶。輔基與酶蛋白結合緊密，不能用透析的方法除去；輔酶與酶蛋白結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小分子組成，在催化反應中轉移電子、質子、基團，有時也參與酶與底物的結合

8、何謂誘導契合學說？為什么酶對所催化反應的正向底物和逆向底物都有專一性?

誘導契合學說是指當酶分子與底物與底物接近時，酶蛋白受底物分子的誘導，其構

象發生有利于與底物結合的變化，酶與底物在此基礎上互補契合，進行反應。在可

逆反應中底物與產物對酶均有誘導作用，所以酶對所催化的反應的底物和產物都有

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：是生物體內進行的所有化學變化的總稱，是生物體最基本的特征，是生物與外界環境進行物質交換和能量交換的全過程。

特點：在溫和的條件下，由酶催化進行；各反應步驟嚴格有序進行；反應途徑一般有嚴格

的細胞定位。

10、什么是生物氧化？與體外燃燒相比有何特點？

① 生物氧化：有機物質在機體內氧化分解為二氧化碳和水并釋放能量的過程。② 特點：在細胞內進行；通過酶的催化作用使有機物發生一系列反應；能量逐步釋放。

11、三羧酸循環的生理意義。

① 生物體內物質主要的分解途徑，提供大量的自由能 ② 循環中產生許多中間產物是合成其他生物物質的原料

12、乙酰CoA可進入哪些代謝途徑？

① 進入三羧酸循環氧化分解為CO2和H2O,產生大量能量 ② 合成脂肪酸，進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、生物細胞DNA復制分子機制的基本特點是什么？

① 半保留復制

② 原核生物單起點，真核生物多起點 ③ 復制可以單向和雙向進行，后者更常見 ④ 復制的方向是5-3 ⑤ 復制是半不連續的，前導聯是連續合成，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合成有校對機制

15、簡述蛋白質合成的主要過程和階段

主要經歷起始、延長、終止和氨基酸的活化和轉運 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起始復合物的合成 ③ 延長，經歷進位、轉肽和移位三個步驟

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，轉變為有一定生物功能的蛋白質。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鍵酶是由糖異生的四個關鍵酶代替催化的 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行

17、舉例說明蛋白質的結構和功能的關系

① 一級結構的定義：蛋白質分子中氨基酸殘基的排列順序

一級結構與功能的關系，種屬差異與分子病等

② 高級結構的定義：蛋白質分子中所有原子在三維空間的排列分布和鍵的走向

高級結構與功能關系，血紅蛋白的一個亞基發生變化，其功能就會發生變化

18、簡述凝膠層析法的基本原理及應用

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

間隙流出，所以向下移動速度較快；小分子物質可以在凝膠顆粒間隙中擴散外，還 可以進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 擴散至顆粒間隙后再進入另一凝膠顆粒，造成在注內保留時間長，從而使混合樣品 中分子大小不同的物質隨洗脫液按順序的流出注外而得到的分離。

② 應用：分離純化蛋白質、核酸、多糖等物質，還可以測定蛋白質的相對分子質量

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生己糖磷酸和丙糖磷酸的過程。

② 意義：是細胞產生還原力（NADPH）的主要途徑；是細胞內不同結構糖分子的重

要來源，并為各種單糖的相互轉變提供條件

16、何謂呼吸鏈？寫出其組成成分，排列順序及ATP偶聯部位。

① 呼吸鏈的概念：有機物在生物體內氧化過程中脫下的氫原子，經過一系列有嚴格排

列順序的傳遞體組成的傳遞體系進行傳遞，最終與氧結合成水，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偶聯部位：NADH--COQ，Cytb--Cytc1

Cytaa3--1/2O2

第二篇：生物化學實驗總結（范文）

生物化學實驗心得

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

眾所周知，生物化學是一門實驗科目，是一門以實驗為基礎與生活生產息息相關的課程。需要我們不斷地做實驗，在實驗中觀察、分析相應的結果。所以我認為，要做好生物化學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。當在試驗中發現與預料過程所不符，那么必定是過程中出現錯誤，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，達到了“雙贏”的效果。

2、學會突破創新

實際上，在弄懂了實驗原理的基礎上，我們的時間是充分的，做實驗應該是游刃有余的，如果說創新對于我們來說是件難事，那改良總是有可能的。試著通過自己現有的知識，多想，多做，多總結，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、現代信息技術的使用

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

4、必須加強動手能力

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

本學期的生化實驗課上，我們一共進行了11次實驗，分別是Folin-酚試劑法測定血清蛋白質含量、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，涵蓋了以前無機實驗和有機實驗的基礎實驗操作，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，在生命科學的研究中，紫外可見分光光度計起著至關重要的作用。紫外可見分光光度計是根據物質的吸收光譜研究物質的成分、結構和物質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任意選擇不同波長的光。物質的吸收光譜就是物質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，相應地發生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結果。由于各種物質具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結構，其吸收光能量的情況也就不會相同，因此，每種物質就有其特有的、固定的吸收光譜曲線，可根據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的含量。因此紫外可見分光光度計有以下的應用：檢定物質、與標準物及標準圖譜對照、比較最大吸收波長吸收系數的一致性、純度檢驗、推測化合物的分子結構、氫鍵強度的測定、絡合物組成及穩定常數的測定、反應動力學研究和有機分析。所以，掌握好紫外可見分光光度計的使用對以后的學習和科研具有很好的促進作用。

在生物化學實驗中，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來確定某種溶質的含量。通過幾次滴定實驗我們對各種實驗樣品進行了定量的分析，得到了較準確的結果。掌握好滴定的技能，可以為分析樣品的濃度打好基礎。

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到分離的技術稱為電泳技術。生物分析中大量應用了電泳分析，良好的電泳結果對實驗者的操作水平要求較高。因此，我們不僅要嚴格操作，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，出現過實驗組與對照組結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，這里我認為心智的鍛煉比實驗水平的提高更為重要。

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

課程：專業英語

學院：交流學院

專業：生物技術

姓名：高熹

學號：168615140001

第三篇：《生物化學》學習方法總結

生物化學學習方法總結

發布人：圣才學習網 發布日期：2012-09-24 17:40

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

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自己的學習興趣，學好本學科十分重要。我個人認為應該準備三本教材和一本學習指南與習題解析：一本是簡單的版本，便于理解和自學。如南京大學鄭集教授等編寫的《普通生物化學》；一本是高級的版本，如南京大學楊榮武教授主編的《生物化學原理》，閱讀此類教科書便于對各章內容全面和深入的掌握；第三本應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。閱讀一本好的英文生化教材，不僅對提高自己的專業英語水平，而且對理解各章節的內容，學好本學科是非常有幫助。

2、由表及里，循序漸進，課前預習，課后復習

根據研究內容，本課程可分為以下幾部分：①結構生物化學：著重介紹蛋白質、核酸、酶、維生素等的組成、結構與功能。重點闡述生物分子具有哪些基本的結構?哪些重要的理化性質?以及結構與功能有什么關系等問題，同時要隨時將它們進行比較。這樣既便于理解，也有利于記憶。②代謝生物化學：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、以及各種物質代謝的聯系和調節規律。此部分內容是傳統生物化學的核心內容。學習這部分內容時，應注重學習各種物質代謝的基本途徑，特別是糖代謝途徑、三羧酸循環途徑、糖異生途徑和酮體代謝途徑；各代謝途徑的關鍵酶及生理意義；各代謝途徑的主要調節環節及相互聯系；代謝異常與臨床疾病的關系等問題。③分子遺傳學基礎：重點介紹了 DNA復制，DNA轉錄和翻譯。學習這部分內容時，應重點學習復制、轉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行比較，在理順本課程的基本框架后，就應全面、系統、準確地掌握教材的基本內容，并且找出共性，抓住規律。

3、學會做筆記

首先有一點必須強調，上課時學生的主要任務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，一些不清楚的內容和重要的內容可以筆錄下來，以便課后復習和向老師求教。當然，條件好的同學可以買來錄音設備，將老師的上課內容錄下來，以供課后消化。另外，老師的講稿大都做成了幻燈片，學生可從老師那里得到拷貝。

4、懂得記憶法

學習生物化學時，學生反映最多的問題是記不住學過的內容。關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構式并不需要記；其次明白理解是記憶之母，因此對各章內容，必須先對有關原理理解透，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，聯系實際

這是由“學懂”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。平時多做習題，多做實驗，是你掌握本學科，取得比較理想的考試成績的一個很重要的保證。

6．注意將原核系統和真核系統進行比較

無論是原核生物還是真核生物，都在進行DNA復制、轉錄、轉錄后加工、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。在學習的時候，時刻要注意將兩大系統進行全面的比較。例如：在學習DNA復制的時候，注意將原核細胞內的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滑動鉗進行比較；在學習轉錄的時候，需要將兩者的啟動子結構和RNA聚合酶的結構與功能進行比較；在學習轉錄校對的時候，注意將原核細胞中的GreA、GreB和真核細胞內的TFIIS進行比較；在學習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；在學習弱化子機制的時候，要注意這種機制是原核系統特有的，真核系統沒有。如果能這樣去學習的話，那所有的內容就活了，將它們串在一起理解要比孤立地記憶要強得多！

7．注意將兩種不同的分子機制進行比較

細胞內的很多分子機制是很相似的，這就需要我們在學習的時候，將相關聯的分子機制放在一起去領會、理解。如DNA復制和DNA轉錄，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．在分子生物學部分，要以“中心法則”為核心，“堿基互補配對”和“蛋白質與核酸之間的相互作用”為主線，巧妙地利用“外因與內因的關系”的理論，全面理解分子生物學的機制

分子生物學的核心內容是所謂的“中心法則”，即生物體內的三種生物大分子——DNA、RNA和蛋白質之間的關系。其中涉及到遺傳信息的復制、損傷修復、重組、轉錄、逆轉錄、轉錄后加工和翻譯等。這些過程總是涉及到蛋白質和核酸分子之間的相互作用和堿基互補配對，因此，掌握蛋白質和核酸分子之間相互作用的規律以及堿基互補配對的原則對于深入理解分子生物學的各種機制和原理至關重要。另外，細胞內的很多機制都可以使用哲學中“外因”和“內因”之間的關系原理進行理解，掌握這一點非常重要。例如，理解DNA復制為什么具有固定的起點?這涉及到DNA復制起始區和復制起始蛋白之間的相互作用，在這里可以將DNA復制起始區看成“內因”，復制起始蛋白（大腸桿菌為DnaA蛋白）看成“外因”。按照“內因”和“外因”之間的關系原則，即“內因”是變化的根據，“外因”是變化的條件，“外因”需要通過“內因”起作用，DNA復制區所具有的特殊序列是DNA復制具有固定起點的根本原因，即“內因”，但僅有它是不夠的，還需要識別這種特殊序列的蛋白質，它就是“外因”，正是它們之間的相互作用才使得DNA復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用 生物化學的發展與研究方法的進步分不開來的，而反過來它的發展又使得人們提出和發明新的研究手段。兩者之間相互依存，相互促進。因此，在學習各章節內容的時候，對于生物化學家在研究各種分子機理時所使用的方法要充分理解。例如，對參與DNA復制的各種蛋白質和酶的鑒定主要是利用DNA復制突變體的互補和體外復制系統的重建兩種方法。互補的原理是利用某種野生型的蛋白質去恢復特定的DNA復制缺陷突變體的復制功能，從而確定參與復制的蛋白質。重建的原理是在較為簡單的體外復制系統（如SV40病毒復制系統）中，先人為去掉某種成分，致使復制不能正常進行，然后，將復制系統中逐一添加分步收集的可能參與復制的蛋白質抽取物，看是否能夠恢復復制活性，從而確定復制蛋白。有時，添加的蛋白質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。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，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的所有部件都應該是正常的（相當于野生型蛋白質）。然后，將壞掉的電腦逐一取出一個部件（如內存條或主板），再用正常電腦的相應部件取而代之。如果某一個部件經過替換以后，壞的電腦恢復正常了，這就等于找到了壞的部件（相當于突變型蛋白質）。這兩種方法對于參與其他過程（如信號轉導、轉錄、轉錄后加工、翻譯、細胞周期的調控等）的蛋白質的鑒定也很有幫助。例如，為了找到人細胞內參與細胞周期的某一種蛋白質，先是將酵母細胞內某一種與細胞周期有關的蛋白質突變，這樣的酵母的細胞周期肯定會有異常。然后，將正常的人細胞內的各種可能與細胞周期有關的蛋白質導入到突變的酵母細胞中，如果其中的某一組分加入以后，酵母的細胞周期恢復正常，那么這種導入的蛋白質就是人細胞內的一種與細胞周期有關的蛋白質。

第四篇：生物化學教學總結

期末生物化學總結

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

一、生物化學的認識

生物化學是在分子水平上研究生物體的組成與結構、代謝、調節及維持生命活動各種化學變化及其聯系的一門科學。它與我們的生命活動息息相關，如：蛋白質、酶類、核酸、脂質等等一些東西。而我們要學的東西，無非就是這些物質的化學本質、結構、功能等等一些基本概念和一些基本的生物化學反應。

《基礎生物化學》的主要研究對象是核酸、蛋白質、酶和糖類等大生物大分子化合物及其它們的代謝、調節。它們是維持生命機器正常運轉的最重要的基礎物質。

第一部分，核酸的結構與功能，一種是脫氧核糖核酸（DNA），它是遺傳信息的載體，負責遺傳信息的存儲和發布，并通過復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變成特殊的氨基酸指令系列。它們根據不同的結構反應功能，DNA將生物遺傳信息RNA，再通過RNA合成蛋白質，由蛋白質表現出一定生物性狀。

第二部分，第二部分，蛋白質化學，蛋白質是生物體的基本構成組分，是維持生命活動的重要物質。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，具有一級結構、二級結構、超二級結構、結構域、三級結構和四級結構。蛋白質一級結構決定高級結構，高級結構決定功能；而其獨特的性質和功能又是它結構的反映。

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

第四部分，糖類化學，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（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、蛋白質等有機物質在細胞中進行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量，其實質是需氧細胞在呼吸代謝過程中所進行的一系列氧化還原反應過程。

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

二 教學的總結：

學會了從不同的角度思考問題、擴寬了視野。更毫不保留的把您的知識和經驗傳授給我們，總是一絲我認為學習生化應做到由表及里，循序漸進，課前預習，課后復習（可大多時候我沒有做好、做到）。

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

懂得記憶法，學習生物化學時，最大的問題是記不住學過的內容，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，對各章內容，必須先對有關原理理解透，然后再去記憶；簡化記憶法（可以在理解的基礎上記憶老師或自己所編順口溜），對比記憶法（將有關的名詞單列出來，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（將知識的核心內容或關鍵詞語提煉出來，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（懂得將所學的東西聯系起來，記核酸結構功能時聯系蛋白質的結構功能）。

一切為學生著想。在思想上，積極為學生考慮著，有專業前景、學習方法、怎樣適應大學等等。

一、“興趣是最好的老師”，學習的主動性乃是學生學習過程的決定性因素。引發學生對所學知識的興趣，調動學生學習的主動性、積極性，提高學生不斷獲取新知識的再學習能力是一位好老師的基礎表現。照本宣讀，平鋪直敘，一定枯燥無味，無法吸引同學

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雜難懂的生化機制講清楚，使復雜問題變得簡單、形象、生動。

三、可以采用參與討論式教學，使單調的講授興趣化。

第五篇：生物化學總結

生物化學（biochemistry）是研究生命化學的科學，它在分子水平上探討生命的本質，即研究生物體的分子結構與功能，物質代謝與調節，遺傳信息的傳遞與調控，及其在生命活動中的作用。

人們通常將研究核酸、蛋白質等所有生物大分子的結構、功能及基因結構、表達與調控的內容，稱為分子生物學。所以分子生物學是生物化學的重要組成部分。

一、生物化學發展簡史

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

2．蓬勃發展階段（從20世記初—20世記中期）

主要在營養學，內分泌學，酶學，物質代謝及其調控等方面取得了重大進展。3．分子生物學發展階段（從20世紀中期 至今）

主要有物質代謝途徑的研究繼續發展，重點進入代謝調節與合成代謝的研究。

另外，顯著特征是分子生物學的崛起。DAN雙螺旋結構模型的提出，遺傳密碼的破譯，重組DNA技術的建立等。

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

以基因編碼蛋白質的結構與功能為重點之一的功能基因組研究已迅速崛起。當前出現的的蛋白質組學（proteomics）領域。

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

我國科學家對生物化學的發展做出了重大的貢獻。

二、生物化學研究的主要內容 1．生物分子的結構與功能 2．物質代謝及其調節 3．基因信息傳遞及其調控

三、生物化學與醫學

生物化學是一門重要的醫學基礎課，與醫學有著緊密的聯系。

生物大分子通常都有一定的分子結構規律，即由一定的基本結構單位，按一定的排列順序和連接方式而形成的多聚體。蛋白質和核酸是體內主要的生物大分子，各自有其結構特征，并分別行使不同的生理功能。

酶是一類重要的蛋白質分子，是生物體內的催化劑。

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

第一節 蛋白質的分子組成 Conformation of Protein Molecules

一、蛋白質的元素組成

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

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

二、氨基酸

氨基酸（amino acid）是組成蛋白質的基本單位。組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種。其化學結構式有一個共同特點，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）氨基酸的結構

組成人體蛋白質的20種氨基酸，各種氨基酸在結構上有下列特點。

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

（二）氨基酸的分類

根據氨基酸側鏈R基團的結構和性質，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

在蛋白質的修飾過程中，蛋白質分子中20種氨基酸殘基的某些基團還可被甲基化、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

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，具有兩性解離的特性。

2.紫外吸收性質 根據氨基酸的吸收光譜，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：可作為氨基酸定量分析方法。

三、肽（peptides）㈠肽(peptide)在蛋白質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）。肽鍵是蛋白質分子中基本的化學鍵。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。此反應可繼續進行，依次生成四肽、五肽??。由10個以內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個原子和兩側的α-碳原子成為多肽鏈的骨架或主鏈。構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基團部分，稱為側鏈。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。這似乎是習慣上的多肽與蛋白質的分界線。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。

⒉多肽類激素及神經肽

第二節 蛋白質的分子結構

Molecular Structure of Protein

人體的蛋白質分子是由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。從而體現了蛋白質的特性，是每種蛋白質具有獨特生理功能的結構基礎。蛋白質分子結構分成一級結構、二級結構、三級結構、四級結構4個層次，后三者統稱為空間結構、高級結構或空間構象（conformation）。蛋白質的空間結構涵蓋了蛋白質分子中的每一原子在三維空間的相對位置，它們是蛋白質特有性質和功能的結構基礎。由一條肽鏈形成的蛋白質只有一級結構、二級結構和三級結構，由二條或二條以上肽鏈形成的蛋白質才可能有四級結構。

一、蛋白質的一級結構

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

目前已知一級結構的蛋白質數量已相當可觀，并且還以更快的速度增長。國際互聯網有若干重要的蛋白質數據庫（updated protein databases），收集了大量最新的蛋白質一級結構及其他資料,為蛋白質結構與功能的深入研究提供了便利。

二、蛋白質的二級結構

蛋白質的二級結構（secandary structure）是指蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構，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鏈的構象。蛋白質的二級結構主要包括α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲。

（一）肽單元

構成肽鍵的4個原子和與其相鄰的兩個α碳原子（Cα）構成一個肽單元（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）：蛋白質分子中多個肽單元通過氨基酸α-碳原子的旋轉，使多肽鏈的主鏈圍繞中心軸呈有規律的螺旋上升，盤旋成穩定的α-螺旋構象。α螺旋靠氫鍵維持。若氫鍵破壞，則α-螺旋構象即遭破壞。

（三）β-折疊（β-pleated sheet）

每個肽單元以Cα為旋轉點，依次折疊成鋸齒狀結構，氨基酸殘基側鏈交替地位于鋸齒狀結構的上下方，氫鍵是維持β-折疊結構的主要次級鍵。

（四）β-轉角（β-turn）和 無規卷曲（random coil）

β-轉角伸展的肽鏈形成180°回折，即U形轉角結構。無規卷曲系指沒有確定規律性的那部分肽鏈構象。

（五）模體(motif)在許多蛋白質分子中，可發現二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，被稱為模體。一個模序總有其特征性的氨基酸序列，并發揮特殊的功能。如在許多鈣結合蛋白分子中通常有一個結合鈣離子的模序。它由α-螺旋-環-α-螺旋三個肽段組成。鋅指結構(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+可穩固模體中α-螺旋結構，致使此α-螺旋能鑲嵌于DNA的大溝中，因此含鋅指結構的蛋白質都能與DNA或RNA結合。可見模體的特征性空間構象是其特殊功能的結構基礎。

（六）氨基酸殘基的側鏈對二級結構形成的影響

蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成α-螺旋或β-折疊，它就會出現相應的二級結構。

三、蛋白質的三級結構

(一)蛋白質的三級結構（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個氨基酸殘基構成的單條肽鏈的蛋白質，含有1個血紅素輔基。可進行可逆的氧合和脫氧。

蛋白質三級結構的形成和穩定主要靠次級鍵——疏水鍵、離子鍵（鹽鍵）、氫鍵和Van der Waals力等。疏水性氨基酸的側鏈R基為疏水基團，有避開水，相互聚集而藏于蛋白質分子內部的自然趨勢，這種結合力叫疏水鍵。

（二）結構域

分子量大的蛋白質三級結構常可分割成1個和數個球狀或纖維狀的區域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結構域(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個結構域，各個結構域分別執行一種功能，有可與細胞、膠原、DNA和肝素等配體結合的結構域。

（三）分子伴侶

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

四、蛋白質的四級結構

在體內有許多蛋白質分子含有二條或多條多肽鏈，才能全面地執行功能。每一條多肽鏈都有其完整的三級結構，稱為蛋白質的亞基（subunit），這種蛋白質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，稱為蛋白質的四級結構（quaternary structure）。在四級結構中，各個亞基間的結合力主要是氫鍵和離子鍵維持四級結構。含有四級結構的蛋白質，單獨的亞基一般沒有生物學功能，只有完整的四級結構寡聚體才有生物學功能。亞基分子結構相同,稱之為同二聚體(homodimer),若亞基分子結構不同,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，兩種亞基的三級結構頗為相似，且每個亞基都結合有1個血紅素（heme）輔基。

五、蛋白質的分類

（一）根據蛋白質組成成分可分成單純蛋白質和結合蛋白質，單純蛋白質只含氨基酸；結合蛋白質，除蛋白質部分外，還含有非蛋白質部分，為蛋白質的生物活性或代謝所依賴。結合蛋白質中的非蛋白質部分被稱為輔基，絕大部分輔基通過共價鍵方式與蛋白質部分相連。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）蛋白質還可根據其形狀分為纖維狀蛋白質和球狀蛋白質兩大類。第三節 蛋白質的結構與功能的關系

Relationship of Protein Structure and Function

一、蛋白質的一級結構與功能的關系

（一）蛋白質的一級結構是空間構象的基礎

Anfinsen在研究核糖核酸酶時已發現，蛋白質的功能與其三級結構密切相關，而特定三級結構是以氨基酸順序為基礎的。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成四對二硫鍵(Cys26和Cys84, Cys40和Cys95, Cys58和Cys110, Cys65和Cys72)(圖1-17A)。進而形成具有一定空間構象的球狀蛋白質。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，使其空間結構被破壞。但肽鍵不受影響，一級結構仍保持完整，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構，酶從變性狀態復性，酶的活性又恢復至原來水平。這充分證明，只要其一級結構未被破壞，就可能恢復原來的三級結構，功能依然存在，所以多肽鏈中氨基酸的排列順序是蛋白質空間結構的基礎。

（二）一級結構與功能的關系

已有大量的實驗結果證明，一級結構相似的多肽或蛋白質，其空間構象以及功能也相似。例如不同哺乳類動物的胰島素分子結構都由A和B兩條鏈組成，且二硫鍵的配對和空間構象也極相似，它們都執行著相同的調節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也可促進皮下黑色素生成，但作用較弱。

又例存在于生物界的蛋白質如細胞色素C(cytochrome C)，比較它們的一級結構，可以幫助了解物種進化間的關系。

但有時蛋白質分子中起“關鍵”作用的氨基酸殘基缺失或被替代，都會嚴重影響空間構象乃至生理功能，甚至導致疾病產生。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，導致紅細胞變形成為鐮刀狀而極易破碎，產生鐮刀形紅細胞性貧血（sickle cell anemia）。這種由蛋白質分子發生變異所導致的疾病，被稱之為“分子病”，其病因為基因突變所致。

二、蛋白質空間結構與功能的關系

體內蛋白質所具有的特定空間構象都與其發揮特殊的生理功能有著密切的關系。

（一）肌紅蛋白和血紅蛋白結構

肌紅蛋白(myoglubin，Mb)與血紅蛋白都是含有血紅素輔基的蛋白質。血紅素是鐵卟啉化合物，它由4個吡咯環通過4個甲炔基相連成為一個環形，Fe2+ 居于環中。從X線衍射法分析獲得的肌紅蛋白的三維結構中，可見它是一個只有三級結構的單鏈蛋白質，氨基酸殘基上的疏水側鏈大都在分子內部，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構，每個亞基結構中間有一個疏水局部，可結合1個血紅素并攜帶1分子氧，因此一分子Hb共結合4分子氧。成年人紅細胞中的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各亞基的三級結構與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使四個亞基緊密結合而形成親水的球狀蛋白。

（二）血紅蛋白的構象變化與結合氧

Hb與Mb一樣可逆地與O2結合，氧合Hb占總Hb的百分數(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結合，而Hb與O2的結合在O2分壓較低時較難。為什么？根據S形曲線的特征可知，Hb中第一個亞基與O2結合以后，促進第二及第三個亞基與O2的結合，當前三個亞基與O2結合后，又大大促進第四個亞基與O2結合，這種效應稱為正協同效應(positive cooperativity)。協同效應的定義是指一個亞基與其配體(Hb中的配體為O2)結合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結合能力。如果是促進作用則稱為正協同效應;反之則為負協同效應。還可根據Perutz等利用X線衍射技術分析Hb和氧合Hb結晶的三維結構圖譜，提出了解釋O2與Hb結合的正協同效應的理論。未結合O2時，Hb的α1/β1和α2/β2呈對角排列，結構較為緊密，稱為緊張態(tense state, T態)，T態Hb與O2的親和力小。隨著O2的結合，4個亞基羧基末端之間的鹽鍵斷裂，其二級、三級和四級結構也發生變化，使α1/β1和α2/β2的長軸形成15°的夾角，結構顯得相對松弛，稱為松弛態(relaxed state, R態)。Hb氧合與脫氧時T態和R態相互轉換的可能方式有多種。此種一個氧分子與Hb亞基結合后引起亞基構象變化，稱為變構效應(allosteric effect)。小分子O2稱為變構劑或效應劑，Hb則被稱為變構蛋白。變構效應具有普遍生物學意義。

（三）蛋白質構象改變與疾病

若蛋白質的折疊發生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發生，有人將此類疾病稱為蛋白構象疾病。有些蛋白質錯折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產生毒性而致病，表現為蛋白質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、亨丁頓舞蹈病（Huntington disease）、瘋牛病等。

第四節 蛋白質的理化性質及其分離純化

The Characters of Protein and its Purification

一、蛋白質的理化性質

（一）蛋白質的兩性電離

蛋白質是由氨基酸組成，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鏈上尚有可解離的基因，這些基團在溶液一定pH條件下可以解離成帶負電荷或正電荷的基團。當蛋白質溶液在某一pH時，蛋白質解離成正負離子的趨勢相等，即成兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質的等電點（isoelectric point,PI）。蛋白質溶液的pH大于等電點時，該蛋白質顆粒帶負電荷，小于等電點時則帶正電荷。

（二）蛋白質的膠體性質

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

（三）蛋白質的變性、沉淀和凝固 在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無序的空間結構，從而導致其理化性質的改變和生物活性的喪失，稱為蛋白質的變性(denaturation)。

1． 蛋白質變性的特征：蛋白質變性的主要特征是生物活性喪失。

2． 蛋白質變性的本質：一般認為蛋白質的變性主要發生二硫鍵和非共價鍵的破壞，蛋白質變性是蛋白質空間構象的改變或破壞，不涉及一級結構中氨基酸序列的改變。

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

4.若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素后，有些蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為復性(renaturation)。但是許多蛋白質變性后，空間構象嚴重被破壞，不能復原，稱為不可逆性變性。

5.蛋白質經強酸、強堿作用發生變性后，仍能溶解于強酸或強堿溶液中，若將pH調至等電點，則變性蛋白質立即結成絮狀的不溶解物，此絮狀物仍可溶解于強酸和強堿中。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酸和強堿中，這種現象稱為蛋白質的凝固作用(protein coagulation)。

（四）蛋白質的紫外吸收

蛋白質在280nm波長處有特征性的紫外吸收，可作蛋白質定量測定。

（五）蛋白質的呈色反應

⒈茚三酮反應(ninhydrin reaction)蛋白質經水解后產生的氨基酸也可發生茚三酮反應，詳見本章第一節。

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

二、蛋白質的分離和純化

（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

Summary 蛋白質是重要的生物大分子，在體內分布廣泛，含量豐富，種類繁多。每一種蛋白質都有其特定的空間構象和生物學功能。

組成蛋白質的基本單位為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，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。體內存在許多如GSH、促甲狀腺釋放激素和神經肽等重要的生物活性肽。

復雜的蛋白質結構可分成一級、二級、三級和四級結構四個層次。蛋白質一級結構是指蛋白質分子中氨基酸自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，構成了所謂的肽單元。二級結構是指蛋白質主鏈局部的空間結構，不涉及氨基酸殘基側鏈構象。主要為α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲，以氫鍵維持其穩定性。在蛋白質分子中，空間上相互鄰近的二個或三個具有二級結構的肽段，完成特定的生物學功能，稱之為模體。三級結構是指多肽鏈主鏈和側鏈的全部原子的空間排布位置。三級結構的形成和穩定主要靠次級鍵。一些蛋白質的三級結構可形成1個或數個球狀或纖維狀的區域，各行其功能，稱為結構域。四級結構是指蛋白質亞基之間的締合，也主要靠次級鍵維系。根據蛋白質的形狀，可分成球狀蛋白質和纖維狀蛋白質。根據組成成分，還可分成單純蛋白質和結合蛋白質，前者僅含有氨基酸，后者除氨基酸外，還含有非蛋白質的輔基成分。

一級結構是空間構象的基礎，也是功能的基礎。一級結構相似的蛋白質，其空間構象及功能也相近。若蛋白質的一級結構發生改變則影響其正常功能，由此引起的疾病稱為分子病。

生物體內蛋白質的合成、加工和成熟是一個復雜的過程，其中多肽鏈的正確折疊對其正確構象形成和功能發揮至關重要。蛋白質折疊成正確的空間構象過程，除一級結構是其決定因素外，還需要分子伴侶參與。若蛋白質的折疊發生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發生，有人將此類疾病稱為蛋白構象疾病。蛋白質空間構象與功能有著密切關系。血紅蛋白亞基與O2結合可引起另一亞基構象變化，使之更易與O2結合，所以血紅蛋白的氧解離曲線呈S型。這種變構效應是蛋白質中普遍存在的功能調節方式之一。蛋白質的空間構象發生改變，可導致其理化性質變化和生物活性的喪失，稱之為蛋白質變性。蛋白質發生變性后，只要其一級結構未遭破壞，仍可在一定條件下復性，恢復原有的空間構象和功能。分離、純化蛋白質是研究單個蛋白質結構與功能的先決條件。通常利用蛋白質的理化性質，采取不損傷蛋白質結構和功能的物理方法來純化蛋白質。常用的技術有電泳法、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 核酸的化學組成及一級結構

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、核苷酸的結構

（一）堿基的種類：構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。這一結構上的差異使得DNA分子較RNA分子在化學上更為穩定，從而被自然選擇作為生物遺傳信息的儲存載體。為區別于堿基中的碳原子編號，核糖或脫氧核糖中的碳原子標以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合即構成核苷酸或脫氧核苷酸。生物體內多數核苷酸都是5′核苷酸，即磷酸基團位于核糖的第五位碳原子C–5′上（圖2–3）。根據磷酸基團的數目不同，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）核苷酸除了構成核酸大分子以外，還參加各種物質代謝的調控和多種蛋白質功能的調節。例如ATP和UTP在能量代謝中均為重要的底物或中間產物；環腺苷酸（cyclic AMP，cAMP）和環鳥苷酸（cyclic GMP，cGMP）等則在細胞信號轉導過程中具有重要調控作用。

圖2–3 不同類型核苷酸的結構

二、核酸的一級結構

(一)定義:核酸的一級結構是指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）。書寫規則應從5′末端到3′末端。（見 六版教材圖2-4）圖2–4 DNA的一級結構及其書寫方式(三)DNA和RNA一級結構的差異：

RNA是生物體內另一大類核酸。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的。

第二節 DNA的空間結構與功能

Space structure and function of DNA

一、DNA的二級結構——雙螺旋結構模型

（一）雙螺旋結構的研究背景

1．堿基組成的Chargaff規則：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總結前人的研究成果，提出了DNA的雙螺旋結構模型。

（二）DNA雙螺旋結構模型的要點 1． DNA是一反向平行的互補雙鏈結構: 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雙鏈結構中，外側是由親水的脫氧核糖基和磷酸基構成的骨架，內側是堿基，兩條鏈的堿基之間以氫鍵結合即A與T配對；C與G配對。兩個配對的堿基結構幾乎在一個平面上，并且此平面與線性分子的長軸相垂直（圖2–5）。2．DNA是右手螺旋結構 DNA線性長分子通過初始的折疊形成一個右手螺旋式結構，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，此溝狀結構可能與蛋白質和DNA間的識別有關(圖2–5）。圖2–5 DNA雙螺旋結構示意圖 3．疏水力和氫鍵維系DNA雙螺旋結構 的穩定 DNA雙螺旋結構的穩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結構的多樣性

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

體內不同構象的DNA在功能上有所差異，可能參與基因表達的調節和控制。（見六版教材圖2-6）

圖2-6 不同類型的DNA雙螺旋結構

二、DNA的超螺旋結構及其在染色質中的組裝 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的方式才能夠存在于很小的細胞核內。

（一）DNA的超螺旋結構

DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構（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超螺旋（negative supercoil）。自然界的閉合雙鏈DNA主要是以負超螺旋形式存在。

（二）原核生物DNA的高級結構

絕大部分原核生物的DNA都是共價封閉的環狀雙螺旋分子。在細胞內進一步盤繞，并形成類核（nucleoid）結構，以保證其以較致密的形式存在于細胞內。在細菌基因組中，超螺旋可以相互獨立存在，形成超螺旋區（圖2–7），各區域間的DNA可以有不同程度的超螺旋結構。

圖2–7 環狀DNA 的超螺旋結構示

（三）DNA在真核生物細胞核內的組裝

在真核生物，DNA以非常致密的形式存在于細胞核內。在細胞周期的大部分時間里以分散存在的染色質（chromatin）形式出現，在細胞分裂期形成高度組織有序的染色體（chromosome）染色質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構成的連接區連接起來形成串珠樣的結構（圖2–8）。圖 2–8 核小體的結構示意圖

核小體是DNA在核內形成致密結構的第一層次折疊，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、在染色質和間期染色體中都可以見到的纖維狀結構和襻狀結構，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構，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，容納于直徑只有數微米的細胞核中（圖2-9）。

圖2-9 DNA在染色質中的組裝 人類的基因組 2.8×109bp DNA的結構特點是具有高度的復雜性和穩定性，可以滿足遺傳多樣性和穩定性的需要。第三節 RNA的空間結構與功能

Space structure and function of RNA RNA在生命活動中同樣具有重要作用。它和蛋白質共同負責基因的表達和表達過程的調控。RNA分子遠小于DNA分子，分子大小的差異變化大，小的僅有數十個核苷酸，大的由數千個核苷酸組成。

RNA分子通常以單鏈形式存在，局部有二級結構或三級結構。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 動物細胞內主要RNA的種類及功能

一、信使RNA（messenger RNA，mRNA）的結構與功能

mRNA的長短差異很大，半期最短，由幾分鐘到數小時不等,在細胞核內合成的mRNA初級產物比成熟的mRNA分子大得多，此種初級產物稱為不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),經過剪接成為成熟的mRNA并移位至細胞質。圖2-10 真核細胞mRNA的結構示意圖 結構特點：

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

mRNA的帽結構可以與一類稱為帽結合蛋白（cap binding proteins，CBPs）的分子結合。這種mRNA和CBPs復合物對于mRNA從細胞核向細胞質的轉運、與核蛋白體的結合、與翻譯起始因子的結合、以及mRNA穩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′末端有數十至一百多個腺苷酸連接而成，稱為多聚A尾[poly(A)]。poly（A）結構也是在mRNA轉錄完成以后額外加入的，催化這一反應的酶為poly(A)轉移酶。poly(A)在細胞內與poly(A)結合蛋白（poly(A)-binding protein，PABP）相結合而存在。這種3′-末端多聚A尾結構和5′–帽結構共同負責mRNA從核內向胞質的轉位、mRNA的穩定性維系以及翻譯起始的調控。去除多聚A尾和帽結構是細胞內mRNA降解的重要步驟。

3.mRNA的功能：是轉錄核內DNA遺傳信息的堿基排列順序，并攜帶至細胞質，指導蛋白質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，稱為三聯體密碼（triplet code）或密碼子（codon）。

二、轉運RNA（transfer RNA，tRNA）的結構與功能

細胞內分子量最小的一類核酸，由74到95個核苷酸構成。1．結構特點 ：

（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能形成莖環結構：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或襻狀結構，稱為莖環（stem-loop）結構或發夾結構。由于這些莖環結構的存在，使得tRNA整個分子的形狀類似于三葉草形（cloverleaf pattern）。此結構稱為三葉草結構。

（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上編碼相應氨基酸的密碼子具有堿基反向互補關系，可以配對結合，這3個堿基被稱為反密碼子（anticodon），位于反密碼環內。

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

圖2–11 tRNA的結構示意圖

2.tRNA的功能：在蛋白質合成過程中作為氨基酸的載體并將其轉呈給mRNA

三、核蛋白體RNA（ribosomal RNA，rRNA）的結構與功能

核蛋白體RNA（ribosomal RNA，rRNA）是細胞內含量最多的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成核蛋白體完成其功能。真核生物的18S rRNA的二級結構成花狀（圖2-12）

圖2-12 真核生物18S rRNA的二級結構 示意圖

rRNA的功能: rRNA與核蛋白體蛋白共同構成核蛋白體,為蛋白質的合成提供場所。

四、其他小分子RNA及RNA組學

除了上述三種RNA外，細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被統稱為非mRNA小RNA（small non-messenger RNA，snmRNAs）。有關snmRNAs的研究近年來受到廣泛重視，并由此產生了RNA組學（RNomics）的概念。SnmRNAs主要包括核內小RNA（small nuclear RNA，snRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、胞質小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的轉錄后加工、轉運以及基因表達過程的調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注。siRNA是生物宿主對于外源侵入的基因所表達的雙鏈RNA進行切割所產生的、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的mRNA相結合，并誘發這些mRNA的降解。

第四節 核酸的理化性質

Phisicochemical property of nucleic acid

一、核酸的一般理化性質：

1．核酸是多元酸，有較強的酸性

2．DNA是線性高分子，機械作用下易發生斷裂，而RNA分子遠小于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雙螺旋結構松散，變成單鏈，即為DNA變性。DNA變性只改變其二級結構，不改變它的核苷酸排列。

變性的方法：強酸、強堿、加熱以及變性試劑（如尿素、乙醇、丙酮等）

變性的本質：雙鏈間氫鍵的斷裂，即空間結構的破壞，不涉及一級結構的變化。

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（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260 nm處的吸光值增加，并與解鏈程度有一定的比例關系，這種關系稱為DNA的增色效應（hyperchromic effect）。(可通過測A260的變化來監測DNA是否發生變性)3．解鏈曲線：在連續加熱DNA的過程中以溫度對A260的關系作圖，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，是在一個相當窄的溫度內完成的。在這一范圍內，紫外光吸收值達到最大值的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：核酸分子內的50%雙鏈結構被解開時的溫度

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

三、DNA的復性與分子雜交

1．復性：變性的DNA分子在適當條件下,兩條互補鏈可重新恢復天然的雙螺旋構象,稱為復性。DNA的復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性。一般認為，比Tm低25℃的溫度是DNA復性的最佳條件。

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

注意：DNA受熱變性后,溫度緩慢冷卻才能復性,如迅速冷卻至4℃以下，則幾乎不能復性。一般認為，比Tm值低25℃的溫度是DNA復性的最佳條件。3． 分子雜交（hybridization）：在DNA復性過程中，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 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）核酸內切酶：作用于多核苷酸鏈的內部，如有嚴格的序列依賴性則稱為限制性核酸內切酶。核酶的底物是核酸，因此從功能上來講也屬于核酸內切酶，且為序列特異性的核酸內切酶。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，具有更好的化學穩定性和生物學穩定性，在疾病治療方面的將有更好的前景。尚未發現天然的催化性DNA的存在。

小結

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的一級結構是指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的。DNA是雙鏈結構，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雙鏈是右手螺旋結構。DNA在形成雙鏈螺旋式結構的基礎上在細胞內還將進一步折疊成為超螺旋結構，并且在蛋白質的參與下構成核小體。DNA的基本功能是作為生物遺傳信息復制的模板和基因轉錄的模板。

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

核酸具有多種重要理化性質。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的變性和復性是核酸最重要的理化性質之一。

DNA變性的本質是雙鏈的解鏈。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50%的雙鏈結構被解開。熱變性的DNA在適當條件下，兩條互補鏈可重新配對而復性。在DNA 變性后的復性過程中，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用十分廣泛。

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

Introduction 一． 酶的生物學重要性

一切生物都須不斷地進行新陳代謝過程，以維持它們的生命活動，而酶是生物用以進行代謝過程的工具。因為物質代謝過程都需要酶的催化作用，在體內只有極少數不需酶參加而自發進行的化學反應。有些在體外能自發進行的化學反應例：H2O+CO2 = H2CO3。在體內也要依賴特殊的酶---碳酸酐酶的催化。在酶的作用下，生物體內復雜的化學反應，能在溫和的條件下迅速，準確，平穩而且有規律的進行。

我們來看看食物蛋白質在體內外的分解情況：在體內溫和的條件（近中性pH。37℃）下食物蛋白質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。酶不僅是生物進行代謝過程的工具，而且酶也是生物自身產生的特殊蛋白質，所以還可以通過改變酶的活性，控制和調節代謝過程的強度，使代謝過程能經常地與周圍環境保持平衡。例：在溫帶生活的人，每日三餐以糖為主食造成體內糖代謝過程的酶類活性比較強。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脂肪代謝的酶類活性比較強，同時不易產生酮癥。

二、生物催化劑的定義

迄今為止，人們已發現了兩類生物催化劑（biocatalyst）

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

（二）核酶（ribozyme）：是具有高效、特異催化作用的核酸。是近年來發現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 酶的分子結構與功能

Molecular structure and function of enzymes

酶是蛋白質，同樣具有一，二，三，級結構，有些酶還具有四級結構。只由一條多肽鏈構成的酶稱為單體酶（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）。在細胞內存在著許多不同功能的酶彼此聚合形成的多酶復合物，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，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。

有的酶屬于結合蛋白質，即結合酶（conjugated enzyme）我們重點討論結合蛋白酶的組成。例如：乳酸脫氫酶，己糖激酶。全酶（holoenzyme）：指結合酶的酶蛋白和輔助因子結合后形成的復合物。酶蛋白（apoenzyme）：指結合酶的蛋白質部份。輔酶（coenzyme）：指結合酶的非蛋白質部分，它與蛋白質結合的方式比較疏松。輔基（prosthetic group）：也是結合酶的非蛋白質部分，它與酶蛋白結合比較牢固，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，原子或某些化學基團的傳遞作用

體內酶的種類很多，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合構成許多專一性酶。

（二）輔酶與輔基 1．小分子有機化合物

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鏈上的功能基種類不多，不足以催化體內眾多的化學反應。各種輔酶（輔基）的結構中都具有某些能進行可逆變化的基團，從而彌補了單純酶蛋白酶中，活性基團的不足。例：吡哆醛 轉移氨基 四氫葉酸 轉移-碳基團 FMN（FAD）遞氫 NAD（NADP）遞氫

一些與酶結合疏松的輔酶，在接受某些基團后不能籍該酶恢復原有結構，實際上該輔酶起了第二底物的作用。（后面進一步介紹）2．金屬離子

金屬離子與酶有什么關系呢？

有的金屬離子與酶蛋白結合非常緊密，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象具有一定作用，它們參于酶活性中心組成，對底物的結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合疏松，但需要該種金屬離子才能發揮最大活性，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合物，不僅保證了酶與底物的正確定向結合，而且金屬離子還可作為催化基團，參于各種方式的催化作用。

例：丙酮酸激酶，通過Mg2+架橋，不僅穩定了酶的構象，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合乃至催化作用的各基因之間有一定的空間立體對應，及恰當的距離，并且能達到快速的結合與解離平衡。

酶分子量在104-106之間是具有一定空間結構的大分子，它的表面分布著許多化學基因，其中有些化學基因與酶活性有密切關系，有些與酶活性沒有直接關系。與酶活性有關的基因，在酶分子表面的一定區域形成一定的空間結構，直接參與將作用物（底物）轉變為產物的反應過程，這個區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主要由氨基酸殘基的側鏈所提供，在結合蛋白酶類中還有輔酶的功能基團參加。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，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。

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（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（圖4-4）

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

（2）分類：

結合基團（binding group）：指在活性中心內能與作用物結合的必需基團。催化基團（catalytic group）：指在活性中心內能促進作用物發生化學變化的必需基團。活性中心以外的必需基團：指在活性中心以外，維持整個酶分子的空間構象的必需基團。（3）常見的必需基團 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 必需基團的組成第二節 酶促反應的特點與機制

Machanism and Character of Enzyme Reaction

一、酶促反應的特點

（一）酶與一般催化劑的共同點

1．作為催化劑，需要量都很少，在化學反應前后沒有質和量的改變。2．只能催化熱力學上允許的化學反應。

3．能加速可逆反應進程，而不改變反應平衡點。4．催化可逆反應的酶，對正，反都有催化作用。

（二）酶作用的特點：

1．酶促反應要求嚴格的環境條件（酶的主要成份是蛋白質）最適溫度、PH、常壓。2．酶促反應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要快107倍。3．酶促反應具有高度的特異性

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。酶有高度的特異性，就是指酶對所有作用物有嚴格的選擇性。4．酶促反應沒有副反應 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控的（指關鍵酶）（圖4-6）

圖4-6 酶的催化作用的調控

二、酶作用的特異性

（一）特異性的類型

1．絕對特異性（absolute specificity）：只能作用于特定結構的底物，進行一種專一的反應，生成一種特異結構的產物。

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

（二）酶作用特異性的學說 1．鎖鑰學說（模板學說）

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

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

圖4-7 誘導契合

三、酶促反應的機制

在討論酶促反應之前先復習一下自由能的概念

（一）一般催化劑加速化學反應的機制

（二）酶的催化作用

1． 酶的催化機制：酶與一般催化劑一樣可以降低活化能從而提高化學反應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 酶促反應活化能的改變

只要活化能稍有降低，反應速度就會發生數百倍或千倍、萬倍、百萬倍的增加，這就是酶能加速化學反應的根本所在。

酶為什么能如此多的降低活化能呢？（圖4-9）

圖4-9 酶促反應降低反應活化能

2.酶促反應的機制（1）中間產物學說（2）酶催化作用高效率的機制 酶降低活化能的幾個重要因素：

1）鄰近效應（proximity effect）與定向作用（orientation arrange）： 趨近效應是指兩個底物分子結合于酶活性中心后增加了兩者接觸頻率，從而降低了進入過渡狀態所需的活化能，實驗證明趨近效應大大增加了反應物的有效濃度，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100M 比溶液中濃度高出一萬倍。（圖4-10)定向效應是指反應物在酶表面對著特定的基團幾何地定向。因而反應物就可以用一種“正確的方式”互相碰撞而發生反應。

總之，酶可以通過“接近”效應，和“定向”效應使一種分子間的反應變成類似于分子內的反應，因而使反應高速進行。

圖4-10 鄰近效應

2）多元催化（multielement catalysis）

一般催化劑通常僅有一種解離狀態，只有堿催化或只有酸催化，酶是兩性電解質，所含的多種功能基團有不同的解離常數。即使同一種功能基在不同的蛋白質分子中處于不同的微環境，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（包括輔酶或輔基的協同作用，可極大地提高酶的催化效能。3）表面效應（surface effect）；酶活性中心，多為疏水性口袋，疏水環境可排除水分子對酶和底物功能基團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：一種酶催化的反應常常是多種催化機制的綜合作用，這正是酶促反應具有高效率的重要原因

第三節 酶動力學

Kinetics of Enzyme

什么是酶動力學 ？

酶動力學是研究酶催化反應的速度，以及研究各種因素對酶促反應速度的影響，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速度的影響 研究的前提

I.單底物、單產物反應

II.酶促反應速度一般在規定的反應條件下，用單位時間內底物的消耗量和產物的生成量來表示

III.反應速度取其初速度，即底物的消耗量在5%以內的反應速度 IV.底物濃度遠遠大于酶濃度

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

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

圖4-12 底物濃度中等時的酶促反應

第三段：當底物濃度[Ｓ]遠遠超過酶濃度反應速度達極限值：Ｖ=Ｖmax 零級反應。（圖4-13）

圖4-13 底物濃度較高時的酶促反應 這和一般均相催化劑的作用結果不同。

1913年前后Micheelis和Menten（米孟氏）在前人工作基礎上發表了上述單底物酶促反應的特殊現象的動力學分析結果，提出了酶促反應動力學的基本原理并歸納為一個數學公式：

(一)米氏方程：

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

酶促反應模式可以表示為：（圖-14）

圖4-14 酶促反應模式 <三個假設>（1）測定的速度為反應的初速度，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的可逆反應在測定初速度Ｖ的時間內已達平衡而小量Ｐ的生成不影響這個平衡即在恒態（穩態）。

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

Ｋm就是當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計算酶的轉換數，即動力學常數Ｋ3（3）計算： Ｖmax=K3[ＥT] 單位 μmol./min?mg 3．酶的轉換數（turnover number）

定義：當酶被底物充分飽和時，單位時間內每個酶分子催化底物轉變為產物的分子數。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．<雙倒數作圖法>（double reciprocal plot）（圖4-16）

圖4-16 雙倒數作圖法

2．（圖4-17）

優點：（1）從統計學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[S]＞＞[E]，酶可被底物飽和的情況下，反應速度與酶濃度成正比。（圖4-18）?

二、酶濃度對反應速度的影響 關系式為：V = K3[E] 可通過測定酶促反應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反應的能力，其衡量的標準是酶促反應速度。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底物轉化為產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底物轉化為產物所需的酶量。

圖4-18 酶濃度對反應速度的影響

三、pH對反應速度的影響（圖4-19）

1.酶反應介質的pＨ可影響酶分子活性中心上必需基團的解離程度，如催化基團質子供體或質子受體所需的離子化狀態。

2.可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物結合。

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

(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，保護劑的存在等。

圖4-19 pH對酶促反應速度的影響

四、溫度對反應速度的影響 1．溫度的影響（圖4-20）

與其他化學反應一樣速度隨溫度增加而加速，凡溫度每升高１０℃反應速度大約增加1-2倍。

但酶的主要成分是蛋白質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勢。

圖4-20 溫度對酶促反應速度的影響

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

五、抑制劑對反應速度的影響

什么是酶的抑制作用? 酶分子中心的必需基團（主要是指酶活性中心上的一些基團）的性質受到某種化學物質的影響而發生改變，導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，而恢復酶活力。

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

如果不可逆抑制劑的結構與酶的底物類似，則其抑制專一性大為加強；類似物可能首先結合在活性中心上。然后與其鄰近基團起反應形成共價結合。

（二）可抑性抑制作用（reversible inhibition）抑制劑與酶以非共價鍵結合，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合方式。從而對恒態動力學參數及值的影響也不同。

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）的結合有競爭作用，互相排斥酶分子結合Ｓ就不能結合Ｉ，結合Ｉ就不能結合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構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合互相排斥，所以不可能存在ＩＥＳ三聯復合體。（圖4-23）圖4-23 競爭性抑制作用的反應模式 競爭性抑制作用的動力學特點：（圖4-24）

(１)抑制劑和底物的結構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Km。(２)抑制程度與[Ｉ]成正比，而與[Ｓ]成反比，故當底物濃度極大時，同樣可達到最大應速度。

(３)Km增大，Ｖmax不變

圖4-24 競爭性抑制的動力學特點 競爭性抑制作用的經典例子

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，FH4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。對磺胺敏感的細菌在生長和繁殖時不能利用現成的葉酸，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構類似，競爭結合細菌體內二氫葉酸合成酶，從而抑制細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，磺胺抑制了細菌二氫葉酸的合成，使細菌核酸的合成受阻，從而抑制了細菌的生長和繁殖。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計具有重大意義（詳見抗代謝物一節）。抗菌增效劑ＴＭＰ可增強磺胺藥的藥效，因為它的結構與二氫葉酸有類似之處，是二氫葉酸還原酶的強烈抑制劑，它與磺胺藥配合使用，可使細菌的四氫葉酸合成受到阻礙，因而嚴重影響細菌的核酸及蛋白質合成。

利用競爭性抑制是藥物設計的根據之一，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計出來的（詳見抗核酸代謝物一節）。

2．反競爭性抑制作用（uncompetitive inhibition）抑制劑Ｉ不與游離酶Ｅ結合，卻和ＥＳ中間復合體結合而成ＥＩＳ，但ＥＩＳ不能釋出產物。所以，此種抑制主要影響催化功能，而與底物結合位點無關，為什么稱為反競爭性抑制? 由于抑制劑作用于ＥＳ復合物，增加底物濃度[Ｓ]時不能消除抑制，反而抑制作用更強，因為增加了恒態中的ＥＳ，有利于Ｉ的結合。底物濃度遠小于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模式 [動力學特點]（圖4-28）

(1)當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與酶的結合完全地互不相關，既不排斥，也不促進，Ｓ可與游離Ｅ結合，也可和ＩＥ復合體結合。同樣Ｉ可和游離Ｅ結合，也可和ＥＳ復合物結合，但ＩＥＳ不能釋放出產物。[反應模式]（圖4-29）

此種抑制既影響酶對底物結合，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模式 [動力學特點]（圖4-30）

(１)當不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。

圖4-30 非競爭性抑制作用的動力學特點

第四節 酶的調節

Regulation of Enzymes

調節的意義是什么? 新陳代謝是生命的特征，人體需不斷進行新陳代謝維持生命，新陳代謝過程中的一系列化學反應必須協調進行適合機體需要，并適應內外環境的變化，要達到上述要求就必須調節酶的活性。

酶的調節大體上可分為酶活性調節（涉及酶結構變化）及酶含量調節（與酶的合成降解有關）。細胞內物質代謝需由一系列酶催化，依次進行連續反應而完成 Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ

當反應總速度改變時，往往并不需要全部酶活性改變而僅限于某些，甚至個別關鍵酶（Key enzyme）活性變化，就能達到調節該物質代謝的要求。關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，或者是該連續反應中，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)可以被調節。

一、酶活性調節

（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化成有活性的酶的過程稱為酶原激活 3．酶原激活的機制：

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

在于避免細胞產生的蛋白酶對細胞進行自身消化，并使酶在特定的部位和環境中發揮作用，保證體內代謝的正常進行。

（二）變構酶

1.什么是變構調節（allosteric regulation）？是指某些物質與酶的非催化部位呈非共價結合而改變酶的構象從而改變酶的活性，調節方式方式稱為變構調節。

2.什么是變構酶（allosteric enzyme）？指可受變構調節的酶。

3.什么是變構效應劑（allosteric effector）？指導致變構效應的代謝物 如果某效應劑引起的協同效應使酶對底物的親和力增加，從而加速反應速度，此效應稱為變構激活效應。效應劑稱為變構激活劑（allosterec activator）。反之為變構抑制劑。（圖4-31）4.什么是變構部位（allosteric site）？指變構效應劑結合的部位。

圖4-31 酶的變構效應

（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，使其結構中某些特殊基團進行可逆的共價修飾（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；乙酰化和脫乙酰化；－SH與－S－S互變。

最常見的化學修飾是磷酸化修飾。

圖4-32 酶的共價修飾

二、酶含量調節——慢速調節

酶的合成與酶降解的相對速率控制著細胞內的酶含量。

由于酶的生物合成受特異轉錄及翻譯過程限制，耗能也較多，屬于慢速調節。

（一）酶蛋白合成的誘導與阻遏

多種調節信號能影響有關酶蛋白的合成。

例如：底物濃度能有效地誘導其代謝通路中的限速酶。蛋白質食物增多：尿素循環中有關酶含量普遍增加。

代謝通路的最終產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。

什么是誘導劑？一般在轉錄水平上促進酶生物合成的化合物。什么是誘導作用？指誘導劑誘發酶蛋白生物合成的作用。什么是輔阻遏劑？指在轉錄水平上減少酶生物合成的物質。什么是阻遏作用？輔阻遏劑與無活性的阻遏蛋白結合，影響基因的轉錄，此過程稱為阻遏作用。

（二）酶的降解

細胞內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節細胞內酶含量。

三、同工酶（isoenzyme）：(一)定義：

在同種生物體內，催化相同的化學反應，但分子結構和理化性質不同的一組酶，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。酶蛋白經翻譯、修飾后形成的結構差異的一組酶，稱為次級同工酶。(二)特點：

同工酶的產生主要是基因分化的產物。由于分子結構的差異，雖然催化同一種反應，但其底物專一性與親和力，甚至酶的動力學都可能存在差異，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反應，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。有利于骨骼肌產生乳酸。

第五節 酶的命名與分類

Classificatio of Enzymes

一、酶的命名 1．習慣命名法

僅用底物命名： 例 蛋白酶，淀粉酶

底物+反應類型： 例 乳酸脫氫酶，磷酸丙糖異構酶 底物+來源： 例 胃蛋白酶，唾液淀粉酶 2． 系統命名法

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

二、酶的分類（圖4-34）* EC的含意? 表示：國際酶學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.轉移酶（transferases）3.水解酶（hydrolases）4.裂解酶（lyases）

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

第六節 酶與醫學的關系

Relationship of Enzymes and Medicine

一、酶與疾病的關系

（一）酶與疾病的發生

（二）酶與疾病的診斷

（三）酶與疾病的治療

二、酶在醫學上的應用

（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研究和生產 小結

Summary

酶是由活細胞合成的對其特異底物起高效催化作用的蛋白質。單純酶是僅由氨基酸殘基組成的蛋白質，結合酶除含有蛋白質部分外，還含有非蛋白質輔助因子。輔助因子是金屬離子或小分子有機化合物，根據其與酶蛋白結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的特異性，輔酶（或輔基）參與酶的活性中心，決定酶促反應的性質。

酶分子中一些在一級結構上可能相距很遠的必需基團，在空間結構上彼此靠近，組成具有特定空間結構的區域，能與底物特異的結合并將底物轉化為產物，這一區域稱為酶的活性中心。酶促反應具有高效率、高度特異性和可調節性。其催化機理是酶與底物誘導契合形成酶-底物復合物，通過鄰近效應、定向排列、多元催化及表面效應等使酶發揮高效催化作用。

酶促反應動力學研究影響酶促反應速度的各種因素，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，等于反應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作圖來求取。酶促反應在最適pH和最適溫度時活性最高，但它們不是酶的特征性常數，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底物的消耗或產物的生成量來表示。在規定條件下，每分鐘催化1μmol底物轉化為產物所需的酶量為1 IU。

機體內對酶的活性與含量的調節是調節代謝的重要途徑。體內有些酶以無活性的酶原形式存在，只有在需要發揮作用時才轉化為有活性的酶；變構酶是與一些效應劑可逆地結合，通過改變酶的構象而影響其活性的一組酶。多亞基的變構酶具有協同效應，是體內快速調節酶活性的重要方式之一。酶的共價修飾使酶在相關酶的催化下可逆地共價結合某些化學基團，實現有活性酶與無活性酶的互變。這是體內實現對代謝快速調節的另一重要方式。酶量的調節包括酶生物合成的誘導與阻遏，以及對酶降解的調節。同工酶是指催化的化學反應相同，酶蛋白的分子結構、理化性質乃至免疫學性質不同的一組酶，是由不同基因或等位基因編碼的多肽鏈，或同一基因轉錄生成的不同mRNA翻譯的不同多肽鏈組成的蛋白質。同工酶在不同的組織與細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、轉移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構酶類和合成酶類。酶的名稱包括系統名稱和推薦名稱，酶的系統名稱按酶的分類而定，每一酶均含有四位數字的編號。

酶與醫學的關系十分密切。許多疾病的發生與發展與酶的異常或酶受到抑制有關。血清酶的測定可協助對某些疾病的診斷。許多藥物可通過作用于細菌或人體內的某些酶以達到治療目的。酶可以作為診斷試劑和藥物對某些疾病進行診斷與治療。酶還可作為工具酶或制成固定化酶用于科學研究和生產實踐。抗體酶是人工制造的兼有抗體和酶活性的蛋白質；模擬酶是人工合成的具有催化活性的非蛋白質有機化合物。抗體酶和模擬酶均具有廣闊的開發前景。

第九章 核苷酸代謝

一、核苷酸類物質的生理功用：

核苷酸類物質在人體內的生理功用主要有：

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形式：除ATP之外，還有GTP，UTP，CTP等。

③ 參與代謝或生理活動的調節：如環核苷酸cAMP和cGMP作為激素的第二信使。

④ 參與構成酶的輔酶或輔基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，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。

嘌呤環中各原子分別來自下列前體物質：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)。然后再經過大約10步反應，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組織細胞中進行。其反應為：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的化學結構與次黃嘌呤類似，因而可以抑制IMP轉變為AMP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，最后產生的I和X經黃嘌呤氧化酶催化氧化生成終產物尿酸。痛風癥患者由于體內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、關節、軟組織及腎臟，臨床上表現為皮下結節，關節疼痛等。可用別嘌呤醇予以治療。

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行。嘧啶環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。后者在天冬氨酸轉氨甲酰酶的催化下，轉移一分子天冬氨酸，從而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再經脫氫、脫羧、環化等反應，合成第一個嘧啶核苷酸，即UMP。

⑵胞苷酸的合成：UMP經磷酸化后生成UTP，再在胞苷酸合成酶的催化下，由Gln提供氨基轉變為CTP。

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：由分解代謝產生的嘧啶/嘧啶核苷轉變為嘧啶核苷酸的過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在體內可轉變為F-dUMP，其結構與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，產生的嘧啶堿可在體內進一步分解代謝。不同的嘧啶堿其分解代謝的產物不同，其降解過程主要在肝臟進行。

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

第十一章 DNA的生物合成

一、遺傳學的中心法則和反中心法則：

DNA通過復制將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過轉錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質分子，從而決定生物的表現型。DNA的復制、轉錄和翻譯過程就構成了遺傳學的中心法則。但在少數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通過復制，將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過反轉錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉錄和翻譯傳遞給蛋白質，這種遺傳信息的流向就稱為反中心法則。

二、DNA復制的特點：

1．半保留復制：DNA在復制時，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，這種現象稱為DNA的半保留復制(semiconservative replication)。DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson 和 F.Stahl 所完成的實驗所證明。

2．有一定的復制起始點：DNA在復制時，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，即復制起始點（復制子）。在原核生物中，復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．雙向復制：DNA復制時，以復制起始點為中心，向兩個方向進行復制。但在低等生物中，也可進行單向復制。

5．半不連續復制：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進行的，這一條鏈被稱為領頭鏈(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的，這條鏈被稱為隨從鏈(lagging strand)。DNA在復制時，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，分別作為模板進行復制。

3．引發體(primosome)和RNA引物(primer)：引發體由引發前體與引物酶（primase）組裝而成。引發前體是由若干蛋白因子聚合而成的復合體；引物酶本質上是一種依賴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，目前發現的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，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復制功能有關。

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

⑵DNA復制的保真性：為了保證遺傳的穩定，DNA的復制必須具有高保真性。DNA復制時的保真性主要與下列因素有關：①遵守嚴格的堿基配對規律；②在復制時對堿基的正確選擇；③對復制過程中出現的錯誤及時進行校正。

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，即其中有一條鏈是完整的；③ 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結合蛋白（single strand binding protein, SSB）：又稱螺旋反穩蛋白（HDP）。這是一些能夠與單鏈DNA結合的蛋白質因子。其作用為：①穩定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；② 保護單鏈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．拓撲異構酶(topoisomerase)：拓撲異構酶可將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，從而避免出現鏈的纏繞。

四、DNA生物合成過程：

1．復制的起始：

⑴預引發：①解旋解鏈，形成復制叉：由拓撲異構酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結構解開，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結合蛋白（SSB）結合在單鏈DNA上，形成復制叉。DNA復制時，局部雙螺旋解開形成兩條單鏈，這種叉狀結構稱為復制叉。②引發體組裝：由引發前體蛋白因子識別復制起始點，并與引發酶一起組裝形成引發體。

⑵引發：在引發酶的催化下，以DNA鏈為模板，合成一段短的RNA引物。

2．復制的延長：

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引發體移動：引發體向前移動，解開新的局部雙螺旋，形成新的復制叉，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續進行鏈的延長。

3．復制的終止：

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分子末端的結構部分，通常膨大成粒狀。線性DNA在復制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現縮短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，進行延長反應。端粒酶是一種RNA-蛋白質復合體，它可以其RNA為模板，通過逆轉錄過程對末端DNA鏈進行延長。

五、DNA的損傷：

由自發的或環境的因素引起DNA一級結構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，鏈的斷裂，重組等。引起DNA損傷的因素有：

1．自發因素：

(1)自發脫堿基：由于N-糖苷鍵的自發斷裂，引起嘌呤或嘧啶堿基的脫落。

(2)自發脫氨基：C自發脫氨基可生成U，A自發脫氨基可生成I。

(3)復制錯配：由于復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。

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

(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—— 一段堿基順序發生顛倒。易位—— 一段堿基順序的位置發生改變。重組—— 一段堿基順序與另一段堿基順序發生交換。

七、DNA突變的效應：

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

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

3．無義突變：基因突變導致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生改變。

八、DNA損傷的修復：

DNA損傷的修復方式可分為直接修復和取代修復兩大類。直接修復包括光復活、轉甲基作用和直接連接作用，均屬于無差錯修復。取代修復包括切除修復、重組修復和SOS修復，后二者屬于有差錯傾向修復。

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

2．轉甲基作用：在轉甲基酶的催化下，將DNA上的被修飾的甲基去除。此時，轉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，直接進行連接而封閉缺口。

4．切除修復：這種修復機制可適用于多種DNA損傷的修復。該修復機制可以分別由兩種不同的酶來發動，一種是核酸內切酶，另一種是DNA糖苷酶。①特異性的核酸內切酶（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：①DNA復制時，損傷部位導致子鏈DNA合成障礙，形成空缺；②此空缺誘導產生重組酶（重組蛋白RecA），該酶與空缺區結合，并催化子鏈空缺與對側親鏈進行重組交換；③對側親鏈產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，重新修復缺口；④親鏈上的損傷部位繼續保留或以切除修復方式加以修復。

6．SOS修復：這是一種在DNA分子受到較大范圍損傷并且使復制受到抑制時出現的修復機制，以SOS借喻細胞處于危急狀態。—————————— 第十二章 RNA的生物合成一、RNA轉錄合成的特點：

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的過程稱為轉錄。經轉錄生成的RNA有多種，主要的是rRNA，tRNA，mRNA，snRNA和HnRNA。

1．轉錄的不對稱性：指以雙鏈DNA中的一條鏈作為模板進行轉錄，從而將遺傳信息由DNA傳遞給RNA。對于不同的基因來說，其轉錄信息可以存在于兩條不同的DNA鏈上。能夠轉錄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．轉錄的連續性：RNA轉錄合成時，在RNA聚合酶的催化下，連續合成一段RNA鏈，各條RNA鏈之間無需再進行連接。

3．轉錄的單向性：RNA轉錄合成時，只能向一個方向進行聚合，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成，即α2ββ'ζ。ζ亞基與轉錄起始點的識別有關，而在轉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。

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，對α-鵝膏蕈堿極敏感，用于合成HnRNA；RNA polⅢ存在于核基質，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，能識別終止信號，并能與RNA緊密結合，導致RNA的釋放。

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

三、RNA轉錄合成的基本過程：

1．識別：RNA聚合酶中的ζ因子識別轉錄起始點，并促使核心酶結合形成全酶復合物。

位于基因上游，與RNA聚合酶識別、結合并起始轉錄有關的一些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，余下的核心酶繼續沿DNA鏈移動，按照堿基互補原則，不斷聚合RNA。

4．終止：RNA轉錄合成的終止機制有兩種。

⑴自動終止：模板DNA鏈在接近轉錄終止點處存在相連的富含GC和AT的區域，使RNA轉錄產物形成寡聚U及發夾形的二級結構，引起RNA聚合酶變構及移動停止，導致RNA轉錄的終止。

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轉錄后的加工修飾：

1．mRNA的轉錄后加工：

⑴加帽：即在mRNA的5'-端加上m7GTP的結構。此過程發生在細胞核內，即對HnRNA進行加帽。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的結構，再對G進行甲基化。

⑵加尾：這一過程也是細胞核內完成，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：真核生物中的結構基因基本上都是斷裂基因。結構基因中能夠指導多肽鏈合成的編碼順序被稱為外顯子，而不能指導多肽鏈合成的非編碼順序就被稱為內含子。真核生物HnRNA的剪接一般需snRNA參與構成的核蛋白體參加，通過形成套索狀結構而將內含子切除掉。

⑷內部甲基化：由甲基化酶催化，對某些堿基進行甲基化處理。

2．tRNA的轉錄后加工：

主要加工方式是切斷和堿基修飾。

3．rRNA的轉錄后加工：

主要加工方式是切斷

第十三章 蛋白質的生物合成一、蛋白質生物合成體系：

生物體內的各種蛋白質都是生物體利用約20種氨基酸為原料自行合成的。蛋白質的生物合成過程，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)。參與蛋白質生物合成的各種因素構成了蛋白質合成體系，該體系包括：

1.mRNA：作為指導蛋白質生物合成的模板。

mRNA中每三個相鄰的核苷酸組成三聯體，代表一個氨基酸的信息，此三聯體就稱為密碼。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tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可與相應的氨基酸結合，生成氨基酰tRNA，從而攜帶氨基酸參與蛋白質的生物合成。

tRNA反密碼環中部的三個核苷酸構成三聯體，可以識別mRNA上相應的密碼，此三聯體就稱為反密碼。反密碼對密碼的識別，通常也是根據堿基互補原則，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，并不嚴格遵循堿基互補原則，這種配對稱為不穩定配對。

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結合。

⑵大亞基：①具有兩個不同的tRNA結合點。A位—— 受位或氨酰基位，可與新進入的氨基酰tRNA結合；P位——給位或肽酰基位，可與延伸中的肽酰基tRNA結合。②具有轉肽酶活性。

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

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）。其作用主要是促進核蛋白體小亞基與起動tRNA及模板mRNA結合。

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進入核蛋白的受體，并可促進移位過程。

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。每種氨基酰tRNA合成酶對相應氨基酸以及攜帶氨基酸的數種tRNA具有高度特異性。

二、蛋白質生物合成過程：

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的結合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。反應完成后，特異的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羥基與相應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：活化氨基酸在核蛋白體上反復翻譯mRNA上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環反應過程，稱為核蛋白體循環。核蛋白體循環過程可分為三個階段：

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

⑵肽鏈延長階段：①進位：與mRNA下一個密碼相對應的氨基酰tRNA進入核蛋白體的受位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF參與。②成肽：在轉肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲酰蛋氨酰基或肽酰基轉移到受位上的氨基酰tRNA上，與其α-氨基縮合形成肽鍵。給位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA從核蛋白上脫落。③移位：核蛋白體向mRNA的3'-端滑動相當于一個密碼的距離，同時使肽酰基tRNA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的氨基酰tRNA即可再進入，重復以上循環過程，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，直到終止信號進入受位。①識別：RF識別終止密碼，進入核蛋白體的受位。②水解：RF使轉肽酶變為水解酶，多肽鏈與tRNA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：

1．一級結構的加工修飾：

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構之前被切除。其過程是：① 去甲酰化；② 去蛋氨酰基。

⑵氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲酰化等。

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．高級結構的形成：

⑴構象的形成：在分子內伴侶、輔助酶及分子伴侶的協助下，形成特定的空間構象。

⑵亞基的聚合。

⑶輔基的連接。

3．靶向輸送：蛋白質合成后，定向地被輸送到其執行功能的場所稱為靶向輸送。大多數情況下，被輸送的蛋白質分子需穿過膜性結構，才能到達特定的地點。因此，在這些蛋白質分子的氨基端，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）識別并特異結合，然后再通過SRP與膜上的對接蛋白（DP）識別并結合后，將所攜帶的蛋白質送出細胞。—————————— 第十四章 基因表達調控

一、基因表達調控基本概念與原理：

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

2．基因表達的時間性及空間性：

⑴時間特異性：基因表達的時間特異性(temporal specificity)是指特定基因的表達嚴格按照特定的時間順序發生，以適應細胞或個體特定分化、發育階段的需要。故又稱為階段特異性。

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

3．基因表達的方式：

⑴組成性表達：組成性基因表達（constitutive gene expression）是指在個體發育的任一階段都能在大多數細胞中持續進行的基因表達。其基因表達產物通常是對生命過程必需的或必不可少的，且較少受環境因素的影響。這類基因通常被稱為管家基因（housekeeping gene）。

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

4．基因表達的生物學意義：①適應環境、維持生長和增殖。②維持個體發育與分化。

5．基因表達調控的基本原理：

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

⑵基因轉錄激活調節基本要素：①順式作用元件：順式作用元件（cis-acting element）又稱分子內作用元件，指存在于DNA分子上的一些與基因轉錄調控有關的特殊順序。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，指一些與基因表達調控有關的蛋白質因子。反式作用因子與順式作用元件之間的共同作用，才能夠達到對特定基因進行調控的目的。③順式作用元件與反式作用因子之間的相互作用：大多數調節蛋白在與DNA結合之前，需先通過蛋白質-蛋白質相互作用，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分子結合。這種結合通常是非共價鍵結合。

二、操縱子的結構與功能：

在原核生物中，若干結構基因可串聯在一起，其表達受到同一調控系統的調控，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和信息區兩部分。信息區由一個或數個結構基因串聯在一起組成；控制區通常由調節基因（阻抑蛋白編碼基因）、啟動基因（CRP和RNA聚合酶結合區）和操縱基因（阻抑蛋白結合位點）構成。

1．原核生物乳糖操縱子：

原核生物乳糖操縱子(Lac operon)的控制區包括調節基因，啟動基因（其CRP結合位點位于RNA聚合酶結合位點上游）和操縱基因；其信息區由β-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（lacY）和乙酰化酶基因（lacA）串聯在一起構成。當培養基中乳糖濃度升高而葡萄糖濃度降低時，乳糖作為誘導劑與阻抑蛋白結合，促使阻抑蛋白與操縱基因分離；另一方面，細胞中cAMP濃度升高，cAMP與CRP結合并使之激活，CRP與啟動基因結合并促使RNA聚合酶與啟動基因結合，基因轉錄激活。

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，主要調控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉錄合成。色氨酸操縱子通常處于開放狀態，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結合而阻遏轉錄。而當色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結合而使基因轉錄關閉。色氨酸操縱子的調控還涉及轉錄衰減(attenuation)機制。即在色氨酸操縱子第一個結構基因與啟動基因之間存在有一衰減區域，當細胞內色氨酸酸濃度很高時，通過與轉錄相偶聯的翻譯過程，形成一個衰減子結構，使RNA聚合酶從DNA上脫落，導致轉錄終止。

3．原核生物轉錄的整體調控模式：

由成群的操縱子組成的基因轉錄調控網絡稱為調節子。通過組成調節子調控網絡，對若干操縱子及若干蛋白質的合成進行協同調控，從而達到整體調控的目的。典型的整體調控模式是SOS反應，這是由一組與DNA損傷修復有關的酶和蛋白質基因組成。在正常情況下，這些基因均被LexA阻遏蛋白封閉。當有紫外線照射時，細菌體內的RecA蛋白水解酶被激活，催化LexA阻遏蛋白裂解失活，從而導致與DNA損傷修復有關的基因表達。

三、真核基因組結構特點：

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

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

3．斷裂基因：真核生物中的基因具有不連續性，即一個基因的編碼序列往往被一些非編碼序列分隔開。基因中能夠轉錄并進一步編碼多肽鏈合成的部分稱為外顯子（exon），而在轉錄后會被剪除的部分則稱為內含子（intron）。

三、真核基因表達調控的特點：

1．RNA聚合酶活性受轉錄因子調控：真核生物中存在RNA polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三種不同的RNA聚合酶，分別負責轉錄不同的RNA。這些RNA聚合酶與相應的轉錄因子形成復合體，從而激活或抑制該酶的催化活性。

2．染色質結構改變參與基因表達的調控：真核生物DNA與組蛋白結合并形成核小體的結構，再進一步形成染色質。當真核基因被激活時，染色質的結構也隨之發生改變。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錄，從而形成一些對DNAaseⅠ的超敏位點。

⑵DNA拓樸結構改變：天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構象存在，當基因激活后，則轉錄區前方的DNA拓樸結構變為正性超螺旋。正性超螺旋可阻礙核小體形成，并促進組蛋白解聚。

⑶核小體不穩定性增加：由于組蛋白修飾狀態改變，巰基暴露等原因而引起核小體結構改變。

4．正性調節占主導：真核基因一般都處于阻遏狀態，RNA聚合酶對啟動子的親和力很低。通過利用各種轉錄因子正性激活RNA聚合酶是真核基因調控的主要機制。

5．轉錄和翻譯過程分別進行：轉錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細胞部位，可分別進行調控。

6．轉錄后加工修飾過程復雜：特別是mRNA，轉錄后僅形成其初級轉錄產物——HnRNA，然后再經剪接、加帽、加尾等加工修飾，才能轉變為成熟的mRNA。

四、真核基因轉錄調控元件及激活機制：

1．順式作用元件（分子內作用元件）：

⑴啟動子：存在于結構基因上游，與基因轉錄啟動有關的一段特殊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增強子：位于結構基因附近，能夠增強該基因轉錄活性的一段DNA順序稱為增強子。增強子的特點是：①在轉錄起始點5’或3’側均能起作用；②相對于啟動子的任一指向均能起作用；③發揮作用與受控基因的遠近距離相對無關；④對異源性啟動子也能發揮作用；⑤通常具有一些短的重復順序。

⑶沉默子：能夠對基因轉錄起阻遏作用的DNA片段，屬于負性調控元件。

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錄因子（transcription factor，TF）。

(1)轉錄因子的種類：①非特異性轉錄因子（基本轉錄因子）：非選擇性調控基因轉錄表達的蛋白質因子稱為非特異性轉錄因子。真核生物中存在的三種RNA聚合酶分別有相應的轉錄因子，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盒并與之結合的轉錄因子，而TFⅡB則可促進聚合酶Ⅱ與啟動子的結合。②特異性轉錄因子：能夠選擇性調控某種或某些基因轉錄表達的蛋白質因子稱為特異性轉錄因子。目前較清楚的是調控免疫球蛋白基因表達的核內蛋白質因子（NF）。

(2)轉錄因子的結構：反式作用因子至少含有三個功能域，即DNA結合功能域，轉錄活性功能域和其它轉錄因子結合功能域。DNA結合功能域帶共性的結構主要有：①HTH和HLH結構： 由兩段α-螺旋夾一段β-折迭構成，α-螺旋與β-折迭之間通過β-轉角或成環連接，即螺旋-轉角-螺旋結構和螺旋-環-螺旋結構。②鋅指結構：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合。③亮氨酸拉鏈結構：見于真核生物DNA結合蛋白的C端，與癌基因表達調控有關。由兩段α-螺旋平行排列構成，其α-螺旋中存在每隔7個殘基規律性排列的Leu殘基，Leu側鏈交替排列而呈拉鏈狀。兩條肽鏈呈鉗狀與DNA相結合。

⑶轉錄因子的作用特點：①同一DNA順式作用元件可被不同的轉錄因子所識別；②同一轉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TF與TF，TF與DNA結合時，可導致構象改變；⑤TF在合成過程中，有較大的可變性和可塑性。

3．轉錄激活及其調控：真核RNA聚合酶Ⅱ的激活需要依賴多種轉錄因子，并與之形成復合體。其過程首先是由TFⅡD識別啟動子序列并與之結合；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合體——PIC；最后，結合了增強子的轉錄因子與前起始復合體結合，從而形成穩定的轉錄起始復合體。———

第十五章 基因重組和基因工程

一、自然界的基因轉移和重組：

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

1．接合作用：當細胞與細胞相互接觸時，DNA分子即從一個細胞向另一個細胞轉移，這種遺傳物質的轉移方式稱為接合作用（conjugation）。

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

3．整合和轉導:外來DNA侵入宿主細胞，并與宿主細胞DNA進行重組，成為宿主細胞DNA的一部分，這一過程稱為整合。整合在宿主細胞染色體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，這一過程稱為轉導(transduction)。來源于宿主DNA的基因稱為轉導基因。

4．轉座：轉座又稱為轉位（transposition），是指DNA的片段或基因從基因組的一個位置轉移到另一個位置的現象。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序列和一個轉座酶基因。當轉座酶基因表達時，即可引起該序列的轉座。其轉座方式主要有保守性轉座和復制性轉座。

⑵轉座子：轉座子(transposons)是可從一個染色體位點轉移到另一個位點的分散的重復序列，含兩個反向重復序列、一個轉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基因（VH）和一組恒定區基因（CH）構成，通過這些基因的選擇性轉座和重組，就可以轉錄表達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生整合并共價連接，稱為位點特異性重組。

⑵同源重組：發生在同源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：

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

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

⑴載體：常用的載體(vector)主要包括質粒(plasmid)、噬菌體(phage)和病毒(virus)三大類。這些載體均需經人工構建，除去致病基因，并賦予一些新的功能，如有利于進行篩選的標志基因、單一的限制酶切點等。①質粒：是存在于天然細菌體內的一種獨立于細菌染色體之外的雙鏈環狀DNA，具有獨立復制的能力，通常帶有細菌的抗藥基因。②噬菌體：可通過轉染方式將其DNA送入細菌體內進行增殖。常用的為人工構建的λ噬菌體載體，當目的基因與噬菌體DNA進行重組時，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送入哺乳動物細胞中進行增殖。

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行人工合成。適應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用適當的限制酶切斷后，與載體DNA重組，再全部轉化宿主細胞，得到含全部基因組DNA的種群，稱為G文庫(genomic DNA library)。將某種細胞的全部mRNA通過逆轉合成cDNA，然后轉化宿主細胞，得到含全部表達基因的種群，稱為C-文庫(cDNA library)。C-文庫具有組織細胞特異性。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（polymerase chain reaction, PCR）技術，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切酶(restriction endonuclease)，簡稱限制酶，分別對載體DNA和目的基因進行切斷，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，且有回文結構。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行切斷，得到可以互補的粘性末端。

4．重組DNA的轉化和擴增（轉）：將重組DNA導入宿主細胞進行增殖或表達。重組質粒可通過轉化方式導入宿主細胞，λ噬菌體作為載體的重組體，則需通過轉染方式將重組噬菌體DNA導入大腸桿菌等宿主細胞。重組DNA導入宿主細胞后，即可在適當的培養條件下進行培養以擴增宿主細胞。

5．重組DNA的篩選和鑒定（篩）：對含有重組體的宿主細胞進行篩選并作鑒定。

⑴根據重組體的表型進行篩選：對于帶有抗藥基因的質粒重組體，可采用插入滅活法進行篩選。

⑵根據標志互補進行篩選：當宿主細胞存在某種基因及其表達產物的缺陷時，可采用此方法篩選重組體。即在載體DNA分子中插入相應的缺陷基因，如宿主細胞重新獲得缺陷基因的表達產物，則說明該細胞中帶有重組體。

⑶根據DNA限制酶譜進行分析：經過粗篩后的含重組體的細菌，還需進行限制酶譜分析進一步鑒定。

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

獲得帶目的基因的細菌后，可將其不斷進行增殖，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，則目的基因還可轉錄表達合成蛋白質。—————————— 為

第十六章 細胞信息傳遞

一、細胞間信息物質：

凡是由細胞分泌的、能夠調節特定的靶細胞生理活動的化學物質都稱為細胞間信息物質，或第一信使。

1．激素：激素(hormone)是由特殊分化細胞合成并分泌的一類生理活性物質，這些物質通過體液進行轉運，作用于特定的靶細胞，調節細胞的物質代謝或生理活動。

⑴激素的分類：激素可按照其化學本質的不同分為四類。①類固醇衍生物：如腎上腺皮質激素、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：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胞，其傳遞介質為胞液；②旁分泌：激素分泌釋放后作用于鄰近的靶細胞，其傳遞介質為細胞間液。③內分泌：激素分泌后作用較遠的靶細胞，其傳遞介質為血液。

2．細胞因子：細胞因子是指由細胞分泌的一類信息分子，可作用于特定的靶細胞，調節細胞的生長，分化等生理功能。細胞因子也可通過自分泌、旁分泌和內分泌三種方式作用于特定的靶細胞。

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

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

二、細胞內信息物質：

存在于細胞內，能夠傳遞特定調控信號的化學物質稱為細胞內信息物質。

1．第二信使：在細胞內傳遞信息的小分子化學物質稱為第二信使。① 環核苷酸類：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 無機物：如Ca2+、NO等。

2．信號蛋白：細胞膜上或細胞內能夠傳遞特定信號的蛋白質分子，常與其他蛋白質或酶構成復合體以傳遞信息。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：細胞內能夠傳遞特定調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、結構與功能：

受體（receptor)是指存在于靶細胞膜上或細胞內的一類特殊蛋白質分子，它們能識別特異性的配體并與之結合，產生各種生理效應。

1．根據受體的亞細胞定位分類：

⑴細胞膜受體：這類受體是細胞膜上的結構成分，一般是糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白。多肽及蛋白質類激素、兒茶酚胺類激素、前列腺素以及細胞因子通過這類受體進行跨膜信號傳遞。

⑵細胞內受體：這類受體位于細胞液或細胞核內，通常為單純蛋白質。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．根據受體的分子結構分類：

⑴配體門控離子通道型受體：此型受體本身就是位于細胞膜上的離子通道。其共同結構特點是由均一性的或非均一性的亞基構成一寡聚體，而每個亞基則含有4~6個跨膜區。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，其肽鏈可分為細胞外區、跨膜區、細胞內區三個區。在第五及第六跨膜α螺旋結構之間的細胞內環部分（第三內環區），是與G蛋白偶聯的區域。大多數常見的神經遞質受體和激素受體是屬于G蛋白偶聯型受體。

G蛋白是由α、β、γ亞基組成的三聚體，存在于細胞膜上，其α亞基具有GTPase活性。當配體與受體結合后，受體的構象發生變化，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，可分別與效應蛋白（酶）發生作用。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；或當受體與配體結合后，再與具有酪氨酸蛋白激酶活性的酶分子相結合，進一步催化效應酶或蛋白質的酪氨酸殘基磷酸化，也可以發生自身蛋白酪氨酸殘基的磷酸化，由此產生生理效應。

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胞生長及有絲分裂的調控有關。

⑷轉錄調控型受體：此型受體分布于細胞漿或細胞核內，其配體通常具有親脂性。結合配體的受體被活化后，進入細胞核作用于染色體，調控基因的開放或關閉。受體的分子結構有共同特征性結構域，即分為高度可變區-DNA結合區及絞鏈區-激素結合區。①高度可變區：不同激素的受體此區的一級結構變化較大，其功能主要是與調節基因轉錄表達有關。②DNA結合區及絞鏈區：此區的功能是與受體被活化后向細胞核內轉移（核轉位）并與特異的DNA順序結合有關。③激素結合區：一般情況下，此區與一種稱為熱休克蛋白90（hsp90）的蛋白質結合在一起而使受體處于失活狀態。

四、受體與配體的結合特點：

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

2．高度的特異性：指一種激素或細胞因子只能選擇性與相應的受體結合的性質。

3．可逆性：配體與受體通常通過非共價鍵而結合。

4．可飽和性：由于存在于細胞膜上或細胞內的受體數目是一定的，因此配體與受體的結合也是可以飽和的。

5．結合量與效應成正比：配體的濃度越大，配體與受體的親和力越大，受體的數目越多，則配體與受體的結合量越大，產生的生理效應也越大。

五、細胞信息傳遞途徑：

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。腺苷酸環化酶（AC）存在于細胞膜上，可接受G蛋白的信號而被激活，催化ATP轉化為cAMP，導致細胞內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，兩個亞基為調節亞基。當調節亞基與cAMP結合后發生變構（每一調節亞基可結合兩分子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神經遞質：乙酰膽堿、5-羥色胺等。其受體可為G蛋白偶聯型，也可為酪氨酸蛋白激酶型。G蛋白為Gp型。通過Gp蛋白介導，存在于細胞膜上的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IP3與存在于內質網膜上的IP3受體結合后，鈣通道開放，貯存于內質網中的Ca2+釋放進入胞液，引起胞液中Ca2+濃度升高。胞液中的鈣調蛋白（CaM）與Ca2+結合發生變構，從而激活依賴Ca2+/CaM的蛋白激酶（CaM激酶），催化數十種酶或蛋白質的磷酸化修飾，產生相應的調節作用。

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蛋白介導信息，激活磷脂酶C（PLC）和磷脂酶D（PLD）。PLD是存在于細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絲氨酸或蘇氨酸殘基的磷酸化。經典的蛋白激酶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復合體 → Ras激活 → Raf-1激酶↑ → MEK1/2 ↑ → ERK1/2 ↑ → 細胞生長與調亡。

5．胞內受體介導途徑：

通過細胞內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。當激素與受體結合后，引起hsp90與受體解離，受體被活化；活化受體核轉移并與HRE結合；特異基因去阻遏且RNA聚合酶活性增高，特異基因表達及特異蛋白質合成，產生特定的生理效應。——————————

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)是指存在于正常細胞內，與細胞生長發育調控有關的一組結構基因。癌基因可按其來源不同而分為病毒癌基因（v-onc）和細胞癌基因（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病毒即逆轉錄病毒。DNA腫瘤病毒的基因組的早期功能基因編碼轉化蛋白，如病毒SV40的 A基因編碼大T抗原，分布于胞核，可與p53結合而使之失活。RNA病毒基因組中可含有致癌基因，并表達相應的轉化蛋白，感染動物后即可誘發腫瘤。

2．細胞癌基因：

細胞癌基因(c-onc)又稱為原癌基因(protooncogene)，大多數的原癌基因屬于調控細胞生長分化的正常基因，原癌基因的蛋白產物是通過影響細胞生長分化中的控制系統而起作用的。原癌基因激活后可引起細胞生長分化失控，從而導致細胞癌變。目前發現的細胞癌基因已超過100種，根據這些基因表達蛋白產物的功能可將細胞癌基因分為四大類：

⑴生長因子類：如c-sis癌基因，其編碼產物為PDGF的β鏈。

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

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

⑷轉錄因子類：如myc家族和myb家族，其編碼產物為存在于細胞核內的轉錄因子。

二、癌基因的激活機制：

1．插入激活：指來源于病毒等的啟動子或增強子插入到細胞癌基因的附近或內部而使其開放轉錄。

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

3．基因擴增：基因數量的增加。

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

三、抑癌基因及其作用機制：

抑癌基因又稱為抗癌基因(anti-oncogene)，是指存在于正常細胞中，其編碼產物能抑制細胞生長增殖的一組結構基因。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轉錄因子，p53基因編碼p53轉錄因子，p16基因編碼一種p16蛋白。

1．Rb基因的作用機制：

Rb基因的失活主要與視網膜母細胞瘤的發生相關。低磷酸化型的p105Rb可與促進細胞分裂的轉錄因子E2F結合形成復合物，從而阻止E2F對某些與細胞增殖相關的基因啟動轉錄。高磷酸化型的p105Rb則可促使其與E2F轉錄因子分離，從而使其呈現活性，細胞即由G1期進入S期。

2．p53基因的作用機制：

p53蛋白一般都位于核內，可與特異的DNA片段結合。其酸性區域具有許多轉錄調節因子的共同特征，并與寡聚體的形成有關。p53蛋白能以四聚體的形式與DNA結合，調節其它基因的表達。p53蛋白的生物學功能有：① 轉錄調節及抑制細胞生長的作用：p53蛋白促進WAF1/CIP1基因表達產生一種分子量為21kD的蛋白質（p21WAF1/CIP1），誘導細胞生長停滯于G1期。② 參與程序性細胞凋亡：p53 蛋白啟動不能修復的損傷細胞進入程序性凋亡。③ 抑制DNA復制：p53蛋白與復制蛋白A(repA)結合后可抑制其與單鏈DNA的結合，阻止細胞進入S期。

第二十三章 分子生物學常用技術

一、分子雜交與印漬技術的原理：

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，經過退火處理，就能重新形成雜種雙螺旋，這一現象稱為分子雜交（molecular hybridization）。利用這