基础生物化学习题

基础生物化学习题（上）第一章蛋白质 一、知识要点 （一）氨基酸的结构蛋白质是重要的生物大分子，其组成单位是氨基酸。组成蛋白质的氨基酸有20种，均为α-氨基酸。每个氨基酸的α-碳上连接一个羧基，一个氨基，一个氢原子和一个侧链R基团。20种氨基酸结构的差别就在于它们的R基团结构的不同。根据20种氨基酸侧链R基团的极性，可将其分为四大类：非极性R基氨基酸（8种）；不带电荷的极性R基氨基酸（7种）；带负电荷的R基氨基酸（2种）；带正电荷的R基氨基酸（3种）。（二）氨基酸的性质氨基酸是两性电解质。由于氨基酸含有酸性的羧基和碱性的氨基，所以既是酸又是碱，是两性电解质。有些氨基酸的侧链还含有可解离的基团，其带电状况取决于它们的pK值。由于不同氨基酸所带的可解离基团不同，所以等电点不同。除甘氨酸外，其它都有不对称碳原子，所以具有D-型和L-型2种构型，具有旋光性，天然蛋白质中存在的氨基酸都是L-型的。酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸具有紫外吸收特性，在280nm处有最大吸收值，大多数蛋白质都具有这些氨基酸，所以蛋白质在280nm处也有特征吸收，这是紫外吸收法定量测定蛋白质的基础。氨基酸的α-羧基和α-氨基具有化学反应性，另外，许多氨基酸的侧链还含有羟基、氨基、羧基等可解离基团，也具有化学反应性。较重要的化学反应有：（1）茚三酮反应，除脯氨酸外，所有的α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应，生成蓝紫色化合物，脯氨酸与茚三酮生成黄色化合物。（2）Sanger反应，α-NH2与2,4-二硝基氟苯作用产生相应的DNB-氨基酸。（3）Edman反应，α-NH2与苯异硫氰酸酯作用产生相应的氨基酸的苯氨基硫甲酰衍生物（PIT-氨基酸）。Sanger反应和Edmen反应均可用于蛋白质多肽链N端氨基酸的测定。氨基酸通过肽键相互连接而成的化合物称为肽，由2个氨基酸组成的肽称为二肽，由3个氨基酸组成的肽称为三肽，少于10个氨基酸肽称为寡肽，由10个以上氨基酸组成的肽称为多肽。（三）蛋白质的结构蛋白质是具有特定构象的大分子，为研究方便，将蛋白质结构分为四个结构水平，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一般将二级结构、三级结构和四级结构称为三维构象或高级结构。一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接方式，即由一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的α-之间脱去一分子水相互连接。肽键具有部分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，而另一端含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结构类型有α-螺旋结构和β-折叠结构，此外还有β-转角和自由回转。右手α-螺旋结构是在纤维蛋白和球蛋白中发现的最常见的二级结构,每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm,螺旋中的每个肽键均参与氢键的形成以维持螺旋的稳定。β-折叠结构也是一种常见的二级结构，在此结构中，多肽链以较伸展的曲折形式存在，肽链（或肽段）的排列可以有平行和反平行两种方式。氨基酸之间的轴心距为0.35nm,相邻肽链之间借助氢键彼此连成片层结构。结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种结构层次，是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域。超二级结构是指蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中形成有规则的三级结构聚集体。蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白质的多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分子内部的空间只能容纳少数水分子，几乎所有的极性R基都分布在分子外表面，形成亲水的分子外壳，而非极性的基团则被埋在分子内部，不与水接触。蛋白质分子中侧链R基团的相互作用对稳定球状蛋白质的三级结构起着重要作用。蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构。在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的皑链称为亚基或亚单位，缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。维持蛋白质空间结构的作用力主要是氢键、离子键、疏水作用力和范德华力等非共价键，又称次级键。此外，在某些蛋白质中还有二硫键，二硫键在维持蛋白质构象方面也起着重要作用。蛋白质的空间结构取决于它的一级结构，多肽离岸主链上的氨基酸排列顺序包含了形成复杂的三维结构（即正确的空间结构）所需要的全部信息。（四）蛋白质结构与功能的关系不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。1．一级结构与功能的关系蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：（1）一级结构的变异与分子病蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子中β-链第6位谷氨酸被缬氨酸取代。这个一级结构上的细微差别使患者的血红蛋白分子容易发生凝聚，导致红细胞变成镰刀状，容易破裂引起贫血，即血红蛋白的功能发生了变化。（2）一级结构与生物进化研究发现，同源蛋白质中有许多位置的氨基酸是相同的，而其它氨基酸差异较大。如比较不同生物的细胞色素C的一级结构，发现与人类亲缘关系接近，其氨基酸组成的差异越小，亲缘关系越远差异越大。（3）蛋白质的激活作用在生物体内，有些蛋白质常以前体的形式合成，只有按一定方式裂解除去部分肽链之后才具有生物活性，如酶原的激活。2．蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的空间结构与功能之间有密切相关性，其特定的空间结构是行使生物功能的基础。以下两方面均可说明这种相关性。（1）.核糖核酸酶的变性与复性及其功能的丧失与恢复核糖核酸酶是由124个氨基酸组成的一条多肽链，含有四对二硫键，空间构象为球状分子。将天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用β-巯基乙醇处理，则分子内的四对二硫键断裂，分子变成一条松散的肽链，此时酶活性完全丧失。但用透析法除去β-巯基乙醇和脲后，此酶经氧化又自发地折叠成原有的天然构象，同时酶活性又恢复。（2）血红蛋白的变构现象血红蛋白是一个四聚体蛋白质，具有氧合功能，可在血液中运输氧。研究发现，脱氧血红蛋白与氧的亲和力很低，不易与氧结合。一旦血红蛋白分子中的一个亚基与O2结合，就会引起该亚基构象发生改变，并引起其它三个亚基的构象相继发生变化，使它们易于和氧结合，说明变化后的构象最适合与氧结合。从以上例子可以看出，只有当蛋白质以特定的适当空间构象存在时才具有生物活性。（五）蛋白质的重要性质蛋白质是两性电解质，它的酸碱性质取决于肽链上的可解离的R基团。不同蛋白质所含有的氨基酸的种类、数目不同，所以具有不同的等电点。当蛋白质所处环境的pH大于pI时，蛋白质分子带负电荷，pH小于pI时，蛋白质带正电荷，pH等于pI时，蛋白质所带净电荷为零，此时溶解度最小。33 蛋白质分子表面带有许多亲水基团，使蛋白质成为亲水的胶体溶液。蛋白质颗粒周围的水化膜（水化层）以及非等电状态时蛋白质颗粒所带的同性电荷的互相排斥是使蛋白质胶体系统稳定的主要因素。当这些稳定因素被破坏时，蛋白质会产生沉淀。高浓度中性盐可使蛋白质分子脱水并中和其所带电荷，从而降低蛋白质的溶解度并沉淀析出，即盐析。但这种作用并不引起蛋白质的变性。这个性质可用于蛋白质的分离。蛋白质受到某些物理或化学因素作用时，引起生物活性的丧失，溶解度的降低以及其它性质的改变，这种现象称为蛋白质的变性作用。变性作用的实质是由于维持蛋白质高级结构的次级键遭到破坏而造成天然构象的解体，但未涉及共价键的断裂。有些变性是可逆的，有些变性是不可逆的。当变性条件不剧烈时，变性是可逆的，除去变性因素后，变性蛋白又可从新回复到原有的天然构象，恢复或部分恢复其原有的生物活性，这种现象称为蛋白质的复性。（六）测定蛋白质分子量的方法1．凝胶过滤法凝胶过滤法分离蛋白质的原理是根据蛋白质分子量的大小。由于不同排阻范围的葡聚糖凝胶有一特定的蛋白质分子量范围，在此范围内，分子量的对数和洗脱体积之间成线性关系。因此，用几种已知分子量的蛋白质为标准，进行凝胶层析，以每种蛋白质的洗脱体积对它们的分子量的对数作图，绘制出标准洗脱曲线。未知蛋白质在同样的条件下进行凝胶层析，根据其所用的洗脱体积，从标准洗脱曲线上可求出此未知蛋白质对应的分子量。2．SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法蛋白质在普通聚丙烯酰胺凝胶中的电泳速度取决于蛋白质分子的大小、分子形状和所带电荷的多少。SDS（十二烷基磺酸钠）是一种去污剂，可使蛋白质变性并解离成亚基。当蛋白质样品中加入SDS后，SDS与蛋白质分子结合，使蛋白质分子带上大量的强负电荷，并且使蛋白质分子的形状都变成短棒状，从而消除了蛋白质分子之间原有的带电荷量和分子形状的差异。这样电泳的速度只取决于蛋白质分子量的大小，蛋白质分子在电泳中的相对迁移率和分子质量的对数成直线关系。以标准蛋白质分子质量的对数和其相对迁移率作图，得到标准曲线，根据所测样品的相对迁移率，从标准曲线上便可查出其分子质量。3．沉降法（超速离心法）沉降系数（S）是指单位离心场强度溶质的沉降速度。S也常用于近似地描述生物大分子的大小。蛋白质溶液经高速离心分离时，由于比重关系，蛋白质分子趋于下沉，沉降速度与蛋白质颗粒大小成正比，应用光学方法观察离心过程中蛋白质颗粒的沉降行为，可判断出蛋白质的沉降速度。根据沉降速度可求出沉降系数，将S带入公式，即可计算出蛋白质的分子质量。二、习题 （一）名词解释1．1． 两性离子（dipolarion）2．2． 必需氨基酸（essentialaminoacid）3．3． 等电点(isoelectricpoint,pI)4．4． 稀有氨基酸(rareaminoacid)5．5． 非蛋白质氨基酸(nonproteinaminoacid)6．6． 构型(configuration)7．7． 蛋白质的一级结构(proteinprimarystructure)8．8． 构象(conformation)9．9． 蛋白质的二级结构(proteinsecondarystructure)10．结构域(domain)11．蛋白质的三级结构(proteintertiarystructure)12．氢键(hydrogenbond)13．蛋白质的四级结构(proteinquaternarystructure)14．离子键(ionicbond)15．超二级结构(super-secondarystructure)16．疏水键(hydrophobicbond)17．范德华力(vanderWaalsforce)18．盐析(saltingout)19．盐溶(saltingin)20．蛋白质的变性(denaturation)21．蛋白质的复性(renaturation)22．蛋白质的沉淀作用(precipitation)23．凝胶电泳（gelelectrophoresis）24．层析（chromatography）(二)填空题3．在20种氨基酸中，酸性氨基酸有___天冬氨酸______和____谷氨酸____2种，具有羟基的氨基酸是___丝氨酸_____和____苏氨酸_____，能形成二硫键的氨基酸是___半胱氨酸_______.6．组成蛋白质的20种氨基酸中，含有咪唑环的氨基酸是__组氨酸，含硫的氨基酸有___半胱氨酸______和___甲硫氨酸__。8．α-螺旋结构是由同一肽链的___C-O____和__N-H______间的_氢__键维持的，螺距为__0.54nm____,每圈螺旋含__3.6_____个氨基酸残基，每个氨基酸残基沿轴上升高度为___0.15nm______。天然蛋白质分子中的α-螺旋大都属于_右__手螺旋。10．球状蛋白质中有__极性___侧链的氨基酸残基常位于分子表面而与水结合，而有____疏水性___侧链的氨基酸位于分子的内部。11．氨基酸与茚三酮发生氧化脱羧脱氨反应生成__蓝紫____色化合物，而___脯氨酸_____与茚三酮反应生成黄色化合物。12．维持蛋白质的一级结构的化学键有____肽键___和___二硫键____；维持二级结构靠____氢____键；维持三级结构和四级结构靠___次级______键，其中包括____离子键____、__范德华力______、____疏水键____和___氢键______.14．GSH的中文名称是__谷胱甘肽__________，它的活性基团是____巯基______，它的生化功能是___抗氧化、清除自由基、解毒、增强免疫力、延缓衰老、抗癌、抗放射线危害等功能_________________。18．鉴定蛋白质多肽链氨基末端常用的方法有__二硝基氟苯（DNFB）法___和__苯异硫氰酸酯（PITC）法_____________。19．测定蛋白质分子量的方法有____沉降法_____、__凝胶过滤法_______和____SDS聚丙烯酰胺凝胶过滤法______________。22．谷氨酸的pK1(α-COOH)＝2.19,pK2(α-NH+3)=9.67,pKR(R基)=4.25,谷氨酸的等电点为___3.22______。(三)选择题1．在生理pH条件下，下列哪种氨基酸带正电荷？A．丙氨酸B．酪氨酸C．赖氨酸D．蛋氨酸E．异亮氨酸3．蛋白质的组成成分中，在280nm处有最大吸收值的最主要成分是：A．酪氨酸的酚环B．半胱氨酸的硫原子C．肽键D．苯丙氨酸10．下列哪种酶作用于由碱性氨基酸的羧基形成的肽键？A．糜蛋白酶（即胰凝乳蛋白，酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸）B．羧肽酶（从肽链的羧基端开始水解肽键的外肽酶）C．氨肽酶（从肽链的氨基端开始水解肽键的外肽酶）D．胰蛋白酶（赖氨酸，精氨酸）13．列哪些因素妨碍蛋白质形成α-螺旋结构？A．脯氨酸的存在B．氨基酸残基的大的支链C．碱性性氨基酸的相邻存在D．酸性氨基酸的相邻存在E．以上各项都是脯氨酸是亚氨基酸,参与形成肽键后不能再与C=O氧形成氢键，因此不能形成α-螺旋结构;氨基酸残基的支链大时，空间位阻大，妨碍螺旋结构的形成；连续出现多个酸性氨基酸或碱性氨基酸时，同性电荷会互相排斥，所以不能形成稳定的螺旋结构。14．于β-折叠片的叙述，下列哪项是错误的？A．β-折叠片的肽链处于曲折的伸展状态B．的结构是借助于链内氢键稳定的33 C．所有的β-折叠片结构都是通过几段肽链平行排列而形成的D．基酸之间的轴距为0.35nm21．氨基酸在等电点时具有的特点是：A．不带正电荷B．不带负电荷C．A和BD．溶解度最大E．在电场中不泳动(四)是非判断题(F)13.．用FDNB法和Edman降解法测定蛋白质多肽链N-端氨基酸的原理是相同的。Edman降解法是多肽链N端氨基酸残基被苯异硫氢酸酯修饰，然后从多肽链上切下修饰的残基，经层析鉴定可知N端氨基酸的种类，而余下的多肽链仍为一条完整的多肽链，被回收后可继续进行下一轮Edman反应，测定N末端第二个氨基酸。反应重复多次就可连续测出多肽链的氨基酸顺序。FDNB法（Sanger反应）是多肽链N末端氨基酸与FDNB（2,4-二硝基氟苯）反应生成二硝基苯衍生物（DNP-蛋白），然后将其进行酸水解，打断所有肽键，N末端氨基酸与二硝基苯基结合牢固，不易被酸水解。水解产物为黄色的N端DNP-氨基酸和各种游离氨基酸。将DNP-氨基酸抽提出来并进行鉴定可知N端氨基酸的种类，但不能测出其后氨基酸的序列。(F)17．所有的肽和蛋白质都能和硫酸铜的碱性溶液发生双缩尿反应。具有两个或两个以上肽键的物质才具有类似于双缩脲的结构，具有双缩脲反应，而二肽只具有一个肽键，所以不具有双缩脲反应。(F)23．变性蛋白质的溶解度降低，是由于中和了蛋白质分子表面的电荷及破坏了外层的水膜所引起的。蛋白质变性是由于维持蛋白质构象稳定的作用力（次级键和而硫键）被破坏从而使蛋白质空间结构被破坏并山个丧失生物活性的现象。次级键被破坏以后，蛋白质结构松散，原来聚集在分子内部的疏水性氨基酸侧链伸向外部，减弱了蛋白质分子与水分子的相互作用，因而使溶解度将低。(F)24．蛋白质二级结构的稳定性是靠链内氢键维持的，肽链上每个肽键都参与氢键的形成。蛋白质二级结构的稳定性是由链内氢键维持的，如α-螺旋结构和β-折叠结构中的氢键均起到稳定结构的作用。但并非肽链中所有的肽键都参与氢键的形成，如脯氨酸与相邻氨基酸形成的肽键，以及自由回转中的有些肽键不能形成链内氢键。 （五）问答题1．什么是蛋白质的一级结构？为什么说蛋白质的一级结构决定其空间结构？答：蛋白质一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序。因为蛋白质分子肽链的排列顺序包含了自动形成复杂的三维结构（即正确的空间构象）所需要的全部信息，所以一级结构决定其高级结构。2．什么是蛋白质的空间结构？蛋白质的空间结构与其生物功能有何关系？答：蛋白质的空间结构是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链走向。蛋白质的空间结构决定蛋白质的功能。空间结构与蛋白质各自的功能是相适应的。3．蛋白质的α—螺旋结构有何特点？答：（1）多肽链主链绕中心轴旋转，形成棒状螺旋结构，每个螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm,氨基酸之间的轴心距为0.15nm.。（2）α-螺旋结构的稳定主要靠链内氢键，每个氨基酸的N—H与前面第四个氨基酸的C＝O形成氢键。（3）天然蛋白质的α-螺旋结构大都为右手螺旋。4．蛋白质的β—折叠结构有何特点？答：β-折叠结构又称为β-片层结构，它是肽链主链或某一肽段的一种相当伸展的结构，多肽链呈扇面状折叠。（1）两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或肽段）侧向聚集在一起，通过相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成的氢键连接成片层结构并维持结构的稳定。（2）氨基酸之间的轴心距为0.35nm（反平行式）和0.325nm（平行式）。（3）β-折叠结构有平行排列和反平行排列两种。5．举例说明蛋白质的结构与其功能之间的关系。答：蛋白质的生物学功能从根本上来说取决于它的一级结构。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的属性或所表现的性质。一级结构相同的蛋白质，其功能也相同，二者之间有统一性和相适应性。6．什么是蛋白质的变性作用和复性作用？蛋白质变性后哪些性质会发生改变？答：蛋白质变性作用是指在某些因素的影响下，蛋白质分子的空间构象被破坏，并导致其性质和生物活性改变的现象。蛋白质变性后会发生以下几方面的变化：（1）生物活性丧失；（2）理化性质的改变，包括：溶解度降低，因为疏水侧链基团暴露；结晶能力丧失；分子形状改变，由球状分子变成松散结构，分子不对称性加大；粘度增加；光学性质发生改变，如旋光性、紫外吸收光谱等均有所改变。（3）生物化学性质的改变，分子结构伸展松散，易被蛋白酶分解。7．简述蛋白质变性作用的机制。答：维持蛋白质空间构象稳定的作用力是次级键，此外，二硫键也起一定的作用。当某些因素破坏了这些作用力时，蛋白质的空间构象即遭到破坏，引起变性。8．蛋白质有哪些重要功能答：蛋白质的重要作用主要有以下几方面：（1）生物催化作用酶是蛋白质，具有催化能力，新陈代谢的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。（2）结构蛋白有些蛋白质的功能是参与细胞和组织的建成。（3）运输功能如血红蛋白具有运输氧的功能。（4）收缩运动收缩蛋白（如肌动蛋白和肌球蛋白）与肌肉收缩和细胞运动密切相关。（5）激素功能动物体内的激素许多是蛋白质或多肽，是调节新陈代谢的生理活性物质。（6）免疫保护功能抗体是蛋白质，能与特异抗原结合以清除抗原的作用，具有免疫功能。（7）贮藏蛋白有些蛋白质具有贮藏功能，如植物种子的谷蛋白可供种子萌发时利用。（8）接受和传递信息生物体中的受体蛋白能专一地接受和传递外界的信息。（9）控制生长与分化有些蛋白参与细胞生长与分化的调控。（10）毒蛋白能引起机体中毒症状和死亡的异体蛋白，如细菌毒素、蛇毒、蝎毒、蓖麻毒素等。9．下列试剂和酶常用于蛋白质化学的研究中：CNBr、异硫氰酸苯酯、丹黄酰氯、脲、6mol/LHCl、β-巯基乙醇、水合茚三酮、过甲酸、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶。其中哪一个最适合完成以下各项任务？（1）测定小肽的氨基酸序列。异硫氢酸苯酯（2）鉴定肽的氨基末端残基。丹黄酰氯（3）不含二硫键的蛋白质的可逆变性；如有二硫键存在时还需加什么试剂？脲、β-巯基乙醇（4）在芳香族氨基酸残基羧基侧水解肽键。胰凝乳蛋白酶（4）在蛋氨酸残基羧基侧水解肽键。CNBr（5）在赖氨酸和精氨酸残基羧基侧水解肽键。胰蛋白酶10．根据蛋白质一级氨基酸序列可以预测蛋白质的空间结构。假设有下列氨基酸序列（如图）：151015Ile-Ala-His-Thr-Tyr-Gly-Pro-Glu-Ala-Ala-Met-Cys-Lys-Try-Glu-Ala-Gln-202527Pro-Asp-Gly-Met-Glu-Cys-Ala-Phe-His-Arg （1）预测在该序列的哪一部位可能会出弯或β-转角。7和18（2）何处可能形成链内二硫键？12和23（3）假设该序列只是大的球蛋白的一部分，下面氨基酸残基中哪些可能分布在蛋白的外表面，哪些分布在内部？天冬氨酸；异亮氨酸；苏氨酸；缬氨酸；谷氨酰胺；赖氨酸 分布在外表面的为极性和带电荷的残基：Asp、Gln和Lys；分布在内部的是非极性的氨基酸残基：Leu和Val；Thr尽管有极性，但疏水性也很强，因此，它出现在外表面和内部的可能性都有。  三、习题解答（一）名词解释1．两性离子：指在同一氨基酸分子上含有等量的正负两种电荷，又称兼性离子或偶极离子。2．必需氨基酸：指人体（和其它哺乳动物）自身不能合成，机体又必需，需要从饮食中获得的氨基酸。3.氨基酸的等电点：指氨基酸的正离子浓度和负离子浓度相等时的pH值，用符号pI表示。4．稀有氨基酸：指存在于蛋白质中的20种常见氨基酸以外的其它罕见氨基酸，它们是正常氨基酸的衍生物。33 5．非蛋白质氨基酸：指不存在于蛋白质分子中而以游离状态和结合状态存在于生物体的各种组织和细胞的氨基酸。6．构型：指在立体异构体中不对称碳原子上相连的各原子或取代基团的空间排布。构型的转变伴随着共价键的断裂和重新形成。7．蛋白质的一级结构：指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置。8．构象：指有机分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不涉及共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。9．蛋白质的二级结构：指在蛋白质分子中的局部区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。10．结构域：指蛋白质多肽链在二级结构的基础上进一步卷曲折叠成几个相对独立的近似球形的组装体。11．蛋白质的三级结构：指蛋白质在二级结构的基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的构象。12．氢键：指负电性很强的氧原子或氮原子与N-H或O-H的氢原子间的相互吸引力。13．蛋白质的四级结构：指多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链以适当方式聚合所呈现的三维结构。14．离子键：带相反电荷的基团之间的静电引力，也称为静电键或盐键。15．超二级结构：指蛋白质分子中相邻的二级结构单位组合在一起所形成的有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。16．疏水键：非极性分子之间的一种弱的、非共价的相互作用。如蛋白质分子中的疏水侧链避开水相而相互聚集而形成的作用力。17．范德华力：中性原子之间通过瞬间静电相互作用产生的一种弱的分子间的力。当两个原子之间的距离为它们的范德华半径之和时，范德华力最强。18．盐析：在蛋白质溶液中加入一定量的高浓度中性盐（如硫酸氨），使蛋白质溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析。19．盐溶：在蛋白质溶液中加入少量中性盐使蛋白质溶解度增加的现象。20．蛋白质的变性作用：蛋白质分子的天然构象遭到破坏导致其生物活性丧失的现象。蛋白质在受到光照、热、有机溶剂以及一些变性剂的作用时，次级键遭到破坏导致天然构象的破坏，但其一级结构不发生改变。21．蛋白质的复性：指在一定条件下，变性的蛋白质分子恢复其原有的天然构象并恢复生物活性的现象。22．蛋白质的沉淀作用：在外界因素影响下，蛋白质分子失去水化膜或被中和其所带电荷，导致溶解度降低从而使蛋白质变得不稳定而沉淀的现象称为蛋白质的沉淀作用。23．凝胶电泳：以凝胶为介质，在电场作用下分离蛋白质或核酸等分子的分离纯化技术。24．层析：按照在移动相（可以是气体或液体）和固定相（可以是液体或固体）之间的分配比例将混合成分分开的技术。第二章第二章    核酸一、知识要点核酸分两大类：DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两类核酸。但病毒不同，DNA病毒只含有DNA，RNA病毒只含RNA。核酸的基本结构单位是核苷酸。核苷酸由一个含氮碱基（嘌呤或嘧啶），一个戊糖（核糖或脱氧核糖）和一个或几个磷酸组成。核酸是一种多聚核苷酸，核苷酸靠磷酸二酯键彼此连接在一起。核酸中还有少量的稀有碱基。RNA中的核苷酸残基含有核糖，其嘧啶碱基一般是尿嘧啶和胞嘧啶，而DNA中其核苷酸含有2′-脱氧核糖，其嘧啶碱基一般是胸腺嘧啶和胞嘧啶。在RNA和DNA中所含的嘌呤基本上都是鸟嘌呤和腺嘌呤。核苷酸在细胞内有许多重要功能：它们用于合成核酸以携带遗传信息；它们还是细胞中主要的化学能载体；是许多种酶的辅因子的结构成分，而且有些（如cAMP、cGMP）还是细胞的第二信使。DNA的空间结构模型是在1953年由Watson和Crick两个人提出的。建立DNA空间结构模型的依据主要有两方面：一是由Chargaff发现的DNA中碱基的等价性，提示A=T、G≡C间碱基互补的可能性；二是DNA纤维的X-射线衍射分析资料，提示了双螺旋结构的可能性。DNA是由两条反向直线型多核苷酸组成的双螺旋分子。单链多核苷酸中两个核苷酸之间的唯一连键是3′,5′-磷酸二酯键。按Watson-Crick模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T，G≡C配对互补，彼此以氢键相连系。维持DNA结构稳定的力量主要是碱基堆积力；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。DNA能够以几种不同的结构形式存在。从B型DNA转变而来的两种结构A型和Z型结构巳在结晶研究中得到证实。在顺序相同的情况下A型螺旋较B型更短，具有稍大的直径。DNA中的一些特殊顺序能引起DNA弯曲。带有同一条链自身互补的颠倒重复能形成发卡或十字架结构，以镜影排列的多嘧啶序列可以通过分子内折叠形成三股螺旋，被称为H-DNA的三链螺旋结构。由于它存在于基因调控区，因而有重要的生物学意义。不同类型的RNA分子可自身回折形成发卡、局部双螺旋区，形成二级结构，并折叠产生三级结构，RNA与蛋白质复合物则是四级结构。tRNA的二级结构为三叶草形，三级结构为倒L形。mRNA则是把遗传信息从DNA转移到核糖体以进行蛋白质合成的载体。核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱和酶水解，产生碱基、核苷、核苷酸和寡核苷酸。酸水解时，糖苷键比磷酸酯键易于水解；嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键易于水解；嘌呤碱与脱氧核糖的糖苷键最不稳定。RNA易被稀碱水解，产生2’-和3’-核苷酸，DNA对碱比较稳定。细胞内有各种核酸酶可以分解核酸。其中限制性内切酶是基因工程的重要工具酶。核酸的碱基和磷酸基均能解离，因此核酸具有酸碱性。碱基杂环中的氮具有结合和释放质子的能力。核苷和核苷酸的碱基与游离碱基的解离性质相近，它们是兼性离子。核酸的碱基具有共轭双键，因而有紫外吸收的性质。各种碱基、核苷和核苷酸的吸收光谱略有区别。核酸的紫外吸收峰在260nm附近，可用于测定核酸。根据260nm与280nm的吸收光度（A260）可判断核酸纯度。变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏，双链解开，但共价键并未断裂。引起变性的因素很多，升高温度、过酸、过碱、纯水以及加入变性剂等都能造成核酸变性。核酸变性时，物理化学性质将发生改变，表现出增色效应。热变性一半时的温度称为熔点或变性温度，以Tm来表示。DNA的G+C含量影响Tm值。由于G≡C比A＝T碱基对更稳定，因此富含G≡C的DNA比富含A＝T的DNA具有更高的熔解温度。根据经验公式xG+C=（Tm-69.3）×2.44可以由DNA的Tm值计算G+C含量，或由G+C含量计算Tm值。变性DNA在适当条件下可以复性，物化性质得到恢复，具有减色效应。用不同来源的DNA进行退火，可得到杂交分子。也可以由DNA链与互补RNA链得到杂交分子。杂交的程度依赖于序列同源性。分子杂交是用于研究和分离特殊基因和RNA的重要分子生物学技术。染色体中的DNA分子是细胞内最大的大分子。许多较小的DNA分子，如病毒DNA、质粒DNA、线粒体DNA和叶绿体[]NA也存在于细胞中。许多DNA分子，特别是细菌的染色体DNA和线粒体、叶绿体DNA是环形的。病毒和染色体DNA有一个共同的特点，就是它们比包装它们的病毒颗粒和细胞器要长得多，真核细胞所含的DNA要比细菌细胞多得多。真核细胞染色质组织的基本单位是核小体，它由DNA和8个组蛋白分子构成的蛋白质核心颗粒组成。其中H2A，H2B，H3，H4各占两个分子，有一段DNA（约146bp）围绕着组蛋白核心形成左手性的线圈型超螺旋。细菌染色体也被高度折叠，压缩成拟核结构，但它们比真核细胞染色体更富动态和不规则，这反映了原核生物细胞周期短和极活跃的细胞代谢。  33 二、习题 (一)名词解释1．单核苷酸(mononucleotide)：核苷与磷酸缩合生成的磷酸酯称为单核苷酸。2．磷酸二酯键（phosphodiesterbonds）：单核苷酸中，核苷的戊糖与磷酸的羟基之间形成的磷酸酯键。3．不对称比率（dissymmetryratio）：不同生物的碱基组成由很大的差异，这可用不对称比率（A+T）/（G+C）表示。4．碱基互补规律(complementarybasepairing)：在形成双螺旋结构的过程中，由于各种碱基的大小与结构的不同，使得碱基之间的互补配对只能在G…C（或C…G）和A…T（或T…A）之间进行，这种碱基配对的规律就称为碱基配对规律（互补规律）。5．反密码子（anticodon）：在tRNA链上有三个特定的碱基，组成一个密码子，由这些反密码子按碱基配对原则识别mRNA链上的密码子。反密码子与密码子的方向相反。6．顺反子（cistron）:基因功能的单位；一段染色体，它是一种多肽链的密码；一种结构基因。7．核酸的变性与复性（denaturation、renaturation）：当呈双螺旋结构的DNA溶液缓慢加热时，其中的氢键便断开，双链DNA便脱解为单链，这叫做核酸的“溶解”或变性。在适宜的温度下，分散开的两条DNA链可以完全重新结合成和原来一样的双股螺旋。这个DNA螺旋的重组过程称为“复性”。8．退火（annealing）：当将双股链呈分散状态的DNA溶液缓慢冷却时，它们可以发生不同程度的重新结合而形成双链螺旋结构，这现象称为“退火”。9．增色效应（hyperchromiceffect）：当DNA从双螺旋结构变为单链的无规则卷曲状态时，它在260nm处的吸收便增加，这叫“增色效应”。10．减色效应（hypochromiceffect）：DNA在260nm处的光密度比在DNA分子中的各个碱基在260nm处吸收的光密度的总和小得多（约少35%~40%）,这现象称为“减色效应”。11．噬菌体（phage）：一种病毒，它可破坏细菌，并在其中繁殖。也叫细菌的病毒。12．发夹结构（hairpinstructure）：RNA是单链线形分子，只有局部区域为双链结构。这些结构是由于RNA单链分子通过自身回折使得互补的碱基对相遇，形成氢键结合而成的，称为发夹结构。13．DNA的熔解温度（meltingtemperatureTm）：引起DNA发生“熔解”的温度变化范围只不过几度，这个温度变化范围的中点称为熔解温度（Tm）。14．分子杂交（molecularhybridization）：不同的DNA片段之间，DNA片段与RNA片段之间，如果彼此间的核苷酸排列顺序互补也可以复性，形成新的双螺旋结构。这种按照互补碱基配对而使不完全互补的两条多核苷酸相互结合的过程称为分子杂交。15．环化核苷酸(cyclicnucleotide)：单核苷酸中的磷酸基分别与戊糖的3’-OH及5’-OH形成酯键，这种磷酸内酯的结构称为环化核苷酸。（二）填空题8．DNA中的_胸腺嘧啶碱与RNA中的__尿___嘧啶碱的氢键结合性质是相似的。14．在_退火__条件下，互补的单股核苷酸序列将缔结成双链分子。16．DNA分子的沉降系数决定于__分子大小___、__分子形状___。17．DNA变性后，紫外吸收__增加_，粘度_下降__、浮力密度_升高__，生物活性将__丧失_。18．因为核酸分子具有_嘌呤__、__嘧啶_，所以在__260_nm处有吸收峰，可用紫外分光光度计测定。19．双链DNA热变性后，或在pH2以下，或在pH12以上时，其OD260___增加___，同样条件下，单链DNA的OD260_不变____。20．DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈__窄____。21．DNA所在介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围愈_宽__，熔解温度愈_低__，所以DNA应保存在较__高___浓度的盐溶液中，通常为___1__mol/L的NaCI溶液。22．mRNA在细胞内的种类__较多_，但只占RNA总量的_5%___，23．变性DNA的复性与许多因素有关，包括__温度__，_DNA浓度_，__DNA片段大小_，_样品的均一度__，_溶液离子强度_，等。24．维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是__碱基堆积力___，其次，大量存在于DNA分子中的弱作用力如__离子键___，___疏水键___和__范德华力___也起一定作用。25．tRNA的二级结构呈_三叶草_形，三级结构呈_倒L__形，其3＇末端有一共同碱基序列CCA_其功能是_携带活化了的氨基酸。26．常见的环化核苷酸有_cAMP__和_cGMP__。其作用是_作为第二信使传递信号__，他们核糖上的__3_位与__5_位磷酸-OH环化。27．真核细胞的mRNA帽子由_m7G__组成，其尾部由_多聚A__组成，他们的功能分别是__帽子识别起始信号的一部分____，_使mRNA转运到细胞质中__多聚A对mRNA的稳定性有一定影响____。（三）选择题1．ATP分子中各组分的连接方式是：A．R-A-P-P-PB．A-R-P-P-PC．P-A-R-P-PD．P-R-A-P-P11．密码子GψA，所识别的密码子是：A．CAUB．UGCC．CGUD．UACE．都不对ψ为假尿苷酸，其中的U可以与A配对，所以反密码子GψA，所识别的密码子是UAC。12．真核生物mRNA的帽子结构中，m7G与多核苷酸链通过三个磷酸基连接，连接方式是：A．2′-5′B．3′-5C．3′-3′D．5′-5E．3′-3′13．在pH3.5的缓冲液中带正电荷最多的是：A．AMPB．GMPC．CMPD．UMP（四）是非判断题（T）11．DNA复性（退火）一般在低于其Tm值约20℃的温度下进行的。DNA复性（退火）一般在低于其Tm值约20~25℃的温度下进行的。（T）12．用碱水解核酸时，可以得到2’和3’-核苷酸的混合物。用碱水解核酸时，先生成2’,3’-环核苷酸，再水解为2’或3’-核苷酸。（T）15．tRNA的二级结构中的额外环是tRNA分类的重要指标。不同tRNA中额外环大小差异很大，因此可以作为tRNA分类的重要指标。（F）16．对于提纯的DNA样品，测得OD260/OD280<1.8，则说明样品中含有RNA。对于提纯的DNA样品，如果测得OD260/OD280<1.8，则说明样品中有蛋白质。（F）18．两个核酸样品A和B，如果A的OD260/OD280大于B的OD260/OD280，那么A的纯度大于B的纯度。核酸样品的纯度可以根据样品的OD260/OD280的比值判断，纯的DNA样品OD260/OD280=1.8，纯的RNA样品OD260/OD280=2.0。（F）19．毫无例外，从结构基因中DNA序列可以推出相应的蛋白质序列。真核生物的结构基因中包括内含子和外显子部分，经转录、加工后只有外显子部分翻译成蛋白质，与蛋白质氨基酸序列相对应。（T）20．真核生物成熟mRNA的两端均带有游离的3’-OH。真核生物成熟mRNA的5’为帽子结构，即m7G（5’）PPP（5’）Nm-，因此两5’端也是3’-OH。 （五）简答题1．将核酸完全水解后可得到哪些组分?DNA和RNA的水解产物有何不同？答：核酸完全水解后可得到碱基、戊糖、磷酸三种组分。DNA和RNA的水解产物戊糖、嘧啶碱基不同。2．计算下列各题：（1）T7噬菌体DNA，其双螺旋链的相对分子质量为2.5×107。计算DNA链的长度（设核苷酸的平均相对分子质量为650）。（2）相对分子质量为130×106的病毒DNA33 分子，每微米的质量是多少？（3）编码88个核苷酸的tRNA的基因有多长？（4）编码细胞色素C（104个氨基酸）的基因有多长（不考虑起始和终止序列）？（5）编码相对分子质量为9.6万的蛋白质的mRNA，相对分子质量为多少（设每个氨基酸的平均相对分子量为120）？答：（1）(2.5×10?7/650)×0.34=1.3×104nm=13μm。（2）650/0.34=1.9×106/μm。（3）88×0.34nm=30nm=0.3μm。（4）104×3×0.34=106nm≈0.11μm。（5）(96000/120)×3×320=76800。3．对一双链DNA而言，若一条链中（A+G）/（T+C）=0.7，则：（1）互补链中（A+G）/（T+C）=？10/7（2）在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）=1（3）若一条链中（A+T）/（G+C）=0.7，则互补链中（A+T）/（G+C）=0.7（4）在整个DNA分子中（A+T）/（G+C）=？在整个DNA分子中（Aα+Tα+Aβ+Tβ）/（Gα+Cα+Gβ+Cβ）=2（Aα+Tα）/2（Gα+Cα）=0.74．DNA热变性有何特点？Tm值表示什么？答：将DNA的稀盐溶液加热到70～100℃几分钟后，双螺旋结构即发生破坏，氢键断裂，两条链彼此分开，形成无规则线团状，此过程为DNA的热变性，有以下特点：变性温度范围很窄，260nm处的紫外吸收增加；粘度下降；生物活性丧失；比旋度下降；酸碱滴定曲线改变。Tm值代表核酸的变性温度（熔解温度、熔点）。在数值上等于DNA变性时摩尔磷消光值（紫外吸收）达到最大变化值半数时所对应的温度。5．在pH7.0，0.165mol/LNaCl条件下，测得某一DNA样品的Tm为89.3℃。求出四种碱基百分组成。答：为（G+C）%=(Tm–69.3)×2.44×%=(89.3-69.3)×2.44×%=48.8%G=C=24.4%(A+T)%=1－48.8%=51.2%A=T=25.6%6． 述下列因素如何影响DNA的复性过程：（1）阳离子的存在；（2）低于Tm的温度；（2）高浓度的DNA链。答：（1）阳离子的存在可中和DNA中带负电荷的磷酸基团，减弱DNA链间的静电作用，促进DNA的复性；（2）低于Tm的温度可以促进DNA复性；（3）DNA链浓度增高可以加快互补链随机碰撞的速度、机会，从而促进DNA复性。7．核酸分子中是通过什么键连接起来的？答：核酸分子中是通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来的。8．DNA分子二级结构有哪些特点？答：按Watson-Crick模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T，G≡C配对互补，彼此以氢键相连系。维持DNA结构稳定的力量主要是碱基堆积力；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。9．在稳定的DNA双螺旋中，哪两种力在维系分子立体结构方面起主要作用？答：在稳定的DNA双螺旋中，碱基堆积力和碱基配对氢键在维系分子立体结构方面起主要作用。10．简述tRNA二级结构的组成特点及其每一部分的功能。答：tRNA的二级结构为三叶草结构。其结构特征为：（1）tRNA的二级结构由四臂、四环组成。已配对的片断称为臂，未配对的片断称为环。（2）叶柄是氨基酸臂。其上含有CCA-OH3’，此结构是接受氨基酸的位置。（3）氨基酸臂对面是反密码子环。在它的中部含有三个相邻碱基组成的反密码子，可与mRNA上的密码子相互识别。（4）左环是二氢尿嘧啶环（D环），它与氨基酰-tRNA合成酶的结合有关。（5）右环是假尿嘧啶环（TψC环），它与核糖体的结合有关。（6）在反密码子与假尿嘧啶环之间的是可变环，它的大小决定着tRNA分子大小。11．用1mol/L的KOH溶液水解核酸，两类核酸（DNA及RNA）的水解有何不同？答：不同。RNA可以被水解成单核苷酸，而DNA分子中的脱氧核糖2’碳原子上没有羟基，所以DNA不能被碱水解。12．如何将分子量相同的单链DNA与单链RNA分开？答：（1）用专一性的RNA酶与DNA酶分别对两者进行水解。（2）用碱水解。RNA能够被水解，而DNA不被水解。（3）进行颜色反应。二苯胺试剂可以使DNA变成蓝色；苔黑酚（地衣酚）试剂能使RNA变成绿色。（4）用酸水解后，进行单核苷酸的分析（层析法或电泳法），含有U的是RNA，含有T的是DNA。13．计算下列各核酸水溶液在pH7.0，通过1.0cm光径杯时的260nm处的A值（消光度）。已知：AMP的摩尔消光系数A260=15400GMP的摩尔消光系数A260=11700CMP的摩尔消光系数A260=7500UMP的摩尔消光系数A260=9900dTMP的摩尔消光系数A260=9200求：（1）32μmol/LAMP，（2）47.5μmol/LCMP，（3）6.0μmol/LUMP的消光度，（4）48μmol/LAMP和32μmol/LUMP混合物的A260消光度。(5)A260=0.325的GMP溶液的摩尔浓度(以摩尔/升表示，溶液pH7.0)。(6)A260=0.090的dTMP溶液的摩尔浓度(以摩尔/升表示，溶液pH7.0)。答：已知：（1）32μmol/LAMP的A260消光度A260=32×10-6×15400=0.493（2）47.5μmol/LCMP的A260消光度A260=47.5×10-6×7500=0.356（3）6.0μmol/LUMP的A260消光度A260=6.0×10-6×9900=0.0594（4）48μmol/LAMP和32μmol/LUMP混合物的A260消光度A260=32×10-6×9900+48×10-6×15400=0.493=1.056（5）0.325/11700=2.78×10-5mol/L（6）0.090/9200=9.78×10-6mol/L14．如果人体有1014个细胞，每个体细胞的DNA量为6.4×109个碱基对。试计算人体DNA的总长度是多少？是太阳-地球之间距离（2.2×109公里）的多少倍？答：（1）每个体细胞的DNA的总长度为：6.4×109×0.34nm=2.176×109nm=2.176m（2）人体内所有体细胞的DNA的总长度为：2.176m×1014=2.176×1011km（3）这个长度与太阳-地球之间距离（2.2×109公里）相比为：2.176×1011/2.2×109=99倍15．15．指出在pH2.5、pH3.5、pH6、pH8、pH11.4时，四种核苷酸所带的电荷数（或所带电荷数多少的比较），并回答下列问题：（1）电泳分离四种核苷酸时，缓冲液应取哪个pH值比较合适？此时它们是向哪一极移动？移动的快慢顺序如何？（2）当要把上述四种核苷酸吸附于阴离子交换树脂柱上时，应调到什么pH值？（3）如果用洗脱液对阴离子交换树脂上的四种核苷酸进行洗脱分离时，洗脱液应调到什么pH值？这四种核苷酸上的洗脱顺序如何？为什么？ 15．答：种核苷酸带电荷情况：pH2.5pH3.5pH6pH8pH11.4UMP负电荷最多-1-1.5-2-3GMP负电荷较多-0.95-1.5-2-3AMP负电荷较少-0.46-1.5-2-2CMP带正电荷-0.16-1.5-2-2（1）电泳分离四种核苷酸时应取pH3.533 的缓冲液，在该pH值时，这四种单核苷酸之间所带负电荷差异较大，它们都向正极移动，但移动的速度不同，依次为：UMP>GMP>AMP>CMP（2）应取pH8.0，这样可使核苷酸带较多负电荷，利于吸附于阴离子交换树脂柱。虽然pH11.4时核苷酸带有更多的负电荷，但pH过稿对树脂不利。（3）洗脱液应调到pH2.5。当不考虑树脂的非极性吸附时洗脱顺序为CMP>AMP>UMP>GMP（根据pH2.5时核苷酸负电荷的多少来决定洗脱速度），但实际上核苷酸和聚苯乙烯阴离子交换树脂之间存在着非极性吸附，嘌呤碱基的非极性吸附是嘧啶碱基的3倍。静电吸附与非极性吸附共同作用的结果使洗脱顺序为：CMP>AMP>UMP>GMP。 第三章酶与辅酶 一、知识要点 在生物体的活细胞中每分每秒都进行着成千上万的大量生物化学反应，而这些反应却能有条不紊地进行且速度非常快，使细胞能同时进行各种降解代谢及合成代谢，以满足生命活动的需要。生物细胞之所以能在常温常压下以极高的速度和很大的专一性进行化学反应，这是由于生物细胞中存在着生物催化剂——酶。酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化能力的蛋白质。酶作为一种生物催化剂不同于一般的催化剂，它具有条件温和、催化效率高、高度专一性和酶活可调控性等催化特点。酶可分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类六大类。酶的专一性可分为相对专一性、绝对专一性和立体异构专一性，其中相对专一性又分为基团专一性和键专一性，立体异构专一性又分为旋光异构专一性、几何异构专一性和潜手性专一性。影响酶促反应速度的因素有底物浓度（S）、酶液浓度（E）、反应温度（T）、反应pH值、激活剂（A）和抑制剂（I）等。其中底物浓度与酶反应速度之间有一个重要的关系为米氏方程，米氏常数（Km）是酶的特征性常数，它的物理意义是当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度。竞争性抑制作用、非竞争性抑制作用和反竞争性抑制作用分别对Km值与Vmax的影响是各不相同的。酶的活性中心有两个功能部位，即结合部位和催化部位。酶的催化机理包括过渡态学说、邻近和定向效应、锁钥学说、诱导楔合学说、酸碱催化和共价催化等，每个学说都有其各自的理论依据，其中过渡态学说或中间产物学说为大家所公认，诱导楔合学说也为对酶的研究做了大量贡献。胰凝乳蛋白酶是胰脏中合成的一种蛋白水解酶，其活性中心由Asp102、His57及Ser195构成一个电荷转接系统，即电荷中继网。其催化机理包括两个阶段，第一阶段为水解反应的酰化阶段，第二阶段为水解反应的脱酰阶段。同工酶和变构酶是两种重要的酶。同工酶是指有机体内能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的理化性质及生物学功能不完全相同的一组酶；变构酶是利用构象的改变来调节其催化活性的酶，是一个关键酶，催化限速步骤。酶技术是近年来发展起来的，现在的基因工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、生化工程和生物工程等领域都有酶技术的参与。维生素是生物生长和生命活动中所必需的微量有机物，在天然食物中含量极少，人体自身不能合成，必须从食物中摄取。这些维生素既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内能量的来源，它们的生理功能主要是在物质代谢过程中起着非常重要的作用，因代谢过程离不开酶，而结合蛋白酶中的辅酶和辅基绝大多数都含有维生素成份。机体缺乏某种维生素时，代谢受阻，表现出维生素缺乏症，而植物体内能合成维生素。 二、习题 （一）名词解释1．米氏常数（Km值）：用Ｋm值表示，是酶的一个重要参数。Ｋm值是酶反应速度（V）达到最大反应速度（Vmax）一半时底物的浓度（单位M或mM）。米氏常数是酶的特征常数，只与酶的性质有关，不受底物浓度和酶浓度的影响。2．底物专一性（substratespecificity）：酶的专一性是指酶对底物及其催化反应的严格选择性。通常酶只能催化一种化学反应或一类相似的反应，不同的酶具有不同程度的专一性，酶的专一性可分为三种类型：绝对专一性、相对专一性、立体专一性。3．辅基（prostheticgroup）：酶的辅因子或结合蛋白质的非蛋白部分，与酶或蛋白质结合得非常紧密，用透析法不能除去。4．单体酶（monomericenzyme）：只有一条多肽链的酶称为单体酶，它们不能解离为更小的单位。分子量为13,000——35,000。5．寡聚酶（oligomericenzyme）：有几个或多个亚基组成的酶称为寡聚酶。寡聚酶中的亚基可以是相同的，也可以是不同的。亚基间以非共价键结合，容易为酸碱，高浓度的盐或其它的变性剂分离。寡聚酶的分子量从35000到几百万。6．多酶体系（multienzymesystem）：由几个酶彼此嵌合形成的复合体称为多酶体系。多酶复合体有利于细胞中一系列反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时便于机体对酶的调控。多酶复合体的分子量都在几百万以上。7．激活剂（activator）：凡是能提高酶活性的物质，都称激活剂，其中大部分是离子或简单的有机化合物。8．抑制剂（inhibitorinhibiton）：能使酶的必需基团或酶活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶的催化活性甚至使酶的催化活性完全丧失的物质。9．变构酶（allostericenzyme）：或称别构酶，是代谢过程中的关键酶，它的催化活性受其三维结构中的构象变化的调节。10．同工酶（isozyme）：是指有机体内能够催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成却有所不同的一组酶。11．诱导酶（inducedenzyme）：是指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。12．酶原（zymogen）：酶的无活性前体，通常在有限度的蛋白质水解作用后，转变为具有活性的酶。13．酶的比活力（enzymaticcompareenergy）：比活力是指每毫克蛋白质所具有的活力单位数，可以用下式表示：比活力=活力单位数蛋白质量（mg）14．活性中心（activecenter）：酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的部位，称为酶的活性中心。 （二）英文缩写符号1．NAD+（nicotinamideadeninedinucleotide）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；辅酶Ⅰ。2．FAD（flavinadeninedinucleotide）：黄素腺嘌呤二核苷酸。3．THFA（tetrahydrofolicacid）：四氢叶酸。4．NADP+（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；辅酶Ⅱ。5．FMN（flavinmononucleotide）：黄素单核苷酸6．CoA（coenzymeA）：辅酶A7．ACP（acylcarrierprotein）：酰基载体蛋白8．BCCP（biotincarboxylcarrierprotein）：生物素羧基载体蛋白。9．PLP（pyridoxalphosphate）：磷酸吡哆醛 （三）填空题1．酶是活细胞产生的，具有催化活性的蛋白质。2．酶具有高效性、专一性、作用条件温和和受调控等催化特点。4．胰凝乳蛋白酶的活性中心主要含有精氨酸Asp102、组氨酸His57、和丝氨酸Ser195基，三者构成一个氢键体系，使其中的Ser195上的氧原子成为强烈的亲核基团，此系统称为电荷转接系统或电荷中继网。5．与酶催化的高效率有关的因素有邻近效应、33 定向效应、诱导应变、共价催化、活性中心酸碱催化等。7．变构酶的特点是：（1）由多个亚基组成，（2）除活性中心外还有变构中心，它不符合一般的米氏方程，当以V对[S]作图时，它表现出S型曲线，而非双曲线。它是寡聚酶。8．转氨酶的辅因子为磷酸吡哆醛即维生素B6。其有三种形式，分别为磷酸吡哆醛、磷酸吡哆醇、磷酸吡哆胺，其中磷酸吡哆醛在氨基酸代谢中非常重要，是转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶。9．叶酸以其还原性产物起辅酶的作用，它有DHFA和THFA两种还原形式，后者的功能作为一碳单位载体。10．一条多肽链Asn-His-Lys-Asp-Phe-Glu-Ile-Arg-Glu-Tyr-Gly-Arg经胰蛋白酶水解可得到3个多肽。11．全酶由酶蛋白和辅助因子组成，在催化反应时，二者所起的作用不同，其中酶蛋白决定酶的专一性和高效率，辅助因子起传递电子、原子或化学基团的作用。13．T．R．Cech和S.Alman因各自发现了核酶（具有催化能力的RNA）而共同获得1989年的诺贝尔奖（化学奖）。15．根据国际酶学委员会的规定，每一种酶都有一个唯一的编号。醇脱氢酶的编号是EC1.1.1.1，EC代表酶学委员会，4个数字分别代表氧化还原酶类、作用-CHOH基团的亚类、受体NAD+或NADP+的亚亚类和序号为1。16．根据酶的专一性程度不同，酶的专一性可以分为绝对专一性、相对专一性、和立体专一性。17．酶的活性中心包括结合部位和催化部位两个功能部位，其中结合部位直接与底物结合，决定酶的专一性，催化部位是发生化学变化的部位，决定催化反应的性质。18．酶活力是指酶催化化学反应的能力，一般用一定条件下，酶催化某一化学反应的反应速度表示。19．通常讨论酶促反应的反应速度时，指的是反应的初速度，即底物消耗量<5%时测得的反应速度。20．解释别构酶作用机理的假说有齐变模型和序变模型两种。21．固定化酶的优点包括稳定性好，可反复使用，易于与反应液分离等。22．pH值影响酶活力的原因可能有以下几方面：影响底物分子的解离状态，影响酶分子的解离状态，影响中间复合物的解离状态。23．温度对酶活力影响有以下两方面：一方面温度升高，可使反应速度加快，另一方面温度太高，会使酶蛋白变性而失活。24．脲酶只作用于尿素，而不作用于其他任何底物，因此它具有绝对专一性；甘油激酶可以催化甘油磷酸化，仅生成甘油-1-磷酸一种底物，因此它具有立体专一性。26．磺胺类药物可以抑制二氢叶酸合成酶，从而抑制细菌生长繁殖。27．判断一个纯化酶的方法优劣的主要依据是酶的比活力和总活力。28．维生素是维持生物体正常生长所必需的一类_____微量____有机物质。主要作用是作为____辅酶_____的组分参与体内代谢。30．维生素B1由__嘧啶__环与__噻唑___环通过_亚甲基__相连，主要功能是以______TPP____形式，作为_____脱羧酶_______和_______转酮酶_____的辅酶，转移二碳单位。31．维生素B2的化学结构可以分为二部分，即__二甲基异咯嗪基和______核糖醇基______，其中______1______原子上可以加氢，因此有氧化型和还原型之分。32．维生素B3由______丁酸衍生物____与____β-丙氨酸_____通过______酰胺键_____相连而成，可以与___巯基乙胺_______，______焦磷酸___和_______3’-AMP____共同组成辅酶_____CoA______，作为各种______酰化______反应的辅酶，传递______酰基______。33．维生素B5是_____吡啶____衍生物，有___烟酸______，_____烟酰胺____两种形式，其辅酶形式是____NAD+____与______NADP+___，作为___脱氢____酶的辅酶，起递___氢___作用。34．生物素可看作由_尿素___，_噻吩_，__戊酸侧链__三部分组成，是___羧化酶___的辅酶，在_CO2__的固定中起重要的作用。35．维生素B12是唯一含______金属元素______的维生素，由______咕啉环______，_____核苷酸_______和氨基丙酸三部分组成，有多种辅酶形式。其中_____5’-脱氧腺苷钴胺素_______是变位酶的辅酶，_____甲基钴胺素_______是转甲基酶的辅酶。36．维生素C是___羟化__的辅酶，另外还具有__解毒__作用等。 （四）选择题7．下列常见抑制剂中，除哪个外都是不可逆抑制剂：BA有机磷化合物B有机汞化合物C有机砷化合物D氰化物E磺胺类药物8．酶的活化和去活化循环中，酶的磷酸化和去磷酸化位点通常在酶的哪一种氨基酸残基上：D蛋白激酶可以使ATP分子上的γ-磷酸转移到一种蛋白质的丝氨酸残基的羟基上，在磷酸基的转移过程中，常伴有酶蛋白活性的变化，例如肝糖原合成酶的磷酸化与脱磷酸化两种形式对糖原合成的调控是必需的。A．天冬氨酸Ｂ．脯氨酸Ｃ．赖氨酸D．丝氨酸Ｅ．甘氨酸9．在生理条件下，下列哪种基团既可以作为H+的受体，也可以作为H+的供体：AHis咪唑基的pK值在6.0~7.0之间，在生理条件下一半解离，一半未解离，解离的部分可以作为H+的受体，未解离的部分可以作为H+的供体。A．His的咪唑基B．Lys的ε氨基C．Arg的胍基D．Cys的巯基E．Trp的吲哚基10．对于下列哪种抑制作用，抑制程度为50%时，[I]=Ki：A．不可逆抑制作用B．竞争性可逆抑制作用C．非竞争性可逆抑制作用D．反竞争性可逆抑制作用E．无法确定11．下列辅酶中的哪个不是来自于维生素：CoQ不属于维生素，CoA是维生素B3的衍生物，PLP是维生素B6的衍生物，FH2是维生素B11的衍生物，FMN是维生素B2的衍生物。A．CoAB．CoQC．PLPD．FH2E．FMN12．下列叙述中哪一种是正确的：CA．所有的辅酶都包含维生素组分B．所有的维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分C．所有的B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分D．只有B族维生素可以作为辅酶或辅酶的组分很多辅酶不包含维生素组分，如CoQ等；有些维生素不可以作为辅酶或辅酶的组分，如维生素E等；所有的B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分，但并不是只有B族维生素可以作为辅酶或辅酶的组分，如维生素K也可以作为γ-羧化酶的辅酶。13．多食糖类需补充：A．维生素B1B．维生素B2C．维生素B5D．维生素B6E．维生素B7维生素B1以辅酶TPP的形式参与代谢，TPP是丙酮酸脱氢酶系、α-酮戊二酸脱氢酶系、转酮酶等的辅酶，因此与糖代谢关系密切。多食糖类食物消耗的维生素B1增加，需要补充。14．多食肉类，需补充：A．维生素B1B．维生素B2C．维生素B5D．维生素B6E．维生素B7维生素B6以辅酶PLP，PMP的形式参与氨基酸代谢，是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶，因此多食用蛋白质类食物消耗的维生素B6增加，需要补充。15．以玉米为主食，容易导致下列哪种维生素的缺乏：A．维生素B1B．维生素B2C．维生素B5D．维生素B6E．维生素B7玉米中缺少合成维生素B5的前体—色氨酸，因此以玉米为主食，容易导致维生素B5的缺乏。18．下列化合物中哪个不含腺苷酸组分：FMN是黄素单核苷酸，不含腺苷酸组分。33 A．CoAB．FMNC．FADD．NAD+E．NADP+19．需要维生素B6作为辅酶的氨基酸反应有：A．成盐、成酯和转氨B．成酰氯反应C．烷基化反应D．成酯、转氨和脱羧E．转氨、脱羧和消旋 B6以辅酶PLP，PMP的形式参与氨基酸代谢，是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶。（五）是非判断题（T）3．某些酶的Km由于代谢产物存在而发生改变，而这些代谢产物在结构上与底物无关。Km是酶的特征性常数，反应的代谢产物可能影响酶性质的改变从而影响Km的变化，而这些代谢产物在结构上并不与底物一致。（T）4．某些调节酶的V-[S]的S形曲线表明，酶与少量底物的结合增加了酶对后续底物分子的亲和力。（T）8．碘乙酸因可与活性中心-SH以共价键结合而抑制巯基酶，而使糖酵解途径受阻。碘乙酸是糖酵解过程中的一个抑制剂，与半胱氨酸或蛋氨酸的-SH结合，使糖酵解途径受阻。（F）10．酶可以促成化学反应向正反应方向转移。（T）11．对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度，但不改变化学反应的平衡点。（T）13．酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。检查酶的含量及存在，不能直接用重量或体积来表示，常用它催化某一特定反应的能力来表示，即用酶的活力来表示，因此酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。（F）14．从鼠脑分离的己糖激酶可以作用于葡萄糖（Km=6×10-6mol/L）或果糖（Km=2×10-3mol/L），则己糖激酶对果糖的亲和力更高。Km值可以近似地反应酶与底物亲和力，Km越低，亲和力越高，因此已糖激酶对葡萄糖的亲和力更高。（F）17．Km是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶的底物无关。（T）18．一种酶有几种底物就有几种Km值。（F）20．酶的最适pH值是一个常数，每一种酶只有一个确定的最适pH值。酶的最适pH值有时因底物种类、浓度及缓冲液成分不同而不同，并不是一个常数。（F）21．酶的最适温度与酶的作用时间有关，作用时间长，则最适温度高，作用时间短，则最适温度低。酶最适温度与酶的作用时间有关，作用时间越长，则最适温度低，作用时间短，则最适温度高。（T）22．金属离子作为酶的激活剂，有的可以相互取代，有的可以相互拮抗。（T）23．增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。不可逆抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶结合，而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶的活性，因此增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。（F）25．由1g粗酶制剂经纯化后得到10mg电泳纯的酶制剂，那么酶的比活较原来提高了100倍。因为不知道纯化前后的比活分别是多少，因此无法计算比活的提高倍数。（F）26．酶反应的最适pH值只取决于酶蛋白本身的结构。酶反应的最适pH值不仅取决于酶蛋白本身的结构，还与底物种类、浓度及缓冲液成分有关。（F）29．脂溶性维生素都不能作为辅酶参与代谢。维生素K可以作为γ-羟化酶的辅酶，促进凝血。（F）32．维生素E不容易被氧化，因此可做抗氧化剂。维生素E极易被氧化，因此可做抗氧化剂 （六）问答题及计算题1．怎样证明酶是蛋白质？答：（1）酶能被酸、碱及蛋白酶水解，水解的最终产物都是氨基酸，证明酶是由氨基酸组成的。（2）酶具有蛋白质所具有的颜色反应，如双缩脲反应、茚三酮反应、米伦反应、乙醛酸反应。（3）一切能使蛋白质变性的因素，如热、酸碱、紫外线等，同样可以使酶变性失活。（4）酶同样具有蛋白质所具有的大分子性质，如不能通过半透膜、可以电泳等。（5）酶同其他蛋白质一样是两性电解质，并有一定的等电点。总之，酶是由氨基酸组成的，与其他已知的蛋白质有着相同的理化性质，所以酶的化学本质是蛋白质。2．简述酶作为生物催化剂与一般化学催化剂的共性及其个性？答：（1）共性：用量少而催化效率高；仅能改变化学反应的速度，不改变化学反应的平衡点，酶本身在化学反应前后也不改变；可降低化学反应的活化能。（2）个性：酶作为生物催化剂的特点是催化效率更高，具有高度的专一性，容易失活，活力受条件的调节控制，活力与辅助因子有关。3．简述Cech及Altman是如何发现具有催化活性的RNA的？（1）1982年，美国的T.Cech发现原生动物四膜虫的26SrRNA前体能够在完全没有蛋白质的情况下，自我加工、拼接，得到成熟的rRNA。（2）1983年，S.Atman和Pace实验室研究RNaseP时发现，将RNaseP的蛋白质与RNA分离，分别测定，发现蛋白质部分没有催化活性，而RNA部分具有与全酶相同的催化活性。（3）1986年，T.Cech发现在一定条件下，L19RNA可以催化PolyC的切割与连接。4．试指出下列每种酶具有哪种类型的专一性？（1）脲酶（只催化尿素NH2CONH2的水解，但不能作用于NH2CONHCH3）；绝对专一性（2）β-D-葡萄糖苷酶（只作用于β-D-葡萄糖形成的各种糖甘，但不能作用于其他的糖苷，例如果糖苷）；相对专一性（族专一性）（3）酯酶（作用于R1COOR2的水解反应）；相对专一性（键专一性）（4）L-氨基酸氧化酶（只作用于L-氨基酸，而不能作用于D-氨基酸）；立体专一性（旋光异构专一性）（5）反丁烯二酸水合酶[只作用于反丁烯二酸（延胡索酸），而不能作用于顺丁烯二酸（马来酸）]；立体专一性（顺反异构专一性）（6）甘油激酶（催化甘油磷酸化，生成甘油-1-磷酸）。立体专一性（识别从化学角度看完全对称的两个基团）5．称取25mg蛋白酶配成25mL溶液，取2mL溶液测得含蛋白氮0.2mg，另取0.1mL溶液测酶活力，结果每小时可以水解酪蛋白产生1500μg酪氨酸，假定1个酶活力单位定义为每分钟产生1μg酪氨酸的酶量，请计算：（1）酶溶液的蛋白浓度及比活。蛋白浓度=0.2×6.25mg/2mL=0.625mg/mL；比活力=（1500/60×1ml/0.1mL）÷0.625mg/mL=400U/mg；（2）每克纯酶制剂的总蛋白含量及总活力。总蛋白=0.625mg/mL×1000mL=625mg总活力=625mg×400U/mg=2.5×105U。6．Vmax与米氏常数可以通过作图法求得，试比较V~[S]图，双倒数图，V~V/[S]作图，[S]/V~[S]作图及直接线性作图法求Vmax和Km的优缺点？答：（1）V~[S]图是双曲线的一支，可以通过其渐近线求Vmax，V=1/2Vmax时对应的[S]为Km；优点是比较直观，缺点是实际上测定时不容易达到Vmax，所以测不准。（2）1/V~1/[S]图是一条直线，它与纵轴的截距为1/Vmax，与横轴的截距为-1/Km，优点是使用方便，Vmax和Km都较容易求，缺点是实验得到的点一般集中在直线的左端，作图时直线斜率稍有偏差，Km就求不准。（3）V~V/[S]图也是一条直线，它与纵轴的截距为Vmax，与横轴的截距为Vmax/Km，斜率即为-Km，优点是求Km比较方便，缺点是作图前计算较繁。（4）[S]/V~[S]图也是一条直线，它与纵轴的截距为Km/Vmax，与横轴的截距为-Km，优缺点与V~V/[S]图相似。（5）直接线性作图法是一组交于一点的直线，交点的横坐标为Km，纵坐标为Vmax，是求Vmax和Km的最好的一种方法，不需计算，作图方便，结果准确。7．（1）为什么某些肠道寄生虫如蛔虫在体内不会被消化道内的胃蛋白酶、胰蛋白酶消化？一些肠道寄生虫如蛔虫等可以产生胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制剂，使它在动物体内不致被消化。（2）为什么蚕豆必须煮熟后食用，否则容易引起不适？蚕豆等某些植物种子含有胰蛋白酶抑制剂，煮熟后胰蛋白酶抑制剂被破坏，否则食用后抑制胰蛋白酶活性，影响消化，引起不适。8．使用下表数据，作图判断抑制剂类型（竞争性还是非竞争性可逆抑制剂）？33 答：作1/V~1/[S]图，可知是竞争性可逆抑制剂。[S]mmol/L2.03.04.010.015.0每小时形成产物的量（μmol）13.917.921.331.337.0（没有抑制剂）每小时形成产物的量（μmol）8.812.114.925.731.3（有抑制剂） 9．甘油醛-3-磷酸脱氢酶（Mr150000）的活性位点有一个Cys残基，假定为使5mL的1.2mg/mL的酶溶液完全失活，需要3.0×10-2mg碘乙酰胺（Mr185），计算酶的催化亚基的数目？答：（1）酶量（mmol）=1.2×5/150000=4.0×10-5mmol；（2）碘乙酰胺量（mmol）=3.0×10-2/185=1.6×10-4mmol，所以酶的催化亚基数为4。10．对活细胞的实验测定表明，酶的底物浓度通常就在这种底物的Km值附近，请解释其生理意义？为什么底物浓度不是大大高于Km或大大低于Km呢？答：据V~[S]的米氏曲线，当底物浓度大大低于Km值时，酶不能被底物饱和，从酶的利用角度而言，很不经济；当底物浓度大大高于Km值时，酶趋于被饱和，随底物浓度改变，反应速度变化不大，不利于反应速度的调节；当底物浓度在Km值附近时，反应速度对底物浓度的变化较为敏感，有利于反应速度的调节。11．有时别构酶的活性可以被低浓度的竞争性抑制剂激活，请解释？答：底物与别构酶的结合，可以促进随后的底物分子与酶的结合，同样竞争性抑制剂与酶的底物结合位点结合，也可以促进底物分子与酶的其它亚基的进一步结合，因此低浓度的抑制剂可以激活某些别构酶。12．（1）对于一个遵循米氏动力学的酶而言，当[S]=Km时，若V=35μmol/min，Vmax是多少μmol/min？当[S]=Km时，V=1/2Vmax，则Vmax=2×35=70μmol/min；（2）当[S]=2×10-5mo/L，V=40μmol/min，这个酶的Km是多少？因为V=Vmax/(1+Km/[s]),所以Km=(Vmax/V-1)[s]=1.5×10-5mol/L；（3）若I表示竞争性抑制剂，KI=4×10-5mol/L，当[S]=3×10-2mol/L和[I]=3×10-5mol/L时，V是多少？因为[S]>>Km,[I],所以V=Vmax=70μmol/min13．在很多酶的活性中心均有His残基参与，请解释？答：酶蛋白分子中组氨酸的侧链咪唑基pK值为6.0~7.0,在生理条件下，一半解离，一半不解离，因此既可以作为质子供体（不解离部分），又可以作为质子受体（解离部分），既是酸，又是碱，可以作为广义酸碱共同催化反应，因此常参与构成酶的活性中心。22．将下列化学名称与B族维生素及其辅酶形式相匹配？（A）泛酸；（B）烟酸；（C）叶酸；（D）硫胺素；（E）核黄素；（F）吡哆素；（G）生物素。（1）B1；（2）B2；（3）B3；（4）B5；（5）B6；（6）B7；（7）B11；（8）B12。(Ⅰ)FMN；(Ⅱ)FAD；(Ⅲ)NAD+；(Ⅳ)NADP+；(Ⅴ)CoA；(Ⅵ)PLP；(Ⅶ)PMP；(Ⅷ)FH2，FH4；(Ⅸ)TPP。 答：（A）―（3）―（Ⅴ）；（B）―（4）―（Ⅲ），（Ⅳ）；（C）―（7）―（Ⅷ）；（D）―（1）―（Ⅸ）；（E）―（2）―（Ⅰ），（Ⅱ）；（F）―（5）―（Ⅵ），（Ⅶ）；（G）―（6）。第四章生物氧化与氧化磷酸化一、知识要点生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO2和H2O，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。（一）氧化还原电势和自由能变化1．自由能生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。自由能（freeenergy）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs自由能，用符号G表示。物质中的自由能（G）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG）是可以测定的。ΔG很有用，它表示从某反应可以得到多少有用功，也是衡量化学反应的自发性的标准。例如，物质A转变为物质B的反应：ΔG＝GB—GA当ΔG为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。如果ΔG＝0时，表明反应体系处于动态平衡状态。此时，平衡常数为Keq，由已知的Keq可求得ΔG°：ΔG°＝－RTlnKeq 2．化还原电势在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。将任何一对氧化还原物质的氧化还原对连在一起，都有氧化还原电位的产生。如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势。标准氧还原电势用E°表示。E°值愈大，获得电子的倾向愈大；E°愈小，失去电子的倾向愈大。3．氧化还原电势与自由能的关系在一个氧化还原反应中，可从反应物的氧还电势E0＇，计算出这个氧化还原反应的自由能变化（ΔG）。ΔG°与氧化还原电势的关系如下：ΔG°=－nFΔE°n表示转移的电子数，F为法拉第常数（1法拉第＝96485库仑／摩尔）。ΔE°的单位为伏特，ΔG°的单位为焦耳／摩尔。当ΔE°为正值时，ΔG°为负值，是放能反应，反应能自发进行。ΔE°为负值时，ΔG°为正值，是吸能反应，反应不能自发进行。（二）高能磷酸化合物生物体内有许多磷酸化合物，其磷酸基团水解时可释放出20.92kJ／mol以上自由能的化合物称为高能磷酸化合物。按键型的特点可分为：1．磷氧键型：焦磷酸化合物如腺三磷（ATP）是高能磷酸化合物的典型代表。ATP磷酸酐键水解时，释放出30.54kJ／mol能量，它有两个高能磷酸键，在能量转换中极为重要；酰基磷酸化合物如1,3二磷酸甘油酸以及烯醇式磷酸化合物如磷酸烯醇式丙酮酸都属此类。2．磷键型化合物如磷酸肌酸、磷酸精氨酸。3．酯键型化合物如乙酰辅酶A。4．甲硫健型化合物如S-腺苷甲硫氨酸。此外，脊椎动物中的磷酸肌酸和无脊椎动物中的磷酸精氨酸，是ATP的能量贮存库，作为贮能物质又称为磷酸原。（三）电子传递链电子传递链是在生物氧化中，底物脱下的氢（H++eˉ），经过一系列传递体传递，最后与氧结合生成H2O33 的电子传递系统，又称呼吸链。呼吸链上电子传递载体的排列是有一定顺序和方向的，电子传递的方向是从氧还电势较负的化合物流向氧化还原电势较正的化合物，直到氧。氧是氧化还原电势最高的受体，最后氧被还原成水。电子传递链在原核细胞存在于质膜上，在真核细胞存在于线粒体的内膜上。线粒体内膜上的呼吸链有NADH呼吸链和FADH2呼吸链。1．构成电子传递链的电子传递体成员分五类：（1）烟酰胺核苷酸（NAD＋）多种底物脱氢酶以NAD＋为辅酶，接受底物上脱下的氢成为还原态的NADH+＋H＋，是氢（H＋和eˉ）传递体。（2）黄素蛋白黄素蛋白以FAD和FMN为辅基，接受NADH+＋H＋或底物（如琥珀酸）上的质子和电子，形成FADH2或FMNH2，传递质子和电子。（3）铁硫蛋白或铁硫中心也称非血红素蛋白，是单电子传递体，氧化态为Fe3＋，还原态为Fe2＋。（4）辅酶Q又称泛醌，是脂溶性化合物。它不仅能接受脱氢酶的氢，还能接受琥珀酸脱氢酶等的氢（H＋＋eˉ）。是处于电子传递链中心地位的载氢体。（5）细胞色素类是含铁的单电子传递载体。铁原子处于卟啉的中心，构成血红素。它是细胞色素类的辅基。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到氧的专一酶类。线粒体的电子至少含有5种不同的细胞色素（即b、c、c1、a、a3）。通过实验证明，它们在电子传递链上电于传递的顺序是b→c1→c→aa3，细胞色素aa3以复合物形式存在，称为细胞色素氧化酶。是电子传递链中最末端的载体，所以又称末端氧化酶。2．电子传递抑制剂能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。常用的抑制剂有：（1）鱼藤酮：阻断电子由NADH向CoQ的传递。它是一种极毒的植物物质，常用作杀虫剂。（2）抗霉素A：能阻断电子从Cytb到Cytc1的传递。（3）氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO：能阻断电子由Cytaa3到氧的传递。由于这三个部位的电子流被阻断，因此，也抑制了磷酸化的进行，即不能形成ATP。（四）氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用是需氧细胞生命活动的基础，是主要的能量来源。真核细胞是在线粒体内膜上进行。1．氧化磷酸化作用高势能电子从NADH或FADH2沿呼吸链传递给氧的过程中，所释放的能量转移给ADP形成ATP，即ATP的形成与电子传递相偶联，称为氧化磷酸化作用，其特点是需要氧分子参与。氧化磷酸化作用与底物水平磷酸化作用是有区别的：底物水平磷酸化作用是指代谢底物由于脱氢或脱水，造成其分子内部能量重新分布，产生的高能键所携带的能量转移给ADP生成ATP，即ATP的形成直接与一个代谢中间高能磷酸化合物（如磷酸烯醇式丙酮酸、1,3-二磷酸甘油酸等）上的磷酸基团的转移相偶联，其特点是不需要分子氧参加。2．P／O比和磷酸化部位磷氧比（P／O）是指一对电子通过呼吸链传递到氧所产生ATP的分子数。由NADH开始氧化脱氢脱电子，电子经过呼吸链传递给氧，生成3分子ATP，则P／O比为3。这3分子ATP是在三个部位上生成的，第一个部位是在NADH和CoQ之间，第二个部位是在Cytb与Cytc1之间；第三个部位是在Cytaa3和氧之间。如果从FADH2开始氧化脱氢脱电子，电子经过呼吸链传递给氧，只能生成2分子ATP，其P／O比为2。3．氧化磷酸化的解偶联作用（1）氧化磷酸化的解偶联作用在完整线粒体内，电子传递与磷酸化是紧密偶联的，当使用某些试剂而导致的电子传递与ATP形成这两个过程分开，只进行电子传递而不能形成ATP的作用，称为解偶联作用。（2）氧化磷酸化的解偶联剂能引起解偶联作用的试剂称为解偶联剂，解偶联作用的实质是解偶联剂消除电子传递中所产生的跨膜质子浓度或电位梯度，只有电子传递而不产生ATP。（3）解偶联剂种类典型的解偶联剂是化学物质2,4-二硝基苯酚（DNP），DNP具弱酸性，在不同pH环境可结合H+或释放H+；并且DNP具脂溶性，能透过磷脂双分子层，使线粒体内膜外侧的H+转移到内侧，从而消除H+梯度。此外，离子载体如由链霉素产生的抗菌素——缬氨霉素，具脂溶性，能与K+离子配位结合，使线粒体膜外的K+转运到膜内而消除跨膜电位梯度。另外还有存在于某些生物细胞线粒体内膜上的天然解偶联蛋白，该蛋白构成的质子通道可以让膜外质子经其通道返回膜内而消除跨膜的质子浓度梯度，不能生成ATP而产生热量使体温增加。解偶联剂与电子传递抑制剂是不同的，解偶联剂只消除内膜两侧质子或电位梯度，不抑制呼吸链的电子传递，甚至加速电子传递，促进呼吸底物和分子氧的消耗，但不形成ATP，只产生热量。4．氧化磷酸化的作用机理与电子传递相偶联的氧化磷酸化作用机理虽研究多年，但仍不清楚。曾有三种假说试图解释其机理。这三种假说为：化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说。（1）化学偶联假说认为电子传递中所释放的自由能以一个高能共价中间物形式暂时存在，随后裂解将其能量转给ADP以形成ATP。但不能从呼吸链中找到高能中间物的实例。（2）构象偶联假说认为电子沿呼吸链传递释放的自由能使线粒体内膜蛋白质发生构象变化而形成一种高能形式暂时存在。这种高能形式将能量转给F0F1-ATP酶分子使之发生构象变化，F0F1-ATP酶复原时将能量转给ADP形成ATP。（3）化学渗透假说该假说由英国生物化学家PeterMitchell提出的。他认为电子传递的结果将H+从线粒体内膜上的内侧“泵”到内膜的外侧，于是在内膜内外两侧产生了H+的浓度梯度。即内膜的外侧与内膜的内侧之间含有一种势能，该势能是H+返回内膜内侧的一种动力。H+通过F0F1-ATP酶分子上的特殊通道又流回内膜的内侧。当H+返回内膜内侧时，释放出自由能的反应和ATP的合成反应相偶联。该假说目前得到较多人的支持。实验证明氧化磷酸化作用的进行需要完全的线粒体内膜存在。当用超声波处理线粒体时，可将线粒体内膜嵴打成片段：有些片段的嵴膜又重新封闭起来形成泡状体，称为亚线粒体泡（内膜变为翻转朝外）。这些亚线粒体泡仍具有进行氧化磷酸化作用的功能。在囊泡的外面可看到F1球状体。用尿素或胰蛋白酶处理这些囊泡时，内膜上的球体F1脱下，F0留在膜上。这种处理过的囊泡仍具有电子传递链的功能，但失去合成ATP的功能。当将F1球状体再加回到只有F0的囊泡时，氧化磷酸化作用又恢复。这一实验说明线粒体内膜嵴上的酶（F0）起电子传递的作用，而其上的F1是形成ATP的重要成分，F0和F1是一种酶的复合体。5．能荷细胞中存在三种腺苷酸即AMP、ADP、ATP，称为腺苷酸库。在细胞中ATP、ADP和AMP在某一时间的相对数量控制着细胞活动。Atkinson提出了能荷的概念。认为能荷是细胞中高能磷酸状态的一种数量上的衡量，能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态。能荷＝可看出，能荷的大小决定于ATP和ADP的多少。能荷的从0到1.0，当细胞中都是ATP时，能荷为1.0。此时，可利用的高能磷酸键数量最大。都为ADP时，能荷为0.533 ，系统中有一半的高能磷酸健。都为AMP时，能荷为0，此时无高能磷酸化合物存在。实验证明能荷高时可抑制ATP的生成，却促进ATP的利用。也就是说，能荷高可促进合成代谢而抑制分解代谢，相反，能荷低则促进分解代谢而抑制合成代谢。能荷调节是通过ATP、ADP和AMP分子对某些酶分子进行变构调节来实现的。5、线粒体的穿梭系统真核生物在细胞质中进行糖酵解时所生成的NADH是不能直接透过线粒体内膜被氧化的，但是NADH＋H+上的质子可以通过一个穿梭的间接途径而进入电子传递链。3-磷酸甘油的穿梭过程是最早发现的。其过程是胞质中NADH十H+在3-磷酸甘油脱氢酶作用下与磷酸二羟丙酮反应生成3-磷酸甘油。3-磷酸甘油可进入线粒体，在线粒体内膜上的3-磷酸甘油脱氢酶（辅基为FAD）作用下，生成磷酸二羟丙酮和FADH2。磷酸二羟丙酮透出线粒体，继续作为氢的受体，FADH2将氢传递给CoQ进入呼吸链氧化，这样只能产生2分于ATP。在动物的肝、肾及心脏的线粒体存在另一种穿梭方式，即草酰乙酸-苹果酸穿梭。这种方式在胞液及线粒体内的脱氢酶辅酶都是NAD＋，所以胞液中的NADH+H+到达线粒体内又生成NADH＋H+。从能量产生来看，草酰乙酸-苹果酸穿梭优于α-磷酸甘油穿梭机制；但α-磷酸甘油穿梭机制比草酰乙酸-苹果酸穿梭速度要快很多。二、习题（一）名词解释1． 生物氧化（biologicaloxidation）：生物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。生物氧化在细胞内进行，氧化过程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有时也称之为“细胞呼吸”或“细胞氧化”。生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及电子通过呼吸链传递、分子氧与传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2和H2O的同时，释放的能量使ADP转变成ATP。2． 呼吸链（respiratorychain）：有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。3． 氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）：在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP的作用，称为氧化磷酸化。氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP的主要方式。4． 磷氧比P/O（P/O）：电子经过呼吸链的传递作用最终与氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。经此过程消耗一个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数（也是生成ATP的分子数）称为磷氧比值（P／O）。如NADH的磷氧比值是3，FADH2的磷氧比值是2。5． 底物水平磷酸化（substratelevelphosphorylation）：在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。此过程与呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。如在糖酵解（EMP）的过程中，3-磷酸甘油醛脱氢后产生的1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶催化下形成ATP的反应，以及在2-磷酸甘油酸脱水后产生的磷酸烯醇式丙酮酸，在丙酮酸激酶催化形成ATP的反应均属底物水平的磷酸化反应。另外，在三羧酸环（TCA）中，也有一步反应属底物水平磷酸化反应，如α-酮戊二酸经氧化脱羧后生成高能化合物琥珀酰～CoA，其高能硫酯键在琥珀酰CoA合成酶的催化下转移给GDP生成GTP。然后在核苷二磷酸激酶作用下，GTP又将末端的高能磷酸根转给ADP生成ATP。6． 能荷（energycharge）：能荷是细胞中高能磷酸状态的一种数量上的衡量，能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态。能荷=([ATP]+0.5[ADP])/([ATP]+[ADP]+[AMP])[ATP]+[ADP]+[AMP]：指总腺甘酸系统(ATP、ADP和AMP的总和)的浓度[ATP]+0.5[ADP]：ATP及相当ATP的浓度。(二)填空题1．1． 生物氧化有3种方式：__脱氢__、_脱电子_和与氧结合_。2．2． 生物氧化是氧化还原过程，在此过程中有____酶_____、____辅酶_____和____电子传递体____参与。3．原核生物的呼吸链位于____细胞质膜上_____。4，△G0＇为负值是____放能_____反应，可以____自发_____进行。5．△G0＇与平衡常数的关系式为___△G0＇＝-RTlnKeq______，当Keq＝1时，△G0＇为___0______。6．生物分子的E0＇值小，则电负性____大_____，供出电子的倾向____大_____。7．生物体内高能化合物有____焦磷酸化合物_____、____酰基磷酸化合物_____、____烯醇磷酸化合物_____、____胍基磷酸化合物_____、_____硫酯化合物____、_____甲硫键化合物____等类。8．细胞色素a的辅基是____血红素A_____与蛋白质以____非共价_____键结合。9．在无氧条件下，呼吸链各传递体都处于____还原_____状态。10．NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是____复合物I_____、____复合物Ⅲ_____、____复合物Ⅳ_____。11．磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进人呼吸链氧化，其P/O比分别为___2__和__3___。12．举出三种氧化磷酸化解偶联剂___2,4-二硝基苯酚______、_____缬氨霉素____、____解偶联蛋白_____。13．举出4种生物体内的天然抗氧化剂____维生素E_____、____维生素C_____、____GSH_____、____β-胡萝卜素_____。14．举出两例生物细胞中氧化脱羧反应____丙酮酸脱氢酶_____、____异柠檬酸脱氢酶_____。15．生物氧化是_____燃料分子____在细胞中____分解氧化_____，同时产生_____可供利用的化学能____的过程。16．反应的自由能变化用_____ΔG____表示，标准自由能变化用_____ΔG°____表示，生物化学中pH7.0时的标准自由能变化则表示为____ΔG°＇_____。17．高能磷酸化合物通常指水解时____释放的自由能大于20.92kJ／mol_____的化合物，其中最重要的是____ATP_____，被称为能量代谢的____即时供体_____。18．真核细胞生物氧化的主要场所是____线粒体_____，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于_____线粒体内膜上____。19．以NADH为辅酶的脱氢酶类主要是参与____呼吸_____作用，即参与从____底物_____到_____氧____电子传递作用；以NADPH为辅酶的脱氢酶类主要是将分解代谢中间产物上的____电子_____转移到_____生物合成____反应中需电子的中间物上。20．在呼吸链中，氢或电子从_____低氧还电势____的载体依次向____高氧还电势_____的载体传递。21．线粒体氧化磷酸化的重组实验证实了线粒体内膜含有____电子传递链的酶系_____，内膜小瘤含有____F1-F0复合体_____。22．鱼藤酮，抗霉素A，CNˉ、N3ˉ、CO，的抑制作用分别是____NADH和CoQ之间_____，___Cytb和Cytc1之间______，和___Cytaa3和O2______。23．磷酸源是指____贮存能量的物质_____。脊椎动物的磷酸源是_____磷酸肌酸___，无脊椎动物的磷酸源是____磷酸精氨酸_____。24．H2S使人中毒机理是____与氧化态的细胞色素aa3结合，阻断呼吸链_____。25．线粒体呼吸链中电位跨度最大的一步是在_细胞色素aa3→O2。26．典型的呼吸链包括_____NADH____和____FADH2_____两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的____初始受体____不同而区别的。27．解释氧化磷酸化作用机制被公认的学说是___化学渗透学说______，它是英国生物化学家____米切尔（Mitchell）_____于1961年首先提出的。28．化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于____线粒体_____内膜上。其递氢体有____质子泵_____33 作用，因而造成内膜两侧的____氧化还原电位_____差，同时被膜上____ATP_____合成酶所利用、促使ADP+Pi→ATP29．每对电子从FADH2转移到____CoQ_____必然释放出2个H+进入线粒体基质中。30．细胞色素aa3辅基中的铁原子有_____5个____结合配位键，它还保留____1个_____游离配位键，所以能和____O2_____结合，还能和____CO_____、____CN-_____结合而受到抑制。31．体内CO2的生成不是碳与氧的直接结合，而是____有机酸脱羧生成的_____。32．线粒体内膜外侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是___NAD______；而线粒体内膜内侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是____FAD_____。33．动物体内高能磷酸化合物的生成方式有____氧化磷酸化_____和____底物水平磷酸化_____两种。34．在离体的线粒体实验中测得β-羟丁酸的磷氧比值（P/O）为2.4~2.8，说明β-羟丁酸氧化时脱下来的2H是通过____NADH呼吸链_____呼吸链传递给O2的；能生成_____3____分子ATP。 (三)选择题1．如果质子不经过F1／F0-ATP合成酶回到线粒体基质，则会发生：A．氧化B．还原C．解偶联、D．紧密偶联2．离体的完整线粒体中，在有可氧化的底物存时下，加入哪一种物质可提高电子传递和氧气摄入量：A．更多的TCA循环的酶B．ADPC．FADH2D．NADHADP作为氧化磷酸化的底物，能够刺激氧化磷酸化的速率，由于细胞内氧化磷酸化与电子传递之间紧密的偶联关系，所以ADP也能刺激电子的传递和氧气的消耗。3．下列氧化还原系统中标准氧化还原电位最高的是：A．延胡索酸琥珀酸B．CoQ／CoQH2C．细胞色素a（Fe2＋／Fe3＋）D．NAD＋／NADH电子传递的方向是从标准氧化还原电位低的成分到标准氧化还原电位高的成分，细胞色素a（Fe2＋／Fe3＋））最接近呼吸链的末端，因此它的标准氧化还原电位最高。4．下列化合物中，除了哪一种以外都含有高能磷酸键：A．NAD＋B．ADPC．NADPHD．FMNNAD+和NADPH的内部都含有ADP基团，因此与ADP一样都含有高能磷酸键，烯醇式丙酮酸磷酸也含有高能磷酸键，只有FMN没有高能磷酸键。5．下列反应中哪一步伴随着底物水平的磷酸化反应：A．苹果酸→草酰乙酸B．甘油酸-1,3-二磷酸→甘油酸-3-磷酸C．柠檬酸→α-酮戊二酸D．琥珀酸→延胡索酸6．乙酰CoA彻底氧化过程中的P／O值是：A．2.0B．2.5C．3.0D．3.5乙酰CoA彻底氧化需要消耗两分子氧气，即4个氧原子，可产生12分子的ATP，因此P／O值是12／4＝37．肌肉组织中肌肉收缩所需要的大部分能量以哪种形式贮存：A．ADPB．磷酸烯醇式丙酮酸C．ATPD．磷酸肌酸当ATP的浓度较高时，ATP的高能磷酸键被转移到肌酸分子之中形成磷酸肌酸。8．呼吸链中的电子传递体中，不是蛋白质而是脂质的组分为：A．NAD+B．FMNC．CoQD．Fe·SCoQ含有一条由n个异戊二烯聚合而成的长链，具脂溶性，广泛存在于生物系统，又称泛醌9．下述哪种物质专一性地抑制F0因子：A．鱼藤酮B．抗霉素AC．寡霉素D．缬氨霉素寡霉素是氧化磷酸化抑制剂，它能与F0的一个亚基专一结合而抑制F1，从而抑制了ATP的合成。10．胞浆中1分子乳酸彻底氧化后，产生ATP的分子数：A．9或10B．11或12C．15或16D．17或181分子乳酸彻底氧化经过由乳酸到丙酮酸的一次脱氢、丙酮酸到乙酰CoA和乙酰CoA再经三羧酸循环的五次脱氢，其中一次以FAD为受氢体，经氧化磷酸化可产生ATP为1×3＋4×3＋1×2=17，此外还有一次底物水平磷酸化产生1个ATP，因此最后产ATP为18个；而在真核生物中，乳酸到丙酮酸的一次脱氢是在细胞质中进行产生NADH，此NADH在经α-磷酸甘油穿棱作用进入线粒体要消耗1分子ATP，因此，对真核生物最后产ATP为17个。11．下列不是催化底物水平磷酸化反应的酶是：A．磷酸甘油酸激酶B．磷酸果糖激酶C．丙酮酸激酶D．琥珀酸硫激酶12．在生物化学反应中，总能量变化符合：A．受反应的能障影响B．随辅因子而变C．与反应物的浓度成正比D．与反应途径无关13．在下列的氧化还原系统中，氧化还原电位最高的是：A．NAD十／NADHB．细胞色素a（Fe3＋）／细胞色素a（Fe2＋）C．延胡索酸/琥珀酸D．氧化型泛醌/还原型泛醌14．二硝基苯酚能抑制下列细胞功能的是：A．糖酵解B．肝糖异生C．氧化磷酸化D．柠檬酸循环15．活细胞不能利用下列哪些能源来维持它们的代谢：A．ATPB．糖C．脂肪D．周围的热能16．如果将琥珀酸（延胡索酸/琥珀酸氧化还原电位+0.03V）加到硫酸铁和硫酸亚铁（高铁/亚铁氧化还原电位+0.077V）的平衡混合液中，可能发生的变化是：A．硫酸铁的浓度将增加B．硫酸铁的浓度和延胡羧酸的浓度将增加C．高铁和亚铁的比例无变化D．硫酸亚铁和延胡索酸的浓度将增加氧化还原电位是衡量电子转移的标准。延胡索酸还原成琥珀酸的氧化还原电位和标准的氢电位对比是+0.03V特，而硫酸铁（高铁Fe3＋）还原成硫酸亚铁（亚铁Fe2＋）的氧化还原电位是+0.077V伏特，这样高铁对电子的亲和力比延胡索酸要大。所以加进去的琥珀酸将被氧化成延胡索酸，而硫酸铁则被还原成硫酸亚铁。延胡索酸和硫酸亚铁的量一定会增加。17．下列关于化学渗透学说的叙述哪一条是不对的：A．吸链各组分按特定的位置排列在线粒体内膜上B．各递氢体和递电子体都有质子泵的作用C．H＋返回膜内时可以推动ATP酶合成ATPD．线粒体内膜外侧H＋不能自由返回膜内18．关于有氧条件下，NADH从胞液进入线粒体氧化的机制，下列描述中正确的是：A．NADH直接穿过线粒体膜而进入B．磷酸二羟丙酮被NADH还原成3-磷酸甘油进入线粒体，在内膜上又被氧化成磷酸二羟丙酮同时生成NADHC．草酰乙酸被还原成苹果酸，进入线粒体再被氧化成草酰乙酸，停留于线粒体内D．草酰乙酸被还原成苹果酸进人线粒体，然后再被氧化成草酰乙酸，再通过转氨基作用生成天冬氨酸，最后转移到线粒体外19．胞浆中形成NADH+H+经苹果酸穿梭后，每摩尔产生ATP的摩尔数是：A．1B．2C．3D．420．呼吸链的各细胞色素在电子传递中的排列顺序是：A．c1→b→c→aa3→O2；B．c→c1→b→aa3→O2；C．c1→c→b→aa3→O2；D．b→c1→c→aa3→O2； (四)是非判断题(对)1．NADH在340nm处有吸收峰，NAD+没有，利用这个性质可将NADH与NAD+区分开来。(对)2．琥珀酸脱氢酶的辅基FAD与酶蛋白之间以共价键结合。(错)3．生物氧化只有在氧气的存在下才能进行。(错)4．NADH和NADPH都可以直接进入呼吸链。(错)5．如果线粒体内ADP浓度较低，则加入DNP将减少电子传递的速率。33 (对)6．磷酸肌酸、磷酸精氨酸等是高能磷酸化合物的贮存形式，可随时转化为ATP供机体利用。(错)7．解偶联剂可抑制呼吸链的电子传递。(对)8．电子通过呼吸链时，按照各组分氧还电势依次从还原端向氧化端传递。(错)9．NADPH/NADP+的氧还势稍低于NADH/NAD+，更容易经呼吸链氧化。(对)10．寡霉素专一地抑制线粒体F1F0-ATPase的F0，从而抑制ATP的合成。(对)11．ADP的磷酸化作用对电子传递起限速作用。(对)12．ATP虽然含有大量的自由能，但它并不是能量的贮存形式。 （五）完成反应方程式1．4-细胞色素a3-Fe2++O2+4H+→4-细胞色素a3-Fe3++（2H2O）催化此反应的酶是：（细胞色素氧化酶或末端氧化酶）2．NADH+H++0.5O2+3ADP+(3H3PO4)→NAD++3ATP+4H2O（六）问答题（解题要点）1．常见的呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们的作用机制是什么?答：常见的呼吸链电子传递抑制剂有：（1）鱼藤酮（rotenone）、阿米妥（amytal）、以及杀粉蝶菌素（piericidin-A），它们的作用是阻断电子由NADH向辅酶Q的传递。鱼藤酮是从热带植物（Derriselliptiee）的根中提取出来的化合物，它能和NADH脱氢酶牢固结合，因而能阻断呼吸链的电子传递。鱼藤酮对黄素蛋白不起作用，所以鱼藤酮可以用来鉴别NADH呼吸链与FADH2呼吸链。阿米妥的作用与鱼藤酮相似，但作用较弱，可用作麻醉药。杀粉蝶菌素A是辅酶Q的结构类似物，由此可以与辅酶Q相竞争，从而抑制电子传递。（2）抗霉素A（antimycinA）是从链霉菌分离出的抗菌素，它抑制电子从细胞色素b到细胞色素c1的传递作用。（3）氰化物、一氧化碳、叠氮化合物及硫化氢可以阻断电子细胞色素aa3向氧的传递作用，这也就是氰化物及一氧化碳中毒的原因。2．氰化物为什么能引起细胞窒息死亡？其解救机理是什么？答：氰化钾的毒性是因为它进入人体内时，CNˉ的N原子含有孤对电子能够与细胞色素aa3的氧化形式——高价铁Fe3＋以配位键结合成氰化高铁细胞色素aa3，使其失去传递电子的能力，阻断了电子传递给O2，结果呼吸链中断，细胞因窒息而死亡。而亚硝酸在体内可以将血红蛋白的血红素辅基上的Fe2＋氧化为Fe3＋。部分血红蛋白的血红素辅基上的Fe2＋被氧化成Fe3＋——高铁血红蛋白，且含量达到20%-30%时，高铁血红蛋白（Fe3＋）也可以和氰化钾结合，这就竞争性抑制了氰化钾与细胞色素aa3的结合，从而使细胞色素aa3的活力恢复；但生成的氰化高铁血红蛋白在数分钟后又能逐渐解离而放出CNˉ。因此，如果在服用亚硝酸的同时，服用硫代硫酸钠，则CNˉ可被转变为无毒的SCNˉ，此硫氰化物再经肾脏随尿排出体外。3．在磷酸戊糖途径中生成的NADPH，如果不去参加合成代谢，那么它将如何进一步氧化？答：葡萄糖的磷酸戊糖途径是在胞液中进行的，生成的NADPH具有许多重要的生理功能，其中最重要的是作为合成代谢的供氢体。如果不去参加合成代谢，那么它将参加线粒体的呼吸链进行氧化，最终与氧结合生成水。但是线粒体内膜不允许NADPH和NADH通过，胞液中NADPH所携带的氢是通过转氢酶催化过程进人线粒体的：（1）NADPH+NAD＋→NADP十+NADH（2）NADH所携带的氢通过两种穿梭作用进人线粒体进行氧化：aα-磷酸甘油穿梭作用；进人线粒体后生成FADH2。b苹果酸穿梭作用；进人线粒体后生成NADH。4．在体内ATP有哪些生理作用？答：ATP在体内有许多重要的生理作用：（1）是机体能量的暂时贮存形式：在生物氧化中，ADP能将呼吸链上电子传递过程中所释放的电化学能以磷酸化生成ATP的方式贮存起来，因此ATP是生物氧化中能量的暂时贮存形式。（2）是机体其它能量形式的来源：ATP分子内所含有的高能键可转化成其它能量形式，以维持机体的正常生理机能，例如可转化成机械能、生物电能、热能、渗透能、化学合成能等。体内某些合成反应不一定都直接利用ATP供能，而以其他三磷酸核苷作为能量的直接来源。如糖原合成需UTP供能；磷脂合成需CTP供能；蛋白质合成需GTP供能。这些三磷酸核苷分子中的高能磷酸键并不是在生物氧化过程中直接生成的，而是来源于ATP。（3）可生成cAMP参与激素作用：ATP在细胞膜上的腺苷酸环化酶催化下，可生成cAMP，作为许多肽类激素在细胞内体现生理效应的第二信使。5．有人曾经考虑过使用解偶联剂如2,4-二硝基苯酚（DNP）作为减肥药，但很快就被放弃使用，为什么？答：DNP作为一种解偶联剂，能够破坏线粒体内膜两侧的质子梯度，使质子梯度转变为热能，而不是ATP。在解偶联状态下，电子传递过程完全是自由进行的，底物失去控制地被快速氧化，细胞的代谢速率将大幅度提高。这些将导致机体组织消耗其存在的能源形式，如糖原和脂肪，因此有减肥的功效。但是由于这种消耗是失去控制的消耗，同时消耗过程中过分产热，这势必会给机体带来强烈的副作用。6．某些植物体内出现对氰化物呈抗性的呼吸形式，试提出一种可能的机制。答：某些植物体内出现对氰化物呈抗性的呼吸形式，这种呼吸形式可能并不需要细胞色素氧化酶，而是通过其他的对氰化物不敏感的电子传递体将电子传递给氧气。7．什么是铁硫蛋白？其生理功能是什么？答：铁硫蛋白是一种非血红素铁蛋白，其活性部位含有非血红素铁原子和对酸不稳定的硫原子，此活性部位被称之为铁硫中心。铁硫蛋白是一种存在于线粒体内膜上的与电子传递有关的蛋白质。铁硫蛋白中的铁原子与硫原子通常以等摩尔量存在，铁原子与蛋白质的四个半胱氨酸残基结合。根据铁硫蛋白中所含铁原子和硫原子的数量不同可分为三类：FeS中心、Fe2-S2中心和Fe4-S4中心。在线粒体内膜上，铁硫蛋白和递氢体或递电子体结合为蛋白复合体，已经证明在呼吸链的复合物I、复合物Ⅱ、复合物Ⅲ中均结合有铁硫蛋白，其功能是通过二价铁离子和三价铁离子的化合价变化来传递电子，而且每次只传递一个电子，是单电子传递体。8．何为能荷？能荷与代谢调节有什么关系？答：细胞内存在着三种经常参与能量代谢的腺苷酸，即ATP、ADP和AMP。这三种腺苷酸的总量虽然很少，但与细胞的分解代谢和合成代谢紧密相联。三种腺苷酸在细胞中各自的含量也随时在变动。生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态（即细胞中高能磷酸状态）在数量上衡量称能荷。能荷的大小与细胞中ATP、ADP和AMP的相对含量有关。当细胞中全部腺苷酸均以ATP形式存在时，则能荷最大，为100‰，即能荷为满载。当全部以AMP形式存在时，则能荷最小，为零。当全部以ADP形式存在时，能荷居中，为50％。若三者并存时，能荷则随三者含量的比例不同而表现不同的百分值。通常情况下细胞处于80‰的能荷状态。能荷与代谢有什么关系呢？研究证明，细胞中能荷高时，抑制了ATP的生成，但促进了ATP的利用，也就是说，高能荷可促进分解代谢，并抑制合成代谢。相反，低能荷则促进合成代谢，抑制分解代谢。能荷调节是通过ATP、ADP和AMP分子对某些酶分子进行变构调节进行的。例如糖酵解中，磷酸果糖激酶是一个关键酶，它受ATP的强烈抑制，但受ADP和AMP促进。丙酮酸激酶也是如此。在三羧酸环中，丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶等，都受ATP的抑制和ADP的促进。呼吸链的氧化磷酸化速度同样受ATP抑制和ADP促进。9．氧化作用和磷酸化作用是怎样偶联的？33  答：目前解释氧化作用和磷酸化作用如何偶联的假说有三个，即化学偶联假说、结构偶联假说与化学渗透假说。其中化学渗透假说得到较普遍的公认。该假说的主要内容是：（1）线粒体内膜是封闭的对质子不通透的完整内膜系统。（2）电子传递链中的氢传递体和电子传递体是交叉排列，氢传递体有质子（H＋）泵的作用，在电子传递过程中不断地将质子（H＋）从内膜内侧基质中泵到内膜外侧。（3）质子泵出后，不能自由通过内膜回到内膜内侧，这就形成内膜外侧质子（H＋）浓度高于内侧，使膜内带负电荷，膜外带正电荷，因而也就形成了两侧质子浓度梯度和跨膜电位梯度。这两种跨膜梯度是电子传递所产生的电化学电势，是质子回到膜内的动力，称质子移动力或质子动力势。（4）一对电子（2eˉ）从NADH传递到O2的过程中共有3对H十从膜内转移到膜外。复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ着质子泵的作用，这与氧化磷酸化的三个偶联部位一致，每次泵出2个H十。（5）质子移动力是质子返回膜内的动力，是ADP磷酸化成ATP的能量所在，在质子移动力驱使下，质子（H＋）通过F1F0-ATP合酶回到膜内，同时ADP磷酸化合戚ATP。第五章糖代谢一、知识要点（一）糖酵解途径：糖酵解途径中，葡萄糖在一系列酶的催化下，经10步反应降解为2分子丙酮酸，同时产生2分子NADH+H+和2分子ATP。主要步骤为（1）葡萄糖磷酸化形成二磷酸果糖；（2）二磷酸果糖分解成为磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，二者可以互变；（3）磷酸甘油醛脱去2H及磷酸变成丙酮酸，脱去的2H被NAD+所接受，形成NADH+H+。（二）丙酮酸的去路：（1）有氧条件下，丙酮酸进入线粒体氧化脱羧转变为乙酰辅酶A，同时产生1分子NADH+H+。乙酰辅酶A进入三羧酸循环，最后氧化为CO2和H2O。（2）在厌氧条件下，可生成乳酸和乙醇。同时NAD+得到再生，使酵解过程持续进行。（三）三羧酸循环：在线粒体基质中，丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A，再与草酰乙酸缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环。柠檬酸经脱水加水转变成异柠檬酸，异柠檬酸经连续两次脱羧和脱羧生成琥珀酰CoA；琥珀酰CoA发生底物水平磷酸化产生1分子GTP和琥珀酸；琥珀酸再脱氢，加水及再脱氢作用依次变成延胡索酸，苹果酸及循环开始的草酰乙酸。三羧酸循环每循环一次放出2分子CO2，产生3分子NADH+H+，和一分子FADH2。（四）磷酸戊糖途径：在胞质中，在磷酸戊糖途径中磷酸葡萄糖经氧化阶段和非氧化阶段被氧化分解为CO2，同时产生NADPH+H+。其主要过程是G-6-P脱氧生成6-磷酸葡萄糖酸，再脱氢，脱羧生成核酮糖-5-磷酸。6分子核酮糖-5-磷酸经转酮反应和转醛反应生成5分子6-磷酸葡萄糖。中间产物甘油醛-3-磷酸，果糖-6-磷酸与糖酵解相衔接；核糖-5-磷酸是合成核酸的原料，4-磷酸赤藓糖参与芳香族氨基酸的合成；NADPH+H+提供各种合成代谢所需要的还原力。（五）糖异生作用：非糖物质如丙酮酸，草酰乙酸和乳酸等在一系列酶的作用下合成糖的过程，称为糖异生作用。糖异生作用不是糖酵解的逆反应，因为要克服糖酵解的三个不可逆反应，且反应过程是在线粒体和细胞液中进行的。2分子乳酸经糖异生转变为1分子葡萄糖需消耗4分子ATP和2分子GTP。（六）蔗糖和淀粉的生物合成在蔗糖和多糖合成代谢中糖核苷酸起重要作用，糖核苷酸是单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合所形成的化合物。在植物体中主要以UDPG为葡萄糖供体，由蔗糖磷酸合酶催化蔗糖的合成；淀粉的合成以ADPG或UDPG为葡萄糖供体，小分子寡糖引物为葡萄糖受体，淀粉合酶催化直链淀粉合成，Q酶催化分枝淀粉合成。糖代谢中有很多变构酶可以调节代谢的速度。酵解途径中的调控酶是己糖激酶，6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶，其中6-磷酸果糖激酶是关键反应的限速酶；三羧酸反应的调控酶是柠檬酸合酶，柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶，柠檬酸合酶是关键的限速酶。糖异生作用的调控酶有丙酮酸羧激酶，二磷酸果糖磷酸酯酶，磷酸葡萄糖磷酸酯酶。磷酸戊糖途径的调控酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶；它们受可逆共价修饰、变构调控及能荷的调控。 二、习题 （一）名词解释：1．糖异生(glycogenolysis)：非糖物质（如丙酮酸乳酸甘油生糖氨基酸等）转变为葡萄糖的过程。2．Q酶(Q-enzyme)：Q酶是参与支链淀粉合成的酶。功能是在直链淀粉分子上催化合成（α-1，6）糖苷键，形成支链淀粉。3．乳酸循环(lactatecycle)：乳酸循环是指肌肉缺氧时产生大量乳酸，大部分经血液运到肝脏，通过糖异生作用肝糖原或葡萄糖补充血糖，血糖可再被肌肉利用，这样形成的循环称乳酸循环。4．发酵(fermentation)：厌氧有机体把糖酵解生成NADH中的氢交给丙酮酸脱羧后的产物乙醛，使之生成乙醇的过程称之为酒精发酵。如果将氢交给丙酮酸生成乳酸则叫乳酸发酵。5．变构调节(allostericregulation)：变构调节是指某些调节物能与酶的调节部位结合使酶分子的构象发生改变，从而改变酶的活性，称酶的变构调节。6．糖酵解途径(glycolyticpathway)：糖酵解途径指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的阶段，是体内糖代谢最主要途径。7．糖的有氧氧化(aerobicoxidation)：指葡萄糖或糖原在有氧条件下氧化成水和二氧化碳的过程。是糖氧化的主要方式。8．肝糖原分解(glycogenolysis)：指肝糖原分解为葡萄糖的过程。9．磷酸戊糖途径(pentosephosphatepathway)：磷酸戊糖途径指机体某些组织（如肝、脂肪组织等）以6-磷酸葡萄糖为起始物在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢物的过程，又称为磷酸已糖旁路。10．D-酶（D-enzyme）：一种糖苷转移酶，作用于α-1，4糖苷键，将一个麦芽多糖的片段转移到葡萄糖、麦芽糖或其它多糖上。11．糖核苷酸（sugar-nucleotide）：单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物，是双糖和多糖合成中单糖的活化形式与供体。 （二）英文缩写符号：1．UDPG（uridinediphosphate-glucose）：尿苷二磷酸葡萄糖，是合成蔗糖时葡萄糖的供体。2．ADPG（adenosinediphosphate-glucose）：腺苷二磷酸葡萄糖，是合成淀粉时葡萄糖的供体。3．F-D-P（fructose-1,6-bisphosphate）：1，6-二磷酸果糖，由磷酸果糖激酶催化果糖-1-磷酸生成，属于高能磷酸化合物，在糖酵解过程生成。4．F-1-P（fructose-1-phosphate）：果糖-1-磷酸，由果糖激酶催化果糖生成，不含高能磷酸键。5．G-1-P（glucose-1-phosphate）：葡萄糖-1-磷酸。由葡萄糖激酶催化葡萄糖生成，不含高能键。6．PEP（phosphoenolpyruvate）：磷酸烯醇式丙酮酸，含高能磷酸键，属于高能磷酸化合物，在糖酵解过程生成。 （三）填空题1．α淀粉酶和β–淀粉酶只能水解淀粉的____α-1，4糖苷_____键，所以不能够使支链淀粉完全水解。2．1分子葡萄糖转化为2分子乳酸净生成______2______分子ATP3．糖酵解过程中有3个不可逆的酶促反应，这些酶是____己糖激酶______、______果糖磷酸激酶__和____丙酮酸激酶_________。4．糖酵解抑制剂碘乙酸主要作用于___________酶。5．调节三羧酸循环最主要的酶是____________、___________、33 ______________。6．2分子乳酸异升为葡萄糖要消耗_____4____ATP。7．丙酮酸还原为乳酸，反应中的NADH来自于________的氧化。8．延胡索酸在________________酶作用下，可生成苹果酸，该酶属于EC分类中的_________酶类。9磷酸戊糖途径可分为___2个___阶段，分别称为____氧化阶段_____和___非氧化阶段____，其中两种脱氢酶是_______和_________，它们的辅酶是_______。10___葡萄糖_____是碳水化合物在植物体内运输的主要方式。11．植物体内蔗糖合成酶催化的蔗糖生物合成中葡萄糖的供体是__________，葡萄糖基的受体是___________；12．糖酵解在细胞的_________中进行，该途径是将___葡萄糖______转变为__丙酮酸_____，同时生成____NADH____和___H+____的一系列酶促反应。13．淀粉的磷酸解过程通过_______酶降解α–1，4糖苷键，靠________和________酶降解α–1，6糖苷键。14．TCA循环中有两次脱羧反应，分别是由_______和________催化。15．乙醛酸循环中不同于TCA循环的两个关键酶是_________和________。16．乳酸脱氢酶在体内有5种同工酶，其中肌肉中的乳酸脱氢酶对__________亲和力特别高，主要催化___________反应。17在糖酵解中提供高能磷酸基团，使ADP磷酸化成ATP的高能化合物是_______________和________________18．糖异生的主要原料为______________、_______________和________________。19．参与α-酮戊二酸氧化脱羧反应的辅酶为___________，_______________，_______________，_______________和_______________。20．在磷酸戊糖途径中催化由酮糖向醛糖转移二碳单位的酶为_____________，其辅酶为______________；催化由酮糖向醛糖转移三碳单位的酶为___________。21．α–酮戊二酸脱氢酶系包括3种酶，它们是__________，____________，_____________。22．催化丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的酶是__________，它需要______________和__________作为辅因子。23．合成糖原的前体分子是_________，糖原分解的产物是______________。24．植物中淀粉彻底水解为葡萄糖需要多种酶协同作用，它们是__________，___________，_____________，____________。25．将淀粉磷酸解为G-1-P，需_________，__________，__________三种酶协同作用。26．糖类除了作为能源之外，它还与生物大分子间___________有关，也是合成__________，___________，_____________等的碳骨架的共体。 （四）选择题1．由己糖激酶催化的反应的逆反应所需要的酶是：A．果糖二磷酸酶B．葡萄糖-6-磷酸酶C．磷酸果糖激酶D．磷酸化酶2．正常情况下，肝获得能量的主要途径：A．葡萄糖进行糖酵解氧化B．脂肪酸氧化C．葡萄糖的有氧氧化D．磷酸戊糖途径E．以上都是。3．糖的有氧氧化的最终产物是：A．CO2+H2O+ATPB．乳酸C．丙酮酸D．乙酰CoA4．需要引物分子参与生物合成反应的有：A．酮体生成B．脂肪合成C．糖异生合成葡萄糖D．糖原合成E．以上都是5．在原核生物中，一摩尔葡萄糖经糖有氧氧化可产生ATP摩尔数：A．12B．24C．36D．386．植物合成蔗糖的主要酶是：A．蔗糖合酶B．蔗糖磷酸化酶C．蔗糖磷酸合酶D．转化酶7．不能经糖异生合成葡萄糖的物质是：A．α-磷酸甘油B．丙酮酸C．乳酸D．乙酰CoAE．生糖氨基酸8．丙酮酸激酶是何途径的关键酶：A．磷酸戊糖途径B．糖异生C．糖的有氧氧化D．糖原合成与分解E．糖酵解9．丙酮酸羧化酶是那一个途径的关键酶：A．糖异生B．磷酸戊糖途径C．胆固醇合成D．血红素合成E．脂肪酸合成10．动物饥饿后摄食，其肝细胞主要糖代谢途径：A．糖异生B．糖有氧氧化C．糖酵解D．糖原分解E．磷酸戊糖途径人在饥饿后摄食，肝细胞的主要糖代谢是糖的有氧氧化以产生大量的能量。11．下列各中间产物中，那一个是磷酸戊糖途径所特有的？A．丙酮酸B．3-磷酸甘油醛C．6-磷酸果糖D．1，3-二磷酸甘油酸E．6-磷酸葡萄糖酸12．糖蛋白中蛋白质与糖分子结合的键称：A．二硫键B．肽键C．脂键D．糖肽键E．糖苷键，13．三碳糖、六碳糖与七碳糖之间相互转变的糖代谢途径是：A．糖异生B．糖酵解C．三羧酸循环D．磷酸戊糖途径E．糖的有氧氧化14．关于三羧酸循环那个是错误的A．是糖、脂肪及蛋白质分解的最终途径B．受ATP/ADP比值的调节C．NADH可抑制柠檬酸合酶D．NADH氧经需要线粒体穿梭系统。15．三羧酸循环中哪一个化合物前后各放出一个分子CO2：A．柠檬酸B．乙酰CoAC．琥珀酸D．α-酮戊二酸16．磷酸果糖激酶所催化的反应产物是：A．F-1-PB．F-6-PC．F-D-PD．G-6-P17．醛缩酶的产物是：A．G-6-PB．F-6-PC．F-D-PD．1，3-二磷酸甘油酸18．TCA循环中发生底物水平磷酸化的化合物是？A．α-酮戊二酸B．琥珀酰C．琥珀酸CoAD．苹果酸19．丙酮酸脱氢酶系催化的反应不涉及下述哪种物质？A．乙酰CoAB．硫辛酸C．TPPD．生物素E．NAD+20．三羧酸循环的限速酶是：A．丙酮酸脱氢酶B．顺乌头酸酶C．琥珀酸脱氢酶D．延胡索酸酶E．异柠檬酸脱氢酶21．生物素是哪个酶的辅酶：A．丙酮酸脱氢酶B．丙酮酸羧化酶C．烯醇化酶D．醛缩酶E．磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶22．三羧酸循环中催化琥珀酸形成延胡索酸的酶是琥珀酸脱氢酶，此酶的辅因子是A．NAD+B．CoASHC．FADD．TPPE．NADP+23．下面哪种酶在糖酵解和糖异生中都起作用：A．丙酮酸激酶B．丙酮酸羧化酶C．3-磷酸甘油醛脱氢酶D．己糖激酶E．果糖1，6-二磷酸酯酶24．原核生物中，有氧条件下，利用1摩尔葡萄糖生成的净ATP摩尔数与在无氧条件下利用1摩尔生成的净ATP摩尔数的最近比值是：A．2：1B．9：1C．18：1D．19：1E．25：133 在有氧的情况下1摩尔葡萄糖氧化生成38个ATP，在无氧条件下生成2个ATP，二者比值是19：1。25．催化直链淀粉转化为支链淀粉的酶是：A．R-酶B．D-酶C．Q-酶D．α-1，6-糖苷酶E．淀粉磷酸化酶催化直链淀粉转化为支链淀粉的酶是Q酶，而催化支链淀粉脱支的酶是R酶。26．淀粉酶的特征是：A．耐70℃左右的高温B．不耐70℃左右的高温C．属巯基酶D．在pH3时稳定27．糖酵解时哪一对代谢物提供P使ADP生成ATP：A．3-磷酸甘油醛及磷酸烯醇式丙酮酸B．1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸C．1-磷酸葡萄糖及1，6-二磷酸果糖D．6-磷酸葡萄糖及2-磷酸甘油酸28．在有氧条件下，线粒体内下述反应中能产生FADH2步骤是：A．琥珀酸→延胡索酸B．异柠檬酸→α-酮戊二酸（C）α-戊二酸→琥珀酰CoA（D）苹果酸→草酰乙酸29．丙二酸能阻断糖的有氧氧化，因为它：（A）抑制柠檬酸合成酶（B）抑制琥珀酸脱氢酶（C）阻断电子传递（D）抑制丙酮酸脱氢酶30．由葡萄糖合成糖原时，每增加一个葡萄糖单位消耗高能磷酸键数为：（A）1（B）2（C）3（D）4（E）5由葡萄生成6-磷酸葡萄糖消耗一个高能磷酸键。1-磷酸葡萄糖转变成UDPG，然后UDP脱落，相当于1分子UTP转化为UDP，消耗一个高能磷酸键 （五）是非判断题（错）1．α-淀粉酶和-淀粉酶的区别在于α-淀粉酶水解-1，4糖苷键，β-淀粉酶水解β-1，4糖苷键。（错）2．麦芽糖是由葡萄糖与果糖构成的双糖。葡萄糖（对）3．ATP是果糖磷酸激酶的变构抑制剂。（错）4．沿糖酵解途径简单逆行，可从丙酮酸等小分子前体物质合成葡萄糖。（对）5．所有来自磷酸戊糖途径的还原能都是在该循环的前三步反应中产生的。（对）6．发酵可以在活细胞外进行。（对）7．催化ATP分子中的磷酰基转移到受体上的酶称为激酶。（对）8．动物体内的乙酰CoA不能作为糖异生的物质。（对）9．柠檬酸循环是分解与合成的两用途径。（错）10．在糖类物质代谢中最重要的糖核苷酸是CDPG。（对）11．淀粉，糖原，纤维素的生物合成均需要“引物”存在。（对）12．联系糖原异生作用与三羧酸循环的酶是丙酮酸羧化酶。（错）13．糖异生作用的关键反应是草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸的反应。（对）14．糖酵解过程在有氧无氧条件下都能进行。（对）15．在缺氧条件下，丙酮酸还原为乳酸的意义是使NAD+再生。（对）16．在高等植物中淀粉磷酸化酶既可催化α-1，4糖苷键的形成，又可催化α-1，4糖苷键的分解。（错）17．TCA中底物水平磷酸化直接生成的是ATP。（对）18．三羧酸循环的中间产物可以形成谷氨酸。（错）19．在植物体内，蔗糖的合成主要是通过蔗糖磷酸化酶催化的。 （六）完成反应式：1．丙酮酸+CoASH+NAD+→乙酰CoA+CO2+（NADH+H+）催化此反应的酶和其它辅因子：（丙酮酸脱氢酶）（TPP）（FAD）（Mg2+）2．α-酮戊二酸+NAD++CoASH→（琥珀酰-S-CoA）+NADH+CO2催化此反应的酶和其它辅因子：（α-酮戊二酸脱氢酶）（TPP）（FAD）（Mg2+）3．7-磷酸景天庚酮糖+3-磷酸甘油醛→6-磷酸-果糖+（4-磷酸赤藓糖）催化此反应的酶：（转醛酶）4．丙酮酸CO2+（ATP）+H2O→（草酰乙酸）+ADP+Pi+2H催化此反应的酶：（丙酮酸羧化酶）5．（UDPG）+F-6-P→磷酸蔗糖+UDP催化此反应的酶：（蔗糖磷酸合酶） （七）问答题1．糖类物质在生物体内起什么作用？答：（1）糖类物质是异氧生物的主要能源之一，糖在生物体内经一系列的降解而释放大量的能量，供生命活动的需要。（2）糖类物质及其降解的中间产物，可以作为合成蛋白质脂肪的碳架及机体其它碳素的来源。（3）在细胞中糖类物质与蛋白质核酸脂肪等常以结合态存在，这些复合物分子具有许多特异而重要的生物功能。（4）糖类物质还是生物体的重要组成成分。2．为什么说三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的共通路？答：（1）三羧酸循环是乙酰CoA最终氧化生成CO2和H2O的途径。（2）糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。（3）脂肪分解产生的甘油可通过有氧氧化进入三羧酸循环氧化，脂肪酸经β-氧化产生乙酰CoA可进入三羧酸循环氧化。（4）蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架可进入三羧酸循环，同时，三羧酸循环的中间产物可作为氨基酸的碳骨架接受氨后合成必需氨基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通路。3．糖代谢和脂代谢是通过那些反应联系起来的？答：（1）糖酵解过程中产生的磷酸二羟丙酮可转变为磷酸甘油，可作为脂肪合成中甘油的原料。（2）有氧氧化过程中产生的乙酰CoA是脂肪酸和酮体的合成原料。（3）脂肪酸分解产生的乙酰CoA最终进入三羧酸循环氧化。（4）酮体氧化产生的乙酰CoA最终进入三羧酸循环氧化。（5）甘油经磷酸甘油激酶作用后，转变为磷酸二羟丙酮进入糖代谢。4．什么是乙醛酸循环？有何意义？答：乙醛酸循环是有机酸代谢循环，它存在于植物和微生物中，可分为五步反应，由于乙醛酸循环与三羧酸循环有一些共同的酶系和反应，将其看成是三羧酸循环的一个支路。循环每一圈消耗2分子乙酰CoA，同时产生1分子琥珀酸。琥珀酸产生后，可进入三羧酸循环代谢，或经糖异生途径转变为葡萄糖意义：（1）乙酰CoA经乙醛酸循环可以和三羧酸循环相偶联，补充三羧酸循环中间产物的缺失。（2）乙醛酸循环是微生物利用乙酸作为碳源的途径之一。（3）乙醛酸循环是油料植物将脂肪转变为糖和氨基酸的途径。5．磷酸戊糖途径有什么生理意义？答：（1）产生的5-磷酸核糖是生成核糖，多种核苷酸，核苷酸辅酶和核酸的原料。（2）生成的NADPH+H+是脂肪酸合成等许多反应的供氢体。（3）此途径产生的4-磷酸赤藓糖与3-磷酸甘油酸可以可成莽草酸，进而转变为芳香族氨基酸。（4）途径产生的NADPH+H+可转变为NADH+H+，进一步氧化产生ATP，提供部分能量。6．为什么糖酵解途径中产生的NADH必须被氧化成NAD+才能被循环利用？答：糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径，决定因素是能荷水平，能荷低时糖分解按EMP-TCA途径进行，能荷高时可按磷酸戊糖途径7．糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径，决定因素是什么？33 答：丙氨酸成糖是体内很重要的糖异生过程。首先丙氨酸经转氨作用生成丙酮酸，丙酮酸进入线粒体转变成草酰乙酸。但生成的草酰乙酸不能通过线粒体膜，为此须转变成苹果酸或天冬氨酸，后二者到胞浆里再转变成草酰乙酸。草酰乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸，后者沿酵解路逆行而成糖。总之丙氨酸成糖须先脱掉氨基，然后绕过“能障”及“膜障”才能成糖。8．试说明丙氨酸的成糖过程。答：磷酸二羟丙酮可还原a-磷酸甘油，后者可而参与合成甘油三酯和甘油磷脂。3-磷酸甘油酸是丝氨酸的前体，因而也是甘氨酸和半胱氨酸的前体。磷酸烯醇式丙酮酸两次用于合成芳香族氨基酸的前体---分支酸。它也用于ADP磷酸化成ATP。在细菌，糖磷酸化反应（如葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖）中的磷酸基不是来自ATP，而是来自磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸可转变成丙氨酸；它也能转变成羟乙基用以合成异亮氨酸和缬氨酸（在后者需与另一分子丙酮酸反应）。两分子丙酮酸生成a-酮异戊酸，进而可转变成亮氨酸。9．糖酵解的中间物在其它代谢中有何应用？10．琥珀酰CoA的代谢来源与去路有哪些？答：（1）琥珀酰CoA主要来自糖代谢，也来自长链脂肪酸的ω-氧化。奇数碳原子脂肪酸，通过氧化除生成乙酰CoA，后者进一步转变成琥珀酰CoA。此外，蛋氨酸，苏氨酸以及缬氨酸和异亮氨酸在降解代谢中也生成琥珀酰CoA。（2）琥珀酰CoA的主要代谢去路是通过柠檬酸循环彻底氧化成CO2和H2O。琥珀酰CoA在肝外组织，在琥珀酸乙酰乙酰CoA转移酶催化下，可将辅酶A转移给乙酰乙酸，本身成为琥珀酸。此外，琥珀酰CoA与甘氨酸一起生成δ-氨基-γ-酮戊酸（ALA），参与血红素的合成。基础生物化学（下）第六章脂类代谢一、       知识要点（一）脂肪的生物功能：脂类是指一类在化学组成和结构上有很大差异,但都有一个共同特性,即不溶于水而易溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂中的物质。通常脂类可按不同组成分为五类，即单纯脂、复合脂、萜类和类固醇及其衍生物、衍生脂类及结合脂类。脂类物质具有重要的生物功能。脂肪是生物体的能量提供者。脂肪也是组成生物体的重要成分，如磷脂是构成生物膜的重要组分，油脂是机体代谢所需燃料的贮存和运输形式。脂类物质也可为动物机体提供溶解于其中的必需脂肪酸和脂溶性维生素。某些萜类及类固醇类物质如维生素A、D、E、K、胆酸及固醇类激素具有营养、代谢及调节功能。有机体表面的脂类物质有防止机械损伤与防止热量散发等保护作用。脂类作为细胞的表面物质，与细胞识别，种特异性和组织免疫等有密切关系。（二）脂肪的降解在脂肪酶的作用下，脂肪水解成甘油和脂肪酸。甘油经磷酸化和脱氢反应，转变成磷酸二羟丙酮，纳入糖代谢途径。脂肪酸与ATP和CoA在脂酰CoA合成酶的作用下，生成脂酰CoA。脂酰CoA在线粒体内膜上肉毒碱：脂酰CoA转移酶系统的帮助下进入线粒体衬质，经β-氧化降解成乙酰CoA，在进入三羧酸循环彻底氧化。β-氧化过程包括脱氢、水合、再脱氢和硫解四个步骤，每次β-氧化循环生成FADH2、NADH、乙酰CoA和比原先少两个碳原子的脂酰CoA。此外，某些组织细胞中还存在α-氧化生成α羟脂肪酸或CO2和少一个碳原子的脂肪酸；经ω-氧化生成相应的二羧酸。萌发的油料种子和某些微生物拥有乙醛酸循环途径。可利用脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA合成苹果酸，为糖异生和其它生物合成提供碳源。乙醛酸循环的两个关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶前者催化异柠檬酸裂解成琥珀酸和乙醛酸，后者催化乙醛酸与乙酰CoA生成苹果酸。（三）脂肪的生物合成脂肪的生物合成包括三个方面：饱和脂肪酸的从头合成，脂肪酸碳链的延长和不饱和脂肪酸的生成。脂肪酸从头合成的场所是细胞液，需要CO2和柠檬酸的参与，C2供体是糖代谢产生的乙酰CoA。反应有二个酶系参与，分别是乙酰CoA羧化酶系和脂肪酸合成酶系。首先，乙酰CoA在乙酰CoA羧化酶催化下生成，然后在脂肪酸合成酶系的催化下，以ACP作酰基载体，乙酰CoA为C2受体，丙二酸单酰CoA为C2供体，经过缩合、还原、脱水、再还原几个反应步骤，先生成含4个碳原子的丁酰ACP，每次延伸循环消耗一分子丙二酸单酰CoA、两分子NADPH，直至生成软脂酰ACP。产物再活化成软脂酰CoA，参与脂肪合成或在微粒体系统或线粒体系统延长成C18、C20和少量碳链更长的脂肪酸。在真核细胞内，饱和脂肪酸在O2的参与和专一的去饱和酶系统催化下，进一步生成各种不饱和脂肪酸。高等动物不能合成亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸，必须依赖食物供给。3-磷酸甘油与两分子脂酰CoA在磷酸甘油转酰酶作用下生成磷脂酸，在经磷酸酶催化变成二酰甘油，最后经二酰甘油转酰酶催化生成脂肪。（四）磷脂的生成磷脂酸是最简单的磷脂，也是其他甘油磷脂的前体。磷脂酸与CTP反应生成CDP-二酰甘油，在分别与肌醇、丝氨酸、磷酸甘油反应，生成相应的磷脂。磷脂酸水解成二酰甘油，再与CDP-胆碱或CDP-乙醇胺反应，分别生成磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺。 二、习题 （一）名词解释1． 必需脂肪酸（essentialfattyacid）：为人体生长所必需但有不能自身合成，必须从事物中摄取的脂肪酸。在脂肪中有三种脂肪酸是人体所必需的，即亚油酸，亚麻酸，花生四烯酸。2． 脂肪酸的α-氧化(α-oxidation)：α-氧化作用是以具有3-18碳原子的游离脂肪酸作为底物，有分子氧间接参与，经脂肪酸过氧化物酶催化作用，由α碳原子开始氧化，氧化产物是D-α-羟脂肪酸或少一个碳原子的脂肪酸。3． 脂肪酸的β-氧化(β-oxidation)：脂肪酸的β-氧化作用是脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之间断裂，β碳原子氧化成羧基生成含2个碳原子的乙酰CoA和比原来少2个碳原子的脂肪酸。4． 脂肪酸的ω-氧化(ω-oxidation)：ω-氧化是C5、C6、C10、C12脂肪酸在远离羧基的烷基末端碳原子被氧化成羟基，再进一步氧化而成为羧基，生成α,ω-二羧酸的过程。5． 乙醛酸循环（glyoxylatecycle）：一种被修改的柠檬酸循环，在其异柠檬酸和苹果酸之间反应顺序有改变，以及乙酸是用作能量和中间物的一个来源。某些植物和微生物体内有此循环，他需要二分子乙酰辅酶A的参与；并导致一分子琥珀酸的合成。6． 柠檬酸穿梭(citriateshuttle)：就是线粒体内的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸，然后经内膜上的三羧酸载体运至胞液中，在柠檬酸裂解酶催化下，需消耗ATP将柠檬酸裂解回草酰乙酸和，后者就可用于脂肪酸合成，而草酰乙酸经还原后再氧化脱羧成丙酮酸，丙酮酸经内膜载体运回线粒体，在丙酮酸羧化酶作用下重新生成草酰乙酸，这样就可又一次参与转运乙酰CoA的循环。7． 乙酰CoA羧化酶系（acetyl-CoAcarnoxylase）：大肠杆菌乙酰CoA羧化酶含生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白（BCCP）和转羧基酶三种组份，它们共同作用催化乙酰CoA的羧化反应，生成丙二酸单酰-CoA。8． 脂肪酸合成酶系统（fattyacidsynthasesystem）：脂肪酸合酶系统包括酰基载体蛋白（ACP）和6种酶，它们分别是：乙酰转酰酶；丙二酸单酰转酰酶；β-酮脂酰ACP合成酶；β-酮脂酰ACP还原酶；β-羟；脂酰ACP脱水酶；烯脂酰ACP还原酶。（二）填空题：1．脂肪是动物和许多植物主要的能源贮存形式，是由甘油与3分子脂肪酸酯化而成的。2．在线粒体外膜脂酰CoA合成酶催化下，游离脂肪酸与ATP-Mg2+和CoA-SH反应，生成脂肪酸的活化形式脂酰S-CoA，再经线粒体内膜肉毒碱-脂酰转移酶系统进入线粒体衬质。3．一个碳原子数为n（n为偶数）的脂肪酸在β-氧化中需经0.5n-1次β-氧化循环，生成0.5n个乙酰CoA，0.5n-1个FADH2和0.5n-1个NADH+H+。4.乙醛酸循环中两个关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶,使异柠檬酸避免了在三羧酸33 循环中的两次脱羧反应,实现从乙酰CoA净合成三羧酸循环的中间物。5．脂肪酸从头合成的C2供体是乙酰CoA，活化的C2供体是丙二酸单酰CoA，还原剂是NADPH+H+。6．乙酰CoA羧化酶是脂肪酸从头合成的限速酶，该酶以为辅基，消耗生物素，催化ATP与HCO3-生成乙酰CoA，柠檬酸为其激活剂，长链脂酰CoA为其抑制剂..7．脂肪酸从头合成中，缩合、两次还原和脱水反应时酰基都连接在ACP上，它有一个与CoA一样的4’-磷酸泛酰巯基乙胺长臂。8．脂肪酸合成酶复合物一般只合成软脂酸，动物中脂肪酸碳链延长由线粒体或内质网酶系统催化；植物的脂肪酸碳链延长酶系定位于细胞溶质。9．真核细胞中，不饱和脂肪酸都是通过氧化脱氢途径合成的；许多细菌的单烯脂肪酸则是经由厌氧途径合成的。10．三酰甘油是由3-磷酸甘油和脂酰-CoA在磷酸甘油转酰酶的作用下先形成磷脂酸，再由磷酸酶转变成二酰甘油，最后在二酰甘油转移酶催化下生成三酰甘油。11．磷脂合成中活化的二酰甘油供体为CDP-二酰甘油，在功能上类似于糖原合成中的UDP-G或淀粉合成中的ADP-G。（三）选择题1.下列哪项叙述符合脂肪酸的β氧化：A．仅在线粒体中进行B．产生的NADPH用于合成脂肪酸C．被胞浆酶催化D．产生的NADPH用于葡萄糖转变成丙酮酸E．需要酰基载体蛋白参与2.脂肪酸在细胞中氧化降解A．从酰基CoA开始B．产生的能量不能为细胞所利用C．被肉毒碱抑制D．主要在细胞核中进行E．在降解过程中反复脱下三碳单位使脂肪酸链变短3．下列哪些辅因子参与脂肪酸的β氧化：AACPBFMNC生物素DNAD+参与脂肪酸β-氧化的辅因子有CoASH,FAD,NAD+,FAD。4．下列关于乙醛酸循环的论述哪些是正确的（多选）ABCD？A它对于以乙酸为唯一碳源的微生物是必要的；B它还存在于油料种子萌发时形成的乙醛酸循环体；C乙醛酸循环主要的生理功能就是从乙酰CoA合成三羧酸循环的中间产物；D动物体内不存在乙醛酸循环，因此不能利用乙酰CoA为糖异生提供原料。5．脂肪酸从头合成的酰基载体是：A．ACPB．CoAC．生物素D．TPP6．下列关于脂肪酸碳链延长系统的叙述哪些是正确的（多选）ABCD？A．动物的内质网酶系统催化的脂肪酸链延长，除以CoA为酰基载体外，与从头合成相同；B．动物的线粒体酶系统可以通过β氧化的逆反应把软脂酸延长为硬脂酸；C．植物的Ⅱ型脂肪酸碳链延长系统分布于叶绿体间质和胞液中，催化软脂酸ACP延长为硬脂酸ACP，以丙二酸单酰ACP为C2供体，NADPH为还原剂；D．植物的Ⅲ型延长系统结合于内质网，可把C18和C18以上的脂肪酸进一步延长。7．下列哪些是人类膳食的必需脂肪酸（多选）BCD？A．油酸B．亚油酸C．亚麻酸D．花生四烯酸8．下述关于从乙酰CoA合成软脂酸的说法，哪些是正确的（多选）？ACA．所有的氧化还原反应都以NADPH做辅助因子；B．在合成途径中涉及许多物质，其中辅酶A是唯一含有泛酰巯基乙胺的物质；C．丙二酰单酰CoA是一种“被活化的“中间物；D．反应在线粒体内进行。9．下列哪些是关于脂类的真实叙述（多选）ABC？A．它们是细胞内能源物质；B．它们很难溶于水C．是细胞膜的结构成分；D．它们仅由碳、氢、氧三种元素组成。10．脂肪酸从头合成的限速酶是：A．乙酰CoA羧化酶B．缩合酶C．β-酮脂酰-ACP还原酶D．α，β-烯脂酰-ACP还原酶11．下列关于不饱和脂肪酸生物合成的叙述哪些是正确的（多选）ABC？A．细菌一般通过厌氧途径合成单烯脂肪酸；B．真核生物都通过氧化脱氢途径合成单烯脂肪酸，该途径由去饱和酶催化，以NADPH为电子供体，O2的参与；C．植物体内还存在Δ12-、Δ15-去饱和酶，可催化油酰基进一步去饱和，生成亚油酸和亚麻酸。D．植物体内有Δ6-去饱和酶、转移地催化油酰基Δ9与羧基间进一步去饱和。12．以干重计量，脂肪比糖完全氧化产生更多的能量。下面那种比例最接近糖对脂肪的产能比例：A．1:2B．1:3C．1:4D．2:3E．3:4甘油三酯完全氧化，每克产能为9.3千卡；糖或蛋白质为4.1千卡/克。则脂类产能约为糖或蛋白质的二倍。13．软脂酰CoA在β-氧化第一次循环中以及生成的二碳代谢物彻底氧化时，ATP的总量是：A．3ATPB．13ATPC．14ATPD．17ATPE．18ATP软脂酰CoA在β-氧化第一次循环中产生乙酰CoA、FADH2、NADH+H+以及十四碳的活化脂肪酸个一分子。十四碳脂肪酸不能直接进入柠檬酸循环彻底氧化。FADH2和NADH+H+进入呼吸链分别生成2ATP和3ATP。乙酰CoA进入柠檬酸循环彻底氧化生成12ATP。所以共生成17ATP。14．下述酶中哪个是多酶复合体？A．ACP-转酰基酶B．丙二酰单酰CoA-ACP-转酰基酶C．β-酮脂酰-ACP还原酶D．β-羟脂酰-ACP脱水酶E．脂肪酸合成酶15．由3-磷酸甘油和酰基CoA合成甘油三酯过程中，生成的第一个中间产物是下列那种？A．2-甘油单酯B．1，2-甘油二酯C．溶血磷脂酸D．磷脂酸E．酰基肉毒碱16．下述哪种说法最准确地描述了肉毒碱的功能？A．转运中链脂肪酸进入肠上皮细胞B．转运中链脂肪酸越过线粒体内膜C．参与转移酶催化的酰基反应D．是脂肪酸合成代谢中需要的一种辅酶 （四）是非判断题（对）1.脂肪酸的β-氧化和α-氧化都是从羧基端开始的。（错）2.只有偶数碳原子的脂肪才能经β-氧化降解成乙酰CoA.。（错）3．脂肪酸从头合成中，将糖代谢生成的乙酰CoA从线粒体内转移到胞液中的化合物是苹果酸。柠檬酸（对）4．脂肪酸的从头合成需要柠檬酸裂解提供乙酰CoA.。（错）5．脂肪酸β-氧化酶系存在于胞浆中。线粒体（错）6．肉毒碱可抑制脂肪酸的氧化分解。促进33 （错）7．萌发的油料种子和某些微生物拥有乙醛酸循环途径，可利用脂肪酸α-氧化生成的乙酰CoA合成苹果酸，为糖异生和其它生物合成提供碳源。β-氧化生成（错）8．在真核细胞内，饱和脂肪酸在O2的参与下和专一的去饱和酶系统催化下进一步生成各种长链脂肪酸。不饱和脂肪酸（错）9．脂肪酸的生物合成包括二个方面：饱和脂肪酸的从头合成及不饱和脂肪酸的合成。三个方面脂肪酸碳链的延长（错）10．甘油在甘油激酶的催化下，生成α-磷酸甘油，反应消耗ATP，为可逆反应。不可逆反应（五）完成反应式1.脂肪酸+ATP+（CoA）→（脂酰-S-CoA）+（AMP）+（PPi）催化此反应的酶是：脂酰CoA合成酶2．甘油二酯+R3CO-S-CoA→（甘油三酯）+HSCoA催化此反应的酶是：（甘油三酯转酰基酶）3．乙酰CoA+CO2+ATP→（丙二酰单酰CoA）+ADP+Pi催化此反应的酶是：（丙二酰单酰CoA羧化酶）4．3-磷酸甘油+（NAD+）→（磷酸二羟丙酮）+NADH+H+催化此反应的酶是：磷酸甘油脱氢酶（六）问答题及计算题1.按下述几方面，比较脂肪酸氧化和合成的差异：（1）进行部位；（2）酰基载体；（3）所需辅酶（4）β-羟基中间物的构型（5）促进过程的能量状态（6）合成或降解的方向（7）酶系统答：氧化在线粒体，合成在胞液；氧化的酰基载体是辅酶A，合成的酰基载体是酰基载体蛋白；氧化是FAD和NAD+，合成是NADPH；氧化是L型，合成是D型。氧化不需要CO2，合成需要CO2；氧化为高ADP水平，合成为高ATP水平。氧化是羧基端向甲基端，合成是甲基端向羧基端；脂肪酸合成酶系为多酶复合体，而不是氧化酶。2.在脂肪生物合成过程中，软脂酸和硬脂酸是怎样合成的？答：（1）软脂酸合成：软脂酸是十六碳饱和脂肪酸，在细胞液中合成，合成软脂酸需要两个酶系统参加。一个是乙酰CoA羧化酶，他包括三种成分，生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白、转羧基酶。由它们共同作用，催化乙酰CoA转变为丙二酸单酰CoA。另一个是脂肪酸合成酶，该酶是一个多酶复合体，包括6种酶和一个酰基载体蛋白，在它们的共同作用下，催化乙酰CoA和丙二酸单酰CoA，合成软脂酸其反应包括4步，即缩合、还原、脱水、再缩合，每经过4步循环，可延长2个碳。如此进行，经过7次循环即可合成软脂酰—ACP。软脂酰—ACP在硫激酶作用下分解，形成游离的软脂酸。软脂酸的合成是从原始材料乙酰CoA开始的所以称之为从头合成途径。（2）硬脂酸的合成，在动物和植物中有所不同。在动物中，合成地点有两处，即线粒体和粗糙内质网。在线粒体中，合成硬脂酸的碳原子受体是软脂酰CoA，碳原子的给体是乙酰CoA。在内质网中，碳原子的受体也是软脂酰CoA，但碳原子的给体是丙二酸单酰CoA。在植物中，合成地点是细胞溶质。碳原子的受体不同于动物，是软脂酰ACP；碳原子的给体也不同与动物，是丙二酸单酰ACP。在两种生物中，合成硬脂酸的还原剂都是一样的。3.什么是乙醛酸循环，有何生物学意义？答：乙醛酸循环是一个有机酸代谢环，它存在于植物和微生物中，在动物组织中尚未发现。乙醛酸循环反应分为五步（略）。总反应说明，循环每转1圈需要消耗2分子乙酰CoA，同时产生1分子琥珀酸。琥珀酸产生后，可进入三羧酸循环代谢，或者变为葡萄糖。乙醛酸循环的意义有如下几点：（1）乙酰CoA经乙醛酸循环可琥珀酸等有机酸，这些有机酸可作为三羧酸循环中的基质。（2）乙醛酸循环是微生物利用乙酸作为碳源建造自身机体的途径之一。（3）乙醛酸循环是油料植物将脂肪酸转变为糖的途径。4.在脂肪酸合成中，乙酰CoA.羧化酶起什么作用？答：在饱和脂肪酸的生物合成中，脂肪酸碳链的延长需要丙二酸单酰CoA。乙酰CoA羧化酶的作用就是催化乙酰CoA和HCO3-合成丙二酸单酰CoA，为脂肪酸合成提供三碳化合物。乙酰CoA羧化酶催化反应（略）。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成反应中的一种限速调节酶，它受柠檬酸的激活，但受棕榈酸的反馈抑制。5．说明动物、植物、细菌在合成不饱和脂肪酸方面的差异。答：在植物中，不仅可以合成单不饱和脂肪酸，而且可以合成多不饱和脂肪酸，例如亚油酸、亚麻酸和桐油酸等。植物体中单不饱和脂肪酸的合成，主要是通过氧化脱氢途径进行。这个氧化脱氢反应需要氧分子和NADPH+H+参加，另外还需要黄素蛋白和铁氧还蛋白参加，由去饱和酶催化。植物体中多不饱和脂肪酸的合成，主要是在单不饱和脂肪酸基础上进一步氧化脱氢，可生成二烯酸和三烯酸，由专一的去饱和酶催化并需氧分子和NADPH+H+参加。在哺乳动物中，仅能合成单不饱和脂肪酸，如油酸，不能合成多不饱和脂肪酸，动物体内存在的多不饱和脂肪酸，如亚油酸等，完全来自植物油脂，由食物中摄取。动物体内单不饱和脂肪酸的合成，是通过氧化脱氢途径进行的。由去饱和酶催化，该酶存在于内质网膜上，反应需要氧分子和NADPH+H+参与，此外还需要细胞色素b5和细胞色素b5还原酶存在，作为电子的传递体。整个过程传递4个电子，所形成的产物含顺式—9—烯键。细菌中，不饱和脂肪酸的合成不同于动、植物，动植物是通过有氧途径，而细菌是通过厌氧途径，细菌先通过脂肪酸合成酶系，合成十碳的β-羟癸酰-SACP；然后在脱水酶作用下，形成顺—β，γ癸烯酰SACP;再在此化合物基础上，形成不同长度的单烯酰酸.6．1mol软脂酸完全氧化成CO2和H2O可生成多少molATP？若1g软脂酸完全氧化时的ΔG0ˊ=9kcal,软脂酸的分子量位56.4，试求能量转化为ATP的效率。答：软脂酸经β-氧化，则生成8个乙酰CoA，7个FADH2和7个NADH+H+。乙酰CoA在三羧酸循环中氧化分解，一个乙酰CoA生成12个ATP，所以12×8=96ATP，7个FADH2经呼吸链氧化可生成2×7=14ATP，7NADH+H+经呼吸链氧化可生成3×7=21ATP，三者相加，减去消耗掉1个ATP，实得96+14+21-1=130mol/LATP。每有1mol/L软脂酸氧化，即可生成130mol/LATP。软脂酸的分子量为256.4，所以软脂酸氧化时的ΔG0ˊ=256.4×9000=2.31×106cal/mol,130molATP贮存能量7.3×130=949Kcal贮存效率=949×100/2.31×103=41.08%7．1mol甘油完全氧化成CO2和H2O时净生成可生成多少molATP？假设在外生成NADH都通过磷酸甘油穿梭进入线粒体。答：甘油磷酸化消耗-1ATP磷酸甘油醛脱氢，FADH2，生成2ATP磷酸二羟丙酮酵解生成2ATP磷酸甘油醛脱氢NAD、NADH（H+）穿梭生成2或3ATP丙酮酸完全氧化15ATP20或21mol/LATP第八章含氮化合物代谢 一、知识要点 蛋白质和核酸是生物体中有重要功能的含氮有机化合物，它们共同决定和参与多种多样的生命活动。在自然界的氮素循环中，大气是氮的主要储库，微生物通过固氮酶的作用将大气中的分子态氮转化成氨，硝酸还原酶和亚硝酸还原酶也可以将硝态氮还原为氨，在生物体中氨通过同化作用和转氨基作用等方式转化成有机氮，进而参与蛋白质和核酸的合成。（一）蛋白质和氨基酸的酶促降解33 在蛋白质分解过程中，蛋白质被蛋白酶和肽酶降解成氨基酸。氨基酸用于合成新的蛋白质或转变成其它含氮化合物（如卟啉、激素等），也有部分氨基酸通过脱氨和脱羧作用产生其它活性物质或为机体提供能量，脱下的氨可被重新利用或经尿素循环转变成尿素排出体外。（二）氨基酸的生物合成转氨基作用是氨基酸合成的主要方式。转氨酶以磷酸吡哆醛为辅酶，谷氨酸是主要的氨基供体，氨基酸的碳架主要来自糖代谢的中间物。不同的氨基酸生物合成途径各不相同，但它们都有一个共同的特征，就是所有氨基酸都不是以CO2和NH3为起始原料从头合成的，而是起始于三羧酸循环、糖酵解途径和磷酸戊糖途径的中间物。不同生物合成氨基酸的能力不同，植物和大部分微生物能合成全部20种氨基酸，而人和其它哺乳动物及昆虫等只能合成部分氨基酸，机体不能合成的氨基酸称为必须氨基酸，人有八种必需氨基酸，它们是：Lys、Trp、Phe、Val、Thr、Leu、Ile和Met。（三）核酸的酶促降解核酸通过核酸酶降解成核苷酸，核苷酸在核苷酸酶的作用下可进一步降解为碱基、戊糖和磷酸。戊糖参与糖代谢，嘌呤碱经脱氨、氧化生成尿酸，尿酸是人类和灵长类动物嘌呤代谢的终产物。其它哺乳动物可将尿酸进一步氧化生成尿囊酸。植物体内嘌呤代谢途径与动物相似，但产生的尿囊酸不是被排出体外，而是经运输并贮藏起来，被重新利用。嘧啶的降解过程比较复杂。胞嘧啶脱氨后转变成尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原、水解、脱氨、脱羧分别产生β-丙氨酸和β-氨基异丁酸，两者经脱氨后转变成相应的酮酸，进入TCA循环进行分解和转化。β-丙氨酸还参与辅酶A的合成。（四）核苷酸的生物合成生物能利用一些简单的前体物质从头合成嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸。嘌呤核苷酸的合成起始于5-磷酸核糖经磷酸化产生的5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）。合成原料是二氧化碳、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酰氨。首先合成次黄嘌呤核苷酸，再转变成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。嘧啶核苷酸的合成原料是二氧化碳、氨、天冬氨酸和PRPP，首先合成尿苷酸，再转变成UDP、UTP和CTP。在二磷酸核苷水平上，核糖核苷二磷酸（NDP）可转变成相应的脱氧核糖核苷二磷酸。催化此反应的酶为核糖核苷酸还原酶系，此酶由核苷二磷酸还原酶、硫氧还蛋白和硫氧还蛋白还原酶组成。脱氧胸苷酸（dTMP）的合成是由脱氧尿苷酸（dUMP）经甲基化生成的。二、习题 （一）名词解释1．蛋白酶（Proteinase）：又称肽链内切酶（Endopeptidase），作用于多肽链内部的肽键，生成较原来含氨基酸数少的肽段，不同来源的蛋白酶水解专一性不同。2．肽酶（Peptidase）：只作用于多肽链的末端，根据专一性不同，可在多肽的N-端或C-端水解下氨基酸，如氨肽酶、羧肽酶、二肽酶等。3．氮平衡（Nitrogenbalance）：正常人摄入的氮与排出氮达到平衡时的状态，反应正常人的蛋白质代谢情况。4．生物固氮（Biologicalnitrogenfixation）：利用微生物中固氮酶的作用，在常温常压条件下将大气中的氮还原为氨的过程（N2+3H2→2NH3）。5．硝酸还原作用（Nitratereduction）：在硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的催化下，将硝态氮转变成氨态氮的过程，植物体内硝酸还原作用主要在叶和根进行。6．氨的同化（Incorporationofammoniumionsintoorganicmolecules）：由生物固氮和硝酸还原作用产生的氨，进入生物体后被转变为含氮有机化合物的过程。7．转氨作用（Transamination）：在转氨酶的作用下，把一种氨基酸上的氨基转移到α-酮酸上，形成另一种氨基酸。8．尿素循环（Ureacycle）：尿素循环也称鸟氨酸循环，是将含氮化合物分解产生的氨转变成尿素的过程，有解除氨毒害的作用。9．生糖氨基酸（Glucogenicaminoacid）：在分解过程中能转变成丙酮酸、α-酮戊二酸乙、琥珀酰辅酶A、延胡索酸和草酰乙酸的氨基酸称为生糖氨基酸。10．生酮氨基酸（Ketogenicaminoacid）：在分解过程中能转变成乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A的氨基酸称为生酮氨基酸。11．核酸酶（Nuclease）：作用于核酸分子中的磷酸二酯键的酶，分解产物为寡核苷酸或核苷酸，根据作用位置不同可分为核酸外切酶和核酸内切酶。12．限制性核酸内切酶（Restrictionendonuclease）：能作用于核酸分子内部，并对某些碱基顺序有专一性的核酸内切酶，是基因工程中的重要工具酶。13．氨基蝶呤（Aminopterin）：对嘌呤核苷酸的生物合成起竞争性抑制作用的化合物，与四氢叶酸结构相似，又称氨基叶酸。14．一碳单位（Onecarbonunit）：仅含一个碳原子的基团如甲基（CH3-、亚甲基（CH2=）、次甲基（CH≡）、甲酰基（O=CH-)、亚氨甲基（HN=CH-）等，一碳单位可来源于甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸、组氨酸等氨基酸，一碳单位的载体主要是四氢叶酸，功能是参与生物分子的修饰。 （二）英文缩写符号1．GOT（Glutamate-oxaloacetatetransaminase）：谷草转氨酶，2．GPT（Glutamate-pyruvatetransaminase）：谷丙转氨酶3．APS（Adenosinephosphosulfate）：腺苷酰硫酸4．PAL（Pheny-lalanineammonialyase）：苯丙氨酸解氨酶5．PRPP（Phosphoribosylpyrophosate）：5-磷酸核糖焦磷酸6．SAM（S-adenoymethionine）：S-腺苷蛋氨酸7．GDH（Glutamatedrhyddrogenase）：谷氨酸脱氢酶8．IMP（Inosinicacid）：次黄嘌呤核苷酸（三）填空1．生物体内的蛋白质可被蛋白酶和肽酶共同作用降解成氨基酸。2．多肽链经胰蛋白酶降解后，产生新肽段羧基端主要是赖氨酸和精氨酸氨基酸残基。3．胰凝乳蛋白酶专一性水解多肽链由芳香族氨基酸羧基端形成的肽键。4．氨基酸的降解反应包括脱氨、脱羧和羟化作用。5．转氨酶和脱羧酶的辅酶通常是磷酸吡哆醛。6．谷氨酸经脱氨后产生α-酮戊二酸和氨，前者进入三羧酸循环进一步代谢。7．尿素循环中产生的鸟氨酸和瓜氨酸两种氨基酸不是蛋白质氨基酸。8．尿素分子中两个N原子，分别来自氨甲酰磷酸和天冬氨酸。9．生物固氮作用是将空气中的N2转化为HN3的过程。10．固氮酶由钼铁蛋白和铁蛋白两种蛋白质组成，固氮酶要求的反应条件是还原剂、ATP和厌氧环境。11．硝酸还原酶和亚硝酸还原酶通常以NAD（P）或铁氧还蛋白为还原剂。12．芳香族氨基酸碳架主要来自糖酵解中间代谢物磷酸烯醇式丙酮酸和磷酸戊糖途径的中间代谢物4-磷酸赤藓糖。13．组氨酸合成的碳架来自糖代谢的中间物核糖。14．氨基酸脱下氨的主要去路有生成尿素、合成谷氨酰胺和再合成氨基酸。15．胞嘧啶和尿嘧啶经脱氨、还原和水解产生的终产物为β-丙氨酸。16．参与嘌呤核苷酸合成的氨基酸有甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺。17．尿苷酸转变为胞苷酸是在尿苷三磷酸水平上进行的。18．脱氧核糖核苷酸的合成是由核糖核苷二磷酸还原酶酶催化的，被还原的底物是核苷二磷酸。19．在嘌呤核苷酸的合成中,腺苷酸的C-6氨基来自33 天冬氨酸；鸟苷酸的C-2氨基来自谷氨酰胺。20．对某些碱基顺序有专一性的核酸内切酶称为限制性核酸内切酶。21．多巴是酪氨酸经羟化作用生成的。22．生物体中活性蛋氨酸是S-腺苷蛋氨酸，它是活泼甲基的供应者。 （四）选择题1．转氨酶的辅酶是：A．NAD+B．NADP+C．FADD．磷酸吡哆醛2．下列哪种酶对有多肽链中赖氨酸和精氨酸的羧基参与形成的肽键有专一性：A．羧肽酶B．胰蛋白酶C．胃蛋白酶D．胰凝乳蛋白酶3．参与尿素循环的氨基酸是：A．组氨酸B．鸟氨酸C．蛋氨酸D．赖氨酸4．γ-氨基丁酸由哪种氨基酸脱羧而来:A．GlnB．HisC．GluD．Phe5．经脱羧后能生成吲哚乙酸的氨基酸是：A．GluB．HisC．TyrD．Trp6．L-谷氨酸脱氢酶的辅酶含有哪种维生素：A．VB1B．VB2C．VB3D．VB57．磷脂合成中甲基的直接供体是：A．半胱氨酸B．S-腺苷蛋氨酸C．蛋氨酸D．胆碱8．在尿素循环中，尿素由下列哪种物质产生：A．鸟氨酸B．精氨酸C．瓜氨酸D．半胱氨酸9．需要硫酸还原作用合成的氨基酸是：A．CysB．LeuC．ProD．Val10．下列哪种氨基酸是其前体参入多肽后生成的：A．脯氨酸B．羟脯氨酸C．天冬氨酸D．异亮氨酸11．组氨酸经过下列哪种作用生成组胺的：A．还原作用B．羟化作用C．转氨基作用D．脱羧基作用12．氨基酸脱下的氨基通常以哪种化合物的形式暂存和运输：A．尿素B．氨甲酰磷酸C．谷氨酰胺D．天冬酰胺13．丙氨酸族氨基酸不包括下列哪种氨基酸：A．AlaB．CysC．ValD．Leu14．组氨酸的合成不需要下列哪种物质：A．PRPPB．GluC．GlnD．Asp15．合成嘌呤和嘧啶都需要的一种氨基酸是：A．AspB．GlnC．GlyD．Asn16．生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸是：A．AMPB．GMPC．IMPD．XMP17．人类和灵长类嘌呤代谢的终产物是：A．尿酸B．尿囊素C．尿囊酸D．尿素人类、灵长类、鸟类及大多数昆虫嘌呤代谢的最终产物是尿酸，其它哺乳动物是尿囊素，某些硬骨鱼可将尿囊素继续分解为尿囊酸，大多数鱼类生成尿素。18．从核糖核苷酸生成脱氧核糖核苷酸的反应发生在：A．一磷酸水平B．二磷酸水平C．三磷酸水平D．以上都不是19．在嘧啶核苷酸的生物合成中不需要下列哪种物质：A．氨甲酰磷酸B．天冬氨酸C．谷氨酰氨D．核糖焦磷酸20．用胰核糖核酸酶降解RNA，可产生下列哪种物质：A．3′-嘧啶核苷酸B．5′-嘧啶核苷酸C．3′-嘌呤核苷酸D．5′-嘌呤核苷酸 （五）是非判断题（对）1．蛋白质的营养价值主要决定于氨基酸酸的组成和比例。（对）2．谷氨酸在转氨作用和使游离氨再利用方面都是重要分子。（错）3．氨甲酰磷酸可以合成尿素和嘌呤。嘧啶核苷酸（错）4．半胱氨酸和甲硫氨酸都是体内硫酸根的主要供体。甲硫氨酸是体内甲基的主要供体（错）5．生物固氮作用需要厌氧环境，是因为钼铁蛋白对氧十分敏感。铁蛋白（错）6．磷酸吡哆醛只作为转氨酶的辅酶。还可作为脱羧酶和消旋酶的辅酶（对）7．在动物体内，酪氨酸可以经羟化作用产生去甲肾上腺素和肾上腺素。（对）8．固氮酶不仅能使氮还原为氨，也能使质子还原放出氢气。（对）9．芳香族氨基酸都是通过莽草酸途径合成的。（对）10．丝氨酸能用乙醛酸为原料来合成。（错）11．限制性内切酶的催化活性比非限制性内切酶的催化活性低。限制性内切酶比非限制性内切酶专一性高，与酶活力高低无关（对）12．尿嘧啶的分解产物β-丙氨酸能转化成脂肪酸。（对）13．嘌呤核苷酸的合成顺序是，首先合成次黄嘌呤核苷酸，再进一步转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。（对）14．嘧啶核苷酸的合成伴随着脱氢和脱羧反应。（错）15．脱氧核糖核苷酸的合成是在核糖核苷三磷酸水平上完成的。核糖核苷二磷酸水平上 （六）反应方程式1.谷氨酸+NAD(P)++H2O→（α-酮戊二酸）+NAD(P)H+NH3催化此反应的酶是：（谷氨酸脱氢酶）2．谷氨酸+NH3+ATP→（谷氨酰胺）+（ADP）+Pi+H2O催化此反应的酶是：（谷氨酰胺合酶）3．谷氨酸+（丙酮酸）→（α-酮戊二酸）+丙氨酸催化此反应的酶是：谷丙转氨酶4．5′磷酸核糖+ATP→（5′磷酸核糖焦磷酸）+（AMP）催化此反应的酶是：PRPP合成酶：5．NMP+ATP→（NDP）+ADP催化此反应的酶是：（核苷酸激酶）6．dUMP+N5,10亚甲四氢叶酸→（dTMP）+（二氢叶酸）催化此反应的酶是：胸腺嘧啶核苷酸合酶：（七）问答题1．举例说明氨基酸的降解通常包括哪些方式？答：（1）脱氨基作用：包括氧化脱氨和非氧化脱氨，分解产物为α-酮酸和氨。（2）脱羧基作用：氨基酸在氨基酸脱羧酶的作用下脱羧，生成二氧化碳和胺类化合物。（3）羟化作用：有些氨基酸（如酪氨酸）降解时首先发生羟化作用，生成羟基氨基酸，再脱羧生成二氧化碳和胺类化合物。2．用反应式说明α-酮戊二酸是如何转变成谷氨酸的，有哪些酶和辅因子参与？答：（1）谷氨酸脱氢酶反应：α-酮戊二酸+NH3?+NADH→谷氨酸+NAD++H2O（2）谷氨酸合酶-谷氨酰胺合酶反应：谷氨酸+NH3?+ATP→谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O谷氨酰胺+α-酮戊二酸+2H→2谷氨酸还原剂（2H）：可以是NADH、NADPH和铁氧还蛋白3．什么是尿素循环，有何生物学意义？答：（1）尿素循环：尿素循环也称鸟氨酸循环，是将含氮化合物分解产生的氨经过一系列反应转变成尿素的过程。有解除氨毒害的作用（2）生物学意义：有解除氨毒害的作用4．什么是必需氨基酸和非必需氨基酸？答：（1）必需氨基酸：生物体本身不能合成而为机体蛋白质合成所必需的氨基酸称为必需氨基酸，人的必需氨基酸有8种。33 （2）非必需氨基酸：生物体本身能合成的蛋白质氨基酸称为非必需氨基酸，人的非必需氨基酸有12种。5．为什么说转氨基反应在氨基酸合成和降解过程中都起重要作用？答：（1）在氨基酸合成过程中，转氨基反应是氨基酸合成的主要方式，许多氨基酸的合成可以通过转氨酶的催化作用，接受来自谷氨酸的氨基而形成。（2）在氨基酸的分解过程中，氨基酸也可以先经转氨基作用把氨基酸上的氨基转移到α-酮戊二酸上形成谷氨酸，谷氨酸在谷氨酸脱羟酶的作用上脱去氨基。6．核酸酶包括哪几种主要类型？答：（1）脱氧核糖核酸酶（DNase）：作用于DNA分子。（2）核糖核酸酶（DNase）：作用于RNA分子。（3）核酸外切酶：作用于多核苷酸链末端的核酸酶，包括3′核酸外切酶和5′核酸外切酶。（4）核酸内切酶：作用于多核苷酸链内部磷酸二酯键的核酸酶，包括碱基专一性核酸内切酶和碱基序列专一性核酸内切酶（限制性核酸内切酶）7．嘌呤核苷酸分子中各原子的来源及合成特点怎样？答：（1）各原子的来源：N1-天冬氨酸；C2和C8-甲酸盐；N7、C4和C5-甘氨酸；C6-二氧化碳；N3和N9-谷氨酰胺；核糖-磷酸戊糖途径的5′磷酸核糖（2）合成特点：5′磷酸核糖开始→5′磷酸核糖焦磷酸（PRPP）→5′磷酸核糖胺（N9）→甘氨酰胺核苷酸（C4、C5、N7）→甲酰甘氨酰胺核苷酸（C8）→5′氨基咪唑核苷酸（C3）→5′氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（C6）5′氨基咪唑甲酰胺核苷酸（N1）→次黄嘌呤核苷酸（C2）。8．嘧啶核苷酸分子中各原子的来源及合成特点怎样？ 答：（1）各原子的来源：N1、C4、C5、C6-天冬氨酸；C2-二氧化碳；N3-氨；核糖-磷酸戊糖途径的5′磷酸核糖。（2）合成特点：氨甲酰磷酸+天冬氨酸→乳清酸乳清酸+PRPP→乳清酸核苷-5′-磷酸→尿苷酸第九章核酸的生物合成 一、知识要点在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。这种遗传信息的流向称为中心法则。复制是指以原来DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程；转录是在DNA（或RNA）分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA（或DNA）的过程；翻译是在以rRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体上，以mRNA为模板，根据每三个相邻核苷酸决定一种氨基酸的三联体密码规则，由tRNA运送氨基酸，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。（一）DNA的生物合成在DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先行解旋和分开，然后以每条链为模板，按照碱基配对原则，在这两条链上各形成一条互补链，这样从亲代DNA的分子可以精确地复制成2个子代DNA分子。每个子代DNA分子中，有一条链是从亲代DNA来的，另一条则是新形成的，这叫做半保留复制。通过14N和15N标记大肠杆菌实验证实了半保留复制。1．复制的起始点与方向DNA分子复制时，在亲代分子一个特定区域内双链打开，随之以两股链为模板复制生成两个子代DNA双链分子。开始时复制起始点呈现一叉形（或Y形），称之为复制叉。DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此特定部位称为复制起始点（originofreplication），可以用ori表示。在原核生物中复制起始点常位于染色体的一个特定部位，即只有一个起始点。真核生物的染色体是在几个特定部位上进行DNA复制的，有几个复制起始点的。酵母基因组与真核生物基因组相同，具有多个复制起始点。复制的方向可以有三种不同的机制。其一是从两个起始点开始，各以相反的单一方向生长出一条新链，形成两个复制叉。其二是从一个起始点开始，以同一方向生长出两条链，形成一个复制叉。其三是从一个起始点开始，沿两个相反的方向各生长出两条链，形成两个复制叉。2．DNA聚合反应有关的酶及相关蛋白因子DNA的合成是以四种三磷酸脱氧核糖核苷为底物的聚合反应，该过程除了需要酶的催化之外，还需要适量的DNA为模板，RNA（或DNA）为引物和镁离子的参与。催化这个反应的酶也有多种：DNA聚合酶、RNA引物合成酶（即引发酶）、DNA连接酶、拓扑异构酶、解螺旋酶及多种蛋白质因子参与。3．DNA的复制过程DNA的复制按一定的规律进行，双螺旋的DNA是边解开边合成新链的。复制从特定位点开始，可以单向或双向进行，但是以双向复制为主。由于DNA双链的合成延伸均为5′→3′的方向，因此复制是以半不连续的方式进行，即其中一条链相对地连续合成，称之为领头链，另一条链的合成是不连续的，称为随后链。在DNA复制叉上进行的基本活动包括双链的解开；RNA引物的合成；DNA链的延长；切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段。（二）逆向转录在逆转录酶作用下，以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为逆向转录。逆转录酶需要以RNA（或DNA）为模板，以四种dNTP为原料，要求短链RNA（或DNA）作为引物，此外还需要适当浓度的二价阳离子Mg2+和Mn2+，沿5′→3′方向合成DNA，形成RNA-DNA杂交分子（或DNA双链分子）。逆转录酶是一种多功能酶，它除了具有以RNA为模板的DNA聚合酶和以DNA为模板的DNA聚合酶活性外还兼有RNaseH、DNA内切酶、DNA拓扑异构酶、DNA解链酶和tRNA结合的活性。几乎所有真核生物的mRNA分子的3′末端都有一段多聚腺苷酸。当加入寡聚dT作引物时，mRNA就可以成为逆转录酶的模板，在体外合成与其互补的DNA，称为cDNA。（三）DNA突变DNA突变是指DNA的碱基顺序发生突然而永久性地变化，从而影响DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着改变，表现出异常的遗传特征。DNA的突变可以有几种形式：（1）一个或几个碱基对被置换；（2）插入一个或几个碱基对；（3）一个或多个碱基对缺失。置换和插入的变化是可逆的，缺失则是不可逆的。最常见的突变形式是碱基对的置换。嘌呤碱之间或嘧啶碱之间的置换称为转换，嘌呤和嘧啶之间的置换称为颠换。突变有自发突变和诱发突变。在DNA的合成中，自发突变的机率很低，大约每109个碱基对发生一次突变；各种RNA肿瘤病毒具有很高的自发突变频率。诱发突变可以由物理因素或化学因素引起，物理因素如电离辐射和紫外光等均可以诱发突变。化学因素的诱变，如脱氨剂和烷化试剂均可诱发突变。亚硝酸为强脱氨剂，可使腺嘌呤转变为次黄嘌呤，鸟嘌呤转变为黄嘌呤，胞嘧啶转变为尿嘧啶，而导致碱基配对错误。烷化剂如硫酸二甲酯（DMS）可使鸟嘌呤的N7位氮原子甲基化，使之成为带一个正电荷的季铵基团，减弱N9位上的N-糖苷键，至使脱氧核糖苷键不稳定，发生水解而丢失嘌呤碱，以后可被其它碱基取代，或引起DNA的链断裂。（四）DNA损伤与修复某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都能引起生物突变和致死。因为它们均能作用于DNA，造成其结构和功能的破坏。但细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的正常双螺旋结构。目前已经知道有四种修复系统：光复活，切除修复，重组修复和诱导修复。后三种机制不需要光照，因此又称为暗修复。1．光复活光复活的机制是可见光（最有效波长为400nm左右）激活了光复活酶，它能分解由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。光复活作用是一种高度专一的修复方式。2．切除修复又称为复制前修复。所谓切除修复，即是在一系列酶的作用下，将DNA33 分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。这是比较普遍的一种修复机制，它对多种损伤均能起修复作用。参与切除修复的酶主要有：特异的核酸内切酶、外切酶、聚合酶和连接酶。3．重组修复遗传信息有缺损的子代DNA分子可通过遗传重组而加以弥补，即从完整的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母链的空缺。此过程称为重组修复，因为发生在复制之后，又称为复制后修复。参与重组修复的酶系统包括与重组有关的主要酶类以及修复合成的酶类。重组基因recA编码的蛋白质，具有交换DNA链的活力。recA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起着关键的作用。recB和recC基因分别编码核酸外切酶V的两个亚基，该酶亦为重组和重组修复所必需。修复合成时需要DNA聚合酶和连接酶。4．诱导修复许多能造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（SOSresponse）。SOS反应包括诱导出现的DNA损伤修复效应、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等等。（五）RNA的生物合成以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，以四种核糖核苷磷酸为底物按照碱基配对原则，形成3′→5′磷酸二酯键，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程称为转录。RNA的转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点处终止。在生物体内，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，这称为转录的不对称性。用作模板的链称为反义链，另一条链称为有义链，因为有义链的脱氧核苷酸序列正好与转录出的RNA的核苷酸序列相同（只是T与U的区别），所以也称编码链。但各个基因的有义链不一定位于同一条DNA链。RNA的合成沿5′→3′方向进行（DNA模板链方向为3′→5′），5′未端为核糖核苷三磷酸，即5′位保留PPP。在真核生物细胞里，转录是在细胞核内进行的。合成的RNA包括mRNA、rRNA和tRNA的前体。rRNA的合成发生在核仁内，而合成mRNA和tRNA的酶则定位在核质中。另外叶绿体和线粒体也进行转录。原核细胞中转录酶类存在于细胞液中。1．RNA聚合酶原核细胞大肠杆菌的RNA聚合酶研究的较深入。这个酶的全酶由5种亚基（α2ββ′δω）组成，还含有2个Zn原子。在RNA合成起始之后，δ因子便与全酶分离。不含δ因子的酶仍有催化活性，称为核心酶。δ亚基具有与启动子结合的功能，β亚基催化效率很低，而且可以利用别的DNA的任何部位作模板合成RNA。加入δ因子后，则具有了选择起始部位的作用，δ因子可能与核心酶结合，改变其构象，从而使它能特异地识别DNA模板链上的起始信号。真核细胞的细胞核内有RNA聚合酶I、II和III，通常由4～6种亚基组成，并含有Zn2+。RNA聚合酶I存在于核仁中，主要催化rRNA前体的转录。RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ存在于核质中，分别催化mRNA前体和小分子量RNA的转录。此外线粒体和叶绿体也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞的RNA聚合酶。2．RNA的转录过程RNA转录过程为起始位点的识别、起始、延伸、终止。起始位点的识别：RNA聚合酶先与DNA模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别DNA分子上的起始信号的作用。在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。这时酶与DNA外部结合，识别部位大约在启动子的-35位点处。接着是DNA构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在-10位点处解开DNA双链，识别其中的模板链。由于该部位富含A-T碱基对，故有利于DNA解链。开放型复合物一旦形成，DNA就继续解链，酶移动到起始位点。3．起始：在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时σ亚基被释放脱离核心酶。4．延伸：从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3′-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿DNA模板链的3′→5′方向按碱基酸对原则生成5′→3′的RNA产物。RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链，长度约17个碱基对，使模板链暴露出来。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。4．终止在DNA分子上有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子（terminators），它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和释放RNA链的作用。这些终止信号有的能被RNA聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。ρ因子是一个四聚体蛋白质，它能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分。它的作用是阻RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：即在DNA上有一个15～20个核苷酸的二重对称区，位于RNA链结束之前，形成富含G-C的发夹结构。接着有一串大约6个A的碱基序列它们转录的RNA链的末端为一连串的U。寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。在真核细胞内，RNA的合成要比原核细胞中的复杂得多。（六）转录后加工在转录中新合成的RNA往往是较大的前体分子，需要经过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、成熟的RNA分子，这一过程称为转录后加工。主要包括剪接、剪切和化学修饰。1．mRNA的加工在原核生物中转录翻译相随进行，多基因的mRNA生成后，绝大部分直接作为模板去翻译各个基因所编码的蛋白质，不再需要加工。但真核生物里转录和翻译的时间和空间都不相同，mRNA的合成是在细胞核内，而蛋白质的翻译是在胞质中进行，而且许多真核生物的基因是不连续的。不连续基因中的插入序列，称为内含子；被内含子隔开的基因序列称为外显子。一个基因的外显子和内含子都转录在一条很大的原初转录本RNA分子中,故称为核内不均一RNA（hnRNA）。它们首先降解为分子较小的RNA，再经其它修饰转化为mRNA。真核细胞mRNA的加工包括：（1）hnRNA被剪接，除去由内含子转录来的序列，将外显子的转录序列连接起来。（2）在3′末端连接上一段约有20～200个腺苷酸的多聚腺苷酸（polyA）的“尾巴”结构。不同mRNA的长度有很大差异。（3）在5′末端连接上一个“帽子”结构m7GpppmNP。（4）在内部少数腺苷酸的腺嘌呤6位氨基发生甲基化（m6A）.2．tRNA的加工原核生物的tRNA基因的转录单元大多数是多基因的。不但相同或不同的tRNA的几个基因可转录在一条RNA中，有的tRNA还与rRNA组成转录单元，因此tRNA前体的加工过程包括剪切、剪接，在3′-末端添加CCAOH、以及核苷酸修饰转化为成熟的tRNA。tRNA中含有许多稀有碱基，所有这些碱基均是在转录后由四种常见碱基经修饰酶催化，发生脱氨、甲基化、羟基化等化学修饰而生成的。3．rRNA的加工原核细胞首先生成的是30S前体rRNA，经核糖核酸酶作用，逐步裂解为16S、23S和5S的rRNA，其裂解过程可归纳如下：17.5S→16SrRNA30S25S→23SrRNA小碎片→5SrRNA原核生物16SrRNA和23SrRNA含有较多的甲基化修饰成分，特别是2-甲基核糖。一般5SrRNA中无修饰成分。在真核细胞中rRNA的转录后加工与原核细胞类似，但更为复杂。rRNA在核仁中合成，生成一个更大35～45S前体rRNA。前体分裂而转变为28S、18S和5.8S的rRNA分子。真核生物5SrRNA前体是由独立于上述三种rRNA之外的基因转录的。真核生物rRNA中与含有较多的甲基化成分。有关RNA剪接、剪切机制的研究不仅发现了RNA分子本身具有催化功能，这种具有剪接功能的RNA33 催化剂命名为核酶。目前已发现的具有催化功能的RNA有磷酸二酯酶（核糖核酸酶）、磷酸单酯酶、核苷酸转移酶、磷酸转移酶、RNA限制性内切酶、tRNA5′端成熟酶、α-1,4-葡聚糖分支酶和肽基转移酶等。目前研究表明核酶催化rRNA、tRNA、mRNA的剪接机理是不相同的。RNA内含子有四种类型，即Ⅰ型自我拼接内含子、Ⅱ型自我拼接内含子、核mRNA内含子和核tRNA内含子。（七）RNA的复制大多数生物的遗传信息贮藏的DNA中，遗传信息按中心法则由DNA转录成RNA，再由RNA翻译成蛋白质的。对RNA病毒的研究表明，某些RNA病毒是以RNA作模板复制出病毒RNA分子。Qβ噬菌体RNA的复制可分为两个阶段：（1）当Qβ噬菌体侵染大肠杆菌细胞后，其单链RNA充当mRNA，利用宿主细胞中的核糖体合成噬菌体外壳蛋白质和复制酶β亚基；（2）当复制酶的β亚基和宿主细胞原有的α、γ、δ亚基自动装配成RNA复制酶以后，就进行RNA复制。以侵染的噬菌体RNA作模板，通过RNA复制酶合成互补的RNA链。常把具有mRNA功能的链称为正链，与它互补的链称为负链。在噬菌体特异的复制酶装配好后不久酶就吸附到正链RNA的3′末端，以它为模板合成出负链，至合成结束，然后负链从正链模板上释放出来。同一个酶又吸附到负链RNA的3′末端，合成出病毒正链RNA，正链RNA与外壳蛋白装配成噬菌体颗粒，所以正链和负链的合成方向都是由5′→3′。（八）基因工程的操作技术1．目的基因体外操作DNA的主要步骤之一是提取载体DNA和所需要的外源目的基因。在细胞中DNA并非以游离态分子存在，而是和RNA及蛋白质结合在一起形成复合体。DNA纯化的基本步骤是：（1）从破坏的细胞壁和膜里释放出可溶性的DNA；（2）通过变性或蛋白质分解，使DNA和蛋白质的复合体解离；（3）将DNA从其它大分子中分离出来；（4）DNA浓度和纯度的光学测定。2．载体外源DNA片段（目的基因）要进入受体细胞，必须有一个适当的运载工具将带入细胞内，并载着外源DNA一起进行复制与表达，这种运载工具称为载体。载体必须具备下列条件：（1）在受体细胞中，载体可以独立地进行复制。所以载体本身必须是一个复制单位，称复制子（replicon），具有复制起点。而且插入外源DNA后不会影响载体本身复制的能力。（2）易于鉴定、筛选。也就是说，容易将带有外源DNA的重组体与不带外源DNA的载体区别开来。（3）易于引入受体细胞。常用的载体主要有以下几类：细菌和酵母的质粒，λ噬菌体和M13以及病毒。3．连接外源DNA与载体DNA之间可以通过多种方式相连接，主要有以下几种(1)粘性末端连接；(2)平头末端连接；(3)接头连接等。4．转化任何外源DNA重组到载体上，然后转入受体细胞中复制繁殖，这一过程称为DNA的克隆。外源DNA进入受体细胞并使它获得新遗传特性的过程称为转化。转化作用是将外源DNA引入细胞的过程。5．筛选由于细胞转化的频率较低，所以从大量的宿主细胞中筛选出带有重组体的细胞并不是很容易的，当前，在实验室中，常用的筛选手段有以下几种：(1)插入失活；(2)菌落原位杂交；(3)免疫学方法．此外，对重组体转化的鉴定还可以采用表现型的鉴定；对重组质粒纯化并重新转化；限制性酶切图谱的绘制；重组质粒上的基因定位等更深入的方法。 二、习题（一）名词解释1．半保留复制（semiconservativereplication）：双链DNA的复制方式，其中亲代链分离，每一子代DNA分子由一条亲代链和一条新合成的链组成。2．不对称转录（asymmetrictrancription）：转录通常只在DNA的任一条链上进行，这称为不对称转录。3．逆转录（reversetranscription）：Temin和Baltimore各自发现在RNA肿瘤病毒中含有RNA指导的DNA聚合酶，才证明发生逆向转录，即以RNA为模板合成DNA。4．冈崎片段（Okazakifragment）：一组短的DNA片段，是在DNA复制的起始阶段产生的，随后又被连接酶连接形成较长的片段。在大肠杆菌生长期间，将细胞短时间地暴露在氚标记的胸腺嘧啶中，就可证明冈崎片段的存在。冈崎片段的发现为DNA复制的科恩伯格机理提供了依据。5．复制叉（replicationfork）：复制DNA分子的Y形区域。在此区域发生链的分离及新链的合成。6．领头链（leadingstrand）：DNA的双股链是反向平行的，一条链是5/→3/方向，另一条是3/→5/方向，上述的起点处合成的领头链，沿着亲代DNA单链的3/→5/方向（亦即新合成的DNA沿5/→3/方向）不断延长。所以领头链是连续的。7．随后链（laggingstrand）：已知的DNA聚合酶不能催化DNA链朝3/→5/方向延长，在两条亲代链起点的3/端一侧的DNA链复制是不连续的，而分为多个片段，每段是朝5/→3/方向进行，所以随后链是不连续的。8．有意义链（sensestrand）：即华森链，华森——克里格型DNA中，在体内被转录的那股DNA链。简写为Wstrand。9．光复活（photoreactivation）：将受紫外线照射而引起损伤的细菌用可见光照射，大部分损伤细胞可以恢复，这种可见光引起的修复过程就是光复活作用。10．重组修复（recombinationrepair）：这个过程是先进行复制，再进行修复，复制时，子代DNA链损伤的对应部位出现缺口，这可通过分子重组从完整的母链上，将一段相应的多核苷酸片段移至子链的缺口处，然后再合成一段多核昔酸键来填补母链的缺口，这个过程称为重组修复。11．内含子（intron）：真核生物的mRNA前体中，除了贮存遗传序列外，还存在非编码序列，称为内含子。12．外显子（exon）：真核生物的mRNA前体中，编码序列称为外显子。13．基因载体（genonicvector）：外源DNA片段（目的基因）要进入受体细胞，必须有一个适当的运载工具将其带入细胞内，并载着外源DNA一起进行复制与表达，这种运载工具称为载体。14．质粒（plasmid）：是一种在细菌染色体以外的遗传单元，一般由环形双链DNA构成，其大小从1—200Kb。 （二）填空题1．DNA复制是定点双向进行的，领头链股的合成是连续的，并且合成方向和复制叉移动方向相同；随从链股的合成是不连续的的，合成方向与复制叉移动的方向相反。每个冈崎片段是借助于连在它的5′末端上的一小段RNA而合成的；所有冈崎片段链的增长都是按5′→3′方向进行。2．DNA连接酶催化的连接反应需要能量，大肠杆菌由NAD+供能，动物细胞由ATP供能。3．大肠杆菌RNA聚合酶全酶由组成；核心酶的组成是。参与识别起始信号的是因子。4．基因有两条链，作为模板指导转录的那条链称有意义链。5．以RNA为模板合成DNA称反向转录，由逆转录酶催化。6．DNA或UpGpCpA分别经0.3NKOHR、NaseT1和牛胰RNaseI处理所得结果：DNA:0.3NKOH：不作用；RNaseT1：不作用；RNaseI：不作用;UpGpCpA：0.3NKOH：Up+Gp+Cp+A；RNaseT1：UpGp+CpA；RNaseI：GpCp+Up+A。7．基因突变形式分为：转换，颠换，插入和缺失四类。8．亚硝酸是一个非常有效的诱变剂，因为它可直接作用于DNA，使碱基中氨基氧化成酮基，造成碱基对的转换。9．所有冈崎片段的延伸都是按5′→3′方向进行的。33 10．前导链的合成是连续的，其合成方向与复制叉移动方向相同；随后链的合成是不连续的，其合成方向与复制叉移动方向相反。11．引物酶与转录中的RNA聚合酶之间的差别在于它对利福平不敏感，并可以dNTP作为底物。12．DNA聚合酶I的催化功能有5′→3′聚合、3′→5′外切、5′→3外切、焦磷酸解作用和焦磷酸交换作用。13．DNA回旋酶又叫拓朴异构酶，它的功能是使超螺旋DNA变为松驰状。14．细菌的环状DNA通常在一个复制位点开始复制，而真核生物染色体中的线形DNA可以在多位点起始复制。15．大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ的3′→5′核酸外切酶活性使之具有校对功能，极大地提高了DNA复制的保真度。16．大肠杆菌中已发现3种DNA聚合酶，其中DNA聚合酶Ⅲ负责DNA复制，DNA聚合酶Ⅱ负责DNA损伤修复。17．DNA切除修复需要的酶有专一的核酸内切酶、解链酶、DNA聚合酶Ⅰ和DNA连接酶。18．在DNA复制中，SSB（单链结合蛋白）可防止单链模板重新缔合和核酸酶的攻击。19．DNA合成时，先由引物酶合成RNA引物，再由DNA聚合酶Ⅲ在其3′端合成DNA链，然后由DNA聚合酶Ⅰ切除引物并填补空隙，最后由DNA连接酶连接成完整的链。20．原核细胞中各种RNA是同一RNA聚合酶催化生成的，而真核细胞核基因的转录分别由3种RNA聚合酶催化，其中rRNA基因由RNA聚合酶Ⅰ转录，hnRNA基因由RNA聚合酶Ⅱ转录，各类小分子量RAN则是RNA聚合酶Ⅲ的产物。21．一个转录单位一般应包括启动子序列、编码序列和终止子顺序。22．真核细胞中编码蛋白质的基因多为隔裂基因。编码的序列还保留在成熟mRNA中的是外显子，编码的序列在前体分子转录后加工中被切除的是内含子。在基因中外显子被内含子分隔，而在成熟的mRNA序列被拼接起来。23．染色质中的组蛋白和非组蛋白对转录均有调节作用，其中非组的调节作用具有组织特异性。 （三）选择题1．DNA按半保留方式复制。如果一个完全放射标记的双链DNA分子，放在不含有放射标记物的溶液中，进行两轮复制，所产生的四个DNA分子的放射活性将会怎样：A．半数分子没有放射性B．所有分子均有放射性C．半数分子的两条链均有放射性D．一个分子的两条链均有放射性E．四个分子均无放射性2．参加DNA复制的酶类包括：（1）DNA聚合酶Ⅲ；（2）解链酶；（3）DNA聚合酶Ⅰ；（4）RNA聚合酶（引物酶）；（5）DNA连接酶。其作用顺序是：A．（4）、（3）、（1）、（2）、（5）B．（2）、（3）、（4）、（1）、（5）C．（4）、（2）、（1）、（5）、（3）D．（4）、（2）、（1）、（3）、（5）E．（2）、（4）、（1）、（3）、（5）3．如果15N标记的大肠杆菌转入14N培养基中生长了三代，其各种状况的DNA分子比例应是下列哪一项：纯15N15N－14N纯14N－DNA杂种DNA－DNAA．1/81/86/8B．1/807/8C．01/87/8D．02/86/8E．04/84/84．下列关于DNA复制特点的叙述哪一项错误的：A．RNA与DNA链共价相连B．新生DNA链沿5′→3′方向合成C．DNA链的合成是不连续的D．复制总是定点双向进行的E．DNA在一条母链上沿5′→3′方向合成，而在另一条母链上则沿3′→5′方向合成5．DNA复制时，5′—TpApGpAp－3′序列产生的互补结构是下列哪一种：A．5′—TpCpTpAp－3′B．5′—ApTpCpTp－3′C．5′—UpCpUpAp－3′D．5′—GpCpGpAp－3′E．3′—TpCpTpAp－5′6．下列关于DNA聚合酶I的叙述哪一项是正确的：A．它起DNA修复酶的作用但不参加DNA复制过程B．它催化dNTP聚合时需要模板和引物C．在DNA复制时把冈崎片段连接成完整的随从链D．它催化产生的冈崎片段与RNA引物链相连E．有些细菌突变体其正常生长不需要它7．下列关于真核细胞DNA聚合酶活性的叙述哪一项是正确的：A．它仅有一种B它不具有核酸酶活性C．它的底物是二磷酸脱氧核苷D它不需要引物E．它按3′-5′方向合成新生链8．从正在进行DNA复制的细胞分离出的短链核酸——冈崎片段，具有下列哪项特性：A．它们是双链的B．它们是一组短的单链DNA片段C．它们是DNA—RNA杂化双链D．它们被核酸酶活性切除E．它们产生于亲代DNA链的糖-磷酸骨架的缺口处9．切除修复可以纠正下列哪一项引起的DNA损伤：A．碱基缺失B．碱基插入C．碱基甲基化D．胸腺嘧啶二聚体形成E．碱基烷基化10．大肠杆菌DNA连接酶需要下列哪一种辅助因子？A．FAD作为电子受体B．NADP+作为磷酸供体C．NAD+形成活性腺苷酰酶D．NAD+作为电子受体E．以上都不是11．下列关于RNA和DNA聚合酶的叙述哪一项是正确的：A．RNA聚合酶用二磷酸核苷合成多核苷酸链B．RNA聚合酶需要引物，并在延长链的5′端加接碱基C．DNA聚合酶可在链的两端加接核苷酸D．DNA仅能以RNA为模板合成DNAE．所有RNA聚合酶和DNA聚合酶只能在生长中的多核苷酸链的3′端加接核苷酸12．紫外线照射引起DNA最常见的损伤形式是生成胸腺嘧啶二聚体。在下列关于DNA分子结构这种变化的叙述中，哪项是正确的：A．不会终止DNA复制B．可由包括连接酶在内的有关酶系统进行修复C．可看作是一种移码突变D．是由胸腺嘧啶二聚体酶催化生成的E．引起相对的核苷酸链上胸腺嘧啶间的共价联结13．下列哪种突变最可能是致死的：A．腺嘌呤取代胞嘧啶B．胞嘧啶取代鸟嘌呤C．甲基胞嘧啶取代胞嘧啶D．缺失三个核苷酸E．插入一个核苷酸14．镰刀形红细胞贫血病是异常血红蛋白纯合子基因的临床表现。β-链变异是由下列哪种突变造成的：A．交换B．插入C．缺失D．染色体不分离E．点突变15．在培养大肠杆菌时，自发点突变的引起多半是由于：A．氢原子的互变异构移位B．DNA糖-磷酸骨架的断裂C．插入一个碱基对D．链间交联E．脱氧核糖的变旋16．插入或缺失碱基对会引起移码突变，下列哪种化合物最容易造成这种突变：A．口丫啶衍生物B．5-溴尿嘧啶33 C．氮杂丝氨酸D．乙基乙磺酸E．咪唑硫嘌呤17．在对细菌DNA复制机制的研究中，常常用到胸腺嘧啶的类似物5-溴尿嘧啶，其目的在于：A．引起特异性移码突变以作为顺序研究用B．在胸腺嘧啶参入部位中止DNA合成C．在DNA亲和载体中提供一个反应基D．合成一种密度较高的DNA以便用离心分离法予以鉴别E．在DNA中造成一个能被温和化学方法裂解的特异部位18．关于DNA指导的RNA合成，下列叙述哪一项是错误的：A．只有在DNA存在时，RNA聚合酶才能催化磷酸二酯键的生成B．转录过程中，RNA聚合酶需要引物C．RNA链的合成是从5′→3′端D．大多数情况下只有一股DNA链作为模板E．合成的RNA链从来没有环状的19．下列关于σ因子的叙述哪一项是正确的：A．是RNA聚合酶的亚基，起辨认转录起始点的作用B．是DNA聚合酶的亚基，容许按5′→3′和3′→5′双向合成C．是50S核蛋白体亚基，催化肽链生成D．是30S核蛋白体亚基，促进mRNA与之结合E．在30S亚基和50S亚基之间起搭桥作用，构成70S核蛋白体20．真核生物RNA聚合酶I催化转录的产物是：A．mRNAB．45S-rRNAC．5S-rRNAD．tRNAE．SnRNA21．下列关于真核细胞DNA复制的叙述哪一项是错误的：A．是半保留式复制B．有多个复制叉C．有几种不同的DNA聚合酶D．复制前组蛋白从双链DNA脱出E．真核DNA聚合酶不表现核酸酶活性22．下列关于原核细胞转录终止的叙述哪一项是正确的：A．是随机进行的B．需要全酶的ρ亚基参加C．如果基因的末端含G—C丰富的回文结构则不需要ρ亚基参加D．如果基因的末端含A—T丰富的片段则对转录终止最为有效E．需要ρ因子以外的ATP酶23．下列关于大肠杆菌DNA连接酶的叙述哪些是正确的：A．催化DNA双螺旋结构之断开的DNA链间形成磷酸二酯键B．催化两条游离的单链DNA分子间形成磷酸二酯键C．产物中不含AMPD．需要ATP作能源24．下列关于真核细胞mRNA的叙述不正确的是：A．它是从细胞核的RNA前体—核不均RNA生成的B．在其链的3′端有7-甲基鸟苷，在其5′端连有多聚腺苷酸的PolyA尾巴C．它是从前RNA通过剪接酶切除内含子连接外显子而形成的D．是单顺反子的 （四）是非判断题（）1．中心法则概括了DNA在信息代谢中的主导作用。（）2．原核细胞DNA复制是在特定部位起始的，真核细胞则在多个位点同时起始进行复制。（）3．逆转录酶催化RNA指导的DNA合成不需要RNA引物。（）4．原核细胞和真核细胞中许多mRNA都是多顺反子转录产物。（）5．因为DNA两条链是反向平行的，在双向复制中一条链按5′→3′的方向合成，另一条链按3′→5′的方向合成。（）6．限制性内切酶切割的DNA片段都具有粘性末端。（）7．已发现一些RNA前体分子具有催化活性，可以准确地自我剪接，被称为核糖酶（ribozyme），或称核酶。（）8．重组修复可把DNA损伤部位彻底修复。（）9．原核生物中mRNA一般不需要转录后加工。（）10．RNA聚合酶对弱终止子的识别需要专一的终止因子(如蛋白)。（）11．原核细胞启动子中RNA聚合酶牢固结合并打开DNA双链的部分称为Pribnowbox，真核细胞启动子中相应的顺序称为Hognessbox，因为富含A-T，又称TATAbox。（）12．增强子（endancer）是真核细胞DNA上一类重要的转录调节元件，它们自己并没有启动子活性，却具有增强启动子活性转录起始的效能。 （五）问答题1.简述中心法则。答：在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。2.DNA复制的基本规律？答：（1）复制过程是半保留的。（2）细菌或病毒DNA的复制通常是由特定的复制起始位点开始，真核细胞染色体DNA复制则可以在多个不同部位起始。（3）复制可以是单向的或是双向的，以双向复制较为常见，两个方向复制的速度不一定相同。（4）两条DNA链合成的方向均是从5’向3’方向进行的。（5）复制的大部分都是半不连续的，即其中一条领头链是相对连续的，其他随后链则是不连续的。（6）各短片段在开始复制时，先形成短片段RNA作为DNA合成的引物，这一RNA片段以后被切除，并用DNA填补余下的空隙。3.简述DNA复制的过程？答：DNA复制从特定位点开始，可以单向或双向进行，但是以双向复制为主。由于DNA双链的合成延伸均为5′→3′的方向，因此复制是以半不连续的方式进行，可以概括为：双链的解开；RNA引物的合成；DNA链的延长；切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段。（1）双链的解开在DNA的复制原点，双股螺旋解开，成单链状态，形成复制叉，分别作为模板，各自合成其互补链。在复制叉上结合着各种各样与复制有关的酶和辅助因子。（2）RNA引物的合成引发体在复制叉上移动，识别合成的起始点，引发RNA引物的合成。移动和引发均需要由ATP提供能量。以DNA为模板按5′→3′的方向，合成一段引物RNA链。引物长度约为几个至10个核苷酸。在引物的5′端含3个磷酸残基，3′端为游离的羟基。（3）DNA链的延长当RNA引物合成之后，在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，以四种脱氧核糖核苷5′-三磷酸为底物，在RNA引物的3′端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出PPi。DNA链的合成是以两条亲代DNA链为模板，按碱基配对原则进行复制的。亲代DNA的双股链呈反向平行，一条链是5′→3′方向，另一条链是3′→5′方向。在一个复制叉内两条链的复制方向不同，所以新合成的二条子链极性也正好相反。由于迄今为止还没有发现一种DNA聚合酶能按3′→5′方向延伸，因此子链中有一条链沿着亲代DNA单链的3′→5′方向（亦即新合成的DNA沿5′→3′方向）不断延长。（4）切除引物，填补缺口，连接修复当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3′-OH端与前面一条老片断的5′断接近时，在DNA聚合酶Ⅰ的作用下，在引物RNA与DNA片段的连接处切去RNA引物后留下的空隙，由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶的作用下，连接相邻的DNA链；修复掺入DNA链的错配碱基。这样以两条亲代DNA链为模板，就形成了两个DNA双股螺旋分子。每个分子中一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的。4.简述DNA复制时酶系。答：（1）原核细胞大肠杆菌的RNA聚合酶研究的较深入。这个酶的全酶由5种亚基（α2ββ′δω）组成，还含有2个Zn原子。在RNA合成起始之后，δ因子便与全酶分离。不含δ因子的酶仍有催化活性，称为核心酶。δ亚基具有与启动子结合的功能，β亚基催化效率很低，而且可以利用别的DNA的任何部位作模板合成RNA。加入δ因子后，则具有了选择起始部位的作用，δ33 因子可能与核心酶结合，改变其构象，从而使它能特异地识别DNA模板链上的起始信号。（2）真核细胞的细胞核内有RNA聚合酶I、II和III，通常由4～6种亚基组成，并含有Zn2+。RNA聚合酶I存在于核仁中，主要催化rRNA前体的转录。RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ存在于核质中，分别催化mRNA前体和小分子量RNA的转录。此外线粒体和叶绿体也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞的RNA聚合酶。5.简述原核细胞和真核细胞的RNA聚合酶有何不同？答：RNA转录过程为起始位点的识别、起始、延伸、终止。（1）起始位点的识别RNA聚合酶先与DNA模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别DNA分子上的起始信号的作用。在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。这时酶与DNA外部结合，识别部位大约在启动子的-35位点处。接着是DNA构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在-10位点处解开DNA双链，识别其中的模板链。由于该部位富含A-T碱基对，故有利于DNA解链。开放型复合物一旦形成，DNA就继续解链，酶移动到起始位点。（2）起始留在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时σ亚基被释放脱离核心酶。（3）延伸从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3′-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿DNA模板链的3′→5′方向按碱基酸对原则生成5′→3′的RNA产物。RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链，长度约17个碱基对，使模板链暴露出来。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。（4）终止在DNA分子上有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子，它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和释放RNA链的作用。这些终止信号有的能被RNA聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。ρ因子是一个四聚体蛋白质，它能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分。它的作用是阻RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：即在DNA上有一个15～20个核苷酸的二重对称区，位于RNA链结束之前，形成富含G-C的发夹结构。接着有一串大约6个A的碱基序列它们转录的RNA链的末端为一连串的U。寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。在真核细胞内，RNA的合成要比原核细胞中的复杂得多。6.简述RNA转录的过程？答：（1）目的基因调取体外操作DNA的主要步骤之一是提取载体DNA和所需要的外源目的基因。在细胞中DNA并非以游离态分子存在，而是和RNA及蛋白质结合在一起形成复合体。DNA纯化的基本步骤是:（1）从破坏的细胞壁和膜里释放出可溶性的DNA；（2）通过变性或蛋白质分解，使DNA和蛋白质的复合体解离；（3）将DNA从其它大分子中分离出来；（4）DNA浓度和纯度的光学测定。（2）载体选择外源DNA片段（目的基因）要进入受体细胞，必须有一个适当的运载工具将带入细胞内，并载着外源DNA一起进行复制与表达，这种运载工具称为载体。载体必须具备下列条件：①在受体细胞中，载体可以独立地进行复制。所以载体本身必须是一个复制单位，称复制子，具有复制起点。而且插入外源DNA后不会影响载体本身复制的能力。②易于鉴定、筛选。也就是说，容易将带有外源DNA的重组体与不带外源DNA的载体区别开来。③易于引入受体细胞。（3）连接外源DNA与载体DNA之间可以通过多种方式相连接，主要有以下几种：①粘性末端连接；②平头末端连接；③接头连接等。（4）转化任何外源DNA重组到载体上，然后转入受体细胞中复制繁殖，这一过程称为DNA的克隆。外源DNA进入受体细胞并使它获得新遗传特性的过程称为转化。转化作用是将外源DNA引入细胞的过程。（5）筛选由于细胞转化的频率较低，所以从大量的宿主细胞中筛选出带有重组体的细胞并不是很容易的，当前，在实验室中，常用的筛选手段有以下几种：①插入失活；②菌落原位杂交；③免疫学方法．此外，对重组体转化的鉴定还可以采用表现型的鉴定；对重组质粒纯化并重新转化；限制性酶切图谱的绘制；重组质粒上的基因定位等更深入的方法。7.简述基因工程过程。第十一章代谢调节 一、知识要点 代谢调节是生物在长期进化过程中，为适应外界条件而形成的一种复杂的生理机能。通过调节作用细胞内的各种物质及能量代谢得到协调和统一，使生物体能更好地利用环境条件来完成复杂的生命活动。根据生物的进化程度不同，代谢调节作用可在不同水平上进行：低等的单细胞生物是通过细胞内酶的调节而起作用的；多细胞生物则有更复杂的激素调节和神经调节。因为生物体内的各种代谢反应都是通过酶的催化作用完成的，所以，细胞内酶的调节是最基本的调节方式。酶的调节是从酶的区域化、酶的数量和酶的活性三个方面对代谢进行调节的。细胞是一个高效而复杂的代谢机器，每时每刻都在进行着物质代谢和能量的转化。细胞内的四大类物质糖类、脂类、蛋白质和核酸，在功能上虽各不相同，但在代谢途径上却有明显的交叉和联系，它们共同构成了生命存在的物质基础。代谢的复杂性要求细胞有数量庞大、功能各异和分工明确的酶系统，它们往往分布在细胞的不同区域。例如参与糖酵解、磷酸戊糖途径和脂肪酸合成的酶主要存在胞浆中；参与三羧酸循环、脂肪酸β-氧化和氧化磷酸化的酶主要存在于线粒体中；与核酸生物合成有关的酶大多在细胞核中；与蛋白质生物合成有关的酶主要在颗粒型内质网膜上。细胞内酶的区域化为酶水平的调节创造了有利条件。生物体内酶数量的变化可以通过酶合成速度和酶降解速度进行调节。酶合成主要来自转录和翻译过程，因此，可以分别在转录水平、转录后加工与运输和翻译水平上进行调节。在转录水平上，调节基因感受外界刺激所产生的诱导物和辅阻遏物可以调节基因的开闭，这是一种负调控作用。而分解代谢阻遏作用通过调节基因产生的降解物基因活化蛋白（CAP）促进转录进行，是一种正调控作用，它们都可以用操纵子模型进行解释。操纵子是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因组成；转录后的调节包括，真核生物mRNA转录后的加工，转录产物的运输和在细胞中的定位等；翻译水平上的调节包括，mRNA本身核苷酸组成和排列（如SD序列），反义RNA的调节，mRNA的稳定性等方面。酶活性的调节是直接针对酶分子本身的催化活性所进行的调节，在代谢调节中是最灵敏、最迅速的调节方式。主要包括酶原激活、酶的共价修饰、反馈调节、能荷调节及辅因子调节等。   二、习题 （一）名词解释1．诱导酶（Inducibleenzyme）：由于诱导物的存在，使原来关闭的基因开放，从而引起某些酶的合成数量明显增加，这样的酶称为诱导酶2．标兵酶（Pacemakerenzyme）：在多酶促系列反应中，受控制的部位通常是系列反应开头的酶，这个酶一般是变构酶，也称标兵酶。3．操纵子（Operon）：在转录水平上控制基因表达的协调单位，包括启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因。4．衰减子（Attenuator）：位于结构基因上游前导区调节基因表达的功能单位，前导区转录的前导RNA通过构象变化终止或减弱转录。5．阻遏物（Repressor）：由调节基因产生的一种变构蛋白，当它与操纵基因结合时，能够抑制转录的进行。6．辅阻遏物（Corepressor）：能够与失活的阻碣蛋白结合，并恢复阻遏蛋白与操纵基因结合能力的物质。辅阻遏物一般是酶反应的产物。33 7．降解物基因活化蛋白（Catabolicgeneactivatorprotein）：由调节基因产生的一种cAMP受体蛋白，当它与cAMP结合时被激活，并结合到启动子上促进转录进行。是一种正调节作用。8．腺苷酸环化酶（Adenylatecyclase）：催化ATP焦磷酸裂解产生环腺苷酸（cAMP）的酶。9．共价修饰（Covalentmodification）：某种小分子基团可以共价结合到被修饰酶的特定氨基酸残基上，引起酶分子构象变化，从而调节代谢的方向和速度。10．级联系统（Cascadesystem）：在连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始调节信号的逐级放大，这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。11．反馈抑制（Feedbackinhibition）：在代谢反应中，反应产物对反应过程中起作用的酶产生的抑制作用。12．交叉调节（Crossregulation）：代谢产物不仅对本身的反应过程有反馈抑制作用，而且可以控制另一代谢物在不同途径中的合成。13．前馈激活（Feedforwardactivation）：在反应序列中，前身物质对后面的酶起激活作用，使反应向前进行。14．钙调蛋白（Calmodulin）：一种依赖于钙的蛋白激酶，酶蛋白与钙结合引起酶分子构象变化，调解酶的活性。如磷酸化酶激酶是一种依赖于钙的蛋白激酶。 （二）英文缩写符号1.CAP（Catabolicgeneactivatorprotein）：降解物基因活化蛋白2.PKA（Proteinkinase）：蛋白激酶A3.CaM（Calmkdulin）：钙调蛋白4.ORF（Openreadingframe）：开放阅读框架 （三）填空题1.哺乳动物的代谢调节可以在细胞内酶水平、细胞水平、激素水平和神经水平四个水平上进行。2.酶水平的调节包括酶的区域化、酶活性的调节和酶数量的调节。其中最灵敏的调节方式是酶数量的调节。3.酶合成的调节分别在转录水平、转录后加工和运输和翻译水平三个方面进行。4.合成诱导酶的调节基因产物是阻遏蛋白，它通过与操纵基因结合起调节作用。5.在分解代谢阻遏中调节基因的产物是降解物基因活化蛋白（CAP），它能与环腺苷酸（cAMP）结合而被活化，帮助RNA聚合酶与启动子结合，促进转录进行。6.色氨酸是一种辅阻遏物，能激活阻遏蛋白，抑制转录过程。7.乳糖操纵子的结构基因包括LacZ、LacY和LacA。8.在代谢网络中最关键的三个中间代谢物是6-磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰辅酶A。9.酶活性的调节包括酶原激活、酶共价修饰、变构调节、反馈调节、辅因子调节和能荷调节。10.共价调节酶是由小分子基团对酶分子进行共价修饰，使其构象在有活性和无活性之间相互转变。11.真核细胞中酶的共价修饰形式主要是磷酸化和脱磷酸化，原核细胞中酶共价修饰形式主要是核苷酰化和脱核苷酰化。 （四）选择题1.利用操纵子控制酶的合成属于哪一种水平的调节：A．翻译后加工B．翻译水平C．转录后加工D．转录水平2.色氨酸操纵子调节基因产物是：A．活性阻遏蛋白B．失活阻遏蛋白C．cAMP受体蛋白D．无基因产物3.下述关于启动子的论述错误的是：A．能专一地与阻遏蛋白结合B．是RNA聚合酶识别部位C．没有基因产物D．是RNA聚合酶结合部位4.在酶合成调节中阻遏蛋白作用于：A．结构基因B．调节基因C．操纵基因D．RNA聚合酶5.酶合成的调节不包括下面哪一项：A．转录过程B．RNA加工过程C．mRNA翻译过程D．酶的激活作用6.关于共价调节酶下面哪个说法是错误的：A．都以活性和无活性两种形式存在B．常受到激素调节C．能进行可逆的共价修饰D．是高等生物特有的调节方式7.被称作第二信使的分子是：A．cDNAB．ACPC．cAMPD．AMP8．反馈调节作用中下列哪一个说法是错误的：A．有反馈调节的酶都是变构酶B．酶与效应物的结合是可逆的C．反馈作用都是使反速度变慢D．酶分子的构象与效应物浓度有关 （五）是非判断题（）1.分解代谢和合成代谢是同一反应的逆转，所以它们的代谢反应是可逆的。（）2.启动子和操纵基因是没有基因产物的基因。（）3.酶合成的诱导和阻遏作用都是负调控。（）4.衰减作用是在转录水平上对基因表达进行调节的一种方式。（）5.与酶数量调节相比，对酶活性的调节是更灵敏的调节方式。（）6.果糖1,6二磷酸对丙酮酸激酶具有反馈抑制作用。（）7.序列反应中几个终产物同时过多时的调节作用叫累积调节。（）8.酶的共价修饰能引起酶分子构象的变化。（）9.脱甲基化作用能使基因活化。（）10.连锁反应中，每次共价修饰都是对原始信号的放大. （六）问答题1．糖代谢与脂类代谢的相互关系?答：（1）糖转变为脂肪：糖酵解所产生的磷酸二羟丙同酮还原后形成甘油，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶A是脂肪酸合成的原料，甘油和脂肪酸合成脂肪。（2）脂肪转变为糖：脂肪分解产生的甘油和脂肪酸，可沿不同的途径转变成糖。甘油经磷酸化作用转变成磷酸二羟丙酮，再异构化变成3-磷酸甘油醛，后者沿糖酵解逆反应生成糖；脂肪酸氧化产生乙酰辅酶A，在植物或微生物体内可经乙醛酸循环和糖异生作用生成糖，也可经糖代谢彻底氧化放出能量。（3）能量相互利用：磷酸戊糖途径产生的NADPH直接用于脂肪酸的合成，脂肪分解产生的能量也可用于糖的合成。2．糖代谢与蛋白质代谢的相互关系?答：（1）糖是蛋白质合成的碳源和能源：糖分解代谢产生的丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、4-磷酸赤藓糖等是合成氨基酸的碳架。糖分解产生的能量被用于蛋白质的合成。（2）蛋白质分解产物进入糖代谢：蛋白质降解产生的氨基酸经脱氨后生成α-酮酸，α-酮酸进入糖代谢可进一步氧化放出能量，或经糖异生作用生成糖。3．蛋白质代谢与脂类代谢的相互关系?答：（1）脂肪转变为蛋白质：脂肪分解产生的甘油可进一步转变成丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸等，再经过转氨基作用生成氨基酸。脂肪酸氧化产生乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合进入三羧酸循环，能产生谷氨酸族和天冬氨酸族氨基酸。33 （2）蛋白质转变为脂肪：在蛋白质氨基酸中，生糖氨基酸通过丙酮酸转变成甘油，也可以氧化脱羧后转变成乙酰辅酶A，用于脂肪酸合成。生酮氨基酸在代谢反应中能生成乙酰乙酸，由乙酰乙酸缩合成脂肪酸。丝氨酸脱羧后形成胆氨，胆氨甲基化后变成胆碱，后者是合成磷脂的组成成分。4．简述酶合成调节的主要内容？答：（1）转录水平的调节：负调控作用（酶合成的诱导和阻遏）；正调控作用（降解物基因活化蛋白）；衰减作用（衰减子）。（2）转录后的的调节：转录后mRNA的加工，mRNA由细胞核向细胞质的运输，mRNA细胞中的定位和组装。（3）翻译水平的调节：mRNA本身核苷酸组成和排列（如SD序列），反义RNA的活性，mRNA的稳定性等都是翻译水平的调节的重要内容。5．以乳糖操纵子为例说明酶诱导合成的调控过程？答：（1）乳糖操纵子：操纵子是指在转录水平上控制基因表达的协调单位，包括启动子（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因，操纵子可受调节基因的控制。乳糖操纵子是三种乳糖分解酶的控制单位。（2）阻遏过程：在没有诱导物（乳糖）情况下，调节基因产生的活性阻遏蛋白与操纵基因结合，操纵基因被关闭，操纵子不转录。（3）诱导过程：当有诱导物（乳糖）的情况下，调节基因产生的活性阻遏蛋白与诱导物结合，使阻遏蛋白构象发生改变，失去与操纵基因结合的能力，操纵基因被开放，转录出三种乳糖分解酶（LacZ、LacY、LacA）。6．以糖原磷酸化酶激活为例，说明级联系统是怎样实现反应信号放大的？答：（1）级联系统：在连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活，导致原始调节信号的逐级放大，这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。糖原磷酸化酶的激活过程就是一个例子。（2）放大过程：a-激素（如肾上腺素）使腺苷酸环化酶活化，催化ATP和生成cAMP。b-cAMP使蛋白激酶活化，使无活力的磷酸化酶b激酶转变成有活力的磷酸化酶b激酶。c-磷酸化酶b激酶使磷酸化酶b转变成激活态磷酸化酶a。d-磷酸化酶a使糖原分解为磷酸葡萄糖。每次激活都是一次共价修饰，也是对原始信号的一次放大过程。7．二价反馈抑制作用有哪些主要类型？答：（1）二价反馈抑制：在有分支的序列反应中，产生两种或两种以上的终产物，都对序列反应开头的酶起反馈抑制作用。（2）主要类型：同工酶反馈抑制；顺序反馈抑制；协同反馈抑制；累积反馈抑制。8．代谢的区域化有何意义？ 答：（1）消除酶促反应之间的干扰。（2）使代谢途径中的酶和辅因子得到浓缩，有利于酶促反应进行。（3）使细胞更好地适应环境条件的变化。（4）有利于调节能量的分配和转换。第十二章蛋白质的生物合成 一、知识要点 （一）蛋白质生物合成体系的重要组分蛋白质生物合成体系的重要组分主要包括mRNA、tRNA、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子。其中，mRNA是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA的作用体现在三个方面：3ˊCCA接受氨基酸；反密码子识别mRNA链上的密码子；连接多肽链和核糖体。rRNA和几十种蛋白质组成合成蛋白质的场所——核糖体。遗传密码的特点：无标点性、无重叠性；通用性和例外；简并性；变偶性。（二）蛋白质白质生物合成的过程蛋白质生物合成的过程分四个步骤：氨基酸活化、肽链合成的起始、延伸、终止和释放。其中，氨基酸活化即氨酰tRNA的合成，反应由特异的氨酰tRNA合成酶催化，在胞液中进行。氨酰tRNA合成酶既能识别特异的氨基酸，又能辩认携带该氨酰基的一组同功受体tRNA分子。肽链合成的起始对于大肠杆菌等原核细胞来说，是70S起始复合物的形成。它需要核糖体30S和50S亚基、带有起始密码子AUG的mRNA、fMet-tRNAf、起始因子IF1、IF2、IF3（分子量分别为10000、80000和21000的蛋白质）以及GTP和Mg2+的参加。肽链合成的延伸需要70S起始复合物、氨酰-tRNA、三种延伸因子：一种是热不稳定的EF-Tu，另一种是热稳定的EF-Ts，第三种是依赖GTP的EF-G以及GTP和Mg2+。肽链合成的终止和释放需要三个终止因子RF1、RF2、RF3蛋白的参与。比较真核细胞蛋白质生物合成与原核细胞的不同。（三）蛋白质合成后的修饰蛋白质合成后的几种修饰方式：氨基末端的甲酰甲硫氨酸的切除、肽链的折叠、氨基酸残基的修饰、切去一段肽链。二、习题（一）（一）名词解释1．密码子(codon)：存在于信使RNA中的三个相邻的核苷酸顺序，是蛋白质合成中某一特定氨基酸的密码单位。密码子确定哪一种氨基酸叁入蛋白质多肽链的特定位置上；共有64个密码子,其中61个是氨基酸的密码，3个是作为终止密码子。2．同义密码子(synonymouscodon)：为同一种氨基酸编码的几个密码子之一，例如密码子UUU和UUC二者都为苯丙氨酸编码。3．反密码子(anticodon)：在转移RNA反密码子环中的三个核苷酸的序列，在蛋白质合成中通过互补的碱基配对，这部分结合到信使RNA的特殊密码上。4．变偶假说(wobblehypothesis)：克里克为解释tRNA分子如何去识别不止一个密码子而提出的一种假说。据此假说，反密码子的前两个碱基（3ˊ端）按照碱基配对的一般规律与密码子的前两个（5ˊ端）碱基配对，然而tRNA反密码子中的第三个碱基，在与密码子上3ˊ端的碱基形成氢键时，则可有某种程度的变动，使其有可能与几种不同的碱基配对。5．移码突变(frameshiftmutant)：一种突变，其结果为导致核酸的核苷酸顺序之间的正常关系发生改变。移码突变是由删去或插入一个核苷酸的点突变构成的，在这种情况下，突变点以前的密码子并不改变，并将决定正确的氨基酸顺序；但突变点以后的所有密码子都将改变。且将决定错误的氨基酸顺序。6．氨基酸同功受体(isoacceptor)：每一个氨基酸可以有多过一个tRNA作为运载工具，这些tRNA称为该氨基酸同功受体。7．反义RNA(antisenseRNA)：具有互补序列的RNA。反义RNA可以通过互补序列与特定的mRNA相结合，结合位置包括mRNA结合核糖体的序列（SD序列）和起始密码子AUG，从而抑制mRNA的翻译。又称干扰mRNA的互补RNA。8．信号肽(signalpeptide):信号肽假说认为，编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。9．简并密码(degeneratecode)：或称同义密码子（synonymcodon），为同一种氨基酸编码几个密码子之一，例如密码子UUU和UUC二者都为苯丙氨酸编码。10．核糖体(ribosome):核糖体是很多亚细胞核蛋白颗粒中的一个，由大约等量的RNA和蛋白质所组成，是细胞内蛋白质合成的场所。每个核糖核蛋白体在外形上近似圆形，直径约为20nm。由两个不相同的亚基组成，这两个亚基通过镁离子和其它非共价键地结合在一起。已证实有四类核糖核蛋白体（细菌、植物、动物和线粒体）它们以其单体的、亚单位的和核糖核蛋白体RNA的沉降系数相区别。细菌核蛋白体含有约50个不同的蛋白质分子和3个不同的RNA分子。小的亚单位含有约20个蛋白质分子和1个RNA分子。大的亚单位含有约30个蛋白质分子和2个RNA分子。核蛋白体有两个结合转移RNA的部位（部位和部位），并且也能附上信使RNA，简写为Rb。11．多核糖体(polysome)33 :在信使核糖核酸链上附着两个或更多的核糖体。12．氨酰基部位(aminoacylsite)：在蛋白质合成过程中进入的氨酰-tRNA结合在核蛋白体上的部位。13．肽酰基部位(peptidysite)：指在蛋白质合成过程中，当下一个氨酰基转移RNA接到核糖核蛋白体的氨基部位时，肽酰tRNA所在核蛋白体上的结合点。14．肽基转移酶(peptidyltransferase)：蛋白质合成中的一种酶。它能催化正在增长的多肽链与下一个氨基酸之间形成肽键。在细菌中此酶是50S核糖核蛋白体亚单位中的蛋白质之一。15．氨酰-tRNA合成酶(aminoacy-tRNAsynthetase)：催化氨基酸激活的偶联反应的酶，先是一种氨基酸连接到AMP生成一种氨酰腺苷酸，然后连接到转移RNA分子生成氨酰-tRNA分子。16．蛋白质折叠(proteinfolding)：蛋白质的三维构象，称为蛋白质的折叠。是由蛋白质多肽链的氨基酸顺序所决定的。不同的蛋白质有不同的氨基酸顺序，也就各自按照一定的方式折叠而成该蛋白质独有的天然构象。这个蛋白质折叠是在自然条件下自发进行的，在生物体内条件下，它是在热力学上最稳定的形式。多肽链在核糖体上一面延长，一面自发地折叠成其本身独有的构象。当肽链终止延长并从核糖体上脱落时，它也就折叠成天然的三维结构。17．核蛋白体循环(polyribosome)：是指已活化的氨基酸由tRNA转运到核蛋白体合成多肽链的过程。18．锌指(zinefinger)：是调控转录的蛋白质因子中与DNA结合的一种基元，它由大约30个氨基酸残基的肽段与锌螯合形成的指形结构，锌以4个配位键与肽链的Cys或His残基结合，指形突起的肽段含12-13个氨基酸残基，指形突起嵌入DNA的大沟中，由指形突起或其附近的某些氨基酸侧链与DNA的碱基结合而实现蛋白质与DNA的结合。19．亮氨酸拉链(leucinezipper)：这是真核生物转录调控蛋白与蛋白质及与DNA结合的基元之一。两个蛋白质分子近处C端肽段各自形成两性α-螺旋，α-螺旋的肽段每隔7个氨基酸残基出现一个亮氨酸残基，两个α-螺旋的疏水面互相靠拢，两排亮氨酸残基疏水侧链排列成拉链状形成疏水键使蛋白质结合成二聚体，α-螺旋的上游富含碱性氨基酸（Arg、Lys）肽段借Arg、Lys侧链基团与DNA的碱基互相结合而实现蛋白质与DNA的特异结合。20．顺式作用元件(cis-actingelement)：真核生物DNA的转录启动子和增强子等序列，合称顺式作用元件。21．反式作用因子(trans-actingfactor)：调控转录的各种蛋白质因子总称反式作用因子。22．螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix)：这种蛋白质基元由两个两性α—螺旋通过一个肽段连结形成螺旋—环—螺旋结构，两个蛋白质通过两性螺旋的疏水面互相结合，与DNA的结合则依靠此基元附近的碱性氨基酸侧链基团与DNA的碱基结合而实现。 （二）英文缩写符号1．IF（initiationfactor）：原核生物蛋白质合成的起始因子。2．EF（elongationfactor）：原核生物蛋白质合成的延伸因子。3．RF（releasefactor）：原核生物蛋白质合成的终止因子（释放因子）。4．hnRNA（heterogeneousnuclearRNA）：核不均一RNA。5．fMet-tRNAf：原核生物蛋白质合成的第一个氨酰基转移RNA。6．Met-tRNAi：真核生物蛋白质合成的第一个氨酰基转移RNA。（三）填空题1．蛋白质的生物合成是以___mRNA___作为模板，___tRNA___作为运输氨基酸的工具，___核糖体__作为合成的场所。2．细胞内多肽链合成的方向是从___N__端到___C___端，而阅读mRNA的方向是从__5ˊ__端到__3ˊ__端。3．核糖体上能够结合tRNA的部位有__P位点___部位，___A位点___部位。4．蛋白质的生物合成通常以____AUG___作为起始密码子，有时也以___GUG__作为起始密码子，以___UAA___，___UAG___，和___UGA___作为终止密码子。5．SD序列是指原核细胞mRNA的5ˊ端富含__嘌呤___碱基的序列，它可以和16SrRNA的3ˊ端的__嘧啶___序列互补配对，而帮助起始密码子的识别。6．原核生物蛋白质合成的起始因子（IF）有___3__种，延伸因子（EF）有___3__种，终止释放（RF）有__3___种；而真核生物细胞质蛋白质合成的延伸因子通常有__2___种，真菌有___3__种，终止释放因子有__1___种。7．原核生物蛋白质合成中第一个被掺入的氨基酸是___甲酰甲硫氨酸__。8．无细胞翻译系统翻译出来的多肽链通常比在完整的细胞中翻译的产物要长，这是因为__没有经历后加工，如剪切___。9．已发现体内大多数蛋白质正确的构象的形成需要___分子伴侣__的帮助。10．分子伴侣通常具__ATPase___酶的活性。11．蛋白质内含子通常具有__核酸内切___酶的活性。12．某一tRNA的反密码子是GGC，它可识别的密码子为__GCU___和___GCC__。13．环状RNA不能有效地作为真核生物翻译系统的模板是因为___缺乏帽子结构，无法识别起始密码子__。14．在真核细胞中，mRNA是由___DNA__经___转录__合成的，它携带着__DNA的遗传信息__hnRNA_。它是由_____降解成的，大多数真核细胞的mRNA只编码___一条多肽链__。15．生物界总共有___64__个密码子。其中__61___个为氨基酸编码；起始密码子为__AUG___；终止密码子为___UAA__，__UAG___，___UGA__。16．氨酰-tRNA合成酶对___氨基酸__和___tRNA__均有专一性，它至少有两个识别位点。17．原核细胞内起始氨酰-tRNA为__fMet-tRNA___；真核细胞内起始氨酰-tRNA为__Met-tRNA___。18．原核生物核糖体50S亚基含有蛋白质合成的___氨酰基__部位和___肽酰基__部位，而mRNA结合部位__大小亚基的接触面上___。19．许多生物核糖体连接于一个mRNA形成的复合物称为__多核糖体___。20．肽基转移酶在蛋白质生物合成中的作用是催化___肽键的形成__和__肽链从tRNA上分离出来___。21．核糖体__小_亚基上的_16SRNA__协助识别起始密码子。22．延长因子G又称_移位酶__，它的功能是__催化核糖体沿mRNA移动_，但需要__GTP_。23．ORF是指_开放的阅读框架__，已发现最小的ORF只编码_7__个氨基酸。24．基因表达包括___转录__和__翻译___。25．遗传密码的特点有方向性、连续性___简并性__和___通用性__。26．氨酰-tRNA合成酶利用___ATP__供能，在氨基酸__羧___基上进行活化，形成氨基酸AMP中间复合物。27．原核生物肽链合成启始复合体由mRNA___70S核蛋白体__和__fMet-tRNAfMet___组成。28．真核生物肽链合成启始复合体由mRNA__80S核蛋白体___和___Met-tRNAiMet__组成。29．肽链延伸包括进位___转肽__和___移位__三个步骤周而复始的进行。30．原核生物肽链合成后的加工包括__剪裁___和__天然构象的形成___。31．链霉素和卡那霉素能与核蛋白体___30S__亚基结合，改变其构象，引起__读码错误___导致合成的多肽链一级结构改变。32．氯霉素能与核蛋白体___50S__亚基结合，抑制__肽基转移___酶活性，从而抑制蛋白质合成。33．乳糖操纵子的控制区启动子上游有_____结合位点，当此位点与_____结合时，转录可增强一千倍左右。34．真核生物蛋白质因子与DNA相互作用的基元较常见的有_____和_____。35．乳糖操纵子的诱导物是_____，色氨酸操纵子的辅阻遏物是33 _____。36．分泌性蛋白质多肽链合成后的加工包括_____、剪裁和天然构象的形成。37．Ras癌基因的产物是_____，src癌基因的产物是_____。 （四）选择题1．预测一下哪一种氨酰-tRNA合成酶不需要有较对的功能：A．甘氨酰-tRNA合成酶B．丙氨酰-tRNA合成酶C．精氨酰-tRNA合成酶D．谷氨酰-tRNA合成酶2．某一种tRNA的反密码子是5´UGA3´，它识别的密码子序列是：A．UCAB．ACUC．UCGD．GCU3．为蛋白质生物合成中肽链延伸提供能量的是：A．ATPB．CTPC．GTPD．UTP4．一个N端氨基酸为丙氨酸的20肽，其开放阅读框架至少应由多少核苷酸残基组成：A．60B．63C．66D．695．在蛋白质生物合成中tRNA的作用是：A．将一个氨基酸连接到另一个氨基酸上B．把氨基酸带到mRNA指定的位置上C．增加氨基酸的有效浓度D．将mRNA连接到核糖体上6．下列对原核细胞mRNA的论述那些是正确的：A．原核细胞的mRNA多数是单顺反子的产物B．多顺反子mRNA在转录后加工中切割成单顺反子mRNAC．多顺反子mRNA翻译成一个大的蛋白质前体，在翻译后加工中裂解成若干成熟的蛋白质D．多顺反子mRNA上每个顺反子都有自己的起始和终止密码子；分别翻译成各自的产物7．在蛋白质分子中下面所列举的氨基酸哪一种最不容易突变？A．ArgB．GluC．ValD．Asp8．根据摆动学说，当一个tRNA分子上的反密码子的第一个碱基为次黄嘌呤时，它可以和mRNA密码子的第三位的几种碱基配对：A．1B．2C．3D．49．以下有关核糖体的论述哪项是不正确的：A．核糖体是蛋白质合成的场所B．核糖体小亚基参与翻译起始复合物的形成，确定mRNA的解读框架C．核糖体大亚基含有肽基转移酶活性D．核糖体是储藏核糖核酸的细胞器10．关于密码子的下列描述，其中错误的是：A．每个密码子由三个碱基组成B．每一密码子代表一种氨基酸C．每种氨基酸只有一个密码子D．有些密码子不代表任何氨基酸11．如果遗传密码是四联体密码而不是三联体，而且tRNA反密码子前两个核苷酸处于摆动的位置，那么蛋白质正常合成大概需要多少种tRNA：A．约256种不同的tRNAB．150~250种不同的tRNAC．与三联体密码差不多的数目D．取决于氨酰-tRNA合成酶的种类12．摆动配对是指下列哪个碱基之间配对不严格：A．反密码子第一个碱基与密码子第三个碱基B．反密码子第三个碱基与密码子第一个碱基C．反密码子和密码子第一个碱基D．反密码子和密码子第三个碱基13．在蛋白质合成中，把一个游离氨基酸掺入到多肽链共须消耗多少高能磷酸键：A．1B．2C．3D．414．蛋白质的生物合成中肽链延伸的方向是：A．C端到N端B．从N端到C端C．定点双向进行D．C端和N端同时进行15．核糖体上A位点的作用是：A．接受新的氨基酰-tRNA到位B．含有肽机转移酶活性，催化肽键的形成C．可水解肽酰tRNA、释放多肽链D．是合成多肽链的起始点16．蛋白质的终止信号是由：A．tRNA识别B．转肽酶识别C．延长因子识别D．以上都不能识别17．下列属于顺式作用元件的是：A．启动子B．结构基因C．RNA聚合酶D．录因子Ⅰ18．下列属于反式作用因子的是：A．启动子B．增强子C．终止子D．转录因子19．下列有关癌基因的论述，哪一项是正确的：A．癌基因只存在病毒中B．细胞癌基因来源于病毒基因C．癌基因是根据其功能命名的D．细胞癌基因是正常基因的一部分20．下列何者是抑癌基因A．ras基因B．sis基因C．P53基因D．src基因 （五）是非判断题（）1．由于遗传密码的通用性真核细胞的mRNA可在原核翻译系统中得到正常的翻译。（）2．核糖体蛋白不仅仅参与蛋白质的生物合成。（）3．在翻译起始阶段，有完整的核糖体与mRNA的5´端结合，从而开始蛋白质的合成。（）4．所有的氨酰-tRNA的合成都需要相应的氨酰-TRNA合成酶的催化。（）5．EF-Tu的GTPase活性越高，翻译的速度就越快，但翻译的忠实性越低。（）6．在蛋白质生物合成中所有的氨酰-tRNA都是首先进入核糖体的A部位。（）7．tRNA的个性即是其特有的三叶草结构。（）8．从DNA分子的三联体密码可以毫不怀疑的推断出某一多肽的氨基酸序列，但氨基酸序列并不能准确的推导出相应基因的核苷酸序列。（）9．与核糖体蛋白相比，rRNA仅仅作为核糖体的结构骨架，在蛋白质合成中没有什么直接的作用。（）10．多肽链的折叠发生在蛋白质合成结束以后才开始。（）11．人工合成多肽的方向也是从N端到C端。（）12．核糖体活性中心的A位和P位均在大亚基上。（）13．蛋白质合成过程中所需的能量都由ATP直接供给。（）14．每个氨酰-tRNA进入核糖体的A位都需要延长因子的参与，并消耗一分子GTP。（）15．每种氨基酸只能有一种特定的tRNA与之对应。（）16．密码子与反密码子都是由AGCU4种碱基构成的。（）17．泛素是一种热激蛋白。（）18．原核细胞新生肽链N端第一个残基为fMet；真核细胞新生肽链N端为Met。（）19．蛋白质合成过程中，肽基转移酶起转肽作用核水解肽链作用。（）20．色氨酸操纵子中存在衰减子，故此操纵系统有细调节功能。 （六）问答题1．什么m7GTP能够抑制真核细胞的蛋白质合成，但不抑制原核细胞的蛋白质合成？相反人工合成的SD序列能够抑制原核细胞的蛋白质合成，但不抑制真核细胞的蛋白质合成？2．遗传密码如何编码？有哪些基本特性？3．简述tRNA在蛋白质的生物合成中是如何起作用的？33 4．mRNA遗传密码排列顺序翻译成多肽链的氨基酸排列顺序，保证准确翻译的关键是什么？5．述真核生物反式作用因子与DNA靶区和RNA聚合酶相互作用的基本方式。6．癌基因异常激活有哪些方式？7．简述抑癌基因与癌变的关系。33