iy? SF * Bre» BS ° ae > Fs BL (修订 版 ) EOE Sy ED 原 理 MUD 御 3 x 版 六 WW WwW sciencep. com vn HULU Digitized by the Internet Archive in 2011 with funding from Institute of Botany, CAS and Internet Archive http://www.archive.org/details/shengwuhuaxueyuf00wang | 中 科 院 植物 所 图 书包 &: 19 OAL 人 高 等 院 校 选用 教材 生物 化 学 与 分 子 生物 学 原理 (修订 版 ) LRA ESR ERG RER LEZ RS Af ® 介 本 书 作者 根据 自己 16 年 的 研究 生 人 学 考试 辅导 经 验 ， 围 绕 着 为 考研 服务 的 原则 ， 对 生物 化 学 和 分 子 生 物 学 的 基本 原理 、 基 本 概念 和 研究 方法 HET SAAB. BHAA GBB. EMA, TES. 本 书 适 合 于 高 等 院 校生 命 科 学 、 医 学 、 农 学 各 专业 报考 硕士 研究 生 的 本 科 生 学 习 和 人 参考。 图 书 在 版 编目 【CIP) 数据 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 原理 / 王 联 结 主编 . 一 北京 : 科学 出 版 社 ，1999.6 (高 等 院 校 选 用 教材 ) ISBN 7-03-007185-9 1.4 DT. Es 亚 .@ 生 物化 学 @ 分 子 生 物 学 W.O05 中 国 版 本 图 书馆 CIP 数据 核 字 (98) 第 38349 号 mek BR MK 北京 东 黄 城 根 北 街 16 号 邮政 编码 :100717 http:// www. sciencep.com Ve (B® Bi] HB. 4442 8) Ef) 刷 科学 出 版 社 发 行 ， 各 地 新 华 书店 经 销 1999 年 6 月 第 一 版 开本 : BS (720 x 1000) 2004 4F 3 月 第 四 次 印刷 印张 : 14 3/4 印 数 : 8 001 一 10 000 字数 : 282 000 tt: 20.00 元 (如 有 印 装 质量 问题 ,我 社 负责 调换 《新 欣 ) 再 版 序言 应 科学 出 版 社 的 要 求 ， 花 费 了 两 个 月 时 间 对 原 书 进行 了 补充 修改 。 仍 然 坚持 写 第 一 版 时 的 初衷 ， 面 对 已 学 过 生物 化 学 及 分 子 生物 学 的 大 学 生 ， 手 头 无 颖 有 用 过 的 生物 化 学 及 分 子 生 物 学 教科 书 ， 甚 至 也 因 报 考研 究 生 或 自己 想 多 自学 一 些 而 增添 了 其 他 版 本 的 教科 书 ， 没 有 必要 让 图 表 占 去 相当 的 篇 幅 和 因此 增加 读者 考研 的 经 济 负担 ， 所 以 增加 的 内 容 均 是 在 第 一 版 之 后 新 出 现 的 或 原来 漏 掉 的 知识 。 对 没有 说 清楚 或 不 甚 准确 的 内 容 进 行 了 修改 ， 对 一 些 读者 认为 比较 绕 口 的 词句 重新 说 明 s。 附录 仅 增 加 了 一 所 工科 大 学 生物 工程 专业 生物 化 学 习题 和 解答 。 当 初 增加 习题 附录 ， 目 的 是 要 让 大 家 对 习题 类 型 有 所 了 解 ， 不 主张 以 题 海战 术 解决 问题 ， 还 是 要 从 多 读 、 细 读 教材 下 功夫 。 编 写 此 书 正 是 要 帮助 读者 做 到 读 好 、 读 介 教 材 。 感谢 过 去 两 年 读者 的 厚爱 ， 庆 幸 科 学 出 版 社 的 欣然 选择 和 认真 的 编辑 发 行 ， 此 书 第 一 版 两 年 内 已 经 重印 了 一 次 ， 现 在 又 要 再 版 。 在 此 说 作 为 一 个 讲授 生物 化 学 20 余年 的 大 学 老师 祝愿 千 万 学 子 报 考研 究 生成 功 ， 衷 心 期 盼 收 到 你 们 读 后 的 体会 和 珍贵 的 意见 。 作 者 2001 #4 A 20 4 本 op 他 全 Sia aS =a dean lent 所 iw DORE teeny 人 党 ARP 2 Li up k : Js 2 ban 5 . (~. Ill 前 生物 化 学 是 生物 学 、 医 学 、 农 林 、 食 品 等 学 科 的 基础 课 或 专业 基础 课 ， 集 中 反映 了 分 子 生 物 学 的 进展 。 随 着 相关 学 科 从 各 个 方面 研究 的 不 断 深 入 ， 生 物化 学 内 容 每 10 年 几乎 翻 一 番 ， 由 于 生物 化 学 内 容 愈 来 您 多 ， 真 正 全 面 系统 地 掌握 生 物化 学 知识 是 一 件 令 学 习 这 门 课程 的 学 生 非 常 头疼 的 事 。 如 何在 有 限 的 时 间 内 ， 较 好 地 学 习 好 这 门 课程 ， 满 足 本 科 生 的 基本 要 求 ， 特 别 是 在 学 习 完 本 科 生 物化 学 教材 内 容 之 后 ， 进 一 步 理 顺 全 部 内 容 ， 人 掌握 其 中 的 重点 ， 领 会 其 中 的 基本 原理 、 基本 概念 、 基 本 规律 和 基本 研究 方法 ， 进 而 满足 报考 研究 生 的 需要 ， 一 直 是 本 科 学 生 特 别 是 报考 研究 生 的 学 生 迫 切 需 要 解决 的 问题 。 本 书 是 作者 集 十 余年 辅导 报 考研 究 生 的 本 科 生 复 习 生 物化 学 的 体会 和 经 验 ， 在 对 报考 全 国 重点 大 学 ， 包 括 综 合 大 学 、 农 林 、 轻 工 、 医 学 和 师范 院 校 有 关 专 业 研 究 生 的 学 生 的 生物 化 学 考试 成 绩 跟踪 分 析 和 研究 之 后 撰写 而 成 的 ， 有 很 强 的 针对 性 和 实用 性 。 本 书 以 高 等 教育 出 版 社 出 版 的 沈 同 教授 等 编写 的 《生物 化 学 》( 以 下 简称 为 教材 ) 为 基础 ， 覆 盖 了 医学 、 农 林 和 食品 等 专业 生物 化 学 教材 内 容 ， 同 时 包括 了 分 子 生 物 学 的 基本 内 容 ， 报 考 各 类 专业 的 生物 化 学 考试 的 学 生 均 可 阅读 。 本 书 的 前 三 章 包 括 了 生物 化 学 最 基本 的 知识 要 点 ， 目 的 在 于 使 读者 对 生物 化 学 和 分 子 生 物 学 有 一 个 总 体 了 解 。 后 面 各 章 重 点 放 在 核酸 、 蛋 白质 〈 包 括 各 种 功 能 蛋白 质 ) 和 生物 膜 上 。 本 书 对 生物 化 学 习题 分 别 做 了 讨论 ， 对 学 好 生物 化 学 的 方法 也 做 了 介绍 。 本 书面 向 已 经 学 习 完 本 科 生 物化 学 及 分 子 生 物 学 的 学 生 ， 包 括 的 内 容 在 教科 书 中 已 经 接触 过 ， 为 了 在 复习 过 程 中 唤起 读者 的 注意 ， 体 现 出 各 部 分 内 容 的 重 点 ， 便 于 复习 使 用 ， 对 教科 书 各 章节 的 顺序 进行 了 调整 和 重组 。 例 如 有 关 和 蛋白 质 和 核酸 的 内 容 仅 各 用 一 章 来 完成 ， 以 便 学 生 对 和 蛋白质 和 核酸 的 知识 有 一 个 系统 的 学 习 。 对 于 那些 在 教科 书 中 多 用 图 表 说 明 的 内 容 ， 尽 可 能 直接 叙述 ， 因 为 考试 时 这 些 内 容 主 要 是 要 用 文字 而 非 图 表 来 回答 的 。 实 践 中 发 现 不 少 学 生 往 往 朴 忽 了 这 一 转化 过 程 ， 翻 开 教科 书 时 能 理解 这 些 图 表 ， 但 要 用 文字 叙述 时 则 丢 三 忘 四 。 另 外 ， 对 于 每 一 个 重要 的 知识 点 ， 尽 可 能 用 简单 明确 、 层 次 分 明 的 叙述 来 完成 。 考 虑 到 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 发 展 迅 速 ， 本 书 对 最 新 的 和 已 基本 肯定 的 知识 也 做 了 介绍 ， 供 读者 参考 。 所 以 ， 本 书 中 多 数 知 识 点 的 叙述 自 成 体系 ， 是 一 本 有 问 有 答 的 习题 集 。 本 书 中 的 总 结 和 归纳 多 些 ， 而 图 表 几 乎 没有 ， 使 用 时 难免 要 返回 去 翻 阅 教科 书 ， 促 使 学 生 多 读 几 遍 教 科 书 ， 从 而 减少 自 划 重 点 、 人 为 遗漏 的 现象 。 一 "ay 本 再 好 的 参考 书 ， 终 究 不 能 替代 教科 书 ， 建 议 使 用 本 书 的 读者 应 首先 认真 阅读 教 材 ， 然 后 耐心 读 完 本 书 ， 并 认真 完成 提供 的 试题 ， 之 后 再 阅读 一 遍 教材 。 对 于 今后 仍 要 继续 研究 的 内 容 ， 书 中 给 予 明 确 说 明 ， 目 的 在 于 让 学 生 知道 这 些 知识 的 生长 点 。 挑 选 出 的 硕士 研究 生生 物化 学 及 分 子 生 物 学 人 学 考试 试题 ， 基 本 上 已 包含 了 各 方面 的 内 容 ， 体 现 了 目前 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 的 知识 重点 ， 如 果 反 复 阅 读 了 教材 ， 理 解 了 本 书 中 强调 的 知识 ， 能 自如 地 完成 这 几 份 试题 ， 生 物 化 学 与 分 子 生 物 学 硕士 研究 生生 物化 学 考试 的 基本 应 试 能 力 应 当 是 具备 了 。 用 这 样 的 方法 写成 此 书 是 一 种 尝试 ， 不 仅 要 满足 报考 硕士 研究 生 读 者 的 要 求 ， 而 且 要 供 教学 和 进一步 自修 参考 ， 其 难度 可 想 而 知 。 书 中 如 有 不 妥 之 处 请 读 者 随时 批评 指正 ， 圳 心 欢迎 每 一 位 使 用 本 书 的 读者 及 时 反映 自己 的 见解 ， 以 利 今 后 再 版 时 修改 。 本 书 的 资料 主要 来 目 接受 辅导 的 16 届 考 研学 生 。 如 果 没 有 辅导 这 些 学 生 考 研 的 机 会 ， 根 本 谈 不 上 完成 此 书 ， 在 此 应 当 向 这 些 学 生 〈 他 们 中 许多 人 已 是 博 +. Ht, MAR) 表示 感谢 。 在 撰写 这 本 书 时 ， 一 些 即将 和 正在 攻读 硕士 学 位 的 学 生 对 书稿 提出 了 许多 宝贵 的 建议 ， 再 次 表示 感谢 。 中 国 科 学 院 生 物 物理 研究 所 王 志 新 院士 、 北 京 大 学 生命 科学 院 朱 圣 庚 教授 、 北京 医科 大 学 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 系 童 坦 君 教授 等 对 完成 本 书 给 予 了 热情 指 导 。 山 西 师范 大 学 赵 景 荣 、 刘 维 仲 、 宋 贵 生 同志 在 文字 校对 中 付出 了 辛勤 劳动 ， 科学 出 版 社 科学 出 版 中 心 李 锋 主任 、 责 任 编辑 姚 坚毅 同志 对 本 书 的 问世 给 予 了 热 情 帮 助 和 支持 ， 作 者 均 致 以 衷心 感谢 。 再 版 序言 前 言 第 一 章 … 生命 物质 的 特点 .pp 1 于 -生命 物质 的 元 素 组 成 特点 1 1.1.1 生命 元 素 1 1.1.2 动物 生命 元 素 特 点 i! 1.1.3 植物 生命 元 素 特 点 eee e reece eee ee ence reece teen eeeteneeeeeeeeeees 2 1.1.4 核酸、 蛋白质 的 元 素 组 成 与 定量 分 析 pp 3 1:2… 生 命 物质 分 子 组 成 特 片 -4 5 1.2.1 构件 分 子 站 0 5 1.2.2 多 糖 的 构件 分 子 特点 cece rete e eee e eee ee eee e eee ne eee eeeeeeeeneneees hint 5 1.2.3” 脂 类 构件 分 子 的 特点 cette eee ee eee teen e eee ee ee eee seen eee eeeeeeee eee eees 6 1.2.4 有 蛋白质 构件 分 子 的 特点 pp 6 1.2.5 核酸 构件 分 子 的 特点 corte rece eee reece tence neceeeeeeeeeenneeneteeeeeeeees 7 1.2.6 生命 物质 构件 分 子 的 共同 来 源 pp 8 123° AKA HISD RBG I evee reece eee eneerewne newer enenat dena adbentoneeeeters 8 1.3.1 主干 链 的 单调 重复 性 pp 8 1.3.2 支 链 的 多 变性 pp 8 1.3.3 构象 和 异 构 pp 9 124° Ae RHE AD FUER oe eeeveeeeveeneens ones sda tecnehedaetoassensees 9 PB IFO HA EU Hilton enon asenennsesannsannsnsi lah Wb once nfiedannesanne 10 £26 -~ AFA FS BE FEU Hoon ntanenenennnnnnnnnnsonillicibdieiih-anhe 10 第 二 章 … 生命 物质 代谢 的 特点 pp 42% 2.1 降解 的 特点 与 方式 12 2.1.1 生命 物质 的 降解 特点 pp 12 2.1.2 生命 物质 降解 的 方式 pp 12 he: HM Ay FG By fGhnnwnanvenanennanununannannnapleilah Tass alibaitild .paetle.eaaeadan 13 2.2.1 生命 物质 分 解 的 特点 pp 13 2.2.2 生命 物质 分 解 的 作用 和 pp 13 BS BERET CORT ER BL 0 ween ner ennnmerennnnnmmnmnsewennclllla I DEMME. an aden 13 2.4 命 物质 代谢 的 条 件 pp 14 2.5 Aff 命 物 质 代 谢 之 间 的 互补 性 si ceeisip'e'aipicy occ siseb:s side sluniadisainie Mee Maite « ocinme 14 2.6 生命 物质 代谢 的 活化 方式 特点 pp 15 2.7. 生物 化 学 反应 的 可 道 性 …… 颖 ………… 有 0 16 第 章 生物 化 学 的 基本 内 容 ea 18 Ful 氧化 还 原 cece ween cccccccescnccosesveccccceseccccscecessiecce cise Jee sias ses saciciey aan ae 18 S et 生命 物质 的 两 性 解 离 seoeooveooesoooovoooooeooooooooooooovoooovoosooososoos 18 3.1.2 生物 电 pp 18 3.1.3 酶 作用 的 机 理 pp 18 3.1.4 别 构 效应 weeveveeoeeoeeosooooovovvovoooooooooovovoooowooosowwosossessseseses 19 3.1.5 ”能量 转化 pp 19 3.1.6 生物 固氮 和 硝酸 盐 的 同化 pp 19 3.1.7 碳 的 同化 pp 19 3.1.8 体液 pH corre ece eee eee eee eee eee eee eee eee teeeeeneeceeeaeeaeeeaeeaeeneesens 20 3.2 构象 异 构 原 理 pp 20 3.2.1 生物 大 分 子 是 “弹性 分 子 ” ppp 20 3.2.2， 酶 活性 的 别 构 调节 pp 20 3.2.3 生物 大 分 子 的 识别 能 力 pp 71 3.2.4 生命 过 程 能 量 转 换 的 研究 与 构象 异 构 pp 21 3.2.5 IGE GIR pp 71 3 3» MEG AB n-nennneennnrenneennnccnnnenn esse ebb sbeetis seleaug cebagennbedeaiiedhecefivede ” 3.3.1 FUE GG cert ete e ec ec eee eeeeeceeeeeeeereeeeseaeeteeseeseneesecepeneegereeenes 22 3.3.2 BELGE ccecec eter et ee ee ee ee eeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeneeeeeeeeeseegeeteceeeens 22 3 3 3 RE BE eee eee eee eee eee eee ee errr rere reer errr reer rrr rrr errr errr rrr err ers) pHs 3.3.4 水 平衡 cere ec et eee eceneeeeeeeeteeeeseeeneeeeeee seers eseeeeeeeeanneneeenteres 22 3 3 5 酸 碱 平 衡 seewvowoewewvovossvoeoovseoreovesssoworoosoowoowoesosooswssassseeewsweaw 23 3.4 循环 原理 .pp 23 第 四 章 ”蛋白质 生物 化 学 pp 24 4.1 ， 肽 和 和 蛋白质 的 全 水 解 及 氨基 酸 组 分 测定 pp 25 4.2 多 肽 或 蛋白 质 的 氨基 酸 序列 测定 :pp 25 4.3 和 蛋白质 的 二 级 结构 .ppp =F 4.4 蛋白 质 的 超 二 级 结构 ooooooooooooooooooooooooisouiosoeaouiooioai io。oaooao 28 4.$ 蛋白 质 的 三 、 四 级 结构 ppp 29 4.6 和 蛋白质 的 构象 运动 -ee 30 4:75 氢 基 酸 代谢 -onennnsaesnaornoooooooooooop 机 32 "Vi。 4.7.1 氨基 酸 的 脱 氮 基 、 转 氨 基 及 氮 的 去 路 eeeeeeseeeeeseaseaaeseeesasesee see。 33 4.7.2 和 碳 骨 架 的 分 解 cet eect reece eee eee eeeeeeeeteeeeeeeneeenseeeseeeerenseeees 35 4.7.3 ”氨基酸 代 谢 缺 陷 症 cere cet eee eee ence teen eect eens eeee ese eeereeeeeeee 36 4.7.4 氨基 酸 的 生物 合成 ovooooooooooooooooooooooooovooooooooooooovoyooooooo 36 Be: .看 洗 质 尝 牺 合 知 民 于 37 4.8.1 核糖 体 和 37 A.B.2 tRNA coccreccsececeeeceeseeescecccesssewnsensseesscnessescsecesesessesess 39 4.8.3 mRNA corercrecceeceeeeeeeeeeeeesensenseeeeeesseseenseesesccenseceseneenees 40 4.8.4 PERG veer ec eee eee ee eee e eee eeeeeeeeeeeeeeeesensereneeseneneeesereeenes 41 4.8.5 延伸 因子 wovooooovoovoooooovooovoroooooooovooooooooooooovoooooooooooooooo 41 4.8.6 终止 因子 woooovovvovooovooovoovooooooovooovooooooooooooovoooooooooooooooooioo 41 4.8.7 和 蛋白质 生 物 合成 的 步 又 coc eee ete eect ence cee et eeeeeeeeneeeeeseeeeeereeeees 42 4:8.8 翻译 后 加 工 cect cet eee eec eee es eee eeceeecceesecseeenseneeeeeceeneesenseeees 43 4.8.9 蛋白质 的 转运 44 4.8.10 BERRA RE cotrc reer eee ee ene ee ee ee ee eeeeeneeeeeeeeeeeeseneeeeseeees 44 4:8.11 蛋白 质 折 大 coerce reece cect erent eens ec es ee eeeeeeenseseeeeeceseneeeeserees 45 GQ 酶 人 49 4.9.1 酶 的 作用 特点 49 4.9.2 酶 的 结构 特点 reece reece erence eee ee eee eeeecceeeeeeseneneeesensensereeens 49 4.9.3 酶 促 反 应 的 动力 学 1 50 4.9.4 抑制 剂 作用 动力 学 sososeoeoovooooooooooooooeoooooooooooooooooooooooooo。 53 4.9.5 DH 和 温度 对 酶 促 反应 速度 的 影响 woe ence cere e cere eee e eee eeeee eee eenes 54 4.9.6 酶 活力 的 表示 pp 54 4.9.7 酶 的 提取 wowososvsvovoovovovooooooooooooooooooiooioeoooooooooooooooo oo。 55 4.9.8 维生素 和 辅酶 wosvwsvosvoovovoovoooososovoovoooooooooooooooooooooooooooo。。 55 4.10 FL FH BE ceceer erect tteeeeteeeeeeeneeeeeesereeeeeeceecesensseenerserenssecenseees 56 4.10.1 肉 类 和 蛋 自 reece et ee eet eneeseeeeeseeesececsececceeesereeseseeeeceeseees 56 4.10.2 FLEA COO e ee wwe e meee eee eee eee eee eeeeeeeeeeesssersrasesssesseesesese 56 4.10.3 种 子 蛋 自 cree tec eee eeeeeeeeeeeeeereecseeseeeeerenecetseeeeeeeeceeeees 57 4.10.4 A EA PRR e ewe e ee eens esas reer e meses eens eseeeeseseseseessseees SF 4.10:5 禽 蛋 蛋白 质 wweovovwoeoeooowsooowoeesosowoveoooosooisoooooooooooooooooo。 5S) 411 BEE BBE cove reece eee e eee e cence cence eee eeeeteeseeneneeeeeeeeeseeeeeeeeeees 57 4.12 多肽 生长 因子 creer ence eee eee eee n ete enceneeeceeseeneeeseseeencenceeccsscenceenes 58 Doi oe) eo Are, tet UR eee sett tet sed Gee ee 60 Oe A UL 3, eee if tr ene tip Tee e 60 核酸 的 测序 .pp 62 5.2.1 染色 体 步 行 和 染色 体 跳 妈 pp 63 5.2.2 物理 图 谱 pp 64 5.2.3 DNA 测 序 技术 pp 65 5.2.4 核酸 一 级 结构 与 遗传 信息 pp 66 SPRUE porcine ne nsccrnnoonibioonerroinerneccrronceres: - Wao dic wile Gia 0 0 06% Se O55 055005 107 6.4.1 三 碳 循 环 (卡尔 文 循环 ) seoewwowewseoeowowooooooowowoooovoosovooowooooo。 107 6.4.2 ”四 碳 途 径 和 pp 107 6.4.3 糖 原 的 合成 ceeee eter cece eeeee esse eeee tees eeeeeeeee tesa eeseeeeeeeeen eee 107 脂 类 代谢 sherpe rss ceeceie cee lets ar bene Speedie cBed so Ue St wbe y house gan snle si Meigs 225s ess 109 DEWALT WERE a ee ak PL pe aed peep oe access 109 脂肪 酸 的 分 解 poe Serbepetersrecereps vs skp deeeeosods bbsmtdpeahs caps sp spacssessecs 110 脂肪 酸 的 合成 | 有 和 本本 六 下 下 下 下 下 下 让 110 甘油 三 酯 和 磷脂 的 合成 本 111 胆固醇 的 代谢 SPREE PSE ASAAS SEAS SDSS Es arS DS casO SAD RED AD OES ERS SOAS cS ceiges cece eee 112 生物 膜 与 生物 氧化 人 113 生物 膜 Peveseberarerecereeverricepecscperceeved + tates Hite akbiiis oot qh opecesecces 113 生物 氧化 rzepFrpepPPFpmpppanRREEPZPEEAEEEERRPEEeAaEniaeRpEEs oodsEdssusoooss 113 8.2.1 生物 氧化 的 物理 化 学 基础 pp 114 8:22 线粒体 的 结构 一 一 生物 氧化 的 细胞 学 基础 errr e ee eee eee eee eee 114 8-2-3 氧化 磷酸 化 要 点 oo 114 代谢 调节 pzzzpzppnpePapaaepppu2epoEPAE5PEAAnenpepeaeeREPames 这 tv 交 全 全 116 代谢 调节 的 方式 和 水 平 spre rereerepasnsespreeramacnsnnennnmannetige +s dks ded 116 酶 水 平 的 调节 czeczppepeepeepepeeepeeecPpeespeeeeasaisa 衣 汕 克 du ao dhd 116 :5 9.4 5 9.6 第 十 章 10.1 10.2 9.2.1 酶 量 的 调节 aeesaossossossvsusacaosssaaeoass5sass55asooodoooioaassssss6i 110 93919 原核 生物 基因 表达 的 调节 seoussisiososooooosooosooososoooooooosoossoesesssy 117 93973 真 核 生 物 基 因 表 达 调 控 wesouvsssssssiosoovosooosooeoooosoovosoiossesoooss 121 激素 调节 cer ececec et eee eceerecerecececeereneseceaeserececececeseresesececeuess 122 9.3.1 生物 信息 9 122 9.3.2 GH ctetetseteeeeeeeeeeseneneeseeseneeseeeceeseceseseeneeseneensees 123 9.3.3 “人 省 体 激素 受 体 超 家 族 pp 124 9.3.4 第 二 信使 的 生物 学 功能 corer eee e eter eee teen eee eees ie 124 9.3.5 磷酸 化 与 脱 磷 化 ooeoooeeooeoooooooooooooossososooossossooowssswesgs 125 FEST AW eee eee 125 9.4.1 RRR cere eee ec eee cece eee eeeseeeeeeseeeeeeseeeeesereeseeeseeesenseens 125 9.4.2 癌 基 因 的 表达 产物 seeeeoeseoeoeeoooosewoooooooesoiassooooooooesgowossson 126 9.4.3 抑 癌 基因 Peewee meee meee mere eee ee eee eee eee esse esses esse eeeseseseeeseeesesse 126 蛋白 质 与 DNA 的 相互 作用 seesseeeesssssesaes 王 证 汪 2 126 生物 大 分 子 结构 数据 库 与 生物 信息 学 eee ence othe cette eu eeeeeeeeeeeeenee 127 9.6.1 生物 大 分 子 结构 数据 库 soon 7 9.6.2 生物 大 分 子 结构 数据 库 的 作用 pp 128 9.6.3 生物 信息 学 Peewee wee w ee eee eee eee sere eee reese ees eseeseseeesssessesesesese 128 习题 类 型 与 解答 要 .点 129 计算 题 129 10.1.1 pH AM pl AUER cereeece erect eeee eter ee eeeeeeeee nese eeeaeeenupeeenees 129 T0241 2 静电 荷 计 算 eee eee meme rere sere reese reese sees seesesesesssessesessssesess 130 10.1.3 BRAVE RAI REPE pp 131 10.1.4 PRBS GE crete erence ee cence eee ee ee eee eeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeeeenenenens 132 10.1.5 同位 素 在 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 中 的 应 用 3 生生 134 10.1.6 图 表 分 析 ooooooooooeoooeooooooooooooeoooooeoooooooooooooososeswesosoaeee 136 基础 知识 -ee 站 了 二 者 和 志 二 138 10.2.1 结构 式 的 书写 pp 138 10.2.2 ”辨认 结构 式 和 139 10.2.3 ”化 学 反应 式 cect cette eee eee cert eee eeeeee eee eeeeeten eee eeneeeeenenens 141 10.2.4 SEARS (—BR, HABA) cocecteceeceeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 142 10.2.5 FEABEAD (APAMWAEG) croc te rer eee ecer sete ee eeeeeeeeeseeeseweneeens 150 回答 或 简 答 .pp 156 FODR BD noo eee ence eeeee tence eeneneeeceeeeencccnsenenneseeuessdevceseesareseeeaees 157 ICSE TP] Bile eeeeeeeeeeceeeeeeeeeeeeeeceeeeeeeneeneescsseaeusueneseneumeeseres 158 部 分 院 校 BERL BAA DEIN AE A AEA RAE LAE UB eon ees eee eeeeeeeeeeee 160 中 国 科 学 院 一 九 九 三 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 人 学 试题 (BAB) …… 160 中 国 科学 院 一 九 九 四 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 人 学 试题 (B 卷 ) ……. 164 AEF — PIL EASE AE A SERRE eee ee cccceeeerceeececnesnsennens 168 北京 大 学 一 九 九 二 年 研究 生 人 学 考试 试题 pp 172 北京 医科 大 学 一 九 九 三 年 招收 硕士 研究 生 试题 … 和 pp 175 北京 医科 大 学 一 九 九 四 年 招收 硕士 研究 生 试 题 ………… 和 PP 179 北京 师范 大 学 一 九 九 五 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 和 学 考试 试题 .……… 183 北京 师范 天 学 一 九 九 六 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 和 学 考试 试题 ………: 185 南开 天 学 五 九龙 民利 研 党 青天 学 考试 试题 … 和 . 合 篇 .大风 届 记 187 首都 师范 大 学 一 九 刀 六 年 研究 生 人 学 试题 pp 189 华东 理工 大 学 2000 年 硕士 研究 生 人 学 考试 试题 eerie eeeeeeeceeen 190 参考 答案 2 193 中 国 科学 院 一 九 九 三 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 人 学 试题 (BAS) ……. 193 中 国 科学 院 一 万 万 四 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 人 学 试题 (BAR) …… 195 北京 大 学 一 九 九 一 年 研究 生 人 学 考试 试题 pp 197 北京 大 学 一 九 九 二 年 研究 生 人 学 考试 试题 200 北京 医科 大 学 一 九 九 三 年 招收 硕士 研究 生 试题 .PP 203 北京 医科 大 学 一 九 九 四 年 招收 硕士 研究 生 试题 iia igre cei aie ign 205 北京 师范 大 学 一 九 九 五 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 和 学 考 试 试题 .……… 208 北京 师范 大 学 一 九 九 六 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 人 学 考试 试题 .……… 211 六 年 研究 生 式 学 考试 试题 愉 .osasrraccrvaoir 汪 说 访 213 首都 师范 大 学 一 九 九 六 年 研究 生 人 学 试题 ppp 216 华东 理工 大 学 2000 年 硕士 研究 生 人 学 考试 试题 pp 218 参考 文献 人 221 *xi* ~. — — red - ” td Pid - -” > ” ’ QOL =*++-neryere + cen nn elie aap a Ab ours . ee Ase ernie 的 1 (oP 4 )y BAAR RUBS st mS ale prada on tol sor Ah BiG A AGA) A HE Row ORR 19 Sih Ty ak ix = Bi ab A ANE dues EAT ists: ‘> ory. 4 Wah ia ll foe eae . ren A pHa sete RARE te ZSI 0 私 基准 sid #3 bie Aj hia ad f a ee aad key title ee aed FIO ese wy CW ~ ee s. 人 «Biss * Shei Me: MIN PL stut — vA ry Lag tit > allie 36 让 ith 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HG. 镁 为 主要 生物 金属 。 在 门 捷 列 夫 元 素 周 期 表 中 ，22 种 生命 元 素 的 分 布 集中 在 3 个 部 分 : 10 种 生 命 金 属 分 布 在 两 个 部 分 ， 组 成 两 个 “ 岛 "; 氢 和 碘 以 外 的 非 金属 生命 元 素 集中 分 布 在 另 一 个 “ 岛 "; 氨 、 碘 和 钼 以 外 的 生命 元 素 属 于 1 一 4 周期 ， 大 部 分 生物 金属 元 素 分 布 在 第 4 周期 。 在 22 种 生命 元 素 中 ， 相 对 于 最 稳定 的 电子 构 型 而 言 ， 氮 、 硫 和 磷 有 着 可 变 的 氧化 数 ， 氮 和气 有 着 较 强 的 电 负 性 ， 这 两 种 特性 与 生命 物质 的 许多 关键 作用 密 切 相关 。 生物 体 中 的 大 多 数 金属 元 素 只 有 和 各 自 的 配 体 结合 后 才 表现 生物 活性 。 这 些 配 体 有 小 分 子 配 体 和 大 分 子 配 体 两 类 。 小 分 子 配 体 如 氨基 酸 、 核 背 酸 、HCO; 、 HPO]; ， 大 分 子 配 体 如 蛋白 质 、 核酸 等 。 生 物 大 分 子 配 体 与 金属 离子 的 反应 是 生物 无 机 化 学 研究 的 主要 内 容 之 一 。 1.1.2 动物 生命 元 素 特点 在 动物 体 中 ，22 种 生命 元 素 的 含量 和 作用 可 以 通过 体液 的 电解 质 平衡 研究 获得 认识 。 体 液 的 渗透 A pH 的 维持 与 电解 质 平衡 密切 相关 。 Na’, Cl 是 维持 细胞 外 液 容 量 和 渗透 压 的 主要 离子 ， 达 到 维系 渗透 压 总 离 FH 80%AA. Cl 与 HCO; 是 细胞 外 液 主 要 的 阴离子 ，Cl 在 体内 参与 胃酸 的 合成 ， 人 血浆 中 Na 和 Cl” 浓度 分 别 为 326.0mgMml 和 365.7mg/ml. 动物 的 消化 液 包括 唾液 、 胃 液 、 肠 液 、 胆 汁 等 ， 所 含 电解 质 浓度 和 血浆 相 似 ， 但 胃液 主要 阳离子 为 H ， 消 化 液 中 含有 催化 水 解 过 程 的 金属 酶 类 ， 和 锌 、 镁 、 钙 及 锰 是 它们 的 辅 基 。 动物 的 骨 成 分 中 有 氟 存 在 ， 可 保护 牙齿 。 但 过 量 氟 对 动物 是 有 毒 的 。 在 防治 克 山 病 研 究 中 ， 人 们 发 现 了 硒 是 保护 机 体 健 康 必 需 的 微量 元 素 ， 谷 胱 甘 肽 过 氧化 物 酶 、 磷 酯 过 氧化 氢 谷 胱 甘 肽 过 氧化 酶 中 含有 硒 。 已 确定 ， 硒 半 胱 氢 酸 是 在 翻译 时 挫 人 到 肽 链 中 去 的 ， 携 带 有 工 -丝氨酸 的 tRNA 在 两 种 酶 作用 下 使 L- 丝 氨 酸 转变 为 硒 半 胱 氨 酸 ， 然 后 在 翻译 时 进入 肽 链 ， 对 应 的 密码 子 是 UGA。 UGA 一 般 情 况 下 是 终止 码 。 1.1.3 植物 生命 元 素 特点 植物 生命 元 素 的 组 成 主要 包括 16 种 。 其 余 13 种 需要 极 微 。 在 16 种 必需 元 素 中 ， 不 同 于 动物 必需 的 元 素 之 处 在 于 缺少 钠 和 碘 而 有 硼 ， 在 进行 溶液 培养 法 栽 培植 物 时 ， 很 少 考虑 钠 的 需求 ， 生 长 在 海洋 中 的 一 些 植物 需要 碘 。 这 种 差别 并 不 反映 在 植物 体 中 化 学 元 素 的 含量 分 析 上 ， 有 些 植物 生长 并 非 必需 的 元 素 可 以 在 体 内 大 量 积 累 ， 例 如 钠 可 占 植物 干 重 的 0.02% 。 但 这 一 ee 钠 的 需求 。 动 物 主要 以 食盐 获得 所 需 的 钠 。 植物 生长 最 需要 的 元 素 是 所 、 磷 和 钾 。 氮 来 自 无 机 氮 ， Sk A ERM. A 作用 中 ， 除 了 光照 、 水 和 CO ， 所 和 磷 自 然 是 最 需要 的 ， 钾 参与 运输 光合 产物 和 植物 呼吸 。 硼 是 植物 所 需 的 必需 元 素 中 发 现 最 早 的 微量 元 素 ， 与 细胞 分 化 、 光 合作 用 等 多 种 过 程 有 关 。 比较 动物 和 植物 生命 元 素 ， 有 以 下 几 个 方面 需要 特别 注意 : (1) 钠 在 动 植物 中 的 作用 大 同 小 异 。 动 物 有 消化 道 ， 有 血液 ， 有 专 一 的 循环 和 泌尿 系统 ， 有 维持 pPH 和 渗透 压 稳定 的 整套 体系 。 钠 有 进 有 出 ， 维 持平 衡 。 而 植物 没有 动物 这 样 的 结构 ， 采 取 了 以 拒 之 体外 为 主 的 方式 。 看 起 来 钠 在 动 植物 中 的 分 布 截然 不 同 ， 但 从 钠 在 细胞 外 分 布 为 主 、 主 要 以 无 机 盐 形式 存在 、 主 要 与 膜 电位 形成 有 关 三 方面 来 看 ， 钠 在 动物 和 植物 的 分 布 和 作用 是 相同 的 。 (2) 钾 、 钙 、 镁 、 锌 、 铜 、 铁 、 钼 、 锰 等 10 种 生物 金属 在 动 植物 体 中 的 存 在 方式 和 作用 基本 相同 。 钾 在 动 植物 体 均 为 细胞 内 离子 ， 与 膜 电 位 的 形成 关系 密 切 。 锌 、 镁 、 钙 和 锰 通 常 作为 催化 水 解 过 程 的 金属 酶 的 辅 基 。 锌 、 铁 、 钼 、 铀 通 常 是 氧化 -还 原 酶 的 辅 基 。 镁 、 锰 通常 是 各 种 激酶 的 辅 基 。 因 此 ， 如 果 我 们 同时 考虑 到 碳 、 氨 、 氧 、 氮 、 磷 、 硫 等 有 机 物 组 成 的 共同 元 素 ， 动 物 和 植物 的 生命 元 素 组 成 的 差别 是 很 小 的 。 es 动物 和 植物 的 元 素 组 成 差别 是 如 此 之 小 ， 微 生物 的 元 素 组 成 又 能 有 什么 特别 之 处 呢 ? 认识 到 这 些 之 后 ， 我 们 自然 应 当 多 重视 动物 、 植 物 和 微生物 怎样 获得 生 命 元 素 以 及 各 种 生命 元 素 如 何 发 挥 作用 。 (3) Ca 入 的 第 三 信使 作用 。 在 所 有 的 生命 元 素 中 ，Ca 的 作用 最 为 广泛 ， 不 仅 是 骨骼 的 成 分 ， 更 重要 的 是 调节 物质 ，Ca“ “参加 几乎 所 有 的 代谢 调节 。 (4) 磷 。 生 物体 各 种 有 机 质 代 谢 时 活化 方式 都 与 磷酸 化 - 脱 磷酸 相关 。 酶 活 性 调节 、 基 因 调 控 也 与 磷 有 关 。 " 磷 是 生命 活动 的 中 心 ”得 到 了 广泛 支持 。 (5) 各 种 生命 元 素 中 ，Na 和 开 成 对 相互 作用 ， 典 型 的 例子 是 Na -K RR. 细胞 以 摄 K* HE Na 的 方式 消耗 ATP， 进 而 使 膜 蛋白 成 为 “分 子 马达 ”在 膜 上 旋 转 ， 为 揭 开 生物 大 分 子 整体 运动 的 秘密 打开 了 缺口 。 (6) 铂 与 抗 瘤 。 顺 铂 的 抗 瘤 机 理 一 直 受 到 关注 ， 其 产品 走向 了 临床 。 由 此 初 步 说 明了 生物 大 分 子 配 体 与 金属 元 素 结合 之 后 金属 元 素 自身 的 作用 机 理 。 金 属 离 子 有 维系 生物 大 分 子 空间 结构 的 能 力 ， 也 有 破坏 、 抑 制 生物 大 分 子 原 有 空间 结构 的 能 力 。 (7) 金属 离子 和 配 体 结合 的 必要 性 ， 许 多 金属 离子 ， 如 铁 、 镁 、 铜 、 铬 游离 存在 时 对 人 都 是 有 毒 的 ， 但 和 一 定 的 配 体 结合 后 ， 不 仅 易 于 转运 ， 而 且 毒 性 下 降 。 生 物 有 一 套 复 杂 的 方法 来 选择 利用 各 种 金属 离子 。 研究 生命 物质 的 元 素 具 有 重要 的 理论 价值 。 在 分 子 生 物 学 全 面 深入 发 展 的 今 天 ， 元 素 分 析 不 仅仅 是 了 解 生物 体 的 化 学 组 成 问题 ， 更 重要 的 是 为 探讨 生命 物质 担负 生命 活动 的 机 理 开 辟 了 新 途径 。 专 门 研 究 生命 金属 元 素 作 用 机 理 形成 了 生物 无 机 化 学 ， 专 门 研究 生命 非 金属 元 素 与 生命 活动 关系 形成 了 生物 有 机 化 学 ， 生 命 物质 已 被 划分 为 多 个 水 平 、 多 个 层次 、 多 个 角度 进行 研究 。 已 有 事实 表明 ， 生 命 科学 研究 在 历经 近 半 个 世纪 的 以 核酸 和 和 蛋白质 为 核心 的 研究 之 后 ， 即 使 是 在 人 类 基因 组 计划 实现 之 后 ， 还 不 能 说 生命 科学 真正 进入 了 分 子 水 平 ， 因 为 生物 体 中 各 种 物质 的 组 成 和 作用 的 全 瑶 还 有 待 进一步 认识 。 1.1.4 核酸 、 蛋 白质 的 元 素 组 成 与 定量 分 析 核酸 分 子 中 ， 无 论 是 DNA 还 是 RNA， 主 链 结构 单一 ， 呈 现 磷酸 -核糖 Ch AR) 的 重复 。 由 此 人 们 通过 测定 核酸 分 子 中 磷 的 含量 便 可 基本 确定 核酸 的 含 量 ， 进 而 求 出 摩尔 磷 消 光 系 数 ? (P)， 来 表示 溶液 中 核酸 含量 。 er e(P) = & 其 中 A 为 紫外 吸收 光 密 度 值 ，C 为 每 升 溶液 中 磷 的 摩尔 数 ，L 为 比 色 杯 内 fe, HF ”每 升 溶液 中 磷 的 重量 W (g) 磷 的 原子 量 (30.98 ) C 上 式 可 写成 30.98A WL 一 般 DNA 的 s (P) 4% 6000~8000, RNA % 7000~10000. HF MHA FFE, TERR PS Be EY Rb RS, © (P) 值 降 低 ，DNA 变性 时 ， Wee fH FF, « (P) 值 又 升 高， 这 一 现象 称 为 减 色 效应 和 增色 效应 ， 广 泛 用 于 核酸 变性 复 性 研究 。 在 实际 含量 测定 时 ， 核 酸 样品 的 纯度 采用 下 式 计 算 : 甲 0.o26o 一 乙 0.0260 AS Te ae Cre ae HK 0.022) DNA (38 RNA) = oe amy 100 e (P) = ANKE = EEE ERD Est 0.020 #1 0.022 分 别 为 1ug/ml DNA 溶液 和 RNA 洲 液 的 消光 值 ， 它 们 通过 下 式 来 求 得 : 6000 X 30.98 0.092 109 其 中 6000 4 DNA HY « (P), 30.98 ABEM JERS, 0.092 为 DNA 分 子 的 一 般 含 磷 量 。 甲 oo 和 乙 o.oz6 分 别 代 表 样 品 和 对 照 (438A) 的 消光 值 。 这 样 做 是 为 了 消除 杂质 的 干扰。 通过 测定 含 磷 量 来 测定 核酸 含量 的 方法 广泛 应 用 于 工业 分 析 。 在 科研 工作 中 , 常常 遇 到 的 是 重复 测定 同一 样品 ， 为 了 减少 计算 的 麻烦 ， 可 采用 分 光 光 度 法 最 基本 的 方法 一 一 标准 曲线 法 。 通 过 含 磷 量 可 以 对 核酸 的 纯度 进行 初步 判定 。 在 蛋白 质 的 分 子 中 ， 主 干 链 呈 现 “C 一 C 一 N ”的 重复 ，20 种 常见 氨基 酸 中 WA 3 种 含有 wa -氨基 以 外 的 氨基 ， 所 以 可 以 用 含 氮 量 来 求 得 蛋白 质 含 量 。 酿 造 工业 、 饲 料 工业 中 普遍 采用 克 氏 定 氮 法 测定 蛋白 质 含 氮 量 。 由 于 和 蛋白质 含 氮 量 常 为 16%， 按 下 式 即 可 求 出 蛋白 质 含量 : 每 克 和 蛋白 样品 中 含 氮 量 (g) x6.25= 每 克 样 品 中 和 蛋白质 含量 (g) HF 6.25= 100/16. 在 蛋白 质 分 子 中 ， 微 量 元 素 (如 铁 、 碘 ) 或 某 一 种 含量 特 少 的 氨基 酸 〈 如 色 AR) 等 可 用 来 测定 蛋白 质 的 分 子 量 而 非 含 量 。 由 此 直接 求 出 的 仅仅 是 最 低 分 子 量 的 近似 值 ， 而 且 需 要 其 他 物理 化 学 方法 相配 合 。 例 如 ， 在 肌 红 蛋白 中 ， 铁 的 含 量 为 0.335% ， 则 肌 红 和 蛋白 最 低 分 子 量 为 和 = 0.020 (DNA) eg . KHRTR LISS #8 最 低 分 子 量 = 铁 的 百 分 含量 100 0. 335 « 100 = = 16700 X-MAS BB AW A FAB A WA ZT A oP Fe 值 的 4 倍 ， 说 明 血 红 蛋 白质 有 4 个 铁 原 子 ， 由 4 条 链 组 成 。 最 低 分 子 量 的 方法 在 利用 放射 性 同位 素 测 定 蛋 白质 和 酶 的 分 子 量 时 进一步 得 到 应 用 。 1.2 生命 物质 分 子 组 成 特点 1.2.1 构件 分 子 蛋白 质 主要 是 由 20 种 所 基 酸 通过 肽 键 和 二 硫 键 相连 而 成 。 核 酸 主要 是 由 S 种 核 背 酸 经 酯 键 聚合 而 成 。 多 糖 是 单 粮 通过 a (14) 糖 背 键 或 B Cond) 糖苷 键 组 成 的 聚合 体 。 脂 主要 是 由 甘油 同 脂肪 酸 等 结合 而 成 。 通常 把 生物 大 分 子 的 基本 分 子 组 成 单位 ， 如 氢 基 酸 、 核 苷 酸 等 叫做 构件 分 Fo 由 构件 分 子 聚 合 而 成 是 生物 大 分 子 的 共同 特点 5 生物 大 分 子 组 成 的 另 一 个 特点 是 : 和 蛋白质 、 核 酸 和 多 糖 伸展 后 均 成 链 状 ， 脂 EB AR. . 生命 大 分 子 中 的 构件 分 子 普 遍 具 有 可 修饰 性 。 例 如 氮 基 酸 残 基 的 磷酸 化 、 糖 基 化 、 上 脂 化 ， 核 苷 酸 残 基 碱 基 上 的 氨基 化 、 甲 基 化 等 。 由 此 导致 生物 大 分 子 生物 合成 时 所 需 的 构件 分 子 种 类 数 往 往 大 于 这 些 大 分 子 水 解 后 获得 的 构件 分 子 数 。 因 此 ”存在 于 蛋白 质 分 子 中 的 氨基 酸 种 类 数 往 往 不 等 于 20 种 。 必须 注意 到 ， 生 物体 内 的 另外 一 类 生物 大 分 子 一 一 芷 类 化 合 物 ， 如 胆固醇 ， 常见 的 植物 挥发 油 类 ， 天 然 橡胶 ， 维 生 素 A、E、K 和 了 D SRER KOM RA 体 ， 和 但 这 种 划分 主要 是 对 这 些 大 分 子 的 碳 原子 个 数 及 生物 合成 时 具有 共同 的 中 间 体 而 言 的 ， 不 能 在 生物 体内 得 到 异 成 二 烯 单 体 这 样 的 水 解 产 物 。 1.2.2 多糖 的 构件 分 子 特 点 多 糖 由 单 糖分 子 缩合 而 成 。 单 糖 有 丙 糖 、 丁 糖 、 戊 糖 、 已 糖 及 庚 糖 ， 生 物体 中 这 见 类 单 糖 都 存在 ， 多 于 7 个 碳 原子 的 单 糖 未 见报 道 。 在 已 知 的 这 几 类 单 糖 中 ， 能 形成 多 糖 的 主要 是 己 糖 ， 其 次 是 成 糖 。 一 般 而 言 ， 动 物 、 植 物 、 微 生物 体 中 的 多 糖 几 乎 都 是 已 糖 或 己 糖 衍生 物 的 聚合 体 ， 如 糖 原 、 淀 粉 、 纤 维 素 、 几 了 丁 质 、 菊 糖 、 琼 脂 、 透 明 质 酸 、 硫 酸软 骨 素 、 肝 素 等 。 多 糖 中 的 葡萄 糖 以 D 或 B D 两 种 构 型 出 现 ， 且 均 为 右 旋 (+), BRAN RLY he DMN, HR “56 储存 作用 的 多 糖 以 wa (1-4) AB 1-6) 糖苷 键 结合 ， 纤 维 素 和 壳 多 糖 是 以 8B〈1->~4) 糖 苷 键 相连 而 成 的 。 1.2.3 脂 类 构件 分 子 的 特点 甘油 和 脂肪 酸 是 各 种 脂 类 化 合 物 的 共同 组 分 ， 形 成 的 甘油 三 酯 、 磷 脂 和 肌 醇 磷脂 通过 玻 水 作用 并 列 在 一 起 ， 其 间 夹 杂 着 蛋白 质 和 糖 类 化 合 物 。 各 种 脂 类 分 子 的 差异 在 于 甘油 分 子 上 三 个 羟基 结合 的 脂肪 酸 的 种 类 及 是 否 另 有 其 他 非 脂 肪 酸 组 to 1.2.4 蛋白 质 构件 分 子 的 特点 受 遗 传 密码 支配 的 氨基 酸 共 有 20 种 。 为 什么 仅 有 20 种 氨基 酸 为 蛋白 质 生物 合成 所 需 ， 至 今 尚 无 解释 。 除 甘氨酸 外 ， 其 余 19 种 氨基 酸 均 为 手 性 分 子 ， 且 均 为 工 型 。 苏 氨 酸 和 蜡 亮 氨 酸 另 有 一 个 不 对 称 碳 原子 。 细菌 体内 可 有 少数 D 型 所 基 酸 ， 生 物 为 什么 选用 L 型 氨基 酸 至 今 尚 无 满意 解释 。 除 且 氨 酸 外 ， 其 余 19 种 氨基 酸 均 为 a BER, HARALAER. 氮 基 酸 可 同时 带 有 正 负 两 种 电荷 ， 这 种 两 性 解 离 的 性 质 为 20 种 氨基 酸 所 共 有 ， 共 同 赋予 蛋白 质 的 两 性 解 离 特性 。 氨 基 酸 的 两 性 解 离 性 质 是 氨基 酸 和 蛋白质 最 主要 的 化 学 性 质 。 深 刻 理 解 这 一 性 质 ， 熟 练 运用 这 一 性 质 ， 是 分 离 、 纯 化 氢 基 酸 和 和 蛋白质， 进而 理解 核酸 性 质 ， 理 解 生命 物 质 的 半 导 性 、 生 物 电 、 生 物 大 分 子 之 间 相 互 作 用 、 酶 作用 的 机 理 、 别 构 效 应 ， av 生物 学 基本 理论 的 基础 。 在 生物 化 学 和 分 子 生 物 学 的 学 习 过 程 中 ， 需 要 牢固 记忆 20 种 氨基 酸 、3 种 核 苷 酸 、 常 见 的 单 糖 和 有 机 酸 结构 式 。 这 些 结构 式 及 其 固定 英文 字符 如 同学 英语 要 熟悉 26 个 字母 一 样 重要 ， 因 为 它们 在 任意 章节 的 内 容 中 要 反复 大 量 地 出 现 和 使 用 。 那 种 用 汉字 代替 这 些 结构 式 的 做 法 万 万 不 可 取 。 20 种 氨基 酸 的 英文 符号 有 三 字符 和 单字 符 两 种 ， 前 者 取 其 英文 名 称 的 前 3 个 字母 ， 比 较 容 易 记 忆 ， 而 后 者 记忆 起 来 较 难 ， 因 为 其 中 9 种 氨基 酸 的 单字 符 并 非 它们 的 首 字 母 。 仔 细 分 析 ， 其 实 也 有 规律 ， 这 些 氨基 酸 恰 好 是 2 种 酸性 氨基 酸 (KAARD, FARE) 和 它们 的 酰胺 (KAREN, FARR Q). 2 种 碱 性 ALR ( 赖 氨 酸 K、 精 氨 酸 R) 及 3 种 芳香 族 氨 酸 (AAARF. BARBY NE 氨 酸 W)， 知 道 了 这 一 点 ， 记 忆 起 来 也 就 容易 多 了 。 另 外 ， 蛋 白质 水 解 时 酰胺 容 易 水 解 丢 掉 氨 基 成 为 相应 的 氨基 酸 ， 与 蛋白 质 原 有 的 相应 氨基 酸 混在 一 起 ， 为 此 以 单字 符 也 代 表 天 冬 氨 酸 和 天 冬 酰 胺 的 总 和 ， 以 单字 符 Z 代 表 谷 氨 酸 和 谷 氨 酰 6 胺 的 总 和 。 除 上 述 受 遗 传 密码 支配 的 20 种 氨基 酸 外 ，4 FRR. SHERI. BEE 素 、 瓜 氨 酸 和 乌 氨 酸 的 结构 式 也 要 记 清 。 前 3 者 主要 见于 胶原 蛋白 和 弹性 蛋白 ， 是 肽 链 之 间 共 价 交 联 的 另 一 种 方式 ， 瓜 氨 酸 和 乌 氨 酸 见 于 尿素 循环 。 20 种 氨基 酸 的 分 类 问题 不 可 忽视 ， 常 见 的 分 类 方法 有 两 种 : 一 种 是 根据 结 构 划 分 为 脂肪 族 、 芳 香 族 和 杂 环 族 ， 这 种 方法 有 利于 记忆 结构 式 ; 另 一 种 是 根据 氨基 酸 在 生理 pH 条件 下 的 解 离 划分 为 非 极 性 、 带 正 电 、 带 负电 和 不 带电 4 类 ， 这 种 方法 有 利于 理解 蛋白 质 空间 结构 的 形成 。 但 是 ， 近 年 来 蛋白 质 空间 结构 ， 特 别 是 二 级 结构 预测 的 研究 ， 使 得 上 述 划分 面临 更 新 。 因 为 蛋白 质 二 级 结构 形成 与 氨基 酸 排列 顺序 的 关系 初步 表明 ，20 种 氨基 酸 有 可 能 来 自 遗 传 信 息 调控 的 分 类 ， 究竟 怎样 划分 为 好 有 待 进一步 研究 。 在 20 种 氨基 酸 中 ， 组 氮 酸 既 可 以 是 酸 ， 又 可 以 是 碱 ， 具 有 得 电子 和 失 电 子 两 种 能 力 ; 天 冬 氨 酸 和 谷 氨 酸 多 余 一 个 羧基 ; 苏 氨 酸 、 丝 氨 酸 和 酷 氨 酸 R AH 有 一 羟基 ， 这 些 特点 使 得 它们 经 常 处 于 机 能 物质 如 酶 的 活性 中 心 。 3 种 芳香 族 氨基 酸 赋 予 蛋白 质 紫 外 吸收 的 能 力 ， 含 有 这 些 氨基 酸 的 蛋白 质 可 在 280mm 处 进行 定量 检测 。 这 3 种 氨基 酸 都 有 一 个 苯 环 。 食品 工业 和 制药 工业 等 经 常 要 检测 色 氢 酸 和 赖 氨 酸 的 含量 ， 因 为 二 者 均 为 人 类 不 能 合成 的 氨基 酸 ， 部 分 农作物 如 玉米 种 子 中 含量 较 少 ， 胶 原 蛋 白 不 含有 色 氨 酸 。 放 今 为 止 ， 测 定 蛋 白质 中 某 种 氨基 酸 的 含量 ， 一 般 采 用 完全 水 解 ， 再 经 层 析 如 气相 色谱 技术 分 离 ， 然 后 用 曹 三 酮 反应 定量 。 也 可 用 分 光 光 度 法 直接 测定 。 1.2.5 ”核酸 构件 分 子 的 特点 核酸 有 DNA 和 RNA 两 大 类 ， 均 为 核 苷 酸 的 聚合 物 ， 组 成 核酸 的 核 苷 酸 均 为 5 = 核 苷 酸 ， 即 磷酸 基 在 核糖 5 - 碳 原 子 上 ; 核酸 中 的 核 苷 酸 残 基 均 以 由 前 一 个 BERN 3 -OH 和 后 一 个 核 苷 酸 的 5 -磷酸 基 脱 去 一 分 子 水 而 成 的 3 ，5 -磷酸 二 酯 键 相 连 。 自 然 界 核酸 分 子 中 的 核糖 均 呈 B-D 型 ， 核 酸 分 子 的 糖苷 键 均 为 B- WHE (和 纤维 素 中 糖苷 键 类 型 相同 )。 但 在 生物 合成 核 苷 酸 时 ， 核 糖 以 oD 型 进入 反应 (2 脱氧 核糖 是 在 二 核 苷 水 平 上 形成 的 )。 DNA 的 核 苷 酸 有 4 种 ，RNA 的 核 苷 酸 主要 有 4 种 ，DNA A RNA 的 构件 分 子 差别 主要 在 于 前 者 为 脱氧 核糖 及 以 dTMP 代替 了 UMP. 为 什么 核酸 的 构件 分 子 选用 SIR? 为 什么 两 类 核酸 通常 仅 以 4 种 核 背 BRA ii? DNA 为 什么 选用 脱氧 核糖 ? 为 什么 自然 界 核酸 分 子 中 的 核糖 为 B 型 ， 而 合成 时 需 型 ? 这 些 问 题 有 待 研究 。 随 着 蛋白 质 二 级 结构 预测 研究 的 深入 ， 人 们 越 来 越 关 注 4 种 核 苷 酸 和 20 种 J . 氨基 酸 之 间 的 关系 ， 到 底 是 4 决定 了 20， 还 是 20 决定 了 4? —AZHMRBHE 一 种 数控 机 理 ? 在 计算 机 应 用 日 益 普 及 和 这 和 的 今天 ， 已 经 能 够 用 数学 方法 仔细 研究 这 些 问题 ， 但 关键 是 选择 一 个 突破 口 ， 基 本 的 思路 首先 应 当 实现 遗传 信息 传 递 的 数字 化 。 1.2.6 生命 物质 构件 分 子 的 共同 来 源 地 球 可 分 为 4 部 分 : 大 气 圈 、 水 圈 、 生 物 圈 和 岩石 圈 。N、O、CO 和 水 蒸气 组 成 大 气 圈 ; 海洋 、 湖 泊 、 河 流 、 冰 川 等 组 成 水 圈 ， 占 地 球 表 面 总 水 量 98% 以 上 的 海水 是 水 圈 的 主体 ， 大 量 的 无 机 物 存 在 于 水 圈 中 ; 地 球 的 固体 部 分 是 aA, GRR, Hac. HR, BRM; 生物 圈 是 地 球 上 动物 和 人 类 居住 的 地 方 ， 包 括 地 面 上 下 100 一 200 米 的 范围 ， 生 物 圈 周围 的 组 成 是 无 机 的 。 氮 、 碳 、 氢 、 氧 等 构成 大 气 成 分 的 元 素 在 大 气 圈 、 岩 石 圈 、 水 圈 、 生 物 圈 之 间 循 环 ; 而 金属 元 素 中 的 大 多 数 则 主要 在 岩石 圈 、 水 圈 、 生 物 圈 之 间 循 环 。 生 物体 中 的 所 、 碳 、 氢 、 氧 主要 从 大 气 圈 和 水 圈 获 得 ; 其 余 的 非 金属 元 素 主 要 从 水 圈 、 兰 石 圈 获 得 。 前 者 经 光合 作用 主要 以 糖 的 形式 固定 下 来 ， 后 者 则 靠 植 物 的 根部 和 证 壤 的 接触 、 微 生物 同 土壤 的 接触 、 水 圈 中 的 生物 同 水 接触 并 伴随 着 糖 的 转化 而 以 无 机 的 和 有 机 的 形式 固定 下 来 。 因 此 ， 水 、 二 氧化 碳 、 和 氮气、 氮气、 氧气 以 及 各 种 无 机 盐 是 生命 物质 的 根本 来 源 ， 也 是 生命 物质 彻底 分 解 的 产物 。 1.3 生物 大 分 子 结构 与 功能 特点 1.3.1 主干 链 的 单调 重复 性 多 糖 、 蛋 白质 和 核酸 的 主干 链 分 别 是 “ 糖 环 重复 、“C 一 C 一 N BRAM “RR 酸 一 核糖 〈 或 脱氧 核糖 ) ”重复 。 脂 类 形成 的 生物 膜 结构 铺展 开 后 ， 亲 水 区 或 下 水 区 所 呈现 的 也 是 一 种 重复 结构 。 生 物 大 分 子 主干 链 的 重复 性 是 生物 大 分 子 稳定 性 的 基础 ， 有 了 这 种 基础 ， 核 酸 中 碱 基 种 类 和 排列 顺序 的 变化 才 成 为 可 能 ， 和 蛋白 质 分子 中 氨基 酸 残 基 R 基 的 变化 、 多 糖分 子 中 糖 环 上 的 修饰 变化 才 有 意义 5 这 是 自然 界 “ 变 化 中 有 不 变 ， 不 变 中 有 变化 ”的 辩证 关系 的 体现 。 1.3.2 支 链 的 多 变性 组 成 蛋白 质 的 20 种 氨基 酸 的 彼此 差别 在 于 R 基 的 不 同 ， 自 然 界 蛋白 质 的 种 类 差异 就 在 于 每 种 氨基 酸 的 含量 和 它们 排列 的 顺序 不 同 。 同 理 ， 核 酸 分 子 中 每 种 =r 碱 基 的 含量 和 顺序 的 差异 决定 着 核酸 的 种 类 。 多 糖分 子 中 糖 环 的 修饰 、 磷 脂 分 子 中 脂肪 酸 的 种 类 差别 和 磷酸 基 上 取代 基 的 变化 也 是 各 种 多 糖 和 磷脂 的 差异 之 处 ， 但 与 核酸 和 和 蛋 白质 相 比 ， 多 糖 和 磷脂 种 类 差异 的 规律 性 差 一 些 。 正 是 由 于 这 个 原 因 ， 长 期 以 来 ， 人们 几乎 很 少将 多 糖 和 磷脂 看 作 是 信息 载体 分 子 ， 直 到 近 几 年 ， 多 糖分 子 的 信息 载体 作用 才 受 到 重视 。 1.3.3 MRM 生物 大 分 子 一 般 有 很 长 的 链 ， 除 具有 碳 链 异 构 、 顺 反 异 构 、 差 向 异 构 、 官 能 团 异 构 、 旋 光 异 构 等 异 构 现 象 外 ， 另 外 两 种 构象 异 构 与 生命 活动 关系 最 为 密切 。 除 脂 类 以 外 ， 多 糖 、 蛋 白质、 核酸 都 具有 螺旋 式 的 构象 ， 其 中 和 蛋白质 和 核酸 的 螺旋 方式 研究 得 较 多 。 和 蛋白 质 的 构象 异 构 集中 体现 在 别 构 现象 ， 现 已 证 实 ， 不 仅 具 有 四 级 结构 的 蛋白 质 有 别 构 现象 ， 许 多 仅 有 一 条 肽 链 的 蛋白 质 也 有 别 构 现 Ro 载体 蛋白 、 抗 体 、 酶 和 运动 蛋 白 等 的 作用 机 理 ， 通 过 别 构 现 象 研究 得 到 了 很 好 地 解释 。 核酸 的 构象 研究 充分 表现 在 超 螺旋 结构 与 拓扑 异 构 方 面 。 具 有 相同 一 级 结 构 ， 但 两 链 相 互 绰 绕 次 数 不 同 的 两 个 环形 或 线形 DNA 即 拓 扑 异 构 体 。 拓 扑 异 构 Fe DUE DNA 分 子 特 有 的 构象 异 构 。 蛋白 质 的 别 构 和 DNA 分 子 的 拓扑 异 构 的 发 现 ， 使 生命 物质 有 了 “弹性 ”， 生命 运动 的 自主 性 肯定 是 建立 在 生命 物质 能 动 性 之 上 的 。 面 对 类 似 蛋 白质 和 核酸 这 样 的 大 分 子 ， 以 前 人 们 自然 认为 这 些 分 子 “ 僵 硬 ” 的 一 面 要 多 一 些 ， 现 在 有 了 蛋 自 质 和 DNA 分 子 构 和 象 变化 的 两 种 新 方式 的 事实 ， 生 命 物质 是 动态 分 子 的 观点 已 被 人 们 普遍 接受 。 1.4 生命 物质 作为 信息 分 子 的 基础 作为 信息 分 子 ， 首 先 应 当 能 够 携带 信息 、 体 现 信息 ， 其 次 是 能 传递 和 表达 这 些 信 息 。DNA 分 子 的 碱 基 顺 序 是 携带 遗传 信息 的 基础 ， 碱 基 配 对 是 传递 和 表达 遗传 信息 的 基础 。 过 去 很 长 时 间 把 蛋白 质 当 做 遗传 信息 传递 的 终端 ， 随 着 蛋白 质 工程 的 出 现 ， 遗 传 信息 的 传递 可 以 逆转 。 根 据 已 知 的 蛋白 质 结 构 ， 合 成 mRNA， 反 转 录 成 cDNA， 再 经 DNA 重组 ， 实 现 了 这 种 逆转 ， 因 此 ， 和 蛋白 质 分 子 也 可 以 看 作 是 遗传 信息 的 携带 者 。 在 蛋白 质 、RNA 和 DNA 之 间 ， 遗 传 信息 能 以 不 同 的 方式 被 携带 、 被 表现 。 总 之 ;核酸 、 蛋 白质 和 多 糖分 子 中 构件 分 子 的 有 序 性 都 是 信息 的 载体 基础 。 核酸 `、 和 蛋白 质 和 多 糖分 子 中 链 的 长 短 、 链 的 数目 、 螺 旋 的 方式 、 亚 基 的 数目 - 9 ， 是 决定 信息 携带 量 的 基础 。 原 核 生物 的 核酸 分 子 小 于 真 核 生物 的 核酸 ， 所 以 原核 生物 的 基因 组 小 于 真 核 生 物 。 真 核 生 物 不 仅 DNA 分 子 量 大 ， 而 且 每 个 细胞 中 同 时 具有 多 条 染色 体 ， 所 以 携带 的 信息 量 是 原核 生物 无 法 相 比 的 。 1.5 生物 大 分 子 结构 的 主 次 性 蛋白 质 、 核 酸 、 多 糖 和 脂 类 以 构件 分 子 聚 合成 主要 部 分 ， 同 时 大 多 以 复合 形 式 存 在 ， 复 合 的 方式 有 两 种 : 一 种 是 蛋白 质 、 核 酸 、 多 糖 和 脂 类 彼此 相互 复合 ， 如 核 蛋白 是 核酸 和 组 蛋白 等 的 复合 体 、 糖 蛋白 是 多 糖 和 蛋白质 的 复合 体 、 脂 蛋白 是 脂 类 和 和 蛋白 质 的 复合 体 ， 这 种 方式 中 蛋白 质 是 复合 体 的 主体 ， 其 余 是 配 体 ; 第 二 种 方式 是 蛋白 质 、 核 酸 、 多 糖 和 脂 类 同 无 机 原子 和 小 分 子 有 机 物 结合 ， 如 磷 蛋 白 、 铁 蛋白 、 钼 蛋白 和 以 维生素 辅酶 为 辅 因 子 的 酶 类 。 这 两 种 复合 形式 的 主 次 性 无 论 是 在 结构 还 是 在 作用 上 都 充分 体现 出 : 主导 成 分 的 结构 很 少 发 生化 学 组 成 的 变化 ， 主 要 是 构象 异 构 ， 而 辅助 成 分 主要 是 传递 电子 ， 转 运 化 学 基 团 和 无 机 离 子 ; 主导 成 分 决定 着 复合 体 本 身 的 种 属 差异 ， 而 辅助 成 分 决定 着 生物 化 学 反应 的 ” 性质， 如 氧化 还 原 、 脱 羧 羧 化 等 ; 一 种 辅助 因子 可 以 和 数 种 主导 成 分 结合 ， 由 此 形成 了 化 学 反应 性 质 相同 的 各 类 复合 体 ， 如 黄 素 酶 类 、 转 氨 酶 类 、 膜 蛋白 、 受 体 糖 蛋白 等 。 通过 对 生物 大 分 子 结构 和 功能 主 次 性 的 研究 ， 已 使 人 们 对 基因 调节 的 基础 与 癌变 之 间 的 关系 有 了 重新 认识 ， 提 出 了 瘤 变 的 效应 中 心理 论 。 如 和 蛋白质 的 磷酸 化 与 脱 磷酸 化 、Ca 与 CaM、cAMP 与 IP; 等 ， 这 些 重 大 发 现 已 经 成 为 分 子 生 物 学 的 焦点 问题 。 这 些 效应 物 的 发 现 ， 把 生物 体 的 代谢 调节 从 整体 到 细胞 、 从 代谢 途 径 到 基因 调节 、 从 生物 的 体外 环境 到 生物 的 内 部 反应 完全 联系 在 一 起 ， 使 原本 被 认为 其 为 复杂 的 问题 逐步 变 得 简单 和 具体 。 1.6 生物 大 分 子 自 身 功能 的 主 次 性 生物 大 分 子 在 功能 上 的 分 工 有 主 次 之 别 ， 这 种 主 次 之 别 是 本 身 所 具有 的 ， 辅 助 成 分 的 作用 仅仅 是 协助 和 参与 而 已 。 在 具备 了 大 量 的 蛋白 质 和 核酸 一 级 结构 数据 之 后 ， 采 用 专 一 性 抑制 剂 方法 ， 结合 使 用 物理 观察 手段 ， 人 们 对 蛋白 质 和 核酸 的 一 级 结构 和 空间 结构 有 了 区 别 划 分 的 可 能 ， 现 已 清楚 地 知道 ， 蛋 白质 和 核酸 的 一 级 结构 之 间 有 主 次 之 别 。 蛋白 质 种 属 差异 性 与 生物 进化 的 关系 的 研究 为 分 子 分 类 提供 了 许多 事实 。 其 中 各 种 生物 细胞 色素 c 中 氨基 酸 顺 序 的 差异 与 分 歧 时 间 的 研究 结果 成 为 一 个 范 例 。60 个 以 上 种 属 的 细胞 色素 氨基 酸 顺 序 被 测定 ， 其 中 27 个 位 置 的 氨基 酸 残 5 村 下 0 « 基 ， 包 括 第 70 一 80 位 在 已 测试 的 种 属 中 是 相同 的 ， 已 证 实 这 些 残 基 与 血红 素 连 接 、 与 酶 结合 等 有 关 。 免疫 球 蛋白 的 重 链 和 轻 链 都 有 可 变 区 和 人 恒定 区 之 别 。 可 变 区 决定 着 免疫 球 蛋 白 之 间 的 差异 ， 是 各 种 免疫 球 和 蛋白 特异 性 的 基础 ， 而 恒定 区 是 免疫 球 蛋 白 的 基本 结构 。 在 三 级 结构 中 ， 可 变 区 主要 分 布 在 相 邻 B 折 释 的 连接 区 ， 而 恒定 区 则 主要 分 布 上 这 些 B 折 丢 上 ，9 个 B 折 释 沿 长 轴 方 向 聚集 成 松散 束 状 。 酶 分 子 活 性 中 心 的 残 基 组 成 也 有 许多 规律 性 。 如 许多 酶 的 活性 中 心 都 有 丝 氮 酸 ， 这 些 酶 统称 丝氨酸 酶 类 ， 它 们 具有 称 为 “天 冬 氨 酸 一 组 氨 酸 一 丝氨酸 ”电荷 中 继 网 的 空间 结构 。 在 已 知 的 酶 中 ，DNA 聚合 酶 工 的 一 级 结构 与 功能 的 关系 引 人 关 注 。DNA 聚 合 酶 工 经 枯草 杆菌 蛋白 酶 有 限 水 解 ， 可 以 得 到 分 子 量 为 73kD 和 36kD 的 两 个 片 段 。 大 片段 通常 叫做 Klenow 片段 ， 具 有 3 一 $ 核酸 外 切 酶 活力 和 S$ 一 >3 RAH A; 小 片段 具有 5 一 3 “核酸 外 切 酶 活力 。 这 种 同时 具有 $ 一 3“ RA A 3 “一 和 外 切 能 力 的 Klenow 片段 已 经 克隆 生产 ， 并 广泛 用 于 分 子 克隆 技术 中 。 真 核 细 胞 中 脂肪 酸 的 生物 合成 酶 系 完 全 不 同 于 大 肠 杆 菌 。 大 肠 杆 菌 脂 肪 酸 合 成 酶 系 以 无 催化 活性 的 脂 酰 载体 蛋白 为 中 心 ，6 种 酶 共同 形 一 个 复合 体 ; 而 真 核 生物 则 以 亚 基 的 方式 完成 与 大 肠 杆 菌 相 同 的 脂肪 酸 从 头 合成 。 酵 母 脂 肪 酸 合成 酶 ash 由 两 种 不 同 亚 基 组 成 , wx 链 具 有 2 种 酶 活力 , B 链 具有 4 种 酶 活力 。 哺 乳 动 物 以 相同 亚 基 形成 二 聚 体 ， 每 个 亚 基 折 释 成 三 个 结构 域 ， 结 构 域 I 有 三 种 酶 活 力 ， 结 构 域 II 有 一 种 酶 活力 。 这 种 以 共 价 键 将 原本 不 同 的 酶 连接 在 一 起 而 成 为 一 条 多 肽 链 的 现象 ， 具 体 地 反映 了 基因 的 进化 方向 。 从 酶 的 一 级 结构 的 主 次 性 到 功能 的 主 次 性 分 析 ， 人 人 们 无 疑 会 受到 启发 ， 蛋 白 质 工程 、 酶 工程 正 是 如 此 ， 人 们 从 完全 模拟 到 部 分 模拟 ， 进 而 实现 人 工 组 合 模 拟 ， 人 工 合 成 多 功能 蛋白 、 多 功能 酶 当然 是 可 能 的 ， 也 是 必要 的 。 ‘ay * 第 二 章 ， 生 命 物质 代谢 的 特点 2.1 降解 的 特点 与 方式 生命 物质 代谢 可 划分 为 分 解 和 合成 、 能 量 代谢 和 物质 代谢 两 个 方面 。 生 命 物 质 代 谢 通过 所 谓 的 代谢 途径 进行 。 生 命运 动 是 通过 生命 物质 各 自 的 新 陈 代谢 和 共 同 的 协作 完成 的 。 认 识 和 掌握 生命 物质 代谢 的 共同 特点 很 有 必要 。 2.1.1 生命 物质 的 降解 特点 生命 物质 的 降解 是 一 个 分 子 由 大 到 小 的 过 程 。 蛋 白质 降解 历经 蛋白 质 -> 多肽 一 氨基 酸 的 过 程 ; 核酸 降解 历经 核酸 -核酸 碎片 ~ 核 苷 酸 的 过 程 ; 多 糖 历经 多 糖 BEM OUR. SR. BS) 一 单 糖 的 过 程 ， 脂 类 降解 历经 脂 类 -> 甘油 、 脂肪 酸 和 胆固醇 等 的 过 程 。 2.1.2 生命 物质 降解 的 方式 生命 物质 的 降解 方式 有 4 种: 水 解 、 硫 解 、 磷 酸 解 和 焦 磷酸 解 。 蛋白 质 和 核酸 的 降解 方式 主要 是 水 解 。 通 过 在 肽 键 中 加 一 分 子 水 ， 而 使 肽 键 断裂 ， 形 成 游离 的 羧基 和 氨基 ; 通过 在 3 ，5 -磷酸 二 酯 键 中 加 太一 分 子 水 而 使 酯 键 断裂 ， 形 成 游离 的 5 -磷酸 基 和 3 -羟基 。 由 于 核酸 分 子 中 的 酯 键 为 二 酯 键 ， 断 开 后 磷酸 基 附 在 核糖 的 哪 一 个 碳 原子 上 决定 了 生成 什么 样 的 核 苷 酸 ， 各 种 核酸 酶 的 主要 产物 是 $ - 核 背 酸 。5 - 核 背 酸 是 核酸 生物 合成 的 正常 底 物 ， 可 以 再 被 聚 合成 核酸 。 多 糖 降 解 是 通过 磷酸 解 进行 的 。 降 解 的 产物 首先 是 磷酸 化 的 单 糖 。 在 降解 产 物 结合 有 磷酸 基 这 一 点 和 核酸 相同 。 生 命 物质 构件 分 子 的 磷酸 化 实际 上 是 一 种 生 物 活 化 。 这 样 活化 后 的 物质 可 以 进一步 彻底 分 解 或 再 合成 。 旨 类 的 降解 以 水 解 为 主 ， 甘 油 三 酯 、 磷 脂 的 降解 以 水 解 完成 ， 胆 固 醇 的 降解 实际 上 是 一 种 转化 。 甘 油 三 酯 水 解 后 生成 的 脂肪 酸 进 一 步 降 解 时 通过 硫 解 ， 即 加 一 分 子 辅酶 A 而 转变 成 乙酰 辅酶 A。 乙 酰 辅酶 A 实际 上 也 是 一 种 活化 分 子 ， 可 以 分 别 进入 多 种 合成 和 分 解 途径 。 e 1D + 2.2 生物 大 分 子 的 分 解 2.2.1 生命 物质 分 解 的 特点 降解 之 后 形成 的 各 种 小 分 子 进 一 步 降 解 称 为 分 解 。 分 解 的 最 终 产物 是 CO:、 H,O, NH3. H3PO, 和 SO, 等 最 简单 的 无 机 物 。 但 因 种 属 差异 ， 各 种 物质 分 解 的 最 终 产 物 有 所 不 同 ， 例 如 人 以 尿素 形式 排 气 ， 人 体 一 般 不 能 打开 葵 环 ， 人 以 尿酸 作为 味 叭 碱 代谢 的 最 终 产 物 ， 人 体 一 般 不 以 完全 开 环 方式 排出 胆固醇 。 生命 物质 碳 骨 架 的 彻底 分 解 经 三 羧 酸 循环 完成 。 三 羧 酸 循环 是 糖 有 和 氧 分 解 的 主要 途径 。 但 脱 氨 后 的 氨基 酸 骨 架 、 脂 肪 酸 B- 氧 化 后 形成 的 乙酰 辅酶 A， 同 样 通过 该 途径 彻底 分 解 。 有 些 氨基 酸 的 碳 骨 架 和 喀 啶 碱 的 分 解 产物 不 能 进入 该 途径 而 是 转变 成 另外 一 些 有 机 物 。 这 些 有 机 物 要 么 直接 排出 体外 ， 要 么 参加 维生素 、 激素 等 重要 物质 的 合成 ， 其 中 有 些 是 活性 小 分 子 。 2.2.2 “生命 物质 分 解 的 作用 生命 物质 分 解 的 作用 一 是 获得 能 量 ， 二 是 获得 重要 的 中 间 物 。 获 得 的 能 量 不 仅 满 足 耗 能 生理 作用 ， 如 运动 、 体 温 维持 、 物 质 运输 、 信 息 传递 等 的 需求 ， 而 且 用 于 合成 新 的 物质 。 每 种 生物 自身 能 合成 的 物质 的 起 始 物质 也 正 是 分 解 获得 的 中 闻 物 ， 如 各 种 有 机 酸 广泛 用 做 氨基 酸 合成 的 碳 骨 架 ， 乙 酰 辅 酶 A 是 异 成 二 烯 类 聚合 物 的 共同 前 体 ，NADPH 是 脂肪 酸 生物 合成 的 还 原 剂 等 。 两 种 酰胺 (FAB 胺 、 天 冬 酰 胺 ) 用 于 储存 所 和 合成 蛋白 质 。 2.3 生命 物质 合成 的 特点 总 体 说 来 ， 生 命 物 质 的 合成 是 一 个 由 小 到 大 、 由 简单 到 复杂 的 过 程 。 可 以 分 为 半 合 成 和 从 头 合成 。 蛋 和 白质、 核酸 、 多 糖 和 脂 类 的 聚合 是 一 个 由 小 到 大 的 过 程 ， 是 一 种 半 合 成 ; MAEM, 核 音 酸 、 单 糖 、 脂 肪 酸 和 胆固醇 等 的 合成 不 仅仅 是 由 小 到 大 、 由 简单 到 复杂 ，: 对 于 自 养 生物 说 来 ， 是 这 些 生 命 物质 从 无 到 有 的 过 程 ， 是 从 头 合成 ， 是 一 个 储 能 的 过 程 。 生命 物质 生物 合成 的 中 心 是 光合 作用 和 固氮 作用 ， 光 合作 用 将 二 氧化 碳 和 水 经 光 能 驱动 转化 为 单 糖 ， 这 是 生命 物质 碳 骨 架 的 根本 来 源 。 固 氮 作 用 将 空气 中 的 氮气 合成 氨 ， 进 而 和 碳 骨 架 结 合 ， 与 土壤 中 吸收 来 的 磷酸 相 结合 ， 形 成 了 氨基 oy 酸 、 核 苷 酸 、 脂 肪 酸 。 生物 的 物质 合成 是 一 个 将 无 机 物 转化 为 有 机 物 的 过 程 。 自 养生 物 直 接 完成 这 一 过 程 ， 异 养生 物 间接 完成 这 一 过 程 ， 是 对 自 养 生物 生物 合成 作用 的 补充 。 糖 是 最 基本 的 生命 有 机 质 。 2.4 生命 物质 代谢 的 条 件 酶 促 反 应 是 生命 物质 代谢 的 基本 特点 。 酶 促 反 应 源 自生 物体 ， 在 生物 体内 的 生理 条 件 如 生理 温度 、pH、 渗 透 压 及 水 相 下 进行 。 命 物 质 代谢 通过 酶 促 反应 进行 。 酶 促 反应 是 有 条 件 的 ， 是 有 限 的 ; 酶 促 反 * 应 离 不 开 酶 ， 离 不 开 生理 条 件 ， 人 工 模拟 还 只 能 限于 局 部 的 模拟 ; 是 结果 的 局 部 体现 ， 只 需 模 拟 其 优秀 的 一 面 。 至 今 已 了 解 酶 的 作用 并 非 万 能 。 在 6 大 类 酶 中 ， 酶 的 能 力 实际 就 是 在 已 有 的 分 子 之 间 进 行 基 团 传递 。 传 递 电子 、 氢 、 氧 的 称 为 氧化 还 原 酶 类 ; 传递 水 分 子 的 _ 称 为 水 解 酶 类 ; 传递 其 他 基 团 的 称 为 转移 酶 类 ; 异 构 酶 类 实际 上 就 是 催化 同一 分 子 内 基 团 转移 ; 合成 酶 类 依靠 能 量 驱动 ， 将 小 分 子 连 成 大 分 子 ， 自 然 也 是 一 种 酶 的 搬运 和 转移 能 力 的 体现 ; 裂 合 酶 类 是 名 符 其 实地 催化 基 团 转 移 ， 裂 合 酶 类 催化 的 结果 是 形成 或 者 打开 双 键 。 酶 的 寿命 是 一 定 的 ， 酶 本 身 也 在 不 断 地 进行 自我 更 新 。 酶 的 能 力 是 受 调节 控制 的 ， 不 仅 酶 的 量 可 以 不 断 改变 ， 酶 自身 催 从 能 力 的 大 小 和 有 无 也 是 受 调控 的 。 一 种 酶 可 以 同时 有 几 种 催化 能 力 ， 如 反 转 录 酶 ”原核 生 物 DNA 聚合 酶 I， 当 一 种 能 力 下 降 时 ， 另 一 种 能 力 可 能 加 强 。 酶 具有 双向 调控 命 物质 代谢 处 于 动态 平衡 之 中 ， 实 现 这 种 动态 平衡 的 机 理 主 要 通过 负 反 馈 mee . 实现 酶 催化 作用 的 条 件 就 是 生命 物质 代谢 所 需 的 条 件 。 2.5 生命 物质 代谢 之 间 的 互补 性 对 人 体 而 言 ， 有 8 种 氨基 酸 、 多 种 不 饱和 脂肪 酸 和 绝 大 部 分 维生素 不 能 自身 合成 ， 而 要 靠 每 天 食 人 获得 。 这 些 必 需 的 物质 主要 来 自 植物 ， 个 别 来 自 微 生物 。 植物 不 能 产生 足够 的 二 氧化 碳 、 所 和 各 种 无 机 盐 ， 需 要 依赖 异 养生 物 对 有 机 物 的 彻底 分 解 来 补充 。 生命 物质 代谢 在 种 属 之 间 的 互补 性 就 是 一 种 生态 学 上 的 生物 链 关系 。 在 同一 种 生物 体内 ， 物 质 代谢 也 具有 互补 性 。 生 物 大 分 子 和 无 机 小 分 子 之 间 a ee 的 互补 ， 各 种 生物 大 分 子 代谢 途径 之 间 的 互补 ， 合 成 代谢 和 分 解 代谢 、 能 量 代谢 和 物质 代谢 之 间 的 互补 ， 这 些 互 补 的 实质 就 是 一 种 内 在 联系 。 生 物体 的 代谢 是 一 个 整体 ， 既 独立 又 有 联系 ， 认 识 这 种 互补 性 意义 重大 。 以 钙 离子 作用 为 例 ， 其 浓 度 和 分 布 变化 涉及 到 生物 体 生命 活动 的 方方面面 ， 从 基因 调节 和 细胞 分 化 至 肌肉 收缩 ;都 离 不 开 钙 离子 作用 。 磷 酸化 作用 覆盖 的 范围 更 广 。 生物 代谢 的 互补 性 是 生态 平衡 的 基础 。 了 解 各 种 互补 的 事实 ， 可 以 加 深 认识 各 种 生物 物质 代谢 的 特点 。 例 如 ， 自 然 界 芳香 化 谷物 的 根本 来 源 是 植物 和 微生物 ， 古 植物 是 煤炭 的 来 源 的 道理 就 在 于 此 ; 生物 碱 、 酚 类 、 苹 类 主要 来 自 植物 ; 纤维 素 、 木 质 素 、 花 生 素来 自 植物 ， 人 体 无 法 利用 ， 反 刍 动物 和 某 些 真 菌 能 利用 纤维 素 ， 但 能 利用 木质 素 的 生物 了 解 其 少 ;， 人 体 不 能 合成 茶 环 ， 不 能 合成 大 部 分 杂 环 化 合 物 ， 如 维生素 中 的 杂 环 、 生 物 PPI; 天 体 不 能 合成 大 部 分 莫 类 ， 但 并 非 有 项 类 的 大 小 限制 ， 胆 固 醇 有 27 个 碳 原子 、 动 物 和 人 体能 合成 ,由 此 衍生 出 许多 重要 的 物质 ， 如 性 激素 、 肾 皮质 激素 等 ， 而 比 胆固醇 小 得 多 的 柠 样 醛 、 樟 脑 ， 动 物 和 人 都 不 能 合成 。 这 些 事 实说 明 ， 生 物种 属 之 间 的 物质 代谢 互补 是 物质 种 类 的 互补 而 非 分 子 大 小 的 互补 。 动物 和 大 的 糖 异 生 虽 然 也 可 合成 葡萄 糖 ， 但 从 根本 说 来 ， 光 合作 用 是 自然 界 糖 和 其 他 有 机 物质 的 基本 来 源 。 2.6 生命 物质 代谢 的 活化 方式 特点 每 种 物质 代谢 的 活化 方式 不 同 。 在 糖 的 聚合 和 降解 反应 中 ， 后 者 以 磷酸 化 已 糖 为 活化 方式 ， 包 括 工 -磷酸 化 、6- 磷 酸化、1，6- 二 磷酸 化 3 种 方式 ; 前 者 则 以 UDPG (ADPG、GDPG) 形式 为 主 。 甘 油 三 酯 的 合成 采取 Lo -磷酸 甘油 和 脂 酰 辅酶 两 种 活化 方式 。 脂 肪 酸 分 解 和 合成 主要 以 脂 酰 腺 苷 酸 和 脂 酰 辅酶 A 方 式 。 磷脂 的 合成 有 CDP 乙醇 胺 〈 胆 碱 )、CDP -二 脂 酰 甘油 、L-a -磷酸 甘油 、PAPS 等 活 方式 。 胆 固 醇 的 生物 合成 以 焦 磷 酸 方 式 为 主 , 如 IPP、DPP。 和 氨基 酸 活化 以 氨 酰 腺 昔 酸 方式 进行 。 核 苷 酸 本 身 就 是 一 种 活化 方式 。S - 腺 苷 蛋氨酸 是 甲 基 的 活化 方式 之 一 。 下 述 各 种 活化 方式 共同 的 一 面 就 是 它们 几乎 都 是 磷酸 化 产物 。“ 磷 是 生命 物 “ 质 代谢 的 中 心 ”的 观点 反映 了 这 一 特点 。 生物 选用 磷酸 化 方式 的 原因 至 今 不 大 了 解 。 我 国 科 学 家 赵 玉 芬 为 此 进行 了 富 有 成 效 的 研究 ， 她 发 现 ， 生 物体 中 的 有 机 物 可 以 自发 地 磷酸 化 ， 磷 酸化 产物 便 处 于 不 稳定 状态 。 FF 2.7 生物 化 学 反应 的 可 逆 性 在 6 大 酶 类 的 通 式 中 ， 一 般 用 可 逆 符 号 表示 酶 促 反 应 ， 即 酶 促 反应 都 是 可 逆 的 。 实 际 并 非 如 此 ， 生 物体 肉 许多 反应 正 反 并 非 南 同 二 酶 从 化。 涉及 能 障 的 许多 生化 反应 都 是 采用 绕道 走 的 方式 来 进行 。 如 ; ADP ATP ATP ADP 糖 原 二 = 1-P 葡 萄 糖 二 > HAR —\—7 —~ im A CO, 这 是 糖 原 分 解 代 谢 反 应 基础 上 的 “绕道 ” 酶 促 反 应 ， 是 糖 异 生 与 糖 酵 解 反应 不 同 之 一 。 丙 酮 酸 要 逆转 为 磷酸 焕 醇 式 丙 酮 酸 ,， “绕道 ”进行 且 耗 能 。 另外 ， 生 物体 内 有 许多 AG ALAN RM AW. MAH EWE ER 了 热力 学 定律 。 上 述 两 种 与 酶 促 反 应 可 逆 性 有 关 的 问题 还 限于 初步 的 解释 s 首先 应 当 肯 定 ， 化 学 反应 的 可 逆 性 是 绝对 的 。 讨 论 化 学 反应 的 的 可 逆 性 ， 意 味 着 有 一 些 反 应 在 化 学 上 不 可 逆 ( 单 向 )。 这 类 反应 可 以 用 Ar+B>C+D 来 表 示 ， 但 这 不 过 是 化 学 反应 中 可 逆反 应 的 极端 情况 ， 由 于 它 的 平衡 “位 于 右边 那么 远 “， 显 得 反应 朝 这 一 方向 进行 到 完全 。 表 现 的 单 向 反应 的 特征 是 ， 它 的 AGS 极 大 的 负 值 因而 Ke 也 极 大 )。 另外 ， 化 学 反应 可 逆 性 的 绝对 性 不 会 因为 酶 促 作 用 而 改变 。 酶 不 改变 化 学 反 应 平衡 点 ， 即 Keq 值 ， 它 只 对 和 孤立 酶 促 反 应 而 言 。 基于 上 述 两 个 原因 ， 教 科 书 中 的 酶 作用 通 式 一 般 用 僵 表 示 。 : 生物 为 何 采用 “绕道 ”方式 来 克服 能 障 ， 耗 散 结构 理 论 的 解释 是 : 一 个 远离 平衡 的 开放 系统 ， 通 过 不 断 地 与 外 界 交 换 物 质 和 能 量 ， 在 外 界 条 件 达到 一 定 的 阔 值 时 ， 可 能 从 原 有 的 混沌 无 序 状 态 转变 为 一 种 在 时 间 和 空间 上 或 功能 上 有 序 的 状 态 ， 这 种 远离 平衡 状态 形成 的 新 的 有 序 结构 即 所 谓 的 “ 耗 散 结构 `"。 从 这 一 理论 出 发 ， 酶 促 反 应 在 生物 体内 的 平衡 就 是 经 典 热力 学 的 非 平 衡 ， 或 者 说 ， 对 于 非 酶 促 反 应 来 说 的 平衡 ， 在 酶 作用 下 出 现 了 新 的 平衡 。 这 等 于 说 ， 酶 在 生物 体内 催化 的 反应 ， 已 经 对 经 典 平衡 进行 了 调整 。 这 种 调整 表现 在 两 个 方面 : 二 是 生物 体 中 的 不 可 道 反应 是 明确 的 、 肯 定 的 ， 所 以 生物 要 将 不 可 逆反 应 经 绕道 而 变 成 可 通 ， 这 是 酶 自身 及 酶 的 分 区 存在 、 细 胞 膜 的 隔离 所 致 ; 第 二 We AG ”为 正 的 反应 可 以 进行 。 关于 AG ”为 正 的 反应 为 什么 在 生物 体内 能 够 进行 ， 一 直 有 两 种 另外 的 解释 ， 一 种 是 活 度 ， 一 种 是 放 能 反应 和 吸 能 反应 的 偶 联 。 后 一 种 解释 很 难说 明生 物体 内 为 什么 这 类 反应 的 逆反 应 也 并 非 同 时 有 吸 能 和 放 能 的 偶 联 。 司 16 站 总 之 ， 生 物体 内 有 不 可 逆反 应 存在 。 酶 自身 的 可 变性 ， 按 照 传 统 的 催化 剂 的 概念 ， 反 应 前 后 催化 剂 自身 不 改变 。 随 着 人 们 对 生物 催化 剂 的 本 质 的 不 断 认识 ， 这 一 认识 已 经 发 生 改 变 。 在 别 构 酶 中 ， 别 构 剂 可 同 酶 进行 非 共 价 结合 ， 虽 然 酶 的 化 学 结构 没有 发 生根 ' 本 改变 ， 但 其 构象 发 生 改 变 。 酶 促 反 应 的 速度 甚至 方向 也 发 生 改 变 。 而 共 价 修饰 酶 类 ， 被 共 价 修饰 的 酶 成 了 另 一 种 酶 的 底 物 ， 发 生 了 磷酸 化 一 脱 磷 酸化 、AMP 化 和 脱 AMP 化 的 可 逆 的 变化 ， 酶 的 化 学 结构 改变 了 ， 空 间 构象 也 改变 了 。 关于 RNA 具有 催化 能 力 的 发 现 ， 更 充分 地 说 明了 反应 前 后 酶 自身 发 生 了 改 变 ， 四 膜 虫 的 rRNA 剪 切 成 熟 过 程 就 是 这 样 。 a) a 第 三 章 ， 生 物化 学 的 基本 内 容 生物 化 学 是 生命 的 化 学 。 是 用 化 学 的 原理 和 方法 解释 生命 现象 的 科学 。 由 于 化 学 和 物理 学 的 紧密 联系 ， 生 物化 学 不 单纯 采用 化 学 的 原理 。 相 比较 而 言 ， 至 今 的 生物 化 学 知识 仍然 以 化 学 的 原理 和 方法 为 主 。 3.1 氧化 还 原 纵 观 全 部 生物 化 学 知识 ， 氧 化 还 原 过 程 处 处 存在 。 从 具有 特殊 活性 的 小 分 子 到 生物 大 分 子 的 作用 ， 从 合成 到 分 解 ， 三 种 氧化 还 原 方式 (FRA, IAB A, MAMA) 都 可 见 到 。 3.1.1 生命 物质 的 两 性 解 离 AER. BHR. BRO FP AY A Air IE HB toy A fay EAE. 大 分 子 结构 后 ， 就 赋予 了 和 蛋白质 、 核 酸 、 脂 类 结构 两 性 解 离 的 特性 。 生 物 大 分 子 两 性 解 离 的 特点 是 这 些 大 分 子 内 部 结构 形成 、 各 种 大 分 子 相互 作用 、 大 分 子 同 小 分 子 包括 无 机 离子 相互 作用 的 基础 。 3.1.2 + 物 " 也 生物 电 如 何 产生 ， 至 今 不 甚 了解 。 但 蛋白 质 分 子 的 半 导 性 、 细 胞 的 膜 电位 、 神经 原 动 作 电 位 传导 、 能 量 转 换 中 线粒体 膜 和 叶绿体 膜 的 作用 都 与 生物 大 分 子 的 氧化 还 原 有 关 。 生 物 电 的 产生 和 传导 问题 ， 归 根 结 底 是 电子 传递 或 得 与 失 的 问 题 ， 或 者 说 是 电极 差 问 题 。 生 命 大 分 子 的 极 性 结构 一 方面 使 自身 带电 ， 另 一 方面 增 大 了 生物 组 织 的 介 电 常 数 。 3.1.3 酶 作用 的 机 理 一 些 酶 的 作用 中 心 具有 “电荷 中 继 网 ， 如 丝氨酸 类 酶 〈 胰 蛋白 酶 、 弹 性 蛋 Ales) 的 共 价 催化 方式 中 ， 亲 核 基 团 提 供电 子 ， 进 攻 底 物 中 缺 电子 的 碳 原 子 。 一 些 酶 的 中 心 通过 组 氮 酸 残 基 的 咪唑 基 既 作为 质子 受 体 ， 又 作为 质子 供 体 而 进行 18 . 酸 碱 催化 〈 胰 核糖 核酸 、 牛 凝 乳 蛋白 酶 )。 3.1.4 别 构 效应 蛋白 质 的 构象 异 构 主 要 方式 是 别 构 效 应 。 具 有 四 级 结构 的 和 蛋白质， 当 亚 基 之 ” 间 的 连接 为 盐 键 时 ， 或 者 别 构 效 应 中 心 对 pH 变化 敏感 时 ，HT 浓度 变化 无 疑 会 影响 这 些 蛋 白质 的 构象 。 3.1.5 能 量 转化 1 生物 物质 代谢 作用 之 一 是 能 量 转化 。 营 养 物质 分 解 、 光 合作 用 和 其 他 生物 合 成 过 程 时 出 现 的 脱 氢 、 加 氧 和 失 电 子 是 生物 体内 最 基本 的 代谢 过 程 。 氧 化 磷酸 化 过 程 就 是 从 底 物 上 脱 下 来 的 氧 经 呼吸 链 传递 而 同 氧 结合 成 水 ， 同 时 ADP 磷酸 化 转变 成 ATP 的 过 程 。 氧 化 脱羧 就 是 在 底 物 脱氧 的 同时 ， 伴 随 脱 羧 的 过 程 CA 酸 和 = 酮 戊 二 酸 氧化 脱羧 )。 动 物 和 植物 体 中 各 种 加 氧 酶 催化 生成 过 氧化 氢 和 其 ” 他 各 种 过 氧化 物 的 生成 更 是 一 种 氧化 过 程 。 3.1.6 生物 固氮 和 硝酸 盐 的 同化 极为 稳定 的 氮气 经 生物 固 握 作用， 转变 为 NHs， 这 一 过 程 的 本 质 是 一 种 还 RUB. 如 豆 科 植物 根瘤 中 共生 细菌 的 固氮 酶 依靠 自身 的 铁 硫 蛋 白 和 钼 铁 硫 蛋白 将 电子 转移 给 氮气 。 高 等 植物 能 将 根部 所 吸收 的 硝酸 盐 逐 步 还 原 成 亚 硝酸 盐 ， 最 后 还 原 成 氨 。 总 之 ， 氮 的 同化 是 一 个 还 原 过 程 。 3.1.7 碳 的 同化 有 机 质 中 的 碳 原子 归根 结 底 来 自 二 氧化 碳 。 二 氧化 碳 经 光合 作用 还 原 成 糖 。 三 氧化 碳 经 动物 、 植 物 和 微生物 的 氨基 甲 酰 磷酸 合成 酶 催化 ， 转 变 成 氨基 甲 酰 磷 酸 ， 氨 基 甲 酰 磷 酸 再 经 一 系列 转变 成 为 核 背 酸 的 过 程 总 体 说 来 也 是 一 种 加 氢 还 Fike 三 氧化 碳 经 光合 作用 第 一 步 还 原 成 糖 ， 糖 的 代谢 物质 再 进一步 还 原 成 脂肪 酸 和 胆固醇 ， 所 以 ， 碳 的 同化 仍 是 一 个 还 原 过 程 。 3.1.8 体液 pH 正常 情况 下 动物 体内 pH 的 变化 是 有 限 的 ， 这 是 因为 动物 甚至 植物 和 微生物 的 体内 有 缓冲 系统 。 动 物 和 人 体 主要 有 碳酸 盐 、 磷 酸 盐 和 蛋白 质 3 个 缓冲 对 , 对 体内 过 多 的 氢 离 子 和 和 氢 氧 根 离子 有 一 定 接受 能 力 。 3.2 构象 异 构 原 理 普通 有 机 化 合 物 的 结构 异 构 主 要 是 构造 异 构 和 立体 异 构 中 的 顺 反 异 构 和 旋光 异 构 。 生 物 大 分 子 不 仅 有 这 些 一 般 的 异 构 ， 更 重要 的 是 构象 异 构 ， 和 蛋白 质 的 别 构 和 DNA 的 拓扑 异 构 是 生物 大 分 子 构象 异 构 的 典型 代表 。 构象 异 构 是 由 生物 大 分 子 中 $ 键 旋转 所 致 ， 这 是 不 同 于 其 他 异 构 体 形成 的 根 本 所 在 。 构 象 异 构 不 改变 大 分 子 的 元 素 组 成 和 分 子 组 成 。 蛋 白质 的 别 构 仅 仅 是 除 一 级 结构 以 外 空间 结构 的 改变 ， 是 折 二 方 式 的 改变 。 核 酸 的 拓扑 异 构 仅 仅 是 二 链 相互 线 绕 次 数 〈 按 一 定 方向 ) 的 改变 。 3.2.1 生物 大 分 子 是 “弹性 分 子 ” 细胞 内 外 的 各 种 变化 都 可 以 通过 生物 大 分 子 构象 异 构 的 “弹性 ”表现 出 来 。 有 构象 异 构 的 生物 大 分 子 起 码 有 两 种 状态 ， 而 且 是 可 逆 的 。 当 导致 某 种 构象 异 构 的 条 件 消失 时 ， 这 种 生物 大 分 子 又 会 回 到 原来 的 构象 ， 例 如 血红 蛋白 在 不 同 的 pH 条 件 下 的 构象 异 构 。 3.2.2 酶 活性 的 别 构 调 节 生物 体内 有 许多 酶 ， 它 们 往往 处 在 多 酶 系列 的 分 叉 口 ， 这 些 酶 的 活性 中 心 有 一 类 称 为 别 构 效应 中 心 的 部 位 ， 专 门 用 来 调节 酶 反应 的 速度 。 别 构 效 应 中 心 结合 的 对 象 是 别 构 效 应 物 。 底 物 有 时 也 是 效应 物 。 一 般 而 言 ， 大 部 分 别 构 酶 的 底 物 一 初速 度 关 系 曲 线 不 符合 米 氏 公式 。 如 果 仅 仅 考虑 酶 本 身 空间 结构 正常 情况 下 可 变 的 一 面 ， 诱 导 契 合 学 说 所 揭示 的 酶 同 底 物 结合 时 的 构象 调整 ， 也 是 一 种 构象 异 构 。 在 酶 进行 催化 作用 时 ， 有 时 构象 也 在 不 断 改变 。 如 同一 个 人 用 力 搬 东西 时 身 体 各 部 分 协同 弯曲 一 样 ， 酶 的 空间 结构 的 这 种 改变 也 是 一 种 构象 异 构 。 由 于 诱导 契合 和 酶 在 催化 底 物 过 程 中 的 构象 异 构 研 究 得 不 很 深入 ， 所 以 一 般 20 - 所 指 的 酶 的 别 构 主 要 是 指 受 效 应 物 影响 使 酶 活力 改变 的 别 构 。 3.2.3 生物 大 分 子 的 识别 能 力 各 类 生物 大 分 子 之 间 有 相互 作用 ， 这 种 作用 有 直接 和 间接 两 种 方式 。 其 中 直 接 的 相互 作用 有 专 一 性 和 非 专 一 性 两 种 。 专 一 性 相互 作用 的 基础 无 非 是 双方 的 化 学 结构 和 空间 结构 两 个 方面 。 由 于 各 种 生物 大 分 子 在 相互 作用 之 前 已 经 具有 了 各 自 的 空间 结构 ， 所 以 相互 识别 主要 是 一 种 空间 结构 水 平 的 作用 。 双 方 相 互 作 用 后 的 效果 的 进一步 传播 靠 什 么 ? 在 没有 发 现 一 种 新 的 传播 介质 之 前 ， 目 前 人 们 关注 的 自然 仍 是 构象 变化 。 目前 已 知 的 生物 大 分 子 的 相互 识别 包括 DNA-DNA、RNA-RNA、DNA- RNA、DNA -蛋白质 、 蛋 白质- 蛋 白质。 这 等 于 说 ， 生 物 大 分 子 之 间 具 有 普遍 的 专 二 性 识别 能 力 。 这 种 识别 主要 是 空间 结构 水 平 的 识别 。 3.2.4 生命 过 程 能 量 转换 的 研究 与 构象 异 构 1997 年 诺 贝 尔 化 学 奖 授予 美国 的 Boyen、 英 国 的 Walken FIFTH AY Skou. Bil 两 人 在 ATP 合成 酶 如 何 合成 ATP 的 分 子 机 理 方 面 对 60 年 代 化 学 渗透 学 说 做 了 进一步 研究 。ATP 合成 酶 由 3 个 部 分 组 成 : 基部 、 头 部 和 颈 部 。 前 者 位 于 线 粒 体内 部 ， 头 部 伸 出 朝向 内 膜 内 ， 肛 部 将 头 部 和 基部 相连 。 催 化 亚 基 位 于 头 部 ， 由 3 个 B 亚 基 组 成 中 心 。Boyen 认为 此 中 心 的 构象 可 变 : 一 种 构象 有 利于 结合 ADP 和 无 机 磷酸 ; 一 种 构象 有 利于 ATP 合成 ; 一 种 构象 有 利于 ATP 释放 。 这 三 种 构 象 变化 是 头 部 催化 亚 基 中 心 转动 过 程 中 交替 出 现 的 。 旋 转 所 需 的 能 量 来 自 He 流 ， 这 就 是 旋转 催化 假说 ，1994 年 Walken 等 经 过 对 牛 心 线粒体 ATP 合成 酶 结 唱和 X 射 线 衍 射 ， 证 实 了 Boyen 的 旋转 构象 变化 假说 。 Skou 的 成 就 在 于 发 现 K-ATP、Na-ATP 酶 ， 这 是 消耗 体内 ATP 最 多 的 酶 (13 ATP)。 其 他 科学 家 已 将 其 一 级 结构 测 出 ， 但 晶体 和 空间 结构 仍 未 完成 。 3.2.5 上 遥 病毒 与 构象 异 构 1997 年 诺 贝 尔 生理 医学 奖 授 予 美 国 加 州 旧金山 大 学 Stanley B. Prusien， 表 彰 他 发 现 肝 病毒 及 其 致 病 机 理 。 以 往 发 现 的 病毒 均 为 核酸 ， 致 病原 因 主 要 与 核酸 有 关 ， 而 一 种 蛋白 质 分 子 通过 构象 变化 而 致 病 ， 无 疑 是 对 病毒 的 传统 认识 和 生物 学 中 遗传 信息 的 唯一 载体 是 核酸 的 挑战 。Prusien 1972 年 起 通过 对 人 类 克 雅 氏 病 致 病因 子 的 研究 ， 发 现 了 这 种 蛋白 病毒 (prion)。20 S4F lA, FAA TEAR ha, . 21 . tai SIE. KABA EMS a eR i BU, AEH N Bit ReiBA PHAM. EXRMRAKHR Ea, CRABB HR, 体内 积累 到 一 定 水 平 OR BI RA) ALAS TLR) Ja BE. 3.3 平衡 原理 生命 物质 运动 不 同 于 非 生 命 物质 运动 的 根本 区 别 ， 在 于 生物 新 陈 代谢 的 自我 调节 。 这 种 调节 的 结果 便 是 各 种 平衡 。- 3.3.1 和 毛 平 & 氮 平 衡 即 所 摄取 的 蛋白 质 的 所 与 所 排出 的 《尿素 等 ) 氮 之 差 。 在 生长 发 育 阶 段 的 婴 幼 儿 ， 机 体 摄取 的 蛋白 质 大 部 分 用 于 机 体 的 生长 发 育 、 合 成 新 组 织 的 蛋 自 质 ， 故 处 于 正 氮 平 衡 ， 反 之 叫做 负 氮 平衡 。 长 期 的 负 氮 平衡 引起 体内 和 蛋白质 不 足 ， 由 此 产生 的 临床 症状 如 果 引 起 人 们 注意 ， 负 氮 平 衡 在 一 段 时 间 内 又 会 得 到 纠 正 。 3.3.2 hk FF & ie — Ft BF WAAR . (AAR PAKS BARS BED PBR 子 的 来 源 ， 如 果 食 物 中 糖 的 成 分 缺少 ， 体 内 的 脂肪 分 解 加 速 ， 糖 异 生 加 速 ， 导 致 酮 体 增高 ， 可 能 出 现 酸 中 毒 ， 蛋 白质 合成 减少 ， 这 些 不 良 现象 都 是 因为 生物 要 维 持 三 羧 酸 循环 的 正常 进行 。 三 羧 酸 循环 是 各 种 物质 彻底 分 解 的 途径 ， 同 时 也 为 蛋 白质 合成 所 需 的 氨基 酸 提供 碳 骨 架 。 3.3.3 能 量 平衡 产能 和 耗 能 反应 之 间 的 平衡 通常 用 能 荷 来 表示 。 能 荷 等 于 ATP 和 1 ADP 占 体 内 全 部 腺 苷 酸 (ATP+ ADP+ AMP) 浓度 的 百分数 。 能 荷 过 大 时 负 反 馈 抑 制 产 能 分 解 反 应 。 维 持 机 体 需要 消耗 的 最 低 量 的 能 量 称 为 基础 代谢 。 3.3.4 水 平 & 生物 体 的 组 成 大 部 分 是 水 ， 而 且 含 量变 化 很 大 。 植 物 一 方面 通过 根部 等 吸收 水 ， 一 方面 通过 蒸腾 排出 水 ; 动物 饮水 和 排水 有 了 专门 的 系统 和 组 织 。 必 须 注 意 ”有 2。 到 ， 生 物 也 能 生成 水 ， 一 个 正常 的 人 每 日 生成 水 800 一 900g， 这 部 分 水 是 呼吸 链 转化 能 量 时 产生 的 。 水 的 平衡 总 是 和 矿质 平衡 联系 在 一 起 的 。 钠 、 钾 、 和 氧 等 离子 是 细胞 内 外 主要 的 离子 ， 与 渗透 压 、 膜 电位 密切 相关 ; 钙 、 镁 、 磷 与 代谢 调节 、 骨 的 形成 等 密切 相关 。 生 物 不 能 合成 矿质 ， 生 物 也 不 能 使 矿质 消失 ， 每 一 种 矿质 元 素 进出 生物 体 的 机 会 和 多 少 取决 于 生物 的 摄取 、 保 留 和 排泄 。 3.3.5 ” 酸 碱 平衡 -细胞 的 化 学 反应 是 酶 促 反 应 。 细 胞 的 结构 物质 主要 是 蛋白 质 和 脂 类 。pH 的 变化 对 和 蛋白质: 酶 和 脂 类 的 结构 影响 很 大 ， 每 一 种 生物 都 有 一 个 相对 稳定 的 pH 范围 。 动 物 的 pH 维持 和 调节 能 力 较 强 。 酸 中 毒 和 碱 中 毒 是 动物 和 人 的 pH 调节 能 力 下 降 或 有 限 的 结果 。 必须 注意 到 ， 生 物 的 各 种 平衡 是 一 种 动态 的 平衡 。 同 一 种 平衡 有 不 同 的 水 平 ， 旧 的 平衡 被 打破 ， 新 的 平衡 又 产生 ; 生物 的 各 种 平衡 是 有 限 的 平衡 ， 因 为 生 物 的 调节 能 力 是 有 限 的 ; 建立 平衡 的 基本 途径 是 反馈 ， 特 别 是 负 反 馈 。 3.4 循环 原理 生物 体 中 有 各 种 各 样 的 循环 。 三 羧 酸 循环 、 卡 尔 文 循环 、 尿 素 循 环 、 乙 醛 酸 循环 、 磷 酸 成 糖 循环 是 代谢 途径 ， 氢 循环 、 碳 循环 、 氧 循环 、 水 循环 是 物种 之 间 、 生 态 系 统 之 间 的 循环 ; 动物 体内 还 有 血液 循环 。 循 环 的 特点 是 重复 利用 ， 是 一 种 节约 机 制 。 « BF -« SOS SARtMUS 如 果 包 括 作为 催化 作用 的 酶 类 及 和 蛋白质 激 素 ， 蛋 白质 生 物化 学 在 各 种 生物 化 学 教科 书 中 至 少 占 到 全 书 一 半 的 内 容 。 这 足以 说 明和 蛋白 质 知识 在 生物 化 学 中 首届 一 指 的 地 位 。 为 了 使 大 家 对 有 蛋白质 的 生物 化 学 知识 有 一 个 全 面 、 系 统 的 掌握 ， 特 将 蛋白 质 化 学 、 酶 、 蛋 白质 降解 、 氮 基 酸 代谢 、 蛋 白质 生物 合成 5 部 分 内 容 融 为 一 体 。 蛋白 质 生 物化 学 知识 内 容 丰 富 ， 主 要 的 知识 点 包括 以 下 几 个 方面 : (1) 出 现在 蛋白 质 中 的 氨基 酸 结构 式 、 代 写 符号 、 分 类 地 位 ， 这 些 知 识 是 要 记忆 的 。 (2) 蛋白 质 中 氨基 酸 组 分 的 测定 技术 。 (3) 蛋白 质 结 构 的 划分 及 其 相互 关系 。 (4) 蛋白 质 一 级 结构 测定 原理 和 技术 。 (5) 蛋白 质 分 离 、 纯 化 、 定 量 分 析 原 理 和 技术 。 上 述 (2), (3). (4). (5) 知识 点 是 氨基 酸 和 和 蛋白 质 理化 性 质 的 应 用 。 (6) 酶 的 结构 特点 。 (7) 酶 作用 的 一 般 原 理 和 机 理 。 (8) 酶 促 反应 速度 。 一 般 认 为 ， 酶 学 知识 目前 主要 是 概念 问题 。 (9) 蛋白 质 降解 与 水 解 蛋白 酶 类 。 (10) 所 代谢 。 (11) 人 类 必需 氨基 酸 的 生物 合成 途径 。 (12) 遗传 密码 的 特点 。 (13) 蛋白 质 生 物 合成 的 条 件 和 步骤 。 (14) 毒素 蛋白 。 另 有 以 下 知识 比较 复杂 ， 且 正在 发 展 之 中 。 (15) 蛋白 质 折 县 与 去 折 友 ， 这 是 目前 蛋白 质 生 物化 学 万 至 分 子 生 物 学 的 基 础 性 难题 。 (16) 酶 作用 的 机 理 。 (17) 肝病 毒 。 (18) 多 肽 生长 因子 。 上 述 知识 点 在 第 一 次 学 习 中 已 经 接触 过 ， 在 此 之 后 进一步 加 深 理 解 和 理 顺 这 。 24 « 些 内 容 ， 从 中 悟 出 内 在 联系 和 规律 ， 确 定 其 中 的 重点 和 难点 ， 方 可 实现 这 些 知 识 AFA 4.1 肽 和 蛋白质 的 全 水 解 及 氨基 酸 组 分 测定 肽 和 和 蛋白质 的 全 水 解 通常 采用 Omol/L HCl 于 110C、 真 空 条 件 下 水 解 10 一 24 小 时 ， 同 时 另 用 Smol/L NaOH 于 110C 、 真 空 下 水 解 20 小 时 。 因 为 前 者 水 解 过 程 中 破坏 了 色 氮 酸 ， 但 所 得 的 氨基 酸 不 消 旋 ; 后 者 不 破坏 色 氨 酸 ， 但 多 种 其 他 氨基 酸 遭 破坏 。 二 者 同时 采用 ， 即 可 获得 两 种 酰胺 外 的 其 他 氨基 酸 。 两 种 酰胺 的 总 量 可 直接 由 水 解 液 中 释放 的 氨 量 求 出 。 近 年 来 用 甲 基 磺 酸 代 替 HCl AAR 可 用 分 光 光 度 法 测定 。 20 种 氨基 酸 在 蛋白 质 中 分 布 的 频率 从 大 到 小 排列 如 下 : Leu, Ala. Ser, Gly, Val, Glu, Thr, Lys, Ile, Asp, Arg, Pro, Asn, Phe, Tyr. Met. His, Cys\、Trp。 从 中 可 以 看 到 ，R 基 愈 特殊 ， 分 布 频率 愈 小 。 酶 法 全 水 解 成 本 高 、 难 度 大 ， 主 要 用 于 测序 时 的 部 分 水 解 。 通过 全 水 解 获得 的 多 肽 或 蛋白 质 水 解 液 要 经 过 分 离 和 定量 才能 求 得 各 种 氨基 酸 组 成 比 。 通常 采用 强酸 型 阳离子 交换 树脂 加 曹 三 酮 反应 对 全 水 解 液 进行 分 离 定 量 。 自 动 化 氨基 酸 分 析 仪 就 是 采用 这 种 方法 设计 而 成 的 。 在 洗 脱 过 程 中 ， 洗 出 的 顺序 是 酸性 氨基 酸 一 中 性 氨基 酸 一 碱 性 氨基 酸 。 和 阳离子 交换 树脂 静电 吸引 越 小 ， 洗 出 的 顺序 越 向 前 。 采用 毛细 管 电泳 、 气 相 色谱 、 高 压 液 相 色 谱 技 术 也 豆 分 离 氨基 酸 。 4.2 ”多肽 或 蛋白 质 的 氨基 酸 序列 测定 知道 了 多 肽 或 蛋白 质 的 氨基 酸 组 成 比 不 等 于 得 知 它们 的 顺序 。 蛋 白质 化 学 结 构 、 平 面 结构 或 日 一 级 结构 是 指 氨基 酸 的 序列 。 目前 尚 无 一 种 办 法 能 够 直接 和 一 次 测定 氨基 酸 排序 。 蛋 白质 分 子 一 般 由 几 十 个 疙 至 几 千 个 氨基 酸 排列 而 成 ， 部 分 蛋白 质 还 有 多 种 肽 链 。 根 据 化 学 反应 平衡 原 理 ,通常 要 将 长 的 肽 链 化 大 为 小 ， 然 后 分 段 测定 ， 最 后 再 拼凑 成 完整 肽 链 。 即 使 自动 化 的 顺序 分 析 仪 也 要 这 样 做 。 测定 肽 链 N 端 或 C 端的 残 基 是 为 了 知道 蛋白 质 由 几 条 链 组 成 ， 目 前 主要 从 N 端 测定 。 这 就 是 调节 和 蛋白 的 别 构 效 应 。 要 注意 蛋白 质 构 象 运动 和 蛋白质 别 构 运动 的 关系 。 别 构 是 受 外 来 调节 物质 作用 后 出 现 的 构象 运动 ， 这 种 构象 运动 是 可 闭 的 。 许 多 蛋白 质 可 以 在 自身 结合 外 来 的 修饰 物 或 发 挥 功能 时 携带 某 种 小 分 子 物 质 后 发 生 构 象 改变 ,， 进 而 带 来 自身 功能 的 改 变 ， 蛋 白质 发 挥 作用 时 受 外 来 因素 影响 而 结构 发 生 构象 变化 的 现象 叫做 别 构 5 具 有 别 构 能 力 的 蛋白 质 主要 是 寡 聚 蛋白 。 别 构 蛋 自 具有 专 一 的 和 外 来 调节 物 结合 的 部 位 ， 别 构 效 应 是 蛋白 质 构象 运动 中 了 解 最 多 最 次 人 的 一 类 六 基本 特点 在 于 这 种 运动 是 同 专 一 效应 物 结合 后 出 现 的 ， 而 且 伴 随 着 别 构 蛋 和 白质 功能 的 改变 描述 蛋白 质 别 构 的 典型 例子 首先 是 血红 和 蛋白， 后 来 增加 了 天 冬 所 酸 转 氨 甲 酰 ” 酶 ,现在 又 有 了 3 -磷酸 甘油 醛 脱 氢 酶 等 ， 前 两 例 最 有 代表 性 ,; 应 当 有 深信 细致 的 了 解 。 描述 一 种 蛋白 质 的 别 构 作 用 时 首先 要 了 解 亚 基数 目 和 类 型 ， 其 次 要 了 解 这 种 蛋白 质 别 构 所 需 的 调节 物 的 种 类 、 结 构 、 来 源 和 同 哪 个 亚 基 结 合 。 关于 调节 物 怎 样 导致 蛋白 质 别 构 的 机 理 问 题 ， 基 本 搞 清 楚 的 仅 限 于 血红 蛋白 等 极 少数 蛋 和 白质。 血红 蛋白 的 4 个 亚 基 间 ,，a 亚 基 与 B 亚 基 接触 多 于 两 个 w 链 或 两 个 B 链 之 间 接触 的 观点 值得 注意 。 因 为 仅 从 血红 蛋白 脱氧 时 4 个 亚 基 闻 的 8 个 盐 桥 分 布 来 看 恰恰 和 这 一 观点 相反 ， 而 且 血 红 蛋 白 别 构 时 ， 假 定 的 氧 的 结合 顺序 是 -~o- 一 和 >o 血红 蛋白 别 构 的 机 理 要 点 可 概括 为 : 一 个 亚 基 与 On 结合 ，Fe 原子 由 路 啉 环 平面 止 方 约 0.06nm 处 落 人 中 啉 环 平面 内 ， 由 此 触发 整个 构象 改变 ; 第 二 是 HC, 酷 氨 酸 从 F、H 空隙 中 被 挤 出 而 得 以 自由 旋转 ; 第 三 是 所 有 8 个 盐 桥 断 开 ; 第 四 是 两 个 B 亚 基 间 的 DPG 被 挤 出 ; 第 五 是 盐 桥 断裂 使 B 亚 基 构象 改变 ，B 亚 基 67 fi (E11) MARR, BWA] O AA. HT CO; & DPG 均 使 血红 蛋白 趋 于 脱氧 构象 。H 与 ai MARAA HH Hy 正 电 而 与 另 一 “ 亚 基 的 末端 羧基 结合 形成 盐 桥 ， 这 是 对 玻 耳 效应 的 初步 解释 ,有 目 前 认为 约 有 6 个 类 似 的 盐 桥 因 H 而 增加 ; CO, 使 氨基 甲 酰 化 并 同时 释放 出 H , 带 负 电 的 氨基 甲 酰基 可 带 来 新 的 盐 桥 ， 放 出 的 Hz 作用 相同 于 玻 耳 效应 ; DPG 有 两 个 磷酸 基 ， 在 B 亚 基 之 间 双 向 结合 正 电荷 基 团 。 总 之 ，H- 、CO, 和 了 DPG 均 以 增加 盐 桥 的 方式 使 血红 蛋白 的 别 构 能 力 下 降 ， 从 而 也 促进 了 和 氧 合 血红 蛋白 释放 . 31 . or 天 冬 氨 酸 转 氨 甲 酰 酶 不 同 于 血红 蛋白 ， 有 12 条 肽 链 ， 分 为 调节 和 催化 两 类 亚 基 ， 调 节 亚 基 为 二 聚 体 ， 催 化 亚 基 为 三 聚 体 ， 最 终 产 物 CTP 为 该 酶 的 抑制 剂 ， 氨基 甲 酰 磷 酸 、 天 冬 氨 酸 和 ATP 为 活化 剂 。ATP 的 调节 物 作用 涉及 到 能 荷 的 问 题 时 ， 通 常 ATP 是 作为 负 反馈 抑制 剂 的。 这 一 点 要 特别 注意 ， 调 节 亚 基 和 CTP aK ATP 结合 后 引起 构象 改变 ， 此 种 改变 进而 影响 到 催化 亚 基 构象 改变 。 具有 上 述 别 构 作用 的 酶 都 是 关键 酶 。 必 须 清 楚 ， 别 构 酶 往往 一 种 酶 有 多 种 酶 活性 。 一 种 催化 活性 降低 意味 着 另 一 种 催化 能 力 增加 ， 绝 非 是 一 种 完全 的 开关 机 制 。 别 构 酶 的 活性 变化 是 可 逆 的 。 通过 和 蛋白质 的 构象 运动 可 以 对 酶 、 泵 、 抗 体 、 受 体 及 多 种 水 溶性 细胞 因子 的 作用 机 理 有 进一步 的 认识 。 关于 酶 的 作用 机 理 的 张力 与 变形 理论 ， 其 实质 就 是 酶 与 底 物 结 谷 时 相互 作 用 。 酶 和 底 物 分 子 都 可 以 生 形 变 ， 羧 肽 酶 A 结合 底 物 前 后 X 射线 衍射 结果 表明 形变 非常 明显 。Tyr248 的 酚 羟 基 一 下 子 移 动 了 相当 整个 分 子 直径 的 144， 约 有 1.2nm, Na* -K+ 泵 就 是 分 布 在 膜 上 的 Na+ -K+ ATP 酶 ， 是 一 个 跨 膜 的 单 肽 链 。 同 时 结合 有 一 个 糖 蛋白 。Ca2+ 泵 即 Ca2+ -ATP 酶 ， 同 样 是 一 种 以 ATP 为 辅 基 的 激酶 ， 是 一 个 跨 膜 分 布 单 肽 链 。 二 者 的 作用 机 理 ， 目 前 同 为 磷酸 化 与 脱 磷酸 化 一 构象 运 动 理论 。 一 条 肽 链 横 跨 细胞 膜 ， 对 称 或 不 对 称 分 布 在 膜 的 两 侧 ， 一 条 链 都 有 着 多 个 结构 域 ， 有 的 位 于 外 侧 ， 有 的 位 于 膜 中 和 膜 内 侧 ， 一 侧 结构 域 的 运动 引起 其 余 部 分 连锁 反应 ， 这 就 是 结构 域 的 相对 运动 ， 这 一 运动 的 触发 来 自 某 一 侧 肽 链 未 端 的 磷酸 化 。 4.7 氮 基 酸 代 谢 和 糖 、 脂 和 核 背 酸 代谢 相 比 ， 氨 基 酸 代谢 比较 复杂 ， 合 成 和 分 解 之 间 的 关系 不 密切 ， 要 全 面 真正 理 顺 这 些 内 容 有 一 定 难度 。 但 是 ， 如 同 糖 、 脂 和 核 昔 酸 代谢 一 样 ， 氨 基 酸 代谢 的 内 容 一 直 变动 不 大 ， 仍 属 经 典 生物 化 学 部 分 。 一 般 而 言 ， 注 意 以 下 几 个 方面 的 知识 即 可 : (1) 氨基 酸 代谢 的 核心 是 所 代谢。 脱毛 、 转 氨 、 氨 的 还 原 、 氨 的 去 路 等 知识 要 认真 学 习 。 (2) 氮 基 酸 碳 骨 架 的 代谢 实质 上 是 糖 、 脂 代谢 中 间 物 的 转化 。 (3) 对 于 过 分 宛 长 的 代谢 途径 ， 重 点 掌握 每 个 途径 的 起 始 物 和 最 终 产 物 及 重 要 的 与 调节 有 关 的 中 间 物 。 (4) 严格 区 分 各 种 氨基 酸 ， 特 别 是 必需 氨基 酸 在 动物 、 植 物 和 微生物 体内 代 s 谢 途 径 的 差异 。 例 如 莽 草 酸 途 径 仅仅 存在 于 植物 和 微生物 。 (5) 一 些 氨基 酸 的 代谢 与 常见 病 相 关 ， 一 些 氨基 酸 代 谢 中 间 物 是 具有 重要 生 物 功能 的 小 分 子 衍 生物 ,在 医学 和 制药 工业 经 常 要 用 到 这 些 知识 。 氨基 酸 代谢 的 包括 以 下 内 容 : (1) 氨基 酸 的 脱 氨 、 转 氨 及 氮 的 去 路 。 (2) 氨基 酸 碳 骨 架 的 分 解 。 (3) 必需 氮 基 酸 的 生物 合成 。 (4) 重要 的 氨基 酸 代谢 衍生 物 。 (5) 生物 固氮 。 上 述 内 容 中 ，(1)、(2)、(3) 是 最 基本 的 内 容 。 生 物 固 氮 在 多 数 生物 化 学 教 科 书 中 仅仅 是 一 般 介 绍 ， 故 略 去 。 第 (3) 部 分 内 容 在 微生物 和 植物 生理 学 中 也 要 讲授 。 活 性 肽 的 合成 附 在 蛋白 质 合成 之 后 。 4.7.1 和 氮 基 酸 的 脱 氨 基 、 转 氨基 及 氢 的 去 路 - 氨基 酸 脱 所 有 氧化 脱 所 和 非 氧化 脱 氨 两 种 方式 。 前 者 存在 于 动 、 植 物体 内 ， 是 主要 的 脱 氢 方 式 。 氧 化 脱 所 实质 是 伴随 着 脱 氢 的 脱毛， 脱 氢 并 脱 所 后 的 氨基 酸 转变 成 a- 酮 酸 : Pena se 2 ers iris NH; O 催化 氨基 酸 氧 化 脱 氨 的 酶 可 以 划分 为 3 大 类 : L-RERRAI. D-R ER 氧化 酶 和 氧化 专 一 氨基 酸 的 酶 。L -氨基 酸 氧 化 酶 仅 催化 工 -氨基 酸 氧化 脱 氨 ， 人 和 动物 体 中 的 此 类 酶 以 FMNN 为 辅 基 。D -氨基 酸 氧 化 酶 催化 D -氨基 酸 氧 化 脱 氨 ， 以 FAD 为 辅 基 。 专 一 氨基 酸 氧 化 酶 仅 催化 某 种 氨基 酸 氧化 脱毛 ， 其 中 以 工 - 谷 氨 酸 脱氧 酶 最 为 重要 ， 此 酶 广 布 于 动物 、 植 物 和 微生物 ， 一 种 以 NAD* Wii Be, 7—FRLA NADP 为 辅酶 。 该 酶 使 氨基 酸 直接 脱 去 氨基 的 活力 最 强 ， 为 别 构 酶 。 味 精 生 产 即 利用 微生物 体内 的 谷 氨 酸 脱 氢 酶 将 w - 酮 戌 二 酸 转 变 为 谷 氨 酸 ， 进而 转化 成 谷 氨 酸 钠 。 转 氨基 作用 和 脱 氨基 作用 联合 一 起 实现 的 联合 脱毛， 迄今 仍然 认为 是 由 世 - 谷 氢 酸 脱氧 酶 担负 真正 脱 去 氨基 的 作用 : 氨基 酸 的 转 氨 RHAR. MAM, HAR, MARS, HRARMABA 将 自身 的 -氨基 转移 给 酮 酸 ， 而 且 这 个 反应 是 可 逆 的 。 由 此 也 说 明了 非 必需 所 基 酸 生物 合成 的 途径 。 转氨酶 分 布 很 广 ， 至 今 已 发 现 有 50 种 以 上 D -氨基 酸 和 L -氨基 酸 都 有 相应 的 转氨酶 。 转 氨 酶 的 辅 基 均 为 磷酸 吡 哆 醛 。 转 氨 机 理 均 为 形成 醛 亚 胺 中 间 物 。 。 33 要 o- 酮 戊 二 酸 NADH H o- 氨基 酸 NADHP*H* 转氨酶 谷 氨 酸 脱 氢 酶 o- AB BAB NAD NADP 联合 脱毛 ”联合 脱 氮 的 方式 有 两 种 : -HeU L-FARMAMR A PD AS 联合 脱 氨 ; A-KERREA RBH. ERAA RBA REARERE ERED 合成 的 反应 途径 基本 相同 OA BRIA AE — PRT AG) AB L, OWL, PRE 和 脑 的 脱 氨 以 此 途径 为 主 。 所 的 排泄 氨 的 排泄 方式 与 生物 进化 密切 相关 。 原 生动 物 、 线 虫 、 鱼 类 和 水 生 两 栖 类 主要 生活 在 水 中 ， 以 氮 的 形式 直接 排出 氨基 氮 ; SAS AGA ERAS 以 固体 尿酸 的 悬浮 液 排 氨 ; 陆 生 生物 排 氨 以 尿素 形式 为 主 。 屎 素 是 在 肝脏 经 尿素 循环 途径 合成 的 。 尿 素 循 环 途 径 实际 上 是 乌 氨 酸 、 瓜 所 酸 和 精 氨 酸 三 种 氨基 酸 之 间 的 相互 转变 。 尿 素 循 环 途 径 和 喀 喧 核 苷 酸 生 物 合成 途径 起 始 相 同 ， 最 终 产 物 不 同 。 受 两 种 氨 甲 酰 磷酸 合 酶 CI AIT) 调节 分 配 ， 这 是 一 种 极为 典型 的 分 化 与 反 分 化 的 例证 。 在 动物 生长 发 育 阶段 。 氨 主要 用 于 喀 啶 核 苷 酸 的 合成 ， 这 是 所 平衡 中 的 正平 衡 原 因 之 一 。 随 着 肝 组 织 再 生 的 完成 ， 尿 素 合成 成 为 肝 细 胞 处 理 氨 的 主 要 方式 。 氨 甲 酰 磷酸 合成 酶 I( 线 粒 体 中 ) I | NH;,+CO,+2ATP+H,O FRR A Be IT ( ew ) SURES PME (线粒体 中 ) ， 爪 伺 酸 _， 尿 素 ETTTETTTTTYITTTR RAS AR me 氨基 甲 酰 磷 酸 合成 酶 I 和 乌 氢 酸 氮 基 甲 酰 转 移 酶 在 一 起 存在 于 肝 细 胞 线粒体 中 。 氮 基 甲 酰 磷酸 合成 酶 II 和 天 冬 氨 酸 氨基 甲 酰 转移 酶 在 一 起 存在 肝 细 胞 胞 液 中 。 尿 素 循环 的 瓜 氨 酸 形成 之 前 的 反应 在 肝 细 胞 线粒体 中 进行 ,以 后 的 反应 在 胞 液 中 进行 。 尿素 也 是 多 数 鱼 类 、 两 栖 类 嗓 叭 代谢 的 产物 。 由 此 说 明了 氨 代 谢 在 进化 过 程 中 的 相似 性 。 从 整个 动物 界 而 言 ， 含 氮 物 质 如 氨基 酸 和 核 苷 酸 分 解 的 最 终 排 氨 方 式 无 非 是 氨 、 尿 素 、 尿 酸 三 种 主要 7 物 ， 其 他 方式 比较 少见 。 植 物 以 贮存 谷 氨 酰 胺 、 天 冬 酰 胺 为 主 。 » 34 - 4.7.2 KARA 20 种 氨基 酸 的 碳 骨 架 以 5 种 产物 (乙酰 CoA, a - 酮 成 二 酸 、 琥 珀 酰 CoA, 延 胡 索 酸 和 草 酰 乙酸 ) 进入 三 羧 酸 循环 ， 最 后 彻底 氧化 为 CO 和 水 。 这 5 种 产 物 均 为 糖 代谢 的 中 间 物 ， 有 些 也 是 脂 代谢 的 中 间 物 。 各 种 氨基 酸 的 碳 骨 架 并 非 只 有 彻底 氧化 一 条 路 ， 它 们 也 可 以 再 次 转变 为 相对 应 的 氨基 酸 〈 非 必需 氨基 酸 来 源 之 一 )， 也 可 以 转变 为 糖 和 脂肪 ， 也 可 以 转变 为 酮 体 。 10 种 氨基 酸 (两 、 苏 、 丝 、 甘 、 半 胱 、 葵 丙 、 酷 、 亮 、 赖 、 色 ) 分 解 后 形 成 乙酰 CoA; 5 种 氨基 酸 OH. A. BARR. Wi, AAR) 形成 w- 酮 成 二 酸 ; 3 种 氨基 酸 (5G. BH. A) 转变 为 琥珀 酰 CoA; 2 HAREM (KZAM. KE 酰胺 ) 转变 为 草 酰 乙酸 。 葵 两 氨 酸 、 酷 氨 酸 又 可 形成 延 胡 索 酸 。 这 样 的 再 分 解 去 路 几乎 无 什么 规律 而 言 ， 只 能 逐个 了 解 。 必 须 注意 到 ， 氮 基 酸 碳 骨 架 的 分 解 虽然 归于 以 5 种 糖 代谢 中 间 物 的 进一步 分 解 ， 但 并 非 20 种 氨基 酸 仍 以 分 解 途径 逆向 而 合成 ， 因 为 对 于 人 和 多 数 动 物 而 言 ， 必 需 氨 基 酸 的 分 解 途径 不 同 于 合成 途径 ， “” 理 则 就 无 必需 氨基 酸 可 言 了 。 值得 注意 的 是 ，20 种 氨基 酸 碳 骨 架 进 入 三 羧 酸 循环 时 惟独 没有 采用 三 羧 酸 循环 中 的 含 羟基 的 三 种 有 机 酸 (苹果 酸 、 柠 檬 酸 、 异 柠檬 酸 )。 因 此 可 以 说 ，20 种 氨基 酸 的 碳 骨 架 分 解 仅 选用 了 三 羧 酸 循环 中 的 - 酮 酸 和 延 衣 索 酸 。 另 外 ， 虽 SRA 10 种 氨基 酸 可 以 通过 乙酰 CoA 进入 糖 代 谢 而 彻底 分 解 ， 但 只 有 其 中 5 种 (EA, B58. 358, f&) 直接 形成 乙酰 CoA， 其 余 要 经 过 丙酮 酸 ， 然 后 转变 成 乙酰 CoA。 能 直接 形成 乙酰 CoA 的 5 种 氨基 酸 因为 可 形成 酮 体 ， 统 称 为 生 酮 氨基 酸 ， 它 们 都 是 必需 氨基 酸 。 必需 氨基 酸 、 非 必需 氨基 酸 、 生 糖 氨基 酸 、 生 酮 氨基 酸 、 生 糖 兼 生 酮 氨基 酸 之 间 的 关系 概括 为 : 非 必需 氨基 酸 < 一 ~ 糖 必需 氨基 酸 < 一 ~ 酮 体 由 此 可 知 ， 必 需 氨 基 酸 的 碳 骨 架 分 解 不 可 逆 。 氨基 酸 分 解 过程 中 可 形成 多 种 衍生 物 。 比 较 重 要 的 衍生 物 有 一 碳 基 、 腕 、 肌 RM. y-RETR. FRR. VRCR,. BAR, FERMRMRS. .生物 体内 常见 的 一 碳 基 有 : 甲 基 (—CH;), FAM HE (一 CH 一 )、 次 甲 基 (—CH= ), #2712& (一 CHIOH)、 甲 酰基 (一 CHO)、 亚 氨 甲 基 (一 CH=NH)。 一 碳 基 的 携带 者 为 四 氢 叶 酸 (FH4 )。 一 碳 基 来 自 甘 、 苏 、 丝 、 组 、 蛋 共 5 HA ae 基 酸 。 从 量 上 分 析 ， 丝 氨 酸 是 一 碳 基 主 要 来 源 。 一 碳 基 是 喀 啶 、 味 叭 、S - 腺 苷 蛋氨酸 和 其 他 需要 甲 基 化 的 物质 的 生物 合成 所 必需 的 ， 这 是 氨基 酸 代谢 与 核 苷 酸 代谢 联系 的 一 个 主要 方面 。 ROAR. FERRER CF ERR. BPA ERR, SE, SER) ee - ARRAN TA). FA ERR AY BA Fa SX ed A TE SAE SFE. SIAR BOR BAR SFR I AE HE DB — a a JA MBSE o IY ZB — PP DE RR © 组 胺 、 腐 胺 、 精 胺 、 亚 精 胺 、Y- 氨 基 丁 酸 和 牛 磺 酸 是 相应 氨基 酸 脱 羧 后 的 产物 。 组 胺 来 自 组 氨 酸 ， 可 引起 血管 舒张 ， 且 为 感觉 神经 的 一 种 递 质 。 腐 胺 来 自 乌 氨 酸 。 腐 腕 和 一 分 子 S- 腺 苷 蛋氨酸 中 的 3C 和 一 个 氨基 缩合 成 为 亚 精 胺 ， 再 和 一 分 子 S- 腺 苷 蛋氨酸 的 3C 和 一 种 氨基 缩合 形成 精 胺 。 精 胺 和 亚 精 胺 因此 有 多 个 氨基 ， 又 名 多 胺 。 腐 胺 见于 腐败 肉 中 ， 多 胺 见于 人 的 精液 。w -氨基 丁 酸 来 AAR -脱羧 ， 为 脑 组 织 中 抑制 兴奋 的 神经 递 质 。 牛 磺 酸 来 半 胱 氨 酸 氧化 脱 Ro 4.7.33 和 氨基酸 代谢 缺陷 症 氨基 酸 分 解 代 谢 往往 是 由 多 种 酶 连续 作用 进行 的 ， 如 果 某 一 种 酶 缺乏 ， 该 酶 作用 的 底 物 在 体内 便 会 堆积 ， 大 量 出 现 于 血液 和 尿 中 。 典 型 的 例子 有 茶 丙 酮 尿 症 、 尿 黑 酸 症 和 械 糖 尿 证 。 葵 丙酮 尿 症 是 由 于 缺乏 葵 丙 氨 酸 4- 单 加 氧 酶 而 引起 葵 丙 酮 酸 聚 积 ， 进 而 引起 智力 迟钝 。 尿 黑 酸 症 是 由 于 缺乏 尿 黑 酸 氧化 酶 而 使 尿 黑 酸 在 尿 中 出 现 。 械 糖尿 症 是 由 于 患者 血 、 尿 中 出 现 大 量 支 链 氨基酸 (GH EL 亮 ) 及 相应 酮 酸 ， 产 生 类 似 械 糖 的 气味 而 得 此 名 ， 患 者 缺乏 支 链 氨基 酸 脱羧 酶 。 4.7.4 氨基酸 的 生物 合成 大 部 分 非 必需 氨基 酸 的 碳 骨 架 可 重新 接受 氮 基 ， 这 些 碳 骨 架 可 由 糖 代谢 提 供 补充 。 少 数 非 必需 氨基 酸 UNAM) 可 通过 必需 氨基 酸 〈 如 茶 两 氨 酸 ) 转化 而 来 。 氮 基 酸 的 生物 合成 关键 是 必需 氨基 酸 的 合成 。 在 8 种 必需 氨基 酸 CO. SL EL SE. AR, fh, HM, HE) FP, BARR, AIR HF ERR EE A, he a ON BE RR aE CT Ao BRR TS BE, HE BN PHWAFERAARMR; RAM. HAR, RARHAR, KLAR 和 丙酮 酸 起 步 ; 赖 氨 酸 合成 由 天 冬 氨 酸 、 丙 酮 酸 或 - 酮 戊 二 酸 起 步 ; 蛋氨酸 由 天 冬 氨 酸 起 步 ， 起 始 所 需 的 天 冬 氨 酸 来 自 草 酰 乙 酸 。 这 样 可 以 看 出 ， 必 有 需 氨基 酸 的 生物 合成 起 始 物 均 为 糖 代 谢 中 间 物 ， 分 别 为 丙酮 酸 、4 BR RR I BERR RR a *。 36 RECA AR. o AR — AR, TARR. BEAR ESN A BR OK A EE A HR; 4 - 磷 Aas BERK A PRR ; a- 酮 戊 二 酸 来 自 三 羧 酸 循环 。 必需 注意 到 ， 氨 基 酸 生物 合成 中 组 氨 酸 、 色 氨 酸 的 生物 合成 过 程 均 需要 5 - 磷酸 核糖 - 1= 焦 磷酸 (PRPP) ， 这 一 特点 和 味 叭 核 苷 酸 生物 合成 相同 ， 而 且 核 糖 中 的 碳 原子 参与 了 氨基 酸 碳 骨架 的 形成 。 4.8 和 蛋白质 生 物 合成 蛋白 质 生 物 合成 是 遗传 信息 表达 的 终端 。 各 种 生命 现象 的 差异 直接 取决 于 蛋 自 质 种 类 的 不 同 。 蛋 白质 生 物 合成 研究 的 内 容 包括 以 下 方面 : (1) 蛋白 质 生 物 合成 的 场所 一 一 核糖 体 。 (2) 蛋白 质 生物 合成 的 模板 一 一 mRNA。 (3) 蛋白 质 生 物 合成 的 氨基 酸 载体 一 一 下 NA。 (4) 蛋白 质 生物 合成 需要 的 酶 和 各 种 因子 。 (5) 蛋白 质 生物 合成 后 的 加 工 、 运 输 、 分 这。 目前 蛋白 质 生物 合成 研究 的 焦点 问题 是 : (1) 核糖 体 的 组 成 、 结 构 和 作用 机 理 。 绝 大 部 分 TRNA 的 一 级 结构 已 测 知 。 但 对 绝 大 多 数 蛋 白质 仍 不 甚 了 解 。rRNA 与 各 种 蛋白 质 和 各 种 因子 之 间 的 作用 和 关系 有 待 研究 。 (2) tRNA 的 作用 机 理 。 一 种 氨基 酸 有 多 个 密码 子 时 ， 对 密码 子 的 选用 机 理 TE, AB tRNA 合成 酶 如 何 将 tRNA 和 氮 基 酸 相互 对 应 地 连接 起 来 、 tRNA 分 子 中 所 谓 的 副 密 码 子 究 竟 是 什么 正在 进行 次 人 研究 。 (3) 蛋白 质 生物 合成 后 的 加 工 、 运 输 和 分 泌 引 人 人 注目。 蛋白质 折 县 、 路 膜 运 输 和 分 滥 问 题 关 系 到 许多 实际 应 用 问题 、 理 论 和 实践 意义 重大 。 上 述 问 题 有 竺 研究 ， 所 以 关于 蛋白 质 生 物 合成 的 步骤 仅仅 还 是 一 个 大 致 的 轮 廓 。 在 首先 乔 清 蛋白 质 生物 合成 所 需 的 各 种 条 件 之 后 ， 和 蛋白 质 生 物 合成 的 步骤 和 机 制 实际 上 等 于 是 将 这 些 条 件 逐 一 地 利用 而 已 。 4.8.1 核 糖 体 核糖 体 是 蛋白 质 生 物 合成 的 场所 ， 但 不 是 惟一 的 场所 。 一 个 生长 旺盛 的 细菌 中 约 有 20000 个 核糖 体 ， 而 真 核 细胞 内 可 达 10° 个 。 原 核 生 物 的 核糖 体 和 mRNA 结合 在 一 起 ， 真 核 生 物 的 核糖 体 主要 和 内 质 网 相连 。 核 糖 体 由 大 、 小 两 个 亚 基 组 成 ， 主 要 成 分 为 核糖 体 RNA (rRNA) 和 和 蛋白质。 大 亚 基 中 的 蛋白 质 用 世 表示 ， a 如 L? 表 示 大 亚 基 中 第 34 PRA. DWEPHRARA SHA, SRA 亚 基 中 第 21 种 蛋白 质 。 真 核 生 物 的 核糖 体 比 原核 生物 核糖 体 略 大 ， 前 者 为 80S， 后 者 为 70S。 这 是 由 核糖 体 中 rRNA 的 大 小 和 和 蛋白质 种 类 的 多 少 差异 而 导致 的 。 真 核 生 物 rRNA 由 28S、5.8S、5S 和 18S 组 成 ， 蛋 白质 已 知 有 82 种 。 原 核 生物 rRNA 由 23S、5SS 和 16S 组 成 ， 已 知 有 $2 种 蛋白 质 。 真 核 生 物 线粒体 、 叶 绿 体 中 的 核糖 体 大 小 接近 原核 生物 ， 详 细 的 组 成 了 解 不 多 。 蛋白 质 两 类 组 分 中 ，5S rRNA, AUGER SS rRNA 由 120 个 核 苷 酸 组 成 。 一 、 二 级 结构 已 基本 清楚 。CGAAC 和 GCGCCGAAUGGUAGU 两 个 保守 区 分 别 与 tRNA 的 TVWC 环 上 的 GTUCG 区 和 23S rRNA 的 一 段 序列 互补 ， 被 认为 是 SS rRNA 和 tRNA 及 50S 核糖 体 大 亚 基 结合 的 位 点 。 真 核 生 物 SS rRNA 不 存在 CGAAC 保守 序列 ， 另 有 GAUG 序列 与 起 始 tRNA 相 作 用 。 16S rRNA 由 1475 一 1544 个 核 苷 酸 组 成 。 少 量 碱 基 被 修饰 ， 为 30S 亚 基 组 分 ，3 端的 ACCUCCUUA 和 mRNA 5 端 翻译 起 始 区 互补 ， 即 原核 生物 mRNA 5’ 端 起 始 密码 子 AUG 上 游 的 9 一 13 SRR (一 般 认 为 是 AGGA) ， 称 之 为 SD 的 序列 。 23S rRNA 是 原核 生物 大 亚 基 中 惟一 的 rRNA, 2904 RRR, ASH tRNA 互补 的 序列 。SS rRNA 和 20 余 种 蛋白 质 和 23S rRNA 结合 。 5.8S rRNA 为 真 核 生 物 大 亚 基 所 特有 ，160 个 核 背 酸 ， 内 含 修饰 碱 基 和 与 5S rRNA 中 保守 序列 CGACC 相同 的 序列 ， 故 被 认为 是 与 tRNA 作用 的 识别 序 列 。 28S rRNA 的 结构 不 详 。 rRNA 5 mRNA, tRNA 和 其 他 rRNA 相互 作用 的 方式 已 知 的 仍 为 碱 基 互 补 ，rRNA 和 蛋白质 如 何 相 互 作 用 了 解 甚 少 。 赫 尔 (Herr) 等 新 近 认 为 大 肠 杆 菌 核糖 体 两 个 亚 基 之 间 结 合 主要 人 靠 16S rRNA 和 23S rRNA 之 间 的 碱 基 配 对 来 实 现 。 核糖 体 大 亚 基 负 责 氨 基 酸 之 间 肽 键 的 形成 ， 所 以 有 A 位 (AA-tRNA 4G 位 ) ALP i ( 肽 基 转 移 部 位 和 形成 肽 键 部 位 )。 小 亚 基 与 mRNA 结合， 负责 识别 起 始 位 。 密 码 子 和 反 密 码 子 相 互 作 用 。 核 糖 体 大 小 亚 基 在 翻译 初期 是 分 开 的 5 一 条 mRNA 分 子 约 40 个 核 苷 酸 长 度 结合 一 个 核糖 体 。 核 糖 体 上 有 起 始 因 子 、 延 伸 因子 、 释 放 因 子 和 多 种 酶 的 结合 位 点 。 近来 研究 提出 ， 核 糖 体 除 了 A、P 两 个 位 点 外 ， 还 有 一 个 下 位 点 即 tRNA 出 口 位 。 当 肽 键 形 成 时 ， 原 来 在 P 位 的 空 载 tRNA 并 不 立即 从 核糖 体 解 离 下 来 ， 而 是 移 位 到 正 位 上 。 当 新 的 氨 酰 tRNA 结合 到 A 位 时 ， 核 糖 体 构象 发 生 改 变 ， 在 下 位 的 空 载 tRNA 才 解 离 下 来 。 “38 - 4.8.2 tRNA tRNA 42 Ask RHE A EE TE A BE BAK, tRNA 的 一 级 结构 由 70 一 90 个 BBA, WMRARAISAA, MEPRARAWERKH, KERREEC iim. 3 way CCA-OH, AFRZARR. SimKEAGRC. SF tRNA 的 差异 主要 来 自 额外 环 的 组 成 。 让 NA 的 二 级 结构 呈 三 叶 草 形 。 配 对 部 分 成 为 柄 或 臂 ， 非 配对 部 分 突起 成 环 ， 四 环 三 臂 由 此 而 来 。 二 氢 尿 喀 啶 环 由 8 一 12 个 核 苷 酸 组 成 ， 具 有 两 个 二 氢 尿 ME, 此 环 以 二 氢 尿 喀 啶 臂 和 其 余 tRNA 部 分 相连 。 反 密码 环 由 7 个 核 苷 酸 组 mm, 环 中 有 反 密 码 子 ， 与 此 环 相 连 的 双 螺 旋 区 叫 反 密码 臂 。TyC 环 由 7 SK 酸 组 成 ， 因 均 含 TUC 而 名 ， 与 此 环 相 连 的 臂 叫 做 TVWC 臂 。 炒 不 是 稀有 碱 基 而 是 RABE, AA > PHORM AE U 以 1 一 5 相连 而 非 1 一 1， 故 称 假 尿 苷 。 额 外 环 的 组 成 在 3 一 18 KF BZ Il, tRNA M=RAWE ALY, ARMA. TIC 臂 组 成 世 的 底部 ， 反 密码 环 、 RBA, MaRS. BM TuC 环形 成 了 世 的 其 余部 分 。 反 密码 子 和 和 氮 基 酸 臂 处 于 世 的 上 下 两 个 顶点 。 tRNA 的 分 类 除了 按 每 种 氨基 酸 对 应 的 tRNA 划分 外 ， 还 因 tRNA 具有 的 其 他 功能 而 另 有 分 类 。 同 工 tRNA 是 指 携带 同一 种 氨基 酸 的 全 部 tRNA 的 总 称 。 反 MtRNA 的 反 密 码 子 各 不 相同 ， 但 均 能 和 同一 氨基 酸 密码 子 相 识别 。 校 正 tRNA 具有 校正 mRNA 中 密码 子 的 作用 。 这 种 校正 不 是 直接 改变 mRNA， 而 是 靠 {RNA 自身 的 反 密 码 子 改变 、 而 携带 的 氨基 酸 不 变 来 实现 的 。 比 如 大 肠 杆菌 色 氢 酸 合成 酶 基因 的 琥珀 突变 使 其 mRNA 起 始 密码 子 亮 氨 酸 密码 子 UUG EKSTRA 了 UAG， 因 而 不 能 合成 色 氨 酸 合成 酶 ， 但 校正 RNAS 反 密码 子 已 从 3 - AAC- 了 变 成 了 3 -AUG-5S ， 仍 能 将 亮 氨 酸 加 上 去 。 tRNA 的 选择 使 用 是 由 于 一 种 氨基 酸 有 不 止 一 种 了 NA， 这 些 tRNA 的 反 密 码 子 是 相同 的 。 在 多 种 RNA 中 ， 为 了 加 入 一 种 氨基 酸 ， 每 种 生物 究竟 选用 哪 一 种 tRNA， 这 是 一 个 翻译 调控 的 机 理 问 题 ， 这 个 问题 有 待 研 究 。 近年 来 发 现 tRNA 尚 有 一 些 其 他 功能 。 如 谷 氨 酰 RNA 和 叶绿素 的 生物 合成 有 关 ; 含 硒 的 tRNA 可 以 促进 mRNA 的 翻译 ; 反 转 录 病 毒 在 反 转 录 时 需要 tRNA 为 引物 ， 在 蛋白 质 N 端 加 一 个 氨基 酸 残 基 ; 合成 氨 栈 磷酸 酯 酰 甘油 ; 依赖 泛酸 的 动物 蛋白 质 降 解 需要 氨 酰 CRNA; 合成 脂 多 糖 ; 合成 细菌 细胞 壁 ; 含 硒 氨基 酸 的 合成 以 及 含 硒 蛋 白质 的 生物 合成 需要 特殊 的 以 AUG 为 密码 子 的 tRNA 等 。 *。， 39 - 4.8.3 mRNA mRNA 是 蛋白 质 生 物 合成 的 直接 模板 。 原 核 生物 及 病毒 的 mRNA 为 多 个 肽 链 或 蛋白 质 同 时 编码 在 一 条 mRNA 分 子 上 ， 真 核 生物 则 只 能 编码 一 个 多 肽 。 由 于 各 种 蛋白 质 分 子 量 相 差 很 大 ，mRNA 分 子 大 小 各 异 可 想 而 知 。 细 菌 mRNA 的 半衰期 较 短 。 由 于 一 个 细胞 内 同时 会 有 多 种 mRNA 存在 ， 翻 译 时 选用 哪 一 种 mRNA 必然 有 一 种 机 制 ， 这 个 问题 了 解 甚 少 。mRNA 分 子 中 编码 的 信息 除了 多 肽 链 之 外 ， 还 有 负责 调节 翻译 的 信息 。 原 核 生物 mRNA 的 起 始 码 AUG 上 游 9~ 13 的 SD 序列 和 16S rRNA 特定 序列 结合 ， 真 核 生 物 mRNA 有 转录 后 添加 的 9- 帽子 和 3’ ply A 尾 ， 均 对 翻译 有 调节 作用 。 细 菌 mRNA 常 以 AUG 作为 起 始 码 。 真 核 生 物 绝 大 部 分 也 以 AUG 作为 起 始 码 。 原 核 生 物 mRNA 分 子 内 各 个 多 肽 链 编 码 区 的 关系 如 何 了 解 甚 少 。 真 核 生物 和 原核 生物 mRNA 均 可 在 真 核 细 胞 和 原核 细胞 中 被 翻译 这 一 事实 ， 不 仅 证 实 了 密码 子 的 通用 性 ， 而 且 也 说 明了 非 编码 区 也 有 一 定 共性 。 遗传 密码 主要 是 用 无 细胞 体系 和 化 学 方法 合成 mRNA 技术 证 实 的 。1961 年 Nirenberg 等 用 polyU 加 无 细胞 体系 证 实 了 UUU 为 Phe 的 密码 子 。 之 后 又 用 随 机 共聚 物 找到 了 20 种 氨基 酸 密码 子 。 用 特定 序列 共聚 物 为 模板 证 实 了 遗传 密码 的 不 重 麦 、 无 标点 等 特性 。 核 糖 体 结合 技术 进一步 证 实 了 遗传 密码 的 存在 和 特 性 。 遗 传 密码 子 是 三 联 体式 的 。 共 有 61 个 氨基 酸 密码 子 ; UAA、UGA、UAG 3 个 终止 码 ， 分 别 命名 为 灰 石 、 政 珀 和 和 蛋白石 密码 ; 起 始 码 为 AUG 和 GUG, fl 时 又 是 甲 硫 氨 酸 和 细 氢 酸 的 密码 子 。 生 物 为 什么 将 起 始 码 和 两 种 氨基 酸 密码 子 共 用 尚 不 清楚 。 线 粒 体 中 有 例外 ，UGA 为 色 所 酸 的 密码 子 ，AGA、AGG 不 是 精 氨 酸 的 密码 子 ， 而 是 终止 码 。 线 粒 体 的 终止 码 达 4 个 。 甲 硫 氢 酸 密码 子 有 两 个 (AUG、AUA)， 起 始 甲 硫 氨 酸 密码 子 有 4 个 (AUA, AUG, AUC, AUU). & 母线 粒 体 、 支 原 体 、 嗜 热 四 膜 虫 等 还 有 例外 。 由 此 说 明 ， 遗 传 密码 的 通用 性 不 是 绝对 的 。 关 于 mRNA 分 子 中 的 三 联 体 密 码 之 间 无 逗号 ， 近 年 来 发 现 也 有 例外 ，、 See PF EL ET A AE BRR, Ai Sp BE eK A RE HK AE. mRNA 是 从 DNA 转录 而 来 的 ,mRNA 分子 的 序列 在 转录 后 加 工 中 的 编辑 现象 的 发 现 ， 更 是 对 生物 中 心 法 则 的 冲击 。 遗传 密码 具有 简 并 性 ， 即 一 种 氨基 酸 具 有 一 种 以 上 的 密码 子 。 一 个 氨基 酸 有 多 于 一 种 的 tRNA 与 其 相对 应 ， 一 个 tRNA 分 子 可 识别 一 个 以 上 的 密码 子 。 密 码 子 第 三 位 可 以 错 配 ， 意 味 着 反 密 码 子 第 一 位 可 以 随 之 变动 ， 这 种 密码 子 和 反 密 码 子 配对 的 摆动 早已 为 人 们 发 现 ， 但 其 机 理 是 什么 仍 不 清楚 。 初 步 认为 ， 疏 NA 分 子 中 另 有 一 套 密码 子 〈 副 密码 子 ) tRNA 和 哪 种 氨基 酸 相 连 取 决 于 AA- tRNA . 40 . 合成 酶 和 副 密码 子 的 相互 作用 ， 也 就 是 说 ，tRNA 携带 哪 种 氨基 酸 ， 主 要 是 由 tRNA 分 子 中 的 副 密码 子 决定 的 。 已 知 蛋白 质 生 物 合 成 因子 有 3 大 类 : 起 始 因子 、 延 伸 因 子 和 终止 因子 。 这 些 因子 本 质 上 也 是 蛋白 质 。3 类 因子 在 原核 生物 和 真 核 生 物 中 的 种 类 和 组 成 不 同 。 4.8.4 起 始 因子 起 始 因子 是 协助 蛋白 质 生 物 合成 起 始 的 因子 。 蛋 白质 生物 合成 起 始 阶段 的 完 成 以 核糖 体 大 小 亚 基 、mRNA 和 fMet-tRNA™* (Met-tRNAi) 形成 复合 物 作 为 标志 。 参 与 这 一 复合 物 形成 的 各 种 因子 均 为 起 始 因子 。 已 知 原核 生物 有 3 种 起 始 因子 (IF 、IF2 、IFE3)。 真 核 生 物 有 十 余 种 起 始 因子 (eIF,. IF, 4). IF, HW 能 是 通过 生成 IF 、GMP、fMet-tRNA 三 元 复合 体 ， 使 起 始 tRNA 特异 性 地 与 30S 亚 基 结 合 。IF; 同时 具有 GTP 水 解 酶 活性 。IF3 的 功能 是 使 30S 亚 基 特 异性 地 与 mRNA 起 始 位 点 相 结 合 ， 并 且 使 核糖 体 大 、 小 亚 基 保 持 解 离 状 态 。IFI A 定 起 始 复合 物 的 作用 。eIE; 与 GTP 和 Met-tRNA 生成 三 元 复合 物 ， 类 似 于 IF. - elF; 使 大 、 小 亚 基 保持 分 离 ， 类 似 于 IF3。eIF,B 能 够 扫描 识别 mRNA 的 起 始 密 码 子 ，eIF4E 和 eIF4F 与 mRNA 5 帽子 识别 有 关 。 4.8.5 延伸 因子 参与 肽 链 延 长 的 因子 称 为 延伸 因子 ， 原 核 生 物 有 3 种 延伸 因子 (EF-Tu, EF-Ts、EF-G)。EF-Tu 对 热 不 稳定 ， 通 过 与 GTP 和 AA-tRNA 结合 ， 将 AA- tRNA ABA A 位 并 同 mRNA 44254. EF-Ts 对 热 稳定 ， 可 使 EF-Tu-GDP 再 成 为 有 活性 的 EF-Tu 和 GTP， 再 次 参与 肽 链 延 伸 。EF-G 使 肽 基 tRNA 从 核糖 体 A 位移 向 了 位 。 真 核 生物 延伸 因子 已 知 有 两 种 (EF-1、EF-2)。EF-1 相当 于 EF-Tu, EF-2 相当 于 EFG。 4.8.6 终止 因子 识别 终止 码 的 因子 为 终止 因子 。 原 核 生 物 有 两 种 终止 因子 (RF. RE). RF, 识别 UAA 和 UAG, RF, 识别 UAA 和 UGA。 真 核 生 物 有 两 种 终止 因子 (eRF|, eRF,). eRF, 能 识别 3 个 终止 密码 了 UAA、UAG fl UGA, eRF, 的 具体 作用 有 待 进一步 确定 。 5 Ah - 4.8.7 和 蛋白质 生物 合成 的 步骤 核糖 体 上 进行 的 蛋白 质 生 物 合成 分 为 起 始 、 延 伸 和 终止 3 个 阶段 。 这 3 个 阶 段 ， 除 了 核糖 体 组 成 、 各 种 因子 、 起 始 RNA 不 同 外 ， 其 余 环节 在 真 核 生 物 和 原 核 生物 中 十 分 类 似 。 只 要 了 解 了 原核 生物 蛋白 质 生 物 合成 3 个 阶段 ， 真 核 生物 蛋 白质 生物 合成 只 需 找 出 不 同 点 即 可 。 真 核 生 物 蛋 白质 生物 合成 的 知识 来 自 离 体 研 究 。 #24 AA+tRNA +ATP 转 甲 酰 酶 fMe {Met Met-tRNA ag ae fMet-tRNA IF; + 30S 核糖 体 亚 基 -一 ~ 稳定 游离 30S 核糖 体 亚 基 y GDP + IF; + IF> <—50S 亚 基 [70S RE fMet-tRNA™*-mRNA | (P 1iZ) 氨基 酸 活化 在 核糖 体外 进行 。 氨 基 酸 活化 时 ATP 水 解 成 AMP， 相 当 于 消耗 2 分 子 ATP。 起 始 过 程 仅 需 要 fMettRNAe ， 形 成 的 70S 起 始 复合 物 是 起 始 完 AA-tRNA 合 成 酶 AA-tRNA + AMP 成 的 标志 。 起 始 过 程 需要 GTP。 延伸 ”延伸 包括 AA-tRNA 与 核糖 体 结 合 、 肽 键 生成 、 移 位 3 个 阶段 。 EF-Tu+AA-tRNAT+GTP y [AA-tRNA:EF:Tu:GTP] + 进入 核糖 体 A 位 y 一 EF-Tu.GDP A 位 上 的 AA-tRNA 中 AA 和 P 位 的 fMet 作用 生成 肽 键 y ~EF-G:GTP A 位 上 的 肽 基 -tRNA 移 向 了 位 + 一 GDP A 位 点 的 -tRNA 移 向 下 位 y 。 42° E 位 点 的 -tRNA 离开 核糖 体 AA-tRNA、EF-Tu 和 GTP 形成 复合 物 后 进入 核糖 体 A 位 。EF'Tu'GDP 可 重复 再 生成 EF-Tu-GTP。A 位 AA 的 wa- 氨基 和 了 P 位 的 fMet 的 -羧基 形成 肽 键 Ja, Pte tRNA 肽 基 占 据 ， 原 来 A 位 上 的 tRNA 移 向 下 位 后 再 离开 核糖 体重 复 使 用 。 当 和 位 空位 时 又 可 接受 下 一 个 AA-tRNA。 移 位 的 过 程 相当 于 mRNA 向 5’ 端 方向 移动 或 相当 于 核糖 体 向 mRNA 的 3 端 方向 移动 了 一 个 三 联 体 密码 子 的 长 度 。 目 前 认为 是 核糖 体 在 mRNA 分 子 上 移动 。 蛋白 质 生 物 合成 中 mRNA 被 翻译 的 方向 是 $ 一 3 ; 蛋白 质 合 成 的 方向 是 从 N 端 向 C 端 ; 原核 生物 蛋白 质 生 物 合成 时 N 端 均 为 f{Met， 后 经 过 加 工 才 有 了 各 种 N 端 残 基 ; 有 蛋白质 生物 合成 延伸 所 需 的 能 量 供 体 为 GTP. 终止 ” 核糖 体 沿 mRNA 移动 ， 当 A 位 点 出 现 终止 码 时 ， 释 放 因 子 直接 结 合 到 终止 码 上 而 使 AA-tRNA 不 能 与 其 结合 ， 此 时 了 位 上 的 多 肽 链 与 tRNA WE 接 键 被 水 解 ， 新 生 肽 链 被 释放 。 真 核 生 物 蛋 白质 生物 合成 已 知 有 以 下 不 同 点 : (1) 起 始 AA-tRNA 为 Met-tRNA。 (2) 40S 亚 基 首先 识别 mRNA 5 端 ， 然 后 移动 到 起 始 位 点 (原核 生物 起 始 复 合 物 直接 在 AUG 处 形成 )。 (3) 小 亚 基 不 首先 与 mRNA 结合 。 (4) 核糖 体 各 种 因子 不 同 于 原核 生物 。 4.8.8 翻译 后 加 工 翻 详 后 加 工 包 括 以 下 几 部 分 : (1) N 端的 fMet 或 Met 的 切除 。 (2) 二 硫 键 的 形成 。 (3) 修饰 作用 ， 即 磷酸 化 、 糖 基 化 、 甲 基 化 、 乙 基 化 、 羟 基 化 等 。 这 是 存在 于 和 蛋白质 中 的 氨基 酸 残 基 种 类 数 不 等 于 20 的 主要 原因 。 (4) 切除 非 必 需 片 段 ， 如 胰岛 素 信号 肽 的 切除 、C 肽 的 切除 等 。 (5S) HR. CA RNA 有 自 剪 接 ， 新 近 发 现 蛋白 质 同 样 也 有 自 剪接 ， 蛋 白质 自 剪 接 被 切除 的 是 蛋白 质 内 含 子 ， 相 互 拼接 的 是 蛋白 质 外 显 子 ， 如 酵母 H*-ATP 酶 的 69kD 亚 基 。 蛋 白质 内 含 子 不 同 于 RNA 水 平 剪接 所 指 的 内 含 子 ， 前 者 是 指 蛋 和 白质， 后 者 是 指 核酸 。 sa 43 。 4.8.9 蛋白 质 的 转运 合成 的 蛋白 质 有 两 种 转运 结果 : 一 是 离开 核糖 体 ， 进 入 细胞 内 其 他 区 域 ， 这 是 膜 内 转运 ; 另外 一 种 是 不 仅 离 开 核 糖 体 ， 还 要 离开 原来 合成 这 种 蛋白 质 的 细 胞 ， 进 入 到 细胞 外 其 他 部 位 ， 这 是 一 种 跨 膜 转 运 。 根 据 翻 译 和 转运 是 否 同 步 进 行 ， 又 可 划分 为 翻译 转运 同步 和 翻译 后 离开 核糖 体 再 转运 的 翻译 后 转运 。 分 泌 蛋 白 属 于 翻译 和 转运 同步 进行 。 在 细胞 发 育 过 程 中 ， 蛋 白质 是 以 翻译 后 转运 进行 的 。 参 与 生物 膜 形 成 的 蛋白 质 ， 介 于 前 两 种 之 间 。 不 论 哪 一 种 转运 ， 合 成 后 的 蛋 白质 跨 膜 转 运 是 最 基本 的 转运 。 蛋 白质 在 细胞 内 、 细 胞 间 、 细 胞 和 细胞 外 液 间 都 有 一 个 跨 膜 的 过 程 。 目前 对 分 泌 蛋 白质 的 转运 主要 以 “信号 肽 理论 ”来 解释 。 翻 译 后 在 细胞 内 的 同步 转运 是 以 “前 导 肽 理论 ”来 解释 的 。 信和 号 肽 为 能 启动 蛋白 质 转运 的 任何 一 段 肽 段 。 免 疫 球 和 蛋白 〈IgG) 轻 链 、 胰 岛 素 等 分 刻 蛋 白质 前 体 中 都 发 现 有 由 mRNA 编码 的 一 段 肽 段 ， 在 分 让 蛋白 质 转 运 完成 后 即 被 降解 。 已 知 的 各 种 信号 肽 一 级 结构 很 少 有 进化 上 的 保守 性 。 前 导 肽 与 翻译 后 转运 有 关 ， 处 于 待 转运 的 蛋白 质 N 端 ， 含 20~ 80 个 氨基 酸 残 基 ， 在 转运 完成 后 被 水 解 。 前 导 肽 富 含 带 正 电荷 的 氨基 酸 (特别 是 精 氢 酸 ) 和 带 羟 基 的 氨基 酸 (特别 是 丝氨酸 )， 有 形成 亲 水 又 下 水 的 双亲 w 螺旋 结构 的 能 力 。 前 导 肽 已 见于 细胞 色素 cI、 细 胞 色素 氧化 酶 ITV 亚 单位 等 。 甘露 糖 - 6 -磷酸 已 被 证 实 是 在 高 尔 基 体 中 合成 的 糖 蛋 白 转运 到 溶 酶 体内 的 一 种 信号 ， 甘 露 糖 - 6 -磷酸 处 于 糖 蛋白 的 糖 链 末端 。 蛋白 质 的 跨 膜 运输 机 理 研 究 已 经 深入 到 仔细 研究 信号 肽 、 前 导 肽 等 转运 导向 物质 的 一 级 结构 和 此 次 结构 与 膜 结构 关系 的 水 平 ， 如 前 导 肽 的 双亲 o 螺旋 与 蛋白 质 折叠 和 路 膜 时 构象 变化 的 研究 。 4.8.10 嘉 肽 的 生物 合成 近年 来 ， 越 来 越 多 的 寡 肽 被 发 现 。 由 于 大 多 数 寡 肽 已 被 证 实 有 各 自 的 生物 活 性 ， 故 又 称 为 活性 肽 。 已 分 离 并 应 用 的 寡 肽 可 分 为 3 大 类 : 第 一 类 为 激素 类 ， 如 催产 素 、 加 压 素 、 和 舒缓 激 肽 ; 第 二 类 为 抗生素 ， 如 短 杆 菌 肽 S、 多 粘 菌 素 下 、 放 线 菌 素 D; 第 三 类 为 具有 其 他 活性 的 活性 肽 ， 如 脑 啡 肽 P 物质 、 细 胞 素 、 免 疫 多 WK. ABR. SRK, o - 鹅 膏 曹 碱 、 肌 肽 等 ， 以 神经 肽 为 主 。 误 肽 与 细胞 人 分化、 免疫、 应急、 肿瘤、 衰老、 生殖 、 生 物 钟 、 分 子 进 化 都 有 重要 联系 。 在 理论 和 应 用 上 意义 重大 。 Pa - SKM AWA EF /), — APPS BIL ER REAM, ARIA 含 D- 氨基 酸 ， 有 的 内 含 非 o-ARMREVMNKE, DRARRK, ANAS 非 氨 基 酸 成 分 。 守 肽 的 生物 合成 已 知 有 两 种 途径 : 一 种 如 同 蛋 白质 一 样 是 在 核糖 体 上 合成 ; 一 种 是 由 多 酶 体系 ， 如 同 脂肪 酸 那样 合成 的 。 已 知 寡 肽 内 的 D -氨基 酸 首 先是 以 L -氨基 酸 作为 底 物 ， 然 后 变 旋 成 为 D -氨基 酸 的 。15 个 氨基 酸 残 基 以 下 的 寡 肽 几乎 都 是 以 多 酶 体系 方式 合成 的 ， 其 中 以 短 杆菌 肽 S 的 合成 研究 最 为 详细 。 RAAF PRK S 为 环 状 10 肽 ， 分 两 部 分 以 5 肽 方式 合成 后 再 头 尾 相连 ， 故 呈 环 内 对 称 结构 ， 内 含 2 个 D- 葵 两 氨 酸 残 基 : D-*AA—ii§—_ai—_ 3 5 —D A Ahi 5 5 催化 短 杆菌 肽 S 合成 的 酶 系 有 两 个 组 分 ， 第 一 组 分 有 4 PSE RI—T 4 酸 泛 酰 琉 基 乙 胺 长 臂 辅 基 ， 和 脂肪 酸 生 物 合成 中 ACP 相似 。 第 一 组 分 能 使 除 D- 葵 丙 氨 酸 外 的 4 个 残 基 依次 相连 成 4 肽 ， 然 后 和 第 二 组 分 上 的 D - 苯 丙 氨 酸 相 连 成 5 肽 。 两 个 5 肽 相连 成 10 肽 也 是 在 第 一 组 分 上 进行 的 。 . 寡 肽 在 多 酶 体系 上 而 非 在 核糖 体 上 合成 ， 说 明了 自然 界 肽 类 化 合 物 的 生物 合 ”成 并 非 单 一 途径 。 由 此 也 进一步 说 明 DNA 分 子 中 的 遗传 信息 并 非 能 统 揽 所 有 肽 类 化 合 物 的 合成 。 但 是 也 必须 明白 ， 寡 肽 合成 所 需 的 酶 仍然 受 DNA 信息 支配 ， 这 是 一 种 肽 类 化 合 物 生 物 合成 部 分 而 非 全 部 直接 由 DNA 控制 的 例证 。 控 制 并 不 意味 着 完全 决定 。 天 然 宸 肽 量 少 ， 且 难 提纯 。 目 前 寡 肽 的 体外 合成 主要 用 化 学 方法 进行 。 4.8.11 BARS 随 着 蛋白 质 一 级 结构 数据 的 积累 ， 从 理论 上 揭示 蛋白 质 一 级 结构 与 空间 结构 的 关系 规律 已 经 受到 全 世界 的 关注 。 自 从 安 芬 森 (Anfinsen) 通过 对 核糖 核酸 酶 A 变 性 后 可 自发 复原 成 天 然 结 构 的 研究 而 提出 一 级 结构 决定 高 级 结构 论断 并 因此 获得 诺 贝 尔 奖 以 来 ， 人 们 一 直 在 用 各 种 方法 研究 这 一 问题 。 但 时 隔 20 年 ， 面 对 约 90000 个 已 知 序 列 的 蛋白 质 ， 人 们 仍然 没有 找到 一 种 理想 的 预测 方法 。 近 年 来 蛋 自 质 人 工 设 计 新 型 蛋白 质 分 子 的 工作 更 加 需要 加 速 蛋 白质 折 和 县 的 研究 。 对 于 一 个 由 几 十 到 数 百 个 残 基 组 成 的 蛋白 质 ， 合 成 时 仅 需 要 20 种 氨基 酸 ， 每 一 种 蛋白 质 且 并 非 都 含有 20 种 残 基 ， 排 列 的 规律 看 似 简单 。 但 几 十 年 的 研究 表明 ， 这 一 问题 甚 为 复杂 。 在 蛋白 质 二 级 结构 预测 方法 中 ， 目 前 以 Chou-Fasman 方法 、Garnier-Osguthorpe-Robson (GOR) 方法 和 Lim 方法 最 为 常用 。 Chou-Fasman 方法 是 在 1974、1978、1979 年 对 1$、29、64 种 已 知 结构 的 蛋 白质 进行 统计 处 理 ， 得 出 20 种 氨基 酸 在 oc HE. PHBA RRA PHA, i 然后 反 过 来 利用 这 些 参数 预测 未 知 结构 蛋白 质 的 二 级 结构 ， 此 方法 简单 明了 ， 容 易 用 计算 机 程序 来 实现 ， 预 测 率 可 达到 50% 左 右 。 GOR 方法 是 以 信息 论 为 基础 的 ， 因 而 本 质 上 仍 属于 统计 学 方法 ;此 方法 和 Chou— Fasman 方法 相 比 ， 不 仅 考虑 被 预测 位 置 本 身 氨 基 酸 残 基 种 类 的 影响 ， 而 目 考虑 了 前 后 各 8 个 氨基 酸 残 基 对 该 位 置 构象 的 影响 最初 的 GOR 方法 具 考 虑 了 单个 残 基 的 影响 ， 假 设 各 残 基 是 相互 独立 的 ， 近 来 又 考虑 了 残 基 对 的 相互 作 用 ， 预 测 成 功率 提高 到 63% 左 右 。GOR 方法 物理 意义 清楚 明确 ;数学 上 比较 严 格 ， 容 易 写 出 计算 机 程序 ， 缺 点 是 表达 式 复杂 。 Lim 方法 是 物理 化 学 方法 。 以 残 基 的 亲 、 政 水 性 ,带电 性 及 体积 大 水 对 20 种 氨基 酸 进 行 分 类 。 此 方法 之 一 是 用 二 进 制 的 1 和 0 对 朴 水 和 亲 水 氨基 酸 进行 赋 值 ， 并 以 8 个 残 基 为 一 组 ， 由 此 可 得 到 8 个 二 进位 ， 然 后 再 将 每 组 为 8 个 残 基 的 二 进 制 数 转换 为 十 进 制 ， 从 中 可 以 得 知 哪 些 十 进 制 数 为 螺旋 ,哪些 为 片 层 ;， 哪 些 为 转角 。 对 于 长 度 小 于 50 个 残 基 的 蛋白 质 ， 其 预测 准确 率 高 达 73% 0 THE 是 3 种 方法 中 预测 率 最 高 的 。 现在 ， 神 经 网 络 方法 也 已 用 于 蛋白 质 二 级 结构 预测 。 目 前 用 于 二 级 结构 预测 的 网 络 模型 大 多 为 BP 网 络 ， 即 反 向 传播 学 习 算法 。 20 余年 的 研究 ， 为 什么 二 级 结构 预测 成 功率 仍 不 能 满足 蛋白 质 三 维 结构 预 测 的 要 求 ， 这 一 问题 的 原因 何在 尚 不 清楚 。 目 前 亟 需 解决 的 理论 问题 是 :蛋白质 二 级 结构 是 否 主要 取决 于 邻近 氨基 酸 残 基 间 的 短程 相互 作用 ; 目前 的 蛋白 质数 据 库 是 否 可 以 提供 足够 的 信息 ; 目前 的 预测 方法 是 否 已 成 功 地 提取 了 予 现 有 所 有 信 息 。 分 子 伴侣 的 发 现 使 这 一 问题 节 外 生 枝 。 遗 传 信息 流 的 方向 和 流动 的 信息 修改 加 工 如 何 考虑 和 可 否 从 核酸 而 不 是 从 蛋白 质 直接 提取 信息 的 问题 已 开始 有 人 考 i. | 人 们 已 知 有 些 蛋 白质 的 复 性 效率 并 非 有 核糖 核酸 ,A 那样 高 ， 特 别 是 有 些 通 it DNA 重组 技术 获得 的 表达 产物 在 折 笃 过 程 中 很 不 理想 ， 因 此 有 大 开始 怀疑 Anfinsen 的 一 级 结构 决定 高 级 结构 的 理论 。 英 国 的 Laskey 发 现 并 命名 的 分 子 伴 倡 使 蛋白 质 折叠 问题 有 了 一 个 新 的 内 容 。 分 子 伴侣 首先 发 现 于 组 蛋白 和 DNA 在 体外 生理 离子 强度 条 件 下 的 重组 过 程 ， 这 一 重组 过 程 需 要 一 种 酸性 蛋白 ， 它 和 组 蛋白 结合 后 促进 组 蛋白 和 DNA 组 装 。 植 物 叶 绿 体 的 核 酮 糖 1, 5 -三 磷酸 羧 化 酶 一 加 氧 酶 的 大 小 各 8 个 亚 基 也 必须 首先 和 一 种 蛋白 质 结合 后 才能 在 体内 正 稀 组装 成 有 活性 的 酶 。 热 休克 蛋白 的 作用 也 证 实 了 蛋白质 折 丢 时 需要 协助 总 折 丢 酶 是 另 一 种 帮助 蛋白 质 折 又 的 蛋白 质 。 已 知 的 蛋白 质 二 硫 键 异 构 酶 4 fk 基 且 氨 酰 顺 反 异 构 酶 属于 折 和 县 酶 。 前 者 催化 二 硫 键 的 生成 ， 后 者 催化 且 氨 酸 亚 氨 基 肽 键 由 反 式 向 顺 式 转变 ， 以 利于 肽 链 折 春 。 目 前 认为 蛋白 质 三 硫 键 异 构 酶 也 是 一 种 分 子 伴 个 。 。， 46 - eee pe em eee = —_— Se cl eel FAME. RMS Anfinsen 的 提出 的 理论 似乎 有 了 矛盾， 但 至 今 科 学 家 仍 将 三 级 结构 决定 高 级 结构 理论 作为 蛋白 质 结构 预 测 的 基石 ， 而 认为 分 子 伴侣 和 折 丢 酶 的 作用 是 一 种 补充 。 20 种 氨基 酸 的 排列 是 由 4 种 核 苷 酸 首先 在 核酸 分 子 中 决定 的 。 蛋 白质 分 子 的 排列 信息 无 疑 在 核酸 中 也 能 找到 。4 种 核 苷 酸 的 排列 和 20 种 氨基 酸 的 排列 之 间 的 关系 无 疑 会 提供 新 的 蛋白 质 折 玛 信息 。 在 核酸 中 的 一 种 排列 信息 转移 到 蛋白 质 中 是 三 种 放大 的 过 程 。 如 果 能 将 核酸 和 蛋白 质 的 残 基 排 序 统一 起 来 ， 有 可 能 帮 助 天 们 恋 识 蛋白 质 折 压 的 机 理 ， 基 于 这 样 二 种 考虑 ， 作 者 联想 到 核酸 和 蛋白 质 的 三 级 结构 都 以 氨 键 为 主要 化 学 键 ， 在 核酸 中 碱 基 配对 通过 氢 键 ， 密 码 子 和 反 密 码 子 识别 通过 氢 键 ， 蛋 白质 形成 二 级 结构 时 肽 键 之 间 有 氢 键 ， 氢 键 贯 串 于 遗传 信息 流 的 全 过 程 。 那 么 氢 键 是 否 也 传递 某 种 信息 ， 或 者 说 ， 氢 键 是 否 是 一 种 信息 键 WE? Ae, HERAT OF EE. 根据 遗传 密码 表 ， 在 三 联 体 密码 子 中 ，20 种 氨基 酸 的 密码 子 可 根据 密码 子 申 间 位 的 碱 基 能 够 形成 两 个 还 是 三 个 氢 键 (正常 情况 下 ) 进行 划分 。 凡 是 中 间 位 碱 基 能 形成 两 个 氢 键 的 有 甘 、 丙 、 丝 、 苏 、 半 胱 、 精 、 色 、 且 ， 其 余 12 种 密码 “也 中 间 位 碱 基 能 形成 两 个 氨 键 ， 这 等 于 第 一 类 氨基 酸 的 密码 子 中 间 位 碱 基 为 C/ G, 第 二 类 氨基 酸 的 密码 子 中 间 位 碱 基 为 AMUJ。 这 样 的 氨基 酸 分 类 方法 既 不 同 于 化 学 ， 志 不同 手 物理 分 类 方法 ， 而 是 根据 核酸 和 蛋白质 之 间 的 信息 传递 一 -密码 子 和 反 密 码 子 配对 来 划分 。 将 上 述 二 类 氢 基 酸 划分 方法 用 于 分 析 蛋 白质 数据 库 中 的 各 种 蛋白 质 一 级 结 构 , 看 看 这 种 划分 后 的 残 基 是 否 具 有 类 聚 性 (MRAM ERA), KRG 形成 了 哪些 二 级 结构 、 类 聚 时 的 长 度 、 类 聚 的 分 布 特点 、 类 聚 时 组 合 特点 等 。 在 分 析 了 近 百 种 蛋 自 质 二 级 结构 之 后 ， 可 以 完全 肯定 ， 这 样 划分 后 的 氨基 酸 在 一 级 结构 中 类 聚 是 普遍 的 。 第 一 类 氨基 酸 (A、G、C、T、P、R、S、W) BRB 3 个 以 上 连续 集中 排列 )， 极 易 形成 转角 及 非 B、 非 v 二 级 结构 。 第 二 类 氨基 酸 (D. E, F. I. K. LNJ、Q、V、H、Y、M) 类 聚 时 极 易 形 成 w 和 8 二 级 结 构 。 两 类 氨基 酸 杂 聚 时 以 螺旋 结构 为 主 。 用 这 样 的 方法 预测 二 级 结构 ， 最 大 的 障碍 是 对 o 和 人 结构 特别 是 8 结构 的 区 别 。 究 竟 是 什么 样 的 残 基 序列 容易 形成 结构 问题 是 迄今 各 种 预测 方法 的 共同 难点 ， 为 此 美国 数 所 大 学 和 研究 机 构 不 惜 重 人 金 叶 用 化 学 合成 的 方法 ， 对 世界 公认 的 几 种 倾向 于 形成 8 结构 的 氨基 酸 残 基 进 行 肽 键 连接 ， 从 根本 上 寻求 B 结 构 形 成 的 机 理 。 用 氢 键 数 的 方法 不 仅 可 以 从 蛋白 质 一 级 结构 预测 二 级 结构 ， 更 重要 的 是 可 返 回 到 核酸 分 子 数据 库 中 ， 从 核 苷 酸 顺 序 预 测 蛋白 质 二 级 结构 ， 这 一 工作 正在 进行 之 中 。 在 实际 分 析 中 ， 发 现 氨基 酸 残 基 对 之 间 确 有 相互 作用 ， 类 似 于 遗传 学 上 的 . 47 . 显 、 隐 性 基因 的 相互 作用 。 大 量 迹象 表明 ， 处 于 肽 链 中 的 氨基 酸 残 基 性 质 已 大 大 不 同 于 单独 存在 时 的 性 质 。 一 个 蛋白 质 分 子 为 什么 需要 一 定 链 长 的 肽 链 ， 这 不 仅 是 对 某 个 R 基 的 需要 ， 更 重要 的 是 每 个 残 基 对 整个 分 子 链 的 贡献 。 所 有 的 残 基 是 一 个 分 子 整体 ， 当 一 个 蛋白 质 分 子 的 全 部 残 基 按 一 定 顺 序 排列 起 来 并 形成 特定 室 间 结构 时 ， 便 会 产生 整体 效应 。 这 种 整体 效应 如 果 出 现在 氨基 酸 残 基 排 列 过 程 之 中 ， 那 就 是 空间 结构 产生 的 基础 。 这 样 的 整体 效应 究竟 是 什么 ? 是 一 种 力 ? 是 一 种 能 量 ? 还 是 一 种 迄今 还 不 知道 的 东西 ? 有 待 于 人 们 进一步 研究 。 生 命 大 分 子 的 链 状 结构 不 同 于 纯化 学 高 分 子 ， 聚 氯 乙 焕 是 氯 乙烯 的 单调 聚合 ， 聚 忌 烯 是 乙烯 的 简单 聚合 ， 这 样 的 聚合 物 形 成 之 后 产生 了 比 单 体高 得 多 的 机 械 强 度 ， 用 来 做 塑 料 制品 。 而 生命 大 分 子 的 组 分 至 少 有 4 种 KR), REA 20 种 〈 蛋 白质)， 显 然 已 不 能 用 机 械 强 度 来 解释 。 由 于 二 级 结构 预测 尚未 根本 解决 ， 整 个 空间 结构 预测 无 疑 受 到 制约 。 目 前 的 预测 方法 有 3 类 : 中 理论 计算 预测 ; 多 根 据 结 构 类 型 预测 ; ORES ARAB 预测 。 第 一 类 方法 的 核心 是 能 量 最 小 构象 假说 。 此 类 方法 现在 主要 用 作 其 他 方法 的 辅助 方法 。 蛋 白质 一 级 结构 有 同 源 性 ， 三 级 结构 也 有 同 源 性 ， 而 且 高 于 前 者 5 用 同 源 性 预测 蛋白 质 二 级 和 三 级 结构 ， 要 求 首先 每 个 家 族 中 至 少 有 一 个 成 员 结 构 已 知 。 现 在 距离 完成 每 个 家 族 中 至 少 有 一 个 成 员 结构 被 测定 还 有 很 长 时 间 ， 已 知 有 600 多 个 家 族 ， 但 只 发 现 了 300 多 种 结构 类 型 。 对 三 级 结构 同 源 性 的 判定 比 一 级 结构 同 源 性 判定 要 困难 得 多 。 所 以 后 二 类 方法 目前 也 是 在 继续 探索 之 中 。 在 空 间 结 构 预 测 中 成 功 的 例子 是 1987 年 Per 和 Taylon 对 HIV 病毒 蛋白 酶 结构 的 预 WW HIV 病毒 蛋白 酶 能 将 病毒 编码 的 多 聚 蛋白 水 解 成 有 活性 蛋白 ， 此 酶 有 天 妇 氨 酸 蛋白 酶 家 族 中 共有 的 保守 活性 中 心 : Asp 一 Thr 一 Gly。 由 此 推测 此 酶 有 两 个 结构 近似 的 对 称 结构 域 ， 为 二 聚 体 。 由 此 经 计算 机 设计 出 该 酶 的 抑制 剂 进而 达到 抗 艾滋 病 目的 。 经 过 30 余年 研究 ， 关 于 蛋白 质 折 和 机 理 问 题 ， 获 得 的 初步 认识 有 : (1) 蛋白 质 一 级 结构 决定 空间 结构 不 是 绝对 的 。 一 种 一 级 结构 可 以 有 两 种 以 上 的 空间 结构 。 (2) 蛋白 质 有 同 源 性 。 一 级 结构 位 点 氨基 酸 残 基 相 同比 例 在 23% ~ 30% 的 叫 fit TF] UR AE A (3) 蛋白 质 空间 结构 类 型 的 数目 是 有 限 的 。 在 不 同 蛋 白质 中 有 局 部 空间 结构 构成 模块 的 相似 性 。 空 间 结 构 类 似 的 蛋白 质 组 成 蛋白 质 家 族 。 (4) 拓扑 学 研究 表明 蛋白 质 多 肽 链 主 链 对 多 肽 链 的 折 春 贡献 比 侧 链 大 。 - 48 + 4.9 ii 在 机 能 性 蛋白 质 中 ， 酶 是 其 中 最 主要 的 一 类 。1983 年 以 前 的 近 一 个 世纪 中 ， 酶 被 认为 是 有 催化 作用 的 蛋白 质 。 这 是 历经 巴 斯 德 认为 发 酵 是 酵母 细胞 生命 活动 的 结果 、Buchnen 兄弟 在 20 年 后 又 证 明了 发 酵 并 非 要 完整 活 细胞 、30 年 后 美国 科学 家 Sumnen 终于 证 实 了 酶 的 本 质 是 蛋白 质 的 长 期 研究 之 后 才 得 以 决定 的 。 本 世纪 80 年 代 Cech 进而 发 现 RNA 也 有 酶 活性 ， 使 酶 的 本 质 扩 大 化 。 今 后 酶 的 本 质 是 否 仍 会 有 新 发 现 ， 例 如 多 糖 和 脂 是 否 也 有 酶 活性 有 待 研究 。 酶 的 本 质 不 限于 蛋白 质 已 是 毫 无 疑问 了 。 4.9.1 酶 的 作用 特点 和 化 学 催化 剂 相 比 ， 酶 具有 高 效 、 高 度 专 一 性 、 活 性 可 调节 等 特点 。 其 中 以 酶 的 专 一 性 受到 人 们 高 度 关注 。 酶 对 化 学 键 、 对 化 学 基 团 、 对 化 学 基 团 在 空间 的 ”分布 位 置 ， 甚 至 对 同一 分 子 中 碳 原子 来 源 新 与 旧 都 可 做 出 选择 。 这 种 选择 性 是 普 通化 学 催化 剂 至 今 无 法 相 比 和 实现 的 。 酶 处 于 生物 细胞 中 或 细胞 之 间 ， 在 生理 条 件 下 作用 ， 且 效率 极 高 ， 已 是 化 学 工业 模拟 的 主要 对 象 。 关 于 酶 活性 有 调控 的 特 点 ， 早 已 引起 关注 。 酶 的 量 、 酶 的 半 训 期 、 酶 的 活性 都 是 可 控制 的 。 酶 水 平 的 调 控 是 代谢 调控 的 基本 方式 。 从 生物 化 学 来 说 ， 某 种 生物 有 或 无 某 种 生物 化 学 反应 ， 首 先是 由 于 有 或 无 某 种 酶 决定 的 。 从 遗传 学 说 来 ， 是 由 于 有 无 这 种 酶 的 基因 。 分 子 生物 学 既 从 酶 ， 也 从 基因 水 平 研究 酶 促 反应 。 有 某 种 酶 的 基因 不 一 定 就 有 某 种 酶 。 因 为 生物 合成 的 酶 同样 有 一 个 后 加 工 、 运 输 等 问题 。 酶 催化 的 底 物 有 时 并 不 和 含有 这 种 酶 的 细 胞 、 细 胞 器 在 一 起 。 4.9.2 酶 的 结构 特点 有 催化 活性 的 蛋 白 质 或 RNA 在 结构 上 必然 有 与 一 般 蛋 白质 和 RNA 不 同 的 结构 。 本 质 为 蛋白 质 的 酶 已 知 有 单纯 和 结合 两 类 ， 前 者 仅 由 蛋白 质 组 成 ， 后 者 另 有 小 分 子 有 机 物 〈 如 维生素 辅 基 ) 和 人 金属 离子 。 结 合 型 的 酶 分 子 蛋白 质 部 分 决定 酶 的 专 一 性 、 抗 原 能 力 ， 辅 基部 分 决定 此 酶 催化 的 反应 性 质 ， 如 氧化 还 原 反 应 、 基 团 转移 反应 等 。 目前 ， 对 已 知 本 质 为 蛋白 质 的 酶 的 结构 特点 的 研究 ， 主 要 是 对 活性 中 心 残 基 的 认识 。 空 间 结 构 的 研究 还 很 有 限 。 与 酶 活性 直接 相关 的 氨基 酸 残 基 组 成 的 催化 - 49 « 中 心 叫做 酶 的 活性 中 心 。 这 些 残 基 在 一 级 结构 可 不 相 邻 而 在 空间 结构 上 靠近 。 这 些 残 基 中 与 催化 活性 密切 相关 的 基 团 叫做 必需 基 团 。 目 前 发 现 的 必需 基 团 主要 的 有 丝氨酸 的 羟基 ， 天 冬 氢 酸 、 谷 氨 酸 的 末端 羧基 ， 组 氨 酸 的 咪唑 基 ， 半 胱 氨 酸 的 琉 基 ， 甘 氨 酸 的 R 基 〈 和 氢 )。 现 有 的 各 种 酶 促 作 用 机 理学 说 中 ， 以 广义 酸 碱 催 化 和 共 价 催化 学 说 了 解 最 多 。 二 者 均 以 羟基 、 羧 基 和 朴 基 的 可 逆 解 离 释放 OH 或 电 子 为 核心 ， 由 此 人 们 将 蛋白 质 水 解 酶 类 分 为 几 个 大 家 族 。 第 一 家 族 为 丝氨酸 蛋白 酶 类 ， 这 些 酶 的 活性 中 心 有 丝 氨 酸 和 和 锌 离子 ， 如 胰 脏 分 刻 出 来 的 胰 凝 乳 蛋白 酶 、 胰 和 蛋白酶 、 弹 性 蛋白 酶 ; 第 二 家 族 为 含 硫 的 蛋白 酶 类 ， 这 些 酶 的 活性 中 心 有 半 胱 氨 酸 ， 如 木瓜 蛋白 酶 ; 第 三 家 族 为 含 羧基 的 蛋白 水 解 酶 类 ， 如 明和 蛋 自 酶 。 在 对 酶 分 子 中 氨基 酸 残 基 的 特点 进行 研究 的 同时 ， 人 们 对 酶 分 子 作 用 时 的 空 间 结 构 特 点 也 进行 了 初步 研究 ， 已 知 的 结果 以 “形变 ”为 主 。 形 变 就 是 酶 分 子 的 构象 变化 ， 即 变 构 。 在 酶 和 底 物 接触 和 作用 过 程 中 ， 酶 的 构象 是 变化 的 ， 构 象 变 化 带 来 了 酶 和 底 物 的 识别 和 酶 对 底 物 分 子 原 有 化 学 键 的 松动 。 由 于 酶 分 子 构象 变 化 的 可 逆 性 ， 所 以 这 种 因 “ 形 变 ” 带 来 的 催化 可 重复 产生 。 酶 分 子 构 象 变化 的 起 因 不 限于 克 物 ， 各 种 酶 活性 的 其 他 调节 物 如 产物 也 可 引 起 酶 构象 改变 。 酶 构象 改变 的 结果 有 两 种 ， 一 种 是 使 酶 活性 增强 ， 一 种 是 使 酶 活 下 降 。 别 构 酶 或 日 变 构 酶 的 活性 调节 即 是 如 此 。 酶 作用 时 空间 结构 的 特点 以 变 构 酶 研究 最 有 代表 性 。 酶 原 转变 为 酶 的 研究 结果 说 明了 酶 的 一 级 结构 与 空间 结构 的 关系 。 去 掉 几 个 到 几 十 个 残 基 ， 酶 催化 所 需 的 空间 结构 才 可 形成 ， 酶 原生 物 合成 和 酶 原 转变 成 酶 的 过 程 一 般 不 在 同一 组 织 、 细 胞 或 细胞 器 中 进行 。 酶 活性 部 位 的 柔性 说 明了 酶 构象 的 变化 不 限于 寡 聚 酶 ， 由 一 条 肽 链 组 成 的 酶 的 构象 也 在 不 断 地 变化 着 。 酶 的 活性 部 位 与 底 物 过 渡 态 中 间 物 有 互补 关系 。 本 质 为 核酸 的 酶 的 结构 特点 了 解 得 还 很 有 限 。 已 发 现 的 数 十 种 有 酶 活性 的 RNA 在 一 级 结构 中 都 有 进化 上 高 度 保守 的 序列 ， 而 且 这 些 序列 与 催化 活性 相关 。 大 多 数 已 知 具 有 自我 剪 切 活力 的 RNA 都 能 形成 “ 锤 头 ” 状 或 “发 夹 ， 式 的 二 级 结构 。 已 知 的 有 酶 活性 的 RNA 作用 的 底 物 仅 限 于 tRNA, rRNA, TL RNA。 而 本 质 为 蛋白 质 的 酶 不 仅 催化 蛋白 质 ， 而 且 催化 糖 、 脂 、 核 酸 等 多 种 底 物 。 4.9.3 酶 促 反应 的 动力 学 酶 促 反 应 速度 的 表示 和 影响 酶 促 反 应 的 因素 问题 归于 动力 学 研究 。 实 验证 实 了 底 物 浓度 与 酶 反应 速度 的 关系 呈 双 曲线 。 这 里 一 定 要 注意 ， 并 非 所 有 的 酶 具有 这 一 特点 。 例 如 多 数 变 构 酶 呈 S 型 曲线 。 双 曲线 的 特点 告诉 人 们 许多 问题 ;: 第 一 *，S0 « _— 本 是 酶 促 反应 速度 的 表示 要 用 初速 度 ， 因 为 酶 促 反 应 全 过 程 并 非 全 部 符合 一 级 反应 (这 里 限于 单 底 物 反应 )， 只 是 反应 刚刚 开始 时 呈现 一 级 反应 ; 第 二 是 酶 与 底 物 相 互 作用 的 数量 关系 。 一 个 酶 分 子 每 次 结合 底 物 的 分 子 数 是 一 定 的 ， 因 为 一 个 酶 分 子 有 多 少 个 活性 中 心 是 一 定 的 ， 如 果 所 有 的 酶 的 活性 中 心 全 被 底 物 分 子 占据 ， 再 增加 底 物 也 无 助 于 反应 速度 。 所 以 酶 促 反 应 速度 有 最 大 反应 速度 ， 即 底 物 增加 而 反应 速度 不 增加 时 的 速度 。 第 三 是 暗示 了 酶 和 底 物 相互 作用 时 形成 中 间 产 物 。 由 此 提出 了 中 间 产 物 学 说 ， 米 氏 公 式 的 理论 依据 即 中 间 产 物 学 说 。 在 生物 化 学 发 展 史上 ， 用 数学 方法 说 明和 证 实 一 种 理论 并 不 多 见 。 米 氏 公 式 成 为 一 个 范例 。 一 般 的 理论 通常 采用 实验 方法 来 证 实 。 米 氏 公式 的 建立 是 依据 中 间 产 物 学 说 提出 的 若干 假设 。 离 开 和 不 理解 这 些 假 设 ， 就 谈 不 上 什么 理解 米 氏 公式 。 米 氏 公 式 有 多 种 推导 方法 ， 但 这 些 假设 是 一 致 的 ， 根 据 中 间 产 物 学 说 有 : K1 K3 EAS. Ess E+P @) 人 即 ES->E+P 可 忽略 ,因此 有 :; AES! = k,([E]-[ES])[S] @ [E] — [ES] 为 游离 态 酶 的 浓度 。 上 式 为 ES 形成 的 速度 ,而 ES 分 解 的 速度 为 : =dES] -~ K,[ES] - K3[ES] @ 恒 态 时 , 即 Ahead iliac raphe d{ES]_ -d[ES] ® dt dt K,({E] -[ES])[S] = K,[ES]+K;[ES] K,+K3 _ ({E]-[ES])-[S Ke 4 eh [ES] 令 K = ,得 ， 二 ({E] 一 [ES]) 。 [S] Ka = [ES] 本 LEJ[S] [ES] = K,, + LS] © 因为 酶 促 反应 初速 度 与 ES 形成 量 成 正比 ,所 以 Vinx = : K3LES] © 将 @ 代 入 @ 得 Sf « [E][S] nn @ 如 果 所 有 的 酶 都 转变 成 ES, 即 [下 ]=[ES], 此 时 酶 促 反 应 速度 最 大 ， Vimex = K3LES] =-K3[E] @ 除 以 @ 得 K, + [SI 外 此 式 即 米 氏 公式 ,区 称 为 米 氏 常数 。 米 氏 公式 表明 了 单 底 物 酶 促 反应 中 酶 促 反应 速度 与 底 物 浓度 之 间 的 定量 关系 ,是 对 中 间 产 物 学 说 的 数学 证 明 。 在 以 后 的 应 用 中 进一步 证 实 了 这 一 公式 的 正确 性 。 米 氏 公式 提供 了 酶 的 一 个 非常 重要 的 参 &—K,, 值 , 当 酶 促 反应 TREE SAT Let BU V=V,../2 BA: 由 这 | He +[S] Ku= [S], Bl Ko 值 的 物理 意义 是 当 酶 促 反 应 初速 度 达 到 最 大 反应 速度 一 半 时 的 底 物 浓度 ,其 单位 和 底 物 浓度 单位 一 样 。 一 种 酶 对 应 一 种 底 物 只 有 一 个 Ky, 值 , 所 以 KK。 值 是 酶 的 特征 常数 , 它 与 酶 浓度 无 关 , 只 与 酶 性 质 和 底 物 有 关 ,在 一 定 的 pH REALE PF ,成 为 鉴别 酶 的 一 种 手段 。 由 于 米 氏 公式 定义 K, = (Ko2 + K3)/ K,,K,, 是 ES 分 解 和 形成 速度 的 比值 ,Ku 愈 小 ,说明 酶 与 该 底 物 亲 合力 愈 大 ,反应 速度 也 愈 大 。 如 果 将 米 氏 公式 两 端 上 下 颠倒 后 可 得 到 us oe 1 = Cs Tat AVA A/V Xt naa eeR: strniieertbiie Kin/Vimaxo Sh HE 横 轴 相交 处 得 ( — x), BW 1K, (2,K,= -1Ax 。 米 氏 公式 说 明了 单 底 物 酶 促 反 应 中 底 物 浓度 和 反应 速度 的 关系 。 对 于 一 种 以 上 底 物 的 酶 促 反应 ,如 双 底 物 、 三 底 物 反应 , 米 氏 公式 必须 要 修改 。 这 一 修改 的 前 提 条 件 是 要 建立 或 提出 一 种 机 理 , 把 中 间 物 学 说 扩大 到 多 底 物 反应 。 这 一 工作 至 今 少 有 公认 研究 结果 。 迄今 仅 对 双 底 物 酶 促 反应 的 机 理 有 初步 的 认识 ,提出 3 种 反应 机 理 一 一 依次 反应 机 理 、 随 机 反应 机 理 和 乒乓 反应 机 理 。 依 次 反应 机 理 认 为 酶 依次 有 序 地 和 两 种 底 物 反应 A B Q E 一 ~ EA—>EAB == EPQ -一 EQ-4-E 总 反应 : . 52 . A+B—>P+Q 随机 机 理 的 随机 性 在 于 酶 和 两 种 底 物 结合 的 随机 性 和 释放 出 产物 顺序 的 随机 性 。 即 酶 与 哪 种 底 物 首先 结合 和 作用 是 随机 的 。 随 机 机 理 和 依次 机 理 的 共同 点 在 于 均 形 成 酶 和 两 种 底 物 在 一 起 的 三 元 复合 物 。 乒 乓 机 理 说 明了 酶 首先 与 底 物 之 一 结合 并 释放 出 第 一 种 产物 ， 此 时 酶 的 状态 〈 组 分 和 构象 ) 也 发 生变 化 ， 然 后 再 和 第 二 种 底 物 结合 并 作用 ， 释 放出 第 二 种 底 物 的 产物 后 酶 又 恢复 原 态 。 这 等 于 是 酶 在 两 种 底 物 之 间 穿 梭 作 用 。 故 名 乒乓 反应 机 理 。 由 于 这 三 种 机 理 都 有 各 自 的 例 证 ， 所 以 都 有 可 能 存在 ， 究 竟 哪 一 种 正确 或 是 否 都 能 成 立 仍 有 待 研究 。 它 们 的 动 力学 公式 仅 在 酶 学 专 论 中 才 涉 及 。 普 通 生物 化 学 目前 仅仅 要 求 了 解 这 些 概 念 即 可 。 4.9.4 抑制 剂 作 用 动力 学 许多 物质 可 使 酶 活性 下 降 而 并 不 导致 酶 变性 ， 这 就 是 酶 的 抑制 剂 。 抑 制剂 作 用 有 可 逆 和 不 可 逆 之 别 ， 其 中 以 可 逆 抑 制 最 为 重要 。 这 是 因为 可 逆 抑 制作 用 在 理 论 和 实际 应 用 中 意义 重大 。 酶 活性 中 心 残 基 的 研究 ， 抗 菌 药 物 、 抗 病毒 药物 的 研 制 常 以 可 逆 抑 制作 用 原理 为 依据 。 可 逆 抑 制 有 竞争 、 非 竞争 、 反 竞争 3 种 类 型 ， 其 中 以 竞争 性 抑制 研究 的 最 多 。 竞 争 是 指 抑制 剂 和 底 物 同 酶 结合 时 的 竞争 ， 竞 争 性 抑制 剂 的 结构 和 底 物 类 同 。 酶 自身 没有 足够 的 区 分 竞争 性 抑制 剂 和 底 物 的 能 力 。 只 以 当 竞 争 性 抑制 剂 被 结合 后 不 能 使 其 转化 为 正常 产物 的 方式 来 区 分 。 竞 争 性 抑制 剂 和 正常 底 物 不 但 结构 类 似 ， 而 且 在 酶 的 同一 部 位 〈 活 性 中 心 ) 和 了 酶 结 合 。 非 竞争 性 抑制 剂 和 正常 底 物 在 结构 上 不 相 类 似 ， 且 和 正常 底 物 不 在 酶 的 同一 部 位 结合 ， 所 以 酶 同时 和 二 者 相 结 合 ， 中 间 产 物 是 三 元 复合 物 ， 同 样 也 无 正常 产 物 生 成 。 反 竞争 性 抑制 剂 是 在 酶 和 底 物 结合 之 后 才 同 酶 结合 的 ， 形 成 的 三 元 复合 物 也 不 能 形成 正常 产物 。 由 于 抑制 剂 作用 的 动力 学 公式 是 修改 后 的 米 氏 公式 ， 单 靠 推导 或 记忆 不 可 取 ， 简 便 的 方法 是 要 真正 弄 慌 上述 分 析 。 三 种 竞争 性 抑制 作用 的 共同 特点 是 酶 促 反应 初速 度 下 降 。 下 降 的 原因 是 K。 和 Vs 值 的 变化 所 致 。 竞 争 性 抑制 剂 阻 找 了 正常 底 物 和 酶 的 结合 ， 仅 在 加 大 底 物 浓度 时 才 可 逐渐 抵消 ， 显 然 Ku 值 要 增加 ， Vaax 不 变 。 而 非 竞 争 性 抑制 剂 并 不 直接 影响 酶 与 底 物 的 结合 ， 所 以 Ku AAR. HP 女 导 致 V 下 降 就 由 Vass 来 完成 了 。 所 以 Vna 减 小 。 反 竞争 抑制 剂 不 能 靠 增 加 底 物 浓 度 来 抵消 ， 因 为 反 竞 争 性 抑制 剂 促进 酶 与 底 物 的 结合 。 但 由 于 形成 三 元 复合 物 不 能 形成 正常 产物 ， 所 以 Ku 变 小 ，Vaax 也 变 小 。 上 述 三 种 可 逆 抑 制作 用 的 动力 学 分 析 建 立 在 对 米 氏 公式 的 各 种 符号 的 意义 充 ay gy 分 理解 和 抑制 剂 作 用 原理 的 基础 上 ， 辅 之 于 平时 完成 适量 的 练习 题 之 后 才 可 逐步 掌握 。 必须 认识 到 ， 无 论 是 底 物 还 是 抑制 剂 ， 和 酶 的 结合 说 到 底 是 和 酶 分 子 的 活性 基 团 相 结合 。 结 合 紧 密 与 否 、 可 逆 与 否 取决 于 酶 和 底 物 及 抑制 剂 双方 的 结构 ， 例 如 重金 属 离子 和 酶 的 结合 常见 于 和 酶 的 琉 基 结合 ， 有 机 磷 农 药 常 和 酶 分 子 中 的 产 基 结 合 ， 这 些 抑 制剂 的 结构 是 可 想 而 知 的 。 此 外 可 逆 与 不 可 逆 是 相对 而 言 的 ， 绝 大 多 数 不 可 逆 抑 制剂 仍 可 用 特殊 方法 解除 。 这 些 特 殊 方法 不 包括 透析 、 超 滤 等 物 理 方法 。 不 可 逆 抑 制剂 的 解除 方法 与 临床 医学 关系 密切 。 有 机 磷 农 药 的 解毒 是 通过 解 毒药 物 和 已 经 结合 于 酶 分 子 上 的 有 机 磷 再 次 结合 而 使 酶 游离 出 来 。 显 然 这 类 解毒 药物 和 有 机 磷 农 药 结 合 的 强度 大 于 和 酶 结合 。 重 金属 中 毒 用 络 合剂 或 加 入 其 他 过 量 的 琉 基 化 合 物 来 解毒 。 竞争 性 抑制 原理 应 用 的 范例 是 磺胺 药 的 研制 。 利 用 磺胺 药 和 细菌 合成 叶酸 所 需 的 对 氨基 葵 甲 酸 仅 一 个 碳 原 子 之 别 〈 变 成 了 S) ， 使 细菌 的 叶酸 不 能 正常 合成 ， 从 而 导致 细菌 的 核 苷 酸 合成 受阻 而 死亡 。 而 人 以 摄 人 叶酸 为 主 ， 故 磺胺 药 对 人 的 核酸 合成 无 影响 。 磺 胺 药 的 出 现 是 制药 工业 历史 上 的 一 场 革命 ， 人 类 从 此 真正 有 能 力 杀 灭 细菌 。 本 世纪 内 ， 人 类 曾 模拟 这 一 途径 ， 祈 求 合 成 一 种 抵抗 或 杀 灭 病毒 的 药物 ， 如 病毒 灵 的 成 分 即 核 苷 或 碱 基 的 类 似 物 。 遗 憾 的 是 这 类 药物 对 病毒 和 人 都 有 药物 作用 ， 至 今 无 法 像 磺胺 药 那 样 可 以 广泛 使 用 。 4.9.5 pH 和 温度 对 酶 促 反 应 速度 的 影响 联想 到 本 质 为 蛋白 质 的 酶 遇 酸 、 碱 和 热 出 现 的 构象 变化 ， 直 至 出 现 变性 ， 以 及 酶 作用 时 依赖 的 活性 中 心 必需 基 团 解 离 的 状态 ， 不 难 理解 每 种 酶 都 有 自己 的 最 适 pH 和 最 适 温度 。 但 仍 要 注意 到 pH 对 酶 活性 的 影响 曲线 和 温度 对 酶 活性 的 影 响 曲线 不 同 ， 前 者 的 曲线 近似 对 称 ， 而 后 者 不 对 称 。 当 工 超过 最 适 温度 时 ， 酶 活性 急剧 下 降 。 这 是 由 于 蛋白 质 遇 热 变性 快 于 遇 酸 碱 变性 的 缘故 。 酶 在 低温 和 干 燥 下 易 保存 的 道理 由 此 可 以 理解 。 4.9.6 酶 活力 的 表示 酶 活力 用 活力 单位 (U) 表示 ， 这 一 点 类 似 于 抗菌 素 活 力 的 表示 ， 如 青 霉 素 、 链 霉 素 常 用 多 少 单位 来 表示 ， 而 不 直接 用 重量 或 浓度 。 这 是 因为 酶 含量 低 、 不 易 提 纯 、 寿 命 短 、 成 本 高 的 缘故 。 国 际 上 统一 利用 酶 作用 的 结果 来 描述 酶 量 。 除了 国际 单位 外 ， 实 际 操作 中 常常 使 用 习惯 法 来 表示 。 « A 。 酶 的 国际 单位 规定 为 : 在 特定 条 件 下 (25C, Bid) pH、 温 度 和 底 物 浓度 等 ) 1 分钟 内 能 转化 1 微 摩尔 (pmol) 底 物 的 酶 量 。 在 国际 单位 之 后 又 出 现 的 一 个 新 的 单位 为 katal (简称 kat) ， 规 定 为 : 1 Bp 内 转化 1 摩尔 底 物 所 需要 的 酶 量 。 因为 1 分 钟 等 于 60 秒 , 荆 摩尔 等 于 105 微 摩尔 。 所 以 ，1kat = 6010°U = 6X10’ U; 1U = 1.667x1078kat。 在 有 了 统一 的 酶 活力 单位 之 后 ， 反 过 来 酶 活力 可 用 来 表示 酶 制剂 的 纯度 ， 这 就 是 比 活力 。 比 活力 是 指 每 毫克 酶 制品 所 含 的 国际 单位 数 或 每 千克 酶 制品 中 所 含 的 kat 数 。 显 然 ， 取 同样 质量 的 同一 种 酶 的 制品 ， 含 活力 单位 多 的 其 纯度 就 越 高 ， 如 同 拿 到 一 支 青霉素 一 样 ， 不 能 看 体积 和 质量 ， 而 是 要 看 注 明 的 单位 数 。 4.9.7 酶 的 提取 对 于 本 质 为 蛋白 质 的 酶 来 说 ， 其 提取 过 程 实际 上 就 是 蛋白 质 的 提取 过 程 ， 不 同 之 处 在 于 : 中 酶 有 胞 内 胞 外 分 布 的 差异 ， 胞 内 酶 的 提取 要 破 细 胞 ; OBL — HK ”蛋白 质 容易 失去 活性 ， 提 取 过 程 一 般 在 低温 ( (15~ -20Y ) 下 进行 ， 避 免 过 剧 烈 〈 过 度 搅 拌 ， 剧 烈 的 酸 碱 变化 等 ) 的 操作 ; @ 提 取 过 程 要 保留 或 添加 所 需 的 辅 因子 。 4.9.8 维生素 和 辅酶 维持 机 体 正常 生命 活动 不 可 少 的 一 类 小 分 子 有 机 物 叫 做 维生素 。 维 生 素 需 要 量 少 ， 分 子 量 小 ， 人 体 和 多 种 动物 不 能 合成 ， 必 须 靠 食 人 才 可 获得 。 水 溶性 维 生 素 以 辅酶 形式 参与 结合 酶 的 组 成 为 主 ; 脂 溶性 维生素 以 独立 发 挥 作 用 为 主 。 在 物质 代谢 途径 中 经 常 涉及 到 维生素 。 维 生 素 以 药物 制品 生产 销售 ， 在 临 床 、 制 药 、 食 品 和 营养 学 中 经 常 遇 到 。 基 本 的 学 习 要 点 是 要 能 够 辨认 和 区 别 各 种 维生素 ， 熟 悉 各 种 维生素 的 符号 和 辅酶 的 缩写 符号 ， 基 本 上 了 解 各 种 维生素 作用 机 理 及 相应 缺乏 病 。 维 生 素 的 化 学 结构 虽 彼此 差别 很 大 ， 仔 细 琢 磨 仍 有 规律 可 Mill 水 溶性 维生素 的 特点 : 中 水 溶性 维生素 溶 于 水 而 不 溶 于 脂 ， 不 易 在 体内 储 存 ， 必 须 随 时 摄 人 ; @ 水 溶性 维生素 主要 以 辅酶 或 辅 基 的 形式 参与 酶 的 组 成 ; @ 水 溶性 维生素 辅酶 或 辅 基 多 为 核 苷 酸 的 衍生 物 ， 是 在 原 有 维生素 结构 式 基 础 上 磷 酸化 、 核 苷 酸化 而 形成 的 ; 由 水 溶性 维生素 辅酶 或 辅 基 决定 酶 促 反应 的 性 质 ， 主 要 有 脱 氢 加 氢 、 脱 羧 羧 化 、 一 碳 基 转运 、 基 团 转 移 、 基 团 变 位 等 。 脂 溶性 维生素 的 特点 : 四 脂 溶性 维生素 溶 于 脂 ， 可 在 体内 储存 ， 故 不 需 每 天 5 5“ aie A; QATAR ARK MRA, BIBS RA S 的 倍数 ; OMA 性 维生素 以 独立 发 挥 生理 功能 为 主 。 4.10 食用 和 蛋白 在 普通 生物 化 学 中 ， 食 用 蛋白 一 般 不 做 专门 讨论 ， 在 食品 生物 化 学 中 则 是 不 可 缺少 的 内 容 之 一 。 以 人 类 食用 蛋白 为 例 ， 即 是 指 蛋 、 肉 和 奶 中 的 蛋 和 白质。 这 三 类 食品 因 以 富 含 蛋白 质 而 惯 称 蛋白 质 类 食品 。 在 蛋白 质 资源 开发 中 又 出 现 了 叶 蛋 和 白 和 单 细胞 蛋白 。 4.10.1 肉 类 蛋白 肉 类 蛋白 主要 来 自 肌肉 。 骨 有 骆 肌 中 有 肌 球 重 白 和 肌 动 蛋白 ， 皮 、 骨 和 结缔 组 织 中 有 胶原 和 蛋白。 胶原 蛋白 缺少 半 胱 氨 酸 和 色 氮 酸 ， 蛋 氢 酸 含量 也 很 少 。 4.10.2 A & BA BEALIAA PRR N-REAM (80% ~82%), TMB, RE 酸 基 又 和 钙 结 合 在 一 起 。 酷 蛋白 由 os、oo、B 和 天 四 种 蛋白 质 组 成 ， 一 级 结构 已 经 测 出 ， 基 因 分 离 和 重组 及 人 工 表 达 的 研究 已 经 相当 深入 。 乳汁 是 一 种 天 然 胶 体 溶 液 ， 所 含 的 蛋白 质 、 脂 肪 、 无 机 盐 等 成 分 相互 作用 形 成 的 胶 粒 结构 很 稳定 ， 人 们 一 直 在 对 乳汁 中 酷 蛋 白 胶 粒 结构 进行 研究 ， 先 后 提出 了 多 种 模型 ， 但 至 今 仍 未 真正 揭示 这 一 秘密 。 四 种 栈 蛋 白 中 的 K - 酷 蛋 自 被 公认 为 天 然 的 蛋白 质 乳 化 剂 ， 在 稳定 酷 蛋 白 胶 粒 结构 中 起 着 关键 作用 。 比 较 而 言 ， 目 HULA PLAS ER (Wangh) 模型 最 有 说 服 力 ， 此 模型 认为 cd 、oao、B 酷 蛋 自 形成 胶 粒 核心 ，K - 酷 蛋 白 覆 盖 在 这 一 核心 的 外 侧 。 作 者 根据 四 种 酷 蛋 和 白 的 一 级 结构 特点 、 四 种 酷 蛋 白 在 乳汁 中 的 含量 以 及 电镜 下 观察 到 的 酷 蛋 白 胶 粒 形状 ， 提 出 了 一 个 新 的 模型 一 一 哑铃 状 结构 模 型 。 认 为 ui 和 昌 栈 蛋白 首先 形成 核心 ，oo 处 于 这 一 核 心 外 侧 并 形成 球状 体 ，K - 酷 蛋 白 贯 串 在 这 样 两 个 球 之 间 ， 故 名 哑铃 结构 ， 铬 离 子 处 于 oy. BA ae 三 者 的 磷酸 基 形 成 的 网 络 中 。 在 瓦 格 氏 模型 提出 时 ， 栈 蛋白 的 种 类 和 一 级 结构 尚未 肯定 和 测定 ， 例 如 uo 在 瓦 格 氏 模 型 中 没有 说 明 在 什么 位 置 和 起 何 种 作用 。 蛋白 质 液 态 食品 加 工 和 保存 的 关键 是 防止 酷 蛋 白 沉淀 ， 加 入 无 营养 价值 的 乳 化 剂 既 增加 成 本 又 无 利于 营养 ， 乳 并 中 栈 蛋 白 的 天 然 状态 胶 粒 结构 的 研究 无 疑 对 开发 天 然 蛋 白质 乳化 剂 有 很 大 帮助 。 近 年 来 人 们 发 现 的 各 种 耐 热 、 耐 酸 碱 蛋 白 5 56° 质 ， 特 别 是 热 休 克 蛋 白质 和 植物 抗 性 机 理 的 发 现 与 研究 ， 说 明和 蛋白 质 的 一 级 结构 的 组 成 和 排序 能 够 解决 蛋白 质 的 耐 受 性 问题 。 蛋 白质 工程 在 这 一 方面 一 定 有 大 作 为 。 4.10.3 种 子 蛋白 谷物 、 豆 类 和 油料 种 子 中 富 含 蛋白 质 。 小 麦 、 大 麦 、 大 米 和 玉米 的 蛋白 质 含 量 远 远 低 于 大 豆 。 通 常 根 据 溶解 性 对 谷物 蛋白 和 油料 种 子 蛋 白质 进行 分 类 。 小 麦 面粉 中 的 蛋白 质 形成 面筋 ， 由 醇 溶 蛋白 和 谷 蛋 白 组 成 ， 前 者 溶 于 60% 一 70% 的 乙醇 ， 后 者 溶 于 稀 酸 或 碱 。 清 蛋白 处 于 面粉 的 水 溶性 部 分 ， 富 含 色 氨 酸 ， 球 蛋白 溶 于 稀 盐 溶液 。 油 料 种 子 蛋 白质 最 主要 的 成 分 是 球 蛋 白 。 4.10.4 单 细 胞 蛋白 单 细 胞 蛋白 来 自 微 生物 ， 如 酵母 、 细 菌 等 。 人 们 将 多 种 工农 业 废 料 经 微生物 转化 为 蛋白 质 ， 既 消除 了 污染 ， 又 开辟 了 新 的 蛋白 质 资源 。 绿 球 藻 单 细 胞 蛋白 生 产 已 经 得 到 广泛 推广 ， 并 商品 化 。 单 细胞 蛋白 生产 菌 富 含 核酸 ， 因 而 其 代谢 产物 一 一 尿酸 在 体内 堆积 过 多 会 引起 痛风 症 ， 目 前 这 一 问题 已 经 开始 得 到 解决 。 4.10.5 禽 蛋 蛋白 质 蛋白 质 一 词 的 汉 译 与 禽 蛋 蛋 白质 早已 被 人 们 所 利用 有 关 ， 在 英文 中 原本 是 “第 一 ”的 意思 ， 这 无 疑 说 明了 禽 蛋 富 含 蛋白 质 。 禽 蛋 的 白色 部 分 以 蛋白 质 为 主 。 禽 蛋 蛋白 质 的 氨基 酸 组 成 和 比例 与 人 体 所 需 的 氨基 酸 模式 十 分 接近 ， 而 且 在 所 有 蛋 自 质 食品 中 消化 吸收 利用 率 最 高 ， 是 营养 学 上 最 理想 的 蛋白 质 食品 。 4.11 BRASH 蛋白 质 不仅 有 对 人 和 动物 有 有 益 的 一 面 ， 同 时 也 有 不 利 或 有 害 的 一 面 。 许 多 生物 体 中 含有 有 毒 的 蛋白 质 和 肽 ， 一 般 是 对 人 而 言 的 。 凝集 素 、 胰 蛋白 酶 和 淀粉 酶 抑制 剂 是 存在 于 葛 麻 、 大 豆 、 吏 豆 、 刀 豆 等 籽 实 中 的 毒 蛋 白 ， 其 中 以 凝集 素 研究 得 最 多 。 动 物 中 也 有 凝集 素 。 凝 集 素 对 红血球 细 胞 和 肿瘤 细胞 有 特异 性 ， 在 生物 学 中 被 广泛 用 做 糖 蛋白 亲 合剂 。 胰 和 蛋白酶 抑制 剂 的 基因 已 转移 到 棉花 等 农作物 中 ， 用 于 防止 害虫 ， 这 就 是 基因 工程 中 的 抗 虫 基因 工程 。 . 57 。 iGABREAHAEK, BEBRE-AHARK, HRABA, 葡萄 球菌 肠 毒素 来 自 金 黄色 葡萄 菌 ( Staphylococcus axurexs )， 是 分 子 量 为 3x10'~3.5X10° 的 一 类 有 毒 蛋 白质 。 肉 毒 杆 菌 毒素 是 肉 毒 杆菌 产 生 的 一 类 有 毒 蛋白 ， 毒 性 大 于 葡萄 球菌 肠 毒 素 。 上 述 有 毒 的 蛋白 质 和 肽 几乎 都 以 极 微量 的 摄 人 可 使 人 致死 。 从 一 级 结构 和 空 间 结 构 分 析 ， 这 些 蛋 白质 和 肽 为 什么 有 毒 研 究 得 还 很 有 限 ， 但 从 和 蛋 和 白质、 核酸 和 生物 膜 等 的 生物 化 学 可 以 得 知 ， 这 些 毒 素 无 非 是 和 蛋白质 的 某 些 残 基 或 修饰 部 分 相 结合 ， 实 际 上 就 是 一 种 蛋白 质 - 蛋白 质 的 相互 作用 ， 同 理 可 以 推广 到 蛋白质 一 核酸 、 蛋 白质- 生物 膜 等 之 间 的 相互 作用 。 所 以 ， 深 入 研究 这 些 毒 素 的 作用 机 理 ， 紧 密 联系 这 些 毒 素 自身 的 结构 ， 无 疑 对 了 解 生物 大 分 子 之 间 相 互 作 用 具有 促 进 作 用 。 关于 毒 蛋 白 和 毒 肽 的 分 子 生 物 学 ， 有 两 个 倍 受 关注 的 研究 对 象 : 一 个 是 凝集 素 ， 一 个 是 动物 神经 毒 肽 。 凝集 素 一 百年 前 就 已 被 发 现 ， 是 一 类 能 和 糖 类 结合 的 非 酶 、 非 抗体 的 蛋白 质 ， 在 糖 生 物化 学 研究 中 成 为 一 个 重要 工具 。 纯 化 的 植物 凝集 素 已 有 百 余 种 ， 测 得 一 级 结构 的 也 有 几 十 种 ，7 种 植物 凝集 素 的 空间 结构 已 被 测定 。 动 物 凝 集 素 的 研究 于 1968 年 正式 开始 ， 已 知 的 几 类 动物 凝集 素 与 钙 离 子 有 关 ， 同 糖 结合 时 需 要 钙 离 子 ， 大 多 处 于 细胞 膜 上 ， 具 有 一 个 共同 的 糖 识别 域 。 最 引 人 注 意 的 是 叫做 选择 素 的 动物 凝集 素 ， 与 细胞 粘着 有 关 ， 许 多 动物 凝集 素 的 一 级 结构 已 测定 ， 选 择 素 是 凝集 素 的 另 一 译名 。 PAB AULT we. Me, WK, BRE. FRE. DWHABKARE 多 肽 ， 一 般 由 10 一 100 个 氨基 酸 残 基 组 成 ， 富 含 二 硫 键 ， 二 级 结构 以 B 片 层 结构 为 主 。 神 经 毒 肽 的 作用 部 位 就 是 受 体 ， 包 括 乙酰 胆 碱 受 体 、 钠 通道 、 钙 通道 等 。 研究 神经 毒 肽 在 神经 生物 学 、 神 经 药理 学 和 生物 膜 作 用 机 理 方 面 有 重要 意义 。 在 祖国 医学 历史 上 ， 许 多 神经 毒素 早已 被 用 于 药物 ， 用 于 治疗 瘾 痛 、 偏 次 、 人 惊 风 、 面神经 麻痹 ， 有 的 已 用 于 肿瘤 治疗 。 神经 毒 肽 是 研究 蛋白 质 结构 与 功能 ， 膜 受 体 与 配 体 的 关系 和 相互 作用 的 很 好 对 象 。 神 经 毒 肽 分 子 量 小 ， 采 集 和 纯化 较 容 易 ， 生 物 学 作用 明显 。 4.12 多 肽 生长 因子 化 学 本 质 为 多 肽 或 蛋白 质 的 调节 物质 除了 一 部 分 激素 外 还 有 生长 因 了 于。 激素 通常 有 专 一 的 内 分 泌 腺 ， 通 过 血液 扩散 和 有 专 一 的 受 体 。 生 长 因子 〈growth fac- tor) 没有 专 一 的 内 分 刻 腺 ， 没 有 专 一 的 分 泌 细 胞 ， 而 是 由 多 种 细胞 、 组 织 分 汪 的 ， 扩 散 的 渠道 包括 细胞 间 液 和 血液 两 种 ， 也 没有 专 一 的 靶 细 胞 ， 但 在 细胞 膜 上 “有 SB， 。 ae ae eee 有 跨 膜 受 体 ， 且 这 样 的 受 体 同 时 具有 酶 活性 ， 多 种 生长 因子 受 体 共用 一 种 亚 基 。 生长 因子 的 名 称 取 自 细胞 学 ， 在 免疫 学 上 叫做 细胞 因子 〈cytokine)、 白 细胞 介 素 (interleukin)、 淋 巴 因子 (lymphokine)、 人 集落 刺 激 因 子 (colony-stimulating fac- tor) 等 。 这 些 概念 一 定 要 熟悉 。 生长 因子 具有 多 功能 性 ， 包 括 促 进 和 抑制 生长 两 个 方面 ， 彼 此 之 间 的 作用 有 协调 性 。 生 长 因子 如 同 外 周 和 地 方 信 号 ， 激 素 则 为 中 央 或 中 枢 信 号 。 生长 因子 大 致 划 分 为 4 类: (1) 神经 生长 因子 包括 神经 营养 和 突起 生长 因子 两 类 。 如 脑 源 神 经 营养 因子 (BDNF) 和 酸性 成 纤细 胞 生长 因子 (aFGF). (2) 免疫 和 造血 因子 如 白细胞 介 素 〈(IL)、 红 细胞 生成 素 (EPO)、 肿 瘤 坏死 因子 (TNF) 和 干扰 素 (IFN) 等 。 (3) 软组织 生长 因子 如 集落 刺激 因子 (CSFs) 血小板 生长 因子 (PDGF) 转化 生长 因子 c (TGFa) 等 。 (4) 骨 组 织 生 长 因子 如 骨 生 长 因子 (SGF)、 骨 诱导 因子 (OIF) 等 。 由 于 功能 交叉 ， 同 一 生长 因子 可 以 同属 于 上 述 不 同类 型 。 常见 的 调节 因子 的 英文 缩写 符号 应 当 理 解 并 熟 记 。 生长 因子 受 体 化 学 本 质 是 糖 蛋白 。 一 部 分 生长 因子 受 体 具 有 酷 氨 酸 蛋 白 激酶 (TK) 活性 ， 此 酶 既 可 以 使 自身 的 ， 也 可 以 使 外 源 蛋 白 中 的 酷 氨 酸 残 基础 酸化 ， 生长 因子 受 体 和 瘤 基因 表达 有 蛋白 在 一 级 结构 上 有 同 源 性 ， 所 以 与 癌 基 因 有 关 。 瘤 变 细胞 亚 性 增殖 被 认为 是 与 生长 因子 受 体 病变 有 关 。 报考 医学 、 药 学 和 与 生物 工程 相关 类 专业 研究 生 的 学 生 要 特别 注意 学 好 此 部 分 内 容 。 生 长 因子 是 现代 生物 制药 的 主要 对 象 。 . 59 . 第 五 章 ” 核酸 生物 化 学 在 一 般 的 生物 化 学 教科 书 中 ， 核 酸 知 识 占 全 书 175 左右 ， 似 乎 比 蛋白 质 的 内 容 少 多 了 ， 但 若 包括 分 子 生 物 学 的 全 部 内 容 ， 核 酸 的 知识 又 远 远 超过 了 蛋白质 知 识 。 核 酸 研究 已 经 成 为 生物 化 学 与 分 子 生物 学 的 中 心 问题 ， 和 和 蛋白 质 相 比 ， 核 酸 内 容 更 新 快 ， 内 容 也 特别 复杂 和 零碎， 在 生物 化 学 与 分 子 生物 学 学 习 中 难度 最 K. , 到 目前 为 止 ， 核 酸 的 知识 点 包括 以 下 内 容 : (1) 核酸 的 构件 分 子 ， 包 括 核 苷 酸 的 种 类 、 结 构 式 和 符号 ， 这 些 是 必须 要 记 忆 的 。 (2) 核酸 一 级 结构 与 测定 技术 。 (3) 核酸 的 空间 结构 研究 。 (4) 核酸 的 降解 与 核 昔 酸 代谢 。 (5) 核酸 的 生物 合成 。 以 上 内 容 为 核酸 生物 化 学 最 基本 的 内 容 。 (6) 核酸 一 一 级 结构 排序 规律 一 遗传 语言 。 (7) 核酸 一 核酸 的 相互 作用 。 (8) 核酸 -- 蛋白 质 的 相互 作用 。 (9) 核酸 一 激素 、 糖 、 无 机 离子 等 的 相互 作用 。 上 述 4 个 知识 点 概论 起 来 ， 实 际 上 就 是 基因 调控 问题 ， 这 是 目前 分 子 生 物 学 研究 的 核心 问题 。 (10) 基因 工程 ， 包 括 蛋 白质 工程 、 酶 工程 等 ， 这 是 应 用 分 子 生物 学 的 问题 。 随 着 人 类 基因 组 计划 在 全 球 的 展开 和 短期 内 的 完成 ， 核 酸 研究 的 基础 理论 部 分 将 会 有 根本 突破 ， 由 此 带动 生物 工程 走向 更 具体 、 更 深入 、 更 广泛 的 领域 ， 同 时 也 会 引发 出 生命 规律 认识 的 一 场 革命 。 5.1 核酸 的 降解 核酸 中 3’, 5 -磷酸 二 酯 键 经 水 解 断裂 而 获得 核 苷 酸 ， 核 酸 中 各 种 核 苷 酸 的 组 成 差异 有 3 个 方面 : 一 是 核糖 的 区 别 ，DNA 中 为 2 -脱氧 核糖 ，RNA PAR 糖 ; 二 是 DNA 中 常 以 脱氧 胸腺 喀 啶 核 苷 酸 代替 尿 苷 酸 ; 三 是 少量 核 背 酸 在 生物 合成 之 后 或 之 前 有 局 部 修饰 而 成 为 稀有 核 苷 酸 。 稀 有 核 背 酸 产 生 的 方式 有 3 种 : . 60 . 一 是 碱 基 环 上 的 修饰 ， 如 甲 基 化 、 氮 基 化 ; 二 是 碱 基 和 核糖 之 前 的 糖苷 键 改 变 ， 正常 情况 下 味 叭 核 苷 酸 为 1- 9 相连 ， 喀 啶 为 1-1 相 连 ， 和 否则 为 稀有 核 苷 酸 ; 三 是 糖 环 上 的 修饰 ， 比 较 少 见 。 核 苷 酸 的 核糖 上 的 羟基 础 酸化 以 $ 为 主 ，3 ,5 -磷酸 二 酯 键 的 含义 是 生物 合 成 核酸 时 ， 前 一 个 核 苷 酸 的 3- 羟基 和 后 一 个 核 苷 酸 的 S -磷酸 基 缩 水 相连 ， 由 此 决定 了 自然 界 核酸 从 左 到 右 书 写 时 左 端的 核糖 $ 位 带 有 磷酸 基 ， 而 3 HAR 基 。 降解 核酸 的 酶 的 专 一 性 不 同 于 蛋白 酶 之 处 在 于 ， 专 一 性 不 仅 体 现在 一 条 链 的 肉 切 和 外 切 及 对 4 种 核 苷 酸 的 选择 ， 而 且 要 对 一 条 链 ， 特 别 是 二 条 链 同 时 进行 选 择 ， 选 择 的 位 点 可 以 是 一 段 顺序 ， 限 制 性 内 切 酶 即 是 如 此 。 外 切 酶 从 一 端 水 解 DNA 单 链 或 RNA。 蛇 毒 磷酸 二 酯 酶 对 DNA, RNA 均 可 水 解 ， 从 3 OH 端 开始 逐个 水 解 ， 产 物 为 $- 核 苷 酸 ， 当 3 端 带 有 磷酸 基 时 不 起 作用 。 牛 脾 磷 酸 二 酯 酶 和 蛇毒 磷酸 二 酯 酶 相反 ， 从 S - 端 逐 个 水 解 DNA 或 RNA， 产物 为 3 BHR, BK $ 端 有 羟基 而 非 磷酸 基 。 内 切 酶 从 核酸 链 内 水 解 核酸 。 牛 胰 核 糖 核酸 酶 (RNase A) 对 RNA 有 极 高 的 专 一 性 ， 作 用 位 点 为 喀 啶 核 苷 3 磷酸 与 其 他 核 背 酸 之 间 的 酯 键 ， 产 物 为 3 一 喀 了 啶 核 苷 酸 或 以 3- 喀 啶 核 苷 酸 结尾 的 寡 核 苷 酸 。 核 糖 核酸 酶 Ti 来 自 米 曲霉 ， 作 用 位 点 是 3 一 鸟 苷 酸 与 其 他 核 苷 酸 $- OH 之 间 的 酯 键 ， 产 物 为 3- 鸟 苷 酸 或 以 3 一 鸟 苷 酸 结尾 的 宣 核 苷 酸 。 核 糖 核酸 酶 T? 来 自 米 曲霉 ， 作 用 位 点 为 3 一 腺 苷 酸 与 其 他 核 苷 酸 之 间 的 酯 键 ， 可 将 RNA 完全 降解 为 3 一 腺 苷 酸 和 窒 核 苷 酸 。 牛 胰 脱 氧 核 糖 核酸 酶 (DNase I) ， 水 解 双 链 或 单 链 DNA 成 为 以 5 -磷酸 为 末端 的 寡 核 苷 酸 ， 优先 选择 喀 啶 核 苷 酸 位 点 。 牛 脾 脱氧 核糖 核酸 酶 (DNase II) 降解 DNA 成 为 以 3 BRR AA Sin HY FE FR, EGRET A DNA 酶 不 同 处 在 于 对 磷酸 二 酯 键 左 右 两 则 选择 性 。 N N N (1)DNase I 作 用 点 P te p __ (2)DNasell FA t (1)(2) Bal31 主要 作用 于 DNA 双 链 双 末端 ， 平 头 和 带 延 伸 末 端 均 可 。 和 叭 菌 体 核酸 外 切 酶 ， 从 DNA 双 链 上 依次 切 下 5 - 单 核 苷 酸 ， 对 单 链 DNA 也 有 作用 。 和 末端 酶 切割 含有 COS 区 (GGGCGGCGACCT) 的 双 链 DNA,， 产 生 12 个 碱 基 互 补 的 $ 突出 末端 。RNA 酶 再 水 解 RNA-DNA 杂交 分 子 中 的 RNA 链 ， 产 生 5-H 酸 。 绿 豆 核酸 酶 降解 单 链 DNA 或 RNA, 产生 带 -磷酸 末端 的 单 核 苷 酸 或 寡 核 iy FR. Be il HEY a 3 个 字母 组 成 ， 第 一 个 字母 大 写 ， 来 自 微生物 属 名 第 一 字母 ; 第 二 、 第 三 个 字母 小 写 ， 来 自 微生物 的 种 名 头 两 个 字母 局 可 再 加 一 个 大 写字 母 表 示 变 种 或 品系 。 目 前 已 知 有 限制 性 内 切 酶 I、II、II 型 , 工 和 JI 型 在 DNA 重组 中 使 用 不 多 。II 型 限制 /修饰 系统 由 一 对 酶 组 成 ， 即 由 一 种 切割 核 苷 酸 特定 序列 的 限制 酶 和 一 种 修饰 同样 序列 的 甲 基 化 酶 组 成 。 大 多 数 II 型 的 酶 的 识 别 序列 为 4 一 6 个 双重 对 称 的 核 苷 酸 ， 可 产生 平头 或 单 链 突出 (5B 3’-) WR 性 末端 。 许 多 不 同 的 限制 酶 能 识别 相同 的 序列 ， 称 为 同 裂 酶 。 有 些 不 同 的 限制 酶 可 产生 互补 的 末端 ， 即 一 种 酶 所 用 产生 的 末端 可 同 另外 一 种 酶 产生 的 末端 互补 ， 在 DNA 重组 中 非常 有 用 。 碱 性 磷酸 化 酶 ， 可 特异 性 切 去 DNA ak RNA 的 5S -磷酸 基 ， 对 双 、 单 链 DNA 和 RNA 均 可 作用 ， 也 可 以 是 核糖 或 脱氧 核糖 核 背 三 磷酸 。 末端 脱氧 核 苷 酸 转移 酶 ， 来 自 小 牛 胸腺 ， 可 将 一 个 单 核 苷 酸 转移 到 另 一 DNA 分 子 的 3 一 OH 末端 上 。 5.2 核酸 的 测序 由 于 二 类 核酸 主要 各 由 4 种 核 背 酸 聚 合 而 成 ，DNA 一 般 为 双 链 且 互 补 。 核 酸 中 核 苷 酸 的 组 成 比 起 蛋白 质 要 简单 多 了 ， 一 般 无 需 知 道 核 苷 酸 的 组 成 而 直接 进 行 测序 。 在 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 研究 的 各 个 领域 ， 核 酸 测 序 问题 一 直 是 诸多 问题 的 焦点 。20 世纪 70 年 代 开 始 核酸 测序 技术 有 了 突破 ， 为 生物 化 学 与 分 子 生物 学 提 供 了 坚实 可 靠 的 大 量 的 核酸 和 蛋白质 结构 信息 ， 使 得 原核 生物 的 生物 工程 取得 很 大 进展 。 但 面 对 像 人 染色 体内 含 3x 109bp 的 这 样 具 大 的 基因 组 ， 已 有 的 测序 技 术 显 得 力不从心 。 历 经 千 万 科学 家 20 余年 的 连续 工作 ， 原 估计 到 2004 年 完成 的 人 类 基因 组 计划 已 在 2000 年 6 月 提前 基本 完成 。 得 知人 的 基因 组 是 由 3x10? 碱 基 组 成 的 ， 总 基因 数 约 为 2 一 3 万 个 ， 负 责编 码 蛋 白质 的 基因 仅 占 到 全 部 基因 的 2% 。 在 此 之 后 不 入， 水稻、 酵母 等 基因 组 测序 也 已 完成 。 对 付 像 人 类 DNA 这 样 的 大 分 子 ， 目 前 测序 工作 的 步骤 是 : 建立 遗传 图 谱 一 获得 物理 图 谱 一 DNA 测序 。 这 一 步骤 的 核心 是 化 大 为 小 、 化 整 为 零 、 分 段 测序 、 最 后 获得 整体 顺序 。 前 二 步 实 际 上 是 在 DNA 分 子 上 寻找 个 建立 化 大 为 小 的 标 志 ， 为 化 大 为 小 、 分 段 测序 葛 定 基础 ， 第 一 步 实际 上 是 用 经 典 和 分 子 遗 传 学 方法 进行 初步 的 基因 定位 ， 第 二 步 是 用 限制 性 内 切 酶 将 完整 的 DNA 分 子 在 专 三 性 位 点 将 DNA 分 子 切 割 为 具有 黏 性 的 或 部 分 顺序 已 知 的 片段 ， 终 极 的 基因 定位 是 DNA 序列 测定 。 * 62° 建立 遗传 图 谱 gc ”基因 在 染色 体 上 的 排列 叫做 遗传 图 ， 目 前 建立 遗传 图 谱 的 方法 主要 有 3 种 : 一 种 是 遗传 交换 定位 ; 一 种 是 接合 定位 法 ; 另 一 种 是 染色 体 步 行 法 和 染色 体 跳 路 法。 遗传 交换 定位 法 同 源 染色 体 的 减 数 分 裂 期 发 生 交 换 。 位 于 同一 染色 体 的 不 同 基因 在 单 倍 体 分 离 时 倾向 于 在 一 起 ， 仅 发 生 交 换 时 才 分 开 ， 而 处 于 不 同 染 色 体 上 的 不 同 基因 在 单 倍 体 分 离 时 随机 分 配 ， 相 隔 较 远 的 基因 因 交 换 引 起 遗传 重组 机 率 较 大 ， 两 个 基因 之 间 的 重组 率 等 于 遗传 图 上 两 个 基因 的 图 距 单位 。 接合 定位 法 “ ”细菌 的 致 育 因子 F 整合 到 细菌 染色 体 上 ， 共 同 组 成 雄性 细 胞 染色 体 ， 整 合 后 的 下 因子 受 下 因子 自身 编码 时 特异 酶 切割 而 F 因子 一 条 链 断 裂 ， 并 首先 进入 雌性 细胞 ， 受 人 工控 制 ， 肉 、 雄 细胞 结合 时 间 可 分 段 完成 ， 由 此 可 知 雄 性 细胞 基因 随 下 因子 进入 峻 性 细胞 的 先后 顺序 ， 显 然 ， 某 个 基因 需要 结 合 时 间 愈 长 ， 说 明雄 性 细胞 的 这 个 基因 距离 端点 愈 远 ， 由 此 可 对 雄性 细胞 中 染色 体 的 基因 定位 。 5.2.1 染色 体 步行 和 染色 体 跳 跃 用 限制 性 内 切 酶 将 完整 DNA 分 子 切 开 成 片段 ， 然 后 分 别 用 载体 重组 并 导 和 人 寄主 细胞 进行 细胞 克隆 ， 实 际 上 就 是 重组 导 人 寄主 细胞 的 染色 体 片 段 的 克隆 ， 称 为 基因 克隆 。 如 果 全 套 基因 组 分 别 历经 这 样 的 克隆 ， 就 可 获得 基因 组 克隆 ， 其 中 克隆 的 一 套 基 因 组 叫做 基因 组 文库 ， 之 后 用 各 种 已 知 顺序 的 DNA 探 针 对 基因 组 文库 进行 挑选 。 如 果 恰 遇 某 个 基因 被 限制 性 内 切 酶 切割 分 开 ， 选 某 一 个 某 因 的 两 部 分 分 别 以 两 个 片段 克隆 。 此 时 可 将 其 中 一 个 克隆 中 的 这 个 基因 片段 再 进行 一 次 克隆 ， 称 为 亚 克 隆 ， 然 后 分 离 亚 克 隆 中 的 这 个 基因 的 片段 并 放射 性 标记 ， 依 此 为 探 针 去 寻找 该 基因 的 另外 部 分 。 由 此 等 于 是 从 一 个 染色 体 片段 步行 到 另 一 个 片段 ， 相 当 于 在 一 条 染色 体内 步行 ， 故 名 步行 法 。 由 于 现在 克隆 DNA 片段 的 大 小 是 有 限 的 ， 且 AR, RUA AE ATS BEE 3h HY EB SE 1000kb 左右 。 如 果 将 染色 体 DNA 用 识别 序列 长 的 限制 性 内 切 酶 切割 成 较 大 的 片段 CA bp)， 这 样 克 隆 后 获得 基因 组 文库 为 染色 体 跳 了 文库 。 建 立 跳跃 文库 历经 二 次 限 制 性 内 切 酶 切割 ， 一 次 片段 大 ， 一 次 片段 小 。 两 次 和 质粒 重组 ， 第 一 次 重组 后 成 环 ， 再 经 第 二 种 切 点 多 的 限制 性 内 切 酶 切割 ， 获 得 片段 中 间 夹 着 质粒 ， 两 端 仅 连 有 小 片段 的 基因 组 DNA， 这 样 的 带 有 质粒 的 基因 组 DNA 再 次 重组 进入 DNA, 并 在 大 肠 杆菌 进行 克隆 ， 由 此 获得 的 基因 组 文库 即 跳跃 基因 组 文库 。 因 为 此 时 的 第 一 次 重组 而 且 位 于 中 间 的 质粒 两 侧 的 基因 组 原本 在 染色 体 中 实际 上 不 仅 不 相 邻 ， 而 且 至 少 有 小 于 百 万 bp 距离 的 间隔 。 这 样 定 位 基因 时 在 同一 染色 体内 走 的 . 63 . 步子 已 不 是 一 步 一 步 连 着 走 ， 而 是 跳跃 式 的 前 进 了 。 从 上 述 遗 传 图 的 制作 方法 可 知 ， 对 于 DNA 分 子 较 小 的 原核 生物 和 真 核 生物 的 基因 组 ， 遗 传 图 的 建立 已 经 距离 完整 的 DNA 测序 不 远 了 。 而 对 于 像 人 类 DNA 分 子 说 来 ， 由 于 DNA 分 子 大 ， 富 含 重复 序列 ， 且 有 多 条 ， 遗 传 图 的 建立 仅仅 是 DNA 测 序 工 作 的 一 小 步 。- 但 这 一 小 步 的 作用 不 可 低估 ， 它 毕竟 是 将 完整 的 DNA 拆 分 成 了 易于 进一步 测序 的 碎片 ， 为 下 一 步 测 定 提 供 了 大 量 的 有 用 标志 。 目 前 生 物 工 程 使 用 的 各 种 DNA 序列 知识 大 部 分 出 于 这 一 工作 的 成 绩 。 特 别 是 真 核 生 物 中 不 断 发 现 的 各 种 抗 性 其 因 、 致 病 基 因 和 顺 式 元 件 ， 为 了 解 DNA 分 子 序 列 的 结 构 特 点 ， 使 应 用 分 子 生 物 学 技术 走 在 理论 研究 前 列 葛 定 了 基础 。 5.2.2 物理 图 谱 物理 图 谱 是 各 种 限制 性 内 切 酶 识别 位 点 在 DNA 序列 上 的 线性 排列 ， 物 理 图 谱 的 作用 在 于 : @ 反 映 DNA 一 级 结构 的 整体 特征 ; @ 为 分 子 克 隆 和 测序 提供 将 完整 DNA 切割 成 小 片段 的 位 点 ; OW DNA 分 子 克隆 后 筛选 目的 DNA 序列 提供 帮助 。 物 理 图 谱 的 基本 要 求 为 : 四 酶 切 位 点 一 般 不 超过 20 个 ; 加 切割 后 获得 的 DNA 片段 不 可 相差 太 大 ， 这 主要 是 考虑 到 分 离 时 的 精确 性 。 小 片段 (和 1kb) 用 聚 丙 酰胺 凝 胶 电 泳 ,， 大 片段 (0.02~50kb) 用 琼脂 糖 凝 胶 电 泳 ， 更 大 的 片段 (>5S0kb) 要 用 脉冲 电泳 。 即 使 同一 种 凝 胶 ， 如 果 片 断 大 小 差别 太 大 就 需要 不 同 演 度 的 凝 胶 ， 大 片段 用 低 浓 度 凝 胶 ， 小 片段 用 高 浓度 凝 胶 分 离 。 物理 图 谱 表 示 方 法 OBPBMELKW DNA 片段 以 英文 大 写字 母 表 示 ， 片 段 从 大 到 小 分 别 为 A、B、C 等 。 当 超过 26 个 时 ， 改 用 小 写字 母 ; @ 迁 移 率 相同 的 片 段 分 别 用 不 同 的 字母 表示 ; @@ 通 常 以 某 种 限制 酶 位 点 为 零点 ， 将 DNA 分 为 100 等 份 ， 每 等 份 为 一 个 图 距 单位 ; OMA AMA BA RUM HH IA 物理 图 谱 构 建 方法 ， 现 有 双 酶 法 、 部 分 酶 切 法 、Bal31 酶 切 法 和 双向 电泳 末端 标记 法 等 。 Ret 采用 两 种 限制 酶 ， 先 用 一 种 分 别 切割 ， 然 后 根据 具体 情况 进行 整 体 同 时 切割 或 某 些 第 一 次 切割 后 的 片段 组 合 后 再 同时 切割 。 双 酶 法 可 以 得 到 两 种 甚至 多 种 限制 酶 的 物理 图 。 部 分 酶 切 法 ， 仅 用 一 种 限制 酶 ， 通 过 限制 使 用 酶 浓度 和 反应 时 间 可 以 使 DNA 部 分 酶 切 ， 但 操作 时 要 先 全 酶 切 再 部 分 酶 切 。 这 一 方法 用 途 较 广 ， 例 如 可 以 测 DNA 片段 的 分 子 量 。 当 DNA 放射 性 标记 后 ， 可 从 获得 的 片段 的 放射 性 古 整个 DNA 分 子 放射 性 的 百分比 推算 出 分 子 量 。 Bal31 酶 切 法 = Bal31 可 以 从 线性 DNA 两 端 逐 步 向 内 切割 ， 当 反应 条 件 受 到 控制 时 〈 如 控制 反应 时 间 )， 向 内 切 可 获得 大 小 不 等 的 片段 ， 之 后 再 用 另 一 种 限制 酶 切割 这 些 片段 。 双向 电泳 未 端 标记 法 “”， 将 线性 DNA 两 端 标记 ， 经 第 一 种 限制 酶 切割 后 走 电泳 ， 再 在 该 凝 胶 上 直接 用 第 二 种 限制 酶 切割 ， 之 后 将 该 凝 胶 转 90" 后 再 次 电 泳 。 从 以 上 方法 可 以 看 出 ， 构 建 DNA 限制 酶 图 谱 的 关键 是 如 何 控制 限制 酶 的 作 用 ， 无 论 怎样 使 用 限制 酶 ， 只 要 能 在 待 测 DNA 分 子 中 建立 距离 位 点 数 适合 的 切 割 点 图 谱 即 可 。 5.2.3 DNA 测 序 技 术 迄今 为 止 ，DNA 测序 技术 历经 20 余年 的 积累 已 经 多 样 化 。 应 用 最 多 和 最 有 代表 性 的 方法 为 Sanger 的 酶 法 和 Gibert 的 化 学 法 。 从 原理 上 讲 ，Sanger 的 方法 是 开创 性 的 。 值得 一 提 的 是 ，Sanger 是 世界 上 第 一 次 建立 蛋白 质 测序 方法 的 人 ， 也 是 第 一 个 解决 DNA 测 序 问题 的 科学 家 ， 他 一 生 因 此 获得 二 次 (1958, 1980) 诺 贝 尔 化 FR, 核酸 测序 的 基本 原理 不 同 于 蛋白 质 的 序列 测定 。 和 蛋白 质 的 序列 测定 定 是 直接 测定 待 测 蛋 质 和 白质 的 氨基 酸 残 基 ， 一 般 是 从 N 端 逐 个 进行 。 而 核酸 的 序列 测 是 主要 靠 待 测 核酸 的 长 度 来 进行 。 从 待 测 核酸 链 获得 不 同 长 度 的 片段 ， 彼 此 相差 可 达到 相差 一 个 残 基 的 水 平 ， 经 电泳 分 离 排 列 出 片段 的 大 小 顺序 。 长 度 相 同 ，3“- OH 末端 残 基 相同 〈 位 置 和 种 类 都 相同 ) 的 片段 处 于 同一 条 电泳 带 中 。 根 据 专 一 性 水 解 方法 不 同 ， 目 前 主要 有 酶 法 和 化 学 法 两 类 方法 。 酶 法 测序 最 早 是 Sanger 发 明 的 “加 减法 ”， 后 又 发 展 为 未 端 终 止 法 。 “加 减法 ”的 关键 在 于 利用 了 复制 酶 同时 具有 聚合 和 外 切 两 种 酶 活性 。 当 4 种 核 苷 酸 提供 充足 时 ， 该 酶 以 待 测 DNA 链 为 模板 ， 进 行 正常 复制 ; 44 HAH 酸 缺 少 其 中 一 种 时 (“ 减 法 ”原理 )， 复 制 酶 显示 出 外 切 活性 ， 如 缺 A 时 ， 当 遇 到 模板 上 出 现 工 时 ， 复 制 酶 从 正在 复制 的 片段 后 水 解除 去 A， 由 此 留 下 在 这 一 位 点 之 前 的 部 分 ; 当 4 种 核 苷 酸 只 有 1 种 而 无 其 余 3 种 时 ( “加 法 ”原理 ) ， 正 在 复制 的 DNA 均 以 这 !1 种 核 背 酸 结尾 。 这 样 ， 人 们 可 以 设计 两 套 各 4 组 的 反应 体 A, “WK” WAL G. CAT & “WIR” WAL G. CMT. “tk” WAKA UAH, 减法 ”的 A 体 系 以 A 之 前 的 核 苷 酸 结尾 ， 二 者 相互 对 照 ， 即 可 决定 各 个 位 点 为 何 种 残 基 。 在 “加 减法 ”之 后 ，Sanger 又 提出 末端 终止 法 ， 采 用 ddNTP 专 一 性 终止 复 制 。ddNTP 3 位 无 =OH， 此 种 核 背 酸 一 旦 进入 正在 复制 的 DNA 片段 中 ， 复 制 终止 。 由 于 同时 加 入 有 4 种 正常 核 昔 酸 ， 控制 好 每 种 ddNTP 和 正常 核 苷 酸 的 比 . 65 . fil, 即 可 实现 随机 专 一 性 终止 复制 。 同 样 可 分 为 4 组 : ddATP. ddGTP, ddCTP ddTTP。 酶 法 测序 的 条 件 是 : 单 链 DNA、 引 物 、DNA 聚合 酶 。 目 前 解决 单 链 DNA 的 方法 是 用 M13mp 和 其 他 具有 M13mp 复制 起 点 的 质粒 进行 克隆 。DNA RABE PRS RA ISS, Klenow 片段 、 反 转录 酶 、TaqDNA 聚合 酶 和 修饰 的 TDNA RAM CUBE) 都 可 使 用 。 化 学 测序 法 的 关键 是 采用 了 一 些 化 学 试剂 对 4 种 核 苷 酸 残 基 之 间 3 ,5S$ = 磷酸 二 酯 键 进行 切割 。G 反应 用 硫酸 二 甲 酯 。G+A 反应 用 甲酸 。T+G 反 应 用 肝 和 WME C RFA NaCl+ B+ ORRE, G+A RMARRE CG ROBIE ARM. T+ C 反应 结果 除去 C 反应 即 得 到 工 反 应 ， 目 前 尚 无 用 于 A 和 工 专 一 的 化 学 试剂 。 化 学 和 酶 测序 方法 共同 的 步骤 是 放射 性 标记 聚 丙烯 酰胺 凝 胶 电 泳 和 放射 自 显 影 。 放射 性 标记 一 般 在 待 测 DNA 的 $ 端 ， 标 记 时 常 采用 oP, OS ABP, WIL 年 又 采用 非 放 射 性 标记 ， 如 dioxetane (商品 名 Lumigen PPD)。 标 记 位 点 在 何 处 很 重要 ， 特 别 是 在 完成 习题 过 程 中 。 如 果 要 直接 写 出 两 种 方法 可 获得 的 各 种 测序 过 程 中 出 现 的 片段 ， 而 且 要 从 大 到 小 排队 ， 甚 至 在 纸 上 标 出 各 种 片段 在 凝 胶 板 出 现 的 位 置 ， 须 知 标记 位 点 实际 上 等 于 告诉 了 测序 过 程 的 方向 ， 如 果 标 记 位 点 在 5 端 ， 等 于 说 ， 测 序 是 3 到 $ 端 。 因 为 标记 的 $ 端 要 保留 到 最 后 。 酶 法 和 化 学 法 的 最 大 不 同 点 在 于 ， 酶 法 是 通过 不 同 程度 的 复制 间接 测 知 模板 顺序 ， 而 化 学 法 是 直接 在 待 测 DNA 分 子 上 进行 测序 。 遗传 图 、 物 理 图 帮助 人 们 对 DNA 进行 直接 测序 ， 测 知 的 序列 反 过 来 仍然 要 服务 于 遗传 图 和 物理 图 。 对 于 一 个 碱 基 序列 已 知 的 DNA 分 子 ， 当 需 进行 基因 重 组 时 ， 人 们 可 以 从 容 地 根据 遗传 图 找到 目的 基因 的 区 间 ， 进 而 结合 物理 图 ， 选 择 合适 的 切割 重组 位 点 ， 防 止 将 目的 基因 从 内 部 切 开 和 在 目的 基因 中 夹杂 不 必要 的 组 分 。 对 于 一 个 基因 而 有 多 个 拷贝 ， 甚 至 这 些 拷贝 不 集中 排列 时 ， 人 们 可 以 有 挑 选 的 可 能 ， 从 而 减少 了 各 种 基因 操作 的 盲目 性 。 必须 认识 到 ， 由 于 至 今 对 真 核 生 物 DNA 的 完整 序列 了 解 甚 少 ， 目 前 的 各 种 真 核 生 物 基 因 操 作 必 然 带 有 很 大 的 随机 性 、 偶 然 性 和 盲目 性 ， 所 以 ， 许 多 基因 操 作 的 重复 性 很 差 ， 和 否则 ， 人 类 便 不 会 花费 巨 资 测 定 人 的 DNA 顺序 了 。 5.2.4 核酸 一 级 结构 与 遗传 信息 以 DNA 为 遗传 物质 的 生物 遗传 信息 来 自 DNA， 以 RNA 为 遗传 物质 的 生物 遗传 信息 位 于 RNA 之 中 。 许 多 病毒 和 细菌 的 全 部 遗传 物质 的 核 苷 酸 顺 序 已 经 全 部 测 出 。 人 们 对 原核 生物 遗传 信息 的 认识 比 对 真 核 生物 的 认识 要 全 面 和 深刻 得 * 66 ， 多 。 真 核 生 物 遗 传 信息 的 认识 目前 尚 不 完善 ， 已 知 的 内 容 还 很 零散 ， 随 着 人 类 基 因 组 计划 的 实施 ， 真 核 生物 的 研究 必 将 出 现 飞 牙 。 生物 遗传 信息 的 分 布 除了 原核 生物 和 真 核 生 物 基 因 组 外 ， 还 有 质粒 、 线 粒 体 和 叶绿体 中 DNA 分 子 携带 的 信息 ， 这 一 点 不 可 忘记 。 一 般 教 科 书 中 很 少 包括 这 部 分 内 容 ， 导 致 人 们 往往 误 认为 遗传 信息 只 是 分 布 在 染色 体 上 。 5.3 “基因 组 特点 5.3.1 原核 生物 基因 组 特点 原核 生物 基因 组 特点 : @ 基 因 组 小 。E. coli 为 4.2x10*bp，3000 一 4000 个 基因 。 OX174 MRR AA 5386 SRR, 11 个 基因 。 和 叭 菌 体 为 48502bp，46 个 基因 。@ 几 乎 无 蛋白 质 同 核酸 结合 。@) 呈 现 操纵 子 结 构 。@ 中 有 单 拷贝 和 多 拷贝 两 MEX. OAHBEZA, OFMRF. 5.3.2 HREWMEAARA 真 核 生物 基因 组 特点 : @ 四 基因 组 很 大 。 人 为 3x10?*bp。 酵 母 为 1.3x 10’bp. 因 和 和 蛋白质 结合 ， 形 成 染色 体 ， 且 有 多 条 。@ 有 重复 序列 。 外 以 单 拷贝 和 多 拷贝 两 种 形式 存在 。@@ 基 因 不 连续 。@ 基 因 家 族 化 。 〇 ODNA 片段 可 以 重 排 。@ 单 顺 RF. 7 5.4 质粒 DNA 特点 _ 质粒 DNA HA: @ 双 链 环 状 。@@ 分 子 量 很 小 。@@ 自 主 或 半 自 主 复制 。@@ 不 同 生 物质 粒 中 的 基因 种 类 不 同 。 细 菌 质粒 为 : F 因子 、R 因子 、 大 肠 杆 菌 素 因 子 。 酵 母 质粒 为 2 质粒 、3n 质粒 。 “ 线粒体 DNA 特点 : 有 非 通用 遗传 密码 。 已 知 线粒体 DNA 基因 有 : tRNA 基 Al. rRNA 基因 、cyt 氧化 酶 基因 、cyt 还 原 酶 基因 、ATP 合成 酶 基因 、 抗 性 基因 = 叶绿体 DNA 已 知 基因 有 : tRNA 基因 、IRNA 基因 、 二 磷酸 核 酮 糖 羧 化 -加 氧 酶 大 亚 基 基因 、 内 圳 体 膜 蛋白 基因 、ATP 合成 酶 基因 等 。 *， 067 ， 5.5 以 RNA 为 遗传 信息 载体 的 基因 结构 特点 目前 已 知 以 RNA 为 遗传 信息 载体 的 生物 仅 限 于 病毒 ， 如 喉 菌 体 0、B， 灰 质 炎 病 毒 ， 狂 犬 病 病毒 ， 呼 肠 孤 病毒 ， 白 血 病 病毒 和 肉瘤 病毒 等 。 这 些 病 毒 又 分 为 WHE RNA 和 单 链 RNA 两 类 ， 前 面 列举 的 病毒 除 呼 肠 孤 病毒 外 ， 均 为 单 链 RNA。 单 链 RNA 病毒 内 含 的 RNA 有 正 、 负 链 和 反 转 录 式 3 种 ， 正 链 RNA 即 等 于 mRNA, 负 链 RNA 要 经 复制 后 得 到 正 链 RNA， 反 转录 的 单 链 RNA 经 反 转 录 成 DNA 后 再 繁殖 ， 因 此 ， 这 3 类 病毒 的 RNA 分 子 中 含有 各 自 所 需 的 部 分 蛋白 质 和 酶 的 基因 。 双 链 RNA 病毒 具有 RNA 双 链 不 对 称 转录 的 酶 的 基因 。 常 见 的 RNA 病毒 和 DNA 病毒 基因 组 特点 如 下 : 烟草 花 叶 病毒 (TMV) 由 一 条 正 链 RNA (mRNA) 组 成 ，6395 个 碱 基 ，5 端 有 m"GpppG 帽子 ， 编 码 外 壳 蛋 白 、 复 制 酶 、 细 胞 间 运 动 蛋白 等 。 7K AG HR 48 JAH (RDV) 由 12 条 双 链 RNA 组 成 ， 依 次 命名 为 S BS). 除 S> 外 ， 每 个 组 分 只 编码 一 个 多 肽 ， 如 Si 编码 1444 个 氨基 酸 残 基 组 成 的 蛋白 质 ，S 编码 1116 个 氨基 酸 残 基 ，S 编码 1019 SRE, Sp mS 4 HEAR. RDV 编码 的 有 些 蛋 白质 有 和 锌 指 结构 。 FER Rt ae (CaMV) 由 环 状 双 链 DNA 组 成 ， 约 有 8kb. a 链 是 负 链 ， 作 为 转录 模板 。a 链 有 一 个 缺口 。CaMV DNA 的 转录 产物 有 帽子 和 poly A 尾 ， 体 外 翻译 可 得 到 8 种 蛋白 ， 体 内 翻译 可 得 到 5 种 蛋白 ， 其 中 有 反 转 录 酶 、 DNA 结合 蛋白 、 外 壳 蛋 白 、 运 动 蛋白 、 协 助 组 装 蛋 白 等 。 艾滋 病 病 毒 (HIV ) 由 两 条 单 链 正 链 RNA 组 成 ， 每 个 RNA 约 有 9.7kb， 有 帽子 和 ply A 尾 结 构 ， 编 码 有 结构 蛋白 、 和 蛋白 酶 、 外 膜 蛋白 和 其 他 酶 。 有 复杂 的 调节 基因 。HIV 编码 的 反 转 录 酶 以 RNA 为 模板 合成 单 链 DNA。 乙 型 肝炎 病毒 (HBV) 由 有 部 分 单 链 区 的 环 状 双 链 DNA 分 子 组 成 ， 两 条 链 长 度 不 一 。 长 链 为 负 链 ， 短 链 为 正 链 ， 正 链 长 度 有 不 确定 性 ， 导 致 HIV 的 基因 组 有 多 重 性 ， 这 是 HBV 高 度 变 异性 的 分 子 基 础 ， 其 基因 组 功能 单位 密集 压 缩 后 重复 利用 率 非 常 高 ，4 种 转录 产物 均 有 ply A 尾 ， 分 别 编码 核心 蛋白 、S 蛋 白 、X 蛋白 。HBV 内 含 增 强 子 ，X 蛋白 是 这 一 增强 子 的 反 式 调控 因子 。S 蛋白 包 括 乙 肝 表 面 抗原 蛋白 、 其 他 蛋白 质 、 核 心 抗 原 和 多 种 酶 蛋白 。HBV DNA 不 通 过 半 保 留 复 制 而 复制 ， 而 是 采用 了 反 转 录 ， DNA “mRNA -有 sa fh DNA 过 各 正 链 DNA SV40 ”由 5324 碱 基 组 成 ， 其 DNA 分 为 早晚 期 区 ， 有 增强 子 和 早晚 期 调 控 区 。 早 期 转录 产物 为 TmRNA 和 tmRNA. t 蛋白 为 DNA 结合 蛋白 ，T 蛋 自 参 。 68 . 与 肽 链 磷酸 化 。 晚 期 转录 产物 有 19S, 16S 两 种 mRNA， 前 者 翻译 产物 为 外 壳 蛋 A, BAM WA VP. VP; 的 61 肽 前 导 序 列 序 参 与 外 壳 蛋 白 的 表达 调控 。 通过 对 原核 和 真 核 生 物 基因 组 结构 特点 的 了 解 可 以 从 中 看 出 : DDNA 的 序 列 可 以 分 段 重 复 ; ODNA 的 序列 可 以 编码 和 蛋白质 ， 也 可 以 仅 编码 RNA， 也 可 以 不 编码 任何 物质 ; GDNA 的 序列 有 可 变性 ， 分 为 自 变 、 他 变 、 原 位 改变 和 跳跃 式 插 人 移 位 ， 帮 至 到 另 一 条 染色 体 上 ; ODNA 编码 的 序列 可 连续 也 可 不 连续 ; @DNA 分 子 中 序列 编码 能 力 可 以 重复 使 用 ; ODNA 序列 的 各 种 活性 是 可 挖 的， 起 码 有 自 调 控 和 外 调控 ; OAR AAA (el AE SA I] A) 上 的 DNA 片段 可 以 转移 ; @ 不 仅 是 DNA，RNA 也 可 直接 编码 蛋白 质 。 5.6 :重要 概念 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 的 深入 研究 ， 相 继 积累 了 相当 多 的 令 人 眼花 综 乱 的 概 念 ， 理 解 和 记忆 这 些 概念 比较 费时 ， 且 效果 往往 不 佳 ， 一 个 普遍 的 原因 是 学 习 中 没有 掌握 好 的 方法 ， 分 子 生物 学 的 概念 处 理 要 注意 以 下 关键 : (1) 概念 所 指 的 对 象 。 分 子 生 物 学 中 的 容易 相 混 的 概念 往往 集中 在 DNA、 mRNA, rRNA 和 和 蛋白质 上 ， 遇 到 一 个 概念 ， 务 必 首 先 搞 清 这 个 概念 是 针对 哪 种 物质 而 言 的 。 有 一 位 教师 曾 以 化 石 这 个 概念 为 例 说 明 这 类 问题 ， 若 问 什么 叫 化 在， 学 生 首先 要 知道 ， 化 石 首 先是 石头 ， 是 一 种 特殊 的 石头 ， 然 后 回答 化 石 是 生 物 和 动物 的 尸体 经 长 期 矿 化 而 保留 子 该 动物 原 有 的 部 分 个 体 结构 的 特殊 石头 。 同 理 ， 要 回答 什么 叫 和 遗传 信息 ， 首 先 要 回答 遗传 信息 主要 指 DNA 分 子 中 核 背 酸 分 隆 序 列 所 携带 的 信息 ， 至 于 有 些 生 物 以 RNA 为 遗传 物质 和 遗传 信息 有 两 类 ， 一 类 是 蛋白 质 结 构 信 息 ， 一 类 是 基因 之 间 相 互 作用 、 与 基因 表达 活性 调控 有 关 的 信 息 等 则 是 需要 进一步 详细 说 明 的 内 容 。 2) 许多 分 子 生 物 学 概念 来 自重 大 的 实验 发 现 ， 真 正 搞 清 这 些 概 念 ， 一 定 要 对 该 实验 有 详细 了 解 ， 这 有 助 于 记忆 ， 和 否则 靠 死 记 硬 背 的 方式 ， 学 习 的 负担 加 重 子 ， 而 且 学 习 得 很 浮 浅 ， 领 会 得 不 深刻 。 自 如 地 用 自己 的 语言 回答 问题 非常 重 要 。 关于 基因 组 结构 特点 的 研究 集中 了 一 大 批 分 子 生 物 学 的 重要 概念 ， 每 一 个 这 一 领域 的 概念 都 来 自 一 个 重要 的 实验 发 现 ， 对 应 于 每 一 个 这 样 的 概念 ， 了 解 一 个 例子 非常 必要 。 5.6.1 基因 组 、 染 色 体外 遗传 因子 细胞 核 内 DNA 的 总 称 或 染色 体 全 部 基因 的 总 和 叫 基 因 组 。 核 外 的 质粒 叶 绿 - 69 ， 体 、 线 粒 体 等 细胞 器 的 DNA $7 ASE, Gh a OR Pee A A if, URNA 为 遗传 物质 的 病毒 的 基因 组 是 指 RNA 的 总 称 ， 这 类 基因 组 需要 寄 主 基因 组 的 配合 。 5.6.2 转录 单 元 、 多 顺 反 子 、 操 纵 子 、 调 节 单 元 这 些 概念 彼此 相关 ， 转 录 单 元 、 操 纵 子 和 调节 单元 是 针对 DNA 而 言 的 ， 而 多 顺 反 子 针对 的 是 mRNA。 多 顺 反 子 是 转录 单元 、 操 纵 子 和 调节 单元 转录 的 产 物 。1960 一 1961 年 Jacob 和 Monod 提出 ， 大 肠 杆 菌 乳 糖 发 酵 过 程 中 相关 酶 的 结 构 基 因 LacI、 操 纵 基 因 LacO、 调 节 基 因 LacZ 和 启动 子 P 共同 组 成 一 个 乳糖 操纵 子 。 乳 糖 操纵 子 解释 了 葡萄 糖 效应 ， 成 为 原核 生物 基因 表达 调控 的 主要 模式 。 操 纵 子 中 的 功能 相关 的 结构 基因 因 一 起 被 转录 而 叫做 转录 单元 ， 受 一 种 调节 蛋白 控 制 的 几 个 操纵 子 构 成 的 调节 系统 叫做 调节 单元 或 调节 子 。 5.6.3 重 春 基因 、 重 复 序 列 、 卫 星 DNA 这 三 个 概念 容易 混淆 。 序 列 重复 不 一 定 是 基因 重复 。 重 叠 基因 是 F. Sanger 于 1977 年 正式 提出 的 ， 因 发 现 @X174 这 种 单 链 DNA 病毒 的 5375 TRH RA Se 码 了 相当 于 6078 个 核 苷 酸 编码 的 多 肽 ， 由 此 得 知 该 病毒 的 9 个 基因 是 重 释 的 。 BAWARA 3 种 : @ 一 个 基因 全 部 处 于 另 一 个 基因 中 ; OMDHRE; ORA- 个 碱 基 的 重复 。 重复 序列 见于 真 核 生 物 染 色 体 。 重 复 序列 中 每 一 个 被 重复 的 序列 叫做 三 不 拷 贝 ， 是 被 重复 的 对 象 。 被 重复 的 是 序列 ， 即 一 段 DNA 顺序 ， 不 是 某 不 核 昔 酸 的 重复 。 被 重复 的 序列 重复 2 一 10 次 叫做 轻 度 重复 ，10 一 104 次 重复 叫 中 度 重复 ， 几 百 万 次 的 重复 叫做 高 度 重 复 。 高 度 重复 序列 往往 在 DNA 两 链 上 形成 味 办 类 和 喀 啶 类 碱 基 含量 的 不 对 称 分 布 ， 导 致 一 条 链 轻 而 另 一 条 链 重 。 在 CsCl 密度 梯度 离心 中 容易 和 含量 多 的 主峰 分 开 而 另 形成 总 是 伴随 着 主峰 出 现 的 小 峰 ， 故 名 卫星 DNA。 5.6.4 不 连续 基因 、 内 含 子 、 外 显 子 、 介 入 顺序 1997 年 Broken 和 Sharp 等 人 发 现 了 不 连续 基因 。 大 多 数 真 核 生 物 的 基因 是 不 连续 基因 。 在 DNA 分 子 中 基因 编码 序列 常 被 不 编码 的 序列 隔 开 ， 这 种 不 编码 的 序列 叫做 内 含 子 ， 又 称 内 元 或 介 和 人 序列， 编码 的 序列 叫做 外 显 子 或 目 外 元 。 已 经 证 实 ， 内 含 子 和 外 显 子 的 划分 不 是 绝对 的 ， 首 先是 不 限于 真 核 生 物 ， 有 些 原核 . 70 . 生物 也 存在 ; 另外 内 含 子 也 可 编码 ， 外 显 子 也 可 不 编码 。 所 以 不 连续 基因 的 研究 有 待 深 入 ， 在 一 个 基因 中 的 内 含 子 又 可 能 是 另外 基因 的 外 显 子 。 不 连续 基因 中 的 内 含 子 在 转录 时 照样 被 转录 ， 只 是 在 mRNA 合成 的 加 工 中 被 切除 。 介 入 顺序 不 等 于 插入 顺序 。 5.6.5 假 基 因 、 转 位 因子 、 揪 入 顺序 1978 4 J. Miller 从 非洲 爪 蟾 SS rRNA 基因 的 研究 中 发 现 ， 有 一 些 DNA 序 列 与 有 功能 的 基因 相似 但 又 不 完全 相同 ， 主 要 缺少 一 部 分 顺序 ， 不 能 被 转录 ， 当 然 也 不 能 表达 合成 多 肽 ， 因 此 叫 假 基 因 。 后 经 研究 ， 这 类 DNA 顺序 主要 是 缺少 启动 子 或 终止 密码 子 提 前 和 推迟 出 现 ， 或 缺少 其 他 调控 区 而 导致 不 能 被 转录 和 翻 译 ， 有 可 能 是 正常 基因 突变 所 致 。 导致 正常 基因 活性 改变 的 另 一 发 现 是 转 位 因子 ， 转 位 因子 在 同一 个 细胞 的 不 同业 色 体 、 不 同 细胞 间或 者 同一 染色 体 的 不 同位 点 之 间 转 移 ， 但 在 原 位 点 上 这 种 序列 并 不 丢失 ， 仅 是 它 的 一 个 新 拷贝 的 转移 。 1951 4F, McClintock 发 现 转 位 因子 ， 转 位 因子 又 称 转 座 元 、 转 座 子 。 转 位 现象 在 原核 和 真 核 细 胞 中 都 存在 ， 也 有 将 转 位 因子 叫做 可 移动 的 基因 。 根据 转 位 的 DNA 序列 是 否 携带 有 基因 及 携带 何 种 成 分 等 ， 又 将 转 位 的 DNA 序列 划分 为 四 插入 序列 或 IC 因子 ， 这 类 转 位 的 DNA 序列 不 含 任何 基因 ， 仅 仅 是 三 段 DNA 序列 结构 ， 插 人 新 位 点 使 该 点 处 原 基 因 失 活 ， 择 人 序列 是 细菌 染 色 体 、 质 粒 和 某 些 鸣 菌 体 的 正常 组 分 。 插 人 序列 不 携带 其 他 基因 ， 但 内 含 与 自身 转变 有 关 的 基因 。@ 复 合 转 位 因子 ， 由 左右 两 个 重复 序列 (OF) 夹 着 一 个 或 多 个 结构 基因 组 成 ， 左 右 两 端的 臂 可 以 是 插 人 序列 ， 这 两 个 臂 与 复合 转 位 因子 插 人 新 位 点 的 能 力 相 关 。 中 间 夹 着 的 结构 基因 往往 是 抗 药性 基因 ， 抗 重金 属 基因 等 。 复 合 转 位 因子 的 命名 以 Tn 开头 ， 后 面 的 数字 表示 不 同 的 转 位 因子 ， 如 Tnl0 表示 为 携带 抗 四 环 素 基 te 的 转 位 因子 。G)TnA 型 转 位 因子 ， 两 端 无 IC 臂 ， 总 长 Skb 内 夹 着 结构 基因 ， 如 Tn3， 全 长 4957bp， 两 侧 为 两 个 反 向 重复 序列 (38bp), 内 夹 3 个 结构 基因 ， 最 左 侧 为 转 位 酶 基因 ， 最 右 为 B- 内 酰胺 酶 基因 ， 该 酶 使 氨 茜 青 霉 素 失 活 ， 中 央 的 基因 编码 TnPR ZA. OMy MR, BEE iid Al He dH A BI 细菌 染色 体 DNA 中 产生 各 种 突变 。 名 酵母 中 的 Ty 因子 。@@ 果 蜗 中 的 copia 基 因 。@O 玉 米 中 的 控制 因子 。 5.6.6 基因 家 族 、 重 复 顺 序 真 核 生 物 部 分 基因 多 拷贝 且 串 联 在 一 起 ， 中 间 夹 杂 着 一 些 重 复 序列 ， 这 些 基 - 71° 因 来 源 相 同 ， 结 构 相 似 和 功能 相关 ， 已 经 发 现 的 基因 家 族 有 : 珠 蛋 白 基因 家 族 由 位 于 第 16 染色 体 上 的 1 个 活性 基因 、1 个 假 多 基 因 、2 个 wa 基因 和 2 个 假 基因 ， 位 于 第 11 染色 体 的 s，2 个 Y，8$ 和 8B 基 因 组 成 。 随 着 个 体 发 育 进 行 ， 逐 步 过 渡 到 以 of 为 主 的 血红 蛋白 形式 ， 说 明 这 些 基 因 的 表达 有 严格 的 时 序 。 免疫 球 有 蛋白 基 因 族 “一 个 动物 个 体 的 百 万 种 以 上 的 抗体 在 结构 上 大 同 小 异 ， 这 是 由 V、C、J、D 等 基因 之 相互 连接 和 转录 后 加 工 而 形成 的 。 免 疫 球 蛋 和 白 基因 的 表达 有 严格 的 时 序 。 热 休克 基因 由 于 热 诱 导 而 合成 的 蛋白 质 称 为 热 休 克 和 蛋白 〈HsP)。 热 休 克 蛋 白 基 因 表 达 不 仅 由 高 温 诱 导 ， 酒 精 、 水 杨 酸 钠 等 条 件 也 可 诱导 。 每 三 种 热 休 克 蛋 白 的 基因 有 多 个 。 组 蛋白 基因 族 ”呈现 中 度 重 复 顺 序 ， 且 无 内 含 子 。 tRNA 基因 5$S、5.8S、18S、28S rRNA 均 为 中 度 重 复 序 列 ， 在 细菌 和 低 等 真 核 生 物 中 ，23S、16S 和 SS rRNA HEARS Boch, HAA tRNA XH, 高 等 真 核 生物 的 rRNA 和 tRNA 基因 转录 各 自 独 立 。 5.7 核酸 二 级 结构 目前 核酸 二 级 结构 重点 在 于 DNA。DNA 的 二 级 结构 公认 为 双 螺 旋 结 构 ， 由 Walson 和 Crick 1953 年 提出 ， 理 论 依 据 为 查 格 夫 规律 ， 实 验 依据 为 DNA 纤维 唱 RN X HATH AAT 这 一 理论 的 要 点 是 : OMHFTRABAKR; @ 两 链 之 间 碱 基 以 氢 键 配对 互 #, A=T, G=C; @@ 螺 旋 每 周 含 10 个 碱 基 对 ， 每 周 垂直 升 高 34A， 螺 旋 直 经 20A; Q@ 磷 酸 -核糖 主 链 在 螺旋 外 侧 ， 碱 基 对 平面 在 内 侧 且 和 主 链 垂 直 ; 这 一 理论 的 核心 是 碱 基 配 对 互补 。 此 理论 模型 的 意义 在 于 ， 通 过 碱 基 配 对 互补 ， 可 以 解释 : @ 四 细胞 减 数 分 裂 和 有 性 生殖 一 一 配子 与 受精 卵 的 形成 ， 即 DNA 双 链 分 开 和 来 自 双 方 配子 的 单 链 DNA 分 子 重新 组 合成 双 链 ; @ 个 体 发 育 ， 一 个 受精 卵 的 DNA 双 链 通过 互补 复制 而 重复 合成 ; @@ 遗 传 与 变异 ，DNA 分 子 碱 基 序列 具有 保守 性 、 可 变性 ， 碱 基 是 突变 的 最 小 单位 ; 四 性 状 控制 ， 蛋 白质 生物 合成 时 密码 与 反 密 码 的 配对 识别 。 这 一 理论 历经 近 半 个 世纪 的 检验 ， 在 基本 内 容 不 变 基 础 上 上 ， 出 现 了 如 下 补 充 : (DDNA 分 子 双 链 可 左旋 ， 发 现 ZDNA; @DNA 分 子 每 圈 碱 基数 的 可 变性 ， 发 现 ADNA; @ 发 现 三 股 DNA; @ 图 超 螺旋 结构 的 普遍 存在 。 根据 DNA 双 螺 旋 结 构 学 说 的 研究 ， 形 成 和 发 展 了 生物 中 心 法 则 : ~ 2 EEE — = ( 复制 RNA DNA 双 螺旋 结构 学 说 是 分 子 生 物 学 的 疯 基 石 。 5.8 _DNA 的 构象 异 构 如 果 DNA 分 子 或 RNA 分 子 的 一 级 结构 相同 ， 但 空间 结构 不 同 ， 这 实际 上 就 是 构象 异 构 体 。 由 于 一 般 而 言 ， 一 级 结构 决定 高 级 结构 〈 这 一 理论 来 目 对 蛋白 质 结构 的 研究 ) ， 头 们 容易 认为 ， 核 酸 的 空间 结构 一 旦 形成 便 很 难 改变 ， 实 际 情 况 并 非 如 此 ， 核 酸 的 空间 结构 是 经 常 变 化 的 。 在 线形 DNA 的 双 螺 旋 结 构 被 确认 之 后 ， 人 们 又 对 环 状 DNA 进行 了 研究 ， 发 现 了 超 螺旋 结构 一 一 双 螺 旋 之 后 的 再 螺旋 。 随 之 对 线形 DNA 的 进一步 研究 ， 特 别 对 染色 体 中 核 小 体 的 研究 ， 认 识 到 超 螺 旋 结 构 普 遍 存 在 于 核酸 之 中 。 环 状 DNA 第 一 次 螺旋 之 后 的 再 螺旋 ， 首 先是 一 个 再 螺旋 的 方向 问题 ， 如 果 第 一 次 右 旋 ， 第 二 次 很 容易 左旋 ， 这 如 同 拧 双 股 的 绳子 。 但 如 果 第 二 次 仍然 右 旋 ， 其 结果 又 会 怎样 ， 由 此 人 们 提出 了 表示 超 螺 旋 的 3 个 参数 ，w、B、r， 也 有 FAL. TAWA, 或 工 为 两 条 链 的 互 绕 数 ，B 或 工 为 两 条 链 第 一 次 螺旋 化 的 圈 数 ，r 或 W 为 第 二 次 螺旋 化 ， 即 超 螺旋 化 的 圈 数 ， 三 者 之 间 的 关系 为 :L(a) = T(B)+W(r) 。 如 果 螺 旋 和 超 螺旋 的 方向 相反 , 即 TB) 和 W(r) 的 方向 相反 ,L(a) 的 值 必然 减 少 ;如 果 螺 旋 和 超 螺旋 的 方向 相同 ,L(a) 值 必然 增加 。 自 然 状态 下 ,第 一 次 螺旋 和 第 二 次 螺旋 的 方向 相反 ,所 以 L(a) 值 总 是 小 于 下 (B) +W(r)。 如 果 把 第 一 次 螺旋 方向 向 右 称 为 正 向 螺旋 ,那么 ,生物 体内 DNA 分 子 的 超 螺 旋 当 然 是 负 向 超 螺旋 。 负 向 超 螺 旋 使 L(a) 值 减少 了 。 使 螺旋 更 紧密 时 ,可 以 增加 负 超 螺旋 ,但 要 继续 增加 负 超 螺旋 ,以 至 第 二 次 螺旋 数 超过 了 第 一 次 螺旋 数 ,这 等 于 是 解 开 第 一 次 螺旋 。 L(a) 值 不 相同 ,但 一 级 结构 相同 的 两 个 DNA 分 子 , 称 为 拓扑 异 构 体 ,催化 这 种 转化 的 酶 为 拓扑 异 构 酶 。 拓 扑 异 构 酶 可 改变 L(a) 值 ,使 L(a) 增 加 者 为 拓扑 异 酶 I, 也 叫 w 蛋白 ;反之 为 拓扑 异 酶 IT, 也 叫 促 旋 酶 。 5.9 核酸 一 级 结构 与 种 属 差异 世间 物种 千差万别 ， 但 最 根本 的 差别 在 于 遗传 物质 。 迄 今 为 止 公认 的 遗传 物 . 73 . 一 En 质 是 核酸 ， 除 少数 病毒 外 ， 均 以 DNA 为 遗传 物质 。DNA 一 级 结构 的 不 同 是 物种 差异 的 根本 原因 。 目 前 已 知 的 DNA 一 级 结构 的 差异 在 于 : (DDNA 链 的 长 度 差异 5 CAFE; ODNA 链 的 数目 (染色体 数目 ); GDNA 分 子 中 碱 基 排 序 的 差异 ; 图 味 叭 碱 基 和 喀 啶 碱 基 分 布 的 不 均一 性 ( 富 GC 区 、 富 AT 区 ); 回 相 邻 二 核 苷 酸味 叭 和 喀 啶 类 排序 的 差异 ; @@ 反 向 重复 序 排 ( 回 文 序列 ); @Cot 值 与 基因 组 大 小 ; @@ 编 码 蛋白 质 的 序列 与 编码 tRNA, rRNA 的 序列 和 非 编码 序列 的 不 同 ; @DNA 分 子 裸露 与 否 ; @DNA 分 子 序列 内 未 知 力 或 作用 的 存在 。 这 十 个 方面 ， 归根 结 底 是 DNA 分 子 中 序列 的 差异 和 这 些 差异 至 今 未 知 的 作用 力 。 由 于 真 核 生 物 核酸 一 级 结构 信息 研究 尚未 有 根本 突破 ， 上 述 各 种 尝试 显得 很 浮 浅 和 零碎 ， 随 着 结构 生物 学 和 信息 生物 学 研究 的 深入 ， 无 疑 可 以 预知 ， 今 后 的 核酸 研究 将 转向 与 数学 和 物理 学 相互 交叉 ， 而 以 化 学 原理 和 方法 为 主 研究 核酸 的 时 代 很 快要 过 去 。 5.9.1 DNA 链 的 长 度 、 数 目 与 C 值 矛盾 生物 的 结构 和 功能 越 复杂 ， 所 需 的 基因 种 类 越 多 。 通 常 把 一 个 物种 的 单 倍 体 的 染色 体 所 含 的 DNA 称 为 C 值 。 然 而 ， 有 些 物 种 的 DNA 含量 与 其 结构 和 功能 并 不 相 一 致 ， 如 两 栖 类 的 某 些 动物 的 C 值 显 然 大 于 人 类 ， 即 使 同 为 两 栖 类 彼此 相差 也 很 大 。 哺 乳 动 物 实 有 的 DNA 含量 按 已 知 基因 大 小 估计 可 能 有 的 基因 种 类 远 远大 于 实际 所 需 的 DNA 含量 ， 这 就 叫做 C 值 矛 盾 。 这 一 事实 存在 的 原因 仍 有 待 进一步 研究 。 5.9.2， 喀 啶 和 嘲 叭 类 核 音 酸 分 布 的 不 均一 性 由 于 味 叭 类 碱 基 的 环 大 于 喀 喧 类， 在 DNA 两 链 间 存在 的 碱 基 配 对 总 是 一 大 一 小 (G=C、A=T)， 但 对 于 其 中 一 条 链 说 来 ， 如 果 某 些 区 域 富 含 AG 或 CT， 这 就 意味 着 不 均一 。G 和 C 之 间 比 A 和 工 之 间 多 一 个 氢 键 ， 同 一 条 链 上 A 和 工 越 多 ， 意 味 着 此 处 双 链 容易 解 开 。 目 前 发 现 的 多 种 不 均一 区 域 ， 如 卫星 DNA、 复制 起 点 和 启动 子 等 ， 都 与 这 一 现象 有 关 。 5.9.3 相 邻 核 背 酸 顺 序 的 差异 用 Tm 值 判定 四 种 碱 基 相 邻 的 关系 发 现 ， 相 邻 二 核 苷 酸 的 Tm 值 相 差 显 著 。 ° 74 - <= — < 二 一 如 人 的 Tin HIB, CCRT Cc 在 OF 个 密码 子 中 ， UAA 是 最 有 效 的 终止 > 码 ， 可 能 是 因为 A 人 个 的 Tm 值 最 小 。 AAG’ ‘AIRE IR 现象 得 出 的 结果 和 用 Tm 值 研究 的 结果 相 结 合 ， 初 步 证 明 哇 吟 环 和 喀 啶 环 的 重 至 面积 大 于 喀 啶 环 和 味 聆 环 的 重 释 面积。 S$.9.4” 反 向 重复 序列 _，“ 反 向 重复 序列 又 称 回 文 结构 、 十 字 结构 、 旋 转 对 称 。 如 3'CEECCE3 ， 此 种 结构 已 知 往往 是 限制 酶 的 识别 位 点 ， 容 易 转化 成 发 夹 结构 。 5.9.5 Cot 值 与 基因 组 大 小 K, DNA 的 变性 与 复 性 是 一 个 双 链 二 “ 单 链 (dsDNA 二 “2SSDNA) WHE, 区 a 级 反应 AA x . de | ED 本 好 的 方法 很 多 最 常用 的 是 热 变 性 。 在 沸水 中 ， 4 DH<3 at pH >10 时 可 实现 。 当 DNA 变性 时 ， 紫 外 吸收 值 (260mm) 增加 (增色 效应 )， 复 性 时 ， 紫 外 吸收 值 减 小 〈 减 色 效应 )s 上 述 中 C 为 单 链 DNA 浓度 (mol/L), t HAI (s), K2 为 二 级 反应 常数 [L7 (mol*s)], 4T=0, C=Q 时 ， 将 上 式 积分 并 重 排 得 到 eH RE , | Cy 1+K,Cot DG HF Cox 做 图 可 到 Cor 曲线 。 C = aa ) 行 -过 de = a = 1 = Me = 广 ， 即 反应 进行 到 一 半 {t = >), = TAGE GHe MI Cot = + Ht Cor 值 定义 为 Cottas 实验 指出 ， 复 性 的 反应 速度 常数 K。 与 DNA 复杂 度 成 反比 ，Kzcc 方 ， 则 © 75 « Cot, = aes X X #7 DNA 分 子 序列 的 复杂 度 ， 如 果 DNA SDT HAIBR HRB, 复杂 度 最 大 ，X 的 值 与 Cot WKAE X=K,Cot pn, X 的 单位 为 核 苷 酸 对 5 5.9.6 编码 蛋白 质 、tRNA、rRNA 的 序列 和 非 编码 序列 的 特点 什么 样 的 DNA 序列 才能 为 蛋白 质 编码 ， 什 么 样 的 DNA 序列 能 为 TRNA、 tRNA 编码 ， 至 今 尚 无 系统 解释 。 目 前 已 知 的 DNA 编码 蛋白 质 的 序列 是 从 遗传 密码 的 认识 中 得 知 的 ， 要 直接 从 DNA 序列 中 看 出 这 些 差异 还 很 难 ， 尤 其 是 非 纺 码 序列 的 特点 了 解 更 少 ， 但 对 非 编码 的 序列 中 的 调控 序列 如 启动 子 、 误 减 子 、 增 强 子 的 一 级 结构 特点 有 初步 认识 。 担 负 调控 的 序列 中 也 编码 蛋白 质 ， 但 这 些 蛋白 质 并 非 是 结构 蛋白 ， 而 是 调节 和 蛋白， 仅仅 通过 DNA 序列 来 影响 同一 分 子 ， 甚 至 不 同 分 子 的 作用 机 理 至 少 与 DNA 序列 的 碱 基 组 成 ， 线 性 排列 和 空间 结构 有 关 ， 如 衰减 子 、 终 止 子 发 挥 作 用 均 与 这 些 序列 的 空间 结构 有 关 。 5.10 mR 核 苷 酸 代谢 的 意义 主要 是 提供 生物 体内 各 种 磷酸 化 物质 ， 包 括 核酸 生物 合成 所 需 的 核 苷 酸 ， 糖 、 脂 代谢 的 主要 活化 中 间 物 如 UDPG、CDP 二 酯 酰 甘油 ， 高 能 化 合 物 如 ATP， 维 生 素 辅酶 如 NADP、FAD， 调 节 物 质 如 cAMP， 核 苷 酸 类 调 味 品 和 药物 。 核 苷 酸 代谢 与 能 量 代谢 关系 不 大 。 5.10.1 核 苷 酸 的 分 解 代谢 核 苷 酸 分 解 的 最 终 产 物 是 CO 、HO、HsPO、NHs。 核 背 酸 的 分 解 实 际 上 是 碱 基 的 分 解 。 碱 基 的 分 解 因 生物 种 类 不 同 分 为 彻底 分 解 和 转化 成 其 他 中 间 物 两 种 方式 。 以 人 为 例 ， 味 叭 碱 基 的 分 解 在 人 体 中 不 开 环 ， 实 质 是 一 个 味 聆 环 不 断 加 氧 氧化 的 过 程 ， 最 终 产物 为 尿酸 。 腺 味 叭 和 鸟 味 叭 的 共同 分 解 中 间 物 为 黄 味 叭 。 喀 啶 碱 基 分 解 一 般 要 开 环 。 嗓 叭 和 喀 啶 碱 基 分 解 过 程 一 般 不 涉及 释放 能 量 ， 自 然 界 各 种 生物 一 般 不 以 核 苷 酸 分 解 作 为 获 能 途径 。 5.10.2 核 苷 酸 的 生物 合成 核 苷 酸 的 生物 合成 主要 是 碱 基 的 合成 。 核 苷 酸 的 生物 合成 所 需 的 碱 基 既 可 是 - 76 ， 分 解 过 程 获得 的 碱 基 ， 也 可 从 无 机 物 和 其 他 有 机 物 从 头 合成 。 核 苷 酸 生 物 合 成 的 原料 除 核糖 外 ， 主 要 来 自 氨 基 酸 及 其 代谢 中 间 物 。 核 苷 酸 生物 合成 的 共同 起 始 物 为 5 磷酸 核糖 焦 磷 酸 (PRPP)。 味 叭 类 核 苷 酸 生 物 合成 从 PRPP 开始 ， 先 合成 味 吟 环 的 小 环 ， 后 合成 大 环 ; 喀 啶 类 核 背 酸 生物 合成 是 先 合 成 喀 啶 环 ， 然 后 和 PRPP 444. PRPPBABHRZHE 型 的 ， 挫 入 之 后 转 为 B 型 。 存 在 核 苷 酸 中 的 核糖 均 为 B 型 。PRPP 为 核 苷 酸 生 物 合 成 同时 提供 了 核糖 和 磷酸 。 IW HK = HH Gln. Gly. Asp, CO), N°, N!°-CH)-FH,, N!°-CHOFH, 合成 的 。 喀 喧 环 是 由 Asp 和 氨基 甲 酰 磷 酸 合成 的 。 氮 基 甲 酰 磷 酸 是 由 CO,. NH; 4 成 的 。 必 须 充 分 注意 到 ， 氮 基 甲 酰 磷酸 也 是 尿素 合成 的 中 间 物 。 在 真 核 生 物 中 ， 有 两 个 不 同 的 氮 基 甲 酰 磷 合成 酶 ， 一 个 在 线粒体 〈I 型 )， 用 于 合成 尿素 ， 另 一 个 在 胞 液 中 (II 型) ， 用 于 合成 喀 啶 碱 基 。 在 高 等 生物 细胞 中 ， 喀 啶 碱 基 生 物 合成 所 需 的 前 三 个 酶 〈 氢 基 甲 酰 磷酸 合成 酶 、 和 天女 氨 酸 转 氨 甲 酰 酶 和 二 清 乳 清 酶 ) 同 在 一 条 多 肽 链 上 。 大 肠 杆菌 的 天 冬 氮 酸 转 氨 甲 酰 酶 由 12 条 肽 链 组 成 ， 每 3 个 催化 亚 基 多 肽 链 组 成 一 个 催化 亚 基 ， 每 2 个 调节 亚 基 多 肽 链 组 成 一 个 调节 亚 基 ，2 个 催化 亚 基 和 3 个 调节 亚 基 共同 形成 一 个 具有 别 构 能 力 的 球体 。 此 酶 的 别 构 调 节能 力 是 研究 酶 的 别 构 调 节 的 典型 。 脱氧 核 背 酸 是 由 核糖 核 苷 二 磷酸 还 原 而 来 的 ， 催 化 这 个 反应 的 酶 属 铁 一 硫 蛋 BA, Be 2’ EFA AAK A NADPH+H* 的 一 对 氧 结合 而 生成 水 。 脱 氧 胸 苷 酸 是 由 脱氧 尿 苷 酸 甲 基 化 而 来 的 ， 甲 基 供 体 为 ，NI!- 亚 甲 基 四 氢 叶 酸 (N°, N'°-CH) 一 FH)。- ATP 是 NAD、FAD、CoA 生物 合成 的 共同 前 体 。 尿酸 形成 过 多 导致 痛风 病 。 5.11 DNA 的 生物 合成 DNA 的 生物 合成 有 两 种 方式 ， 一 是 DNA 复制 ， 二 是 反 转 录 。 DNA 的 复制 是 半 保 留 复 制 、 不 连续 复制 ， 目 前 了 解 的 知识 包括 DNA 复制 半 保留 、 不 连续 的 实验 证 据 ，DNA 复制 的 起 点 和 方向 ，DNA 复制 所 需 的 酶 和 其 他 条 件 ，DNA 复制 的 步 又、 准确 性 与 突变 。 5.11.1 DNA 的 半 保 留 复 制 子 代 DNA 的 一 条 链 是 母体 的 ， 另 一 条 是 新 合成 的 ， 这 种 复制 方式 由 沃 森 和 克 里 克 提出 ， 后 经 Meselson 和 Stahl 在 1958 年 用 AN 和 SN 标记 及 密度 梯度 离心 技术 证 实 。 四 77 DNA 的 不 连续 复制 ， 由 于 已 知 的 DNA 复制 酶 只 能 由 5 向 3 方向 聚合 脱氧 核 TR, HBT AK DNA 其 中 一 条 链 复制 方向 矛盾 。1968 年 ， 冈 崎 用 ?HH 标记 的 脱氧 胸 苷 的 密度 梯度 离心 技术 证 实 DNA 复制 时 分 段 进行 一 一 不 连续 复制 ; 5.11.2 复制 的 起 点 与 方向 和 速度 原核 生物 和 真 核 生 物 DNA 复制 的 共同 点 之 一 是 双向 性 ， 即 从 一 起 点 开始 ， 等 速 向 两 个 方向 进行 。 不 同 点 在 于 原核 生物 的 复制 起 点 只 有 一 个 ， 而 真 核 生 物 有 多 个 。 原 核 生物 复制 起 点 少 但 复制 速度 快 ， 真 核 生物 复制 起 点 多 但 复制 速度 慢 ， 总 体 速度 比 原核 生物 快 。 从 一 个 起 点 到 一 个 终点 所 包含 的 DNA 区 域 叫做 一 个 复制 子 。 真 核 生物 DNA 为 多 复制 子 结构 。 研究 和 证 实 DNA 复制 起 点 、 方 向 和 速度 的 实验 方法 主要 是 同位 素 ?H 标记 外 加 放射 自 显影 和 电镜 观察 ， 由 于 DNA 的 碱 基 以 含 TAME, RR APH 标记 的 胸 苷 来 进行 。 在 半 保 留 复制 总 方式 之 下 ， 同 时 有 模型 、 滚 环 模型 的 和 D 环 模型 等 ， 这 些 都 是 以 环 状 DNA 为 研究 对 象 而 得 出 的 模型 。 大 肠 杆菌 为 6 型 ， 某 些 病 毒 为 滚 环 型 ， 线粒体 DNA 为 D 环 型 复制 。 KRHA. Mae AMA DNA 一 级 结构 已 了 解 得 深入 细致 ， 对 它们 的 DNA 复制 起 点 有 了 清楚 的 认识 。 大 肠 肝 菌 Oric 序列 是 其 惟一 的 起 点 ， 由 245bp 组 成 ， 主 要 特点 是 富 含 AT (56%)， 另 有 1 个 GATC 序列 ， 与 A ORF) HF 基 化 有 关 。 和 鸣 菌 体 的 复制 起 点 由 3 部 分 组 成 : 4 个 高 度 保守 的 19bp 的 正 向 重复 序列 (Ori 重复 序列 )、 约 40bp 的 富 A/T FPF, 28bp 的 回 文 序列 。 真 核 生物 染色 体 复 制 起 点 有 多 个 ， 已 知 酵母 的 自动 复制 序列 (ARS) 相当 于 真正 的 起 点 ， 同 样 富 含 AT。 对 SV40 的 起 点 也 有 初步 的 认识 。 复制 终点 了 解 很 少 。 DNA 复制 的 基本 特点 : @ 复 制 是 半 保 留 的 ; @ 细 菌 和 病毒 从 一 个 起 点 开始 ， 真 核 生 物 有 多 个 起 点 ; @ 复 制 的 方向 以 双向 为 主 ; ODNA 聚合 酶 只 能 从 5 3- 方向 延长 DNA 链 ; @@ 复 制 是 不 连续 进行 的 ; @ 复 制 过程 需 要 RNA. 引物 ; OF 制 有 多 种 机 制 ， 环 形 DNAA 0、 滚 动 环 和 D 环 等 方式 ; @ 复 制 过 程 存 在 校对 和 修复 系统 ; (9 复制 的 准确 性 是 有 限 的 ; 中 复制 的 基本 原理 是 碱 基 互补 。 以 上 内 容 主要 是 有 关 DNA 顺序 不 变 的 研究 。 可 变 和 促 变 的 研究 内 容 更 多 。 * 78 。 =e Sra” } 5.11.3 DNA 复制 酶 类 和 蛋白 质 DNA 复制 需要 DNA RAM. RNA RAB. MRR DER. DNA 连接 酶 、 旋 转 酶 等 ;根据 这 些 酶 和 蛋白 质 分 布 的 特点 ， 首 先 以 真 核 生 物 和 原核 生物 进行 划分 ， 真 核 生 物 又 以 细胞 器 再 划分 。 原核 生物 DNA 聚合 酶 已 知 有 3 种 。1957 4, Arthur Kronberg 首先 发 现 DNA 聚 合 酶 IT， 后 来 相继 发 现 了 DNA RAH II 和 Ill, fi} SH poll, poll, PolIIIspolIII 被 认为 是 DNA 生物 合成 的 主要 酶 。 poll 研究 得 最 为 深入 ， 此 酶 为 一 条 链 ， 约 100 个 氨基 酸 残 基 ， 内 含 Zn?+、 polA 基因 编码 。 用 枯草 杆菌 蛋白 酶 处 理 此 酶 后 得 到 2 个 肽 段 ， 大 片段 称 为 Klenow HR, S15 Com, BAS 37 聚合 和 3 一 $ 外 切 活 性 ， 此 片段 曾 广 泛 用 于 DNA 测 序 ; 所 含 的 2 个 Zn2+ 参 与 酶 活性 中 心 作 用 。polI 具有 6 个 结合 位 点 ， -分别 为 模板 DNA 结合 位 点 、 引 物 RNA 结合 位 点 ， 引 物 3 -OH 位 点 、 底 物 dNTP 结合 位 点 、$ 一 3 外 切 位 点 和 3 一 S 外 切 位 点 。 长 期 的 研究 证 实 ， 此 酶 主要 担负 校对 和 修复 功能 。 缺 口 翻译 是 指 当 DNA 链 出 现 某 个 磷酸 酯 键 断裂 (RO) BT, 此 酶 能 使 缺口 处 原 有 的 DNA BEM $ 一 3 ' 水解 ， 同 时 又 从 该 缺口 处 重新 合成 一 条 新 链 。DNA 的 体外 标记 主要 来 自 此 酶 的 这 一 能 力 。 这 种 标记 是 在 链 内 进行 标记 。 polII 于 1970 年 发 现 ， 是 目前 DNA 聚合 酶 中 了 解 最 少 的 一 种 ， 此 酶 单 肽 链 ， 无 S 一 3 外 切 能 力 ， 聚 合 能 力 仅 为 polI 的 5%。 polIII 多 亚 基 ， 易 分 离 ， 初 步 认为 有 7 种 亚 基 ， 且 含有 Zn2+ a es 和 0 亚 基 组 成 全 酶 的 核心 酶 。 此 酶 被 认为 是 DNA 复制 的 主要 酶 。 同 时 具有 polI 的 各 种 活 性 。 | . 1967 FARM, DNA 连接 酶 能 将 DNA 链 上 的 5’ BERR SE AD 3 $6 SE 7k AE aR 键 ， 需 要 DNA 模板 和 能 量 ， 原 核 生物 以 NAD 供 能 ， 真 核 生 物 以 ATP 方式 供 能 ， 此 类 酶 在 DNA 重组 研究 中 广泛 使 用 。 目 前 主要 来 自 T, MAAK, T, DNA 连接 酶 为 一 条 肽 链 分 子 量 68000， 其 基因 也 已 用 于 DNA BA. DNA 复制 时 需要 RNA 作为 引物 。 故 RNA 合成 酶 又 称 为 引物 酶 。 原 核 生 物 所 需 RNA 引物 仅 2 一 5 个 核 苷 酸 长 。DNA 复制 为 什么 需要 RNA 为 引物 ， 目 前 的 解释 是 DNA 复制 酶 polI 和 polIII 上 有 RNA 引 物 位 点 ， 进 一 步 的 原因 有 待 研究 。 DNA 复制 所 需 的 RNA 合成 酶 不 同 于 转录 时 的 RNA 合成 酶 。 具 体 差 异 也 不 清 楚 。 解 旋 酶 促进 DNA 双 链 分 离 。 解 旋 酶 是 拓扑 异 构 酶 工 型 中 的 一 类 ， 已 知 有 两 类 解 旋 酶 ， 一 类 是 结合 在 后 滞 链 模板 上 ， 以 $ 一 3“ 方 移动 ， 另 一 类 是 Rep BA, 和 前 导 链 结合 ， 以 3 一 S 方向 移动 。 解 旋 酶 具有 ATP 酶 活性 ， 利 用 ATP 供 能 而 下 79 导致 自身 构象 变化 。 旋转 酶 即 拓扑 异 构 酶 II[， 此 酶 能 同时 断裂 连接 双 链 DNA 链 ， 需 要 ATP 供给 能 量 ， 已 知 有 两 个 亚 类 ， 第 一 亚 类 是 DNA 旋转 酶 ， 主 要 功能 是 引入 负 超 螺旋 ， 在 DNA 复制 中 起 着 十 分 重要 的 作用 ， 此 酶 仅 在 原核 生物 中 发 现 ， 第 三 亚 类 转变 超 螺旋 DNA 成 为 没有 超 螺旋 的 松 驰 形式 ， 也 需要 ATP， 在 原核 、 真 核 生物 中 都 有 发 现 。 拓 扑 异 构 酶 II 无 碱 基 序列 特异 性 ,. 该 酶 由 两 个 x 亚 基 和 两 个 B 亚 基 组 成 。 随 着 复制 的 进行 ， 天 然 负 超 螺旋 逐渐 减少 ， 直 至 产生 正 超 螺旋 ， 旋 转 酶 此 时 发 挥 消除 正 超 螺 旋 的 作用 ， 使 正 超 螺旋 转化 为 负 超 螺旋 。 经 旋转 酶 和 解 链 酶 作用 后 分 开 的 双 链 被 单 链 结合 蛋白 (SSB) 结合 后 暂时 稳 定 下 来 供 复制 ， 此 蛋白 由 4 个 相同 亚 基 组 成 。 BRA DiS DNA 聚合 酶 已 知 共有 5 种 〈a、B、7、》 和 es) ， 和 原核 生物 DNA RA MAC, BRO 外 ， 其 余 无 外 切 能 力 ，8$ 聚合 酶 具有 3 一 5$ Sb REA; 共同 处 在 于 聚合 的 方向 为 5 3 ， 需 要 RNA 引物 。 目 前 认为 ，c 酶 是 真 核 生 物 主要 的 复制 酶 ， 其 次 是 $ 和 ee 此 外 ， 真 核 生物 也 有 连接 酶 、 解 旋 酶 、 引 物 酶 等 ， 但 研究 的 水 平 远 不 如 原核 生物 。 5.12 DNA, BBE. ALAR, HE 大 多 数 教科 书 常 将 遗传 病 和 DNA 的 修复 划分 为 两 个 或 者 三 个 部 分 来 讨论 ， 由 于 内 容重 复 ， 造 成 许多 误解 ， 其 实 它们 是 一 个 问题 的 不 同方 面 而 已 ， 这 个 问题 说 到 底 是 DNA 序列 的 变化 。DNA 序列 的 可 变性 是 绝对 的 ， 不 变 才 是 相对 的 。 改 AE T WY DNA 序列 有 可 能 永久 存在 下 去 ， 或 只 能 存在 很 短 时 间 ， 甚 至 刚刚 出 现 即 被 纠正 过 来 。 变 与 不 变 不 能 都 以 是 否 有 害 或 有 利 来 判定 。DNA 序列 的 可 变性 是 物种 形成 和 增加 的 基础 ， 而 不 变 的 相对 稳定 是 物种 稳定 的 基础 。 通 常 将 DNA 序 列 可 修复 的 变化 叫做 损伤 。 损 伤 主要 是 DNA 序列 在 复制 过 程 中 在 二 条 链 上 经 修 复 系统 改正 的 DNA 序列 的 变化 。 突 变 是 可 以 通过 复制 而 遗传 给 予 代 的 永久 性 DNA 序列 改变 ， 这 些 可 遗传 的 DNA 序列 的 改变 逃脱 或 躲 过 了 修复 系统 ， 两 条 链 都 发 生 了 改变 ， 使 某 个 或 某 些 基因 发 生 了 改变 ， 突 变 的 后 果 有 的 是 致死 的 ， 有 的 是 非 致 死 的 ， 甚 至 是 有 益 的 ， 只 有 非 致 死 的 突变 才能 永久 遗传 。 导致 DNA 序列 改变 的 因素 有 : @D 紫 外 线 、 电 离 辐射 作用 ， 最 常见 的 是 胸腺 喀 喧 在 同一 条 链 内 形成 共 价 二 聚 体 。@ 化 学 物质 ， 如 亚 硝 酸 类 、 烷 化 剂 、 喀 啶 类 化 合 物 。 亚 硝酸 导致 碱 基 氧化 脱 氨 (A-~>I)，(C->U)。 烷 化 剂 如 乙 基 硫酸 乙酸 (ESE)、 乙 基 硫 酸 甲 酯 (EMS)、 亚 硝 基 胺 类 、 亚 硝 基 肌 类 等 ， 可 使 碱 基 烃 基 化 、 磷酸 基 烃 基 化 。 甲 基 化 是 最 常见 的 烃基 化 方式 之 一 。 一 些 正 常 碱 基 的 类 似 物 可 冒 四 80 . 充 正 常 碱 基 而 挫 人 ， 如 5 - 氟 尿 喀 啶 (BU)、2 -氨基 味 叭 (AP) 等 ， 这 些 物质 有 we MAW. RAM MME. RR, RSRARSNERRADTHSAN BA, KHSROFAURAS DNA 碱 基 对 之 间 ， 由 此 导致 含有 这 种 染料 分 子 的 DNA 复制 时 常 可 以 插入 一 个 或 两 个 碱 基 。 外 转 位 成 分 。 田 内 在 因素 ， 如 pH, 温度 和 离子 浓度 等 改变 容易 导致 碱 基 脱 氨基 ， 甚 至 脱 味 哈 和 脱 喀 啶 。@@ 染 色 体 畸 变 半 如 染色 体 部 分 缺失 、 易 位 、 倒 位 、 重 复 。@ 罗 伯 逊 变异 ， 即 染色 体 的 融合 和 裂解 。 DNA 修复 机 制 已 知 有 光 修 复 、 切 除 修 复 、 重 组 修复 和 SOS 等 修复 功能 。 光 修 复 = 1949 年 发 现 ，400nm 左右 的 可 见 光 可 激活 光复 合 酶 ， 此 酶 高 度 专 一 切割 因 紫 外 线 产 生 的 喀 啶 二 聚 体 。 高 等 哺乳 动物 没有 这 样 的 酶 。 切除 修复 “ 在 内 切 酶 、 外 切 酶 、 连 接 酶 和 聚合 酶 协同 作用 下 ， 以 完整 的 一 条 链 为 模板 进行 的 一 种 普遍 存在 的 修复 。 这 种 修复 系统 的 缺陷 导致 癌症 ， 如 着 色 性 干 皮 病 。 重组 修复 “又 称 为 复制 后 修复 ， 前 面 所 述 的 切除 修复 均 为 复制 前 修复 ， 损 伤 未 除去 已 经 复制 使 下 一 轮 复制 出 现 障 碍 ， 经 重组 修复 系统 如 重组 基因 recA, recB 和 recC 分 别 编码 的 蛋白 质 和 酶 以 及 聚合 酶 和 连接 酶 协作 完成 修复 。 真 核 生 物 的 重组 修复 系统 有 待 进一步 研究 。 细菌 的 限制 聚 一 修饰 系统 生物 有 消除 损伤 的 一 面 ， 也 有 预防 损伤 的 一 面 呈 限制 性 内 切 酶 不 能 用 于 细菌 自身 的 DNA。 已 知 的 原因 是 细菌 有 使 自己 的 DNA 甲 基 化 而 使 限制 性 内 切 酶 位 点 失效 的 修饰 性 甲 基 化 酶 ， 但 对 外 来 的 DNA 因 无 这 种 保护 ， 自 然 会 被 限制 性 内 切 酶 切割 。 大 多 数 大 肠 杆 菌 含 有 两 种 DNA 甲 基 4B, dam Al dem. dam 可 使 SGATC3' 中 人 A 的 N6 位 甲 基 化 ,dcm 可 使 5’CCAGG3’ BK 5’CCTTGG3’ “中 的 Cs 甲 基 化 。 SOS 修 复 ”细胞 DNA 出 现 损伤 或 复制 受到 抑制 而 诱导 产生 的 修复 。SOS 反应 是 由 RecA 蛋白 和 1lexA 阻 过 物 相 互 作用 引起 的 。 此 反应 广泛 存在 于 真 核 生 物 和 原核 生物 。 此 反应 不 仅 有 DNA 修复 作用 ， 而 且 系 统 变 异 。 有 些 致癌 物质 正 是 通过 SOS 反应 的 诱导 而 产生 癌变 的 。 已 知 这 老 与 DNA 损伤 修复 能 力 下 降 有 关 ， 修 复 能 力 与 寿命 成 正比 。 许 多 先 天 性 遗传 病 均 存在 修复 系统 缺陷 ， 如 皮肤 癌 、 淋 巴 瘤 、 和 白血病 等 疾病 经 常 是 由 于 个 别 修复 酶 缺陷 而 导致 的 。 定向 突变 又 称 离 体 定 向 诱 变 。 在 对 DNA 复制 过 程 中 损伤 和 修复 机 理 有 了 一 定 认 识 之 后 ， 创 造 有 益 的 变异 成 为 一 种 与 应 用 紧密 相关 的 需求 。 一 般 的 经 典 的 诱 变 产生 的 突变 不 能 满足 人 们 按照 预先 设计 的 DNA 顺序 自如 地 操作 。 减 少 随机 性 ， 主 动 改 造 已 有 的 DNA 顺序 ， 并 获得 稳定 遗传 已 成 为 当今 分 子 生 物 学 为 经 济 建设 服务 的 突破 口 。 * 81 ， 必须 搞 清 楚 定 向 突变 和 DNA 重组 的 区 别 。 定 向 突变 的 变异 单位 是 三 个 碱 基 ，DNA 重组 制造 变异 的 单位 是 一 个 基因 或 数 个 基因 ， 是 一 段 DNRA MF, BE 不 改变 原 有 DNA 其 他 顺序 的 基础 上 不 同 来 源 的 代表 一 个 或 数 个 基因 的 片段 的 重 新 组 合 。 什 么 时 候 采 用 定向 突变 ， 什 么 时 候 采 用 DNA 重组 ， 取 决 于 创造 变异 的 目的 。 和 蛋白 质 工程 ， 包 括 酶 工程 ， 通 常 是 对 已 有 的 蛋白 或 酶 的 基因 进行 三 不 或 风 个 氨基 酸 残 基 的 修改 。 如 增加 必需 氨基 酸 的 含量 ， 以 获得 高 效 的 营养 物质 只 或 增 加 酶 的 耐性 〈 抗 热 、 抗 酸 碱 等 ) ， 以 提高 酶 的 寿命 和 使 用 范围 ; 药物 设计 通常 为 了 增加 或 改进 和 靶 细 胞 、 靶 分 子 的 结合 位 点 ， 或 提高 药物 的 扩散 4 BBN, 长 在 生物 体 中 的 寿命 ， 研 究 个 别 氨基 酸 残 基 酶 活性 和 和 蛋白质 空间 结构 形成 中 的 作 用 等 。 但 为 了 创造 一 个 新 物种 ， 改 变 某 物种 的 性 状 ， 如 为 了 使 棉花 抗 棉 铃 虫 小 麦 抗 黑 穗 病 等 ， 需 要 将 原本 存在 子 另 一 个 物种 或 品种 的 此 类 抗 性 基因 移植 到 棉花 和 小 麦 中 ， 这 就 需要 DNA BA. DNA 重组 的 结果 当然 也 可 用 手 蛋 白质 工程 三 个 基因 的 一 个 碱 基 或 数 个 碱 基 改 变 了 ， 其 结果 等 于 是 一 种 重组 ， 使 被 诱 变 的 细胞 获得 了 新 的 基因 。 但 严格 说 来 ， 这 是 一 种 遗传 重组 而 非 基 因 重 组 。 诱 变 是 三 种 方 法 ， 定 向 诱 变 是 诱 变 方法 中 的 一 类 。 突 变 是 一 种 结果 ， 是 指 二 种 在 核 苷 酸 序 列 填 出 现 的 可 稳定 遗传 的 变化 。 为 了 达到 这 一 变化 ， 早 期 人 们 采用 经 典 诱 变 5 经 典 诱 变 产 生 的 突变 的 随机 性 和 大 量 筛选 的 繁杂 过 程 ， 已 使 人 们 基本 主 开 始 放弃 这 三 方 法 ， 定 位 诱 变 有 如 下 几 种 : 中 缺失 诱 变 ， 从 目的 DNA 序列 中 除去 一 部 分 序列 ， 所 得 突变 体 DNA 比 原来 DNA 得 ; @ 插 入 诱 变 ， 将 一 段 外 原 DNA #8 A BI BS DNA 序 列 中 产生 突变 ; @@ 利 用 寡 核 背 酸 诱 变 ， 这 一 方法 被 认为 是 真正 的 定位 诱 变 。 上 述 两 种 方法 尚 不 具备 这 一 特点 。 一 般 教 科 书 中 所 指 的 定位 诱 变 即 指 利用 寡 核 苷 酸 产生 的 诱 变 。 这 一 方法 的 基础 在 于 DNA 的 测序 技术 、DNA 的 化 学 合成 和 分 子 杂 交 技 术 。 此 方法 的 原理 是 根据 已 知 的 目的 基因 序列 ， 选 定 要 改变 的 碱 基 种 类 和 位 置 ， 然 后 用 化 学 方法 合成 一 段 一 个 或 几 个 碱 基 不 同 的 目的 基因 片段 过 被 改 变 的 碱 基 位 于 化 学 合成 的 这 一 片段 的 中 间 ， 其 两 侧 的 序列 和 原来 的 基因 进行 杂 交 ， 之 后 用 DNA 聚合 酶 延长 杂交 的 寡 核 苷 酸 片段 ， 或 用 了 PCR 技术 达到 这 一 目 的 ， 再 将 这 样 内 含 突 变 碱 基 的 片段 导入 宿主 进行 克隆 。 在 证 实 突变 重组 体 成 功 之 后 ， 回 收 这 一 片段 并 用 等 位 基因 代 换 方法 正式 取代 原来 的 目的 基因 。 当 然 ， 这 也 有 一 个 筛选 过 程 ， 但 筛选 的 任务 较 轻 。 | PEERS HY se RR RH, — PE M13 做 载体 ， 另 一 种 用 双 链 DNA 质粒 做 载体 。 如 果 要 获得 单 链 的 突变 的 目的 DNA， 以 MI13 做 载体 。 当 寡 核 背 酸 和 M13 单 链 DNA 杂交 时 ， 由 于 朝 核 苷 酸 中 人 们 引入 了 错 配 的 、 播 大 的 或 缺失 的 碱 基 ， 杂 交 反 应 通常 在 较 低 的 温度 下 进行 ， 经 DNA RARER, 以 这 个 SRE BRAS, ， 双 向 复制 之 后 经 连接 酶 将 两 端 相连 。 这 样 的 双 链 M13 吹 菌 体 导 和 人 大 肠 杆菌 后 ， 经 复制 便 可 获得 稳定 遗传 的 突变 的 DNA 克隆 。 通 过 筛选 而 获 . 82 . 得 突变 的 DNA 分 子 ， 并 可 用 等 位 基因 代 换 的 方法 进而 送 回 原来 细胞 的 基因 组 中 。 如 果 要 获得 双 链 突变 的 目的 DNA， 则 选用 双 链 DNA 的 质粒 做 载体 。 质 粒 的 双 链 DNA 开 环 后 ， 在 两 个 限制 酶 的 切 点 之 间 加 入 突变 的 目的 DNA， 导 入 大 肠 杆 菌 后 筛选 获得 突变 DNA 克隆 。 在 对 定向 诱 变 有 了 一 个 基本 的 了 解 之 后 ， 回 头 再 分 析 这 一 诱 变 的 过 程 和 产生 的 突变 结果 ， 不 难看 出 ， 所 谓 定 向 或 定位 诱 变 ， 就 是 用 人 工 设 计 的 某 些 碱 基 (至 b—-+*) 已 改变 的 目的 基因 去 替换 原来 的 目的 基因 ， 诱 变 的 过 程 可 概况 为 : 人 工 侣 成 含有 设计 好 的 突变 位 点 的 寡 核 苷 酸 片 段 - 杂 交 并 复制 成 为 含 突变 位 点 的 目的 基因 一 DNA 克隆 -取代 原 有 的 基因 。 5.13 “基因 重组 的 原理 在 理解 了 DNA 复制 、DNA 损伤 与 修复 、 诱 变 与 突变 之 后 ， 不 仅 认 识 到 “DNA 序列 的 保守 性 即 不 变性 ， 而 且 对 DNA 序列 的 可 变性 有 了 一 定 的 认识 。 在 此 基础 上 ， 进 而 认识 基因 重组 就 容易 多 了 。 基 因 重 组 、 遗 传 重组 、DNA 重组 3 个 概念 的 关系 很 难 理 顺 ， 往 往 被 认为 是 一 回 事 ， 主 要 原因 在 于 3 个 概念 针对 的 都 是 DNA。 三 者 之 间 的 差别 在 于 : 遗传 重组 是 发 生 在 遗传 过 程 中 的 自然 界 原本 存在 的 导致 变异 的 一 种 现象 ; DNA 重组 是 人 们 根据 遗传 重组 利用 限制 性 内 切 酶 在 体 外 对 DNA 进行 的 人 工 操作 ， 在 自然 界 一 般 不 能 自发 实现 ; 基因 重组 是 指 遗 传 重 组 和 DNA 重组 的 结果 和 目的 ， 无 论 是 利用 自然 的 (遗传 重组 ) 还 是 人 工 的 (DNA 重组 )， 最 终 目 的 是 要 实现 基因 重组 。 从 操作 对 象 是 DNA 说 来 ，DNA 重 组 是 本 质 和 根本 的 。 所 以 ，DNA 重组 在 广义 上 包括 了 遗传 重组 和 基因 重组 。 限 于 目前 对 真 核 生 物 DNA 序列 了 解 的 还 不 全 面 ，DNA 重组 没有 达到 基因 和 非 基 因 均 进 行 完全 自由 重组 的 地 步 。 由 于 应 用 领域 的 紧迫 需求 ， 目 前 的 DNA BANA 的 主要 是 基因 重组 。 能 够 重组 的 基因 也 很 有 限 ， 但 会 逐步 扩大 。 5.13.1 遗传 重组 为 了 全 面 了 解 基 因 重 组 ， 首 先 要 对 遗传 重组 有 了 解 。 遗 传 重组 是 指 自 然 出 现 的 不 同 DNA 链 断 裂 并 连接 成 新 的 DNA 分 子 。 新 的 DNA 分 子 含 有 不 同 亲 本 的 DNA 片段 。 新 加 入 的 片段 可 以 是 一 个 编码 有 某 种 蛋白 质 、 酶 或 RNA 的 基因 ， 也 可 能 是 一 些 非 编码 的 序列 ， 或 者 是 编码 了 迄今 尚 不 了 解 的 信息 。 遗 传 重组 划分 的 方法 有 多 种 ， 如 根据 新 加 入 的 DNA 序列 和 原来 处 在 同一 位 置 的 DNA 片段 顺序 的 相同 与 否 ， 可 以 划分 为 同 源 重组 和 非 同 源 重组 。 后 者 又 根据 位 点 是 否 专 一 划分 为 位 点 专 一 重组 和 非常 规 重 组 。 同 源 重组 也 称 一 般 重 组 ， 在 生物 中 广泛 存在 ， 重 . 83 ws 组 双方 的 DNA 有 广泛 的 同 源 性 或 相似 性 ， 在 大 肠 杆 菌 中 需要 recA 基因 、recB 基 因 、recC 基因 、 单 链 结合 蛋白 、DNA 旋转 酶 、 核 酸 酶 以 及 其 他 复制 酶 参加 。 同 源 重组 的 机 理 常 以 Holliday 的 8 字 型 模型 来 解释 。 专 一 位 点 重组 发 生 在 两 个 DNA 分 子 的 专 -- 位 点 。 专 一 性 位 点 往往 在 末端 。 和 鸣 菌 体 的 双 链 线 状 DNA 的 两 个 未 端的 各 12 个 碱 基 的 单 链 突 出 可 以 互补 ( 黏 性 末端 ) 。 由 此 可 以 插 大 到 大 肠 杆 菌 染色 体 的 gal 和 bio 两 个 基因 位 点 之 间 ， 从 而 实现 整合 。 这 一 过 程 由 拓扑 异 构 酶 I 催 化 。 连 接 酶 能 使 DNA 单 链 断裂 和 重 接 ， 此 外 还 需 一 种 寄主 基因 编码 的 蛋 白 因子 (IHF)， 但 无 需 reeA、recB、recC 参加 。 非 常规 重组 也 叫 异 常 重 组 ， 主 要 是 指 转 座 因子 或 日 转 位 因子 ， 包 括 SI、Tn 和 MI13 鸣 菌 体 等 。 转 座 涉及 到 转 座 因子 的 复制 ， 当 一 个 拷贝 插入 到 基因 组 的 新 位 置 时 ， 原 来 的 位 点 仍然 保留 有 原 拷 贝 ， 所 以 转 座 和 上 述 各 种 遗传 重组 的 最 根本 的 区 别 在 于 纯 属 于 DNA 片段 从 一 处 移 向 另 一 处 。 5.13.2 细菌 的 重组 遗传 重组 在 自然 界 存在 的 另 一 类 形式 见于 细菌 ， 包 括 转化 、 转 导 和 接合 三 种 。 转 化 是 指 受 体 细胞 接受 了 供 体 的 DNA， 从 而 获得 另 一 细胞 遗传 性 状 的 过 程 ， 如 肺炎 球菌 转化 实验 。 转 化 的 条 件 是 自然 条 件 和 细菌 之 间 ， 高 等 生物 只 能 进行 人 工 转化 。 转 化 的 结果 是 供 体 的 双 链 DNA 中 的 一 条 链 片 段 置换 了 受 体 染色 体 双 链 DNA 的 同 源 部 分 。 转 导 是 指 供 体 细胞 的 基因 通过 鸣 菌 体 而 转移 到 受 体 细胞 中 ， 转 导 在 供 体 的 双 链 DNA 片段 和 受 体 的 完整 DNA 双 链 之 间 进 行 重组 。 接 合 则 是 细胞 之 间 直 接 接触 导致 DNA 从 一 个 细胞 移 至 另 一 个 细胞 。DNA 被 转移 是 由 于 结 合 质粒 ， 如 下 因子 ， 先 后 进入 两 个 受 体 细胞 ， 将 前 一 个 细胞 的 DNA 单 链 片 段 转 移 给 后 一 个 受 体 细胞 。 转 导 和 接合 都 需要 reeA、recB、trecC 和 recD 的 基因 产物 协助 。 从 上 述 各 种 遗传 重组 的 过 程 和 结果 中 ， 可 以 总 结 出 以 下 几 点 : 中 遗传 重组 是 自发 的 、 自 然 界 本 来 存在 的 一 种 DNA 重组 现象 。@ 遗 传 重组 的 结果 有 两 种 : 单 链 交 换 或 替换 ; 双 链 替换 。 同 源 重组 、 专 一 位 点 重组 、 转 化 和 接合 属于 单 链 交换 或 替换 。 而 转 座 子 、 转 导 则 是 双 链 之 间 的 替换 或 连接 。Q@ 遗 传 重组 中 的 同 源 重 组 、 转 导 和 接合 已 知 需要 reeA、recB、recC、recD 基因 产物 协助 。 专 一 位 点 重 组 、 转 化 、 转 座 过 程 所 需 酶 各 异 或 不 详 。@@ 除 了 同 源 重组 发 生 在 完整 的 双 螺 旋 DNA 分 子 之 间 外 ， 基 本 的 和 普遍 的 遗传 重组 是 在 DNA 片段 〈 单 链 和 双 链 ) ASE 整 的 DNA 分 子 之 间 进 行 的 。 - 84 ， 5.13.3 DNABA 在 对 自然 界 自发 进行 的 DNA 重组 〈 遗 传 重组 ) 有 了 基本 了 解 之 后 ， 创 造 新 的 二 超自然 的 重组 是 必然 的 发 展 结果 。 狭 义 的 DNA 重组 就 是 人 工 DNA 重组 技 术 ， 是 在 体外 进行 的 用 限制 性 内 切 酶 等 工具 对 DNA 进行 的 人 工 操 作 。 这 一 技术 是 按照 大 们 设计 的 方案 将 不 同 的 DNA 片段 定向 连接 ， 目 的 在 于 大 量 生产 多 肽 物 质 ， 定 向 改造 生物 基因 组 结构 和 用 于 基因 调控 等 基础 研究 。 (1) DNA 重组 的 步骤 DNA 重组 的 步骤 包括 : @ 外 源 DNA 与 载体 连接 并 形成 重组 DNA; @ 通 过 转化 或 感染 将 重组 DNA 引入 受 体 细胞 ;@ 筛 选 含 有 重组 体 的 克隆 。 从 上 述 步 又 可 以 看 出 ， 所 谓 DNA 重组 ， 就 是 人 工 创造 一 条 染色 体 ， 专 一 地 编码 和 合成 大 们 所 需 的 某 种 物质 。 外 源 DNA 担负 的 作用 是 编码 所 需 的 物质 。 载 . 体 的 作用 是 携带 外 源 DNA KE BAY DNA 进入 宿主 ， 同 时 提供 外 源 DNA 复制 起 点 :转录 启动 元 件 、 筛 选 标记 和 用 于 克隆 的 限制 酶 位 点 。 宿 主 的 作用 是 提供 外 源 DNA 表达 条 件 ， 提 供 复制 、 转 录 和 翻译 等 过 程 所 需 的 各 种 酶 、 辅 因子 底 物 、pH 等 ， 使 外 源 DNA 能 高 效 表 达 。 外 源 DNA 来 自 化 学 合成 、 从 基因 文库 和 cDNA 文库 挑选 等 。 载 体 来 自 细 菌 和 酵母 的 质粒 、 鸣 菌 体 、 病 毒 和 人 工 构建 的 载体 。 宿主 有 最 早 和 最 广泛 使 用 的 大 肠 杆菌 、 酵 母 、 哺 乳 动 物 细胞 〈 猴 细胞 、 鼠 成 纤细 胞 ) 和 植物 细胞 〈 烟 草 、 牵 牛 He. DHS) 等 。 (2) 外 源 DNA 的 来 源 和 要 求 外 源 DNA 是 DNA 重组 的 目的 DNA。 通过 目的 DNA， 人 们 要 将 所 需 的 各 种 能 够 编码 在 DNA 分 子 上 的 物质 的 遗传 信息 额外 加 入 宿主 细胞 中 ， 使 宿主 加 倍 合 成 这 些 物 质 5 所 以 目的 DNA 或 目的 基因 不 含 多 余 成 分 ， 高 纯 诬 ， 片 段 大 小 适合 重组 操作 。 外 源 DNA 获得 办 法 主要 基于 DNA 测序 技术 和 化 学 合成 方法 的 不 断 改进 从 本 世纪 70 年 代 起 ， 化 学 合成 方法 日 趋 完善 ， 从 几 十 个 碱 基 到 上 千 个 碱 基 对 的 目的 基因 已 经 化 学 合成 。 目 前 DNA 化 学 合成 较 大 的 片段 时 需要 DNA 连 接 酶 。 化 学 合成 的 方法 有 磷酸 二 酯 法 、 磷 酸 三 酯 法 、 亚 磷酸 三 酯 法 。 超 过 200bp 的 DNA 需要 分 段 合成 ， 然 后 再 相连 成 完整 基因 。 (3) 基因 分 离 许多 能 够 编码 在 DNA 中 的 物质 ， 因 生物 合成 过 程 的 多 次 加 工 和 运输 ， 仅 靠 用 遗传 密码 推断 出 基因 结构 有 难度 。 特 别 是 真 核 生物 的 基因 内 部 的 调控 结构 ， 如 启动 和子、 内 含 子 等 ， 实 际 上 无 法 直接 从 染色 体 上 的 DNA 中 获得 ， 由 此 产生 了 基 因 分 离 的 两 个 方法 。@ 基 因 库 ， 也 叫 基 因 组 文库 ， 是 指 用 克隆 的 方法 将 一 种 生物 . 85 . 的 全 部 基因 组 长 期 以 重组 体 方 式 保持 在 适当 的 宿主 中 。 某 种 生物 细胞 基因 组 的 DNA 经 限制 酶 切割 ， 然 后 与 合适 载体 重组 并 导入 宿主 中 ， 这 样 保存 的 基因 组 是 多 拷贝 、 多 片段 ， 当 需要 某 一 片段 时 ， 可 以 在 这 样 的 “图 书馆 ”中 查找 。@ 基 因 文库 ， 也 叫 cDNA 文库 。 首 先 获得 mRNA， 反 转录 得 cDNA， 经 克隆 后 形成 文 fe, cDNA 文库 和 基因 文库 的 不 同 之 处 于 ，cDNA 文库 除去 了 mRNA 拼接 过 程 中 除去 的 内 含 子 等 成 分 ， 便 于 DNA 重组 的 使 用 。 为 了 获得 目的 基因 而 首先 采取 建 文库 的 过 程 ， 实 际 上 等 于 是 增加 了 基因 或 DNA 重组 的 面 或 量 ， 自 然 也 就 增加 了 筛选 的 面 和 量 。 (4) 载体 根据 携带 的 目的 DNA 片段 大 小 ， 和 将 来 要 进入 的 宿主 的 不 同 而 选用 不 同 的 载体 。 用 于 原核 生物 宿主 的 载体 有 : @ 大 肠 杆 菌 质粒 。 双 链 环 状 DNA，1 一 200kb， 常用 的 载体 为 松弛 型 、 非 接合 型 的 质粒 。 如 pBR322 由 人 工 改造 而 来 ， 有 一 个 复 制 起 点 、 一 个 抗 氨 葵 青霉素 基因 、 一 个 抗 四 环 素 基 因 、 多 种 限制 酶 切 点 ， 可 容纳 5kb EASE DNA. OMB, AS WHA. BHAI, WHA. BHR 形 等 多 种 DNA， 大 小 不 一 ， 高 感染 率 。》 噬菌体 为 双 链 线形 DNA， 因 野生 型 内 含 限制 酶 切 点 多 而 常 采用 改造 后 的 变种 。charon 系列 有 插 人 和 替换 型 两 种 ， 带 有 来 自 大 肠 杆 菌 的 B- 半 乳糖 苷 基因 lacZ, M13 为 单 链 环 状 DNA， 改 造 后 的 M13 mp8， 加 入 了 大 肠 杆 菌 的 lac 操纵 子 ， 常 用 于 核酸 测序 。@ 人 工 载 体 。 用 于 原核 生物 宿主 的 人 工 载体 大 多 出 自 综合 大 肠 杆菌 质粒 的 抗 药性 和 喉 菌 体 的 强 感染 力 ， 同时 满足 携带 真 核 生 物 的 目的 基因 大 片段 DNA。 如 柯 斯 质粒 是 将 入 喉 菌 体 的 黏 性 末端 (cos 位 点 序列 ) 和 大 肠 杆菌 质粒 的 抗 氨 葵 青霉素 和 抗 四 环 素 基 因 相 连 而 获得 的 人 工 载体 ， 含 一 个 复制 起 点 、 一 个 或 多 个 限制 酶 位 点 、 一 个 Cos 片段 和 抗 药 基 因 ， 能 加 入 40~50kb 的 外 源 DNA， 常 用 于 构建 真 核 生 物 基 因 组 文库 。 用 于 真 核 生 物 宿 主 的 载体 有 : @ 酵 母 质粒 。 酵 母 的 2p 质粒 来 自 酿 酒 酵 母 。 内 含 复制 起 始 区 (ori) 和 能 够 使 质粒 在 供 体 中 稳定 存在 的 STB 序列 。 此 质粒 双 链 环 状 ，6813bp， 与 原核 生物 的 质粒 不 同 ，27 质粒 常 被 组 蛋白 包围 。@ 酵 母 人 工 载体 。 由 于 酵母 2 质粒 在 使 用 过 程 中 的 局 限 性 ， 人 们 构建 了 多 种 质粒 整合 质粒 (YIP) 由 大 肠 杆菌 质粒 和 酵母 的 DNA 片段 组 成 ， 可 与 受 体 或 宿主 的 染色 体 DNA 同 源 重 组 ， 整 合 进入 宿主 染色 体 中 ， 故 只 能 以 单 拷贝 方式 存在 ， 常 用 于 遗传 分 析 。 复 制 型 载体 (YRP) 同样 由 大 肠 杆菌 质 粒 和 酵母 DNA 片段 组 成 ， 但 酵母 DNA 片段 不 仅 提 供 抗 性 基因 筛选 标志 ， 而 且 带 有 酵母 的 自主 复制 顺序 (ARS)。 由 于 大 肠 杆菌 质粒 本 身 也 有 一 个 复制 点 ， 所 以 这 类 质粒 既 可 在 大 肠 杆 菌 ， 又 可 在 酵母 中 复制 和 存在 ， 故 称 为 穿梭 载体 。 通 过 穿梭 载体 ， 大 们 可 首先 在 大 肠 杆 菌 细胞 中 大 量 扩 增 真 核 基 因 ， 然 后 再 转 人 酵母 进行 表达 。 附 加 体型 载体 . 86 . (YEP) 由 大 肠 杆 菌 质粒 、27 酵母 质粒 和 酵母 染色 体 的 选择 标记 构成 。 由 于 2p 质粒 内 含 自主 复制 起 点 (ori) 和 使 质粒 在 酵母 细胞 中 稳定 存在 的 STB 区 ， 所 以 这 类 载体 在 酵母 细胞 中 独立 存在 。 上 述 三 种 类 型 的 人 工 质 粒 都 含有 酵母 细胞 染色 体 DNA 片段 ， 相 当 于 一 条 酵母 人 工 染 色 体 (YAC)， 但 整合 型 的 质粒 进入 宿主 后 并 不 单独 存在 。 原 核 生物 宿主 的 载体 都 是 单独 存在 的 。 用 于 植物 宿主 的 载体 : 由 于 植物 细胞 的 特殊 结构 ， 外 源 基因 导入 植物 细胞 的 方法 目前 还 很 有 限 。CTi 质粒 。Ti 质粒 是 土壤 农 杆菌 的 质粒 。 土 壤 农 杆菌 通过 植物 伤口 侵 大 植物 后 ，Ti 质粒 的 工区 整合 到 植物 染色 体 中 。T 工 区 的 DNA 长 约 20kb， 它 携带 的 基因 有 两 个 功能 : 一 是 决定 植物 形成 冠 瘦 瘤 ; 二 是 控制 冠 瘦 碱 的 合成 。 所 以 但 质粒 是 诱发 肿瘤 的 质粒 。Ti 质粒 能 够 进入 植物 细胞 并 能 整合 到 植 物 染 色 体 DNA 分 子 中 的 能 力 确定 之 后 ， 人 们 自然 希望 Ti 质粒 能 够 用 作 植 物 宿 主 的 载体 。Ti 质粒 的 缺点 是 DNA 分 子 太 长 (200kb， 环 状 双 链 ) 和 限制 酶 切 点 多 ， 导致 宿主 产生 和 冠 瘦 瘤 而 成 为 不 分 化 的 不 良 植株 。 解 决 Ti 质粒 DNA 分 子 太 长 的 办 -法 是 人 们 仅 选 其 DNA 分 子 的 核心 部 分 一 T 区 。T 区 的 DNA 人 能 自发 整合 到 植物 染色 体 DNA 分 子 中 。 解 决 诱发 肿瘤 缺点 的 方法 是 使 工区 的 抑制 细胞 分 化 的 部 分 产生 突变 。 具 体 做 法 有 两 种 : 整合 型 法 和 双 载 体系 统 法 。 整 合 型 法 用 限制 酶 将 完 整 Ti 质粒 中 的 TDNA 切 去 并 分 离 出 TDNA， 并 用 PBR322 取代 T-DNA 中 编码 致癌 的 基因 和 和 冠 瘦 碱 基因 ， 再 将 目的 DNA 插 和 人 到 这 一 重组 Ti 质粒 中 ， 由 此 获得 杂 化 的 TDNA。 将 杂 化 的 TDNA 转 入 土壤 农 杆 菌 中 ， 此 杂 化 的 T-DNA 和 完整 的 下 质粒 发 生 同 源 重 组 ， 结 果 杂 化 TDNA 取代 了 完整 Ti 质粒 中 原来 的 TDNA 区 (#4). 这 种 带 有 目的 DNA、 选 择 标记 和 无 致癌 能 力 的 下 质粒 通过 土壤 杆 菌 再 侵 染 宿主 植物 ， 最 终 使 所 需 的 DNA 导入 植物 染色 体 DNA 中 。 双 载体 系统 法 ， 由 两 种 分 别 含 T-DNA MRK Ti 突变 质粒 构成 。 第 一 种 是 将 杂 化 的 工 - DNA 插入 到 一 种 质粒 中 ， 这 种 质粒 小 ， 可 提供 单 酶 切 位 点 ; 第 二 个 除了 不 含 工 DNA 外 ， 其 余 和 完整 Ti 质粒 相同 ， 当 这 两 种 质粒 共存 于 农 杆 菌 中 时 ， 由 于 功能 互补 (但 并 未 取代 )， 杂 化 的 T-DNA 仍 能 整合 到 植物 细胞 的 染色 体 DNA 分 子 中 5 OW DNA 病毒 。 已 知 以 DNA 为 遗传 物质 的 植物 病毒 有 花椰菜 花 叶 病毒 、 汰 麦 条 纹 病毒 和 双生 病毒 。 这 些 病毒 因 宿 主 范围 窗 、 可 插入 片段 很 得、 易 丢 失 、 ASE DNA 后 感染 力 下 降 等 原因 ， 至 今 使 用 很 少 。@@ 植 物 转 座 子 。 转 座 子 能 在 植物 基因 组 中 频繁 转移 ， 有 望 成 为 一 种 新 的 植物 载体 。 用 于 动物 宿主 的 载体 : 哺乳 动物 细胞 用 于 外 源 DNA 表达 所 采用 的 载体 至 今 很 有 限 ， 目 前 主要 是 用 猿 猴 空 泡 病毒 40 (SV40)。SV40 病毒 内 含 双 链 环 状 DNA, 5243bp, RAB A 2.5kb 的 外 源 DNA， 感 染 宿 主 主要 为 猴 细 胞 ， 容 易 在 使 用 过 程 中 发 生 重 组 而 产生 有 危险 性 的 野生 型 。 改 造 后 出 现 的 SV40 病毒 载体 有 两 大 类 : 一 类 是 取代 型 ， 外 源 DNA 直接 插 人 在 缺陷 型 的 病毒 基因 组 中 ， 为 了 弥 . 87 . 补 被 取代 的 这 部 分 DNA 的 功能 ， 必 须 同 时 使 用 一 种 与 之 互补 的 辅助 病毒 ; 另 一 类 是 病毒 一 质粒 重组 型 ， 将 病毒 基因 组 中 维持 其 在 哺乳 动物 中 复制 的 序列 分 离 并 和 细菌 质粒 重组 ， 这 类 质粒 在 大 肠 杆菌 和 哺乳 动物 细胞 中 均 可 复制 ， 属 手 穿 梭 载 体 。 用 于 哺乳 动物 宿主 的 病毒 载体 还 有 RNA WE. TRE. ARE. FLL 病毒 等 。 通过 对 现 有 各 种 DNA 重组 技术 中 采用 的 载体 的 了 解 ， 可 以 从 中 发 现 ， 作 为 DNA 重组 的 载体 ， 一 般 具 备 以 下 条 件 : @ 四 能 够 进入 宿主 细胞 。 载 体能 够 进入 宿 主 细胞 的 原因 是 本 身 很 小 。 和 宿主 的 染色 体 DNA 分 子 相 比 ， 载 体 的 大 小 显得 微 乎 其 微 。 如 细菌 的 质粒 一 般 为 1 一 200kb， 而 大 肠 杆 菌 细 胞 的 DNA 44-8 4x 106bp， 质 粒 仅 占 大 肠 杆菌 DNA 分 子 的 1/20。SV40 的 DNA 44-38 3 x 10°Da, 而 高 等 生物 染色 体 DNA 分 子 量 一 般 都 在 1X102Da 以 上 ， 前 者 仅 下 后 者 的 1 (3x10;)。 载 体能 够 进入 宿主 细胞 的 另 一 个 原因 是 目前 已 知 的 这 些 载体 均 不 具备 独立 生存 的 能 力 ， 载体 本 身 是 以 DNA 或 RNA 为 主 ， 甚 至 全 为 DNA 或 RNA， 而 且 是 一 个 分 子 结构 。 载 体 进 入 宿主 细胞 ， 相 当 于 一 个 分 子 进入 细胞 。@ 载 体 可 以 在 宿主 细胞 中 独立 复制 ， 即 本 身 是 一 个 复制 子 。 一 个 载体 必须 在 其 DNRA 分 子 中 包含 复制 起 点 ， 利 用 自己 编码 或 借用 宿主 的 复制 酶 进行 复制 ， 否 则 就 不 能 在 宿 主 细 胞 中 长 期 存在 下 去 。 当 外 源 DNA 插 和 人 时， 插入 外 源 DNA 片段 的 大 小 和 插 和信 的 量 都 不 能 破坏 载体 原 有 复制 能 力 。 人 工 重 组 后 的 载体 可 能 在 一 个 宿主 细胞 中 起 初 只 有 一 个 ， 但 经 过 复制 后 可 实现 多 拷贝 ， 这 即 是 基因 克隆 。 没 有 是 够 的 外 源 DNA 的 拷贝 数 ， 则 筛选 重组 体 是 不 可 能 进行 的 ， 高 效 表达 也 不 能 很 好 实现 。@ 要 有 筛选 标记 。 区 分 重组 与 否 要 靠 筛选 标记 来 进行 。 携 带 有 外 源 DNA 的 载体 进 人 和 宿主 细胞 与 否 以 及 进入 后 复制 与 和 否 全 靠 筛 选 标 记 提供 帮助 。 四 对 多 种 限制 酶 有 单一 或 较 少 的 切 点 。 最 好 是 单一 切 点 。 限 制 酶 切 点 是 外 源 DNA 插入 、 载 体 DNA 开 环 和 闭环 的 基础 。 不 能 用 于 重组 的 载体 是 DNA 的 无 效 载 体 。 当 携带 外 源 DNA 的 载体 进入 宿主 细胞 后 无 非 以 两 种 状态 存在 : 其 一 是 结合 态 ， 载 体 和 宿主 染色 体 DNA 整合 在 一 起 ， 单 拷贝 ， 被 整合 的 可 以 是 载体 本 身 加 外 源 DNA， 也 可 以 是 一 部 分 ， 但 至 少 要 将 外 源 DNA BA; 其 二 是 并 存 ， 即 独立 存在 于 宿主 细胞 中 ， 多 拷贝 。 也 有 两 种 状态 兼 有 的 。 哪 一 种 状态 有 利 要 依 DNA 重组 的 目的 而 言 ， 如 果 是 为 了 稳定 遗传 ， 单 拷贝 的 整合 型 为 妥 ， 如 果 为 了 基因 交 隆 ， 则 需要 多 拷贝 型 。 随 着 DNA 重组 技术 的 不 断 改 进 ， 对 载体 的 要 求 正 在 逐步 发 生 改 变 。 上 述 基 本 要 求 主要 是 从 原核 生物 DNA 重组 中 得 出 的 ， 到 了 真 核 生物 阶段 ， 由 于 将 外 源 DNA 引 入 宿主 的 方法 有 了 新 的 改进 。 例 如 各 种 细胞 学 方法 、 物 理 方法 的 引进 ， 引入 外 源 DNA 时 已 大 大 突破 了 原 有 的 要 求 重组 DNA 片段 的 大 小 限制 。 人 们 迫 使 外 源 DNA 进入 宿主 的 能 力 增强 了 。 此 外 ， 由 于 筛选 重组 体 技术 的 改进 ， 原 来 . 88 . 要 求 载体 或 外 源 DNA 上 有 选择 标记 已 经 被 杂交 技术 、 免 疫 学 技术 等 替换 ， 从 而 PRT DNA 重组 技术 使 用 的 范围 。 因 此 ， 作 为 DNA 重组 的 载体 最 基本 的 要 求 AMA: 一 是 自主 复制 能 力 ; 二 是 可 利用 的 限制 酶 切 点 。 其 他 要 求 在 有 些 载体 中 已 不 存在 。 通过 对 各 种 载体 的 了 解 ， 还 可 以 看 出 ，DNA 重组 使 用 的 载体 可 以 分 为 三 大 类 。 第 一 类 是 以 繁殖 DNA 片段 为 目的 的 载体 ， 通 常 称 为 克隆 载体 。 这 类 载体 较 小 ， 复 制 不 受 寄 主 的 严格 控制 ， 即 自身 有 很 强 的 复制 能 力 ， 在 细胞 内 可 以 有 很 高 的 拷贝 数 ， 寄 主 的 DNA 复制 停止 时 ， 这 类 载体 仍 能 扩 增 。PBR322、PUC 系列 、 M13 系列 载体 均 属于 克隆 载体 。 第 二 类 载体 为 穿梭 载体 ， 既 能 在 真 核 细胞 中 繁 殖 又 能 在 原核 细胞 中 繁殖 。 说 明 这 类 载体 有 真 核 细 胞 和 原核 细胞 两 种 复制 点 。 穿 梭 载 体 常 用 于 真 核 生物 DNA 片段 在 原核 生物 中 的 繁殖 然后 再 转 人 真 核 细 胞 宿 主 。 第 三 类 载体 为 表达 载体 。 在 基因 工程 中 ， 人 们 通过 DNA 重组 的 目的 是 要 获 得 表达 产物 。 目 的 基因 不 仅 要 进入 宿主 ， 而 且 要 高 效 表达 。 其 要 求 很 高 ， 由 于 ‘DNA 重组 技术 已 有 二 十 余年 历史 ， 积 累 了 大 量 的 知识 。 人 们 对 载体 的 要 求 已 不 仅 是 上 述 那些 最 基本 的 要 求 。 理 想 的 表达 载体 应 当 是 : 高 拷贝 数 ， 具 有 强 启动 子 和 稳定 的 mRNA， 具 有 高 的 分 离 稳定 性 和 结构 稳定 性 ， 转 化 频率 高 ， 宿 主 范围 广 ， 插 和 外 源 基 因 容 量 大 而 且 可 以 重新 完整 地 切 出 ， 复 制 与 转录 机 器 应 和 宿主 相 匹配 ， 最 好 是 可 调控 的 ， 而 且 在 宿主 不 生长 或 低 生 长 速率 时 仍 能 高 水 平地 表达 目 的 基因 。 完 全 达到 这 些 要 求 的 载体 至 今 少 见 。 例 如 ， 通 用 于 所 有 宿主 细胞 的 载体 尚未 实现 。 植 物 细胞 和 动物 细胞 宿主 的 载体 还 很 少 。 特 别 是 动物 细胞 ， 目 前 主要 是 病毒 ， 进 入 宿主 的 目的 基因 多 为 一 个 基因 。 以 基因 得 或 多 个 基因 同时 进行 重组 还 有 不 少 困 难 。 载 体 携带 的 目的 基因 多 了 ， 转 化 频率 要 受 影响 。 高 效 启动 子 发 现 的 还 不 多 。 从 DNA 重组 的 原理 分 析 ，DNA 重组 技术 是 有 一 定 限 度 的 ， 并 非 任何 基因 都 可 进行 DNA 重组 ， 实 际 上 在 应 用 和 理论 研究 中 也 没有 这 种 必要 。 一 次 重组 中 基 因数 也 是 有 限 的。 起 码 不 能 占据 宿主 细胞 过 多 空间 。 外 来 的 目的 基因 数 和 宿主 的 遗传 物质 含量 的 比例 是 有 限定 范围 的 。 根 据 DNA 重组 技术 的 用 途 的 不 同 ， 挑 选 和 构建 合适 的 载体 ， 协 调 载体 和 宿主 之 间 的 关系 是 DNA 重组 技术 实际 操作 中 经 常 要 考虑 的 问题 。 这 里 要 特别 注意 载体 这 个 概念 的 使 用 ， 通 常 所 说 的 载体 是 指 将 外 源 或 目的 DNA 携带 进 宿主 的 运载 者 ， 但 在 基因 重组 表达 时 ， 也 常 将 表达 系统 一 一 宿主 称 载体 ， 要 注意 二 者 的 区 别 ， 不 可 混淆 起 来 。 DNA 重组 使 用 的 宿主 也 叫 表 达 系 统 ， 为 目的 基因 的 表达 ， 包 括 复制 、 转 录 、 翻译 、 后 加 工 、 分 泌 等 提供 条 件 。 因 载体 不 同 ， 这 些 表达 阶段 依赖 于 宿主 的 程度 各 异 。 目 前 已 使 用 的 宿主 有 三 大 类 : @D 微 生物 表达 系统 ， 最 早 使 用 和 至 今 最 广泛 » 89 ， 使 用 的 是 大 肠 杆菌 ， 其 次 是 酵母 和 枯草 杆菌 。 大 肠 杆 菌 表达 产物 常 以 包涵 体 ， 即 不 正常 的 折 县 形式 存在 ， 故 无 生物 活力 。 大 肠 杆 菌 无 分 刻 至 培养 液 的 能 力 ， 为 了 获得 表达 产物 ， 常 将 菌 体 破 碎 收集 ， 故 分 离 过 程 费 时 费力 。 目 前 已 有 改进 后 的 大 肠 杆菌 宿主 ， 利 用 病毒 和 大 肠 杆菌 等 的 分 记 机 制 补 充 大 肠 杆菌 的 外 分 谈 能 力 。 村 草 杆菌 主要 用 于 外 分 泌 型 表达 ， 缺 点 是 表达 产物 容易 被 枯草 杆菌 分 说 的 和 蛋 自 酶 水 - 解 。 重 组 质粒 在 枯草 杆菌 中 不 太 稳定 。 链 霉菌 培养 方便 ， 外 分 刻 能 力 强 ， 常 用 于 抗生素 抗 性 基因 和 生物 合成 基因 的 表达 。 乳 酸 菌 用 于 提高 食品 质量 5 编码 在 质粒 上 的 乳糖 代谢 、 柠 榜 酸 吸收 、 和 蛋白 酶 等 基因 与 食品 工程 密切 相关 s 假 单 胞 菌 用 于 构建 环境 保护 所 需 的 具有 多 种 降解 能 力 的 工程 菌 。 棒 状 杆菌 主要 用 于 氨基 酸 基因 工程 。 啤 酒 酵母 安全 不 致 病 ， 不 产生 内 毒素 ， 而 且 是 真 核 生物 ， 对 其 肽 链 糖 基 化 系统 改造 后 ， 已 广泛 用 于 真 核 生 物 基因 的 表达 。 丝 状 真菌 的 DNA 和 载体 整合 ， 用 于 大 量 生产 胞 外 蛋白 ， 特 别 是 哺乳 动物 基因 ， 但 丝 状 真菌 外 分 洲 能 力 甚 差 。 包 植 物 细胞 表达 系统 。 因 在 植物 细胞 使 用 的 载体 很 有 限 ， 目 前 主要 是 农 杆 菌 介 导 ， 故 双子 叶 植 物 表 达 系 统 使 用 较 多 。@ 动 物 细胞 表达 系统 。 哺 乳 动物 细胞 具有 很 强 的 分 痰 和 蛋白 质 合 成 后 的 修饰 能 力 ， 但 培养 条 件 苛刻 ， 成 本 较 高 ， 且 易 污 染 。 昆 虫 细胞 既 能 表达 原核 基因 ， 又 可 表达 哺乳 动物 基因 ， 且 有 较 强 的 分 泌 能 力 和 修饰 能 力 。 关于 表达 系统 的 使 用 ， 有 几 个 问题 需要 明确 : 中 融合 系统 与 融合 蛋白 。 有 目的 基因 插 和 人 宿主 某 蛋 白质 的 基因 中 形成 的 表达 系统 为 融合 表达 系统 。 此 系统 表达 的 目的 基因 产物 和 宿主 的 蛋白 质 杂 合 在 一 起 而 形成 融合 蛋白 。 融 合 蛋 自 的 形成 有 助 于 防止 表达 产物 被 宿主 水 解 ， 或 者 还 可 以 通过 融和 的 宿主 信号 肽 而 分 谈 到 体外 。 但 融合 蛋白 的 分 离 纯 化 比较 麻烦 。 通 常 是 目的 基因 表达 产物 的 N 端 和 宿主 蛋白 相 融 合 。 瞬 时 表达 系统 与 稳定 表达 系统 。 进 入 宿主 的 目的 DNA WRIA A 主 DNA 整合 ， 随 着 细胞 生长 ， 宿 主 内 目的 基因 数量 递减 至 消失 ， 表 达 过 程 因 此 只 能 持续 数 天 ， 这 样 的 表达 系统 为 瞬时 表达 系统 。 如 果 目 的 基因 整合 到 宿主 染色 体 DNA 中 稳定 遗传 ， 则 成 为 稳定 表达 系统 。 以 表达 产物 为 DNA 重组 目的 时 ， 自然 需要 有 稳定 表达 系统 。G@) 高 等 动 植物 细胞 为 宿主 时 主要 采用 显 微 注射 、 电 穿 孔 等 物理 和 细胞 学 方法 。 原 核 细 胞 为 宿主 时 采用 转 导 、 转 化 等 方法 导 信 目的 基 (5) 重组 体 的 筛选 目的 基因 和 载体 重组 并 进入 宿主 后 ， 并 非 能 全 部 按照 预先 设计 的 方式 重组 ， 由 于 操作 的 失误 及 不 可 预测 因素 的 和 干扰， 常常 要 在 一 群 重组 体 克 隆 中 去 寻找 所 需 的 重组 体 克 隆 。 最 终 的 一 步 ， 要 通过 测定 所 选择 的 重组 体 中 外 源 DNA 的 序列 ， 真正 确认 重组 成 功 。 如 何 测序 已 经 在 前 面 叙 述 过 。 目 前 重组 体 筛选 的 方法 很 多 ， 概括 起 来 有 三 类 : 第 一 类 方法 是 生物 学 方法 ， 包 括 遗 传 学 方法 、 免 疫 学 方法 和 只 > 90 ， 菌 斑 的 形成 等 ; 第 二 类 方法 是 核酸 杂交 ， 通 过 DNA-DNA, DNA-RNA 碱 基 配对 筛选 ,以 探 针 的 使 用 为 核心 ,包括 原 位 杂交 、Southen 杂交 、Northen 杂交 等 ; 第 三 类 方法 是 物理 方法 ， 如 用 电泳 法 等 。 不 论 哪 一 种 筛选 方法 ， 最 终 目的 是 要 证 实 目的 基因 按照 人 们 所 要 求 的 顺序 和 方式 正常 存在 于 宿主 细胞 中 。 生物 学 方法 “遗传 学 方法 。 这 是 最 早 而 且 最 广泛 使 用 的 方法 。 前 述 对 DNA: 重 组 载体 的 要 求 之 一 筛选 标记 即 是 为 这 一 方法 而 设计 的 。 质 粒 常 有 抗 药性 BA, 如 四 环 素 抗 性 基因 (TetR)、 氨 葵 青 霉 素 抗 性 基因 (AmpR) 、 卡 那 霉 素 搞 性 基因 (Kang), 当 编 码 有 这 些 抗 药性 基因 的 质粒 携带 目的 DNA 进入 宿主 细胞 后 ; 便 可 在 内 含 这 些 抗菌 素 的 培养 基 中 生长 。 但 必须 清楚 地 认识 到 ， 筛 选 的 目的 是 要 证 实 携带 有 目的 DNA 的 质粒 存在 而 非 是 单独 这 类 质粒 存在 ， 因 为 不 携带 目 的 基因 的 质粒 进入 宿主 与 DNA 重组 无 关 ， 为 了 防止 这 一 误 检 ， 人 们 采用 插 和 人 缺 失 的 方法 ， 即 在 体外 故意 将 目的 DNA 插入 到 原 质 粒 的 某 个 抗 性 基因 之 中 ， 使 其 失 活 ， 这 样 ， 由 此 得 到 的 宿主 细胞 便 可 在 内 含 这 一 抗菌 素 的 培养 基 中 存活 HS 的 被 抑制 或 杀 灭 ， 这 一 方法 称 为 插入 失 活检 测 法 。 在 实际 操作 中 ， 同 一 质粒 往往 有 两 种 抗 药性 基因 ,其 中 一 个 插入 失 活 后 ， 另 一 个 仍 完 整 存在 ， 故 筛选 时 要 经 过 XK, 才能 确认 是 其 中 一 个 抗 药性 基因 被 插入 ， 这 样 就 显得 麻烦 些 。 利 用 抗 药性 基因 进行 筛选 的 另 一 方法 是 直接 筛选 法 。 由 于 在 一 种 质粒 上 往往 具有 两 种 抗 药性 基因 ;用 插 大 失 活检 测 法 时 要 在 分 别 含 两 种 抗生素 的 平板 上 进行 筛选 ， 为 了 做 到 在 一 个 平板 上 直接 筛选 ， 可 将 插 人 缺失 重组 后 转化 的 宿主 细胞 培养 在 含 四 环 素 和 环 丝氨酸 的 培养 基 中 ， 重 组 体 tets EK SBM, JER AM tet® 虽 能 使 细胞 生 长 ， 但 因 环 丝氨酸 可 在 蛋白 质 合成 时 挫 人 而 导致 其 死亡 ， 受 到 抑制 的 重组 体 tets 因 仅仅 是 受到 抑制 ， 故 接种 到 另 一 培养 基 中 时 便 可 重新 生长 。 遗 传 学 检测 的 第 三 种 方法 是 营养 缺陷 互补 。 宿 主 细胞 在 营养 代谢 上 缺 什么 基因 ， 重 组 后 进入 的 外 来 DNA 同时 补充 什么 基因 。 由 此 实现 营养 缺陷 互补 。 如 宿主 细胞 缺少 亮 氨 酸 合成 的 酶 基因 ,有 的 缺少 色 氨 酸 合成 酶 基因 ， 这 一 方法 使 用 选择 性 培养 基 ， 实 际 上 就 ， 是 恰好 缺少 宿主 细胞 不 能 合成 的 那 种 物质 。 由 插入 失 活 而 来 的 一 种 更 直观 的 检测 方法 是 B- 半 屯 糖苷 酶 显 色 反应 。 用 于 宿主 为 lacZ 基因 缺陷 的 大 肠 杆菌 ， 正 常情 况 下 大 肠 杆菌 的 乳糖 操纵 子 中 lacZ 基因 编码 的 B- 半 乳糖 苷 酶 分 解 乳糖 为 半 乳 粮 和 葡萄 糖 ， 当 用 异 丙 基 硫 代 半 乳 糖苷 (IPTG) 代替 乳糖 为 诱导 物 时 ， 如 果 插 入 的 外 源 .DNIA 使 处 于 质粒 上 的 lacZ 基因 失 活 ， 则 重组 细胞 不 能 使 乳糖 水 解 。 而 内 含 JPTG 的 培养 基 同 时 含有 5 -省 -4 -和 氯 -3 -S1R-B-D—-E FLA (x-gal), x-gal 相当 于 乳糖 ， 交 gal BK, BERR, BMH. 要 使 gal 被 水 解 ， 处 于 质 AER lacZ 基因 和 缺少 lacZ 基因 的 宿主 大 肠 杆 菌 相 互补 。 由 于 lacZ 基因 处 于 乳 糖 操纵 子 的 前 59 个 密码 子 区 段 ， 一 般 叫 做 "序列 ， 故 称 这 种 互补 为 -互补 。 无 4 互补， 无 x-gal 水 解 ， 便 无 蓝 色 出 现 。@) 和 免疫 学 方法 。 用 自制 或 现 有 的 同位 素 站 91 站 或 其 他 方法 标记 的 抗体 和 其 他 方法 标记 的 抗体 和 目的 基因 表达 产物 进行 免疫 反 应 ， 因 宿主 的 不 同 ， 非 分 刻 型 的 宿主 要 对 其 菌落 进行 溶解 和 固定 “〈 原 位 放射 免疫 反应 ) ， 分 泌 型 的 可 进一步 对 蛋白 质 进 行 电泳 分 离 ， 然 后 在 膜 上 固定 〈(Western blot) ， 固 定 后 的 表达 产物 然后 进行 免疫 反应 。 如 果 直 接 在 培养 基 上 进行 免疫 反 应 (沉淀 法 ) ， 在 菌落 周围 将 产生 白色 沉淀 物 圆 圈 。@ 利 用 鸣 菌 斑 筛 选 。 和 载体 中 重组 的 外 源 DNA 342] ADNA 的 75% 一 105% 长 度 时 ， 进 入 宿主 的 重组 后 的 载 体会 在 培养 平板 上 形成 清晰 的 喉 菌 斑 ， 所 以 噬 菌 斑 的 形成 不 仅 要 使 重组 后 的 入 载 体 进入 宿主 ， 而 且 要 使 重组 后 的 入 载体 能 自动 包装 成 有 活性 的 鸣 菌 体 颗粒 。 核酸 杂交 法 ”核酸 杂交 法 的 关键 是 获得 有 放射 性 或 非 放 射 性 但 有 其 他 类 似 放射 性 的 探 针 ， 探 针 的 DNA 或 RNA 顺序 是 已 知 的 。 让 含 重组 体 的 菌落 或 噬 菌 斑 由 平板 转移 到 膜 上 并 释放 出 DNA， 变 性 并 固定 在 膜 上 ， 再 同 DNA 探 针 杂交 的 方法 叫 原 位 杂交 。 将 重组 体 DNA 用 限制 酶 切割 ， 分 离 出 目的 DNA Jae ok, 再 将 原 位 转 至 薄膜 上 固定 后 用 探 针 杂交 的 方法 叫 Southern 杂交 。Southern 782 和 Northern 杂交 类 同 。 前 者 检测 DNA， 后 者 检测 mRNA， 两 种 方法 实际 上 是 一 种 分 子 水 平 的 原 位 杂交 。 获 得 的 DNA 和 mRNA 可 以 进一步 做 序列 分 析 。 利 用 分 子 杂 交 原 理 ， 可 以 重组 体 中 的 目的 DNA 为 探 针 ， 反 过 来 在 已 有 的 总 的 mRNA 中 筛选 出 和 已 重组 的 DNA 相对 应 的 mRNA， 然 后 将 由 此 挑选 而 来 的 mRNA 在 体 外 的 无 细胞 翻译 体系 中 进行 翻译 ， 经 过 对 翻译 产物 的 电泳 和 显影 ， 搞 清 目 的 DNA 和 其 编码 的 蛋白 质 之 间 的 对 应 关系 ， 这 一 方法 叫做 转译 〈 翻 译 ) 筛选 法 。 在 重组 DNA 筛选 方法 的 知识 中 ， 出 现 了 一 批 容 易 混 淆 的 概念 。 这 些 概念 在 分 子 生 物 学 中 具有 非常 重要 的 意义 ， 不 仅 在 重组 体 筛选 ， 而 且 在 DNA，RNA 和 蛋白 质 分 离 及 测序 中 经 常 遇 到 。 通 过 理 顺 这 些 概念 ， 可 以 将 DNA 重组 ， 生 物 大 分 子 分离 和 测序 的 原理 真正 搞 清 楚 。@ 关 于 印迹 技术 的 概念 。 印 迹 是 将 DNA、 RNA 或 蛋白 质 固 定 在 固体 支持 物 的 过 程 。 通 常 使 用 的 支持 物 为 硝 基 纤维 素 膜 或 尼龙 膜 ， 有 时 也 有 Whatman 541 滤纸 等 ， 印 迹 的 目的 是 减少 待 测 物质 的 流动 性 ， 防止 丢失 、 扩 散 ， 保 持原 有 的 位 置 ， 便 于 反复 使 用 ， 容 易 进 行 斑 点 和 序列 分 析 ， 简化 分 离 手续 。Southern 杂交 、Northern 杂交 和 Western 印迹 三 种 方法 实际 上 都 是 印迹 技术 ， 是 以 发 明 人 名 字 命 名 的 。Southern 杂交 针对 的 是 检测 DNA, Northern 杂交 检测 对 象 是 RNA。 由 于 DNA 是 重组 对 象 ，mRNA 是 重组 DNRA 的 转录 产物 ，DNA 和 RNA 在 检测 前 所 处 的 位 置 不 同 ， 前 者 在 重组 体 中 或 经 限制 酶 切割 后 走 电 泳 分 离 的 ， 后 者 是 转录 产物 ， 以 游离 态 经 电泳 分 离 的， 前 者 可 不 经 限 制 酶 切割 和 走 电泳 而 直接 在 宿主 所 处 的 菌落 中 定位 ， 后 者 必须 经 电泳 分 离 后 才 可 定位 于 薄膜 上 。Western 印迹 针对 的 是 翻译 产物 蛋白 质 ， 经 电泳 分 离 和 定位 在 薄 膜 上 之 后 不 能 进行 核酸 杂交 ， 只 能 用 免疫 学 方法 进行 检测 Sourthern 和 Northen 定位 后 的 DNA 和 RNA 可 以 用 核酸 杂交 方法 进行 检测 。@ 关 于 原 位 检测 技术 的 . 92 . BS. Set” AAS ES. HRA RRR. AS BAA 主 细 胞 在 培养 基 的 原 位 影印 到 固体 膜 上 后 裂解 释放 出 核酸 或 蛋白 质 。 若 检测 对 象 为 核酸 时 ， 用 核酸 杂交 (Southem 杂交 和 Northern 杂交 )。 若 检测 对 象 为 蛋白 质 时 用 原 位 放射 免疫 反应 或 Western 印迹 法 进行 。“ 原 位 ”一 词 的 另 一 含义 是 在 电 泳 凝 胶 平 板 上 的 原 位 ， 也 可 以 转移 到 GYR) 固体 膜 上 。 通 过 上 述 对 比分 析 可 以 看 出 ， 印 迹 技术 和 原 位 检测 技术 实际 上 是 密切 相关 的 。 原 位 检测 是 通过 印迹 技术 实现 的 。 通 过 印迹 ， 实 现 了 菌落 原 位 和 电泳 带 的 原 位 ， 实 现 原 位 的 目的 在 于 从 一 大 堆 或 一 批 多 态 的 组 分 中 进行 专 一 挑选 。 5.14 RNA 的 生物 合成 RNA 生物 合成 有 两 种 方式 ， 主 要 是 转录 ， 首 先是 以 DNA 为 模板 的 RNA 合 成 ， 其 次 是 复制 ， 即 以 RNA 为 模板 合成 RNA。 DNA 的 转录 是 DNA 中 的 信息 流向 RNA 的 过 程 ， 是 基因 表达 的 第 一 步 。 转 录 是 染色 体 DNA 分 子 一 部 分 表达 成 RNA。 和 DNA 复制 和 翻译 相 比 ， 目 前 已 知 的 转录 的 知识 最 多 。- 转录 研究 的 问题 主要 有 : ORNA RAB; ORRUVE; © 转录 后 加 工 ; 四 转录 的 调控 。 前 三 个 问题 是 基本 内 容 ， 第 四 个 问题 是 目前 研究 的 焦点 ， 转 录 调 控 是 基因 调控 的 核心 。 (1) RNA 合成 酶 RNA 合 成 酶 的 共同 特点 是 : OU NTP 为 底 物 ， 以 DNA 为 模板 ; @ 以 DNA 两 条 链 中 的 一 条 链 为 模板 ， 且 在 一 条 链 内 选择 区 段 转录 ， 不 同 的 基因 在 两 链 之 间 选择 ; @RNA 合成 的 方向 为 $ -一 3'`， 模 板 被 使 用 的 方向 为 3 一 3$ ， 无 需 引物 ; 图 全 保留 式 ; @@ 只 有 聚合 作用 ， 无 核酸 酶 活力 。 | 原核 生物 RNA 合成 酶 特点 是 : 大 肠 杆菌 仅 有 一 种 RNA 合成 酶 ，5 个 亚 基 oBB3，o 有 为 核心 酶 ，$ 因子 识别 启动 子 ，B 亚 基 催化 3-，5 -磷酸 二 酯 键 形 成 ， 另 有 ww 亚 基 待 究 ， 已 知 四 种 亚 基 分 别 由 ropA、ropB、ropC 和 ropD 基因 编码 。 BRED RNA 合成 酶 特点 : 有 三 种 (I_II、IIIJ) 存在 于 核 仁 和 核 质 ， 另 一 种 存在 于 线粒体 和 叶绿体 。 真 核 生 物 RNA 合成 酶 不 受 利 福 平抑 制 ， 但 受 o BA 草 碱 不 同 程度 的 抑制 ，a- 悉 膏 草 碱 与 RNA 合成 酶 II 结 合 ， 放 线 菌 素 D 与 RNA 合成 酶 结合 。 在 描述 真 核 生物 RNA 合成 酶 受 v- 鹅 膏 草 碱 抑制 时 ， 常 用 “中 度 敏 感 ” “不 敏感 “高 度 敏 感 ” 来 表达 受 抑制 的 程度 ， 如 果 把 各 自 产生 抑制 效果 时 所 需 的 抑 制 用 量 同 时 考虑 ， 很 容易 产生 混淆 。 这 种 翻译 而 来 的 表达 抑制 剂 与 酶 活性 关系 的 述 语 使 用 起 来 比较 别扭 和 很 少见 ， 要 引起 注意 。“ 敏 感 ” 等 于 容易 受到 抑制 ， 抑 制剂 用 量 也 就 少 些 。 一 旦 真 核 生物 RNA 合成 酶 研究 达到 原核 生物 RNA 合成 酶 本 93 . 那样 深入 和 具体 ， 三 种 类 型 的 划分 可 能 要 具体 和 简单 一 些 了 。 (2) 转录 起 点 〈 启 动 子 )、 转 录 单 元 、 终 止 子 、 上 游 序 列 、 下 游 序 列 为 了 描述 DNA 转录 的 部 位 ， 常 用 这 些 概念 来 表达 。 首 先 要 明确 ， 这 些 概 念 是 针对 DNA 而 言 的， 是 DNA 分 子 中 的 序列 结构 ， 启 动 子 是 转录 起 点 8 因子 的 识别 位 ， 终 止 子 是 转录 终止 的 部 位 ， 从 一 个 基因 的 启动 子 到 它 的 终止 子 之 闻 的 全 BB DNA 序列 叫做 一 个 转录 单元 。 局 动 子 和 终止 子 可 由 玫 个 基因 共享 而且 有 通 用 性 。DNA 重组 后 的 目的 基因 表达 至 今 能 够 采用 的 启动 子 届 指 可 数 就 说 明 可 通 用 这 一 点 ， 一 种 RNA 合成 酶 可 以 识别 细胞 内 所 有 染色 体 中 的 基因 的 启动 子 更 说 明 这 一 点 。 启动 子 的 序列 确定 之 后 ， 常 把 启动 子 前 面 (S 方向 ) 的 序列 叫做 上 游 ， 后 面 (3 方向 ) PU, BA +1, PUA +2, +3, oo 。 上 游 依 次 为 一 1， 启动 子 序列 特点 这 个 问题 是 研究 DNA 转录 中 结构 生物 学 和 信息 生物 学 特别 关注 的 问题 ， 究 竟 什 么 样 的 序列 可 以 作为 启动 子 ， 原 核 和 真 核 有 和 什 委 启动 子 方向 的 区 别 ， 各 种 基因 和 基因 簇 使 用 的 启动 子 之 间 根 本 差别 何在 等 很 多 这 些 方面 的 研 究 说 明 这 一 点 。 Pribnow 区 这 是 Pribnovw 和 其 他 人 在 -10 序列 附近 发 现 的 原核 生物 启动 子 ， 通 常 由 5 个 核 苷 酸 共同 序列 : TseAsgsoTsoAssAioo， 右 下 角 数 字 为 出 现 频率 。 这 一 共同 序列 为 RNA 合成 酶 紧密 结合 位 点 ， 其 特点 是 富 含 A 和 Te。 TssTgsGgiAkiCeosAs> 区 原核 生物 - 35 序列 附近 的 另 一 个 共同 序列 8 这 一 序列 不 同 于 Pribnow 序列 之 处 在 于 内 含有 G 和 C， 其 作用 是 与 RNA 合成 酶 识别 启动 子 有 关 。--10 区 和 -35 区 的 最 佳 距离 为 17 土 1bp。 Hogness 区 真 核 生 物 -25 一 -35 区 有 一 共同 序列 TATAAAAGS 又 称 TATA 区 ， 担 负 转 录 精 确 起 始 。 CCAATT 区 HK+W-70~ -80 区 所 含 的 共同 序列 。 GC 区 真 核 生 物 -80 一 - 110 所 含 ， 序 列 结构 为 GCCAGACGG 或 GGGCGGG， 因 多 为 G 和 C， 故 称 GC 区 。 这 是 真 核 生 物 不 同 于 原核 生物 启动 子 的 特有 的 序列 。 真 核 生物 的 CCAATT KA GC 区 主要 控制 转录 起 始 频率 ， 上 述 三 种 启动 子 区 来 自 蛋白 质 基 因 (RNA AAA IAS). 真 核 生 物 的 转录 启动 子 可 以 在 基因 的 内 部 。 一 个 基因 可 以 有 两 个 以 上 的 启动 子 。 启 动 子 还 可 以 出 现在 基因 序列 之 外 相隔 几 十 至 几 百 个 碱 基 对 。 三 种 真 核 RNA 合成 酶 的 启动 子 区 不 同 。 在 DNA 重 组 技术 中 ， 目 前 常用 的 启动 子 主要 是 原核 生物 启动 子 ， 如 lac， Trp, tac, Ap) &, Mi: . 94 . 5 — 10 Tac TTGACA TATAA Trp TIGACA AACTA 由 于 已 知 转录 启动 子 序列 是 保守 序列 ， 人 们 已 着 手 组 建新 的 超自然 的 启动 子 ， 如 Tac 启动 子 是 Trp 与 Lac 启动 子 杂 合 而 成 的 人 工 启动 子 ， 生 物 活 性 大 于 Trp 和 Lac 启动 子 。 (3) 终止 子 转录 终止 的 研究 比较 困难 ,已 知 的 研究 结果 很 浮 浅 和 和 零碎。 由 于 合成 的 RNA 不 断 被 体内 RNA 酶 水 解 ， 真 核 生 物 要 在 3 端 加 polyA 尾巴 ， 现 在 主要 靠 体 外 转录 来 研究 。 终止 信号 存在 RNA 合成 酶 已 经 转录 过 的 序列 之 中 ， 这 种 提供 终止 信号 的 序 列 叫 做 终止 子 。 终 止 子 可 分 为 两 类 ， 一 类 依赖 于 蛋白 辅 因子 〈p 因子 )， 一 类 不 依赖 蛋白 辅 因子 。 终止 子 序列 特点 : 普遍 存在 回 文 序列 ， 依 赖 o 因子 的 G、C 含量 少 ， 不 依赖 6 因子 的 G、C 含 量 多 。 回 文 序列 导致 转录 终止 是 由 于 发 夹 式 RNA 二 级 结构 的 形成 。 po 因 子 和 RNA 合成 酶 的 B 亚 基 作 用 。 上 述 终 止 子 知识 来 自 原核 生物 。 真 核 生 物 终止 子 了 解 更 少 。 CAP 位 点 ” ”大 肠 杆菌 乳 糖 代 谢 研究 揭示 了 原核 生物 普遍 存在 的 负 调 控 ， 进而 又 发 现 正 调控 。 乳 糖 启 动 子 实际 上 可 以 进一步 划分 出 两 个 位 点 ，- 70 一 -5$0 AMAT, -50~-40 为 位 点 II， 这 两 个 位 点 之 间 有 协同 效应 。 当 位 点 工 被 CAMP-CAP 复合 物 结合 时 ， 位 点 开 结合 cAMP-CAP 复合 物 能 力 大 大 提高 ， 进 而 促进 RNA 聚合 酶 和 -35 及 -10 区 结合 ，CAP 是 c~ 降 温 至 SSC ， 引 物 和 模板 结合 一 升温 至 77 左右 进行 复 制 -一 分 离 。 PCR 技术 被 广泛 应 用 来 自 三 个 优势 ， 一 是 DNA 的 复制 合成 在 体外 较 高 的 不 容易 污染 的 温度 下 进行 ， 需 要 的 条 件 相 当 简 单 ; 二 是 被 复制 的 DNA 不 是 像 体 内 那样 直接 需要 双 链 DNA， 而 是 高 温 变性 后 获得 的 单 链 DNA， 三 是 复制 的 速度 极 快 。 5.17 AW Le, A Le. Ani 与 组 织 工 程 、 生 物 制 药 生物 工程 是 生物 技术 的 产业 化 。 生 物 工 程 的 理论 基础 是 DNA 双 螺 旋 结 构 学 说 和 细胞 生物 学 ， 技 术 基础 核心 是 发 现 限 制 性 内 切 酶 和 连结 酶 之 后 建立 的 DNA 重组 和 细胞 克隆 技术 。 按 照 生物 工程 的 对 象 ， 生 物 工 程 划分 为 基因 工程 、 蛋 白质 工程 、 酶 工程 、 细 胞 工程 。 按 照 生物 工程 涉及 的 应 用 领域 划分 为 农业 、 环 境 、 医 药 卫 生 等 。 基因 工程 直接 从 事 基 因 的 改造 。 基 因 工 程 的 方法 以 DNA 体外 重组 为 核心 技 术 ， 还 包括 其 他 一 切 可 以 实现 基因 和 基因 组 改变 的 技术 ， 如 细胞 融合 、 核 移植 、 细胞 核 以 外 其 他 有 遗传 物质 的 细胞 器 移植 、 转 基因 技术 等 。 动 植物 转基因 技术 和 DNA 体外 重组 是 有 区 别 的 ， 转 基因 技术 无 需 目 的 基因 载体 。 蛋白 质 和 本 质 是 蛋白 质 的 酶 工程 类 似 。 通 过 蛋白质 改造 、 设 计 获 得 目的 蛋白 质 。 早 期 的 酶 工程 是 天 然 酶 的 扩大 生产 和 分 离 提 取 ， 最 终 获得 酶 制剂 。 固 定 化 酶 仅仅 是 将 液态 自然 酶 加 工 成 可 重复 使 用 的 固态 酶 制剂 ， 固 定 化 细胞 、 固 定 化 增殖 细胞 实际 上 是 多 酶 固定 化 ， 使 用 过 程 中 酶 的 含量 可 以 随 着 细胞 数目 不 断 增 加 而 增 加 。 从 而 延长 了 酶 的 使 用 时 间 。 固 定 化 酶 及 细胞 的 方法 主要 有 了 吸附 、 交 联 、 包 埋 、 共 价 结合 、 反 应 器 分 隔 等 。 吸 附 、 包 埋 、 交 联 和 共 价 结合 需要 有 非 酶 的 载 体 。 基因 工程 、 蛋 白质 和 酶 工程 及 糖 链 工程 是 从 分 子 水 平 改 造 生命 体 。 细胞 、 组 织 工程 是 通过 细胞 的 体外 培养 、 改 造 获得 目的 细胞 或 组 织 。 相 同类 型 的 细胞 通过 无 性 繁殖 一 一 细胞 克隆 后 可 以 得 到 组 织 。 细 胞 的 全 能 性 一 一 一 个 个 体 所 有 的 细胞 中 的 DNA 是 一 样 的 是 细胞 工程 的 基础 ， 实 现 分 化 后 的 细胞 再 次 恢 复 分 化 能 力 是 细胞 工程 的 关键 。 实 现 细胞 再 次 分 化 主要 靠 改 变 细胞 的 生存 条 件 ， 如 改变 营养 条 件 、 外 部 信号 刺激 ， 这 实际 上 是 代谢 调节 。 基 因 表 达 调 节 是 细胞 一 切 代谢 调节 的 基础 。 细胞 工程 应 当 包括 细胞 膜 或 生物 膜 工 程 ， 实 现 细 胞 膜 的 改造 和 从 头 设计 。 细 胞 膜 工 程 主要 目的 是 对 不 同 膜 上 彼此 差异 最 大 的 受 体 和 物质 转运 通道 的 改造 和 设 - 99 - 计 。 细胞 膜 、 细 胞 和 组 织 工程 是 从 不 同 于 基因 和 和 蛋 白 质 等 分 子 水 平 的 细胞 水 平 的 生物 工程 。 目前 生物 工程 的 应 用 领域 集中 在 农 牧 林业 新 品种 培育 、 生 物 制 药 、 体 细胞 克 隆 及 环境 保护 。 2 生物 制药 既是 指 利用 生物 技术 的 制药 ， 也 是 指 药物 来 源 于 生物 体 。 现 代 生 物 制药 主要 是 指 蛋 白质 和 核酸 药物 。 生 物 制药 起 源 于 动 植 物体 内 药 用 成 分 的 分 离 提 取 和 抗生素 发 酵 ， 在 DNA 重组 技术 、 转 基因 技术 、 细 胞 离 体 培 养 和 体 细 胞 克隆 推动 下 ， 才 有 了 今天 的 现代 生物 制药 。 现 代 生 物 制药 包括 酶 、 反 义 核 酸 、 抗 体 、 疫苗 、 生 长 因子 。 早 期 的 生物 制药 还 包括 抗生素 、 维 生 素 、 激 素 、 核 苷 酸 等 。 由 于 毒 副 作用 ， 抗 生 素面 临 淘汰 。 现 代 生物 制药 主要 采用 基因 工程 、 细 胞 工程 和 发 酵 工 程 技术 。 药 物 基 因 通 过 基因 工程 获得 具有 药物 基因 的 工程 菌 和 离 体 培养 的 动 植物 细胞 或 多 细胞 个 体 ， 通 过 发 酵 技术 或 多 细胞 个 体 自然 生长 繁殖 实现 扩大 化 生 产 。 现 代 生 物 制 药 无 残留 、 无 毒 副作用 、 无 污染 、 有 高 度 专 一 性 。 现 代 生 物 制药 以 防治 艾滋 病 、 肿 瘤 那 样 的 闫 疾 为 主要 对 象 。 5.18 生物 芯片 以 生物 大 分 子 制 成 的 芯片 叫做 生物 芯片 。 目 前 出 现 的 生物 芯片 有 蛋白 质 和 核 酸 芯片 两 类 ， 和 蛋白 质 芯 片 用 于 生物 计算 机 ， 核 酸 芯 片 用 于 核酸 测序 、 基 因 诊 断 和 基础 研究 ， 例 如 DNA 芯片 。 生物 芯片 制作 的 基础 是 首先 从 数据 库 中 得 知 大 量 的 生物 大 分 子 的 一 级 序列 结 构 。 其 次 是 生物 大 分 子 附着 的 载体 材料 ， 然 后 按照 已 知 的 生物 大 分 子 序列 结构 ， 在 载体 上 直接 按照 已 知 的 生物 大 分 子 序列 合成 并 有 序 排列 在 载体 上 ， 或 者 将 已 经 合成 的 生物 大 分 子 有 序 的 喷涂 在 载体 上 。 DNA 芯片 上 的 碱 基 序列 和 等 测 DNA 的 碱 基 序列 通过 碱 基 互 补 配对 成 为 杂交 体 后 ， 通 过 载体 对 杂交 DNA 碱 基 配 对 比例 和 具体 位 点 的 区 别 感受 ， 以 光 、 电 形 式 记 录 下 来 。 在 此 基础 上 ， 实 现 对 未 知 序列 DNA 的 测序 和 基因 诊断 。 DNA 世 片上 附着 的 DNA 仅仅 是 由 不 同 的 DNA 片断 组 成 矩阵 ， 用 DNA 芯 片 测 知 的 DNA 序列 和 DNA 芯片 上 的 DNA 片断 长 度 相 等 ， 对 于 整体 的 DNA 分 子 测序 ，DNA 芯片 测序 的 全 部 结果 必须 再 通过 拼凑 才 可 得 知 完整 的 DNA 分 子 序 列 。 这 一 点 和 电泳 技术 测序 是 相同 的 。 现 有 的 DNA 芯片 测序 能 力 还 不 及 电泳 技 术 。 * 100 - 第 六 章 te 代 谢 在 糖 、 脂 、 蛋 白质 和 核酸 四 大 代谢 中 ， 糖 代谢 是 研究 最 早 、 代 谢 途 径 了 解 最 详细 的 。 比 较 而 言 ， 糖 代谢 内 容 一 直 比 较 稳定 。 但 要 清楚 地 知道 ， 糖 的 生物 化 学 是 迄今 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 再 次 受到 关注 的 一 个 焦点 。 随 着 物理 和 化 学 结构 分 析 技 术 的 不 断 改进 ， 测 定 糖 的 序列 结构 已 经 开始 。 过 去 认为 糖 不 能 携带 信息 的 观 点 已 过 时 。 糖 在 生物 体 中 的 作用 正在 重新 认识 中 ， 糖 在 受 体 结构 、 蛋 白质 运输 和 分 泌 中 的 作用 已 表明 了 这 一 点 。 糖 代谢 的 知识 主要 有 以 下 几 个 方面 : 中 糖 类 的 水 解 、 裂 解 ; OREN CE 解 、 三 羧 酸 循环 等 ); ORNAK COBH, FES); 由 衍生 多 糖 ; OEE “ 物 膜 及 其 他 方面 的 作用 ; @ 糖 代谢 中 的 关键 酶 。 前 三 个 方面 的 内 容 为 基本 内 容 ， 后 三 个 方面 正在 不 断 发 展 中 。 6.1 糖 类 的 水 解 和 裂解 淀粉 、 纯 维 素 、 糖 原 、 各 种 糖 胶 、 几 丁 质 等 的 水 解 由 不 同 的 酶 催化 。 对 糖 类 水 解 酶 的 了 解 不 仅 与 糖 代 谢 有 关 ， 而 且 在 制药 、 食 品 等 工业 领域 很 重要 。 淀粉 酶 “已 知 有 ao 演 粉 酶 、B 淀粉 酶 、 葡 萄 糖 淀 粉 酶 等 多 种 。a 淀粉 酶 广 泛 存在 于 生物 体 中 ， 作 用 于 a (1>4) 糖苷 键 。 因 来 自 细菌 的 w 淀粉 酶 最 适 pH 范围 较 宽 ， 最 适 温度 高 达 70 ， 故 优先 被 工业 上 采用 。8B 淀 汾 酶 存在 于 植物 和 微 生物 中 ， 作 用 于 o (1->4) 糖苷 键 ，a 淀粉 酶 和 8 淀粉 酶 均 不 能 作用 w (1->6) 糖 苷 键 ， 所 以 其 产物 为 葡萄 糖 、 麦 芽 糖 和 糊 精 ， 并 使 麦芽 糖分 子 由 型 变 为 B 型 。 葡萄 糖 淀 粉 酶 ”主要 来 自 霉 菌 ， 对 u (1-4), a (1->6)、a (1>3) 糖苷 键 均 有 作用 ， 最 终 产 物 为 B 葡 萄 糖 。 RM = 果 胶 酶 由 三 种 酶 组 成 : 果 胶 酯 酶 、 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 、 果 胶 裂 解 酶 。 其 作用 分 别 为 脱 甲 酯 基 、 水 解 半 乳 糖 醛 酸 基 键 和 使 果 胶 中 半 乳 糖 醛 酸 之 间 糖 苷 键 断裂 〈 非 水 解 )。 果 胶 酶 主要 来 自 霉 菌 。 纤维 素 酶 ”纤维 素 酶 来 自 细菌 ， 已 知 由 数 种 酶 组 成 ， 催 化 纤维 素 BI 4) 糖苷 键 断 裂 。 二 二 6.2 糖 的 分 解 特点 糖 的 最 终 分 解 产 物 是 OO 、 了 亚 O 和 能 量 。 糖 的 分 解 过 程 中 碳 链 断 裂 并 非 是 逐 Be 脱 酸 脱 酸 7 个 碳 原子 脱落 ， 而 是 历经 6C >2 (3C) 6o~2 (2C) Leg C, BTM 大 为 小 再 逐个 脱 去 的 过 程 。 糖 的 分 解 在 有 氧 和 无 氧 下 均 可 进行 ,但 无 氧 分 解 不 稳 底 ， 有 和 氧 情况 下 的 分 解 是 无 氧 分 解 的 继续 。 糖 的 分 解 要 首先 活化 ,活化 的 方式 有 磷酸 化 和 酰基 化 两 种 ， 无 氧 下 分 解 以 磷酸 化 方式 活化 ， 有 氧 下 分 解 以 酰基 化 为 ” 主 。 糖 的 有 氧 分 解 是 以 间接 方式 进行 的 ， 是 一 种 循环 ， 脱 碳 原子 和 脱 氢 是 在 一 系 列 可 逆 的 中 间 物 上 进行 的 。 糖 的 分 解 的 实质 是 脱羧 、 脱 氢 过 程 。 糖 的 分 解释 能 是 逐步 的 ， 而 且 是 和 储 能 过 程 相 偶 联 ， 偶 联 的 效率 是 有 限 的 。 6.3 糖 的 分 解 途径 已 知 糖 的 分 解 途 径 有 : 糖 酵 解 ， 和 葡萄 糖 一 丙酮 酸 ; 三 羧 酸 循环 ， 丙 酮 酸 - 乙 Bit CoA->~CO; + H2O; 磷酸 成 糖 途 径 ， 葡 萄 糖 一 CO + H2O 。 基本 了 解 糖 的 分 解 ， 要 做 到 : 中 熟悉 每 一 种 途径 的 反应 步骤 ， 要 能 用 结构 式 而 不 是 汉字 写 出 全 部 反应 。 仅 用 汉字 表达 意义 不 大 ， 因 为 无 法 真正 弄 清 活 化 、 脱 羧 、 脱 氢 及 变 位 的 位 置 和 机 理 ， 不 能 真正 理解 这 些 反 应 。 外 要 熟悉 每 一 步 反 应 所 需 的 酶 和 辅 因 子 ， 特 别 是 关键 酶 、 接 受 氢 的 辅酶 或 辅 基 ， 因 为 这 些 内 容 关系 到 调 节 和 计算 最 终 将 生成 的 ATP 数 。 在 糖 代谢 中 出 现 的 各 种 中 间 物 是 生物 化 学 、 生 理学 中 屡见不鲜 、 反 复 使 用 、 不 可 缺少 、 必 须 熟 悉 的 物质 。 否 则 ， 在 后 续 的 脂 、 蛋白 质 、 核 酸 代谢 中 会 仍然 感到 为 难 。@@ 对 于 每 一 种 途径 ， 要 从 发 现 史 【研究 史 )、 步 又、 生物 学 意义 三 个 方面 进行 学 习 。 反 应 机 理 主要 涉及 到 各 种 辅酶 和 辅 基 的 作用 机 理 、 酶 的 作用 机 理 ， 这 些 内 容 是 一 个 进一步 的 深入 和 提高 。 由 于 这 些 内 容 目 前 的 研究 水 平 限 制 了 人 们 做 到 详细 和 全 面 地 了 解 这 些 内容 ， 所 以 多 数 也 只 是 做 到 知道 即 可 的 地 步 。 其 中 有 些 内 容 已 经 有 了 定论 ， 必 须 彻 底 理 解 。 例 如 顺 乌 酸 酶 对 柠檬 酸 分 子 中 新 与 旧 碳 原子 的 选择 识别 、3-- 磷酸 甘油 醛 脱 氢 酶 的 作用 机 理 等 。 6.3.1 糖 酵 解 全 过 程 由 10 步 反 应 组 成 ， 分 别 由 10 种 酶 催化 ， 均 分 布 在 细胞 质 中 。10 种 酶 中 有 4 种 激酶 : 已 糖 激酶 、 磷 酸 果糖 激酶 、 磷 酸 甘油 酸 激酶 和 丙酮 酸 激酶 。 激 - 102 - 酶 是 一 个 习惯 名 或 俗名 ， 如 果 不 仔细 分 析 这 4 种 激酶 催化 的 反应 ， 很 容易 误 认 为 在 此 所 说 的 激酶 催化 的 反应 是 相同 或 相似 的 。 前 两 种 激酶 以 ATP 为 辅酶 ， 使 底 物 的 醇 羟 基础 酸化 ， 后 两 种 激酶 则 是 将 高 能 化 合 物 的 磷酸 基 转 移 给 ADP 或 GDP 后 生成 ATP 或 GTP， 相 当 于 前 两 种 酶 的 道 反应 ， 但 实际 上 前 两 种 酶 的 逆反 应 是 由 另外 两 种 磷酸 酯 酶 催化 的 。 所 以 说 ， 俗 称 的 激酶 是 一 个 不 严格 的 名 称 ， 在 大 多 数 情况 下 ， 激 酶 是 指 催化 耗 能 的 、 使 ATP 或 GTP 磷酸 基 转 移 到 底 物 上 的 反应 的 酶 ， 其 逆反 应 由 磷酸 酯 酶 催化 。 催化 葡萄 糖 磷酸 化 的 激酶 有 已 糖 激 酶 和 葡萄 糖 激 酶 两 类 ， 前 者 不 仅 催化 葡萄 糖 ， 也 催化 D- 果 糖 、D- 甘 露 糖 磷酸 化 ， 可 被 G-6- 了 反馈 抑制 ， 是 一 种 别 构 酶 。 而 葡萄 糖 激 酶 对 D -葡萄 糖 有 特异 活性 ， 不 被 G-6- 了 反馈 抑制 ， 是 一 个 由 胰岛 素 促使 合成 的 诱导 酶 ， 在 高 浓度 葡萄 糖 时 对 降低 血糖 起 主要 作用 有 关 。 关 于 己 糖 激酶 、 葡 萄 糖 激 酶 为 什么 仅 使 葡萄 糖 的 6 位 磷酸 化 ， 而 不 能 使 1 位 和 其 他 位 上 的 羟基 首先 磷酸 化 的 问题 尚 无 解释 ， 可 能 与 这 些 酶 对 同一 底 物 上 不 同位 置 的 羟 基 有 选择 作用 有 关 。 例 如 磷酸 化 酶 就 在 1 位 上 磷酸 化 。 G-6- 了 是 一 个 有 多 种 去 向 的 中 间 产 物 。 既 可 以 经 异 构成 FE-6- 了 后 再 磷酸 化 为 F-1，6-2P， 也 可 以 经 磷酸 成 糖 途径 进行 转变 ， 还 可 以 经 磷酸 酯 酶 水 解 再 成 为 葡萄 糖 或 经 G-1- 了 转变 为 糖 原 。 值得 注意 的 是 ， 多 种 单 糖 磷酸 化 形式 与 跨 膜 作用 有 关 。 如 葡萄 糖 进入 细胞 之 后 磷酸 化 阻止 了 葡萄 糖 再 次 离开 细胞 ， 这 样 很 容易 联想 到 ， 血 液 中 的 血糖 是 非 磷 酸化 形式 的 葡萄 糖 。 催化 下 -6-P>F-1，6-2P 反 应 的 磅 酸 果糖 激酶 是 糖 酵 解 中 最 关键 的 限 速 酶 ， 是 有 亚 基 的 别 构 酶 。ATP、 行 檬 酸 是 该 酶 的 抑制 剂 ， 要 特别 注意 ，ATP 是 该 酶 的 抑制 剂 ， 也 是 该 酶 的 底 物 ， 训 摩尔 浓度 (mmol/L) (生理 浓度 范围 ) ATP 可 完全 抑制 其 活力 。 此 酶 的 生理 浓度 远 远 小 于 其 表 观 Ku 值 ， 仅 用 AMP. ADP, FE-1，6-2P 这样 一 些 激 活 剂 的 作用 无 法 解释 此 酶 为 什么 在 体内 仍 有 较 高 活性 。 1980 年 新 发 现 F-2，6- BP (2，6- 二 磷酸 B-D 果 糖 ) 是 该 酶 的 一 个 新 的 激活 剂 ， 其 激活 能 力 远 大 于 已 知 的 各 种 激活 剂 。 它 能 通过 增加 肝 内 6 -磷酸 果糖 与 酶 的 亲 合 力 而 消除 ATP 对 此 酶 的 抑制 ， 此 物质 由 前 后 酶 或 双 功能 酶 催化 生成 ， 第 一 个 酶 催化 6 -磷酸 果糖 形成 2，6 -二 磷酸 果糖 ， 后 者 在 第 二 个 酶 催化 下 水 解 成 6 -磷酸 果糖 。 前 一 种 酶 是 磷酸 果糖 激酶 2， 后 一 种 酶 是 果糖 二 磷酸 酶 2， 两 个 酶 的 差别 仅仅 是 由 于 一 个 丝氨酸 残 基础 酸化 〈 前 者 ) 和 脱 磷酸 化 〈 后 者 )， 所 以 是 同一 种 蛋白 质 。 肝 脏 中 的 此 酶 由 两 个 相同 亚 基 组 成 ， 每 个 亚 基 470 残 基 ， 每 个 亚 基 上 有 一 个 受 依赖 CAMP. 蛋白 激酶 催化 的 磷酸 化 位 点 ， 鼠 肝 中 此 酶 的 磷酸 化 位 点 为 N 端 32 位 Ser。 2，6 -二 磷酸 B- D 果糖 不 仅 是 磷酸 果糖 激酶 的 最 强 激 活 剂 ， 同 时 也 是 1，6- - 103 - 二 磷酸 果糖 酯 酶 的 抑制 剂 ， 因 此 ， 对 这 种 双 功 能 酶 两 种 活性 的 调节 影响 到 糖 代谢 是 朝 酵 解 方向 还 是 朝 糖 异 生 方向 进行 。 著 名 的 巴 斯 德 效应 ， 即 在 厌 氧 条 件 下 有 机 体 糖 酵 解 速度 加 快 ， 其 作用 点 就 在 6 -磷酸 果糖 激酶 。 此 酶 受 各 种 腺 苷 酸 . (ATP、, ADP, AMP) 浓度 变化 调节 ， 厌 氧 条 件 下 ，ATP 浓度 下 降 ，ADP 和 AMP 浓度 相应 增加 。 这 实际 上 就 是 一 种 需 能 状态 ， 能 荷 的 概念 正好 说 明了 这 一 点 。 醛 缩 酶 是 糖 酵 解 过 程 将 活化 的 六 碳 糖 裂解 为 两 分 子 三 碳 糖 及 其 逆反 应 的 酶 ， 这 个 反应 的 全 Ge。 为 +24kJMmol， 说 明 逆 向 反应 比 正 向 反应 容易 进行 ， 此 酶 的 俗 名 正好 是 从 逆反 应 而 来 ， 这 个 反应 相当 于 有 机 化 学 中 的 醇 〈 酮 ) 醛 缩 合 ， 经 历 一 个 西 夫 碱 的 中 间 体 过 程 。 关 于 生物 化 学 中 的 和合 G 。 为 正 的 反应 为 什么 能 在 体内 进 行 ， 目 前 的 解释 是 生物 体内 平衡 过 程 不 同 于 试管 反应 ， 生 物体 中 一 个 化 学 反应 产 物 同 时 又 是 下 一 个 反应 的 底 物 ， 从 而 驱动 人 G 。 为 正 的 反应 朝向 理论 不 允许 的 方 向 进行 。 醛 缩 酶 是 一 类 酶 ， 有 多 种 类 型 存在 。 醛 缩 酶 在 光合 作用 三 碳 循环 中 催化 的 是 一 个 与 酵 解 相同 的 逆反 应 。 糖 酵 解 中 除了 四 种 激酶 和 一 种 裂 合 酶 外 ， 另 有 三 个 异 构 酶 ， 分 别 催化 G-6- P->F-6-P 和 两 种 三 碳 糖 互 变 和 磷酸 甘油 酸 变 位 ， 均 属 同 分 异 构 。 磷 酸 丙 糖 同 分 异 构 酶 的 超 二 级 结构 属 BoB 型 ，B 结构 部 分 在 内 ， 螺 旋 区 在 外 ，B Al o 螺旋 交替 存在 ， 集 中 在 中 心 的 B 折 县 片 形成 B- 圆 桶 。 丙 酮 酸 激酶 的 第 一 结构 域 和 磷酸 两 糖 异 酶 结构 域 类 似 。 糖 酵 解 中 惟一 的 催化 脱氧 的 酶 是 3 -磷酸 甘油 醛 脱 氢 酶 ， 此 酶 是 糖 酵 解 中 研 究 得 最 为 详细 的 酶 ， 各 种 水 平 的 结构 数据 已 知 ， 在 研究 蛋白 质变 性 机 理 和 动力 学 中 广泛 使 用 。 此 酶 的 辅酶 为 NAD， 碘 乙酸 因 与 其 活性 残 基 的 - SH 作用 而 强烈 抑 制 此 酶 ， 砷 酸 和 磷酸 竞争 结合 此 酶 ， 由 此 解释 了 而 霜 中 毒 的 机 理 。 证 实 了 砷 酸 盐 是 解 偶 剂 。 | 6.3.2 = eR 在 有 氧 情况 下 ， 酵 解 产 物 丙 酮 酸 进一步 分 解 ， 三 羧 酸 循环 是 糖 彻底 分 解 的 主 要 途径 。 丙酮 酸 氧化 脱 酸 酶 系 ”生物 体 中 有 至 少 4 个 多 酶 体系 ， 即 丙酮 酸 氧化 脱 酸 酶 系 、a- 酮 戊 二 酸 氧化 脱 酸 酶 系 、 脂 肪 酸 合成 酶 系 、S 短 杆 菌 肽 合成 酶 系 。 催 化 相关 反应 的 多 种 酶 及 辅 因子 在 空间 上 形成 一 个 复合 体 ， 使 底 物 依次 通过 这 个 复合 体 中 各 个 酶 后 变 成 产物 ， 从 而 提高 了 催化 效率 。 丙 酮 酸 氧化 脱羧 酶 系 是 其 中 最 有 代表 性 的 一 个 多 酶 复合 体 。 大 肠 杆 菌 中 这 种 复合 体 由 60 多 条 肽 链 组 成 ， 包 括 3 种 酶 和 6 种 辅 因子 。 二 氢 硫 辛酸 乙酰 转移 酶 位 于 中 间 ， 用 其 能 够 转动 的 硫 六 酸 长 臂 把 底 物 从 一 个 催化 位 点 转向 另 一 个 位 点 ， 这 一 结构 和 作用 特点 在 其 他 多 酶 体系 104 - 中 几乎 是 相同 的 。 多 酶 复合 体 一 般 结 合 在 膜 上 。 丙 酮 酸 氧化 脱羧 酶 系 作用 机 理 的 核心 是 维生素 B, 辅酶 TPP 的 作用 。TPP 的 唆 唑 环 中 氮 原 子 和 硫 原 子 中 间 相 夹 的 碳 原子 很 容易 形成 负 碳 离子 ， 因 而 可 亲 核 攻击 丙酮 酸 的 羧基 碳 原子 。 二 者 作用 后 在 TPP 噬 唑 环 上 氮 原 子 接受 电子 时 ， 使 丙酮 酸 和 TPP 形成 的 中 间 物 脱 羟 ， 从 而 获取 带 有 羟 乙 基 的 TPP. ROH TPP 不 稳定 ， 在 二 氧 硫 辛酸 的 乙酰 转移 酶 的 作 用 下 脱 氢 ， 其 余 的 反应 为 乙酰 基 转 移 和 辅 因子 复原 过 程 。TPP 噬 唑 基 的 作用 类 似 于 组 氮 酸 的 味 唑 基 ， 既 可 是 电子 受 体 ， 又 可 是 电子 供 体 ， 均 与 环 中 氮 原 子 有 未 共用 的 电子 对 有 关 。 催 化 氧化 还 原 反应 的 酶 中 ， 辅 酶 或 辅 基 都 有 自身 可 逆 氧 化 还 原 的 能 力 ， 本 身 最 终 实际 上 起 了 电子 或 质子 的 传递 作用 。 此 作用 机 理 在 0 - 酮 戊 二 酸 脱氧 酶 系 、 磷 酸 戊 糖 途径 、 二 碳 基 转移 酶 中 都 存在 。 顺 乌 头 酸 酶 的 专 一 性 不 仅 反 映 在 对 构 型 、 构 象 、 化 学 键 、 基 团 间 选择 ， 而 且 可 以 对 分 子 中 的 原子 进行 新 与 目的 区 别 。 柠 檬 酸 中 的 6 个 碳 原子 若 以 中 间 两 个 碳 原子 为 轴 ， 上 下 各 两 个 碳 原 子 的 结构 是 相同 的 ， 均 为 一 CH 一 COOH, ， 所 以 是 一 个 分 子 内 有 对 称 性 的 分 子 。 . 顺 乌 头 酸 酶 对 柠檬 酸 的 上 下 各 两 个 碳 原子 应 当 平 等 对 待 ， 可 是 用 同位 素 闪 CC 分 别 标记 乙酰 CoA WH FAA RE a, ARR Ro 酮 戊 二 酸 反应 第 一 次 脱羧 后 的 CO, 并 无 CO, ， 说 明 酶 对 柠檬 酸 分 子 中 上 下 两 个 碳 原子 有 选择 。 第 一 次 脱羧 只 作用 于 原 有 的 非 标 记 的 〈 不 是 直接 来 自己 酰 CoA) 两 个 碳 原子 ， 说 明了 顺 乌 头 酸 酶 有 一 种 特殊 的 选择 能 力 。 人 们 利用 三 点 附着 学 说 来 解释 乌 头 酸 酶 的 作用 ， 顺 乌 头 酸 第 一 次 作用 的 三 位 点 中 不 包括 新 加 入 的 两 个 碳 原子 ， 由 这 一 发 现 人 们 得 知 了 柠檬 酸 脱羧 的 不 对 称 性 。 柠 檬 酸 被 认为 是 一 种 潜 手 性 分 子 。 三 羧 酸 循环 中 的 脱 氢 酶 有 和 氧 分 解 在 三 羧 酸 循环 中 共有 四 个 (类 ) RA 酶 : 异 柠檬 酸 脱氧 酶 、a- 酮 成 二 酸 脱 氢 酶 、 防 珀 酸 脱 氧 酶 和 苹果 酸 脱 氢 酶 。 加 上 丙酮 酸 脱氧 酶 系 ， 从 丙酮 酸 开始 的 彻底 分 解 历 经 五 次 脱 氨 。 酵 解 中 脱 氢 一 次 ， 一 分 子 葡萄 糖 彻 底 分 解 有 6 次 脱氧 ， 正 好 脱 去 12 个 氢 原 子 〈CsHizO5s)， 除 了 琥 珀 酸 脱氧 酶 以 FAD 为 辅 基 外 ， 其 余 均 为 NAD 或 NADP。 因 此 通过 脱氧 可 获得 的 ATP &A 2x (3X6-1) =34， 即 6 次 脱 氢 ， 每 次 相当 3ATP， 减 去 因 FADH, 比 NADH, 少 生 成 1 个 ATP, 重复 两 次 〈 一 分 子 葡萄 糖 生 成 二 分 子 三 碳 糖 )。 酵 解 过程 和 三 羧 酸 循环 共有 3 次 底 物 水 平 磷酸 化 ， 相 当 于 有 2x3=6ATP 生成 ， 两 次 磷酸 化 消耗 2ATP， 所 以 从 葡萄 糖 开始 的 彻底 分 解 产 生 的 ATP 数 为 : 6 次 脱 氢 2 (3x6-1) =34 3 次 底 物 水 平 磷酸 化 2x3=6 2 次 磷酸 化 消耗 =4 净 生 成 34+ 6-2=38 和 糖 酵 解 相 比 ， 三 羧 酸 循环 也 有 水 化 〈 或 脱水 )、 底 物 水 平 磷酸 化 和 缩合 反 ， 但 从 丙酮 酸 开始 的 分 解 有 3 次 脱羧 ， 重 复 两 次 后 ， 相 当 于 6 个 碳 原子 转变 为 - 105 - = att Se ae es CO ， 这 是 三 羧 酸 循环 中 伴随 着 脱氧 进行 的 脱羧 ， 是 不 同 于 糖 酵 解 的 关键 之 处 。 6.3.3 ”磷酸 戊 糖 途径 在 胞 液 中 的 另外 一 个 糖分 解 途径 是 磁 酸 成 糖 途径 。 此 途径 解释 了 五 碳 糖 和 NADPH, 还 原 力 的 来 源 ， 解 释 了 在 酵 解 和 三 羧 酸 循环 受阻 后 为 什么 仍 有 CO, 和 能 量 形成 和 转化 。 此 途径 和 光合 作用 的 暗 反 应 有 相似 之 处 ， 是 6= 磷酸 葡萄 糖 转 化 的 支 路 之 一 。 此 途径 的 理解 首先 要 熟悉 常见 的 三 碳 糖 、 四 碳 糖 、 五 碳 糖 、 六 碳 糖 、 七 碳 糖 的 结构 和 差异 ， 其 次 是 要 了 解 二 碳 、 三 碳 转移 酶 的 作用 。 此 途径 的 反应 概括 起 来 仅 有 氧化 脱羧 和 磷酸 成 糖 重 排 两 种 类 型 。 6 -磷酸 葡萄 糖 脱氧 脱羧 是 此 途径 惟一 的 分 解 反应 。 催 化 反应 的 6- 磷酸 葡萄 糖 脱 氢 酶 的 辅酶 为 NADP 而 非 NAD， 此 酶 为 调控 酶 。 二 碳 、 三 碳 转移 结果 形成 了 三 碳 糖 、 四 碳 糖 和 七 碳 糖 ， 二 碳 转移 了 两 次 ， 三 碳 转 移 了 一 次 ， 即 “二 三 二 ”转移 过 程 。 催 化 二 碳 转移 反应 的 酶 以 TPP 为 辅酶 ， 作用 机 理 和 丙酮 酸 脱 氢 酶 中 TPP 类 似 ; 催化 三 碳 单位 转移 的 酶 也 需 辅 酶 ， 经 西 夫 碱 中 间 过 程 完成 ， 类 似 于 酵 解 过 程 中 的 醛 缩 酶 作用 机 理 。 以 TPP 为 辅酶 经 历 负 碳 离子 进攻 和 经 西 夫 碱 中 间 过 程 的 两 种 机 理 是 糖 代 谢 中 普遍 存在 的 酶 作用 机 理 。 6.3.4 乙 醛 酸 循环 乙 醛 酸 循环 仅 存 在 于 植物 和 微生物 中 。 和 三 羧 循环 相 比 ， 从 异 柠檬 酸 到 苹果 酸 之 间 必 有 柠檬 酸 裂 解 酶 和 苹果 酸 合成 酶 分 别 催化 的 两 个 反应 。 pe ps rigger 异 柠檬 酸 裂 解 酶 ”CHGO 苹果 酸 合成 酶 全， 全 Ne goon Lose cco .can a” Hf HOCHCOOH (ca 9 COOH COOH 乙 醛 酸 循环 一 周 ， 相 当 于 两 分 子 乙 酰 CoA REM—-AFRAR. HU ie 了 植物 和 微生物 用 乙酸 或 乙酰 CoA 维持 生长 以 及 种 子 发 菠 时 脂肪 如 何 转化 为 糖 的 问题 。 6， 6.4 ， 糖 的 合成 代谢 特点 ， 最 根本 的 糖 合成 是 光合 作用 ， 自 然 界 一 切 有 机 物 最 基本 的 来 源 是 光合 作用 ， 糖 异 生 、 糖 原 和 淀粉 的 合成 是 次 级 合成 。 光合 作用 提供 了 ATP 和 NADPH CO, 合成 葡萄 糖 与 磷酸 戊 糖 途径 和 糖 异 生 相 类 似 。 6.4.1 三 碳 循环 (卡尔 文 循环 ) 三 碳 循环 从 1，5 -二 磷酸 核 酮 糖 开始 ， 历 经 15 步 反 应 再 回 到 1，5 -二 磷酸 核 酮 糖 ， 其 间 有 一 分 子 葡萄 糖 生成 。 概 括 起 来 ， 这 15 步 反 应 可 划分 为 : SC+ 1C —>6C>2 (3C)， 所 以 ， 三 碳 循环 的 关键 是 第 一 步 反 应 。 1，5 -二 磷酸 核 酮 冷 化 酶 - 氧 合 酶 (rubisco) 催化 三 碳 循环 第 一 步 反 应 。 此 酶 含量 占 叶绿体 蛋白 质 的 60% ， 有 可 能 是 自然 界 最 丰富 的 一 种 蛋白 质 。 已 知 有 大 、 小 亚 基 各 8 个 。 大 亚 基 由 叶绿体 基因 组 编码 ， 小 亚 基 由 核 基 因 编 码 ， 某 些 红 藻 中 此 酶 小 亚 基 仍 由 叶绿体 基因 编码 。 此 酶 是 别 构 酶 ， 不 仅 有 催化 羧 化 的 能 力 ， 还 有 催化 O: 与 二 磷酸 核 酮 糖 反应 的 能 力 ， 而 且 同 在 一 个 活性 位 。 加 氧 生成 的 磷 酸 乙醇 酸 可 转化 为 甘氨酸 或 在 乙 醛 酸 途 径 中 放出 CO ， 这 就 是 光 呼 吸 ， 是 一 个 浪 费 能 量 的 过 程 。 使 rubisco 仅 具 有 固定 CO, 的 能 力 而 无 结合 氧 的 能 力 ， 成 为 基因 工程 的 目的 之 一 。 6.4.2 四 碳 途 径 四 碳 途 径 见 于 起 源 于 热带 或 亚热带 的 植物 的 叶肉 细胞 ， 其 维 管束 东 细 胞 仍 以 三 碳 循环 为 主 。 四 碳 途 径 并 非 是 一 种 独立 的 循环 ， 仅 仅 是 一 种 对 三 碳 循环 的 补 Fi. WIRE CO, 受 体 为 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 ， 接 受 CO, 后 生成 草 酰 乙酸 ， 再 经 还 原生 成 苹果 酸 ， 苹 果 酸 由 叶肉 细胞 进入 维 管束 鞘 细 胞 后 脱氧 脱羧 ， 生 成 的 CO， 被 三 碳 循 环 利用 ， 生 成 的 丙酮 酸 又 返回 叶肉 细胞 ， 经 磷酸 化 重新 转变 成 磷酸 炳 醇 式 丙酮 酸 。 因 此 ， 四 碳 途 径 实 际 上 起 了 运输 CO, 由 叶肉 到 维 管束 鞘 的 作用 。 6.4.3 糖 原 的 合成 糖 原 合成 的 起 始 物 是 UDPG 〈 尿 喀 啶 二 核 苷 酸 葡萄 糖 ) ， 需 要 引发 蛋白 和 4 个 糖 残 基 以 上 的 引物 。 糖 原 合成 酶 催化 (1->~4) 糖苷 键 形成 。 分 枝 酶 催化 (1 - 107 ms 一 一 一 一 一 一 一: 6) 糖苷 键 形成 ， 此 酶 将 (1-4) HEH o (1-6) 糖苷 键 。 结构 多 糖 生物 合成 时 所 需 的 各 种 衍生 糖 在 形成 多 糖 前 要 活化 。 活 化 方式 有 3 种 ， 一 种 GDP 化 ， 两 种 UDP 化 。 由 此 可 以 看 出 ， 单 糖 、 衡 生 单 糖 在 形成 多 糖 时 ， 均 以 二 核 苷 酸 方式 活化 为 主 ， 但 在 分 解 时 ， 以 单 磷酸 化 为 主 。 * 108 - Soe HAH 在 糖 、 脂 和 有 蛋白质 三 种 能 源 物 质 中 ， 脂 类 有 多 种 特点 : 叫 脂 肪 是 热 值 最 大 的 一 种 ， 是 糖 和 蛋白质 的 2.3 倍 ; @ 脂 肪 是 非 极 性 分 子 ， 占 用 体积 小 ， 有 利于 贮存 能 量 ; @ 了 磷脂 是 生物 膜 的 主要 成 分 ; 由 脂 类 生物 合成 的 起 始 物 质 均 为 乙酰 CoAi; @@ 类 脂 及 其 衍生 物 有 重要 生理 作用 和 经 济 价值 ， 如 类 固 醇 激素 、 脂 溶性 维生素 、 磷酸 肌 醇 、 前 列 腺 素 以 及 橡胶 等 。 脂 类 代谢 的 主要 内 容 有 : @ 脂 类 的 消化 、 吸 收 、 转 运 ; @ 回 脂肪 的 分 解 与 合 成 ; @ 磷 脂 的 分 解 与 合成 ; 四 胆固醇 的 代谢 。 站 肪 、 磷 脂 的 主要 组 分 是 脂肪 酸 ， 脂 肪 、 磷 脂 和 胆固醇 生物 合成 的 起 始 物 都 是 乙酰 CoA， 脂 类 代谢 主要 是 脂肪 酸 的 代谢 ， 而 脂肪 酸 分 解 的 中 间 产 物 是 乙酰 CoA， 进 一 步 分 解 经 三 羧 酸 循环 。 因 此 ， 脂 类 代谢 主要 是 脂肪 酸 与 乙酰 CoA 之 间 的 代谢 。 7.1 脂 类 的 消化 吸收 与 转运 脂 类 消化 的 最 终 产 物 是 多 种 形式 的 ， 有 甘油 、 甘 油 一 酯 、 甘 油 二 酯 、 脂 肪 酸 、 胆 固 醇 ， 所 以 水 解 过 程 并 非 要 求 彻 底 ， 这 几 种 形式 都 可 被 吸收 。 甘油 三 酯 水 解 酶 ” 有 脂肪 酶 、 甘 油 二 酯 脂肪 酶 、 单 脂 酰 甘 油 酯 脂肪 酶 三 种 。 分 别 从 两 侧 和 中 间 催 化 酯 键 断裂 。 磷脂 的 水 解 “有 Al、Az、C 和 D 四 类 ， 其 中 A: 广泛 存在 于 各 种 动物 分 沁 的 毒 汁 中 ， 也 以 酶 原形 式 存 在 于 动物 的 胰 脏 内 。 脱 去 一 个 脂肪 酸 的 磷脂 叫 溶血 磷 脂 。Ai 和 Ao 能 分 别 水 解 磷脂 中 的 两 个 脂肪 酸 ， 其 产物 均 属 溶血 磷脂 。C 水解 磷 脂 中 的 磷酸 酯 键 ， 使 磷酸 胆 碱 脱 去 。 脂 类 水 解 产 物 的 吸收 ”” 脂 类 的 降解 产物 进入 肠 粘 膜 细胞 内 ， 再 形成 脂 类 排 入 细胞 间隙 ， 再 经 淋巴 系统 进入 血液 。 所 以 ， 脂 类 的 水 解 和 吸收 经 历 了 一 个 循环 过 程 : 水 解 a te 脂 类 (vs) 水 解 产物 《万 粘 膜 细胞 内 广 脂 类 ( 载 脂 蛋白 协助 ) 一 细胞 间隙 一 淋巴 系统 一 血液 脂 类 的 转运 是 指 脂 类 在 血液 中 转移 至 靶 细 胞 和 组 织 及 由 肠 粘 膜 细 胞 内 到 细胞 间 辽 ， 以 脂 蛋 白 形式 转运 。 脂 蛋白 由 载 脂 蛋 白 和 脂 类 组 成 。 载 脂 蛋 白 己 知 有 10 余 种 。 形 成 的 脂 蛋 白 有 6 种 : 乳 糜 微 粒 、 乳 糜 微粒 残余 物 、 极 低 密 度 脂 蛋白 、 109 - Pa) RARE A. RRA, me RRA. HY a PPE ie Re PA Bh = 酯 ， 第 三 种 携带 内 源 甘 油 三 酯 ， 第 四 、 五 种 携带 内 源 胆 固 醇 酯 ， 最 后 一 种 携带 内 源 胆固醇 磷脂 。6 种 脂 和 蛋白 的 密度 从 前 到 后 依次 递增 ， 颗 粒 逐 渐变 小 ， 载 脂 和 蛋白 比例 总 体 逐 渐 增 大 。 如 果 血 液 中 脂 蛋 和 白 合 成 异常 ， 可 出 现 低 血脂 和 高 血脂 症 。 血 脂 是 血浆 中 脂 类 的 总 称 。 7.2 脂肪 酸 的 分 解 脂肪 酸 的 分 解 过 程 有 以 下 特点 : 四 脂肪 酸 活化 采用 酰基 化 方式 一 -- 脂 酰 CoA; @ 脂 肪 酸 分 解 过 程 中 的 碳 原子 脱 去 首先 采取 每 次 两 个 碳 原子 的 方式 ， 其 产 A CB CoA [ 糖 代 谢 采取 6C->2 (3C) 的 方式 ]; @@ 脂 肪 酸 氧化 、 和 裂解 均 在 B 位 进行 ; 四 脂肪 酸 氧 化 的 氢 受 体 有 FAD、NAD' 两 种 。 上 述 特点 是 针对 B- 氧 化 而 AMY. 脂肪 酸 氧化 的 实验 证 实 采 用 葵 环 做 标记 。 这 是 因为 人 和 多 数 动物 不 能 合成 苯 环 ， 也 不 能 打开 葵 环 。 这 一 方法 是 同位 素 标 记 技 术 的 前 躯 。 各 肪 酸 由 细胞 质 进 入 线粒体 借助 肉 毒 碱 (ac，B- 羟 - Y -三 甲 氨 基 丁 酸 )o 10C 以 下 的 脂肪 酸 可 直接 进入 线粒体 。 脂肪 酸 在 细胞 质 中 活化 后 生成 脂 酰 CoA， 此 反应 使 ATP 转变 为 AMP， 相 当 Fi T 2 4 ATP. 奇数 碳 原子 脂肪 酸 BAZAAR CoA 生成 。 丙 酰 CoA 转变 成 琥珀 酰 CoA 或 乙酰 CoA 后 进入 三 羧 酸 循环 。 不 饱和 脂肪 酸 氧化 另 需要 人 3 WA? 反 脂 烯 酰 CoA 异 构 酶 和 B- 产 脂 酰 异 构 酶 ， 分 别 催化 全 IA? 反应 和 DBL 型 反应 。 a- 氧 化 每 次 从 送 基 端 通过 脱羧 失去 一 个 碳 原子 。 植 烷 酸 经 此 途径 转变 成 降 植 烷 酸 。 wo 氧化 是 12C 以 下 的 脂肪 酸 中 出 现 的 末端 碳 原子 (o 碳 原 子 ) BEA 化 成 羧基 的 代谢 途径 。 此 途径 是 油 浸 土 壤 中 细菌 将 烃 转变 为 脂肪 酸 的 途径 。 乙酰 CoA 的 去 路 ”脂肪 酸 氧化 产生 的 乙酰 CoA 可 直接 进入 三 羧 酸 循环 而 彻底 分 解 。 也 可 @D 缩 合成 酮 体 (乙酰 乙酸 、B- 羟 基 丁 酸 、 丙 酮 )， 酮 体 可 引起 代 WHER PH; @ 缩 合成 胆固醇 、 脂 肪 酸 等 ; @ 合 成 氨基 酸 。 7.3 脂肪 酸 的 合成 脂肪 酸 生物 合成 有 以 下 特点 : @ 脂 肪 酸 生 物 合成 的 起 始 物 为 乙酰 COA; OF 链 脂 肪 酸 在 细胞 质 中 进行 ， 进 一 步 延长 在 线粒体 和 内 质 网 中 进行 ; @ 脂 肪 酸 从 头 - 110 - Oe ee 合成 以 乙酰 CoA 为 引物 ， 每 次 加 入 三 个 碳 原子 〈 丙 二 酸 )， 脱 去 一 分 子 CO ， 实 际 加 入 两 个 碳 原子 ; 由 脂肪 酸 合成 的 延长 途径 在 线粒体 中 每 次 加 入 两 个 碳 原子 (乙酰 CoA) ， 在 内 质 网 中 和 从 头 合 成 过 程 相 同 ; 外 脂肪 酸 生 物 合成 从 头 合成 途径 在 多 酶 复合 体 上 进行 ，ACP 是 该 复合 体 的 转动 臂 ， 类 似 于 丙酮 酸 和 ao- 酮 成 二 酸 氧化 脱羧 酶 系 中 的 八 碳 长 链 的 中 心 酶 ; @@ 碳 链 缩 合 之 后 的 还 原 所 需 的 氢 来 自 NADPH); @D 人 和 哺乳 动物 缺乏 在 脂肪 酸 第 9 碳 原子 以 上 位 置 引 入 不 饱和 双 键 的 去 饱和 酶 ， 所 以 不 能 自身 合成 亚 油 酸 和 亚麻 酸 (A? Cig.r, Ao.12,15Cig:3) FIFE AE DOME (As 9 11 14Cp0:4) 0 脂肪 酸 合成 多 酶 复合 体 ”大肠 杆菌 中 此 复合 体 由 7 组 分 组 成 。 中 心 为 酰基 载体 蛋白 (ACP) ，77 个 残 基 ， 其 丝氨酸 残 基 与 w -磷酸 泛 酰 绝 基 乙 胺 相连 。 另 外 6 种 为 酶 。 真 核 生物 中 此 酶 系 与 大 肠 杆菌 不 同 。 如 在 酵母 中 ， 此 复合 体 由 w、 B 两 亚 基 组 成 。a 亚 基 有 ACP 缩合 酶 、B- 酮 脂 酰 还 原 酶 活性 ; 而 B 链 具有 脂 酰 转 移 酶 、 两 二 酸 单 酰 转移 酶 、8 - 羟 脂 酰 脱水 酶 和 8B 烯 脂 酰 还 原 酶 活性 。 哺 乳 动物 ”中 此 酶 系 由 相同 二 亚 基 组 成 ， 每 个 亚 基 中 肽 链 形成 三 个 结构 域 ， 每 个 结构 域 相 当 于 一 个 反应 单元 。 结 构 域 I 有 乙酰 转移 酶 、 丙 二 酸 单 酰 转移 酶 和 缩合 酶 ; 结构 域 I 含 有 载体 蛋白 、B- 酮 脂 酰 还 原 酶 、 脱 水 酶 、 烽 脂 酰 还 原 酶 ; 结构 域 III 含 硫 酯 酶 。 三 个 结构 域 等 于 分 别 是 缩合 、 还 原 和 释放 单元 。 7.4 甘油 三 酯 和 磷脂 的 合成 甘油 三 酯 由 甘油 和 脂肪 酸 缩合 而 成 ， 磷 脂 是 甘油 二 酯 和 磷酸 胆 碱 等 的 缩合 产 物 。 合 成 关键 是 活化 双方 的 哪 一 方 ， 如 甘油 三 酯 的 合成 ， 关 键 在 于 是 活化 甘油 还 是 活化 脂肪 酸 。 然 后 是 如 何 活化 或 采用 什么 方式 ， 一 般 只 需 活 化 一 方 。 甘油 三 酯 合成 ”植物 、 动 物 中 双方 都 活化 : Hho RR, IR 一 脂 酰 CoA。 微 生物 中 : 甘油 -oa -磷酸 甘油 ， 脂 肪 酸 -酰基 ACP. 磷脂 的 合成 ”只 活化 一 方 。 动 植物 中 : 活化 甘油 。 微 生物 中 : 活化 磷脂 酸 。 活化 的 方式 均 为 胞 喀 啶 核 苷 酸 。 如 : 1 生物 H,N*—(CH,),—O- P -—Q-— P =—0-CH, O | | 了 村“ CDP- 乙 醇 胺 -- iit: CH,OCOR, | CH,OCOR, | | CH,0-CDP CDP- 4 7 — 88 鞘 脂 的 合成 鞘 氨 醇 代替 磷脂 中 的 甘油 。 鞘 氮 醇 合成 活化 的 一 方 为 软 脂 酸 ， 活 化 形式 为 酰基 化 KARR CoA); 另 一 方 为 另 一 分 子 脂肪 酸 ， 活 化 方式 同 软 脂 酸 。 鞘 脂 合 成 活化 的 一 方 为 胆 碱 ， 活 化 形式 为 CDP- 胆 碱 。 7.5 胆固醇 的 代谢 胆固醇 以 转变 为 非 开 环 的 各 种 宿 生物 的 方式 被 进一步 利用 ， 并 非 彻底 分 解 。 胆固醇 生物 合成 过 程 是 各 种 异 友 二 烯 类 化 合 物 合成 的 代表 。 此 途径 可 概括 为， ee 乙酰 CoA eo ee CC) (15C) ASC) 头 - 尾 式 缩合 站 ae Sse 胆固醇 是 6 分 子 异 成 二 炳 聚合 体 ， 由 异 成 二 烯 开始 ， 可 合成 脂 溶 性 维生素 、 魔 香 、 橡 胶 、 松 节 油 、 质 体 醒 、 晓 皮 素 等 萌 类 化 合 物 。 这 些 物质 的 碳 原子 数 一 般 是 5 的 倍数 。 胆固醇 的 衍生 物 有 性 激素 、 胆 酸 、 维 生 素 D、 明 上 腺 皮质 激素 等 。 要 注意 区 分 二 类 性 激素 和 肾上腺 皮质 激素 ， 三 者 在 结构 上 的 主要 差别 在 于 : 中 肉 二 醇 、 肉 三 醇 的 A 环 为 芳香 环 且 带 有 羟基 ; 外 雄 激素 A 环 为 非 芳香 环 ; @ 皮 质 激素 都 有 —KRE; 四 黄体 酮 的 结构 不 同 于 肉 二 醇 ，A 环 为 非 芳香 环 ， 且 有 二 碳 民 基 。 掌握 这 些 特 点 ， 可 以 区 分 三 类 类 固 醇 激 素 。 前 列 腺 素 、 凝 血 吓 烷 酸 和 白 三 烯 的 合成 的 共同 前 体 是 花生 四 烯 酸 。 ~ 192 - 第 八 章 ” 生物 膜 与 生物 氧化 8.1 + 物 膜 生物 膜 由 磷脂 、 和 蛋白 质 和 糖 复合 物 组 成 。1972. 年 ， 提 出 液态 镶嵌 模型 。 近 年 来 ， 又 提出 “板块 镶嵌 ”模型 ， 认 为 膜 是 具有 不 同 流动 性 的 微 区 相间 隅 的 动态 结构 。 生物 膜 是 生物 分 子 组 装 体 ， 是 超 分 子 结构 。 生物 膜 中 有 受 体 蛋白 、 离 子 和 到、 离子 通道 、 电 子 传递 载体 。 生 物 膜 担 负 细 胞 识别 、 细 胞 粘着 、 信 息 传递 、 信 息 放 大 、 电 子 传递 和 能 量 转换 等 功能 。 离子 泵 的 实质 主要 是 酶 ， 是 蛋白 质 。 无 论 何 种 泵 ， 目 前 是 指 生 物 膜 中 具有 的 逆 浓 度 差 、 耗 能 、 定 向 运输 能 力 的 物质 和 微 区 结构 。 了 解 最 多 的 有 Na -K ®, Ca. HRS, FAN TE AA Ae eS ee EE EI IIA. FRAY YE FA fe BE ATP PUL fh Tr KY BE ae PEAS. ARIA 2 YE FA 9 ad Ss FR BY) EDR 化 一 去 磷酸 化 的 耗 能 作用 而 发 生 构象 改变 ， 使 携带 某 种 离子 的 侧面 转向 另 一 侧 ， 从 而 实现 了 运输 ， 这 相当 于 双 的 组 成 在 膜 内 转动 或 翻转 ， 形 象 的 说 ， 是 一 种 分 子 马达 。 离子 通道 ” 生物 膜 中 的 蛋白 质 在 膜 内 形成 一 个 通道 ， 或 一 个 孔洞 ， 其 口径 大 小 可 控 ， 控 制 的 方式 一 是 靠 膜 电位 ， 二 是 人 靠 膜 上 配 体 如 激素 、 神 经 递 质 的 结 合 。 离子 载体 从 微生物 中 获得 的 一 些 抗菌 素 ， 如 统 氢 霉 素 、 尼 尔 利 亚 菌 素 、 短 杆菌 肽 等 可 在 膜 中 移动 从 而 携带 离子 进出 ， 同 时 伴随 有 离子 交换 。 离子 稍 、 离 子 通道 、 离 子 载体 都 是 用 来 解释 离子 进出 生物 膜 的 。 大 分 子 物 质 的 跨 膜 运送 用 细胞 的 外 排 、 内 吞 、 信 号 肽 和 导 肽 来 解释 。 细胞 识别 用 受 体 理 论 来 解释 ， 在 激素 作用 机 理 中 已 讨论 。 8.2 生物 氧化 生物 氧化 研究 生物 体 中 水 的 生成 ， 即 脱 下 来 的 氢 如 何 同 吸入 氧 结合 成 水 并 合 成 ATP。 -. Sr 8.2.1 生物 氧化 的 物理 化 学 基础 氧化 还原 电 势 ”氧化 的 三 种 方式 - 脱 氢 、 加 氧 和 失 电子 归根 结 底 是 失 电子 。 能 供电 子 的 物质 叫 还 原 剂 ， 能 获得 电子 的 物质 叫 氧化 剂 。 和 标准 电极 一 标准 氢 电 极 做 对 照 ， 使 各 种 物质 的 得 失 电子 能 力 有 了 一 个 比较 一 -标准 电动 势 。 比 标准 氢 电 极 的 电动 势 (规定 为 零 ) 小 时 ， 该 物质 的 标准 电动 势 为 负 值 ， 表 明 该 物质 易 失 电子 ; 相反 则 表明 该 物质 易 得 电子 。 利用 氧化 - 还 原 电势 求 自由 能 “公式 为 - AG* = nAE"F， 其 中 下 为 法 拉 ， 第 常数 ， 等 于 96485C/mol, n 为 氧化 -还 原 反应 中 传递 的 电子 数 。 利用 氧化 -还 原 电势 求 平衡 常数 ”公式 为 : AE*=2.3 SiigkKeg (反应 物 和 产物 均 为 1 摩尔 ) [ AS |? EE + BRI eae 氧化 -还 原 电势 从 理论 上 为 生物 氧化 中 电子 在 生物 膜 上 的 传递 方向 判定 和 ATP 生成 能 量 转化 机 理 提供 了 一 个 途径 。 但 实际 的 情况 仍 需 用 实验 来 证 实 ; 已 知 的 事实 表明 生物 氧化 机 理 甚 为 复杂 ， 至 今 仍 是 生物 化 学 中 的 一 个 难题 8.2.2 线粒体 的 结构 一 一 生物 氧化 的 细胞 学 基础 线粒体 是 生物 氧化 的 场所 ， 叶 绿 体 是 线粒体 反 向 作用 场所 ， 初 步 认为 二 者 作 用 的 机 理 是 类 似 的 。 叶 绿 体 的 光 收 集 作 用 与 生物 氧化 相对 独立 ， 但 能 量 转化 的 原 理 仍 有 共同 之 处 。 ARRAS. ARAB, HT ARR. ARPA See 化 相关 的 各 种 酶 和 因子 。 呼 吸 进行 时 ， 内 膜 分 隔 的 基质 有 体积 和 结构 的 变化 。 大 量 实验 证 实 ， 氧 化 磷酸 化 是 在 内 膜 进行 的 ， 对 于 原核 生物 说 来 是 在 和 项 膜 上 进行 的 。 8.2.3 和 氧化 磷酸 化 要 点 呼吸 链 是 电子 传递 链 。 呼吸 链 的 组 分 是 分 别 研究 得 出 的 ，NAD 呼吸 链 比 FAD 呼吸 链 多 形成 一 分 子 ATP. OF OR Ge PAY A OPE A dE — A FE, ARTWORK A SHAR. OF - 114 > 组 分 的 氧化 -还 原 电 势 ， 此 值 越 负 ， 越 朝 前 排列 ; OTP BBA; @@ 分 光 光 度 法 测 定 完整 呼吸 链 各 组 分 的 氧化 -还 原 态 。 一 对 电子 经 呼吸 链 传递 至 氧 可 生成 的 ATP BORA: @@ 根 据 相 邻 的 组 分 氧化 - 还 原 电 势 差 ， 折 算 求 得 全 G”， 接 近 一 分 子 ATP->ADP 释放 能 量 者 相当 于 有 一 个 Ki. @P/O 比值 法 。 一 对 电子 在 呼吸 链 中 传递 至 氧 可 生成 的 ATP 数 等 于 所 需 的 无 机 磷 原 子 数 。 但 无 论 有 多 少 ATP 生成 或 消耗 多 少 无 机 磷 原 子 ， 需 氧 的 原 子 数 总 是 等 于 1。@ 专 一 性 抑制 剂 法 。 用 电子 传递 抑制 剂 可 以 定点 抑制 电子 在 呼 吸 链 中 传递 ， 进 而 判定 电子 传递 的 顺序 。 用 解 偶 剂 可 以 使 氧化 磷酸 化 偶 联 定点 解 除 ， 由 此 可 知 偶 联 位 和 数目 。 以 NAD 为 辅酶 的 脱氧 酶 不 等 于 是 NAD 脱 氢 酶 ， 前 者 催化 底 物 脱氧 ，NAD 被 还 原 ， 后 者 催化 NADH, 氧化 。 其 他 辅 基 、 和 辅酶 的 类 似 问 题 同 理 ， 二 者 不 可 混 Bo 细胞 色素 aas 是 细胞 色素 中 可 将 电子 传递 给 氧 的 组 分 ， 所 以 又 叫 细胞 色素 氧 (he, UMA LAMAR A 和 两 个 铀 原子， 明显 不 同 于 其 他 细胞 色素 。 一 些 常见 的 电子 传递 抑制 剂 、 解 偶 剂 很 重要 ， 不 仅 有 助 于 生物 氧化 的 深入 理 解 ， 而 且 在 中 毒 与 解毒 、 药 物 作 用 机 理 、 生 物 大 分 子 相互 作 用 、 基 因 表 达 调 控 等 方面 要 经 常 应 用 这 些 知识 。 氧化 磷酸 化 解释 ATP 如 何 生成 的 问题 ， 已 知 有 底 物 水 平和 电子 传递 式 两 种 。 电子 传递 式 又 分 为 线粒体 电子 传递 和 叶绿体 光合 磷酸 化 两 种 ， 前 者 通过 底 物 脱氧 后 获得 可 传递 电子 ， 后 者 在 光 的 推动 下 从 水 中 获得 可 传递 电子 。 电子 传递 式 氧化 磷酸 化 的 作用 机 理 中 最 主要 的 理论 是 化 学 渗透 学 说 。 此 学 说 的 要 点 是 : @ 递 氢 体 和 递 电子 体 在 膜 上 相间 排列 。@ 递 氢 体 有 H RE, Be HH 通过 半 透 膜 蔷 人 内 膜 和 外 膜 之 间 的 间隙 中 。 因 内 膜 不 能 自由 通过 H* ， 由 此 导致 电位 差 的 形成 。 这 是 ATP 生成 的 动力 。@@ 当 百 * 沿 内 膜 专 一 通道 再 次 向 内 侧 穿 人 时， 其 电位 差 推 动 ADP 转变 为 ATP， 机 理 待 究 。 线粒体 内 膜 的 电位 差 是 外 正 内 负 ， 叶 绿 体 内 膜 是 外 负 内 正 ， 二 者 相反 。 = BE: Be Timi 9.1 代谢 调节 的 方式 和 水 平 代谢 调节 的 水 平 有 三 种 ， 第 一 是 细胞 水 平 ， 第 二 是 激素 水 平 ， 第 三 是 神经 水 平 。 细 胞 水 平 的 调节 主要 是 酶 的 调节 〈 酶 量 、 酶 活性 、 区 域 化 )。 激 素 的 调节 在 细胞 之 间 进 行 ， 调 节 同 一 反应 有 正 向 和 负 向 两 种 方式 ， 前 者 使 代谢 加 强 ， 后 者 使 代谢 削弱 。 激 素 调 节 有 激素 的 量 、 激 素 之 间 的 比例 、 激 素 和 受 体 之 间 有 效 作 用 、 激素 的 传输 等 调节 环节 。 神 经 调节 以 整体 协调 为 特点 ， 通 过 激素 、 酶 或 直接 对 需 官 和 组 织 的 代谢 进行 调节 。 酶 、 激 素 和 神经 递 质 及 其 他 调节 因素 相 比较 ， 所 有 的 调节 方式 都 是 由 酶 来 实 现 。 激 素 、 神 经 调节 通过 不 同 的 细胞 、 不 同 器 官 和 组 织 的 多 种 相关 酶 一 起 进行 调 节 。 而 酶 的 含量 、 寿 命 、 活 性 大 小 与 基因 调节 密切 相关 。 基 因 调 节 可 使 某 种 酶 从 无 到 有 ， 也 可 以 从 有 到 无 ， 所 以 基因 调节 是 最 根本 的 调节 。 只 有 彻底 、 系 统 地 了 解 基因 调节 的 机 理 ， 才 能 对 代谢 调节 有 根本 的 认识 。 生 命 活动 的 根本 特点 是 自我 调节 。 9.2 酶 水 平 的 调节 酶 的 调节 作用 通过 酶 量 、 酶 活性 、 区 域 化 三 种 方式 进行 。 由 于 基因 表达 调控 让 识 水 平 有 限 ， 酶 量 的 调节 了 解 得 不 多 。 原 核 生物 酶 的 诱导 与 阻 遏 的 认识 比 起 真 核 生 物 要 深刻 的 多 。 真 核 生 物 细 胞 的 区 域 化 使 酶 的 分 布 受 生物 膜 系统 的 分 隔 ， 从 而 把 代谢 调节 和 膜 的 作用 联系 起 来 。 目 前 酶 的 调节 作用 以 酶 活性 的 调节 了 解 得 最 多 。 9.2.1 酶 量 的 调节 一 种 酶 的 量 最 少 到 含量 几乎 为 零 ， 最 多 到 使 其 催化 的 反应 速度 达到 最 大 的 所 需 酶 量 。 如 果 某 一 细胞 或 生物 体 中 原 有 某 种 酶 随后 逐渐 消失 了 ， 一 般 而 言 是 因为 这 种 酶 的 基因 表达 停止 了 。 如 果 某 一 细胞 或 生物 体 中 某 一 时 期 新 出 现 了 某 种 酶 ， 这 是 因为 该 酶 的 基因 由 关闭 状态 转向 打开 。 如 果 某 种 酶 的 基因 一 直 在 表达 ， 而 这 种 酶 的 量 却 逐 渐 下 降 ， 可 能 是 这 种 酶 的 降解 加 速 了 ， 或 者 这 种 酶 所 需 的 辅 因 子 缺 - 116 ， 少 而 使 这 种 酶 的 组 装 无 法 彻底 完成 或 酶 原 转化 为 酶 的 过 程 受 阻 。 在 这 几 种 情形 中 ， 以 与 基因 表达 的 调节 有 关 的 酶 量 调控 研究 得 最 多 。 当 然 基因 表达 的 产物 不 仅 仅 是 酶 ， 还 有 其 他 的 蛋白 质 和 核酸 等 。 9.2.2 原核 生物 基因 表达 的 调节 原核 生物 基因 表达 调节 以 1960 一 1961 年 提出 乳糖 操纵 子 模 型 为 代表 。 Jacob 和 Monod 等 对 大 肠 杆菌 乳糖 发 酵 过 程 酶 的 诱导 合成 及 各 种 突变 型 研究 之 后 ， 提 出 了 操纵 子 模型 。 细 菌 在 含有 葡萄 糖 的 培养 基 中 生长 优先 利用 和 葡萄糖， 只 有 当 葡 萄 糖 耗 尽 并 经 一 停滞 期 之 后 才 利 用 乳糖 ， 这 就 是 所 谓 的 葡萄 糖 效应 。 这 是 由 于 葡萄 糖 的 降解 物 抑 制 了 乳糖 代谢 相关 酶 的 基因 指导 mRNA 合成 。 葡 萄 糖 的 哪 种 降解 物 起 这 种 作用 至 今 不 清楚 ， 初 步 认为 与 降低 cAMP WK FAK. 培养 基 中 葡萄 糖 耗 尽 时 ， 乳 糖 既 是 底 物 又 是 诱导 物 的 前 体 。 经 B- 半 乳糖 酶 作用 将 乳糖 〈 葡 萄 糖 - 1，4 ESLER) 转变 为 异 构 化 的 乳糖 〈 葡 萄 糖 - 1，6 - 半 乳 糖 ) 。 异 构 半 乳糖 和 乳糖 代谢 相关 酶 基因 的 阻 巡 物 结合 ， 改 变 了 这 种 阻 遏 物 的 空间 结 构 ， 使 其 不 能 和 乳糖 代谢 相关 酶 的 基因 结合 ， 从 而 打开 了 该 基因 。 这 里 必须 注意 3, 半 乳 糖 异 构 化 所 需 的 B- 半 乳糖 酶 之 所 以 一 直 有 少量 存在 ， 说 明 该 基因 的 关 闭 是 相对 的 。 操纵 子 模型 的 核心 是 对 原核 生物 基因 的 划分 。 该 模型 将 原核 生物 基因 分 为 结 构 基 因 一 一 指导 酶 和 蛋白 质 表 达 产 物 的 合成 、 操 纵 基 因 一 一 负责 结构 基因 的 “Fr A SR", 启动 基因 〈 局 动 子 ) 一 一 结合 转录 酶 和 起 动 转录 、 调 节 基 因 一 一 负责 调节 物质 如 阻 遏 蛋白 的 合成 。 一 个 操纵 子 包括 全 部 相关 的 结构 基因 、 操 纵 基 因 、 启 动手 和 调节 基因 ， 形 成 一 个 基因 表达 的 控制 单位 。 后 来 十 余年 的 基因 结构 分 析 证 实 并 丰富 了 这 一 模型 。 继 乳糖 操纵 子 之 后 ， 又 发 现 了 色 氨 酸 操纵 子 、 半 乳糖 操纵 子 、 阿 拉 伯 糖 操纵 子 、 组 氨 酸 操纵 子 、rRNA 操纵 子 等 。 不 仅 如 此 ,通过 对 各 种 操纵 子 一 级 结构 的 分 析 和 多 种 原核 生物 全 部 DNA 的 测序 ， 同 时 发 现 了 衰减 子 、 多 启动 子 等 新 的 调节 转录 的 基因 ， 从 而 肯定 了 操纵 子 模型 ， 使 原核 生物 基因 表达 调控 的 转录 水 平 调控 有 了 根本 突破 。 现 在 操 纵 子 模型 已 经 用 于 基因 工程 。 虽然 用 乳糖 操纵 子 可 以 说 明 操纵 子 模型 ， 但 要 全 面 深入 了 解 原核 生物 基因 表 达 调 控 ， 其 他 操纵 子 也 要 有 一 定 了 解 ， 但 只 需 对 照 乳 糖 操纵 子 ， 注 意 每 种 操纵 子 的 特点 即 可 。 乳糖 操纵 子 ”这 个 操纵 子 有 Z、Y、A 三 个 结构 基因 。 转 录 时 形成 同一 条 mRNA。 三 个 结构 基因 分 别 代表 B- 半 乳糖 苷 酶 、B- 半 乳糖 背 透 性 酶 、? 一 半 乳 糖 音 转 乙酰 酶 。 结 构 基 因 的 上 游 紧 接着 为 操纵 基因 ， 其 次 是 启动 子 ， 再 往 前 是 调节 ' 117 基因 。 操 纵 基 因 是 阻 遏 物 结合 位 点 ， 调 节 基 因 是 阻 遏 物 合成 基因 。 已 知 启动 子 区 82bp 长 ， 处 于 -82 一 +1 (区 )， 其 中 -67 一 -5S2 为 cAMP-CAP RAD (分 解 代谢 活化 蛋白 ) 结合 区 。 阻 遇 物 结合 区 (OK) 在 -7 一 +28， 此 区 平时 被 阻 遏 蛋白 结合 ， 经 诱导 后 才 打 开 。 调 节 基 因 是 单一 的 转录 单位 ，mRNA 翻译 后 可 得 到 347 个 残 基 的 多 肽 ， 形 成 4 聚 体 后 成 为 有 活性 的 阻 过 蛋白 。 阻 遏 蛋 白 中 螺旋 化 的 氨基 酸 基 伸 人 到 DNA 的 大 沟 中 并 与 碱 基 形 成 氢 键 。 色 氢 酸 操纵 子 “乳糖 操纵 子 是 可 诱导 操纵 子 ， 色 氨 酸 操纵 子 则 为 阻 遇 操纵 子 。 正 常情 况 下 ， 色 所 酸 操 纵 子 是 “ 开 ” 着 的 。 当 培养 基 中 添加 色 氢 酸 或 色 氨 酸 合成 量 过 大 时 ， 这 一 操纵 子 关 闭 。 负 责 色 氨 酸 合成 的 5 种 酶 的 结构 基因 紧密 联 锁 ， 转 录 时 形成 一 条 mRNA 分 子 。5 HMA ABABA RRA MM (trpE)、 邻 氨基 葵 甲 酸 焦 磷酸 转移 酶 (trpD)、 邻 氨基 葵 甲 酸 异 构 酶 (trpC)、 色 氨 酸 合成 BY (trpB) AIS|"HYH- 3 -磷酸 合成 酶 (trpA)。trpE 的 上 游 近邻 启动 子 区 和 操 纵 子 区 ， 调 节 基 因 (trpR) 处 于 染色 体 90 分 区 域 。 另 外 一 个 行使 调节 的 基因 在 65 分 区 ， 叫 做 ttpS， 这 个 基因 是 色 氮 酸 了 NA 合成 酶 基因 。trp 也 参加 操纵 子 的 调节 ， 操 纵 子 有 前 导 区 和 衰减 子 区 (TrpL，TrpA)。 色 氢 酸 操纵 子 的 调节 基因 实 hx LAD (TrpL, TrpA, TrpR, TrpS). TrpL 162bp 长 ， 转 录 形 成 的 mRNA 和 结构 基因 mRNA 相连 且 处 于 $ 端 。TrpL 的 mRNA 的 碱 基 组 成 很 特殊 ， 它 的 4 个 区 段 可 以 两 种 方式 形成 局 部 配对 而 产生 两 种 葵 - 环 结构 ， 配 对 的 部 分 成 莹 ， 不 能 配对 的 部 分 成 环 。 另 外 ，TrpL 中 有 两 个 相 邻 的 色 氨 酸 密码 子 ， 翻 译 时 对 tR- NA". trp 的 浓度 敏感 ， 当 色 氮 酸 浓度 很 低 时 ，tRNAZ 的 负载 减少 ， 翻 译 时 核糖 体 通过 这 两 个 色 所 酸 密码 子 的 速度 减 慢 ; 当 色 氨 酸 浓度 高 时 ， 核 糖 体 可 顺利 通过 两 个 相 邻 的 色 氨 酸 密码 子 ， 由 于 trpL 的 mRNA 的 1、2、3、4 四 个 区 之 间 的 配 对 出 现 1 和 2，3 和 4 形成 的 荃 - 环 结构 时 只 有 3 和 4 形成 的 荃 = 环 结 构 能 使 RNA 聚合 酶 作用 终止 ， 而 高 浓度 色 氮 酸 时 才能 形成 3 和 4 之 间 的 荃 - 环 终止 转 录 结 构 ， 故 高 浓度 时 转录 终止 在 3 和 4 之 间 的 荃 - 环 结构 之 前 。 同 理 ， 低 浓度 色 ARM 3 和 4 之 间 的 葵 - 环 结构 不 能 形成 ， 转 录 可 继续 进行 。 这 一 调节 过 程 叫做 衰减 作用 或 弱化 作用 ，trpL 被 叫做 误 减 子 或 弱化 子 。 色 氮 酸 操纵 子 另 外 一 种 调节 方式 为 阻 过 。trpR 的 产物 为 辅 阻 遏 蛋白 。 当 有 色 氮 酸 时 ， 辅 阻 遇 蛋白 才能 与 色 氨 酸 结合 并 形成 能 与 操纵 基因 相 结 合 的 活性 阻 遏 蛋白 。 衰减 式 调控 为 trp 操纵 子 的 细 调 控 ， 阻 遏 蛋白 的 调控 为 粗 调 控 。 SAAR. HAR. ZAR. PRAM, RARAKEA PMHERMT. 两 种 调节 系统 同时 存在 的 原因 至 今 不 清楚 。 半 乳 糖 操 纵 子 前面 两 种 操纵 子 的 启动 子 只 有 一 个 ， 半 乳糖 操纵 子 有 两 个 启动 子 、 两 个 操纵 基因 ， 调 节 基 因 远 离 结构 基因 。 “" Tio~° 大 肠 杆 菌 的 半 乳 糖 操纵 子 有 三 个 结构 基因 : 异 构 酶 (golE). “FFLHE— BEM 尿 喀 啶 核 苷 转移 酶 (galT)、 半 乳糖 激酶 (galK)。 三 个 酶 作用 的 最 终 产物 是 葡萄 糖 - 工 -磷酸 。 调 节 基 因为 galR。 一 个 操纵 基因 在 -67~ -33 处 ， 一 个 处 于 结构 基因 galE 内 部 。 两 个 启动 子 相 互 重 于 。 启 动 子 1 在 有 葡萄 糖 时 不 起 始 转录 ， 启 动 子 2 恰好 相反 。 因 此 在 有 葡萄 糖 时 ，gal 操纵 子 能 够 表达 。 为 什么 半 乳 糖 操纵 子 需要 两 个 启动 子 ? 这 与 半 乳 糖 的 双重 作用 有 关 。 半 乳糖 可 以 作为 细菌 的 碳 源 ， 另 一 方面 UDPGal 又 是 合成 细菌 细胞 壁 的 一 个 重要 前 体 。 无 半 乳 糖 时 ， 细 菌 必须 将 自己 的 UDPGle 在 半 乳 糖 异 构 酶 〈 基 因为 galE) 作用 下 转变 成 UDPGal。 因 而 细菌 必须 在 低 水 平 下 不 断 地 合成 galE 的 表达 产物 一 一 半 乳 糖 异 构 酶 ， 这 正好 是 启动 子 2 所 能 启动 的 ， 它 不 因 有 葡萄 糖 而 被 关闭 。 调节 基因 的 表达 产物 可 扩散 ， 故 和 结构 基因 的 距离 远近 无 关 紧 要 。 gal 操纵 子 的 诱导 物 主要 是 半 乳 糖 。 阿拉 伯 糖 操纵 子 也 为 可 诱导 型 。 其 最 大 特点 是 调节 基因 araC 的 表达 产物 同 时 具有 正 负 两 种 调节 作用 。 这 是 由 于 此 种 蛋白 质 有 两 种 异 构 体 ，Pr 和 Pi。Pr 起 REGS EFA, Pi 起 诱导 作用 。 两 种 异 构 体 和 阿拉 伯 糖 如 何 诱 变 尚 不 清楚 。 RNA 操纵 子 有 两 个 启动 子 ， 第 一 启动 子 为 强 启动 子 ， 第 二 启动 子 为 弱 启 动 子 。 2 核糖 体 蛋 白 SI 操纵 子 有 4 个 启动 子 ， 前 两 个 为 强 启动 子 ， 后 两 个 为 弱 启 动 子 。 Dna 蛋白 操纵 子 有 三 个 启动 子 ， 也 有 强 弱 之 别 。 随 着 原核 生物 基因 表达 调控 研究 的 继续 深入 ， 会 有 更 多 的 操纵 子 被 发 现 ， 操 纵 子 的 详细 结构 也 会 不 断 被 揭示 ， 但 基本 的 内 容 为 : 中 操纵 子 的 基因 组 成 和 基因 结构 ; @O 各 种 基因 的 位 置 、 大 小 数目 和 彼此 之 间 的 关系 ; 回 操纵 子 内 部 调节 的 机 理 ; 外 调节 物 的 结构 。 通过 比较 ， 可 以 从 中 找 出 每 种 操纵 子 的 特点 。 熟 悉 了 乳糖 操纵 子 和 色 氢 酸 操 纵 子 两 个 代表 性 的 操纵 子 ， 其 他 操纵 子 只 需 知道 不 同 点 即 可 。 原核 生物 基因 表达 调节 研究 的 另外 一 方面 是 病毒 。 通 过 对 病毒 的 基因 表达 调 控 深 入 了 解 ， 人 们 发 现 了 原核 生物 基因 表达 的 另外 一 种 方式 一 一 时 序 调控 。 时 序 调控 揭示 了 原核 生物 基因 表达 的 先后 顺序 ， 即 随 着 不 同 的 生活 时 期 、 生 活 习性 ， 成 套 基因 有 顺序 的 表达 。 这 一 特点 ， 对 于 真 核 生物 基因 调控 有 重要 参考 价值 。 多 细胞 、 高 度 分 化 的 真 核 生物 从 发 育 到 成 熟 直 至 死亡 ， 历 经 明显 不 同 的 生活 阶段 ， 所 处 的 生活 内 外 环境 不 断 变化 ， 必 然 存在 一 种 高 级 的 时 序 调 控 方 式 。 已 知 的 原核 生物 时 序 调控 有 三 种 方式 : 中 用 新 的 蛋白 质 因 子 代 替 RNA 聚合 酶 原来 的 蛋白 质 因子 ， 使 RNA 聚合 酶 在 自身 不 变 的 情况 下 识别 新 的 启动 子 ; @ 合成 新 的 RNA 聚合 酶 ， 启 用 新 的 启动 子 ; @@ 合 成 新 的 调控 因子 ， 改 变 RNA 聚 .119 - 合 酶 转录 终止 子 的 终止 位 点 。 8 因子 控制 的 时 序 调控 ”细菌 仅 一 种 RNA 聚合 酶 ， 而 8 因子 不 仅 一 种 ， 如 大 肠 杆 菌 除 了 30 外， 又 发 现 了 882， 专 门 识别 17 种 热 休 克基 因 启 动 子 5。 MB. subtills 中 已 发 现 至 少 7 种 8 因子， 这 些 $ 因 子 在 生活 史 的 不 同 阶段 发 挥 作 用 RNA 聚合 酶 控制 的 时 序 调控 1T 鸣 菌 体 的 生长 周期 中 早晚 有 不 同 的 RNA 聚合 酶 。 早 期 使 用 寄主 大 肠 杆菌 的 RNA 桶 合 酶 ， 此 时 开动 的 基因 提供 自身 复制 所 需 的 蛋白 质 。 晚 期 使 用 自身 编码 的 RNA RAM, Fa 17 种 晚期 基因 。 这 些 基 因 编 码 的 复制 所 需 的 酶 和 噬菌体 颗粒 的 结构 蛋白 及 抑制 寄主 RNA 聚合 酶 的 物质 。T7 叹 菌 体 进入 寄主 所 需 的 时 间 较 长 ， 达 10 分 钟 ， 而 一 般 叹 菌 体 侵 染 需 1 分 钟 。T7 WBE ER DNA 缓慢 进入 寄主 细胞 是 基因 时 序 控 制 表 达 的 重要 原因 和 和 手 段 。 新 的 蛋白 质 因 子 控制 的 时 序 表 达 ”入 叭 菌 体 进 入 大 肠 杆菌 后 ， 可 以 有 两 种 情况 : 第 一 种 是 和 - DNA 整合 到 细菌 染色 体 上 并 随 染色 体 DNA 一 起 复制 呈 这 种 整合 有 鸣 菌 体 基 因 的 细菌 称 为 溶 原 细菌 ， 这 一 过 程 称 为 溶 原 途 径 。 溶 原 细 菌 二 般 不 再 被 噬菌体 感染 ， 此 现象 称 为 免疫 性 。 进 入 细菌 内 的 和 =- DNA 如 果 不 整 合 进 寄 主 染色 体 中 ， 而 是 利用 寄主 的 条 件 进 行 复制 ， 最 终 使 宿主 裂解 而 死亡 ， 这 一 过 程 称 为 溶菌 途径 。 溶 原 性 细菌 在 一 定 条件 下 可 转变 为 溶菌 ， 实 现 这 一 过 程 叫做 诱 AWAY DNA 呈 双 链 线 状 ，48.5kb， 全 部 序列 已 知 。 两 条 链 都 有 遗传 纺 码 ，R 链 向 右 转录 ，L 链 向 左 转录 ， 共 有 4 个 操纵 子 : 阻 遏 蛋白 操纵 子 是 入 - 基 因 组 的 总 控 区 ; 早 左 操纵 子 编码 与 细菌 DNA BA, BA, BIBS AHR; 早 右 操纵 子 编码 与 X- DNA 复制 有 关 的 基因 ; 晚期 操纵 子 与 溶菌 有 关 。 入 =- 鸣 菌 体 并 没有 编码 RNA 聚合 酶 的 基因 ， 而 是 对 宿主 的 RNA 聚合 酶 进行 抗 终止 性 的 修饰 。 和 -噬菌体 有 6 个 启动 子 ， 有 两 个 负责 向 左 和 右 转 录 ， 有 两 个 仅 负责 向 左 转录 ， 有 两 个 仅 负责 向 右 转 录 。 和 》- 鸣 菌 体 有 三 个 调节 基因 ，N、Cro fl, NE 白质 抗 终止 子 tL、tRI 和 ttR，6 和 蛋白 抗 终止 tRy, Cro HAN CI 和 Cro 基因 的 转 录 起 负 调 控 作 用 。CI 蛋白 抑制 与 DNA 复制 、 成 熟 和 裂解 有 关 基 因 的 转录 ,使 入 史 菌 体 处 于 溶 原状 态 ， 是 一 种 阻 过 蛋白， 由 两 个 相同 的 亚 基 (236 个 残 基 ) 组 Bi. Cro 蛋白 由 66 个 残 基 组 成 ， 为 二 聚 体 。 入 -噬菌体 的 基因 表达 时 序 调控 的 主要 途径 是 抗 终止 子 ， 即 抑制 5 (rho) 因 子 的 作用 。 这 是 理解 入 - 叹 菌 体 基因 表达 时 序 调控 的 关键 。 正 常 终止 被 抑制 ， 便 会 出 现 通读 ， 通 读 进 行 到 一 定 部 位 后 终止 ， 被 转录 的 基因 增多 。 具 有 抗 终止 子 作 用 的 因子 为 调节 基因 N 和 0 编码 的 PN 和 0 和 蛋白。PN 蛋白 使 早期 转录 越过 依赖 于 o 因 子 的 三 个 终止 子 (tLI、tR,、tR3) 而 进入 晚 、 早 期 基因 转录 ， 晚 早期 转 录 使 另 一 个 抗 终止 子 蛋白 的 调节 基因 8 被 转录 ， 其 表达 产物 为 6 蛋白 。0 蛋 自 使 ¢ 220-- 晚 、 早 期 转录 越过 tR4 而 使 得 转录 进入 晚期 。 早 期 转录 一 晚 早 期 转录 一 晚期 转录 三 个 阶段 完成 之 后 ， 入 - 鸣 菌 体 的 裂解 周期 完成 。 目 前 所 谓 的 入 - 喉 菌 体 基因 表达 调控 是 针对 裂解 周期 的 完成 而 言 的 ， 而 溶 原 过 程 目 前 了 解 的 不 多 。 已 知 的 入 - 鸣 菌 体 溶 原 过 程 是 用 入 - 叭 菌 体 的 两 个 阻 遇 物 CI 蛋白 和 Cro H&A 来 说 明 的 。CI 蛋白 和 左 、 右 向 操纵 基因 结合 ， 使 入 - 叭 菌 体 DNA 不 能 转录 ， 而 且 使 再 次 进入 溶 原 菌 的 新 的 入 -噬菌体 不 能 复制 ， 从 而 获得 免疫 性 。Cro 和 蛋白 对 CI 基因 转录 进行 抑制 ， 阻 止 CI 蛋白 的 合成 ， 使 溶 原状 态 消除 而 进入 裂解 状态 。 CI 和 蛋白 和 Cro 蛋白 的 浓度 比 与 入 -噬菌体 在 宿主 中 以 溶 原 还 是 溶菌 状态 密切 相 关 。 当 用 紫外 线 等 因素 使 CIARA, AWE AEA PRA. 原核 生物 转录 后 的 调控 已 知 原核 生物 基因 表达 调控 以 转录 水 平 为 主 ， 但 转录 后 的 调控 仍然 是 应 当 考 虑 的 。 比 较 肯 定 的 转录 后 调控 有 以 下 几 种 方式 : OFF 有 密码 子 对 翻译 的 调控 。 原 核 生 物 利 用 稀有 密码 子 编码 需要 量 较 少 的 表达 产物 ， 尽管 这 些 表达 产物 和 需要 较 多 的 表达 产物 同 处 一 个 操纵 子 ， 但 由 于 细胞 内 对 应 于 ” 黎 有 密码 子 的 tRNA 较 少 ， 从 而 限制 了 这 些 蛋 白质 的 合成 。 大 肠 杆 菌 的 编码 RNA 引物 酶 的 DnaG 基因 序列 内 含 较 多 的 稀有 密码 子 。@ 反 义 RNA 的 调控 作 Fa, RX RNA 248 5 98 RNA 是 有 互补 序列 的 调控 RNA。 反 义 RNA 通常 和 rRNA ff) SD 序列 、 起 始 密码 子 AUG AN 端的 部 分 密码 子 相 结合 ， 从 而 抑制 了 mRNA 的 翻译 。 反 义 RNA 也 可 使 转录 提前 终止 。 反 义 RNA 调控 作用 见于 大 肠 杆菌 中 与 渗透 性 有 关 的 外 膜 孔 蛋白 合成 调节 。 其 中 起 调节 作用 的 是 一 个 174 残 基 长 的 RNA。 回 魔 斑 核 苷 酸 水 平 的 调节 作用 。 大 肠 杆菌 营 养 缺 陷 型 研究 发 现 缺 乏 氨基 酸 时 ， 鸟 苷 四 磷酸 (PPGpp) 和 乌 苷 五 磷酸 (PPPGp) 合成 。 这 两 种 化 合 物 在 层 析 时 检 出 的 斑点 称 为 魔 斑 ， 这 是 由 空 载 的 tRNA 和 和 核糖 体 无 效 结合 ， 致 使 肽 链 延 伸 所 需 的 GTP 被 转化 成 这 两 种 物质 。 这 两 种 物质 的 合成 警告 细胞 抑制 核 糖 体 和 其 他 大 分 子 合 成 ， 活 化 缺乏 的 氨基 酸 的 操纵 子 转录 表达 。 科 学 上 的 所 谓 细 胞 的 严 紧 控制 实际 上 就 是 一 种 应 急 的 反应 ，ppGpp 与 此 有 关 。 9.2.3 真 核 生 物 基 因 表 达 调 控 大 量 研 究 表明 ， 真 核 生 物 基因 表达 仍 以 转录 水 平 为 主 。 对 大 多 数 真 核 生 物 说 来 ， 在 特定 时 间 、 特定 的 细胞 激活 特定 的 基因 是 基因 表达 调控 的 关键 和 核心 这 一 点 类 似 于 原核 生物 的 时 序 调 控 。 由 于 至 今 尚 不 能 完全 肯定 真 核 生 物 有 无 原核 生物 那样 的 操纵 子 ， 加 之 真 核 生 物 DNA 序 列 的 测定 还 不 能 像 原 核 生物 那样 全 面 和 详细 ， 真 核 生 物 的 基因 组 分 布 在 数 条 DNA 分 子 上 ，mRNA 呈 单 顺 反 子 ， 富 有 重复 序列 ， 转 录 后 加 工 复杂 等 ， 真 核 生 物 基因 表达 调控 的 知识 还 较 零 散 和 浮 浅 。 目 前 尚 不 能 从 某 一 个 方面 做 出 肯 - (Oi - 定 和 较 全 面 地 解释 。 DNA 水平 的 调控 包括 基因 丢失 、 基 因 扩 增 、 基 因 重 排 和 变换 ， 真 核 生 物 DNA 在 分 化 和 发 育 过 程 中 出 现 的 不 可 逆 变 化 有 可 能 来 自 这 些 原因 。 顺 式 作用 元 件 的 调控 顺 式 作用 元 件 是 指 真 核 基 因 中 具有 调控 作用 的 特定 DNA 序列 ， 如 增强 子 、 类 增强 子 、Britten 和 Dauideon 1969 年 提出 的 感受 激素 等 信和 号 分 子 的 传 感 基因 ( 它 类 似 于 原核 生物 的 cAMP-CAP 结合 位 点 入 启动 子 等 ， 这 些 特定 序列 以 自身 的 序列 结构 和 空间 构象 发 挥 调 节 作 用 ， 或 者 和 反 式 作用 元 件 一 起 发 挥 作用 。 反 式 作用 元 件 的 调控 如 启动 子 区 结合 蛋白 、 具 有 和 锌 指 结构 的 TFImA & 白 、 热 休克 蛋白 (HSP) 、 激 素 等 ， 反 式 作 用 元 件 和 顺 式 元 件 相 结合 而 发 挥 作用 。 翻译 水 平 的 调控 真 核 生 物 核 糖 体 对 第 一 个 起 始 码 子 AUG 的 扫描 式 辨 认 用 来 解释 为 什么 真 核 生物 核糖 体 不 能 同时 合成 一 组 相关 的 和 蛋白质 。mRNA 的 了 帽子 结构 可 以 提高 mRNA 的 翻译 效率 。mRNA 5 先导 序列 (由 帽子 到 起 始 码 之 AS RAP) 的 一 般 结 构 可 能 与 翻译 起 始 位 点 识别 有 关 。 翻译 后 蛋白 质 的 加 工 成 熟 ”这 部 分 内 容 在 蛋白 质 生 物 合成 中 已 涉及 ， 在 此 作为 一 种 调节 方式 来 重新 理解 。 多 肽 的 切割 与 蛋白 质 分 泌 和 有 蛋白质 的 活化 有 关 ， 除去 信号 肽 和 使 酶 原 转化 为 酶 是 已 知 最 基本 的 切割 。 多 肽 的 化 学 修饰 包括 酯 化 、 糖 基 化 。 多 肽 的 剪接 不 是 从 一 端 或 某 一 位 点 的 切割 或 修饰 ， 而 是 肽 片段 之 间 的 重 排 。 9.3 激素 调节 激素 不 仅 存在 于 动物 ， 而 且 存 在 于 植物 ， 不 仅 存 在 于 动物 的 内 分 洲 系 统 ， 而 且 存在 于 其 他 系统 的 组 织 中 。 激素 有 两 方面 的 调节 作用 ， 同 一 激素 可 使 某 些 代谢 加 强 ， 使 另 一 些 代 谢 减 弱 。 激 素 的 双向 作用 是 由 于 受 体 不 同 而 产生 的 。 有 的 激素 受 体 在 膜 上 ， 有 的 激素 受 体 不 在 膜 上 。 9.3.1 生物 信息 生物 信息 有 两 类 ， 一 类 是 遗传 信息 ， 一 类 是 来 自 细胞 外 的 信号 。 细 胞 外 信和 号 分 子 有 两 大 类 ， 一 类 是 省 体 激素 ， 另 一 类 是 蛋白 质 、 肽 和 生物 胺 等 。 细 胞 内 的 信 号 分 子 称 作 第 二 信使 。 有 CAMP, Ca?*, IP3, DG. cGMP 等 。 细 胞 外 信号 分 子 相当 于 第 一 信使 。 信和 号 分 子 起 作用 首先 要 和 受 体 结合 。 受 体 分 为 膜 受 体 和 胞 内 受 体 。 信 和 号 分 子 “ae 和 受 体 作 用 有 专 一 性 、 饱 和 性 、 可 逆 性 、 可 置换 性 和 放大 性 。 已 知 的 受 体 有 四 类 : 离子 通道 ”如 烟 碱 型 乙酰 胆 碱 受 体 (N SOIR), Y- 氨 基 丁 酸 受 体 (GABA 受 体 )、 甘 氨 酸 受 体 等 ， 均 属 激动 剂 类 受 体 。 这 类 受 体 实际 上 是 一 种 数 个 微 区 组 成 的 跨 膜 蛋白 。 主 要 与 神经 递 质 有 关 。 与 G 有 蛋白 相 偶 联 的 受 体 “如 肾上腺 素 受 体 (ac 和 有 B 多 体 )、 毒 草 碱 样 胆 碱 受 体 (M 受 体 )、 阿 片 受 体 。 这 类 受 体 的 特点 是 受 体 和 激素 的 复合 物 诱导 G 蛋白 活化 ， 进 而 通过 第 二 信使 (Ca ” 、cAMP、cGMP、DG、IP3;、 花 生 四 烯 酸 ) 进行 传递 和 放大 。 栈 气 酸 蛋 白 激酶 活性 受 体 如 细胞 生长 因子 和 细胞 因子 受 体 。 胞 内 受 体 如 人 当 体 激素 受 体 。 现 已 基本 肯定 ， 受 体 的 本 质 是 膜 蛋 白 或 膜 内 蛋白 。 膜 蛋白 类 受 体 属 炭 人 和 蛋 白 ， 可 分 胞 外 、 胞 内 和 跨 膜 三 个 片段 。 胞 外 片段 糖 基 化 ， 跨 膜 片段 含有 朴 水 结 构 。 胞 内 受 体 中 的 省 体 激素 受 体 初步 认为 是 一 个 蛋白 质 超 家 族 。 它 们 的 一 级 结构 有 很 大 的 同 源 性 。 都 有 三 个 结构 域 : N 端 为 调节 区 ，C 端 为 激素 结合 区 ， 中 间 为 DNA 结合 区 。 调 节 区 差别 较 大 。 已 知 的 受 体 组 分 有 GEA, BAM BASH 超 家 族 等 。 9.3.2 GHA GHAH a 8 Y=TARHWAARM. PH y WVHA ARABRAK, a 亚 基 是 功能 和 差别 的 主要 表现 者 。a WHER GTP 酶 活性 ， 使 GTP 解 成 为 GDP 后 亚 基 与 GDP 结合 ， 故 名 G 蛋白 。G 蛋白 是 一 类 蛋白 ， 至 今 仍 有 新 的 G 蛋白 被 陆 RH G 和 蛋 自 初步 分 类 如 下 : G, 促进 腺 苷 酸 环 化 酶 活性 ; G, 1 RR 性 ; G; 参与 视网膜 光 感 受 器 的 信息 跨 膜 传 递 ; Ge 与 味 党 有 关 ; G 与 磷脂 酶 活化 BK; G, 抑制 Ca?* 流 及 其 他 作用 。 G 和 蛋白 介 导 的 信号 传递 系统 有 : 磷脂 酰 肌 醇 系统 ; @ 通 过 磷酸 二 酯 酶 控制 cGMP 的 视 紫 红 质 系统 ; @ 腺 苷 酸 环 化 酶 (ACase) 系统 。G 蛋白 介 导 的 上 述 三 种 信号 传递 系统 彼此 之 间 有 一 定 联 系 ，Ca“ 六 浓度 的 变化 是 其 中 最 普遍 的 联系 。G 蛋 自 本 身 、cAMP、DG、IP; 都 可 影响 到 Ca?* 浓度 。 第 二 信使 cAMP, cGMP, IP;, DG 分 别 将 激素 信号 进一步 传递 给 蛋白 激酶 PKA, PKG 和 PKC。 这 三 类 激酶 对 应 的 激素 均 以 G 蛋白 为 介 导 。 另 外 一 种 蛋白 激酶 叫做 酪 氨 酸 蛋白 激酶 (TPK) ， 不 需 G 蛋白 作为 激素 的 介 导 ， 其 本 身 既 是 介 导 者 和 受 体 ， 又 是 第 二 信使 ， 且 具有 蛋白 激酶 活性 ， 集 三 种 作用 为 一 体 。 = #25 > 四 类 激酶 (PKA, DKG, PKC, TPK) 可 使 底 物 磷酸 化 。 前 三 类 磷酸 化 的 位 点 为 Thr 或 Ser 残 基 的 羟基 ，TPK 磷酸 化 的 位 点 是 Tyr 残 基 的 羟基 。 底 物 也 可 以 是 酶 ， 如 PKA 使 无 活性 的 磷酸 化 酶 激酶 碎 酸 化 后 成 为 有 活性 的 磷酸 化 酶 b 激酶 ， 磷 酸化 酶 b 激 使 无 活性 的 磷酸 化 酶 b 转变 成 有 活性 的 磷酸 化 酶 b， 磷 酸化 BS b 使 肝 糖 原水 解 为 葡萄 糖 - 1 -磷酸 ， 这 一 过 程 使 激素 信号 逐 级 放大 ， 即 级 联 放 大 效应 。 而 TPK 既 可 使 自身 磷酸 化 ， 又 可 使 PKA, PKC 磷酸 化 ，PKA、PKC 反 过 来 又 调节 受 体 的 激酶 活性 。 四 类 蛋白 激酶 的 结构 还 正在 研究 之 中 。 9.3.3 省 体 激 素 受 体 超 家 族 G 和 蛋白 和 蛋白 激酶 二 类 受 体 成 分 都 在 膜 上 。 和 省 体 激 素 受 体 在 胞 内 。 已 知 省 体 激素 在 一 级 结构 上 有 同 源 性 ， 空 间 结 构 有 类 似 性 ， 故 称 为 省 体 激 素 受 体 超 家 族 。 i AAPA ZA DNA 结合 区 由 .66 一 68 个 富 含 碱 性 氨基 酸 和 半 胱 氨 酸 的 残 基 组 成 ， 内 含 两 个 锌 指 结构 (CI、CII)。CI 决 定 结合 DNA 的 特异 性 ，CII 稳定 CI 和 DNA 的 结合 ， 调 节 区 和 激素 结合 区 了 解 得 不 多 。 9.3.4 第 二 信使 的 生物 学 功能 cAMP 真 核 生 物 和 原核 生物 细胞 内 广泛 分 布 有 cAMP， 可 以 通过 PKA 调 节 多 种 代谢 关键 酶 的 活性 ， 在 糖 、 脂 代谢 中 发 挥 双重 调节 作用 。 某 些 二 、 三 级 的 激素 的 合成 大 多 受 cAMP 调节 。 突 轴 膜 上 的 PKA 活性 受 CAMP 调节 ， 进 而 影响 神经 递 质 的 合成 、 释 放 和 传递 。cAMP 可 调节 基因 活性 ，Lac 操纵 子 的 CAP 可 受 cAMP 激活 。 一 般 说 来 ，PKA 具有 的 作用 均 与 cAMP 有 关 。 IP3 和 DG IP; 的 主要 功能 是 动员 内 质 网 中 储存 的 Ca EK, a Ca 信号 系统 。DG 的 主要 功能 是 激活 PKC， 其 次 是 经 酯 酶 水 解 生成 花生 四 烯 酸 、 白 三 烯 等 调节 物质 。PKC、 花 生 四 烯 酸 和 白 三 炳 的 功能 等 于 是 DG 的 功能 。 PKC 活化 也 需 Ca 。 Cet Ca 有 时 作为 第 二 信使 ， 有 时 作为 第 三 信使 。 内 质 网 、 线 粒 体内 富 含 Ca 。Ca 从 胞 外 进入 胞 内 经 电压 门 控 和 受 体 门 控 两 种 膜 通道 。 受 体 门 控 通道 受 激素 和 神经 递 质 调节 ， 与 IP; Al cAMP 两 种 第 二 信使 有 关 。 Ca 的 功能 在 调节 作用 方面 分 为 独立 和 辅助 两 种 方式 ， 独 立 作 用 见于 激活 PKC. PLC 和 PLA, 酶 等 ， 辅 助 方式 见于 以 钙 结合 蛋白 形式 发 挥 作用 。 钙 结合 蛋白 是 一 家 族 ， 均 具有 “EF” 手 形 结构 ， 在 神经 递 质 和 激素 信号 传递 、 细 胞 发 育 和 分 化 中 发 挥 作 用 。 钙 结合 蛋白 之 一 钙 调 蛋白 (CaM) 是 一 种 膜 蛋白 ， 可 以 调节 GEA, BRB 的 活性 ， 使 Jlle>Asp， 所 以 仅 考 虑 净 电 荷 洗 脱 下 来 的 顺序 是 Asp>Ile>Thr。 但 是 ， 离 子 交 换 不 仅 与 净 电 荷 有 关 ， 还 需要 考虑 离子 交换 树脂 的 疏水 部 分 与 氨基 酸 的 疏水 部 分 相互 作用 。 所 以 ， 上 述 顺 序 应 调整 为 Asp>Thr>Iles 说 明 : Thr 有 一 OH 基 ， 其 亲 水 性 大 于 Ile。 通 过 此 题 可 以 看 到 ， 熟 记 各 种 氨基 酸 的 结构 式 是 多 么 的 重要 ， 单 靠 死 记 公 式 是 不 行 的 。 例 : 已 知 某 氨基 酸 等 电 点 为 4， 在 pH 为 7 的 水 洲 液 中 ， 这 种 氨基 酸 分 子 带 何 种 净 电 荷 ? 电泳 时 ,在 pH 为 7 的 缓冲 溶液 中 会 向 哪 一 极 移动 ? 解 : 在 pH7 的 水 溶液 中 ， 此 氨基 酸 分 子 带 负 电荷 。 在 DH7 的 缓冲 液 申 电泳 « 160 - 时 ， 此 氨基 酸 向 正极 移动 。 HA: 等 电 点 为 4， 说明 此 种 氨基 酸 有 ao 位 以 外 的 羧基 类 基 团 ， 为 了 使 其 解 离 时 到 达 等 电 点 ， 必 须 加 入 酸 ， 故 等 电 点 偏 酸 ， 此 氮 基 酸 处 在 pH7 的 水 溶液 中 ， 等 于 是 加 碱 ， 促 使 了 该 氨基 酸 失去 H* ， 所 以 带 负 电荷 ， 在 pH7 的 缓冲 液 中 ， 带 负电 荷 的 此 氨基 酸 自 然 向 正极 移动 。 等 电 点 知识 是 生物 化 学 中 的 一 个 难点 ， 由 于 广义 酸 碱 概念 一 般 说 来 较 难 理 解 ， 不 少 的 学 生 总 是 受到 过 去 的 酸根 ， 碱 根 的 束缚 ， 误 将 -COO , -SO; 当做 酸根 - COOH，- SO3H 对 待 ， 将 -NH5 作为 碱 根 对 待 。 另 外 ， 在 已 知 等 电 点 偏 酸 时 ， 为 了 达到 等 电 点 要 加 酸 的 道理 感到 不 好 理解 ， 解 决 这 些 困 难 ， 必 须 深 刻 理 解 广义 酸 碱 、 等 电 点 和 两 性 解 离 这 些 概 念 。 Gil: 三 种 氨基 酸 的 混合 液 在 pH5.7 时 进行 电泳 后 (Ala pI=6.02，Arg pI= 10.76, Ser pI=5.68)， 它 们 在 醋酸 纤维 薄膜 上 的 排列 顺序 如 何 ? 解 : Sr 留 在 原点 不 动 ， 因 为 pI=pH; Arg 向 负极 移动 最 快 ， 随 后 是 Ala。 HA: pI=pH 时 净 电 荷 为 零 ，pI>pH 时 净 电 荷 为 正 。 10.1.3 ” 肽 和 蛋 和 白质 的 多 样 性 肽 和 有 蛋白 质 是 由 20 多 种 氨基 酸 合成 的 ， 因 每 种 肽 和 蛋白 质 中 残 基 的 种 类 、 每 种 残 基 的 数量 、 相 互 排列 的 顺序 不 同 ， 可 知 自然 界 蛋白 质 的 种 类 是 相当 多 的 ， 根据 已 知 的 残 基 种 类 数 和 链 长 佑 计 会 有 多 少 种 蛋白 质 ， 在 数学 上 是 一 个 排列 问 题 。 例 : 3 种 氨基 酸 可 组 成 多 少 种 直 链 三 肽 ? (a) 3 种 氨基 酸 可 出 现在 任意 位 置 ; (b) 每 种 氨基 酸 只 能 在 链 中 出 现 一 次 。 解 : (a) 3 种 氨基 酸 在 三 肽 中 的 三 个 位 置 各 有 3 种 可 能 性 ， 即 3x3X3=27 (种 )。(b) 每 种 氨基 酸 在 链 中 只 能 出 现 一 次 ， 那 么 ， 第 一 位 置 有 3 个 可 能 性 ， 第 二 个 位 置 有 2 个 可 能 性 ， 第 三 位 置 只 有 一 个 可 能 性 ， 即 3x2x1=6 (种 )。 例 : 一 个 分 子 量 为 34000 的 蛋白 质 含 12 种 氨基 酸 ， 假 设 每 种 氨基 酸 在 该 蛋 白质 分 子 中 数目 相等 ， 问 这 种 蛋白 质 有 多 少 种 可 能 的 排列 顺序 ? 解 : 求 此 种 蛋白 质 中 的 残 基数 34000 110 309 (*) 求 12 种 氨基 酸 在 309 肽 中 平均 出 现 的 次 数 309 _ 79 = 25 OY) 如 有 果 12 种 氨基酸 在 309 肽 中 平均 出 现 25 次 ， 可 能 有 的 排列 顺序 为 + 131° 125-10” Gil: 20 种 氨基 酸 能 形成 多 少 种 六 肽 ? 假定 六 个 不 同 部 位 中 任 一 处 用 任意 氢 基 酸 。 解 : 可 形成 的 六 肽 数 为 20°=6.4x 10% 说 明 : 20 种 氨基 酸 在 6 个 位 置 随机 出 现 ， 等 于 说 20 种 氨基 酸 在 6 肽 中 出 现 的 机 会 均等 。 10.1.4 序列 测定 蛋白 质 和 核酸 一 级 结构 测定 是 一 项 仍 在 发 展 中 的 技术 ， 目 前 试题 中 检测 的 内 BA: 中 学 会 使 用 各 种 和 蛋白酶、 核酸 酶 的 专 一 性 ; OHMBA IRE; ORR 酶 法 、 化 学 法 测 核 酸 序列 原理 ; 和 由 会 读 写 自 显 影 后 获得 的 胶片 中 的 谱 带 。 Bil: 从 下 列 结果 推导 出 这 个 简单 多 肽 的 顺序 ， 并 将 多 肽 顺序 用 单字 符 表 示 出 a0 A. 酸 水 解 得 到 Alay, Arg, Lys:, Met, Phe, Ser, B. FR AKA A 酶 解 得 到 Ala C. 胰 和 蛋白 酶 酶 解 得 到 Ala~Arg, Lys-Phe-Ser, Lys, Ala-Met-Ser D. YRC ATK ARE BI Ala-Arg，Ser-Phe-Lys-Lys-Met，Ala-Ser 解 : 从 酸 水 解 结果 可 知 ， 此 多 肽 为 9 肽 。 从 羧 肽 酶 A 作用 结果 知 ， 此 9 肽 C 端 为 Ala。 胰 蛋白 酶 断裂 Arg 或 Lys 的 C 端的 肽 键 ， 所 以 可 知 ; Ala_Arg | Ser- Phe-Lys “Lys "Ser Met-Ala。 从 省 化 氢 断 裂 可 知 ， 上 述 推 知 的 结构 中 C 端 应 调整 为 -Lys-Met-Ser-Ala。 此 9 肽 的 顺序 为 : Ala-Arg-Ser-Phe-Lys-Lys-Met-Ser-Ala， 用 单字 符 表示 为 : A-R-SF-K-K-M-S-A。 HA: 这 类 题 关键 是 要 熟 记 各 种 专 一 性 水 解 方法 的 专 一 性 ， 重 点 放 在 胰 和 蛋白 酶 、 溴 化 氢 和 羧 肽 酶 ， 其 余 的 专 一 性 不 强 。 此 例题 的 关键 在 于 应 用 给 出 的 结果 ， 首先 知道 是 几 肽 、N 端 和 C 端 各 有 什么 残 基 ， 然 后 重点 放 在 胰 和 蛋白酶 作用 结果 的 分 析 。 一 般 而 言 ， 推 出 的 序列 要 能 用 提供 的 水 解 方法 还 原 回 去 验证 所 得 出 的 结 果 ， 例 如 此 题 根 据 胰 蛋白 酶 作用 结果 对 C 端 Met 残 基 两 侧 的 判断 ， 如 果 不 用 溃 化 氢 方 法 进行 检验 ， 得 出 的 结果 就 会 有 误 。 例 : 从 如 下 数据 推断 多 肽 的 氨基 酸 顺 序 a. 组 成 ”Phe，Pro,”Glhiy Lys b. 用 Edman 试剂 处 理 产生 PTH-Glu。 c， 用 胰 蛋 白 酶 、 羧 肽 酶 ALB 酶 解 都 不 产生 任何 小 肽 或 氨基 酸 。 “1 fA: 由 a 知 此 多 肽 为 5 肽 。 由 知 此 多 肽 N 端 为 Glu。 由 c 知 不 能 被 胰 和 蛋白 质 水 解 ， 但 此 肽 中 有 Lys， 说 明 Lys 的 C 侧 端 为 pro; 不 能 被 羧 肽 酶 AMB 水 解 ， 说 明 从 C 端 起 ， 第 二 个 残 基 为 Pros 三 种 方法 都 无 法 切割 此 5 肽 ， 说 明 Phe 在 Glu 和 Lys 之 间 ， 所 以 此 5 肽 顺序 为 : Glu-Phe-Lys-Pro-Lys。 说 明 : 此 题 是 对 两 种 羧 肽 酶 和 胰 和 蛋白 酶 专 一 性 应 用 的 检测 ， 两 种 羧 肽 酶 虽然 是 从 C 端 切割 ， 但 都 对 C 末 端 残 基 N 侧 的 残 基 有 要 求 ， 共 同 特点 是 不 能 为 Pro。 胰 蛋 白 酶 则 有 对 其 选择 的 残 基 C 侧 残 基 不 能 为 Pro 的 要 求 。 例 : tRNA 用 RNaseT, 限制 降解 得 到 一 个 长 度 为 13 个 核 苷 酸 的 片段 。 该 片 段 用 RNaseT, 完全 降解 得 到 的 产物 是 : ApCpApGp，pGp，ApCpU，ApAp- UpApGp; 用 Rnasel 完全 降解 得 到 的 产物 是 : ApGpApApUp, pGpApCp, U, ApGPAPCp。 写 出 该 片段 的 排列 顺序 。 解 : 从 两 种 水 解 方法 得 到 的 结果 可 知 ， 此 片段 为 13 个 残 基 长 ， 且 为 AsG3C,U2, FA Xt KG ACAG AGAAU AAUAG ACAG AGAC GAC ACU GACAGAAUAGACU Ue ERR A RS ED AR, EPR TS A, ORK 用 专 一 位 点 分 析 ， 同 样 可 得 出 正确 结果 ， 但 比较 麻烦 。 例 : 由 下 列 加 减法 凝 胶 电 泳 图 谱 读 出 DNA 的 碱 基 顺序 。 25 解 : 按 表 中 片段 从 小 到 大 读 ， 加 法 部 分 为 TACGA， 减 法 部 分 为 TACGA。 说 明 : 读 减 法 部 分 时 ， 要 和 加 法 相对 照 ， 并 向 前 移 一 位 ， 如 第 22 在 减法 部 分 为 C， 和 加 法 对 照 后 向 前 移 一 位 使 为 A。 例 : 用 化 学 法 处 理 后 得 到 如 下 谱 带 ， 其 DNA 的 顺序 是 什么 ? + 133 Cr fff : GGacTT Cees CGEAGTT CCE GGAGTTCC GGAGTTEe GGAGTT GGAGT GGRE GGA >) 9 9 HA: 如 果 未 加 说 明 ， 从 下 向 上 逐个 写 出 顺序 ， 因 为 片段 越 小 ， 电 泳 时 移动 越 多 ， 在 每 一 谱 带 的 左 端 常 为 同位 素 / 核 素 标记 端 ， 右 端 残 基 等 于 此 谱 带 测定 的 残 基 ， 各 谱 带 右 端 的 残 基 从 下 向 上 读 出 的 结果 等 于 最 上 层 的 顺序 。 10.1.5 同位 素 在 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 中 的 应 用 原子 序数 相同 〈 即 质子 数 相同 ) 但 质量 不 同 〈 即 中 子 数目 不 相同 ) 的 原子 ， 称 为 某 元 素 的 同位 素 。 同位素 是 质子 数 相同 但 中 子 数 不 同 的 原子 之 间 的 互 称 ， 不 同 元 素 同位 素 中 每 一 种 称 为 核 素 ， 由 于 习惯 的 原因 ， 二 者 往往 混用 。 核 素 分 为 稳定 性 核 素 和 放射 性 核 素 。 生 物 学 中 常用 的 稳定 性 核 素 有 23C、 8O 5N ,33S。 稳 定性 核 素 测定 常用 质谱 仪 ， 或 根据 核 素 之 间 的 质量 差 进行 密度 梯度 离心 ，DNA 半 保留 复制 就 是 用 这 一 方法 证 实 的 。 天 然 存在 有 60 余 种 放射 性 核 素 ， 含 量 少 ， 和 生物 学 关系 不 大 。 人 工 核 素 约 1000 种 ， 放 射 性 核 素 的 测量 使 用 脉冲 检测 器 。 生 物 学 中 常用 的 放射 性 核 素 有 5 种 :3H\I4C.32P HIT.34S， 放 射线 均 为 射线， 即 电子 。 上 述 5 种 核 素 的 误 变 反应 为 ; #C 一 一 1P+N BP—--1p+ #s BS— -1p+¥c {H—> ~18+ 3He 生物 学 中 使 用 核 素 目的 在 于 解决 以 下 问题 : @ 未 知 体积 的 测定 ;细胞 内 体 积 ， 生 物体 内 体液 总 体积 等 不 可 能 直接 测定 ， 采 用 放射 性 核 素 可 以 很 方便 地 解决 - i 这 些 问题 ; @ 物 质 浓度 的 测定 ， 有 些 物 质 分 离 和 纯化 很 费事 ， 使 用 放射 性 核 素 可 间接 测定 浓度 ; @ 物 质 在 生物 体内 转变 、 分 解 、 人 合成、 转化， 各 种 代谢 抑制 剂 、 活化 剂 作用 的 对 象 、 机 理 ， 物 质 在 细胞 内 的 转运 及 各 种 转变 的 速度 。 核 素 应 用 基础 : 衰变 方程 ， 比 活性 及 单位 。 衰变 方程 式 : 入 logN = 一 7 3t + logNo HH, N 为 任 一 给 定时 间 内 存在 的 放射 性 原子 总 数目 ， 即 时 间 t 后 保留 的 部 4}. No 为 放射 性 原子 的 原始 数目 ， 和 为 单位 时 间 放 射 性 原子 训 变 数 ， 每 种 核 素 Fo 由 训 变 方程 可 得 到 半衰期 一 一 放射 性 核 素 的 数量 误 变 到 原来 一 半数 量 所 需 的 时 间 。 比 活性 为 每 单位 数量 物质 中 放射 性 数量 ， 即 放射 性 分 子 在 总 分 子 中 所 占 的 分 He 核 素 使 用 的 强度 单位 有 : BH (Ci), SPA 3.7X 1028 个 原子 核发 生 误 变 的 任意 放射 性 物质 的 数量 ; 2H (mCi) =3.7x 10 核 训 变 / 秒 ; 微 居 里 (pnCi) =3.7X10? 核 衰变 / 秒 ; 贝克 勤 耳 (Bg) ， 每 秒 钟 发 生 一 次 核 训 变 ，1Ci = 3.7X10Bg, 1IBg=2.708X10-1Ci。 因此 ， 比 活性 的 单位 可 有 : CiMg，mCiMg，ApCiMg。 放 射 性 浓度 单位 〈 也 可 以 用 来 表示 比 活性 ) 有 Ci/ml, mCi/ml, pCi/ml. 由 于 测量 衰变 的 仪器 获得 的 数值 小 于 理论 值 ， 因 此 每 分 钟 训 变 数 (DPM) 大 于 每 分 钟 计 数 (CPM). DPM 和 CPM 也 可 用 以 表示 比 活性 ，ICi=2.22X10L DPM，CPM=DPMXx 计数 率 。 例 : 把 放射 性 为 1950 CPM 的 Nas2PO; 0.05mg 加 入 某 一 含 微 量 磷酸 钠 的 样 品 中 ,混合 均 匀 后 提取 分 离 ， 取 一 定数 量 的 提取 的 磷酸 纳 测 得 比 放 射 性 为 660CPMAmg， 求 样品 中 磷酸 钠 的 含量 ? ff: Wo=0.05mg，S =1950CPM/A0.05mg= 39000CPM/mg, S; = 660CPM/ mg, W,=Wpy (SS -1) =0.05x (39000/660-1). =3.2 (mg) 说 明 : 这 是 一 种 正 稀释 法 ， 即 将 放射 性 物质 加 入 非 放射 性 物质 中 ， 计 算 公式 中 Wo= 加 入 的 标记 物 数 量 ，Wx= 原 有 的 非 标记 物 数 量 ，S = 加 入 的 标记 物 放射 性 强度 ，Si = 混合 后 化 合 物 的 比 放射 性 强度 。 因为 SSWo=S (Wo+W:)， 所 以 : Wy.=Wo (SS 1) 例 : 用 “CO, 使 植物 进行 光合 作用 来 获得 放射 性 蛋白 质 。 这 种 蛋白 质 水 解 分 ¢ 185 : 离 得 到 153mg Glu， 其 放射 比 强度 为 234 脉冲 / (min'mg)。 如 果 用 10.7mg 非 放 射 性 Glu 加 入 到 126mg 放射 性 蛋白 质 中 ， 随 后 分 离 出 的 Glu 含量 为 多 少 ? Gu 在 蛋白 质 中 所 占 比 率 为 多 少 ? 解 1: W,.=10.7mg，S =254 脉冲 / (min-mg), S,=191 脉冲 入 (minsing )， _ 10.7191 ~ 254-191 解 2: 322 x 100=25.9% HA: 这 是 一 种 反 稀 释 法 ， 即 将 非 标记 的 物质 加 入 到 标记 的 物质 中 ， 计 算 公 sha IE ARE: 9%Wo=S (Wo + W,), Wo= en Gil: 精确 地 称 取 3.4mg 纯 蛋 白水 解 酶 《有 酯 酶 活性 的 ) ， 用 过 量 的 二 异 丙 基 氟 磷 酸 -2P (DF-?2P) (lvCiMmol) 处 理 。24 小 时 后 加 入 KOH 到 溶液 中 ， 使 未 反应 的 DF-?>P (极端 有 毒 ) 分 解 掉 。 用 三 氯 醋酸 沉淀 标记 的 酶 ， 洗 去 游离 的 2P， 然后 重新 溶解 于 0.Smsg 稀 KOH。 定 量 转移 0.Sml 到 闪烁 计数 管 计 数 ， 计 数 效率 为 80% 时 ， 样品 计数 为 7380/ 小 时 。 计 算 此 酶 的 最 小 分 子 量 是 多 少 ? 解 : 24 小 时 后 ,2P 衰变 使 原 加 入 量 减 少 ，2.3log (SS) = 和 Xt，S =1nCi7 pmol, th=14.3, log Si = logl —0.693/ (14.3X2.3)，Si= (0.953MCi/mmol) X (2.2210°u/pCi) <0.80=1.693 x 10°CPM/mmol = 1.693 x 10°CPM mol. 标记 酶 中 含 Wo =32.0 (mg) 7380 _ 3 a) 7 123 CPM P 123CPM 16.93 x 10°CPM/mol 按 最 小 分 子 量 计算 方法 有 7.26$x10-8mol32P _ lmol 32P 3.4Xx10-3g MW 4X10? Mw = ras ge = 46800 HA: 此 题 是 用 放射 性 核 素 同 酶 结合 计算 酶 的 最 小 分 子 量 ， 因 为 DF-2P 可 同 酶 分 子 的 丝氨酸 残 基 在 活性 部 位 起 反应 ， 该 酶 的 最 小 分 子 量 即 含有 工 摩尔 的 活 性 丝氨酸 残 基 的 分 子 量 ,2P 结合 到 酶 的 摩尔 数 等 于 活性 丝氨酸 的 摩尔 数 。 = 7.265 X10 8mol *P 10:1.6 图 表 分 析 这 类 题 常 见于 酶 的 抑制 作用 曲线 、 遗 传 图 和 限制 酶 图 谱 、 别 构 酶 活力 学 曲线 三 种 情况 ， 在 同位 素 技术 应 用 中 也 有 出 现 。 - 136 * 例 : 实验 获得 如 下 数据 ， 试 分 析 : a. 抑制 剂 的 类 型 ; b. 在 双 倒 数 图 中 标示 底 物 的 Ku、 抑制 剂 KI、Vaax。 [S] (mol/L) 有 抑制 齐 双 倒 数 式 为 : 根据 已 知 [S]、V， 计 算出 TS]、 立 ， 然 后 以 立 对 TS] 作 图 。 两 曲线 在 y 轴 交 点 不 变 ，Va 不 变 ， 说 明 抑 制剂 为 竞争 性 抑制 剂 ， 两 曲线 在 x 轴 截 距 为 : ra 1 ke 这) 作 图 和 标示 略 。 例 : 从 下 面 的 限制 图 谱 中 分 析 : a. HpaII 切割 后 可 获得 的 片段 数目 和 大 小 ; b. EcoRI 切割 后 可 获得 片段 数目 和 大 小 ; c. 这 个 片段 总 碱 基数 是 多 少 ? BamH EcoRI HpaH EcoRI BamH, 和 0.4 L? 0.5 0.9 fe: 已 知 限制 图 谱 中 : a. Hpall 的 切 点 仅 一 个 ， 可 获得 1.6Kb、1.4Kb 两 个 片段 ; b. EcoRI 的 切 点 有 两 个 ， 可 获得 0.9Kb、1.7Kb、0.4Kb 三 个 片段 ; c. 此 片段 总 长 为 0.4+1.2+0.5+0.9=3Kb。 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 中 其 他 计算 题 如 下 : @ 最 小 分 子 量 计算 ; @ 总 蛋白 质 的 计算 (HSAs); @ 由 渗透 压 ， 冰 点 等 计算 分 子 量 ; 田 由 二 级 结构 参数 计算 螺旋 ， 折 笃 后 长 度 ， 肽 链 长 度 ; @ATP 生成 数 计 算 ; @ 酶 活力 单位 ， 比 活力 计 算 ; MAG 的 计算 。 .137 ， 以 上 计算 题 因 过 于 简单 ， 不 再 重复 。 10.2 ”基础 知识 10.2.1 结构 式 的 书写 例 : 写 出 下 列 物 质 的 结构 式 : OdA; GO8B-D -葡萄 糖 ; OL-Asp. 解 : DdA NH, N a eel ee @O8B-D- 葡 萄 糖 HOCH, @L-Asp COOH re cH, COOH 说 明 : 结构 式 问题 在 有 机 化 学 和 生物 化 学 考试 中 都 会 出 现 ， 生 物化 学 中 20 种 氨基 酸 、5 种 碱 基 和 常见 的 单 糖 和 有 机 酸 结构 式 是 必须 要 记忆 的 ， 特 别 是 构 型 、 构 象 ， 试 题 中 常用 英文 字符 来 表示 ， 同 时 检查 考生 对 这 些 符号 的 了 解 程度 。 学 习 中 要 细心 、 耐 心地 理解 并 多 练习 ， 许 多 学 生 总 是 回避 这 一 问题 ， 结 果 在 学 习 中 无 疑 经 常 查阅 ， 造 成 很 大 被 动 。 有 些 学 生 则 认为 这 一 问题 太 简单 而 忽视 ， 实际 下 笔 写 一 写 ， 方 知 还 是 有 一 定 困难 的 。 核酸 片段 、 小 肽 及 一 些 多 糖 、 双 糖 经 常用 各 组 分 的 代号 (AEX) RAE 缩写 来 表示 ， 要 引起 注意 。 例 : 写 出 下 列 物 质 的 结构 式 ; GABA、GSH。 解 : GABA 的 中 文 名 称 是 y 氨基 丁 酸 ， 结 构 式 为 ”138 « COOH GH, )2 ar GSH 的 中 文 名 称 是 谷 胱 甘 肽 ， 结 构 式 为 Oi 本 COOH Cr | SH HA: 用 英文 字母 表示 的 物质 名 称 中 ， 有 些 并 非 按 首 字母 、 前 几 位 字母 等 方 法 来 表示 ， 如 GABA 的 全 英文 名 称 是 y-aminobutyricacid。GSH 的 英文 全 命 是 站 glutamylcysteinyl glycine。 如 果 平 时 学 习 中 能 注意 到 缩写 符号 的 来 由 ， 并 对 照 结 构 式 进行 练习 ， 考 试 时 才 不 会 将 GABA 误解 为 是 4 肽 或 核酸 片段 ， 而 是 将 谷 氨 酸 的 y -羧基 和 半 胱 氨 酸 的 -氨基 结合 起 来 写成 肽 键 ， 将 ~ SH 理解 为 殖 基 。 20 种 氨基 酸 的 英文 单字 符 有 9 个 不 同 于 英文 名 称 的 首 字母 ， 如 何 现 解 和 记 忆 已 在 蛋白 质 部 分 讲述 。 10.2.2 ”辨认 结构 式 例 : 写 出 下 列 结构 式 的 中 文 名 称 。 ® EAPO NH, | | hae OH @ OH HO - £59 - OH 解 : OTR: QA HT RRM; 外 肉 激素 GEM); OMAR (SA 酮 )。 说 明 : 生物 化 学 和 分 子 生物 学 中 有 一 些 结构 式 很 复杂 ， 不 可 能 靠 记忆 来 学 习 ， 考 试 中 一 般 要 求 能 区 别 和 辨认 即 可 ， 如 雌 、 雄 激素 〈 除 孕 酮 外 )， 主 要 差别 在 于 A 环 ， 前 者 为 芳香 环 ， 后 者 仅 有 一 个 双 键 ， 平 时 学 习 要 注意 做 到 这 一 点 5 有 些 结构 式 看 似 简单 ， 用 有 机 化 学 命名 方法 可 以 写 出 名 称 ， 这 样 做 当然 是 正确 的 ， 但 还 是 要 联系 俗名 ， 以 防 对 号 划 线 时 出 错 。 例 : 写 出 下 列 结构 式 的 英文 代号 。 OH OH O O N NH, -~S I I H,0244 dae: ke , int | | | NNO N* CH; OH H 解 : O1; @p; @TPP O - 140 - HA: 有 些 物 质 的 英文 代号 很 特殊 ， 如 用 小 表 示 假 尿 苷 ， 不 同 于 尿 苷 之 处 在 于 灿 中 的 核糖 和 碱 基 是 1- 3 相连 ， 正 常 尿 苷 为 1- 1 相连。 维生素 和 维生素 辅酶 的 结构 式 大 多 数 是 不 同 的 ，Bi 的 辅酶 是 TPP. 10.2.3 化 学 反应 式 Bi: 完成 下 列 反应 式 。 中 R ON F | 本 H, ert A ——> NO, CH,COOH sean HOCHCOOH ® 异 柠檬 酸 裂解 酶 ey ese ’ CH,COOH Sicha | Hi C—NH, COOH 解 : ® R H | ON N—CH—COOH + HF L-# AB ht AG - 141 - CH,OPO;H, O @ ales COOH 由 O04 (CH; )， | + NADH, + NH? | COOH 说 明 : 完成 反应 式 型 试题 ， 目 的 在 于 检查 学 生 对 各 种 代谢 途径 的 理解 程度 ， 如 重要 的 酶 、 重 要 的 产物 、 关 键 反 应 等 。 每 一 个 代谢 途径 可 能 有 数 步 反应 ， 但 有 代表 性 的 、 在 调节 过 程 中 起 关键 作用 的 反应 只 有 少数 几 个 ， 如 乙 醛 酸 循环 不 同 于 三 羧 酸 循环 之 处 仅 为 @ 反 应 。 只 有 在 学 习 中 反复 对 照 分 析 ， 对 每 个 代谢 途径 的 调 TARA Sf, ARETE Hh OR YG ee Se Be BS A EE IZ 10.2.4 ”基本 事实 (一 句 话 ， 什 么 是 什么 ) 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 特点 之 一 是 知识 增加 速度 快 ， 初 学 起 来 显得 很 多 ， 很 零碎 ， 另 一 特点 是 有 许多 问题 一 直 没 有 最 终 答案 ， 多 种 解释 并 存 ， 初 学 者 无 所 适 应 ， 在 这 种 情况 下 ， 首 先 将 已 经 充分 肯定 、 无 需 进 一 步 证 实 的 知识 要 学 习 好 。 填 空 、 选 择 、 是 非 题 往往 出 自 这 些 内 容 。 试 想 一 个 选择 题 ， 如 果 还 没有 定论 ; 何 谈 什么 选择 的 准确 性 呢 ? 另外 ， 填 空 题 、 选 择 题 和 是 非 题 是 检查 学 生 对 一 门 课程 基 本 内 容 掌握 全 面 与 否 的 好 方法 ， 一 组 选择 题 ， 可 以 包括 全 书 各 部 分 内 容 ， 学 生 芷 乎 了 的 学 习 内 容 ， 很 容易 被 发 现 。 为 了 让 大 家 快速 、 准 确 、 全 面 掌握 这 些 基本 知 识 ， 适 应 选择 、 填 空 、 是 非 题 考试 ， 用 “一 句 话 ”方式 将 最 基本 的 知识 、 事 实 罗 列 如 下 : 1. 生物 体 中 最 主要 的 己 糖 是 B- D- 和 葡萄 糖 。 2. 淀粉 、 糖 原 中 的 葡萄 糖 为 w-D 葡萄 糖 。 3. 纤维 素 分 子 中 的 糖苷 键 为 B (1->4) 糖苷 键 。 ”人 4. 芒 糖 分 子 中 的 糖苷 键 为 wu，B (1-2) BHR. 5. 核酸 分 子 中 的 核糖 为 B-D 核糖 。 6. 生物 体 中 的 脂肪 酸 绝 大 多 数 是 偶数 碳 原子 脂肪 酸 。 7. 哺乳 动物 不 能 合成 亚 油 酸 和 亚麻 酸 。 8. 磷脂 的 磷酸 基 及 胆 碱 亲 水 ， 其 余 的 部 分 亲 脂 。 9. 蛋白 质 生 物 合成 直接 需要 20 PARR, 10. RHA, HA 19 种 编码 氨基 酸 有 旋光 活性 ， 均 为 工 -型 氨基 酸 。 11. 两 羧基 一 氨基 的 氨基 酸 等 电 点 偏 酸 。 12. 目前 蛋白 质 测 序 的 主要 原理 是 Edman 反应 。 13. 强酸 水 解 蛋白 质 时 色 所 酸 被 破坏 。 14. 目前 氨基 酸 定量 分 析 原 理 是 曹 三 酮 反应 。 15. 氨基 酸 分 离 常 采用 阳离子 交换 层 析 。 16. 蛋白 质 空间 结构 在 表现 其 生物 功能 时 可 变 。 17. wx 螺旋 、8B 折 县 结构 模型 是 由 美国 科学 家 Pauling 等 提出 来 的 。 18. 人 体 不 能 合成 8 种 氨基 酸 (Thr, Val, Leu, Ile, Phe, Trp,. Lys, Met)。 19. 锁链 素 是 由 4 个 Lys 缩合 而 成 的 。 20. 蛋白 质 的 最 大 吸收 峰 在 280nm 处 ， 这 是 由 芳香 族 所 基 酸 引起 的 。 21. 消化 液 中 的 和 蛋 白 酶 主要 作用 于 必需 氨基 酸 形成 的 肽 键 。 22. 目前 的 蛋白 质 测序 技术 主要 是 从 N 端 进行 的 。 23. a- 角 蛋白 的 超 二 级 结构 为 “三 右 一 左 ” 式 ; 胶原 蛋白 是 “三 左 ~ 右 ” 式 结构 。 24. 球状 蛋白 中 亲 水 氨基 酸 常 在 外 侧 ， 玻 水 氨基 酸 常 在 中 心 。 25. 蛋白 质变 性 是 空间 结构 受 异 常 因素 影响 而 改变 ， 同 时 生物 学 功能 丧失 。 26. 结构 域 有 空间 和 一 级 结构 域 两 类 。 27. 蛋白 质 、 核 酸 的 主干 链 单调 重复 ， 前 者 为 “=C-C-N'， 后 者 为 “ 核 糖 - 磷 酸 “ 28. 蛋白 质 一 级 结构 化 学 键 主 指 肽 键 和 二 硫 键 。 29. 氢 键 既 存 在 于 和 蛋白质 、 核 酸 的 空间 结构 ， 又 是 核酸 转录 、 翻 译 中 碱 基 配 对 的 化 学 键 。 30. 免疫 球 蛋 白 是 一 类 血浆 糖 蛋白 ， 种 类 极 多 。 31. 蛋白 质 分 离 、 纯 化 主要 是 利用 和 蛋白质 分 子 的 净 电 荷 "、 分 子 大 小 和 形状 、 溶解 性 和 亲 合 力 的 不 同 。 32. 自然 界 蛋 白质 中 所 含量 一 般 为 16% 。 33. 一 个 斯 维 德 贝 格 单位 (S) 等 于 107 P. ~ 95 - 34. 沉降 速度 法 使 用 的 速度 大 于 沉降 平衡 法 ， 前 者 利用 了 不 同 的 离间 速度 进 行 ， 后 者 是 利用 了 离心 力 和 扩散 力 的 平衡 。 35. SDS 聚 丙烯 酰胺 凝 胶 电 泳 迁 移 率 主要 与 分 子 量 有 关 ， 与 所 带电 荷 和 分 子 形状 无 关 。 36. 在 凝 胶 过 滤 法 中 ， Jp F KF EIR 小 分 子 后 被 洗 脱 。 37. 离子 交换 是 同 种 电荷 离子 之 间 的 交换 ， 阴 离子 交换 树脂 和 阴 离 隆 进行 交 38. 蛋白 质 生 物 合 成 是 从 N 端 向 C 端 进行 的 。 39. 原核 生物 蛋白 质 生 物 合成 第 一 个 加 入 的 氨基 酸 为 {Mets 40. mRNA 中 的 密码 子 和 tRNA 分 子 中 的 反 密 码 子 是 反 和 平行 配对 的 5 41. 原核 生物 基因 是 多 顺 反 子 结构 ， 真 核 生 物 是 单 顺 反 子 结构 。 42. 真 核 生物 基因 往往 是 不 连续 的 。 43. 真 核 生物 已 合成 肽 链 之 间 可 以 重组 加 工 ， 这 是 一 种 编辑 过 程 。 44. 和 蛋白质、 核酸 的 种 类 差异 在 于 及 基 和 碱 基 的 排序 不 同 、 长 度 不 同 5 45. mRNA 被 翻译 的 方向 是 5 一 3 。 46. 酶 的 本 质 不 仅 是 蛋白 质 ， 某 些 RNA 也 有 酶 活性 。 i co ace oe in 48. 激酶 在 酶 的 系统 分 类 中 属于 合成 酶 类 。 49. 酶 的 纯度 不 直接 用 含量 而 用 比 活力 表示 。 50. 米 氏 常数 是 酶 的 特征 常数 ， 其 单位 为 浓度 单位 ， 等 于 反应 的 速度 达到 最 大 反应 速度 一 半 时 的 底 物 浓度 。 51. 竞争 性 抑制 剂 和 底 物 结构 有 类 似 性 ， 能 和 正常 底 物 竞争 结合 酶 的 同 关 部 所 以 人。 增 大 ， 但 Vinx BE o 52. 辅酶 或 辅 基 决定 酶 的 反应 性 质 ， 酶 蛋白 决定 酶 的 专 一 性 。 53. 人 类 获得 的 第 一 个 结晶 酶 是 脲酶 。 54. 负 反 馈 方 式 调节 是 生物 实现 自 移 态 的 基本 调节 方式 。 55. 别 构 酶 的 速度 - 底 物 关系 曲线 不 一 定 均 呈 SHH. 56. 核糖 体 是 肽 、 蛋 白质 生物 合成 的 主要 场所 。 57. 肽 链 延 长 所 需 的 能 量 由 GTP 直接 供给 。 58. 合成 的 蛋白 质 外 分 泌 有 信号 肽 参加 ， 细胞 内 转移 有 导 胸 参 加 作用 。 59. AG’ 为 正 的 反应 在 生物 体 中 可 以 进行 。 ”60. 抗菌 增 效 剂 (TMP) 结构 与 二 氢 叶 酸 类 似 ， 是 细菌 二 氢 叶 酸 还 原 酶 的 强 烈 抑 制剂 。 61. 某 些 RNA BA BRA. 62. 遗传 信息 主要 编码 在 DNA 中 ,但 RNA 也 编码 遗传 信息 。 - 144 - 位 过 . WED AACR EA PA UA, OR He a FF kB 64. DNA 和 RNA 的 组 成 差异 在 于 前 者 为 脱氧 核糖 ， 且 以 工 代 替 了 Us 65. DNA 常 以 双 链 形式 存在 ; RNA 以 单 链 为 主 ， 可 部 分 回 折 成 双 链 。 66. 原核 生物 DNA 是 裸露 的 ; 真 核 生 物 DNA 是 同 蛋 白质 结合 在 一 起 的 。 67. 分 离 RNA 常用 蔗糖 梯度 离心 ; 分 离 DNA 常用 氧化 饮 密 度 梯 度 离心 。 68. 内 含 子 一 般 不 被 翻译 ， 但 在 转录 后 的 加 工 中 及 DNA 分 子 内 有 多 种 作用 。 69. DNA 双 螺 旋 结 构 是 由 Watson 和 Crick 提出 的 ， 查 格 夫 规则 是 这 一 学 说 的 主要 依据 之 一 。 70. X 射 线 衍 射 是 揭示 和 蛋白质 ， 核 酸 二 级 结构 最 成 功 的 方法 。 71. Ale DNA 是 由 Rich 提出 的 ，Z-DNA 有 大 沟 、 小 沟 之 别 ， 呈 左旋 。 72. 核酸 的 最 大 光 吸 收 峰 为 2600mm， 核 酸 定量 分 析 常 用 紫外 吸收 法 。 73. BARA IERBHBA 1-9, BMRA 1-1. 14. 自然 界 核酸 合成 所 需 的 核 苷 酸 为 S KER. 75. DNA 中 G、C 含 量 和 Tm 成 正比 。 76. G/C 在 DNA 分 子 分 布 不 均匀 是 形成 卫星 DNA 的 根本 原因 。 77. BA BY DNA 链 之 间 的 复 性 叫 DNA 杂交 。 78. 不 同 来 源 的 DNA 片段 的 组 合 叫 DNA 重组 。 79. 限 性 内 切 酶 作用 于 双 链 DNA 内 部 ， 识 别 位 点 在 双 链 ,长 度 为 4 一 8 碱 基 80. 限制 性 内 切 酶 是 1979 年 由 Arber、Smith 等 人 发 现 的 ,这 是 DNA 重组 技术 诞生 的 标志 。 81. 核 苷 酸 分 解 不 提供 能 量 ， 核 酸 合成 不 另 供给 能 量 。 82. 味 吟 、 喀 啶 碱 基 是 氨基 酸 代 谢 的 产物 。 83. 味 吟 环 在 动物 体内 代谢 时 不 打开 。 84. 味 吟 环 生物 合成 是 先 右 环 后 左 环 。 85. 生物 体内 脱氧 核 苷 酸 是 由 二 核 苷 酸 还 原 而 来 的 。 86. 生物 体内 dTMP 是 由 dUmp 甲 基 化 而 来 的 。 87. 稀有 碱 基 、 核 苷 主要 见于 RNA， 特 别 是 tRNA. 88. DNA 半 保 留 复制 首先 是 由 SN 标记 培养 和 密度 梯度 离心 技术 证 实 的 。 89. 大 肠 杆菌 RNA 合成 酶 仅 发 现 一 种 。 90. 原核 生物 DNA 聚合 酶 有 三 种 ，DNA 聚合 酶 I AEA DNA 复制 酶 。 : 核酸 生物 合成 的 方向 是 S 一 3 。 . 原核 生物 tRNA, rRNA 是 同时 被 转录 的 。 . 反 转 录 是 以 RNA 为 模板 合成 DNA 的 过 程 。 * oS ， 94. BRAM DNA 中 的 DNA 片段 可 以 双向 移动 。 95. 研究 DNA 复制 常 以 3H 脱氧 胸 苷 做 标记 。 起 点 。 96. 原核 生物 DNA 复制 是 单 起 点 ; 真 核 生物 线粒体 和 叶绿体 DNA 复制 是 单 97. 真 核 生 物 DNA 复制 是 多 起 点 ， 每 个 起 点 的 作用 速度 小 于 原核 生物 ， 但 总 速度 大 于 原核 生物 。 98. 转录 是 DNA 的 部 分 转录 。 99. DNA 复制 需要 RNA 聚合 酶 催化 RNA 引 物 合成 。 100. 101. a 8 FS iI ABAD RNA RABE. 大 肠 杆菌 DNA 的 转录 起 点 的 - 10 处 保守 顺序 为 TATAA， 称 为 Prib- now 框 ， 是 与 解 开 DNA 双 链 有 关 的 结合 RNA 聚合 酶 的 序列 。 102. 103. 104. 105. 物 基 因 。 106. 107. 108. 原核 生物 - 35 序列 是 Y 亚 基 的 识别 位 点 。 乳糖 操纵 子 的 启动 子 有 cAMP-CAP 复合 物 结合 位 点 。 原核 生物 转录 终止 子 呈 发 夹 或 蕉 环 结构 。 原核 生物 的 启动 子 在 原核 细胞 中 可 以 重组 使 用 ， 用 于 表达 真 、 原 核 生 真 核 生物 基因 家 族 以 多 拷贝 形式 存在 。 AGED =F RNA 聚合 酶 的 启动 子 互 不 相同 。 真 核 生物 转录 启动 子 有 基因 内 、 外 启动 子 之 别 ， 一 个 转录 单位 的 启动 子 可 以 不 止 一 个 。 109. . 真 核 生 物 和 病毒 的 基因 组 中 有 对 转录 起 增强 作用 的 DNA 序列 一 一 增强 110 操纵 子 模型 是 由 法 国 Monod 和 Jacob 于 1961 年 提出 的 。 子 。 原 核 生 物 尚 未 发 现 增强 子 。 M41. 1i2. 113. 114. 445. 116. 原核 生物 rRNA 有 23S, 16S, 5S 三 种 。 真 核 生 物 rRNA 有 28S, 18S, 5S 三 种 。 cAMP、IP;、DG、Ca+ 、cGMP 是 已 知 的 几 种 第 二 信使 。 BRED mRNA 的 初级 转录 产物 是 hnRNA。 RNA 是 可 以 复制 的 。 We: DT DL LT: a ee SHR, Ws 和 到 核酸 分 子 中 。 117. 118. 119. 120. 421. - 146 - 烷 化 剂 如 氮 芥 可 使 碱 基 烷 基 化 。 NY MEAS ZLB} BY VAG A. DNA 相 邻 碱 基 之 间 。 利 福 平 抑制 细菌 RNA 聚合 酶 活性 ; 核糖 体 是 肽 和 蛋白质 生 物 合成 的 场所 ， 但 不 是 惟一 场所 。 氨基 酸 有 61 组 密码 子 ， 终 止 密码 子 有 3 个 。 122. 遗传 密码 是 Nirenberg 等 于 1965 年 正式 提出 的 。 123. 遗传 密码 子 的 第 三 位 碱 基 可 变性 较 大 。 124. 线粒体 、 叶 绿 体 的 遗传 密码 和 通用 密码 有 差异 。 125. 原核 生物 DNA 复制 的 起 点 与 细胞 核 相 结合 ， 真 核 生 物 DNA 复制 在 核 膜 上 开始 。 126. 白喉 毒素 和 延长 因子 II (EF,) BF. 127. 氧 霉 素 、 四 环 素 、 链 霉 素 与 核糖 体 结合 抑制 原核 生物 DNA Me, WH 环 已 酮 只 抑制 真 核 细胞 的 翻译 。 128. 蛋白 质 糖 基 化 是 在 内 质 网 中 进行 的 。 129. 6 -磷酸 甘露 糖 酯 指挥 糖 蛋白 的 运输 方向 。 130. mRNA 的 概念 是 由 Jacob 和 Monod 提出 的 。 131. 研究 中 间 代 谢 最 有 效 和 最 常用 的 方法 是 同位 素 示 踪 法 。 132. 茶 环 在 人 体 中 不 能 合成 也 不 能 被 打开 ， 在 代谢 研究 中 成 为 最 早 的 标记 133. ATP 是 各 种 高 能 磷酸 化 合 物 的 中 间 体 。 134. 已 知 的 离子 跨 膜 运 输 主 要 有 离子 泵 、 离 子 通道 和 离子 载体 三 种 方式 。 135. 电子 是 从 氧化 一 还 原 电势 偏 负 或 低 的 一 侧 向 偏 正 或 高 的 一 侧 移动 的 。 136. 线粒体 是 生物 氧化 的 场所 。 137. 鱼 茧 酮 、 安 密 妥 和 杀 粉 蝶 菌 素 阻 断 电 子 由 NADH+H -向 CoQ 传递 。 138. 抗 霉 素 A 抑制 电子 从 Cytb 到 CytC, 传递 。 139. 所 化 物 、 硫 化 氢 、 一 氧化 碳 等 抑制 电子 由 'Cytaas 到 O, 的 传递 。 140. 2，4 一 二 硝 基 茶 酚 抑制 ATP 的 合成 ， 朝 霉 素 、 统 氨 霉 素 、 短 杆菌 肽 等 有 同样 作用 。 141. 葡萄 糖 激 酶 不 受 G-6- 了 负 反 馈 抑制 。 142. 砷 酸 盐 是 HPO4 的 竞争 性 物质 。 143. 糖 酵 解 的 三 个 关键 酶 是 己 糖 激酶 、 二 磷酸 果糖 激酶 和 丙酮 酸 激酶 。 144. 乳酸 脱氧 酶 是 同 工 酶 。 同 工 酶 之 间 结 构 不 同 ， 催 化 的 反应 相同 ， 对 反 应 两 侧 物质 亲 合力 不 同 。 145. 糖 酵 解 、 磷 酸 成 糖 途径 是 在 细胞 质 中 进行 的 。 146. UDPG, ADPG 是 多 糖 合 成 时 葡萄 糖 活化 的 主要 方式 ， 二 核 苷 酸化 是 糖 的 合成 代谢 中 单 糖 活化 的 主要 方式 。 147. 磷酸 果糖 激酶 是 一 种 双 功 能 酶 或 目前 后 酶 ， 磷 酸化 和 脱 磷 酸化 后 具有 两 种 酶 活性 。 148. 糖 异 生 是 克服 糖 酵 解 三 个 关键 酶 催化 的 不 可 逆反 应 的 途径 ， 主 要 由 两 种 磷酸 酯 酶 和 一 种 羧 化 酶 催化 。 - 147 > 149. 三 羧 酸 循环 是 糖 、 脂 、 和 蛋白 质 彻底 分 解 的 共同 途径 。 150. 三 羧 酸 循环 中 异 柠檬 酸 第 一 次 脱羧 的 碳 原子 不 是 直接 来 自 新 加 火 的 两 个 碳 原 子 。 151. 一 分 子 葡萄 糖 糖 经 糖 酵 解 可 净 获 得 6ATP。 152. 三 羧 酸 循环 一 周 可 净 获 得 12ATP。 153. 一 分 子 葡萄 糖 有 氧 分 解 可 净 获 得 36 (38) 分 子 ATP。 154. 糖分 解 时 单 糖 活化 以 磷酸 化 为 主 ， 其 次 是 酰基 化 〈 活 性 醋酸 )。 155. 维生素 By 辅酶 是 丙酮 酸 脱 氢 酶 、a- 酮 成 二 酸 脱 氢 酶 和 转 酮 酶 的 组 分 ， 是 与 糖 代 谢 关 系 最 密切 的 维生素 辅酶 。 156. 氧化 磷酸 化 有 底 物 水 平 、 电 子 传递 式 两 类 ， 电 子 传 递 式 又 有 光合 磷酸 化 和 线粒体 中 的 电子 传递 氧化 磷酸 化 两 种 。 157. 三 碳 循环 的 CO, 受 体 是 1，5 -二 磷酸 核 酮 糖 。 158. Rubisco 酶 有 羧 化 和 加 氧 两 种 能 力 。 159. 四 碳 途 径 CO, 的 受 体 是 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 。 160. 光 反 应 的 产物 首先 是 ATP #1 NADPH + H* 161. 脂肪 酸 B- 氧 化 每 次 脱 去 两 个 碳 原子 。 162. 脂肪 酸 活化 以 脂 酰 CoA 形式 为 主 。 163. 真 核 生物 脂肪 酸 合成 酶 二 条 链 上 不 同 的 结构 域 有 不 同 的 酶 活性 164. 脂肪 酸 生 物 合成 延长 途径 在 线粒体 中 进行 时 以 乙酰 CoA 为 二 和 在 内 质 网 中 以 两 二 酸 单 酰 CoA 为 二 碳 供 体 。 165. 脂肪 生物 合成 从 甘油 和 脂肪 酸 起 步 时 双方 都 需 活 化 ， 前 者 磷酸 化 ， 后 者 酰基 化 。 166. 磷脂 生物 合成 各 组 分 以 二 核 苷 酸化 为 主要 活化 方式 ， 卵 磷脂 合成 首先 活化 乙醇 胺 〈(CDP -乙醇 胺 ) 或 直接 活化 胆 碱 〈CDP - 胆 碱 尹 磷脂 酰 丝氨酸 合成 首先 活化 甘油 二 本 (CDP -甘油 二 酯 )。 167. 胆固醇 是 胆 酸 、 人 性激素、 维生素 D 等 生物 合成 的 前 体 。 168. HALA DED KW de ta WA ZB CoA. 169. 脂 类 物质 生物 合成 的 起 始 物 为 乙酰 CoA. 170. 苦 类 、 人 省 体 类 物质 生物 合成 的 共同 中 间 物 为 异 成 二 炳 焦 磷 酸 。 171. 肉 、 雄 激素 的 结构 差异 主要 在 ARLE, WAR PHM) 的 A 环 为 172. 前 列 腺 素 、 白 三 烯 等 是 由 花生 四 炳 酸 转 变 而 来 的 。 173. 世 - 谷 氨 酸 脱氧 酶 是 生物 体内 分 布 最 广 、 活 性 最 强 的 氨基 酸 氧 化 脱 氨 174. 生物 氨 的 排泄 方式 有 尿素 、 尿 酸 、 氨 、 酰 胺 、 乌 味 叭 和 氧化 三 甲 胺 等 。 175. 176. 177. 178. 179. 一 碳 单位 的 载体 主要 是 FHY 一 碳 单位 来 自 Gly、Thr、Ser、His 和 Met 等 。 黑色 素 是 酷 氨 酸 转化 的 产物 之 一 。 磷酸 肌 酸 是 由 Arg、GLy 和 Met 合成 的 。 L-Lys 的 合成 起 始 物 有 L-Asp 和 au- 酮 戊 二 酸 两 种 ， 由 前 者 合成 的 途径 抑 于 细菌 和 植物 ， 后 者 见于 草 类 和 眼 虫 。 180. 植物 芳香 族 氨基 酸 是 由 莽 草 酸 途 径 合 成 的 ， 起 始 物 质 为 4 BRR BEE 和 磷酸 炳 醇 式 丙酮 酸 。 181 . 182. 183. 184. 185. 186. 187. 188. 189. 190. 191. 192. 193. 194. 195. 196. 组 氨 酸 生物 合成 和 味 哈 、 喀 啶 核 苷 酸 、 色 氢 酸 合成 一 样 需要 PRPP。 Oh mE HH Gly 和 琥珀 酰 CoA 及 Fe 合成 的 。 D - 氮 基 酸 大 多 是 由 LL -氨基 酸 变 旋 而 来 的 。 生物 固氮 是 一 个 还 原 过 程 。 核酸 中 的 核糖 为 B 型 ， 但 合成 时 所 需 的 为 HY. 磺胺 药 是 细菌 叶酸 合成 的 竞争 性 抑制 物 。 DNA 的 半 保 留 复 制 是 1958 年 由 Meselson 和 Stahl 首先 证 明 的 。 DNA 复制 是 半 保 留 式 ， 转 录 是 全 保留 式 进行 的 。 环 状 DNA 复制 是 单 起 点 ， 大 多 为 双向 复制 。 滚动 环 、D 环 复 制 是 用 来 解释 环 状 DNA 复制 的 。 DNA 生物 合成 的 底 物 为 四 种 dNTP。 大 肠 杆菌 DNA 聚合 酶 是 单 链 的 ， 含 有 锌 ， 同 时 具有 合成 和 水 解 多 种 功 除 高 等 哺乳 动物 外 ， 其 他 生物 具有 DNA 光 修 复 能 力 。 SOS 修复 是 一 种 诱导 修复 ， 修 复 基 因 的 表达 受 调 控 。 反 转 录 酶 是 由 Temin 等 于 1970 年 发 现 的 。 代谢 调解 有 酶 、 激 素 和 神经 三 个 水 平 。 酶 的 调节 主要 是 基因 表达 调节 。 基因 表达 调节 是 最 根本 的 代谢 调节 。 197. 198. 199. 磷酸 化 - 脱 磷酸 化 是 各 种 调节 水 平 共 有 的 调节 机 理 。 类 固 醇 激素 的 受 体 在 细胞 质 中 。 经 载体 进入 表达 细胞 的 目的 基因 和 表达 系统 细胞 的 基因 组 一 般 情况 下 是 相互 独立 存在 的 。 200 . 独立 存在 于 表达 细胞 中 的 重组 基因 表达 至 少 需要 启动 子 、 终 止 子 、 调 节 基 因 、 操 纵 基 因 ， 能 够 独立 复制 和 转录 。 201. 202. 203. 真 核 细 胞 的 启动 子 不 能 被 细菌 RNA 聚合 酶 识别 。 真 核 细 胞 mRNA 的 SD 序列 不 能 与 细菌 核糖 体 结合 。 DNA 的 Tm (8 —fRZE 70 ~85T ZA]. - 149 - 204. 真 核 生物 基因 组 的 Cot 曲线 是 多 S 曲线。 205. 单 克 隆 抗体 是 从 单个 无 性 繁殖 系 的 细胞 得 到 的 抗体 。 对 于 参加 研究 生 考 试 的 学 生 ， 一 般 而 言 ， 已 经 对 生物 化 学 和 分 子 生 物 学 有 了 初步 的 了 解 ， 在 十 余年 的 辅导 中 认识 到 ， 大 多 数 考 生 对 于 试卷 内 容 的 基本 知识 都 能 回答 上 来 ， 但 对 试卷 中 的 有 些 试题 往往 有 两 种 情况 出 现 : 一 是 根本 就 没有 遇 到 过 这 些 内 容 ， 学 习 和 复习 中 没有 注意 到 ， 或 者 是 自己 所 使 用 的 教材 没有 这 些 内 容 ， 产 生 这 种 现象 的 原因 无 非 是 学 习 中 不 仔细 ， 看 书 不 认真 、 不 全 面 ， 人 为 漏 阅 了 这 些 内 容 ， 或 者 学 习 中 不 深入 ， 阅 读 的 教材 太 单一 ; 二 是 知道 一 些 但 很 肤 浅 ， 没 有 真正 搞 懂 ， 产 生 这 种 现象 的 原因 是 考生 自己 划 重 点 ， 对 自 认 为 简单 的 内 容 走马 观 花 。 为 了 解决 这 些 问 题 ， 用 205 句 话 的 方式 将 生物 化 学 和 分 子 生物 学 各 方面 ， 各 层次 的 基本 和 重要 的 事实 罗列 出 来 ， 促 使 带动 学 生 在 书 中 查 对 ， 从 而 对 大 纲 内 容 有 全 面 和 深入 的 学 习 。 但 必须 明确 ， 这 205 句 话 不 是 用 来 死记 硬 背 ， 如 果 不 理解 这 些 事实 ， 死 记 硬 背 也 很 难 奏效 ， 这 些 基 本 事实 是 结论 性 的 ， 不 可 能 一 下 子 都 理解 ， 毕 竟 复 习 时 间 有 限 ， 但 首先 解决 是 否 知 道 ， 然 后 逐步 走向 理解 是 很 有 必要 的 。 10.2.5 基本 概念 (什么 叫 什么 ) 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 中 的 许多 知识 最 终 形 成 为 一 种 概念 或 名 词 。 由 于 大 多 数 名 词 是 翻译 而 来 的 ， 翻 译 的 结果 往往 产生 了 同一 外 文 单词 或 词组 而 有 多 个 中 文 名 称 ， 只 有 等 到 一 个 新 名 词 经 反复 争论 后 由 权威 机 构 统 一 起 来 ， 人 们 才能 用 一 个 名 词 来 表示 ， 为 了 防止 误解 ， 考 试题 中 常用 英文 和 中 文 同时 出 题 ， 学 习 中 应 当 重 在 理解 本 质 ， 乔 懂 其 所 指 的 内 容 究竟 是 什么 ， 例 如 “内 含 子 ” 这 一 概念 ， 至 今 仍 有 多 种 叫 法 ， 但 只 要 知道 它 是 指 真 核 生 物 基 因 组 中 插 人 的 不 直接 编码 蛋白 质 的 、 在 mRNA 加 工 中 要 切除 的 DNA 序列 才 是 最 为 重要 的 。 由 于 概念 很 多 ， 仅 选择 了 多 年 来 各 校 试题 中 常 出 现 的 一 些 概念 ， 答 案 仅 提 供 要 点 ， 经 常 要 求 进 行 区 别 的 同时 列 出 。 由 于 同一 概念 的 解释 和 翻译 有 些 差异 ， 下 面 的 解释 仅 供 参考 ， 学 习 中 要 仔细 阅读 教材 ， 经 常 参阅 国家 统一 公布 的 标准 ， 同 时 熟悉 英文 单词 。 对 于 那些 最 基本 的 概念 ， 仅 仅 列 出 而 不 做 解答 ， 以 节省 篇 幅 。 一 、 糖 和 脂 1. 构 型 与 构象 “5 键 旋 转 ， 构 象 改变 ， 构 型 不 变 ; 共 价 键 断裂 ， 构 型 改 变 。 2. 旋光 异 构 ”这 仍 是 一 种 构 型 异 构 ， 分 子 中 有 手 性 碳 原子 。 3. 酯 、 脂 肪 、 脂 类 、 类 脂 ，” 醇 酸 以 酯 键 结合 成 酯 ， 脂 肪 为 甘油 三 酯 ， 脂 类 包括 甘油 三 酯 、 磷 脂 及 胆固醇 等 ， 因 溶解 性 相同 ， 磷 脂 、 胆 固 醇 等 又 叫 类 脂 。 150 ， 4. WEEE SE RRS ERE A MIE J A EER AS pe eR TT RL , TTB A AR A A ML 5 2 合 而 成 的 ， 前 者 以 蛋白 质 为 主 ， 后 者 以 糖 为 主 。 =, BARAK 1. 一 级 结构 指 蛋 白质 中 氨基 酸 和 核酸 中 核 苷 酸 的 排列 顺序 ， 又 叫 初级 结构 、 平 面 结构 、 化 学 结构 。 2. 空间 结构 。， 即 构象 ， 包 括 二 级 结构 、 三 级 结构 、 四 级 结构 、 超 二 级 结 构 。 3. 兼 性 离子 与 等 电 点 ”同一 分 子 带 两 种 电荷 ， 又 叫 偶 极 离子 ， 净 电荷 为 零 时 ， 同 一 种 分 子 所 带 正 、 负 电荷 数 相等 ， 此 时 的 pH 叫 pl. 4. DNP 反应。 即 2，4- 二 硝 基 毛茶 与 氨基 酸 的 反应 ，Sanger 最 早 用 于 测 定 N 端 和 测序 。 5. Edman 反应 ”。 即 共 异 硫 氰 酸 酯 反应 ， 苯 异 硫 氰 酸 酯 不 仅 可 以 和 N 端 残 基 结合 ， 而 且 可 切 下 此 氨基 酸 残 基 后 不 影响 其 余 肽 部 分 。 6. 活性 肽 ”有 特殊 生理 功能 的 小 肘 ， 如 脑 罪 肽 。 7. 离子 交换 层 析 ”用 离子 交换 树脂 做 支持 物 的 层 析 ， 离 子 交换 树脂 有 阴 、 阳离子 交换 树脂 两 类 ， 可 对 带 静 电荷 的 分 子 进行 交换 吸附 和 分 离 。 8. HPLC ， 高 压 液 相 色 谱 的 简称 ， 使 用 颗粒 极 细 的 支持 剂 ， 在 高 压 下 使 液 体 泥 侣 物 得 以 分 离 。 9. A (OMY) 在 肽 平面 中 CN, 和 Cu-C> 单 键 旋 转 的 角度 ， 所 有 已 知 的 蛋白 质 二 级 结构 可 以 用 两 面 角 描述 并 模拟 出 来 。 10. Ramachandran 图 。 简称 拉 氏 图 ,是 用 惠 角 对 更 角 做 出 的 图 ， 所 有 的 蛋白 质 二 级 结构 均 在 此 图 上 可 以 找到 分 布 位 置 。 11. 超 二 级 结构 ”二 级 结构 单元 的 组 合体 ， 如 on, BB. 12. 结构 域 。 分 为 空间 结构 域 和 平面 或 一 级 结构 域 ， 一 般 而 言 是 指 前 者 ， 这 是 蛋白 质 三 级 结构 中 的 相对 独立 的 三 维 实体 ， 是 在 超 二 级 结构 基础 上 组 装 而 来 的 ， 如 丙酮 酸 激酶 的 B- 圆 桶 。 一 级 结构 域 是 指 相对 保守 和 独立 的 一 段 序列 ， 往 往 形成 特定 的 二 级 结构 。 13. Hill 曲线 。 肌 红 蛋白 的 氧 合 平衡 方程 线性 化 后 log 7 yt logPon 作 图 所 得 的 直线 ， 此 直线 的 斜率 叫 Hill 系数 ， 血 红 和 蛋白 的 Hill 曲线 不 是 一 条 直线 。 14. HATO 在 凝 胶 过 滤 实验 中 ， 被 分 离 的 物质 具有 和 某 一 理想 的 非 水 化 球体 〈 如 标准 蛋白 ) 具有 相同 的 洗 脱 体积 时 ， 则 认为 此 物质 与 该 球体 具有 相 同 的 半径 ， 称 之 为 斯 笃 克 半径 。 15; 外 水 体积 又 叫 外 体积 、 和 孔隙 体 积 ， 是 凝 胶 颗粒 之 间 的 体积 。 ”机 二 16. 迁移 率 (OKABE) (ny) p= GRRE Reads) ， 表 示 单 们 时 间 单位 电场 强度 下 颗粒 在 电场 下 移动 的 速度 。 17. 查 格 夫 (Chargaff) 规则 即 DNA 的 碱 基 组 成 中 A= 工 ，G=C 配 对 的 规律 ， 这 是 双 螺旋 结构 学 说 的 基础 之 一 。 18. 拓扑 异 构 首先 在 环形 DNA 中 发 现 ， 同 一 组 成 的 DNA 不 同时 期 两 链 之 间 具 有 不 同 的 缠绕 次 数 (L)， 这 是 由 DNA 超 螺旋 的 方向 不 同 引起 的 。 19. 增 减 色 效应 在 DNA 分子 变 性 和 复 性 时 紫外 吸收 值 星 现 相 应 增加 和 减少 的 现象 ， 广 泛 用 于 分 子 杂 交 实 验 。 20. Tn ”“DNA 双 螺旋 结构 变性 〈 两 链 分 开 ) 一 半 时 的 温度 。 21. 印迹 法 ”在 各 种 膜 上 进行 的 分 子 杂 交 和 亲 合 技术 ， 有 Southern 印迹 、 Northern 印迹 、Western 印迹 三 种 ， 第 一 种 用 于 DNA-DNA 在 硝酸 纤维 素 膜 上 的 杂交 ， 第 二 种 用 于 RNA 杂交 ， 第 三 种 用 于 蛋白 质 亲 合 分 析 ， 在 膜 上 进行 杂交 和 亲 合 分 析 有 利于 选择 分 离 及 分 析 。 22. 限制 酶 图 谱 ”同一 DNA 用 不 同 的 限制 酶 进行 切割 从 而 获得 各 种 限制 酶 的 切割 位 点 ， 由 此 建立 的 位 点 图 谱 有 助 于 对 DNA 的 结构 进行 分 析 。 23. 遗传 图 谱 “用 遗传 学 方法 对 DNA 进行 基因 定位 ， 确 立 DNA 分 子 中 各 基因 的 位 点 、 长 度 等 。 24. 11 - 顺 视 黄 醛 视 蛋 白 的 组 分 之 一 ,来自 VA， 光 明亮 时 为 顺 式 结构 ， 光 暗 时 为 反 式 结构 ， 与 一 般 物 质 多 为 反 式 不 同 。 25. G 和 蛋白 ”依赖 于 GTP 的 蛋白 质 ， 有 多 种 ， 膜 受 体 成 分 之 一 ， 传 导 多 种 信号 给 腺 苷 酸 环 化 酶 等 。G 蛋白 为 异 源 三 聚 体 ，a 亚 基 多 变 ， 是 G 蛋白 发 挥 信 号 传导 作用 的 主体 。 26. CaM 钙 调 蛋白 ， 结 合 钙 蛋 白质 的 一 种 ， 牛 脑 的 CaM 由 148 IEA 成 。CaM 有 结合 Ca?* 的 结构 域 ， 此 结构 域内 有 EF 结构 ，CaM 与 十 余 种 生理 活 动 有 关 ， 可 以 活化 其 他 的 酶 ， 影 响 细胞 内 Ca 浓度。 27. 高 能 化 合 物 ”生物 学 中 因 某 个 化 学 键 断裂 而 释 能 较 多 的 物质 ， 如 ATP 一 ADP， 此 概念 和 纯化 学 高 能 键 的 意思 相反 。 28. 摩 轩 此 量子 : 页 等 于 6.02Xxi02 个 光量 子 ， 一 个 摩尔 光量 于 区 同人 个 受 因 斯 坦 光量 子 ， 不 同 波长 的 光 的 光量 子 具 有 的 能 量 不 同 。 29. 脂 蛋 白 与 载 脂 蛋白 “” 脂 蛋 白 由 载 脂 蛋白 和 所 携带 的 脂 类 结合 而 成 ， 主 要 有 6 种 ， 载 脂 蛋白 主要 有 7 种 ， 主 要 担负 携带 脂 类 运输 的 作用 。 30. 溶血 磷脂 “磷脂 分 子 失 去 一 个 脂肪 酸 后 剩余 的 部 分 ， 因 有 溶血 作用 而 得 名 。 31. 氧化 脱 氨基 ， 伴随 着 氨基 酸 脱 氢 而 进行 的 脱 氮 基 作 用 ， 由 氨基 酸 氧 化 “162+ 酶 催化 。 | 322. 联合 脱 氨 基 AMAMNALRALMEA ELH RMR R 循环 反应 两 种 类 型 。 后 者 见于 骨骼 肌 、 心 肌 、 肝 和 脑 。 33. DNA 半 保 留 复 制 “ DNA 复制 的 方式 ， 以 原 有 DNA 双 链 为 模板 各 合 成 一 条 新 链 ， 新 链 和 旧 链 各 组 成 子 代 DNA 分 子 。 34. 不 连续 复制 DNA 复制 时 新 链 分 段 合成 后 再 连 成 一 条 完整 的 新 链 。 35. DNA 聚合 酶 ”以 DNA 为 模板 合成 DNA 的 酶 。 真 核 生 物 、 原 核 生 物 有 自己 的 DNA 聚合 酶 。 大 肠 杆菌 有 3 种， 每 一 种 有 聚合 、 外 切 等 多 种 作用 。 真 核 生 物 有 4 种 此 类 酶 ， 都 不 具备 外 切 能 力 。 36. 拓扑 异 构 酶 ”催化 DNA 分 子 双 链 产生 不 同 绰 绕 数 的 酶 ， 有 两 种 类 型 ， I 型 可 清除 负 超 螺旋 ，II 型 可 增加 负 超 螺旋 。 37. 重组 修复 复制 后 修复 的 主要 方式 ， 主 要 由 重组 基因 A、B、C 编码 的 酶 及 其 他 酶 共同 完成 。 38. 转录 与 反 转 录 WDNA 为 模板 合成 RNA 叫 转录 ， 以 RNA 为 模板 合 成 DNA 叫 反 转 录 。 转 录 是 全 保留 和 分 段 进 行 的 ， 转 录 和 反 转 录 是 遗传 信息 传递 的 过 程 。 39. RNA 聚合 酶 ” ”以 DNA 为 模板 合成 RNA 的 酶 ， 底 物 为 4 种 NTP， 原 核 生 物 此 酶 有 一 种 ， 真 核 生 物 有 三 种 ， 聚 合 的 方向 均 为 $ 一 3 。 40. BAF “DNA 被 转录 时 ，RNA 聚合 酶 结合 、 识 别 和 开始 转录 的 DNA 序列 ， 如 原核 生物 的 -35 序列 和 -10 序列 。 41. 衰减 子 “DNA 分 子 中 的 调控 序列 ， 首 先 发 现 在 细菌 色 氮 酸 操 纵 子 中 ， 此 类 序列 具有 使 转录 终止 的 作用 ， 受 所 控制 基因 表达 产物 的 调控 。 42. RF = DNA 分 子 中 的 调控 序列 ， 发 现 于 真 核 生 物 和 病毒 ， 远 距离 作用 于 同一 条 DNA 的 启动 子 ， 对 转录 起 增强 作用 。 43. 操纵 子 “发 现 于 原核 生物 ， 相 关 结 构 基 因 同 受 一 个 启动 子 、 操 纵 基 因 和 调节 基因 控制 ， 相 关 结 构 基 因 、 启 动 子 和 操纵 基因 叫做 操纵 子 。 一 般 不 将 调解 基因 列 类 操纵 子 之 内 。 44. 校正 基因 与 tRNA 突变 DNA 分 子 碱 基 变 化 导致 某 个 氨基 酸 密码 子 BEAR, DNA 分 子 中 编码 这 种 氨基 酸 tRNA 的 基因 也 发 生 突变 ,产生 的 tRNA 携 带 的 正常 氨基 酸 仍 能 在 已 突变 的 密码 子 上 对 号 人 座 ， 编 码 这 种 突变 tRNA 的 基因 就 是 一 种 校正 基因 ，tRNA 基因 的 突变 可 以 校正 结构 基因 的 突变 。 45. 分 子 伴侣 协助 肽 链 折 丢 成 蛋白 质 的 蛋白 质 或 酶 ， 如 HSP 等 。 分 子 伴 倡 同时 具有 其 他 一 些 作用 。 46. 蛋白 质 编辑 多肽 链 合成 后 肽 片段 经 重新 组 合 后 形成 蛋白 质 的 过 程 。 47. ABE tRNA 合成 酶 ”催化 tRNA 和 和 氨基酸 结合 的 酶 ， 此 酶 对 氨基 酸 的 * 155 * 种 类 、 构 型 都 有 选择 性 。 48. 负 反 馈 ”一 种 作用 的 结果 对 这 种 作用 的 抑制 ， 如 某 反 应 的 产物 对 催化 这 一 反应 的 酶 的 抑制 。 49. 前 馈 ”输入 对 输出 的 影响 。 50. DNA 重组 载体 简称 载体 ， 携 带 外 源 DNA 进入 宿主 细胞 并 能 正常 表 达 的 运载 工具 。 51. 穿梭 质粒 ”在 真 核 和 原核 细胞 中 都 能 复制 的 质粒 ， 此 类 质粒 有 真 核 生 物 和 原核 生物 两 类 复制 起 点 。 52. 菌落 原 位 杂交 是 原 位 杂交 的 一 种 ,将 DNA 或 RNA 分 子 转移 并 吸附 固定 在 薄膜 后 进行 杂交 叫 原 位 杂交 ， 如 果 被 转移 的 分 子 改 用 菌落 直接 转移 ; BI 落 原 位 杂交 。 53. HARI 外 源 DNA 插入 到 载体 的 某 个 基因 中 间 而 使 得 这 基因 作 用 丧失 ， 由 此 带 来 一 种 标志 或 信息 ， 表 明 外 源 DNA 重组 成 功 。 54. Ti 质粒 土壤 农 杆 菌 感染 植物 时 ， 其 质粒 Ti 质粒 携带 的 外 源 基 因 使 植物 产生 肿瘤 Coe), Ti 质粒 用 做 植物 DNA 重组 载体 。 55. 基因 文库 将 一 种 生物 基因 组 储存 在 可 以 长 期 保存 的 重组 体 中 有 56. cDNA 文库 mRNA 和 基因 组 的 RNA 获得 的 互补 DNA 建 立 的 基 因 文库 (cDNA 有 互补 和 环形 DNA 两 种 解释 ) 57. Klenovw 片段 BIKAR DNA 聚合 酶 工 的 大 片段 ， 信保 曾 亲 这 和 3 聚合 和 3 一 $ 外 切 的 能 力 。 58. FRM 9 HK (clone) 是 无 性 繁殖 的 意思 ， 如 用 DNA 重组 技术 将 目的 基因 扩 增 即 是 DNA 克隆 。 59. 表达 系统 与 宿主 细胞 TEDNA 重组 中 ， 外 源 DNA 经 重组 后 进入 另外 的 细胞 中 表达 ， 这 样 的 细胞 即 是 一 个 表达 系统 ， 也 是 宿主 ， 但 单纯 的 病毒 大 侵 而 进入 的 细胞 不 一 定 能 有 所 需 的 表达 系统 。 重 组 DNA 的 表达 系统 有 真 核 细 胞 和 原 核 细胞 两 类 。 60. 细胞 凋 亡 主动 清除 无 用 或 有 害 细胞 的 过 程 ， 此 过 程 由 多 种 基因 参 与 ， 如 ICE 基因 、Ced 基因 等 。 61. 体 细胞 克隆 «= ” 即 体 细胞 无 性 繁殖 。 正 常情 况 下 已 经 分 化 的 体 细 胞 的 再 分 化 能 力 基本 丧失 ， 但 由 于 体 细 胞 的 DNA 序列 结构 并 没有 改变 ， 只 要 改变 体 细 胞 的 生存 条 件 ， 分 化 能 力 仍 可 恢复 ， 通 过 核 移植 或 加 入 适当 的 物质 已 经 可 以 知 到 We 62. 多 肽 因子 ”又 叫 细胞 因子 、 生 长 因子 、 免 疫 因子 等 。 这 是 三 类 化 学 本 质 为 多 肽 的 非 内 分 刻 腺 合成 的 主要 通过 体液 扩散 的 调节 物质 。 多 肽 因 了 手 没 有 靶 细 胞 但 有 膜 受 体 。 多 肽 因子 的 作用 主要 与 调节 免疫 系统 、 神 经 系统 、 造 骨 系 统 有 - 154 - Ko 63. 单 克隆 抗体 “简称 单 抗 。 是 通过 单一 抗原 刺激 后 的 免疫 细胞 和 具有 很 强 的 增殖 能 力 的 肿瘤 细胞 杂交 获得 杂交 瘤 细 胞 ， 从 在 体外 极 易 增殖 的 杂交 瘤 细胞 中 可 以 分 离 出 高 含量 单一 抗体 。 注 意 在 此 概念 中 的 “ 单 ” 是 指 单一 的 抗原 刺激 。 64.DNA 芯 片 ” 生物 芯片 的 一 种 。 是 按照 已 知 的 DNA 序列 结构 ， 在 有 对 单 、 双 链 DNA 区 别 能 力 的 载体 上 进行 单 链 DNA 合成 或 直接 喷涂 制 得 的 芯片 。 当 这 样 的 芯片 和 另外 的 游离 单 链 DNA 相遇 时 实现 碱 基 配 对 互补 ， 碱 基 互 补 的 DNA 片断 和 比例 可 以 被 DNA 芯片 以 光电 形式 记录 下 来 。 65. 生物 制药 ” 既是 指 用 生物 技术 制药 ， 也 是 指 用 生物 技术 获得 的 药物 。 目前 所 说 的 生物 制药 主要 是 指 通过 DNA 重组 、 转 基因 、 细 胞 与 组 织 工程 获得 的 多 肽 因子 、 酶 、 抗 体 、 疫 苗 、 反 义 RNAS. 66. 工程 菌 ” ”经 过 基因 改造 后 获得 的 微生物 。 67. 后 蛋白 组 工程 继 人 类 基因 组 计划 之 后 提出 的 面 对 蛋 白质 种 类 ， 对 应 ”的 基因 进行 全 面 系统 研究 的 计划 。 68. 抗体 酶 ”有 了 酶 活性 的 抗体 。 69. 生物 材料 ”以 来 自生 物 的 物质 作为 工业 材料 。 如 纤维 素 、 胶 原 蛋 白 、 丝 蛋 白 和 甲壳 素 等 。 生 物 材料 学 研究 如 何 开发 利用 已 有 的 生物 物质 ， 创 造 超自然 的 生物 材料 。 70. 反 义 RNA ”按照 基因 的 序列 结构 合成 的 RNA。 这 样 的 RNA 片断 进 和 人 生物 体内 后 可 以 和 对 应 的 基因 碱 基 序 列 配 对 成 为 局 部 DNA-RNA 三 链 杂 交 体 ， 由 此 阻止 该 基因 的 转录 。 此 技术 用 于 有 害 基因 引起 的 疾病 的 治疗 。 以 下 名 词 答案 略 : 单 糖 与 多 糖 固 相 酶 转 导 与 转化 糖苷 多 酶 体系 类 病毒 Aik 初速 度 fej Bf HOF 乒乓 机 制 i 2 Al 氨基 酸 残 基 齐 变 模 型 大 沟 与 小 沟 次 级 键 诱导 契合 学 说 复制 体 MS HO 中 间 产 物 学 说 复制 又 双 缩 逐 反 应 比 活 力 核 小 体 对 角 线 电泳 胞 外 酶 魔 斑 专 一 性 水 解 Alu 序列 70S 起 始 复合 物 球 蛋 和 白 与 球状 蛋白 质粒 时 序 调控 分 子 病 与 遗传 病 PCR 技术 SD 序列 代谢 缺陷 型 无 细胞 体系 复杂 度 "055 - 基因 家 族 葡萄 糖 效应 表达 载体 插 人 序列 探 针 单 克 隆 抗体 转 座 子 卡 粒 外 壳 蛋 白 〈Capsid) ， 粘性 未 端 粘 粒 接合 退火 入 We BA A a 螺旋 与 B 折 至 有 意义 链 基因 组 DNA 双 螺 旋 结 构 不 对 称 转录 肝素 DNA 半 保 留 复制 转录 单元 血糖 遗传 密码 锁 钥 学 说 持 留 时 间 (HPLC) ”限制 和 修饰 系统 突变 与 诱 变 Ri 值 翻译 定向 诱 变 分 配 系数 化 学 渗透 理论 回 文 结构 oF HE FR FE B 氧 化 通读 密度 梯度 离心 血红 和 蛋白 别 构 调节 复制 子 Be BC UE 级 联 放大 效应 核心 酶 凝 胶 电泳 原核 生物 基因 调控 同 功 酶 标准 蛋白 真 核 生物 基因 调控 诱导 酶 糖尿 病 基因 工程 酶 原 回复 突变 蛋白 质 工 程 别 构 酶 琥珀 突变 光合 磷酸 化 10.3 回答 或 简 答 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 中 有 一 些 问题 涉及 的 面 较 广 ， 对 这 些 问 题 的 研究 已 基 本 有 了 和 定论， 形成 了 在 世界 上 公认 的 理论 或 模型 ， 在 试题 中 常用 回答 或 简 答 的 形 式 出 现 ， 完 成 这 类 试题 的 关键 是 要 全 面 、 准 确 、 简 炼 和 有 层次 。 Gil: 简 述 化 学 渗透 学 说 〈 假 说) 。 答 : 化 学 渗透 学 说 是 由 英国 生物 化 学 家 Peten Mitchell 于 1961 年 提出 的 ， 此 假说 用 于 解释 氧化 磷酸 化 的 偶 联 机 理 ， 此 假说 要 点 如 下 : @ 线 粒 体内 膜 申 递 氢 体 和 递 电子 体 相 间 排 列 ， 递 氢 体 有 HY REA, OR H* 由 膜 内 侧 泵 向 膜 外 侧 ， 由 此 产生 跨 内 膜 的 Ht 梯度。@ 膜 外 侧 H* EMH 梯度 ， 经 专 一 通道 返回 膜 内 侧 ， 此 通道 中 ATP 合成 酶 系统 将 HH 跨 膜 电 势 差 转化 成 ATP 合成 所 需 的 能 量 。 图 此 假 说 已 得 到 广泛 认可 ， 证 据 有 内 膜 的 半 透 性 和 完整 性 、 离 子 载体 的 抑制 和 ATP 合 成 酶 系统 的 深入 研究 。 HY: H+ 跨 膜 浓 度 差 是 化 学 渗透 假说 的 核心 ， 电 势 差 转变 为 ATP 是 这 一 假说 的 理论 基础 。 由 于 是 一 个 假说 ， 应 当 不 要 忘记 提出 的 人 和 此 假说 现在 的 状 » 456. - 况 。 例 : 血糖 水 平 是 如 何 调节 的 ? 答 : 血浆 中 的 葡萄 糖 叫 血 糖 ， 正 常情 况 为 80 一 120mg% ， 血 糖水 平 主 要 与 糖 原 的 分 解 与 合成 有 关 ， 神 经 和 激素 控制 血糖 水 平 。@D 神 经 调节 。 延 脑 “ 糖 中 枢 ” 和 交感 神经 兴奋 促进 血糖 升 高 , “ 糖 中 枢 ” 通 过 肝 糖 原 分 解 升 高 血糖 ， 交 感 神经 通过 激素 ， 如 肾上腺 素 升 高 血糖 。@ 激 素 调 节 。 胰 岛 素 降低 血糖 ， 血 糖 升 高 促使 胰岛 素 分 刻 。 肾 上 腺 素 、 胰 高 血糖 素 、 生 长 激素 、 甲 状 腺 素 促 使 血糖 升 高 。 上 述 激素 中 肾上腺 素 通过 CAMP 为 第 二 信使 的 级 联 放大 效应 使 肝 糖 原水 解 成 葡萄 糖 ， 使 肌 糖 原 分 解 成 为 乳酸 ， 而 甲状 腺 素 促 进 糖 异 生 ， 使 乳酸 转变 为 葡萄 糖 ， 胰 岛 素 促进 组 织 摄取 葡萄 糖 ， 抑 制 肝 糖 原 分 解 ， 促 进 肝 糖 原 、 肌 糖 原 合 成 ， 胰 岛 素 作用 机 理 在 于 既 影响 细胞 膜 通 透 性 ， 又 降低 CAMP 浓度 和 增加 CGMP 浓度 ， 胰 岛 素 的 膜 受 体 还 具有 了 酯 氨 酸 激酶 活性 。 HA: 血糖 调节 是 个 很 复杂 的 问题 ， 有 些 方面 仍 在 研究 之 中 ， 只 能 选择 最 基 本 的 知识 回答 ， 胰 岛 素 受 体 研 究 、 级 联 放 效应 等 也 可 进一步 详 述 ， 要 根据 答题 时 间 决 定 。 例 : DNA 半 保留 复制 是 如 何 被 证 实 的 ? 答 : DNA 半 保 留 复 制 是 Meselson 和 Stahl 于 1958 年 首先 证 实 的 ， 采 用 的 方 法 为 稳定 同位 素 标记 和 密度 梯度 离心 技术 。 将 大 肠 杆 菌 连续 12 代 培 养 在 以 SNRH4AC 坟 惟 一 氮 源 的 培养 基 中 以 使 所 有 DNA 分 子 均 被 SN 标记 ， 然 后 将 SN 完 全 标记 的 大 肠 杆 菌 转移 到 ”N 培养 基 中 逐 代 分 别 培养 。 分 别 收集 SN 全 标记 和 ZN 全 标记 后 在 “N 培养 基 中 培养 一 代 、 二 代 等 各 自 的 DNA 并 进行 氯 化 饮 密度 离心 后 ， 可 得 到 高 密度 带 (SN 带 )、 中 密度 带 (CN-YN 带 ) 和 密度 逐渐 接近 最 低 密 BE (CN 带 )， 由 此 得 知 DNA 是 半 保 留 或 复制 的 ， 即 子 代 DNA 分 子 中 的 双 链 一 条 是 旧 的 ， 一 条 是 新 合成 的 。H 脱氧 胞 苷 标记 实验 和 以 后 的 其 他 方法 均 证 实 了 DNA 半 保 留 复 制 。 HY: 实验 证 实 题 是 简 答 题 中 的 一 种 类 型 ， 有 许多 重要 理论 是 用 实验 证 实 的 ， 学 习 中 要 关注 这 些 理论 的 研究 史 ， 真 正和 弄 清 实验 的 设计 思路 和 采用 的 方法 。 香 则 ， 似 懂 非 懂 的 回答 必然 遗 误 要 点 ， 缺 少 层 次 ， 废 话 太 多 。 10.4 论 述 题 为 了 检查 学 习 中 对 某 个 问题 了 解 的 程度 ， 特 别 是 运用 知识 解决 问题 的 能 力 ， 试题 最 后 往往 有 论述 题 ， 即 常 说 的 发 挥 题 ， 全 面 、 灵 活 地 运用 所 学 的 知识 是 回答 论述 题 的 关键 ， 要 学 会 联想 ， 学 会 使 用 推理 的 方法 。 Pil: HEAL AT Ae ek ES? - 157° 答 : 红 昔 是 植物 性 食物 ， 糖 、 蛋 白质 和 脂肪 是 基本 的 营养 成 分 。 烤 红 暮 的 甜 香 是 相对 于 生 红 暮 和 水 煮 蒸 红薯 而 言 的 。 烤 红 暮 是 在 干燥 、 缓 慢 加 热 的 条 件 下 进 行 加 工 的 ， 烤 红薯 水 分 含量 所 以 低 ， 相 对 而 言 等 于 提高 糖 和 脂肪 酸 的 浓度 ， 烘 烤 过 程 很 慢 使 淀粉 酶 、 和 蛋白 酶 的 作用 时 间 比 高 温 、 快 速 蒸煮 时 的 时 间 长 。 所 以 产生 的 单 糖 、 双 糖 、 三 糖 和 氨基 酸 多 ， 糖 和 氨基 酸 作 用 生成 香味 物质 工 美 拉 德 反应 ) Hes, MU, BABAR. MHASH Ae. 说 明 : 此 题 是 检查 学 生 对 多 糖 、 蛋 白质 酶 促 水 解 知识 的 应 用 ， 对 于 食品 专业 的 学 生 说 来 ， 此 题 难度 较 小 ， 但 对 于 其 他 专业 的 学 生 ， 短 时 间 内 要 想到 完整 的 答 案 并 非 易 事 。 例 : 狗 急 跳 墙 如 何 解释 ? 答 : 狗 急 跳 墙 是 狗 的 应 急 反 应 ， 主 要 涉及 神经 和 激素 的 调节 8 名 神经 调节 。 狗 遇 到 外 界 刺激 GEESE) 后 ， 视 听 感 受 器 将 外 界 刺激 转化 为 神经 冲动 ， 神 经 冲 动 传导 到 中 枢 神 经 系统 〈 大 脑 皮 层 ) 综合 处 理 ， 通 过 传 出 神经 对 心脏 、 肺 % 骨骼 肌 等 效应 器 分 别 发 出 指令 ， 如 外 围 血 管 收缩 促使 外 周 血 回流 ， 心脏 收缩 强度 和 心 跳 次 数 增加 ， 使 血压 升 高 ， 骨 上 腺 素 分 刻 增 加 ， 呼 吸 加快 ， 四 肢 协 调 收缩 ， 产 生 跳跃 动作 。@ 激 素 调节 。 交 感 神经 兴奋 ， 肾 上 腺 素 分 刻 增 加 ， 血 管 平滑 肌 受 体 与 肾上腺 素 结合 引起 血管 收缩 ，B 受 体 与 骨 上 腺 素 结合 引起 血管 舒张 ， 肾 主 腺 素 经 级 联 放大 效应 促使 血糖 升 高 ， 糖 脂 分 解 加 速 ， 及 时 提供 四 肢 剧 烈 运动 及 心 、 肺 强烈 收缩 与 扩张 所 需 的 能 量 。 跳 跃 运 动 的 产生 和 代谢 释 能 的 加 速 共同 导致 狗 急 之 后 的 跳 墙 。 | 说 明 : 此 题 是 一 个 生理 生化 问题 ， 重 点 在 于 激素 调节 和 神经 调节 协调 产生 运 动 的 过 程 ， 神 经 调节 重 在 说 明 反 射 弧 ， 激 素 调 节 重 在 说 明 肾 上 腺 素 作 用 与 糖 、 脂 代谢 关系 。 10.5 实验 设计 问题 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 是 一 门 实验 学 科 ， 不 仅 要 重视 理论 知识 学 习 ， 实 验 原 理 与 技术 更 应 重视 ， 师 范 院 校 的 学 生 往往 在 实验 方面 有 不 足 之 处 ， 完 成 此 类 试题 有 很 大 难度 ， 解 决 这 一 难题 的 方法 ， 除 了 平时 认真 完成 实验 课 练习 外 ， 要 认真 阅 读 实验 课 教材 ， 首 先 从 原理 上 解决 问题 ， 以 此 弥补 实验 课 内 容 的 不 足 。 Bil: 已 知 某 种 蟾 蜂 能 够 分 泌 一 种 剧 毒 的 蛋白 质 ， 试 设计 一 个 实验 方案 用 于 提 取 和 鉴定 这 种 蛋白 质 。 答 : 蟾 内 分 泌 的 毒 蛋白 是 外 分 记 蛋 白 ， 可 采用 外 分 刻 和 蛋 白 的 提取 方法 ， 实 验 步骤 如 下 : 中 收集 毒液 并 妥善 保存 ; @ 从 毒液 中 分 离 全 部 和 蛋白质; @ 从 毒液 总 蛋 白质 中 分 离 毒 蛋白 ; 四 对 分 离 的 毒 蛋白 进行 纯化 ; 加 测定 分 子 量 、 亚 基数 ; OW - 158 - 定 一 级 结构 ; @ 预 测 二 级 结构 或 进行 空间 结构 X 射线 衍射 分 析 等 ; @@ 写 出 实验 结果 。 方 法 : 中 毒 蛋白 的 毒 理 要 首先 基本 搞 清 ， 如 作用 的 底 物 是 什么 ?可 能 的 产 物 是 什么 ?如果 预先 知道 其 底 物 ， 便 可 采用 亲 合 层 析 的 方法 进行 分 离 ， 从 而 简化 了 分 离 的 步骤 。O 毒 液 总 蛋白 质 分 离 可 采用 等 电 点 方法 ， 再 经 透析 后 获得 总 蛋白 质 。@) 获 得 的 蛋白 质 混合 物 用 凝 胶 过 滤 方 式 进行 蛋白 质 各 组 分 分 离 之 后 检测 各 组 分 的 毒性 ， 由 此 确定 哪 种 蛋白 质 属 毒 和 蛋白 。 旬 重复 上 述 操作 ， 富 集 毒 蛋 白 到 一 定 量 后 进行 纯化 处 理 ， 可 再 次 进行 凝 胶 过 滤 。 名 纯度 鉴定 ， 可 采用 电泳 分 析 ， 如 等 电 聚 焦 。@@ 结 唱 。@ 〇 结构 分 析 。 ”说 明 : 蛋白 质 的 分 离 纯化 无 固定 方式 可 言 ， 只 能 在 各 种 方法 中 进行 选择 并 措 配 ， 所 以 选择 和 搭配 是 回答 这 类 问题 的 关键 ， 如 是 细胞 内 成 分 ， 就 必须 有 破碎 细 胞 步骤 ， 如 已 知 带 某 种 电荷 ， 可 选用 离子 交换 ， 如 有 专 一 性 亲 合 成 分 ， 则 可 采用 亲 合 层 析 ， 一 般 说 来 ， 蛋 白质 的 分 离 纯化 都 有 前 处 理 一 粗 分 离 一 细 分 离 一 结晶 几 步 ， 具 体 方法 不 可 能 氢 述 的 很 详细 。 另 外 ， 如 预知 有 非 肽 链 组 分 ， 还 需 增 加 确定 非 肽 链 组 分 的 步骤 。 189° MT =| BAR. HR AM 士 研究 生 入 学 考试 生物 化 学 试题 中 国 科 学 院 一 九 九 三 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 入 学 试题 (BS) 一 、 是 非 题 : 20 题 ， 共 20 分 ， 和 分 ， 答 错 一 题 倒 扣 半分 ， 不 答 SARAH, “RB WY”, BSE Bx”, SMH (CO ) Pe 1. 在 免疫 测定 中 ， Ronqphowsanomoon 人 学 时 2. 在 蛋白 质 和 多 肽 分 子 中 ， 只 有 一 种 连接 氨基 酸 残 基 的 共 价 键 一 肽 键 。 人 3. 丝氨酸 和 苏 氨 酸 是 蛋白 质 磷酸 化 的 惟一 的 两 个 位 点 。 (x ) 4. 所 有 的 氮 基 酸 中 ， 因 a 碳 原子 是 一 个 不 对 称 碳 原子 ， 因 此 都 具有 旋光 性 。 EX 5. 酶 最 适 pH 只 取决 于 酶 蛋白 本 身 结构 。 CH) 6, 负 协 同性 不 能 用 MWC ( 序 变 模型 ) 理论 解释 。 Cy) AN 除 参与 酶 原 活化 和 蛋白质 降解 之 外 ， 蛋 白水 解 酶 还 参与 分 泌 型 免疫 球 蛋 ASPB (“)) 8. 双关 酶 (ambiguous enzyme) 和 双 功 能 酶 都 能 催化 一 个 以 上 化 学 反应 。 9. 麦芽 糖 是 由 葡萄 糖 与 果糖 构成 的 双 糖 。 10. 氧化 磷酸 化 的 解 偶 联 剂 都 是 质子 载体 。 11. 绿色 植物 光合 作用 的 暗 反 应 也 称 三 碳 循环 。 ee ) iy) ( x) (WV) . 磷脂 酰 胆 碱 是 一 种 中 性 磷脂 。 (x) 两 7. rm Sd . 体 细 胞 ( 双 倍 体 ) DNA 含量 为 生殖 细胞 ( 单 倍 体 ) DNA 含量 的 两 倍 。 14. 多 核糖 体 (polyribosome 或 polysome) 是 由 一 定数 目的 核糖 体 (ribo- some) 联接 而 成 。 (A 15. 所 有 生物 催化 剂 都 是 蛋白 质 。 (2 16. 已 知 类 病毒 (viroid) 是 一 类 不 含 蛋白 质 的 RNA 病原 体 。 ( 17. 真 核 生物 的 基因 不 组 成 操纵 子 ， 不 形成 多 顺 反 子 mRNA。 ( - ie - a “vat < pe a ee 18. A Ay ae BY) AE Fe Za BD BY Sh BD EF RE, BORE SE 的 编码 序列 转 和 人 细胞， 就 能 合成 相应 的 蛋白 质 。 UK .) x 19.) Se ORNL SHS 非 氧化 脱 氨基 作用 普遍 存在 于 动 植物 CEN”) 20. wee MAM ERA, BREA PBR FB Fe FE BL A et 行 的 。 GPx) 二 、 选 择 题 : 10 题 ， 每 题 1 分 ， 共 10 分 ， 选 择 答案 的 号 码 必 须 填 信 ( ) 中 。 答 错 不 倒 扣 。 代 .) 在 寒 聚 蛋白 质 中 ， 亚 基 间 的 立体 排 布 、 相 互 作用 ， 以 及 接触 部 位 间 的 空 间 结 构 ， 称 为 : CF ) (1) 三 级 结构 ; (2) 缔 合 现象 ; (3) 四 级 结构 ; (4) 变 构 现象 。 (2) 通过 cAMP $8: 85 AT EH DBE Ak BE, 从 而 促进 糖 原 分 解 ， 但 不 促进 肌肉 的 糖 原 分 解 的 是 :全 C1) (1) 肾上腺 素 ; (2) 胰岛 素 ; (3) 胸腺 素 ; (4) 胰 高 血糖 素 。 (QDR CRESS) 在 代谢 调节 上 主要 功能 是 : (全 ) (1) 以 消耗 ATP 形式 释放 热 保 持 体温 ; | (2) 释放 热能 供 其 他 代谢 途径 使 用 ; (3) 释放 多 余 储 备 能 量 ， 以 达到 能 荷 平 衡 ; (4) 控制 代谢 流向 ， 是 一 种 代谢 途径 “ 开 ” 或 “ 关 ” 式 的 调控 方式 ， 并 能 确 保 机 制 对 刺激 作 做 出 应 急 的 反应 。 4. 已 知 某 种 酶 其 活性 部 位 有 Arg. Lys 残 基 参 与 底 物 结合 ， 因 此 可 考虑 选用 MP era: © 人 (1)DEAE = 纤维 素 ; (2) 磷 酰 化 纤维 素 ; sa (3) 苯 基 化 葡 聚 糖 (4) 三 乙 基 氨基 纤维 素 。 5. 粗糙 型 内 质 网 系 的 主要 功能 是 : (3? ) (1) 糖 类 的 合成 邮 (2) 脂 类 的 合成 ; BAER ANY A me (4) 必 须 氨基 酸 的 合成 。 6. 4 fee Bel [s ( ) (1) 解 偶 联 剂 ; (2)ATP 合成 酶 抑制 剂 ; (3)NADH 一 辅酶 O 氧化 还 原 酶 抑制 剂 ; (4) 细 胞 色素 氧化 酶 抑制 剂 。 7. 痛风 症 (gout) 是 由 于 尿酸 在 体内 (特别 是 关节 内 ) 过 量 积累 而 引起 , 别 味 叭 醇 (allcollrinol) 是 治疗 痛风 的 有 效 药 物 ,是 因为 别 味 叭 醇 能 : 人 一) (1) 激 活 尿酸 酶 ; (2) 激 活 尿酸 氧化 酶 ; (3) 抑 制 黄 嗓 叭 氧化 酶 ; (4) 抑 制 乌 嗓 吟 脱 氨 酶 。 8. 参与 转录 的 酶 是 : @i 7) (1) 依 赖 DNA 的 DNA RABE; = (2) RL DNA 的 RNA 聚合 酶 (3) 依 赖 RNA 的 DNA 聚合 酶 ; (4) RAL RNA 的 RNA RGB. 和 9. 在 糖 酵 解 代谢 链 中 ,什么 关键 反应 步骤 决 定 酵 解 的 速度 : C4 (1) 葡 萄 糖 的 磷酸 化 ; (2)6 -磷酸 果糖 磷酸 化 形成 1,6 -二 磷酸 果糖 ; (3) 磷 酸 三 碳 糖 的 同 分 异 构 化 ; (4)3 -磷酸 甘油 磷酸 将 磷 酰 基 转 给 ADP 形成 磷酸 甘油 和 ATP. (iOS 脂肪酸 的 合成 中 ,每 次 碳 链 的 延长 都 需要 什么 参加 ; (Q ) C1) ZAR A (2) 草 酰 乙 酸 ; 4 (3) 丙 二 酸 单 酰 辅酶 Ai; (4) 甲 硫 氨 酸 。 三 \ 填 空 填 :16 题 , 每 空格 答对 给 工分 , 共 40 分 。 1. 蛋白 质 二 级 结构 的 三 种 基本 类 型 是 _ 、 原 蛋 白 的 二 级 结构 是 一 种 上 ,。 2. 分 离 蛋 白质 混合 物 的 各 种 方法 主要 根据 蛋白 质 在 溶液 中 的 下 列 性 质 3. 磺胺 药物 抑 箱 合成 ,最 后 导致 对 细菌 生长 繁殖 的 抑制 。 4. 一 个 有 效 的 自杀 性 抑制 剂 必须 具备 : CL) fa ai eat BG CR Dae SCD et Re 7 ES} 和 ;而 胶 共 价 修饰 调节 ,这 是 存在 于 5. 谷 氨 酰 胺 合 酶 的 活性 可 被 和 细菌 中 一 种 共 价 修饰 调节 酶 活性 的 方式 之 一 。 6. 直 链 淀粉 是 一 种 多 糖 , 它 的 单 体 单位 是 ,它们 以 键 连接 ， 纤维 素 也 是 一 种 多 糖 , 它 的 单 体 单位 是 ,它们 以 键 连接 。 7. 磷脂 酶 C 水 解 磁 脂 酰 胆 碱 后 生成 与 ° 8. 在 完整 线粒体 中 ,a- 酮 成 二 酸 脱 氢 化 生成 琥珀 酸 , 可 生成 相当 于 | 分 子 ATP. 9. ATP 水 解 生 成 ADP 与 无 机 磁 酸 时 的 标准 自由 能 变化 为 (AG- ) 为 ,这 个 反应 的 平衡 常数 为 o 10. 凝集 素 是 一 类 能 与 相互 作用 的 蛋白 质 。 11. 生物 膜 的 内 在 蛋白 质 与 膜 的 结合 主要 通过 键 。 12. 核酸 中 的 味 叭 环 有 四 个 氮 原 子 , 生 物 合 成 时 分 别 来 自卫 二 、 SUT OR 5 ME Me Ay TS RUF, IK 和 13. Tm 是 DNA 具有 的 一 个 重要 特性 ,其 定义 为 o 14. UMP 磷酸 核糖 转移 酶 催化 尿 喀 啶 和 5 -磷酸 核糖 - 1- 焦 磷酸 反应 生成 - 1@- = EPE a 15. A BR RS Fe EA . 、 和 ° 16. 在 脂肪 酸 分 解 代谢 中 ,长 链 脂 酰 辅 酶 A 以 形式 转运 到 线粒体 内 ， 经 过 ss EFA, AE 参加 三 羧 酸 循环 。 四 、` 问 答题 :5 题 ,每 题 6 分 , 共 30 分 。 1. 画 出 肌 红 蛋白 和 血红 蛋白 的 氧 合 曲线 , 比较 并 加 以 简单 说 明 。 2. 下 表 列 出 牛 心细 胞 浆 和 线粒体 中 苹果 酸 脱 氢 酶 的 一 些 数据 ,请 依据 这 些 数 据 , 试 分 析 细胞 浆 和 线粒体 中 苹果 酸 脱氧 酶 在 苹果 酸 循环 中 (苹果 酸 穿梭 ) 的 调节 意义 。 NAD* NADH (苹果 酸 一 全 -一 二 一 > 草 栈 乙 酸 ) AH PER RAR BORA PIER Se 分 子 量 52.000 62.000 等 电 点 4.6 一 4.7 5.5~5.6 K,, GER) 4.7x 10° 4M 2.5X10°4*M K,,(NAD + ) 9.9x10-°M 9.910 °M K,, (#2 ZR) 4:2X1075 3.4X10-5M K,, (NADH) 2:7-x 1075. 5.2X10 5M 草 酰 乙酸 开始 抑制 浓度 = =>0.3x 10 Pw AMT 1.3 10° 4M 开始 抑制 3. 请 写 出 :(1) 完 整 线粒体 内 从 NADH 2 O, 这 段 呼吸 链 的 组 成 顺序 ;(2) 产 生 偶 联 ATP 合成 的 部 位 ;(3) 三 个 作用 于 这 段 呼吸 链 不 同 部 位 的 抑制 剂 的 名 称 及 作用 点 。 4. 分 别 讨论 氨 甲 酰 磷酸 和 3- 磷酸 核糖 - 1 - 焦 磷酸 (PRPP) 在 代谢 中 的 作用 。 5. 简要 说 明 分 子 生 物 学 的 中 心 法 则 。 “证 05” 中 国 科学 院 一 九 九 四 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 入 学 试题 (B 卷 ) 一 ` 是 非 题 :20 题 , 共 20 分 ,每 题 答对 得 一 分 , 答 错 一 题 倒 扣 半 分 , 砂 答 者 不 倒 扣 ; 答 "是 ` 写 Vi ASR’ “x” Sem PS 到 1. 和 其 他 生物 一 样 ,每 一 种 病毒 含有 RNA 及 DNA 两 种 核酸 。 (2 ) 2. 单 克 隆 抗体 和 多 克隆 抗体 的 区 别 在 于 后 者 可 以 抗 多 种 抗原 。 中 3. 乙烯 是 一 种 植物 激素 。 (Mh 4. 胰岛 素 在 体内 是 先 分 别 合成 A.B 两 条 链 ,然后 再 通过 正确 匹配 的 二 硫 键 连接 而 成 。 / Er 5. 蛋白 质 磷酸 化 和 去 磷酸 化 是 可 逆反 应 ,该 可 逆反 应 是 由 同一 种 酶 催化 完成 的 。 ex ) 6. 某 些 癌 基 因 表达 产物 具有 不 完整 的 激素 受 体 结构 。 “ “( (UH) 7. 所 有 别 构 酶 都 是 寡 聚 蛋白 。 (RY) 8. SUA E48 5 #4 (zinc finger structure) 的 蛋白 质 均 有 与 DNA 结合 的 功能 。 (7) 9. AMER EM , AWE TA RS ARR. (CC) 10. 光合 的 总 反应 中 ,HPO 中 的 氧 渗 人 入 到 葡萄 糖 中 去 。 IGA) RI) 11. EL Fad ER hy ACHE BE A, 7 LY FLT SR A A 利 。 人 全 12. 脂肪 酸 氧化 降解 始 于 分 子 的 次 端 。(X era nD 13. 所 有 mRNA 上 的 起 始 密码 子 都 是 AUG。 (+) 14. BES Ae A J OS tA WE Gv) 15. 生物 的 复制 方式 有 多 种 ,通常 是 双向 进行 的 ,但 滚动 式 复制 却 是 单 向 的 。 Ca 16. 真 核 细 胞 和 原核 细胞 核糖 体 中 的 RNA 的 数目 和 种 类 是 相同 的 。 Ch) 17. 腺 苷 二 磷酸 (ADP) 分 子 在 腺 苷 酸 激酶 的 作用 下 可 生成 一 分 子 ATP 和 一 分 子 AMP。 V/ } (+) 18. SAPS We Re SE He I Ee PB a, HR PH Me ES A UME WE I JE, 88 NL TL BNE RPE PS RAE HY (eS 19. ATP 是 磷酸 果糖 激酶 的 底 物 , 因 而 高 浓度 ATP By DSI Be a HE 化 F-6-P 生 成 F-1,6-2P 的 速度 。 CH ) 20. 真 核 生 物 蛋白 质 合成 起 始 氨基 酸 是 甲 酰 甲 硫 氨 酸 。 (spell 二 .选择 题 :10 BH, EL 1 4}, SE 10 分 ,选择 答案 的 号 码 必 须 填 人 ( ) 中 , 答 错 不 倒 扣 。 - 164 - 1. G 和 蛋白 质 与 多 种 信息 传导 过 程 中 , 它 是 与 下 列 哪 一 种 配 基 结 合 的 蛋白 质 : @).) O34 ;@cAMP;@Ca’** ;@ATP. : 2. 人 免疫 缺损 病毒 (HIV) 引 起 爱滋病 ,这 种 病毒 是 一 种 : a: dsDNA 病毒 foe I # ; OdsRNA Ji # ; OssRNA 病毒 。 3. 线粒体 基质 中 脂 栈 辅酶 A Abe a Es 人 @FAD;@NADP* AD* ;@GSSG. 4. 在 接近 中 性 pH 的 条 件 下 ,下 列 哪 种 基 团 既 可 作为 H 的 受 体 , 也 可 作为 H -的 供 体 : (r ) (Isis ERE ; DL yse- 氨基 ;@Arg ALA: 1008 HM. 5. 维生素 卫 的 结构 是 一 种 : 村 ) ;O 酚 ;@ 醛 ;@ 酮 。 6、 脂 双 层 的 厚度 大 约 为 i) 3~8nm;@50~80nm; @500~800nm; @5~8um. 7. 5 -磷酸 核糖 与 ATP 作用 生成 $ -磷酸 核糖 -二 - 焦 磷 酸 (PRPP) ,催化 这 一 反应 的 酶 是 : 之 (4.9 DB RR ANE | OBER ROE Ae ERAS ; OBE MRK BEG | OATP 激酶 。 8. 反 转 录 酶 是 一 类 : Rt: Gr) @DNA 指导 的 DNA 聚合 酶 ; @DNA 指导 的 RNA RAAB; @RNA 指导 的 DNA RAB; @RNA 指导 的 RNA 聚合 酶 。 % 叶绿素 中 含有 的 金属 离子 是 : “ OFe**:@cu?* () g* ;@Ce?*. 10. ppGpp 在 下 列 情 况 下 合成 : ( 9» OA ARE AMR ; @ 细 菌 缺 乏 碳 源 时 ; 图 细菌 在 环境 温度 太 高 时 ; 由 细菌 在 环境 温度 太 低 时 。 三 X 填 空 题 :17 题 ,40 空格 ,每 空格 答对 给 1 分 , 共 40 分 。 1. 蛋白 质 是 两 性 电介质 , 当 溶 液 的 pH 在 其 等 电 点 以 上 时 和 蛋白质 分 子 带 电荷 ,而 pH 在 等 电 点 以 下 时 , 带 二 电荷 2. Southern 印迹 法 、Northern 印迹 法 和 Western 印迹 法 是 分 别 用 于 研究 和 _ 转移 和 鉴定 的 几 种 常规 技术 。 3. Fe SO BI a) JL BH BE, ae OM 两 种 激素 的 协调 作 用 控制 ,而 它们 本 身 又 受 调节 。 4. 酶 与 蛋白 质 相互 作用 是 广泛 存在 的 ,例如 酶 与 抗体 , 酶 (蛋白 ) 与 蛋白 激酶 ， 酶 与 蛋白 激活 剂 或 抑制 剂 , 除 此 之 外 还 有 o 5. 多 酶 复合 物体 系 总 的 反应 速度 取决 于 其 中 反应 ,一 般 来 说 大 部 分 .165 . 具有 自我 调节 能 力 的 多 酶 体系 的 就 是 限制 速度 的 步骤 。 6. 在 动 植物 中 ,脂肪酸 降 解 主要 途径 是 作用 ,而 石油 可 被 某 些 细菌 降解 ,其 起 始 步骤 是 作用 。 7. 酮 体 是 指 、 和 o 8. 人 工 模拟 生物 膜 的 系统 主要 有 与 o 9. 低 密度 脂 蛋 白 的 主要 生理 功能 是 10. 哺乳 动物 自身 不 能 合成 称 为 必需 脂肪 酸 。 11. 生物 膜 主 要 组 分 是 与 o 12. 氧化 磷酸 化 PZO 比值 是 指 ° 13. 核糖 核 苷 二 磷酸 在 核糖 核 苷 酸 还 原 酶 作用 下 ,生成 脱氧 核糖 核 背 二 磷酸 ， 需要 和 参与 。 14. 别 味 叭 醇 对 味 叭 氧化 酶 有 很 强 的 抑制 作用 ,能 治疗 痛风 症 , 是 由 于 它 的 化 学 结构 与 很 相似 ,减少 在 体内 过 量 积累 。 15. 核 背 激酶 、 核 苷 酸 激酶 、 核 苷 二 磷酸 激酶 和 多 核 苷 酸 激酶 的 底 物 分 别 是 核 背 \ 核 背 酸 、 核 背 二 磷酸 和 多 核 背 酸 , 反 应 产物 分 别 是 _ : 和 ° 16. 生物 体内 各 类 物质 有 各 自 的 代谢 途径 ,不 同 代谢 途径 可 通过 交叉 点 上 的 关键 中 间 物 而 相互 转化 ,使 各 代谢 途径 得 以 沟通 形成 网 络 ,其 中 三 个 最 关键 的 中 间 Ripe 、 和 0 . 酸 和 酸 , 因 此 这 二 种 脂肪 酸 被 a) 17. 核 背 三 磷酸 在 代谢 中 起 着 重要 的 作用 。 是 能 量 和 磷酸 基 团 转移 的 重要 物质 ， 参与 单 糖 的 转变 和 多 糖 的 合成 ， 参与 卵 磷脂 的 合 成 ， ”供给 肽 链 合成 时 所 需要 的 能 量 。 四 、\ 问 答题 :5 题 ,每 题 6 分, 共 30 分 。 1. Ki AAA 2000 种 以 上 的 蛋白 质 ,为 了 分 离 它 所 表达 的 一 个 外 源 基因 的 产物 并 保持 它 的 活性 , 常 有 很 大 困难 。 但 为 了 某 种 目的 ,请 根据 下 列 要求 写 出 具 体 的 方法 。(6 分 ) 《1) 利 用 浴 解 度 差 别 进行 分 离 。 《2) 利 用 蛋白 质 分 子 大 小 进行 分 离 。 《3) 根 据 不 同 电 荷 进行 分 离 。 (4) 已 制备 有 该 产物 的 抗体 进行 分 离 。 (5) 产 物 的 浓缩 。 《6) 产 物 纯 度 的 鉴定 。 2. 简 述 B- 肾 上 腺 素 促 进 糖 原 降 解 的 大 致 途径 ,并 扼要 说 明 蛋 白 激酶 在 该 过 程 中 的 作用 及 生理 调节 意义 。(6 分 ) 166 . 3. 将 下 列 六 个 化 合 物 按 被 动 扩 散 典型 生物 膜 的 速度 ,由 低 至 高 排队 (假定 该 生物 膜 上 没有 专 一 的 传送 蛋白 ,pH 为 7, 化 合 物 由 浓度 高 的 一 侧 向 另 一 侧 扩散 )。 (1) HOCH,CH,CH,OH (2) 并 40; naa OH (3) 4 aaa OH (4)CH3;CH,CH,CH,OH (5) + H;NCHCOO- OPO3” (6)CH;CONH; 4. 写 出 真 核 mRNA 的 帽子 结构 式 。(6 分 ) 5. ApCpUpApGoH 经 蛇毒 磷酸 二 酯 酶 和 牛 脾 磷 酸 二 酯 酶 完全 酶 解 的 产物 分 别 是 什么 ? (6 分 ) - 467 ~ 北京 大 学 一 九 九 一 年 研究 生 入 学 考试 试题 一 \ 名 词 解释 :( 共 5 个 ,每 个 2 分, 共 10 分 ) 1. 拼接 体 (spliceosome) 2. 复制 子 (replicon ) 3. 反馈 调节 (feedback regulation ) 4. 别 构 效 应 (allosteric effect ) 5. 抗体 酶 (abgyme) 二 、 写 出 下 列 英 文 符号 的 中 文 名 称 ( 共 10 个 ,每 个 1 分 , 共 10 FP) THF ddNPP ACTH Hbs tRNAm micRNA ACP NADPH AG*’ 10. Cott 要 = 填空 题 ， 〈《 共 .30 个 空格 ,每 格 1 分 , 共 30 分 ) 1. NAD* 和 NADP-* 还 原 时 ,在 增加 一 个 吸收 峰 。 2. 常用 的 DNA 超 螺旋 结构 的 舱 合 剂 是 6 3. 在 癌变 过 程 中 同 工 酶 谱 发 生 4. 哺乳 动物 的 必需 脂肪 酸 为 和 5. 某 些 蛋白 质 前 体 都 具有 氨基 酸 的 长 度 , 残 基 侧 链 一 般 呈 8 下] 站 FW NY 证 ,位 于 肽 链 的 端 。 6. 糖 蛋 白 中 糖 基 与 蛋白 质 肽 链 可 通过 两 类 糖苷 键 结 合 , 即 : 7. DNA 序列 测定 的 末端 终止 法 所 用 的 工具 酶 是 o 8. 大 肠 杆菌 RNA 聚合 酶 全 酶 的 亚 基 组 成 为 o kee 酶 称 为 核心 酶 ,该 亚 基 的 功能 为 o 肽 ,它们 大 都 是 大 约 相当 于 亚 基 的 9. 线粒体 DNA 的 复制 为 方式 ;@X174 HAR DNA Fi IK DNA 后 期 复制 为 染色 体 DNA 复制 为 方式 。 - 168 - 方式 ;大 肠 杆菌 染 色 体 DNA 的 复制 为 方式 ; 真 核 生物 10. 呼吸 链 电子 传递 速度 受 浓度 控制 的 现象 称 为 受 体 控制 。 11. 胆 固 ( 和 省) 醇 合成 的 限 速 酶 是 浓度 升 高 其 活性 下 降 。 12. 喀 啶 环 是 由 和 合成 的 。 13. 丙酮 酸 脱氧 酶 系统 受 和 三 种 调节 控制 。 14. 神经 递 质 5 -羟色胺 由 衍生 而 成 。 15. 乙酰 CoA 进入 三 羧 循 环 ,还 是 形成 酮 体 , 由 细胞 中 16. 生物 固氮 是 微生物 利用 转变 成 氨 的 作用 。 四 ` 是 非 题 : 是 打 (\/ ) ,和 否 打 (X)。( 共 1S 题 ,每 题 1 分 , 共 15 分 ) 1. 多 顺 反 子 mRNA 含有 多 个 SD 序列 ,起 始 密码 子 和 终止 密码 子 各 编码 区 的 翻译 效率 彼此 不 同 。 2. 酶 的 Ke, 型 抑制 剂 比 KS 型 抑制 剂 专 一 性 更 强 。 . 紫外 线 照射 可 使 DNA 互补 双 链 间 形 成 胸腺 喀 啶 二 聚 体 。 . 一 个 氨基酸 残 基 就 是 一 个 肽 单元 。 . DNA 复制 需要 RNA 引物 ,RNA 复制 则 不 需 引 物 。 . 蛋白 质 进 化 过 程 中 构象 是 易 变 的 。 7. 由 于 遗传 密码 的 简 并 性 ,一 个 氨基 酸 可 以 有 几 种 疏 NA, 但 通常 具有 一 种 氮 ) ) 浓度 决定 。 Nn W BSS eS eS aa ww Sa) SO a Ns BE — tRNA 4 AB. ( 8. 蛋白 质 在 热力 学 上 最 稳定 的 构象 是 自由 能 低 的 结构 。 ( 9. 当 一 种 大 肠 杆 菌 突 变型 为 DNA 聚合 酶 III 的 3' 一 $' 外 切 酶 缺陷 时 ,该 突变 型 表现 的 特征 为 对 紫外 线 敏 感 。 CF C8 gy 10. 在 酸性 条 件 下 DNA 43-7 EME ARE , BOK AE PK. (9 ) 11. 严重 糖尿 病 患者 因 其 糖 原 异 生 作 用 加 强 导 致 血 酮 症 。 WE 12. 杀 鼠 药 氟 乙 酸 的 毒性 是 由 于 其 抑制 了 顺 鸟 头 酸 酶 ,从 而 阻 断 了 三 羧 酸 循 环 。 Ry.) 13. 无 糖 膳食 中 用 含 奇 数 碳 脂肪 酸 比 含 偶数 碳 脂肪 酸 的 脂肪 作为 食物 更 好 。 @. dHy 14. fey AB Veal OS i A PL AB ET PR rtd | ed HR A WE KE Fe, 9 hbk 硬化 危险 。 @ St AY 15. 安 密 妥 (amytal) Hse A A BH BF Oe see AY HM sll FA) ACH ia BY, Ec SE 性 更 大 。 SF ) 五 分 析 与 计算 题 :( 共 35 分 ) 1. 4SAMC; 上 标记 &C, 氨基 上 标记 SN, 在 肝脏 中 氧化 降解 ,同位 素 将 出 现在 下 列 代谢 物 的 哪个 原子 上 。(5 分 ) (1) SRF ; (2) KA AR; (3) ARMs (4) RA. 2. SAUTE 4 种 蛋白 质 的 混合 物 : .169 - (1)4+-+ 15000, pl=10; (2)4+-F 62000, pI=4; (3) 分 子 量 28000,pI= 8; (4) 分 子 量 9000,pI=6。 若 不 考虑 其 他 因素 , 当 (A) 用 CM -纤维 素 层 析 柱 分 离 时 ,(B) 用 SephadexGso 凝 胶 层 析 柱 分 离 时 , 试 写 出 这 些 蛋 白质 的 洗 脱 顺 序 。(5 分 ) 3. 在 以 下 的 修饰 碱 基 中 ,何者 在 形成 双 链 时 氢 键 结合 的 性 质 不 同 于 和 它 相 关 的 普通 碱 基 ? (2 分 ) (1)2 —FA BEAR IER PS ; (2) 5 - 甲 基 胞 喀 啶 ;(3)5 - 产 甲 基 胞 喀 啶 ;(4)1= 甲 基 乌 嘲 We ; 4. 假定 下 面 的 DNA 双 链 是 从 右 向 左 进 行 转录 , 写 出 RNA 转录 产物 的 序列 。 (3 分 ) <—____ 转录 方向 5. 某 酶 制剂 的 比 活 力 为 42 单位 / 训 克 蛋白 质 ,每 毫升 含 12mg 蛋白 质 。 (1) 计 算 lml 反应 液 中 含 Spel 酶 制剂 时 的 反应 初速 度 。 (2) 若 lml RRA Syl 酶 制剂 ,在 10 分 钟 内 消耗 底 物 多 少 ? 为 保证 测定 酶 的 初速 度 ,所 需要 的 最 低 底 物 浓 度 是 多 少 ? (5 分 ) 6. 有 一 酶 分 子 使 其 变性 后 ,用 溴 化 氰 降解 。 在 降解 产物 中 得 到 一 个 未 知 氨基 酸 顺 序 的 九 肽 , 试 根 据 以 下 实验 结果 推断 出 此 九 肽 的 氨基 酸 顺 序 。(5 分 ) (1) 氨 基 酸 分 析 表 明 , 它 含有 Ala. Arg.Cys,Glu,Lys,Met,Pro,Phe ; (2) 用 Edman 法 降解 得 到 一 个 Pro 的 衍生 物 ; (3) 用 胰 和 蛋白酶 水 解 得 到 一 个 游离 Arg 一 个 二 肽 和 一 个 六 肽 ,这 个 六 肽 在 pH6.4 时 呈 电 中 性 状态 ; (4) 用 族 乳 酶 降解 得 到 一 个 二 肽 .一 个 三 肽 和 一 个 四 肽 ,@ 二 肽 在 pH6.4 WS 负电 荷 ,@ 分 析 三 肽 ,发 现 里 面 含 有 硫 ,@ 在 pH6.4 时 分 析 四 肽 , 它 的 净 电 荷 为 +2, 在 280nm 分 析 表 明 含 芳 香 族 氨基 酸 。 以 下 考题 分 二 组 ,第 一 组 为 非 生 化 专业 必 做 ;第 二 组 为 生化 专业 必 做 。 第 一 组 ( 非 生 化 专业 做 ) 1. 如 何 判明 DNA 制剂 的 纯度 和 是 否 为 天 然 双 链 分 子 ? (5 分 ) 2. 如 果 细 菌 环 状 染 色 体 的 复制 是 双向 的 ,并 且 从 固定 的 复制 起 点 开始 ,每 个 复制 叉 以 16um/min 的 速度 移动 ,细菌 染色 体 长 1280jpm, 完成 整个 染色 体 复 制 所 需 时 间 是 多 少 ? 当 细菌 在 营养 丰富 的 培养 基 中 每 20 分 钟 细 胞 分 裂 一 次 ,也 就 是 说 ”证 0i > 第 一 轮 复制 尚未 完成 就 需 开 始 第 二 轮 复 制 ,此 时 染色 体 有 几 个 复制 叉 ? (5 分 ) 第 二 组 (生化 专业 做 ) 1. 利用 标记 的 16s rRNA 和 未 标记 的 细菌 DNA 进行 分 子 杂 交 表 明 ,在 饱和 时 4% 100ug DNA E44 0.071 ng 的 16S rRNA( 分 子 量 为 5.3X105)。 该 细菌 细胞 含 有 2.6Xx10? 道 尔 顿 的 DNA。 试 计算 每 个 细菌 基因 组 所 含 16S rRNA 基因 的 拷贝 数 。(S 分 ) 2. 用 琼脂 糖 凝 胶 电泳 分 离 制备 的 质粒 ,分 出 三 条 带 , 请 设计 实验 判断 何者 为 开 环 DNA(open cirular DNA) ,何者 为 线性 DNA (linear DNA) ,何者 为 共 价 闭 环 DNA(covalent closed circular DNA). (5 分 ) se 北京 大 学 一 九 九 二 年 研究 生 入 学 考试 试题 一 \ 名 词 解释 :( 共 5 个 ,每 个 3 分 , 共 :15 分) 1. ribozyme 2. 衰减 子 (attenuator) 3. 第 二 信使 (second messenger) 学 说 4. 酮 体 (ketone bodies) 5. 钠 钾 离子 泵 (Na 、K -pump) 二 、 写 出 下 列 英 文 符号 的 中 文 名 称 :( 共 10 个 ,每 个 1 分 ; 共 10 分 ) 1. DHU; 2.GHS; 3. cccDNA; 4. NADP*; 5. GH 6. MSH; 7..cGMP:; 8&8: LTR; 9. ATCase; 10» PREP = Saas Bh: (FE 30 FER, BH 1D, 307) 序列 1. DNA 合 成 的 方向 是 。RNA 转录 的 方向 是 。 和 蛋白 质 合 成 的 方向 是 2. hnRNA 经 RNA 拼接 过 程 去 掉 , 留 下 3. 原核 生物 蛋白 质 合成 的 起 始 tRNA 是 , 它 携带 的 氨基 酸 是 ,而 真 核 生 物 蛋 白质 合成 起 始 tRNA 是 , 它 携带 氨基 酸 。 4. 将 重组 DNA 引入 受 体 细 胞 ,这 一 过 程 称 为 5. tRNA 的 二 级 结构 呈 BEN 3-5 6. 胰岛 素 受 体 蛋白 质 存在 于 7. 胰 凝 乳 蛋白 酶 的 亲 和 标 记 试 剂 是 , 它 作 用 于 酶 活性 中 心 的 8. 维持 蛋白 质 三 级 结构 最 重要 的 作用 力 是 9. 高 等 动 植物 含有 一 个 不 饱和 键 的 脂肪 酸 ,其 双 键 位 置 一 般 在 第 碳 原子 之 间 。 10. 性 激素 与 靶 细 胞 受 体 结合 后 ,进入 细胞 核 与 作用 ,从 而 调节 基因 表达 。 | 11. 维生素 D; 的 活性 形式 是 12. 纤维 素 和 淀粉 分 子 结构 的 区 别 在 于 :纤维 素 的 葡萄 糖分 子 是 以 连接 而 成 ,而 淀粉 是 以 形式 连接 而 成 。 13. 在 脂肪 酸 生物 合成 中 酰基 的 载体 为 ,在 脂肪 酸 氧化 中 酰基 的 载 体 为 14. 氨基 酸 代谢 的 一 碳 单位 主要 由 供给 , 核 苷 酸 生 物 合成 中 的 一 碳 Bird 供给。 -172° ——— 15. 糖 酵 解 过 程 在 细胞 的 部 位 进行 ,氧化 磷酸 化 在 细胞 的 部 位 进行 。 四 ` 是 非 题 :是 打 (~/), 否 打 (x )。( 共 15 题 ,每 题 1 分 , 共 15 分 ) 1. 激素 孕 二 醇 的 原初 作用 部 位 在 细胞 核 。 2. 在 细菌 培养 物 由 供 氧 条 件 转 为 厌 氧 条 件 时 ,葡萄 糖 的 利用 速度 增加 。 3. 氰 化 物 引 起 缺 氧 是 由 于 抑制 底 物 磷酸 化 。 4. 细胞 液 中 脂肪 酸 合成 需要 线粒体 产生 乙酸 ,而 乙酸 是 由 乙酰 CoA 将 它 带 出 线粒体 膜 。 5. 所 有 和 蛋白质 的 克 分 子 消 光 系 数 都 是 一 样 的 。 6. 促 甲 状 腺 激素 是 由 垂体 前 叶 分 变 的 含 糖 基 的 单 链 蛋 白质 。 7. 抑制 剂 对 酶 的 抑制 作用 是 酶 变性 失 活 的 结果 。 8. 糖苷 键 对 碱 稳 定 ,而 易 被 酸 水 解 。 9. 限制 性 内 切 酶 的 生物 学 作用 是 分 解 外 源 的 DNA。 10. 别 构 酶 动力 学 曲线 都 呈 SH. 11. DNA 是 遗传 物质 ,RNA 不 是 遗传 物质 。 12. 双 螺 旋 DNA 复制 后 , 子 代 DNA 不 含有 亲 代 的 成 分 。 13. 在 蛋白 质 合 成 中 起 始 合成 时 ,起 始 RNA 结合 核糖 体 A 位 。 14. 每 个 原核 细胞 染色 体 上 只 有 一 个 复制 起 点 ,而 每 个 真 核 染 色 体 则 有 许多 复制 起 点 。 15. 原核 生物 转录 启动 子 (promoter) 有 三 个 重要 部 位 : — 10 区 (Pribnow bos), -35 区 及 SD 序列 。 五 分 析 与 计算 题 : 共 30 分 。 1. 今 有 一 个 九 肽 ,分别 用 (1) 胰 和 蛋白酶 2) 胰 凝 乳 蛋白 酶 3) 羧 肽 酶 B、(4) 省 化 氰 处 理 ,试用 箭头 及 号 码 表示 出 它们 对 肽 键 作 用 的 位 置 。(2 分 ) Leu-Met-Arg-Pro-Ala-Lys-Tyr-Ser-Arg 2. 一 个 大 肠 杆菌 细胞 中 含 10° 个 蛋白 质 分 子 , 假 设 每 个 蛋白 质 分 子平 均 分 子 量 为 40000, 并 且 所 有 的 分 子 都 处 于 w 螺旋 构象 , 试 计 算 每 个 大 肠 杆菌 细胞 中 蛋白 质 肽 链 的 总 长 度 ( 以 cm 表示 )。(4 分 ) 3. lug 纯 酶 (分 子 量 为 92000) ,在 最 适 条 件 下 ,催化 反应 速度 为 0.Spmol/ ming 计算:(1) 酶 的 比 活力 (单位 人 Amg 和 蛋白质 );(2) 转 换 数 (TN 值 )。(4 分 ) 4. 请 分 别 指出 (1)DNA 复制 、\2)RNA 合成 (3) 蛋 白质 合 成 三 个 过 程 的 忠实 性 是 如 何 保持 的 ? (5 分 ) 5. 用 纯化 的 脂肪 酸 合 酶 进行 脂肪 酸 的 体外 合成 (1) 假 设 用 作 底 物 的 乙酰 辅酶 A 中 的 甲 基 为 "H 所 标记 (CH3-CO-S-CoA) , 那 =” #735 » 部 位 进行 ,柠檬 酸 循环 在 细胞 的 部 位 进行 ,光合 磷酸 化 在 细胞 的 - 么 所 形成 的 软 脂 酸 (16:0) 中 哪些 H RK BH 标记 ? (2) 假 设 用 作 底 物 的 丙 二 酰 辅酶 A 中 的 两 个 再 被 ?H 标记 ( OOC-C7H,-CO-S- CoA) ,那么 所 形成 的 每 分 子 软 脂 酸 ,将 有 几 个 再 原子 被 标记 ? (5 分 ) 以 下 考题 分 二 组 ,第 一 组 为 非 生化 专业 必 作 ,第 二 组 为 生化 专业 必 作 。 第 一 组 ( 非 生化 专业 作 )( 共 2 题 ,每 题 5 分 ) 1. 假定 在 一 细胞 匀 浆 中 , 糖 酵 解 、 柠 檬 酸 循环 、 电子 传递 和 氧化 磷酸 化 均 充 分 活跃 ,NADH 不 需要 穿梭 作用 即 可 进入 电子 传递 链 ,那么 下 列 各 化 合 物 完全 氧化 时 ,每 分 子 能 产生 多 少 个 ATP? (1) 丙 酮 酸 ;(2) 葡 萄 糖 ;(3)NADH;(4)F-1,6-2P 2. 如 果 有 一 个 突变 体 , 其 8 产生 突变 ,以 致 $ 不 能 离开 RNA 聚 合 酶 的 核心 ， 那么 这 种 突变 会 对 转录 过 程 产 生 什么 影响 ? 第 二 组 (生化 专业 做 )( 共 2 题 , 每 题 5 分 ) 1. E. Coli 一 种 体外 蛋白 质 合成 系统 ,由 多 聚 核 苷 酸 AUG UUU UUU UUU UUU 指导 fMet — Phe- Phe — Phe 合成 (AUG 是 fMet 的 密码 子 ,UUU 是 Phe 的 密码 子 ) ,在 farsomycin( 一 种 新 抗生素 ) 存 在 下 ,这 个 多 聚 物 只 能 指导 合成 fiMet- Phe。 试 问 : (1)farsomycin 抑制 了 多 肽 合成 的 哪 一 步 ? (2) 没 有 受 抑制 的 寡 肽 或 受 抑 制 的 二 肽 产物 在 应 终止 时 与 RES? 请 解释 。 2. 假定 有 一 只 体重 250g 的 大 白鼠 ,其 呼吸 强度 为 500 由 O?/ 克 体重 时 ,请 计算 24 小 时 内 它 能 产生 多 少 克 ATP? (假定 呼吸 强度 不 变 , 呼 吸 途径 具有 EMP- TCA 途径 ,以 标准 状况 计 )(ATP 分 子 量 为 307)。 - 174 . 北京 医科 大 学 一 九 九 三 年 招收 硕士 研究 生 试题 I 问答 题 [ 说 明 : 生 物化 学 专业 考生 必 答 (1)、(2) 并 再 选 答 四 道 题 。 非 生物 化 学 专业 考生 选 答 六 道 题 ,每 题 10 分 , 共 60 分 ] (1) 原 核 生 物 蛋 白质 合成 起 始 复合 物 由 哪些 成 分 组 成 ? 图 示 该 复合 物 的 形成 过 程 。。， (2) 试 比较 DNA 复制 和 转录 的 异同 。 (3)DNA 热 变 性 时 ,OD260 值 随 温度 缓慢 升 高 而 增高 ;在 降温 时 ,OD260 值 如 何 随 温度 变化 ? 解释 原因 。 (4) 牛 胰 核 糖 核酸 酶 能 否 水 解 pbGpGpApGpApA 序列 ? 若 能 ,在 何 处 水 解 , 产 ” 物 为 何 物 ? 若 不 能 说 明 原 因 。 (5) 5 HK mRNA 的 结构 组 成 ,并 说 明 其 前 体 hnRNA 成 熟 为 mRNA 所 需 | 的 几 种 转录 后 加 工 过 程 。 (6) 将 -磷酸 甘油 用 同位 素 “C 标记 (标记 部 位 见 下 面 结 构 式 ) 后 ,加 肝 匀 浆 中 ,在 适宜 条 件 下 进行 反应 ,试问 以 过 一 段 时 间 后 ,测定 此 肝 勺 浆 中 的 葡萄 糖 、 脂 肪 酸 、 胆 固 醇 \ 丙 氨 酸 等 是 否 含 %C? 请 扼要 解释 为 什么 ? (7) 请 写 出 四 种 由 甘氨酸 参与 合成 的 不 同类 型 的 生物 活性 物质 ,并 分 别 说 明 它 们 的 主要 功用 。 (8) 简 述 新 生 儿 核 黄 癌 的 原因 。 II 填空 题 (每 题 1 分 , 共 20 分 )[ 必 答 ] 1. 味 叭 核 苷 酸 代谢 的 最 终 产 物 是 ,如 生成 过 多 则 出 现 HIE « 2. 重组 DNA 技术 包括 :切割 目的 基因 片段 ,切割 载体 DNA 将 插入 DNA 中 等 。 3. DNA 中 的 内 含 子 (intron , 插 人 子 ) 是 指 ;外 显 子 (exon; 表 达 子 ) 是 指 4. 蛋白 质 合 成 的 调控 , 主要 是 在 水 平 进行 s 5. DNA 的 合成 方向 是 ,多 肽 合成 方向 是 6. 和 蛋白质 合成 时 起 动 信号 的 密码 通常 是 ,起 始 tRNA 上 的 反 密 码 子 是 7. 克 分 子 两 酮 酸 在 体内 彻底 氧化 产生 CO HO 和 54 F ATP. 8. 写 出 下 列 化 合 物 的 中 文 名 称 :PAPS ,HMGCoA 9. 就 化 学 本 质 而 言 , 酶 原 激 活 的 过 程 就 是 的 过 程 。 10. 如 果 双 链 DNA 其 中 一 条 链 部 分 序列 为 bpGpCpTpGpGPA, 另 一 条 链 的 互 补 序列 为 9 - 175 ， 11. 除 维生素 C 外 ,其 他 水 溶性 维生素 重要 生理 意义 都 是 通过 功能 表现 的 。 12. 胆固醇 转变 成 胆汁 酸 的 限 速 酶 是 o 13. 肝脏 进行 生物 转化 时 对 和 葡萄糖 醛 酸 的 活性 供 体 是 o 14. cAMP 在 代谢 调节 中 的 作用 主要 通过 对 的 激活 来 实现 。 15. 用 凯 氏 定 氮 法 测 得 正常 人 血清 分 氮 量 为 11.584mgml, 以 此 求 得 正常 人 血清 蛋白 质 含 量 (g/L00ml) 为 ” 。 16. 加 单 氧 酶 主要 由 和 组 成 。 17. 合成 脂肪 酸 的 原料 是 和 由 18. 紫外 线 照 射 可 在 相 邻 的 两 个 MAMENG RR 飞 和 页 3 19. 胆固醇 生物 合成 的 限 速 酶 是 ,胆固醇 可 反馈 阻 遏 WA 而 减少 肝 中 胆固醇 合成 。 | 20. 合成 糖 原 时 ,葡萄糖 活性 供 体 是 。 合 成 卵 磷 脂 时 所 需 的 活性 胆 碱 是 者 和 | III 选择 题 (请 在 最 佳 答案 的 标号 上 打 圆 圈 ,每 题 1 分, 共 20 分)[ 必 答 ] (1)DNA 复制 中 , 解 开 双 螺旋 的 酶 是 A. 拓 扑 酶 ;了 B. 螺 旋 酶 ;C.DNA 结合 蛋白 ;D. 连 接 酶 ;E. 引 物 酶 (2) 喀 啶 核 背 合成 途径 中 ,首先 出 现 的 是 A. 一 磷酸 胞 苷 ;B. 一 磷酸 尿 苷 ;C. 乳 清 酸 ;D. 氨 甲 酰 磷酸 ; 匡 .二 氢 强 清 酸 (3) 在 “抢救 "途径 (重新 利用 "途径 ) 中 参与 腺 味 叭 再 利用 的 酶 是 A. 二 氢 叶 酸 还 原 酶 ; B. 腺 苷 酸 脱氧 酶 ; C. 腺 味 叭 磷酸 核糖 转移 酶 ; D. 鸟 味 叭 次 黄 味 叭 磷酸 核糖 转移 酶 ; E. RF PR BE FAR (4) 成 熟 的 真 核 生 物 mRNA 5 端 具有 A. 聚 (poly)A;B. 聚 (poly)Ui;C. 聚 (poly)C;D. 聚 (poly)G;E, (cap structure) 帽 (5) 下 述 对 DNA 聚合 酶 的 描述 哪 一 种 是 错误 的 A. 具 有 5 一 3 外 切 活性 ; B. 具 有 3 一 5 外 切 活性 ; C. 具 有 5 一 3 RAH; D. 具 有 3 一 5 RAW; 下 .以 上 都 不 对 (6) 下 列 哪 种 化 合 物 不 是 高 能 磷酸 化 合 物 A. ADP; B. 磷酸 肌 酸 ; C.1,3 二 磷酸 甘油 酸 ; D. 磷酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 ; 下 .一 磷酸 葡萄 糖 (7) 胞 液 里 产生 的 NADH 可 以 A. 直 接 进 入 线粒体 氧化 ; * 176° 氮 代 谢 处 于 B. 交 给 FAD,FAD 可 进入 线粒体 氧化 ; C. 由 肉 毒 碱 帮助 进入 线粒体 ; D. 通 过 线粒体 内 膜 上 的 相应 载体 而 进入 线粒体 ; 下 .还 原 磷 酸 二 羟 两 酮 ,其 还 原 产物 可 进入 线粒体 (8) 儿 茶 酚 胺 是 由 哪 种 氨基 酸 转 化 生成 的 A. 色 氢 酸 ;B. 谷 氨 酸 ;C. 天 门 冬 氨 酸 ;D. 酷 氨 酸 ; 匡 . 赖 氨 酸 (9) 呼 吸 链 与 磷酸 化 相 偶 联 的 部 位 是 A.FAD->CoQ; B.FMN->CoQ; C. CoQ->Cytb; D. CytcCytaaz3 ; E. NADH->FMN (10) 已 知 某 人 从 膳食 中 每 日 食 人 和 蛋白质 S0g, 每 日 排出 氮 量 为 10g, 则 此 人 的 平衡 状态 A. 氮 正平 衡 ;B. 氮 负 平 衡 ;C. 氮 总 平衡 ;D. 以 上 都 不 是 ;下 .以 上 A\C 均 正确 (11) 变 构 效 应 物 与 酶 结合 的 部 位 是 A. 活 性 中 心 的 底 物 结合 部 位 ; B. 活 性 中 心 的 催化 基因 ; C. 酶 的 -SH 基 ; D. 活 性 中 心 以 外 特殊 部 位 下 .活性 的 中 心 以 外 任何 部 位 (12) 关 于 变 构 调节 正确 的 是 A. 所 有 变 构 酶 都 有 一 个 调节 亚 基 、 一 个 催化 亚 基 ; B. 变 构 酶 的 动力 学 特点 是 酶 促 反 应 与 底 物 浓度 的 关系 呈 S 形 而 不 是 双 曲 线 形 ; C. 变 构 激活 和 酶 被 离子 激活 剂 激活 的 机 制 相同 ; D. 变 构 抑 制 与 非 竞争 性 抑制 相同 ; E. 变 构 抑制 与 竞争 性 抑制 相同 (13) 在 生理 条 件 下 合成 血红 素 的 限 速 步骤 是 合成 A. 胆 色素 原 ;B. 细胞 色素 ;C. 原 中 啉 II;D. 尿 中 啉 原 III;E.y- 氨 - y -= 酮 戊 酸 (14) FANG AE IRA ER A. 细 胞 色素 P450;B. 细胞 色素 c;C. 肌 红 和 蛋白 ;D. 球 蛋白 ;下 .过 氧化 酶 (15)1,254OH)2Ds 的 生理 作用 是 A. 使 血 钙 升 高 , 血 磷 降 低 ; B. 使 血 钙 降低 , 血 磷 升 高 ; C. 使 血 钙 、 血 磷 均 升 高 ; D. 使 血 钙 、 血 磷 均 降低 ; 下 .对 血 钙 、 血 磷 浓 度 无 明显 影响 (16) 一 个 酶 作用 于 多 种 作用 物 时 ,其 天 然 作 用 物 的 K。 值 应 该 是 A. 最 大 ;B. 与 其 他 作用 物 相 同 ;C. 最 小 ;D. 居 中 ;下 .与 Ks 相同 (17) 篆 用 于 开 链 肽 N 端 氨基 酸 测定 的 试剂 是 A. Fi RRA 5B. HESC.2,4 二 硝 基 葵 ;D. 丹 磺 酰 氯 ;下 . 葵 乙 内 栈 硫 脲 “gyi # : 13": 《18) 利 用 蛋白 质 颗粒 带电 荷 物质 进行 的 操作 技术 有 A. 电 泳 和 薄 层 层 析 ; B. 超 速 离心 和 超 滤 ; C. 凝 胶 过 滤 和 紫外 吸收 ; D. 亲 合 层 析 和 免疫 电泳 ; 下 .电泳 和 离子 交换 (19)DNA 受热 变性 时 A. 在 260nm 波长 处 的 吸光 度 下 降 ; B. SR REA MEE HF BE C. 碱 基 对 可 形成 共 价 连接 ; D. 加 入 互补 RNA 链 ,再 冷却 ,可 形成 DNA-RNA 杂交 分 子 ; 下 .溶液 粘性 增加 (20) 下 列 关 于 有 蛋白质 结构 叙述 不 正确 的 是 A. 三 级 结构 即 具 有 空间 构象 ; B. 各 种 蛋白 质 均 具有 一 、 二、 三 、 四 级 结构 ; C. 一 级 结构 决定 高 级 结构 ; D.a 螺旋 属 二 级 结构 形式 ; 忆 .无 规 卷曲 是 在 一 级 结构 基础 上 形成 的 北京 医科 大 学 一 九 九 四 年 招收 硕士 研究 生 试 题 I 问 答题 。 说 明 :生物 化 学 专业 考生 必 答 (1)(2) 题 ,并 再 选 答 四 道 题 ; 非 生 物 化 学 专业 考生 选 答 六 道 题 。 每 题 10 分 , 共 60 分 (1) 请 说 明 DNA 复制 过 程 有 哪些 酶 参加 ,各 起 何 作用 ? (2)A: 根 据 当 前 认识 ,限制 性 核酸 内 切 酶 识别 DNA 的 序列 多 属 回 文 结 构 , 基 于 上 述 认 识 , 请 完成 下 列 结构 : 学 beswcw G A A i ot, 17 SR Ce 3" B: 基 因 工 程 大 致 分 几 个 步骤 ,请 简要 说 明之 。 (3) 以 简 图 表示 真 核 生 物 mRNA 的 结构 及 其 特点 ,并 说 明 其 前 体 (hnRNA) 成 熟 为 mRNA 所 需 的 几 种 转录 后 加 工 过 程 。 (4) 简 述 硬 脂 酸 氧化 过 程 并 计算 一 克 分 子 硬 脂 酸 被 彻底 氧化 可 生成 多 少 克 分 子 ATP? (5) 试 述 血 氨 的 来 源 和 去 路 。 (6) 试 述 肝 细 胞 微粒 体 中 含 细 胞 色素 P450 的 氧化 体系 的 特点 。 (7) 以 图 表示 作用 物 浓度 、 酶 浓度 ` 温 度 和 酸碱度 对 酶 促 反 应 速度 的 影响 。( 标 明 纵 、 横 坐标 ,并 写 出 必要 条 件 和 可 能 的 关系 式 ) (8)A: 有 一 份 核酸 样品 ,可 能 杂 有 少量 蛋白 质 , 只 允许 定性 测定 一 种 元 素 , 即 可 确定 其 有 无 蛋白 质 污 染 ,您 选 测 哪 一 种 元 素 ,理由 是 什么 ?” B: 有 多 种 方法 可 区 分 高 分 子 量 的 DNA 与 RNA 分 子 , 请 写 出 一 种 最 简单 可 行 的 生化 分 析 方 法 ,并 简 要 说 明理 由 。 (9) 磷 酸 酶 、 磷 酸化 酶 激酶 蛋白 激酶 有 何 区 别 ? 请 各 举 一 例 。 II 填空 题 ( 每 题 1 分 , 共 20 分 )[ 必 答 ] (1) 对 酶 的 非 竞 争 性 抑制 作用 与 竞争 性 抑制 作用 的 不 同 点 在 于 .。 值 和 最 大 速度 , 非 竞 争 性 抑制 作用 不 变 ,竞争 性 抑制 作用 不 变 。 (2) 写 出 下 列 物 质 的 中 文 名 称 HDL 是 ;HMGCoA 是 (3) 磷 酸 戊 糖 途径 的 主要 生理 功用 是 与 2 (4) 酶 结构 的 调节 包括 调节 与 调节 。 (5) 合 成 UTP 的 直接 前 体 是 ;合成 CTP 的 直接 前 体 是 (6) 能 提供 一 碳 单位 的 氨基 酸 有 | (7) 参 与 组 成 辅酶 A 的 维生素 是 ;参与 组 成 NAD+ 和 NADP+ 的 维 生 素 是 o - 1 ， (8)1 FA Be Re KG CO, 可 产生 分 二 ATES (9) 次 黄 味 叭 核 苷 酸 合成 腺 昔 酸 过 程 中 由 提供 氨基 。 (10)zDNA 是 手 螺 旋 ,每 周 由 bp 构成 。 (11) 因 肾 功 能 不 良 引 起 的 肾 性 作 全 病 ,其 主要 原因 是 2 (12) 基 因 转 录 水 平 研究 证 明 调控 模型 是 原核 生物 普遍 存在 的 现象 。 (13) 胆 红 素 在 血 中 是 由 帮助 运载 的 。 (14) 所 谓 结合 胆 红 素 主 要 是 指 与 结合 的 胆 红 素 。 (15) 调 节 钙 磷 代 谢 的 主要 激素 , 除 甲 状 旁 腺 素 及 降 钙 素 外 还 有 (4g (16) 核 酸 杂 交 术 主要 是 利用 碱 基 配 对 原理 ,经 性 和 性 两 个 操作 过 程 以 检查 核酸 的 同 源 性 。 (17) 白 化 病 是 由 缺乏 (18) 真 核 生 物 中 已 发 现 三 种 RNA 聚合 酶 ,其 中 mRNA。 (19) 代 谢 物 脱氧 氧化 通过 第 一 条 呼吸 链 其 P/O 比值 是 呼吸 链 其 P/O 比值 是 (20) 合 成 糖 原 时 ,葡萄糖 活性 供 体 是 是 III 选择 题 (请 在 最 佳 答案 的 标号 上 打 圆 圈 .每 题 1 分 , 共 20 分 )[ 必 答 ] (1) 糖 原 分 子 中 葡萄 糖 单位 之 间 存 在 什么 类 型 键 : 酶 引起 黑色 素 生 成 障碍 所 致 。 催化 的 转录 产物 是 ;通过 第 二 条 ;合成 卵 磷脂 时 所 需 的 活性 胆 碱 A. 只 有 BCL->4) 糖 苷 键 ; B.A B14) HES BL1->6) 糖 苷 键 ; C. 有 a( 14) FE ESS w(1->4) 糖 苷 键 ; D. 只 有 B(1->4) 糖 苷 键 ; 下 .以 上 都 不 是 (2) 三 羧 酸 循环 中 的 某 一 中 间 产 物 经 转 氮 基 作 用 后 可 直接 生成 下 列 的 一 种 氢 基 酸 是 : A.Ala;B. Ser;C. Glu; D. Lys;E. Arg (3) HbO), 解 离 曲线 呈 S 形 的 主要 原因 是 : A.Hb 中 含有 Fe ; B. Hb 系 四 条 肽 链 组 成 ; C. Hb 存在 于 红细胞 内 ; D. 由 于 别 构 效 应 ; 下 .由 于 存在 着 2,3 - DPG (4) 下 述 对 血红 和 蛋白 的 叙述 哪 项 是 错误 的 : A. 血 红 和 蛋白 是 由 o 亚 基 及 B 亚 基 组 成 的 ; B. 血 红 和 蛋白 的 辅 基 为 亚 铁血 红 素 ; C. 血 红 和 蛋白 的 蛋白 部 分 为 球 蛋 白 ; D. 高 铁血 红 和 蛋白 没有 携 氧 功能 ; 下 .血红 素 的 代谢 转 归 为 生成 胆 色 素 - 260: (5) 握 化 物 和 一 氧化 碳 可 以 抑制 ; A. 硫 铁 蛋 白 ;B. 递 氢 体 黄 酶 ;C. 细 胞 色素 b;D. 细 胞 色素 a,as; E. 细胞 色素 c (6) 依 赖 cAMP 的 蛋白 激酶 (PKA): A. 使 蛋白 质 中 丝氨酸 或 苏 氨 酸 残 基础 酸化 ; B. 使 蛋白 质 中 酷 氨 酸 或 苏 氨 酸 残 基础 酸化 ; C. 使 蛋白 质 中 丝氨酸 或 酷 氨 酸 残 基础 酸化 ; D. 使 蛋白 质 中 丝氨酸 或 谷 氨 酸 残 基础 酸化 ; 下 .使 蛋白 质 中 苏 氨 酸 或 谷 所 酸 残 基础 酸化 (7) 转 录 过 程 与 反 转 录 过 程 的 共同 点 是 : 和 A. 模 板 相 同 ; B. 酶 相同 ; C. 需 要 DNA 指导 的 DNA 聚合 酶 参与 ; D. 产 物 相 同 ; 下 .原料 相同 (8)DNA 受热 变性 时 ， A. 碱 基 间 的 磷酸 二 酯 键 断 裂 ; B. 形 成 三 股 螺旋 ; C. 碱 基 对 以 共 价 连接 ; D. 溶 液 粘 度 增加 E. 在 有 DNA 存在 下 DNA 浴 液 冷却 时 ,可 形成 DNA-RNA 杂交 分 子 (9) FAI SEAR bt AI EF BRET AE ZR (oligo-dT 纤维 素 ) 分 离 纯化 mRNA 的 层 析 方 法 A. 离 子 交 换 层 析 ;B. 排 阻 层 析 ;C. 亲 合 层 析 ;D. 反 相 层 析 ; 卫 . 高 效 液 相 层 析 (10) 下 列 化 合 物 中 ,不 能 由 酷 氨 酸 合成 的 是 : A. 甲 状 腺 素 ;B. F LRA ;C. AAAR;D. BERSE. SOR (11) 肌 肉 中 氨基 酸 脱 氨基 的 主要 方式 是 : A. a aA TE A B. L-# RAC aa TE C. 转 氨基 作用 ; D. RH REF ; 下. 乌 氨 酸 循环 《12) 嗓 叭 核 苷 酸 和 喀 啶 核酸 合成 时 ,共同 需要 的 物质 是 : A. 延 衣 索 酸 ;B. 甲 酸 ;C. 天 门 冬 酰胺 ;D. 谷 氨 酰 胺 ; 匡 .核糖 - 1 -磷酸 (13) FW AERP , 先 以 前 体形 式 结合 于 多 肽 中 ,然后 再 进行 加 工 的 是 : A.Pro;B.Glu;iC.Gln;D.Hyp;E.Ser (14) 使 用 谷 氢 酰胺 的 类 似 物 为 抗 代 谢 物 不 能 阻 断 核酸 代谢 的 环节 是 : A.UMP->dTMP;B. IMP 的 合成 ;C. XMP—GMP; D. UTP-~CP;E. UMP> CMP (15) 关 于 有 蛋白质 的 空间 结构 ,叙述 正确 的 有 : A. 和 蛋白 质 的 二 级 结构 包括 w- 螺 旋 、B- 片 层 .8B- 转 角 和 无 规 卷曲 ; - DE: B. AEB EF EA A Fe , FER EVA A C. 只 有 极 少 数 氨 基 酸 的 疏水 侧 链 埋藏 在 分 子 内 部 ; D. 链 内 二 硫 键 也 是 蛋白 质 构象 的 决定 因素 ; 下 .以 上 都 不 正确 (16) 酶 能 加 速 化 学 反应 的 进行 是 由 于 哪 一 种 效应 : A. 向 反应 体系 提供 能 量 ; B. 降 低 反应 的 自由 能 变化 ; C. 降 低 反 应 的 活化 能 ; D. 降 低 底 物 的 能 量 水 平 ; E. 提高 产物 的 能 量 水 平 (17) 通 常 血清 中 酶 活性 增高 的 主要 原因 是 : A. 体 内 代谢 降低 ,使 酶 的 降解 减少 ; BB. 细 胞 内 外 某 些 酶 被 激活 ; C. 酶 由 尿 中 排出 减少 ; D. 在 某 些 器 官 中 酶 的 制造 增加 ; E. 细胞 受 损 使 细胞 内 酶 释放 人 血 (18) 由 人 淋巴 细胞 得 到 的 变性 DNA 与 人 的 哪 种 核酸 不 能 构成 杂交 链 : A. 淋 巴 细 胞 rRNA; B. 肾 tRNA; C. 变 性 的 线粒体 DNA; D. 变 性 的 肝 DNA; E. Axi mRNA (19) 哺 乳 动物 核糖 体 大 亚 基 的 沉降 系数 是 : A.40S;B.70S;C.30S;D.80S;E.60S (20) 免 网 织 红细胞 的 无 细胞 体系 ， A. 只 能 合成 兔 血红 蛋白 ; B. 只 能 合成 兔 的 各 种 蛋白 质 ; C. 只 能 合成 哺乳 类 动物 的 血红 蛋白 ; D. 可 合成 有 特异 mRNA 的 任何 蛋白 质 ; 下 .不 能 合成 鼠 血 红 和 蛋白 2 二 北京 师范 大 学 一 九 九 五 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 入 学 考试 试题 一 名词 解释 (每 个 为 3 分 , 共 36 分 ) 肽 单元 电泳 迁移 率 (Rm) 启动 子 酶 的 活性 部 位 退火 持 留 时 间 (HPLC 中 的 Tp) 反 义 RNA 氧化 磷酸 化 作用 分 子 活力 限制 性 核酸 内 切 酶 构 型 与 构象 等 电 聚 焦 载 体 两 性 电解 质 二 填空 题 (20 分 ) 1. 体外 合成 一 RNA 短 片段 pApUpGpApCpCpUpUpApG, 如 在 [7y-32P] 存 在 时 转录 ,被 标记 的 磷酸 基 团 是 ,如 在 [ou32P] 存 在 时 转录 ,被 标记 的 磷酸 基 团 fen (RHA 17) 2. BERARADTHANESHAAA___.Q ’ . . 。( 每 空格 0.5 分 ) 3. 一 个 蛋白 质 分 子 , 在 pH 高 于 其 等 电 点 (pD) 的 溶液 中 ,其 净 电 荷 为 值 ,在 pH 低 于 其 等 电 点 (pD) 的 溶液 中 其 净 电 荷 为 值 。( 每 空格 为 1 分 ) 4. 提出 分 子 遗 传 的 中 心 法 则 。(1 分 ) S, Bi 1.27 o (24>) 6. WER ST = RBM FARR IEW P:O 比 为 。 (每 空格 为 工分 ) 7. 与 mRNA 上 AUG 密码 子 结合 的 tRNA 的 反 密 码 子 为 » (14) 8. FR PA Mais PB a BE PBS Hk HE HR AE DO FY 和 来 对 它 进 行 分 离 的 。( 每 空格 为 1 分 ) 9. 影响 蛋白 质 电泳 的 主要 因素 有 o (每 空格 为 0.5 分 ) 10. 在 K+< 和 KK_1 时 ,K。 值 可 以 表示 酶 和 底 物 的 eA HF) 11. 用 盐 析 法 沉淀 蛋白 质 时 ,在 选用 等 于 其 pI 的 pH 值 时 该 蛋白 质 沉淀 ; 而 选用 远离 其 pI 的 pH AN BEAR 沉淀 。( 每 空格 为 1 分 ) 三 、 回 答 问 题 (44 分 ) 1. 凝 胶 过 滤 法 的 基本 原理 是 什么 ?” 如 何 用 来 测定 一 个 蛋白 质 的 分 子 量 ? (5 分 ) 4CH;—C—COO - 2. MC 标记 的 丙 氨 酸 NH} 在 动物 组 织 中 氧化 后 ,所 得 到 的 wa- - 183 。 酮 成 二 酸 将 在 哪个 C 原子 上 被 标记 ? (5 分 ) 3. 什么 是 遗传 密码 ? 试 述 其 基本 特性 。(8 分 ) 4. 试 计算 一 个 含有 88 个 氨基 酸 的 -螺旋 的 轴 长 是 多 少 ? (2 分 ) 5. 酶 的 可 逆 抑 制作 用 常见 的 有 哪 几 种 类 型 ? 请 用 双 倒 数 作 图 法 区 分 其 中 任 意 两 种 类 型 ,并 加 以 简要 说 明 。(5S 分 ) 6. CO, 是 脂肪 酸 合成 的 必需 原料 ,CO 的 功能 是 什么 ? 假若 用 肝脏 的 可 洲 部 分 与 4CO, 及 其 他 脂肪 酸 合成 所 需 组 分 ,生成 的 软 脂 酸 中 是 否 含 有 "“C? (5 分 ) 7. 画 出 底 物 存在 时 别 构 酶 的 S 型 动力 学 曲线 ,及 同时 有 别 构 激活 剂 或 别 构 抑 制剂 存在 时 的 曲线 , 标 出 坐标 及 必要 的 说 明文 字 ,并 进行 简要 的 讨论 。(5 分 ) 8. 有 一 个 A 肽 经 酸 水 解 后 ,分 析 结 果 得 知 是 由 Lys\His\Asp、Glu 、Ala 以 及 Val. Tyr 和 两 个 NEH3 分 子 组 成 的 。 当 A 肽 与 Sanger 试剂 反应 后 ,得 到 DNP-ASP。 “SARK MES ,得 到 游离 的 凡 氨 酸 。 如 果 我 们 在 实验 室 中 将 A KARE Aw 降解 时 ,得 到 两 种 肽 ,其 中 一 种 (Lys\Asp\Glu、 Ala、Tyr) 在 pH6.4 时 , 净 电 荷 为 零 。 另 一 种 (His\Glu 及 Val) 可 给 出 DNP- His, 在 pH6.4 时 带 正 电 荷 。 此 外 全 肽 有 胰 凝 乳 蛋白 酶 降解 时 ,也 得 到 两 种 肽 ,其 中 一 种 (Asp、Ala\Tyr) 在 pH6.4 时 呈 中 性 ， 另 一 种 (Lys\His\Glu 以 及 Val) 在 pH6.4 时 带 正 电荷 。 问 A 肽 氨基 酸 排列 顺序 如 何 ? (9 分 ) - 184 - 北京 师范 大 学 一 九 九 六 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 入 学 考试 试题 一 名词 解 释 ( 每 个 2 分 , 共 30 分 ) 1. 离子 交换 剂 9. 乒乓 机 制 2. 持 留 时 间 TR( 用 于 HPLC) 10. 半 不 连续 复制 3. 电泳 迁移 率 Rn 11. RNA 聚合 酶 4. ik 12. DNA 变性 5. HRA 13. 衰减 子 (attenuator) 6. 波 尔 (Bohr) 效 应 14. 信和 号 识别 蛋白 体 (SRP) 7. 初速 度 15. 激素 反应 元 件 (HRE) 8. 辅酶 和 辅 基 二 项 空 题 (每 空 1 分 , 共 20 分 ) 1. 测定 天 然 蛋白 质 分 子 量 的 层 析 方 法 是 ,电泳 方法 是 2. 牛 胰岛 素 由 条 肽 链 构成 ,A 链 由 个 氨基 酸 残 基 组 成 ,B 链 由 个 氨基 酸 残 基 组 成 , 链 间 和 链 内 共 含 个 三 硫 键 。 3. 在 Km< 和 KK_i 时 ,KKs,K， 值 可 用 来 衡量 酶 和 底 物 的 o 4. 解释 别 构 酶 作用 机 理 的 两 个 重要 分 子 模型 是 和 模型 。 5. 常见 的 酶 的 可 逆 抑 制作 用 类 型 是 和 6. 在 酶 学 研究 史上 第 一 个 被 结晶 出 来 的 酶 是 : 7. 在 Watson-Crick DNA 结构 模型 中 ,连接 成 糖 和 磷酸 的 是 键 ;连接 SH BH $B 5 EPEC BE A a BEY 键 ;在 两 条 单 链 之 间 搭 桥 的 是 键 。 8. 化 学 渗透 假说 由 英国 生物 化 学 家 提出 的 。 9. 酵 解 途径 中 的 调节 酶 是 和 0 = le SG (4G 10 分 , 共 50 分 ) 1. 在 生物 化 学 研究 中 ,为 什么 要 使 用 缓冲 液 ? 在 使 用 缓冲 液 时 应 注意 哪些 问 题 ? 2. 某 八 肽 的 氨基 酸 组 成 是 Lys , Asp, Tyr, Phe, Gly, Ser 和 Ala。 此 八 肽 与 FDNB 反应 、 酸 水 解 后 释放 出 DNP- Ala. 用 胰 和 蛋白酶 水 解 该 八 肽 ,得 到 两 个 三 肽 及 一 个 二 肽 ,其 三 肽 的 氨基 酸 组 成 分 别 为 Lys,Ala,Ser, 和 Gly,Phe,Lys。 用 胰 凝 乳 蛋 白 酶 ( 糜 蛋白 酶 ) 水 解 该 八 肽 ,释放 出 游离 的 Asp 及 工 个 四 肽 和 1 个 三 肽 ,四 肽 的 氨基 酸 组 成 是 Lys,Ser,Phe 和 Ala, 三 肽 与 FDNB 反应 后 ,经 酸 水 解释 放出 DNP- Gly。 根 据 上 述 结果 分 析 , 写 出 该 八 肽 的 氨基 酸 排 列 顺序 。 并 说 明 原 因 。 3. 什么 是 酶 ? =) 065. - 4. 试 述 各 种 核酸 在 蛋白 质 生 物 合成 过 程 中 已 知 的 主要 作用 。 5. 如 果 必 需 氨 基 酸 、ATP 和 GTP 都 能 充分 供给 ,血红 蛋白 的 = 珠 蛋 白 链 (146 个 氨基 酸 残 基 ) 生 物 合成 时 ,将 消耗 多 少 高 能 磷酸 基 ? 写 出 其 步骤 。 a>) as HE ie. Sake ah RE COA | SRA GO ‘75 Sapa Sa a Fst HM).E 1K (reloSO RR RAGOLA B | , SERVER ASP Sh ik RE Ae AB a BG AF POR i sh A Re SS a ! RAG SS Ht —- Hl. SED OE 8 Sa eb ab a A. th, AD>~ AR 末 PL PO RR ii i Te CAR CHL 2 Y OMA .6 Seid t® AL yi )-noesW FF a SNR: Re AMSPRA = me 1D Rr SED 8 eA crea pS eRe 六 it Ol BS BRaL= Cfo hay Bo ’ ded 2 GA a een BAR .£ tg bh ae Tt rl SM, WAS MT . Leon ay 其 MoT—SK “ i 2.) BARE ‘| ae SS CB 240-1 Be avid St , * 186 - — fea 1. 基因 工程 2. 内 含 子 3. ERATE 4. 氨基 酸 的 互补 作用 5. 兼并 密码 子 6. B- 氧 化 作用 = Bee 1. Plies Fr Be dt é 2. & AMP 结构 的 辅酶 有 3. 垂体 前 叶 分 这 的 激素 均 为 , 它 可 以 或 沁 腺 的 发 育 和 分 泌 。 4. 在 糖 代谢 中 各 种 不 同 的 单 糖 都 可 转化 为 糖 而 参与 代谢 。 5. 在 下 列 反应 式 的 方 框 中 填 人 适当 内 容 。 6. i 南开 大 学 一 九 九 六 年 研究 生 入 学 考试 试题 L-FAR 重 白 质 生物 合成 过 程 中 所 需 的 酶 是 填 人 适当 的 物质 的 名 称 TW Ere —P Se fs 三 .是 非 题 , 如 果 错 请 说 明 原 因 COND MN 全 -be | . 人 体 中 必需 氨基 酸 有 八 种 。 阻 过 作用 和 诱导 作用 的 解释 都 是 以 乳糖 操纵 子 学 说 为 基础 。 维持 蛋白 质 一 级 结构 的 化 学 键 是 肽 健 。 一 种 辅助 因子 只 能 与 一 种 酶 蛋白 结合 而 成 为 特异 性 的 酶 。 乙 醛 酸 循环 存在 于 所 有 的 生物 体内 。 酶 变 构 作 用 破坏 的 是 共 价 健 。 . 脂肪 酸 的 合成 是 B- 氧 化 的 逆 过 程 。 . 共 价 调节 酶 的 活动 受 ATP 的 共 价 修饰 。 其 他 内 分 R-C- an = bam COOH . 187 、 9. B 族 维生素 在 体内 均 能 构成 辅酶 而 参加 代谢 。 10. 肾上腺 分 刻 的 激素 均 为 氨基 酸 衍 生物 激素 。 四 、 计 算 题 某 ATP 样品 在 260nm 测 得 的 吸收 值 为 1.0, 由 表 中 查 得 其 摩尔 消光 系数 (se) 值 (260,pH7) 是 15.4x103, 求 ATP 的 含量 。( 比 色 杯 厚度 为 1 厘米 ) 五 用 代谢 途径 说 明 脂 肪 酸 的 合成 过 程 及 其 与 糖 代 谢 的 关系 让 六 、\ 试 述 细 胞 内 核酸 的 分 布 及 RNA 的 主要 类 型 AMR AME. 七 、 蛋 白质 分 离 纯 化 技术 中 哪些 与 它 的 等 电 点 有 关 ? 试 述 这 些 技术 分 离 提纯 和 蛋白质 的 原理 。 区 -上 八 用 结构 式 表 示 NAD 和 FAD 各 自 的 氧化 还 原 反 应 式 。 并 图 示 NADH, 的 来 源 及 其 在 能 量 产生 中 的 地 位 。 ta We A} ah | 下 和 Vo 3 - “mss - 首都 师范 大 学 一 九 九 六 年 研究 生 入 学 试题 一 解释 名 词 (每 小 题 2.5 分 , 共 10 分 ) 1. 核糖 酶 (riboxyme) 2.“ 中 间 产 物 假说 ” 和 全 4. 生 糖 氨基 酸 及 生 酮 氨基 酸 二 填空 题 (每 小 题 2 分 , 共 18 分 ) 1. 目前 认为 大 部 分 双 底 物 酶 促 反 应 可 能 有 三 种 反应 机 理 :(1)(2)(3) 2. SBA KANE BA : (4) (5) (6)(7)(8)(9) 0) 11) (12) 3. 用 于 N 末 端 分 析 的 主要 方法 有 :(13)(14)(15)(16) 4. 断裂 二 硫 键 的 普通 方法 是 用 (17) 还 原 , 在 反应 系统 中 还 需要 (18) 存 在 , 然 FAD) RP RE. 5. 电子 传递 的 抑制 剂 主要 有 :(20)(21)(22) 等 ,其 作用 主要 是 阻 断 电子 由 (23) 向 (24) 的 传递 。(25) 有 抑制 电子 从 (26) 到 (27) 传 递 的 作用 。(28)(29)(30) (31) 等 有 阻 断 电 子 由 (32) 传 至 (33) 的 作用 。 6. 由 ADP 形 成 ATP 的 部 位 是 :一 是 在 (34) 和 (35) 之 间 , 二 是 在 (36) 和 (37) 之 间 ,三 是 在 (38) 和 (39) 之 间 。 这 三 个 形成 ATP 部 位 的 电子 传递 酶 复合 体 是 (40) (41)(42)。 7. 三 羧 酸 循环 的 调控 酶 是 :(43)(44)(45)。 8. DRE (+ DUE) HIE Atk me CO, 和 HzO 能 产生 (46)ATP。 9. BEVE AA: D HELA AY FFE : (47) (48) (49) (50) (51) 三 、 试 述 蛋白 质 的 二 级 结构 、 超 二 级 结构 结构 域 和 三 级 结构 的 特点 。(8 分 ) 四 、 如 将 Lys. Arg. Asp. Glu, Tyr, Phe 等 氨基 酸 混 合 液 加 在 阳离子 交换 树脂 上 ,然后 用 pH 值 连续 上 升 的 缓冲 液 洗 脱 , 试 预测 这 些 氨基 酸 洗 脱 下 来 的 先后 顺 序 。(7 分 ) 五 ` 试 比较 BDNA 和 Z-DNA 的 结构 特点 及 两 者 之 间 的 关系 。(7 分 ) 六 、\ 试 述 组 氨 酸 的 咪唑 基 在 酸 碱 催 化 和 共 价 催化 中 的 特殊 作用 。(7 分 ) 七 、 试 述 糖 酵 解 途径 的 多 点 调节 。(8 分 ) 八 \ 何谓 一 碳 单位 ? 一 碳 单位 与 氨基 酸 代谢 的 关系 ? 一 碳 单位 的 生物 学 意义 ? (7 分 ) 九 `\ 何 谓 诱导 修复 和 应 急 反 应 (SOS)? 它们 之 间 有 何 关 系 ? SOS 反应 对 生物 机 体 有 何 意义 ? (7 分 ) 十 、 比 较 反 转录 酶 与 真 核 生 物 DNA 聚合 酶 的 性 质 ? (7 分 ) 十 一 、 试 述 蛋白 质 的 糖 基 化 是 如 何 完 成 的 ? (7 分 ) 十 二 、 生 物体 内 的 代谢 调节 在 不 同 的 水 平 上 进行 , 试 简 述 “ 酶 水 平 " 的 调节 。(7 分 ) * 189 - 华东 理工 大 学 2000 年 硕士 研究 生 入 学 考试 试题 — F ial 1.Calvin 循环 2.TATA 盒 ”3. 操纵 子 4. 自 养 生物 “5S. 多 聚 核糖 体 6. 区 域 化 7. 外 显 子 8.Ribozyme 9. HEF 10. 氧化 磷酸 化 二 、` 是 非 题 1. 在 蛋白 质 的 一 级 结构 中 ,只 存在 一 种 共 价 键 一 一 肽 键 。 2. 生物 大 分 子 由 一 级 结构 形成 高 级 结构 时 伴随 着 分 子 内 部 科 的 增加 。 3.a- 淀 粉 酶 和 8B- 淀 粉 酶 的 区 别 在 于 u- 淀 粉 酶 水 解 - 1,4 糖苷 键 ，B= 淀 粉 酶 水 解 B- 1,4 糖苷 键 。 4. 某 些 酶 的 Ku 值 由 于 代谢 产物 的 存在 而 发 生 改 变 ( 这 些 代 谢 产 物 结构 正 与 底 物 无 关 )。 5.SAM 只 是 一 种 一 碳 基 团 的 载体 。 6. 真 核 生物 与 原核 生物 在 蛋白 质 合成 过 程 中 的 一 个 共同 点 是 需要 GTP. 7. 真 核 生 物 的 DNA 全 部 集中 在 细胞 核 中 。 8. 非 循环 光合 磷酸 化 既 能 生成 ATP 又 能 产生 NADPH. 9. 胞 浆 中 的 NADH+ H+ 通过 磷酸 甘油 穿梭 可 生成 3ATP。 10. 省 体 激素 作用 的 第 一 步 是 与 膜 上 的 受 体 相 结合 后 ,然后 激素 一 受 体 复合 物 被 内 吞 进入 细胞 。 11. 蛋白 质 的 溶解 度 随 着 加 和 人 中 性 盐 后 增加 。 12. 磺胺 药物 对 细菌 叶酸 合成 酶 的 抑制 属于 竞争 性 抑制 。 13.DNA 聚合 酶 工 在 原核 细胞 DNA 的 辐射 损伤 修复 中 起 着 重要 作用 。 三 、 多 选 题 1. 在 人 体 中 能 转变 为 维生素 的 化 合 物 是 : A. BAR B. fAR C.7- 多 氧 胆固醇 D. 肾上腺 皮质 激素 . 肽 酰基 转移 酶 在 蛋白 质 生 物 合成 中 的 作用 是 : 催化 肽 键 水 解 B. 使 多 肽 链 移 位 . 具有 水 解 肽 酰基 - tRNA 中 酯 键 的 活力 D. 激活 核 蛋白 体 催化 联合 脱 氨 作 用 所 需 的 酶 是 : L -氨基 酸 氧 化 酶 “B. HAM C.FaA\RAM D. 谷 氨 酸 脱 氢 酶 . 在 核酸 制备 过 程 中 ,通常 加 入 EDTA 是 作为 ; . 防止 核酸 变性 BB. 蛋白 质变 性 剂 ,使 与 核酸 结合 的 蛋白 质变 性 除去 . 核酸 酶 的 激活 剂 ,防止 核酸 变性 D. 作为 核酸 变性 剂 . 三 羧 酸 循环 和 有 关 的 呼吸 链 反 应 中 能 产生 最 多 ATP 的 步骤 是 : 下 和 请 — \o So A. 柠檬 酸 转变 成 为 异 柠檬 酸 B. FFT ee Ro 酮 成 二 酸 C. a 酮 戊 二 酸 -> BIR D. 琥珀 酸 -苹果 酸 6.PRPP 是 下 列 哪些 代谢 途径 中 的 重要 中 间 代 谢 物 ? A. 味 叭 核 苷 酸 从 头 合成 B. EBERT BRS C. RA BHRH th REE D. 喀 啶 核 苷 酸 的 补救 途径 7. 下 列 激素 中 由 同一 种 氨基 酸 衡 生 而 来 的 是 : A. 肾上腺 素 B. MER C. 催产 素 D. 甲状 腺 素 8. 卵 磷 脂 水 解 后 能 产生 : A. 胆 碱 B. 甘油 C. 磷酸 D. 丝氨酸 9. 下 列 关 于 哺乳 动物 基因 特点 描述 错误 的 是 : A. 基因 不 连续 B. 3£ AAA BEER C. 有 多 次 重复 的 碱 基 序列 D. 其 上 有 与 功能 有 关 的 增强 子 10. 在 蛋 和 白质 三 级 结构 中 经 常 出 现 的 化 学 键 有 : A. 酯 键 B. 离子 键 C. AF D. Fike 11. 下 列 关 于 原核 细胞 DNA 复制 特点 的 描述 错误 的 有 : A.RNA 银 物 较 小 B. 冈 琦 片断 较 小 C.DNA 聚合 酶 工 II\ 亚 参与 D. 仅 有 一 个 复制 起 点 12. 下 列 哪些 过 程 是 在 线粒体 和 胞 浆 两 个 部 位 进行 的 ? A. 糖 的 有 氧 氧化 B. 氨基 酸 转 变 成 为 葡萄 糖 C. 脲 循环 D. 磷酸 基 糖 旁 路 13. 能 使 乳糖 操纵 子 活 化 的 因素 有 : A. 4L8% = B.cAMP C. 葡萄 糖 D. 降解 物 基因 活化 蛋白 (CAP) 14. 下 列 含 有 糖 残 基 的 化 合 物 有 : A.GTP B. FMN C.SAM D. EDR 15. 在 人 体 中 可 与 胆 酸 结合 的 化 合 物 有 : A.3 -磷酸 甘油 B. HAR C. 牛 磺 酸 D. 胆固醇 16. 在 蛋白 质 结构 分 析 中 : A. 过 甲酸 B. 过 乙酸 8 C. HELE D. 氧 氧 化 钠 17. 下 列 关 于 酶 的 专 一 性 的 氢 述 哪些 是 正确 的 ? A. 催化 反应 过 程 中 对 底 物 的 选择 性 B. 在 D 或 荆 构 型 的 化 合 物 中 能 任意 选择 其 中 之 一 作为 底 物 C. 某 些 蛋白 质 水 解 酶 对 它 的 作用 的 肽 键 两 侧 有 氮 基 酸 的 选择 性 D. 脲酶 除了 能 水 解 尿素 外 ,还 能 水 解 与 尿素 结构 相似 的 物质 四 填空 题 1. 糖 对 生命 活动 的 主要 功能 是 和 = 2. 在 合成 代谢 中 提供 还 原 力 的 是 , 它 主 要 是 在 途径 中 产生 的 。 3. 在 氧化 呼吸 链 上 有 三 个 氧化 与 磷酸 化 偶 联 部 位 , 即 和 能 解除 这 种 偶 联 关系 。 4.ATP 的 生成 方式 主要 有 和 5. 柠檬 酸 是 磷酸 果糖 激酶 的 ， 剂 , 可 _ 糖 的 分 解 。 6. 乳糖 操纵 子 上 除了 有 三 个 外 ,还 包括 和 ,一 般 不 将 列 人 操纵 子 内 。 7. BMD MMe , £m. 8. 将 微生物 细胞 悬浮 液 滴 人 10 倍 量 的 -1STY 无 水 丙酮 中 , 制 得 沉淀 ,经 干燥 后 称 作 9.F- 脲 旷 啶 作为 化 疗 病人 的 辅助 药物 的 原理 是 : 它 可 以 在 体内 转变 为 从 而 作为 的 类 似 物 抑制 酶 的 活性 ,最 终 达 到 抑制 的 合成 。 10. 用 紫外 线 测定 法 测定 蛋白 质 和 核酸 溶液 的 浓度 时 ,常用 的 波长 前 者 是 纳米 ,后 者 是 纳米 ,两 者 在 紫外 线 下 具有 光 吸 收 原 因 是 由 于 在 它 们 的 基本 结构 单位 中 含有 | 11. 分 子 水 平 的 基因 突变 可 分 为 四 种 不 同 的 类 型 , 即 ] 和 12. 丝 裂 霉 素 有 抗菌 和 抗 癌 的 作用 ,其 作用 原理 是 它 能 与 细菌 或 恶性 生长 的 细胞 的 相 结 合 ,从 而 抑制 的 合成 。 13.RNA 的 生物 合成 有 三 种 类 型 , 即 和 3 14. 常见 的 一 碳 基 团 载体 有 和 15. 生物 氧化 中 的 CO, 来 源 是 通过 脱羧 酶 催化 脱羧 得 到 的 。 LAs a . 何 为 抗体 酶 ? 它 是 如 何 制 备 的 。 . 什么 是 多 利 羊 ? 它 是 如 何 诞生 的 ? 它 的 出 现 对 人 类 会 产生 什么 影响 ? . 分 别 叙述 DNA 复制 转录 和 翻译 三 个 过 程 的 起 始 阶 段 ? . 简 述 由 于 维生素 A 的 缺乏 引起 的 夜 言 症 。 . 如 何 用 实验 证 明 酶 的 化 学 本 质 是 蛋白 质 ? . 当 样品 对 EDTA 透析 时 , 某 种 淀粉 酶 制剂 的 活性 降 至 对 照 值 的 20%. 当 有 淀粉 时 对 EDTA 透析 ,活性 为 对 照 值 的 66% ,你 能 解释 这 些 观 察 结 果 吗 ? GD PP 一 > 192 - BAER 中 国 科学 院 一 九 九 三 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 入 学 试题 (B 卷 一 、 是 非 题 Li 11. X; 20. X Ry sees 3. OnomdeeX: 5. %s 6..% 5 7. X3 8. GeO. X; 10. X; ee eens. oe 14. ee 15. KX: 16.-.%3, 19 二 、 选 择 题 1. (Sie, be): Soll), 4. (4); 5. (3); 6..(3); 7. (3); Sate); 9. (2); 10. (3) 一 一 —— 1, Oo oO =i Ov Oy & “Oa NO a 一 aA & WO NH KF © 、 填 空 题 athe; P-it#; B- 转 角 ; 右手 超 螺旋 . 溶解 性 ; 电荷 性 ; 分 子 大 小 和 形状 ; 亲 合 性 .叶酸 . (1) 高 度 专 一 性 ; (2) 潜伏 性 ; (3) 不 可 逆 抑 制 性 . 腺 苷 酰基 化 ; 脱 腺 苷 酰基 . 葡萄 糖 ; a (1-~4) BR, 葡萄 糖 ; B (1->4) BS . 1,，2 -甘油 二 酯 ;磷酸 胆 碱 3 7.34 (30.514 FH); 2.2x10° . 糖 . AKER 〈 键 ) . Asp; GLy; GLn; Asp; ARERR . DNA 双 链 解 开 一 半 时 的 温度 . PRB ERT BR FE ER . FAD; NAD; NADP; Bi 辅酶 16. 脂 酰 肉 毒 碱 ; B- 氧 化 ; 乙酰 CoA 四 、 回答 题 1. 2. 见 教材 上 册 P185 图 3 - 92 及 说 明 从 所 给 数据 分 析 : 中 细胞 浆 中 的 苹果 酸 脱氧 酶 ( 甲 ) 的 分 子 量 、 等 电 点 比 线粒体 中 苹果 酸 脱 氢 酶 ( 乙 ) 小 ; Q@ 甲 对 苹果 酸 的 亲 合 力 、 对 草 酰 乙 酸 的 亲 合 力 均 大 于 乙 ; CFP NADH 的 亲人 合力 小 于 乙 ; OF, ZY NAD 的 亲人 合力 相同 ; @ 甲 与 乙 不 易 被 草 酰 ~ 乙酸 抑制 。 综合 上 述 分 析 可 知 ， 甲 倾向 于 苹果 酸 草 酰 乙酸 ， 即 苹果 酸 脱 氢 生 成 草 酰 乙 酸 ， 乙 倾向 于 使 草 酰 乙 酸 还 原生 成 苹果 酸 〈 见 教材 下 册 P111) NAD* ANADH ATP ATP C,> Ca a, O CO,+ATP+NH, | ZReeK H,N-C-O-® \ ene BA y, EMEA RA ， PRPP—> BM REHRA K \ GABE 5. 生物 学 中 心 法 则 : 复制 ) ( 复制 ) aA NA 下 反 转 录 质 . 194 . 中 国 科 学 院 一 九 九 四 年 攻读 硕士 学 位 研究 生 入 学 试题 (Be) 一 、 是 非 题 Oh. ES Be 4g 0B A. Mr NG HO ATA 1090 BH eX’; PLA at AX ArdB HG NA. iS RG AON By 2 18 20): * 二 、 选 择 题 ‘ 1.@; 2.@; 3. ©; 4. ©; 5. @ 6. O37. @; 8. @; 9. @; 10. O =, ASG . fi; JE . DNA; RNA; 蛋白 质 . 返 幼 激素 ; MRR; 脑 激素 BBS; SARS . KEM (PRM); 第 一 步 . B- 氧 化 ; @- 氧 化 . CHAR; BP-HTR; A . 平面 脂 双 分 子 膜 ， 脂 微 球 CAR) (或 脂 - 水 体系 ; 脂 -蛋白 体系 ) . 转运 内 源 性 胆固醇 酯 10. 亚麻 酸 ; 亚 油 酸 11. 磷脂 ; BAK 12. 一 对 电子 通过 呼吸 链 传 至 氧 所 产生 的 ATP 数 13. ATP; Mg 14. 次 黄 味 叭 ; 尿酸 15. BHR; BEAR; 核 苷 三 磷酸 ; ZKHR 16. 乙酰 CoA; 丙酮 酸 ; 6-P-G 17. ATP; UTP; CTP; GTP 四 、 问 答题 1. (1) 不 同 的 蛋白 质 有 不 同 的 pI， 通 过 调节 pH， 可 使 各 种 蛋白 质 分 别 先后 达到 各 自 pI， 处 于 pI 状态 的 蛋白 质 沉淀 。 也 可 以 选用 中 性 盐 或 有 机 溶剂 、 弱 酸 、 碱 分 步 分 离 。 (2) WE Beit UE (3) Ewe Ha tk (4) 亲 合 层 析 (5$) 透析 ; Bye AD oo | 人 ¢ 405 ， (6) FR PA Mis BE HE BBE IBS HL Dk; 等 电 聚 焦 2. WAM EM P426~432 oS Se EE) ct: 3PAS) SE a 3) TSG GY = -<—€6) 4. 真 核 mRNA 的 帽子 结构 为 : m"G5 ppp’ NympN % .6 GH, | 5. ApCpUpApGOH 4 ttt 38 B A — AaB TE FE We: A、 COU G5 个 5 BAF IB ; cE eee 经 牛 脾 磷 酸 二 酯 酶 作用 的 产物 是 : A、C、U、A、G 5 个 3- 核 苷 酸 。 CASTS ~S 31 a tf * 196 * 北京 大 学 一 九 九 一 年 研究 生 入 学 考试 试题 一 、 名 词 解释 1. 拼接 体 : 也 叫 剪接 体 。 由 mRNA 前 体 及 多 种 其 他 组 分 如 细胞 核 小 分 子 RNA (snRNA) 和 多 种 蛋白 因子 组 成 。 真 核 mRNA 前 体 的 剪接 是 在 剪接 体形 成 之 后 进行 的 。 2. 复制 子 : 也 叫 复制 单位 。 从 一 个 复制 起 点 到 一 个 复制 终点 所 包括 的 DNA 序列 。 3. 反馈 调节 : 一 种 作用 的 结果 或 起 因 对 这 种 作用 的 影响 叫 反馈 ， 常 见 的 反 馈 是 作用 结果 对 这 一 作用 的 抑制 一 一 负 反 馈 。 4. 别 构 效应 : 也 叫 变 构 效 应 。 酶 和 和 蛋白质 分 子 发 挥 生物 活性 时 具有 的 一 种 构象 变化 ， 常 见于 窒 聚 酶 或 蛋白 质 。 此 效应 往往 是 由 于 一 个 或 一 种 亚 基 受 外 调节 ， 物 作用 构象 改变 ， 进 而 使 其 余 亚 基 构象 改变 ， 别 构 效 应 是 可 道 的 。 5. 抗体 酶 : 具有 酶 活性 的 抗体 。 二 、 写 出 下 列 英 文 符号 的 中 文 名 称 1. THF: BAR 2. ddTPP: 2’, 3 MARKHAM 3. ACTH: 促 肾 上 腺 激素 4. Hbs: 镰刀 形 血 红 和 蛋白 5. tRNAm: 蛋氨酸 tRNA 6. micRNA: 干扰 mRNA 的 互补 RNA 7. ACP: 脂 栈 载 体 和 蛋白 8. NADPH: 还 原 态 尼克 酰胺 二 核 苷 酸 磷酸 9. AG’: 标准 态 生物 自由 能 10. Cots: 表示 DNA 复杂 度 ，DNA 复 性 时 DNA 单 链 初始 速度 与 复 性 经 历 YT] —"F (ty) AAA 亚 油 酸 ; RR 信号 肽 ; 20 个 ; 朴 水 性 ; N O- 糖 苷 键 ; N -糖苷 键 4 8 22 oe a « Kt : 207 - 7. Klenow 8. apB8 3$; 5; 辨认 起 始点 9. D- 环 复制 ; ROA; 0; 双向 复制 10. ADP 11. HMG CoA 还 原 酶 ; 胆固醇 12. ARR, KAR 13. 产物 抑制 ; BRM RAD; 可 逆 磷 酸化 作用 的 共 价 调节 14. HAR 15. 草 酰 乙酸 16. 其 体内 固氮 酶 系 的 作用 将 分 子 氮 四 、 是 非 题 be W/ BQ 8/e Bo Xs 4 Ke we ea Xi Ts UB eee I Xs thy Mel! as. 16-23 1145 <3 5a we/ 五 、 分 析 与 计算 题 1. 答 :PN 出 现在 尿素 中 ,C 出 现在 琥珀 酸 中 。 原 因 如 下 : COOH COOH CH, CH), | | | 4CH, L-Glu ft 25 4CH, 十 SNH; 合成 尿素 Wi Ta: | NAD+ NADH*Ht | CH»NH; CHNH; i. ; fo 2.8%: CM -纤维 素 是 阳离子 交换 层 析 树脂 ， 所 以 A 的 顺序 为 (2) (4) (3) Ver | 当 用 Sephadex G50 凝 胶 时 ， 分 子 量 大 的 先 洗 脱 下 来 ， 所 以 也 的 顺序 为 (2) (3) (4) (he 3. 答 : (4) 1-F#HSESYK 1 i N HiC 一 N I 四 I Ave O HN | NH ~*~ X, ae Phy NS H.N O | HY SA NH H “从 以 上 结构 式 可 以 看 出 G 第 一 位 甲 基 的 引入 使 之 不 能 像 以 前 那样 与 C 进行 | 配对 。 4.8: 据 题 意 ， 我 们 判断 转录 的 模板 链 为 上 面 那 条 链 ， 所 以 RNA 转录 产物 。 198 - 的 序列 为 : 3……UAAGCGAAUUCGUU……5- : (1) Sol SHA Eh: >. X42 X12= 2.52 单位 ， 由 活力 单位 定义 可 知 初速 度 2.52pmol/ (ml'min)。 (2) 10min 消耗 的 底 物 2.52pumol/ (ml+ min) X 10min = 25.22.52pmol/ml, 为 保证 测定 酶 的 初速 度 ， 底 物 消耗 要 低 于 5%, 22°10" 9 504, pF DLR 底 物 浓度 为 0.504molZL。 6. ®: (1) 由 CNBr 降解 ， 可 知 该 肽 C 末 端 为 Met; (2) 由 Edman 法 知 N 端 为 Pro; (3) 从 胰 和 蛋白酶 解 知 C 端 三 肽 为 Lys-Arg-Met; (4) 由 凝 乳 蛋白 酶 解 Al: A.C 端 含 Glu，B. 该 含 $ 氨基 酸 残 基 为 Cys，C. 该 四 肽 的 顺序 为 Tyr- Arg-Glu-Met; 所 以 此 肽 的 氨基 酸 顺 序 为 : N Pro-Phe-Ala-Cys-Phe-Tys-Arg-Glu- Met C 第 一 组 1. 答 : (1) 可 以 测 该 制剂 在 260nm 与 280nm 处 的 光 吸 收 ， 纯 DNAnm OD/ OD280 应 为 1.8; (2) 可 进行 碱 基 含 量 分 析 ， 为 双 链 时 ， 配 对 方式 应 为 〈(A: T) 7 (G: C) 2.8: (1) 完成 复制 所 需 时 间 : 1280/32=40min; (2) 20/440=0.5 说 明 前 一 轮 复制 一 半 时 ， 又 开始 了 新 一 轮 复 制 。 第 二 轮 的 起 始 导 致 4 个 复制 又 的 形成 。 所 以 此 时 染色 体 上 有 6 个 复制 又 。 第 二 组 : {1 et SSE “* 100 2.6 10° 0.071 x2.6 x 10° 100 10 = 0.1846 x 10’ 0.1845 x 107 hi 数 = 一 一 一 一 一 一 一 = 16S rRNA 拷贝 数 503 x 10° 3048 &: 一 般 情况 下 超 螺旋 DNA 迁移 率 最 快 ， 线 形 DNA 其 次 ， 开 环形 最 慢 。 KS * m9: 北京 大 学 一 九 九 二 年 研究 生 入 学 考试 试题 、 名 词 解释 1. Ribozyme: 有 酶 活性 的 rRNA. 2. IWF (attenuator): 大 肠 杆 菌 色 氮 酸 操纵 子 中 有 一 Bt DNA JERI OH 子 。 它 既是 一 个 终止 信号 ， 又 是 一 个 调节 信和 号， 位 置 一 般 在 前 导 序 列 上 ， RAY 缺乏 色 氮 酸 时 ， 该 操纵 子 中 的 结构 基因 才 可 通过 衰减 子 而 转录 ， 衰 减 子 的 这 种 作 用 叫做 衰减 。 在 其 他 几 种 氨基 酸 操纵 子 中 也 有 衰减 子 存在 。 3. 第 二 信使 学 说 : 含 氮 激 素 首先 和 细胞 膜 受 体 结 合 ， 受 体 将 激素 信号 通过 另外 的 物质 传递 到 细胞 内 ， 信 和 号 逐 级 放大 后 产生 各 种 细胞 内 反应 ， 如 促进 或 抑制 相关 代谢 途径 ， 这 种 传递 激素 信和 号 的 物质 叫做 第 二 信使 ， 如 cAMP, cGMP 等 ， 这 一 理论 叫做 第 二 信使 学 说 。 4. 酮 体 : 乙酰 乙酸 、8- 羟 基 丁 酸 和 丙酮 3 种 物质 的 总 称 ， 酮 体 过 多 导致 中 毒 。 5. 钠 、 钾 离子 泵 : 跨 膜 转运 钠 、 钾 离子 的 膜 蛋 白 ， 需 要 ATP， 也 叫 钠 、 钾 - ATP 酶 ， 为 四 聚 体 蛋 白 。 二 、 写 出 下 列 英 文 符 号 的 中 文 名 称 HU: — Abe ee mE GSH: 还 原 谷 光 甘 肽 cccDNA: 共 价 闭合 环 状 DNA NADP’: 尼克 酰胺 二 核 苷 酸 磷酸 GH: .生长 激素 ， MSH: 促 黑 素 细 胞 激素 cGMP: HR LTR: 长 末端 重复 序列 ATCase: 天 冬 氨 酸 转 氨 甲 酰 酶 。 PRPP: 1- 焦 磷酸 - 5 一 磷酸 核糖 、 填 空 题 45 323°; 53°; N>C _ Aart; bat . f{Met; fMet; tRNAM*; Met . 转化 / 转 染 . 三 叶 草 型 CCA; 大 多 为 G . 细胞 质 膜 . DFP (二 异 两 基 氟 磷酸 ); Ser RAE . 跤 水 作用 力 . 9~10 10. 染色 体 11.1, 25-=3#8 D; - 200 ， 12. B (14) 糖苷 键 ; ac (1-4) BHR 13. ACP; CoA-SH 14. S- 腺 苷 蛋氨酸 ; 四 氢 叶 酸 15. 细胞 浆 ; 线粒体 ; 线粒体 内 膜 ; 叶绿体 内 膜 四 、 是 非 题 foe 2 ry 03 4G MR BOOBs Fe As 85 A OK Ub wid 2. Ki. 13. X 50.14. / 5 15. 195 五 、 分 析 与 计算 题 1. 解 : 4 种 专 一 性 水 解 方法 在 下 述 9 肽 中 作用 位 点 是 : (RHA) (REARS ) ORARKE B) Leu—Met—Arg—Pro—Ala— Lys— Tyr—Ser—Arg ( 胰 蛋 白 酶 ) ( 胰 凝 乳 蛋白 酶 ) 1 2. 解 : 大 肠 杆 菌 中 此 和 蛋白质 的 残 基数 为 : 4000/110= 363.6; 每 个 此 种 蛋白 质 的 -螺旋 方式 存在 时 的 长 度 为 0.15x363.6= 54.54nm; 10° 个 此 种 蛋白 质 的 总 长 度 为 $4.54X105nm=S.Scm。 3. 解 : 已 知 此 酶 lvg 催化 反应 速度 为 0.Sumol/ 分 ， 此 酶 的 活力 单位 为 0.SU， 此 酶 的 比 活力 为 : 0.SU/lwg=0.Sx10?Umg; 此 酶 的 转换 数 为 : 0.5/60 =0.0083jpmol/ 秘 。 4. 答 : (1) DNA 复制 的 忠实 性 保持 机 制 为 : 中 以 母 链 为 模板 ， 通 过 碱 基 配 对 进行 复制 合成 新 的 DNA; 四 修复 机 制 ， 例 如 光 修 复 、 切 除 修 复 、 重 组 修复 、 SOS 修复 等 。 (2) RNA 合成 的 忠实 性 保持 机 制 为 : 四 以 DNA 为 模板 ， 通 过 碱 基 配 对 进行 转录 合成 ; QURNA 为 模板 ， 通 过 碱 基 配 对 进行 复制 合成 ; @ 顺 式 作 用 元 件 的 作用 ; 四 转录 后 加 工 中 酶 的 作用 。 (3) 蛋白 质 合成 的 忠实 性 保持 机 制 为 : OmRNA 自身 序列 的 稳定 性 (HET, poly A 结 构 等 ); @@ 密 码 子 与 反 密 码 子 (mRNA-tRNA) 通过 氧 键 配对 ; @AA- tRNA 合成 酶 的 选择 性 ; 由 副 密 码 子 的 作用 ; @@ 翻 译 后 运输 、 分 刻 ， 加 工 中 信和 号 肽 、 导 肽 及 各 种 加 工 酶 的 作用 。 5. 答 : (1) 以 软 脂 酸 [CHs - (CH))i4-COOH] 为 例 ， 从 左 侧 的 第 一 个 碳 原子 〈 包 括 第 一 个 碳 原子 ) 开始 ， 每 隔 一 位 碳 原 子 上 的 H 均 为 3H， 如 CH3 - CH -CH -CH -CH ……。 (2) 标记 物 为 -OOC- CH - COSCoA 时 ， 合 成 的 软 脂 酸 有 14 个 3H (延长 7%, 每 次 2 个 '"H)。 28 由， 第 一 组 〈 非 生化 专业 做 ) 1. 计算 : (1) 丙 酮 酸 :1SATP; (2) 葡 萄 糖 :38ATP; (3)NADH + He :3ATP; (4)F-1,6-2P:40ATP. 2.8: 若 $ 不 能 离开 RNA RAMHRD, RNA 聚合 酶 不 能 在 模板 上 移动 并 按 模板 序列 选择 核糖 核 背 酸 ， 所 以 延长 阶段 无 法 进行 。 第 二 组 〈( 生 化 专业 做 ) 1. 答 : (1) farsomycin 抑制 了 多 肽 合成 移 位 这 一 步骤 。 iT (2) 相连 。 因 为 在 肽 链 合成 终止 前 ， 肽 链 是 直接 从 最 后 一 MBA HY nude 子 上 脱 去 的 〈 酯 键 水 解 ) ， 脱 去 肽 链 的 tRNA 后 再 离开 核糖 体 。 2. 答 : 首先 求 出 产生 ATP 的 摩尔 数 为 : 500X250X24X3 _ = 0.402M (ATP) 产生 的 ATP 52 BCH 507 X 0.402 = 203.71 - 202 - 北京 医科 大 学 一 九 九 三 年 招收 硕士 研究 生 试题 I 问答 题 (1) 答 : 见 教材 P405、P406。 (2) 答 : 所 谓 复制 就 是 以 原来 DNA 分 子 为 模板 合成 出 相同 分 子 的 过 程 。 而 转录 是 指 在 DNA 分 子 上 合成 出 与 其 核 苷 酸 顺 序 相 对 应 的 RNA 的 过 程 。 相 同 点 : 两 者 都 需 模板 ， 核 苷 酸 链 的 延长 方面 均 为 $ 一 3 。 不 同 点 : 四 底 物 不 同 ， 转 录 底 物 为 NTP， 而 复制 底 物 为 dNTP; @ 酶 不 同 ， 转 录 的 主要 酶 为 RNA RAB, i 复制 的 主要 酶 是 DNA 聚合 酶 ; @ 产 物 不 同 ， 转 录 产 物 为 RNA， 而 复制 产物 是 DNA; 甸 转 录 后 有 加 工 过 程 ， 而 复制 有 修复 过 程 。 (3) 答 : OD260 值 将 会 降低 。 因 为 变性 DNA 在 降温 过 程 中 会 因 复 性 发 生 减 色 效 应 ， 紫 外 吸收 值 降低 。 (4) 答 : 不 能 。 因 为 该 酶 的 作用 位 点 是 RNA 链 中 喀 啶 核 背 酸 残 基 在 C-3 BE 酸 基 与 下 一 个 C5 的 位 置 断 开 磷酸 二 酯 键 。 (5) 答 : 见 教 材 下 册 P373、P374。 (6) 答 : 此 四 种 化 合 物 都 含有 &C， 原 因 如 图 所 示 CH2OH CH2OH 人 HORA O_o IN | NAD+ NADH+H* | 4CH,O@®) “CH,0®) fF oe 一 ~ 糖 异 He CH io 胆固醇 —CH;COSCoA~— C=O <—-- --- HOCH 脂肪 酸 | COOH “CH,0®) | Ala (7) &: 中 肌 酸 ， 是 一 重要 的 能 量 储存 化 合 物 ; OFMHK, RPRASA 质 及 酶 蛋 自分 子 的 琉 基 不 被 氧化 ， 从 而 维持 其 生物 学 活性 ; ORKRHR, BR 合成 原料 和 能 量 物质 ; 由 中 啉 ， 是 血红 素 、 叶 绿 素 、 细 胞 色素 等 的 核心 部 分 。 (8) 答 : 因为 新 生 儿 缺少 立 和 蛋白， 血浆 清 蛋 白 运输 的 间接 胆 红 素 在 肝 血 塞 中 分 离 后 ， 不 能 迅速 被 肝 细 胞 中 的 立 蛋 白 摄 取 ， 从 而 使 胆 红 素 游离 出 来 ， 进 入 脑 组 织 而 出 现 中 毒 证 状 。 5 BS * II 填空 题 (每 题 1 分 ， 共 20 分 ) (1) 尿酸 ; 痛风 (2) 目的 基因 ; 载体 (3) 非 蛋 白质 编码 的 间隔 序列 ; 编码 蛋白 质 的 DNA 序列 (4) mRNA 的 翻译 起 始 (5) 5’—>3’; Nec (6) AUG; UAC @#) 13 (8) 3 一 磷酸 腺 苷 - 5 - 磷 酰 硫酸 ; B- 羟 基 -B- 甲 基 戊 二 酸 单 酰 辅酶 A (9) 和 蛋白质 水 解 (10) CpGpApCpCpTp (11) 辅酶 (12) 7-a Ft (13) UDP -# HER (14) 蛋白 激酶 (15) 62.38g/100ml | (16) NADH -细胞 色素 Pi 还 原 酶 ; 细胞 色素 P450 (17) 乙酰 辅酶 A; NADPH (18) 相 邻 ; 喀 啶 二 聚 体 (19) HMGCOA 还 原 酶 ; HMGCOA 还 原 酶 (20) UDPG; CDP - 胆 碱 III 选择 题 (和 OTDR (3) C} (4) E; (5) D; (6) Es (7) i te ee (10) A; (11) D; (12) @ARE; (13) E; (14) D; (15) C; (16) C; (17) A; (18) E; (19) D; (20) B Spe - 204 ， 北京 医科 大 学 一 九 九 四 年 招收 硕士 研究 生 试题 I 问答 题 (1) 答 : BBA DNA 复制 是 指 以 原来 的 分 子 为 模板 合成 出 相同 分 子 的 过 程 。 此 过 程 可 以 分 为 原核 生物 DNA 分 子 的 复制 过 程 和 真 核 生 物 DNA 分 子 的 复 制 过 程 。 真 核 生物 DNA 复制 过 程 需 要 DNA RAB a, DNA 聚合 酶 B、DNA RAB Y Al DNA 连接 酶 。 主 要 功能 : DNA 聚合 酶 eo 存在 于 真 核 生物 细 胞 核 中 ， 它 可 以 以 四 种 脱氧 核糖 核 苷 磷酸 为 底 物 ， 在 模板 链 和 3 - OH 末端 的 引物 链 存 在 的 情况 下 合成 出 与 模板 链 的 碱 基 互补 的 DNA 链 。DNA 聚合 酶 被 认为 是 真 核 生物 复制 的 主要 酶 。 DNA 聚合 酶 B 可 以 多 聚 脱氧 核糖 核酸 为 模板 合成 出 互补 链 ， 可 能 主要 在 DNA 损伤 修复 中 起 作用 。DNA 聚合 酶 Y 可 以 人 工 合成 的 多 聚 核糖 核 苷 酸 为 模 . 板 ， 以 春 聚 脱氧 核糖 核 苷 酸 为 引物 而 合成 与 模板 链 互补 的 DNA 链 ， 可 能 与 线 粒 体 DNA 复制 有 关 。 不 管 是 哪 种 DNA 聚合 酶 ， 都 只 能 是 催化 多 核 苷 酸 链 的 延长 反应 ， 不 能 使 链 之 间 连 接 。 而 DNA 连接 酶 在 供给 能 量 的 情况 下 可 以 催化 双 链 DNA 切口 处 的 $ -磷酸 基 和 3- 羟基 生成 磷酸 二 酯 键 。 原核 生物 的 复制 需 DNA 聚合 酶 I、II、III。 主 要 功能 : DNA 聚合 酶 工 存在 于 原核 生物 中 ， 当 有 底 物 和 模板 存在 时 ， 可 使 脱氧 核糖 核 苷 酸 逐 个 加 到 具有 3 一 OH 末端 的 多 核 苷 酸 引物 链 上 ， 从 而 合成 出 与 模板 链 碱 基 互 补 的 DNA 链 。 除 此 功能 以 外 ， 此 酶 还 具有 5 一 3 核酸 外 切 酶 活力 和 3 一 $ 核酸 外 切 酶 活力 。DNA REGS 开 也 可 以 四 种 脱氧 核糖 核 苷 酸 为 底 物 ， 以 带 有 缺口 的 双 链 DNA 作为 模板 合成 DNA , ARAM II, RAS 一 3“ 外 切 酶 活力 。DNA RAB III RU 为 是 原核 生物 真正 的 DNA 复制 酶 。 (2) 答 : A Bann GAATTC::--* 3 也 基因 工程 大 致 分 为 以 下 几 个 步骤 : 外 源 DNA 分 离 并 与 载体 DNA 重组 ; 通 过 转化 或 其 他 方式 将 重组 DNA 引入 受 体 细胞 ; 筛选 出 含有 重组 体 的 克隆 。 (3) 答 : 图 略 。 hnRNA 成 熟 为 mRNA 所 需 的 加 工 过 程 主要 有 : 5 -末端 形成 特殊 的 帽子 结 构 m’GS5’PPPS'N,,,Np;_ 在 hnRNA 的 3- 未 端 切断 并 加 上 多 聚 腺 苷 酸 尾巴 ; 通过 拼接 除去 由 内 含 子 转录 来 的 序列 ; 链 的 内 部 某 些 核 苷 被 甲 基 化 。 (4) 答 : 硬 脂 酸 活化 为 硬 脂 酰 辅酶 A 进入 线粒体 以 后 ， 在 基质 中 进行 B- 氧 化 ，B- 氧 化 步骤 见 教材 下 册 P156。 - 23° 经 过 7 次 B- 氧 化 循环 ， 即 可 将 硬 脂 酰 辅酶 A 转变 为 9 分 子 的 乙酰 辅酶 A。 每 分 子 乙 酰 辅 酶 A 进 入 TCA 循环 彻底 氧化 后 可 形成 12 分 子 ATP， 因 此 9 个 分 子 的 乙酰 辅酶 A 共 形成 12xX9=108 分 子 ATP。 8 次 B- 氧 化 循环 可 产生 8 个 FADF2 和 8 个 NADH， 经 氧化 后 可 以 产生 ， 5x8 =40 分 子 ATP. 由 于 硬 脂 酸 转化 为 硬 脂 酰 辅酶 A 时 消耗 1 分 子 ATP 的 两 个 高 能 磷酸 键 的 能 量 ， 因 此 硬 脂 酸 被 彻底 氧化 净 生 成 ATP: 108+40-2=146 (个 )。 (5) 答 : 氨基 酸 脱 所 ~、、 一 慰 ron meee 3} ee — vt, pee 肠 道 细菌 -一 | acme 肾 小 管 小 更 细胞 分 泌 首先 通过 血液 把 Gln 运 到 肝脏 ， 然 后 肝 细 胞 中 的 Gln 酶 又 将 其 分 解 为 Glu 和 ”NEH3。 生 成 的 NH; 在 肝脏 中 通过 尿素 循环 转化 为 尿素 ， 这 样 血 氨 就 以 尿素 的 形 式 排 出 体外 。 有 的 动物 可 以 将 血 氨 转 化 为 尿酸 ， 以 尿酸 的 形式 把 对 机 体 有 害 的 物质 NHs 排出 体外 。 (6) 答 ; 此 氧化 物体 系 是 需要 细胞 色素 Pu 参加 的 氧化 酶 系 ， 氧 化 后 加 入 一 个 氧 原子 ， 故 称 为 加 单 氧 酶 系 。 由 于 在 反应 中 一 个 氧 原子 被 还 原 为 水 ， 另 一 个 氧 原子 进入 底 物 中 使 底 物 氧化 ， 故 又 称 混合 功能 氧化 物 酶 系 。 加 单 氧 酶 系 的 特异 性 较 差 ， 可 催化 多 种 有 机 物质 进行 不 同类 型 的 氧化 反应 。 加 单 氧 酶 系 由 NADPH、NADPH -细胞 色素 Plso 还 原 酶 及 细胞 色素 P4so 组 成 。 NADH -细胞 色素 还 原 酶 以 FAD、FMN 为 辅酶 ， 二 者 比例 为 1:1， 底 物 经 加 单 氧 酶 系 氧 化 生成 产 化 物 。 加 单 氧 酶 系 除 催化 底 物 进行 产 化 反应 外 还 可 催化 脱 烷 基 反 应 、 氧 化 反应 等 。 是 加 单 氧 酶 系 可 诱导 生成 。 (7) 答 : 见 教 村 上册 P245, P253. P255. (8) 答 : A. WWW S 元 素 。 因 为 在 蛋白 质 中 含 一 定量 的 S 元 素 ， 而 核酸 不 含有 此 元 素 。 B. 方法 一 : 分 别 对 DNA 与 RNA 进行 加 热 使 之 变性 ， 然 后 自动 退火 使 之 复 用 紫外 分 光 光 度 计 分 别 测量 DNA 与 RNA 紫外 光 吸 收 下 降 的 程度 .下降 各 neroopxanamnpiegor wire 程度 较 大 ， 而 RNA 分 子 双 链 区 段 很 少 ， 变 性 程度 较 小 。 方法 二 : 向 未 知 溶液 中 加 入 浓 盐 酸 与 苦 黑 酚 后 加 热 ， 产 生 绿色 的 是 RNA， 产生 蓝 紫 色 的 是 DNA。 "206 - 原因 : 因 RNA 中 含有 核糖 ，D -核糖 与 此 试剂 反应 呈 绿 色 ; DNA PA D-2 -脱氧 核糖 ，D= 2-= 脱 氧 核糖 与 此 试剂 反应 产生 蓝 紫 色 。 (9) 答 : 磷酸 化 酶 可 以 催化 底 物 的 磷酸 化 ， 如 糖 原 磷 酸化 酶 ， 糖 原 一 1-P-G; 磷酸 酶 催化 磷酸 化 的 底 物 去 磷酸 化 ，6-P-G+ HI2O-> 葡 萄 糖 + Pi; 激酶 是 对 底 物 具有 活化 作用 的 酶 ，Glc+ATP->6-P-G+ ADP; 蛋白 激酶 是 对 蛋白 底 物 上 的 Ser, Thr, Tyr 具有 磷酸 化 作用 的 酶 。 1] 填空 题 每 题 1 分 ， 共 20 4) (1). Ka Vids (2) 高 密度 脂 蛋白 ; 8B- 羟 B- 甲 基 友 二 酸 单 酰 辅酶 A (3) 产生 磷酸 戊 糖 与 NADPH (4) 共 价 调节 ; 别 构 调节 (5) UDP; UTP (6) Gly; Ser (7) 泛酸 ; BAR PP 或 称 尼 克 酰 胺 (8) 154 (9) Asn (10) A; 12 (11) 25 (OH) D;~1, 25- (OH),D, fA (12) RAF (13) 血浆 清 蛋 白 或 a, REA (14) 葡萄 糖 醛 酸 (15) 1, 25 —#R4#E+ = D, (16) 变性 ; 复 性 (17) BARB (18) RNA 聚合 酶 B (19) 3; 2 (20) UDPG; CDP - 胆 碱 III 选择 题 (1) C; (2) C; (3) D; (4) A; (5) Ds; (6) A; (7) C; (8) D; (9) C; (10)-C; (11) D; (412) D; (13) D; (44) A; (15) E3) (16) C; (17) E; (18) C; (19) E; (20) B « By - AREAS —-AAAS EMS UHREAS Sita 、 名 词 解释 肽 单元 ; 肽 链 主 链 上 的 重复 结构 叫 肽 单元 ， 一 个 肽 单元 实际 上 就 是 一 AY AK 平面 5 启动 子 : DNA 分 子 中 结合 转录 酶 和 启动 转录 的 序列 ， 如 原核 生物 的 一 35 序 列 。 退火 : BY DNA 由 单 链 复 性 为 双 链 结构 的 过 程 或 作用 ， 来源 相 同 的 DNA 单 链 经 退火 后 完全 恢复 双 链 结构 ， 同 源 DNA 之 间 、DNA 和 RNA 之 间 退 火 后 形成 杂交 分 子 。 反 义 RNA: 和 DNA 分 子 中 某 一 基因 序列 可 互补 的 RNA， 这 种 互补 会 阻止 这 一 基因 的 转录 。 构 型 与 构象 : 有 机 大 分 子 两 类 空间 结构 ， 构 型 来 自分 子 中 各 原子 特有 的 固定 的 空间 排列 ， 构 和 象 来 自 $ 键 旋转 引起 的 分 子 中 各 原子 空间 排列 ， 前 者 改变 时 共 价 键 断 裂 。 电泳 迁移 率 〈(Rm) : 又 称 泳 动 度 ， 指 在 一 定 的 介质 中 ， 人 移动 的 速度 。 酶 的 活性 部 位 : 与 酶 催化 活性 密切 相关 的 酶 的 空间 微 区 ， 常 由 若干 个 氨基 酸 残 基 形 成 ， 如 丝氨酸 、 天 冬 氮 酸 等 ， 活 性 部 位 又 有 可 分 为 催化 位 、 结 合 位 等 。 持 留 时 间 (HPLC 中 TR): 被 分 离 物质 在 高 压 液 相 色 谱 柱 中 经 过 的 时 间 CA 进 到 出 )。 氧化 磷酸 化 作用 : 伴随 生物 氧化 放 能 而 进行 的 储 能 (ADP>ATP) 过 程 ， 有 底 物 水 平 、 呼 吸 链 式 和 光合 磷酸 化 式 3 种 。 氧 化 磷酸 化 是 一 个 放 能 和 储 能 的 偶 联 过 程 ， 也 是 一 个 能 量 方式 转化 的 过 程 。 限制 性 核酸 内 切 酶 : 简称 限制 酶 。 来 自 细菌 ， 以 两 链 4 一 8 个 核 苷 酸 序列 为 专 一 性 位 点 切割 DNA 分 子 ， 产 物 为 带 有 平头 和 粘性 未 端的 DNA 双 链 片段 ， 限 制 酶 使 DNA 人 工 重 组 成 为 现实 。 等 电 聚 焦 载 体 两 性 电解 质 : 等 电 聚 焦 使 用 的 两 性 电解 质 载 体 ， 在 一 定 的 电场 条 件 下 ， 两 性 电解 质 作 为 电泳 介质 可 以 形成 电位 梯度 ， 和 该 梯度 中 某 一 等 电 点 相 同 的 待 分 离 物质 聚集 在 同一 位 置 。 二 、 填 空 题 1. 53m A; 磷酸 二 酯 键 中 的 磷 原 子 2. 朴 水 作用 ; 亲 水 作用 ; 盐 键 ; 范 德 华 力 ; 氢 键 3. 负 值 ; 正 值 - 208 - 4. Crick 5. 第 一 大 类 ;第 一 亚 类 ; 第 一 亚 亚 类 ; 第 27 A 6. S. Ochoa; 3 1. UAG 8. 净 电 荷 ; 分 子 量 大 小 9. 介质 离子 强度 ; pH; 电场 强度 ; 净 电 荷 ; 分 子 量 10. 亲 合 力 11. 容易 ; 不 容易 三 、 回 答 问 题 1. 凝 胶 过 滤 的 基本 原理 是 不 同 大 小 的 分 子 混合 物流 经 凝 胶 层 析 柱 时 ， 比 凝 胶 网 孔 大 的 分 子 不 能 进入 珠 内 网 状 结构 而 随 溶剂 首先 流出 柱 外 ; 比 网 孔 小 的 分 子 能 不 同 程度 地 自由 出 人 凝 胶 柱 内 外 。 这 样 由 于 不 同 大 小 分 子 所 经 的 路 径 不 同 而 得 到 分 离 。 根据 上 述 原 理 ， 如 果 首 先 用 几 种 标准 蛋白 进行 凝 胶 过 滤 ， 求 得 洗 脱 体积 (Ve) 后 ， 以 标准 蛋白 的 分 子 量 对 数 (LogM) 对 Ve 做 图 得 一 直线 ， 再 测 出 待 测 蛋 自 质 的 Ve， 即 可 从 图 中 确定 它 的 分 子 量 。 2. HOOMC- CH -CH - CO- COOH 3. mRNA 分 子 中 编码 氨基 酸 的 核 苷 酸 序列 ， 为 三 联 体 密码 子 ， 遗 传 密码 的 基本 特性 : 中 简 并 性 ,大 多 数 氨基 酸 都 有 几 组 不 同 的 密码 子 ; @ 无 标点 符号 ， 即 密码 子 之 间 无 标点 符号 间隔 ; OLB, (ADRS; 由 通用 性 ， 所 有 生物 的 遗传 密码 是 几乎 一 样 的 ， 线 粒 体 等 有 例外 ; @64 组 密码 子 中 有 3 个 专用 终止 密码 子 ，AUG 既是 Met 密码 子 ， 又 是 起 始 密码 子 。 4. 0.15x88=13.20A 5. BMA RMA 3 种 类 型 : 竞争 性 抑制 、 非 竞争 性 抑制 、 反 竞争 性 抑制 。 作 图 见 教材 下 册 P263 图 4- 12，P26$ 图 4-13、 图 4-14。 6. 在 脂肪 酸 从 头 合成 中 的 反应 : ee5 抽 ie Gee. a + ADP + Pi+ H* 说 明 CO, 是 乙酰 CoA 羧 化 酶 的 底 物 之 一 。 无 。 因 为 来 自 CO, 的 碳 原子 在 生成 乙酰 乙酸 时 被 再 次 以 CO, 方式 脱 去 。 7. 见 教 村 上册 P230 一 P304。 8. 解 : 中 由 酸 水 解 结果 知 此 A 肽 为 8 肽 ， 组 分 为 Lys、His、Asp、2Gln、 Ala、Val、Tyn; G@O 由 DNP 反应 可 知 ， 此 8 AKAAEA AK, N 端 为 Asp; @ RAK ， 209 ， 酶 处 理 结果 知 ， 此 8 AK C 端 为 Val; @@ 由 胰 蛋 白 酶 作用 结果 知 ， 此 8 肽 的 两 个 片 段 可 能 为 : Asp-Gln-Ala-Tyr-Lys、His-Gln-Val; @ 由 胰 凝 乳 蛋 白 酶 等 作用 结果 知 ， 此 8 肽 的 两 个 片段 可 能 为 Asp-Ala-Tyr、Lys-Gln-Gln-His-Vals 综合 上 述 分 析 ， 此 8 肽 的 顺序 为 : Asp-Ala-Tyr-Gln-Lys-His-Gln-Val DALF LF ate SRE OT et Mh ie At 人 0B5 FF 下 - he 0 eee DSA 年 en 36 1a PPE wi Ke AAT A FESO AE RRA . | PU A A a ae ARE ar oR UK Se ae ot “ae ae ae SAMs 9 ; Ne hs OR RR ay Sj Mi »V RRA Py OE aR tig 3) 1) Re REP OE AR 18 1 a ; vk t ALPE RK NM: HAP . ok, . . SR ee 氨 基 酸 - AMP - 酶 二 PPi ; @30S WHE + 50S W At + mRNA + fMet — tRNA + IF, + IF) + IF; + GTP> GDP + 70S #4824; @Tu-Ts+ GTP->Tu=GDP+Ts。 这 三 步 耗 能 反应 相 当 于 需要 4 分子 ATP. AM 146 个 氨基 酸 残 基 的 B- 珠 蛋白 链 需要 的 ATP 数 为 : 氨基 酸 活 化 ，2 x 146 = 292ATP; 起 始 复合 物 形成 ，1 ATP; 移 位 145 次 5 145ATP; 总 共 消 耗 292+1+145=438 (ATP) - 212 ， ae SS Oe Ut Ae bay Se | 南开 大 学 一 九 九 六 年 研究 生 入 学 考试 试题 一 、 解 释 题 1. 基因 工程 : 利用 限制 性 内 切 酶 和 载体 ， 按 照 预先 设计 的 要 求 ， 将 一 种 生 物 的 某 种 目的 基因 和 载体 DNA 重组 后 转 人 另 一 生物 细胞 中 进行 复制 、 转 录 和 表 KK, 一 般 而 言 ， 基 因 工 程 就 是 DNA BARA. 2. 内 含 子 : 真 核 生 物 基因 不 连续 ， 是 由 外 显 子 和 内 含 子 相间 组 成 。 它 们 均 为 DNA 序 列 且 同 时 转录 ， 但 内 含 子 部 分 在 转录 后 加 工 中 一 般 要 除去 。 有 时 在 一 种 基因 中 的 内 含 子 序列 ， 在 另 一 种 基因 中 则 可 以 是 外 显 子 序列 。 3. BRE: 非 糖 物质 转变 为 糖 的 过 程 ， 糖 异 生 反 应 不 同 于 糖 酵 解 之 处 在 于 有 三 个 绕道 反应 。 4. 氨基 酸 的 互补 作用 : 又 称 蛋 白质 的 互补 作用 ， 和 营养 价 值 高 (必需 氨基 本 含量 高 ) 的 蛋白 质 和 营养 价值 低 〈 必 需 氨 基 酸 含量 少 ) 的 蛋白 质 混 合 食用 ， 从 而 实现 必需 氨基 酸 互 相 补 充 。 5. 兼并 密码 子 : 大 多 数 氨 基 酸 都 可 有 几 组 不 同 密 码 子 ， 编 码 相同 氨基 酸 的 不 同 密 码 子 叫做 兼并 密码 子 或 同 义 密码 子 。 6. 8B- 氧 化 作用 : 脂肪 酸 氧 化 分 解 的 主要 途径 。 因 脱 氨 和 裂解 均 发 生 在 B- 位 碳 原子 而 得 名 。8B- 氧 化 的 直接 产物 是 乙酰 COA。 二 、 填 空 题 1. DNA 不 连续 复制 过 程 中 首先 合成 的 DNA 片段 ， 这 些 片段 然后 相连 成 完 整 的 DNA 链 。 2. NAD, NADP, CoA, By, ##%. FAD. 3. GAB; 抑制 ; 促进 . 葡萄 糖 . RAB; 工 - 谷 氨 酸 脱氧 酶 ; NH; - . AB tRNA 合成 酶 、 甲 酰 化 酶 、 肽 酰 转 移 酶 、 移 位 酶 . 左 侧 为 : 糖 ; 脂肪 酸 ; 部 分 氨基 酸 碳 骨 架 。 右 侧 为 : 脂肪 酸 及 脂 类 ; A 基 酸 ; CO +H,O = Fe: 1 X， 人 体 和 动物 必需 氨基 酸 有 10 种 。 2. X ， 诱 导 作 用 解释 以 乳糖 操纵 子 学 说 为 基础 ， 阻 过 以 色 氮 酸 操 纵 子 学 说 为 基础 。 3. X ， 维 持 蛋 白质 一 级 结构 的 化 学 键 除 肽 键 外 ， 还 有 二 硫 键 。 4. Xx ， 辅 因子 相同 ， 酶 蛋白 可 不 同 。 NWN 上 “ms - 5. Xx， 乙 醛 酸 循环 仅 存在 于 植物 和 微生物 。 6. x ， 酶 变 构 作用 破坏 的 是 非 共 价 健 。 7. X ， 脂 肪 酸 合成 中 的 从 头 合成 类 似 于 B- 氧 化 ， 但 酶 不 同 ， 反 应 进行 的 细 胸部 位 不 同 。 < 8. 4 9. Fa X, FERRO WRANAARRTED, FLRRADBWAAEHK 四 、 计 算 题 解 : 根据 郎 伯 - 比 耳 公 式 A=aucl， 已 知 A=1，au=1.5$4X103) 工 =1 月 求 C = C=A¥ Ca) =1/ C2.418 * 1) 0 0M 五 、 答 : 脂肪 酸 合成 起 始 物质 为 乙酰 CoA、NADPH ， 乙 酰 CoA 来 自 糖 的 有 和 氧 分 解 ，NADPH2 来 自 磷 酸 成 糖 途径 。 代 谢 途 径 略 。 六 、 核 酸 有 DNA Fl RNA 两 大 类 。DNA 分 布 于 细胞 核 染 色 体 、 线 粒 体 和 叶 绿 体 及 质粒 中 ，RNA 主要 分 布 于 细胞 质 中 ，rRNA 集中 分 布 在 核糖 体 中 。RNA 有 三 种 类 型 ，mRNA、tRNA 和 rRNA. RNA 常 呈 现 单 链 ， 核 糖 为 非 脱氧 核糖 ， 碱 基 以 A、G、C、U 为 主 ， 有 稀有 碱 基 存在 ， 碱 基 修 饰 以 甲 基 化 为 主 。 RNA 可 局 部 回 折 成 双 链 状 。mRNA 为 遗传 密码 携带 者 ， 直 接 指导 和 蛋白 质 合 成 。 mRNA 既 可 以 代表 一 个 基因 ， 也 可 以 代表 多 个 基因 ， 且 有 不 翻译 序列 存在 ， 可 进行 重新 拼接 和 其 他 加 工 修饰 。tRNA 分 子 量 均一 ， 携 带 氨 基 酸 对 号 人 座 ， 二 级 结构 为 三 叶 草 型 ， 有 四 环 三 臂 ， 反 密码 子 处 于 反 密 码 环 中 ， 所 基 酸 臂 有 CCA 共同 结构 [RE ts Sl LH, RNA 还 有 密码 子 突变 的 校正 等 作用 。zRNA 为 核糖 体 的 组 分 ， 与 蛋白 质 生 物 合成 过 程 多 种 作用 有 关 ， 其 作用 机 理 有 待 进一步 研究 ,， 有 些 rRNA 具有 酶 活性 ， 如 四 膜 虫 中 rRNA 的 自我 拼接 。 七 、 答 : @ 根 据 各 种 蛋白 质 的 pI 的 不 同 ， 选 用 不 同 的 pH 条 件 可 使 蛋白 质 混合 物 实 现 各 组 分 分 段 沉 淀 ; OR Mi REREAD Bik, we ATA AY 电泳 介质 pH, pl 相同 的 蛋白 质 处 于 一 条 电泳 带 ; @ 在 等 电 聚 焦 技 术 中 ,， 和 两 性 电解 质 形成 的 pH 梯度 相同 的 蛋白 质 分 别 聚 焦 ; 由 在 离子 交换 技术 中 ， 通 过 调 节 介 质 pH 使 待 分 离 蛋 白质 携带 不 同 的 静电 和 荷 。 A. NAD 的 氧化 还 原 反 应 式 为 : . 214 - H N. N N N. 中 H;C ZA NH —2H HaC N H O NADH) 的 来 源 及 其 在 能 量 产生 中 的 地 位 : 糖分 解 脂 分 解 一 = NADH, 一 ~ 呼吸 链 一 -一 ~AIP 蛋白 质 分 解 -一 + 人 首都 师范 大 学 一 九 九 六 年 研究 生 入 学 试题 一 、 解 释 名 词 1. SER (riboxyme): 具有 催化 活性 的 RNA。 “中 间 产 物 假说 : 一 种 解释 酶 反应 速度 与 底 物 浓度 关系 的 假说 ， 该 假说 下 此 中 间 产 物 亦 被 人 们 看 作 是 稳定 的 过 渡 态 物 质 。 中 间 物 再 进一步 分 解 成 为 产物 与 游离 态 的 酶 。 3. Kin: 是 酶 反应 速度 达到 最 大 反应 速度 一 半 时 的 底 物 浓度 。K: 表 观 米 氏 常 数 。 4. 生 糖 氨基 酸 : 分 解 的 中 间 物 可 以 转化 为 糖 的 氨基 酸 。 生 酮 氨基 酸 : 分 解 PARE EY AEBS . 、 填 空 题 ， iy 1. 依次 反应 机 理 、 随机 机 理 、 乒 乓 反应 机 理 2. Ver. Veo. Veo. Vei2. ABER. ZR. EDR. WR. MER 3. DNFB%. DNS%K,. PITC%K. AMBE 4. B-FiZECM; 8mol/L RAR 6mol/L RBM; 碘 乙 酸 5. fafeil, RRR. AMM EA; NADH; CoQ; HBX A; Cytb; Cytc; Ai. MIA. CO. BAW; Cytaaz; O, 6. FMN; CoQ; Cytb; Cytcy; Cyta3; Op 7. 柠檬 酸 合成 酶 、 柠 檬 酸 脱 氨 酶 、a- 酮 成 二 酸 脱 氢 酶 8. 112 9. 催化 效率 高 ;高度 专 一 性 ; DRE; 酶 活力 的 调节 控制 ; 酶 的 催化 活力 与 辅酶 、 辅 基 和 金属 离子 有 关 三 、 答 : 二 级 结构 是 指 多 肽 链 主 链 中 的 扭曲 ， 维 持 二 级 结构 的 作用 力 是 氢 键 。 超 二 级 结构 是 若干 相 邻 的 二 级 结构 单元 组 合 在 一 起 ， 形 成 的 有 规则 的 二 级 结 构 组 合体 ， 超 二 级 结构 在 结构 的 组 织 层 次 上 高 于 二 级 结构 ， 但 没有 形成 完整 的 结 构 域 。 结 构 域 是 相对 独立 的 三 维 实体 ， 组 织 层 次 上 介 于 超 二 级 结构 与 三 级 结构 之 间 。 三 级 结构 是 指 单 体 蛋白 质 分 子 或 蛋白 质 分 子 亚 基 的 三 维 空间 结构 ， 维 持 蛋 白 质 三 级 结构 的 作用 力主 要 是 范 德 华 力 、 氢 键 、 静 电 相 互 作 用 和 下 水 相互 作用 。 四 、 答 : 阳离子 交换 柱 层 析 中 氮 基 酸 的 洗 出 顺序 大 体 上 是 酸性 氨基 酸 、 中 人 性 氨基 酸 、 碱 性 氨基 酸 ， 所 以 此 氨基 酸 混合 物 的 洗 脱 顺序 为 : Asp, Glu, Phe, Tyr. Lys, Arg 五 、 答 : 见 教材 下 册 P3390. \ 六 、 答 : 在 共 价 催化 中 ，His 的 咪唑 基 作 为 强 有 力 的 亲 核 基 团 ， 可 以 提供 电 236 * 子 ， 它 可 以 通过 与 底 物 形成 一 个 反应 活性 很 高 的 共 价 中 间 物 ， 降 低 反 应 活化 能 ， 而 使 得 反应 较 易 进行 。 在 酸 碱 催 化 中 ，Hfis 的 咪唑 基 既 可 做 为 质子 供 体 ， 又 可 作 为 质子 受 体 在 酶 反应 中 发 挥 作 用 。 七 、 答 : 见 教 材 下 册 P120。 八 、 答 : 见 教 材 下 册 P248、P249、P250。 九 、 答 : 见 教 材 下 册 P349. P350. 十 、 答 ， 见 教材 下 册 P352。 +t. &: 糖 蛋白 的 前 体 自 粗 料 内 质 网 上 的 核糖 体 合 成 时 ， 其 新 生 肽 链 伸 人 内 质 网 腔 。 粗 糙 内 质 网 腔 中 合成 的 寡 糖 链 ， 在 粗糙 内 质 网 膜 上 糖苷 转移 酶 的 催化 下 通过 磷酸 长 丫 醇 的 介 导 ， 可 将 寡 糖 链 能 转移 给 新 生 的 多 肽 链 。 在 粗糙 内 质 网 腔 中 形成 的 糖 蛋 白 ， 糖 链 与 Asn 的 酰胺 所 相连 。 糖 蛋白 从 粗糙 内 质 网 腔 运 至 高 尔 基体 后 ， 在 高 尔 基体 中 经 进一步 改造 ， 有 的 糖 链 可 由 与 酰胺 氮 相 连 转 变 为 与 Ser, Tyr, Thr #2 LAE. . 十 二 、 答 : 酶 水 平 的 调节 主要 有 两 种 方式 : 一 种 是 通过 激活 或 抑制 以 改变 细 胞 内 已 有 酶 分 子 的 催化 活性 ; 另 一 种 是 通过 影响 酶 分 子 的 合成 或 降解 以 改变 酶 分 子 的 含量 。 酶 活性 的 调节 包括 酶 的 变 构 效 应 和 共 价 修饰 两 种 方式 。 代 谢 调节 作用 分 别称 为 前 饥 和 反馈 ， 这 种 作用 或 是 激活 ， 或 是 抑制 。 在 连锁 代谢 反应 中 ， 酶 受 到 连续 的 共 价 修饰 所 激活 ， 导 致 原始 信号 的 放大 。 这 样 的 连锁 代谢 反应 系统 称 为 级 联系 统 。 激 素 或 神经 递 质 作 用 于 膜 受 体 ， 经 信号 转 导 产生 第 二 信使 ， 并 连续 引 起 酶 的 磷酸 化 ， 从 而 调节 细胞 代谢 。 2 华东 理工 大 学 2000 年 硕士 研究 生 入 学 考试 试题 一 、 名 词 解释 1. 也 叫 三 碳 循环 . 是 光合 作用 中 主要 的 暗 反应 . 1，5$ -二 磷酸 核 酮 糖 结合 CO, 后 形成 三 碳 的 3 -磷酸 甘油 酸 后 在 缩合 成 为 已 糖 。 2. 属于 原核 生物 DNA 转录 启动 子 序列 结构 . 位 于 大 肠 杆菌 DNA 分 子 转录 起 点 前 - 10 处 的 保守 碱 基 序列 . 通常 由 $ 个 共同 的 富 含 A、T 的 核 苷 酸 序列 组 成 。 3. 略 4. 全 部 所 需 的 有 机 物质 由 自身 合成 的 生物 。 如 光 能 自 养 的 植物 和 化 能 自 养 的 细菌 。 5. Ht, 6. 细胞 内 部 各 种 担负 不 同 功能 的 细胞 器 的 形成 。 7. 真 核 生 物 DNA 分 子 转录 合成 RNA 后 有 自我 剪接 过 程 ， 被 切除 掉 的 部 分 对 应 的 DNA 序列 叫 内 含 子 ， 转 录 后 经 过 剪接 后 被 保留 的 RNA 所 对 应 的 DNA 序 列 叫 做 外 显 子 。 8. 即 化 学 本 质 为 核酸 的 酶 。 9. 略 。 10. 略 。 过 所 是非 题 1.X 还 有 二 硫 键 、C 一 C 键 等 2.x MAW, GRU, X—-POaRD ERASE, SORTASE 关系 至 今 尚 无 定论 )。 3.Xa\、8B 淀 粉 酶 均 水 解 -糖苷 键 ， 只 是 二 者 水 解 的 位 点 和 产物 不 同 。a- 演 粉 酶 从 淀粉 的 内 部 切割 1，4 -糖苷 键 ， 产 物 为 麦芽 糖 和 极限 糊 精 及 少量 葡萄 糖 ， 而 B- 淀 粉 酶 从 非 还 原 性 末端 顺 次 水 解 淀粉 成 为 B- 麦 芽 糖 。 4.X， 酶 的 K。 虽然 是 酶 的 特征 常数 ， 但 会 随 着 竞争 性 抑制 剂 的 加 入 而 改 变 。 结 构 和 底 物 无 关 的 代谢 产物 不 会 对 酶 有 竞争 性 抑制 ， 所 以 对 酶 的 K。 无 影 响 。 5.\/, SAM 是 S- 腺 苷 蛋氨酸 的 缩写 。 w/e 7.X。 真 核 生物 的 线粒体 、 叶 绿 体 中 也 有 遗传 物质 。 3/ 元 9.Xx。 线 粒 体 中 的 3 - 磷酸 甘油 脱氧 酶 的 辅 基 是 FAD， 为 此 只 产生 2 分 子 大 全 ATP. 10. x 。 和 省 体 激 素 体 积 小 ， 直 接 进 入 胞 浆 后 转移 受 体 结合 ， 然 后 作用 于 细胞 核 内 的 DNA. 11:.X。 向 蛋白 质 溶 液 中 加 入 少量 中 性 盐 时 可 增加 和 蛋白质 在 水 中 的 溶解 度 ， 随 着 加 六 中 性 盐 的 数量 增加 ， 蛋 白质 的 水 溶性 反而 会 降低 。 原 因 有 两 个 ， 一 是 中 性 盐 解 离 后 的 带电 离子 会 中 和 和 蛋白 质 胶 粒 外 围 电荷 ， 二 是 极 溶 于 水 的 中 性 盐 会 夺 取 蛋 白质 胶 粒 外 围 水 化 层 。 12./. A inlee 三 、 多 选 题 h.BY Gs QEAC S53 -BDs'4-C; 5.BCs 6. ABC.; 7.AD; 8.ABC;。 S9.BS& 10.BCD; 11.BC; 12.ABC; 13.ABD; 14.AC; 15.BD ; 16.AC ; 17.AC 四 、 填 空 题 1. 能 量 ; 识别 信息 2.NADH+H* ; HMP 3.NAD—COQ; COQ—Cyte ; Cyta—O,; 2, 4 二 硝 基 苯酚 4. 底 物 水 平 磷酸 化 ; 氧化 磷酸 化 5. 抑制 剂 ; 抑制 6. 结构 基因 ; 启动 基因 ; BARA; 调节 基因 7. 竞争 ; 非 竞争 ; 反 竞争 抑制 8. 菌 粉 9.fdUMP; dUMP ; 脱氧 胸 苷 酸 合成 酶 ; dTMP/DNA; 见 下 册 P384 10.280; 260 ; AH 11. MR 转换 捅 和 人 /缺失 BG 12.DNA DNA 13. 复制 ; 转录 ; 多 核 苷 酸 磷酸 化 酶 14.SAM; FH4 15. 含 羧基 的 氨基 酸 糖 代 谢 的 中 间 物 /氧化 / 底 物 (AAR MK Hie 酸 ) (此 题 的 答案 有 多 种 ) 五 、 问 答题 1. 见 上 册 P294。 具 有 了 酶 活性 的 抗体 叫做 抗体 酶 。 以 具有 酯 酶 活性 的 抗体 酶 为 例 ， 用 共 价 键 连接 着 磷酸 基 的 酯 酶 水 解 作 用 产生 的 过 渡 态 的 磷酸 酯 类 似 物 免疫 小 鼠 ， 获 得 对 这 个 酯 水 解 反 应 有 催化 作用 的 抗体 ， 这 个 抗体 专 一 性 结合 在 酯 水 解 过 渡 态 分 子 上 。 2. 多 利 羊 诞生 过 程 为 ， 首 先 将 同一 只 羊 的 体 细 胞 和 乳腺 细胞 分 离 ， 取 出 体 - 219 - 细胞 的 细胞 核 并 移植 到 已 经 除去 细胞 核 的 乳腺 细胞 中 ， 获 得 体 细 胞 核 的 如 乳腺 细 胞 繁殖 分 化 出 和 原 体 细胞 的 个 体 。 多 利 羊 的 出 现 打 破 了 多 细胞 个 体 动 物 必 须 经 过 有 性 生殖 才能 获得 后 代 繁 殖 模 式 ， 对 人 类 婚姻 关系 的 基本 作用 一 一 繁殖 后 代 带 来 冲击 ， 进 而 对 建立 社会 的 基本 单位 一 一 家 庭 的 作用 带 来 新 的 思考 ， 与 此 同时 ， 器 官 克隆 成 为 现实 ， 自 体 器 官 移 植 可 以 减少 异体 器 官 移植 带 来 的 免疫 排斥 ， 通 过 体 细 胞 克隆 ， 可 以 大 力 发 展 生 物 制药 ， 预 防 和 根治 疾病 ， 从 而 延长 人 体 寿 命 。 如 同 原子 核 技术 一 样 ， 人 类 会 通过 立法 和 道德 约束 防止 滥用 体 细 胞 克隆 技 术 。 3. 略 。 此 题 是 一 道 综 合 题 ， 必 须 注意 紧 紧 围绕 DNA 表达 三 个 过 程 的 起 始 阶 段 回答 。 4. HEAR A ( 视 黄 醇 ) 是 眼睛 视网膜 中 棒状 细胞 视 紫 红 质 组 分 一 一 视 黄 醛 的 还 原形 式 ， 棒 状 细胞 感受 暗 光 时 ，11 - 顺 式 视 黄 醛 异 构 和 被 还 原 成 为 全 反 式 视 黄 醇 ， 这 个 过 程 是 可 逆 的。 通过 视 黄 醛 - 视 黄 醇 之 间 的 不 断 异 构 和 氧化 还 原 ， 实 现 对 暗 光 的 感受 . 当 缺 少 维生素 A 时 ， 视 紫红 质 糖 蛋白 缺少 视 紫 质 辅 基 而 不 能 成 为 完整 功能 蛋白 ， 所 以 不 能 感受 暗 光 。 见 上 册 P351。 5. 最 可 靠 的 方法 是 获得 酶 的 结晶 ， 通 过 对 酶 的 结晶 结构 分 析 可 以 得 知 酶 的 全 部 化 学 结构 ， 历 史上 证 明 酶 的 化 学 本 质 是 蛋白 质 首先 是 通过 脲酶 的 结晶 和 结构 分 析 后 正式 确立 的 . 简单 的 方法 可 以 通过 双 缩 腺 反应 进行 。 6. 淀粉 可 以 和 淀粉 酶 所 需 的 Mg? 辅 因子 结合 从 而 减少 透析 时 被 EDTA 结 合 的 数量 。 1 SM mw 国家 自然 科学 基金 委员 会 . 1995. 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 . 北京 : 科学 出 版 社 李 德 宝 . 徐 平 . 1994. 重组 DNA 的 原理 和 方法 . 杭州 : 浙江 科学 技术 出 版 社 罗 进 贤 . 1987. 分 子 生 物 学 引 论 . 广州 : 中 山大 学 出 版 社 SRE. 1992. 基因 工程 . 北京 : 首都 师范 大 学 出 版 社 沈 郭 瑜 ， 郭 顺 勤 . 1993. 生物 无 机 化 学 . 成 都 : 成 都 科技 大 学 出 版 社 沈 同 ， 王 镜 岩 等 . 1990. 生物 化 学 . 第 二 版 . 北京 : 高 等 教育 出 版 社 HII, MEIN, ABN. 1995. 分 子 遗 传 学 . 南京 : 南京 大 学 出 版 社 BS. 1984. 生物 化 学 和 分 子 生物 学 习题 与 计算 . 北京 : 高 等 教育 出 版 社 天 津 轻工业 学 ， 无 锡 轻 工业 学 院 . 1992. 食品 生物 化 学 . 北京 : 中 国 轻 工业 出 版 社 Blk. 1994. 分 子 生物 学 基础 . 杭州 : 浙江 大 学 出 版 社 - RARER. FR. 1997. 现代 分 子 生 物 学 . 北京 : 高 等 教育 出 版 社 SBA. 1997. 第 二 遗传 密码 吗 一 一 新 生 肽 链 及 蛋白 质 扳 的 研究 . KY: 湖南 科学 技术 出 版 社 LH BB. 1984. 生物 化 学 计算 . 怎样 解决 普通 生物 化 学 中 的 数学 问题 . 吴 经 才 ， 张 光 兴 等 译 . 北京 : 科 学 出 版 社 W B Wood 等 . 1987. 生物 化 学 习题 人 门 . 姚 仁 杰 等 译 . 北京 : 北京 大 学 出 版 社 4 5 OU | | 58.173 000027848 126 1999.6 Ms ed) PD) = jist SH ak BRAM 人 Bettie) ie i ml ll (Q—0836 .0104) 责任 编辑 : 马 学 海 封面 设计 : 高 海 英 站 ro 分 子 细胞 生物 学 (第 二 版 ) sec 主编 现代 遗传 学 原理 RE A AE 编著 分 子 遗 传 学 李 振 刚 “编著 现代 生命 科学 概论 刘 广发 编著 生物 化 学 与 分 子 生 物 学 原理 ERE 主编 生态 学 李 振 基 Ket 郑 海 雷 ER BH 生物 技术 概论 宋 思 扬 等 “编著 计算 机 在 生物 医学 中 的 应 用 (第 二 版 ) ERK 著 动物 生物 学 陈 品 健 “主编 海洋 生态 学 (第 二 版 ) 沈 国 英 施 并 章 EM 生理 心理 学 SHE ”编著 Dia ROSS Ae ge 植物 生物 学 杨 世 杰 病原 生物 学 IEE Hi 医用 物理 学 =2z 基础 化 学 RE 实验 生理 科学 教程 Boe ISBN 7-03-007185-9 | | | ISBN 7—03—007185—9/0 - 836 87030'071859 © $. 20.00%