生 th 化 学 Rik KEE 主编 Rk KEE 编写 人 员 ， 陈 正 望 2s hie 武汉 大 学 出 版 社 2537 OW WU $0014712 生物 化 学 RR KER ”主编 * 武汉 大 学 出 版 社 出 版 CR 8M) 新 华 书店 湖北 省 发 行 所 发 行 武汉 大 学 印刷 厂 印 刷 米 787x 1092 毫 米 1/16 43,625 印 张 ”1046 千 字 1989 年 12 月 第 1 版 1989 年 12 月 第 1 次 印刷 印 数 ，1 一 2000 ISBN 7-307-00618-9/Q.18 定价 ; 7,50 元 HI 前 编写 《 生物 化 学 》 前 曾经 有 过 犹 殉 ， 因 为 生物 化 学 发 展 很 快 ， 担 心 难以 达到 新 的 高 度 。 但 是 ， 在 教学 实践 中 ， 学 生 们 迫切 希望 我 们 根据 多 年 来 的 教学 体会 ， 并 结合 生物 化 学 的 新 成 果 编 写 出 一 本 新 的 生物 化 学 教科 书 。 在 这 种 情况 下 ， 我 们 决定 还 是 作 一 次 尝试 。 我 们 在 编写 过 程 中 注意 到 了 以 下 两 点 ， 一 、 在 内 容 的 安排 上 由 浅 入 深 ， 尽 可 能 做 到 令 述 深入 、 细 致 ， 并 联系 学 生 的 前 行 课 程 ( 如 有 机 化 学 、 生 物 学 、 物 理化 学 等 ) ， 侧 重生 物化 学 的 基本 原理 和 反应 机 制 的 介绍 ， 便 于 学 生 阅读 、 理 解 和 掌握 。 二 、 注 意 教材 的 系统 性 和 前 后 章节 之 间 、 代 谢 途 径 之 间 的 联系 。 本 书 可 作为 综合 性 大 学 、 师 范 院 校生 物 系 各 专业 、 化 学 系 有 关 专 业 的 生物 化 学 教材 I 可 供 农 业 、 医 药 等 院 校 本 科 生 、 研 究 生 、 教 师 以 及 有 关 科 研 人 员 人 参考 。 本 书 的 编写 是 在 朱 汝 瑶 教 授 统 一 组 织 下 进行 的 。 人 参加 本 书 初稿 编写 的 有 朱 涩 表 (〈 第 1、 2.5. 6, 12, 13, 14, 15), 张楚 富 ( 第 3 4 7 «16RD. 陈 正 望 人 第 8 9 章 ) 、 高 健 婷 (第 10、11 章 ) 。 初 稿 的 修改 以 及 定稿 工作 是 由 RAB 和 张楚 富 两 同志 完成 的 。 武汉 大 学 生物 系 沈 萍 副教授 审阅 了 “基因 工程 ”一 章 ， 刘 利 东 老 师 参 加 了 有 关 章 节 的 材 料 收集 ， 陈 宝 联 和 能 定 荣 同 志 代 绘 了 大 部 分 插图 。 我 们 对 上 述 同 志 的 支持 阐 致谢 意 。 本 书 初稿 完成 后 ， 承 蒙 北京 师范 大 学 吴 国 利 教授 审阅 ， 并 提出 了 许多 宝贵 意见 。 在 此 ， 我 们 表示 衷心 的 感谢 。 尽管 我 们 作 了 很 大 的 努力 ， 但 由 于 学 识 所 限 ， 必 然 会 有 难 尽 如 意 的 地 方 ， 甚 至 还 可 能 会 有 错误 之 处 ， 恳 请 同行 和 读者 批评 指正 。 编 者 一 九 八 七 年 六 月 Joie al ATA RSH A PRL 58 WH « #3} . Te EBA MAN = SPE PRD ASE Te BE Ae ST gr pat 本 pet x eh RANTES MR SE) peer sa “seme A RA Sub. Hf eva S ¥ TH. 3B rites ae ps ) SSM CC esa AeA 。 ade men YP THAR: nce Saihinavae rion tae oo SERRE SS SSE EM OH CL fe a: 和 iid ns 0 es ACHE i rca 和 HIE rCrrrers: fe SUFRRG Hee AES af ee oe tes. eee mere 办 io SM he Re OTP PEE RAS mete el eigen CRU Ce PER) RM owe PP eR ae a a igs ia Te MEHR HEAR tee: HHS Ma vA % CHIL vd / Pri: ae ‘ 1 ny 60 a wee 人 Re t mW: t “ea - ace ce %; SFR es ep veaneer ane Ladies pa AT Ae SR Ra i Kat i acti oe A | f ae a q * i i it, 日 KR 区 天 anaes tn eth id BT ME A a Bi oo 三 … eee OS APRS eee neces cae eee nee cee ene ee eee 第 二 节 BBE 这 让 和 BBR BR EH coe vee nee cee ee eee cee tee vee SS 7:0) 24) eee (16) (18) C18) oreo" 90 ) + €20) …《 20) vee (23°) + C25 ) + (29) © 29) ey “第 一 节 hen Aes 一 、 PURE AE Hh AO BR ”三 、 三 酰 甘 油 酯 的 结构 和 类 别 ……“… + €33 ) 第 二 节 re 一 、 磷酸 甘油 酯 类 的 通 式 和 命名 …… 三 、 三 酰 甘油 酯 的 理化 性 质 … Fp ogi Seriado sha ail =, pcre Ge: ss DRAB AE … 第 四 节 ，” 糖 脂 类 sere eerste cee — HT RBBB ee ee ee cee ee cee cee cee ee 第 五 节 So | aoe PP eee 375). 02 0-7) Ree =, 类 固 醇 化 合 物 的 结构 特点 ……… 。 3 Hy PEAS ODA S SS eS Fo SihNo ws —| & SS Sr SH SS a ON 8 €29.) ( 23 ) (37) (37) veer € 38 ) datos Oa} ** C45 ) ++ (46) »( 46) (47) (49 ) (50) (50) (51) 三 5). f See 第 六 节 “” 前列腺 素 vee eee eee eee eevee, foe whe KM |= 3: :4 = 人 9 ST “类 脂 和 生物 膜 ……………… 一 、 生物 膜 的 种 类 和 组 成 … =. 生物 膜 的 结构 … teens 三 、 一 个 生物 膜 结构 的 实例 一 一 血红 细胞 膜 … 四 、 生物 膜 的 复杂 功能 .……………… eee Sa gy M4 = 0010 2 ee 一 、 和 蛋白 质 是 生物 体内 最 重要 的 物质 二 、 和 蛋白 质 的 元 素 组 成 … 三 、 蛋 白质 的 基本 组 成 单位 是 氨基 酸 PA AEs a ee oo ser rent ote aes cas SS REG oe tss sev cec ess sec ces ane 一 、 氨 基 酸 的 结构 及 其 分 类 .……………。 二 、 和 氨基 酸 的 构 型 和 旋光 性 ………… BR FPR LIER one vee cee cee cee cee cee one 四 、 氨基 酸 的 酸 碱 性 质 …………………… 五 、 氨 基 酸 的 化 学 反应 ……………… CR 第 三 节 ”蛋白质 的 一 级 结构 和 一 级 - ercy er arte < BE RASA BG: tee oes coe cet cic ees 蛋白 质 分 子 的 主 链 结 构 .…………* 天 然 出 现 的 非 蛋白 质 的 肽 类 …… 蛋白 质 一 级 结构 的 测定 … 蛋白 质 一 级 结构 测定 的 生物 学 意 六 六 、 多 肽 和 蛋白质 的 化 学 合成 ……: * 第 四 节 蛋白质 的 空间 构 介 ………: 三 @ BOB I | (51) (54) (56 ) C57) ose C57 ) “ (59 ) C61) aay +» €63 ) -+> € 63 ) (63 ) --- € 63 ) ag gh ( 64) ( 64) ( 65.) C20 ) C729 (72) (78) sseee ( 84 ) (88) ( 88 ) (89) (92) “+ (93 ) ROR BE. — BRIE I SRI TY Benen ee ene cee cae ons 2-00: eee SS B= RB ore oe one oe one eee 四 、 和 蛋白 质 的 四 级 结构 … 五 、 稳定 蛋白 质 空间 构象 的 作用 力 … +» (109 ) (110 ) (117 ) =» (112) see (118 ) \、 两 类 主要 蛋白 质 的 构象 … 六 七 、 蛋 白质 的 氨基 酸 顺 序 与 空间 构象 的 关系 … 八 、 蛋 白质 空间 构象 与 功能 的 关系 … we “-RARMER RIS } a 一 、 蛋 白质 的 两 性 解 离 性 质 ………… TERN RER RRA RAT 淀 分 离 … 三 、 蛋 白质 的 沉降 作用 及 超 离心 分 离 四 、 蛋白 质 的 凝 胶 过 滤 … 2) RAN RHRE SHH (120 ) (126 ) (129 ) +++ (135 ) (135 ) (140) (142 ) (144 ) oe (145 ) a 蛋白 质 分 子 量 的 化 学 测定 ……… 第 六 节 ，” 糖 蛋白 和 脂 蛋 自 … eee EM ELE 第 一 节 ”核酸 概述 ………… 9 第 二 节 BIBRA yt BRR ORR CEE =. BF =, BM dridiishe’ og . wt. BH. RRM R= ”核酸 的 共 价 结构 … ea... =. GBS MAW RAB 第 四 节 DNA 的 结构 ………………: 一 、DNA 分 子 的 碱 基 组 成 特 征 …… 二 、DNA 分 子 的 双 螺 旋 结 构 ……… 三 、DNA 分 子 的 超 螺旋 结构 …，…… 四 、DNA 的 MBSR AD AT ce nee eee cee one (146 ). … (147) (147 ) (150 ) *» (153 ) (153 ) (154 ) (155 ) ++ (157 ) + (159 ) ++ (162 ) . (169) (169 ) (171 ) (172) G172 ) (173 ) (177 ) (180 ) 五 、 ee 第 五 节 RNA 的 结构 … 一 、RNA 的 类 型 和 一 般 结构 特征 … RNA 的 核 苷 酸 顺 序 WG tRNA PY EE Hy oes one cee ese cee coe one ove mRNA 的 结构 的 , 某 些 A Eo rRNA 的 结构 … SS i PK IB DYE APE PE IE 0+ oe ee nee ene nee vee 核酸 的 带电 性 质 ……… coe tee vee Sem A BAB ADAG BE ++ 核酸 分 子 的 大 小 .….…… cee coe ee 核酸 的 紫外 吸收 特性 … amine aie = 八 、 核 酸 的 恋人 性 与 多 体 有 we 二 第 七 节 ”核酸 类 物质 的 制备 ………: — BK FF IRS YJ FH yee cee ce eee cee eee 二 、 核 酸 的 分 离 纸 化 二 -ae Fe lil Lt HH >k I \“ -一 上 FH OB til 11 cr 第 一 节 “水 溶性 维生素 pe os Ce ee ‘HE PAR FA SH BBE File vs 2+ eee vee eee vee one 维 生 HE Big. son one vexos ster a FE BBD oe oo ons ons veo nus soxncg hn EDR 2 coeings aaa OB: 4: BE Bia ( EERE ) vor ene cee vee 叶酸 … Ce | 法 chr BL My 脂 溶性 维生素 .ee I 维生素 A BRAK BBG Boe ee coe von oe 三 、 维生素 已 (g@- 生 育 酚 ).………… 四 、 BERK. 节 Mine — BHD ye 化 的 反应 … reee (187 ) … (192 ) (192 ) (193 ) (196 ) (201) ++ (203 ) (206 ) (206 ) (206 ) +++ (207 ) (207 ) **- (207 ) +++ (209 ) (210 ) (212 ) (216) (216 ) +++ (220 ) BRR BER yp ccc (224 ) (224 ) …(224. …(226 ) …(227 ) …(229 ) + (230 ) + (231) (233 ) + (235 ) (237) (238 ) (238 ) (239 ) ++ (242 ) (243 ) +» (246 ) ws» (246) » (247) [ .了 酶 的 分 类 原则 :9 BER A RU coe oe cee cee cde cee eee one 、 各 类 酶 催化 的 化 学 反应 …………: 第 三 节 ， 酶 的 化 学 本 质 … cee 一 、 酶 是 有 催化 活性 的 蛋白 质 ……… 二 、 一 些 辅酶 或 畏 基 的 结构 、 人 性 质 、 ~ Shee eee 第 四 节 BH 一 、 酶 是 高 效 催化 剂 … 二 、 酶 储 化 作用 具有 高 度 专 一 性 …… 第 五 节 …. 酶 的 活力 测定 :………………. 一 、 酶 反应 速度 的 测定 ………… ee ee =. 定量 追踪 酶 反应 的 方法 ………… SL . 酶 活力 的 表示 方法 pv lk [4 BAW SHER MHD 一 、 底 物 浓 度 对 酶 促 反应 速度 的 影响 =. pH 对 酶 促 反 应 的 BMW =, BREWER NHB. 四 、 抑制 剂 对 酶 的 抑制 作用 和 其 动 力学 … sis 第 七 了 性 部 人 的 本 仁和 允 | … (277 ) (277 ) 作用 机 制 … bh. -Q- 胰 凝 = =): Se eee 29>: |. See 四、 RAKRBA -- 五 、 ARKAB-- 第 八 节 sean ye 一 、 别 构 酶 … ie vee 二 、 级 联系 统 共 价 修饰 调 节 酶 ……… 第 九 节 re cipal ie i 一 、 酶 的 提取 … 于 二 、 粗 提 液 中 各 种 酶 成 分 的 分 离 …… 三 、 酶 的 进一步 纯化 … “… 四 、 酶 的 结晶 和 浓缩 … 五 、 酶 的 纯度 鉴定 及 其 指标 污 Br Fe CS Bap en wee ces (247 ) (247 ) (248 ) (251) (251) s+ (251 ) -- (255 ) ++ (255 ) (257 ) (260 ) (260 ) (261 ) (262 ) (263 ) (263 ) (268 ) (270 ) (271) (281) (284 ) -++ (286 ) »++ (288 ) -7(291 ) --» (292 ) (297 ) (299 ) “++ (299 ) (300 ) (301) see eee (302 ) (302 ) » (303 ) (305 ) 第 一 节 ”激素 概述 .pe | Ho lil tt . ST BORER AUB ee eee — . — -一 下 第 三 节 下 丘脑 激素 …… oo 三 ， 胰 脏 细胞 分 泌 的 激素 .……………… 四 、 调 镍 激素 … — > (305 ) (305 ) (305 ) (305 ) (306 ) (307 ) (308 ) eo) eee PE HY TY BB ae See see coe BE oad Lac cee one Me BEMIGY DE -ce Hicebahs ah... ibi BAKE SP Bs YEE Hi ne coe cee cee cee coe eee HC BE AY IEE oe sen ee coe eee eee one 蛋白 质 和 肽 激素 以 及 肾上腺 链 质 激素 的 作用 原理 …………………(308 ) 当 醇 类 激素 的 作用 原理 …………(314 ) 蛋 和 白质 和 多 肽 激素 …………. (316 ) (316) (317 ) (323 ) --° (325 ) SO wana appa, tte eee ees (326 ) 一 、 甲状 腺 激素 … — — Esa ee |e Se ee 一 一 一 一 下 第 六 节 ”前 列 腺 素 : 第 七 节 ，” 植 物 激 素 ……… 第 八 章 sviecs ses (326) BEE A BET RE coe noe eee eee cee eee eee (327) (330 ) 肾上腺 皮质 激素 ……………………(330 ) 性 腺 激素 … vee nee eee cee cee eee ene eee eee (333 ) - (335 ) (336 ) (336 ) (337 ) (337 ) MBER: v Helpieen. HH HG 4}: BAL BE seve wpod anid civeetioc see ass FL Ye BAR one vee eee eee wen nee ere sen serene vee (337 ) Zu FRB vee cee eee ++ (338 ) COMIC FOE OREM (339 BN “生物 氧化 的 基本 概况 …… (339 ) — EI UGE BE nee toe eee eee eee one eee 二 、 生 物 氧 化 的 特点 5 二 三 、 生物 氧化 的 基本 过 程 … 节 fet HE a I Lt a] (339 ) (339 ) »++ (340 ) “++ (341) 自由 能 的 概念 … (341 ) 化 学 反应 中 自由 能 的 变化 ………: (342 ) 、 氧化 还 原 电势 与 自由 能 变化 的 关 系 … 第 三 节 ，ATP 在 能 量 转 移 中 的 作 (347 ) 用 (351 ) a Se ) 一 、 生物 体内 的 高 能 磷酸 化 合 物 ……(351 ) 第 十 章 Fs SR Hb o> +++ “Sth - (431) » =. ATP 的 特殊 作 用 … 52 ) 第 一 节 He La tome So FHM ieee - (431) - (355 ) Hs enue nomena ) ey 线粒体 内 膜 是 发 生 氧化 磷酸 化 的 =. 血浆 脂 收 白 与 脂 的 运输 ”…………(432 ) 部 位 … aa. Kebane » ++ (355 ) 第 工 节 甘油 三 酯 的 分 解 代谢 二 Sn (432 ) 二 咏 ; 电 子 传递 链 的 组 成 和 顺序 ……(356 ) EE TINS} MARAE oo os se ete 区 全 2 ) 三 、 BE ee A Bg (361 ) yA DFR BA SD HARD oe nee eee tee see one C432) VO UAE BRR AG 008k ee eee eee ee eee eee ee (362 ) 45 Hh = BSA RR (444 ) HL AUP BRR HE ASK BL Hild P3666 ) — AR WR RY WAL Bh cee toe cee eee one Riders ) BAR 人 (370 ) 二 、 Ni 7 AR AS ie EGE ee - tee (451 ) -第 ~ 节 “ 糖 酵 解 … WANE, ... £370 ) = HA a 一 、 糖 酵 解 是 糖分 解 代 谢 前 一 条 主要 的 互 变 ”… -52 ) a oe sea cas cedvadber 70 ) 0a) ee @ LY ) HB WERE HY AGRE BR [Mf ove vo ee oe eee (371) 第 四 节 “ 甘 油 磷脂 的 分 解 代 谢 光 … (458 ) 在 无 氧 条 件 下 丙酮 酸 的 去 向 ……(380 ) 第 五 他， 甘油 磷脂 的 合成 ”二 《459 ) 其 他 糖 类 的 分 解 代 谢 ………………(382 ) 磷脂 酸 的 合成 ………… wee nee cee wee vee (460 ) 2, 3- 二 和 磷酸 甘油 酸 代 谢 ……………(382 ) 磷脂 酰 乙 醇 胺 的 合成 ……………(460 ) WE ASE IGE HY DALAT eos oe eee eee terse dane (383 ) BE HES OVE HE Wat, BY Ap A vas eee eee nee ene one (462 ) 第 工 节 三 羧 酸 循环 …… 0 (386 ) 、 和 多 脂 酰 丝氨酸 的 合成 … +++ (463 ) 一、 丙酮 酸 氧化 脱羧 -生成 乙酰 Co 人 本人 Cas tee eee the van eens -* (387 ) tee eee eens +++ (465 ) ms = FRR BTR ore ove vee tee eee (390 ) Ve 的 +» (467 ) 三 、 = FRAT YH nee (397) 第 六 节 “ 鞘 磷脂 和 其 证 精 脂 类 的 合 “=F HY AH ee (398 ) |) Ae + (469 ) 五 三 羧 酸 循环 中 间 物 的 回 补 -党 …- (402 ) — BE BRE ASAE YA BY eae ev soe tee eee ooo (469 ) 第 三 节 … PR OPP ee. (405) 二 、 其 它 精 脂 类 的 合成 局 二 .二 二 (071 ) 一 、 磷酸 局 精 支 路 的 基本 过 程 ……… (405 ) FACTS BL CR re or Har otteny ene eee C472) 0 CL, 磷酸 已 精 支 路 运转 程度 及 调节 sus laine ( 8885) ， 人 (409 ) 二 、 胆固醇 的 分 解 代谢 … …(477 ) hate nnteditins: pos ons (409 ) RIG 从 iy ar Ae HE APR TC «+ (410 ) venenatis - (480 ) — Fah Ba FRE TE FB ee ere ee ee eee (410 ) : RE Cy RTCA i nr ore cee nee tee cee tee eee eee eee (45 ) | — 高 胆固醇 竹 症 480 ) 第 五 节 光合 作用 站 (417 ) SE AS FY RI cet ee te et ee tee vee (480 ) mo Bh Fpeet eee tee teehee tee nnd see cee eeseee eee (417 ) 第 十 一 章 氨基 酸 代谢 /0 (481 ) 二 、 光 吸收 色 坪 (419 ) 第 - - 节 合成 氨基 酸 的 氮 源 } ee (481 ) 1 a DE BE reece ven ronson sonconconsoviiee «6 (420 ) Le AEN TL BRL YE Fi vee vee eee cat ete vee eee eee (481 ) 四 、 WBZ LM tee are ver pect seers ee eee serene (QM ) =. HBR. eR meh RNA > +H Bl (i | ee r [ Po Kas one ++ (483 ) Sy) "由 体内 有 机 含 氮 化 合 物 分 解 而 得 ay NHg:: oe es aes ves cer ces «(484 ) pw se oe (8 ‘* - (484 ) + PEE 2 = RR OP DE PAE BY C080) SARE (0D, ARERR, FAM. FEEL =e 0 | See 三 、 .合成 丝氨酸 的 直接 碳 源 .9 505. ARRAN RR 的 碳 源 620)-p-ig RAMAN ESE (484 ) (484 ) (487 ) ( @@a)- ay “+ (487 ) mia 成 方式 和 184 途径 … “ago (49) ) 一 、 酮 酸 的 加 氨 作 用 … (491) =. #A Rin NHs 合成 谷 氨 酰 腕 … COT see (492 ) , eae HAMA RRR +9 (493 ) es 氨基 酸 之 同 的 转变 (495 ) 一 、 由 门 冬 氨 酸 转变 成 其 CAR. 于 … (495 ) ¢ ee. emo Rema see nae ens (502 ) .三 。 RR oe ee ee eee (506 ) P a. ee ian ag 第 五 节 有 蛋白质 的 吸收 和 水 解 …… (510 ) 第 六 节 ， 氛 基 酸 的 脱毛 反应 ……… (511) 十、 氨基 酸 的 脱 氨 基 作 用 …………… 1 三、 氨基酸 的 脱 酰胺 基 作用 …… 第 七 节 “氨基 酸 脱 氨 产物 的 代谢 去 By rete tree ee ee eee eee nee eee (516 ) 二 、 酮 酸 的 代谢 去 路 …………………(521) 第 八 节 ”氨基酸 的 脱羧 反应 及 其 产 (511 ) (515 ) 物 的 代谢 去 路 ……………… (580) 第 十 二 章 ，“ 核 苷 酸 代谢 ,7 533) BHAT RMA Wa Me (533 ) — RWS EF RI AK A WG nee ore eee (533 ) =, We BF AG AY IB) FB (539 ) WBS WA AR ER RR Ae NG AY HY YT vo vee eee C541) PO Mm i EEE RA SG ee ee eee ee (541) ig wie et 08 08 Le A J beers (545 ) 六 、 喀 啶 核 背 酸 合成 的 调节 ……”…w……(546 ) 七 、 脱 氧 核 背 酸 的 生物 合成 ………… 546 ) 八 、 核 苷 酸 辅 酶 的 生物 合成 …………(548 ) 第 二 和 节 FAA BRIS) > ARE ree ee (551) 一 、 NRPS EBB 2 ARE AND oe err ere (552) 二 、 MG UE AEF AR BY APE ACU one oe (555) 第 十 三 章 BBeHtVEen-- 《558 ) 第 一 节 DNA HS fille: 6558 ) 三 、DNAE 的 复制 ,机 制定 (560 ) 三 、 与 DNA 合成 有 关 的 酶 类 ………… (563 ) PQ. DNA 的 复制 过 程 ……，……… (571 ) a DNA 合成 模式 实例 ……………(576 ) 第 二 节 DNA Wins ABR: W908: 一 、 引 起 DNA 损伤 的 途径 … (581) =, DNA 损伤 的 修复 … …(583 ) 2 DNA 重 组 ………… iene scant m5 FHS AY EE HE BG one see eee eee cee cee eee (586 ) 第 四 节 ，RNA 的 生物 BR (587 ) —, MR RNA 聚合 酶 作用 模式 和 结 =, 依赖 于 DNA MWK RNARA FE ces.cee yeuerneonncscrearpnenmensencss wy591 ) BHT RNA 的 转录 及 :转录 ;后 加 “Lotte tee eee teeee cee 下。 “全 1 (592 ) | 一 JURNA 的 转录 及 其 后 加 工 …”…(592 ) Bt RNA 的 转录 及 其 后 加 工 sabres (595 ) =, mRNA HARAISIML oe (598 ) 第 十 四 章 合成 Be sade et (605 ) 第 一 节 vce cee cee cee cee cee cee eee eee (605 ) 第 二 节 ”遗传 密码 ……………………:… (605 ) 遗传 密码 及 其 确定 .……………%…(605 ) 遗传 密码 的 简 并 性 .………… (610 7 遗传 密码 的 通用 性 及 其 变异 …… (613 ) 节 ， 核糖 体 及 其 在 蛋白 质 合成 中 的 作用 《613 ) 一 、TRNA 在 蛋白 质 合成 中 的 作用 | wt pek 2 + (615 ) =. BOAR RAR PO HE | Ret (SEF «(617 ) 5s Os ERAS yo 习 过 氨基 酸 的 活 化 一 氨 栈 -+ RNA BA] Ao IU vee nee eee cee cee eee eee tee eee eee eee (618 ) 肽 链 的 延伸 步骤 及 机 人 制 …………(626 ) 肽 链 合成 的 终止 及 肽 的 释放 …… (628 ) 通过 多 核糖 体形 式 加 速 mRNA 的 翻译 … 第 五 节 ew NT - (634 ) 一 、 蛋白 质 的 后 加 工 方式 ……………(634 ) 二 、 蛋白质 翻 译 后 的 后 加 工 实例 …… (636 ) 第 十 五 章 cial et hie ig - (618 ) l Ho lil It @ (631) - (638 ) Bi FRM .… (638 ) . RNA 链 的 起 始 及 其 调节 ……… (638 ) » RNA 链 转录 终止 的 调节 ………(646 ) 、 通过 对 RNA 一 聚合 酶 的 修饰 进 五 、 基因 序列 重 排 的 调控 … A. 在 真 核 细胞 中 的 转录 与 后 加 工 的 ey eR AIMEE 第 三 节 ”基因 表达 在 翻译 水 平 上 的 (647 ) (648 ) (650 ) (654 ) (656 ) + A B lll 第 十 六 第 —" » 第 三 一 一 第 四 节 “转化 和 筛选 :pp 、 SWS... Re 一 一 By RPT RAM Ae . ZAK: — —> —s 附录 .pp ee . MRNA 寿命 的 调控 … 、 翻译 的 定性 调控 … 一 节 pinta ie wo， — BEKREAE pees 调控 ……… - (657) ee TERE as gee +++ (657 ) . at HenMneewee.- s+ (658 ) +++ (659 ) + (660 ) +++ (661) 章 ” 基 因 工 程 一 一 重组 DNA 技术 … 翻译 的 定量 控制 … … (663 ) (664 ) (664 ) (665 ) (665 ) (665 ) (666 ) (667 ) (670 ) (671) de A-d T Pk ove cee cee cee cee cee cee cee eee (671 ) SE FE HK Bib HE BE HE oe coe coe cee eee one one (672 ) (672 ) (673 ) see eee (673 ) - (673 ) (675 ) …(675 ) 基因 工程 的 实际 应 用 ……w……%…“*(676 ) ° veveee (678 ) cDNA ph 03:2 0a BES Ail] HE PA YI Bg PE ov noe eee cee cee eee one FEB EAL AE BD ne noe coe cee cee cee eee SEE 7) Soe De Ee ee ee WIRE DNA ot. ss... eetean ons 转化 … 筛选 … — 第 一 童 糖 类 化 合 物 了 第 一 节 糖 的 定义 和 分 类 自然 界 到 处 都 有 糖 ， 人 类 的 衣食 住 行 那 二 项 也 离 不 开 糖 ， 这 并 非 言 过 其 实 。 估 们 每 天 吃 的 饭 和 面 制品 里 含有 70 一 80% 的 淀粉 ， 穿 的 棉 麻 衣衫 由 纤维 素 构 成 。 淀 粉 . 纤维 素 都 是 糖 类 化 合 物 。 总 之 ， 糖 类 化 合 物 广 布 于 植物 界 ， 种 类 繁多 ， 禾 谷类 种 子 、 薯 类 、 含 有 丰富 的 淀 粉 ; 树木 和 作物 稿 杆 含有 大 量 纤维 素 ; HR. HAAR. RMT HARES, KE 中 含有 葡萄 糖 、 果 糖 、 果 胶 质 等 。 动 物 中 也 含有 .一 定量 的 糖 ， 如 血液 中 含有 一 定 水 平 的 葡萄 糖 ， 肝 脏 中 含有 肝 糖 元 等 作为 贮藏 多 糖 ， 乳 汁 中 含有 乳糖 ， 此 外 昆虫 血液 申 还 含有 海 其 糖 ， 每 个 生物 细胞 都 含有 核糖 。 | 3 | 糖 类 主要 由 植物 通过 光合 作用 合成 ， 它 是 人 和 动物 生命 活动 所 需 能 量 的 来 源 ， 植 物 所 需 能 源 也 有 赖 于 自己 制造 的 糖 来 供给 。 | 7 大 部 分 糖 类 化 合 物 是 由 碳 、 氧 、 氧 三 种 元 素 构成 的 ， 最 早 人 们 发 现 糖 中 氨 和 和 氧 之 比 为 二 比 一 ， 这 和 水 分 子 的 氢 氧 比 相同 ， 因 此 称 糖 类 化 合 物 为 碳水 化 合 物 CCarbohydrate yp, WL - CakHiO), 通 式 来 表示 。 随 着 人 们 认识 的 不 断 加 深 ; 糖 所 包括 的 范围 不 断 扩 大 ,其 成 分 也 各 不 相同 。 如 鼠 李 糖 和 各 种 脱氧 糖 的 氢 氧 之 比 不 是 2:1 各 种 多 糖 、 胞 壁 糖 等 除 含 碳 、 氢 、 氧 外 还 有 所 和 硫 等 元 素 。 因 此 把 碳水 化 合 物 改 称 为 酶 。1952 年 我 国 根据 许多 糖 都 有 甜 味 这 一 特 住 ， 把 酶 这 个 名 称 统一 改 为 糖 以 代表 这 类 化 合 物 。 凡 是 多 次 醛 、 多 产 酮 ， 它 们 的 环 状 半 缩 醛 朋 其 缩合 物 和 某 些 衍生 物 统称 糙 类 化 合 物 ( Saccharide ) 。 按 照 这 一 定义 ， 糖 可 分 为 下 列 各 类 。 一 、 单 糖 (monosaccharide ) 单 糖 大 多 是 多 产 醛 和 多 产 酮 类 化 合 物 。 如 下 式 是 葡萄 糖 和 果糖 的 结构 式 ， 从 式 中 可 以 看 出 它们 都 是 多 元 醇 的 衍生 物 ， 含 醛 基 或 酮 基 ， 分 子 中 的 某 产 基 可 和 其 本 身 的 醛 基 或 酮 基 起 亲 CHO 3 CH,OH | HCO CE O | | HO—C—H HO—C—H | 葡萄 糖 | 果糖 fc ou H—¢—OH# | | H—C—OH H—C—OH | | CH,OH CH,OH PIM LIZ DY IS KAGE I, BHEREL SHRM RAK ERAS LAW RA 单 形 式 ， 它 们 不 能 进一步 水 解 成 更 简单 的 化 合 物 ， 统 称 为 单 糖 。 =. {ERMC Oligo 一 saccharide ) 2 一 10 个 环 状 半 缩 醛 型 瘟 糖 相互 缩合 而 成 的 - 缩 醛 型 化 合 AI. WR 糖 、 棉 子 糖 等 。 三 、 多 糖 ( Poly 一 saccliaride ) | 由 许多 环 状 半 缩 醋 型 单 竺 缩合 而 形成 的 高 分 子 纵 醛 化 合 物 统称 多 糖 或 多 聚 糖 (glycan)。 如 构成 多 糖分 子 的 单 糖 完成 相同 ， 则 称 为 同 聚 多 糖 〈 Homoglycan ) 如 多 糖分 子 由 不 同 单 糖分 子 缩合 而 成 ， 则 称 为 杂 聚 多 糖 〈 Heteroglycan ) 。 HiAMULH. AHR. LTRS, 后 者 如 肝素 、 软 骨 素 和 一 些 抗原 性 杂 多 糖 等 。 ; Bow & 糖 一 、 单 糖 的 结构 (一 ) 单 糖 的 链 状 结构 和 构 型 《Configuration) 以 葡萄 糖 为 例 进 行 讨 沦 。 ot 经 元 素 分 析 知 纯净 葡萄 糖 的 组 成 为 C:H:O = 1:2:1。 经 测定 知 其 分 子 量 为 180 dt Min 得 出 其 分 子 式 为 CeHi:Oe。 葡萄 糖 其 有 下 列 性 质 : (1) “能 与 弱 氧 化 剂 一 斐 林 氏 试 剂 反 应 生成 红色 CuO Hie, 说 明 其 分 子 中 有 醛 基 。 (2) 能 与 乙酸 酥 反 应 产生 含 五 个 乙酰 基 的 衍生 物 ， 说 明 其 分 子 中 含有 五 不 产 基 。 (3) 用 Na 一 Hg 齐 还 原生 成 含 六 个 醇 产 基 的 直 链 六 元 醇 一 一 山梨 酬 。 说 明 葡 萄 糖 六 个 碳 原子 形成 一 条 直 链 ， 从 而 得 出 其 结构 式 为 : H HH»! O:- Hb oH O fot VA C H,—C—_C ——C —C st mw fe | | | TS 63 Pawo, .H..H OH H - 从 所 示 结 构 式 可 以 看 出 葡萄 糖分 子 中 的 2 38.4, 5 碳 原子 为 手 性 碳 原子 《不 对 称 碳 原 子 ) 。 其 立体 构 型 可 用 以 下 几 种 方式 表示 。 其 中 KE) CHO 人 让 H——OH —OH = =—=HO——H = OH— 一 = H——-OH —OH a (1) H—|—O H —OH 一 | | CH,OH CH,OH CHIUrT (2) (3) (4) Io 都 用 横 线 和 直线 交点 代表 手 性 碳 原子 ， 第 ( 3 ) 式 省 去 一 原子 ， 第 4 式 用 横 线 代表 一 9 也 基 。 由 于 葡萄 糖 有 四 个 手 性 碳 原子 ,所 以 应 具有 = 16 种 旋光 异体 ,如 表 1 一 1， 从 表 中 可 以 表 1 一 1 己 醛 糖 各 异 构 体 的 构 型 式 CHO CHO CHO CHO CHO CHO | CHO CHO CH,OH CH,OH *"€f30H CH,OH CH,ON ~*CH,0H CH2:OH 上 (9) 宇 下 有 (有 BEF 人) DEF)= 阿 卓 糖 葡萄 糖 甘露 糖 LHR We +A 86D CHO CHO CHO CHO CHO CHO CHO ‘CH,OH © CH,OH CH,OH CH,OH CH,OH CH,OH CH,OH CH,OH L¢-) - L(-)= 0 Le) — 1) = La LS Le ba 阿 洛 糖 阿 卓 糖 ”葡萄糖 ”甘露 糖 艾 杜 糖 古 洛 糖 6 ALE 塔 罗 糖 Ath: D(+ ) 一 葡萄 糖 是 已 醛 糖 十 六 种 立体 构 型 中 的 一 种 ， 这 就 是 动物 血液 、 水 果 中 所 含 的 葡萄 糖 。 这 16 种 异 构 体 中 有 八 种 称 为 D— 型 糖 ， 与 伯 醇 基 相 邻 的 手 性 碳 原子 上 的 一 OH 基 在 右边 。 另 八 种 则 相反 ， 一 OH 基 在 左边 ， 称 为 LE. PU DAL BEARERS 的 碳 原 手 目 二 OH 的 排 布 方向 ， 一 OH) 基 在 右边 的 为 D 一 构 型 ， 友 之 则 为 工 一 构 型 。 所 有 RUA. 丁 醛 糖 、 成 醛 糖 等 都 有 了 一 型 和 王 一 型 之 分 ， 它 们 都 有 共同 的 结 构 部 分 ， 如 下 式 。 H—C—OH D—a HO—C—H 工 二 型 糖 C H:OH C H:OH 表 ! 一 1 中 八 种 D 一 型 糖 和 八 种 工 一 型 糖 互 为 对 映 体 ， 如 了 D(+ ) 一 葡萄 糖 和 L(- ) 一 葡 ” 葡 糖 互 为 对 映 体 ， 其 它 同 此 。 表 1 一 1 中 的 (+ ) 和 (~ ) 代 表 一 种 糖 实际 的 比 旋 度 是 向 右 还 是 向 左 ， 前 者 为 (+ )， 后 者 为 (- )。 除 了 已 栈 糖 外 ， 自 然 界 亦 广 谤 存在 许多 戊 醛 糖 如 ， C Ho CHO CHO — D(-)—Pps, — D(-) Pana, = — D(+ ) 一 木 糖 一 一 一 一 CH.0H CH,OH CH,OH 核糖 “生物 体 核酸 的 主要 成 分 后 二 者 存在 于 多 糖 一 “ 半 纤 维 素 中 。 此 外 还 有 两 醛 糖 、 丁 本 3 ev 在 。 自 然 界 的 精 大 多 为 D 一 型 糖 ，L. 一 型 糖 较 少 。 自然 界 的 酮 糖 ， 最 本 要 的 有 D(- ) 一 果糖 和 .D(- ) 一 核 酮 糖 ， 前 者 是 己 酮 糖 八 种 异 构 体 中 的 一 种 。 一 和 CH5OH C=O C25 D(- ) 一 果糖 D(- ) 一 核 酮 糖 ry es t CH.0H CH,OH (二 ) 单 糖 的 环 状 结构 仍 以 D 一 葡萄 糖 为 例 进行 讨论 。 该 糖 链 状 结构 已 如 上 述 。 如 果 链 状 结构 是 该 糖 的 唯一 正确 结构， 则 该 糖 应 具有 醛 和 醇 的 一 切 性 质 ， 如 能 与 Schiff's 试剂 反应 呈 红色 如 ,能 与 NaHSO, 反应 ; 9 OH DO R-CESO.Na ( 无 色 结晶 ) SH H | 能 与 两 分 子 甲醇 反应 。 AR ol JY HCl OH oH,0H Params Bi nt CHO > R—CCOCH, > Re C CoG Nu a) ae Xe 但 葡萄 糖 不 能 与 NaHSO。 起 加 成 反应 ， 也 不 能 与 schiff's 试剂 反应 ， 在 HCl 催化 下 只 能 与 一 分 子 甲醇 作用 生成 缩 醛 型 甲 基 葡 萄 糖 ， 且 甲 基 葡 萄 糖 有 两 种 ， 其 旋光 性 不 同 。 因 此 仅 以 上 述 链 状 结构 式 来 代表 萄 葡 糖 结构 是 与 实验 事实 相 矛 盾 的 。 另外 葡萄 糖 溶液 有 变 旋 现象 ， 在 不 同 条 件 下 所 得 的 葡萄 糖 结晶 ， 在 配制 的 葡萄 糖 溶液 中 其 比 旋 度 有 些 为 112*， 而 有 些 则 为 18,9。， 而 且 这 些 比 旋 度 随 配制 时 间 延 长 ，112* 者 逐渐 下 降 。 18.9" 者 逐渐 上 升 ， 当 二 者 达 52.7" 时 即 不 再 变化 。D 一 葡萄 糖 的 这 种 变 旋 现 象 也 充分 说 明 用 上 述 一 种 链 ; 状 结构 式 来 代表 葡萄 糖 是 不 妥当 的 。 j 基于 以 上 一 些 事实 ， 人 们 推测 D 一 葡萄 分 子 里 的 醛 基 可 能 与 其 本 身 的 某 醇 羟 基 形成 了 环 状 半 缩 醛 。 醛 基 与 第 五 个 RRS LOBE, 则 可 形成 两 种 环 状 半 缩 醛 。 如 下 式 ， HO. 7 Hs? IN | | | 有 一 人 在 Hea 08 HHC~—OF | 3 | 时 下 > 于 HOC —H HO=C—f on ee HCOOH are hae!» | er Et denser 2 ata CH,OH CH,OH CH,OH p8 一 D 一 葡萄 糖 (63% ) 醛 式 葡 萄 糖 (0.1% ) ac 一 D 一 葡萄 糖 (37% ) 从 上 式 看 出 ， 醛 基 碳 原子 不 是 手 性 碳 原子 ， 而 当 D 葡 萄 糖 形成 半 缩 醛 后 ， 该 碳 原 子 变 成 了 手 性 碳 原子 ， 因 而 环 状 半 缩 醛 式 的 葡萄 糖 应 有 两 种 ， 一 种 其 半 缩 醛 羟 与 决定 其 D 一 构 型 的 羟基 分 布 在 同一 边 ， 称 为 c 一 D 一 葡萄 糖 ; 另 一 种 其 半 缩 醛 产 其 与 上 面 一 种 相反 ， 称 为 6 一 D 一 葡萄 糖 。c 一 D 一 葡萄 糖 的 比 旋 度 为 112"， 而 8 一 D 一 葡萄 糖 的 比 旋 度 则 为 18.9。， 这 两 种 糖 在 水 溶液 中 可 通过 醛 式 糖 而 互 变 ， 最 后 成 为 一 平衡 混合 物 ， 其 - 比 旋 度 为 52.7"。 达 平 衡 后 ，p 一 型 糖 占 63%，c 一 型 糖 占 37%， 而 醛 式 则 很 少 。 葡萄 糖 的 变 旋 现 象 从 而 得 到 圆满 解释 。 由 于 平衡 混合 物 中 链 式 糖 含量 极 少 ， 故 这 完全 可 以 解释 为 什么 葡萄 糖 只 具有 了 醛 的 一 些 收 质 ， 而 不 具有 醚 类 化 合 物 的 所 有 性 质 。 bit c 和 8 一 D 葡萄 糖 是 第 五 个 碳 原子 上 的 醇 羟 基 和 醛 起 加 成 反应 而 生成 的 ARES 醛 ， 常 称 为 < 一 D 一 吡 喃 葡 萄 糖 ( 一 D 一 glucopyranose ) 和 6 一 D 一 吡 喃 葡萄 糖 。 第 四 个 碳 原子 上 的 羟基 也 可 和 醛 基 加 成 而 生成 五 环 葡萄 糖 ( Glucofuranose ) 。 五 环 和 六 环 都 是 无 张力 环 ， 对 葡萄 糖 来 说 六 环比 五 环 更 稳定 。 酮 糖 的 痰 基 ， 由 于 受 相 邻 两 碳 原子 上 醇 羟 基 的 影响 变 得 更 活泼 ， 类 似 于 醛 基 ， 亦 可 与 分 子 内 部 的 醉 凑 基 起 加 成 反应 而 形成 ! 关 似 环 状 半 缩 本 的 结 Hy, I 糖 在 水 溶液 中 可 用 下 式 表 示 。 CH:OH CH,OH ~ CH,.0H | Lon | Ya C=0 HO—C HO Gun eo: HO sehie-H ye Ho—¢—H aoéon er regan eat u—¢_—oH n— O20 y—¢lZ0n Hd O duion C 直 of Ca a 一 D 一 果糖 酮 式 果 糖 6 一 D 一 果糖 上 述 单 糖 的 环 状 结构 式 由 Fischer 提出 ， 称 为 Fischer's 式 ， 它 能 解释 糖 的 一 些 性 质 ， 9 而 县 能 表示 出 各 手 性 碳 原子 上 各 基 团 的 排 布 方向 ， 但 还 不 能 准确 地 反映 单 糖 分 子 的 立体 构 cake i, Harworth 提出 了 透 示 式 。 式 子 的 书写 原则 首先 是 画 一 个 六 边 形 或 五 边 形 , 并 将 其 一 角 写 上 和 氧 以 表示 六 环 或 五 环 糖 ， 把 环 上 一 些 线 画 粗 一 些 ， 以 显 立 些 ， 以 显 立 体感 。 除 氧 以 外 其 它 角 代表 碳 原子 ， 从 氧 开 始 按 顺 时 针 方向 将 碳 原子 编号 如 下 式 : “se ER 式 左 边 的 各 基 团 按 六 环 1 一 4、 五 环 1—3 的 号 码 写 在 平面 上 方 ， 而 右边 各 基 团 则 写 在 平面 下 方 ， 但 六 环 第 SEER TAL 9 A 以 相反 方向 排 布 。 Sh ial tf a, 把 -isctezr's a re KD, 2 SD Saal oH a—D—*ij 29 885 Pee 6 一 D 一 村 在 写 Harworth Ai, 环 中 最 后 一 个 碳 原子 上 的 基 团 方向 之 所 以 要 反 过 来 ， 是 四- 力 本 仅 基 与 醚 基 反 应 成 环 时 必须 将 状 基 所 连 碳 原子 的 键 旋转 109*28'， 使 羟基 转 到 MEMES, 于 产 基 对 狂 基 矶 的 亲 核 进攻 反应 。 兹 以 葡萄 糖 为 例 示 如 下 图 1 一 1 WN, 2° " ot ace H— c 一 0BE : ¥¢ 一 "\ #C,—C RB V 4 . Ss ' iis 人 人 H—- C 一 08H way ; 5 了 7 H-— CW OH u bu 8 Me * ‘ = 6 — OH L ite “* Oe We Pins | oe i 0 1 cmsol ah n | at Sie 0, on 7a Sa Big ub pe bn C tg bu c H 如 2 一 D 一 葡萄 糖 B 一 D 一 葡萄 精 图 1 一 1 了 D 一 葡萄 糖 的 环 化 过 程 从 图 1 一 1 可 见 ，D 一 型 糙 成 环 后 ， 环 外 含 碳 基 团 位 于 环 平面 上 方 ,而 工 一 型 糖 则 相反 位 于 环 平面 于 方 。 本 糖 环 状 结构 式 写法 与 醚 糖 相似 ， 只 是 从 氧 开始 按 顺 时 针 方向 将 碳 原子 编号 时 ， 紧邻 氧 的 碳 原 子 不 是 编 为 1 ， 如 D 一 果糖 即 编 为 2 ，C 一 1 则 在 环 外 。 果 糖 的 各 Harworth stm 十， HH CH,OH H H OH LJ @) 2 Fp, A sy ale, NS ; Na HoA el 肯 Ho 4, OH HO Oy 4y CH:OH a—D—aitt i RS p8 一 D 一 吡 喃 果糖 1 HOCH, on CH:OH HOCH: 9, OH HOCH, +H Kei Key on Ke OH H CHOH Se CH,OH a—D—nk Wa | age — 1 RA 在 书写 Harworth 式 时 ， 有 时 亦 可 从 氧 开 始 按 反 时 针 方 向 将 碳 原 子 编号 ， 这 样 ， 每 个 BF LEM HAA SMA SHRED, In ERM) B—D— oem MAA AS IBLE 个 例子 。 (三 ) 单 糖 的 构象 73, 上 上 面 用 Harworth 式 所 表示 的 糖 的 结构 式 ， 糖 环 士 所 "有 原子 都 位 于 同 一 平面 内 。 事 实 上 糖 环 和 环 已 烧 等 二 样 ， 环 内 各 原 子 并 不 位 于 同一 平面 上 ， 六 环 糖 也 有 椅 式 和 船 式 两 种 构 象 ， 但 椅 式 更 为 稳定 , 这 是 由 于 在 椅 式 构象 中 连结 相 部 碳 原子 间 的 扭 角 乡 约 为 60"， 而 船 式 构象 中 其 扭 角 少 实际 上 的 等 于 零 ， 因 此 在 前 者 中 各 碳 原子 上 取 代 基 之 间 的 斥 力 比 后 者 小 ， H ricco CH:OH 1 oe, HO 0 H HO H H OH OH b—D ti a—D— BF Ai—2 D 一 葡萄 糖 的 两 种 构象 式 据 测 量 约 沙 几 千 卡 。 所 以 椅 式 比 船 式 能 量 低 而 较 稳 定 。 再 则 船 头 船尾 的 取代 基 和 相距 甚 近 ( 约 18.4A ) ， 有 较 强 的 范 德 华 力 ， 这 也 是 一 个 不 稳定 因素 。 已 醛 糖 中 的 c 和 6 一 D 一 葡萄 糖 的 的 构象 式 如 图 1 一 2 从 这 两 种 式 子 可 以 看 出 : p 一 D 一 葡 荀 糖 C 一 1 上 的 羟基 位 于 东道 键 位 2, it < 一 D 一 葡萄糖 则 处 于 轴 向 键 位 置 ， 所 以 p 一 D 一 葡萄 比 上 上 D 二 葡 BK BZ EE 们 的 平衡 混合 物 中 6 一 D 一 葡萄 糖 占 优势 。 把 葡萄 糖 与 甘露 糖 和 半 乳 糖 相 比 较 ， 葡 萄 糖 的 亦 道 键 上 的 凑 基 比 其 它 糖 多 ， 因 而 比 其 它 糖 稳定 。 自 然 界 中 D 一 葡萄 糖 之 所 以 占 优势 ， 可 能 与 其 特别 稳定 的 构象 有 关 。 二 、 单 糖 的 性 质 \ (—) sO , A ANE BS EM 因而 部 有 较 大 的 水 溶性 。 sy THe Ces, 生生 旋光 性 。 每 一 种 单 糖 ， 由 于 分 子 中 碳 原子 上 基 团 在 空间 的 排 布 方向 不 同 ， 所 以 各 有 其 特定 的 比 旋 值 ， 彼 此 互 异 。 用 旋光 法 测定 各 种 单 糖 溶液 的 旋光 度 ， 根 据 各 糖 的 比 旋 值 即 可 获得 该 糖 溶液 的 浓度 ， 其 计算 公式 如 下 ， 式 中 [a] 让 为 20°C 在 钠 光 下 糖 的 比 旋 值 ( 可 通过 查找 手册 HB); a as Re deals age L 为 旋光 管 长 (dm ) 5 COMMER 的 浓 度 (9/100m1)。 表 1 一 2 是 党 FL RO CA A Hi 表 1 一 2 SRM | Mil C 一 型 平衡 混合 物 B 一 弄 ERAS D(+)—#4 BR +112° | +52,7° | + 18,9° | tae | +150,7°. | +80,2° a Di +)—H ERE | eee ai Se Vi (Dt -o42 B | A | 133,5° RBG D( + )—®& 糖 | | +23,1° — 23,7 | (二 ) 单 糖 的 化 学 性 质 1。 单 糖 在 稀 碱 溶液 中 的 烯 醇化 作用 及 异 构 化 作用 一 一 fon 在 单 糖分 子 中 ii TREMBLE SH, HIRO MMR, HR PKa 值 在 葡萄 糖 中 为 6.6 x 107, 在 甘露 糖 中 为 10.9 107, 在 果糖 中 为 9.0 107, BELL 在 稀 碱 溶液 中 这 些 栈 精 和 酮 糖 可 以 形成 烯 醉 结构， 而且 可 通过 烯 醇 式 结构 而 达到 相互 转变 。 下 面 是 三 种 Ze RAS eS Rh AR ws, 8 CHO H OH CHO l tort eg l H—C—OH | HO—C—H E C=OH | HO—C—H\ y | ‘HOCH fao-¢t—H: 2 i | HICHSH > 1, OR nO GHG HOH | re H—C—OH | H—C—QH | H—C—OH [ H—¢€—OH | CH,OH | CH,CH CH;OH D 一 葡萄 糖 D 一 甘露 糖 fag ok | C=6 | | | D 一 果糖 H—C—OH 7“ | 一 下 一 C 一 HO nag] CH,OH : ZEA: HA — SoA Fk — er HO AC TT HEH, 2。 单 糖 的 氧化 作用 在 不 同 氧化 剂 作用 下 ， 单 糖 会 生成 不 同 的 氧化 产物 。 亦 以 葡萄 糖 为 例 进行 讨论 。 (1 ) 与 省 水 作用 省 水 是 酸性 氧化 剂 ， 它 可 使 醛 糖 的 醛 基 氧 化 成 羧基 ， 形 成 相应 的 糖 酸 (adonic acid) 。 如 D 一 葡萄 糖 可 被 省 水 氧化 成 D 一 葡萄 糖 酸 〈 D—gluconic acid ) 。 CHO HO O | \coF C—O | | H—C—OH HOY | mk HO—C—H p— 糖 H—¢—0 H NE 全 nde dir | H=€—OH H—C—OH | H—C—OH CH,OH a CH,OH 但 由 于 在 水 溶液 中 单 糖 主 要 以 环 状 半 缩 醛 状 态 存在 ， 因 而 实际 反应 为 ， CH,CH CH,OH Pe H |_o H Br,—H,0 MA CH OH H/T em OH | HO, datas D 一 葡萄 糖 酸 一 6 一 内 酯 COOH CH,OH | H—C—OH H—COH | HO—C—H Soi — OH H 779 H—C—OH : | Mice a H—¢0n H OH | CH,OH D 一 葡萄 糖 酸 ?一 内 酯 〈2 ) 与 称 硝 酸 作用 稀 硝 酸 氧化 能 力 比 省 水 强 ， EARLE OER REL RIE, 也 能 使 醛 基 远 端的 (Re ae Lf. 成 羧基 。 如 葡萄 糖 在 稀 硝 酸 中 氧化 成 葡萄 糖 二 酸 。 糖 二 酸 亦 易 生成 内 酯 。 COOH | H—C—OH | D 一 一 一 一 ~> D 一 糖 二 葡萄 糖 一 上 D 一 葡萄 糖 二 本 | H—C+OH | COOH (3 ) 单 糖 伯 醇 基 的 氧化 当 环 状 糖 的 半 缩 醛 产 基 被 保护 而 形成 缩 醚 时 ， 再 用 和 氧化剂 氧化 ， 则 只 有 伯 醇 基 被 氧化 成 痰 基 ， 而 醛 基 未 被 氧化 。 将 氧化 产物 水 解 即 成 糖 醛 酸 。 在 生物 体内 ， 在 专 一 性 酶 催化 下 可 生 成 糖 醛 酸 。 如 : 10 CHO | COOH H-—C=+CH | COOH H Ay H | H Le OH O Oo i, 本 i dg Ln | Hi J OH H H—C—OH OH H | se H oH OH sg “on HO H oH CH;OH ac 一 D 一 葡萄 糖 醛 酸 6 一 D 一 葡萄 糖 醛 酸 在 人 体 的 肝 胶 中 存在 葡萄 糖 醛 酸 ， 它 能 与 酚 、 醇 等 有 毒物 质 形成 缩 醛 ， 使 有 毒 成 分 变 为 可 溶性 无 毒物 质 ， 排 出 体外 而 解毒 。 因 此 临床 上 常用 糖 醛 酸 治疗 肝炎 、 肝 硬化 及 一 些 药 物 中 毒 疾病 。 (4 ) 单 糖 在 碱 性 溶液 中 的 氧化 作用 “氧化 单 糖 常用 的 碱 性 氧化 剂 有 Fehling’s 试剂 和 Benedict's 试剂 , 前 者 是 由 CuSO4 和 NaOH + 酒 石 酰 钾 钠 两 种 试剂 临 用 前 混合 而 成 ， 其 主要 成 分 为 CuSO, 和 NaQH, HARA 钠 的 作用 是 络 合 Ca” 使 之 处 于 可 溶 状态 而 进行 对 糖 的 氧化 。 CuSO, + NaOH—>Cu(OH), COONa... | COONa COONa Cu(OH): + 一 OH HCO, | 0-G=H W=C-OH Neer —C —0% own COOK doox doox 酒石酸 钾 钠 铜 络 合 物 Benedict’s 试剂 与 Fehling’s 试剂 相 伐 ， 只 是 以 Na.CO, 代替 NaOH， 以 柠檬 酸 代替 酒石酸 钾 钠 以 络 合 Cu 。 这 两 种 试剂 在 糖 的 定性 和 定量 分 析 上 是 常用 试剂 。 氧 化 产物 有 糖 和 屋 ， 但 由 于 在 碱 性 溶液 中 ， 糖 首先 生成 烯 二 醇化 合 物 ， 所 以 氧化 产物 极为 复杂 , 曾 有 人 分 离 ;出 四 十 余 种 产物 ， 而 且 条 件 不 同 反应 产物 不 同 。 因 此 将 此 法 用 于 糖 的 定量 分 析 时 ， 一 定 要 同时 做 标准 样品 对 照 ， 否 则 会 带 来 较 大 误差 。 在 反应 中 Cu(OH)，* 被 糖 还 原 成 CusO 红色 沉 淀 ， 单 糖 由 于 具有 这 一 性 质 而 称 为 还 原 糖 。 3。 单 糖 的 成 昔 反 应 以 及 糖苷 的 性 质 环 状 单 糖 具有 半 缩 醛 羟基 ， 在 适当 条 件 下 可 与 醇 脱 水 生成 缩 醛 ， 这 些 缩 醛 又 称 糖苷 (Glycoside), BRA a 和 6 两 种 类 型 ， 所 以 准 糖 苷 也 有 &、 有 8 两 种 类 型 。D 一 葡萄 糖 与 外 醇 反 应 生成 的 两 种 糖苷 的 反应 如 图 1 一 3 所 示 。 11 .HGCI 或 磺 酸 一 HCA am “图 1 一 3 D-H SERRE RR MELASMA, AMHR, KERALA, om BOWE RES, 环 再 具有 醛 的 性 质 ; BAEAARREMR, (Hea, 能 在 酸 或 酶 的 ERE ae ER Re Binet D 一 葡萄 糖 音 和 ;2% 一 了 一 果 糖苷 水 解 成 糖 和 醇 的 反应 式 。 rer H CH,OH. 0 (OH,CH,0H) s 了 OH 4H at B-D-2# ee re a ae ae MEAT LDH, PRGA HELTER OD, BAC ZL BINT E OA AA tL BRE, Be ag ee a ie peer x % exe yo Ep AD EMEA Ta nH, sir sea ai tne ARURSMA SE AEN, 24 人 十 加 出 PARES B— 人， 因此 ， 聚 糖 中 相互 结合 形成 的 键 ， 称 为 糖 背 键 (glycoside Tihage’) i-f fy : 4, pee ks . TT eC Co ee ee xt ad NH_NH,. NHLOH "H.N— N—C_—NH,. HA 2 Seu 12 HN-N—€ 着 生物 ， 都 能 与 糖 反 Ny) ss abe at = BE SAR RR 5 Paes vA ui 13 Sa + 13 | iF HN N-€ >. Gann) io) uted a8 HO—C—H < aay ame H—¢—oH — H—¢_—oH CH,OH i: N、 全 N SNCA ‘ET Sr al \n—-€_4 an ee ae ria HO mato ib H—C—OH H— ¢—oH | | | | 继续 反应 ， 而 成 黄色 晶体 析出 。C 一 3 、C 一 4、C 一 5 上 构 型 不 同 的 糖 ， re 不 同 结构 ， 其 晶 形 也 不 同 ， 因 此 从 糖 腻 的 结晶 形状 可 以 区 别 各 种 糖 类 ， 但 3、4 、5 碳 原子 上 构 型 相同 的 糖 则 不 能 用 此 反应 鉴别 ， 如 D- 葡 萄 糖 、D- 果 糖 、D- 甘 露 糖 生成 相同 的 糖 肛 。 5。 _ 单 糖 的 脱水 作用 及 颜色 反应 单 糖 在 酸 作用 下 可 脱水 生成 糠 醛 及 各 种 糠 醛 衍生 物 ， 如 戊 梧 糖 在 12% HCl 作用 下 可 脱 水 生成 糠 醛 ， 而 已 醛 糖 则 生成 5- 羟 甲 基 粮 醛 。 酮 糖 则 脱水 生成 另 一 种 糠 醛 衍 THE» RE RH 让 六 als Lame ( en Lag Tan” KS O;H OH % H H | HO:-¢ —¢--O11 oe | HCl | | O | | H-l- 十 H {9 一 一 全 ru —c¢ 3 1H} C é LH | 0 — 4° HOCH, ai args 2 FF RE) | | HOo—C ———C — OH O | | J A9 HCl | | | H—C€2H C C 乞 _CH;OH — — C—CH,OH \ | 加 热 各 种 衍生 物 遇 不 同 试剂 可 产生 不 同 颜色 反应 ， 从 而 可 鉴别 各 种 糖 类 。 如 糠 醛 及 其 各 种 衍生 物 都 能 与 c- 鞭 酚 反 应 生成 紫色 ， 故常 用 此 法 鉴定 糖 类 化 合 物 是 否 存在 ， 称 Molish Ry, Ma 糖 的 糠 醛 衍生 物 遇 间 苯 二 酚 即 迅速 生成 鲜红 色 ， 醛 糖 的 糠 醛 虽 亦 有 此 反应 ， 但 只 在 高 浓度 时 才 呈 阳性 ， 因 此 可 通过 此 反应 来 检验 酮 糖 。 另 外 ， 糠 醛 遇 1 、3 、5 葵 三 酚 生成 栅 桃 红色 ， 遇 甲 基 间 葵 二 酚 呈 绿色 ， 这 两 个 反应 可 作为 检验 戊 糖 的 特有 反应 。 以 上 颜色 反应 都 是 糠 醛 及 其 衍生 物 与 各 种 酚 类 化 合 物 缩合 成 的 有 色 物 质 而 形成 的 。 如 ， 百 一 《一 一 C—H OH O | By up ay, GY sae 上 HOCH,-C C——C—H —s HOCH,-C C——~C 会 by L \ib I OW HOS” Rs SO.H OH OH 紫色 化 合 物 脱氧 核糖 在 HC! 作用 下 生成 o-¥-p-M RR, BARE, 故常 用 此 法 测定 脱氧 核 MRE. HOH oO Te ae 40 HCl ne Cio CH, CHC CH. CHT CS, H H OH OH 15 . SC SCH; | | CH; CH,—C¢ H OH co-¥5-y- BE =, SSD MBE MRES, (RT LET. eR. com n,m 有 许多 单 糖 衍 生物 以 自由 状 六 存在 ， 或 存在 于 多 糖 及 糖 蛋 外 等 成 分 中 。 (一 ) 含 氨基 或 乙酰 氨基 为 单 糖 衍生 物 Se 这 类 衍生 物 大 部 分 是 己 葡 的 2-C 上 的 羟基 ， 75 IE ZI IA 它们 广 布 于 各 种 结合 糖 如 肽 聚 糖 、 糖 蛋白 的 组 分 中 ， 如 ; CH,OH CH,OH H |_o HO |g. OH yin pha Os or H oH 天 \ | H H,N 五 ita 2- 氮 基 -68B-D- 葡 萄 糖 2- 氨 基 -B-D- 半 乳糖 或 2-6-D- 葡 萄 糖 胺 或 2-6- 了 - 半 乳 糖 胺 CH;OH 1, énloe F。 HO 上 OH 2 -乙酰 氨基 -B-D- 半 乳糖 \ Kale Ss es, Beck: 2- 乙 酰 氨基 -6-D- 葡 萄 糖 CH,OH CH,OH H |_9 OH H | 9 OH Vis in 2- 氮 基 -3- 乳 酸 基 H A’ 2- Z Re ae-3 | OH 8-D- 葡 萄 糖 或 胞 OH 乳酸 基 - -B- D- Ho><|_|/ BER (NAG ) Ho |_ H ,O 葡萄糖 (CNAMD CH H NH， CH,;—CH H NH—C—CcH, COOH 含 九 个 碳 原 ean adage 也 是 一 种 脱氧 糖 。 唾 液 还 有 一 种 重要 的 氨基 糖 衍生 物 唾 液 酸 是 含 。 在 许多 哺乳 动物 组 织 中 ， 有 时 酸 广 布 于 各 种 类 型 细胞 中 ， 是 许多 糖 蛋白 和 糖 脂 的 组 成 部 分 16 i RE H—C—OH CH;—C—N |, 9 COOH S401 eas of R 六 ch OH H WA : 一 0 ni RE HH N-Z-D- i Sw NeuNAC) 除 乙 酰 衍生 物 外 ， 还 有 由 乙醇 酰基 取代 乙酰 基 的 唾液 酸 ; 也 还 月 二 乙酰 基 的 衍生 物 ， 其 第 二 个 乙酰 基 位 于 C-4、C-7 或 C-8 的 羟基 位 置 。 CRORE RAR 80) Ly | HMMM AL ha- ES ER senmeee atthe 如 以 下 几 种 。 eat ti MS el A AN re et HOCH, OH H “a he HO~(-¢, “Hi H | Ny H/ a Kes ia \| ee ay H > H HO H rd H is ie rc we bie at ba 4 ba 8-D-2- 脱 氧 核糖 xx-L-= 鼠 李 粮 a- 工 -着 藻 糖 或 w-L-6- 脱 氧 甘 露 糖 ”或 c-L-6- 脱 氧 半 乳糖 ~ ext. Sikes gafBbne 直人， 和 We Hatin hE RRR OR ER EES 行 的。 BEWARE. 如 po 5 " aa Poe | Sn Ho, Hedy “a iA oe OH : Ne H OH Lops ) SES - aXe oe ao oer ee #3 Ne po 1d ad PE RR if sian chai HO _ HO OH. a ah fH RD Se PH 3 | S27H BT -S TER oD A aoe 1 (G-1EP) :ecBD- 葡 萄 糖 36= we (G86: PH HT 9 ‘ 9 = B de Hcp mage 9 On Po Ho Peso tt ™ oF Hoh -C4 a | 1 a8 H OH a H OH J 8-9 SSS nang i 7 pew H du fy GheOH H dy yy CH:O—P—OH OH 6-D- 果 糖 -6- 磷 酸 F-6-P 0-D- 果 糖 -1, 6- 二 磷酸 [Ne OH H CH,OH b-D- 果糖 - 2， 6- 二 磷酸 O | a | OH | VDESPRORRED, HOPRAE KNEE, Ba— Ae 192057 RAH RM, CHM RTE. MCSE A ARS FP SR 酸 核糖 和 5- 磷 酸 脱氧 核糖 。 Ss=t tm BF 和 粮 低 聚 糖 是 由 2 一 10 个 环 状 单 糖 以 糖苷 键 结合 而 生成 的 化 合 物 ， 生 物体 较 重 要 的 是 二 糖 。 —, 28 二 糖 由 两 分 子 单 糖 以 糖苷 键 结合 而 成 ， 又 名 双 糖 。 由 于 键 合 形式 不 同 ， 又 分 两 类 :; 一 类 是 一 个 单 糖分 子 的 半 缩 醛 产 基 和 另 一 单 糖分 子 的 某 醇 羟 基 脱水 绾 合 而 成 ， 另 一 类 是 一 个 单 糖 分 子 的 半 缩 醛 羟基 和 另 一 单 糖分 子 的 半 缩 醛 羟 基 脱 水 缩合 而 成 。 前 者 有 一 个 单 糖 的 半 缩 醛 凑 基 仍 处 于 自由 状态 ， 在 水 溶液 中 可 经 醛 式 而 形成 互 变 平 衡 混 合 物 ， 所 以 它 能 还 原 Fehling's 试剂 等 金属 弱 氧 化 剂 , 称 为 还 原 性 二 糖 。 后 者 已 无 自由 半 缩 醛 羟 基 存在 , 不 能 还 原 Fehling's 试剂 ， 称 为 非 还 原 性 二 糖 。 (— ) #2 3F 9% ( Maltose ) KERPFRENE SEM BE, MK, HEARD LESE EO, ae EMT MG KER T D- 葡 萄 糖 , Ae CHAT SRL a-MERAS TIM, 它 能 还 原 Fehling's 溶液 生成 CuO ie, 有 变 旋 现 象 ， 其 平衡 混合 物 的 比 旋 为 130.4"; 能 与 葵 则 生 成 麦芽 糖 腾 ， 与 省 水 作用 生成 麦芽 糖 酸 。 从 而 可 以 断定 麦芽 糖 中 有 一 个 自由 的 苷 羟基 。 麦芽 糖 用 CHsI 或 (CHs):90, bee, 4/\-O-FASER RH, 处 理 产 物 经 水 解 得 2, 3, 4， 6- 四 -O- 甲 基 葡 萄 糖 和 2, 3, 6- 三 -O- 甲 基 葡 萄 糖 及 一 分 子 甲醇 。 证 实 它 是 由 ec-D- 葡 萄 糖 的 苷 产 基 和 另 一 分 子 葡萄 糖 第 4 位 醇 羟 基 脱 水 缩合 而 成 。 从 以 上 性 质 可 以 推出 麦 伞 糖 在 水 溶液 中 的 平衡 式 如 下 ， 18 ODS ee CH,0H CH,OH CH,0H CH,0OH H Jo Stato hk AK C—OH ones Kon 1) cr en a HH Sno rales SY bo ge a- FEE 醛 式 麦 芽 糖 CH,OH CH,OH H | 5 H H/o OH = Grol Kien 有 p-#FB (=) FL (Lactose) 乳糖 存在 于 哺乳 动物 乳 半 中， 灰 乳 售 乳 糖 6 一 7%。 SHEFF, BER Fehling’s ix Wy" CuO Hikes HEE SAUER: 有 变 旋 现 象 ! 其 比 旋 值 为 [c]i = 52.3” 用 省 水 氧化 生成 乳糖 酸 。 说 明 乳 糖 也 是 还 原 性 二 糖 ,， 鞭 分 子 中 有 自由 背 产 基 ; 乳糖 可 被 苦 杏 酶 (一 种 专门 水 解 6- 糖 昔 的 酶 ) 水 解 成 一 分 子 葡萄 糖 和 一 分 子 半 乳糖 。 说 明 两 种 糖 之 间 是 以 6- 糖 苷 键 结合 的 。 将 乳糖 酸 水 解 ， 产 生 一 分 子 半 乳糖 和 一 分 子 葡 萄 糖 酸 ， 说 明 乳 糖 是 由 有 - 半 乳 糖 的 苷 羟基 与 葡萄 糖 某 醇 羟 基 结合 而 成 。 用 上 述 麦 芽 糖 的 同样 沪 法 ， ASR 以 其 4- 位 醇 羟基 与 半 乳 糖 的 苷 羟基 结合 ， 即 用 1, 4-B- 糖 背 键 结合 。 结 构 如 下 ， (=) RFE RB (Sucrose) 蔗糖 广 布 于 植物 界 ， 而 以 封 蔗 和 甜菜 中 含量 尤为 丰富 ， 在 其 他 植物 中 作为 糖 的 一 种 运输 形式 。 蔗糖 无 还 原 性 ;不 能 成 肛 : 无 变 旋 现象 ， 其 比 旋 固 定 在 [c] 思 = + 66.5;》 水 解 产 生 一 分 FBR ATR, 水 解 反 应 可 被 c-D- 葡 萄 糖苷 酶 能 化 ， 也 可 被 凡 - 糖 萌 酶 催化 。 说 19 明 蔬 糖 是 由 CiD; 葡 萄 糖 和 8-D: 果 糖 各 以 其 童 羟基 脱 水 缩合 而 成 的 。 He ZS FA IE Ak RK SORES 2, 3, 4, 6- 四 -O- 甲 基 葡 萄 糖 和 1, 3, 4, 6- 四 -DO- 画 基 果 糖 ， 说 明 其 分 子 中 的 葡萄 糖 是 吡 顺 型 ， 而 果糖 则 是 叶 喃 型 。 结 构 如 下 式 。 yA HC CH,OH _OH Noy HyHOCH: tek 4 H H ee ae HO vat Lie tJ oie a H HO Ne ae 除了 上 面 所 讨论 的 二 ib, BA en POU 龙 胆 二 糖 存 在 于 昆虫 体 液 及 中 药 苦 杏仁 中 。 前 者 是 由 两 个 c-D- 葡 萄 糖分 子 各 以 其 疹 羟 基 镑 全 而 成 ; 后 者 则 由 两 个 葡萄 糖分 子 以 1, 6-c- 糖 苷 键 结合 而 成 。 =. 28 ( Trisaccharide ) 自然 界 中 的 三 糖 较 少 ， 较 重要 的 有 棉 子 糖 (Raffinose ) ， 存 在 于 棉 子 中 ， 甜菜 中 亦 有 存在 ， 用 甜菜 制 糖 时 ， 糖蜜 中 有 大 量 棉 子 糖 。 棉 子 糖 用 一 种 "- 半 看 糖苷 酶 Ki 密 三 糖 酶 ) 水 解 得 半 乳 六 和 蔗糖 ， 常 用 此 法 增加 甜菜 的 产 糖 率 。 和 米子 糖 结构 如 下 式 = 下 硬 村 国民 - eR Ow Bs, | hrs ) CH2:OH : 下 | ine i Hat 6 5 OH ; na Y ot Se A AG thet 14 CH, Lo 20 COL Ry | H HO. ' “OH H HO 4 “1, 2-a, B-REAT ; 第 四 节 eR 许多 单 糖分 子 以 糖苷 键 结合 而 成 的 大 分 子 统称 多 糖 。 多 糖 一 般 按 三 个 结 攀 因 素来 分 类 ， OMRKSRHYANSA UT, ORAZ MNRAS, 轿 单 体 的 残 基 序列 。 下 机 1 eal oe 同 聚 多 糖 Homopoly saccharide 或 Homoglycan ) 务 “了 同 专利 昔 糖 缩 谷 而 成 的 多 糖 统称 同 车 多糖， 自然 界 -一 些 重要 的 、 大 量 存在 的 多 糖 包 合 20 ayn vets 于 其 中 。 (一 ) 淀 粉 和 糖 元 (Starch and Glycogen ) 前 者 是 植物 中 的 贮藏 多 糖 ， 后 者 是 动物 中 的 贮藏 多 糖 。 它们 都 是 由 许多 wa-D- 葡 萄 糖分 子 缩合 而 成 。 由 于 键 合 的 类 型 不 同 ， 所 以 有 的 是 线 型 分 子 ， 有 的 则 由 许多 支 链 构成 。 淀 粉 只 存在 于 植物 中 ， 呈 颗粒 状 存在 于 植物 细胞 的 细胞 质 中 ， 也 存在 于 叶绿体 质粒 中 。 糖 元 则 以 颗 粒状 存在 于 高 等 动物 肝 细 胞 及 肌肉 组 织 中 ， 也 存在 于 微生物 中 。 按 键 合 形式 不 同 ， 演 粉 分 为 Hie (amylose ) 和 支 链 淀粉 (amylopectin ) 两 类 ;而 糖 元 都 是 支 链 的 ， 但 支 链 比 淀 BLAS. 1. . 直 链 淀粉 直 链 淀粉 是 由 许多 wc-D- 葡 萄 糖 以 1, 4-c- HS 结合 而 成 的 ， OT 量 约 60, 000 一 100, 000dt.， 它 虽 是 线 型 分 子 ， 但 其 链 不 是 完全 伸 直 的 ， 而 是 绕 成 螺旋 状 构 象 。 每 圈 螺 旋 约 为 六 个 单 糖 单位 。 直 链 结构 及 其 螺旋 构象 如 图 1 一 5。 CH:OH CH.OH ‘CH,OH CH,0OH 4 ' ' 1 OH OH OH roa VA je ate 作 tt a eae ts Ot SONO8 这 生计 OH 局 0 A OH As Kon 》 LO--- OH , | 本 | 1—5(a) 1 一 5(b) 图 I 一 5 直 链 淀粉 结构 及 构象 (a) 为 直 链 淀粉 结构 式 《〈6) 为 螺旋 构象 2, HEH 21 其 分 子 量 较 直 链 淀 粉 为 大 ， 约 为 500,000—1,000,000dt,, HFADA 1, 6 一 糖 背 键 存 在 ， 因 而 就 在 那儿 形成 分 枝 点 ， 形 成 若干 分 枝 ” 如 图 只 -6。 ee Ti 8 9 不 G 00 图 1--6 枝 链 淀粉 结构 式 每 个 枝 链 淀粉 分 子 约 有 50 个 分 枝 ， 每 个 分 枝 长 约 24 一 30 个 葡萄 糖 单位 ， 而 每 个 分 枝 间 的 距离 约 间隔 8 一 9 个 葡萄 糖 单位 。 直 链 淀粉 溶 于 热 水 ， 枝 链 淀粉 在 热 水 中 吸水 膨胀 成 糊 状 。 天 然 淀粉 大 都 是 二 者 的 混合 物 。 来 源 的 品种 不 同 ， 二 者 含量 比例 也 不 同 。 例 如 玉米 和 釉 稻 米 中 20% 为 直 链 淀粉 ，80% 为 Bis 糯米 和 粳米 几乎 不 含 直 链 淀粉 而 全 部 为 枝 链 淀粉 。 直 链 淀粉 遇 碘 呈 蓝 色 ， 而 枝 链 淀粉 则 呈 紫 色 。 淀 粉 水 解 过 程 中 形成 分 子 大 小 不 同 的 各 种 _ 中 间 产 物 ， 统 称 糊 精 ， 分 子 大 小 不 同 遇 碘 所 显 颜色 也 不 同 ， 因此 有 蓝 、 红 、 无 色 等 不 同 糊 精 。 3。 糖 元 糖 元 结构 类 似 于 枝 链 淀粉 ， 但 1, 6- 糖 苷 键 较 多 ， 即 分 枝 较 多 ， 一 般 主 链 为 1, 4-0- RF 键 ， 含有 12 一 18 个 糖 残 基 ， 主 链 上 每 隔 三 个 葡萄 糖 单位 就 会 有 一 个 分 枝 ! 分 枝 上 又 产生 分 枝 ， 也 相隔 三 个 葡萄 糖 单位 ;最 外 围 的 分 枝 约 长 6 一 7 不 葡萄 糖 单位 ， 其 分 子 量 约 为 2.7 10° 一 3.5 x 10*。 糖 元 溶 于 沸水 中 ， 遇 碘 呈 红色 。-= 肝 糖 元 的 合成 和 分 解 林 迅速 调整 体内 的 血糖 水 平 ， 糖 元 的 多 分 枝 结构 为 迅速 调整 应 糖水 平 提供 条 件 ; 《三 纤维 索 纤维 素 为 植物 纤维 部 分 的 主要 成 分 ， 混 自然 界 存量 最 丰富 的 化 合 物 。 棉 花 含 97 一 99%% 的 纤维 素 ， 木 材 含 41 一 53% 的 纤维 素 ， 它 们 构成 植物 的 支撑 组 织 和 保护 组 织 。 纤维 素 部 分 水 解 可 得 纤维 二 糖 ， 而 彻底 水 解 则 和 淀粉 一 样 得 许多 葡萄 糖 ， 所 以 纤维 素 是 许多 葡萄 糖 以 6- 1, 4- 糖 苷 键 结合 而 成 的 线形 分 子 。 天 然 纤维 素 的 葡萄 糖 残 基 上 的 赤道 键 产 基 可 形成 氢 键 ， 许 多 纤维 素 链 即 赖 此 大 量 氢 键 集结 成 片 层 或 纤维 束 。 纤 维 素 的 高 强度 、 高 稳 定性 和 不 溶 于 水 等 特性 ， 都 与 此 有 关 。 在 植物 细胞 壁 中 ， 这 些 纤 维 素 纤维 紧密 地 包 成 层 ,，- 并 进一步 用 其 它 多 糖 物质 如 半 纤 维 素 、 果 胶 质 。 木 质 素 等 填充 其 中 ， 以 增加 其 强度 。 半 纤维 素 主要 是 D- 木 糖 的 聚合 物 ， 果 胶 主 要 是 D- 半 乳糖 醛 酸 甲 酯 的 聚合 物 。 木 质 素 结构 尚未 完全 表 清 。 纤维 素 不 溶 于 水 。 除 反刍 动物 外 , 其 它 高 等 动物 的 口腔 、 胃 、 肠 都 不 含 纤维 素 酶 ,不 能 把 22 eg! 纤维 素 水 解 ; 所 以 纤维 素 对 人 及 动物 都 无 营养 价值 ， 但 有 利于 刺激 肠胃 蠕动 ， 吸 附 食物 ， 帮 ik, HEME. BE. BKRSM, PIZRADHE TWA GAFHES, PERAEHEZEK WE, UE CEE CL Hy SAP EE AG BE BAP EE PE 7K =HRHSES. “” | ， 纤 维 素 可 溶 于 AMI RWC Schweitzer’s 试剂 ) ， 也 可 溶 于 ZnCl 一 HCL 溶液 和 NaOH 一 CS， 混合 液 中 。 由 于 纤维 素 具 亲 水 性 ， 并 对 不 同化 合 物 亲 和 力 有 差别 ， 因 此 在 生化 研究 中 可 作为 层 析 载 ke 把 纤维 素 接 上 其 它 化 学 基 团 可 制 成 各 种 离子 交换 纤维 素 ， 其 中 常用 于 生化 分 析 及 生物 物 JR BVA DEAE 一 纤维 素 、QAE 一 纤维 素 等 阴离子 交换 纤维 素 和 羧 甲 基 纤维 素 、 磷酸 纤 wend R | A. RRA SAF RAR, Cite (CHsCH:),.N—CH2CH.—, Meas. R —OH, —SO.H 等 基 团 取 代 了 纤维 素 中 羟基 上 的 和 氢 而 H O | | CH,CH,—, —CH,COOH, —O—P aa , | O 形成 的 。 一 纤维 素 上 的 醇 羟 基 亦 可 被 HNO,, HAC 等 酯 化 而 形成 各 种 纤维 素 酯 ， 前 者 形成 的 纤维 素 酯 可 作 炸 药 、 人 造 丝 、 塑 料 等 ， 后 者 形成 的 纤维 素 酯 可 作为 层 析 载 体 分 离 多 种 生化 物质 。 (三 ) 几 丁 质 某 些 低 等 植物 包括 菌 类 、 菠 类 以 几 丁 质 代 替 纤维 素 作为 结构 物质 ， 一 些 低 等 动物 如 节 足 动物 、 环 节 动 物 以 凡 丁 质 代 替 胶 原 蛋白 作为 结构 物质 。 由 于 几 丁 质 是 由 2- 乙 酰 握 基 一 .6-D- 葡萄 糖 以 6-1, 4- 糖 背 键 结合 而 成 的 ,所 以 又 名 2- 乙 酰 氨 基 纤 维 素 。 它 也 象 纤维 素 一 样 能 以 链 间 氢 键 形 成 集合 体 片 层 。 它 还 可 与 蛋白 质 结合 成 为 几 丁 质 一 蛋白 质 复合 物 ， 作 为 结构 物质 。 (四 ) 葡 聚 糖 葡 聚 糖 又 称 右 旋 糖 酝 ， 在 某 些 酵母 和 细菌 中 都 存在 ， 可 作为 代 血 桨 ， 使 血液 维持 一 定 渗 透 压 。 其 结构 首先 是 c-D- 葡 萄 糖 以 c- 1, 6- 糖 背 键 结合 ， 然 后 又 以 c-1, 2- 和 x-ly3- 糖 苷 键 形成 交 竺 :和 生物 化 溃 凸 癌 用 CH 一 PHCHCL te ei il OR ER LH i FAL O 分 离 分 子 大 小 不 同 的 物质 。 除 以 上 同 聚 多 糖 外 ， 菊 伴 等 菊 科 植物 含有 菊 糖 , 它 是 由 B-D- 果 糖 以 6-1,2- 糖 苷 键 结 合 而 成 。 上 述 果 胶 质 也 是 重要 的 同 聚 多 糖 。 二 、 杂 聚 多 糖 ( Heteropolysaccharide 或 Heteroglycan ) 这 类 多 糖 是 由 两 种 以 土 不 同 单 糖 或 其 衍生 物 缩合 而 成 的 多 糖 。 ENN RBA RA RS 糖 大 ， 但 种 类 很 多 ， 在 生物 体内 都 各 有 特殊 功能 。 (= FEB Bi 这 是 一 类 较 重 要 的 杂 多 糖 ， 它 们 是 由 氨基 糖 或 乙酰 氨基 糖 和 糖 醛 酸 缩 合 而 成 的 杂 多 糖 的 总 称 。 其 中 较 重 要 的 是 含 硫酸 和 磺 酸 基 的 一 类 酸性 多 糖 。 如 肝素 、 BAAR. 硫酸 软骨 素 等 。 1。 肝素 (Heparin ) 肝素 是 血液 的 抗 凝 物质 ， 医 药 上 用 它 作 输血 时 的 抗 凝 剂 和 防治 血栓 形成 。 它 又 能 中 和 体 内 与 过 敏 性 反应 有 关 的 物质 一 一 组 胺 ， 以 减轻 过 人 敏 反应 。 近 年 来 用 肝素 连接 在 琼脂 糖 上 ， 作 为 分 离 各 种 酶 的 亲 和 层 析 基 质 。 i Ree LCR RR 6-H BR, 4 RA 而 成 的 ， 结 构 如 图 1 一 7 所 示 。 艾 杜 糖 2- 位 -羧基 形成 硫酸 BARAK. 肝素 存在 于 动 物 大 动脉 、 肝 、 肺 和 各 种 神经 细胞 膜 表 面 。 硫 酸 肝素 存在 于 肺 、 皮 肤 、 肝 、 肠 等 肥大 细胞 及 哮 碱 白细胞 中 。 其 分 子 量 为 17, 000 一 20, 000 dt, B-1,4-# FH Me se " ont 1,4-# FR 0 一 1 4 一 糖苷 刍 (0 H H CH: acy s HO oY HO" NH A coo 人 H ( Bl. spi r SO;H H 图 1 一 7 ”肝素 的 结构 式 2。 透明 质 酸 透明 质 酸 是 构成 动物 结缔 组 织 基本 物 质 的 主要 组 分 ， 亦 存在 于 关节 滑 液 、 眼球 玻璃 体 wm. A. eden eg oii ai 它 是 由 2- 乙 酰 氨基 葡萄 糖 和 D- 葡 萄 糖 醛 酸 缩 ” 合 而 成 的 如 图 1 一 8。 x CH,OH 08 © otk Dee : 9 Nee ee 7 Seo NS a ABBE e nee Lert ee OH | 人 HO OH A 4=0 On H. CH. CH, B- te 糖苷 刍 图 1 一 8 ”透明 质 酸 的 结构 透明 质 酸 在 生物 体 中 的 功能 多 种 多 样 ， 在 细胞 间 质 中 其 作为 各 细胞 间 的 粘 合剂 ;在 眼球 玻璃 体液 、 关 节 液 和 脐带 中 作为 润滑 剂 ， 此 外 对 组 织 能 起 保护 作用 ， 以 防 外 来 致谢 微生物 或 生理 毒物 的 透 入 。 一 且 它 遭 到 酶 解 ， 活 体内 这 道 天 然 屏障 即 被 解除 。 此 外 软骨 、 角膜、 皮肤 韧带 、 肌 肚 、 血 管 等 含有 各 种 软骨 素 和 硫酸 软骨 素 。 它们 大 多 是 由 D- 葡 萄 糖 醛 酸 或 工 - 艾 杜 糖 醛 酸 和 2- 乙 酰 氨基 葡萄 糖 -6- 硫 酸 酯 以 6-1, 3- 糖 苷 键 缩合 而 成 。 24 三 、 结 合 多 粮 这 类 多 糖 与 朝 糖 在 生物 体 中 与 天 、 蛋 白质 或 脂 质 结合 而 形成 肽 聚 精 、 糖 蛋白 和 糖 脂 等 。 由 于 糖 链 结构 复杂 $ 使 它们 具有 很 大 的 和 世 息 容量 ， 对 细胞 专 一 性 识别 某 种 物质 并 进行 相互 作 用 而 影响 细胞 代谢 以 及 细胞 间 的 通讯 等 都 具有 重要 作用 5 (一 ) 抗 原 性 糖 蛋白 中 的 血型 抗原 二 ，- 血型 抗原 是 指 细胞 表面 糖 蛋白 中 的 杂 多 糖 具有 抗原 性 ”这 些 抗原 性 杂 多 糖 常 有 三 种 不 同 人 SG ere ie BL OMMKRSAAMRA, OMMhERSEE, ANMPRE Ts A 抗原 决定 组 分 型 血 中 则 连 有 -了 抗原 决定 性 组 分 oes Mig ale IG's sear B gute ao 型 血 人 的 血清 中 含有 抗 A 和 抗 B 同 种 凝集 素 ， 所 以 只 能 接受 O 型 血 而 不 能 接受 其 它 血 型 的 血 。 六 型 奋 大 在 清 中 含有 抗 B 同 种 凝集 素 。B 型 血 人 血清 中 含有 抗 A 同 种 凝集 素 。AB RAMP RAS A 也 不 含 B 同 种 凝集 素 。 所 以 A- 型 、B- 型 、AB- 型 血 的 人 都 能 接受 O- 型 血 。 其 它 类 推 。 血型 大 分 子 是 ”种 糖 蛋 自 ， 其 梳 链 条 多 糖 从 肽 链 的 丝氨酸 或 苏 氨 酸 伸 出 。 各 种 血型 杂 多 糖 结构 见 26 页 式 中 5 式 中 除 各 血型 糖 共同 结构 部 分 外 ， O- erty te 4 有 H 结构 部 分 ， 这 也 是 各 血型 糖 的 共同 部 分 。A 型 血 的 糖 上 下 两 个 分 被 欧 连 -= 个 D-GUNAC-1,3， 这 时 H 抗原 性 似乎 被 A 抗原 掩盖 了 ,只 显 A 撕 原 性 。 如 果 上 下 两 个 分 枝 不 连 ,a-D-Gal NAC 而 用 c-D-Gal- 1,3， 代 替 ， 则 只 显 B 抗原 性 。 XL BAST, DER 为 2 天 105 一 1x 10* dt， 含 85% 的 糖 和 15%% 的 蛋白 质 。 糖 抗原 性 专 二 部 位 处 于 多 糖 非 还 原 端的 一 段 竹 聚 糖 。 另外 有 一 些 大 的 血红 细胞 带 有 ABO 系统 抗原 ， 而 体液 则 不 带 此 抗原 ，| 但 带 有 Lew's 系统 抗原 ，26 页 式 中 Lew, 1 B-D-Gal-1,3-f-D-Glu NAC， 而 代 之 - i" a-[--2Fuac + 以 B-D-Gal-1,3-8-D-Glu NAC. Lewy, 则 比 H 多 一 个 a-L-Fuc, 1 a-L-Fuce . (二 ) 细 菌 细胞 壁 和 夹 膜 中 的 抗原 性 脂 多 糖 细菌 细胞 壁 的 最 外 层 是 由 高 分 子 支 链 杂 多 糖 所 构成 ,有 具 抗原 性 ， 称 O- 抗 原 。 各 种 O- 抗原 的 重复 单位 是 由 D- 葡 萄 糖 、 D~e glee, D- Hae D-2. A we Mm D- 葡 萄 糖 胺 以 及 一 些 脱氧 糖 如 瑟 岩 藻 糖 、L- 鼠 李 糖 等 所 组 成 。 如 鼠 伤寒 沙门 氏 菌 (Salmonella Ty phimu- rium ) 的 细胞 壁 多 糖 ， 其 脂 多 糖 的 名- 抗原 结构 示 如 下 式 ; x- 阿 比 可 糖 : xc-D- 甘 露 糖 -1,4-D-L- 鼠 李 糖 -1,3-c- 半 乳糖 -1, 2- /-， © Bot 55 GY WA fe OT 2) LHW HAV Sse MAW Se TE -2 EU OOd-T SOVNUID‘OID SH a TEM -2% YY OVNICD SMA AY Te he RR H 1e5)-d-¢ IeQ-q-¢ omYA-T-o on 可 - 械 -2 I T I I | } \ \ 8 7 8 8 Z 8 5T-IeD-d-z DVNnID-d-8 DVNnID-dG-8 95T-DVNnID-G-8 -TIenD-d-9 多 】 8 T-DVNIeD-G-z 9 Vv \ < DVNIeD-d-2-8 Tele Or BSS Er egirg eT See | q IG] ‘Me 1as | 8 ‘T-[e5-q-2 § ‘T-OVNtID-d-d -€ ‘T-1e5-d-d 6 : : € ‘T-OVNI®5-(-2 I I f ony -J-2 oy -"]-2 | H en 26 这 个 O- 抗 原 经 过 一 核心 多 糖 与 脂 质 相连 ， 即 由 O- 抗 原 最 后 一 个 朝 糖 单 位 的 D- 半 乳糖 以 1, 4- 糖 背 键 与 核心 多 糖 第 二 个 糖 残 基 一 D- 葡 欧 糖 结合 。 核 心 糖 的 结构 为 ， a-D-Gal The eth DGlu NAGC-1,2-8B-D-Glu-l, 2-B-Gal-1, 3-a@-Glu-1, 3-a@-L Be #f-1, PRD se 5-(KOD); PPEa 除 细 胞 壁 外 、 有 些 革 兰 氏 阴 性 细菌 松散 结合 的 夹 膜 也 具有 抗原 性 多 糖 ， 如 肺炎 球菌 夹 膜 抗原 SI 是 一 个 分 子 量 为 240,000dt 的 杂 多 糖 ， 它 是 由 48% 的 工 - 鼠 李 糖 、16%% 的 D- 葡 萄 糖 醛 酸 、35% 的 D- 葡 萄 糖 结合 而 成 的 分 支 多 糖 。 抗 原 3 下 是 纤维 二 糖 醛 酸 以 1, 3- 糖 苷 键 结合 而 成 的 高 分 子 多 糖 。 还 有 SUM SXIV 抗原 等 都 是 一 些 单 糖 重复 结合 而 成 。 如 肺炎 球菌 SXIV 抗原 结 的 构 为: B-D-Gal 1 y 6 p-D-Gal-1, 4- 8-GluNAC- 1, 3-6-D-Gal 1 Y 6 _» 4) B-D-Glu-1, 4- B-D-GluNAC-(1, > (=) WR ( Peptidoglycan ) 肽 聚 糖 是 细胞 壁 中 的 一 种 结合 杂 多 糖 ， 是 由 2- 乙 酰 氨基 葡萄 糖 和 2- 乙 酰 氨基 葡萄 糖 乳 酸 两 种 糖 残 基 相间 结合 而 成 的 杂 多 糖 ， 再 用 短 肽 交 联 起 来 而 成 的 复杂 结构 。 部 分 结构 如 图 1 一 9 所 示 。 总 之 ， 结 合 多 糖 特别 是 糖 蛋 白 ， 在 动物 体液 和 细胞 中 尤为 丰富 。 它 与 生物 体 的 许多 功能 有 关系 。 按 特殊 糖 蛋 白 的 功能 来 分 ， 有 激素 、 抗 体 、 酶 、 受 体 蛋 白 、 运 输 和 蛋白、 生长 调节 蛋 自 、 细 胞 识别 蛋白 、 血 型 蛋白 、 多 分 子 集合 体 结构 稳定 蛋白 等 。 大 部 分 存在 于 表面 复 盖 层 及 注 ，*Q- 阿 比 可 糖 为 3 ,6- 二 脱氧 -Q- 半 乳糖 ; *¥o-L- RRA A: CH2OH CH,OH .a9 nb cea H oe o. H HO | o COOH 4 KOD 为 ale 即 人 HO Loma OH H Nee: OH | MRR, PPE 为 二 磷酸 乙醇 胺 Ci 人 NH, OH OH 27 链 i s—. Pos i : 0 O OH 0 oO wey anges NH HN CCH, | 4 了 . 一 A | is = CH; CH c o L—Ala CH; : | D— Glu CH,0H CH,0OH rege Gana <5 ‘ 8 和 L— Lys a” Va TS Ff 链 2. fos —e 量 B< ; vO on 0 D— Ala ”一 7 NH ) HN . 人 a5 CH= rane =O . | L—Ala CH3 | oa L—Lys— 图 1 一 9 肽 聚 糖 的 部 分 结构 细胞 质 膜 。 它 代表 一 类 有 意义 的 生物 分 子 ， 至 于 这 些 分 子 为 什么 要 有 糖 存在 的 问题 ， 现 今 还 有 争论 ， 其 中 一 种 假说 认为 铺 结 合 到 重 白 质 上 是 在 高 尔 基体 渴 行 的 ， 它 得 潭 强 宣 标记 ， 用 来 浆 记 蛋 白质 ， 以 预示 它 将 用 于 细胞 外 面 或 用 了 于 细 胞 网 了 中 。 而 那些 保存 于 或 用 于 如 胞 质 年 的 醒 自 质 ， 都 是 非 糖 基 化 的 。 有 明显 证 据 证 明 这 个 很 说 基本 立论 是 真实 的 ， 印 糖 费 分 是 在 EAR LMM AF. a (2, SAMRAT REF RAT RAL, AR 据 所 结合 的 糖 组 分 而 决定 的 。 PEAT, BRRALH. WEL, 可 以 低 到 1T%， AG 180% 5 “TA BAaNRHES (FH). PSSAWAS BMPR SEAR 2m RB x Be Re RC 在 胶原 中 ) WOR EN TBRHETT I HET MEAT RRM, 从 以 上 例子 来 看 ， 包 各 D-Gal, D-Gal NAC, Glu, D-Glu NAC、L-Fuc、D-Man、 唾 液 酸 等 ， 其 中 唾液 酸 特别 重要 。 其 低 聚 糙 总 的 特征 往往 按 以 下 几 方面 来 分 ，@D 按 糖 残 基 组 分 来 分 ，@@ 按 序列 中 糖苷 键 类 型 来 分 ， 轿 按 单 体 序列 来 ; 图 按 糖 与 蛋白 质 键 合 性 质 来 分 | H 糖 蛋白 的 许多 功能 与 通讯 连 络 、 传 递 信息 有 关 ， 如 细胞 一 细胞 的 识别 ， 细 胞 一 分 子 的 识 别 ， 细 胞 器 一 分 子 的 识别 以 及 分 子 一 分 子 的 识别 。 很 明显 ， 所 有 生命 机 体 的 这 些 识别 现象 ， 特别 是 在 细胞 一 细胞 术 平 上 有 识别 都 是 具有 重要 意义 的 正常 过 程 。 这 些 过 程 的 失常 ， 常会 引起 疾病 ， 其 中 包括 癌症 。 28 ee RR 脂 类 包括 多 种 化 合 物 ， 它 们 都 具有 低 水 溶性 的 特征 。 大 部 分 脂 类 化 合 物 ， 由 于 结构 上 的 共性 ， 不 仅 有 低 水 溶性 特征 ， 而 且 具 有 重 要 的 生物 学 特性 。 脂 类 主要 是 碳 氢化 合 物 的 衍生 物 ， 其 中 有 些 既 含 亲 水 的 极 性 基 团 ， 又 含 疏 水 的 碳 氢 基 团 ， 属 单 极 性 化 合 物 (amphiphiles)。 这 些 单 极 性 化 合 物 的 性 质 主要 受 其 所 含 各 基 团 的 影响 。 因 此 有 些 脂 类 缺乏 亲 水 能 力 ， 主 要 以 无 水 状态 贮存 于 组 织 中 ， 这 些 脂 类 可 转移 和 运输 到 其 它 组 织 ,在 那儿 它们 进行 氧化 ， 以 提供 维持 生命 各 代谢 过 程 所 必需 的 能 源 。 另 一 类 脂 类 是 极 性 较 强 的 脂 类 ， 属 强 单 极 性 化 合 物 ， 它 们 主要 是 构成 各 种 生物 蜡 的 结构 组 分 ， 用 以 分 隔 细胞 和 组 织 。 脂 类 化 合 物 由 于 都 有 碳 氢 长 链 或 疏水 脂 环 ， 所 以 大 部 分 可 用 乙醚 、 氧 仿 等 非 极 性 溶剂 从 动 W 植物 组 织 或 细胞 中 提取 出 来 。 这 类 化 合 物 虽 结 构 多 种 多 样 ， 但 大 部 分 是 酯 类 化 合 物 及 其 衍生 物 。 接 脂 类 的 成 份 不 同 ， 可 分 为 下 列 四 类 ; (一 ) 中 性 脂肪 酸 甘 泪 酯 。 又 称 中 性 脂肪 或 酰基 骨 油 酯 ， 又 称 三 酰 甘油 。 (三 ) 由 甘油 、 脂 肪 酸 、 磷 酸 以 及 -- 些 含 氨 碱 构成 的 离子 型 酯 。 又 称 甘油 磷脂 。 《三 ) 不 含 甘 油 的 脂 类 。 包 括 神经 蒜 脂 类 、 蜡 和 类 固 醇 等 。 (四 ) 脂 类 与 其 它 化 合 物 结合 而 成 的 复合 脂 类 。 如 脂 蛋 白 、 糖 脂 等 。 ,本 章 主要 介绍 前 三 类 ， 第 四 类 在 相应 章节 再 作 介绍 。 第 一 节 酰基 甘油 酯 (CAcyilg ,yceride ) 酰基 甘油 酯 简 称 酰 基 甘 油 C Acylglycerol) ， 是 由 甘油 的 羟基 和 脂肪 酸 的 羧基 脱水 结 合 而 成 的 酯 类 化 合 物 。 在 生物 体内 存在 的 酰基 甘油 酯 ， 大 部 分 是 甘油 的 三 个 醉 羟基 与 三 个 脂 肪 酸 分 子 脱水 结合 而 成 ， 又 称 为 三 酰 甘 油 酯 (Triacylglyceride ) 。 但 也 有 少量 单 酰 甘 油 酯 和 三 酰 甘 油 酯 存在 ， 特 别 是 在 脂 代谢 过 程 中 ,它们 作为 中 间 物 而 存在 。 一 、 构 成 酰基 甘油 酯 的 脂肪 酸 从 动物 、 植 物 、 微 生物 的 酰基 甘油 酯 中 分 离 的 脂 肪 酸 约 有 百 余 种 ， 其 中 常见 者 列 于 表 2 一 1 中 。 虽然 任何 机 体内 存在 的 脂肪 酸 常 多 种 多 样 ， 但 也 只 有 少数 几 种 在 体内 占 优 势 。 如 高 等 植 物 大 多 含 十 六 酸 和 两 种 不 饱和 脂 肪 酸 一 油 酸 和 亚 油 酸 。 饱和 的 十 八 酸 几乎 不 存在 ; 20:0 和 24:0 酸 极为 稀有 。 但 某 植物 种 群 常 舍 有 不 常见 的 脂肪 酸 ， 成 为 该 种 群 所 特有 的 成 分 例如 雏 菊 科 含 块 类 脂肪 酸 ， 草 麻子 则 含 特有 的 羟基 脂肪 酸 一 草 麻 酸 等 。 动物 象 植 物 一 样 也 含有 软 脂 酸 和 油 酸 ， 但 动物 还 含有 大 量 硬 脂 酸 ， 还 含有 20:0、22:0 和 24:0 等 脂肪 酸 。 一 般 来 说 动物 中 脂肪 酸 种 类 比 给 定 品 种 的 植物 为 多 。 29 R2—1 天 然 脂 类 中 的 脂肪 本 名 称 M,P, 结 构 简 写 系 统 名 | 习惯 名 C + Rm | m mw | CH,CH,CH,COOH |- 4.26] a6 十 之 酸 | 月 桂 酸 | CH,(CH,),9COOH | 44 | 12:0 十 四 了 酸 | oem | CH,(CH,),,COOH | 58 | 14:0 ae AY | 软 脂 酸 | CH;(CH,),4COOH | 63 | 16:0 +B 硬 脂 酸 | CH,(CH,),sCOOH | 70 | i8:0 tt | EER | CH;(CH,),gCOOH | 77 | 20:0 十 四 酸 | gamete | 。 CHCHaCOOH | 85.5 | 2 HAR | me | CH;3(CH,),,COOH | 88, 89) 26:0 十 八 烯 -9- 酸 | th we | CHy(CH,)yCH = CH(CH,)xCOOH | 16,3 | 18:1(9c) CH — re ee a s(CH,),CH = CH(CH,)CH 18:2 - CH(CH,)y—COOH (9c, 12c) 十 八 三 烯 -9， 12 15 一 栈 亚麻 栈 CH,CH,—CH = CH-CH,CH =CH- 11.3 * 18:3 CH,—CH = CH—(CH,);COOH (Ye, 12¢, 15¢) H H Hee i | CHKCHCE CEE=10—C 21C 18:3 十 八 三 烯 -9, 11, 13- 酸 | 桐油 酸 ae | 49 H H (9, 11, 13c) (CH,)y7—COOH CH,(CH,),CH = CH--CH,—CH ae 廿 -四 烯 -5, 8, 11, 14- 酸 | 花生 四 烯 酸 | =~ CH—CH,—CH = CH—CH,—CH)- 49. 5 = CH—(CH,);COOH Pere CH;(CH,z)7C=C—(CHg);3;COOH CH (CH,),CHCH;CH | 8c, lic, | 4c) tt -#-15- | 神经 酸 | 68 | 2421(15c) 12- 羟 -十 八 烯 -9- 酸 BERR OH = CH(CH,),z—COOH CH s(CH,)2,CHCOOH | OH CH=CH incon CH,—CH, 2- 产 十 四 酸 13(2- 环 友 烯 ) 十 三 酸 KAT MR CH(CH,),,COOH 30 Re ee ee — 在 微生物 中 ， 多 双 键 的 不 饱 和 脂肪 酸 大 都 不 存在 ， 但 分 枝 的 脂肪 酸 、 含 环 丙烷 的 脂肪 酸 、 含 羟基 的 脂肪 酸 等 则 常 党 存在。 并 且 常 有 未 酯 化 葛 自 直 脂肪 酸 存在 。 脂肪 酸 在 一 给 定 有 机 体 中 的 分 布 是 不 一 致 购 。 例 如 生物 噶 的 脂 类 组 分 中 90% 为 磷 酯 ， 与 三 酰 甘油 的 迪 脂 相 比 ， 磷 脂 中 不 饱和 脂肪 酸 的 含量 更 高 。 wy td 5 > 从 表 2 一 1 所 列 各 种 脂肪 酸 可 以 看 出 ， 它 们 具有 下 列 共 性 ; (一 ) 天 多 数 脂肪 酸 含 倡 数 碳 原子 ， 碳 原子 数 在 10 一 ee tee 只 有 动物 乳脂 中 ， 脂 肪 酸 的 碳 原子 数 在 12 以 下 。 (二 ) 含 一 个 双 键 的 脂肪 酸 其 双 键 位 置 大 多 在 9 一 10 碳 原子 间 ， 含 多 个 双 键 的 脂肪 酸 ， 总 有 一 个 双 键 位 于 9 一 10 碳 原子 间 ， 其 它 双 键 渐次 更 远离 羧基 。 和 (三 ) 含 有 双 键 的 脂肪 酸 绝 大 多 数 为 顺 式 构 型 。 Hy Jil AR ONAN WAAL 7H RR nc H é ¢ ae) ota 4 SS SANA 008: 亚 油 酸 (四 ) 一 般 来 说 动物 体 脂 所 含 的 脂肪 酸 以 饱和 脂肪 酸 较 多 。 几 种 动 植物 脂 类 中 脂肪 酸 成 分 WM #2—2. | 31 表 2 一 2 ”一 些 动 植物 脂 类 中 各 种 脂肪 酸 的 百 分 含 量 脂肪 酸 碳 原子 数 及 双 键 数 动 植物 脂 种 类 -一 14:0 | 16:0 | 18:0 | 16:1 | 18:1 | 18:2 人 ( 贮 脂 ) 3 | 23 6 脂 4 30 25 猪 脂 1 28 15 羊 脂 2 25 26 玉米 油 一 13 2 核 Pe 油 -- 5.1 2.5 亚 麻油 一 5. 4 3.5 橄榄 油 一 - 6. 0 4,0 i) BSS th 3.5 2.9 = 麻 油 9,1 4,3 BORK it 一 一 0. 3 花生 油 6, 3 4,3 =. SRM HAH Kal 三 酰 甘 油 酯 的 通 式 为 : CH.=—0—e— T CH—O—C€ —R”’ | CH,—O—C —R*” 由 于 三 酰 甘油 酯 的 R。R“ AR’ 结构 可 以 不 同 ， 因而 可 形成 不 同类 型 的 三 酰 甘 油 酯 。 如 果 R=R'=R“， 则 此 三 酰 甘油 称 为 简单 三 酰 甘油 酯 如 ， O | | > ined —(CH,) ieCH, CH ,> 一 O 一 C —(CH,),CH=CH (CHy),CH, O | | eee CH, CH—O—C —(CH,),CH=CH (CH,),CH, O | | | CH.—O—C—(CH,),,CH, CH,—O—C —(CH,),CH=CH (CH,),CH, 三 硬 脂 酰 甘油 酯 三 油 酰 甘 油 酯 如 果 三 个 脂 酰基 不 同 ， 则 该 三 酰 甘 油 酯 称 为 混合 甘油 酯 。 在 混合 甘油 酯 中 各 脂 酰 基 由 于 32 位 置 不 同 ， 又 有 不 同 的 异 构 体 ， 有 些 还 有 旋光 异 构 体 。 如 油 酸 和 软 脂 酸 所 形成 的 三 酰 甘 油 酯 就 有 六 种 异 构 体 。 例 如 : 本 CH,—O—C —(CH,),,CH, 4 ‘ CH—-O— C=tCHina tte | : CH,—O—C —(CH;),CH=CH (CH,),CH, ee ae | 一 油 酰 -1,2- 二 软 脂 酰 甘 油 酯 | CH,—O—C —(CH,),CH=CH (CH,),CH, | CH—O—C—(CH,),CH=CH (CH,),CH; oa fwd I 一 软 脂 酰 -1, 2- 二 油 栈 甘油 酯 O | 9 | CH, 一 0 一 C 一 (CH,)i,CH: CH,—O—C —(CH,),CH=CH(CH,);CHs 1? CH—O—C —(CH,),CH=(CH2);COOH CH—O—-C—(CH,)1, CH,—O—C —(CH,),,CHs; ( CH,—O—C —(CH,),CH=CH(CH,),CHs; Be —ih &- 1, 3-— KNBR H AB V — #48 Be- 1. 3- 三 油 酰 甘油 酯 上 式 中 工 和 工 有 旋光 性 ， 应 各 有 两 种 旋光 异 构 体 。 此 外 还 有 三 个 脂 酰 都 不 同 的 三 酰 甘油 酯 。 大 多 数 天 然 脂 类 都 是 简单 脂 和 混合 脂 的 复杂 混 合 物 。 三 、 三 酰 甘 油 酯 的 理化 性 质 (一 ) 物 理性 质 三 酰 甘 油 不 溶 于 水 ， 但 二 栈 甘 油 酯 由 于 甘油 分 子 中 有 二 自由 醇 产 基 ， 故 可 形成 高 分 散 的 小 微粒 。 三 酰 甘油 酯 的 熔点 因 所 含 脂 酰 基 的 饱和 度 不 同 而 异 。 动 物 中 的 三 酰 甘 油 酯 饱和 脂 酰 基 含 量 高 ,熔点 亦 高 ;而 植物 中 的 三 酰 甘 油 酯 不 饱和 脂 酰 基 含 量 高 ,熔点 较 低 。 前 者 在 室温 下 一 般 呈 固态 ， 俗 称 脂肪 ， 后 者 在 室温 下 一 般 呈 液态 ， 俗 称 为 油 。 凡 1; 3 一 位 脂 酰基 不 同 的 三 了 酰 霸 洱 酯 都 有 旋光 人 性 ， 天 然 的 一 般 都 属 工 -型 。 如 ; te A=0 O CH,—O— —(CH,):1sCHs | | CH,—O 一 人 —(CH,),CH=CH—(CH,),CH; L-1, 2- 二 油 酰 -3- 硬 脂 酰 -甘油 酯 (=) (CFE 1。 三 酰 甘油 酯 的 水 解 肥 应 三 酰 甘 油 酯 在 酸 、 碱 或 唱 肪 酶 催化 下 都 可 水 解 成 甘油 和 相应 的 脂肪 酸 。 酸 水 解 机 制 首先 是 生成 共 斩 酸 中 间 物 ， 然 后 再 以 不 同 机制 断 裂 烷 氧 键 或 酰 氧 键 而 形成 产物 。 最 常见 机 制 示 如 Fats OH | CH,—O—C—R CH,—O—C—R cy fasion} mac: CH—O— C—R +H3 == CH—O—C+—R Ne | O O ‘oO l I i % en.=0— C—R CH,—6—€— f oH oe ts on a Pig GH, DCR see H 误 | Ace OV O == CH—O—C—R == CH 一 0 一 C 一 R | O O | | ol AS ed pay CH,OH - a CH—O—C—R+ 人 CR | | | OH 当 三 酰 甘 油 酯 的 一 个 酯 键 被 水 解 后 ， 二 酰 甘 油 上 的 其 它 酰 基 可 以 向 自由 的 甘油 产 基 转移 34 而 成 为 各 种 二 酰 甘油 酯 的 混合 物 。 碱 催化 酰基 甘油 酯 的 水 解 ， 首 先 经 共 轰 碱 中 间 物 ， 然 后 再 断裂 ， 最 常见 的 机 制 如 下 式 : O I CH,—O-—C—R in i ie : ? CH O—C—R NOH OH So) Eden 一 一 > R—C—O—CH O ° CH—o—¢—p ua i LUO O CH,OH NN | | OO. ee Key OCH +RCC O oO- OH? | | CH,O—C=R TERRELL . 7KARLIAR BT, FP SE SK ARASH MRE. 如 果 碱 为 NaOH 或 KOH 则 生成 物 为 脂肪 酸 纳 盐 或 钾 盐 。 脂 肪 酸 钠 盐 即日 常 所 用 的 肥皂 。 所 以 脂 类 的 碱 水 解 反应 一 般 称 为 皂 化 反应 〈 saponification reaction ) 。 三 酰 甘 油 酯 在 KOH 催 枇 下 完全 水 解 的 皂 化 反应 可 表示 为 ; 1 CH-0—C—R | O CH,OH I i 0 CH-O—C—R +3KOH=> CHOH +3RCC | G3 | OK CH,OH CH,— O0— —R 钾肥 是 从 上 式 可 以 看 出 : 要 使 一 定量 的 各 种 三 酰 甘油 水 解 ， 凯 需 KON WS BARN. Rm 以 水 解 一 克 油 脂 所 需 KOH 的 毫克 数 称 为 该 油脂 的 皂 化 值 ( saponification number ) 。 油 虽 中 脂 酰 基 分 子 量 越 小 ， 则 每 克 油脂 水 解 所 需 KOH 的 毫克 数 越 大 ， 即 皂 化 值 越 大 。 所 以 测定 油脂 的 皂 化 值 ， 可 以 衡量 一 种 油脂 的 平均 分 子 量 的 大 小 。 wy Ha Ay Eb 2} gt wx 3X56 X 1000 _ 油脂 的 平均 分 子 量 皂 化 值 2. 三 酰 甘 油 酯 的 氢化 秽 化 由 于 油脂 的 三 个 脂 酰 基 中 有 的 是 不 饱和 脂 酰 基 ， 因 而 可 与 HARASS RMR. LT 业 上 常用 Ni 粉 等 俱 化 氢化 使 液 状 的 植物 油 适 当 氢 化 成 固态 三 酰 甘 油 酯 ， 这 称 为 人 造 奶油 ， 35 便于 运输 。 -不 饱和 脂 酰 基 的 双 键 可 与 卤素 起 加 成 反应 ,, 通常 用 I 一 Br I Chie me 与 汕 有 等 反 应 , 以 测定 油脂 中 的 不 饱和 程度 100 克 油 能 吸收 碘 的 克 数 称 为 油脂 的 碘 值 (Iodine number), 干 性 油 如 亚麻 由 、 桐 油 含有 大 量 多 双 键 的 不 饱和 脂 酰基 ， 其 碘 值 高 。 这 些 多 双 键 的 不 饱和 脂 肪 酸 ; :三 酰 冉 油 酯 ， 在 空气 中 可 经 氧化 聚合 而 成 胶 膜 状 化 合 物 。 所 以 这 些 油脂 常 称 为 于 性 油 。 植 为 按 其 碘 值 高 低 可 分 为 干 性 油 、 半 和 干 性 油 和 非 干 性 泪 。 aoe Fil Wh fe I 表 2 一 5 各 种 油脂 的 皂 化 值 和 碘 值 ) 油脂 名 称 皂 化 什 碘 ffi ii ith 194, 6 58. 6 6.1 鱼肝油 ' 186 165 Z ith 197 ~ 4065 ap ” BARR TH 180, 3 85. 5 *HO 亚麻 油 190. 3 178, 7 玉米 油 192, 0 122, 6 Wm HOD! 7“ 棉 子 油 194.2 105.7 a Rf PA —- 4 AR? fa ih 193, 1 168, 2 1 He a Bm if 190, 6 130.2. MUMS 向 日 葵 油 188, 7 125.5 RF 麻 油 187, 9 106, 6 菜子 油 174, 6 98, 6 3。 三 酰 甘 油 酯 的 氧化 与 油脂 的 酸败 作用 三 酰 甘油 酯 中 的 脂 酰基 在 空气 中 可 被 氧化 ， 这 一 过 + 程 称 为 油脂 的 自 催化 氧化 (autocata- lytic oxidation ) ， 是 油脂 酸败 ( Raucidity ) 的 主要 原因 。 此 氧化 反应 包含 过 氧化 物 自由 基 的 生成 过 程 ， 最 后 导致 脂 酰 链 的 断裂 ， 形 成 碎片 。 其 转变 过 程 可 示 如 下 式 ; H” H | H cal Hoa ial R=+C=C—CH;—R’ 一 > R—C=C—CHR’ | ( 烷 基 自由 基 )” ae =F, Hi; We - YW “ACY 寺 Saal | on R”—OO* oe RCS CCHTR TLS ee R—C—C—CHR’+ 0, : (tie H OOH Tee aon 到 上 HPI: OOR” iR¥00" R—C==C—CHR’/ +R; H H RH H H R—C=C—CH—R’ < R—C =C—CHR’ + RYO € te AaEh ¢ 0%, | OH O° Ra Rs +R. Re ume 烷 氧 基 36 上 式 所 示 过 程 中 ， 烷 基 自 由 基 的 形成 是 碳 氢 链 的 均 裂 反应 ， 这 一 均 裂 反应 必需 有 引发 剂 诱导 。 某 些 金属 离子 可 作为 引发 剂 。 在 碱 性 溶液 中 从 一 适当 的 碳 负离子 ， 能 形 成 烷 基 自由 基 ， 这 是 碳 负离子 在 On 的 存在 下 进行 单 电 子 氧化 作用 的 结果 。 烷 基 自 由 基 一 旦 形成 ， 即 能 :进行 几 种 类 型 的 反应 : 它 与 分 子 氧 反 应 生成 过 氧化 物 自 由 基 ， 旋 即 与 另 一 过 氧化 物 自由 基 反 应 成 为 过 氧化 物 和 Oo 或 两 个 烷 氧 基 和 9:。 烷 氧 基 可 以 吸收 一 个 互 " 自 由 基 成 为 醇 ， 或 进 行 均 虱 反应 生成 醛 和 一 个 烷 基 自由 基 。 有 些 过 氧化 物 自由 基 则 从 溶剂 或 另 一 碳 氧 链 上 吸引 一 个 互 " 自由 基 而 形成 过 氧化 物 和 一 个 烷 基 自由 基 。 实 际 上 ， 这 一 氧化 过 程 的 生成 物 是 一 复杂 的 混合 物 ， 特 别 是 当 脂 酰基 具有 多 个 双 键 时 ， 引 发 可 同时 在 多 个 部 发 生 ， HE 成 物 BAR 杂 。 4。 含 羟 基 的 酰基 甘油 酯 的 性 质 莉 麻 油 等 含 蕊 麻 酸 ， 是 含 羟基 的 脂 酰 化 合 物 ， 羟 基 含 量 可 通过 与 乙酸 酥 或 其 它 酰 化 剂 反 应 生成 乙酰 化 酯 或 相应 的 酰 化 酯 而 测 得 。 中 和 一 克 乙 酰 化 油脂 所 释 放 的 乙酸 所 需 久 OH 的 之 克 数 称 为 乙酰 化 值 (acetylation numben), ， 可 用 以 衡量 一 OH 的 含量 。 =i PRB HBAS BRR HAG IE OEM PAUSE ABZ}, DRI. EMEA BEE wes 一 、 磷 酸 甘油 酯 类 的 通 式 和 命名 磷酸 甘油 酯 是 甘油 中 的 两 个 醇 羟 基 与 脂 酰 基 成 酯 ， 而 第 三 个 醇 羟 基 与 磷酸 成 酯 ， 磷 酸 再 与 含 羟基 的 氮 碱 或 其 它 含 羟基 的 小 分 子 化 合 物 脱水 形成 磷酸 二 酯 键 ， 通 式 如 下 ， O CH,—O—C—R peed OCH O CH oo-x 0- 磷酸 二 酯 键 X 代表 含 羟基 的 氮 碱 或 其 它 醇 类 衍生 物 。 上 式 中 除去 一 95X 外 的 剩余 部 分 称 为 磷脂 酰基 。 磷 脂 酸 的 结构 为 : O O CH,-O-=C-R Re-C-0—CH O 磷脂 酸 CH Oo_P_oH OH 37 Ast Psp hi aight Sn- 7) 3k L-a- mi 这 是 从 磷酸 甘油 的 类 型 来 命名 的 。1967 年 国际 sai ma 化 学 联合 会 及 国际 生物 化 入 会 (IUPA 一 IUB ) 生物 化 学 命名 委员 会 所 采用 的 命名 法 其 原则 如 于 pt 训 中 间 的 碳 原 子 即 成 为 生性 碳 原 子 ， 把 这 个 碳 原子 编号 为 2 。 在 投影 式 中 ， 2 上 面 的 碳 原子 编号 为 13 也 下 面 的 碳 BF WAZ, 2-MBESHAAW, Wit MRA So-WR L-c-B, Pets : x A SAGE re O CH,OH eat Re ee ees rl O ‘Soci bn CH, -O- P08 | hill . CH,OH (Sn- -甘油 -1 磷酸 ) OH (¢ Sn- fay RR) Bs 天 然 磷酸 甘油 酯 中 的 磷酸 甘油 都 属 Sn- 甘 油 -3- 磷酸 类 型 或 EL- 型 ， 有 时 写成 L-&- 型 是 由 于 甘油 的 1 ， 3 碳 原子 都 称 <- 碳 原子 | 二 、 生 物体 中 常见 的 几 种 甘油 磷脂 © fl ea; a Seam 在 生物 体 中 ， 磷 脂 的 功能 是 多 种 多 样 的 ， 所 以 各 种 磷脂 结构 不 同 ， 荔 能 也 各 异 。-- (一 ) 磷 脂 酰 胆 碱 ( Phosphatidylcholines ) ich PARADA TE DSH LASSER, BGA 8 —10%, MH IB CLecithin) , AG 名 为 L-o-BEIR REAL. HHI: | O \ O CH,O—C—R got L-a- 磷 脂 酰 胆 碱 by 0.) cent at (CHg), ds ie 胆 碱 基 RS 卵 磷 脂 分 子 中 的 脂 酰 基 随 来 源 不 同 而 异 ， 天然 卵 磷脂 常常 是 含 几 种 不 同 脂 酰基 卵 磷脂 的 混合 物 。 其 中 常见 的 脂 酰 基 有 软 脂 酰 、 硬 脂 酰 、 油 酰 、 亚 油 酰 、, 亚 麻油 酰 和 花生 四 烯 酰基 等 。%- 位 的 脂 酰 基 通 常 是 饱和 脂 酰 基 ， 而 B- 位 的 脂 酰基 则 为 不 饱和 脂 酰 基 。 卵 磷脂 呈 两 性 离子 (amphoterie ion) 形式 。 如 果 把 卯 磷脂 的 结构 式 写成 如 下 形式 ， 则 可 看 出 该 分 子 一 端 为 非 极 性 的 疏水 端 ， 而 另 一 端 则 为 极 性 的 亲 水 端 。 38 O H | NL | Ae R—C—O—C—H 7 Pm O cx? O | + ae | SKI dia 由 于 这 类 化 合 物 一 一 端 素 水 ，_ 端 玖 水 ， 因而 称 为 单 极 性 化 合 物 Camphipathic Comp- ound), RAH RRA AK HE, WER PME , MRT B PUR. AE DEHIK 2 I8 ORNS SY F IB AR ALF EA AB, AR SS} RK A Belhs TUAR AK UU MOE, TRE RM AKT . RAESEA haa, Hpk me 5 ONBE MRN BE ZK mEROARAD, REA IRS RN BIRE TE SRN AT ALAR PE PE Cs aa A EE hea A I A 脂 质 和 幅 男 醇 等 的 得 力 助手 。 所 以 当 大 或 动物 体内 甲 基 供 体 -S- 腺 奉 甲 硫 氨 酸 缺 乏 时 ， 体内 ebsites lal auchiga iat hi 临床 常用 胆 ik RE AT AD. 5) (2) BBR ABEK ( Phosphatidylethanolamine ) | PACH MILE A RO, WX AO, Ree: O \ | R’—C—O—CH O b,—0_b_o_cucun, 人 脑 磷脂 的 伯 胺 基 经 甲 基 化 即 生成 卵 磷脂 。 从 其 结构 可 以 看 出 其 性 质 与 卵 磷 脂 相似 。 但 卵 脂 HAS ALR ET. ORE TR TOR NR ME BEY ZEEE, DRESS. | BCU BE NPT BE CARER SMPTE), AMZ ARRIETA, AEE LAMAN 一 性 质 的 差异 可 以 把 它们 分 开 。 so 另外 还 有 二 秋 售 所 竺 油 磋 脂 ， 称 丝氨酸 杰 脂 ， 其 氮 碱 部 分 是 - _ ee ect (ea MRE. shea its Zp 3, 4s Ash fe 2% GAH Ze — pho BPI SESE Ab HT AAR OR NTA, | es Re ; — ( Plasmaloger 或 Acetaiphosphatide ) a ae es REE NSH DE NS BE RTRB 3) y 与 上 述 卵 磅 脂 或 脑 磅 脂 -一样 。 TU EM + BIER 有 有 - ct «BORE TAKER NHS HOM Hi Bes UAT eke eh hie o8s— 4 IG D5 RE RIS EG AS ZK TU Ry EEE SH TT era Tae 39 O OH H \ ie. g Ey g HH g 缩 醛 磷脂 的 结构 式 如 下 ， O CH,—O—CH=CH—R \ aD cake rr 7 A Rion ( 或 乙醇 胺 或 丝氨酸 ) 0- 在 缩 醛 磷脂 中 的 脂 酰 基 多 为 不 饱和 脂 酰 基 ， 烯 醚 的 烯 基 为 顺 式 构 型 ， 其 碳 原子 数 可 在 Ci 一 Cis 之 间 ， 有 时 还 有 分 枝 链 。 缩 醛 磷脂 大 量 存在 于 动物 的 脑 组 织 和 心脏 组 织 的 细胞 膜 HA. (四 ) 磷 脂 酰 肌 醇 (Phosphatydyl inositol ) 磷脂 酰 肌 醇 也 称 肌 醇 磷脂 ， 是 无 氮 的 c- 磷 脂 酸 衍生 物 之 一 。 水解 产生 一 分 子 甘 油 、 一 分 子 四 - 肌 醇 、 二 分 子 脂肪 酸 和 !1 一 3 分 子 HsPO,。 在 这 类 磷脂 中 ， 肌 醇 代 替 了 上 述 磷脂 中 的 羟基 含 氮 碱 与 磅 脂 酸 的 磷酸 基 团 形成 磷酸 二 酯 键 。 肌 醇 是 环 已 六 醇 ， 有 九 种 立体 异 构 体 ， 其 中 两 种 有 旋光 性 ， 七 种 为 消 旋 型 ( meso 一 form ) 。 如 不 加 说 明 则 WALES HA mm= 肌 醇 (mysolinositol ) 。 其 结构 为 ， HO HQ OH H OH H OH -0—d—0Q sie | H—-29—-0~—-I9— 4 y— 9 —O —'HD 4— PRL BEG MK WL AF 4, 5- BR RA (phosphatidylinositol-4-phosphate) (phosphatidylinositol—4, 5—-biphosphate) 40 “在 磅 脂 酰 肌 醇 中 肌 醇 的 C-4 和 C-5 ERE HS BLO RAL WR Ha 4 PR LBS Bk 4, 5- 二 磷 FH HE HLF : 磅 脂 酰 肌 醇 和 其 它 磷脂 一 起 存在 于 生物 体 中 ， 动 物 脑 中 最 多 ， 而 且 4- 磷 酸 磷脂 酰 肌 醇和 4,5- 二 磷酸 磷脂 酰 肌 醇 两 种 占 一 半 以 上。, 近 年 来 已 育 许 多 实验 证 明 ， 4, 5 二 磷酸 磷脂 酰 WLR 的 水 解 产物 三 磷酸 肌 醇 象 CAMP 一 样 是 生物 体内 许多 钙 联 受 体 的 第 二 信使 。 (五 ) 二 磷脂 酰 甘 油 是 由 两 个 磷脂 酰基 各 使 一 个 甘油 分 子 的 1, 3- 位 羟基 酯 化 而 成 的 。 其 结 构 如 下 式 ; NS O bei ads O O cH,—o- eR H?-o-0 CH,-OSC—R R’ ss O OH oo | Pot 0 e cn eo bu, 7 上 和 磷脂 酰基 甘油 基 \\ 磷脂 酰基 二 磷脂 酰 甘 油 最 初 是 从 肝脏 中 分 离 获得 的 ， 故 又 名 心 磷脂 。 心 磷脂 存在 于 动物 特别 是 人 的 线粒体 膜 中 。 线 粒 体 膜 分 内 外 两 层 其 干 重 30% 为 脂 类 ， 而 膜 脂 中 磷脂 占 90% ， 内 膜 含 心 磷 。 脂 很 丰富 。 最 近 研 究 表明 ， 心 磷脂 是 唯一 有 抗原 性 的 脂 类 ， 可 应 用 于 梅毒 血清 的 疹 断 。 在 植 物体 中 也 有 心 磷脂 存在 ， 但 其 中 一 个 甘油 分 子 只 有 一 个 产 基 与 磅 脂 栈 成 酯 ， 称 为 单 磅 脂 酰 甘 油 贾 。 三 、 甘 油 磷脂 的 性 质 甘油 磷脂 和 三 酰 甘油 一 样 ， 其 酯 键 可 被 酸 、 碱 、 酶 等 催化 水 解 。 甘 油 磷脂 中 具有 磷酸 二 酯 键 ， 在 酸 、 碱 、 人 里 只 介绍 一 些 酸 、 碱 催化 的 水 解 反应 机 制 。 (一 ) 磷 脂 中 磷酸 二 酯 键 的 酸 水 解 一 般 来 说 二 烷 基 础 酸 二 酯 比 一 烷 基础 酸 酯 和 三 烷 基 磷酸 三 酯 难以 在 酸 催化 下 水 解 。 烷 基 磷酸 的 共 生 酸 ， 实 际 上 是 以 100% 的 烷 氧 断裂 形式 水 解 。 不 解 离 的 形式 则 以 70 一 80% 竟 烷 氧 ， 断裂 形式 水 解 ， 其 它 则 以 P 一 9 断裂 形式 水 解 。 烷 氧 断 裂 方式 的 水 解 与 三 酰 甘 油 中 的 烷 氧 断 裂 方式 相同 。 磷 氧 断 裂 方式 如 下 式 ; O 以 O 1 O | 四 | [; R—O—P—OH ==R—O —p—O9—> ROH +| P= O m4 OR’ O—R’ OR’ | waste HO 人 4] 如 果 在 磅 酸 二 酯 键 的 邻近 有 覃 酸 一 酯 键 的 邻近 有 一 邻 位 状 基 ， 则 其 酸 水 解 反应 更 复杂 。 在 此 情况 下 可 产生 环 RR. BIS TH, - ae at Why C 2 上 如 果 已 经 脱 酰 并 产生 自由 羟基 ， 则 其 水 解 情 况 示 如 图 CH,-O~ HO=CH “of! ANN Bs ; 证 hy bH,-0- 8-08 bf he > y OH . CH,-O- ” hoes ~O-CH oe | ; be ze eat, i CH, \ | | oe Nea) ‘ 4 P=O O— pies) Spo SG OR > sate The H QO. ,O-CH of 4,0 Bl AS SAF P | yO / cr 人 1 江 Ps 3 MO O-—CH, GO 一 市: CR 二 马 帝 入 Py ol) is HO 一 P 一 O 一 CH 用 本 a ne EN H* Oo | ia oO 4 SE Yr Sie CH,OH CH,O—P—OH jf) CH,—O~ CH,—-O CH,5O~ or as H C O by amet = — -一 ( — oO. ye CH A tt a 3 : ra b HO* O=CH oO ~O@-CH , . i . i a R Tae of 1" mA 3 oz: H,0 || 4,0 F Boh Wt «A. | Et PS CH,-0- © O CH,-O- if ia an s Woe aie the f ; HO-CH. 9 } 5 an 2 7 jy CH,OT FOR OB | CHJQH)? ()/ rk ht heh ee a OH | al ig 了 CH,-O- ANE RE TE -H ; ie CH + ROH oO i oO ~o-CH; “ i 的 一 aA 4,90 Y NS o id CH,O~ \ ; ; \ HO-F-O-CH Hoe Oo 站 if CH,OH CH,O-P—-OH aey \ | OH 图 2 一 1 4 C-2-OH #F Ze F AM BRAG BY AR 7k fF tt E 42 (二 ) 磷 脂 中 磷酸 二 酯 键 的 碱 水 解 在 一 般 情 况 下 二 烷 基 础 酸 二 酯 在 碱 性 溶液 中 不 易 水 解 。 因 为 在 碱 性 溶液 中 二 烷 基础 酸 酯 的 磷酸 根 负离子 与 OH 相互 排斥 。 但 如 果 在 磷酸 二 酯 键 邻 位 有 一 产 基 ， 则 由 于 碱 的 作用 使 邻 位 羟基 亲 核 攻击 磷 原 子 而 形成 环 磷酸 酯 中 间 物 。 例 如 甘油 部 分 已 脱 酰 的 磷脂 酸 肌 醇 在 碱 性 溶液 中 进行 的 水 解 反应 随 一 9 也 亲 核 攻击 时 离 去 的 基 团 不 同 ， 而 呈 三 种 不 同 机 制 。 1。 机 制 A, 因 甘 油 负离子 被 排斥 离 去 而 形成 一 种 环 磷酸 酯 。 如 图 2 一 2。 图 2 一 2 具有 邻 位 羟基 的 磷酸 二 酯 键 的 碱 水 解 历程 A 43 2。 机 制 Bs 由 于 肌 醇 负 离子 被 排斥 离 去 而 形成 环 磷酸 楷 。 如 图 223 划 出 训 届 一) THOR — BAS SAR 4 HO:--.--H —Q —CH | 0. ) CH, aos / 0— P—o a OH HO OH HO OH THT Arn... CH20OH ' CH,OH anh | JHO 一 CH o> 5.0 ee V, + | CH, —o0— p—o- CH,0H ‘O- 图 2 一 3 AS ASAE RK Ree Ke OB 3, 机 制 C: AT REW REAR UMAR ARTES ME, TIERRA. 如 图 2 一 4。 44 一 一 一 OH 图 2 一 4 具有 邻 位 羟基 的 磷酸 二 酯 键 的 碱 水 解 历 程 C 一 般 来 说 形成 环 磷酸 酯 比 形成 环 氧化 合 物 中 间 物 更 有 利 。 两 种 环 磷酸 酯 又 倾向 于 按 机 制 A 进行 ， 因 为 甘油 负离子 为 伯 醇 负离子 ， 它 比 肌 醇 的 仲 醇 负离子 碱 性 弱 ， 易 于 被 排斥 。 环 氧 化 舍 物 之 所 以 形成 主要 是 由 于 肌 醇 -1- 磷 酸 负离子 是 一 个 较 易 离 去 的 基 团 。 第 三 节 WB ie # ASHWTSMARHRRAABR. BROKE, KERR SR 醇 产 基 脱 水 而 成 酯 键 ， 而 是 由 脂肪 酸 与 鞘 气 醇 的 氨基 脱水 而 成 酰胺 键 。 RXRA N-RES Re, 或 神经 酰胺 。 和 “可 H 1“ x4 R-D-A CH,(CH,),,—C =C —C —C —CH,0H ae ( 反 -1,3- 二 产 -2- 氨 基 一 十 八 -4- 烯 ) OH NH, i ms | H Oy R-D-HRBAG CH,(CH,)1,—C=C —C —C —CH,0OH 是 ( 反 -1,3- 二 羟 -2- 氛 基 廿 -4- 烯 ) OH NH, CMA ER LO hel ， 神经 酰胺 H OH NH—C—R (Ceramide) | O fo 228 BE FR RO AB FL Dk DR AS UTE NRA (Sphingomyelin), 4 4n Pst 45 H H Ou ah , «senso aia er CH,(CH,) ae ae a —CH.—O—P-—0—CHsCH) = N(CH oh. | OHNH O- 6=0 er St Nee ¥ | “二 fu HO fy R ) 9 iy 神经 酰胺 磷 酰 胆 碱 册 磷 脂 首先 是 在 脑 和 神经 细胞 中 发 现 ， 成 人 脑 白 质 中 20% 的 磷脂 是 辅 磷脂 。 脑 白质 辅 磅 脂 中 的 脂 酰基 通常 含 24 或 26 个 碳 原子 。 成 人 的 脑 灰 质 中 也 含 蒜 磷脂， 但 其 中 的 萌 大 脂 常 由 十 碳 永 氟 醇 衍 符 而 来 》 其 中 的 脂 酰 基 常 为 省 类 酰基 。 WR RAR eh, WAR KAA RENKRAE, BM 磷脂 酰 胆 碱 的 两 性 离子 Ce PHZ) 2. Bl ite A SESSA IEA. AUGER, CORIEEOK, TE RNP set 8 wR AO, 39-90 HR TA —. Hie Rig (glycosyl soy fely terol” ARR Pb SE SEA I WR 等 以 糖 RE A Rs HURTS. A beEFR ee, Oa EERE D 市 也 广泛 存在 ， 但 在 动物 中 却 很 少 发 现 。 2 se OR O ‘ 4 GoHS — GHLOFETR, 352 olor OH |) GR/—C=o4cH cA bane |p Se9UR Be Hh ih H 7— O—CH, OH H | he “pss a4 O OH ya \ Ne en i el laa H yi si 0 Ros rs - 存在 干 植物 叶绿体 中 。 站 a \—o-—— ch, ||| San AUA, \OH Hi 人 酰基 96 % 为 亚麻 脂 酰基 46 SO,;H O N CH, O CH,O—C—R : \ +o LE 陆 基 -6- 脱 氧 葡萄 糖 二 酰 甘 油 ， Xb Bip 存在 于 植物 叶绿体 中 on }— ) OH 0 | / CH.0H CH.,OH O CH,—O—R Gah 0 加 元 攻克 二 的 和 tk ”| eA a eT Ci HO /L__ INO HO /———O——CH, ‘ya H H 甘油 醇 糖 脂 多 存在 于 高 等 植物 中 ， 养 椎 动物 神经 组 织 中 也 含有 ， 如 Ae CRH 二 、 鞘 糖 脂 〈(gtycosphingolipid ) 精 糖 脂 比 甘油 醇 糖 脂 更 为 重要 。 生 物体 内 的 靖 糖 脂 可 分 为 三 类 。 (一 ) 中 性 单 糖 基 峭 糖 脂 或 单 糖 基 脑 糖 脂 ( ce rebroside ) 在 脑 独 脂 分 子 中 含有 一 个 神经 酰胺 ，- 以 其 C-1 瓷 基 与 -; 单 糖分 子 ( 半 乳 糖 、 葡 萄 糖 等 ) 以 糖 背 键 结合 ， 结 构 通 式 如 下 〈 这 里 的 糖 昔 基 为 半 乳 糖苷 基 ) ， CH,0H OH |__ me oH ve Hz ONG Lobonal fa yg H — O—CH,—C—C—C=C—(CH,),,.CH; WAoa -H | pis Je | rane NH OH H H H | H OH C=O | R 根据 脑 糖 脂 中 所 含 酰基 不 同 又 分 为 如 下 几 个 亚 类 1. fH HAR C kerasine ) fy HRMS Cos. Coy. Co, 等 饱和 脂 酰 基 ， 其 中 以 甘 四 酰 为 主 。 例 如 47 OH | H H fi ‘a. H — O—CH,— C—C—C=C—(CH,);,CH, OH H/ ee | ae | NH OH H H H | C=O (CH2)22.CHy, 2, FeRGEAR (nervone ) . H ae MMPS. ERS OMR( HAR), 结构 为 wee 8 H (CH,):1sCOOH, 有 时 也 合 Cos 和 Cre Hite. 3。 Fehon is ) Fei ies AR SA ro ek A MALAY A BE A PR, —AG2-RU ORE, A— FPR 2- FE Ue -15- BL: PA AAS RI Baty SVG H 7 ’ CH.«CHD,—C_CooH 2- 羟 廿 四 酸 OH H CH,(CH,),—CH=C H—(CH;),,—C—COOH OH 2-F2 tt Pos -15-R EA AR HES fos FF AE PLB C—3 ak C—6 RM RBH C 一 3 BE 被 酰 化 ， xe i A PR. BE. PART ES. ARA—-AB HA, RAPP HN C—3 羟基 被 H.SO, 所 酯 化 ， 称 为 脑 硫 脂 。 其 中 所 含 脂 酰 基 常 为 C:* 一 Ce， HW2-HH 酰 为 最 普遍 ， 这 种 脑 苟 脂 在 脑 白质 的 半 乳 糖 脑 昔 脂 中 很 丰富 ， 其 它 组 织 亦 含 有 之 。 (=) FEE HY BE NS a PE SE mF A Ae Ba Male, AAs AR LASS RE Se, eS Ay. =HPROT PRA TMNT, ROR RRRETAE WRATH. AMR = 要 鞘 糖 脂 结构 如 图 2 一 5。 48 H 《 CH Oil Ox But Ss p27 | | CH,OH CH,0H 0 = 二 0 att oi Sas a anny HO- OH HO- OH ney H-C-OH nan cH 图 2-5 A 20 3 Bia BR ty EH 8 (= ) AT Fe ( ganglioside ) MARA MARKS -AREBAATM. Bt Weis N-Z wim N- BORIS 氨 酸 。 神 经 节 糖 脂 存 在 于 大 脑 灰质 中 ， 为 细胞 膜 的 一 个 组 分 。 这 些 闹 糖 脂 也 存在 于 脾脏 、 肾 ” 脏 和 其 它 器 官 中 。 有 一 种 神经 节 糖 脂 结构 如 图 2 一 6。 此 神经 节 糖 脂 的 寡 糖 中 只 有 一 个 唾液 酸 Beak, 称 为 单 唾液 酸 神经 节 糖 脂 。 此 外 还 有 一 些 神经 节 糖 脂 含 有 两 分 子 或 三 分 子 唾液 酸 。 OHCH2OH JWCH:OH -一 一 一 - 人 BRI 站 二 CH ER -0 Z HO DNBY fb oe CH op HC-OHO ig NIE Nara i le ree CH; OH HOS, 这 HO a tee Ss HO HC-OH . HC-OH ‘CH ak i CH,0H 图 2--6 一 种 神经 节 糖 脂 的 结构 三 、 糖 脂 的 性 质 及 功能 糖 脂 与 磷脂 、 相 比 , WIMBSE (E29 THO CRAP RE NR, 因而 它 也 是 单 极 性 分 子 。 在 细胞 膜 中 ， 糖 脂 的 非 极 性 脂 酰基 端 伸 入 膜 双 层 中 ， 而 极 性 的 糖 链 则 伸 出 细胞 膜 外 表面 。 膜 糖 脂 已 证 明 可 作为 细胞 表面 的 可 溶性 调节 分 子 的 受 体 。 在 糖 脂 中 ， 朝 糖 残 基 中 的 特殊 序列 已 证 明 能 识别 霍乱 毒素 、 干 扰 素 、 巨 细 胞 移动 抑制 因子 和 甲状 腺 激素 等 。 各 种 细菌 性 肠 毒素 受 体 ， 在 性 质 上 也 都 属 糖 脂 类 。 糖 蝇 也 构成 仙台 病毒 \ 病毒 性 风疹 病毒 和 细菌 性 噬菌体 等 各 种 病毒 颗粒 的 细胞 表面 受 体 。 带 有 ABH 专 一 性 的 红 球 膜 抗 原 ， 属 精 糖 脂 类 ， 能 与 适当 血清 抗体 结合 。 在 调节 某 种 细胞 疏 社 交 性 ， 如 组 织 专 一 性 种 类 和 细胞 间 的 配对 反应 等 时 ， 糖 脂 也 起 重要 作用 。 邻 近 细 胞 表面 糖 脂 的 专 二 性 识别 和 粘 附 ， 可 能 是 细菌 、 酵母 细胞 和 单 细 有 有 有 机 体 间 配 对 所 必需 的 前 奏 ( 这 种 相互 作用 也 包含 糖 蛋白 ) 。 上 面 所 介绍 的 脂 类 化 合 物 都 属于 脂肪 酸 的 衍生 物 ， 多 数 是 脂肪 酸 酯 。 另 外 还 有 一 些 脂 类 化 合 物 不 属于 脂肪 酸 酯 ， 只 有 以 有 机 溶剂 提取 时 它们 才 与 以 上 脂 类 一 起 提取 出 起 ， 在 生物 体内 它们 又 常 与 以 上 脂 类 共存 。 49 第 五 节 人 省 类 化 合 物 ( Steroids ) SAMOA, LH RES AEN TAD. 一 、 关 固 醇 骨架 结构 人 省 类 化 合 物 是 由 三 个 NER 和 一 个 五 元 环 拼 合 而 成 的 稠 环 系统 。 如 下 式 中 A、B、C 为 三 个 六 元 环 ， 刀 为 五 元 环 。4、BNC 拼合 成 的 环 称 多 氢 非 si 在 类 固 醇 分 子 中 ， 每 个 环 之 间 拼合 时 可 采取 顺 式 或 反 式 。 如 4、 了 环 的 拼合 采取 顺 式 构 型 时 ， 称 为 正 系 构 型 ;而 采取 反 式 oH RA Bl APA Callo-series configuration), KRAEHAREM, HBLEMC, 订立 间 的 拼 侣 采取 友 式 构 型 ， 然 而 在 植物 糖 背 中 的 类 固 醇 组 分 PAPA ys kaw, Hee RAR ARABS A wwA2-7. @ ADDER wt FA i ca hat | , Seta Wi Fa X ak = TAO 5 一 8 一 正 系 环 A/B Mix 环 B/C RK FC/DRK LARA ,三 Hee ab 5 2a ven BS i PIGS ah ee 1 33 一 证 过 /让 大生 人 | RK B/C RR KC/DRK 图 2 一 7 ” 正 系 和 别 系 类 固 醇 结构 实例 50 Kk RAM U-NTA eS, 如 饱和 类 固 醇 则 以 胆 省 烷 Ccholestane ), 4 简 烷 (Pregaane) 、 肉 符 烷 (estrane) 、 雄 稍 烷 (andostane) 等 衍生 物 命 和 名。 不 饱和 类 固 醇 则 以 不 饱和 碳 氢 母 核 命名 。 如 肉 省 一 1, 3, 5 一 三 烯 、 雄 省 一 1，4 一 三 烯 或 孕 省 一 1. 4 一 二 和 烯 等 。 虽 然 所 有 饱和 六 元 环 都 是 椅 式 构象 (图 2 一 7)， 但 引入 不 饱和 键 后 ,| 六 元 环 变 成 半 椅 式 构 \ 2, CERORD, UNE T RTM mS al 其 邻 位 的 两 个 矶 原子 位 夺 同 一 平面 内 ， 另 两 个 碳 原 As 子 则 一 个 在 该 平面 上 方 ， 另 一 个 在 该 平面 下 方 如 图 TO 2 一 8。 轴 向 键 取代 物 可 伸 向 环 平面 上 方 或 下 方 。 当 ‘2 OT Hid ED OBER VARS 这 样 的 取代 物 称 0) 8 三 取代 物 。 而 当 取代 物 伸 向 平面 下 方 时 习惯 以 虚 图 2 一 8 六 元 环 半 梅 式 构象 图 BRA, 这 种 取代 物 称 oS BU» 二 、 类 固 醇 化 合 物 的 结构 特点 (1 ) 母 核 第 3 位 几乎 都 带 有 一 OH。 (2 ) 角 甲 基 18 和 19 一 位 碳 原子 绝 大 多 数 结合 在 C-10 和 eh 但 有 些 雄 性 激素 例外 ， 其 角 甲 基 连 在 轴 向 键 上 而 伸 向 平面 上 方 。 2: (3 ) 在 母 核 17 一 位 上 结合 着 一 个 长 链 脂肪 烃基 。 peer 类 的 标 准 。 (,}O19T20 attend 固 醇 类 (Sterols) (+) 2) ES (Zoosterol) “SFU BRS— OF, 17-—t0 som ees -104 BF Go NEL i sc aegis NAB i n> 4 SARA ols RE Ss He in AT La A HB ees ABS 在 液 惠 药 有 273 的 胆固醇 被 脂肪 酸 所 酯 化 成 胆固醇 酯 必 其 余 则 以 游离 状态 存在 。 胆 固 酯 醇 中 的 脂肪 酸 ， 天 多 为 不 饱和 和 脂肪酸。 胆固醇 的 5，6 双 键 RR, RSH, 如 图 2-10 的 大竹 醇 和 胆 省 烷 醇 。 这 两 种 胆 仇 烷 醇 不 同 之 处 ， 在 于 ABABA NAR MMA, WEN B 二 正 系 ， 后 者 为 为 一 别 系 构 图 2 二 9 Re 3 mi, REM OE OL TL AT A AL I BE. aR REED TREE. CHEER Bal ERAS T 可 形成 维生素 D,( 反 应 见 第 五 章 维生素 总 不 功 蚊 机体 让 胆 轿 本 还 可 转变 为 多 种 固 醉 激素 ( 见 激素 一 #). CO se om art Rm es Re HURST AUPE HO ol 人 — ee’ 38 {§ BOB. EAB) fa SEBECB—~ Fi Ay BWI | Al2-10 胆固醇 还 原 产物 结构 在 CHCl, 溶液 下 胆固醇 与 乙酸 本 和 浓 HSO, 作用 产生 蓝 绿色 : 根据 此 反应 可 用 比 色 法 测定 胆固醇 含量 。 其 它 在 环 中 有 双 键 的 固 醇 都 有 类 似 的 反应 。 反 应 过 程 为 ; O CH,—C “é O CH/—CZ No H,SO, 胆固醇 一 一 脱水 胆固醇 一 一 >3 一 磺 基 胆固醇 ( 蓝 紫 色 ) (二 ) 植 物 固 醇 (Phytostero]) 植物 固 醇 存在 于 植物 细 腹 惠 ， 它 们 彼此 的 差异 有 些 是 环 土 双 键 位 置 不 同 半 有 些 是 17 一 位 侧 链 取 代 基 不 同 或 双 键 有 无 不 同 。 禾 谷 类 中 的 谷 固 醇 结构 如 图 2- 志 二 大 豆 中 的 豆 固 : 醇 与 谷 周 醇 相 似 ， 只 是 Caiz-Czs 之 间 为 一 双 键 。 一 般 植物 固 醇 比 动物 固 醇 在 17- 位 上 的 侧 链 多 1 一 2 个 碳 原子 ， 如 谷 固 醇 即 在 胆固醇 AY Coy 上 由 一 个 一 CH:CHs 取代 了 一 个 氢 原 图 2 一 11T 谷 固 醇 结构 子 ， 多 了 两 个 碳 原 子 。 而 油菜 固 醇 则 在 胆 固 醇 Cr, E#—CH, 取代 ， BT —;* RAT. (=) AA ‘ BETRE RAR HARWEAARSARER. CEAWARH PRK D., 在 结 梅 王 比 胆固醇 环 7-8- 位 多 一 个 双 键 ，17- 位 侧 链 C., 有 一 CHs MK, RABRERR 为 维生素 D，, 的 反应 见 第 五 章 维生素 。 四) 其 它 类 固 醇化 合 物 生物 体内 类 固 醇 化 合 物 很 多 ， 其 中 有 重要 意义 者 如 下 ， 1. 胆 汁 酸 从 大 胆 计 惠 可 分 离 出 四 种 不 同 的 胆 斗 琶 ， 即 胆 酸 、 脱 氧 胆 酸 、 鹅 脱氧 胆 酸 和 石 胆 酸 。 在 52 肝 中 胆固醇 经 产 化 、 环 双 键 饱和 化 、C-3 差 向 异 构 化 和 17- 位 侧 链 部 位 降解 等 步 又 ， 即 可 生 成 胆 酸 、 忽 脱氧 胆 酸 、 脱 氧 胆 酸 和 石 胆 酸 。 其 详细 反应 见 第 十 章 固 醇 代谢 。 分 泌 到 汁 中 的 胆汁 酸 实际 上 是 上 述 各 种 胆汁 酸 的 羧基 和 甘氨酸 、 牛 矿 酸 〈( NH:CH， CH,SO,H ) 中 的 - NH; 脱水 结合 而 成 的 酰胺 类 化 合 物 ， HHA ERR, 它们 的 结构 如 图 2-12。 0 i C—N—CH,CO00 ~ + HR:N 一 CH:CO0O” +R fe ae 1 a . C—N-—CH,CH,S03 + H;N—CH,CH,SO; 站 图 2-12 甘 氨 胆 酸 和 牛 磺 胆 酸 的 结构 式 | 胆汁 中 各 种 胆汁 酸 的 存在 是 胆汁 苦味 的 来 源 。 胆 汁 酸 盐 是 一 种 乳化 剂 ， 能 使 肠 腔 内 的 油 脂 乳 化 ， 并 能 激活 消化 滚 中 的 脂肪 酶 ， 促 进 脂 类 物质 的 消化 。 另 外 ， 故 脱氧 胆 酸 盐 能 使 胆 固 醇 溶 解 。 因 而 可 用 作 治 疗 胆石 症 的 口服 药 ， 它 也 能 部 分 地 抑制 胆固醇 的 形成 。 (=) Rt) (Cardiac glycoside) FS BOMRIK. ASA. AGA. BREMNER, BHR, Beet. BESSA MRO RPAH RAGA AA, CH FREAK 固 醇 C—3—OH 脱水 结合 而 成 的 糖苷 。 这 类 固 醇 配 基 是 整个 糖 音 分 子 中 的 药物 学 活性 部 分 ， 可 使 心肌 的 收缩 加 强 ， 结 果 增 加 心脏 输出 ， 降 低 静 脉 血 压 。 也 可 用 它 治疗 多 尿 症 ， 但 剂量 过 大 会 中 毒 。 强 心 苷 的 配 基 往往 包含 第 五 个 环 ， 即 五 环 内 酯 和 六 环 内 酯 ， 图 2-13 是 一 些 强 心 背 类 固 醇 配 基 的 结构 。 类 固 醇 皂苷 是 在 结构 上 类 似 强 心音 的 植物 性 糖苷 。 也 是 由 类 固 醇 配 基 和 于 糖 以 糖苷 键 结 合 而 成 。 除 一 般 类 固 醇 的 四 个 环 外 ， 它 还 有 两 个 另 加 环 。 毛 地 黄 皂 苷 结构 如 图 2-14。 皂苷 在 水 中 起 泡 ， 可 作为 油 在 水 中 的 乳化 剂 ， 因 此 可 作 去 污 剂 。 毛 地 黄 皂 苦 类 固 醇 可 与 胆固醇 及 其 它 3 一 6 一 9 也 固 醇 形成 不 溶性 复合 物 ， 可 用 作 分 析 试 剂 以 测定 这 些 类 固 酵 图 2-13 各 种 强 心 戎 配 基 的 结构 HO—¥.H CH *. « < Ting ep: CH; 第 六 节 前列腺 素 1 在 人 精液 及 前 列 腺 分 沁 液 中 含有 -- 一 种 有 生物 活性 的 脂 关 物 质 ， 它 是 长 链 苞 蜂 尼 肪 酸 经 环 化 和 氧化 而 产生 的 类 脂肪 酸 衍生 物 。 由 于 最 早 是 从 人 精液 和 羊 前 列 腺 中 提取 此 物 的 ， 所 网 称 为 前 列 腺 素 。 前 列 腺 素 是 环 状 含 对 氧 ， 具 有 20 个 碳 原子 的 脂肪 酸 ， 可 认为 是 前 列 腺 酸 的 各 种 街 生物 。 前 列 腺 酸 的 结构 如 下 式 ， H 机 全 人 人 仆人 六 不 能 站 全 性 人 AY NPR HA Per hihanan- aa nee 母体 前 列 穆 素 称 为 已 系 前 列 腺 素 (PGE), HA Ake ER Re O—e — FEE, 如 图 2 一 15。 前 列 腺 素 F 系 的 结构 特征 下 是 PGE C 一 9 酮 基 为 一 OH 所 取代 ,如 图 2 一 15。PGE 的 C 一 11 羟 基 在 pH5 一 8 可 起 消去 反应 得 PGA。PGA 经 双 键 重 排 得 PGB( 图 生 15)。 54 PGA, 图 2-15 各 种 前 列 腺 素 的 结构 图 2-16 各 种 前 列 腺 素 的 结构 差异 55 四 种 前 列 腺 素 结 构 差异 可 示 如 图 2-16、 因 2-15 中 Fa. Pe, ALB 等 后 面 的 注脚 字母 1、2 3 代表 它们 的 双 键 数目 及 位 置 同 ER. 前 列 腺 素 的 功能 是 多 种 多 样 的 ， 最 初 认为 它们 能 调节 平滑 肌 的 收缩 与 松 驰 ， 并 有 降 血 压 作用 ， 又 能 引起 分 娩 及 流产 。 近 年 来 发 现 它 们 可 以 通过 对 其 它 ' 激 素 的 作用 ! 而 影响 脂肪 的 水 解 。 它 们 对 血小板 的 凝聚 和 骨 液 的 分 泌 等 有 抑制 作用 。 第 七 节 is & A 由 于 大 部 分 脂 类 实际 上 不 溶 于 水 ， 因而 它们 在 血浆 中 的 运输 是 与 专 一 性 蛋白 质 相 结合 完成 的 。 实 际 上 在 血浆 中 没有 哪 一 种 脂 类 不 是 与 蛋白 质 相 结合 的 。 这 些 脂 蛋白 运输 系统 为 组 织 提 供 脂 类 物质 〈 主要 是 三 酰 甘 油 ) 以 用 于 氧化 放 能 或 形成 贮 脂 。 这 些 蛋 名 质 约 有 20%% 在 肠 粘膜 上 制造 ，80% 在 肝 中 形成 。 脂 蛋白 中 紧密 结合 的 脂 类 分 子 和 多 肽 之 间 不 存在 共 价 键 。 血 浆 脂 蛋 白 所 运载 的 脂 类 除 磷脂 酰 胆 碱 、 磷脂 酰 乙醇 胺 等 极 性 脂 和 三 酰 甘 油 等 非 极 性 脂 外 ， 还 有 胆固醇 及 其 酯 。 非 极 性 的 三 酰 甘 油 和 胆固醇 隐藏 在 内 部 ， 多 肽 链 的 亲 水 部 分 和 甘油 磷脂 分 子 的 亲 水 头 部 构成 一 水 溶性 外 过 ， 如 图 2-17。 血浆 在 高 速 离心 时 ， 脂 蛋白 则 根据 其 漂浮 常数 和 密度 不 同 而 分 开 。 按 脂 蛋 白 密度 的 不 同 分 为 四 种 不 同 组 分 ， 即 极 低 密度 脂 蛋白 (VLDL), 低 密 度 脂 蛋白 (LDL) 、 高 密度 脂 和 蛋白 《HDL 和 极 高 密度 脂 蛋白 (VHDL) 等 。 每 个 组 分 含有 一 种 以 上 的 载 脂 蛋 白 。 根 据 电 锁 观察 ， 分 离 的 脂 蛋 白 组 分 呈 球 形 ， 密 度 愈 高 的 组 分 其 球形 直径 愈 小 。 一 些 载 脂 蛋 白 的 所 基 酸 序列 已 经 弄 清 。apo 一 C I .apoC I 和 apo 一 C 焉 各 含 57 、95 和 97 个 氢 基 酸 残 基 ! apoAII 含 245 个 氢 基 酸 残 基 *apoAI 则 是 由 含 77 个 氮 基 酸 残 基 的 两 个 相等 亚 基 通过 二 硫 键 连 结 而 成 的 二 聚 体 。 人 血浆 中 各 种 脂 蛋 白 的 特征 示 如 表 2 一 4。 表 2 一 4 各 种 血浆 脂 蛋 白 的 特征 性 质 TDi. LD HDL VHDL 密度 : 0.95-1.006 1.006—1.063 1.063—1.210 >a 直径 (A) 300 一 750 200 一 250 100—150 100 漂浮 常数 ,4 12 一 400 0.12 电泳 组 分 B B a a mg %/100m1 13 130—200 210— 400 50—130 290—400 UE 1 AA % ) 蛋白 质 9 21 33 57 磷脂 18 22 29 21 胆固醇 7 8 7 3 胆固醇 酯 15 38 23 14 三 酰 甘 油 50 10 8 5 自由 脂肪 酸 1 1 一 一 - 脱 辅 基 蛋 白 ， 主要 成 分 B,CI.CI.CH. B AI,ATI | AI, AI 次 要 成 分 ie a a CI.CE.©#.D.E 载 脂 特征 9 主要 是 三 酰 甘 油 、 高 胆固醇 亚麻 ”高 磷脂 酰 胆 碱 和 胆 固 BH ME A a AY BE WR AE 醇 亚 麻 酸 酯 脂 等 含 磷 组 分 eeEKRERST ‘ ih & AAR 多 肽 链 的 朴 水 部 分 图 2 一 17 血浆 酯 蛋白 载 酯 图 BI FAIA IR 一 、 生 物 膜 的 种 类 和 组 成 于 所 有 活 细胞 都 由 70 一 100A 的 细胞 膜 包围 着 。 此 外 真 核 细胞 具有 一 系列 专门 化 的 细胞 内 ”细胞 器 昼 每 种 细胞 器 也 都 是 由 膜 包 起 来 使 之 彼此 隔 开 的 。 如 细胞 核 有 核 膜 ， 线粒体 有 线粒体 膜 ， 叶 绿 有 有 类 圳 体 膜 等 ， 此 外 还 有 溶 酶 体 膜 、 高 尔 基 体 膜 、 内 质 网 膜 等 。 虽 然 这 些 膜 成 分 的 结构 和 功能 各 异 , 但 它们 都 含有 单 极 性 脂 类 。 由 于 膜 的 种 类 不 同 ， 脂 类 含量 可 在 20% 一 80% 之 间 变 化 ， 其 余 主 要 为 蛋白 质 。 动 物 细胞 膜 中 脂 类 和 蛋白 质 含量 之 比 一 般 为 1:1; 但 线 HAARAG 20% 脂 类 ， 蛋 白质 约 为 80%; HRMMRS A 80%% 的 脂 类 而 只 有 20% 的 蛋白 质 。 天 然 膜 除 脂 类 和 人 蛋白质 外 ， 还 有 少量 糖 类 (小 于 10%) 与 蛋白 或 脂 类 共 价 结合 。 膜 中 的 脂 类 成 分 主要 有 三 大 类 , 它们 的 含量 次 序 如 下 : 磷脂 、 类 固 醇 及 其 酯 、 糖 脂 。 膜 磷 脂 包含 磷脂 酰 胆 碱 (P.C) 、 磷 脂 酰 乙醇 胺 (P.E)、 磷 脂 酰 丝氨酸 (P.S)、 磷 脂 酰 甘油 (P.G)、 磷脂 酰 肌 酵 ， 此 外 还 有 缩 醛 磷脂 和 鞘 磷 脂 等 。 膜 糖 脂 中 , 甘油 糖 脂 广 布 于 细菌 和 植物 中 , 动物 中 极 少 , 但 精液 中 的 一 种 糖 脂 (Semino Lipid) 一 1 一 O 一 软 脂 酰 一 2 一 O- 一 软 脂 酰 一 3 一 6 一 D 二 (3/ 一 磺 基 ) 一 半 乳 糖 一 95a 甘油 ， 是 唯一 例外 ， 它 存在 于 动物 睾丸 和 精子 中 。 HARHIE 和 鞘 糖 脂 普遍 存在 于 动物 细胞 膜 中 ， 在 植物 及 微生物 中 则 含量 稀少 。 表 2 一 5 是 一 些 膜 的 脂 类 成 分 近年 来 已 利用 各 种 生物 膜 在 脂 质 上 的 相似 性 来 判断 细胞 器 的 亲缘 关系 。 例 如 鼠 肝 和 和 牛 肝 Fh ARB Set = 粗 内 质 网 膜 廊 高 尔 基 体 膜 < 细胞 质 膜 、 这 意味 着 在 生物 起 源 过 程 中 是 先 形成 粗 内 质 网 再 形成 高 尔 基体 最 后 生成 质 膜 ， 因 为 精 磷脂 是 在 膜 合成 后 才 合 成 ， 所 以 从 和 蒜 57 表 2 一 5 各 种 膜 的 膜 脂 含量 及 脂 类 成 分 膜 的 来 源 Ieee ARM P.C S.M P.E P,I P.S P,.G 糖 脂 fi iF 细胞 膜 30--50% 20 64 17 11 2 内 质 网 膜 ( 粗 ) 15-30% 6 55 3 16 8 3 一 内 质 网 膜 (光滑 ) 60%% 10 55 12 21 6.7 线粒体 内 腊 20 一 25% <3 45 2.5 25 6 1 2 线粒体 外 腊 30—40% <5 50 5 23 13 2 2.5 核 腊 15—40% 高 尔 基体 膜 60% Yer Bi Ak ME 20—25 % 1 37 35 18 i 牛 心 线粒体 膜 23 17 16 16 0.8 8 痕 量 人 红细胞 膜 鼠 红 细胞 膜 40% 24 31 8.5 15 226 RG 3 鼠 脑 突 触 体 50% 30 24°) oa 2 oe Fa Hii BE 60—70% 22 11 6 14 7 21 “+ Joi fi 22 10 Re iv: 45 1 9 28 大 肠 杆 菌 细胞 膜 ”20 一 30% 0 — 12 72 16 叶绿体 腊 20--30% 0 4 . 1.5 6 55 磷脂 的 含量 ， 可 以 判断 各 细胞 器 形成 的 先后 次 序 。 又 如 线粒体 膜 和 细菌 细胞 膜 的 一 大 脂 酰 甘 油 的 高 含量 ， 已 作为 证 明 线 粒 体 是 从 共生 细菌 进化 而 起 源 的 证 据 。 各 种 膜 脂 除了 在 组 成 上 有 不 同 外 ， 其 脂 酰基 的 种 类 也 显示 很 大 差异 。 现 已 证 明 许 多 膜 脂 的 脂 酰基 不 是 随机 的 。 各 种 柄 脂 基 的 分 布 具有 品种 、 组 织 、 细 胞 器 、 代 谢 状态 等 高 度 特 色 5 例如 ， | (1 ) 绝 大 多 数 生 物 膜 脂 其 脂 酰 基 都 是 偶数 碳 原子 ， 虽然 在 自然 界 也 存在 奇数 碳 的 脂 酰 基 ， 但 在 膜 磷脂 中 其 含量 几乎 不 会 超过 2 % 。 | (2 ) 枝 链 和 环 状 脂 酰 基 在 膜 磷脂 中 很 稀有 ， EEA TRPLSCIAEA SNES aaa 胞 膜 中 。 (3) 在 膜 脂 中 不 饱和 脂 酰 基 的 不 饱和 程度 可 以 多 到 六 个 双 键 ， 但 以 18:1、183:2、 3 和 18:4 等 不 饱和 脂 酰 基 为 主 ， 其 总 量 占 总 不 饱和 脂 酰 基 量 的 90% 以 上 。 (4 ) 多 和 与 不 饱和 脂 酰 基 的 比例 ， 从 一 种 膜 到 另 一 种 膜 变 化 很 大 。 如 细胞 膜 有 畴 含有 高 比 例 的 饱和 脂 酰 基 ， 而 线粒体 膜 则 具有 较 高 比例 的 不 饱和 脂 酰 基 。 生物 膜 的 蛋白 质 构成 膜 总 量 的 20 一 80% 。 如 红细胞 膜 含 20% 的 蛋白 质 ， 而 线粒体 内 膜 则 蛋白 质 含 量 高 得 多 。 在 膜 中 有 些 蛋白 质 是 酶 ， 其 它 一 些 蛋白 质 则 起 着 结合 和 运输 极 性 分 子 的 作用 ,使 它们 能 穿 过 膜 。 各 种 膜 蛋白 在 在 膜 上 的 结合 位 置 及 状态 是 不 同 的 有些 松 驰 地 结合 Ze, PROM) ad EA ok ATER (Peripheral 或 extrinsic Proteina) 。 另 一 些 膜 蛋白 则 埋 六 膜 结构 内 部， 甚至 完全 伸展 而 通过 膜 , 这 些 蛋白 称 为 膜 的 本 体 蛋 白 或 内 在 蛋 自 (integral or intrinsic protein)， 前 者 易于 从 膜 上 提取 出 来 ， 而 后 者 只 有 用 去 污 剂 或 有 机 溶剂 才能 提 58 出 。 膜 中 的 糖 以 寡 糖 链 共 价 结合 于 蛋白 上 ， 形 成 糖 蛋白 ， 有 人 少量 的 糖 以 共 价 结合 于 萌 磷 脂 上 形成 糖 脂 。 存 在 于 糖 蛋白 和 糖 脂 中 的 糖 主要 有 半 乳 糖 、 甘 露 糖 、 岩 藻 糖 、N 一 乙酰 气 基 半 乳 糖 、N 一 乙酰 氮 基 葡萄 糖 、 葡 萄 糖 、 唾 液 酸 等 。 后 者 通常 作为 末端 残 基 ， 所 有 哺乳 类 细胞 所 带 的 负电 荷 ， 常 由 此 而 来 。 糖 蛋白 中 的 糖 常 连结 到 一 个 门 各 酰胺 的 氮 原 子 ， 或 丝氨酸 和 苏 氨 酸 的 产 基 于 〈 见 第 一 章 ) 。 糖 脂 则 为 N 一 酰基 神经 鞘 氮 醇 的 衙 生 物 。 图 2 一 5，2 一 6 所 示 二 例 即 为 两 种 膜 糖 脂 。 二 、 生 物 膜 的 结构 生物 膜 主要 靠 脂 类 与 脂 类 间 以 及 蛋白 质 与 脂 类 间 的 疏水 相互 作用 来 维持 其 稳定 性 。 对 各 种 生物 膜 的 物理 测量 , 特别 是 小 角 X- 射 线 衍射 分 析 表 明 : 大 量 的 膜 磷脂 排列 成 脂 双 层 , 这 样 的 脂 双 层 提供 了 的 膜 的 结构 骨架 。 核 磁 共 振 、 电 子 自 旋 共振 等 物理 技术 所 观察 到 的 磷脂 双 层 中 的 每 个 脂 类 分 子 的 运动 情况 显示 ， 脂 双 层 表现 为 二 维 流体 状 ， 脂 双 层 中 的 脂 类 分 子 快 速 地 与 单 层 内 的 邻近 分 子 交 换 位 置 ( 约 10s* 次 / 秒 )， 但 内 外 两 层 间 的 脂 分 孚 交换 位 置 (flip-flop) 则 很 慢 ， 半 月 才 交 换 一 次 。 这 是 由 于 进行 这 种 交换 必需 把 极 人 性 头 部 带 经 双 层 的 碳 氢 尾巴 ， 需 要 消耗 极 高 的 活化 能 。 每 个 磷脂 分 子 在 膜 双 层 内 部 不 是 刚性 的 。 脂 双 层 中 磷脂 的 快速 侧 向 扩 散 ， 实 际 上 部 分 是 由 于 脂 酰 链 的 快速 热 运 动 ， 推 动 分 子 间 的 碰撞 所 造成 的 。 这 些 碰撞 本 身 又 是 由 于 围绕 脂 酰 链 中 的 C 一 C 键 快 速 旋 转 而 造成 的 。 其 旋转 程度 以 靠近 链 未 端的 最 大 ， 而 在 极 性 头 部 基 团 附近 的 则 最 小 。 脂 双 层 在 给 定 温度 下 的 流动 性 决定 于 其 组 成 。 只 由 一 种 磷脂 组 成 的 双 层 显示 急剧 地 、 特 有 地 从 液体 状态 转变 为 六 方 晶 格 的 相 变 。 这 样 的 胶 状 相 流 动 性 很 小 ， 显 示 很 小 的 侧 向 扩散 。 相 变 温度 (Tm) 决 定 于 磷脂 头 部 基 团 的 本 质 和 脂 酰 链 的 长 度 和 不 饱和 程度 。 由 于 脂 酰 链 绕 C 一 CG 键 旋转 的 速度 越 向 末端 越 增加 ， 因 此 链 越 短 越 具 和 柔性， 从 而 赋予 膜 高 度 的 流动 性 。 当 脂 酰 链 中 存在 顺 式 双 键 时 ， 会 引入 扭曲 于 该 链 中 ， 干 扰 晶 格 中 链 的 紧密 堆砌 ， 这 也 会 造成 膜 流 动 性 的 增加 。 因 此 链 越 短 ， 不 饱和 程度 愈 高 ，Tam 愈 低 。 在 脂 双 层 中 含有 混合 磷脂 时 ， 则 在 较 广 的 温度 范围 内 有 一 个 连续 的 相 变 。 这 意味 着 有 一 个 胶囊 和 液体 的 相 分 离 产生 。 通过 细胞 具有 专 一 性 机 制 来 保持 它们 脂 双 层 处 于 流动 状态 ， 即 保持 在 T。 以 下 ， 可 充分 说 明 一 个 流动 双 层 对 膜 功 能 的 重要 性 。 在 细菌 中 ， 膜 脂 酰 基 的 组 成 ， 随 生长 温度 的 改变 而 改 变 , 以 便 使 膜 保持 流动 状态 。 在 真 核 中 , 胆 男 醇 起 此 专 一 性 作用 ， 当 胆固醇 引入 脂 双 层 中 时 ， 类 固 醇 环 平面 与 最 近 的 极 性 基 团 头 部 的 脂 酰 链 的 那些 区 域 相互 作用 ， 并 部 分 地 使 该 区 域 固 定 化 ， 而 使 链 的 其 余部 分 有 柔性 ， 并 阻止 它们 〈 甚至 在 低温 时 ) 结晶 成 所 需 的 六 面体 的 紧密 堆 砌 。 同 时 ， 胆 固 醇 减少 脂 酰 链 的 运动 性 ， 并 增加 双 层 内 部 的 微 粘性 (microviscosity ) 。 相 ， 合 成 胆固醇 的 前 体 羊 毛 固 醇 对 膜 的 流动 性 只 有 一 临界 影响 。 其 差异 原因 是 羊毛 固 醇 的 甲 基 使 它 在 空间 不 易 与 脂 酰 链 相互 作用 。 羊 毛 固 醇 在 Cl, 上 的 w- 甲 基 突 出 ， 并 由 类 固 醇 环 系 的 平面 下 侧 伸 出 ， 阻 止 与 脂 酰 链 的 有 效 接触 。 埋 于 膜 脂 双 层 中 的 蛋白 质 象 脂 双 层 一 样 显 亦 其 动力 学 性 质 。 即 由 于 它们 溶 于 一 个 维 流 体 中 ， 使 其 侧 向 扩散 很 快 。 同 样 也 不 会 交换 内 外 两 层 分 子 间 的 位 置 ， 这 种 交换 比 磷脂 还 要 慢 。 内 在 蛋白 直接 伐 入 脂 类 双 层 ， 与 脂 类 相互 作用 。 玻 水 表面 被 脂 双 层 的 碳 氢 尾巴 溶剂 化 ; 59 而 极 性 表面 则 被 H,O 溶剂 化 (如 图 2-18 ) 。 表 在 蛋白 不 坦 入 脂 双 层 ， 而 是 只 通过 它 与 膜 引 内 在 蛋白 的 相互 作用 ， 而 结合 于 膜 上 《图 2-18 ) ， 它 常 溶 于 水 中 。 内 在 蛋 自 玻 水 表面 二 般 是 —AFRKRERRM PARKER RRAN, RHKRSEREWRAREBE EM. 在 有 Be ill FH Be 7k Ze TE BC: A FE ES Ae KARE, 这 样 的 蛋白 质 的 朴 水 性 可 能 非常 强 ， 但 却 能 溶 于 非 极 性 有 机 溶剂 ， 它 们 又 常 称 为 蛋白 脂 质 。 有 一 种 蛋 自 脂 质 称 为 (Lipopti- lin)， 是 脑 艇 磷脂 的 主要 膜 蛋 白 ， 其 氨基 酸 有 66% 是 疏水 的 。 此 外 它 约 含 二 克 分 子 脂 防 酸 以 酯 键 与 每 克 分 子 肽 中 的 丝氨酸 或 苏 氨 酸 结合 。 虽 其 确切 功能 尚 不 了 解 ， 但 蛋 自 踢 可 在 离子 通道 中 作为 线粒体 ATP 合成 的 媒介 ， 或 能 调节 离子 进入 膜 运送 部 位 。 和 ZW 7 9 4 图 2-18 在 膜 中 的 表 在 蛋白 与 内 在 蛋白 及 其 与 膜 脂 的 关系 许多 ， 或 许 是 所 有 内 在 蛋白 横 跨 膜 脂 双 层 的 整个 宽度 ， RAW 都 有 氛 基 酸 序列 暴露 。 基于 膜 的 脂 质 和 膜 蛋白 的 一 些 特 性 ， 有 人 提出 了 生物 膜 的 流动 灸 钨 模 型 ， 如 图 2-19。 & TEESE ERE Oe ck = SSCL PSY 图 2-19 +E My AR YH oh oe 模型 认为 ， 膜 结构 的 连续 部 分 是 极 性 双 层 ， 其 在 常温 下 是 流动 的 膜 内 在 蛋白 的 疏水 表面 溶 六 脂 双 层 中 心 的 疏水 部 分 。 膜 的 表 在 蛋白 含 亲 水 基 团 ， 它 们 结合 于 膜 双 层 的 头 部 于 处 于 膜 双 层 的 外 表面 半 内 在 恒 自 包括 酶 和 运输 重 白 ， 它们 一 般 是 不 活泼 的 当 它 们 进入 双 层 尾巴 内 60 部 叶 并 在 那里 产生 适当 三 维 结构 时 ， 才 有 活性 。 即 外 周 蛋 白 好 象 侧 向 浮游 于 脂 双 层 海洋 的 表 面 ， 而 内 在 蛋 自 就 象 流水 完全 浸没 在 脂 质 碳 氢 尾巴 之 中 ， 这 个 模型 已 得 到 了 上 述 一 些 物 理 方 法 的 证 实 。 这 个 模型 也 能 解释 生物 膜 的 许多 物理 、 化 学 和 生物 学 特性 ， 它 作为 较 可 取 的 膜 脂 ARES THAR CAAA ES. 三 、 一 个 生物 膜 结构 的 实例 一 血红 细胞 膜 天 红细胞 膜 已 得 到 了 较 详 细 的 研究 。 它 售 有 五 种 主要 蛋 和 白质 和 许多 稀有 蛋白质 。 大 部 分 蛋 自 质 是 糖 蛋 自 。 在 其 内 在 蛋白 中 有 一 种 血型 糖 蛋白 (glycophorin)， 它 是 含 130 个 氛 基 酸 的 肽 和 由 许多 糖 残 基 榴 成 的 MN 血 型 糖 蛋 白 分 子 。 在 肽 链 的 一 端 是 复杂 的 亲 水 头 部 ,由 约 15%% 的 窒 糖分 枝 构成 ， 每 个 分 枝 约 10 个 单 糖 单位 。 肽 链 的 另 一 端 有 许多 谷 氛 酸 和 门 冬 氛 酸 残 基 。 在 pH7 时 带 负 惠 荷 。 两 个 亲 水 端 之 间 是 一 个 30 个 朴 水 氨基 酸 序列 。 带 糖 的 那 一 端 位 于 血红 细胞 膜 的 外 表面 ”形成 毛 刷 状 伸 出 部 位 。 蕊 水 的 中 间 区 是 行经 脂 双 层 的 部 分 。 带 负电 荷 的 高 极 性 端 则 伸 入 胞 液 中 。MN 血 型 糖 蛋白 的 富 糖 头 部 含 血 型 抗原 ， 它 对 有 机 体 的 血型 (A、B、O) 是 专 一 的 。 它 也 含有 一 些 致 病 病 毒 的 接触 部 位 。 红细胞 链 的 另 一 主要 蛋白 是 红细胞 内 交 蛋 和 白 (3pectrin)， 又 称 红 膜 肽 (Tekin)， 是 红 细 胞 膜 内 表面 的 表 在 蛋白 ， 它 构成 总 膜 蛋 自 的 20% 。 它 由 四 条 肽 链 构 成 ， 形成 约 100 一 200nm 长 的 柔性 棒 ， 结 合 在 膜 内 表面 的 专 一 性 蛋白 和 脂 类 分 子 上 ， 在 其 内 表面 上 形成 柔性 棒 网 络 ， 起 着 膜 骨 架 结构 的 作用 。 与 红 膜 肽 结合 的 还 有 类 肌 动 蛋白 的 微 丝 ， 这 些微 丝 似 乎 是 把 红 膜 肽 棒 结 合 在 一 起 ， 这 样 使 红细胞 膜 具 有 网 架 结构 ， 人 允许 专 一 性 的 膜 脂 和 膜 蛋 白 “ 停 泊 ? 在 那里 。 除 红细胞 膜 外 ， 有 些 其 它 类 型 的 细胞 膜 具 有 更 复杂 的 结构 ， 在 许多 固体 组 织 细胞 的 外 表 面 上 ， 所 存在 的 其 它 主 要 膜 糖 蛋白 是 纤维 结合 素 〈 fibronectin)， 它 具 有 高 粘 附 性 ， 它 的 主 要 功能 是 使 固态 组 织 中 的 同类 细胞 间 发 生 粘 连 。 四 、 生 物 膜 的 复杂 功能 现 已 证 明生 物 膜 不 单 是 贮存 细胞 或 细胞 器 等 的 情 性 皮层 ， 也 不 是 静止 地 固定 不 变 的 构 架 ， 它 执行 着 许多 复杂 的 多 变 功 能 和 呈现 很 显著 的 生物 学 性 质 。 大 部 分 膜 含 有 酶 ， 有 些 酶 作 用 于 膜 外 底 物 ， 而 另 一 些 酶 则 作用 于 膜 内 的 内 含 底 物 。 线 粒 体 内 异 和 叶绿体 类 帮 体 膜 含 有 许 多 酶 和 蛋 自 质 的 复杂 系统 。 大 部 分 膜 含 有 运 笨 系 统 ， 它 们 转运 某 种 专 一 的 有 机 营养 物质 ， 如 葡萄 糖 ， 或 把 一 些 特殊 无 机 物 和 某 种 产物 运 入 其 中 。 这 些 运输 系统 有 助 于 调节 通过 细胞 内 外 物质 的 流量 。 而 保持 细胞 内 部 的 稳 态 持久 性 。 膜 上 也 含有 带电 的 表面 基 团 ， 有 助 于 维持 跨 膜 的 电位 。 这 种 特性 对 神经 细胞 是 很 重要 的 ， 神 经 细胞 能 很 快 传递 脉冲 ， 该 脉冲 就 是 沿 着 伸展 的 细胞 体 或 轴 突 膜 电 性 质 的 波形 变化 而 转 递 的 。 细 胞 膜 也 有 自身 焊接 作用 ， 一 旦 被 机 械 地 刺 穿 或 破裂 ， 它 们 会 很 快 自动 修复 伤口 。 在 细胞 膜 的 外 表面 上 含有 专 一 性 的 识别 部 位 ， 有 对 某 种 分 子 信 号 起 识别 作用 的 区 域 。 例 如 一 些 细菌 膜 能 感知 培养 基 浓 度 的 细微 差异 ， 刺 激 它们 向 营养 成 分 来 源 的 方向 泳 动 ， 这 种 性 质 称 为 趋 化 性 (chemotaxis)。 动 物 细胞 膜 的 外 表面 含有 识别 同 种 其 它 细胞 的 识别 部 位 ， 在 组 织 结构 的 有 序 发 育 期 间 促 进 细胞 的 结合 。 细 胞 表面 上 的 另 一 种 识别 部 位 可 作为 激素 分 子 的 专 一 性 受 体 ， 例 如 肝 和 肌肉 的 细胞 表面 含有 识别 胰岛 素 、 高 血糖 素 和 肾上腺 素 等 激素 的 部 61 位 ， 一 旦 它们 被 这 些 激素 结合 ” 这 些 激素 受 体 部 位 就 把 信号 经 膜 而 传递 到 细胞 内 的 酶 系统 ， 以 调节 它们 的 活性 。 在 细胞 表面 还 有 其 它 部 位 称 组 织 相 容 性 部 位 ， 它 是 一 个 品种 的 给 定 个 体 所 特有 的 。 在 动物 细胞 膜 上 的 许多 专 一 性 识别 部 位 或 受 体 部 位 中 ， 神 经 节 苷 脂 似 乎 是 其 重要 成 分 。 神经 节 苷 脂 虽 然 在 膜 上 含量 很 低 ， 是 膜 脂 的 稀 有 组 分 ， 但 在 特殊 部 位 上 ， 它 们 似乎 是 被 浓缩 而 存在 。 神 经 节 苷 脂 有 许多 不 同类 型 ， 每 一 类 具有 一 个 不 同 的 寡 糖 头 部 基 团 ， 不 同 的 神经 节 苷 脂 象 不 同 的 糖 蛋白 一 祥 被 排列 成 不 同 的 特殊 镶 黎 图形 ， 以 构成 细胞 表面 不 同 种 类 的 受 体 部 位 。 它 们 的 极 性 带 负 电 的 头 部 基 团 ， 可 作为 受 体 或 “天 线 ” 从 膜 表 面 伸 出 ， 对 某 种 讯号 分 子 呈现 敏感 性 。 因此 细胞 膜 是 高 度 复 杂 的 结构 物质 ， 在 其 上 许多 不 同 种 类 的 分 子 集合 体 ， 以 有 并 的 三 维 灸 诺 图 形 排列 着 ， 这 样 的 排列 图 形 使 其 表面 产生 特有 的 生物 学 专 一 性 。 细胞 膜 的 分 子 模式 ( molecular architecture) 是 近代 细胞 生物 学 和 生物 化 学 中 最 重要 指 研 究 课 题 立 一 62 Bik e A 第 一 节 ， 蛋 白质 概 述 一 、 蛋 白质 是 生物 体内 最 重要 的 物质 SAR ( Protein) 是 生物 体内 的 最 重要 的 物质 之 一 ， 不 论 是 高 等 动物 、 植 物 、 还 是 简 单 的 细菌 、 病 毒 等 都 有 和 蛋白质 存在 。 它 是 细胞 原生 质 的 主要 成 分 ， 与 核酸 一 起 共同 构成 了 生 命 现象 的 物质 基础 。 蛋 和 白质 的 重要 性 很 早 就 被 认识 ， 是 生物 化 学 研究 的 重要 对 象 ， 并 且 从 一 开始 人 们 就 注意 到 它 在 生物 体 的 作用 。1838 年 ， 当 G. J, Mulder 提出 蛋白 质 这 个 名 词 时 ， 他 就 明确 指出 : 在 植物 和 动物 中 存在 这 样 一 种 物质 ， 毫 不 怀疑 它 是 生物 体 中 已 知 的 最 重要 的 物质 ， 如 果 没 有 它 ， 在 我 们 这 个 星球 上 生 命 则 是 不 可 能 存 在 的 。 这 种 物质 被 称 为 蛋白 质 。 当 类 们 认识 到 催化 生物 体内 的 (几乎 ) 一 切 化 学 反应 的 酶 ， 调 节 物 质 代 谢 的 许多 激素 ， 以 及 使 大 和 动物 具有 防御 疾病 、 抵 抗 外 界 病 原 侵 害 的 抗体 等 都 是 蛋白 质 或 多 肽 后 ， 蛋 和 白质 在 生 物体 内 的 重要 性 则 是 不 言 而 喻 了 。 象 肌 肉 收缩 、 AARP. 病毒 对 宿主 的 感染 等 都 是 蛋 自 质 在 其 中 起 作用 。 随 着 生物 化 学 和 分 子 生物 学 的 发 展 ， 使 人 们 不 断 认 识 到 请 如 胚胎 发 育 、 生 长 、 分 化 和 繁殖 等 都 有 蛋白 质 参 与 作用 并 受到 蛋白 质 的 控制 和 影响 。 甚 至 一 种 生物 的 性 状 也 由 它 自 身 产 生 的 各 种 不 同 的 蛋 自 质 相 互 作用 所 表现 出 来 的 总 的 结果 。 二 、 蛋 白质 的 元 素 组 成 蛋 自 质 是 含 氨 的 有 机 化 合 物 ， 其 含 氨 量 占 生物 组 织 中 一 切 含 所 物质 的 绝 大 部 分 。 氮 元 素 是 蛋白 质 区 别 于 糖 和 脂肪 的 特征 性 元 素 ， 而 且 根据 对 大 多 数 蛋白 质 的 氨 元 素 的 分 析 ， 其 氨 元 素 的 含量 都 相当 接近 ， 一般 在 15 一 17%， 平均 为 16%， 即 100 克 蛋白 质 中 含有 16 克 氮 。 因 此 ， 在 蛋白 质 的 定量 分 析 中 ， 每 测定 1 克 氮 即 相 当 于 6.。25 克 的 蛋白 质 。 测定 含 氨 量 通常 采用 凯 氏 微量 定 氨 法 。 蛋白 质 样品 先 经 浓 硫 酸 加 热 消化 ,使 看 自 质 中 的 有 机 氮 转 变 成 为 无 机 氮 ， 然 后 碱 化 某 馏 ， 放 出 的 氯气 用 标准 酸 吸收 ， 再 以 标准 碱 滴定 剩余 的 酸 或 用 标准 酸 回 滴定 至 原来 的 酸 浓 度 ， 计 算出 含 氨 量 ， 再 乘 以 6.25 即 可 求 出 该 样品 中 的 蛋白 质 含量 。 蛋白 质 除 含有 氮 元 素 外 ， 还 含有 下 述 几 种 主要 元 素 ， C; 50—55%; H: 6,0—7.0%; O. 20—23%; S: 0.3—2.5%. 有 些 蛋 白质 含 有 少量 的 磷 ， 还 有 些 蛋 白 质 含 有 微量 的 金属 元 素 ， PMR. MW. Hh. 等 。 63 三 、 蛋 白质 的 基本 组 成 单位 是 氨基 栈 在 生物 界 ， 构 成 生物 机 传 的 蛋白 质 种 类 很 多 ， 根 据 估 计 ， 约 有 10°—10" 种 。 蛋 自 质 分 子 都 很 大 ， 一 般 分子 量 在 20,000 以 士 ， 最 小 的 也 有 好 几 千 二 它们 在 结构 上 很 复杂 但 是 ， 它 们 都 可 以 被 酸 ! 碱 以 及 各 种 闪 解 蛋白 质 的 酶 等 催化 水 解 ， 使 蛋白 质 分 子 断裂 ， 分 子 量 逐 渐变 小 ， 水 解 成 分 子 量 大 小 不 等 门 肽 段 和 氮 基 酸 。 肽 (peptide) 是 两 个 或 两 个 以 上 的 氮 基 酸 组 成 的 片段 。 随 着 水 解 的 进行 ， 监 段 可 以 行 一 步 水 解 成 氟 基 酸 ， 而 氨基 酸 则 是 不 能 再 水 解 的 更 小 的 单位 。 因 此 ， 我 们 说 氨基 酸 是 蛋白 质 水 解 门 最 终 产 物 ， 是 组 成 重 白 质 的 其 本 单位 。 用 各 种 方法 水 解 蛋 白质 ， 通 过 分 析 ， 确 知 组 成 蛋白 质 的 氟 基 酸 有 20 种 。 这 此 氛 基 酸 借助 肽 键 〈 见 后 述 ) 彼此 连接 在 . -起 。 因 此 ， 蛋 白质 就 是 由 各 种 毛 基 酸 通 过 肽 键 连接 而 成 的 、 具 有 特定 结构 的 生物 大 分 子 。 由 于 氨基 酸 种 类 多 ， 而 且 连 接 的 顺序 又 各 不 相同 ， 在 此 基础 王 形 成 的 室 间 结构 也 不 相同 ， 基 而 就 构成 了 蛋白 质 种 类 多 样 、 功 能 各 异 的 基础 。 四 、 蛋 白质 的 分 类 蛋 自 质 可 以 接 不 同 的 方法 分 类 。 作 为 分 类 的 依据 主要 有 ，@ 分 子 的 形状 或 空间 构象 上 © 分 子 的 溶解 性 质 ， 轿 分 子 的 组 成 情况 ， 国 功能 接 照 分 子 的 形状 或 宝 间 构象 的 不 同 ， 可 将 蛋白 质 分 为 纤维 状 蛋白 和 球状 蛋 自 两 大 类 。 纤 维 状 蛋 白 分 子 很 不 对 称 ， 形 状 类 似 纤 维 。 有 的 纤维 状 蛋白 能 溶 于 水 ， 例 如 肌肉 的 结 梅 蛋 和 和 面 纤维 蛋 自 原 ， 有 的 纤维 状 蛋白 不 溶 于 水 ， 如 角 蛋 白 、 丝 心 蛋 白 以 及 胶原 蛋 和 等。 球状 蛋 自 0 A alae adeaanieapialipswiattaipimiping 生物 体内 蛋 自 质 大 多 数 属 于 这 一 类 。 根据 分 子 组 成 情况 ， 可 将 蛋 和 白质 划 分 为 单纯 蛋白 和 结合 蛋 自 两 类 。 单 纯 蛋 自 不 条 有 非 蛋 白质 部 分 * 这 类 蛋 自 质 水 解 后 的 最 终 产物 只 4 有 氨基 酸 。 单 纯 蛋 白质 按 其 溶解 性 质 的 不 同 可 分 AREA 或 清 蛋白 ) 、 球 蛋白 、 耸 蛋白 、 醇 溶 蛋白 、 精 蛋白 、 组 蛋白 以 及 硬 蛋 下 等 。 结合 蛋白 是 指 由 单纯 蛋白 和 非 蛋白 成 分 结合 而 成 的 一 类 蛋 和 白质， 包括 核 蛋 自 ， 色 蛋白 、 磷 蛋 白 、. 糖 蛋白 和 脂 蛋白 等 。 MES 如 果 按 照 蛋 白质 的 功能 ， 则 可 划分 为 酶 蛋白 、 结 构 蛋 白 、 运 输 蛋 白 、 受 体 蛋 自 忆 调节 有 蛋 A. OSA. MARA, BRASS. 上 上述 蛋白 质 的 分 类 并 不 是 绝对 的 ， 彼 此 间 是 有 联系 的 。 例 如 组 蛋白 属于 单纯 蛋 自 ， 若 它 fl DNA 结 谷 在 一 起 时 ， 则 把 它们 合 称 为 核 蛋白 ， 是 属于 结合 蛋白 类 。 — A ee RB JE ARES ZR RTP oy SORA 20 BRIER, BT, REL RRP, jx 2G 天 然 气 基 酸 在 结构 上 都 有 一 个 共 间 点 ， 即 在 与 羧基 相连 的 &- 碳 原子 上 含有 一 个 氛 基 ， 故 把 这 些 氟 基 酸 统称 为 <- 氨基 酸 ( c-Amino acid ) 。c- 毛 基 酸 的 结构 通 式 是 ， 64 Re Re See 00: Bait 或 H, NOGA R R 一 、 氨 基 酸 的 结构 及 其 分 类 从 上 面 的 结构 通 式 中 我 们 可 以 看 出 ， 组 成 蛋白 质 的 20 种 毛 基 酸 ， 它 们 之 间 的 差别 表现 在 RABE, 即 是 说 ， 不 同 的 氨基酸 有 不 同 的 R 基 团 。 这 种 差别 导致 一 种 氨基 酸 区 别 于 它 种 HER. 后 面 我 们 将 会 看 到 ， 正 是 由 于 这 些 不 同 的 R 基 团 在 决定 蛋白 质 的 结构 、 性 质 和 功 能 方面 起 重要 的 作用 。 这 些 R 基 团 通常 叫做 侧 链 基 团 或 侧 链 R 基 团 。 基于 气 基 酸 结 构 上 的 差别 ， 可 以 根据 其 侧 链 人 基 团 的 结构 不 同 进 行 分 类 。 既然 侧 链 基 困 在 结构 上 存在 差别 ， 那 么 必然 在 其 性 质 上 也 存在 差别 。 在 这 里 ， 我 们 将 按照 各 种 氨基 酸 便 链 人 基 团 的 极 性 差别 进行 分 类 。 这 对 于 认识 蛋白 质 的 性 质 、- 结 构 与 功能 更 为 有 利 。 按 照 这 种 分 类 方法 可 将 毛 基 酸 分 为 四 大 类 ， 即 非 极 性 的 或 疏水 性 的 侧 链 全 基 毛 基 酸 ;中 性 的 或 无 电荷 的 极 性 侧 链 信 基 所 基 酸 , 带 正 电荷 的 或 碱 性 的 极 性 侧 链 人 基 毛 基 酸 ， 以 及 带 负电 荷 的 或 酸性 的 极 性 侧 链 RARER. TER, 这 些 氛 基 酸 的 解 离 条 件 是 指 在 细胞 生理 pH 范围 内 。 1。 非 极 性 侧 链 R 基 氨 基本 FRM (cx- 氨 基 丙 酸 * ) CW se (Alanine, Ala,, A**) ch. 40-c00r | NH， — RIK ( x- 氨 基 异 戊 酸 ) ets H _ (Valine, Val,, V) iy ALi Set Coo” CH; | NH, RAR ( a-RER OR) = 7 CRAM p clefts LD “CH—CH,—C—C00" CEs LAr, NH, 04 Pe | Fre AR ( a- SE - B- FA ye Mm ) | | ( Isoleucine, Ile,, I) CH,—CH,—CH—C COO + NH, VA EDU BPA SE RR R 基 团 为 脂肪 族 烃 基 。 *: 氨基 酸 的 化 学 名 称 。 *#:; 前 面 的 是 氨基 酸 的 英文 名 称 ; 中 间 的 是 缩写 符号 ， 后 面 的 是 单字 符号 。 65 且 氨 酸 (四 氧 吡咯 -2- 凑 酸 ) ( Proline; “Pre,ar > Be / H.C oe H.C SN -~ 和 Coo H HOF <- 亚 氨 酸 ， HWE R 基 团 为 一 杂 环 结构 ， 由 侧 链 基 团 和 &- 氮 原子 相连 Tne. Bt, MRS Mh 种 气 基 酸 不 同 ， 它 含有 一 个 亚 气 基 ( ZNH ) 而 不 含 RH ¢ —NH, ) ° oy SPURM ( a- 3E-B-3EME FIED i ( Phenylalanine, Phe,, F) <0 >-cH: 一 ng COO NH, Fi " 4 RR ( a EE - B- 15] UE JE PIR) (Tryptophan, Trp, W ) | O of FD: —Coo- H; + SA . H 这 是 两 种 芳香 族 氛 基 酸 。 甲 硫 氨 酸 〈 c- 毛 基 -?- 甲 基 丁 酸 ) CH.—CH,—C'— Com) ( Methionine, Met,, M ) i are bu, DA _E/\ Ap ae 3 A ENT RSE BK ER, 故 在 水 中 的 溶解 度 比 极 性 侧 链 R SE 基 酸 小 。 在 这 八 种 氨 AEM 当中 ARRAY 侧 链 脂 肪 烃基 最 小 ， 其 人 AB Hi7kte 也 最 小 。 2。 无 电荷 的 极 性 侧 链 ROK Sa BE 甘 氛 酸 〈c- 氢 基 乙 酸 ) (Glycine, Gly,, G) 66 | | H 丝氨酸 ( a-RE- BREE PAM ) | ©Seriney :Sery, SD HO—CH,— aera NH, H PRR ( a- RHE-B- HIE TM) | { Threonine, Thr., T) est neg aaa OH NH, ‘Dag H 酷 氨 酸 ( ac- 氨基 -有 - FEE IEAM ) La | Reetosme, Tyr,, Y) HOO )=CcH.—C—Coo” NH, H ERB ( 0-R-B- HIP ) | (Cysteine, Cys,, C) ee aS aa NH, eR a SY FR LE RT ES FHF BS 价 键 〈 二 硫 键 ) AE THI AAR. CoOo- CO0- COO- esc. + H.N-CSH tt omar ao te CH,—SH HS—cH, Se A EN ere Rte RR (Cystine, (Cys),.) H RBM Bate | : ( Asparagine, Asn,, N) C—CH,—CIi—COO OZ | . ; H 4 KK HNN | (Glutamine, Gin,, Q) C —CH,—CH,—C 一 COO OA NH, XARA, HRRHTASREM EEA, RHMERRE-TART, UFMAT 非 极 性 R 基 毛 基 酸 类 。 但 由 于 侧 链 的 氧 原子 基本 上 不 影响 强 极 性 的 c=- 气 基 和 o- RE, HDS 把 它 放 在 这 类 氛 基 酸 中 。 丝 氨 酸 、 苏 氨 酸 和 酷 氨 酸 的 侧 链 极 性 是 由 其 侧 链 上 的 产 基 (一 OH) 产生 的 ! 半 胱 氛 酸 的 侧 链 极 性 是 由 其 侧 链 上 的 院 基 (一 SH ) 产生 的 ; 天 冬 酰 胺 和 谷 氛 酰 胺 67 的 侧 链 极 性 是 由 它们 的 侧 链 酰 胺 基 产 生 的 。 这 类 氨基 酸 由 于 含有 极 性 的 侧 链 基 团 ， 与 水 的 相 互 作 用 得 到 了 加 强 ， 即 能 同 水 分 子 形成 氢 键 , 故 在 水 中 的 溶解 度 比 非 极 性 的 R PERE K. 虽然 ， 这 组 氨基 酸 都 属于 无 电荷 的 极 性 侧 链 R 基 氨 基 酸 ， ET RRR RRS 胱 氨 酸 的 入 基 的 特殊 结构 ， 在 生理 pH 范围 内 的 电离 失去 质子 的 倾向 比 同 组 其 他 氨基 酸 的 便 BER 基 团 要 大 得 多 。 因 此 ， 这 两 种 氨基 酸 的 侧 链 基 团 仍 可 滴定 ， 只 不 过 这 两 种 氨基 酸 的 侧 链 的 电离 很 弱 罢 了 。 7" 3, 带 正 电 荷 的 侧 链 极 性 R 基 氨 基 栈 H BRR (a-, e- “RAM ) . ; 《 Lysine， Eys. . ee NTS os eee r N ¥ H FAR ( a- 3 HE -S- MIE RB ) : C Arginine, Age,, R) H,.N—C—NH—CH,—CH,—CH;,—C —COO NH, : NH, 1 PARR ( a- RFE - B- 咪唑 基 丙 酸 ) HC=¢+_CHe—U-Colee ( Histidine, His,, H ) Bik: oe ay 3 sco H rm ”这 是 一 组 碱 性 氢 基 酸 ， 都 具有 三 个 可 解 的 基 团 。 赖 氨 酸 es- 氨基 和 WAM 6- 股 基 在 生理 pH 范围 接受 一 个 H 后 都 带 上 正 电 荷 ， 整 个 分 子 在 此 条 件 下 就 带 上 了 一 个 净 正 电荷 。 组 所 酸 的 侧 链 基 团 含有 一 个 pK% 值 为 6.0 的 咪唑 基 ， 故 在 pH7 时 ， 组 轰 酸 咪唑 基质 子 化 的 程度 低 于 10%。 组 氛 酸 是 一 种 弱 碱 性 氨基 酸 ， 它 的 等 电 点 为 7.6， 是 唯一 接近 生理 忆 了 HAIER. 这 样 就 使 得 组 氨 酸 在 蛋白 质 行使 功能 的 过 程 中 起 很 重要 的 作用 的 。 4。 带 负 电荷 的 侧 链 R 基 毛 基 栈 -0 H REAR ( cx- 毛 基 丁 二 酸 ) AY | ( Aspartic acid, Asp,, D) | ed unit O NH, BRR ( a- BIER — M ) Np ; : (Glutamic acid, Glu,, E) wrk ae Sf 一 COO O NHs 68 这 两 个 氨基 酸 是 酸性 氨基 酸 。 它们 的 侧 链 R 基 上 的 一 COOH 在 生理 pH 条 件 下 完全 ees, FH H 后 带 上 了 负电 荷 。 以 上 20 种 c- 氨基 酸 都 是 蛋白 质 分 子 中 常见 到 的 ， 它 们 在 遗传 信息 上 都 具有 相应 的 密码 子 ， 是 蛋白 质 生 物 合成 的 原始 材料 。 在 蛋白 质 的 氨基 酸 组 成 中 ， 除 了 上 面 介 绍 的 20 种 氨基 酸 外 ， 还 发 现 一 些 氨基 酸 只 存在 于 少数 蛋白 质 中 ，。 如 工 - BMRB 工 - 羟 赖 氨 酸 存在 于 胶原 蛋白 中 ，， 工 -二 碘 酷 氨 酸 和 Le 状 腺 素 存在 于 甲状 腺 球 蛋白 中 。 H, FERASR ( 4- JERE VO ACL - 2- HRM ) “el ( Hydroxyproline, Hyp, ) 二 wink ype | 全 司 / ~ \n COO- | H MAB (a, e--LAE i “OE OR ) TENESeH CH cw,.—cH. cL cop- (Hydroxylysine, ct dg’ OH NH, ALK | I Hy BAR be | | -(Diiodotyrosine) OAM C 一 OOO - aw |, | NH， | | H MOR MEME GOLA % | LFASLG 一 GH YE (Thyroxine) aa ae i T | Hs 近年 来 ， 在 某 些 蛋白 质 中 还 发 现 其 他 一 些 氨 基 酸 。 例 如 凝血 酶 分 子 中 的 pI MR 这 样 一 些 氨基 酸 都 是 在 蛋白 质 生 物 合成 之 后 ， 通 过 酶 促 化 学 修饰 转变 而 成 的 ， 并 不 存在 这 些 氨基 酸 的 遗传 密码 子 。 此 外 ， 还 有 一 些 氨基 酸 ， 并 不 出 现在 蛋 自 质 多 肽 链 中 ， 而 是 以 游离 的 状态 存在 于 生物 体 肉 。 它 们 通常 是 蛋白 质 代谢 的 中 间 产物 。 例 如 工 - 鸟 所 酸 和 工 - 瓜 氨 酸 等 。 H SRBC a,d-—AIERB) ， i ( Orinithine, Orn, ) ANT SE Cintas NH, 69 H 瓜 氨 酸 〈x- 毛 基 -6- 脲 基 戊 酸 ) | ( Citrulline, cit, ) H,N—C—NH—CH,—CH,—CH;—C —CO0O | = O NH; 按照 “含有 氨基 和 羧基 的 有 机 化 合 物 都 叫做 氨基 酸 ” 的 定义 ， 则 还 可 以 在 生物 细胞 中 找 二 人 cx- 氨基 酸 的 衍生 物 。 也 有 一 些 是 B- ym 9- 氢 基 二 、 氮 基 酸 的 构 型 和 旋光 性 组 成 蛋白 质 的 20 种 ,zx- 氛 基 酸 除 甘氨酸 外 ， 其 余 所 有 氨基 酸 的 w- 碳 原子 周围 都 连 有 四 个 不 同 的 原子 和 基 团 。 这 样 的 碳 原子 就 是 不 对 称 碳 原子 。 根 据 碳 原子 sps 轨道 的 四 面体 性 质 ， 四 个 不 同 的 原子 和 基 团 在 碳 原子 周围 空间 上 有 四 种 不 同 的 排列 ， 它 们 彼此 之 间 互 成 们 影 ， 不 能 重 朱 ， 成 为 两 个 相对 映 的 异 构 体 ， 象 在 前 面 讨论 过 的 单 糖 那样 ， 是 两 种 不 同 的 构 型 。a- 氢 SEMA MBLREDL D'L L-Hyhaeat D-. L-AL Ra RITT EM. cHb cho 除 甘 氨 酸 外 ， 所 有 的 xc- 氨基酸 都 有 D: 型 和 工 -型 之 分 。 但 是 ， 存在 于 蛋白 质 中 的 氨基 酸 都 是 工 -型 的 。 虽 ed | 然 D- 和 L- 型 氨基 酸 在 物理 性 质 和 化 学 性 质 等 方面 有 许 ~CHOKR 多 相同 ， 但 它们 在 生理 功能 上 却 是 不 同 的 。 D: 氟 基 酸 一 HOm C—H H— C—O Bi ip ay 般 不 为 生物 所 利用 。 但 有 些 细 菌 却 能 小 心地 利用 D- 氨 基 酸 去 制造 对 其 他 生物 有 毒 的 某 些 肽 类 ， 例 如 扶 有 抗菌 作用 HNeCe=H | HeCe=Nii, ii RIK S 让 含有 D-#HRM. 动 牺 的 肾脏 有 破坏 R k D- 氨 基 酸 的 能 力 ， 显然 就 排除 了 形成 任何 有 毒 肽 类 的 可 . 开 一 氨基 酸 D-AEM 能 性 。 含有 不 对 称 碳 原子 的 化 合 物 都 具有 旋光 活性 。 分 子 的 这 种 光学 活性 就 称 为 分 子 的 手 性 或 手 征 性 CCkirality )。 图 3 —1 %- 氮 基 酸 的 构 型 除 甘氨酸 外 的 所 有 a- 氨 基 酸 都 具有 旋光 性 。 ME, SHR 基 酸 的 旋光 性 徙 此 是 不 相同 的 。 旋 光 性 的 这 种 差别 是 由 于 侧 链 R 基 团 的 不 同 所 致 。 在 pH7.0 测 定 氨基 酸 的 旋光 性 时 ， 有 些 是 右 旋 ， 用 (+ ) 号 表示 ， 有 些 是 左旋 ， 用 (- ) 号 表示 。 一 般 说 来 ， 一 氨基 一 羧基 氨基 酸 在 其 等 电 点 状态 时 左旋 性 最 天。 但 是 ， 忘 该 指出 的 是 ;D- 型 和 工 :型 与 旋光 方向 并 不 呈 对 应 关系 。D- 型 和 工 -型 指 的 是 不 对 称 矶 原子 的 四 面 体 中 的 四 个 不 同 的 原子 和 基 团 的 绝对 构 型 ， 是 以 D-, L-#Laeee D-, L- Hn IEA 定 的 ;而 旋光 性 则 是 含有 不 对 称 碳 原子 的 化 合 物 能 使 平面 偏振 光 的 偏振 面 发 生 旋转 的 能 力 。 因此 ， 两 者 是 不 能 混淆 的 。 实 际 上 ， 有 的 氨基酸 是 左旋 ， 有 的 工 -所 基 酸 是 右 旋 。 氨基 酸 的 旋光 性 也 是 用 比 旋 度 [c] 来 表示 的 。 每 种 氨基 酸 在 一 定 条 件 下 《溶剂 、 浓 度 、 温 度 ) 都 有 一 定 的 比 旋光 值 ， 可 以 作为 所 基 酸 的 特征 性 常数 用 于 定性 分 析 。 当 某 种 氨基 酸 以 D- 型 和 L- 型 等 量 等 浓度 混合 时 ， 彼 此 旋光 抵消 ， 即 失去 旋 光 性 。 这 70 | EOE ee Reet. 表 5-1 蛋白 质 中 常见 氨基 酸 的 一 些 性 质 25 有 了 在 永 中 的 溶解 度 比 旋光 值 Lp (1—2%) Wo ( 克 /100 克 ，25"C) H,O 5 NHC1 点 “HR B® | 75,05 24, 99 | 290 AA 酸 89, 06 16, 51 +1,8 +14, 6 297 292- FAR 酸 | 117,09 8, 85 +5,6 + 28, 3 295 RM | 131,11 2.19 -11,0 +16, 0 337 SHAR | 131,11 4, 12 : +12, 4 “$39, 5 284 ‘em | 105, 06 25 -7.5 +15, 1 228 fy ye (20°C) RR | 119,18 20, 5 = 28,5 - 15,0 253 KARAM | 133.6 0. 50 +5。0 +25,4 270 天 冬 酰 胺 | 132.6 3,11 - 5,3 + 33,2 236 (28°C) (3NHC1) SAM | 147,08 0. 84 +12,0 +31,8 249 RAB RE | 146, 08 4, 25 +6.3 +31.8 185 (盐酸 盐 ) | (INHCH) ABAR | 174.4 71, 8 +12,5 +27.6 238 ew (20°C) “PAM | 146,13 66, 6(20°C) + 13,5 + 26,0 224- ei: (盐酸 盐 ) 225 RM | 155. 09 4, 29 ~ 38,5 +11,8 277 ESR | 121,12 溶 于 水 — 16,5 +65 178 MAR | 240,33 0,011 — 232 261 ， [BLAME | 149,15 5,14(20°C) ~ 10,0 + 23,2 283 AAR | 165,09 2.96 — 34,5 - 4,5 284 MAM | 181,09 0,046 . - 10,0 344 色 氨 酸 | 204,11 了 -33.7 | | 282 1 ) fi | 115,08 162,3 — 86,2 - 60,4 222 Fo AR | 131,08 36,11 — 76.0 — 50,0 种 现象 就 叫做 外 消 旋 。 用 化 学 方法 合成 的 氨基 酸 是 D-、L- 各 半 的 混合 物 ， 称 为 D-、 工 = 型 ， 没有 旋光 性 。 用 碱 水 解 蛋白 质 时 ， 得 到 的 氨基酸 也 是 没有 旋光 性 的 D- 、L- 型 。 但 是 ， 把 它 们 分 开 后 ， 彼 此 的 旋光 性 又 表现 出 来 了 。 | FEAR. DARSRSA x= 不 对 称 碳 原子 外 ， 还 含有 第 二 个 不 对 称 碳 RF. 因此 ， 就 有 四 种 可 能 的 异 构 体 。 但 是 ， 只 有 并- 异 构 体 用 于 蛋白 质 合 成 。 异 亮 氛 酸 的 四 种 异 构 体 可 示 如 下 ; Coo COO- COO- COO- Oe H,N—C —H 2 —H H—C —NH, C—NH; | | mae = HOC CH, sabe Cae | EH: 一 CI CH,—CH, CH,—CH, CH,—CH; L-FRAR L- 别 - 异 亮 氨 酸 D- 异 亮 氨 酸 D- 别 - 异 亮 氛 酸 三 、 紫 外 吸收 特性 虽然 蛋白 质 中 存在 的 20 种 氨基 酸 在 可 见 光 区 均 无 光 吸 收 特性 ， 但 是 栈 所 酸 。 色 所 酸 和 革 丙 握 酸 由 于 具有 荣 环 的 共 斩 双 键 结构 ， 因 而 在 紫外 光 区 具有 吸收 特性 。 酷 氨 酸 在 紫外 光 区 的 最 大 吸收 在 4= 278nm, 其 克 分 子 消光 系数 ezrs = 1. 1 10s 色 氮 酸 的 最 大 吸收 在 4=279nm， SED FIBER saye = 5.2 x 10:。 可 以 依据 下 面 的 公式 利用 紫外 光 分 光 光 度 计 测定 这 些 氨 基 酸 的 含量 。 HH C 为 克 分 子 浓度 ，e 为 克 分 子 消光 系数 ，A 为 所 测 样品 的 消光 值 ， 世 为 比 色 杯 内 径 〈 光 程 一 般 为 1 cm ) 。 蛋白 质 一 般 都 含有 栈 氛 酸 或 色 氨 酸 残 基 ， JAPAN ERROR 的 含量 是 很 方便 的 。 使 用 紫外 光 分 光 光 度 计 测 定 蛋 白质 含量 时 ， 选 用 的 波长 为 280nm， 若 没 有 干扰 物质 存在 ， 则 在 280nm 的 吸收 可 用 来 测定 0. 1 一 0.5mg/ml MEARBK. FARR 的 最 大 吸收 在 259nm 处 ， 在 280nm 处 对 蛋白 质 的 紫外 测定 所 起 的 作用 甚 小。 四 、 氨 基 酸 的 酸 碱 性 质 氨基 酸 的 酸 碱 性 质 是 氨基 酸 最 重要 的 性 质 。 研 究 氨 基 酸 的 酸 碱 性 质 对 于 理解 蛋 自 质 的 性 质 具 有 特别 重要 的 意义 。 氨 基 酸 的 酸 碱 性 质 也 是 握 基 酸 分 离 、 鉴 定 和 定量 分 析 法 的 基础 。 1。 SERA AEE 氨基 酸 在 生理 pH 溶液 中 ， 其 <- 氨 基 和 c- 羧 基 都 是 可 电离 的 。 羧基 解 离 脱 去 H* 而 带 rat, RIES H 而 带 正 电 荷 。 所 以 氨基 酸 是 两 性 电解 质 。 在 水 中 或 在 晶体 获 态 下， 并 H H | | 不 是 以 Peay RC QOHW RHE, io EW Ra OQ: ati Re ee NH, NH; 的 形式 存在 。 所 谓 两 性 离子 就 是 指 同 一 分 子 中 含有 相反 性 质 的 两 种 离 解 基 团 。 在 氨基 酸 分 子 中 含有 氨基 正 离子 和 羧基 负离子 。 这 种 带 有 正 负 电荷 的 形式 又 叫做 兼 性 状态 或 等 离子 状态 。 从 化 学 本 质 上 讲 ， 两 性 离子 是 一 种 内 盐 ， 内 盐 都 具有 高 熔点 和 易 溶 于 水 的 性 质 。 按照 Bronsted 的 酸 碱 概念 ， 凡 是 能 释放 出 质子 的 就 是 酸 ， 凡 是 能 接受 质子 的 就 是 碱 。 由 于 氨基 酸 是 两 性 化 合 物 ， 因 此 ， 它 既 可 以 表现 出 酸 的 性 质 又 可 以 表现 出 碱 的 性 质 ; 72 COO - COO™ | ' | | | R R 00- COOH fEAR: ， | H,N—C —H7——2H,.N—C—H +H* ie IF TET: ， ALO BNSC AHE—HN—CH | R R ‘(BAER TE A Ft te A 它 在 水 溶液 中 的 带电 情况 ， 随 溶液 的 He 浓度 ( 即 pH 值 ) 变化 而 不 同 ， 即 是 说 ， 在 不 同 的 pH 值 条 件 下 ， 和 氢 基 酸 可 以 解 离 成 带 不 同 的 电荷 。 当 向 处 ae 于 两 性 离子 状态 的 氨基 酸 水 溶液 加 入 酸 时 ， 溶液 的 pH 值 降 低 ，- COO ” 基 接受 质子 ， 表 。 现 出 碱 CHR) 的 特征 ， 变 成 不 带电 荷 的 ~ COOH， 整 个 氨基 酸 分 子 带 上 一 个 净 正 电 荷 。 当 加 入 碱 时 ， wR PHAR, = N7Hs FRAT, RRR eR) 的 特征 ， BK 不 带电 荷 的 氨基 ， 释 放出 的 AH 5 ON 中 和 ， 整 个 氨基 酸 分 子 带 上 一 个 净 负 电荷 。 上 述 变 化 以 甘氨酸 为 例 表 示 如 下 ;: COOH Coo? +6H- COO- ae | -H a | (+H) | +H: +H l H H H 酸性 状态 人 A) 两 性 离子 状态 CZ)， “了 碱 性 状态 1B) 由 上 式 可 以 看 出 ， 氨 基 酸 的 解 离 方式 取决 于 本 身 所 处 环境 的 pH 值 。 也 就 是 说 ， 在 不 同 的 pH 值 条 件 下 ， 氨 基 酸 可 以 阳离子 、 阴 离子 和 两 性 离子 三 种 形式 存在 。 .甘氨酸 在 不 同 的 pH 条件 下 〗 两 性 离子 状态 存在 的 比例 如 图 3 二 2 所 示 ; 我 们 可 以 看 出 图 3 一 2 ”甘氨酸 在 不 同 的 p 也 下， 两 性 离子 存在 的 状况 大 多 数 一 氨 基 一 羧基 氨基 酸 都 具有 类 似 的 情况 甘氨酸 在 以 pH6 为 中 心 的 一 个 较 宽 的 pH 范围 内 主要 以 两 性 离子 存在 。 一 般 来 说 ， 具 有 一 气 基 一 羧基 的 氨基 酸 在 生理 液态 的 条 件 下 主要 以 两 性 离子 存在 。 例如 在 pH7.4， Hee 73 + H,N-CH,-COoO- 两 性 离子 99.585% HaN-CEE COO- 阴离子 0.41% + H;N-CH,-COOH ， 阳 离子 0,00089% H,N-CH,-~COOH 无 电荷 0, 0000037% RE AURA AG PERIL) eh SR A EAR ER. KERERGAEKEARM, Hi CLARE Ae Ee. KERB 谷 氛 酸 是 含 一 氛 基 二 羧基 的 酸性 氨基 酸 ， 它 们 的 离子 状态 随 HW 浓度 变化 而 变化 的 情况 如 图 Se a hy Ait eR ENT Re a | 生理 pH 条 件 下 却 带 上 一 个 负电 荷 ， 以 阴离子 状态 存在 。 1 工 | 1 Nie id HAs aes | T: 图 3 一 3 MHEARMEAAPHF MATRA 赖 氨 酸 和 精 氨 酸 在 不 同 pH 条 件 下 的 解 离 情 况 则 刚好 同 酸性 握 基 酸 相反 1 在 生理 pH 条 件 下 都 带 一 个 净 正 电荷 ， 以 阳离子 状态 存在 。 组 氨 酸 的 解 离 前 面 已 叙 及 。 2。 BARNS A 由 上 所 述 ， 改 变 氨基 酸 溶 amen pH 值 ， 可 以 使 它 带 上 不 同 的 电荷 。 在 直流 电 场 的 作用 下 ， 就 会 有 不 同 的 电泳 行为 。 在 某 一 特定 的 pH 值 条 件 下 ， 和 氨基 酸 主 要 以 两 性 离子 状态 存 在 ， 溶 液 中 的 氮 基 酸 分 子 所 带 净 电 荷 为 零 ， 而 且 解 离 成 阳离子 和 阴离子 的 数目 和 趋势 相等 ， 虽 有 外 加 电场 的 存在 ;但 它 既 不 移 向 正极 也 不 移 向 负极 ， 这 时 溶液 的 pH AMARA EM 的 等 电 点 〈 Isoelectric point) 。 在 水 溶液 中 ， 和 氨基 酸 的 等 电 点 就 是 它 的 等 离子 点 。 在 等 离 子 点 时 ， 分 子 呈 现 为 等 电 型 离子 。 所 谓 等 离子 志 就 是 氨基 酸 由 于 质子 (H 仿 的 解 离 与 缩合 而 使 得 其 分 子 呈 现 等 离子 状态 的 pH 值 。 氨 基 酸 在 水 溶液 中 的 等 电 点 或 等 离子 点 用 符号 pl 表 示 。 氛 基 酸 分 子 上 的 c- 氮 基 、c- 羧 基 以 及 其 他 侧 链 可 解 离 的 基 团 都 有 一 个 特征 性 的 解 离 常 数 的 负 对 数 pK。 值 。 由 于 每 种 氨基 酸 的 酸性 和 碱 性 基 团 的 数目 不 同 ， 以 及 每 个 可 解 离 基 A pK, 值 的 差别 ， 因而 使 得 不 同 的 氨基 酸 有 不 同 的 等 电 点 。 那 么 pK4 值 与 等 电 点 产 间 有 什么 关系 呢 ? 对 于 一 氨基 一 羧基 的 中 性 氨基 酸 来 说 ， 其 等 电 点 pI= 广 (pK 和 +P 开 每) ERR 74 可 通过 氨基 酸 的 酸 碱 滴定 曲线 来 说 明 。 HAM (其 他 中 性 氨基 酸 也 可 ) 在 酸性 溶液 中 接受 , Bp) H}N—-CH,—COOH PAE, LINE TN, SNC. BR 离 是 分 } 步 进行 的 。 HSNCH:COOH Fig NCH,COO7,4 7° (Gly ) (Gly ) KS HINCH,COO” &=———= H,NCH,COOf t+ H (Gly *) (Gly-) 这 里 KY 和 天 。 分 别 代表 甘氨酸 分 步 解 离 的 两 个 表现 解 离 常 数 。 根据 弱酸 的 解 离 ， 按 照 质量 作用 定律 ， 于 是 就 有 : kre Gly? J PH) Kye 0Gly" 3 OH7 ; CGly*] ’ [Gly*] i awe nes Lng hes neh G93 Fale ' tm K, CGly*] cH K,; (Gly*] 两 边 取 对 数 ， 人 1\-ogg _CGly*] Oa ks ania Ky * 18 ceiy3 1 1 CGly-J log TH] = log KL + log TGly=7 i [Gly*] SOred See A heh 7x EN, pH= pKa, + log SEGly*1_ coees C2) a] La pean oL&ly 1 RS veer. lle pH = pKi,+ log [Gly=] ¢2) 4CGly*]=CGly*Iat, MC 1) % PH = pKa s 4(Gly*]=(Gly" Jat, WM (2)st% pH=pKa.. 当 把 甘氨酸 溶 于 水 中 时 ， 溶 液 的 pH 值 大 约 是 6.0， 在 直流 电场 的 作用 下 ， 它 不 移动， 这 表明 它 溶 于 水 中 时 呈 电 中 性 。 用 标准 的 酸 、 碱 滴定 时 测 得 如 图 3 一 4 所 示 的 曲线 。 从 滴定 曲 线 昌 凡 我 们 可 以 看 出 当 逐 步 加 入 标准 HCI, pH 逐渐 降低 。HIENCH5COO -中 的 = COO- #2 H*, 使 其 部 分 转变 成 HiNCH;COOH。 当 加 入 的 HCl 当量 数 等 于 滴定 完全 的 一半 at, 450% hKICH}NCH,COO 7] mk 7 CH}NCH.COOH], stmi@wkeas pH 1492.34, Bl 好 处 于 曲线 A 部 分 的 中 点 。 根 据 61 ) 式 ， 则 此 时 的 pPHeepKL,. SAH MARANAOH 时 pH 值 Ri HB. HPNCH,COO- 中 的 —N'H, # 放出 的 | H+ 被 O 再 市 中 | 和 ， H;NCH:COO- 逐渐 生成 。 当 加 六 的 NaOH 当量 数 等 于 滴定 完全 的 一 半 时 ， 有 50% 的 [H+NCH:COO-] 变 成 [HNCH:COO7]， 刚 好 处 于 曲线 妊 部 分 的 中 点 。 此 时 溶液 中 的 DH 75 值 为 9.6。 根 据 (2 ) 式 ， 则 此 时 的 pH 即 为 pK。， 。 在 等 电 点 时 ， 由 于 净 电 荷 为 零 ， 于 是 就 有 [Gly*]=[Gly7] i. Ge ee ES Gy -7 abe 1K, iE, ， 公司 CGly*J(H*] _ [Gly*]-K, 于 是 ， KR ET ] 2 Me CH= Kix Ki, as (Say) RIKER 取 对 数 后 即 得 ; ~C00-/-NH, 4 ®#=— 1 50% —COO-/—NHX—1)_) <_< + . % se 50% —COO-/—NHj<0 lane + AN — C€00O-/-NH; wew=0 (-1) (#1) ' 50% —COO-/—NH;¢ 0 ) : 50% —COOH/ -NHy+op # BM= +> ——-_COOH/-NH, #8#= +1 HCl (当量 ) NaOH (4m 图 3 一 4 甘氨酸 的 注定 曲线 红字 这 里 需要 说 明 的 是 ， 若 NaOH 滴定 的 不 是 = N*H。 上 的 H'+， 而 是 -COOH EHH, 那么 至 滴定 中 点 时 ，pH 应 是 2.34, 而 不 应 该 是 9. 60， 因 为 乙酸 的 ~ COOHM pK. aH 4,740 ， 这 就 难以 使 人 相信 甘氨酸 与 乙酸 的 结构 上 的 差别 而 导致 甘氨酸 羧基 的 酸性 减 小 1055 BLE, 滴定 中 点 的 pH 是 9.6， 不 是 2.34。 而 氨基 的 pK. 值 一 般 是 在 9.0 一 10.0 范 HA. 因此 s NaOH jaewz- NH, EX H’, AR-COOH EWH’, WE, HCliiewBe-COO',*7 CH,—COO7 . SHO 而 不 是 = NH,。 这 就 证 明 甘 握 酸 在 水 溶液 中 是 以 on Ut FH, MTA 是 -以 76 — NH, 对 于 含有 三 个 可 解 离 基 团 的 氨基 酸 ， 只 要 先 写 出 它 的 解 离 式 子 ， 然 后 取 等 电 状 态 两 边 的 pK, 值 的 算术 平均 值 即 为 该 氨基 酸 的 等 电 点 。 例 如 谷 氛 酸 的 解 离 及 其 pPI 值 的 求法 : 形式 存在 。 COOH COO COO- COO" : i) ae PO eh pKas H,N—C —H3 ioe gk A ey | i . i ray CH, a ie S ee , , CH, i | i, COOH COOH COO- COO- : «1 pK4s Glu’ ie Glut GT RR Glo” ASAT (Glu), Glum 含量 甚 微 ， 可 以 不 必 考虑 。 故 Glu 的 等 电 点 pI= 方 (PKG + i 2 AT WRENS PK. SHER AZANIA. PRM. pKi3) = = (2.49.44, 25) = 322%) COOH: : COO- COO™ COO- | pKa : | pKa pKi, H,N—C—H — H,N—C —H———>H, N—C -H—— =H, N—C —H iw ao ie ae CH, | | CH CH, CH, ia sigh i, 人 17 to 1) fi N H, NH; NH, NH, pK, pK{, Kos Lys** = lay s:' as bys Lys” MAMAS KA Lys*, WE pl = (pKiéet pK43) = 5 (8, 95 + 10, 55) = 9,74. 由 于 各 种 氨基 酸 都 有 它 特 定 的 等 电 点 〈 表 3 一 2 ) ， 当 溶液 的 , pH 值 小 于 某 氨 基 酸 的 等 电 RN, WRB IER, AAR PH 值 大 于 等 电 点 时 ， 则 该 氨基 酸 带 负电 荷 。 因 此 ， 在 同一 pH 值 条 件 于 ， 各 种 氨基 酸 所 带 的 电荷 不 同 。 例 如 ， 在 pH6.0 的 溶液 中 ， 丙 氢 酸 是 以 两 性 离子 的 形式 存在 ， 而 天 冬 氨 酸 解 离 成 为 阴离子 ， 精 氨 酸 则 解 离 成 为 阳离子 。 根 据 这 一 性 质 ， 通 过 调节 毛 基 酸 混 合 液 的 pH 值 ， 以 改变 混合 液 中 各 种 氨基 酸 的 电荷 数 ， 使 其 中 各 氢 基 酸 所 带电 荷 造成 较 大 差异 , 再 应 用 离子 交换 法 或 电泳 法 将 混合 液 中 的 各 种 毛 基 酸 分 离 出 来 。 当 毛 基 酸 处 于 等 电 状 态 时 ， 由 于 氨基 酸 之 间 的 静电 引力 的 作用 ， 和 氢 基 酸 分 子 彼此 聚集 ， 77 此 时 溶解 度 最 小 ， 容 易 沉 淀 析出 。 利 用 这 一 性 质 可 以 分 离 制备 某 些 氨基 酸 。 表 3-2 氨基 酸 的 表 观 解 离 常数 和 等 电 点 (25"C ) 氨基 酸 | PK! coon | PK ‘nn, | pK‘p pl HAR 2,34 9,60 AAR 2.34 9,69 5 BR 2.32 9.62 AR 2,36 9,60 REAR 2,36 9.68 丝氨酸 2,31 9.15 苏 氨 酸 2.63 | 10,43 天 冬 氨 酸 2.09 9,82 rer W reek: 2.97 天 冬 酰 胺 2,02 8.8 5.41 BAR 2.19 9,67 4 .25(y-COOH)} 3,22 ARK 2.17 9.13 | 5,65 精 氢 酸 2.17 9.04 12, 8 ( Bil 3) 10,76. wal eh A AR 2,18 8.95 10, 53(e-N* Hs) 9.74 组 氨 酸 1.82 9.17 | 6,00( PK mB 2) 7,59 半 胱 氨 酸 1,71 8.33 10,78¢ - SH) 5,02 甲 硫 氨 酸 - 2,28 9,21 | Yr 5.75 AAR 1,83 9.13 | ~~ 5,48 ik 2.20 9,11 10, 07( - OH) 5,66 BAR 2,38 9,39 | 5,89 iii BR 1,99 10,60 | 6,30 五 、 氨 基 酸 的 化 学 反应 氨基 酸 的 化 学 反应 与 它 的 a- 氨 基 、a- 羧 基 ， 以 及 其 他 侧 链 基 团 有 密切 的 关系 。 REM 的 化 学 反应 不 仅 是 氨基 酸 定性 、 定 量 分 析 的 依据 / 南 且 也 是 蛋白 质 化 学 合成 和 蛋白 质 氨基 酸 顺序 测定 的 基础 。 这 里 我 们 介绍 有 关 的 重要 化 学 反应 。 全 ”与 亚 硝 酸 的 反应 氨基 酸 的 c- 氨 基 与 亚 硝酸 的 反应 和 伯 胺 与 亚 硝酸 的 反应 相同 。 氨 基 酸 的 4- 氛 基 定量 地 与 亚 硝 酸 作用 产生 产 酸 和 氮气 (N;)。 产 生 的 氮气 一 半 来 自 氨 基 酸 分 子 上 的 <- 氨 基 气 ， 一 半 来 自 亚 硝酸 中 的 所 。 故 在 一 定 条 件 下 测定 反应 所 释放 的 氮气 的 体积 ， 便 可 计算 出 氨基 酸 的 含 E, 这 是 范 压气 基 氨 测 定 方法 的 基础 | NH, OH 78 此 法 较为 准确 ， 反 应 很 快 ， 是 定量 分 析 氨 基 酸 的 常用 方法 。 赖 氨 酸 的 e- 氨 基 与 亚 硝酸 的 作用 RE, WAR. MARA PNLALURHAR, AARNE RRA POR SASW AR 反应 。 ，_ 由 于 亚 硝酸 只 能 与 游离 的 &- 氨 基 起 反应 ， 而 蛋白 质 分 子 中 的 游离 的 z- 氨 基 只 限于 一 端 ， 因此 能 够 测 得 的 游离 CREAR MN. HE, SHARAN, BERERW RK, 游 离 的 “- 氨 基 增 多 ， 与 亚 硝酸 反应 释放 出 的 氮气 量 亦 随 之 增加 。 而 蛋白 质 的 总 氨 量 在 水 解 过 程 中 是 不 变 的 。 所 以 通过 测定 水 解 过 程 中 ac- 毛 基 氨 量 的 变化 以 及 与 总 氮 量 的 比例 关系 ， 可 以 判断 蛋白 质 的 水 解 程度 。 2. 与 甲醛 的 反应 氨基 酸 的 -氨基 与 中 性 甲醛 的 反应 可 表示 如 下 ， OH- RCH—COO- = RCH—COO- + H* ——_ > H,,0 NH, NH, RCH—COO- RCH 一 CO9- OH OH —N+C—H H 由 于 - NHs 是 一 个 弱酸 ， 它 完全 电离 时 的 PHA 12-13, 用 一 般 的 指示 剂 很 难 准确 地 判断 其 滴定 终点 。 所 以 在 一 般 条 件 下 不 能 直接 用 酸 碱 滴定 法 来 定量 地 测定 氛 基 酸 。 在 中 人 性 pH 和 常温 条 件 下 ， 甲 醛 能 很 快 与 氨基 酸 上 的 c- 毛 基 结 合 ， 产 生 含 产 基 的 化 合 物 。 羟 基 诱 导 电子 ， 使 N 上 的 电子 密度 降低 ，N 就 不 再 吸引 质子 。 这 样 ，H' 游离 出 来 ， 不 会 再 与 N 结 合 ， 使 上 述 平衡 向 右 移 动 ， 促 使 ~- NH, by H’ 释放 出 来 ， 使 溶液 的 酸性 增加 ， 亦 即 降低 了 - NH, 的 pK’a 值 ， 使 - NHs 变 成 为 较 强 的 酸 ， 滴 定 的 终点 , 移 到 pH9, 左 右 。 这 样 就 可 用 酚 栈 作 指示 剂 ， 用 NaOH 滴定 ， 每 释放 出 一 个 世 就 相当 于 一 个 所 基 酸 $ .这 一 实验 也 表明 79 被 碱 滴定 的 基 团 是 -~ NH, 而 不 是 ~- COOH, 3。 与 二 硝 基 氟 茉 的 反应 卤 代 烃 可 与 氨 作 用 生成 及 。 氨 基 酸 上 的 c- 氨 基 相 当 于 伯 腕 ， 可 以 与 秽 代 烃 起 反应 生成 胶 ， 即 氨基 酸 的 氨基 上 的 一 个 互 被 烃基 ( 包括 环 烃 及 其 衍生 物 ) 取代 。 2 4- 二 硝 基 ME (DNFB ) 可 视 为 环 烃 的 衍生 物 ， 其 反应 可 表示 如 下 ; Py... : HF 二 ‘| i H DS 一 H O.N—¢ ee +. WH-—CH—COOH —0,N— 一 N 一 CH 一 COOH aa “i NO, ( DNFB ) DNP-AA ( 黄色 ) 这 一 反应 是 定量 转变 的 ， 反 应 后 生成 黄色 的 二 硝 基 洽 毛 基 酸 (DNP-AA ) 。 此 反应 可 用 于 肽 链 的 -末端 分 析 。 4, 与 共 异 硫 氰 酸 的 反应 同 理 ， 氢 基 酸 的 或 者 肽 链 N- 末 端的 c- 氮 基 也 能 与 苯 异 硫 氰 酸 (PTC ) 反应 产生 相应 BOAR SAE iA EA a EES IK, 茉 氛 基 硫 甲 酰 氨 酸 (PTC-AA ) 在 无 水 酸 中 环 (RAZA ZN Mihi ( Phenylthiohydantoin, faj7y PTH) 的 衍生 物 ， 后 者 在 酸 中 很 稳定 。 反应 得 到 的 产物 无 色 ， 可 用 层 析 法 加 以 分 离 鉴定 。 此 法 在 肽 链 N -末端 分 析 和 N- 端 氛 基 酸 顺序 的 测定 中 很 有 用 。 反 应 过 程 可 示 如 下 ( PTC-AA ) (PTH- 衍 生物 ) 5。 与 丹 磺 酰 氯 的 反应 氨基 酸 的 -所 基 或 肽 链 N- 末 端 游离 的 gc- 毛 基 可 以 与 二 甲 氨 基 奉 磺 酰 毛 (简称 丹 磺 酰 毛 ， 或 用 DNS-Cl 表示 ) 起 反应 生成 丹 磺 酰 氯 的 衍生 物 。 由 于 丹 磺 酰 毛 是 一 种 董 光 试剂 ， 与 &- 氟 基 反应 所 生成 的 丹 磺 酰 衍生 物 具 有 很 强 的 莉 光 ， 可 用 于 微量 分 析 。 故 丹 磺 酰 氛 在 肽 链 N- 端 氨基 酸 分 析 中 是 很 有 用 的 试剂 。 80 ee =—s Jo a ors tt AS EDN ha > 0 m | > Cie H eee we ep a Ge CHF i snip ey O R 6 SRS MN Rw 草 三 酮 在 弱酸 性 溶液 中 与 氨基 酸 一 起 加 热 ， 氨 基 酸 便 被 氧化 ， 脱 去 氨基 和 羧基 ，” 和 革 成 相 应 的 醛 ， 萌 三 酮 本 身 则 被 还 原 成 还 原 性 节 三 酮 ， 后 者 再 与 荫 三 酮 和 毛 作 用 生成 蓝 紫 色 物 质 。 这 一 反应 为 所 有 %- 氛 基 酸 共有 ， 反 应 十 分 灵敏 ; ILE 氨基 酸 就 能 显 色 。 根据 反应 生成 的 蓝 紫 色 的 深浅 ， 在 波长 为 540 毫 微米 处 可 比 色 测定 氨基 酸 的 含量 。 用 氢 基 酸 的 纸 上 层 析 、 离 子 交换 或 电泳 等 方法 将 氟 基 酸 分 开 后 , AEG 三 酮 作 显 色 剂 ， 可 定性 鉴定 和 定量 测定 氮 基 酸 。 A? OX x R—CH—COOH aa one. + ROD: + NH, + ae ah re ads mars is aq 和 a a ea -wa OC ay ae OH” ai XY? W/Z A YY 蓝 紫 色 物 质 WASH w- 亚 分 基 ， 故 与 前 三 柄 反应 生成 黄色 的 物质 。 天 冬 栈 胶 由 于 含有 游离 的 酰胺 基 ， 与 节 三 酮 反应 生成 棕色 产物 。 | 7, 个 别 氨基 酸 的 化 学 反应 蛋白 质 通常 能 与 某 些 化 学 试剂 作用 产生 特殊 的 颜色 反应 。 根 据 分 析 ， 证 明 这 些 特殊 的 颜 色 反应 乃 是 由 于 某 些 氨基 酸 的 特殊 的 侧 链 及 基 团 产生 的 。 对 这 些 侧 链 基 团 的 特殊 颜色 反应 的 认识 有 助 于 对 含 存 这 些 侧 链 基 团 的 毛 基 酸 的 分 析 。 蛋 白质 或 多 肽 都 含有 这 种 或 那 种 具 特 殊 侧 链 基 团 的 氨基 酸 ， 因 此 可 作为 蛋白 质 定性 和 定量 分 析 的 依据 。 现 选择 几 个 反应 说 明之 。 81 (1 ) 组 氨 酸 和 酷 所 酸 的 偶 氮 反应 偶 氮 化 合 物 能 与 酚 核 或 咪唑 基 起 反应 产生 有 色 物 质 。 组 氨 酸 含有 上 咪唑 基 ， 可 以 和 偶 氨 苯 磺 酸 结合 产生 鲜红 色 的 化 合 物 。 H | HO i On S-N= No papel, CH,— aT —Coo- N N NH, we BARNA ES ERARRA AKA aT Te HO,s—€_S—N ana eres ccoo- Hos—<_S- N=N NF (2 )#FAMAIRORM ¢ Sakaguchi) 6 SP RSPes RSL HEME eee Shoe: 量 测定 。 ag a A C—=NH HO— - orn O | | ie a | 一 + N.t +H,0+ NaBr NH oS att [次 误 酸 钠 ) NH | b = (CH, )s nit H,N—CH H,N—C—H COOH dobx 〈 鲜 红色 ) (3 ) 色 氨 酸 的 颜色 反应 在 浓 硫 酸 的 存在 下 ， 乙 醛 酸 能 与 色 氛 酸 缩合 成 紫红 色 物 质 。 YR 在 反应 中 起 脱水 作 用 。 82 全 有 9 CH CH—COOH. +. CHO—COOH SES SSIES EES SF |wH.S0, NH, NH, | | OH ROPE Hooc-cHrcHT ord’ ee aa a er H H fins COOH NH, NH, . 1 Hooc-t 入 O [-CH.—CH—COOH | HOOC—CH—cH,4~—_“% /\n7 oe ee ere H COOH H (紫红 色 化 合 物 ) 442 半 胱 氨 酸 策 基 的 反应 EMR A BIE C- SH) 有 很 强 的 还 原 能 力 ， 很 容易 被 氧化 。 在 蛋白 质 多 肽 链 分 子 中 的 半 胱 氨 酸 的 - 让 全 做 区 证， 扩 全 二 硫 键 ( 一 S 一 S 一 )， 即 两 者 被 氧化 形 成 胱 氨 酸 。 蛋 白质 分 子 中 的 二 硫 键 有 维持 分 子 空间 构象 稳定 的 作用 。 二 硫 键 可 被 还 原 重 新 产 生 -.SH， 亦 可 被 氧化 剂 如 过 甲酸 等 破坏 。 许多 蛋白 质 或 酶 的 活性 中 心 都 需要 一 基 起 作用 。 SiGe SHS RSET tm Ac’ He 等 结合 形成 不 溶性 的 硫 醇 盐 ， SRKREARAEA WIE. Bt SR RA PM (PCMB)HS RMT KW EMR, ARE PRE EKA Mik, Be 可 选用 255nm 的 波 长 进行 测定 。 COOH COOH | BNE CoH . Cl-He—€ —COOH EC | CHa CH, dy $e -cooH 83 六 、 氨 基 酸 的 分 离 和 分 析 氨基 酸 的 分 离 和 分 析 在 理论 上 和 实际 应 用 中 都 是 一 项 极为 重要 的 工作 。 在 蛋 自 质 的 扎 信 酸 的 组 成 分 析 和 氨基 酸 顺序 的 测定 中 需要 对 氨基 酸 进行 分 离 和 分 析 。 在 生产 实际 中 ， 水 解法 制备 氨基 酸 以 及 微生物 发 酵 法 进行 氨基 酸 的 生产 ， 也 需要 进行 氛 基 酸 的 分 离 和 分 析 。 分 离 纯化 氨基 酸 的 方法 是 很 多 的 。 例 如 ， 可 利用 氨基 酸 等 电 点 的 差异 ， 采 取 调节 等 电 点 RO aR eS Ae AAT A RL A Rs AE - 液 中 分 离 出 若干 种 或 全 部 氨基 酸 ， 可 采用 离子 交换 法 。 此 法 优点 突出 ， 分 离 和 分 析 兼 而 有 之 。j| 若 要 分 离 并 鉴定 出 某 溶液 所 含 氨基 酸 及 其 种 类 ，: 则 可 采用 层 析 法 或 电泳 - 层 析 法 。 这 里 a eres 绍 ; “1 纸 上 层 析 法 | ES ; 配 层 析 原 理 的 一 种 应 用 。 分 配 层 析 (Partition chromatography ) 是 利用 不 同 物质 在 两 个 互 不 相 溶 混 的 溶剂 中 分 配 系 数 不 同 而 达到 彼此 分 离 的 目的 。 分 配 系数 (a) RMP: oo 溶质 在 固定 相 中 的 浓度 溶质 在 流动 相 中 的 浓度 ，， 一 种 物质 在 某 溶剂 系统 中 的 分 配 系数 在 一 定 温度 下 是 一 个 常数 。 AS 纸 上 层 析 法 以 滤纸 作为 情 性 支持 物 。 涉 纸 纤维 上 众多 的 一 OH 基 是 亲 水 的 极 性 基 团 ， 可 以 吸附 一 层 水 作为 国定 相 《 或 静止 相 ) 。 通 常 把 被 水 饱和 的 有 机 溶剂 相 作 为 流动 相 。 为 了 解释 纸 上 层 析 的 原理 ， 可 以 把 滤纸 视 为 由 若干 板 层 构 成 的 一 个 层 析 柱 。 滤 纸 吸 附 的 水 即 为 固 征 相 S， 有 机 溶剂 作为 流动 相 M。 两 相 互相 接触 而 不 相 混 溶 。 A ALB 两 种 物 质 ，A 在 两 相 中 的 分 配 系 数 等 于 1，B 在 两 相 中 的 分 配 系数 等 于 1/3。 把 A、B 两 种 物质 的 混 合 样品 点 在 滤纸 板 层 的 第 一 层 。 当 流动 相 进 入 到 第 一 层 时， 溶质 根据 客 自 的 分 生 系 装 在 第 一 层 的 两 相 中 分 配 ( 如 图 3 一 5( 1 ) ) ， 流 动 相 继续 向 前 移动 ， 此 时 第 一度 固定 相 讳 药 浴 质 在 新 流 来 的 流动 相 和 第 一 层 固 定 相 之 间 重 新 分 配 ， 原 先 流 经 第 二 层 的 流动 粗 流 到 第 二 庆 记 基业 带 的 溶 质 便 在 第 二 层 中 的 固定 相 和 流动 相 之 间 重 新 分 号 (图 3 一 5( 情 ) ) 。 如 此 闫 推 六 冤 兰 次 抽 提 分 配 即 可 看 出 A 和 B 的 最 浓 部 分 已 经 分 开 。 AW 在 第 二 层 最 浓 ， 了 物质 在 第 三 层 最 A elle 如 果 再 经 若干 次 抽 提 分 配 ，A、B 两 物质 即 可 分 开 . 1 质 分 离 后 在 图 讲 上 的 位 置 可 用 比 郑 值 Ri 来 表示 。R， 值 的 定义 是 ， 符 一定 的 条 御 下 ， ih BUA eateries 和 R, = 原点 到 层 析 斑 点 中 心 的 距离 | 原点 到 溶剂 前 沿 的 距离 由 于 各 种 溶质 在 一 定 温度 、 溶 剂 等 条 件 下 ， 都 有 特定 的 Re 值 ， 故 可 以 根据 Re 值 定性 地 鉴定 被 分 离 的 物质 。 但 是 ， 人 们 通常 用 已 知 标准 品 同时 层 析 作为 对 照 以 鉴定 被 分 离 的 样 大 多 数 氨 基 酸 禁 同 一 溶剂 系统 中 的 分 配 系 数 或 Rr 值 是 有 差异 的 ， 这 种 差异 主要 取决 于 它们 对 溶剂 的 亲 和 性 即 它 们 的 极 性 的 不 同 。 因 此 利用 这 种 差异 即 可 达到 分 离 氨基 酸 的 目的 。 84 S M S M A1/8 A1/8 B1/46 B3/64 Al/4 Al/4 Al/4 Al/4 B6/64 B18/64 ， |Ai/s | Al/8 B9/64 B27/64 ee a nn (3)a (3)b | B3/16 | B3/16 S M Ai/4 Al/4 B1/16 B3/16 Al/4 Al1/4 B3/16 B9/16 图 3 一 5 溶质 在 两 相 中 的 分 配 层 析 时 ， 先 将 样品 点 在 滤纸 的 一 端 ， 平 衡 后 即 可 用 流动 相 展 层 。 至 接近 另 一 端 时 ， 可 取出 凉 干 ， 显 色 。 与 标准 对 照 或 测 Rr 值 进行 定性 鉴 定 。 根 据 显 色 后 的 颜色 的 深浅 亦 可 作 光 谱 定 量 分 析 。 有 些 毛 基 酸 在 某 一 溶剂 系统 中 的 分 配 系数 BR: 值 接近 或 者 相同 ， 单 向 层 析 往 往 不 能 分 开 ， 则 可 用 双向 层 析 或 一 向 层 析 一 向 电泳 等 方 法 将 它们 分 开 。 在 双向 层 析 中 ， 当 进行 第 一 向 层 析 时 ， 样 品 点 在 滤纸 的 一 角 ， 展 层 后 取出 ， 凉 干 后 将 滤纸 转动 90"， 用 另 一 溶剂 系统 作 第 二 同 展 层 ， 取 出 凉 干 后 显 色 ， 即 可 得 到 双向 层 析 图 谱 《 图 3 一 6 ) 。 纸 上 层 析 法 也 可 用 来 分 离 鉴定 其 他 物质 如 BER. BS, 图 3 一 6 ARRHNAe Hie 溶剂 IT 正 丁 醇 :12%NH,OH:95% 乙 醇 = 13:3:3 溶剂 工 正 丁 醇 :80% 甲 酸 :H:O=15:3:2 85 2, SEER 薄 层 层 析 ( Thin-layer chromatography ) 是 近 十 多 年 发 展 起 来 的 一 种 微量 而 快速 的 BRE. AM, 氨基 酸 的 定性 分 析 主要 是 用 双向 薄 层 层 析 法 。 REISE RE 层 析 两 省 的 优点 。 漂 层 层 析 以 玻璃 核 上 薄 层 为 支持 物 。 薄 层 可 用 纤维 素 、 硅 渡 土 、 厦 胶 、 氧 化 铝 、 聚 酰胺 或 “PEAE 一 纤维 素 等 涂 布 在 玻璃 板 上 和 制 成 。 把 要 分 入 的 样品 滴 而 在 王 层 板 的 二 端 二 再 选用 适当 的 溶剂 进行 展 层 ， 使 样品 中 各 成 分 得 以 分 开 。 慰 层 层 析 的 基本 康 理 ， 主 要 根据 制作 薄野 的 原料 而 定 。 如 果 用 的 是 硅胶 或 氧化 如 等 吸附 必 作 忆 汪 属 的 原料 ， 则 同 于 吸附 层 析 的 原 再， 车 用 的 是 纤维 素 起 竺 漠 二 等 作为 王 度 国 厌 料 ， 则 同 于 分 配 层 析 的 原理 ;车 用 的 是 DEAE 一 纤维 素 作为 薄 层 的 原料 ， 则 同 于 离子 交换 层 析 的 原理 。 薄 层 层 析 除 用 于 所 基 酸 的 分 析 鉴 定 外 ， 还 柯 用 于 其 他 许多 物质 的 从 离 ， 如 灶 类 、 核 苷 酸 、 各 种 染料 等 。 bale by 3, 离子 交换 层 析 法 离子 交换 层 析 法 (lon-exchange chromatography) 是 分 离 分 析 氛 基 酸 的 一 种 最 为 有 效 的 方法 。 它 以 离子 交换 树脂 作为 支持 物 ， 离 子 交 换 树脂 是 一 类 不 溶 于 水 、 水 湾 于 有 机 溶剂 、 不 溶 于 酸 碱 的 人 工 合成 的 聚 茉 乙烯 等 的 高 分 子 化 合 禾 。 在 它 的 上 面 共 价 地 过 少许 多 可 解 元 为 阴离子 或 阳离子 的 基 团 ， 可 与 周围 溶液 中 的 其 他 相反 离子 或 离子 化 合 析 结合。 离子 交换 树脂 根据 所 交换 的 离子 类 型 可 分 为 阳离子 交换 树脂 和 阴离子 交换 树脂 。 阳离子 交换 树脂 共 价 连 有 带 负 电荷 的 磺 酸 基 ( - SO5) ae AF fa LATARIE(— COO), 前 者 称 为 强酸 型 ,后 者 称 为 弱酸 型 。H' 或 Na 能 被 这 些 带 负电 荷 的 基 团 以 离子 键 的 方式 结 0. 2MNat+ EN @_O-Na+ (在 较 高 的 PH 下 ) @ O-Nat "0 “Nat a. i @—O-Nat S- ON "NaC H O-Na R PER —Nat ‘ 一 DO-Nat+ -Na @ —0-Nat* | coo- ! 1 | Ha +N —H . R (A) (B) (C) 图 3 一 7 AG AS A FE (A) fH BF 2¢ He HE (Na 9g), (B) 质 子 化 的 氨基 酸 与 Nat 交换 ; (C) 洗 脱 ， 钠 离子 重新 取代 氨基 酸 。 合 。 这 些 结合 有 于 或 Na ”的 离子 交换 树脂 〔 前 者 称 为 H 型 ， 后 者 称 为 Na we) WBE 86 他 带 阳离子 的 分 子 交 换 ， 故 称 为 阳离子 交换 树脂 。 当 把 被 分 离 的 氨基 酸 溶液 的 pH 调节 至 酸 1， 性 时 ， 所 有 的 氨基 酸 都 变 成 了 阳离子 的 形式 ， 带 上 了 正 电 荷 。 将 这 种 溶液 通过 阳离子 交换 树 | 。 脂 , 带 正 电 荷 的 氨基 酸 就 会 取代 孔 ' 或 Na 而 被 结合 到 带 负 电荷 的 - SOs 基 团 上 (图 3 一 7)。 。 带 有 两 个 正 电荷 的 氨基 酸 (Lys APM TRAM SAR, 中 性 氨基 酸 结合 得 次 之 六 酸性 氨基 酸 结合 得 较 松 。 因 此 ， 可 采用 逐步 提高 洗 脱 液 pH 值 和 离 子 强度 的 办 法 将 交换 而 被 结合 在 树脂 上 的 氛 基 酸 依次 洗 脱 下 来 。 酸 性 氨基 酸 最 先 被 洗 脱 下 来 ， 中 性 氨基 酸 次 之 ， 碱 性 氨基 酸 最 后 被 洗 脱 下 来 。 由 于 各 氨基 酸 可 解 离 的 基 团 的 pK'a 值 有 差异 ， 加 上 上 树脂 骨架 的 疏水 性 ， 用 这 种 方法 ， 即使 很 相似 的 分 子 也 能 被 分 开 。 Moore 和 Stein 经 过 长 期 研 究 ， 在 50 年 代 利用 离子 交换 层 析 法 把 蛋白 质 中 的 所 有 氨基 酸 分 离开 了 。 在 此 基础 上 便 设 计 出 JT RERBA ADMIN (Amino acid anatlyzer)。 图 3 一 8 是 按照 Moore-Stein 程序 ， AA 基 酸 自动 分 析 仪 分 离 分 析 全 部 氨基 酸 的 结果 。 柱 高 150 c m ， pH 3.25, 0.2N — pH 4.20. Nee “PER 15¢ m Pp H 5. 2.— _— rete ———+| ks 35N HRA ; 4 t yy | Bem) ) 图 3 一 8 ”利用 氨基 酸 分 析 仪 进行 氨基 酸 离 子 交换 柱 层 析 回收 洗 脱 峰 氨基 酸 是 没有 颜色 的 化 合 物 ， 为 了 检查 毛 基 酸 流 经 交换 柱 的 情况 ， 可 以 用 茄 三 酮 好 色 》 借 此 亦 可 以 从 光 吸 收 测定 出 各 种 毛 基 酸 的 含量 。 由 于 茄 三 酮 能 同 所 有 和 毛 基 酸 反应 ， 那 么 如 何 才能 判断 草 三 酮 阳性 部 分 相应 于 哪 种 氢 基 酸 呢 ? 在 同样 的 交换 层 析 的 条 件 下 ， 某 一 特定 的 毛 基 酸 总 是 在 同一 时 间 通 过 交换 柱 ， 并 且 持 续 的 时 间 对 每 种 毛 基 酸 都 是 特别 的 。 毛 基 酸 从 交换 柱 上 洗 脱 下 来 的 顺序 可 以 借助 流 经 柱子 的 每 一 种 氛 基 酸 接连 分 开 的 溶液 体积 和 记 十 各 自 的 洗 脱 时 间 来 确定 。 那 么 ， 当 某 种 氨基 酸 混合 物 被 交换 分 离 时 ,， EPP RE CBDR 闻 ) 是 已 知 的 。 这 时 ， 只 要 对 比 混合 标准 毛 基 酸 的 离子 交换 柱 层 析 图 谱 即 可 确定 是 何 种 氨基 当 蛋 和 白质 在 标准 条 件 下 用 HC] 完全 水 解 时 ， 并 不 能 用 氢 基 酸 分 析 仪 人 《定量 ) 分 析出 全 部 毛 基 酸 ， 因 为 色 氢 酸 在 酸 水 解 时 被 破坏 ， 半 胱 氮 酸 也 大 部 分 受到 破坏 此外， 天 冬 酰胺 和 谷 所 酰胺 的 酰胺 基 也 被 降解 下 来 ， 转 变 成 相应 的 天 冬 氟 酸 和 谷 氛 酸 以 及 铵 离子 。 所 以 ， 这 些 氨基 酸 在 洗 脱 图 谱 上 并 不 出 现 。 87 阴离子 交换 树脂 共 价 地 连接 有 带 正 电荷 的 季 胺 基 (- N (CHs)。) 或 伯 胶 基 (- N*Hy) 前 者 属 强 碱 型 ; 后 者 属 弱 碱 型 ,OH- RL Cl 可 被 这 些 带 正 电荷 的 基 团 以 离子 键 的 方式 结合 。 这 些 结合 有 OH- at Cl- 的 离子 交换 树脂 〈 前 者 称 为 OH 型 ， 后 者 称 为 Cl 型 ,可 被 其 他 带 负电 荷 的 离子 或 离子 化 合 物 交换 ， 故 称 为 阴离子 交换 树脂 。 在 碱 性 条 件 示 ; 带 负 电荷 的 氨基 。 酸 便 可 与 OH- 或 :CH 交换 而 被 结合 到 阴离子 交换 树脂 上 。 氢 基 酸 与 阴离子 交换 树脂 结合 的 情况 刚好 与 阳离子 交换 树脂 相反 。 酸性 氨基 酸 结合 得 最 紧 ， 中 性 氨基 酸 次 之 ， 碱 性 氨基 酸 结 合 得 较 松 。 可 用 逐步 降低 洗 脱 液 pH 值 的 方法 进行 洗 赔 。 eat 阴离子 交换 树脂 不 常用 来 分 离 氢 基 酸 。 第 三 节 蛋白质 的 一 级 结构 和 一 级 结构 测定 一 、 蛋 白质 结构 导论 蛋白 质 是 由 氨基 酸 构成 的 生物 大 分 子 。 生 物体 内 存在 着 种 类 繁多 、 功 能 各 异 的 蛋白 质 。 虽然 在 本 世纪 80 年代 中 期 就 已 经 了 解 了 对 所 有 蛋白 质 都 通用 的 一 些 概貌 ， 已 经 知道 了 各 种 氨 基 酸 的 结构 ， -并 已 经 认识 到 肽 键 把 氨基 酸 连 接 在 一 起 的 作用 。 -但 是 if 这 些 信息 不 能 解释 蛋白 质 之 间 的 差别 ， 或 这 些 差别 与 蛋白 质 功能 之 间 的 关系 。 第 一 ， 和 蛋白 质 的 氨基 酸 组 成 和 氨基 酸 顺序 与 它 的 空间 构象 有 何 关系 ? 第 二 ， 更 为 重要 的 问题 是 蛋白 质 的 结构 与 它 的 特殊 的 生物 功 能 之 间 有 件 么 关系 ? 如 何 才能 使 抗体 、 激 素 、 酶 或 结构 蛋白 这 样 一 些 不 同 蛋白 质 足 以 行使 不 同 的 功能 ?Y 在 核糖 核酸 菌 和 血红 蛋白 之 间 ， 什 么 样 的 差别 使 前 者 产生 酶 促 活性 而 使 后 者 成 为 运输 蛋白 ? 第 三 ， 为 什么 有 些 蛋白 质 的 功能 会 发 生 改 变 ? A, RICA MBA 生 了 一 种 不 能 正常 携带 氧 的 血红 蛋 百 ， 这 种 看 红 蛋 白 同 正常 大 的 血红 蛋 身 之 间 消 何 差别 ? 上 述 问题 只 有 通过 分 析 和 比较 蛋白 质 的 氨基 酸 顺序 和 和 蛋白质 分 子 的 空间 构象 之 后 才能 得 到 回答 。 事 实 上 ， 分 子 生 物 学 家 们 通常 都 是 借助 蛋白 质 氨 基 酸 顺序 的 资料 和 X- HRA 射 所 获得 的 数据 去 揭示 蛋 自 质 结构 与 功能 之 间 的 关系 的 。 根据 对 不 同 种 类 、 不 同形 状 、 不 同 功能 的 蛋 自 质 结 构 的 研究 ， 总 的 来 说 ， 蛋 白质 的 结构 水 平 可 分 为 四 级 ， 即 一 级 、 二 级 、 三 级 和 四 级 结构 。 一 级 结构 (或 称 化 学 结构 ) 即 初级 结构 ， 它 涉及 蛋白 质 分 子 的 氨基 酸 组 成 和 氨基 酸 顺 序 》 在 这 种 结构 水 平 上 ， 共 价 肽 键 是 叭 二 的 键 合 方式 。 二 级 结构 是 指 蛋白 质 多 肽 链 主 链 在 空间 中 的 走向 ， 或 有 规则 的 空间 菲 列 ， 是 主 链 的 物 象 ， 不 涉及 侧 链 基 团 间 的 相互 关系 。 三 级 结构 是 指 蛋白 质 在 二 级 结构 的 基础 王 进 一 步 在 三 维 空间 中 沿 多 个 方向 卷曲 、 折 选 成 很 不 规则 的 特定 构象 ， 它 不 仅 处 及 主 链 的 构象 /而 且 还 涉及 侧 链 的 构象 。 对 单 链 蛋白 质 来 说 ， 三 级 结构 就 是 它 的 空间 结构 Wi seo ae CK wR ER 而 成 的 多 链 蛋 白质 来 说 ， 三 级 结构 是 指 各 组 成 链 的 各 自 的 空间 结构 。 四 级 结构 是 蕴 客 育 蛋 白 质 分 子 中 亚 基 ( 或 称 亚 单位 ) 之 间 的 相互 关系 或 空间 位 置 。 但 每 个 亚 基 有 自己 的 一 级 、 二 级 和 三 级 结构 。 | EARWLR, [RMO RRA BAA lel oR RR eR 88 Ser—Tyr—Ser~Met—Glu—His—Phe—Arg—Trp—Gly—Lys—rro-V al—Gly—Lys Glu—Aep—Glu—Ala—Gly—Aen—Pro—Tyr-Val-Lys—Val-Pro—Arg-Arg—Lys .| Ser— Ala—Glu—Ala—Phe—Pro—Leu—G]u~Phe | (a) 一 级 结构 (b> 二 级 结构 A ome Ce) 三 级 结构 (d) 四 级 结构 图 3 一 9 蛋白 质 的 结构 水 平 示意 图 。(a) 一 级 结构 ; (b) 二 级 结构 (螺旋 结构 和 8- 折 和 迭 结 构 )， (c) 三 级 结构 ; (d) 四 级 结构 。 二 、 蛋 白质 分 子 的 主 链 结构 1. 肽 键 (peptide bond) 肽 键 决 定 蛋白 质 的 基 ; 本 结构 的 观点 首先 是 由 Fischer 和 Hofmeister 于 1902 年 提出 来 的 ， 当 时 他 们 的 主要 依据 是 : 四 本 来 蛋白 质 分 子 中 自由 存在 的 c- 氨 基 和 cx- 送 基 是 很 少 的 ， 但 是 当 蛋 白质 被 水 解 时 ， 自由 的 ac- 氨基 和 c- 羧基 呈现 等 量 增加 。 这 表明 氢 基 酸 中 的 xc- 氨基 和 %- RREBREA 质 时 参与 了 结合 ， 而 当 蛋 白质 水 解 时 ， 这 种 结合 又 重新 断 开 ， 产 生 a- 氢 基 和 c-; 羧基 。 @@ 能 够 水 解 蛋白 质 的 酶 也 能 水 解 人 工 合成 的 二 肽 和 三 肽 ( 其 后 合成 的 多 肽 也 能 被 蛋白 酶 水 解 ) 。 固 蛋 白质 分 子 能 同 碱 性 硫 酸 铜 产生 双 缩 腺 反应 (diuret reaction), 双 缩 腺 是 由 两 分 子 的 尿素 经 过 加 热 放 出 一 分 子 NH, 而 得 到 的 产物 。 当 向 加 热 得 到 的 双 缩 腺 中 加 AMAR 89 Z = Nis NH, C=0 . a aon, ; L 2 ee NEN NH, *~ a C=0 c= ee ha A NH, f NH; ~~ 尿素 we 1 ey aN. . oY O 了 少量 稀 硫 酸 铜 深 液 后 六 .产生 复杂 的 紫红 色 化 合 物 。 oan enamae (mn CN- ( 酰胺 键 ) 的 缘故 。 AS AT GER BR | 4%. EBAROFTH, XHRRAMHKA, 一 ; 60 年 代 ， 蛋 白质 的 人 工 合成 以 及 人 工 全 成 的 肽 和 蛋白 质 的 X- a ERR 案 的 结果 使 肽 键 决 定 蛋白 质 的 基本 结构 这 一 -论点 进一步 得 到 证 实 ， 肽 键 是 氨基 酸 之 间 的 共 价 键 。 MAB TREAT, | wee cd) 2, KAMER | . ee eet re 肘 》) 其 中 含有 一 个 肽 键 。 由 于 二 肤 结 构 中 只 有 -- 个 肽 键 ， 故 不 呈现 欢 缩 腺 反应 。 若 用 双 缔 肘 反 应 来 判断 蛋白 质 水 解 程度 ， 则 在 呈现 阴性 反应 之 后 还 应 再 水 解 一 段 时 间 才 认为 蛋白 质 水 解 完 全 。 } i 三 肽 由 三 个 氨基 酸 组 成 ， 含 两 个 肽 键 。 多 肽 一 般 可 视 为 由 三 个 以 上 的 氨基 酸 组 成 ， 其 肽 键 数目 应 为 氨基 酸 个 数 碱 一 。 多 肽 的 线性 结 梅 即 称 为 肽 链 (peptide chain), 组 成 肽 链 的 所 基 酸 因 参 与 了 肽 键 的 形成 ,不 是 完整 的 氨基 酸 ， 故 称 之 为 氨基 酸 残 基 (amino acid residue), H H o—zrz o> Tk 2 图 3 一 10 蛋白 质 多 肽 链 的 模式 结构 在 书写 肽 链 结构 时 ， 按 照 习 惯 将 含有 自由 x- 氨基 的 氮 基 酸 一 端 写 在 左边 ， 这 一 端 称 为 氨基 90 末端 或 N- Kins 把 含有 自由 c- 羧基 的 毛 基 酸 一 tS ES 这 有 sabiecinimubitinla C= 末端 人 如 图 3 入 10 所 示 ) 大 图 3 一 10 可 以 看 出 ， 四 蛋 自 质 中 的 肽 键 都 是 通过 一 个 氨基 酸 的 c- 羧 基 同 另 一 个 氨基 酸 的 ,jc= 氛 基 脱水 缩合 而 成 的 : @@ 每 种 蛋白 质 都 有 相同 的 肽 主 链 (backbone of peptide), Tih: 各 种 蛋白 质 之 间 的 差别 即 结构 和 功能 的 不 同 则 是 由 每 种 蛋白 质 的 氮 基 酸 组 成 和 毛 基 酸 数 以 及 这 些 氛 基 酸 在 蛋 自 质 多 肽 链 中 的 排列 顺序 决定 的 。 这 就 是 说 ， 虽 然 不 同 的 蛋白 质 有 相同 的 主 链 ， 但 是 ， 氛 基 酸 顺序 的 差别 则 意味 着 从 主 链 伸 出 的 侧 链 人 基 的 性 质 和 顺 序 对 于 每 种 蛋 自 : 质 来 说 是 特异 的 。 各 种 毛 基 酸 的 人 基 团 有 不 同 的 物理 和 化 学 性 质 : 不 同 的 大 小 不 同 的 电 荷 汪 对 水 的 不 同 亲 和 力 等 等 。 我 们 可 以 设想 一 下 ， 一 个 含有 200 个 甘氨酸 分 子 的 蛋 自 质 和 一 企 由 1000 个 赖 氨 酸 分 子 组 成 的 蛋白 质 之 间 的 差别 。 这 个 全 甘氨酸 的 蛋白 质 很 短 很 小 ， 仅 有 一 : 个 氢 原 子 作为 了 ERE EHO, EAE pH 溶液 中 ， 这 个 蛋白 质 的 净 电 荷 为 零 。 另 一 方面 ， 全 赖 氛 酸 的 蛋白 质 有 1000 个 庞大 的 REM, BS R SHEA PH TRA 个 正 电 荷 ， 这 些 正 电荷 趋 于 彼此 排斥 。 很 清楚 ， 尽 管 这 两 种 蛋白 质 有 相同 的 肽 主 链 ， 但 它们 是 两 种 不 同 的 分 子 。 党 氨基 酸 参 六 到 肽 链 中 去 后 ， 它 们 的 :c- REM c- 羧基 被 束缚 在 肽 键 中 。 这 些 被 键 合 的 基 团 不 再 有 自由 cx- RAAB cx- 羧基 的 化 学 反应 ， 它们 也 不 再 能 供出 和 接受 氢 离 子 ) 并 且 它 们 不 能 再 为 蛋白 质 贡 献 电 荷 ， 每 一 条 肽 链 - 无 论 多 长 ) 仅 有 一 个 自由 的 %- 氨基 和 一 | Lidia CQ- Rie, EMAAR TAD TAMA TR ER. | CH， CH， CH, CH; €O) 1 | SSH so Su A gd CH, CH; | | 】 i ] ; Ss CH, bu, | ee my (d) 3 一 11 二 硫 键 。A . 链 内 二 硫 键 8 B . 链 间 二 硫 键 当然 ， 所 有 的 蛋白 质 都 是 由 多 肽 链 构成 ， 但 不 是 所 有 具有 生理 活性 的 多 肽 都 叫做 蛋白 质 。 虽 然 蛋白 质 与 分 子 量 较 大 的 多 肽 之 间 并 没有 严格 的 界线 ,但 一 般 分 子 量 超过 5000 HF 基 酸 聚合 体 ( 约 40 个 以 上 毛 基 酸 残 基 ) 就 应 称 作为 蛋白 质 。 分 子 量 比 这 小 的 ， 例如 多 肽 激 91 素 ， 通 常 应 叫做 多 肽 。 肽 键 构成 了 蛋白 质 分 子 多 肽 链 的 主 链 结构 ， 但 肽 键 并 不 是 蛋白 质 分 子 中 的 唯一 共 价 键 。 另 一 种 共 价 键 是 二 硫 键 (disulfide bridge)。 二 硫 键 是 由 肽 链 中 的 两 个 半 胱 RRR | 综 基 (- SH) 通 过 氧化 脱氧 形成 的 。 二 硫 键 可 以 把 不 同 肽 链 连接 起 来 ， 例 如 胰岛 素 分 子 的 A、 B 两 条 肽 链 即 是 经 二 硫 键 连接 ， 二 硫 键 也 可 以 把 同一 条 肽 链 的 不 同 部 分 连接 起 来 ， 例 如 核糖 核酸 酶 即 是 如 此 。 二 硫 键 在 蛋白 质 分 子 中 起 着 稳定 肽 链 空间 构象 的 作用 ， 往 往 与 和 物 活性 有 Xo 3 A MKANES E AAREH ERS RM. REXSAREHORREAA 肽 链 连 接 在 一 起 外 , 大 多 数 蛋 白质 的 多 肽 链 之 间 是 通过 非 共 价 键 联系 在 一 起 的 ; KEKE 的 结合 力 比 较 弱 ， 因 而 比较 容易 把 它们 拆 开 。 在 这 类 和 蛋白质 分 子 中 ， 每 条 肽 链 煌 成 一 个 亚 基 (或 称 亚 单位 ，subuanit ) ， 由 亚 基 构成 的 蛋白 RAN RREBA (oligomeric protein), 催化 代谢 到 应 的 许多 酶 都 属于 寡 聚 蛋白 。 S 三 、 天 然 出 现 的 非 蛋 白质 的 肽 类 “ 妃 乎 在 所 有 生物 类 型 中 都 可 以 发 现 和 找到 二 种 非 蛋 白质 肽 。 这 些 肽 类 物质 都 有 相应 的 生 物 活性 ; ;尽管 我 们 并 不 完全 清楚 它们 的 功能 。 一 般 我 们 把 这 些 肽 类 物质 统称 为 生物 活性 肽 。 生物 活性 驮 在 组 成 、 结 构 和 大 小 方面 存在 很 大 的 差异 。 有 的 呈 环 形 ， 有 的 有 分 枝 , 有 的 还 合 有 D- AER, | Bs | 从 动物 肌肉 组 织 中 〈 包括 人 体 肌 肉 组 织 ) 分 离 出 了 两 种 最 小 的 肽 一 一 肌 肽 (carnosine FIR WK (anserine), EME. 前 者 是 由 B- 丙 氨 酸 ( c- 丙 氨 酸 的 结 构 异 构 体 ) 和 组 氨 酸 构成 ， 后 者 是 由 B- 丙 氮 酸 和 含有 甲 基 的 组 氨 酸 组 成 。 这 两 种 肽 在 肌肉 组 织 中 可 能 起 生理 缓冲 剂 的 作用 ， 因为 它们 的 组 氨 酸 咪唑 基 的 pK. 值 大 约 是 6。 be “IN , &: O CH: \ O CH: \ H,N—CH,—C aoe 一 ee, H,N—CH,—CH pe 。 一 gn i i WL Bk 46 LIEK 谷 胱 甘 肽 (glutathione) 是 生物 体内 普遍 存在 的 一 种 三 肽 ， CRACRR. -RARA 甘氨酸 构成 的 。 谷 氨 酸 的 p- 羧基 而 不 是 &- 羧基 参与 肽 键 的 形成 。 由 于 谷 胱 甘 肽 分 子 中 含 有 青 基 ， 因 此 该 肽 具有 还 原型 和 氧化 型 两 种 形式 。 NH, O O | | i -2H_ 2 —OOC—CH—CH,—CH,— C — N—CH—C —N—CH,—Ch0o- | 一 一 一 | | | +2H H CH, H GSH (还 原型 ) | SH 92 NH, O O | | I -00C 一 C Hi Gia = CH ae i— | He Ce. H (0 ae Cp \— | NH, Oa | Jo -Q0.C—C H—CH,—CH,.— C —- N—CH— GSSG (氧化 型 ) 谷 胱 甘 肽 的 主要 生理 功能 表现 在 ， 中 参与 氢 基 酸 跨 膜 转 运 ，@@ 作 为 清除 剂 与 有 害 的 氧化 剂 作用 保护 含 纺 基 的 蛋白 质 ，@@ 维 持 血红 蛋白 铁 原子 的 二 价 (Fe“) 还 原 态 。 此 外 , 它 还 可 以 作为 一 种 电子 传递 体 参 与 植物 体内 的 电子 传递 。 | 许多 抗菌 素 也 是 肽 类 物质 。 例 如 短 杆菌 肽 S(gramicidin 5) 和 杆菌 肽 A(bacitracin A) 属于 此 类 ， 它 们 都 是 具 环 状 结构 的 多 肽 ， 且 含有 D- 氨基 酸 以 及 一 般 不 出 现在 蛋 自 质 分 子 中 WZAR. : \ 一 些 激素 也 是 肽 类 ， 例 如 催产 素 、 加 压 素 、 生 长 激素 抑制 素 、 血 管 紧 张 素 等 等 。 此 外 ， 一 些 神经 递 质 如 脑 啡 状 也 是 肽 类 物质 。 | 四 、 蛋白 质 一 级 结构 的 测定 ( Determination of the primary structure ) : A Re LI eh TE 19534, Sanger 等 人 经 过 将 近 10 年 的 努力 ， 首 先 完成 了 牛 胰岛 素 的 毛 基 酸 顺 序 的 测定 。 现 在 约 有 1500 HER 质 和 肽 激素 完成 了 一 级 结构 的 测定 。 尽 管 有 了 这 样 重大 的 成 就 ， 但 这 只 是 代表 细胞 中 所 发 现 的 一 少 部 分 。 虽然 蛋白 质 的 毛 基 酸 组 成 相对 比较 容易 获得 ， 但 是 这 些 数据 未 能 提供 关于 蛋白 质 氧 基本 顺序 的 实际 资料 , 没有 指导 蛋白 质 氛 基 酸 线性 顺序 的 规律 。 任 何 一 种 毛 基 酸 都 能 同 另 外 一 种 氨 基 酸 连接 ， 大 多 数 多 肽 链 中 的 氮 基 酸 顺 序 没 有 周期 性 或 重复 单位 。 就 一 种 蛋 蛋 质 的 氢 基 酸 组 成 试图 推断 出 它 的 氨基 酸 顺 序 而 论 ， 那 么 各 种 可 能 性 都 是 存在 的 。 换 句 话 说， 仅仅 知道 某 种 蛋白 质 的 毛 基 酸 组 成 是 不 可 能 排列 出 它 的 毛 基 酸 顺 序 的 。 根据 在 蛋白 质 氮 基 酸 顺序 测定 中 已 经 使 用 过 的 方法 ， 可 以 把 蛋白 质 毛 基 酸 顺序 的 测定 归 纳 为 下 述 内 容 : 应 用 两 种 或 两 种 以 上 的 专 一 性 水 解 方法 ， 分 别 将 蛋白 质 多 肽 链 切 断 ， 各 自得 到 一 系列 大 小 不 同 的 肽 碎片 (fragment ) ， 然 后 将 这 些 肽 碎片 分 别 分 离 纯 化 ， 测 定 它们 的 氢 基 酸 排列 顺序 ， 把 得 到 的 两 套 或 两 套 以 上 的 肽 碎片 的 氟 基 酸 顺 序 拼 炭 起 来 ， 就 可 以 得 到 该 蛋 白质 多 肽 链 的 一 级 结构 ， 即 全 部 氮 基 酸 排列 顺序 。 要 完成 某 种 蛋白 质 的 氨基 酸 顺 序 测 定 ， 大 致 要 经 过 以 下 几 方面 的 程序 。 93 @ 首 先 要 获得 高 度 纯净 的 蛋白 质 样品 。 被 测 蛋 白质 样品 中 必须 没有 其 他 的 大 分 子 ， 尤 其 不 能 含有 其 他 任何 杂 有 蛋白。 如果 不能 得 到 高 度 纯净 而 均一 的 被 测 样 吴 ， 要 想 测定 蛋 和 白质 的 一 级 结构 是 没有 意义 的 。 纯 化 的 样品 还 应 测定 分 子 量 @ 蛋 白质 的 氨基 酸 组 成 分 析 。 即 是 说 ， 被 测 的 蛋白 质 需要 进行 完全 水 解 ， 分 析 其 毛 基 酸 组 成 及 各 氨基 酸 的 克 分 子 数 。 图 在 着 手 进行 氨基 酸 顺 序 测 定之 前 必须 确定 该 蛋白 质 是 由 几 条 肽 链 组 成 ， 即 需要 进行 末 端 分 析 。 @@ 如 果 确 知 在 蛋白 质 分 子 中 存在 链 内 的 或 链 间 的 二 硫 键 ， 就 必须 拆 开 二 硫 键 ， 从 而 获得 伸展 的 肽 链 。 如 有 几 条 肽 链 ， 则 需 分 离 出 每 条 肽 链 ， 并 对 每 条 肽 链 进行 末端 分 析 。 回采 用 两 种 或 两 种 以 上 的 专 二 性 永 解 方法 ， 得 到 两 套 或 两 套 以 上 的 大 水 不 同 的 肽 链 的 碎 片 ， 并 分 离 各 套 碎片 。 一 旦 获得 单一 的 碎片 ， 就 需要 分 析 它 们 的 氨基 酸 组 成 和 末端 氛 基 酸 。 @@ 测 定 每 个 钛 碎片 的 氨基 酸 顺 序 。 @@ 比 较 两 套 或 两 套 以 上 的 碎片 的 氨基 酸 顺 序 ， 拼 凑 出 整个 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 。 @@ 确 定 二 硫 键 和 酰胺 基 的 位 置 。 为 了 突出 蛋白 质 一 级 结构 分 析 中 的 几 个 基 订 环节 ， 故 不 在 此 介绍 蛋白 质 及 氨基 酸 耸 离 纯 ， 化 和 分 析 的 方法 ， 这 些 内 容 已 分 散 到 本 章 的 有 关 部 分 介绍 。 在 这 里 ， 仅 就 与 蛋白 质 的 氨基 酸 顺序 测定 直接 相关 的 刀 个 问题 加 以 说 明 。 1, 氨基 酸 组 成 分 析 氨基 酸 组 成 分 析 是 蛋白 质 多 肽 链 毛 基 酸 顺 序 分 析 中 不 可 缺少 的 一 环 。 © ORR AMIS 全 水 解 、 氨 基 酸 种 类 分 析 和 每 种 氨基 酸 的 数目 测定 。 蛋 白质 完全 水 解 的 标准 方法 是 ;: ARK 的 6.0mol/L 盐酸 于 100 一 120C 下 ， 在 真空 安培 瓶 内 进行 。 水 解 的 时 间 大 约 20 小 时 左右 。 水 解 后 除去 过 量 的 盐酸 。 所 得 到 的 氢 基 酸 不 消 旋 ， 但 色 毛 酸 被 破坏 ， 半 胱 氨 酸 、 丝 毛 酸 和 苏 氨 酸 也 有 不 同 程度 的 损失 。 此 外 、 天 冬 酰 腕 、 谷 所 酰胺 的 酰胺 基 被 降解 下 来 ， 转 变 成 相应 的 天 冬 氨 酸 和 谷 氨 酸 以 及 铵 离子 。 由 于 色 毛 酸 对 酸 不 稳定 而 对 碱 稳定 ， 所 以 一 般 用 碱 水 解 来 测定 肽 链 中 的 色 氢 酸 。 VEE, ELA ASEM ( methanesulfonic acid, CHs.SOsH ) 代替 盐酸 水 解 蛋 自 质 ; 现 已 成 为 普遍 使 用 的 方法 ， 因 为 它 不 会 引起 色 氢 酸 的 破坏 。 O 2. et HOH O | H IA AS ws me te Fly somepir Oe OF ee | H 图 3 一 12 和 蛋白质 的 酸 水 解 机 制 水 解 后 得 到 的 氨基 酸 混 合 物 可 用 电 泳 法 或 离子 交换 法 进 行 分 离 、 鉴 定 ， 并 测定 BHA 基 酸 的 量 。 和 蛋白 质 的 氮 基 酸 组 成 可 以 用 每 克 分 子 蛋 白质 含有 多 少 克 分 子 的 某 氨 基 酸 残 基 ， 或 者 以 每 100 克 蛋白 质 中 含有 多 少 克 某 氨基 酸 残 基 来 表示 。 氮 基 酸 分 析 仪 只 需 LDR Uw 定 一 种 蛋白 质 的 全 部 氮 基 酸 组 成 。 2。 末端 分 析 94 在 测定 蛋白 质 的 氨基 酸 顺 序 之 前 需要 确定 该 蛋白 质 是 刀 条 肽 链 组 成 的 ， 这 就 需要 对 蛋白 质 进 行 末 端 分 析 。 此 外 ， 洲 已 确定 蛋白 质 含 有 九条 肽 链 并 把 它们 分 开 之 后 ， 每 条 肽 链 的 末端 尚 须 分 析 。 蛋白 质 多 肽 链 的 数目 可 以 从 测定 每 分 子 蛋白 质 所 含 N 一 末端 氨基 酸 残 基 的 数 目 推导 出 来 。 亚 处。 全 分 子 的 蛋 自 质 所 含 的 N 一 末端 氨基 酸 的 残 基数 目 应 已 的 EI To 《17)N 一 末端 分 析 ”加 二 硝 基 氟 茉 法 ， 前 面 我 们 已 经 介绍 过 二 硝 基 氟 苯 可 以 和 和 毛 基 酸 的 c- 毛 基 或 肽 链 N 一 末端 游离 的 ,ae- 毛 基 起 反应 ， 生成 二 硝 共 氨基酸 〈c-DNP2AA ) 或 二 WRESK, 出 于 NO， 0,N—¢ © S—F =e 2 NO, : te: H H O H me aeyage si 5 | hak lr ale ORS a see aka aad SAY | | | du, CH \CH2)« CH; ran | | CH; CH; _ CO00: | NO ga ee COOH ahs HiN—C—H 一- H,N=C..H YY CH es Cr NO HyC CH, Ne ite! COOH gu ae wa ae tix,” eae 后 用 6mol/L HCl LO | \ ke a 4 | | NO, 水 相 v enon H.N=—C—H aha COOH 3 oe ON—€O)-NH—C=H ei i ‘| pe ine as wid Stee oa CH NH CH, 抽 提 MNO, CH, ro | NO, CHy CH, cod COOH OW NO, ya es Op Nace a bn dy 过 醚 相 = NO , 图 3 一 13 =H AE RAE IE 95 游离 的 <- 氨基 和 二 硝 基 革 之 间 形 成 的 键 对 酸 是 稳定 的 ， 不 被 酸 水 解 BLS BE Ni 氨基 酸 残 基 的 游离 "- 氨基 同 二 硝 基 氢 全 起 反应 生成 DNP- 多 肽 后 ， 用 6mol/L 盐酸 末 解 处 理 ， 肽 链 中 的 所 有 肽 键 均 被 打 断 ， 唯 有 DNP- 基 仍 连 在 N- AIO RAE, Ww 黄色 的 wc-DNP- 氨基 酸 。 由 于 xc-DNP- 氨 基 酸 在 酸性 溶液 中 不 带 正 电荷 ， 而 其 他 氨基 酸 和 se-DNP- 赖 氨 酸 〈 肽 链 引 的 赖 氨 酸 的 e- 氨基 亦 能 与 DNFB 反应 ， 水 解 . 后 也 生 . 成 黄 色 的 e-DNP- 赖 氨 酸 ) ， 因 在 酸性 条 件 下 带 正 电荷 ， 故 用 乙醚 进行 抽 提 时 ， 可 把 由 N- 未 端 产生 的 gc-DNBP- 氨基 酸 从 酸 水 解 液 抽 提 到 乙醚 相 中 , 而 其 余 的 则 留 在 酸 水 解 液 中 ( 见 图 3 一 13.)- 用 乙醚 抽 提 得 到 的 xc-DNP- 氨基 酸 可 用 层 析 法 加 以 鉴定 。 肽 链 中 的 其 他 R 基 团 如 酚 基 ， 咪 唑 基 等 也 能 与 DNFB 作用 ， 水 解 后 也 生成 DNP- & 基 酸 ， 但 由 于 它们 在 水 解 液 中 均 带 正 电 荷 ， 所 以 不 能 被 乙醚 抽 提 。 四 丹 磺 酰氯 (DNS 一 Cl ) 法 丹 磺 酰 氧 ( Dansyl Chloride ) 是 一 种 莉 光 试剂 ， 它 能 与 氨基 酸 的 o- 氨基 或 肽 链 N- 末 端 氨基 酸 残 基 的 a- 氨基 起 酰 化 反应 , 生成 DNS- Seema DNS- Sik. KML 6mol/L 盐酸 水 解 ， 切 断 所 有 的 肽 键 ，DNS- 氛 基 酸 之 间 的 连接 键 对 酸 稳定 , 不 被 水 解 。' 在 酸性 条 件 下 用 栈 酸 乙 酯 抽 提 ， 并 予以 鉴定 。 由 于 DNS-Cl 是 一 种 董 光 试剂 ，DNS- 氢 基 酸 在 紫外 光 激发 下 产生 黄色 莉 色 ， 可 进行 董 光 测定 ， 故 此 法 灵敏 度 高 , 比 DNFB 法 高 100 倍 。 (2 ) C- 末端 分 析 C- 末 端 氨基 酸 残 基 的 分 析 常 采用 肝 解 法 ( hydrazinolysis ) 。 当 肽 链 与 无 水 及 (hydra- zine, Ke ) 在 1007 反 应 5 一 10 小 时 后 ， 肽 键 被 肝 解 。 除 C- 末端 氨基 酸 残 基 外 ， 其 他 所 有 的 氨基 酸 残 基 都 转变 成 相应 的 酰 肝 化 合 物 ，C- 未 端的 氨基 酸 残 基 则 以 游离 的 氨基 酸 释放 出 \ if ， rer F HO... «(Gees oe ee if NH,—NH,i , | | Ala-Yal—Lys-Asp al HsN—C—C—NH—NH, H O | HA | H O (CH), : HiN—C_b—NH—NH, NHs i : a a es 。 蛋 . Z CHs CHs : COOH boi 0,N—€O >—NH—C—H ‘a edged “" ~\no, CH, bh, ie COOH can 图 3 一 14 BER RE WM eE C- KA EM 96 ens KC BH CHR cRELHEM, RESSKAKHIR, BORRERRBL). 氨 ZBWRHILA DT SEPRAARKAED ( 二 苯 基 衍生 物 ) ， 可 用 离心 法 使 其 与 水 溶性 AY C- 未 端 氛 基 酸 分 开 。 留 在 水 中 的 C- 末端 氛 基 酸 同 DNFB 试剂 反应 ， 生成 DNP- 氢 基 Rm, 用 乙醚 抽 提 后 ， 可 用 层 析 法 鉴定 ， 即 可 确定 C- 末端 的 氛 基 酸 〈 图 3 一 14 ) 。 3. 拆 开 链 间 的 或 链 内 的 二 硫 键 车 多 肽 链 之 间或 者 多 肽 链 内 存在 二 硫 键 ， 在 测定 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 之 前 必须 把 二 硫 键 拆 开 ,， 以 获得 伸展 的 肽 链 ， 这 样 才能 进行 氛 基 酸 顺 序 测定 。 最 常用 的 拆 开 二 硫 键 的 方法 是 还 原 法 和 和 氧化 法 。 (1 ) 还 原 法 用 过 量 的 综 基 乙醇 (mercaptoethanol ) 或 二 硫 苏 糖 醇 (dithiothreitol， 简 称 DTT) 并 基 化 合 物 可 使 二 硫 键 拆 开 而 被 还 原 为 半 胱 氨 酸 残 基 的 劳 基 (一 SH ) 。 由 于 半 胱 氨 酸 的 蕊 基 在 有 空气 的 条 件 下 ,在 pH 大 于 7 时 不 稳定 ， 容 易 被 氧化 。 所 以 需要 对 综 基 加 以 保护 ， 以 防 泪 它 重 新 氧化 。 常 用 的 保护 剂 是 碘 乙酸 。 碘 乙 酸 使 六 基 转变 为 ' S 一 羧 甲 基 衍 生物 。 肽 链 水 解 时 半 胱 氛 酸 残 基 以 S 一 羧 甲 基 半 胱 氨 酸 的 形式 出 现 ， 它 很 容易 -用 层 析 方法 鉴定 出 来 。 (2 ) 氧 化 法 常用 过 甲酸 ( CHOOOH ) 作为 氧化 剂 ， 使 二 硫 键 氧化 生成 半 胱 氨 磺 酸 。 re SF Rc = 还 原 法 Tg i :二 aa Ue: 03- H 一 + S. S037 a. 拆 开 链 内 的 二 硫 键 ie ag SH 还 原 法 S 氧化 法 SO; a ae so r. | b. 拆 开 链 间 的 二 硫 键 ‘ 图 3 一 15 ”二 硫 键 的 拆 开 一 旦 拆 开 链 间 的 二 硫 键 ， 接 着 就 需要 进行 肽 链 的 分 离 。 常 用 的 方法 有 柱 层 析 法 、 区 带电 泳 法。 肽 链 分 开 之 后 ， 尚 须 测 定 它们 的 氨基 酸 组 成 并 进行 末端 分 析 。 4。 肽 链 的 部 分 水 包 ( Partial hydrolysis ) 目前 尚 无 从 完整 的 多 肽 链 的 一 端 一 个 一 个 地 切 下 毛 基 酸 进行 顺序 分 析 的 方法 ， 必 须 将 完 成 的 肽 链 降解 成 大 小 不 同 的 、 适 合 做 顺序 分 析 的 肽 碎片 。 为 了 便于 最 后 确定 完整 肽 链 的 气 基 酸 顺 序 ， 一 般 至 少 需 要 采用 两 种 不 同 的 部 分 水 解 的 方法 。 为 了 产生 有 意义 的 数据 ， 选 择 降解 蛋白 质 的 方法 必须 是 高 度 再 现 的 。 即 是 说 ， 当 用 某 种 方法 作用 于 某 一 特定 的 蛋白 质 或 多 肽 时 ， 每 次 都 应 产生 同样 的 一 套 碎 片 ， 同 时 还 应 产生 易于 97 处 理 的 长 度 〈5-20 个 氨基 酸 残 基 ) 。 所 用 的 每 种 方法 都 应 保证 产生 一 套 不 同 于 它 者 的 碎片 。 常用 的 方法 有 胰 和 蛋白酶 法 、 胰 凝 乳 蛋白 酶 法 以 及 省 化 氰 法 。 ARS ( Trypsin ) 是 一 种 内 肽 酶 (endopeptidase ) ,能 使 肽 链 中 的 碱 性 氨基 酸 C * BARAT A SAR) FRE Sima] FL th SAE SE PT HS HK BE I A, FB HK 所 产生 的 肽 碎片 的 C- sina Fe SG SUR 7S RES 氨 酸 ， 则 不 能 被 该 酶 水 解 。 REALE Ae (C Chymotrypsin, 又 称 麻 蛋白酶 ) 也 是 一 种 内 肽 酶 ， 主 要 作用 竹 芳 香 族 氨 ER (AAAR. RAR. AAR) 羧基 端的 肽 键 ， 产 物 的 羧基 端 往往 是 芳香 族 氛 基 酸 。 金黄 葡萄 球菌 V8 BAA (CS aureus V8 protease ) 作用 于 肽 链 内 和 端的 肽 键 ， 在 某 些 条 件 下 也 能 作用 于 天 冬 氨 酸 残 基 的 羧基 端 肽 键 。 ” 省 化 氰 ( Cyanogen bromide ) 是 肽 链 部 分 解 水 的 一 种 较为 理想 的 化 学 试剂 。 - 它 能 作用 ， 于 的 链 中 甲 硫 氛 酸 的 羧基 端的 肽 键 ， 其 专 一 性 强 ， 切 点 少 ， 可 以 从 肽 链 中 的 甲 硫 氨 酸 残 基 的 : 、 数目 估计 出 用 此 法 降解 产生 的 肽 碎片 的 数目 。 PUBL ety FA Wit Se RHE ERD C= OR 端的 高 丝氨酸 内 酯 (图 3 一 16 ) 。 Wy, ~~ N—Hc 一 C N ae | )0 +H; NC HRC™ H,C —CH ; y +CH;, SCN ; ti REMY C - Avi (i 4 AR ABE 十 Br 图 3 一 16 省 化 氰 (BrCN) 作 用 机 制 图 3 一 17 是 一 个 典型 的 多 肽 ， 用 胰 蛋 白 酶 、 胰 凝 乳 蛋 白 酶 和 溴 化 氰 三 gral 水 解 的 结果 。 ESR AE plete ech eRe A kot & 些 碎 片 在 测定 其 氨基 酸 组 成 和 顺序 之 前 必需 加 以 分 开 。 由 于 混合 物 中 的 这 些 肽 碎片 都 有 不 同 的 氨基 酸 组 成 ,它们 在 总 的 电荷 方面 是 有 差别 的 。 所 以 , 可 通过 电泳 的 方法 把 它们 分 开外 脆 碎 片 的 总 电荷 是 它 的 侧 链 R 基 团 的 正 负电 荷 加 上 未 端 氨基 和 羧基 电荷 的 总 和。 当然， 这 A ate AT be pH 值 。 由 于 在 实际 情况 下 , 肽 碎片 的 数目 和 组 成 是 不 知道 的 , 所 以 混 98 y v ¥ y $3 Ala—Arg—Arg—Met—Phe—Ala—Lys—Asp—Phe—Lete-Lys FUR 8 Be FAR BE FL FAR 1 处 理 (+ ) 蛋白 酶 处 理 ( 中 ) Hab (CY) Ara—Arg Ala—Arg—Arg—Met— Phe Ala—Arg—Arg—Met Arg Ala—Lys—Asp— Phe Phe—Ala—Lys—Asp— a Asp—Phe—Leu—Lys Leu—Lys Phe—Leu—Lys > Met—Phe—Ala—Lys — | Cie rr 2, Snell 图 3 一 17 TR BE BB 2 7k fF 合 物 通常 是 在 不 同 的 pH 下 电泳 ， 以 便 找 出 混合 物 解 秆 成 最 多 数目 的 碎片 的 条 件 。 例 如 用 评 凝 乳 蛋白 酶 降解 上 述 多 肽 所 得 到 三 个 产物 的 电荷 随 pH 的 变化 而 改变 ( 表 3 一 3 ) ， 只 有 在 pH7 下 通过 电泳 才能 把 它们 完全 分 开 。 表 35 一 5 KRW SS PH A 总 电荷 的 变化 肽 碎片 ep eee 酸性 pH | pH7 | pittpH Ala—Arg—Arg—Met— Phe +3 (hab Be =] : Ala—Lys—Asp—Phe 0 一 Leu—Lys +2 +1 -1 *. 5. 肽 碎片 的 氨基 酸 顺 序 测定 GL Edman 降解 法 Edman 发 展 了 一 种 很 有 用 的 方法 。 他 用 末 异 硫 氰 酸 〈 了 Phenylisothiocyanate ) Pa 性 条 HT, Siktt N 一 末端 的 游离 5- SER 反应 生成 KAR ARE 衍生 WC Phe- nylthiocarbamony| derivative), AJ PTC- 多 肽 。 除 去 过 量 的 试剂 ， 用 弱酸 溶液 温和 地 处 理 即 可 释放 出 N- 末端 的 环 状 衍生 物 一 一 氛 基 末端 残 基 的 乙 内 酰 茉 硫 逐 (Phenylthiohydan- tein ) RHR (PTH-RER). Hl 醋酸 乙 酯 抽 提 出 PTH- 握 基 酸 并 加 以 鉴定 , 即 可 确 知 N- 末端 的 氨基 酸 是 何 种 氨基 酸 。 由 于 用 弱酸 处 理 ， 条 件 温和 ， 不 会 打 断 肽 链 中 的 其 他 肽 键 。 因 此 ， 上 述 反 应 的 第 二 个 产物 〈 即 N 一 末端 少 了 一 个 氛 基 酸 的 肽 链 ) 被 分 离 之 后 ， 可 以 重复 上 述 反 应 。 这 个 方法 就 叫 故 Edman 降解 法 ( 见 图 3 一 18 ) 。 由 此 可 见 ，Edman 降解 法 不 仅 可 以 用 来 测定 N 一 末端 的 氨基 酸 残 基 ， 而 且 更 为 有 意义 的 是 它 能 从 N 一 端 开 始 , 一 个 一 个 地 把 氨基 酸 残 基 切割 下 来 ， 从 而 构成 了 蛋 和 白质 氮 基 酸 顺 序 分 析 的 基础 。 目 前 使 用 的 氢 基 酸 顺序 仪 就 是 这 个 方法 的 自动 化 的 应 用 ， 一 次 可 以 测定 由 50 一 60 个 氨基 酸 残 基 组 成 的 多 肽 .的 氛 基 酸 顺 序 。 若 将 Edman 降解 法 和 DNS 法 结合 起 来 。 则 可 进一步 提高 分 析 的 灵敏 度 。 99 ae oe ai S HH O Hit |’ 1 { Ala-Val-L ys-Asp 一 一- Cs SF Ca ahead 5 ai BK , 1 Bods Raed Somes. KDE oy = Ce-onrAn < 一 “一 "一 Lys 一 人 Asp NZ \ ca 弱酸 水 解 © 0 Lc gage ye 上 A ee (oS me) = V¢ ee 站 a7 | Lh. | & S CHs s4\nN% \Z7 \ Lee ee % | CH, . | 图 3 一 18 Edman 降解 ( 2 RIK KEE 羧 肽 酶 (carbox7ypeptidases ) 是 一 组 外 肽 酶 (exopeptidase ) ， 已 发 现 有 A, BL C= 种 ， 它 们 都 能 从 蛋白 质 或 多 肽 的 C 一 末端 将 氨基 酸 依次 水 解 下 来 。 它 们 逢 用 的 专 一 性 有 所 不 同 。 羧 肽 酶 A 是 常 使 用 的 一 种 工具 确 ， 它 对 C- 未 端 为 芳香 族 氨基 酸 和 侧 链 基 团 较 大 的 旨 肪 族 氨 基 酸 具有 较 强 的 亲和力 。 若 C- 末端 残 基 是 这 样 的 氨基 酸 则 最 容易 被 水 解 下 来 。 除 对 C- 未 端 为 赖 氨 酸 、 精 氨 酸 、 贿 氨 酸 无 作用 外 ， 对 C- 末端 为 其 他 氨基 酸 残 基 所 成 的 肽 键 也 能 水 解 。 水 解 下 来 的 氨基 酸 分 离 出 来 后 可 用 层 析 或 电泳 等 方法 加 以 鉴定 , HET 'C- 端 为 何 种 氨基 酸 。 凑 肽 酶 A 能 继续 水 解 缩短 了 一 个 残 基 的 肽 链 的 新 的 C- 未 端 氨基 酸 残 基 。 如 此 重复 下 去 ， 可 以 将 C- 端的 氨基 酸 残 基 按 顺 序 水 解 下 来 。 羧 肽 酶 B 能 水 解 'C- 未 端的 赖 氨 酸 和 精 氨 酸 残 基 ， 不 作用 于 且 氨 酸 。 如 果 C 一 未 端 第 二 个 氨基 MEMAR, WRK A 和 B 对 任何 C 一 未 端 氨基 酸 都 不 起 作用 。 羧 肽 酶 C 能 水 解 C 一 未 端的 膊 氨 酸 ， 对 其 他 氢 基 酸 残 基 水 解 速度 慢 。 若 能 结合 使 用 这 一 组 羧 肽 酶 ， 在 一 定 条 件 下 可 较 ee 基 酸 顺序 〈 图 3 一 19 所 示 ) © Ala 一 Val 一 Lys 一 Phe 一 Val PR tk BA Ala— Val—Lys—Phe + Val Pik BA Ala—Val—Lys + Phe Rik BB Ala—Val+Lys 图 3 一 19 FARRAR We C 一 端 氨基 酸 顺 序 100 查 是 交 在 实际 应 用 中 ， 这 个 方法 不 可 能 这 样 流畅 地 进行 。 这 类 酶 不 会 这 样 简单 地 除去 滋 端的 一 个 氨基 酸 之 后 就 停止 工作 ， 而 让 研究 者 分 离 出 自由 的 氨基酸 和 缩短 了 的 多 肽 。 贿 着 水 解 的 进行 ， 水 解 速度 会 有 某 些 变化 。 因 为 新 的 C- 未 端 形成 之 后 ， 酶 或 是 水 解 这 个 新 的 C- 端 残 基 或 是 使 另外 一 个 完整 肽 链 的 'C- 未 端 残 基 水 解 。 如 果 第 二 个 残 基 被 水 解 的 速度 比 第 一 个 BERRIES 5 TG RIP RATA HR MS a Dee PAD 混合 物 太 复杂 ， 以 致 不 能 产生 有 效 的 数据 去 判断 它们 的 先后 顺序 。 Dem eieecatais \conmee stam caMoiopeptideses) 5 SER ETIIE 用 于 N-A RAB RIN, 同 羧 肽 酶 一 样 ， 也 可 以 在 一 定 条 件 下 把 N- 末 端的 氨基 酸 依次 切割 下 来 。 精 氨 酸 氨 肽 酶 是 其 中 常用 到 的 一 种 酶 。. 这 个 酶 并 不 只 作用 于 N- 末 端的 精 氨 酸 残 基 ， 而且 也 作用 于 N- 末 端 其 他 过 氨基 酸 残 基 ， 只 不 过 水 解 的 速度 有 所 不 同 罢了 。 Abt, th 象 凑 肽 酶 一 样 ， 有 时 不 能 获得 准确 的 信息 。 6。 用 片段 重 倒 法 确定 整个 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 一 个 小 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 我 们 可 以 用 Edma 降解 法 或 下 dmian 降解 法 与 羧 肽 酶 法 相 结 BRR. 但是， 一 个 较 大 的 肽 链 或 一 个 完整 的 多 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 如 何 确定 呢 ? 现在 我 们 时 图 3-17 中 的 多 肽 来 说 明 片 段 重 释 法 在 多 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 确定 中 的 运用 。 所 谓 片段 重 释 法 - 系 指 比较 两 套 或 两 套 以 上 的 肽 碎片 的 氨基 酸 顺序 ， 根 据 它们 的 重 友 情况， 推导 出 整个 肽 链 的 全 部 氨基 本 县 序 。 。 假定 已 知 图 3-17 中 的 多 肽 的 亿 基 柄 组 成 ， 并 且 鉴定 出 了 N- 末 器 和 C 末 六 的 ERS 别 是 丙 所 本 (Ala ) AMR (Lys), 假定 这 个 分 子 首 先 用 胰 蛋 白 酶 降解 成 四 个 小 肽 。 这 aro sl eb cual” ahaa alee, 这 四 个 小 肽 是 Arg Ala-Arg ARE Rd Lz Met-Phe-Ala-Lys 但 是 光 赁 这 二 组 数据 是 不 能 决定 这 四 处 片段 的 前 后 顺序 ,虽然 区 未 端 可 以 确定 ,但 C- 端 小 肽 究竟 是 哪 一 个 ， 则 不 能 肯定 ,再 者 ， 游 离 的 精 氨 酸 的 位 置 也 无 法 确定 。 若 上 面 的 这 个 肽 用 胰 凝 乳 蛋白 酶 处 理 ， 可 以 产生 三 个 小 肽 。 用 Edman Fae RE ON se TE ‘Mi AER 这 三 个 小 肽 是 ; Ala-Arg-Arg-Met-Phe Leu-Lys Ala-Lys-Asp-Phe 仅 赁 这 一 组 数据 亦 不 能 推导 出 这 三 个 片段 的 前 后 顺序 。 只 有 把 上 两 组 数据 结合 起 来 考虑 ， a ne NERF. 在 每 一 套 碎片 中 只 出 现 一 次 的 顺序 如 ，Ala-Arg、 Met-Phe, Asp-Phe, BERT ROT FHA—-B CHENG ESBS). 另外 ,在 最 初 分 子 中 只 含有 一 个 Met 和 一 个 Asp, Alt, ;这 两 个 氨基 酸 在 上 述 两 套 碎片 中 的 位 置 也 必 10] 定 相对 应 。 应 用 这 种 推理 ， 由 这 两 套 碎 片 的 氨基 酸 顺 序 就 可 以 推导 出 最 初 分 子 的 全 部 氨基 酸 的 顺序 REAM, Ala- Arg: | Are Met- -Phe- -Ala-L7s Asp- Phe--Leu- Lys REILEGM:, Ala- Arg-; 下 Met- Phe | ; Ala-Lys- Spe -Phe | : Leu-Lys Sore = wo. ES ee aah oath { ee ase Le j err rr 对 应 区 总 顺序 ; Ala-Arg-Arg- Met-Phe-Ala-Lys-Asp-Phe-Leu-Lys 对 于 那些 分 子 量 很 大 的 蛋白 质 ， 碎 片 的 数目 可 能 很 多 ， 但 是 只 要 已 知 一 些 重 亚 顺序 最 终 就 能 把 这 些 碎 片 按 照 正确 的 顺序 拼凑 在 一 起 。 五 、 蛋 白质 一 级 结构 测定 的 生物 学 意义 蛋白 质 一 级 结构 分 析 是 研究 蛋白 质 结构 与 功能 关系 的 最 基础 的 工作 。 在 测定 了 和 蛋 自 质 和 多 肽 的 毛 基 酸 顺 序 之 后 ， 不 仅 使 人 工 合成 有 生物 活性 的 蛋白 质 和 多 肽 成 为 可 能 ， 而 且 对 于 揭 一 级 结构 与 生物 功能 间 的 关系 也 有 着 特别 重要 的 意义 。 人 们 可 以 从 比较 生物 化 学 Com- Parative biochemistry ) 的 角度 分 析 比 较 功 能 相同 、 而 种 属 来 源 不 同 的 蛋白 质 的 一 级 结构 Big dis 4G Mah ae 9s ge oa aan oe es a elie 下 面 仅 举 几 例 说 明 一 级 结构 分 析 的 生物 学 意义 。 1。 蛋白 质 一 级 结构 的 种 属 差异 机 种 蛋白 质 激素 。 不 同 种 属 来 源 的 胰岛 素 都 具有 相同 的 生理 功 能 一 一 调节 血糖 的 浓度 。 功 能 相同 ， 必 然 反 映 出 在 空间 构象 上 是 相同 的 或 相似 的 。 但 是 ， 通 过 分 析 比 较 了 不 同 种 属 来 源 的 胰岛 素 的 一 级 结构 之 后 ， 发 现 它们 在 氛 基 酸 组 成 上 有 较 大 的 差 异 。 在 51 个 氨基 酸 残 基 中 ， 只 有 24 个 残 基 是 便 定 不 变 的 ， 为 不 同 来 源 的 胰岛 素 所 共有 。 DH 了 胰岛 素 的 空间 结构 之 后 ， 发 现 这 些 不 变 的 氨基 酸 对 于 维持 胰岛 素 的 空间 结构 是 非常 重要 的 。 例 如 ， A 链 和 B 链 中 的 六 个 半 胱 氨 酸 残 基 的 位 置 是 属于 恒定 不 变 的 ， 这 就 保证 了 不 同 来 源 胰 岛 素 的 A、B 两 条 链 具 有 相同 的 连接 方式 。 我 们 已 经 知道 ， 二 硫 键 对 于 HEAR 空间 结构 是 很 重要 的 ,二 令 键 的 破坏 或 二 硫 键 连接 位 置 的 改变 ， 都 会 导致 蛋白 质 空间 结构 的 破坏 或 改变 。 其 他 不 变 的 毛 基 酸 残 基 绝 大 多 数 属于 非 极 性 侧 链 上 SEER, 都 处 于 维持 胰 岛 素 空 间 结构 稳定 的 重要 位 置 上 。 由 此 看 来 ， 这 24 个 不 变 乓 氨基 酸 残 基 起 到 了 使 不 同 来 源 的 [> S ‘i QOOOGOOOQOOQODSDOGHOOOVE Let 5 TSOODOOODOOOODDOOCOOODOOS COSC DO 图 320 人 胰岛 素 的 一 级 结构 102 多 膜 岛 素 具 有 相 则 或 相似 的 空间 过 象 的 作用 。 其 他 可 变 的 残 基 一 般 计 为 处 于 胰岛 素 的 “活性 中 谍 ” 以 外 ， 或 对 维特 “活动 中 心 ” 不 重要 多 但 与 免疫 性 有 关 。 研究 蛋白 质 一 级 结构 种 属 差异 的 另 一 个 有 意义 的 例子 是 细胞 色素 ¢ CCytochromec ) , 细胞 色素 5 是 存在 于 需 氧 生物 体内 的 一 种 含 血 红 素 辅 基 的 蛋白 质 。 不 同 种 属 来 源 的 细胞 色素 C 都 具有 相同 的 此 吾 功 能 ， 它 是 呼吸 链 的 组 成 成 分 ， 在 氧化 恋 酸化 过 程 中 起 着 传递 电子 的 作 用 。 已 经 测定 了 .50 多 种 生物 的 细胞 色素 - 的 一 级 结构 。 马 心细 胞 色素 c 的 一 级 结构 首先 被 测 图 3-20 ” 马 心 细胞 色素 的 一 级 结构 细 圆 圈 表 示 侧 链 基 团 位 于 外 表面 的 氨基 酸 ， 粗 圆圈 表示 侧 链 基 团 位 于 内 部 的 氨基 酸 》 黑色 圆 点 玫 示 对 着 血红 素 的 侧 链 基 团 。 103 定 ， 它 是 由 104 个 氨基 酸 残 基 组 成 的 单 链 蛋白 质 。 其 后 被 研究 过 的 所 有 糊 椎 动物 (Re Sh) 的 细胞 色素 “ 都 是 由 104 个 残 基 组 成 ， 其 他 生物 的 细胞 色素 ic 是 由 104 pogo 成 ， 这些 多 出 来 的 残 基 都 是 位 于 细胞 色素 < 的 :N- 末 端 。 | 细胞 色素 “ 的 生物 功能 与 其 共 价 连接 的 血红 素 辅 基 有 密切 的 关系 。 在 分 析 比 较 了 不 同 : ， 来 源 的 细胞 色素 的 一 级 结构 后 发 现 ， 只 有 .35 个 氮 基 酸 残 基 的 位 置 保持 不 变 ， 为 各 种 生 物 的 细胞 色素 ¢ 所 共有 。 其 中 14 位 和 17 位 的 两 个 半 胱 氨 酸 、18 位 的 组 氨 酸 、80 位 的 甲 硫 氢 酸 以 及 48 位 的 酷 氨 酸 和 59 位 的 色 氢 酸 都 是 处 在 不 变 的 位 置 。 这 些 氟 基 酸 残 基 对 于 保证 血红 素 辅 基 在 不 同 种 属 的 细胞 色素 “ 中 都 处 于 同样 的 位 置 起 决定 性 的 作用 。 其 他 不 变 的 毛 基 酸 残 基 对 于 维持 不 同 种 属 的 细胞 色素 “ 具有 相同 或 相似 的 构象 也 是 十 分 必要 的 。 在 那些 易 变 的 氨基 酸 中 ， 在 很 多 情况 下 都 是 一 种 毛 基 酸 被 另 一 种 性 质 相 似 的 氨基 酸 替 换 ， 例 如 ， 赖 毛 酸 被 精 氨 酸 奉 换 ， 一 种 琉 水 侧 链 毛 基 酸 被 另 一 种 疏水 侧 链 氮 基 酸 替 换 。 当然 ,在 有 些 情 况 下 也 被 另 一 种 性 质 完全 不 同 的 氨基 酸 替 换 。 表 3-4 是 在 分 析 了 不 同 生物 的 细胞 色素 “ 的 氨基 酸 组 成 和 顺序 之 后 六 -相互 比较 得 出 来 的 。 这 个 表 把 人 和 其 他 不 同 生物 的 细胞 色素 “ 的 差异 进行 了 比较 表 3-4 不 同 生物 细胞 色素 “ 的 氨基 酸 差异 数 〈 以 人 为 基数 ) 生物 名 称 | BRK | “eee | SOR 14 15 21 25 31 35 43 44 从 这 个 表 我 们 可 以 看 出 各 种 生物 的 细胞 色素 “ 与 人 的 细胞 色素 -< 结构 差异 ， 凡 是 与 人 的 亲缘 关系 愈 近 者 ， 结 构 差异 愈 小 ;凡是 与 人 的 亲缘 关系 愈 远 者 ， 结 构 差异 就 剑 太 。 例 如 大 和 黑猩猩 及 猴子 都 属于 灵 长 类 ， 亲 缘 关系 近 ， 即 在 进化 位 置 上 相距 较 近 ， 它 们 在 结构 上 的 差 异 就 很 小 。 但 人 与 其 他 种 类 的 生物 比较 ， 由 于 亲缘 关系 远 ) 结 构 差 异 就 大 。 除 灵 长 类 外 的 哺 乳 动物 ， 结 构 差异 也 不 大 ， 这 说 明 它 们 的 亲缘 关系 较 近 ， 在 进化 位 置 上 相距 也 不 远 ， 但 是 与 人 相 比 则 有 较 大 的 差异 。 从 这 样 的 分 析 比 较 中 可 以 看 出 彼此 的 亲缘 关系 ， 为 生物 进化 提供 有 价值 的 根据 。 2。 蛋白 质 一 级 结构 的 个 体 差异 镰刀 形 红细胞 贫血 病 在 非洲 人 中 比较 常见 ， 患 者 的 红细胞 合成 了 一 种 不 正常 的 血红 蛋 自 ( HbSs ) 。 这 种 不 正常 的 血红 蛋白 和 正常 的 血红 蛋白 (HbA ) 的 差别 在 什么 地 方 呢 ? 为 了 揭 aR HbS 和 'HbA 在 功能 上 的 差别 / 有 人 将 两 者 进行 了 比较 研究 。 发 现 可 用 电泳 的 方法 将 两 种 蛋白 质 分 开 。 这 表明 它们 在 电荷 数量 上 有 差别 ， 而 且 这 种 差别 二 定 是 由 于 氨基 酸 残 基 的 改 104 | 变 所 造成 的 。 于 是 对 二 者 进行 了 一 级 结构 的 分 析 。 将 这 两 种 蛋 和 白质 在 同 样 的 条 件 下 用 胰 和 蛋白 酶 进行 降解 ， 采 用 电泳 - 层 析 的 方法 分 离 所 产生 的 片段 。 分 析 比较 产生 的 片段 ， 发 现 仅 有 一 ,从 肽 碎片 的 电泳 行为 与 正常 者 不 同 〈 图 3-22 ) 。 进 一 步 分 析 了 两 者 的 氨基 酸 顺 序 》 痪 定 它们 “的 差别 是 在 万 - 链 N- 端 的 第 六 位 氨基 酸 残 基 上 , 正常 人 的 HbA 8- 链 N- 端 第 六 位 是 谷 氨 酸 ， © “而 患者 的 HbS 6- 链 N- 端 第 六 位 是 顷 氛 酸 : a Rs (HbA), HtN-Val-His-Leu-Thr-Pro- Glu-Glu- | vey 全 -本 oe alt COO” (Hbs ) HtN-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys -....--COO7 出 于 这 两 个 氨基 酸性 质 上 的 差别 (从 氨 酸 在 生理 pH PAT ATAUELHE R 基 氨 基 酸 ， 而 顷 氨 酸 却 是 一 种 非 极 性 侧 链 R BRIER), MEG HbS 分 子 表面 的 负电 荷 数 减少 ， 影 响 分 子 的 正常 京 集 ， 致 使 体积 下 降 ， 溶 解 度 降 低 ， 血 球 随 之 收缩 成 镰刀 形 ， 以 致 输 氧 功能 下 降 ， 细胞 变 得 脆弱 发 生 溶血 。 血红 蛋白 是 由 两 条 x- 链 和 两 条 B- 链 构成 的 蛋 和 白质， 仅仅 只 有 两 条 B- 链 的 两 个 氨基 酸 残 基 发 生 改 变 ， 竟 导致 功能 上 如 此 重大 变化 而 使 人 患 此 重病 ， 足见 结构 与 功能 关系 的 高 度 统一 。 人 图 3-22 HbA 和 HbS 的 酶 解 图 谱 ( 中 间 有 点 者 表示 有 差异 的 碎片 ) 氨 酸 的 遗传 密码 子 突变 为 编码 纺 氨 酸 的 遗传 密码 子 。 这 种 因 基 因 突 变 产 生 异 常 蛋白 ， 从 而 导 致 的 先天 性 疾病 ， 就 叫做 分 子 病 或 遗传 病 。 血 红 蛋 白 一 级 结构 发 生 改 变 而 导致 总 血红 蛋白 分 子 病 的 类 型 很 多 ， 镰 刀 形 红细胞 贫血 病 只 是 其 中 的 一 种 。 了 解 到 分 子 病 发 生 的 源 因 后 ， 可 以 设计 出 一 些 新 药 给 予 治疗 。 例 如 ， 异 氰 酸 盐 (H:N 一 C 一 O) ALS HbS N-XHRARBR 江 汪 的 游离 氛 基 结合 ， 使 其 氨 甲 酰 化 ， 可 以 恢复 其 分 子 表面 的 电荷 数 ， 从 而 改善 病情 六 、 多 肽 和 和 蛋白质 的 化 学 合成 多 肽 和 蛋白 质 氨 酸 酸 顺 序 的 测定 为 化 学 合成 具有 生物 活性 的 肽 和 蛋白 质 提 供 了 可 靠 的 信 105 息 。 某 些 已 知 氨 基 酸 并 序 的 多 驮 和 蛋白 质 在 医疗 上 有 重要 的 价值 ， 而 从 动物 脏 器 中 把 它们 分 离 纯化 出 来 往往 常 要 花费 艰巨 的 劳动 ， 而 且 价格 昂贵 。 若 能 化 学 合成 这 样 的 药物 让 洪 意 义 是 显而易见 的 化 学 合成 具有 生物 活性 的 蛋白 质 或 多 肽 对 于 阐明 蛋白 质 的 结构 与 功能 的 关系 也 是 非常 重要 的 。 在 这 方面 ， 我 国 科学 家 做 了 开创 性 的 工作 ，1965 年 在 世界 上 首次 大 下 合成 了 _ 牛 胰岛 素 。 1。 肽 化 学 合成 的 一 般 原则 (1 )c- 毛 基 和 cx- 羧基 的 保护 与 活化 每 种 氨基 酸 的 &- 氨 基 或 羧基 都 能 同 另 一 种 氨基 酸 的 -羧基 或 氨基 结合 成 肽 键 。 要 使 四 种 氨基 酸 的 -羧基 同 乙 种 氨基 酸 的 ac- 氨基 起 反应 ， 又 不 致使 甲 种 氨基 酸 的 c- 氨 基 同 乙 种 氨基 酸 的 <- 羧 基 起 反应 ,就 需要 把 甲 种 氨基 酸 的 ac- 氨基 和 乙 种 氨基 酸 的 x- 羧 基 分 别 保护 起 来 。 氨 基 和 羧基 的 保护 是 建立 在 它们 特有 的 化 学 反应 基础 上 的 。 目 前 ， 氨 基 的 保护 应 用 最 多 HEEAR RR. SR ARR SHER LBAM c- 氨 基 起 反应 时 ， 整个 氨基 酸 或 肽 可 以 看 作 是 亲 核 试剂 向 迪 基 进攻 。 此 外 ， 对 甲 基 某 矿 酰 所 和 权 丁 氧 甲 酰 所 对 氨基 也 有 保护 作 用 。 氨基 的 APR CH) AY SR. Savi Daa Sk! ee 1 suc 一 I COD CH 0—C— NH—CHE-C 9 Of R “ay” 羧基 的 保护 一 般 是 用 ;无 水 乙醇 或 甲醇 在 干燥 氧化 氢气 体 的 存在 赶 进 行 酯 化 即 可 达到 目 的 。 这 是 利用 氨基 酸 c- 妆 基 的 成 酯 反应 性 质 。 羧 基 的 保护 基 〈 剂 ) 用 “Z? 表示 。 H,N—C Te OOH+HO—C H,—C Hie H.N—CH- —O—CH,—CH; R R — REWRITE LCM PAS, LRT 或 者 说 羧基 被 保护 了 7 9 而 氨基 的 碍 学 性 质 就 突出 地 显示 出 来 了 (或 者 说 它 被 活化 了 )。 某 些 氨 基 酸 的 侧 链 基 团 ， mM-SH, -NH., -COOHWRMESS, BE 用 适当 RPE CH) 加 以 保护 ， 以 避免 接 肽 时 与 接 肽 剂 发 生 反 应 ， 生成 不 必要 的 肽 键 或 其 他 的 键 ， 使 产物 复杂 化 。 (423》 接 肽 反应 ] 06 下 将 过 = 握 基 被 保护 的 甲 种 氨基 酸 同 红 -羧基 被 保护 的 乙 种 氨基 酸 在 有 缩合 剂 存在 的 情况 下 进行 接 肽 反应 。 常 用 的 缩合 剂 〈 即 接 肽 剂 ) 是 N,N- 二 环 已 基 痰 酰 二 亚 腕 〈 简称 DECI). 在 按 肽 反应 中 ， 它 能 从 两 个 氨基 酸 分 子 中 夺取 一 个 水 分 子 ， 本 身 转变 成 不 和 溶 于 水 的 NyN- 环 BR CDCU), 使 合成 的 肽 很 容易 分 离 。 a ee rr | 30 | H | Ee he Sac Agee ik Fa Rt | Ri R， , So a oe ee oe eee ee secon (DCCI) ps me H o | | 人 | R， R, on bing if HEREKAP GH PPRERMNRESL, TRLRMASA. AHSHABRMILA 物 法 或 活化 酯 法 作为 活化 羧基 的 手段 。 活 化 剂 ( 基 ) A MX” 表示。 氨基 的 活化 不 需要 特殊 的 手段 ， 一 般 只 是 在 接 肽 反应 时 加 入 有 机 碱 如 三 乙 胺 以 保证 氨基 的 自由 状态 即 可 。 H H | H Ad 7—N oC —Co- 4 2 ons — CO Oe | | Ri R: [Hx ) i vO C Oss Mie Sn O—Z | Ri a4 (3 ) 脱 去 保护 基 氛 基 的 保护 基 Y 若是 茶 氧 甲 酰基 则 可 用 催化 加 氢 法 或 用 金属 钠 在 液 气 中 AERE. F YY 是 板 丁 氧 甲 酰基 ， 可 用 稀 盐 酸 或 乙酸 在 室温 下 除去 。 羧基 的 保护 基 2 是 一 C H.CH, 或 一 C 了 再: 时， 可 以 在 常温 下 用 NaOH 皂 化 除去 。 侧 链 基 团 的 保护 基 的 除去 因 情况 而 异 ， 均 有 相应 的 方法 除去 。 如 果 要 使 肽 链 继续 延长 ， 可 将 保护 基 立 或 2 除去 其 中 一 个 ， 然 后 再 接 亚 其 他 带 有 保护 基 的 氨基 酸 。 如 此 重复 下 去 ， 即 可 会 成 多 肽 。 107 上 述 合 成 肽 的 方法 是 在 溶液 中 进行 的 ， 故 称 为 液 相合 成 法 ， 我 国 合成 的 牛 胰岛 素 即 采 用 此 种 方法 。 . 2。 固 相 法 合成 多 肽 “ 国 相 法 合成 多 肽 的 方法 是 于 60 年 代 初期 建立 的 。 这 个 方法 简便 、 快 速 ， 又 便于 自动 化 ; 是 合成 多 肽 的 一 种 很 有 用 的 方法 。 19614, Gutt 等 人 用 自动 化 固 相 法 合成 了 第 一 个 人 工 的 B—+ REBRRS, de | nT | 3 一 NH 一 5 一 < 一 0-+CcI 一 CH 一 《 >》 一 树脂 | | 一 CH; Ri BOC-AA, \ 了 pric SS0q 4 cn. "C01 6 Snlh—c - Fe: Oo CH.—€_ Sri | | CH, R, Boc aed CE HC1—HAC ae | HN—-C—C—0 一 CH: 一 《> 一 树脂 R BOC 一 AA,、 yDCCI Hea. 70 nO Hw | I ee ee ae CH.-¢c0--¢=NnH& —E—N—G—C—0-CH:— kt | = Cis Re Ry noc-# +co,“ + HCI-HAc CF,COOH , HBr H H O H | | BAe C—O CC ,和 一 站 COO- +Br—CH.—€ | >》 一 树脂 | | R。 Ry R, 图 3-23 固 相 法 合成 多 肽 BOC- 基 +CO; 108 - 国 相 法 合成 多 肽 的 原理 与 液 相 法 的 原理 基本 上 相同 ， 只 不 过 前 者 是 在 固体 支持 物 上 进行 We 常用 支持 物 是 气 甲 基 聚 茉 乙烯 与 二 乙烯 所 合成 的 树脂 。 合成 多 肽 时 ， 首 先 将 氛 基 被 保护 的 毛 基 酸 ( 如 权 丁 氧 甲 酰基 氨基 酸 ， 简称 BOC-RAM) 同 树脂 的 毛 甲 基 起 反应 生成 BOC- 氛 酰基 树脂 ， 随 即 脱 去 保护 基 。 FERED RABE H AY 5h Bie Ae ii 在 有 缩合 剂 ,IN, N- 二 环 已 基 兰 二 亚 胺 的 存在 下 ， 加 入 第 二 种 BOC- 毛 基 酸 ， 即 可 得 到 BOC- 三 肽 树脂 。 然 后 又 除去 保护 基 BOC-。 如 此 重复 下 去 , 即 可 按照 特定 的 顺序 使 肽 链 延 长 。 RRMA AHS: BERET EKER BAT RS HBr ESM WBA, PAA -ARPRRE. (HCAAREARSKW RM L, CARTHETADLAASKARM. KABARMS 肽 的 化 学 合成 提供 了 方便 。 许 多 在 医疗 上 有 用 的 多 肽 激素 ， 如 催产 素 、 加 压 素 等 多 种 多 肽 激 素 已 采用 人 工 合成 的 方法 进行 生产 。 第 四 节 ”蛋白质 的 空间 构象 通过 对 蛋白 质 多 肽 链 的 氨基 酸 顺 序 的 测定 ， 我 们 已 经 认识 到 不 同 的 蛋白 质 有 不 同 的 氨基 酸 组 成 和 不 同 的 氨基 酸 排列 有 顺序。 但是， 这 不 是 蛋白 质 之 间 区 别 的 全 部 。 事 实 上 ， 通 过 对 蛋 白质 结构 的 研究 ;发 现 每 种 蛋白 质 都 能 在 它 特定 的 一 级 结构 基础 卡 选 择 它 特定 的 空间 构象 去 完成 它 特定 的 生物 功能 。 为 了 运送 氧 ， 血 红 有 蛋白 的 肽 链 必须 按照 它 所 选择 的 方式 折 释 ; 核糖 核酸 酶 必须 达到 它 一 定 的 构象 才能 同 核糖 核酸 结合 并 降解 它 。 这 说 明 蛋 自 质 一 定 的 空间 构象 是 完成 其 功能 所 必须 的 。 那么 ， 什 么 是 蛋白 质 的 空间 构象 呢 ? 蛋白 质 分 子 具有 一 条 或 多 条 肽 链 ， 肽 链 既 不 是 直线 的 ， 也 不 是 随机 的 线 团 ， 而 是 在 空间 上 有 特定 的 走向 与 排列 。 简 单 地 说 ， 蛋 自 质 的 空间 构象 就 是 指 蛋白 质 分 子 中 的 原子 或 基 团 在 三 维 空间 上 的 排列 、 分 布 及 肽 链 的 走向 。 构象 的 概念 和 构 型 的 概念 是 不 相同 的 。 一 个 分 子 内 的 原子 间 的 关系 在 化 学 家 的 手中 表达 REG R, AAR, RUNNER PMA, RCH COO 。 侣 这 仅仅 是 为 了 NH, 表达 和 交流 的 方便 。 分 子 内 原子 间 的 关系 是 立体 的 。 构 象 和 构 型 就 是 从 不 同 的 角度 来 表述 这 种 立体 的 关系 。 构 型 ( configtration ) 是 指 不 对 称 碳 原子 所 连接 的 四 个 不 同 的 原子 或 基 团 在 室 间 中 的 两 种 下 同 的 排列 (例如 氨基 酸 的 刀 WA LW), 而 构象 ( conformation ) 指 的 是 元 一 个 由 几 个 碳 原子 组 成 的 分 子 ， 因 一 些 单 键 的 旋转 而 形成 的 不 同 碳 原子 上 各 取代 基 团 或 原子 的 空间 排列 。 构 型 的 改变 必然 会 引起 共 价 键 的 破坏 ， 并 形成 一 些 新 键 ( 如 氨基 酸 由 D:- 型 变 成 人 -型 ) 。 构象 的 改变 并 不 需要 共 价 键 的 断裂 ， 只 需要 单 键 的 旋转 就 可 造成 新 的 构象 的 产生 。 一 、 研 究 构象 的 方法 在 本 世纪 30 年 代 未 ，L.。 Pauling 和 R, Corey 开始 了 氨基 酸 和 肽 的 精细 结 粕 的 X- 射 线 109 晶体 衍射 的 研究 。 当 时 ， 他 们 的 主要 目的 是 为 了 获得 这 些 构件 单元 的 标准 键 距 和 键 肖 ， 然 后 用 这 些 资料 去 预测 蛋白 质 的 构象 。 从 那 时 超 来 , X- 射 线 晶体 衍射 法 二 直 是 测定 履 自 质 晶体 结 梅 的 极其 重要 的 方法 。 辟 自 质 分 子 中 的 单 个 原子 间 的 距离 是 很 小 的 ， 不 能 用 光学 显微镜 去 观察 蛋白 质 分 子 内 部 _ 的 细微 结构 。 可 见 光 的 波长 太 长 ， 不 能 用 来 放大 蛋白 质 分 子 ， 必 须 用 波长 很 短 的 放射 弘 来 进 行 放大 。X- 射 线 放 大 蛋白 质 的 第 一 步 同 光学 显微镜 的 第 一 步 相 类 似 ( 当 可 见 光 照射 到 物质 ER, See RTH): FIR X- 射 线 照 射 蛋 白质 晶体 时 ，X- 射 线 是 通过 围 络 不 同 原子 中 心 双 集 的 电子 进行 衍射 的 。 进行 X- 射 线 衍 射 时 ， 由 于 没有 收集 和 重新 结合 衍射 的 ;又 - 射 颇 的 反 射 错 和 透镜 系统 ， 因 而 不 能 产生 有 意义 的 图 象 。 但 是 ， 却 允许 衍射 的 X- 射 开打 在 能 感光 的 胶片 正史 在 胶片 上 产生 一 系列 的 性 点 让 这 些 斑点 的 强度 是 由 蛋白 质 分 子 中 的 原子 的 排列 决定 的 。 通 过 泣 - 射 线 从 不 同 角度 穿 透 蛋白质 晶体 产生 大 量 不 同 的 斑点 图 案 。 最 后 ， 通过 复 过 的 计算 ， 分 析 并 综合 从 斑点 图 案 中 得 到 的 数据 ， 从 而 得 到 蛋白 质 分 子 的 三 维 图 象 。 二 -了 | | | cack VS ny a ~ #8) AFL EH 图 3-24 晶体 样品 X- 射 线 衍 射 示意 、 蛋 白质 的 二 级 结构 ( Secondary structure ) 1。_ 肽 单元 peptide unit ) Pauling 等 人 根据 对 氢 基 酸 和 一 些小 肽 的 X- 射 线 晶 体 结 构 分 析 ， 发 现 ， 呈 肽 键 (一 CO 一 NH 一 ) 中 的 四 个 原子 和 与 它 相 邻 的 两 个 Kc- 碳 原子 OC.) 都 位 于 同一 刚性 平面 (Ripid plane ) ， 构 成 一 个 肽 单元 (图 30—25(a) ) : 包 肽 键 上 的 一 NH 一 的 互 与 >C=0 Eps O LF REALE Bi, Oke LN CN 键 具有 部 分 双 键 的 性 质 ， AREA eH. K 键 上 的 C 一 N 键 的 长 度 为 1.32 A, WR C—N 键 的 长 度 是 1.49A ，C 一 N 双 键 的 长 度 是 fu27 人 A。 肽 键 上 的 'C 一 N 键 的 长 度 介 于 其 他 C 一 N 键 和 C=N 双 键 长 度 之 间 , dirs 现象 的 原因 是 肽 键 ( 一 CO 一 NH-- ) 存在 这 样 一 种 平衡 关系 ， H H H | | ， | N < 一 > N 或 N = 一 N 和 Gea 玫 OO C C C I | | O O- O L—o—® 110 ARERR Ln CN 键 具 有 了 部 分 双 键 的 性 质 。 由 子 这 一 特性 使 得 一 条 多 肤 链 的 构象 数 自 受 到 了 很 大 的 限制 。 SERRA, Ce 与 闻 基 碳 原 子 之 间 的 连 科 键 是 纯粹 的 单 键 ;Cea 与 氮 原 子 之 间 的 连 稳 键 也 是 纯粹 的 单 键 。 这 两 个 键 在 刚性 平面 的 任何 一 侧 都 有 较 大 的 旋转 程度 。 Ca 一 黄 单 键 旋 转 的 角度 用 少 表示 ，Cca 一 C 单 键 旋 转 的 角度 用 少 表 示 ( 图 3-25(0) ) 。 由 于 妃 矶 原子 实际 上 处 在 两 个 刚性 平面 的 交 线 上 ， 所 以 ac- 碳 原子 上 的 这 两 个 旋转 角度 5 人 办 oO) 就 决定 了 0 AOE | 实验 表明 ， 多 肽 链 中 所 有 肽 单元 基本 上 都 具有 相同 的 键 距 和 键 角 ; 每 一 个 人 - 碳 原子 都 是 正四 面体 构 型 。 因 此 ， 多 肽 链 的 构象 是 由 每 个 c- 碳 原子 的 一 对 少 和 乡 角 所 决定 的 。 在 多 肽 链 中 ， 任 何 c- 碳 原子 的 ¢ HR 角 如 果 发 生变 化 ， 则 多 肽 链 主 链 的 构象 必然 发 生 相应 的 变 化 。 如 果 所 有 的 c- 碳 原子 的 这 一 对 角 都 分 别 相等 , 则 多 肽 链 主 链 旦 现 有 规律 的 构象 。 如 果 多 KEELE, Nd AMY 角 的 值 均 当 作 零 。 从 N- 末 端 看 去 ， 以 顺 时 针 商 180" 的 方向 旋转 的 角度 用 “+2” SRR, 以 逆 时 针 向 180" 方 向 旋转 的 角度 用 “- ”号 表示 (图 6-25(c) 5, 自由 旋转 H ‘had TN ga N- ais S77 , be pte 2 PCa on | / > (a) 3-25 RF (a) A AS A eR EA CC 的 旋转 角 (b) AD fH. P 角 正 负 值 的 规定 (c) 111 多 肽 链 主 链 上 的 :Ca 一 N 和 :Co 一 C 链 虽 然 能 自由 旋转 ， 但 不 是 完全 不 受 限 制 的 。 EH 构象 的 不 同 ， 侧 链 尺 基 团 就 会 出 现在 不 同 的 空间 位 置 上 。 侧 链 尺 基 有 大 有 小 ; 相互 之 间 的 作用 有 所 不 同 ， 或 是 彼此 吸引 ,或 是 相互 排斥 。 侧 链 基 团 的 这 种 作用 也 会 影响 到 主 链 上 单 键 的 旋转 。 于 是 使 得 蛋 自 质 构 象 的 数目 又 受到 很 大 的 限制 。 由 于 主 链 和 侧 链 的 相互 影响 就 会 使 蛋 和 白质 分 子 达到 一 种 最 稳定 的 构象 。 2。 cc- 螺旋 结构 (.a-helical structure ) Pauling 等 人 估计 了 各 种 可 能 的 多 肽 构象 后 ， 于 1951 年 提出 了 一 种 周期 性 的 肽 结构 一 一 &- 螺 旋 结 构 ( 图 3-26 ) 。 AN ) GR IE c Ey A 上 升 高 度 图 3-26 ”右手 g- 蛇 旋 结 构 | 所 谓 螺旋 结构 就 是 指 多 肽 链 主 链 环绕 螺旋 中 心 轴 一 圈 一 圈 地 上 升 ， 从 而 形成 螺旋 式 ( 象 | 弹簧 样 ) 的 结构 。a- 螺 旋 结 构 是 最 稳定 的 螺旋 结构 。 它 具有 如 下 的 特征 : @ 多 肽 链 主 链 环绕 螺旋 中 心 轴 螺 旋 式 地 上 升 ， 每 隔 3.6 个 氨基 酸 残 基 螺 旋 上 升 一 圈 。 螺 旋 沿 中 心 轴 每 上 升 一 圈 相当 于 向 上 平移 5.4A。 包 螺旋 上 升 时 ， 每 个 氛 基 酸 残 基 沿 轴 旋 转 100"， 向 上 平移 1.5A。@ Sb 角 等 于 - 57°, 每 一 个 少 角 为 - 47, 四 每 个 氨基 酸 残 基 上 的 亚 氨基 (NH ) 和 位 于 它 前 面 的 第 四 个 氨基 酸 残 基 上 的 凑 基 ( ,>C =O ) 形 成 氢 键 。 肽 键 上 的 >C 一 O 上 氧 的 电 负 112 杜 较 天 ， 售 有 独 对 电子 ， 基 有 吸引 质子 的 能 力 ， 而 >NH 基 上 氨 的 电 负 竹 也 较 大 ;能 玻 引 所 原子 核 周围 的 电子 ， 使 得 气 原子 核 外 层 电子 密度 减少 而 带 上 微弱 的 正 电荷 。 于 是 在 >>C 一 O 和 >NH 之 间 就 有 了 相互 吸引 力 。 这 种 吸引 力 就 叫做 氧 键 。 虽 然 气 键 是 一 种 很 弱 的 次 级 键 re acaba: C=O--H—-N’ (m8) y x fe Heo Hou Oo 6 RO. Me Heo. HW H...O. Hi H,.0 eas Ty rk th) Uk Uk ee Pe Ne be li eee Bast sahil ags trl bao min abohe tpl er Sikes pe oo TY Sakae ae ee Bh aes R, R, R, R, 全 是 由 于 主 链 上 所 有 的 >NH 和 >C 一 O BSS TARMER, MU o MER Be 的 。 氢 键 几 乎 同 |“- 螺旋 的 长 轴 平 行 。 回 氨基 酸 残 基 的 R 基 团 从 -螺旋 伸 出 ， 不 会 出 现在 Ri. 根据 多 肽 链 主 链 旋转 方向 的 不 同 ，cx- 螺 旋 有 右手 螺旋 和 左手 螺旋 之 分 。 这 两 种 c- 螺 放 的 区 别 在 于 ,在 左手 oie, Het R 基 团 上 的 第 一 个 碳 原子 〈 Ce ) 过 分 接近 主 链 的 CHO 上 的 氧 原子 ， 以 致 攀 象 不 适 ， 能 量 较 高 。 右 手 -w- 螺 旋 没 有 这 种 缺点 。 因此 ， 右手 a- 螺 旋 最 易 形 成 也 最 稳定 。 在 蛋白 质 分 子 中 ，c= 螺 旋 都 是 右手 螺旋 。 上 述 右 手 c- 螺 旋 是 最 典型 的 螺旋 ， 称 为 3。6:。 Bie, 这 种 螺旋 在 蛋白 质 结构 中 广 泛 存 在。 此外， 在 蛋白 质 的 结构 研究 中 也 发 现 其 他 一 些 不 典型 的 螺旋 ,~ 如 Bio 螺旋 、4.4ie 螺旋 等 。 各 种 螺旋 结构 常用 SNw- 来 表示 。S 是 螺旋 每 土 升 一 图 的 氨基 酸 残 基数 ，N 表示 和 氢 键 封闭 的 环 本 身 的 原子 效 。 图 3-27 为 三 种 螺旋 的 模式 。 图 3-27 螺旋 结构 的 三 种 类 型 (a)C- 螺 旋 (3 6,98 BE); (b)3 QR ME, (C)-BRHE (44g MRE). {A 3,9 ite Fl 4 4,99 te REA Yt FE BR ie HOB HK in OBL Ca- 螺旋 结构 提出 来 后 就 首先 较 好 地 解释 了 各 种 毛 、 发 等 .&- 角 蛋白 的 -射线 晶 体 ; 衍 射 图 案 。 后 来 在 球状 蛋白 的 X- 射 线 晶体 衍射 图 案 中 广泛 发 现 此 种 结构 。 由 于 c- 螺旋 结构 只 涉 及 蛋白 质 多 肽 链 主 链 在 空间 上 的 走向 ， 不 涉及 侧 链 人 基 团 在 空间 中 的 排列 ， 所 以 c- 螺 旋 结 构 是 蛋 自 质 多 肽 链 主 链 的 一 种 典型 的 构象 人 们 把 这 种 主 链 构象 称 之 为 二 级 结 梅 。 3。 p- 折 释 结 构 (B-pleated structure ) ; p- 折 释 结 构 ( 或 P-HBH, P-pleated sheet ) 也 是 Pauling 于 1951 年 提出 的 一 种 多 肽 链 主 链 构象 ， 是 一 种 周期 性 的 肽 结构 。p- 折 县 结构 与 &- 螺 旋 结 构 有 着 显著 的 区 别 。 在 有 - RaSh, HFRKAR-ARKAAWATRKA LECH, BSKAZARA REAL THT EL 2 ARIK LW C—O 和 NH URW ARRBA, WERT RS 间 形 成 最 多 的 氢 键 ， 避 免 丰 邻 侧 链 R 基 团 的 空间 障碍 ， 肽 链 必 须 作 划 种 程度 的 折 著 ， 两 个 BAP Ca 间 的 距离 缩小 ， 形 成 一 种 折 枉 的 片 层 结构 。 与 Ca 相连 的 侧 链 R 基 团 交 震 地 位 于 片 层 的 上 方 和 下 方 ， 并 与 片 层 相 垂直 。 由 于 有 -折枝 结构 的 上 述 特点 ， 所 以 它 是 折 生 图 3-~28 月- 折 秋 结构 D-H BK IS I ILC EAP 即 所 有 钛 链 的 | 让- res 同一 片 状 的 ;C 旦 锯 状 ) 而 不 是 卷曲 状 的 。 一 反 地 排 着 人 Reith 29): 褒 - 折 又 结构 有 两 种 类 型 ， 一 种 是 平行 式 《 Parallel), fl; Bae TX C Antiparallel ), 即 肽 链 的 六 -末端 一 顺 = (a) OO 4 ” @ > Or © bx I O o & UO) 四 | UO ~ Jet OPN oa CG : SO i 1 DSS D: ; ZN, 2 二 ae: pi te ER C ns “A ap Q g : eo: SS me D a/ : \ y ; e -这 i ord A SS e@ "1 ~ ae | eS I 只 if OU ey 各 ， , ) as AR > wig J oa O oS C) | \ ‘ sw we y 会 CO) OO og ff Safe anlage A O) No 图 3-29 〈a) 反 平行 式 B- 折 琶 ( 来 自 超 氧 化 物 歧化 酶 的 BT Es (b) 平 行 式 PH KARRADE AN B- 折 三 片 ) 115 p- 折 结 构 之 所 以 是 一 种 周期 性 的 肽 主 链 结 构 ， 是 因为 在 它 的 纤维 轴 方 向 上 具有 重 旧 距离 ， 在 反 平 行 式 结构 中 此 距离 7 A。 而 在 平行 式 结构 中 为 6.5 及 。 此 外 庆 在 反 平 行 式 结 枸 中 ，4 角 和 少 角 分 别 为 = 1402 和 + 135°, ERT, ¢ HM do HRA — 119° M+113°, %- 角 蛋白 变性 伸展 后 呈现 为 平行 式 B- 折 释 。 | BUR, B-RRSU—RSAOBS EMR AK (MAR) LE, HERR 蛋 自 NSRBRPREAEN, Fin, ABM. RAM, MARARAACflavodoxin ) MAA 物 野 化 酶 ( Superoxide dismutase ) 等 球状 蛋白 质 中 都 存在 这 种 8- 折 释 构象 。 p- 折 释 结 构 也 只 是 涉及 蛋白 质 多 肽 链 主 链 在 空间 上 忆 走 向 ， 因 此 及- 折 丢 结 构 也 是 一 种 二 级 结构 。 ya 4, 8- 转角 和 无 规 卷曲 Pe 近年 来 ， 在 球状 蛋白 质 的 空间 构象 门 研究 中 还 经 常 观 察 到 肽 链 主 链 出 现 180" 的 回 折 ， 这 种 回 折 称 为 -转角 有 -Bend ) 。 它 也 是 蛋白 质 多 肽 链 主 链 的 一 种 构象 。 有 两 种 类 型 的 B- 转 角 ， 它 们 都 是 由 四 个 连续 的 氨基 酸 残 基 组 成 ， 第 一 个 残 基 上 的 OCHO 与 第 四 个 残 基 上 的 ,>NH 形成 拨 键 。 两 种 美 型 的 8- 转角 的 主要 区 别 是 连接 Ga, 和 .Cas 的 肘 键 的 方 向 ， 以 及 形成 氢 键 区 原子 的 方向 5 网 图 3-30 ) 。 许 多 氨基 酸 都 有 可 能 出 现在 8- 转角 中 , 但 尤 以 甘 RB. MRR. KAM, RARBUKERRBHEL, 图 3-30 和 蛋白质 分 子 中 的 两 种 B- 转 角 无 规 卷曲 〈( radom coil 六 是 指 没 有 规律 性 的 那 部 分 肽 链 的 构象 ， 是 一 种 任意 的 肽 链 构 象 。 有 -转角 和 无 规 卷 曲 是 球状 蛋白 质 形成 近似 球形 的 空间 构象 所 必需 的 主 链 构象 ， 与 球 状 蛋白 质 的 生物 功能 有 着 密切 的 关系 。 综 上 所 述 ， 我 们 可 以 看 出 ， 蛋 白质 的 二 级 结构 通常 是 指 蛋白 质 多 肽 链 主 链 在 牵 问 中 的 走 向 ， 一 般 形 成 有 规律 的 构象 /并 以 氢 键 来 维持 主 链 构象 的 稳定 。 这 级 水 平 的 构象 不 涉及 氮 基 酸 残 基 的 侧 链 基 团 在 空间 中 的 排列 和 各 种 主 链 构象 之 间 的 关系 。 116 三 、 蛋 白质 的 三 级 结构 (Tertiary streture) BARNERAMIRAMBRES. ERE ASKER RAR LS SRE LSTA ASA TERRA MOAB ER ORE AH (A3—31Pi A) AAS KE Si ME. TAR, er HF Se RE EE SR BAT WOE IL EEN HBG Ak, OK RE SE EH A SE AL FB J BE RH TR RETSKEERASLEA LEM. REM RRA, HEM RK, BAS BS HERRS FORM, Wa RAK: TARE SA, PEAR, ARETE AK | aa 组 合 Bap 组 合 BBB 组 合 图 8 一 31 蛋 白质 的 三 级 结构 图 3 一 32 蛋 白质 的 超 二 级 结构 水 的 倾向 ， 使 得 它们 在 分 子 内 部 彼此 接近 而 形成 疏水 区 或 了 蚊 水 核 。 三 级 结构 代表 了 分 子 内 各 种 作用 力 的 总 结果 三 级 结构 只 涉及 侧 链 基 团 的 构象 和 各 种 主 链 构象 之 间 的 相互 关系 ， 不 涉及 亚 基 或 分 子 之 间 的 空间 排列 关系 。 对 于 单 链 蛋 白质 来 说 ， 三 级 结构 就 是 它 的 空间 结构 ， 对 于 多 链 蛋 白质 来 说 ， 三 级 结构 是 指 各 组 成 链 ， 主 链 和 侧 链 各 自 的 室 间 构象 。 随 着 蛋白 质 空间 结构 研究 的 深入 ， 在 二 级 结构 和 三 级 结构 之 间 还 可 以 进一步 细 分 为 超 二 级 结构 和 域 结构 (domain) 。 超 二 级 结构 是 指 顺序 上 相互 邻近 的 二 级 结构 常常 在 空间 折 释 中 靠 近 , 彼此 相互 作用 ,形成 规则 的 二 级 结构 聚合 体 。 已 发 现 的 超 二 级 结构 有 三 种 基本 形式 , 即 &- 螺 NAG (aa), B- 折 三 组 合 (86P),c- 螺 旋 和 有 - 折 释 的 组 合 (pa8)。 其 中 以 pc 有 这 种 组 合 方 式 最 为 常见 。 超 三 级 结构 以 特定 的 组 合 方式 连接 , 在 一 个 较 大 的 蛋白 质 分 子 中 形成 两 个 或 多 个 在 空间 上 可 以 明显 区 分 的 折 丢 实体 ,这 种 实体 称 为 域 结构 。 域 结构 与 分 子 整体 以 共 价 键 相连 ， 一 般 难 以 分 离 ， 这 是 它 与 重 白质 的 亚 基 结 构 的 根本 区 别 。 不 同 的 域 结 构 往 往 兴 担 着 不 同 的 功 能 , 免疫 球 蛋 和 白 就 是 一 个 典型 的 例子 。 现 已 认识 到 域 结 构 是 蛋白 质 三 级 结构 的 基本 组 件 单位 。 四 、 蛋 白质 的 四 级 结构 (Quaternary structure ) SIL 许多 生物 活性 蛋白 质 是 由 两 条 或 多 条 肽 链 构 成 , 肽 链 与 肽 链 之 间 并 不 是 通过 共 价 117 一 图 3 一 33- 弹性 蛋白 酶 的 两 个 域 结 构 成 的 巨大 蛋白 质 ， 3 BOP aaa BI 有 些 蛋 白质 是 由 几 种 不 同 的 亚 基 构成 ， 这 类 和 蛋白质 的 四 级 结构 即 称 为 不 均一 的 四 级 结构 =. 稳定 蛋白 质 空间 构象 的 作用 力 SHE, THIEL RRR EB. BRK 链 都 有 自己 的 一 级 、 三 级 和 三 级 结 梅 。 在 这 种 蛋白 质 中 ， 每 条 肽 链 就 被 称 为 亚 基 或 亚 单位 。 由 亚 基 构 成 的 蛋白 质 叫 做 寡 聚 蛋白 质 。 所 谓 蛋 白质 的 四 级 结构 就 是 指 各 个 亚 基 在 守 育 蛋白 质 的 天 然 构 象 中 的 几何 位 置 和 它们 之 间 的 相互 关 系 。 所 以 ， 蛋 白质 的 四 级 结构 只 存在 于 竹 聚 蛋 白质 中 ， 而 一 般 的 单 链 蛋 自 没有 四 级 级 构 。 从 已 经 研究 过 的 寡 聚 蛋白 质 中 ， 发 现 某 些 蛋白 质 由 相同 的 亚 基 组 成 ， 例 如 烟草 花 叶 病毒 (TMYV) 的 外 壳 蛋 自 是 由 2130 个 相同 的 亚 基 构 亮 氨 酸 氨 肽 酶 是 由 六 个 相同 的 亚 基 构成 。 由 相同 亚 基 构 成 的 蛋白 质 的 四 级 例如 乳酸 脱氧 酶 、 天 冬 氨 酸 转 氮 甲 酰基 酶 、 CF pen 的 亚 基 组 成 的 ， RAK gE 140 ws 蛋白 质 特定 的 空间 构象 是 靠 什么 力量 来 维系 呢 ? 根据 对 蛋白 质 结构 研究 ， memes 象 的 稳定 主要 是 靠 图 3 一 34 所 示 的 各 种 键 或 作用 力 维 持 。 ae ee (b) 侧 链 间 的 氢 键 螺旋 结 fry 《a) 图 3 一 34 ”维持 蛋白 质 构象 的 各 种 作用 力 (a) 离子 键 ( 赴 键 ); (b) 氢 键 ;〈c) 非 级 性 侧 链 基 团 的 相互 作用 ; (d) 二 硫 键 。 1, 118 AR bop ravaheeamnih. HER Ee LO >CAOM PM ZAR shee, ARR aenHG AR EEL AL RAR AAI RAL. AALS ET eo i FRR iat te Um. MRA HS SR AM HE CY “OH IPL SSR, KZ BY ON ERIE TE UE» ny EEN TEAS RE POT 2 带电 的 侧 链 基 团 之 间 的 相互 作用 为 同 种 电荷 相 斥 ， 异 种 电荷 相 吸 ， 这 是 我 们 所 熟 知 的 。 二 于是 白 质 多 肽 链 中 的 某 些 氨基 酸 的 侧 链 基 团 在 生理 P 下 能 解 离 而 带电 荷 ， 所 以 ， 电 荷 的 相互 作用 在 蛋白 质 的 于 难 构 象 稳定 方面 是 -一 种 重要 的 因素 。 带 负 电荷 的 侧 链 径 wy COO” 吸引 带 正 电荷 的 侧 链 基 团 -N Hi。 这 种 吸引 作 用 叫做 亢 子 键 或 盐 键 。 它 可 以 连 楼 蛋 自 质 的 不 同 部 分 。 宛 “方面 ， 带 同 种 电荷 的 侧 链 相互 排斥 ， 使 蛋白 质 多 肽 链 的 Pg KAGE. LPI HNEWHA, BAS 3 一 35 PHAM OME ears LOA RRB. Be 3. Bik EAR fe A TS marae tenn a KIER SEMA EIOE RRO MUEER SRL SIRE A eed RICE ER, AKDT CU, AERA HO UALR ART EAA) AER IPAS | BEATER 非 极 性 的 R 基 团 与 水 的 相互 和 | . AERRM EARS eR? 在 细胞 液态 环 SE DAS i i 32 RH AK HE YER ETAT 据 它们 对 水 的 亲 和 与 不 亲 和 来 排 布 它们 自己 在 空间 上 的 位 置 。 由 于 极 性 R 其 的 亲 水 性 , 它们 t 就 必然 努力 伸 向 蛋 自 质 分 子 的 外 表面 ， 形 成 亲 水 区 。 非 极 性 的 _R 基 团 由 于 它们 的 异 水 下 而 产生 造 开 未 的 倾向 ， 则 使 它们 在 分 子 内 部 彼此 于 接近 ， 紧 密 地 聚集 在 一 起 ， 形 成 特有 的 非 了 水 境 ， 即 所 谓 防 水 区 或 琉 水 核 。 正 是 由 于 极 性 和 JER ERIE R 基 同 水 的 这 些 相 互 作用 使 肽 AAA CH» CHC e 0 本 和 a7 ~ 六 链 的 某 些 部 分 拉 在 一 起 ， 而 其 他 的 部 分 保持 分 离 ， 从 而 便 多 肽 链 折 又 、 盘 绕 成 紧密 的 近似 球 形 的 三 维 构象 ) 图 3 一 36 ) 。 这 里 需要 指出 的 是 ， 这 些 非 极 性 基 团 相互 作用 所 产生 的 色散 力 是 稳定 蛋白 质 三 维 构象 的 主要 作用 力 。 这 种 色散 力 称 为 范 德 华 力 。 虽 然 CME BS, 但 大 多 数 蛋 白质 都 含有 25 一 35% 的 非 极 性 的 侧 链 R 基 团 ， 有 的 甚至 高 达 图 3 一 36” 亲 水 作用 All Bit 7k VE FA . 水 分 子 =| 亲 水 的 便 链 R 基 团 二 一 fy irk WO Oe R 基 团 or 119 "0%， 这 些 很 弱 的 力 加 在 一 起 就 变 大 了 。 4。 二 硫 键 如 前 所 述 ， 二 硫 键 是 由 肽 链 中 或 肽 链 间 的 两 个 半 胱 氨 酸 残 基 的 侧 链 病 基 LSHD 氧 伦 形 成 忆 ” 筷子 尝 及 所 本 可 能 存在 于 多 及 链 的 任何 部 位 ， 所 以 一 硫 健 可 以 把 不 同 部 位 的 肝 和 加 在 起 。 一 硫 键 对 于 蛋白 质 空间 构象 的 稳定 也 起 很 重要 的 作用 。 ales. 六 、 两 类 主要 和 蛋白质 的 构象 生物 体内 的 蛋白 质 从 形状 上 可 以 分 为 两 大 类 ， 即 纤维 状 蛋白 和 球状 重 站 这 商 灯 一 白质 中 革 移 上 有 很 大 的 差别 。 下 面 我 们 将 从 这 两 类 蛋白 质 构象 来 看 它们 与 上 面 所 讨论 的 几 秋 结 析 水 平 有 什么 联系 。 1。 纤维 状 蛋白 7 Re REE AAG TAWREMR, 2th aS ian mae ete, Ho TUM le 9 Le AHR AA, BURA (Collagen), c- 角 蛋白 (c-Keratins ) W242 A (Fibroin) 分 别 是 三 类 中 最 典型 的 例子 。 (1)c- 角 有 蛋白 %- 角 蛋白 主要 存在 于 动物 的 毛 、 发 、 指 甲 等 之 中 。 羊毛 纤维 是 典型 的 角 蛋 白 。 早期 蛋白 质 晶体 结构 的 X- 射线 晶体 衍射 主要 是 以 羊毛 角 蛋 和 白 为 材料 。 Astbury 等 人 曾经 用 X- 射 线 晶体 衍射 法 分 析 了 毛 、 发 等 一 类 w- 角 和 蛋白 的 结构 ， 指 出 这 类 和 蛋白质 的 结构 很 相似 ， 洛 长 轴 方向 部 有 一 个 大 周期 结构 或 重复 单位 。 这 一 重复 单位 为 5.0——5.5A4, 与 Pauling 后 来 提出 的 c- 螺 旋 结 攀 的 每 一 个 螺旋 距离 为 5.4 人 A 大 致 相当 ， 所 观察 到 的 小 周期 则 相当 于 x- 螺旋 结构 中 每 个 氨基 酸 残 基 沿 轴线 向 上 平 1.5A。 由 此 可 以 看 出 ， 所 有 的 c- 角 蛋白 都 是 以 &- a 旋 结 构 的 形式 存在 。 Alt, cx- 螺旋 结构 是 o- Hey 多 肽 链 的 基本 构象 。 或 者 说 ，c- 角 蛋 哲 的 多 肽 链 的 构象 与 ^- 螺 旋 结 构 一 致 ， 在 毛 、 发 等 a BRA, 三 条 磋 4- 螺旋 结构 的 多 肽 链 彼此 拧 在 一 起 ， 向 左 扭曲 形成 与 缆绳 相似 的 超 螺旋 结构 (Supercoiled strucure), 从 而 .构成 汪 角 蛋白 的 基本 单位 (图 3 一 37 ) 。a- 角 蛋白 的 草 股 螺旋 之 间 通 过 二 硫 键 把 它们 紧 紧 地 维系 一 起 。 册 于 w- 角 蛋 白 中 含有 很 多 半 胱 氨 酸 ， 所 以 众多 的 二 硫 键 就 使 得 %- 角 蛋白 很 稳定 。 在 “- 角 蛋白 中 ， 由 于 含有 很 丰富 的 非 极 性 侧 链 R SERIE, hk xc- 角 蛋 白 不 溶 于 水 。 图 3 一 37 毛 发 和 毛发 c- 角 蛋白 的 结构 《2) 丝 心 蛋白 (B- 角 蛋 自 ) 120 和 蛋 丝 、 蜂 蛛 丝 等 丝 心 蛋白 是 另外 一 种 类 型 的 不 溶 于 水 的 纤维 状 蛋白 , 属于 B- 角 蛋 白 。 丝 心 蛋白 的 晶体 X- 射 线 衍 射 图 案 表 明 ， 它 的 空间 结构 与 gc- 角 蛋白 完全 不 同 ， 呈 现 为 反 平 行 式 的 B- 折 亚 片 。 在 丝 蛋 白 多 肽 链 长 轴 方 向 上 具有 7.0A 的 重复 距离 ， 所 以 丝 心 蛋白 的 空间 构 Bz 6- 折 县 式 的 。 在 丝 心 蛋 白 中 ， 反 平行 的 B- 折 释 片 以 平行 的 方式 堆积 起 来 ， 形 成 多 层 。 ,每 个 折 午 片 的 肽 链 之 间 是 借 氢 键 维 系 ， 而 片 与 片 之 间 是 靠 范 德 华 力 维持 〈 图 3 二 38)， 图 3 一 38 丝 心 蛋白 的 空间 结构 在 丝 心 蛋 白 中 ， 甘 氛 酸 、 丙 氛 酸 、 丝 氛 酸 含量 多 ， 约 占 87% 。 它 的 一 级 结构 也 很 特殊 ， 含有 -Gl7y-Ser-Gly-Ala-G17-Ala- 的 重复 顺序 。 由 于 丝 心 蛋白 缺乏 半 胱 氛 酸 ， 所 以 它 的 有 -折枝 片 之 间 不 是 用 二 硫 键 交 联 的 。 由 于 丝 心 蛋白 呈现 O- 折 释 的 片 层 结构 ， 故 它 不 能 象 羊 那样 被 拉 长 。 @) RRA 胶原 蛋白 是 结缔 组 织 (connective tissue) 中 最 主要 的 一 种 蛋白 质 ， ASKNBARM 量 的 30% 。 胶 原 蛋 白 在 体内 以 胶原 纤维 的 形式 存在 。 胶 原 蛋 白 分子 的 基本 单位 由 三 条 多 肽 链 构成 的 三 股 螺 旋 结 构 ， 这 种 三 股 螺 旋 结 构 也 是 一 种 超 螺旋 结构 ， 因 为 每 条 多 肽 链 本 身 形成 了 左手 螺旋 。 单 根 左手 螺旋 每 圈 包 含 3。.3 个 氮 基 酸 残 基 ， 螺 旋 距 离 为 2.9A， 螺 旋 半径 为 1.6A。 所 以 这 种 左手 螺旋 与 gc- 螺旋 不 同 。 三 股 螺旋 结构 是 向 右 旋转 的 。 胶原 蛋白 的 这 种 三 股 螺旋 也 叫做 原 胶原 蛋白 〈tropocollagen) 。 每 个 原 胶 原 蛋白 的 长 度 约 为 30008, 分 子 量 约 为 300,000。 这 些 原 胶原 蛋白 头 尾 相连 ， 并 排 成 束 ， 形 成 胶原 纤维 〈 见 图 3 一 39) 。 原 胶原 蛋 身分 子 的 三 股 螺旋 通过 氢 键 以 及 一 种 不 常见 的 共 价 键 交 联 在 一 起 ， 这 种 共 价 键 是 由 两 条 肽 链 的 赖 氨 酸 残 基 的 侧 链 基 团 形 成 的 ， 121 SN \ H-N H N—H * | la GRR SE PE PE ie Hs ee a OH CO! wee a ee ee ce 9 \ Hib SA BB Fe HE: ol SA PR Be BE / 肽 ” 链 肽 链 (失去 了 e- 所 基 ) 相 邻 原 胶原 和 蛋 自 也 彼此 交 联 在 一 起 。 图 3 一 39 “胶原 蛋白 的 结构 胶原 蛋白 的 这 种 特殊 的 螺旋 结构 在 其 他 蛋白 质 中 尚未 发 现 。 这 与 胶原 蛋 自 分 子 的 特殊 的 氨基 酸 组 成 有 关 。 在 胶原 蛋白 分 子 中 , 甘氨酸 的 含量 大 约 占 33% , 而 氨 酸 约 占 11% ， RA pene sree) 95%, JL RGB = Pi BW AERREBE HARM ( —Pro—Gly—X—Pro— Gly —X—Hy p—Gly —Pro—Hy p—Gly—) 。 这 就 决定 了 胶原 蛋白 特殊 的 空间 构象 。 胶原 恒 白 的 营养 价值 很 低 ， 因 为 它 的 必要 氮 基 酸 的 含量 很 少 。 2。 球状 蛋白 (Globular proteins) 球状 蛋白 的 种 类 占 生 物体 内 蛋白 质 种 类 的 绝 大 多 数 。 球 状 蛋白 是 水 溶性 的 ， 形状 近似 球 形 ， 结 构 紧 密 。 球 状 蛋白 质 的 空间 构象 比 纤维 状 蛋 白 要 复杂 得 多 ， 蛋 白质 的 三 级 结构 和 四 级 结构 的 概念 通常 与 这 类 蛋白 质 有 关 。 球 状 蛋 白 是 生物 活性 蛋白 ， 例 如 各 种 酶 和 抗体 。 由 于 结 构 与 功能 之 间 的 内 在 联系 ， 所 以 ， 球 状 蛋 和 白质 的 三 维 构象 的 研究 是 分 子 生 物 学 研究 的 主要 方 面 。 (1) 肌 红 和 蛋白 的 构象 肌 红 蛋白 (Myoglobin) 存 在 于 肌肉 中 , 是 由 153 个 氨基 酸 残 基 构成 的 单 链 蛋 摇 ， 并 含有 一 下 通过 与 肽 链 中 的 位 于 下 螺旋 的 Fe 组 氢 个 血红 素 (heme) 辅 基 , 分 子 量 为 17,800。 肌 红 蛋白 在 哺乳 类 动物 中 执行 TRA 合 与 脱氧 的 作用 ， 这 与 红血球 细胞 中 的 血 红 和 蛋白 的 功能 是 相似 的 。 玫 endrew 等 人 用 -射线 衍射 法 测定 了 它 的 空间 构象 , 揭 示 出 它 具 有 下 述 几 方面 的 特征 ; @ 多 肽 链 中 大 约 75% 的 氨基 酸 残 基 郑 曲 成 c- 螺 旋 结 构 ， 其 余部 分 呈现 CMS 曲 。 有 8 个 长 度 不 等 的 c- 螺 旋 区 。 即 A、 BC.D.、E.F.G、H， 如 图 3 一 40(a) 所 示 。 @@ 由 于 侧 链 R 基 团 的 相互 作用 ， 使 得 多 肽 链 折 释 、 盘 绕 成 一 个 近似 球形 的 三 维 构象 。 氨 基 酸 残 基 的 大 部 分 极 性 侧 链 及 基 团 分 布 在 球状 分 子 的 表面 ， 几乎 全 部 的 六 水 侧 链 'R 基 团 位 于 分 子 的 内 部 。 整个 分 子 非常 紧密 ， 其 内 部 空间 仅 能 容纳 四 个 水 分 子 。 整个 分 子 分 两 BAB 434 x 35AXx25A WRI CAS 一 40(b) ) 。 轿 脐 氛 酸 残 基 都 位 于 拐角 处 ， 其 他 一 些 难 成 w- 螺 旋 的 氨基 酸 残 基 如 异 亮 氨 酸 、 丝氨酸 、 天 冬 酰胺 等 也 出 现在 拐角 处 。 @ 轩 血红 素 辅 基 位 于 朴 水 的 空 穴 中 ， 它 酸 的 咪唑 基 配 位 相连 。 血 红 素 辅 基 可 以 与 AA HMA. (2 ) 溶 菌 酶 的 构象 图 3 一 40 (a) 肌 红 蛋 自 多 肽 链 的 八 个 螺旋 区 〈 双 线 表示 WMS ( Lysozyme) 存在 于 鸡蛋 清 螺旋 区 ， 单 线 表示 无 规 卷曲 ) 及 动物 的 泪液 中 ， 它 的 功能 是 催化 细菌 细 (b) 肌 红 蛋 白 的 三 维 构象 胞 壁 上 的 肽 袁 糖 《peptidoglycan ) 水 解 ， 从 而 破坏 细菌 的 细胞 壁 ， 是 常用 的 破 细菌 细胞 的 试 剂 ,溶菌 酶 是 由 129 个 氨基 酸 残 基 构 成 的 单 链 蛋 自 ， 其 分 子 量 为 14,600。 1965 年 。Phillips。 等 人 测定 了 溶菌 酶 的 构象 (图 3 一 41 ) 。 rif 从 图 3 ABTA, DRE ERIE, KIS AX30A x 90A0 EET 的 构象 中 ， 螺 旋 结 构 约 占 25%， 肽 链 的 大 部 分 呈 无 规 卷曲 。 在 其 分 子 的 第 41- 54 ERE 间 有 .一 个 反 平 行 的 B- 折 释 结 构 。 另外 还 有 数 个 B- 转 角 。 整个 分 子 有 一 个 狭 KM KR. TF 验证 明 ， 最 适 小 分 子 底 物 与 酶 结合 时 ， 恰好 是 与 酶 分 子 中 的 长 形 凹 穴 相 吻合 。 PAK te 该 酶 的 活性 中 心 部 位 。 酶 分 子 中 的 四 个 二 硫 键 对 酶 的 构象 的 稳定 起 着 重要 的 作用 。 溶菌 酶 的 构象 看 上 去 并 不 很 紧密 。 大 多 数 极 性 侧 链 R 基 团 分 布 在 酶 分 子 的 表面 ， 便于 与 YAH 123 图 3 一 41 溶菌 酶 的 结构 (与 底 物 分 子 结合 ) 合 ， 大 多 数 非 极 性 的 侧 链 R 基 团 位 于 分 子 的 内 部 。 (3 1) 血红蛋白 的 构象 血红 蛋白 (hemoglobin ) 是 红 血 细 了 胞 的 主要 成 分 。 正 常 成 年 人 的 血红 蛋白 由 两 个 c- 亚 基 和 两 个 B- 亚 基 构 成 。 每 个 c- 和 有 - 亚 基 分 别 由 141 个 毛 基 酸 残 基 和 146 个 氨基 酸 残 基 组 成 。 血红 蛋白 是 一 种 不 均 的 四 聚 体 寡 聚 蛋白 ， 它 在 人 体 及 高 等 动物 体内 的 主要 功能 是 运输 氧气 和 二 氧化 碳 。1959 年 ，Perutz 测定 了 血红 蛋 自 的 构象 。 中 血红 蛋白 的 每 个 亚 基 虽然 和 肌 红 蛋 自在 一 级 结构 上 有 较 大 的 差别 ， 但 在 二 级 结构 和 三 级 ， 结构 方面 却 是 很 相似 的 。 它 们 的 这 种 相似 性 反映 了 它们 在 功能 于 的 相似 性 。 和 血红蛋白 的 每 大 他 亚 基 均 以 配 价 键 和 一 个 血红 素 辅 基 相 连 。 氧 分 子 配 位 连接 在 血红 素 辅 基 上 。 在 血红 蛋 自 的 四 级 结构 中 ， 相 同 亚 基 成 对 角 配 对 。 因 此 ， 四 个 亚 基 占据 着 四 面体 的 四 个 角 。 整 个 外 形 旺 现 124 氧 合 血红 和 蛋白 人 fe Hee fi : <5 ie O RA ry a S—e.' be 人 人 se Cae FS Qo JRA Or GAS Ohy 7 Pa? ~ & aS Eo ELM ae \eeS Sere CO UNG od eo 125 fbi 4 tf. 20 EA 图 3 一 42 “血红 蛋白 的 空间 结构 AS 为 一 个 结实 的 近似 球形 的 结构 ， 其 直径 约 为 55A (图 3 一 42 ) 。 虽然 各 种 球状 蛋白 质 都 有 自己 特殊 的 折 释 法 式 ， 但 是 ， 根 据 目 前 研究 过 的 球状 蛋 和 白质， 发 现 它 们 在 构象 上 还 是 有 一 些 共 同 点 ， 这 些 共 同 点 表现 在 ， 人 整个 球状 蛋白 分 子 呈 现 为 紧密 的 结构 。 这 种 紧密 结构 是 多 肽 链 主 链 在 多 种 形式 的 二 级 结构 的 基础 上 沿 三 维 空间 折 释 形成 的 ， 是 侧 链 R 基 团 相互 作用 的 总 结果 。 球状 蛋 白 的 三 绪 结构 不 可 能 由 单一 形式 的 二 级 结构 形式 ， 即 便 是 -螺旋 结 构 占 有 75% 的 骸 红 蛋白 和 mae 白 这 类 和 蛋白质 的 三 级 结构 ， 要 是 没有 无 规 卷曲 的 构象 存在 ， 就 不 可 能 形成 近似 球形 的 三 级 结 构 。 在 球状 蛋白 分 子 的 三 级 结构 中 ， 在 螺旋 与 螺旋 之 间 、8- 折 亚 与 有 - TR, 或 者 螺旋 与 - 折 县 之 间 ， 往 往 是 由 无 规 卷 曲 或 ,6- 转 角 相 连 。 @ 在 球状 蛋 自分 子 中 ， 便 链 R 基 团 形成 特定 的 便 链 构 销 ， 即 三 未 的 俩 多 R 基 团 于 开水 相 ， 在 分 子 内 部 彼此 按 近 ， 形 成 朴 水 区 ， 极 性 的 侧 链 R 基 团 则 由 于 亲 水 i 竹 而 分 布 在 球状 分 子 的 表面 ， 形 成 亲 水 区 。 图 在 春 聚 蛋白 质 的 四 级 结构 中 ， 亚 基 之 间 的 相互 关系 与 亚 基 斑 水 便 链 基 团 的 数量 有 关 。 这 类 蛋白 质 含 有 大 约 30% 以 上 的 疏水 侧 链 的 氮 基 酸 残 基 。 这 些 氨基 酸 的 芷 水 侧 链 基 团 不 可 能 完全 包 埋 在 疏水 核 中 ， 暴 露 在 外 的 臣 水 侧 链 基 团 为 了 避 开 水 相 ， 亚 基 之 间 就 彼此 接近 ， 从 而 使 疏水 侧 链 基 团 包 进 在 亚 基 之 间 。 亚 基 间 的 疏水 侧 链 基 团 的 相互 作用 是 维持 窒 聚 蛋白 质 四 级 结构 稳定 的 重要 因素 。 ee ae 七 、 蛋 白质 的 氨基 酸 顺 序 与 空间 构象 的 关系 为 什么 每 一 种 蛋白 质 都 有 它 自己 特定 的 空间 构象 呢 ? 通过 对 蛋白 质 一 级 结构 的 分 析 ， 已 10 - 110 3 : a 100 mae 50 图 3 一 43 KR — RS 126 图 3 一 44 胰 核 糖 核酸 酶 的 空间 结构 在 它 的 空间 结构 中 8B- 折 琶 清 晰 可 见 。 ”经 了 解 到 每 一 种 蛋白 质 的 氛 基 酸 组 成 及 其 分 子 比 是 不 相同 的 ， 而 且 每 种 蛋白 质 分 子 中 的 氛 基 酸 彼此 连接 的 顺 亨 也 是 不 相同 的 。 只 要 我 们 从 蛋白 质 的 氨基 酸 组 成 及 氮 喜 酸 顺 序 的 不 同 来 理 解 蛋 和 白质 空间 梅 象 的 差别 ， 就 不 难得 出 蛋白 质 特 定 的 空间 构象 是 由 组 成 它 的 氮 基 酸 顺 序 即 一 级 结构 所 规定 的 这 个 结论 。 Anfinsen 在 核糖 核酸 酶 (Ribonuclease ) 的 复 性 (Renaaturation ) 的 研究 中 ， 观察 到 了 蛋 自 质 的 氮 基 酸 顺 序 与 其 构象 之 间 的 关系 。 核 糖 核酸 酶 是 一 种 能 水 解 核 糖 核酸 的 酶 ， 它 是 由 124 毛 基 酸 残 基 组 成 的 单 链 蛋 和 白质。 这 个 酶 含有 四 个 二 硫 键 ， 是 有 活性 的 酶 所 必需 的 。 在 8mol/L REEF, Fl i: ZB ( HO-CH,-CH,.-SH ) 处 理 天 然 的 核糖 核酸 酶 ， 分 子 内 的 四 个 二 硫 键 被 还 原 ， 肽 链 松 散 ， 变 成 无 规 线 团 (random-coil ) ， 同 时 酶 活性 完全 丧失 。 租 是 ， 当 用 透析 的 方法 除去 尿素 和 青 基 乙醇 后 ， 核 糖 核酸 酶 的 活性 几乎 完全 恢复 》 复 性 后 的 核 糖 核酸 酶 的 理化 性 质 与 天 然 的 酶 完全 一 样 (图 3 一 45 ) 。 如 果 被 还 原 的 无 规 线 困 分 子 中 的 8 127 a: us 26 40°) 2 透析 除 6 5 ~S7 _ 有 尿素 Sy a HELD ae BES Xs, su~ SH 空气 中 氧化 -46 - 图 3 一 .45 核糖 核酸 酶 的 变性 与 复 性 。 个 半 胱 氨 酸 的 侧 链 一 基 在 借 空 气 中 的 氧 重 新 被 氧化 、 按 随机 的 方式 形成 四 个 二 硫 键 时 ， 共 有 105 种 连接 方式 。 然而 在 这 105 种 连接 方式 中 ， 只 有 其 中 一 种 方式 所 形成 的 四 个 三 硫 键 才 是 天 然 酶 所 选择 的 ， 才 能 表现 尘 天 然 酶 的 全 部 活性 。 这 个 实验 说 明 ， 核糖 核酸 酶 的 一 级 结构 即 它 的 氨基 酸 顺序 决定 着 核糖 仿 酸 酶 特定 的 天 然 构 象 。 核 糖 核酸 酶 的 天 然 构象 显然 是 热力 学 上 最 稳定 的 结构 。 前 面 介绍 的 肌 红 蛋白 的 空 间 构象 中 有 这 样 的 特点 ， 即 且 氨 酸 以 及 异 亮 氛 酸 、 丝 氛 酸 、 苏 氨 酸 等 都 出 现在 转角 处 ， 下 能 参与 w- 盏 旋 的 形成 。 这 是 为 什么 呢 ? 因为 一 涤 多 肽 链 能 知 形 成 c- 螺 旋 结 构 ， 以 及 形成 的 螺旋 结构 的 稳定 程度 怎样 与 它 的 氨基 酸 组 成 和 扎 基 酸 顺 序 有 极 KWKA. HEMAM (RRR) 的 c- 碳 原子 参与 了 侧 链 吡咯 环 的 形成 ( 见 贺 3 一 46)， 环 内 的 Ca 一 N 键 不 能 旋转 ， 不 可 能 得 到 形成 -x- 螺 旋 所 需要 的 % HB. BH, HFRARR 基本 身 没 有 一 NH 基 ， 因 而 不 可 能 形成 维持 c- 螺 旋 结 构 所 需要 的 氢 键 。 所 以 ， 在 多 肽 链 中 凡是 出 现 且 氨 酸 或 产 睛 氨 酸 的 部 位 很 容易 产生 转角 ， 都 不 可 能 形成 c- 螺 旋 结构 。 ARAB 的 6- 位 碳 原子 有 一 个 庞大 的 分 枝 ， 造 成 空间 障碍 ， 当 有 这 样 的 氨基 酸 出 现时 ， &- 螺 旋 不 能 有 效 地 形成 。 苏 氨 酸 、 丝 氨 酸 、 天 冬 酰 胺 等 氨基 酸 形成 螺旋 的 能 力 弱 ， 当 它们 连续 出 现在 多 ga MD aia a AD 甘氨酸 残 基 由 于 其 侧 链 R 基 团 仅 是 一 个 氢 原 子 , 不 会 对 ES CaN 键 和 Ce 一 C 键 的 旋转 造成 空间 障碍 ,其 轨 角 和 峭 角 endl CFS 几乎 可 以 任意 取 值 ， 从 而 使 形成 -螺旋 所 TEAS A A 0 角 的 机 率 很 小 。 因 此 ， 在 多 肽 链 中 出 现 甘 氨 酸 残 基 时 ，c- 螺 旋 结构 就 会 受到 破坏 。 甘 氮 酸 残 基 是 x- 螺 旋 结 构 的 强 破 坏 者 之 一 。 在 纤维 状 蛋 白 中 ， 胶 原 蛋白 不 仅 含 有 高 比例 的 甘 氢 图 3 一 46 “多肽 链 中 的 且 氨 酸 残 “ 酸 ( 约 占 1/3 ) ， 而 且 也 含有 相当 多 的 且 氨 酸 和 次 及 氨 酸 ( 约 基 产 生 的 转角 占 4/1 ) 。 因 此 ， 胶 原 蛋白 分 子 中 不 可 能 形成 a-Bie, BK 链 只 能 形成 略 向 左 扭曲 的 左手 螺旋 。 itoA 丝 心 蛋白 含有 约 50% 的 甘氨酸 残 基 ， 且 丝氨酸 残 基 的 含量 亦 相当 高 ， 在 它 的 毛 基 酸 顺序 中 ， 多 为 Gly-Ser， 所 以 丝 心 蛋白 也 不 可 能 存在 c- 螺 旋 结 构 ， 只 能 呈现 为 B= 折 到 的 构象 所 多 肽 链 侧 链 R 基 团 的 性 质 对 多 肽 链 主 链 的 &- 螺 旋 的 形成 与 稳定 也 有 较 大 的 影响 ,如 果 带 有 同 种 电荷 的 氨基 酸 残 基 连 续 出 现在 肽 链 中 ， 由 于 同 种 电荷 相互 排斥 ， 而 不 能 有 效 地 形成 螺旋 结构 。 如 果 带 异种 电荷 的 氨基 酸 残 基 连 续 出 现在 肽 链 中 ， 由 于 异种 电荷 相互 吸引 be 使 &- 螺 旋 结 构 不 能 有 效 的 形成 或 者 使 螺旋 失去 稳定 。 若 这 些 带电 的 侧 链 基 团 分 散 存在 站 册 128 肽 链 中 时 ,就 会 妨碍 螺旋 的 形成 , 因而 它们 很 容易 造成 转角 。 z 7 & 不 会 影响 -螺旋 结构 的 稳定 。 通过 对 大 量 已 知 空间 构象 的 蛋白 质 结构 的 比较 研究 ， 表 明 不 同 的 毛 基 酸 有 着 不 同 的 形成 二 级 结构 的 趋势 ( 如 图 3 一 47 所 示 ) 。 这 样 ， 我 们 可 以 根据 某 种 蛋 和 白质 多 肽 链 的 一 ”级 结构 来 预测 它 可 能 的 构象 。 综 上 所 述 , :蛋白质 特定 的 空间 构象 是 由 其 氨基 酸 的 组 成 和 氨基 酸 顺 序 决 定 的 。 即 是 说 ， 规 定 某 种 蛋白 质 的 复杂 的 三 维 构象 所 需 要 的 信息 包含 在 它 特定 的 氨基 酸 组 成 和 特定 的 氨基 酸 顺 序 中 ， 而 后 者 又 是 编码 该 蛋白 质 的 基因 的 核 苷 酸 顺 序 决 定 的 〈 见 核酸 有 关 章 H). | ， 八 、 蛋 白质 空间 构象 与 功能 的 关系 图 3 一 47“ 氨基酸 对 形成 各 种 二 级 结构 的 影响 。 Pa: 表示 对 C- 螺 旋 形 成 的 影响 (从 上 1。 空间 构象 的 破坏 对 功能 的 影响 到 下 ， 形 成 C- 螺 旋 的 能 力 逐 渐 减 弱 ) ， ， 蛋 自 质 特定 的 生理 功能 是 由 它 特 定 的 空 P*: 表示 对 形成 B- 折 又 结构 的 影响 ， 间 构象 决定 的 。 蛋 白质 空间 构象 被 破坏 时 , 它 Poona: 表示 对 形成 P 转角 的 影响 。 失去 了 执行 正常 生理 功能 的 能 力 : 酶 不 再 作为 催化 剂 ， 蛋白 激素 不 再 起 调节 代谢 的 作用 ; B 蛋白 不 再 作为 通 透 的 载体 。 蛋 白质 特定 的 空间 构象 的 破坏 伴随 有 生物 活性 的 丧失 ， 这 种 现象 ”就 叫做 蛋白 质 的 变性 ( denaturation ) 。 和 蛋白 质 的 变性 不 涉及 它 的 一 级 结构 的 破坏 。 和 蛋 自 质变 性 和 生物 功能 的 丧失 之 间 的 关系 可 以 通过 细菌 毒 蛋 白 ( 毒素 ) 加 热 变性 的 结果 来 说 明 。 当 细菌 毒素 加 热处理 时 ， 大 多 数 毒 素 失去 了 它们 的 致 病 能 力 。 ，， 蛋 自 质 的 空 定 构象 主要 是 由 非 极 性 侧 链 基 团 的 相互 作用 以 及 盐 键 \ 氢 键 等 作用 力 来 维系 。 这 些 次 级 键 的 一 个 共同 的 特点 是 键 能 很 弱 ， 客 易 受 到 一 些 较为 剧烈 的 物理 或 化 学 因素 的 破 坏 。 所 以 在 制备 具有 生物 活性 的 蛋白 质 时 ， 应 该 避免 剧烈 因素 ， 以 免 导致 蛋白 质 空间 结构 的 BERTH HE IEA EAE DH 2, BARRE 变性 的 因素 有 物理 因素 和 化 学 因素 。 物 理 因 素 包括 加 热 (70—-100C ) 、 紫外 线 照 射 、 X- 射 线 、 超 声波 、 高 压 、 剧 烈 振 落 和 强力 搅拌 。 化 学 因素 有 :过 酸 、 过 碱 、 ARERR. 县 、 去 垢 剂 、 三 氧 醋酸 、 浓 乙醇 等 。 虽然 物理 化 学 研究 早已 证 实 蛋 自 质变 性 包括 从 有 序 到 无 序 的 转变 ， 但 是 ， 变 性 过 程 的 实 际 情况 并 没有 很 好 地 了 解 。 主 要 是 因为 变性 过 程 包含 了 一 种 快速 的 雪 球 效应 (Snow-balling effect ) ， 一 旦 次 级 键 有 一 小 部 分 被 破坏 ， 那 么 其 余 的 次 级 键 就 很 快 断 开 ， 随 之 完整 的 空间 攀 象 很 快 瓦解 ， 就 象 已 经 开始 触 化 的 雪 球 不 可 阻挡 地 很 快 完全 融化 一 样 。 总 的 来 说 ， 蛋 白质 的 变性 主要 是 由 于 蛋白 质 分 子 内 部 结构 发 生 改 变 所 引起 的 。 天 然 蛋白 质 所 以 有 生物 活性 ， 主 要 是 因为 分 子 内 部 的 氧 键 、 盐 键 以 及 非 极 性 基 团 的 相互 作用 等 维系 着 整个 分 子 ， 使 之 具有 严 蜜 的 结构 ， 如 果 变 性 因素 能 使 土 述 作 用 力 遭 到 破坏 ， 蛋 白质 分 子 就 从 原来 有 序 的 紧密 的 结构 129 变 为 无 序 松散 的 结构 。 加 热 由 于 分 子 的 热 运动 使 肽 链 受到 过 分 汐 热 振 萝 ， 引 起 维持 分 子 杨 象 的 秘 键 和 范 德 华 力量 的 破坏 。 酸 、 碱 能 改变 蛋 自 质 分 子 中 可 解 离 基 团 的 解 离 状况 ， 从 而 影响 分 子 内 的 氢 键 和 盐 键 ohh SL oS ZSRRIY 3) ERTS ah ob. GRE ola 部 空间 ， 而 破坏 分 子 内 的 氧 坐 。 三 氧 醋酸 能 使 蛋白 质 带 正 电 荷 的 基 团 与 它 的 负离子 作用 生成 "下 盐 键 而 破坏 了 分 子 内 原 有 - 的 起 键 ， 使 蛋白 质变 为 不 深 性 盐 类 。 尿素 个子 直 于 谷子 上 具有 —NH, 和 >C 一 0， 故 能 与 绰 白 质 肘 链 争夺 氢 键 使 捧 链 松 开 而 变性 。 一 些 去 垢 齐 如 十 二 烷 基 硫酸 钠 (SDS ) 、 月 计 酸 盐 倍 表面 活性 剂 能 破坏 蛋 身 质 分 子 的 斑 水 便 链 基 团 的 相互 作用 ， 及 离子 间 的 相互 作用 ， 从 而 使 蛋白 质变 性 或 使 亚 基 解 离 。 蛋 自 质 变性 后 ， 其 物理 广 质 和 化 学 性 质 都 发 生 明 显 的 变化 。 除 生物 活性 丧失 外 ， 还 有 如 溶解 度 降低 ， 分 子 形状 改变 ， 粘度 增 大 ， 旋光 负 值 增高 等 变化 。 溶 解 度 降 低 的 原因 在 于 分 子 表面 结构 发 生变 化 ， 亲 水 基 团 相对 减少 ， 内 部 疏水 基 团 大 量 外 露 ， 使 蛋白 质 结 合 水 的 能 力 : Fs RAAB. PRA FEES 链 状 分 子 比 球状 分 子 的 粘度 大 ， 和 蛋白 质变 性 后 ， 球状 结 梅 伸展 为 链 状 结构 ， 所 以 业 凑 增 大 。 关 于 旋光 负 伸 的 增 夫 还 未 有 明确 的 和 解释。 一般 认 为 蛋白 质 的 旋光 性 不 仅 是 由 于 具有 旋光 性 的 氨基 酸 残 基 ， 且 而 蛋白 质 的 螺旋 结 志 以 及 其 他 形 式 的 折 释 都 有 可 能 影响 到 蛋白 质 分 子 的 旋光 性 。 实 验证 明 ， 和 蛋白 质 的 比 旋 度 辣 是 负 的 二 而且 当 它 变性 后 这 种 旋光 负 值 还 会 增 天 。 球 状 蛋 白质 的 比 旋 度 常常 在 - 30" 二 己 60" 范 围 肉 。 在 过 高 或 过 低 的 pH 下 ， 以 及 在 高 温 处 理 蛋 和 白质 后 ， REA 生殖 破坏 的 标志 。 变性 后 的 蛋白 质 易 被 蛋白 酶 消化 。 这 是 因为 变性 后 ， 肽 链 伸 展 ， 肽 键 暴 露 ， mF mie 用 。 实验 证 明 ， 少 数 蛋白 质 的 变性 如 不 超过 一 定 的 限 产 ， 经 过 适当 处 理 后 ;可 以 重新 恢复 绰 白质 的 性 质 。 这 种 现象 叫做 蛋白 质 的 可 逆 变 性 。 AVIA SI BARRE SC, ILE ARTS EMRE eM, SEAT REET TRS, 5 SR SEE AR SABES 种 类 和 分 子 结构 的 改变 程度 都 有 关系 。 蛋白 质 的 变性 在 日 常生 活 和 实际 工作 中 都 具有 广泛 的 应 用 。 Se RSA A a 性 的 蛋白 质 ， 就 需要 尽 可 能 地 避免 能 使 蛋白 质变 性 的 因素 ， 也 可 以 利用 蛋 自 质 对 麦 性 因素 敏 感性 的 差别 除去 不 需要 的 杂 蛋 白 。 高 温 灭 菌 、 ALOR 5. i i Ay Fa ea PS a J ES 3。 血红 蛋白 的 构象 与 功能 的 关系 aN, ALE A EES MARGE, CALM 红细胞 中 的 主要 蛋白 质 ， 担 负 着 运载 氧 和 二 氧化 碳 以 及 氢 离 子 的 作用 。 Boh es SOLER EL CY MON, I Co I CS 48), 血红 蛋白 和 肌 红 蛋白 对 氧 的 亲和力 是 用 氧 的 饱和 百分数 表示 的 ; 氧 的 饱和 百分数 = 一 HOP x 100% 130 氧 合 曲线 表示 在 不 同 的 氧 分 压 下 氧 的 饱和 百分数 。 从 图 3 一 48， 我 们 可 以 看 出 ， 肌 红 蛋 白 对 氧 的 亲和力 比较 大 ， 因 为 对 于 肌 红 蛋 自 来 说 ， 氧 的 饱和 度 达到 50% 时 ， 氧 的 分 压力 只 需要 1—2mm RE, MMA ASN 饱和 度 则 需 26mm R 柱 的 氧 分 压 。 另 外 ， 我 们 还 可 以 看 出 ， 肌 红 蛋 自 的 氧 合 西 线 是 双 曲 线 ， 当 氧 分 压 达 到 20mm 冬 柱 时 ， 其 氧 的 饱和 度 已 超过 95%%， 而 处 在 活 动 中 的 肌肉 组 织 毛 细 管 的 氧 分 压 wA2emmRE, Ast, WA 蛋白 ARPT REA BE APE HH SE HE 44) (mmHg) AAA. Mmceanaehes S 型 ， 只 有 当 血 红 蛋 白 处 在 肺 部 NS 它 的 氧 的 狗 和 度 才 超过 95% ， 因 为 肺 部 血管 的 氧 分 压 大 约 是 100mam RE, BSA 结合 菌 面 益 蛋 站 经 而 流 到 送 肌 内 组 织 时 ， 由 于 肌肉 的 氧 分 压低 (休息 时 也 只 有 约 40a 巴 季 往 ) ， ”区 玫 履 自 每 氧 的 结 侣 力 下 降 ， 便 释放 出 较 多 的 氢 〈 在 处 于 活动 中 的 肌肉 内 可 释放 50% 以 上 的 葡 了 供 组 织 利用 所以， 如 果 用 肌 红 避 白 代 蕉 血红 蛋白 在 肺 部 和 肌肉 以 及 其 他 组 织 间 经 血液 芋 鹃 氧 ， 则 这 一 使 命 不 能 完成 ， 因 为 它 与 氧 的 亲和力 太 高 ， 它 从 肺 部 到 达 肌肉 组 织 中 后 ， 从 表 释 放出 天 约 1 二 2 %% 的 氧 。 肌 红 蛋 白 的 主要 功能 是 贮存 氧 以 供 肌 肉 细胞 线粒体 利用 。 * ftSawesheen, 该 蛋白 对 第 一 个 氧 分 子 结合 的 亲和力 相当 低 ， 但 其 后 对 氧 分 玫 指 结 侣 能力 是 很 高 的 。 从 这 里 我 们 可 以 看 到 ， 当 血红 蛋白 的 第 一 个 亚 基 结 合 氧 后 ， 便 把 这 PCASAN) 信息 很 快 传递 给 其 余 的 亚 基 ， 极 大 地 提高 了 其 余 亚 基 对 氧 的 亲和力 。 在 血红 蛋 旧 而 不 亚 基 之 间 的 起 种 传递 信息 的 作用 是 这 些 亚 基 之 间 相 互 协 同 作用 的 结果 。 这 里 氧 分 子 FEAL HK (ligand) ， 当 分 子 中 的 一 个 结合 部 位 在 结合 一 个 配 体 后， 若 更 加 有 利于 配 体 分 子 与 RAS LAA, 则 这 种 现象 就 称 为 正 协 同 效应 (Positive cooperativity). AAA 过 甩 配 体 过 后， 降低 了 其 余 结 合 部 位 结合 配 体 的 能 力 , 这 种 现象 则 称 为 负 协同 效应 (negative E05peratiVity)。 血 红 蛋 白 同 氧 分 子 的 结合 具有 正 协同 效应 。 肌 红 蛋 白 因 只 含 一 个 结合 氧 分 子 的 部 位 ， 故 其 氧 合 曲线 只 能 是 双 曲 线 。 nae Saw X- 射 线 晶体 衍射 图 案 分 析 表 明 ， 脱 氧 (未 与 氧 结合 的 ) 血红 蛋白 〈deoxyhe- Moglobin, 45% Hb) 与 氧 合 〈 与 氧 结合 的 ) mA Coxyhemoglobin, 45H HbO: ) MOM HEH RAY LIE BMRB, ca LEW RNA EAP AR 化 。 血 红 蛋 白 紧 密 的 四 级 结构 是 由 亚 基 之 间 的 带电 基 团 所 形成 的 盐 键 以 及 氢 键 维系 的 。 据 分 析 ， 企 红 和 蛋白 的 四 个 亚 基 之 间 形 成 了 八 个 盐 键 ， 这 些 盐 键 对 血红 蛋白 的 功能 变化 有 很 重要 的 ) a Ay He AL fd OP HE 2% 图 3 一 48 ”血红 蛋白 和 肌 红 蛋白 的 氧 合 曲线 131 作用 。 在 脱氧 血红 蛋白 中 ， Steric. PO (SAE BEA i BS BET gy > sp Winda ° 住 ,不 能 自由 转动 (图 3 一 JE 49)。 所 以 脱氧 血红 蛋白 是 | eh 141 126 eva te 一 个 严密 的 被 束 缚 的 分 ai AI 7 NH, . 子 。 而 当 氧 结合 在 血红 蛋 \ Dit tea See aye Y peewee Eee ie = ae —— ‘a \ Abs, emt, OS, bn! Ares cp geatttid hs WE AE Z [AVI RAE T 2 vat Lys" yo. eaemaseet 化 。 血 红 和 蛋白 就 是 通过 亚 人 基 之 间 的 这 种 构象 变化 来 A “OO NH, 完成 氧 的 运输 的 。 蛋 白质 Pian We BE — 在 表达 功能 的 过 程 中 构象 图 3 一 49 (RM) 血红 蛋白 的 四 个 亚 基 被 八 个 盐 键 束缚 成 发 生变 化 的 现象 就 叫做 别 一 个 严密 的 结构 。 虚 线 表示 盐 键 | 构 效应 或 变 构 效 应 Callosteric effect.) 。 脱氧 血红 蛋白 和 和 氧 合 血红 蛋白 的 构象 变化 是 怎样 产生 的 呢 ? 血红 蛋 晶 的 别 构 效 应 受到 许多 因素 例如 氧 分 压 、 互 ”离子 浓度 、CO， se = 甘油 酸 (DPG ) 等 的 影响 。 血红 蛋白 的 每 个 亚 基 都 含有 一 个 血红 素 辅 基 。 血 红 素 中 的 铁 离子 (Fe ) 具 有 六 个 配 位 ， 其 中 四 个 是 与 中 啉 环 二 的 N 形成 配 位 ， 第 五 个 是 与 亚 基 多 肽 链 上 的 一 个 组 氛 酸 侧 BAS 形成 配 位 ,第 六 个 配 位 是 氧 结 合 的 位 置 。 在 脱氧 血红 蛋白 中 ， 铁 离子 距离 血红 素 中 啉 环 平 面 0:75A， 其 原因 是 铁 离子 的 直径 对 于 中 啉 环 平面 的 中 心 孔 来 说 太 大 。 在 &- 亚 基 中 ， 由 于 和 氧 结合 部 位 没有 空间 障碍 ， 因 此 c- 亚 基 能 首先 与 氧 结 合 。 可 是 在 6B- 亚 基 中 ，Er 位 上 的 MR 酸 的 侧 链 对 氧 结合 部 位 有 空间 障碍 ， 使 它 不 能 先 与 氧 结合 。 在 氧 分 压 比 较 高 时 ,由 于 氧 分 子 同 FLA EF 抛 角 以 及 下 G 拐角 的 结构 发 生变 化 。Fs 组 氨 酸 残 基 的 移动 引起 同一 亚 基 的 三 级 结构 发 生 微小 的 变化 (图 3 一 51(a)) ) ， 曙 旋 了 , 移 向 螺旋 H,， 并 把 它们 之 间 的 “口袋 ? 这 样 就 导致 H 螺旋 C- 端 第 三 个 毛 基 酸 《LI7r ) 排出 到 “口袋 ” 之 外 ， 并 拖 住 与 它 邻 近 的 C- 末 端 精 氨 酸 残 基 〈 图 3 一 51(b) ) 。 这 样 的 移动 很 重要 ， 因 为 在 脱氧 血红 蛋 向 中 的 .xc- 亚 基 的 羧基 端 残 基 与 其 他 亚 基 十 的 残 基 的 侧 链 相 互 作用 形成 了 盐 键 。 氧 合 化 的 gc- 亚 基 上 的 栈 氨 酸 残 基 从 互 螺旋 和 F 螺旋 之 间 的 “ 口 132 ， 是 其 他 两 个 或 三 个 亚 基 上 的 血红 素 对 氧 结 8” HEa eI oT SMHS Ae, MW 而 使 整个 血红 蛋白 分 子 的 亚 基 之 间 的 相互 ” 美 系 发 生变 化 ， 即 四 级 结构 失去 稳定 。 这 样 ， 在 一 个 氧 合 化 的 亚 基 内 的 构象 变化 转 换 成 亚 基 之 间 的 界面 上 的 构象 变化 。 由 于 盐 键 的 断裂 ， 四 个 亚 基 彼此 松 开 ，p8- 亚 基 的 梅 象 也 发 生 了 一 定 的 变化 ， 消 除了 En Leu ARRAS WAG SA MS, F Val Leu FG; FG, ‘y Fe VaR iyi 侣 的 速度 迅速 加 快 。 所 以 血红 蛋白 与 氧 结 ere 从 的 曲线 SHSM, 这 也 就 是 氧 分 压 高 ， 血 红 蛋 各 对 氧 亲和力 大 的 原因 。 bette... Gath | SEF RERUN ARE , - @> ~ ~~, 脱氧 血红 蛋白 图 3 一 51 _C- 亚 基 构 象 的 微小 变化 高 会 降低 血红 蛋白 对 氧 的 亲和力 ， 促 使 氧 合 血 红 和 蛋白 释 放出 氧 ( 图 3 一 52 ) 。 反 之 ， 则 促进 氧 合 血红 蛋白 的 形成 。 这 种 现象 是 Bohr 于 1910 年 发 现 的 ， 故 称 为 Bohr 效应 。 pH7,2 (在 肌肉 中 ) ae HbO,+H*+CO,z Hb、 +O, pH7,6 SO; (在 肺 部 ) BATCH ) 浓 度 的 改变 ， 即 pH ANKE, 必然 会 引起 血红 蛋白 分 子 中 有 关 侧 链 基 团 的 解 离 。 由 于 组 氛 酸 残 基 侧 链 号 唑 基 的 pK 值 接近 生理 p 卫 ， 故 组 氨 酸 残 基 的 咪唑 基 的 解 离 状 况 首先 受到 影响 。 由 于 亚 基 中 的 某 些 组 氨 酸 残 基 的 咪唑 基 在 脱氧 血红 蛋白 中 参与 了 亚 基 间 的 盐 键 形成 ， 起 着 稳定 脱氧 血红 蛋白 构 象 的 作用 。 当 生理 p 也 值 从 7.6《〈 在 肺 部 ) 降低 到 7. 2 《在 肌肉 中 ) 时 ， 咪 唑 基质 子 化 程度 增高 ， 可 以 增 大 脱氧 血红 蛋白 的 稳定 性 ， 阻 止 向 氧 合 血 红 蛋 和 白 构 象 的 转移 ， 因 此 就 降低 了 血红 蛋白 对 氧 的 亲和力 ， 在 肌肉 组 织 中 有 利于 氧 的 释放 。 133 当 生理 p 互 值 升 高 到 7.6 时 《 血红 蛋 自 从 肌肉 申 经 血液 返回 到 肺 部 ， 咪 唑 基 质子 化 程度 降 低 ， 盐 键 失去 稳定 而 受到 破坏 ， 结 果 导 致 对 氧 =A. | 通过 X- 射 线 晶体 衍射 和 化 学 法 证 实 ,10- 亚 基 羧 基 末 端的 组 氨 酸 残 基 (His146) 在 Bohr 效应 中 起 主要 作用 。 此 外 ， -ar- 亚 基 上 的 His122 以 及 c- 亚 基 末 端的 @- RPh Bohr 效应 中 起 作用 。 bE H 和 CO, BAAUP MATE Hy BFE IA ， 组织 中 转运 到 肺 部 和 肾脏 ， HEME Rho ee ann ee - 9 CO, 的 生成 必 然 会 引起 HW REAR BY oe CO, 可 水 化 成 为 H;CO:。H;CO, 是 一 种 弱酸 ， AS 92 所 高 子 浓度 对 血红 蛋白 氧 合 能 力 的 影响 ” 它 解 离 产生 H， 和 碳酸 氢 盐 (HCO5)。 因 此 ， CO: 浓度 对 血红 蛋白 氧 合 能 力 的 影响 与 H* 浓 度 相似 。 当 氧 合 血红 履 白 因 肌肉 申 氧 分 压低 而 释放 出 氧 分 子 变 成 脱氧 血红 蛋白 后 ， 便 与 一 部 分 氢 离 子 和 CO. 结合 返回 到 肺 部 。 二 磷酸 甘油 酸 ( DPG ) 是 红细胞 中 糖 代谢 的 中 间 产 物 ， 也 是 血红 蛋白 运输 氧 的 一 种 重 要 的 调节 物 。 二 磷酸 甘油 酸 的 结合 部 位 是 在 血红 蛋白 四 个 亚 基 之 间 的 中 间 孔 穴 肉 。 这 不 中 间 孔 穴 含有 带 正 电荷 的 侧 链 基 团 〈 例如 8- 亚 基 的 His2、Lys82 以 及 His143 的 侧 链 基 团 ) 。 二 磷酸 甘油 酸 在 生理 pH 条 件 下 带 负 电荷 (图 3 一 53 (a) ) 。 当 二 磷酸 甘油 酸 结合 到 血红 和 蛋 直 氧 的 饱和 百 分 度 (2% ) 100 2 cup ' oes ae eee mm 一 业 a ipa. Opal O ic DPG~5mM SOS tk sg 2 AOA ale iz eas PG wh 2038 H—C—H O- % P = 1 0-P—o # Me A O- saa oie 页 T00 2, 3 二 磷酸 甘油 酸 气 分 压 mmHg) (a) (b) 图 3 一 53 (a), “BRR HT mR AO Hy (b) 二 磷酸 甘油 酸 对 血红 蛋白 氧 合 能 力 的 影响 中 间 筷 穴 中 后 ， 通 过 它 把 两 个 B- 亚 基 紧 紧 地 连 在 一 起 ， 强 烈 地 稳定 脱氧 血红 蛋白 的 构象 ， 阻止 向 氧 售 化 的 构象 转变 ， 从 而 导致 对 氧 亲 和 力 的 降低 《图 3 一 53(b) ) , SP MARA F 可 结合 一 分 子 的 二 磷酸 甘油 酸 。 当 二 磷酸 甘油 酸 的 浓度 处 在 生理 水 平 上 时 ， 血 红 蛋 自生 的 饱 134 的 亲和力 增高 ， 脱 氧 血 红 蛋 自转 变 成 氧 合 年 红 的 二 磷酸 甘油 酸 水 平 升 高 ， 被 血红 蛋白 氧 的 亲和力 ， 是 由 于 上 述 因素 引起 了 血 一 性 。 图 3 一 54 DPG 与 血红 蛋白 ANE 50% AW ADE 26mm R 桂 ， 这 与 活动 着 的 肌肉 组 织 毛 细 血 管 的 we if ASE, Aidt tA hoes hy ok AREA. 在 肺 部 ， 毛细 血管 的 氧 分 人 ERAS loomm KE, hh THA WH ical oe WMA, AAI RA, HE 随 着 血红 和 蛋 让 构象 发 生变 化 ， 中 间 孔 灾 过 疏 ， 而 将 三 磷酸 甘油 酸 排 斥 出 去 ， 有 AF HRABAWAS. “eR RET BH, Amelie, Aaa aah 3 ASORRBZAR, MTA A WMA. EXAM, AAS 中 将 氧 分 压 降 低 ， 组 织 中 的 氧 分 压 也 相 Me, 有 利于 氧 合 血红 蛋白 释放 出 氧 ， 供 组 织 利用 © SOR ERA, RRB, A ASE. Ho oR. CO, 的 小 度 以 及 二 磷 酸 甘 油 酸 浓度 等 的 变化 影响 血红 蛋白 对 RAW IR RAR LIES 此 ， 我 们 可 以 进一步 看 到 绪 构 和 功能 的 结合 BET 蛋白 质 的 性 质 及 其 分 离 纯 化 南 于 有 蛋 自 质 是 由 氨基 酸 组 成 的 ， 因 而 它 具 有 某 些 与 氨基 酸 有 关 的 性 质 。 但 它 与 氨基 酸 有 着 质 的 区 别 ， 表 现 出 单个 氨基 酸 所 未 有 的 性 质 。 认 识 和 理解 蛋白 质 在 溶液 中 的 性 质 ， 对 于 和 蛋 让 质 廓 离 ， 绩 化 工作 以 及 研究 量 白 质 的 结构 与 功能 的 工作 都 是 极为 重要 的 。 在 这 里 ， 我 们 在 春 绍 蛋白 质 有 关 性 质 的 时 候 ， 结 合 讨论 蛋白 质 分 离 提纯 的 几 种 基本 的 方法 。 一 、 蛋 白质 的 两 性 解 离 性 质 1。 BARE HEH Rin 蛋 自 质 是 由 氨基 酸 组 成 的 ， 而 氨基 酸 是 两 性 电解 质 ， 虽 然 蛋白 质 多 肽 链 中 的 氨基 酸 的 c- REM -羧基 都 已 结合 成 肽 键 ， 但 是 N- 末 端 和 C- 未 端 仍 具有 游离 的 a-Si oR HE, 组 成 蛋白 质 的 许多 毛 基 酸 具有 可 解 离 的 侧 链 基 团 ， 这 些 可 解 离 的 侧 链 基 团 包 括 谷 AM WH y- COOH 、 天 冬 氨 酸 的 6-COOH 、 赖 氨 酸 的 s-N "Hi、 HARHMEVRARABHKEE, 这 些 侧 链 基 团 在 一 定 的 pH APE PAT RE RSH, 它们 梅 成 了 蛋白 质 两 性 解 离 的 基础 。 135 表 5 一 5 蛋白 质 分 子 中 可 解 高 基 团 。 。 基于 上 述 两 方面 的 理由 ， 所 以 我 们 说 蛋 自 质 是 两 性 电 的 PK'a 值 解 质 。 一 一 De ee 可 解 离 基 团 PKs ffi ¢ 25°C ) 蛋白 质 分 子 可 解 离 基 团 的 pK。 值 列 于 表 3 一 5。 A-FRIE (末端 ) 3,0—3,2 B- REC KA AM) | 3.04.7 y-RE( FARY 4,4 别 。 因 为 在 蛋白 质 多 肽 链 中 ， 侧 链 可 解 离 基 团 的 解 离 这 些 数 值 与 氨基 酸 处 于 自由 状态 时 测定 的 结果 有 些 谊 受到 邻近 带电 基 团 的 影响 ， 故 与 处 于 单个 自由 状态 的 km at Co cme) | 5 6_7 0 氨基 酸 的 侧 链 基 团 的 解 离 有 所 不 同 。 天 然 球状 蛋白 质 C- 氨 基 ( 未 端 ) | 7.6—8.4 的 可 解 离 基 团 大 部 分 分 布 在 球状 分 子 的 表面 ， 可 以 被 2- 氨 基 ( 赖 氨 酸 ) | 9.4 一 10.6 滴定 。 但 位 于 分 子 内 部 的 或 参与 氢 键 形成 的 可 解 离 基 ME C 精 氨 酸 ) “|11.6 一 12.6 团 不 能 被 滴定 ， 只 有 当 这 类 蛋白 质变 性 、 vaiabliodan 酚 羟 基 ( MAM) | 9.8 一 10.4 才能 被 滴定 。 Tt A CE AMR) | 多 8--9 和 ER 质 所 特有 的 性 计 蛋白 质 与 氨基 酸 一 样 ，， 在 酸性 淤 液 中 解 离 成 带 正 电荷 ， 在 大 性 溶液 中 解 离 成 带 负电 荷 ， 而 在 某 一 特定 的 pH 值 时 ， 蛋白 质 分 子 上 所 带 的 正 电荷 数 与 负电 荷 数 正好 相等 ， 当 电场 通 以 直流 电 时 ， 它 既 不 向 正极 移 动 ， 也 不 向 负极 移动 ， 表 现 出 总 的 净 电 荷 为 零 ， 此 时 溶液 中 的 pH 值 即 为 该 蛋 自 质 的 等 电 点 。 当 某 蛋白 质 所 处 溶液 的 pH 值 小 于 它 的 等 电 点 时 ， 它 就 带 正 电 荷 , 向 负极 移动 六 当 溶 液 BENS ENE ERRNO e pH 值 的 溶液 中 的 带电 状况 可 用 下 式 表示 十 十 区 +OH- ye Eon, wig \coon TH Ne pHpl 带 正 电荷 正 负 电荷 相等 ” 带 负 电荷 MARAE, ERR, WEB PH 的 蛋白 质 ， 其 分 子 上 的 正 负电 荷 并 不 完全 是 由 蛋白 质 本 身 正 电荷 基 团 和 负电 荷 基 团 所 贡献 的 。 蛋 白质 不 仅 同 再 ' 结合 ， 而 且 也 和 溶液 中 的 其 他 离子 结合 。 由 于 这 些 被 结合 离子 的 种 类 和 性 质 不 同 ， 因 而 使 它们 之 间 因 亲和力 的 不 同 而 建立 起 一 种 新 的 离子 平衡 关系 ， 所 以 使 得 等 电 型 离子 存在 的 PH 位 置 有 所 移动 ， 直 接 影响 了 等 电 pH 值 。 在 不 同 缓冲 液 离子 强度 下 ， 就 会 有 不 同 的 等 电 型 离子 的 pH 值 ， 也 就 是 说 ， 会 有 不 同 的 等 电 点 。 因 此 ， 等 电 点 并 不 是 一 个 恒定 值 ， 它 依赖 于 所 用 的 缓冲 液 的 离子 的 性 质 和 浓度 。 在 给 出 某 种 蛋白 质 的 等 电 点 时 ， 要 指明 在 何 种 缓冲 液 的 条 件 下 测定 的 。 每 种 蛋白 质 都 具有 它 特 定 的 等 电 点 ， 这 与 它 所 含 的 氢 基 酸 的 种 类 和 数量 有 关 。 这 就 是 说 与 它 所 含 的 酸性 氨基 酸 和 碱 性 氨基 酸 的 比例 有 关 。 含 酸性 和 碱 性 氨基 酸 残 基数 目 相近 的 蛋白 质 ， 属 于 中 性 蛋白 ， 其 等 电 点 大 多 为 中 性 偏 酸 。 含 碱 性 氨基 酸 残 基 较 多 的 蛋白 质 ， 属 于 碱 性 蛋白 质 ， 其 等 电 点 偏 碱 。 含 酸性 氢 基 酸 残 基 较 多 的 蛋白 质 ， 属于 酸性 SAR, 其 等 电 点 偏 酸 。 大 多 数 蛋 白质 的 等 电 点 是 在 5.0 左 右 。 表 3 一 6 示 出 几 种 蛋 和 白质 的 等 电 点 。 136 所 有 的 蛋 自 质 ,不 管 它 具 有 什么 样 的 特 丈 功能， 都 能 在 细胞 内 起 半 定 的 缓冲 作用 。 因 为 宣 们 含有 众多 的 可 解 离 的 弱酸 性 和 弱 碱 性 的 基 团 ， 当 细胞 环境 的 蔬 浓度 有 所 变化 时 ， 这 些 弱酸 性 和 弱 碱 性 基 团 就 具有 释放 或 缔 合 也 ` 的 能 力 ， 从 而 起 到 一 种 天 然 缓 冲剂 的 作用 。 rh 和 长 人 ”蛋白质 混 合 物 表 3 一 6” 某 些 蛋白 质 的 分 子 量 和 筹 电 点 24 质 i 子 量 | el 细胞 色素 C 13,000 | 10.6 RE EK RB 14,000 |} 7.8 肌 红 蛋白 ( 马 ) 17,000 | 7.0 生长 激素 (人 ) 21,500 | 6.9 PRK BG 34,000 | 6.0 8A 35,500 |<1.0 KARA Cw) 40, 000 4.6 maoea C3) 65, 000 6.9 血清 白 蛋 白 ( 大 )| 66,500 4.8 Y-1iL RA | 160, 000 4—7,2 过 氧化 氢 酶 250, 000 56 = 血 纤维 蛋白 苦 330, 000 5.5 脲酶 _ | 480, 000 ; 甲状 腺 球 蛋 白 660, 000 电泳 后 图 8 一 55 蛋白 质 的 电泳 分 离 * 处 在 等 电 值 的 P 互 态 状 / i 蛋白 质 的 上 述 电解 质 性 质 构成 了 建立 分 离 纯化 蛋白 质 的 方法 的 基础 。 -下面 我 们 将 介绍 几 种 利用 蛋 自 顺 电学 性 质 的 差别 来 分 离 纯化 它们 的 方法 。 白质 的 电泳 分 离 带 击 质 点 在 电场 中 向 电荷 相反 电极 移动 的 现象 就 称 为 电泳 。 电 泳 技术 已 成 为 分 离 蛋 白质 以 及 其 它 可 地 离 物质 的 一 种 重要 的 技术 。 带 点 质点 在 电场 中 电泳 移动 的 速度 和 方向 主要 取决 玉 它 们 所 带电 荷 的 正 负 性 、 昌 荷 的 数目 、 颗 粒 大 小 和 形状 。 一 般 来 说 ， 颗 粒 所 带 净 电 荷 量 傅 多 有 颗粒 愈 小 ， 并 且 是 环形 》 则 泳 动 速度 快 ， 反 之 则 慢 。 由 于 各 种 蛋白 质 的 等 电 点 不 同和 颗 粒 大 小 各 不 相同 ， 在 同一 pH 条 件 下 各 具 不 同 的 带电 性 ， 在 电场 中 泳 动 的 方向 和 速度 也 各 不 相同 ， 这 样 就 可 以 抒 蛋 白质 混合 液 中 各 种 蛋白 质 分 离开 。 目前 在 蛋 自 质 的 研究 中 经 常 应 用 的 电泳 技术 基本 上 是 在 区 带电 泳 法 的 基础 上 发 展 起 来 的 。 将 蛋 自 质 溶液 〈 或 其 他 含 带电 质点 的 溶液 ) 点 在 润 有 缓冲 液 的 固体 支持 物 上 进行 电泳， 不 同 组 分 形成 几 个 区 带 ， 故 称 为 区 带电 沪 。 常 用 的 区 带电 沪 技 术 有 :: 纸 电泳 、 栈 酸 纤维 薄膜 电泳 : 凝 胶 电 沪 以 及 等 电 聚 焦 等 。 纸 电泳 是 以 滤纸 为 支持 物 的 电泳 方法 。 此 法 简便 ,但 滤纸 对 样品 的 吸附 作用 较 大 ， 电 沪 时 间 长 * 醋 酸 纤维 薄膜 电泳 是 以 醋酸 纤维 薄膜 为 支持 物 的 电泳 方法 。 在 醋酸 纤维 薄膜 上 进行 电 137 泳 比 在 滤纸 上 效果 更 好 ， 电 泳 图 谱 清 晰 ， 定 量 准确 ， 而 且 时 间 又 得 ， 某 些 用 纸 电 泳 不 能 分 离 的 蛋白 质 样品 如 胎儿 甲 种 球 蛋 白 (AFP ) ， 用 醋酸 纤维 薄膜 电泳 能 分 离 得 很 清晰 。 所 以 醋 酸 纤维 薄膜 已 日 渐 取代 小 纸 成 为 电泳 技术 更 有 用 的 支持 物 。 WE Be KE WEB CHEB. RTT 烯 酰胺 凝 胶 、 琼 脂 糖 凝 胶 、 琼 脂 凝 胶 等 ) 为 支持 物 的 电泳 方法 ; 凝 胶 电 泳 的 最 大 优点 是 凝 胶 支 持 物 的 孔径 可 以 根据 需 要 了 予以 选择 ， 因而 适用 于 带 有 相同 电 荷 ， 但 大 小 和 形状 不 同 的 蛋白 质 等 样品 的 分 离 。 用 聚 丙烯 酰胺 凝 胶 作 支持 物 的 电泳 称 为 到 丙烯 酰 胶 凝 胶 电 泳 -《Poiy- acrylamide Gel Electrophoresis, jij A3—56 育 丙 烯 酰胺 凝 胶 电泳 分 离 蛋白 质 样品 (上端 称 PAGE ) 。 均 匀 的 聚 丙烯 酰胺 可 以 浇 ARBs, FRA ER. METRE TR, EPA RE II 的 化 学 结构 提供 子 一 种 多 孔 的 网 状 物 ， 允许 带电 的 颗粒 根据 它们 各 自 的 Q/f BFE. Q 代表 带电 分 子 所 具有 的 净 电荷 ,+ 是 带电 分 子 的 半径 〈 以 厘米 表示 ) 。 聚 丙烯 酰胺 凝 胶 电泳 具有 很 多 优点 ， 如 操作 简便 、 恢 速 、 分 辩 率 高 、 对 被 分 离 的 物质 无 损害 、 能 使 复杂 的 混合 物 解析 成 为 单个 的 组 分 。 因 此 ， 在 样品 的 分 离 、 纯 度 的 鉴定 、 分 子 量 的 测定 等 项 工作 中 经 常 应 用 这 一 方法 。 图 3 一 56 表示 一 蛋白 质 混合 样品 经 聚 丙烯 酰胺 凝 胶 电 泳 后 ， 各 蛋白 质 组 分 依据 它们 各 自 的 迁移 率 ( 即 Q/r 值 ) 而 彼 些 分开。 组 分 8 比 组 分 1 有 更 大 的 迁移 率 。 如 果 所 有 组 分 的 大 小 相同 或 几乎 相同 ， 那 么 组 分 8 的 净 负 电荷 最 多 ， 而 组 分 1 的 净 负 电荷 最 少 。 在 聚 丙烯 酰 胶 凝 胶 志 泳 的 基础 上 发 展 起 来 的 SDS- 轰 上 时 丙烯 酰胺 凝 胶 电泳 (SDS-PAGE) 在 蛋白 质 的 分 析 中 是 一 种 很 有 用 的 方法 。SDS ( 十 二 烷 基 硫酸 钠 ) 是 二 种 带 负 电 荷 的 阴离子 去 拍 剂 ， 分 子 式 是 CH,—(CH,),,—CH,—O 一 SO5N+。 在 电泳 之 前 用 SDS 处 理 蛋 白质 样品 〈 纯 的 或 RSM), ， SDS 能 拆散 蛋白 质 的 折 琶 结构， 然后 沿 着 伸 展 的 多 肽 链 的 表面 吸附 ,吸附 在 肽 链 上 的 许多 带 负电 荷 的 SDS 分 子 便 访 肽 链 带 净 负 电荷 。 而 且 吸 附 的 SDS 的 量 与 肽 链 的 大 小 成 正比 。 其 结果 是 ， 不 同 大 小 的 多 肽 链 将 含有 相同 或 几乎 相同 的 Q/r 值 。 由 于 聚 再 烯 酰胺 凝 胶 基 质 具 有 得 分 药 能 力 ， 所 以 较 小 的 多 肽 BHR 的 具有 相同 Q/t 值 的 多 肽 链 移 动 得 更 快 。 根 据 这 个 原理 , 可 以 用 此 方法 测定 蛋白 质 的 分 子 量 ( 图 3 二 57)。 图 3 二 57 中 的 斜 线 是 用 已 知 分 子 量 的 蛋白 质 的 迁移 率 ( “ rx 羧 甲 基 纤 维 素 一 般 最 适合 于 分 离 等 电 点 大 于 7 的 蛋白 质 。 羧 甲 基 纤 维 素 先 用 比较 低 的 离 予 强 度 和 IDHI 约 为 5.0 的 缓冲 液 饱和 ， 蛋 白质 样 品 也 用 同样 的 缓冲 液 溶 解 ， 并 上 样 到 纤维 素 BREE. 在 这 样 的 条 件 下 ， 羧 甲 基 纤 维 素 带 有 固定 的 负电 荷 ， 而 蛋白 质 带 有 净 正 电荷 ， 被 ” 阳离子 交换 剂 结合 避 提 高 pH 将 减少 蛋白 质 的 净 正 电荷 ， 可 用 逐步 提高 缓冲 液 的 pH 值 的 方 法 米 洗 脱 也 可 以 用 逐步 提高 缓冲 液 的 离子 强度 的 方式 洗 脱 《图 3 一 58 ) 。 oy O- ss CH,CHs 区 wR IW = \CH,CH, OM _ DEAE—# 8% eae ~~ = © Som? + eam O82”, Si cm Ey dig@Pes Sm 和 蛋白质 ~ SS (a) 提高 pH ‘ ven ES (b) 提高 离子 强度 We S 由 © S © © 洗 脱 有 次 SR Ain PS (a) Be (pH a SI ym ES (b) 提高 离子 强度 二 “4 图 3 一 58 用 离子 交换 法 分 离 蛋白 质 结合 力 小 的 蛋白 质 先 被 洗 脱 下 来 。 )) DEAE 一 纤维 素 最 适合 于 分 离 等 电 点 小 于 7 的 蛋白 质 。DEAE- 纤 维 素 先 用 离子 强度 较 低 。pH 约 为 8 的 缓冲 液 平衡 ， 蛋 白质 也 溶 于 同样 的 缓冲 液 中 ， 上 样 到 纤维 素 柱 上 。 在 这 样 的 pH 下 ，DEAE- 纤 维 素 大 部 分 解 离 ， 并 且 带 有 固定 的 正 电荷 ， 而 蛋白 质 带 有 净 负 电荷 ， 将 被 阴离子 交换 剂 结合 。pH 下 降 时 ， 蛋 白质 分 子 上 的 净 负 电荷 也 要 减少 。 它 可 用 递减 缓冲 液 的 pH 方式 进行 洗 脱 ， 也 可 用 改变 缓冲 液 的 离子 强度 的 方式 进行 洗 脱 《 图 3--58 7 。 4. 等 电 点 法 记 ， 和 蛋白 质 是 带 有 正 负电 荷 基 团 的 两 性 电解 质 ， 所 带电 荷 的 种 类 和 数量 取决 于 蛋白 质 的 种 类 和 溶液 pH 的 值 。 每 种 蛋白 质 都 有 它 特 有 的 等 电 点 。 若 溶液 pH 值 高 于 它 的 等 电 点 ,; WER frets RIM pH 值 低 于 它 的 等 电 点 ， 则 它 带 正 电荷 。 带电 分 子 的 溶解 度 比 中 性 分 子 的 溶 解 度 高 。 所 以 ， 对 于 大 多 数 蛋白 质 来 说 ， 它 的 溶解 度 在 其 等 电 点 附近 的 pH 时 达到 最 小 ， 即 是 说 ， 蛋 白质 分 子 之 间 的 静电 斥 力 最 小 ， 容 易 相互 聚集 沉淀 析出 。 可 以 利用 蛋白 质 在 其 等 电 139 点 状态 溶解 度 最 小 ， 容 易 沉淀 析出 的 特性 以 及 各 种 蛋白 质 等 电 点 的 差异 ， 从 一 混合 蛋 自 质 溶 液 中 分 离 出 不 同 的 蛋白 质 。 二 、 蛋 白质 的 胶体 性 质 与 蛋白 质 的 沉淀 分 离 1。 和 蛋 自 质 的 胶体 性 质 按照 胶体 化 学 的 概念 ， 胶 体 是 这 样 定义 的 ， 即 把 物质 为 1nm 一 100272 的 粒 巴 在 介质 中 分 获 所 成 的 体系 称 为 胶体 。 根 据 胶体 物质 的 溶解 性 质 可 分 为 亲 水 胶体 和 朴 水 胶体 两 类 。 BAR 的 分 子 量 一 般 在 10,000 一 1, 000,000 之 间 ， 其 颗粒 直径 介 于 胶体 颗粒 大 小 之 间 。 由 于 蛋 自 质 分 子 颗 粒 表面 分 布 着 许多 亲 水 的 极 性 基 团 ， 它 在 水 溶液 中 所 处 的 行为 与 亲 水 RAK. Bi 以 ， 蛋 和 白质 是 一 类 亲 水 胶体 物质 ， 它 具有 亲 水 胶体 所 具有 的 性 质 ， 如 扩散 慢 、 膜 、 粘 性 大 、 流 动 性 差 等 。 蛋白 质 分 子 颗 粒 大 ， 在 溶液 中 具有 较 大 的 表面 ， 而 且 表面 分 布 有 各 种 极 性 基 团 这 是 多 A) 和 非 极 性 基 团 〈 这 是 少数 》， 因 此 对 许多 物质 有 吸附 能 力 。. 极 性 基 团 易 与 水 溶性 物质 结 合 ， 非 极 性 基 团 易 与 脂 溶性 物质 结合 。 当 蛋白 质 与 水 相遇 时 ， 和 蛋白 质 颗 粒 表面 众多 的 极 性 基 团 就 会 与 水 分 子 结合 ， 在 它 的 颗粒 表面 形成 一 层 密度 较 厚 的 水 膜 或 称 水 化 层 。 每 克 蛋 自 质 可 结合 0.4 克 左右 的 水 。 水 膜 的 存在 使 蛋白 质 颗粒 相互 隔 开 ， 颗 粒 之 间 不 会 碰撞 而 聚集 。 此 外 ， 在 非 等 电 点 状态 时 ， 蛋 白质 颗粒 带 有 同 种 电荷 ， 同 种 电荷 相互 排斥 ， 也 使 蛋 自 质 颗 粒 之 间 保 持 一 定 的 距离 ， 不 致 互相 聚集 ， 因 此 ， 和 蛋 和 白质 在 水 溶液 中 比较 稳 而 不 易 沉 淀 。 蛋白 质 的 亲 水 胶体 性 质 对 生物 体 来 说 是 非常 重要 的 。 细 胞 原生 质 的 主要 成 份 是 蛋白 质 ， 所 以 ， 原 生 质 的 胶体 状态 主要 是 由 于 蛋白质 的 胶体 性 质 所 造成 的 。 cv 如 ”2。 蛋白 质 的 沉淀 分 离 z 正 是 由 于 蛋白 质 颗 粒 带 有 电荷 和 水 膜 ， 才 使 它 在 水 溶液 中 成 为 稳定 的 胶体 。 但 是 ， 这 种 稳定 性 是 相对 的 、 有 条 件 的 己 当 改变 条 件 ， 除 去 这 些 稳定 因素 ， 就 使 这 相对 稳定 的 蛋白 质 胶 体 转 化 为 不 稳 的 35 落 向 蛋白 质 溶液 加 入 适当 的 试剂 ， 破 坏 它 的 水 膜 或 中 和 它 的 电荷 ， 就 很 容 易 使 其 失去 稳定 而 发 生 沉 证 。 这 种 现象 就 叫做 蛋白 质 的 沉淀 作用 。 请 注意 ， 这 里 所 说 的 沉 演 作用 不 是 指 蛋 白质 变性 后 的 沉淀 作用 。 因 为 这 里 所 说 的 沉淀 作用 不 影响 蛋白 质 的 室 间 结构 ， 所 得 到 的 蛋白 质 具 有 生物 活性 ， 而 变性 后 的 沉淀 则 涉及 空间 结构 的 解体 和 生物 活性 的 丧失 。 在 了 解 了 蛋 和 白质 胶体 的 稳定 因素 和 蛋白 质 沉淀 的 原因 之 后 ， 就 可 以 为 在 生物 化 学 正 制备 有 活性 的 蛋 自 质 制品 寻找 有 效 的 方法 。 Hq, ; 2 (190) 盐 析 法 ist: 2G 盐 析 法 是 分 ym A SEE A a 性 质 ， 即 夺取 蛋白 质 胶体 的 水 膜 ， 使 其 容易 相互 聚集 而 沉淀 析出 。 当 球状 蛋 和 白质 水 溶液 加 入 中 性 盐 之 后 ， Lea 盐 溶 现象 ， 在 盐 浓度 很 稀 的 范围 内 ， 随 着 盐 浓 度 的 增加 ， 环 状 蛋 白质 的 溶解 度 亦 随 之 增 高 。 这 种 现象 称 为 盐 溶 《 Saltiag-in ) 。 任 何 物质 的 溶解 度 都 取决 于 溶质 分 子 间 | 的 相对 亲 和 力 及 溶质 分 子 对 溶剂 分 子 的 相对 亲 和 。 任何 能 降低 溶质 分 子 相互 作用 或 能 增高 溶质 分 子 和 洲 剂 分 子 相互 作用 的 因素 都 有 助 于 增高 溶解 度 。 在 稀 盐 溶液 的 情况 下 ， 蛋 白质 表面 的 带 韦 基 园 吸附 盐 离子 。 由 于 盐 的 水 合 能 力 比 蛋白 质 强 ， 吸 附 盐 离 子 后 加 强 了 和 蛋白质 与 水 盆 隆 竟 相 五 帮 140 Se ‘ \ ” 析 作 用 主要 是 由 于 大 量 中 性 盐 的 加 用 ， 因 而 使 蛋白 质 的 溶解 度 增 高 〈 图 3 一 59 ) 。 盐 析 现象 ， 随 着 盐 浓 度 继续 升 高 ， 例 如 达到 饱和 或 半 饱 和 的 程度 ， 蛋 白质 的 溶解 度 逐 渐 变 小 (图 3 一 59 ) ， 蛋 白质 分 子 相互 聚集 而 发 生 沉淀 。 RM LR MH ah it CSalting—out iS 盐 析 的 机 制 是 复杂 的 。 一 般 认 为 盐 入 ， 中 性 盐 与 水 的 亲和力 大 ， 它 不 仅 结合 溶液 中 的 自由 水 分 子 ,， 降 低 水 的 活 度 ， 而 且 另 一 方面 与 蛋白 质 争夺 水 分 子 ， 破 坏蛋 白质 颗粒 表面 的 水 膜 ， 从 而 降低 了 蛋白 质 极 性 基 困 与 水 分 子 之 间 促 进 溶解 的 相互 作 用 ， 加 大 了 蛋白 质 颗粒 之 间 的 相互 作用 。 正 是 由 于 上 述 作用 ， 使 得 蛋 ” 自 质 从 溶液 中 沉淀 析出 。 需要 指出 的 是 ， 同 样 浓度 的 两 价 离子 的 中 性 盐 ， 对 蛋白 质 溶解 度 WBE «H) 的 影响 效果 要 比 一 价 离子 的 中 性 盐 ，， S59 Ph SB ER TSB ah HS 大 得 多 (图 3 一 59 ) 。 因 为 中 性 盐 该 蛋白 质 的 盐 溶 和 盐 析 现象 很 容易 观察 出 。 影响 蛋 和 白质 溶 解 度 的 能 力 是 它们 离子 强度 的 函数 。 离 子 强度 可 由 离子 的 克 分 子 浓度 及 其 所 带 ”电荷 按 下 式 计算 :， eel Si (NH,4)2S0, 离子 强度 (/) = > SmZ a ic tcarn 85 Fshig nicl PHN aN 的 mZ? ASIA. 例如 2 mol/L wy (NH,).SO, 的 离子 TREE WH 1/2(2x 2x 127+2x 2?) = 6; i 2mol/L 的 氧化 钠 (NaCl ) 的 离子 强度 为 1/2(2x1+2x12)=2。 下 用 于 蛋白 质 盐 析 的 中 性 盐 以 硫酸 铵 ( (NH,).SO,) 最 好 。 硫酸 铵 具有 盐 析 能 力 强 ， 溶 «RET, TAR IRE AR BAK C0 刀 时 为 706 克 / 升 ， 25T 时 为 766 克 / 升 ) ， 不 产生 副作用 等 优 Ao aM, CREAR pH 调 至 等 电 点 附近 ， 此 时 因 它 的 溶解 度 达 到 最 低 。 可 以 BIBER RER, 然后 加 入 固体 硫酸 铵 〈 或 饱和 水 溶液 ) ， 达 到 一 定 浓度 后 ， 蛋 自 质 即 可 从 溶液 中 沉淀 析出 。 再 通过 离心 或 者 过 虑 即 可 得 到 该 蛋白 质 的 制品 。 盐 析 法 得 到 的 蛋白 质 需要 作 进一步 处 理 以 除去 盐 类 或 其 他 小 分 子 OR. 先 将 BARB 解 ， 然 后 装 入 透析 袋 中 对 水 透析 ， 以 除去 盐 类 或 其 他 小 分 子 物质 。 蛋 白质 是 大 分 子 ， 不 能 透 寻 绊 笑 膜 (图 3 一 60) 。 透 析 袋 是 用 玻璃 纸 ( PER) ) 或 火 棉 纸 〈 赛 璐 政 ) 等 材料 做 成 的 半 BR. 透析 法 也 是 纯化 蛋白 质 的 一 种 方法 。 在 透析 过 程 中 有 时 会 看 到 蛋白 质 沉 演 析出 的 现 象 。 这 是 因为 在 对 水 或 很 低 离子 强度 的 缓冲 液 透 析 时 ， 除去 了 蛋白 质 颗 粒 表面 吸附 的 式 离 耶 ， 增 大 了 蛋白 质 颗 粒 之 间 相 互 作用 力 ， 引 起 蛋白 质 分 子 的 相互 聚集 而 沉淀 下 来 ， 各 种 蛋白 质 的 毛 基 酸 组 成 、 天 小 都 不 相同 ， 分 子 颗 粒 表面 极 性 基 团 的 数目 不 同 ， 所 和 客 结 从 水 的 多 少 也 不 相同 ， 在 浓 盐 溶液 中 的 溶解 度 也 必然 不 同 。 因 此 ， 可 以 用 不 同 浓度 的 中 性 盐 141 使 一 混合 蛋白 质 从 溶液 中 分 别 沉淀 下 来 ， 达 到 分 离 纯化 的 目的 。 这 种 方法 叫做 分 级 盐 析 。 mx .一 图 3 一 60 透析 。 半 透 膜 允许 水 、 无 机 盐 、 葡 萄 糖 等 小 分 子 物 质 自由 穿 过 ， 但 不 允许 象 蛋 白质 这 样 的 大 分 子 穿 过 。 g 1 (2 ) 有 机 溶剂 法 用 来 使 蛋白 质 沉 演 的 有 机 溶剂 主要 是 那些 能 与 水 混 溶 的 中 性 有 机 溶剂 ， 例 如 乙醇、 两 本 等 。 它 们 的 介 电 常 数 比 水 小 ， 而 且 与 水 的 亲和力 也 大 ， 能 以 任意 比 与 水 相 溶 。 当 向 蛋白 质 水 溶液 加 入 适量 的 这 类 有 机 溶剂 时 ， 就 降低 了 水 的 介 电 常数 ， 增 强 了 蛋白质 颗粒 但 的 静电 相 五 (EA, 削弱 了 和 蛋白质 分 子 与 水 分 子 之 间 促 进 溶解 的 作用 ， 导致 蛋白 质 ' 分 子 聚 集 而 沉淀 。 A 时 ， 这 类 有 机 溶剂 与 水 的 亲和力 大 ， 能 夺取 蛋白 质 颗 粒 表面 的 一 层 水 膜 % 因而 起 到 了 脱水 剂 Te 和 LE 的 作用 。 失 去 水 膜 的 蛋白 质 颗粒 容易 聚集 而 析出 。 上 述 两 方面 的 原因 ， 就 是 用 有 机 溶剂 沉淀 分 离 蛋 白质 的 理论 依据 。 由 于 有 机 溶剂 往往 能 使 蛋白 壬 变 性 失 活 ， 所 以 在 用 有 入 溶剂 分 离 蛋 白质 时 ， 宣 用 较 稀 浓度 的 有 机 溶剂 ， 并 在 低温 下 操作 。 加 入 有 机 溶剂 时 ， 要 搅拌 均匀 ， 以 防 nc REEL ERS EMER ES AG TNE 加 水 溶解 。 三 、 蛋 白质 的 沉降 作用 及 超 离心 分 离 当 把 一 杯 蛋 白质 水 溶液 放置 时 ， 蛋 自 质 颗粒 不 会 因 重力 的 作用 而 下 遍 。 因 为 对 于 蛋 自 质 胶体 溶液 来 说 ， 蛋 和 白质 颗粒 相对 太 小 、 太 轻 ， 沉 降 的 趋势 被 介质 分 子 的 热 运动 和 溶液 的 热 梯 度 产 生 的 对 流 所 克服 。 因 此 ， 重 力作 用 不 会 使 蛋白 质 沉 降下 来 。 如 果 采 用 超 离心 的 方法 ， 蛋 白质 分 子 就 会 在 这 液 中 受到 强大 的 离心 力作 用 ， 克 服 对 流 的 影响 而 沉降 下 来 。 这 就 是 蛋 和 白质 的 沉降 作用 〈sedimentation ) 。 这 降 的 速度 与 蛋白 质 分 也 的 大 小 和 密度 有 关 。 利用 和 蛋白质 的 沉降 特性 ， 采 用 超速 离心 的 方法 可 以 分 离 纯 化 和 蛋白质 或 对 蛋 自 质 进行 分 析 142 鉴定 。 目 前 常用 两 类 超速 离心 法 ， 即 沉降 速度 法 和 沉降 平衡 法 。 为 了 稳定 不 同 分 子 量 组 分 沉 降 所 形成 的 区 带 ， 并 阻止 沉降 更 快 的 组 分 在 较 轻 的 组 分 被 分 开 之 前 到 达 管 次 六 防止 离心 过 程 中 的 机 械 振动 、 温 度 差别 以 及 对 流 等 的 和 干扰， 可 用 密度 梯度 来 消除 或 者 减轻 这 种 干扰 。 密 度 梯度 是 由 在 离心 管 中 能 迅速 扩散 的 物质 如 蔗糖 、 Hh, ALS. SHAR BES 底 到 管 顶 逐 渐 降 抱 ， 形 成 一 个 平滑 的 梯度 。 ll OME REE 沉降 速度 法 主要 是 根据 各 种 被 分 离 物质 的 沉降 系数 的 不 同 来 达 到 分 离 的 目的 。 ER HH, 蛋白 质 分 子 在 单位 Milt (WH) 内 下 沉 的 距离 © CURT) 称 为 沉降 速度 (sedimentation velocity), Ll v 表示 ，w= dz/dt。 当 溶液 中 所 含 蛋 自 质 颗粒 大 小 和 形状 都 相同 时 ,这些 颗粒 以 相同 的 速度 移 向 管 底 ， 并 形成 清楚 的 界面 。 当 溶液 中 含有 多 种 大 小 不 同 的 颗粒 时 ;就 会 有 几 个 界面 ， 用 特殊 的 光学 系统 可 以 观察 到 沉降 界面 ， 从 而 判断 出 蛋 自 质 ”的 沉降 速度 。 当 沉降 界面 以 恒定 的 速度 移动 时 ， 单位 离心 场 里 的 沉降 速度 称 为 沉降 常数 或 沉降 系数 (sedimentation coefficient ) ， 以 9 表示 。 帝 降 系 数 表 示 沉 降 分 子 的 大 小 特征 ， 可 Mit 降 速 度 求 出 ， SiGe dx/dt ~ @z¢ or sth, v 为 沉降 速度 (dzy/dt ) ， 可 由 实验 测 得 ; o 为 离心 机 转子 的 角速度 ， 以 弧度 / 秒 计 (〈 即 2r 乘 转子 每 秒 钟 的 转 数 ) 2 为 蛋 自 质 界 面 中 点 到 转子 中 心 之 间 的 距离 (以 厘米 计 ) 。 —4 S (Svedberg) 单位 为 1x 107! 秒 ， 用 外 推 法 求 得 。 蛋 白质 的 沉降 系数 大 约 为 1x 10 一 200x 10 -13 秒 ， 即 1S—200S 之 间 。 沉降 速度 法 所 用 的 密度 梯度 范围 小 ， 即 梯度 中 的 最 大 密度 小 于 沉降 样品 的 最 小 密 。 此 法 适用 于 分 离 密度 相似 ， 但 大 小 不 同 的 物质 。 若 要 分 离 混合 蛋 自 质 样 品 ， 可 将 样品 放 在 一 个 连续 的 疲 体 密度 梯度 上 ,进行 超速 离心 ( 即 速度 -区 带 离心 )， 直 到 各 种 蛋白 质 按 照 各 自 的 速 度 k 主 要 取决 于 分 子 的 大 小 ) 在 梯度 中 沉降 下 来 ， 呈 现 出 分 开 的 、 不 连续 的 区 带 (图 :3 一 61)。 蛋 自 质 的 区 带 可 通过 光学 定位 或 者 通过 离心 管 底部 穿 一 个 针 孔 ， 小 心 吸出 管内 的 内 容 物 进行 - 离心 前 Abe | iY , ue bid ‘ . 低 ESRC 4 r 蛋白 质 A 高 图 3 一 61 沉降 速度 法 分 离 纯化 蛋白 质 连续 小 样 分 析 ， 即 可 得 到 不 同 组 分 的 蛋 和 白质 或 所 需要 的 蛋白 质 。 2。 RE aE (Sedimentation eguilibrium ) 沉降 平衡 法 是 根据 待 分 训 物 质 的 密度 的 不 同 来 进行 分 离 的 。 在 这 不 方法 中 ， 所 需要 的 密 度 范 围 大 ， 即 梯度 的 最 大 密 放 大 于 沉降 样品 的 最 大 密度 。 此 法 适用 于 分 离 大 小 相近 尺 但 密度 不 同 的 物质 。 利 用 这 种 方法 分 离 蛋 白质 时 ， 首 先 在 离心 管 中 制 造 一 个 连续 的 密度 梯度 ， 然 后 将 蛋白 质 样 品 加 在 离心 管 梯度 的 顶部 。 离 心 时 ， 样 品 即 在 离心 管 中 沿 梯度 移动 ， 直 到 样品 到 达 与 它 自身 密度 相同 的 密度 部 位 为 止 ， 才 不 会 继续 沉降 。 若 蛋白 质 样品 含有 见 种 不 同 密度 的 蛋白 质 ， 那 么 用 此 法 就 会 使 溪 合 蛋 和 白质 分 别 漂 浮 于 与 它们 各 自 相 应 的 密度 梯度 中 。 国 此 ， 这 个 方法 也 叫做 等 密度 离心 法 。 ati ”利用 超速 离心 法 不 仅 可 以 用 来 分 离 制备 蛋白 质 、 鉴 定 蛋白 质 的 纯度 ， 而 且 还 可 以 用 来 测 定 蛋白 质 的 分 子 量 。 如 果 已 基 有 关 蛋 上 白质 分 子 形状 的 参数 (如 扩散 系数 ) 就 可 以 利用 平面 公式 计算 出 某 种 蛋白 质 的 分 子 量 。 WG ct 4) f= (MW) = Sao 式 中 ，R 为 气体 常数 (8.314x 107 尔格 / 克 分 子 / 度 5 T 为 绝对 温度 D 为 扩散 系数 ( 厘米 2/ 秒 ) ， 可 以 测定 ! 5 为 蛋白 质 微 分 比 容 〈 即 每 克 蛋 白质 的 体积 ， 以 毫升 计 ) s p 为 溶剂 的 密度 ; S 为 沉降 系数 。 OD. FOR HRM KH 从 细胞 中 经 过 粗 提取 之 后 的 蛋白 质 制品 往往 是 不 均一 的 。 这 种 粗 提 取 液 含有 某 些 性 质 王 相似 的 一 些 杂 蛋 白 。 例如， 它们 的 溶解 性 及 带电 状态 可 能 相似 ， 以 致 在 用 盐 析 法 或 等 电 直 法 分 离 时 ， 它 们 与 被 分 离 的 样品 摊 合 在 一 起 。 但 由 于 细胞 内 的 各 种 蛋白 质 在 组 成 和 天 未 方 面 总 是 有 差别 的 ， 因 此 ， 它 们 在 性 质 上 总 是 有 可 区 分 的 地 方 ， 因 而 可 利用 这 些 差别 将 其 分 开 目 焉 述 蛋 白质 的 沉降 特性 及 超 离心 分 离 ， 就 是 利用 各 种 蛋白 质 在 大 小 和 密度 方面 的 差别 将 混合 蛋 白质 彼此 分 开 。 利用 蛋白 质 大 小 不 同 这 一 特征 分 离 蛋白 质 的 另 外 一 种 方法 就 是 Rept ae (Gel filtration) 或 分 子 筛 层 析 法 。 ie | Hil LRA ARE KCNABRAA DENRA MES RO RRL, Bi Hn FE EME, (Sephadex ) 和 琼脂 糖 凝 胶 〈 Sepharose ) F/I BED, Has 量 大 小 不 同 的 蛋白 质 混合 物 上 样 到 层 析 柱 上 ， 混 合 物 中 的 各 组 分 便 随 着 洗 脱 液 的 流动 接 分 子 量 的 大 小 以 不 同 的 速度 向 下 移动 。 比 凝 胶 孔 径 大 的 蛋白 质 分 子 不 能 进入 网 格 内 ， 被 排 蛆 在 北 胶 颗 粒 之 外 ， 它 们 流 径 柱 床 的 路 程 短 ， 首 先 被 洗 脱 下 来 。 比 凝 胶 孔 径 小 的 蛋白 质 分 子 则 能 进 入 到 凝 胶 网 格 内 ， 不 断 从 一 个 网 格 穿 到 另 一 个 网 格 。 这 样 因 走 “ 弯 道 ”而 移动 速度 变 慢 。 分 子 愈 小 ， 弯 道 愈 多 ， 被 洗 脱 流出 的 速度 就 更 慢 。 于 是 ， 一 个 混合 蛋白 质 样品 就 会 按 其 分 子 量 大 小 依 先后 顺序 洗 脱 下 来 而 被 分 离 ( 图 3 一 62 ) 。 所 以 ， 这 种 方法 又 称 分 子 排 阻 层 析 法 144 (molecular exclusion chromatography ) 。 oe 大 分 子 蛋 白质 DTP RAM (a) (b) 图 3 一 62 蛋白质 凝 胶 过 滤 分 离 (a) AUK KB BERR; (b) 大 小 不 同 的 分 子 的 洗 脱 顺 序 。 RMR EH AEWA (Ai) MERA AA BERRA 而 成 Bo EM, ALE No WT HB Le HS HS BG MR EL I Hd SH EPEC o 这 些 不 同 规格 的 凝 胶 可 用 来 分 离 各 种 不 同 的 蛋 自 质 、 核 酸 、 氨 基 酸 和 核 昔 酸 等 。 也 可 以 用 来 脱盐 、 浓 缩 等 。 凝 胶 过 滤 不 仅 可 以 分 离 纯 化 蛋 和 白质， 而 且 也 可 以 用 来 测定 蛋白 质 的 分 子 量 。 五 、 蛋 白质 的 配 体 特异 性 与 亲 和 层 析 :和 蛋 自 质 是 有 专 一 生物 功能 的 物质 ， 在 行使 功能 的 过 程 中 常 和 某 些 特异 性 的 分 子 结合 ， 形 成 复合 物 。 这 种 能 和 某 种 蛋白 质 结合 的 分 子 称 为 配 体 或 配 基 〈ligand ) 。 例 如 酶 和 特异 于 它 HHS, 酶 与 它 的 专 一 性 抑制 剂 、 抗 体 和 抗原 、 激 素 和 受 体 等 都 具有 这 种 性 质 。 根据 蛋白 质 配 体 特 异性 ， 建 立 了 一 种 非常 有 效 的 方法 一 一 亲 和 层 析 法 。 我 们 可 以 这 样 理解 亲 和 层 析 : 假如 某 种 蛋白 质 4， 在 表现 其 功 能 的 过 程 中 需要 和 - 召 物 质 结合 ， 而 且 这 种 结合 是 专 一 的 ; A+B=e=A-B 假如 用 化 学 的 方法 先 将 至 物质 与 一 种 不 溶性 载体 ( 尺 ) 偶 联 ， 得 到 R-B. 若 偶 KAR 上 WBAHKS 4 结合 的 能 力 ， 那 么 将 含有 4 的 混合 蛋白 质 通过 装 有 R-B WE 析 柱 时 ， ABS BAS, BR R-B- 4。 其 他 不 能 与 妃 结 合 的 杂 蛋 白 将 从 柱 下 洗 出 。 然后 用 适当 的 洗 脱 液 可 将 A 从 层 析 柱 上 洗 脱 下 来 。 亲 和 层 析 的 最 大 优点 是 只 需 一 步 就 可 以 从 一 个 非常 复杂 的 混合 物 中 分 离 出 草 种 蛋白 质 或 其 他 生物 大 分 子 ， 并 获得 高 度 纯化 的 制品 。 图 3 一 63 表 示 用 亲 和 层 析 的 方法 分 离 刀 豆 球 蛋 白 4 (concanavalin A) 。 葡 萄 糖 同 刀 豆 球 和 蛋白 具有 专 一 性 的 亲和力 。 将 葡萄 糖 共 价 结合 在 不 ” 黎 性 载体 上 装 柱 。 然 后 把 含有 刀 豆 REA AW RARE, DERE AB 结合 在 柱 上 。 用 高 浓度 的 葡萄 糖 溶液 淋 洗 层 析 柱 ， 即 可 把 刀 豆 球 蛋 自 汉 | 洗 膀 下 来 145 析 、 凝 胶 电 瀛 、 等 直 聚 焦 或 超速 离心 的 方法 进一步 纯化 、 分 析 或 鉴定 蛋白 质 。 六 、 蛋 白质 分 子 量 的 化 学 测定 ， 在 研究 蛋白 质 结构 时 ， 常 需要 确 “ 定 它 的 大 小 ， 即 分 子 量 。 测 定 蛋 白质 m3 分 子 量 的 方法 很 多 ， wm bLmsz SA SDS- RHI, Be. BBL - (b) 滤 等 都 是 测定 蛋白 质 分 子 量 的 重要 方 By Ke REE oe A3—63 ” 亲 和 层 析 纯 化 刀 豆 球 和 蛋白 4 的 化 学 测定 。 sy 上 面 结合 蛋白 质 的 有 关 性 质 简要 地 介绍 了 蛋白 质 分 离 纯化 的 几 个 基本 二 da 方法 。 在 获得 无 细胞 提取 液 后 ， 一 般 ， 8 = FANE. aT Ee RADI : | 获得 粗 提 纯 物 。 在 此 基础 上 可 进一步 Be 采用 离子 交换 法 或 凝 胶 过 滤 法 使 样品 和 进一步 纯化 ,根据 需要 也 可 用 亲 和 层 : She G 柱 : G (MHRA GREA ASMA 葡萄 糖 (CG) 专 一 性 结合 AIR 分 子 量 的 化 学 测定 是 根据 (b) 用 高 浓度 的 葡萄 糖 洗 脱 。 对 蛋 和 白质 的 某 种 氨基 酸 或 某 种 特殊 元 素 的 分 析 来 计算 的 ， fi Sha nee 1 克 分 子 只 含有 工 克 分 子 的 某 氨 基 酸 或 某 元 素 。 所 以 ， 这 个 方法 测 得 的 分 子 量 是 最 小 分 例如 ， 细 胞 色素 “ ce hela 根据 分 析 ， 细 胞 色素 的 铁 元 素 的 含量 为 0.43%， 即 100 克 细胞 色素 “ 含 铁 0.43 克 。 但 每 分 子 的 细胞 色素 “ 至 少 含 有 生 仿 原子 的 铁 元 素 。 于 是 就 有 ， ay 0.4352 (#) i 铁 的 原子 量 (55.8) 100 克 细胞 色素 细胞 色素 “ 的 分 子 量 细胞 色素 “ 的 分 子 量 = -的 0 ~ 13000 由 于 已 知 每 分 子 的 细胞 色素 “ 只 含有 一 个 铁 原子 ， 所 以 在 这 种 情况 下 ， 上 述 分 子 量 也 是 甸 胞 色素 “ 的 真实 分 子 量 。 根据 上 面 的 计算 ， 我 们 可 以 得 出 这 样 一 个 公式 来 计算 蛋白 质 的 最 小 分 子 量 ， ASN EE RIE) 最 小 分 子 量 = 组 分 的 半分 今生 x 100 , 又 比如 ， 核 精 核 酸 酶 经 酸 完全 水 解 ， BULA AI, 296 0 那么 根据 所 面 的 公 式 ， 可 以 计算 出 读 酶 的 最 小 分 子 量 是 1 可 146 155x 100 HHFSENEVS. 根据 核糖 核酸 酶 分 子 中 的 其 他 每 种 氨基酸 的 含量 所 计算 出 来 的 最 小 分 子 量 在 900—70002 [bs 这 种 差别 是 由 于 每 种 氨基 酸 在 该 酶 分 子 中 的 含量 ( 即 毛 基 酸 残 基数 -) FAK. SA 道 了 某 种 氨基 酸 的 含量 以 及 它 的 残 基数 ， 就 可 以 计算 出 蛋白 质 的 真实 分 子 量 : 蛋白 质 的 真实 分 子 量 = 最 小 分 子 量 x RAIMI 核糖 核酸 酶 分 子 结构 中 含有 四 个 组 氮 酸 残 基 忆 所 以 核糖 核酸 酶 的 真实 分 子 量 是 3, 690x 4 = 14, 760， 与 用 其 他 方法 测 得 的 14, 000 的 分 子 量 很 接近 。 由 于 大 多 数 氨基 酸 残 基数 值 都 偏 高 ， 所 以 很 少 用 最 小 分 子 量 来 推算 出 真实 分子量 。 相 反 ， 倒 是 常 根据 蛋白 质 的 真实 分 子 量 和 化 基 酸 的 组 世 数 来 计算 该 蛋白 质 分 子 中 的 氨基 酸 残 基 数 。 蛋 自 质 真实 分 子 量 可 用 前 面 已 介绍 的 方法 测定 。 SN EA AREA 糖 蛋白 和 脂 蛋 白 部 是 生物 学 上 的 重要 的 蛋白 质 。 在 现代 生物 学 和 现代 医学 上 引起 了 广泛 的 注意 。 这 两 类 蛋白 质 在 第 一 和 第 二 章 曾 提 到 过 下面 仅 就 这 两 类 蛋白 质 在 组 成 及 结构 上 和 作 些 补充 介绍 。 一 =, #88 。 糖 蛋 白 (Glycoproteins) 是 一 类 直 糖 和 蛋白 质 共 价 连接 所 成 的 复合 大 分 子 。 糖 与 蛋白 质 之 间 的 共 价 键 是 糖苷 键 ， 使 用 一 般 的 方法 不 能 把 二 者 分 开 。 这 类 和 蛋白质 在 生 物 界 分 布 很 广 泛 ， 所 有 动物 、 植 物 和 细菌 都 含有 糖 蛋白 。 在 不 同 的 糖 蛋白 申 几 其 糖 基 的 含量 是 不 相同 的 ， 差别 很 大 。 有 的 糖 基部 分 只 占 整个 糖 蛋白 的 1 % 堪 右 ， 有 的 却 占 80% 左 右 。 根 据 含 精 量 的 多 参 可 将 糖 蛋 自分 为 两 类 。 一 类 是 含 糖 量 高 于 4% 的 粘 蛋 和 白人 (maueoproteins)3” 另 一 类 是 含 糖 量 低 于 4%% 的 糖 蛋白 。 狭 义 的 糖 蛋白 是 后 者 。 糖 蛋白 的 种 类 很 多 ( 表 3 一 7 和 3 一 8 ) ， 分 类 也 很 不 统一 。 这 里 仅 择 要 介绍 几 种 。 l, Heaney -一 组 成 糖 蛋白 的 蛋白 质 部 分 与 一 般 蛋白 质 相似 ， 没 有 特别 之 处 ， 只 是 某 些 氨 基 酸 的 含量 较 高 呈 例 如 丝 氟 酸 、 苏 氨 酸 、 谷 握 酸 、 天 冬 氨 酸 和 天 冬 酰胺 等 。 1 参与 糙 蛋 白 组 成 的 糖 类 ， 在 动物 体内 常见 的 有 D- 葡萄 糖 、D: 半 乳糖 、D- 上 甘露 糖 、E- 岩 营 糖 、D-N- 乙 酰 葡萄 糖 胺 、D-N- 乙 酰 半 乳糖 胺 以 及 唾液 酸 等 。 糖 蛋白 中 的 糖 主要 是 以 耻 喃 环 的 形式 出 现 。 在 迄今 所 发 现 的 糖 蛋白 中 ， 糖 链 都 是 通过 几 种 糖苷 键 中 的 一 种 以 接 枝 的 方式 连接 到 肽 链 EM MARR OUI A ARH RARE. 其 原因 是 , 糖 蛋白 的 合成 分 为 两 步 。 第 衬 步 和 普通 蛋 和 白质 的 生物 合成 一 样 ， 先 合成 蛋 直 质 部 分 第 二 步 是， 在 一 系列 的 糖 基 转移 酶 的 作用 下 ， 将 单 糖 单位 按 一 定 的 顺序 装配 到 肽 链 上 的 某 些 特定 部 位 的 氨基 酸 残 基 上 。 这 一 系列 的 糖 基 转 移 酶 可 能 构成 一 个 酶 系 。 这 第 二 步 被 称 为 翻译 后 的 事件 。 糖 蛋白 中 的 糖 链 和 肽 链 的 连接 不 是 随意 的 ， 即 是 说 糖 链 不 是 可 以 通过 任何 一 种 单 义 连 接 到 肽 链 中 的 任何 一 个 气 基 酸 残 基 上 。 RAMA, 主要 有 下 面 凡 种 连接 方式 N-CRBH 147 37 ”一 些 动物 体液 和 分 沙 液 中 糖 蛋白 来 源 ne | 精 蛋 白 转 铁 蛋 白 ， 铜 蓝 蛋 白 ，8B- 脂 蛋白 、 甲 状 腺 素 ot Pa | 结合 蛋白 、 维 生 素 Bi; BAAS RAM Mee | “OAM, a RHA % | em | mR, Me, eT fe | SREB Ra HYG, seRARA MAME Cio 等 运输 | Anema S See | K-maeers | 酶 | c- 演 粉 酶 等 生体 | mee | 促 甲状 腺 激素 、 促 稣 泡 激素 、 促 黄体 生成 激素 we at | me 。。 | BOP. BLURB es. a | 激素 。 | 纺 毛 膜 促 性 腺 激素 phy Pea m | mae | oe | wee zm | 结构 | memes Pe uke: kal 结构 | mR PPR EB el ah A | wee | ae | eH a &—KAMK. N-CBEAMR—-AZRRRHAR, -AP—BMARS. Wim 多 数 血 浆 糖 蛋白 、=-: 些 激素 糖 蛋白 中 糖 链 部 分 和 肽 链 部 分 是 通过 N- 乙 酰 葡萄 糖 胺 和 天 冬 酰 胺 以 糖 戎 键 的 形式 相连 的 。 | ees 2。 糖 蛋白 的 功能 (1T) 粘 蛋白 ae 这 是 一 类 动物 粘膜 分 泌 的 糖 蛋白 。 它 们 的 含 糖 量 较 高 ， 而 且 唾 液 酸 较 多 。' 这 样 使 得 粘 蛋 自 具 有 特殊 的 性 质 。 在 正常 生理 条 件 下 ， 唾 液 酸 是 带 负电 荷 的 ， 从 而 使 粘 蛋白 表面 的 负电 荷 密度 比较 高 。 由 于 这 些 负 电荷 相互 排斥 ， 使 整个 分 子 伸展 成 棒状 ， 结 果 粘 蛋白 溶液 的 粘度 很 _ 大 。 机 体内 部 和 外 界 相 接触 的 组 织 常 常 具有 丰富 的 粘膜 结构 ， 就 是 凭借 这 些 组 织 分 洲 的 含有 高 浓度 粘 蛋白 的 粘液 来 保护 动物 机 体 的 。 用 神经 氨 酸 酶 切 去 粘 蛋白 表面 的 唾液 酸 ， HBaW 粘度 明显 下 降 ， 而 且 很 内 易 被 蛋白 水 解 酶 攻击 。 这 充分 说 明 粘 蛋 白 的 功能 与 表面 的 负电 荷 即 148 ee 与 唾液 酸 的 存在 密切 相关 。 《2) 体 液 糖 蛋白 体液 中 含有 多 种 糖 蛋 白 ， 它 们 行使 着 多 种 多 样 的 功能 。 血 液 中 作为 运输 载体 的 甲状 腺 素 结合 蛋白 、 转 铁 蛋 白 、B- 脂 蛋白 等 都 是 糖 蛋白 ， cwi,- 抗 胰 蛋 白 酶 、 wz- 巨 球 蛋白 等 蛋白 水 解 酶 的 抑制 剂 也 是 糖 蛋白 ， 绒毛 膜 促 性 腺 激素 、 促 甲状 腺 素 等 则 是 糖 蛋白 激素 ; 胰 液 中 的 激 肽 PG. FRR B.C DURABROWH w- 淀 粉 酶 等 也 都 是 糖 蛋白 ， 免 疫 球 蛋 A. 补体 Cig 也 是 糖 蛋白 。 责 忆 很 多 糖 蛋白 的 活性 虽 与 糖 无 关 ， 但 糖 在 稳定 蛋白 质 的 天 然 构象 中 起 一 定 的 作用 ， BAU 为 糖 链 部 分 与 糖 蛋白 的 分 泌 有 关 。 (3 ) 膜 糖 蛋 白 - 细胞 膜 的 很 多 功能 都 和 糖 蛋 白 有 关 。 细 胞 通过 受 体 接受 外 来 效应 物 的 刺激 ， 并 将 信息 传 递 到 细胞 内 ,1 引起 一 系列 的 生物 效应 。 细 胞 还 能 通过 其 表面 特有 的 膜 抗原 向 周围 环境 发 出 固 ANE, 以 表示 它们 的 “社会 ”特性 。 细 胞 大 体 上 就 是 用 这 两 种 方式 和 外 界 联系 ， 进 行 通 A. 识别 的 。 这 些 受 体 和 抗原 有 不 少 属于 糖 蛋白 。 细 胞 膜 的 另 一 个 重要 的 功能 是 膜 的 通 透 性 和 物质 的 传送 ， 很 多 与 通 透 、 传 送 有 关 的 生物 大 分 子 也 是 糖 蛋 自 。 (4) 糖 蛋白 结构 与 功能 的 关系 糖 蛋白 在 生物 体内 担负 着 多 种 多 样 的 功能 ( 表 3 一 7 和 3 一 8 ) 。 有 的 功能 与 蛋 自 质 部 分 有 ” 关 ， 有 的 功能 则 与 粳 有 关 。 表 35 一 8 ”细胞 膜 表面 的 一 些 糖 蛋白 em | | 糖 蛋 白 血型 物 质 红细胞 ，，| Mie 输 | Na*\K*-ATP 本 等 A,B, Him, MN 抗原 受 体 | MI 抗原 作为 病毒 和 异 源 凝 集 素 受 体 ) | 膜 抗 原 | 组 织 相 容 性 抗原 、Thy 一 1 抗原 (了 细胞 等 =e as | 受 体 抗体 〈 作为 抗原 受 体 ) 、 异 源 凝 集 素 受 体 、 胰 岛 素 受 体 、 补 体 受 体 脂肪 细 胸 ”| 受 体 | 胰岛 素 受 体 mai | 受 休 | 胰岛素 受 体 、 去 哈 液 酸 鲁 蛋白 受 体 间 质 细胞 “| ok | 绒毛 膜 促 性 腺 激素 受 体 、 促 卵泡 激素 受 人 甲状 腺 细胞 | 受 体 | 促 甲状 腺 激素 受 休 mam | 受 体 | 大肠 杆菌 受 体 糖 链 部 分 的 某 些 组 分 如 唾液 酸 、 糖 醋酸 、 硫 酸 基 等 在 生理 条 件 下 带 负电 荷 ， 从 而 使 得 生 149 物 大 分 子 或 细胞 表面 具有 特殊 的 理化 性 质 ， 例如 上 述 粘 蛋白 中 的 糖 链 就 起 到 了 这 种 作用 ;由 于 糖 链 与 肽 链 的 结合 ， 因而 改变 了 生物 大 分 子 及 细胞 与 水 的 相互 作用 ， 秽 咎 多 苞 灶 面 的 糖 蛋 白 以 及 糖 脂 增加 了 细胞 表面 的 亲 水 桂 ， 使 细胞 在 机 体内 和 大 量 存 在 的 水 能 统 一 成 为 一 个 整 Ph. 糖 链 在 生物 体内 最 重要 的 作 用 在 于 识别 和 通讯 ， 因此 有 人 称 糖 链 是 细胞 表 面 的 化 学 天 线 ， 以 此 来 形容 糖 链 和 细胞 通讯 、 识 别 的 关系 。 二 、 脂 蛋白 REIS OS He S15 EAR PLE CMa A (Lipoproteins), EMRE, MARR 个 是 包头 价 键 的 方式 结合 的 ， 它 们 之 间 主要 靠 一 些 次 级 键 来 维 条 RAS ET A 生物 膜 中 。 因 此 ， 可 将 脂 蛋 白 分 为 血浆 脂 蛋 白 和 膜 脂 和 蛋白 。 = IL ABA (Plasma lipoproteins) 能 通过 血液 在 各 组 织 之 间 运 输 不 深 于 水 的 脂 类 。 A 类 的 血浆 脂 蛋 白 可 分 为 四 种 主要 的 类 型 ， 它们 的 组 成 、 大 小 和 密度 均 不 相同 《 表 2 一 4 )。 颗 ， BLK, {EL 2s SE Soe] Je FL BE OL (Chylomicron), GAIRKEBS, BARSEBD. RE | 最 小 ， 但 密度 最 大 者 是 高 密度 脂 蛋 白 (High-density lipoproteins, fy# HDE)， 它 含 脂 类 ， 最 少 ， 而 含 蛋白 质 最 高 。 其 他 两 种 是 极 低 密度 脂 蛋 白 (Very-Low-density lipoproteins, 简称 VLDL) fi (& % EE § BH (Low-density lipoproteins, (4# LDL), 这 类 脂 蛋 白 在 ASLAN, AMA AMARA, BAP Ream 甘油 或 胆 当 醇 酯 构成 的 核心 ， 在 这 个 核心 的 周围 是 一 层 蛋白 质 、 磷 脂 和 胆 化 醇 ， 其 极 性 部 分 暴露 在 脂 蛋白 的 表面 . —* SRSA ARAMA, 可 得 到 蛋白 质 部 分 。 脱 去 脂 类 的 蛋白 谋 就 叫做 脱 答 吾 蛋白 (apoprotein) 或 载 脂 蛋白 。 目 前 所 知 的 脱 辅 基 蛋 自 及 其 特性 列 于 表 3 一 9。 aan FL BE GOURDS 5S Pe FE DA MA JE = Be tt eh A 6 wor 磷脂 8 酯 运送 到 其 他 组 织 中 去 。 极 低 密度 脂 蛋白 〈VEDL) 也 以 类 似 的 方式 把 脂 类 从 肝脏 转运 到 其 他 组 织 中 去 。 这 两 种 富 含 三 酰 甘 油 的 脂 蛋 白 颗粒 可 被 脂 蛋 白 脂 酶 -(Eipo= protein lipase) 降解 。 脂 蛋白 脂 酶 是 一 种 胞 外 酶 ， 在 许多 组 织 《 例如 脂肪 组 织 、 心肌 和 骨 有 骆 肌 、 乳 腺 ) 的 毛 细 血 管内 都 很 活跃 。 脂 蛋 和 脂 酶 催化 三 酰 甘 油 术 解 ， 产 生 脂 酸 和 2- 单 酰 甘 油 。 脂 蛋白 脂 酶 可 被 脱 辅 基 鼻 和 白 C- TI 专 一 性 激活 ， 脱 辅 基 蛋 白 C 一 工 是 结合 在 乳 麻 微粒 和 极 低 密度 脂 蛋 白 中 的 。 结 果 ， 脂 蛋白 脂 酶 就 把 由 这 两 种 血 图 3 一 64 人 血浆 脂 蛋白 的 结构 ““ 浆 脂 蛋 白 运 来 的 三 酰 甘油 水 解 成 脂 酸 和 2- 单 酰 甘 酒 ;在 心脏 和 脂肪 组 织 中 ， 脂 酸 可 用 来 产生 能 量 或 作为 三 酰 和 油 的 组 分 贮存 起 来 。 脂 酸 亦 能 在 同 白 蛋白 结合 后 转运 到 其 他 组 织 中 去 。 当 这 两 类 脂 蛋 白 失 去 三 酰 甘 油 时 则 颗粒 变 小 ， 某 些 表面 分 子 ( 脱 辅 基 蛋白 、 奢 脂 池 被 转 Sl BES eA WE, 低 密 度 脂 蛋 白 (LDL) 的 主要 的 功能 是 转运 血 桨 SE. ER A R45 BY 150 IMS. R3—S3 大 体 主 要 脂 蛋白 的 脱 辅 基 蛋白 的 特性 || 血浆 中 的 浓度 eae 7 # aA i ¢me/a00m1) SRR AI | 28300 pe HDL Pi ERE (64%); 含 245 个 氨基 酸 ，- | RAMA, FEI LCAT* HDL 中 的 主要 蛋白 质 (20% ); 由 两 条 相同 A—I |17400 40 的 具 77 个 氨基 酸 的 肽 链 构 成 ， 由 残 基 6 借 二 硫 键 相 连接 B | | 80 | LDL ity 8 Be ts 3 eee? ear, he a OS Nee C—I | 7000 | 6 | STP AER C 一 工 | 10000 | 3 | 含 80 一 85 氮 基 酸 ;激活 脂 蛋 白 脂 酶 C—II | 9300 | 12 | 含 77 个 氨基 酸 以 及 Gal, GalNAc, NeuNAc 等 糖 类 D | 35000 | 10 | 作为 胆 人 省 醇 酷 的 转运 蛋白 ;与 HDL 和 LCAT FX E | 35000 | 5 | HEAR WIRE ” LCAT 是 卵 磷脂 : 胆 省 醇 酰基 转移 酶 低 密 度 脂 蛋白 从 血浆 中 转移 到 肝脏 和 肝 外 组 织 中 。 体 外 实验 表明 ， 人 体 皮肤 成 纤维 细胞 原生 质 膜 上 的 专 一 性 受 体能 与 低 密 度 脂 蛋白 结合 ， 并 将 低 密度 脂 蛋 白 颗 粒 吞噬 ， 在 与 溶 酶 体 融合 Sey 其 可 被 溶 酶 体 中 的 蛋白 梅 和 溶 酶 体 酸 性 脂 酶 作用 而 降解 ， 胆 省 醇 及 其 衍生 物 从 溶 酶 体 扩 BH, AEA 有 -羟基 -B- 甲 基 戊 二 酸 单 酰 CoA 还 原 酶 的 活性 ， 并 激活 酰基 CoA: fA 醇 酰 基 转移 酶 (ACAT) 的 活性 。ACAT 能 俱 化 胆 第 醇 酯 的 合成 ， 合成 的 胆 省 醇 酯 便 贮 存在 细胞 内 。 胆 省 醇 及 其 衍生 物 也 能 抑制 低 密 度 脂 蛋 自 受 体 的 合成 ， 因 而 限制 了 低 密度 脂 蛋白 的 ， ”吸收 。 高 密度 脂 蛋 白 的 主要 作用 是 转移 和 消除 胆 仇 醇 及 其 酯 类 。 当 高 密度 脂 蛋白 从 肝脏 分 泌 进 六 到 血浆 时 ， 它 几乎 没有 胆 人 省 醇 酯 。 这 种 “初生 ”的 高 密度 脂 蛋 白 颗 粒 因 在 它 的 内 部 积累 胆 ”和 举 醇 酯 而 转变 成 球形 颗粒 。 胆 省 醇 酯 的 形成 是 由 卵 磷脂 : 胆 省 醇 酰 基 转移 酶 (LCAT) 催 化 的 。 该 酶 是 一 种 糖 蛋白 ， 分 子 量 为 59, 000。LCAT 与 高 密度 脂 蛋 白 (HDL) 结 合 ， 并 可 被 脱 辅 基 蛋 自 A 一 1 激活 。 另 一 种 能 与 LCAT-HDL 复合 物 结合 的 是 脱 铺 基 蛋白 D， 它 是 一 种 有 明光 醇 酯 转移 蛋白 。 目 前 认为 胆 人 省 醇 酯 在 HDL 中 形成 之 后 ， 脱 辅 基 蛋白 D 催化 胆 省 醇 酯 WM ADL 转移 到 VLDL 或 LDL 中 去 。 在 稳 态 的 情况 下 ， 由 LCAT 催化 合 成 的 胆 省 醇 酯 能 被 转移 到 其 他 脂 蛋白 上 ， 并 进一步 被 分 解 。 血浆 脂 和 蛋白 的 异常 ， 反 映 出 脂 类 代谢 的 改变 。 所 以 在 临床 上 常 通过 测定 血浆 脂 蛋 自 量 的 变化 来 辅助 诊断 某 些 疾病 。 2. 膜 脂 蛋白 15] 大 多 数 膜 约 含有 40% 的 脂 类 和 60% 的 蛋白 质 。 不 同类 型 的 膜 ， 脂 类 与 蛋白 质 的 比例 差异 较 大 。 每 一 种 类 型 的 膜 含有 几 种 或 十 所 种 蛋白 质 或 多 肽 ; 膜 脂 蛋 自 可 分 为 两 类 ， 一 类 是 膜 外 周 重 白 ， 仅 与 膜 表面 疏松 地 接触 ， 可 用 温和 的 提取 方法 很 容易 提取 出 来 ;外 一 类 是 镶嵌 在 膜 中 的 镶嵌 蛋白 ， 这 类 蛋白 与 脂 类 结合 紧密 ， 膜 脂 蛋白 中 的 蛋白 质 大 多 属于 糖 蛋白 类 。 膜 脂 蛋 白 中 的 脂 类 也 不 止 一 种 ， 主 要 是 磷脂 ， 其 次 是 糖 脂 。 此 外 有 的 膜 还 含有 胆 作 醇和 三 酰 甘油 。 BREA ERS 和 功能 中 占据 着 十 分 重要 的 位 置 ， 是 分 子 生物 学 研究 的 领域 之 一 一 2 152 第 四 章 核 酸 第 一 节 “核酸 概述 1869 年 ， 瑞 证 青年 科学 家 FeMiescher 在 研究 细胞 核 的 化 学 成 分 时 ， 从 脓 细 胞 的 核 中 发 现 了 一 种 以 前 从 不 知道 的 含 磷 特 别 丰 富 的 物质 ， 当 时 ， 他 称 其 为 核 素 Couclein). 后 来 通过 分 析 ， 发 现 这 种 核 素 显 酸 性 ， 于 是 就 称 为 核酸 (Nucleicacid ) 。 核 酸 象 蛋 自 质 一样 ， BTS FAR RERMWERE RAT. Alt, RRS RRM. 核酸 可 分 为 两 种 不 同 的 类 型 ， 即 脱氧 核糖 核酸 ( Deoxyribonucleic acid， 简 称 DNA) ABH ELF Ribonucleic acid, faj#RNA). RNA 根据 其 生物 功能 的 不 同 又 可 分 为 信使 核糖 核酸 (Messenger RNA， 人 简称 mRNA)、 转 移 核 糖 核酸 (Transfer RNA, 简称 tRNA) 和 核糖 体 核 糖 核酸 ( Ribosomal RNA, 简称 rRNA) 。 这 两 类 核酸 在 所 有 植物 和 动物 中 都 同 时 存在 。 在 细菌 中 也 存在 这 两 类 核酸 。 但 是 ，DNA 和 RNA 在 细胞 中 的 分 布 是 有 差别 的 。 在 真 核 细 胞 ( Eucaryotic cell) 内 ，DNA 主 可 存在 于 缅 胞 核 染色 体 ( Chromosome ) 中 ， 称 为 染色 体 DNA， 在 其 他 细胞 器 内 ， 如 叶绿体 、 线粒体 等 也 含有 它们 自身 的 DNA。 在 原 核 细胞 ( Procaryotic cell) 内 ， 因 无 细胞 核 ， 染 色 体 DNA 存在 于 细胞 质 中 ， 在 细菌 细胞 内 还 有 一 类 分 子 较 小 的 DNA， 例 如 质粒 ( Plasmid ) DNA 等 。RNA 主要 分 布 在 细胞 质 市 ， 在 细胞 核 内 也 有 存在 ， 大 部 分 集中 在 核 仁 (nucleolus ) 上 。 无 论 是 DNA， 还 是 RNA 在 细胞 内 都 与 蛋白 质 结合 在 一 起 ， 成 为 核 蛋白 体 。 病毒 是 蛋白 质 和 核酸 组 成 的 复合 体 。 病 毒 所 含 核酸 的 类 型 因 不 同 病 毒 而 有 别 。 就 一 种 病 Sie, CHARS .DNA， 要 么 只 含有 及 NA， 不 可 能 同时 含有 二 者 。 所 以 )， 按 所 含 核 酸 的 类 型 ， 将 病毒 分 为 DNA 病毒 和 RNA 病毒 。 多 数 细 菌 病 毒 属于 DNA iS. KBD 物 病毒 为 人 NA 病毒 。 在 动物 病毒 中 ， 有 的 属于 DNA ja, AWB RNA 病毒 。 在 核酸 被 发 现 后 的 75 年 间 ， 核 酸 的 研究 进展 十 分 缓慢 ， 对 它们 在 生物 体内 的 作用 一 直 认 识 不 足 。 直 到 1944 年 ，Avery 及 其 同事 通过 有 名 的 细菌 转化 实验 , 证 明了 DNA 是 一 种 遗传 物质 ，DNA 才 重 新 开始 被 人 们 重视 。 这 一 发 现 虽 然 晚 ， 但 却 为 核验 的 生物 学 研究 开拓 了 新 的 领域 。 就 RNA 而 言 ， 它 在 细胞 内 的 特殊 的 生物 学 作 用 直到 本 世纪 五 十 年 代 后 期 才 被 确 定 。 它 在 蛋 和 白质 生物 合成 中 起 着 突出 的 作用 。 1953 年 ，Watson 和 Crick 根据 Chargaff 等 入 所 揭示 的 碱 基 组 成 规律 ， 并 结合 DNA Ath atk 和 X- 射 线 衍射 分 析 ， 提 出 了 著名 的 DNA 双 螺 旋 结 构 模 型 ， 从 而 揭示 了 DNA 分 子 作为 一 种 遗传 物质 贮存 和 传递 信 息 的 化 学 机 制 。 1958 年 ， Meselson 和 Stahl 用 '°N 标记 的 大 肠 杆 菌 DNA 首次 证 明了 DNA WARE RAE RB BS ili] ( Semiconservative replic- ationm) 方 式 进 行 的 ， 即 新 合成 的 DNA 分 子 有 一 半 是 旧 的 , 另 一 半 是 新 的 。 这 一 工作 为 遗传 信 息 的 稳定 和 传递 提供 了 强 有 力 的 证 据 ， 从 而 进一步 证 明了 DNA 双 螺 旋 结 构 模 型 是 正确 的 。 153 1960 一 1961 年 ， 在 发 现 DNA 指导 的 RNA BAGH 基础 上 ，Jacob 和 Monod 提出 了 转录 (Transcriptian ) 的 概 念 。 细 胞 内 的 各 类 RNA 都 是 以 DNA 为 模板 ， 在 RNA RG 酶 的 催化 下 合 成 的 。 所 以 ，RNA 是 DNA 转录 的 产物 。 同 时 ，Jacob 和 Monod 还 提出 了 原核 基因 (〈 Gene ) 表达 及 调节 控制 的 操纵 子 ( operon ) BB, A 基因 表达 的 调节 控制 提出 了 分 子 机 制 ， 为 从 分 子 水 平 上 研究 生物 的 分 化 和 发 育 起 了 很 大 的 推动 作用 。 其 后 ， 经 过 将 近 十 年 的 努力 ， 搞 清楚 了 Crick 等 人 在 五 十 年 代 后 期 提出 的 遗传 信息 怎样 贮 存在 基因 的 核 背 酸 顺 序 中 ， 以 及 信息 如 何 被 用 来 指令 蛋白 质 多 肽 链 的 一 级 结构 的 假说 。 遗 传 密码 的 译 解 是 本 世纪 最 大 的 科学 贡献 之 一 ， 它 把 核酸 与 蛋白 质 之 间 的 关系 紧 紧 地 联系 在 一 起 了 。 CMEKM, H+ Temin 和 B+ Baltimore 各 自 单独 证 明了 致癌 的 RNA 病毒 产生 了 一 种 反 向 转录 酶 (Reverse transcipase)， 它 能 利用 单 股 RNA 病毒 基因 组 为 模板 合成 DNA， 即 RNA 一 >DNA。 反 向 转录 酶 ( 即 RNA 指导 的 DNAR AB) 的 发 现 ， 更 加 完善 了 Crick 于 五 十 年 代 后 期 提出 的 信息 流向 的 中 心 法 则 (〈 Central dogma ) (B4—1). MB4—1 HTT 以 看 出 ，DNA 所 携带 的 遗传 信息 通过 自我 复制 ， 能 够 一 代 一 代 传 下 去 。| GB 又 可 以 通过 转录 把 遗传 信息 传 给 RNA， 然 后 以 RNA 为 模板 指导 蛋白 质 的 侣 成 ， 从 而 表现 出 它 的 遗传 性 状 。 | DNA agaist re ihe 1 RNA 一 -一 一 和， 下 白质 反 转 录 必 4 图 4 一 1 遗传 信息 的 转移 -一 中 心 法 则 。 实 线 箭头 表示 在 所 有 细胞 中 都 普遍 出 现 的 转移 ! ”、， 虚 路 箭头 代表 在 某 些 RNA 病毒 染 感 的 细胞 中 出 现 的 转移 。 由 于 不 存在 任何 蛋白 质 能 自我 复制 并 作为 模板 合成 DNA 或 RNA 的 证 据 ， 因 此 ， 中 心 法 则 假定 蛋白 质 的 信息 内 容 是 不 能 转移 的 。 核酸 结构 与 功能 的 研究 ， 是 分 子 生物 学 的 主要 内 容 之 一 ， 受 到 生物 化 学 家 和 分 子 生 物 学 家 的 高 度 重 视 。 因 此 ， 核 酸 结构 与 功能 的 研究 进展 也 是 相当 迅速 的 。 七 十 年 代 以 后 ， 由 于 核 核 限 制 性 内 切 酶 的 发 现 和 DNA 体外 重组 技术 的 兴起 ， 核酸 序列 分 析 方法 的 突破 ， BRA 于 合成 的 成 功 ， 极 大 地 推动 了 核酸 研究 工作 。 在 这 期 间 ， 又 揭露 出 分 子 生物 学 申 的 许多 重大 间 题 ， 例 如 基因 重 释 、 插 入 序列 、 通 读 翻译 、 左 旋 DNA 等 等 。 这 些 问 题 看 来 都 与 基因 表达 的 调节 控制 有 着 密切 关系 ， 甚 内 容 还 有 待 进一步 研究 。 核 酸 与 蛋白 质 的 相互 作用 也 受到 了 相 当 大 的 重视 。 随 着 核酸 的 结构 与 功能 的 研究 及 其 他 分 子 生物 学 研究 的 不 断 进 步 ， 对 大 分 圣 的 结构 与 功能 之 间 的 关系 必 将 会 有 更 深入 的 认识 。 第 二 节 ”核酸 的 组 成 核酸 与 蛋白 质 一 样 ， 是 由 许多 基本 单位 构成 的 生物 大 分 子 。 核 酸 的 基本 组 成 单位 是 核 苷 M ( Nucleotide), Bh LAT DRILFATER 酸 缩合 而 成 WB RAR (了 Polymucleo- tide) 。 154 一 、 核 酸 中 的 碱 基 1, WeiEDR C Pyrimidine bases ) 核酸 中 的 喀 啶 碱 主要 有 =A, BAR ME C Cytosine ) 、 尿 喀 啶 (uracil ) 和 胸 MAME (thymine) 。 这 些 喀 啶 碱 都 是 喀 啶 母 本 的 衍生 物 。 喀 啶 碱 环 上 原子 的 编号 过 去 用 旧 系 统 ， 现在 多 按 国际 规定 采用 新 系统 ， 本 书 亦 采用 新 系统 编号 。 mee (Pyrimidine) me ME CB AR BB) CIF RZ) flame ( Cytosine ) RUBE (uracil aE ( thy mine ) ( 2 一 酮 基 一 4 一 氛 基 喀 啶 ) (2, 4 一 二 酮 基 嗜 啶 ) ( 5— FAL RR ENE ) jamane sy DNA 和 RNA 所 共有 RMR AEF RNA 中 ; 胸 喀 啶 一 般 只 存在 于 DNA 中 ， 在 tRNA 中 也 少量 存在 。 2。 With ( Purine bases ) BRN SSRESARECASaSHH, CNRAESRAWTED. XMAPRE 43 DNA #0 RNA fF LF m | 了 ee NON ve 本 ae 1 v a: ae T CH H—C2 4C > / i c / 有 / NA NN ai: \n7\wn | | H H H mi ws (Purine ) fig news ( adenine ) iM. ( guanine ) 6- 3x FE WEE 2- 38 2 - 6 - ipl 3k MES 2a 7S WA SEE FY) OE MS i WE UE a EH TY ie Ae ed SR a A ER EN, 155 一 般 是 以 较为 稳定 的 酮 式 存在 。 这 对 于 核酸 分 子 中 氢 键 的 形成 是 非常 重要 的 。 但 是 ， 如 果 发 '” 生 互 变异 构 ， 就 会 产生 碱 基 蔡 换 作 用 ， 引 起 DNA 分 子 的 突变 。 尿 喀 啶 〈 酮 式 ) 3。 稀有 碱 基 ( Minor bases )， OH N C1 HN-\ CA y/ | H SUS C 烯 醇 式 ) OH cr PU PRM ME C Mie st ) ERE, RLRAMPES OME, LAESHS ERD ORE, HAHA RE. 核酸 中 的 稀有 碱 基 大 都 是 甲 基 化 的 碱 基 ， 它 们 都 是 在 核酸 生物 合成 之 后 经 过 甲 基 化 酶 修饰 而 成 的 。tRNA 含有 的 稀有 碱 基 约 占 tRNA 碱 基 总 量 的 5 %。 有 一 些 比较 常 见 的 稀有 了 碱 基 如 植物 DNA 中 含有 5- 甲 基 胞 喀 啶 ， 大 肠 杆菌 噬菌体 (Phage) 中 含有 5- 羟 甲 基 胞 喀 啶 ;tRNA 中 含有 5, 6 一 三 氢 尿 喀 院 和 6- PRRs, ApS tio ) NH, aH HA (RS ie A Se ANS iy fees eer Ng ox rer | H ge ve = A oN Se. 信 全书 H i H 5 - FA SE fie a he 5, 6— ARR 5-35 FA EE fled ae he ; oT NHy Pes oy'\ : | H sk | —H iy gt VON / | H H 6 FHA 1 — RL 156 ERASE FAM tRNA 中 发 现 一 种 极为 少 见 的 稀有 碱 基 ， 叫 做 Wye mE Cy), EA Aim Fa: CH,— 0 —CO—CH— NH—CO—O—CH, ia | CH, : | Pe NN biel: a LH 3 | m4 \ geet CH, 表 4 一 1 RNA 中 的 某 些 重要 的 烯 有 碱 基 1- 甲 基 腺 味 叭 5- 甲 氨基 -2- 硫 尿 喀 喧 2— FR SE ARIE 3- 甲 基 胞 喀 啶 6- 甲 基 腺 吓 叭 4- 甲 基 胞 喀 啶 6, 6 二 甲 基 腺 顺 叭 二 氢 尿 喀 啶 _ 6 — Fe DR fas 2 Jk 5— #8 2 DR ME net 6-H BRKT HRY 5-33 FB 2k fr ee 1- A 3 5 eS 2— Bit BR ME Mie 2-PE Sew 5=- 甲 基 胞 喀 喧 2, 2 一 二 甲 鸟 味 叭 5- 羟 甲 基 胞 喀 喧 7— A ES 2- 硫 胞 喀 啶 KK 6-2 FE WE SE RED 1-FEKREY Hee o>, FEMMARA—-ZLERMWHNES TED, ARKHES, RECARE: O O ij N—H Xx. H—N i H—N | / 7 | f iH | vias H% \n7% \n 04% \n7 \n o4\nN7% \n | | | | H H H H UR a MS Hy IS Rm eR ( Hy poxanthine ) ( Xanthine ) ( Uric acid ) =. BP ( Nucleside ) PRL MET 5 AL CAREER ERE iE BK TTD ph BEEP ry AR DP a, a 157 vy bl RNA. habit. 其 友 桔 组 分 十 0-D -核糖 ， 来 自 DNA reuW Bete, dime p-D-2- 脱氧 核糖 。 HOCH, O OH 和 二 区 | Y OH ae ere p-D- 核 糖 0-D-2- 脱 氧 核糖 核 苷 中 的 糖苷 键 是 B- 型 的 C 一 N 键 。 在 哮 啶 核 TH, CH RBWARE (CC, LW 基 ) 与 喀 啶 环 的 第 1 位 的 亚 所 基 脱 水 缩合 而 成 ; 在 腺 叭 核 苷 中 ， 由 成 糖 C: 上 的 苷 羟基 和 吃 WF LB 9 位 的 亚 氮 基 脱 水 缩 含 而 成 。 由 于 在 DNA 中 含有 脱氧 核糖 二 在 RNA 中 含有 核糖 ， 所 以 核 苷 有 脱氧 核糖 核 音 和 核糖 核 背 之 分 。 又 由 于 碱 基 种 类 不 同 ， 故 可 将 核 苷 分 为 喀 啶 核 背 和 嗓 吟 核 苷 。 表 4-2 列举 了 核酸 中 的 主要 核 苷 。X- 射 线 衍射 研究 证 明 ， 核 背 中 的 碱 基 垂 直 于 糖 环 平面 。 N / on Ho er JN“ SH mRNA 上 HOCH， exg HOCH， os x > i oH 一 H jal H OH OH” OH OH 机 WOME RE (ARE ) ， ae 1 CH oe ee HN] cy Lae O4\N7 SH Ne HOCH HOCH, S H oH H HI DLA Pa MERA SC fel PA FD Be ATR A EE C fei i BEAR ED 158 在 某 些 种 类 的 核酸 中 发 现 了 一 些 稀有 核 苷 。 表 4 一 2 DNA 和 RNA 中 的 核 苷 | 脱氧 核糖 核 间 碱 ， 基 胞 EE 尿 Me we 胸 喀 院 ‘ja ew & me WO Fie a pe EEF (Deoxycytidine) 脱氧 胸 喀 喧 核 昔 (Deoxythymidine) 脱氧 腺 味 叭 核 音 (Deoxyadenosine) Whi BSE BE (Deoxyguanosine) 表 4 一 3 列举 了 在 )RNA 中 发 现 的 几 种 稀有 核 Fie "a Mie AK EF (Cytidine) PRG Wie KF (Uridine) 一 -一 Iie CES AF (Adenosine) BUR RE (Guanosine) Se 2 tRNA chA APRS, SIBLBIRMROE BEE Co) OURS-B-D-BANE MERE» 人 它 的 术 糖 是 与 尿 喀 啶 的 第 5 位 碳 原 子 相连 。 这 种 C—C 键 比 一 般 的 C 一 N 键 稳定 ， 不 易 被 酸 水 放 。 表 4 一 4 RNA 中 的 稀有 核 苷 O 人 H—N\ N—H | \y 0o4\4N\H ke nv RE GER (BORE ) ( Pseudouridine ) =. BEB 1- 核 糖 基 胸 喀 喧 (1-ribosylthymine) 5— GE SE RE (5-ribosyluracil) 2-KRES EY (2-ribosylguanine) 2/-O- FRE fin ES AF (2’-—O-methyladenoine) 2/—O- FE 8, WR BE (2’-O-methylguanoine) 2/—O= FA 2 BR ie We HF (2/-Omethyluridine) 2/—-O-— FA i i Hg WE EF (2’-O-metnylcytidine) 2/—O— FH (BL BR me EE (2’-O-methylpseudouridine) 2/-O- 甲 基 -4- 甲 基 胞 喀 喧 核 音 (2’-O-methyl-—4—methlcytidine) 核 背 酸 是 由 核 苷 和 磷酸 脱水 缩合 而 成 的 ， 是 核 疹 的 磷酸 酯 。 1。 核酸 中 的 核 苷 酸 类 别 MBH, 由 于 糖 成 分 和 碱 基 成 分 的 不 同 ， 的 称 为 核糖 核 霸 酸 ( 恨 ibonucleotide ) ;含有 脱氧 核糖 的 称 为 脱氧 核糖 核 苷 酸 (Deoxyribo- ntcleotide 入 。 再 根据 碱 基 的 不 同 ， 又 可 分 别 顺 叭 核 苷 酸 和 喀 啶 核 苷 酸 。 FER tre 7, RIN AT DAR PS eT ey eee 到 四 种 脱氧 核糖 核 苷 酸 。 这 些 核 苷 酸 列 于 表 4 一 4。 由 于 核糖 核 音 的 糖 环 上 有 2/、3/、5“ 三 个 自由 的 醇 羟 基 ，) 押 以 可 以 和 磷酸 形成 三 种 不 同 的 核 音 酸 也 有 各 种 不 同 的 类 别 。 含有 核糖 159 %4—4 DNA 和 RNA 中 的 核 苷 酸 核酸 | 核 Ff PB 简称 ji WE £3 4 BC Adenosine monophosphate’ tk MR (AMP) ig 19, 54 4% $F AB (Guanosine monophosphate) &% ##R(GMP) i he AEF RRC Cytidine monophosphate) Hd #7 RB (CM P) Ree AFAR (Uridine monophosphate) RRC UMP) iS A EEO 4 AE (Deoxyadenosime monophosphate 脱氧 腺 苷 酸 (dAMP) coe bi 4, SS MS 4s EF WR (Deoxyguanosine monophsphate) | 脱氧 乌 苷 酸 (dGMP) Bi 45H RE 2% EF AB (Deoxycytidine monophosphate) |jhi 4 dF i (dCMP) is Ih MB hE AK FF 4B (Deoxythy midine monophosphate) |}ii 4 hig RM (dTMP) BTR, Wl’ —RTEL 3PM. BUR RE Laem 5/ 两 ARASH, AAs 3 一 脱氧 核 苷 酸 和 5 一 脱氧 核 苷 酸 。 生 物体 内 游离 存在 的 是 上 | ae SEE en eee ee ea we rele ——— ee —— 5/- 核 昔 酸 。 和 梅 成 核酸 大 分 子 的 核 音 酸 单位 也 是 5’ -BHR, vs 几 种 核 彰 酸 的 结构 如 下 所 示 : NHL. - NH, N ae g Ay A! Ci a \ pos) / 下 py ye O HASNNAANN HASNAANN 9 人 Po HOH.C 9 ; -O ~ dN, “A By > i ri NV NV OH OH O OH wey 并 | cia 5/- 腺 昔 酸 (5/-AMP) Pablo 3/- 腺 苷 酸 O- alana NH, i 0 4 H CH, ‘ant ye O 07 SN H O eA, 70-—P ORE 18g (O-P—0—HiC p! r i. | ay, < ; wee ad? HoHH H Hon Hi 5/— fib 9A Nes EF PR 5“- 脱 氧 胸 苷 酸 (3’-d CMP) (5’-d TMP) 160 2。 细胞 内 游离 的 核 昔 酸 及 核 彰 酸 衍生 物 在 细胞 内 ， 除 了 构成 该 酸 的 上 述 核 背 酸 外 ， 还 有 一 些 核 苷 酸 自由 存在 于 细胞 内 ， 它 们 具 有 很 重要 的 生理 功能 原音 酸 又 叫做 腺 一 磷 (AMP ) ， 在 细胞 内 它 可 以 进 一 步 磅 酸化 ， 形 成 腺 aN EOF BC RRR, |] ADP 表示 ) 和 三 磷酸 〈 简称 腺 =H, HH ATP 表示 ) 。AMP、ADP 和 ATP 的 结构 关系 可 表示 如 下 : | O O O H N N ; [oo 人 -one eT BO, |b: ners es ,| ay, 有 Hida dal Aa ' | AMP | erie tis | i ste ATP | SPS tI HF ATP M ADP BARNS TAMMEBENABE, KHAREEKEH TUE RR 高 的 自由 能 ， 每 克 分 子 的 ATP R ADP 未 端 磷酸 基 被 水 解 时 ， 其 标准 自由 能 变化 为 二 7;300 卡 〈 见 第 八 章 ) 。ATP 是 生物 体 内 能 量 利用 的 主要 物质 ， 参与 许多 重要 的 生 物化 学 反应 〈 见 代谢 各 章 ) 。 生物 体内 除了 ADP 和 ATP 外 ， 还 有 其 他 与 此 相 类 似 的 多 BRE SR, 如 GDP 和 GTP，CDP MCTP, UDP/MUTPS. 它们 在 不 同 的 合 成 代谢 反应 中 ， 作为 能 量 的 供 是 傈 。 与 上 述 核 替 酸 炸 对 应 的 还 有 dADP 和 dATP, dGDP 和 dGTP,| dCDP 和 dCTP， 以 及 dTDP 和 dTTP。 了 脱氧 的 或 不 脱氧 的 核 苷 三 磷酸 是 生物 细胞 内 合成 核酸 的 原料 。 生物 体内 还 有 一 些 重要 的 辅酶 如 烟 酰胺 腺 味 叭 二 核 苷 酸 ( NAD ), RARESI RA 。 酸 (FAD) 等 ， 都 是 核 音 酸 必 重要 衍生 物 。 在 “维生素 和 辅酶 ”等 章节 中 将 予以 介绍 。 生物 体内 还 存在 环 磷 酸 核 昔 酸 ， 其 中 以 3/,5/- 环 腺 苷 酸 ( 简称 环 腺 昔 酸 ， 以 cAMP 表 示 ) 和 3/, 5/- 环 鸟 苷 酸 〈 简称 环 鸟 苷 酸 ， 以 cGMP 表示 ) 研 究 得 较为 详 细 。cAMP 作为 激 素 作用 的 第 二 信使 ， 在 调节 物质 代谢 过 程 中 起 十 分 重要 的 作用 。cGMP 在 细胞 内 的 作用 虽 未 肯定 ， 但 也 受到 普遍 的 注意 。 、 161 W 了 N | 去 Saag AE sn ee eee Mie o—LoHE, Cet ee hea tee yaa cAMP cGMP 四 、 碱 基 、 核 茸 和 核 苷 酸 的 性 质 "| 1。 一 般 物 理性 质 咕 吟 碱 和 喀 啶 碱 为 无 色 固 体 状 物 ,， 熔 点 高 达 200 一 300* 。 比 较 稳 定 ， 不 会 被 稀 酸 或 稀 碱 破坏 。 在 有 机 溶剂 中 溶解 度 很 小 ， 在 水 申 的 溶解 度 也 不 大 ， 但 一 般 都 能 溶解 于 稀 酸 或 稳 碱 溶 液 中 。 核 昔 为 无 色 晶 体 状 物 ， 熔 点 也 很 高 。 不 溶 于 有 机 溶剂 。 旷 啶 核 苷 在 水 中 的 溶解 度 比 叮 叭 BK. 半生 下 用 RT RT ETI; Oo 含有 不 对 称 碳 原子 ， 故 其 溶液 具有 旋光 性 。 2. 核 苷 及 核 苷 酸 的 水 解 反 应 核 苷 和 核 昔 酸 中 的 糖苷 键 的 水 解 一 般 在 酸 溶液 中 进行 。 脱 氧 核糖 核 苷 比 核糖 核 苷 的 糖苷 : 键 易于 永 解 ， 呆 叭 核 苷 又 比 喀 啶 核 苷 更 易 水 解 。 经 研究 岛 苷 和 腺 苷 证 明 ， 酸 水 解 栅 制 首 先是 ms pee A(t, Aa C 一 N 糖苷 键 断裂 。 水 解 机 制 可 示 如 下 : - O ei N Ni . NOY \ ni i Na 站 \%u ‘ ME 3, begin 一 -一 一 HOCH, O HOCH, O ‘dae Key vi sald ny H, HOCH, O OH a AEE a ae NY, Waist uy Had # | H RR RET RM Ce 上 的 一 OH 有 一 个 拉 电 子 的 诱导 效应 。 诱 电子 效应 与 C 一 N MBI “ 汤 裂 的 效应 相反 ， 所 以 核糖 核 苷 不 及 脱氧 核糖 核 华 易于 水 解 。 其 诱导 效应 可 比较 如 下 ， He on ie fe 全 ote ge aA, by HOCH: 6 ) HOCH: vate NIN ine H H ) HH) Hoon uy H 5 al. NH, Ny ) HAY To On Ce : Ny ah Ng ZN HOCH, O ) HOCH, O |) nS, aie = LY OH H HH H 3。 紫外 吸收 特性 核 苷 和 核 苷 酸 的 碱 基 具 有 共 恩 双 键 结构 ， 故 核 苷 和 核 音 酸 在 紫外 光 区 具有 强烈 的 吸收 特 性 ;| 其 最 大 吸收 在 260 毫 微米 (am) 处 左右 。 由 于 碱 基 的 紫外 吸收 光谱 受 碱 基 种 类 和 解 离 状态 的 影响 ， 故 测定 核 苷 及 核 苷 酸 的 紫外 吸收 时 应 注意 在 一 定 的 PH 值 下 进行 。 利 用 碱 基 的 紫外 吸收 的 差别 ， 可 以 鉴定 各 种 核 苷 酸 。 163 age 2 A ey a eee | bs 4>-f Mike X 1073 图 4-2 WS me ea AE Ze pH7 时 的 吸收 曲线 例如 在 pH 7 测定 某 核 音 酸 溶液 移 A260 = 0.80，A280 = 0,121， 其 280/260= 0.121/0.80 = 0.15， 与 标准 比值 相 邓 照 ， 就 可 以 确定 此 核 苷 酸 是 5 AMP, 外 吸收 曲线 。 图 4 一 2 表示 各 种 碱 基 在 PH 7H (1 ) 核 苷 酸 的 鉴定 SAME, BARRERA TH EWR 的 吸收 曲线 ， 表明 它们 的 吸 收 峰 并 不 完全 重 合 。 因 此 ， 当 定性 测定 草 一 未 知 核 苷 酸 时 ， 可 是 以 分 别 在 250、260、280 和 290nm Kb Wl HIF | 光 值 ， 再 计 算出 相应 的 比值 ( 250/260、2807 260、290/260 )。 由 于 各 种 核 音 酸 都 有 特定 的 ， eNO BCR ESE RE C 即 消光 值 ) 比值 ( 见 表 4 一 5 ) ， 故 可 以 将 样品 测定 的 比值 与 已 知 的 标 上 准 比值 比较 ， 即 可 鉴定 样品 属于 何 种 核 苷 酸 。 “ 表 4-5 ES 250/260 | 280/260 | 290/260 5’-AMP 0, 85 0. 80 | 0, 22 0,15:. | 0,08 .. | amen 5’-GMP 1. 22 1,26 0.68 | 0,68 | 0,40 | 0,28. 1}. 5/-CMP 0.46 | 0,84 2,10 | 0,99 1,55 0, 30 5’-UMP 0.74 0. 73 0, 38 0.40 | 0,03 0, 03 (2 ) 核 苷 酸 的 定量 分 析 一 一 克 分 子 消 光 系 数 法 。 所 谓 克 分 子 消光 系数 是 指 工 上 克 分 子 浓度 的 核 苷 酸 溶液 在 革 一 “Gc eee 的 克 分 子 消光 系数 列 于 表 4- 一 6。 利 用 核 昔 酸 的 克 分 子 消光 系数 ， 可 以 根据 下 面 的 公式 计算 出 AMIN KER: 下 seo = A:ao CeoL 式 中 ，E:eo 代 表 某 核 苷 酸 在 260nm 处 的 克 分 子 消 光 系 数 As 代表 某 核 昔 酸 样品 在 同一 波长 下 的 消光 值 ; C 代表 某 核 华 酸 样品 的 克 分 子 浓 度 ; EL 代表 比 色 杯 内 径 ， 一 般 为 1 厘米 。 Pl. HIAMSAS’-AMP, MRA, 7 pH7, F260nm AEB se a BEC BOING HED A0.5C OD), 20m! 原液 中 的 5/=AMP 的 含量 。 解 ， 根据 上 面 的 公 代 164 xMxNxV HR ( aE) = a x 347,22 x 10 k 20 = 280 Sets Y ( 上 式 中 的 M 代表 克 分 子 量 ，N 代表 稀释 倍数 ，V 代表 原 芒 的 体积 ) 表 4-6 几 种 核 背 酸 的 克 分 子 消 光 系 数 和 分 子 量 % > + HGR / KR Sa eS: aie ve pH7 | pHe2 - Se SES eee 5’-A MP 15, 0x 103 14,2108 347, 22 A) Be 2 5"-GMP 11, 4x 103 11, 8x 108 363, 24 5’-CMP 7, 4x 10° 6, 2x 108 323, 31 Ly 5’-UMP 10, 0x 108 10, 0 x 108 324, 18 : ATP 15, 4x 108 14, 3x 108 506, 81 4, WOE. Rapa eE roe BS (19 碱 基 的 解 离 RE AL NOS RAL CH HE CON) 杂 原 子 以 及 -- 些 取代 基 具 有 结合 和 释放 质子 的 能 Ay PV 它们 既 具 有 碱 性 解 离 叉 具 酸 性 解 离 的 性 质 。 胞 喀 喧 环 上 的 C4 位 上 的 取代 基 毛 基 与 杂 环形 成 pew ee, ABH N。 上 的 电子 密度 增高 ，Ns 上 的 未 共用 电子 对 易 遭 受 质子 化 ae +A (N= —> —NH—)y 表现 出 碱 的 特性 。 JEN, 上 的 >NH 一 则 由 于 与 相信 >c-o p-r 共 罗 ， 并 参与 整个 杂 环 共 斩 体 系 ， 因 此 N， 上 的 氢 质 子 易于 释放 出 来 ， 呈 酸性 解 离 。 在 水 溶液 中 ， 胞 喀 啶 呈现 下 列 平衡 解 离 现象 。 NH, (NH, H pKa, =4.4 [4 H pKa, =12.2 NYS _~Ht pA 7 -HH:+ (NH. NH, as a Taek = Te a 尿 喀 啶 和 胸 喀 啶 上 无 氨基 ，N: 或 N, 只 能 作 酸 性 解 离 释 放 质 和子， 其 理由 与 胞 喀 啶 Ni 的 解 离 相 同 。 165 1 xe ta a pr ANAa has | Se H H O O Ay Dv is PKa=9,9 Di | Biadslidetael ae AN、 人 NA、H vgs: NH th ae PRESMOR Ni 可 以 接受 质子 ， 旦 碱 性 解 离 ， 其 理由 与 胞 喀 啶 Ni 的 解 离 相同 ， 而 No 则 呈 酸 性 解 离 ， 这 是 由 于 Na 的 未 共用 电子 参与 了 杂 环 的 共 斩 体 系 ， 其 电子 密度 相对 降低 ， 所 ” 以 N。 上 的 互 可 以 解 离 。 Sig ; H “ See Yee ae =9.8 fae (nny! ane! 和 RM H H BY N, 上 的 未 共用 电子 可 吸引 一 个 质子 而 呈 碱 性 解 离 。 但 ,Ni No 则 由 于 Cy 位 上 的 酮 基 的 影响 ， 使 其 旷 啶 环 部 分 的 电子 密度 降低 ， 所 以 不 能 再 接受 质子 。 但 鸟 嘎 叭 N 位 接 SAFRAN, 强 ， 因 此 ， 它 的 共 斩 酸 的 酸性 较 强 ， 其 pKa pt ReH pKa:. O 1 a ， N IN N ee 3 wie dl 人 AN Hi,N 下 有 a HH O o J ; N Ny pKa: = 9. 6 ON 了 NA PKas= 12, 3 ov Ny 可 天 [ta a Kt ae / 166 表 4 一 7 ”四 种 主要 核 苷 酸 的 可 解 离 基 团 的 pKa 值 Hy - 碱 基 环 上 一 N 王 一 第 一 磷酸 基 pKa fi | 的 PKa ttt | 的 pKa (i teat pKa ff 攻 碱 基 环 上 烯 醇 (2 ) 核 苷 的 解 离 核 苷 的 碱 基 上 由 于 成 糖 的 存在 ， 而 影响 各 解 离 | 基 团 的 解 离 。 例 如 腺 嘲 叭 核 疹 上 的 腺 味 叭 解 离 的 PKa 由 4.15 降 到 3.63， 胞 喀 啶 核 苷 上 的 胞 叶 喧 的 pKa, 由 4.4 降 到 和 15。 这 说 明成 糖 上 的 产 基 的 诱导 效应 MRT REA LR 原子 的 电子 窗 。 度 ， 增 强 了 它 的 酸性 解 离 。 | . ( 3 ) 核 苷 酸 的 解 离 核 苷 酸 中 碱 基 的 解 离 与 核 苷 相同 ， 但 额外 多 ”了 磷酸 基 的 两 个 解 离 基 团 ， 第 二 磷酸 基 和 第 二 磷 酸 基 。 几 种 主要 核 昔 酸 的 各 解 离 基 团 的 pKa 值 如 表 4 一 7 所 示 。 图 4 一 3 是 四 种 核 苷 酸 在 不 同 jpH 时 的 解 离 曲 Ro 从 图 可 以 看 出 ， 第 -一 磷酸 基 和 碱 基 环 上 的 H， ” 坟 N 一 的 解 离 曲线 交点 的 pH 值 是 二 者 解 离 度 刚 好 相等 的 ,pH 值 ， 即 是 说 ， 在 此 Hm, 2— H, 磷酸 基 解 离 所 带 的 负电 荷 数 刚好 与 一 N 一 解 离 而 带 的 正 电 荷 数 相等 。 在 这 个 pH 下 ， 第 二 翡 酸 基 尚未 解 离 。 所 以 ， 这 个 pH 值 应 为 该 核 苷 酸 的 等 AA, 核 苷 酸 此 时 以 两 性 离子 形式 存在 。 当 pH 图 4 一 3 核 苷 酸 的 解 离 曲线 a 为 一 第 棍 酸 基 的 解 离 ;b 为 第 二 磷酸 基 H, AY ft Ss 为 碱 基 上 一 N 一 的 解 离 ; d 为 烯 醇 式 羟基 的 解 离 。 Hy 值 小 于 该 核 苷 酸 的 等 电 点 时 ， 第 一 磷酸 基 解 离 度 降低 ， 负 电荷 减少 ; 而 一 和 一 的 解 离 度 则 得 到 加 强 ， 即 正 电荷 增多 。 这 时 ,， 整个 核 苷 酸 带 正 电荷 .” 相反， MR pH 大 于 该 核 苷 酸 的 等 my 电 点 ， 则 一 N 一 上 的 A BOER, ERROR, RPI R, Bete 酸 就 带 负 电荷 。 现 以 胞 喀 啶 核 苷 酸 为 例 来 说 明 上 述 的 解 离 情况 ， 167 | | Ke, =0. Se a soa 50 Hilda \W | - H* 如 \W | < + H+ | fYN“NH f SN H O O | | aie ae O ~“O—P—O—CH, O | OH me OH A H WA H Wa H Ea H H | /H OH OH OH OH CH) C+e-) PKg, = 4.24 : + Ht -H*. ‘ pepe Sok pK,, = 5.97 ZA vyH y) N | ~H* 让 | +H* | . ANANH SSN“NH O O | | SS Lega ely O adie single O Gs= 次 OH wt A H «Hh ne H H ‘ OH OH OH OH (《 eas ) ( = ¥ 研究 核 苷 酸 的 解 离 特性 对 于 分 离 提纯 核 昔 酸 具有 重要 的 意义 。 从 它们 的 解 离 曲线 (A 4 一 3 ) 和 pKa 值 ( 表 4 一 7 ) 来 看 ， 在 pH2.0 一 5.0 之 间 ， MARERH S—ABRENLPE H, | 全 解 离 y 第 二 磷酸 基 九 乎 处 于 尚未 解 离 的 状态 ， 而 带 正 电荷 的 一 人 一 在 此 范围 内 的 解 离 各 不 相同 。 在 pH3.5 时 ， 第 一 磷酸 基 已 完全 解 离 ， 带 1 个 单位 的 负电 荷 ， 第 二 磷酸 基 尚 未 解 离 ， fe BERN — Nhe mee He AE EL, 43 HA CMP( +0, 84) >AMP(+0,54)>GMP (+0.05)>>UMEF(0)。 各 核 苷 酸 的 总 净 电 荷 分 别 为 AMP 的 总 净 电 荷 =-1+0.54= 一 0.46 GMP 的 总 净 电 荷 =-1+0.05= -0.95 CMP 的 总 净 电 荷 =-1+0.84= -0,16 168 UMP 的 总 净 电 荷 =-1+0= -1 ZH, 所 有 核 童 酸 都 带 止 负电 荷 ， 且 带 负电 荷 的 多 少 各 不 相同 ， 厦 pH3.。5 的 缓冲 液 下 进行 电泳 ， 它 们 便 以 不 同 的 囊 度 向 正极 移动 ， 从 而 可 以 将 它们 完全 分 弄 移动 的 速度 是 UMPH GMP>AMPSCMP, — 2. 用 离子 交换 树脂 分 离 核 彰 酸 时 ， 也 是 利用 它们 在 不 同 pH 值 下 的 解 离 程度 的 差别 。 当 用 阳离子 交换 树脂 分 离 上 述 四 种 核 苷 酸 时 ， 先 月 低 pH 值 (例如 pHi ) 处 理 ， 使 它们 都 带 上 ， 正 电 荷 CUMP 除外 ) ， 结 合 在 树脂 上 。 然 后 用 梯度 缓冲 液 进行 洗 了 脱 。 随 着 缓冲 液 pH 值 的 升 高 , 核 苷 酸 的 正 电荷 数 降低 。 依 正 电 荷 降低 的 速度 不 同 而 洗 脱 下 来 的 顺序 也 不 相同 。UMP 因 下 带 正 电荷 ， 首 先 被 洗 脱 下 来 ， 接 着 是 GMP 泣 第 三 个 被 洗 脱 下 来 的 应 是 AMP。 最 后 洗 下 来 的 是 CMP。 但 是 这 两 种 核 苷 酸 的 洗 脱 顺 序 刚 好 粮 反 。 因为 味 叭 环比 喀 啶 环 同 交换 树脂 的 非 极 性 吸附 大 三 倍 ， 抵 消 了 它们 之 间 的 正 电荷 的 差别 从 故 实际 洗 脱 顺序 是 ，UMP-~>GMP 一 CMP->AMP。 \ aH 核酸 的 共 价 结 构 a 核酸 是 由 核 着 酸 构成 的 生物 大 分 子 。 虽 然 核酸 不 象 蛋白 质 那样 种 类 繁多 ， 而 且 核酸 的 构 成 单位 核 苷 酸 也 只 有 四 种 ， 不 象 蛋白 质 那 样 售 有 约 20 种 氨基 酸 ， 但 是 为 什么 核酸 能 够 指令 编 镁 各 种 蛋 自 质 呢 ? 对 于 这 样 的 问题 的 同 答 必须 有 圳 于 对 核酸 结构 的 认识 。 =, oe BR CDNA 和 RNA ) 是 由 核 音 酸 通 过 3, 5/— BRA AE ( phosphodiester bond ) 连 芒 而 成 的 生物 大 分 子 。 这 个 结论 是 经 过 一 系列 的 实验 得 国王 的 :本 < 根据 核 苷 酸 的 组 成 和 结构 ， 核 苷 酸 单位 之 间 连 接 的 : i| 方式 有 下 列 几 种 可 能 性 。 B= =O Pun O—-+ BRN RIE SBP EMH LY \ | ROSIE BU IE RCI ARE C UBER CMR D ) 。 te as Senay ORE RURREM AT REMMI LWW 人 氨基 形成 兢 酸 酰胺 键 。 LA" Ne — 轿 一 个 核 背 酸 的 磷酸 基 和 另 一 个 核 苷 酸 碱 基 上 的 烯 Al 全 px BRIE IE Za] RC AGEN A “a Calin ee. oth a: 图 核 苷 酸 之 间 的 戊 糖 以 栈 键 相连 。 | OUERZARBLE MRAM. On 4B, JA at N/E ie DNA 的 酸 碱 滴定 曲线 Si, RR TRRRRLRRPRERNRATN ma—4 BRERMEMTM MMA 这 样 一 个 结论 。 (序号 见 正文 说 明 ) 169 HCl 图 4 一 5 /)\4 foie DNA 的 酸 碱 滴定 曲线 图 4 一 5 是 小 牛 胸腺 DNA 的 酸 碱 滴定 曲线 。 从 该 图 可 以 看 出 ， 在 pH6 一 8 之 间 ， 只 要 稍 加 入 一 点 酸 或 碱 ， pH 值 立即 发 生 很 大 的 变化 。 表 明 在 这 个 pH 范围 内 ,DNA 分 子 没 有 可 滴 定 的 基 团 与 滴 加 的 酸 或 碱 作 用 ， 所 以 使 溶液 的 pH 值 迅速 改变 。 这 个 pH 范围 应 是 第 二 磷酸 基 的 解 离 范围 。 这 说 明 在 DNA 分 子 中 没有 第 二 磷酸 基 自 由 存在 ， 而 是 处 于 结合 状态 。 这 表 明 磷 酸 酯 键 可 能 是 核 苷 酸 之 间 的 连接 键 ， 同 时 也 就 排除 了 醚 键 的 可 能 性 。 在 PH6 一 2 之 间 ， 清 定时 pH 变化 很 慢 ， 即 存在 “缓冲 区 ”， 表 明 有 可 滴定 的 基 团 存在 。 这 个 pH ee ee < 一 > —N=+H* 的 解 离 范围 。 这 说 明 DNA 77 中 的 碱 基 上 的 一 N 一 没有 参与 成 键 结合 。 这 样 就 否定 了 磷酸 酰胺 键 的 可 能 性 ;4 在 pH8—12 Zia], REN pH 变化 也 很 慢 ， 即 是 说 也 存在 一 个 “RR”, RAAT 滴定 的 基 团 存在 * 这 个 pH 范围 应 该 是 碱 基 上 烯 醇 式 羟基 的 解 离 范围 说明 DNA 分 予 中 的 ee Ae eC aE aha BA SSR. XR ET PRRs 的 可 能 性 。 此 外 ， PSUR, $e pK。 值 约 在 1 左右 ， 表明 核 音 酸 上 的 第 一 确 酸 基 没 有 被 结合 , ; 焦 磷酸 键 是 不 可 能 的 。 由 十 述 分 析 可 见 ， 磷 酸 二 酯 键 是 唯一 可 能 的 成 键 方式 。 至 于 核 苷 酸 之 间 的 成 键 位 置 ， 可 通过 专 一 性 的 核酸 酶 对 核酸 的 作用 而 证 实 。 当 用 蛇毒 磷 酸 二 酯 酶 处 理 核酸 时 ， 得 到 的 产物 是 四 种 核 昔 -5/- 磷 酸 (OB BER ) 的 混合 物 5 这 表明 核 苷 酸 之 间 的 键 与 成 糖 土 的 Cw 位 置 有 关 。 当 用 牛 脾 磷 酸 二 酯 酶 水 解 核酸 时 ， 产 生 核 背 辣 亿 | 170 RB 3/- 核 苷 酸 )。 这 表明 核 昔 酸 之 间 的 键 与 戊 糖 上 的 Cr 位 置 有 关 。 综 合 这 两 种 酶 作用 的 结果 ， 就 证 明了 核 苷 酸 之 间 的 连接 键 的 位 置 是 3/-5/， 核 酸 就 是 通过 核 苷 酸 之 间 的 3 5’- 磷酸 二 酯 键 连接 而 成 的 大 分 子 。 二 、 核 酸 共 价 结构 的 表示 法 ,图 4 一 6(a) 和 (c) 是 核酸 一 段 共 价 结构 的 线 型 模式 结构 ”如 图 所 示 ， 核 酸 是 许多 核 苷 酸 的 聚合 物 ， 因 此 ， 核 酸 的 共 价 结构 ( 即 它 的 化 学 结构 或 一 级 结构 ) 常 称 为 多 聚 核 苷 酸 。 多 聚 核 苷 酸 有 两 个 末端 ， 一 端 叫做 5/- 端 ， 另 一 端 叫 做 3/- 端 。 为 了 方便 ， 通 常 将 多 聚 核 苷 酸 写 成 缩写 形式 。 书 写 多 聚 核 昔 酸 时 一 般 从 5/- 端 到 3/- 端 。 图 4 一 6(b) 和 (d) 是 核酸 共 价 结构 的 简化 形式 。“P” 写 在 碱 基 的 左边 ， 表示 “P2” 在 Ce' 位 5? §' 4 9 0-P-or ry Pe 腺 xg Ped 溉 ws CH: 0. ¥ CH2 0 六 HH -了 7 H 3 4 pte OH iw 他 0=P- 8, Oy'-O8 eed. Jor 他 pS 0 r 叭 啶 te to ae PS we mE 3? 了 H HY! SS Ky 8 Ry PIP OH ‘he fp fp / O=P-OH or 3 S$" CH 0、_ WE du, OV 院 (b> / (d) H H HNE_ BA H H OH / O= OH 0=P-0H h, (4, 0 Es 《ao a CHz-0 K y, H 了 | a H 下 3’ : (e) 图 4 一 6， 核 酸 的 共 价 结构 及 其 表示 (a) 和 (b) 人 代表 DNA HARARE; (c) 和 (d) 代 表 RNA 的 多 聚 核 背 酸 链 。 十 ， 若 “P” 写 在 碱 基 的 在 边 ， 则 表示 “P2” 在 Cy 位 上 。 若 在 5- 端 和 3- 端 没有 磷 栈 基 团 ， 也 可 以 表示 为 5/…ACTG，…3'4。 这 些 不 同 的 表达 形式 是 强调 分 子 的 碱 基 顺 序 和 内 容 。 上 上 述 慎 171 写 方法 对 DNA 和 RNA 都 适用 。 ss yyy DNA 的 结构 一 、DNA 分 子 的 碱 基 组 成 特征 DNA 分 子 是 由 两 种 脱氧 矿 喧 核 音 酸 (tdCMP 和 dTMP) Arai BL RCO Bee Re CAA MP 和 dGMP) 组 成 。Chargarff 等 人 用 水 解 和 层 析 的 方法 测定 了 不 同 来 源 的 DNA 分子 的 碱 基 组 成 ， 揭 示 了 DNA 分 子 组 成 的 规律 。 这 些 规律 是 ; OW mE (A 和 G) 等 于 喀 啶 碱 基 (C 和 工 )， 即 (A+G)=(Tf+fC)。 加 含 氨基 的 碱 基 (A 和 C) 等 于 含 酮 基 的 碱 基 (C 和 了 T)， 即 (A+C)=(G+T)。” 轿 腺 味 叭 与 胸 喀 啶 等 量 存在 ， 鸟 味 啶 与 胞 喀 啶 等 量 存在 ， 即 A/T = G/C = 1。 这 一 点 对 于 DNA 双 螺旋 结构 模型 的 提出 有 特别 的 意义 。 根据 DNA 分 子 碱 基 组 成 规律 ”我 们 只 要 知道 这 四 种 碱 基 中 的 任何 一 种 的 当量 ， 就 可 以 推算 出 该 DNA 分 子 碱 基 之 间 的 比例 疾 系 。 通 常 引 用 “G.C?” 值 ， 即 G+C MBA ARRR A Pl, G-C 值 为 40% 的 DNA 分 子 ， 就 意味 着 该 分 子 含 GH 20%, Coy 20%，A 为 30%, T 为 30% 。 ] 表 4 二 8 不 同 来 源 的 DNA 碱 基 组 成 及 碱 基 比 例 “一 BEANS EK) | RAE 比例 Pik Re Gaidcfi Pt | A/T G/C we ie mi: jay 类 30.9 19.9 19,8 29.4 | 1.05 1,00 1,04 ES 29:5 21, 4 29.0 ‘20. 3 1,03 1,02 ..1,)03 BE 28.85 20.5 2R6 1209 1. 02 ”0. 95 0,970 海 多 209X7H 2.0，21.3”27.9 1,06 1.03 1, 05, | fi 29.7 420.8 20,4 29,1 1,02 1,02 1,02 i$ = AB eat, t LY, 3. 32.1 | ot 4,02. ee 29,3,-20,5 20,7 29.3 1,00 1,00 1, 00. xz SE 21,3 22,1 22,8 2%_3 1,01 1,00 1,00 = 8 8108" 18,7 17.1 32.9 0.95 1,09 1,03 大 hm A WH 24.7 26,0 25,7 23,6 1,04 1,01 1,03 金黄 色 葡萄 球菌 | 30.8 21,0 19,0 29,2 1,05 Te 本 噬菌体 Ty 26, 0 24, 0 24,0 26,0 1.00 1,00 1,00 ° - 噬菌体 A 21.3 28.6 27.2 22.9 0,92 1,05 0,99 Wie PA x 174 Wo eee eae 20, 4 1,00 1,00 1,00 (复制 型 ) | 此 外 ， 通过 分 析 不 同 来 源 的 DNA 的 碱 基 组 成 后 还 发 现 : DNA 的 碱 基 组 成 没有 组 织 或 器 官 的 特异 性 ， 即 同一 种 生物 的 不 同 组 织 或 器 官 具 有 相同 的 碱 基 组 成 ; 但 DNA 的 碱 基 组 成 _ 172 只 用 种 属 特 异性 ， 即 不 同 生物 汐 , DNA 具有 它 自己 特殊 的 碱 基 组 成 。 表 4 8 778 TSI 的 DNA 的 碱 基 组 成 。 二 、DNA 分 子 的 双 螺 旋 结构 soo 49804.) Wilkims- 等 人 开始 了 对 从 动物 细胞 中 提纯 的 纤维 状 DNA 进行 X- 射 线 晶体 衙 | 届 图 谱 的 研究 ， 并 把 他 们 的 实验 结果 与 各 种 理论 排列 的 分 子 模型 所 预示 的 结果 相 比较 。 发 现 USA AUMEBE ORAL DIS. 4 A 的 间距 规则 地 排列 在 分 子 中 ， 而 且 每 1 个 核 彰 酸 单 位 旋转 一 圈 。 因此 ，DNA 分 子 不 是 直线 的 ， 而 是 捏 成 螺 族 状 的 。 1953 年 ，Watson 和 Crick 根据 DNA 纳 盐 晶体 六 驳 射 线 衙 射 图 谱 以 及 碱 基 组 成 的 规 二 并 综合 参考 其 他 一 些 研究 结果 ， 提 出 了 DNA 是 由 两 条 多 核 音 酸 链 构 成 的 双 螺旋 分 子 ， 并 制造 出 了 DNA 双 螺 旋 结构 模型 。DNA 双 温 放 结 构 模 型 具有 如 下 特征 ( 见 图 4-7 ) 。 @ 两 条 多 核 音 酸 链 以 相同 的 旋转 绕 同 一 个 公共 轴 形 成 右手 双 螺 族 ， 螺 旋 的 直径 为 20 信 。 @ 两 条 多 核 昔 酸 链 是 反 向 平行 的 ， 两 条 链 的 极 性 相反 ， 即 一 条 链 的 走向 是 5/3'， 另 一 链 的 走向 是 3/>5/。 这 对 于 碱 基 合适 的 空间 组 合 是 很 重要 抑 。 对 图 4-7 DNA 双 螺 旋 结 构 模型 ， 左 边 为 简 图 ! 右边 为 空间 结构 和 模型 。 @@ 两 条 多 核 背 酸 链 的 糖 -磷酸 骨架 位 于 双 螺 旋 的 外 侧 ， 碱 基 平面 位 于 链 的 内 部 。 沿 螺旋 173 { , MAMBL, WRAITH, REHAB ERA SNES 其 大 小 和 足够 容纳 蛋白 质 分 子 ， 因 而 对 DNA 和 蛋白 质 的 相互 作用 是 很 重要 的 。 。 四 两 条 多 核 音 酸 链 之 间 按 照 A 一 T、 G 一 C 的 碱 基 配对 规律 互补 配对 。 A 一 T ZAR 两 个 氢 键 ， G 一 C 之 间 形 成 三 个 氢 键 ( 见 图 4-8 和 图 4-9 ) 。 两 条 链 就 是 通过 碱 基 对 《base 是 pair， 简 作 bp) 之 间 的 氧 键 联系 的 。 相 邻 碱 基 对 之 间 的 轴 向 距离 为 3.4 六 ， 每 个 螺旋 的 轴 距 为 34 人 A。 因 此 ， 每 个 螺旋 含有 10 个 碱 基 对 ， 每 个 碱 基 对 旋转 36"(. 图 4-723 DNA 双 螺 旋 结 构 是 很 稳定 的 ， 主 要 有 三 种 作用 力 在 其 中 起 作用 。 图 4-8 DNA 分 子 中 的 碱 基 / Pu @ 两 条 多 核 背 酸 链 间 的 互补 碱 基 对 之 间 的 氢 键 。 ES | @@ 硫 基 对 琉 水 的 芳香 环 堆积 所 产生 的 琉 水 作用 力 ， 即 所 谓 碱 基 堆 积 力 ( base stacking forces ), EEE orl 因 磷 酸 基 团 上 的 负电 荷 与 介质 中 的 阳离子 或 阳离子 化 合 物 ， 例 如 无 机 离子 Me, Soe 性 氨基 酸 较 多 的 蛋白 质 等 所 形成 的 盐 键 。 了 上 述 三 种 力 中 以 第 二 种 作用 力 所 起 的 作用 最 大 。 =) 人 们 分 析 了 不 同 生 物 的 DNA 4%, MIEN ST DNA 具有 双 螺 旋 结 构 。 WRU, Watson 和 Crick 提出 的 DNA 分 子 双 螺 旋 结 构 模型 是 正确 的 。 上 述 DNA 双 螺 旋 结构 的 特征 是 以 B-DNA ash AE 为 对 象 进行 分 析 的 结果 。 所 谓 B-DNA 是 指 DNA 钠 盐 纤维 在 相对 湿度 为 92% 时 所 处 的 状态 8。 当 外 界 条 御 发 生变 化 时 ， 双 174 as 5 ya | $3 上 OH ‘ OH Q7) is ’ 六 Ss ; A. lessees 5 & SS eee i Bae p t 4, 3° ; 5 3 P ‘ I : 人 P wes RED rs Rey eae ee | ) ’ LHR} 3° c 5 pi P OH . os me date ai a 了 ve vonawesweeessvev P Soe Ge Ey o HO | J : 5’ 图 4 -9 _DNA 45-¥ 41 IER HE A AM 左边 为 分 子 结构 ;右边 强调 互补 链 的 相反 极 性 。 螺旋 的 特征 也 会 缀 生变 化 。 当 DNA 钠 盐 纤维 处 在 相对 湿度 为 75% 时 ， 则 以 A-DNA 状态 存在 。 在 相对 湿度 为 66% 时 制 成 的 DNA 锂 盐 纤 维 ， 则 以 C-DNA 状态 存在 。 A-DNA 和 C-DNA 也 是 右手 螺旋 ， 但 它们 的 双 螺 旋 结 构 的 螺旋 距离 以 及 碱 基 平 面 与 中 心 轴 间 的 关系 等 ”方面 与 B-DNA 是 有 差异 的 ( 见 表 4-9 ) 。 一 般 认 为 , 在 溶液 中 以 及 在 细胞 内 的 生理 条 件 下 ， DNA 分 子 最 接近 于 B 型 。 3 24-9 几 种 不 同类 型 的 右手 双 螺 旋 结 构 上 的 某 些 差异 eae erie ee 9 5 ne Om A-DNA 钠 盐 20° | 32 .7。 2.56A 28A 11 B-DNA 钠 盐 ge | 36° 3.4 34A 16 ** C-DNA 锂 盐 < 4 3.31A | 31A DNA 双 螺 旋 结构 模型 的 意义 是 : @@ 根 据 碱 基 互 补 原则 ， 即 碱 基 配 对 规律 ， 一 条 链 的 碱 基 顺 序 可 以 自动 地 决定 与 它 互补 的 另外 一 条 链 的 碱 基 顺 序 。 这 一 点 在 DNA 的 半 保 留 复制 ( semiconservative replication ) 中 具有 特别 重要 的 意义 。 它 为 遗传 信息 的 稳定 和 传递 提供 了 分 子 机 制 。 采 用 间 存 球 示 踪 法 证 LT DNA 合成 是 采取 半 保 留 的 复制 方式 ( 图 4- 10 ) 。 这 就 是 说 ， 新 合成 的 子 代 DNA 分 子 的 二 条 链 来 自 亲 代 ， 另 一 条 链 则 是 按照 碱 基 互 补 配对 的 原则 合成 的 .按照 半 保 留 复 宙 败 式 ， 亲 代 的 遗传 信息 完整 地 传递 给 予 代 ， 子 代 就 可 以 获得 与 亲 代 完 全 相同 的 遗传 性 状 。 AT a > 6 8.400 8)0 & A OF A 8 ©) a a > QO PP Oe S02 a & SH naeaersy o> 图 4-10 DNA 半 保 留 复制 示意 图 四 反 向 平行 的 双 螺旋 可 以 在 一 条 DNA 链 和 一 条 RNA 链 之 间 形 成 。 这 样 形成 的 两 条 链 叫做 DNA-RNA 杂交 链 。 在 这 种 杂交 分 子 中 ， 碱 基 配对 的 MAE, dA-rU, dG-rC, dC-rG、dT-rA。 这 种 碱 基 配对 堵 出 现在 RNA 聚合 酶 催化 的 转录 中 ， 就 可 以 合成 RNA。 细胞 内 的 RNA (tRNA, rRNA 和 mRNA ) 都 是 以 DNA 为 模板 合成 的 。 但 是 ，DNA 上 的 遗传 信息 最 终 是 以 蛋白 质 形 式 表达 。 实 验证 明 ， 蛋 白质 多 肽 链 上 的 氨基 酸 顺 序 是 由 DNA 上 的 开 段 核 苷 酸 顺序 规定 的 。 规 定 一 个 蛋白 质 分 子 完整 的 氨基 酸 顺 序 的 DNA 片段 就 是 一 个 基 因 。 现 在 一 般 把 编码 蛋白 质 的 基因 和 编码 RNA 的 基因 都 称 作 结 构 基 因 。 按 照 Crick 的 中 心 法 则 ， 在 遗传 信息 的 表达 中 ， 编 码 蛋白 质 的 遗传 信息 首先 转录 给 mRNA， 而 mRNA 才 是 合 成 蛋白 质 的 直接 模板 。 MRNA 线性 顺序 上 的 每 三 个 核 背 酸 编码 一 个 氨基 酸 ，. 每 三 个 核 昔 酸 就 称 为 一 个 氨基 酸 的 遗传 密码 子 ( 即 三 联 密码 ) 。 因 此 ,mRNA 的 线性 核 苷 酸 顺 序 就 决定 了 蛋白 质 的 氨基 酸 线性 顺序 , 而 :mRNA 的 核 萌 酸 顺序 是 由 -.DNA- 上 的 脱氧 核 苷 酸 顺 序 决 定 的 。 RRA, DNA 十 的 遗传 信息 通过 mRNA 的 传递 最 终 以 蛋白 质 的 形式 表达 出 来 ;-_DNA 和 mRNA 以 及 蛋白 质 之 间 的 关系 可 表示 如 下 ; 1 Blom TTC| TTT | CAA TAA | AAG | AAA| CTC «5% DNA 的 转录 股 sz , maul Bie AAG| AAA |Guu| AU] UUC UUU | GAG 3! mRNA AY nf 加 N-ies Lys | Lys | Val | He | Phe | Phe ry Glu …C- 端 蛋白 质 人 tRNA 和 rRNA 上 的 信息 不 再 表达 为 蛋 自 质 ， 得 是 它们 在 蛋白 质 的 生物 合成 中 起 很 重 要 的 作用 。 176 197946, A, Rich 等 人 通过 对 人 工 合成 的 脱氧 六 核 昔 酸 dCGCGCG 的 ;X- 射 线 晶体 衍射 分 折 ， 发 现 两 分 子 的 上 述 片段 以 左手 双 螺旋 结 竹 双 螺旋 结构 有 明显 的 不 同 〈 图 4-11 ) 。 由 ‘FEF DNA ARF 的 走向 2 BE (Zig-Zag), Alt Ra 4H Z-DNA, F Kv Z-DNA 可 能 是 DNA 的 一 种 稳定 HS, EORTC. HIRO HB Ri Z-DNA 抗体 ， 发 现 天 然 DNA tH ABA T Z-DNA 的 抗体 结合 。 这 提示 SS 上 在 Rik DNA 中 存在 Z-DNA 这 种 结构 形 式 。 关 于 re ee 在 天 然 DNA 分 子 中 存在 的 广 以 及 在 生物 体内 起 什么 作 用 等 都 有 待 于 进步 研究 。 | ”还 需要 指出 的 是 ， 并 不 是 所 有 的 DNA 都 是 双 股 的 ，%X174 噬 菌 体 DNA 在 病毒 外 是 帝 内 是 以 单 链 环 状 的 形式 存在 的 。 但 是 当 它 ”感染 宿主 细胞 并 进行 复制 时 ， 它 首先 需要 转 生变 成 双 股 的 复制 型 。 此 外 , 有 些 病毒 DNA 分 子 ， 例 如 4- 噬菌体 DNA， 它 可 以 进行 线 型 生生 ， 它 是 双 股 线 型 的 ， 而 当 它 侵入 宿主 细胞 后 则 “可 以 形成 双 股 环 状 的 结构 。 三 、DNA 分 子 的 超 螺旋 结构 ee 构 六 形式 存在 于 晶体 之 中 。 左手 双 螺 旋 结 与 右 Z-DNA 图 4-11 Z-DNA 与 B-DNA 的 结构 模型 比 较 B-DNA DNA 的 双 螺 旋 HE DNA 的 二 级 结构 ,| 以 前 大 们 认为 所 有 生物 的 DNA 都 是 线性 WH, RIES Ah DNA 分 子 都 是 环 状 的 。 一 般 来 说 ， 细菌 、 细 菌 质粒 、) 一 些 DNA 病 | Bs 线粒体 及 叶绿体 ,中 的 DNA BE BH. 环 状 DNA 可 以 有 ; 超 螺旋 型 (Supercoil form ) 和 开 环形 型 ( Opened circular form) 两 种 形式 存在 。 所 谓 超 螺 旋 结 构 通 常 是 指 共 是 价 、 闭 合 的 环 状 分 子 ( Circular covalent closed DNA ) 在 双 螺 旋 结 构 渤 础 上 进一步 扭曲 而 成 的 更 高 一 级 的 结构 。 环 状 DNA 的 超 螺 旋 结 构 ( Superhelical structure ) 是 一 种 三 级 结构。 在 细胞 内 ， 环 状 DNA 就 是 以 六 种 构象 存在 的 。 开 环 结构 系 指 超 螺旋 结构 在 某 些 因素 的 影响 下 ， 在 一 条 链 上 出 现 缺 口 (aick ) ， 将 超 螺旋 松 开 后 的 结构 。 当 DNA 或 是 旋转 不 足 Cunderwound ) 或 是 旋转 过 度 《overwound ) AY, 都 会 使 双 螺 旋 内 的 原子 偏离 正常 的 位 置 ， 在 双 螺 旋 中 造成 额外 的 捏 转 压 (torsional pressure ) 或 称 张 力 。 这 种 张力 在 环 状 分 子 中 因 无 自由 转动 的 末端 ) 不 能 释放 出 来 ， 但 DNA 分 子 具 有 维持 10 个 碱 基 对 一 个 右手 双 螺旋 的 倾向 ， 其 结果 是 环 状 分 子 调整 分 子 内 部 原子 的 位 置 使 双 螺 旋 扭 曲 ( twist ) 产生 超 蚜 旋 。 如 果 共 价 闭 合 的 环 状 DNA 双 螺 旋 切 开 . - 股 ， 并 且 其 中 的 一 个 末端 统 互 补 股 旋转 360"， 177 当 两 床 未 端 重新 结合 在 一 起 时 ， 一 个 交叉 点 便 引 入 了 这 个 分 子 ( 即 产生 一 木 超 镖 旋 沾 〈- 图 径 12 ) 。 若 旋 毯 720" 时 ， 硬 引入 两 个 交叉 点 。 如 果 这 个 末端 以 与 形成 右手 双 螺 旋 旋 转 方向 相 反 的 方向 旋转 ( 解 钾 )， 这 时 因 螺 旋 旋 转 不 足 ， 在 两 个 未 端 重新 结合 后 恒 会 产 奸 负 药 超 晤 旋 四 ( Negative supercoils) 〈 环 状 分 子 右手 扭曲 )， 因而 负 的 超 螺旋 是 旋转 不 足 的 。 明 ， 现 在 发 现 的 所 有 天 然 DNA 中 的 超 螺旋 都 是 负 的 超 螺 旋 。 ee OO > 不 动 的 「 单 股 缺 避 末 旋转 360* 左手 旋转 360” 切 开 一 股 sabia 连接 WH ， 右手 旋转 360” 板 弛 的 共 价 松弛 的 有 缺口 共 价 闭合 的 、: 闭合 的 DNA 的 环 状 DNA 负 的 超 螺 DNA 图 4-12 过 螺 旋 引 入 的 形象 化 解释 〈 并 不 代表 体内 酶 促 转换 机 制 D RWB, 每 个 四 螺旋 图 可 由 约 200 个 碱 基 对 形成 ， 换 各 话说 , SCRA i A 旋 ( 10bp ) 可 形成 0.05 个 超 螺 旋 圈 。 因 此 就 引出 了 所 谓 超 螺旋 密度 ( Supethelix density ) 的 概念 。 超 螺 旋 密 度 是 这 样 定义 的 ， Sl MEN OBER. 大 多 数 # 共 价 闭合 的 球状 DNA aA Scie eis if 3 RE - 0.05. | Sigs aa ptabyein tetra 转 过 度 ， 在 两 个 末端 重新 结合 后 便 会 产生 正 的 超 螺旋 ( Positive supercoils )《 环 状 分 左手 扭曲 ) ， 因 而 正 的 超 螺旋 是 旋转 过 度 的 ， 正 的 超 螺旋 能 利用 钴 转 外 共 双 盏 让 本 | 密 。 正 的 超 螺旋 在 天 然 DNA 中 并 不 存在 ， 但 在 体外 经 过 处 理 可 以 得 到 。 屋 员 a 省 化 乙 锭 〈 分子式 见 下 ) 能 够 插入 到 DNA RBRRMENZ AMAA, ma DNA 超 螺旋 密度 ， 从 而 使 超 螺旋 松 开 。 随 着 诈 化 乙 锭 量 的 增加 ， DNA Ae RASS 松 并 ， 甚 至 可 以 进一步 引入 正 的 超 螺 旋 ( 图 4-13 ) 。 Rie (2 A~/ Nii —————— LLL ee i N :一 C 了 HNANS > (b) (c) (d) 图 4-13 (ARIZA, (AMM, (AHH, (d) 正 的 超 螺旋 细菌 染色 体 DNA 是 比较 大 的 环 状 分 子 ， 一 般 条 件 下 很 难 提取 到 完整 的 分 子 ， 但 用 极为 小 心 的 方法 也 可 以 分 离 得 到 超 螺 旋 结 构 保 持 良好 的 大 肠 杆菌 染色 体 DNA， 证 明 整 个 分 子 保 游 在 卷曲 状态 s 大 肠 杆 菌 染 色 体 DNA 含 很 多 个 独立 的 超 螺 旋 ， 并 占据 一 定 的 物理 空间 《图 4-14), 在 大 肠 杆菌 复杂 的 超 螺旋 结构 中 可 能 还 涉及 到 RNAS DNA 的 相互 作用 。 近年 来 ， 有 人 认为 细菌 染色 体 DNA 在 细胞 内 也 能 形成 类 似 真 核 生 物 核 小 体 的 结构 ， 因为 分 离 出 了 四 种 不 同 的 类 似 组 蛋白 的 蛋白 质 。 | BAG, WASH oe tat 04 部 分 RNase 反应 部 分 DNase ay oye 环 状 未 折返 的 染色 体 折 迁 的 染色 体 超 螺 旋 的 < ( SCR HH) 40—50) HAM RAK PN . ae 部 分 松弛 的 QSEN 7 map PRS ey 图 4-14 大 肠 杆 菌 染 色 体 DNA 结构 示意 图 由 于 共 价 、 闭 合 的 环 状 分 子 没有 自由 转动 指示 端 因此 破坏 超 螺 旋 结 构 需 要 有 更 高 的 温 度 ， 超 螺旋 结构 是 比较 紧密 的 ， 它 的 粘度 比 同 样 大 小 的 DNA 其 他 结构 的 粘度 低 ， 但 浮力 密 度 大 ;电泳 迁移 率 和 沉降 速度 比 同 样 大 小 的 开 环 形 分 子 快 20%。 真 核 生 物 染 色 体 DNA 为 线 型 双 螺 旋 结构 。 真 核 生 物 染色 体 DNA 在 核 小 体 结 构 中 的 捏 曲 方式 也 是 一 种 超 螺旋 结构 。 核 小 体 (aucleosome) 是 真 核 生物 染色 质 的 基本 的 重复 单位 , 系 由 一 段 DNA 和 五 种 组 蛋白 构成 。 核 小 体 可 讽 组 成 更 高 层次 的 结构 ，DNA 分 子 也 将 进一步 179 ag 扭曲 。 由 此 看 来 ， FARA ty ta tk DNA 分 子 可 以 在 染色 体 中 卷曲 成 更 复杂 更 高 级 的 结构 。 Me SOR DNA SAC PERS. HSM REAR 只 与 超 螺旋 结构 结 Go 例 如 ， 拓扑 异 构 酶 (topoisomerases ) 能 够 通过 超 螺旋 引入 或 解除 而 调节 超 螺旋 的 程 度 ， 从 而 影响 DNA 的 复制 以 及 基因 的 差别 表达 。 、DNA 的 顺序 分 析 DNA 的 核 苷 酸 顺序 测定 是 研究 DNA 结构 的 一 项 极为 重要 的 工作 ,测定 DNA BaF 酸 顺序 的 基本 原则 与 测定 蛋白 质 气 基 酸 顺序 序 的 原则 是 相似 的 。 OR ERE Sai. 均一 的 完整 DNA 或 DNA 的 某 个 〈 或 某 几 个 ) 基因 片段 :加 用 DNA 限制 性 内 切 酶 降解 ， 以 获得 一 套 大 小 不 同 的 碎片 ( fragments ), 并 确定 这 些 片段 在 原来 大 分 子 中 的 前 后 顺序 ， 图 测定 每 个 片段 的 核 昔 酸 顺序 。 KEAN DAH BM [可 先 自 2DNR 4 分 手 的 完整 的 核 埋 酸 顺 序 测 定 。 2X ie SSG HEL, ARIAT RAB Ly Ae aR Pepe awe 现在 与 OF art eile Ee BURR, BAP RRS, 9: ee 序 的 不 同 。 可 见 测定 核酸 的 核 苷 酸 顺 序 就 是 测定 它 的 碱 基 顺 序 ! salle (一 )DNA 限制 住 内 切 酶 1。 DNA 的 限制 与 修饰 ve DNA 限制 性 内 切 酶 (restriction endonucleases ) 首先 是 从 大 肠 杆菌 细胞 中 分 离 到 的 。DNA 限制 性 内 切 梅 的 一 个 显著 的 生物 学 作用 是 它们 能 使 盆 入 细菌 细胞 的 外 源 异种 DNA 降解 ， 却 不 降解 自身 的 DNA。 这 表明 细菌 除 具 有 限制 能 力 外 ， 还 具有 另外 一 种 使 自 麻 DNA 旬 于 降解 能 力 。 色 能 使 被 眼 制 性 内 切 栈 识别 的 部 位 加 以 修饰 的 功能 。 这 就 是 说 ， 细 胞 具有 一 种 限制 与 修饰 系统 。 限 制 是 为 了 降解 入 侵 的 外 源 DNA, (845 C modificatios Ne 为 了 保 PAG DNA， 使 其 不 被 自身 的 限制 性 内 切 酶 降解 。 当 某 种 噬菌体 C Phage ) 从 它 原 有 的 宿主 细菌 细 鹏 中 转 相 到 号 ey 它 的 感染 率 要 减少 几 和 王 倍 。 但 是 ， 当 把 那些 存活 下 来 的 子 代 噬 菌 体 重新 感 沈 后 一 宿 : 时 ， 它 却 能 正常 地 生长 。 第 一 次 感染 时 ， 由 于 后 一 种 宿主 缅 菌 细胞 内 的 限制 性 肉 切 酶 的 降 角 whe a Do PHBE PREIS MCRAE GHEE, FATS Wee. Sa ene AIF 1G Be PF aR YY J — FBR EI RRB ae BRAT 裂解 位 点 甲 基 化 位 点 一 一 | 5’—A —A—G—C—T—T— 3’ 3’ —-T—T—C—G+~ A» A—5? t 一 一 甲 基 化 位 点 裂解 位 点 (9) 180 识别 顺序 GANGSaooot 2 : ROCKO KOQOOOX CHs (0) 图 4-15 (@)Hind]] 和 相应 甲 基 化 酶 的 识别 与 作用 位 点 (b) 识 别 部 位 的 甲 基 化 阻止 相应 的 限制 性 内 切 酶 降解 。 在 细菌 中 ，DNA 的 限制 与 修饰 是 对 立 统一 的 。DNA 的 修饰 作用 具有 严格 的 特 异 性 ， 是 由 特异 性 的 修饰 酶 ( 主要 是 甲 基 化 酶 ) 来 完成 的 。 甲 基 化 酶 的 识别 和 修饰 部 位 往往 与 限制 性 内 切 酶 的 识别 和 作用 部 位 相同 。 FB AG SA GE te aOR 9 BME eo 2.。 两 类 限制 性 内 切 酶 已 经 从 不 同类 种 的 细菌 中 分 离 到 了 许多 DNA 限制 性 内 切 和 酶 .限制 性 内 切 酶 有 两 种 类 型， 即 类 型 1 和 类 型 工 。 类 型 I 限制 性 内 切 酶 是 一 类 复杂 的 多 功能 酶 ， 它 们 既 降 解 DNA， 又 能 修饰 DNA, 而 且 还 具有 ATP 酶 的 功能 。 这 类 酶 在 结构 上 比较 复杂 ， 由 多 个 亚 基 组 成 。 “ ig Ly gos ee 3， 3°+———— CTTAAG----- 5° ab | pEcoR I — G AATTC-4-=- 3? 7 += CTTAA G-=+—- 5” | —— GTTAAC-+--- 3’ 974 CAATTG==--- 5? 7 [Hoa] 5? +L GTT AAC 3’ 3?----- CAA TTG----- 5 图 4-16 限制 性 内 切 酶 作用 于 DNA 时 产生 粘性 未 端 或 平 齐 末端 181 类 型 f 限 制 性 内 切 酶 是 一 现 出 ATP 酶 的 活性 。 就 会 在 这 个 部 位 上 降解 DNA 子 。 识 别 部 位 呈 特定 顺序 但 是 FE et ] 能 BiH Hl DNA 4 pide or] aR ee ee 也 不 的 部 位 。 如 果 这 个 部 位 未 被 修饰 ， Ao RMI Raye anemia h YB BH 二 重 旋转 对 称 。 有 些 酶 ， 例 如 EcoRI 作用 于 DNA 时 ， 部 位 处 产生 粘性 未 端 ( cohesive termini), #2, Hla Hae | #1 Hpal 作用 于 DN 时 ， 在 它们 的 识别 部 位 上 产生 平 齐 的 末端 ( even termini ) (图 4 一 16 ) 。 表 4-10 ”类 型 工 中 的 几 种 常用 的 限制 性 内 切 酶 a 识 别 MF 来 源 < ee P er , a i EcoR ire 一 3 iis 3’ —CTTAAG—s? E,coli_RY13 ihe t EcoR 5’ -NCCAGGN#3? i ta 3? -NGGTCCN—s? Efe Rae ) Hind] 5’ —AAGCTT—3’ Haemophilus 3’-—-TTCGAA—-5’ ad ry Rd | Hpal 5 一 GTTAAC 一 3， Haemophilus 3’ —-CAATTG—5’ parainfluenzae — f 5” —_ ’ HpaI nam iar 3 3° —_GGCC-—_3? Ao Ff f Hae] 5’ ——GGCC—3’ Haemophilus. 1 OT. 3’ ——-CCGG— 5’ aegyptius f , | ’ Alu] 4 Seppe, Abeer) Arthrobacter luteus 3? —-TCGA——35” t | Pst I 5’ CTGCAG—9 | providencia 和 3’ —GACGTC—5’ stuartii pes 5 一 —3’ : ee Bell 3? —TCTAGA—5? Bacillus globiggi bho Bacill = —3? acillus chiar 3’ —CCTAGG—5’ amyloliquifaciensH 在 它 的 识 另 限制 性 内 切 酶 的 命名 采用 Nathans 等 人 的 廊 案 。 以 蕊 coR 工 为 例 予 以 说 明 。 第 一 个 子 母 E 是 大 肠 杆 菌 〔 无 .coli ) 的 属 名 的 第 一 个 字母 ， 用 大 写 ; 名称 的 第 二 、 三 个 字母 co 为 它 的 种 名 的 头 两 个 字母 ,用 小 写 ; 第 四 个 字母 R 表示 大 肠 杆 菌 的 株 系 # 最 后 是 用 罗马 字 大 写 的 数 182 字 表 示 同 一 菌株 中 的 不 同 的 限制 性 内 切 酶 的 编号 。 表 4 一 10 列 举 了 一 些 常用 的 限制 性 内 切 酶 。 类 型 工 中 的 许多 酶 引起 了 分 子 生 物 学 家 的 广泛 注意 ， 因 为 这 类 酶 在 研究 DNA 的 结构 以 | RETR Ae. > (二 )DNA 的 酶 切 图 谱 一 外 DNA 分 子 用 限制 性 内 切 酶 降解 后 得 到 许多 大 小 不 同 的 片段 ， 确 定 这 些 和 片段 在 DNA 大 分 子 中 原来 占据 的 位 置 ， 即 可 得 到 一 种 图 谱 。 这 样 的 图 谱 就 叫做 物理 图 谱 《〈《 Physi- cal map 》 或 酶 切 图 谐 。 目 前 常用 的 酶 切 图 谐 分 析 方法 很 多 ， 其 中 主要 有 部 分 酶 切 法 、 交 又 和 酶 切 法 、 未 端 标记 部 分 酶 切 法 。 这 里 我 们 仅 介绍 交叉 酶 切 法 。 “在 用 限制 肉 切 酶 切割 DNA 分 子 后 ， 所 得 到 的 DNA 碎片 可 以 选用 合适 浓度 的 琼脂 糖 凝 胶 或 聚 再 烯 酰胺 凝 胶 进 行 电 泳 , 把 它们 分 开 。 这 些 片段 的 大 小 能 从 电泳 移动 的 距离 推算 出 来 ， 因 纹 片段 移动 的 距离 与 片段 分 子 量 的 对 数 成 反比 ， 即 分 子 量 小 的 电泳 泳 动 的 速度 比分 子 量 大 的 泳 动 速度 大 。 ” 清二 和 候 想 的 环 状 双 股 DNA 分 子 ， 现 采用 三 种 DNA 限制 性 内 切 酶 作 交叉 酶 解 ， 得 到 如 下 的 结果 ; 到 5300bp 环 状 双 股 DNA Bee A 5300bp 2& ME M fig DNA ig [Hea I | ale Alu | |Hpa I 5300bp 线性 2550 bp 2550 bp(AluI-A) ,——1300 bp(Hpa I -A) WH DNA -一 2000 bp 1500 bp(Alu [ -B) 4000 bp(Hpa J -B) seme) Ph bp. 750 bptAla 1-0) Ald] [Alu I 1500 bp 500 bp(Alu I -D) 500 bp 1750 bp 1500 bp 800bP 750 bp 500 bp | BAR DNA 分 别 用 EcoR I 和 Hpal 切割 均 可 得 到 一 线性 DNA 分 子 ， 表 明 这 两 种 酶 分 别 只 有 一 个 切 点 。 当 环 状 DNA 用 Alul 切割 时 ， 可 产生 三 个 片段 ， 表明 该 酶 在 DNA 分 子 上 有 三 个 点 ;而 当 用 Alu I SHEA EcoRI] 得 到 的 弘 性 分 子 时 ， 可 得 到 四 个 片段 。 从 上 述 GRAM RA, EcooR] AM AfrF2000bp HAL, AA AGHA EcoR] 处 理 该 片段 产生 的 1500 bp 和 500 bp 的 两 个 更 小 的 片段 来 证 实 ” 我 们 可 以 把 ER] 的 切 点 作为 构筑 物理 图 谱 的 参考 点 (图 4-17 ) 。 当 用 Hpal 处 理 用 刁 coR | 酶 解 所 得 到 的 线性 分 子 时 ， 可 以 得 到 1300 bp(Hpal -A ) 4000‘bp (Hpal -B) 两 个 片段 。 这 是 可 以 想象 得 到 的 ， 因 为 这 两 个 酶 均 只 有 一 个 切 AR. 4 1300 bp 和 4000 bp HY Alu] 处 理 时 ， 可 分 别 得 到 两 个 片段 (5005p: 和 800 bp) 和 三 个 片 段 (1750bp、1500 bp 和 750ibp ) 。 这 表明 整个 DNA ;分子 用 这 三 种 酶 处 理 时 总 共 可 产 生 五 个 片段 ， 因 为 这 五 个 片段 的 总 大 小 是 5300 bp. BER, RBH Alul 处 理 HpaI-A 和 Hpa | -B 后 分 别 产生 500 bp Hpa TI-A 和 1500 bp Hpal-B 这 两 个 片段 。 这 两 个 片段 的 大 小 (500+1500 ) 刚好 与 Alu I 处 理 环 状 分 子 时 所 得 到 的 2000 bp 片段 的 大 小 相同 〈 已 被 用 为 构筑 物理 图 谱 的 起 始 件 )， 也 与 线性 分 子 用 Alu] 处 理 所 得 的 AluI-B 和 AluT-D 的 加 183 | 和 夫 小 相同 。 这 说 明 AluI-B 和 AluI-D 是 相 邻 的 ， 也 表明 ,AluT-B 455 1500 bp: Hpal- — B 为 同一 部 位 的 片段 ， AluI-D 5 500bp HpaI-A 为 同一 部 位 的 片段 。 而 1300bp(Hpa | -A) 的 大 小 又 刚好 与 Alu-D #93, AA Alu] -D(500 bp) 加 800bp Hpa 1-A 等 于 1300bpe 因此 这 几 个 片段 的 相应 位 置 可 以 先 确 定 ( 见 图 4-17(a) ) 。 | -Hpa ]-B 用 Alu] 处理 产 生 的 1750 bp Hpa 1-B #1 Hpal-A A Alul @i 产 生 的 800bpHpaT-A 这 两 个 片段 相 加 刚好 与 Alul1-A:(2550bp 的 大 沙 一致 避 这 :说 明 Hpai 的 切 点 位 于 有 lu IT-A 范围 内 。 那 么 ，1750 bp Hpal-B 片段 与 800bp Hpal-A HB 邻 AluI-A 45 Alu] -D #a%. 进一步 推理 可 知 Alul 切割 40000 bp(Hpa 1 -B) 产生 的 第 =PHR (750 bpHpal -B ) 必定 是 与 1750bp Hpa IT-B #848, 而 750bp Hpa -Bi 片段 又 45-1500 bp Hpa 1 -B 片段 相 接 。Alu IT-C 的 大 小 与 750bp Hpa 工 -Bi 相同 , 因此, Alu l-C 与 子 50 bpjHpaiT-B 是 相同 部 位 的 片段 ，Alu I-C 的 位 置 也 就 确定 了 ， Dalek GH Alut See -A 相 邻 ( 见 图 4-17(b) ) 。 MERRITT, 我们 便 可 以 得 到 整个 环 状 DNA FHA Cae A. L 而 也 可 以 帮助 理解 交叉 酶 切 法 所 包含 的 基本 内 容 。 - (三 )DNA 片段 的 核 昔 酸 顺序 测定 ，， ， OCX — BA DNA 限制 性 内 切 酶 获得 合适 大 小 的 DNA 片段 ， 即 可 用 两 种 非常 有 效 的 方法 测 定 DNA 片段 的 核 苷 酸 顺 序 。 一 种 是 Sanger 及 其 同事 在 他 们 自己 建立 的 、 oj “ 减 ” 法 基 础 上 发 展 起 来 的 “ 链 终 正法 ”， 另 一 种 是 Gilbert 和 Maxam 建立 的 ied cu : | Alul ois EcoRI © Hpal . | Y + | eset | 十 -一 一 (a) 1500bpHpal-B + 不 (AluI-B) s00bpHpal-A - 500bpHpal—A q (AluI-D) am! Es mS . HpaI-A(1300bp) Alul EcoRI | Hpal Alul. 人 | | 1: I + + Y Y + HORE AS 和， | A 1750bpHpaI-B 不 t Pang) 500bpHpaI=A 1500bpHpaI-B 1 qd | (AluI-D) (AluI-B) s00bpHpal-A 750bpHpal-B( AluI-C) Hpal—A(1300bp) 下 一 一 一 一 AluI-A(2550bp) val 一 < 广 —_ \ HpaI-B(4000bp) 184 Hpal—A (1,300) 800 | ce). | “图 4-17 一 假设 的 环 状 DNA HRW 四 in 链 终止 法 ( Chain termination method ) . a 14 链 终止 法 是 利用 5? - AUF = RRC 5’-d NTP ) 的 类 似 物 取代 DNA 链 合 成 所 需要 的 正常 底 物 5?- dNTP, 最 常用 的 底 物 类 似 物 是 2 3?- 双 脱氧 核 苷 三 磷酸 (2? 3?-ddNTP)) 。 在 DNA 链 合成 过 程 中 ， 由 于 2’, 3’-ddNTP 的 Cs 位 没有 -OH， 当 2” 3?-ddNTP 参 入 到 延长 BNA mn, DNA 链 的 合成 便 终 止 。 由 于 终 止 的 部 位 是 随机 的 ， 所 以 可 以 获得 任何 一 种 长 度 的 DNA 片段 。 然后 通过 凝 胶 电 泳 分 离 ， 再 经 放射 性 自 显影 ， 从 放射 自 显影 的 胶片 上 直接 可 以 读 出 DNA: 的 核 苷 酸 顺 序 。 这 个 方法 简便 、 快 速 而 准确 。 现 举例 说 明 。 现 有 一 假设 的 DNA 片段 ， 首 先 加 上 一 消 段 与 该 DNA 片段 能 互补 的 核 苷 酸 片段 作为 起 i DNA 新 链 合成 引物 。， 引物 鸭 核 苷 酸 顺 序 是 已 知 的 ， 这 可 用 某 限 制 性 内 切 酶 产生 。 Beka Git it. AAGCTT Sv) me tet 分 成 四 组 ， 然后 每 组 加 入 四 种 5?-dNTPE( 其 中 一 种 含 放 射 性 标记 ) 和 一 种 5’ -ddNTP， 并 加 入 大 肠 杆菌 TDNA RABI CR DNA 合成 的 有 关内 容 ) ， 满 足 DNA 合成 所 需要 的 条 件 ， 进行 与 该 片段 互补 的 新 链 的 合成 。. 当 加 入 的 那 种 5:-ddNTITP 人 参 入 到 链 的 末端 时 ， 由 于 该 类 似 物 脱氧 核糖 的 Cs: 位 没有 -OH， 不 能 与 下 一 个 核 苷 酸 形成 3", 5- 磷酸 二 酯 键 ， 于 是 链 的 延 偶 就 到 此 终止 。 假如 加 入 的 是 dGTP 的 类 似 物 ddGTP， 那 么 链 的 延伸 就 会 HW BREE 部 位 上 终止 如 图 4-18 所 示 ) 此 法 的 关键 点 是 双 脱 氧 核 背 三 磷酸 与 天 然 的 脱氧 核 苷 三 磷酸 的 : 比 ile 例 如 ddGTP 5 dGTP. 的 比例 ， 以 保证 以 随机 的 方式 正确 地 终止 在 所 需 的 位 置 。 2. 化 学 裂解 法 ( Chemical cleavage method ) 化 学 裂解 法 所 依据 的 原理 是 ;把 末端 标记 的 .DNA BAS — te Ee RH BH ZEA, 185 ee eee we! a OP ig oh ta 6s pal en 模板 股 3 '-GCATGATCGG- 2 } 5’ OHS’ 《1 DNA 4 fal ; dGTP adATP.dTTP.?2P AdCTP ， | Cb) 此 外 。 每 和 炎 肥 应 系统 分 别 含有 相应 的 ddNTP 1 ban’ exes —_— wr eee Pe at eae ease eel on +) 反应 四: aacte \\ wv), ddaTP 反应 (B)) aacTr 反应 可, daTTP © PRLS teh i F 3'-GCATGATCGG-5' 3 -GCATGATCGG-5 °3"-GCATGATCGG-5 ’3 "“GCATGATCGG-5" ~ CGs4 wo CGT A Cd wn CGT*4 | egy d 一 CGTACTAG 1) mCGTACTA‘® weCGTAC4。 wwCGTACT44 《3》 1 ““CGTACTAGC44 | wCGTACTAGCC4。 \ TS 7 |e) mmmmen en | oT at gt | 和 放射 性 自 号 影 | | i === | o Yo MQ APHAO FRAO AGA 人 六 me 请 1 | | J | Wi AR try AE 一 一 oe / | | | | 1 L F418 | BER I EM EE DNA 片段 核 苷 酸 顺序 GLC. T PUA RO LEAT AE, ERLE) UR, SR eR Fa BCS Pasi 28 D2 Bk SO EL + BS BEET PL TB BOT EH BA LA Bie DNA 的 核 替 酸 顺 序 。 用 化 学 裂解 法 测定 DNA 的 核 苷 酸 顺序 之 前 ， 需 要 对 未 端 进行 2p 标记 ， Fee eH 是 双 链 都 可 以 进行 标记 ， 但 双 股 标记 之 语 ， 需 将 两 股 分 开 ， 东 后 再 进行 顺序 分 析 。 在 标记 之 前 ， 若 来 端 含有 磷酸 基 团 ， 则 需要 用 碱 性 磷酸 酶 ( alkaline-phosphatase ) Qham pe ok wae 186 酸 基 。 然 后 用 多 聚 核 苷 酸 激酶 ( polynucleotide kinase ) 将 [y-stp]-ATP 上 的 y-szp 转 转移 到 DNA 片段 的 5/- 端 上 。( 若 标记 3“4- 末 端 ， 则 应 该 用 末端 转移 酶 ( terminal transferase ) 将 [c-2p]-ATP 上 的 c-?p 转移 到 DNA: 片 段 的 3- 末端 上 。 5’ HO- TAGCCAGTCT-3’ 0 po*p JATP O lv 5’ -O—P+-0- TAGCCAGTCT-# +ADP dt C1) fMRI AY Lah eH IRAE ESE FAR AS ( dimethylsulfate, 简称 DMS ) 处 理 DNA BBR, BN ATZE ee Hh ES es N, PAROS Ny 位 甲 基 化 ， 从 而 可 以 保证 单 股 DNA 上 的 甲 基 化 的 ome 基 随 机 分 布 。 由 于 甲 基 化 的 嘎 叭 糖 音 键 不 稳定 ， 故 在 中 性 pH 下 加 热 ( 90"C ) ， 很 容易 使 嘎 叭 碱 基 脱 落 平 来 。 当 用 0.1 .mol/L BF 90°C 处 理 时 ， 脱 去 味 叭 碱 基 后 的 糖 从 邻近 的 磷酸 基 上 断裂 下 来 。 由 于 G 比 A 甲 基 化 的 速度 快 五 倍 ， 所 以 当 产 生 示 端 含 标记 的 碎片 在 凝 胶 上 电 泳 分 离 后 ， 放 射 性 自 显影 胶片 上 就 会 显示 出 深浅 不 一 的 带 。 深 色 的 是 9 裂解 得 到 IN BH, 浅 色 的 是 人 裂解 得 到 的 碎片 〈 即 所 谓 强 'G HA, GSA 表示 ) 。 甲 基 化 的 腺 苷 指 糖 彰 键 比 甲 基 化 的 岛 苷 的 糖苷 键 对 酸 更 不 稳定 。 因 此 ， 用 稀 酸 温和 地 处 ， 理 50sc )， 则 优先 释放 出 A。 随 后 用 碱 处 理 ( 90T ) 使 其 断裂 。 电泳 分 离 后 进行 放射 性 自 显影 。 深 色 的 带 相当 于 从 ， 浅 色 的 带 相当 于 G( 强 A 弱 G,， 即 A>G)。 (2 ) 在 旷 啶 碱 基 上 选择 性 裂解 处 理 uC Hydrazine, H.N+NH, ) 处 理 DNA 片段 ， 可 以 使 DNA 上 的 喀 啶 碱 基 随 机 地 消去 ， 肝 可 以 进一步 与 糖 反应 产生 逐 。 这 就 能 在 其 后 的 哌 吓 (piperidine ) 裂解 反应 中 保证 产生 大 小 不 同 的 碎片 。 肝 解 反应 是 在 15 一 18mol/L WKAR PETA. BRR OB, 用 Popes lib amiag eC) 1 BERS) 7 ECHL R RG ER POE ATE PT BRA THC 带 ( 即 C+T)。 若 在 腹 解 反应 中 加 入 2mol/NaCl, 则 选择 性 地 抑制 腹 司 个 的 反应 。 那 么 当 用 哌 啶 进行 裂解 反应 时 ， 员 能 从 DNA 片段 上 的 -C 处 断裂 。 在 放射 性 自 显影 胶片 上 只 出 现 C 带 。 ERE BBP 标记 后 ， 用 化 学 裂解 法 处 理 所 测 定 的 核 苷 酸 顺序 如 图 4 一 19 所 示 。 化 学 裂解 法 是 测定 DNA 核 苷 酸 顺 序 的 一 种 十 分 有 效 的 方法 。 只 相差 一 个 核 苷 酸 的 片段 都 可 以 分 辩 得 出 来 。 当 然 这 主要 取决 于 凝 胶 电 泳 的 分 辨 率 。 在 40 厘 米 的 凝 胶 板 上 ， 可 以 毫 不 含糊 地 从 标记 的 一 端 测定 出 100 一 200 个 核 昔 酸 的 顺序 。 五 、DNA 分 子 组 织 结构 的 某 些 特点 DNA 分 子 是 很 大 的 。 一 个 病毒 DNA 分 予 就 有 好 用 千 碱 基 对 ， 细菌 染色 体 DNA 分 子 187 i. L amr Bete OS So 188 5’ HO—TAGCCAGTCT—3’ [oro ATP 5’3?P-TAGCCAGTCT— 3? (b) 化 学 裂解 | ieee panes CO) RAR ir eR BABES ABe | 图 4 一 19 化 学 裂解 法 测定 4 一 HN 一 N 了 2， 一 DNA 顺序 is、 PREAH. HE, ABA CARE 卫 - 和 蛋白 csc SIAR TE 形成 的 碱 基 对 就 有 几 百 万 ; 真 核 生物 的 类 色 体 ,DNA 比 原 核 生 物 的 染色 体 DNA 大 三 个 数量 级 。 寺 和 于 对 功能 人 性 基因 的 实际 数 具 缺乏 确切 的 了 解 ， 因 此 目前 很 难 将 DNA 的 大 小 同 它 实 际 编码 的 能 力 完全 联系 起 来 。 一 个 很 小 的 病毒 DNA 分 子 似乎 小 到 不 是 以 为 所 有 的 病毒 蛋 自 编码 y fe, 实际 土 它 又 把 它 的 过 量 的 信息 压缩 到 它 的 DNA FH. 另 一 方面 ”在 真 核 生 物 中 所 个 测 到 的 功能 性 基因 数 要 比 所 计算 的 DNA 的 编码 潜力 低 几 个 数量 级 。 近 十 多 年 来 ， 册 和 于 核 酸 研究 方法 的 进步 ， 核 酸 结 构 的 研究 也 随 之 取得 了 很 大 的 进展 。 从 们 利用 分 子 杂 交配 合 电 子 最 微 贷 观察 4 核酸 复 性 动力 学 研究 、DNA 和 RNA 核 苷 酸 顺 序 的 测定 等 方法 ， 已 经 揭示 出 入 本 结构 组 织 二 沟 某 些 特点 ， 对 上 述 疑 点 已 显露 出 可 解答 的 实验 依据 : oO eaae OP DIR FEET ARK, EDIE BE, DNA ERS — 7m BS REE RI RR BEL ”方式 编码 一 种 蛋 和 白质。 但 是 ， 已 发 现 这 种 传统 的 观点 已 在 某 些小 病毒 DNA 分 子 中 有 例外 。 Pla, Wp} X174 DNA 是 由 5375 个 核 苷 酸 组 成 的 单 股 坏 状 DNASE, ESBHAE Hiei OR, © 4XI74 DNA 的 5375 个 仿 昔 酸 不 足以 编码 九 种 不 同 的 蛋 和 白质。 但是， 把 它 的 核 童 酸 顺 序 与 它 的 万 个 基因 王 核 苷 酸 顺序 相对 应 ， 把 已 知 氨基 酸 顺 序 的 噬菌体 蛋白 也 与 其 排列 对 照 ， 并 结合 其 他 方面 的 研究 ， 发 现 了 一 种 令 人 惊叹 的 基因 排列 方式 (图 4 --20 ) A 基因 和 B 基因 相互 重 释 (BEA 完全 BA 在 六 基因 范围 内 ),D 基因 和 也 基因 相互 重 &, D 基因 从 核 苷 酸 390 延 伸 到 846， fi E 基因 则 起 始 于 核 背 酸 566, 终 止 于 核 若 酸 840。 不 同 基 因 在 核 苷 酸 顺 序 上 相互 重 释 的 现象 就 的 产物 与 DNA 的 复制 有 关 ) 和 B 蛋白 (BERK, SRM EHX), BAX MEBACELA 的 产物 ， 与 宿主 的 溶菌 作用 有 关 ) 的 氨基 酸 顺 序 都 是 不 同 . 这 种 在 同一 段 DNA 顺序 中 能 获得 合成 不 同 蛋 自 质 的 信息 ， 是 由 于 以 不 同 的 方式 识 读 DNA 的 核 苷 酸 顺 序 ， 即 识 读 三 联 密码 子 的 起 始点 不 同 的 结果 《网 4 一 21 ) 。 图 4 二 2079%X174 DNA 中 的 基因 排列 , | D 看 自 ， …，…。 Ala 一 Glu 一 Gly 一 Val 一 Met 终止 ， ae .. GCGGAAGGAGTGATGTAATGTCA-..«. \ESA -Arg-Lys—Gly 终止 ”起 始 Ser—---- JHA sin 全 -21 过 TN 顺序 7 产生 和 不同 的 蛋 和 白质 从 图 4 一 21 我 们 可 以 看 出 ，D 基因 和 上 卫 基因 在 同一 段 DNA 顺序 中 以 不 同 的 方式 编码 两 种 不 同 的 蛋白 质 ( D 和 蛋 和 和 上 半 ,和 蛋 和 》， 辐 时 还 可 以 看 出 了 基因 的 终止 密码 子 TAA 与 本 基因 的 起 始 密码 子 ATG HEB. 189 HARA MR EM RG, 基因 组 也 存在 。 基 因 重 亚 对 于 某 些 病毒 来 说 能 够 用 效 地 利用 DNA 分 子 的 信息 含量 。 就 几 174 来 说 ， 它 的 DNA 大 小 严格 受到 外 壳 体 积 的 限制 ;不 可 能 WAS. 因此 ， 它 必须 充分 利用 它 的 DNA 信息 才能 得 以 生存 。 基因 重 亚 现象 是 否 具有 普遍 性 ， 现 在 还 不 能 断言 * 这 种 现象 并 不 限 手 细 蓝 病 毒 二 而 且 在 猴 病 毒 9SV40 的 基因 组 中 也 有 发 现 。 2。 基因 中 的 插入 顺序 通过 DNA 1 RNA 杂交 观察 ， 以 及 通过 DNA 和 RNA 的 核 昔 酸 顺序 的 比较 六 RM 多 来 自 真 核 生 物 的 基因 和 它 的 转录 产物 RNA 并 不 等 长 ， 在 基因 中 存在 一 段 或 几 段 非 编 码 顺 ， 序 ， 即 播 入 顺序 (intervening sequence ) 。 也 就 是 说 ， 一 个 完整 的 结构 基因 被 插 六 顺序 隔 开 。 被 插入 顺序 分 开 而 间断 的 结构 基因 即 称 为 “断裂 基因 ”或 5 分 陋 基因 2 。 基因 的 编码 区 称 为 外 显 子 (exoa )， 而 其 间 的 插入 顺序 则 称 为 内 含 子 〈 intronD) | 4 例如 ， 小 鼠 P-KBABHASBH 116+ Messe BAM. AAW PASA 的 基因 的 总 长 度 约 为 7700 个 碱 基 对 , 其 中 只 有 1158 个 核 苷 酸 编码 卵 白 蛋 自 的 386 个 氨基 酸 丰 -一 一 -一 一 一 -一 一 ---- 一 -一 - (a) 基因 结构 : 1%, Sy PRR 卵 白 蛋白 基因 〈7700bp) uy, 外 显 大 小 〈bp) 图 4 一 22 ” 鸡 卵 白 蛋白 的 基因 结构 (a) ， 基 因 中 的 擂 入 顺序 ，L MAS RAB COL 为 前 导 顺 序 )， 字 母 表示 内 含 子 ，(b) 异 源 双 链 术 显 示 出 卵 白 蛋白 基因 和 它 的 转录 产物 MRNA 并 不 等 长 。 190 - 这 个 基因 含有 六 个 插入 顺序 ， 把 一 个 完整 的 结构 基因 分 隔 成 七 个 编码 区 (图 4 一 22 ) 。 细 胞 色素 b 的 基因 也 被 四 个 插 六 顺序 分 隔 成 五 个 编码 区 。 从 图 4 一 22 以 及 上 面 的 数字 ， 我 们 可 以 看 出 衣 插 六 顺序 比 一 个 基因 的 编码 区 还 要 大 。 免 疫 球 蛋 白 基 因 、 胰 岛 素 基 因 等 许多 被 检测 过 的 真 核 生 物 基 因 中 都 含有 插入 顺序 。 在 腺 病毒 和 SV40 等 动物 病毒 中 的 蛋白 质 基 因 也 同样 检 i 测 出 插 六 顺序 。 此 外 ， 在 真 核 生 物 的 某 些 TRNA 基因 和 tRNA 基因 中 也 发 现 有 播 入 顺序 。 看 来 ， 揪 入 顺序 在 真 核 生 物 中 具有 普遍 性 。 paid ”中 ， 从 机 Kiana Pincay aie He -因为 在 a Hh, REA Shs La Hb eT A SF BED RA. SER, PRAM MRNA es) oe ee ee) eee 基因 隔 开 的 这 种 组 织 方式 在 进化 和 调控 上 是 有 特殊 意义 的 。 3。 重复 顺序 ( Repetitive sequences ) 在 真 核 生 物 染 色 体 DNA 中 有 许多 重复 出 现 的 核 苷 酸 顺 列 。 从 DNA 复 性 动力 学 观察 ， 真 核 生 物 DNA 可 分 为 三 部 分 :高 度 重复 顺序 、 中 度 重复 顺序 和 单一 顺序 。 高 度 重 复 顺序 在 DNA- 分子 中 重复 次 数 很 高 ， 可 达 几 百 万 次 。 因此 , 这 部 分 DNA 复 性 速度 很 快 。 高 度 重复 顺序 在 整个 了 NA SFT HHKAAAR MRM, 一 般 在 15 % 左 Bo EAN BH DNA 市 约 占 20% ， 在 小 鼠 染 色 体 DNA 中 约 占 10 贤 。 高 度 重 复 顺 序 的 碱 基 组 成 不 同 于 其 他 部 分 ， 故 在 氧化 饮 密 度 梯度 超 离心 时 可 显示 出 额 外 的 小 峰 ， 称 为 “卫星 峰 ”， 卫 星 DNA Satelite DNA) 的 名 称 即 由 此 而 来 。 卫 星 DNA 的 重复 单位 一 般 由 2 一 10 个 碱 基 对 组 成 ， 成 串 排 烈 。 有 些 重复 单位 由 较 长 的 核 苷 酸 顺 序 组 成 。 倒 如 用 限制 性 内 切 酶 Hind 下 降解 非洲 绿 猴 的 染色 体 DNA， 可 获得 重复 单位 为 172 个 碱 基 对 的 高 度 重复 序列。 一 般 认 为 高 度 重复 顺序 不 被 转录 (也 有 被 转录 的 个 别 报道 ) ， 这 可 能 与 生物 进化 和 基因 表达 的 调节 控制 有 关 。 中 度 重 复 顺 序 是 指 重复 次 数 在 DNA 分 子 中 出 现 十 风 次 至 几 干 次 的 部 分 ， 其 复 性 的 速度 比 高 度 重复 顺 弃 慢 ， 但 比 单一 顺序 快 。 它 们 或 是 成 串 排 列 ， 或 是 与 单一 顺序 相间 排列 * HE 重复 顺序 在 整个 DNA 分 子 中 所 占 的 比例 随 种 属 差异 而 有 别 。 在 大 体 中 占 12% 左 在 ， 在 小 鼠 me 420%. 中 度 重复 顺序 有 些 是 编码 区 ， 如 rRNA 基因 、tRNA 基因 、 组 蛋白 基因 、 免疫 球 蛋 和 白 基因 等 。 所 以 ， 上 述 这 些 基因 都 属于 中 度 重复 顺序 之 列 4 有 多 拷贝 基因 之 称 。 有 些 中 度 重复 顺序 是 非 编码 区 ， 与 基因 的 表达 调控 有 关 。 单一 顺序 在 DNA 分 子 中 只 出 现 一 次 或 几 次 ， 因 而 复 性 速度 最 慢 。 绝 赤 多 数 编码 蛋白 质 或 酶 的 结构 基因 属于 单一 顺序， 因此 这 样 的 基因 称 为 单 拷贝 基因 。 单一 顺序 约 占 单 倍 体 有 NA 的 50% 以 上 上， 代表 了 生物 巨大 的 遗传 信息 。 在 原核 生物 中 ， 重 复 顺序 很 少 存在 。 在 大 肠 杆 菌 中 ， 核 糖 体 RNA EMA tRNA 因 是 重复 的 ， 但 重复 的 次 数 不 多 。 绝 大 多 数 基因 是 单 拷贝 的 。 4, jasc 45% ( Palindromes ) © DNA (tEAM Ki 4A NSE OE Ae, CE DNA 的 非 编码 区 往往 存在 -- 种 有 趣 的 对 191 Meee, MAMA. HRB - 全 5 汐 系 指 在 一 个 假想 轴 的 两 侧 某 些 碱 基 顺 着 同 CAT Teer eT AA TG 一 极 性 读 ， 两 条 链 站 碱 基 顺序 是 一 样 的 结 构 , 如 图 4 一 23(ci) 所 示 。 这 种 结构 时 现 出 双 ; SEAMEN T TAC CRN. BERANE ， 3 7 发 夹 结构 (Hairpin structure) me “+” = (a1) 形 结构 4 —23:) ° yi 对 称 中 心 (a,) (6) KM ; 图 4 一 23 (a), ee Hy Cm Hy), bau 于 表现 为 在 对 称 中 心 两 侧 呈 双重 旋转 对 称 ; (b) ， 该 过 文 结构 变性 后 退火 形成 了 “+” ah HEP AAS 字形 结构 。 ne i Ah SONAR LIT REN. SHAY TW SH BA DNA 分 子 中 。 许 多 DNA PRE ARB TR BAB ith RA aE. , RFRA ， TERR DNA 分 子 中 存在 的 意义 ， 目 前 尚 不 清楚 ， 有 待 进一步 研究 。 IN 第 五 节 RNA 的 结构 一 、RNA 的 类 型 和 一 般 结 构 特 征 与 DNA 不 同 ， 在 所 有 生物 细胞 中 都 含有 三 种 不 同类 型 的 RNA， 即 mRNA, tRNA 和 rRNA。 此 外 ， 在 细胞 内 还 含有 其 他 种 类 的 .RNA， 如 不 均一 核 RNA 〈《HnRNA 思 SP BAVA 分 子 RNA(sSnRNA) 等 等 。 在 线粒体 和 叶绿体 中 也 含有 相应 的 RNA。 除 上 述 RNA Sp, 有 种 类 很 多 的 病毒 RNA。70 年 代 以 来 所 发 现 的 类 病毒 只 含有 唯一 的 RNA, 除 病 毒 RNA 外 ， 细 胞 内 的 各 种 RNA 都 是 以 DNA ARRAY. A, RNA 的 碱 基 组 成 与 DNA 的 碱 基 组 成 十 分 相似 。 所 不 同 的 是 ， 在 了 NA 分 子 中 ， 尿 喀 啶 代替 了 胸 喀 192 Mz, 此外， 在 RNA 分 子 中 ， 核 糖 代替 了 脱氧 核糖 。RNA 是 由 RR CAMP). SHR G@GMP) . aM (CMP ) MURR C UMP ) 四 种 5/- 核 音 酸 组 成 的 。 RNA 分 子 中 还 含有 相当 数量 和 种 类 较 多 的 稀有 碱 基 ， 其 中 以 RNA FARM. £ DNA AFR) A ATOR AE Ae» RNA 分 子 中 的 这 些 大 有 破 基 是 在 转录 后 经 特异 性 隐 修 人 酶 修饰 而 产生 的 。 pul ) 除 某 些 双 股 病毒 RNA 4, RNA 都 是 单 股 分 子 ， 不 具有 A/U=G/C=1 的 碱 基 比 例 关 系 。 但 它 可 以 通过 自身 回 折 ， 在 分 子 内 部 可 以 互补 光 区 域 形成 氢 键 ， 从 而 形成 较 短 的 双 螺 旋 iH. HAMM 4 与 U、G 与 C。 不 能 配对 的 碱 基 区 域 形成 突 环 被 排斥 在 螺旋 结 25>. Alt, RNASFRARAW_ RA (A 4 一 24 ) 。 每 一 个 螺旋 至 少 BG 1— 6 AWE NA SER. AA RNA 其 双 螺 区 所 占 的 比例 是 不 同 的 。 在 tRNA 中 点 50% 左 右 ， 在 a Hh rh40%2e ts 在 烟草 花 叶 病毒 《 TMV ) RNA 中 占 60%。 一 、 RNA ATR Me . 核酸 ( 无 治 是 DNA 还 是 RNA ) 4 本 级 结构 。 只 有 在 研究 核酸 的 一 级 结构 基础 上 才能 进一步 研究 ss 核 酸 结构 研究 的 突破 ， 首先 是 关于 tRNA 一 RWB. 196542, Holley 等 人 报道 了 利用 片段 重 释 法 测定 酵母 丙 氨 酸 tRNA 的 一 RAH, 并 利用 一 级 结构 提供 前 信息 ,提出 了 tRNA 三 叶 草 型 药 工 级 结构 模型 。 自 从 DNA 顺序 测定 方法 获得 突破 后 ，RNA 顺序 测定 的 新 方法 不 断 涌现 ， 大 大 推动 了 RNA 结构 的 研究 。 为 了 介绍 RNA 核 苷 酸 顺 序 测定 的 Bik, XBRL RNA 结构 研究 中 有 图 4 一 24 RNA 二 级 结构 示意 图 关 的 工具 酶 。 BRR RBX | | RBA RENT (ey em By RR. BRE Oe. Ao fy Ji RET CF DNA Bat DNase ) 和 核糖 核酸 酶 (简称 RNA Beak RNase), 以 及 非 专 一 性 酶 。 根 据 作用 方式 可 分 为 AW BRM (endonucleases ) 和 外 切 核酸 酶 (exo- hucleases); ) 前 者 产生 寡 核 蔡 酸 片段 ， 后 者 产生 单 核 音 酸 。 有 少数 酶 兼 有 内 切 和 外 切 酶 的 特 性 5 根据 磷酸 酯 键 断 裂 的 方式 可 将 核酸 酶 分 为 两 类 ， 一 类 是 作 于 于 3' -OH 和 磷酸 基 之 间 的 BZ. Pm ins eM, 另 一 类 是 作用 于 5’-O WAREZ ARR, PH 的 3"- 端 含有 磷酸 基 。 还 有 其 他 一 些 准 则 可 以 用 来 进一步 定义 核酸 酶 。 | 1, 胰 核 糖 核酸 酶 ( Pancreatic ribonuclease ) ( EC3,1,4,22) | 胰 核 糖 酸 酶 简称 RNase A( x RNase IT) ， 是 一 种 存在 于 胰 脏 中 的 、 对 热 十 分 稳定 的 ARMM. AMALIE PRIDE, 故 因 此 而 得 名 。 咎 胰 核 糖 核酸 酶 的 结构 ， 193 ee 性 质 以 及 作用 特性 研究 得 十 分 详细 。 RNase A 是 一 种 很 小 的 蛋白 质 ， 分 子 量 为 13,700。 在 微 酸性 溶液 中 搬 耐 热 ， rslaton WRYRAA HIER. MAE pH A7.7, MBBENESC. RNase AW/EN4—H Lb. ERT RNA， 不 作用 于 DNA, BAER BALE RNA 4) F HAVER RR Co, 0 Ei ARRIES OREM Cy, 位 上 的 -OH ZR 4 一 25)。 它 作用 的 机 制 与 碱 作 用 于 RNA 的 机 制 相 似 ， 先 形成 2 ，34 环 状 磷酸 中 间 物 ， KR 后 这 个 中 间 物 水 解 ， 产 生 以 3'- 喀 啶 核 苷 酸 和 3/- RE EE I BR Cae wi eG a y, 下 ky PS PD RaloP ad eal P Pe AS FES Be Np... ft. 7 sts 图 4 一 25 RNase A 作用 部 位 〈 实 线 箭头 指向 ) 和 RNase T, 作用 部 位 《 虚线 箭头 指向 ) RNase A 对 喀 啶 核 直 酸 的 专 一 性 不 是 绝对 的 ， ANSRAFR AW meee 3! ~ Diy RB 基 所 成 的 酯 键 也 能 被 水 解 ， 但 水 解 的 速度 相当 低 。 1 2。 核糖 核酸 酶 T, (有 Ribonuclease T, ) 核糖 核酸 酶 T,( 上 EC3.1.4.8) 简 称 RNase T,, Jé KH ( Aspergillus ogg 中 分 离 得 到 的 一 种 专门 水 解 RNA ay SRR Cs 位 土 的 磷酸 基 与 相 邻 核 苷 酸 Cy, tr EAV-OH 之 间 酯 键 的 酶 (图 4 一 25 ) RNase Ti 也 是 一 种 对 热 、 对 酸 稳定 的 内 切 酶 。 它 作 用 于 RNA 后 得 到 的 产物 是 34- 鸟 苷 酸 和 3/- 鸟 苷 酸 结尾 的 寡 核 昔 酸 片段 。 此 外 ， 了 Nase T, 也 能 水 解 黄 ne, RSS, AE SA ERS SAO RA’ -OH 之 间 的 酯 键 。 与 RNase T, 同一 来 源 的 另 一 种 内 切 酶 是 RNase Res ST EEE er A 水 解 3“- 腺 昔 酸 与 相 邻 核 苷 酸 O'-OH 之 间 的 酯 键 的 速度 最 快 。 3。 核糖 核酸 酶 U, ( Ribonuclease VU, ) 核糖 核酸 酶 U: ( 简称 RNase |, ) KAU, Sphaerogena ( —#p RHR), 是 一 种 对 3/-BCRE RS WORE MS’-OH 之 间 的 酯 键 有 较 高 专 一 性 的 内 切 酶 ， 但 作用 于 腺 苷 酸 的 速度 远 远大 于 作用 于 鸟 昔 酸 。 如 果 先 将 RNA 中 的 鸟 苷 酸 上 的 鸟 味 叭 用 特异 性 的 化 学 试剂 修 饰 ， 那 么 RNase U, 不 再 作用 于 RNA 分 子 中 鸟 苷 酸 3“- 端 磷酸 基 所 成 的 酯 键 ， 只 作用 于 腺 苷 酸 3- 端 磷酸 基 所 成 的 酯 键 。 理 4, 核糖 核酸 酶 Phy | 核糖 核酸 酶 Phy Ij RNase Phy I) 是 从 Physarum polyce phalum( % sit) 中 分 离 到 的 一 种 专 一 性 较 弱 的 内 切 酶 。 该 酶 主要 作用 尿 喀 喧 核 苷 酸 3 - - 端 磅 酸 基 所 成 的 酯 键 。 此 外 ， 从 Ustilagos phaerogena 分 离 到 的 RNase U, 以 及 从 Neurospora crassa sala 到 的 RNase N, 都 具有 和 RNase Ti 相似 的 作用 特性 。 5。 非 专 一 性 核酸 酶 (1 ) 小 球菌 核酸 酶 (Micrococeal nuclease ) ( EC, 3,1,4.7) 是 从 一 种 链球 菌 申 分 离 到 的 非 专 一 性 内 切 酶 ， 它 既 可 以 作用 于 RNA， 亦 可 以 作用 于 变性 的 DNA， 产 物 均 为 34- 核 194 车 酸 和 3“- 端 具 磷 酸 基 的 宅 聚 核 昔 酸 片段 。 - (2) mBHR S, (Nuclease S,) BRS, 是 从 Aspergillus oryzae 中 分 离 到 的 一 种 非 专 一 性 的 核酸 内 切 酶 。 该 酶 能 水 解 RNA 和 单 链 DNA， 其 产物 是 5/- 核 并 酸 和 5/- 端 具 磷酸 基 的 碍 核 音 酸 片段 。 (3 ) 核 酸 酶 P,(Nuclease P,) 是 下 和 炉 酸 酶 P, 是 从 桔 青 霉 ( Penicillium citrium ) 中 分 离 到 的 一 种 非 专 一 性 内 切 酶 。 该 酶 WL EKA RNA, 而 且 也 能 水 解 DNA， 而 且 该 酶 还 具有 3/- 磷 酸 单 酯 酶 的 活性 ， 即 能 从 核 苦 酸 或 寡 核 昔 酸 片段 的 3/- 端 水 解除 去 磷酸 基 。 二 《二 )RNA 核 苷 酸 顺 序 测 定 ARK, We RNA 核 背 酸 顺序 的 新 方法 有 了 很 大 的 发 展 。 这 些 方法 可 以 说 是 在 测定 DNA 核 背 酸 顺 序 的 “加 ”“ 减 ”法 和 化 学 烈 解法 的 推 动 或 启发 下 建立 起 来 的 。 这 里 仅 就 原 始 的 片段 重 亚 法 和 特异 性 核酸 酶 降解 直 读 法 作 原理 上 的 介绍 。 1, ”片段 重 释 法 轩 ， Holley 等 人 采用 了 类 似 Sanger 测定 胰岛 素 一 级 结构 的 方法 , ST REAR tRNA 的 一 级 结构 。 这 个 方法 就 是 所 谓 片段 重 秋 法 ， 其 原理 是 ， 利 用 不 同 RNase 作用 的 专 一 性 ， 将 RNA 降解 成 大 小 不 同 的 两 套 或 几 套 小 碎片 ， 然 后 分 别 分 离 出 来 ， 并 测定 每 个 小 碎片 的 碱 基 组 成 和 核 苷 酸 顺 序 。 不 同 专 一 性 的 酶 降解 得 到 的 片段 是 相 重 释 的 。 根 据 重 释 区 的 核 苷 酸 顺序 就 可 以 确 知 这 些小 碎片 在 RNA 中 的 前 后 位 置 ， 进 而 可 以 确定 整个 RNA 分 子 的 核 苷 酸 顺序 。 小 片段 的 核 苷 酸 顺 序 测 定 可 采用 高 碘 酸 氧化 法 等 方法 进行 。 高 碘 酸 氧化 法 是 首先 用 高 碘 酸 氧化 RNA 片段 Cs 端 邻近 的 羟基 ， 然 后 在 弱 碱 性 条 件 下 进行 B 消除 反应 ， 测定 6 消除 反应 产生 的 碱 基 ， 即 可 确定 3/- 端 的 第 一 个 核 彰 酸 。 小 片段 新 的 3/- 端 的 磷酸 基 经 3/- 磅 酸 单机 酶 处 理 除 去 后 可 进行 第 二 次 循环 。 如 此 下 去 即 可 测定 小 片段 的 核 苷 酸 顺 序 。 在 片段 重 玛 法 中 最 常用 的 专 一 性 核糖 核酸 酶 是 RNase A 和 RNase T,。 这 两 种 酶 作用 的 专 一 性 已 如 前 述 。 现 有 一 假想 的 及 NA 片段 ， 该 片段 用 RNase A 和 T, 分 别 作 用 后 可 产 生 如 下 的 信息 ; | 用 IRNase A 处 理 得 :CU、.G、AGAU © FA RNase Ti 处 理 得 ， AUG, CUAG 厄 据 这 两 组 碎片 的 核 痊 酸 顺 序 的 重 硅 情况 即 可 以 确定 该 片段 的 核 苷 酸 顺序 是 CUAGAUG， WAT HES AUGCUAG, 2。 特异 性 核酸 酶 降解 直 读 法 特异 性 核酸 酶 降解 直 读 法 测定 RNA 核 背 酸 顺序 的 基本 原理 是 ， 用 几 种 专 一 性 不 同 的 核 糖 核酸 酶 分 别 对 一 端 ( 通常 是 5/- 端 ) 用 ?P 标记 的 RNA 进行 部 分 降解 ， 即 可 以 分 别 获 得 一 组 一 端 有 标记 的 ， 另 一 端 以 特异 碱 基 为 末端 的 长 度 不 等 的 酶 解 产 物 。 然 后 利用 桶 丙烯 酰胺 平板 电泳 技术 ， 将 上 述 几 组 酶 解 产物 连同 用 碱 或 甲 酰胺 非特 异性 部 分 降解 而 获得 的 “阶梯 ? 起 产物 在 同一 绽 胶 板 上 电泳 分 离 ， 从 放射 性 自 显影 的 胶片 上 ， 结 合 非特 异性 部 分 降解 的 《 阶 梯 ” 式 谱 带 ， 即 可 直接 按 顺序 读 出 RNA 的 核 昔 酸 顺 序 。 一 般 一 次 可 以 直接 读 出 100 一 200 个 核 昔 酸 的 顺序 。 195 常用 的 碱 基 特 异性 的 核糖 核酸 酶 有 RNase T, ($~—-F G), RNase ACSF UA C), RNase U: ( 专 一 于 信和 G， 但 作用 于 A 的 速度 远 远大 于 ,GD)A)RNase Phy I ¢ 要 作用 于 U) 以 及 其 他 一 些 核糖 核酸 酶 。 洲 能 找到 专 一 性 更 ; 强 的 RNasej， 那 名 该 法 解 RNA 顺 施 的 能 力 就 会 大 大 增加 。 如 果 RNA 分 子 中 存在 着 强 的 二 级 碱 基 配对 ， 则 酶 对 这 x 种 区 域 就 不 起 作用 ， 即 使 在 变性 C7mol/L 尿素 ) 或 50C 加热 的 条 件 下 也 是 如 此 。. 因 此 ，, ;在 这 种 情况 于 放射 性 自 显影 图 谱 量 | 会 造成 一 些 谱 带 的 缺失 。 后 来 有 人 提出 ， 可 以 在 专 一 性 降解 RNA ZA A 氧 蚁 = 亚 硫 酸 氨 从 混合 物 ( Methoxyamine-bisulfite mixture ) 处 理 RNA， 对 胞 喀 啶 核 背 酸 进行 修饰 ” sasha be - -SO; 基 团 。 由 此 破坏 了 G—C Wet, fh RNA MORE BIH 1 BAT BBE GT SEA. MBE, HG RE RRA 113 IE NRE RZ A ORRER A} RNase A Giith, AMA ARV iE RR E RNA KERMA. RS VS Hi AS IEE RAR MRP. AWS RNA AORSRER DEE {TEE BS GR. XRMARSG LARGER SEH, MAUR UMC) -图 4 一 26 表 示 了 一 个 假想 RNA RRA LARGE ERE RM OAR. Wi EE 影 图 谱 上 直接 读 出 该 片段 的 核 彰 酸 顺 序 为 : 5'~32,AUGGACUACG-3’ D B., Qu pM oP © 3° " sate me | G 图 4 一 26 ”特异 性 核酸 麻 降 解 直 恋 法 sem Sh mr SCA wR ty R RNA BB ip pa 8 人 ate 示 RNA 化 学 修饰 前 用 wma DODO 77 | (| RNase 降解 的 结果 。 IOWA RNase was’ ie T,; @Hi RNase U,; @fA RNase A} — ome | A @)i RNase Phy I.; 回 表 示 非 特异 性 降 oss | eums | G 解 产 生 的 “阶梯 2” Rik (ER BWM poe eth KS ERM), 轿 表示 RNA cE pa lg | 经 化 学 修饰 后 用 RNase A 降解 的 结果 。 za | A 5 : =, tRNA 的 结构 tRNA LiF MIRAGE AMA, “aaa RNA 15%, tRNA 的 主要 功能 是 反 氨基 酸 转 运 到 与 核糖 体 结合 的 mRNA 上 。 因 此 ，tRNA 是 一 种 能 结合 特定 氮 基 酸 并 能 识别 mRNA 分 子 中 的 该 氨基 酸 的 密码 子 、 将 特定 氨基 酸 转运 到 正在 合成 的 蛋白 质 多 . 肽 链 中 去 的 196 Bothy F. tRNA 的 种 类 很 多 ， 约 有 50 多 种 。 每 一 种 tRNA 都 能 专 一 于 某 种 氨基 酸 及 其 之 码 子 .有些 氨基 酸 可 有 几 个 密码 子 编码 % 因而 就 有 几 种 tRNA 专 一 于 某 种 特定 的 氨基 酸 。 BHF tRNA 上 反 密码 子 的 摆动 性 ( 见 到 蛋白 质 生 物 合成 ”一 章 ) ， 一 种 tRNA 可 以 识别 同志 氨基 酸 的 不 同 密码 子 。 因 此 ， 各 种 起 NA 的 总 数 并 不 等 于 氨基 酸 密码 子 的 总 数 。 1 tRNA 的 一 级 结构 me Holley 完成 了 酵母 丙 氨 酸 RNA ( 简 作 tRNAA) (RAE Za, BE tRNAM 的 二 级 结构 以 及 碱 基 配 对 的 规则 ， 提 出 了 tRNA 二 级 结构 的 模型 。 该 模型 类 似 三 叶 草 ， 故 称 为 三 叶 草 二 级 结构 (图 2 一 27)。 它 们 号 般 由 75 一 90 个 核 背 酸 组 成 ， 含 有 较 多 的 稀有 碱 基 。 看 未 同 的 tRNA 分 子 中 ， 约 有 21 个 核 音 酸 是 不 变 或 半 不 变 的 。 绝 大 多 数 (RNA 的 二 级 结构 都 符合 三 叶 草 形 结构 。 图 4 一 28 展 示 了 tRNA 结构 通 式 。tRNA 的 二 级 结 构 具 有 下 列 特征 。 图 4 一 27” 酵 母 丙 氨 酸 tRNA 的 三 叶 草 形 二 级 结构 QtRNA 的 多 核 彰 酸 链 分 子 内 形成 氢 键 的 碱 基 对 都 是 A 与 已、G 与 C。` 形 成 氢 键 的 部 位 称 作 臂 (arm ) 。 不 能 形成 氢 键 的 区 段 形成 环 状 突起 ， 这 种 突起 则 称 移 环 《loop ) . HH 长 短 及 环 中 的 核 背 酸 数 ， 在 不 同 的 tRNA 分 子 中 只 有 很 小 的 差别 。 四 在 这 个 模型 中 ,tRNA 的 5- 端 和 3“- 端 附近 的 碱 基 互 补 配 对 ， FERRE. TE 197 工 4 区 环 反 密 码 子 | ; + eyo tRNA 的 二 级 结构 1 SE A WIL ER AAS RBI), Hep Pu Ari BE, Py 为 喀 喧 BA, POOR MEER E, G* 渐 岛 味 吟 核 背 或 2"-O- 甲 基 鸟 味 吟 核 苷 ，T 为 胸 喀 院 核 ba &3’/-OH 上 。 轿 氛 基 酸 和 臂 对 面 是 反 密码 臂 ， 由 五 个 碱 基 对 组 成 。 它 的 顶端 是 : 反 密 码 环 ， 由 七 个 碱 基 组 成 ， 其 中 三 个 碱 基 代表 某 种 氨基 酸 的 反 密 码 子 《anticodon ) ， .刚好 与 该 氨基 酸 的 密码 相对 Mo PMR AR MR tRNA 的 反 密 码 子 是 5/GAA-3/， 相 应 的 密码 子 是 5-UUC-3( 图 4 一 29 ) 5 友 密 码 环 的 大 小 ( ELA BEM ) 是 恒定 的 .这 可 能 与 正确 地 识 读 密码 子 有 关 。 力 在 三 叶 草 形 结构 的 左 侧 有 一 个 天 突 环 ， 由 8& 一 12 核 昔 酸 组 成 。 由 于 含有 二 答 尿 喀 啶 “ (Dihydrouracil), KRATMA RMR D-H, DA WDARS 其 他 部 分 相连 。 人 @ 在 三 叶 草 形 结构 的 右 侧 有 一 个 由 七 个 核 音 酸 组 成 的 突 环 。 在 这 个 突 环 中 有 一 段 TYC pes 198 ER ee RE 结构 ， 因此 该 突 环 称 为 TYWC 环 。 该 环 与 核糖 体 的 结合 BR, AA 5S rRNA 含有 与 它 互补 一 段 核 背 酸 顺序 。 TYC 环 由 TYC 臂 与 其 他 部 分 相连 。 人 @@ 在 友 审 码 臂 和 TYC 璧 之 间 有 ARH, 在 不 MW tRNA HH, 这 外 环 的 大 小 是 不 同 的 。 o. tRNA HERE Kim 等 大 和 Robertus 等 人 放 平 在 同时 期 用 又 - 射 线 晶体 衍射 法 证 明 醇 明 茶 丙 握 酸 的 tRNA CCtRNAPre) RAB 工 -= 形 的 三 级 结构 。 在 这 种 倒 工 - 形 结构 中 ， 人 氨基 BEM TYC 臂 形成 一 个 连续 的 双 螺 旋 区 ，D- 璧 和 反 密 码 臂 也 形成 二 个 近似 连续 的 双 螺 旋 区 。3 汪 端 位 于 倒 工 - 形 的 一 端 ， 反 密码 区 则 位 于 倒 志 - 形 的 另 一 端 Reels 间 相 距 70K 。 TYC 环 和 D- 环 形成 倒 工 - 形 分 子 的 扫 角 。 因 此 ， 二 级 结构 中 所 假定 的 三 叶 草 形 在 三 级 结 均 中 ”图 4 一 29 密码 子 与 反 密 码 子 互补 配对 (bh) 反 密 码 环 图 4 一 30 MRA RA tRNA 的 倒 工 - 形 三 级 结构 模型 01 (a); 结构 模型 照片 ; (b) ， 模 型 解释 图 。 pnw AAG Wall Upc mRNA 199 VNU 是 存在 的 (图 4 一 307) 。 EAL BWSR, RMT Hey mat. RNA Fi RARE 规则 是 AS U. GSC, {Hi tRNA 的 倒 工 - 形 结构 中 发 现 了 所 谓 三 级 氢 键 ( 即 在 CRNA 的 三 级 结构 中 才 出 现 的 配对 方式 ) 。 例 如 在 酵母 芋 丙 氨 酸 tRNA 的 三 级 结构 中 ，58 位 的 1- FR SERRE SS 54 位 的 胸 喀 啶 配对 〈 图 4 一 31(B) ) ， 此 外 ， 还 有 某 一 个 碱 基 同 时 与 另外 两 个 碱 基 形 成 氢 键 的 情况 ， 例 如 ，22 位 的 鸟 味 叭 《G ) 同 13 位 的 胞 咏 啶 (C) 以 及 同 4 位 的 7- 甲 基 鸟 味 叭 (mm?7G) 同时 形成 氢 键 (图 4 一 5T(C) ) 。 大 多 数 三 级 氢 键 的 形成 与 那些 不 变 或 半 RE BMA. 因此 ， 认 为 那些 不 变 或 半 不 变 核 苷 酸 对 于 三 级 结构 的 形成 与 稳定 有 密切 的 关系 。 rX A it a 图 4 一 31 MERE WAM tRNA 三 级 结构 中 的 特殊 氨 键 。 (A) RNA A 4 T WIE BEM, (B) tRNAPhes 中 m'A 45 T 的 非 标准 配对 ， (C) tRNAPhe 中 Ga; 与 Cis 和 m7G46 之 间 的 非 标准 配对 。 200 | pA 一 般 认 为 ， 不 同 来 源 的 tRNA 似乎 基本 上 都 具有 类 似 倒 荆 - 形 的 三 级 结构 。 这 种 结构 十 的 相似 性 与 其 功能 上 的 相似 性 看 来 是 一 致 的 ， 因 为 不 同 的 急 NA 必须 能 与 同一 个 mRNA 在 同一 个 核糖 体 上 相互 作用 。 据 认为 ， 氮 酰基-:RNA 合成 酶 是 结合 在 倒 L- 形 的 侧面 上 的 。 [近年 来 ， 有 大 从 牛 心 线粒体 和 人 线粒体 中 发 现 了 两 种 结构 特殊 的 tRNA"， 其 沉降 系数 RAIS (名 NA 通常 为 4S ) 。 它们 的 二 级 结 构 完全 失去 了 了 - 臂 和 D-H. 所 认为 这 两 种 tRNA 也 能 形成 倒 L- 形 的 三 级 结构 。 四 、mRNA 结构 的 某 些 特征 mRNA. 存 在 于 细胞 质 中 。 正 象 它 的 名 称 表明 的 那样 ， 是 作为 基 团 的 细胞 质 信使 ， 携带 着 合 REARS KHER, mRNA 约 占 细 胞 RNA 总 量 的 5 YY. CN 碱 基 组 成 与 转录 它 的 DNA 的 碱 基 组 成 十 分 相当 ， 也 很 少 出 现 稀有 碱 基 。 这 与 它 作为 基因 遗传 信息 的 传递 者 的 功 能 是 一 致 的 。:; 下 细菌 mRNA 在 代谢 上 很 不 稳定 ， 在 蛋白 质 合 成 之 后 很 快 就 被 降解 。 细 菌 mRNA 的 半 衰 期 于 般 只 有 几 分钟 。 真 核 细胞 的 mRNA 半衰期 较 长 。 傣 目 前 已 经 研究 过 的 各 种 mRNA 包括 病毒 RNA ) 的 一 级 结构 ， 初步 发 现 了 mRNA 结构 上 的 某 些 特征 。 1, JERR 现 已 发 现 ， 无 论 是 原核 生物 还 是 真 生物 的 mRNA 都 存在 非 翻 译 区 。 翻译 区 含有 合成 蛋 白质 的 信息 ， 非 翻译 区 不 含 指 令 蛋白 质 氨基 酸 顺 序 的 信息 。 非 翻译 区 的 长 短 随 不 同 的 mRNA 甫 4-11 某 些 原核 生物 mRNA 起 始 部 位 的 核 苷 酸 硕 序 mRNA | 起 始 密码 子 AUG 或 GUG HHH -RAASORE HM 大 肠 杆菌 ; Lac Z 5/ «+++ A AUUUCACACAGGAAACAGCUAUG ++ : 本 Ta AGUCAAUUCAGGGUGGUGAAUAUG «+». A Sea AUAAGCCUAAUGGAGCGAAUUAUG:+« Ce ass aps UAUCCCGAUUAAGGA ACGACCAUG «++ PERMA po eahl over GAAAGCACGAGGGGAAAUCUGAUG:.- +. | GAACAAAAUUAGAGAAUAACAAUG «ee 噬菌体 M3:: ye: d= ra GAUUCCUAGGAGGUUUGACCUGUG …… 外 壳 和 蛋白 | ”………: CCUCAACCGGAGUUUGAAGCAUG.…… 复制 酶 AAACAUGAGGAUUACCCAUG …… 噬菌体 ,9%X174 VE: 7 = nn Pee AAAUCUUGGAGGCUUUUUUAUG...... BHA | essen UAAAGGUCUAGGAGCUAAAGAA UG «wo {2 rn 求 全 GAAGUGGACUGCUGGCGGAAAAUG+.«.. DEA | we ACCACUAAUAGGUAAGAAAUCAUG.s 201 而 异 。 在 mRNA 的 5- 端 、3/- 端 以 及 原核 生物 的 多 顺 反 子 ( polycistronic ) mRNA ( BUS 带 一 种 以 上 蛋白 质 合成 信息 的 MRNA) 中 的 顺 反 子 `(〈 cistron ) ai 都 存在 ea 在 翻译 区 内 尚 无 非 翻 译 区 插入 的 证 据 。 mRNA 5/- 端 起 始 密码 子 (AUG 或 GUG ) 之 前 的 非 翻 译 区 称 为 前 导 MPF C Leading sequence) 。 比 较 了 原核 生物 各 种 mRNA 的 前 导 顺 序 后 ， 发 现在 距离 起 始 密码 子 约 10 个 核 苷 酸 处 有 一 段 富 含 味 叭 核 背 酸 的 区 域 ( 表 4 一 11)。 例 如 ， 在 乳糖 狼 级 子 的 2 RAL MSHA 蛋白 以 及 噬菌体 %X174 的 A 蛋 白 的 顺 反 子 处 , 富 含 嘎 叭 碱 基 的 顺序 分 别 是 AGGAA, AGGA- GG 和 GGAGG ( 见 表 4-11 ) 。 这 样 的 顺序 刚好 同 16S rRNA 3/-: wm be) Bs As me a I Heh, PRAT LA EEE 16S rRNA 前 3’— sali FE 37 HO- AUUCCUCCACUAG => «+ tary ROEM eh, Gk TEGE A LY 30S 核糖 体 亚 基 结 合 在 邻近 MRNA 起 始 密码 手 的 特定 Birk, SRR AS RA tRNA 因此 而 容易 与 起 始 密码 子 相互 EM, 从 而 起 始 蛋 白质 的 合成 。 这 样 看 来 ， 前 导 顺序 含有 翻译 起 始 的 识别 部 位 ， 与 蛋白 质 合成 起 婚 有 关 。 RRA ( ARREARS) mRNA 5"- 端 起 始 密码 子 前 的 非 翻译 区 的 前 导 顺 序 申 有 一 段 富 含 喀 啶 核 苷 酸 的 顺序 , 与 18S rRNA 3/- 端 的 一 段 富 含 味 吟 核 苷 酸 的 顺序 可 以 互补 。 但 是 ， 有 些 mRNA 完全 不 含有 互补 的 喀 啶 核 苷 酸 顺序 。 因 此 ， 真 核 生 物 mRNA 5 seep ci 这 一 特征 是 否 与 翻译 起 始 有 关 尚 无 定论 。 真 核 生 物 mRNA 3“- 端 的 非 翻译 区 有 一 段 共 同 的 AAUAAA 顺序 ， 这 一 wen 每 质 合成 终止 有 关 ， 也 可 能 与 mRNA 的 转录 终止 有 关 。 DNA MONMNAANNAAANAAXMNAANANRMNANNANANA 转录 pre 一 mRNA - ; 转录 后 的 加 工 9D、 BAUE QR. se CH.~O-P—-0-P—0-P-O-CH: gp x 6- “o- . O- 7-RHReO bcH, = 核糖 ,( 等 等 o- AAAAA™AA-OH] | 5! Sas dees ee ies DS | — polyA | 5 一 端 非 翻 译 区 翻译 区 3° IER, 了 图 4-32 真 核 生 物 mRNA 结构 示意 图 s 顺 反 子 (cistron ) : 是 由 顺 反 试验 所 规定 的 遗传 单位 ， 相当 于 一 个 基 围 ， 含 有 决定 一 Ame Be Whe EA BER OF DOT HG BE A ERB AEF AR MF 202 ER 2, mRNA 未 端的 修饰 结构 迄今 所 知 ， 绝 大 多 数 成 熟 的 真 核 生 物 mRNA 的 未 端 都 含有 修饰 结构 。 这 是 真 核 生 物 不 同 于 原核 生物 mRNA 的 一 个 显著 特点 。 原核 生物 mRNA 的 未 端 没有 这 样 的 修饰 结构 。 真 核 生 物 的 MRNA 未 端 修饰 结构 出 现在 两 个 未 端 ， 即 在 5 - 端 含有 一 里 基 化 的 “ 帽 ”》(cap) 结 构 和 在 3“- 端 有 一 段 多 聚 腺 苷 酸 〈poly A) 顺序 。 (1)5'- 端 “帽子 ”结构 tees HRA MRNAS -384 G75 i -5)- = EM-2'- FRE -3/- MR, BY m?G(57) pppNmp 的 结构 5 XFL Th “ON A, LF 5/- 端 非 翻译 区 的 前 面 ， 是 转录 后 在 细胞 核 中 通过 专 一 性 的 酶 修饰 而 成 的 。7- 甲 基 鸟 音 酸 通过 5, 5/- 磷 酸 酯 键 同 原 有 5/- 端 核 背 酸 的 焦 磷 酸 相 连 《 见 图 4-32 ) 。 目 前 认为 这 种 帽子 结构 可 以 增强 对 外 切 核酸 酶 的 抗 性 ， 从 而 保护 mRNA 的 翻译 活性 。, 此 外 ， 还 认为 帽子 结构 与 蛋白 质 合成 起 始 有 关 ， 也 许 是 为 核 糖 体 提供 一 个 识别 部 位 。 (2 )3/- 端 多 聚 腺 苷 酸 结构 | 目前 认为 大 多 数 RR 生物 的 mRNA 在 3“- 端 都 含有 一 段 多 聚 腺 苷 酸 (Polyadenylic acid， 简 称 poly A) MBit, 其 平均 长 度 约 为 200 个 腺 苷 酸 。 这 段 polyA 结构 并 不 是 从 DNA 模板 上 转录 来 的 ， 而 是 在 转录 之 后 逐个 加 上 去 的 (图 4-32 ) 。 有 人 认为 这 种 poly A 结构 与 mRNA 从 细胞 核 转 移 到 细胞 质 中 去 有 关 ， 亦 有 实验 证 明 poly A 的 存在 增加 了 细胞 质 mRNA 的 稳定 性 。 由 于 真 核 生 物 mRNA 具有 poly ARAMA, 因此， 人 们 设计 了 一 种 十 分 巧妙 的 方法 能 把 真 核 生 物 MRNA 从 细胞 提取 液 中 分 离 出 来 。 在 一 个 惰性 支持 物 上 采用 化 学 的 方法 把 寡 聚 d7 (脱氧 胸 苷 酸 ) BLE, 装 在 柱 中 ， 然后 把 提取 液 上 柱 ， 控制 一 定 的 条 件 ， 把 mRNA 挂 在 上 面 。 改 变 洗 脱 条 件 ， 即 可 把 mRNA 洗 脱 下 来 ， 从 而 得 到 纯净 的 样品 。 上 述 方法 是 一 种 亲 和 层 析 法 。 五 、rRNA 的 结构 rRNA 约 占 细胞 RNA 总 量 的 80%， 它 是 细胞 质 核糖 体 的 组 分 ， 与 核糖 体 蛋白 质 一 起 构 成 核糖 体 。 核 糖 体 是 蛋白 质 合 成 的 场所 ， 由 大 小 两 个 亚 基 组 成 。 在 细菌 细胞 中 ， 核 糖 体 小 亚 基 为 30S, 其 中 含有 一 种 169 FRNA; 核糖 体 大 亚 基 为 502, 其 中 含有 5S 和 23S 两 种 rRNA。 在 真 核 生 物 中 ， 核 糖 体 小 亚 基 为 4039， 其 中 含有 一 种 18S rRNA 核糖 体 大 亚 基 为 609， 其 中 含有 5S、5.8S 和 283 三 种 cRNA. AT 蛋白质 的 合成 是 在 核 糖 体 上 进行 的 ，mRNA、 tRNA 以 及 与 蛋白 质 合 成 有 关 的 酶 和 蛋白 质 因 子 之 间 的 相互 关系 都 会 在 核糖 体 上 表现 出 来 。 所 以 ，rRNA 结构 的 研究 有 助 于 蛋白 质 生物 合成 机 制 的 阐明 。 在 上 述 各 种 不 同 的 FIRNA 中 ， 以 细菌 〈 特别 是 大 肠 杆菌 ) 的 TRNA 研究 得 较为 深入 。 大 肠 杆 菌 5S rRNA 的 核 苷 酸 顺 序 是 1967 年 测定 的 ， 它 是 由 120 个 核 苷 酸 组 成 的 ， 不 含 有 稀有 碱 基 ， 是 59 TRNA 基因 转录 的 忠实 产物 。 比 较 了 不 同 细菌 的 593 rRNA 的 核 苷 酸 顺 序 , 表明 一 级 结构 有 一 定 程度 的 守恒 例如 在 40 一 50 核 苷 酸 之 间 有 一 段 5/-CGAAC-3“ 顺序 。 这 一 段 顺序 刚好 同 tRNA 的 TVC 环 上 的 5-GTVCG-3“ 顺序 互补 , Altix Fe tRNA Taj 糖 体 的 结合 有 关 。 另 外 ，72 一 83 核 苷 酸 之 全 存 一 段 核 背 酸 顺 序 与 23S rRNA 在 大 亚 基 (50S) 203 204 UA 5. 图 4-33 大肠 杆 菌 5S rRNA 的 二 级 结构 模型 a & CC Hl C ‘ Ges he oc c U A A A A q ka Pe 您 > U A 75 G U 图 4-34 小 球 藻 59 rRNA 的 二 级 结构 根据 大 肠 杆菌 5S rRNA 的 核 苷 酸 顺 序 并 结合 其 它 和 研究 结构 的 方法 ， 于 1975 年 推导 出 了 符合 大 多 数 SS rRNA 的 二 级 结构 的 模型 (图 4-33 ) 。 BR, 在 已 研究 过 的 不 同 细菌 的 5S rRNA 的 两 个 末端 附近 的 核 背 酸 顺 序 不 同 ， 但 5"- 端 和 3/- 端 都 能 互补 形成 双 股 区 。 真 核 生物 5S rRNA 的 二 级 结构 与 原核 生物 5S rRNA 的 二 级 结构 基本 相似 (图 4234) 。 真 核 生物 的 5.8S rRNA 通常 含有 160 SERHRER, OF 中 含有 修饰 碱 基 。5.8S TRNA 具有 类 似 于 细菌 5S rRNA 的 功能 ， 因 为 在 5.8S rRNA 中 也 存在 与 5/-GTWCGL-3' Ii 序 互补 的 5“-CGAAC-3“ 顺序 。 有 人 认为 5.8S rRNA 的 二 级 结构 可 能 与 5S rRNA 的 相似 。 一 些 细菌 的 16S 5RNA HRA RMF CRM. AER 16S rRNA 由 1542 个 核 苷 酸 组 成 。 在 此 基础 上 提出 的 二 级 结构 模型 如 图 4-35 所 示 。 从 图 我 们 可 以 看 出 ， 几 乎 近 上 一 半 的 碱 基 3° 一 端 小 区 . 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 -一 mm 一 上 一 一 一 图 4-35 AH 16S rRNA 的 二 级 结构 205 参与 了 碱 基 对 的 形成 ， 单 个 双 螺 旋 区 是 比较 短 的 ， 最 长 的 朵 旋 也 只 有 8 PREM. 分 子 的 整 个 结构 可 从 为 相对 独立 的 四 个 区 (上 见 图 4-35 ) 。 在 16S rRNA 的 3 乞 端 附近 含有 一 段 与 mRNA WS 顺序 互补 的 富 含 哮 这 的 结构 ， 与 ， mRNA 同 30S 亚 基 的 结合 即 翻译 起 始 有 关 。 另 外 ， 在 169rRNA 的 3/- 端 区 域 亦 含有 与 235 rRNA 34- 端 一 段 核 苷 酸 互补 的 顺序 ”这 可 能 在 30S 亚 基 与 509 亚 基 上 的 结合 中 起 作用 ABT 23S rRNA 的 核 苷 酸 顺 序 已 被 测定 ， 是 由 2904 个 核 苷 酸 组 成 eg ) 在 靠近 5 全 端的 附近 有 一 段 可 以 同 5S rRNA 上 的 72 一 83 核 苷 酸 互 补 的 顺序 。 同 样 , E23 7RNA BW 3/- 也 含有 与 169S TRNA 的 3/- 端 区 互补 的 一 段 核 苷 酸 顺序 。 虽然 已 经 为 ?23S rRNA 的 工 级 结 提出 了 丈 种 模型 ， 但 仍 处 在 不 断 研究 之 中 。 Hy at BN ”核酸 的 性 质 1 核酸 的 性 质 是 与 其 分 子 的 组 成 及 结构 密切 相关 的 。 所 究 术 酸 的 许多 方法 都 是 在 认识 TR 酸 各 种 性 质 的 基础 上 建立 和 发 展 起 来 的 。 要 研究 核酸 结构 与 功能 之 间 的 关系 也 必须 首先 认识 核酸 的 一 些 重要 的 性 质 。 一 、 核 酸 的 溶解 性 质 DNA 和 RNA 都 是 由 核 苷 酸 组 成 的 大 分 子 。 它 们 含有 许多 极 性 基 团 ,二 例如 Be. RR 基 等 。 因 此 ，DNA 和 RNA 都 能 溶解 在 水 溶液 中 ,， 而 不 溶 于 乙醇 、 氯仿 等 有 机 溶剂 中 ， 利 用 核酸 的 这 种 性 质 可 以 用 乙醇 把 入 酸 从 水 溶液 中 沉淀 下 来 。 在 细胞 内 ，DNA 和 RNA 通常 都 与 蛋白 质 结 合 在 一 起 , 成 为 DNA- 蛋白 质 ( 简 作 DNP)* RNA- 蛋 白质 〈 简 作 RNP ) SAK. ENWARELARRENRRENBM, DNP 在 低 浓度 的 盐 溶液 中 ， 例 如 在 0.14mol/L 的 氯 化 钠 溶液 中 溶解 度 最 低 ， 仅 为 水 中 溶解 度 的 1%， — 几乎 不 溶解 ;但 RNP 却 能 溶解 。 随 着 盐 浓度 的 升 高 ，DNP 的 溶解 度 不 断 增 高 。 在 1mol/L 的 氯 化 钠 溶 液 中 ，DNP 可 以 完全 溶解 。 利 用 DNP 和 RNP 在 盐 溶 液 中 溶解 度 的 差别 ， 可 以 从 生物 材料 中 分 别 将 DNP 和 RNP 提取 出 来 ， 然 后 分 别 除去 蛋白 质 ， 即 可 以 得 到 用 RNA。 二 、 核 酸 的 带电 性 质 如 前 所 述 ， 组 成 核酸 的 核 苷 酸 是 两 性 电解 质 ， 因 而 核酸 也 是 两 性 电解 质 。 在 一 定 的 pH 和 条 件 下 ， 核 酸 上 的 可 解 离 的 磷酸 基 和 碱 基 依 照 各 自 的 解 离 常 数 解 离 ， 从 而 使 核酸 带 上 电荷 ， 具有 电泳 行为 。 由 于 磷酸 基 是 一 种 较 强 的 电解 质 ， 所 以 核酸 具有 较 强 的 酸性 ， 在 生理 pH 下 带 负 电荷 。 在 细胞 内 ， 双 螺旋 DNA 分 子 中 的 带 负电 荷 的 磷酸 基 团 同 介质 中 的 阳离子 或 阳 离 子 化 合 物 结合 ， 抵 消 了 带 负 电荷 的 磷酸 基 团 之 间 的 斥 力 ， 成 为 DNA 双 螺 旋 结 构 稳 定 的 因素 之 一 。 由 于 碱 基 的 解 离 受 pH 值 的 影响 ， 而 碱 基 的 解 离 又 会 影响 到 碱 基 对 间 站 和 氢 键 的 稳定 性 。 所 以 ，pH 值 直接 影响 核酸 双 螺 旋 结 构 中 了 碱 基 对 之 间 的 氢 键 的 稳定 性 。 对 DNA 来 说 ， 碱 基 对 在 pH 4 一 11 之 间 是 稳定 的 Hitixf CH DNA RA Be. 206 三 、 核 酸 的 旋光 性 核酸 分 子 高 度 不 对 称 ， 因 此 核酸 有 强烈 的 正 向 旋光 。; 特别 是 DNA 分 子 ， 它 的 比 旋 度 [@]p= +150"%， 比 组 成 它 的 单 音 俯 酸 的 比 旋 度 大 得 多 。 当 DNA 分 子 变 性 时 ， 由 于 分 子 的 不 “对 称 性 降低 ， 因而 变性 后 的 DNA 其 比 旋 度 也 大 大 降低 。 ba 四 、 核 酸 的 粘度 | 天然 DNA 溶液 具有 很 高 的 粘度 (Viscosity)。 但 是 当 DNA 变性 时 ， 其 粘度 急剧 下 遇 陷 。 因 为 ， 根 据 大 分 子 溶液 的 粘度 特征 ， 即 高 分 子 溶液 比 普通 溶液 的 粘度 要 大 得 多 ， 无 规 线 量 团 分 子 比 球状 分 子 的 粘度 大 ， 而 线性 分 子 的 粘度 又 比 无 规 线 困 的 粘度 大 。 当 DNA 在 溶液 中 人 a 关于 天 然 状态 时 ， 由 于 双 螺旋 的 刚性 以 及 长 长 的 线性 结构 ， 所 以 天 然 DNA (ORR, BD MATRA RA. DNA 变性 后 ， 由 于 双 螺 旋 刚性 的 失去 ， 氢 键 断 开 ， 两 条 链 彼 几 此 分 开 ， 单 链 分 子 便 处 于 随机 卷曲 的 状态 ， 因 而 粘度 也 就 急剧 下 降 。 因 此 ，DNA 粘度 的 改 有 可 以 作为 DNA 分 子 变 性 的 重要 指标 。RNA 分 子 的 粘度 要 比 DNA NES, 这 与 RNA “的 局 部 双 螺 旋 结 构 有 关 。 五 、 核 酸 分 子 的 大 小 1, RNA 分 子 的 大 小 出 细胞 内 的 RNA 由 于 种 类 不 同 ， 其 分 子 量 的 大 小 也 不 相同 。mRNA 的 分 子 量 一 般 为 0。5 «10° 左右， tRNA 的 分 子 量 大 约 为 25,000 一 30,000; rRNA ,根据 物种 的 不 同 又 有 区 别 “( 表 4-12)。 病毒 RNA 分 子 根据 种 类 不 同 ， 其 分 子 量 也 是 不 同 的 。 例 如 ， 烟 草花 叶 病 毒 的 RNA 分 子 量 为 2X10%， 噬菌体 MS;,RNA 的 分 子 量 为 1.1x 10°, . 324-12 SRA rRNA 的 分 子 量 eis te an ae pmo) cRNA 大 亚 基 中 的 rRNA 核糖 体 KB | | Ps 分 子 量 “| 沉降 系数 | SH | 5S 40000 ba 0.55 x 108 1 235 1,1x 108 5S. | 40,000 0, 75x 10° 5.8S 48, 000 28S 1, 75x 108 2, DNA 分 子 的 大 小 DNA 分 子 一 般 比 RNA 分 子 大 得 多 。 根 据 不 则 来 源 ,， 分 子 量 的 差别 很 大 、 例 如 T. i T, 噬菌体 DNA 的 分 子 量 约 为 1.2x 108， 约 含有 182, 000 个 碱 基 对 。 原 核 生物 染色 体 是 单一 的 一 条 DNA。 大 肠 杆菌 染色 体 DNA 的 分 子 量 约 为 2.6x 10"， 含 有 约 400 万 个 碱 基 对 ， 外形 奖 度 约 为 1400 微 米 (1.4 毫 米 )。 果 蝇 染 色 体 DNA 分 子 量 约 为 8 x 101 差不多 是 大 肠 杆菌 染 fife DNA 的 30 倍 。 大 体 细 胞 以 及 许多 哺乳 动物 含有 比 大 马 :杆菌 多 600 倍 的 1DNA。 在 单个 人 体 细 胞 中 ， 全 部 染色 体 BAK ea) DNA 的 总 长 度 约 为 2 米 小 而 大 207 肠 杆菌 DNA 只 有 1.4 毫 米 。 成 年 人 大 约 有 1013 个 细胞 ， 人 体 所 有 DNA WAKE 应 有 2 > 是 10° 米 ， 等 于 2 x 101 公里 ， 而 地 球 圆周 只 有 四 万 公里 ， 地 球 和 太阳 的 距离 大 约 也 只 有 1.。44 x 108 公里 ， 可 见 真 人 核 生物 次 色 体 DNA ZK. (a) (6) 图 4_36 两 种 噬菌体 DNA 的 电子 显微镜 照片 ( 复制 品 ) (a) 为 ADNA, 其 外 形 长 度 为 17i2pm， 和 分 子 量 为 3.2x 107;，(b) 为 Ts 噬菌体 被 它 的 单 _ 的 线性 DNA 分 子 包围 的 照片 。 真 核 生物 细胞 染色 体 数 随 不 同 种 类 而 不 局 。 现 在 已 经 确切 知道 真 核 细胞 内 的 每 一 条 染色 体 含 有 一 条 单一 的 。 很 大 的 双 螺 旋 DNA 分 子 ， 它 的 长 度 是 大 肠 杆 菌 的 4 一 100 倍 。 例 如 ， 较 小 的 人 体 染 色 体 之 一 的 DNA 的 外 形 长 度 约 为 30 毫 米 ， 大 约 是 大 肠 杆菌 DNA SEK ERIS 倍 。 真 核 细胞 染色 体 DNA 是 线性 的 、 非 环 状 的 。 每 一 条 染色 体 携带 一 套 独 特 的 基因 ， 一 个 细胞 的 全 部 基因 构成 一 个 基因 组 (Genaome)。 DNA 的 长 度 ， 碱 基 对 数 ( MAERUA) 和 分 子 量 之 间 有 如 下 的 关系 一 对 核 苷 酸 的 分 子 量 平均 为 630 核 苷 酸 对 之 间 的 轴 距 为 0.34nm(3.4A) DNA 的 分 子 量 = REBUM MPD TR x KERMA, DNA 的 长 度 = 核 苷 酸 对 之 间 的 轴 距 x 核 音 酸 对 的 数目 DNA 的 分 PAR OUKE - pare is eT ER DNA 分 子 的 长 度 和 它 的 分 子 量 之 间 还 有 这 样 的 关系 ， 即 14m( 微 米 ) = 2X 10H IRM 从 上 面 的 介绍 中 ， 我 们 可 以 看 到 DNA 分 子 是 如 此 之 大 ， 而 且 高 度 不 对 称 ， 因 而 很 容易 受到 机 械 剪 力 (Shearing force) 的 攻击 ， 降 解 成 分 子 小 1000 倍 的 片段 。 很 小 心地 操作 才能 旺 208 获得 完整 的 较 大 病毒 DNA 分 子 。 六 、 核 酸 的 紫外 吸收 特性 所 有 的 核酸 和 核 苷 酸 类 物质 在 紫外 光 区 都 具有 强烈 的 吸收 特性 ， 其 最 大 吸收 值 在 260 毫 微米 (nm) 处 (图 4-37)。 这 是 由 于 核酸 和 核 苷 酸 类 物质 含有 嘲 吟 和 喀 啶 碱 基 的 缘故 。 蛋白 质 因 含 有 酷 氨 酸 和 色 氢 酸 ， 在 紫外 光 区 也 有 吸收 特征 ， 但 最 大 吸收 在 280nm 处 。 利用 MAL 蛋 自 质 紫外 吸收 的 这 种 差别 ， 可 以 鉴定 核酸 制品 中 的 蛋白 质 杂 质 。 Ba Wnt HE AS FS Sb OR Whe SR PH 值 的 影响 ， 因 此 在 测定 核酸 或 核 苷 酸 时 应 注意 在 一 定 的 pH 值 下 进行 。 利用 核 酸 或 核 苷 酸 的 紫外 吸收 特性 ， 可 以 对 核酸 或 核 昔 酸 进行 定 量 测定 。 核 苷 酸 的 定性 和 定量 测定 已 在 核 萌 酸 部 分 进行 了 夯 绍 。 这 里 仅 介绍 比 消光 系数 测定 核酸 的 含量 | 比 消 光 系 数 是 指 一 定 浓度 的 核酸 (或 核 苷 酸 ) 溶 液 的 消 光 值 。 天 然 DNA 的 比 消光 系数 是 0.020( 即 浓度 为 1 微克 / 毫升 的 天 然 DNA 溶液 在 260nm 处 的 消光 值 )， RNA 的 比 消光 系数 为 0.022(〈 即 1 微克 /毫升 的 天 然 RNA 溶液 在 60nm 处 的 消光 值 )。 这 样 就 可 以 用 下 面 的 公式 计算 出 被 测 样品 中 的 核酸 含量 。 0.4 己 < jw 吸收 波长 Cnm ) ° 0.1 55 Pa) f i ee FA Aves — ZR = 核酸 含量 (4g/ml) = *T oaiGin tae xN 280 b AFB: 甲 Axe 表示 一 定 液 度 的 被 测 样品 在 260nm 处 的 消 图 4-37 DNA 紫外 吸收 曲线 Jeffs | 1 .天 然 DNA 2. 变 性 DNA | CA 表示 同一 浓度 的 被 测 样品 加 入 沉淀 剂 沉淀 核 3. 该 彰 醒 单 体 的 总 吸收 酸 后 的 上 清 液 在 同样 波长 下 的 滑 光 值 ， 用 作对 照 ; 0.020K( 或 0.022) 是 DNA( 或 RNA) 的 比 消光 系数 ; N 表示 敌 释 倍数 。 用 紫外 吸收 光谱 鉴定 DNA Ca RNAD ALE 人 们 常 采用 的 方法 ， rao HB MBB, EAs = DNA XR RNA 变性 。 合适 的 光谱 是 在 230 一 320nm 之 间 。 知 在 320nmm 的 光 吸 收 比 在 260nm 处 的 光 吸 收 多 百 分 Sis 表明 在 制品 中 存在 不 需要 的 杂质 。 如 从 大 肠 杆 菌 细胞 中 分 离 质粒 了 NA 就 很 少 有 这 种 污染 ， 若 从 高 等 生物 组 织 中 制备 核酸 则 常 有 这 种 污染 ， 并 且 在 320nm 处 的 光 吸 收 比 260nm 处 的 光 吸 收 高 出 10% 左 右 。 通常 双 股 DNA 的 纯 Hm AY Au:A:s。 的 比值 应 介 于 1.65 和 1.85 之 间 。 比 值 过 高 是 由 于 RNA 的 污染 ， 比 值 低 则 是 可 能 是 蛋白 质 或 酚 的 污染 造成 的 。 在 核酸 变性 实验 中 常 引用 克 原 子 磷 消光 系数 。 克 原 子 磷 消 光 系 数 是 指 含 含 磷 为 1 ATI 度 的 核酸 水 溶液 在 260nm 处 的 消光 值 ， 用 sp 表示 ， 可 用 下 式 计算 。 E(p) = A260 ~ Are0°30,98 ok CoL W-L 209 AH: A 为 被 测 核酸 样品 在 260nmm 处 的 消光 值 ? C 为 每 升 溶液 中 磷 的 克 原 子 数 ; W SIAR PRN es 30. 9852: BRIN AF ids \ 为 比 色 杯 内 径 ， 三 般 为 了 惠 米 。 只 要 测 得 核酸 溶液 中 磷 拘 含量 和 消光 值 ， 即 可 以 求 出 它 的 em。 在 pH7 时 ， RAIA NA J €(py 796, 000—8,000; RNA 的 ecp) 7, 000— 10,000。 核 酸 变性 时 ， e(P) 值 就 大 大 升 Bs 当 核 酸 复 性 时 ，s(m) 值 便 降 低 或 恢复 到 原来 的 水 平 。 因 此 ， 中) 可 以 作为 核酸 变性 或 复 性 的 重要 指 村 示 。 七 、 核 酸 的 沉降 特性 和 浮力 密度 核酸 是 大 分 2) -ecieon mpi gemets 1575 ES RRBRAY GMS EK, BES) 的 重要 依据 。 在 测定 核酸 分 子 量 时 ， 应 采用 极 稀 的 溶液 。 因 为 DNA 的 粘度 很 大 ， 溶 液 的 浓度 高 ， 测 定 的 分 子 量 往往 不 准确 。 和 核 酸 在 进行 超 离 心 时 ， 它 就 会 在 强大 的 离心 力作 用 下 沉降 下 来 。 核 酸 沉降 的 速度 与 它 的 本 分 子 形状 和 结构 有 关 。 根据 大 量 实验 数据 分 析 ， 核 酸 的 沉降 系数 (S) 与 分 子 量 之 间 呈 现 为 对 时 应 关系 (图 4-38)。 由 于 分 子 的 构象 对 其 沉降 特性 有 很 大 的 影响 ， 因 此 ， 这 种 对 应 关系 只 是 相 对 一 定 构象 而 言 的 。 如 果 分 子 量 相同 ， 其 构象 不 同 ， 则 沉降 系数 就 会 不 同 忆 环 状 . 了 NA HF 比 同 桩 大 小 的 线性 DNA 分 子 的 沉降 系数 大 ， 而 在 环 状 基础 上 所 形成 的 超 螺旋 结构 ， 其 沉降 系数 还 要 增 大 。 S°20W, 50 wee 0.2 1020 5} ¥ it x 10° el 图 4-38 天 然 DNA 分 子 量 与 沉降 系数 、 粘度 (7) 的 ， 图 4-39 RNA 分 子 量 ( 溶 在 0.15M AY NaCl KA. WMAWSHS°20, WHA ( 系 用 20 和 的 水 作 “” 剂 中 ) 与 沉降 系数 的 关系 溶剂 测定 的 沉降 系数 ) 。 1963 年 ，)。 Vinograd 等 人 从 多 瘤 病毒 中 收 得 高 纯度 的 DNA 后 ， 个 心 叶 观察 到 分 别 相 当 于 202、163 MUS 的 三 条 不 连续 的 带 。 由 于 是 高 纯度 的 DNA， 因 此 每 一 条 带 就 应 该 if 210 相当 于 同一 分 子 的 一 种 不 同 的 结构 形式 。14S 带 代表 该 分 子 的 线形 双 螺 旋 结 构 ，16s 带 代 表 该 分 子 的 完全 松弛 的 开 环 结构 ，20S 带 代 表 该 分 子 的 超 螺旋 结构 (图 44075 ¥. 解释 ， DNA 1 | 抽 提 时 ， 16sDNA 人 isDNA + ct Aa an A | RRL tet oa = a 因 机 械 损 入 mo boi , 的 和 1 #2 密度 梯度 超 离心 环 状 超 螺旋 松弛 的 环 状 双 螺旋 TRIE 要 4 (RRB) if 图 4-40 从 多 瘤 病 毒 中 分 离 到 的 高 纯度 的 DNA 再 经 超 离心 分 离 ， 同一 分 子 显示 出 不 同 的 构象 。 20S 代表 超 螺旋 ，16 S 代表 开 环 结构 ，145 代表 线形 结构 。 ) fH DNA, 变性 后 的 沉降 系数 要 比 天 然 者 大 。 因 为 DNA 变性 后 ， 单 股 DNA 随机 卷曲 成 致密 的 线 团 。 当 铂 盐 溶液 例如 氧化 饮 溶 液 以 相当 高 的 离心 力 离心 时 ， 分 子 沉 降 的 倾向 与 分 子 随 视 扩 散 的 相反 倾向 达到 平衡 时 ， 将 形成 一 种 稳定 的 密度 梯度 。 当 把 DNA 放 在 这 种 溶液 的 上 面 ， 并 以 相当 高 的 速度 离心 时 ，DNA 在 梯度 中 迁移 ,直到 它 达到 同 自己 的 密度 相同 的 部 位 为 止 ， 即 漂浮 于 驳 盐 溶液 的 革 一 密度 梯度 中 。 这 一 部 位 就 叫做 该 DNA 的 浮力 密度 (buoyant density), AWW DNA 具有 不 同 的 浮力 密度 。 可 以 利用 浮力 密度 的 差别 ， 借 助 密度 梯度 超 离心 法 来 分 离 制备 DNA, DNA 的 浮力 密度 与 其 分 子 的 碱 基 组 成 有 着 密切 的 XR. 含 G 一 C 较 多 的 DNA， 其 浮 PRES A-TREW DNA 大 。 在 中 性 氧化 饮 溶 液 中 ，DNA 的 浮力 密度 与 其 G 一 C 合 量 在 20 一 80 儿 范围 内 呈正 比 关系 (图 4 41)。Schildkraut 等 人 导出 了 下 面 的 经 验 公式 ; p=1,660+0,098(G+C) 由 这 里 ，P 是 浮力 密度 ，(G + C) 表 示 G 一 C 的 百 分 含 量 。 这 样 ， 可 以 根据 浮力 密度 求 出 G=C 的 正 分 含量 ;反之 ， 亦 可 以 从 G 一 C 的 百 分 含量 求 出 浮力 密度 。 DNA 的 序 力 密 度 与 DNA 的 分 子 构象 有 密切 的 关系 ， 与 分 子 大 小 没有 关系 。 分 子 大 小 Me, 构象 不 同 ， 则 序 力 密度 也 不 相同 。 环 状 结构 比比 型 结构 的 浮力 密度 大 ， 而 超 螺旋 结构 芭比 环 状 结构 的 译 力 密度 大 。DNA 变性 后 ， 分 子 卷曲 成 致密 的 线 团 ， 故 比 天 然 DNA HF ABEK. 有 些 染 料 和 抗菌 素 同 A 一 T 或 :G 一 C 碱 基 对 的 结合 具有 强 烈 的 专 一 性 。 由 于 这 种 结合 会 改变 分 子 的 构象 ， 因 而 导致 浮力 密度 的 改变 ， 利 用 这 种 特性 可 以 改进 对 .DNA 分 子 的 分 离 。 大 多 数 RNA 都 是 单 股 分 子 ， 只 有 局 部 双 螺 旋 结 构 ， 它 们 的 浮力 密度 比 双 螺旋 DNA 的 浮力 密度 大 。 21) 80 八 、DNA 的 变性 与 复 性 Me 相 ek: 的 变性 a 6 E.coLi M. phiel- 在 水 溶液 中 ee 双 股 分 Ca 让 thymus ; 些 物 理 因 素 或 化 尝 因 素 的 影响 再 》 双 人 | 。 旋 结 构 中 的 碱 基 堆 积 力 和 碱 基 对 之 间 辣 eda sperm. At SHWE, PEM ER 心 人 两 条 随机 卷曲 的 单一 的 多 核 背 本 链 。 遂 | Pneumococcus 种 现象 被 称 为 DNA 的 变性 [deaatura | tion), 变性 , 特别 是 热 变性 ,是 DNAE | —P REE RWIER, ZMH DNA 4 构 时 经 常用 到 这 一 性 质 。 引 起 DNA | 性 的 因素 主要 有 加 热 、 酸 、 碱 ， 以 及 某 1.69 "1770 L7h Ts 密度 /( 克 /立方 厘米 ) 图 4-41 DNA 的 浮力 密度 与 G 一 C 百 分 含量 间 的 关系 Ww7s f4 二 全 作 剂 如 尿素 、 肌 和 某 些 有 机 试剂 ( 如 乙醇 、 丙 本 等 ) ie BH MF 4 BE, FR 生 酸 变性 ，pH 值 大 于 11 时 ， 可 发 生 硫 变性 。 FE DNA 天 溶液 加 热 到 80T 左右 几 分 钟 ， 双 螺旋 结 杨 就 会 受到 破坏 , 气 键 断 开 , 两 条 链 和 Uta} FF, FE SACHA 2 ISRAEL, Bp Jy WR We > 2B BAL 4 Ha (helix-coil translation) (j4—42), 4 NS 2 D) rr 区 \ “y = ale PLR, ee \ 退火 Lt “NN D3OSITL ZL N i 双 螺旋 DNA ES ——__ QR. ; Int 部 分 解 链 ， ”加 的 单 股 随机 卷曲 图 4-42 DNA 的 变性 与 复 性 任何 多 育 核 苷 酸 在 260nm 处 都 有 一 个 特征 性 的 紫外 吸收 的 最 大 值 ， 但 是 ， 这 种 吸收 在 天 然 双 螺旋 DNA 分 子 中 ， 由 于 碱 基 的 堆积 而 受到 抑制 ， 比 组 成 双 螺 旋 分 子 的 两 条 单 链 处 在 随机 卷曲 状态 的 吸收 或 核 苷 酸 单 体 总 的 吸收 要 低 得 多 (图 4-37) 。 这 种 现象 称 为 低 色 效应 或 减 ， 色 效应 (ty7pochromic effect), “4 DNA iA BIBI, 直到 双 螺 旋 开 始 解 链 之 前 ， 在 260 min 处 的 吸收 基本 上 保持 不 变 。 但 当 温 度 关 到 三 定 高 度 时 【一 般 在 75 避 VA ED, 紫外 吸收 乱 剧 增加 ， 直 到 两 条 单 链 完全 分 开 变 成 随机 卷曲 状态 为 止 。 这 种 螺旋 一 线 团 转换 过 程 发 年 在 三 个 较 窗 的 范围 之 内 。 紫 外 吸收 随 变性 程度 加 剧 而 升 高 的 现象 即 称 为 高 色 效应 或 增色 效应 ， (hyperchromic effect)。 一 般 来 说 ， 纯 净 的 DNA 分 子 变性 后 ， 紫 外 吸收 增高 30 三 到 096。 212 、 Pneumococcus Pet ye — A260 一 一 一 2 Serratia 相对 吸收 / 260 nm) = 二 70 80 £¢°C) 74 16 1 80 82 二 图 4-43，DNA ff 6 (Tm) 图 4-44 两 种 不 同 DNA 的 Tam 比较 。 。 在 热 变性 过 程 中 ， 产 生 紫 外 吸收 值 跃 变 的 MERA DNA 的 融 点 ， 通 常 是 以 增色 效应 达 到 一 半 时 的 温度 作为 融 点 。 此 时 ， 双 股 螺旋 被 解 开 一 半 。 所 以 也 把 融 点 称 作 解 链 温度 或 融 解 温度 (melting-temperature), 用 Tm 表示 (图 4-43), 图 4-44 表 示 两 种 DNA 分 子 热 变 性 解 ihe. 每 一 种 DNA 都 有 一 个 特征 性 的 解 链 WE. ARM DNA 分 子 的 Tm 的 差别 与 它们 的 咸 基 组 成 有 密切 的 关系 。G-C 对 含量 RAN DNA 分 子 其 Tm ff 较 高 (图 上 -45 ) ，'* 因 为 —G-C MEME A-T 碱 基 对 给 予 DNA 分 子 更 缮 的 稳定 性 ， 克 服 这 种 稳定 性 所 需要 的 条 件 要 剧烈 些 。 在 标准 条 件 下 ， 即 在 0. 15mol/L 氧 化 会 十 C 含 量 (2 ) Tm (°C) 图 4-45 DNA 的 Tm 值 与 G-C 含量 ZA 的 关 4#i-0,015mol/L FRC , ix, T, RK DNA 比 大 肠 杆 菌 DNA 复 性 速度 局 30 倍 。 因 为 大 肠 杆 fi DNA 分 子 比 T,DNA 分 子 大 得 多 ， 即 结构 和 信息 含量 比 TDNA 复杂 得 多 。 在 溶液 中 核 苷 酸 总 浓度 相同 的 条 件 下 ， 大 肠 杆菌 DNA 互补 单 链 数 就 比 T,DNA DBS, ane 也 大 得 多 ， 因 而 复 性 的 速度 就 慢 得 多 。 哺 攻 动 物 基因 组 的 二 Co + t 294 104mol/L + B. HS 验 所 用 的 DNA 的 浓度 为 10-4mol/L， 则 需要 10s 秒 才能 达到 104mol/L。 秒 ， 即 需要 约 三 4 的 时 间 才 有 一 半 重 新 结合 。 在 复 性 实验 中 还 发 现 ， 约 有 10% 的 小 鼠 DNA 的 复 性 速度 比 病 DNA 的 还 要 快 。 这 表明 小 鼠 DNA 含有 很 多 的 重复 顺序 。 因 为 在 某 二 DNA 内 只 有 同时 在 很 多 相同 或 很 相似 的 顺序 ， 才 能 很 容易 找到 互补 顺序 。 用 DNA 复 性 动力 学 的 方法 业已 明 真 核 生物 染色 体 DNA 存在 有 高 度 重复 顺序 、 中 度 重复 顺序 和 单一 顺序 〈 见 图 4 一 49 和 3 四 节 ) 。 ay 4 fit Hse 单 股 DNA 的 百分比 0 Bi a ee oe Het el 10°? 10? 10°) 10° “fot "102 107 ip Cot mole sec/fliter) he 次 人 区” Tae 上 ? 1 , 图 4 .49 “人体 基因 组 DNA SE AeA Hae RAM DNA 分 子 中 存在 高 度 重复 、 中 度 重复 和 单一 顺序 。 -变性 DNA 在 一 定 条 件 下 的 重 结合 ， 不 仅 可 以 在 同一 来 源 的 两 条 互补 单 链 之 间 进 行 ， 上 且 也 能 在 不 局 来 源 的 两 条 DNA 单 链 之 间 进 行 ， 甚 至 可 以 在 DNA 和 RNA zi. AA 重 结合 是 以 互补 碱 基 顺 序 为 基础 的 ， 只 要 在 两 条 单 链 之 间 存 在 有 互补 顺序 ( 虽 不 是 整个 顺序 ) 就 可 以 相互 结合 形成 双 链 。 所 以 ， 在 DNA 变性 和 复 性 的 基础 上 建立 了 一 种 非常 有 用 的 技术 分 子 杂 交 (molecular hybridization) 。 利 用 分 子 杂 交 技 术 可 以 分 离 蛋 白质 WY 基因 ， 研 究 基 因 的 转录 和 调节 控制 。 近 年 来 ， 分 子 杂交 技术 已 经 广泛 地 应 用 于 DNA 分 子 信息 含量 以 及 不 同 DNA 分 子 的 亲缘 关系 的 测定 。 第 七 节 “核酸 类 物质 的 制备 一 、 核 苷 酸 类 物质 的 制备 eh PAE LTR OR TAL ERE LI) ET SOE A 216 活 以 及 医药 上 的 作用 已 引起 了 高 度 的 重视 。 核 苷 酸 类 物质 的 生产 制备 主要 采取 两 种 不 同 的 方 式 ， 一 种 是 以 微生物 发 酵 法 大 量 生 产 ， 例 如 肌 萌 酸 通 常 就 是 采用 这 种 方法 生产 的 ; 另 种 一 方 式 是 水 解法 。 水 解法 制备 核 苷 酸 是 以 核酸 为 原料 ， 采 用 碱 水 解 或 酶 水 解 的 方式 。 这 里 我 们 主 要 介绍 RNA 的 碱 水 解 以 及 DNA 和 RNA 的 酶 水 解 。 1。 RNA 的 碱 水 解 - e ERR ( PHO. 3 一 1 mol/L ity NaOH JR) WARE, RNA 很 容易 被 水 解 得 Bl2’- 34- 核 苷 酸 的 混合 物 。 若 进一步 水 解 还 可 以 得 到 核 苷 ， 在 RNA 分 子 中 核 苷 酸 之 间 是 以 3/， 5 磷酸 二 醒 键 连接 的 ; 水 解 后 似乎 不 应 产生 2/- 核 苷 酸 ， 但 是 事实 上 用 稀 碱 水 解 RNA 却 得 到 了 2/- 核 苷 酸 。 原 因 是 ， 在 碱 催化 水 解 的 过 程 中 ， 先 要 形成 -- 环 状 中 间 2", 3/- 环 状 EB re CRAs), 这 个 中 间 物 很 不 稳定 ， 随 即 被 碱 水 解 》 得 到 2- 和 3“- 核 背 酸 的 混合 物 。 is 4: HO—CH, gone x / ee O0=P—-0- SFE? mn. 图 4 一 50 RNA Bark BL HU 在 RNA Fh, WE Cy 上 的 -OH 的 诱导 电子 的 效应 ， 使 磷 原 子 带 上 微弱 的 正 电 i, BAFR COH) HHRAH. MW, RNA 能 被 碱 水 解 。 但 在 DNA 分 子 中 ， Cy 上 没有 羟基 0 二 OH 六， 不 能 产生 邻近 基 轩 参与 效应 ， 因 此 在 碱 性 条 件 下 不 能 形成 20，3/- 环 状 PER, RAR AIT . AIA DNA 和 RNA 对 碱 稳定 性 的 这 种 差别 ,可 以 将 二 者 分 离 FR. te CRNA 和 tRNA 中 发 现 有 2/-O- 甲 基 核糖 ， 邻 近 这 种 甲 基 化 核糖 的 悉 酸 二 二 酯 键 对 碱 以 及 对 RNaseA 都 是 稳定 的 ， 不 能 被 水 解 ， 因 为 不 能 形成 2 , 3/- 环 状 中 间 物 ， 前 面 ， 我 们 曾经 提 到 C—N 糖苷 键 对 酸 不 稳定 ， 因 此 ,，DNA ;和 RNA 分 子 中 的 C--N 糖苷 键 可 被 酸 水 解 。 在 常温 下 用 稀 酸 水 解 DNA HAWES COR CHEM RR BE 的 DNAD 。 升 高 温度 (例如 在 高 压 釜 内 或 封闭 管 中 与 酸 共 热 ),， 或 增高 酸 的 浓度 也 可 以 把 RNA 217 上 的 碱 基 水 解 下 来 。 用 酸 水 解 核酸 ， 随 水 解 时 的 温度 、 酸 的 浓度 以 及 酸 的 性 质 不 同 而 产物 不 相同 。 2。 核酸 的 酶 水 解 DNA #1 RNA 在 各 种 不 司 核酸 水 解 本 的 催化 下 产生 核 音 酸 。 (1 )RNA 的 酶 水 解 前 面 已 经 介绍 了 几 种 RNase， 例 如 RNaseA 和 RNaseTi， 这 两 种 酶 都 是 肉 切 酶 。 由 RNA 制备 核糖 核 苷 酸 主要 是 用 两 种 常见 的 核酸 外 切 酶 ， 即 蛇毒 磋 酸 二 酯 酶 (Saakei venom phosphodiesterase， 简 称 VPD 或 VPDase ) 脾 磷 酸 二 酯 酶 (Spjeen ee 简称 SPD 或 SPDase)。 蛇毒 磷酸 二 酯 酶 是 制备 5/- 核 苷 酸 ;C5/NMP ) 时 经 常 使 用 的 一 种 外 切 核酸 酶 。 这 个 本 x 能 水 解 RNA， 又 能 水 解 DNA。 所 以 ， 它 是 一 种 非 专 一 性 的 外 切 酶 。 蛇 毒 磷酸 二 酯 酶 作用 于 多 核 苷 酸 时 是 从 3/-OHH 喘 开 如 依次 王 个 不 解除 去 一 个 忆 - 入 本 (4-51), ， 因 而 该 酶 作用 的 产物 是 5/- 核 背 酸 。 若 3/- 端 是 磷酸 基 ， 则 该 酶 不 能 从 3/- 端 开始 水 解 。 | | Node Sat BSS Ps HO, | py “SPD 图 4 一 51 VPD 和 SPD 的 作用 部 位 从 桔 青 霉 中 分 离 出 来 的 磷酸 二 酯 酶 具有 同 蛇毒 磷酸 二 酯 酶 相同 的 作用 特性 。 妥 磷 酸 二 酯 酶 是 制备 3/- 核 苷 酸 〈(3'/-NMP ) 时 常用 的 一 种 外 切 核酸 酶 。 这 个 酶 既 能 水 解 RNA， 也 能 水 解 DNA。 所 以 它 也 是 一 种 非 专 一 性 的 外 切 酶 。 脾 磷酸 二 酯 酶 作用 于 核酸 时 ， 从 5'-OH 端 开始 依次 水 解 产 生 3/- 核 音 酸 (图 4 一 51 ) ， 因而 该 酶 作用 的 产物 是 3/- 核 背 酸 。 若 5/- 端 是 磷酸 基 ， 则 该 酶 不 能 从 5/- 端 开始 水 解 。 (2)DNA 的 酶 水 解 以 DNA 为 原料 制备 脱氧 核 苷 酸 时 常用 酶 水 解 方法 。 能 降解 DNA 的 酶 很 多 ， ae 绍 几 种 。 胰 脱 氧 核 糖 核酸 酶 (DNaseI ) (EC3.1.4.5 ) 是 从 胰 脏 中 分 离 出 来 的 一 种 作用 DNA 的 内 切 酶 。 这 个 酶 的 分 子 量 为 31;000》 其 等 电 点 为 4.7。 该 酶 分 子 中 含有 两 个 三 硫 键 志 很 季 易 被 琉 基 乙醇 还 原 而 失去 催化 活性 ; DNase IT 的 最 适 pH 范 围 是 6. 8 一 8.2， 友 应 时 需要 Mg se Mn’*, DNase 工作 用 于 DNA 时 ， 产 生平 均 链 长 为 四 核 音 酸 的 片段 ， 产 物 的 54 端 具有 生 酸 基 ，3/- 端 含有 一 OH。DNase | 既 能 永 解 天 然 DNA， 也 能 水 解 变 性 DNA, (AAA BE 大 于 后 者 。0.01mol/L 的 柠檬 酸 盐 即 可 完全 抑制 由 Mg * 激活 的 活性 ， 但 对 -Ma ee 活性 无 抑制 作用 。 柠 檬 酸 盐 对 酶 活性 的 抑制 作用 在 于 它 能 鳌 合 除去 Me. DNase 工作 用 的 产物 一 一 3'- 端 具 一 OH 的 夫 核 昔 酸 片段 可 被 蛇毒 磷酸 工 酯 酶 进 全 步 玉 解 ， 产 生 5/- 脱 氧 核 音 酸 (5-dNMP )〔〈 图 4 一 52)。 当 然 ，DNA HEA SRRIRMK 汪 218 ; 静 亦 可 产生 5/- 脱 氧 核 苷 酸 ， 只 要 3/- 端 含有 自由 的 一 OH。 4 p YS »» s iggy Seon. Yy me es > 2 AS p P Fr, pag —OH —OH —OH —OH PN. PX’ A" a 图 4-52 用 DNase] eM DNA 后 ,接着 用 VPDase sh ay 4:5/- Bi BR fi, ARS ARG (C DNase TT ) (EC3, 1.4.6 ) 是 一 种 DNA 内 切 酶 。 这 个 酶 的 分 子 量 7740,000, 最 适 pH 范围 是 4.5 一 5.5。 从 胸 际 和 脾脏 中 分 离 的 DNase IT 不 需要 :Mg 。 用 肤 DNaseI 水 解 双 螺 旋 DNA BERTH. BE DNase IT 在 同一 点 上 攻击 双 螺 旋 的 两 条 链 ， 产 生 链 长 为 14 一 100 个 核 苷 酸 的 片段 ， 这 些 片段 最 终 被 该 酶 进一步 降解 成 平均 BAKE ROR RERHE, BHR 3 -in tt ARE, 5-H A A—OH, DNase] (EAM W—5’- mA A—-OHWERRERA RA RR BBE 一 步 水 fh, 7° He 3/- i AER C 3’-dNMP ) (图 4 一 53 ) 。 当 然 ， 只 要 5- 端 具有 一 0 也， 亦 可 以 He FH RAG EE A 3/- 核 背 酸 。 Bee Nee RG OM eet IPE 3 AR A IR ZR PRL. FRO | | DNase paid iN PRES MaDe eANe de! vSh-r PN «+P p p p p p p p p p--- AN 了 GE 水源 Na 证 NI a OND eR LOR | SPDase 由 Re 这 SS p p p p p p HO. BG) Kit) 5. HO... Bo..] Fa). _, 图 4--53 用 DNase] it DNA 后 ， 接 着 用 SPDase ft i oy * 4:3’— Bag We 219 用 上 述 水 解法 制备 产生 的 各 种 核 背 酸 ， 可 以 根据 它们 带电 性 质 的 差别 采用 离子 交换 的 方 量 法 将 它们 分 离 纯 化 。 二 、 核 酸 的 分 离 纯化 1. 制备 核酸 的 一 般 原则 要 对 核酸 进行 研究 ， 首 先 需要 制备 单一 的 、 纯 净 的 核酸 样品 。 但 是 ， 在 细胞 内 ”核酸 党 和 蛋白质 结合 成 核酸 -和 蛋 自 质 复 合 物 〈 核 蛋 白 ， 即 DNP 和 RNP ) 。 而 且 ， 在 细胞 内 还 存在 许多 其 他 蛋白 质 及 糖 类 等 杂质 。 欲 分 离 提纯 核酸 ， 就 需要 想 办 法 除去 蛋白 质 以 及 其 他 杂质 轩 核酸 分 子 很 大 ， 特 别 是 DNA 的 分 子 更 大 ,而且 很 不 稳定 ， 在 提取 过 程 中 ， 容 易 受到 许多 因 素 ， 例 如 温度 、 酸 、 碱 、 变 性 剂 、 机 械 力 ， 以 及 各 种 核酸 梅 等 的 破坏 而 变性 。 降解 。 因此 ， 在 分 离 提纯 核酸 时 ， 应 尽 可 能 在 低温 下 操作 ， 吉 免 过 酸 过 碱 和 其 他 变性 因素 ! 同时 还 要 注意 使 用 核酸 酶 的 抑制 剂 ( 表 4 一 13 ) 。 表 4 一 15 RNase 和 DNase 的 几 种 抑制 剂 拍 制剂 | 0 《中 作用 特性 1 抑制 对 象 RRA #aMeg** _. DNase 乙 二 胺 四 乙酸 (EDTA) ) B® Me** Ae H DNase 5 ~ B af 结合 金属 离子 和 碱 性 蛋白 (RNase) . _ RNase x 能 与 RNase 结合 |. RNase 聚 乙烯 基 硫酸 盐 | RNase» (Polyvinyl sulphate) , . , ARO OM 能 同 RNase 的 活性 中 心 的 His 作用 ， 本 (Baycovin) {Ath ie] RNA 起 反应 pra Zz We 同 RNA 结合 后 抗 RNase RNase 如 前 所 述 ，DNP 不 溶 于 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液 中 ， 而 RNP 则 能 溶 于 0. 14 mol/L 的 NaCl 溶液 中 ”利用 这 一 性 质 可 以 从 破 细胞 后 的 均 歼 液 中 将 DNP 1 RNP 4H. RA 以 用 下 述 试剂 除去 核酸 中 的 蛋白 质 。 @ 十 二 人 烷 基 硫酸 钠 (SDS) 了 SDS 是 一 种 阴离子 去 拍 剂 ， 蛋 白质 的 变性 剂 ， 也 是 RNase 的 抑制 剂 。 它 能 使 蛋白 质 变性 而 与 核酸 分 开 。 一 般 先 加 入 0:5% 的 SDS， 搅拌 两 小 时 左右 ， 使 蛋白 质变 性 ， 然后 离 心 分 离 ， 即 可 得 到 含有 核酸 的 土 清 液 。 Qe a Ai 酚 或 氯仿 都 是 蛋白 质 的 变性 剂 ， 与 核 蛋白 一 起 振荡 后 离心 ， 可 使 核酸 和 蛋白 质 分 开 ， 视 ， 情况 也 可 反复 抽 提 几 次 除去 蛋白 。 图 和 蛋白质 水 解 酶 将 抽 提 出 来 的 核 蛋 白 在 一 定 条 件 下 与 蛋白 质 水 解 酶 反应 ， 降 解 核 蛋白 中 的 蛋 自 质 。 通 常 (API EAW. 例如 链 霉 蛋白 酶 (bromase)， 它 是 从 灰色 链 短 菌 中 分 离 制 得 的 ， 几乎 能 220 x 2 a] .县 任 森 二 种 蛋白 质 降 解 成 气 基 酸 。 3 由 由 于 核酸 的 种 类 多 ， 制 备 核酸 的 目的 又 术 相 同 ， 故 分 离 纯化 核酸 的 方法 也 不 尽 相 同 。 可 | FE DNA 和 了 NA 各 自 的 特性 采用 不 同 的 方法 进行 分 离 和 纯化 。 例 如 密度 梯度 超 离心 法 、 羟基 磷 灰 石 法 、 电 泳 法 等 等 。 这 里 不 一 一 说 明 ， 读 者 可 参阅 有 关 书 籍 。 DNA 和 RNA 的 一 RSH. LLL 验 教科 书 中 已 作 了 介绍 ， 这 里 从 略 。 下 面 仅 就 mRNA .和 细菌 质粒 DNA 的 分 离 纯 化 的 方法 作 些 介绍 。 He as mRNA 的 分 离 纯 化 > mRNA BEARRMNS Dw, BSARAKWHARRR. MRNA 对 于 基因 表达 (〈 特别 是 真 核 生物 基因 的 表达 ) 、 核酸 结构 分 析 、 遗 传 工 程 等 方 面 的 研究 是 不 可 缺少 的 。 因此 ， mRNA 的 分 离 纯化 有 着 重要 的 意义 。 下 ) 欢 真 核 生 物 中 分 离 纯化 MRNA 的 过 程 大 体 上 可 分 为 两 步 。 首 先是 从 破 细胞 后 的 提取 液 THEME RNA; 或 者 从 去 除 线粒体 后 的 上 清 液 中 提取 多 核糖 体 。 然 后 ， 再 从 总 RNA 中 或 WARMER Bea mRNA, (1) RNA 的 制备 | BREE RE RNA RRA. EAS A i We ik DK, “离心 后 得 到 上 清 液 。 取 上 清 液 再 加 入 等 体积 的 缓冲 液 饱 和 的 酚 ， 搅 拌 一 定时 间 后 离心 。 离 心 后 分 为 三 层 ， 上 层 水 相 ， 含 有 RNA; 中 间 层 为 变性 蛋白 ， 下 层 为 酚 相 。 取 出 水 相 ， MAA 体 醋 酸 钠 室 2% WE, MAL 3 倍 冷饮 无 水 酒精 沉淀 RNA， 再 经 离心， 便 可 得 到 总 ET 看 人 2 )mRNA 的 分 离 ORM BE 得 到 的 总 RNA 溶 于 适当 的 缓冲 液 中 ， 然 后 通过 亲 和 层 析 的 方法 分 离 出 mRNA, 前 面 业已 介绍 真 核 细胞 MRNA 的 3/- 端 大 多 具有 poly A 的 结构 。 利 用 这 种 结构 上 的 特 征 建立 了 一 种 十 分 有 效 的 分 离 纯化 mRNA 的 方法 。 将 化 学 合成 的 寡 聚 dT(Oligo(dT)) 结 侣 在 纤维 素 上 或 将 朝 聚 U(Oligo(U)) 结 合 在 琼脂 糖 上 ， 做 成 亲 和 层 析 柱 。 把 得 到 的 总 RNA 焉 样 到 亲 和 层 析 柱 上 ， 以 适当 的 流速 通过 此 柱 。 按 照 碱 基 互 补 配对 的 原则 ， 带 有 Poly A 的 mRNA 便 结 合 在 柱 止 。 其 他 不 具 poly A 的 RNA 随 着 缓冲 液 流出 层 析 柱 。 然后 改变 洗 脱 条 件 ， 把 mRNA 从 层 析 柱 上 淋 洗 下 来 ， 从 而 获得 很 纯 的 mRNA。 四 镁 离子 沉 证 法 在 制备 细胞 或 组 织 匀 浆 时 加 入 中 性 去 垢 剂 Triton X-100 及 核酸 酶 抑制 剂 肝素 (1.0mg/ ml), 427,000xg 离心 得 到 含 多 核糖 体 的 上 清 液 ， 再 用 loommol/L Mg Cl, 在 OC 保温 一 小 时 ， 使 多 核糖 体 被 Me * 沉淀 而 与 可 溶性 蛋 向 分离 5” HA 27, 000Xg 离心 10 分 钟 收集 多 核糖 体 。 用 SDS(0.5%)- 酚 -氯仿 系统 从 多 核糖 体 中 提取 mRNA, 此 法 最 大 的 优点 在 于 简便 易 行 ， 只 用 镁 离子 即 可 达到 分 离 多 核糖 体 的 目的 ， 从 而 省 去 超 离心 手续 图 超 离 心 法 组 织 多 浆 疲 加 入 适当 的 缓冲 液 C 含 有 肝素 》， 于 27, 000xg 离心 约 30 分 钟 ， 以 除去 线 粒 体 ， 其 上 清 液 再 于 105, 000xg Bob, 即 得 到 多 核糖 体 沉 证。 然后 用 了 酚 抽 提 除 去 核糖 体 蛋 A Baya] mRNA, 221 上 述 方法 得 到 的 MRNA 均 是 细胞 内 总 的 mRNA。 若 用 分 化 很 专 一 的 组 织 或 细胞 ， 例 如 网 织 红 细胞 ，90% 的 蛋白 质 都 是 珠 蛋白 ， 从 这 样 的 组 织 或 细胞 中 分 离 纯化 的 mRNA 则 是 比较 单一 的 。 国 免疫 沉淀 法 免疫 沉淀 法 是 分 离 纯化 单一 mRNA 的 最 有 效 的 方法 。 免 疫 沉淀 法 的 基本 原理 是 :特定 | 的 蛋白 质 产生 的 抗体 能 专 一 地 同 该 蛋白 质 产生 免疫 沉淀 反应 。 若 该 蛋 自 质 正在 多 核糖 体 上 合 成 ， 则 所 发 生 的 免疫 沉淀 反应 就 会 连同 多 核糖 体 一 起 沉淀 下 来 。 利 用 这 个 性 质 就 可 以 分 离 得 到 单一 的 多 核糖 体 。 然 后 使 多 核糖 体 解 离 ， 再 用 亲 和 层 析 方 法 将 mRNA 提取 出 来 。 免 疫 淀 法 可 分 为 单 抗体 法 和 双 抗 体 法 ， 其 基本 原理 都 是 一 样 的 。 例如 ， 和 欲 分 离 卵 白 蛋白 mRNA， 可 以 用 完全 纯净 的 卵 白 蛋白 作为 抗原 去 免疫 免 耶 ,并 分 离 纯 化 兔子 所 产生 的 抗 卵 白 蛋白 抗体 ( 抗 卵 白 蛋白 ) 。 将 超 离心 得 到 的 卵 集 多 核糖 体 ( 实 ， 际 上 是 一 种 混合 的 多 核糖 体 ) 同 抗 - 卵 白 蛋白 于 4%C 保 温 ， 含 有 正在 合成 卵 白 蛋白 的 多 核糖 体 便 与 抗 - 卵 白 蛋白 进行 抗原 抗体 反应 而 沉淀 下 来 。 经 过 离心 即 可 得 到 单一 的 。 侣 成 卵 和 蛋白 的 多 核糖 体 。 在 此 基础 上 就 可 进一步 分 离 到 卵 白 蛋白 mRNA。 图 4 一 54 为 双 抗体 ( 间接 免疫 ) 法 分 离 单一 mRNA 的 原理 示意 。 双 抗体 法 可 以 增强 沉 淀 效果 ， 以 便 获 得 更 多 的 单一 的 mRNA。 eA 9 G5 0g eS eJEDTA 1 9 > ® CE AR UL ey C ) > mRNA Oligo (dT) 图 4 一 54 双 抗 体 法 分 离 单一 的 mRNA . 四 混合 多 核糖 体 与 第 一 抗体 反应 ， 得 到 单一 的 多 核糖 体 ? ; @ 单 一 多 核糖 体 与 第 二 抗体 反应 ， 使 单一 多 核糖 体 结合 在 载体 上 @ 使 单一 多 核糖 体 解 离 ， 由 用 Oligo(dT) 亲 和 层 析 柱 分 离 得 到 单一 的 MRNA, 222 (3 )mRNA 纯度 及 活性 检测 分 离 纯化 得 到 的 mRNA， 应 对 它 的 纯度 及 生物 活性 进行 检测 。 一 般 包括 以 下 几 方 面 。 轿 紫 外 分 光 光 度 法 鉴定 所 得 到 的 mRNA 的 吸收 光谱 曲线 比较 A260、A280 和 A230 的 比值 是 否 符合 一 个 好 的 mRNA 的 标准 (A260/A230>2.0，0.45 | | | | | HC C—CH,— OH (—O— P—O— P—OH) CH,-C || ER | SN 3 OH OH _ 硫 胶 素 aa ee s 天 -一 一 一 -一 -一 一 一 -一 一 一 -一 硫 胶 素 焦 磷 酸 酯 224 肠胃 道中 和 其 它 人 体 组 织 中 含有 一 种 磷酸 酶 能 水 侠 硫 胶 素 焦 磷 酸 酯 ， 杰 放 焦 磷酸 。 TPP 的 生化 功能 是 在 酶 促 酮 酸 氧化 脱羧 反应 和 转 酮 酶 所 催化 的 反应 中 ,， 作为 辅酶 而 起 fe. HERE AMM, HT S 和 N 的 强 电 负 人 性， 使 N 和 S 之 间 的 碳 原子 上 很 易 失 去 一 个 HY， 而 成 为 负 碳 离子 。 该 负 碳 离子 又 因 邻 近 = N < 离子 的 影响 ， 而 较为 稳定 。 澳 碳 离子 是 一 外 强 亲 核 基 团 ， 能 与 酮 基 起 亲 核 加 成 反应 生成 酮 与 TPP 前 加 成 产物 。 然 后 由 等 富 唑 环 的 吸 电子 效应 而 进行 脱羧 、 脱 糖 ， 再 进一步 进行 某 基 团 转移 。 丙酮 羧 脱 氢 梅 复合 物 ( 见 糖 代谢 ) RSA TPP 辅酶 组 分 ， 它 使 丙酮 酸 脱羧 ， 其 机 制 示 于 下 式 ， ott CP AD ge aiuds HO fin? of] + ac Cy itis ) C C— 人 HO UPN C “7 7 -N |S ee | TPP #RH 而 成 的 了 工 PP £ \ BO (Oo 1 负离子 O we | + ; CO; ie ia: CH, mH ahh | HO—-C== oN +> HO—C —C C— aS 3 Ng Fle TPP in eb #273 TPP BOE TPP Lec Lise CCK KC ARIE RCSA A BWA. 在 转 柄 酶 所 催化 的 反应 中 ，TPP i i Bees Sea ee scat LB WO RRA TE eT 一 TPP jnieay Acree FMM WAL LMCI BARA TPP, 再 将 活 EECEEBAA-RMOT Lb, URMMME. RMN TA ‘ CH,OH 于。 Nt my oo) My Te 7h 如 HIGGS H—C—OH + es. | Hod_H fo eee eek Ah ok aCH,0® | SN Na) 5 Ci * H—C—OH 2 7 ie i. TPP 负 离子 CH;OH CH,0® C—oH iz ; CH,OH ' i C=O 果糖 -6- 了 LN 4a J CH 加 | pare I | eer 3 \cy gpp DC OH HO ac | —¥8Z. 3 — TPP CH,0® TPP :作为 辅酶 参与 其 它 反应 的 实例 见 代谢 各 章节 。 二 、 核 黄 素 (Riboflayvin) BRALEGRGNTEDMNRBARM Kk. HF ECRSHRBAKAM, MABE, 因 测 称 核 黄 素 。 它 热 稳定 性 好 ， 但 暴露 于 可 见 光 下 则 导致 不 可 逆 分 解 。 所 有 植物 和 许多 微 生 ORBEA SCR» TS REP Se i: aml: a La - ON |i BL Claes Nes 8 NBA GR: Naki Neue 8 ita O a a0 \ a Bi = - Gb @ te | a jeden aa 下 magi S| ae | * 从 | 1 ae ot 1 中 3 JE Hi J a O 局 oO 脱 氢 酶 种 关 不 同 则 所 需 辅 酶 也 不 同 ， 有 些 需 NAD'。 Gee NADP*, 话 些 则 两 者 都 有 可 用 ° : | 3 Ks a , 缺乏 烟 酸 ， 则 由 癫 皮 病 而 伴生 的 皮肤 炎 、 腹 泻 、 痴 呆 症 等 迅速 显现 ， 但 与 疗 皮 病 相 联系 的 代谢 失常 则 难以 确定 ， 因 为 缺乏 烟 酸 常 伴随 着 其 它 多 神 维生素 的 缺陷 和 其 它 疾病 。) 烟 酸 过 多 会 使 皮肤 发 红 、 发 痒 、 肠 胃 不 适 ， 有 时 则 有 降低 血清 胆固醇 的 功能 ， 但 烟 栈 诺 过 多 则 无 这 些 现象 产生 。 228 7 则 曲线 亦 向 左 移 。 因 此 ATP 和 CTP 竞争 酶 上 相同 的 调节 部 位 。 “有 证 据 表明 ATC 有 两 种 构象 形式 。 在 底 物 存在 下 它 以 松 驰 状态 即 R 态 存在 ， 而 当 CTP 存在 下 则 以 紧密 状态 或 T 态 存在 。 酶 中 32 个 一 S 一 S 一 基 ， 在 氨 甲 酰 磷 酸 和 底 物 类 似 物 琥珀 酸 同 时 存在 下 比 它们 不 存在 或 只 有 一 个 底 物 存在 时 能 更 快 LS RL ARM. CTP 则 降低 录 与 一 S 一 一 其 的 反应 速度 。 这 就 是 说 在 R 态 ， 酶 具有 松 驰 构 象 ， 它 使 一 S 一 S 一 基 变 得 更 敏感 。 此 外 ， 当 氢 甲 酰 磷酸 和 琥 拍 酸 存在 时 测 得 本 的 沉降 系数 比 CTP 存在 时 降低 了 和 4 多。 由 于 在 这 些 条 件 下 酶 不 会 解 离 ， 沉 降 系数 值 之 所 以 有 差异 , 可 认为 是 由 于 R 态 更 不 对 称 ， 上 共有- 增 大 的 摩 扩 系 数 造成 的 。 FERED BAR ETE, RR AT Coe 只 能 结合 三 分 子 氛 甲 酰 磷 酸 (CP )， 但 当 琥珀 酸 存 在 时 ， 则 可 结合 六 分 子 氨 甲 酰 磅 酸 。 这 可 认为 ATCose 有 同 促 正 协同 效应 《如 下 式 ) 。 下 式 市 CR, 代表 天 然 酶 中 的 六 个 催化 亚 基 和 六 个 调节 亚 基 ，S 代 琥 珀 酸 ，CeRe* 代表 酶 的 松 驰 ° neg CP 的 结合 没有 协同 性 。 一 旦 焉 珀 酸 结 合 合 到 ATCo。。 上 以 后 ， 就 会 使 酶 上 的 各 部 位 都 结合 A ECP, WARHAMMER 协同 地 结合 上 去 。 5 S ert. oi aie, Cre GE oe ed Celts Cor J—> bat eis Sees’ Cok, (CP),S > C,R,*(CP.)(S)o iss eS 3CP a 3 FF : 二 、 级 联系 统 共 价 修饰 调节 酶 酶 活性 的 调节 也 可 通过 共 价 修饰 和 非 共 价 修饰 酶 之 间 的 循环 互 变 而 达到 。 修 饰 或 脱 修饰 可 通过 转变 酶 (converter enzyme ) WLM, Ei Se Bs SHE i BELL TE 它们 的 效应 剂 一 起 形成 一 个 级 联系 统 。 共 价 修饰 酶 可 比 非 修饰 酶 更 活 涛 或 更 不 活泼 ， 或 者 两 种 形式 对 效应 Fl PGE AA TA CBR. 最 简单 的 级 联系 统 为 单 环 系统 ， 其 运转 如 下 式 。 Ey R, 十 hi ADP I, 30... + ATP I, H,PO, 这 是 一 个 通过 磷酸 化 而 共 价 修饰 的 一 类 酶 形式 。 二 外 无 活性 的 转变 酶 已 , 被 专 一 性 别 构 效应 We 活化 成 有 活性 的 转变 酶 王 *， 从 而 局 动 级 联 反 应 。E。 EATPESTP, 旋即 使 非 修饰 酶 T。 磷 酸化， 生成 修饰 酶 I"。 这 一 过 程 是 可 逆 的 ， 它 在 第 二 种 转变 酶 Re 的 催化 王 ， In 又 可 水 解脱 去 一 个 磷酸 而 重新 生成 [lv。 这 个 转变 酶 下。 是 由 无 活性 的 R 经 第 三 种 别 构 效 应 剂 es 作用 后 活化 而 成 的 。 不 同 的 单 环 级 联 可 偶 联 成 二 、 三 或 多 环 级 联系 统 ， 从 而 使 它 对 效应 剂 297 | 浓度 更 为 敏感 ， 使 联 锁 的 代谢 途径 中 的 底 物 和 产物 的 回流 迅速 得 到 调节 。 大 部 分 代谢 途径 的 时 级 联 调节 功能 是 保持 I。 和 Iw 两 种 互 变 酶 形式 的 稳 态 浓度 ， 以 保证 整个 代谢 中 各 代谢 物 的 回 是 流 。 级 联系 统 调节 反应 速度 的 方式 有 ，@D 级 联 反 应 可 增强 信号 ， 只 要 利用 极 少量 的 EB (Eat Re ) 即 可 导致 大 量 修饰 酶 (Iw) 或 非 修饰 梅 (I。) AMEE, “加 级 联 反应 利用 饱和 e' 使 Te 的 敏感 性 调整 到 最 大 幅度 ， 回 级 联 反 应 能 通过 改变 效应 剂 浓度 来 调整 修饰 作用 的 录 敏 度 ， 团 级 联 反 应 作为 一 个 集中 系统 能 灵敏 地 感知 细胞 中 代谢 物 浓 度 在 分 钟 范围 内 的 变化 ， 从 而 按 需 要 来 调整 7。 和 7Tw 的 浓度 ， 回 级 联 反应 又 是 一 个 柔性 系统 ， 能 对 别 析 刺激 显示 不 同 答 ， 轿 级 联 反应 不 是 速度 的 放大 器 ， 能 反映 细胞 内 代谢 物 浓度 在 毫秒 内 的 变化 。 一 些 磷酸 化 酶 中 的 Ser 一 OH、 Thr 一 OH 和 Tyr 一 OH 参与 许多 级 联 反应 。 已 知 有 20 佘 种 不 同 的 酶 ， 能 进行 上 述 类 似 的 可 着 磷 酸化 反应 。 这 些 系统 都 是 利用 ATP 提供 能 量 以 保 持 适 量 的 互 变 酶 来 调节 反应 速度 。 糖 元 的 合成 和 降解 ， 胆 固 醇 的 生物 合成 以 及 氨基 酸 间 的 租 互 转 变 等 过 程 都 是 按 这 种 方式 来 调节 的 。 兹 以 磷酸 化 酶 俱 化 糖 元 的 合成 和 降解 为 例 ， 进 行 深 ， 入 说 明 。 糖 元 磷酸 化 酶 是 肌肉 和 肝脏 中 的 一 种 级 联 调节 酶 。 它 所 催化 的 反应 如 下 式 ， 糖 元 (Cn) + HyPO, == Ny F HIC(Ga_1) +G-1-®@ 式 中 的 G-1- 四 在 肌肉 中 可 继续 转变 为 乳酸 ， 为 肌肉 提供 能 量 。 它 在 肝脏 中 则 可 降解 为 葡萄 糖 ， 以 维持 血糖 水 平 。 糖 元 磷酸 化 酶 可 以 两 种 形式 存在 ， 其 活性 形式 称 为 磷酸 化 酶 0， 而 非 活性 形式 称 为 磁 酸 化 酶 6, 它们 都 是 二 聚 体 ， 它 们 之 间 的 转变 是 知 两 种 转变 酶 来 完成 的 。 可 示 于 图 6 一 45。 人 CH,0H 图 6 一 45 TRC FEV ARR BRE Ne ALL i TT eT ere ee r 的 。 这 两 种 酶 形式 中 4 形式 为 6 形式 磷酸 化 共 价 修饰 而 成 ， 两 者 在 四 级 结构 上 有 区 别 ， 国 而 活性 部 位 结构 亦 有 不 同 ,所 以 催化 活性 也 不 同 。 另外 ”磷酸 化 酶 也 可 通过 非 共 价 结合 一 些 效应 剂 分 子 而 调节 。 如 磷酸 化 酶 心 虽 无 催化 浅 298 或 从 其 它 高 能 键 供 能 ， 反 应 见 代谢 各 章节 。 HaC OH . H 泛酸 HOCH:C—CHC—NCH2CHsCOOr | CH; 0 植物 微生物 ATP 动物 ADP ic oe. ayy H 4 一 磷酸 泛 酰 *-OsPOCH2€— CHE—NCHs CH: COO- CH; oO ATV~|-H, NCHCH2SH coo- ADP? or OH Le Ud. ks H i N - CH2-CH2-SH 0=P-0 CHs OH | NH, 0 WA | Sy Ni 0 - P~O0-CH, a0) 辅酶 A(CoAsH) 0 0 )H -0—p=0 i 图 5 一 3 RMIBMCOANSHE 7A. EMR (Biotin) AyD MEMO TED. 广泛 分 布 于 天 然 食 品 中 ， 但 各 食品 中 的 | 生物 素 利用 率 有 很 大 差异 。 和 蛋黄、 动物 组 织 、 蕃 茄 、 酵 母 是 生物 素 的 优质 来 源 !- 卵 自 中 则 含有 抗 生 物 素 ， 能 与 生物 素 紧 密 结合 ， 阻 止 它 从 肠 壁 吸收 而 导致 生物 素 缺 乏 。 人 需要 的 生物 素 大 部 分 是 由 肠 231 中 微生物 供给 。 从 尼 中 或 凌 便 中 排出 的 生物 素 量 都 大 大 超过 伪 物 的 供给 量 。 所 以 梧 用 抗菌 素 药物 过 量 ， 会 使 肠 道 中 微生物 减少 ， 往 往 导 致 生物 素 的 缺乏 。 生物 素 作为 专 ' 一 性 多 亚 基 酶 〈 如 丙酮 酸 羧 化 酶 、 乙 酰 一 CoA 羧 化 酶 、 丙 酰 一 CoA 羧 化 酶 、 B- 甲 基 巴 豆 酰 一 CoA RIBS ) 的 一 个 组 分 俱 化 羧 化 反应 。 生物 素 辅 基 与 酶 蛋白 的 某 赖 氨 酸 `s-NH: 以 酰胺 键 结合 。 在 丙酮 酸 羧 化 酶 所 催化 的 反应 中 ， 第 一 步 是 一 个 羧 酸根 离子 结合 到 生物 素 包 咪唑 基 N-1 上 ， 产 生活 化 中 间 物 一 一 羧 化 生物 素 。 O Me?+ | ATP+ HCO; Bey f- Gp tery k ADP b | | “Gb Cant O Su phi | week Ae HN NH | | | HC#+-cH NH ial at hie | CHg AN \ gut 生物 素 酶 C=O 9 | HN ~~~ O. pe oh | NI NH me / ae" ric—CH 省 NH — f. SS 4 | CHRsAoCH4GH) 一 C 一 N 一 (CH 4H -' be | . H Cm | HN 一 ~ 酶 ELMREREARILADRMRMYM BITE L, VERRAN. AE py HAL BE AAA EE, AE oy ETE AE SWE EH — EER LBBB 个 活性 部 位 。 有 一 个 酶 称 为 羧 化 酶 全 酶 合成 酶 ， 负 责 把 生物 素 结合 到 所 有 次 化 酶 的 酶 重 四 bo 当 该 酶 不 存在 时 ， 则 需 生 物 素 羧 化 酶 的 底 物 就 会 累积 。 如 乳酸 、. 有 - 甲 基 巴 豆 酸 、 太 羟 基 异 戊 酸 等 ad APL MARA BIER IIE. A ATM RR BE Bit Sie. 232 +. HER B,: (外 胺 素 ) (Cobalamin) “ 票 叶 此 化 合 禾 是 钴 啉 环 衍生 物 。 类 似 趾 啉 类 化 合 物 ,但 其 中 有 两 个 吡咯 环 是 直接 相连 的 , 因而 不 同 手 咪 啉 环 。 钴 啉 环 中 心 是 一 个 钴 离子 , 它 有 六 个 配 位, ROS Same —N 配 位 外 , 有 一 AAD — 7 N 配 位 , 第 六 个 配 位 体 可 以 是 不 同 的 基 团 ， 从 而 获得 不 同 的 钴 胺 素 衍生 H. RM (Cyanocobalamin) 第 六 个 配 位 是 一 个 一 CN HE, 是 最 稳定 的 钼 胺 素 形式 ， 它 可 贝 发 酵 产生 ， 溶 于 水 ， 对 热 稳定 。 但 在 活体 内 必需 除去 一 CN 基 才 能 转变 成 活性 形式 。 在 动物 肝脏 中 钴 胺 素 以 甲 基 钼 胺 素 、 羟 基 钴 胺 素 和 腺 苷 基 钴 胶 素 等 形式 存在 ， 即 以 甲 基 , 羟 基 、 腺 和 苷 基 等 占据 第 六 个 配 位 。 维 生 素 B， 辅 酶 通 式 如 图 5 一 4。 X 可 代表 一 CN 一 CH， 一 OH 5'- 脱 氧 腺 昔 I CHz2CNHz2 0 CH2CH2CNH2 anh HzCHzCNH。 HOH: C- 4 ~ NS 图 5 一 4 维生素 By, 结构 通 式 X 代表 第 六 个 配 位 体 可 为 ， —CN, --OH, 一 CHs 或 5“- 脱 氧 腺 苷 基 等 。 维生素 B,, 由 肠 部 吸收 ， 由 回肠 中 一 受 体 部 位 传递 ， 钼 胶 素 必需 与 一 高 度 专 一 的 糖 蛋白 再 在 因子 结合 ， 该 因子 由 胃 粘膜 细 允 分 泌 。 另 一 种 钴 胺 素 结合 蛋白 存在 于 食物 和 唾液 中 ， 称 关 R 一 蛋白 。 在 正常 状态 下 ， 它 会 被 膜 胜 的 蛋白 酶 水 解 ， 而 在 胰 脏 病变 时 ，- RRA MARI R 一 蛋白 上 释放 ， 而 结合 于 内 在 因子 以 利 正常 吸收 。 233 随 着 钴 胶 素 一 一 内 在 因子 跨 过 回肠 膜 ， 内 在 因子 即 释放 ， Bi. 转移 到 血浆 运输 蛋 自 一 一 运 钴 胶 素 工 。 另 一 种 钴 胶 素 结合 蛋白 为 运 钴 胺 素 工 ， 存 在 于 肝 申 ”是 水 溶性 维生素 唯 羡 的 贮 藏 形式 。 钴 胺 素 在 胆 中 分 泌 ， 参 与 肝肠 循环 ， 当 肝肠 循环 发 生 混乱 时 对 处 源 狂 胺 素 的 需要 ” 将 增加 。 所 以 钴 胺 素 辅酶 常用 作 册 炎 药物 。 在 肝脏 中 ， 腺 彰 钴 胶 素 古 70 吧 过 甲 基 锁 胺 素 具 二 3.%， 而 在 血浆 中 则 殿 甲 基 钴 膀 素 为 主 ; 有 少量 状 基 钴 胺 素 ; 运 钴 胺 素 工 复合 物 结合 于 细胞 表面 专 一 性 的 受 受 体 ， 通 过 内 符 作 用 进 六 细胞 站 最 后 以 叛 基 sicnipapeigpesatsahubinhiherkoninrsrasignpapienibappsiieainiens iso ty 即 形成 5- 脱氧 腺 霸 钴 胶 素 。 全 过 程 示 如 图 5 一 5。 一 -一 一 -一 一 - 一 -一 一 -一 一 一 一 mF PE， 氨 酸 图 5 一 5“ 钴 胶 索 的 吸收 在 亚 细 胞 中 的 定位 及 销 有 素 有关 的 酶 E, 为 S- 腺 苷 -高 半 胱 所 酸 转 甲 基 酶 ,) E, AER SAM SAK I WB AAR ER ZEA PRPS DLS RRR Ys AT SS BH CN. POSE SFP He ie EAR ATL. - 甲 基 丙 二 酰 一 CoA 异 构 化 成 琥珀 酰 一 CoA。 反 应 及 所 需 辅 助 因 子 如 下 : CH， SH 5- 甲 基 FH, 1 | NS 204 ROE CH, 转移 酶 全 | | FA i We CH, CH, . | | CH, H—C—HN, | | 狂 胺 素 H—C—NH, COOH COOH CH, | 脱氧 腺 昔 钴 胺 素 变 位 酶 CH,COOH HAGLCOORGAT “pee Pe dance 0 C 一 0 | O-CH,CZSCoA ) NScoA k 前 者 是 铺 胶 素 先 与 甲 基 转 殉 酶 结合 ,，N*- 甲 基 -FH, 是 甲 基 供 体 ， RETIRE PASS SRE SABE Es BEE A PRC LA AE MERCER, A RR A 素 作 铺 酶 。 234 APOE S WLC BE ML TTS AS EMSS EE ERA ABE ORR. ak XPRESS BES RPA SES TRL 5 FP A EA REP BE Ses TESS PEE UIC BE 0 RR a FPGA BER on aa 叶酸 (Folate 或 ,Folacin ) 杖 《叶酸 惧 有 下 式 结构 ; COOH ; 3 | H, “NZ N ne N al ait 0 CH N 二 CH 2 re wy A —_— I Peat’ ANHC = C= foie Code OH 一 H a ee eee LS mS Xt AE AE FAB 谷 氮 酸 ae RR 有 a 动物 不 象 植物 和 微生物 ， 不 能 合成 对 仁 芭 尝 甲 酸 ， 也 不 能 使 喉 酸 与 谷 氨 酸 结合 ， 所 以 不 能 合成 叶酸 ， 叶 酸 必须 由 食物 供给 。} 其 主要 来 源 是 绿叶 蔬菜 。 在 植物 中 ,叶酸 性 不 寻常 的 入 谷 氨 酰 键 合 而 成 的 七 肽 结合 ， 在 动物 胖 冲 财 与 谷 氨 酰 五 肽 结合 ， 这 不 寻常 的 六 谷 氨 酰 胺 键 ， 对 肠 中 经 常 存在 的 蛋白 酶 的 水 解 作 用 有 抗 性 。 但 它 却 可 被 专 一 性 的 肠 诲 一 一 叶 酰 聚 谷 氨 酸 水 解 禾 永 解 ; 叶 酰 七 谷 掺 酸 水 解 后 成 为 叶 酰 单 谷 氨 酸 。 只 有 它 才能 被 肠 壁 吸收 。 在 肠 细胞 内 叶 酰 部 分 还 原 成 回复 叶酸 (FH,) ， 并 甲 基 化 成 Ns- 甲 天-FH, 作为 吸收 过 程 的 主要 部 分 。 正常 人 不 管 口服 什么 形式 的 叶 苓 ， 都 会 使 血清 中 Ns- 甲 基 -FH, yee EF. 在 血浆 中 2/3 的 FH, 结合 于 一 蛋白 质 上 ， 当 其 浓度 超过 104g/1 时 , WES REN 叶酸 只 有 泵 部 分 被 肾 小 管 二 新 吸收 。 大 部 分 分 解 ， 并 从 胆汁 排出 。 叶酸 还 原 成 FH, 后 ， 即 可 作为 不 同 氧化 还 原 态 一 碳 单位 的 载体 分 子 。 叶酸 的 还 原 是 由 H H N、_vN NV UN : NH,—/ NEN SoH NADPH+H* NADP* wt WO OS ee ae a i he » OL \ FH, 还 原本 AAANN7 * OH ~ NAL OH NH... FH, ee NADPH+H+ NADP* NH ~~ Nw ap apy ay N | FH,- 还 原 酶 oa | H CH, OH NH... FH, 235 三 氨 叶 酸 (FH,) 还 原 酶 以 NADPH 作 氢 供 体 催 化 而 进行 的 。 氛 甲 喉 叭 抑制 剂 对 微生物 或 哺 乳 类 细胞 的 FH,- 还 原 酶 的 结合 比 其 天 然 底 物 更 紧密 。 因 此 这 叶酸 撒 抗 物 可 作为 治疗 病毒 及 肿瘤 的 重要 药物 。 FH, 可 载荷 的 一 碳 基 团 有 甲 基 、 次 甲 基 、 甲 川 基 * 甲 酰基 、 甲醛 亚 胺 基 等 ,在 代谢 上 它们 都 可 相互 转变 。 这 些 一 碳 组 分 主要 来 自 丝氨酸 。 丝氨酸 将 其 产 甲 基 转 移 到 FH, 上 产生 ! Ns、No- 甲 撑 -FH,( 见 图 5 一 6 反应 1 ) 。 此 物 在 FH, 代谢 中 起 着 中 心 帮 用 ;8 它 可 还 原 成 Ns- 甲 基 -FH,( 见 图 5 一 6 反应 2 ) ， 然 后 脱 氢 成 Ns、Nl- 甲 川 -FH( 图 ,5 一 6 反应 3 ) ， 继 | 续 水 合 而 成 Nt- 甲 酰 -FEH, 或 Ns- 甲 酰 -FH, 两 种 异 构 体 ( 图 5 一 6 反应 4 和 5 ) 。 CH20H our uC—NH Ho NADI+E* Napt a N eer Do boon as ah iy Hos A H 2 7 3 4H “gS cis ASS | 9CH2 Ne OH ICNH du Na FH. NS, Nw=9 PH ‘ Ns 一 甲 基 一 FH4 NADP* TE PH A NAD Oy 0 JO" NADP BR 人 NADP* ADP +H" 4 SS H hy N N H . H20 N = 6 H | 让 再 4 iy 4 H car PD | + 7” N CH2 | | H b CH2 NH,” | Nees == bas ' i | N°;N?0°— Ji] — FH H ¥ C No — Btu — Fe HA SO ‘ H2 H20 N10 - 甲 酰 一 F 蔚 5 Nn . ahs —NH---- N5 一 甲 酰 一 —FHs : 图 5 一 6 FH, 上 各 ~ 4 FH, 各 衍生 物 的 功能 多 种 多 样 。 如 N8, NASB, vy ye GA aS RR 合成 胸 音 酸 〈 见 核 苷 酸 代谢 ) 。 Ns 一 甲 基 一 FH, 可 作为 甲 基 供 体 合成 甲 硫 氨 酸 《已 在 钴 胶 素 中 介绍 ) 。 Ns, N 一 甲 川 寺 FH, 可 提供 一 个 碳 原子 合成 味 叭 (8 一 位 碳 ) ， 而 顺 叭 的 2— 236 位 碳 则 由 Ni 一 甲 酰 一 EH, 提供 《〈 见 味 叭 合成 代谢 ) 。 N5， Ni 一 甲 撑 一 PH 也 可 提供 记 个 —CH,OH 给 甘氨酸 以 合成 丝氨酸 〈 图 5 一 6 反应 的 逆反 应 ) 。 由 于 叶酸 和 钼 胶 素 代谢 之 间 的 关系 非常 密切 ， 因 此 缺乏 它们 中 任 一 种 ， 都 会 导致 巨 红 细 胞 贫血 证 。 医 药 上 要 区 别 由 哪 一 种 扎 乏 而 引起 是 相当 困难 的 。 但 患者 如 果 确 实 缺 叶 酸 ， 则 每 tinued aia ines nti iided sil chiaietialie — 从 而 可 判断 两 者 究竟 何者 缺乏 。 "Ay ERC 维生素 C 具 糖 酸 内 要 结构 。 HE CAMMIK TINA, 故 又 名 抗坏血酸 ;在 空气 中 可 自动 脱 去 两 个 氢 原 子 而 氧化 成 脱 氢 抗坏血酸 。 ETM) MARE, /抗坏血酸 的 最 佳 来 源 有 柑 桔 、 甜 查 、 草 梅 、 西 瓜 。 著 基 、 青 椒 以 及 一 些 绿叶 蔬菜 等 。 它 对 热 不 稳定 ，; 在 痕 量 金属 (如 铜 ) 存 在 下 更 不 稳定 ， 但 在 冰冻 条 件 下 和 酸性 溶液 中 较为 稳定 ， ss RRR TENDS RRO NB EASA AE NARLI RM RETA MLR 0 © Sr i Me OH O OH aioe oion SG) | | NG | | an | én HO—C Race O=C 二 | VY | VY HO—C + | 二 | LV N NH 5 in Al TO Gil Ps ail the Mes Cl] 一 一 Cl CH,OH I HOH | O | , OH 抗坏血酸 粉红 色 。 脱氧 抗 坏 血 酸 无 色 ; A, CREBS RR SAKEH CARER, Wa AHS, AM Ko LEBRATs CHRECAR, FARES, AANA RMR, 7TH EEC SR. AMM DMbREBEE CMRELLHECKAMRRERK. 例如 人 血 浆 中 维生素 C 的 浓度 为 1mg/100ml, “维生素 C 的 功能 是 多 方面 的 。 它 是 还 原 剂 ， 氧 化 还 原 电 位 为 +0.087， 能 还 原 许多 化 合 物 ， 如 0,、NO; 、 细 胞 色素 a(cytaFes:)、 细 胞 色素 C(cytcFes )、 甲 基 丙 二 酰 -CoA、 高 铁血 红 和 蛋白 等 ， 但 不 能 还 原 NAD . AMR. CRORES. 体内 酷 氨 酸 分 解 代谢 需要 维 Bee CFE. Ac YD SOS LAG SEAR LR EARS (GROUT HL, AE CSR 合成 。 而 站 膊 氨 酸 是 维持 胶 厌 蛋白 四 级 结构 的 关键 物质 ， 维生素 C 有 促进 得 辣 的 功能 ,可 能 与 促进 胶原 生物 合成 有 关 。 抗坏血酸 可 与 其 它 氧 化 还 原 体 系 偶 联 起 来 而 起 作用 。 如 它 可 与 谷 胱 甘 参 细 脑 色素 C、 We AKERS BR. FLERMIRKRRARKC, 4RARRE LER 237 激素 刺激 时 ， 维生素 到 (ERE, 其 作用 尚 待 进一步 研究 。 第 二 节 “” 脂 溶性 维生素 脂 溶 性 维生素 大 部 分 是 异 成 二 烯 聚 合 物 或 衍生 物 。 同 脂肪 一 样 ， 都 属 非 匀 性 流水 分 子 ， 在 体内 以 与 食物 脂肪 同样 的 方式 被 肠胃 系统 吸收 和 运输 。 脂 溶性 维生素 一 旦 被 吸收 ，` 即 呈 乳 靡 微粒 ， 运 入 肝 中 。 它 们 可 贮藏 于 肝 (如 ALD. K) 或 脂肪 组 织 中 (如 卫 ) 。 这 类 维生素 可 被 脂 蛋白 或 专 一 性 结合 蛋白 在 血液 中 运输 。 有 些 脂 溶性 维生素 更 象 激素 ， 帮 比 生 素 卫 。 —, BER A 或 类 视 黄 醇 (了 etinolds ) 这 是 一 类 骆 一 个 已 烯 环 的 异 成 二 烯 聚 合 物 。 近 年 来 用 类 视 黄 醇 这 名 词 来 表示 天 然 视 黄 醇 *s 和 其 侣 成 类 似 物 ， 它 们 都 具 视 黄 醇 功能 。 所 以 维生素 -人 可 定义 为 视 黄 醇 及 其 类 似 物 。 在 动物 产品 中 维生素 A 一 般 以 视 黄 醇 及 其 长 链 脂肪 酸 酯 的 形式 存在 。 而 在 植物 产品 中 则 以 维生素 A 原形 式 存在 ,如 胡 葛 卜 素 。 前 者 在 肠 腔 水 解 由 肠 直 接 吸收 。8- 胡 葛 洒 素 则 被 鹏 = 胡 梦 下 素 二 加 氧 酶 在 O， 和 胆 酸 盐 存 在 下 氧化 断裂 成 两 分 了 巴 视 黄 醛 (Retinal); 在 肠 粘 膜 上 它 又 被 专 一 性 还 原 酶 ( 需 NADPH) 还 原 成 视 黄 醇 5 有 少量 氧化 成 视 黄 酸 (Retinoic acid), 它们 在 肠 肉 的 转变 示 于 下 式 。 CH, GH, Of, GHs CH, < NINN ANI NENG OG » ZN y, CHp_! CH,..-CHs; Cris OF. p-#A# bh 6- 胡 昔 下 素 |702 yng CTR at CH, “HS GAY No CH; CH, } _ LAE |e ai ae H | | CH, CH, CH CH; CH, NADPH + H+ é . A, WEEE Pas NADP+ Cr. Ch. CH Gia Cre. CH. O Ui A ea | | CH.OH MY ie [CE Pi 《 > OH 视 黄 酸 wee ig ChHexCH, Ghiz CH, 吸收 的 讽 黄 醇 ， 重 新 被 长 链 脂肪 酸 酯 化 ， 通 过 淋巴 乳 糜 微 粒 ， 进 入 血 流 中 。 到 达 肝 细胞 238 成 视 黄 醉 并 结合 到 在 肝 细 胞 中 合成 的 脱 办 基 视 黄 本 结合 蛋白 上。 这 复合 物 称 为 全 视 黄 醇 一 结 Se SRL SE ET, EMAAR TARE. RMR RE ite SARE 。 MH S-BAWWHEAARRAD, 它们 形成 的 复合 物 同 时 可 载 甲 状 腺 素 。 到 达 alate leading SRAMRM SAAR. DME eR, 4 CRAIN, 就 迅速 旱地 结合 到 细胞 视 黄 醇 结 合 蛋 白 (cellular retinol binding protein, CRBP) 上。 这 个 结合 几 自 与 血清 中 的 不 同 ， 它 在 细胞 中 不 是 运输 视 黄 醇 ， 而 是 专 一 性 地 结合 于 视 黄 醇 上 ， 类 似 细胞 RAMEE THI. MRR NR CN, ws RRNA. 。 视 黄 醚 作为 分 在 视网膜 杆 状 细胞 中 起 作用 。 该 细胞 中 一 个 全 ie e211 pene. ee 性 地 结合 于 视 蛋 白 引 成 为 视 紫 质 。 当 视 紫 质 暴 ， 光 后 ， 随 着 它 的 里 色 而 解 离 成 全 反 臣 视 黄 醛 和 视 蛋 白 ， 这 个 反应 伴随 视 蛋白 构象 变化 ， 在 细 j 胞 膜 上 诱发 出 一 个 钙 离子 通道 ， 使 钙 离 子 迅速 注入 , 触 变 一 个 神经 脉冲 ;使 脑 感光 。 但 视 紫 质 吸收 光子 而 成 全 反 成 视 黄 醛 后 ， FAH BR Sn P78 PONENT Ao, RE Sct bi ， 这 个 酯 被 水 解 ， 然 后 重新 被 软 脂 酸 酯 化 ， 贮 藏 于 吁 的 脂 小 滴 中 。 动 用 时 该 软 脂 酸 酯 水 解 | | 中 不 断 摄取 全 反 式 视 黄 醚 来 补充 它 的 不 断 地 损失 。 -和 = Si Ne H; aT 11 一 顺 视 黄 醛 ; 视 蛋白 光子 hr 视 紫 红 质 村 eed 1 视 商 酸 没 有 上 述 视 黄 醇 对 繁殖 分 化 等 具有 的 激素 功能 ， 也 没有 祝 黄 醛 作为 视 色 素 组 券 的 ese greorapiineliagian tage HOR kM, SSeS Se PARE ROAR AN BI, ES ARIS A SER RR EK, 近年 来 已 提出 视 黄 酰 磷酸 作为 ` 实 糖 载体 aR KREWE JR lhe 用 而 完成 的 ， 这 类 似 于 视 紫 质 中视 黄 醇 的 异 构 化 。 ay, SRSA BRS OE ee 给 于 肝 糖 蛋白 上 的 甘露 糖 量 降低 8 ‰， 这 也 充分 说 明 视 黄 酸 在 糖 蛋 自 合成 中 起 重要 必 明 晤 许 多 组 织 含 有 一 种 细胞 内 有 蛋白 质 ， 能 结合 视 黄 酸 ， 称 汶 视 黄 酸 结合 蛋白 (CRABP 7 对 视 : 黄 配 和 视 黄 醛 无 亲 力 。 它 与 上 述 CRBP 在 组 织 市 的 分 布 齐 不 同 。 维生素 D 是 rt 主要 存在 于 动物 中 ， heey RBH, 维生素 DE EHR D i 部 、7 - 脱 氢 胆固醇 颇 光 解 而 产生 的 。 老伯 固 鲜 (E rgsterol ) 麦角 钙 化 固 本 HitD (4E4: D> sts | CH, H—C—CH,—CH,—CH,—CH AVS NCH, CH, | 入”7- 脱 氢 胆 固 醇 本 ay (动物 ) ea yy) ey 和 ck ee CH,| % VAN CH, CH/ | | 胆 钙化 固 醇 Fal er Lotto (维生素 De) WY 维生素 D: 和 D, 是 活性 最 高 的 维生素 卫 。 它们 生理 活性 相等 。 人 的 维生素 DWERK 源 一 是 由 食物 供给 、 二 是 由 皮肤 中 的 7- 脱 氧 胆 固 醇 在 日 光照 射 下 经 光 反 应 而 生成 。 食 物 中 的 维生素 D, 1D, 与 肠 中 的 微 团 混合 ， 经 近 端 的 小 肠 吸收 ， 与 专 一 性 球 蛋 白 结 合 ， 经 血 流 运 至 肝脏 。 在 肝脏 中 OD, 被 专 一 性 Ds-25- 羟 化 酶 在 25- 位 上 产 化 ， 些 反 应 在 肝 微 粒 体 中 进行 ， 其 作用 受 25- 羟 化 :Ds 水 平 调节 ，25- 羟 化 D* 是 维生素 D 的 主要 贮藏 形式 ， EPICS RD 的 形式 。 肝 肠 循环 失调 ， 就 会 导致 维生素 D 缺乏 。 | 25-¥2(k D, 能 被 肾 小 管 和 胎盘 中 一 种 ARAL AA — 25-F48 1b D:-1。- 羟 化 酶 进一步 在 1 -位 上 羟 化 成 为 4,25- 二 羟 化 :Ds,， 这 是 一 个 最 有 效 的 维生素 Ds 的 代谢 物 ， 也 是 维生素 上 D 的 唯 一 天 然 存 在 形式 。 它 的 生成 受 甲状 旁 腺 激素 、 血 清 磷 酸 和 其 本 身 的 浓度 调节 。 25- 羟 化 Dy (AERIS NE. PCR. 肠 和 胎盘 中 一 种 线粒体 酶 在 24- 位 产 化 成 ,245 25- 三 Fait Ds. . 7E iim FFP 21, 25-— 3b D, 的 水 平 与 1, 25-—KtD, KFA HRAKA OSE, GERM 钙 水 平 下 , 二 者 浓度 几乎 相等 。 RPS IE SA eR PW HY RS Ne AR, We BOS on 1<= 羟 化 酶 的 活性 ， 产 生 更 多 的 1, 25-9 4R/E Dy. lit Ree RE 4 MIE, Ai 240 ec = N CH, CH, ies CH, | v4 | of H—C—CH.—CH.—CH,—GH H—C=cH,—CH,—CH—€¢-=0# CH, | | 4% D, igual CH,{ |_| 25-324 D， FE VW 会 | WY Hozl fe J wo2 «12 ¥ WWW VY la-# (hi i re a, eae a. ie oa > Peeps ee OH ee ax wat. & a He ek BE Ez CH, 24 | 5 CH, OH a CH, cH ) jon ANI \/ 24, 25- FEAR Ds IN| 1, 25- 二 羟 维 生 素 D， Ho Ho) 减少 24, 25- 二 兰 维 生 素 Dy 水 平 。 1, 25- 二 羟 维 生 素 可 增加 肠 对 钙 的 吸收 ， 并 增加 肾脏 和 上 对 钙 的 重 吸收 ， 这 样 又 使 血 钙 水 平 渐 趋 正常 化 ， 反 过 来 又 降低 甲状 旁 腺 分 泌 和 1。- 羟 化 酶 酒 性 ， 同 时 增加 24- 羟 化 酶 活性 。 央 此 1, 25- 二 羟 维 生 素 D。 和 24, 25- 二 产 雁 生 素 Dy WKH 甲状 旁 腺 素 水 平 密切 相关 并 间接 地 与 血清 钙 水 平 有 关 。 因 此 维生素 D, RRNA SF. 低 磷 时 ， 直 接 刺 激 1, 25- 三 产 维 生 素 D。 的 合成 ， 而 1725- 二 次 维生素 D。 又 反 过 来 增加 肠 部 对 磷 的 吸收 。 所 以 让 清 磷 的 水 平 既 受 维生素 D HUA, GA, | 它 又 能 调节 维生素 'D 的 水 平 ， 从 而 调 贡 血 钙 的 水 平 。 1, 25 一 二 产 维 生 素 Ds WEL, BVA, HA. SOS. CRAB 细胞 时 ， 即 结合 于 次 一 性 的 细胞 质 受 体 分 子 ,形成 1, 25- HEA D,- SASS, 然后 转 移 到 核 中 ， 在 那里 影响 一 个 肠 钙 结合 蛋白 的 合成 ; 而 该 蛋 册 又 是 肠 内 吸收 钙 的 DEAT. 1, 25- 二 拳 维生素 D。 也 能 增加 肠 磷 的 吸收 ， 但 机 制 尚 不 清楚 。 1, 25- 二 产 维 生 素 D。 能 影响 骨 胶 原 的 交 联 ， 因 而 影响 组 织 的 矿 化 。 24, 25- 二 羟 维 生 素 D。 也 能 增加 肠 钙 吸收 ， 但 降低 血清 RE, 促进 骨 的 正常 矿 人 以 及 矿 化 骨 和 软骨 钙化 所 需 羟 基 磷 灰 石 的 合成 。 =. PERE ( c- 生 育 酚 ) HERE 存在 于 植物 油 中 ， WZ. BK. 棉籽 中 含量 多 。 Cle 高 等 动物 受精 所 必 时 需 。 自 然 界 中 具 维生素 BRENDA OMA, 其 中 主要 者 如 表 5-1， 它们 的 通 式 为 ， Gri ‘CH, CH; ls ge eg it Sm, | | a | one. CH 一 (CH,): 一 CH 一 (CH,): 一 一 CH 一 CH， nO 8 rt, oe Ri ) 表 5 一 1 各 种 生育 本 及 其 结构 中 各 取代 基 的 类 型 Ki ESSE SCP Ae TD ABE at = PEACH 6- FSFE BEA A ATZEM. Heh e WMH | 二 | RP Ry | OR! py a -EE, EARRR CH; Oris WOH; 广 。 虽 未 证 实 维生素 下 是 人 类 受精 所 必 a B @H; H- CH. 需 ， 全 人体 缺乏 它 ， 则 严重 损害 肠 脂 肪 了 y E H- ile CH, 的 吸收 ， 出 现 肌 闪 软弱， 肌 酸 尿 和 红 细 百 - H- CH; 。 胞 易 碎 等 现象 | 服用 维生素 己 后 症状 E (Zeta) CH; CH; H- HA. @--E ABA MNB Rik, VFR yf (eta) H- CH; OH MRS AER ZA, ACR. PSP ROR A 脂 对 xc- 生育 酚 具 有 专 一 的 亲和力 ， 维 生 素 E wifes Beem RB 维生素 已 的 功能 是 作为 最 强烈 的 天 然 脂 溶性 抗 氧 化 剂 并 与 硒 协 同 作用 。 在 血浆 脂 蛋 白 和 细胞 器 磷脂 中 的 维生素 下 水 平 ， 决 定 于 四 种 因素 ， 人 摄取 的 zc 生育 酚 量 ，@@ 食物 中 原 有 氧化 剂 和 抗 氧化 剂 水 平 ; 轿 食 物 中 硒 的 含量 ，G) 食物 中 含 硫 氨 基 酸 的 摄 1s = = ae 4 “ 242 BAe O Aa AIT IRAE, 维生素 BRR Ee 防御 第 一 1 Peo VAL Ia 3 BELA ARAM BE EL HS AL YE HR 5B SRL SL Py RR EBM, HATS BRP i HE BS. RIC BI ART EEE 其 它 压力 等 目的 。 图， 维生素 E 如 c 一 生育 阶 的 亲 剧 此 顺 环 和 侧 链 在 体内 的 氧化 产物 如 下 式 。 该 氧化 产物 的 两 F—OH 与 区 区 类 了 本 结合， 并 排出 体外 ， ee O Bis ik EN Ne FE OES ee 只 a a : . ‘ HE A i we SR 一 人 CH， Ree ERIM HAIN. eee BRIERE DL ht D 硒 是 维持 as scan 因此 它 和 维生素 下 一 样 是 消化 吸收 脂肪 所 必须 ;，@@ MACK TA 化 物 酶 的 组 分 之 一 , 有 助 于 毁坏 过 氧化 物 ， 因 而 它 可 使 类 脂 膜 中 多 烯 脂 酸 的 过 氧化 作用 降低 ， 众 而 大 大 减少 维 挝 膜 完整 性 对 维生素 E 的 需 量 ! @@ 硒 能 帮助 维生素 ERE MEAP 同样 维生素 E 也 能 减少 活体 对 硒 的 需要 ， 它 可 防止 硒 在 活体 内 的 损失 和 保持 其 活性 形式 ， BE TERRE 能 阻止 膜 脂 从 内 部 自 氧化 ， 因 而 减少 了 谷 胱 甘 肽 过 氧化 物 酶 的 负担 。 H DF. BER K 维生素 及 是 聚 异 戊 二 烯 取代 的 莹 醒 衍 生物 。 具有 维生素 K 活性 的 化 合 物 至 少 有 四 种 。 2 - 甲 基 莹 醒 是 该 类 维生素 的 母体 ， 它 在 活体 内 显示 生物 活性 。 叶 绿 醒 是 植物 中 发 现 的 维 生 素 民 的 形式 ， 又 称 维生素 民 ,。 甲 基 蔡 醒 一 7 弟 微 生物 和 动物 中 所 存在 的 一 组 维生素 长 ,中 的 一 员 ， 即 维生素 K。 中 的 一 员 。KK, ARPES, RRM ARH. AR K, 是 由 动物 肠 中 的 细菌 合成 的 。 它 们 的 结构 如 下 ; O | fp 个 cH 2- FA SESS w/\/ (menadione) (447 # K,) | O O Oxo ee gn MY Sci. -CH=€ —CHi= (CH.CH.—CHCH,).H O He ie ( phylloquinone, 或 Mephyton ) (维生素 sfsi D 243 gcH， CH, FA 25 AE -n (an = 6,7 或 8 ) O 从 肠 中 吸收 维生素 K, 需 伴随 正常 的 脂肪 吸收 ， 低 脂肪 吸收 症 如 胰 功 能 障碍 、; 胆汁 失 调 、 肠 粘膜 萎缩 等 常 导致 维生素 K 的 缺乏 。 大 肠 消毒 ， 由 于 除去 了 肠 中 细菌 群落 ， 也 会 导 致 维生素 K 缺乏 。 早已 知道 ， 维 生 素 K 是 维持 凝血 因子 正常 水 平 所 必须 近年 来 发 现 ， 在 肝脏 中 合成 的 凝血 蛋白 因子 TI 、 玖 、 愉 等 都 是 非 活性 前 体 ， 要 产生 成 熟 的 凝血 凝 因子 ， 必需 有 维生素 K 参加 的 翻译 后 的 修饰 过 程 。 这 一 过 程 是 把 该 蛋白 因子 的 谷 所 酸 残 基 羧 化 成 y-RESRM, 凝血 酶 原 含有 约 10 个 这 样 的 羧 化 谷 氨 酸 。 羧 化 谷 氨 酸 的 作用 是 使 该 蛋白 质 通过 蛋白 质 一 钙 一 磷 相 互 作 用 而 攻 合 。 血 凝 因 子 中 谷 氨 酸 被 维生素 K 催化 羧 化 及 其 羧 化 产物 与 Ca WRAL 用 如 下 式 ， Ca32+ Goo" -O 得 -OOC COO CH CO, \cH” Cat+ Omegs Pay bake O by er O du x ig ac. ea ih: che: O CH, Le, ae … 一 C 一 CH 一 N 一 … } --—C—CH—N—: 凝血 因子 中 y- 谷 氨 酸 被 羧 化 凝血 因子 与 Ca 的 谷 氨 酸 的 凝血 因子 Nea 从 上 式 可 知 维生素 K 的 主要 功能 是 作为 一 个 羧 化 酶 的 辅助 因子 ， 2M RRLE—-ES OH 0 - Glus r-—COOH Sh Col “Hs 1 CH, 0 R R OH 人 NAD? DTTH。， ra) NADH CHs3 +H" DTT R 0 图 5 一 7” 肝 微粒 体 中 存在 的 维生素 K 循环 图 244 下 质 分 子 中 谷 氨 酸 的 次 化 ， 形成 -羧基 谷 氨 酸 。 ATR IG 反应 在 微粒 体 中 进行 并 需要 O,, CO, 和 维生素 K 的 氢 醒 结构 。 在 肝 微 粒 体 中 ， 存 在 一 维生素 K 循环 ， 过 程 示 如 图 5-7 6 国 中 的 DTTH, 为 二 硫 苏 糖 醇 作 还 原 剂 ，) 从 而 不 断 产生 活性 形式 的 维生素 K 4 - 产 双 豆 香 素 是 维生素 K 的 类 似 物 ，- 能 抑制 维生素 K 的 2、3- 环 氧化 物 的 还 原 ， 所 以 ERK 可 作为 抗 血 厂 药 物 4 - 羟 双 豆 香 素 的 解毒 剂 。 它 的 醒 型 会 绕 过 被 抑制 的 环 氧化 物 示 原 酶 , 从 而 提供 活 变 的 氢 醒 型 维生素 K。 为 达 治疗 目的 ,常服 过 量 维生素 K, 也 可 采用 合成 的 可 溶性 维生素 K 28 Ly he FFE Ee) — wR Rg PORT FES 醒 亚 硫酸 钠 等 。 这 些 水 溶性 维 生 HK 类 似 物 ， 可 不 经 胃 肠 引 入 机 体 ， 使 肝脏 迅速 制备 出 活 滩 的 凝血 酶 原 SER K 类 似 物 的 结构 如 下 MMR & H a 1 7 Bi C CH. 区 (人 “a 本 4- 羟 双 豆 香 素 deo OSE } eX Nutt: “ i 1 SO;Na - we wad FA SESS I i A | io le CHs (menadione sodium bisulfite) oa I Wi 9 = pF ONa | Jk O—P=O sai | Ski NOH ， 甲 基 蒙 酚 二 磷酸 酯 钠 盐 ‘ ) RY. “ee (menadiol sodium diphosphat) a Pag O—P=O 5 NONa 245 NE ww al ， 言 我 国 在 几 千年 前 的 夏 台 时 代 已 盛行 酿酒 ， 在 周 代 大 们 就 会 制 糖 \， He Ae 疗 消化 不 良 症 等 。 这 些 实际 上 就 是 利用 酶 的 实践 活动 ， 但 当时 并 不 知道 WR, WIRY 为 这 些 作用 只 有 在 活体 内 才能 进行 。1833 年 Payen 和 Persoz 用 酒精 处 理 麦芽 提取 物 ， 得 至 一 种 热 不 稳定 物质 ， 它 能 使 淀粉 转变 为 糖 , 当时 称 它 为 糖化 酵素 (diastase )。 这 可 算 第 一 次 对 酶 存在 的 认识 。 接 着 人 们 在 胃液 中 又 发 现 了 消化 食物 蛋白 的 物质 称 为 pepsin。 当时 把 ， 这 类 物质 总 称 为 酵素 ， 以 表示 它们 与 发 酵 的 关系 。 在 这 一 系列 发 现 的 基础 上 ， Liebig 首先 提出 发 醇 可 由 活 细胞 所 提取 的 非 生 命 物质 来 测 行 。 但 生物 学 家 Pasteur 则 坚持 发 酵 必 要 有 生命 物质 参与 。 随 着 两 派 争 论 的 继续 进行 ， 醇 素 这 个 名 称 逐 渐 为 Kuhue 所 倡导 的 ,enzymei 酶 羽 这 一 名 称 所 取代 。Biicher 成 功 地 从 酵母 细胞 提取 物 中 获得 了 发 酵 作用 系统 ， 使 两 派 之 争 就 此 告终 。| 十 九 世 纪 末 ， 对 生物 物质 的 结构 知识 日 益 丰富 ， 对 酶 作用 前 专 三 -性 BMT, E. Fischer 提出 了 酶 和 其 作用 底 物 的 有 名 “锁匙 学 说 > 。 192642 Summer B-KKSAAR MS, 接着 Northrop 又 连续 分 离 出 结晶 胃 和 蛋白酶 、 胰 蛋白 酶 和 胰 凝 乳 蛋白 酶 ， 并 从 动力 学 角度 时 一 再 证 明 酶 是 蛋白 质 。 到 目前 为 止 纯 化 并 结晶 的 酶 已 有 两 E 百 种 * (另外 约 有 两 千 种 以 上 已 纯 化 到 不 同 程度 ， 其 中 包括 早期 发 现 音 胞 外 了 酶 和 1937 年 以 后 发 现 的 许多 胞 内 酶 。 由 于 对 酶 的 知 识 大 量 增加 ， 促 进 了 对 许多 最 基本 的 生命 过 程 的 了 解 ， 如 光合 作用 、 竖 咕 作用 、 生 物 氧化 和 发 酵 、 生 长 中 许多 有 机 物 的 合成 以 及 一 些 机 械 和 渗透 过 程 等 ， 很 多 都 是 稻 据 酶 的 分 离 和 研究 而 获得 阐明 的 。 近 年 来 酶 学 发 展 迅速 ， 已 出 现 许 多 分 枝 方向 BSE, OFA 物理 化 学 等 学 科 紧 密 联 系 。 在 实际 应 用 上 ， 它 也 越 来 越 重 要 。 医学 、 发 酵 工 业 、 分 析 技 术 等 都 和 酶 学 有 密切 关系 。 世界 各 国 ， 许 多 科学 工作 者 已 从 不 同 的 角度 把 注意 力 集中 到 酶 学 研 ， 究 中 来 ， 专 门 研究 酶 的 研究 所 已 经 建立 。 根据 酶 的 结构 来 盖 明 其 催化 机 制 的 惊人 高 效率 和 专 一 性 是 酶 学 研究 中 的 首要 问题 。 对 于 结构 知识 还 较 缺 乏 的 那 一 部 分 酶 ， 它 们 的 动力 学 研究 得 到 了 最 快 的 发 展 。 根 据 这 一 方法 ， 已 能 分 析 反 应 次 序 ， 从 而 推导 出 酶 促 反 应 机 制 。 同 位 素 应 用 ， 也 对 酶 的 作用 机 制作 出 了 不 少 贡 献 。 通过 酶 的 抑制 作用 的 研究 。 对 酶 的 专 一 性 、 活 性 中 心 结 构 和 催化 基 团 种 类 及 性 质 的 研 时 究 ， 提 供 了 不 少 有 益 的 成 果 。 ， 除 研 究 天 然 酶 的 结构 及 其 作用 机 制 外 ， 近 年 来 兴起 酶 工程 这 一 分 支 领 域 。 它 一 方面 通过 和 化 学 方法 如 酶 的 化 学 修饰 、 酶 的 固定 化 、 人 工 半 合成 酶 来 改造 酶 ， 使 之 更 适合 于 人 们 需要 ， 最 另 一 方面 根据 以 基因 重组 技术 为 主 的 分 子 生 物 学 原理 ， 大 量 生产 酶 、 修 饰 酶 基因 ， 以 生产 察 变 酶 或 设计 新 酶 基因 ， 以 合成 自然 界 不 曾 有 过 的 新 酶 。 总 之 ， 随 着 对 天 然 酶 结构 研究 的 日 趋 246 | 进步， 加 以 现代 分 子 生 物 学 技术 的 应 用 ， 不 仅 酶 作用 机 制 会 获得 迅速 阐明， 而 且 改 造 酶 、 生 — 产 满足 人 类 需要 的 超自然 的 优质 酶 ， 将 指日可待 。 第 二 节 ” 酶 的 分 类 、 命 名 及 其 所 催化 的 反应 在 早期 ， 酶 名 称 混 乱 ， 有 时 一 酶 数 名 ， 有 时 则 数 酶 二 名， 而 且 并 不 反 四 酶 的 催化 特性 。 随 着 酶 数量 的 增加 ， 大 多 数 酶 按 其 作用 底 物 的 类 型 来 命名， 如 淀粉 酶 、 和 蛋白 酶 等 。 进 而 又 在 1 底 物 名 称 之 前 加 一 些 形 容 词 以 表示 酶 的 来 源 或 反应 条 件 等 。 如 胃 和 蛋白 酶 '、 木 爪 蛋白 酶 、 碱 性 磷酸 酯 酶 等 。 后 来 又 进一步 把 底 物 名 称 及 酶 所 催化 的 反应 类 型 结合 起 来 ， 梅 成 酶 的 和 名称， 如 谷 两 转氨酶 、 苹 果 酸 脱 氢 酶 、 草 酸 氧化 酶 等 ， 有 些 这 样 的 名 称 马 被 国际 酶 学 会 议 推荐 采用 ， (AECIRL. 从 1961 年 起 ， 经 多 次 修订 ) 国际 上 已 有 了 统一 的 酶 系统 命名 和 分 类 原 则 ， 并 列 成 了 表 。 一 、 酶 的 分 类 原则 在 酶 系统 分 类 中 * ,每 个 酶 都 有 一 个 代号 ， 代 号 之 首 以 EC 表示 ， 意 即 酶 学 会 议 。EC 后 面 由 四 个 阿拉 伯 数 字 组 成 ， 每 个 数字 用 “。 刀 分 开 ， 这 四 个 数字 含义 不 同 。 第 一 个 数字 代表 酶 所 属 的 大 类 ， 所 有 酶 分 为 六 大 类 ， 即 1。 氧 化 还 原 酶 类 : 2。 转 移 酶 类 :， 3。 水 解 酶 类 ， 4. BSBA, 5. HMMA: 6。 合成 酶 或 连接 酶 类 。 第 二 个 数字 表示 大 类 下 的 亚 类 ， 在 各 大 类 下 的 亚 类 含义 不 相同 ， 如 氧化 还 原 酶 类 下 的 亚 类 表示 底 物 中 被 氧化 基 团 的 类 型 ， 如 1。 O AM ig | 表示 >CHOH pHORR—C—H 或 >C - 0， 6. #5 NADH # NADPH 等 .转移 酶 类 下 的 亚 类 表示 说 物 中 被 转移 基 团 的 种 类 ， 如 1。 表 示 甲 基 或 其 它 一 碳 基 团 ; 3。 表示 酰基 或 氢 栈 基 等 。 水 解 酶 下 的 亚 类 表示 被 水 解 键 的 类 型 。 裂 合 酶 下 的 亚 类 表示 裂解 基 团 与 剩余 部 分 间 的 连结 形式 。 异 构 酶 类 下 的 亚 类 表示 所 催化 的 异 构 化 作用 的 类 型 。 连 接 酶 亚 类 表示 两 分 子 连接 所 生成 键 的 类 型 〈 例 见 附录 表 ) ) 。 第 三 个 数字 表示 大 类 下 的 亚 一 亚 类 。 如 氧化 还 原 酶 的 亚 一 亚 类 表示 底 物 中 被 还 原 的 基 团 。 其 它 各 亚 一 亚 类 见 附 录 表 。 第 四 个 数字 是 表示 亚 一 亚 类 下 的 具体 的 个 别 的 酶 的 顺序 号 。 所 以 只 需要 从 代号 前 面 三 个 数字 ， 就 可 清楚 地 知道 一 个 酶 的 底 物种 类 和 所 催化 的 反应 类 型 。 分 类 和 各 酶 编号 见 附录 。 二 、 酶 的 命名 原则 六 大 类 酶 共同 的 系统 命名 原则 大 致 有 如 下 几 点 ; 1。 名 称 由 两 个 部 分 构成 ,前面 为 底 物 和 名， 如 有 两 个 底 物 则 都 写 上 ， 并 用 “ : ”分 开 # 后 面 为 所 催化 的 反应 名 称 ; 有 时 后 面 还 加 一 些 括号 把 反应 或 产物 性 质 标 出 ， 如 ADP 一 形 成 、COA 一 酰 化 等 。 2。 不 管 酶 催化 正 反应 还 是 道 反 应 ， 一 般 都 用 同一 名 称 。 3。 如 果 所 催化 的 反应 包含 两 种 变化 ， 则 尽 可 能 用 一 种 变化 来 表示 《〖《 另 一 种 功能 附 后 ) 。 如 D- 天 冬 氨 酸 : 氧化 还 原 酶 (脱毛 ) 。 247 习惯 命名 法 命名 原则 与 系统 命名 法 基本 相同 ， 但 前 者 更 为 简短 ; 它 还 包括 一 些 简单 名 ， 称 ， 如 脱氧 酶 、 氧 化 酶 、 脱 氨 酶 、 激 酶 等 。 Rea DMR AK RTUALER MERU, SKEMAN GRAN ZIMA. MA 往往 为 ， 供 体 : 受 体 氧 化 还 原 酶 8。 FEES HH: ZARB EE BRS : =. SRB MLNS Be (—) (6 JLB (Oxidoreductases) 1 这 类 酶 不 仅 包 括 脱氧 酶 、 氧 化 酶 (1.1 一 1.10，1.12,，1.16 一 1.17)， 而 县 也 包括 以 Hi0， -为 氧化 剂 的 过 氧化 物 酶 ( 工 Hi1)、 加 和 氧 酶 和 和 氢化 酶 (1.13) 和 1.14) 等 。 1, fig AAG (dehydrogenases) #1 ‘4 {tig (oxidases) 这 两 种 酶 因 底 物种 类 不 同 ， 催 化 反应 的 性 质 和 形式 亦 常 有 异 ， 故 难 用 ARR 现 举 数 例 如 下 ， 其 它 将 在 代谢 各 章 介 绍 。 = H (eal os £2 C8 = | 乳酸 脱 氢 酶 ‘ CH,C— COOH + NAD 7 > "CHC C0OHS NADH + 8 | se I ) On (16 >CHOH 的 酶 ) 村 Terre | ya, We ae eas HPO, * 一 0 一 加 3 HY inh EB | 2 + Had=cu RAND Hed ae RAM oi H—C—OH +NADH+H* | O | \ CH,— O—® | Y, CH 一 0O 一 @@= (氧化 --C 并 生成 高 能 键 的 酶 ) =e Te Ki . H 琥珀 酸 脱 氢 酶 HOCC CH LL ee HOOCCH=CHCOOH PAS (使 二 CH; 二 CH, 二 脱氧 的 酶 ) NO,” + NADH RES A NOT+NAD +H (使 NADH 氧化 的 酶 ) 这 种 酶 催化 的 反应 通 式 为 X-—-V+Ze=X+YZ 效 举 数 例如 下 ， 248 | CH,OH C0 H Oo | Ho L \Z | C=O x4 | HO—C—H C 56 Rd RBG | C | | > HO“GeOH -+ | | H—C—OH +'H—C—OH ( 转 羟 乙 醛 基 ) | H 一 C 一 OH d | 一 C 一 OH | H 一 C 一 OH CH:O 一 @@ | H--C—OH : CE 二 | H—O—OH H—C—OH | CH,—O—® CH.O0—® O O aa i j¢—8 | CH,— O— >»: + H-C—on 甘油 磷酸 酰基 转移 酶 2 R—C~SCoA ( 转 酰基 ) H—¢C 0H CH,O—® COOH COOH | | COOH | | 谷 丙 转 氨 酶 “COOH .H—C-—NH, + C=O Zo | H—C—NH, | | (#%—NH,#) CHO + | | €H;- sHJ- | CH; CH, | dB COOH 3。 水 解 酶 水 解 酶 催化 酯 、 硫 酯 、 糖 苷 、 肽 、 酸 本 等 键 的 水 解 反 应 ， 实 例如 下 ; G 一 6 —P RRB G— 6—®+H,0 D- H,PO ST ea eID aT Soe aT a Rt Be ves +0H.O (水解 精 背 键 )n 麦芽 糖 ATP Gps EM a0 H,PO “ 2” (水 解 酸 酝 键 ) RE 4, RA 裂 合 酶 催化 通过 消去 反应 裂解 CC, C—O, C-N 等 键 而 产生 双 键 的 RWKEUR Mo SPT: CH,COOH O COOH HO | COOH ‘+ iter 、 pes! ma 3 + Co on AA (裂解 C 一 C 键 ) + CH;C~SCoA | CH, COOH CH,COOH 249 | COOH 和 CH 反 丁 烯 二 酸 水 合 酶 H—C—H hoe yA yt * T° Y 一 @+ADP 由 于 ATP 磷酸 酝 键 是 高 能 键 ， 所 以 ADE 不 仅 是 磷 酰 载体 ， 也 是 能 量 载体 (上 式 ~ 代 表 高 能 键 ) 。 (>) RE K —COO 载体 三 生物 素 是 这 种 载体 的 辅 基 ， 其 结构 及 作用 机 制 见 第 五 章 。 - fi 1 | | | RE Pe NH CO NCH hid 1 | | CH 1 | a | | CHa | | CHCH 全 号 ] Cc | > 8 i Cis Ve Ve CHCH3 I 7 、 ~ N 人 二 全 HC 75. CH kb N Wi a N N N SN H CH : CH; , ! gill CH;COOH CH:COOH 300 400 图 6 一 6(a) okKeRSMEA MES 图 6 一 6(b) 细胞 色素 辅 基 的 吸收 光谱 (四 ) 氨 基 载 体 磷酸 吡 哆 醛 辅 基 属 这 一 类 。 转 氨 酶 、 氢 基 酸 脱羧 酶 、 氛 基 酸 消 旋 酶 等 的 磷酸 吡 哆 醛 的 载 氨基 丰 用 都 是 通过 其 醛 基 与 -NH， 形成 Schiff's 碱 而 实现 的 。 机 制 见 第 五 章 5 (五 ) 糖 苷 基 载 体 UDP 是 糖苷 转 移 栈 辅 基 , 它 能 载荷 一 个 已 糖分 子 于 其 末端 磅 酸 基 团 上 。 其 中 最 重要 的 是 载荷 一 个 葡萄 糖 ( 形 成 UDP- 葡 萄 糖 ， 简 作 UDPG), 然后 把 G 转 给 一 定 受 体 以 合成 二 糖 、 多 糖 等 .UDPG 结 构 如 下 式 : 汉人 N CH | | i C CH oF Nn CH,0H H pO H 9 0 4 由 O 一 — oe aie O H OH XH H/ ~ OH OH (六 ) 酰 基 载体 大 部 分 这 类 辅酶 含 -SH 。 与 酸 作用 ， 即 可 载荷 酰基 形成 高 能 硫 酯 键 。 所 以 它们 亦 常 是 能 MRA, 类 似 磷 酰 基 载体 , 并 能 与 之 相互 转移 能 量 。CoASH 是 生物 体 最 常见 的 酰基 载体 ， 其 转 酰 机 制 将 在 糖 代谢 、 脂 代谢 各 章 介绍 。 其 结构 、 生 物 合成 见 第 五 章 。 此 外 还 有 三 各 酰基 载 254 人 体 是 4- 磷 酸 泛 酰 综 基 乙 胺 辅 基 和 一 蛋白 质 构成 的 酰基 载体 蛋白 (ACP 一 SH)， EE 脂肪 酸 合成 中 转移 各 种 酰基 (〈 见 第 十 章 ) ， 作 用 类 似 CoAS 瓦 ， 结 构 为 : Le O CH, OH O : O HC cH0-—-b — Ranta a tth-at-2l-aetagtiedk —N—CH,CH,—SH NH én cH, N i RHE RIE, 名 为 肉 毒 碱 ， PWS ten ARAM TOS 其 一 DH 类 OH 似 于 CoASH 的 一 SH， 可 载荷 酰基 。 由 于 它 是 一 个 亲 水 性 辅 基 ， 分 子 又 很 小 ， 故 可 以 载荷 大 的 酰基 通过 线粒体 膜 ， 使 大 的 脂肪 酸 分 子 在 那里 进行 氧化 。 (4) “一 碳 基 团 载体 0 | 生物 体 很 多 重要 反应 需要 有 CH 一 .一 CH:OH, 一 C 人 《 、 一 CH 一 NH 等 一 碳 基 团 的 转 H @. FH,. #4 B,, 辅酶 等 的 转移 一 碳 基 团 机 制 见 第 五 章 。 〈 八 ) 一 活性 醛 基 载体 焦 磷 酸 硫 胺 素 是 典型 的 活性 醛 基 载 体 ， 其 实例 已 在 第 五 章 介绍 。 这 是 一 个 很 重要 的 辅 酶 ， 它 参与 的 代谢 反应 见 第 九 章 。 第 四 节 酶 催化 的 特点 酶 和 一 般 无 机 或 小 分 子 有 机 催化 剂 一 样 ， 只 要 有 少量 存在 即 可 大 大 加 速 一 个 化 学 反应 。 ”它们 都 促使 反应 迅速 达到 平衡 ， 而 不 改变 反应 的 平衡 点 ,它们 在 反应 过 程 中 不 会 消失 。 有 时 它们 也 参与 化 学 反应 ， 但 在 继续 反应 中 又 会 复原 。 它 们 加 速 化 学 反应 的 机 制 ， 都 是 降低 反应 所 需要 的 活化 能 。 那 末 酶 俱 化 究竟 有 什么 特点 呢 ? 它 和 其 它 催 化 剂 到 底 有 什么 不 同 呢 ? 一 、 酶 是 高 效 催化 剂 酶 的 俱 化 效率 远 比 非 酶 俱 化 剂 要 高 ; 就 分 子 比 而 言 ， 酶 催化 反应 的 反应 速度 比 非 催化 反应 高 10* 一 102 局》 而 比 其 它 非 酶 俱 化 反应 高 10" 一 10 久 人 倍 。 以 每 克 分 子 酶 每 分 钟 所 能 催化 底 物 转变 的 区分 子 数 来 说 六 大 部 分 酶 为 1, 000， 即 一 克 分 子 酶 每 分 钟 可 催化 1,000 友 分 加 子 底 物 发 生 反应 。 最 高 的 可 达 107， 例如 碳酸 丁 酶 为 me 3.610", 即 每 克 分 子 碳 酸 栈 酶 FSF BP AT HEIL 3. 6x 10° 克 分 子 碳 酸 分 解 成 CO. 和 H.0, 酶 催化 效率 之 图 6.-7 酶 和 其 他 催化 剂 降 低 催 化 高 也 可 从 甩 酶 俱 化 尿素 水 解 的 速度 看 出 ， 在 pH8.0， 反应 活化 能 示意 图 20%， 脲 酶 俱 化 尿素 的 水 解 速度 加 快 10* 倍 。 酶 在 这 | Fay Ba, Este mite. ae Be RS a = op + = Kick" i ==. = ‘| cr Fi 255 si oils detiliacepasealgeieiln ns mpi (一 ) 酶 可 降低 反应 所 需 的 活化 能 此 起 其 它 仙 化 剂 来， 术 能 大 大 减少 反应 所 裔 的 活化 能 。 图 6 —7 RAEN ANSE 能 化 剂 和 有 了 酶 存 在 下 反应 所 需 活化 能 的 比较 。 从 四 6 一 7 TRINA A ee 反应 I WES 酶 能 大 大 减少 反应 所 需 活化 能 ， 这 主要 是 由 两 方面 的 原因 引起 的 人 1。 酶 的 邻近 和 定向 效应 HY BU BMRA A RD, eI RR RK Bi pH CAE, EE | tein, XH RA AMIN IMR (ES) 复合 物 达到 过 渡 态 的 可 能 性 也 就 成 月末 反应 所 需 的 活化 能 。 这 是 利用 酶 和 底 物 结合 成 ES 复合 物 时 所 释放 的 能 量 ， 支 付 底 物 和 酶 “邻近 和 SEN” ORE. REY ES 形成 过 渡 态 时 就 不 再 需要 用 那么 多 的 活化 能 来 专 侍 拒 底 牺 桶 集 在 一 起 的 焙 损 失 ， 因 而 使 反应 活化 能 降低 。 所 以 酶 催化 的 这 一 FIR aR ETE BEA RR att BL Aa ETAL FN 6 一 8 表示 。 CH 酶 和 底 物 既 不 邻近 酶 和 底 物 两 个 作用 基 团 处 于 名 醋 和 底 物 两 个 作用 基 团 十 分 邻 ”方向 也 不 合适 近 ， 但 方向 不 适应 。 近 ， 上 且 方 向 刚好 匹配 图 6 一 8 本 对 底 物 的 邻近 和 定向 效应 he Wl SA) SET SS .. Mis wh Yoda Mi 变形 (Strain and distorsion ) ws 全 本 21 At UR 3S UR Te 团 都 在 空间 SRG EM. FH SABER HEISE» HEEB A A : 上 正确 定位 而 能 与 底 物 上 的 互补 基 团 相互 作用 。 但 当 结合 一 个 专 一 性 底 物 后 ， 导 致 酶 分 子 产 国 +See Ae HRA Uy DAT BEER HRS NS 产生 相应 变化 ， 使 该 部 位 的 一 些 RB 团 移动 到 正确 位 置 ， 以 适 于 与 底 物 结 合 ， 这 种 因 底 物 诱导 而 产生 的 酶 构象 变 化 称 为 酶 作用 的 诱导 攀 合 ( 见 加 69)5 这 种 诱导 攀 合 的 结合 必然 使 酶 的 结构 产 生 一 定 角 扭曲 和 变形 ， 这 种 扭曲 和 变形 矿 需 后 能 量 正好 可 由 酶 一 底 物 形成 复合 物 时 所 释放 的 能 量 来 支付 这 种 扭曲 状 图 6 一 9 酶 与 底 物 的 诱导 杭 合 作用 态 进入 过 渡 态 时 当然 就 不 再 需要 那么 多 活化 能 了 风 从 这 一 训 也 说 明 ， 酶 的 活性 部 位 虽 只 占 其 整个 分 子 的 一 小 部 分 ， 但 为 了 诱导 枢 合 256 . |} 的 需要 ， 整 个 酶 分 子 应 是 比 底 物 大 得 多 的 一 个 蛋白 质 分 子 。 (三 ) 酶 催化 是 多 因素 协同 作用 的 催化 除了 了 上面 两 个 催化 因素 使 酶 能 降低 其 催化 反应 的 活化 能 外 ， 酶 促 反 应 中 往往 还 有 一 些 重 要 的 催化 因素 同时 起 作用 。 131. BR mise HERR OR REIL EVA. 这 种 催化 作用 类 似 于 无 机 的 酸 碱 催化 作用 ， 它 是 由 于 酶 活性 部 位 存在 一 些 特殊 的 氨基 酸 1 例 链 基 围 ( 见 表 6 一 1 ) 。 它 们 是 优良 的 质子 供 体 或 质子 受 体 ， 可 对 一 定 反应 底 物 行使 催化 功能 。 其 中 特别 是 组 氨 酸 侧 链 多 咪唑 基 ， 既 是 良好 的 质子 供 体 又 是 良好 的 质子 受 体 。 例 如 核 表 6 一 1 酶 分 子 中 的 共 斩 酸 碱 催化 基 团 一 COOH coo —NH,® =NH, GH : Ne ~~ (ee Peace AS HN NH HN N: ‘ale Pa ae ee 2 5 le fe OE we E—CH,—O— PK + ROH 5 E—CH,OH+ R-O—PK O- OF sie 表 6 一 2 是 该 酶 使 各 种 ROH 磷酸 化 的 相对 速度 。 gir 比较 表 6 一 2 中 各 种 磷酸 化 速率 ， 不 难看 出 酶 - 底 物 结合 的 专 一 性 以 及 这 种 专 二 性 结 全 与 能 汁 效 率 之 间 的 有 趣 关系 。 酶 向 水 分 子 转移 磷酸 基 吉 度 极 慢 ， 只 比 非 本 促 水 解 磷酸 丝氨酸 快 60 倍 。 但 有 亚 磷酸 或 D- 木 糖 -1-@ 等 非 酶 底 物 存在 时 ， 酶 向 水 分 子 转移 磷酸 基 的 速度 MMF) 580 至 1.7x 10° 倍 。 这 充分 说 明 底 物 类 似 物 亚 MR ee EN RES Ai, 而 D-A-1-O 则 结合 于 其 糖 结合 部 位 ， 这 些 基 团 间 的 结合 是 专 一 的 ， 而 且 这 种 专 一 性 结合 一 旦 形成 ， 会 使 酶 上 磷酸 基 的 反应 性 能 大 大 加 强 。 表 中 酶 向 D- 木 糖 转移 磷 匡 远 比 商 :0 转 移 快 ， 说 明 木 糖 这 个 底 物 类 似 物 ,与 酶 上 的 糖 结合 部 位 一 定 专 一 性 示 补 而 ERS. 如 果 同时 有 亚 磷酸 存在 ， 则 酶 向 木 糖 转移 磷酸 的 速率 很 接近 天 然 RMD AA WEL 南 党 为 2x 10°, HW 3x 10! JC {Ea E47 $5 JS YBBR eb HS HE PS BRK 专 一 性 结 fo KERR, Cl 一 OH 和 磷酸 基 相 距 四 个 碳 原子 ， 结构 也 ROLE RRR S-1-8, 27 与 酶 上 相应 基 团 互补 而 专 一 性 结合 ， MAMET OH 二 转移 磷酸 基 的 连 度 比 向 水 快 10 一 10? 倍 。 从 表 6 一 2 中 各 种 实例 充分 说 明 ， FLAGS MA ely op 对 与 阵 上 相应 基 团 匹配 而 结合 于 酶 的 活性 部 位 ， 酶 才能 对 它 发 挥 俊 化 功能 ; BORER REI B 和 有 商 度 专 一 性 的 原因 。 一 般 说 来 ， 任 何 酶 的 底 物 必须 有 两 个 明显 特点 ，@ 有 首 酶 荐 阴 的 尼 258 (GED "HO HOW pL = HOM. 遇 zH9 2 于 3 一 一 OH OT Xz A BR ze oO X§ -O A H ia ; es OH | Ny Sa =, wD & H 9 | H ce 6 = #0 | of HO’*HO 0 J, 3 HO"HO\ (Sa +) H HO 6 a a HD5 一 0 一 :H2?H9 二 07 | a Sg Sige ¥ O oF fw 天 OH H 人 ”人 H 9 fa.= 8 | zH9 一 ?三 22H9 | 了 SO H 一 JJ) 三 H 站 mA | > 二 -四 \ H HON 0ExXr°r | -O% | OH yor XL is | | O a © Ks ‘i _O moO. H O tng Sd TO, }—, OH oo ORS 60 ln no i Of 1) ». SHS > OH : + \HOH OL XPT | O vie wOT x L°T \ | | H H a— H See Spe ga e S _O Bl ek Sram Ny OH ( > a+) HOH F Na ee 07% | 0% | 1 QO eg0T XP O T | HOH oe fc (HOM) GR -| ere | CHOMP (995/01 x2 *E& fus* 2d Oy 85 ke FEM 36 GE ° B Mul Ye fx EY EL ES eR ORE OP 18-> BAB Be Uk 1) 110 Uk 7h NA TM 7— 9 演 键 加 底 物 分 子 上 必需 有 一 个 或 多 个 结合 基 团 ， 使 它 能 结合 于 酶 分 子 上 ， 并 能 恰当 地 定 | Fas Hem i, se Seu Se A c3EI 图 6 一 10 是 胰 凝 乳 蛋白 酶 底 物 专 全 下 意图 和 作用 底 物 的 结 均 ， 从 图 中 可 以 看 出 ， 该 本 需要 底 物 有 一 个 琉 水 基 团 基 符 于 覆 上 的 有 一 个 疏水 部 位 。 这 个 结合 对 底 物 在 酶 上 起 定位 作用 ， 使 底 物 的 敏感 键 处 于 酶 的 时 这 种 结合 和 定位 所 释放 的 能 量 ， 又 可 作为 俱 化 的 驱动 力 。 关于 该 酶 的 详细 催 催化 机 制 一 节 再 作 介绍 。 卫生 的 opens | | ‘ | (een 。 UHC TMAT SL Te fe ae ey st ee- rose | 0 we NA = fo | RR Ee 1B 区” NT Crom igs NCHCO ~~ sf Is Lia H—C4X 天 arm oe | 2 J tenth ei wae : nis | Dp a | kas ie (a 4 He CHO—NH, ge | 3 t oa a 0 re | vas 酶 活性 部 位 | RN NH 9 有 | Ni EME ALT 1 5p 7 ke a 2 2 ile 0 wh | | : 图 6 一 10 胰 凝 乳 蛋白 酶 底 物 的 专 一 性 i | () RE TENE th 8 Ae tt, (b) 胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 专 一 性 底 物 的 结构 . ri | = 葵 A + os I s, \ <2 I Oo — HAG MAO AM ze Fie ake anee acer MRS “ti, — Ai AR 7 ee Oe Mase. HANG HOE J BL I ICE EE MSH FFA — se PEF RL ee CR MERI. TERMINED 所 ;友之 则 低 。 酶 活力 的 测定 ,不 是 仅 研究 酶 的 性 质 。 动 力学 特征 所 必需 在 酶 制剂 的 生产 、 ORIG Hi, RATT OR i me, | 13 | | 一 、 酶 反应 速度 的 测定 ets. =: PS 5 I PA Be AD A HSM RE dese. ee ee eee. — evs syne. 我 们 将 产物 生成 量 对 反应 本 间作 图， 所 得 称 为 进程 曲线 ， 妇 图 6 一 11 所 示 。 从 图 中 可 以 看 出 ， 定 ， 随 反应 时 间 的 延长 ， Ait (RZ JC RE RE Ra) — 一 段 时 ras 不 应 速度 即 下 降 。 引 起 下 降 的 原 因 可 能 有 以 下 几 方 面 ， 260 SMH, 四 产物 增加 ， 逆 反应 也 增加 ORE J 物 浓度 减少 ， 酶 被 底 物 饱和 的 程度 降低 ! @@ 酶 或 辅酶 革 在 某 反 应 温度 或 某 :pH 条 件 下 不 稳定 而 部 分 失 活 。 以 于 b 席 不 因素 可 单独 起 作用 ， 亦 可 同时 起 作用 ， 因此 酶 MER MOVER HR, 不 符合 均一 化 学 反应 的 标准 方 和 程 ,下 是 线性 的 。 只 有 在 初始 阶段 ， 上 述 各 种 因素 的 扰 尚 未 起 作用 时 ， 才 能 准确 测 得 反应 速度 ， 这 时 的 村 速度 称 为 初速 度 。 初 速度 的 求法 是 测 出 初始 阶段 的 进 i | | 程 曲线 ， 从 零点 画 一 切线 ， 从 该 线 斜 率 求 得 。 一 般 底 物 消 耗 量 不 超过 20% 时 ， 所 得 曲线 都 是 线性 的 ， 超 过 图 6 一 11 酶 促 反 应 进程 曲线 此 限度 ,结果 将 不 准确 。 下 画 用 一 个 实例 来 说 明 汶 个 问题 。 大 中 图/6 一 12(a) 是 三 个 不 同 酶 量 所 得 的 进程 曲线 ，/ 曲 线 中 的 J4、B4 已 代表 T 254, =4 时 亲 2: ai 和 4% - | j Rist i \ e (23 :\3 Ft =) 心 | 1 一 单位 全 | yO. 3 * | if ~ Ore | m $e 3 a: | Bho. \ | 3 AK Be fais, EE) ss oe 5 TO 时间 (分 ) Ee . ee Cu) Ter : Ch ) “" ei G12, (3) 为 三 个 不 同 酶 量 的 进程 曲线 (b) 不 同 酶 所 测 得 的 表 观 速度 对 酶 量 作 图 AACA CMT CORAM. Et 时 测 得 的 初速 度 对 酶 量 作 图 得 一 直线 ， 说 明 在 该 时 间 SOA, 酶 促 反 应 速度 与 酶 量 成 正比 ， 而 在 te 时 间 则 所 测 得 的 覆 促 反 应 速度 与 酶 量 不 成 正 比 关系 ， 说 明 把 刀 所 测 得 的 结果 来 计算 反应 速度 是 错误 的 6 见 图 6 一 12(b) ) 。 观察 本 促 反应 ， 吉 隔 时 抽样 检测 法 和 连续 观测 法 两 种 。 通 过 前 者 可 获得 许多 不 连续 点 ， 傣 而 连 成 一 进程 曲线 。 一 般 至 少 取 三 点 ， 最 好 所 隔 时 间 成 倍数 关系 ， 这 样 可 以 检验 所 选 时 间 间距 曲线 是 否 呈 线 性 。 应 用 此 法 必需 严格 控制 取样 时 间 ， 取 样 后 立即 加 入 试剂 以 终止 反应 ， ,后 者 是 连续 取 同 一 混合 物 时 所 产生 的 变化 ， 取 其 线性 部 分 ， 或 用 连续 记录 器 记录 5 (此 法 是 优 ”及 应 用 以 追踪 酶 反应 的 方法 。 ri 二 、 定 量 追 踪 酶 促 反应 的 方法 用 以 追踪 酶 促 反应 的 方法 很 多 ， 兹 介绍 几 种 常用 方法 作为 例子 。 (EEE: 许多 酶 促 反 应 的 底 物 或 产物 能 吸收 不 同 波长 的 光 。 在 测量 酶 促 反应 过 程 中 史 KIM 收 的 变化 ， 往 征 能 追踪 酶 促 反 应 的 进程 。 例 如 反 丁 烯 二 酶 水 合 酶 催化 反 于 烯 二 酸 和 工 - 苹果 26] 酸 之 间 的 互 变 。 底 物 反 丁 烯 二 酸 的 双 键 系统 在 300nm 处 有 很 强 的 光 吸 收 ， 工 - 芋 果 酸 则 无 此 是 光 吸 收 。 因 此 测 .300z7z 处 的 光 吸 收 变化 , 即 可 定量 测 得 一 定 条件 下 该 酶 的 酶 促 反 应 速度 。 又 ， 如 以 NAD* 或 NADP* 为 辅酶 的 脱 氢 酶 ， 在 酶 促 反应 过 程 中 辅酶 还 原 成 NADH 或 NADPH， 它 们 在 紫外 区 340nm 处 到 一 强 的 光 吸 收 ， 因 此 通过 测量 840mm HEARS EME 3 化 ， 可 以 定量 追踪 脱 氢 酶 的 活性 。 此 外 如 黄 酶 的 氧化 态 辅 基 在 4500m 处 有 夫 的 光 吸 收 * 而 还 原 态 则 无 。 细 胞 色素 类 辅 基 的 还 原 态 在 可 见 光 区 有 很 明显 的 吸收 峰 ， 而 氧化 态 在 该 处 无 光 吸 | Wo 32 He HEIAE BE 5) EE RE Te Ny WM aE I EA A HRA TTI. ZEEE PAR, FLAG > ERE GLB PY SR We SEER, SE Oy (TT LP A PR EB 方法 。 ce . (=) BRHF 个 和 在 有 些 情况 下 测 荧光 变化 甚至 比 测 一 般 光 吸收 变化 更 灵敏 。 如 黄 素 畏 基 在 氧化 态 发 强 区 JE, RAMS EW, NAD #1 NADP’ KEI, 而 其 还 原 态 NADH 或 -NADPH 则 ee RMT BER EHR BME, VER ee 有 时 通 可 以 从 酶 蛋 百 中 荧光 基 团 的 人 性质 ， 推 知 它们 在 酶 分 子 内 部 所 处 环境 的 信息 对 于 酶 促 反应 由 有 荧光 变化 的 ， 用 此 法 追踪 该 酶 促 反应 活性 最 为 优越 。 队 了 上 面 介绍 的 两 种 常用 方法 外 ， 在 酶 促 反应 中 有 气 体 参 与 或 有 气体 产生 ， 则 测 压 法 是 ， 一 个 方便 而 准确 的 方法 。 如 氧化 酶 (吸收 On). TERA CER CO。) 、 Sie (He H. ) 等 常用 此 法 测定 酶 活性 。 此 外 还 有 极 谱 法 用 以 追踪 含 0， 的 酶 促 反 应 ;旋光 法 用 以 追 蔗 底 物 或 产物 具有 旋光 性 的 酶 促 反应 。 以 上 方法 都 适用 于 连续 法 观测 酶 活性 。 如 果 用 抽 样 法 测定 酶 活性 ， 则 除了 用 上 述 方法 外 ， 还 可 用 各 种 化 学 方法 来 测定 底 物 或 产物 的 浓度 。 这 时 要 因 酶 的 种 类 不 同 而 采用 不 同 的 测 酶 活性 方法 ， 没 有 什么 共同 规律 可 循 。 如 许多 与 磷酸 化 合 物 有 关 的 酶 促 反 应 常用 钼 酸 匀 定 克 法 来 追踪 酶 活性 。Febhling's 铜 还 原 法 常用 以 追踪 与 糖 类 有 关 的 酶 促 反应 等 。 如 果 以 上 各 种 方法 都 不 能 应 用 ， 则 可 用 层 析 或 电泳 方法 把 产物 分 开 ， 以 产物 的 层 析 或 电 泳 图谱 来 定性 产 物 。 如 需 定量 ， 可 在 一 定 波长 光 下 直接 扫描 测定 。 例 如 限制 性 核酸 内 切 酶 的 测定 》, 就 是 通过 在 一 所 让 辐 说 者 才 二 测 酶 切 图 谱 中 的 产物 量 或 剩余 底 物 量 ， 从 而 定量 地 追踪 酶 活性 。 总 六 三 、 酶 活力 的 表示 方法 vis 国际 生物 化 学 联合 会 酶 学 委员 会 规定 了 三 种 量 来 表示 酶 的 活力 。 PE (一 ) 酶 单位 ERT 酶 活力 常 以 酶 单位 表示 。 国 际 上 所 规定 的 酶 单位 是 ， fe — Rae Eerie 克 分 子 底 物 发 生 转 变 所 酶 量 称 为 一 个 酶 单位 ， 以 U(unit) 表示 。 所 谓 条 件 是 指 温度 、pH、 底 物 浓度 等 。 常 用 温度 为 25D ， 常 用 pH 为 酶 的 最 适 pH, 底 物 浓度 远大 于 酶 浓度 。 如 果 用 U 不 方便 ， 也 可 用 毫 单位 (mmU ) 干 单位 (kU ) 表示 。 上 面 定义 的 酶 单位 有 时 并 不 能 方便 地 用 于 各 种 酶 ， 酶 学 工作 者 也 常 根 据 需要 各 定 出 合适 的 单位 。 如 限制 性 内 切 酶 就 常用 在 一 定 条 . 逢 下 彻底 水 解 1xg 某 DNA 所 需 酶 量 称 为 一 个 酶 单位 ， (二 ) 比 活 (Specific activity 262 比 活 是 指 每 台 吉 酶 蛋白 所 含有 的 葡 单 位 数 ， 以 U/mg 蛋白 表示 。 在 酶 纯化 过 程 中 ， 每 是 移 化 后 都 需要 测 酶 的 比 活 ， 比 活 愈 高 ， 说 明 酶 的 纯化 程度 念 高 。 当 比 活 达 到 恒定 时 ， 说 昌 ， 梅 几 乎 达到 了 均一 程度 。 (三 ) 克 分 子 活 性 PRBEREROKET, SAROT OMAHA A. AMA AHM RECT, FRA RE ATI aE, MUA REL J) (Catalytic power ) 可 以 用 酶 的 催化 中 心 活性 表 时， 即 每 一 俱 化 中 心 每 分 钟 所 转变 的 虐 时 分子 数 。 又 称 它 为 转换 数 ( Tarnover number), ” 常 隐 T.N, 表示 。 第 六 节 “” 酶 促 反应 的 动力 学 酶 促 反应 的 动力 学 就 是 研究 酶 促 反 应 的 速度 问题 ， 研究 各 种 条 件 对 酶 促 反 应 速度 的 影 响 。 对 于 梅 的 催化 机 制 的 揭露 ， 动 力学 常 是 不 可 缺少 的 手段 。 动力 学 在 研究 酶 的 应 用 以 及 许 多 特有 的 生命 现象 中 也 是 重要 的 手段 之 一 。 一 、 底 物 浓度 对 酶 促 反应 速度 的 影响 (一 ) 底 物 浓 度 与 酶 促 反 应 初速 度 关系 的 实验 结果 许 欧 降 的 实验 绪 果 都 表明 ， 当 荫 波 应 恒 定时 ， 底 物 浓度 对 酶 促 反 应 速度 的 影响 不 成 线性 关系 。 在 极 低 底 物 浓度 下 , 酶 促 反应 速度 随 底 物 浓度 增加 而 线性 地 增加 ,反应 属 一 级 反应 。 当 底 物 浓度 超过 -一定 限度 后 ， 继 续 增 加 底 物 浓度 ， 反 应 速度 即 不 再 按 线性 增加 。 在 极 高 底 物 浓 ， 度 时 ， 反 应 速度 几乎 不 再 随 底 物 浓度 的 增加 而 增加 。 即 适 到 了 最 大 值 ( Vasx )。 图 6 一 13 底 物 浓度 对 酶 促 反 应 速度 实验 所 作 的 图 ， 曲 线 是 一 条 双 曲 线 。 EBs 一 13，1903 年 Heni 提出 假设 “MSR T UR — KORG Dew 反应 的 必须 步 又。 当 所 MABE 物 饱和 时 ， 再 增加 底 物 浓度 ， 酶 一 一 底 物 复合 物 浓 ERR IN, ORR ERA SM BR” . XL RKRRN SLR 普遍 理论 。 而 且 酶 一 一 底 物 复合 物 的 存在 也 反复 得 到 实验 证 实 。 如 已 用 电镜 观察 到 核酸 和 其 聚合 酶 的 复合 物 ; 已 月 x 一 一 射线 晶体 学 方法 观察 到 许多 酶 一 底 物 或 底 物 类 似 物 与 酶 的 复 合 物 ， 如 甘 氨 酰 -L- 栈 氨 RR PRESS A, JAP 示 踪 法 从 磷酸 甘油 激酶 Wis 离 出 了 Pig. 有 些 ES . BShRAABD BRM, (MMS Rem «S) K We SOUR BCEEE 化 也 间接 地 证 实 了 cm ES 复合 物 的 存在 。 (二 ) 酶 促 反应 的 速度 方程 图 6 一 13， 酶 促 反应 速度 与 底 物 浓度 关系 图 263 Heni 以 及 后 来 Michaelis 和 Menten MAME RM Th GRR: © FE +S 一 一 -一 DIME 与 底 物 S 可 首 地 结合 成 下 5 复合 物 ， 然 后 下 5S 复合 物 再 分 解 成 产物 和 原 的 村 jj 于 反应 初期 P BY, E+P 的 道 反应 可 忽略 不 计 。 MRE Lek, Bot 提出 一 些 假 设 都 各 自 推导 出 了 速度 方程 。 兹 介绍 一 种 推导 方法 如 下 。 上 Pyrenees: : 3 Brigge’s 和 Haldane 首先 假设 ES 在 反应 过 程 中 很 迅速 地 达到 稳 态 平衡 守 即 ES BR 速度 很 快 与 其 分 解 速度 相等 ， 即 正 S 不 随时 间 而 变 。 ES 形成 速度 = 名 [E][S] i Pret oF ES 分 解 速度 =R_,[ES]+AzLES] ..k, CEI(S] = (k_1 + &,) (ESI h , ‘ a ES 一 > E+P (Gey 4a Ho. eet . 根据 Michaelis 和 Menten 的 假设 ~ a Ae el eae | AMBRE [Et 菇 = [ES]+[E] (自由 酶 浓度 ) je SS OAR Ree, “.h (Et] - [ES])[S] = (h_, + 4) [ES] : SRS RHA S 本 CEt]]S] pe 75 CESI= “QUS]+h +h; ~ Rips Dy iegy So aR MA 3 te Ba Fy 根据 Michaclis 假设 kh. BAF 包 ， 以 所 ES+E+P 的 反应 为 总 反应 的 限 速 反应 5 有 = 有 [ES] SFA GER y 278 26 : | | ‘SH -HBBRSH 将 ( 6 一 2 ) 式 的 [ES] 代入 (6 一 3) 中 得 ; * 1 OA aa | v, = ——malEtits] ADR ORES Oe ates oe +S] vo) para . or 反应 速度 lie a dy 并 将 其 中 的 复合 速度 党 数 用 开 。 二 V maxlS ] K EP; Ke 。 “对 [了 县 oo Menten 的 第 一 个 字母 为 M ，K 天 w 是 为 纪念 他 们 而 用 的 让 二 从 (6 一 5 RETR” [LS]。 sk 了 7 这 有 米 氏 方程 是 大 部 分 酶 促 反 应 动力 学 的 基本 方程 ，K。 是 一 个 酶 对 一 特殊 底 物 的 特征 性 常数 。 所 以 如 果 我 们 知道 一 酶 促 反应 的 帮 。 和 广 。s， 就 可 根据 ( 6 一 5 ) 式 求 得 给 定 [S] 浓 ， 度 下 的 反应 速度 。 + 9 Ra Ae 根据 米 氏 方程 作 w MICS IHSIR, SE Ra SOE IBD TEBE PEC 618.) -这 区 分 说 明 米 氏 方程 是 真正 能 代表 一 个 酶 促 反应 的 速度 方程。 全 (2) Km Fl Venue 的 准确 求解 264 米 氏 方程 的 关键 因素 是 .天 w 值 ， 在 一 定 pH 和 一 定 温度 条 件 下 ， 对 一 考 HERD 天 是 一 给 定 酶 的 特征 性 常数 。 根 据 天。 的 定义 ， 它 可 以 从 图 6-13 近 似 求 得 。 更 准确 的 求法 是 将 米 氏 方程 化 成 一 些 线性 方程 而 求 得 ， abana ent 即 把 米 氏 方程 两 边 取 倒数 而 构成 。 1 -天 mm+[9] Km 1 1 == Uo V maxLS J 或 | ol : ae = V née 式 (6-6) 为 一 个 线性 方程 ， 把 起 对 oy 作 图 得 一 直线 ! 其 纵 截 距 -= 六 (6-6) Uo 二 ry Pheer nt KORTE = Fe. RATA MI. 从 而 可 求 得 K。 和 Fasx( 图 6- 14) 。 | AB 图 6 一 14 酶 促 反 应 的 底 物 浓度 对 反应 速度 的 双 倒 数 图 表 6 一 5 ”一 些 酶 的 K. 值 本 | Kk ” 物 | Ka(mM) tA tS H,0, 25 已 糖 激酶 ATP 0. 4 D 一 葡萄 糖 0, 05 D 一 果糖 1.5 Be AR BT HCO,” 9 胰 凝 乳 蛋 白 酶 Gly—Tyr—Gly 108 N-—2§ FAB — L— i ABE RK 2.5 B-2¢ FL 58 D— FA 4, 0 苏 氨 酸 脱水 酶 工 一 苏 氨 酸 5, 0 265 项 6 二 3 是 一些 酶 的 天。 值 。 从 玫 中 可 以 看 出 ， 有 些 酶 如 过 氧化 氢 梅 、 负 酸 栈 酶 要 达到 了 Jr。se， 需 要 相当 高 的 底 物 浓度 。 而 另 一 些 酶 如 脑 已 六 激酶 俊 化 将 ATP IA ae I D 一 葡萄 糖 上 ， 只 要 在 极 低 底 物 浓度 下 即 可 达到 3 usz。 具 有 双 底 物 的 酶 ， 它们 对 两 种 并 物 有 不 同 的 开 。 值 ,如 已 桩 激酶 对 ATP 和 对 D 一 葡萄 精 的 天。 不同。 同一 个 酶 催化 有 共同 LEMAR, Ke 也 不 同 ， 如 己 禧 激酶 催化 D 一 葡萄 糖 和 D 一 果糖 克 酸 化 其 Km 不 同 ， RETLEOWKILAAK 同 底 物 的 水 解 ， 其 K。 不 同 。 在 细胞 内 ， 各 种 酶 往往 没有 被 底 物 : 饱和 ， 因 此 不 会 呈现 其 可 能 的 最 大 反应 速度 。 所 以 各 种 酶 可 根据 其 底 物 浓度 的 变化 来 调 区 钢 ; 胞 内 各 种 酶 促 反 应 速度 。 ar (四 ) 严 Ka HAM Vase 是 酶 工作 效率 的 表达 ， 然 而 要 比较 不 同 酶 的 催化 效率 ， 首先 必需 用 相同 克 分 子 量 的 酶 来 表示 Venez, BUCA RY 时 间 ( 一 分 钟 或 一 秒 钟 ) 内 每 克 分 子 酶 催化 底 物 的 克 分 子 数 ， V max 的 这 一 表示 方式 也 就 是 上 面 所 代 绍 的 克 分 子 活性 或 转换 数 ， 即 克 分 子 活 性 = "msz/ 酶 的 克 分 子 数 。 现 举 一 例 说 明之 ， 有 一 动力 学 实验 在 pH7、 温度 为 35" 一 37\C 等 最 适 条 件 下 进行 14g 碳酸 栈 酶 显示 其 sx 为 1.2x10-*smolCO,/min， 访 酶 的 分 子 量 为 30, 000g/mol, Hg B¥ = 0, 000001/30, 000mol 的 酶 =3.33 x 10 “mol 酶 。 所 以 克 分 子 活 性 = 1.2x10-3molCO:/min _ ane =< ax 10 tmol Me 二 36X10molCO:/minymol Hy. l—3¢ tT aaa 酶 每 分 钟 可 催化 36 x 107 克 分 子 CO, 起 反应 。 这 说 明 碳 酸 栈 酶 是 一 不 俱 化 效率 很 高 的 酶 。 从 而 可 知 Vine 是 一 个 酶 工作 效力 的 度量 。 Ke 是 wm = 二 Jsx 时 的 底 物 浓度 ， 已 如 上 述 。 也 就 是 说 天。 表示 结合 PAR | 生 一 半 msz 时 所 需 底 物 的 深度 。 这 个 定义 意味 着 Km 可 用 来 估价 一 给 定 酶 对 各 种 相似 底 物 的 作用 专 一 性 程度 。 下 面 举 已 糖 激酶 催化 各 种 糖 的 玉 。 为 例 。 已 糖 激酶 催化 反应 ; 糖 +ATP _CR ES 磷酸 化 糖 +ADP。 甫 6 一 5 各 种 糖 的 结构 及 己 粮 激酶 所 催化 的 反应 Ko 值 比较 表 6 一 5 中 的 各 Am 值 可 以 看 出 ， BESO MRED ih, 所 需 的 葡萄 糖 的 量 只 266 相当 于 阿 洛 糖 的 1/1000。 这 说 明 该 酶 利用 葡萄 糖 比 利 用 阿 洛 糖 具有 效率 更 高 的 反应 途径 。 这 司 能 是 该 酶 能 与 葡萄 糖 更 有 效 地 结合 形成 已 S， 而 与 阿 洛 糖 的 结合 效率 很 低 的 缘故 造成 的 也 可 能 酶 与 葡萄 糖 生 成 的 ES 复合 物 比 阿 洛 糖 一 一 酶 复合 物 更 能 高 效 地 分 解 成 产物 ; 也 可 能 从 以 上 两 介 因 素来 看 ， 酶 对 葡萄 糖 都 更 显 优先 性 。 与 甘露 糖 比 ， 酶 对 葡萄 糖 和 甘露 糖 专 一 性 似乎 差不多 。 从 三 个 糖 的 结构 看 ， 葡 萄 糖 与 阿 洛 糖 只 是 第 三 个 碳 原子 上 的 一 OH 方向 不 同 ， 而 它 与 甘露 糖 也 只 是 第 二 个 碳 原子 上 的 一 OH 方向 不 同 ， 但 它们 的 Ke 之 差 却 如 此 之 大 ， 可 见 该 酶 对 己 糖 第 三 个 碳 原子 上 基 团 的 空间 方向 是 有 严格 要 求 的 。 所 以 从 Ke 值 可 以 了 解 一 种 酶 对 各 种 底 物 的 专 一 性 程度 ， 从 而 也 可 略 知 该 酶 有 关 的 催化 机 制 以 及 酶 活性 部 位 的 性 质 。 AEM AMR A> ke, 则 Ko= BAK, RK, RR ESO BAB, B 1/ 民 。 就 可 作为 酶 和 底 物 的 亲和力 的 度量 。 因此 ， 一 般 说 来 ， 开 w 值 越 低 ， 说 明 酶 和 底 物 形 RES 的 亲 和 为 越 强 。 但 必须 注意 ， 对 不 同 的 酶 ， 特 别 是 底 物 和 反应 类 型 都 不 同 的 梅 ， 则 不 能 作 这 样 的 对 比 。 (五 ) 多 底 物 酶 促 反应 生物 体内 许多 代谢 过 程 的 酶 促 反 应 ， 往 往 都 有 琴 个 或 两 个 以 上 不 同 的 底 物 结合 于 酶 分 子 ky #85RM. 如 己 糖 激酶 就 育 ATP 和 葡萄 糖 两 个 底 物 ， 有 ADP 和 G 一 6 一 @ 两 个 产 物 。 而 且 该 酶 对 两 个 底 物 各 有 其 特有 的 Ke 值 ， 这 样 的 双 底 物 反应 速度 ， 也 能 用 以 上 相似 的 方法 分 析 ， 本 书 不 拟 作 详 细 介绍 。 双 底 物 酶 促 反 应 可 包括 三 种 不 同类 型 ， 北 举例 介绍 如 下 。 1. APIA RS ( Ordered sequential reaction ) 有 序 顺 序 友 应 指 两 个 底 物 与 酶 结合 ， 以 及 两 个 产物 从 酶 释放 必需 有 严格 次 序 ， 而 且 两 个 底 物 都 必需 与 酶 结合 后 才能 释放 产物 。 如 苹果 酸 脱 氢 酶 (EM ) 所 催化 的 反 应 属于 这 一 类 。 其 过 程 可 用 下 式 表 示 ， NAD: 苹果 酸 草 酰 乙 酸 NADH ad EAP Satie! ot iets: Tian a | NAD* NADH Ashe” wosie NAD Bvt 一 Eu Gaia 苹果 酸 草 酰 乙酸 这 类 酶 可 用 一 个 通 式 来 表示 它们 的 反应 机 制 。 FE NADH Ey A B P Q ' u RE Te E EA EAB —— EPQ EQ E 这 床 机 制 称 有 序 顺 序 机 制 ， 由 于 反应 中 有 三 元 复合 物 生成 ， 又 称 三 元 复合 物 机 制 。 2. “ 情 机 顺序 反应 ( randon sequential reaction ) 这 类 把 应 机 制 与 有 序 顺 序 反 应 一 样 必需 两 个 底 物 都 与 酶 结合 后 才能 释放 产物 ， ERA 则 于 有 旗 顺 序 反 应 ， 两 个 底 物 可 以 任意 次 序 与 梅 结合 形成 三 元 复合 物 ， 谁 先 谁 后 没有 严格 次 序 。 产 物 的 释放 也 是 随机 的 。 糖 元 磷酸 化 酶 所 催化 的 反应 属于 这 一 类 。 这 类 反应 通 式 可 表示 267 H yom 1—-® Er 一 小 糖 元 7 Ey oy 元 1 ix 小 糖 元 CA Nie Je ee EA a4 E / (EAB — EPQ) 5 EB 4 这 一 反应 机 制 ， 也 有 三 元 复合 物 生 成 ， 属 三 元 复合 物 机 制 。 3. 兵 兵 反应 (Ping pong reaction ) Pe AS} tt tt 这 一 反应 机 制 是 先 结合 一 个 底 物 ， 释放 一 个 产物 。 MAARABHT 优化 芍 必 应 忆 这 、 类 wie : & oe 而 二 本 7 —E-(E=S KE) RS) «FCF ED ET 这 类 反应 通 式 为 ， b 8 7 TT 和 A P B Q Se MUU + ‘ t 7 eS E EA—E—P F FB—EQ_ E RHE MF 是 酶 存在 的 两 种 形式 。 ERLE RMN READER Km Vox SORRSRAREWR VAY, 但 进 生动 力学 实验 时 是 令 一 种 底 物 浓度 固定 ， 而 另 一 种 底 物 浓度 变化 ， ;从 而 测定 未 同 浓度 “变化 底 旱 物 ” 的 初速 度 ， 用 单 底 物 反 应 相同 方法 推导 速度 方程 以 及 用 作 图 法 求 Ko ( 变化 底 物 时 酶 的 Kea ) 和 了 > 再 a i “tx 二 、pH 对 酶 促 反应 的 影响 酶 对 pH 极为 敏感 ， 每 一 种 酶 只 在 一 狭窄 pH 范围 内 起 催化 作用 ， 大 部 分 酶 都 在 一 定 pH 下 活性 最 大 ， 该 pH WAM MRI pH， 大 于 或 低 于 该 pH UB, MRR PRR. 图 6 一 15 是 大 部 分 酶 的 pH 一 酶 活性 分 布 图 ， 为 钟 罩 形 曲线 。 图 6 一 16 是 一 些 特殊 酶 的 jpH 一 酶 活性 分 布 图 。 其 中 有 些 酶 如 木瓜 蛋白 酶 其 活性 不 受 pH 影响 ， 而 蔗糖 酶 在 一 定 pH ES 促 活性 不 受 pH 影响 有 些 酶 如 胃 和 蛋白 酶 最 适 pH 在 酸性 范围 ( pHI.s—2),; 另 一 些 酶 如 胆 碱 酯 酶 ， 最 适 pH 在 碱 性 范围 (pH9% 一 10 ) 。 CET ES oa pH 不 一 定 与 其 正 常生 理 pH 相等 。 在 一 定 咎 理 pH 条 件 下 ， 有 些 酶 可 能 刚好 处 于 最 适 pH, MAE Re MAL 268 高 于 或 低 于 最 适 pH。 因 此 它们 的 催化 活性 不 同 。 所 以 通过 细胞 周围 介质 pH 的 改变 ， 各 种 酶 的 催化 活性 可 部 分 地 得 以 调节 。 表 6 一 6 是 一 些 酶 的 最 适 pH. 酶 的 催化 活性 为 什么 会 受 pH 影响 ? 每 一 个 酶 为 什么 有 一 个 最 适 pH? 主要 原因 可 作 如 下 解释 。， PH PHffi “i A6-15 ”大 部 分 酶 的 PH—NMB IE tt 图 6 一 16 ”一 些 酶 的 pH 一 酶 活性 分 布 图 | 5} 49 FC 钟 重 形 曲线 ) 在 一 酶 促 反 应 中 ， 自 由 酶 、 底 物 或 酶 一 底 物 复合 物 都 可 能 因 环境 pH 的 改变 而 导致 电离 状态 的 改变 。 对 酶 来 说 有 许多 因子 可 影响 其 最 适 pH， 其 中 包括 活性 部 位 的 二 些 酸性 基 团 。 如 果 一 个 酶 的 催化 作用 需要 一 个 质子 AEE EER EI EA, 则 酶 在 pH 值 低 于 该 基 团 的 PK 值 时 会 显 最 大 活性 ; 相反 如 果 需要 一 个 解 离 态 的 酸 负离子 起 碱 催 化 或 亲 。 核 催化 作用 ， 则 酶 在 高 于 该 基 团 pK 值 的 PH 环境 中 ， 才 会 产生 最 大 催化 活性 。 如 果 酶 和 底 表 6 一 6 “一些 酶 的 最 适 pH Be a, 物 最 适 pH BEA hie RASA gl MEA to 血红 蛋白 VAP FAREFAR MAR 4,0 | a- Hh Fi TE C- 甲 基 葡 萄 糖苷 5, 4 BEB 7.0 Ik 尿 素 6. 4 一 6. 9 REA 蛋白 质 7. 8 胰 c- 淀 粉 酶 ve 粉 6, 7—7, 2 HF 8- 淀粉 酶 be 粉 hel sate 8 ik Bi 各 种 底 物 7.5 血浆 碱 性 磷酸 酯 酶 2- 甘 油 磷酸 | 9—10 Wa 酸 酶 精 氨 酸 9. 5 一 9. 9 物 结合 时 有 离子 键 生 成 ， 则 环境 的 pH 必需 使 酶 和 底 物 解 离 成 不 同 的 离子 状态 ， 才 能 达到 酶 269 的 最 大 催化 活性 。 如 表 6 一 6 中 情 氨 酸 酶 的 最 适 PH = 9.5 一 9,9， KBR ALE PH=9,5-—-9,9 的 介质 中 才刚 好 使 精 氨 酸 解 离 成 正 离 子 ， 而 精 氨 酸 酶 则 解 离 成 负离子 ， 这 时 酶 和 底 物 形成 高 予 结合 ， 酶 促 反应 速度 最 大 。 陛 常 玫 有 两 个 或 两 个 以 上 的 酸性 基 团 参 ;到 活性 部 位 中 ， 而 其 pH 一 酶 活性 和 线 将 会 反 映 每 个 基 团 的 pH 依赖 关系 。 ividgieei 有 助 于 鉴定 酶 活性 部 位 一 些 基 团 的 性 质 。 : 三 、 温 度 对 酶 促 反 应 的 影响 众所周知 , /一 般 化 学 反应 的 反应 速度 随 温 度 升 高 而 加 快 ， aes LION 化 学 反 度 可 增加 2 一 3 倍 ， 即 Qu= 2 一 3。 温 度 对 化 学 反应 速度 的 影 响 也 可 用 Arrheniu aa) 下 ca tail (6 a 式 (6 一 7) 中 R 为 反应 速度 常数 ，T 为 绝对 温度 ， 有 R 为 气体 常数 〈 等 于 1. 5 > ’ | 瓦 。 为 活化 能 ,有 是 一 个 常数 ， 它 定性 地 表示 三 频率, 以 及 碰撞 分 子 间 特异 的 定向 的 必需 条 — tt, 617452 CUHARKBEKATTA RD EARER- FAR BA RRCCGP) Al AOR BE it RB- BRB(CGT) AW MATrhenins 图 ( log Air 商人 风 网 从 图 的 直 线 斜 率 可 算出 五。。 OHARA ae 所 以 酶 促 反应 也 和 一 般 的 反应 一 样 ， ee A | Bee SA LIRIK 酶 水 解 CGP 和 CGT 的 log & Xt 7 作 图 有 线性 关系 证 明了 这 - 点 。 a Ph BLT 0 —S0°OFE ER AAR AREL IS, SIRES RTT LAI 验 数据 也 证 明 这 一 点 。 但 在 术 促 反应 温度 超过 一 定 范围 后 ， 如 果 继 续 增加 温度， 则 铸 肽 酶 和 3B REC 0 10 20 30 40 50 水 解 蛋 自 ( 分 ) 180 100 60 40 20 10 所 需 时 间 胰 凝 乳 蛋白 酶 所 催化 的 反应 速度 不 仅 不 会 再 线性 增加 ， 反 而 会 随 升温 而 下 降 。 温度 -反应 速 度 呈 钟 置 形 曲线 ( 图 6 一 18 ) 。 即 酶 促 反应 有 一 最 适 温度 ， 在 该 温度 下 ， 梅 促 反 应 速度 最 大 。， 酶 促 反 应 为 什么 会 有 一 最 适 温度 ? 为 什么 高 手 或 低 于 最 适 温 度 酶 促 到 应 速度 都 会 下 降 ? 这 得 从 两 个 方面 来 理解 。 一 是 增加 温度 会 增加 反应 速度 ， 这 是 化 学 反应 的 一 个 共同 特点 ， 酶 促 反 应 也 不 例外 ， 二 是 酶 的 化 学 本 质 是 一 个 蛋白 质 ， 蛋 白质 都 有 其 一 定 的 空间 结构 ， 温 度 太 高 ， 酶 空间 结构 会 发 生 改 变 而 变性 ， 变 性 酶 的 催化 活性 将 会 降低 ， 因 而 超过 与 写 温 度 后 , 随 着 温 度 上 升 ， 酶 变性 速度 加 快 ， 其 催化 活性 也 迅速 下 降 。 所 以 酶 促 反应 的 最 送 漫 度 是 两 个 因素 作 用 的 总 结果 。 在 较 低温 度 下 ， 第 一 个 因素 起 作用 ， 而 酶 的 变性 速度 很 惕 ， 总 趋势 是 温度 正 升 ， 酶 促 反应 速度 逐渐 加 快 。 当 反应 速度 达到 最 高 值 时 的 温度 称 为 酶 的 最 适 温度 。 超 过 最 适 温度 后 ， 虽 然 升温 也 带 来 反应 速度 的 增加 ， 但 由 于 酶 的 变性 速度 加 快 ， 桓 的 催化 活性 迅速 表 失 ， 这 时 因 升温 而 使 反应 速度 的 增加 远 比 因 酶 变性 而 使 反应 速度 下 隆 的 量 小 得 多 ， 所 以 整个 趋势 是 下 降 。 270 3 34 35 图 6 一 17 SRB ANE ALE ORME tt AE RAGE ABH AR-OR 酸 水 解 时 log k 对 元- 所 作 的 图 各 种 酶 由 于 结构 不 同 ， 其 最 适 温度 也 有 差异 。 但 大 部 分 动物 来 源 的 酶 ， 最 适 温 BEHESS°—0C, 而 植物 来 源 的 酶 最 适 温 ” 疤 在 40? 一 50"0 . 有 少数 酶 最 适 温度 可 达 ”90% 以 土 , 如 细菌 淀粉 酶 最 适 温度 为 93"C; 生 胰 核糖 核酸 酶 最 适 温度 也 Rm, 100°C 最 适 温度 并 不 是 一 个 酶 的 特征 性 常 数 ， 它 随 作 用 时 间 而 变 。 在 较 短 时 内 ， 酶 PPM im, MRE PEARS Tal, cre tin 将 向 低温 方向 移动 ， a 在 发 酵 四 、 抑 制剂 对 酶 的 抑制 作用 及 其 动力 学 36°) /T x 104 GARE, RBA 较 大 的 工 ? 业 应 用 价 fh. : fae a taeige 汪 、: °C 图 6 一 18 一 般 酶 的 温度 与 反应 速 度 关系 图 图 6 一 19 MHRA XA 工业 上 常 根 据 酶 的 最 适 温度 、 序 时 间 长 短 而 决定 该 工序 应 采 ) FADS GS 抗菌 素 、 抗 病毒 药剂 、 抗 肿瘤 药物 、 杀 虫 剂 、 除 草 剂 等 都 是 人 们 熟知 汐 药物 。 这 些 物质 的 作用 有 许多 是 由 于 干 沈 细胞 内 酶 的 作用 ， 且 往往 是 干扰 某 一 种 专 一 性 酶 的 作用 ， 即 对 酶 有 抑制 作用 。 对 酶 的 抑制 作用 在 自然 界 也 常常 发 生 ， 从 而 作为 生物 调节 剂 起 作用 。 在 实验 室 通 过 对 酶 抑制 作用 的 研究 ， 可 以 了 解 到 酶 的 催化 机 制 ， 这 尤其 有 助 于 研制 更 有 效 的 药物。 接 抑 制剂 与 酶 结合 的 情况 不 同 ， 可 分 为 可 逆 抑 制 和 不 可 道 抑制 两 类 作用 。 《一 ) 可 逆 抑 制作 用 按 可 逆 抑 制剂 对 酶 催化 的 影响 不 同 ， 又 可 分 为 许多 类 。 现 集中 介绍 竞争 性 、 非 竞争 性 和 271 反 竞 争 性 三 类 。 1. 竟 争 性 抑制 作用 (Competitive inhibition ) 竞争 性 抑制 剂 可 与 底 物 竞争 地 结合 于 酶 的 活性 部 位 。 当 三 者 同时 等 在 时 全 同时 产生 ， 但 不 能 生成 ESI。EI 不 象 ES， 不 能 分 解 成 产物 ， 因此 有 抑制 齐 存 时 BBE 反应 速度 将 套 下 降 。 如 果 这 时 增加 底 物 浓度 ， 酶 的 催化 活性 又 得 以 恢复 。 例 如 在 给 定 [S] ， 浓度 和 二 给 定 [1] 深 度 下 ， 酶 的 催化 活性 被 抑制 50% ， 如 果 这 时 提高 [S] 浓 庆 ， bl et 促 反应 被 抑制 的 百分数 。 Lge ole Sede lee aia vial 8 2A ieee, int eee Se EMER HAAS AABN RARKAB HM tl. Be agape Rage ir Paw BA URI, ft A BO ee ST ae 《在 生理 eH -P), sa NE : bed Le “OOC—CH,CH,— ea ag | inet re ra RM pet 但 它 又 不 同 于 琥珀 酸 ， 两 个 一 COO- 连 在 同一 碳 原子 上 ， AM OAT REE wy. 当 丙 二 酸 与 酶 结合 后 ， 如 米 增 加 琥珀 酸 浓度 ， 丙 二 酸 又 可 从 酶 上 释放 ， 使 梅 恢复 体 化 活性 计 其 它 龙 合 物 只 要 含有 两 个 相同- 定 距 离 的 负离子 基 团 ,局 桩 也 可 作为 璇 珀 酸 脱 拨 酶 的 竞争 性 抑制 剂 ， 如 草 酰 乙 酸 就 是 其 中 之 一 。 从 这 些 抑制 剂 结 者 构 的 比较 中 可 设想 镀 垢 酸 脱 氢 酶 的 活性 部 位 应 有 两 个 具 适 当 距离 的 正 电荷 基 团 ， 能 结合 琉 珀 酸 的 两 个 带 负 电荷 的 一 COO: 【如 坪 6- 20 ) 。 PECANS MSE HOBIE HANOI, A BNF TARDE REALMS ie SER 这 个 经 典 实例 外 ， 近 年 来 已 发 现 许 多 药物 是 十 些 酶 的 竞争 性 抑制 剂 。 如 磺胺 药物 之 所 以 能 杀 i, AP CM AOA NRE MR PABA ) ， 因 而 能 抑制 细菌 叶酸 合成 步 台中 结 PARASITE GEREN MYT 2D le ATE Rie HRA ALLTS HLA ae 4 Maes ot , w Ut odd Fh EH hi ; th CRRA ! 0 aA WORE | CH, a =| CH: Pee a coo- 起 2 BE ASS Fh Se Oa ae CoO CH: C0 G0: ale Riket ne] FR Ae > aah Ci T 28 Ss 脱氧 五 CO02 coo? 党 -GO 位 CH nyo’ 破 by’ SR DRDITE vor . gen Bi 7 by! ORLAET 7} yh . als. if hey) i Phin: niet | | . . “a tod rey COO 人 YU ae H6—20 BAAR ARGS RET Ame HIN--《_》-COOHCPABA) | A> —> 一 一 一 | 一 一 一 一 一 叶酸 一 > 一 >FIH， «=—RERRARRS KH 的 主要 辅酶 "+ HN=C_S—SO.NH, ~ BRBERE ( 酶 争 性 抑制 剂 ) “此 外 还 有 别 嘎 叭 醇 可 医治 痛 疯 ，5- 氟 尿 喀 啶 可 治疗 癌症 都 与 这 些 药物 可 作为 某 酶 的 竞争 性 抑制 剂 有 关 。 ,竞争 性 抑制 作用 可 按 同 样 方法 推导 出 米 氏 速度 方程 * 而 得 出 如 下 双 倒 数 方程 ; is an Ki [7] A ; Vo V max (i+& ay. CS] 了 V ax 8) iL ANN, CHAM» MOL, MIM, HS o e, S—A IRR, CNR T 六 轴 上 上。 这 是 竞争 em ee lian he ell MMPS ST ET ee ee ee Oe RANE he Van oe %, HULA oy 作 图 所 得 直线 都 交 于 纵 轴 上 同一 点 。 2 图 6-21 有 竞争 性 抑制 剂 存在 下 依 实 验 数 据 所 作 的 双 倒 数 图 2.) 非 竟 争 性 抑制 作用 〈noncompetitive 2 非 竞争 性 抑制 剂 结 台 于 酶 活性 部 位 以 外 的 一 个 部 位 上 。 它 一 旦 结合 后 ， 则 酶 分 子 发 生 构 象 变化 ,造成 酶 的 催化 部 位 可 逆 地 失 活 。 非 竞争 性 抑制 剂 [ SE 结合 也 75 ES 结合 , 底 物 S 可 与 世 结合 也 可 与 已 I 结合 。 即 二 者 对 梅 的 结合 互 不 妨碍 ,， 即 工 并 不 影响 酶 一 底 物 结 从 273 的 亲和力 ， 所 以 不 管 工 存在 与 否 ， 其 浓度 大 小 如 何 ， 用 不 同 底 物 浓度 下 测 得 的 反应 速度 作 双 倒数 图 应 交 于 横 轴 上 一 点 (如 图 6-22)。 接 同样 方法 推导 出 速度 方程 六 所 得 的 双 BI. So nye Ge a ty (i+ ft). ates 说 明 图 6-22 是 当 非 竞争 性 抑制 存在 下 的 特征 性 双 倒 数 图 。 这 Re ERS Ln RRR REO 6-22 ”有 非 竞 争 性 抑制 剂 存在 下 根据 实 代谢 中 间 物 ， 它 们 能 可 递 地 与 专 二 性 调节 部 a 位 结合 ， Aa RE ICRA. Le 异 亮 氨 酸 可 作为 非 竞争 性 抑制 剂 ,抑制 L- 丝 所 酸 脱水 酶 的 活性 ， 3. ': 反 竞争 性 抑制 (Uncompetitive inhibition ) 站 汪 1 这 一 类 型 的 抑制 作用 ， 抑 制剂 I RAMs ES 结合 形式 下 SI，ESI 78 art 其 双 倒 数 方程 为 a lee) 1+) ° V mex Cs] Vinx t 其 双 倒数 图 示 于 图 6-23。 这 一 类 型 的 抑制 作用 多 见于 双 底 物 或 多 底 物 的 酶 促 反应 。 图 6-23 有 反 竞 争 性 抑制 剂 存在 下 ， 对 实验 数据 所 作 的 双 倒 数 图 (=)A A HM HERA C irreversible inhibition ) BAM HASH] HIS E RES 结合 ， 这 种 类 型 ,的 抑制 剂 常 与 下 或 下 S 共 价 结合 ， 永 久 地 改变 酶 的 活性 构象 ， 封 锁 酶 的 活性 基 团 。 典 型 实例 如 二 J+ FI SBR BAG (DFP), ae Bic JIE Woh BB AF 22 AG 4) ARB BH Jp A, 2K ih Z NARA NEBET HHO. ABEZEZ BER 碱 传递 神经 脉冲 申 起 重要 作用 。 可 催化 神经 递 质 一 乙酰 胆 碱 水 解 成 无 传递 活性 的 乙酸 和 胆 274 sia "CH, C—0-.cH, cH, N—CH, +H 0 oe. CH,COG6+ HOCH,CH,— R= CH CH, CH, fR. DFP F SKS IEE WN —t #4 BB OB —CH, OH «iy —OH 形成 共 价 磷酸 酯 键 (如 图 6-24) ， 使 酶 分 } 子 不 能 再 行使 其 催化 功能 ， 因 而 造成 乙酰 胆 碱 堆积 ， 神 经 脉冲 传递 失调 ， | 引起 一 系列 神经 中 毒 现象 有 催化 活性 ， y ae EMCI TE 图 6-24 DFP 与 乙酰 胆 碱 本 酶 形成 共 价 复合 物 E 为 乙酰 胆 碱 酯 酶 | _ 允 这 关 抑 制作 用 的 研究 ， 找到 了 三 系列 DFP 的 类 似 物 。 41 Eoos unit 人 We an > i O S | | | € S=no, . Ghres| (CH,O}+,P—S=CHCOOC,H, |. RA ((CH,O+.P—S— * H,COOC.H, CH,CONH—CH)%, Be HeRUR RH. ENB DEP -一样 ， 能 与 昆虫 体内 的 胆 碱 酯 梅 的 丝氨酸 一 OH 形成 共 价 键 ， 使 昆虫 的 神经 脉冲 传递 失调 而 死亡 。 为 了 解除 这 类 农药 对 人 类 的 毒害 ， 近 和 车 来 获得 了 一 种 比 丝氨酸 —OH BAR 的 亲 核 试剂 一 一 种 且 类 化 合 物 ， 它 可 RAHM WABASH LORE, te 这 些 抑制 剂 从 酶 分 子 上 置换 出 来 ， 从 而 解除 抑 制 ， 免 于 中 毒 。 其 机 制 如 下 式 ， S | E—CH,—O— P= (OC,Hs,) 2 全 oi E-CH,OH CH, ON 一 C H-\ :, 275 DEP 类 不 可 逆 抑 制剂 对 所 有 以 丝氨酸 残 基 为 催化 基 团 的 酶 都 有 抑制 作用 ， 如 胰 蛋 白 酶 、 胰 凝 乳 蛋白 酶 。 磷酸 葡萄 糖 变 位 酶 、 等 划 酶 等。 这 些 酶 的 活性 部 位 都 有 一 丝 氨 酸 二 O 互 参 与 催化 作用 。 O : - bi A — BBE) AST BA A) Hl FA se ce AC ICHCC ) 它 可 与 酶 活性 部 位 ， O H j ; gf hy ) 二 某 半 胱 氨 酸 的 一 SH 或 某 组 氨 酸 的 咪唑 基 共 价 结合 。 如 下 式 。 | & | ee. es Penk \ aa 1 HN. New Pe ie | er ~~ 0 [SrT: ja ie [ie | Hes, | 7 e -" x4 一 CHC& SCH ce. | > eg NH, NH, BAM OAT MD Hl MTR, RAKES SEM MA, ATT oe KH, THAR, AHRRZRAAN AAU MINS, LKR CRS 形成 复合 物 ， 而 且 酶 可 对 它 进 行 催化 作用 ， 形 成 一 种 具有 高 度 活性 的 产物 。 该 产物 旋即 作用 于 酶 的 活性 中 心 基 团 ， 与 之 形成 稳定 的 酶 一 抑制 剂 共 价 复合 物 ， 使 酶 失去 催化 活性 。 由 于 读 抑制 剂 象 底 物 一 样 可 被 酶 催化 ， 故 名 为 自杀 底 物 。 如 近年 来 出 现 的 ;种 新药 叫 和 降 灵 元 可 治 疗 高 血压 。 它 是 一 类 权 胶 的 业 类 衍生 物 ， 可 与 体内 催化 组 胺 等 单 胺 氧化 的 单 胺 氧化 酶 作用 。 单 胺 氧化 酶 把 它 误 认为 是 自己 的 底 物 一 单 胺 ， 对 它 进行 催化 氧化 ， 使 它 转变 为 有 高 度 反应 性 HN RILS to KERLA MEN SMURENAS, RM FR. — SARS Cawsey ie wma A fia se it R 3 rast “aie EAC hy. ie [E | sc 人 “0 LE | S-cH 一 人 eae ee | " NH 4 | CHO Mg See FAAS ANY P ¢ | 7 O a ‘ Nea SES cote H, < owe eH NC hile, 276 ern Esc WA = ss AE gale CH Nn SABRBMS jets Pea dy a WA! Ze 上 CH. CH, ste cf Gh oy | “ease. “第 七 节 酶 活性 部 位 的 本 竹 和 酶 的 作用 机 制 卫 活 侍 部 位 功能 基 的 鉴别 ， 酶 一 底 物 癌 所 存在 的 相互 作用 类 型 以 及 酶 可 能 的 健 化 机 抽 等 ， 都 需要 用 多 种 手段 来 探索 。 比 较 有 天 抑 制剂 存在 时 酶 的 三 维 结构 ， 可 获得 府 多 这 方面 的 上 信息 。 对 这 样 一 些 结构 的 了 解 只 可 能 从 x 射 线 晶体 学 与 梅 的 全 序列 分 析 而 获得 。 但 并 非 所 de 关于 一 个 酶 的 许多 信息 及 其 作用 机 制 ， 也 能 从 底 物 专 一 性 的 测定 、: 抑 制剂 的 性 质 ， 以 及 :通过 pH、 温度、 溶剂 组 成 等 对 酶 催化 话 性 影响 的 动力 学 分 析 而 获得 ” ) 另 外 用 化 学 试剂 来 共 价 修饰 酶 上 的 专 一 性 侧 链 ， 或 用 和 蛋白酶 专 一 此 地 切 去 一 个 或 多 个 区 链 以 观察 本 活性 如 何 受 这 | 些 修饰 作用 的 影响 ， 也 可 探 明 许多 信息 ; 这 里 介绍 几 种 不 同 的 梅 ， 如 :2- 胰 凝 乳 蛋白 酶 、 症 糖 核酸 酶 、 溶 菌 酶 、 凑 肽 酶 、 乳 酸 脱 as. 这 些 都 可 作为 用 多 种 手段 来 探测 酶 结构 一 功能 关系 的 良好 实例 。 这 些 酶 的 完全 结构 或 大 体 结 者 构 已 经 确立 ， 因 此 研究 其 活性 部 位 的 结构 和 底 物 结合 的 模式 已 有 可 能 。 它 们 的 催化 活性 也 已 作 过 详尽 研究 ， 并 且 根 据 这 些 另 如 信息 尼 提 出 了 酶 的 可 和 能 的 作用 机 制 。 = O-RMiewS AB ~ 丝氨酸 蛋白 酶 包括 c-RRLEM. REA. MEESTER GM, 它们 共有 许多 结构 和 功能 特性 。c- 腊 凝 乳 蛋 白 酶 是 这 类 酶 中 研 帘 得 最 完全 的 一 员 ， 本 书 将 以 它 为 例 SRG AARAR GH OM. Be | 2 2 BEALE A SP a aR P6-25. 它 含 有 A、B、C 三 条 肽 链 ， 结构 与 弹性 蛋 自 RIBAS IL. (2 {222240 -hRTREGMAR. ATTALRREowS 未 荆 部 以 相同 机 制 起 能 化 反应 ， 在 体 化 过 程 中 形成 一 藤 化 酶 共 价 中 间 物 。 一 种 丝 氨 栈 重 帕 央 。 与 夯 一 种 丝氨酸 蛋白 酶 不 同 之 处 主要 在 于 其 决定 底 物 专 一 性 的 部 位 不 同 。 胰 凝 乳 蛋白 酶 催化 机 制 的 导出 ， 首 先是 用 化 学 修饰 法 鉴定 出 了 第 一 个 活性 部 位 侧 链 一 丝 扎 酸 局 哑 凝 乳 蛋白 酶 共有 28 个 丝氨酸 ， 当 角 二 异 丙 氟 磷酸 酯 (TDIFP) 与 酶 反应 启 六 只 有 二 本 丝 毛 酸 与 酶 结合 形成 DIP 一 酶 ， 酶 完全 失 活 。 而 且 热 失 活 的 酶 不 能 与 DIEFP 反应 ， Min 证 明 这 个 与 DIFP 反应 的 丝氨酸 处 于 该 酶 的 活性 部 位 。 所 有 能 形成 酰 化 酶 : 共 价 物 的 丝氨酸 蛋 277 白梅 ， 也 都 能 与 DIFP 起 相同 的 反应 。 经 氨基 酸 序列 分 析 ， 这 个 活性 部 位 中 的 丝氨酸 在 胰 凝 乳 蛋 白 酶 、 胰 和 蛋白酶、 弹性 蛋白 酶 、 凝 血 梅 、 血 纤维 蛋白 溶 酶 等 所 形成 的 DIP 一 酶 复合 物 中 都 处 于 一 个 相同 序列 Gly 一 Asp 一 Ser。p 一 Gly 一 cly 一 Pro 中 (但 在 枯草 杆菌 蛋白 酶 中 例外 ) 。 这 个 高 反应 性 丝 毛 酸 之 所 以 具有 高 活性 ， 与 它 处 于 各 酶 活性 部 位 的 特殊 环境 有 关 ， TERRE ALBA BH Ey 3er 一 195。 Wic-25 @-RRAEAM: 的 三 级 结构 示意 图 当 用 L-1- CAS OR IME ) 胶 -2- 苯 乙 基 - 氧 甲 酮 (TPCK) 处 理 胰 凝 乳 蛋白 酶 后 ， 准 的 失 活 量 与 TPCK 的 共 价 参 入 量 相 平行 。 TPCK 与 Fi (FH by GP L— 2 PTR FPRRHBILIEM AW, ASR 其 以 一 CH:CI 取代 了 一 NH, 或 一 OR 基 团 。 因此 TPCK 和 底 物 一 样 与 酶 结合 后 可 释放 大 量 能 量 ， 而 且 与 酶 活性 部 位 具有 很 高 的 亲和力 。 但 由 于 它 含 有 高 活 | Ai 性 的 一 C 一 GHzC1 基 团 ， 当 它 与 酶 结合 后 即 可 与 酶 活性 部 位 的 一 个 亲 核 基 团 反应 8 经 研究 O 发 现 这 亲 核 基 团 是 酶 笑 性 部 位 的 一 个 Hisw 的 咪唑 N-3， 它 可 攻击 TPCK th —C—CH,Cl 278 WORE BRL 这 个 Hise) 处 于 酶 的 Ala 二 AIa 一 His 一 Cys Sah, Tih 发 现 其 它 丝 氨 酸 蛋白 都 有 与 此 相同 的 序列 。 vas wt 0 0 BO NT wee oe Take —<_ = Te et heen cl dy, (OR) 6 du, aie ws OY ey ee V/ 胰 凝 乳 蛋 白 酶 最 佳 底 物 TPCK OPCK BHRELESMANS—WiNHe, CROREGMRM. 后 来 RERBA 酶 对 碱 性 氨基 酸 的 专 一 性 ， 设 计 了 一 个 Habe PEt A L-5-SRE-1- OT AD sgh UPR CTLCK), | 4 Mente CH,— yb ren a pets y= RO = > (TLCK) ai | 4) ‘cH, 11 GRU —(CHY).NHG 代替 了 TPGK 中 的 二 CH 一 人》 从 而 适应 于 胰 蛋 白梅 对 碱 性 所 基 酸 的 需求 。 因 此 TPCK 和 TLCK 称 为 酶 活 部 位 亲 和 标 记 试剂 。 目 前 已 找到 了 许多 其 它 租 seed Glyi9s = seem Ile— 16 图 6-26 RE FLA A TE i 9 x- 射 线 结晶 学 已 证 实 ERE SL EA AA PA Ser195 和 Hish7 处 于 非常 邻近 位 置 ， 这 革 化 学 修饰 潜 了 预计 和 的 活性 部 位 结构 一 致 《 如 图 6-26 ) 。 此 外 ， 从 晶体 结构 中 还 发 现 了 其 它 一 279 些 臣 要 的 结构 信息 。 第 一 是 Ile-16 的 c- 毛 基 ， 它 是 酶 中 B 链 的 N- 端 一 NH55 是 梅 硕 激活 后 形成 的 。 其 形成 后 即 与 Asp194 的 羧基 形成 子 对 ， 这 个 离子 对 的 形成 是 酶 原 话 化 的 关键 性 步骤 。 它 导致 各 部 位 发 生 小 的 但 是 非常 重要 的 . 重 排 作用 ，Met-192 和 Ser-195 变化 特别 显著 。Met-192 移 到 一 个 许可 底 物 芳香 环 的 结合 部 位 ， 而 Ser 4 —OH Ml 移 至 直接 向 着 His-87 DRO N-3 处 ;但 并 不 充分 与 共 肽 键 的 两 原子 靠近 。 然 而， 有 从 所 调 得 的 其 它 原 子 则 的 距离 ， 推 测 那 个 部 位 还 有 一 些 氢 键 生成 。 一 个 是 Asp-102 的 办 -羧基 氧 和 His-57 的 咪唑 N-1 间 的 氢 键 ， 另 一 个 则 是 Asp-102 的 B- REAM His-57 的 肽 键 一 NE 一 WAR. ix 样 所 形成 的 氧 键 结构 的 有 序 排列 ， 称 为 电荷 接力 系统 ( Charge relay system), EAR 于 从 Ser-195 移 去 一 个 质子 ， 成 为 更 强 的 亲 核 基 团 ， 便 于 更 好 Asoo 形成 酰 化 酶 中 间 物 。 7 比较 @-N-FE he L- ARRAYS HR EEE BE RESL REA MOAR Ny, TIEN rp ae HNCE fancies “A | Hepat - 28 A - 部 位 的 另 一 些 详情 。c-N- 甲 酰 -L- 色 氨 酸 结 5 人] NS. eee V\ yn 7 O H 结合 后 ， 即 定位 于 Ser-214、Trp-215、Gly-216 形成 的 肽 键 平 面 和 Ser-189, Cys-191 和 Met-192 所 形成 的 肽 键 平面 间 的 一 个 裂隙 中 。 其 叫 吕 环 平面 几乎 与 每 边 的 多 肽 连 平 行 ， 并 形成 下 水 键 ， 特 别 是 与 Met- 192 的 结合 更 为 显著 。x-N- 甲 酰 - 志 - 色 所 酸 的 羧基 氧 ， 相 当 于 敏感 肽 键 的 >C= OO， 直接 对 着 Ser-195 和 His-57, 进入 所 谓 的 氧 负离子 穴 COxyaninon hole ) Hh, KF SHZAREABARM RMN, FT 从 结构 研究 予以 解释 。 a- wane ， 酶 易 接 纳 芳香 环 平面 。 而 在 弹性 蛋白 酶 中 ， 观 察 到 这 位 置 被 Val-216 和 Thr-226 等 大 基 团 所 阻塞 ， 不 能 让 大 的 芳香 环 进入 ， 只 有 小 的 基 团 如 Ala 的 甲 基 可 适 于 进入 并 与 酶 结合 ， 这 与 弹性 蛋白 酶 的 专 一 性 相符 。 BRAM 在 该 部 位 含有 Asp-189， 它 的 一 COO 多 许 Arg、 Lys 等 的 侧 链 进入 其 中 并 与 之 结合 。 从 以 上 结构 信息 和 化 学 修饰 等 的 结果 可 将 胰 凝 乳 蛋 白 酶 的 催化 步骤 分 列 如 下 ， 四 底 物 结合 于 酶 活性 部 位 形成 米 氏 ES 复合 物 。 这 一 步 包 括 酶 的 专 一 性 基 团 与 底 物 的 相 应 基 团 相互 作用 。 这 些 作用 大 部 分 发 生 在 底 物 的 酰基 侧 链 上 ， 它 包括 芳香 环 的 结合 也 包括 活 HE REIL AM Ser-195 和 Gly-193 的 肽 键 一 NH nav anes. Osi DOOR HER, 群集 各 种 结合 部 位 ， 使 Ser-195 的 一 OH 采取 过 渡 态 位 置 。 四 过 渡 态 中 的 Ser-OH 攻击 底 物 的 活性 BIER, TRY Ser-195-OH: 转 移 一 不 质子 到 ， His-57 咪唑 N-3 上 形成 一 个 四 面体 结构 ;而 His-57 的 咪唑 N-1 EXO EU Asp-102; 在 活性 关 基 氧 上 的 负电 荷 与 肽 键 Gly-193 的 一 NH 一 形成 较 短 而 较 强 的 氢 键 ， 帮助 稳定 过 渡 态 结构 。 轿 过 渡 态 结构 分 解 成 酰 化 酶 共 价 中 间 物 ， 让 离 去 基 团 扩散 离 去 。 电 酰 化 酶 脱 酰 。 电 荷 接 力 系统 以 @@ 道 反应 形式 给 出 酶 一 产物 复合 物 ， 然 后 释放 第 民 230 产物 。 总 反应 机 制 如 图 6-27 所 示 。 His57 penne Asp 20 CH: yo : ‘, Fis gt CH =“ CH.-CQ-»H-N ON _ CHe oR ot SG H \ a } _1.es 复 合 物 人 I His57 at His57 “H> -ih2 Acre NUN CH Cy -NN-! OH NAM DO NA He” ; 一 人 ts H 2. mts RN Se at 5. NTO DY gg RRS | jeaz His57 = Seip Asp 和 OG H, bce ime ™ “H+ of é 时 res ot" MG i ca y REL Rectan 4p 图 6-27 “ 胰 凝 乳 蛋白 酶 的 催化 机 制图 二 、 核 糖 核酸 酶 该 酶 是 由 124 个 氨基 酸 单位 构成 的 单 肽 链 ， 含 有 四 个 链 内 二 硫 键 。 用 枯草 杆菌 蛋白 酶 水 解 ， 使 之 在 Ala-20 和 Ser-21 之 间 被 切断 ， 补 切断 的 酶 蛋白 仍 有 催化 活性 ， 称 为 RNase-S。 HRD FW OT, 仍 非 共 价 地 结合 在 剩余 的 酶 蛋白 上 。 前 者 称 S- 肽 , 后 者 称 S- 蛋 白 ， 在 酸性 pH 下 , 二 者 解 离 , 都 失去 活性 ;但 在 pH7 下 将 二 者 混合 时 , 又 恢复 RNase-S 活性 。 一 合成 肽 与 S- 肽 的 1 一 13 序 列 相同 。 将 其 加 入 到 .S- 和 蛋白 中 ， 可 使 RNase-S 恢复 7% 的 ”活性 。 但 如 果 只 合成 11- 肽 ， 将 其 加 入 到 S- 蛋 白 中 ， 则 酶 活性 完全 不 能 恢复 。 这 说 明 His- 12 或 Met-13 在 RNase 催化 中 起 关键 作用 ;而 二 十 肽 的 14 一 20 小 质 基 酸 残 基 ， 不 直接 包 括 在 酶 活性 部 位 中 。 用 胃 有 蛋白 酶 水 解 了 Nase， 切断 了 Phe-120 MAsp-121 Mike, 除去 了 C- 端 121 一 124 一 段 肽 链 ， 酶 即 失 活 。 用 羧 肽 禾 除 去 RNase 羧 端 Val-124， 酶 不 失 活 ， 进 一 步 水 解除 去 Ser-123， 活 性 下 降 到 45%;， 再 进一步 经 Phe-20 消 化 ， 则 酶 完全 失 活 。 pH5.5 是 组 氨 酸 被 碘 乙 酸 羧 甲 基 化 的 条 件 。 在 pH5.5 FET, JN 碘 乙 酸 使 RNase ® 甲 基 化 ， 发 现 羧 甲 基 化 程度 与 RNase 失 活 程度 成 正比 ， 每 分 子 酶 只 需要 含有 一 个 羧 甲 基 基 团 ， 就 会 完全 失 活 。 羧 甲 基 化 的 RNase 用 离子 交换 层 析 分 离 ， 观察 到 两 种 不 同形 式 的 酶 。 一 个 是 在 His-12 上 被 羧 甲 基 化 ， 约 占 15%, 另 一 个 则 是 在 His-119 上 被 羧 甲 基 化 ， 占 85% 。 这 两 种 羧 甲 基 化 的 RNase 都 无 活性 ， 而 且 没有 发 现 含 两 个 羧 甲 基 的 RNase & —\—CH,—CH COOH —(—_CH.—CHCOOH N N—CH,COOH HOOC—CH,-N N > N-1 一 效 甲 基 组 氨 酸 N-3— GFF A 1 We 281 成 。 两 种 含 一 个 羧 甲 基 的 RNase 结构 不 同 ， 如 上 式 。 在 RNase 中 ， 它 们 的 空间 英 系 车 表 示 如 图 6-28。 一 9) 和 组 所 His 图 6-28 RNase 中 组 氨 酸 -12( 酸 -119 ( | His | 半生 ) 被 次 甲 基 化 后 的 结构 5 ei iL PPR AE RNase 继续 羧 甲 基 化 ， 它 们 中 未 羧 甲 基 化 的 基 团 ， 也 都 未 再 能 被 羧 甲 基 取代 。 以 上 事实 充分 说 明 ; 酶 与 碘 乙 酸 (IAA) 的 反应 ， 是 His 作为 亲 核 剂 取代 了 IAA HIS 痰 的 I， 使 酸 烷 化 成 了 羧 甲 基 衍 生物 。 并 且 很 显然 ， 这 两 个 组 氨 酸 在 酶 活性 部 位 非常 闻 近 ， 任 一 个 His 的 存在 将 会 促进 另 一 个 His 的 烷 基 化 ， 但 不 能 两 者 同时 烷 基 化 咏 因此 在 酶 活性 部 位 中 两 个 于 表 之 间 欧 方向 和 距离 ， 两 个 带电 咪唑 基 之 间 的 相互 作用 以 及 IAA 所 结合 的 位 置 都 有 利于 酶 的 烷 化 作用 的 顺利 进行 。 His-119 的 烷 化 速度 比 His-12 的 更 快 ， 可 认为 在 pi5.5 条 件 下 ，His-12 由 于 所 处 环境 及 其 PKa 值 比 His-119 高 ， 因 而 主要 以 质子 化 状态 4¥ fe» His-119 的 PKa 值 比 His-12 低 。 后 来 经 研究 知 His-12 和 His-119 的 PKa 值 各 为 6.2 和 5.8， 当 它们 结合 羧 甲 基 后 则 提高 到 8.0 和 7.4。 二 RNase 在 SO%HAC 中 冷冻 干燥 形成 二 聚 体 ， 但 仍 有 活性 ， 将 失 活 的 1-Cz-His-119 RNase 和 3-Cm-His-12 RNase 等 量 混合 在 50%HAC 中 冷冻 干燥 ， 则 25% 的 羧 甲 化 酶 二 肾 体 只 有 韭 修饰 酶 一 半 的 比 活 。 这 是 由 于 冻 王后 的 二 束 体 ， 可 以 三 种 形式 存在 ， 第 一 种 是 两 ou) iny AS dp NH 5p ein a > 40 2X ; : :用 再 一 键 配对 ”f 结合 的 反常 Tyr 一 25,92,97 Asp 一 14 dia ead 了 Val—124¢-9 . 得 图 5-29 RNase 构象 示意 图 图 中 示 出 活性 都 位 的 主要 基 团 ， 如 His-12、His-119、Lys41 等 的 相对 位 置 月 Aq 省 a= a] RBS ARSE (bY His-12, 第 二 种 的 两 个 单 体 都 含 羧 甲 基 化 的 His-1t9， 而 第 三 种 则 是 一 个 单 体 的 His-12 RRA, WHAM His-119 羧 甲 基 化 。 就 是 这 第 三 种 二 聚 体 ” 既 有 未 被 羧 甲 基 化 的 His-12， 又 有 未 被 羧 甲 基 化 的 也 is-119。 所 以 CAA RNase 的 活性 。 可 见 有 活性 的 RNase， 必 需 两 个 His 都 处 于 自由 状态 时 RNase 和 RNase-S 晶体 结构 已 经 确定 。 它们 不 同 之 处 只 是 RNase-S NS i _ 被 切断 。 图 6-29 是 个 肾 形 分 子 ， 在 一 边 有 一 显著 凹陷 ， 豆 is-12 fi His-119 就 定位 于 该 处 ， “研究 在 各 抑制 剂 存在 下 的 晶体 结构 ， 发 现 它们 都 结合 在 分 子 的 同一 边 ， 靠 近 两 个 组 氨 酸 。 而 且 抑 制剂 在 活性 部 位 的 定向 虽 不 完全 同 于 酶 一 底 物 复合 物 中 底 物 的 定向 ， 但 His-12 和 His -119 似乎 紧 紧 邻近 于 需 水 解 的 磷酸 酯 键 。 嗓 叭 和 喀 啶 环 固定 到 特殊 区 域 》 AHA Thr- 的 一 OH 和 一 NH 一 之 间 有 和 氢 键 8 Phe-120 处 于 喀 啶 环 的 一 边 ,, 耐 Val-43 eA, XK -下 解释 为 什么 用 胃 蛋 白 酶 除去 120 一 124 一 段 肘 链 后 梅 即 失 活 。 ”有 关 了 Nase 的 催化 机 制 目前 有 几 种 假设 ， 其 中 之 一 示 于 图 6-30。 图 5-30 RNase 催化 机 制图 283 在 图 6-30Ca) 中 , 酶 活性 部 位 的 底 物 结合 部 位 与 味 吟 和 喀 啶 环 紧密 结合 于 酶 的 一 个 亚 部 位 Lys-41 的 e—NH, 与 两 个 His 一 起 伸 向 带 负电 荷 的 磷酸 氧 ; Bh His 采取 一 致 行动 ， His-12 起 碱 催化 作用 , 接受 核糖 2"-OH 上 的 质子 ,而 His-119 起 酸 催 化 作用 ， 与 磷酸 上 的 一 | 个 氧 原 子 形成 氢 键 。 然 后 如 (b) 所 示 ， 形 成 一 过 湾 态 复合 物 ， 它 具 有 五 配 位 磷 原 子 〈 冬 中 以 © 三 角 锥 体 表 示 ) 。 伴 随从 His-119 除去 一 个 质子 ，His-12 则 吸收 一 个 质子 ， 形成 了 2’, 37- 环 磷酸 中 间 物 (c)。 当 瑞 :O 到 达 活 性 部 位 时 (d)， 它 把 一 个 质子 交 给 His-119, 而 其 一 OH 5 (e) 中 的 三 角 锥 结构 的 磷 原 子 作 用 。 在 酸性 His-12 的 帮助 下 形成 了 3/- RRA RE. =. BBM Lysozyme ) See a ee AR MRE Jem 为 N- 乙 酰 BWR (NAG)-A-1, 4-N- wire? 3 ae { (NAM) 重 复 结合 而 成 的 杂 多 糖 。 一 个 较 简单 的 底 物 为 NAG MARE, 经 vs A QMS, A-SI he. 鸡 卵 蛋 白 溶菌 酶 含有 129 个 氨基 酸 单位 。=- 射 线 晶体 学 研究 证 明 ， EMD ERH AR 深 的 裂 阶 。 用 NAG 一 三 糖 与 之 结合 ， 观 察 到 该 三 糖 的 非 还 原 端 指向 裂隙 顶部 ， 而 还 原 端 则 “， 指向 裂 及 下方。 结合 后 在 裂 阶 中 的 一 些 侧 链 有 约 0.75A 的 小 移动 。 可 以 设想 底 物 与 酶 的 结合 后 对 酶 产生 了 一 种 诱导 契合 作用 。 通过 建造 模型 ， 从 三 糖 还 原 端 继续 安装 一 个 个 单 糖 残 基 进 六 列 孙 中， 以 观察 它们 进入 的 可 能 性 。 结 果 发 现 ， 第 四 个 糖 残 基 加 到 三 糖 未 端 后 ， 糖 残 基 与 酶 的 一 些 侧 链 由 于 过 分 拥挤 ， 使 该 糖 环 从 正常 椅 型 构象 扭曲 成 一 种 半 椅 型 构象 ， 以 减少 拥挤 ， 这 时 糖 的 C 一 6 AIM 裂隙 中 的 Asp 一 52 的 2C 一 9 或 Glu 一 35 的 >C 一 0 可 形成 氢 键 。 第 四 个 糖 单位 安装 好 以 后 ， 第 五 个 和 第 六 个 糖 单位 可 很 客 易 地 一 一 安装 上 去 ， 而 且 形 成 了 许多 氢 键 和 非 极 性 键 ， 以 稳定 这 种 结合 。 六 个 糖 单位 即 可 填 满 裂 隙 全 长 ， 并 且 不 可 能 再 安装 下 去 。 贺 6 一 31 2 BS A NAG 结合 后 酶 的 构象 以 及 酶 一 底 物 间 的 接触 状况 。 从 xz- 射线 晶体 学 分 析 ， 观察 到 酶 裂隙 中 D—E WE AHS SHE, Glu35 和 人 Aspb52 两 个 基 团 各 分 布 于 D 一 E 间 糖 苷 健 的 一 侧 ，Glu35 一 COOH 离 糖 童 健 氧 原子 约 3A ，Asp52_-COOH 离 糖 环 C 一 1 和 环 氧 原子 约 O 3 及 。 这 两 个 一 CA 。 ， 便 链 所 处 的 环境 完全 不 同 。Glu35 处 于 特别 斑 水 的 环境 中 , 与 Alal10 和 Trp108 侧 链 相 邻 , 在 溶菌 酶 催化 的 最 适 pH5， 它 以 质子 化 状态 存在 ， 而 Asp52 处 于 一 个 复 杂 的 亲 水 的 氢 键 网 中 ， 因 此 它 以 一 COO- 离子 存在 。 所 以 这 两 个 基 团 是 离 糖苷 键 最近 的 酸 碱 基 团 ， 可 以 设想 它们 以 协同 催化 机 制 起 作用 。 另 外 ，D 一 糖 环 处 于 扭曲 状态 ， 故 更 利于 催化 反应 的 进行 。D 一 糖 环 扭曲 所 需 的 能 量 来 自 其 它 糖 残 基 与 酶 结合 叶 所 释放 的 能 量 - 以 上 一 系列 的 研究 结果 提出 了 溶菌 酶 的 催化 机 制 如 下 ， QO ”多糖 以 氢 键 或 非 极 性 疏水 力 结合 在 酶 分 子 表面 的 裂隙 中 ， 有 裂隙 可 容纳 一 个 六 糖 ， 用 A 一 B 一 C 一 D 一 了 上 一 F 表示 ， 其 中 D 糖 环 扭 曲 成 半 椅 形 ， 其 它 糖 环 都 是 取 椅 式 构象 。 @ Glu35—COOH 把 一 COOH 的 一 个 五 给 与 D 一 E 间 糖 苷 键 的 氧 原 子 ， 使 糖苷 键 断 裂 ， 形 成 一 个 二 糖 产 物 而 离 去 ( 即 E—-F 二 糖 离 去 ) 。 被 切断 糖苷 键 的 D 一 糖 残 基 C—1 则 以 (+ ) 离 子 状态 存在 。 284 图 6 一 31 溶菌 酶 与 六 一 NAG 结合 后 的 构象 变化 及 酶 一 底 物 间 的 接触 状态 图 带 负电 荷 的 Asp 一 52 一 CO00" 在 糖苷 键 的 另 一 侧 ， 正好 用 来 稳定 扭曲 的 了 一 糖 环 下 的 正 碳 离子 。 @ BeEH 的 Glu 一 35 一 COO。 又 可 起 碱 俱 化 作用 ， 吸 引水 分 子 中 的 一 个 质子 ，- 自 PURER, 而 水 分 子 中 的 OH 基 团 ， 这 时 去 亲 核 攻击 DR 基 的 一 1 正 碳 离子 条 区 s 交 2 甫 放出 来 。 整 个 反应 就 此 告终 。 整个 反应 示 于 图 6 一 32。 从 以 上 溶菌 酶 的 催化 机 制 看 ， 其 所 以 能 加 速 糖 的 水 解 反应 ， 下 述 因素 都 起 了 作用 ; 专 一 性 结合 底 物 所 释放 的 能 量 ， 扭 曲 一 个 糖 环 ， 底 物 诱导 契合 ; Glu-35 起 酸 催 化 作用 8? Asp52 帮 动 站 渡 状 形成 正 碳 离子 等 。 这 个 机 制 也 已 得 到 了 其 它 方面 的 证 实 。 如 四 当 测 定 每 一 糖 环 的 结合 285 (a) 《b) (c) 图 6-32 溶菌 酶 的 作用 机 制 随 着 底 物 结合 (a)， 使 酶 的 Asp52 和 Glu35 与 它 邻近 ; 它们 帮助 底 物 糖苷 键 断 裂 形 成 过 渡 态 复合 物 (b)， 过 渡 态 复合 物 与 H;O 的 Ht 和 OH” 反应 形成 产物 和 原来 的 酶 (c) 能 时 ， 发 现 除 D 环 为 负 值 外 其 它 都 为 正 值 ， 这 与 D 环 变形 为 半 椅 型 构 萌 需 豚 收 能 量 有 关 。 @ 在 底 物 存在 下 ， 溶 菌 酶 中 除 Asp52 和 Glu35 外 所 有 其 它 效 基 都 能 遭受 化 学 修饰 而 不 失 活 ; 而 在 底 物 不 存在 时 ，Asp52 和 Glu35 的 -COOH 也 受到 修饰 ， BSE IE 这 充分 说 明 ， Asp52 和 Glu35 在 溶菌 酶 催化 中 的 重要 作用 。 轿 一 个 四 糖 NAG 一 NAG 一 NAG 一 N 一 乙酰 葡 萄 糖 酸 内 脂 ， 其 最 后 一 个 葡萄 糖 酸 内 脂 环 为 半 椅 型 结构 ， 类 似 上 述 溶菌 酶 底 物 的 D 一 环 ， 就 使 该 糖 成 为 溶菌 酶 的 强 抑制 剂 ， 可 见 D 一 环 的 扭曲 对 溶菌 酶 的 催化 也 作出 了 重要 贡献 。@ 溶 菌 酶 的 最 适 pH = 5， 大 于 或 小 于 此 值 ， 其 催化 活性 都 会 下 降 , 这 与 高 pH 会 使 Glu35 脱 质子 ， 而 低 pH 则 使 Asps2 质子 化 有 关 。 这 进一步 证 明 ort 在 该 酶 催化 中 的 作用 。 、 羚 肽 酶 A (Carboxypepidase A) RKB A 水解 C 一 端 带 自由 羧基 的 肽 键 , 作用 部 位 称 在 下 式 的 前 头 处 。 当 Ri 为 芳香 侧 链 R, R, i +)" De tor i gaa Nw Se Ratt Nain Pe 4 e iF bey soon nw Re BK HEIN BE 水 解 速度 大 增 。 二 肽 是 不 适 底 物 ， 但 当 其 NMSA Bes MU RAH 适 底 物 。C 一 端 氨基 酸 必需 为 L 一 构 型 才能 被 水 解 。 类 似 结构 的 酯 亦 能 为 该 酶 所 催化 求解 。 一 BKB ALTER, SA—P Zn? 。 除 去 Zn ， INMATE, FMA Za*, MiG 性 又 恢复 。2Zn” 在 酶 活性 部 位 的 作用 早已 提出 ， CHEK REA DL fils ES ol SPE MIRE Pte TAPE RMAC Ty * Aen aa PKS A 完全 的 三 维 结构 示 如 图 6 一 33。 在 抑制 剂 G17 一 Tyr 二 肽 存在 下 ,该 酶 所 显示 的 活 性 部 位 的 配置 是 RM 引导 286 图 6 一 33 ， 羧 肽 酶 的 三 维 结构 Zn 离子 进入 疏水 口令 ， 抑 制剂 肽 键 的 兰 基 氧 直接 指向 Za 。 抑 制剂 在 活性 部 位 的 取向 示 如 图 6 一 34。 ~ Tyr-24 i. \ 了 * i ba ‘ 9 (b) 图 6 一 34 比较 无 Gly—L—Tyr 存在 (a) 与 有 其 存在 (b) MRAM A 活性 部 位 的 结构 Gly—Tyr 结合 后 ，Glu270、Tyr248 和 Argl145 发 生 很 大 的 重新 定向 这 明显 地 示 于 图 (b) 中 。 287 最 引信 注目 的 是 至 少 有 五 个 水 分 子 在 底 物 结合 时 从 活性 部 位 排挤 出 来 ， 其 中 包括 一 个 水 分 子 从 Zo? 离子 上 排挤 出 来 。 底 物 上 主要 的 羧基 结合 在 Arg145 的 县 基 上 ，Gly 一 Tyr 上 BMAACTR KOSH, Zn? 离子 是 经 His69、 Glu72 flHis 196% & GPM F LEW. 4 Gly 一 Tyr 不 存在 时 ，Zasz 的 第 四 个 配 位 为 水 所 占据 ， 三 个 配 位 体 和 一 个 水 分 子 几乎 是 围绕 昌 Zn** 呈 四 面体 排列 。 而 在 抑制 剂 存在 下 ， 酶 上 的 底 物 结合 部 位 显然 有 大 量 的 结构 变化 。 这 时 可 认为 是 一 个 底 物 的 诱导 契合 作用 的 结果 。Argl45 约 移动 2A;， Tyr248 约 移动 12 信 ， 使 其 酚 一 OH 带 到 底 物 敏感 肽 键 的 -NH- 近 旁 ， 这 个 Tyr 的 移动 ， 似 乎 是 关闭 这 个 穴 ， 使 它 难以 进入 溶剂 ， 酶 之 所 以 能 加 速 反应 的 部 分 原因 可 能 是 由 于 这 种 脱 溶剂 化 的 缘故 。 从 以 上 所 观察 轩 到 的 一 些 现象 有 人 提出 了 羧 肽 酶 的 水 解 机 制 〈( 示 于 图 6 一 35 J。 | © Non x Je 人 Tax Be he ee C=)----°-- Pat eaeee ok Dre CH Glu- ZK pee PO OS AE Nate No Si pt "NH 和 ar - —H IT 一 Tyr -243 Ty 248 < ER | om) 1. **a8 wi Ro ade > COO™ o SO AcH 一 co0 / kz 一 6 国政 一 一 一 一 1 及 下 一 H7/ va "haa i RH cs H / . 本 i ; | Glu-270 pea % oa , hi) AY ¢—-9~-¢=0---- (Zn) Nan UA (=O I 六 < te / ig 0 Je NS ae He R : > ， RZ \ Nu = 二 a Plo—35 RK MAME ALAM Fe we i ar eee Fl, PACED BAE, (k Glu 一 270 的 亲 核 攻击 更 客 易 。。 Tyr248 作 为 酸 催化 剂 将 其 酚 二 OH 上 的 一 个 质子 交 给 敏感 肽 键 的 -NH-， 使 肽 键 断裂 ， 一 个 氨基 酸 产物 离 去 。 参 与 反应 的 水 分 子 把 下 还 给 Tyr248 一 0 ， 使 之 复原 ， 而 水 分 子 的 一 0O 瑞 则 又 代替 Glu270 亲 核 政 击 酸 本 中间 本 物 而 形成 产物 ， 并 使 Glu 一 270 复 原 。 五 、 乳 酸 脱 氢 酶 ( Lactate dehgdrogenase LDH) LDH AWARE ALORS TKN, HERS, RAR 288 i H,, H;3M, H.M., HM, M,. H, 是 在 心肌 中 占 优 势 的 LDH，M, 是 在 骨 肌 中 占 优 势 的 LDH。 通过 > 一 射线 晶体 学 研究 和 氨基 酸 序 山 测定 ， 发 现 狗 鱼 的 M, 型 LDH 有 40% 的 @- 螺旋 和 23% 的 各 种 形式 的 6- 折 丢 结 构 , 而 且 还 有 超 二 级 结构 。 在 分 子 中 N 一 端 一 半 有 四 股 平行 6- HBAs hi C 一 端 一 半 有 两 股 反 平行 8- 折 码 结构 片 层 。 这 种 片 层 结构 是 所 有 脱氧 酶 共同 的 结构 ， 它 与 NAD 的 结合 有 关 。B- 折 释 股 之 间 以 -螺旋 相连 。 构 象 图 示 于 图 6 一 36。 图 6 一 36 ”乳酸 脱 氢 酶 中 六 股 B- 折 重 链 构成 的 片 层 ( 以 箭头 表示 ) MiB aN 连 线 Q- 螺 旋 和 伸展 肽 链 。BD 和 有 也 股 之 间 为 NAD* 结 合 处 ，BA A BB 之 间 为 腺 呆 叭 结合 处 。 KF NAD ' 与 LDH 酶 蛋白 的 结合 详情 已 充分 研究 过 。 酶 蛋白 上 各 氨基 酸 侧 链 与 NAD- 间 的 静电 键 或 氢 键 见 图 6 一 37c。 此 外 腺 嗓 叭 结合 部 位 是 酶 重 白 分 子 上 KOS, 那 是 由 Val-27、32、54 和 Ile-9%6、119、123 以 及 Ala-98 等 疏水 氨基 酸 的 侧 链 所 构成 。 烟 酰 胺 环 结 合 部 位 也 有 各 种 疏水 氨基 酸 侧 链 以 帮助 酶 和 辅酶 底 物 更 适当 地 结合 。 酶 活性 部 位 各 氛 基 酸 分 别 有 如 下 功能 ，Tyr-85 的 酚 一 O 再 与 NAD 嗓 叭 环 的 N 一 1 形成 ARES eis; Asp53 一 COO SiR 2/—OH 形成 氨 键 ， 进一步 使 味 吟 环 定向 并 显 示 LDH 对 NAD ' 的 专 一 性 ， 而 它 不 能 作用 于 NADP*, Lys250—e—NH, 与 烟 酰 胺 侧 链 >>C 一 0 形成 所 键 ， 使 该 环 定向 ， 使 烟 酰胺 环 的 A- 侧 露 向 底 物 乳 酸 ， 负 责 LDH 催化 A- 便 脱氧 专 一 性 。 从 而 与 其 它 脱 氢 酶 如 3- 磅 酸 甘 油 酶 脱 气 酶 总 B- 侧 专 一 性 相 -区 别 (A- 侧 和 B- 侧 氢 表 示 如 下 ) 。 289 # py sts JF ves Jew . 4 eit 产儿 和 MH rel Ring | CieH4J cag Zh | Cte PTW ¢ 去 站 ) Alt OS eo SE -8 2 cH ae 让 8 B6~37a AREAS SAE EM NAR Ow eee 4 oa gap Histo §§ ny ey, C GAN ehh 8 5a Ath Si eia co my cellent OAM fy SOE eee tl ed St LafEN KM ring 4 Tae 一 1) RE Se Se eg CAE] BRAT ARR oe wf HEA wt PaCS 86-0 F — il ,8¢-oll DERG" SE (TS=1aV) a ie 站 才 帮 1 可 忆 站 呈 闪 和 于 水 是 二 这 二 尖 汪 和 旭 活 上 一 站 cana cl rats, Say Mi Bt A ot lee hl Se aS TERRE Fy | # +e 33) 3? A <\) Oy , 4 gC NH yA RIEL RAR | Om CH) A re tog, em AES jim Sheps ay 上 +7 i aka as wre GAY ld *-, Wn rey ¥H) uA PS S; 寺 . ae ) . — 7 1 (CHa 3 St = tt —-F RM Arg 1l71 图 6 一 37(b) 乳酸 脱氧 酶 催化 过 程 中 NAD+ 一 酶 一 乳酸 间 的 相互 惟 直 Tee 290 NTDDH 的 辆 制剂 复合 物 NAD 一 B5- 丙 醋酸 、NAD 一 E 一 草酸 、NAD 一 了 许配 觅 得 的 半 射 线 晶体 学 研究 ， 提 出 NAD 一 梅 二 乳酸 有 如 图 6-37(b) 的 相互 作用 5 AA Ziti, Ms Are-109%1 Arg-171 与 乳酸 -COO- 形成 静电 键 ! 侧 链 His-195- 咪 唑 基 与 乳酸 酝 OH 形成 复 妇 以 起 动 催化 过 程 中 的 电子 转移 反应 《 谢 上 2 537) 中 箭头 所 示 方向 )。 栈 分 子 出 于 底 物 的 诱导 契合 所 产生 的 构象 变化 对 催化 活 没 复 合 物 的 形成 似 征 起 着 决定 性 用 83 全 如 酶 蛋 自 中 有 一 适应 性 很 强 的 图 《1oop ) 位 于 98 一 120 位 氯 基 酸 之 间 〈 策 6 一 36 » ERT EMU, HER MORASS CA Te AROS Ey) MTOM HEADACHE Pk I EMI PEs LB Arel097 His195 AE Anni —0, 20m, BARA ARIE Fk BM, GE His1965 Aw 的 醇 =OH; Beh, Ske ay HEHE eA OE Ho | ci iE A ok FA ee TE His 195m Are 等 在 俯 化 作用 中 起 重要 作用 。 stig aR DARKAS ORAL, SAREMABN— HIE RMR, ROLLA I, HE BRERA EI His— Must, MENA EMCOR-OM 脱 去 一 个 质子 ， 起 碱 骏 化 作用 ， 计 ARR ERED Ei RT RO, H.R ES HEEL His, AB heey Zn 位于 活性 部 位 ，Zn2:' 或 结合 于 Zn? bes izK(Zo* —OH”) 起 着 类 似 His AO VEPs 另外 从 各 种 脱氧 酶 烟 酰 胶结 合 部 位 结构 的 差异 ， 即 能 解释 它们 脱 乞 的 专 一 竹 。 加 一步 就 这 两 方面 进行 更 多 脱 气 酶 的 研究 ， 将 会 出 脱氧 衣 化 床 人 脱氧 soGy st ry FRC 8, - 7 iS. - ‘a aa eek cg Baye (Pacemarker) Aldd he pe ea leon Ne (Regulatory enzyine) 性 质 的 酶 系统 i ay ( | } “te | a oe Bi — KERIB A TEC. TERIA BE Hy, Bo ABO RM Wit A PIR, 以 PARSE TT C638). kA 多 酶 系统 有 时 多 达 十 RAKES, HEAT RM >) 在 某 多 酶 系统 中 ， 至 少 有 一 个 酶 由 于 它 在 能 化 序 列 中 催化 最 慢 的 一 步 反 应 》 故 它 就 成 了 一 个 起 博 器 ， 量 以 调节 整个 序列 的 酶 促 反应 速度 。 这 样 忆 起 博 器 ， 不 仅 有 催化 某 二 步 反 应 的 功能 ， 还 能 应 答 某 种 信号 ， 从 而 增强 或 降低 其 催化 活性 ,通过 这 样 信 起 博 作用 ， 就 可 使 千 利 代谢 过 程 经 常 得 到 调整 ， 从 而 不 断 改变 细胞 对 能 量 的 需要 和 细胞 生长 、 修补 所 需 建造 分 子 的 数 量 。 稚 夫 都 分 多 酶 系统 中 ， 其 序列 中 第 一 个 酶 往往 是 起 博 酶 ， 而 其 它 酶 则 以 大 量 过 量 存在 ， 服 从 起 博 酶 指 ”图 6 一 38 经 四 个 酶 依次 催化 使 人 转变 A, Reels ARM. 为 卫 的 多 酶 系统 示意 图 291 起 博 酶 的 活性 是 通过 各 种 类 型 信号 分 子 来 调节 的 ， 所 以 它 又 称 调节 酶 。 本 调节 酶 ,， 即 别 襟 酶 或 非 共 价 调节 酶 和 共 价 调节 酶 。 一 、 别 构 酶 (Allosteric enzyme ) tr (一 ) 别 构 酶 的 典型 实例 及 其 性 质 别 构 酶 是 通过 调节 剂 分 子 非 共 价 结 本 分 下 上 上 而 进行 情节 的 站 下 节 酶 能 被 一 系列 酶 的 终 产物 所 抑制 。. 当 一 个 代谢 序列 的 终 产物 增加 到 超过 通常 -的 稳 态 水 平 时 ， 就 超过 细胞 的 需要 ， 这 时 ， TRAM RRR, CRE 剂 ， 抑 制 序列 中 第 一 个 酶 一 调节 酶 ， 从 而 使 整个 代谢 序列 的 反应 速度 减 慢 ;使 该 终 产 物 形成 的 速度 降 到 细胞 需要 的 水 平 。 这 一 类 型 的 调节 ， 称 为 反馈 调节 。 催 化 工 = 苏 氨 酸 转 变 为 亚 = 蜡 亮 氨 酸 的 细菌 酶 系 是 一 个 典型 实例 ， 可 示 如 下 式 ; AS BAK 的 第 一 个 酶 IE 为 下 - 苏 氢 是 COO- COO- + | 二 | aimee H,N—C—H ee H,N—C—H, : seg bE Ey, Seagylae seit H—C—OH = H—C—CH, | ioe CH, L-FAR CH, an, L- 异 亮 氨 酸 酸 脱水 酶 ， 可 被 该 多 酶 序列 中 的 终 产 物 L- FEAR LR 抑制 (其 它 四 介 酶 也 :一 E。 及 其 催 化 的 反应 见 第 十 一 章 ) 。 这 种 抑制 是 专 一 的 而 且 是 可 逆 的 。LL- 异 亮 氨 酸 不 能 抑制 也 ;一 Ee & 酶 ， 且 当 工 - 异 亮 氢 酸 浓度 下 降 时 ，E， 的 活性 又 可 恢复 。 因 此 下, 这 个 酶 能 快速 而 可 逆 地 敏 量 感到 细胞 内 工 一 Ile 浓度 的 波动 。 虽 然 工 一 Ile 是 已, 酶 非常 专 一 的 抑制 剂 ， 租 它 并 下 结合 于 酶 上 的 底 物 结合 部 位 ， 而 是 结合 于 另 一 个 专 一 性 部 位 ， 称 为 调节 部 位 。 由 于 这 种 结合 是 非 共 价 的 ， 所 以 易于 逆转 。 L- 苏 氨 酸 脱水 酶 是 别 构 酶 中 的 一 个 典型 成 员 。 别 构 酶 这 个 名 词 是 由 希腊 字 all “other” 和 stereos“spae” 或 “site” 所 导出 ， 别 构 酶 即 “另外 部 位 的 酶 ”之 意 。 别 物 酶 和 简单 的 非 调节 酶 有 以 下 三 点 明显 区 别 。 aes: ®D FH ME HE OPEL MAE AB LA AL AB, EE EEE. HB 这 类 酶 还 有 一 个 或 多 个 别 构 部 位 或 称 调节 部 位 ) 能 结合 调节 剂 分 子 。 调 节 剂 分 子 又 称 效应 剂 (effector ) ， 对 酶 33 调节 部 位 是 专 一 的 。 图 6 一 39 是 别 构 酶 的 结 $ 构 及 其 与 底 物 和 效应 剂 结合 的 示意 图 。 iy oe “fe nigice RESALE M > 部 位 oH) © Be J&B 催化 形 基 Ny jd: Ih 4 Ae FTAPELG ZY Y- iS SRE AD ”“ 图 6 一 39 别 构 酶 结构 及 其 与 底 物 和 效应 剂 结合 示意 图 292 @ | 别 攀 酶 分 子 比 一 般 非 调节 醒 分 子 大 ， 而 且 更 复杂 ， 其 中 大 部 分 击 两 个 或 多 个 亚 革 移 OM. ， @ ALAS C5) Hak SUN ABBY Y~[s] I AE CF * (二 ) 别 构 酶 的 调节 齐 < 汤 移 酶 的 别 构 部 位 能 与 专 二 伺 的 调节 剂 结合 。 当 细胞 中 这 种 调节 剂 波 度 升 高 时 ,， 栈 即 转 六 午 构 部 位， BATE Se MMII, XPT OU. 有 一 些 酶 能 Saath Tee, LMA MRO, Me eRe 的 终 产物 ， 而 是 其 它 一 些 代谢 产物 /能 作为 信号 分 子 提高 酶 的 活性 。 这 种 正 调节 剂 往往 是 底 物 示 身 ， 因 此 这 种 别 构 酶 又 称 为 同 促 别 构 梅 《 即 底 物 起 了 调节 剂 的 作用 ) 。 这 个 酶 有 了 两 个 或 更 多 个 底 物 结合 部 位 ， 这 些 底 物 结合 部 位 可 起 双重 作用 。 既 可 起 催化 部 位 的 作用 ， 又 可 起 调 节 部 位 的 作用 。 有 些 正 调节 剂 不 是 底 物 。 故 这 种 正 调节 剂 又 称 别 构 激活 剂 。 而 上 述 负 效应 齐 RAB OMEN .. 无论 是 别 构 激活 剂 还 是 别 构 抑 制剂 ， 都 能 激活 或 降低 一 个 酶 的 活性 ,这 作用 称 异 促 作用 ， 具有 异 促 作用 的 酶 称 为 异 促 别 构 酶 。 四 8 RRB GE? ae”, Ree, 3 二 二 磷酸 甘油 酸 对 血红 蛋白 结合 氧 起 开关 作用 SR OREE). 有 些 别 构 酶 有 两 个 或 多 个 作用 相反 的 调节 剂 、 一 些 起 刺激 作用 ， 而 另 -- 些 RMN. 对 更 为 复杂 汐 别 构 酶 ， 每 个 调节 剂 有 其 专 一 性 结合 部 位 。 当 这 些 部 位 被 所 By, 指 信 丙 加 这 或 减 人 其 能 化 作用 。 科 制 或 激 的 别 构 调节 作用 示 于 下 式 : 、_ 抑制 刺激 人 ‘| su 一 中 Tv 别 构 本 NS Sib fit) [S] 图 6 一 40 别 构 酶 的 v 一 [s] 曲 线 (CS) BI es HBF AK ER BG HH XI KRABI VY~ CsA HN, EL ERR. SUMAN O~CSTMA A SH, RBS PAM HB ESTE ER 然 可 能 找到 最 大 反应 速度 一 半 时 的 底 物 浓 度 ， 但 不 能 称 它 为 Kn, AAG MSAK MU, 而 一 般 以 [s]。。 或 K。。 表示 。 别 构 酶 为 什么 具有 S 形 "一 [s] 曲 线 呢 ? 一 般 别 构 酶 有 几 个 亚 基 , 每 个 亚 基 甩 个 底 物 结 SO, 当 一 个 亚 基 结 合 底 物 后 , 酶 的 构象 将 发 生 改变 ， 增 加 了 后 续 亚 基 与 底 物 的 亲和力 ， 这 tlie 2 gers yesovowin nti, BT Jacinto ee 293 线 ， 如 图 6 一 40 所 示 。 关于 第 一 个 底 物 分 子 与 酶 结合 后 为 什么 会 增加 后 续 底 物 分 子 与 酶 的 亲和力 的 间 题 ， 送 民有 许多 模型 来 加 以 解释 。 现 介绍 一 种 较为 普遍 的 M, W.C 模型 ， 并 解释 乞 征 中 ”个 M. W.C.。 模 型 假设 酶 :3 各 个 亚 基 可 以 两 种 构象 状态 存在 ， 一 种 称 为 全 芝 并 喀 与 底 OR 和 力 很 小 ， 另 一 种 为 'R 态 ， 它 与 底 物 有 很 强 的 亲和力 。 in a 存在 平衡 ， 在 平衡 状态 时 ， 酶 大 部 分 以 工 态 存在 ， 而 及 态 很 少 ， 即 TeSeR SM, LFA 常数 ) 很 大 。 以 四 聚 体 酶 为 例 可 示 如 下 ， 当 酶 上 结合 一 个 S 后 ， 由 于 四 个 亚 基 的 构象 变化 是 区 — Dall tae ai merch aa a 到 ch ) | VO : tj ete f = ide Ty Bath on a 同步 的 ， 所 以 在 S 的 诱 SE, OS TALE 都 会 转变 成 NED 有 高 亲 mab Ra 态 - QO, H+ $ 的 结合， 就 会 增加 三 个 及 态 亚 基 , 因而 使 后 后 续 底 物 分 子 与 的 亲和力 大 增 。 这 时 只 要 S 浓度 稍 有 增加 ， 酶 促 反 应 速度 将 因 酶 R 态 浓度 增 加 了 三 倍 而 BEMIS 但 当 S WR ein 图 6 一 41 别 构 酶 的 Y~[s] 曲 线 图 6 一 42 ”一 种 不 太 普 遍 的 别 - 构 调节 和 帮 用 (a) Ay — 4 FF 4 Sl 9 Bg A V~ Es th Re, 底 类 型 me UK A Se 物 He RII, Ky. 5 W- Vimex 时 Ke p 近 平常 数 ， 而 Vmax WUBI oo 的 S 浓度 ; 改变 而 改变 。 UR en Zt Cb) 有 底 物 以 外 的 负 效应 剂 存在 的 下 v~ whe Cs] the. Ko, s 变 大 ， V max 不 变 ; 1 (ec) 有 底 物 以 外 的 正 效应 剂 存在 下 的 v~ (SIMA. Ke. gE, Venay KA, (a Ff 294 和 三 反应 速度 达 Voor. .其 它 还 有 一 些 模型 用 来 解释 S 形 v~[s] 曲 线 ， 不 拟 一 一 作 介 绍 。 异 促 效应 剂 是 底 物 以 外 的 一 些 代谢 物 。 负 效应 剂 即 别 构 抑 制剂 使 v 一 [s] 曲 线 变 得 更 趋 ? 7B, Ko.。 增 加 ，Vwo 则 难以 到 达 ( 图 6 一 抽 曲 线 (b))。 而 别 构 激活 剂 则 相反 ， 它 使 * 一 [s] 曲 ， 线 更 趋 双 曲 线 ( 图 6 一 41 的 曲线 (c) ) , Korg Bs TD Vnas 不 变 。 但 也 有 一 种 别 构 激活 剂 使 Vina 增加， 而 K,.. 变 化 很 小 (图 6 一 42 六 (四 ) 别 构 酶 亚 基 之 间 的 通讯 联系 (co 区 mumication ) 别 构 酶 一 般 由 2、4、6、8 个 或 更 多 的 亚 基 构成 。 一 个 亚 基 结 合 底 物 或 其 它 效 应 剂 后 ， 不 ， 仅 它 示 身 的 构象 发 生 改 变 ， 而 且 可 通过 四 级 贫 构 影响 到 其 它 亚 基 ， 使 其 它 亚 基 产生 构象 变 化 ， 上 述 M. W.C. 槛 型 中 的 了 态 向 及 态 的 转变 就 是 这 种 构象 改变 引起 的 ， 这 种 一 个 亚 基 的 | 构象 改变 而 诱导 出 其 它 亚 基 构象 改变 的 一 类 现象 就 象 亚 基 之 间 有 通讯 联系 一 样 。 由 于 这 种 联 系 是 一 个 亚 基 结合 一 个 底 物 或 其 它 效应 剂 后 , 就 可 指令 其 它 亚 基 增 加 或 降低 对 底 物 的 亲和力 ， ”这 种 效应 称 为 酶 催化 部 位 之 间 所 显示 的 协同 效应 (Cooperativity)。 凡 酶 结合 第 一 个 底 物 或 效应 剂 分 子 后 ， 能 增强 第 二 个 以 及 其 它 后 续 底 物 对 酶 的 结合 ， 从 而 发 生 激活 的 作用 ， 就 称 为 正 协 同 作用 〈 Positive Cooperativity ) 。 反 之 结合 第 一 个 底 物 或 效应 剂 分 子 后 ， 降低 后 续 ， 底 物 分 子 对 酶 的 结合 ， 显 抑制 作用 就 称 为 负 协 同 作 用 (negative cooperativity ) 。 门 冬 氨 酸 氨 甲 酰 转 移 酶 (ATGuse ) 是 已 知 比较 复杂 的 别 构 酶 二 它 催化 生物 合成 CTP 的 AMBER BSR, BD, O ° COO- O COO - | | ATCE | | H,N—C—O—P—0~+H.N—C—H “*$ H,N—C—N—CH | | pl |; an oo GH, CH, | ex . | COO- COO - 一 一 人 > 一 CTP h L oy CTP 是 该 酶 的 一 个 负 调 节 剂 。 当 CTP 供给 提高 时 ， 由 于 它 对 ATCose 的 负 调 节 作用 ， 氨 四 酰 门 冬 氨 酸 的 形成 受到 抑制 。 相 反 , 当 CTP 浓度 很 低 时 , 氨 甲 酰 门 冬 氨 酸 的 形成 速度 可 迅速 斩 快 ， 从 而 增加 CTP 的 合成 。ATP BAT Coase 的 正 效应 剂 , 在 高 浓度 ATP 存在 时 ， 则 刺激 ATCase 的 催化 活性 。 由 此 可 见 CTP 的 作用 可 作为 一 床 例子 ， 说 明 它 作为 一 个 包 含 几 个 连 续 反应 的 代谢 途径 的 终 产 物 可 暂时 减 慢 其 本 身 的 合成 。 从 从 TCaie 也 说 明 。 另 有 一 种 化 合 物 ATP， 在 某 些 代谢 过 程 中 也 可 与 CTP 一 起 影响 CTP 的 合成 。 这 是 在 酶 水 平 上 代谢 调节 的 一 种 类 型 。 ATCuie 的 分 子 量 为 300,000， 用 对 毛 秒 茉 甲酸 等 汞 化 合 物 ， 可 使 其 一 S 一 S 一 键 解 BM 两 种 类 型 的 亚 基 。 一 类 亚 基 称 Cs， 具 有 催化 活性 而 对 CTP 不 敏感 ， 它 是 一 个 三 聚 体 ，M。. W 为 99,000。 每 分 子 天 然 ATC。。。 有 两 个 Cy 催化 亚 基 。 三 聚 体 中 每 个 单 体 都 能 结合 门 冬 氨 酸 的 类 似 物 琥珀 酸 ， 即 每 分 子 天 钛 酶 能 结合 六 个 琥珀 酸 。 另 一 类 亚 基 RR, BORK, HAT WH (CM. W 为 33,000 ) ， 每 个 天 然 ATCuse。 有 三 个 R; 调节 亚 基 ， 它 结合 CTP; 但 不 与 底 物 结合 。 每 分 子 天 然 酶 能 结合 六 个 CTP。 要 重新 形成 天 然 酶 ;需要 除 去 汞 化 物 ， 并 存在 两 类 亚 基 。 天 然 酶 分 子 中 存在 六 个 Znz ， 它 是 利用 游离 亚 基 重建 天 然 酶 时 不 可 缺少 的 成 分 。 295 AER A HEPC, AR, 解 离 成 无 活性 的 单 体 C(M.W = 33,000) 和 有 IGM =d17， 000 7 以 上 事实 示 于 图 6 一 43。 oe 人 aa Bs f ‘ Yl: fx\ ie ‘ +. ™ Hg 7 ot +2 . 一 -一 test Ro 活性 催化 亚 基 4 | SDS( 强 变性 剂 ) sane «ERATE 图 6 一 43 ATCane AEH, RU KW CTP 存在 下 的 构象 示意 图 YF AC I AT Cone 而 使 之 解 离 时 ，ATCouse 的 催化 活 MSO RLY 4 Bee HE PEF 图 6 一 44 ATCase 的 v~ EST fee A。 解 离 的 Cs 的 曲线 ; B。 天 然 ATCase HAs B. # CTP # te F ATCase ft i 线 。 年 二 0 o orn 2.5 1.0. e¥ebes LOOT 18.50. 1b 7 25 [LS JG 14a x 10? cS] 296 则 曲线 亦 向 左 移 。 因 此 ATP 和 CTP 竞争 酶 上 相同 的 调节 部 位 。 ”有 证 据 表明 ATCuse 有 两 种 构象 形式 。 在 底 物 存在 下 它 以 松 驰 状 态 即 R 态 存在 ， TS CTP 存 在 下 则 以 紧密 类 态 或 工 态 存在 。 酶 中 32 个 一 S 一 35 一 基 ， 在 氛 甲 酰 磷酸 和 底 物 类 似 物 琥珀 酸 同 时 存在 下 比 它们 不 存在 或 只 有 一 个 底 物 存在 时 能 更 快 WORE GWRM. CTP 则 降 蕉 冬 与 一 5 一 S 一 基 的 反应 速度 。 这 就 是 说 在 R 态 ， 酶 具有 松弛 构象 ， 它 使 一 S 一 9 一 基 变 得 更 敏感。 此 外 ， 当 氢 甲 酰 磷酸 和 琥 曹 酸 存在 时 测 得 酶 的 沉降 系数 比 CTP 存在 时 降低 了 4 盆 。 由 于 在 这 些 条件 下 酶 不 会 解 离 ， 沉降 系数 值 之 所 以 有 差异 ， 可 认为 是 由 于 及 态 更 不 对 B FA — HUA NORE BE BUN 6 FERRARA PETER, FRAT Coe 只 能 结合 三 分 子 所 甲酸 磷酸 (CE ) 1% HE 酸 存 在 时 ， 则 可 结合 六 分 子 握 甲 酰 磷酸 。 这 可 认为 ATCase 有 同 促 正 协同 效应 〈 如 下 式 ) 。 下 式 iP CeRs 代表 天 然 酶 中 的 六 个 催化 亚 基 和 ASAI, S 代 琥 珀 酸 ，CeR。 代表 酶 的 松 驰 Be niet CPINAAKRA att, —BRBRAAR ATC. 上 以 后 ， 就 会 使 酶 上 的 合 部 位 都 结合 at CP, Besa eS oe 协同 地 结 含 上去。 3CP S CMe 7 Soa CR Oro, Me take (CPI.5 C,R,*(CP),S ie CeRe*(CP。)(S)。， BABE: 3CP . Soca 世 try te) 人 me 二 、 级 联系 统 共 价 修饰 调节 栈 梅 活性 的 调节 也 可 通过 共 价 修饰 和 非 共 价 修饰 酶 之 间 的 循环 互 变 而 达到 。 修 饰 或 脱 修饰 可 通过 转变 酶 ( converter enzyme) WLM, StS Ms, ASM AIR ETT 二 起 形成 一 个 级 联系 统 。 共 价 修饰 酶 可 比 非 修饰 酶 更 活泼 或 更 不 活 泌 ， 或 者 两 种 形式 对 效应 剂 可 能 有 不 同 反映 。 ee iad AGBRNRRMARALRARA, HMM R. E; _ 1 及 ， 十 ADP I, #0 和 ATP I, H,PO, 这 是 一 个 通过 磷酸 化 而 共 价 修饰 的 一 类 酶 形式 。 一 个 无 活性 的 转变 酶 E 被 专 一 性 别 构 效 应 We 活化 成 有 活性 的 转变 酶 E。， 从 而 启动 级 联 反应 。E。 在 ATP 参与 下 ， 旋即 使 非 修饰 酶 1 PBC, 生成 修饰 酶 ,Iw。 这 一 过 程 是 可 逆 的 ， BERS AG RNG Ra WRG s lm KA , 来 属 脱 去 一 个 请 酸 而 重新 生成 To. 这 个 转变 酶 R。 是 由 无 活性 的 .了 经 第 二 种 别 构 效应 剂 e | 厌 用 后 活化 而 成 的 。 不 同 的 单 环 级 联 可 偶 联 成 二 、, 三 或 多 环 级 联系 统 , ,从 而 使 它 对 效应 齐 297 浓度 更 为 敏感 ， 使 联 锁 的 代谢 途径 中 的 底 物 和 产物 的 回流 迅速 得 到 调节 。 大 部 分 代谢 途径 的 级 联 调节 功能 是 保持 I。 和 Tm 两 种 互 变 酶 形式 的 稳 埠 浓度， 以 保证 整个 代谢 中 各 代谢 物 的 回 流 。 级 联系 统 调节 反应 速度 的 方式 有 ，@D 级 联 反应 可 增强 信号 ， 只 要 利用 极 少量 的 #6 CE, & R,) 即 可 导致 大 量 修饰 酶 (I,。) 或 非 修 饰 酶 〈(I。) ts Ba, ORR MAA HF El 使 Ta 的 敏感 性 调整 到 最 大 幅度 ， 回 豚 联 反应 能 通过 改变 效应 剂 浓度 来 调整 修饰 作用 的 录 敏 度 ，@@ 级 联 反 应 作为 一 个 集中 系统 能 灵敏 地 感知 细胞 中 代谢 物 浓度 在 分 钟 范围 内 的 变化 ， 从 上 和 7n 的 浓度 ， 回 级 联 反应 又 是 一 个 柔性 系统 ， 能 对 别 构 刺激 显示 不 同 答 ，@@ 级 联 反应 丈 是 速度 的 放大 器 ， 能 反映 细胞 内 代谢 物 浓度 在 毫秒 内 的 变 秦 。 ，，，， © melee eh SerLOH. Thr—OH 和 Tyr 一 OH 参与 许多 级 联 反应 。 已 知 有 20 Pane Nec Leaps ISR RLek. SoA ei A ee HERNERMAMATRMRE. BC ARM, JA ye RL eR Te 互 转变 等 过 程 都 是 按 这 种 方式 来 调节 的 。 兹 以 磷酸 化 酶 俱 化 糖 元 的 含 成 和 降解 为 例 ， 进 行 深 入 说 明 。 糖 元 杰 酸 化 酶 是 肌肉 和 肝 及 中 的 一 种 级 联 调节 酶 。 它 所 催化 的 反应 如 下 式 : 糖 元 (Gn) + HzPO, = 5p F HC (Ga_1) +G-1-@8 式 中 的 SG-1- 因 在 肌肉 中 可 继续 转变 为 乳酸 ， 为 肌肉 提供 能 量 。 EERE HM ee 为 葡萄 糖 ， 以 维持 血糖 水 平 。 糖 元 磷酸 化 酶 可 以 两 种 形式 存在 ， 其 活性 形式 称 为 砍 酸 化 酶 a, 而 非 活性 形式 称 为 磷酸 化 酶 b。 它 们 都 是 二 聚 体 ， 它 们 之 间 的 转变 是 靠 两 种 转变 酶 来 完成 的 。 可 可 示 于 图 6 一 45。 从 图 中 可 +e. ， CH,0H CH,0H AMP Fd 磷酸 化 黎阳 和 RAED eT ae en = sm a i CH,0 -~ P H,0-pHr0- Lik Saki 6-45 糖 元 磷酸 化 酶 的 存在 形式 及 其 级 联 反 应 示意 图 a Aihik; HAR HRS e cee eR RAM 的 。 这 两 种 酶 形式 中 0 Esty DIGAMRARIKIE MT STE RR, BE SE Ce pO Re a LAO, EMA MAAR, BLN LIS ne 1 2B BEEBE SELES AS AARON FTES SOB RE BB 298 性 ， 但 当 其 别 构 正 效 应 剂 一 AMP 与 之 非 共 价 结合 后 ， 即 被 刺激 而 活化 〈 图 6 一 45 ) 但 这 种 刺激 又 可 被 ATP 所 抑制 ， 因 ATP 是 负 效应 剂 。 因此 磷酸 化 酶 的 活性 又 与 AMP 5 ATP 的 比例 有 关 。 除了 锡 糖 元 灰 酸 化 酶 那样 通过 磷酸 化 形式 共 价 修饰 来 调节 酶 的 活性 外 ， 甚 它 类 型 的 共 价 调节 也 常 发 生 ， 如 通过 专 一 性 氨基 酸 的 甲 基 化 或 腺 背 酰 化 而 进行 调节 。 如 大 肠 杆菌 谷 酰胺 合 成 酶 是 :人 已 知 很 复杂 的 调节 酶 ， 它 有 许多 别 构 调 节 剂 ， "以 进行 反馈 调节 。Gln 是 许多 产 物 的 前 体 ， 如 Trp、His、 氨 甲 酰 磷 酸 、 葡 萄 糖 胺 -6- 磷 酸 、 CTP. AMP 等 都 需 以 它 为 前 Hk, 这 些 终 产 物 又 都 能 反馈 抑制 Glo 的 合成 。 该 酶 也 能 被 调节 剂 ATP 所 抑制 ， 其 作用 是 从 ATP 转移 一 个 腺 背 酰 基于 酶 亚 基 中 一 个 酷 氨 酸 一 OH 上 形成 低 活性 形式 的 酶 。 SIL ” 酶 的 提取 和 分 离 纯化 天 然 状态 的 酶 大 多 以 复杂 的 混合 物 形 式 存在 。 在 细胞 中 常 含有 百 种 以 上 不 同 的 酶 。 要 了 解 任 何 一 种 酶 的 性 质 、 催 化 特点 、 结 构 及 作用 机 制 等 ， 首 先 必须 对 酶 进行 分 离 纯化 。 即使 很 简单 的 一 个 代谢 过 程 ， 也 常常 是 由 一 系列 酶 促 反应 步骤 所 构成 的 ， 对 它们 反复 研 究 仍 难 以 阐明 的 代谢 路 线 ， 一 旦 把 相关 的 酶 分 离 出 来 ， 则 其 机 制 自 可 弄 清 ， 这 种 例子 是 屡 见 不 鲜 的 。 酶 的 分 离 纯 化 ， 不 仅 是 研究 酶 本 身 所 必需 ， 也 常 是 研究 活 细胞 中 的 代谢 机 制 所 必需 的 步 又 。 但 必需 注意 ， 酶 在 实验 中 的 环境 ,- 务 使 它 尽 可 能 地 与 活 细胞 中 天 然 的 环境 一 致 。 有 目的 地 对 酶 进行 纯化 的 工作 ， 始 于 1922 年 。1926 年 Summetr 获得 了 第 一 个 酶 晶体 一 一 结晶 状 尿 酶 。 从 此 ， 被 纯化 的 酶 日 渐 增多 ， 近 年 来 每 年 几乎 都 有 几 十 种 纯 酶 问世 。 一 、 酶 的 提取 提取 粗 酶 的 方法 因 材 料 不 同 而 异 。 动 物 细胞 中 的 酶 较 易 提取 ， 例 如 在 等 渗 介 质 中 匀 浆 ， 即 可 破坏 质 膜 ， 用 几 倍 体积 的 缓冲 溶液 即 可 提取 细胞 质 中 的 可 溶性 酶 ， 而 大 部 分 细胞 器 则 保 持 不 变 。 如 用 冰冻 和 解冻 ， 或 超声 处 理 等 方法 ， 则 细胞 质 膜 和 细胞 器 膜 都 可 被 破坏 ， 此 法 可 提取 获得 细胞 中 所 有 可 溶性 酶 。 从 植物 组 织 中 提取 可 溶性 酶 ， 亦 因 材 料 而 异 。 如 谷 粒 只 要 简单 地 放 入 水 或 缓 冲 液 中 搅 拌 ， 土 豆 等 软 贮藏 器 官 则 可 磨 碎 、 挤 半 、 过 滤 ， 植 物 叶 和 于 燥 种 子 则 在 研磨 器 中 研磨 ， 再 在 匀 浆 器 中 用 适当 介质 匀 浆 ， 也 可 在 几 倍 体积 的 冷 丙 酮 中 研磨 制 成 丙酮 粉 ， 再 用 适当 介质 提 取 。 从 微生物 中 提取 酶 的 方法 与 从 植物 中 的 类 似 ， 只 因为 其 细胞 壁 更 易 破 坏 ， 故 常 把 机 械 破 碎 及 超声 处 理 等 方法 结合 使 用 。 近 年 来 还 加 溶菌 酶 或 葡萄 糖 醛 酸 酶 等 以 帮助 细胞 壁 破碎 。 一 些 膜 结合 酶 不 能 简单 地 用 上述 方 法 提取 。 视 酶 结合 的 状态 不 同 ， 可 用 丙酮 干燥 ， 丁 醇 一 一 水 混合 物 处 理 ; 几 种 有 机 溶剂 提取 ， 加 胆 酸 盐 或 Tween 类 非 离子 型 去 污 剂 ， 有 机 非 离 子 型 表面 活性 剂 等 的 水 溶液 提取 。 还 可 加 过 氧 酸 等 促 溶剂 ， 以 加 速 提取 。 299 二 、 粗 提 液 中 各 种 酶 成 分 的 分 高 粗 酶 提取 液 成 分 还 相当 复杂 ， 要 获得 所 希望 的 某 种 酶 大 致 有 以 下 一 些 方法 。 @ 根 据 酶 的 等 电 点 不 同 ， 通 过 调节 介质 的 p 蕊 值 ， 使 某 酶 与 其 它 杂 和 蛋 自 分 开 。 四 通过 热 变性 原理 分 离 各 种 酶 。 各 种 蛋白 质 热 变性 温度 不 同 。 对 一 个 热 稳定 酶 常 可 利用 ! 这 一 特性 控制 一 定 温度 选择 性 地 除去 大 量 不 需要 的 杂 有 蛋白 。 有 时 还 可 附加 某 梅 的 底 物 , 使 所 希望 的 酶 的 热 变性 温度 提高 ， 以 除去 更 多 杂 和 蛋白 。 图 有 机 溶剂 分 步 沉 淀 法 。 常 用 的 有 机 溶剂 有 乙醇 和 丙酮 。 SF onl SE 采 FEN Bae RE Ri PH 及 离子 强度 。 @QaxuieE CERAF BD BW PARA. (NH,).S0, 水 溶性 天 ， 对 大 酶 非但 没有 损害 ， 实 际 上 还 有 稳定 作用 ， 它 用 于 酶 的 分 离 ' 优 于 其 它 盐 类 。 分 BEB FH (NH,).SO, RE. » WRB MARRS. HCNH,).SO, 进行 分 步 盐 析 可 加 固体 (NH,)2SO | BRA lal AEH (NH,)2SO, WR. A6—464 4] Ht HER Ay A BI— HE (NH,).SO, AME 所 需 (NH,).SO, 的 量 。 例 如 从 图 中 A Beal i: 如 果 酶 溶液 原始 的 盐 饱 和 度 为 0.25 史 要 达到 0 84a 和 度 ， 则 必须 在 1 升 原始 溶液 中 加 入 386 克 固体 (NEH)2SOs3 从 A A.B 线 可 知 ， 要 使 500ml 图 6 一 46 加 (NH,),SO, 量 的 设计 图 饱和 度 为 0.25 的 原始 酶 溶液 达到 0.8 的 饱和 度 ， ef ) 5 加 用 盐 析 法 分 离 酶 ， 酶 沉淀 的 准确 盐 浓 度 不 仅 决定 于 pH 、 温 度 、 盐 的 本性) 也 决定 于 梅 300 本 身 的 浓度 。 三 、 酶 的 进一步 纯化 上 述 部 分 纯化 的 酶 ， 可 用 不 同方 法 进一步 纯化 。 ORERE KPRARET ALS, BRARMTMAMNTIE. 3 3 RH BEAT 类 而 异 。 其 中 有 吸附 、 离 子 交换 4， 分子筛 以 及 对 不 同 配 体 的 特殊 亲和力 等 各 种 不 同 机 制 。 分 离 机 制 虽 各 异 ， 但 操作 过 程 实际 上 很 相似 。 大 部 分 是 把 酶 制剂 溶液 慢 慢 加 到 预先 用 一 定 pH ， 缓冲 液 平 衡 好 的 柱 上 ， 然 后 用 缓冲 液 淋 洗 以 除去 杂 和 蛋白 ， 再 用 梯度 盐 溶 液 或 某 酶 的 专 一 性 配 条 溶液 洗 脱 ， 并 部 分 收集 各 组 分 ， 合 并 各 活性 组 分 ， 浓 缩 或 结晶 ， 贮 存 备 用 。 吸附 柱 层 析 常 用 的 材料 有 产 基 磷 灰 石 ， 这 是 特制 的 磷酸 钙 水 晶体 1 当 酶 或 蛋白 质 用 稀 中 性 磷酸 缓冲 液 上 柱 时 ， 许 多 酶 或 蛋白 质 会 吸附 于 基质 表面 。 然 后 以 增加 浓度 的 线性 梯度 缓冲 液 洗 脱 ,， 即 可 在 某 一 梯度 区 间 获 得 所 需 酶 的 洗 脱 液 。 在 酶 层 析 中 最 常用 的 离子 交换 材料 有 效 甲 基 纤维 素 ( 带 --0 -CHsCOO- 基 团 ) CM, O 着 | z , BUC Z. 344% ( 带 一 0 一 CH;CH,SO。 ) Se, WRAL #—0-P 0" |Pc mi ee | CN ae tae FRBA, THM 负 离子 基 团 的 _ pPKe。 值 在 1 一 7 范围 内 。， Bw DEAE— 纤维 素 (w-o-cH.cH.Nec. H dh TEAE 一 纤维 a( —0—cH, CH.N(C:H,)s } MECTE- OLA 一 纤维 素 〈 是 三 乙醇 腕 经 甘油 和 多 聚 甘油 链 偶 联 于 纤维 素 而 成 ) ne es RH, 其 ， 正 离子 基 团 的 eK. 范围 为 7 一 10。 在 用 阳离子 交换 柱 时 ， 常 用 强 吸附 条 件 如 pH5 和 10mM 阳离子 缓冲 液 使 酶 上 柱 ， 然 后 用 逐渐 增加 离子 强度 或 pH 的 梯度 缓冲 液 洗 脱 ， 一 定 的 酶 可 在 一 定 梯度 区 间 由 ER HK 而 洗 脱 。 用 阴离子 交换 柱 时 ， 其 强 吸附 条 件 常 用 pH8 和 10mM 阴离子 缓冲 液 上 柱 ， 最 后 用 降 低 pH 或 增高 阴离子 的 梯度 缓冲 液 洗 脱 ， 印 获得 所 需 的 酶 。 亲 和 层 析 是 把 一 个 配 体 《 某 酶 的 底 物 、 底 物 类 似 物 、 抑 制剂 或 其 它 效应 剂 ) 固定 于 一 不 溶性 支持 物 上 。 这 样 的 物质 作为 柱 层 析 材料 就 可 从 流 过 蓄 溶液 申 选择 性 地 吸附 某 种 酶 ， 然 后 再 用 梯度 盐 浓度 ， 或 酶 的 底 物 或 抑制 剂 溶液 将 所 需 酶 洗 脱 。 琼 脂 糖 是 最 常用 的 支持 物 ， 例 如 在 制备 胰 蛋 自 酶 时 ， 常用 卵 粘 蛋白 固定 于 琼脂 糖 《 Sephrose ) 上 制 成 亲 和 层 析 柱 ; 纯化 限 制 性 内 切 酶 时 常用 DNA 或 肝素 等 固定 在 琼脂 糖 上 制 成 亲 和 层 析 柱 | 在 低 盐 浓度 下 把 酶 溶液 王 柱 ， 然 后 用 高 浓度 梯度 盐 溶液 洗 脱 ， 酶 即 可 在 革 一 梯度 盐 浓度 范围 内 从 柱 止 解 离 下 来 。 又 例如 纯化 乳酸 脱 氢 酶 时 ， 可 用 草酸 盐 〈 底 物 丙酮 酸 类 似 物 ) 固定 于 琼 IBLE 成 亲 和 层 析 柱 ; 酶 溶液 流 经 该 柱 时 即 被 吸附 ， 然 后 用 NADH ( 辅酶 或 载体 底 物 ) HEFL LBS 洗 脱 。 凝 胶 过 滤 又 称 分 子 筛 层 析 ， 此 法 是 按 酶 分 子 量 不 同 把 需要 的 酶 分 离 纯化 出 来 。 交 链 葡 聚 糖 或 珠 状 琼脂 糖 凝 胶 等 是 常用 的 层 析 材 料 。 此 法 中 分 子 量 大 的 组 分 不 易 进 六 凝 胶 颗 粒 的 小 孔 中 而 很 快 从 颗粒 的 间隙 中 流出 。 而 分 子 量 小 的 组 分 ， 进 入 颗粒 孔 中 总 较 多 ， 则 流出 很 盆 。 一 301 定 分 子 量 的 酶 ， 会 在 一 定 分 部 溶液 中 排出 。 (=) 电泳 法 二 种 蛋白 质 在 电场 中 有 其 特有 的 迁移 率 ， 利 用 这 一 原理 可 以 分 离 纯 化 某 种 酶 。 但 这 种 方 量 法 目前 主要 用 于 酶 的 快速 分 析 鉴定 ， 难 以 获得 大 量 酶 制品 。 但 近年 来 已 设计 出 能 用 于 连续 定 HELL We) LACH Shs EE BCA HT RTS BER AS Ra 而 得 到 小 量 酶 制品 。 除了 层 析 及 电泳 外 ， 超 离心 技术 亦 常 用 于 酶 的 分 离 纯化 。 四 、 酶 的 结晶 和 浓缩 当 一 个 酶 已 达 高 度 纯 化 状态 时 ， 就 有 可 能 使 之 结晶 。 但 结晶 并 非 纯 酶 标准 。 首 次 结晶 的 酶 可 能 还 含有 许多 杂质 ， 经 重 EE AA a ee yc sina cameos ti 常用 的 酶 结晶 方法 是 在 (NH SO, 4 液 中 结 A. 一 般 是 Awe RK Hn 慢 加 入 (Ni iSO 六 直至 入 光波 出 现 。 效 轩 让 其 人 后 即 5 ?ti 有恒 沪 净 隐 各 顺 术 用 二 是 或 温度 使 之 结晶 。 难以 结晶 的 酶 需 进 一 步 浓 缩 ， 方 可 获得 结晶 。 最 好 的 浓缩 方法 一 是 超 滤 法 ， 二 是 将 酶 液 对 非 渗 透 性 的 集 水 大 分 子 〈 如 聚 乙 二 醇 或 葡 聚 糖 等 ) 透析 法 。 前 者 是 把 酶 溶液 注入 有 一 定 孔 隙 度 超 滤 膜 的 器 下 中 ， 让 酶 保留 于 膜 上 ， 而 小 分 子 杂质 则 透 过 膜 流出 。 如 果 酶 蛋白 分 子 量 不 大 ， 则 可 先 用 孔 隐 度 高 的 膜 ， 使 酶 穿 过 膜 流出 ， 再 用 低 孔 阶 度 膜 ， 使 酶 留 在 膜 上 。 而 其 它 小 FOAM. 超 滤 不 仅 能 使 酶 浓缩 ， 连续 使 用 不 同 孔径 的 超 滤 膜 ， 也 可 用 于 酶 的 纯 化 。 五 、 酶 的 纯度 鉴定 及 其 指标 一 个 酶 是 否 已 纯化 到 均一 程度 ， 没 有 任何 简单 方法 可 以 证 明 ， 必 须 用 -许多 实 验 同时 验 ， 证 ， 才 能 得 出 可 靠 结论 。 分 析 超 离心 法 是 常用 的 鉴定 酶 纯度 的 方法 之 一 ， 但 它 只 能 观察 到 二 不 章 二 界面 内 并 不 能 旺 作为 酶 均一 性 的 表征 。 因 为 许多 蛋白 质 的 沉降 常数 非常 接近 或 完全 相同 。 具 有 相同 沉降 速度 的 两 种 或 多 种 酶 蛋白 的 混合 物 完全 可 能 只 有 一 个 单一 界面 。 尤 其 是 一 个 不 对 称 的 单 峰 ， 常 表 明 有 杂质 存在 。 但 利用 密度 梯度 离心 ， 然 后 通过 抽样 测定 不 同 密 产 区 的 蛋 白质 RE 性 ， 如 果 单 一 允 称 带 整个 都 具有 常数 比 活 ， 则 这 个 单 峰 可 作为 酶 的 纯净 标志 。 用 凝 胶 层 析 分 离 酶 时 ， 如 果 被 洗 脱 峰 具 有 常数 比 活 ， 也 常 作 为 酶 纯净 的 标志 导 但 相同 分 子 量 的 两 个 酶 ， 不 能 用 此 法 辨认 。 电泳 法 比 超 离 心 法 和 凝 胶 层 析 法 能 分 辩 更 多 的 酶 组 分 。 特 别 是 区 带电 泳 是 最 常用 的 检验 酶 均一 性 的 技术 。 酶 蛋白 分 子 间 只 要 有 几 个 电荷 差异 ， 都 可 成 功 地 分 离 成 不 同 的 区 带 忆 区 天 电 泳 完成 后 ， 把 支持 物 分 为 相同 的 两 半 ， 一 半 染 色 以 指示 蛋白 质 指 存 在 ， 而 另 一 半 测 酶 活 ? 人 ee 等 电 聚 焦 是 测试 酶 均一 性 最 灵敏 的 方法 。 同 时 它 ve, 以 证 明 单 一 酶 可 以 多 Wipersite fe. BARE ASIEW SY — i, AA Ae EI EY 4) BS pI 4S 302 | | | | 第 十 节 ”具有 催化 活性 的 多 核 苷 酸 生物 体内 二 - 切 化 学 反应 都 是 在 酶 的 催化 下 进行 的 ， 酶 是 一 种 有 催化 活性 的 蛋白 质 ， 这 也 是 多 少年 来 公认 的 事实 。 但 1982 年 T. R。Ceck 发 现 原生 动物 四 膜 虫 (Tetrahymena-) 的 rRNA 前 体 编码 基因 中 插入 序列 ( TIVS ) 的 剪接 ， 无 需 任何 含 蛋白 质 的 酶 类 参与 ， 它 可 自动 完成 。 这 一 发 现 说 明 RNA 具有 与 酶 相似 的 催化 活性 。 他 们 发 现 四 膜 虫 嗜 热 菌 大 rRNA 前 体 有 一 413b。 p 的 插入 序列 (又 称 内 含 子 )， 该 rRNA 经 纯 花 去 蛋白 后 ， 在 MgCl, 存在 下 与 GTP ( GDP、GMP 或 鸟 苷 ) 一 起 保温 就 会 进行 剪接 反应 。 其 剪接 过 程 首先 是 鸟 苷 辅助 因子 向 TIRNA 上 IVS 5/- 端 磷 原 子 进 行 亲 核 攻击 ，IVS 5"- 端的 UpAr 序列 准确 切 开 ， 而 G WARS U 结合 于 A 的 5/- 端 。 第 二 步 是 自由 外 显 子 3- 吉 亲 核 进攻 413 内 含 子 的 另 一 端 , 准确 切 开 IVS 3'- 端 一 个 GPU 磷酸 二 酯 键 , 使 两 段 外 显 子 接 在 一 起 而 内 代 子 被 挤 出 。 被 挤 出 的 游离 内 含 子 再 进行 一 系列 的 级 联 的 自发 反应 。 其 过 程 是 IVS 的 3-G 专 一 性 地 攻击 5/- 端 第 15 和 16 两 个 核 昔 酸 间 的 大 酸 二 酯 键 ， 准 确 地 切 下 一 个 十 五 聚 核 昔 Go? a) 5? U-0SH Cz 3! a PS Riese No: pA’ 5’——upur— 37+ ‘ os | Y ee & SS 99 m U» ~ + (Hivs te Geis 3951VSG ERE TAR ped 395 单 位 hy SRR 图 6 一 77 大 应 前 核 rRNA (四 膜 虫 ) 的 剪接 反应 303 酸 ， 剩 余部 分 环 化 成 399 个 核 苷 酸 的 环 状 多 核 苷 酸 。 这 个 环 状 多 核 苷 酸 ， 若 景 露 于 较 高 pH 环境 中 ， 环 又 打开 ， 打 开 位 置 恰好 在 先前 环 化 的 位 置 。 具 有 活性 的 3/- 端 G 一 9 了 再， 又 开始 向 5/- 端 进攻 ， 准 确 地 切 下 一 个 四 核 苷 酸 和 一 个 新 的 含 395 个 核 萌 酸 的 环 状 多 核 苷 酸 。 在 弱 碱 中 它 又 打开 成 为 长 395 个 单位 的 多 核 苷 酸 ， 至 此 级 联 反应 告终 。 这 人 395 个 单位 的 多 核 背 酸 工 Vs 具有 了 酶 活性 。 所 以 称 为 Ribozyme。 整 个 催化 剪接 过 程 如 图 6 一 47。 .. eae 后 来 经 研究 分 析 认 为 这 个 ;了 NA B fete 的 剪接 反应 ， 很 象 RNaseA 催化 RNA 的 re 水 解 反应 。Mg:， ii fF AEC SH Estee or 酯 键 的 了 一 9 键 上 的 O 配 位 结合 ,同时 Me? mes : 又 与 H.O 形成 一 个 复杂 的 配 位 体 ，; 使 配 位 -和 有 体 上 的 H.O 在 磷酸 二 酯 键 断裂 中 起 质 子供 05’, 8 3” rs . pu OY ate daca leaden 体 和 受 体 作用 ， 它 类 似 于 RNaseA 中 的 两 o—W OW, Ti, ON 一 D、 个 组 所 酸 。 根 据 反 应 机制 导出 的 ,Ribozyme 二 \ [Moa Sa 8 Ve logo 反应 模型 如 图 6 一 48。 ‘gene 内 含 子 关于 Ribozyme 催化 反应 中 的 识别 机 5’ ee et ee ee 制 问 题 。 经 研究 发 MATP., UTP, CTPYL RENN BR, SRRKS HM. 3" 无 图 6 一 48 Ribozyme 反 应 的 骨架 模型 一 OH- 的 GTP 等 均 不 能 代替 岛 背 因子 起 辅 助 作用 。 故 推测 岛 苷 的 识别 作用 只 有 靠 其 2- 位 一 NH， 与 U 一 0 一 2 形成 氢 键 以 及 它 的 O 一 2" 酝 与 Mg: 配 位 的 水 分 子 形成 氢 键 ， 这 方面 的 研究 正在 进行 中 Altman 研究 小 组 在 研究 RNase 一 P 特异 裂解 埃 氏 大 肠 杆 菌 的 核 苷 酸 生 成 tRNAW, & 现 裂 解 生成 的 RNA 在 5- 端 留 下 磷酸 ，3/- 端 则 无 磷酸 ( 郊 第 十 三 章 了 NA 合成 一 节 )， 而 且 他 们 还 证 明 RNase 一 P 含 RNA 和 和 蛋 白质， 若 将 二 者 拆 开 ， 则 各 下 都 失去 活性 ， 重 组 后 活性 又 恢复 。 当 窒 一 点 蛋白 于 RNA 中 时 》 酶 活性 被 促进 。 这 也 证 明 RNA 在 RNase—PAg 中 对 核 苷 酸 的 切割 起 一 定 催化 作用 。 Cech 和 Altman 之 后 还 有 一 些 学 者 找到 了 更 多 能 自我 剪接 的 RNA， 反 应 机 制 和 Cech 的 相似 ， 这 些 覆 也 都 含有 RNA 和 和 蛋白 质 。RNA 是 否 有 催化 功能 ， 如 何 催 化 RNA WB 接 还 在 研究 之 中 。 关于 多 聚 核 苷 酸 是 否 真 正 具有 酶 的 催化 活性 ? 催化 需要 什么 条 件 ? 这 些 与 其 一 定 的 空间 构象 有 无 关系 ? 有 何 关 系 等 问题 ， 正 在 积极 的 研究 之 中 。 304 i, é ' | . E \ ; 4 ry: 第 七 章 激 素 第 一 节 激素 概述 ee 一 、 激 素 的 概念 三 中 激素 (Hormone ) 一 词 源 于 希腊 文 了 orzian， 系 激动 或 刺激 之 意 。1904 年 ，Bayliss 和 Starling HIE% Zid KARI S ( Secretin ) 的 生理 功能 。 当 时 ， 他 们 把 激素 定义 为 一 种 化 学 递 需 《Chemical transmitter ) ， 由 一 种 器 官 产 生 和 释放 ,然后 通过 血液 运送 到 各 器 官 ， 并 在 那里 刺激 产生 特定 的 生理 效应 。 这 个 经 典 的 定义 对 大 多 数 激 素 仍 然 适用 ， 但 不 是 于 所 有 的 激素 严格 适用 。 因 为 并 不 是 所 有 的 激素 都 具有 刺激 作用 ， 有 些 则 有 抑制 作用 。 生 长 激素 抑制 素 是 一 种 激素 ， 它 能 抑制 几 种 激素 的 分 这 。 有 些 激 素 例如 肾上腺 素 对 某 一 种 生化 反 应 有 刺激 作用 ， 而 对 另 一 种 反应 却 有 抑制 作用 。 此 外 ， 有 些 激 素 仅 在 分 泌 细 胞 的 附近 发 挥 它 们 的 生理 效应 ， 只 需 扩散 而 不 必 通 过 血液 运送 即 可 达到 丢 细 胞 。 还 有 某 些 激素 例如 前 列 腺 素 亦 与 大 多 数 激 素 不 同 ， 几 乎 能 在 所 有 组 织 细 胞 中 产生 。 于 ， 直 于 最 初 定义 的 局 限 性 ， 所 以 现在 一 般 认 为 激素 是 由 机 体内 一 部 分 细胞 产生 和 释放 、 通 过 扩散 或 血液 运送 到 另 一 部 分 细胞 ， 并 在 那里 起 调节 代谢 活动 作用 的 一 类 微量 的 化 学 信息 分 7. 得 激素 的 概念 今天 已 经 不 只 是 适用 于 动物 ， 因 为 植物 体内 也 能 合成 和 释放 激素 ， 而 且 过 去 一 向 认为 只 有 动物 特有 的 一 些 激素 如 省 醇 类 激素 在 植物 中 也 有 发 现 。 本 章 主要 讨论 一 些 高 等 动物 激素 和 它们 的 作用 。 二、 激素 的 功能 生物 体内 的 化 学 反应 是 相当 复杂 的 4 一个 单 二 的 细胞 ， 无 论 是 原核 的 或 者 是 真 核 的 ， 都 需要 复杂 前 调节 系统 对 细胞 内 的 各 种 反应 进行 控制 ， 使 其 达到 胞 内 的 稳 衡 (Homeostasis)。 高 等 生 牺 岂 特 别 是 高 等 动物 ， 其 个 体 由 亿 万 个 以 上 的 细胞 构成 ， 机 体 的 各 部 分 分 别 执行 不 同 WAM. 但是， 是 什么 因素 使 这 些 不 同 的 组 织 。 器 官 或 细胞 一方 面 有 所 分 工 执行 不 同 的 BEM, 表现 出 不 同 的 生理 功能 ， 另 一 方面 又 相互 合作 而 成 为 一 个 有 机 的 整体 呢 ? 大 量 的 案 验 证 明 让 激素 在 机 体 中 起 着 协调 整合 的 作用 避 动物 的 代谢 、 生 长 、 发 育 、 生 殖 或 行为 ， 和 ORE. 生根 、 开 花 等 生理 现象 都 受到 激素 的 调节 和 控制 。 激素 主要 通过 三 种 方式 来 发 挥 其 特定 的 作用 。 人 影响 酶 和 蛋白 质 的 侣 成， 加 影响 酶 活性 和 醇 促 反应 的 速度 ， 轩 改变 细胞 膜 的 通 透 性 。 三 、 激 素 的 分 类 根据 来 源 可 将 激素 分 为 动物 激素 印 和 值 物 激素 。 根 据 动 物 激素 组 织 器 官 来 源 的 不 同 ， 可 将 305 其 分 为 腺 体 激素 和 组 织 激素 。 腺 体 激素 系 由 各 种 内 分 泌 腺 〈 如 脑 垂体 、 甲 状 腺 、 PKS 肾上腺 、 胰 腺 和 性 腺 等 ) APs 组 织 激素 则 由 具有 内 分 泌 功 能 的 一 些 组 织 〈 如 时 幽门 部 、 十 醒 二 指 肠 粘膜 和 丘脑 下 部 某 些 神经 细胞 ) 所 分 泌 。 根 据 动 物 激素 在 化 学 上 的 多 样 性 ， 可 将 其 分 为 四 类 ， 即 蛋白 质 和 多 肽 激素 、 氢 基 酸 衍生 物 激素 * 省 醇 类 激素 ， 以 及 脂肪 酸 衍生 物 激 素 。 1。 和 蛋白质 和 多 肽 激素 | Awardr 化 很 大 。 一 般 认 为 分 子 量 超过 5 000 道 尔 顿 的 多 肽 激素 应 属于 蛋白 质 激素 ， 例 如 胰岛 素 、 生 恒 长 激素 等 。 分 子 量 低 于 5, 000 道 尔 顿 的 则 应 属于 多 肽 激素 ， PASO A He, IE. UR 素 等 。 betes tere 蛋 身 质 和 多 肽 激素 的 生物 合成 途径 与 一 般 蛋白 质 的 合成 相同 ,是 编码 这 类 激素 的 结构 基 AK 表达 产物 。 但 是 ， 某 些 分 子 很 小 的 肽 激素 并 不 一 定 是 基因 表达 的 产物 ， PRR 次 本 这 激 下 由 二 全 扣 基 本 我 扫 灿 成 的 己 且 7 谈 基 过 可 能 是 通过 于 见于 生生 全 0 生生 2, 氨基 酸 衍生 物 激 素 ear 所 基 酸 衍生 物 激素 分 y 别 是 由 两 古 氮 基 酸 ， 即 酶 所 屋 和 色 氨 酸 经 大 促 衍生 而 成 ， 酷 氨 酸 通 过 酶 促 转变 生成 肾上腺 散 质 激素 和 甲状 腺 激素 ， 色 氢 酸 则 可 以 酶 促 生 成 褪 黑 激素 和 5- 产 色 上 eo tay i - 3. mR b GRMN LERREA RRS SAB foes Ieee eae ee HK, KKWMKWVAKS SARMKABAWARKA-H, ENLBRQMANLREHSRE 上 系 催 化 合成 的 ， 其 中 有 的 是 某 种 激素 的 代谢 物 ， 例 如 礁 烯 二 酮 和 雄 酮 是 皖 酮 的 代谢 产物 。 4。 脂肪 酸 衍 生物 激素 由 防 本 和 生物 洲 是 前 列 腺 素 。 前 列 腺 是 一 半 具 有 激素 活性 的 物质 的 元 黄 化 学 本 质 是 廿 碳 不 饱和 和 脂 酸 的 衍生 物 ， 通 过 酶 促 转 化 而 成 。 四 、 激 素 分 泌 的 控制 内 分 泌 系 统 吕 各 成 员 之 间 并 不 是 彼此 独立 的 ， 而 是 相互 联系 并 受 :到 不 同居 次 的 调节 控 制 。 各 种 内 分 泌 踩 和 秽 组 织 之 间 的 调节 关系 如 图 7 一 1 所 示 。 测 于 丘脑 是 大 脑 的 一 特 化 部 分 ， 是 内 分 》 记 系统 的 调节 中 心 。 下 尼 议 接受 和 调整 来 自 中 枢 种 经 系统 (Central nervous system) 的 信息 。 下 丘脑 接受 这 些 信息 后 , 便 产 生 一 些 下 丘脑 调 节 激 素 ， 然 后 这 些 激素 通过 丘脑 静脉 血液 系统 运送 到 垂体 前 叶 (Anterior pituitary)。 每 一 种 于 丘脑 激素 都 能 调节 垂体 前 叶 分 泌 一 种 特定 的 激素 。 某 些 下 丘脑 激素 促进 垂体 前 叶 分 泌 促 激素 (Trophichormone)， 而 另 一 些 下 丘脑 激素 则 有 相反 的 作用 ， 表现 出 HEA. 一 一 垂体 受到 刺激 ， 它 就 分 泌 激素 ， 然 后 激素 通过 血液 运送 到 下 一 级 内 分 泌 腺 。 这 一 级 筋 洲 腺 包 . 括 肾上腺 皮质 、 胰 脏 的 分 泌 细 胞 、 甲 状 腺 ， 以 及 卵巢 和 学 丸 等 。 这 些 受 到 刺激 的 腺 体 叉 能 分 泌 各 自 特 定 的 激素 ， 并 通过 血液 运送 到 最 终 靶 组 织 蚁 细胞 上 的 或 细胞 内 前 激素 受 体 上 上品 每 一 个 内 分 泌 系 统 从 中 枢 神 经 系统 到 最 终 丢 组 织 都 有 一 套 类 似 的 中 转 组 织 。 内 分 泌 系 统 亦 可 通过 反馈 控制 进行 调整 。 在 这 种 控制 机 制 中 ， i isk CHR Re asa Bee — TF WAAR WAS SH HE 人 这 是 一 种 负 反 馈 控 制 (图 7 一 2)。 例 306 人 ” ”中 概 神经 系统 = ‘ wt ) | 本 a Sid ata ’ re $ 的 激素 % | ee Mt | PERI EE baa ie iT 本 (TSH) an a ee, a: alata 加 a i | | Ris 性 R ra |) eg : | ye a - Sait, | | | | 甲状 腺 激素 肾上腺 Er) ni , | 皮质 向 素 Fat, iyi | | | a} [aus womans |[ 性 受 体 组 织 ae | Riana] ek 图 7 一 1 内 分 泌 腺 和 靶 组 织 之 间 的 调节 关系 如 ， 下 丘脑 释放 出 促 甲状 腺 激素 释放 激素 《TRHD) 并 传递 给 垂体 前 叶 , 促进 垂体 前 叶 释 ” 放 较 多 的 促 甲 状 腺 素 ， 后 者 又 能 刺激 甲状 腺 县 放 甲 状 腺 激素 。 甲 状 腺 激素 除 作 用 于 它们 | 上 的 靶 组 织 并 产后 特定 的 激动 效应 之 外 ， 还 可 通过 血液 循环 对 下 丘脑 分 沁 促 甲状 腺 激素 释 旗 激 素 以 及 垂体 前 叶 分 泌 促 甲状 媳 素 造成 反 锁 扼 制 。 此 外， 下 丘脑 分 泌 的 生长 激素 抑制 (Somatostatin) th AE ip Hil 2 PUMA 放 小 素 的 分 泌 。 因 此 ， 一 种 激素 的 分 泌 或 作 用 可 能 会 受到 其 他 激素 的 影响 或 调节 。 由 此 可 知 内 分 泌 系 统 的 活性 是 受到 一 种 很 复杂 的 调节 网 控制 。 五 、 激 素 的 一 般 特征 激素 在 生物 学 上 是 强烈 分 子 ， | 下 丘脑 激素 (激素 释放 因子 ) 垂体 前 叶 激 素 〈 促 激素 ) 图 7--2 内分泌 系统 的 负 反 馈 控 制 只 需 极 微量 即 可 产生 很 显著 的 影响 。 FEM iE (resting) 了 时) 激素 在 血液 中 的 水 平 只 有 10-" 一 10- ”mol/ml。 由 于 激素 在 机 体内 含量 甚 徽 ， 因 此 这 对 307 它们 的 分 离 、 鉴 定 或 定量 测定 都 带 来 极 大 的 困难 。 尽 管 如 此 ， 由 于 使 用 了 先进 的 技术 如 放 身 dg SB, HFS A 质 或 肽 激素 的 氨基 酸 顺序 已 被 测定 。 当 革 种 特定 的 激素 的 分 泌 受 到 刺激 时 ， 它 在 血液 中 的 小 度 就 会 升 高 ， 有 时 可 升 高 几 你 数量 级 ; 在 分 泌 休止 时 ， 激素 的 浓度 很 快 回复 到 ! 休 站 KF (resting level), 激素 在 血液 中 的 寿命 (life=time) 很 短 ， 往往 只 有 几 分 钟 ， —BRRNF! 在 不 再 需要 ， 它 们 将 很 快 被 酶 作用 而 使 其 失 活 。 有 些 激素 到 达 靶 细胞 后 会 立即 产生 生理 效应 或 生物 化 学 反应 。 肾 上 腺 素 分 泌 进 六 到 血液 SALE eh, 肝脏 即 作出 反响 ， 立 即将 痪 车 糖 释放 到 血液 与 此 相反 ， 某 些 激素 ， 例 如 甲状 腺 激素 或 内 激素 在 它们 到 达 靶 细胞 几 小 时 、 甚 至 几 天 之 后 产生 最 夫 的 反响 。 激 素 在 反应 时 时 间 上 的 这 种 差别 是 由 于 它们 的 作用 方式 不 同 所 致 。 关 于 这 个 问题 我 们 将 在 第 到 节 中 叙 及 。 MANOR LRA ESS (Receptor ee, 激素 的 受 体 或 是 FR 细胞 的 表面 ， 或 是 位 于 靶 细胞 的 胞 质 中 。 受 体 对 与 它 结合 的 激素 分 子 具 有 高 度 的 专 一 性 和 亲 和 性 。 水 溶性 的 蛋白 质 或 肽 激素 以 及 氨基 酸 衍生 物 激素 的 受 体位 于 靶 细 胞 膜 的 外 表面 ， 因 为 这 类 激素 不 容易 穿 过 细胞 膜 。 脂 溶性 的 省 醇 类 激素 容易 穿 过 细胞 膜 ， 因 而 这 类 激素 的 受 体 是 位 于 胞 质 中 的 特异 的 蛋白 质 。 | 一 旦 靶 细 胞 上 或 细胞 内 的 受 体 分 er ee vere re 种 变化 使 一 种 胞 内 的 信息 分 子 形成 。 这 种 信息 分 子 常 被 称 作 第 二 信使 (Second messenger), 第 二 信使 便 把 从 激素 得 到 的 信号 转送 到 细胞 中 的 革 种 酶 或 分 子 系统 中 ， 这 种 酶 或 分 子 系统 执 时 行 由 激素 带 来 的 指令 。 细 胞 内 的 信息 或 是 调节 特定 的 酶 促 反 应 ， 或 是 引发 某 个 或 某 组 无 活性 轩 的 基因 表达 。 第 二 节 激素 作用 的 原理 sing a fa (i . 激素 通过 改变 机 体内 的 不 同 过 程 例如 酶 促 反 应 、 基 因 的 转录 、 离 子 的 运输 而 发 挥 作用 。 但 是 ， 激 素 作为 生物 体内 有 活性 鸭 化 学 物质 究竟 是 怎样 引起 靶 细 胞 产生 一 系列 生物 效应 的 8 这 个 问题 一 直 是 生物 化 学 家 们 所 注意 研究 的 课题 。 通 过 大 量 的 研究 ,有 关 激 素 作 用 的 原理 已 经 取得 了 很 大 的 进展 。 现 在 一 般 认 为 激素 主要 是 以 两 种 不 同 的 作用 机 制 来 发 挥 它们 的 作用 一 种 是 有 些 激素 最 初 与 质 膜 上 的 特定 的 受 体 分 子 相互 作用 ,导致 细胞 内 的 第 二 信使 的 产生 ; 然后 由 第 二 信使 激发 出 级 联 反应 ， 并 最 终 表现 激素 的 生理 效应 。 以 这 种 机 理 起 作用 的 激素 主 妥 是 含 氨 激 素 (蛋白 质 和 肽 激素 以 及 肾上腺 散 质 激素 )。 SHR, ALAM WABI 内 ， 与 胞 内 的 特异 受 体 分 THERE, 2 CREA 激素 是 以 这 种 机 制 起 作用 的 。 一 、 蛋 白质 和 炭 激 素 以 及 肾上腺 骨 质 激素 的 作用 原理 sana 1, 第 二 信使 学 说 ee 第 二 信使 学 说 是 Sutherland 于 1965 年 提出 来 的 。 他 在 研究 胰 高 血糖 素 和 肾 土 腺 素 促 进 肝脏 糖 元 降解 成 葡萄 糖 罗 作用 机 制 中 发 现 ， 这 两 种 激素 能 提高 磷酸 化 酶 的 活性 ; 后 来 又 发 LF OY AB PRB EGE OF HEE. 砖 酸 化 梅 失 活 。 这 表明 磷酸 化 酶 的 活性 与 该 酶 的 磷酸 化 308 bax. 在 有 MPI 存在 下 ， 向 肝脏 切片 加 六 胰 高 血糖 素 或 肾 下 腺 素 ， 并 一 起 保温 ，3 结 果 发 现 昌 Pi 参 入 到 磋 酸 化 酶 中 去 的 速度 可 被 这 两 种 激素 促进 ， 并 与 这 两 种 激 娄 s 对 糖 元 的 降解 效应 成 SE. 这 些 研究 揭示 ， 磷 酸化 酶 通过 磷酸 化 而 被 激活 ， 通 过 去 磋 酸化 而 失 活 。 后 来 通过 用 肝 细 胞 匀 浆 研究 激素 对 磷酸 化 酶 的 激活 作用 ， 发 现 肾 上 了 折 素 或 胰 高 血糖 素 仍 SSSR EMSA. (LS, UREA ORR, Lio meee 。 效应 便 消失 了 | 若 将 超 离心 得 到 的 频 粒 (这 种 颗粒 含有 质 膜 ;加 回 到 上 清 液 中 时 ， 激 素 的 影响 “村 又 恢复 了 。 当 把 这 种 颗粒 与 这 两 种 激素 -一 起 保温 时 ， 便 产生 了 一 种 对 热 稳定 的 因子 。 把 这 种 因 于 加 入 到 上 清 液 中 也 可 以 使 大 酸 化 酶 激活 .后 来 经 过 鉴定 , 这 种 对 热 稳定 的 因子 是 腺 背 3, 5/- ] 单 磷酸 , 即 环 AMP( 或 gel land AH: 一 种 神经 递 质 或 一 Hoa me 种 激素 的 作用 ， 是 在 于 把 某 种 调 于 = ” 节 信 息 由 分 泌 细 胞 带 到 靶 细胞 ， 2 因此 激素 是 “第 -一 信使 >*。 含 氮 激 AKAMAI, AERA | | 细胞 内 部 ， 而 是 通过 细胞 膜 上 的 "yi “ 激素 受 体 再 激活 腺 苷 酸 环 化 酶 ， ~ NH; OS ATP VER CAMP. 细胞 内 的 人 “cAMP 浓度 的 改变 ， 使 和 细胞 所 4 WAWRBE REEL. Ania f * 代谢 的 这 些 变化 则 表现 为 各 种 生 HOALEG Ey. Gk, cAMP 起 到 了 把 ee j 第 所 入 使 传 来 的 信息 传递 到 细胞 Ge | | | | 内 揭 作 用 ， 故 把 细胞 内 的 cA MP 1 称 为 激素 作用 的 “第 二 信使 》。 业已 证 明 许多 激素 都 以 环 | | AMP{EA 8 = (eR 发 挥 它们 | 5: Os Fes 的 生理 效应 ( 表 7 一 1)。 “0 去 区 和 二 二 Oe Sars tna cagA l setae Ay Sz Ain F An fe 3’, 5’- SK AR AR 的 外 表面 ， 是 一 类 膜 结 合 蛋白 。 图 7 一 3 环 AMP 的 合成 309 除 含有 和 蛋白质 成 分 外 ， 有 的 受 体 还 含有 糖 成 分 ， 有 的 还 含有 磷脂 ， 有 的 则 既 含 有 糖 又 含有 磷 和 脂 ， 而 且 受 体 分 子 在 膜 上 的 分 布 也 是 不 均一 的 。 激 素 受 体 的 一 个 普遍 的 特征 是 ， 每 一 种 受 体 时 对 各 自 特定 的 激素 具有 高 度 专 一 的 识别 能 力 和 亲和力 。 因 此 ， 当 激素 到 达 靶 细胞 膜 上 时 ， 就 与 受 体 结合 成 激素 - 受 体 复合 物 。 例 如 促 肾 上 腺 皮质 激素 (ACTH) 只 能 与 肾上腺 皮质 细胞 膜 土 的 受 体 结合 促 ， 甲 状 腺 激素 (TSH) 只 能 与 甲状 腺 细胞 膜 上 的 受 体 结合 。 有 的 组 织 细胞 能 接 。 受 几 种 激素 的 刺激 ， 是 因为 它 含有 几 种 相应 的 受 体 ， 这 些 受 体 除 了 具有 各 自 独特 的 结 梅 外， 性 还 具有 与 腺 苷 酸 环 化 酶 结合 的 共同 结构 。 例 如 ， 脂 肪 组 织 对 促 肾 上 腺 皮质 激素 、 胰 高 血糖 素 和 肾 寺 腺 素 等 三 个 完全 不 同 的 激素 都 能 通过 CAMP 的 增多 使 脂肪 分 解 加 强 。 在 精确 地 研究 了 二 种 或 三 种 激素 的 联合 作用 后 ， 发 现 这 三 种 激素 是 通过 不 同 的 受 体 而 刺激 相同 的 有 荃 酸 环 和 化 酶 的 活性 ， 同 时 B- 受 体 阻 滞 剂 仅 抑 制 肾 上 腺 素 的 作用 ， 而 对 其 他 的 两 种 激素 则 否 。 表 7 一 1 WR AMP 作为 第 二 信使 的 激 索 激素 名 称 激素 名 称 促 肾 上 腺 皮质 激素 (Adrenocorticotropic 促 黄 体 生成 激素 释放 激素 (Luteinizing hormone © hormone, ACTH) releasing hormone, LHRH) Re #5 % (Calcitonin) 促 黑 素 细 胞 激素 ( Melanocyte-stimulating 8B- 肾 上 腺 素 能 的 儿 茶 酚 腕 (Beta-adrenergic ,hormone, MSH) catecholamines ) URS AAW HK (Parathyroid hormone, PTH) 绒毛 膜 促进 性 激素 (Choriogoadotrophin,CG) | #3 MRR E,(Prostaglandin E,) 促 卵 泡 激 素 (Follicle-stimulating hormone, | 5-33 f&fk (Serotonin) FSH) 促 甲 状 腺 激素 释放 激素 (Thgrotropin-releasing 胰 高 血糖 素 (Glucagon) hormone, TRH) 4 fe (Histamine) 促 甲状 腺 激素 (Thyroid-stimulating hormone) 促 黄 体 生成 激素 (Luteinizing hormone, LH) 加 压 素 (Vasopressin) 。 一 由 上 可 以 理解 到 只 有 特异 的 组 织 而 不 是 所 有 组 织 才 能 对 一 种 (或 几 种 ) 激 素 的 刺激 出 现 细 胞 内 CAMP 增多 的 反应 。 在 任何 特定 组 织 中 只 存在 一 种 或 几 种 类 型 的 激素 受 体 。 因此 ,在 人 腺 篆 酸 环 化 酶 的 激素 敏感 性 也 被 限制 在 一 个 很 窄 的 范围 内 。 ji 由 此 可 以 看 出 ， 驾 细胞 膜 上 药 受 体力 是 激素 作用 的 组 织 特异 性 的 直接 控制 者 。 PREF BK {| ree 细胞 肛交 内 表面 ， 催 化 部 位 面向 胞 质 。 一 般 认 为 ， He SF ek 上 的 腺 音 酸 环 化 酶 在 结构 上 是 相似 的 ， 分 子 量 大 约 是 190,000。 在 Mgt+ HER, GRE REE ATP 转变 成 cAMP, 最 嫌 认 为 激素 的 受 体 与 腺 蔡 酸 环 化 酶 是 同一 分 子 的 两 个 亚 单位 ， 受 体 是 调节 亚 单位 9 环 化 酶 是 骏 化 亚 单位 。 现 在 有 实验 证 明 ， 激 素 的 受 体 和 腺 昔 酸 环 化 酶 不 仅 在 物理 位 置 正 是 两 个 独立 的 实体 ， 而 且 在 脂 质 双 分 子 层 范围 内 ， 它们 能 自由 扩散 和 接触 。 当 激素 作用 时 ， 受 体 与 腺 苷 酸 环 化 酶 相 偶 联 而 引起 效应 ， 在 受 体 与 腺 谷 酸 环 化 酶 偶 联机 制 研究 中 ， 发 现 了 另外 一 种 蛋 和 白质， 这 个 蛋白质 由 做 名 但 酸 结合 调节 蛋白 (Guanine nucleotide-binding regulatory protein)， 简 称 N 蛋白 或 G 蛋 月 。 该 蛋白 在 受 体 与 腺 董 酸 环 化 酶 冶 偶 联 中 充当 十 分 重要 交角 色 。 310 : 目前 所 知 ， 从 免 肝 中 得 到 的 G 蛋 自 击 分 子 量 为 42,000 一 45,000 以 及 分 子 量 分 别 为 52000 和 35000 的 三 个 亚 单位 组 成 。 它 含有 GTP 的 结合 部 位 ， 可 能 还 有 氟 离 子 (F7) 结合 部 位 。 此 丈 旦 该 蛋白 还 具有 水 解 GTP 的 GTP 酶 (GTPase) 活 性 ， 即 能 催化 GTP 水 解 。 这 种 水 解 作 用 很 可 能 代表 每 次 酶 激活 循环 的 关闭 机 制 。 GTP 是 哺乳 动物 腺 苷 酸 环 化 酶 主要 药 调 节 物 。GTP 和 激素 协调 作用 控制 酶 活性 的 水 平 《图 7 一 4 ) 。 在 受 体 -G 蛋白 - 环 化 酶 系统 中 ， 每 -外 成 员 都 能 以 “活性 2 和 “无 活性 ” 两 种 ”并 太 存在， 这 两 种 状态 的 转变 受 `GTP 和 激素 两 种 调节 配 体 的 影响 。 在 未 受到 刺激 时 。 受 体 (RABIN, BREE CNG (C) HRI AES, 而 且 是 处 于 低 活性 状态 3 GE H(G)5 GDP 结合 着 (G-GDP)， 这 种 G-GDP 状 埠 看 来 在 生理 上 抑制 该 酶 的 活性 " 当 一 种 珀 素 (H) 同 它 的 专 一 的 受 体 结 合 时 ， 便 形 成 二 个 起 始 复合 物 (G-R)， 并 且 设想 ， 由 于 激素 同 受 入 的 结合， 诱导 出 受 体 的 某 种 构象 变化 ， 访 种 变化 导致 再 -R 同 G 蛋白 结合 而 形成 一 种 短 BRAY 受 体 和 ARAN GREE FR ideally Aue RA MENGE Gp ned 了 > pean stb: cA CANNED GEA GTP 结 合 。GTP 与 G 蛋白 的 相互 作用 使 得 三 元 复合 物 eR, Pe, R、 以 及 G-GTP。G-GTP 看 来 是 环 化 酶 的 生理 活化 剂 .s=-GTE 与 环 化 酶 (C) 相 互 作 用 形成 G-GTP-C 复合 物 ， 并 且 认 为 这 秤 形式 代 表 环 化 酶 的 活性 状态 ， 它 能 增 大 cAMP 的 生成 速 E.G 蛋白 具有 ATP 酶 的 活性 ， 使 GTP 水 解 成 GDP， 故 这 种 活性 状态 是 短暂 的 。 接 %#G-GDP 与 环 化 酶 解 离 ， 环 化 酶 重新 变 成 无 活性 的 状态 。 只 要 激素 仍然 同 受 体 结合 ， 土 述 激活 循环 又 可 出 现 。 这 里 G 蛋白 作为 一 种 “ 偶 联 ” 单位 。 关键 所 在 是 H-R-G 复合 物 的 形 成 ， 它 能 引发 GTP 和 GDP 在 G 蛋白 上 进行 交换 。 当 激 素 水 平 很 低 时 ， 几 乎 所 有 的 G & 311 45 GDP 结合 成 G-GDP， 几 乎 所 有 的 腺 音 酸 环 酶 也 以 无 活性 的 形式 存在 。 3.。 和 蛋白 激 栈 CAMP. 是 怎样 影响 不 同 细胞 内 的 各 种 代谢 活动 、 从 而 表现 出 不 同 的 生理 效应 的 加 这 些 不 同 的 细胞 过 程 是 否 具有 共同 性 ? 大 量 的 研究 证 明 ， 作为 激素 作用 的 第 三 信使 的 SAMP 的 所 有 已 知 的 作用 都 是 通过 蛋白 激酶 (Protein kinases) WBE IBM. BON ROAM | 胞 都 含有 依赖 于 cAMP 的 蛋白 激酶 ， 它们 都 能 被 浓度 约 为 10amolELi 的 :ecANMP BQH. GX 些 蛋 白 激酶 通过 使 不 同 细胞 中 的 或 相同 细胞 中 的 酶 或 蛋白 质 磷酸 化 来 调节 它们 的 活性 。 例 an, 在 肝 细 胞 中 , 被 CAMP 激活 的 蛋白 酶 能 使 糖 元 合成 酶 和 糖 元 磷酸 化 酶 磷酸 化 .前 者 楼 酸 化 后 即 无 活性 ， 后 者 磷酸 化 后 则 才能 表现 出 活性 。 肾 上 腺 素 或 胰 高 血糖 素 促进 肝 细 胞 糖 元 分 A. 抑制 糖 元 合成 ， 从 而 升 高 血糖 的 生理 效应 都 是 通过 cAMP 激活 的 蛋 自 激 酶 的 作用 实现 ， AY. 在 脂肪 细胞 中 ， 也 是 通过 cAMP 激活 的 蛋白 激酶 的 作用 ,使 脂肪 酶 磷酸 化 而 被 激活 届 从 而 引起 脂肪 的 分 解 。 通 过 上 面 的 例子 可 以 说 明 ， 不 同 组 织 中 都 衣 蛋 自 激酶 /然后 再 通过 和 蛋 白 激酶 使 不 同 细胞 内 的 其 他 不 同 的 酶 或 蛋白 质 磷酸 化 ， 从 而 表现 出 各 组 织 细胞 特 用 的 生理 效 。 应 。 同 时 还 可 以 说 明 并 不 是 所 有 的 磷酸 化 作用 都 会 使 酶 或 蛋白 质 激活 。 et 蛋 自 激酶 由 两 种 亚 单位 组 成 ， 一 种 是 调节 亚 单位 (R)， 它 能 同 CAMP 结合 ， 另 一 种 是 催 时 化 亚 单位 (CC)。 在 CAMP 缺乏 或 量 不 足 的 情况 下 ， 调 节 亚 单位 和 催化 亚 单位 形成 RC. 复合 时 物 〔 图 7 一 5 ) ， 这 不 复合 物 无 酶 促 活性 。 当 有 CAMP 存在 时 ，cAMP 同 每 不 调节 亚 单位 结 时 SW SH RCs 解 离 成 R。 亚 单位 和 两 个 游离 C 亚 单位 。 这 两 个 游离 的 亚 单位 具有 了 酶 促 活 te. Flt, cAMP 同调 节 亚 单位 的 结合 解除 了 调节 亚 单位 对 催化 亚 单 位 的 抑制 。 这 里 ， CAMP 起 一 种 别 构 效 应 物 的 作用 。 CAMP C9 活性 部 位 图 7 一 5 _ 有 蛋白 激酶 的 激活 示意 图 通过 证 面 的 介绍 ， 我 们 可 以 看 出 ， 激 素 专 一 的 受 体 控制 着 激素 作用 A PT 素 作用 的 生物 效应 则 是 通过 第 二 信使 CAMP 激活 的 不 同 ASF BDO ARETE hho +. 磷酸 二 酯 酶 和 磷 蛋 白 磷酸 栈 TT OD RT ASKEW, IRR SRI A, OR ARO AY CAMP SR AGARSE REE BERS WA. LL, ARKIN WAIL, SBE EAI PERU MERE RK, BE RRBVENR, TR PROMI G 蛋白 与 受 体 的 “ 偶 联 ”也 被 破坏 ， 致使 它 重新 转变 成 TCE TE IRS, CAMP 不 再 合成 ， 细胞 内 的 ke ki fl Bit [ene _. 4 BUR ope eee eC po Te Ee) Say waite co oh 2 Al ip Aare 】 Bras A Wahi s A Mp ht 2k 最 Path A ghee 翻译 7 | ou = | | 4 i SENG ae Kf 六 VA : : i 88889 : xa pepe ve aA 2 一 ”人 ”人 二 和 _ ko Mt = ° re Gee ee eae ee me 图 7-7 “和 涪 醇 类 激素 作用 的 分 子 机 制 or seas ta 3. 激素 - 受 体 复合 物 对 基因 转录 的 影响 si 量 纯 化 的 受 体 和 核 组 分 作 实 验 表 明 ， 激 素 - 受 体 复合 物 既 能 够 同 纯化 的 DNA 4a) th 能 同 染 色 体 结合 。 和 但 是 ， 激 素 - 受 体 复合 物 同 靶 细 胞 纯化 的 DNA HAASE HA. AE 专 一 的 ， 而 同 靶 细胞 桨 色 体 的 结合 是 高 亲和力 的 ， 并 对 靶 细 胞 非 组 蛋白 染色 体 收 白痢 明显 的 专 一 性 。 洲 把 靶 细 胞 核 中 的 能 局 激 素 - 受 体 复合 物 结合 的 非 组 蛋白 染色 体 蛋 白 同 非 Rae 相同 部 位 的 非 组 蛋白 染色 体 蛋 白 进 行 交换 。 则 可 得 到 交换 性 “杂交 ”染色体 。 这 时 ， 再 把 激 素 - 受 体 复合 物 加 到 实验 体系 中 ， 激 素 - 受 体 复合 物 则 只 能 与 非 靶 细 胞 的 染色 体 结合 ， 而 不 能 同 疲 细胞 昌 的 染色 体 结 含 ， 因 为 已 经 把 能 同 该 复合 物 结合 的 特定 的 非 组 蛋 自 染色 体 蛋 自 从 丢 细胞 交换 到 非 靶 细胞 的 染色 体 上 了 。 由 此 可 见 , ;激素 - 受 体 复 合 物 在 甘 细 胞 核 中 的 .结合 部 位 是 在 特定 的 非 组 蛋白 染色 体 蛋 白 上 。 这 是 很 容易 理解 的 生 因 为 就 同一 种 生物 来 说 它 的 基因 组 DN 和 是 相同 的 ， 与 DNA 结合 的 组 蛋 自 的 种 类 也 很 少 ， 在 不 同 组 织 都 相 局 六 而 酸性 的 非 组 收音 染色 体 蛋 白 欧 种 类 很 多 ， 而 且 它 们 在 不 同 的 组 织 中 也 有 很 大 的 差异 在 丢 细 胞 的 核 中 ， 被 结合 疗 激 素 - 受 体 复合 物 的 作用 是 在 转录 水 平 上 调节 转 定 基因 的 表 ik. BM, HAAR AGNES EM REA A (AWS ES RD, 表明 315 座 激 素 诱导 主要 的 蛋白 质 -一 卵 白 蛋 自 的 合成 。 在 该 实验 系统 中 ， 肉 激素 增高 了 RNA 聚合 酶 的 转录 起 始 部 位 的 可 用 性 。 此 后 不 久 即 可 观察 到 卵 白 蛋白 浓度 增高 的 现象 纪 这 里 ， 激 素 就 昌 起 到 了 使 特定 的 DNA 顺序 ( 基因 ) 可 被 RNA 聚合 酶 转录 的 作用 。 以 上 述 方式 起 作用 的 激素 ， 一 般 只 有 合成 某 种 相应 的 蛋白 质 ， 才 能 表现 出 它 的 作用 。 当 醇 类 激素 改变 基因 转录 速度 的 作用 是 高 度 专 一 的 。 在 一 个 典型 的 细胞 中 ， 只 有 极 少 部 分 的 细胞 蛋白 的 合成 EAR BL) 被 某 种 特殊 的 激素 调节 。 第 三 节 ”和 蛋白质 和 多 肽 激素 —. FERRER F i ( Hypothalamus ) 和 垂体 分 沁 的 激素 都 属于 蛋白 质 或 多 肽 激素 。 这 些 激 素 使 中 枢 神经 和 内 分 泌 系统 在 调节 生理 活性 中 发 生 密切 的 联系 。 下 丘脑 是 中 枢 神 经 系统 的 一 特 化 部 分 ， 位 于 大 脑 的 底部 。 下 丘脑 分 刻 细 胞 分 泌 一 类 叫做 神经 内 分 泌 转 导 物 (neuroendocrine transducers) 的 激素 ， 因 为 这 类 激素 能 够 把 从 中 枢 神 经 系统 所 接受 的 神经 冲动 转化 成 激素 信号 。 下 丘脑 激素 的 主要 作用 是 控制 垂体 激素 的 分 泌 。 根据 其 作用 性 质 可 将 它们 分 为 两 类 :一 类 是 能 够 引起 垂体 激素 的 释放 ， 故 称 为 释放 激素 (或 释放 因子 ) ， 另 一 类 是 能 够 抑制 垂体 激素 的 分 泌 ， 故 称 为 抑制 激素 或 抑制 因子 )。 由 于 下 丘脑 激素 能 调节 控制 每 一 种 已 知 的 腺 垂体 激素 的 分 泌 ， 所 以 把 由 下 丘脑 分 泌 的 激素 统称 为 调 节 激 素 或 调节 因子 。 所 有 已 知 的 下 丘脑 激素 都 是 多 肽 。 表 7-2 下 丘脑 激素 和 它们 的 作用 激 素 名 称 缩写 符号 fe 促 肾上腺 皮质 激素 释放 激素 LCRA 促进 促 肾 上 腺 皮质 激素 的 释放 促 甲状 腺 激素 释放 激素 | ‘TRH 促进 促 甲状 腺 激素 的 释放 促 黄体 ( 生成 ) 激素 释放 激素 / LHRH/ 促进 促 黄体 ( AER) 激素 、 促 滤 促 滤 泡 激素 释放 激素 FSHRH 泡 激素 的 释放 生长 激素 释放 抑制 激素 GHRIH (或 抑制 生长 激素 的 释放 Somatostatin ) 生长 激素 释放 激素 GHRH 促进 生长 激素 的 释放 促 乳 素 释放 抑制 激素 PIH(PIF) 抑制 促 乳 素 的 释放 促 乳 素 释放 激素 PRH(PRF) 促进 促 乳 素 的 释放 促 黑 ( 素 细胞 ) 激素 释放 抑制 素 MIH( 或 MRIHD 抑制 促 黑 ( 素 细胞 ) 激素 的 释放 ” 促 黑 ( 素 细胞 ) 激素 释放 激素 MRH 促进 促 黑 ( 素 细 胞 ) 激素 的 释放 下 丘脑 激素 的 分 刻 的 控制 是 复杂 的 。 每 种 神经 元 【neuron) 的 分 沁 活 性 是 两 种 主要 影响 的 整合 结果 。 一 种 是 神经 方面 的 ， 另 一 种 是 激素 方面 的 。 从 中 枢 神经 系统 的 不 同 区 域 带 来 的 各 种 神经 信号 集中 在 下 丘脑 细胞 上 。 这 些 神经 信息 对 下 丘脑 激素 的 分 沁 或 是 促进 或 是 抑制 。 垂体 和 其 他 多 许 内 分 泌 腺 分 泌 的 激素 亦 可 对 下 丘脑 激素 的 分 记 起 反馈 作用 。 316 i 二 、 垂 体 激素 垂体 实际 上 由 三 个 在 功能 上 和 解剖 学 凸 不同 的 部 分 组 成 ， 即 垂体 前 叶 中 叶 和 后 时 。 但 在 人 体 中 ， 在 垂体 前 叶 和 后 叶 这 两 部 分 piers LA RBC ASP BEA Bij A BR EK, SEK GH HABER. 1。 腺 垂体 激素 ASH mec ST Rt. NE OR ee 闫 激素 ， 它 们 调节 着 完全 不 同 的 -过 程 凡 各 括 生 殖 功 能 、 和 生长、 乳汁 生成 以 及 肾上腺 皮质 4 甲状 腺 和 两 性 生殖 腺 等 内 分 表 7-3 ， 腺 垂体 激素 及 其 作用 i | 主要 作用 部 位 主要 作用 T.。 促 肾上腺 皮质 激素 - 促 脂 解 激素 类 促 肾上腺 皮质 激素 肾上腺 皮质 肾上腺 皮质 激素 的 形成 、 分 小 (ACTH) 脂肪 组 织 脂 类 的 释放 ; C- 和 8- 促 脂 解 激素 脂肪 细胞 脂 类 的 释放 Sas BAP ANE ii ERM, BAW 四 ee eb Wh Baa ~ Met— ip raf ik 和 内 啡 肽 相同 和 内 啡 肽 相同 Leu— fii HE Rk C-、8- 促 黑 ( 素 细胞 ) 激素 黑 素 细胞 色素 分 散 ， 伴 随 皮肤 变 黑 兰 夺 促 肾上腺 皮质 激素 样 的 中 间 肽 胰岛 细胞 ( 2) 胰岛 素 的 分 泌 ( ?) 2 了 Re 。 .本 TL. A WR 促 黄体 CAE) 激素 或 称 促 间 质 细 | 卵巢 He UAL. FR wD 胞 激素 4/ (LH 或 ICSH) i. 间 质 组 织 的 发 育 ， 雄 激素 分 泌 feu (FSH) 卵巢 滤 泡 的 发 育 ; 和 LH- 起 ， 促 进 峻 MR San, AROS #3. 精 小 管 发 育 ， 精 子 发 生 pa ra aR RR (TSH) 甲状 腺 甲状 腺 激素 的 形成 和 分 小 脂肪 组 织 脂 类 的 释放 | TL. 31K ALY BOR 生长 激素 普遍 骨 和 肌肉 的 生长 ;影响 钙 、 磷 和 提 的 代谢 # 影响 称 、 ORw 乳腺 EBA tw. fi FL HK 一 一 -一 一 一 一 一 -一 一 -一 一 一 一 - 一 一- 317 激素 分 沁 的 控制 。 所 有 垂体 前 叶 和 中 叶 激 素 的 分 泌 本 身 也 受到 下 丘脑 分 泌 细 胞 杰 放 的 激素 的 控制 。 腺 垂体 激素 的 种 类 、 作 用 部 位 以 及 它们 的 主要 作用 列 于 表 7-3。 (1 ) 促 肾上腺 皮质 激素 促 肾 土 腺 皮质 激素 (Adrenocorticotropin，ACTH ) 能 促进 肾上腺 皮质 的 生长 ， FH 进 肾上腺 皮质 激素 的 合成 和 分 沁 。 各 肾 上 腺 皮 激 素 的 化 学 本 质 是 多 肽 从 人 、 猪 . 牛 以 及 羊 的 垂体 中 分 离 出 来 的 ACTH 是 由 39 个 氟 基 酸 基 组 成 的 。 图 7-8 是 人 ACTH 的 氨基 酸 顺 序 。 比 较 几 种 不 同 来 源 的 ACTH 的 一 | 级 结构 后 发 现 ， 从 第 一 个 残 基 到 第 24 个 残 基 的 氨基 酸 种 类 和 顺序 是 相同 的 。 人 工 合成 的 这 一 段 顺 序 具 有 同 完整 的 ACTH 相同 的 生物 活性 。 但 用 亮 氛 酸 氨 肽 酶 除去 氨基 末端 的 丝氨酸 残 和 His- Phe: Are~ tree Lys Prec wee aaa Lys- vs Arg-Pro-Val-—Lys-—Val-Tyr- pro-—Asa-Gly- Ale-Gle-Asp-Glu-Ser-Ale 20 Glu-Ala—Phe-Pro—Leu—Glu—Phe 35 39 图 7-8 AK ACTH 的 aa 顺序 基 ， 则 导致 它 的 生物 活性 的 丧失 。 所 以 第 1 BB2A4K-RAERM FS ACTH 生物 涵 性 所 必需 的 ， 而 第 25 到 39 的 这 一 段 顺序 对 激素 的 活性 是 非 必需 的 ， 但 这 些 残 基 对 于 该 激素 的 种 属 免疫 特异 性 却 是 重要 的 。 人 工 合成 ACTH 前 面 的 16 个 残 基 即 可 表现 出 活性 ， 当 肽 链 延 伸 到 第 19 个 残 基 时 ， 生 物 活性 显著 提高 。 这 表明 ， Lys-Lys-Arg-Arg 四 个 碱 性 氛 基 酸 对 该 激 素 的 活性 表现 出 高 的 效力 。 此 外 ， 由 残 基 1 到 残 基 13 构 成 的 片段 具有 促 黑 ( 素 细胞 > 激素 所 具有 的 活性 ， 与 促 黑 ( 素 细胞 ) 激素 的 氨基 酸 顺 序 完全 相同 或 基本 相同 。 ACTH 亦 能 促进 卫 NA 的 合成 和 DNA 含量 的 增高 ， 这 与 肾上腺 皮质 内 的 细胞 的 : 增 有 关 。 此 外 ， 亦 还 具有 促进 脂肪 组 织 脂 解 、 促 进 胰岛 A LN a a ee 8 生长 激素 等 作用 。 [ ACTH 对 肾上腺 皮质 的 作用 与 一 般 含 氨 激 素 作 用 的 方式 相同 。 首 先 ，ACTH he) BL 皮质 细胞 质 膜 上 的 专 一 性 受 体 结合 ， 随 即 激活 腺 苷 酸 环 化 酶 ， 从 而 增加 cAMP 的 浓度 ， 并 SER TRE ROR 271 生化 反应 事件 。ACTH 对 腺 苷 酸 环 化 酶 的 激活 需要 GaN ACTH 和 庐 促 脂 解 激素 (LPH ) 以 及 其 他 几 种 生物 活性 肽 、 包 括 xc- 和 P- 促 黑 ( 素 细胞 ) 激素 (MsH) 、 促 肾上腺 皮质 激素 样 中 间 肽 (CLIP ) 、 广 促 脂 解 激素 、c-、 6-、 和 六 内 啡 肽 以 及 脑 啡 肽 等 看 来 都 是 从 一 个 共同 的 前 体 〈 分 子 量 约 为 35 000 衍生 而 来 的 。 这 个 共 同 的 前 体 叫做 前 促 肾上腺 皮质 激素 或 前 鸦片 样 肽 促 〈 肾上腺 ) 皮质 激素 原 。 因 为 ACTH 和 ' 鸦片 样 肽 ( Opioid peptides ) 都 可 以 从 这 个 前 体 衍 生 而 成 。 图 7-9 表示 上 述 各 种 激素 与 这 个 前 体 之 间 的 关系 。 (2 ) 促 性 腺 激素 大 体 促 性 腺 激素 包括 促 黄 体 ( 生成 ) 激素 (〈 促 间 质 细 胞 激素 ) 和 促 滤 泡 素 ( 又 称 促 卵 泡 素 ) 。 人 体 胎 盘 绒 毛 膜 促 性 腺 激素 (hCG ) 也 是 人 体内 的 一 种 促 性 逐 激 素 。 318 沪 an io | ae = 本 = gp, id < van] < sal ri | | | | | n a oh 因 n n “a > A I > n> bal > 7 < pe 中 =) 中 7d “16K ”片段 BEE ESTEE SEEEISRESSI 4 - MSH CLIP Y-LPH( 1-58) B — PAYER ei on 18 - 39) aw B - MSH y- 内 时 (41 - 58). (61-77) ae: a — AYER (61 — 76) = Met - }eariEnk (61 — 65) 图 7-9 ACTH, B-LPH $5RAZ MM Bx R 〈 括 弧 中 的 数字 代表 该 激素 在 前 体 分 子 中 的 氨基 酸 顺 序 位 置 ) 人 促 黄体 〈 生成 ) 激素 、 促 滤 泡 激素 、 胎 盘 绒毛 膜 促 性 腺 激素 以 及 促 甲状 腺 激素 都 是 由 Al 6- 两 个 亚 单位 构成 的 糖 蛋白 s -这 两 个 亚 单位 借 非 共 价 键 结合 在 一 起 。 在 同一 种 动物 体 中 ， 这 些 糖 蛋白 激素 的 q- 亚 单位 都 是 相同 的 ， 而 每 种 激素 的 .6- 亚 单位 则 是 不 同 的 ， 并 且 具 ”有 不 同 的 生物 特性 和 免疫 特性 。 这 表明 ;这 目 种 激素 所 特有 的 生理 活性 是 由 B- 链 决定 的 。 当 % 亚 单位 和 - 亚 单位 各 身 单 独 存 在 时 都 没有 生物 活性 ， 得 若 把 两 者 结合 起 来 时 ， 有 - 亚 单 位 固有 的 全 部 生物 活性 就 恢复 了 。 在 体外 ， 每 种 激素 的 c- 亚 革 位 能 同 其 他 任何 一 种 激素 的 有 - 亚 单位 结合 ， 产 生 呈 现 6- 亚 单位 的 生物 活性 的 杂交 体 。 在 肉 性 动物 中 ， 促 滤 泡 激素 (FSH2) 刺激 圳 状 尖 泡 大 量 生成 并 伴随 卵巢 的 重量 增加 。 在 卵巢 尖 泡 的 最 后 成 熟 中 ， 需 要 有 有 促 黄体 ( 生成 ) 激素 (LH ) WAS. LH 与 FSH 协同 作 用 ， 激 发 滤 泡 的 最 后 的 成 熟 ， 诱 导 排卵 并 使 粒 细胞 变 成 黄体 细胞 ， 最 后 形成 黄体 。 黄 体 的 维 持 及 黄体 分 泌 孕 酮 也 受 LH 的 控制 。 在 雄性 动物 中 ， 工 可 刺激 睾丸 间 质 细胞 的 发 育 多 分 沁 雄 性激素- 备 酮 ， 所 以 LH 又 叫做 促 间 质 细胞 激素 ( ICSH ) 。FSH 刺激 精 水 管 正 皮 细胞 ， 在 发 育 过 程 中 引起 精 母 细胞 (Spermatocyte ) 大 量 出 现 ， 包 括 产生 精子 。 尽管 绒毛 膜 促 性 腺 激素 ( CG， 人 体 称 为 hCG ) 是 胎盘 器 官 产 生 的 ， 但 它 的 生物 效应 却 与 垂体 前 叶 分 泌 的 LH 的 生物 效应 非常 相似 。 这 并 不 奇怪 ， 因 为 在 大 体 中 ， 两 者 除了 a- 亚 单位 完全 相同 外 ， 两 者 的 B- 亚 单位 的 氨基 酸 顺 序 有 80% 是 相同 的 ”hCG 在 怀孕 的 头 4 一 6 周 内 能 维持 黄体 ( Corpus luteum ) 。 LH, FSH, ff hCG 作用 方式 也 与 一 般 命 氮 激 素 的 作用 方式 相似 。LH 和 hCG 看 来 319 与 同一 受 体 作 用 ， 而 FSH 的 受 体 则 是 不 同 的 。 (3 ) 促 甲状 腺 激素 fe FRR HC Thyrotropin 或 Thyroid-stimulationg hormone, TSH ) 是 垂体 前 ” 叶 分 沁 的 激素 。 对 三 乳 动物 施行 垂体 切除 术 导 致 甲状 腺 衰退 。 可 见 ， 促 甲状 腺 激素 的 作用 部 位 是 在 甲状 腺 。 TSH 是 一 种 糖 蛋白 。 人 体 TSH 的 分 子 量 为 28; 000。 mbit, -TS 下 是 由 c- 和 有- | 两 个 亚 单位 非 共 价 地 结合 而 成 的 。 在 含 硫 蛋 白质 中 ，TSH 是 含 硫 量 最 丰富 的 ， 泪 雹 和 有- 亚 单位 内 各 自 存 在 许多 链 内 的 〈 而 不 是 链 间 的 ) 二 硫 键 。 守 糖 单位 在 两 个 亚 单位 中 都 存在 。 TSH 从 以 下 几 个 方面 影响 甲状 腺 ，@ 从 血液 中 摄取 碘 ，@ 碘 转换 成 甲状 腺 激素 ， 回 甲 国 RAE DR Ee TSH 分 泌 元 进 时 ， 会 引起 甲状 腺 激素 分 泌 过 多 症 。 但 在 正常 情况 下 ， ARR 泌 至 一 定量 时 W 则 可 对 垂体 前 叶 分 泌 TSH 有 反馈 抑制 作用 ， 停止 TSH 的 分 泌 。 另 外， TSH 的 分 泥 也 受到 丙种 下 丘脑 因子 的 控制 ， 一 种 是 生长 激素 释放 邱 制 素 《 起 抑制 作用 )，， 另 一 种 是 促 甲 状 腺 激素 释放 激素 ( 起 促进 作用 ) 。 (4 ) AAR - 生长 激素 (Growth Hormone， 简 称 GH) 是 由 垂体 前 叶 分 沁 的 一 种 蛋白 质 激 素 。 已 FUL AAS Ted PI OR UR GH 都 是 由 191 一 199 个 氮 基 酸 残 基 构 成 的 单 链 蛋 自 。 人 的 'GH 直 191 个 氨基 酸 残 基 组 成 ， 分 子 量 为 ?21 000. HABA — weet (A710). GH 的 生物 活性 有 强 的 种 属 特异 性 。 于 下” BD Sh RRA eee ¢ rr : 7 4 ， i stds 4 ; WW , ; i +, ie wy : . + F -! es FSU eS AD Ta K By eI w > j it as 、 从 SAQA - 8 S .% Quo © * far g ' 1 汪汪 是 eae oe " ! 1- Tt rHY a8 On GRY Ak sen <9 aA te OA Su, ay Jal So OOO Saas Ale ‘ead Dr DOOOOGODT OT Mh 4 "S009 : ore 6 LOOOC OOOO 多 7-10， 大 生长 激素 的 一 级 结构 示意 320 生长 激素 的 功能 非常 广泛 。 除 神经 组 织 外 ， 几 乎 中 有 组 织 对 GH 的 刺激 都 能 产生 效应 。 但 GH 的 主要 功能 是 促进 骨 和 软骨 的 生长 ， 促 进 粘 多 糖 和 胶原 的 合成 。 它 还 影响 BAR, 糖 类 和 脂 类 的 代谢 ， 最 终 影响 体重 的 增加 。 生长 激素 是 从 两 个 方面 发 挥 作用 的 ， 一 个 是 直接 的 ， 另 一 个 是 间接 的 。 这 两 方面 的 作用 都 是 从 ,GH 间 特 定 的 质 膜 受 体 结 合 部 位 结合 而 开始 的 。 其 中 , 直接 的 影响 是 对 某 些 代 谢 的 作 用 ;例如 脂 解 作用 、 抗 胰岛 素 的 作用 以 及 灵长目 动物 的 催乳 作用 等 。 关 于 GH 的 这 些 直 接 作 用 ， 还 没有 发 现 一 种 统一 的 明确 的 生化 根据 ， 例 如 某 种 第 二 信使 的 存在 。 GH 许多 特殊 的 作用 看 来 是 通过 一 类 依赖 于 生长 激素 的 肽 或 蛋白 质 而 间接 发 挥 的 。 这 类 肽 叫做 生长 调节 素 ( 3omatomedins ) 。 这 些 生 长 调节 素 的 分 子 量 约 为 7, 000 一 10, 000，- 一 般 都 是 从 原生 质 或 血清 中 分 离 得 到 的 ， 在 组 织 中 并 不 大 量 存在 。 这 类 生长 调节 . 素 在 GH 的 ”影响 下 ， 主 要 由 肝脏 合成 ， 其 浓度 受 CH 的 调节 。 表 7-4 几 种 不 同 的 生长 调节 素 种 类 a 等 电 点 来 源 37000 生长 调节 素 A， 中 性 KE BE 生长 调节 素 A; 7000 中 性 人 原生 质 生长 调节 素 C 碱 性 人 源 生 质 胰岛 素 样 的 生长 子 I CUGF-T) 7649 碱 性 大 原生 质 Bi KRW AK F I (IGF- 1) 7471 中 性 和 牛 血清 刺激 增殖 的 活性 10000 中 性 肝 细 胞 培养 物 (Multiplication stimulating activity) Be KERANAKATRASHA DIE | 表 7 一 5 “生长 调节 素 的 组 织 效 应 是 示 65 人 说 包括 促进 软骨 和 人 生长 的 活性 、 2 #2) 9 he 让， 象 胰岛 素 一 样 的 影响 脂肪 和 肌肉 组 织 的 活 - 性 以 及 促进 细胞 增殖 的 活性 等 。 生 长 调节 促 坎 肯 活性 ER ws 素 的 效应 《或 作 用 ) LLY SHOR a 部 位 的 结合 而 引发 的 。 二 ， 生长 激素 分 泌 的 控制 是 很 复杂 的 。 各 种 “xce 不 同 的 生理 上 的 或 药物 上 的 刺激 都 会 影响 垂 胰岛 素 样 的 活性 “肌肉 ， 体 分 泌 生长 激素 的 速度 ， 其 中 大 多 数 因素 对 at see 生长 激素 分 泌 的 影响 最 终 都 是 通过 共同 的 途 wi ia i 径 实现 的 ， 即 通过 它们 影响 两 种 下 丘脑 调节 精 元 的 合成 因子 一 一 生长 激素 释放 激素 和 生长 激素 释放 蛋 自 质 的 合成 抑制 素 - 一 的 分 沁 而 实现 对 生长 激素 分 沁 的 脂 ， 糖 运输 调节 控制 。 幼年 动物 若 GH 分 泌 过 多 ， 则 会 GBM fem CO, 过 度 高 大 ， 人 若 得 此 病 ， 则 成 为 畸形 巨人 ; HG GG ee 称 巨人 证， 相反， 若 GH WAL, WE 半 二 广 册 汪 bedi Re, ABI RMA. TR, AK 321 小 并 让 淆 昌 站 小 对 于 维 持 人 体 和 其 他 动物 正常 的 健康 发 育 是 必 不 可 少 的 外 D> 芒 体 中 叶 激素 - 促 黑 “〈 素 细胞 ) 激素 ( Melanocyte-stimulating hormone, 简称 MSH). paneer j RES WS — HM ze, 4p ba- 和 有 - PARAL, a-MSH 为 13 肽 ， 从 不 同 来 源 的 哺 禾 动物 例 yee 羊 : 猪 、 蕊 、 大 鼠 及 狠 子 的 垂体 分 离 出 来 的 g-MSH 都 有 相同 的 绪 梅 (图 7 一 1) 从 垂 “pia- MSH 含量 甚 微 ; ne ige anonanatc neta B-MSH 为 18 肽 。 不 同 来 源 的 RMSH 在 结 些微 小 的 差别 ， Fite Soak 站 FRR 和 OH COS NH Se eT gre Ser Me tosGhuc seas Pe: Ri , 它 抑制 MSH AW. 。) IFOAM, 3, SERA 4 1-idhaLapaeeee AL) eK SH DIK HL AER ( Vasopressin ) 5 或 抗 利 屎 激素 Antidiuretic 和 这 两 种 激素 其 实 并 不 是 在 垂体 后 叶 中 亩 上 生 的 %， 它 Am WETERAR ZS, Bi eRe RA— AY BAER SA CNewrophysins ) 转运 本 pa C8 DRS Be COO- COO7 HN FE EAD EP AE IL ERE > cs- HRA LBA CRBS Cys 种 :SLS- mew oredr | L | sett 3s —7 iene, ace Hea A MA § if S KK) CAT—12). REALE BL BY Pies | ie | Ke LAN fe 5 EE 3 OR, BR “Ging Gis Pi A BI ES 5 TT SAF IR IY RE ok hon 7) EREUR, HOvMMRInBER, 下 开 1 ele 实验 证 明 ， 加 压 素 和 催产 素 分 子 结构 中 Cr” cr SRW ESE PE EE, BH si a. REBT, NSBR RA mB, 下 三 司 机 te IFRS eae 生理 作 慎 是 调节 ROR pes : i "CE RE MRA |S ic ES ENT Ap A Gly Gly Oe ROW im wi NE, REMI i 〈 HERR > NAR HEC 4D HER EC APD fe; EET BRP ia 时 图 7 一 I2“ 两 种 垂体 后 叶 激素 的 氨基 酸 顺 序 有 众 产 和 促进 乳腺 排 乳 芍 作 期 玉 322 a Ca i] | | i 4 4 a) 三 、 胰 脏 细胞 分 泌 的 激素 BAAS ERD, LAREN, PLINER 胰 凝 乳 蛋白 酶 ， 以 及 羧 肽 酶 等 ， 它 们 被 分 Pt a olin A es dee Shy WAM CORI) 执行 的 。 另 一 个 是 合成 胰岛 素 、 胰 高 血糖 素 、 生 长 激素 抑制 素 以 及 胰 多 肽 ( 表 7 一 6)， 这 些 激素 调节 葡 莉 糖 和 其 他 主要 营养 物 的 代谢 ， 这 个 功能 由 全 脏 的 内 分 泌 组 织 一 一 胰岛 细胞 完成 。 | 表 ?7 一 6 BURKS} AOR x we | 了 x 源 eK c- 细 胞 ( A 细 胞 ) 胰 高 血糖 素 | D4 a 生长 激素 抑制 素 B- 细 胞 ( B 细 胞 ) 胰岛 素 F-_ 细 胞 ea 1.。 胰 岛 素 胰岛素 是 胰岛 8- 细胞 分 泌 的 一 种 蛋白 质 胰 素 ， 它 的 分 子 量 为 5734,， 由 51 个 氨基 酸 残 基 构成 A、B 两 条 链 〈 图 3 一 20 ) 。A 链 由 21 个 氛 基 酸 构成 ，B 链 含有 30 个 氛 基 酸 残 基 。 两 条 链 之 间 通 过 两 个 二 硫 键 相连 。A 链 内 还 有 一 个 二 硫 键 。 有 生理 活性 的 胰岛 素 是 由 它 的 无 活性 的 前 体 胰 岛 素 原 ( Proinsulin.) 经 过 酶 促 激 活 转变 而 成 的 。 胰 岛 .8- 细 胞 合成 的 胰岛 素 原 比 胰岛 素 大 ， 因 不 同 种 属 而 异 。 大 约 由 78 一 86 个 氢 基 酸 残 基 构 成 。 和 牛 的 胰岛 素 原 含 81 个 残 基 ， 其 结构 如 图 7 一 13 所 示 。 胰岛 素 原 是 一 条 单一 的 多 rae OOO 2\ Ooo rege CCPH a? hie y om 120 woeceoegc 65 us @ 6oeeseea5588 二 忆 i , _ Go) eS, 、 oer Pap oqamgaseeooesoe Wi tain 1.5 a te PEST 图 7 一 13 +RRKRW-REW KE, 分 子 内 含有 三 个 链 内 二 硫 键 ， 可 以 看 作 是 由 一 条 连接 肽 (《 C- 肽 ) HRS ABR 条 链 连接 而 成 的 。 胰 岛 素 原 在 粗糙 内 质 网 上 合成 之 后 ， 便 转移 到 高 尔 基 器， 并 在 那里 经 类 做 323 胰 蛋 白 酶 以 及 次 肽 酶 B 那样 的 特异 酶 降解 除去 C- 肽 ， 即 可 转变 成 有 活性 的 胰岛 素 。 产生 胰岛 素 的 mRNA 在 无 细胞 蛋白 质 合成 系统 中 的 表达 彦 物 是 去 个 此 胰 塌 蕊 原 更 大 的 HE, WERGKAN N-AMBERA LM AMER MRK (Th HS” ds 该 分 子 称 作 前 胰岛 素 原 ( Preproinsulin ) 。 前 胰岛 素 原 经 专 一 性 配水 解除 去 ; ap Ey BAB 转变 成 胰岛 素 原 。 胰岛 素 的 主要 生理 作用 是 降低 血液 中 的 葡萄 糖 的 浓度 。 血 糖 的 降低 是 由 于 及 岛 素 一 方面 提高 组 织 摄取 葡萄 糖 的 能 力 ， 另 一 方面 抑制 肝 糖 元 的 分 解 ， 并 促进 肝 糖 元 和 肌 糖 元 的 合成 。 胰岛 素 的 这 种 效应 称 为 “ 低 血 糖 效应 ?。 胰 岛 素 分 泌 的 速度 主要 取决 于 血液 中 葡萄 糖 的 浓度 。 当 血 糖 浓度 升 高 时 ， 胰 岛 素 的 分 泌 速 度 增 高 。 胰 岛 素 水 平 的 增高 就 加 快 葡 萄 糖 从 血液 中 进入 到 肝 胜 和 肌肉 细胞 中， 并 在 那里 被 磋 酸 化 ， 进 而 转变 成 糖 元 或 被 氧化 ;其 结果 导致 看 糖 浓度 降低 到 正常 水 平 。 当 血糖 恢复 到 正常 浓度 时 ， 胰 岛 素 的 分 y 泌 又 降低 到 正常 的 速度 sj 所 以 ， 在 胰岛 素 的 分 沁 和 血糖 浓度 之 问 有 一 种 密切 的 反馈 调节 关系 。 糖尿 病 患者 因 胰岛 细胞 受到 损害 ， 胰 岛 素 分 > 沁 显 著 减 少 ， 血 中 的 葡萄 糖 量 天 大 起 过 正常 标准 ， 结 果 导致 大 量 的 葡萄 糖 随 尿 排出 。 但 是 , ERGMETH, ROKAEES, WES Kin WMS, KROL, ee ABM MAHL, RZKPECMISKAH. EAA, REE ieCCREREURR MRE MRD, TER 往 中 ， 它 还 能 促进 低 密 度 脂 蛋白 的 合成 。 “有 实验 证 明 胰 岛 素 能 大 大 增加 所 基 酸 参 入 到 蛋白 质 中 去 的 速度 。 它 还 能 促进 肘 链 从 成 的 息 始 ， 这 反映 在 核糖 体 同 mRNA 的 亲和力 的 增加 。 胰岛 素 还 有 加 速 RNA 和 DNA Saki 能 力 ， 因 而 有 促进 细胞 增殖 的 效应 和 促进 生长 的 作用 。 胰岛 素 对 细胞 功能 还 有 其 他 方面 的 影响 。 胰岛 素 的 各 种 生物 学 作用 是 通过 它 同 其 受 体 蛋白 结合 后 引发 的 。 胰 岛 素 的 受 体 是 一 种 特 殊 的 蛋白 质 ， 仿 有 糖 成 分 ， 它 能 同 胰 岛 素 紧密 结合 。 胰 岛 素 受 体 在 细 脑 表面 的 数目 的 改变 取 决 于 代谢 状况 ,= 并且 有 相当 高 的 转换 率 。 尽管 以 前 就 有 人 认为 cGMP FARRIS 的 胞 内 信使 ， 但 关于 胰岛 素 作用 的 细胞 质 信使 〈 第 二 RE) RN, aE soci) o> wr leans (AN 上 胰 高 血糖 素 本 9) 10 ec haps a- FH 5S WAS — FPS KIA » EL iter 基 构 成 的 单一 多 肽 链 ， 分 子 量 为 3700 (图 7 一 14 ) 。 oy ) | N= hia ee His—Ser—Gla—Gly—Thr—Phe—Thr—Ser—Asp—Ty1r—SeroLys—Tyr— Leu—Asp—Se t—Arg—Arg—Ala—Gln—Asp—Phe—Val— Gln— Ty r—Leu— Met—Asn—Thr—Lys—Arg—Asn—Lys—Asn—Ile—Ala, 图 7 一 14 Bee a BE AS C 划 线 部 分 ) 和 它 的 前 体 的 一 级 结构 C 一 末端 。 近年 来 的 研究 表明 ， 胰 高 血糖 素 象 胰岛 素 一 样 ， 有 两 种 无 活性 的 前 体 ， 即 胰 高 血糖 素 原 和 前 胰 高 血糖 素 原 。 后 者 在 胰 高 糖 素 原 的 N- 未 端 还 有 一 段 “ 信 号 肽 。 经 过 两 个 加 工 过 程 苑 可 产生 有 活性 的 胰 高 血糖 素 。 | 324 胰 高 血糖 主要 的 生理 作用 与 胰岛 素 相反 ， 它 具 太 升 高 血糖 浓度 的 功能 w 这 两 种 激素 交互 作用 以 控制 血糖 的 浓度 。 Y :; 胰 高 血糖 素 的 高 血糖 效应 是 通过 两 个 不 同 的 过 程 实现 的 s。 第 一 ， wi. 31H MT PER, JF hae RE, XSF LRA fe, 肝 细 胞 质 膜 表面 含 有 胰 高 血糖 素 的 专 一 受 体 。 当 胰 高 血糖 素 与 受 体 结合 后 ， 质 膜 上 的 腺 甘酸 环 化 酶 被 激活 ， 接 着 便 产 生 一 系列 级 联 放大 作用 CHATS Sy 胰 高 血糖 素 抑制 葡萄 糖 降解 成 乳酸 。 这 一 点 与 肾上腺 素 的 作用 不 同 。 这 种 抑制 作用 是 通过 糖 酵 解 中 磷酸 果糖 激酶 的 磷酸 化 而 失 活 、 降低 果糖 -2, 6- 二 磷酸 (磷酸 果糖 激酶 的 激活 剂 ) 的 水 平 . 以 及 丙酮 酸 激酶 的 肝脏 型 同 于 酶 的 RIES He. MT Ea RE EA ， 4 AID PRE OP RE BENE oy AE BE SR Dav i BADE BA En ce RRR WRB SA tS RE a il, 4 RK BEAR T5038 bt / 1002 Ft =e SABLA Sis GG a ERE SL 100 毫 克 /100 毫 逢 时， 则 抑制 胰 高 血糖 素 AYE We! al . me Wy At HY 2 ERR | AC ACRIMBIH ( Somatostatin) A RAR RM ERM, CRG EAP A RK SAE EN, A RI RA KBR HK th a oe WY WHAT. Lay AKAMA LEREW REARS BK. BE Be 素 首先 是 以 其 前 体形 式 合成 出 来 的 ; 然后 通过 类 似 其 他 多 肽 激素 的 前 体 的 加 开 过 程 w; RAL 天 生 长 激素 抑制 素 。 和 长 激素 抑制 素 是 胰岛 素 和 胰 高 血糖 素 的 有 效 抑 制剂 。 PSR Tk fe Ala—Gly—Cys—Lys—Asn—Phe Phe rp—Lys— Thr—Phe— Thr—Ser—Cys ' Pe RE AEH OH See A ar CE aS ee aN YG = hs eis 图 7 一 15 生长 激素 抑制 素 的 一 级 结构 zy 调 钙 激 素 fins BER KR ES GF ORS RIS Y EHS K, LATA, 25-—— REE obi 2 | 降 钙 素 | na Pais 32 个 氨基 酸 残 基 组 成 ， 分 子 量 为 3500。 不 同 来 源 的 降 钙 素 在 结构 上 有 些 不 同 。 cit. 2 pak \ Bae PGs FE 9 PE Pe RO Gas CAL RR IRE, 该 激素 通过 抑制 骨 的 吸收 《 溶解 六 发 挥 它 的 控制 血清 中 Ca 的 浓度 的 作用 ， 从 而 减少 骨 的 Ca“ 和 无 机 磷 的 损失 。 这 种 减少 是 通过 降低 碱 性 磷酸 酶 和 焦 磅 酸 酶 的 产生 以 及 降低 尿 中 羟 且 氨 酸 的 排泄 来 完成 的 。 2. 甲状 旁 腺 激素 FAK ssi RA ( Parathyroid hormone ) 是 由 甲状 旁 腺 主 细胞 CChief pea 分 让 的 二 来 自 牛 、 猪 和 人 的 甲状 旁 腺 的 甲状 旁 腺 激素 都 是 由 84 个 氨基 酸 残 基 构 成 的 单一 kta ae ASAE MT EAB EE 甲状 旁 腺 激素 主要 的 作用 是 调节 钙 ， 磷 的 代谢 六 它 能 进 骨 质 的 溶解 以 及 促进 小 肠 对 全 彰 小 管 对 磷 的 重 吸收 ， 使 尿 磷 排 出 量 增高 ， 从 而 使 血清 中 磷 量 减少 。 由 于 上 述 两 种 激素 都 作用 于 骨 和 肾 ， 共 同 对 钙 、 磷 的 代谢 进行 调节 ， 因 而 和 苇 刘 精 中 钙 和 的 吸收 和 肾 小 管 对 钙 的 重新 吸收 ， 减 少 钙 的 排出 ， 从 而 能 使 血清 中 Ca … 升 高 。 : BRR TRE (RAS HA ARE —_— 第 四 节 ， 氨 基 酸 衍生 物 激素 q 一 、 甲 状 腺 激素 甲状 腺 分 泌 两 种 氨基 酸 衍生 物 激素 ， 甲 状 腺 素 C Thyroxine, T, ) MRA RRR CTriiodothyronine , Ts ) ”这 两 种 化 合 物 的 合成 首先 是 通过 甲状 腺 球 蛋 自 的 酷 氨 酸 残 基 的 “ 转录 后 的 碘 化 作用 ， 然 后 经 蛋白 水 解 酶 水 解 而 形成 的 。 甲 状 腺 球 蛋 由 是 一 种 糖 蛋白 ， 含 有 两 个 胡同 的 亚 基 ， 分 子 量 为 660,000， 每 分 子 甲状 腺 球 蛋白 含有 140 个 酷 氨 酸 残 基 ， 人 钥匙 尖 约 只 “ 有 25 个 残 基 被 碘 化 。 甲状 腺 激素 的 合成 包括 下 面 几 个 过 程 ，@ 碘 进入 到 甲状 腺 中 ， 回 碘 转 移 到 甲状 腺 球 蛋 自 下 的 酷 氨 酸 残 基 上 ;， 回 含 碘 的 甲状 腺 球 蛋 白 经 蛋白 水 解 作用 ， 产 生 甲 效 腺 激素 六 并 将 其 释放 到 itt 78 FA FARR RFA 7B AR RPK RH AE AEE AURORA SIP YR RIE aOR, FA TRI AS HH 25— 40%, AEE RLM RAW. Katee he 过 程 。 甲 状 腺 球 蛋 白 的 碘 化 由 甲状 腺 过 氧化 物 酶 催化 。 该 酶 是 一 种 血红 素 收 和 白 ， 并 对 Ho， 绝对 需要 。 碘 在 取代 栈 氨 酸 芳香 环 上 的 所以 前 必需 被 活化 。 碘 的 酶 促 氧 化 机 制 仍 未 稍 定 , 活 (A Cl ) 与 肽 链 上 的 栈 氨 酸 残 基 起 反应 ， 生 成 二 碘 酷 握 酸 和 少量 单 碘 栈 氨 酸 。 然 后 甲状 腺 球 蛋白 上 的 两 个 位 置 适合 的 碘 化 栈 氨 酸 残 基 偶 联 ( 过 氧化 物 酶 也 能 催化 这 一 偶 联 反应 ) 。 被 碘 化 的 甲状 腺 球 蛋 白 不 具有 激素 的 性 质 ， 仅 在 该 蛋白 被 水 解释 放出 碘 化 酷 氨 酸 即 甲 状 腺 激素 后 才 显 示 出 激素 的 性 质 。 催 化 碘 化 甲 状 腺 球 蛋 白水 解 的 酶 是 由 甲状 腺 滤 泡 上 皮 细 胞 内 的 蛋 自 水 解 酶 完成 的 。 甲 状 腺 激素 的 形成 过 程 如 图 7 一 16 所 示 。 正常 人 每 日 大 约 产生 70 一 90 微 克 的 甲状 腺 素 〈T,) 和 35 微 克 的 三 确 甲 状 腺 原 气 酸 (T， 让 ee i ne ) 甲状 腺 激素 的 产生 受 下 丘脑 分 泌 的 激素 控制 。 下 丘脑 分 泌 的 促 RRR PR CTFRH) 刺 激 垂体 前 叶 分 iA AE ie: eRe ae 结合 ， 刺 激 甲 状 腺 产生 甲状 腺 激素 。 PRAMAS ROC UES, RRR RD, 1 SBA AG Se ZB A RAR UI, FEL ESR FE AE A LPS PA HS BUI BR RPI AE A th is A, REN SRE ER RA, Bk SHMARAWLACA, SMAMEW LATA, PRRRKMLAWARRA 高 度 的 专 一 性 和 很 高 的 亲和力 。 通 过 甲状 腺 激素 二 受 体 复合 物 与 特定 基因 的 相互 帮 用 ”诱导 生 靶 细 胞 大 量 侣 成 某 些 酶 和 酶 胡 统 。 其 主要 的 结果 是 刺激 基础 代谢 速率 ， 书 进 生发， 尽管 有 许多 研究 ， 但 甲状 腺 激素 究竟 是 怎样 调节 需 氧 代谢 的 速度 仍然 是 不 谜 。 虽然 残 粒 体 是 组 织 呼 吸 和 ATP 形成 的 场所 ， 但 甲状 百 激 素 如 何 影响 线粒体 的 活性 仍然 不 清楚 8 326 L ie H o-& ee NH, HO—< | >~CH,—CH—COO L—3— {a BRB — | F NH, es. L - HO— CH, 一 CH 一 COO” 人 -oa NH, L—3, 5-—_ Mma I A | :ao 人 - ae ae oe nag nl grag C H—COoOo- | H, N 一 C 一 COO- 脱 氢 两 氨 酸 L-3, 5, 3’, 5/- 四 碘 酷 酸 氨 ( 甲 状 腺 素 ) [ I H cre + ea en NH, NH, piaea hans sshemswrd! museca ; ’ Vs | Aa net) SOA GES Soe ue = C—COOH HO €iS O one , COO+H,C O I ‘NH, L—3, 5,3’ -=MARRRAR ,有 图 7--16 PRIM Sate ee RE ERR BLD 人 的 甲状 腺 机 能 必须 保持 正常 才能 维持 健康 。 若 甲状 腺 机 能 亢进 ， FRR wt S, 则 会 导致 基础 代谢 速度 高 于 正常 标准 。 患者 身体 消瘦 ， 神经 紧张 ， 心跳 加 快 ， 眼 球 凸 He BEDE, RRM KOWAL, 则 骨骼 生长 和 大 脑 发 育 障碍 ， 以 致 身体 矮小 ， 智 力 低 Fy A SRE” s 若 成 年 人 甲状 腺 激素 分 沁 不 是 ， 则 基础 代谢 率 低 于 正常 ， 过 多 的 蛋 自 质 在 组 织 间隙 中 积存 ， 妨 碍 细胞 间 液 流 回血 液 。 患 者 皮下 浮肿 ， 记 忆 力 和 性 机 能 减退 。 二 、 肾 上 腺 令 质 激素 肾上腺 由 两 种 结构 组 成 ， DS LRM LR, 这 两 种 结构 的 激素 产物 在 它们 的 作用 访 面 是 不 同 的 。 肾上腺 散 质 产生 和 分 泌 两 种 激素 一 一 肾上腺 素 (Adrenaline 或 Epinephrine ) 和 去 甲 肾上腺 素 ( Noradrenaline 或 Norepinephrine ) 。 327 肾上腺 素 和 去 甲 肾 上 腺 素 是 水 溶性 的 ， 是 由 酷 氨 酸 衍生 而 来 的 (图 7 一 芭 )， 其 中 间 物 | ‘es NH, HO—<__ >-CH * 61—COOH Hong. >- cy CH= COOH aa a, 全 二 羟 革 WAR (Dopa) | 芳香 -氨基 酸 脱羧 酶 OH H eer H—CH,—NH, “— ER Oe - WN 28 ¢ Va 去 甲 肾上腺 素 3， pecan Zhe Dopamine (多 巴 胺 ) 葵 乙 醇 胶 -N- 甲 基 转 移 酶 OH am = | in? H o-4_ > CH—CH,— NN H a3 Of 肾上腺 素 图 7- 一 17 ”肾上腺 休 质 激素 的 合成 多 巴 胺 也 具有 激素 活性 。 由 于 肾上腺 素 、 去 甲 肾 上 腺 素 和 多 巴 胺 都 含有 儿 茶 酚 基 ， 故 它们 区 称 儿 茶 酚 胺 类 激素 。 儿 茶 酚 胺 也 可 在 脑 和 神经 系统 中 产生 ， 在 那儿 它们 作为 神经 递 质 而 起 作 用 。 肾上腺 素 和 去 甲 肾上腺 素 具 有 广泛 的 生理 作用 。 这 两 种 激素 的 许多 作用 都 是 相同 或 相似 的 ， 它 们 的 差异 只 是 量 上 的 而 不 是 质 上 的 。 | ERAN OME ASABE. CHRD. ROMs ABS Ka, DATO Nop corahivelidhicbaiguitiitipinaghierligasiaaleaitiietinMMianiibedieetaidie em 动脉 收缩 ， 故 有 较 强 的 升 高 血压 的 作用 。 ghd 肾上腺 素 对 糖 代谢 有 很 大 的 影响 。 它 在 这 方面 的 作用 与 胰 高 血糖 素 相似 ， 但 与 胰岛 素 的 作用 相持 抗 。 肾 土 腺 素 能 刺激 肝 糖 元 的 降解 ， 从 而 增高 血液 中 葡萄 糖 的 浓度 。 它 也 能 刺激 肌 糖 元 降解 ， 促 使 肌 糖 元 经 酵 解 过 程 转 变 成 乳酸 ， 从 而 可 使 血液 中 乳酸 量 升 高 。 在 此 过 程 中 可 发 生 底 物 水 平 磷酸 化 生成 ATP。 去 甲骨 上 腺 素 亦 有 上 述 作 用 ， 但 较 弱 。 # 肾上腺 素 的 作用 机 制 是 研究 得 比较 清楚 的 。 关 于 激素 作用 的 第 二 信使 学 说 的 研究 首先 就 是 从 肾上腺 素 如 何 促 进 肝 糖 元 分 解 开始 的 〈 见 本 章 第 二 节 ) 。 当 动物 需要 付出 大 运动 量 时 ， 在 中 枢 神 经 系统 的 支配 下 ， 上 上 腺 素 的 分 小 天 天 增加 江天 平 增 加 上 和 王 倍 。 肾 上 腺 素 作为 第 一 信使 随 着 毛细 血管 血 流 到 达 丢 细胞 肝 细 胞 上 ， 与 肝 细 胞 膜 328 士 的 受 体 结合 ， 并 激活 膜 上 的 腺 音 酸 环 化 酶 。 从 而 使 胞 质 中 的 ATP 转 变 成 为 5AME， 胞 质 中 的 PANE ME Tt BR a RFI 级 联 放大 作用 ，。 最 终 导致 肝 糖 .元 的 分 解 ， 血糖 浓度 升 高 。 血液 中 葡萄 糖 随 循环 血液 输送 到 各 组 织 ， 供 细胞 分 解 产 生 能 量 。 1 站 a LAR a PS RE ER SPER NE 4 f ee ee. Re Sa at, eye) nen” Z 腺 理 酸 ae IM AB ATP 4 cAMP+PPi — EA seu (无 活性 ) 一 Guat * cAMP 磷酸 | 磷酸 化 梅 激酶 (无 活性 ) Ca Mg (有 活性 ) 磷酸 化 的 b = BRR Le (无 活性 (有 活性 ) payc + Pi Bhi ip +Pi ~- 一 一 一 Am 一 一 人 ’ 人 ma ---- . o? Sends oS | ok) Ae. DRE = poe > ee 受 体 “ee. oe tes rae 8 =|) ; a ae ee i he " Py this ATP cAMP + PPi Ean ® (无 活性 ) 《和 5 cAMP fa ADP ATP PETC US 元 有 活性 ) Mg?2* ee 了 7 图 7 一 19 PEER SR aD hl SF BR we AY A 329 则 上 腺 素 不 仅 促 进 肝 糖 元 分 解 ， 而 且 还 能 抑制 肝 糖 元 的 合成 。 肾 上 腺 素 对 糖 代谢 影响 的 这 两 方面 的 作用 可 用 图 7 一 18 和 图 7 一 19 表 示 。 悍 上 腺 素 除 上 述 作用 外 ， 还 能 促进 蛋白 质 分 解 ， 促 进 脂肪 水 解 和 脂 酸 氧化 ， 策 看 和 尿 中 的 酮 体 升 高 。 第 五 节 人 省 醇 类 激素 家 上 腺 皮质 激素 、 雄 激素 和 肉 激 素 是 一 类 主要 的 脂 溶性 的 省 醇 类 激素 .上坟 类 激素 在 结构 j ER RARSMAHE, FILER BBY FT LIK 8 be SAE HOTT, CERRADO 转变 而 成 。 有 一 、 肾 上 腺 皮质 激素 肾上腺 皮质 至 少 能 产生 约 50 种 省 醇 类 物质 。 这 些 贫 醇 类 物质 主要 是 糖 皮质 激素 、 盐 皮质 激素 以 及 一 些 性 激素 。 性 激素 主要 是 在 性 腺 中 产生 。 肾 上 腺 皮质 激素 的 生物 合成 如 图 7 一 20 所 示 。 1。 糖 皮质 激素 糖 皮 质 激素 ( Glucocorticoids ) 因 它 们 影响 糖 代谢 而 得 名 。 其 中 最 重要 的 糖 皮质 激素 是 皮质 醇 ( Cortisol ) 。 这 类 激素 的 主要 生理 功能 是 能 够 促进 肝脏 释放 出 葡萄 糖 ， 升 高 血糖 的 浓度 ， 促进 糖 元 生成 以 及 由 生 糖 氨基 酸 合成 糖 的 异 生 作用 ， 导 致 糖 元 在 肝脏 中 积累 ， 并 降 低 葡 萄 糖 的 氧化 利用 。 升 高 血液 中 葡萄 糖 的 浓度 的 原因 是 由 于 皮质 醇 能 增高 肝脏 型 葡萄 糖 -6- 大 酸 酶 的 活性 。 此 外， 皮质 醇 能 增高 转 异 的 肝脏 气 基 转移 酶 。 PaTRA (i ea 都 有 助 于 肝脏 糖 元 的 储存 。 CH,OH ha ay nt C=O C= ae 人 mi) YY ee voile) agaet os @ dey OG ” (titegiliegl 4\4N/ 4\4~\/ Cortisol Corticosterone Aldosterone 皮质 醇 皮质 酮 醛固酮 图 7 一 22 ” 几 种 主要 的 肾上腺 皮质 激素 的 结构 糖 皮 质 激素 能 够 促进 脂肪 组 织 释放 出 游离 的 脂 酸 ; 也 能 促进 其 他 脂 解 因子 如 肾上腺 素 或 胰 高 血糖 素 的 作用 ， 从 而 导致 原生 质 游离 脂 酸 水 平 的 升 高 。 这 种 动用 脂 类 的 作用 可 以 导致 柄 体 的 生成 。 糖 皮质 激素 的 上 述 作用 可 能 反映 出 葡萄 糖 利用 受阻 ， 减 少 了 脂 肪 生成 所 需要 的 甘 油 。 这 类 激素 在 提高 其 他 脂 解 激素 作用 方面 的 影响 也 许 是 由 于 提高 了 细胞 对 CAMP. 的 敏感 330 糖 皮质 激素 亦 能 影响 蛋白 质 和 核酸 的 代谢 。 糖 皮质 激素 也 还 具有 抗 炎症 及 抗 变态 等 作用 。 ABLES AP 4 CH CH é=0 baa os ie ies HO 4 HO 0 17a - F588) AN 8) RN “ip 2 5 CH; pee ere Chie Co C 一 0 C=O 9 0 LIB - 22a ane / CH,0H as ; CH,0H id 一 0 c=0 一 (人 J OH RO. -OH HO 合成 性 激素 oO r 0) 11 -脱氧 皮质 醇 21 — 脱氧 皮质 醇 皮质 酮 Se | CH,OH ‘y CH,OH CH,0H | : | HO |! c=0 0 H.C c=0 0 OH HO 证， 患者 疫 劳 、 血 量 增加 、 血 压 升 高 ， 并 出 现 高 血糖 、 低 血 钾 现 象 ， 可 因 体 内 保留 钠 和 水 超过 限度 而 导致 水 肿 。 BS Ee 皮质 激素 分 泌 不 足 ， 则 会 引起 “ 阿 狄 森 ” HE, RETEST. HESS. ERS. IR 血浆 中 K* 增高 而 Na 减少、 新陈代谢 速率 降低 。 P We eS AL St AAAS RAR, HSENSE SA 胞 质 受 体 结合 。 糖 皮质 激素 的 受 体 在 许多 组 织 都 存在 , /例如 肝 、 肾 、 肌 肉 、 骨 、 RRR. 脂肪 细胞 、 淋 巴 组 织 、 肺 、 脑 以 及 其 他 组 织 。 这 与 糖 皮质 激素 具有 广泛 的 生理 作用 一 致 :。 盐 皮 质 激素 的 受 体 只 在 少数 组 织 中 发 现 ， 例 如 肾 、 结 肠 粘 膜 、 唾 液 腺 管 等 组 织 。 省 体 激素 与 受 体 结合 诱导 受 体 的 构象 发 生变 化 , 这 个 过 程 叫 激活 ;从 而 促进 匠 素 - 受 体 复 全 物 同 核 内 的 染色 质 上 的 接受 部 位 结合 。 这 种 相互 作用 导致 RNA 束 含 梅 笑 性 增高 和 特定 基 i R7—7 RLERRRRESSRHRER BH eH HS AY is 盐 皮质 激素 诱导 的 酶 色 氨 酸 -2, 3- 二 加 氧 酶 柠檬 酸 合成 酶 Y CARD 酷 氨 酸 氨 基 转 移 酶 谷 氨 酸 脱氧 酶 SA 更 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 羧 激酶 谷 - 草 转氨酶 3- 磷 酸 甘 油 醋 脱 氢 酶 葡萄 糖 -6- 磷 酸 酶 丙酮 酸 羧 化 酶 果糖 -1, 6- 二 磷酸 酶 糖 元 合成 酶 AE Z, BE He — N— FA at He 谷 氮 酰 胺 合成 酶 精 氨 酸 合成 酶 精 氨基) 琥珀 酸 裂 解 栈 Ai ALR Big 332 。 | 冰 的 扰 录 速度 加 快 ， 从 而 提高 特定 蛋白 质 合成 的 速度 。 但 是 款 应 该 强调 ， 在 任何 特定 细胞 | 中 半 只 有 很 少 种 类 的 蛋白 的 合成 受到 影响 。 表 7 一 7 列举 了 一 些 受 上 述 皮 质 激素 诱导 而 合成 的 iB, ‘ =. em EWR CHR HEY SL FORE PEM ONL) SS EIR RPE 可 以 产生 省 醇 类 激素 一 雄 激素 i ( Androgens ) Fit (Estrogens) 。 肾 上 腺 皮质 、 SALMPRMGEAN RRS, 1 MOEA SIL, THES ERR, RRR, Te 且 也 能 在 肾上腺 皮质 和 睾丸 中 产生 。 所 有 的 沼 醇 类 激素 最 终 都 是 由 一 个 共同 的 前 体 一 一 胆 和 省 醇 产 生 的 (图 7 一 21 和 图 7 一 23 ) 。 最 重要 的 性 腺 激素 如 图 7 一 22 所 示 。 CH, OH OH b-o a a ees ay te YY RAR HOA WY, EAP 3 id ( Testosterone ) B- ii — BE ( B-estradiol > Zi ( Progesterone ) as | 图 7 一 22 ”主要 性 腺 激素 的 结构 O= 1. sa 最 主要 的 雄 激素 是 睾酮 ( Testosterone), SHMNE LHASA PRWMAK 性 ， 除 乍 酮 和 二 氢 皇 酮 外 ， 还 有 雄 酮 和 雄 烯 二 酮 ,但 这 两 种 雄 激 素 的 生理 活性 很 弱 ， 它 们 是 睾酮 的 代谢 产物 。 雄 激 素 的 生理 作用 主要 有 : @ 在 胚胎 发 育 期 调节 男性 表 型 的 分 化 ，@@ 青 春 期 男性 第 二 性 和 @@ 调 节 促 性 腺 激素 的 分 泌 。 2。 雁 激素 和 孕 柄 卵巢 的 主要 生殖 和 内 分 泌 单位 是 卵泡 〔 或 称 证 泡 ，Follicles ) ， 每 个 卵泡 由 两 层 细胞 带 包围 着 一 个 卵细胞 PMR. EMORY 细胞 是 MEY 主要 来 源 。 外 层 含 膜 细胞 ( Theca cell ) ， 主 要 受 腺 基体 促 黄 体 生成 激素 ( 工 互 ) 六 调 节 。 膜 细胞 合成 内 激素 的 前 体 ， 前 体 可 被 粒 细胞 利 时 合成 肉 激 素 。 在 成 熟 的 卵泡 排卵 之 后 ， 在 LH 的 刺激 下 ， 卵泡 粒 细胞 变 成 黄 体 细 胞 ， 黄 休 细 胞 分 沁 孕 酮 。 ， 主 要 的 肉 激 素 是 肉 二 醇 〈 又 称 激动 素 ) ， 它 的 激素 作用 最 强 。 此 外 还 有 肉 三 醇和 肉 酮 ， 它们 的 激素 作用 比 蕉 二 醇 弱 得 多 ， 是 肉 二 醇 的 代谢 产物 。 唆 激素 的 主要 功能 有 :， 促进 玲 性 动物 的 性 器 官 的 发 育 ， 使 子宫 内 膜 增生 和 阴道 上 皮 增 厚 ， 引 起 动物 动情 ， 发 生性 欲 ， 促 进 和 维持 第 三 性 征 ， 例 如 乳腺 的 发 育 和 产生 月 经 等 ;影响 腺 垂体 促 性 腺 激素 的 分 这。 此 外 ， 峻 激素 还 能 影响 脂 及 脂 蛋白 代谢 。 333 孚 酮 是 黄体 细胞 分 泌 的 激素 ， 又 称 黄体 酮 或 妊娠 素 。 它 的 主要 作用 是 促进 子宫 及 旨 腺 的 RA» HLH ERR A, MHD, BLAS, WHARF Ses CH; /CH 3 HC—CH,—CH,—CH,— CH _ CH, HO AB AZ | { + H; c=0 HO 7A ip taal au me --OH HO Va — F838 48 ff) th ERA HO Fh. Bh AcE Ral | OH H a eine fi 机 | 人 本 本 rey HO a Ne 0 HET “fiat Ya 图 2 一 23 ”人 性 激素 的 合成 途径 作用 。 吕 计 关于 性 激素 分 泌 的 调节 以 及 它们 的 作用 机 制 见 本 章 第 二 节 和 第 三 节 有 关内 容 。 本 第 六 节 前 列 腺 素 前 列 腺 素 (Prostaglandins， 简称 PG) 是 一 类 和 激素 具有 相似 作用 的 脂肪 酸 衍生 物 的 总 称 。 其 实 ， 前列腺 素 并 不 是 由 前 列 腺 产生 和 分 泌 的 。 而 首先 是 从 分 泌 精 液 的 精液 腺 中 提 得 的， 只 下 过 是 一 种 误 称 吧 了 。 除 精液 腺 能 产生 和 分 泌 这 类 物质 以 外 ， 还 有 许多 其 他 组 织 如 脑 、 肺 、 胰 、 腺 、 子 官 、 胸 腺 、 骨 等 都 能 产生 和 分 泌 这 类 物质 。 二 前 列 腺 素 是 廿 碳 不 饱和 脂 酸 的 衍生 物 ， 其 基本 结构 是 含有 一 个 五 元 环 的 前 列 腺 骏 。 现 已 发 现 的 前 列 腺 素 至 少 有 20 多 种 ， 根 据 五 元 环 上 的 取代 基 和 双 键 的 位 置 不 同 可 分 为 PGA、PGB ，PGC、PGD、PGE、PGF、PGG、PGH 和 PGI 等 类 型 ， 根 据 侧 链 上 双 键 的 数目 的 多 少 又 关 可 进一步 分 为 PGX,、PGX:、PGX。 等 (X KA, Bae Cy Do SERRE HO eR _ PGE 和 PGF, us OH | i AUN 内 过 氧化 物 nis ie coo oO Q . : if ee C00 SS C0 ‘hig ei we OH OH 站 PGE， PGI: ey 7 Sf fi UR ‘een! mare 图 7 一 24 三 种 前 列 腺 素 的 合成 三 种 不 同类 型 的 前 列 腺 素 的 合成 过 程 如 图 7 一 24 所 示 。 第 一 步 反 应 是 脂 酸 环 氧 酶 (Fatty 335 acid cyclo 一 oxygenase) 俱 化 的 ， 即 把 一 个 氧 分 子 加 到 廿 碳 四 烯 酸 的 Cy AA CE 在】 C. MC wo ZMERe, /从 而 形成 一 个 五 元 环 。 第 二 步 反 应 是 PASH. BRP 种 酶 煌 成 内 过 氧化 物 合成 酶 复合 物 。 虽 然 所 有 产生 前 列 腺 素 的 组 织 中 都 有 这 种 酶 复合 物 ， 但 所 合成 的 PGH, 上 隐 生化 去 向 却 ZH As SHS BBR FE oY Blan, 在 产生 PGE, 的 某 个 组 织 中， 存在 内 过 氧化 物 异 构 酶 ， 能 把 PGH, 转变 成 PGE，。 RAE EE OB. BORK AE i RZ i EL A ee RR AAAI, HAPAANAA WM WRARM LP. Bie, PGE: PGE, . PGE.2 AHR SM MEA We 的 作用 ， 在 临床 上 BN Sls PGE PGE, ASK OSI DLE, (2 PGP.c 却 洁 相反 的 作用 。 MRO PGE, A ih NR 集 有 明显 抑制 作用 ， 而 PGE, 却 有 促进 血小板 聚集 的 作用 。: PGE M PGA 是 有 效 的 面 管 扩 az, 和 竹 脉 注射 PGIA 或 PGE 可 降低 血压 ， 有 希望 用 于 治疗 高 血压 ii eM 前 列 腺 素 作 为 细胞 功能 的 局 部 调节 剂 ， 可 以 对 许多 内 分 泌 腺 分 湾 激 素 进 行 调节 呈 Bln: | 前 列 腺 素 曾 刺 激 可 促进 甲状 腺 、 肾 上 腺 皮质 、 卵 策 和 甲状 旁 腺 等 腺 体 分 泌 激 素 记 另 让 通过 前 列 腺 素 对 腺 苷 酸 环 化 碍 的 影响 ， 可 以 调节 许多 激素 的 作用 。 这 样 就 可 以 部 分 地 解释 前 列 禾 素 作用 的 广泛 性 和 多 样 性 。 第 七 节 植物 激素 植物 激素 ( 或 称 植物 生长 因子 ) 调节 植物 的 生长 和 发 育 。 迄 今 为 止 ， 所 发 现 的 主要 的 植 物 激 素 可 分 为 五 种 类 型 ， 植物 生长 素 (auxins ) 、 细胞 分 裂 素 ( cytokinins ) . I BR (gibberellins)、 脱 落 酸 ( abscisic acid ) 和 乙烯 (ethylene ) 。 但 是 ， 与 动物 激素 不 同 ， 在 某 些 种 类 的 激素 中 存在 许多 不 同 的 天 然 化 合 物 ， 它 们 都 具有 激素 的 活性 。 例 如 目前 已 经 ， 发 现 了 六 十 多 种 赤 雪 素 。 所 有 已 鉴定 好 的 植物 激素 都 是 低 分 子 量 的 化 合 物 。 虽 然 在 低 等 植物 和 真菌 中 ， 某 些 偶 配 因子 是 多 肽 ， 但 在 高 等 植物 体内 尚未 发 现 多 肽 激素 。 每 一 种 类 型 的 化 合 物 都 可 以 引出 各 种 各 样 的 反应 。 在 控制 生理 过 程 中 ， 不 同 激素 之 间 有 相当 的 联系 。 而且， 不 同 植物 种 类 的 同一 过 程 可 受 不 同 的 激素 控制 。 因 此 很 难 归纳 出 植物 激素 作用 的 ne : eS RMA CIRM, “CALA AR RR et a WR CH.—COOH MOAKARMEMNAK, WMA. MAK Wi DF 4 40, 000K 蛋 自 结 含 ， 该 蛋白 很 可 能 是 这 类 激素 的 受 体 。 植 物 生长 素 刺激 细胞 生长 可 分 为 两 期 。 首 先是 增高 质子 从 细 肥 内 问 外 转移 ， 降 低 胞 外 pPH， 从 而 刺激 能 部 分 降解 细胞 壁 的 那些 酶 ， 使 细胞 壁 松 开 并 人 允许 细胞 伸 长 。 其 次 ， 植 物 生 长 素 能 增加 和 蛋白质 和 核酸 的 合成 ,导致 继续 生长 。 所 336 有 植物 生长 素 的 作用 都 可 被 蛋白 质 合成 抑制 剂 阻 止 。 =, Mast eR 细胞 分 裂 素 〈 或 称 细 胞 激动 素 RREKHTAED, Ra wire +. CC NHCH,—CH=C. MTR BUSA RAL, MMAR MAID HIE. eS A 织 中 ， 这 两 种 激素 能 协同 作用 。 在 植物 细胞 培养 中 ， 植 物 生长 素 和 细胞 分 裂 素 两 者 的 比例 是 很 重要 的 。 当 植物 生长 素 的 比例 偏 高 时 ， 引 发 主 蔚 的 分 化 和 生长 ， 若 细胞 分 裂 素 比例 偏 高 ， 则 引发 根 的 分 化 和 生长 ， 若 两 者 居间 浓度 则 会 引发 未 分 化 细胞 的 生长 。 =. KER ANRMWABK CRO, RAWMBAA—TRBR. BRM THER: /入 | do H INV ANA 赤 霉 素 也 能 刺激 植物 的 生长 ， 它 们 往往 与 植物 生长 素 协同 作用 。 赤 霉 素 促进 发 芽 的 种 子 积累 淀粉 酶 的 mRNA， 表明 它们 的 受 体 或 第 二 信使 在 基因 水 平 上 起 作用 。 =CH, 四 、 脱 落 酸 脱落 酸 对 其 他 许多 植物 激素 部 方 起 闫 作用 。 它 抑制 植物 的 发 荐 、 生 长 、 蘑 莉 的 形成 以 及 叶子 的 衰老 。 枯 萎 能 刺激 叶子 的 叶肉 细胞 的 叶绿体 合成 脱落 酸 。 在 这 种 情况 下 ， 脱 落 酸 是 一 种 信号 ， 能 促进 保卫 细胞 ( guard cells ) 关闭 ， 从 而 减少 水 分 通过 气孔 散失 。 脱落 酸 的 结 构 如 下 所 示 : CH, Hx CH | G CH Vit © AF \cH CH [ o4% FY COOH 337 =. ze 乙烯 是 由 SRF ROR Se BR HY, 2 da EA IRI Bay 不 是 在 纵向 EBM MAK. EH RMR RRMA, I Ai) NH }0-+Ho.- Hon He :， 0， ATP ppi adel 一 CH 一 CH 一 CH 一 c00- = Bai ianig goatee Wawona ‘| thdel ied atiaetas SARE eekaoiet pres Paes me Fl ope yt i i Sb alte CH=CH, epee alge _ CO:+NH,+HCOOH © ree T Ret AR ly RA Re HK 1 uwromomee H ih 重 风 村 全 全 SN ase: aT | Pees eee, MS 7 ee = a bit oe if, aie, ve . ii BR er ine vr 44gh ey 1 8 ra . pS | SS ri , i d 4 rm re CEK oa, _ . Tel, wt 4 Piven pt a ee" $ 1 : Tele anne vga al see Pe rimet AR BYI ot cor 全 jygitivws ogee i SRA eG ips. os HE gait i ee VRS i" 7M a 5 四 By AN ON Ke Hi oh HS EA ik i yen : at POM ANP LRA WI Callen premaD see “ih a aie AM: , ¥ 2 iy G } } LH . 4 As ’ 日 7 “aA | Rs Ho ®& 第 八 章 “生物 氧化 和 生物 能 量 学 UL ， 生命 和 非 生命 的 区 别 在 于 它 经 常 地 进行 自我 更 新 。 生 物体 和 外 界 进行 物质 交换 是 它 存在 的 基本 条 件 ， 是 生物 赖 以 生长 、 繁 殖 、 运 动 的 基础 。 生 物体 同 外 界 的 物质 交换 以 及 自我 更 新 包含 着 各 种 化 学 变化 。 这 些 不 同 的 化 学 变化 在 生物 学 上 叫做 新 陈 代谢 〈《 匡 etabolism ) « ”新 陈 代谢 包括 两 个 相反 的 过 程 。 一 方面 ， 生 物体 从 食物 中 摄取 养料 转换 成 自身 的 组 成 物 ， 质 ， 并 贮存 能 量 。 这 个 过 程 称 为 合成 代谢 〈 或 称 为 同化 作用 ) 。 另 一 方面 ， 生 物体 将 自身 的 组 成 物质 分 解 并 释放 能 量 ， 以 供 各 种 生命 活动 的 需要 ， 其 最 终 产 物 则 排出 体外 。 这 个 过 程 叫 做 分 解 代谢 〈 或 称 为 异化 作用 ) 。 通过 代谢 ， 生物 体 同 环境 不 断 地 进行 物质 交换 和 能 量 交 换 。 代 谢 是 酶 所 催化 的 反应 ， 具 奋 复 杂 的 中 间 过 程 ， 例 如 葡萄 糖 在 体内 氧化 成 水 和 二 氧化 碳 要 经 过 许多 化 学 变化 。 这 些 变化 总 称 为 中 间 代 谢 。 新 陈 代 谢 失 调 会 产 步 疾病 ， 新陈代谢 一 旦 停止 ， 生 命 也 就 终止 。 从 本 章 开 始 ， 我 们 将 介绍 生物 体内 主要 物质 的 分 解 代谢 和 合成 代谢 ， 物 质 代谢 过 程 中 的 能 量 的 产生 和 利用 ， 以 及 代谢 过 程 和 途径 的 调节 控制 。 旺 ， 生 物体 的 基本 组 成 单位 是 细胞 (cell ) 。 各 种 代谢 到 应 一 般 都 是 发 生 在 特定 的 组 织 或 细 胸中 。 因 此 ， 各 种 代谢 反应 都 与 细胞 结构 冰 着 切 富 的 关系 。 我 们 在 介绍 各 种 物质 的 代谢 途径 和 化 学 变化 过 程 时 ， 也 特别 注意 这 一 点 。 第 一 节 “生物 氧化 的 基本 概况 “一 、 生 物 氧化 的 定义 一 切 生 命运 动 都 需要 能 量 。 能 量 的 来 源 是 糖 、 脂 、 和 蛋白 质 在 体内 的 氧化 作用 产生 的 。 糖 、 脂 、 和 蛋白 质 等 有 机 物质 在 活 细胞 内 所 化 分 解 ， 产 生 二 氧化 碳 和 水 并 释放 出 能 量 的 过 程 即 称 为 生物 氧化 (Biological oxidaton ) 。 ”由 于 生物 氧化 是 在 细胞 或 组 织 中 发 生 的 ， 所 以 生物 氧化 又 叫做 细胞 氧化 (Cellular Oxidation ) 或 细胞 呼吸 (Cellular “respiration >, 有 时 称 为 组 织 呼吸 (Tissue respira- tion ) 本 二 、 生 物 毛 化 的 特点 生物 氧化 是 发 生 在 生物 体内 的 氧化 还 原 反应 ， 它 具有 自然 界 物质 发 生 氧 化 还 原 反应 的 共 同 特征 ， 这 主要 表现 在 被 氧化 的 物质 总 是 失去 电子 ， 而 被 还 原 的 物质 总 是 得 到 电子 ， 并 且 物 质 被 氧化 时 ， 总 伴随 能 量 的 释放 。 有 机 物 在 生物 体内 完全 氧化 和 在 体外 燃烧 而 被 彻底 氧化 ， 在 化 学 本 质 上 是 基本 相同 的 ， 最 终 的 产物 是 CO， 和 H:O， 并且 释 放出 的 能 量 总 值 也 是 相同 的 例如 一 克 分 子 的 葡萄 糖 在 体内 氧化 和 在 体外 燃烧 最 终 都 是 产生 CO, 和 H.0, FRAN 339 总 能 量 都 是 686 干 卡 。 这 并 不 奇 公 ， 因为 氧化 作用 所 县 放出 的 能 量 等 于 这 二 物质 所 亦 的 化 旺 能 与 其 氧化 产物 所 含 的 化 学 能 之 差 ， 放 出 总 能 量 的 多 少 与 该 物质 氧化 的 途径 无 关 ， 只 要 在 所 化 后 所 生成 的 产物 相同 ， 放出 的 总 能 量 也 必然 相等 。 号 旦 ， 由 于 生物 氧化 是 在 活 细胞 内 进行 的 ， 故 它 与 有 机 物 在 体外 燃 伐 省 许 多 不 同 之 处 EER, APRIL eC Bain ; : UIE: ARE, CO. FL H.O 的 生成 是 空气 中 氧 直接 与 碘 、 所 原子 结合 的 产 Fane AMMA ACRE, CO。 Hoa ataE em RMIT A, MIE Tbh He Fi SEE SERUR ELIT AEDS. HO AVA RRM SATEEN, DUA TE ER PNAS Re TE YE — LR EC UE, LCI SMICRTE F DEE FI iN BE. TALON NR Be TRF HEFT Me ribs MME a sR REM I 31 ER HT, TEL ARCA 现时 各 和 队 在 细胞 内 部 具有 特殊 的 定位 关系 。 因 此 ， 有 机 攀 在 体内 氧 和 所 产 下 的 能 台 EDEL POSES TAS BL TE IR BET AOE ER IRS, =. £MaLHeanE thatch Se SUR SAO. AMR RMU. ERIC, Siem Ferre SATII Sm eeinib ee. TERE Fee RELA, AHERN FCN ee ANA TRE RRR, CORRE 后 这 程 是 相同 的 。 我 们 在 本 章 介绍 的 主要 内 容 之 一 就 是 这 一 段 丰 同 的 过 程 。 黄 他 的 内 容 将 分 散在 有 关 章 节 中 介绍 。 peer ek PVT R RAL AUCIRET > —, LRT ER, I, SII OH, CPOE MICAS, ETE AE LHF SLE Dy ERE TR BAE Ob, TKS Bees LBGDI TEACH SCI 2A a BR es BL 3) Ek, rae ate 次 传递 。 当 传递 到 细胞 色素 b 时 ， 把 氢 质 子 释放 到 介质 中 ( 见 呼吸 链 部 分 )， 电子 再 经 细胞 (全 末 车 : A-2H, NAD* RRB \, 氧化 型 、nO” -> ) 9) ehh ea (et 中 间 递 体 人 电子 递 体 本 NADH’ * 4 44,39 | 还 原型 ”0O:1/2 | il! A JebiLLO y v it 4 H* A Gl ee ie EE 图 8-1 水 生成 机 制 a : A'.2 五 表示 底 物 的 还 原型 ，A 表示 底 物 的 氧化 型 色素 系统 传递 到 分 子 氧 ， 使 氧 激活 CO- ) ， 激活 后 的 氧 便 与 介质 中 的 HY 结合 生成 水 。 这 ARRAS IE ARs 实际 上 ， 这 些 受 拨 体 (或 氧 载体 ) Ly SUREDURE CH 9 HOB 2 和 周转 生 境 中 的 气质 予 进行 交换 ， 并 混杂 在 ~- 起 ， 只 是 发 生 电子 忧 递 《 或 转移 外 志 于 “ 汪 过 程 申 有 着 允 格 的 顺序 。 这 一 传 过 程 是 由 一 系列 区 所 化 还 原 反应 所 组 成 》 LMR 340 国 应 中 所 释放 的 能 量 推动 着 腺 味 叭 核 背 三 磷酸 ( ATP ) 的 全 成 四 ATP 是 生物 体内 最 重要 的 高 和 能 中 间 物 ， 参 与 体内 众多 的 需 能 反应 。 5 A He fe rh eH 和 。 为 了 说 明生 物体 内 能 量 的 产生 和 利用 的 问题 ， 有 必要 先 介绍 有 关 自 由 能 的 概念 以 及 化 学 和 反应 中 的 自由 能 的 变化 。 =, RES 是 自由 能 是 :个 化 合 物 分 子 结构 中 所 固有 的 能 量 ， 是 一 种 能 在 恒温 恒 压 下 做 功能 量 。 根 据 和 热力 学 原理 ， 自 由 能 可 由 下 式 表示 : G=Hites | (1) REG 代表 自由 能 ， H 是 热 含量 ( heat content) RH ( enthapy), BVA 表示 的 总 能 Bs T 24M; S 是 (entropy ) ， 是 一 种 处 于 混乱 或 无 序 状态 中 的 能 量 ， 是 不 能 用 ”来 做 有 用 功 的 能 量 。 根据 热力 学 第 二 定律 ， 所 有 自然 发 生 的 过 程 , 总 伴随 有 自由 能 的 降低 ， 亦 即 在 发 生 反应 时 必然 要 释放 出 自由 能 ， 使 反应 趋向 平衡 。 从 理论 上 说 ， 所 释放 出 的 能 量 可 以 被 利用 ， 并 使 — 之 做 功 。 化 学 反应 中 自由 能 的 释放 或 利用 体现 了 产物 和 反应 物 之 间 自 由 能 含量 的 差别 。 所 以 化 学 反应 中 的 自由 能 变化 可 表示 如 下 ; - AG = G 产 物 一 G 反 应 物 (2) HBC) st; AG =(H-TS)y-(H=-TS) gmy =(Hew-AHgmwy)-T(Sey-Sawe) ¢ 亦 即 TAGEAE -7AS (3) 在 方程 式 (3 ) 中 ，AG 是 反应 系统 中 自由 能 的 变化 ; AD 是 反应 系统 中 热 含 量 或 烩 的 变化 ; AS 2 RM ai RM. SFM MLS RPT AEA ea, I. Al 在 自然 界 中 ，AsS 总 是 一 个 正 值 。 仅 在 理论 上 ， 在 一 个 理想 系统 中 可 以 使 某 一 反应 进行 而 不 FE Be HSH 在 反应 自发 进行 时 ，: 反 应 系统 的 目 由 能 必然 降低 。 Al, 一 个 自发 进行 的 反应 系统 的 AG 总 是 负 的 。 当 反应 进行 到 平衡 状态 时 ， 没 有 自由 能 的 变化 ， 即 AG 等 于 零 。 所 以 ， 从 处 于 平衡 状态 的 反应 中 不 可 能 得 到 能 人 够 做 功 的 能 量 。 在 反应 的 平 衔 点 上 也 没有 闹 的 变化 ， 这 时 彤 处 于 最 大 值 。 任何 物理 或 化 学 的 反应 都 有 使 其 业 成 为 最 大 值 的 倾向 。 当 反 应 产物 的 自由 能 大 于 反应 物 的 自由 能 时 ， 即 当 AG 为 正 值 时 (CAG>0)， 反 应 不 能 自发 进行 ， 需 要 额外 供给 能 量 才 能 进行 反应 。 这 种 反应 称 为 吸 能 反应 。 二 、 化 学 反应 中 自由 能 的 变化 在 常温 常 压 下 ， 对 于 一 ee ee 如 A+B==C+D 其 自由 能 变化 具有 下 而 的 关系 « CCOCDI AG =RTIln Sc 2 RTinKye M iE. a = 2,303RTlog CAB] 2,.303RTlogK ¥ - ih RF (反应 开始 时 ， 〈 处 于 平衡 时 产物 和 反应 物 的 产物 和 反应 物 实际 浓度 比 ) 的 浓度 比 7 老 反 应 是 在 标准 条 件 下 进行 站 即 在 温度 〈 通常 ) 为 25* 、 一 个 大 气压 、 所 有 反应 物 和 产物 的 初始 浓度 都 为 单位 活 度 (a=1;0) 或 单位 浓度 ( 1.0mol/L ) 下 的 反应 ， MBACA se: A: was ~ AG = 2,303RTlog1—- 2, 303RTlogK# | asta =0-2,303RTlogKy vi) SAS tr 3) = -2,303RTlogK x Ha FLV Sd BU 在 标准 条 件 下 ， 自由 能 的 变化 称 为 标准 自由 能 的 变化 ， 用 AG。 表示 。 所 以 (5 ) 式 应 改写 ， 为 ， AG°? = -2.303RTlogK 平 A iyo CBDR 这 里 R 为 气体 常数 ( 1.987cal.mol-1.K-: ) ; TT H4WIRE CM RAK); K 平 是 平衡 常 数 ， 系 指 在 反应 达到 平衡 时 产物 ( C 和 D ) 和 反应 物 ( A 和 B ) 的 浓度 比 。 所 以 平衡 常数 Kyi; Wy 一 旦 我 们 测定 了 某 个 化 学 反应 的 平衡 常数 ， 就 可 以 用 每 克 分 子 反应 物 多 少 卡 (zal。 》 来 计算 标准 自由 能 的 变化 。 卡 是 生物 学 中 使 用 最 广泛 的 一 种 能 量 单位 ， 其 定义 是 ;以 热 的 形式 把 温度 为 15 色 的 1 克 水 升 高 1 CHAE. 对 于 任何 一 个 给 定 的 化 学 人 Fao AEM, CAG) 则 随 所 有 参加 物 存在 的 浓度 的 变化 而 变化 ( 见 后 述 ) 。 若 某 一 给 定 化 学 反应 的 平衡 常数 大 于 1.0， WBE NCAT EE ta HEE HE LC BAG? | "In WARM. WP HM ARMM, Minr=2,303log yr, fiji y 2, 303logzr, 342 <0) 6, 如 果 某 一 给 定 的 化 学 反应 的 平衡 常数 小 于 1.0， 则 AG? 为 正 值 ( 即 AG">0)。 由 于 化 学 反应 标准 自由 能 的 变化 规定 了 反应 物 和 产物 开始 反应 时 汐 浓度 为 1.0mol/L 《或 两 者 的 比值 为 1 ) ， 那 么 标准 自由 能 变化 亦 可 看 成 是 ， 在 标准 条 件 下 ， 产 物 所 固有 的 自 由 能 与 反应 物 所 固有 的 自由 能 之 差 。 这 秆 固有 的 自由 能 在 此 条 件 下 即 为 标准 自由 能 。 所 以 标 准 自 色 能 变化 又 可 以 用 下 式 表示 ; afi AG* = Cony — CE wy : (8) SAC 为 负 值 时 ， 意 味 着 产物 含有 比 反应 物 低 的 自由 能 ， 因而 在 标准 条 件 下 反应 向 形成 产 物 的 方向 进行 。 当 AG* 是 正 值 时 ， 表 示 反 应 产物 含有 上 比 反 应 物 更 高 的 自由 能 ， 因而 在 标准 条 件 下 ， 该 反应 趋向 逆反 应 方向 进行 。 当 AG = 0 对 ， 反应 处 在 平衡 状态 。 化 学 反应 的 标准 自由 能 的 变化 仅仅 是 表达 它 的 平衡 常数 的 一 种 不 同 的 热力 学 方式 。 表 8-1 在 标准 条 件 下 ， 开 平 、AG"” 和 表 8-2 化 学 反应 平衡 常数 和 标准 自由 能 变化 化 学 反应 之 间 的 关系 的 数量 关系 当 开平 是 AG" 是 化 学 反应 的 方向 4 Ke AG? (Calemol-!) 是 >1,0 负 值 正 向 进行 0. 001 + 4089 1,0 & 在 平衡 状态 0. 01 + 2726 <1, 0 正 值 it pay VE 0.1 + 1363 sO 0 10.0 = 1363 100.0 — 2726 1000.0 — 4089 标准 条 件 是 人 们 规定 的 。 但 是 ， 在 生物 体内 的 化 学 反应 中 ， 反 应 物 和 产物 的 浓度 并 不 是 在 标准 条 件 下 ， 活 细胞 内 的 反应 物 和 产物 的 浓度 只 是 维持 在 一 个 窒 小 范围 内 的 稳 态 水 平 ， 绝 大 多 数 反应 从 来 未 达到 平衡 。 因 此 ， 在 非 标准 条 件 下 ， 自 由 能 和 的 变化 可 用 下 式 计 算 〈 当然 必 须知 道 反 应 开始 时 所 有 化 合 物 的 浓度 ) : AG = 2.303R Tiog- 居 着 有- ~2.303RTlogK x = AG? + 2,303RTlog 上 RE (9) 4 AY 作为 反应 物 或 产物 出 现时 ， 其 标准 状态 的 浓度 仍然 规定 为 1.0mol/L( 即 pH =0 ) 。 但 是 ， 几 乎 所 有 的 酶 在 pH = 0 时 都 已 变性 ， 因此 就 没有 反应 可 供 研 究 了 。 为 此 ， 生 物化 学 家 又 规定 了 一 种 修正 的 标准 条 件 ， 除 百 之 外 ， 其 他 反应 物 和 产物 的 浓度 仍 规定 为 1.0mol/ 工 ，[H*] 取 生理 上 的 数值 ， 即 pH7 被 规定 为 生化 能 量 学 的 标准 pH。 生化 系统 标准 自由 能 变化 用 AG。 表示 ， AG’ = —2,303RTlog Ky 343 = ~ 1363logK (在 25% ) ye (10) 0 ~> 本 | A APR Pk | a Ke BRM pH7 时 的 平衡 常数 。 | em aIaH ARTS ) 例如 ， 在 pH7 和 25YC 的 条 件 下 ， 葡 萄 糖 -6- wav Gle-6-P + HO==Gle+ Pi 应 。 若 反应 开始 时 [Glc-6-P] 为 0。 Jmol/L ( H.O (ERE A1.0) Ei It FRAG 05 05.96 HI 原始 Gle-6-P 存在 ， 求 该 反应 的 Ke MACs mw 解 ， 根据 ( 7 xt: ry p | | OMe ce ° ay, iis | = GleJ[Pi] _ (99.95% x 0.1) (99. 95% x 0. 1 min fGle-6- P] 0.05% x0.1 oT MERIC CR 】 EX a SAR 27: {9 = 1,998 4 ge thay 根据 (10) 式 ， 大 RR Ree Bri AG = =2,303RT logK ¥ 3 tS AP 点 b (Lobe fa = = 136310¢199,8 = 3138 ( Calemol7!) "here XBL. TERRE TF, MR-O-M, WE Pi ARS AREEM, 每 lmol/L 葡萄 糖 - 6- 磷酸 转变 为 lmol/L 葡萄 糖 和 lmol/LPi， 释 放出 3138 卡 的 能 量 。 ,二 但 是 ， 当 反 应 物 和 产物 的 浓度 不 是 Imol/L 〈 即 在 非 标准 浓度 Ds :但 pHE=7 时 cei 内 的 化 学 反应 往往 如 此 ) ，AG 应 按 下 式 计算 ; 人 go [CILD] eee AG =AG + 2,303RTlog—ra eps - EAjFB , CCICD] = AG® +1363log———==—=- LAJCB) . 1) RY er pli: Ama, ATP. ADP 和 Pi 的 浓度 分 别 92.25, 0,25, 1, 6dmol/Ly oH. 25°C 下 计算 ATP 水 解 反应 的 AG〔( 注 ， AG” = - 7300Calemot-) iis Eee , 解 ， 根据 (11) 式 Ha Se SU AG = AG’ "42. 303RT log CADPICPII | S= oe Cw CAT P] } a. (0.5 10 47 £165 x 10-9] (eal, ee 7,300 + 1363 log [2 36x16 i dl = "WW pe = ~ 7, 300 + 1363( ~ 3,74) = — 12400(cal « holy Vd Gh}. 0s 从 此 例 我 们 可 以 看 出 ， 在 非 标准 条 件 下 ， ee) & FAS aA RE 1 \ lomo f a 关于 能 量 的 单位 ， 按 照 国 际 规定 ， 能 量 的 基本 SI(Systeme International ) 人 耳 (Joule， 简 为 了 ) ， 在 生物 学 和 医学 中 ， 热 和 能 的 计量 通常 以 卡 ( Calorie， fH Cal iL, 来 表示 。 卡 和 焦耳 很 容易 换算 ，1.000 Cal = 4,184], 344 我 们 还 必须 注意 这 样 一 个 热力 学 事实 ， 即 一 个 连续 反应 的 总 的 自由 能 变化 等 于 各 分 步 反 应 的 自由 能 变化 之 和 。 在 两 个 连续 的 化 学 反应 的 情况 下 ， A>B . Kise, AG’ B30 4 Rig, | AGE! 每 一 个 反应 都 有 它 自己 的 平衡 党 数 和 它 特有 的 标准 自 短 能 变化 CRS! A AGY UR KG, 和 和 AGS’), 由 于 两 个 反应 是 连续 的 ， 故 ' 有 -可 以 省 去 ， BRM A>C RM AKC HAE ASNT NM MRE MEME CKyy MAGE). i HRM BSAC = Ge 产物 - Camm, 不管 由 反应 物 到 产物 要 经 过 多 少 步 ,， YOLK RR 数值 。 那么 ， 我 们 就 可 以 得 到 标准 自由 能 变化 的 两 个 重要 的 性 质 ， @ 分 步 进行 的 反应 1、2、3、…， 其 总 平衡 常数 KG STS 分 步 反 应 平 衡 常数 的 乘 积 ， PD py = Kop Kop x Kop, 全 纪 其 总 的 标准 自由 能 变化 AG 等 于 各 分 步 反 -应 标 MARL, A AGY= AGI +IAG2 FACS +5 HHH AG Y= = 21303 RT log K ey | 加 可 表示 成 两 个 或 多 个 连续 反应 之 和 的 某 单一 反应 ， 其 平衡 常数 KL, 等 于 各 个 反应 FORMA, W Kyg = Kx 天 和 x 天 4 xy 其 标准 自由 能 变化 ACY STATE 应 标准 自由 能 变化 之 和 ， 即 AGY= AG + AGY + AGY +, 并 且 也 具有 AGY = -2.303 RT NE KG HK Ko | 例如 ， 当 肌 糖 元 降解 时 ， 发 生 下 列 反 应 es ¢ Gle-1-P ( 萄 葡 糖 -1- 磷 酸 ) AG*’ = —1,74Kcal e mol"! | CFR SF Glce-6-P AG’ 20,40 Keal * mo]*! Fru-6-P (FRE - 6 - BR AR ) 345 1 | AGS’ =- -av40Kcal ml ADP he Fru-], 6-P, (果糖 -1， 6- 二 磷酸 ) REM, Gle-1-P +ATP=*Fru-1,6-P, + ADP 的 AG Fl KG po i DAGW = AGY’ + AGS’ + AGS’ = -1.74+(+0.40)+(- 3.40)= -4,74(Keal + mol) 根据 AGY = -2.303 RT log 天 全 o/ + AFL log K% Be esa ow’ — A740 av as 平 总 —2,303R7 —1363 : A le St 又 例如 ， 已 知 在 pH7 和 25 的 条 件 下 ，ATP 水 解 的 AG% = -7300 calemol-', Gle -6-P 水 解 的 AG" = - 3138 cal+ mol", K% = 199.8。 REA 催化 萄 葡 糖 和 ATP 星 RM AG’ MKS. CM ye A gol B,C REL OR, We 葡萄 糖 + ATP < 敬 葡 糖 -6- 磷 酸 +ADP (Gle, ) (Gle-6-P) op AYR, Gle-6-P+H,0 一 = Glc+Pi Sy tad Axol TA AGY’ = - 3138cal 。 mol-1， 天 4 = 199.8, l 所 以 ，Glc+ Pi mm Gle-6-P+H,O AG?’ = +3138 cal 。mol-: Vie RP epee O10"? MAA; ATP+H,O == ADP+Pi 四 AG? = - 7,300 cal 。mol-! 346 Mme < So. 根据 公式 AG” = - 2,303RT log KS 所 以 Ky = 4,42 x 10° 而 Gle+ATP = Gle-6-P+ADP 可 看 成 是 加 和 加 两 步 反 应 之 和 ， Glc+rPi == Gle-6-P +H,O 四 _ATP + H;O wm ADP+Pi @) Gle+ATP == Gle-6-P +ADP ® PrWls AGY = AGY + AGS = +3138 + (- 7300) “2 — 4162(cal « mol~'), , = 7 , = -3 br 8 Ky Ky, x Ky, 5X 107°x 4,42 x 10°=2,21 x 10 从 上 面 的 例子 中 ， 我 们 可 以 看 出 ， 吸 能 反应 同 高 度 放 能 反应 相 偶 联 就 能 进行 到 底 (如 已 糖 激 酶 催化 的 反应 ) 。 在 顺序 反应 中 ， 前 面 的 吸 能 反应 只 要 一 形成 产物 ， 就 会 立即 被 后 面 的 放 能 反应 消耗 掉 ， 从 而 推动 总 的 反应 顺序 向 右 进 行 〈 例如 酵 解 途径 中 的 反应 ) 。 ， 三、 氧化 还 原 电 势 与 自由 能 变化 的 关系 l. 和 氧化 还 原 反 应 与 氧化 还 原 电 势 在 生物 氧化 中 包括 许多 氧化 还 原 反 应 。 所 谓 氧化 还 原 反应 ( Oxido-reduction) 是 指 电 子 从 一 种 物质 转移 到 另 一 种 物质 上 的 化 学 反应 。 在 这 样 的 反应 中 ， 供 出 电子 的 物质 叫做 还 原 Hi] (Reducing agent, or reductant ) ， 供 出 电子 后 本 身 则 被 氧化 ， 接 受 电子 的 物质 叫做 氧 伐 剂 (COxidiziag agent, or Oxidant ) ， 接 受 电 子 后 本 身 则 被 还 原 。 氧化 还 原 反 应 往往 是 可 以 逆 的 。 水 原 剂 供出 电子 后 蛮 成 氧化 型， 氧化 型 再 接受 电子 后 又 变 成 还 原型 。 例 如 ， ~ Hy == 9H* + 2e" gd a ea Fe? == Fes' +e" 电子 供 体 ”电子 受 体 在 上 面 的 反应 中 ，H， AOE, WH 是 电子 受 体 ! Fe ( 亚 铁 离子 ) 是 电子 供 tk, Fe? GERM ) 是 电子 Stk. 3-H, 1H, Fe® 和 Fes 分 别 构成 了 氧化 还 原 ( 电 ) 对 (rmedox pair), H /—-H, A Fe** /Fe?*, 347 一 个 氧化 还 原 对 失去 电子 或 得 到 电子 的 倾向 ， 例 如 Fe? 失去 电 子 或 Fe” 得 到 电子 的 倾向 ， 就 叫做 氧化 还 原 电 势 或 称 氧 化 还 原 电 位 ( Oxidation-reduction potential 》 。 氧 化 还 在 标准 条 件 下 ， 每 一 个 氧化 还 原 对 都 有 一 个 标准 的 氧化 还 原 电 势 〈( 用 E, 表示 ) 。 对 一 个 给 定 息 氧化 还 原 对 来 说 ， 它 是 一 个 常量 。 标 准 氧 化 还 原 电 势 是 样品 (被 Ni 半 电 池 〈half cell) 在 标准 条 件 十 相对 手 标准 参考 半 电池 所 具有 的 电动 势 (Electromotive force, fj#A EMF), ， 以 伏特 (V ) 表示 。 标准 条 件 是 指 氧化 型 和 还 原型 的 浓度 都 是 lmol/ 工 、 温 度 为 250 的 条 件 。 若 有 气体 参加 ， 则 还 需 在 一 个 大 “UE Fe Pye S FE He HH EE, 46250. (CH 1H 1,0mol/L(pH = 0). —4+K 气压 WS | 气压 力 等 条 件 下 、 硬 行规 定 它 的 氧化 WALT (aya ites set 还 原 电 势 为 零 ， 即 已 = 0.0。 | es Tia 在 测定 样品 半 电 池 的 标准 氧化 还 ax a a 原 电势 时 ， 将 两 个 铂金 电极 分 别 插入 Slike | KC ie | | | 样品 半 电池 和 参考 半 电 池 中 ， 组 成 样 | A 品 电极 和 和 氢 电极 。 用 外 接线 路 把 两 个 ee | 电极 连接 起 来 ， 电 路 中 间 安 上 一 个 检 | | YG, 流 计 。 两 个 半 电池 用 全 有 他 和 KCI 这 ies a tt Tee AHERN Dy RANA 图 ! 8 一 2? 标准 氧化 还 原 电势 的 测定 ” 样品 电极 。 电 子 流 动 的 方向 取决 于 两 个 半 电 池 各 自 所 具 有 的 电子 压 或 失 去 电子 的 倾向 。 但 是 ， 电 子 的 流动 方向 总 是 自发 起 从 志 泽 泛 高 或 闫 寺 塌 池 宽 向 尖 的 志 极 ( 这 一 极 称 为 负极 ) 流向 电子 压低 的 或 失去 电子 倾向 小 的 另 一 电极 |( 这 一 极 称 为 正极 ) 。 由 于 规 : 定 了 标准 所 电极 的 氧化 还 原 电势 为 零 ， 所 以 检 流 计 所 指示 的 电动 势 就 是 被 检 样 品 的 标准 氧化 还 原 电势 (By) o a BE Aw E, Awa, 例如 Fe /Fe WE o= +0775. WW . | PRAM Fe* 得 到 电子 的 倾向 比 H A, RA, Be Fe AEM HK Mb He 小 。 这 也 就 是 说 ， 电 对 Fet\/Fe? 中 Fes 得 电子 倾向 比 Fe? 失 电子 候 向 大 ,再 zi 失 电子 的 倾向 国 HoH PIMA, HE Pet 1Fer 电 对 与 H/o AOU, Pet Fe 电 对 就 从 H /到 芯 , 起 对 获得 电子 ， 从 而 使 Fe 还 原 为 Fez…， iT Fes + 5-H, —> Fe? +H’ 发 生 在 两 个 半 电 池 中 的 反应 为 ， SH. 一 > H +e- Fes' +e- 一 > Fe* 反之 亦 然 ， 例 如 电 对 Zn* /Zn Wy Ly = -— 0,763, ge Zn?* 得 电子 的 倾向 比 Za 失 电 子 的 倾 iy, id A Pee iit HA A. RB, 电 对 2H*/AY WR Z0** 348 > | , 3 : Se ae & — 二 得 到 电子 ，2 于 ” 还 原 为 H,. Zn+2H* —> Z7n**+H, 发 生 在 两 个 半 电 池 中 的 反应 ， Zn 一 :> Zn2+ 十 2e- 9Ht+ +2e7 一 一 > H, ， 将 任何 一 个 氧化 还 原 对 所 组 成 的 半 电 池 与 标准 氢 半 池 相 偶 联 构成 原 电池 ， 都 可 以 测定 其 二 准 标 氧化 还 原 也 势 。 但 是 ， 发 生 在 生物 体内 的 氧化 还 原 反 应 是 在 生理 p 卫 下 进行 的 。 为 此 ， 将 生物 体内 的 氧 化 还 原 对 的 标准 电势 另 作 了 规定 ， 即 除了 规定 氧化 型 和 还 原型 的 浓度 为 lmol1/ 工 〈 或 单位 活 度 ) 、 温 度 为 25C 外 ， 还 规定 pH 值 取 生 理 上 的 p 再 7。 在 这 样 的 标准 条 件 下 与 上 述 标准 氢 Hm CpH AS ) HK, Wet EAI ARB ED 表示 。 表 8 一 3 是 生物 体内 的 一 些 重要 的 氧化 还 原 对 的 标准 氧化 还 原 电 势 (天 , ) 。 请 注意 ， 在 PH7 时 ， 即 pH#+0 时 标准 氢 电 极 的 氧化 还 原 电 势 不 是 零 ， 而 是 -0.413 伏 。 表 8 一 3 是 按照 氧化 还 原 对 的 标准 氧化 还 原 电势 增高 ， 即 失去 电子 的 倾向 降低 的 顺序 列 >) -lom- 表 8 一 5 ， 参 与 生物 体内 氧化 性 代谢 的 一 些 电 对 的 五 / 氧化 还 原 ( 电 ) 对 | E, (®) (PH7) oe CoA +CO,+2H* + 2e- > 丙酮 酸 二 CoA - 0, 48 2H+ +2e*> H, —0, 42 a-M yt—M+CO,+2H++2e > HER - 0; 38 NAD+ + 2H*+2e° > NADH+H* - 0, 32 | NADH S mH (FMN) +2H++2e >NADH 脱 氢 酶 (EMNHs) - 0, 30 1, 3-C RRMA MR + 2H*+2e° > 3- 磷酸 甘油 醛 + Pi - 0. 29 28 +2H*+2e > 2H - 0,197 WMM+2H*+2e > AMR - 0, 185 草 酰 乙酸 +2H++2e > RRR , — 0, 166 FAD+2H*++2e > FADH, - 0, 12" jE WAM+2H*+2e > HMM - 0, 03 _ CoQ + 2H*+2e> > CoQH, x +0, 10(7) | 细胞 色素 DC Fed) +e > An *R b(Fe?*) +0, 06 细胞 色素 cl(Fes*) +e > 细胞 色素 cl1(Fe2+) + 0, 23 细胞 色素 c(Fea*) +e- > 细胞 色素 c(Fe**) +0, 25 胞 色素 a(Fei*) +e- > 细胞 色素 a(Fe2+) +0, 29 细胞 色素 as(Fes*) +e > 细胞 色素 as(Fe…) + 0. 55 二 0a+2H*+2e- > H20 | + 0,82 * FAD FADH, iff (t LEH IRSOR EMER ES. YESRRRARSE Rat. AKAM, © ff) Pi EAL i DR a He EO ,00— + 0,03 (K 2 fa] Bik. 349 出 来 的 。 氧 化 还 原 电 势 相 对 比较 负 的 电 对 比 相对 比较 正 的 电 对 具有 较 大 的 还 原 力 品 相反 裤 后 者 则 比 前 者 有 较 大 的 氧化 能 力 。 如 果 电 对 NAD+/NADH ( £4 = -0.32 伏 ) ;与 电 对 两 铜 酸 / 乳酸 〈 已 ,= - 0.19 伏 ) 组 成 原 电池 ， 那 么 ,在 标准 条 件 下 电 对 再 铜 酸 /乳酸 则 从 电 对 NAD */ NADH 获 得 电子 ， 使 丙酮 酸 还 原 为 乳酸 ， 而 NADH ABRAM NAD*。 所 以 ， as—3 0 从 上 到 下 ， 氧 化 还 原 对 的 还 原 能 力 逐 渐 降 低 ， 而 氧化 能 力 逐 渐 增 加 从 下 到 上 ， 电 对 的 氧化 ， 能 力 逐 渐 降低 ， 而 还 原 能 力 逐 渐 增 强 。 表 8 一 3 中 最 上 面 的 电 对 可 使 其 下 的 每 一 个 电 对 还 Vas 最 下 面 的 电 对 可 使 其 上 的 每 一 个 电 对 氧化 。 若 半 电池 中 的 氧化 型 和 还 原型 处 在 非 标准 条 件 下 ， 但 在 PH7 ( 生物 体内 的 氧 化 还 原 反 应 通常 如 此 ) ， 则 氧化 还 原 对 的 氧化 还 原 电 势 可 由 下 面 的 Nernst 方程 计算 。， 1 氧化 B= B+ eT = E+ 2. pee log 上 氧化 型 ] aaa gOS [还 原型 ] 式 中 : E 代表 某 电 对 在 非 标准 条 件 〈 但 在 pH7 ) PHY AHCI A Hs E, 代表 该 电 对 的 标准 氧化 还 原 电 势 ; n 为 传递 的 电子 数 ; F BBB, HEE 23062 Cal。V-11o1-5 或 96485 C+ mol'( Et - he SF) | R 是 气体 常数 ， 其 值 为 1.987 Cal -mol-'+ K~*, 8.314 J «mol « a7 . T ABMNME, AK RACK =273+T)s [] 表 示 摩 尔 浓 度 。 2。 和 氧化 还 原 电 势 与 自由 能 变化 的 关系 在 标准 条 件 下 ，, 电 子 从 氧化 还 原 电 势 低 的 电 对 !( 负极 ) 流向 氧化 A Bit Beate ext (正极 ) 的 倾向 是 自由 能 降低 的 结果 。 因 为 电子 总 是 趋 于 向 反应 系统 的 自由 能 降低 的 方向 流 动 。 当 电子 从 氧化 还 原 电 势 低 的 电 对 转移 到 氧化 还 原 电 势 较 高 的 电 对 时 ， 两 个 氧化 还 原 对 之 间 的 标准 氧化 还 原 电 势 指 差 越 大 ， 自 由 能 就 降 得 越 大 。 AZ RMSE See es BB Z PA HL OY Z Tad) Pa EA CK HA 22 CAE) RADE: | . AFO= Lox ig 一 Log ig 《13) HE TERR RRA 还 原 反 应 的 一 极 的 标准 氧化 还 原 电 势 ( 对 于 自发 进行 的 反应 来 说 ， 正极 的 氧化 还 愿 电势 较 高 ) 8 巨 4 负 极 RRS EE 本 eh 对 于 自发 进行 的 反应 来 说 ， 负 极 的 氧化 还 原 电 势 较 低 ) 。 氧化 还 原 反 应 的 标准 自由 能 变化 (AG" ) 与 AE’ Zid aim FIR: AG" = —nF¥ AE" (4) Ahn 为 转移 电子 的 数目 ，.9 为 法 拉 弟 常数 。 Reales |< chet PAS HLT 的 标准 电势 ， 我 们 ; stots (14) 式 计 算 氧 化 ; Bie 应 的 标准 自由 能 的 变化 。 例 如 ， 当 一 对 : Hef MK NAD*t*/NADH tix} ¢ E4 = -0, dae eh #) 40,/H,O Hat ( B= +0,82K ) 850 时 ， 其 反应 的 标准 自由 能 变化 是 ; AG” = —nF AE, = —2x 23062 x [0,82 — (- 0, 32)] = —52,6(Keal) 氧化 还 原 反 应 的 Ky 和 AG" 与 AE, AM TWIR: -AG™ = 一 2.303 RT log Ky 而 AG'" = -nF AE, ” . 所 以 ， -2.303RT log K'p = -nF AE, | 即 ， AE 2 eS RT log Ky (15) = 2059 ogky (4 250). 当 氧 化 还 原 反应 的 AE。 已 知 时 ， 就 可 以 求 反应 的 AG" , 进而 可 求 出 KK? 。 如 果 我 们 求 出 了 氧化 还 原 反 应 的 Ky, 亦 可 计算 氧化 还 震 反 应 标准 自由 能 的 变化 和 标准 氧化 还 原 电势 的 变化 在 非 标准 条 件 下 ， 自 由 能 的 变化 〈AC ) 可 用 下 式 求 得 : "% AG = nF AE =-nF (Exn-Enn) ; (16) 第 三 节 ATP 在 能 量 转移 中 的 作用 一 、 生 物体 内 的 高 能 磷酸 化 合 物 册 ,生物 体内 的 磷酸 化 合 物 很 多 ， 并 不 是 所 有 的 磷酸 化 合 物 都 是 高 能 的 。 例 如 ， 我 们 在 后 面 Ji 将 要 遇 到 的 葡萄 糖 -6- 磷 酸 、 果 糖 - 6- 磷酸 、c- 磷 酸 甘 油 等 等 。 这 些 化 合 物 较 稳 定 ， 水 解 后 只 能 释放 出 1 000 一 3, 000 卡 的 能 量 ， 这 类 化 合 物 称 为 低能 化 合 物 。 在 生物 体内 还 有 一 类 为 数 不 多 的 磷酸 化 合 物 ， 此 类 化 合 物 不 稳定 ， 水 解 时 能 释放 出 5, 000 一 14, 000 卡 的 能 量 ， 这 类 化 合 物 则 称 为 高 能 化 合 物 。 生物 体内 的 高 能 磷酸 化 合 物 生 腺 味 岭 核 苷 三 磷酸 〈 即 ATP)、l,3- 二 磷酸 甘油 酸 、 磷 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 、 乙 酰 磷酸 、 磷 酸 肌 酸 、…… 。 其 中 ATP 是 最 主要 的 高 能 磷酸 化 合 物 , 而 其 他 的 高 能 化 合 物 只 能 (eV RAR WE RAE C~P ) AVUEOR, ERS AEDR 酸 基 转移 至 ADP《( pu MBAS WR) 上 生成 ATP， 本 身 很 少 直 接 参 与 其 他 吸 能 反应 。 除了 高 能 磅 酸化 合 物 外 ， 生物 体 肉 还 含有 其 他 高 能 化 合 物 ， 如 乙酰 CoA 等 。 二 、ATP 的 特殊 作用 1。 ATP 水 解 时 标准 自由 能 变化 当 ATP 的 末端 磅 酸 基 (y- 位 上 ) 被 水 解 时 ， 甚 标准 自由 能 变化 是 -7.3KcalADP + Pi A 114 SiR A tb et = —7,3 Kcalemo]™ 产物 ADP KS J-- > 高 能 磷 BAEC 6- 位 上 ) ， 它 被 水 解 时 标准 自 由 能 变 Ki 7 了 .3Kealsmiol : | , ~ of ADP + H,O—>AMP + Pi AG° = -7,3Kcal-mol7! AB, AMP 进 -一 步 被 水 解 时 ， 标 准 自 由 能 变化 只 有 二 3.4Kcal.mol :。 2 HB AMP + H,O—> fg + Pi AG: nice: 3,4Kcalemol™! 所 以 ，AMP 不 是 高 能 化 合 物 ， 而 是 低能 化 合 物 。 JAA tava les EE ea ee 决定 的 。 在 ATP 的 分 子 结构 中 存在 着 两 种 不 稳 定 因素 。 即 静 电 FDA ABSE Ge LS (opposing resonance ) ate LER ( competing resonance ) 。 这 两 种 不 定 因素 使 得 ATP 分 OATS. SARTRE 而 和 历 入 水解 水生 中 利和 多 。8i) 静电 斥 力 晤 比较 容易 理解 的 。 因 为 在 生理 pH 下 ，ATP PSEA EBD ATP:- 离子 ， 即 带 有 四 个 负电 荷 。 这 些 负 电荷 在 空 < 闻 上 很 接近 ， 因 而 产生 了 很 强 的 斥 力 。 负 电荷 间 的 相互 时 排斥 作用 使 得 攻 个 分 子 产生 了 结构 张力 (stracture strain), }rH}— P 一 0 一 P 一 键 受 到 的 用 影响 最 大 。 相反 ， 共 振作 用 是 由 于 在 相 邻 的 两 个 磷 原 子 之 间 炎 着 二 个 氧 层 于， “gy LAEAK SES, GTA PO 和 P—O” 键 的 诱 电子 效应 带 有 部 分 正 电荷 PS AES 的 磷 原 于 之 间 存 在 着 竞争 氧 原 子 上 的 未 共用 电子 的 现象 ( 如 图 8 一 3 所 示 元 喇 吕 种 作用 的 歼 果 BE ms ATP 分 子 的 结构 稳定 性 。 006 THC aa SP pea BRITT L 7 A -ae toy INSP 09 0 > SER I 物 和 反应 物 的 化 学 结构 ， 换 名 话说， 就 是 取决 于 产物 和 反应 物 各 自 所 固有 的 标准 让 出 能 5 ”“ 由 于 高 能 磷酸 化 合 物 ( 或 其 他 高 能 化 合 物 ) 水 解 时 释放 出 很 高 的 自 贞 能 六 因此 往往 称 这 “类 化 合 物 含有 高 能 ( 磷酸 ) HE. AE, RUA SMILE ENR REP, Ry Es HEPARIN AGS SAE, AA HER RS EA CREE Ae RE 生物 化 学 上 ， 所 指 的 高 能 键 咀 了 巴 了 特定 的 含义 ， 即 “高 能 键 系 指 求解 反应 或 于 团 转 移 反 应 中 可 以 释放 出 大 量 自由 能 的 键 。 水 因 这 释放 的 自由 能 愈 多 ， 这 个 键 就 意 不 稳定 中 机 容易 补水 352 « 相反 共振 , bos, PO PROS FRCL A e 8 7 “abet EL ae a, cote we ie OH ia ae 此 O O ol en ct Lye ~ | | - ae 到: a+ Fe a Ay+HO—P=O° +H? Plom-loNS .5 -两 种 不 稳定 因素 被 减弱 OH OH 种 稳定 的 共振 形式 Julia’ | ey nyt | (fw , ani es ADP 7 Fi Tce. eae Kis—3 ATP Ha AA IE a 这 里 尚 需 说 明 的 是 ， 在 完整 细胞 内 ，ATP、ADP 以 及 Pi 的 深度 并 不 是 在 标准 条 件 下 ， 它们 的 实际 浓度 比 1mol/ 工 (Rs. Alt, 在 完整 细胞 内 ?ATP 水 解 所 释放 :出 来 的 自由 能 是 -7.3Kcal*mol :， 实 际 上 比 标准 自由 能 变化 高 得 多 ， 在 大 多 数 细胞 中 是 在 -12 至- 16 cal mol” :范围 内 。 例如 前 面 曾 计算 过 红 AE ATE, 水 解 ,， 其 自由 能 变化 是 - 12, 4K eer ear eres ee (Hist EN POLED. aERN ERR ERM RM ily Heene ATT UB We ABS Ae ta IB EE A HC HD AB OG, ss ate ADA BE BEAT BZ 应 。 在 活 细胞 内 ， 产 生 能 量 的 反应 与 需 能 反应 是 偶 联 进行 时 。 但 是 ， 这 种 偶 联 很 少 是 两 个 反 遇 应 的 共同 俯 化 作用 ， 即 产生 能 量 的 反应 不 是 与 需要 能 量 的 反应 直接 结合 起 来 ， 而 是 通过 第 三 上 者 在 这 两 个 反应 中 起 中 间 桥梁 作用 。 这 第 三 者 就 是 ATP. 当 央 胞 效 养 物 进 行 分 解 代谢 对 产生 大 攻 的 能 量 ， 这 些 能 昌 中 的 相当 类 的 一 部 分 欠 动 着 ADP 和 Pi 合成 ATP, WEARER EN WABI ATP 分 子 中 。 然 后 ATP 作为 能 量 的 供 体 参与 许多 需 能 反应 ， 例 如 生物 含 成 肥 应 、 年 物 分 子 或 离子 的 主动 运输 (active trans- 时 5ort ) 、 肌 肉 收缩 等 ( 加 8 一 4 ) 。 Bis.) F sian te, PAT PREBLE HEM NEE SIAR RSF, PARISHES RIC Eye MEN | MBL HE C Kinases.) GE (ci5. PUAN TE MEIC, ATP 上 的 未 站 磷酸 基 可 以 转移 到 葡萄 糖 或 甘 册 分子 上 ， 生 成 能 量 较 低 的 磷酸 化 合 物 。 Co on CD Bi yb TeV thine fsx tet ‘Ageis| teh) (es) (机 械 功 ) 7 加 a 图 8 一 4 细胞 内 的 ATP 循环 己 糖 激酶 ATPE+ 葡 萄 糖 一 Megsr >” 葡萄糖-6- 磷 酸 +ADE 甘油 激酶 | eee ATP+ 甘 油 gga. 7 甘油 -3- 了 磷酸 +ADP ony, FH i aj Bi 6 RRR AT de 3- BE ACE PEP OR By RE AG* =-3,3Keal-mol! , MAG?’ = -2.2Kcalvmol-:， 所 以 上 述 反应 能 向 右 进行 ( 在 标准 条 徘 卞 ) 。 葡萄 糖 -6- 棍 酸 和 甘油 -3- 磅 酸 与 它们 未 磷酸 化 的 形式 相 比 ， 具 有 较 高 的 能 量 ， 可 以 把 它 时 们 当成 葡萄 糖 和 甘油 这 激活 形式 ， 可 以 进一步 经 受 酶 促 反 应 ， 用 以 合成 分 子 量 更 大 的 分 子 国 (〈 糖 诛 和 脂肪 ) 。 PN Sa a | FE Fa Fey SME APE IL SR, PAE PS Ee EA, 即 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 Foe Be HEAL NPT 靖 - 酸 ， 它 们 水 解 时 可 以 分 别 产生 OA? Sai 8K calémol™* 和 一 éKealemoi? 的 自由 能 。 但 是 ， 在 活 细胞 内 ， 它们 并 不 经 受 永 解 作用 ， 而 是 将 它 行 的 WORRIES ADP 上 ， 合 成 ATP, 能 化 这 两 个 反应 的 本 分 别 且 大 mia Biel Bz UL AS. list 4 eu De x d — 16 BER AE LC TG aS (\ORNA T Hi rt 4 ASR aa 2 M4 aos nein a eee ae 基 供 体 ee 1S) SHS cee 水 解 的 标准 二 而 要 Ns . i ek Sah a HBR -10 Mi ， 2 win pa Kcat/mol _ 磷酸 肌 酸 a | fe | up Li Et a 一 6 内 了 aa 1. 机 这 “ng xO . ha ( a 站 ， AW 2. Gtxomy ty ~-. Pehl LX i + wt y 0 甘油 -3- 研 酸 18—5 De ARIE FE EE a 354 . N q 急 此 我 们 可 以 看 出 ， 在 细胞 内 ， 超 高 能 量 的 磷酸 化 合 物 必须 经 过 JATP 才能 把 它们 的 磷 共和 全 低能 量 的 磷酸 受 体 分 子 。ATP 在 细胞 酶 促 磷酸 基 的 转 移 中 是 一 个 “共同 的 中 间 j 种 特殊 的 作用 ， 这 个 化 合 物 叫 做 磷酸 肌 酸 (Phosphocreatine ), 它 被 水 解 时 ， AG®"='_ {0,3Kcal-mol™, ty ATP 水 解 时 产生 更 多 的 自由 能 。 通 过 肌 酸 激酶 的 俱 化， 可 DEEPA MR ARIE ADP 而 生成 ATP。 磷酸 肌 酸 的 功能 是 ， 在 肌肉 细胞 中 维持 ATP 的 高 水 平 。 由 于 磷酸 肌 酸 的 含量 大 约 是 ATP 的 3 一 4 倍 ， 所 以 当 肌 肉 短期 剧烈 运动 时 ， BUR ATP 水 平 的 恒定 。 当 细胞 内 的 ATP 浓度 很 高 时 ， ATP EA Rabid WLR 上 没 梅 的 催化 ， 转 移 到 肌 酸 上 ， 以 磅 酸 肌 酸 的 形式 贮存 起 来 。 bint gaia CH, O H CH, a | | | BbEPU yilies N2cH,.¢—ors ADP enn Le ho ora + ATP <= Wtf + 全: b- ta wv" NH, 磷酸 肌 酸 肌 酸 - RESES RAH, RBA ( Phosphoarginine ) 而 不 是 磷酸 肌 酸 作为 高 能 磷 蕊 革 的 几 存 形式 。 这 种 起 着 贮存 能 量 作用 的 物质 叫做 “ 确 酸 原 ”( Phosphagens ) 。 第 四 节 “电子 传递 与 氧化 磷酸 化 在 第 一 节 ， 我 们 曾经 提 到 ， 从 被 氧化 的 代谢 物 底 物 为 上 脱 下 的 电子 经 过 一 系列 的 氧化 还原 反应 ， 最 终 使 氧 还 原 而 激活 ; 并 与 由 脱 氢 酶 催化 所 释放 到 介 - 质 中 的 HH 结合 生成 水 此 过 程 中 伴随 着 自由 能 的 释放 ATP 的 生成 。 在 生物 化 学 上 ， 把 这 种 候 联 发 生 的 现象 叫 BAC BERR IC (Oxidative phosphorylation ) 。 所 以 ， 氧 化 磷酸 化 实际 ,上 包括 两 个 不 同 的 区 应 过 程 ， 即 电子 传递 过 程 中 的 产能 的 氧化 还 原 反 应 和 吸 能 的 产生 ATP 的 磷酸 化 反应 。 氧化 磷酸 化 是 异 养 生物 获取 能 量 的 主要 方式 。 在 真 核 生物 中 ， 和 氧化 磷酸 化 反应 发 生 在 线 脏 体 内 靡 上， 在 原核 生物 中 ， 没 有 线粒体 结构 ， 氧 化 磷酸 化 反应 发 生 在 细胞 膜 上 。 ea 线粒体 是 真 核 生物 的 重要 细胞 器 之 一 。 线 粒 体 膜 分 为 内 外 两 层 ， 每 层 都 是 由 蛋白 质 和 脂 人 放下 二 二 考生 和 PUBL I RAE Ccristac ) 。 其 作 用 是 扩张 内 腻 的 表面 ， 与 电子 传递 有 关 的 各 组 分 及 与 ATP ERAS RAR REMAN Mm bo AR SRM, SSeS of 子 和 大 多 数 分 子 是 不 可 渗透 的 。 内 膜 内 侧 是 液态 基质 ( matrix), IRA GRA 化 分 解 的 许多 酶 以 及 其 他 酶 类 和 和 蛋白 质 ( 表 8 一 4 ) 。 线粒体 的 这 种 结构 和 组 成 特征 是 与 它 作为 细胞 “发 电站 ”的 功能 密切 相关 的 。 当 细胞 处 在 不 同 呼吸 状态 时 ， 线 粒 体 的 超 微 结 构 也 355 在 高 等 脊椎 动物 的 肌肉 及 其 易 兴 奋 的 组 织 〈( 例如 脑 和 神经 中 ， 有 一 种 高 能 化 合 物 ， 它 PWR IE 出 物 图 8 一 6 ”线粒体 结构 示意 图 ae 相应 发 生 明显 的 变化 ,这 表现 在 基质 的 Ok AA TIN BEAT BEAR AS OEE ol) ARAL he BEA EKES SEMA SWRR DNA, K 能 部 分 控制 台 成 本 身 所 需要 药 结 构 和 功 能 蛋白 。 线粒体 所 SAL BABA 质 ， 大 多 数 都 是 由 核 基因 编码 的 吃 在 胞 二 fh fo +5 j 水 ITA ER YI 电子 传递 过 程 中 的 一 系列 氧化 还 原 轩 反应 是 由 许多 ) 电 予 传递 体 即 电子 载 kG ) 完成 的 。 电 子 在 传递 严格 的 顺 序 。 这 种 传递 顺序 绅 子 载体 的 氧化 型 和 还 原理 所 构成 的 叫 对 的 氧化 还 原 电势 所 决定 的 :电子 从 氧化 还 原 电势 较 低 的 载体 上 传递 到 氧化 还 原 电 势 较 高 的 载体 上 《图 8 一 7 )。 因 此 ， 电子 传递 链 ( am ¢ ollie HibeRtransport chain ) 或 呼 表 8 一 4 pt aaa Uf Pe 外 膜 : ABH CoA 合成 酶 SP A 1k Bi AK EF — BE PUB. HAT Ae ETE 4D DEH AR eS ATP 合成 酶 系统 肉 毒 碱 -酰基 转移 酶 ATP 转移 系统 以 及 其 他 转移 系统 膜 间 空 间 ， ree >) Songas) we ai RR 8 3) LY 氨 酶 外 的 TCA pee hg Pritt AA yh BM BATS Fd . ae EYE 电子 传递 链 的 主要 组 分 包括 烟 酰 胶 腺 嘎 吟 核 苷 酸 . RBA. Be RBA HO 风 及 细胞 色素 类 ， 它 们 在 细胞 线粒体 内 膜 上 的 定位 Bois CH 图 8 一 11 ) 。 1.” FARE ES TFC NAD 和 NADP+ ) 35° 关系 与 它们 在 电子 传递 链 中 的 严 本 顺序 是 ¥ ‘ |__.—» NAD aj 4 me 5S “TS . mare ea : | he ae ey alain 8 SATS ; = A t = ‘ 0. 外 12 .2Kcalymol | ———-~> ATP | pom PAE all . ae Fatp AE} =0.22V " 部 位 了 一 一 -人 TP oe +002 9.9K cal-mol'! BE . cy eden PER HE (0 Fi HFT Gig Cytaa, Peay oy a tT ; AE} =0.53V — ; 23.8K cal-mol”! Be) 4, a Per ee 部 位 正 一 一 =- ATP +0.6 ote Sh +] | DOD) |= Mipe Fe, | \ +0.8 SR IGE GPT ARIAL COMB 38 图 8 一 7 ”线粒体 电子 传递 链 的 电子 流动 方向 和 ATP 生成 的 关系 A-H) FMNH ， /F CoOH) payee Sec S| fiteQ 12Cytb TP 2(Fe-s) 2C yt Cif aC yr J 2Cytaa, ' a”: * NADH ‘ Ft HQ fz 图 8 一 8 哨 屯 动物 线粒体 电子 传递 链 烟 酰胺 腺 味 叭 核 音 酸 是 许多 脱 氢 梅 的 稍 梧 。NAD-* 和 NADP* 的 烟 酰 胶 部 分 MES Hy 的 部 位 。 这 部 分 内 容 已 在 “维生素 ”中 作 了 介绍 。 是 外 多 数 脱氧 酶 对 NAD* 是 专 一 的 ， 只 有 少数 的 脱 氢 酶 〈 例如 葡萄 糖 -6 磷酸 脱氧 酶 ) 以 NADP* 非 为 辅酶 5 当然 也 有 的 脱氧 酶 (例如 谷 氢 酸 脱氧 酶 ) 两 者 都 可 以 作为 辅酶 。 以 NAD? 或 MADPY 作 为 辅酶 的 脱氧 酶 ， 训 的 位 于 胞 液 中 ， 有 的 位 于 线粒体 中 ， 有 的 在 两 部 分 都 套 在 。 胞 液 中 的 脱氧 酶 只 与 胞 液 中 的 NAD* 或 NADP 结合 。 则 样 ， 线 粒 体 内 的 脱氧 酶 只 能 与 线粒体 中 的 NAD*s NADP"* 结 合 。 胞 液 中 的 和 线 粒 体 中 的 NAD+ 和 NADP*+ 被 线粒体 内 膜 隔 开 ， 彼 此 不 能 自由 通过 。 由 于 大 多 数 脱 氢 酶 是 以 NAD “作为 铺 酶 ， 所 以 从 不 同 监 底 物 上 脱 下 的 电子 都 可 以 集中 到 同一 分 子 NADA+ 二 ， 然后 以 还 原型 (NADH ) 的 形式 进入 到 呼吸 链 。 2。 BREA 有 几 种 需要 黄 素 核 苷 酸 (FMN 和 FAD) 作为 辅 基 的 酶 参 与 了 电子 传递 。 这 类 酶 叫做 tH 4 HE ( flavoproteins 简 为 fp) 或 黄 酶 (flavoenzymes ) 。 黄 素 蛋 和 的 辅 基 或 是 EMN， 或 是 FAD。 接 受 电子 的 部 位 是 在 异 咯 嗪 坏 上 。 在 多 数 情况 下 ， 凌 素 核 苷 酸 同 酶 蛋白 的 结合 eo: wl 357 要 2 虽 不 是 共 价 的 ， 但 结合 得 很 紧密 ， 故 有 辅 基 之 称 。 NADH 脱氧 酶 (也 叫做 NADH-CoQ 还 原 酶 ) 是 一 种 黄 素 蛋白 ， 该 酶 的 辅 基 是 EMN。 NADH 脱氧 酶 是 一 种 多 体 酶 ， 含 有 16 个 亚 基 。 该 酶 除 含 FMN 外 ， 还 含有 MPR MPD (iron-sulfur center), ， 因 而 这 个 酶 又 称 为 铁 - 硫 蛋白 。NADH 上 的 AT ROARS 的 辅 基 FMN 所 接受 ， 然 后 通过 几 个 铁 - 硫 中 心 转移 到 辅酶 Q 上 。 n 此 外 ， 琥 珀 酸 脱氧 酶 、 脂 酰 CoA PAM SEW FAD 为 辅 基 的 。 琥珀 酸 脱 氢 酶 是 一 种 膜 结合 蛋白 ， 位 于 线粒体 内 膜 上 。 琥 珀 酸 脱 氢 酶 同 FAD 的 结合 是 共 价 的 。 琥 珀 酸 脱 氢 酶 是 琥珀 酸 -CoQ 还 原 酶 复合 物 的 组 分 之 一 ， 该 复合 物 的 另 一 个 组 分 是 铁 = ee Ae 3. 铁 - 硫 蛋白 (Iron-sulfur proteins ) 铁 - 硫 蛋白 是 一 类 复杂 的 蛋白 质 ， 铁 和 硫 结合 到 这 关 蛋 白质 的 半 胱 氨 酸 残 基 上 。 铁 - 硫 蛋 和 白 是 一 类 非 血红 素 铁 蛋 白 〈 不 含 血 红 素 ) 。 在 铁 - 硫 蛋 A, 铁 和 硫 通 BPE SAGE ( Fe,—S, 和 Fe,-3S, 是 最 普遍 的 当 铁 - 硫 恒 和 白 作 为 电子 载体 时 ， 其 铁 - 硫 中 心 的 铁 原 子 能 以 氧化 型 ( Fes* ) 和 还 原 型 ( Fe2+ ) 的 形式 作为 电子 的 受 体 和 供 体 参 与 电子 的 传递 NADH 脱 氢 酶 含有 两 个 铁 - 硫 中 心 ( Fe.—S, 和 Fe, 一 S, ) 。 另 外 ， HE WAGE ARB) CoQ 以 及 从 CoQ 到 细胞 色素 C 的 传递 中 都 涉及 到 铁 - 硫 蛋白 。 © WEA SS ¢y ity "Ns Piso vS ( Fe,—S, ) ¢ Fé; Pe Pt See 4, 辅酶 Q SAR CAT SHAG QC CoQ ) 也 叫做 泛 醒 ( Ubiquinone ) , BL FER BED EAE 4 分 4 ,不同 来 源 的 'CoQ HAE AES HAIR, EEA ne EW Fert Re ARE Re ESE Ble | ay 物 线粒体 的 CoQ 侧 链 含有 10 个 异 戊 二 烯 单位 ， 用 CoQ, 表示 。 蔷 他 种 类 的 生物 中 含有 6 一 8 企 异 成 三 烯 单位。 细菌 COQ 的 侧 钾 含 有 6 个 异 虔 二 烯 单位 。 i Ph a O 向 村 Ft Ph | Hi} SR * ’ : ; ry ieee | NCW hy. CH, : se | | +2H +2e ot Dri “4 at (CH,—CH=C—CH,),,;—H SH eet | O 辅酶 人 1Q) 358 ny } OH | € H.co—-C% \C—CH, cH, | I . . H,CO—C C—(CH,—CH=C—CH;) ,,—H | x re ve- fees 还 原型 的 辅酶 Q(COQH:) CoQ 可 被 还 原 为 氢 醒 〈 Hydroquinone ) ， 这 一 反应 是 可 道 的 ， 是 CoQ 作为 电子 载 tk 的 基础 ( 如 上 式 所 示 ) 。 从 图 8 一 7 和 图 8 一 11 中 我 站 可 以 看 出 , 它 占据 着 电子 传递 链 的 中 心 。 官 是 电子 传递 过 程 中 的 电子 集中 点 。 来 自 NADH 和 证 ADH， 上 的 电子 都 必须 经 过 该 点 最 终 传递 到 氧 分 子 上 。 由 于 CoQ 是 电子 传递 链 中 唯一 不 与 基 他 蛋白 质 紧密 结合 的 电子 载体 异 | 成 二 烯 基 尾 链 是 非 极 性 的 ， 它 能 促进 CoQ 在 线粒体 内 膜 的 碳 氢 相 中 迅速 扩散 ， 这 就 允许 它 ， 作为 一 种 流动 着 的 电子 载体 在 黄 素 蛋 白 和 细胞 色素 之 间 起 作用 。 5。 细胞 色素 (人 Cytochromes ) 细胞 色素 是 一 类 盘 铁 的 蛋 宵 质 : BR, 与 上 面 所 介绍 的 铁 - 硫 蛋白 不 一 样 ， 细胞 色素 中 ”的 铁 是 作为 中 啉 的 一 部 分 。 含 铁 的 原 叶 啉 称 为 血红 ， 素 (heme ) 。 所 以 细胞 色素 是 一 类 含 铁 站 啉 辅 基 ，《〈 即 血红 素 ) 的 蛋白 质 。 这 类 蛋白 质 只 存在 于 需 氧 细胞 中 ， 在 把 电子 从 CoQ 传递 到 氧 分 子 的 过 程 中 起 着 重要 作用 。 某 些 细胞 色素 也 存在 于 内 质 网 上 ， 在 各 种 羟 化 反应 中 起 作用 。 E 表 8 一 5 ”细胞 色素 的 分 子 量 和 光 吸 收 特性 | ok 带 细胞 色素 分 子 量 a B Pt b 25, 000 563 532 429 c 12, 500 550.. ,521 415 ci 37, 000 554 524 418 re 600 tks 439 fr FIEONs| 00/8 ggg pee hae AB Ne 8 11 WOE HS OF LEE FAA... 4G 们 处 于 还 原状 态 时 ， 都 有 三 条 吸收 谱 带 ， 称 为 2、 in 1.0 as a A 氧化 型 : ， nf ; 3 0.5 : 4 300 400 500 600 波长 (am) 图 8--9 细胞 色素 c 的 氧化 型 和 还 原 型 在 pPH7. 0 时 的 吸收 光谱 ， 处 在 还 RBM, a. BL pH MAT WL. By y tH, 也 叫 索 里 特 氏 带 (Soret bands ) (图 8 一 9)。 根据 在 &- 吸 收 带 的 实际 波 长 可 分 为 as bc 三 类 ,细胞 色素 ( 表 8 一 5 .. 在 情 乳 动物 线粒体 电子 传递 链 中 ， 至 少 存在 b、 359 Hs; CH,—CH.— S 一 (Cys 残 基 ) ets CH,—CH,—S—(Cys 残 基 ) -00C—CH,—CH, CH, (CH,—-CH,—CH— CH,)—H H, | CH, HC—OH CS COO- 图 8 一 10 血红 素 (a) 和 血红 素 A(b) 的 结构 c, Cy), a 和 as 等 五 种 细胞 色素 蛋白 。 细 胞 色素 b、c 和 ,c': 都 含有 血红 素 ( 含 RVR 啉 )， 这 一 点 与 血红 蛋白 和 肌 红 蛋白 相同 。 在 细胞 色素 b 中 ， 血 红 素 是 以 非 共 八 的 方式 与 蛋 和 白质 多 肽 链 相 连 ， 而 细胞 色素 c 和 < 的 血红 素 是 以 共 价 键 的 方式 同 蛋白 质 部 分 相连 《〈 爷 第 三 章 第 三 节 ) 。 但 是 ;细胞 色素 a 和 as 含有 一 个 修饰 的 叫做 血红 素 AchemeA) 的 辅 基 。 血红 素 A 和 血红 素 的 主要 区 别 是 前 者 的 中 呆 环 让 第 8 位 取代 基 是 甲 酰基 而 不 是 甲 基 ， 在 第 2 位 上 是 长 碳 链 疏水 基 取 代 了 乙烯 基 (图 8 一 10 ) 。 细胞 色素 b、c,、a 和 as 都 是 完全 的 膜 结合 蛋白 。 近来 的 证 据 揭 示 ， 细胞 色素 b 有 两 组 分 。 即 be 和 by be 是 氧化 还 原 的 载体 ( 即 电子 载体 ); b, 与 电子 传递 和 氧化 磷酸 化 偶 联 有 关 。 360 细胞 色素 as 和 as 作为 一 个 复合 物 出 现在 电子 传递 链 的 末端， 与 电子 从 细胞 色素 “ 传递 到 氧 分 子 直 接 相 关 ， 所 以 细胞 色素 aas。 又 叫做 细胞 色素 “ 氧化 酶 或 细胞 色素 氧化 酶 。 由 于 细胞 色素 b、c: 和 aa; 的 朴 水 性 质 以 及 它们 同 线粒体 内 膜 结合 在 一 起 ， 使 得 它们 成 为 一 类 难以 溶 (CO 解 和 难以 研究 的 蛋白 质 。 但 是 ， 细 胞 色素 在 水 中 是 可 溶 的 ， 它 是 一 种 膜 外 周 BA (peri- _ pheral membrane protein) 。 细 胞 色素 的 这 种 特性 允许 它 在 电子 传递 链 的 两 个 片段 CBD 复合 物 ) 之 间 起 传递 电子 的 联系 作用 ( 见 后 ) 。 在 电子 传递 链 中 ， 所 有 这 些 细胞 色素 都 是 通 WE 们 的 铁 原 子 的 价 态 变化 CFS + GA C= Fe** ) KH S Att 出 电子 Ho ; : 这 里 尚 需 指出 的 是 ， 细 胞 色素 as 还 含 一 个 铜 原 子 ， 铜 原子 也 可 通过 它 的 价 态 变 化 (Co +e == eCu ) 传递 电 子 。 所 以 在 电子 传递 链 末 端的 电子 传递 过 程 可 能 是 如 右 图 所 示 。 Fe3+ Fe2*.. Fe2+ Fe3+ 三 、 电 子 传递 链 的 组 织 结 构 在 电子 传递 链 中 ， 电 子 的 流动 方向 总 是 从 标准 氧化 还 原 电势 较 低 的 载体 流向 标准 氧化 还 原 电 势 较 高 的 载体 上 ， 而 且 这 种 流向 有 着 严格 的 顺序 ， 不 能 超越 其 间 的 第 二 载体 而 流向 第 三 个 载体 上 。 例 如 ，NADH 只 能 把 它 上 面 的 两 电子 传递 到 NADH HSA, MAAR 传 ， 递 到 细胞 色素 b 或 c 上 。 这 表明 电子 传递 链 中 的 电子 载体 在 膜 结构 上 有 着 严格 的 组 织 顺序 和 定 位 关系 。 后 来 ， 从 线粒体 内 膜 上 分 离 出 了 功能 上 相当 的 电子 载体 的 结构 复合 物 。 这 些 结构 复 合 物 是 ， 复合 物 I (NADH 脱氧 酶 复合 物 ) th NADH 脱 氢 酶 和 它 的 铁 - 硫 中 心 构成 。 复合 物 工 (琥珀 酸 一 CoQ 还 原 酶 复合 物 ) :由 琥珀 酸 脱 氢 酶 和 铁 - 硫 蛋 白 构 成 。 复合 物 下 (CoQ 一 细胞 色素 还 原 酶 复合 物 ) : 由 细胞 色素 b 和 c: 以 及 一 个 特殊 的 铁 - 硫 蛋白 构成 。 ， 复合 物 轴 (细胞 色素 氧化 酶 复合 物 ) ， 由 细胞 色素 a 和 as 组 成 。 NADH, CoQ 和 细胞 色素 “ 在 这 几 个 复合 物 之 间 起 着 桥梁 作用 (图 8 一 11 ) 。 一 些 特殊 电子 传递 链 抑制 剂 的 使 用 对 电子 传递 链 的 组 织 结构 的 研究 有 着 特殊 的 意义 。 鱼 fed ( Rotenone ) 和 安 密 妥 ( Amytal ) 能 阻止 电子 从 NADH 传递 到 CoQ (MAO); tH 霉 素 A (Antimycin A ) 能 阻止 电子 从 CoQ 到 细胞 色素 的 传递 (部 位 2 ) ;和 握 化物 和 一 氧 化 碳 能 阻止 电子 从 细胞 色素 aas 到 氧 的 传递 。 这 些 抑 制作 用 可 以 通过 电子 载体 的 吸收 光谱 的 改变 而 证 实 。 因 为 电子 载体 处 于 还 原状 态 与 处 于 氧化 状态 的 吸收 光谱 是 不 相同 的 。 在 抑制 点 前 的 电子 载体 处 于 还 原状 态 ， 抑 制 点 后 电子 载体 则 处 于 氧化 状态 。 图 8 一 9 是 细胞 色素 < 的 还 原 态 与 氧化 态 的 吸收 光谱 比较 。 通过 以 上 的 事实 可 以 证 明 ， 电 子 是 以 从 NADH 到 CoQ ( 或 者 从 琥珀 酸 到 CoQ ).。 从 CoQ 到 细胞 色素 c、 从 细胞 色素 到 分 子 氧 的 顺序 传递 的 。 这 一 传递 顺序 分 别 是 由 NADH SAS ( 或 者 琥珀 酸 一 CoQ 还 原 酶 ) 、CoQ- 细 胞 色素 还 原 酶 和 细胞 色素 氧化 酶 催化 361 完成 的 。 在 每 种 情况 下 ， 电 子 的 转移 都 伴随 着 质子 的 吸收 和 释放 ， 因 此 电子 通过 复合 物 的 迁 移 必定 与 质子 跨 膜 系 送 相 偶 联 。 由 于 放 能 的 电子 转移 与 质子 的 泵 送 偶 联 ， 因 而 也 与 电化 学 能 C 即 电化 学 梯度 ) 偶 联 ， 这 种 电化 学 能 作为 质子 推动 力 迪 存在 膜 所 表面 ( 见 后 述 ).。 所 以 每 个 复合 物 代表 了 一 种 沿 电子 传递 链 的 能 量 转换 部 位 。 27319 SUR 其 他 以 PAD (i u98 100 BES, AMOR CoA. LACS UR HNL Ee 蛋白 ， 它 们 以 与 斑 珀 酸 脱氧 酶 相似 的 作用 方式 把 电子 传递 到 CoQ bo, ie MS CRAY ANA False Cait Se mg Cotas 9 Jk Ree! Uh ata + UO) SEA 国 ee a Cr EF oT eta a aT HAO ROR ER = hts fi EHD | tx Ban vA Dy (wae AE | Re He ie Lae 加 Boy fCyteey] CoQ Cyt CABRUR. 5 93m mee a La | TASS A RRR ARSE swt sA “A OB HOARD ISR Cyt. fLih | aaah rear | r— od) wee MUL ——Foyres | Gi) 如 时 自重 东江 AR. STRATES > ae 了 Oa wy i hk OOD HAM 图 8 一 11 erie LOMO, ATP 的 生成 部 位 、 La ti | Pa AY (ee | ; snonetosl ) FR | 四 、 iL wR ral nioumite ad Mee MEA TGTE SE, AICIRAR IOLINIE-T JAMA cin CeaR- aMBRR tH vis HEHE) ADPAMEIE ORR (Lek, ATP ny ick FE, PAE RCAC Ie 1k mur Fe 化 。 电 子 沿 呼吸 链 6 电子 传递 链 ) 1 PR CH 9H FB Yh > 4p 5p eH AVP 的 合成 ， 以 及 在 什么 部 位 上 合成 是 这 里 所 要 说 明 鸭 问题。 aes 1. B-Ab CP/O) MATP 的 合成 部 位 ， ， te 现 已 证 明 ， 相 同 数量 的 电子 ， 通 通过 不 同 的 呼吸 链 产生 的 ATP 的 数量 是 不 相 局 的 5 即 示 | 同 的 呼吸 链 有 着 不 同 的 磷酸 化 效率 (efficiency)of phosphorylation ) 。 斯 05 站 细胞 呼 ) 抗 守 素 A -一 Hi] 362 一 -硕果 | 讨 为 工 定 量 地 表示 每 个 被 利用 的 氧 原子 所 产生 的 ATP UK By BRR P/O Cok P/2e") 比 。 所 谓 P/O 比 ， 是 指 当 一 对 电子 通过 呼吸 链 传递 到 氧 时 所 产生 的 ATP 的 分 子 数 。 当 一 对 电子 从 NADH 传递 到 氧 时 产生 了 三 分 子 的 ATP， 所 以 P/O 比 是 3 。 于 是 就 提出 了 这 样 三 不 概念 ， 即 在 电子 由 NADH 传递 到 氧 的 途径 中 有 三 个 不 连续 的 ATP 生成 部 位 。 通 过 各 种 不 同 交 实验 ;这 三 个 产生 ATP 的 部 位 在 呼吸 链 中 已 被 确定 (图 8 一 11 ) 。 第 一 个 部 位 是 NADH 到 CoQ; 4H BK A ( 它 能 阻止 电子 从 CoQ 传递 到 细胞 色素 c) 的 存在 下 ， 以 铁 氰 化 物 ( & Fee ) 作为 人 工 电子 受 体 ， 并 测定 P/O 比 ， 得 到 P/O 为 1 的 结果 ， 从 而 证 实 ve 子 传递 链 的 这 — Bor (C NADH—CoQ) ATP 生成 的 部 位 Ll. BAD 的 方法 证 明 部 位 2 是 CoQ 一 细胞 色素 c， 部 位 3 是 细胞 色素 c—O.. HEP MUMS 传 递 反应 分 别 是 由 NADH 脱 氢 酶 (部 位 1 ) .CoQ 二 细 胸 色素 还 原 酶 ( 部 位 2 ) 和 细胞 色 素 氧化 酶 (部 位 3 ) 催化 的 。 这 三 寂 部 位 的 氧化 还 原 反 应 所 产生 的 外 由 能 足以 推动 由 ADP 生成 ATP (图 8 一 7 ) 。 但 是 ， 延 胡 索 酸 /琥珀 酸 电 对 的 E> 是 - 0.031 伏 ;因此 再 珀 酸 氧 化 脱 下 的 电子 不 能 使 NAD - 还 原 ( 因 为 NAD- /NADH Wy E} = -0.324h), (AHMAD RR 脱 氢 酶 的 辅 基 FAD 还 原 〔 因为 处 在 与 不 同 酶 蛋白 结合 状态 的 FAD/FADH, 的 开 , 为 0.0 一 +0.3 th). 同时 也 不 可 能 在 琥珀 酸 还 原 CoQ 的 进程 中 有 :AR: 生 成 4 因为 ATP 的 合成 需要 大 约 0.20 RIG AES 值 ( 实际 计算 的 AE。 = 0. 158 伏 ) 。 由 于 琥珀 酸 氧 化 提供 的 一 对 电子 在 CoQ 的 水 平 上 进入 到 呼吸 链 ， 它 的 AE4 只 有 0. 131 伏 ， 所 以 只 能 在 部 位 2 〈 复合 物 下 ) 和 部 位 3 CB ABV AMIER AST ATP, HK P/O 比 是 2 而 不 是 3。 复 合 物 工 的 复杂 结构 在 于 保证 了 a 学 ATP. 的 合成 与 电子 传递 偶 联 os HH ERE ARE Es 电子 传递 与 入 酸化 紧密 地 个 联 。 AML ATP 的 形成 关键 性 地 取决 ar eas, 而 且 紧密 的 偶 联 意味 着 电子 的 流动 仅 当 ATP? BEB I A Be AE 0 GX Fe ASA, Bly ERR BAW CATPI/CADP I Le Zee SEY EEE 方 中 起 重 要 的 作用 。 和 氧化 磷酸 化 的 必要 条 件 是 NADH ¢ KE (HH JR). O.., ADP 和 Pi。 当 然 ， 调节 氧化 磷酸 化 速度 的 重要 的 因素 是 ADP， 因为 其 他 三 种 因素 很 少 以 限 速 浓度 〈Rate-1li- miting condentration) 存 在 。 “AIC BR HC wee ADP 调节 的 这 种 方式 叫做 呼吸 控制 (了 Re- ey ‘control ) 或 受 体 控制 (Acceptor control), 呼吸 控制 的 意义 是 很 清楚 的 。 当 ATP 因 做 细胞 功 而 很 快 消耗 时 ，ATP 的 水 平 降低 ， 太 DP MACHA Rs TH ADP 的 可 用 性 意味 着 在 热力 学 上 和 动力 学 上 都 有 利于 磷酸 化 。 在 这 种 情况 下 ; ATP Ape PSS 刺 Ws, WP Ree. FAS CHL RA) 重新 循 处 ， 底 物 被 氧化 ， 氧 被 消耗 ， 此 时 细胞 处 于 活跃 呼吸 状态 (第 三 呼吸 状 在 ) (网 8 一 12》。 但 是 ， 当 ATP 在 细胞 中 积累 时 ，ADP 的 浓度 就 ;相反 地 降低 ， 电 子 传递 减 慢 或 停止 ， 电 子 载体 以 还 原 隐 形 式 存 在 ， 氧 化 型 的 载体 不 再 用 作 电 [| 子 指 受 体 ， 整 个 呼吸 代谢 过 程 被 有 效 地 抑制 (图 8 一 12 ) 。 此 时 细胞 处 在 休眠 状态 〈 第 四 呼 吸 状 态 ) 。 所 以 ， 氧 化 磷酸 化 与 细胞 对 ATP 的 需要 是 精心 偶 联 的 ， 以 便 使 电子 从 有 机 燃料 分 子 流 向 氧 与 细胞 对 能 量 的 需要 一 致 。 3.， 氧化 磷酸 化 的 解 偶 联 剂 和 抑制 剂 某 些 特殊 的 抑制 剂 在 研究 氧化 磷酸 化 发 生 疝 过 程 中 起 很 重要 的 作用 。 前 面 已 经 谈 到 电子 363 fea ALF IRR IS DTIC RL ATP 生成 位 的 研究 中 所 起 的 作用 。 SALAAM 绍 氧 化 磷酸 化 的 解 偶 联 剂 和 抑制 剂 。 上 IB LAIR BEAR S| 时 间 ,一 一 etree: ed” san 二 图 8 一 12 ”呼吸 的 受 体 控 制 (1 +») fet HEF C Uncouplers ) 所 谓 解 偶 联 ， 顾 名 思 义 ， 就 是 使 电子 传递 过 程 与 ATP 的 生成 相 分 离 。 解 偶 联 剂 对 电子 传递 没有 抑制 作用 ， 但 能 抑制 由 ADP 生成 ATP 的 磷酸 化 作用 。 结 果 是 ， 氧 过 度 消耗 ， 底 物 利 用 没有 障碍 ， 能 量 以 热 的 形式 消散 。 了 解 得 最 为 清楚 的 解 偶 联 剂 是 2, 4- 二 硝 基 苯酚 | (DNP ) ， 其 他 解 偶 联 剂 大 多 也 是 酸性 的 芳香 族 化 合 物 ， 例 如 双 羟 香 豆 素 和 对 -三 氟 甲 氧 交 ， Bi MER H ooN | ; i 8 SEN : re a Br oft te F,c-o—¢ Sonnac’ yr trons ™ Chi ie en CN OH WEE DR XY - = ga FA AR BE AE Ih 解 偶 联 剂 的 解 偶 联 作用 只 是 对 电子 传递 链 的 磷酸 化 作用 是 专 一 的 ， 对 在 底 物 水 平 灿 发生， 的 磷酸 化 作用 没有 影响 , 这 就 使 得 这 些 解 偶 联 剂 对 于 氧化 磷酸 化 的 研究 成 为 很 有 用 的 试剂 ( 见 上 后 述 ) 。 2 ) 抑 制剂 ( inhibitors ) 抽 化 确 酸 化 抑制 剂 对 所 的 消耗 和 ATP 的 形成 都 有 抑制 作用 。 但 是 ， 与 电子 传递 抑制 剂 不 同 ， 它 们 对 呼吸 链 的 电子 传递 没有 任何 直接 的 抑制 作用 ， 但 却 能 直接 抑制 ATP BOER 364 由 于 这 类 抑制 剂 抑制 了 由 电子 传递 而 产生 的 高 能 状 撩 去 合成 ATP 的 过 程 ， 结 果 也 使 电子 传 BARR. RBRBT IX KVM. 氧化 磷酸 化 抑制 剂 和 电子 传递 抑制 剂 是 可 以 区 别 的 。 如 果 抑 制作 用 因 加 入 解 偶 联 剂 例 如 DNP 而 被 解除 考 则 是 前 者 〈 只 是 解 丢 对 电子 传递 的 抑制 )， 洲 不 能 解除 者 是 后 者 〈 见 图 8 一 13 3 [O02] [O2]. 时 间 - ane am Ha (a) (b) 图 8 一 13 “线粒体 呼吸 的 不 同 状 态 ( 用 1、2、3、4 表 示 ) 状态 1 是 在 可 利用 的 底 物 和 ADP 都 缺乏 的 情况 下 发 生 的 状态 2 是 在 加 入 了 ADP， 但 底 物 仍 缺 乏 的 的 情况 下 发 生 的 ; 状态 3 是 在 ADPE 和 底 物 都 已 加 入 的 情况 下 发 生 的 状态 4 是 在 有 底 物 存在 ， 但 ADP 己 被 消耗 尽 的 情况 下 发 生 的 ; 图 a 表 示 当 加 入 解 偶 联 剂 后 ， 刺 激 氧 的 消耗 3 图 b 表 示 如 入 抑制 剂 后 ， 氧 的 消耗 被 抑制 ， 但 加 入 解 偶 联 剂 后 ， 解 除了 对 氧 消耗 的 抑制 。 4, ATP Apis 合成 ATP 的 酶 系统 位 于 线 粒 体 内 膜 上 。 这 个 酶 系统 或 酶 复合 物 叫 做 ATP Spcieny FF,-ATPase。.ATP 合 成 酶 含有 两 个 尘 要 的 成 分 , F, 和 Fu(F 是 偶 联 因素 factor).F， 从 线 粒 体内 膜 伸 入 到 基质 中 ， 形状 与 门 上 的 球形 握手 相似 。F， 是 由 Racker 及 其 同事 首先 从 线 粒 体 抽 提 和 纯化 的 ， 并 确定 它 是 一 个 很 大 的 寡 聚 体 ， 分 子 量 约 为 380,000， 由 五 种 不 同 的 亚 基 构 成 ,F, 不 能 单独 以 它 的 分 离 形式 催化 ADP 和 Pi 合成 ATP, 但 它 却 可 以 使 ATP 水 解 成 ADP fo Pi, Afi Fi th PY F,- ATP BC F,ATPase ), 478 Fi 小 心地 从 亚 线 粒 体 颗粒 分 离 出 来 时 ， 这 种 颗粒 只 能 催化 电子 传递 ， 却 不 能 合成 ATP。 这 是 因为 缺乏 FLW 线粒体 颗粒 仍然 含有 完整 的 电子 传递 链 ， MAS Fi 的 缘故 。 当 把 可 溶性 的 F, 在 适当 条 件 下 加 回 到 缺乏 F, 的 亚 线粒体 颗粒 中 去 时 ， 一 种 正常 的 膜 结 构 又 重新 形成 (图 8 一 14) ， 亚 线粒体 颗粒 的 电子 传递 和 合成 ATP 的 这 种 偶 联 能 力 得 以 恢复 。 这 表明 线粒体 内 膜 上 的 酶 有 催化 电子 传递 的 作用 ， 而 可 溶性 的 F, 则 是 合成 ATP 不 可 缺少 的 因素 。 Fy 被 埋 置 在 线粒体 内 膜 中 并 穿 透 内 膜 。 当 跨 膜 的 质子 推动 力 (Proten motive force, 简称 pmi ) 可 被 用 来 推动 P 催化 ATP ARN, 是 作为 质子 流动 的 通道 。 F, he AIL 365 PP PAKS MEE. : f ety : 从 外 形 上 看 ， ATP 合成 酶 的 F, fl Fy Zila 4S (stalk), 这 个 柄 起 着 支撑 Ri BOE, HE F, 和 F, 相连 《图 8 一 15) 3 这 个 柄 也 含有 几 种 多 肽 链 ， 其 中 有 一 种 NY (LFS RH RELI, AB Ze ATP Er BS 300 Hl 因而 也 是 氧化 磷酸 化 的 有 效 抑制 剂 。 这 个 柄 可 能 有 调节 质子 流动 ， 从 而 抑 ， fill ATP 合成 速度 的 能 力 。 五 、 氧 化 磷酸 的 偶 联 机 制 虽然 磷酸 化 生成 ATP 与 电子 上 cL OG : 0% 60009 0% 0 te 传递 相 偶 联 的 这 一 性 质 已 经 确定 ， | CO : 208808 P0809 但 是 关于 电子 传递 链 与 ATP 合成 只 有 电子 传 北 的 亚 线 粒 驳 的 本 和 和 酶 究竟 怎样 合作 完成 ATP 生成 则 ER AER RRAP LUN. ATES ABT FA fl. BRRHTSPBRARER 本 ， 酸化 与 电子 传递 的 偶 联 。 一 种 是 化 Seas 学 偶 联 假说 ， 第 二 是 构象 偶 联 候 说 ,第 三 种 是 化 学 渗透 假说 。 其 中 ， igh, se ? 化 学 渗透 假 说 是 最 受 欢迎 的 。 但 量 wabEgeee 是 ， 实 际 的 偶 联 机 制 可 能 涉及 所 有 = AMBRE HE PERN ARE, BB 图 8 一 14 亚 线粒体 颗粒 的 解 离 和 重新 形成 /并 伴随 ATP SR ae SCORER, OnT Hwee ». ) ASB RRB (Conforme- . pla hy pothesis) 32 HP, Boyer 提出 来 的 。 ce 于 尖 ” ate: 电子 沿 呼 吸 链 传递 过 程 ~ 二 由 ,3 引起 线粒体 内 膜 中 的 蛋白 质 ig, 340 图 8 于 15 AI 合成 酶 的 结构 模式 “ee Boe SRE, 转变 成 高 能 状 息 。 屠 友 构 条 的 变化 拟 疡 生 的 能 量 使 ATP ppc 80 00 Sree 中 激活 也 转变 成 高 能 状态 。 处 在 高 能 状态 的 =， 4 S { ATP) trey ante 3 SUK CWE ATR Can NS ps 所 释放 出 的 能 量 推动 ATP 的 合成 。 Spa 天 四 SN I lew ty @& ab gs Hai *& AH, + B==A* + BH, C-ox C-2req zi—P —xip ~ATP Rev Ty | ANBSS alt Ber, ey? 二 + ADP + + Pit TP+A ‘ AH, +B+ADP+P—=2A +BH,+ATP a AL it Sif rh 6 aaa BE, A RAMTEC RAL me ie HR, BERR ee eae (BE DE Wy RAGS eR Fe eT i 图 8 一 :16 (Lee OL AREER AER Mmmm inm Liter ea 从 学 渗透 假说 化 学 渗透 假说 (Chemiosmotic ~hy pothesis) 是 英国 生物 兹 学 家 P, Mitchell 于 1961 年 提出 来 的 。 这 一 假说 认为 电子 在 翁 递 过 程 中 伴随 吝 PH JAR nce toe le A | WRB. HERS, AW PHoeR. Ms pH 降低 。 内 膜 相 当 于 一 个 质 隆 (H*)“ 和 汐 。 汪 种 质子 “ 泵 ”利用 电子 传递 过 程 中 产生 扒 能 量 作为 把 HY 阮 质 子 梯度 转 BASINS. GS He 河 排 出 相伴 随 的 是 跨 嘴 的 电位 的 形成 ， 因为 H+ 从 基质 转移 VP FE BEI AEFI, TTA RAE eR MF at oF se 度 。 这 种 电化 学 梯度 (Au, .) 包 含 两 个 因素 ， 即 跨 膜 的 电位 Ag%7 和 膜 内 外 的 了 屯 莹 (ApH) AU = AW - 2.303RTAPH/¥ 367 = Ay-0,059APH Est, Av 是 跨 膜 的 电位 ， 大 线粒体 外 沪 一 线粒体 内 腹 约 为 0.14 Rs APH 是 膜 内 外 Dy , pH 差 ， 其 值 大 约 为 1.4 个 单位 Ce te 减少 [HE R 是 气体 常数 ，T 为 绝对 温度 a) F 为 法 拉 弟 常数 。 昌 子 传 递 过 ZZ Be 程 中 所 产生 的 自由 能 便 以 电 花 学 ， 梯度 的 形式 贮存 起 来 。 这 种 电化 Us ! mi 学 梯度 可 以 用 来 推动 ATP 的 合 -一 28” | 电子 传递 RR WES eae 基质 将 电子 传递 产生 的 能 量 莉 藏 在 电 ， + 化 学 梯度 中 并 用 RGB) ATP a ey 成 的 力 称 为 质子 推动 力 。 ADP +Pi 为 了 建立 和 维持 跨 膜 的 质子 必 ie oO 5° te. 该 侵 说 候 定 直子 传递 的 载 roof 于 By OREM BURN MEARE. “iit es ATP+H,O SHI ROHAN, EBA YO, 7 DA SL AE ， Yy Fi— AT Pas 释放 到 外 侧 。 该 假 说 进一步 假 4 , RT BHR? HH 图 8 一 17 ”化 学 渗透 假说 的 原理 图 解 可 以 通过 ATP 合成 酶 ,上 的 特异 FH 的 “通道 ”在 蔷 ' 浓度 便 度 的 推动 下 返回 到 基质 中 。 Ht 通过 “通道 4 返回 到 基质 中 四 所 释放 的 自由 能 推动 ATP 的 合成 。 PHA. 3G RCE BE 8 一 17 表 示 。 eervoes ”从 上 面 所 介绍 的 化 学 渗透 假说 的 原理 ， 我 们 可 以 看 出 ， 该 学 说 完全 排除 对 高 能 化 学 中 间 物 或 高 能 构象 中 间 物 的 需要 ， 转 而 以 跨 膜 的 质子 梯度 作为 能 量 从 电子 传递 到 ATP. 合成 的 能 量 载体 。 同 时 ， 表 明 化 学 渗透 假说 需要 完整 的 膜 结构 ， 否 则 跨 膜 的 质子 梯度 不 可 能 春 在 ,这 与 实验 的 结果 相 一 致 。 如 果 解 偶 联 剂 引起 跨 膜 的 H* 的 渗 漏 ， 那 么 Ht 梯度 将 会 被 破坏 ， 能 q A NO, rt 外 侧 | 内 | 内 侧 if NO, oH a ik 人 -Hi Da 7 | 一 -> \) 一 -一 一 > | —> Ry ie \ SN WYN Nini Bj | NO, | NO, | NO, | NO, O- OH OH O7 (pH7 mf, DNP 4h (DNP 质子 化 ) 荷 ， 是 脂 不 溶性 的 ) 后 变 成 脂 溶性 的 ， 并 能 通过 ， 膜 ) 图 8 一 18 解 偶 联 剂 (DNP) 引 起 跨 膜 的 Ht Bie 368 量 偶 联 就 会 失败 (图 8 一 18 ) 。 我 们 还 可 以 看 到 ， 当 电子 传递 时 ， 也 + 从 线粒体 基质 的 排出 和 Ht 从 膜 外 侧 返 回 是 与 完整 线粒体 的 总 的 氧化 磷酸 速度 是 一 致 的 。 化 学 渗透 假说 为 大 量 的 实验 所 验证 。 在 这 一 假说 的 推动 下 ， 生 物 能 量 学 的 研究 也 取得 了 。 很 大 的 进展 。 但 是 该 假说 仍 有 许多 疑 难 问题 尚 待 解决 ， 例 如 电子 传递 链 是 怎样 把 Ht 从 内 膜 。 内 侧 的 基质 中 和 泵 到 内 膜 外 侧 的 ;器 膜 的 电化 学 梯 度 究 竟 是 如 何 推动 ADP 和 Pi 合成 ATP 的 。 bey hd itl ak SE) HE AAR 4 FA WAT AIL Be 代 : 谢 2K LS ott & 糖 类 是 生物 体 上 的 重要 组 成 物质 之 一 。 自然 界 中 的 糖 类 主要 是 绿色 植物 的 光合 作用 产生 。 糖 类 〈 主要 是 葡 萄 糖 或 淀粉 ) 是 异 养生 物 〈 包括 人 类 、 哺 乳 动物 以 及 异 养 微生物 ) 生理 活动 所 需 能 量 的 主 来 源 。 虽 然 它 们 都 能 合成 一 些 自身 特殊 的 糖 类 ， 但 糖 的 来 源 主要 靠 食物 提供 。 当 糖 进入 到 生物 体内 后 ， 经 过 消化 、 吸 收 、 运 转 、 分 解 、 同 化 等 化 学 变化 ， 一 方面 提 供 自 身 生 命 活动 所 需 之 能 量 ， 另 一 方面 则 可 以 为 合成 体内 其 他 物质 提供 碳 骨 架 ， 并 可 将 经 消 化 吸收 单 糖 改造 成 为 自身 航 组 成 物质 和 能 量 的 贮存 物质 〈 例如 哺乳 动物 体内 的 糖 元 ) 。 糖 代谢 主要 是 指 糖 在 生物 体内 的 分 解 代 谢 和 合成 代谢 。 糖 的 分 解 代谢 是 指 大 分 子 糖 经 消 : 化 ， 变 成 小 分 子 的 单 糖 后 ， 进 一 步 降解 、 氧 化 ， 同 时 和 耕 放 油 能 量 等 化 学 变化 过 程 。 糖 分 解 代 疆 谢 的 许多 中 间 物 是 生物 体内 合成 其 他 物质 的 碳 骨 架 。 糖 的 分 解 代谢 根据 生物 所 处 条 件 的 不 同 可 分 为 无 氧 分 解 和 渔 氧 两 种 类 型 。 . E ， 注 的 合成 代 渤 时 指 在 体内 由 简单 的 小 分 子 物 质 转变 成 糖 的 过 程 。 绿 色 植 物 和 光合 微生物 能 利用 太阳 能 同化 自然 界 中 的 CO. 合成 糖 类 ， 并 释放 出 氧气 。 人 及 动物 则 是 利用 葡萄 糖 合 国 成 燃 元 ， 或 者 由 一 些 非 糖 物质 通过 异 生 作用 合成 糖 元 。 微 生物 也 能 利用 各 种 碳 源 合成 某 些 糖 ， 类 。 糖 的 合成 代谢 是 需 能 反应 。 ‘ideas | 在 生物 体 中 ， 糖 代谢 不 是 孤立 进行 的 ， 是 与 其 他 物质 的 代谢 相互 联系 的 ， 并 可 以 相互 转 明 换 的 。 ; & sR OE fi —, RULE MAN -REERE AON tes ABR, FRET DIR RA. LDR, KSLMREBAW. ABA PE, MRA CO. 和 也 :0O， 并 产生 好 氧 生物 所 需要 的 大 量 的 能 量 。 GAD 例如 厌 氧 微生物 只 能 在 无 氧 所 条 件 下 生长 有些 生 物 〔〈 例 如 酵母 ) 或 有 生物 的 某 些 组 织 〈 例 ， 如 高 等 动物 的 骨 艇 肌 ) 能 在 无 氧 〈 或 暂时 缺 氧 ) 的 条 件 下 缓慢 生长 或 运动 。 在 这 些 情况 下 ， 生物 或 生物 的 某 些 组 织 所 需 能 量 靠 糖 的 无 氧 分 解 代谢 提供 。 | 糖 酵 解 是 糙 分 解 代谢 的 最 普遍 最 主要 的 一 条 途径 ， 不 仅 在 动物 、 植 物体 内 存在 ， 而 且 在 许多 微生物 内 也 存在 。 所 谓 糖 酵 解 (glycolysis) J: +549 aj HF (glucose) 分 子 酶 促 降 解 成 丙酮 酸 (P 了 ruvate) 并 伴随 产生 ATP 的 过 程 。 该 过 程 是 了 解 得 最 为 清楚 马 一 种 代谢 途径 ， 丙 酮 酸 生成 之 后 ， 在 不 同 的 条 件 下 、 在 不 同 生物 〈 或 组 织 ) 中 ， 它 的 归宿 是 不 同 的 。 通 过 糖 酵 解 这 径 所 生成 的 丙酮 酸 育 三 种 主要 的 去 向 (图 9 一 1 ) 第 一 个 去 向 是 在 需 氧 生物 中 ， 醇 乌 仅仅 构成 葡萄 糖 有 氧 降 解 成 CO， 和 H,O 的 第 二 的 国 段 。 然 后 , 丙酮 酸 氧 化 成 乙酰 CoA， 后 者 进入 到 三 羧 酸 循环 和 电子 传递 链 被 完全 氧化 成 CO 370 中 Vai A ie woe ia ot it ie. Sue, a ) i iy eit it | AB 在 无 氧 条 件 下 | 2p 两 出 1 RMT Ge RS y 3 ‘ 2 乙醇 +2CO， oo|W#fFT | 22 酸 oe a ae S200, ree WR LS ee We 2 A AL | 2 乙酰 CoA | 乳酸 发 酵 Te | CO, + 4H,0 | 在 动物 、 植 物 及 许多 微生物 中 图 9 一 工 糖 醉 解 产生 的 再 责 玻 的 去 向 a Fru-1,6-P,+ADP Pe cial ™ —3,4Kkal-mol7! KM GCN ROTM), RRR 中 最 关键 的 反应 步骤 〈 见 后 wrt 磋 酸 酶 的 催化 下 重新 产生 Fra-6-P。 PR ARRES— He See eae rt (4 ) 磷 酸 丙 糖 的 生成 Fru-1, 6 中 , 7e84¢AG (aldolase ) 的 催化 下 转变 成 凑 分 7 AUR — FPR 1S -0- aC sD B CHO RPO, Car UcsipORS. * 0 AVARICL MS 全 [-D WW . ¢ noi: |\/ | *CH,OPO$F . 1) a RARER D 3 ee U0) 4. Oe A | | at 5 a6 Be (9-4 H rae Obie SCH, Sate mG Spoke! (i HO:HO" 5) HO AG° o> + 5i7a Real dehol 1, meab tir nite ys ri en REM RAWAL) eRe Ae. bE Lo Ld PU LE PUL We He EAR HE CTL aE D'S — | ATP 提供 能 PRESENT Thicke La kl)” PUNE OAS SR "a stile EC-OH H,0,/HO, SS COMP id cm ak 2 Fe AD 10 Mis, poe Pye. oe Le 物 H (AalBE) bard: ee “S- WA Bi Pty | 拓 束 7 ge ga) BOR RS ee Tp wae 3 io | - A + * + 8 ARETE ae He 四 9 一 2 67m TL RES MIEN HELA 374 有 两 种 类 型 的 醛 缩 酶 , 即 类 型 TI 和 类 型 IE 。 在 动物 组 织 中 发 现 的 是 类 型 TI ,这 类 醛 缩 酶 是 四 聚 体 蛋 白 。 在 肝脏 、 肌 肉 以 及 脑 组 织 中 都 含有 不 同 醛 缩 酶 的 同 工 酶 。 类 型 I 醛 缩 酶 催化 反 应 的 机 制 如 图 9 一 2 所 示 。 在 反应 中 ， 涉及 希 夫 氏 碱 ( Schiff's base ) 在 该 酶 活性 中 心 赖 氨 酸 残 基 的 AEN KORES MEM, KHIR 酶 只 在 酵 母 和 细菌 中 发 现 ， 是 一 类 二 聚 ， 体 蛋白 ， 类 型 工 醛 缩 酶 需要 二 价 的 阳离子 (Zn2+) 作 为 天 然 的 激活 剂 ， 而 且 在 它 们 的 作用 机 制 中 不 涉及 希 夫 氏 碱 的 形成 。 “磷酸 二 羟 丙 酮 和 3- 磷 酸 甘 油 醛 是 同 分 异 构 体 ， 可 在 磷酸 丙 糖 异 构 酶 的 催化 下 相互 转变 : ‘CH,OPO?- ‘CHO | Ch Mees —C—O | | ‘CHF " 1ICH,OPO?- he?" = +1,83Kcalemol"! 该 反应 进行 得 很 快 ， 而 且 是 可 道 的。 在 平衡 时 ，96% 的 磷酸 丙 糖 是 磅 酸 二 产 丙 酮 。 但 是 ， 由 于 3- 杰 酸 甘油 酶 在 后 续 反 应 中 能 被 有 效 地 移 走 ， 所 以 反应 很 容易 由 划 酸 二 羟 丙酮 转变 成 3- 磷 iti. , BUSI, — Fi a ay FEE A TS FG Se 2, 第 一 阶段 第 二 阶段 包括 七 个 反应 步 又 (5 )3- 磷 酸 甘油 醛 的 氧化 3- 磷酸 甘油 醛 在 3- 磷 酸 甘油 醛 脱 氢 酶 的 催化 下 ， 以 辅酶 NAD+ (FARA 受 电子 体 ， 并 在 无 机 磷酸 的 参与 下 ， 脱 氢 氧 化 生成 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 。 在 氧化 反应 中 醛 基 转 变 成 了 超 高 能 量 的 酰基 磷酸 (acyl phosphate ) : O . gouty. | ; CHO ys wa BE H—C—OH + NAD*++H,PO, == H—C—OH + NADH +" CH,OPO3- CH,OPO2- 本 (1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 ) see = +1,5Kcalemo]"! O O | | 酰基 ERR ( 十 yo ) RR AFR TRAP. GX PRAT C anhydride ) 形成 所 需 0- 要 的 能 量 来 自 醛 基 的 氧化 。 实际 上 上， 上述 反应 是 产生 能 量 的 反应 〈 和 氧化 ) 与 吸 能 反应 〈 磷酸 化 ) 相 偶 联 的 总 反应 。 3- 磷 酸 甘 油 醛 氧化 成 3- 磷 酸 甘 油 酸 是 一 个 放 能 反应 ， 可 释放 出 10.3Kcal.mol :! 能 量 ， 375 O | CHO CO | | | 一 ONADi+H OH 一 CGO +NADH+H+~ | | | CH,OPO?2- ; CH,OPO3>- AG° = —10,3K cals 二 而 3- 磷酸 甘油 酸 的 磷酸 化 反应 是 一 个 吸 能 反应 ， 是 由 上 面 的 放 能 反应 所 推动 ， O O O I I I C= O C 一 0 一 Pio | | | | a ti + HO—P—O” =~ H—C—OH O- +H,0 | | CH,OPO; - De CH,0POj7 NG = +11,8Kcal-emo]™! SHERMRMR, Mey AG*’ = +1,5Kealemol-. MAY AG? 表明 ， 底 物 和 产物 即 ， 3- 磷 酸 甘 油 醛 和 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 ) 的 波 度 将 决定 体内 的 反应 方向 。 3- 磷酸 甘 油 醛 脱 氢 酶 由 四 个 相同 的 亚 基 构成 ， 其 活性 中 心 的 朴 基 (一 $ H) a i 该 Qik 站 ‘CH2 : H—C-OH ® § : @ ss 0. H- H } CH, 1 S—C-OH eee Te Ce HO % + \ t . 产物 0、 NAD NAD ®) | 2 4 0 ® ra ‘i Pj are Ae 。 ahi H~C—-OH s~C=0 C= wings NADH * NADH NAD 图 9 一 3 3- 磷 酸 甘 油 醛 脱 氢 酶 的 作用 机 制 376 0» js . -< ‘ ne a 避 必 需 的 基 团 ， 所 以 烷 化 剂 ( 如 碘 乙 酸 ) 和 重金 属 是 该 酶 的 有 效 抑制 剂 。 此 外 ， 酶 分 子 的 每 个 昌 亚 基 结合 有 NAD+，NAD+ 作为 该 酶 的 辅酶 是 该 酶 的 俱 化 反应 不 可 缺少 的 。 3- 磷 酸 甘油 醛 。 脱 气 酶 催化 3- 磷酸 甘油 醛 的 脱氧 氧化 是 一 个 相当 复杂 的 反应 ， 其 反应 机 制 如 图 9 一 3 所 示 。 首 是 先 ， 梅 活性 中 心 的 半 胱 氨 酸 的 综 基 ( 一 SH ) wea Rea FE BEER, 形成 相应 的 硫 代 半 缩 醛 (thiohemiacetal ) 。 随 即 发 生 氧 化 作用 ， 将 一 个 氢 负 离子 ( 两 个 电子 和 一 个 质子 转 移 到 与 酶 结合 的 NAD* 上 ， 同 时 把 一 个 质子 释放 出 来 ， 结 果 导 致 高 能 共 价 的 酰基 - 酶 复合 物 | CRE) 的 形成 。 然 后 ，NADH 从 酶 上 解 离 下 来 ，NAD+ 再 结合 到 酶 分 子 的 活性 中 心 。 最 ， 后 ， 无 机 磷酸 〈 Pi ) 攻击 硫 酯 形成 高 能 磷酸 化 合 物 1,3- 二 磷酸 甘油 酸 ， 并 从 酶 分 子 上 游离 下来。 (6 )3- 磷 酸 甘油 酸 和 ATP 的 生成 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 ( 1,3-DPG ) 在 磷酸 甘 油 柳 激酶 的 催化 下 ， 将 高 能 磷酸 基 从 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 的 酰基 础 酸 上 转移 给 ADP, WATTS 3-H MH BA ATP. 7 O O | | C—OPO?- Gen va : +ADP—==== || +ATP Bae arena H—C—OH il ” | ; CH,OPO27 CH,OPO27 AG° bc i 4,5Kcealemol"! 1.3- 二 磷酸 甘油 酸 水 解 时 可 以 释放 出 11.8Kcalmol-: 的 自由 能 ( AGE = 11,8Kcal- mol-: ) ， 足 以 推动 一 分 子 的 ATP 生成 。 一 分 子 的 葡萄 糙 氧 化 至 此 可 生成 两 分 子 的 ATP。 磷酸 甘油 酸 激酶 和 3- 磷 酸 甘油 醛 脱 氢 酶 所 催化 的 反应 构成 了 一 个 能 量 偶 联 过 程 ， 3- 磷 酸 甘 油 醛 十 PI+NAD+ = 1,3- 二 磷酸 上 冉 油 酸 +NADH +H* 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 +ADP 一 3- 磷 酸 甘 油 酸 +ATP | BRM, | 3- BER A ih + Pi+ ADP +NAD* = 3-ERMH M+ ATP+NADH+H* 本 AG?’ = -3.0Ktaivmol-: 从 上 面 的 反应 我 们 可 以 看 出 ，1, 3- i BY eR Fk PE OY RE CTA. i ESI 出 了 一 个 新 的 概念 ， 即 底 物 水 平 磷酸 化 (substrate-level phosphorylation)。 所 谓 底 物 永 平 悉 酸化 是 指 在 底 物 氧化 的 基础 上 生成 ATP LARS KERR He SRR Cl 的 。 底 物 水 平 磷酸 化 是 直接 与 代谢 途径 的 某 个 特殊 反应 偶 联 ， 而 氧化 磷酸 化 是 电子 沿 呼吸 链 传递 所 产生 的 质子 推动 力 造成 的 。 《7 )2- 磷 酸 甘 油 酸 的 生成 这 是 一 步 分 子 内 的 重 排 反 应 。 在 磷酸 甘 油 酸 变 位 酶 ( phosphoglyceromutase ) 的 催 人 下 ， 底 物 分 子 中 的 磷酸 基 发 生 可 道 的 移 位 反应 ， 即 3- 杰 酸 甘油 酸 与 2- 杰 酸 甘 油 酸 的 互相 ee O O Le | | bx C—O- Mg2+ C 一 O- hei ame | ¢) va CH ,OPO3- CH,0OH » RA aia? +1,06Kcal+mo]~! HF -EC 8) A we M— -f.! 该 反应 需要 Me, TALK, 3- 二 磅 酸 甘油 酸 中 间 物 的 形成 。 从 这 不 反应 可 以 看 出 ， 变 位 酶 ( mutase ) 是 一 类 能 催化 分 子 内 化 学 基 团 移 位 反应 的 酶 。 这 个 反应 由 于 后 续 反应 是 高 度 放 能 的 ， 所 以 能 朝 2- 磷 酸 甘 油 酸 生成 的 方向 进行 。 (8 ) 磷 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 生成 2- 磷 酸 甘 油 酸 在 烯 醇化 酶 ( enolase ) 的 催 北 干 脱 去 一 分 子 水 ， 生 成 磷 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 量 (PEP), BRERA TERRE, ee 该 反应 需要 Me** 或 Mn**, | HD | O O | | C—O- C—O- _- —= | +H,0 — H—C—OPO!- C—OPO?- | ae CH,OH Chis +o) the nC = +0,44Kcalemol]-! 当 磷酸 燃 醇 式 丙酮 酸 水 解 时 ， 可 以 释放 出 很 高 的 自由 能 (AG”= —14,8Kealemoln") . ix 是 因为 在 烯 醇化 酶 的 催化 下 ， 底 物 分 } 子 内 部 的 C-2 和 C-3 位 分 别 发 生 了 氧化 和 还 原 。 这 只 要 比较 底 物 和 产物 的 结构 就 很 容易 理解 。 产 物 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 在 热力 学 上 是 一 种 高 度 不 稳 定 的 形式 ， 具 有 强烈 的 由 烯 醇 式 转变 成 酮 式 的 趋势 。 酮 式 结构 在 热力 学 上 是 比较 稳定 的 。 但 ， 是 ， 由 于 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 C-2 位 上 有 磷酸 基 的 存在 ， 烯 醇 式 转变 成 酮 式 的 趋势， ae 2” . 1 午 峰村 化 酶 在 与 底 物 结合 之 前 先 与 Mez+ 结合 成 复合 物 。 该 本 在 NF CR) RUA 同时 存在 下 失去 活性 ， 因 为 所 离子 与 磷酸 基 形 成 的 氟 磷 酸 离子 能 结合 Mott. SRR se 烯 醇化 酶 的 有 效 抑制 剂 。 若 在 酵 解 途径 中 加 入 氟 化 物 ， 必 然 造成 磷酸 甘油 酸 肉 及 磷酸 甘油 积 累 。 由 于 反应 被 抑制 ， 后 续 过 程 不 能 继续 进行 ， 反 应 ( 5 ) 生 成 的 NADH RSE, FT 转 而 迫使 磷酸 二 羟 丙 酮 作为 受 氢 体 还 原 为 磷酸 甘油 。 378 CH,OPOi- x- 磷 酸 甘 油 CH,OPOi- 脱氧 CD 1° DNADHH? GOH da oa 人 Ai (9 ) 烯 醇 式 丙 酮 酸 和 ATP 的 生成 上 述 生成 的 磷酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 由 于 具有 很 高 的 转移 磷酸 基 的 势能 ， 所 以 在 有 ADP、 Me** 以 及 高 浓度 K+ 存在 下 经 丙酮 酸 激酶 的 催化 ， 可 将 其 高 能 磷酸 基 转 移 到 ADP 上 ， 生 成 ATP Adi Re PIAA Me Oo O | I G37 d—o- f +ADP—> | +ATP G —OP 8 Cc a j I CH, CH, AG° | = —7,5Kcalemol"! MRMASERMREN0.2%, HULRERRMAA HY. Zh, —PTFHABES 酵 解 途径 又 可 以 生成 两 分 子 的 ATP。 这 一 反应 是 底 物 水 平 磷酸 化 的 又 一 个 例子 。 在 反应 中 ， KK*+ 可 能 对 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 羧基 起 稳定 作用 ， 增 高 酶 对 底 物 的 亲和力 。 (10) 丙 酮 酸 的 生成 由 于 燃 醇 式 具有 强烈 的 转变 成 柄 式 的 趋势 ， 所 以 ， 醇 式 两 本 酸 不 需要 酶 的 催化 即 可 配 变 成 丙酮 酸 。 有 3. “HIRE Ne . | 由 葡萄 糖 或 糖 元 经 酵 解 转变 成 丙酮 酸 的 全 过 程 如 图 9 一 4 所 示 ， 其 总 反应 是 ; 葡萄 糖 +2NAD++2ADP+2Pi 一 > 两 分 子 页 酮 酸 +2NADH+2ATP+2H2:O 糖 酵 解 的 第 一 阶段 是 糖 链 裂 解 的 过 程 ， 也 是 消耗 能 量 的 反应 。 若 酵 解 从 糖 元 开始 ， 则 消 耗 1 分 子 的 ATP， 若 从 葡萄 糖 开始 ， 则 消耗 2 分 子 的 ATP, 第 二 阶段 是 产生 能 量 的 反应 。 每 个 葡萄 糖 单 位 经 此 阶段 可 以 产生 4 分 子 的 ATP。 因此 ， 整 个 酵 解 过 程 可 以 净 产 生 二 分 子 的 ATP( 从 葡萄 糖 开始 ) 或 三 分 子 ATE'( 从 糖 元 开始 ) 。 在 糖 酵 解 的 整个 反应 顺序 中 ， 有 的 是 吸 能 反应 ， 有 的 是 放 能 反应 ， 但 由 于 整个 过 程 是 放 能 的 ， 因 些 ， 可 以 推动 总 的 反应 顺序 癌 丙 酮 酸 生成 的 方向 进行 。 379 第 一 阶段 第 二 阶段 精 元 [> NEMEC) -一 ”2NAD*+ | ai a ges elias 9 { 2Pi~ 葡萄 糖 -1- 磷 酸 ATP v J 2ADP -~ :> 和 葡萄糖-6- 磷 酸 His | [2ATP et en) \ 3-6 — BER 2NADH +2H*+ ATP | ADP 2- BE AH TH MR ( 2 ) y ? 果糖 -1, 6- 二 磷酸 -磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 (2 ) 2ADP 人 MT — 3 EBT |2aTP |¥| i hts 丙酮 酸 (2) 一 eee -和 2 3- 磷酸 甘油 栈 LL eNAB* ai sa a] 图 9 一 4 糖 酵 解 的 过 程 及 乳酸 的 生成 三 、 在 无 氧 条 件 下 丙酮 酸 的 去 向 1, 乳酸 的 生成 正常 人 在 休息 时 ， 所 需要 的 能 量 主要 是 通过 糖 的 有 和 氧 分 解 途径 获得 的 〈 见 第 二 节 ) 。 但 是 ， 在 运动 时 ， 心 肌 对 ATP 的 需要 量 突然 升 高 10 倍 ， AAW ATP 的 需要 量 增 加 100 倍 ， 以 上 。 这 些 紧 急需 要 的 部 分 不 可 能 完全 通过 有 和 氧 分 解 来 提供 ， 因 为 它 受 到 氧 和 葡萄 糖 供应 的 时 限制 。 在 这 种 情况 下 ， 骨 人 骼 肌 不 象 心肌 那样 容易 得 到 氧 ， 所 需 能 量 必须 靠 糖 在 无 氧 下 的 酵 解 途径 产生 ， 以 补充 能 量 的 不 足 。 在 缺 氧 的 条 件 下 ， 和 葡萄糖 经 酵 解 途径 产生 的 丙酮 酸 ， 在 乳酸 脱氧 酶 (Lactate dehydro- genase) 的 催化 下 ， 利 用 反应 (5) 生 成 的 NADH 使 丙酮 酸 还 原生 成 乳酸 。 由 于 反应 是 放 能 的 ， 所 以 该 酶 催化 的 反应 有 利于 乳酸 的 生成 。 Cono- © 3° bb: | C=Q. +NADH+H+ 2. EM HO —C—H | CH, CiHy L— LR AG*°’= — 6, da. calemol™! 酶 都 能 催化 上 面 的 反应 。 但 是 十 9 a ib ies CHR hia ) Ai are lay i Bal 并 380 ee te ee ee ee ee WE + away Rae ee a = oe 且 对 丙酮 酸 造成 的 别 构 抑 制 的 敏感 性 也 不 相同 。 心 脏 型 的 乳酸 脱 氢 酶 (B, 或 也,) 对 丙酮 酸 的 Km 高 5 即 亲 和 力 低 ) ， 并 且 少 量 的 丙酮 酸 即 可 对 它 造成 抑制 。 骨 骼 肌 型 乳酸 脱 氢 酶 (A, 或 M,) 对 丙酮 酸 的 Km 低 〈 即 亲和力 高 ) ， 并 且 不 受 丙酮 酸 的 抑制 。 乳 酸 脱氧 酶 同 工 酶 的 这 种 震 特 性 与 心肌 和 骨骼 肌 所 起 的 作用 和 所 处 的 生理 条 件 是 一 致 的 。 心 肌 需要 不 停 的 工作 以 充分 保 中 证 氧 的 供应 庆 所 以 ， 需 要 的 能 量 是 从 三 羧 酸 循环 中 得 到 的 《 见 下 一 节 ) 。 当 需要 大 量 的 能 量 。 时 ， 再 酮 酸 经 酵 解 加 速生 成 六 只 要 达到 一 定 的 浓度 即 可 以 对 心脏 型 乳酸 脱 氢 酶 造成 抑制 ， 使 | 丙酮 又 不 能 形成 为 乳酸 ， 而 使 其 进入 三 羧 酸 循环 而 被 继续 氧化 。 骨 驹 肌 不 象 心肌 那样 能 够 及 出 时 地 获得 大 蝠 指 氧 气 ， 特 别 是 当 骨 骼 肌 运 动 时 ， 所 需要 的 能 量 主要 靠 无 氧 ( 缺 氧 ) 条 件 下 的 。 酵 解 途径 供给 。 此 时 ， 再 酮 酸 大 量 生成 ， 并 通过 骨骼 肌 型 乳酸 脱氧 酶 催化 ， 使 丙酮 酸 生 成 乳 。 酸 ， 同 时 使 反应 (5) 生 成 的 NADH 氧化 ， 重 新 生成 NAD+， 拓 而 刺激 酵 解 的 进行 。 胞 液 中 的 NAD*+ 是 有 限 的 ， 如 果 它 被 还 原 后 (NADH) 不 能 在 后 续 的 反应 中 重新 产生 ， 必 定 会 影响 整个 反应 的 进行 。 乳 酸 生成 的 总 反应 是 ; 葡萄 糖 +2ADP + 2Pi 一 > 两 分 子 乳 酸 +2ATP+2H:O 肌肉 在 剧烈 运动 时 ， 会 有 乳酸 的 积累 。 乳 酸 通 过 扩散 ， 透 过 质 膜 ， 并 经 血液 到 达 肝脏 ， 在 肝脏 中 重新 转变 成 丙酮 酸 。 然 后 ， 或 是 进入 有 和 氧 分 解 途径 继续 被 氧化 ， 或 是 沿 糖 异 生 途 径 ”重新 生成 葡萄 糖 或 合成 糖 元 见 后 述 ) 。 在 工业 于 ;而 以 利用 屯 酸 产生 菌 ， 将 葡萄 糟 加 入 到 培养 液 中 进行 发 醇 ， 生 产 乳 酸 。 2。 酒精 发 酵 糖 酵 解 的 机 制 的 研究 主要 是 利用 酵母 无 细胞 抽 提 液 进 行 的 。 因 为 酵母 无 细胞 抽 提 液 含 有 ” 糖 酵 解 的 全 部 酶 类 和 辅助 因子 。 醇 母 或 其 他 某 些微 生物 的 酒精 发 酵 所 经 历 的 化 学 反应 过 程 与 ” 酵 解 途径 相同 。 击 于 酵母 细胞 内 不 含有 磷酸 化 酶 ， 故 不 能 直接 利用 淀粉 进行 发 酵 ， 必 须 先 加 DE OTE ACI BE PRAGA HE. SH 8 SE ET fe 9 — — 35 7K ARR 葡萄 糖 。 葡萄 糖 进入 酵母 细胞 后 ， 经 本 解 途径 转变 成 丙 本 酸 。 后 续 过 程 与 乳酸 的 生成 不 同 。 丙 酮 - 酸 在 酵母 细胞 内 的 丙酮 酸 脱 送 酶 (decarboxylase) FIZ, 醇 脱 氢 酶 (ethanol dehydrogenase) 的 俱 化 下 最 终生 成 酒精 : OF x: bat Re CO; CHO NADH+H+ NAD+ CH,OH : ca). ., 7 | ee i. - | i ee CH, CH 乙 醛 丙酮 酸 脱羧 酶 需要 焦 磷 酸 硫 胶 素 (TPP) 作 为 辅酶 ， 其 脱羧 反应 机 制 已 在 “维生素 ” 一 章 中 作 了 介绍 。NADH 的 来 源 是 酵 解 的 第 五 步 反 应 产生 的 。NAD* 的 重新 生成 同样 会 大 大 刺激 | 发 酵 的 进行 。 酒精 发 酵 的 总 反应 是 ， 葡萄糖 +2ADP + 2Pi—> 两 分 子 丰 酒精 +2CO,+2ATP+2H,O 乳酸 的 生成 和 酒精 发 酵 都 是 在 无 氧 条 件 下 进行 的 。 所 以 ， 由 葡萄 糖 在 无 氧 或 缺 氧 条 件 下 生成 乳酸 、 或 酒精 ` 或 其 他 产物 的 过 程 统称 为 无 氧 分 解 ,或 无 氧 酵 解 、 或 发 酵 (fermentation)。 糖 酵 解 是 生物 或 生物 入 革 些 组 织 获取 能 量 的 最 基本 的 方式 ， 因 为 它 能 保证 生物 在 无 氧 或 381 暂时 缺 氧 的 情况 下 维持 痊 活 动 所 必需 的 能 量 供应 。 四 、 其 他 糖 类 的 分 解 代 谢 如 上 所 述 ， 糖 元 和 淀粉 都 可 以 降解 成 葡萄 糖 进入 到 酵 解 途径 中 。 除 糖 元 淀粉 和 葡萄 外 ， 还 有 一 些 糖 如 麦芽 糖 、 乳 糖 、 芒 糖 等 双 糖 ， 以 及 果糖 、 半 乳糖 和 甘露 糖 等 单 糖 都 可 以 生物 利用 。 这 些 糖 经 过 相应 的 变化 都 可 以 进入 到 酵 解 途径 中 去 。 在 动物 体内 。 双 粮 在 吸收 利用 前 必须 在 小 肠 内 经 酶 促 水 解 转变 成 单 糖 才能 被 小 肠 吸收 。 然后 经 血液 进入 到 肝脏 ， 在 肝脏 细胞 中 被 磅 酸化 ， 并 转变 成 酵 解 的 中 间 物 而 进 六 酵 解 反 应 顺 序 《 图 9 一 5 ) ° ae 3p yy AE, ih ey ey EE, 果糖 + 葡萄 精 cf ee. ee 葡萄 粮 糖 元 ATR ADP 淀粉 > 葡萄 糖 | ame _> FL -1-R lot 葡萄 糖 -1- 磷 酸 < 尿 背 栈 转 移 本 ) 己 精 激酶 oe AD 3 表 异 构 栈 ee i UDPG- 焦 磷酸 化 酶 + ~ 葡萄糖-6- 磷 酸 ， ei 人 磷酸 甘露 * tia CORR ~— pene HRM 6 BB 果糖 -1, 6-— BER ; 甘露 糖 | 图 9 一 5 “不同 的 已 糖 转变 成 糖 酵 解 中 间 物 的 过 各 五 、 2, 3- 二 磷酸 甘油 酸 的 代谢 前 面 曾 提 到 ， 在 3- 磷 酸 甘 油 酸 经 磷酸 甘油 酸 变 位 酶 催化 转变 成 2- 碘 酸 甘油 酸 时 涉及 辅 助 因 子 2, 3- 二 磷酸 甘油 酸 。2, 3- 二 磷酸 甘油 酸 (2, 3-DPG) 是 血红 蛋白 的 别 构 效 应 物 ， 它 能 降低 血红 和 蛋白 对 氧 的 亲和力 (第 三 章 )。 在 红细胞 中 ，2,3-DPG 的 含量 很 高 ， 达 4mmol/L， 而 在 其 他 组 织 中 只 是 痕 量 存在 。 糖 酵 解 的 中 间 物 1, 3- 二 磷酸 甘油 酸 (1, 3-DPG) 和 3- 磷 酸 甘油 酸 是 合成 2, 3-DPG 的 前 体 ， 在 二 磷酸 甘油 酸 变 位 酶 (diphosphoglycerate mutase) 的 催化 下 ， 将 1 3-DPG hy C-1 | 位 上 的 磷酸 莽 转 移 到 23- 磷酸 甘油 酸 的 C-2 位 上 ， 生 成 2 37DPRG。 O O O- O , | | | C OPO?- Cx a~ Cue Clg | PN | H—C--OH + H-+-C—OH H—C—OPO?7> +H—C—OH | CHOFOSr GC 直下 国生 的 3 buiopor H,OPO!- 382 i, 在 2, 3-— RR Hh PRR NE RELL, 2, 3-DPG 的 C22 位 上 的 磷酸 酯 键 被 水 解 ， 产 生 3- 磷 酸 甘油 酸 。 磷 酸 酶 是 一 种 催化 磷酸 酯 水 解 的 酶 。 7 ae O O | F ; It : NH wee C—O- \ fier O- He COPE is a aan ai ; CH,OPO?- | CH,0PO2- FI RAR HARE MMB Rh, 2, 3-DPG 是 1, 3-DPG HMRAAWERSH MA, “At, 2,3-DPG Wa RAE URE ER SRE. B :从 控 制 因素 是 1, 3-DPG 的 深度 ， 因 为 这 个 变 位 酶 通常 不 为 1, 3-DPG 所 亿 和 。 与 此 相反 ， 在 红细胞 中 ，3- 隅 酸 甘油 酸 的 水 乎 接近 于 使 该 酶 狗 和 。 这 就 是 说 ， 在 红细胞 中 ， 糖 酵 解 的 下 间 物 1, 3-DPG 直接 关系 到 errr IES ARF i ee a 27) : A 六 、 ‘SEMA ACRE ABE AAW F, WET ERIN EES, RRR HY REEMA ARNE, EAR CATP) BE, 另 一 个 是 细胞 对 糖分 解 代 | 谢 中 间 物 的 需要 。 因为 后 者 是 糖 与 其 他 物质 相互 转变 的 纽带 。 在 糖 酵 解 的 整个 反应 顺序 中 ， 有 三 种 酶 俱 化 的 RMA MN, 它们 4 分 别 由 磷酸 化 酶 Ji 糖 元 降解 ) 或 已 糖 激酶 〈 葡萄 糖 的 磷酸 化 ) ， 磷酸 果糖 激酶 以 及 丙酮 酸 激酶 所 催化 。 因 此 ， na 1. 已 糖 激酶 和 葡萄 糖 激酶 己 糖 激酶 催化 葡萄 糖 杰 酸 化 生成 葡萄 糖 -6- 磷酸 。 RH Se AEE 酶 的 第 一 步 反 应 也 是 一 步 关键 性 的 反应 。 CMADHAAT DAE BSAA 有 甬 人 虽然 不 同 的 组 织 可 能 以 某 种 类 型 的 已 糖 激酶 占 优势 〈 例如 在 脑 币 是 类 型 I ， 在 肌肉 中 是 颈 型 JU) ， 但 是 ， 除 肝脏 外 ， 所 有 组 绢 几乎 都 同时 含有 这 三 种 同 工 酶 。 沈 些 同 工 酶 都 表现 出 河 很 相似 的 动力 学 特征 ;对 葡萄 糙 的 亲和力 很 高 。 已 糖 数 酶 也 是 -种 别 构 酶 ， 它 受到 它 的 产 Wy 75 WE 6- RMR (Glc-6-P) HH Hl. ZEWLA TH, “4 Gle- 6-P KR REARS 的 升 高 时 ， eA Glo-6-P 利用 的 速度 不 如 形成 它 的 速度 。 FA, CMMI EAH Gle-6- 的 Hl, VIBAYE Glc-6-P 的 进一步 形成 。 在 娃 脏 中 ,含有 大 量 的 葡萄 糖 激酶 。 该 酶 的 专 : LA Seater a eee 要 作用 是 为 肝 脏 糖 元 A ee wea HE Gle-6-P, 0 =H 成 Glc-1-P, 以 糖 元 的 形式 贮存 在 肝脏 中 。 : HEE GAG HE) 浓度 天 高 时 ， 就 分 泌 胰岛 素 ， 胰 岛 素 能 刺激 葡萄 糖 激 酶 的 含 成 ,使 血糖 进入 上 肝 细 胞 后 被 磷酸 化 。) 从 而 降低 血糖 的 浓度 。 只 有 当 超 过 肝脏 贮存 糖 元 的 能 办 时 ， 葡 萄 糖 磷酸 化 后 林 沿 糖 酵 解 途径 被 降解 。 2. 糖 元 磷酸 化 酶 isc WER (lig ( Glycogen phosphorylase ) 是 俱 化 糖 元 降解 和 酵 解 的 第 一 个 酶 ， 它 也 383 是 一 种 调节 酶 。- 在 肝 胜 和 肌肉 中 ， 糖 元 磷酸 化 酶 处 在 燃料 分 子 的 贮存 和 利用 之 间 的 关键 性 位 置 上 。 a 在 肌肉 中 ， 磷 酸化 酶 以 两 种 形 eesiERa -一 = 式 存在 ， 即 有 活性 的 。 磷 酸化 的 酶 P a 和 低 活 性 的 、 去 磷酸 化 的 酶 b。 来 自 骨 骼 肌 的 磷酸 化 酶 由 两 个 相同 个 亚 基 的 第 1 位 丝 氮 酸 残 基 上 。 在 磷酸 化 酶 b 激酶 的 | 能 化 下 二 磷酸 Kine _— RIA CB 0, RIGS a 在 磷酸 par SME) Arran Amey 化 酶 a 磷酸 酶 的 催化 下 :除去 磷酸 基 ， 又 转变 成 了 低 活 性 磷酸 酶 b — Fru-1,6-Pz | | ‘. (图 6 一 25 ) 。 然 而 ， 磷酸 化 酶 活 ee a 性 的 这 种 SEILER SERRE 的 调节 NAD+JrADP | | ( 兄弟 七 章 )。 me aay 7 Bp A SB AA 3- BRE Hae | 肝脏 时 ， 磷 酸化 酶 被 激活 ( “a | | 形式 ) ， 促 进 肝 糖 元 降解 ,从 而 升 oe | 高 血糖 的 水 平 。 当 肾 上 黎 素 到 达 肌 | i | 内 时 ， 磷 酸化 酶 也 被 激活 C “a” PEP rad 形式 )， 使 肌 糖 元 降解 ， 并 促进 本 aS tei <2 st priDP | 解 的 进行 s ‘is aK ati 肌肉 中 的 磷酸 化 酶 的 活性 亦 受 1 ae 别 构 调 节 。 别 构 因 素 是 [AMP3A- | | TP] WEEP Rite 当 册 肉 细 胞 —_ 乙酰 COA | Hay AMP 水 平 升 高 时 ， 意 味 着 需 | 要 通过 醇 解 提供 能 量 ， 因 而 需要 加 Toa. 村 要 酸 -- 一 快 酵 解 的 进行 。 这 是 通过 激活 磷酸 循环 化 酶 b 而 实现 的。 AMP 是 磷酸 化 梅 b 的 别 构 激活 剂 。 当 ATP 的 水 5 平 升 高 时 ， 说 明细 胞 内 能 量 充足 Spo ha 再 合成 它 则 是 多 余 的 ， 因 而 ATP 图 9 一 6 糖 梧 解 的 调节 就 作为 一 种 别 构 抑 制剂 对 磷酸 化 酶 双 线 箭头 表示 促进 ， 虚 线 箭 头 指 向 的 长 条 块 表示 反馈 抑制 by 造成 抑制 ， 从 而 降低 或 抑制 酵 解 Sie) hall iia 2 ADOT» UL PA (05 5 AR OP AS LAs, a Se heen Rak tea, 3 TRAE AGN? See 384 (NE BEA BPR HC ARB Ar TE 化 酶 b 被 磷酸 IK, He ATE _ 疏 人 a ee ee ee ee ee or = ae ees ears ee ee ee 素 诱导 的 “a” 形式 缺 乏 的 情况 下 ,通过 [AMP]J/CATP] 浓 度 比例 的 变化 实现 的 。 在 肝脏 中 ， 糖 元 磷酸 化 酶 也 有 a 和 两 种 形式 ， 其 主要 功能 与 肌肉 中 的 磷酸 化 酶 相似 ， 但 在 结构 和 调节 特性 方面 稍 有 差别 。 在 肝脏 中 ， 糖 元 磷酸 化 酶 降解 糖 元 的 目的 是 为 了 升 高 血 糖 的 水 平 〈( 见 图 7 一 18 ) 。 3。 磷酸 果糖 激酶 (PFK) 上 述 机 制 只 涉及 游离 的 葡萄 糖 或 糖 元 的 糖 残 基 进 入 酵 解 反 应 顺序 的 调节 ， 还 不 是 糖 酵 解 途径 本 身 最 关键 的 控制 部 位 。 在 酵 解 反应 顺序 中 ， 最 关键 的 控制 部 位 〈 或 限 速 步骤 ) 是 磷酸 果糖 激酶 催化 的 反应 。 磷 酸 果 糖 激酶 是 一 种 相当 复杂 的 别 构 调 节 酶 。 在 肌肉 组 织 中 ， 磷 酸 果 糖 激酶 受 多 种 效应 物 的 调节 。Frur62:P、AMP 以 及 Fru-1，6-P, 是 它 的 重要 激活 剂 ; ATP 和 柠檬 酸 是 它 的 有 效 抑制 剂 。 然 而 磷酸 果糖 激酶 的 活性 调节 涉及 诸 因素 的 相互 作用 。 当 由 于 活跃 的 肌肉 收缩 而 耗 去 大 量 的 ATP 时 ，ATP(PFK 的 底 物 ) 处 在 低 水 平 。 表明 细胞 需要 产 高 [AMP ] 低 [ATP] 高 [ATP] |i CAMP] San fFru-6-P] .— has Hio—7 ATP 和 Fru-6-P 对 PFK - 图 9 一 8 AMP, 柠檬 酸 和 Fru-1, 6-P, 对 反应 速度 的 影响 PFK 反应 速度 的 影响 人 生 能 量 ， 酵 解 必 须 加 速 进 行 。 所 以 ， 即 使 Fru-6-P ERI, BERR BER ELE 仍然 升 高 和 图 9 一 7015 ;但 是 ， 当 细胞 已 获得 高 水 平 的 六 TP 时 《休息 时 ) ATP 则 对 磷酸 果 糖 激 BERRA INE, 使 磷酸 果糖 激酶 对 底 物 Era-6-P 的 亲和力 降低 ， RAY Fru-6-P: 的 该 度 很 高 时 才 有 产物 的 生成 。 柠 檬 酸 是 三 羧 酸 循环 的 中 间 物 ， 高 水 平 的 柠檬 酸 能 有 效 地 抑制 磷酸 果糖 激酶 的 活性 ， 并 且 可 以 加 强 ATP 对 该 酶 的 抑制 作用 。 与 此 相反 ， 当 肌肉 活跃 收缩 时 ，AMP 的 浓度 BEAR. BAG AMP 能 增高 磷酸 果 糖 激酶 对 Fru-6-P 的 亲和力 ， 次 而 刺激 酵 解 的 进行 (图 9 一 8) 。 因 此 ， 在 肌肉 组 织 中 ， 当 ATP、 柠 檬 酸 处 在 高 水 平时 ， 表 明细 胞 再 进行 酵 解 反应 则 是 多 余 的 ， 因 而 对 人 酵 解 造成 抑制 。 当 细胞 需要 能 量 和 需要 提供 合成 柠檬 酸 的 前 体 时 ， 磷酸 果糖 激酶 的 活性 受到 刺激 ， 酵 解 反应 因此 而 得 到 加 强 ， 其 信号 是 [AMP]/CATP3I 的 比例 升 高， 柠檬 酸 水 平 降 低 。 在 肝脏 中 ， 磷 酸 果糖 激酶 除 受 上 述 效 应 物 调节 外 ， 近 年 来 发 现 还 有 一 种 更 重要 的 正 调 节 效应 物 一 一 果糖 -2，6- 二 磷酸 (Eru-2，6-P,)。 Fru-2,6-P, 能 大 大 降 (RRM 果糖 激酶 的 民 m。 许 多 研究 者 比较 了 Fru-2, 6-P.,, AMP, Fru-1, 6-P, 等 正 效 应 调节 物 对 磷酸 果糖 激酶 385 的 激活 效应 ， 认 为 Eru-2, 6-P; 是 该 酶 最 背 效 的 激活 剂 。 更 有 意义 的 是 ， Fru-2, 6-P. febe {RR RB AMP ay Km, 3x29) Fru-2, 6-P* #1 AMP DABS RR BS. Fru-2,6-P, 也 具 襄 解除 ATP 以 及 柠檬 酸 对 磷酸 果糖 激酶 的 抑制 的 作用 。 | tit BY 果糖 -2, 6- 二 磷酸 的 结构 如 下 所 示 : 5 的 次 SPORE: ox QR | no , z re 7 ee err | wD Mf CH,OH Ov ee ie a -| 7a) pn Aad oA AR es 它 是 由 果糖 -6- 磷 酸 -2- 激 酶 (PFK:) 催 化 合成 的 : Me?* Sra Fru-6-P+ATP —>Fru-2, 6-P, +ADP 1 Fru-2, 6-P, 也 可 在 果糖 -2, 6- — TERRA PPP asc) HE (EP EMP, Fru-2, 6-P, + H,O—>Fru-6-P + Pi \ | | PENH, PFK, Al FBPase2 站 eS WB baa HE OS A Ama Ee — 种 双 功 能 酶 ;具有 催化 Fru-2, 6-P, 合 成 与 降解 的 能 力 。 . ST 果糖 -2, 6-— BEM TE Hh AR :中 也 存在 ， 它 在 不 同 组 织 中 所 起 的 作用 可 通 同 。 为 什么 是 磅 酸 果糖 激酶 而 不 是 已 糖 激酶 是 酵 解 的 最 关键 的 调 节 酶 呢 ? A Gle-6-P A SERRA Ph, WA be RR RIK Fis wes, Gle-6-P 还 可 以 通过 磷酸 已 糖 RBI. RANMMREL SK BT AMM BI Fru-6-P 转变 成 Fru-1, 6-P2 SDA LISELI AEA AM. BG, CA RHA) 最 关键 的 调节 i, AK, EKWRA, PIL RKRW RRO ERE RK RMA. 4, 两 酮 酸 激酶 ‘ emtaad 丙酮 酸 激酶 也 是 酵 解 途径 中 的 一 种 调节 酶 。 该 酶 是 一 种 别 构 酶 ， RARE 酶 。 在 肌肉 和 肝脏 中 ， 当 有 高 浓度 的 ATP AEN, ARAM LHe, BE ， 式 丙酮 酸 转变 成 丙酮 酸 的 反应 受阻 。 丙 酮 酸 激酶 也 可 被 乙酰 CoA WRK RHINE. A 为 有 足够 量 的 燃料 分 i 子 《乙酸 -CoA 和 脂 酸 FF AE a: AH He A = A QW RE BEAT NU AR RCE Mo ott 此 外 ，3- 磷 酸 甘 油 醛 脱 气 酶 也 是 一 御 别 构 酶 ， 它 重 活性 受 NAD* Leite: 当 细 胞 内 的 NAD* 水 平 升 高 时 ，3- 磷 酸 甘 油 醛 脱氧 栈 的 活性 升 高 ， 酵 解 反应 的 速度 也 预期 会 弄 高 噶 肝 第 二 市 “三 羧 酸 循环 sae 在 无 氧 的 条 件 下 ， 每 分 子 葡萄 糖 经 酵 解 途径 转变 成 乳酸 时 所 释放 出 来 的 化 学 能 是 很 少 旱 的 。 {BTL F A 氧 的 条 件 F, 每 分 六 的 j 葡 葡 糖 完 全 和 氧化 成 CO, f 和 iH, 0, 可 以 释放 出 大 量 的 化 学 能 。 葡萄糖 一 一 一 > 两 分 子 乳 酸 8 一 age = — 47, 0Kcalemo]* ‘iB R——— 6CO, +6H,0 / AG’ = —686Kcalemol]-! 可 见 ， 糖 的 无 氧 分 解 产 物 中 还 蕴藏 着 极为 丰富 的 能 量 ， 乳 酸 分 ee ha 供 利 用 的 能 量 。 如 前 所 述 。 和 葡萄糖 经 酵 解 途径 生成 丙酮 酸 后 ， 在 有 氧 的 条 件 下 ， 可 进入 一 个 循环 途径 一 一 三 羧 酸 循环 。 这 是 葡萄 糖分 子 完全 氧化 的 一 条 主要 途径 。 《在 后 续 有 关 章 节 中 。 我 们 将 会 看 到 ， 三 羧 酸 循环 也 是 其 他 燃料 分 子 完全 氧化 的 一 条 主要 途径 。 ) 在 有 氧 的 条 件 下 ， 糖 分 子 完全 氧化 成 CO。 和 H;O 的 过 程 可 分 为 三 个 阶段 。 第 一 阶段 是 。 糖 酵 解 。 第 一 阶段 所 包括 的 反应 ， 在 真 核 生 物 中 是 在 胞 液 中 进行 的 。, 第 二 阶段 是 丙 铜 酸 氧化 成 乙酰 GoA 的 过 程 。 第 三 阶段 是 乙酰 COA 被 完全 氧化 的 过 程 。 在 真 核 生 物 中 ， 第 二 阶段 和 第 三 阶段 是 在 细胞 的 线粒体 中 进行 的 ;在 细菌 中 ， 则 是 在 肥 液 中 进行 的 。 每 一 个 阶段 都 伴 随 有 能 量 的 产生 ， 但 尤 以 第 三 阶段 最 多 。 cig 丙酮 酸 氧 化 脱羧 生成 乙 本 CoA SRN LMR ANE MET, 产生 乙酰 CoA FCO... FBS 合 物 催化 的 总 反应 是 ， ct) - | Mg C=O0O+NAD +CoASH CH, H —+>(CH,-CO-SCoA +CO, + NADH +H AG” = ~8,0Kcalemol]"! feB Rtn, 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 位 于 线粒体 基质 中 ， 而 在 原核 生物 中 , 这 个 酶 复合 物 是 在 胞 和 被 中 。 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 是 由 三 种 不 同 的 梅 和 五 种 不 同 的 辅 交 或 辅 基 所 组 成 的 结构 化 的 多 酶 组 织 。 三 种 不 同 的 酶 是 丙酮 杷 陪 氢 梅 (下 ,)( 有 有 时 也 叫做 丙酮 酸 脱 羚 酶 )、 二 氧 硫 辛 酰 转 乙酰 基 酶 (下 ,) 和 二 氧 硫 辛 酰 脱氧 酶 (E,)。 五 种 辅酶 或 辅 基 是 焦 磷 酸 硫 胶 素 (TPP)、 RAR Ee 苷 酸 (FAD)、 辅 梅 A(COA-SH), RRERRESIBAR(NAD ) 以 及 硫 辛 琶 。 这 些 辅助 因 子 的 结构 和 作用 机 制 已 在 “维生素 ”一 章 中 作 了 介绍 。 来 自 大 肠 时 菌 的 丙酮 琶 脱 氢 梅 复合 物 的 分 子 量 大 约 是 4.6 x 108。 在 这 个 酶 复合 物 结构 中 ， 每 个 酶 组 分 都 由 多 个 亚 基 组 成 。 二 氧 硫 注 酰 转 乙 酰基 酶 (到 ,) 处 在 “核心 ”部 位 ， 该 酶 由 24 个 亚 基 构成 ， 每 个 亚 基 前 活性 中 心 的 赖 氢 酸 残 基 上 的 /e- 毛 基 以 酰胺 键 共 价 地 连接 一 个 硫 辛 酸 , 作为 该 酶 的 辅 基 。 与 这 个 “核心 和 连接 的 是 由 了 个 二 聚 体 (24 条 肽 链 ) 构 成 的 丙酮 琶 脱 氢 酶 和 由 6 FOR ARK MRM AR 387 辛 酰 脱 气 酶 。 丙 酮 琶 脱 气 酶 含有 结合 的 辅酶 TPP, 二 氢 硫 辛 酰 脱 氢 酶 含有 结合 的 辅 基 'FAD。 在 这 个 很 大 的 复合 物 中 ， 同 核心 酶 (E,) 共 价 结合 的 长 长 的 硫 辛 酰 赖 握 酰 基 作 为 必 摆 动 营 ”， 能 把 氢 原 子 和 乙酰 基 从 丙酮 酸 脱氧 酶 复合 物 的 一 个 酶 分 子 转移 到 另 一 个 酶 分 子 上 (图 9 一 9)。 在 丙酮 酸 脱氧 酶 复合 物 催化 的 复杂 反应 中 ， 第 一 步 反 应 是 由 丙酮 酸 脱 氢 酶 催化 的 ， 产 生 CO, ME-TPP-EZUS AM. 在 这 个 反应 中 ，TPP 麻 唑 坏 C-2 位 上 的 气 被 解 离 ， 所 形 成 的 TPP 负 碳 离子 在 亲 核 加 成 反应 中 起 了 关键 的 作用 。 和 R O O 30) 3 O ; | rt ; , hos oF oy: oe 站 ; e Ai ee ™ i tur, t N\cF oN c N ens / Sc =H, iz NN csoMiuae BC= 0 40 G 上 a DOK GHG vem ene oH, Ney, NS Be BR=— m= les TPP 负 碳 离子 UR aK ~ > , PR 1 Scar on5 | ey Si 名 个 三 - Sih R ees), alte eal hese N 5h eee 5 EMA ooh CH, eneye: Lt Sa eae HO cmc nes 2 =) CH, \s~ J, | | a NB we Qo ( 9 : Om Meee FB CUE - -TPP 离子 共振 形式 第 二 步 反应 是 由 二 ACER, ROCA IIRC IZ 酰基 转移 到 硫 辛 酸 的 C-6 位 上 去 。 Ns, FEIN | oe 5 rs) | saan ae adie Tat 着 oo ital ill le oS aaa SPARE CHS, Cus ' HS eee Lot Nat ONO NEE 388 经 过 这 步 反 应 ，TPP 负 瑞 离 子 重新 恢复 ， 可 以 再 参加 下 一 步 脱羧 反应 。 第 三 步 反 应 亦 是 由 二 氧 硫 辛 酰 转 乙酰 基 酶 催化 。 在 该 酶 的 俱 化 下， 乙酰 基 失 硫 辛 酸 土 转 移 到 辅酶 ACCOA-SH) 上 ， 生成 乙酰 CoA 和 还 原型 的 二 氨 硫 辛酸 。 CH Het SH mae i ne 1 由 =0 + FPS Cpl ae | HS 38 NA + CH C8: COA fs 3 BAN ea — "SW BRL NE (LW 在 该 酶 的 作用 下 ， 二 和 氢 硫 辛酸 重新 被 氧化 成 ER, AAT WX HIE FAD 接受 ia. oH S—S FAD + / is —>FADH, + / ‘i | i a aes NAR 最 后 一 步 反 应 是 FADH, 被 NAD' 氧 化 ， 重 新 变 成 FAD, 而 NAD' 则 被 还 原 为 NADH FADH, + NAD'*—»FAD + NADH+H°* 上 述 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 中 的 各 步 反 应 是 在 很 大 的 结构 化 的 组 织 中 进行 的 ， 这 就 为 反应 i= was - MERI A HE THEE TE (99). MRXTRSBAWHNSZADADRMENMH, M I f 起 CC 一 一 CO 大 JN, CoA—SH vi i BE, 一 TPP, COA—S—C—CH, SH SH . E,— TPP- (一 oa Ba op | oh 3 FAD CO, H iD Uspuer’ te NADH+H+ CH; _”E3—FADH, NAD F9—9 丙酮 酸 脱氧 酶 复合 物 催化 反应 的 机 制 389 仅 化 它们 彼此 扩散 、 随 机 相 遇 来 完成 这 有 几 步 反应 则 叱 困难 的 。 因 为 该 复合 物 的 备 种 酶 未 身 就 ,是 二 个 很 大 的 聚合 体 ， 它 们 需要 较 多 的 时 间 才 能 彼此 相遇 。 由 丙酮 酸 氧化 脱 羚 形 戒 乙 酰 COA 的 反应 是 糖 在 有 和 氧 条 件 下 进入 三 羧 酸 循环 的 关键 步 又， 它 对 控制 糖 的 有 氧 分 解 有 着 重要 的 作用 。 丙 珊 酸 脱 氢 酶 复合 物 的 活性 可 受到 两 种 不 同 的 调节 方式 控制 ， 即 共 价 修 柿 调节 和 别 构 调 节 : Pee PO AG APS OY OR SAM AS OAS, ES SSE WHIM TRALEE. TEAM, 另 一 种 2 ROR 酶 。 当 细胞 含有 较 高 水 平 的 ATP、 并 含有 丰富 的 乙酰 CoA( 它 也 是 脂 酸 降解 的 证 物 ) 时 ， 便 .构成 了 一 种 信号 ， 表 示 乙 栈 CoA 不 需要 再 继续 合成 。 在 这 种 情况 下 ,ATP 作为 丙酮 酸 脱 氢 酶 激酶 的 激活 剂 刺 激 它 的 活性 。 激 活 后 的 这 个 激酶 能 利用 ATP 使 丙酮 苓 脱 拨 酶 特定 部 位 上 的 丝氨酸 残 基 砚 酸化 而 失去 活性 。 但 是 ， 当 细胞 需要 能 量 ( 即 ATP 水 平 降低 ) 时 ， 无 活 1 SI A La CIR OE OCF, BE TT Be IE SN ORREEINIE PLZ Cat 浓度 调节 。 当 游离 的 Ca’ 浓度 升 高 时 ， 这 个 酶 便 可 注 活 和 而 游离 时 Ca 浓度 的 变化 取决 于 细胞 对 ATP 的 需要 ， 当 细胞 需要 产生 ATP. 时 ，Cas* 浓 度 也 就 随 之 国 升 高 。 Bat, WES AG Ca HIKARI DLE a Fa 化 的 一 种 重要 的 信息 。 丙酮 琶 脱 氨 酶 复合 和 也 获 多 种 效应 物 的 别 构 调节 ATP, Ci CoA 和 NADH 是 这 个 酶 复合 物 的 强烈 的 抑制 剂 。 Ze COA Atl APR MENEZ REAL MOOR, NADH 能 抑制 二 所 硫 辛 酰 脱氧 酶 的 活性 ，ATP Ain HPI MEE. 这 就 是 说 ， 当 细胞 含 丰 富 的 乙酰 CoA( 或 脂 酸 )， 而 且 ATP 的 浓度 以 及 NADH/NAD; 的 比例 高 时 ， "Re ae © 活性 便 会 关闭 。 二 、 三 羧 酸 循环 BATS Ai 丙酮 酸 氧化 脱羧 转变 成 乙酰 CoA 后 ， 可 进一步 被 氧化 成 CO, 和 H5O。 这 让 过 程 实 际 上 里 包括 两 个 连续 的 反应 步骤 ， 一 个 是 三 羧 酸 循环 ， 另 一 个 是 电子 传递 与 磷酸 化 反应 〈 和 氧化 磷酸 国 化 )。 电 子 传递 与 磷酸 化 反应 已 于 第 及 章 作 了 介绍 ， 这 里 仅 价 绍 三 凑 酸 循环 所 包含 的 反应 。 恒 [BRIM Hans, Krebs 于 1937 年 提出 来 的 5 现在 的 三 次 酸 循环 途径 虽 比 当初 更 完善 ， 但 基本 上 仍 是 Krebs 最 初 所 提出 的 路 线 。 7 三 羧 酸 循环 是 以 乙酰 CoA 同 草 酰 乙 酸 缩合 成 柠檬 酸 而 开始 的 ;中 间 经 多 步 反 应 又 重新 生成 草 栈 乙酸， 只 有 乙酰 基 上 的 两 个 碳 原 Ge ee 由 于 最 初 几 年 尚 不 知道 乙酰 CoA 与 草 酰 乙酸 缩合 后 所 生成 的 是 柠檬 酸 ， 还 是 其 他 某 种 三 羧 酸 ， 例 如 异 柠 糠 酸 ， 所 以 只 好 叫做 7 三 羧 酸 循环 (Tricarboxylic acid cycle， 人 简称 TCA 循环 )。 后 来 知 证 TM, 所 以 该 循 环 又 叫做 柠檬 酸 循环 。 由 于 三 羧 酸 循环 是 由 Krebs 提出 来 的 ， 故 也 叫做 Krebs 循环 。 三 羧 酸 循环 的 中 间 步 又 (1 ) 柠 檬 酸 的 生成 三 酸 羧 酸 循环 的 第 一 步 反 应 是 乙酰 CoA 在 柠檬 酸 合 酶 【Citrate Synthase) WEIL PF, Ce 3X Ei _ ESE — PRE A RM WIM AMICI IES, CH CoA 上 的 甲 基 碳 与 草 乙 酰 酸 的 痰 基 碳 结合。 柠檬 酰 CoA 390 ,是 本 檬 酸 合 酶 俊 化 反应 中 生成 的 一 种 瞬间 中 间 物 ， 紧 接着 被 水 解释 放出 游离 的 辅酶 A 并 产生 RR. HM A 又 可 参加 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 催化 的 反应 。 S CoA ial j CH, —-C OSCoA Be CaO CO—COO- | | 一 >|HO 一 C 一 COO- +H,0 — “CH, CH,—'C 0 0O- | Mis iy f Gh GO.Or me O° HO—C—CO0- +CoA—SH CHKA-€00- AG’ = -7,7Kcalemol-! 由 于 乙酰 CoA 是 一 种 高 能 化 合 物 ， 当 硫 酯 键 被 水 解 时 可 以 释放 出 大 量 的 能 量 ， 因 而 在 细胞 内 可 以 推动 反应 向 生成 柠檬 酸 的 方向 进行 。 柠檬 酸 合 酶 "催化 的 反应 是 不 可 逆 的 ,是 三 羧 酸 循环 的 限 速 反 应 步骤 。 该 酶 受到 多 种 效应 物 的 调节 《 MR) 。 | C2) FPR RE DT 酸 柠檬 酸 必 须 转 变 成 异 柠檬 酸 (isocitrate) 才 能 经 受 氧化 脱羧 反应 。 这 一 异 构 化 反应 是 由 顺 乌 头 酸 酶 (aconitase) 催化 的 。 顺 乌 头 酸 酶 位 于 线粒体 内 膜 上 ， 它 含有 铁 - 硫 中 心 ， 可 能 作 该 为 酶 的 辅 基 。 顺 乌 头 酸 (cis -aconitate) 是 该 酶 作用 的 一 种 中 间 物 ， 在 正常 的 情况 下 ， 它 并 ”不 从 这 个 酶 的 活性 中 心 部 位 上 解 离 下 来 ， 而 是 很 块 地 转变 成 异 柠檬 酸 。 EECeOD- CHy C0 Ge 6H. 60- BC _coo- C—Coor nic = 全 Do 1 de | aM 26 06b-cack 柠檬 酸 NT kB rs AG” = +1,5 Kcalemol"! 该 步 反 应 是 可 着 的 ， 在 平衡 时 ， 异 柠檬 酸 占 混合 物 的 10%， 但 由 于 异 柠檬 酸 在 循环 中 很 快 被 后 续 反应 移 走 ， 故 在 细胞 内 可 以 向 右 进 行 。 顺 乌 头 酸 酶 作用 于 对 称 性 底 物 ( 柠 榜 酸 是 一 种 对 称 性 化 合 物 ) 时 ， 对 其 中 两 个 相同 的 基 团 具有 选择 性 。 如 上 式 反应 所 示 ， 羟 基 的 移 位 ( 即 脱水 与 加 水 反应 ) 只 涉及 原初 的 草 酰 乙 酸 上 的 * 原 称 合成 酶 (Synthetase), 现 一 般 称 为 合 酶 (Synthase)i。 391 一 CH 一 倍 ， 而 不 涉及 乙酰 基 上 的 一 CH, 一 ( 带 放射 性 标记 的 )。 对 这 种 选择 的 解释 是 :根据 梅 作用 的 立体 专 一 性 ， 酶 分 子 活性 中 心 是 不 对 称 的 ， 有 三 个 不 同 的 结合 位 这 宇 个 不 同 的 结 合 位 只 有 在 与 底 物 分 子 的 三 个 不 同 的 取代 基 完 互补 配对 时 ， 该 酶 才能 进行 催化 。 柠 榜 酸 的 中 心 矶 连接 有 四 个 取代 基 其 中 两 个 是 胡同 的 (--CH,- COO-)。 但 是 这 两 个 相同 的 基 团 在 空 间 取向 上 是 不 同 的 ， 也 就 是 说 在 空 s 间 上 是 可 以 区 别 的 (图 9-10)。 因 此 ; 当 久 简 酸 轨 顺 名 头 酸 是 酶 的 活性 中 心 结合 时 ， 除 活性 中 心 的 微 环境 能 区 别 在 空间 取向 上 不 同 的 两 个 相同 的 其 团 ”使 有 得 两 个 相同 的 基 团 中 只 有 一 个 被 酶 作用 ， 而 另 一 个 则 不 被 酶 催化 (图 9-10)。 顺 乌 头 酸 酶 的 这 里 种 作用 特性 就 解 帮 了 为 什么 后 续 的 腊 次 反应 只 发 生 在 与 乙 栈 基 参 入 都 位 相对 的 寞 人 E TOK | 发 生 在 乙酰 基 参 入 部 位 这 一 端 。 | CH, COO- Za Zoned : Oona C 六 ci | HO 从 XDA| Zb x Hae COO- Y jy Vy: Ke v2, ios (a) (b) eka: 4 MS 图 9-10 Mit Sk WR i EF A TE. (a) ARMM OR (b) FATES Ze a AY tr BRR 结构 ，Za 和 Zb 强调 相同 的 基 团 在 空间 上 的 差别 ! (RA STRRAF EA X,Y M1 Zb ke 同 酶 活 性 中 心 的 三 个 结合 位 互补 结合 时 ， 酶 才能 起 催化 作用 。 :而 X,Y A Za 不 能 完全 互补 结合 汪 : -也 不 能 被 酶 催化 。 Se siincoos) BF any ie Ce Let Papa i er ESAT RAMEE PBS CBR A o-Mak ORCa- :从 这 个 反应 中 涉及 中 间 物 草 酰 琥 珀 酸 的 形成 。 SE REBEI IG (Oxalosuccinate) 并 不 从 酶 分 子 上 解 时 [了 CH,—C00- 4 5 ‘ 1 Oe Os O | Pe cg Pastel ChaHG OO” H* H— C— COO- ~ | QOD. “ Pe WE H+4C—C.0.0- jie ee HO—C—CQO- , 1 Bs I O—=C—COO- : FERRE ARR CH,—C00- ‘ Fas +CO,; ri AG? ~1,7Kcalemol-! | COg- a - Aa XB 392 四 高 下来， 而 是 很 快 地 脱羧 产生 &- 酮 皮 二 酸 和 CO,，c- 酮 成 二 酸 从 酶 上 释放 出 来 。&- 酮 戊 二 计 酸 形成 的 速度 在 决定 三 羧 酸 循环 的 总 速度 方面 是 很 重要 的 。 有 两 种 类 型 的 异 柠檬 酸 脱 氢 酶 ，- 一 种 是 以 NAD* 作 为 辅酶 ， 另 二 种 是 以 NADP (FA 酶 。 这 两 种 酶 都 能 催化 上 面 的 反应 。 在 线粒体 中 ， 这 两 种 异 柠檬 酸 脱 氢 酶 都 存在 ， 但 以 需 NAD 的 酶 占 优 势 。 在 胞 液 中 ， 只 发 现 了 以 NADP:+ 帮 辅酶 的 异 柠檬 酸 脱氧 酶 ; 它 在 为 氨基 酸 | 的 生物 合成 提供 c- 酮 戊 二 酸 (以 前 体 的 形式 将 o- 病友 二 = 二 转 运 到 乳液 中 以 及 为 生物 合成 反 应 提供 NADPH 中 起 重要 的 作用 。， 《4 )c- 酮 友 二 酸 转 变 成 琥珀 酰 CoA a-ak 二 酸 在 c- 酮 戊 二 酸 脱氧 酶 复合 物 的 催化 下 ， 氧化 脱羧 ， 产生 琥珀 BE COA (succinyl-CoA) #1 CGO,。， 2 : 7 月 ) + - — CH,—COO- CH,—C OO- Mg?* | CH, + NAD -+CoA-SH ————-~> CH, 2 | | +NADH+H++CO， COO- S—CoA / , 了 1 AG® = -8,0Kcal-mo]=! eA RIB BS Ae HE LOH SS EL AE AO, 而 且 ，<- 酮 成 二 酸 脱 氢 酶 复合 物 的 组 成 也 与 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 相似 ， 也 包括 三 种 不 同 的 本 和 五 种 辅助 因子 (TPP、FAD、CoA-SH、NAD， 和 硫 辛 酸 )。 &- 酮 成 二 酸 脱 气 酶 复合 物 催化 的 反应 是 不 可 逆 的 ， 该 步 反 应 也 是 三 涛 酸 循环 的 控制 点 之 4) = . * ; ° 人 ° 4 CH,—-COOo- "wt de ot oe 人 一 | : co, | H 和 CH， "A Gis a % | HO—C—COO- ‘=o .. C=O I H COO? S -2Cek HO—C—COO- 一 一 | 途 H CH,;—COO- .@ eee COoOo- S—COA 下 | - HO£E€+O00- GO |, : igh i. | _,C=0 co, C=O H—C—CO00-007" | A shag | H, err ae CH,—COO7- | | CH,—COO- eee rao “途径 工 实际 并 不 出 现 ) 39° 如 果 说 ， 顺 乌 头 酸 酶 对 柠檬 酸 的 两 个 相同 的 基 团 没有 选择 性 ,那么 ，% 酮 成 二 酸 脱羧 反 应 所 释放 出 的 CO, 应 有 -一半 含有 放射 性 标记 。 但 是 ， 实 际 上 c- 酮 成 二 酸 脱 羧 释放 的 COz 不 含 放 射 性 标记 。 从 而 证 实 了 顺 鸟 头 酸 酶 具有 选择 性 〈( 见 393 页 反应 式 1 Der) (5 ) 琥 珀 酸 的 生成 SSE Coun Je-— HM Htc rt,» IB WERRQURIT 5. 可 有 二 内 ， 琥 珀 酰 CoA 的 硫 酯 键 的 断 开 与 GDP. 的 磷酸 化 偶 联 进行 。 haiibinipacens sith: FARE CoA 合成 酶 ， 反 应 的 产物 是 琥珀 酸 (succinate) 、GTP Aff As is Ay 1 Cie CH,—C 00- CaoOO- (Ae-_ pnr93u2) | Migz+ tate CH, +Pi+Gpe= = CH, +GTP+CoA-SH | | : ; C=O CH () ¢ Re 1 | | bi on coo-* AG” = -0,7Kcalemo]"! KERMA. GTP 上 的 末端 磷酸 基 很 容易 转移 到 ADP 上 生成 ATP。 催 化 能 量 转移 反应 的 酶 是 核 苷 二 磷酸 激酶 (nucleoside diphosphokinase)。 tl! SP GTP + ADP=——GDP + ADP 琥珀 酰 CoA 合成 酶 俱 化 的 上 述 反应 是 三 羧 酸 循环 中 唯一 生产 生 能 应 ， 是 底 物 水 平 磷酸 化 的 又 一 例子 。 (6 ) 琥 珀 酸 转变 成 延 胡 索 酸 | 琥珀 酸 在 琥珀 酸 脱氧 酶 的 催化 下 氧化 成 延 胡 索 酸 。FAD 是 琥珀 酸 脱 氢 酶 的 辅 基 ， se 价 键 连接 在 该 酶 蛋白 组 氛 酸 残 基 的 侧 链 上 ， 作 为 这 一 氧化 反应 的 氢 受 体 。 这 是 三 羧 酸 循环 审 唯一 不 以 NAD 作为 氢 受 体 的 反应 〈 参见 第 八 章 第 四 节 。 | COO") *COO- "COO" | OU" 站 CH, Ck. PCr CH | | i A a I mK |. By: 2 H | | | *“COO™ CUOe Ce... “CO: AG’ 0 ELAR ) 导 绑 珀 酸 赔 氨 酶 是 一 种 完全 的 膜 结合 蛋白 ， 与 铁 - 硫 蛋白 一 起 构成 了 琥珀 酸 -CoQ KRM, th REVRHS Sh. HMA FW 2H’ +207) BRA SNH 基 FAD 7 ABI RE, FREES) CoQ, HFM CoQ 进入 呼吸 链 ， 最 终 被 传递 到 氧 ( 见 第 八 章 第 四 节 ) 。 轴 ，) 丙 三 酸 00C 一 CH, 一 0O00- ) 是 王 玖 酸 的 结构 类 似 物 ， 是 琥珀 酸 脱氧 酶 的 一 种 重要 的 竞争 性 抑制 剂 》 对 三 羧 酸 循环 途径 的 确定 起 了 贸 重 要 的 帮 用 。Krebs 发 现 ， 当 用 肌肉 悬浮 液 研究 丙酮 酸 的 有 氧 分 解 时 ， 在 丙酮 酸 氧化 所 必需 的 活性 有 机 物 存 在 的 条 件 下 加 入 丙 二 酸 ， 丙酮 酸 的 有 氧 分 解 被 抑制 。 这 说 明 。 琥 珀 酸 和 琥珀 酸 脱氧 酶 是 丙酮 酸 有 乞 分 解 所 必 需 的 组 分 ， 并 且 他 进一步 发 现 ， 柠 榜 酸 、o- 酮 戊 二 酸 以 及 琥珀 酸 在 肌肉 悬 泽 液 中 积累 RA, Y 没有 丙 二 酸 存在 时 》' 特 柑 酸 和 o- Mk BPE RH RMB MM. Krebs 根据 这 些 实验 以 及 其 他 一 些 实验 的 结果 ， 就 提出 了 肌肉 中 糖 有 氧 分 解 的 三 羧 酸 循环 路 线 。 琥珀 酸 脱 氢 酶 具有 很 强 的 立体 郑 一 性 ， 它 只 能 催化 琥珀 酸 从 相反 和 位置 脱 氨 转 变 成 延 胡 索 酸 ( 反 丁 烯 二 酸 ) 及 其 了 逆反 应 ，、 而 不 能 催化 焉 珀 酸 从 同一 侧 脱 氢 产生 顺 丁 烯 二 BR RMR 应 。 后 由 于 天 斑 酸 是 一 种 对 称 性 化 合 物 ， 而 琥珀 酸 赔 氧 酶 没有 区 分 琥珀 酸 分 子 两 端的 能 力 ( 这 Si SRB EEA). 。 如 果 把 上 面 琥珀 酸 脱 氧 酶 催化 的 反应 化 简 ( 合并 起 来 考 7B), RAINS: COO- COO™ "CH, SCH “TR ali ea ae 所 以 ， 来 自 原初 乙酰 基 ( CH: 一 CO- ) 上 的 放射 性 标记 在 琥珀 酸 、 延 胡 索 酸 以 及 后 面 的 苹果 酸 和 草 酰 乙酸 上 的 所 有 四 个 碳 原子 实际 上 都 含有 ， 只 是 在 每 个 碳 原子 上 出 现 放射 标记 的 可 能 性 只 有 509%6。 和 C7 ) 苹 果 酸 的 生成 延 胡 索 酸 在 延 胡 索 酸 酶 ( fumarase ) 的 催化 下 ， 水 合 变 成 上 -苹果 酸 〈(L-malate ) 。 .所 以 延 胡 索 酸 酶 也 叫做 延 胡 索 酸 水 合 酶 ( hydratase ) 。 ial i ie GOD. *C—H ee eS * ‖ 十 二 5 加 二 oe * | Hao H—C—H | | a5, 0) "COL AG’ x0 L -苹果 酸 该 反应 是 可 逆 的 。 延 胡 索 酸 酶 具有 很 高 呵 立 体 专 一 性 。 它 只 作用 于 延 胡 索 酸 ， 从 双 键 的 相反 395 方向 加 H 和 -OH,， 生成 L-- RRs 或 者 催化 逆反 应 ;， 工 - 苹 果 酸 脱水 变 成 延 胡 索 酸 恒 “该 酶 不 能 俱 化 顺 丁 烯 二 了 也 不 能 催化 D- 蔷 果 酸 的 脱 水 反应 。 (8 ) 草 酰 乙酸 的 重新 生成 酶 是 NAD’ ) 的 俱 化 下 ， 汇 -苹果 酸 在 羟基 碳 位 上 脱 氢 氧化 转变 成 草 酰 乙酸 "690i "9083 HO—C—H . CO ih ) + NAD* = | +NADH+H* — *CH, “Cr. oa *COQOF SCDO 7) my Se ES AG% = +7,1 Kceal, mol™ a BARMERA LABNFRRCRN AR, MARAT RARM. (Be, ECR AA, AA FRR CRAIN RM RS PRR EAS SS — Re ARR A IL PTH, A 利于 草 酰 乙酸 生成 的 方向 进行 ( 见 第 八 章 第 二 节 ) 。 草 酰 乙酸 一 旦 生成 ， 很 快 就 被 其 后 的 缩 合 反 应 所 移 走 。 所 以 ， 草 酰 乙酸 在 细胞 内 的 浓度 是 很 低 的 〈 低 于 10 mol/L). 2。 三 羧 酸 循环 小 结 上 述 三 羧 酸 循环 的 整个 化 学 反应 过 程 如 图 9 一 11 所 示 s) 从 整个 循环 过 程 我 们 可 以 看 出 ; (1) 当 一 分 子 的 乙酰 CoA 与 草 酰 乙酸 缩合 而 进入 三 羧 酸 循环 后 ， 其 整个 化 学 反应 的 净 结果 是 ; CH: 一 CO 一 SCoA+2H:O+3NAD'+EFAD+ADP+Pi 一 一 > _ 2CO,+3NADH + 3H* + FADH, 十 CoA—SH’ +ATP. 这 表明 ， 三 羧 酸 循环 每 循环 一 次 ，5 具有 一 分 了 的 乙醇 CON MR BEA BARA ” 物 并 不 因 参 加 反应 而 有 所 增 减 。 (2 ) 乙 酰 CoA 进入 三 羧 酸 循环 之 后 , -有 两 处 脱羧 反应 y$ ADAMS, eR =F 子 的 NADH 和 一 分 子 的 FADHs; eRe by RRR, 生成 一 分 子 的 ATP. BASU A 成 的 NADH #iFADH, 进入 电子 传递 链 ， 发 生 氧 化 磷酸 化 作用 ， 生 成 ATP. RWS RR 环 与 氧化 磷酸 化 是 协同 进行 的 。 (3 ) 同 位 素 标 记 实 验 表 明 ， 之 酰 CoA 的 乙酰 基 的 碳 并 没 兰 在 三 次 酸 循环 的 第 一 轮 中 除 去 。 经 脱羧 反应 生成 的 两 分 子 CO. 来 自 原 有 的 草 酰 乙酸 ， 而 乙酰 基 上 的 两 个 碳 参与 了 草 BR 乙酸 的 重新 生成 〈 注意 ， 这 与 第 ( 1 ) 点 并 不 矛盾 ， 只 要 我 们 从 整个 反应 的 化 学 计 算 量 去 讷 识 ， 是 很 容易 理解 的 ) 。 被 标记 的 乙酰 基 上 的 关 基 碳 可 以 在 该 循环 的 第 二 轮 反 应 的 第 (3 ) 步 和 第 (4 ) 步 分 别 脱 去 。 被 标记 的 乙酰 基 上 的 甲 基 碳 在 两 轮 循环 之 后 仍 被 保留 。 在 第 一 轮 中 ， 轩 随机 地 保留 在 琥 殊 酸 的 中 间 两 个 碳 上 在 第 二 轮 中 ， 随机 地 保留 在 琥珀 酸 的 所 将 四 个 碳 原子 396 慰 上 .这 就 意味 着 在 第 三 轮 循环 中 的 两 次 脱羧 反应 将 消去 50% 的 来 自 最 初 甲 基 碳 的 放 射 性 标 A ide | 此 后 ， 每 轮 循环 将 消去 残留 标记 的 50% 。 C Pe 会 9 on oy ‘ad CH,—C—S—CoA na ie —cC—Coo- 2 H20 ETS Para t i — CH, igi, skwatty ~HO— COO 这: C00- Frets [ | he coo- HO—C—H ts i | 站 | NAD+ | ; VE AIS 4) om Js 柠檬 酸 coo- [THO AM ihe * SAR Rae ABE NADH+H* | CH, 戏 | 草酸 酰 乙 酸 CoO0- a & NADH+H / Coo : NAD He ARAM ‘ 异 李 碌 酸 CBs Hye LNs Satie al C 一 0 HO—-f—H Coo- 7 bn, | SEI Le me 延 胡 索 酸 酶 900- H,07\ We cal CH + tals 2 CH =0 m ba coo- | HE SAAS a- 酮 戊 二 a - ey XR cco 脱 氢 梅 coo- 酸 脱 aa CoA—SH NAD* 延 胡 索 酸 琥珀 酰 CoA FADH : | NADH He ， 合成 本 ee No ”AD CH 四 2 CH， CO00 - peal ares , CoA-SH+H HERE COA | 图 9 一 11 三 羧 酸 循环 、 三 羧 酸 循环 的 控制 三 凑 酸 循环 的 活性 与 细胞 的 需要 密切 相关 。 主 要 取决 于 两 方面 的 需要 ， 一 是 细胞 对 能 量 的 需要 ， 另 一 个 是 细胞 内 的 合成 反应 对 三 羧 酸 循环 中 间 物 的 需要 。 如 同 大 多 数 代谢 途径 一 桩 ， 三 羧 酸 循环 的 第 一 步 反 应 ， 即 柠檬 酸 合成 反应 ， 被 认为 是 该 循环 的 限 速 反应 。 柠 檬 酸 合 禾 的 活性 受到 多 种 因素 的 控制 ， 首 先 受 到 该 酶 的 底 物 乙酰 CoA 和 草 酰 乙酸 的 浓度 控制 ， 特 别 是 草 酰 乙酸 的 浓度 。 草 酰 乙 酸 在 线粒体 内 的 浓度 是 比较 低 的 ， 并 且 其 浓度 取决 于 生理 条 件 。 因 此 ， 草 酰 乙 酸 可 能 是 最 重要 的 控制 因素 。 琥 珀 酰 CoA 也 是 柠檬 酸 合 酶 的 控制 因素 。 当 琥珀 酰 CoA 超 过 正常 的 稳 态 水 平时 ， 它 就 通过 降低 柠檬 酸 合 酶 对 乙酰 CoA 的 亲和力 而 对 该 酶 进行 抑制 。 当 细胞 内 的 脂 酸 水 平和 -NAD 责 的 水 平 升 高 时 半 op ey 榜 酸 合 酶 的 活性 造成 别 构 抑 制 。 此 外 ， 当 ATP 的 水 平 很 高 时 也 可 抑制 柠檬 酸 合 酶 的 活性 。 397 三 羧 循环 酸 的 第 二 个 控制 点 是 异 柠檬 琶 脱 氢 酶 俱 化 的 反应 。ADP 和 NAD 是 访 酶 的 别 构 激活 剂 ， 能 提高 该 酶 对 底 物 的 亲和力 。ATP 和 NADH 则 是 异 柠檬 酸 脱 氮 酶 的 别 | 构 抑 肯 剂 。 We 和 ,三 再 LATPJCADPDtcRENADIVENAD-J 度 比 控制 。 细 胞 内 的 ATP 和 NAL 的 水 平 很 高 时 ， 三 关 酸 循环 的 速度 就 受到 限制 。NAD 不 仅 作为 几 种 脱氧 酶 的 辅酶 , 而 且 NAD 和 NAD 互 还 作为 几 种 脱 氢 酶 的 别 构 效应 物 ，NADH 的 高 水 平 还 意味 着 细胞 含有 丰富 的 合成 ATP 的 电子 源 ( 经 呼吸 链 》 。 因此 ， ENADS 四 环 的 影响 于 图 9 一 12 所 示 。 | Beep ik}. | ADP +Pi INDE ATP, iESAHRCOARiRECoA ' | OS Se a ee | CoA-SH Fr tee RAG SePT RAR [ATP.NADHY--+© | O<- “ADI DP. .NAD: CO 和 fi 7a it, a — Ay X HE WSR | Nn ADH MX — A Si " - est | BE TARR SEFAREC OA CO; 图 9 一 12 = RAR IADR Da @QxRARM HEA: ORME ER, OD, SREBRHtMSRX 1, 提供 能 量 398 在 有 氧 的 条 件 下 ， 一 分 子 的 葡萄 糖 经 过 上 述 三 个 阶段 的 反应 ， 并 经 氧化 磷酸 化 ， 总 共 可 产生 38 分 子 的 ATP， 其 中 以 三 凑 酸 循环 产生 的 ATP 最 多 。 各 阶段 产生 ATP 的 情况 如 # 9 一 1 所 示 。 一 克 分 子 洒 葡萄糖 完全 氧化 可 产生 686, 000 卡 的 能 量 。 若 每 摩尔 的 ADP 磷酸 化 需 要 7,300 卡 的 能 量 的 话 ， 那么 一 摩尔 的 萄 葡 糖 所 产生 的 38 摩 尔 的 ATP 共 利 用 能 量 7, 300 x 38=277,400 卡 ， 能 量 的 利用 率 达 40% 。 其 余 的 能 量 以 热 的 形式 散失 ， 并 有 维持 体温 的 作 用 ， 但 不 能 用 来 推动 生物 合成 反应 。 生 物 合成 反应 只 能 利用 ATP. 一 分 子 葡 萄 糖 完 成 氧化 产生 ATIP 的 总 反应 是 : 葡萄 糖 +60,+38ADE+ 38Pi—>6CO, + 44H,0 + 38ATP AG” = — 408, 6Kcal - mol™ 表 9 一 1 一 分 子 葡 萄 糖 完全 氧化 产生 ATPE 的 情况 子 zm 本 第 一 阶段 , 酵 解 〈 发 生 在 胞 液 中 ) 葡萄 糖 的 磷酸 化 Le, Fru-6-P 的 磷酸 化 -1 1, 3-DPG->3- 磷 酸 甘 油 酸 Se PEP+> Wim +1X2 3- 磷 酸 甘 油 醚 脱 氢 产生 的 NADH 进入 线粒体 后 经 呼吸 链 产生 第 二 阶段 : 丙酮 酸 氧 化 脱羧 反应 (发生 在 线粒体 中 ) ”丙酮 酸 这 乙酰 CoA， 反 应 中 产生 的 NADH 经 +3X2 呼吸 链 产生 第 三 阶段 三 羧 酸 循环 异 柠檬 酸 、C- 酮 成 二 酸 、 荃 果 酸 氧化 分 别 产生 1 +3x3X2 AF NAD 百 ， 经 呼吸 链 产生 静 珀 酸 氧 化 产生 工分 子 的 FADH2:， 经 呼吸 链 +2X2 产生 4 BE HIG-CoA 水 平 上 进行 底 物 水 乎 磷酸 化 +1x2 净 产 生 + 38 在 真 核 生 物 中 ， 酵 解 反应 发 生 在 胞 液 中 ， 而 完整 的 线粒体 对 NADH 和 NAD BA 可 渗透 的 ， 那 么 NADH 怎样 才能 被 呼吸 链 氧 化 呢 ? NADH 是 在 3- 磷酸 甘油 人 醋 被 氧化 时 产 生 W> 而 NADH 必须 被 氧化 重新 产生 NAD ， 酵 解 才 能 继续 进行 。 有 两 种 解决 的 途径 。 一 种 是 苹果 酸 - 天 冬 氮 酸 穿梭 系统 (malate-aspartate shuttle systerm ) ， 另 一 种 是 磷酸 甘 酒 - 磷酸 二 次 丙酮 穿梭 系统 (glycerol phosphate-dihydroxyacetone phosphate shuttle sy_ stem ) 。 C1 )SERIR-KEAMR FIR 399 2 华 栗 酸 -天 冬 氨 酸 穿梭 系统 存在 于 动物 的 肝 胜 、 心 及 和 肾 中 ， 其 穿梭 反应 的 机 制 如 图 9 一 13 所 示 。 “eS SERA a we Na = 基质 pt Ge ne i 胞 液 002 ; 这 ) MSt OHA OE .T f ' as ee | | 4 fig oo ; ODb HVS= RE ORE ANAD-N 7 ERR A ea daa Neth SH oui 类 RAH Pom eH: ABE SS SAR CNS IER PUN i; = 4 tn 四 a NGe 一 一 一 / 着 HH : “a wie” “(NADI ~~ MALLN a ap Qs + OOo ih OF .,\ aM B RE | | . 图 9 一 13 EAR RA MR OBL 1 在 胞 液 中 的 苹果 酸 脱氧 酶 的 催化 下 ， 醇 解 产生 的 NADH 被 草 酰 乙酸 氧化 。 生 成 苹果 酸 并 重 国 新 产生 NAD* 。 莹 果 酸 被 内 膜 上 的 专 一 性 的 载体 ( A ) 跨 膜 运送 进入 到 线粒体 基质 中 。 苹 果 酸 在 基质 中 苹果 贷 氧 酶 的 催化 下 氧化 ， 脱 下 的 氧 和 电子 被 基质 中 的 NAD #S, 7 4:NADH AG CM, NADH 即 可 进入 呼吸 能 ， 被 氧化 产生 三 分 子 的 ATP。 草 酰 乙 酸 在 转氨酶 的 催 化 下 转变 成 天 冬 氨 酸 。 天 冬 氨 酸 可 通过 内 膜 上 的 专 一 性 载体 (C ) 转运 到 胞 液 中 。 胞 液 中 的 转氨酶 又 可 催化 天 冬 氨 酸 转 氨 反 应 ， 重新 生成 草本 乙酸 。 草 酰 乙 酸 又 可 作为 胞 液 中 NADH 的 氧化 剂 ， 重 复 上 述 穿 梭 反 应 。 所 以 ， 在 苹果 酸 -天 冬 氢 酸 穿梭 系统 的 协助 下 ， 一 分 子 的 葵 萄 糖 完 全 氧化 可 产生 38 分 子 的 ATP. | Ba=e 和 ( 2 ) 磷 酸 甘油 = 磷酸 二 羟 丙 酮 穿梭 2 hE | Ze 5 He WL AA Bh Zee SD — TA RABE, BUR hl - BR — RAH CER 3-H i RR JSP LAA AE SAS is, — PARES WK, VINAD (ey HRR, ZEN Wert 3-H i SRO REI, De ETH Ay ER IS PTAA 9 3- DRM IEPA: NAD . 3-PR ERAGE A SAA ESD. SLAF Be ASS a_i 3- Re ich IE SLA — PE SKB WL FAD 辅 基 )。 PEXPRRBAM HILT, 3-BERH AS (2H +2e7), BLP) RAE FAD 接 St, 4a FADH,. FADE, 在 辅酶 Q (CoQ ) it MB Rik ADEM HE, 经 氧化 磷酸 化 作用 只 Ae 成 两 分 子 的 ,ATP， 比 苹果 酸 -天 冬 氨 酸 穿梭 反应 少 生成 一 分 子 的 ATP. Aye RR-KEK 酸 穿梭 反应 疡 生 的 是 NADH， 而 不 是 FADH,。 所 以 在 磷酸 甘油 -磷酸 二 羟 丙 酮 穿梭 系统 的 协助 下 ， 志 分 子 扩 葡萄 糖 完全 氧化 只 产生 36 分 子 的 ,ATP。 TERR RAG Pi Pe 酸 二 羟 丙 酮 通过 扩散 ， 又 返回 到 胞 液 中 ， 重 复 上 述 反 应 。 磷 酸 甘油 -磷酸 二 羟 丙 酮 穿梭. 反应 如 图 9 一 14 所 示 。 pen 400 ey Wi GPA NAD: 3 - 磷酸 3 - BRAG Hitt FAD 甘油 丙酮 酸 NADH BAR AR ” BRAR FS A A FADH, Heit Th ae es 线粒体 内 膜 图 9 一 14 磷酸 甘油 -磷酸 二 羟 丙 酮 穿 检 机 制 。 2, 三 羧 酸 循环 也 是 其 他 有 机 物 彻底 氧化 的 一 条 主要 途径 三 羧 酸 循环 不 仅 是 糖 完全 氧化 的 主要 途径 ， 也 是 其 他 化 合 物 脂 酸 、 氢 基 酸 等 完全 氧化 的 途径 。 脂 酸 经 5- 氧化 产生 共 乙酰 CoA, 可 进入 三 凑 酸 循环 被 彻底 氧化 ， 同 时 产生 能 量 。 甘 油 也 可 经 酵 解 途径 转变 成 丙酮 琶 ， 再 氧化 成 乙酰 CoA 进入 三 羧 酸 循环 。 蛋 白质 水 解 后 产生 的 氨基 酸 经 过 一 定 抽 转 变 ， 成 为 糖 有 氧 分 解 的 中 间 物 ， 然 后 经 三 羧 酸 循环 被 完全 氧化 ， 同 时 ”也 产生 能 量 。 HERR, [RBA TH AH, CB CoA 的 世 酰 基 单位 是 能 被 该 循环 完 全 降解 的 唯一 物质 。 该 循环 中 间 物 访 基 本 价值 在 于 保证 产生 重复 。 如 果 认 为 只 要 把 某 些 氨基 酸 寺 变 成 读 循 环 的 中 间 物 就 可 导致 它们 本 身 完 全 氧化 ， 那 就 错 了 。 例如 谷 氛 酸 、 谷 酰胺 等 氨基 BER a cx= 酮 戊 二 酸 后 ， 并 不 导致 <- 酮 成 二 : 酸 的 自身 净 氧 化 ， 只 会 导致 该 循环 中 间 物 的 浓度 Fi (AE, 氨基 酸 在 生物 体内 是 能 被 彻底 氧化 的 ， 间 题 在 于 如 何 达到 这 个 目的 。 ZEB, 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 凑 激 酶 (FEP-CK ) 、 责 机 酸 激酶 ( PK) 和 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 (PDH ) 可 以 俊 化 草 酰 乙 酸 到 乙酰 CoA 的 转变 ， 这 就 允许 三 羧 酸 循环 中 的 过 量 中 间 物 ( 包括 由 氨基 酸 转变 而 来 的 产物 ) 被 完全 氧化 。 例 如 丛 氛 酸 等 氨基 酸 转 变 成 "c- 酮 戊 “8, 可 通过 这 个 途径 转变 成 乙酰 CoA 而 被 彻底 氧化 ， 如 图 9 一 15 所 示 。 总 的 化 学 计算 量 臣 cx. 洞 友 二 酸 一 5CO,。 此 途径 包括 五 步 脱 玖 反应， 在 三 次 酸 循环 中 三 次 ， 在 该 循环 外 两 次 。 注 意 ， 草 酰 乙 酸 取 道 磷 酸 烯 醇 丙 酮 酸 并 不 意味 着 一 定 会 被 氧化 ， 因 为 丙酮 酸 可 转变 成 两 氨 酸 ， 或 者 沿 糖 异 生 途 径 转变 成 糖 〈 见 后 续 有 关内 容 ) 。 3。 为 其 他 物质 的 合成 提供 碳 骨 架 葡萄 糖 降 解 产 生 的 丙酮 酸 庆 以 及 三 羧 -循环 的 中 国 物 gc- 酮 成 二 酸 和 草 酰 乙酸 是 GRAS 酸 、 谷 氮 酸 和 天 冬 毛 酸 的 基本 碳 骨 架 ， 这 些 毛 基 酸 还 可 经 相应 的 转变 合成 其 他 氛 基 酸 〈 见 第 0 RAR 脱 羧 反 应 产生 的 CO， 为 体内 某 些 物质 的 合成 提 供 一 碳 单位 。 ee iy aenthownemmn ns 的 枢纽 。 401 ] 碘 酸 二 名。 上 DH COz 式 内 酸 酸 一 乙酰 CoA co -CK 天 冬 氨 酸 “ 章 酰 忆 酸 ba “ae Seri at | kh CO: RRM ES ws —— ane Yuan y ; 卉 珀 酸 CO; | nie FFAREC OA 图 9 二 15 mM AEM RE TCA SKIN Dn SEA a, =RRERPaMHoM “ 当 三 羧 酸 循环 的 中 间 物 因 用 于 其 他 物质 的 合 成 时 《 无 基尼 当 重 自 质 合成 旺盛 轩 29 其 中 间 物 的 浓度 会 减少 ， 从 而 导致 该 循环 的 终 端 产物 草 酰 乙酸 不 能 重复 生成 而 影响 它 的 正常 运 。 于 是 就 会 减少 ( 或 中 断 》 能 量 的 产生 和 中 间 物 继续 供应 ， 使 合成 REL. HERR 种 下 ， 为 确保 三 羧 酸 循环 的 畅通 ， 忆 必须 要 有 相应 补足 该 种 环 中 间 物 的 途径 ， 即 所 谓 回 补 途径 ( anaplerosis ) 。 2 wary 1。 丙酮 酸 羧 化 成 草 酰 乙 酸 在 动物 体内 ， 最 重要 的 回 补 途径 是 再 本 酸 凑 化 变 成 曹 醇 忆 酸 。 这 一 反应 是 丙 本 本 风化 本 (carboxylase ) 催化 的 ， 它 是 一 种 线粒体 酶 。 该 反应 需要 ATP 提供 能 量 ， 并 需要 生物 素 以 及 Mg?’ ° ; es Ne BT COO- 本 二 这 站 于 全 四 COO- 人 生物 素 、 Mgt C=Q =O + CO,+ATP+H,0 == | | CH, 2" UH, SOG" AG” = —-0,5Kca,mol]"! ¢ ‘-? 丙酮 酸 羧 化 酶 是 一 种 很 复杂 的 酶 , ES POP SY OR AEA, 47 FRAY AES, 000, 402 ee LF $e TB IETE PW 4s ty A HEAD Eo. XPRESS) BHT HIE COn 被 六 活化 并 结合 到 生物 素 上 。 然 后 将 活化 的 -= COO” 转移 到 与 酶 活 性 中 心 结 合 的 丙酮 酸 上 六 从 in RAC eH BE ZR, ; CO,+E-#WMx+ATP+H,O— E- 4%# - COO-+ ADP +Pi E - 生物 素 - COO” + AMR—PBRRMOCR+E-AMA CM CoA 是 丙酮 酸 羧 化 酶 最 重要 的 别 构 激 活 剂 。 在 乙酰 CoA 缺 气 的 情况 下 ， 丙酮 酸 ”二 效 化 酶 几乎 完全 没有 活性 。 当 乙酰 CoA 可 采用 时 ， 丙 酮 酸 羧 化 酶 就 被 激活 ， 其 而 使 丙酮 酸 ,次 化 成 草 酰 乙酸 ， 使 其 浓度 升 高 ， 于 是 允许 三 羧 酸 循环 有 效 地 进行 。 丙 酮 酸 羧 化 酶 在 糖 的 异 生 作 用 中 也 是 一 种 很 重要 的 酶 。 2. 磷 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 转 变 成 草 酰 乙酸 在 动物 的 心脏 和 肌肉 组 织 中 ， 存 在 一 种 磷酸 烯 醇 式 页 酮 酸 关 激 酶 ( carboxykinase ), CAE RE (CR RENE RPA EME LMR, IFA GTP. ED9: Coo- | h ( oGHO GT CH, CH, | COO" 但 此 酶 对 草 酰 乙酸 的 亲和力 大 ， 而 对 CO.WRMAR, HUME 合 于 催化 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 生成 ， 在 糖 异 生 作 用 中 是 一 种 很 重要 的 酶 。 在 植物 和 细菌 中 ， 有 一 种 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 羧 化 酶 ， 这 个 酶 在 动物 体 中 不 存在 。 该 酶 能 人 能 化 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 羧 化 成 草 酰 乙酸 。 这 个 酶 不 需要 生物 素 ， 也 不 需要 ATP。 在 绿色 植 物 中 ， 磷 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 次 化 酶 不 仅 为 三 羧 酸 循环 补充 草 酰 乙 酸 ， 而 且 也 是 四 碳 双 羧 酸 植物 Ale CO, 的 一 步 重 要 反应 〈 见 第 五 节 ) 。 C,0-0.5 ; COO- l | Mg2+ = : e—OPO2- + CO Bane | + 了 Pi | CH, CH, | = CQO? 3。 SEAR AB RE (FM RIL Ae RR COOs COO- | | HO—C —H C=0 +CO,+NADPH+H = | + NADP'* | CH, CH, | COO- 403 具有 回 补 功 能 的 另 一 种 反应 由 苹果 酸 酶 ( malic enzyme ) f(t, “Ene nee 丙 病 酸 次 化 必 及 还 原 反应 ， 生 成 苹果 酸 ， 故 有 时 此 酶 也 叫做 苹果 酸 脱 氢 酶 。 该 反应 发 生 在 了 胞 液 中 。 生 成 的 苹果 酸 可 以 通过 专 一 性 载体 进入 到 线粒体 。 在 线粒体 内 的 需 NAD* 的 苹果 酸 脱 气 酶 德 化 下 | 生成 草 酰 乙酸 。 < + ae | 苹果 酸 酶 的 辅酶 是 NADP+， 所 以 上 述 反应 的 送 反 应 可 以 产生 NADPH, NADPH # © 许多 生物 合成 反应 〈 例如 脂 酸 合成 ) 的 还 原 剂 。 4。 CREM ， 在 某 些 植物 和 微生物 细胞 中 ， 除 含有 三 羧 酸 循环 的 酶 外 ， 还 有 另外 两 种 敌 凡 即 异 柠 机 酸 ， BLES BG ADH SR eB FERPA ETB Cisocitrate 1yase ) fefE PHAM ERR | ARB. pagan 和 J HO Ee Bis H.¢ .. He €=COO- Ge CORe an SR BR Paes F | a Hs -. ee 4 半 \ a4 Si xy HO—C—coo- CHE-COG>: 9} SOPOT Raa aN RET Ht SHS | ZR H 苹果 酸 合 酶 ( malate synthase ) 能 化 乙 醛 酸 和 乙酰 CoA fame. CHO | | + oC +H,0 —> HO—C—Ccoo- + COA—SH COO- | + SS AR BAP CH; ; “CH 一 CO0- > , 、 bf Leo eS OES - 乙 醛 酸 循环 与 三 羧 酸 循环 的 比较 如 图 9 二 汪汪 ae 8 la Re Musas; Ba ar 3 § T 和 乙酰 CoA 从 四 9 一 16 可 以 看 出, 乙醚 本 循环 有 三 个 反 应 步骤 与 三 凑 酸 循环 相同 ,特殊 的 酶 是 异 柠 机 酸 Be HAIER a 一 分 子 的 乙酰 CoA 分 子 的 乙 醛 酸 和 一 分 子 的 琥珀 酸 。 乙 醋酸 与 另 一 ， 分 了 的 乙酰 CoA FARE RR. ERM 又 可 转 ANTRAL, ATS HAAR. BEDle CAE | 酸 循环 的 净 结 果 是 两 分 子 的 艺 栈 CoA HEART 一 分 子 的 琥珀 酸 。 2x Z BE CoA +NAD* } oH, On + Seine + 2CoA - SH + NADH + H+ ) cr Se EE, HACER, A FER 图 9 一 16 ZERMATS=RmMAMH HE RUA PR. 琥珀 酸 进 入 三 羧 酸 循环 ， 可 以 解决 较 。 实 线 代表 乙 醛 酸 循环 ， 虑 线 代表 三 凑 酸 特 因 合 成 细胞 物质 而 使 三 羧 酸 循环 中 间 物 减少 的 问 环 。 题 。 404 分 村 的 草 酰 乙酸 缩合 后 进入 乙 醛 酸 循环 生成 了 一 ， SS CRE I BN EE ERG, TH ee A Cen EE a AL), TERE T — A th ASSES AE OL ANIRE. A R, N ® 8- 氧 化 ( 见 第 十 章 ) 产生 的 乙酰 CoA PEAS MRM 环 后 就 会 被 完全 氧化 ， 要 想 合成 糖 则 是 不 可 能 的 。 但 有 了 乙 醛 酸 循环 ， 就 可 以 升 高 三 羧 酸 循 环 中 间 物 的 浓度 ， 为 合成 糖 和 其 他 。 物质 提供 前 体 物 ( 例如 草 酰 乙酸 沿 糖 异 生 途径 合成 糖 ， 草 酰 乙 酸 和 oR RA ER EA 此 成 氛 基 酸 ) 。 油 料 作物 的 种 子 在 发 芽 时 ， 忒 醋酸 循环 是 很 活跃 的 。 在 油料 作物 的 籽 苗 以 及 其 他 具有 乙 醛 酸 循环 能 力 的 植物 中 ， 乙 醛 酸 循 环 芍 - 酶 以 及 有 关 代 谢 途 径 的 酶 ( 例如 8- 氧 化 的 有 关 的 酶 ) 共同 被 分 隔 在 一 个 特定 的 细胞 器 一 一 乙醚 酸 循环 体 ( glyoxysame)。 但 是 在 籽 苗 生 长 期 之 后 ， 乙 醋酸 循环 活性 和 B- 氧 化 便 不 复 存在 。 在 动物 体内 ， 因 不 存在 乙醚 酸 循环 ， 肿 不 能 将 脂 酸 转 变 成 糖 的 。 ”} 第 三 节 PRO 葡萄 六 在 生物 体内 的 氧化 分 解 主 要 旦 通过 醇 解 和 二 羧 酸 循环 进行 鸭 ， 地 是 生物 产生 能 | 量 的 主要 途径 ， 但 绝 非 是 唯一 的 氧化 途径 ”s 当 加 入 碘 乙 酸 或 所 化物 后 ， 醇 解 和 三 羧 酸 循环 被 抑制 ， 但 葡萄 糖 的 消耗 并 无 多 大 影响 。 表 明 在 坐 几 体 内 还 吝 藉 他 可 供 选 生 择 的 途径 使 葡萄 糖 被 氧化 利用 。 五 十 年 代 ， 发 现 葡 萄 糖 -6- 磷 酸 可 以 转变 成 CO, 和 5- 磷 酸 核 酮 糖 〈; 一 种 戊 糖 ) Alt 就 把 这 个 转变 途径 叫做 磷酸 成 糖 途径 。 由 于 葡萄 糖 -6- 磷酸 是 从 酵 解 途径 来 的 ， 所 以 也 叫做 ”磷酸 己 糖 支 路 (hexose monophosphate shunt, 简称 HMS ) 。 磷 酸 ; 已 糖 支 路 在 动物 、 微 生物 ， 特别 是 植物 体内 普遍 进行 。 该 途径 是 发 生 在 胞 液 中 的 一 种 需 氧 过 程 。 一 、 磷 酸 己 糖 支 路 的 基本 过 程 葡萄 糖 -6- 磷酸 经 磷酸 已 糖 支 路 被 氧化 分 解 的 过 程 可 分 为 两 个 阶段 。 第 一 个 阶段 是 葡萄 糖 -6- WRG 脱羧 反应 生成 五 碳 糖 为 过 程 。 第 二 阶段 是 五 碳 糖 重新 合成 六 碳 糖 的 过 BER CSB 4 is 程 如 图 9 一 17 所 示 。 m1; 葡萄 精 -6- 磷酸 的 氧化 和 NADPH 及 成 糖 的 生成 葡萄 精 - 6- 磷酸 在 葡萄 糖 -6- 磷酸 脱 氢 酶 的 催 化 下 ， 以 NADP* 作为 受 氢 体 ， 生 成 NADPH 和 磷酸 葡萄 糖 酸 内 酯 (Phosphogliconolactone)( 见 图 9 一 17 步 又 四 ) 。 磷 酸 葡 萄 糖 酸 内 酯 是 不 稳定 的 ， 可 以 自发 地 转变 成 6- 磷酸 葡萄 糖 酸 ， 但 内 酯 酶 能 加 快 这 一 反应 CH 又 @ ) 。6- 磷 酸 葡 萄 糖 酸 在 6- 了 磷酸 和 葡萄 糖 酸 脱 氢 酶 (Phosphogluconate dehydrogenase ) «EET, VA NADP* 作为 受 氢 体 ， 脱 氧 脱羧 产生 5- 磷 酸 核 酮 糖 ( ribulose-5-phosphate ) WRNADPH 和 CO (步骤 国 ) 。 上 述 三 步 反 应 是 该 途径 第 一 阶段 的 反应 。 2, 成 糖 磷酸 酯 的 相互 转变 第 三 步 反 应 生成 的 5- 磷 酸 核 酮 糖 可 以 转变 成 5- 磷酸 核糖 ( 步骤 四 ) 或 5- 磷 酸 水 酮 糖 ( 步 RS). 前 者 是 在 磷酸 戊 糖 异 构 酶 ( Phosphopentose isomerase ) 催化 下 进行 的 ， 后 者 是 磷酸 成 糖 表 异 构 酶 (epimerase ) 俱 化 的 产物 。 这 两 个 酶 催化 抑 反 应 都 是 可 逆 的 。5- 磷酸 核 405 一 糖 (ribose-5-phosphate ) 、5- 磷 酸 核 酮 糖 以 及 5- 磷 酸 木 柄 糖 ( xylulose-5-phospate ) 以 一 种 平衡 混合 物 存在 。 oR H- C-OH CO; H-C—OH CH 2OPO ? = CH2OPO; | 7 4) Pad | — paras, po--os @) CHO } CH:OH | ; CH,OH | | | ! 1 H.,0 H- C -OH 四 4 __ aes | ! 1 : 有 - | H= C -OH HO-C4 -C- Ee Ge 0 人 = = shi 和 和 4 有 H- C-OH H-C -OH H-C -OH | re SEE | oaks: 2 - CH,QPOIn ian ~~ it ; Fy ; -} 可 NADPH io ver HO NADP* a fee _ CH,OPO? CH,O0PO 2? - 有 satay rho i CH;0H sean HO-C-H re 总 : Pa BS Pa ed ieee H- C -OH j 1 7 | | | CH,0P03 < ion TAY PL ee . | r | | J | | | | | | | | | | | | | | | 3 | | | | | | | | | | | | ! | | | 图 9 一 17 磷酸 已 糖 支 路 代谢 途径 be © ii 4 Hi -6- PEMA A, Q ABA, GO-PEAR HAM RL AM, OFF 14 Me C eT ae ORT WM (ZMH), ODRMEM ( HACMM), DAE RE RENE C4 — F279 MASE BD ) 。 四、 回 … 也 代表 反应 步骤。 406 ul a q | i So a nl ee 3. 糖 磷酸 酯 进一步 相互 转化 5- 磷 酸 核糖 和 5- 磋 酸 未 酮 糖 作为 起 点 可 以 进一步 相互 转化 ， 产 生 三 碳 糖 、 四 碳 糖 、 五 碳 糖 、 六 碳 糖 以 及 七 碳 糖 的 斐 酸 酯 。 所 有 这 些 猪 磷酸 酯 的 相互 转化 都 是 由 转 酮 醇 酶 (transke- tolase ) 和 转 醛 醇 酶 (transaldolase) 催 化 的 。 首先 ， 在 转 酮 醇 酶 的 催化 下 ， 拒 5- 三 酸 木 酮 糖 上 的 羟 乙 钱 基 转移 到 5- 供 玻 核糖 土 ， 结 果 生成 3- 磷 酸 匡 油 醛 和 7- DER PME (MRO ) 。 转 酮 醉 酶 需要 焦 磷酸 硫 胺 素 ( TPP ) 纶 为 辅酶 ， 其 反应 机 制 如 下 所 示 O fh ee er ey —C + C=C OH O H* ue a | 站 vk LU H Pate, ° -NIO.H9s 4 R—C—C—CH,OH wat NAT LLS =N: 5 二 b Cecauot CQcH,OH TPP ME MME ae oT ee th Thre ro H OH OH : 加 成 化 合 物 (| ie 9 形 bigs A/ Ratt be ty at CH,OH ~. Cac R’=C +H 旺角 x SS HO—C—H aie oat Pa E | R/ HO—C—C—CH,0H ©CCH,OH 9 ; | | | 8 Ey R’ OH OH jn 8 AG Aen 然后 ，7- WRK Ma Be ( sedoheptulose-phosphate ) 有 3- 磷酸 甘油 醛 在 转 醛 醇 酶 的 催化 下 生成 6- 磷酸 果糖 和 4- RAR OR BE HE C erythrose-4-phosphate )( 步 又 四 )。 转 醛 醇 酶 催化 转 移 二 羟 丙 酮 基 ， 其 反应 机 制 如 第 408 页 所 示 。 在 转 酮 醉 酶 的 俱 化 下 ， 另 一 分 子 的 5- 磷酸 木 酮 糖 和 于 磷酸 赤 侮 糖 相 互 反应 生成 6- 磅 酸 果糖 和 3- 磷 酸 匡 油 醛 ( 步 又 人 @)。 反 应 机 制 与 步骤 @ 相 Tl. PMMA MG A PERE AS NG HE (LY AT | 磷酸 戊 糖 的 相互 转变 以 及 糖 磷酸 酯 的 进一步 转化 是 磷酸 已 糖 支 路 党 工 阶 段 的 反应 。 这 一 阶段 共 包 括 五 步 反 应 〈@@->~( ) 。 4。 磷酸 己 糖 支 路 小 结 OAM AMR ME ALE MAM BIRR, ARE 每 次 以 三 分 子 的 Glc-6-P 开 始 反 应 ， 那 么 ， 经 过 第 一 阶段 的 三 步 反 应 则 可 产生 六 分 子 的 NADPH、 三 分 子 的 CO， 以 及 SS} F155 - Te ARE ed BEC Ru-5-P ) 。 407 H,O | H+ | C=O!) HAl-—-E-N=G +H* E-NSC 68) 5 | 一 二 | 一 Qiaps . E—NH, + HO—C—H OO ead HO— Ae GPS -e- 38 dE) H—C—OH Ke oat OH i? Hy Ae R R - TESA HR = 酮 糖 底 物 Schiff 碱 质子 化 的 Schiff 碱 ， 1 +H c7% or Ns +H" CH,OH CH;OH 和 2 Jf ae J 2 H? Heb) H+ | tg .. n C== E—N=C . eos 3 E—NH, + 3f0— =C;—H HO—C—H pee 3 H—C—OH H—C—OH HO—C—H™ ’ +! ; 酮 糖 产物 Schiff i .一 负 碳 离子 OR RUKIA RIESE, = Fos ARRAS 子 的 六 碳 糖 和 一 分 子 的 三 碳 糖 ( 3- 磷 酸 甘 油 醛 ) 。 wn ite 整个 磷酸 已 糖 支 路 的 反应 可 以 作 如 下 的 总 结 出 _ 3Gle-6-P + 6NADP*+—>2Glc-6- P + 6NADPH + 3CO, +3- LL Dr Bis 6Gle-6-P + 12NADP+—+4Glc-6- P + 12NADPH + 6CO; +2x3- amie 1x 3-BER Hh }_ — Ci 1 x 3-BRR A HR—BR_BAM 站 总 反应 : 6Glc -6-P + 12NADP*—+5Glc-6-P + 12NADPH + 6CO;, ith TT Gi 8 - . 7 y Ree, SERVANT Fwy 6 磷酸 开始 ， Wi A264 LRT PRO MORAI—17), FATFUMHBE 6 磷酸 重新 生成 ， 其 净 结 果 导 致 子 一 分 子 的 葡萄 糖 完 全 氧化 (产生 了 12 分 子 的 NADPH 和 6 分 子 的 .CO » 但 是 产生 的 ,CQ 并 不 是 来 自 一 分 | 子 的 葡萄 糖 6 磷酸 ， 而 是 来 自 六 分 子 的 葡萄 糖 -6- Re. 1 a aes wet 轿 转 酮 醉 酶 催化 转移 一 个 二 矶 单位 ， 转 醛 醇 酶 催化 转移 一 个 三 碳 单位 。 二 矶 单位 或 三 机 单位 的 供 体 总 是 酮 粳 ， 而 其 受 体 总 是 醛 糖 、 四 转 贡 本 酶 和 转 材 醇 梅 公 化 反应 的 可 着 性 ， 使 得 磅 酸 已 糖 支 路 和 酵 角 途径 以 及 糖 民 生 作 肝 有 密切 的 联系 。 从 磅 酸 己 糖 支 路 的 整个 反应 来 看 〈 图 9 一 17 )， 人 它 需要 酵 解 和 糖 异 生 等 反 应 过 程 中 的 某 些 酶 辅助 性 地 参与 反应 。 例 如 磷酸 已 糖 ( 葡萄 糖 ) 异 构 酶 , 磁 酸 丙 糖 异 构 酶 二 408 醛 缩 酶 以 及 果糖 二 磷酸 酶 等 就 傅 与 了 该 反应 途径 。 所 以 ， 磷 酸 已 糖 支 路 与 糖 酵 解 有 密切 的 关 系 。 几 乎 所 有 能 进行 磷酸 已 糖 支 路 反应 的 细 肥 同时 也 进行 酵 解 反应 。 两 途径 中 的 有 关中 间 物 可 以 根据 细胞 内 的 需要 互相 进入 到 对 方 代 谢 途 径 中 去 。 ， 二、 磷酸 已 糖 支 路 运转 的 程度 及 调节 在 生物 的 组 织 或 细胞 中 ， 究 竟 是 利用 酵 解 和 三 羧 酸 循环 的 途径 来 氧化 糖 ， 还 是 利用 磷酸 己 糖 支 路 的 途径 来 氧化 糖 ， 以 及 磷酸 已 糖 支 路 运转 的 程度 怎样 。 同 位 素 示 踪 实验 为 这 一 问题 的 解答 提供 玉 很 有 价值 的 数据 。 分 别 用 等 量 鬼 Ci- 葡萄 糖 和 Ce- 葡萄 糖 培养 细胞 ， 收 集 释 旗 的 &Q; 冰 并 测定 带 放 射 性 标记 的 CO* fh. A MC./MC, = 1， 则 说 明 葡 萄 糖 是 通过 酵 解 各 三 凑 酸 循环 被 氧化 的 ; 车“Ce/C<1， 则 说 明 主 要 是 磷酸 已 糖 支 路 在 起 作用 ， 或 者 两 者 同 时 存在 。 在 酵 解 和 三 羧 酸 循环 中 ，C, 和 Ce、C, 和 Cs、Cs。 和 C, 均 是 等 量 放出 ， 并 且 放 出 的 顺序 是 CG. 和 Ci C. MCs, C, 和 Cy. 2 Bi i. 在 动物 体内 ， 在 不 同 的 组 织 中 ， 磷 酸 已 糖 支 路 运转 程度 是 不 相同 的 ; 在 脂肪 组 织 和 成 熟 的 弓 细 胞 申 ，: 磷 酸 已 糖 支 路 的 活性 很 高 ， 约 占 50%; 在 肝脏 中 该 途径 只 占 5 一 10%; ,在 骨骼 本 NO, EE Nias Sy RT BAM > CRARGERK HS, 第 一 个 反应 是 由 葡萄糖 -6- FI ALG VAL GO RAT Rr. ALAA F, DOS LACILALMLD IR, FEMME OO MARNE, ARE OLE NADP* WAY, Ete 为 葡萄 糖 -6- 磷酸 KA 酶 的 辅酶 和 电子 的 Sh 着 重要 的 作用 。 NADPH 与 NADP+ 竞争 地 同 该 酶 结合 所 内 SCNADP*]J7ENADPH] 浓度 比例 的 变化 影响 ”到 该 本 CERRO 应 途径 的 话 性 。 此 外 ，ATP 与 葡萄 糖 -6- -磷酸 也 竞争 地 同 .该 酶 结 ‘% Ho te at I 和 14 , " 5, ARES eye BY 1。 提供 能 量 如 前 面 提 到 的 , 当 一 分 子 葡萄 糖 经 磷酸 已 糖 支 路 完全 氧化 时 可 产生 12 分 子 的 NADPH。 电 在 一 种 特殊 酶 的 作用 下 ， 可 将 ,NADPH 上 的 电子 和 氢 转 移 到 NAD+_ 上， 然后 经 氧化 磷酸 化 产生 36 分 子 的 ATP ( 按 苹果 酸 一 天 冬 氨 酸 穿梭 系统 计算 ) 。 除 葡萄 糖 磷酸 化 时 消耗 1 OF ATP 外 ， 可 净 产 生 35 分 子 的 ATP。 ER RPS A BES as he BO 2, 为 生物 合成 反应 提供 还 原 力 RR WSK BIT HEH NADPH 主要 是 用 于 还 原 性 的 生物 合成 反应 。 PUMA AOA HS 醇 的 合成 需要 NADPH 提供 还 原 力 。 所 以 在 脂肪 和 胆 和 省 醇 合 成 旺 馈 的 组 织 中 /例如 脂肪 AR FLW. LARS AR, RR CSS PRE LE PRY. (Eve, TENE AIA (EWA, PE SHALE. ARNIS HE REA 在 成 熟 的 红细胞 中 ， 磷酸 己 糖 支 路 也 是 比较 活跃 的 。 该 途径 产生 的 NADPH ILL. We ARATE AS, TAUPE A Me A eS AE ELIE AS te FR AE fl SS IE 反应 ， 并 能 保持 血红 蛋白 的 铁 原 子 处 于 亚 铁 离子 (Fe ) 的 还 原状 态 。 若 红细胞 内 的 6-* 磷 酸 ”和 葡萄糖 脱氧 酶 或 该 途径 中 的 其 他 酶 缺乏 或 者 无 活性 ， 则 会 导致 遗传 病 , 发 生 溶血 现象 e 3, 1 汶 核 酸 的 合成 提供 核糖 409 蝎 酸 已 柱 支 路 的 中 间 物 5- 砍 酸 核 精 可 以 用 于 核 甘酸 的 合成 ， 而 核 甘酸 是 合成 PERE 体 。 同 时 ， 核 酸 降 解 产生 门 核糖 也 可 经 比 途径 被 氧化 。 本 酷 氨 酸 和 色 氨 酸 的 合成 提供 碳 骨 架 。 ”一 磷酸 已 糖 支 路 与 植物 的 光合 作用 密切 相关 a Hike rose > Sy Boe SEA Ft at SHR Mos 固定 CO, 的 Calvin ASR AL HEN ART ALARA, Phi CO. 固定 的 最 初 受 体 1,5- 二 磷酸 核 酮 糖 是 由 5- 磷 酸 核 酮 糖 磷酸 化 而 成 的 。- hs | ”前面 已 指出 ， 磷 酸 已 糖 支 路 与 精 酵 解 以 及 糖 异 生 有 帘 切 的 联系 。 这 些 代谢 途径 可 以 根据 细 脂 对 代谢 物 的 需要 而 彼此 记 合 。 例 如 ， 如 果 细 胞 需要 还 原 力 ( NADPH ) 并 需要 为 核 荃 栈 的 合成 提供 5- 磷 酸 核糖 (R-5-P) ， 那 么 通过 磷酸 已 糖 支 路 的 第 一 一 功放 这 一 目的 。 Glc-6-P + 2NADP*—>R-5-P + CO, + 2NADPH + oH* 但 是 , 在 细胞 需要 比 NADPH 更 多 的 5- 三 酸 核糖 的 情况 下 , 大 多 数 葡 萄 糖 -6- 磷 酸 经 酬 解 ， 途径 转变 成 果糖 -6- 磷 酸 和 3- 磷 酸 甘油 醛 。 然 后 ， 两 分 子 的 果糖 -6- 碍 酸 和 分 子 的 3. 了 磷酸 肯 AAR OM Xe 的 第 八 步 至 第 四 步 反应 ， WITH SOs OL RNR 是 ， x Logie SU AV 5Gle-6-P + 5SATP—>6R-5-P + 5ADP + Pi parry 反 过 来 ， 核 酸 降 解 产生 的 核糖 经 磷酸 化 后 亦 可 经 磋 酸 已 糖 支 路 的 第 四 步 至 第 作 步 反应 产 生 果 糖 -6- 磷 酸 和 3- 磷 酸 甘 油 醛 。 eg ' 如 果 细 胞 需要 比 5- 磷 酸 核糖 更 多 的 NADPH, 在 这 种 情况 下 ， ieee sh or 路 ， 并 与 糖 异 生 途 径 配合 ， 重 新 产生 葡萄 糖 -6- 磷 酸 ， 使 磷酸 已 糖 支 路 产生 循环 。 如 图 9-17 和 总 反应 所 表示 的 那样 ， 其 结果 是 细胞 获得 了 更 多 的 NADPH。 第 四 节 ，” 糖 的 异 生 作用 和 精 元 的 合成 前 面 主要 介绍 了 糖分 解 代谢 途径 。 本 节 将 介绍 动物 体内 的 精 的 合成 途径 。 人生 一 、 葡萄 糖 的 异 生 作用 25a _— 从 非 糖 物质 的 前 体 合 成 葡萄 糖 的 过 程 叫做 葡萄 糖 的 异 生 作用 (【 qtitohed taht id 是 一 条 很 重要 的 代谢 途径 。 因 为 哺乳 动物 的 革 些 组 织 ， 例 如 大 脑 和 红细胞 所 需要 的 能 量 括 平 完全 靠 葡萄 糖 的 氧化 分 解 提 供 。 尽 管 在 正常 的 情况 下 ， 葡 萄 糖 很 容易 从 糖 元 降解 或 从 食物 中 获得 ， 但 是 ， 在 较 长 时 间 饥 饿 的 情况 下 ， 葡 萄 糖 的 供应 ， 受到 了 极 大 的 限制 ， 因 为 叶 存 的 精 元 | 人 成 。 由 于 动物 体内 缺少 乙 栈 酸 循环 ih ni ecenatantrenip inner ee 有 前 体 是 乳酸 、 inne, Hh, ERE 酸 ， 以 及 三 羧 酸 循环 的 中 间 物 ， 它 们 都 是 三 碳 以 上 的 化 合 物 。 乳 酸 是 由 活动 着 的 骨骼 肌 在 酵 a a 410 解 的 速度 超过 三 羧 酸 循环 和 呼吸 链 代谢 速度 时 产生 的 。 氨 基 酸 来 自 食 物 中 的 蛋 自 质 ， 以 及 在 饥 俄 时 由 骨 船 肌 中 的 蛋白 质 降解 产生 的 .甘油 是 脂肪 降解 时 产生 的 。 萄 葡 糖 异 生 作用 的 主要 部 位 是 在 肝脏 ( liver ) 。 此 外 ， 在 肾 的 皮质 中 也 能 有 限 地 进 行 ， 大 约 只 有 肝脏 合成 葡萄 糖 的 能 力 的 十 分 之 一 。 葡 萄 糖 的 异 生 作用 很 少 发 生 在 脑 、 骨 骼 肌 或 心肌 中 。 当 然 ， 肝 脏 和 肾 中 所 进行 的 葡萄 糖 异 生 作 用 可 以 帮助 维持 血糖 的 水 平 ， 使 脑 和 肌 肉 从 血液 中 获得 足 能 的 葡萄 糖 ， 以 满足 它们 的 代谢 需要 。 1。 葡萄 糖 异 生 作 用 不 是 糖 酵 解 的 道 反 应 正如 葡萄 糖 转变 成 丙酮 酸 的 酵 解 途径 是 糖分 解 代谢 的 主要 途径 一 样 ， 再 酮 酸 转 变 成 葡萄 糖 是 糖 异 生 作 用 的 主要 途径 、 尽 管 糖 异 生 途 径 与 糖 酵 解 的 着 过 程 大 多 数 相 同 ， 但 它们 是 两 个 ”不 同 的 途径 。 这 是 因为 酵 解 反应 顺序 的 热力 学 平衡 大 大 偏向 丙酮 酸 形成 的 一 边 ， 其 逆反 应 在 热力 学 上 是 不 允许 的 。 因 而 需要 另外 一 种 不 同 的 途径 即 糖 异 生 途 径 才 能 将 丙酮 酸 转变 成 葡萄 8. 在 醇 解 反应 顺序 中 ， 有 三 个 反应 步骤 在 热力 学 圭 是 不 可 递 的 ， 这 是 造成 有 利于 丙酮 酸 生 成 的 主要 因素 ， 也 是 造成 糖 异 生 作用 不 能 沿 酵 解 逆向 进行 的 主要 原因 。 在 酵 解 反应 顺序 中 ， 人 它们 分 别 由 己 糖 激酶 、 磷 酸 果糖 激酶 以 及 丙酮 酸 激酶 所 催化 。 己 糖 激酶 葡萄 糖 +ATE ~ 葡萄 糖 -6- 磷 酸 +ADP AG”. = —4,0Kcalemo] ! 磷酸 果糖 激酶 果糖 -6- 磷 酸 + ATP 一 果糖 -1,6- 二 傍 酸 +ADP News = 一 3.4Kcalvmol 1 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 + ADP- 丙 本 酸 激酶 > 丙酮 酸 + ATP AG?’ = —7,5Kcalemo]™! _” 糖 异 生 作 用 的 化 学 反应 与 糖 酵 解 的 不 同 就 在 这 三 不 个 可 逆反 应 上 。 在 糖 异 生 作用 中 ， 这 三 个 不 可 逆 的 反应 是 通过 下 面 几 种 方式 过 避 的 。 OPA EZ HEE ACE HG He PUR CPTI AF 次 化 转变 成 草 酰 乙酸 。 在 此 反应 中 需 消耗 一 分 子 的 ATP. 再 酮 酸 + CO. + ATP+H,O=> 草 酰 乙 酸 +ADP+Pi AG? = —0,5Kcalemol™! 丙酮 酸 羧 化 酶 需要 生物 素 作为 辅 基 ， 乙 酰 CoA 是 它 的 别 构 激活 剂 ( MBO). Pim 酸 效 化 酶 是 -种 线粒体 酶 ， 而 糖 异 生 作 用 的 其 他 酶 均 存在 于 胞 液 中 。 线 粒 体内 膜 对 草 酰 乙酸 是 不 可 渗透 的 ， 它 必须 以 苹果 酸 的 形式 转运 到 胞 液 中 。 草 酰 乙 酸 被 线粒体 内 的 芝 果 酸 脱 拨 本 还 原 为 苹果 酸 。 然 参 苹 果 酸 通过 一 种 载体 转运 到 胞 液 中 ， 并 被 胞 液 申 的 苹果 酸 脱 氢 酶 催化 重 41] 新 氧化 成 草 酰 乙酸 。 | = 二 在 胞 液 中 存在 一 种 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 羧 激酶 ， 它 能 催化 草 酰 乙 酸 脱 羧 和 磷酸 化 的 反应 CREA) 。 er dena | 草 酰 乙酸 + GTP = i AE PUMA + CO. + GDP i | AG? = +0,7Kcalemol™ sh 3) 986 合并 上 述 反 应 即 可 得 总 反应 ; = Sala FR +ATP+ GTP+H,0O= = RR AR + ADP 一 GDP + Pi vr AG? = +0,2Kcalemol™ jae Bes 这 一 - 迁 回 反应 途径 在 热力 学 上 是 可 行 的 ， 因 为 它 的 .AG。 只 是 +0。 ee ， SiR 激酶 催化 的 逆反 应 相 比 (逆反 应 的 AG"” =+7.5Kcalmol ) 所 输入 的 自由 能 要 少 ATP 和 GTP 降解 产生 的 能 量 输入 到 RIL Sy MIRE 丙酮 酸 ,分 子 申 《需要 a HARK ca PO! |)» #1 ERE Tie OG Hs BS NP id PR Fe FE ake HR - 1, 6- — WEAR AY EZ DY ee SE HAAR LS LI 全 相同 。 四 果糖 二 磷酸 酶 催化 果糖 -1,6- 二 磷酸 转变 成 果糖 -6- 磷 酸 。 aie 产生 的 果 糖 -1,6- 二 磷酸 不 可 能 在 磷酸 果糖 激酶 鸣 催化 下 转变 成 果糖 -6- 磷 酸 。 这 一 不 可 道 反应 却 可 以 FE Fett — i FBS ( fructose diphosphatase ) nui. 果糖 -1,6- 二 磷酸 + H, OME" + 5a ti 6- BRM + Pi AG’ = -3.9Kcalsmol- 果糖 二 磷酸 酶 催化 时 需要 Mg::。 该 酶 是 一 种 调节 酶 ， 受到 多 种 因素 的 控制 。 AMP、 果 $8-2,6-—RRS LEW ARMA, TG ATP 是 它 的 正 调节 效应 物 。 CAR RGA 6 BR LL A E62 A. 上 面 生成 的 果糖 -6- 磷 酸 经 确 酸 痪 莉 糖 异 构 酶 的 催化 转变 成 葡萄 糖 -6- 磷 酸 。 在 酵 解 中 ， 由 已 糖 激酶 俱 化 生 葡萄 糖 -6- Bi . 酸 的 不 可 逆反 应 ， 在 糖 异 生 作用 中 却 可 以 被 葡萄 糖 -6- 障 酸 酶 《 AS S-phosphatase 7 水 解 ， 使 其 转变 成 葡萄 糖 。 oa dbs ti ft SE PET) RE 葡萄 糖 -6- 磷 酸 + H:O 一 > 葡萄 糖 + Pi AG,’ = —2,.9Kcalemol™ — BRREF HED DAMA L, (EAP RF IRA, HBR ETE LN 组 织 中 ， 因 而 这 些 组 织 不 可 能 为 血液 供应 游离 的 葡萄 糖 。 * ee ss PARES i AAG MSA CFO“ 18) RELATE ly SEI FEN REIL, IFN AMT NADH, 2x PMR + 4ATP+2GTP+2NADH+ 2H’ + 4H,0—> 412 葡萄 糖 +2NAD' +4ADP+2GDP+6Pi - ge —~9Kcalemo]™ — . 但 是 ， 葡 萄 糖 经 酵 解 转变 成 丙酮 酸 只 净 产 生 两 分 子 的 ,ATP。 Alte 由 丙酮 酸 合成 葡萄 CAH 代价 很 高 的 过 程 。 这 种 高 昂 的 代价 是 将 能 量 上 不 利 的 过 程 〈 糖 酵 解 的 BRD, AG’ = + 20Keal-mol™! ) 转变 成 能 量 上 有 利 的 过 程 ( 糖 异 生 ，AG” = -9K calemol™!) 所 必需 的 。 2. 丙酮 酸 的 前 体 或 磷酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 的 前 体 转变 成 葡萄 糖 不 仅 丙 酮 酸 能 转变 成 葡萄 糖 ， 而 且 凡 能 转变 成 丙酮 酸 或 磷酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 外 前 体 都 可 以 转变 成 葡萄 糖 。 (17) 乳 酸 是 重要 的 非 糖 物质 前 体 骨骼 肌 在 剧烈 运动 时 ， 因 氧 和 葡萄 糖 的 供应 受到 限制 ， 肌 糖 元 降解 并 酵 解 ， 产 生 肌 肉 收 缩 所 需要 的 能 量 ， 但 同时 也 产生 大 量 的 乳 酸 。 乳 酸 通 过 扩散 透 过 质 膜 进入 血液 ， 并 经 循环 着 的 血液 被 肝脏 吸收 。 在 肝脏 中 ， 乳 酸 在 肝脏 型 乳酸 脱氧 酶 的 催化 转变 成 丙酮 酸 。 然 后 经 糖 异 ‘e 生 作 用 转变 成 葡萄 糖 。 大 部 分 葡萄 糖 又 可 返回 的 骨 散 肌 中 ， 以 糖 元 的 形式 贮存 起 来 (在 休息 时 ) 。 (2 ) 三 羧 酸 循环 的 中 间 物 是 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 前 体 三 羧 酸 循环 的 中 间 物 柠檬 酸 、 异 柠檬 酸 、c- 酮 戊 二 酸 、 琥 珀 酸 和 苹果 酸 等 在 循环 中 都 可 以 转变 成 草 栈 乙酸 ， 而 草 酰 乙酸 可 在 磅 酸 烯 醇 式 而 柄 酸 状 激 梅 的 企 化 下 转变 磅 酸 燃 醇 式 再 本 酸 。 后 者 沿 糖 异 生 途 径 进 一 步 转变 成 葡萄 糖 。 (3 ) 大 多 数 毛 基 酸 也 是 糖 异 生 作用 的 前 体 蛋白 质 降 解 产生 的 毛 基 酸 大 多 数 都 可 以 转变 成 丙酮 酸 或 三 次 循环 的 中 间 物 ( 见 第 十 二 章 ) 。 例 如 ， 丙 氨 酸 、 丝 氨 酸 、 半 胱 氮 酸 、 Ao peri na. nila igh AR. AAR. ARREST WER c- 酮 戊 三 酸 * 一 天 冬 氨 酸 可 以 转变 成 草 酰 乙酸 。 些 所 基 酸 都 是 丙酮 酸 和 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 的 前 体 ， 可 以 沿 糖 异 生 途径 转变 成 葡萄 糖 。 通常 把 这 些 握 基 酸 叫做 生 糖 氮 基 酸 ( glucogenic amino acids ) 。 3。 糖 异 生 作 用 和 糖 酵 解 是 交互 调节 的 SiR 糖 异 生 作 用 的 第 一 个 控制 点 是 由 丙酮 酸 羧 化 酶 俱 化 的 反应 ， 如 前 所 述 ， 乙 酰 CoA 是 该 酶 的 正 调节 效应 物 ， 在 乙酰 CoA 缺乏 时 ， 该 酶 是 无 活性 的 。 每 当 乙 酰 COA 过 量 时 ， 表 明 它 超过 了 柠檬 酸 合成 的 需要 ， 因 而 乙酰 CoA 就 抑制 丙酮 酸 脱 氢 酶 复合 物 的 活性 ， 降低 乙酰 CoA 合成 的 速度 。 同 时 乙酰 CoA 刺激 丙酮 酸 羧 化 酶 的 活性 ， 引 发 糖 异 生 反 应 。 糖 异 生 作用 的 第 二 个 控制 点 是 果糖 二 磷酸 酶 催化 的 反应 。 当 细胞 需要 能 量 时 ， 其 信号 是 [AMP]/LATP] 的 比例 升 高 ，AMP 刺激 碍 酸 果 糖 激酶 的 活性 ， 同 时 抑制 果糖 二 杰 酸 酶 的 活 性 ， 从 而 有 利于 糖 酵 解 。 “aS AER, HSE ATPL 柠檬 酸 的 东平 升 高 ， ATP 和 柠 楼 酸 :是 磷酸 果糖 激酶 的 别 构 抑 制剂 ， 同时 也 是 果糖 二 磷酸 酶 的 激活 剂 】 cep 况 下 ， 糖 酵 解 被 抑制 而 有 利于 糖 异 生 作用 。 要 ATHY Pea-2,6-P. 22 RR Mt 重要 的 激活 剂 〈 见 第 一 节 ) ， ee 磷酸 酶 的 重要 抑制 剂 ， 但 抑制 作用 是 不 完全 的 。 只 有 当 葡 萄 糖 的 量 超过 肝脏 贮存 糖 元 的 能 力 413 时 ， 才 引起 已 糖 -6- 磷 酸 和 Fru-2,6-P，, 水 平 的 升 高 ， 从 而 刺激 酵 解 或 引起 无 效 循环 〈 futtle cycle), 4URN, 或 急需 葡萄 糖 时 ， 糖 元 被 耗 尽 ， 葡 萄 糖 必 需 通过 异 生 作用 来 补充 ， 以 满足 肌体 对 葡萄 糖 的 需要 。 这 时 , 因 Fru-2,6-P, 的 水 平 很 低 , 不 能 对 果糖 二 磷酸 酶 造成 抑制 ， 从 而 刺激 糖 的 异 生 作用 ， 产 生 和 葡萄糖 。 现 面 和 1 GEM 6 mR 1 果糖- 6 - a | SM- 6-1, 6 -二 磷酸 甘油 | 7 中 bed 异 3 -磷酸 甘油 取 一 一 ~ 碳酸 二 产 丙 本 从 径 ia { 径 | 、 1 3- 二 磷酸 甘油 酸 1 3- 磷 酸 甘 油 酸 似 | 2 -磷酸 甘油 酸 PIE IRR | ite rT 草酸 乙酸 oS eae 图 9-18 ” 糖 异 生 作 用 与 糖 酵 解 是 两 个 相反 的 过 程 已 知 弯 高 血 梳 素 和 肯 上 腺 素 等 激素 对 糖 代谢 有 很 大 的 影响 。 胰 高 血糖 素 或 皮 上 腺 素 除 控 上 制 糖 元 磷酸 化 酶 和 粳 元 合成 酶 的 活性 外 ( 见 第 七 章 ) ， 胰 高 血糖 素 还 能 抑制 肝 糖 元 的 酵 解 ， 并 促进 肝脏 糖 异 生 ( 旨 上 腺 素 除 促进 肝 糖 元 降解 外 ， 还 能 促进 肌 糖 元 的 降解 和 酵 解 ) 。 胰 高 Se ORES. — Se eee ee 的 磷酸 果糖 激酶 降低 了 对 Fru-2,6-P, 的 亲和力 ; 另 一 方面 它 降低 了 Fru-2,6-P. 的 水 平 ， 这 种 降低 是 通过 果 精 -6- 阳 酸 -2- 激 酶 的 磷酸 化 而 失 活 ， VA BRAS 2 5 6- 二 磷酸 酶 的 磷酸 化 而 414 激活 实现 的 。 胰 高 血糖 素 的 这 些 综合 影响 导致 了 对 磅 酸 果糖 激酶 的 强烈 抑制 ，; 从 而 促进 糖 异 生 作 用 。 =. 糖 元 的 合成 在 动物 体内 ， 糖 元 实际 上 在 所 有 组 织 中 都 能 合成 ， 但 主要 是 在 肝脏 和 骨骼 肌 中 进行 。 糖 元 的 合 成 并 不 是 糖 元 降解 的 逆反 应 ， 即 着 是 说 不 是 糖 元 磷酸 化 酶 能 化 逆 反应 。1957 年 ， 阿 根 延生 物化 学 “家 L, Leloir 证 明 糖 元 上 的 合成 是 通过 一 种 不 同 的 途径 完成 的 ， 糖 基 供 体 是 尿 苷 二 磷酸 葡萄 糖 而 不 是 葡萄 糖 -1- 磷酸 。 现 在 了 解 到 ， 在 生物 系统 中 ， 生 物 合成 途径 和 降解 途径 几乎 总 是 不 同 的 。 糖 元 代谢 为 这 个 原则 提供 了 第 一 个 例子 。 分 开 进行 的 途径 为 在 能 量 上 和 控 制 上 提供 了 更 大 的 灵活 性 。 ” 糖 元 合成 的 第 一 步 是 葡萄 糖 的 砍 酸 化 。 该 步 反应 是 由 已 糖 激酶 或 葡萄 糖 激酶 催化 的 ; 葡萄 糖 + ATP Sean 葡萄 糖 -6- 磷 酸 +ADP ( Gle-6-P ), 接着 发 生 的 反应 是 Gle- 6-P 转变 成 Glc-1-P。 磷 酸 葡 萄 糖 变 位 醒 催 化 这 一 可 道 的 反应 Glc-6-P===Glc-1-P (cy Pelapeti el mOealia fe eal 1, 6- 二 磷酸 ， 该 酶 催化 反应 的 机 制 是 ; E- ine a E-OPO?2- ee eg ein sar a 二 Gle-6- P Gle- "9 6-P, Glce-1-P MRA MRSC, 在 它 的 活性 中 心 部 位 的 丝氨酸 残 基 被 磷酸 化 。 “上面 的 反应 生成 的 'Glc-1-P 在 葡萄 糖 -1- 磷 酸 尿 苷 酰 转 移 酶 (glucose-1-phosphate uridylyltransferase ) 的 催化 下 形成 尿 苷 二 磷酸 葡萄 糖 ( 简称 UDPG ) 。 Glc-1-P+UTP = = UDP-G+PPi PPi+H,O —» 2Pi “gm: Gle-1-P+UTP+H,O —» UDP-G+2Pi ZERWEMTS RLM. RP RIL BY, (Le RRR K AR CE 酸 酶 催化 3 RAT RMA, MURR. CEMILEL, FSEWemRweA 焦 磷酸 的 水 解 而 变 得 不 可 着。UDP-G 是 糖 元 合成 的 葡萄 糖 残 基 的 中 间 供 体 ， .是 葡萄 糖 的 激 «YTB sk. POP RM BAMA. RC a NTE, UDP-G 的 葡萄 糖 转移 到 引物 (primer ) 分 子 的 非 还 原 性 未 器 Cuonreducing end) 上 。 形 成 新 的 CC1 4 ) 糖苷 键 。 UDP-G+ (葡萄 糖 ) 。 一 > UDP+ (葡萄 糖 ) 1 “te 5 | Wheat WF ERE RE MCAT) ELST Bye SUBTLE @ Chek) SE BE A Sy BRA CED 415 有 四 不 糖 残 基 的 ) 小 分 子 糖 元 。 糖 元 合成 酶 可 以 把 UDP-G 的 葡萄 糖 基 连续 地 转移 到 引物 的 非 还 原 性 未 端 上 《( 未 端 糖 基 的 Cy 位 的 羟基 ) ， 并 产生 新 的 非 还 原 性 未 端 。 H CH.OH “ 4 站 i“ OE sis Vir \ | H IN mE feaeepl apis eran P 一 O OH Ho Q&8t-0:- O- = 非 还 原 性 末端 | 元 售 UDP -| Mee a H CH: oe pH H Grae ag tai Ja ek JN—/ lo LVL a te | | 1 新 的 非 还 原 性 未 端 2 | 糖 元 合成 酶 不 能 产生 新 的 分 枝 。 分 枝 的 形成 是 在 分 枝 酶 〈 bo enzyme ) amy 1 做 糖 基 - (4->6 ) -转移 酶 ) 的 猴 下 化 进行 的 。 该 酶 能 从 糖 元 的 分 枝 点 上 的 非 还 原 性 未 端 催化 6-7 个 萄 葡 糖 基 转 移 至 糖 元 分 子 中 更 内 部 的 一 厅 糖 残 基 的 Ce 位 上 ， 形 成 &( 1->6 ) BER, 过 产生 出 新 的 非 还 原 性 末端 。 CA ae | Abr] LA nL: aa BEE y j 在 两 个 非 还 原 性 末端 | (箭头 所 指 ) 久 DYE Hi 图 9 一 19 分 枝 酶 作用 示意 图 ， 416 As er 由 于 分 枝 酶 的 作用 ， 产 生 了 大 量 的 非 糖 元 合成 酶 a 34, 《有 活性 的 去 还 原 性 未 端 ， 增 加 了 糖 元 磷酸 化 酶 和 糖 元 | raphy oe . 合成 酶 的 作用 部 位 ， 因 而 分 枝 酶 增高 了 糖 pier 2Pi SAMs je RARINRE. REARS 2ADP 糖 元 合成 酶 是 一 种 共 价 调节 酶 ， 它 有 Moe X. 躺 元 含 成 酸 b a fib WRI. a 是 去 磷酸 化 的 有 活性 gt Tg ° Wis, b 是 磷酸 化 的 低 活性 的 酶 (图 9 一 20 ) 。 糖 元 合成 酶 的 这 种 形式 刚好 与 糖 元 ， 图 9 一 20 “ 糖 元 合成 酶 的 a 形式 和 了 形式 的 转换 ”磷酸 化 酶 的 a 和 的 情况 相反 。 所 以 。 糖 元 合成 梅 和 糖 元 磷酸 化 酶 是 互 交 调节 是 的 。 当 天 种 酶 因 磷酸 化 而 失 活 时 ( 糖 -有 利于 糖 元 合成 入 - . 元 合成 酶 ) ， 一 种 酶 则 因 磷 酸 而 激活 we mm 一 糖 元 磷酸 化 酶 ) 。( 图 9 一 21 ) seit 3 糖 元 侣 成 酶 也 是 一 种 别 构 调节 I) OH BS. EMIRTETENS DIVA Gle-6-P PY ATP BAT. EGIc-6- PMR, bis , EFS CILIA)» UL gg Ee A HEE b Lan He MET READ. ERE) 0 seal BTCA 成 酶 a 的 活性 不 受 Gle-6-P (无 活性 的 ] “OP : ms 一 八 " RPR 的 影响 因此 启 又 叫做 糖 元 合 栈 Ey | ude Leena , 糖 元 的 合成 与 降解 的 速度 受 激素 ees 的 控制 。 当 血糖 浓度 升 高 时 ， 刺 激 胰 于 糖 元 降解 岛 素 的 分 泌 。 胰 岛 素 能 促进 肝脏 合成 . WTC. 肾上腺 素 和 胰 高 血糖 素 的 作用 图 9 一 21 糖 元 合成 酶 和 糖 元 磷酸 化 酶 的 交互 调节 与 膜 岛 素 相 反 ， 这 两 种 激素 刺激 糖 元 的 降解 而 抑制 糖 元 的 合成 。 这 两 激素 作用 的 机 制 见 七 第 Dx. | sri wa fe A —, 引言 生命 活动 所 需要 的 能 量 最 初 都 来 自 太阳 能 《sojar energy ), 太阳 能 通过 光合 生物 的 光 合作 用 《photosynthesis ) fe 4% 变 成 生物 能 :(biomass ) 8。 光合 生物 主要 包括 绿色 植物 和 光合 微生物 。 光 合作 用 是 光合 生物 利用 太阳 能 将 C9， 和 某 种 还 原 剂 ( 在 绿色 植物 中 是 H.0) 从 成 糖 的 过 程 〈 在 绿色 植物 中 还 能 释放 出 9z ) 。 有 两 类 光合 生物 ， 一 类 是 绿色 植物 和 和 氰 细菌 ， 另 一 类 是 光合 细菌 。 绿色 植物 和 和 握 细菌 〈 cyanobacteria) 是 利用 H.0 作为 电子 的 供 体 ， Fe ee 9。 其 光 合作 用 总 反应 可 以 简单 地 表达 为 : . 417 6CO,+6H,0 % (CH,0 ) +60, 在 这 类 光合 生物 中 ， 它们 能 利用 太阳 能 将 贫 能 的 ,C9* 和 H.O 转化 成 富 能 的 糖 和 其 他 有 机 物 ， 同 时 将 O, 释放 到 大 气 中 。 需 氧 的 异 养 生物 ( 包括 人 类 ) 却 与 此 相反 ， 它 们 能 利用 光合 作用 释放 的 氧 ， 把 光合 生物 提供 的 富 能 的 有 机 物 降 解 氧化 成 CO: 和 吾 :9， 同 时 产生 它们 生 命 活动 需要 的 能 量 一 一 ATP。 所 产生 的 CO. 释放 到 大 气 申 ,又 可 和 被 光合 生物 作用 。 C,gHi20,4+.0, 一 6CO,+6H2O +ATP | oj 可 见 光合 生物 与 异 养生 物 赎 是 生 请 在 这 样 一 种 相互 依存 汐 共生 关中 。 这 个 共生 曾 处 在 一 种 平 衡 的 稳 态 状态 中 。 “ | | | 光合 细菌 不 能 利用 H.O 作为 电子 的 供 体 ， 并 且 不 产生 氧 。 实 际 上 ， 许 多 交合 细菌 是 大 是 氧 的 ， 氧 对 它们 反倒 习 书 5 革 些 光合 细 苗 是 以 简单 的 无 机 化 合 物 作为 电子 的 供 体 ， 例 如 绿色 时 RATELY HLS 作为 电子 的 供 体 。 i 2 : y Cs JT} ot RRA 2H,S + CO. > (CCHiO ) +H.0 +28 p As Se ts MB FFL ts CLAN FURR) TEDW LF HOLME. BLU F Gaus aslion bln pets tee snllagnreriagnaaeey eevee SF 在 植物 中 ; 光合 作用 可 区 分 为 两 个 不 同 的 反应 阶段 ， 即 ER RA. 在 光 反 应 (light reaction ) 阶段 中 ， 太 阳 能 首先 被 光 吸 收 色素 ( 光 受 体 分 子 ) 捕 获 ， 然 后 将 其 以 ATP 和 NADPH 的 形式 转变 成 化 学 能 ， 同 时 释放 出 O:。 所 以 光 反 应 可 表达 为 ， OF MAF H,O +NADP +ADP +Pi 2» NADPH +H: +ATP+0, 在 暗 反应 (dark reaction) 中 ， 在 酶 的 催化 下 ，- 将 光 反 应 产生 的 NADPH, # ATP 供 能 的 情况 下 ， 使 COs 还 原 成 简单 的 糖 类 。 所 以 暗 度 应 可 表达 成 ， CO, +NADBHH’+ATP 二 > (CH,O) +NADP*+ADP+Pi 光合 作用 的 主要 产物 是 D- 葡 萄 糖 ， 它 以 淀粉 〈《 starch ) 的 形式 存 贮存 在 植物 体内 在 植物 体内 ， 光合 作用 是 发 生 在 细胞 内 特殊 的 细胞 器 叶绿体 (chloroplast) 中 在 高 等 植物 的 一 个 细胞 中 , 大 约 含 有 40 个 以 上 的 叶绿体 , RARE GRE ME RAPA. TE 反应 是 发 生 在 叶绿体 中 的 类 囊 体 (thylakoid ) 和 基质 片 层 (stromal'lamellae ) 的 膜 上 ， 光 吸 收 色 素 就 位 于 其 上 。 暗 反应 则 发 生 在 叶绿体 可 溶性 基质 《 stroma ) FA, 在 光合 细菌 和 和 氰 细菌 中 没有 叶绿体 存在 ， 它 们 的 光合 作用 装置 位 于 细胞 膜 止 尺 418 二 、 光 吸收 色素 光合 作用 是 由 光 吸 收 色素 受 光 激活 而 开始 的 , 光 吸 收 色素 可 分 为 两 类 , 一 类 是 主要 色素 ， 即时 - 绿 素 ， 另 一 类 是 辅助 色素 如 胡萝卜 素 等 。 1. HARE ( chlorophylls ) oe Zee, ASSEN Hebe Ae HA i 体 a 和 b ， 它 们 通常 是 (但 不 总 是 ) 呈 绿色 。 两 种 叶绿素 分 子 的 四 它们 的 区 别 是 ， 叶绿素 名 在 球 工 的 Cs。 位 上 是 甲 基 ， 而 叶绿素 b 在 该 位 置 上 是 一 个 醚 基 。 MY 和 BEES ROU, RY SROKA TL. MH he GEIR LTRS PR RE hie 位 构成 的 叶 绿 醇 〈《 phy tol ) 酯 化 形成 叶绿素 的 [于 FM. HARK a 和 的 吸收 波长 位 于 可 见 | Sos 8 光 区 ( 400 一 700nm ) A, 两 者 的 吸收 光谱 相 a : 似 ， 但 可 区 别 〈 图 9 一 23)， 叶 绿 素 a 总 是 存在 于 产生 0, 的 光合 细胞 中 。 在 所 有 绿色 植物 中 ， 几乎 都 可 以 找到 叶绿素 3 和 SAMRAT HE si: 等 藻类 植物 中 ， 存 在 叶绿素 a 和 “ 。 在 氰 细菌 Mat 中 只 有 叶绿素 a 。 在 光合 细菌 中 , 因 不 产生 氧 ， rae 所 以 没有 叶绿素 a ， 但 含有 与 叶绿素 a 不 同 的 CH， MMP Re Ab. om 2, 辅助 色素 ( accessory pigments ) \ 一 CE。 ZEA FEA LL, 除 含有 主要 色素 叶绿素 外 ， cH 还 含有 另 一 类 色素 。 它 们 吸收 光 能 后 必须 转移 ， CH, 给 叶绿素 。 故 称 辅助 色素 。 在 高 等 植物 中 ， 辅 cH, Heke AMP hLA. 最 主要 的 是 CWE b HC 一 CH， #( 8-carotene ) ("EEA PK BAEK AN H, 前 体 ) RIM-H HK (xanthophyll), MM GAA CH, 的 、 黄 的 或 紫 的 。 类 胡 划 下 素 在 可 见 光 内 的 吸 bt, "Weis SMR (19—23)6 HSS EC 一 ci 蔓 下 素 的 存在 ， 因 而 可 以 使 光合 植物 在 更 大 范 cH, 国内 吸收 可 见 光 。 在 红 藻 和 蓝 绿 藻 中 所 含 的 辅 图 9 一 22 mR a 和 的 结构 助 色素 是 落 胆 色素 。 在 a 中 R 为 CH 在 b 中 R 为 CHO 419 汉人 时 绿 未 ». 80 有 ej caer ey < fi) Re be fy 1 Hi ~ 40h 7/ : «RAE 1 、 \ ee oe we WN 人 \ we Ths | 波长 (nm) o~23 ”叶绿素 a、b 以 及 类 胡 葛 卜 素 的 吸收 光谱 CH, CH, CH,’ cH. CHin A ic ail | 1 | XKAAAAAA AAAS ON, aes " = CHs CH, CH; CH, B- 胡 罗 下 素 CH, ois CH | _ opin 5A 人 入 入 和 人 AAAA NAS 60-081 | CH, CH, daa, et CH, — ARO BK a. Hy CH CH CH CH, CH CH, day CH CH. CHy. «GH; H|—by |---|. =) pert BN | =e | Arex cAnAcANAg | HoH HOH + cer ein 藻 胆 色素 图 9 一 24、B- 胡 罗 小 素 、 叶 黄 素 以 及 洛 胆 色素 的 结构 三 、 光 反应 l 色素 分 子 的 激活 排列 在 类 圳 体 膜 上 的 光 吸 收 色素 分 子 组 合成 功能 单位 , 即 所 谓 光合 系统 (photosyste 巴 )。 在 所 有 绿色 植物 和 藻类 中 的 光 反应 , 都 涉及 两 个 光合 系统 ( 工 和 工 ) 。 虽 然 在 捕获 光 能 (hv) 和 将 电子 转移 给 受 体 分 子 方面 是 相似 的 ， 但 它们 是 叶绿体 中 的 两 个 光合 成 单位 。 这 两 个 系统 的 光合 作用 活性 通过 电子 转移 系统 而 相 联系 与 合作 (图 9 一 25), 并 且 通 过 光 反 应 产生 NADPH Al ATP 而 有 效 地 协调 。 q age e , . 2e- 》 是 NADPH -0.2 at 细胞 名 素 b。 bi HP EV) +0.2 a +0.4 +0.6 HARK I KARE 图 9 一 25 光合 作用 两 个 光 反 应 过 程 虽然 ， 光 合 系统 1 和 工 EV VMK 6800m 的 光 激 活 ， 但 光合 系统 1 可 被 波长 更 长 的 4 ( AB 700n™ ) 激活 。 光 合 系统 I MI 分 别 与 产生 NADPH、ATP 和 O. 的 反应 有 关 。 郊 谷 绩 菌 不 产生 氧 ， 只 有 一 个 光合 系统 。 在 每 个 光合 系统 中 ， 只 有 一 个 特殊 的 叶绿素 分 子 能 将 光 能 转变 成 化 学 能 。 这 个 有 oT Chee EG sa 光合 系统 的 反 a op mt 应 中 心 ( reaction ee et BEG I a eee, eae £9 29 写 在 右 下 边 的 数字 表示 最 大 吸收 时 的 波长 ) 。 在 叶绿体 中 , 叶绿素 分 子 的 浓度 比 光 合 系统 任何 其 他 中 间 物 的 浓度 都 高 得 多 。 对 每 个 光 反 应 来 说 ， 大 约 有 80 一 400 个 叶绿素 分 子 以 高 度 组 织 化 的 方式 紧密 地 包装 在 反应 中 心 周 围 。 当 421 一 个 光 收 获 叶 绿 素 ( light-harvesting chlorophyll ) 捕获 一 个 光子 时 ， 它 便 被 激活 * 即 它 的 二 企 电 子 上 升 到 激发 态 。 这 种 激发 很 快 转移 给 其 他 近邻 的 叶绿素 分 子 , BIE ABR PDA Proo Bk Peso. 由 于 Proo 和 Peso 只 需要 较 低 的 能 量 就 可 激发 ， 所 以 这 种 传送 的 能 量 有 效 地 使 这 两 个 色素 分 子 中 的 任何 一 个 转变 为 激发 状态 。 在 这 种 激发 态 中 ， 一 ARF BEB FE | BAI HAT MUS CP a 和 P us ) 。 在 光化学 反应 中 ， Pree Pane BECHRES— 国 瞬间 ， 便 发 生 了 光 能 向 化 学 能 转变 的 事件 。 2. HERA CHRM 1 ) 产生 NADPH 在 光照 条 件 下 ， 光合 系统 1 吸收 波长 为 700nm 以 下 的 光 ， 光 收获 《 或 称 天 线 ) 分 子 © (包括 叶绿素 和 浦 助 色素 ) 将 捕获 的 光 能 传递 到 反应 中 心 ， 使 反应 中 心 的 色素 分 子 Prw 激 i, 转变 成 激发 态 ， Pry 是 一 个 特殊 环境 下 的 叶绿素 a ， 如 前 记述 ， 它 与 一 个 特殊 的 蛋 BA SERB AW. MEM 发 状态 的 .Po 的 标准 氧化 还 原 电势 由 基态 的 + 0.4 伏 上 升 到 - 0.5 伏 。 这 种 高 能 状态 允许 P 供出 二 个 高 能 电子 给 最 初 的 电子 受 体 X( 尚 未 鉴定 出 )。 然后 通过 一 个 电子 传递 系统 ， 将 电子 交 给 NADP*+; 从 而 形成 NADPH。 这 个 电子 系统 包括 铁 氧 还 原 蛋白 还 原 物 ( FRS ) 和 铁 氧 还 蛋 折 来 自 最 初 受 体 上 的 电子 经 铁 氧 还 蛋 自 还 原 物 转 移 到 铁 氧 还 蛋白 上 。 然 后 在 铁 氧 还 蛋白 -NADP* 氧化 还 原 梅 催化 下 ， 将 电 也 从 铁 氧 还 蛋白 转移 到 NADP* 上 ， 产 生 NADPH。“ 铁 氧 还 蛋白 是 一 种 铁 - 硫 蛋 自 ， 含 有 两 个 铁 - 硫 中 心 。 铁 氧 还 蛋白 -NADPH* 氧化 还 原 酶 是 一 黄 素 蛋 白 ( 辅 基 是 FAD). 在 光合 系统 IH, 由 于 NADPH 的 合成 ， 结果 使 Pro 变 成 了 氧化 型 (Pt+re ) 。 在 该 系 统 再 次 被 激活 之 前 ， 必 须 得 到 一 不 惠子。 3。 光合 系统 工 ( 光 反应 工 ) 为 光合 系统 工 提供 电子 光合 系统 工 的 关 健 性 的 作用 是 为 光合 系统 I 被 氧化 的 Pr 供给 电子 ， 使 其 恢复 到 原来 的 基态。 这 里 有 -一个 电子 传递 系 统 , 把 两 个 光 反 应 连接 起 来 , 并 且 在 电子 传 闻 过 程 中 伴随 AT 的 生成 〈 图 9 一 25 ) 。 在 光照 的 条 件 下 ， 光 人 台 系 统 工 吸 收 波长 为 6d0nm 以 下 的 光 ， 通 重 过 与 光合 系统 MAO 的 机 制 使 Pes 转变 为 激发 态 。 光合 系统 下 的 叶绿素 分 子 是 & Ab, mE Be b 将 它 的 激发 能 量 经 叶绿素 a 传送 给 Pu 。 Poon 转变 为 激 发 态 时 /其 标准 电势 由 基态 的 +0.82 伏 上 升 到 ， -0.05 伏 。 这 样 ， 就 允许 Peon 把 一 个 高 能 水 平 的 电子 转移 给 最 初 的 电子 受 体 Q 物质 〈 可 能 REM) 。 eet ae BDRM TIH Pro ( FIS—25 9 该 电子 传递 系统 的 4, sion “fn Peas 的 局 示 YH SARL Poy 因 受 光 激 发 ， 所 释放 的 电子 经 电子 传递 系统 提供 络 tei s Pro 后， 本身 则 失去 电子 而 被 氧化 。 被 氧化 的 Pss。 必须 重新 接受 LF, ENON, 能 再 接收 光 能 ， 重 复 前 面 的 过 程 。 BURT UG ANITA EL EAS Poss 提供 电子 的 直接 供 体 ， ERDAS BO 的 交 氧 化 密切 相关 ， 而 且 H.0 分 子 是 光合 作用 的 电子 来 源 。 因此 ， 很 可 能 是 这 样 一 种 情况 ， 即 这 种 尚未 鉴定 出 的 直接 电子 供 体 为 Pogo 供出 电子 之 后 本 身 转变 成 一 种 强 氧化 剂 。, 这 种 强 氧化 剂 使 H;O 分 子 胞 解 产生 电子 并 放出 氧 ， 422 2H;O—>0, + 4H* + 4e7 4BELK HOSTS AMBA, 又 可 作为 还 原 剂 为 Puss 提供 电子 5 内 此 可 见 ， H,0 分 子 虱 解 的 原动力 来 自 光合 系统 下 受 光 激发 所 致 。 因 此 上 面 HO 盆 子 的 裂解 反应 被 称 为 HO 的 光 氧 化 光 解 反应 ) 。 业 已 证 实 HO Hue Mn?*, 在 PH7.0 时 jhMnit /Ma iE 9’ = 十 1.5 伏 ， iif 4-02 /H.0 的 E,' = +0, 82th. FUL, 强 氧 化 剂 很 可 能 是 一 种 含 Sia. 5. 光合 磷酸 化 在 光 反 应 中 ， 由 激发 态 的 色素 分 子 发 出 的 电子 沿 电子 传递 系统 传递 时 所 释放 出 的 能 量 推 动 ADP 磷酸 化 生成 ATE 的 过 程 叫 做 光合 磷酸 化 (photophosphoryjlation)。 光 合 磷 酸化 的 机 制 与 氧化 砚 酸 化 的 机 制 相 类 位。 当 电 子 由 光合 系统 工 的 最 初 电子 受 体 经 传递 系统 到 达 光 合 系统 I 时， 引起 质子 CH+ ) 在 类 圳 体 膜 内 空间 积累 ， 从 而 产生 一 种 跨 类 圳 体 膜 的 质子 梯度 ,， 这 种 质 i FRE EH ATP 合成 的 电化 学 推动 力 ( 如 图 9 一 26 所 示 )。 根据 光合 作用 的 实际 需要 ， 电子 沿 传递 系统 可 以 进行 非 循 环 式 和 循环 式 两 种 方式 的 传 图 9 一 26 光合 系统 工 和 工 以 及 光合 磷酸 化 Fie HOC AY, Hh SB.O+ ce 栈 内 空间 PSI 和 开 代 表 两 个 光合 系统 ; hv 代表 光 能 ; PQ 代表 RIKER, fy HH CAKE; PCH tk EH, FRS 代表 铁 氧 还 蛋 直 还 原 物 ; PD WKABEAs F 难 D 代 表 铁 氧 还 蛋白 -NADP+ 氧化 还 原 Me, CF 代表 偶 联 因素 (一 种 ~INADPH ATP & 成 酶 ) 。 | 递 。 因 此 ， 光 合 磷酸 化 也 吉 两 种 不 同 的 方式 ， 即 非 循环 式 和 循环 式 光 合 磷酸 化 (图 9 一 25)。 (1 ) 非 循环 式 光合 磷酸 化 由 光合 系统 工 的 反应 中 心 Ps 激发 出 的 电子 经 电子 传递 系统 传 至 KAR 统 工 的 反应 中 ® Pio BAP... 激发 出 电子 并 用 于 NADPt 的 还 原 。 电 子 不 再 返回 到 原 发 位 置 《Piso) ,在 APRA AL LD SAEED 系统 [的 Ps ASSL ARIE FEE ATP 的 全 成 。 这 就 是 非 循环 式 光 合 磷酸 化 。 非 循环 式 光 合 磷酸 化 的 特点 是 电子 传递 涉及 两 个 光合 系统 /电子 沿 传递 系统 走 了 “Z” 形 路 线 ( 图 6 一 25 ) 之 后 用 来 还 原 NADP+， 失去 电子 的 Ps HO 的 光 解 反应 让 重新 获得 电子 。 (2 ) 循 环 式 光 合 磷酸 化 当 NADP+ 不 足 < 即 NADPH 信 水 平 很 高 ) 时 ， 由 光合 系统 反应 四 让 Poop 激发 出 的 电子 可 选择 另外 一 种 电子 传递 方式 ， 即 循环 式 电子 传递 。 在 此 传递 方式 中 ， 电子 不 是 用 于 NADP* 的 还 原 ， 而 是 经 光合 系统 T 的 最 初 电子 受 体 传递 至 细胞 色素 b， 再 经 质 体 睫 、 细胞 色素 f 和 质 体 蓝 素 返 回 到 P;。， 从 而 形成 一 个 循环 式 的 电子 传递 路 线 。 在 电子 传递 过 程 中 三 放 的 能 量 推动 着 ATP Kem C925). KREME ERAS. 一 般 认 为 ， 当 绿色 植物 细胞 含有 很 丰富 的 NADPH 、 但 需要 能 量 (ATE ) 时 ， 就 会 出 现 循环 式 的 电子 流动 和 光合 磷酸 化 ;5 光合 细胞 的 这 种 调节 机 制 目 前 很 少 为 人 所 知 。 循环 式 光合 磷酸 化 只 涉及 到 光合 系统 I ,而 且 不 涉及 NADP 五 的 形成 ,也 没有 O:, 的 产生 。 在 光合 细菌 中 ， 由 于 只 存在 光合 系统 I ， 因 而 ATP 是 在 循环 式 的 电子 流动 中 产生 的 。 综观 上 述 两 个 光 反 应 ， 当 一 分 子 的 O*。 从 两 分 子 HO 的 光 解 反 应 中 产生 时 ， 通 过 两 个 光合 系统 ， 总 共 可 以 产生 两 分 子 的 NADPH, Tok 1 RRP. w—Ow : 2H,0+2NADP* —» O,+2NADPH +2H* 虽然 上 面 的 反应 出 现在 光 反 应 中 ,但 它 不 服从 热力 学 原则 。 按 照 热 力学 的 观点 ， 电 子 总 是 沿 标准 氧化 还 原 电势 递增 的 方向 传递 的 。 因 -2Oi/H,O 的 已 , 为 +0.82 tk, iti NADP*/ NADPH 的 FE 为 -0.32 伏 ， 上 面 的 反应 要 想 进行 ， 就 必须 输入 能 量 oj 由 于 在 光 反 应 中 碳 光 能 输入 到 了 光 反 应 系统 中 ,， 从 而 推动 了 热力 学 上 不 利 的 NADP+ ARR. ,然而 存在 每 个 电子 传递 系统 中 ;如 在 图 9 一 25 中 指出 的 ， 电 子 的 传递 是 服从 热力 学 原则 的 5 以 在 志 子 传递 过 程 中 能 够 释放 出 能 量 , 并 推动 ATP 的 合成 。 也 就 是 说 , PERM, MAMIE 成 了 富 能 的 NADPH 和 ATP。 ‘IdAVY-AMBRA HIGaAy ; y 4 7m #9 FD a 四 、 暗 反应 (oe a 4 A 光 反 应 产生 的 还 原 物 NADPH 经 一 系列 的 酶 催化 ， 将 CO , 还 原 成 单 糖 的 过 程 称 暗 反 应 。 在 暗 反应 中 所 需要 的 能 量 由 光 反 应 产生 的 ATP 提供 。 在 绿色 植物 中 ， 暗 反应 发 生 在 叶 绿 体 的 可 溶性 基质 中 ， 暗 反应 在 暗 处 或 有 光 的 条 件 下 都 能 进行 CO 被 固定 并 还 原 成 糖 的 一 系列 生物 化 学 反应 是 M。Calvin 及 其 助手 揭示 出 来 的 。 这 ， 一 系列 的 反应 梅 成 了 一 个 循环 ， 称 为 三 碳 循环 或 Calvin 循环 (图 9 一 27 ) 。 他 们 将 “C- 标 424 ‘ 6 NADP* | 6 NADPH tas COOPO;- ° 4 6H" eeR TERE Ps ie 2 eae KO" Geo DS ots kd +> HO—C—H 6ADP | @ 55 全 二 CoR | 5 CH,OPO,?- si | H—C—OH 6ATP 加 Hp CH: OPO* Leen Coo- | | | a | aa ied CH,OH # ae ae ok GFK d 7 = CH,OPO,?- C=O | bi B 4 | CH, OPO: in AO CH,OPO,2 & BGO: | | cH,opo| 二 RD Rn i did 6 -@ 说 | 9 | 人 # 3 H-C_oH CHORD, ® M4 1 re H—C--OH e+ thet 5509) “tbat | | ai ated H—C—OH 和 : = 名 一 | mer H—C--OH call pay co | : _ SADP he ace CH,OPO,2 各 3ATP-/ |@ CH,0H 和 CH,OH 了 ¥ jo d-0 > she 0 2 ele | 2 3 H—C—OH 70 C—H Ez a9 | aS H—C—OH CH,OH Lang H—C--OH = | | 2 | 党 CH,OPO,?- C=0 | H—C—OH 1] ‘ | HC 一 OH | ds @ HO—C-—H | H—C—OH 3 | HC 一 OH | e WC ..Ot | CH,OPO,?- CH,OPO,? . ; CH,OPO,?- en ae TPP] @ | a, a | CH.OH CHO | H—C-.0H | @ HO-C—H H—C—O ie | 一 CaO， | | CH:OPOs- CH, OPO, ee eg | Al 9 一 27 三 碳 循环 的 反应 过 程 。 二 磷酸 酶 © Dena i @@ 果 糖 二 由 磷酸 丙 糖 异 构 酶 ORGS 425 ae | ORM ORFKHKE OFM “名 磷酸 核 酮 糖 激酶 记 的 CO， 给 与 植物 ， 使 之 进行 光合 作用 ， 在 不 同时 了 内 快速 使 细胞 致死 ， 提取 出 生成 物 ， 采用 双向 纸 层 析 和 放射 性 自 显影 的 方法 ， 分 析出 不 同时 间 内 含 放射 性 的 代谢 中 间 物 。 结 采 发 现 ， 在 20 秒 或 更 短 时 间 内 光合 作用 产物 中 90% 的 “C 出 现在 3- 磷酸 甘油 酸 中 。 如 果 时 间 延长 二 则 "5C 出 现在 3- 磷 酸 甘 油 醛 、 磷 酸 二 羟 丙 酮 以 及 磷酸 化 糖 中 。 时 间 再 延长， es 4C 的 有 机 物 更 多 。 因 此 ， 他 们 断定 3- 磷酸 甘 油 酸 是 光合 作用 瞳 反应 的 第 一 个 产物 沁 机 物 都 是 由 它 转变 而 成 的 。Calvin 还 探讨 了 各 种 化 合 物 中 MC 的 具体 分 布 ， 并 在 过 基础 上 EIGHT CO, 国定 的 途径 (图 9 一 277。 从 图 :9 一 27 可 以 看 出 ， 在 整个 循环 中 有 许多 中 间 反 应 步骤 与 糖 酵 解 、 砍 酸 已 糖 支 路 以 及 糖 异 生 等 过 程 的 反应 相同 或 相似 ， 唯 有 第 一 、 十 一 两 册 反 应 为 光合 作用 所 特有 。: i, 所 OO， 的 固定 | CO, 的 受 体 分 子 是 1, 5- 二 磷酸 核 酮 糖 ， 它 在 1, 5- 二 磷酸 核 酮 糖 羧 化 mast FRI 水 解 成 3- 磷 酸 甘 油 酸 。 此 步 是 CO， ee FEI RAL AD BO TE Ps 首先 1,5- 二 磷酸 核 酮 糖 在 C-2 和 C-3 位 发 生 燃 醇化， 在 C-2 位 产生 一 个 负 碳 离子 。 这 个 负 碳 离子 是 CO， 亲 电 者 成 的 部 位 ， 接 着 就 形成 亲 电 加 成 中 间 物 # 由 间 物 一 经 形成 就 被 水 解 ， 产生 两 分 巴 的 3- _ 磷酸 甘油 酸 。 一生 2 GH.OPOQ2- CH OPO. > CH,OPO3- 8. HJ i | | ne C=O ¢C—OH -~H+ ©@C—OH > Lf | l — — | 47 Hac—OH = 一 全 C—O—H) +H: ..c=—0 ae | | 8 | iad H—C—OH H=—C—@n H—C—OH yy | | | 6296+ 3 CH,OPO3- CH,OPO3- CH,OPO 3- + O=C=O 一 CO， f as : 5 ‘CH@PO}- ia OOOF -0ODC 一 C 一 OH q 1 i ae + H—C—OH tho C=O | | CH:OPOi= CH,OPO3- ee ee CH,OP37 | 2。 3、 磷 酸 甘 油 酸 的 还 原 3- 磷 酸 甘 油 酸 在 3- 磷 酸 甘 油 酸 激 酶 的 催化 下 转变 成 1 3- 二 磷酸 甘油 酸 ， 然后 在 3- 磷 酸 甘油 醛 脱氧 酶 的 催化 下 ， 由 光 反 应 产 生 的 NADPH 将 1 3- 二 磷酸 甘油 酸 还 原 成 3- 磷 酸 上 甘油 醛 。 这 两 更 反应 与 糖 异 生 作用 的 两 步 反 应 基本 相同 ， 其 差别 是 还 原 剂 的 不 同 。 如 果 初 始 反 应 是 由 三 分 子 的 1, 5- 二 斐 酸 核 酮 糖 开始 ， 那 么 至 此 则 有 六 分 子 的 3- 磷 酸 甘 油 醛 形 成 。 426 3。 1,5- 二 磷酸 核 酮 糖 的 再 生 te 二 于 SS) Fi3-BERE HR S— 4) FO RRR Fd (3-H pee) 在 醛 绾 酶 的 催化 平生 成 果糖 :1, 6- RR, SREY 1, 6:- 二 磷酸 经 果糖 二 磷酸 酶 作用 生 成 果糖 -6= 磷酸 ”后 再 与 另 一 分 也 的 3 磷酸 甘油 醛 在 转 酮 醇 酶 的 催化 下 ， 产 生 一 分 子 的 5- 磷酸 木 酮 糖 和 一 分 子 (4 BRR ORES GE. 4- 磷酸 示众 糖 与 另 一 分 子 的 磷酸 二 羟 丙 酮 ( 由 3- 磷 酸 甘 油 醛 转 变 而 成 ) 在 醛 缩 酶 的 作用 下 生成 1, 7- 二 磷酸 景 天 庚 酮 糖 ， 后 者 在 庚 酮 糖 二 磷 酸 酶 催化 下 除去 C-1 位 上 的 磷酸 基 ， 生 成 7- 磷 酸 景 天 庚 酮 糖 。7- 磷酸 景 天 庚 酮 糖 与 另 一 分 子 的 33 磷 酸 甘 油 醛 在 转 酮 醇 酶 的 催化 下 ， 生 成 5- 磷 酸 木 酮 糖 和 5- 磷 酸 核糖 。 至 此 有 两 分 子 的 5- 磅 酸 木 酮 糖 生成 ， 它 们 可 在 表 异 构 酶 的 作用 下 转变 成 5- 磷 酸 核 酮 糖 。5- 磷 酸 核糖 在 异 构 酶 的 催化 下 也 可 转变 成 5- 磷 酸 核 酮 糖 。5- 磷 酸 核 酮 糖 在 磷酸 核 酮 糖 激酶 的 催化 下 重新 生成 1, 5- 二 磷酸 核 酮 糖 ， 后 者 又 可 ， 以 重新 参与 CO， 的 固定 反应 。 上 述 各 步 反 应 如 图 9 一 27 所 示 ， 其 中 大 多 数 反应 与 磷酸 已 糖 CT ale eal th aia te ars | 葡 葡 糖 的 生成 。 Pa as gH], 5 — BARRERA ATE COs iAIaE 体 同时 会 与 三 碳 循环 ， 结 果 是 三 分 子 的 囊 豆 二 磷酸 核 柄 糖 重新 生成 ， 并 且 还 有 -一 / 分 子 的 3 DEAE Res URE ass 2 |， 磷酸 核 酮 糖 同时 开始 反应 ， 便 有 两 分 子 的 3- 磷 酸 甘油 醛 节 余 ， 其 中 一 分 子 经 异 构 化 转变 成 磷 酸 二 凑 丙 酮 。 于 是 一 分 子 的 3- 磷 酸 甘 油 酶 与 一 分 子 的 磷酸 二 产 丙 酮 缩合 ， 并 沿 与 糖 异 生 相同 | 的 反应 生成 果糖 或 葡萄 糖 。 三 碳 循环 本 身 的 净 结 果 是 生成 磷酸 再 糖 。 由 三 碳 循环 固定 去 分 子 的 CO。 并 债 其 还 原 ， 最 终生 成 葡萄 精 的 总 反应 是 ， 6CO,+18ATP+12NADPH + 12H'+12H,0 —>C,H;,0,+ 18ADP + 18Pi+ 12NADP* RV, 5 FB RA we GE EH 1853 FA ATP 和 12 分 子 的 NADPH. cs iL I E LAYD HT k—B E 蔗糖 、 纤 维 素 以 及 其 他 结 eo i PER 1 Se 关于 年 代 ， 澳 大 利 亚 的 两 位 生物 化 学 家 Hatch 和 Slack MMR, Part 有 高 梁 等 高 产 作物 ， 有 一 个 转运 CO, 的 附属 途径 ,为 三 碟 循环 提供 高 浓度 的 CO,。 Docks eet ue deo ee cet | Aiea. —28 I 4-4 ( Mesophyll cells ) ， 与 空气 接触 ; 另 一 类 是 维 管束 名 网 (Bundle-Sheath cells ) ， 位 于 叶肉 细胞 的 里 侧 。 这 两 类 细胞 进行 两 种 不 同 的 固定 CO, 的 天 应 ， 哇 肉 细 胞 以 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 作 为 CO SEK, IRR ACO CO, 形成 草 酰 乙 和 酸 。 和 草 酰 乙 酸 转变 成 苹果 酸 后 进入 到 维 管束 细胞 的 叶绿体 内 ， 在 叶绿体 内 脱羧 释放 COL, 并 转变 成 丙酮 酸 。 丙 酮 具 进 入 叶肉 细胞 ， 并 在 叶肉 细胞 内 重新 转变 成 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 ， 完 成 上 一 次 循环 。 由 于 CO, 固定 后 的 最 初 产物 草 酰 乙 酸 是 一 种 四 碳 双 羧 酸 ， 所 以 这 个 循 环 就 山 做 «DEBE AN PRB EIR BR UR (也 叫 Hatch-Slack 途径 ) (图 9 一 28)。 在 维 管束 细 网 的 叶 ep 种 功能 的 植物 叫做 四 碳 植 物 。 缺 乏 四 碳 双 羧 酸 循环 的 植物 称 为 三 碳 植 物 吕 三 碳 循 环 在 这 两 类 427 植物 中 都 存在 。 四 碳 植物 为 什么 能 进行 四 碳 双 羧 酸 循环 呢 ? 因为 在 这 类 植物 的 叶肉 细胞 的 叶绿体 内 有 两 种 特殊 的 酶 。 一 种 是 丙酮 酸 -磷酸 二 激酶 ( Pyruvate-Phosphate dikinase ) ) 另 一 种 是 磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 羧 化 酶 。 再 酮 酸 -磷酸 二 激酶 能 利用 一 分 子 的 ATP 使 丙 柄 酸 和 .无 -机 和 磷酸 分 别 磷 酸化 ， 生 成 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 和 焦 磷酸 。 焦 磷酸 的 水 解 可 以 推动 这 一 反应 向 右 进行 。 COO- COO- C=O + ATP+Pi—» C—OPO2-+AMP+PPi 全 | | CH, CH. PPi+H,O0 —> 2Pi BEG JAG AS SAT GR LIS RELL, CO. 的 固定 反应 。 该 酶 在 叶肉 细胞 的 叶绿体 内 活性 很 高 ， 并 Hat CO. 有 很 高 的 亲和力 。 因 此 ， 该 酶 具有 很 强 的 固定 CO. MEA, 即使 在 热带 空气 中 CO, 浓度 很 稀 的 情况 下 ， 仍 能 高 效 地 固定 COx*。 这 里 ， 叶 肉 细胞 的 叶绿体 起 着 收集 和 浓缩 空气 中 CO. 的 作用 。 ee COO- oe ays | Rigs | C 一 OPOI- +Cos +HiO — + 卫 运 周 1 | CH, i CO0- 这 个 酶 不 存 于 动物 细胞 中 ， 不 能 与 磅 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 执 激酶 混 光 。 “9 在 叶肉 细胞 中 羧 化 生成 的 草 酰 乙酸 也 可 通过 转 氮 作 用 产生 天 冬 氟 酸 ， 后 者 进入 到 维 管束 细胞 后 脱 氮 并 脱羧 ， 产 生 CO9:， 供 三 碳 循环 利用 。 由 于 丙酮 酸 -磷酸 二 激酶 催化 反应 的 特殊 性 ， 所 以 当 -一 分 子 CO, 从 叶肉 细胞 转运 到 维 管 束 细胞 中 时 需要 消耗 两 个 高 能 磷酸 基 。 那 么 ， 在 四 碳 植物 中 ， 通 过 四 碳 双关 酸 循环 和 三 碳 特 环 共同 运行 合成 一 分 子 萄 萄 糖 时 所 消耗 的 ATP， 比 三 碳 植 物 只 通过 三 碳 循环 合成 一 分 子 萄 萄 糖 所 消耗 的 ATP 多 。 6CO, + 30ATP + 12NADPH + 12H*+24H,0 一 CyHi20,+30ADP + 30Pi+ 12NADP* 在 四 碳 植物 中 ， 维 管束 细胞 叶绿体 内 CO, 的 高 浓度 是 加 快 光 合作 用 的 速度 所 OM. A 当 光 很 充足 时 ，C9， 的 量 就 成 了 光合 作用 速度 的 限制 因 墙 。 所 以 能 量 的 额外 消耗 BAO A. 这 也 是 热带 作物 高 产 的 重要 原因 。 428 4 C O :( 空 气 ) at To 站 eaesee eee = elepPetieeweene = = = & = & - - =--* = 46 -* - - mm 一 --= « 叶肉 细胞 RL | NADPH+H* NADP* Coe 155. OBE 图 9 一 28 四 碳 双 羧 酸 循环 及 其 功能 ”磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 羧 化 酶 ; - QERNADP* 的 苹果 酸 脱 氢 酶 ; 图 革 果 酸 酶 ; 和 由 丙酮 酸 一 磷酸 二 激酶 。 五 、 光 呼吸 在 夜晚 ， 在 三 碳 植物 和 四 碳 植物 的 叶 细 胞 线粒体 中 都 能 进行 呼吸 作用 和 磷酸 化 作用 。 通 过 仔细 分 析 氧 和 二 氧化 碳 的 交换 速度 ， 表 明 三 碳 植 物 在 光照 下 也 存在 消耗 氧 包 呼吸 作用 。 但 是 ， 这 是 一 种 与 线 粒 休 呼吸 作用 不 同 的 过 程 ， 它 不 被 氰 化 物 抑 制 。 这 种 在 光照 下 消耗 氧 的 过 程 叫做 光 呼 吸 ( Photorespiration ) 。 在 三 碳 植物 中 ， 光 呼吸 的 主要 底 物 是 乙醇 酸 ， 它 是 由 磷酸 乙醇 酸 去 磷酸 后 产生 的 ， 而 磷 酸 乙 醇 酸 是 1, 5- 二 磷酸 核 酮 糖 与 0 作用 ( 即 氧 合作 用 ) 的 产物 。 CH,OPO;- | C=O GO- | | CH,OPO3- H—C—OH + O,2——» H—C—OH + | | | COO- H—C—OH CHLOPO2- | ‘ CHyOPO; 3— iF AR EF int 2 BEAR Z BEAR CH,OPO3- bo . CHOr 2 3 +H,0 种 磁 酸 酶 ; -_ Pi COO- BUCY | COO- a ier 乙醇 酸 后 续 代谢 发 生 在 过 氧化 物 酶 体 ( Peroxisomes ) 中 。 在 那 此 被 乙醇 酸 氧化 酶 氧化 产生 乙 醛 酸 和 H:O,， 后 者 可 被 过 氧化 氢 酶 分 解 产 生 H:O 和 0O:。 乙 醛 酸 可 被 氧化 成 草酸 ， 和 草酸 易 分 解 产 生 CO,。 乙 醛 酸 也 可 转变 成 甘氨酸 和 其 他 物质 。 站 二 于 光 呼 吸 的 发 生 归 因 于 1, 5 二 磷酸 核 酮 糖 次 化 酶 的 特殊 性 质 。 这 个 酶 不 仅 具 有 羧 化 酶 的 活性 ， 而 且 也 具有 加 氧 酶 ( Oxygenase ) 的 活性 。O, 不 仅 与 CO. 竞争 酶 的 活性 中 心 ， 而 且 可 以 取代 CO, 而 参与 反应 。 究 竟 反 应 如 何 进行 ， 取 决 于 CO, 的 深度 。 当 CO, 浓度 较 低 时 ， 呼 吸 作 用 加 强 ， 当 CO. 浓度 高 时 ， 光 合作 用 加 强 。 Anyom 光 呼 吸 看 来 是 一 种 浪费 过 程 ， 它 将 有 本 夏 苇 化 成 CO:， 而 不 产生 ATP 和 NADH, 这 与 线粒体 呼吸 作用 相反 。 在 缺乏 四 矶 途 径 的 三 碳 植物 中 ， 因 光 呼 吸 而 减 DT CO. 固定 成 糖 的 机 会 。 但 在 具有 四 碳 途 径 的 热带 植物 中 ， 光 呼吸 很 弱 ， 因 为 维 管束 细胞 中 的 1, -二 磷酸 核 酮 糖 次 化 酶 处 在 高 深度 的 CO, 系 件 下 ， 忆 5- 二 磷酸 核 酮 糖 的 氧 合作 用 被 竞争 性 地 抑制 。 当 温度 升 高 时 ，1, 5- 二 磷酸 核 酮 糖 羧 化 酶 的 加 毛 酶 活性 比 羧 化 酶 活性 增高 快 ， 因 此 ， 四 碳 途 径 在 高 温 下 减少 光 呼 吸 就 显得 特别 重要 。 四 碳 植物 和 三 碳 植物 在 地 理 上 的 分 布 现 可 以 从 分 子 水 “， 平 上 了 解 。 四 碳 植物 由 于 有 上 述 优点 ， 所 以 它们 主要 分 布 在 热带 三 碳 植 物 因 缺 乏 四 碳 途 径 ， 其 只 能 在 比较 低 的 温度 下 〈 大 约 低 于 28 ) 有 效 地 进行 光合 作用 ， 所 以 它们 主要 分 布 在 温带 地 区 。 有 人 正 试图 用 光 呼 吸 抑制 剂 抑制 光 呼 吸 作用 以 提高 三 碳 植物 CO: 固 定 效率 ; 也 有 人 企图 用 生化 育种 的 方法 筛选 出 光 呼 吸 低 的 品种 。 但 愿 这 种 努力 获得 成 功 。 Pe ; PAR Me MMH .下 Sea bE a WA RRR One | | ) OE ESR a | iodd ) ASCE 恒 cS ae | 6 LSPS FG 430 第 十 章 脂 类 代 谢 bese eK 大 类 化 合 物 已 在 第 二 章 介 绍 。 本 章 主 要 介绍 Ne iE. FES WIRE 活体 内 的 分 解 、 合成 和 相互 转变 的 过 程 。 并 进 盖 步 阐 明 这 些 转变 的 生理 意义 。 汪 脂 拓 化 合 物 的 吸收 和 运 Be us 用 并 化合 易 在 动物 体内 的 吸收 由 小 局 完成 同人 吉祥 脸 沸 出 食物 脂肪 40% 水 解 成 甘油 和 脂肪 酸 ， 约 10% 以 三 酰 甘油 形式 被 吸收 ， 其 余 则 以 部 分 水 解 产物 如 2- 单 酰 甘 油 和 二 酰 甘油 被 吸收 ， 水 溶性 甘油 离开 肠 而 由 门静脉 吸收 。 Be CFM RDLF 1 RRR EE AR D1 TER CE ER RRR aE 于 脏 。 长 链 脂肪 栈 式 十 四 碳 以 二 ) 不 管 是 以 自由 形态 喂 入 还 是 以 三 酰 甘 油 形态 喂 入 ， 闪 平 是 定量 地 以 再 生 三 酰 鞭 油 的 形 起 以 乳 及 微粒 状 出 现在 淋巴 中 。 KERMA EE lum, 为 脂 蛋 白 ， ERAN 类 ， 还 含 少量 蛋白 质 。 这 些 乳 糜 微 粒 经 胸 导 管 和 其 它 辅助 导管 如 颈 静 脉 等 进入 血 流 中 ， 输送 到 身体 各 部 位 ， 其 中 一 部 分 经 适当 改造 形成 贮 脂 ， 一 部 分 氧化 分 aria ao 部 分 参与 合成 细胞 膜 及 其 它 生 物 膜 的 各 种 成 分 。 -甘油 磷脂 在 外 肠 内 被 磷脂 酶 水 解 成 甘油 、 脂肪 酸 、 磷 酸 和 一 些 含 os Ri TAU, th FT DORAN RRL SER LR TARA PES a EL SE AA oe 、 影 响 脂 类 吸收 的 因素 影响 脂 类 吸收 的 因素 很 多 ， 如 脂 类 的 水 溶性 、 脂 类 与 蛋白 质 的 相互 作用 、 脂 类 形成 微粒 以 及 重新 合成 甘油 三 酰 的 酶 的 专 一 性 等 的 差异 ， 都 会 影响 脂 的 不 同 吸收 途径 。 在 这 些 因素 中 ， 影 响 脂 类 穿 过 肠 粘 膜 的 因素 最 重要 的 是 肠 腔 的 去 污 剂 。 当 胆 与 肠 道 间 完 全 阻塞 时 ， 胆 汁 不 能 流入 肠 腔 ， 会 造成 严重 的 肝 功能 退化 和 IE 成 ， 脂 类 吸收 完全 受阻 。 无 胆 色 素 的 娄 便 ， 脂 含量 很 高 ， 并 有 很 多 脂肪 酰 钙 盐 。 体 内 脂 溶性 注 主 素 的 成 履 也 大 大 降低 。 由 于 胆 酸 盐 可 与 单 栈 甘 油 和 其 它 脂 溶性 物 质 等 形 孔 汇 肖 微粒 ， 这 微粒 可 经 肠 粘膜 表面 的 水 层 而 移动 ， 故 胆 酸 盐 可 将 脂 类 乳化 ， 并 载 脂 跨 过 肠 粘 膜 屏障 。 虽 然 胆 酸 起 载 脂 作用 跨 过 肠 粘膜 ， 但 胆 酸 并 不 进入 淋巴 循环 ， 而 是 进入 静脉 看 循环 ， 被 肝脏 运 回 到 十 二 指 肠 。 经 肠 肝 循 环 ， 胆 酸 的 损失 量 不 多 ,少量 出 现在 外 周 血 中 ，- 每 天 约 有 500mg 由 SER HEM. mM 影响 脂 类 从 肠 吸收 的 第 二 4 、 因 素 是 肠 粘 膜 的 代谢 活性 。 肠 粘 膜 的 酶 把 脂肪 酸 、 Be 油 、 三 酰 甘油 转变 为 三 酰 甘 油 。 肠 粘膜 对 固 醇 类 的 吸收 有 选择 性 ， 特 别 对 植物 性 固 醇 有 选择 杆 伏 主要 的 矢 物 固 醇 中 只 有 胆固醇 《不是 胆固醇 酯 ) ， 它 易于 跨 过 肠 壁 经 由 乳 糜 途 径 吸 收 。 二 、 血 浆 脂 蛋白 与 脂 的 运输 由 于 大 部 分 脂 实 际 上 都 不 溶 于 水 ， 故 这 些 物质 在 血浆 中 的 运输 是 与 专 一 性 蛋白 质 结合 而 完成 的 。 实 际 上 ， 在 血浆 中 没 肚 哪 一 种 脂 不 与 蛋白 质 结合 。 这 些 脂 蛋白 运输 系统 的 脂 蛋 和 白 是 He ABE C2026 ) 和 肝脏 80% ) 所 制造 ， 这 运输 系统 为 组 织 提供 脂 类 主要 是 三 酰 其 油 ， 用 于 氧化 供 能 和 贮存 。 RRA 正常 血浆 在 吸收 完毕 时 ， 每 升 血 含 500mg 总 脂 。 其 中 4 120mg H =MeHM, 2204 20mg 胆固醇 及 其 酯 。 磷 酸 甘 油脂 类 组 分 在 血浆 中 约 含 人 磷脂 酰 胆 碱 的 浓度 比 磷 生 酰 乙醇胺 高 。 自 由 脂肪 酸 很 少 。 虽 蛋 白 除 乳 糜 人 向 粒 外 ， 主 要 有 极 低 密 度 脂 蛋 白 、 低 密度 脂 蛋 自 、 Pe HOR 度 脂 蛋白 四 种 。 它 们 的 成 分 及 一 些 性 质 见 第 二 章 表 2 一 5 or 第 二 节 ”甘油 三 脂 的 分 解 代 谢 ， 进入 细胞 的 甘油 三 酯 的 量 是 很 有 限 的 ， 在 血浆 中 移动 的 脂 蛋白 脂肪 酶 可 以 使 之 永 解 ， 脂 肪 组 织 OSEAN (ASIA TE AAI TS 和 白 上 ， 甘 油 则 经 3- 磷 酸 甘 油 进入 酵 解 途径 。 一 、 甘 油 的 分 解 代谢 + HA FORE MIMO REIL, 1B RARER tT, RI, CH.OH ATE ADP CH,OH NAD’ NADH +H: Bee to a O SSS ee 磷酸 甘油 激酶 | RRMA — CH,OH CH,—O—P—O- | O fi 42 i; a ee omens ERS — 7M, 可 经 糖 酵 解 途径 继续 分 解 氧化 生成 丙酮 酸 ， 进入 SORTER 径 ， 彻 底 氧 化 ， 也 Dee RURAL. TS MESS RE ee 肪 和 磷脂 等 的 合成 原料 。 二 、 脂 肪 酸 的 分 解 代谢 进入 细胞 中 的 脂肪 酸 ， 除 了 一 部 分 重新 合成 脂肪 作为 贮 脂 外 ， 大 部 分 氧化 供 能 以 满足 体 432 内 能 量 之 需 。 脂 肪 酸 分 解 氧 化 的 主要 途径 首先 是 通过 ATP、CoASH 等 的 作用 ,使 脂肪 酸 转变 为 脂 酰 一 CoA。 然 后 通过 脂 酰 基 B- 碳 原子 上 的 氧化 ， 使 脂 酰 基 以 二 碳化 合 物 形式 断裂 O 成 CH,C~CoA, 因此 这 个 氧化 途径 称 为 脂肪 酸 分 解 的 6- 氧 化 途径 。 (一 ) 脂 肪 酸 分 解 的 B- 氧 化 途径 Be 6- 氧化 途径 降解 饱和 脂肪 酸 需 经 六 个 步骤 。 1, 脂肪 酸 的 活化 ,活化 过 程 实际 上 就 是 把 脂肪 酸 转 变 为 脂 酰 一 CoA。 脂 肪 酸 在 ATP 供 能 以 及 CoASH 参 与 下 ， 由 脂 酰 一 CoA 合成 酶 催化 ， 即 可 完成 反应 。 其 反应 分 两 步 进 行 。 首 先 是 脂肪 酸 的 羧 基 氧 亲 核 攻 击 ATP 的 c- 磷 原子 ， 形 成 脂 酰 ~ 一 AMP。 $45 Rcg as PPi 70 GAP oF Garg hae RA J Migpardhaop: Sees Lee 5 二 A iP OP —O—p—O-. == O~P —O—RA(RC~AMP) bt all | ii Q5r01@ O- 然后 ， 再 由 CoASH EW RAREST RS RREA, RARER, Tee O VA BH 一 CoA。 MP 的 高 能 混合 酸 本 键 转变 为 高 能 硫 醒 键 。 O O 4 | ovine —O—RA 古训 一 C5X AS O- 合成 酶 机 一 CoA 合成 酶 。 其 名 称 是 按 其 催化 最 快 的 脂肪 酸 链 的 长 度 而 定 。 如 乙酰 一 CoA 的 合成 酶 ， ne RUE BER, (BE ip BB AE LR RS wt FY CoA 衍生 物 。 该 栈 需 Mg i 和 政 ， 广 泛 分 布 和 于 各 生物 体 中 。 还 有 一 种 亏 酰 一 CoA 合 成 酶 ， 在 反应 时 不 生成 AMP on ADP， 它 也 能 催化 再 酸 ， 并 较 慢 地 催化 丁 酸 形成 相应 CoA 衍生 物 。 LBAC oo ae O a ei RC~ SCoA +AMP tue! oon CHCE >t ATP + CoASH -一 > RS ADP + Pi 第 二 种 酰基 一 CoA 合成 酶 催化 C,—Ci. 脂 酰 一 CoA 的 合成 ， 称 为 辛 酰 一 CoA 合成 酶 ， 它 在 动 、 植 物 中 都 存在 ， 并 需要 Me’. 第 三 种 酰基 一 CoA 合成 酶 ， 催 化 Cu 一 Cis 脂 酰 一 CoA 的 合成 ， 称 为 十 二 脂 酰 一 CoA 合 成 酶 。 存 在 于 动物 肝脏 、 酵 母 和 其 它 细 菌 中 。 以 上 脂 酰 一 CoA 合成 酶 多 存在 于 细胞 内 质 网 和 线粒体 外 膜 。 在 线粒体 基质 中 还 含有 一 433 种 脂 酰 二 CoA SRM, AEF GTP 来 代替 ATP， 它 只 能 活化 长 链 脂 肪 酸 ， 而 且 生成 的 产物 不 是 GMP 而 是 GDP。 AS 9 O 5 WD Da VA ; RC—O7 + GTP +CoASH 一 > RC~SCOA + GDP + Pi eT VLERTRINIGHE—COA SHRM MEIC StS (LN MR EE EIS 也 可 通过 畏 酶 A 一 转移 酶 (Thiophorases ) 众 化 ， 把 琥珀 酰 一 CoOA AY CoAS-- 基 团 转 移 到 忆 些 短 链 脂 肪 酸 主 作成 得 链 脂 栈 CA。 这 和 可 活化 方式 ， 在 PF abe BIE IR ZZ CoA ce ae ei | LT Ath Pa x it 2, 脂 酰 .一 CoA 向 线粒体 基质 转移 | Me WI 2S ANE 脂肪 酸 氧 化 酶 系 都 存在 于 线粒体 中 。 在 线粒体 外 合成 的 脂 酰 一 酰基 肉 毒 碱 A E,= eo Eh,E,= AS ae WRG JE eS 加 10-1 Ce PE WH IE 4 Ee ON AA FS RR EEE HE EB 抗原 性 不 同 的 同 工 酶 ya ae fey Fy NEA RETR, Je CoASH 释放 于 膜 外 ， 而 后 者 则 催化 进入 膜 内 的 脂 酰 一 肉 毒 碱 和 膜 肉 的 CoASH 重新 形成 脂 酰 一 CoA it KAM. BAA 6 = ik BR LTA, 继续 执行 其 载 酰基 的 任务 。 脂 酰 二 CoA 可 在 434 «tal i 线粒体 基质 中 继续 氧化 降解 。 3. 脂 酰 一 CoA 的 一 有 脱氧 反应 在 脂 酰 一 CoA 脱 氢 酶 的 催 下 ， 在 线粒体 基质 中 重新 形成 的 SS 在 a, 6 一 位 的 和 氢 被 脱 去 ， 而 形成 As 一 反 烯 脂 酰 一 CoA。 O Lo i —COA H 4 RCH,—CH,CH,C~SCoA xo ® RCH, CH CHC ~SCark + 脱氧 酶 下 FAD FADH， 在 线 粒 基 质 中 至 少 有 三 种 脂 酰 一 CoA 脱 氨 酶 ， 即 丁 酰 一 CoA 脱氧 酶 、 B—CoA fit SAGAN 十 六 酰 一 CoA 脱 氨 酶 等 ， 它 们 能 催化 短 链 、 中 等 长 链 和 长 链 脂 酰 一 Ow : oy E sf OOF Oh WeMN CSE ay -和 一 ge 7 ‘ bk: bs FREE 9 iy , 7? SPP, AoO— 35 il cn — C628 E eae Fk Aco mA REE -Y Ve % Rat -Q-¢4 J nl -) MH RR toy GE- ORR BES. AT O O O O FA Va | | 74 RCH, C—CH,C ~SCoA > RCH,—C~SCoA + CH,C~SCoA CoASH 一 CoA 少 两 个 碳 原子 ) 。 反 应 实质 是 CoASH 的 一 SH 硫 原子 对 B- 酮 基 碳 进 行 亲 核 攻击 。 | 该 酶 活性 中 心 有 一 SH 和 —NH., 反应 分 两 步 进行 , 首先 BMH Lys-e-NH, KKK a BRIER, PCIE Me Schiff’s 碱 。 酶 活性 部 位 的 一 SH 再 亲 核 攻击 Schiff's 碱 的 Mt HRN O | AN/ 甲 咱 基 碘 原 子 9 从 而 排斥 CH,C~SCoa 分 子 ， 然 后 由 CoOASH 上 的 一 SH 基 代替 酶 的 -SH ”接受 比 原 采 少 两 个 碳 原子 的 脂 酰基 形成 脂 酰 一 CoA。 如 图 10-2。 R—CH,CH,CH,—c < 者 AIEY 一 coAsH AMP + PPie-| Ma** 酯 酰 -C oA 合成 本 Oo R-CH,CH,CH,-c> i A z ra zee H,O faa ARG zk Ae OH R—CH—CH—CH—21c— S—COA | _NADHt+H* NAD* 图 10-3 脂肪酸 8- 氧化 途径 fo 脂肪 酸 ;有 -氧化 的 一 轮 反 应 可 总 结 如 图 10-3。 每 一 轮 反 应 生成 —4> CH,C~SCoA, —4 O MA FADH, 和 一 个 NADH。CH4:C~SCoA 通过 三 羧 酸 循环 彻底 氧化 ， 最 后 可 生成 12 个 ATP. 437 FADH, 和 NADH 经 呼吸 链 氧 化 各 产生 2 个 ATP 和 3 个 ATP。 因此 房 氧 化 脂肪 役 ， 一 We) _ ERM MS ATP, MEIER B- Bbedt FI7* Az 9 }CH,C~SCoA, 84 FADH, 和 8 4S NADH, dbf 9 1248x5= 1B ATP, 扣除 第 一 步 活化 用 去 一 个 ATP, Ii 3147 ATP, 一) 不 饱和 脂肪 酸 的 分 解 代 谢 不 饮 和 脂肪 酸 的 分 解 代谢 途径 与 伯 和 脂肪 酸 的 CARER. AF Ee 崩 肪 酸 多 一 个 双 委 ,所 以 在 氧化 过 程 中 还 需要 有 一 个 酶 怒 脂 访 酸 分 子 申 厌 有 的 顺 式 观 欧 结构 催化 转变 为 反 式 结构 以 适 于 烯 脂 酰 一 CoA 水 合 酶 的 要 求 吕 .如果 AR AOR es ， 还 要 另 加 一 个 酶 把 D( — )-p- 产 脂 酰 十 CoA 催化 转变 成 于 (+)5B: 闫 脂 酰 萎 Co 丰 词 央 适 应 房 羟 脂 酰 脱 氢 酶 的 要 求 。 前 一 种 酶 称 为 As 一 顺 ， As: 一 反 一 烯 脂 酰 一 Co 加 FOG, BPE HE Ot 顺 烯 脂 酰 一 CoA 转变 为 A: 一 反 烯 脂 酰 一 CoA。 后 一 种 酶 称 为 6- 产 脂 酰 一 CoA HASH. 将 以 十 八 碳 二 烯 酸 为 例 说 明 以 上 两 个 酶 的 作用 ， 并 表示 出 不 饱和 脂肪 酸 扒 氧化 途径 。 十 八 碳 二 烯 脂 酰 一 CoA 即 Re PAT 烯 脂 酰 一 CoA。 其 氧化 过 程 如 图 10-4。 三) 奇数 脂肪 酸 的 分 解 代 谢 生物 界 的 脂肪 酸 大 多 为 偶数 碳 原子 ， 但 也 有 部分 击 关 大 名 及 本 存在 。 它们 按 6- 氧化 除 fo yo HD 产生 CH;C~SCoA 外 ， 最 后 还 剩 下 一 个 CH ,CHsE~SCOA.' a Bw CoA AS FR 5- 氧 化 继续 氧化 ， 它 的 继续 降解 有 两 个 途径 。 ) mag 1, 转变 成 琥珀 酰 一 COA \4 再 酰 一 CoA 转变 成 琥珀 酰 一 CoA， 然 后 进入 三 羧 循 环 继续 氧化 水 其 反应 过 程 首 先是 丙 上 酰 一 CoA 在 含 生物 素 的 羧 化 酶 催 北 下 ， 并 在 ATP 参与 下 ， ace ce 酰 一 CoA， 然 后 “ 再 在 甲 基 丙 二 酰 一 CoA 交 位 酶 催化 下 ， 转 变 为 琥珀 酰 一 CoA。 这 个 变 位 蓝 的 作用 是 其 辅酶 O ATP ADP + Pi COO- 0 人 M + | v4 9= 人 A 人 CA、 SC 全 本 CoA 7 FRECOAR HERG CO, 化 本 D- 甲 基 丙 二 酰 人 oA -一 CH 一 cbo- CH CH-C~SCoA a O A SO0- CH,—C~SCoA 5 一 维生素 Biz NE, -- RIS ERE SSURF, HARES SIL ORE, TS ， Ye He BS — RFE 22 PR KRY EE A, BEBYBE COA: 甲 基 丙 二 酰 一 CoA= 2021, we Bi, AGI, AMPA PIL MRA RHE. cwwiadl 438 Ww ik. 生 “ry oH FOOD we “ote 0 i. aw BOK 的 hig sams ee . wt 2 PPAR pines & ee wees 9 IAS. AOI DIARY She RE aioe a a a x jth coAi nied RS ey a lg mage ei eee Mek | Jiabao a i aga ke Bi h-— «AE ¢ \ f | Sava ,s js6de 4} ~ ia a Pe ug Pr: | C ; rk { 二 二 3 Re. | leet” woe th ef 了 0 ht BY, err OT ELAS MOAT AO — 3 SHG Coe ee ee SH RON MMT LS gD Sahm AOD FUTS MRD Se NEST MD MS AE RO RE SB ®t o cM : The « I c/s AS pa 生源 a BN ‘gy Sv “~scoa a ee eae OH HD 二 92 -9D;HO—,HO ) HO aggeredeOe ~9; HOH “gg lee a, Hor dota he he ery ag “二 经 二 轮 B -氧化 ; Sores Hens CRch oe 5 本 要 再 ANA I TIN. ,省 其 再 AGA AW ae Leeman te Du aimiaan : “OOOH, —— aay BEL Pebodonia >. ad tn ror A i Ae COM 2 es 1 有 CGO ae _/ SEVHG AY | Bete hy. od | 2 ; 7 400 + AdDz 一 : ID 人 一 DGDWHD 一 ee 1 en Base ty/- | hi . " ‘ 0 Fl t : - "Oo =) 6 . | ay) gO RN ge lah 30D Ss Sieh Tie ‘ ® OH i Bs Qi H + hi a8 ‘CAn an Dae yo (i B=RB - pris ie —Aoded Ss, HS. + a Ge Zz | 2 OV 4CH,c ~SCOA mi RP « 109 4 Aov2~ ofl ’ a Reh 图 10-4 不 伯 和 脂肪 酸 的 氧化 过 各 pes eT tat +4) #6 tf is : 9 * 人 Me WOR! MR TE | ARM DH NYG 6 Met LEM ALE RAR 339 H COO- O oy ee O OS Sr 甲 基 丙 二 酰 - | we pede Cree ae FH —C— C —C ~8§C H ‘i 7 C~SCoA CoA ik H i i § PA, H H Biz HRS Gi 有 两 种 遗传 缺陷 症 儿 童 ， 由 于 血 中 含 甲 基 丙 二 酸 或 尿 中 含 甲 基 丙 二 酸 而 不 能 生长 或 智力 减退 。 一 是 由 于 缺乏 或 不 存在 这 种 变 位 酶 ， 加 B,， 辅酶 时 仍 不 能 恢复 ，: 而 另 一 种 则 可 加 大 量 Biz 辅酶 而 恢复 。 are fo 2. 丙 酰 一 CoA 氧化 成 CHsC 一 SCoA 缺乏 再 酰 一 CoA 羧 化 酶 的 遗传 病 患者 ， 有 丙 酸 血 和 丙 酸 尿 症 ， 但 他们 仍 能 把 部 分 丙 酸 氧化 成 CO:， 是 由 于 丙 酸 氧化 有 另 一 途径 。 这 一 途径 较为 复杂 ， 有 多 种 酶 参与 反应 。 首 先 BR 8- 氧化 途径 那样 经 脱 氢 梅 、 水 合 酶 等 催化 形成 6- 产 基 丙 酰 一 CoA， 再 经 3- 羟 两 酸 脱 氢 O OH 0 50 4 -CoA 4 脂 酰 C A | 4 CH,—CH,C~ SCoA 二 Fee? CH 一 CHC~SCoA- 人 ACE HiO 水 合 本 1/9 BEIL, 形成 丙 二 酸 半 醛 , 再 继续 氧化 成 乙酰 一 CoA。 两 二 酸 半 醛 也 可 与 CH,C~SCoA 反应 OH O HO NAD* NADH+ H， | 4 水 解 栈 | a 4 人 SoA —_**™ » 500, cricoos 2 i 3-BARKAB 1,0 COASH NAD* co DASH NADH+ H 0 G-6H,coo- =~ CHR scoamae “> , or if : Dg ye 生成 CH,C—O7 和 两 二 酰 一 CoA, 再 脱羧 成 CH,C~SCoA, O NAD’ NADH+H° O O 7 y ‘y 7 *Sc—cH.co0- + CH,C~SCoA— aa oe - > CH: C00" + C—CHyG ae fa -O 0 4 CH,;C~SCoA + CO; (四 ) 脂肪酸 的 o 氧化 途径 生物 体内 一 些 中 长 链 〈 如 全、 酸 、 十 二 碳酸 ) 以 及 少量 长 链 脂肪 酸 ， 能 首先 从 烃基 端 w 440 碳 氧 化 ， 生 成 4,0 二 羧 酸 ， 称 为 o 氧化 。 生 成 的 二 凑 酸 再 从 两 端 进行 不 氧化 。a- 氧化 的 第 一 步 是 由 需 NADPH, O, 和 细胞 色素 P450( CytP450 ) 的 单 加 氧 酶 催化 。 该 酶 已 初步 分 离 成 三 个 酶 组 分 ， 第 一 个 是 需 NADPH 的 黄 素 氧 化 还 原 酶 ， 第 二 个 是 一 种 非 正 铁血 红 素 蛋 白 ， 第 三 种 是 细胞 色素 P450。 这 种 酶 系 是 由 动物 肝 内 质 网 组 份 中 分 离 获得 ， 反应 可 表示 如 Ne A Fp ate 弄 cee il 二 全 9? Aso: 的 Fp eh V BUC Re £1 EY NADP Fp 还 原型 my ah Cy+P450Fe* \ O2 ‘ nee oO | CH;---CH,C f Os O ON f 20" $CHCe AGE O NADH NAD* | 也 +H -~ 图 10-5 动物 的 脂肪 酸 @O- 氧 化 途径 一 些 假 单 胞 杆菌 属 的 微生物 中 ， 也 观察 到 o 氧化 途径 。 EMS 一 个 需 NADH 的 还 原 酶 ， 一 个 产 化 酶 ， 一 个 小 的 红色 非 血 红 素 铁 硫 蛋 白 ， 称 为 红 铁 氧 还 蛋白 (Rubredoxin ) 。 反应 如 图 10-6。 NADH FP 氧 化 型 NHI 4& Fe" * CH;---CH;COO~ +H* Ta sit ats; 9 we O: W —— ithe . H2O NAD* Fp 还 原型 NHI file: , HO-CH:, ----CH}CCO — | 与 动物 同 \ O. yO C ~---CH,C 97% "RO? 图 10-6 细菌 的 脂肪 酸 O- 氧 化 途径 @o 氧 化 酶 系 无 论 从 理论 上 或 实际 上 已 日 益 受到 重视 。 溢出 海洋 中 的 天 量 石 沽 外 的 直 链 烃 ， 经 海面 浮游 细菌 中 的 脂肪 酸 o- 氧 化 酶 系 的 氧化 ， 可 形成 脂肪 酸 。 其 氧化 速率 可 高 次 0.8 克 / 天 /平方 米 ， 这 对 清除 海面 石油 污染 无 疑 会 起 重要 作用 。 现 已 从 油 尖 玉 坏 中 分 离 丽 许多 纳 44] 菌 ， 它 们 具有 ,@w- 和 氧化 酶 系统 。 (五 ) 脂 肪 酸 的 <- 氧 化 这 个 氧化 过 程 是 首先 使 &- 碳 原子 氧化 成 产 基 ， 再 氧化 成 酮 基 ， RAMRRAD—TR 的 脂肪 酸 。 这 个 氧化 途径 首先 在 植物 种 子 和 叶子 中 发 现 ， 后 来 又 在 动物 脑 和 肝 脏 中 发 现 。 其 直接 底 物 为 长 链 脂肪 酸 。 动 物 的 脑 脂 中 常会 全 有 长 链 x- 产 脂 肪 酸 ， 很 可 能 是 &- 氧 化 的 产 : 物 ， 如 <- 产 十 四 烷 酸 。 此 外 ， 业 已 证 明 ， 哺乳 动物 组 织 能 使 绿色 蔬菜 中 的 叶 绿 醇 转变 为 叶 RR, RAB -氧化 途径 将 此 植 烷 酸 氧化 成 CO。 和 Hz:O。 在 正常 情况 ， 由 于 组 织 能 十 分 迅 速 地 降解 植 烷 酸 ， 所 以 而 清 中 很 难 找到 它 。 但 一 种 少见 的 遗传 病 一 一 Refsum's WBA, A 缺少 c- 氧 化 梅 系 ， 植 烷 酸 不 能 被 氧化 。 CH, CH, CH 叶绿素 AS 叶 绿 醇 (20 烷 醇 ) 一 > Oo 3 CH, GH, or | ca ure . 了 co, * 降 植 烷 酸 | ie /o f° Cre eR Neer, SCoa + CHsCHiC~SCoA |p- 氧 化 Z9 ¥ ral: 3CH,C~SCoA + 2CH,CH,C~SCoA + CH,—CH—C~SCoA 从 氧化 植 烷 酸 过 程 中 推测 ，c- 氧 化 首先 是 植 烷 酸 在 植 烷 酸 CBIR, BoB 植 烷 酸 ， 然 后 再 在 植 烷 酸 ac- 氧化 酶 催化 下 氧化 脱羧 脱 去 CO, 而 产生 降 植 烷 酸 。 Refsum’s 患者 不 能 氧化 植 烷 屋 是 由 于 缺乏 植 烷 酸 c- 凑 化 酶 。 从 植 烷 酸 的 例子 来 看 ， a- 氧 化 途径 是 不 能 彻底 氧化 脂肪 酸 的 ， 它 的 作用 仅仅 是 在 B- 氧 化 受阻 时 ， 首先 进行 ec- 氧化 ， 使 B- 氧 化 得 以 顺利 进行 。 在 H,O, 存在 下 ，a- 氧 化 首先 经 脂肪 酸 过 氧化 物 酶 催化 ， 形 成 D-c- 过 氧化 脂肪 酸 ” 它 可 真 接 产 化 成 c- 产 脂肪 酸 ， 也 可 氧化 脱羧 成 脂肪 酸 ， 再 在 特异 性 醛 脱 氢 酶 催化 下 ,氧化 形 成 脂肪 酸 ， 如 下 式 所 示 。 442 RCOO- RCH,COO- |; NADH +H’ 一 一 一 一 X XH ¥ ~ NAD HK 入 7 RC—H +CO -RCHCOO- ‘| Cram re Se MEL. Oy THzO | RCHCOO- 一 -一 >R 二 CHCOO: 2H +2e OOH 《六 ) 脂肪 酸 分 解 代 谢 中 的 酮 体 代谢 唐人 全 yo 脂肪 酸 的 分 解 代 谢 产 物 最 终 大 部 分 都 生成 CHs:C ~ 一 SCoA。 在 肝 外 组 织 如 心肌 、 骨 肌 中 ， 7° ) 70 CH,C ~SCoA FW H#tA= REF WAL RH.OMCO,. (AZERF AEH CH,C ~SCoA 又 可 缩 yO 合成 乙酰 乙酰 一 CoA， 它 又 可 再 与 一 分 子 CHC ~SCOA 缩合 成 3- 产 -3- 甲 基 成 二 酰 一 CoA We) ( HMG—CoA ), HMG—CoA 又 可 裂解 成 为 CH,C~SCoA 和 乙酰 乙酸 。 乙酰 乙酸 在 肝 O 0.- 产 丁 酸 腊 所 本 们 化 下 生成 8- 产 了 酸 。 CRC RW ABURE IR CH—C—CH,, RE A RM EH: O O O CH;C~SCoA CoASH I pee, fie HO HMG-4 ne O OH O O | | | | 0 -O—CCH,C—CH,—C—SCoA CH,C~SCoA 2 Cru > CHsC—CH,COO- Nico, HMG—CoA CH.C—-CH, ] OH B-33 7 OW SM | CHsC 一 CHCOO- NADH+H NAD: | via H BTR 443 O 4 | AF AB 3 4E KE CH,C—CH,COO-, §-#T RAMSAR A. ERIE RAN TST Do (AF AER Pee fA YS, TIE Sb ZAM RE Ta AE A, A IE 肝 外 组 织 。 在 肝 外 组 织 中 ， B-RORRA BR P-RTRREA 乙酰 乙酸 ， BERR O 4 —CoA 转移 酶 催化 下 形成 乙酰 CR—CoA, Ila HH PRBS HE ILI hk CH,C ~SCoA, O O COO- Coo- Olea | | | | | | 人 CT ae CH, +CH,CCH,C~SCpA. CH, CH, CoASH. 乙酰 乙酰 -CoA | Bi O=C~SCoA COO- SA thi 0 CH;C~SCoA O 4 乙酰 乙酸 也 可 在 乙酰 乙酸 硫 激酶 催化 下 直接 生成 CHsC 一 SCoA， O : ATP CoASH AMP +PPi : CH,C—CH,COO- oe par tow EAE ET + 2CH,;C~SCoA O O 丙 师 则 经 两 二 醉 再 氧化 成 CHC COO 、 cH,C ~SCOA HAZE RRB 在 正常 情况 下 ， 肝 外 组 织 可 迅速 氧化 酮 体 ， 故 血液 中 酮 体 含量 很 少 ( lmg/100ml 血 ) 。 但 当 机 体 灶 代 谢 失常 〈 如 糖尿 病 患 者 ) ， 糖 利用 受阻 ， 或 长 期 饥 饿 时， 四 机体 大 量 动用 脂肪 供 能 ， 肝 脂肪 被 大 量 氧化 ， 肝 内 酮 体 生 成 速度 就 会 超过 肝 外 组 织 对 酮 体 的 分 解 和 利用 能 力 。 这 时 血 中 酮 体 浓 度 就 会 升 高 ， 出 现 酮 血 症 ， 尿 中 也 会 出 现 酮 体 ， 这 称 为 柄 尿 症 。 当 血 中 酮 体 浓度 接近 70mg/100ml 血 时 ， 肝 外 组 织 氧 化 酮 体 潜 力 已 尽 ， 如 再 继续 增加 酮 体 ， 则 血 和 尿 中 酮 体 急剧 增加 ， 特 别 是 6- 产 丁 酸 、 乙 酰 乙 酸 的 酸性 较 强 ， 会 引起 酸 中 毒 ， 严 重 可 导致 死亡 。 第 三 节 ” 甘 油 三 酯 的 合成 代谢 一 、 了 脂肪酸 的 从 头 合成 哺乳 动物 能 合成 机 体 所 需 的 大 部 分 脂肪 酸 。 饱和 脂肪 酸 和 常见 的 单 不 饱和 A RTS O O 4 4 速 、 大 量 地 由 CH,C ~SCoA 合 成 ;因此 糖 类 以 及 一 些 氨基 酸 都 可 通过 转变 为 CH,C ~SCOA 而 成 为 体内 合成 脂肪 酸 的 原料 。 444 尝 卫 移 和 脂肪 酸 的 合成 ， 在 所 有 机 体 中 均 可 进行 。 在 哺乳 动物 体 中 它 主 要 匙 在 脂肪 组 织 、 乳 腺 和 肝 中 进行 。 与 脂肪 酸 的 氧化 不 同 ， 它 不 是 在 线粒体 中 进行 ， 而 主要 的 脂肪 形成 部 位 是 在 胞 液 中 。 脂 肪 酸 的 合成 需要 NADP 吾 、 酸 性 碳酸 盐 和 Mn ， 这 些 物 质 在 脂肪 酸 氧 化 时 是 不 需要 的 ， 脂 肪 酸 的 从 头 合成 主要 是 合成 软 脂 酸 , ;这 是 脂肪 酸 合成 的 主要 途径 。 这 个 合成 反应 宇 要 由 软 脂 酸 合成 酶 催化 ， 软 脂 酸 是 终 产 物 ， sais REM ARE ARMA 和 脂肪 酸 的 原料 。 不 同 有 机 体 中 软 脂 酸 合 成 酶 的 结构 不 同 。 在 大 肠 杆菌 和 植物 中 ， 合 成 酶 是 一 个 多 酶 复合 体 ， 能 解 离 成 堵 个 不 同 的 酶 ， 每 个 酶 催化 总 合成 软 脂 酸 反 应 中 的 一 个 步 又。 酵母 、 鸟 类 和 哺 乳 类 的 肝脏 和 乳腺 中 的 合成 酶 则 相反 ， 它 是 一 个 多 功能 酶 ，: 含 c 和 -两 个 亚 基 ， Eh-w# 来 催化 软 脂 酸 合成 的 每 一 步骤 。 uc RE 主要 是 先 通 过 Claisen 缩合 反应 。 为 了 使 缩合 反应 的 平衡 向 缩 Pha 全 方向 二 生物 体 首 先 把 CHsC 一 5CoA 羧 化 成 丙 二 酰 -CoA ecco 而 使 反 ; " i Vi 应 平衡 趋向 缩合 方向 。 因此 在 C 也 :C~SCoA 缩 合 反 应 以 前 ， 首 先 必 需 使 之 羧 化 。 (一 ) 乙 酰 -CoA 的 羧 化 乙酰 -CoA 羧 化 成 丙 二 酰 -CoA 的 反应 为 ; 9 72 aA} cH, C~SCoA + HCOs+ ATP—>"OOCCH,C ~SCoA +.ADP + Pi PARMHSEMENZM -CoA 羧 化 酶 催化 。 在 大 肠 杆 菌 和 植物 中 的 羧 化 酶 也 是 一 个 多 。 酶 复合 体 。 可 解 离 成 三 个 组 分 ，@ 生 物 素 载体 蛋白 (BCP ) ， M-W=45,000, 含有 两 个 亚 Hy BAWHS—* 生物 素 并 与 蛋白 RHE Lys-e—NH, 共 价 连结 。。 OLMERILE BC), M*-W=98,000. EHBZ—-TSMT LENS. OF RH(TC), M-W = 130, 000. ea iO BABB RE IECH,C ~SCoA 的 羧 化 分 两 步 进行 。 第 一 步 是 BCP 在 ATP GEAE HE Ot F BRL BR 化 BCP。 BC BCP + HCO; + ATP<—»BCP—COO® + ADP + Pi BCP 一 GOo。 的 结构 见 第 五 章 次 化 生物 素 酶 。 第 二 步 是 由 转 羧 酶 把 BCP 一 COO- 的 -COO- f° #£#235|CH,C ~SCoA 的 C- 碳 上 。 BCP—-COO- + CH,C ~SCoA——~> BCP + 7OOGCH,C ~SCoA 445 在 动物 和 酵母 中 的 乙酰 一 COA 羧 化 酶 与 大 肠 杆 菌 中 的 不 同 ， 是 一 个 多 功能 酶 ,。 BCP ® 化 酶 和 转 凑 酶 活性 存在 于 单一 的 活性 生物 素 肽 链 上 ， 其 M.W = 220,000, 一 个 活性 次 化 酶 至 少 存在 两 条 这 桩 的 链 。 肝脏 和 脂肪 组 织 的 乙酰 一 CoA 羧 化 酶 活性 ， 需要 有 柠檬 酸 和 异 柠檬 酸 的 存在 。 非 活 竹 形式 的 酶 由 400,000 一 500,000 道 尔 顿 的 原 体 构成 ， 原 体 含 有 四 个 亚 基 。 非 活性 原 体 被 柠 榜 酸 或 异 柠檬 酸 激 活 后 聚合 成 5,000 万 至 10, 000 万 道 尔 顿 的 丝 状 形式 。 在 形成 羧 作 生 物 素 后 罚 如 柠檬 酸 和 异 柠 样 酸 不 存在 ， 酶 即 解 育 。 由 手 丙 二 酰 一 GoA 除 用 于 合成 软 脂 酸 外 ， 没有 它 代 谢 用 处 。 所 以 通过 调节 羧 花 酶 以 调 节 脂 肪 酸 的 合成 ,条 会 干扰 其 它 代谢 途径 。 在 三 羧 酸 循环 中 有 关 的 柠檬 酸 和 异 柠檬 酸 作 为 活化 乙酰 一 CoA MILNE, xX 催化 哺乳 类 脂肪 酸 谷 戒 的 限 速 步 又。 很 明显 , 这 是 该 酶 的 一 个 修饰 剂 ; 来 调节 该 反应 的 V。。。 而 不 是 Ke。 已 注意 到 有 过 量 的 柠檬 酸 从 线粒体 自由 地 进入 细胞 质 中 , 对 该 酶 活性 进行 调节 。 (2 ) 丙 二 酰 一 CoA 和 乙酰 一 CoA 缩合 形成 软 脂 酸 丙 二 酰 一 CoA 和 乙酰 一 CoA 合成 软 脂 酸 . 旦 一 个 缩合 过 程 ， 要 完成 这 循环 的 缩合 过 程 需 经 许多 步 又， 需要 一 个 多 酶 复合 体 ， 或 一 个 多 切 能 钱 六 这 随 不同 有 机 体 而 异 ， 已 如 上 述 。 由 于 这 缩合 反应 不 管 在 那个 有 机 体 中 ， 都 是 朵 软 脂 酸 合 成 酶 催化 的 七 步 反 应 构成 ， 而 大 肠 杆 菌 中 的 这 个 多 酶 复合 体 已 经 纯化 而 且 深入 进行 过 研究 。 所 以 首先 介绍 这 个 多 酶 复 人 台 体 。 1。 软 脂 酸 合成 酶 多 酶 复合 体 的 构成 多 酶 复合 体 由 七 个 成 分 构成 。 其 中 心 成 分 称 为 酰基 载体 蛋白 (ACP)， 分 子 量 较 小 。 大 肠 杆菌 的 ACP 是 由 77 个 氨基 酸 结 合 而 成 的 肽 。 其 36 位 丝氨酸 与 4- 磷酸 泛 酰 朴 基 乙 胺 的 磷酸 基 HURRES, HAWRBAR. WHAUHE, 它 有 二 个 带 一 S 百 WEEKS, Bro ACP 又 常 写 成 ACE 一 SH。 由 于 它 有 这 个 一 SH， 故 它 可 从 和 名 种 酰基 一 SCoA 接受 酰基 而 形成 pe | i ACP~ S—C—R, ##P iH) CoASH, 同时 它 又 能 把 酰基 给 予 其 它 一 SH; WHE REHK 复 成 ACP 一 S 了 再. 另外 ， 由 于 它 是 一 人 长 的 柔性 链 ， 故 它 可 以 把 酰基 从 一 个 地 方 传递 到 另 二 个 地 方 ， 以 适应 多 酶 复合 物 中 各 种 酶 的 需要 。 ACP~SH 是 多 酶 复合 体 的 中 心 ， 其 它 六 个 酶 回 绕 它 顺 次 排列 于 其 局 围 y 如 图 10 一 7。 2, 软 脂 酸 合成 酶 多 酶 复合 体 的 酶 促 反应 oa @ 首 先 由 ACP~SH BKBHA HREM -1, KMSA—4 Ser—OH, 可 先 从 fo 7 AQ CH,—C~SCoA 或 脂 酰 一 S~ACP 接受 一 个 酰基 ， 形 成 CH, 一 C 一 O 一 酶 -1 或 RC~O AD Vz 一 酶 -1 当 ACP~SH 人 向 它 时 , 酶 - 1 上 的 CH,C ak —RC—Al4e SIACP~SH Lie a oh ACP~ S—C—CH,, */HACP—S~C—CH, #% ACP 的 长 璧 摆 送 到 酶 -2 上 。 酶 -2 上 也 446 有 一 个 一 SH 接受 ACE 一 PN Pr. S—C—CH, 上 的 CH:C 一 成 Ox 为 酶 一 2 一 S 一 C 一 CH,， 因 而 ACP 一 SH 又 可 摆 到 酶 - 3 上 ， jo -3 上 的 丙 二 酰 基 接 下 来 , 并 重新 回 到 酶 ~2 处 ， 酶 -- 2 即 催化 二 者 的 缩合 ， 形 成 6- B — 羟 脂 酰 - AC PRR 7K BG 6 2 B - RARER - ACPO : 图 10 一 7 催化 大 肠 杆 菌 软 脂 酸 合成 的 多 酶 复合 体 O \X i§-2—S—C—CH, r G va —— > Bi—2—-SH + CH,C—CH, C~S~ACP oa —C—5 ~ACP CO, / I coo OO @ACP 带 着 有 - 酮 脂 酰 ， 将 柔性 臂 摆 到 酶 - 4 处 ，8- 酮 脂 酰 一 5 二 ACP 的 8- 酮 基 在 该 酶 还 原 下 形成 6- 产 脂 酰 一 9 一 ACP。 这 个 酶 需 NADPH 为 氢 供 体 。 —Ap jeer | ‘glee CH,C —CH,C ~S~ACP BONER ACE i ai CH,C ersten ~S~ACP NADPH+H* NADP D- 8-38 T BE—ACP @p-ISR—S~ACP Se ACP 的 柔性 臂 又 摆 到 酶 -5 处 ， 该 酶 催化 6 一 OH 和 e—H 脱 水 生成 a, 有 -= 烯 脂 酰 一 ACP， 该 烯 脂 酰 为 反 式 结构 。 OH H H O oe A a ee, ee 人 CH,CH—CHC~ S~acP P2ERAM cH .c=c—C~S~AcP H 巴豆 酰 一 ACP 1 4H @ ACP~ SC Mit ACP 的 柔性 辟 反 到 酶 -6 处 ， 在 那儿 酶 - 6 把 烯 447 指 酰 还原 成 脂 酰 一 ACE。 H O O | I a | ,HO— 9 "!CH,C=C— C~s~acp 2 Boel RERe.. CH,CH,CH, C~S~ACP 上 NADPH +H’ NAD: 这 样 脂 肪 酸 合成 的 第 一 轮 循 环 结束 。 第 之 “ 轮 形成 的 丁 酰 一 —S~ACP # ACP zeit ie AG — 2 把 丁 酰基 转移 到 酶 - 2 的 一 SH -, ACP~SH 又 摆 到 酶 - 3 上 接受 再 二 酰 基 ， BIAS 二 轮 循环 。. 每 循环 一 次 脂肪 酸 链 延伸 两 个 碳 原 子 。 经 七 次 循环 ， 获 得 软 脂 Bt—S—ACP. | ie eerie 于 酶 -2-6- 酮 脂 酰 合 酶 的 活性 中 心 不 能 快速 攻击 CS 的 脂 酰 基 ， 因 而 不 能 形成 更 长 的 脂 酰 链 。 在 动物 组 织 中 有 一 个 BARRE, CARTIER: —S~ACP 的 软 脂 酰基 移 至 酶 - 1 的 Ser 一 OH 以 后 ,把 它 水 解 成 次 脂 酸 。 O O a4. | DO eo $-B CH,(CH:) aG ~S~ ACP 二 HO—Se r— fig - 1—> CH, (CH;) igh —O —Se r—g-1 O 人 脱 酰 本 a CHA GEL) wl 0s Sern Bd +H. TW CCH). 999 诗 本 ESerOH i ae 而 在 微生物 中 多 这 个 CH,(CH,).,C 一 0 一 Ser 一 酶 -1 的 软 脂 酰基 ， 可 转移 到 CoA—SH 的 —SHi ‘Es ei 酰 一 CoAi 把 酶 = 1—Ser—OH 释放 出 来 。 O O | | 4 GH,(CH,),, C —O—Ser—fig- 1 + COASH#=5 CH, (CH,),, C ~SCoA + HO—Se r-—fi- 1 哺乳 动物 的 软 脂 酸 合成 酶 同样 也 是 经 上 述 IM, 经 七 轮 循环 而 得 软 脂 酸 的 。 软 脂 栈 一 CoA 能 使 次 脂 酰 合 成 酶 的 两 个 亚 基 解 离 ， 而 抑制 其 活性 。 真 核 生 物 的 软 脂 酰 合成 酶 ， 如 酝 母 的 合成 酶 ， 具 有 a8, 结构 ， 这 两 个 亚 基 功能 不 同 ，c- 亚 基 市 ACP、/- 酮 脂 酰 合 梅 和 有 - 贾 脂 酰 还 原 酶 组 成 。0- 亚 基 由 乙醚 二 转移 酶 、 丙 二 酰 转移 戎 (在 酵母 中 它 与 软 脂 楷 转 酶 相等 )、 p- 产 脂 酰 脱水 酶 和 烯 脂 酰 还 原 酶 构成 〈( 见 图 10 一 8(b) ) 。 关于 大 肠 杆 菌 脂肪 酸 从 成 酶 的 酶 复合 体 及 其 反应 示 如 图 10 一 8(a)。 RUT. 名 肝 和 许多 其 它 组 织 细胞 液 中 的 脂肪 酸 合成 酶 系 ， 已 被 纯化 。 肝 酶 的 M.W = 500,000, 共有 两 个 明显 的 多 肽 (M*W = 240,000)， 每 个 这 种 大 肽 含 一 分 子 磷 酰 泛 酰 综 基 乙 胺 ， 这 可 认为 每 个 多 功能 肽 含 一 个 ACP 区 。 肤 询 所 者 活性 都 是 用 以 合成 脂肪 酸 ， 同时 还 有 448 图 10 二 8 (a) KBAR IE AA RMS ME 复合 体 及 其 所 催化 的 反应 ， (b) 醉 母 脂肪 酸 合 成 酶 多 本 复合 体 的 可 能 排 列 。 一 个 软 脂 酰 酯 酶 ， 从 酶 上 水 解 出 一 个 软 脂 酸 。 近 来 有 证 据 表明 ， 在 CoA 存在 下 ， 软 脂 酰 部 分 转移 到 COA 上 。 在 这 多 功能 多 肽 中 ， 酶 活性 的 三 维 排列 是 近代 研究 中 一 个 有 趣 的 问题 。 很 明显 ,多 功能 肽 村 形式 可 免 去 中 间 物 暴 积 ， 并 且 能 等 化 学 计量 地 提供 每 一 种 酶 活性 组 Ss 这 是 真 核 细 胞 肪 酸 合成 酶 系 比 细菌 的 多 功能 复合 体 更 为 优越 之 点 。 (=) 脂肪 酸 合成 与 其 它 代谢 途径 的 关系 及 其 调节 O : O 脂肪 酸 合成 需要 CH,C ~SCoA 为 材料 ， 需要 NADPH 提供 还 原 力 和 能 源 。 chid ~ 449 SCoA 可 来 自 脂肪 酸 的 -氧化 ， 亦 可 来 自 糖 酵 解 终 产物 丙酮 酸 的 脱羧 氧化 。 但 糖 酵 解 和 脂肪 酸 氧 化 都 在 线粒体 中 进行 ， 而 脂肪 酸 的 合成 在 细胞 液 中 进行 , 乙酰 一 CoA 又 不 能 穿 过 线粒体 膜 到 胞 液 中 来 。 从 糖 代谢 中 不 难 想象 ， 在 脂肪 酸 合成 时 可 由 以 下 途径 解决 这 个 原料 问题 。 O | 5 J CH,C ~SCoA 在 线粒体 中 可 与 wa 65 于 ePRaeTT 穿 过 线粒体 膜 进 入 胞 \ pe B, AMMPETRRAS BRIT, HRMeCoASH BSF, i eoue es C~SCoA 和 草 酰 乙 酸 。 乙 Cit—CoA HF ROR. ARC RR ARTA BAIN, 些 关系 可 总 结 如 下 式 ; a ee O COO- ome iM, COO™ | | | be | CH,C—COO- C=O | yom We {0 | C=O | < + | O aaa CH, ; i CH;,;C~SCoA COO- TS | 线粒体 CH:COO- | HO 一 C 一 COO- | CH:COO- | 7 CH,COO- ADP+Pi COO- NADH+H* NAD* * | ATP CoASH / | We x 4 计生 he we ‘yy 3 RRR AS = i CH,COO- O Co ra | CH,C~SCoA COO- 8 He COO- _ .NADPH+H* | COO- | NADP* 7 COs) galas HC—OH N 也 a Gur | 苹果 酸 酶 cH. CH; COO- 关子 NADPH WRG, PRT ERE RMT ELAR NADPH AERA, 其 和 EAA MGR MRE. 糖尿病 患者 G—O—P 脱氧 梅 活性 很 低 ， NADPH BARD, RTE 限制 了 脂肪 酸 的 合成 速度 。 O Vl 柠 模 酸 不 仅 可 提供 脂肪 酸 合 成 材料 一 CH, 一 人 二 SCoA, ZE m8 FL ah yh FF Re BE BE HB 450 酸 合成 反应 中 控制 ， 限 速 步骤 的 乙酰 一 CoA WIM, 使 它 由 非 活性 形式 聚合 成 活性 形式 ， ”从 而 也 加 快 脂肪 酸 的 合成 速度 。 二 、 脂 肪 酸 的 碳 链 延 和 脂肪 酸 从 头 合成 只 能 形成 软 脂 酸 ， 要 合成 Cle 以 目的 骨 肪 酸 ， 必须 恋 续 把 碳 链 延 伸 。 生 物体 有 两 个 脂肪 酸 链 延 伸 系统 。 (一 ) 线粒体 脂肪 酸 的 延伸 线粒体 含有 一 种 酶 复合 物 ， 催 化 已 合成 脂肪 酸 的 延伸 , 它 与 脂肪 酸 合 成 酶 不 同 之 处 有 : O 2 @vICH,C ~SCoA 而 不 以 丙 二 酰 一 CoA 作 延 伸 碳 链 。 @f-GHER—COA 的 还 原 ， 是 以 NADH 提供 还 原 力 ， 而 不 用 NADPH, 轿 反 应 过 程 中 的 各 酰基 载体 为 CoASH,， 而 不 是 ACP~SH。 即 反应 过 程 中 各 种 形式 的 RE, WA KA—CoA 形式 参与 反应 ， 而 不 是 以 酰基 一 ACP 形式 参与 反应 。 所 以 这 个 延 偶 系 统 类 似 于 6- 氧 化 的 道 反 应 ， 但 又 不 完全 一 样 。p- 氧化 脂 酰 一 CoA; 脱 氢 BBD FAD 为 辅 基 ， 而 延伸 系统 的 烯 脂 酰 还 原 酶 的 辅酶 则 为 NADPH, 这 个 系统 不 仅 能 延伸 饱和 脂肪 酸 ， 也 能 能 化 不 饱和 脂肪 酸 的 延伸 。 整个 反应 及 所 需 的 本 AMF PR: on O me O en | 硫 解 酶 | | ® CH,C~SCoA+RCH,C~SCoA === RCH,C—CH,C~SCoA + CoA SH O O of OC | | B- 羟 脂 酰 脱 氢 酶 i @ RCH,C—CH,C~SCoA—-5—> RCH, —C—CH, C~SCoA NADH NAD: I L—f- #3 ha Bi—CoA OH O H O Rea a | I B~ 3 HIDE 2k Bi | | @ RCH, Gea Saat siete eet oa H HO H eg O O | wig BE HE @® RCH,C=C—C~SCoaA 一 六 人 > RCH,CH,CH; C ~SCoA NADPH +H* NADP， H (二 刀 微 粒 体 脂肪 酸 延伸 系统 这 个 延伸 系统 可 延伸 饱和 脂肪 酸 ， 也 可 延 舍 不 饱和 脂肪 酸 。 它 以 两 二 酰 一 CoA 作为 延 停 矿 源 。 缩 合 时 都 以 酰基 一 CoA 形式 缩合 ， 其 它 则 与 脂肪 酸 合成 酶 系 相同 ; 451 O I O -OOCCH, C ~SCoA R iene of CH,(CH,) i, C~SCoA | CoASH CO, CH,(CH,);,C ~SCoA 植物 中 的 延伸 系统 与 脂肪 酸 合成 酶 系 完全 一 样 。 三 、 不 饱和 脂肪 酸 的 合成 及 脂肪 酸 间 的 互 变 (一 ) 单 不 饱和 脂肪 酸 的 形成 eee Tremere) ae 该 复合 物 含有 细胞 色素 BC(Cyt bu) NADH—Cyt bs 还 原 酶 和 一 个 脱 饱和 酶 。 硬 脂 酰 二 CoA 赔 饱 和 酶 催化 油 酰 一 CoA 的 形成 。 软 脂 油 酰 一 CoA 由 软 脂 酰 一 CoA 转变 而 成 。 在 这 些 转变 反应 中 ， O, 是 不 可 缺少 的 。 所 有 哺乳 动物 脱 饱 和 酶 都 需要 O，。 哺乳 类 脂肪 组 织 中 所 含 的 主要 不 饱和 脂肪 酸 是 油 酸 ， 它 由 硬 脂 酸 脱 饱和 而 成 。 因 此 从 头 合成 的 软 脂 酸 ， 得 先 经 链 延伸 成 硬 脂 酸 。 人体、 动物 及 大 部 分 需 氧 生物 的 单 不 饱和 脂肪 酸 的 形成 机 制 如 下 式 。 ,2H7 T j | “TeX fp 氢化 型 ~, yy Crib sFet Or 0: ag: ae 5 BAC AS “tex Cyzb Fe: : aa 放 ), CH:CH.(CH2),COO- H.of “CH: Cit) CACHICH:)-COOo = 植物 形成 单 不 饱和 脂肪 酸 的 机 制 与 此 类 似 ， 但 以 铁 氧 还 蛋白 代替 Cytb,, 脱 饱 和 酶 是 可 溶性 的 ， 可 以 硬 脂 酰 一 ACB 为 底 物 。 另 一 个 单 不 饱和 脂肪 酸 合成 的 途径 不 需 氧 ， 它 首先 由 脂 酰 一 CoA 经 6- 氧 化 途径 降解 形 成 中 等 长 度 的 D- 羟 脂 酰 一 CoA， 也 可 由 脂肪 合成 途径 中 所 生成 的 中 等 长 度 的 产 脂 酰 一 ACP， WEAK AE KA, B- Hi BE—COA 或 c、B- 奖 脂 酰 一 ACP。 然后 靠 脂 肪 酸 的 链 延 伸 机 制 生成 较 长 链 的 不 饱和 脂肪 酸 。 例 如 : O OH H O , | B- 氧 化 f ina (CH, )4(CH,), C ~SCoA > CH,(CH,),—C H—C H—C~SCoA ones ae | 双 键 移 位 “， 碳 链 延 H ‘ie Shame (CH,), C~SCoA 二 一 . ee ree C ~SCoA 伸 452 (=) 多 不 饱和 脂肪 酸 的 合成 和 相互 转变 动物 体 含 有 各 种 多 不 饱和 脂肪 酸 。 其 中 有 一 类 是 动物 本 身 制造 的 。 这 些 脂肪 酸 的 双 健 都 处 于 从 一 CH, 端 和 --COO- ' 端 数 起 第 七 位 碳 之 间 ， 这 些 脂 肪 酸 由 油 酸 脱 饱 和 链 延 伸 而 获得 。 然而 双 健 位 于 从 未 端 起 七 个 碘 以 内 任 一 位 置 的 多 不 饱和 脂肪 酸 ， 则 动物 本 身 不 能 制造 ， 它 们 主要 由 食物 供给 。 et ZENA FL SKS AAS. LPR} Ae ST 3 i PM AAA AAA. TX OE oH ia BE BS FT dead Ps 亚 油 酸 类 j.CH,—(CH.),—-CH=CH— w-6 亚麻 酸 类 CH,CH,CH=CH— w= 3 Ha . CH,--(CH,),—CH=CH— = w-7 区 油 酸 类 CH,—(CH,),—CH=CH— w-9 其 它 多 不 饱和 脂肪 酸 都 能 由 这 四 种 前 体 经 一 系列 反应 合成 其 中 的 键 是 交 蔡 延伸 和 脱 饱和 。 延 伸 可 通过 利用 亢 二 酰 一 CoA 的 微粒 体系 统 的 酶 催化 。 脱 饱和 作用 也 是 由 微 粒 体 组 分 中 的 栈 催化 完成 . 芙 脱 放 和 机 制 类 似 于 单 不 饱和 酸 ， 但 不 完全 相同 。 具 有 共 罗 双 健 的 不 饱和 酸 在 动物 中 不 能 形成 ， 廿 碳 四 烯 酸 等 的 多 不 饱和 琶 也 不 能 形成 。 下 式 是 动物 组 织 中 不 同 的 多 不 饱和 脂 肪 酸 生 成 的 各 种 途径 的 总 结 。 OS —Coa + FIR BE—CoA + | AS : = Cis 2H By oe. -2H rs A®— Cie: Cis he pe NH 2H et {| +2C + a | gi A™ — Cyg.1 om” A®— Cis: . As - + 八 烯 酸 ” 二 十 烷 酸 ih 酸 | 市 |+2c 区 Co» A®?—Cig:2 , A™—Gin 廿 二 烷 酸 As 一 十 八 碳 烯 酸 ) AY OP Beha +|2C |+2C | +2c Cr A —Cr:2 A—Co2:1 : 4 i ioe AURA A ORR | | -2H |+2c ARE 人 号 A15 一 Ci a Aseo 一 二 十 碳 燃 酸 。 As 一 十 四 看 燃 酸 或 神经 酸 [NS 453 食物 来 源 的 脂肪 酸 CE 人 亚 油 & 亚麻 酸 +2C -2H - 2H VAN he OF "ON ide alates OF OR LAF oe 0:4 和 人 1521 — +h RR ER - 亚麻 酸 ZA 78212915 — 1 ]\ Te 0 a -— 2H |+2c |+2c S9llpl4__C, Atttet4—_ce, B911914p17__C 1 Me ee > Re Bs |- oH Abies! Re RR Ae8ttst4_C, | - 2H 花生 四 烯 酸 AV eae ae 和 As5sllt17 一 十 碳 五 烯 酸 +2C A\7910918910918__C, LA7910918910310__1 + — GR -2H | L497 okagthy ae ie Atr7030)159 1018p — Be Ba Re AF UROAMRHE aM FP: , CH, (CH, ):—CH,—CH, -CH—CH—CH, —Cy—CH—(CH,),COOH Wyss | -2H CH,(CH,),—CH=CH—CH,—-CH=CH—CH,—-CH=CH—(CH,),COOH 5 二 亚麻 酸 | +2c | CH,(CH,),—(CH=+CH—CH,),—(CH,),—COOH | Ar—WRR |-2H CH,(CH,),—(CH=CH—CH;),—(CH,),COOH 花生 四 烯 酸 哺乳 类 肝脏 比 肝 外 组 织 能 更 广泛 地 进行 脱 饱和 及 延伸 反应 。 多 不 饱和 脂肪 酸 虽然 也 能 发 生 氧 化 ， 但 这 些 脂肪 酸 并 非 体内 的 重要 能 源 。 花生 四 烯 酸 和 同系 ?一 亚麻 酸 是 形成 前 列 腺 素 的 原 始 材料 。 四 、 甘 油 三 酷 的 合成 动物 肝脏 、 脂 肪 组 织 及 高 等 植物 都 能 大 量 合成 三 酰 甘 油 ， 微 生物 则 合成 碱 少 。 合 成 途径 454 是 由 脂 酰 一 CoA 和 'c- 磷酸 甘油 经 磷脂 酸 而 合成 。 (一 ) &- 磷 酸 甘 油 的 来 源 a- Wi PS EY Yes PT aS 1 “I —— DR FAVA Ad He C- 磁 酸 甘油 脱氧 梅 催化 下 eT 成 ， 也 可 由 脂 肪 水 解 生 成 的 甘油 ， 在 ATP 参与 二 经 甘油 激酶 催化 而 形成 。 > 精 一 -> 一 -> 一 一 —>CH,0H CH,OH C- 磷 酸 甘 油 脱氧 酶 CD 0 = 疯 H=C--OF 2 | I. a | | CH:O 和 NADH +H MAB CHU O R40-. ， : ” | ©O> ADP x! O- 多 甘油 激酶 ATP os eo CH 一 OH 食物 脂 一 一 一 一 一 > 一 > | Wet : CH,OH 甘油 (二 ) 脂 酰 -CoA 的 合成 Enid 在 细胞 质 市 ， 在 脂 酰 -CoA 合成 酶 俱 化 下 即 可 形成 脂 酰 -CoA。 O eis | RCQ +CoASH+ATP—>RC~SCoA+AMP + PPi OH Diemer HB RRS ILA 2 BR ET 0 1。 1- 酰 基 甘 油 -3- 磷 酸 的 合成 在 Sa- 甘油 -3- 磷 酸 转 酰 酶 的 催化 下 ， 脂 酰 -CoA 与 &-L -甘油 -3- 磷 酸 反 应 生成 1- 酰 - 甘 油 -3- 磷 酸 ， 又 名 溶血 磷脂 酸 。 O | | AN Sn- 甘 油 -3- 磷 | HO 一 CH O +R’C~SCoA 一 一 一 一 一 一 > HOC 一 H 0 +CoASH j 2 45 Be Be CH,—O—P—O7 ests Gime 上 2. 磷脂 酸 的 形成 溶血 磷脂 酸 在 溶血 磷脂 酸 转 酰 酶 俱 化 下 ， 再 与 第 二 个 脂 酰 -CoA 反应 ， 形 成 磷脂 酸 。 它 是 合成 三 酰 甘油 和 一 些 磷脂 的 前 体 。 455 O O | Fee O O a 用 上 | | 所 溶血 磷脂 | | HO—C—H O Cn C—O. S 8 +R/’C~SCoA mE R/’/C—O itt O 7 十 CoA H CH,O—P=07 CH,O—P—O7 O- " Oe | L- 磷 脂 酸 3. (磷脂 酸 的 水 解 | 磷脂 酸 在 磷脂 酸 磷酸 酯 酶 催化 下 水 解 ， 即 成 甘油 二 酯 。 上 煌 六 12O 2 Co- O CR 于 I R’’C—O—CH O +H,0 ee eagle ne | Ih OH,++0>—P—O- CH,OH HO? L-1,2- 甘 油 二 酯 4。 甘油 三 酯 的 形成 甘油 二 酯 在 甘油 二 酯 转 酰 酶 催化 下 与 第 三 个 脂 酰 -CoA 反应 即 形成 甘油 三 责 。 0 O AA J O CH,-O-C—R’ O CH,-O-C-R’ | | > ay | 村 油 二 酯 转 酰 酶 ) | Nog R’’C-O-CH ~ +R’’C~SCoA ge “OO +CoASH | I GH.OH CH,-O-C-R//” 除 通过 以 上 四 个 途径 合成 甘油 三 酯 外 ， 还 可 通过 磷酸 二 凑 丙 酮 合成 磷脂 酸 风 再 告 成 脂 肪 。 反 应 如 下 。 式 中 磷酸 二 FETE BEI HC: TL AL ROR, REAR 酰 -CoA 的 反应 4 9 O | MA se 6h R’C~SCoA CoASH CH: —O—C—R’ O Gh Fe baby oF “T° 7 eo enamemm SOO : C—O | OCH,O—P—O- nha Tt ‘me. O \ | NADPH+H* NADP* CH,O—-C=R? \ 7 ee mea P meme OCH 7 CH,O—P—O- O- 456 ELH ——2 * 138 Ba = FA AL Bi — FALL - 2 ST Y— ?一 DO:HOD HO*HO HO’HO Se | 。 SH EW Ha i O 用 SO- 2 3 "3 \ H—O0—O0—9—,/4 a Y H—O—OH | | HSVo9D | No HSV°D VoDS 一 9 一," 世 | 了 一 OHOD O Vo9S—O—wwt 人 心 一 ?一 0 HD OA (下 一 OO Vi 4. AP ‖ O O O 6 dL 人 ual BY al oo BY 8 (old BA Sf ef a -T =e? Cy am EE anes ery orn Nee | T 4 -O—d—@°HD | XH -O—d—0'*H9 a Fe al 4 -0 一 4 一 全 "HI | | Me mww-r | | _ sO -8- MAW | | O O=9 O H—O—OH 六 本 O HO—O—0—W/4 | +H+ +dQVN | Vo0DS 一 2 一 ,了 HSVoD | | / 革 一 ?一 GO2HD HadVN /一 ?一 02H9 OA 7a—9-O-7HO O Oo” of | , O fe. , 个 o wewxw >’? ww emis wTSV°° fd 3k — hee 4-8-1 A voos—— 7 O O 2 $41 - § - FALL. -uS -O r¥ O 于 oOzH9D Ho *HO | ee -O—d—0O'H9 ig —g— I | 各 7 | | | Sees -0 ~H-9-OH eee H—9—OH O O9 -) a+ 4avN oo ddv dv i | Way N HO*HO HO"HO 457 此 外 肠 粘 膜 还 能 使 单 酰 甘油 与 脂 酰 -CoA 反应 生成 1 2- 二 酰 甘 油 。 还 有 些微 生物 能 使 甘油 -3- 磷 酸 与 脂 酰 -ACP 反应 合成 溶血 磷脂 和 磷脂 ， 而 且 其 效果 比 中 酰 -CoA 更 高 。 关于 脂肪 的 合成 过 程 可 总 结 如 P457 基 页 第 四 节 ”甘油 磷脂 的 分 解 代 谢 甘油 磷脂 的 分 解 首先 由 各 种 磷脂 酶 完成 。 磷 脂 酶 对 研究 磅 脂 结构 及 其 降解 途径 是 非常 有 用 的 ， 磷 脂 酶 在 磷脂 酰 - 胆 碱 上 的 切割 键 如 下 式 所 示 。 TARE ee ee A,B, C、D 的 水 解 。 磷 脂 酶 A, 催化 A fe7ki, A. 则 催化 B 健 水 解 。 An O I O B CH,—O—CR’ A “gis wie O | CH,—O—P— 一 0 一 ~CH,CEt-gN (Cis rN COs aan wa A, 水 解 后 得 溶血 磷脂 酰 胆 碱 。 它 是 一 个 强 的 去 污 剂 和 有 效 的 溶血 剂 ; 磷脂 酶 A, 也 能 催化 磷脂 酰 乙醇 胺 以 及 含 胆 碱 和 乙醇 胺 的 缩 醛 磷脂 的 B 键 水 解 。 磷脂 酶 全, 催化 磷 脂 水 解 形成 花生 四 烯 酸 和 同系 y- 亚 麻 酸 。 一 些 蛇毒 中 含有 类 似 的 需 Ca 的 磷脂 酶 。 脾脏 和 其 它 组 织 的 溶血 磷脂 酶 作用 于 溶血 磷脂 酰 胆 碱 或 磷脂 酰 乙 醇 胺 的 单 酯 键 A。 0 | CH,O0—CR’ l 7 i OMS, Catt HO—CH 0 二 | RCOH CH,0—P—OCH,CH,N(CH,), 7 aN CH,OH | HOCH 0 | I CH,O—P—O—CH,CH,N(CH,), | - O 动物 组 织 的 磷脂 酶 B 能 水 解 A 和 B 两 种 键 。 水 解 C 键 的 磷脂 酶 C 存在 于 BEB CC. Welchii ) 和 其 它 梭 菌 和 杆菌 属 的 -毒素 中 ， 这 些 酶 需 Zn'*, Ca’ 或 其 它 二 价 阳离子 。 它 也 存在 于 肝 的 咨 酶 体 中 。 458 甘油 确 腊 PEC. 2- 二 酰基 油 + ic 在 植物 中 的 磷脂 酶 D 催化 磷脂 酶 转移 反应 和 D- 键 磷酸 二 酯 键 的 水 解 肥 冰 客 可 催化 胆 人 Ay a ie 磷脂 酶 oe iL + ROH 磷脂 酰 一 0 一 R+ 胆 碱 …… 加 ie ‘ 以 上 两 个 反应 都 可 被 Ca 激活。 上述 反 应 加 可 使 自由 丝氨酸 、 乙 醇 胺 或 胆 碱 与 甘油 磷脂 交 换 含 氨 碱 。 这 个 反应 也 存在 于 脑 的 微粒 体 中 。 目 前 已 证 实 这 个 反应 是 合成 丝氨酸 磷脂 的 主要 途径 。 a. 磷脂 的 分 解 代 谢 反 应 总 结 如 下 ; : ee O CH 一 0O-C 一 R wv , ec hs Ds: HO-CH ont < O \ rf a + os j eos -6 =CH:CHiN(CH3)s Ce Si CH: rag BI 一 O- ty 4 和 时: OCH;CH:N(‘CH)). 1 Yn Ar % TR ARBHA | A * 6 iF o 让 Son Rce | hy 一 OH CH;OH as HO—C -H i i J ' i, 4 1 C pratt oucn 1 ONES B 9 * CH:-O< P CH: 70 =P707 . OCH:CH2NtCH3)s OCH; CH:N(CHa)s ‘D oO E ae Py CH,0— CR ° ; e rit -O-C “H + O=P =9 ii k L_—f és CH:0H OCH2CH;N(CH3)s oO . 4 + CH,OH aaa Oo 4+ OHCH, CH2N(CH) bore te xe b + HOCHzCH:N (CHa) pip 甘油 磷脂 的 合成 甘油 杰 脂 广 布 于 生物 界 ， 是 最 主要 的 一 类 磷脂 。 合 丝氨酸 。 乌 醇 胺 或 胆 碱 的 碍 脂 都 能 在 459 生物 体内 自行 合成 。 生 物体 含量 最 多 的 磷脂 酰 一 胆 碱 〈 卵 磷 脂 ) 可 从 磷脂 酰 乙 醇 胺 合成， 也 可 由 食物 的 胆 碱 从 头 合成 。 不 管 那 种 磷脂 的 合成 都 首先 要 合成 磷脂 酸 。 一 、 磷 脂 酸 的 合成 磷脂 酸 是 甘油 磷脂 合成 的 关 健 物质 。 从 甘油 -3- 磷 酸 或 磷酸 二 羟 丙 酮 2 UR Be 酸 已 如 上 述 ， 此 外 从 三 酰 甘油 亦 可 形成 磷脂 酸 。 摘 要 如 下 ; 首先 使 三 酰 一 一 甘油 水 解 成 二 酰 甘 油 ， 或 c- 一 酰 甘 油 。 1， 2 -一 栈 甘 油 在 二 栈 甘 油 激酶 催化 下 形成 磷脂 酸 。cx- 一 酰 甘 油 在 脑 组 织 或 肠 粘 膜 的 激酶 催化 平 形成 荆 -溶血 磷脂 酸 。 然后 再 转变 为 磷脂 酸 。 T O CH.O—C—R’ R’—C—O—CH + ATP —= SiH THB 7 ge pee + ADP Boh O O | J CHU’ CH,—O—C—R/ C- 单 酰 甘 油 激酶 | HO—C—H ra HO—C—H 0O | ATP ADP | ] CH,OH Coke yar) 0- 溶血 磷脂 酸 O J O O 一 it | | SP a ae O | ed...) — p-LiQe ” 工 -磷脂 酸 、 磷 脂 获 乙醇 胺 的 合成 乙醇 胺 首先 被 乙醇 胺 激酶 俱 化 磷酸 化 ， 形 成 磷酸 乙醇 胺 。 O | ; je eee © O— p_o— HOCH,CH,—NH, + ATP BEE ©O . O—CH,CH,NH, + ADP el) Sk Ww BG CS J Hea EF Ha PB EP CTP 反应 形成 CDP- 乙 醇 胺 。 460 7 ‘ | | O 0Oe S de O of A , | H # H,N—CH,CH,—0-—P—0e : Oe 二 OH J) at AGS ES 38 : | ! Me | pp, | | HORA Se eee “OO —Q---.} NH,, 3 ES a FA tt ea [ 4 | en WE i FB ) Ki H O10 | : | | 友和 H,N—GlbCH,—-O— P—O—p—O— ey, of _N | | | O A a ) Au H | | HO OH SSS LAMM BML, CDP- 乙 醇 胺 的 磷 酰 -乙醇 胶 部 分 转移 到 1, 2- 二 酰 甘油 的 x- OH 上 形成 磅 脂 栈 乙醇 胺 。 O ] O CH,—O—C—R’ | | | 磷 酰 转移 酶 R”’—C—0—CH mae a | CMP CH,OH H,N*—CH,—CH,—O—P—O—CMP oe 461 O O CHC_C_R, 时 O dociHucH 了 RH a ie Hs RZ BG =, wend eae 8 S (一 ) 从 磷脂 酰 乙 醇 胺 合成 磷脂 胆 碱 在 N- 甲 基 转移 酶 俱 化 和 S- 腺 苷 甲 硫 毛 酸 参 与 ( 甲 基 供 体 ) 下 ， 磷 脂 酰 乙醇 胺 被 甲 基 化 即 成 卵 磷脂 。 这 个 途径 是 卵 磷脂 合成 的 主要 途径 。 反 应 过 程 如 下 ， O J O GH’ GOO> | | R’—C=—O+CH 0O +3 H-C—NH, S-R PRAM | +, H,O—P—O—CH,CH,NH, dus, O- | din | CH,— S*—CH, A Ox BES MZ. Bore | N-ee ee H 6 H HH OH OH COO- | Hohe CH, O | J CH, O CH,O—C—R’ | | | _ aq S—CH, A : ~ | | - sous | |. ‘CH, .H H G* CH, ca aa OH OH >- 腺 苷 同型 半 胱 氨 酸 462 (=) BRAS BE AB BRAS MLS pK 这 个 途径 需要 从 食物 中 供给 胆 碱 。 胆 碱 首先 在 激酶 作用 下 形成 磷 酰 胆 碱 ; 然后 在 胞 苷 酸 转移 酶 催化 下 形成 CDP- 胆 碱 。 反 应 类 似 于 CDP- 乙 醇 胺 。 AA Gi + A TP -~ BES AB HR + ADP aaaa CT P: BEBE AH BR / 参与 这 第 二 步 反 应 的 酶 在 卵 磷 脂 形成 中 是 受 调节 的 ， 它 的 活性 可 被 二 磷脂 酰 甘 油 〈 心 磷 AB) 所 刺激 。 生成 的 CDP- 胆 碱 在 磷酸 胆 碱 转移 酶 催化 下 与 甘油 二 酯 反应 形成 卵 磅 脂 。 以 上 各 种 卵 克 旧 合 成 途径 可 总 结 如 下 。 oO ; H Cat O-PTO CTP inact ae PP ak thas ba ! \ c A HOCH:CH:NH, 六 OCH:CHLNA, grea" H:CH:NH, Tr ite BAGS FED ATP ADP tens - | CH;OH ( RC er HO CH | | | CH:OH at ~O-P a oCM: CHINN, e |rase y “ADP ° 8 2CoASH iu . a r = H. ) ( ogi 2RC CoA 4 6 ‘ H:-O-CTR Th HEBER eae 8 CH:-( “RK oO SCH:-o- -R HO—C -H — > S$ RO-6-C -H ie Mit. ta Re KR5O -CH oO { . | 和 H:O MF CoH 1 CH: -O-P-O CH:-O-P 70 rite ary 1 I o> | ae weBGBE ° Oak Ma ATP wi LP. i CTP wens / y CMP HO=CH:CH- N(CH) a aa OS ae CpP=O=CH-CHN(CHY), Oo yo OCH Ma i CH:CH: N(CH Wh, ~~ 四 、 磷 脂 栈 -丝氨酸 的 合成 在 哺乳 动物 中 杰 脂 酰 -丝氨酸 是 由 磷脂 酰 乙 醇 胺 :丝氨酸 转移 酶 催化 含 氨 碱 的 置换 反应 而 形成 的 。 丝 氨 酸 磷脂 在 含 吡 哆 朽 磷酸 的 磷脂 酰 丝 所 酸 脱羧 酶 催化 下 ， 又 可 重新 形成 磅 脂 酰 乙 醉 胺 。 在 大 肠 杆 菌 中 ， 这 个 脱羧 酶 是 一 个 膜 结合 酶 ， 有 一 个 NH, 一 端 丙酮 SERRE At SB AY He 用 很 关 健 。 463 O ] | 由 O CH,—O—C —R’ NH, 7 AS. | | ICT Aye BES nC -—-C- O + HOCH eee Bikkcee: 一 [ ra) : CH,—O Or Me H 丝氨酸 转移 酶 am i CO, |# i we Ty 氮 e A és . | O CH,.—O—C —R’ 申 ae O NH, | | CH,—O aba pe O- 在 大 肠 杆 菌 及 其 它 细菌 中 ， 参 与 经 由 胞 二 磷 二 酰 甘油 合成 磷脂 酰 一 丝氨酸 的 酶 及 反应 如 Te | m has | 一 人 RE (pg eg O CH,—O—C—R one ae TEES 5 a, Pe oa 入 \ “磷脂 酰 胞 7 fh a 0 ah ri TRE BM 5 Mg (全 二 O | O ie R’—C —O—CH O O e | | | Sgr i ane bd. wa | H H 天 OH OH ® NH, 人 ( SOC, ae H Rave: | O CH. t+-0O —C-R’ | | @ sie el O iia | 人 aa H, WARM AU EM OS 在 哺乳 动物 中 也 可 合成 CDP- 二 酰 甘 油 ， 查 合成 的 CDP- 二 酰 甘油 是 用 来 合成 磷脂 酰 肌 醇和 磷脂 酰 甘油 。 磷脂 酰 肌 醇 的 合成 是 在 CDP- 二 酰 甘 油 : 肌 醇 磷脂 酰 转移 酶 催化 下 ， 由 CDP- 二 酰 甘 油 与 肌 醇 作 用 而 获得 。 O I O a Ie R 一 C 一 0 一 CH O O | | ] CH,—O 一 P 一 0 一 P 一 0 一 胞 苷 一 -> Le” OM es a 肌 醇 一 OH O I CH,—O—C=—k’ | Ly pLe —O—C—H : (Hit Ore ee- am 0- + CMP 磷脂 酰 甘 油 的 合成 是 在 甘油 磷酸 磷脂 酰 转移 酶 催化 下 ， 由 Sn- 甘 油 -3- 磷 酸 的 xc-OH 亲 核 攻击 CDP- 二 酰 甘 油分 子 上 的 CDP- 的 D- 磷 原子 ,生成 磷脂 酰 甘 油 磷 酸 ， 然 后 再 在 磷脂 酰 甘油 磷酸 酯 酶 催化 下 ， 磷 脂 酰 甘油 磷酸 脱 去 磷酸 基 而 成 磷脂 酰 甘油 。 甘 油 的 一 OH 再 去 亲 核 攻击 CDP- 二 厂 甘 油 ， 即 生成 双 磷 脂 酰 甘油 ， 又 称心 磷脂 。 它 是 线粒体 内 膜 的 主要 成 分 ， 占 其 所 含 类 脂 成 分 的 10 一 20% 。 它 也 是 细菌 细胞 膜 的 主要 成 分 。 反 应 如 下 式 ， 465 EL —t “ Ser 一 2 BH xd W—O—O—'* HO ae | a & % ae el H -O e- 2.0) EO | i | | | | ss «+». "HO— O—d—O—'*HO— 9—*HO—O—d— 0—* HD 4 BI—90—d—O—d— O—'HO O uw | | | {- Al | : O HO O H—9—0— 9-1/4 Oo | Oo -9-0-9H ! | > | | /一 ?一 0 “=O | O 了“HD 一 0 一 ?一 / 忆 | PZ HO a ] O ee | | ie) Sey So eae ee H O Le ae z va ? O HD O 6 0 | 人 O H9—OH C 一 CH 一 R AF eT RA RE, ZBUKTER, HZ WARES, Hh C- OH 与 醇 之 间 实 际 上 以 酝 键 相连 。 OH | CH.-OH ON CH, 0—C¢Him CH,—O—CH=CHR | + SC—CH,-R — | | ——> | | H | H AH,O | 467 4 4 [> : - x 所 rm a a | Ti, Be, @ 年 HO5zHO5 一 0 一 HI “0 - ; » . W | t | dO sack 二 ? £ Od°H | Af : 4 eS ne, we O oe 有 和 ; WY (DaYN +HsH(a)avN 9 O > // 辽 W°HO*HO—O—*HO O -0 O a W’HO*HO—O—?*HO Oo HSVOOr | Vos 91217 ee Sa LO c BC € +H+ ae nee +(d)GVN HOCdGVN -OH 一 2 一 OH 一 全 = 4°HO*HO—Oo—’ HOD a= HO=HI—O—*HO z? J ze | -O7Td0—hD . a°HO*HO—O—"*HO © - J | 0 a < 一 区 ga SN O 468 一 、 鞘 磷脂 的 生物 合成 WY STE DIA a ] =H UT. BPA RBA 3 25 2 A -NH, 被 脂 酰 -CoA 醇化， 形成 酰胺 键 ， 合 成 神经 酰胺 。 第 三 步 是 鞘 氢 醇 的 末端 羟基 与 CDP-RMiIE FTE BS AS (—) Bi SABE TE BK t : 和 ! O H H Cc ray C 一 C 一 CH:OH 人 J ! {I Tee ¢- CH.0OH xo. N O H Ys ph Fal St at H . al 加 人 oO- ZLOH CH | ef i | “abies. 由 一 cn hen, “RK CH:OH -OH H、__-CH:OH 有 CCG a : | 1 SCoA Ns ~~ ie CoVSCOA me (CH2) 14 és 7 | pO > ‘ , ome (CH) 14 H CH; ep a | x é aa). . °° fie oe : 到 Ry N -由 | aes | CoASH &\ae** aa re H-C =NH:; 日 一 C 2 1 | = C 二 9 N (CH2) 18 | H-~ 4 DA (CH2) 14 ‘| 7 CH) | } CH: oO ey ae +t -? .中 > 全》 万 复原 1] 469 CH,OH CH,OH | i H—C—NH, NADPH “NADP* H—C--NH, FAD FADH; | seal ee ee om 还 原 酶 | BY A Wht AS - (CH;),, a de CH, CH, — AA TE We A OLS MRE 5 22 2 KE ETS IEP, — 缩合 ， WACO. BY) AE Bi 1 ae AF KX) bY. 应 如 上 。 (1) (二 ) 神 经 酰胺 的 形成 ZEW SH EE PL 分 子 软 脂 栈 -CoA 和 一 CH,OH H—C—NH, | Ha Sa QH 分 子 丝氨酸 CF, JANBBE-CoA Fe 4s iit He 5 YE RS NH, 上 形成 本 胶 键 。 ide: gi © NH, 亲 核 攻击 脂 酰 -CoA MIRE, Neel EDIE GHoH OV. CH,OH OYE ae = CO A HC—NH, | HC-NH-—C | (CHz)1, CoASH | | H—C—OH | 4. xH=C—On Gi | CH ij DE IE | | — eB ries CH， H—C H—C | . | “agit aie as 神经 酰 膀 ” 广 - - CH, CH? (=) By BRB ROT Xx 神经 酰胺 未 端的 伯 醇 -OH， 亲 核 攻击 CDP 胆 碱 的 B- BE, BOA RA. ay CH,OH Ae H—¢—NH—C ; HCOOH deri.) 9 CH; H 一 C (CH CH, 430 3 | ait — 0-1 —-0-F -0--CH:CHN(CH,), | D> Ge > ree 1 CMP > Z O CH. b_o-CH,CH,N(CHY), he ee ry oe HCOOH (CHD ds _ CH, a Gta) 14 Wr AB CH, —. SEMERHSERK 神经 酰胺 能 与 UDP- 葡 萄 糖 或 UDP- 半 乳糖 等 反应 ， ABH. 如 果 与 UDP- 糖 Les ayers CMP- N- es Ppi te 23 Oe HC IZ TES teh 2S A. Pe RI PA O—CH, O HO—CH, O Gic—O—CH, O | | | aie —NH—C—R H—C—NH—C —R H a —NH—C—R H—C—OH UpDP—Gal H—C—OH on CH aay et dy UDP-Gle UDP CH « | UDP | ee ee oy ie 和 (CH;)， (CHO: (CHs) 1: CH, CH, CH, 半 乳 糖 脑 苷 脂 神经 酰胺 葡萄 糖 脑 昔 脂 (Gal-ceramide) (Ceramide) (Glce-ceramide) (aor j UDP CMP-NeuAc d NeuAc-Gal-Gle- ceramide Pam 22ST Gal-Glc-ceramide -UDP UDP y UDP-Gal GalNAc-Gal-Glce-ceramid 一 一 > Gal-GalNAc-Gal-Glce-cerimade ads UDP NefttAc PAL Wife Px PR HS AT FF A ( 一 种 神经 节 苷 脂 ) 471 胆固醇 存在 于 所 有 动物 及 一 些 植物 组 织 中 ， 所 有 动物 都 能 吸收 这 种 固 醇 类 化 合 物 ， 也 能 在 体内 合成 这 类 化 合 物 ， 其 中 肝脏 可 合成 80% 的 胆固醇 。 大 部 分 的 胆固醇 都 与 脂肪 以 同一 途 径 进 入 乳 糜 徽 粒 ， 经 胸 导 管 ， 再 进入 血循环 ， 转 变 成 多 种 物质 ， 主 要 是 转变 为 胆汁 酸 及 固 醇 激素 。 还 有 一 部 分 不 经 分 解 最 后 随 类 便 排 出 。 一 、 胆 固 醇 的 生物 合成 同位 素 示 踪 实验 证 明 ， 内 源 胆 固 醇 的 所 有 碳 原子 都 来 自 乙酰 -CoA。 胆固醇 合成 所 包含 的 酶 有 些 与 内 质 网 结合 ， 而 有 些 则 是 细胞 质 中 的 水 溶性 蛋白 。 细胞 内 胆固醇 的 合成 可 分 为 三 个 主要 阶段 。 (一 ) 由 乙酸 生成 3- 甲 基 -3，5- 二 产 戊 酸 ( MVA ) mes XMBRESIARWSROLERAOM EL. HEMP RS “一 Ox 巷 I ote tf + ent | O ra | ? > aes : i. CHC E + ATP +CoASH Sra CH,C ~SCoA + ADP we OH bea) O Pon Bl 醇 代 谢 | 乙酰 -CoA J O 和 ae 2CH.C~SCoA -—_——_.-> GH, C pone \ CH, C-~SCoA pie CH,C~SCoA H.O * >~O0OC O YE a OH | Hid Ja FFA ER — BE-CoA 合 酶 CH ee me 3- 羟 基 -3- 甲 基 友 二 酰 -CoA(HMG-CoA) CH, OH 】 eH RRP CH, 3. COO- EG ve iS ee CH ’ 3- 卷 基 -3- 甲 基 友 二 \ ee cae SCH CH, OH 3, 5- 二 羟 -3- 甲 基 戊 酸 (MVA) (二 ) 由 MVA Emer 这 一 阶段 是 由 MVA 衍生 而 成 的 六 个 五 碳 衍 生物 进行 缩合 反应 ， 生 成 含 三 二 个 原子 的 营 烯 。 反 应 共 分 七 个 步 台 ， 需 要 许多 不 同 的 酶 催化 ， 现 按 顺 序 介绍 如 下 : 1。 .MVA 的 磷酸 化 MVA 在 激酶 催化 下 ，MYVA fame Peat oe ATP 磷酸 化 成 5- 磷 酸 -MVA。 iC CH, oF HH, | eo aa MVA 激酶 ; -OOC C CH.OH Fe -一 -OOC oe CH, : ' is ws a ATP Mg** ADP NS Ye.” 7s | CH, CH, CH, CH, O® 5-®-MVA 472 2。 5-@MVA 的 磷酸 化 在 5-@-MVA 激酶 催化 下 ，5-@-MVA 继续 磷酸 化 ， 形 成 5- 焦 磷酸 -MVA。 CH, OH CH, OH ; B)-MVA “hig ooc、 CH,» ee Ligoc .¢ CH, ate XN 0_—@ ATP Me’: ADP as aati 3。 A 一 异 戊 烯 基 焦 磷酸 酯 的 形成 5 一 焦 磷 酸 MVA 在 ATP 和 MVA 一 焦 磷 酸 脱 羚 酶 催化 下 , 脱羧 而 成 异 戊 烯 基 焦 磷酸 酯 (人 和 5 O O O | | I ex ey ee | t | mat | O07... OF CH "O39. CH, (OH | * ae MV A~ $8 BR PR Be Ly, Catan ae ee CH, tas —@-p ©: HO ADP + Pi “BR, a oe 4, IPP 的 异 构 化 在 IPP—A*— iH BRE IE F, IPP 异 构 化 生成 二 甲 基 丙 烯 焦 磷酸 酯 (DPE ) 。 H CH, CH, a IPP-A?-: hy C=C GH; a C=C H—CH#?-®® ae aa H CH, 0@@ oF, DPP 5, DPP MIPP 的 缩合 反应 在 二 甲 基 一 丙烯 基 转 移 酶 催化 下 ，DPP 和 IPP 头 尾 缩合 而 成 3,7- 二 甲 基 辛 二 烯 -2, 6 一 焦 磷 酸 酯 (又 称 改 牛 儿 醇 焦 磷 酸 酯 ) H CH, CH， ged cu,-¢ac H—CH;—0—®® fie mew én. H HA NCH,-0-®® - L a ail ae ce . IPP = FB ae Pa ae I 4 i, tu, I 3,7- 二 甲 基 - 辛 二 烯 -2,6 焦 磷酸 酯 CH,” SCH, 473 6。 法 尼 醇 焦 磷 酸 酯 的 形成 FEB LE RR : FRM LER EIT, DLR F IPP 缩合 形成 含 十 五 个 碳 的 法 尼 醇 焦 磷 酸 酯 。 H GH. CH, 全 CEA tet CH.—-0—@ J | Em HY 时 < ® H CH, H C—CH,—O0—@® “Ne iene 4 phe esd H : CH; wit a: Soacdg H Hen ee. CH; CHs 4 7 | i \ CH, H © ee 本 以 R # CH, du, H 人 | c CH, | CG. H ate i cil CH, CH, 则 得 ， RNoac’ 7. BMH MR TEREM RBM REILT, AD TRERL RRA Riel, rit 10-9. Kee TSmRER Wes x bi, oh 474 {7H PPi q 4 OPP Rk 如 多 外 ; 3 , . CHs CH,;-OPP NUC WE UES) WF 本 Bi * H ek Soar 7g He : Cn” £ Pee on’) Acie, ia Ha i Y R ou 3 R= C-C_Cy,0PP cH,~/ ©>CH:- OPP 和 DS) a is NUC NU \ : 【 | ety joy | * " CH Cis ‘ cn’? . cnr eal 3 a CH, 一 C 一 -一 C 一 CH2OPP CH: 一 c 一 一 一 CH:OPE 于 机 Pd H .: R R>., vH uh. ie xz5 EN b in a CH; CH : ¥ ide OPP = ft a PPi ; H. /ys 70 ns We xe Se 7 Pm Ti | a CH; C ria: i cHCl ys 5 ; on” yi 4 CH' 一 C > NADPH CH A \ cu C7O- CHs i; 六 R-CH-C=-CHCH:CH， ~CH--CH2CHa 图 10-9 AKERS RRRAARESHRVHE (=) aS REA RA Seema. Wi. APA, 双 键 移 位 等 过 程 折 释 成 胆固醇 。 反应 过 程 及 酶 系 介绍 如 下 ， 1, BRB REA 在 藻 烯 单 加 Bw CEC. 1, 14, 99. 7) ICT, BRAC he, 3- Hata. mA 10-10. PE] 10- 10552 FH BE PS FE AS ER AC Py BS Ma AI 该 酶 存在 于 AML, 两 个 组 分 构成 ， 一 是 NADPH-Cytc CAM, 二 是 非 血 红 素 铁 蛋 日 ， 二 者 都 是 黄 素 蛋 白 ， 475 H,O £6 -2,3- BAe O tie 了 ro 72h - 2,3- 环 氧 化 物 2| $e :4 : a 4O CH, AE H; FERS 图 10-~10 S#RRFCABHRWNERBA Cyp1450 SU Ta 上 人 到 还 Rs | 0. 47C00 ee LAY AS HoFN a NADPH +1 a hpp: pe ’ ‘; cH, CH, CW Be si e LAKME BLL & i Pere * Elan? ) yok 24.23 - = ASEAN Ow) NADH +H err Cu NAD* NAD° NADH+H co, BEA O, Oy HO : 日 cH “tig i A' ~ BANOS say on Ppa Me. ca Pm A! mee Rik aw da HR" ~ RRIMAD NADPH +H “} Cytb, NAD Toe aa SS 人 二 AN 和 一 PH + 8" NSD Y “oe HO ane H , 4 RnHias 10-11 羊毛 固 醇 形成 胆固醇 的 反应 过 程 及 酶 系 负责 氧 的 活化 。 476 2。 由 羊毛 固 醇 生成 胆固醇 (羊毛 固 醇 转 变 成 胆固醇 要 经 过 加 氧 、 脱 甲 基 、 脱 饱和 、 异 构 化 等 一 系列 反应 过 程 ， 需 要 多 种 酶 参加 ， 过 程 如 图 10-11。 二 、 胆 固 醇 的 分 解 代谢 胆固醇 在 活体 内 可 转变 成 胆 秆 酸 、 固 醉 激 素 和 维生素 D 等 。 - ry »s ry : a 本 ss HO . Z HO | CO(-S-COA) | ox Pee Ste | -— ‘OH HO™ x OH le | we “aes HO- 、 %. 0b HOY OH est) 一 站 jao， r $y 1s peer ae HO- HO- 图 10-12 ”胆固醇 转变 成 各 种 胆汁 酸 的 过 程 I 为 7-C- 羟 -胆固醇 ， 亚 为 7-C- 羟 -4- 胆 固 烯 -3- 酮 ! WV 为 58- 胆 固 烷 -3Q，7C- 三 醉 ; V Wa, 12a-= 羟 -4- 胆 固 烯 -3- 酮 ; Vi 58- 胆 固 烷 -3C, 7a, 12a-= BY; 下 为 58- 胆 固 烷 -3Q, 7a, 12a, 26- ; WE 为 58- 胆 固 烷 -3c, 7a, 26- 三 醇 ; 人 %3a, 7a, 12@a-=K-MA AEM; Y 为 3&, 7a-—H5P-H ARM, MW 为 3G， 12C- 二 羟 -5B- 胆 固 烷 酸 ; 验 为 忽 脱 氧 胆 酸 ; YI 为 脱氧 胆 酸 ; XV 为 胆石 酸 。 > 表示 由 肝脏 酶 催化 ; 一 > 表示 由 微生物 酶 催化 。 477 (一 ) 胆 固 醇 转 变 成 胆汁 酸 厌 约 80%% 的 阳 轿 杖 在 肝脏 中 转变 为 朋 半 酸 。 在 转变 过 程 中 包括 类 固 醇 环 的 泛 化 67f12 ) 和 侧 链 的 降解 等 过 程 。 胆 固 醇 转变 成 各 种 胆汁 酸 的 反应 如 图 10-12。 (二 ) 胆 固 醇 转变 成 类 固 醇 激素 胆固醇 经 孕 酮 而 转变 成 睾丸 酮 、 肉 二 醇和 肾上腺 皮质 激素 等 。 AT. ee 1 孚 酮 的 合成 i 胆固醇 经 一 复杂 酶 系 作用 ， 首 先 在 C,。 和 C:， 产 化 ， 生 成 20、22 一 二 产 胆 固 醇 。 然 后 断 BAe, BRAY) 烯 醇 酮 。 然 后 再 经 氧化 和 双 键 转移 两 个 步 邓 形 成 孕 酮 。 孕 ( 符 ) 姘 醇 酮 形成 孕 酮 的 反应 如 图 10-13。 " ) h | / 107 S 9 ~ RH Sth 9.20 全 RAW ARTA 图 10-13 RC RE RR 2, RMEERS LRRAKE PiPtEA SH RABA-RBBAZURILRM. BLA C-11,C-17, C-18, C-21 等 位 上 发 生 。 这 些 产 化 反应 都 由 专 一 性 的 单 加 氧 酶 催化 。 不 同位 产 化 产生 不 同 的 皮质 激素 。 见 图 10-14。 3。 了 孕 酮 转变 成 各 种 雄性 和 肉 性 激素 孕 酮 转变 成 雌雄 激素 亦 需 经 羟 化 、 脱 支 链 、 脱 所 、 双 键 转移 等 过 程 。 此 外 胆固醇 能 转变 为 7- 脱 所 得 加 峡 订 在 区 外 光照 射 下 也 可 啤 变 为 维生素 Di。 体内 过 多 的 因明 醇 ， 在 肠 道 微生物 作用 下 ， 上 轮 变 成 其 它 类 固 醇 ， 由 数 便 排出 体外 。 478 图 10=-14 承 酮 转变 成 各 种 皮质 激素 的 反应 过 程 479 第 八 节 ，” 脂 代谢 失常 引起 的 常见 病 脂 代谢 失常 可 引起 一 系列 病症 ,* 上 面 已 介绍 的 酮 尿 症 、 酮 血 症 是 其 一 例 。 兹 再 举 一 些 党 见 疾 病 如 下 。 一 、 脂 肪 肝 肝脏 是 脂 类 代谢 的 重要 场所 ， 肝 内 正常 脂肪 含量 约 为 5% ， 当 肝 脏 脂 代谢 异常 ， 肚 中 的 载 脂 蛋 白 不 能 及 时 将 脂肪 运 至 肝 外 组 织 时 ， 就 会 造成 脂肪 在 肝 中 累积 ， 形 成 脂肪 肝 。 某 些 脂 肪 肝 患 者 肝 中 脂肪 含量 可 达 10% 。 动物 如 鼠 类 咀 以 缺 胆 碱 和 低 蛋 白 食物 时 ， 常 会 产生 脂肪 肝 ， 这 种 脂肪 肝 的 形成 是 由 于 缺 乏 胆 碱 ， 故 不 能 形成 脂 酰 胆 碱 。 如 果 喂 以 胆 碱 或 卵 磷 脂 即 可 防止 或 治疗 脂肪 肝 。 糖尿 病 患者 体内 动用 了 过 多 的 脂肪 ， 可 通过 供给 胰岛 素来 控制 粳 尿 病 ?) 以 防止 脂肪 肝 形 成 。 这 种 脂肪 肝 的 形成 是 由 于 从 贮 脂 过 多 地 转移 到 肝 中 而 造成 。 L FER reas, ae AY RIF HDL HER ALOMAR, AT MAM CERF 积 。 此 外 肺结核 等 慢性 感染 病 及 早期 酒精 肝 硬 变 症 等 患者 体内 也 可 看 到 脂肪 肝 的 形成 ， 这 是 由 于 肝 细 胞 损坏 ， 肝 功能 受 损 ， 减 少 了 脂肪 的 降解 造成 的 。 | 二 、 高 胆固醇 血 症 I: 有 一 种 遗传 病 叫 家 族 高 胆 醇 血 症 。 患 者 显示 高 水 平 的 血浆 胆固醇 和 高 水 平 的 低 密度 脂 蛋 白 。 患 者 的 成 纤维 细胞 和 其 他 细胞 都 缺乏 血浆 LDL 受 体 。 等 位 性 遗传 缺乏 有 三 种 类 型 ，@ RA LDL W4A, @LDL 的 结合 大 大 减少 ， OAL RW LDL 的 结合 但 无 LDL 的 细胞 内 向 化 。 因 此 胆固醇 酯 难以 进入 细胞 内 。 胆固醇 对 HMG-CoA 还 原 酶 的 细胞 内 反馈 作用 缺 乏 ， 导 致 肝 和 其 他 组 织 细胞 高 速 合 成 胆固醇 。 ERAT, “每 个 细胞 只 有 正常 细胞 一 半 的 LDL 受 体 志 而 在 血浆 中 的 LDL 水 平 约 为 正常 的 2.5 僧 。 纯 合子 由 于 候 乏 LDL GR, MR 中 的 LDL 则 约 为 正常 的 6 倍 。 这 种 家 族 高 胆 回 醇 血 条 合子 患者 在 33-55 岁 间 易 患 动脉 硬化 《 动脉 胆固醇 班 的 沉积 ) 。 纯 合子 患者 常 在 20 岁 前 即 死去 。 除 了 冠状 动脉 阻塞 外 ， 这 两 种 情况 都 会 显示 黄 瘤 病 ( 黄 脂 增 生病 ), ERIK. MME PRES RR. RAS LOL 3) 在 于 巨 噬 细 胞 让。 还 有 一 种 Wolman’s $i, BASIE MMMM. KAAS, Hee LDU SETH Sl Ala, FAA LDL- fA a KM, th RS HK Me S SCH Re EIA 而 遍及 全 身 。 严 重 时 也 有 三 酰 甘 油 累积 ， 这 种 情况 在 生命 早期 即 可 致死 。 三 其它 类 型 的 疾病 除了 上 述 两 种 脂 代谢 病 外 ， 还 有 多 种 脂 代谢 失常 病 是 由 于 仙 乏 各 种 专 一 性 酶 而 引起 的 。 如 泰 萨 氏 幼年 型 黑 简 白痴 病 是 由 于 脑 中 缺 取 氨基 已 糖苷 A 梅 ， 以 致 引起 脑 中 积累 神经 节 埋 脂 而 产生 脂 代谢 失调 病 ， 患 者 失明 、 脑 玩 化 ,甚至 丧命 ， 又 如 克 腊 伯 氏 病 是 由 于 缺乏 半 乳 糖 神经 酰胺 -6- 半 乳糖 基 水 解 酶 。 而 引起 半 乳 糖 脑 背 脂 累积 ， 并 几乎 缺乏 散 磷 脂 ， 患 者 智力 退 钝 。 另 外 尼 曼 皮 克 症 是 由 于 缺乏 畏 磷脂 酶 ， 神 经 组 织 鞘 磷脂 累积 。 患 者 精神 迟钝。 480 ee en ee Lot 第 十 一 章 “” 氮 基 酸 代谢 生物 体 要 维持 正常 的 生命 活动 ， 保 证 正常 的 新 陈 代谢 作用 ， 就 必需 各 种 各 样 的 含 所 化 合 物 ， 生 命 本 身 就 是 蛋白 质 由 核酸 特定 的 存在 形式 。 要 维持 正常 的 生命 还 需要 各 种 不 同 的 酶 、 维生素 、 激 素 和 受 体 等 。 栈 和 受 体 是 蛋白 质 ， 很 多 辅酶 也 是 含 氮 化 合 物 ， 很 多 维生素 是 辅酶 的 成 分 。 二 - 些 激素 如 氨基 酸 激素 、 多 肽 激素 、 蛋 白 激素 等 也 都 是 含 所 化 合 物 。 生 物体 内 不 管 那 种 含 所 有 机 物 ， 它 们 的 形式 都 离 不 开 氨 基 酸 ， 生 物体 必需 首先 合成 或 由 外 源 供 给 氨基 酸 ， 才能 合成 或 转变 成 其 它 需 要 的 含 所 化 合 物 。 本 章 将 介绍 生物 体 氨基酸 的 合成 、 分 解 ， 以 及 转 变 成 其 它 含 氨 化 合 物 的 过 程 和 调节 等 ， 重 点 介绍 氨基 酸 的 合成 和 分 解 。 不 管 所 基 酸 的 合成 还 是 分 解 ， 其 氨 化 物 的 形式 首先 必需 是 NHs， MER 合成 所 需 的 氨 源 首先 必需 还 原 成 NHs， 才能 用 来 直接 合成 氨基 酸 ， 氢 基 酸 分 解 所 释放 的 含 气 产物 也 都 ， NH, 或 其 衍生 物 ， 最 后 转变 为 其 它 含 所 有 机 物 。 第 一 节 AMAR AE 合成 气 基 酸 的 氮 源 主要 有 三 方面 ; 一 是 固氮 作用 , 将 N，* 还 原 成 NH; 二 是 由 外 源 硝 酸 盐 在 生物 体内 还 原 成 NHs， 三 是 由 外 源 供给 铵 盐 ， 或 外 源 及 体内 氨基 酸 分 解 产生 的 NHs。 一 、 生 物 固 氨 作用 所 谓 生物 固氮 作用 ， 即 在 生物 体内 由 N， 还原 成 NHs Witte. 固氮 作用 只 能 在 某 些微 生物 体内 完成 ， 植 物 自 身 不 能 还 原 N*， 但 与 微生物 共生 的 植物 根瘤 中 则 有 N. 的 还 原作 用 。 一 般 固氮 菌 属 、 假 杆菌 属 (P. Sendobacter) 和 某 些 藻类 (如 蓝藻) 都 能 固氮 , 把 氮 还 原 成 NH。 |， 这 些微 生物 称 为 自生 固氮 微生物 。 豆 科 植 物 共 生 的 固氮 根瘤 菌 也 能 把 N. 还 原 成 NH, HH 生 固 氮 菌 。 估 计 每 年 约 有 三 千 万 一 一 六 和 干 万 吨 的 室 气 No war oA kak NH, 生物 固氮 机 制 很 复杂 ”至今 仍 未 完全 冰 明 ， 但 某 些 微生物 如 巴 氏 校 状 菌 和 粽 色 固氮 菌 中 的 固氮 酶 ， 已 被 分 离 、 纯 化 、 结 晶 ， 并 进行 了 较 详 尽 的 研究 。 目前 已 知 固氮 酶 是 一 个 复合 物 ， 至 少 由 两 种 .不 同 蛋 和 白质 构 成 ， 它们 单独 存在 时 都 无 活 性 。 第 一 种 蛋白 质 即 固氮 了 酶 本 身 ， 能 起 固氮 作用 ， 其 大 小 因 不 同 来 源 的 微生物 而 异 。 它 含有 四 个 相同 的 亚 基 ( M-\\ =210, 000 一 240, 000 dt), 每 个 亚 基 带 一 个 Mu-Fe 辅酶 〈 结构 尚未 FH) 和 一 个 Fe,S, 基 团 。 第 二 种 蛋白 质 组 分 为 固氮 酶 还 原 酶 (nitrogenase reductase), M-W #4955, 000~60, 000dt。 它 也 由 两 个 相等 亚 基 构 成 每 个 亚 基 含 一 个 Fe4S; 基 团 。 每 个 固氮 酶 复合 物 含有 两 个 固氮 了 酶 还 原 酶 和 一 个 固氮 酶 。 固 所 所 需 的 还 原 力 一 般 帆 NADPH 提供 NADPH 的 电子 经 黄 素 蛋 和 白 把 铁 氧 还 蛋白 〈ferredoxin ) 或 黄 氧 还 蛋 自 (flayodoxin) 还 原 ， 旋 即使 固氮 酶 复合 物 刀 第 二 种 组 分 还 原 ， 然 后 还 原 其 第 一 个 组 份 Mo-Fe 一 一 蛋白， 481 从 而 先 N. 还 原 成 NH,。 在 固氮 过 程 中 ， 每 转移 一 对 电子 ， 需要 四 个 ATP 水 解 供 能 。 所 以 固氮 复合 物 XBR ATP 一 一 酶 活性 。 此 外 固氮 过 程 需要 Me’*, (2 Mn** 和 Fe’ 也 具有 这 一 功能 。 因 所 的 总 反应 式 可 示 如 下 式 | ty N. +6e7 + 12ATP + 12H,O—+2NH} + 12ADP + 12P,+4H* AR CELE, 催化 2H; +2e<>H,, AAV RICE IE FE, Hy 2H +2e, 这 电子 可 通过 铁 氧 还 蛋白 转移 到 固氮 酶 的 铁 蛋白 组 分 上 。 与 此 同时 , Me-ATP 复 含 物 结合 于 铁 蛋 白 上 ， 使 其 梅 象 发 生 改 变 ， 氧 化 还 原 电位 也 发 生 改 变 ， 从 而 使 它 能 把 电子 转 移 给 Mo-Fe 蛋白 固氮 梅 中 心 ， 由 还 原 态 的 Mo-Fe 蛋白 再 把 电子 传 给 N. 使 之 还 原 ， BR 应 机 制 如 图 11-T。 ， Oe ee Aaa 发， 还 原 力 (NADPH) “ay —__——> “abe 呼吸 光合 PDA Ma” ATP 一 一 Mg-ATP KAA CRD 12 Mg" ATP ORE ee ae (还 原型 12 Mg AA rabid ne pay i ere See ns 人 = Mo-Fe re ten ae P + 6.=.5' © CHIEN SRD 人 7 (3 Din ) dic 了 8 AE TRH TS BIT Ke pe fay Jee fe 2NH, ROER PAIS! Ni Mo-Fe ah Fs SA (氧化 型 ) a 图 11-1 ff N; 的 总 反应 机 制 在 固 狐 反应 中 ，N， 是 电子 受 体 ， 接 受 电子 还 原 成 NHs。 目 前 还 没有 找到 自由 的 审 间 产 物 ， 但 No 的 还 原 又 似乎 是 逐步 进行 的 ， 曾 有 人 假设 HN=NH 和 HIN-NH, 为 中 间 产 物 风 固氮 酶 不 仅 能 使 N, 还 原 ， 也 能 使 NXO、HN:、HCN 和 一 些 JES RSH BHA wR 原 ， 如 H—C=C—H Wa RA RAMAR KOM. 这 后 一 反应 可 用 于 气相 层 析 法 测定 固氮 本 活性 。 | 482 ARPA sy REM OO. 不 可 着地 抑制 。 豆 血红 蛋白 的 明显 功能 是 它 被 运送 到 豆 科 植 物 根 瘤 的 根瘤 菌 中 去 与 O* 结合 ， 以 保持 根瘤 中 的 氧 压 在 0.01mmHg 柱 以 下 。 在 蓝 绿 藻 中 ， 则 宙 细 胞 壁 把 固氮 酶 与 光合 作用 释放 的 O. BFF. 对 Klebsiella pneumoniae 突变 体 的 研究 ， 证 明了 固氮 作用 的 复杂 性 。 这 种 微生物 为 TREN, 中 生长 ， 必 需 有 14 个 基因 群集 在 一 起 ， 如 果 这 些 基因 中 的 任何 一 个 的 蛋白 质 产物 RZ, 则 该 菌 即 不 能 生长 。 编 码 Mo-Fe 蛋白 的 基因 有 四 个 和 有 一 个 基因 编码 铁 蛋 白 ， 另 有 两 个 基因 前 产物 为 该 蛋白 活化 所 必需 ， 其 它 基 因 则 编码 电子 转移 所 包含 的 蛋 自 质 。 还 有 一 些 ”基因 则 编码 调节 固 气 过 程 中 所 包括 的 一 些 蛋 白质 。 ， 们 根瘤 菌 的 品种 对 一 种 给 定 的 植物 是 专 一 的 。 如 紫花 首 薪 、 大 豆 、 三 叶 草 都 有 其 特有 的 根 2. 细菌 和 寄主 植物 间 的 接触 是 通过 细菌 表面 多 糖 和 寄主 植物 凝集 素 相 结合 ， 首 先 产生 感 ee, 屋 后 形成 根瘤 。 在 根瘤 内 ， 植 物 细胞 被 细菌 充满 ， 这 些 细 菌 都 结合 于 细胞 膜 上 。 豆 科 植 物 既 供 盆 固氮 所 需 的 能 量 (ATP， NADPH), 也 供给 豆 血 红 素 ， 以 保护 固氮 酶 免 受 0. 的 毒害 。 男 所 活性 的 调节 有 两 种 方式 。 一 种 是 粗 调节 ， 酶 的 合成 可 被 过 量 NH, ries, 另 一 种 是 细 调 节 ,， 固 氨 酶 的 活性 受 ADP 调节 。 当 ADP 的 量 增 至 ATP 的 一 倍 时 ， 则 固氮 酶 进 一 ZEA ATP 的 作用 完全 被 抑制 。 id 二 、 由 硝酸 盐 、 亚 硝酸 盐 还 原 成 NH， 绝 天 部 分 高 等 植物 和 各 种 微生物 能 通过 两 步 酶 促 反应 还 原 硝 酸 盐 成 NHs。 第 一 个 酶 称 硝酸 盐 还 原 酶 ， 它 催化 两 个 电子 还 原 硝 酸 盐 成 亚 硝酸 盐 。 在 细菌 和 植物 细胞 中 ， NADH 为 HFA ERA NADPH 为 电子 供 体 。 在 真菌 和 绿营 中 的 硝酸 盐 还 原 酶 为 黄 素 蛋 让 。 本 硝酸 赤 还 原 酶 ( M.W = 800,000) 是 一 个 AMA, 每 个 单 体 由 M.W = 150,000 和 M-W= 50,000 两 个 亚 基 构成 。 该 酶 每 个 基本 二 聚 单 体 亚 基 有 一 个 含 Mo 一 原子 的 辅酶 ， E 含 一 个 FAD 和 几 个 Fe,S, 组 分 。 其 电子 传递 途径 似乎 如 下 式 。 e€ e e e . NADPH——>FAD—+Fe,S,—> Mo—* NO; —+NOQ; 4 ”所 能 化 的 反应 可 写成 ， NADPH +H’ + NO; ——>NADP* + NO; +H,0O ARM, Me 接受 电子 变 为 Ms， 然后 把 e 传 给 NOx， 自己 又 氧化 大 M5 *。 第 二 余 酶 是 亚 硝 酸 还 原 酶 ， 它 俱 化 6 个 ee 还原 NOz 成 NHs 以 NADPH 作为 还 原 剂 。 链 孢 零 菌 属 的 亚 硝酸 还 原 酶 含有 FAD 和 Siroheme 作为 辅 基 * 在 菠菜 的 亚 硝酸 还 原 酶 申 存 在 一 个 Fe:S,， 中 心 ， 总 反应 为 ， 3NADPH+ NO; + 4H —»NH, +3NADP* +2H,0 483 Siroheme & NOT WH &A 部 位 ， 在 NH, 出 现 前 ， 没有 中 间 产物 解 离 出 来 。9iroheme 结构 mA 1i—2 在 植物 和 藻类 中 ， 亚 硝酸 还 原 酶 的 直接 还 原 剂 是 铁 氧 还 蛋 白 。 在 绿色 植物 中 过 在 一 黄 素 & A 酶 一 一 铁 氧 还 蛋白 一 一 NADPH 氧化 还 原 酶 存在 下 ， 它 能 在 光合 作用 中 被 还 原 或 被 NADPH 还 原 。 因 此 铁 硫 蛋 白 一 一 铁 氧 还 蛋白 ， 可 作为 电子 供 Siroheme 体 ， 把 电子 给 予 亚 硝 酸 还原 BS 中 的 铁 硫 基 团 ， 然 :后 电子 经 图 11-2 Siroheme 的 结构 Siroheme -转移 到 NOz bk. 一 些 真 菌 的 亚 硝酸 还 原 酶 含有 一 个 结合 态 的 黄 素 蛋 白 ， 以 加 速 NADPH 对 Siroheme 的 还 原 。 人 三 、 由 体内 有 机 含 氨 化 合 物 分 解 而 得 在 生物 体内 ， 谷 酰胺 和 门 冬 酰胺 是 NHs 的 主要 贮存 形式 ， 可 在 体内 酰胺 酶 的 ;催化 玉 水 解释 放出 NHs， 供 给 合成 蛋白 质 需 用 的 氨 源 。 生 物体 内 各 种 氨基 酸 经 各 种 MADR (RA 基 酸 的 分 解 代谢 ) 脱 下 的 NHs。 也 可 作为 合成 体内 所 需 氨 基 酸 的 氨 源 。 此 外 核酸 或 核 童 酸 等 分 解 代谢 〈 LE BRIE) 的 产物 ， 亦 可 继续 分 解 产 生 NHs， 作为 体内 ,合成 某 氨基 酸 的 氨 源 。 第 二 节 “氨基酸 生 物 合 成 的 碳 源 氛 基 酸 生物 合成 最 直接 的 碳 源 是 酮 酸 ， 在 少数 情况 下 ， 烯 酸 也 可 作为 直接 碳 源 。 由 于 氮 基 酸 有 二 十 种 ， 所 以 形成 相应 氮 基 酸 的 酮 酸 也 各 不 相同 ， 它 们 的 形成 过 程 ， 也 各 克 不 同 途 径 。 下 面 介 绍 在 生物 体内 各 种 GIMiCH, RAST HG CH, H” | | /H 酸 脱水 酶 | 时 Vie me Sie 0% Nau YOH HO 57 \ ./ YoH «qs q~ 3- 脱 氨基 草酸 H OH H (OO) FEB RH TE A BR 在 闫 草酸 脱 氢 酶 催化 下 ，3- 脱 气 莽 草酸 的 柄 基 被 还 原 而 成 为 养 草酸， 然后 再 在 3- 位 羟基 上 磷酸 化 而 成 3- 磷 酸 养 草酸。 488 ES ee eee ee eee 六 BT CH, ; Eg He SH, To H but bg NADH+H N, NAD’ ae ls HX cx YOH Box YOH 可 、、 H H OH H OH FER conte HEM MM fr Bar . ABP , don i / «>. @ H OH rn 3- Be RFE TEM (五 )3- 磷 酸 -5- 烯 醇 式 丙酮 酸 养 草酸 的 形成 在 3- 磅 酸 -5- 烯 醇 式 丙酮 酸 闫 草酸 合 梅 催化 下 ，3- 磷 酸 养 草酸 的 5- 位 羟基 与 磅 酸 烯 醇 式 丙酮 酸 脱 磷酸 缩合 ， 产 物 即 为 3- 磷 酸 -5- 烯 醇 式 丙酮 酸 菲 草酸 。 ia COOH rae c Hc cn, HC HA | LA CH. —" HA | . 2 CH, BS Wo, l Pd Vor | COOH 3 <、 易 二 0 一 C 一 COoH 为 pity fare “a LW es YA\ 加 HOH 2 H OH ‘ 3- BR R- 5 ~ RE RE TT BW RR SE RR _( 六 ) 分 枝 酸 的 形式 在 分 枝 酸 合 酶 ( chorismate synthase ) 催化 下 ， 首 先 由 酶 上 的 一 个 亲 核 基 团 攻击 3- 磷 。 酸 -5- 烯 醇 式 丙酮 酸 闫 草酸 的 -1， 使 双 键 移 位 ， 使 3- 位 脱 磷 酸 。 然 后 酶 的 杀 核 基 团 带 着 其 相 邻 碳 上 的 一 个 HH 离 去 ， 又 形成 一 个 双 键 ， 成 为 分 校 酸 。 489 H NuC COOH ®—NuC: | ee HC CH HC i Ha | te, OH, ABER, | | A CH, pie ax | P HC CS | Bo May TO Te \c/ Hee 4 aN 了 am om Nass COOH te Ba COOH COOH Po | Bes CE sal | | -H CH, ©®—NucH #1 ts par ae” 了 i. COOH (+E) 27 AR HE FHA MR ( prophenic acid ) . ' 在 分 枝 酸 变 位 酶 (chorismate mutase ) 催化 下 ， 分 枝 酸 重 排 形成 预 某 酸 。 ~&4 Hood? “Ee A HOOC CH,—C—COOH ， in 2 \ > Piety _ 分 枝 酸 变 位 酶 DA ne. CH HC cH I | yH Cy I ] H HC CQ / ‘COOH HC CH > NR. FO N\c7 qs. qs H OH 分 枝 酸 H OH fem gl ( 八 ) RAE ROH MC RERTAMRREAIMC, TEAM KA ELE, A bay C 一 1 脱 去 一 COOH， 双 键 移 位 ， 使 环 上 4- 位 一 OH 消去 ， 形 成 芳 环 ， 生 成 葵 丙 酮 酸 。 在 预 葵 酸 脱 氢 酶 俱 化 下 ， 预 酸 WR, HH 4- 位 上 消去 一 个 再 ， 形 成 对 羟基 丙酮 酸 。 洒 丙酮 酸 是 茉 丙 氨 酸 的 直接 碳 源 ， 对 产 基 葵 丙 酮 酸 则 作为 酷 氨 酸 的 直接 碳 源 。 如 下 图 所 示 。 490 med a A Ii ee eee ee ee ee ee ~ | 预 苯 酸 脱水 酶 | HOOC CH,C—COOH pat st 2 HON | | aS \/ =m WeN 人 | | a | seg Bl CH, CCOOH qq’ TERR ae /\ H OH | "4 RY FEE A AR OH 第 三 节 氨基酸 的 生物 合成 方式 和 途径 上 节 介 绍 的 各 种 酮 酸 和 不 同 来 源 的 氨 可 直接 用 于 合成 氨基 酸 。 这 些 酮 酸 也 可 由 其 它 氨 基 ， 酸 转 移 一 个 氨基 而 形成 相应 氨基 酸 。 另 外 ， 生 物体 还 有 少数 交 酸 也 可 与 NH, 直接 作用 合成 相应 的 氨基 酸 。 那 些 不 能 按照 这 些 方式 合成 的 氨基 酸 则 可 通过 氨基 酸 之 间 的 相互 转变 ， 由 其 CREME EMR. | —. MBH ms fe 这 一 反应 是 c- 酮 酸 的 还 原 性 访 氛 作用。 生物 体 催化 这 一 反应 活性 最 大 的 酶 为 谷 BE 脱 氢 酶 。 这 是 生物 体内 唯一 存在 的 专 一 性 高 活性 的 氨基 酸 脱 氢 酶 ， 它 催化 谷 毛 酸 与 c- 酮 戊 二 酸 间 的 可 逆反 应 ， 以 NADH 或 NADPH 为 辅酶 。 大 肠 杆菌 中 的 谷 氛 酸 脱 氢 酶 是 一 个 AR 体 ， 由 六 个 相同 亚 基 构成 。 缺 乏 此 酶 的 突变 体 必需 供给 少量 谷 毛 酸 才能 生长 。 不 同 生物 体 的 谷 氨 酸 脱 氢 酶 有 较 大 的 差异 ， 影 响 其 活性 的 调节 机 制 也 有 所 不 同 。 哺 乳 动 物 和 其 它 背 椎 动物 中 的 酶 在 氨基 酸 分 解 一 节 再 作 介绍 。 红 面 包 霉 菌 ( Nenrospora crassa) 能 在 含 少量 生物 素 、 葡 萄 糖 和 包括 (NH,),SO, 等 无 机 盐 的 介质 中 生长 , 在 该 介质 中 生长 的 菌 体 具 有 NADPH 一 一 专 一 的 谷 氨 酸 脱 氢 MB, 催 化 如 下 反应 。 COOH COOH COOH | CH, a er | | H,0 C=NH NADPH+H* NH,—CH | NADP» COOH COOH COOH 该 酶 主要 负责 为 该 菌 生长 提供 谷 氨 酸 。 该 酶 与 大 肠 杆菌 的 相似 ， 由 六 个 亚 基 攀 成 六 每 个 491 亚 基 含 452 个 氨基 酸 残 基 ， 与 脊 椎 动物 酶 有 若干 同 源 性 。 当 培养 介质 中 加 入 谷 氨 酸 A BH 即 因 受阻 过 而 消失 。 这 时 介质 中 出 现 另 一 种 NAD 一 专 一 的 谷 氨 酸 脱氧 酶 来 取代 它 。 此 NAD 一 专 一 的 酶 可 催化 逆反 应 ， 使 谷 氨 酸 氧化 成 K- 酮 戊 二 酸 。 这 个 ,NAD ' 一 专 一 的 酶 不 同 于 NADPH 一 专 一 的 酶 ， 它 只 含有 四 个 相同 亚 基 ， 专 门 使 谷 氨 酸 氧化 ， 并 伴 有 :NADH 生 成 ， 通 过 氧化 磷酸 化 ， 为 菌 体 提供 能 量 。 这 种 菌 类 就 这 样 通过 调节 这 两 种 谷 氨 酸 脱 氢 梅 ， 来 调节 谷 氨 酸 的 合成 。 有 些 高 等 植物 也 有 类 似 的 两 种 谷 氨 酸 脱氧 酶 。 谷 氨 酸 是 生物 体内 其 它 氨基 酸 或 其 它 含 所 化 合 物 合成 的 主要 的 直接 的 氨 源 中 谷 氨 酸 的 氨 基 可 直接 转移 到 各 种 酮 酸 上 形成 相应 氨基 酸 。 谷 氨 酸 也 可 继续 与 另 一 NHs 分 子 反 应 ERM 胺 。 酰 胺 氨 也 是 生物 体内 许多 化 合 物 的 直接 氨 源 。 4 二 、 谷 氨 酸 加 NH, 合成 谷 酰胺 谷 酰胺 在 生物 体内 的 所 代谢 中 占有 中 心 位 置 ， 它 不 仅 本 身 是 建造 蛋白 质 的 基本 材料 ， 也 是 与 "- 酮 成 二 酸 反应 重新 合成 谷 氨 酸 的 氨 源 ， 从 而 间接 作为 其 它 氨 基 酸 的 所 源 。 在 其 它 含 氮 化 合 物 合成 中 ， 它 也 是 常用 的 氨 源 ( WLR eS DS R 合成 谷 酰胺 的 酶 为 谷 酰胺 合成 酶 ， 以 AT ,为 能 源 。 大 肠 杆菌 的 谷 酰胺 合成 酶 〈 Glu- 'tamine Synthetase ) 含 12 个 亚 基 ，M。W = 600, 000dt 在 哺乳 动物 的 肝 和 脑 中 的 谷 栈 胺 合 BLAS, M-W=350,000dt, 48@45 NH, 的 反应 分 两 步 进 行 ， 首 先是 谷 氨 酸 与 ATP 反应 形 成 一 活化 的 与 酶 结合 的 中 间 物 一 ADP-?- 谷 氨 酰 磷酸 。 COOH O E+ATP+(CH:2), ace alae re H—C—NH, (CH,)> doon HC—NH, doou 然后 这 个 活化 中 间 物 与 NH 反应 ， 形 成 谷 酰 腕 、 ADP 和 Pi, AD E…ADP…C 一 0O 一 息 +NH+ — E+ADP+Pi+ C—NH, (CH2)» (CH:)， HC—NH, HC—NH, doo doou 谷 酰 胶 再 与 c- 酮 戊 二 酸 反 应 ， 谷 酰胺 的 酰胺 所 作为 氮 源 转移 到 &- 酮 戊 二 酸 上 ， MMB 成 两 个 谷 氨 酸 。 催 化 这 一 反应 的 酶 称 为 谷 氨 酸 合 酶 ( Glutamic Synthase), ELANADPH 为 辅酶 ， 反 应 如 下 : 492 O VA | C—NH, COOH | COOH 谷 氨 酸 合 酶 | iH), . +.(CH,)s 7 \ 2 (CH:)， 0 | NADPH + H* | dl aig NADP’ H—C—NH, COOH COOH COOH 三 、 转 氨 作 用 合成 氨基 酸 从 上 述 一 些 酮 酸 和 谷 氨 酸 反 应 可 知 : 谷 氨 酸 的 NHs 可 转移 到 酮 酸 的 酮 基 上 形成 相应 的 氨基 酸 和 c- 酮 成 二 酸 。 催 化 这 个 反应 的 酶 称 为 转氨酶 。 所 有 的 转 氨 反 应 都 以 谷 氨 酸 为 -NH， 供 体 。 除 苏 氨 酸 和 赖 氛 酸 外 ， 所 有 氨基 酸 都 可 通过 这 一 途径 合成 。 例 如 :， 4: COOH COOH COOH COOH AN HC—NH, HC—NH, -Co boon boon COOH “COOH COOH COOH es criss, CARRS, om, / 4 (CH, eG Meni, 4 HONE, C=O toon Co@H COOH COOH 由 于 都 是 以 谷 氨 酸 作 -NH, GEOR, Hip Gk ee AE AER tee oF 面 几 例 ， bef, 0 | COOH wh H a TO CH;—C—COOH | anf ES i + (CH,, —PasBReeS 本 + (Cid; In 9 | ZN NH, 4 COOH COOH H COOH CH,—C —COOH CH.—C —COOH | yx 0 A. NH sprays | | va Glu BARRA | | | > + ib V7 V7 | COOH | OH OH 493 CH, mem 9 068 | O + Glu | CH,CH.—C a —COOH | H O $e AGHA INS- RULE RE, ERC EER, 5- PME RE Se aOR 氨 酸 的 e-NH:， 共 价 结合 成 Schiff's 碱 形式 。 如 图 11-3。 GeeH H NH, Sig ob 一 CH. C=O | H | CH,CH,—C —C —COOH COOH | H CH,—C —CG—CQ@OH _ 支 链 氨 基 酸 转 气 酶 、 H fe) tee fs ey eR a0. ae H Mw (® - o-cH， SS -0H NA CH, H 全 OOC 一 C 一 R H } 下 H N / Oo lnc 了 ea Fi + ! O t Z n Pon... H 图 11-4 转氨酶 与 底 物 氨基 酸 的 反应 494 CH, H NH, 图 11-3 ”转氨酶 酶 蛋白 在 无 底 物 存 在 下 与 辅 基 5- 磷 酸 吡 哆 醛 的 结合 状态 i) i 转氨酶 进行 催化 反应 时 ， 首 先是 底 物 的 一 NH， RK KKH Schiff's 碱 的 原 醛 基 碳 原 子 ， 从 而 代替 酶 上 的 赖 RM e-NH, 与 5- 磷 酸 吡 哆 醛 结合 形成 底 物 与 酶 辅 基 间 的 Schiffxs- 碱 。 如 图 11-4。 随后 ， 底 区 的 -NH, 即 转移 到 酶 辅 基 上 形成 磷酸 吡 哆 膀 ， 而 底 物 氨基 酸 即 成 为 酮 酸 。 如 底 物 RERACAM, MFEBH a- fd — AR O N 磷酸 吡 哆 胺 酶 随即 把 接受 来 的 一 NH: 重新 转移 到 另 -- 不 底 物 酮 酸 上 形成 新 的 氨基酸 ， 而 酶 则 恢复 原来 的 吡 哆 醛 形式 ， 并 与 酶 蛋白 的 某 赖 氨 酸 形成 -Schiff's 碱 。 整 个 转 氨 机 制 示 如 图 11-5。 转氨酶 对 催化 谷 氨 酸 转 变 成 ax- 酮 戊 二 酸 是 专 一 的 ， 但 对 其 它 氨 基 酸 及 相应 酮 酸 立 间 转 变 的 专 一 性 则 不 强 。 在 微生物 中 可 能 存在 多 专 一 性 的 转氨酶 ， 大 肠 杆 菌 中 已 经 纯化 获得 两 种 转 气 酶 ， 一 种 转氨酶 虽 亦 能 利 后 了 香 族 氨基 酸 ， 但 它 首先 利用 门 冬 氨 酸 ， 另 一 种 是 芳香 族 氨 酸 转 N N H N ¢ C ) i Y 了 X | * i NE % N N 全 H 总 _H ‘ 0) HoH QQOC 一 C 一 R ‘ . cl OOC -CeR OOC- C oR NH ae I H.G a et ae i N N | C—H HG ER I TY A ‘ ean Ul } ty Le H | OOC— C—R | H x. .% 区 到 | > i 41 图 11-5 A EL BM. ARH RM RE pH ULB TORAH MRE) Vmax m Km 完全 不 同 。 奉 关 植 物 组 织 转 氢 酶 的 知识 了 解 很 有 限 ， 两 种 最 活泼 的 转 所 反应 在 oho 和 门 冬 氨 酸 或 再 所 酸 间 发 生动 物体 内 谷 丙 转氨酶 和 谷 草 转 氢 梅 分 布 得 广 ， 活 性 最 高 。| 前 者 主要 存 内 于 肝 葡 中 ， 后 者 主要 存在 于 心肌 中 ， 因 此 医药 上 洒 通 过 血液 中 这 两 种 曾 的 话 力 人 tial 第 四 节 “氨基酸 之 闻 的 转变 一 、 由 门 冬 氨 酸 转变 成 其 它 氨基 酸 门 冬 氨 酸 除 可 直接 加 NH, 或 转 壳 合成 门 冬 酰胺 外 ， 还 可 经 不 同 途径 合 成 其 它 氛 基 酸 ， WAR. HAM. 甲 硫 氛 酸 等 。 495 (一 ) 由 门 冬 氨 酸 合成 门 冬 酰胺 门 冬 氢 酸 在 门 冬 酰 胺 合成 酶 催化 下 合成 门 冬 酰胺。 0 0 4 VA CH, +NH,+aTp TER O28 CH, + ADP + Pi HC—NH, HONE, | COOH COOH 在 微生物 和 植物 体内 通常 以 这 种 方式 合成 门 冬 酰 腕 。 门 冬 酰胺 也 能 在 哺乳 动物 体内 合成 ， 那 是 由 依赖 于 谷 酰胺 的 门 冬 酰 胺 合成 酶 催化 的 ， 反 应 如 下 ， O O 4 COOH CNH: aTp = AMP + PPi C—NH, COOH du | CH \ Mg di WS i 2 r ( 2)2 VAR SLC i 2 1 ( 2)2 NE 门 冬 酰 胶合 成 本 HO—NH, 一 人 一 NH， COOH COOH COOH COOH 参与 上 述 反应 的 酶 实际 上 属 谷 酰胺 转 酰 胺 酶 类 ， 所 以 谷 酰胺 不 能 用 NH, 来 代替 。 (二 ) 由 门 冬 所 酸 合成 苏 氨 酸 、 赖 氨 酸 和 甲 硫 氨 酸 在 动物 体内 不 能 从 门 冬 氮 酸 合成 这 三 种 氮 基 酸 ， 而 在 植物 及 大 多 数 微生物 则 可 沿 此 途径 合成 这 三 种 动物 的 必需 氨基 酸 。 三 种 氨基 酸 合成 的 头 几 个 步骤 是 共同 的 。 即 由 门 冬 气 酸 经 门 冬 氨 酰 磷酸 、 门 冬 氢 酸 半 醛 形成 高 丝氨酸 。 所 需 的 酶 及 反应 如 下 式 ， 0 0 Ho. . ene es NAD:...» ae ATP ADP [| NADH + i r Oe emma ~ 5' ON aeeemee” SM HT9TNH HOTNH HCNHs COOH COOH COOH 1 NF RREB NADH+H> NAD: pas. \ Py Be | 高 丝氨酸 脱氧 酶 HC—NH, 496 ee ee ee LL > yi ni， ro se na 本 Or P o 在 这 一 共 己 总 应 中 ， 门 冬 氨 酸 半 醛 可 作为 玖 氨 酸 合成 的 前 体 ， 而 高 丝氨酸 则 作为 合成 苏 氨 酸 和 用 硫 委 -前 体 。 反 应 中 的 门 冬 氨 酸 激酶 ， 在 大 肠 杆菌 中 有 三 种 ,， 性质 完全 不 同 。 门 冬 氮 酸 激酶 : FRR, 门 冬 氨 酸 激酶 〖 TRE RARE, ISAM IW Be 制 。 从 而 调节 三 种 氨基 酸 的 合成 。 i 浊 ”全 酸 半 醛 合成 赖 氨 酸 ema det. 4 DH MM NRE MNT, (1-2 RSE RE SPIRAEA A a A 一 2， 有 BER (os -00c% \N% \cOo- @@ 由 二 氢 吡 啶 二 羧 酸 合成 2- 氨 基 -6- 酮 基 庚 二 酸 。 在 At Wii 7 Ani SE- 2, 6- — 7 i 催化 下 ， 二 氢 吡 啶 二 羧 酸 还 原 成 A- 烯 六 氢 吡 喧 -2， 6- 二 羧 酸 ， 再 开 环 形成 2- 氨 基 -6- 酮 基 庚 二 酸 。 二 、 NADPH NADP* re ia ae See | | 人 1- S | -00C[ 人 NANcoo- -2， ong et Pie oog 六 0 A'- BEAN Soi Be -2,6- RR 497 HOR h ASE — eh | ANTE ‘Sn Fin CH, 2- 所 基 -6- 酮 基 康 2 酸 COO- @2-KAE-6- AAD AROS MRAM IC AEF, ASA HL FAB —CoA RAE PE — Rei) NH. 下班 酰 化 ， 然 后 再 在 N 一 琥珀 栈 一 一 氧 基 庚 i — A 化 下 形成 N—HRBL—L, L-2, 6- 广 二 酸 。 和 COOH COOH COOH | | H,N—C—H CH. CH, ett i ae Sy Ae COOH 2)3 2 CoASH 2 i C=O C~SCoA C—N—C—H | COOH °Y O Ht) C=O | COOH COOH COOH | (CH2)» (CH,)> doon doon COOH 二 加 ey Bs 2 a ae 和 CH i he 1) CH, COOH RF aa ost (CH:)。 Hd—NH, coon @L, L-2,6- 二 氮 基 庚 二 酸 的 形成 及 其 内 消 旋 化 。 在 N_- 琥 珀 酰 二 氨基 广 二 酸 脱 琥珀 栈 酶 催化 下 ， 琥 珀 酰胺 键 水 解 形成 工 , L-2,6- 二 氮 基 康 二 酸 ， BARROS 催化 形成 内 消 498 旋 -2,6- 二 毛 基 庚 二 酸 。 COOH COOH COOH dup D0 Hite ud—nu, CH, oe 5 汪 2 ocenat 表 异 构 酶 buy, ooo N EH HO COOH ae oe (CH,)s _ CH, COOH COOH HC—NH, du, L, L-2,6- 二 氢 A Ane — boon - doon #R—m Boo ROR AER BS ORRIN TE. AULA BURBRIC TS, ANT RARER BLT RR BR. COOH H¢—NH, CH,NH, (dH,), ies (du,), +CO, HC—NH, Aone doon doou 2. HAZABSKHERM 这 一 合成 是 由 高 丝氨酸 激酶 和 苏 氨 酸 合 酶 两 个 酶 催化 ， 反 应 如 下 式 。 7s —— oe O ~)-CH,0OH H,—-O=+ P—OH | O e | ATP ADP+Pi | 苏 氨 酸 合 酶 Cris — CH. H = | 高 丝氨酸 激酶 | H—C—NH, H C—NH, Ps vag | | ‘E—N O —c¢ COOH COOH ae H a. O me CH.—0O—P—OH Pi CH, H,O | A I Fi, OH\, 4 44 3 WB en CH. ye Px eT ‘ 酶 复合 物 | 2 CH—/ ONE C—N— GH N—E mls’ | ae OOH iL. COOH fea Be 499 Wo HO—C—H im S HEONSCH Cy Naki SY HC—NH COOH bi 4 ew Te COOH wo. H ¥ 3, 由 高 丝氨酸 合成 甲 硫 氨 酸 GD 二 这 一 合成 途径 需要 四 种 酶 参加 。 首先 是 在 高 丝氨酸 转 政 珀 酰基 酶 催化 下 ， 把 琉 珀 本 一 CoA 的 琥珀 酰基 转移 到 高 丝氨酸 的 醇 一 OH LH 成 脂 键 。 这 个 酶 也 受 甲 硫 氨 酸 的 反馈 抑 制 以 调节 甲 硫 氨 酸 的 合成 。 CH,OH COOH 高 丝氨酸 转 yo | | PtH Bt eS CH,—O— C CH, + CH, —_> | NX CH H | | CoA 2 2 HC—NH, CH, | | | H—C“NH, CH, COOH ye Gon d O COOH OOH 然后 在 胱 硫酸 -r- 合 酶 催化 下 4- 琥 珀 酰 高 丝氨酸 与 半 胱 氨 酸 反应 形成 一 个 混合 栈 一 一 胱 硫 栈 。 这 个 混合 醚 再 在 胱 硫 醚 : 凡 - 裂 合 酶 能 化 下 ， 裂 解 出 一 个 丙酮 酸 和 一 NHs 分 子 形成 高 半 HE Ro | SH COOH | | CH, CH, 7 Ona | ls es teas HC—NH, CH, Ya S— CH, | | | CH, CH, door COOH CH, dunn: pane C — NE? CH, We tit RE — E> H—C—NH, COOH | OOH boon COOH 500 IE TS nm Wie aa the COOH | 0 图 11 一 6 由 门 冬 氨 酸 转变 为 高 丝氨酸 、 苏 氨 酸 的 示意 图 | 乡 CH, Co | +NH;+ ATP ——~ {NH ) H- C-NH, aor Yer cee ‘OOH H-C-NH, ri = 一 一 一 一 一 一 一 一 ATP COOK y | ye--------- [1S SNe ; oR ADP - -上 ~~ ~~ ~~ ee pe eT SE i ae 2 ! | i HOD ee : 4 COPS Aarons ea : phen cen wy | ty COOH HOO UN” COOH) 1)! , | 1 = . 3 me > UNADPH+H* || NADP* iT ， | ‘ ; : ， | H、 —O ' | | 村 ie | 1 | A | CH. HOOC N* ~COOK : } H-C-NH, H,0 ye COOH ay NADPH+H+ > ° he COOH | i! ee NADP* H,N- C-H , “C—o \ Hq Cao oH + Heda GC 2 00n | bail 顺 乌 头 酸 酶 | COOH CH, | CH COOH COOH fey 47 Bae BR 顺 高 乌 头 酸 503 COOH COOH | (CH,) (CH) +H,0 ai NAD+ NADH+H+ we 一 一 一 一 ~ | HC—COOH 一 一 一 一 一 一 一 一 ~ HC 一 COOH 顺 高 鸟 头 酸 酶 | 2- 凑 -3- 羧 基 己 二 酸 脱 氢 酶 | sin C=O COOH doo COOH | (CH,)s , Mg** | ¥ > C =O an —CO, 人 OOH 1 C- 酮 己 二 酸 H 所 得 的 w- 酮 已 二 酸 在 <- 酮 已 二 酸 -一 谷 氛 酸 转 气 酶 催 化 下 ， 将 谷 氨 酸 的 一 NH， 转 至 cx- 酮 已 二 酸 的 氨基 上 形成 -氨基 已 二 酸 。 COOH COOH COOH COOH. cde «cheap Lanes eee C=O saan HC—NH, ia doou door doox OOH 从 a- 氨 基 已 二 酸 形成 赖 氨 酸 还 要 经 过 6- 羧 基 的 腺 苷 酰 化 、 还 原 ， 以 及 进一步 再 与 一 个 谷 氛 酸 反应 ， 脱 氢 等 步骤 才能 完成 。 反 应 步骤 及 所 包含 的 催化 酶 系 如 下 式 。 nx. O I COOH C~AMP | AT? PPi d te => ( ae HC—NH, H—C—NH, | COOH doox Hi, J6 NADP+ NA NADPH +H* AMP 7 SSN ws Z —-» AGB), C- 氨 基 己 二 酸 半 醛 脱氧 酶 H— C—NH, 504 COOH Ht), COOH eres NADPH NADP* 本 ea) ps pcr one A O—R+ ROAR ERM (CH,)s COOH HC_NH， doou e-N (a- 戊 二 酸 ) MAR NADPH CHNT， »»NADP*. H,0 + Ht H ep ee 3 酵母 氨 酸 脱氧 酶 ， du, | | + 2- 酮 成 二 酸 CH， | HC—NH | COOH “总 之 在 这 一 途径 中 ， 赖 氢 酸 的 两 个 一 N 再 。 来 自 两 个 谷 氨 酸 ， 其 碳 架 则 来 自 一 个 谷 氨 酸 的 zc- 页 成 忒 酸 骨架 和 乙酰- CoA, 谷 所 酸 除 能 进行 上 述 转 变形 成 其 它 氨基 酸 外 ， 它 还 可 通过 两 个 不 同 途径 全 成 谷 酰胺 。 一 BHARRARMEILS r- 谷 氨 酰 磷酸 而 形成 谷 酰 胶 。 另 一 途径 是 两 个 谷 氨 酸 分 子 相互 转 —NH, 生成 谷 酰胺 和 cx- 酮 成 二 酸 。 该 反应 由 谷 氨 酸 合 酶 催化 。 O O O I | | COOH Fiat se aa C—NH, | | tis Sets OH IGE xte CH, ATP ADP HC—NH, NHs Pi HC—NH, | 一 一 - 一 > | = | HC 一 NH COOH COOH | COOH 909 Ai (CH,), O COOH ee é_NH, ee (CH), — (CH); H—C-—NH, NADP* NADPH+H* HC=NH, doon doo 除 谷 氨 酸 、 门 冬 氨 酸 可 转变 成 许多 氨基酸 外 ， 其 它 氨基 酸 也 可 转变 为 谷 氨 酸 和 门 冬 氨 酸 ， 如 谷 酰胺、 联 氨 酸 、 鸟 氨 酸 和 组 氨 酸 等 都 可 转变 为 谷 氨 酸 。 此 外 ， 其 它 氨基 酸 之 间 的 转变 在 生物 体 特别 是 微生物 和 植物 中 是 一 种 普遍 现象 。 如 匠 丙 氨 酸 和 酷 氨 酸 之 间 的 相互 转变 ， 半 胱 氨 酸 和 甲 硫 氨 酸 间 的 相互 转变 、 顷 氨 酸 和 亮 氨 酸 之 间 的 相互 转变 等 某 些 氨基 酸 如 组 氨 酸 、 色 氨 酸 合成 途径 较 复杂 。 它 们 分 子 中 的 氨 原 子 除了 部 分 来 自 谷 栈 胺 的 酰胺 氨 外 ， 其 它 氨 原 子 以 及 氨基 酸 的 碳 架 则 来 自 核 童 酸 及 磷酸 核糖 等 前 体 。 三 、 组 氨 酸 的 生物 合成 在 所 有 植物 和 微生物 中 ， 组 氛 酸 的 生物 合成 包括 把 ATP He N 一 1 和 C 一 2 转移 到 5- 磷酸 核糖 -1- 焦 磷酸 上 等 十 个 步骤 。 @ATP 与 5- 磷 酸 核糖 -1- 焦 磷酸 ( pRpp ) 反应 。 这 一 步 是 由 ATP 一 磷酸 核糖 转移 酶 催 化 ATP HEM N 一 1 从 pRpp 的 B- 方 向 亲 核 攻击 pPRpp 的 糖苷 碳 原子 ， a PPi 而 形成 N: 一 5/- 磷 酸 核糖 ) 一 A 近 P。 反 应 见 图 11 一 9(1)。 加 在 焦 克 本 本 人 化 下 ，N' 一 ( 5/- 码 本 核糖 ) 一 ATP 的 ATP 上 水 解除 去 一个 了 PE;i 生 成 N “一 5- 磷酸 核糖 ) 一 AMP。 反 应 见 图 11 一 9(2)。 ORK TEL. CEPR AMP SRK IRE OE ILE, N“—C5'- BR RRB) AMP FE RIG BRS’ — 磷酸 核糖 - 亚 氨 甲 基 -5- 氨 基 咪 唑 -4- 甲 酰胺 核 苷 酸 。 反 应 见 图 11 一 9(3)。 @ 异 构 化 反应 。 在 磷酸 核糖 亚 胶 甲 基 -5- 氮 基 咪 唑 -4- 甲 酰胺 核 苷 酸 异 构 酶 催化 下 ，5- 磷 酸 核糖 - 亚 胺 甲 基 -5- 毛 基 咪唑 -4- 甲 酰胺 核 苷 酸 异 构 化 成 为 5- 磷 酸 核 酮 糖 - 亚 腕 甲 基 -5- 氨 基 号 唑 -4- 甲 酰 胶 核 音 酸 。 反 应 见 图 11 一 9(4) 。 @@ 由 谷 酰胺 转移 一 个 酰胺 一 NH，, 于 5- 磷 酸 核 酮 糖 的 酮 基 碘 上 ， 消 去 一 个 5- 氢 基 咪 唑 -4- 甲 酰胺 核 苷 酸 ， 并 环 化 成 号 唑 甘油 磷酸 。 反 应 见 图 11 一 9(5)。 咪 唑 甘油 磷酸 是 形成 组 氨 酸 的 前 体 ， 它 构 成 组 氨 酸 的 味 唑 环 和 侧 链 骨 架 ， 而 裂解 出 的 5- 氢 基 咪 唑 -4- 甲 酰胺 核 苷 酸 这 是 IMP 从 类 合成 的 中 间 物 !( 见 十 二 章 核 苷 酸 合成 ) 。 @ 在 咪唑 甘油 磷酸 脱水 酶 俱 化 下 ， 咪 唑 甘油 磷酸 脱水 生成 咪唑 丙酮 醇 磷 酸 , 图 11 一 9(6)。 @@ 咪 唑 丙 磷 醉 -磷酸 与 谷 氨 酸 进行 转 所 反应 生成 组 氨 醇 磷酸 。 见 图 11 一 9(7) OA AGM REMAS EL PKMRE Pi， 再 经 两 步 脱 所 反应 即 成 组 氨 酸 。 KH Fy AB LG, VL NAD+ 为 辅 基 。 反 应 见 图 11 一 9(8) (9)。 506 cube HCOH H,O=P N'- 5° — GRARE APE WHE > 5 - BLOM 4 — "Pippi A EF a OH OH N'- 5’ - wAemPR- ATP OH OH N4 - 5° ~ BRAGHPE- AMP OH OH Nt- 5’ — GORE RLU - 5 - 握 基 咪唑 - 4 - FP AIBA BA FA 4 \ sl . % H ‘ H eum WY oNSkPe He" \ Me HO“ \ ye Sa — I 大 H a oe | 了 H I ‘ H H,N—C=0 NH, Pe: H:O SN Ie, 4 Ha oH CH, H, 5 EWR HE AE mamem "GoM a Ae CH,O—P CH,O—-P CH,0—P wk inp HY ih BAR Dk op 75 AY AR L ~ Ale Az AR | 8 Np N N A Noy ENAD ng ‘cH 9 SN4 ad CH, cH, 1 HORE, HCNH, COOH bulon a Hi 上 - BY 图 11--9 组 氮 酸 的 合成 全 图 507 四 、 色 氨 酸 的 生物 合成 在 高 等 植物 中 ， 色 氨 酸 的 合成 途径 尚 不 甚 了 解 ， 但 它 在 大 肠 杆 菌 中 的 合成 与 苯 丙 氨 酸 、 酷 氨 酸 等 芳香 氨基 酸 乓 合成 有 一 段 共同 途径 。 本 章 第 二 节 介绍 的 苯 丙 氨 酸 和 对 羟 亲 丙 氨 酸 的 国 合成 都 经 过 分 枝 酸 。 在 大 肠 杆 菌 中 这 个 分 枝 酸 在 需 谷 酰胺 的 邻 氨 基 萃 甲酸 合 梅 俱 化 下 形成 邻 是 氨基 葵 甲 酸 。 如 图 11 一 TI。 ‘ | : ne 一 其 :路 Gln | H Glu | —H COo- ) = ~ ; C ite anA-34 BN a” COO- ae a ly j Hi0 NH co . + Né-C =CH: TEP be H 1 -有 =CH i H OH 5 oe 3 H¢ Ai H q Leu A H* : 3! N oO On eet far HsN— C—coo- > 图 11 一 10 分 枝 酸 形成 邻 氮 基 葵 甲 酸 的 过 程 邻 氨 基 茶 甲酸 然后 经 四 步 反 应 才能 合成 色 氮 酸 ， 1, 邻 氨 基 葵 甲酸 与 PRpp 的 缩合 反应 在 邻 氨基 茶 甲 酸 磷酸 核糖 转移 酶 催化 下 ， 由 邻 氮 基 葵 甲酸 的 一 NH: 亲 核 攻击 PRpp 的 糖苷 碳 原子 。 消 去 PPi 而 成 为 N 一 5/- 磷酸 核糖 邻 氛 基 葵 甲 酸 。 反 应 如 图 1 一 11(1)。 2。 异 构 化 反应 | 在 N-5“- 磷 酸 核 糖 邻 氨基 葵 甲 酸 异 构 酶 催化 下 , N-5/- 磷酸 核糖 邻 氮 基 葵 甲酸 发 生 分 子 内 的 氧化 还 原 重 排 反 应 ,生成 1-( 邻 -羧基 葵 氨 基 )-1/- 脱 氧 核 酮 糖 -5- 磷酸, 反应 见 图 11 一 11(2)。 3。 叫 吃 -3- 甘 油 磷 酸 的 合成 在 叫 吕 -3- 甘 油 磷 酸 合 酶 催化 下 , 1- 〈 邻 -着 FE AR) -1- 脱 氧 核 酮 糖 -5- 磷 酸 上 的 邻 - 羧 基 WA, RHR Boe BM MER, CHILI WE, AER OR-3- HR. RYH 图 11-11(3)。 4。 色 氮 酸 的 形成 在 色 氮 酸 合 酶 催化 下 ， 吗 吃 -3- 甘 油 磷 酸 和 丝 毛 酸 间 进行 裂 合 反应 。 叫 吕 -3- 甘 油 磷 酸 首 先 裂 解 出 3- 磷 酸 甘 油 醛 。 再 在 磷酸 吡 哆 醛 的 人 参与 下 把 丝氨酸 的 B- 碳 原子 转移 到 叫 吕 环 赴 形 成 色 氮 酸 。 见 图 11 一 11(4) 。 ~ 508 iébo- Kava oO | © 十 OF OPP 1 OH OH PPji COO - n-H coo- Oo | ze ? Ps NA - oid abla 一 一 -oO-P-o-cHh P | ol o- eae ih iy 2 \ GN bs Lh fre h OH OH —— ys 性 Ay SE OH OH : ‘} = G fo: [> H H oO Ao! FS ed ¢ G+icH;-0 : i n 7H WN f == ua = =P —Or OH all 2 2) 46—p =o CH, | | i s - ib OM: OH OH o- Sit o- i C—H Zz Seated 本 H = is ae / ay as. 3 ‘ol OH OA 13 ， 3 ~ coc, ~ a H* ; & 4 H Hon Hl Pig, J . _—CH,- C-COOH ®% £%,CO J. : NH cf bo OH 2 ‘as MO N ae H . oO. Wi ap / aes 图 11 一 11 由 邻 氨 基 苯 甲酸 与 5- 磷 酸 核 精 -1- 焦 磷酸 合成 色 氨 酸 的 反应 过 程 509 不 论 是 动物 、 植 物 ， 还 是 微生物 ， 都 需要 把 氨基 酸 合成 机 体 的 蛋白 质 和 各 种 必需 的 含 所 化 合 物 。 这 些 合成 过 程 的 能 力 决定 于 体内 20 种 氨基 酸 是 否 能 不 断 地 供应 和 平衡 。 植 物 和 微 生 物 靠 自己 的 合成 机 制 调节 各 种 氨基 酸 的 平衡 。 动 物 大 约 有 一 半 的 氨基 酸 不 能 象 植物 和 微生物 那样 从 头 合成 。 即 动物 不 能 合成 那些 必需 氨基 酸 ， 必 需 不 断 从 食物 中 摄取 ( 植物 微生物 或 其 它 动物 ) 。 如 成 人 为 了 维持 其 正常 年 命 活动 ， 每 天 必需 吃 进 20 一 150 克 氨基酸 混合 物 ， 但 为 了 使 体内 各 种 氨基 酸 的 平衡 符合 体内 的 需要 ， 并 不 是 摄 入 的 氨基 酸 都 用 来 合成 蛋白 质 。 一 部 分 氨基酸 经 分 解脱 氨 可 合成 体内 的 非 必需 氨基 酸 ， 一 部 分 用 来 合成 其 它 含 氮 化 合 物 ， 多 余 的 氨 则 以 不 同形 式 排出 体外 。 分 解 出 的 碳 架 部 分 可 分 解 供 能 忆 也 可 转变 为 糖 《 HE ) 或 脂 ( 生 酮 氨基 酸 ) 贮藏。 《 H D i gee 2 LCA A ， ein 食物 蛋白 质 是 动物 体毛 基 酸 的 主要 来 源 。 WEAKENS, BET 能 吸收 的 二 入 或 动物 的 胃 中 有 骨 和 蛋白 酶 ， 可 以 把 蛋白 质 水 解 。 胃 粘膜 的 主 细 胞 分 泌 胃 和 蛋白 酶 原 ( pepsinogen ) ， 它 经 胃酸 激活 成 胃 和 蛋白 酶 ， 这 是 食物 蛋白 进入 体内 的 第 一 道 消化 过 程 。 该 酶 专 c 性 不 强 ， 优 先 水 解 芳香 氨基 酸 和 长 链 脂 肪 所 基 酸 羧基 所 形成 的 肽 键 ， 也 能 水 解 甲 硫 氨 酸 等 羧基 形成 的 肽 键 。 A 2 PHEREZARAGM ILE, BA hws 小 肠 是 动物 消化 蛋白 质 的 场所 。 胰 ROBO, SHSHRAWA, MBAR (try psinogen )* he AR AM 原 ( chymotrypsinogen >. WK A Fl BC procarboxypeptidaseA fl B > . AEE A 酶 原 ( proclastase) 等 。 胰 液 流入 小 肠 后 ， 胰 蛋白 酶 原 被 肠 激酶 激活 成 胰 蛋 白 酶 ， 它 又 去 激 活 胰 凝 乳 蛋 白 酶 原 成 为 胰 凝 乳 蛋白 酶 。 其它 酶 原 也 都 要 有 一 个 数 活 过 程 。 这 些 酶 对 蛋白 质 的 水 解 都 各 有 专 一 性 。 如 胰 和 蛋白酶 专门 水 解 碱 性 所 基 酸 形成 的 肽 键 ， 胰 凝 乳 蛋白 酶 则 专门 水 解 芳香 氨基 酸 和 长 链 脂肪 氨基 酸 形成 的 肽 键 ， 凑 肽 酶 A 水 解 C- 端 芳香 宕 基 酸 和 长 链 脂 肪 氨基 酸 及 除 碱 性 氨基 酸 外 所 有 氨基 酸 的 C-? ini, SATS KR EE 基 形成 的 肽 键 。 此 外 ， 小 肠 粘膜 也 能 分 泌 氨 肽 酶 和 羧 肽 酶 以 及 二 KB wm &WEARAB. Biba Tis senescence. oan a US HME LACAN. CAITR ER, HOR 组 织 的 细 Hi. RAR CA AK aR ES) CE a PS et AE SB KI ER, GE RANT WW AH. Iie EE) AE RR MH PR. BY. BIR, CH, 、 CO. 等 ， 其 中 多 数 对 机 体 有 害 ， 可 由 肠 首 排出 。 植物 中 亦 有 蛋白 酶 存在 ， 特 别 是 种 子 、 REG MERE, BLE ye Sei, ASR AL ZE SK ARE FEB LSR Fb) 0 EBL Fk ARABI 嫩 植 物 合成 组 织 蛋白 之 用 。 凡 能 利用 蛋白 质 的 微生物 都 能 分 泌 蛋 白 酶 ， 使 基质 中 的 蛋白 质 得 到 水 解 ， 水 解 产物 作为 合成 菌 体 蛋白 质 的 原料 。 如 栖 士 曲 考 、 枯 草 杆 获 等 就 能 分 泌 较 大 量 的 蛋白 梅 。 工 业 上 采用 这 些 细菌 进行 培养 以 制备 蛋白 酶 制剂 。 510 吸收 到 生物 机 体内 的 氨基 酸 可 进一步 分 解 ， 主 要 是 进行 脱 NH age, 也 可 脱羧 分 解 。 第 六 他 盈 基 酸 的 脱 氨 反 应 氨基 酸 的 脱 氨 和 转 所 是 体内 氢 基 酸 : 分 解 的 第 一 步 。 究 竟 那 一 全 分解 途径 占 优势 则 视 生 物 种 类 和 组 织 而 异 一 、 氨 基 酸 的 脱 氨基 作用 | 根据 脱 所 方式 不 同 ， 可 分 为 氧化 脱毛 和 非 氧化 脱 氨 等 。 一) 氧化 脱 所 氧化 脱 所 有 两 种 类 型 ， 一 类 是 刻 脱 氢 酶 催化 的 氧化 脱 气 ， 另 一 类 是 靠 氧化 酶 俱 化 的 脱 氨 反应 。 ait) i, BSCE ETL LIC BERR pr ite 谷 氨 酸 脱 氨 酶 是 唯一 存在 于 生物 体内 的 专 一 ry eer El iT hte 及 微生物 体内 ， 以 NAD 或 NADP’ HARKS, 已 专 一 性 催化 谷 氮 酸 的 脱氧 脱毛 反应 。 总 反 应 如 下 式 。 COOH COOH | | ; (CH). (CH,). if itt ..+NAD (或 NADP*) + H,O—> | + NADH (& NADPH) + NH? = 上 一 一 一 4 2 一 一 | | COOH COOH 在 哺乳 动物 肝脏 中 ， 含有 高 浓度 的 谷 氢 酸 脱氧 酶 ， 它 定位 于 线粒体 中 。 牛 肝 线 粒 体 纯化 的 谷 毛 酸 脱 氢 酶 ， 其 最 小 活力 单位 的 ” M. W=336, 000dt, 它 是 由 六 个 相同 亚 基 构 成 的 六 聚 体 ， 亚 基 排 列 如 图 11 一 12。 每 个 亚 基 是 含有 500 所 酰基 的 多 肽 。 六 聚 体 易 聚 合 成 线性 多 聚 体 , 这 种 多 事 体 也 具有 活性 , 其 分 子 量 可 达 几 百 万 。 谷 氢 酸 脱 氢 酶 的 活性 能 为 某 些 调节 剂 所 调节 。 能 为 GTP 和 ATP 所 i Hi), 12664 NADH #115’ - of; & REPT AM Hil, (A AT a GDP 和 ADP 等 所 刺激 而 BAS SEBS OH ED. TRH RAW PIA SP Oy VIVA RKE. DS AR ES ES i EY DWOLRS LRA HM EE, OS LRA, ”图 11 一 12/ ARKE MRR > FRRMABELA AB MAMS lM P512 反应 所 示 。 SW BEA HE Ty sk REAR MA WK - NH. 转移 给 ,&- 酮 戊 二 酸 的 转 氨 反 应 形成 谷 氨 酸 和 相应 酮 BOA PL I A 在 这 里 谷 氨 酸 起 着 NHs 的 载体 作用 。 各 种 氨基 酸 通过 这 一 途径 脱 氛 主要 受 谷 氨 酸 脱氧 酶 活性 的 调节 。 这 一 脱 氨 方式 又 称 联 合 脱毛。 可 示 如 图 11 一 13。 四 小 联合 脱 氨 过 程 是 生物 体内 氢 基 酸 脱氧 酶 的 重要 而 普遍 的 形式 。 这 个 脱毛 途 径 是 可 逆 的 ， 亦 是 生物 体 合成 氛 基 酸 的 重要 途径 ( 见 氛 基 酸 合成 一 节 ) 。 511 ng. gg A gat 5) = CA eat (CH.), H. ,H (CH), | Ki H > Nie ® H.N-—C 再 wwe 一 AM PE EOS 一 > panes COOH [QO | Coo” YN \y7 bt pe NAD(P)H NAD(P)’ CO00-” 一 一 -CO00- (GEi.)4 Fi, arp Nan Lys—E |—» EN SE | | COO- COO- e [NH J ake inks . c 一 N~ 一 Lys—E i " COO- |H.0 4 raise : | NH,—~|,Lys—E | + (CH,), 7 ol ems () 1 ioe BY | CU 和 coo 在 骨骼 肌 及 心肌 中 ， (CH): L- 谷 氨 RBA 酶 活性 较 RCHCOO- 上 PD SE A Rt 低 ， 氨 基 酸 在 那儿 不 易 借 kh ki | 此 联合 脱 氨 方 式 脱 氨基 。 | 在 这 些 组 织 中 ， EER R 一 C 一 COOr 了 NAD" 或 NADP” +H:0 AEM ARR, Wits 0 Ho € NH SHER MOREL, JEAN ioe 移 至 草酸 乙酸 上 形成 门 次 BR, Ra RE REA 图 11 一 13 氨基酸 的 联合 脱 氨 图 i o> ihe MGA BS BE (TE —~NH, 转移 到 IMP 上 ， 形 成 AMP ( 详细 过 程 见 核 苷 酸 合 成 一 节 ) 。 KARR 512 AP a le pot) eee BS f(t AMP 脱 氛 重 新 生成 IMP. jx coe bib -KewaaH, Bide eee 酸 循环 的 联合 脱 氮 。 除 肌肉 组 织 外 ， 脑 及 肝脏 组 织 中 有 些 氨基 酸 可 通过 这 一 途径 脱毛 。 前 已 述 及 可 通过 谷 氮 酸 转 氨 基 到 各 种 酮 酸 上 而 合成 不 同 的 氨基 酸 ( 除 苏 氨 酸 ih AS 外 ) 。 事 实 上 此 反应 是 可 道 的 ， 各 种 氨基 酸 分 解 时 都 可 通过 转 氨 于 z- 酮 酸 而 脱 氮 。 关 于 转 所 反应 、 转 所 酶 及 转 氮 机 制 见 握 基 酸 合成 一 节 。 2. -氧化 酶 催化 的 氧化 脱 氨 作用 氛 基 酸 氧 化 酶 有 工 - 毛 基 酸 氧化 酶 和 D- 毛 基 酸 氧化 酶 。 除 谷 氮 酸 脱 氢 酶 催化 体 内 工 - 氨 基 酸 脱 氨 的 主要 脱 氨 途 径 外 ， 生 物体 的 上 - 氟 基 酸 避 通过 工 -氨基 酸 氧化 酶 俱 化 的 次 要 途径 氧 化 脱毛 。 该 酶 以 FMN 或 FAD 为 辅 基 ， 总 反应 如 下 式 。 Coo" COO- BE ct teas (TST TS 和 和 人 +h des + NH, +FMNH, x X jee o9FMNH,+0,—>FMN+H,0, H.0, 则 可 由 过 和 氧化 氢 酶 分 解 。 肝脏 和 肾脏 中 的 直 - 氛 基 酸 氧化 酶 以 人 MN 为 辅 基 。 蛇 毒 和 某 些 微生物 中 的 工 -氨基 酸 氧化 酶 则 以 FAD 为 辅 基 。 L- 氨 基 酸 氧化 酶 可 催化 除 丝氨酸 、 苏 氨 酸 和 二 羧基 毛 基 酸 以 外 的 所 有 L-REBHWAIL. | D- 氢 基 酸 虽然 在 活体 内 存在 量 极 少 ， 但 D- 氨基 酸 氧 化 酶 在 走 物 体内 则 普 这 存在 肝脏 和 肾脏 中 为 何 有 高 活性 的 D- 氮 基 酸 氧化 酶 存在 ， 至 今 还 是 一 个 访 。 这 个 氛 基 酸 氧化 酶 并 不 eee Desi. (EE PTL SR LE Re Oe ee (=) FER CL Le BRAK EAU BL CAR 大 肠 杆菌 、 链球 菌 和 动物 体 伟 有 氨基 酸 脱 水 酶 和 毛 基 酸 脱硫 化 氢 酶 ， 它们 可 分 别 催化 L-#43&. L-HRRA 世 - 半 胱 氨 酸 甚至 高 丝氨酸 和 高 半 胱 氨 酸 脱 氮 。 该 酶 需 磷 酸 吡 哆 醋 作 辅 基 。 反 应 如 下 式 所 示 。 COOH | : auch COOH HO COOH, H—C—NH, L-Serfi xk & | ” 自发 水解 “| 1s! Gas NE, C=O +NH, H—C—OH H,0 | | | f CH, ; én, H COOH 半 胱 氨 酸 脱 COOH . rid il ai 1 Bs | INH era 一 自发 水 人 解 C=O +NH; H,S | dus CH, CH, PRK AY LA ER L-4# ARE RAR SRR S RAAB 成 513 Schiff's 碱 开始 的 ， 如 下 式 。 由 于 芳 环 共 思 体 系 的 拉 电 子 作 用 ， 使 丝氨酸 或 半 胱 氨 酸 的 &- 氢 易于 以 再 形式 离 去 ， 从 而 易于 存在 | N 着 组 所 酸 脱 氨 酶 ， 催 化 组 所 酸 脱 氨 成 烯 酸 。 COOH COOH bop at GH, el = | | 人 +NHis H—C—NH, HC : | | COOH COOH H C H=C—CH=CHCOOH H=C—CH,—C—COOH : | | N NH NH NH, PRUE Les Sof SC/ H 3. «BURA H 全 从 人生 全 gale taped N\wn7 \cH, 与 B—OH 或 6 一 3 五 脱水 或 脱 H.S 而 成 含 c, 8 双 键 的 形式 。 2。 分 解脱 所 大 肠 杆 菌 等 微生物 中 河 工 - 门 冬 氨 酸 酶 ， 该 酶 可 催化 门 匀 氨 酸 脱 氨 形 成 烯 藤 。 动 物体 内 hy iT] +NH, 某 些 微生物 含有 氢化 酶 ， 在 严格 无 氧 条 件 下 ， 能 进行 还 原 脱 氨 形 成 NH, ARR. R—CHCOOH 气 化 酶 +H, > RCH,COOH + NH, NH, 4, 7K APRA A FETKAR BEEK, Sb RAT KIER NH, MRR, R—CH—COOH 水 解 酶 有 CHCOOH + H,0 | NH, OH NH, 514 Ph — 和 ~— | - 5. 氮 基 酸 之 间 氧 化 还 原 联 合 脱 氨 在 厌 氧 细菌 中 常 进行 这 类 脱 氛 方式， 以 分 解 氨基 酸 。 ‘i Rs +H,0 eS + H-C -NH: C =NH on ) pina 4 , NH: NH; soon COOH NAD Fae aoe COOH COOH ~~ Ps e r ie he Ait wR A se ot 过 he Ta eI 1 SA rd FQ" NA8+ Hi， va R : QOH nhdther™ COOH “> R, R, | 从 上 式 可 以 看 出 ，H 一 C 一 NH， 作为 氢 供 体 ， 而 HC 一 NH， 则 作为 氧 受 体 .二 者 联 OOH OOH BRM, B-TAERRA COATS ARM RAR. RM NAD* FARR. 二 、 氨 基 酸 脱 酰胺 基 作用 谷 酰胺 和 门 冬 酰胺 在 相应 酰胺 酶 催化 下 ， 酰胺 基 上 的 - NH，: 可 以 脱 去 ， 生 成 相应 的 所 基 酸 。 酰 胺 酶 广 布 于 植物 和 微生物 中 ， 有 较 高 专 一 性 。 O ae COOH , | | CH CH. ，H 0 RnR SMA door eA AQ COOH c | ENE: 谷 氨 栈 胶 酶 。 (CH,), (CH;): +H,0 re +NH, | HC—NH, HC—NH, | COOH OOH 515 第 七 节 “氨基酸 脱 氨 产 物 的 代谢 去 路 氨基 酸 脱 所 产物 为 NH, ARAB, > RP AE APRS 一 、 氨 的 去 路 : 一 一 一 一 一 一 一 Hi 二 氨基 酸 脱 下 的 氢 ， 徐 植物 和 部 分 微生物 可 以 NH; 盐 形式 贮存 外 ,大 部 分 HE, 必需 转 变 成 其 它 形 式 贮存 ， 或 排出 体外 。 特 别 是 动物 ， 自 由 NH, 对 机 体 是 有 毒 的 ， 一 旦 生成 则 必 需 了 予以 处 理 。 生 物体 处 理 游离 NH。 大 致 有 四 条 途径 ， 一 是 重新 合成 机 体 所 需 的 氨基 酸 ( 见 氨基 酸 全 成 一 节 )， 二 是 合成 氨 甲 酰 磅 酸 ， 再 用 它 合成 核 苷 酸 ( 见 核 葫 酸 合成 ) 或 其 它 氨基 Bs 三 是 转变 为 酰胺 ， 贮 藏 于 体内 ， 四 是 转变 为 一 些 无 毒化 合 物 排出 体外 。 这 里 重点 介绍 第 四 种 氛 处 理 形 式 。 Je SP 动物 处 理 NH。 的 第 四 种 方式 因 种 属 而 异 。 BAHL BE Hw NH, ee ENE HR 素 排出 体外 。 这 些 动物 称 为 排尿 素 动物 。 大 多 数 水 生动 物 将 NHs 直接 排出 体外 ， 称 为 排 所 动物 。 鸟 类 和 陆 生疏 行动 物 把 NH, 转变 为 尿酸 〈 以 尿酸 悬浮 液 排 出 体外 ) ， 称 为 排尿 酸 动 物 。 两 栖 类 如 蛙 在 旺 昨 期 排 氨 ， 变 态 a FP He ARR, WHAM EURRBREASAA. it 排 氨 机 制 比较 简单 ， 一 般 机 休 各 部 分 脱 下 的 NH.» MADAME BD 管 ， 再 ES BEERS HEIL, PRC NH, 而 排出 体外 。 COOH COOH ft) at on AGO — | a. (CH,), SRA RB (CH,), +NHs CH) © | TALL re a at 3. Cag be O | COOH bg cg 尿酸 的 合成 与 味 叭 合成 有 关 ， 见 核 苷 酸 合成 一 节 。 日 尿素 的 合成 是 一 个 较为 复杂 的 过 程 。 高 等 动物 体 尿素 的 形成 可 分 为 三 个 阶段 ， 第 一 阶段 BARS NH; RCO. 作用 合成 瓜 氨 酸 。 第 二 阶段 是 瓜 氨 酸 转变 为 精 毛 酸 。 第 三 阶段 是 ” 精 氮 酸 水 解 成 尿素 并 重新 形成 鸟 氨 酸 。 所 以 这 一 过 程 中 的 鸟 氛 酸 、 爪 氨 酸 、 精 氮 酸 只 不 过 是 合成 尿素 的 氮 源 和 碳 源 的 载体 ， 从 鸟 氛 酸 开始 到 鸟 氛 酸 重新 形成 ， 成 为 一 个 循环 。 因 而 尿素 合成 的 循环 过 程 又 称 鸟 氮 酸 循环 过 程 。 这 个 循环 过 程 中 的 具体 反应 过 程 为 要 (—)NHs; 455 CO, nea A BE ER 游离 的 NH, 在 线粒体 的 所 甲 酰 磷 酸 合成 酶 俯 化 下 ， 与 CO, 反 应 合成 氨 甲 栈 磁 酸 。 有 两 个 不 同 的 氨 甲 酰 磷酸 合成 酶 ， 称 为 握 甲 酰 磷 酸 合成 酶 AG I BE We IB aK I 位 于 肝 线 粒 体 中 ， 不 存在 于 其 它 组 织 中 ， 它 只 利用 NASER, 需要 N- 乙 酰 谷 氨 酸 (AGA ) 作为 正 别 构 效应 剂 。 这 个 酶 的 主要 功能 是 提供 所 甲醛 磷酸 以 合 516 hc al ee mA VE oe Se - Mg*+ Mb | NH}+HCOj;+ 2ATP Md —O—P—O~ +2ADP + Pi | O 成 精 氨 酸 ， 从 而 合成 尿素 。 由 于 AGA 是 氨 甲 酰 磷 酸 合成 所 必需 的 ， 而 精 氨 酸 又 可 抑制 AGA 的 合成 ， 所 以 精 氨 酸 对 氨 甲 酰 磷 酸 的 合成 起 负 反 馈 调节 作用 。 这 个 酶 首 先 利用 一 克 分 子 ATE， 通 过 形成 酶 结合 的 羧基 一 磷酸 而 使 CO, 活化 ， 该 酶 复合 物 再 与 NHi 反应 ， 形 成 酶 结合 的 氨基 甲酸 蕊 并 杰 放 一 个 磷酸 。 此 酶 结合 的 氨基 甲酸 又 与 第 二 克 分 子 ATP' 反 应 ， 产 生 aa FSR. ADP 和 自由 酶 。 反 应 如 下 式 。 -. COOH COOH. O y 1 I 氨 甲 酰 磷 其 .7。 O HCO; (CH,), C—CH, mam | 3 ITA 天 x A Me** ) e ub Pe gm NH—C—CH, rsd fee © HN GOH NH, ADP + COOH COOH itd _N- 乙 酰 -Glu me COOH Le -Hs) Ho Ch. O “| | NH,—C—o— P—O- a NHCCH, | | ‘sae COOH ~° 氛 甲 酰 磷酸 N- 乙 酰 -Glu 氛 甲 酰 磷 酸 合成 酶 工 需 要 谷 酰胺 作为 氮 供 体 ， 不 需要 N- 乙 酰 谷 氨 酸 。 所 催化 反应 如 下 at: | O Mg**, K+ ZO Gin + HCO; + 3AT P + H,O—-— 7" NH, — C— O— P—O* + 2ADP + Pi+ Glu = 它 存 在 于 快速 生长 组 织 的 细胞 质 中 ， 为 喀 啶 合成 提供 氨 甲 酰 磷 酸 ， 该 酶 可 被 UTP 反 馈 抑制 。 (二 ) 由 所 甲醛 磷酸 与 鸟 氛 酸 合成 瓜 氨 酸 在 鸟 氛 酸 所 甲 酰 转移 酶 俱 化 下 ， 和 氢 甲 酰 磷酸 与 乌 氨 酸 缩合 形成 瓜 毛 酸 。 该 酶 与 气 甲 酰 磷 酸 合成 酶 [ 紧密 结合 ， 作 为 多 功能 蛋白 的 一 部 分 。 517 (CH ary ‘geo ee sae ih a a | Mev, OR CooH Rene 六 OOH || (=) A MARS RAM ATH NRT TR LA PSE ik, BOO. RRL RAAB 由 NH, jij seal] 4h ede tt -NH.. E(CX-KR MM MSEEMRRMMARE, OR 酸 写 门 冬 氨 酸 缩合 成 精 所 酸 弄 珀 酸 ， 该 酶 需要 ATP 和 Mg'。 然 后 由 精 氨 酸 琥珀 酸 BE EME 精 氨 酸 现 芍 酸 桶 解 成 精 氨 酸 和 延 胡 索 酸 。 反 应 如 下 ， ) HAMA , HN 4 COOH\. |. wee QOOH pati 了 全 mn x | ATP，AMP+ PPi NH， H， | | HO—C+N—C— aa al bel x do8 HC—NH, COOH 站 ) 一休 一 | HY COOH " én, “2 doon 54) pe sien NH Cris NG | (oog dH, HC—NH, ih ab doou | 518 — wi eS 精 氨 酸 琥珀 酸 —NH, .COOH NH bx a er Cio “nd eee HCLNH,|! ， door I. OOH , 闲 第 一 步 反应 由 ATP 水 解 成 AMP 供 能 ， 生 成 的 PPi 可 水 解 成 Pi 促进 反应 的 进行 。 这 全 步 反应 中 生成 了 延 胡 索 酸 ， 它 是 TCA 循 环 的 申 间 物 ， 经 加 水 、 脱 气 生 成 章 栈 乙 本 与 谷 氛 酸 进行 行 转 所 反应 又 可 生成 门 冬 氨 酸 。 所 以 延 胡 索 酸 是 TCA 循环 与 鸟 氛 酸 循环 的 连结 Rie. — (四 ) 精 毛 酸 水 解 成 尿素 ， 并 重新 形成 鸟 气 酸 在 精 持 酸 酶 催化 下 ， 精 氨 酸 水 解 生成 尿素 ， 并 重新 产生 鸟 氨 酸 反应 如 下 ， 本 PE NH, NH (CH), HaN\ | +H,O > | Zi 一 6 (CH,)s HC—NH, H.,N ee NH, COOH door . SAR SAR 尿素 生成 的 鸟 氨 酸 ， 可 重新 通过 线粒体 腊 上 的 特异 转运 体 而 进入 线粒体 ， 再 与 氨 甲 酰 确 酸 结 合 进 符 第 二 次 循环 。 每 循环 一 周 ， 合 成 一 分 子 尿素 。 总 反应 式 为， O. ( @NH, +CO,+3ATP +3H,0O—»H,N—C—NH, + 2ADP + AMP + 4Pi 整 ' 从 合成 过 程 示 如 图 1 一 14。 尿素 合成 共 需 五 种 不 同 的 酶 ， 先 天 缺乏 任 一 种 酶 ,都 会 造成 高 血 氨 症 和 哲 力 减退 ,如 缺 SRARABEKRBNZARAARHBEM, WEKTAME. AZM ERABA SR RR, 尿素 循环 的 唯一 作用 是 CAREALSWRE, 所 以 尿素 合成 中 任 一 种 酶 的 缺乏 都 会 引起 尿素 合成 失调 ， 使 血 中 NHY REAR, Ste NHs Pe. NHe HERR 物 特别 是 对 其 中 枢 神 经 有 很 大 毒性 ， 其 原因 是 在 线粒体 中 ， 在 谷 氛 酸 脱氧 酶 俯 佬 作用 下 ， NH:, 与 xc- 酮 成 二 酸 作 用 形成 谷 所 酸 ， 如 果 NHs 太 多 ， 则 会 大 量 排除 脑 TEA 循环 中 的 cs= 519 每 ? ' t~ cto | LUH2N-C 一 NH， J A ae coo ohn: CH a pac“. NH | | HC ere © (coy \ | \ i HC-—N ey es \ COOH Wee. H-C-NH 6) ; NH, 29. H¢-NH, 图 11 一 14 合成 尿素 的 鸟 氨 酸 循环 图 酮 成 二 酸 ， 造 成 脑 呼吸 受 抑制 。 在 肝脏 中 也 由 于 过 多 地 用 去 了 c- 酮 戊 二 酸 ， 使 草 酰 乙 酸 不 3 上 能 正 党 形成， 导致 CH;C ~SCoA 不 能 正常 进入 TCA 循环 中 去 继续 氧化 , 从 而 形成 过 多 的 酮 体 ( 见 脂 代谢 ) 而 引起 酸 中 毒 。 在 正常 状态 下 ， 尿 素 循环 途径 是 受 调节 的 。 首 先 它 受 正 效应 剂 N- 乙 酰 谷 氨 酸 调节 。N- 乙酰 谷 氨 酸 不 存在 时 ) ， 氨 甲 酰 一 翡 酸 合成 酶 这 个 催化 本 途径 中 的 第 一 步 ( 为 限 束 步 又 ) 的 酶 ， 就 会 失 活 。 在 摄 和 大量 氨基 酸 后 ( 食 入 高 蛋白 食品 后 ) ， 在 肝脏 中 氨 甲 酰 一 磷酸 合成 酶 活性 的 增加 与 SN- 乙 酰 谷 氨 酸 水 平 的 增加 成 正比 。N- 乙 酰 谷 氨 酸 是 岛 氨 酸 合成 的 前 体 ( 见 包 氨 酸 合成 一 节 ) ， 因 此 也 是 精 氟 酸 合成 的 前 体 ， 并 且 它 的 合成 又 受精 氨 酸 抑制 。 在 快速 生长 和 合成 蛋白 质 条 件 下 ， 精 氨 酸 快速 被 利用 ， 其 稳定 浓度 相当 低 ;而 NT- 乙 ; 赋 谷 所 酸 浓 度 仍 能 有 效 地 刺激 氨 甲 楷 磅 酸 的 合成 。 在 此 条 件 下 ， 鸟 所 酸 浓度 亦 低 ， 这 时 所 甲 本 杰 酸 进入 哮 啶 合成 途径 以 用 于 合成 核酸 而 不 用 来 合成 尿素 。 总 之 ， 谷 氨 酸 、 门 冬 氨 酸 以 及 它们 的 酰胺 过 多 时 ， 谷 氨 酸 脱 氢 酶 的 俱 化 功 能 倾向 于 有 氨 。 当 这 些 所 基 酸 短缺 ， 而 其 它 氨 基 酸 过 多 (如 甘氨酸 、 丝 氨 酸 、 半 脱 氛 酸 等 过 多 ) 时 ， 谷 520 nn — ~ ae - = 氨 酸 脱 氢 酶 的 功能 则 倾向 于 氨 化 。 然 后 ， 合 成 的 谷 氨 酸 经 转 氨 反 应 合成 门 冬 氨 酸 以 用 于 尿素 合成 ， 及 合成 N 一 乙酰 谷 氨 酸 以 刺激 所 甲醛 磷酸 的 合成 和 谷 酰胺 的 合成 。 因 此 ， 所 有 氨基 酸 能 保持 稳 态 平衡 ，TCA 循环 可 持续 不 断 地 运行 小 并且 通过 肝脏 处 理 过 胰 的 NH, 以 形成 尿 素 。 各 种 氨基 酸 通过 血 流 渠 道 分 布 到 各 组 织 中 ， 以 适应 每 种 组 织 随 其 代谢 需要 而 对 氛 基 酸 的 不 同 需要 。 —. BRAKE EBM MA RMR, wn cx 一 酮 戊 二 酸 可 在 谷 毛 酸 脱氧 酶 催化 下 还 原 加 氢 而 成 谷 氨 酸 。 其 它 酮 酸 可 在 专 一 性 转氨酶 催化 下 与 谷 气 酸 进 行 转 氨 反 应 ， 重新 合成 相应 的 氨基 酸 ( 见 氨基酸 合成 一 节 ) 。 此 外 ; 生成 的 酮 酸 径 氧化 分 解 生成 "CO, 和 H.O, Bete 内 所 需 的 能 量 。 如 丙酮 酸 、 a 亮 氨 酸 、 赖 氨 酸 门 冬 气 本 | ar ag ARM SEM | | Mi | | READ | 谷 氨 酸 、 谷 酰胺 、 MRM | 组 氨 酸 、 有 睛 氨 酸 、 一 CoA > =? == 苏 氨 酸 —> HARM 一 CoA 4 一 C 一 酮 成 二 酸 HH £5 Ly 图 11- 一 15 AP AER A Dy Be HH aS O (ye PUR. -HERCR. A RCA URERLAR'F 4H CHYCOCOOH 过 各 丝氨酸 在 LH RRL ZK A 催化 下 脱水 BRS s SF GSR We CE ES REA Be wt BA STE CPI A AR URC 见 氨基 酸 脱 氨 反应 一 节 ) ER HE UTE 再 脱硫 化 氢 脱 气 亦 成 丙酮 酸 。 甘 氨 酸 经 丝氨酸 转 羟 甲 基 酶 催化， 从 N°, Ni 一 甲 又 一 PH4 转 一 个 羟 甲 基于 甘氨酸 的 一 碳 上 形成 丝氨酸 ， 然 后 丝氨酸 再 脱水 脱 氨 成 丙酮 酸 。 此 外 苏 氨 酸 在 苏 氨 酸 醛 缩 酶 催化 下 521 é CH,OH 2 H, N°, N*°—HM—FH, + | —>H—C—NH, + FH, COOH COOH fo 下 可 裂解 成 一 分 子 甘 氛 酸 和 一 分 子 乙 醛 ， 然 后 后 再 分 解 成 万 酮 酸 和 CHac -399A。 O COOH H—C —NH, | id | 一 >CHNH， H vee —H 十 + + O CH, fp? NAD CoA NADH+ H CH, cry ENA NE oD CHC~SCoA | | ie (APIRR. BRR. MAR. RAR. BARAT ERR ERK CH,C—SCoA 1, FARRABAR 1 PY BP SAE MB HL SAT BN FE A RF KC 酰 一 CoA 的 过 程 如 Fst 对 羟 葵 丙酮 HO 每 igi nt CS toon SOE Ey ged a Peon... es ‘DH 尿 黑 酸 O - I O; CH,C~SCA Fet+( RR nm 4 } H,0 | t \ COO- O Cri ] 3 b—o teen Ne RRCRCR, C—CH, O 上 式 除 生 成 CH,C~SCoA 外 还 产生 了 反 丁 烯 二 酸 【 延 胡 索 酸 ]， Se TCA 循环 氧化 。 2。 AR fo ， 亮 氢 酸 脱 氨 形 成 的 “一 酮 异 已 酸 形成 CHC~SCOA MMF. CH 和 ee ee ee Tad sal NAD* NaDH+H" RAEN ES BG + it CoA —s-+ CO, rap alia ng bie ae J & 了 O TPP afin: SCoA oi SCoA COO 2 异 戊 酰 CoA 有 一 甲 基 巴 豆 酰 一 CoA co O CH CH,COOH x Nc ~Sscoa Saks a B—-HE BBR | 3—-#%#--3— ~ 5 e=m—coamam = CHs Cc C~SCoA HOOCCH.“ CH, 0” / s-Ra—s—maem= CH, C —CH, COOH Pat 一 酰 CoA BAR O 4 O | 17 CH:C ~SCoA CH,G~SCoA ? 异 亮 氨 酸 形成 的 c 一 酮 一 8 一 甲 SBN 分 解 的 前 几 步 同 2 一 酮 异 已 酸 ， 最 后 生成 乙酰 一 CoA 和 两 酰 一 CoA。 如 下 式 。 tie 加 Z 一 甲 基 丁 酰 一 CoA HC—@RH) NAD’ NADH’ H C.—CH, BR Cee CoA CO, C~SCoA C~SCoA | OZ OA COOH 2 一 甲 基 丁 酰 一 CoA 2 一 甲 基 巴 豆 酰 一 CoA CH 4 . CH H,0 C 一 甲 基 巴 豆 t te e pages ar ew CO COAKES hogeoh in = rot eS C 一 甲 基 一 B 一 羟基 本 酰 O 4 一 甲 基 乙 酰 乙酰 CoA 523 CoASH O O Fe 7 VA ____, CH, C~SCoA + CH;CH, C ~SCoA (其 分 解 见 脂肪 酸 分 解 代 谢 ) 硫 解 酶 3。 MAB ; 赖 氨 酸 不 进行 转 氨 脱 所 。 在 肝 胜 及 其 它 组 织 的 线粒体 中 ， 赖 氨 酸 首先 是 形成 真菌 合成 款 氨 酸 时 所 经 过 的 中 间 物 一 一 酵母 气 酸 ， 然 后 由 酵母 所 酸 直接 途经 -氨基 已 二 酸 志 - 半 酶 再 继 续 分 解 。 赖 氨 酸 氧化 脱 氨 而 生成 的 酮 酸 (e- 氛 基 -c- 酮 基 已 酸 ) ， 也 可 经 自动 环 化 成 A:- 烯 六 氢 吡 啶 二 2 一 次 酸 ， 再 经 需 NADH 或 NADPH AMIN SA BEM, 并 氧化 成 A: 一 烯 一 六 氢 吡 啶 一 6 一 次 酸 ， 然 后 再 经 一 氢 基 已 二 酸 一 6 一 半 醛 降解 。 氨基 已 二 酸 半 醛 的 ' 降 解 首先 是 由 ,肝脏 中 二 个 需 吡啶 核 背 酸 的 酶 氧化 成 为 “一 氨基 已 二 酸 ， 然 后 再 经 转 氨 反 应 生成 "- 酮 已 二 酸 ,再 经 eMC AAR BM CoA, 下 O i HAMA. BRRMTMBR—CoA, RAM CH. COSCOA, 反应 过 程 示 如 图 11 一 16。 在 哺乳 动物 组 织 中 还 存在 赖 氨 酸 分 解 的 FARE, MAA e 一 乙酰 化 中 间 物 形成 < 一 乙酰 氟 基 -c- 酮 基 已 酸 的 分 解 途径 ) 反应 可 简单 示 如 王 式 。 NH, O O O | gto CCH, ), HN—C 一 CH， HN—C—CH, H—C—NRH, Ot? (CH,), COOH H Gone O 一 C COOH COOH 其 《 as ) 4 ta OOH 以 后 的 分 解 见 忆 世 - s 图 11 15 * VA HOOC(CH,),COOH x 加 . | v yO CH,C ~SCoA 4, RRM ET DHS 77 62 SA RE EH A FE GI NC PR OT OPE, ER ES ERA BLA NH, 而 生成 一 524 | COOH NH, NADPH #32" ee ee * a . H HADI ff NH—CH HyN—C-Hs—CH,-CH.--CH, —Cc HI-- > 一 < RE CH iys a ~ fe Ae a nies | | om CH, | sae CH: COOH pase oO HCNH, I H.N—CH,—CH,—CH.—CH,—C_c gon COOH RE tT ALR iS ft AR Hi i NH, Hoe | 站 OO | a 一 柄 -5 ~ UEC 7 ~cooH A，- ene bs 0” SBE A 6 - Rg ; : 2 - 羧 酸 大 | Sn cooH ' é A’ — HN See NR ie ee ae ; : Ct ee at © Ha Cie BOD ( AN 一 Cook 大 所 吡啶 - 2 ~ yap. ow 和 ‘ HOOC—CH,—cH.—cH— = : : CH 一 CH、 CH. COSCOA €———*. HOOC—CH.—C H.C H,—C—C 00H + OH -COA COA a - fic — , 200. HOOC—CH ;— CH=CH —COSCOA === CH ,—C H= CH—COSCOA WIE — HE - COA - 巴豆 能 -COA 人 O O 天 Lit - COA CACCAE- COA B11—16M AMAT ( 醛 酸 或 酮 酸 ) 的 分 解 代 谢 途 径 定 的 酮 酸 。 色 氢 酸 的 分 解 代谢 ， 在 哺乳 动物 中 首先 经 过 两 条 途径 ， 一 条 是 通过 氧化 使 色 氛 酸 氧化 成 5 一 产 色 氨 酸 ， 再 脱羧 成 5 一 产 色 腕 。 另 一 条 途径 是 色 毛 酸 经 犬 尿 毛 酸 这 一 中 间 物 再 转 Ve 7 a ENP o nae HRA BAERCH.C-SCOA, HR KERMA DLS RUE RA AMOR. HABER TA RS & ARAN 一 甲 酰 犬 尿 氨 酸 的 反应 由 色 氮 酸 2，3 二 加 氧 酶 所 催化 。 该 酶 含 2 克 分 子 亚 铁血 红 素 ， 广 布 于 自然 界 ， 在 肝 细 胞 液 和 假 单 胞 杆菌 中 ， 已 得 其 纯化 物 。 该 酶 在 初生 正常 鼠 中 不 存在 ， 十 天 后 被 明 上 腺 皮质 固 醇 提早 诱导 生成 。 一 旦 酶 已 合成 ， 则 咀 饲 固 醇 或 色 氢 酸 即 能 提高 该 酶 活性 水 平 。 固 醇 之 所 以 能 提高 该 酶 活性 水 平 是 由 于 它 能 刺激 编码 二 加 氧 酶 酶 蛋 925 白 的 专 一 性 mRNA 的 合成 。 而 色 氨 酸 之 所 以 能 提高 该 酶 活性 则 是 由 于 它 可 降 低 酶 蛋白 的 降 解 速率 而 该 酶 的 合成 速率 正常 。 es a ET a N— i he N - Ait KR UR aie a we 条 NH: af anit COOH NH, Kk | ~ yo CAE A, sence tou 本 一 + CH,—CH—COOH ~ | NH, | Pres ee ee AEE A 所 了 三 Ki 人 ™~s 7 > KURA NADPH & WANA DP‘! G . ia N7 coon. Ae A CH—COOR Je ROOK | * OF SS NNH; ae TRA OH Ss | he 3 — BER RAKE LNA \ KRM OH SS Oo Zs | ‘ A ~C00H ) 1 1 ; ay pe Ma 22 i. ee (CH: e (C H32a oe 1 a 1 H-C-NH2 vi SE hy ‘ ze 1 ied H-C-NH ” 5 NHaog CGQOH COOH | COOH COOH A NADt ° H:O cs ft 4 赔 氢 酶 NADH+H* ty * baat ee COOH te 4 4 CCH: )a 1 H-C-NH2 ) COOH WR SP Eo OH —5 — ARTIS EL FPA, WIE RARER, A RASA, 从 而 形成 a—mk— mR, RMMPA: NAD(P) NAD(P)H+H* \ \cZ fe Pg Ss oP ES Bh ee fi UA ee ee Se Nx iem—s—emamme (| -COOH anata? ” COOH — ¢ bates Qe pro 3 COOH SARLER a— ik —B<—Glu 组 氨 酸 形成 谷 氨 酸 的 过 程 较 复杂 ， 这 里 仅 简单 表示 如 下 H NH; Os iH biaasian, 1 ‘ : 2— C Heer 0 CH \ ; al’ (=X CHa—c ov OH ee aN EEC HEGRE CO it Noe yh Nu. Pa Bon N Pa Tay Ni Ga SS i ae are Sl Ny BOREAS ONY ws ag 1% eI + é B= C1 ~ ABE ORIAS AAR 5 IRE ULOR IH ， ed | Cae FH, Pine OF 4 — BAR A u 和 : iad —+s HN=CH -N—CHACHy»):COOH! \ a 报 EO SES me Pn 1 PR 个 CP ANE FE Ein oom, TE f H:O Stall) re. RTT A H-C—NH: COOH | 全 : (SR. SRR. FR “a XL AP RSE BE RAR, ATE RBRFABE—COA, EX TCA my, 整个 反应 过 程 示 如 图 11 一 18 和 di 一 19。 许多 氨基 酸 的 脱 握 产 物 以 及 其 它 代 谢 产 物 最 后 都 生成 丙酮 酸 、 a— Xo, 草 酰 乙酸 、 琥珀 酰 一 CoA、 延 胡 索 酸 等 ， 这 些 产物 都 能 进入 三 羧 酸 循环 ， 最 后 转变 为 糖 ， 这 些 氨基 酸 称 为 生 糖 氨基 酸 。 如 两. 酮 酸 由 ATP HAR 糖 烯 醇 式 丙 酮 酸 ， 道 酵 解 途径 而 产生 葡萄 糖 ， 的 分 解 代 谢 一 节 - 4 ac 一 酮 戊 二 酸 、 延 胡 索 酸 和 现 珀 酰 一 CoA 则 进入 TCA 循环 生成 草 酰 乙酸 。 在 磷酸 烯 醇 式 丙酮 酸 激酶 催化 下 ， 由 GTP 供 能 形成 磷酸 烯 醇 式 再 酮 酸 ， 再 逆 糖 解 途径 生成 葡萄 糖 。 另外 还 有 许多 SEROMA WR 后 生成 乙酰 一 CoA。 乙酰 一 CoA 可 形成 一体 ， 所 以 凡是 能 形成 乙酰 一 CoA 的 氯 基 酸 称 为 生 酮 氨基 酸 。 O O | Po Ate SERRA Ra 分 解 产 物 可 生成 CH,C COOH 和 HOOCCH,CH,C~SCoA, KR ~ 可 生成 乙酰 一 CoA， 则 称 为 生 糖 已 生 酮 氨基 酸 。 a & FH AE BE An AE Ad RE Me PTF LP 11—15, 528 ‘er ‘his he : hn to —COGH CH, O | | NAD COASH NAD， TPP] a -页 民 戊 酸 脱 氨 麻 NADH AH xs。 TPP] a ~~ B - Fae RAMBO att CH,CH-CZ=9 NADH+H° hing SCOA ; ) FAD ate ee ea ~°%scon 4 KE —COA SAS : i PADH, i . 7 总 CH ‘eg a / FPADH 有 mF BE ~scoa CH - | ) > ; CH,-CH= C—C*. 7 = " i SCOA re 20\\ 1k Pasa RE - CO A sk Sf ; age H,O~、 & 4 . ON tate COA KANE», A oy CH,— CH Tar, Fi eat 2 OH CH, x | Lg H,0 . GH; ae ex °Ascon a. oon Mk 8 we COASH< | NAD / ae COA CH, ~CHCOOH wADHeR B - AER - BSG OH CH， PE Be ONG B - Foye TRB A moo VSCOA y BS NADH +H- O CH; c eo. YY 于 3 了 一 C 一 CH-COOH Pe ERE COASH Pine. 2 H cH, a ; NAD° COASH CHsC 560A - . CH=CH 766, er NADH+H- GO, . . “SCOA O DO CH,Ch.Ch got! H.O -ATP gi | ON) PARE - COA RICA 和 y ADP ug » | ne ear ev ECoA . ss en, HOOC-CH,-CH,- onetein | PUL - COA TA mere CH 2° HOOC- CH Cy SCOA | HEA “ft COA Riis O = a Mw d | HOOC— CH; -CH:—Cr sco, 图 11 一 18 HAAR, FRAME RAM —CoAMME 529 CH,-S— CH,CH,CHCOOH Re EAR BEF | NH; hn. 77 H,N-C—H ATP +H,0 PPi 十 Pi alae 下 > s-CH, 1 wth, CH; 人 Was \ H H : LF tiaras 甲 基 转 移 酶 S-CH, -¢ -Caof. “60 , , Ne rr goon (Cli) bse ec lia H,N- aa H-C-NH, fa Ty hy ye cy i Ser bu bal Be _€Q0H 8,0 ben, 10 HD H 于 He RGR Y~ RA i i i ' per a te ae > CH,-C-COOH H, CHCA.CH -CoOR NH, iY Chech-C-COOn NAD*,COASH 2 NADH +H*,CO; =e) elBvncBirc on pyre) ~—> Hooc- CH, CHL EX econ 图 11 一 19 甲 硫 氮 酸 形成 丙酮 酸 和 琥珀 酰 一 CoA 的 过 程 第 八 节 ”氨基酸 的 脱羧 反应 及 其 产物 的 代谢 去 路 氨基 酸 经 毛 基 酸 脱 羧 酶 催化 ， 脱 羧 而 形成 胺 类 化 合 物 。 脱羧 酶 在 微生物 中 分 布 很 广 ， 在 高 等 动 植物 组 织 中 也 存在 。 脱 羧 酶 的 专 一 性 很 强 ， 一 般 一 种 氛 基 酸 脱羧 酶 只 对 一 种 工 一 氢 基 酸 起 脱羧 作用 。 通 过 脱羧 的 产物 ， 往 往 是 某 些 活 性 物 质 。 如 脑 组 织 中 富 含 谷 氨 酸 脱羧 酶 ， 它 催化 谷 氨 酸 脱羧 生成 ?一 所 基 丁 酸 ， 而 ?一 握 基 丁 酸 上 对 中 枢 神经 元 有 普遍 的 抑制 作用 。 用 异 烟 酰 肝 等 药物 可 阻 断 ?一 氨基 丁 酸 的 合成 ， 以 致使 中 枢 神 经 呈 过 度 兴 奋 性 中 毒 。 些 药物 与 维生素 Be 合用 ， 则 由 于 磷酸 吡 哆 醛 是 脱羧 酶 的 辅 基 ， 因而 可 促进 谷 毛 酸 脱 羧 成 为 ?一 氨基 丁 酸 ， 使 中 枢 神 经 受 抑制 。 人 睡眠 时 ， 大 脑 皮质 释放 的 ?一 氨基 丁 酸 增多 ， 因 此 人 们 认为 ?一 氨基 丁 RS ARERR TERE A PED. 丝氨酸 脱羧 酶 催化 丝氨酸 脱羧 生成 乙醇 胶 ， 再 经 甲 基 化 可 生成 胆 碱 〈 见 脂 代谢 ) 这 些 产 物 分 别 为 脑 磷 脂 和 卵 磷 脂 的 组 成 成 分 530 hae ak . COOH wu: AA | jee (CH, ), 二 一 谷 氨 酸 脱羧 酶 CH, w—p 证 HO Shr Sir, bl + CO, AM ke CON | GH. COOH CH.NH, woh FAY A i Y- RET MR ERABM RE KOKI CRTC RCE, CEP SRA ERM, bie 汁 中 的 重要 成 分 。 组 氨 酸 在 组 氨 酸 脱羧 酶 催化 下 脱羧 形成 组 胺 。 组 胺 在 乳腺 、 肺 、 肝 胜 、 肌 肉 、 胃 粘膜 中 含量 较 高 ， 是 强烈 为 血 管 千 张 剂 ， 因 而 可 降低 血压 。 但 含量 过 高 则 会 引起 虚脱 。 创 伤 性 休克 .或 炎症 病变 部 位 ， 常 有 组 胺 释放 。 组 胺 还 可 促进 胃 粘 膜 分 泌 胃 酸 及 和 蛋白酶 。 H Jas CHC —COOH 工 一 组 氨 酸 脱羧 酶 _ —<— CH,CH,NH, N NH shes N NH +CO， i, al : i BARAA IE RS-BARM, HEAR RM RAT RRM koe, CSE 眠 镇 痛 及 体温 调节 等 有 关 。 站 cH.C—COOH 2 of) aa ee BAN jg NE SP NE, H H 脱羧 酶 co,” | OH He ) | CH,CH,NH, WA H 虽然 有 许多 氨基 酸 的 脱羧 产物 是 生物 活性 物质 ， 但 大 多 数 氨 基 酸 的 脱羧 产物 〈 胺 类 ) 对 — 机 体 有 毒害 作用 ， 必 有 需 在 机 体内 迅速 将 其 分 解 或 转变 成 无 毒物 质 。 机 体 的 这 种 作用 称 为 生理 解毒 作用 。 机 体 大 多 是 通过 氧化 成 醛 而 将 胺 类 物质 解毒 ， 醛 进一步 脱 氢 氧 化 成 有 机 酸 。 有 机 酸 可 经 531 有 一 氧化 途径 转交 为 乙酰 一 CoA， 或 通过 柠 机 酸 循环 被 氧化 成 COx ADH.O, 氨基 酸 脱 羚 酶 的 脱羧 机 制 首 先是 由 毛 基 酸 与 酶 的 辅 基础 酸 吡 哆 酶 结合 成 Schiff's wR, 其 作用 与 氨基 酸 脱水 梅 、 转 氨 梅 等 相似 。 由 于 吡 哆 环 的 拉 电 子 效 应 ， 使 一 COOH 与 “一 碳 原子 间 的 键 易 于 断裂 而 脱 去 CO,， 组 氨 酸 脱 RSALR SRA, 1 该 酶 蛋白 N 一 端 连 Oo,0 结 一 个 丙酮 酰基 , PM AS SR RE AE TL — BE, 由 于 一 C 人 的 拉 电 子 作用 而 使 氨基 酸 易于 脱羧。 2m Bl ey A 4 : t | ‘ 4h TT ge UR OF eR Me | +> 9p BE PAA + ee SA RS ES nde d , oad oe iS ea we ie - rN Th lh teks Mei : i = Bs: 办- 人 ik = ‘6 Tih] 1 i. . 4 Hi Vi ; o Pa ) SAS SF AN fil ee y . » FN a 532 第 十 二 童 ” 核 苦 酸 代谢 | 生物 体 的 各 种 代谢 过 程 , 大 多 都 要 有 核 苷 酸 参与 ， 特 别 是 各 种 三 磷酸 核 背 酸 (NTP) 和 三 磷酸 脱氧 核 苷 酸 〈 dNTP ) 。 除 了 作为 核酸 生物 合成 必需 的 原料 外 ， 各 核 音 酸 又 有 其 独特 功能 。 如 iUTP' 是 多 糖 生物 合成 和 糖 类 相互 转变 中 主要 的 能 源 和 转 糖苷 酶 的 辅酶 :GTP 在 蛋白 质 生 物 合成 中 提供 能 源 ; CTP 在 磷脂 生物 合成 中 是 形成 活性 中 间 物 所 必需 的 ! ATBP 为 各 种 代谢 过 程 不 可 缺少 的 化 合 物 ， 它 不 仅 是 合成 许多 维生素 辅酶 (如 NAD+、NADBP+、FAD、 CoA SF) MRE, 而 且 是 生物 体能 量 累积 、 贮 存 、 供 应 以 及 转换 的 主要 形式 。 因 此 核 昔 酸 代 谢 在 整个 代谢 过 程 中 至 关 重 要 。 第 一 他 ” 核 苷 酸 的 生物 合成 核 苷 酸 可 以 从 非 核 苷 酸 前 体 ( NEM, CO., NH, 等 ) 从 头 合成 ， 亦 可 从 分 解 代 谢 形 成 的 嗓 叭 碱 或 喀 喧 碱 合成 。 这 后 一 种 合成 途径 通常 称 为 回收 利用 途径 (salvage pathways), 回收 利用 并 不 意味 着 这 个 途径 意义 不 大 ， 在 某 种 类 型 细胞 中 ， 这 一 途径 确实 还 是 核 苷 酸 合成 的 主要 途径 。 核 苷 酸 的 从 头 合成 ， 在 各 种 生物 中 都 能 进行 ， 其 合成 主要 分 两 个 阶段 进行 。 第 一 个 阶段 是 合成 单 磷酸 核 苷 酸 母体 一 5/-IMP 和 ,5'-UMP。 第 二 个 阶段 是 经 一 系列 转变 合 成 各 种 单 核 苷 酸 或 脱氧 核 苷 酸 以 及 各 种 多 核 背 酸 及 其 衍生 物 。 一 、 顺 哈 核 苷 酸 的 从 头 合成 (—) 5 一 次 黄 味 叭 核 苷 酸 的 从 头 合成 在 生物 体内 ， 次 黄 味 叭 核 苷 酸 的 合成 又 可 分 为 两 个 阶段 。 首 先是 合成 咪唑 环 ， 然 后 再 合 成 整个 叭 嘎 环 。 前 者 包括 六 个 步骤 ， 后 者 包括 五 个 步骤 ， 总 共有 十 一 个 步 又。 现 介绍 如 下 ， 1。 5“- 磷 酸 核 糖 =1- 焦 磷酸 的 合成 5“- 磷 酸 核 糖 -1- 焦 磷酸 ( pRep ) 的 合成 由 5- 磷 酸 核糖 - 售 磷酸 激酶 ( 又 称 5- 磷 酸 核糖 - 焦 磷 酸 合成 酶 ) 催 化 。 该 反应 是 由 5“- 磷 酸 核糖 苷 羟基 上 的 氧 亲 核 攻击 的 ATP 的 B- 磷 原子 。 PRpp 合成 酶 +ATP Se oe H OH oHO 933 O +AMP HoH O O mh, | ROM OO FOr eae eshte IA SCARING 28 RARE RAE Hy th ELS Ba TELE IE NE, PERE DR AH 属 别 构 酶 类 。 有 催化 活性 的 酶 分 子 量 为 700, 000—1, 200, 000 道 尔 顿 。 2.。 HA PRPs 7/05’ - WERR-B-D- BRR C PRA ) ZEBRA SS, LOHR ARAMA EMME, AMT AEF 人 胎盘 组 织 和 淋巴 母 细胞 、 小 白鼠 脾脏 、 酵 母 和 一 些 好 氧 细菌 中 。 目 前 认为 其 反应 机 制 是 :” 酶 上 的 某 酸 催化 基 团 先 给 出 一 个 也 +， 使 焦 磷 酸 基 团 离 去 ， 而 核糖 C-1 成 为 正 碳 离子 ， 然 后 ?- 谷 酰胺 -NH，, 基 由 原来 售 磷酸 的 相反 的 方向 ( 6- 方向 ) 亲 核 攻击 C - 1 正 碳 离 子 ， 形 成 PRA， 并 释放 谷 氨 酸 。 反 应 奶 下 葡 。 O j Sth To ke gered | 后 | | H ee : O- 7 if | 2 ae J laf re FA He Bi He BS eee) | Phy . | O- rn, eee BN aie, ie | COGF H 1S Pec J HOH mn O ae | 人 O 二 rie: om | 十 CH, H H | er’ 2 | | 站 Se OH OH COO- 3。 5 磷酸 核糖 甘 氨 酰 胺 的 合成 534 这 一 反应 需要 ATP 供 能 ， 首先 使 甘氨酸 活化 成 甘 氨 酰 悉 酸 ; 然后 再 由 PRA 的 -NH, y 亲 核 攻击 Barns =O RR, JEM 5 -磷酸 核糖 甘 氨 酰 胺 (又 称 甘 氨 酰 胺 -5/- 核 糖 核 背 酸 (GAR) ) 。 反 应 由 GAR 合成 酶 催化 ， 反 应 如 下 ， hig: 内 O HC SE O P 一 O 一 P 一 OO P O-—-H,C x Q | 6 ( a ae oe Or Ore WH O O O HO OH (4) GAR 的 甲 酰 化 一 甲 酰 -GAR 的 合成 这 步 反 应 由 GAR 甲 酰 转移 酶 催化 ， 以 Ns, Ni 一 甲 川 四 氢 叶 酸 为 甲 酰 供 体 ， 把 甲 酰基 O ( H 一 CC ) 转移 到 GAR 的 甘 氢 栈 的 -NH。 上 ， 形 成 甲 酰 一 GAR。 N°, NI- 四 拨 叶 酸 的 四 O 川 基 是 南 被 ATP 活化 的 村 一 C 人 《把 本 基 转 移 到 四 饼 叶 酸 的 N'” 上 再 环 化 而 成 的 。GAR 的 甲 酰 化 反应 如 下 式 ; R8Y\ cH, Ne N!-AUI-FH, SA7\cu, Bs 4 < C 2 a” are H, oe | o€ CH, CH, H | O E Li O=C iy t: O bs oe wy 人 GAR No iA 939 | 2 4 H | \ Nee — ae H O N N—c€ | | H / CH, Chk are | | ea Wet | O=C O=C O - O I ; -O—P—O-CH: 4 NH O-—P—O—CH, 9. NH Ke < 个 称 风光 本 H \H oH er pit OH OHH H on OH 也 5。 甲 酰 甘 氨 胀 -5- 核 苷 酸 的 合成 甲 酰 -SAR 是 以 ?- 谷 酰胺 为 酰胺 基 供 体 ， 以 ATP 供 能 ， 由 甲 酰 甘 氨 胀 -5- 核 音 酸 合 REC GAM 合成 酶 ) 催化 而 合成 的 ， 应 反 机 制 如 下 。 催化 该 反应 的 酶 已 分 离 ”其 M"W = F360, 210 | HY Mal 38 me AY As 2 4 | we ~~ fig AN 二 CA ip CH, e O | ADP + Pi beg | i ae pe yl 号 fi | NH, by 1 Mg2+ K+ (CH,),» 5/-Rp FA RE-G AM H+CHNH, ; O O O 合成 酶 ‘a || | | COOH Se nla MAH 人 = -> O- - 酶 H fig : \yY N Wy 5 cv SH cf | GH, H CH, H C=@ HNN | oe + | A | ¥ OX an yt 站 + oN oe (CH,).17 Ox! ,O7 meen Glu HN N H—C—NH)\| -OA |SO- P= Rp 5’-Rp COOH 536 6. 5- 氯 基 咪 唑 -5/- 核 苷 酸 的 合成 GAM 的 甲 酰基 被 ATP 活化 后 在 BOK eH We 2 PB REIL , PHI RR 5- BE PK Wk-5/- MB CAIR), Rm H H JN. 00 ATP YN. OH N a =, \ H.C .. HC bi ; H + Kt C HN=C | H Mg eee TO ee Se ae Wa l | (AIR) 5’-Rp 5’-Rp 5/-Rp 以 上 是 装配 味 唑 环 的 六 个 反应 ， 下 面 介绍 味 吟 环 装配 过 程 中 的 五 个 反应 7, AIR 的 羧 化 AIR 在 AIR- 羧 化 酶 催化 下 ,被 CO, 羧 化 形成 羧 化 -AIR, 即 5- 氮 基 -4- 咪 唑 羧 酸 -5/- 核 FR. 反应 如 下 : H N | H = H,N N FF FR 1 | ae ee ) 5/-Rp | 羧 化 -AIR 5’-Rp 8, 4- 琥 珀 酸 甲 酰 腕 -5- 毛 基 咪 唑 -5"- 核 苷 酸 的 形成 味 吟 核 苷 酸味 叭 环 的 最 后 一 个 N- 原 子 是 由 门 冬 氨 酸 的 -NH; 提供 的 。 羧 化 -AIR 上 的 4- 位 -COO 开 被 ATP 活化 后 ， 旋 即 与 天 冬 氨 酸 的 -NH，。 形 酰 胺 键 。 这 个 反应 与 第 3 步 反 应 类 似 ， 由 4- 焉 珀 酸 甲 酰胺 -5- 毛 基 咪 唑 -5/- 核 音 酸 合成 酶 俱 化 。 如 下 式 ， O O O I I eee ee ee a ey i | | “Or ae Na ATR coo” eres ‘s pane A 十 工 1 | ss acs 7 RSE BE RES Oe inhi 氨基 咪 吨 -5/- 核 背 酸 天 二 COO- 5’-Rp 合成 酶 COOH Sig PA 4(N-BE 34 RR) FP BER i 5-5 EDK IME EF BR COOH Fan Fi gs ( 珀 琥 酸 -AICAR ) 537 9。 4- 氮 甲 酰 5- 氢 基 咪 唑 核 苷 酸 的 合 . 焉 珀 酸 -AICAR 消去 二 个 反 于 烯 二 nae “44-33 FA - 5-2 EPR AE mR 催化 这 个 反 应 的 酶 也 能 使 腺 苷 酸 - 琥珀 酸 裂解 成 AMP 和 反 丁 烯 二 酸 ， KLARA RRARBSM. K 应 如 下 ; f COOH 中 COOH CH fete = | O E 二 1 =m é NA EEC 一 UN coon DC AS | Oe iS 人 COOH “从 / marae ame ANZ ANNZ 当时 H,N% *N whe AtA -y a; 5- RP 5’-Rp HK His 10, 4-2 FH ME- 5-2 SE DM REET my FF BE AL, {RM oe 经 以 上 九 步 , BESE UMS RAH AIMWC-2— NET. VL Nio- 甲 酰 -FH. 为 甲 酰 供 体 ， 7E4- SFA Bi 5- SA EERE POF a I He AS RIC 即 可 成 完 此 甲 酰 化 反应 。 反 应 如 下 式 ; 国人 ES Y O 4- 氨 甲 酰 -5- 氨 基 咪 Qe ON EERE REM 11, ema mk 4-33 FA E-5- EDK A REIKI, 立即 在 - 环 化 酶 催化 下 ， 538 环 化 形成 IMP。 反 应 下 式 ; fu 20 sate 让 IMP aki «= «HN 下 wh a\ Ne 4 ae ant erie 5’-Rp 5/-Rp (=) REO RE mA a IMP ES MECRH RIA, 在 这 母体 味 吟 环 上 引入 各 种 基 团 ， HAS mee 酸 。 1。 腺 嘎 叭 核 苷 酸 一 5/-AMP 的 合成 在 5/-IMP 的 6 一 OH 引入 一 个 -NH, 来 取代 -OH 即 可 得 5"-AMP。 芝 一 反应 由 门 冬 氨 酸 fe-NH, 供 体 ， 由 :GTP 水 解 供 能 , 经 两 个 酶 , 分 两 步 进行 。 首先 由 腺 昔 酸 琥珀 酸 合成 酶 催化 Gr Bie eh RH FH 酸 , We BY be BH TBR SS EK, 释放 一 个 反 于 烯 二 酸 而 生成 AMP。 反应 如 下 式 : g r 6—b_p—P-0- P-O-RG oH ——s i usr oO- HOOCCH2-C=COOH ou 0752 (GTP) COOH 1 EBRD she + i a Ne NG ART GE AES nA Soong RSH wy 7 | | 4 | CH N % We arte PN Onl 7 at Yee “ae GOO Hea San 5 Rip 5 oe u 5'Rp COOH P 5° AMP) | me Faas Tage 2 of ry 2, Smet m—s/-GMP 的 合成 nv 1 春 5/-IMP_ 2- 位 引入 一 个 -NH, 即 夭 惠 - “ASP one ne “tg ak” GMP. HSM, HEC 5/-IMP BABE TE 二 计时 oe 使 9%2IMP 4 {tt o’- Sms Be (5’-XMP). lpg he eae ae Bs 5 7 \ | 5 6G at 然后 由 ATP 供 能 以 v- ABER I Ra (动物 ) +9 : | of 由 一 = 或 NE 细菌 ) 作 为 -NH;, 供 体 ， 乌 苷 酸 合成 酶 能 ee” gee” ee 化 ;, 拒 -NH, 引 到 5/-XMP 的 C-2 上 生成 5 GMP. | Tre RPP” 反应 见 第 540 页 。 他 以 上 述 味 叭 核 苷 酸 多 生 物 合成 都 是 由 一 些 简单 化 合 物 逐 渐 装 吕 成 味 叭 环 和 环 上 的 侧 链 。 所 以 称 这 种 合成 方式 为 嘎 吟 核 昔 酸 的 类 头 合成 。 味 吟 环 中 各 原子 的 来 源 可 总 结 如 让 式 ， 这 已 由 同位 素 实验 证 实 。 539 二 、 味 叭 核 苷 酸 的 回收 用 利 途 径 除了 从 简单 化 合 物 从 头 合成 各 种 味 吟 核 音 酸 外 ， 各 种 生物 可 回收 利用 体内 现成 的 味 吟 碱 RGMBRER (核酸 的 分 解 产物 ) 以 合成 各 种 味 叭 核 苷 酸 。 这 些 现成 的 材料 可 来 自 食 物 的 消 化 产物 ， 也 可 来 自体 内 核酸 的 降解 产物 。 回 收 利 用 合成 途径 可 以 两 种 方式 进行 。 O lI i | |. tee UMP ie 2 8 = oa \ + NAD? =~ HN C i : | || . CH) + NADH +H* | ecg Ny, C Cx a N asthe ‘ ne 9 H 5’RP i fl ' w \ Cc (isthe CTH NINT hoe GMP Ana 6 CJ - 了 MP AR (CHa): , a i| CH 7 Noo Nx NUC 融通 C ] H-C-NH: 6 之 、 一 p! PPi | | cH c= N ie tne a eee AN ] (CH:); ? 5’RP | . ee": H=C—NH; O oO 190 o= /\ 。 -0 p O-RA G ORA Cooh 0 ee ATP o- a 9 Amp as fj : O | | En fy © we HN cE -< 一 一 -一 一 EN | | CH | | CH c st iN Nw HN Ny | H 5’RP 5'RP —PREEEYE ERB REIL, RS C- D- 核 糖 -1- 辑 RMEKREMRE. RK BHREZEYSRERABEILET 5S ATP 反应 成 为 核 苷 酸 。 催 化 这 个 反 应 的 激酶 又 称 ATP: 腺 苷 -5/- 二 RBM. 大 部 分 核 苷 酸 都 能 在 激酶 能 化 下 合成 。 uf KRM +c-D- 核 糖 -1- 因 peam KEM eH + Pi We AF a Re + ATP ——~ AMP NADP 第 三 种 回收 利用 途径 LEMIRE BLES LAR RI IP, erm Ss pRpp RN ASRHAMNHECRHR. PM: | as UL ae | AES +5/- 磷 酸 核糖 -1- 焦 磷酸 PREER -A P+PPi EAIDSc- 浴 六 各 原子 而 生成 味 吟 环 。 而 喀 啶 核 苷 酸 的 合成 则 是 先 装配 一 个 喀 啶 衍生 物 Pe wie wes Aired wh 5/-IMP: . 4 +pRpp ——— +ePPIF y 只 酸 核糖 转 移 栈 ”或 5GMP py pti J es =. SeRBEE Ss KAT ANE OU RT SS PR a AS: 3 Ut TEED A RS AF RAE Yn RAB AS Ll) AMP 和 GMP 的 合成 过 BH, WEGMAN RELI pPRpp 一 > PRA 的 磷酸 核糖 焦 磷 酸 酰胺 转移 酶 起 反馈 抑制 作用 。 从 而 抑制 AMP 或 GMP 的 继续 形式 。 在 有 些 生物 系统 中 , 过 多 的 AMP, 可 反馈 抑制 IMP 一 > AMP 反 应 中 的 .4- 琥 珀 酸 甲 酰 氨 -5- 氛 基 咪 唑 -5/- 核 苷 酸 合成 酶 。 而 在 另 一 些 生物 体 中 , 过 多 的 GMP. 可 反馈 抑制 IMP 一 > XMP 反应 中 的 TIMP- 脱 氢 酶 ， 从 而 降低 GMP 的 合成 。 此 Soo GMP Me IMP 合成 AMP 的 必需 辅助 因子 。 味 叭 核 苷 酸 合 成 途径 中 的 大 部 分 酶 ， 都 能 被 嘎 叭 碱 、 呆 叭 核 苷 和 呆 叭 核 苷 酸 所 抑制 。 这 些 调节 机 制 总 结 如 下 式 ， 岛 ME 有 6- HER pRpp 区 oF oats aul oe gona .PR hil a PR pp 人 ee 一 一 一 一 一 一 一 一 = ae “3 1 HEB Hoy He MEWS OS A AE OR eS OY FH PE EEA HT APD HR J FAM AERA HES OT FEAE Hy G- HE ILM MS, | T- BEAL NS AT HE EME OS I a HE 移 酶 催化 下 形成 相应 的 硫 代 -IMP。 这 个 IMP 类 似 物 可 和 工 MP 一 样 抑制 Rep 转变 为 PRA， 欢 而 抑制 正常 味 叭 核 苷 酸 的 生物 合成 。 从 而 抑制 癌 细 胞 的 生长 。 硝 基 咪 唑 味 叭 之 所 以 能 治疗 痪 风 也 同样 是 因为 它 能 抑制 厌 只 核 窑 酸 的 会 成。 四 、 啶 喀 核 苷 酸 的 从 头 合成 EOE BERL I AS MORE RRA ad. WMS BOER Mk Arm 是 在 PRep 上 逐步 “Flin, 9% 后 再 使 这 喀 啶 衍生 物 与 PRepP RM, MATKAME BHR UMP, :然后 再 引 久 各 基 团 雇主 驮 。 (- ae, UMP iJ hy 5}. = 成 341 这 一 合成 过 程 分 两 阶段 。 第 一 阶段 是 形成 喀 喧 环 ， 第 二 阶段 合成 暗 啶 核 苷 酸 。 1。 毛 甲 酰 磷酸 的 合成 在 哺乳 动物 中 由 ?- 谷 酰胺 提供 酰胺 基 , 由 ATP 供 能 ， 由 需 谷 酰胺 的 氨 甲 酰 磷酸 合成 本 催化 ， 使 碳酸 氢 盐 氨基 化 而 合成 氨 甲 酰 磷 酸 反应 如 下 式 : 9 re) Ki Hy —~O— P-O- PeQe ene ! ry 人 e* raat Nees Goth (a | " MA BTSs o / A | [ Le fai ~ 2 t . _ Nee H 和 +s oe : 7 | CH; Pose On SC REBAR & eb NUC Nf te > b i + é | ) | A 0 Oo o [ey — (3) 1 Hrs =NH > +a 4 i Hy iI yr HM) O=P-0) é COOH < Mae =" 4 : iv 和 os o* O ia 2 COOH | ange 4 ”居士 式 可 以 看 出 ， 这 个 反应 需要 有 两 个 ATP PFSSRM. —PATP 供 能 以 形成 氨 甲 酰 磷酸 中 的 酰胺 键 , 另 一 个 则 为 氨 甲 酰 磷 酸 提供 一 个 磷酸 基 团 。 俱 化 这 个 反应 的 酶 一 般 与 旷 啶 合成 途径 中 第 二 个 和 第 三 个 酶 构成 一 个 多 功能 的 多 酶 复合 体 (M。 W. =210, 0008 7M). 在 微生物 如 大 肠 杆 菌 中 ， 氢 审 酰 磷 酸 合成 酶 复合 体 可 以 利用 记 谷 酰胺 的 酰胺 N， 也 可 利用 NH, 作为 -NH，。 供 体 。 该 酶 有 两 个 亚 基 ( M.W 为 130,000 和 40,000). KMHRA 当 NH, 作为 -NH: 供 体 时 才 起 作用 ， 而 以 ?- 谷 酰胺 作 -NH: 供 体 时 则 由 水 亚 基 热 行 催化 功 能 ， 太 亚 基 除了 具有 合成 的 氨 甲 酰 磷酸 催化 中 心 外 ， 还 含有 终 产物 UMP 反馈 抑制 剂 的 结合 部 位 和 激活 剂 鸟 氛 酸 及 NA 的 结合 部 位 。 而 激活 剂 是 负责 把 氨 甲 酰 磷 酸 合成 精 毛 酸 ， 这样 就 可 使 氨 甲 酰 磷 酸 在 合成 UMP 和 精 氨 酸 两 方面 得 以 合理 分 配 。 2, N- 氢 甲 酰 - 革 - 门 冬 酸 的 合成 这 是 由 氨 里 酰 磷酸 转移 一 个 氛围 酰 基于 门 冬 氮 酸 的 -NH: 上 而 合成 的 。 反 应 如 下 式 : 过 人 二 an. “pa NH;: | ca 门 冬 氢 酸 氧 。 NTH CH, | ba @ Tr ait | + H,PO ore ae s—coH 7 BNeM »e \ /G—-COOH ‘ SO-EPAS0F H | O NZ | | COOH Hf | a N- 氨 甲 酰 - 工 - 门 冬 氨 酸 在 哺乳 动物 中 门 冬 氨 酸 氮 甲 酰 转移 酶 (ATcase) 与 第 一 步 的 氨 甲 酰 磅 酸 合成 酶 和 下 - : 秒 的 二 氢 乳 清 酸 酶 形成 M。W = 210,000 道 尔 顿 的 多 酶 复合 在 微生物 中 ATcase 与 哺乳 动物 细胞 中 的 ATcase 显然 不 同 。 大 肠 杆 菌 中 分 离 出 来 的 该 种 酶 的 M。W = 300, 000 HARM, CHAMPA KUL, 这 已 在 第 六 章 介 绍 ， 它 由 542 商 个 三 聚 体 催化 亚 基 和 三 个 二 育 体 调节 亚 基 构成 。 前 者 催化 N- 氨 甲 酰 门 冬 氨 酸 的 合成 ; 后 者 不 显 催化 活性 ， 但 具有 喀 啶 合成 的 终 产物 CTP 的 结合 部 位 ， 也 能 结合 ATP， 但 结合 后 发 生 的 效应 不 同 。 结 合 前 者 则 抑制 氨 甲 酰 门 冬 氮 酸 的 合成 。 而 结合 后 者 则 刺激 合成 。 该 酶 详细 特性 见 第 六 章 别 构 酶 一 节 。 3。 RPI SRA LIBR APR ESBS SK LN — AFR REIL EE, SHRI BD IIE M5, 6- 二 氢 乳 清 酸 ， 并 消去 一 分 子 水 ， 反 应 如 下 式 ， AG y O “HO. 74 | 人 Ho ra HN CH, =mawmmn NC OCH: Zo. 7C—COOH J. /— COOH RT: 0 HH i Sa pal eM ‘ 4, 喀 啶 环 的 形成 在 二 氨 乳 清 酸 脱 氢 酶 催化 下 ， 二 氢 乳 清 酸 的 5,6- 碳 原子 上 各 脱 一 个 氢 形 成 乳 清 酸 。 这 时 喀 啶 环 即 形成 。 在 哺乳 类 细胞 中 ， 催 化 此 反 的 酶 位 于 线粒体 中 ， 是 含 铁 的 黄 素 蛋 白 。 在 以 O. HASAN, 经 0; 而 形成 HO,。 也 可 以 NAD+ . 作 电 子 受 体 ， 使 NAD+ 还 原 成 NADH。 反应 如 下 式 : O O NAD* NADH+ H* HN’ ‘cH, on HN’ ‘cH braved vo re | 0% \n% COOH 07 \n7 COOH H H 5. 乳 清 核 苷 酸 的 形成 带 喀 啶 环 的 乳 清 酸 ， 在 乳 清 酸 核糖 基 转 移 酶 俱 化 下 ， 从 pRpp 接受 一 个 5-Rp 即 形成 乳 清 苷 -5/- 磷 磷 (OMP)。 由 于 反应 中 有 PPi 生成 ， 故 该 酶 又 名 乳 清 核 苷 酸 焦 磷 酸化 酶 。 反 应 如 下 式 。 O | ae O ae o8 o-—p — OCH, 2O ih C_cooH ” | 了 ° 和 AR be: i/ O—P=0+ Pys0> H ez! | | (pRpp) miner [= RSE TES = RN On | i Liu’ #e DLL 4 ET j ERA H OH OH ah ital ‘6, SUMP 的 形成 | SE AUPAE-5'-— ARATE TLIC, ILINBER-5'-iwe—*> CO, | a rd UMP, & yu ae AALS 4 Sab he 2 ee _ oe Se AS a HMNREK 0 应 如 下 式 ， K J} “Hi hs. - ; O : x ; ; 上 & ft ‘5 CH Ea Ag | MESA R 2 | aia a 你 poe poe eBay od sO CRS ‘ ) CH Feat REE 由 员 二 由 IMO) $8 Jc Tm | ‘OFF 9 ae O b Ka ny a Gal H UMP ; Ye Le f 人 {) mee ER 的 氨基 化 必需 在 UTP 2K (二 )CMP ity Az er BCA ae WE BE AS UMP 不 能 二 获得 基 化 而 生成 CMP。 首先 Si de 核 苷 -磷酸 和 核 苷 二 磷酸 激酶 催化 下 形 平 上 才能 进行 。 因 此 上 面 从 头 合成 的 CMEP | 544 成 UTP。 BD RAF RR UMP+ATP 一- = UD D on P+ADP | UDP+ATP Sone ee UTP+ADP UTP 的 氨基 化 由 CTP 合成 酶 催化 。 在 大 肠 杆菌 中 ， 此 酶 的 活性 在 以 - 谷 酰胺 作为 TNH, HAR EF NH, 作为 —NH, 供 体 ， 而 在 哺乳 动物 中 则 只 能 以 前 者 为 —NH, 供 体 。 从 限 、 牛 肝 分 离 的 酶 的 活性 部 位 有 一 个 活性 一 SH。 反 应 机 制 如 下 式 。 O O 和 ‘ --"=0- ae oe -P-ORA ee ee G 人 1 1 | ae Ee bo ae | oO O O Sg ~ Cc Oo 。 Cc ae i SH aN HIN CH o cf “NH; HN CH on 上 人 | CTP 合成 栈 . Sa onl I| (CH): 成 i ‘ 5 c CH 2 0? Ny? H=c=NH, OO Nn -qade) H-C-NH; fiat COOH Lahae - COOH t 对 -全 了 SH CTP 全 CTP 合成 酶 的 活性 可 被 GTP 所 刺激 。GTP 的 作用 是 它 可 促进 酶 一 谷 氨 酰 中 间 物 的 形 成 ， 从 而 促进 谷 酰 胶 的 —NH, 被 利用 。 全 对 、 暑 喧 核 背 酸 的 回收 利用 途径 A ty HB HR eR REE, DL TES OR a EE OEE A RR 音 二 料 ， 可 回收 利用 以 合成 体内 需要 的 核 苷 酸 。 但 喀 啶 核 苷 酸 的 回收 利用 途径 与 味 叭 不 同 。 前 者 主要 靠 旷 啶 核 苷 酸 激酶 而 不 是 靠 磷酸 核糖 转移 酶 。 如 尿 哮 啶 和 尿 昔 的 回收 利用 如 下 式 。 但 亦 可 由 磷酸 核糖 转移 酶 催化 合成 。 9 O Ze HN. CH nA | | HN CH wR HF O26 tH a-D-# 9% 1-@ eee \ “ a 人 和 HOCH: 4 oF \nZ7 | na H oN NY 1 on: oH! 六 、 嗜 啶 核 苷 酸 合成 的 调节 在 真 核 细 胞 中 ， 喀 啶 的 竺 物 侣 成 多 有 精密 的 调控 机 制 ,) 可 示 如 下 式 ; CGOG1t5 Lat? oi EN -人 Se 2 Al ‘ ; : 2 ROLE ‘4 TI fot OP Tia URES NT 蕊 证 mre rs oO a > ia & 1; aS Ine rad je ue Sx ~OY 44 i] 《 aod 1 “pa { i) Rig ER. 本 Bi ee. ee a a” Jil sate SG 七 、 脱 氨 核 苷 酸 的 生物 合成 c : d : s “/ awd (一 ) 大 部 分 脱氧 核 苷 酸 的 生物 合成 ae He ep CP HPS AL "a BT — 次 阐明 是 通过 大 肠 杆菌 提取 小 把 NDP 还 反 成 dNDP Tj AN” SER Sth BOY NDP 原 酶 ， 能 催化 所 有 四 种 ':NDP (ADP、GDP、CDP 和 UDP) ,还 原 成 相 感 的 由 NDP (dADP、 dGDP,dCDP 和 dUDP)。 在 这 些 反 应 中 ，NDP 的 核糖 2/-OH 为 营 申 子 所 取代 ， 而 3/- 碳 AF EMAIL 反应 为 ; NDP+ 酶 (一 SH)， —» dNDP + 酶 一 (S-S) 4 在 这 还 原 反 应 中 ， 还 原 力 的 直接 来 源 是 酶 分 子 止 的 一 对 一 SH。; 官 在 氧化 成 -SiS7 又 可 被 第 二 个 酶 恢复 原状 。 这 种 复原 作用 有 几 种 酶 参与 。 ht EEE, en 12, 000, 是 一 种 热 稳定 蛋白 , 它 也 含有 两 个 一 SH, 可 氧化 成 -S- S- 。 硫 氧 还 蛋 目 恢 大 其 还 原型 ， 是 通过 NADPH W#RALEACRMLUM, XSKRMR-CHRRER MEO HBA BARAT FAD. BoVSU CE SE, CEA ARR AMHR Re Ee Fire, ALT WS WEH tk, WK D NADPH— 4 pt tt Hi 068 I We SE BOE TREY I Ag JA NADPH 4] NDP 的 还 原 所 经 的 电子 传递 链 示 如 下 式 ， Sh EF SP Si SS SE EG 站 4 “a a 4 —-— . 7 .____o tl FST aE SES ie Se TY Te NADPH 7 FAD ere si), \ y -sos- Lae +H" i NADP FADH; TR -S-S- i. (SH): hie. 6 pa 1 大 肠 杆 菌 NDP 还 原 酶 含有 两 个 亚 基 了 B, 和 B., Bi 由 两 个 分 子 量 相同 的 肽 链 构 成 ， 其 分 子 量 为 160, 000 道 尔 顿 ;每 个 肽 链 含有 一 个 底 物 结合 部 位 ， 以 及 两 种 效应 剂 绪 合 部 位 。 两 种 效应 剂 的 结合 部 位 ，- ;1 个 具 列 底 物 专 一 性 , 而 另 一 个 则 调节 总 的 催化 效率 。B, th A —SH, KEE SME BBW. Bo 蛋白 分 子 量 为 78, 000 道 尔 顿 ， 也 是 由 两 条 相同 肽 链 构成 ， 花 含有 两 个 非 血 红 素 铁 原 子 和 一 个 Ty PRES AK Ll A ALA rE, NDP 还 原 酶 的 抑制 546 和 曾 : 一 一 产 基 脲 ,就 是 通过 使 自由 基 失 活 而 起 抑制 作用 六。 NDP pRB ORE BI | no Ay B, 和 了 B: 所 构成 。B, 贡献 ATP, dATP, dGTP ). —SH 还 原 力 .和 底 物 结合 这 ae ee M. Baa tm me $5 #4) 90 A 12-1. (160, 000) NDP iG) aBIE MES NTP 别 构 调 节 ， 有 些 NTP 作为 激 活 剂 ， 而 其 它 则 作为 抑制 剂 。 例如 CDPR 和 UDP 还 原 酶 强 Ali & ATP sl Be, Ta ADP 和 GDP 还 原 梅 MS GTP 和 dTTP. fii, dATP 则 能 抑制 图 12-1 大 肠 杆 菌 NDP 还 原 酶 的 模型 所 有 NDP 的 还 原 ， 大 肠 杆菌 NDP 还 原 酶 模型 如 图 12-1。 该 酶 总 的 效应 剂 和 抑制 剂 系统 ， 可 均衡 供应 DNA 合成 的 底 新 dNTBR。 类 似 于 大 肠 杆 菌 的 NDP 还 原 酶 已 在 各 种 动物 细胞 中 分 离 获得 。 但 在 一 些 乳酸 苗 中 也 找 到 了 不 同 的 NDP 还 原 栈 ;它们 只 有 一 单 肽 链 ( MW = 76, 000 首尔 顿 ) NA 其 主要 ,性质 为 ， ORR HMA NTP(ATP、GTP、CTP 和 UTP); @ 确实 氢 供 体 尚 末 完 全 鉴定 ， 但 FH, WEAR IAA AEA; @5, 6- 二 甲 基 茶 骆 咪唑 钴 胺 辅酶 ( 维生素 Bio 辅酶 ) 是 一 个 必 4y3@Meg”*, ATP. dATP 刺激 CTP 还 原 和 抑制 UTP MM GTP HAR; @ 用 各 种 dNTP 作为 效应 剂 ， 以 不 同 于 大 肠 杆菌 下 的 模 全 进行 刺激 和 抑制 4 但 原理 则 相同 。 | | ATP COP ay 站 ¥ ACDP 一 -一 一 -一 -一 一 dCTP KTS on 了 ae a i UDP i % UDP samo -一 和 > 一 一 > TTP at 58 村 Me SSO ALM -6 FES TT , o ie ti TU) Pas a ' ts 六 UDP 一般 -一时 一 一 一 dcpp 一 一 -一 一 一 4cm +] r 这 3 A - 1 | 1 ha fi 4 ; ee 人 一 wht ADP umd Pete ene BLS a ae dATP by Die ee a i om th g ] ‘ 图 12-2 通过 EColi 的 核糖 核 背 二 磷酸 还 原 酶 合成 NTE 的 别 构 调 节 vee AR BE TER A AR FE Hy BONY. (二 ) 胸 苷 酸 的 生物 合成 这 关 合 成 反应 ,主要 是 在 胸 埋 酸 合 成 酶 催化 下 ， 使 dUMP 甲 基 化 产生 dTMP。 但 反应 947 这 这 的 ， 自 己 转变 为 7, 8- 二 氢 叶 酸 。 这 二 Se Ege ee, mie a are 0 - i He nf 让 . al | C HN BA 电 ) | Rey ee Ni N’-F Yer es . 证 H 3 ’ ‘ c . A L 3 1 i RUC Ka . I La a= tae of > ia Con 0” \ n7% 页 ua * 1, 站 1 (5 -@UMP ) ee H ‘ ap N N ' NADPH +H* | wo 5 H.- N (a +t4. .! { ; : 已、 个 证 7 - j oes it 外 HIN、AMN、vAN ——— NADP-~ 4 7,8-FH} 了 "hu Se 3 - HN j a) 4 “a + \ . cute : 上 / ° , 区 Ay ty a 5,6,7,8 - FH, Oo 4 CH, bt 4 ri} , 4 a . 65 C 全 / ; PS CH 0 a) ym HN vgs NUC ; | Van ‘a 4 C 8 “; ve * Wue~ 9% SN ie ' bane 5’dRP (5， aT MP) (HFR-Ni N” -FY-FH, > 112-3 pa TEN em ERA NS, TERE HATS EAB, TO ZE 生长 的 细胞 中 活性 增加 。 它 可 被 5/-UMP 抑制 。 一 种 抗 癌 药 物 5- 氟 尿 喀 啶 之 所 以 具有 抗 痪 作用， 是 册 于 它 在 生物 体内 能 形 px 5/-F-UMP, JAMIE 5-F-dUMP, IMM RAM, Mito les aay DNA 合成 。 叶酸 类 似 物 如 氨 甲 喉 叭 ， 能 与 二 气 叶 酸 还 原 酶 结合 ， 使 之 失 活 ， Bie FH, PAE 恢复 ， 并 使 胸 昔 酸 合 成 中 的 甲 基 化 反应 不 能 继续 进行 ， 因而 也 使 DN 企 合成 受到 抑制 。 所 以 这 类 药物 亦 常用 于 治疗 癌症 。 dCMP 在 脱 氨 酶 的 俱 化 下 ， 可 转变 为 dUMP， 因 此 dCMP 脱毛 酶 可 作为 一 个 调节 因素 ， 以 保持 生成 足够 浓度 为 dTTP， 以 用 于 合成 DNA。 这 个 酶 为 dCTP 所 激活 ， 但 被 dTTP 抑 制 。 关于 各 种 核 背 酸 、 脱 氧 核 苷 酸 的 生物 合成 和 相互 转变 可 摘要 总 结 如 图 12-4。 — i ~~ = \. BEBRBN EDS mh 除了 RNA 中 所 存在 的 核 苷 酸 一 AMP、CMP、CMP 、UMP 等 以 及 它们 的 二 磷酸 ， 三 548 we” §’-Rp+ATP ‘ , Gin +uCO,+2ATP _ pRpp Gin aided TCS . An ASP ro Os : BA GI ‘i : , NMR . Gin N- aie - AST seen a re {) | ame —> MP ， i i OMP AMP XMP -一 员 嘎 只 Dl at | WA he .) - \ eta One : 4 7 | \ alae 愉 ATP ADP GMP oe & : | UDP a () rn, | dAMP 一 dADP GDP —= GTP at, ™ oat UTE dUDP i OP. joa | GDP CTP ig IF ! iq | CDP ， dU MP —@— uCMP -到 一 一 dCDT STMP 本 二 二 So | Hig tt dCTP ”一 一 一 一 dUTP dTDP 1OOD Ae * dTTP eo - . 图 12-41 4&# NMP, NDP, NTP, dNMP, dNDP, dNTP 的 生物 合成 国王 酸 行 生物 外 ， 生 物体 还 存在 另 一 些 信 苷 酸 ， 如 黄 素 核 音 酸 、 HA eee PEE RAIS EK Re 它们 都 和 上 述 核 背 酸 一 样 ， 在 代谢 上 起 着 和 要 作用 。 其 功能 已 在 代谢 各 章节 中 作 过 介绍 。 这 里 仅 介绍 它们 的 生物 各 成 反应 及 所 需 骨 的 酶 系统 。 (—) RRR & PREBMANOERNRORTL—. CHUMAF BROKE ROA ISS 的 辅 基 。 黄 素 单 校 疹 酸 是 由 核 黄 素 和 ATP 在 黄 素 激酶 的 催化 下 合成 的 。 结 构 见 第 五 章 。 i FMN +ADP RAAB 黄 素 二 eee i ZTE HF BR HE TR AR (CS HE (LY — A WH MT aK 的 。 结 构 见 第 五 章 xe sate HEB 49 黄 素 单 术 音 酸 十 ATP FE SR BaIme — Bee + PPi ( ) 焦 磷 酸化 酶 (=) mE KR JARRE —KERNAD 含 烟 酰 腕 ， 它 也 是 哺乳 动物 的 重要 食物 减 分 之 一 。 以 色 | 氛 酸 从 头 合成 烟 酸 会 直接 获得 烟 酸 单 核 苷 酸 。 T Per: "O=P—O—H.Cc_ 0, HE wa pee 3) Kit vee N H | | OP O—P ae OH OH Be). sp COOH i O | I NZ ae < a + PPi OH OH x Jnr? A 00 O Casa / Aa 人 : \87 O-P-O-H,C O 人 @O>P-O-H,C O Ree? Ni, 14 OH OH’ OH OH 4 Milk ATP O ‘wages k off NAD* 4 XS NH, NH, N N (fe) Ce) Wa RRA Nga at cary: O O 人 950 在 哺乳 类 细胞 中 ， 烟 琶 与 PRpp 反应 形成 烟 酸 单 核 苷 酸 。 旋 即 与 ATP 丝 合 形成 脱 酰胺 NAD 。 它 继续 与 谷 肪 腕 及 ATP 反应 转变 为 NAD . 3A NAD? Spcmrne {b. 不 本 :在 红细胞 ;( 可 能 还 有 其 它 组 织 ) Hh, 3NAD 一 焦 磷 酸化 酶 可 催化 烟 酰胺 4 pRpp 反应 合 后 (NMN) ix Udeanetionis iis NMN S ATP hana NAD We a al Se ADAGE oil | aI + Ros ORR arn PP; SS Ie ue: a 酸化 酶 UB . ’ NMN+ATP a, NAD* + PPi' es 在 植物 和 动物 细胞 中 ， 没 豚 有 找到 任何 能 使 烟 屋 直接 转变 为 烟 酰胺 的 酶 。 烟 酸 要 转变 成 烟 酰胺 只 有 把 烟 酸 经 烟 酸 单 核 苷 酸 、 脱 酰胺 一 NAD: 再 转变 为 NAD-*。 然 后 由 APE 胺 腺 味 叭 二 核 苷 酸 糖苷 水 解 酶 俱 化 ， 使 烟 酰 相 和 核糖 问 的 N- 糖 普 键 水 解 才 能 完成 。 这 后 一 步 反 应 如 AF ois : NAD + 酶 == 全 再 TW + 酶 一 me 5/- 售 磷酸 -5/- 核 糖 wi Fa bs vet TS oe we | ai i Oe Siete ye KK QU es oh Bi + RS -5/- Se 5! A jar fA on F ; ; ; (GO pala wh kane WO 3 | Am we = | ™ aa 5 -AMP+ Beit 5/8 he | 4 4 - th of 4 27 «| REPRE DRAB RE HEL NAD ， NADP |, FAD, ATP 和 mace ie RRA +4 FI a 但 其 生理 功能 尚 不 请 楚 。 — NADP’ <2 NAD*— iis f(t NAD mT 三) 辅酶 A 的 合成 辅酶 A(CCoA) 由 泛酸 合成 的 过 程 已 在 第 五 章 介绍 。 第 三 节 ， 核 背 酸 的 分 解 代谢 一 除了 通过 上 述 生物 合成 途径 来 提供 核 苷 酸 外 ， 核 苷 酸 也 儿 为 食 怕 六 酸 的 成 分 而 存在 。 BR 酸 与 蛋 自 质 不 同 ， 它 不 受 胃 中 各 种 酶 的 作用 ， 它 的 消化 主要 发 生 在 十 二 指 肠 。 胰 核糖 核酸 酶 只 水 解 RNA， 释 放 六 啶 单 核 音 酸 和 以 3/- 喀 啶 核 彰 可 结 尾 的 寡 核 昔 酸 。 胰 脱 氧 核糖 核酸 栈 专 二 性 地 水 解 DNA RPE. HE 形成 的 蛮 酸 二 酯 酶 HR AE KO a 酸 纪 关于 一 些 核酸 酶 和 磅 右 二 酯 酶 的 性 质 、 专 一 性 等 已 在 第 四 章 作 过 介绍 ; 551 , FERRE RHADRAH BERN TR CAS EMH, ee et ae fi? Ah AT SK MM RARE RAR. SEK RABEM RARER RAB ECT KE Ai SUT 4S SM RABE AER. KRM. FSM a eM SA Ca EL PAIR 酸 。 mee HE aes aah 但 叮 叭 分 解 的 流程 似乎 非常 相似 。 只 为 少数 动物 所 分 泌 ， 大 部 分 非 排尿 酸 动物 ， 体 内 已 证 明 存在 尿酸 酶 ， 能 催化 尿酸 iene ! 尿 圳 素 。 在 其 转变 过 程 中 似乎 还 经 过 许多 中 间 产 物 ， Ni «a 4ECIR- —IREERMR, HAA, ’ COON lp alk: 志学 六 了 as ft oe | CHO ‘hye H H 鱼 类 、 两 栖 类 动物 和 更 原始 的 有 机 体 有 尿 囊 素 酶 ， 可 进一步 催化 尿 囊 素 转变 成 尿 囊 酸 ， 随即 又 通过 尿 囊 酸 酶 降解 成 尿素 和 乙 醛 酸 。 鸟 类 则 明显 是 排尿 酸 动物 。 人 和 类 人 猿 等 的 体内 没有 尿酸 酶 ， 故 尿酸 就 是 核 苷 酸 分 解 的 终 产物 ， 与 微量 黄 叮 叭 和 次 黄 味 叭 等 一 起 排出 。 进 食 无 味 叭 食物 时 ， 人 体 尿 酸 的 生成 和 分 泌 以 恒 速 进行 ， 这 尿酸 是 内 源 味 叭 代谢 产生 的 。 通 过 测定 尿酸 的 分 泌 ， 反 映 出 味 叭 合成 和 降解 近乎 相等 。 有 些 食物 MA 类 、 奶 酷 、 卵 类 等 嘎 叭 含量 很 低 ， 而 肝脏 、 胸 腺 等 核酸 含量 丰富 的 食物 则 味 叭 量 高 。 正 常人 血 中 尿酸 浓度 约 为 7.5mg/dl， 女 人 平均 为 4.1mg/dl， 男 人 平均 为 5.0mg/dl ARPA 溶性 的 尿酸 一 钠 盐 为 6.4mg/dl。 如 果 血 清 尿 酸 盐水 平 超过 此 值 ， 即 存在 高 尿酸 症 中 高 尿酸 症 常 是 急性 关节 炎 (〈 又 名 痛风 ) 的 表征 ， 痛 风 患 者 关节 滑 液 的 和 白细胞 中 常 能 观察 到 尿酸 一 钠 ， 盐 结晶 。 蔓 性 痛风 患者 有 大 量 尿 酸 一 钠 盐 以 筋 瘤 形式 沉积 于 软骨 、 软 组 织 、 了 峙 和 关节 滑 液 的 膜 中 。 当 尿酸 钠 沉 积 于 肾脏 的 间隙 组 织 中 时 ， 则 会 引起 上 肾 损伤 。 尿 酸 结 晶 也 能 在 肾 小 管 、 肾 骨 盘 或 输尿管 中 形成 ， 从 而 导致 尿 结石 而 阻碍 排尿 。 用 别 味 吟 醇 处 理 ， 可 缓解 高 尿酸 证。 别 厌 叭 醇 可 被 黄 苔 叭 氧化 酶 氧化 成 别 黄 味 只 ， 它 是 OH H OH H Te | ~ N ON, Be Ne (fs | / eee / HSNZ 人 H Hil Wa WS A Fil er ES ees Se (eye MIA, KERRI RRR, Wb, AIBA Se (RES RRS TE HL. IM eS RAE i FS TE HP Te ee 592 AMA, RAKES, 且 造 成 bDRpp 的 下 降 。 由 于 味 吟 核 苷 酸 的 增加 和 pRpp 的 降 低 ， 最 后 导致 酰胺 磅 酸 核糖 转移 酶 活性 降低 。 | PIR BI STR ROS ER 5 RE I Vic (DAMP iS RRR i , OIE Stk 5/- RAT RRA RE IKF, 5’-AMP 水 解 成 腺 昔 。 _ 5/-AMP = fRFF + Pi BRE CERRUTI SIE ak EM Be. NBT HE ABCA — km SH 参 与 能 化 反应 。 反 应 机 制 如 下 式 。 i } oy HQ NH Cima — ue \ or ae Sb | NH, NAwZ af H | : AO \ 有 Pas" | yet SOM BARAT Sw os wean! 2 EELS ra eM FE | eon 5 时 JR AN => HN | ‘\ ee, NAN : » Ke ERE OKREY R-AK, MARDER MG RE IC TIE kik se ea. warms Pe +H, BEB, oe + D- Bet @OQxcnRECALRPAERABK, FORA RRR, XSMALL EEREE AIL REICH. RARE AIT TBA 300, 000 道 尔 顿 ， 由 两 个 相同 亚 基 构 成 ， 每 个 亚 基 结合 一 个 FEFAD 和 一 个 Mo 离子 ， 并 且 含 有 四 个 非 血 红 素 铁 一 硫 组 分 这 些 组 分 构成 一 个 电子 传递 体系 ， 从 底 物 到 最 终 电 子 受 体 OLD fish 电子 ， 使 次 . 黄 叮 叭 最 后 氧化 成 尿 Bek RE i C-2 或 黄 味 叭 的 C-8 各 除去 一 个 HH’ 和 两 个 电子 成 为 正 碳 离 子 ， 然 后 H,O 553 ee Ysera Ecce arpa pit or we SNANN RN OANNAANN H H H : H ely ©. sey ue 的 OF” 攻击 它们 并 取代 失去 的 氢 原 子 。 酶 中 的 Mo 首先 作为 电子 受 体 ， REKREM RK se MEM C-2 或 C-8 传 来 的 电子 ,然后 又 把 电子 传 给 FAD， 最 后 传 给 09， TF, O. 分 子 接受 电子 后 形成 超 氧 离子 0;， 超 氧 离子 很 活泼 ， 与 也 反应 而 生成 世 9s。 该 反应 由 超 氧化 物 歧化 酶 催化 ， 生 成 的 HO, 再 在 过 氧化 氢 酶 俱 化 下 分 解 成 H;O fn O,. BAD O; +O; + 2H’ ——-~- H.0O,+0,4 (二 )GTP fy MRE GTP 846 2: 5’ BRR RE HEIL FWA RE. EPPA PERL EER MILF Ok MRIS 和 D- 核 糖 。 鸟 味 叭 在 鸟 味 吟 脱 氨 酶 催化 下 水 解 生成 黄 味 叭 。 这 与 腺 味 叭 在 核 昔 水 平 上 脱 氢 不 同 。 现 将 两 种 味 叭 核 背 酸 的 分 解 代 谢 过 程 对 比如 下 式 。 _NH， O aN AN 1 HN \ | ae : / (GMP) AW H.N7 \nN/\N | tag : oar i N AY 站 ea H,NZ \nN7 \N R R naraesct )| bw NH,¥#J y me a TWN /ee® At ate? | H H,O vette ! nid] NEY BL O © “D-H Ri : | 1 ree: N I ee 2 ovsK axe CL Sou OF mol es SS rm ose aed RI 、 Py EG 5 ae CLS eT” gm ACTER a eae 2 十 上 2 alee 尿酸 本 i NH,O N mee NS o7% oan H | HL? Hy a HON, | seme xem co.MnH, “o=* c4o NH, He 3 af ey Z | Ginn Er + = = i, SSG oF Sa . = H,0¥ H H COOH IRE RR 二 、 喀 啶 核 背 酸 的 分 解 代 谢 喀 啶 核 苷 酸 的 分 解 代谢 与 味 叭 核 苷 酸 一 样 包括 脱 磷酸 、 脱 氮 和 糖苷 键 断裂 等 步骤 。 许 多 用 于 味 叭 衍生 物 的 酶 常 可 作用 于 相应 的 喀 喧 化合 物 。 胞 嘱 喧 核 苷 酸 在 胞 喀 啶 核 苷 酸 酶 能 化 下 产生 胞 喀 啶 核 苷 ， 再 经 胞 喀 啶 核 苷 脱 氨 酶 催化 脱 O 和 ge Ys cmp ieee | | Semen nk ee Pi Qu \nZ \NHg o4\nZ HOCH ones HOCH, O | | | IN: dee Kun jl | a4 H | | H rh | | H Rt 555 氨 产 生 胞 喀 喧 核 苷 。 这 个 酶 广泛 分 布 于 动物 组 织 和 微生物 中 。 胞 喀 啶 也 可 在 胞 喀 啶 脱 握 酶 催 化 下 脱毛 生成 尿 喀 啶 ， 这 已 在 酵母 和 其 它 微生物 中 观察 到 。 胸 喀 啶 核 苷 酸 在 核 音 酸 酶 催化 下 去 磷酸 生成 胸 苟 ， 再 在 胸腺 喀 啶 核 替 酶 催化 下 水 解 生成 胸腺 喀 啶 。 1 ate dtup = NY OE ee af | D- 脱 氧 核糖 Bs | | H | dR Aid) FR MR ne A EF aa PPR NE Wa FAD fk A a MB o> APRN a eR AE EG FL) YP TE A ke — Se ATA PF HS — 系列 反应 。 兹 介绍 如 下 ; . O O O | | NAD(P)H NAD(P)* | H,0 OCs hae: eee. iN bi ee NH, CH, | UR PE | SSE CH, 0% \nZ OANNA QO7 TAR H H H 5; 6- — 2 be we he N- 2 R-3-R EAR b- REAR yy? 由 or , BARE 1 nid +NH, 一 -一 一 一 酸 酶 CE CO, H,N% B-REAR O O | a Sis NAD(P)H+H*+ NAD (P)* Ais H,0 ae, ao ERR \ =" i hie: ofNGA 氢 尿 喀 啶 脱 7 ian H H 5, 6- — a Ata) AiR a ie 2 et H 一 C 一 CH,+NH， Gott 多 RRS du, +CO, ae fia meme NH Is} i > lic J C 2 . allie SS a AY Cuil O N a . H Bs 6). 3) xX BS ON aOR I 有 -氨基 异 丁 酸 Bay iii JLT MASK B- R SAR AVY - ; i fae TE T RR Py SEA BS 在 有 些 细 菌 中 ， 尿 喀 啶 和 胸腺 喀 啶 进行 氧化 降解 是 通过 巴 比 妥 酸 和 甲 基 巴 比 妥 酸 而 生 尿素 和 再 二 酸 或 甲 基 丙 二 酸 。 O O | | Bos ginny ix pena att AG Ont HN | HN ANCH 让 | C C=O | 04 \n7No o4\N7. H H 5957 第 十 三 章 “” 核 酸 的 生物 合成 生物 的 遗传 信息 编码 于 DNA 的 核 背 酸 序 列 中 ， 通过 DNA 的 复制 ， 亲 代 的 遗传 信息 即 传 到 子 代 。DNA 的 遗传 信息 是 通过 信息 RNA(mRNA) 的 传递 而 获得 表达 的 。 即 DNA 的 遗传 信息 转移 到 mRNA 中 ， 以 mRNA 的 核 音 酸 序列 表示 出 来 ， 这 一 过 程 称 为 遗传 信息 的 转录 。 现 代 所 称 的 遗传 密码 实际 上 就 是 MRNA 上 的 核 苷 酸 序 列 ， 它 可 翻译 成 相应 蛋白 质 的 氨基 酸 序列 (将 在 十 四 章 介 绍 ) 。 mRNA 转录 DNA 信息 的 过 程 。 及 除 mRNA 外 其 它 各 种 RNA 的 形成 ， 这 些 都 是 现代 分 子 生 物 学 研究 的 重要 内 容 。 也 是 本 章 所 要 介绍 的 主要 内 第 一 节 “DNA 的 复制 近年 来 ， 已 在 不 同 水 平 上 对 DNA 的 复制 进行 过 研究 。 如 完整 原核 和 真 核 细胞 水 平 上 的 研究 ; 纯 酶 水 平 上 的 研究 利用 可 渗透 的 微生物 、 细 胞 胞 溶 物 、 游离 细胞 核 等 方面 的 研 究 ， 并 且 都 已 从 各 方面 得 册子 有 重要 价值 的 结果 。 一 、 半 保留 复制 从 DNA 的 双 螺 旋 结 构 可 以 设想 ， 双 虹 旋 可 解 开 成 两 条 单 链 ， 以 单 链 为 模板 按 A—T, G=C 氢 键 配对 原则 ， 使 对 应 于 模板 的 四 种 脱氧 核 音 酸 逐 个 进入 相应 位 置 ， 分 别 合成 对 应 于 这 两 条 单 链 的 新 链 。 这 样 就 会 成 为 具有 一 新 一 旧 与 母 DNA 相同 的 两 条 双 螺 旋 子 DNA. 如 图 13 一 1 和 13 一 2。 这 种 设想 的 复制 形式 ， 称 为 半 保 留 复 til, 1958 年 Meselson—stahl 做 了 一 个 巧妙 的 实验 ， 首 次 为 半 保 留 复制 提供 了 可 靠 的 证 据 。 实 验 步 又 及 结果 如 下 ; 用 含 96.5% 同位 素 的 5NH4C1 培养 基 培 养 大 肠 杆 菌 ， 连续 培养 14 代 ， 让 其 DNA 用 SN 深入 标记 。 将 含 SN DNA 的 细胞 转移 到 “NH, Cl 培养 基 中 继续 培养 ， 并 不 时 取 菌 样 进 行 分 析 。 | a 将 所 取 各 菌 样 ， 用 硫酸 十 二 酯 销 eS DS) ici, 并 抽 提 DNA, 在 CsCl 密度 梯度 中 以 140, 000x 秋 离心 20 小 时 ， 使 DNA 达 沉 降 平 衡 ， 然 后 观察 DNA CsCl 中 的 分 tie GRAS: 初始 菌 样 中 的 DNA 在 超 离 心 时 出 现 一 个 单 带 ，: 相当 于 SN 标记 的 DNA 谍 图 1 一 2 中 的 OFF). 7E“NH,C! 中 培养 一 代 后 的 菌 样 , 其 DNA 在 超 离 心 时 仍 为 一 个 单 #, (Bas, -相当 于 合 一 半 :5N MUNA DNA ( Al3—2 Fi). 培养 两 代 后 的 菌 Hy DNA 在 超 离心 时 出 现 两 条 带 , "一 条 与 图 13 一 2 中 FU fa, A244 YN, YN, —DNA, 而 另 一 条 则 更 轻 ,， 相 当 于 2N，YN 一 DNA: 同 图 13 一 2 的 对 腿 轻 DNA). 以 后 各 代 菌 样 的 DNA 均 为 两 个 带 ， 但 轻 DNA 量 逐 渐 增 加 《〈 图 13 一 2 Hi) FL, Fs). SSRIS, JBN, :5N 的 杂 合 DNA INANE GENRE, BIER N A ON BM Be 单 链 。 Meselspn 一 Stakl 实验 充分 说 明 : 大 肠 杆菌 的 DNA 合成 是 采取 尘 , 保 留 复制 方式 。 而 AVG IEA b 击 15N 培 养 基 "wa AU] qx, [5IMA9 0 代 14N 培养 基 培养 1HN 培养 基 MS canal panos 培养 F, me | | L4N 培 养 基 | -人 | oH | | | | 图 13 一 2 Meselson—Stahl 实验 所 未 E, coli yefafk DNA 的 于 保留 复制 的 实验 结果 ( 右 图 ) ARE C AED 559 且 不 管 复制 多 少 次 ， 分 开 的 每 个 DNA 单 链 都 保持 完整 而 没有 遭 到 任何 破坏 。 后 来 有 人 在 大 肠 杆菌 染色 休 复 制 时 ， 参 入 所 标记 的 DNA， 新 合成 的 DNA 通过 放射 自 显影 证明 其 售 氛 量 相 当 于 染色 体 中 只 有 一 个 新 合成 的 DNA As. EY, FER DNA 成 期 间 将 所 标 记 胸 蔡 参 入 帮 为 原料 ， 在 细胞 分 裂 期 间 发 现 两 个 子 染色 体 单 体 都 带 振 标记 8 而 当 除 去 了 *H 一 胸 音 后 ， 下 一 轮 复制 出 来 的 染色 体 ， 每 个 都 带 一 个 含 5 eS By Ye 色 伍 单 体 。 这 两 个 实 骆 进 一 步 在 染色 体 水 平 上 证 实 了 对 DNA 人 人 二 人 全 R~— & oT a A —. DNA 的 复制 机 制 AR (—) DNA 合成 条 件 的 研究 ott 19564F Kornborg 从 大 肠 杆菌 无 细胞 提取 物 中 分 离 得 一 个 激酶 系统 * CREWE 为 4dTTP。 后 来 他 们 又 用 标记 的 dTTP 作 底 物 ， 发 现 有 一 ARE dTTP SAB] DNA 中 。 他 还 将 该 艇 区 化 到 均一 程度 ， 进 行 了 一 系列 体外 试验 。 1967 Kornberg 用 纯化 认 酶 ， 设 计 了 一 个 实验 以 进行 DNA 合成 条 件 的 研究 。 他 们 用 2P 一 4CTP WEA | Nae 牛 下 ”P 一 4CTP BA DNA 中 的 量 ， 结 时 如 表 13 一 1 A&A oe | #13-1 :2P 一 dCTP BA DNA Hh dees R 反应 条 件 > PMoles*?P—DNA *2p_dCTP + MAK 4 0, 0 wr oC TE +DNA ihn + MAG 2.5 ssp_dCTP+dGTP+DNA 模板 + 酶 系统 6.1 sp_dCTP+dGTP+dTTP+DNA 模板 + 酶 系统 15,7 p—dCTP +dGTP + dTTP + dATP +DNA 模板 + 酶 系统 << 3300,0 2213-10 WY 条 御 中 的 2P—dCTP 以 及 其 它 dNTP 都 为 5nmole cep 一 tCTP 为 Wax 10’c, p, m/mole) #7 0,3ml 中 。 RMRAwWHS MgCl, 1,9#mole, 模板 2DNA % Long, 纯 酶 为 大 肠 杆 菌 DNA 聚合 酶 349; Ri Wy 2oumoLe 甘 气 酸 缓冲 液 (pH942)5 在 37%C 保 温 半 小 时 。 去 13 一 1 结果 充分 说 明 DNA 的 合成 ( 复制 ) 需要 模板 DNA, Mgt+、 四 种 .dNTP 和 DNA R&P. Kornberg 等 不 仅 弄 清 了 DNA 合成 需要 的 条 件 ， 而 且 还 发 现 所 合成 的 DNA =I) 5K DNA 三 样 都 是 由 A 一 T 和 G=C 配对 而 成 。: 此 后 ， 他 们 用 不 同 来 源 的 DNA 作 模 板 ， 发 现 不 管 DNA 净 合 成 的 星 如 何 ， 合成 产物 的 碱 基 比 与 模板 DNA. 如 用 人 合成 的 (4A 一 4T) 聚 侣 物 为 模板 ， 则 只 有 dAMP 和 dTMP 可 参 六 产物 DNA HH, 这 充分 说 明 DNA 的 侣 成 党 夺 惠 按 模 板 指 令 ， 使 ANTP 中 的 daNMP BABA, Wt, dNTP HS RESTS ELC. 即 下 NA 的 合成 完全 是 采取 复制 形式 进 一 haha sok DNA 的 合成 除 需 上 述 条 件 外 ， 还 必需 具备 一 个 带 34OH une: 酸 引物 。 XA WIM 式 与 模板 结合 ， 从 而 引导 一 个 个 核 昔 酸 底 殉 进 商 以 合成 DNA, (HAE VRE DNA 作为 引物 模板 ， 除非 双 链 有 一 个 缺口 ， 则 曝露 的 3 一 OH 可 作 为 引物 ， 使 dNMP 逐个 结合 ff by 使 缺口 十 消 。 但 DNA 决 不 能 在 无 引物 条 件 下 合成 。 (=) DNA 合成 的 反应 机 制 560 ete inl tagcat Se at IT AE rath ea. 28,4 DNA 是 怎样 按 模 板 复制 的 ? 各 种 dNTP HER ERR DNA 链 的 ? Kornbe- TE 等 采用 “最 邻近 频率 ” 分 析 技 术 获 得 了 满意 AR. 其 方法 是 首 先 用 纯 酶 、 特异 模板 DNA, 51. WA dNTP 〈 其 中 一 种 带 sP pric, 如 5/dAs:PPP ) 一 起 温 育 ， 让 其 合成 DNA. 然后 分 离 新 合成 的 DNA， 并 用 小 球菌 脱氧 核 稿 核酸 酶 或 脾 磷 酸 二 酯 酶 使 之 水 解 成 一 个 个 3 一 4NMBP。 结 果 发 现 ?2P MRK dATP 的 5- 位 转移 到 了 与 进入 dAMP 最 邻近 的 核 苷 “ 酸 的 3/- 位 上 。 也 就 是 说 在 DNA 合成 时 , dATP 上 sP 标记 的 a—P 成 为 一 个 磷 桥 ， 使 进入 的 dAMP 与 多 核 背 酸 引物 生长 端的 一 个 核 昔 酸 的 3 一 OH 相互 作用 。 以 上 结果 可 用 图 13 一 3 予以 说 明 。 式 中 Z 为 引物 生长 链 未 端 与 进入 所 AMP 最 邻近 的 -一 个 核 背 酸 。 原 来 在 dAzP- PP 上 的 ezP 标记 的 .ca 一 P 原子 在 DNA 合成 时 成 为 Z 一 A 间 的 szP 一 桥 ， 它 水 解 后 即 转移 到 Z- 核 苷 酸 的 3/- 位 上 去 了 。 X 于 A + 6 - Op 3 其 + Z } ; . 2 . = P 有 A ee = ee pe aan . 人 人 > ett . PP+?P, . 中 8 站 全 ah 2 He “p “J p P Ton 3 i 198 Av sd x Y 元 A fd aaa ; oo P 4 Pp 二 P OH pas E 图 13 一 3 DNA 合成 机 制 的 证 实 从 这 样 的 实验 就 可 了 解 到 所 合成 的 DNA 中 A,A, TeA, GpA 和 CoA 等 二 核 AR 的 频率 。 如 果 改 用 ac-s?P 标记 的 dTTP, dGTP 和 dCTP 进行 同样 试验 和 分 析 ， 将 可 获得 ”其 它 12 种 二 核 彰 酸 的 频率 。 他 们 用 Mycobacterium Phlei DNA 作 模 板 时 所 得 结果 见 表 3 一 %13—2 Mycobacterium Phlei DNA 作 模 板 时 合成 DNA 的 最 邻近 频率 32P 了 标记 dNTP 分 离 含 82P 的 3 一 NMP Ap Tp Gp Cp dATP ApA TpA GpA CpA 0.024 0.012 0.065 0.063 dTTP ApT TpT GpT CpT 0.031 0.026 0.060 0.045 dGTP ApG TpG GpG CpG 0.045 0.063 0.090 0,139 dCTP ApC TpC GpC CpC 0.064 0.061 0.122 0.090 总 和 0.162 0.164 0.337 0.337 从 表 13 一 2 可 说 明 以 下 几 ir A 题 1 新 合成 DNA (UWRF ERT Co. 二 纵 秆 )， 鸟 音 酸 总 和 等 于 胞 但 561 mMaC=. OMG). 这 和 天 然 DNA A=T, G=C 配对 的 特 性 一 致 。 进 二 步 说 明了 DNA 的 复制 机 制 。 | AR 9. ARE Moa DNA 时 不 是 随机 结合 的 ， 因为 TeA REF ApT, God HASSE KG， 而 且 偏 差 很 大 。 后 来 以 天 然 小 牛 胸腺 DNA 和 酶 促 合成 的 小 牛 胸腺 DNA 作 模 板 来 合 起 DNA， 分 析 新 合成 DNA 的 最 邻近 核 苷 酸 频率 时 发 现 二 者 完全 相等 。 而 以 其 它 来 源 的 DNA (TRIN, epee DNA 的 最 邻近 核 音 酸 频 率 则 与 小 牛 胸 赃 的 很 不 相同 。 这 进 一 EES DNA 说 合成 完全 按 模板 DNA 指令 逐个 名 入 dNMP， 作对 全 中 有 MAI Ja RBH BIA IH, KE ApA= TiT、GrG = CoC dp, TrC=GpAy TG = \CpAy CpT =ApG; “GpT=ApC. 而 AvT 与 TeA, GoA 与 CoT, ApG'5 TC, CpG 5 GpC 等 则 相差 很 天。 这 说 明 所 合成 的 DNA 链 中 ， 其 两 股 DNA 链 的 碱 基 完 全 技 Watsom Cri ck 榨 型 反 向 序 对 。 也 就 是 说 DNA 合成 时 是 按 模 板 指令 反 向 逐个 参 太 核 音 酸 的 5 于 根 泥 以 上 -一 系 列 醋 究 结果 ，DNA SALA TET. 4 DNA Smit, DNA 聚合 酶 结合 于 模板 上 ， 在 引物 的 3 一 9 卫 - 端 进 入 的 dNTP, PHRF RA MEA, RAB pes HE (Lane 3’—-OH, SHEA dNTP 的 @-P 原子 进行 亲 核 攻击 ， 形成 共 价 磷酸 二 酯 a, H+ Em. DNA 链 延 仲 一 个 核 背 栈 单 位 ， 酶 沿 DNA 模板 向 5’ 端 移动 一 个 核 昔 酸 距离 ， 汉 达 新 进入 的 核 音 酸 局 3/ 一 OH 处 。 以 后 再 重复 上 述 过 程 ， 直 至 DNA 链 延 介 到 模板 末端 。 如 图 1 一 4。 二 “O. St : es ; eM od 0 YU ean 和】 ps ‘a Pe Hk 0. = ii H H oO Oo. 全 志 本 a he | um Si an + 4 =i 3 ed H Oo eH oH yO O G -下 H & Oo H fl H Cy es On 局 “08 O° 4 sai ; Hi A H OH x 家 A 了 H 4. O HOH oe rk" ON Tbs H H A XN ral bes & Dr ths ‘ H es 如 (人 三 Oo A. oO H” H H PP O : H reg 如 1} Oo H P49? o CG a “ O H rt 2 OTP P ct =e oO O H H OH ro H Oo ‘9 Pe 40 H OTRS oO 7 * Pe? ITS 4 Pe Cag O - Ap“O H re) oO rz ‘ O 让 le Sala ala Wa by Lay, 有 > a ON 20 H fe O° ‘o HA H oo, ib rob Py Oo —_ os oO. 0 1 H 07? 2 4 HH ~ O ,2 . \O Ow H O O Pp’ O Oe Sasc2cH HWE H ny ae 40 HAY 970, 20 070 sia. 4 0 oO . 图 13 一 4 DNA AMPH DNA 链 的 延伸 反应 三 、 与 DNA 合成 有 关 的 酶 类 在 DNA 复制 过 程 申 ， 需 要 各 种 蛋白 质 和 酶 参加 反应 ， 它们 各 搞 行 其 专 一 性 功能 。 其 主要 者 而 功能 又 较 清 楚 的 几 类 分 述 于 下 。 eh (—) DNA ¥ a5 ie DNA 3 A8 E MARTSEUR NSE RR, JE MEST T Aa (opie eR ig ME ETE AR 应 都 是 以 DNA AHR, WRK RSI, VidNTP AR, TE ANTP 相互 缩合 的 反应 。 DNA A SREB IA Sy 3’—OH 端 开始 ， 合成 的 链 从 573/ BEE 每 参 入 一 个 dNTP, Ri eo BIB ALIIAAGER, A BGHTHRSH DNA 梢 导 下 的 :DNA RAAT TS 下、 于 三 种 。 HE 细菌 如 枯草 杆菌 等 也 有 类 似 的 DNA 聚合 酶 。 1。 AMHR DNA RAHI (Poll ) Kornberg 在 研究 DNA 复制 条 件 时 所 用 的 酶 即 属于 此 ， 故 又 名 Korner 酶 。 (1 )Pol 工 的 性 质 纯 酶 的 WE 109, 00038 Aci yi ike. NAR RRR, &-SH 侧 链 ， 每 个 分 子 含有 一 个 页 +， 分 子 为 球形 ， 其 直径 为 6.5nm。 在 电镜 下 ， 可 以 观察 到 它 形成 一 聚 体 。 每 个 细胞 约 含 400 个 酶 分 子 。 SEB) Pol | AIRE Fee er er BE aap Ah aT Pol LRAT. KEW MW 76, 000 道 尔 顿 ， 具 ”有 聚合 酶 活性 和 3/ 一 8 外 切 核酸 酶 活性 小 片段 的 MW = 36, 000 道 尔 顿 ， 在 有 DNA 存在 ”时 显 5"-=>37 外 切 核酸 酶 活性 ( 这 片段 相当 于 分 子 的 N- 端 ) 。 因 此 ， 整个 酶 分 子 具 有 三 种 活 性 ， 所 以 它 也 可 看 作 是 一 个 多 功能 酶 ， 三 种 功能 同时 存在 于 一 个 单 肽 链 上 。 Pol I 的 聚 各 障 活 性 已 如 上 述 ， 其 聚合 量度 约 为 1000 个 以 音 酸 /每 分 钟 。 该 酶 亦 能 催化 DNA HRD AR FES SILA) » Le RRA A it PLE BAG AE. Ga QE MAK Pol | py3’—~5’ She AMG IEG EVE IA 3 一 OH 端 水 解 DNA 单 链 得 5dN ME。 在 认识 Pol KORE rNGE> ii ASH Pol 1 1k SREROURETE ARN PCE BE» GSP AB IED He TEE WEA A SSG SEAT RS CE 以 校对 正在 聚合 过 程 中 ) Bree, eR DNA 复制 的 真实 性 。 其 机 制 可 示 如 图 13 一 5。 # AY Pol II 的 3 一 5/ 外 切 核酸 酶 活性 可 能 只 在 错 配 对 的 修补 中 起 作用 ， 而 聚合 过 程 中 可 能 存在 其 他 校对 机 制 。 DNA Pol | 的 5 一 3/ 外 切 核酸 酶 活 填 ， 是 切割 双 链 DNA 的 一 个 区 段 ， 从 5 一 端 连续 栗 MRE. YK DNA Pol 工 结合 于 双 股 DNA 上 的 一 个 缺口 时 ， 往 往 两 种 活性 同时 是 作用 聚合 活性 使 3/ 一 OH 端 延 伸 ， 而 5 一 3/ 外 切 核酸 酶 活 性 则 水 解 5"- 端 核 蔡 酸 成 为 dNMP, bizept DNA AS EMO. W136. KROME Bi, Amps DNA ye ewe IL. DNA Pol I 工 的 5/->3/ 外 切 核 酸 殖 活性 可 用 于 切 去 错 配 对 的 核 疹 酸 ” 也 BRR Speeat DNA fF SHS ir AE Be Meme ee FF ey RS, DNA 合成 时 亦 常 利 用 这 263 ‘ > N _O Ca a : ie ko 02 "0.6 T OH 3° i. 0, OH es thes Ma ‘ tatty 2 “Or Wiha lc tlt ery O78 ere oe O x g° win i = O o*% O- Poll - yan iy hn 0 OH a 一 -一 2 > pb Ge Sh oe, Sa 下 +i q wm O -0 ‘. O K 和 RAR 一 as a - 本 O、 UO Oo 9% Q 0 Oo ‘o- 5 Bs. Pro re) oO. ee P oO ,0 n -O 县 9 ; \ 下 O 3 ay i 图 13 一 6 DNA Pol | MPR ARIA HEC BAR HEAD’ ~37 SP ODI HE ) 同时 作用 ， 使 DNA 上 的 单 链 缺 口 移 位 一 手段 以 除去 产生 的 RNA 引物 。DNA Pol 工 的 5/->3/ 外 切 活 性 示 如 图 13 一 7。 目前 已 分 离 了 好 几 种 缺 DNA Pol [fi SEK, 如 大 肠 杆菌 突变 体 一 Pol A- 突 变 体 ， 其 Pol 工 的 活性 只 有 野生 型 的 1% 或 更 少 ， 但 茵 体 仍 能 正常 增殖 ， 只 是 对 紫外 线 v 电离 辐射 PGE CHAE RB. RRA RS DNA Pol I ， 对 除去 DNA 损伤 ， 切除 错误 配对 564 rr CA ee eS PR Pe a = (iin alle 2 a ae. APR, HERO, Ws DNA 等 作用 启明 显 缺陷 ， JH DNA Pol 1 ak DNA- 的 速度 也 非常 慢 。 由 此 可 见 ，DNA Pol 1 442 DNA 合成 的 主 要 复制 酶 。 名 的 功能 只 是 在 以 NA 从 引物 时 让 切 去 RNA 引物 ， 并 填补 DNA LH FSM ER WROS. Te a Jilly) WU 55 EFS FBG ARSE Bo WeM ) 7 \ 下 BrOUO .( . | | 术 | +) J 者 ie > | | 本 AS oe ri oi 《 } P he Oo P SA eet sel TAY ; 0, O ‘Oo Ox : ; : | GEC ae / yr ae? t Ni : OO 02° ~ ae > 2 ove 0. o * WIEREAMNIMIEFS S010 CY orra anne Aor O AP < xXxOoO ‘ 站 O od 70-9 oO Vans 7,49 oO” O =C = ! 局 of “oO O G ‘o” =, wT ea). iy Paw 4 1 x bs , ; FS bE waa Eh 5 Fas Sees “0.0 + 5"dAMP it, he * . Oo re) 要 1 \ FIERA o& Ve " Ye oz es Brett it tr PR hee i ™ J O- Sa PE ee O.. © o* ‘o- oO 5"dTMP 9、 ~2 j “Ox ? o” % -O、 = . 2Po ’ i 5 Py Sh 3/ 外 切 核酸 酶 活性 反应 2. 大 肠 杆菌 聚合 酶 下 (Pol 1) HFA mr Pol AT 突变 株 在 不 含 DNA, Pol I 时 仍 能 正 常 增殖 ， 并 正 HS Gil DNA, 这 促使 人 们 继续 找寻 其 它 DNA 合成 酶 类 。 后 来 在 DNA Pol A- 的 无 细 胞 提取 物 HH, 找到 了 两 种 聚合 酶 ， 称 为 DNA 聚合 酶 TI 和 DNA PAA MW (Pol LAM Pol WD. MF 野生 型 天 肠 杆菌 中 它们 的 含量 很 少 ， 故 以 前 没有 检测 出 来 。Pel 1 # DNA 合成 止 所 需 条 件 及 基本 功能 ， 都 与 Pol I 相 似 ， 但 它 缺 乏 5/->3/ 外 切 核酸 酶 活性 。Pol | MiGA TR HK MH DNA, HARB) Rel Re DNA HB Hl. 而 Pol I Wie FR CW ‘ BELI(50—200b»"" 双 链 DNA ao 为 反应 。 缺 口 太 大 则 催化 活性 降低 5 »Pol 14 7274120, 00078 尔 顿 ， 每 个 大 肠 杆菌 细胞 只 3 5 100 个 酶 分 也 ;其 活性 很 低 8 在 大 肠 杆菌 Pol B, 突变 体 中 ， ie 竹 只 有 正常 细胞 入 0.1%,， JERE TE, Pe PROPER TI EF SRO. HEM) Pol E 革 能 功能 也 主要 定 起 DNA 的 修补 作用 565 3。 KiB RK Ae WH (Pol BE) HERE IO727E AEM, BLA (eB20, 000%. EERE LIS GRATE. SRK eRe (由 dncE 或 Pole S495 ) By MW=140, 0 00 道 尔 顿 。 还 有 两 个 小 亚 基 e-MH CMeW= 25, 000 道 尔 顿 ) 和 6- 亚 基 (M.W=10, 000 道 尔 ii), 前 者 具有 3“>5/ ID BB 酶 活性 。 在 体 yp, Pol WH MR BEAM DNA, 有 5 一 3“ 外 切 核酸 酶 活性 。 因此 该 酶 不 能 利用 大 缺口 的 引物 /模板 合成 DNA， 而 内 能 利用 小 缺口 的 引物 图 13 一 8 DNA 聚合 酶 亚 全 酶 /模板 合成 DNA2 在 大 肠 杆菌 中 ， Pl 下 含量 很 少 , . 每 个 细胞 只 有 -10 个 酶 分 二 0 约 为 Pol | fyi5f#, Pol I (vj3004%. DS\— 27% EFA ABE BAD BE 种 温度 敏感 突变 体 ; 其 中 的 Pol 在 42 忆 不 能 复制 DNA， 该 菌 在 此 温度 下 停止 生长 。 说 明 DNA Pok Bap 内 催化 DNA 复制 的 主 BRaAt, EM GQade, 但 对 NTTE 底 物 的 Km 很 小 ， 所 以 催化 讼 合 的 速度 很 高 ， 因而 能 胜任 催化 体内 DNA 的 复制 任务 。 a 即使 提供 一 个 引物 DNA, Pol 下 仍 不 能 利用 单 链 ODNA a 但 褒 入 _ 些 其 它 重 白 A BAR Gh DRE AFI hee eK) Pol 下 `。 在 ATP 及 类 脂 等 存在 下 ， 它 能 了 EDS 结合 于 IRM EM, Na nm dx 1744 DNA 上 的 RNA 引物 延伸 。 当 DNA 链 延 伸 到 另 一 RNA 二 物 的 5- 端 时 ， 延 伸 友 应 停止 。 这 时 PP6kI 以 5 一 32 外 切 核酸 酶 活性 切 去 RNA 引物 ， 并 修补 留 下 的 空 人， the DNA 链 合 成 完成 。 沉 年 来 光 于 Pol 下 的 全 酶 组 成 可 参见 表 13 一 3 和 图 13 一 8。 “0 %13—3 ”大肠 杆菌 Pol 亚 全 酶 组 成 a ea See as clean a 140, 000 nat, a Po O 5 25, 000 核心 酶 3 Poll 10, 000 T 83, 000 ‘. 1 全 f 芝 52, 000 dnal EFI eos gis aol é 32, 000 dnaX EFI Ht RE | B 44, 000 dnaN EFT MROM ES!) home (AMO 4 4, 真 型 细胞 中 的 DNA RAB 真 核 细 胞 中 的 DNA RAMEE ADH, Fi 直行 过 研究 。 它们 的 作用 条 得 帮 荔 能 类 做 于 Mm! DNA RAR. a ee PW nek HRS MAE DNA RAis 称 为 DNA RAR a@(DNA Pol @) Sk ay 活性 随 细胞 生长 速度 OTT a. | 在 细 肥 分 = S 期 达 高 峰 。 纯化 到 200 倍 的 小 牛 胸腺 DNA Pol a 于 1965 即 已 获得 。 它 是 二 个 复合 体 ， 及 和 蒜 交 客 度 梯度 离心 得 一 个 5.8S8 的 宽 峰 "在 凝 胶 过 滤 时 其 活性 在 几 人 个 区 出 现 ，MW =220, 000 道 尔 顿 的 称 为 ;AS 型 。 用 尿素 处 理 灵 该 酶 释放 一 个 碱 性 组 分 人 (C- 型 ， MeW=156, 00008 20), A—- Aig M-W = 40 000 566 和 103， 000 道 尔 顿 的 D- 型 和 B- 型 。 所 有 这 些 酶 型 都 有 活性 。 C- 型 DNA Pol a 是 与 四 种 ， 和 蛋 自 结合 在 一 起 的 ， 它 只 是 一 个 核心 酶 。 它 们 的 分 子 量 及 结合 关系 如 下 ， M-W 156,000 ”核心 酶 64, 000 形成 一 个 活泼 的 不 61, 000 — W— i) BERK 58, 000 -(7 8 54, 000 DNA Pol @ 的 最 适 pH 为 6.5 一 8.0。 从 生长 细胞 中 的 高 酶 活性 ， 可 以 证 明 该 酶 在 真 核 细胞 DNA 复制 中 起 主要 作用 。 DNA Pol a 对 一 个 有 缺口 的 DNA 模板 显 最 适 活 性 。 用 单 链 DNA 为 模板 ， 由 于 形成 过 访 的 发 夹 结构 ， 故 显示 惊人 的 合成 能 力 。 用 宿 聚 核糖 核酸 或 脱氧 核糖 核酸 作 引物 可 催化 单 链 DNA 的 复制 ， 但 不 能 结合 到 双 股 DNA 上 。 真 核 Pola 没有 外 切 核酸 酶 活性 ， DNA 重合 成 中 的 校对 作用 ， 可 能 是 通过 一 种 动力 学 的 校对 。 有 人 认为 ， 酶 在 结合 正确 核 蔡 酸 后 ， 可 ”采取 一 种 构象 形式 而 起 催化 作用 。 在 真 核 细胞 核 中 获得 的 另 一 种 DNA AMF Pol B， 其 活性 与 细胞 生长 速度 无 关 。 访 ” 酶 为 一 单 肽 链 ， 最 适 pH 为 8.6 一 9,0，M.W = 43, 000 道 尔 顿 。 天 然 DNA 用 DNase 处 理 后 产生 的 缺口 有 3“ 一 0 也 , 可 用 DNA Pol 催化 修补 。 APR MARE RE HET, EA (ENERO RRR. (LEME DNA 模板 ; RR RNA 引物 不 起 催化 作用 。 它 的 功能 可 能 是 修补 DNA。 动物 细胞 中 也 有 少量 M-W = 119, 000 道 尔 顿 的 DNA 聚合 酶 p(DNA Pol »), 这 与 线 | AMAT) DNA RAB. ELISE DNA 为 引物 ，RNA 为 模板 可 催化 DNA 的 合成 。 此 外 ， 近 年 来 也 发 现 叶绿体 中 有 合成 它 自身 DNA KIRA. | (=) DNA 连接 酶 DNA 连接 酶 在 大 肠 杆 茵 及 动 植物 细胞 中 都 有 存在 。 它 催化 一 个 考 核 昔 酸 或 多 核 背 酸 的 5 亿 磅 酸 端 和 另 一 寡 核 苷 酸 或 多 核 苷 酸 的 3 一 OH 端 相互 作用 形成 磷酸 二 酯 键 》 它 可 催化 双 # DNA 或 杂交 聚合 物 一 一 柴 核 糖 核酸 : RRA RBA E— 链 上 的 单 股 断 型 连接 起 来 。 DNA 连接 酶 催化 时 ， 必 需 经 过 一 个 酶 一 AMP 中 间 物 ， 这 中 间 物 的 形 成 在 天 肠 桂 苏 申 需 要 NAD* 提供 AMP， 而 在 哺乳 动物 则 由 ATP 提供 让 MP。 酶 与 AMP. 问 的 结合 是 由 ” 酶 的 一 个 -一 Lys 一 NH, 5 AMP 形成 磷 酰 膀 键 。 反 应 可 示 如 图 13 一 9。 ne DAB th 1 Beg AS PEACE A YF FE UL BAA ARR e—NH, xf NAD* KATP WAM ee i) I SBT RH, 形成 连接 酶 -AMP 中 间 物 。 其 次 是 单 股 断 列 DNA 乓 54- 磷酸 上 的 氧 对 酶 一 AMP 中 间 物 AMP EAS RRP REGS 亲 核 攻击 )， 使 单 股 断 旨 _ DNA 葛 5 人 -磷酸 与 AMP 的 磷酸 基 形 成 酸 酝 键 ， 形 成 第 二 个 中 间 物 ， 并 把 连接 酶 释放 出 来 ， | 最 后 ， 这 个 中 间 物 上 单 股 断 裂 DNA 3“ 一 OH 氧 亲 核 攻击 5/- 磷酸 基 团 而 形成 磷酸 三 酯 键 _ 招 断 裂 的 DNA 连接 起 来 ， 并 释放 AMP。 形 成 磷酸 二 酯 键 所 需 的 能 量 直 纹 - 袜 酸 和 AMP 间 | 磷酸 本 高 能 键 所 释放 的 能 旺 来 供给 。 567 ET JR | ie H Ht oot ' i! iu aT] " | al "1 1 le “0O= B® p} p [gx 中 a O saa = E=Lys=NH :一 一 fe} A--T tee og + A-R-O-P=O i a AAT io ao De i ale, i O ee iad fat ie —-O-RA in i 由 i" : | og 四 三 T a VOTWH a 全 O56 5 | | on 4 ‘ lon Eubtys-nHs ™ p ix P| 3 hrim “Saag? Ne = fC" so “oO! il acess O oT eae AMP a A Tm Cine A G OO 一 过 —R A 7. i)! TT 外 mii 8 ies ens 35 ae HH f te nie a + OA a e 图 13 一 9 连接 酶 催化 DNA 链 连 接 反 应 大 肠 杆菌 每 个 细胞 约 含 300 个 连接 酶 分 子 。 它 们 在 30C 下 每 分 钟 可 封闭 约 7500 个 断口 而 大 肠 杆菌 DNA 复制 时 估计 每 分 钟 只 大 约 产生 200 个 断口 ， 所 以 连接 酶 是 大 大 超 量 的 在 3 真 核 细 胞 中 有 两 种 不 同 的 连接 酶 定位 于 核 中 ， 它 催 化 磷酸 二 酯 键 的 合成 与 原核 细胞 中 的 相 同 ， 只 是 需 以 ATP 代替 NAD+ ( 见 图 13 一 9 ) 。 (=) 螺旋 去 稳定 蛋白 (Helix destabizing protein)HDP Ate 这 个 蛋白 又 称 DNA 4844 (DNA binding protem, DBP), *xA—-4 蛋白 质 的 总 称 。 第 一 个 被 鉴定 的 联 DP 是 由 T,- 吃 菌 体 基 因 32 编 码 的 ， 后 来 发 现 它 与 jT; me Re 大 肠 杆 茵 和 未 经 噬菌体 感染 的 大 肠 杆 菌 中 分 离 的 HDP 相同 。 它 们 都 能 在 3DNA 的 熔化 温度 以 下 使 DNA 双 链 转变 成 单 链 。 该 蛋白 质 M-W=35, 000 道 尔 顿 ;， 可 紧密 地 8 汪 协 间 地 结合 于 .DNA 单 链 区 ， 每 个 蛋白 质 分 子 约 可 覆盖 十 个 核 苷 酸 单位 。 每 个 大 肠 杆 菌 细胞 大 约 有 300 一 800 个 HDP 分 子 ， 这 个 HDP 能 使 复制 又 前 面 的 DNA 双 链 更 易 解 开 ， Wm DNA 复制 的 单 链 模板 。 “i WARE AG 纯化 的 DNA 聚合 酶 在 一 特殊 情况 下 可 被 存在 于 其 补 链 上 的 HDP 所 刺激 ,而且 这 种 刺激 专 一 性 很 强 。T, 一 HDP 只 能 刺激 T, DNA RAM; T,—-HDP 只 能 刺激 在; 一 DNA RR 合 酶 ， 而 大 肠 杆菌 的 HDP 只 能 刺激 大 肠 杆菌 DNA 聚合 酶 工 和 下 ， 但 不 能 刺激 Pol I. 从 大 肠 杆菌 和 T, 感染 的 大 肠 杆菌 细胞 中 分 离 的 HDP, 4 DNA Stil, 重组 和 修补 中 都 起 作用 。 但 由 噬菌体 Mis 基因 与 所 编码 的 HDP， 则 通过 稳定 后 代 病 毒 DNA BH, 在 阻止 DNA 进一步 复制 上 起 主要 作用 。 真 核 细 胞 中 也 存在 HDP， 在 活体 内 ， 它们 的 作用 可 能 就 是 稳定 单 链 DNA. (四 ) DNA 解 链 蛋白 或 解 螺 旋 酶 (DNA unwinding protein or DNA helicases)DH 这 类 酶 至 少 有 四 种 ， 它们 象 ADP 一 样 具有 HF MH DNA 的 功能 ,但 又 与 也 DER A 568 Ri 同 ， 在 催化 解 链 时 要 有 ATP 水 解 供 能 。 大 肠 杆菌 中 的 DH 为 一 种 纤维 状 蛋白 ，M.。W = 180, 000 道 尔 顿 ,， 大 约 有 80 企 分 子 结 于 靠近 复制 又 约 200 个 核 苷 酸 的 单 链 区 。 它 们 能 沿 DNA 运行 使 之 解 链 。 每 个 细 胸 约 有 500 个 HDI 分 子 。 第 二 种 叫 DHI，M,W =75,000 道 尔 顿 ， 这 个 蛋白 质 很 象 基因 32 编 码 的 HDP， 该 酶 继 续 结 谷 于 它 催化 产生 的 DNA 单 链 上 。 区 三 种 吗 Rep， 是 主要 用 于 复 制 小 噬菌体 %X174 和 G4 的 蛋白 质 ， 但 推测 在 寄主 细胞 DNA 复制 中 也 起 作用 。 它 类 似 于 DHI， 并 经 常 与 HDP 一 起 EN, ARIF BB 单 链 化 的 DNA 双 链 。 它 结合 于 单 链 区 ， 且 以 3/->5/ 方 向 移动 ， 直 到 双 链 5/- 端 解 链 为 止 。 每 解 开 一 个 CRETE SORES S ATPs Tih DP NMS oe RTE RE | 第 四 种 HD 称 为 DHE，M.W =2x20,000 道 尔 顿 。 类 似 于 Rep， 但 它 以 5/->3/ 方 向 沿 所 结合 合 的 DNA 移动 。 它 和 Rep 在 复制 又 上 一 致 行动 。 中 此 外 还 有 一 些 蛋白 也 类 似 于 需 DNA 的 ATP 酶 。 它 们 一 旦 结合 到 DNA 上 就 能 推动 自 Cis DNA 链 移动 ， 除 了 起 解 链 作 用 外 ， 还 能 合成 DNA 复制 所 需 的 专 一 性 引物 。 上 在 哺乳 动物 中 ， 也 分 离 得 到 了 一 个 需 DNA 的 ATP 酶 ， 它 与 HDP 一 起 作用 ， 刺激 DNA Feet @ 的 活性 。 责 【( 五 ) 引物 酶 (Primase) 下 拓 肠 杆菌 RNA 聚合 酶 ， 在 起 始 噬菌体 Mi。 和 大 肠 杆 菌 -DNA- 的 复制 中 催化 引物 合成 。 但 在 尖 肠 杆菌 系统 中 的 所 有 其 它 实 例 中 ,观察 到 了 另 -种 酶 在 引物 合成 中 起 作用 ， 称 为 引物 BBS dnaG 基因 产物 在 噬菌体 G, 和 %X174 等 小 的 单 股 DNA 复制 中 具有 盆 化 引物 合成 的 人 十 1 它 在 岗 奇 片段 合成 中 ， 也 催化 引物 合成 。 噬 菌 体 T7 基 因 4 的 产物 ， 也 具有 催化 引物 合 呈 ”成 功能 睛 条 化 合成 专 一 性 四 核 苷 酸 引 物 一 ACCA。 在 大 肠 杆 菌 HDP BAT, 在 单 股 哦 菌 体 G4 DNA 上 ，3 引 物 酶 能 合成 一 个 含 29 个 核 苷 酸 的 RNA 引物 ， 如 下 式 。 有 些 引 物 酶 能 催化 袁 Re RNA #1 DNA 混合 引物 的 合成 。 在 真 核 细 胞 中 ， 有 证 据 表明 存在 同样 的 引物 酶 。 eA e A’ 3G | BG A BH iG. GG #& EC reine 噬菌体 G4 DNA 的 原点 区 序列 GLAG AT & ¢ G CeCe TeAeCeT+GeCoAeAcAsGe 这 个 区 与 4 噬菌体 共有 AT | —3!Us Ase Ce Ue Ge CeCe Ge Ce Us Us Ue C+ Ge Ge C+ Ge Ge Co A+ Ge Ge Ge Ao U+Ge AS’: 合成 的 引物 569 CS) 切 开 合 扰 酶 (Nicking closing enyme) kK 4QF> FHS I (Topoisomerase 1) MH DNA RS YASSER ee, EH ARE IF LOREM. He DNA 复制 时 的 解 链 速度 计算 ，DNA 在 解 链 时 必须 以 每 分 钟 转 10,000 圈 的 速度 旋转 才能 达 此 目的 去 而 对 闭环 DNA 则 又 不 可 能 旋转 。 为 此 Cairn 第 一 次 提出 了 旋转 装置 (Swivel) 这 个 名 称 ， 并 设想 这 旋 | RE 可 能 是 通过 一 个 内 切 核 酸 酶 和 一 个 切口 闭合 酶 而 起 作用 的 。 后 来 在 大 岂 杆 菌 中 确实 分 离 出 了 一 种 酶 , 它 具 有 以 上 两 种 功能 。 它 首先 是 在 DNA 双 链 的 一 股 上 切 开 一 在 切 旺 9 BED 割 DNA 后 并 不 从 切 端 释 放 。 但 这 时 DNA 的 两 股 可 相互 旋转 ， 同 时 该 酶 切 制 DNA 产 生 的 5 一 OH(C 可 被 多 核 寿 酸 激酶 磷酸 化 ) 随 时 仍 可 保持 与 3 二 磷酸 的 结合 ; 而且 这 种 结 侣 不 象 连接 : 酶 的 催化 作用 , 它 不 需要 ATP 供 能 。 其 结合 的 推动 力 是 双 股 -DNNA 的 张力 , 这 种 张力 是 在 解 ] 链 时 释放 备用 。 该 酶 也 能 使 环 状 超 螺旋 解 链 。 该 酶 作用 的 直接 证 据 是 当 DNA Ze 80 ray 行 复制 时 ，， 现 察 到 "Oo BA DNA 母 链 中 。 可 见 DNA -是 先 经 水 解 切 开 , © FE Bes 松 施 后 ， 该 酶 又 把 切口 连 起 来 。 其 机 制 可 示意 如 图 芭 一 105 AVC i (t+) DNA 回旋 酶 (Gyrasej 或 拓扑 Pes 5 tas I (Topoisomerase) AU | + DNA I ieM --TORAEA, 其 Enz OH_ 旋转 coal ee — ee - M-W = 400, 000 道 尔 顿 二 由 两 个 COM qs ——— 2 bel 和 =105,000) 和 两 个 84(M*W=95,000) 亚 和 | Oven: a ee 基 构 成 。 它们 分 别 是 由 Cow 和 jaalA 两 个 基因 编码 的 和 蛋白质。 前 者 是 去 个 需 DNA 的 ATP 酶 ， 对 抗菌 素 Coumerm- ycin QR; 后 者 是 一 个 具有 切 开 和 合拢 图 13 一 10 DNA 拓扑 异 构 酶 [ 作用 示意 图 活性 的 酶 亚 基 ， 对 茶 啶 酮 酸 (Nalidixic acid) 和 Oxalinic acid 敏感 。 全 酶 wsB，M.W = 400,000 道 尔 顿 。 a be 回旋 酶 是 在 DNA 上 一 专 一 性 部 位 交错 切割 ， 如 TIGNYN. OF BHBYAAPEA 切 开 的 DNA 。 。 切 开 后 经 旋转 MAY DNA 链 ' } 保留 于 切口 的 5/ 一 端 。 ACNRN 该 酶 允许 DNA 旋转 ， 使 之 向 有 利于 异 板 股 向 解 链 方向 能 动 地 扭转 ， 使 DNA 在 复制 过 程 中 解 链 。 一 般 认为 ， 它 既 能 起 除去 复制 期 间 引入 DNA 中 的 正 超 螺旋 圈 作 用 ， 也 能 把 负 超 螺旋 圈 引 入 到 复制 叉 前 面 的 DNA 上 的 作用 。 这 样 使 复制 时 解 链 更 为 迅速 。 回旋 酶 使 DNA 扭转 是 与 ATP 水 解 反 应 相 偶 联 的 。 也 是 造成 染色 体形 成 超 螺 旋 的 原 用 , 它 可 使 细菌 细胞 所 有 的 环 状 DNA 保持 超 螺旋 形式 。 有 人 认为 回旋 酶 是 通过 一 种 “符号 翻转 机 制 2》 改变 DNA 的 拓扑 性 质 而 起 作用 的 ， 因 此 引入 了 拓扑 异 构 酶 这 一 名 称 ( 机 制 示 如 图 13-1189 。 从 图 13 一 11 一 工 示 意图 看 出 ， 上 下 两 个 扭转 符号 相反 。 一 个 环 状 DNA 进行 扭转 时 》 当 上 面 形成 正 扭 曲 时 ， 下 面 必 定 是 负 扭曲 ， 这 样 才能 使 净 扭 曲 为 零 。 而 在 图 13 一 11 一 下 中 ， 后 面 被 切 成 的 DNA 两 个 未 端 ， 可 跨 过 未 切 的 DNA 链 转 移 到 前 面 来 。 这 样 在 前 面 重新 连接 的 DNA， 就 成 为 含 两 个 负 扭 曲 的 分 子 (13 一 11 一 X )。 要 产生 上 壕 符号 的 翻译 必需 有 三 个 条 件 。 CD 回旋 酶 必需 结合 于 两 个 远离 的 ,IDNA 链 自 上 ， 因 此 它 至 少 应 有 两 个 结合 部 位 。 迄 今 都 认为 DNA 分 子 环绕 着 回旋 酶 ， 结 果 使 两 个 远离 的 链 段 并 列 在 一 起 。 加 下 中 被 切断 的 两 个 未 端 ， 必 需 保持 在 一 起 ， 否 则 就 会 完全 散 开 成 为 线 一 570 ee ee ———————— le tt _ Ste th se Ri He FA ours 图 13 一 11 回旋 酶 作用 机 人 制 的 模式 性 JDNA 分 子 。 这 种 维持 在 一 起 的 作用 ， 是 由 回旋 酶 的 & 亚 基 承担 。 图 13-11- 下 中 DNA 断 裂 的 5 -了 端 与 回旋 酶 的 一 个 a 亚 基 共 价 结合 。 这 一 结合 有 两 种 作用 ,第 一 是 使 用 两 个 切 端 结 合 到 回旋 酶 分 子 土 而 不 臻 远离， 第 二 是 使 切割 DNA 磷酸 二 酯 键 所 获得 的 能 量 贮存 于 DNA 到 54 一 P 一 回旋 酶 的 连接 键 中 ， 从 而 使 翻转 而 重新 连接 DNA 两 个 断 端 时 ， 免 去 再 激活 步骤 。 图 把 两 个 DNA BMAD DNA 链 段 的 一 边 移 到 另 一 边 需要 移动 能 ， 这 个 能 量 由 回旋 酶 5 一 单 体 结合 ATP， 以 这 种 结合 所 诱导 酶 的 构象 变化 来 提供 。 但 必须 注意 这 并 不 意味 着 利用 ATP 冰 解 的 能 量 ， 它 只 是 利用 这 种 .结合 能 ! 在 切 端 重 接 后 ， ATP 才 水 解 成 ADP 和 Pi。 ADP 不 能 长 时 间 结 合 于 该 酶 上 ， 在 切 端 重 接 后 立即 从 B- 亚 基 上 脱落 ， 使 酶 恢复 原 有 构象 ， 准备 在 下 一 轮 循环 中 再 引入 两 个 扭曲 。 所 以 ATP 的 功能 ， 只 作为 构象 循环 变化 的 媒介 ， 使 得 最 后 形成 一 个 不 能 与 酶 结合 的 分 子 。 回旋 酶 的 这 个 作用 机 制 ， 也 能 解释 它 所 以 能 催化 连环 体 的 形成 和 解 开 这 个 可 道 反 应 的 原 ” 因 《 见 图 13 一 12) 。 另 外 在 DNA 复制 时 ， 如 果 回 旋 酶 结合 于 正在 生长 中 的 复制 叉 之 前 ， 则 它 可 最 有 效 地 通过 引入 负 扭曲 而 解除 正 的 超 圈 曲 。 在 真 核 细胞 中 ， 除 线粒体 外 还 没有 回旋 酶 存在 的 证 据 。 然而 已 发 现 了 相似 的 酶 活性。 0, DNA 的 复制 过 各 环 USDNA 的 复制 过 程 可 分 为 起 始 ， 链 延 伸 和 链 连 环 tk (一 ) 复 制 的 起 始 许多 实验 已 证 实 ， 大 部 分 原核 生物 和 病毒 aa xeon] Wee DNAS 环 管 是 线形 的 还 是 环 状 的 DNA DF, 在 二 专 二 性 部 位 起 始 复制 。 小 DNA TERK CSKLBDSO) DNASFWRE, HS Hides 部 位 可 在 电镜 下 观察 到 ;它们 以 双 股 泡 出 现 。 复 制 泡 起 始 于 DNA 图 13 一 12 连环 体 DNA 的 形成 和 解 开 图 下 一 个 专 一 性 部 位 。 如 线性 T, 噬菌体 起 始 于 从 一 端 数 起 占 , 核 酸 链 全 长 的 17% 处 ;在 质 #1 ColE, fUSV,, 染色 体 中 ， 其 复制 起 始 于 离 EcoR, 切 点 固定 的 距离 处 ， 大 肠 杆菌 的 复制 起 始 于 靠近 ilv 基因 的 特定 位 点 ， 即 在 标准 基因 74" 的 位 置 ， 向 起 始点 两 侧 进 行 复制 。 571 真 核 细胞 DNA 复制 时 ， 显 示 大 量 的 复制 泡 。 放 射 自 显影 研究 表明 ， 哺乳 类 细胞 DNA 是 由 许多 串联 片段 连接 而 成 的 ， 每 个 片段 约 长 15 一 16nm， 这 些 片 段 称 复制 子 。 复 制 从 其 原 点 双向 分 开 进 行 。 图 13 一 13 是 含 两 个 复制 子 的 DNA 的 复制 示意 图 ; DNA 复制 的 原点 都 有 特殊 的 结构， 有 些 原 | 点 已 经 列 序 ， 一 些 相关 病毒 和 噬菌体 的 原点 常 显 示 有 较 大 的 序列 同 源 性 。 原 核 细胞 4DNA 复制 原 | 点 具有 引物 酶 作用 部 位 ， 在 那里 DNA 为 了 适应 5 熏 复制 的 起 始 ， 常 有 一 段 回 文 结构 ， 便 于 形成 一 双 股 发 夹 结构 。 如 G 复制 时 ， 所 有 单 链 都 与 DNA ast a we 单 链 结合 蛋白 结合 ， 唯 有 发 夹 形 结构 区 没有 被 该 蛋白 结合 。 这 个 区 域 就 成 为 引物 酶 催化 RNA 引 Par ahi 再 Roe © 物 合成 的 模板 ， 随后 由 DNK 聚合 酶 下 从 RNA eee 引物 延伸 以 合成 DNA (如 图 13 一 14)。Mis BREE 入 > 休 DNA 复制 的 起 始 区 也 有 发 夹 结 构 形 成 区 ， 人 得 in end 全 六 引物 RNA 不 是 由 引物 酶 完成 ， 而 是 由 大 肠 杆菌 的 RNA 聚合 酶 完成 ， Pipers eh na 图 13 一 13 哺乳 类 DNA 复制 示意 图 gee 它 一 些 未 知 蛋 自 。 这 里 只 举 了 含 两 个 复制 子 部 位 为 例 今 研究 过 的 最 复杂 的 起 始 系统 是 : an 图 13 一 14 G4 DNA 复制 起 始 的 发 夹 区 gX174 的 起 始 系统 。 它 也 是 与 大 肠 杆 菌 DNA 合成 最 近似 的 系统 。 它 的 起 妇 区 没有 发 夹 结构 ， 它 由 引物 酶 合成 引物 ， 但 引物 合成 的 第 一 步 需要 形成 一 个 复合 物 (前 引 秩 体 )51 BARTS 体 (Preprimosome) 包 含 六 种 蛋白 ， 即 n,n’, n’’ i, dnaBfildnaC, n’ BAAS DNAM EE K, HS ATPATHS. RAS WM SSI MKEASE RS MK. Bao’ AA ATP. 水 解释 放 的 能 量 ， 使 引物 体 沿 DNA 移动 到 一 个 被 选择 的 引物 部 位 。 虽然 这 站 :被 选择 部 位 还 不 很 清楚 ， 但 已 知 daaB 蛋白 在 该 部 位 改变 了 DNA 的 结构 ， 而 且 这 一 改变 将 促进 引物 酶 合成 RNA 引物 一 Kish BH DNA 复制 原 点 已 被 克隆 和 列 ) 序 。 它 含有 许多 终止 密码 ， 并 带 有 回 文 结构 刀 与 myn ree ee 大 肠 杆 菌 中 有 一 膜 蛋白 在 DNA IER RBA OMAR, MABAR AB 分 离 出 侣 成 该 蛋 自 的 ori RNA， 但 在 dnaB 温度 敏感 的 大 肠 杆菌 突变 体 中 则 无 此 oriRNA 形 成 。 又 发 现 dnaC 的 基因 产物 可 使 ori RNA 起 始 后 转向 DNA 的 合成 ， 而 dnaC 的 温度 敏 感 突变 株 不 能 起 始 DNA 复制 的 新 周期 572 i ae lees ae ee ee 下 全 此 基 还 发 现 有 dnaj、dnaP、dnaK 等 基因 产物 ， 它 们 也 是 染色 体 复制 起 始 所 必需 的 。 "WA (=)DNA 复制 的 方向 DNA 复制 在 一 HER AURA) CP RURA RE RE 双向 复制 。 但 亦 有 少数 例外 ， 如 ColE, 的 复制 是 单 向 的 。 ERS RT, SRI MNP RASKIN, WRK 的 复制 ， 一 个 复制 叉 向 原点 左 移 20%,， 另 一 复制 又 向 右 移 80%。 BR DNA 复制 时 则 是 许多 复制 泡 同 时 向 两 边 扩展 (图 13 一 13)。 UKE) 复 制 时 链 延 伸 的 方式 抽 量 DBN 太 是 由 两 条 反 向 链 结合 而 成 的 ， 一 条 链 以 3 一 5 延伸 ， 而 另 一 条 则 由 5 一 3 延伸 。 超 初 天 们 推测 复制 时 两 个 子 链 的 生长 方式 可 能 不 同 ， 一 个 可 能 是 向 3 一 端 逐个 .加 入 5 二 核 苷 BR, TAR VRAD RRMA KR. 但 一 系列 事实 否定 了 后 一 种 链 生 长 方 式 。 理 由 如 下 。 ¢ DNA 聚合 酶 的 专 一 性 进行 研究 的 结果 表明 : 它们 都 只 能 把 5 一 CNTP 中 的 5/ 一 d NMP 加 到 正在 生长 链 的 (引物 的 )3/ 一 OH 上 。 而 从 未 发 现任 何 能 德 3 一 4NTP 聚 合成 DNA BOBS, H3/—dNTP 这 样 的 底 物 也 未 曾 在 任何 细胞 中 找到 过 。 如 果 是 5 一 dNTP 的 3 一 OH 加 到 正在 生长 链 的 8 一 P 端 上 ， 则 生长 链 的 5 一 端 应 为 三 磷酸 ， 租 这 冬 的 5 一 磷酸 终端 的 引物 是 与 DNA 聚合 酶 的 校对 功能 相 了 矛盾 的 ， 它 将 被 DNA 聚 容 酶 的 8%- 一 3 外 切 功 能 所 切 去 ， 聚合 功能 就 会 停止。 鉴于 以 上 的 两 种 理由 ， 可 以 肯定 ， 在 DNA 复制 时 ， 链 的 延伸 方式 是 由 引物 3’-OH 逐个 加 入 dNTP 聚合 而 成 DNA， 即 链 的 生长 是 由 5/-~>3/ 而 不 可 能 从 3/-5/。 那 么 ，DNA 另 一 条 链 的 复制 又 是 怎样 从 复制 又 起 始 而 复制 的 呢 ? Okazaki 经 一 系列 实验 提出 ，DNA 的 两 个 子 链 以 相同 方式 合成 ， 但 其 中 一 股 向 复制 叉 方向 ， 从 5“->3“ 合 成 ， 而 另 一 股 的 复制 则 是 从 反复 制 又 方向 ， 也 是 从 5 一 3 先 合成 许多 短 片段 ， 最 后 把 这 些 短片 段 连接 起 来 而 成 长 链 :DNA( 如 图 13 一 15)。 以 这 后 一 种 方式 进行 DNA 上 = say pes a | 复制 时 ， 复 制 又 附近 的 母 链 有 单 链 区 ， 这 些 单 股 DNA 区 可 能 与 HDP 或 DNA 解 链 蛋白 等 结合 而 得 以 稳定 。 从 电镜 中 可 以 观察 到 这 些 单 链 区 的 存在 。 人 们 称 向 复制 叉 方向 生长 的 链 为 . 前 导 链 (Leading strand)， 而 称 反 复制 又 方向 生成 的 链 为 后 随 链 (Lagging strand), 6 (DNA 复制 中 岗 奇 片段 的 存在 :起 始 形式 和 生长 FIA 心 上 面 已 经 提 到 ， 后 随 链 复制 全 时 是 先 合 成 小 片段 ， 这 人 小 片段 是 ¥ 让 岗 奇 提出 的 ， 所 以 称 为 岗 奇 请 段 (OKazaki pieces), jx 2 4 Fr BE Si Wa EF ha 1c HK aE fw DNA 中 和 T, 感染 As 标记 的 大 肠 杆菌 DNA 中 分 离 获 得 号 它们 在 缺乏 连接 酶 和 DNA 图 13 一 15 DNA 两 股 的 复制 机 制 示意 图 。 聚合 酶 工 的 大 肠 杆菌 中 可 累积 。 有 大 使 T, 噬菌体 在 8T 生 长 ， 以 减 慢 其 DNA 的 合成 速度 。 先 用 ”人 MO Pei 150% oh 573 用 “再 fig fein 6 秒 钟 ， 分 离 的 岗 奇 片段 显然 只 在 3/ 一 端的 才 含 再。 用 大 肠 杆菌 外 切 核酸 酶 [( 从 单 链 DNA3“ 一 端 降解 DNA) 降 解 岗 奇 片段 ， 发 现 :机 -标记 的 浊 NMB 7 “C— 标记 的 .dNMP 之 前 释放 。' 而 用 枯草 杆菌 核酸 酶 (从 5/ 一 端 降解 DNA) 降解 岗 奇 片段 时 ， 则 “C—dNMP tt :再 一 dNMP: 先 释放 。 从 而 证 实 岗 奇 片段 的 合成 是 由 5 一 3 延伸 REET 它 是 以 不 连续 形式 合成 的 假设 。 岗 奇 片段 合成 的 起 始 可 用 下 列 岂 个 实验 予以 说 明 。 OX MA A RNA 聚合 酶 的 抑制 剂 一 一 利 福 平 能 抑制 Mis ne FR HC DNA WH 制 。 但 含 抗 利 福 平 RNA 聚合 酶 的 突变 体 的 DNA 复制 正常 。 且 利 福 平 上 只 阻碍 大 肠 杆菌 复制 新 周期 的 起 始 ， 面 不 阻碍 已 生长 的 DNA 链 的 伸 长 。 这 充 分 说 明 APRN Am, BH RNA 聚合 酶 催化 二 个 RNA 引物 的 合成 ， 然 后 以 RNA 引物 的 3 一 OH # dNTP 的 一 个 dNMP 而 起 始 的 。 四 发 现 了 dnaG 基因 的 产物 -一 引物 酶 ， 它 在 RNA 引物 合成 申 起 作用 。 证 明 岗 奇 片段 的 合成 也 是 先 合成 RNA 引物 。 ” 图 从 原核 和 真 核 生 物 中 分 离 得 Mone RRNA R. ASKER i is 使 其 5/ 一 端 磷酸 化 ， 然 后 用 碱 或 核糖 核酸 酶 处 上 上， 从 5’ BR RNA, Hix DNA 5’— OH， 再 用 核 苷 酸 激酶 和 2P-ATP 处 理 ， 测 得 去 RNA 的 岗 奇 片段 含 汪 Ps 用 脾 磷 酸 二 酯 酶 催化 它 水 解 ， 得 3 一 CNMP， 这 说 明 RN 人 大 片段 与 岗 奇 片段 5 二 端 相 连 。 ,这 可 从 和 图 说 明 ( 图 13 一 16) 。 NN dN UN dNgn Tau PERNA 连接 的 DNA an NUN dNdR ity JER NA HRI DNA & HR Nase | deugR Nase is dn UN GN N aN aNd P mb 内 由 N 让 图 13 一 16 ”证实 有 RRR BE v *“PATP Y 2p ATE 连接 在 岗 奇 片 段 5 一 端的 反应 Hw AT pia Ie = 敢 府 | Me | ri 牧 uN Nun dn - Nein an om yr dN AR aslo ty. | | ‘ , NG Zz \\ Nt me “Pp oe. p ae ; 1 | TY NN Ag fy 日 fey 974 _ aa Cm . i ath pea @i# ASE RNA 的 岗 奇 片段 ， 在 缺 DNA RAMI 的 大 肠 杆菌 突变 体 中 可 以 累积 。 在 合成 IDNRA 时 ， 用 s%P 一 dNTP 为 底 物 ， 渗 入 到 大 肠 杆菌 细胞 膜 中 ， 再 用 甲 荣 处 理 分 宛 岗 奇 ， 片段 及 用 碱 水 解 后 , 发 现 有 ?P 从 DNA 转移 到 核糖 核 苷 酸 上 。 说 明 有 二 个 ssP 在 RNA 和 、 DNA (MKT *:P 桥 , 用 碱 本 解 时 ， 这 个 sP 一 桥 转 到 移 RNA 13’ —- RRR E, MA | 下 ae in [下 图 13 一 17 岗 奇 片段 的 合成 示意 图 它 是 从 RNA 引物 3 一 OH 端 逐个 参 入 dNMP 延伸 而 成 从 引物 酶 的 研究 ， 说 明 岗 奇 片段 超 始 于 后 后 随 链 的 一 个 特殊 部 位 ， 那 是 引物 酶 优先 结合 的 甲 基 化 腺 苷 酸 部 位 。 (五 )DNA 的 连续 复制 DNA 复制 时 ， 其 后 随 链 是 不 连续 的 ， 要 通过 先 合 成 RNA 引物 再 合成 岗 奇 片段 ， 已 如 bRe 但 其 前 导 链 的 合成 应 该 是 连续 的 。 在 DNA 迅速 合成 的 条 件 下 ， 新生 DNA 确实 有 大 此 段 也 有 小 片段 产生 。 但 当 dNTP 底 物 受 限制 时 ， DNA 链 的 生长 变 慢 ， 这 时 两 条 链 似乎 都 以 不 连续 方式 合成 。 虽然 前 导 链 和 后 随 链 都 以 不 连续 方式 合成 ， 但 现 已 证 明 二 者 的 合成 机 制 不 完全 一 样 ， 后 随 链 的 岗 奇 片段 ， 一 直到 它 完 全 合 尸 后 才能 被 连接 ， 而 前 导 链 的 岗 奇 片 段 ， 则 一 边 延 伸 一 边 就 和 前 面 的 生长 链 相连 校 。 后 随 的 链 的 岗 奇 片段 的 起 始 ， 必 须 在 复制 又 附 近 有 相当 长 的 单 链 国 兰 在 时 才 有 可 能 ， 而 前 导 链 则 不 必 。 前 导 链 岗 奇 片段 的 连接 很 快 ， 在 引物 除去 并 且 连 接 不 受阻 碍 的 情况 下 ， 在 前 导 链 上 检测 不 出 其 不 连续 性 。 (六 》DNA 复制 过 程 的 总 结 DNA 复制 首先 是 在 DNA 上 有 一 定 结构 的 原点 形成 复制 论 )， 然 后 由 拓扑 异 构 酶 工 和 拓 th Rows IGG DNA 双 螺 旋 解 链 ， eS HN. 复制 又 形成 后 ，HDP 即 结合 于 被 解 开 的 DNA 单 链 填 ， 使 单 链 稳定 。 两 种 拓扑 异 构 酶 再 使 复制 又 向 前 移动 。 引物 酶 结合 于 复制 叉 附 近 j 柜 化 合成 一 个 了 NA 引物 。 然 后 由 DNA 育 合 酶 (在 大 肠 杆菌 及 一 些 喘 菌 体 中 为 DNAR 合 酶 下 全 酶 ， 在 真 核 生 4 中 则 为 DNA 聚合 酶 , o) 从 引物 3 一 OH 端 逐个 参 入 如 NMP， BA 起 是 引物 的 3 一 OH 氧 亲 核 攻击 dNTP MOP 原子 ， Me 一 个 BRR 而 形成 PRO ear 续 侣 成 ， 或 先 合成 小 片段 再 连 成 长 链 ， 合 成 后 ， 靠 拓扑 异 构 酶 工 旋 转 切 割 并 重 接 成 双 螺 旋 。， 另 一 子 股 则 以 反复 制 又 方向 ， 也 以 5 一 3/ hrm 但 合成 完全 是 不 连续 的 。 CRAKE 尺 附 近 有 较 长 单 链 区 暴露 后 ， 才 能 结合 引物 酶 。 先 合成 引物 ， 再 接着 合成 岗 奇 片段 。 当 岗 奇 575 片段 延伸 到 前 一 个 岗 奇 片段 的 RNA 引物 时 ， DNA 聚合 酶 I〈 大 肠 杆菌 ) 的 5 一 % 外 切 核酸 a8 Nene | MESENGER, J RNA SIRI 模板 指令 与 一 个 个 dNTP Rm, Beh DNAR 合 酶 1 催化 逐个 参 入 相当 的 UNMP, #URNA 消去 的 缺口 补 上 。 缺 口 补 满 后 由 连接 酶 催化 把 3/—OH 端 与 前 一 个 岗 奇 片段 的 忆 一 磷酸 端 连 Se ORR ARSE. P13 lea T DNA 的 复 HTH 5H hilt ; 关 的 各 种 酶 Le dnaB &A 五 、DNA 合成 模式 实例 (一 ) 单 股 病毒 DNA 的 复制 小 噬菌体 如 fd, G4, 6X174 在 大 肠 杆 菌 前 导 链 1 a 细胞 中 的 复制 约 分 三 个 阶段 进行 。 但 由 于 它们 的 DNA FIA, We 步骤 上 也 图 13 一 18 pees we “DNA 复制 的 总 图 (包括 各 种 酶 在 内 ) 2 1.。 以 原 有 的 环 状 pliniohsyie es AAI GRA AR 2 SS WL) 4 BEER BE A 2p EK EERE HIM, BL DNA 22K BEER DOP BH. MB fd DNA BAREWRKRAWH, 能 结合 已 。Coli RNABGM. 该 酶 合 R— hi RNA, (HR Cs 从 而 进一步 合成 负 链 。 在 G, 中 也 有 类 似 的 裸露 DNA HR, BRED 的 结合 部 位 。 由 引物 酶 负责 合成 RNA 引物 。 该 引物 酶 在 DNA Lie 列 及 所 人 Ris RNA 引物 序列 已 在 引物 酶 二 节 介绍 过 。 在 $X174 鸣 菌 体 让 既 无 RNA 聚合 酶 结合 部 位 ， 也 无 引物 酶 结合 部 位 裸露 二 rere 链 的 复制 首先 是 由 daia By dnaC p= Ri, n,n’, 等 蛋白 质 ER BASSD, 称 dnaB 复合 物 。 该 复合 物 与 引物 酶 作用 形成 引物 体 ( Primosome ) 。 ABA] ATP 永 解释 放 的 能 量 沿 5"~>3/ 方向 环绕 DNA 链 移 动 。 引 物体 移 至 适当 位 置 》 即 起 始 一 RNA 引物 抽 各 成 。 一 旦 引物 合成 起 始 ，dnaB 复合 物 即 自由 离 去 ， 重新 与 另 一 引物 酶 结合 ， 程 在 起 始 另 一 tc 它 至 少 要 运行 200 个 核 华 酸 的 长 度 。 大 约 要 合成 6 一 8 HIM, BRT RANA 合成 。 1 he. LR= AMARA RNA 引物 ， 就 成 为 DNA 聚合 酶 下 合成 DNA wale 但 在 DNA pol @p% DNA Za, HERAT IIEFI) 必需 与 tnal EH (EFI). CRAFT IA ATP 等 经 一 系列 反应 而 结 &, 然后 才能 使 DNA poll 4a 到 延 KRAFT hb, eA dNTP fin EE Ae DNA 链 。 当 奉 收 的 负 链 3 一 OH 端 到 达 下 二 个 RNA 引物 ` 处 时 让 EDNA pol Usk DNA pol, Wee RNA 引物 ， 并 把 猴 阶 补 上 完成 DNA 链 的 合成 ,最 后 由 连 结 酶 连结 完成 整个 负 链 的 复制 。 整个 过 程 如 图 13 一 19 所 示 。 2. 噬菌体 负 链 的 复制 三 种 噬菌体 负 链 的 复制 的 起 始 都 需要 宇 专 一 性 噬菌体 编码 的 蛋 自 质 春 入 8 该 蛋白 在 正 链 576 ee recAeaegsdgise - _ LS ee ee ， ， DNA 上 造成 一 个 切口 ， 在 4X174 HHA 制 中 该 蛋 AKA CisA 蛋白 ， 在 fd 中 则 mA gene RRB. 正 链 被 切 后 ， 该 蛋 和 白 仍 结合 于 切 唱 的 5/- 端 。 而 3/- 端 一 OH 则 作为 DNA 聚合 酶 互 全 酶 的 引物 ， 以 负 _ 链 为 模板 合成 正 链 ( 图 13 一 20)。DNA 的 解 链 是 由 解 链 蛋 白 Rep、CisA 和 DBP= 者 一 起 作用 ,而 完成 ， 过 旋 酶 也 可 帮助 解 链 。， 由 于 正 链 以 原 正 链 切 瑟 的 3 和 OH 端 为 引物 而 开始 合成 , 故 切口 的 5/- 端 与 DBP 结合 后 就 会 剥离 滚动 的 负 链 ， 使 负 链 成 为 合成 正 链 的 模板 。 直到 正 链 合成 一 周 ， RNA 育 合 酶 结合 部 位 暴露 ， 负 链 合成 即 义 开 始 。 而 G, 中 当 正 链 合成 一 半 时 ， 5] 物 酶 结合 部 位 即 暴 露 ， 负 链 合成 也 就 开 Wo | | FETE 4 Bk Se aK AS, 在 正 链 5/- 端 的 CisA 蛋白质 重 新 结合 到 其 作用 部 位 ， 这 时 它 的 作用 是 作为 一 个 拓扑 异 构 酶 ， 从 而 释放 出 一 杀 完 全 环 状 的 正 链 ， 带 有 一 个 或 更 多 个 正在 生长 的 负 链 ， 并 又 在 新 的 滚 动 环 上 起 始 正 链 合成 。 最 后 一 步 是 要 合成 噬菌体 编码 汐 蛋 白 WR, 它 阻 由 重 新 起 始 负 链 的 合成 。 因 此 复 制 型 分 子 继续 合成 正 链 。 (SDMA DNA 病毒 的 复制 A=FmmwA AL, T, mT.) 和 动物 病毒 SVo 多 瘤 病毒 、 腺 病毒 等 的 复制 已 店 过 研 究 过 记 其 中 无 共同 规律 可 寻 ， 现 介 绍 一 些 复制 情 况 如 下 : 1. Alem DNA 的 合成 ADNA 是 线性 分 子 ， 有 粘性 末端 ， 引入 寄主 细胞 后 立即 环 化 ， 然 后 在 唯一 原 RAIMA SHG 0 型 。 图 13 一 21 是 双 向 复制 法 与 单 向 复制 对 比 图 。 AS inynyni; 洁白 多 ”复合 物 或 称 前 引物 体 dnaE + EF Ol ¥.. DNA Poll 图 13 一 19 Mgt PX174 AG, 正 链 的 复制 形 成 负 链 ，， 生 成 双 链 DNA DRP 为 DNA 结合 蛋白 ; LJAEFI, 人 为 DNApol 区 ， “为 引物 RNA, 除 寄主 的 作用 外 ，4 基因 中 O 和 了 的 产物 为 DNA 复制 起 始 所 必需 。 了 P 基因 WP 物 可 ARF E + Coli 的 dnaC 基因 产物 与 E+ Coli dnaB 产物 作用 形成 复合 物 ， 再 与 O 基 因 产物 577 在 专 一 性 原点 作用 ， 使 RNA 聚合 酶 转录 得 一 个 单 链 RNA。 然 后 由 引物 酶 合成 一 4SRNA 分 子 (OOP)、 它 引 导 DNA Poll 催化 DNA 合 成 。 另 外 !OGOP RNA th RRNA 合 酶 延伸 导数 一 4 阻 遇 子 的 合成 。 在 寄主 细胞 控制 下 ， 4 基因 组 可 以 融 深 破 碎 而 成 寄主 基因 组 和 人 它 们 的 复制 物 。 2... TrDNA 的 合成 Ty DNA 从 分 子 一 端 17% 处 起 始 ， 首 先 形成 一 复制 泡 ， 双 向 扩 展 。 当 短 侧 复制 完毕 时 ， 即 形成 一 Y 形 复制 体 。 在 感染 期 产生 一 双 分 子 长 度 的 大 分 子 叫 连环 体 ( conca- (a) 单 同 复制 图 13 一 21 环 状 双 链 DNA 的 双向 复制 (与 单 向 复制 对 比 ) 578 f (+) 3° OH rep, DBP; dnaB cisA Pot 8 1 weet Poh - 5 [1 a 图 13 一 20 $X174¢ 二 ) 链 的 复制 可 和 相当 于 噬菌体 CG 和 fd 的 DNA 单 链 上 引物 .. Mi HM RNARSMHA AMI. if | tamer), 那 是 两 分 子 头 尾 相 连 而 成 的 大 分 子 ( 图 13 一 22)。 x} it Be DNA BR Fil 2S it Pe AGEL. 2. 3, 4, 5、6 等 基因 产物 。 基 因 凸 的 产 物 为 一 RNA 聚合 酶 ， 是 转录 基因 2 一 6 所 必需 的 ; 基因 2 的 产物 使 FE RNASKRAS KE, 基因 3 的 产物 是 一 个 内 切 核 酸 酶 ; 基因 6 的 产物 是 破 坏 寄主 DNA 的 一 个 钠 切 梅 ? 基因 5 的 产物 和 寄主 硫 氧 还 蛋 白 结 .合成 NA 一 聚合 酶 ; 基 Aa 的 产物 催化 一 需 .ATP 的 解 开 DNA 双 链 的 作用 ,从 而 促进 DNA 一 聚合 酶 的 作用 。 因此 这 个 复合 物 能 催化 从 一 个 双 链 合成 前 导 链 。 DBP 和 旋 转 酶 进一步 促进 这 一 作用 。 基 因 4 ERR A, thie 引物 酶 作用 。 这 是 一 个 特殊 的 引物 酶 ，. 它 引导 合成 一 个 唯一 的 四 核 苷 酸 | 人 ae ee ee _ 局 STORED) AUR REI, kL AFI) BRC RRA Barb RD, Mt 其 ”会 成 频率 次 定 于 模板 上 四 核 音 苹 GGGT A TGGT 的 频率 。 基因 4 和 15 蛋 闪 物 也 能 催化 后 随 。 链 上 阅 奇 片段 的 起 始 和 延伸。 基因 6 的 产物 还 具 有 外 切 核酸 酶 或 寄主 DNA— 3K SB 1 Hy 5 ”3 外 切 核酸 酶 活性 ， 可 能 化 引物 RNA 的 除去 。 岗 奇 片 役 的 连接 可 由 寄主 JDNA 连接 酶 Be Ty 基因 1A 3 入 码 的 一 个 连接 酶 催化 进行 ! WD y ANG, te REPRE HE DNA 的 复制 机 中 , 后 随 链 所 形成 的 最 后 一 个 岗 奇 片段 起 始 于 模板 .3 人 4 端 当 引 物 除去 后 ， 在 一 个 新 合成 线性 分 子 的 54- 端 将 留 下 一 个 音 链 尾巴 除去 引物 /的 部 分 Does 这 个 单 链 尾 巴 是 如 何 填补 的 呢 ? 38 James. 和 Watson 等 发 现 T, DNA ABA 2607 HEF BRYA PETA, PAIL ALATA Bb 个 能 复制 的 单 链 尾巴 能 以 氢 键 配对 方式 结合 到 另 一 分 子 的 相同 区 域 上 形成 一 个 约 两 分 子 长 度 的 连环 体 ， 然 后 仁 省 接 酶 作用 下 连接 。: 划 因 -8 的 产物 是 被 挑选 克 py AB EDO a Be 梅 的 对 应 股 上 上 切 出 一 个 切口 ， 效 连环 体重 新 分 成 两 半 。 其 店 切口 的 3/-OH 端 以 切 成 的 5/ 股 为 模板 逐渐 延伸 ， 最 后 形成 两 个 尾巴 已 补 好 的 完整 分 子 。 本 个 过 程 如 图 13-22。g ，， —— ii ae , te: 上 rl AT otk tt) 1 - : ; 一 一 一 -- 一 mw AN 一 一 一- 人 有 中 5 ， 二 | an 3 Sg ee | a — ih 2 A, oo AcE ee | 1 一 一 一 -一 一 AM3 ' lin = 四 wd *e 民 ae 3 Est (1 + ise HiT FE TERIA RNA TI 物 的 DA 页 分 让 2 ae oe Tt Es J 号 NA SIRI. MUPDNA 2 iF1¢ HI bi 208 站 soca a 3: +4 < 各 3 4 y « ey . 站 连接 刚 PAK .e fe ra 2 ee fee re ee ae 5 二 = baa oo A > ‘ ; |e Feu i a 9 T, a eve “* ms 1 DNA ABEL 5° ae DB (HE 8 WaT a 5 单 链 此 巴 补 上 AYO a NS ee — ASI Nad | JP EMEDN A 4 se 图 13 一 22 T;,DNA 的 复制 (连环 体 的 形成 及 其 作用 ) 其 它 病毒 复制 机 制 以 及 线粒体 复制 宙 捍 大 至 与 以 上 所 举 实例 相似 ， 但 复制 所 需 的 各 种 酶 在 各 病毒 中 有 其 独特 之 处 。 rips y (三 ) 反 向 病毒 的 复制 579 用 打 断 氢 键 的 试剂 处 理 70S RNA 病毒 基因 组 ， 其 RNA 即 解 离 成 两 个 在 遗传 学 上 相等 a RNA 分 子 和 几 个 tRNA 分 子 。 在 病毒 颗粒 中 存在 独特 的 RNA 指导 的 RNA RAM. KR 酶 利用 tRNA 分 子 为 引物 ， 在 单 链 35S RNA 模板 上 合成 DNA。 反 应 中 间 物 是 一 个 了 NA 一 DNA 杂交 允 链 。 该 酶 也 显示 核糖 核酸 酶 H 和 需 DNA 的 DNA 育 合 酶 活动 ,使 杂交 双 链 转 变 为 ,DNA Mik. Rea DNA 聚合 酶 可 继续 催化 DNA 复制 ， 以 提供 更 多 的 DNA 拷贝 。 访 酶 可 结合 到 寄主 细胞 基因 中 。 到 转录 作用 的 详细 模式 如 图 13 一 23。 这 个 机 制 能 解释 为 什么 所 形成 的 双 链 DNA CAIRO RNA 长 。 也 能 解释 反应 期 间 为 什么 有 短 的 正 负 链 分 子 形 成 。 grt Sa et ie de tye be pe Ae RNA Bie | 5 二 人 a b C tRNA 引物 | 2， RNA BR a H1s—23 RRRBRK alb Pme | tee | 41) 合成 强 停止 DNA。 2 of UE Cate aS a gee LEA RNABHR (2) 5 FF ik DNA Bk 到 © th (EET oe 模板 3 一 端 。 Ju (—) DNA (3) 把 it DNA fe 伟 ; 到 8.3Kb。 a FRR hh elt eS PF <3 580 (KE RNA 模板 并 KM ti DNA 5/— die 合成 正 链 强 停 止 DNA。 (5) 负 链 DNA 失去 tRNA 引物 并 用 粘 性 末端 环 化 。 (6) 负 链 延 伸 到 8.8Kb， 从 而 排出 负 链 5 一 端 。 (7) 完 成 正 链 DNA 。 各 种 不 同 来 源 的 反 转 录 酶 所 用 的 tRNA IAs 例如 一 个 自 血 病 病毒 的 反 转录 BW tRNA?” 作 引 物 ， 它 结合 到 病毒 RNA 上 离 5/- 端 约 .150 个 核 苷 酸 处 ， 作 为 引物 以 合成 DNA 负 链 。 当 所 合成 的 DNA 达 模 板 5/- 端 对 ， 合 成 即 停止 。 此 DNA 称 强 停止 DNA 负 链 ;这 ATE MBE BI BAR RNA 3“- 端 ， 在 那儿 杂交 成 50 一 60 个 核 昔 酸 的 序列 。 多 余 的 90 一 100 个 核 背 酸 序列 伸展 超过 模板 RNA。 这 时 强 停止 DNA istic MAIER DNA. PLA MAIS. 下 (23. TER DNA 可 作为 模板 合成 病毒 RNA。 但 合成 似乎 在 强 停 正 DNA 起 始 8 AL ROBIE. WS a RH DNA 的 损伤 和 修复 oi ATS SY 285 | ia DNA 损伤 的 途径 以 及 细胞 校正 损伤 的 各 种 战略 。 tr ~ 一 、 引 起 DNA 损伤 的 途径 "Ca 除了 正常 DNA 复制 所 产生 的 少量 偶然 误 差 会 产生 DNA 自发 突变 MS DNA 损伤 os, SEH. 大量 的 损伤 来 自 以 下 几 个 方面 。 它 们 的 频率 远 远 超过 自发 突变 的 频率 ，， (一 ) 化 学 物质 的 诱 变 作用 ee i 主要 的 诱 变 物质 有 碱 基 类 似 物 、 烷 化 剂 、 抗 菌 素 、 染 料 等 。 1, MEMEO. RRLAHMES SWB RYERSA DNA sy Fh, 造成 DNA 的 损伤 或 阻 断 DNA 的 合成 。 例如 5- 氛 尿 喀 啶 可 转变 5-F 一 UMP, 再 转变 为 5-F-dUMP, & 抑制 dUMP 转变 为 ”ddTMP， 因 而 抑制 DNA 的 合成 。 这 种 抑制 作用 可 通过 加 和 idTMP 或 胸 苷 而 得 以 克服 。5- BF= 尿 叶 啶 与 前 者 不 同 ， 由 于 Br 的 范 德 华 半 径 与 CHs- 更 相近 ， 故 5-Br- 尿 哮 啶 易于 代替 胸 ReeSA DNA 中 。 参 入 后 它 既 可 与 A 配对 ， 也 可 通 过 互 变异 构 形 成 烯 醇 式 而 与 G 配 对 ， 因 而 造成 DNA 复制 时 GC 和 AT 间 相 互 变化 。5- 氮 脱氧 胞 昔 能 象 胞 音 一 样 参 入 DNA 中 ,迅速 干扰 转录 和 翻译 过 程 ， 使 细胞 改变 生长 特性 。 而 胞 -6-D- 阿 拉 伯 苷 ， 可 代替 脱氧 胸 HBA DNA 中 ， 使 DNA 合成 链 终止 或 显著 降低 DNA 链 的 延伸 速度 。 由 于 这 些 核 苷 类 似 物 都 能 抑制 DNA 合成 ， 故 常用 作 抗 癌 药 物 。 2。 人 烷 化 剂 它们 都 有 一 个 或 更 多 个 活泼 烷 基 。 常 见 的 有 硫 介 FR CCICH.CH: ) :S、 氨 介子 气 (Cl CH,CH,),.NCH,, Eff] DNA 的 作用 是 复杂 的 。 可 使 味 吟 主 化 , 特别 是 鸟 嘎 叭 N(7)。 双 功 能 烷 化 剂 会 使 DNA 分 子 中 的 反 向 链 发 生 交 联 。 鸟 味 叭 人 烷 化 后 即 形成 不 稳定 的 四 价 氨 , HE 化 的 鸟 味 叭 离开 脱氧 核糖 ， 从 而 使 DNA 链 士 留 下 一 个 缺口 ， 进 而 干扰 其 复制 或 .使 错 配 碱 基 参 入 。DNA 前 磷酸 基 也 可 设 烷 化 而 形成 磷酸 三 酯 ， 从 而 造成 磷酸 与 糖 之 间 键 的 断裂 ， 使 ”DNA 链 断 裂 。 烷 化 剂 和 致癌 作用 的 关系 是 细微 的 。3- 甲 基 胞 喀 啶 、3- 甲 基 和 6- 甲 基 鸟 味 叭 烷 化 后 会 造成 了 NA 编码 错误 ， 引 起 癌症 ， 而 7- 甲 基 鸟 味 叭 的 煤化 则 不 僚 致 癌 。 良好 的 煤化 剂 如 二 FA Bt we AS Fu JE GE GAS ( CH,SO,OCH, ) 等 是 较 差 的 致癌 剂 ， 但 N-AASE-N- 硝 基 一 N- 亚 硝酸 581 CH， ( O—N—N—C \nNH—NO, NH Rf SG MOS He KE (LT IR | AAMC TIARAS SRT Ge A HE SL, HA A am. BR ae Hi ie Sas a us | Othe eee ON be 在 体外 无 毒 ， 但 进入 肿瘤 后 ， 受 细 胞 中 磷 酰胺 酶 催化 水 解 生成 氧 介子 气 。 而 瘤 细胞 发 酵 作 用 旺盛 ， 大 量 累积 乳酸 ，p 百 较 低 ) 一 些 酸 性 氧 介子 气 易于 进入 其 中 ， 而 不 易 进入 正常 细胞 中 。 因 而 可 有 效 地 治疗 癌症 而 对 正常 细胞 无 害 。 3. 抗菌 素 一些 抗 高 抗菌 素 对 研究 核酸 合成 ， 具 有 较 大 价值 ， 如 放 线 菌 素 Dactiaomyecia D: ) ， 其 结构 为 ， (CH,); CH, | Va CH Ci Oe tt | | ‘ 5-42 spe bite WH=CH, O Sarcosine Sarcosine O | sale L—Pro D—Val hain | | poe C=O | | HC—CH H 7 —CH—CH, ah CH, i. NH | re C=O | NA AN 7 osSo Cr, CH, 它 和 DNA 中 一 个 脱氧 鸟 苷 形成 复合 物 从 而 阻碍 DNA 作为 模板 ， 抑 制 DNA 聚合 酶 的 复制 也 抑制 RNA 聚合 酶 的 转录 。 通 常 其 在 低 浓 度 ( 1.0Hum ) 时 即 可 使 RNA 聚合 酶 完全 抑 ， 制 ， 而 要 较 高 浓度 才能 抑制 DNA 聚合 酶 。 根 据 放 线 菌 素 --DNA 复合 物 的 X- 射 线 分 析 ， 推测 放 线 菌 素 各 芳香 稠 环 ， 插 入 交替 的 dG-dC Zi), AF G- 位 于 相反 的 两 条 链 上 ， 两 个 582 en, ey? tS Gi 2-NH, 与 放 线 苗 素 环 基 上 L-Thr 的 >C 一 O 氧 成 氧 键 结合 ， 两 个 环 肽 则 位 于 DNA : 双 螺 旋 的 浅 槽 中 ， 这 样 就 阻碍 各 种 聚合 酶 对 DNA 的 复 侧 或 转录 。 我 国生 产 的 光辉 雳 素 的 作 ,用 与 此 类 似 。 丝 裂 霉 素 |( mitomycin C ) 也 是 一 种 抗 高 抗菌素 。 ,结构 为 ， 它 抑制 细菌 DNA 合 合成 。 在 细胞 中 还 原 产 生 一 活泼 的 双 功 能 烷 化 剂 ， 能 与 DNA 上 Wy FF ta, fe DNA 的 互补 双 链 形成 共 价 交 联 。 其 作用 同 双 荔 能 煤化 剂 。 Mae streptonigrin ) 也 是 通过 抑 HAY 聚合 酶 活性 而 抑制 DNA 合成 的 。 伊 短 季 菌 素 (Edeine ) inne mane $b san ta} weal DNA’ AR, 但 后 者 可 能 是 抑制 DNA 拓扑 异 构 酶 工 的 作用 。 4, 染料 RE 前 黄 素 (二 氨基 呼 喧 ) 是 通过 其 分 子 插入 IDNA 分 子 中 相 部 核 苷 酸 之 间 而 引起 码 组 移动 Bee ce ON eR Mee ee ee 测定 DNA 4s, ed 《2 紫外 线 对 DNA 的 作用 紫外 线 能 使 DNA 链 上 相 邻 的 胸 替 焉 其 形成 共 价 链 。 从 而 形成 胸 aR IR 体 ( 如 图 13 一 24D) 。: 三 聚 体 的 形成 阻止 聚合 酶 入 作用 ， 使 DNA 复审 受阻 。 基 它 电 离 辐 射 ,X- 射 线 等 也 都 能 影响 DNA 合成 。 O Hi 0 H | I | I | 人 一 Pkwy “a Pa bm: on em oh es | SC me CF | Com C O= P_OH # : H “CH - 0 一 P -OH O| ln CH, | { i | 4 | gag | ce = c=0 NA yt cae [站 iii al baie? age | C =m C* Com (人 HO AG CH; H CH 图 13 一 24 在 紫外 线 作 用 下 DNA 链 上 胸 苷 二 聚 体 的 形成 二 、DNA 损伤 的 修复 DNA 受 损 伤 或 合成 时 产生 差错 ， 必 须 迅 速 子 修复 。 由 于 损伤 或 差错 的 类 型 不 同 ， 故 有 983 不 同 的 修复 机 制 。 (一 ) 光 复活 妆 顷 菌 被 紫外 光 损 伤 后 ， 暴 露 于 强烈 的 可 见 光 下 ， 则 大 部 分 细胞 可 以 恢复 ， 这 称 为 光 活 化 。 这 种 活化 机 制 是 由 于 见 光 使 一 个 酶 活化 ， 该 酶 能 切割 胸腺 啶 二 聚 体 ， 使 该 两 碱 基 恢 复 其 原 有 形式 。 在 已 。coli 中 这 种 酶 为 复活 基因 〈 phreene ) 的 产物 ， 在 真 核 细胞 中 也 有 相 同 的 酶 。 DNA 聚合 酶 外 切 并 聚合 图 13 一 25 DNA 紫外 线 损伤 的 切 割 修复 (二 ) 切 割 修复 这 一 修复 机 制 更 复杂 ， 是 切 去 DNA 的 损伤 链 段 ， 然 后 把 切口 补 上 。 最 普遍 的 修补 机 制 分 为 四 步 进行 。 @@ 由 于 一 个 内 切 酶 识别 局 部 畸变 或 异常 碱 基 ， 并 切断 其 邻接 的 磷酸 二 酯 键 ， 使 其 5 - 侧 引 出 一 个 裂隙 ， 带 有 一 3/- OH 终端 。 视 损 伤 的 本 质 不 同 ， 人 参加 内 切 核酸 反应 的 酶 也 不 同 。 胸 腺 喀 啶 二 聚 体 是 由 专 一 的 识别 特殊 畴 变 的 ,内 切 BR MA BI, FE E+ Col 中 这 个 酶 称 为 内 切 核酸 酶 和 下。 EE + Coli 中 还 有 一 个 内 切 核酸 ie V SIA BS RM eH DNA， 也 是 切割 异常 碱 基 5/- 侧 的 磷酸 三 酯 键 。 然 而 对 含 尿 喀 啶 、 次 黄 味 叭 或 烷 化 碱 基 更 通用 的 修复 机 制 的 第 一 步 ， 是 用 N- 糖 昔 酶 除去 糖 一 磷酸 骨架 上 的 碱 基 ， 成 为 脱 嘎 叭 或 脱 喀 啶 DNA, 然后 再 被 _A WD RAG WIABI. 4 E+ Coli PAA 切 核 酸 酶 工 识别 。 四 第 二 步 由 一 个 酶 切割 裂隙 的 5/- 端 链 ， 其 中 包括 喀 啶 二 聚 体 及 畸变 或 异常 碱 基 。 在 卫 " Coli rh, 内 切 核酸 酶 工 似乎 与 外 切 核酸 酶 下 相同 , 具有 3 、5 外 切 核酸 酶 和 磷酸 酯 酶 活性 ， 与 N- 糖 音 酶 紧密 联系 。 @ = ie DNA RAH, 利用 完整 的 互补 链 为 模板 合成 一 段 DNA 片段 填 满 缺口 。 国 第 四 个 酶 是 连接 酶 ， 把 新 合成 的 DNA 片段 与 断口 连接 ， 使 DNA 修 复 。 紫外 开 的 损伤 切割 修复 表示 如 图 13 一 25. (三 ) 重 组 修复 如 果 在 DNA 复制 以 前 ， 其 损伤 得 以 迅速 准确 地 修复 ， 则 生物 的 遗传 信息 即 得 以 完整 地 保持 。 这 样 的 切割 修复 是 很 有 效 的 ， 而 且 高 度 真实 地 插入 了 一 小 段 修 补 片 段 。 如 果 切 割 修复 HEATER ERE ZEA, 如 UV” 细胞 或 着 色 性 干 皮 病 患者 和 光 化 人 性 角 化 病 《Actinic keratosis) 患者 的 细胞 ， 其 DNA HAR RAMS TERY Bile 当 DNA 聚合 酶 到 达 损 伤 处 时 ， 就 会 停止 复制 ， 而 看 与 损 丛 相对 的 子 链 上 留 下 一 个 缺口 。 这 时 DNA 重修 复 就 必须 通 过 两 个 DNA 分 子 重组 才能 完成 修复 。 这 一 修补 类 型 一 般 是 通过 另 一 DNA 拷贝 来 供应 预 全 BOARS, WORE HARARE BL PRAMS DNA 重组 一 节 。 584 第 三 节 DNA 重 组 DNA 重组 是 从 两 个 母 DNA 分 子 产生 新 DNA 分 子 隐 寺 程 7 新 DNA 分 子 带 有 两 个 母 DNA 分 子 所 具有 的 遗传 信息 。 重 组 DNA NRE TAD TILE, @ 两 个 病毒 或 质粒 的 混合 感染 。 包 真 核 细胞 减 数 分 裂 期 DNA 被 切断 。 轿 噬菌体 ,病毒 或 质粒 DNA 并 入 寄主 细 ， 胞 娄 色 体 中 。@DNA 复制 后 修复 等 。 Se tes TY) x ) om, 一 般 重 组 这 种 重组 可 以 在 两 不 豆 补 DNA fei) FERTIL As FEE Coli ey —AR ARAL, | 除 依 RFE DNA 复制 所 包含 的 昔 和 蛋白 外 ， 还 更 依 琐 于 寄主 的 重组 系统 (rec)。 a» Foch 蛋 自在 消耗 ATP 的 情况 下 ， MEME Mat DNA 退火 成 对 应 双 链 ， 这 时 它 似乎 作 A} ERAS SCD 环形 成 ( 如 图 13 一 26 ) 。 这 个 功能 对 接 帮 转移 或 细菌 转化 所 产生 的 Bee DNA 的 整合 是 必需 鸣 ， 并 且 伴随 着 内 切 或 外 切 阅 酸 梅 汐 作 用 而 消去 一 些 单 链 。 如 rec BC ( 外 切 核酸 酶 V ) MAE yay AR. scien om a i oa 应 一 oe aoe rccA 催 化 “ae ‘ ~ DARKa 飞 | (>) VISA atop EDN on 本 : | @ ee ae Se ceccccccce —_ . woeceeeee ces ens ees e cee eneee 了 < < ~- 过- 一 | @ sm >» 吉 am 一 一 图 13 一 26 recA 在 DNA 重组 中 的 作用 夺 半 另 寺 种 单 链 形成 是 通过 由 双 股 DNA 的 一 个 裂隙 发 生 股 的 置换 (如 图 13 一 27 7 。 ie. DNA 聚合 酶 I 或 dUTP 酶 等 的 缺失 突变 体 中 和 高 速 重 组 现象 产生 。 在 该 情 况 下 页 DNA 中 的 裂隙 (nicks ) 或 切口 (gapes) 频率 增加 ， 可 形成 更 复杂 的 异种 双 股 重组 体 办 这 是 通过 股 的 交 联 和 分 支 移动 看 造成 拘 。 1LHolliday 和 预计 首先 是 形成 杂交 体 或 异种 双 股 区 。 随 后 在 内 切 酶 作用 平 形成 第 二 个 切口 ， 并 使 断裂 股 与 另 一 双 链 上 的 互补 链 兄 对。 第 二 个 切口 的 部 位 决定 着 原 有 母 双 链 是 否 恢复 或 杂 交 沁 NA 是 否 就 是 两 个 母 链 连接 而 成 的 双 链 。 整 个 过 程 见 图 13 一 27。 145 噬菌体 的 red 基因 编码 543/ 外 切 核酸 酶 (red @) Fl-—-RAARENY B- A (redB), 外 切 核酸 酶 可 作用 于 多 余 的 单 链 ， 但 首先 作用 于 双 链 的 5/ 一 磷酸 端 ， 产 生 带 3/ 一 单 链 尾巴 的 产物 站 退火 相应 单 链 区 。 随 后 通过 外 切 酶 作用 形成 杂交 人 分子， 最 后 形成 一 完整 的 DNA 分 子 《如 图 13 一 28 ) 。 如 果 尾 巴 不 切 去 ， 则 能 在 一 内 切 酶 和 聚合 酶 参与 下 发 生 一 倒 易 重 组 现象 ， 585 图 13 一 28 986 ——_— Se 一 一 3 tat ieee ae igi ee ee 一 一 一 mete oe SS err ss a =e oo 3 , 5 ”一 一 一 一 一 ~ 一 一 一 一 一 一 = 3 : | 一 一 5) Recess cere eer re D | sent nF] 5 一 3 “STI 2 es s) | gy nase ee gn a ue “1 a —_—_ Min a 2S SOOO 经 入 一 外 切 酶 作用 产生 搭 接 接头 的 分 子 13 一 27 Holliday 的 重组 模型 @ 两 个 双 链 的 相同 股 被 切 成 裂隙 ， 加 切断 股 与 另 一 双 链 的 互补 股 配 对 ， 回 连接 酶 把 接头 连接 ; QENA RoW 队 插 入 一 个 -外 来 DNA 短 片 ， 进 入 另 一 类 UM, 回 第 二 裂隙 存在 于 双 链 WAKE, 最 后 的 两 个 双 链 都 是 由 每 一 母 双 链 的 一 部 位 所 导 出 。 如 了 ;的 复制 。 二 、 部 分 专 一 性 重组 在 溶 原 性 状态 ( Lysogenic state) 下 ， 4 一 噬菌体 DNA 插入 细菌 染色 体 一 个 专 一 竹 部 位 ， 在 那 里 它 以 一 特殊 方向 排列 成 行 。 这 种 作用 属于 部 分 专 一 性 重组 。 它 不 需 要 一 般 重组 的 rec 或 fed 重 组 系 统 ， 而 需要 在 噬 菌 体 和 细菌 DNA 两 者 中 有 一 称 为 衰减 部 位 〈att 一 site ) 的 专 一 性 序列 和 一 噬菌体 编 WEA. WM int 基 因 编 码 一 个 插入 酶 (integrase) ， AMAA 扑 异 构 酶 I 的 活性 ， 它 专 一 性 地 结 合 于 带 att - AB PLY DNA bo Wi eh ne 体 xis 基因 编码 一 个 蛋白 ， 它 ~ 一 号 与 插入 酶 一 起 为 一 些 切割 作用 cm (excision ) 所 必需 。 环 化 DNA 噬菌体 %80 在 att80 一 部 位 ( 近 乳 糖 操纵 子 ) 插 进 E, coli 二 一 二 一 一 基因 组 中 而 AWE AMIE att4 一 部 位 〈 在 gal 和 bio 基 - “Gar BOP mt Ci J POB bo | 因 之 间 ) 插 进 去 。 在 噬菌体 和 | bas 细菌 的 DNA 上 都 有 一 个 由 三 四 Cc, 部 分 组 成 的 att 一 部 位 ， 前 者 8 为 pop/， 后 者 为 BOB'。O 区 gal A— AASB BEA, BOE "ae ae sans Sate At DNA 中 完全 相同 。 当 第 ' ra ‘inn 一 次 重 组 作用 产生 时 ， 两 个 4 att 一 部 位 劈 开 ， 然后 重 结合 BRAY Bop’ #1 poB’, O 区 保持 Per 1 | 不 变 。 4 一 噬菌体 上 的 部 位 专 pos bh 二 性 重组 如 图 13 一 29。 图 13 一 29 4 一 噬菌体 上 的 部 位 专 一 性 重组 第 四 节 RNA 的 生物 合成 利用 DNA 的 一 股 为 模板 ， 在 依赖 于 DNA 的 RNA 聚合 酶 催化 下 ， 通 过 起 始 、 延 伸 和 终止 等 步骤 合成 RNA， 这 一 过 程 称 为 转录 。 转录 首先 应 考虑 两 件 事 ， 第 一 是 参与 转录 的 酶 ， 第 TATE DNA 分 子 上 决定 起 始 转录 和 终止 转录 的 信号 。 一 、 细 菌 RNA 聚合 酶 的 作用 模式 和 结构 RNA 聚合 酶 最 早 是 由 细菌 中 纯化 的 。 下 .coli 中 的 RNA RAM 是 研究 得 最 广泛 的 一 ‘A, 其 全 酶 是 一 个 含 Zn 蛋白 ， 在 6M 尿素 中 可 解 离 成 五 个 亚 基 ( 2c、B、/、5 ) 。 KNB M.W=480,000，c、B8、p8'/ 和 a 的 M.W 各 为 38,500、150,000、160, 000、86, 000 道 尔 顿 。 该 酶 除去 o 亚 基 后 成 为 c:BB/， 称 为 核心 酶 〈core enzyme), o 亚 基 又 称 a 因子 ， 它 和 核心 酶 都 是 酶 的 功能 单位 。 其 它 细 菌 的 RNA 聚合 酶 与 此 相似 ， 但 分 子 量 稍 有 不 同 。 RNAS Sis Sk RNA 的 步骤 如 下 。 (一 )RNA 合成 的 起 始 转录 RNA 的 第 一 步 是 RNA 聚合 酶 识别 DNA 上 一 个 专 一 性 序列 并 " 呈 之 结合 。 酶 与 该 DNA 部 位 结合 的 紧密 程度 比 与 其 它 部 位 的 结合 要 高 一 个 数量 级 以 上 。 Pribnow 曾 设想 过 一 个 理想 的 启动 子 由 20 个 核 昔 酸 构成 ， 并 假设 RNA 聚合 酶 可 以 通过 与 天 然 DN 太 螺旋 的 专 一 性 接触 识别 启动 子 ，c 因子 和 核心 酶 各 结合 于 DNA 上 的 -Re 和 Re 区 。 RNA 奉 合 梅 似 乎 可 与 不 同 启动 子 接触 ， 这 些 启动 子 在 空间 和 惊人 的 类 似 性 。 了 ,coli RNA 聚合 酶 的 理想 启动 子 587 序列 如 下 式 。 cas see TGTTGACAMEET.. -. TA APs aT Buea) ee ACAACTGTTAARY -- ETA Py F APY —Pyhié Rok Rc 区 RNA 合成 的 起 始点 。 后 来 发 现 各 种 基因 的 pfibnow box 的 序列 及 其 附近 序列 如 以 下 各 式 。 守恒 工 GCTTTACAC TTTATGCT TCCGGCTCG TATG GTTG | rereGAATiG ~ a coli ac, acacr tac |AGCGGCGCGTCATTTGA TATGATG caccccecrT « -E, coli Tyr tRNA TTGATGCAA ITTCGCTTTGCTTCTGAC | TATAATA CACAGGGTAA- - fle Ba tk TTGTTGTTA | IACTTGTTTATTGCAGCT | 'TATAATG GTTACAAATA …SV4o iGTGTTGACT ‘AT TTCACCTCTGGCGGT iGATAATG (GTTGCTAGTA ---A te BE SPT Tans: ‘TAAATACGACTGGCGGT iGATACTG AGCACATCAG A 茵 休 cae aR TGTAACATGCAG | (ApacaTa canatecera WE BR ; 4 : ¥ ' 10 Oe au 35 序 列 30 20 pribnow box; RNA 合成 起 始点 位 先 由 RNA 聚合 酶 c 亚 基 识别 DNA 专 一 性 序列 〈 称 为 35 序 列 )， 典 型 的 35 序列 含 筷 个 碱 基 对 ， 然 后 整个 酶 与 模板 结合 ， 对 模板 起 保护 作用 。. 核心 酶 就 结 & 4 pribnow, box 处 。 一 旦 核心 酶 与 pribnow box 444, 前 面 o- 亚 基 结 合 的 部 位 就 被 解 离 离 。 pribnow box 4 TATA ATCE MAE, AEAAM TAM e. RDA RR REN AY 6 一 9 个 碱 基 ( 各 基因 不 同 》 处 ， 不 管件 么 启动 子 都 一 样 ， 玉 它 是 一 个 T， 故 称 为 sr (conser- N’ PPi i 7 NOH ae \ 人 oa KBE ROR PPP. is PPP, | PPP. | P 二 evd T), Pribnow box 的 作用 目前 认为 是 定位 RNA 聚 合 酶 ， 使 之 从 左 向 右 合 成 RNA. —H RNA 聚合 酶 在 那里 结合 DNA 的 双 链 立即 打开 形成 打开 的 启动 子 复 合 物 。 KP 合 物 高 户 稳 定 ， 在 链 起 始 中 是 一 :不 活性 中 间 物 , 在 这 个 复合 物 中 。DNA 螺旋 双 链 局 部 和 解 链 ; 其 解 链 的 位 置 约 从 离 pribnow box 左 端 10 个 碱 芷 二 直至 转录 起 始 位 点 为 下 OURNN o 4 MAY JE Ja 3 动 是 通过 核心 酶 让 第 : [ 机 第 AED? 首 rc 合成 mA tf Bi | 匹 ] 磷 A, 全 它 与 转录 起 始 588 | 1 点 上 的 核 苷 酸 互 补 。RNA 聚合 酶 实际 上 只 用 ATP 或 GTP 启动 tem, Alt RNA Aang a Say 起 始 部 位 应 中 4TMP 或 dCMP， 人 大 多 数 为 dTMP. Too eo 。”DNA 合板 A N : Ro Re ; 3 Nou ¢ +) | SOH | PP | PPi OD BEER AL RNA RANE 识别 启动 子 区 A N \_ )Nou ppp. | 工 快速 启动 复合 物 生 成 SON Lee DU iste PS RNA RAwBS BIT BS? 其 并 局 动 RNA i By fe Ot 如 图 o - 因子 释放 RNA RAS 13 一 30 所 示 。 Gs ave RNA 链 的 延伸 RRB i RNA 新 链 的 合成 是 从 二 核 沿 模板 移动 合成 RNA 苷 四 磷酸 的 3/ 一 OH 连续 从 NTP 加 入 NMP 而 生成 ,年 成 方式 如 图 13 一 30 RNA 合 成 的 起 始 图 图 13 一 31。 从 图 13 一 31 可 以 看 出 ， 所 合成 的 RNA 的 5 一 端 第 一 个 核 苷 酸 带 5 一 三 磷酸 ， 而 生长 链 的 末端 为 3’—OH, 这 可 从 RNA 的 碱 水 解 产 物 pppGp+Ap+Up+Cp+N 得 到 证 实 。 所 以 RNA 的 合成 也 是 从 5 一 3 方向 进行 。 是 生长 链 的 3 一 OH 逐个 亲 核 攻击 NTP 的 a- pers 而 形成 的 磷酸 二 酯 键 。 所 参 入 的 各 以 苷 酸 的 次 序 决定 于 模板 股 的 核 苷 酸 序列 。 但 对 进入 核 苷 酸 的 选择 或 许 首先 决定 于 它 是 否 能 与 酶 分 分 子 和 模板 碱 基 所 结合 的 一 个 部 位 相配 。 而 不 是 Re 模板 的 指令 。 许多 抗菌 素 能 抑制 RNA 的 合成 ， 但 抑制 机 制 不 一 定 相 同 。 利 福 平 【《Rifampicin ) A Ph 张 霉 素 (Streptovaricin ) 结合 于 NA 聚合 酶 的 B 一 亚 基 上 ， 可 阻 断 RNA 合成 的 起 始 ; 利 福 霉 素 (Rifamycina ) 也 结合 于 RNA 聚合 酶 的 B- 亚 基 上 ， 但 它 抑制 RNA BEM RETR, 放 线 菌 素 D 也 阻止 RNA 链 的 延伸 ， 但 它 不 与 酶 结合 ， 面 是 与 DNA 模板 上 的 dGMP 结合 形成 复合 物 ， 从 而 阻止 RNA 育 合 酶 的 核心 酶 治 DNA 模板 移动 。 随 着 RNA 的 合成 ， 模 板 DNA 逐 渐 重 新 形成 双 链 ， 而 合成 的 RNA 则 离开 模板 。 胰 RNase 的 切割 试验 表明 ，RNA 上 约 有 10 个 碱 基 可 与 DNA- 结合， 以 抵抗 酶 的 作用 (〈 该 酶 能 催化 单 链 RNA 水 解 ， 但 不 能 催化 DNA—RNA 杂交 体 水 解 ) 。 RNA 的 转录 速度 不 是 从 头 到 尾 都 一 样 ， 而 是 在 约 距 富 含 G:C 对 8 一 10 企 碱 基 处 育 暂 停 现 象 ， 原 因 尚 未 充分 弄 清 。 589 (三 )RNA 链 的 终止 和 新 RNA 链 的 释放 在 DNA 模板 上 一 专 一 性 序列 作用 于 核心 酶 时 ， 转 录 才 终止 。 终 止 包 括 三 不 方 面 ) 即 ; 停止 RNA 延伸 ;释放 新 合成 的 RNA; 从 模板 上 释放 RNA 聚合 酶 。 迄 今 已 测定 了 了 20 个 终止 序列 。 每 个 都 有 下 式 所 示 特 性 。 下 AAAGGCTCC ‘TTTT GGAGCC TTT TTTTTs! DNA 3/TAA TTTCCGAGGAAAA CCTCGGAAA A AAAA 5/ i +” . ef aor 0 ee 倒转 重复 列 OH BR 0 二 OH. ] 进 Pay Sof | | 众 J ral wi bee 的 ®) Ge 7 eh, B OH FE G ; ye P L | ide © oy (oe Oe Eh | OH 5 OHOH J 由 六 a i (B) | On | , 93 Xe ENA fa] 天 OH Ve 8 | ® Ua 4 O. cz 全 | i 5 lye 总 AON. G | Ya herpes 《 EL( 懂 板 上 RNA 的 起 QOH Dv. oA GL) ; i G Oo Pp + Ap +Cp +Up + OH OH ae & N Oo h 图 13 一 31 RNA 台 成 时 链 的 延伸 方式 E.coli 的 RNA 聚合 酶 的 所 有 强 终 中 子 具 有 三 个 共同 骸 结 移 特 点 。 590 ns RS Ka OD oI @ 模 板 DNA | 一 系列 高 AT 碱 基 对 区 ， 它 以 高 GC U U 区 为 前 导 ， 并 且 这 些 高 GC 与 高 AT 区 在 DNA EW 成 对 称 的 倒转 重复 ， 而 中 间 则 用 一 段 不 重复 的 序列 间隔 着 。 终 止 就 发 生 在 一 段 富 AT 的 区 域 。 这 可 能 是 因为 减少 了 核心 酶 和 强 终止 子 上 核 苷 酸 序列 间 所 建立 起 来 的 许多 接触 。 加 终止 子 上 存在 反 向 重复 序列 ， 使 转录 生成 的 RNA - 终端 形成 发 夹 结构 (图 13 一 32 ) 。 这 个 结构 可 匹配 到 核心 酶 一 DNA 复合 物 上 一 适当 位 置 ， 也 可 能 它 本 身 通 过 一 专 一 性 相互 作用 结合 到 核心 酶 上 上， 并 且 从 DNA MRS RE 补 的 3 一端 宅 聚 U， 使 DNA 一 RNA 杂交 体 只 靠 少 数 不 稳 定 的 rU.dA 碱 基 对 来 维持 ， 这 样 就 使 RNA 核心 酶 和 结合 U,U.U.U.U “得 很 弱 的 3/ 一 端 短 链 都 离开 DNA, 转录 就 此 告终 ( 如 图 入 13 二 32RNA 转录 的 终端 发 来 结构 “13 一 33 ) 。 终 端 发 夹 结 构 如 图 13 一 32 所 示 。 E 终止 序列 FS ee ep 了 AAAGGCTCCTTTTGSAGCCTTT |TTTT eid UT pNA TTTCCGAGGAAAACCTCGGAAA |AAAA -一 一 一 — PS ath (Fe fi Shy 7M Pe pre pz Qe aro ae QA a. Ge G08 Ge he Oa Od AAS 新 生 RNA 发 严 结 构 | 。 图 13 一 33 RNA 的 终止 序列 及 末端 终止 作用 图 ,图 二 个 强 终止 子 构成 一 个 空间 的 碱 基 对 ， 使 RNA 聚合 酶 从 DNA 上 释放 。 而 弱 终 止 子 . WAS SAE LORIE, 而 含有 一 -因子 〈 rho 因子 ) 。p- 因 子 是 一 个 宅 聚 蛋白 ， 单 体 M.W=5,000, Ew AR ATP 酶 活性 。 在 需 P 因子 的 终止 作用 中 ，p- 因 子 与 新 RNA 和 附 WEAF Li RNA 聚合 酶 核心 酶 相互 作用 ， 使 RNA 产生 发 夹 结构 。 成 为 主要 的 制 动 装置 ， 并 利用 ATP 水 解释 放 的 能 量 ， 使 p- 因 子 推 开 终止 子 上 能 核心 酶 ， 同 时 从 复合 物 上 除 去 新 生 RNA。 这 种 终止 作用 是 可 调节 的 。 抗 终止 蛋白 如 无 鸣 黄体 的 SNE 基 因 产物 ， 可 阻 断 - 因 子 的 终止 作用 。RNA 的 终止 序列 以 及 末端 终止 作用 如 图 13 一 33 所 示 。 二 、 依 赖 于 DNA 的 真 核 RNA RSH 到 骨 前 为 止 ， 已 检 出 此 真 核 细 胞 RNA 聚合 了 酶 大 致 有 三 类 s 按 其 从 0.1 一 0.37M HREM 591 度 洗 脱 次 序 分 别称 为 JRNA RSH LL a. SA aa EP OTEK, Go lati. Base RNA 聚合 酶 工 来 源 于 核 仁 中 ， 而 另 两 种 在 核 质 中 。 初步 确定 RNA BEB | 前 产 物 为 tRNA; 还 的 产物 为 mRNA; 下 的 产物 为 tRNA 和 5S RNA, 此 外 还 有 一 些 少量 的 RNA 聚合 酶 存在 于 线粒体 和 叶绿体 中 ， 对 它们 尚未 作 详细 研究 。 核 仁 酶 适宜 在 低 离子 强度 下 作用 ， 需 要 Mett, EARS c-MB Mh (一 种 曹 毒素 ， 为 八 WALSH) Hills 核 质 酶 在 高 离子 强度 和 Mott 存在 下 活性 最 高 。 其 中 工 类 酶 可 被 低 浓度 (1&2) 3x 10°°M ) cx- 鹅 瘟 本 了 碱 抑制 ; 而 下 类 酶 则 需 在 高 浓度 ( 10-M ) c- 忽 谊 菌 碱 下 才 被 抑制 。 CAMMY RNAKAM I. LK MHRA MRE RNA 聚合 的 抑制 一 样 ， BE, COUR AAs RNA SAM LI 不 是 结合 于 模板 DNA Le 但 毒 草 素 是 抑制 RNA 的 延伸 ， 所 以 它 又 象 利 链 考 素 。 真 核 细胞 及 NA KAM E— TAR TS MAM, M, W = 500, 000 道 尔 顿 ， 有 两 个 大 亚 基 (M.W 超过 了 100; 000 道 尔 顿 》 MES ALY CM, W 小 于 100 000 道 尔 顿 ) 。 工 、 I. E AMWADLEAAM, HERA WH LELBER « 从 真 核 中 没有 获得 c 利 p 因 子 的 类 似 蛋 白 因子 。 但 已 间接 证 明 :mRNA 基 因 的 起 始 转录 除 需要 RNA 聚合 酶 工 外 , 还 需要 另 一 冲 可 溶性 因 了 于 。 另 外 一 还 发 现 把 爪 蟾 (Xenopus borea- lis ) 的 5S RNASE AIP 标记 的 5 二 NTP West SM, NRE AU A, Me AR RNA 聚合 酶 下 能 识别 所 注入 的 xcnopus borealis 15S RNA AMRBMAALES. wee 别 面包 酵母 的 CRNA 基因 的 起 始 和 次 止 信号 。 如 果 把 猴 病 毒 SV40 DNA 和 ?P 一 NTP 注入 到 爪 蟾 中 ， 则 其 RNA 聚 合 酶 工 可 识别 SV40DNA 上 的 一 个 专 一 的 病毒 蛋白 的 mRNA 基因 的 起 始 和 终止 信号 。 这 些 实验 都 间接 地 证 明了 真 核 细 胞 的 RNA 聚合 酶 需要 准确 地 对 基因 的 起 始 和 终止 信号 进行 识别 。 第 五 六 RNA 的 转录 及 转录 后 加 工 真 核 细 胞 指 RNA 大 部 分 存在 于 细胞 质 中 ， 榴 但 中 也 有 一 些 RNA( 约 5% )。 核 RNA 的 存在 是 瞬间 的 ， 是 形成 细胞 质 让 NA、rRNA、mRNA 途径 中 用 中 间 物 ， 这 些 中 间 物 的 一 ”级 结构 在 某 些 场合 被 细胞 酶 所 修饰 ， 然 后 乱 录 物 才 从 模 扳 DNRA 上 完成 并 脱落 。 Pep EVE PER, 志 羡 修整 与 裁 前 ， 即 采用 一 种 切割 机 制 ， 凡 改变 转录 物 的 长 度 ， 二 是 除去 序列 中 羡 拼 接 物 ， 再 连接 起 来 ， 以 减少 链 的 长 度 盖 三 是 对 碱 基 或 糖 残 基 进 行 修饰 并 四 是 加 土 特殊 序列 。 通 过 以 上 四 个 步骤 即 可 形成 各 种 RNA, 这 一 过 程 称 为 RNA 转录 后 的 后 加 工 过 程 。 一 、tRNA 的 转录 及 其 后 加 工 杂交 技术 证 明 刁 .coli 约 亲 60 个 特殊 基因 与 tRNA 互补 真 核 生 物 则 更 多 六 酵母 约 有 320 一 400 个 ; JMR 7507s 爪 桨 有 8000 个 。 六 说 上 明 DNA ES: tRNA 基因 是 以 多 拷贝 存 在 的 。 根据 对 下。Coli tRNA ™ UP, 发 现 tRNA 的 转录 起 始 手 启动 子 部 位 光 这 天 起 动手 592 位 于 与 成 熟 tRNA 互补 的 DNA 区 向 RNA5'- 端 数 第 41 个 核 背 酸 处 ， 而 终止 子 位 于 与 RNA 3/- 端 C—C—A 互补 的 DNA 区 向 RNA3'- 端 数 第 224 一 226 个 核 苷 酸 处 。 成 熟 tRNA 为 85 个 核 背 酸 ， 故 其 初 转 录 物 为 41+ 85+ 224 = 350 个 核 苷 酸 。 一 般 在 DNA 上 常 有 两 个 tRNA ae 23 贝 一 起 转录 ， 但 两 个 拷贝 间 还 有 约 2007 BH RH 间隔 物 在 转录 时 也 与 两 个 让 NA77 一 起 被 转录 。 这 个 tRNA 的 转录 需要 p- 因 子 终止 。 这 大 的 转录 物 要 转变 为 成 熟 的 钼 NA 需要 一 系 列 步 又 来 完成 。 首 先 要 切 去 间隔 区 (图 13 一 34)， 然 后 按 下 列 步骤 来 完成 。 图 13 一 34 已。coli tRNATYr 两 个 相 邻 tRNA 的 前 转录 物 转变 为 单个 前 转录 物 的 示意 图 (一 )34-OH 端的 形成 这 一 过 程 需要 一 个 内 切 核酸 酶 识别 初 转录 物 上 的 一 个 发 夹 结 构 (图 13 一 35 中 的 I )， 以 豚 二 个 识别 \C 一 C 一 A ERE REAR RE. NWR 酸 酶 在 图 13 一 35 中 的 四 位 上 切割 后 均 : 外 切 核酸 酶 D 即 连续 切 去 7 HAE C 图 13 一 35@ ), 3xhtBi3’/—-CCA—OH {A 尊 丛 核 萌 酸 ， 待 5%- 端 加 好 工 后 ， 再 切 去 这 两 个 核 昔 酸 。 这 3/- 端 还 剩 两 个 核 音 酸 的 RNA 整体 称 为 前 CRNA, MEW: 5/P-41 RAE R-tRNA- 2 个 核 音 酸 。 (2) 5/- BATE | 5- 端 是 由 一 个 核酸 内 切 酶 RNase P ¢ 见 第 六 章 末 ) MBM 3). BBE He MA Bj« Coli 让 NA5'- 端 形成 的 酶 。RNase P 可 把 tRNA 前 体 切 成 tRNA 和 一 个 单 链 'RNA 碎 片区 这 个 碎片 后 来 被 外 切 酶 切 掉 成 为 可 重新 利用 的 核 音 酸 )。 RNase P 似乎 对 切割 处 的 序 烈 并 无 专 一 性 识别 ， 而 只 是 识别 带 一 些 发 夹 结构 的 丰 NA 分 子 并 在 其 正确 位 置 上 切割 。 开 B 玉 - 端 切割 完成 ，RNase D 即 继续 切 去 3/ 端 剩余 的 两 个 核 苷 酸 而 成 为 成 熟 的 CRNA, 如 13—35@. | sooe CERNAY 上 有 两 个 U FEA BRE Hs 两 个 U 转 变 为 4- 硫 尿 苷 (4tU)3 一 个 G 修 #ia BR 2—-O— FASE SF C 2mG ) 和 -个 A 修饰 成 2- 异 丙 基 腺 昔 (2ipA) ( WLIA13—-35@) « oo Ry ER tRNA 也 一 个 转录 前 体 有 两 个 tRNA 外 ， 有 的 tRNA 前 转录 体 有 四 个 疏 NA， 如 tRNALm。 有 些 前 转录 体 只 有 一 个 tRNA， 如 tRNAS® 和 tRNA T。 而 有 些 ' 疏 NA 则 与 rR 本 几 二 起 站 转录 出 来 。 目 前 ， 人 们 一 般 认 为 将 直人 NA 多 重 前 体 切 成 单个 tRNA BES 酶 是 核酸 内 切 酶 RNase Op RR. tRNA ZEAL BORE, 各 些 分 散在 整个 基因 组 中 ,有 些 以 明 最 的 593 ® ypon, say D © ribo EE cb 图 13 一 35 E, coli tRNATY® 前 体 转变 为 成 熟 tRNATY 的 切割 和 修饰 过 程 及 所 需 的 酶 ” 闪 则 状态 集聚 于 一 单一 的 染色 体 区 。 它 可 能 是 不 同 的 让 NA 基因 ， 也 可 能 是 多 拷 风 的 相同 tRNA 基因 。 在 酵母 tRNA 基因 的 研究 中 发 现 其 编码 序列 中 有 也 不 核 苷 酸 的 RA PP, A GEIR ES BAG Fg 3/— sk. ERNAPH 基因 则 含 18 个 核 音 酸 的 插入 序列 ! tRNA 前 体 及 其 转录 后 加 工 过 程 示 如 图 13 一 36。 每 个 tRNA 编码 区 的 3/- 端 DNA 上 是 一 个 腺 背 座 富 集 区 ， 这 一 点 与 也。 Cotte ee ik 信号 类 似 ， 可 能 也 是 起 转录 终止 作用 。 tRNA 的 3- 端 都 有 一 个 C 一 C 一 A 序列 ， 这 不 KE+Coli tRNA， 它 不 是 前 体 切割 后 留 下 的 ， 而 是 先 转录 成 一 个 3/- 端 带 有 易 除去 核 苷 酸 的 前 体 。 除 去 那些 核 音 酸 后 BO ek 分 子 ， 其 3/- 端 有 34-OH 。 此 后 这 3’-OH 接受 两 个 CMP， 然 后 再 接受 一 个 AMP， 而 完成 带 “ C 一 C 一 A 3 -端的 银 NA。 在 细胞 中 ， 这 个 C 一 C 一 A 序 列 似乎 专 一 代谢 循环 ) BR AEE SR 除去 或 代 上 。 全 他 真 核 细 胞 申 tRNA 的 后 加 工 也 包含 核 苷 酸 司 修饰 过 程 。 反 密码 子 5/- 端 第 一 位 核 苷 酸 常 “ 可 修 禾 成 尿 苷 -5- 氧 乙酸 、5- 甲 基 毛 甲 基 -2- 硫 代 尿 苷 、 肌 苷 。 这 第 一 个 核 苷 酸 能 在 密码 邓 的 摆动 部 位 识别 A、G 或 U， 肌 香 则 能 识别 C、U 或 A。 位 于 反 密 码 子 34-OH 端 下 一 不 核 昔 酸 ， 常 被 修饰 成 6- 〈 异 戊 -2- 烯 基 ) 腺 昔 、2- 甲 基 硫 代 -6- ( 异 戊 -2- 烯 基 ) EL 6+ FA 苷 、2- 甲 基 腺 苷 、1- 甲 基 岛 音 等 ， 这 样 必 Anti 三 维 结构 ， 使 密码 子 与 反 密 码 子 易于 匹 中 结合 。 位 于 tRNA 分 子 中 其 它 和 在 何 地 方 遇 核 着 酸 随 修饰 ， 例 如 7- 甲 基 鸟 背 和 5- 甲 基 胞 疹 第 发 生 在 . iy WEA PARED, TRE RGB IER ER 594 DNA (b) 后 加 工 过 程 示意 图 。 108 5’ oa cA 成 效 RNA 括号 中 数字 为 各 中 间 物 的 核 苷 酸 数目 。 图 13 一 36 ”酵母 tRNATY 前 体 加 工 为 成 熟 tRNATY 的 过 程 基 的 配对 来 稳定 三 维 吉 构 。 _ 二 、rRNA 的 转录 及 其 后 加 工 (Der) Rania fF TRNA 的 转 RE EA AB Ne PE FE PRR BW 7S Ee $y GRPEBAP. He RL RS tRNA 的 序列 。 RAK) © tRNA 中 存在 或 不 存在 前 导 序 列 对 调整 以 上 修饰 作用 具有 影响 。 后 加 工 Coli rRNA， 其 DNA 上 至 少 有 七 个 TRNA FR HM 包含 着 编码 16S rRNA、23S rRNA, ,5SJrRNA 和 序 为 ， 16S rRNA-tRNAI*-tRNAA!-23SrRNA-5Sr 599 RNA-tRNAAsp-tRNAT- 终 止 子 。 这 些 基 因 常 作为 整体 而 被 转录 成 一 个 30S 初 转录 物 。 这 个 初 转录 物 在 缺 RNase I AMAR) E+ Coli 突变 体 中 有 累积 。 用 RNase 下 处 理 此 30S 初 转录 物 , 得 一 些 中 间 前 体 PleSH, P23SH,P5SH 和 tRNA, 前 三 者 是 16S、23S- 和 -5S_IRNA 的 前 体 。 在 核糖 体 S, 蛋白 协助 和 RNA 酶 My, 的 作用 下 ，P16S 芷 产生 正常 16SrRNA 的 5/- 端 。 另外 还 有 一 种 核酸 酶 催化 产生 16S rRNA 的 正常 3/- 端 。 在 P23S 下 形成 23S rRNA WEA, 似乎 包含 同样 形式 的 酶 。P5S 下 在 RNaseE 的 作用 下 ， 除 去 3 汪 端 多 余 序 列 。 在 一 个 外 切 酶 作用 下 ， 再 除去 三 个 5/- 端 多 余 序列 ， 即 生成 5S rRNA。 在 枯草 杆菌 中 其 5S 前 体 5- 端 有 21 个 核 苷 酸 ，3“- 端 有 42 个 核 背 酸 ， 只 要 RNase Ms 存在 ， 两 端 多余 的 序列 即 可 除去 而 生成 59 恒 IRNA， 所 以 这 个 酶 主要 是 识别 5S rRNA 的 三 级 结构 。 和 fe E+ Coli 中 ， 一 个 TDNA 转录 单位 的 基因 排列 以 及 rRNA 的 转录 和 后 加 工 过 程 如 是 图 13 一 37 所 示 。 Se [le Ala Asp wea ‘Ae ae gana TENA ANAS” x 16sSTRNA \ y~ 23srR WA DNA | 终止 子 | 3S Mséucs ti ; th | | WOT ww ao) aed i h k R Nasell] 4 RNase 且 RNase RNauseP R Nase aha RNase MOT Ih iil P mm P 16s P 23S P 5s ear geet felts -$ ae 各 tRNA R NaseM16 vipaty Yb OME RNaseE rai NEA fase tray bce eT «fad 图 13 一 37 E, coli rDNA 转录 单位 中 各 基因 的 排列 、 转 录 、 后 加 工 以 及 各 酶 切割 点 示意 图 AX E- Coli rDNA 转录 单位 的 启动 子 已 列 序 ， 如 在 fraD 和 rrnax 中 有 两 个 启动 子 ， 二 者 相距 110 个 核 苷 酸 。 在 rrmD 中 rRNA 的 合成 由 GTP 起 始 ， 起 始 位 置 在 离 169 基因 284 A PB. TE rrnx 中 则 由 ATP 起 始 ， 起 始 位 置 在 离 16S 基因 285 个 核 音 酸 处 。 在 P, 启 动 子 中 rRNA 的 合成 是 特殊 的 ， 由 CTP 起 始 ， 位 于 离 16S 基因 176 个 核 背 酸 处 。 各 下 "Cojli 品种 的 转录 终止 作用 相似 。 (二 ) 真 核 细 胞 rRNA 的 合成 和 转录 后 加 工 真 核 细 胞 的 核糖 体 含有 四 种 rRNA， 按 其 沉降 常数 分 为 5S、5.8S、18S 和 28S 等 rRNA 分 子 ， 这 些 rRNA 基因 癌 编 排 不 同 于 原核 细胞 。 在 典型 的 动物 细胞 核 仁 中 ， 有 几 百 个 拷贝 的 DNA 序 列 CrDNA ) 编码 18S. 55.8S 和 285 rRNA。 它 们 东 次 序 如 图 13 一 38(a)。 每 个 拷贝 之 问 在 非 转录 间隔 区 。 在 爪 蟾 中 有 = RE Pei 核 仁 组 织 者 区 ， 是 转录 此 rRNA 初 转 录 物 ( 40S ) 的 区 域 ， 每 个 转录 重复 单位 长 度 相等 核 苷 酸 序 列 也 完全 相同 。 每 个 重复 单位 扩 非 转 录 间 隔 区 长 度 在 2.7kb 三 9kb 间 变 化 。 但 其 FF 4 AMA HBTS kb, JET HKU CRNA 基因 的 排列 及 转录 物 的 形成 等 过 程 如 图 13 一 38(b) 所 示 。 初 转录 物 的 后 加 工 靠 一 些 类 似 于 原核 细胞 RNase WAY ABS. 5S rRNA 基因 位 于 核 仁 外 , 由 相互 分 开 的 120 个 核 苷 酸 单位 的 转录 区 构成 。 每 个 转录 区 之 aa — 400078 ete BLEEK, 5S rRNA 人 和 拷贝 数 很 多 , CHIL, 在 卵子 发 生 期 其 596 I WA IZ wS 3.88 RS a S25 [一 一 一 一 一 fan 8 一 一 一 一 一 | 本 施用 3 RP. GAP eR i) A ital f- .XSr DNA { St DNA ~ RSOTDNA 1m A WH feb oe {ef BN! A, , ‘Vi RM Taga 4 es RST RENN NA cee 0S WH) ——-- ZZ —TEI-R 图 13 一 38 (a) Re rDNA MOHE RI (CD) MY CRNA 的 转录 至 可 达 24， 0004 fi 5H ARIE 部 期 405 单位 可 增加 至 2 x 10° HED, EA RAE 胞 DNA 175%. 酵母 中 rRNA 基因 排列 为 17S、5.8S、26S。 但 5S 基因 出 连 在 大 TRNA 基因 附近 ,作为 这 -个 重复 单位 。 但 这 个 重复 单位 的 转录 十 分 开 的 ， TRAITS RRM, 由 RNA RS 1 1 转录 DNA 站 一 股 而 形成 ， 另 一 个 则 由 RNA RATE HM ROE. 在 四 膜 虫 (tetrahymena) 中 编码 rRNA 的 大 核 基 因 也 是 多 拷贝 的 ， 每 个 rDNA DER Peas 4 .— POE CRNA ASA SMART, 对 称 地 排列 在 中 心 轴 两 侧 (4 图 13 三 39)。 26STDN A Pr 对 称 中 心 办 SS He = ti Pr, \ zat AVS: FRNA BEE Ry 执 ， ar — mama | aed 插入 序列 rDNA * 99) eres : Ped A a= i7srDNA AY ee BH | 4 - 1 Prana mitt , A Fes WA TYEE eR a Va tet 图 13 一 39 四 膜 虫 中 的 rDNA 及 其 初 转录 物 < 二 也 | Nt Hela ian 15S (Ax OHA WHR we AEH. Ale 位 素 标记 0 i Co a: WeK= x A5'S(4, 1 x 10° ih ARs) -———- ena ——75 ; pa OY PEE IE [6 415(2.1 0° RH) ES 一 个 省 -RE ora 人 _ | . 1h ty ta ge oa 90S 60.95.< 10 Saft ARM ae: cy: WII 5250 2.1 « 10° AMD AT | me & + ， pe te FMS % raz renee = | ete 28SUL75 < 10* 道 尔 顿 ) 12S 108 (0.6% 10° SHIRA) «5 BSC 4 = 10° PEAR #A)D 图 13 一 40 Hela 细胞 rRNA 前 体 的 切割 过 程 注 : AR HM 证 明 459 初 转录 物 在 较 长 时 间 后 可 成 为 41S 和 32S rRNA 前 体 ， 随 后 又 形成 20S 前 体 ， 再 形 MI8SrRNA, 288 最 后 形成 ， 它 先 在 核 仁 中 ， 然 后 在 核 质 中 ， 最 后 出 现在 细胞 质 中 。 5. 8S TRNA 是 在 32S->28S 过 渡 时 形成 的 。 Hela 细胞 中 rRNA 前 体 以 及 它们 在 核 仁 中 的 切割 示 如 图 13 一 40。 真 核 细 胞 的 5S rRNA 基因 的 分 布 在 不 同 生 物品 种 中 略 有 不 同 。 下 面 是 一 些 BBA 胞 5S rRNA 的 重复 单位 的 排列 情况 〈 图 13 一 41 ) © = - s >. wai -_ - - 360- S70 120 73 106 REY Biter. S Ta Ia Laevis 卵细胞 5SDNA 单 位 富 A- 工 间隔 区 5S 间隔 假 基因 feerr ea CW as _EZZ® 2 I. # borealis 体 细 胞 5SrDNA 单 位 7508 FARE G- C 间隔 区 3 5S Dice ae 126 15 bara P2277 ig 5SrDNA 单位 5S ~ = 图 13 一 41 JLARAR rDNA 重复 序列 中 的 一 个 TDNA 单 位 据 迄 今 研究 的 结果 来 看 ， 高 等 真 核 细 胞 司 5S rRNA 似乎 是 从 基因 直接 转录 而 成 的 ， 没 有 什么 后 加 工 过 程 。 三 、mRNA 的 合成 和 后 加 工 (一 ) 原核 细胞 mRNA 的 合成 E+ Coli mRNA 的 转录 的 启动 及 终止 序列 已 在 前 面 介绍 过 。 转 录 形 成 的 大 前 体 必 须 经 过 后 加 工 才能 成 为 成 熟 mRNA。 用 T， 吃 菌 体感 染 的 已 。Coli 在 早期 可 检测 到 这 个 大 mRNA 前 体 , 它 是 由 按 序 排列 在 .T; 叭 菌 体 基因 5/- 端 的 五 个 顺 反 子 (cistron) 转 录 而 产生 的 。 这 个 大 转录 物 经 RNase 下 等 酶 迅速 切割 加工， 得 到 五 个 分 离 的 单 顺 反 子 MRNA 如 图 13 一 42 ) 。 早期 T- mem A RTA (二 ) 真 核 mRNA 的 合成 兔 和 鼠 球 蛋 白 基 因 不 是 连 Sa ee St = TDA 续 地 存在 于 DNA 链 上 ， 而 存 | 在 于 DNA 上 的 三 个 编码 区 用 | By RABE. KERB 人 mRNA 前 体 被 大 小 两 个 插入 序列 所 隅 开 ， | 这 插入 序列 称 为 内 含 子 。 各 种 一 一 —— ee 鼠 和 免 的 大 小 内 含 子 长 度 几乎 FPG; a zpamr mena = BS, ROR HERS, Kit 为 646 和 580bp， 小 的 为 115 和 图 13 一 42 Ty 噬菌体 早期 mRNA 的 转录 和 后 加 工 126bp。 鼠 的 &- 球 蛋白 基因 也 有 两 个 内 含 子 ， 但 比 B- 球 蛋 自 丫 内 含 子 短 得 多 。 Bis PMY 球 蛋 白 基 因 最 初 是 在 红细胞 中 转录 成 一 15S mRNA 前 体 ， 它 有 5“- 端 帽子 和 598 a 3- 端 多 聚 A( 是 转录 后 加 工 带 上 的 )， 并 有 插入 序列 的 互补 序列 。20 分 钟 加 工 成 成 熟 mRNA， 其 5- 端 没有 被 缩短 ， 但 这 并 不 意味 着 这 5/- 端 就 是 转录 的 起 始点 。 两 种 鼠 P- 球 蛋白 基因 由 帽子 区 向 5/- 侧 遂行 。 个 具有 7 个 核 音 酸 的 库 列 一 TATAA 人 G， 约 距 幅 子 区 30 个 b、p、《(〈 3 圈 螺 旋 ) 。 这 样 使 TATAA 和 帽子 部 位 都 各 集中 在 DNA 螺 旋 的 大 槽 中 ， 且 在 螺旋 的 同一 面 ， 这 样 就 使 RNA 聚合 酶 易于 与 之 作用 而 定位 。c- 球 蛋白 也 有 同样 的 六 核 苷 酸 序列 。 更 有 趣 的 是 这 7 KERR] TATAAAG 4 E - Coli 中 pribnowbox 的 头 五 个 核 苷 酸 TATAA 序列 是 相同 的 ， 而 这 正好 是 E。Coli 中 RNA RAMMAA 部 位 《RC ) 。 它 位 于 原核 细胞 RNA 起 始 部 位 前 5 一 6 个 核 苷 酸 。 所 以 这 7 个 核 背 酸 序列 区 可 能 代表 真 核 细胞 MRNA 转录 时 RNA 聚合 酶 的 一 个 识别 部 位 。 因 这 一 点 是 了 ogres 提出 的 ， 故常 称 为 Hognes's box。 于 式 表示 RNA Bhp I 结合 于 TATAAAG Hognes's box 互补 链 上 进行 转录 的 情况 。 1 At ; BEE SG ATATTTC+3e 2S 0G BIGGS AOS ARM Hae 5’- TATAAAG——_-_____C A(T CCT G)— ih . Hognes's box PF BRR =32 -30° ) "-20)*" = 109 2's goa KIRA 5/- AUCCUG— v¢ ari m’GpppA (UCCUG) —— 证 WERT RNA RAM LAS FE TATAAAG 的 互补 链 上 ， 并 对 该 互补 链 进行 转录 ， 转录 起 始 于 该 有 意义 链 的 3/- 端 向 下 行 第 32 个 核 并 酸 Th, RAMS. HR 3 BORA 有 - 球 蛋 白 3/- 端 有 一 强调 节 区 ( 如 下 式 )， 这 一 调节 区 有 一 五 核 苷 酸 序列 AATAA, 离 poly(A) 加 入 序列 约 18 个 核 音 酸 。 Poly(A) 加 入 部 位 有 - 球 蛋 白 min| CTAATAA As T C\A ATTCTGT— | | AAAGCAT TTA TGTTCA C CTAATAA TGC |JAATGATGT— iad | p-maee aj ee. Poly (A) mA FFI 3/~ im TER 区 的 五 个 相同 核 苷 酸 序 列 AATAA 而 15S mRNA 前 体 中 插入 序列 的 后 加 工 则 要 经 过 两 个 或 更 多 个 切割 和 连接 反应 (前 接 RM). 这 在 下 节 再 作 详细 介绍 。 ATR - 球 蛋白 基因 及 其 转录 和 后 加 玉 示 如 图 13 一 43。 经 分 子 克隆 和 核 苷 酸 序列 分 析 得 出 卵 清 蛋白 基因 有 二 个 插 众 序列。 每 信 转 录 单 位 的 最 小 599 Wa AGL 终止 子 {V , IV, 一 下 过 | sean C ap 一 一 RE 一 一 RE 一 下 ‘ bed 3? SPIE Holy ak C 2. p-—jguumnan -— japerereeean ————- ITA Poly (A ) ME bas bg | y 区 - AN 和 AN% a é =e \\ \ 一 7 x ih \ \ a xz ~ < N 4 a oy % ye \ pee 区 Cap - Poly( A) JAB - RAAmMRNA 图 13 一 43。 鼠 B- 球 蛋白 基因 的 转录 和 后 加 工 成 MRNA CIV, 和 TV, HHAR AKAD 长 度 为 7.8kb。 从 编码 mRNA 5/- 端 的 部 位 ( 即 假定 的 帽子 部 位 ) 逆 行 30 个 bp, A— TATATAT 序列 , 相当 于 6- 球 蛋 自 中 相同 的 富 AT 序列 ， 逆行 70 个 ,bp 也 有 与 .8- 球 蛋白 相同 的 序列 。 从 而 提出 : 真 核 细 胞 RNA 梨 合 酶 的 识别 部 位 是 DNA 中 的 GG CAATCT #5 9RFESIy BONE 列 类 似 于 原核 E + Coli RNA 聚合 酶 c- 因 子 的 识别 部 位 (Riy)3F 而 TATATA 序列 则 相当 于 核心 酶 的 识别 序列 。 Hn 3 卵 清 蛋 和 白 mRNA 基因 3“- 端 转录 区 ， 似乎 终止 于 下 式 所 示 序 列 。 方 框 中 的 核 苷 酸 序列 为 yyy E ~CAT| AATAA |AAACATGTTTAAGCAAACACTTTTCACT T.-- DAPMRE RBH 3’ in AE HE OS AR LEE RPE. 可 能 的 .Poly(A) 加 入 部 位 如 箭头 7No DB tes aE ALY) HES RH SES AT HK MRNA 和 后 加 工 成 MRNA 的 过 程 示 如 图 13 一 44。 下 U 1 2 3 4 5 6 7 aA es an 人 终止 子 . | iv.S IVSIVS IVS. JS IVS BAN Ay 二 二 > IVS | mRNA pitt C a p—a—-—-—-——_—- 942-2 _» = 图 13 一 44， 卵 清 蛋 白 基因 它 的 转录 前 体 加 工 和 成 熟 RNA 的 生成 除 上 述 两 例外 ， 其 它 如 卵 粘 蛋 自 、 伴 清 蛋 白 、 昆 虫 的 纤维 蛋白 等 都 有 相似 的 .7 BEERS 列 , 位 本 其 起 始 转录 部 位 前 约 30 个 bp 处 。 伴 清 蛋 白 基 因 中 离 幅 子 部 位 前 84 个 核 昔 酸 浆 也 有 王 600 真 核 RNA 聚合 酶 识 Bil FE] GGACAAACA, (三 ) 真 核 细 胞 MRNA 前 体 的 剪接 和 成 熟 1。 mRNA 前 体 的 剪接 通过 对 mRNA 编码 基因 和 插入 序列 间接 头 的 研究 。Chambon 提出 ， 所 有 这 些 接头 在 序 列 上 是 相近 的 ， 且 插入 序列 的 5 和 33/- 端 大 多 以 二 核 疹 酸 -GU 和 AG 分 界 ， 即 AG 1GU… …AG | GU ( 例 见 表 13 一 4 ) 。 这 很 象 是 拼接 专 一 性 信号 。 TABU BE til BR ZAI 它 可 能 还 包含 一 些 核 支 和 胞 质 因子 在 起 作用 。 近来 有 人 用 专 一 性 抗体 进行 检测 ， 结 果 得 六 种 复合 物 ， 每 种 都 是 由 不 同 的 小 的 核 尺 NA( SnRNA ) 和 七 种 相同 的 蛋 自 质 构成 。 这 些 复合 物 似乎 旋即 与 核糖 核 蛋 白 颗 粒 结合 , ER mRNA 一 旦 形成 就 立即 与 核 中 核 蛋 白 颗粒 结合 一 样 。 曾 有 人 研究 过 其 中 一 个 存在 最 丰富 的 SaRNA 一 UI RNA, 发 现 其 5/- 端 序列 与 拼接 头 存 在 的 序列 互补 ， 现 示 如 图 芭 一 45。 jw “ 134 mRNA 前 体 药 接 接头 两 侧 的 一 些 序列 des 外 显 子 Aa + | ABE RBA | .- AAAUAAG GUGAGCC.»...« AUUACAG GUUGUU... aiy ty) swAGCUCAG, GUACAGA».-UAUUCAG | |, UGUGGC-. sone .. We ages CCUGCCA GUAAGUU-.-..-- UUUACAG,.., «GAAU AC. cmye aq oo 7AGAAAUG | GUAAGGU-.-CUUAAAG | GAAUUA-. ceye-p ng GACUGAG | GUAUAUG----GCUCCAG | GAAGAA-. P ere | =UGAGCAG | GUAUGGC-.....CUUGCAG | CUUGAC.. eS BB™ Ree P .sUGGGCAG | GUUGGUA..-..UUUUUAG | “GéUECU-- BAT I 也 就 相当 于 A->G )。 当 用 亚 硝酸 处 理 过 的 TMYV RNA 感染 烟草 ， 则 烟草 中 会 产生 病毒 突 突 体 ， 其 蛋白 质 肽 链 中 有 某 个 氨基 酸 会 被 另 一 氨基 HOE BRAY, SAY RF CHU A Ue be ->G。 例 如 当 突 变 体 蛋白 质 中 关公 lew He phe 取代 alk a CUC( “iy Sai ae 时 ， B#4 I CUU-UUU(C>U), 而 当 Ala 被 uuc (Phe! UCU(Ser) CUU(Leu) Val 取代 时， 就 相当 于 GCA>GUG (¢ Bf CU; get A>G ) o ERIN CARS RMA 蛋白 的 突变 体 和 不 同 种 人 血红 蛋白 的 突变 体 获得 了 同样 证 据 。 图 图 41 一 1 密码 子 CCC 经 各 种 突变 14 一 1 表示 Pro 的 三 联 体 密码 子 CCC 经 脱 氨 而 变 而 成 为 其 它 密码 子 的 过 程 为 其 它 密码 子 的 过 程 ; (四 ) 从 已 知 蛋白 质 序列 区 的 噬菌体 RNA 序列 证 实 遗 传 密码 的 性 质 “ 在 蛋白 质 和 RNA 的 序列 可 以 测定 的 LEH E,..1969 4E Sanger 发 现 MRK Ri 有 一 段 mRNA 核 苷 酸 序列 ， 完 全 与 其 已 知 外 过 蛋白 的 81 一 99 位 氨基 酸 序列 相符 。 最 近 Fi 测定 wet irene a alg ide ces Lae 通过 以 上 几 种 方法 所 得 的 氨基 酸 遗 传 密码 ， 证 实 了 64 个 密码 子 中 的 61 个 。 另 外 主 个 三 体 (UAA、UAG、Uk 个 ) 密 码 子 不 编码 任何 氨基 酸 ， 称 为 终止 密码 ， pA CW 384k (nonsense mutant ) 的 研究 而 得 以 证 明 。 无 意义 突变 与 一 个 氨基 酸 被 另 十 个 氨基 酸 取代 的 误 意 突 变 〈( missense mutant ) 不 同 。 UAG 称 为 琥珀 密码 子 (amber codon); UAA # HHA HIF Cachre codon); UGA 称 为 乳白 密码 子 。 这 些 名 称 是 根据 这 些 终止 密码 子 所 引起 的 突变 类 型 而 命名 的 。 终止 密码 的 确定 ， 也 是 在 体外 翻译 人 工 合成 的 mRNA 获得 的 | ‘Pin Poly (UAUCY Re URNA: jU-CCRae Aue, ORI, 都 得 出 Tyr, Leu, Ser, lle 重复 序列 的 类 蛋白 聚合 物 大 分 子 。 | UUU( Phe) UAU CUA UCU AUC UAU CUA UCU AUC...» UAUC UAU CUA UCU AUG UAU CUA UCU.» 608+ UAUCU AUC UAU*CUA UCU AUC UAU CUA.… CUA UCU AUC UAC CUA UCU AUC UAU:::: + 翻译 SS 1 Ile-Tyr-Leu-Ser-Tle-Tyr-Leu-Ser……， * Ser-Tle-Ty r-Leu-Ser-Tle-Tyr-Leu--+ 8 Vedi Ser-Tle-Ty r-Leu-Ser-Ile-Tyres- é' 然而 当 用 Poly(GUAA ) 为 模板 mRNA， 来 进行 翻译 时 ,所 得 结果 与 上 完全 不 同 。 这 个 模板 所 得 结果 如 下 。 GUA AGU AAG UAA GUA AGU AAG => G UAA GUA AGU AAG UAA GUA AGU -----. ; GU AAG UAA GUA AGU AAG UAA GUA …… AGU AAG UAA GUA AGU AAG UAA …… | sae to Heh | 2} H WiVel Ser iLys~ 2 《三 肽 》 Se ht a 27. MaliSer Lys’? (€C=]kyY cag t Lys ? Ser Lys ? (=k) foal UAA 密码 子 时 ， 即 停止 翻译 。 从 而 可 知 UAA 为 终止 密码 子 。 同样 ， 用 Ploy(AUAG) 作 模 板 mRNA 进行 翻译 时 ， 得 出 UAG 也 是 终止 BSF. A Poly(UGA) 作 模板 mRNA 进行 翻译 时 ， 除 了 两 个 不 同 起 始点 得 出 也 多 又 甲 硫 氨 酸 和 多 束 门 冬 氨 酸 外 ， 没 有 其 它 多 胸 合 成 。 证 明 UGA 也 是 终止 密码 子 。 这 些 终 正 窗 码 已 通过 /对 应 于 已 知 蛋 自 质 的 DNA Al mRNA 的 序列 分 析 被 肯定 。 中 -关于 起 终 密码 子 问题 ， 是 在 所 有 密码 子 都 确定 后 后 才 被 确定 。 在 体外 翻译 时 ， 由 于 翻译 可 从 任 一 碱 基 起 始 ， 所 以 起 始 大 们 认为 ， 没有 一 个 起 始 密码 子 可 作为 肽 链 的 起 始 信 号。 然而 19644¢ Sanger % il E.Coli 甲 硫 氨 酰 -tRNA 中 的 c-NH。 常 被 ABE 化 成 Ae RAB -tRNA({Met-tRNA), ix#f, 7 {Met Ht RA-COOH 可 与 另 一 氨基 酸 的 氨基 形成 肽 键 。 后 来 又 发 现 瑟 ,Goli Hl" 得 的 各 种 蛋白 质 其 N 一 端 45% 为 甲 硫 氨 酸 。 因 而 推测 在 也 .Coli 中 ， 也 许 在 所 有 细菌 中 蛋白 质 都 起 始 于 专 一 的 fMet 的 密码 子 ， 而 在 蛋白 质 形成 后 除 & TH Beas RR iMet 残 基 才 成 为 成 熟 的 蛋白 质 。 后 来 用 无 细胞 系统 翻译 噬菌体 Riy 和 faRNA 时 ， 发 现 体 区 合成 的 史 苗 体外 过 蛋白 其 N- 端 序列 为 FeEAia-S6r. 而 在 活体 内 合成 的 该 蛋 自 质 ， 其 N- 端 序列 为 Ala-Ser…。 这 可 认为 无 细胞 系统 中 缺乏 去 甲 酰基 的 酶 和 氨 肽 酶 活性 。 后 来 证 实在 完整 细胞 中 确 有 这 两 种 酶 活性 。 609 把 起 始 {Met 引 到 多 肽 链 上 的 tRNA 为 tRNAMe se ERN AM, 市 把 Met B1 Al Bak Se 中 间 的 tRNA 称 为 tRNANMet 或 tRNAMet 。 这 两 种 tRNA 的 核 苷 酸 序 列 不 同 。 它 们 虽 都 能 接 受 Met， 但 只 有 Met-tRNAM* 上 的 Met-aNH, 可 被 甲 酰 转移 酶 催化 甲 酰 化 ， 这 个 BBL Nl" 一 甲 酰 一 FH, 作为 甲 酰 基 供 体 。 而 Met-tRNAXst 则 不 能 被 催化 甲 酰 化 。 所 以 当 原 核 生 物 中 肽 链 起 始 时 ，AUG 密码 子 用 甲 酰 甲 硫 氨 酸 (fMet ) 起 始 肽 链 ! | 也 就 是 把 起 始 fMet 引 到 AUG 起 始 密码 子 上 以 起 始 多 肽 链 的 tRNA 为 tRNAi% ， 而 把 Met 3], 3] mRNA 中 间 AUG 密码 子 土 形成 多肽 链 的 tRNA 为 tRNA 。 _ 二、 遗传 密 码 的 简 拼 性 氨基 酸 只 有 二 十 种 ， 而 遗传 密码 子 有 64 个 ， 所 以 大 部 分 氨基 酸 可 利用 几 种 不 同 的 密码 子 〈 见 表 14 一 2 ) ， 这 称 为 密码 子 的 简 拼 性 。 但 同一 氨基 酸 的 简 拼 密码 子 ， 不 是 随机 的 而 是 有 规律 的 。 大 部 分 简 拼 三 联 体 5/- 端 和 中 间 的 核 苷 酸 都 相同 ， 其 简 扒 只 限于 3'- 端 ， 即 34- 端 不 同 。 如 Val 的 四 个 简 扒 密码 子 为 GUU、GUC、GUA 、GUG， 前 两 个 核 苷 酸 都 是 GU， 只 有 3/- 端 可 以 是 U、C、A、G 中 任 一 种 核 苷 酸 。 在 有 些 情感 下 ，3/- 端 都 必 需 为 嘎 吟 核 苷 酸 (人 A 或 G ) 或 喀 啶 核 苷 酸 (C 或 U) 。 如 Gln 的 简 扒 密 码 子 为 CAAJ 和 和 CAG, 而 His 的 简 RE 码 子 则 为 CAU 和 CAC。 遗 传 密码 的 简 扒 性 和 各 种 密码 子 的 特殊 排列 对 防止 突变 的 破坏 性 影 响 ， 保 证 生物 种 属 的 稳定 性 起 重要 作用 。 在 密码 子 3- 端 发 生 一 个 核 苷 酸 改变 的 突变 ， 对 所 合成 的 蛋白 质 毫 无 影响 。 根 据 一 些 密码 子 的 编排 可 以 看 出 ， WR 5- 端 核 音 酸 改变 ， 则 对 所 合成 的 蛋白 质 性 质 影响 亦 不 大 。 例 如 ， 一 个 突变 使 六 个 Leu 密码 子 中 的 任何 一 个 的 5- 端 改 变 ， 所 得 的 突变 密码 子 都 是 疏水 氨基 酸 的 密码 子 ， 这 样 一 种 突变 体 可 能 不 会 损坏 所 奉 减 蛋 站 质 的 特殊 功能 。 U | 入 wt 每 不 密码 子 需要 自己 的 tRNA, CHARM REET. BRR) RR $k tRNA 能 识别 相同 的 氨基 酸 。Crick 等 证 明 ， 密 码 子 的 3/- 端 和 反 密 码 子 的 oH 补 碱 基 对 ， 可 能 具有 较 广 的 可 变性 ， 他 们 称 为 “ 变 偶 性 (Wobbfe) 或 押 动 性 中 这 种 4 起 伍 性 为 将 司 55- 端 反 密码 子 识别 简 扒 密码 子 3/- 端 的 可 和 C 或 入 和 G。 他 们 认为 汰 章 体 枇 学 角 度 看 ， 反 密码 子 5/- 端 G( 环 是 A ) 可 与 密码 子 3- 端 的 可 或 'C 两 者 了 配对) RBBF o-wU (REC) 河 与 密码 子 34- 端 的 A 或 G 两 者 配对。 并 且 早 已 发 现 有 些 tRNA 反 密 : 码 子 区 :器 | NEU), EAS mRNA 上 上 密码 子 3/- 端 的 A、U 或 @C HPAhe y—P Ra ws 可 以 解释 已 知 的 一 些 反 密 码 子 与 密码 子 为 什么 有 了 配对 能 力 〈 见 下 式 ) 。 变 倡 假说 也 能 解释 为 氨基 酸 Ala Tyr Gly Trp 反 密 码 子 3 CGI A¥G CCU ACC 5/ <-- + <— <— a sk 密码 子 “57GCC UAG GGG CAG A —_-—> - > -—— 1 -—>> 610 什么 phe、Tyr、Cys、His、Asn、Ser 和 Trp 等 密码 子 所 对 应 的 反 密 码 子 5/- 端 要 阻止 肌 彰 进 入 。 因 为 这 些 密码 子 的 3/- 端 都 是 U、C 简 拼 ， 如 果 反 密码 子 5/- 端 有 工 进 入 ， 势必 会 误 BREST AMRIT, RATE LOR. MR Ge, KEG 与 U，1 与 可 、C、A 配对 方式 示 如 下 式 。 H hs 2 oma hoe Hie: | Be’ NO Ny C N neq Se aa \ O d li | C—H MF BS (i ois NB fea ashe C= Itt ts H 4 ) AVSI-51) | 和 下 -IN 和 EA Pia Je Se AN wea " we, ARE ey FL ti} tame NN aa fy | nt -al] C C Hy | | Bb Ean a nN Aw | OF i: ) tt B20) Ne OER 1M 7 aad ne Dud, OU, | 个 通 肥 工 放 GAN 清治 H ph eng I C—H | TRE Hg \w7> Nw Fl FH #3 F di A= IT 对 忒 128AX 4 H lk ly | =| ie Al : fy AAs: Ny: en 19% j 5 uf . . 核糖 pS ie NH | “i ze ® let 人 Fe al C—H ) / HA SA 核糖 U= 1x} ‘ 6}] N N | ‘O ee é N SN NGA ba pGis of i ah Suaete oanee : 全 H U = Gxt 利用 所 纯化 的 已 知 序 列 的 tRNA 进行 核糖 体 结 合 试验 ， 从 实验 中 所 观察 到 的 密码 子 与 反 密码 子 的 识别 模式 ， 都 证 实 了 变 偶 假 设 的 正确 性 ， 以 及 肌 苷 在 许多 tRNA 反 密 码 子 中 的 限制 性 。 Crick 在 推出 变 偶 假说 后 ， 又 发 现 了 反 密 码 子 中 的 一 些 核 苷 酸 的 限制 。 如 Ile-tRNA 阅 读 密码 子 AUA 、AUC、AUU， 其 反 密 码 子 5/- 端 就 必需 是 肌 苷 IT， 而 决 不 能 是 U， 即 一 定 要 阻止 U 进 入 其 5- 端 。 否 则 ， 这 个 反 密 码 子 就 会 误 读 密码 子 AUG。 这 与 后 来 发 现 HATA 惯 适用 的 :Ile-tRNA 序列 相符 。 但 有 一 点 比较 特殊 ， 即 tRNA 在 阅读 起 始 密码 子 时 具有 变 偶 性 。 因 为 其 它 氛 基 酸 的 密码 子 5- 端 和 中 间 的 核 苷 酸 往往 是 严格 的 ， 它们 的 反 密 码 子 也 往往 严格 地 与 密码 子 配对 。 而 起 始 密码 子 ({Met) 有 三 种 (AUG、GUG 和 UUG)， 它 们 的 8- 端 核 苷 酸 不 同 ， 因 此 fMet-tRNA 上 的 反 密 码 子 就 具有 一 变 偶 对 3 U, Wie FS AUG,GUG, 甚至 与 UUG 密码 子 的 5/- 端 核 苷 酸 配对 。 除了 上 面 所 介绍 的 简 拼 tRNA 反 密 码 子 可 识别 一 个 以 上 的 密码 子 外 ， 还 有 与 一 种 密码 子 配对 的 同 功 受 体 tRNA(iso-accepting tRNA)。 这 些 同 功 受 体 反 密码 子 相 同 ， 但 其 核 苷 酸 序 列 中 其 它 部 位 有 变异 。 ME,Coli hy tRNAT” 和 同 功 受 体 tRNA, vl RRR TRNAS TR am 核糖 其 同 功 受 体 tRNAis， 后 两 者 的 比较 如 图 14 一 2。 这 些 核 苷 酸 序列 上 的 差异 ， 是 由 基 因 复制 以 及 以 后 的 突变 所 引起 。 可 认为 这 样 的 基因 复制 ， 有 助 于 保护 机 体 ， 使 它 抵抗 在 tRNA 上 的 灾难 性 突变 。 该 图 中 G 说 明 tRNA 这 中 为 G， 而 tRNAi* 中 则 以 A 代 G。U 说 明 tRNAS 中 为 U， 而 tRNA PMC FU; 到 目前 为 止 ， 有 相当 数目 的 mRNA 全 序列 已 经 确定 。 从 而 可 以 看 出 ， 不同 简 拼 密码 的 用 途 似乎 不 是 随机 的 ， 而 且 在 原核 细胞 和 真 细胞 中 优先 被 选用 的 密码 子 不同 。 例 如 真 核 细胞 中 密码 子 的 3/- 端 似乎 优先 选用 所 和 CC; 对 两 种 起 始 密码 子 AUG 和 GUG 的 选用 ，AUG 大 大 超过 GUG。 在 80 种 已 知 的 原核 mRNA 中 ， 只 有 三 种 以 GUG 作 起 始 密码 子 。 CFE 知 的 40 种 真 核 细 胞 mRNA 的 起 始 密码 子 都 是 AUG 。 612 三 、 遗 传 密码 的 通 性 及 其 变异 ey 用 真 核 AIR 核 细 胸 的 tRNA PETE 的 实 Mi ES 验 , 表明 两 类 CRNA 能 识别 相同 的 密码 子 。， 8:5 RARE TSS Abe We SICK AIR RES 核 细胞 的 mRNA BERRA) 和 细胞 质 蛋白 | ee Ee Bee. 但 两 类 密码 的， | 子 也 有 很 小 的 差别 ;! 即 真 核 细胞 质 中 考 -- 与 va G， ‘gucci s AUG Do Reig RG tRNA (4% Met( tRNAM*) da ol ERENT 而 原核 细 胞 中 的 起 始 ,tRNA 则 负载 fMet OE RP «THES Pe Ge ({RNA}'*) 345 AUG x ja, ' ie oat 在 线粒体 系统 中 ， 发 现 某 些 mRNA py shot 密码 子 与 细胞 质 mRNA 的 密 oR OF re 氨基 酸 有 些 不 同 。 如 酵母 线粒体 ATP eth 基 9 中 的 第 46 个 氨基 酸 为 Thr， 其 mRNA 上 en Te 相对 应 的 密码 子 为 CUA， 这 个 密码 子 在 细 rh {o,.\ 5 al , 胞 质 MRNA 中 则 是 编码 Leu 的 。 但 在 人 、 小 牛 等 线粒体 中 ,CUN 26 a5 a5 4a He hE RAB Leu. A. iv. BRA LEDS UGA De, RTE, HAR HM yk RS 另外 在 哺乳 类 动物 细胞 ONL Pr — GE AUA 用 来 编码 Met， 而 在 细胞 质 中 该 密码 子 则 编码 Ile。 在 人 细胞 线 粒 体 中 ，AGA 和 'AGG 两 个 密码 子 为 终止 密码 ， 而 在 细胞 质 中 这 两 个 密码 子 都 编码 Arg, RAMA tRNA 与 细胞 质 中 tRNA 的 基本 差别 与 上 述 被 改变 的 mRNA 密码 子 相 对 应 。 而 且 线粒体 只 含 24 种 不 同 tRNA， 这 上 比 细胞 质 中 根 据 变 偶 假 说 阅读 的 最 小 密码 子 数 (31) 小 。 第 三 节 ,核糖 体 及 其 在 蛋 自 质 合成 中 的 作用 核糖 体 是 一 个 大 的 核糖 核 蛋 白 颗粒 ， 在 原核 细胞 中 它 以 游离 状 态 耸 在 ， 或 与 mRNA 结 合 形 成 串 状 多 核糖 体 。 平 均 每 个 细胞 有 10° 个 核糖 体 。 在 真 核 细胞 中 核糖 体 可 以 游离 状态 存在 ， 也 可 与 细胞 内 质 纲 结合 而 存在 。 平 均 每 个 细胞 有 10* 一 107 个 ， 吵 绿 体 和 线粒体 中 也 有 相应 的 核糖 体 。 eee PRA BEA AB a PE EH, AK RAT Bet RNA 种 类 和 蛋白 质 种 类 见 表 14 一 3 或 图 14 一 3。 在 Me’ 浓度 为 10omM I, PRIA Ay Me … 浓度 降 至 0.1mM 时 则 又 解 聚 。 原核 细胞 中 的 核糖 体 小 亚 基 含 一 分 子 16S rRNA， 大 亚 基 含 5S 和 23S rRNA 各 一 分 子 。 真 核 细胞 中 核糖 体 的 小 亚 基 含 一 分 子 18S9. rRNA, KIUHBA 5S, 5.88, 28S rRNA 各 一 分 子 。 原核 核糖 体 的 305S 中 的 蛋白 质 称 为 9, 、S2……… S$::， 每 一 种 蛋白 分 子 只 有 一 个 拷贝 。50S THE AUR L 表示 ， 除 L; 和 Li* 外 ， 每 种 也 只 有 一 个 振 贝 5 L, 和 正 ,总 共有 四 不 拷贝 。 富 们 的 相对 数目 决定 于 细菌 的 生长 速度 , 荆 , JE Li 的 N- 端 为 乙酰 形式 ,Li 是 三 个 复合 物 训 ww .613 表 14 一 5 ”核糖 体 的 构成 单位 及 分 子 量 核糖 体 来 源 亚 基 及 其 分 子 量 rRNA 及 其 分 子 量 蛋白 质 种 数 30S(0.9x106) 165(0,51x10%) 21 M,W =8, 300 - 25, 800 E Coli 708(2,7x10®) 5S(4x 10*) 50S(1.8 x 10%) | 32 235(0,98x 10% M.W =5, 300-24, 600 40S(1,4x 108) 185(0,7x 10%) 30 M,W =11, 200 - 41, 500 5S(3,9x 10%) =50 s5cz.810f A516. 1106 M.W =11, 500 — 41, 800 28S(1.7x 10*) toy ASH) RRA 805(4,3 x 108) 18SrRNA —_ + 30 种 蛋白 质 5S 5,8S 28S , acc: + + 种 蛋白 YY x 16SrRNA —_> + 21 种 蛋白 质 5S 23S FRNA RNA earas 图 14 一 3 兰 核 和 真 核 细胞 质 核 糖 体 及 其 亚 基 大 小 和 成 分 St F Lio 结合 L, Liz 而 成 。 Lie 就 是 S20 15 Ao % 70S Wit RN, S20 蛋 向 离开 305S 亚 Ke, 4550S 亚 基 结 合 。 这 些 蛋 自 质 大 部 分 为 碱 性 蛋白 ， 其 碱 性 氨基 酸 (Arg + L7S) 合 量 可 达 614 34%5 这 些 碱 性 氨基 酸 与 RNA 有 较 强 的 结合 作用 。 大 部 分 核糖 体 蛋 白 的 氨基 酸 序列 已 经 确 定 。 但 真 核 的 蛋白 质 有 前 尚未 完全 确定 。 Jig 一 、rRNA EHS RA RS ER rRNA 的 结 Sig SHE Monae te me 它 在 核 灶 入 上 的 动 邮 兴 是 让 六 而 (一 ?把 一 些 重要 肠 芭 能 蛋 白质 组 装 在 核 六 体 上 ， 使 核 业 体 成 为 具有 高 度 结构 的 颗粒 。 E> BEANE ARCS, Sy. Su Sigs Sing) Seo) HAF 16S TRNA 的 专 一 性 区 域 ; ut BALA Las Gy AL po he kee bios Lar Ly? Bal Pie sibee. Libel Day) ae 在 23S cRNA KS PMs Bay, rRNA MRERE ADR ETE, LAM tboeitl TR SRS a fs FRNA 的 哪个 部 位 相 豆 结合 % 可 以 说 通过 这 些 专 一 性 的 蛋 自 质 可 以 保护 欠 RNA 上 的 特殊 区 域 。 | 1S TE wae aR Ee Bate BT de Pavia Habs / Shine 和 Dalgarno 测定 了 E.Coli 16S rRNA 的 37438 FEA, 观察 到 有 -个 多 聚 旷 喧 序 Al's MRNA 不 局部 芬 非 翻译 区 的 多 聚 味 叭 序列 丕 宰 才 而 县 三 ,Ri 和 相关 噬菌体 的 外 壳 蛋 白 、 | ARS TIAN RNA 的 AUG 起 始 密码 子 之 前 FEA SRS | 序列" EIS 16S, RNAR 人 端的 UUCCUCCA 启 列 互补 。 如 图 14T4 和 表 4 一 Hi。 BRXABIE & E.Coli mga, MRNA th 86-5 3X Ft FR IEF CAA 11D Phy Khia A 5 +: 16S, RNA. ty & FR MBE Ah 促进 ?0S 亚 基 和 mRNA 的 起 始 密码 子 AUG EX Jsbii LTE Fil, 3X MBI [LAE T 308 核糖 体 为 什 算 能 结合 在 起 始 密码 子 - 印 MARA 合 在 -PP 企 专 为 中 间 . Met 编码 的 AUG RIF bo SE Hs PERMETE SPAM HY MRNA Bey HN ERM Zee BN BEIT Hen #2 E.Coli 中 已 有 80 种 mRNA 存在 这 种 互补 区 ， 这 互补 核 童 酸 区 长 约 3 一 9 SRR CR sabe? 7 © it (Feo) / a ere grog 1177 16 ¥ 360 cal a —O He Riess : R- « fo -一 2 Ee a betel | yey RNA MAE L- 一 25 3 天 一 00 Bas OR RRNA mus Riz 和 Msp te lnakd: mS RNS cs chase is 单线 表示 非 翻 译 区 ， HEH MARA. + 代表 起 始 密码 于 AUG 或 GUG 位 置 ， 数 字 代 表 核 苷 酸 数 。 一 一 一 * /这些 互补 作用 是 否 存在 ， 并 且 它 是 向 鼓 是 选择 起 始 密码 子 的 机 制 这 些 问 题 在 人 们 发 现 了 mRNA 分 子 的 起 始 区 与 其 STKNA: 的 .3f5 端 直接 结合 后 汶 得 到 肯定 的 可 答 e 2 如 用 核酸 酶 处 Fa— Fy E, Colima fk Ri, A BAMRNA ARE. Cop F4 Hae 708 形成 的 超 始 复合 物 ， 处 理 后 分 离 得 一 杂交 体 ， 它 是 由 16S rRNA 3“- 端 约 50 个 核 苷 酸 区 和 噬菌体 R,, Av mRNA 起 人 的 各 入 的 的 和 入 请 光 m il 二 ANU BA pe — ee ER FLOS TRNALB/s Bit Rh ee oA PALES, tRNA QH- -RNA 形 成 超 615 ~ Sa Color As Et i. tr x 1 oy tty 了 = Sf 4 a : . fd ee 7 IS Se) act Jee HHS NR S ce dg A 让 了 寺 合 党 te Ut FZ ya 三 。 an Fi > 并 | Ak 癌 oN bE : : 让 一 LBA AA} oR FSA? Rees ANA: ,一 : : » HH K oI CNRS vel Et — F ty AV UG) jo sR Aah Si OBS ed CT ahee ey AM AY rep AAS .] AMSPDRERN A BI LG SR Sh — Be —) 2 x id 35 ) > - » a ve - we = : aw i te BS ose 于 4c caiS -eOr tia te ful ay - re TRIOS WJ i eee cae cue Ny ‘Lo ose wk — asi js UYU GONG aU CCUUA tts smug ART STAY PE sic ei (a)mRNA 本 复合 物 be yk ee 1 Ee Ft Hi pang AMM RS S\—FERM IRA R-s oO AAr.2aL ile 了 ert onthe iF saide ABR ier 和 mateneue neeuounne Gaul AVA EK 68S. aR OAR Emm RWS) Wink? 16S RNA Ae Ae OE HOP <° DeRh mRNA- rRNA 的 相互 作用 ， RE Me MEM ARR BRAT fe, Rida if hem baka — oh toe piy tte koh bg ea eg KS ES) AV K AL Bs 18 RNA’ Aner aa Naty 16S. TRNA iB AES SR EY Le ea ef FP HECCUCE it et Ea see 5 PAA TOUT MAME BFE. Seine aC ee aie Th AEN (seanning hypothesis ) had 6). BE MASS C—e PYShK Mi Bs KE eA ANAM HK 08 RAH ilo FH o [f[—as HE hE 44 ~ ye ea SYD ja by CORE ad EF) 3 Buk Km sana RS ChAT RD YON ee aie td i SS} SAA eR ee AR BA noes RRA TR FRE, IR 38’ we, AUG Fm 60S) AV lm 工 ey WE ” 亚 基 结合 形成 有 活性 的 80S 核 情 体 。 SF 2 Ae A pha MAD A hh Ss, [Im FRA 5 A 2) OR RES 0c Cha -c AAAs as 由 县 可 .Ab eek Be hea: WAS & Bl— 7 IM F MRNAS 5 RETR 57 ee 并 县 沿 mRNA 5/3" BA, 3) AUG 密 得 予 后 4 立即 形成 起 始 蓝 洽 物产 建成 阅读 码 框 几 并 立即 阅读 一 个 个 三 联 全 密码 616 子 ， 直 至 终止 密码 子 为 止 。 所 三 )16S rRNA 对 70S 核糖 体形 成 所 起 的 作用 16S rRNA3“- 端 序列 和 23S rRNA 形成 碱 基 对 ， 可 能 在 30S}; 和 505 亚 基 形成 705 核糖 体 的 过 程 中 起 作用 。 然 而 这 互补 碱 基 对 的 形成 ， 只 有 当 16S rRNA RRMORAWRATS mRNA 配对 时 所 采取 的 方式 时 ， 才 有 可 能 。 这 两 种 互补 性 的 相互 排 押 ， 可 能 是 TF23- 双 重 功 能 的 分 子 基 础 , 当 IF-3 与 305 核糖 体 作用 时 ，16S rRNA 3“ -端的 二 级 结构 从 能 与 23SrRNA 相互 作用 的 形式 变 为 只 能 与 mRNA 5/- ee eee ee CB) tRNA 使 氨 酰 -tRNA 与 核糖 体 结 在 原核 细胞 5S rRNA proper CGAAC, 它 和 原核 细胞 tRNA shiner DY GTpCR 或 页 核 细胞 tRNA 的 守恒 序列 GUYCR & fale ah MEL EDL TDL SR: 4 RUBE. -tRNA 结合 到 核糖 体 上 时 ， 这 些 RNA sepia bled RRR TyCG FMB ABE -tRNA SRA NTIEMILES, TER TR MB. IE THCG AIH’ Mets tRNA 对 80S 核糖 体 的 结合 Ao 这 可 设想 为 ， Met- tRNA 只 与 核糖 体 A LEA, 或 由 于 真 核 细 胞 起 af tRNA & 4 AUCG TAS TYWCG。 原核 细胞 中 于 MetLERNN A523 StRNA (ER, KR45S rRNA 作用 ;也许 能 说 明 这 一 问题 。 所 以 tRNA This THC 环 与 二 SE RNA 的 相互 作用 wuss 能 认为 已 被 证 实 ， 因 为 5S RNA 的 相关 区 域 常 被 掩盖 。 -三 、 核 糖 体 蛋 白 在 蛋白 质 合成 中 的 作用 (ol lotr RARE ACE EN, “人 下 生生 白质 合成 各 步骤 起 催化 作用 。 (一 ) 鞍 糖 体 蛋白 在 组 装 核糖 体 上 的 作用 Nomura 采用 从 混合 物 中 分 别 省 去 一 ii 和 TIE, RAR E.Coli 30S 亚 基 、 哮 热 杆 菌 50S ve HE. Coli 50S ~*~ 发 现 几乎 所 有 和 蛋 白质 组 分 都 是 组 装 各 活性 亚 装 所 必需 的 。 SS). 在 组 装 好 的 核糖 体 亚 基 上 各 蛋白 质 的 功能 _ 1 Si REUTER og DRIER Mite n8 » 离开 组 装 好 的 核糖 体 亚 基 是 无 法 确定 的 。 在 重组 试验 中 ， 省 去 一 给 定 蛋 和 白质， 常会 导致 所 有 和 蛋白 质 合成 反应 失 活 。 核 炉 体 蛋白 质 之 间 有 广泛 的 协 同性 ; 以 形成 核糖 体 上 下 不 同 的 催化 部 位 和 底 物 结合 部 位 。 蛋 白质 在 核 糙 体 上 的 定位 ， 已 产 泛 用 亲 和 标 记 法 进行 了 研究 ， 并 已 建立 了 一 个 春 在 于 各 功能 杭 糖 体 穴 中 的 蛋 向 质 图 谱 。 有 少 数 几 个 蛋白 质 的 特殊 功能 已 被 肯定 ， 但 大 部 分 蛋白 质 的 功能 尚未 弄 清 。 了 解 得 最 清楚 的 是 SBA. RETR RMR, CARA FRE CMW = 6l, 000 道 尔 顿 〗， 显 Mert (ip=5.0 一 5.5 ) ， 分 子 伸 长 ， 轴 上 比 为 10 : 1。 它 交 联 到 16S rRNA fy 3m, “SR 30S 亚 基 的 起 始 蛋白 质 合成 部 位 。 它 可 以 专 一 地 从 核糖 体 上 除去 ， 但 除去 S; 蛋 自 的 丁 糖 体 - 不 能 翻译 天 然 mRNA ( 如 噬菌体 MS.RNA). 。 所 以 S, 蛋白 是 翻译 天 然 mRNA 所 绝对 必 需 的 。 但 缺 S, 蛋白 的 核糖 体 仍 能 翻译 人 工 合成 的 多 聚 核 苷 酸 如 Poly(U)， 亦 能 翻译 变性 的 me RNA, 汶 些 实验 结果 表明 , S, 蛋白 的 功能 可 能 是 融 解 mRNA BH MAH—RAM, - 使 mRNA 能 与 核糖 体 正 确 地 相互 作用 。 用 物理 方法 研究 的 结果 表明 ，S, BAER RNA fh 617 展 ， 如 果 阻 碍 ?: 执行 这 一 功能 ， 就 会 使 核糖 体形 失 蛋 白质 合成 的 能 力 + BRO AMA 上 除去 ， 但 它 确实 存在 于 伸 长 的 核糖 体 上 池 因 些 它 并 不 是 蛋白 质 合成 的 起 始 因 子 ) 而 上 只 是 一 仿 对 起 始 蛋 自 质 合成 有 特定 作用 的 核糖 体 蛋 自 。 ga 20} 20) SB BAM fe A) Fs Hl BSW BAD REA Sie. A E-Coli 核糖 体 突 变 体 进行 研究 ;发 Sir 与 翻译 的 真实 性 有 关 。 通 过 一 系列 混合 重组 试验 外 让 其 中 一 个 蛋 自 质 来 自 人 突变 体 ;( 抗 HERARA), :而 其 余 蛋 白 都 来 自 野 生 型 ， 最 局 发 现在 突变 体 电 被 改变 了 的 :Siz BA, ;在 低 浓度 链 霉 素 下 会 造成 遗传 信息 的 误 读 。 但 从 未 突变 的 键 霉 素 抗 性 细菌 中 所 得 的 1 Six BA, SLAW RCE AW BARA, 在 低 浓度 链 霉 素 中 误 读 程度 则 大 大 降低 * BAM EeColi MR, RNA 的 翻译 中 观察 到 , ;枯草 杆菌 核糖 体 只 能 翻译 这 个 RNA 的 A-RAMR Fs 却 环 能 翻译 另外 两 个 能 被 已 *Coli 识 别 的 外 壳 蛋 白 和 复制 酶 的 顺 反 子 。 NAPA 蛋 自重 组 核糖 体 的 试验 中 发 现 ; Sip SM E80 aa: Shea nN a arhisne ileal :把 省 去 单一 组 分 Eva ee REE AB SLA RRR RI NE 一 步 证 实 。 ii wah 3. GTP 酶 的 作用 GTP 酶 活性 与 核糖 体 的 基本 功能 有 关 ， 它 包含 L/L SA. RESBAIOREBA, 包含 于 需 延 长 因子 G(FEG) 的 GTP 酶 反应 中 。j 在 蛋白 质 合成 的 每 一 起 始 \ 延伸 和 终 业 作用 中 ， 需 要 一 个 L/L. 蛋白 参与 ， 但 这 些 蛋 白质 本 身 并 不 能 认 为 就 是 GTP mw Li tite 与 L/Lis 类 似 。 现 又 发 现 5S rRNA 和 L,, L, MW Li, 等 的 复合 物 具 有 :GEPj 酶 活性 。 PV | A AE Dy A> GL BLA 蛋白 质 的 生物 合成 需要 三 种 RNAC( mRNA,tRNA 和 TRNA ) 、 iB Eap 了 及 一 系列 酶 和 蛋白 因子 参与 。 除 氨基 酸 活化 过 程 外 ， 全 部 过 程 都 在 核糖 体 上 完成 。 因 此 入 六 体 可 tela Milas to BRE MAB FT Hy aE IE IL, 肽 链 起 始 、 SEE ake ESOT RR. I 分 别 介绍 如 下 。 下 一 、 氨 基 酸 的 活化 一 一 氨 酰 -tRNA 的 合成 | 各 称 亿 基本 不 能 成 自 让 形式 在 et AR. EAH Reed ey tRNA 分 子 上 形 成 氮 酰 -tRNA 中 间 物 后 ， 才能 按 mRNA 的 指令 合成 指 EE ms 氢 酰 -tRNA 的 合成 反应 由 氨 酰 -tRNA 合成 酶 负责 催化 。 在 酶 的 催化 部 位 ， 此 活化 反 应 分 > PS HE ae PB 第 一 步 是 氨基 酸 在 酶 催化 下 的 活化 反应 。 Hy EMR RM 核 攻击 ATP 的 o- BRT 形成 氨 酰 腺 昔 酸 (如 下 式 ) 。 bon 618 cal -< 5c Pel gee ie a ee os hig Fj eat a bug) O gia inlet at CH a Mg** st Mat? OH OH O BY OW j0o-? 0 H of b | | a Cia +PPi O R ngs i A an Xe a OH OH ° ait 氨 配 一 AMP 是 不 稳定 的 但 与 酶 结合 后 很 稳定 。 第 二 步 反 应 是 氨 酰 一 AMP 一 酶 复合 物化 的 氨 酰 基 转移 到 tRNA 的 3/- 端 的 腺 昔 酸 上 ， 这 ”是 谎 NA,34- 端 的 羟基 氧 ， hie abate So 上 的 氢 酰 PRE TIIG MR BE - tRNA. 反应 如 图 14 一 7。 | 图 中 氨 酰 -tRNA 分 子 中 的 氨 基 酸 以 氨 酸 酯 的 JSR tRNA 3/- 端 一 OH 结合 ， 也 可 与 _ tRNA 的 2/-OH #4. 2/-OH 和 多 2OH WARM ELWRREV WIENER. RRRRAA 较 高 的 水 解 自由 能 〈 约 为 -7.0Kcal/mol ) ( 在 活化 期 间 由 ATP 高 能 磷酸 栈 键 转移 而 来 )， 这 可 为 以 后 形成 肽 键 时 提供 能 量 。 尽管 一 种 氨基 酸 可 被 几 种 tRNA fete, i REIS 似乎 具有 一 种 氨 酰 -tRNA 合成 酶 。 甚 至 虽然 参与 起 始 和 延伸 的 tRNA 种 类 不 同 ， 但 氨 酰 -tRNA 合成 酶 却 是 相同 的 。 氟 栈 -tRNA 合成 酶 具有 很 高 的 专 一 性 。 许 多 酶 已 从 不 同 生物 体 提纯 ， 其 M,Ws5.4x10- 2.7 10° 道 尔 顿 。 初 看 起 来 不 同 的 氨 酰 -tRNA AMAA RA a, pe Be be, Be Fes K NAS I TE DE Hs ents & WE AEG CB 4A Abo BER A I 穴 所 构成 FH M-W~30, 00018 iil 各 种 氨基 酸 按 MRNA 密码 的 指令 合成 相应 重 白质 。 但 对 mRNA 上 密码 子 的 专 二 性 如 Bll, 则 由 tRNA 的 反 密 码 子 起 专 一 性 解码 作用 。 一 个 氨基 酸 一 旦 已 酶 促 载荷 于 其 tRNA 则 即使 再 通过 化 学 学 方法 改变 氨基 酸 的 结构 ，tRNA 的 解码 功能 依 狼 不 变 ” 例如 ， se itty EMEA CysH-tRNA 合成 酶 催化 下 与 t 弘 NASYoH 结合 成 为 CysH-tRNAT™., UR 后 在 Ni 催化 下 ， 使 CysH-tRNA"" & Bie Ala-RNAO™, 3XRE Bp BEtRNA By 619 | a OH ; HO—P =0 | HO-—P =O oO tRNA | 2 CH, 9 é CH, H LA c eta -_" iN H Oo OH 对 a 下 本 0 HO-P=O 1 CH: o "s i CH; Oo H A i H OH OH y , Oo OH Ox ge 0 ~ {| ; | | P—OH o=e H 一 (一 | Red MP 上 | MH, 9 Hh, AG NH 2 R ‘ CH, 二 和 oO k : A a ‘oie E H H H H > Hit 一 让 NA yi vii OH OH Pal ; WA f 5 f .图 14 一 1 氨 栈 -tRNA 合成 反应 (下 为 氨 栈 -tRNA ARM) ee O NH, O Ni | yon 活化 | 2 30 a ta | | Be cares tRNA 一 一 人 CH,;,CH—C~tRNA "H _ 5 NH, 解 CysH 的 反 密 码 子 , 但 所 载荷 的 却 不 是 CysH 而 是 Ala. 把 这 种 Ala-tRNA“cysH 放 到 网 织 红 细胞 无 细胞 系统 中 , 使 之 参与 蛋 自 质 合成 反应 。 结 果 发 现 合成 出 来 的 血红 蛋白 ,其 原 有 CysH 的 位 置 被 一 个 Ala 代替 了 。 这 表明 要 保持 解码 的 准确 性 ， 就 要 求 氨 酰 -tRNA 合成 酶 既 要 对 氨基 酸 的 识别 有 很 高 的 专 一 性 ， 又 要 对 tRNA 的 识别 有 很 高 的 专 一 性 。 否则 一 旦 tRNAR 载 了 一 个 氨基 酸 或 二 个 氨基 酸 误 乘 了 一 个 tRNA 载体 ， 造 成 的 错误 就 无 法 弥补 。 但 事实 上 一 些 氨基 酸 之 间 的 结构 差异 不 大 ， 它们 的 氨 酰 -tRNA 合成 酶 有 时 也 会 辨别 失 误 。 如 Val 有 时 会 被 Ile-tRNA 合成 酶 识别 ， 使 Val 形成 Val-AMP， 并 结合 在 Ile=tRNA 车 成 酶 上 ;也 般若 花 225 次 即 清 三 次 会 形成 ,Val-AMP.1 这 就 意味 着 合 MRA Tle BY 500 个 氛 基 酸 的 蛋 和 白质， 万 个 排 贝 中 的 一 个 拷贝 会 发 生 错误 。; 但 事实 并 非 如 此 ,说明 一 定 有 620 As 2s 拉 校对 机 制 来 矫正 Vial 和 je noi. BL FRA) G7 ie RAE ER Vals My deal WlertRNA GAG PRA) 水 解 反应 是 由 Her 让 3A, 合 成 酶 本 Bh Re tow 30S1505 的 平衡 反 Bhs FU MSS. 上 下 -3 结合 部 位 曝露 的 周期 。 一 旦 30S 被 解 , 离 出 来 , IF-3 即 与 之 紧密 结 Bo 然后 它 才 能 与 IF-2 结 合 形 成 前 起 始 复 合 物 。 IF-3 结 合 部 位 位 于 16S rRNA 3/- Odi $8 近 处 ， 它 直接 或 间接 有 利于 识别 天 然 mRNA dH HGF AUG 前 的 非 翻 译 区 前 导 序 列 。 由 F.E-Coli 噬菌体 等 mRNA 为 多 顺 反 子 MRNA, 故 每 个 顺 反 子 都 有 分 分 离 的 起 始 部 位 。 有 些 远离 其 5/_ 端 ， 难 以 二 一 识别 。16S rRNA 中 有 二 Poly(Py) 序 列 能 与 mRNA AUG 前 的 前 导 序列 Poly(Pu) 互 补 ， 使 MRNA 与 16S rRNA FERS Sy. 7308 Ei S, BAN 623 是 融 解 mRNA 起 始 部 位 及 rRNA 的 二 级 结构 ， 使 发 夹 形 结构 伸展 ， 并 形成 复合 物 ， 然后 使 IF-3 能 结合 到 mRNA-16S rRNA 复合 物 上 ， pgagpia EEC2D)IP5IATIPE-2 的 作用 Pes AR BF;2 的 首要 功能 是 在 一 需 GTP; 的 反应 中 / 12 fMet-tRNAM 结合 于 核糖 休 贞 ,ii 然后 TEMAS MRNA 的 起 始 密码 子 的 位 置 上 ;而 这 一 作用 又 为 IF:1 天 刺激 山 尚 ,tRNA 和 结合 后 ，IF-3 即 离开 复合 物 。 还 不 知道 在 活体 内 mRNA 和 tRNAN” 谁 先 与 复合 物 结合 sj 已 经 知道 在 体外 有 不 稳 定 的 三 元 ,复合 物 ( IF-2-{Met- tRNAM'-GTP ) 存在 ， 伸 尚 不 知 这 三 元 复合 物 是 否 确实 在 活体 内 存在 或 存在 于 30S 亚 基 上 。 He LE- 2 和 fMet- pe >a AUS 4% sp 而 且 IF-2 专 一 地 识别 机 上 的 特殊 结 十 构 ， CRABS EHICARNA TRE ARR 《外 括 Met-tRNAM* ) 相互 作用 。 NA ae (3 70S 起 始 复合 物 的 形成 i = Hemme mRNA-fMet- tRNAMet -30S 复合 物 一 ii, IF- -3 出 离 开 复合 物 ， 使 309 与 508 4 -结合 的 部 位 暴露 出 来 。50S 结合 后 ，IF-1 离 开 30S 颗粒 。 通过 30S ,和 50S Wak SAL Baw 配合 ， 核 糖 体 上 即 形成 了 P- 位 和 A- 位 两 个 部 位 。 P- 位 被 tRNAY” ads, Afni ae IP-2 告 据 。 要 使 第 二 个 载荷 氧 醚 基 的 tRNA 进入 A- 位 , 必需 把 A- 位 空 阳 来 这 时 二 个 GTE Bg A- 位 被 活化 ， 使 GTP 水 解 成 GDP 和 Pi。 没有 GTP 存在 ，TF-2 即 离开 A-tit. fMet ju 村 J tRNAY! 在 'P- 位 上 的 定位 ， 决 定 于 fMet 和 tRNA! 的 相互 作用 ， 也 取决 于 是 否 有 专 一 RAB eR Sy PI, HR AEE {Met SL. 和 Le BABB oy 首 ”原核 细胞 肽 链 的 起 始 示 如 图 14 一 9。 2。 真 核 细胞 中 肽 链 合成 的 起 始 scartametb iid o-raes sore, stedos bk oki ole ESREMBRRAWERE. COSHSTA RMAF, BDA RIL CREAR 24,000 蛋 自 的 IF-4E 外 ， HEA 是 根据 大 量 不 同 工 作 所 确定 的 共 则 名称) 二 于 "efR-1、 eIF-2, eIF-3, eIF-4A. eIF-4B, elF-4C. elF-4D. GIRLE- 和 可 让 8。 这 些 因子 所 起 的 作 RR bet Dah — TAL ge. ESE RNERAHIR, (90S ies Bene, 即 被 释放 出 来 。 图 14 一 10 是 真 核 细胞 蛋白 质 合成 的 示意 因 。 HF SCM SE BT EAN HEIL. : HUE Sa 7 @elF- 3 和 eIF-4C 促进 803 的 解 离 。 这 两 种 因子 与 游离 405 亚 基 结合 削弱 了 405 与 605 人 say. 10S-eTF-3reTF-4C 颗粒 提供 了 其 它 成 人 合 的 靶子 。 @QelIF-2 已 知 有 他、 ) =A wm, 其 中 a-WRASFS GTP 的 结 合 中 ， ce 亚 基 在 Met-tRNA > 和 mRNA 的 识别 中 起 作用 。 oF (anne i ek a 7 1 DT Ali * 624 OO _— eee es ee ee ae _—_ ~ a fn mRNA 起 始 密码 子 第 二 个 密码 子 图 14 一 9 原核 肽 链 的 起 始 复合 物 形成 过 程 625 RNA Met mRNA rey 上 bb: jee - Met s ug=a {Ql ae pal Met elk -4A CS - ee | | esiF -4B if 3 \el F-4E 2) GTP [wp] x uM ee = eae mRNA 机 和 ATP. ADP +Pi 40S ce i Fee IF-3eelF -4G -afayllisc 四 Met he 40S eclF -3。eiF -4C Met-tRNA;® mRNA GTP 本 ey, eelF -2eMect-tRN 人 和 60S 1ECS]] “GTP 四 :OIC | 10S eelF-3eelF -4C rc ; j elF-5 +GDP+Pi * 3 el F-4D 20S*Met tRNAMet hy aan free = Al4—10 真 核 细胞 蛋白 合成 起 始 示意 图 . * 复合 物 与 前 一 复合 物 不 同 ， 能 与 第 二 个 氨 酰 -tRNA 反应 。 在 Met.eIF-2.GTP 复合 物 形 成 时 可 能 还 有 eIF-2A 起 到 刺激 作用 。 @@eIF-2 同 GTP 和 tRNAjt 形成 三 元 复合 物 ， 此 复合 物 很 稳定 ， 但 Met-tRNAMtA 能 为 其 它 氢 酰 -tRNA WK. 图 Met- tRNAjet.GTP.eIF-2 复合 物 结合 到 40S. WH |, 受 eIF-3 和 eIF-4C 促进 。 eIF-4C 还 能 稳定 这 种 结构 ， 并 使 Met- tRNAM* 同 40S 的 结合 力 提高 1.5 一 2.0 倍 。 © 只 有 首先 形成 eIF-2.GTP.Met-tRNAIiet 三 元 复合 物 ， 此 复合 物 才 能 与 40S 结 合 ， 并 进行 其 它 复合 反应 。 ©mRNA 与 409 的 结合 必需 有 ATP 的 水 解 。 并 且 可 能 有 eIF-1、eIF-4A、eIF-4B、 elF-4C, elF-4E 和 eIF-3 等 因子 在 这 一 步骤 中 参与 反应 。 其 中 eIF-3 非 常 复杂 ， 至 少 是 由 ， 八 个 独立 多 肽 构成 的 多 聚 体 ( M.W = 700,000 道 尔 顿 ) 。 以 上 许多 蛋白 质 因 子 ， 可 能 在 某 种 程度 上 与 真 核 mRNA 的 特殊 5/- 端 结构 有 关 。 也 与 蛋白 质 合 成 的 翻译 调 节 有 关 。eIF-4E 是 一 个 蛋白 质 因子 ，M。.W = 24,000 道 尔 顿 ， 其 最 初 称 为 24,000 蛋白 因子 ， AS mRNA “tg Ff” 结合 的 活性 。 回 到 目 前 为 止 没 有 发 现 mRNA 上 有 前 导 序 . 列 可 与 40S 中 的 18S rRNA 配对 结合 。 因 此 mRNA 与 40S 的 结合 模式 也 许 是 一 个 40S 亚 基 结合 在 mRNA 5“- 端 ， 这 种 结合 可 被 mRNA “帽子 ”结构 所 促进 。 其 后 在 ATP 水 解 供 能 的 情况 下 ,， 40S 亚 基 向 MRNA 3- 端 移动 ， 在 遇 到 AUG 起 始 密 码 子 后 ， 40S 亚 基 即 停止 在 那儿 。seIF-1l 的 作用 可 能 是 通过 协调 Met- tRNAM** 反 密 码 子 与 起 始 AUG 的 相互 作用 ， 使 40S 亚 基 停止 移动 。 并 在 那儿 同 60S 亚 基 进 行 结合 。 四 在 真 核 细 胞 系统 中 还 发 现 了 多 胶 组 分 ， 能 部 分 地 代替 Mg++， 大 大 加 强 起 始 作 用 。 三 、 肽 链 延 伸 步骤 及 机 制 (一 ) 原 核 肽 链 的 延伸 626 “ 承 核 缅 胞 中 的 705 ath S Sy — BR, HD TMet- tRNA &¥ 70S AH Pe ts talent 延伸 分 三 步 进行 ， 周 而 复 始 - de mRNA 指令 一 个 载荷 某 握 酰基 的 tRNA & Sat 70S 的 A 位 上 。 妇 这 村- 步 需 要 in 和 两 个 延伸 因子 EF-Tu 和 了 EF-Ts 参加 。 EF-Tsj 是 一 个 稳定 的 蛋白 因子 (M.W = 31, 000-34, 000 道 尔 顿 ) EF—Tu 是 一 个 膜 结合 蛋白 (M.W =42,000 一 48,000 道 尔 顿 )， 涯 细胞 申 其 数量 比 EF 一 Ts 多 许多 倍 ; ;这 两 个 因子 常 以 二 聚 体 状态 存 不 〈EF 一 Ts。 FF—Tu), © 与 GTP 反应 则 生成 EF 一 Tu.GTP。 (2 EF—Tu 不 能 直接 与 GTP 反应 。 EF—Tu-GTP 和 氨 酰 -tRNA 结 ambkriet: =a hare. -tRNA-EF—Tu-GTP, naa 酰 -tRNA 除 {Met—tRNA™ 4h 都 能 形成 此 复合 物 。 此 三 元 复合 物 再 与 10S 起 始 复合 物 反 应 ， 氮 Bi-RNA BD '5 mRNA 第 二 个 密 码 子 配对 ， 并 刍 合 于 核糖 体 的 A 位 上 oj 这 时 一 个 核糖 体 蛋 自 具 有 GTP 酶 活性 ， 使 GTP 水 解 ， 以 下 FE 一 Ta.GDP 和 形式 释放 , EBS EF—Ts 反应 ， GDP 释放,，EF + Tu-EF—Ts 8), (人 它 可 再 与 GTP 反应 ，) 生 成 EF 一 Tu， GTP 供 下 一 轮 延 伸 反 应 之 用 )。 而 氛 酰 -tRNA- 则 留 在 A 位 以 便 形成 肽 链 。 这 是 肽 链 延 伸 的 第 一 #, WAM—11, 2 FB RK AY Ske Arh ER 基 的 x 一 NH, 8 P= cay ABE ee BE Bk AR ZEB PRE Pet ROE, 而 4# P— pray {Met 或 KES A A BE ETE KE. M Af. bet HS 一 个 肽 酰 -tRNA, 而 P 一 位 上 只 剩 下 一 个 AAA tRNA. 反应 见 628 页 。 这 一 反应 由 50S 核糖 体 亚 基 大 风味 酰 失物 李 中 UL AY FEL Ie ee 来 完成 的 。 这 个 酶 促 活 性 区 至 少 Bi” G54 F — 第 MIRNA BT Ly | ES md =i “tRNA cs a 他 分 er - 天 ens fi ts 起 始 密码 了 图 T4 一 11 RRA, Ce hh 第 一 步 是 结合 第 三 个 气 栈 一 tRNA 于 50S A 位 上 ， 该 氨 酰 一 tRNA 必需 先 与 EF 一 Tu 和 GTP 结合 成 三 元 复合 物 直 能 进入 从 位 是 第 三 个 氢 酰 二 tRNA 的 结合 伴随 着 三 元 复合 物 上 的 GTP 水 解 成 GDP。 与 EF 一 Tu 结 合 的 这 样 的 GDP a 可 重新 被 CT 磷酸 化 ， 这 一 反应 被 EF—Ts « 所 催化 。 627 包括 十 种 50S 核糖 体 蛋 白 ,如 LVLa 等 。 这 两 个 蛋白 是 不 寻常 的 ， 具 有 高 Ale 含量 和 高 螺旋 度 ， 好 象 肌肉 中 的 肌 球 蛋 自 。 有 人 设想 它们 可 能 象 一 个 小 肌肉 〈 mini-muscle), 用 GTP P 二 位 A 一 位 P 二 位 A 位 H O R 空 载 的 H O SS H | ERNA Mme id | -N—C—H NH fw | Bm 。 CHACCHD CH / aoe CH,S(CH,),CH |” C=O bag? O | | ‘cpte NH | tRNA pee ° S/R BRtRNA ae —R, tRNA fMe! ney Ve fMet—tRN Ame } tRNA 二 肽 酰 一 tRNA | 水 解 产生 的 自由 能 ， 使 核糖 体 复 合 物 上 一 些 部 分 发 生 位 移 ， 把 了 一 位 的 肽 醇 基 和 AAD 酰基 带 到 相互 邻近 的 位 置 ， 供 肽 酰 转 移 酶 更 好 地 催化 这 一 亲 核 取代 反应 。 3。 把 A 一 位 的 肽 酰 一 tRNA 转移 到 P 一 位 ， 并 把 P 一 位 的 空 载 tRNAH HARA 离 的 tRNA。 这 一 步 需要 另 一 种 延伸 因子 EF 一 G 参与 ， 并 消耗 二 个 GTP.。 在 这 一 步 中 罗 mRNA 向 5 一端 移 动 一 个 密码 子 ， 即 核糖 体 沿 mRNA 5'->3/ 方向 滑动 一 个 密码 子 “ 疯 图 14 一 12 ) 。 关 于 EF 一 G 的 作用 ， 了 解 得 还 不 清楚 ， 但 很 明显 ，- 它 邻近 于 L, ML, BA, 且 可 与 也 FE 一 Tu 竞争 结合 部 位 。 已 知 GTP 的 水 解 是 移 位 所 必需 的 ， ees tRNA 一 定 要 在 EF 一 G 结合 后 才 从 P 一 位 释放 。 关 于 肽 链 延 伸 的 全 过 程 可 简单 示意 如 图 己 一 1351 99 (=) 真 核 细 胞 中 肽 链 的 延伸 有 人 和 省 要 和 下 人 国 于 这 上 加 了 在 丰 同人 中 大 不 同 ， 常 常 形成 集合 体 ， 至 少 含有 50 个 单 体 。 就 功能 而 论 ， 相当 于 也 "Colil 的 延伸 因子 的 is EP o(M-W 60, 000 道 尔 顿 ) 。 其 功能 类 似 于 EF 一 Tuy， 可 与 GTP 和 和 握 酰 二 tRNA 有 形成 元 复合 物 。 eEF—16 (M-W = 26,000 道 尔 顿 ) 功能 与 EF—Ts fal. eEF-1y 4 E.coli 中 不 存在 。 还 有 一 个 延伸 因子 eEF- 2， 很 象 原核 中 的 EF-G， 在 转 位 反应 中 起 作 用 。 当 P 盖 位 的 肽 酰 一 tRNA AY ARMIES] A 一 位 以 后 ， 空 载 的 tRNATAIIRH P—fire eEF 一 2 和 GTP 负责 把 A 一 位 新 形成 的 肽 酰 一 丰 NA 转移 到 空 出 来 的 工 一 位 上 上。eEF= 2 所 需 的 GTP, 水 解 成 GDP。 经 过 这 需 eEF- 2 和 GTP 的 转 位 作用 ， 肽 酰 一 tRNA 转移 到 了 一 位 ， 4 一 位 空 出 ee FH AMIRNA 识别 和 进行 肽 链 的 再 延伸 。 四 、 乓 链 合成 的 终止 和 肽 的 释放 在 原核 细胞 中 肽 链 的 终止 包括 两 个 步骤 : BUX mRNA 终止 信号 的 识别 MBSE RAM 一 tRNA 的 水 解 及 肽 的 释放 。 628 ee OC 一 -wa GTP Jom ~ hk — (RNA , LAM ~€i9)+ co ‘ ae a tk) 900 lA C=0 > Es. 1) oh) 2 区 BS 4) SS ee ain -1 Arse C RiP 000 |! i" c=o , vii =e by xf AS ADU cma 6 = Ws WARE GENS 35 Ba Ae o, AU AAU agua 无 负载 的 | | ye 这 时 mRNA 第 二 个 密码 子 移 至 P - es ATVS MIRNA 离开 R.=C Ao ei i A aE Be TAS Et x nat. GER +) ee 4 5 : Win :° EF- -Tu __) i EF-Tu°EF-Ts<—~— \Gpp <-¢++— + GDP + Pi 人 , A tRNA’ +EF-G fet: ‘ | we oir? fe Ala GDP gt 5 - AUGGCCUCG 3? AUGGCCUGC ---AC en eee 图 14 一 13 ”原核 细胞 肽 链 延 伸 的 全 过 程 示意 图 信号 。 有 三 种 释放 因子 具有 此 识别 作用 。 释放 因子 RF- 1(M， W = 44, 000 道 尔 顿 ) 能 识别 UAA 和 UAG 两 不 终止 密码 子 。 RE 二 2(M。W =47,000 道 尔 顿 ) 则 识别 . UAA 和 UGA 两 个 终止 密码 子 。RR 交 3 在 其 它 因子 不 存在 时 ， 没 有 释放 活性 ， 它 的 功能 就 目前 所 知 是 结合 GTP， 使 RF-1 和 REF-2 对 核糖 体 的 结合 有 所 加 强 。 每 一 种 释放 因子 和 GTR' 幽 合 形成 复合 物 后 ， 复 该 合 物 即 结合 于 终止 密码 子 上 ， 从 而 改变 肽 酰 转移 酶 的 专 一 性 ， 这 时 它 专 二 地 催化 结合 于 P 一 位 的 肽 酰基 与 HO 反应 。 就 象 该 酶 在 肽 链 延 伟 步 又 由 催化 一 NE 对 肽 酰基 的 亲 核 攻击 ， 而 在 肽 链 终止 步骤 中 ， 它 催化 H;O 的 一 OH 基 对 肽 酸 基 的 亲 核 攻击 。 AA RR 一 tRNA 作为 亲 核 剂 结合 于 核糖 体 上 ， 结 果 发 现 肽 酰 转移 酶 会 催化 肽 酰 酯 的 形成 。 所 以 水 解 作用 和 转 肽 作用 可 能 属 一 类 反应 ， 都 是 一 个 亲 核 基 团 在 肽 酰 一 tRNA 上 的 亲 核 取代 反应 。 一 些 抗菌 素 如 稀 琉 霉 素 (sparomycin ) 和 毛 均 素 等 能 抑制 肽 酰 转移 反应 ， 也 能 在 体外 抑制 肽 链 的 终止 反应 ， 证 实 了 这 一 设想 5 该 栈 催 化 肽 链 释放 的 反应 见 6 殉 俩 页 首 。 ‘RWER BUR, MRNA AAR tRNA 仍然 结合 在 核糖 体 于 。 它们 的 除去 需要 BF- G、GTP MR—* BMAF RRE CMW = 18, 000 47RD. EPF—G fe ER ee Ky 2s tRNA, PREM LTS 和 50S BRAM. 一 般 认 为 它 先 是 释放 70S7 RBHMAAAF IF-3 {#508 离开 30S 一 IF 一 3 复合 几 。 所 以 在 一 般 情 况 ， 当 肽 链 合成 告终 时 ,核糖 体 解 离 为 30S §30 gg C | C | O | O=C—O- HO—P=0O RF-1 KRRBM tRNA | | RF-3 | R—C—H O GTP C | | yu | NH ss oO. ‘CH: 的 T omc. > Skee J H =C V4 SN "d A H HY Pa | fMet H | ae 更 OH OH O Hy bo 7 oe. R=—C—H NH | O=C Fe a RE 和 50S 亚 基 。 但 当 30S 量 远 远 超 过 IF - 3 时 ， 则 会 有 70S BR. 70S 和 30S 及 50S 间 一 般 有 一 平衡 ， IF - !1 加 速 这 一 平衡 的 形成 。 如 果 1F - 3 过 量 ， 则 阻止 30S 和 50 亚 基 重 新 结 合 ， 这 时 IF - 1 则 促进 其 解 离 。 原 核 肽 链 终 赴 示意 如 图 14- 14, 关于 真 核 细 胞 中 肽 链 终止 ， 目 前 所 知 甚 少 。 但 释放 因子 已 从 几 种 系统 中 纯化 ， 它 似乎 能 识别 UAA、UGA 和 UAG 三 种 终止 密码 子 ， 但 也 需要 GTP Kiem GDP+Pi, SARE 的 是 ， 在 体外 系统 释放 需要 UAAA, UAGA, UGAA #1 UAGG SURREAL. » 5. 通过 多 核糖 体形 式 加 速 nRNA 的 翻译 每 个 核糖 体 可 以 独立 地 完成 一 条 肽 链 的 合成 ， 但 从 腊 脏 等 恒 自 质 含 成 很 活跃 的 组 织 和 小 齐 分 离 核 糖 体 时 ， 会 发 现 几 个 或 几 十 个 核糖 体 常 成 串 地 排列 着 。 一 般 洒 二 条 肤 链 延 伟 到 25 个 氨基 酸 左 在， 编码 mRNA 分 子 的 AUG 起 始 部 位 即 与 核糖 体 毫 无 连 系 。 这 时 第 二 省 超 始 复 SOWIE. 两 个 70S 核糖 体 以 相 等 速度 沿 mRNA 链 移 动 。 同样 第 二 条 了 钛 链 达 ' 三 定 长 度 后 ， 第 三 个 起 始 复合 物 即 形成 。 这 种 移动 和 再 起 始 过 程 可 继续 进行 下 去 ,, BE mRNA BE 都 以 80 个 核 背 酸 的 距离 被 一 个 个 核 籽 体 结合 的 密度 履 盖 起 来 为 止 。 这 和 可 拓 的 翻译 单位 称 为 多 核糖 体 (polysome ) 。 这 是 所 有 细 HH ERK Rb R. ARR REA FoR BAK, 可 获得 许多 单个 的 核糖 体 碎 片 。 所 以 每 个 多 核糖 体 间 的 mRNA 链 都 是 单 股 RNA: PHB Beth ts Pe 5) A a ER ( 单 股 RNA) ( 14-158) 这 个 类 翻译 单位 的 翻译 631 fwet —- -一 上 一 一 一 一 一 一 AUG | RRF+EFG +GTP’ mRNA+ tRNA‘ 4° 08 eee Ee eee 图 14 一 14 原核 细胞 中 肽 链 终 业 图 示意 图 见 图 14 一 15b。 也 就 是 说 在 同一 mRNA 链 上 可 同时 进行 多 条 肽 链 的 侣 成 。 转 于 各 核糖 体 间距 离 不 远 ， 只 80 个 核 苷 酸 ， 因 而 这 样 就 大 A 高 了 中 RNA 链 的 翻译 效率 。 有 些 多 核糖 体 只 含有 5 一 6 核糖 体 ， 如 网 质 红 细胞 多 核糖 体 。 而 有 些 可 多 达 珊 十 个 核糖 体 ， 如 肌 球 蛋白 的 重 链 含 1800 个 氨基 酸 。 其 多 核糖 体 中 常 可 多 达 60 个 核糖 体 成 串 排列 着 电镜 观察 到 多 核糖 体 还 具有 三 维 结构 六 个 以 上 的 核糖 体 成 串 排 列 而 成 的 多 核糖 体 : 具有 坚固 的 螺旋 状 结构 ， 其 小 亚 基 面向 螺旋 内 侧 〈( 如 图 14 一 16 ) 。 在 细菌 中 转录 和 翻译 是 紧 紧 偶 联 着 的 。 因为 正在 被 转录 的 mRNA 具有 自由 5 一 端 ; 而 mRNA 翻译 蛋白 质 即 从 其 5 一 端 起 始 。 因 在 细菌 中 没有 核 膜 把 DNA 和 核糖 体 分 开 , 所 以 在 mRNA 尚未 转录 完成 并 从 DNA 止 释放 时 ， 核 糖 体 即 可 在 其 5/ 一 端 起 始 蛋白 质 的 翻译 工作 同时 细菌 的 mRNA 寿命 很 短 ， 很 易 为 核酸 酶 水 解 。 因 此 一 给 定 蛋白 质 或 一 组 给 定 SAR 632 二 TE EME TE AK TE ea: Ko kt 7p a i IE bse Ye: (b) 图 14 一 15 ”多 核糖 体 翻 译 蛋 白质 (a) 电镜 照 片 描 图 ， 说 明 mRNA 正在 被 许多 核糖 体 翻译 。 随 着 核糖 体 由 王 RNA 5 一 端 向 3 一 端 移动 肽 链 愈 来 愈 伸 长 ; (b) 五 个 核糖 体 在 MRNA 链 上 同时 由 5/ 一 端 向 3 一 端 移 动 , 并 翻译 MRNA 的 示意 图 。 Ae KK BE DNA lit 图 14 一 16 ”多 核糖 体 的 三 维 螺 旋 结 构 图 14 一 17 “细菌 的 偶 联 转录 翻译 示意 图 为 小 亚 基 。 633 mRNA 只 有 采取 这 种 偶 联 形式 和 多 核糖 体 的 大 结构 单位 ， 才能 确保 蛋白 质 以 高 效 恒 速 进行 合成 。 偶 联 转录 和 翻译 示 如 图 14 一 171 第 五 节 “ 构 白质 生物 合成 后 的 后 加 工 蛋白 质 肽 链 从 核 狂 体 上 释放 后 ， 必 需 经 过 若干 后 加 工 处 理 ， 才 能 成 为 成 熟 的 有 一 定 生理 功能 的 蛋白 质 分 子 ; 必需 经 后 加 工 才 能 成 为 有 功能 蛋白 质 的 一 种 措施 可 能 是 细胞 代谢 调节 的 二 种 方式 : 一 、 蛋 白质 的 后 加 工 方式 O ( 一 ) N 一 端 除去 甲 酰基 或 SC—Met 3 H ERA PMA [Met 为 NKHRERWEER. KHBGREL MM 化 下 ， 除 去 甲 酰基 ， 而 使 Met BENHAM, ERAN, ee RE 白质 常常 雪 除 去 fMet 或 Met, 也 可 能 除去 少数 几 个 氨基 酸 才能 成 熟 , 此 反应 由 氨 肽 酶 催化 水 解 。 这 个 水 解 反应 有 时 在 肽 链 正在 延伸 时 发 生 ， 有 时 则 在 肽 链 从 核糖 体 释 放 后 发 生 。 原 核 细 胞 究竟 采取 去 甲 酰基 还 是 去 fMet， 常 决定 于 邻近 氨基 酸 的 本 性 。 如 果 第 二 个 氨基 酸 为 Arg、 Asn, Asp, Glu, Ile 或 Lys， 则 以 去 甲醛 作用 为 主 ， 如 果 第 二 个 氨基 酸 为 Ala、GI17、Pro、 Thr 或 Val， 则 通常 都 是 去 fMet。 去 甲 酰基 或 寺 fMet 的 反应 如 下 ; O O 机 th ke Rh 22 AA CH,S(CH,),CHC 一 N…… 肽 CH,S(CH,),CHC | H ii: NH NH, N.…… tk | O H | aN H O ly tee Nou O O ” 4 4 CH,S(CH,).CH—C—NH nae” id 肽 CHJSCCH2 CR + NH, 有 甲 硫 氨 酸 所 、 | ; Vo ik it O- C C rae.% es O H O (=) 蛋白 质 上 一 些 氨基 酸 被 修饰 有 些 毛 基 酸 没有 相应 的 遗传 密码 持 。 而 是 在 肽 链 从 核糖 体 释放 后 经 修饰 而 成 。 如 胶原 蛋 白质 中 有 大 量 的 产 睛 氨 酸 和 产 赖 毛 酸 ， 是 Pro 和 Lys 经 卷 化 而 成 。 634 i HP ie ee (8) oe, ote 7 — | 和 aas wen ve OO ——————— ————— NH, | | | NH, OH H 5— #3 AK OH Eva a ae H eS / EP wt N“ * COOH Dar HO 4—F5 iii AR 许多 有 机 体 的 Ser、Tyr 和 Trp 可 发 生 磷酸 化 。 如 Ser 磷酸 化 成 为 磷酸 丝氨酸 。 也 有 一 译 蛋 白质 中 的 Ser 和 Thr 一 OH 可 与 糖 结合 形成 糖 蛋白 。 最 后 还 有 盖 些 辅 基 如 血红 素 和 生物 素 等 可 共 价 结合 于 一 些 酶 蛋 白 上 。 H H HNe-d —COOH ‘Tih bN—¢ —COOH ch CH, . JY mga HO bio OH (=) 蛋白 质 上 某 氨 基 酸 的 氧化 加 工 _ 许多 蛋白 质 中 的 半 胱 所 酰 可 氧化 而 成 链 内 或 链 间 二 硫 健 。 如 H O O Ly eZ H «4 cb aga ORE N—CH—C oy fF Rg | Ke CH, 氧化 | SH S SH | | S CH, | es ae ae A ae Ca ne ate C 一 CH 一 N 一 C V4 N ‘a O Ph bys CPO) 除去 一 段 前 导 序 列 ， 或 把 后 随 肽 段 中 间 革 肽 链 切 断 许多 酶 原 激 活 和 激素 前 体 的 后 加 工 成 为 有 功能 的 梅 和 激素 , 即 属 于 此 。 如 胰 凝 乳 蛋 白 酶 原 拓 两 个 不 同 部 位 切 去 四 个 氨基 酸 而 成 为 有 消化 活性 抱 胰 凝 乳 蛋白 酶 ( 见 酶 一 章 ,) 。 另外 用 635 SC AM ( Poliovirus) 感染 后 的 细胞 中 所 合成 的 一 个 大 蛋白 质 前 体 ， 可 在 凡 个 部 位 切割 而 成 为 不 同 的 活性 蛋白 ， 因 而 这 前 体 又 称 为 聚 蛋白 质 ( Polyprotein ) 。 许多 聚 蛋白 实 例 见 于 动物 病毒 中 、 =. S8RAREHEMLSH (一 ) 前 胰岛 素 后 加 工 成 胰岛 素 的 过 程 胰岛 素 象 其 它 分 泌 蛋 白质 一 样 ， 是 在 胰 脏 C- 细 胞 中 内 质 网 的 核糖 体 上 合成 的 。 用 不 均 一 的 无 细胞 系统 翻译 胰岛 中 的 mRNA， 其 初始 产物 为 一 个 M, W = 14, 000 - 18, 000 道 尔 顿 的 大 肽 ， 称 为 初 前 胰岛 素 。 而 最 终 的 稳定 核糖 体 合成 产物 为 前 胰岛 素 。 猪 的 前 胰岛 素 含 有 一 个 单 肽 链 ，N 一 端 区 序列 为 胰岛 素 的 B 链 。 接 着 B 链 C 一 端的 是 33 个 氨基 酸 的 多 肽 ， 称 C 一 肽 ， 它 和 胰岛 素 A 链 N 一 端 相连 。 前 胰岛 素 加 开 成 胰岛 素 是 在 高 尔 基 体 或 分 泌 颗 粒 中 进行 的 是 一 COOH 初 前 胰岛 素 HSH 图 14 一 18 在 活体 内 初 前 胰岛 素 经 前 胰岛 素 被 加 工 成 胰岛 素 的 过 香 种 蛋白 质 水 解 反 应 。 在 酶 解 时 ，C 一 肽 两 端 各 除去 两 个 氟 基 酸 、， 即 Arg31、Arg32 和 Lys62、 Arg63。 自 由 C 一 肽 保持 在 分 泌 颗 粒 上， 与 成 熟 胰岛 素 以 等 克 分 子 分 泌 。 初 前 胰岛 素 加 工 成 胰岛 素 过 程 见 图 14 一 18。 C=) 胶原 的 生物 合成 及 翻译 后 的 后 加 工 胶原 是 胞 外 蛋白 ， 但 它 最 初 在 胞 内 以 一 前 体 分 子 被 合成 。 该 前 体 分 子 在 成 为 成 熟 胶原 以 前 ， 必 需 进 行 后 加 工 。 胶 原 前 体 象 其 它 分 泌 蛋 白 一 样 ， 当 它 在 胞 外 出 现 前 ， 必 须 经 内 质 网 和 高 尔 基 复 合体 加 工 。 早期 的 胶原 前 体 ,是 初 前 胶原 ( Ereprocollagcn ) ， 其 N 一 端 约 有 100 + RAR BIS 序列 ， 它 由 结合 在 内 质 网 上 的 核糖 体 所 产生 。 随 着 前 导 序 列 插入 内 质 纲 泡 状 空间 (Vesicular Space)， 前 导 序 列 即 被 切 去 成 为 前 胶原 ( Procollagen ) 。 前 胶原 N 一 端 继续 伸 入 内 质 网 网 状 间隙 ， 在 那儿 膊 氨 酰 -4- 羟 化 酶 和 赖 毛 酰 -5- 产 化 酶 作用 于 [(Gly 一 X 一 Y),] SRY MEA i) Prom Lys, 使 之 修饰 成 4- 产 且 氨 酸 或 5- 产 加 氨 酸 。 另 有 一 个 肺 氨 酸 -3- 凑 化 酶 ， 使 X 部 位 636 的 Pro 成 为 3- 凑 有 岳 氨 酰 ， 这 个 3- 产 有 睛 氨 酰 刚好 位 于 4- 兰 膊 氨 酰 之 前 。 最 后 由 一 糖苷 转移 酶 把 葡萄 糖 或 半 乳 糖苷 基 转 移 到 次 赖 氨 酰 的 一 OH 上 。 前 胶原 分 子 N 一 端 有 M*W = 20,000 道 尔 顿 的 多 余 肽 段 ; C 一 端 有 M。W = 30, 000 — 35, 000 道 尔 顿 的 多 余 炭 段 。 这 两 个 状 段 都 含 'C7sH， 经 氧化 ， 六 一 端 多 余 肽 段 只 形成 链 内 二 硫 健 ， 而 C 一 端 多 祭 肽 段 则 既 形成 链 内 又 形成 链 间 二 硫 健 。 前 胶原 分 子 以 三 股 螺旋 集合 。 含有 重复 结构 (Gl7y 一 X 一 Y)。 的 胶原 前 体 在 细胞 内 的 后 加 工 次 序 是 ， 。 除去 前 导 信 号 序列 Y 一 位 脐 氨 酰 残 基 4- 凑 基 化 Y 一 位 赖 氛 酰 残 基 5- 产 基 化 Yh 4- FE ARIE, X— (LA BRIE NY 3- FEE FE HU BAe Be EY BB EL “形成 链 内 和 链 间 二 硫 健 形成 前 胶原 三 股 螺旋 前 胶原 在 细胞 内 后 加 工 后 ， 糖 基 化 的 前 胶原 经 由 高 尔 基 复 合体 到 达 细 胞 外 ， 在 细胞 外 前 胶原 经 氨 肽 酶 和 次 肽 酶 催化 除去 N 一 端 和 C 一 端的 多 余 肽 段 ， 成 为 约 含 1000 个 氨基 酸 的 胶原 分 子 ， 它 们 可 自动 聚合 成 胶原 纤维 。 Np 2 SE SB A ole ve He “637 第 十 五 章 “” 核 酸 和 蛋白 质 合成 的 调控 活 细胞 都 具有 准确 编制 程序 的 机 制 ， 以 调节 其 不 同 蛋白 质 的 合成 。 任 何 细胞 都 不 是 连续 地 合成 它 所 能 够 合成 的 蛋 和 白质， 每 个 细胞 中 每 一 种 蛋白 质 都 有 固定 数目 的 拷贝 数 来 流畅 地 高 效 地 进行 各 种 代谢 活动 。 例 如 E-Coli 细胞 含有 约 3, 000+ U LATHE AR ,编码 的 基因 ， 但 这 3, 000 种 蛋白 并 不 是 以 等 拷贝 存在 。 它们 在 菌 体 中 的 数目 相差 甚 为 悬殊。 有 些 数目 比较 恒定 ， 有 些 则 随 环境 的 变化 而 变化 。 如 酵 解 途径 中 的 酶 在 数目 上 比较 人 恒定， 而 且 每 个 细胞 中 的 拷贝 数 也 很 多 ， 半 乳 糖苷 酶 通常 只 有 几 个 拷贝 ， 而 随 环 境 中 某 营 养 成 分 的 增加 其 拷贝 数 可 急剧 增加 。 枉 合 成 的 调节 ， 使 每 类 细胞 带 有 合适 的 酶 群 来 维持 其 正常 的 细胞 功能 , 也 使 细菌 能 经 济 地 利用 氨基 酸 来 合成 那些 用 量 少 而 又 偶然 利用 的 酶 。 sa 在 高 等 生物 中 ， 蛋 自 质 合成 的 调控 更 为 复 .. SRDS +MBRSASMEHETE 因 组 ， 但 任何 一 种 细胞 却 只 有 一 部 分 基因 能 够 表达 。 几 乎 所 有 高 等 动物 细胞 都 含有 中 心 代 谢 途径 所 需 的 基本 酶 系 , 而 不 同 的 细胞 如 肌肉 , 肝 、 脑 等 却 各 具有 其 特殊 的 结构 和 功能 ， 这 些 特 殊 的 结构 和 功能 又 都 是 由 一 组 专 一 性 蛋白 质 所 决定 。 如 骨 肌 细胞 含有 大 量 定向 的 肌 球 蛋白 和 肌 动 蛋白 丝 ， 而 肝 细 胞 中 这 类 蛋白 质 的 含量 则 很 少 ， 脑 细胞 中 含有 许多 制造 各 种 神经 递 质 的 酶 ， 而 肝 细 胞 中 则 没有 这 类 酶 ， 同 样 ， 哺 乳 类 肝 细胞 中 含有 合成 尿素 的 酶 系 ， 而 其 它 组 织 则 没有 或 含量 极 少 。 此 外 ， 高 等 生物 有 次 序 的 分 化 和 生长 期 间 ， 不 同 专 一 性 蛋白 质 的 生物 合成 都 必须 有 准确 的 时 序 和 准确 的 表 观 次 序 。 从 以 上 一 些 事实 可 以 断言 ， 生 物体 必 有 某 种 机 制 来 选择 性 地 利用 基因 组 ， 以 合成 应 付 各 种 细胞 需要 的 蛋白 质 。 这 些 基因 功能 的 调节 又 是 如 何 进 行 才能 确保 需要 ， 这 是 当今 最 重要 而 且 最 热门 的 研究 课题 之 一 。 上 一 章 已 经 讲 过 ， 蛋 白质 的 确切 合成 是 mRNA 翻译 的 结果 ， 这 是 基因 表达 总 过 程 的 最 后 一 步 。 其 起 始 步骤 则 是 从 DNA 的 特殊 区 域 或 特 未 基因 转录 RNA， 而 转录 和 翻译 两 个 过 程 又 受 各 种 调节 分 子 调节 机 制 的 支配 。 这 些 调节 机 制 效 地 影响 细胞 内 每 一 特殊 蛋白 质 的 水 平 。 现 分 别 介绍 这 些 调控 机 制 。 第 一 节 ”转录 的 调控 细胞 内 有 一 大 类 分 子 机 制 来 调节 RNA 的 转录 。 一 、RNA 链 的 起 始 及 其 调节 7£37, E-Coli 中 RNA 链 的 生长 速度 约 为 每 秒 4 一 50 个 核 苷 酸 。 这 速度 常 随 温 度 及 其 它 环 境 而 变 。 在 正常 条 件 下 ， RNA 的 生成 量 似乎 不 受 RNA 链 生 长 速度 的 影响 ， MeL RNA 链 起 始 速度 的 影响 。 不 同 的 人 NA 分 于 ， 文 种 起 始 速度 相差 颇 为 悬殊 。 例如 需要 量 很 大 的 tRNA 分 子 ， 在 E*Coli 中 能 以 每 秒 一 分 子 的 速度 起 始 ; 而 编码 那些 只 少量 存在 的 蛋 638 BURA RNA, 每 个 细菌 周期 才 偶尔 起 始 转录 一 次 。 一 个 RNA 的 转录 -日 起 始 )RNA RO 即 从 启动 子 部 位 转移 , 以 转录 邻近 的 基因 , 把 起 始 部 位 空 出 来 留 给 第 二 个 RNA 聚合 酶 分 子 ， 这 起 始 频率 将 决定 在 某 基因 组 序列 上 RNA 聚合 酶 分 子 间 的 距离 。 ( —) 操纵 子 (operon ) 和 调节 分 子 C regulatory molecules ) 在 细菌 细胞 中 ， 在 功能 上 有 关 的 一 组 基因 常 作为 一 个 单位 被 调节 和 转录 ,这 一 个 单位 就 称 为 一 个 操纵 子 〈 如 图 15 一 1 ) 。 一 个 操纵 子 被 转录 后 得 到 一 个 多 顺 反 子 mRNA， 从 而 翻译 ; : 结构 基因 和 一 一 人 一 一 os Se a Soe See aoe LV oe ang i ey i ea at ek i a Oe) eI 4 itt © 效应 剂 @ - 名 名 am i 《诱导 物 ) 3 Q LAN AiG 图 15 一 1 一 个 可 诱导 的 负 调 节操 纵 子 成 不 同 的 蛋 自 质 。 从 图 15 一 1 可 以 看 出 ， 每 个 操纵 子 只 有 一 个 启动 子 部 位 。RNA RABE 始 转录 之 前 首先 结合 在 那里 。 在 启动 基因 与 结构 基因 之 间 育 一 调节 区 用 来 调节 RNA RS 转录 该 操纵 子 的 频率 。 调节 区 有 两 种 类 型 ;其 中 一 种 上 有 一 操纵 基因 序列 覆盖 启动 基因 上 的 RNA 聚合 酶 结合 部 位 。 在 正常 状态 下 这 个 区 是 打开 的 ， RNA 聚合 酶 分 子 可 以 高 频率 通过 该 区 进行 转录 ， 可 通过 逐 滞 关闭 来 调节 这 频率 。 另 一 类 型 的 调节 区 有 一 个 起 始 基 因 区 (initiator gene region), 这 个 区 在 正常 状态 是 关闭 的 ， 因 而 限制 RNA RAR, HUARD 频率 昼 除 两 个 调节 区 外 ， 改 变频 率 的 机 制 是 RNA 聚合 酶 能 转录 包含 一 个 专 一 性 调节 蛋白 的 RAF. 对 每 个 操纵 子 来 说 ， 这 调节 蛋白 通常 是 一 个 专 一 性 的 小 分 子 。 大 多 数 调节 蛋白 质 是 双 功 能 的 。 它 既 能 与 基因 组 中 专 一 性 部 位 作用 ， 从 而 影响 信 近 基因 的 转录 ， 又 能 与 一 小 分 子 物质 作用 。 一 个 操纵 基因 的 调节 蛋白 称 为 阻 遇 物 《〈《zrepressor ) 。 而 活化 物 〈activator ) 则 是 结合 于 起 始 基 因 上 的 调节 BA, 它 又 称 正 活 化 物 ( positive activafor )。 WRATH, 调节 蛋白 本 身 无 阻 遏 活性， 称 为 阻 过 物 蛋白 〈aporepr- 既 5687) ， 只 有 当 它 结合 -个 适当 小 分 子 物质 后 才 显 示 阻 过 活性 。 此 小 分 子 物质 称 为 辅 阻 过 物 ， 筷 通常 是 生物 合成 途径 的 终 产物 或 与 终 产 物 有 密切 关系 的 分 子 。 在 诱导 操纵 子 中 /1 调节 BARNS EPID (active repressor )， 当 一 个 诱导 物 (inducer) 或 效应 剂 (effector) 兹 水 分 子 结合 于 此 活性 阻 遏 物 后 ， 该 阻 遏 物 就 不 再 与 操纵 基因 上 原 有 部 位 结合 ， 而 离开 操纵 基因 9 SERNA 聚合 酶 得 以 转录 (图 15 一 ! 即 此 例 ) ， 这 是 一 个 负 调 节操 纵 子 。 如 果 示 分 ， 子 诱导 物 结合 于 活性 阻 遏 物 后 ， RRS DUR, 使 它 能 结合 于 起 始 基因 639 by 即使 该 阻 遏 物 转变 成 一 个 起 始 因子 ， 这 是 一 个 正 调节 操纵 子 。 DOGS, il 常 是 分 解 代谢 途径 中 的 底 物 或 与 该 底 物 密切 相关 的 分 子 。 4 U8 (二 ) 诱导 作用 (〈 Induction ) SR ep i Ke 图 15 一 1 是 代表 一 个 负 调 节 诱 导 系统 的 示意 图 。 其 中 包括 —PARBDREHADE 因 (i; 一 个 启动 子 区 (了 ); 一 个 操纵 基因 区 (O)， 若干 个 结构 基因 区 。 它 们 构成 了 全 丰 完 整 FEA Fo | 人 研究 得 最 深入 的 操纵 子 是 大 跌 杆 菌 的 乳糖 操纵 子 (Lac operon), 当 培 养 基 中 只 有 屯 糖 存在 而 无 其 它 碳 源 时 ， 乳 糖 进 入 该 菌 细胞 中 ， 并 转变 为 别 乳糖 (allolactose ) ， 这 个 小 分 子 即 乳糖 操纵 子 的 诱导 物 ,， 可 诱导 细胞 内 乳糖 分 解 酶 系 的 合成 。 乳 糖 操纵 子 的 调节 基因 区 转录 并 翻译 乳糖 阻 遏 物 。 该 阻 过 物 是 一 个 四 聚 体 蛋 白 〈( MeWH150, 0008 RM) 3 CHASER 入 操 纵 基 因 区 一 个 约 25b。 p 的 乳糖 操纵 基因 部 位 (Lac 一 operator site), 4A MAREN, 这 种 结合 具有 高 亲和力 , 它 把 启动 子 上 的 RNA 聚合 酶 结合 部 位 覆盖 起 来 、 在 空间 排挤 RNA 聚合 酶 分 子 ， 使 之 脱离 启动 子 部 位 。 这 个 操纵 基因 区 含 洒 大 的 回 纹 结 梅 ( 即 倒转 重复 序列 )， 这 是 Lace WHIM ASHIA, 如 下 起 所 示 ， 这 个 序列 中 任何 部 位 产生 突变 ， “Aa 将 不 再 与 之 结合 1 下 A\ACAAT TT 阻 遇 物 结合 区 序列 CAC OAM a? 人 ~e,.a 0 * se. a 7 GTG TG TI 本 当 培 养 基 中 不 存在 其 它 碳 源 而 只 存在 乳糖 时 ， 别 乳糖 与 Lac- 阻 遇 物 上 一 个 专 二 性 部 位 结合 (诱导 部 位 ) 形成 诱导 物 一 一 阻 过 物 复合 物 ， 这 样 就 降低 了 工 ac 一 阻 遏 物 对 了 DDN 去 操纵 基因 部 位 的 亲和力 ,从 而 使 Lac 一 阻 过 物 离开 操纵 基因 区 。Lac 一 阻 遏 物 一 旦 离开 操纵 基因 Kk, RNA 聚合 酶 即 可 重新 结合 到 操纵 基因 区 ， 从 那儿 的 起 始 部 位 起 始 转录 ,并 移行 进 六 三 个 结构 基因 区 ， 转 录 出 三 个 结 梅 基因 的 MRNA, 从 而 翻译 成 三 个 AFAR BAR. 35Lac 一 阻 遇 物 已 于 1967 年 分 离 纯 化 ， 它 确 有 诱导 物 和 DNA 两 个 专 一 性 结合 部 位 。 SH 导 物 部 位 未 被 占据 时 ， 它 对 DNA 上 专 一 性 部 位 结合 非常 紧密 ， 其 亲和力 很 高 。 当 阻 遏 物 浓 EAI 时 ， 即 可 使 最 大 值 的 一 半 结 合 于 操纵 基因 部 位 。 wi Boh, CFRRATLHADTRM, 还 顺序 地 存在 两 个 专 一 性 区 域 ,， 各 有 其 明显 功 能 。 靠 近 操 纵 基因 区 那 一 边 是 RNA 聚合 酶 的 进入 部 位 ，RNA 聚合 酶 与 DNA 结合 首先 从 那 此 开始 ;靠近 调节 基因 区 的 则 是 另 一 个 调节 蛋白 结合 区 ， 又 称 为 分 解 代 活化 剂 蛋 自生 Catate olite activator protein(CAP)] 结合 区 ) 这 个 区 域 也 是 用 以 调节 RNA 一 谓 合 酶 转录 活性 640 的 。 当 培养 基 中 葡萄 糖 缺乏 ，CAP 即 与 cAMP 结合 形成 复合 物 ， 它 可 结合 于 启动 子 部 位 上 的 CAP 结合 区 ， 从 而 使 RNA 聚合 酶 进入 RNA 一 聚合 酶 BAR, 这 时 如 时 培养 基 中 有 斩 糖 存在 ， 则 工 ac 一 阻 过 物 必 已 离开 操纵 基因 区 ， 即 操纵 基因 区 是 打开 航 。 BARNA RAB 就 可 从 其 进入 部 位 顺利 地 经 操纵 基因 区 移行 到 结构 基因 区 ， 转 录 三 个 猪 构 基因 。 如 果 这 时 也 有 葡萄 糖 存 在 ， 则 cAMP 浓度 很 低 ，CAP 一 cAMP 复合 物 就 不 能 形成 。 单 独 的 CAP 不 能 结 合 到 启动 子 上 的 CAP 结合 区 ， 因 而 RNA 聚合 酶 也 就 不 能 进入 启动 子 区 。 这 时 ， 即使 培养 基 中 有 乳糖 存在 而 使 乳糖 操纵 基因 区 打开 ， 但 由 于 RNA 育 合 酶 不 能 结合 于 启动 子 上 ， 三 个 结 梅 基 因 也 不 能 被 转录 。 这 是 与 上 述 阻 遇 物 调节 相 协 调 的 另 一 种 调节 机 制 ， 它 是 大 肠 菌 感知 葡萄 糖 是 否 存在 的 一 种 调节 方式 。 ABA CAP 又 是 如 何 感 知 葡萄 糖 是 否 存在 的 呢 ? 已 知 CAP 分 子 上 亦 有 两 个 结合 部 位 ， 一 个 结合 CAMP, 另 一 个 结合 DNA 上 启动 子 区 CAP 结合 部 位 ， KT 结合 部 位 只 有 在 cAMP- 结 合 上 去 以 后 才 曝 露 ， 所 以 cAMP 好 似 一 种 信息 递 体 ， 通知 细菌 在 其 环境 中 是 否 有 葡萄 粳 存 在 ， 以 提供 燃料 。 因 为 当 细 胞 中 葡萄 糖 高 并 适合 细胞 需要 时 ，cAMP 小 虞 就 很 低 ， 而 当 葡 萄 糖 缺 乏 时 ， 细 胞 中 腺 苷 酸 环 化 酶 活性 增高 ， 而 磷酸 二 酯 酶 活性 降低 ， 所 以 cAMP 浓度 就 增高 。 因 而 cAMP 称 为 细菌 的 饥 俄 信号 。 菌 体 就 是 依赖 它 发 信号 而 Rwy PRE 的 高 低 ， 从 而 决定 乳糖 操纵 子 是 否 需 更 转录 乳糖 代谢 的 结构 基因 。 大 部 分 大 肠 杆菌 的 Lac 一 操纵 子 序 列 已 经 测定 ， 其 启动 区 总 共有 85 对 核 背 酸 ，CAP 部 位 共 38 对 核 童 酸 ，RNA 一 聚合 酶 结合 部 位 共 40 对 核 苷 酸 ( 见 图 15- 一 2 ) -- 一 一 -一 一 -一 一 一 一 --- wy 一 一 一 一 —_—--— an y : ; ; a “ka +) cap ste #ADRAR 和 1RNA polymerase, Se eet me Ee Za — | 一 一 -= 一 一“ ere a ee 一 一 一 — : 1 | i : | 1 | 。 1 { 1 | 人 | 1 | re abs: i i | 1 ’ | sugtissejgn | | | | 5 一 -一 一 一 一 一 ， 1 * 1 i 1 OCS MLO too ae Teac RAT OP SESS: ROT) TCT I TAT OCTIOOMRTERTA LS «097 Saat SG NUAEAATITISACGADAENAACRCRTSAWCATIC wee ale | int 5 YN KRCT igre a Sees "yrs t a CA 下 结合 PH = RSS TR Lace Glu Gty Pk te tty 3 图 15 一 2 E, Coli Lac 一 操纵 子 中 启动 子 一 一 操纵 基因 区 的 结构 它 前 面 有 调节 基因 ,后面 为 结构 基因 。 启 动 子 和 操纵 基因 间 有 一 段 重 登 。 括 弧 中 的 序列 为 cCAMPE 一 CA 结合 部 位 中 的 倒转 重复 序列 。 被 各 种 蛋白 质保 护 免 受 DNase 消 化 的 各 区 域 亦 表示 于 图 中 。 图 中 也 示 出 了 因 启 动 子 突变 而 得 一 不 活泼 BMT ¢ FR). 一 个 特 活 泌 启 动 子 和 不 依赖 于 cAMP 一 CAP 的 启动 子 CEA) 的 情况 。 乳糖 操纵 子 的 阻 遇 及 诱导 如 图 15 一 3。 上 上 面 介 绍 的 Lac- 操 纵 子 ， 已 糖 起 正 调节 作用 ，CAP 则 起 负 调节 作用 。 下 面 介 绍 一 个 操 鸭子 二 一 阿拉 伯 糖 操纵 子 ， 它 与 Lac RATA DHEA 阿拉 伯 糖 操纵 子 有 三 个 结构 基因 AraA、AraB 和 AraD, 4455 L- 阿拉 伯 糖 异 构 酶 ， L — 核 酮 糖 异 构 酶 和 工 - 核 酮 糖 -5- 磷 酸 -4- 差 向 异 构 酶 等 三 个 酶 进行 阿拉 伯 糖 的 分 解 代 谢 ， 641 为 细菌 提供 碳 源 。 在 结构 基因 的 邻近 是 一 复杂 的 启动 子 区 和 一 调节 基因 AraC 区 。 AraC 编 码 一 个 扩 raC- 调节 蛋白 。 该 蛋白 有 双重 功能 ， 既 可 作为 正 调节 因子 ， 又 可 作为 负 调 节 因 子 ， 这 一 点 与 Lac- 阻 遏 蛋白 不 同 。 另 一 个 不 同 点 是 ,Ara BL A, DEWAR AraC 基因 的 转录 方向 相反 ， 而且 利用 不 同 的 DNA 股 为 模板 进行 转录 ;AraB、A.、D 由 启动 子 sella ARR, 而 AraC 则 由 其 启动 子 PC 向 右 转录 。 起 动 子 (操纵 基因 图 15 一 3 Lac 操纵 子 的 isIE, BBRBSA a (a) 工 ac 一 操纵 子 的 调控 Rs (b) 表示 有 乳糖 ,存在 ， 葡 萄 糖 不 存在 时 三 个 结构 基因 可 被 转录 有 葡萄 糖 存在 时 cAM P RE 很 低 ， CAP— cAMP 不 能 形成 ， RN AKAMA EDK SEB iL, RABY i) 合 在 操纵 基因 上 ， 三 个 结构 基因 不 能 被 转录 。 fe: ~ 阿拉 伯 糖 操纵 子 是 可 诱导 的 ， 其 诱导 物 为 阿拉 伯 糖 本 身 。 只 有 在 阿拉 信 存 在 下 ， 该 操纵 了 才能 转录 出 mRNA 而 翻译 成 相应 的 酶 。 在 葡萄 糖 存在 下 ， 该 mRNA REREAD, 说 明 从 PBAD 转录 mRNA 也 需要 cAMP—CAP, ; AraC ia TF 22 SERIE a (EF YB? AraC 蛋 和 白 可 以 两 种 构象 状态 《Pr Ml Pid 相 平 衡 而 存在 。 当 培养 其 中 不 存在 阿拉 糖 时 ，Pr 占 优 势 ， Rie TED, WS 合 于 操纵 子 上 的 一 个 类 似 操纵 基因 的 部 位 ， 从 而 阻碍 RNAS ABSA ATES, ATE ， 止 三 了 结构 基因 的 转录 。 当 有 阿拉 伯 糖 存在 时 ， 阿拉 伯 糖 与 AraC 蛋白 结合 并 使 Pi 形式 稳 定 , 而 已 被 结合 的 Pr 型 AraC 由 于 阿拉 糖 的 结合 旋即 的 离开 操纵 子 上 的 结合 部 位 成 为 Pi 型 ， 这 有 时 它 作为 一 个 起 始 因子 结合 于 启动 子 上 的 起 失明 他 使 及 NA- icluligtedlals 所 以 i} Chie ee 中 的 + tee PBA D pity Ae PEL B - 部 位 CAMP -CAP Bet ak “ee -% 3 1 40 《只 结合 Pr) 80 ”部 位 110 148 172 ms on ey ~-- aracmRNA araBADmRNA of BE 图 15 一 4 阿拉 糖 操纵 子 的 调节 区 Fr Pi 为 AraC 蛋白 的 两 种 形式 。 工 为 结构 基因 转录 mRNA 的 起 始 部 位 ， PC 为 Arac 的 起 动 子 部 位 。 642 AraC Bai Pr 起 负 调 节 作用 。 而 Pi 超 正 调节 作用 并 次 导 作用 » 的 调节 部 位 的 排列 如 图 15 一 4 关于 阿拉 伯 糖 操 级 子 ” 培养 基 中 的 营养 成 份 对 Ara - 操纵 子 的 转录 亦 起 调节 作用 ， 即 Ara = gh Fey eM, 须 有 CAP 一 cAMP Wikis, 以 感知 葡萄 糖 是 否 存在 。 作 用 示 如 图 15 一 5。 图 中 (a) 是 当 和 葡萄 糖 存在 而 阿拉 伯 糖 不 存在 时 ， 结构 基因 的 启动 子 区 无 cAMP—CAP# 4, 因 无 阿拉 伯 糖 ， 故 AraC 以 Pret He, 并 古 据 AraC 的 起 动 子 部 位 。 所 以 转录 AraC 的 RNA= Big CRNA-P)AREBS 于 其 启动 子 区 ， 生 成 的 AraC 很 少 。 图 中 (b) 是 当 葡 萄 糖 和 阿拉 糖 都 不 存 ”在 时 ，cAMP 一 CAP 形 成 ， 并 占据 了 官 在 操 织 子 上 的 结合 部 位 。 Pr 仍然 使 AraC 保持 低 浓 度 ， 但 由 于 它 不 能 很 好 地 与 RNA- 聚合 酶 竞争 ， 以 产 #ABA WwW AraC 蛋白， 所 以 除非 有 HERR, SUAS RMS 能 生长 的 。 图 中 (! His—5 在 各 种 营养 条 件 下 Ara 一 操纵 子 调节 区 的 状态 RNA-P 代表 RNA RAM, AraBAD 代表 该 操纵 子 的 结构 基因 区 。 它 结 合 在 结构 基因 的 起 动 子 区 促进 该 RNA-'P 结合 于 该 区 ， 从 而 促进 结构 基因 的 转录 。 在 XR, Ara'- 操纵 子 处 于 全 诱导 状态 ， 结 构 基 因 大 量 转录 ， 阿拉 伯 糖 代谢 酶 系 迅速 合 成 。 (三 ) 阻 过 作用 (repression ) 一 个 设想 的 负 阻 遏 系统 模型 如 图 15 一 6 调节 基因 转录 成 调节 MRNA, BMRA DE 自 ， 此 蛋白 为 一 无 活性 的 阻 遏 物 蛋白 。 当 它 与 代谢 途径 的 终 产 物 一 一 一 个 效应 剂 〈 或 辅 阻 歇 物 ) 结合 时 ， 即 形成 有 活性 的 阻 过 物 ， 它 可 结合 于 操 维基 因 区 ， 从 而 阻止 RNA 一 育 合 酶 起 始 转录 。 色 氮 酸 操纵 子 就 是 采取 这 种 方式 调节 的 一 个 系统 ， 终 产物 Trp FARE. A 此 当 有 外 源 Trp 存在 时 ，:* 细 胞 内 的 Trp 水 平 使 Trp 一 一 操纵 子 保持 阻 过 状态 ， SRAM 酸 合 成 途径 中 有 关 酶 的 基因 不 能 正常 转录 。 而 当 Trp 不 存在 时 ， 活性 阻 遇 物 缺乏 ,操纵 子 即 处 于 去 阻 过 状态 ，RNA 一 聚合 酶 可 畅通 无 阻 地 进行 转录 。 TTp 一 操纵 子 的 结构 示 如 图 15 643 00.2804 7, MA TrpR 为 调节 基因 ， 可 转录 调节 mRNA， 并 翻译 成 调节 蛋白 。 调节 和 蛋白 无 阻 遇 活性 ， 当 它 与 终 产 物 Trp 结合 时 成 为 活性 阻 遏 物 。 WAPEGN ORAS (MW 12, 000 道 尔 顿 ) 。 活 性 阻 过 物 能 和 Tre 操纵 基因 (O) 紧 密 结合 ， 其 结合 常数 为 2x 10M, TrpL 为 转录 终止 的 调节 区 。 TAMA ERE F 一 一 一 一 一 一 一 SI £4 HEA i p Q AS 二 SS a ae Ef Su Seta SE ae NY 1 dig | reform aie 有 | ee ee ere SN Fig MEPS e- LOLI LS 活性 阻 过 物 图 15 一 6 ”一 个 设想 的 负 阻 过 系统 模型 A, = A Nee Be TR 人 Lvs ee aa. LOL AM Pe KI a 2s Deg \" be 1150>f+-1600 —»|+—— 18000 ——>—— 1800, ——»!+— 121) —e}-— 1200 —>| 800 Trp TrRE TrpD slit 0, OF TrpB TrpA P,O . if. Ro Ral oe: Meets tes ee S 2 rr 一 一 一 一 一 一 | SEE ERA OR ae es oe skal Vi ce aos | CRT } ! | | BK AEH | Aan 2 AEE Cr HN $1 (5) Uh ame EO A 图 15 一 7 ” 色 氨 酸 操纵 子 结构 TrpL 为 前 导 序 列 ，Trp E, D.C, BL A 为 结构 基因 Trp 一 操纵 子 的 启动 子 一 操纵 基因 调节 区 的 序列 如 图 15 一 8。 这 个 调节 区 较 复 杂 ， PB 644 和 -Q 区 重 熏 较 多 。O 区 含 倒转 重复 序列 20 个 核 昔 酸 中 有 18 个 处 于 对 称 结 构 中 )。. 当 江 印 丰富 活性 阻 过 物 可 以 形成 ，; 它 旋即 结合 于 ,Trp 一 操纵 子 O.K, 从 而 阻止 RNA ABE KR 一 一 一 RNA RAMMHAK TNE i ee ~ 40 - 30 ~ 20 10 TOC AAATATTCTARAATGAGC TGTTGACAAYTAATEATE AA GANANAG TAGTAC ae AAG TTCACQTAAAAA ed ramenariehtedha arstAannoeair 一 % 全 kk &% < 一 一 一 meal a ar. RNA 合成 的 起 起 动 于 一 一 一 -一 PK 本 Trp 操纵 子 的 启 二 区 序列 WOR ( PBS.) 的 专 一 性 结合 和 转录 。 如 果 RNA 一 聚合 酶 已 结合 在 其 下 ,区 的 识别 部 位 ， 再 MANA, WAGE RNA 一 聚合 酶 转录 。 因此 阻 过 物 和 RNA 一 聚合 酶 -二 者 在 了 和 0 的 重 亚 区 的 结合 是 相互 竞争 的 。 谁 先 结合 则 又 决定 于 辅 阻 遇 物 Trp 是 否 存在 。 这 个 Trp 辅 阻 过 物 并 非 其 本 身 ， 而 是 以 Trp—tRNA”? HEARTED BOE. (四 ) 转录 的 自动 调节 wah BaP RAS SEL EN RR, SE he EN Mh HRM TRATORE. ARORAT OM ENR Fx— 类 。 oo ROTI RG His 一 操纵 子 能 操纵 含 10, 000 个 核 音 酸 的 多 顺 反 子 MRNA 的 转录 。 这 个 mRNA 可 翻译 成 几 个 与 组 氨 酸 合成 有 关 的 酶 。 PARRA EE POGDCBHAFIE 当 以 NH, 为 N 源 时 ， 细 菌 能 合成 20 种 不 同 氨基 酸 。 BAIR a, 体 的 组 氨 酸 合成 立即 停止 。 这 是 由 于 His 在 His—tRNA A ACHR REIL FB His tRNAR®, 它 作 为 信号 分 子 与 无 活性 的 阻 遏 蛋白 结合 BREE, 结合 到 操纵 基因 上 ， 从 而 阻 断 结构 基因 操纵 基因 | 一 $F GD LC PS a A ll 抑制 His-tRNAHIis 图 15 一 9 _ 也 is 一 操纵 子 的 转录 调节 模型 RNA 一 桌 合 酶 对 与 组 氨 酸 合成 有 关 酶 的 结构 基因 的 转录 。 合成 组 氨 酸 有 关 酶 的 合 成 立即 停 用 上 上 全 Hik 提 人 于 天 划 上 页 所 基本 要 省 产生 专 三 性 调节 蛋白 | VHRR, 经 多 年 研究 了 解 到 ; 该 操纵 子 的 第 一 个 结构 基因 的 产物 一 胡 T 了 一 磷酸 核糖 转移 酶 充当 了 调节 蛋白 ， 人 它 与 信号 分 也 Eu 结合 后 即 成 A 645 有 活性 的 阻 过 物 。 这 阻 遏 物 结合 于 操纵 基因 区 即 阻 断 九 个 结构 基因 的 进一步 转录 。 图 15 一 9 表示 组 氨 酸 操纵 子 的 转录 和 调节 。 这 种 调节 作用 是 一 个 结构 基因 产物 充当 调节 蛋白 ， 以 调节 多 个 结构 基因 的 转录 ， 这 是 一 种 自动 调节 作用 。 但 His 一 操纵 子 的 转录 也 受 His 一 tRNA 合 成 酶 的 调节 ， 这 个 酶 活性 的 高 低 决 定 着 信号 分 子 的 浓度 。 a ee CH) 从 一 公共 调节 区 进行 背道而驰 转录 的 操纵 子 上 面 介 绍 的 Lac、Trp、His 一 操纵 子 都 是 在 一 个 启动 子 部 位 起 始 ， fide ae 方向 转 录 一 多 顺 反 子 的 基因 群 。 但 有 一 些 基 因 群 如 精 毛 酸 基因 群 一 Arg 一 ECBH 和 生物 素 基因 群 一 bio 一 ABFCD， 虽 然 基因 群 上 所 有 基因 都 是 在 等 位 的 控制 之 下 ， 但 转录 却 不 是 从 一 端 起 始 而 是 从 基因 群 内 部 一 个 部 位 起 始 ， 向 左右 两 个 方向 同时 进行 转录 。 如 对 生物 素 的 操纵 基因 区 和 启动 基因 区 的 研究 已 证 实 所 有 生物 素 基 因 的 转录 ,起 始 于 基因 群 内 部 的 一 个 公共 调控 区 。 =. RNA 链 转录 终 止 的 调节 前 面 所 介绍 的 Trp 一 操纵 子 的 调控 ， BURR RANA TARO RADAR. BA sein mi Trp 3k Tap —-tRNAP? KP IRTHBLR RAH take eR Doin eR 录 水 平 。 此 外 ， 在 该 操纵 子 中 还 有 另 一 种 调节 转录 的 机 制 ， 那 是 通过 调节 转录 终止 来 实行 调节 的 。 图 15 一 7 中 在 Trp E 和 操纵 基因 口 之 间 的 工 序列 ， Hit (Leader) Ral, ASIF 列 内 部 有 一 段 序列 称 衰减 子 序列 。 MIX -KBRK, 则 Trp Skee AMS MMA fi. TALE mRNA 转录 起 始 后 ， 除 非 完全 没有 Trp 存在 ， 大 部 分 MRNA 的 转录 都 在 该 区 段 即 终止 。 获 得 的 一 个 含 140 个 核 华 酸 的 RNA 转 录 本 , 可 翻译 出 一 个 不 寻常 的 小 肽 一 一 十 四 肽 ， 称 为 “前 导 肽 2”(Leader peptide), ( 见 贺 15 一 10 ) +27 5 Pet LSr-Ala le~ vie - val-Leu=Lys-dly- ‘> or PPPS said « UAUC GAC AAUC AAAGCAAULIUUCG UACUGAAAGGUUGGUGACGCACUUCEUGAAAEaGe UUCALC AUGCQGUAAAGCAAUCAC COU AAU “AGCGGG CUUUULLUUGAACAAAAUUAG AGA 十 和 论 3 TOEYS 一 了 Y0 AUAACEAUG™ A AAC AC AAAAA-CCG ----- 图 15 一 10 Trp 一 操纵 子 mRNA 5’ KARE 前 导 肽 序列 和 部 分 Trp 刁 的 起 始 肽 序列 该 肽 有 两 个 相 邻 的 Trp 一 Trp。 前 导 mRNA GHG HRA. 对 突变 体 的 研 究 结果 表 明 ，“ 该 二 级 结构 的 形成 能 力 对 调节 衰减 子 的 转录 终止 是 至 关 重 要 的 ” 。 在 前 序 mRNA 3/ 一 端 似乎 至 少 有 两 个 发 夹 结构 。 其 中 一 个 发 夹 结构 与 转录 终止 子 的 发 夹 结构 相似 。 图 15 一 11(a7 和 (b) 是 Trp 一 前 导 mRNA 3/— 站 衰减 子 区 段 和 Trp HAF Trp A Ay MRNA 3/— 终端 终 赴 子 区 两 个 二 级 发 夹 结构 对 比 。 这 两 个 发 夹 结构 很 相似 ; 在 前 导 序列 中 十 优势 的 另 二 发 夹 结构 比 类 终止 子 的 发 夹 结构 大 得 多 。 但 两 个 发 夹 结 梅 共用 一 个 核 苷 酸 序列 ) 以 形成 其 发 ， 夹 茎 的 一 半 《〈 图 15 一 12) 。 所 以 两 不 发 严 结 构 的 形成 是 相互 排斥 的 ， 不 能 同时 形成 凡 在 正常 646 > 入 > 4 SG N io) 4 了 ’ a G UTS ¥ ‘ Gus 4 de 到 . 人 ' ’ gé Se c ¢ He c/s Euan 4 CS - . CPR C v G AAA thx, 3 5’ , rs wA-C ~C-C-A a eee 2 ， ”U-A-A-U'C-C-C-A-C'A-G C-A-U-U-U-U--。3 -~ Cc ~ 图 15 一 11 f ABBR (aM Trp mRNA % ik KR (b) 的 二 级 结构 条 件 下 GRRE E, LAE RNA—R AMSG 翻译 出 前 导 序 列 MRNA, 并 且 把 形成 大 发 夹 结构 茎 的 一 些 核 苷 酸 覆 盖 起 来 。 但 则 由 于 它 停 止 在 无 意 儿 密码 子 稍 前 一 些 ， 故 不 会 覆盖 构成 类 终止 子 的 发 % 卖 结构 许 列 ,所 以 类 终止 发 夹 结构 仍 可 形成 ， 这 样 就 会 * Sore * A Hae RNA—K SMARTER, HREM SERIAL, Usg 7100 PIA S— is ERE RB, Trp—tRNAT? 9 vy 3 数量 有 限 ， 核 糖 体 停止 在 前 导 MRNA 中 两 个 相 邻 -的 色 A 所 酸 密码 子 处 。 前 导 序 的 大 发 天 结构 不 会 破坏 ， 因 而 类 ，，， ccA ey HikFREABAA RK. 因此 RNAS wae Ris 5" 54 A 衰减 子 区 而 进入 Trp 一 结构 基因 区 ， 进 行 结构 基因 的 转 We atu 录 。 如 图 15 一 13(c)。 ree RU, Trp RAFU RRA, RAAT 和 Ko wl, 又 有 调节 转录 终止 的 机 构 ， 是 更 为 复杂 的 操 Usas AUUUUUUUT RFA THis. 现 已 有 同样 的 模型 来 解释 Salmonella Stn Typhimuruim 中 Leu, His 一 操纵 子 的 衰减 作用 和 C+G*CrG E-colisily—GEDA 操纵 子 的 衰减 作用 。 Pyne 4 在 某 些 真 核 系 统 中 也 已 注意 到 有 早熟 的 转录 终止 作 ME hE iy 用 。 转 录 的 衰减 现象 很 可 能 也 存在 于 真 核 细胞 中 。 ou: 三 、 通 过 对 RNA 一 聚合 酶 的 修饰 进行 转录 调节 图 15- 12 Trp 一 操纵 子 前 导 序列 在 一 定 条 件 下 ， RNA 一 聚合 酶 可 因 被 修饰 而 改变 中 两 发 夹 结 构 共 用 一 客 所 识别 的 启动 子 序列 。 从 而 使 细胞 改变 其 转录 程序 ， PRK SA 这 是 转录 调控 的 又 一 方式 。 在 细菌 中 -因子 是 引导 RNA 聚合 酶 识别 启动 子 部 位 的 决定 予 。 如 o- 因 子 遭 到 修饰 647 € Tt" ay | i | ve = AUTH 0 at NI, (c) 图 15 一 13 E-Col:Trp 操纵 子 的 衰减 子 调控 模型 (a) 为 自由 mRNA，1, 2 和 3,，4 间 形 成 氢 键 。(b) 在 高 Trp 浓度 时 核糖 体 已 翻译 达 2 的 位 置 ， 即 把 大 发 夹 结构 葵 的 一 些 核 背 酸 覆 盖 起 来 。 终 止 发 夹 结构 可 形成 ， 转 录 终止。 (c) 在 低 Trp abi 3 REBAR ILEIL, KRKGWRARH, RiLKRKEWRABR, 转录 可 继续 。 “ek ba he 或 取代 ， 则 它 会 指挥 RNA 一 聚合 酶 去 识别 不 同 的 启动 子 序列 。 噬 菌 体 SPO! RA Re 期 间 ， 就 是 靠 这 种 修饰 作用 导致 噬菌体 SPOI 基因 的 转录 ;SPOTI 基因 的 转录 分 HAA 阶段 。 早 期 SPOI 基因 产物 是 一 个 类 z- 因 子 的 蛋白 质 ， 它 代替 寄主 细胞 RNA— Bem 的 正常 ,c- 因 子 , 这 样 就 导致 优先 转录 SPOI 的 中 期 基因 。 两 个 中 期 基因 的 产物 (PE,。 M Py) 与 寄主 RNA 一 育 合 酶 结合 作为 另 一 个 类 型 的 5- 因子 的 活性 复合 物 ， 诱导 SPO] MMR 的 专 一 性 转录 。 另 一 方面 在 不 适 条 件 下 ， 枯 草 杆菌 可 遭受 可 逆 变 化 成 为 苑 子 形 成 状态 汪 这 可 HwANT— Ro A FIOIEN, sR RAINE, ATTA TREE mA 生 的 结果 。 FAT, PEAR B+Coli Mj, ap: RNA 合成 迅速 停止 ， 而 明 虹 地 进行 不 |DNA fh 转录 如 ， 从 时 期 到 晚期 RNA 的 转录 ) 。 这 可 能 也 是 由 于 寄主 RNAS AAG BES 结构 的 改变 而 引起 的 。 例 如 在 感染 四 分 钟 内 ”两 外 c- 亚 基 ， 在 NAD* fede Fae the 这 种 修饰 作用 晶 Gr 亚 基 上 一 个 专 一 性 Are REG MMES NAD* Lig htc memes, EMER} REX 磷酸 共 价 修饰 。 此 外 它 再 结合 几 个 噬菌体 编码 的 蛋 自 质 3 呈 其 中 所 括 T, 基因 33 和 55 等 的 产物 。 这 些 因 子 可 调节 寄主 RNA-- 聚 侣 酶 的 专 二 性 "一 而 改变 其 转录 过 程 。 RES 四 、 多 基因 (Multi-gene) 的 转录 调控 1 在 趴 核 基因 站， 一 些 基因 群 常 以 多 拷贝 成 昌 的 重复 形式 排列 。 组 蛋白 基因 就 是 一 铅 。 在 mA Re BAe A, 约 有 1000443 NWHREBR RRS EARNS A 15 一 14 是 组 蛋白 基因 的 一 个 重复 单位 。 在 mRNA 编码 区 内 没有 间隔 序列 。 KAP BS 以 同一 DNA 股 作 为 转录 mRNA 的 模板 。 并 且 在 转录 股 上 五 个 基因 都 以 相同 的 相对 3 5 次 育 排 列 ， 但 在 psammachinus miliaris 中 ， 基因 间 的 富 AT 的 间隔 区 比 Lytechinus 648 学
A ? ci 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1--| 号 一 一 一 一 一 一 一 一 人 250b. p 了 A H4 Ha HA HOB <_—— Veo a S———— 一 一 一 要 图 15--15 Dsroophila 组 蛋白 基因 的 一 个 重复 单位 关于 组 蛋白 基因 转录 的 调控 ， 目 前 虽 仍 有 争议 ， 但 一 些 事实 是 肯定 的 。 第 一 是 在 生长 细 胞 中 组 蛋 自 的 合成 与 DNA 的 复制 紧密 偶 联 。 第 二 是 在 S 期 ， 组 蛋白 mRNA DE brite 中 在 转录 水 平 上 上， 调节 机 制 中 包含 着 非 组 蛋白 作为 调节 分 子 。 第 三 是 组 蛋白 前 体 的 转录 后 加 工 是 关键 性 的 调 东 程序 ， 如 海 蟾 胚 中 不 存在 高 分 子 前 体 ， 而 胚胎 发 育 到 of) pe 子 前 体 存在 》 推测 组 蛋白 基因 早期 转录 本 的 后 加 工 比 后 期 要 快 得 多 ， 可 能 两 个 时 期 组 蛋白 基 因 以 不 同方 式 转录 和 后 加 工 。 在 海 蟾 组 蛋白 编码 区 前 后 一 些 紧邻 序列 的 研究 中 发 现 ， 各 海 蟾 品种 的 这 些 紧 邻 序列 不 仅 有 同 源 性 ， 而 且 它 们 都 存在 于 形 貌 上 相似 的 位 置 ， 这 些 保 守 序 列 似乎 代表 一 种 起 始 或 终止 信 号 :例如 五 个 组 蛋白 mRNA 的 5/- 端 紧邻 序 列 部 与 基因 组 中 -一个 PyPYATTCPat 核 背 序 列 +o 这 个 序列 之 前 是 TA TA AA TA 序列 ， Ab H2A, H2By H3 «mRNA 的 -54 Be 向 土 数 约 20 一 25 个 核 音 酸 处 (HI Hs 在 类 似 部 位 也 具有 类 似 的 富 AT 区 )。 这 个 序列 称 为 Hogness #. (ORE FAWN MM HAA 基因 及 其 5/- HMR EAR Ae, 基 因 转 录 虽 仍 能 进行 ， 但 转录 生成 的 mRNA 具有 异常 5/- 端 ， 说 明 TATAAATA 区 对 正常 转 录 确 有 调节 功能 。 它 对 基因 转录 起 着 序列 挑选 者 的 作用 。 649 海 痊 编码 序列 向 下 行 的 紧邻 保守 序列 大 多 显示 原核 终止 子 或 衰减 子 序列 的 性 质 和 也 显示 RNA 京 合 酶 下 的 终止 子 序列 的 一 些 特性 。 即 明显 地 包含 一 富 GGI 的 倒转 重复 序列 习 iam 随 着 一 个 较 大 的 富 AT 区 。 虽然 组 蛋白 有 五 种 主要 类 型 。 但 目前 已 发 现 一 些 组 蛋白 中 存在 序列 的 非 均一 性 。 如 海 蛤 DREW, BABA H2A 第 50 位 为 Met， 而 后 期 的 组 蛋白 H2A 50 位 则 不 是 Met。 这 种 期 专 一 性 组 蛋白 的 出 现 ， 是 因为 在 不 同 发 育 期 有 不 同 组 蛋白 基因 独特 地 活化 结果 。 有 目前 已 进 一 步 证 实 海 蚁 五 种 组 蛋白 MRNA 中 的 任何 一 种 ， 它 们 在 发 育 后 期 转录 的 产物 比 早 期 转录 的 产 物 在 序列 上 至 少 有 10% 的 差异 。 从 而 也 进一步 证 明 不 同 发 育 期 被 活化 的 组 蛋白 基因 不 同 。 除 海 蟾 外 ， 其 它 真 核 基因 如 免疫 球 蛋 白 可 变 区 基因 、Dictyostelium 的 肌 动 蛋白 基因 都 是 多 拷贝 的 ， 这 些 多 拷贝 之 间 一 般 都 带 有 一 些 非 均一 序列 和 平均 7Kb 的 间隔 区 。 它 们 能 根据 需要 形成 非 均一 的 功能 蛋白 。 五 、 基 因 序 列 重 排 的 调控 染色 体 是 保守 结构 ， 其 中 的 遗传 信息 以 一 定 有 育 形 式 顺 弃 地 排列 着 。 在 正常 情况 下。 这 顺序 是 稳定 的 。 但 在 重组 过 程 中 含有 倒 位 、 重 复 和 平移 等 过 程 时 ， 常 导致 非 同 源 区 的 重组 ， 也 就 会 带 来 遗传 信息 顺序 的 改变 。 < 《一 ) 插入 序列 Aap 有 一 不 寻常 的 E, Coli 突变 类 群 ， 在 某 操 纵 子 中 插入 了 一 个 DNA 链 段 。 当 这 个 DNA 链 段 整合 进 操 纵 子 的 一 个 基因 中 以 后 ， 不 仅 该 基因 指 功能 消减 ， 也 导致 沿 转录 方向 下 行 的 所 有 其 它 基因 活性 降低 。 这 样 的 插入 元 件 ， 称 为 插入 序列 (Insertion sequence, IS)。 插 入 序 列 有 1S:, 182, 1S,, IS,、ISs FRA, 它们 的 大 小 范围 在 800 一 1400 b. p. Zils 它们 都 是 革 兰 氏 阴性 细菌 的 正常 成 分 。 例 如 Bs Coli 染色 质 中 约 有 八 个 185,84. AT IS. BA, = A IS, 拷贝 和 1 一 2 个 IS, 拷贝 。 [isp SE Ea 内 次 基质 (a) Wem eer AC a* ss @ 6 S'S eens Fae She TP ote t PGE OL ROM CTE SE AS A a a ee CGEGTCLe MAA 7 wees hr — me ——__—__—t_+-—_ AGT CT GGGC ) ; : eaecd OG Ye fe ee @ Gee ee eee ( ©GGGTCTGA 一 一 -一 一 -一 一 --- ———————— TCAGAC OCG Ra] BS AR 图 15 一 16 很 设 的 类 易 位 子 结构 (a) 带 有 同 向 重复 序列 。(b) 带 有 反 疝 重复 序列 于 其 末端 TS 的 插入 ， 显 然 是 击 于 复制 的 错误 所 致 ， 是 二 个 无 意 的 重组 和 导致 依赖 于 cho 因子 转 录 终 目的 终 正 序列 的 重组 造成 的 在 测定 了 ITS 一 诱导 的 侣 复 突变 之 后 ， 发 现 它 是 通过 切除 TS 元 御 而 产生 的 。 虽 然 整 侣 和 切除 所 包含 的 酶 尚未 鉴定 ， 但 存在 于 细菌 正常 同 源 重 组 中 的 组 合 和 切割 两 种 活性 闭 因 突 变 而 消失 。 所 以 证 明 TS 整合 和 切割 两 种 作用 不 会 依 秘 已 知 的 重 Ari, TS 不 羽 是 一 个 插入 DNA 片段 ， 而 且 是 一 个 可 移动 的 DNARR, ERM ERY 一 个 区 移动 到 另 一 个 区 ， 这 种 移 位 过 程 称 为 转 位 或 易 位 作用 (transposition)。 650 易 位 子 (Transposons(Tn 妇 或 转 麻子 是 与 TS 序列 密切 相关 的 因子 也 是 一 须 DNAL IS 世 可 视 为 一 类 特殊 的 易 位 子 ， 因 它 插入 后 在 基因 上 产生 极 性 ， 赦 而 可 被 检测 8 而 典型 的 细菌 易 位 子 常 含 有 细菌 可 识别 的 基因 ， 如 抗 抗菌 素 基因 往往 就 是 通过 这 些 基 因 茸 转 位 作用 而 测 出 。 可 转 位 的 抗 抗菌 素 因素 在 45006. p。(TnT, Tag 和 Tn3) —— 20000 b, p, (Tad) yey Ae 目前 已 观察 到 的 许多 易 位 子 ， 其 每 端 都 以 反 向 或 同 向 的 相等 序列 彼此 相 邻 接 【 图 15 一 16). RFA INE HE BR R 一 质粒 〈 抗 药 质粒 ) 转移 到 其 它 质 粒 、 细菌 染色 体 和 各 种 噬 Bb. 这样 的 移 位 作用 和 IS 一 样 在 recA 寄主 中 仍 存在 ， 说 明 它 所 需 用 药 酶 不 依赖 手 正 常 重组 作用 的 酶 ， 而 是 一 种 专 一 性 酶 系 。- 它 能 识别 插入 序列， 并 把 易 位 子 拼接 到 其 它 部 位 中 。 图 区 一 玉 是 易 位 子 插 入 受 体 DNA 示意 图 ， 在 易 位 子 两 个 终端 是 反 疝 重复 序列 。 | Tn2 易 位 子 是 4600b。p。 的 易 位 子 ， 本 身 能 编码 影响 其 A SB SrMMweCH, 还 编码 使 害 PNAC eg 主 细菌 细胞 抵抗 抗菌 素 一 一 青 多 素 和 卡 那 BEN 一 个 6- 内 易 位 地 酰 胶 酶 。 用 重组 技术 已 观察 到 在 每 端的 反 向 重复 序列 | caret FES MED eK Kim, 它 指 SS 成 一 个 M.W = 210 00 道 尔 顿 的 肽 ， 来 阻 过 Ta, 插入 的 易 位 子 的 易 位 ， 并 能 在 转录 水 平 上 调 | | 节 其 未 身 的 合成 。 而 在 一 不 能 图 15 一 17 易 位 子 搬入 一 受 体 DNA RRR FES RIL REE, MA M,W = 100, 000 的 另 一 种 肽 ， 这 个 肤 为 易 位 作用 所 必 需 久 是 一 个 易 位 子 酶 ， 它 的 转录 方向 与 转录 阻 过 肽 的 转录 方向 刚好 相反 ， 它 起 始 于 阻 通 基 因 o 7 a wks BH 18 oy: FR PAAR HE ie 2 a oem - eat ET re ae | OS oe Dy bore] “yee - Matte ie) B - ARR IAD 图 15 一 18 Tn; 基因 邻近 区 域 及 它们 的 转录 方向 和 调节 示意 图 阻 遏 物 蛋 白 起 着 从 启动 子 P 调节 易 位 子 酶 和 阻 巡 物 基因 转录 的 作用 ， 这 两 种 基因 是 反 向 被 转录 的 。 的 附近 。 图 15 一 18 是 Tn3 基因 邻近 区 域 的 转录 方向 和 调节 示意 图 。 Tos 基因 的 播 六 部 位 和 方向 至 少 部 分 地 决定 于 接受 基因 组 的 原始 核 苷 酸 序列 ， 这 可 能 是 由 Ts 的 18b. p。 .的 短 末端 倒转 重复 序列 以 及 接受 基因 组 的 AT 富 集 程度 和 同 源 性 等 的 复合 效应 造成 的 。 Tan5 是 一 个 54000b, p, fi) DNA 区 段 ， 它 有 150b。 p。 h 倒转 重复 序列 ， 位 于 一 个 长 30005。p。 HRM 651 侧 ， 它 编码 抗 卡 那 霉 素 和 抗 新 均 素 成 份 。 有 趣 的 是 倒转 重复 序列 在 功能 上 有 不 同 的 特性 。 充 论 是 对 RNA 聚合 酶 的 结合 ， 还 是 对 新 霉 素 抗 性 的 启动 ， 它 所 编码 的 多 肽 以 及 在 易 位 过 程 中 的 全 部 作用 都 是 特异 的 。 (2) 真 核 基 因 中 的 转 位 因素 (Translocatable elements) 在 玉米 中 , “PAR” (controlling elements) 的 遗传 信息 与 细菌 中 的 0 的 性 质 具 有 相似 性 。 高 等 真 核 细 胞 中 的 中 等 重复 序列 ， 可 能 是 由 IS 序列 构成 ， 它 具有 调节 功能 。 在 果 晶 中 已 观察 到 两 个 重复 序列 的 特异 族 ， 称 为 “copia” 和 “4122”。 每 种 这 样 的 特异 族 约 有 35 介 持 贝 ， 分 散在 全 部 基因 组 中 。 它 们 的 末端 都 连接 着 一 短 段 同 向 重复 序列 ， 结 构 类 似 竹 细菌 申 的 易 位 子 。 在 培养 某 细 胞 系 期 间 〈 每 周期 每 个 因素 转 位 107"s 一 10- 次 )， 这 样 的 序列 分 散在 不 同 的 基因 组 部 位 。 果 蝇 Drosophila melanogaster 中 的 “412” 和 Copia 都 可 有 选择 性 地 快速 调换 到 一 新 的 染色 质 部 位 。 酶 母 中 也 分 离 出 了 特殊 殊 的 重复 序列 族 ， 其 中 一 个 称 为 Ty 每 个 单 倍 体 细胞 约 有 35 个 拷贝 。 它 由 每 端 含有 250b。 p。 同 向 重复 序列 眩 一 个 5600b.。 p。 序列 构成 。 每 个 单 倍 体 基 因 组 即 分 散 于 这 35 个 拷贝 中 ， 其 中 包含 Tyl 因素 移 仁 ,.jJ 特 殊 序列 。 酵母 的 his4 一 912 突变 体 是 由 Tyl 插入 到 酵母 his4 基因 5/- 端 非 编 码 区 而 形成 的 。 另 外 , 转 位 作用 也 负责 接合 型 (Mating Type ) 酵母 的 分 化 ， 接合 型 的 转变 就 是 在 单一 接合 型 位 点 上 有 一 个 DNA 的 cassetle, 含有 编码 相反 接合 型 等 位 基因 的 DNA 的 另 一 cassetle 所 取代 。 (=) 免疫 球 蛋白 基因 及 其 调节 忆 in HO REREAD IgG 是 由 四 条 肽 链 构成 的 四 聚 体 ， 含 两 条 轻 链 和 两 条 重 链 。 应 答 不 同 抗原 的 许多 不 同 IgG 分 子 的 轻 链 ( 工 ) 和 重 链 ( 了 五 ) 都 由 两 种 不 同 的 链 段 构成 。 一 个 链 段 称 恒 定 区 (C—K), -氨基 酸 序 列 几乎 不 变 ， 另 一 个 是 可 变 区 (V 一 区 )， 任 何 两 个 IgG 的 V 一 区 氛 基 酸 序列 都 不 同 ， 从 而 可 应 答 不 同 的 抗原 。C 区 的 作用 是 用 来 把 抗体 生成 细胞 中 的 抗体 ， 跨 膜 运 输 到 血 流 和 淋巴 系统 ， 以 除去 被 中 和 的 抗原 。 而 V 一 区 则 是 负责 识别 和 结合 专 一 性 抗原 。 (L) 编码 信号 肽 . VA Ja Cy Ea KIDNA meen. << i at tamer = sey | 图 15 一 19 DNA 拼接 形成 1 型 工 一 链 的 过 程 va ihe 〈 称 4 和 开 ) 具 有 显著 不 同 的 氮 基 酸 序列 ， {RARER & 研究 表明 , 在 生殖 系统 中 , 革 14 链 V 区 (V,) 编 码 序 列 中 有 一 个 93b。p。 的 间隔 序列 ( 记 谍 TYE ning sequence), 它 位 于 Re 在 起 始 密码 子 后 约 四 SHS FR. 此 外 编码 序列 只 伸展 到 相当 及 V,， 区 第 98 个 氨基 酸 的 位 置 。 V、 区 为 其 它 14 个 毛 基 酸 编码 的 序列 8 则 652 以 离 它 相当 长 的 一 段 距离 存在 。 这 序列 区 称 为 J,。 按 顺 痢 这 个 区 离 迭 ,编码 区 约 为 了 250 个 二 p。 因此 在 引起 抗体 生成 细胞 的 许多 过 程 中 , 在 Ji KV, 区 之 间 有 -一 DNA BAEC 如 图 15 一 19 ) ,产生 一 个 带 两 个 间隔 序列 为 轻 链 编码 的 基因 。 这 两 个 间隔 序列 , 一 个 在 信号 肽 区 ， 而 另 一 个 则 在 J, 和 C, 区 之 间 ， 长 度 为 1250b。p。 有 许多 基因 可 编码 开 - 型 轻 链 。 这 些 基 因 也 有 VILC 三 种 类 型 ,… - 约 300 个 不 同 的 V- 基 因 负 责 合 成 可 灾 区 IN 一 端 95 个 氨基 酸 序列 有 五 个 不 同 的 /J 基因 负责 编码 LV- 区 ，C- 区 13 个 毛 基 酸 ; C 基因 只 有 一 个 拷贝 ， 负 责编 码 L- 链 的 C- 区 。 在 胚胎 细胞 中 ,“V 和 本 基因 各 构 成 一 个 紧密 的 基因 簇 ， 彼 此 相距 匀 远 ，C 一 基因 在 本 基因 稍 后 ， 所 有 这 些 基 因 在 同一 染色 体 上 ， 如 图 15 一 20。 每 个 V 一 基因 之 前 有 一 前 导 区 (leader region), 转录 从 那里 开始 ， 但 和 C 基因 没有 前 导 区 。， CEE ie SB HP 2 A 9) ck Ere ge # BBR ae .. | nase DNA “ATE eh DE EA 2 “ie J; J, J; pweam a i Pahl ee _ 被 拼接 的 区 图 15 一 20 DNA 拼接 形成 K 型 L- 链 的 过 程 在 图 15 一 20 中 ， 大 DNA 链 段 在 形成 抗体 时 风 首先 要 经 过 特殊 V 和 基因 的 重 排 和 me, 如 图 中 Vies 和 Js 之 间 的 已 经 重 排 而 失去 。 但 有 些 可 能 是 Vil, 之 间 连 结 起 来 ， 而 中 间 的 失去 了 。 因 而 使 不 同 的 可 变 区 基因 序列 编码 出 不 同 的 IgG 的 毛 基 酸 序 列 。 另外 在 VI 连结 处 也 常 因 碱 基 交 换 的 重组 作用 而 导致 连结 处 氨基 酸 发 生变 化 。 PUEBLA A .300x4x25= 3000 个 不 同 的 可 变 区 。 een et Jas GuT po 25 ci a ge ch we hale DNA 二 一 二- pel oo =~ ~ rae ‘ ' ~ ~ 1 ‘ eee é lv -J je . 从 表达 IgM 的 细胞 a ee BOS a ae 4 所 得 DNA 一 一 一 一 一 一 二 一 Im 一 从 胡 渤 到 A 的 细胞 ao * ”所 得 DNA 图 15 一 21 免疫 球 蛋白 重 链 基因 形成 过 程 中 VH In 的 连接 和 CH 的 切换 ，DNA 的 重 排 示 意图 重 链 的 -C 区 (Ca) 分 为 五 类 (CesCo、Gr Ce Cade 在 PT 细 胞 分 化 的 某 寺 阶段 ，/ 每 卉 类 Gy 可 与 Va 相连 系 。 因此 重 链 的 基因 表达 好 象 有 开关 在 起 作用 ,在 初级 免疫 应 答 中 是 被 IgMKCGy 为 六 类 ) 的 优势 所 放大 :| 而 在 次 级 免疫 应 答 中 则 被 LEG C Cy Ay 28 Ks 在 这 个 途径 的 终 期 好 象 有 一 个 开关 开 到 xc- 类 Ca 而 产生 IgA。 关于 这 开关 的 机 制 ， 目前 普遍 653 认为 首先 是 Va 和 Cnm 基因 间 的 整合 ， 随 后 通过 缺失 ， 又 可 方便 地 切换 成 Ve 和 下 三 不 等 位 染色 质 上 需 表 达 的 Ca 基因 之 间 的 整合 (如 图 15 一 21 ) 。 关 于 重 链 形 成 过 程 见 图 巧 二 22， Ca 基因 H Cn 基因 acim Vuk lA 间隔 序列 转 孙 成 mRNA _——— mRNA mRNA 后 加 工 | ARS ER A a EE 重 链 mRNA As Ba Vu Cu — 图 15 一 22 MQ — ADAMS RE ER BE EEL 经 转录 和 后 加 工 而 形成 mRNA 的 示意 图 六 、 在 真 核 细 胞 中 转录 与 后 加 工 的 调控 各 种 分 子 杂交 试验 证 明 。 不 是 所 有 真 核 基因 组 都 能 随时 被 转录 。 例 如 在 鼠 肝 细 胞 中 只 有 10.9% Ki DNA 序列 被 转录 肾 、 肤 、 胸 腊 和 脑 细胞 中 其 转录 量 各 为 和 3%，4.8%， 4.6% 和 15.6% -但 所 有 这 些 组 织 的 细胞 ， 都 有 一 公共 的 基因 组 得 到 表达 。 它们 之 间 所 以 有 区 别 是 由 于 每 种 组 织 又 另 有 其 特有 的 特殊 基因 肯 表 达 方 式 v 例如 当 肌 内 细胞 形成 时 ， 有 一 部 分 鼠 基 因 的 转录 坛 加 ， 这 些 基因 的 转录 只 有 在 分 化 细胞 中 才 出 现 。 RAS UAE A, ER, 结构 基因 转录 的 变化 范 围 远 比 所 想象 要 复杂 得 多 。Davidson 和 Britten 指出 ， 核 RNA 既 包 括 连续 被 合成 的 基因 组 中 结 构 基 因 区 转录 成 的 RNA， 也 包括 在 这 些 RNA 间 起 调节 作用 的 链 段 ， 还 包括 通过 形成 DNA 一 RNA 双 链 而 产生 的 互补 重复 序列 转录 物 。 他 们 提出 了 一 个 基因 表达 调节 模式 ， 在 该 模式 中 由 于 重复 DNA RNA ERMC URNA (AER. TM DNA ER SR RNA, 654 Britten- Davidson 模型 的 基本 内 容 如 下 ， 1, 除非 有 专 一 性 活化 作用 ， 所 有 结 ORE PBA 状态 。2.DNA 有 一 敏感 部 位 (Senmsor site ), HSB A— % 4B 3k AC Integratergene ) 转录 成 一 活化 RNA (activator RNA ) 。3. 有 一 受 体 DNA 区 (receptor site ) 是 结 梅 基因 转录 的 调节 区 ， 可 与 活化 RNA 结合 形成 DNA RNA 区 ， 从 而 使 邻近 结 构 基因 进行 转录 。 可 简单 示 如 图 15 一 23。 ha ® eG 整合 基因 _ DNA fir 个 mit | ey 2 st 活化 RN A 受 体 DNA 受 体 部 位 结 爸 基因 图 15 一 23 真 核 基因 表达 调控 模型 诸 因素 关系 4 1. 多 活化 物 敏感 部 位 SS eee SUP bt C A dD MZ AZZ ae. Me, q a b = | Le LUMA | | eee Ss OS SS abe ev 11 多 受 体 x ole ane g ics P 多 PAA Ys a VA WA FLX 活化 物 结 梅 紫 因 区 Pas 图 15 一 24 Britten 等 的 真 核 转 录 的 调控 模型 655 他 们 又 假设 焉 核 基因 组 含有 大 量 数目 的 敏感 部 位 ， 它 可 识别 各 种 信号 分 也。 如 专 一 性 酶 底 物 、 激 素 受 体 复合 物 或 调节 RNA 等 。 每 -敏感 部 位 由 于 结合 专 一 性 底 物 或 激素 受 体 复合 物 而 激活 时 ， 整 合 基因 立即 转录 出 活化 RNA， 它 随即 又 被 一 个 或 更 多 个 受 体 部 位 所 识别 4 这 些 受 体 部 位 可 定位 于 同一 基因 组 或 其 它 染色 体 上 。 活 化 RNA 一 旦 结合 于 受 体 部 位 ，, 其 近 邻 的 结构 基因 即 转录 mRNA。 图 15 一 24 为 Britten 等 的 有 关 真 核 基因 转录 的 调控 模型 全 : 第 二 节 ”转录 和 翻译 的 协同 调控 4 E+ Coli 细菌 缺乏 生长 所 需 的 氨基 酸 时 ， 则 不 仅 其 蛋白 质 合成 降低 ;各 “ 利 RNA 的 合成 也 会 选择 性 的 降低 ， 这 种 现象 称 为 严 紧 响应 (Stringent Response), 。 这 是 细 MS 深 费 宝贵 资源 合成 过 多 核糖 休 的 有 利 措 施 ， 也 是 保证 以 少量 的 所 基 卫 维持 主要 鼻 自 质 合成 能 力 的 有 力 措施 ; - 关于 严 紧 响 应 的 机 制 已 有 许多 研究 成 果 。 凡 缺乏 一 种 氨基 酸 或 有 功能 的 氨 BE tRNA 合成 梅 都 会 引起 严 紧 响应 。 在 温度 敏感 氨 朴 一 tRNA 合成 梅 细菌 突变 体 中 ， 存 在 明显 的 严 紧 响 应 现象 。 这 证 明 氢 栈 一 tRNA SRBKRS, WABCRNA 不 能 合成 ， 这 是 引起 严 紧 响 应 的 原因 。 把 没有 严 紧 响应 的 细菌 突变 体 relA( 称 松弛 菌株 ) 与 严 紧 响 应 菌 株 作对 比 时 ， 发 现在 氨基 酸 饥 饿 时 ， 只 有 严 紧 响应 菌株 中 会 出 现 两 个 不 寿 常 的 核 昔 酸 。 最 先 称 它 为 魔 点 ， ATP AMP x» EE ry pp 和 = ppG pp! | 5 : 一 一 -一 » 二 spol 产物 ome 严 紧 因子 ppG 图 15 一 25 严 紧 调控 中 不 寻常 鸟 背 酸 的 合成 和 降解 i 后 来 证 实 它 就 是 岛 音 -5/- 二 磷酸 -3/- — BE (pp pp) Al H-5/- = BEB-9/- — ER (pprGrr). 而 松弛 菌株 中 则 没有 这 两 种 核 苷 酸 出 现 。 后 来 又 在 严 紧 菌 株 中 发 现 第 三 PRR BeGP。 这， 些 不 寻常 的 核 苷 酸 的 存在 与 RNA 合成 的 抑制 有 密切 关系 。 许 多 突变 株 的 究 研 结果 表明 ， 突 变 株 愈 接近 野生 株 ， 其 严 紧 响 应 程度 愈 大 ， 这 时 细胞 内 PPGPP 水 平 也 愈 高 i TRNA 的 合 成 则 愈 低 。 这 进一步 证 明 ppGpp 等 不 寻常 核 苷 酸 分 子 在 严 紧 调 控 中 所 起 的 关键 作用 。 缺乏 某 氨 酰 一 tRNA 合成 酶 能 引起 严 紧 响应 又 与 ppGpp 的 产生 有 什么 关系 呢 ? 从 遭受 严 紧 响应 的 细胞 所 分 离 的 核糖 体 上 的 一 个 “ 空 载 反应 中 ,发 现 脱 酰 一 tRNA 能 刺激 ppGpp 和 PPPGzPP 的 合成 。 可 以 设想 : 脱 酰 一 疏 NA 可 能 是 一 个 诱导 分 子 , 当 利 用 ATP 和 GTP 合 成 PPPGPP 时 需要 mRNA 上 的 一 个 密码 子 与 存在 于 核糖 体 P 一 位 的 脱 酰 一 tRNA 有 相互 识别 的 对 应 关系 。 现 在 已 证 实 这 皮 应 是 由 一 个 分 予 量 为 .75,,000 道 尔 顿 的 蛋白 所 催化 , 这 个 蛋 自 称 为 656 PRA. PpGPP 虽 可 在 体外 合成 ， 但 在 活体 内 ppGpp 主要 由 pppGpp 通过 Epp 部 位 的 基 因 产 物 催化 转变 而 成 。 PPGppP 进一步 降解 则 成 为 PPGP， 这 一 步 是 由 Spot 部 位 的 基因 产物 所 催化 。 整 个 反应 示 如 图 15 一 25。 | 那 末 PPGPP 对 RNA 的 合成 又 是 如 何 影响 的 呢 ? 目前 认为 启动 子 的 状态 ， 可 受 直 接 作用 F DNA 或 RNA 聚合 酶 的 某 蛋 白质 的 影响 。 有 一 种 蛋白 质 儿 可 影响 RNA 聚合 酶 小 从 而 专 一 性 地 刺激 CRNA 的 合成 ， 而 这 种 作用 则 受 peGpp tif. 2 BoP “基因 表达 在 翻译 水 平 上 的 调控 。 细菌 中 蛋白 质 合成 的 调节 主要 是 在 转录 水 平 上 的 调节 ， 但 对 mRNA 也 存在 翻 译 水 平 上 的 调节 。 对 原核 mRNA 翻译 的 调控 研究 得 较为 详细 。 一 、 在 噬菌体 中 原核 mRNA 翻译 的 调控 hep Ri. Ms., f, 等 的 单 链 RNA 能 起 MRNA 作用 ， 它 们 具有 三 个 明显 的 顺 反 子 ， 能 编码 A 一 蛋白 、 外 壳 蛋 白 和 复制 酶 亚 基 等 三 种 蛋白 质 ( 图 15 一 26 ) 。 CE- Coli 被 病毒 感染 期 间 ， 其 体内 三 种 蛋白 质 的 合成 量 不 同 。 在 感染 末期， 外 壳 蛋 自 的 合成 量 约 比 其 它 两 个 蛋白 质 大 10 一 20 倍 。 此 外 这 三 个 蛋白 的 合成 又 有 时 序 差 异 。 在 复制 周期 的 早期 ， 复 制 酶 亚 基 和 A- 蛋 白明 显 占 优势 。 而 外 壳 蛋 白 则 在 后 期 占 优势 ， 并 且 当 复制 梅 和 A- 蛋白 合成 量 下 降 时 ， 它 的 合成 仍 在 继续 进行 。 1177 ES A - 38 WBA Sa tall WL 图 115 一 26 Ms2 RNA 上 三 个 蛋白 质 编 码 区 的 排列 顺序 四 守 这 三 种 蛋白 都 有 各 自 的 起 始 密码 子 ， 可 独立 地 进行 起 冶 作 用 。 它 们 的 翻译 速度 为 什么 叉 各 不 相同 呢 ? 守 较 存 说 服 力 的 假设 ， 是 RNA 的 二 极 结构 对 三 种 蛋白 质 艾 翻译 速度 起 主要 调节 fe. 这 种 调节 作用 超过 三 个 起 始 部 位 对 起 始 的 定量 调节 。 寿 人 用 温和 的 甲醛 处 理 或 热处理 破坏 到 RN 人 的 二 级 结构 ， 发 现 三 种 蛋白 被 翻译 的 相对 量 发 生 改变 , 复制 酶 的 合成 量 可 增加 到 处 壳 蛋 自 水 平 ，A 蛋白 量 也 有 显著 增加 。 这 证 实 了 RNA 的 二 级 结构 对 三 种 蛋白 翻译 速度 起 调节 作用 的 假设 。 分 析 图 15 一 27 Ms.RNA 的 二 级 结构 可 以 看 出 ， 复 制 酶 的 起 始 部 位 以 氢 SBE MRNA 部 分 链 段 结合 ， 而 外 壳 蛋 白 的 起 始 部 位 是 裸露 的 。 这 样 的 二 级 结构 说 明 ， 外 壳 蛋 白 在 复制 酶 起 始 翻译 前 就 已 翻译 了 一 部 分 。 有 人 设法 使 外 壳 蛋 和 白 第 六 个 密码 子 Peas, CUS HMM Ti DieS BP BP, R50, 54, OS RO FREREME ams) BY EFC RAIA EH. SS Sb APA Rh PRIS NO SE RNA 进行 翻译 时 ， 复 制 酶 的 表达 PRICMA. Hk API BUF THAME Ms:RNA DREAMIN LATARRN, 2 制 酶 顺 反 子 起 始 部 位 与 外 过 蛋白 顺 反 子 间 的 氢 键 尚未 断裂 ， 所 以 复制 酶 的 翻译 会 因 这 个 突变 657 HWA. 而 当 外 壳 蛋 自 顺 反 子 已 翻译 到 50 个 密码 子 以 后 时 ， 两 个 顺 反 子 间 的 氨 键 则 已经 断裂 ， 复 制 酶 顺 反 子 的 翻译 就 不 会 因 外 壳 蛋 白 顺 反 子 的 突变 而 遭 到 阻 遇 了 。 sa gihagueaail RNA 的 二 级 结 结对 复制 酶 的 翻译 起 调节 作用 。 Ba cbhh UR REE, At Abe AWK FA il GALE RY VE? ese yr 专 二 性 地 结合 于 复制 酶 顺 反 子 的 起 始 部 位 ， 从 而 抑制 复制 酶 亚 基 的 翻译 。 所 以 在 感染 晚期 随 着 外 壳 蛋 白 的 建成 和 增加 ， 复 制 酶 亚 基 的 合成 必然 下 降 。 那 末 感 染 早 期 为 何 复制 酶 亚 基 的 合成 量 明显 超过 外 过 蛋白 ? 目前 有 两 种 解释 。 一 种 认为 ， 复 制 酶 亚 基 必需 与 核 糖 体 的 S. 蛋 白 结合 才能 成 为 寄主 专 一 性 复制 酶 的 一 个 亚 基 。 而 9 BACK AE AWM. PU 在 感染 早期 复制 酶 顺 反 子 起 始 部 位 一 定 还 有 一 种 非 氢 键 结构 ， 使 它 起 始 翻译 而 不 受 外 壳 蛋 白 ata Ob FE eA eet EY f- a Ute a ps Eds pom ; § 时 证 SN e. 4 13 A- 5 ‘ +a 站 =~ 33 * fF ROM . cs, hs ae Pere E A vw za a A 770 Se PET 2 ; 5 ~ f é 2 t et ] 4 : ee 让 I b 和 eae hve ” a pane ? ¥ (ay “A f. ded ae ad S ADAG -A- 0-C CUS C-AA-C- ee 飞 -上 ie . te 4 “本 a wk ON ee: noe MOH 4-0 C- | +ea- ri ie «-t o£ to. < : 站 X\ v 5 t 8 f v Pag * 3 sae oJ 二 a Ba eA ee rn ad b st y eee se a v ¢ + Sage eee 站 < A ¥ fF « : Ca ang ci @eay Ue Aa e* # ' : Vek v 4-0- 7 AUY 4 Lk ACA hae 人 . a c A Ubi tik ak ° 6 - wtp ’ 7 tet ea € as Sy illite I ke ea AY f Bx: eal , = ih 4, 六 J : 4 4 * 3 7 Wy “os 了 表征 eae fale Fala ¢ ERT ABS f 4 7 ? ae 如 Sh re St GE it EOS fF me es i a : at 7 el i pang wit . _ 图 15 一 27 Ms, RNA 的 二 级 结构 翻译 的 影响 。 而 这 时 外 壳 蛋 白 则 因 受 S, 蛋白 的 抑制 不 能 起 始 翻 译 ， 只 有 待 复制 酶 大 量 建成 HAWS S: 蛋白 结合 后 ，S, 蛋白 对 外 壳 蛋 翻译 的 抑制 才 得 以 解除 。 另 一 种 解释 是 在 活体 肉 有 一 种 抑制 作用 与 S, 蛋白 整合 进 复制 酶 亚 基 中 有 关 ， 其 目的 是 阻止 核糖 体 涵 只 > 3 方向 起 始 外 壳 蛋 白 ， 使 复制 酶 得 以 顺利 地 从 3 Ao’ 方向 移动 。 已 经 证 明 复 tie AEF RNA 的 3/- 端 进行 病毒 RNA 的 复制 ， 这 正 是 外 壳 蛋 白 顺 子 起 始 翻译 的 部 位 。 9 蛋白 的 结 从 部 MEK RNA 中 鉴定 ， 它 既 靠 近 OP RNA 的 3- 端 的 复制 起 始 区 ， hie SBAMRF 菌 5- 端 起 始 区 ， 这 说 明 在 感染 早期 ， 一 旦 S, 蛋白 整合 进 复制 酶 亚 基 进 行 病毒 RNA 的 复 制 ， 必 然 会 抑制 外 壳 蛋 白 的 合成 (图 15-28 ) 。 ie ARE! 二 、 翻 译 产物 在 细胞 内 定位 的 控制 被 真 核 或 原核 细胞 所 合成 的 某 种 蛋 和 白质 ， 如 果 指 定 要 分 泌 出 来 或 者 在 原核 细胞 中 指定 要 隅 离 存在 于 外 周 间隙 ， 则 合成 这 些 蛋 白质 的 核糖 体 在 真 核 细 胞 中 定位 于 粗 内 质 网 而 在 原核 细胞 中 则 定位 于 内 层 细 胞 膜 上 、 随 着 蛋白 质 苞 合成 ， 蛋 白质 即 经 膜 而 伸展 ， 在 真 核 中 则 山内 658 矣 网 的 渝 泡 池 《 cisterae ) 经 高 尔 基 器 达 分 泌 室 胞 ,这 样 分 割 的 基础 至 少 部 分 是 由 于 MRNA 中 有 一 编码 疏水 信号 肽 的 序列 。 产 生 的 这 种 带 信号 肽 的 蛋 向 质 ， 由 于 人 它 对 朴 水 膜 的 亲和力 4 [能 携带 合成 的 蛋白 质 横 跨 芍 水 膜 。 PRET ER. (ite AREAS " SE wis y Ps } Kp Sie 一 一 - 3 全 fa ON 3 ) a ek / oe 7 (a) | ose fh TE et 6 eee By Mane 图 15 一 28 QB RNA 复制 的 起 始 与 它 对 外 壳 蛋 白 顺 反 子 翻译 的 抑制 模型 (a) 复 制 酶 结合 于 靠近 外 壳 蛋 白 顺 子 5"- 端 ， 阻 止 核糖 体 进 一 步 结合 。(b) 当 所 有 核糖 体 已 逸 出 外 壳 蛋 白 和 复制 酶 顺 反 子 3'- 端 时 ， 复 制 酶 又 仍然 结合 于 外 壳 蛋 白 起 始 部 位 ， 复 制 酶 进行 复制 。 (c) 复 制 酶 进一步 复制 进入 复制 酶 顺 反 子 区 。 当 外 壳 蛋 白 尚未 被 翻 译 时 ，RNA 的 二 级 结构 阻止 外 壳 蛋 白 翻 译 。(d) 复 制 达 外 壳 蛋 和 白 顺 反 子 区 时 ， 复 制 酶 有 时 会 离开 外 壳 蛋 白 起 始 区 而 进入 A 一 蛋白 顺 反 子 区 。 在 大 部 分 情况 ， 这 信号 肽 是 成 熟 蛋 白质 人 :端的 一 个 延伸 部 分 ' 在 蛋白 质 穿 过 膜 后 即 被 Me, (图 15 一 29 ) 。 信 和 号 肽 长 度 大 约 为 15 一 30 个 氨基 酸 序列 。 各 种 信号 肽 除 都 具有 朴 水 性 和 切割 部 位 邻近 都 有 一 小 氨基 酸 两 个 共性 外 ， 它 们 的 氨基 酸 序列 很 不 相同 。 革 些 信 号 肽 如 被 分 沁 的 输卵管 蛋白 和 卵 清 蛋白 的 信号 肽 ， 处 于 蛋白 质 分 子 内 部 的 一 个 结 结 区 。 这 样 的 新 生 蛋 自 将 从 其 内 部 一 点 开始 穿 过 膜 而 伸展 ， 而 不 是 从 N- 端 开始 伸展 。 7 类似 子 分 沁 和 蛋白 的 信号 肽 也 存在 于 某 新 生 膜 蛋 咎 中 ， 而 过 些 蛋 和 白质 则 堆积 于 它们 合成 处 药 昔 睫 y 在 真 核 中 它们 以 后 可 流 到 质 膜 上 。 这 些 蛋 白 质 可 能 具有 一 些 结 结 特性 , VLR 象 盆 泌 蛋白 那样 经 膜 而 伸展 目前 曾 提 出 了 一 个 普遍 名 词 :局 步 化 序列 (Topogeic sequence) 来 称谓 调节 这 样 方向 的 各 种 不 同 的 信号 肽 。 =. MRNA enh iz 对 mRNA 寿命 的 调控 在 真 核 中 的 存在 已 得 到 许多 实验 证 明 。 ABU HHS mRNA 的 二 个 肉 在 特性 是 mRNA 的 Poly(A) 序 列 可 影响 mRNA 的 降解 。 拓 去 Poly(A) Poly 659 CA) 减少 到 某 最 小 长 度 ， 都 会 便 mRNA 易 受 外 切 核 酸 酶 作用 。 这 个 主张 受到 许多 证 | 据 支 持 。 例 如 ， 细 胞 质 mRNA 的 Poly (A) 序列 随时 间 的 增长 而 逐渐 缩短 ; sD Poly AH ASA mRNA 比 大 部 分 真 核 mRNA 短命 ， 把 去 腺 萌 酸 的 珠 蛋 白 mRNA 注射 进 MOR 细胞 后 ， 其 翻译 能 力 比 注射 正常 珠 蛋白 mRNA 翻译 能 力 小 ， 但 当 该 mRNA Ms RHA 期 维持 翻译 的 无 细胞 系统 中 时 ， 则 其 翻译 能 力 不 减 小 。 图 15 一 29 分 泌 蛋 白质 进入 内 质 网 膜 模型 (a) 起 始 合成 N- 端 带 信号 肽 一 个 分 泌 蛋 白 的 自由 6 BM Ks (b) 信 号 肽 结合 于 膜 上 经 膜 伸 向 腔 中 ， panne tea aaa (c) fi Bik BME se RIB, (4) 正在 伸展 的 he soe 蛋白 肽 链 继续 伸展 过 膜 ，(e) 蛋白 翻译 完成 后 向 高 Abort: 尔 基 器 和 分 泌 胞 移动 ， 核 糖 体 亚 基 释 放 。 虽然 mRNA 对 降解 的 敏感 性 不 完全 随 其 Poly(A) 大 小 的 下 降 而 增 大 ， 48 4% Poly(A) 的 大 小 降 到 某 定 值 时 ，mRNA 会 忽然 变 得 对 降解 非常 敏感 。 由 于 我 们 WAR MRNA 降解 的 机 制 还 不 甚 了 解 ， 我 们 只 能 根据 Poly(A) 所 起 的 表 观 效应 来 推测 。 然 而 值得 一 提 的 是 至 少 已 发 现 有 一 种 蛋白 质 ， 它 能 与 多 核糖 体 的 Poly(A) 区 相 结合 ， 可 能 它 就 RRP mRNA， 使 之 免 受降 解 。 四 、 翻 译 的 定量 控制 许多 能 以 某 种 方式 改变 真 核 细 胞 蛋白 质 合 成 速率 的 环境 似乎 也 ' 以 同样 程度 影 响 所 有 660 oe. ee _ mRNA: 的 翻译 。 对 其 机 制 有 所 了 解 的 唯 二 纳 胸 是 网 织 红 细胞 ， ap erreete niga 似乎 都 是 影响 相同 的 起 始 组 分 CUE ae SICA OS Acc am Nea Nano oe ep mee mE tk MEER AR LNT, LCE LEMIRE aN RENAN ‘Bein. 它 所 抑制 的 反应 是 Met-tRNAM*t af 40 S 亚 基 的 结合 ， 这 一 反应 需要 。 < -2 天 in 么 呢 ? 它 与 血红 素 的 关系 又 是 如 何 的 呢 ? 4 这 抑制 剂 已 从 胞 溶 物 中 纯化 ， 是 一 个 细胞 质 蛋 自 ， 它 以 非 活性 形式 预先 存在 于 正常 纲 有 称 为 血红 素 调 控 的 阻 过 物 [haem- controlled repressor ( HCR) ] 或 血红 素 调 节 的 抑 制 物 [haem-regulated inhibitor(HRI)]。 它 是 一 个 不 依赖 于 cAMP 的 蛋 和 白质 磷 酸 激酶 专 一 地 使 M + W = 35000 道 尔 顿 的 eIF-2 小 亚 基 磷 酸化 ， 故 又 称 eIF-2 激酶 s PRA, HCR 对 蛋 自 合成 的 抑制 ， 是 通过 eIE-2 这 个 起 始 因子 的 磅 酸化， 从 而 阻止 40S. 核 , 糖 体 亚 基 。 AMet-tRNAM* 起 始 复合 物 的 形成 而 实现 的 。 这 是 直 于 eIF:2 磷酸 化 成 为 BR-2- 忆 以 后 / RETIN MATE SRA A Ate eee sub) eteieease se 完全 乔 清 , (IRS, 氧 高 铁血 红 素 的 作用 可 能 是 它 与 无 活性 的 HCR se, HHCR 失去 激酶 活性 ，eIF-2 不 能 再 遭受 磷酸 化 ， 因 而 恢复 了 蛋 自 质 窜 成 能 力 。， ““ 虽然 eIF-2 的 磷酸 化 可 以 解释 缺乏 血红 素 对 蛋白 质 合成 的 抑制 , 但 并 不 是 在 任何 条 件 下 “人 2 的 杰 酸 化 都 与 其 抑制 蛋白 质 合成 活性 相 吻 全 。 现 已 找到 一 种 抗 抑制 蛋白 是 一 种 脱 磷 酸 PAF, Xt eTF-2 Si ABET He. 目前 对 这 个 脱 克 酸 因子 的 去 确 酸 化 作用 及 其 调控 机 制 以 及 是 否 与 血红 素 有 关 等 ， 还 缺乏 了 解 。 除 血红 素 外 ， 低 浓度 的 双 链 RNA, ARIES S 与 超 离心 相 联系 的 升 压 等 因素 也 能 使 RA MBAs te. 所 以 血红 素 并 不 是 对 ,eIF-2 BR Reno — i Hy 五 、 翻 译 的 定性 调控 、 除 下 上 述 在 细胞 中 对 所 有 mRNA 翻译 的 调节 外 ， 还 有 HE mRNA nik 的 选 和 BP AMP im DFKE ae “yy ss aT At — FPR 它 可 作用 于 邻近 未 感染 的 细胞 使 们 抗 感染 。 用 干扰 素 处 理 寄 主 细胞 ， 病 毒 mRNA 的 转录 和 翻译 都 同样 受到 抑制 。 这 里 介绍 它 对 病毒 mRNA 翻译 的 抑制 。 在 病毒 RNA 复制 期 间 可 产生 一 种 双 链 RNA， 它 可 诱导 细胞 合成 干扰 素 。 当 将 此 双 链 RNA 加 入 到 干扰 素 处 理 的 细胞 胞 溶 物 中 时 ， 对 蛋白 质 合成 的 抑制 比 用 双 链 RNA 或 和 干扰 素 单独 处 理 所 引 起 的 抑制 大 得 多 。 和 一 是 活化 蛋白 激酶 ， 这 蛋白 激酶 再 去 磷酸 化 elIF-2 和 另 一 未 知 功能 蛋白 质 ， 造 成 蛋白 质 合成 的 抑制 。 二 是 活化 一 个 酶 ， 它 催化 三 核 昔 酸 oppA?’ pA 2A 的 合成 ， 然后 这 三 核 佑 酸 再 去 活化 降解 mRNA 的 一 个 核 . 糖 核酸 酶 和 降解 tRNA 未 端 一 C 一 C 一 A 的 一 个 磷酸 二 酯 酶 ， 从 而 使 mRNA 的 翻译 受到 抑制 5 干扰 素 对 mRNA 翻译 的 抑制 是 干扰 素 能 防治 病毒 感染 的 理论 依据 ， 尽管 病 毒 多 种 多 661 FH, 在 干扰 素 处 理 的 细胞 中 它们 的 复制 都 会 受到 抑制 。 在 体外 胞 溶 物 中 干扰 素 对 病毒 :mRNA 翻译 的 抑制 也 是 不 专 一 的 。 而 且 在 活体 内 干扰 素 还 负责 对 专 一 性 寄主 蛋 ARMA 碱 的 抑制 作 几 。 这 专 一 性 抑制 作用 是 否 通过 非 专 一 性 抑制 作用 产生 呢 ? 有 人 设想 病毒 MRNA HER mRNA 对 核 粹 体 训 较 高 的 亲和力 ， 干 扰 素 是 抗 高 亲和力 DRNA 最 有 效 的 邯 王 剂 ， 氛 拟 对 病 毒 蛋 自 质 合成 有 较 大 的 抑制 作用 而 对 寄主 蛋白 质 合 成 的 抑制 则 较 小 。 这 种 抑制 作用 似乎 是 抑 制 肽 链 的 延伸 ， 而 不 抑制 肽 链 的 起 始 。 对 细胞 MRNA 和 病毒 mRNA 翻译 中 延伸 抑制 剂 的 研究 支持 这 一 观点 。 但 对 于 扰 素 如 何 抑制 病毒 驮 链 的 延伸 其 机 制 尚 不 清楚 。 另 外 千 枯 素 对 病 毒 星 白 合成 的 专 一 性 抑制 作用 或 许 只 在 病毒 mRNA 此 一 个 部 位 上 产生 ， 它 们 的 抑制 作用 基 本 上 限制 在 对 这 些 部 位 土 的 翻译 ， 而 随 着 它们 在 细胞 中 扩散 而 离开 那些 部 位 ， 逊 速 消失 。 (二 ) 病 毒 抑制 寄主 蛋白 质 的 合成 许多 真 核 病毒 专 一 性 地 抑制 其 寄主 蛋白 质 的 合成 。 这 种 抑制 作用 包含 看 许多 不 同 机 制 。 对 一 种 类 型 病毒 至 少 存在 一 种 非 普 遍 的 机 制 。 例 如 肴 莫 灰 质 炎 病毒 是 不 寻常 的 。 它 的 mRNA 缺乏 人 te +44, 因此 翻译 它 的 mRNA, 不 需要 翻译 带 幅 mRNA 所 需 的 帽子 结合 AT, 所 以 脊 丹 灰质 炎 病 毒 感染 后 后 果 ， 会 导致 帽子 结合 活性 的 丧失 ， 从 而 抑制 了 FE mRNA 的 翻译 ， 而 对 病毒 mRNA 的 翻译 则 有 利 。 一 些 真 核 病毒 有 一 共同 的 机 制 来 抑制 寄主 蛋白 质 的 合成 ， 这 机 制 是 由 于 病毒 RNA 的 结 构 特 点 ， 赋 了 予 它们 对 核糖 体 的 高 亲和力 ， 这 样 的 高 亲和力 可 以 经 起 始 因子 而 传递 。 如 脑 心肌 炎 病 毒 RNA(encephalomyo carditis viral RNA) 在 争夺 eIF-4B PRES mRNA, 从 而 可 抑制 寄主 mRNA 的 翻译 。 (三 ) 细 胞 mRNA 的 多 种 不 同 翻译 功能 不 同 细胞 对 翻译 不 同 mRNA 的 功能 不 同 。 例 如 肌 球 蛋白 mRNA ERMA 细胞 无 细 胞 系统 中 远 不 及 在 小 鸡 肌肉 细 胞 无 细胞 系统 中 翻译 得 好 。 而 对 珠 蛋 白 mRNA 的 翻译 二 者 则 刚好 相反 。 最 近 人 们 把 这 种 差别 归 因 于 两 者 所 含 专 一 性 复合 组 分 eIF-3 的 差异 。 _ 另 一 个 可 能 性 是 各 起 始 因 子 的 相对 量 ， 在 不 同 细胞 中 不 同 。 从 而 能 有 区 别 的 影响 对 这 些 因子 有 不 同 亲和力 的 mRNA 的 翻译 ， 或 对 各 因子 有 不 同 需求 的 mRNA 的 翻译 。 现 已 知 各 种 mRNA 对 eIF-4A 的 需求 上 有 不 同 。 有 人 向 网 织 红 细胞 无 细胞 的 系统 中 加 入 下 -4 和 elF-4B 则 合成 的 B- 珠 蛋白 多 于 c- 珠 蛋白 ， 因 此 推测 ， 有 - 珠 蛋 白 mRNA 对 这 些 因子 的 亲 和 力 比 &- 珠 蛋白 mRNA 高 。 662 第 十 六 音 ， 基 因 工 程 一 -重组 DNA 技术 基因 工程 或 遗传 工程 是 七 十 年 代 发 je 代 发 展 起 来 的 一 项 生物 工程 技术 ， 是 分 lea i lip cale havi bs get mp net J» 实验 中 可 以 把 外 源 基因 人 工地 组 合 到 适当 的 DNA 载体 上 形成 drone i TPS aM itr NA AK EMDNA 一 一 ik AE Tr a ee | P HARDIN A 转化 重组 体 DN A hilt Fa 图 16 一 1 基因 工程 操作 示意 图 663 因 组 ， 这 种 基因 组 可 以 导入 到 适当 前 受 体 细 胞 中 ， 并 可 通过 受 体 细胞 的 DNA 合成 机 构 扩 增 1 eae CRE AN eS aE ee ee 基因 工程 是 一 项 知识 面 宽 、 技 术 难 度 比 较 大 的 工作 。 在 这 里 ， 我 们 仅 就 把 真 核 生物 的 基 © 因 转移 到 细 兰 中 去 的 基因 江 旭 时 课 作 技术 的 一 般 原 则 和 程序 作 概 括 性 的 介绍 。: 基 因 工 程 的 操作 程序 大 致 分 为 @ 外 源 基 因 的 分 离 疡 四 载体 DNA 的 制备 ， 轿 限制 性 内 切 酶 处 理 ，@ 体 外 连接 《重组 )， 回 转化 和 克隆 ，@@ 入 选 以 及 表达 产物 的 鉴定 等 方面 。 1 基因 工程 的 基本 过 程 如 图 16 一 1 所 示 。 一 节 的 外 源 基因 的 分 离 基因 工程 的 主要 意义 是 为 了 大 量 获得 具有 重要 经 济 价值 的 物质 和 人 类 所 需要 的 而 一 般 不 容易 制备 的 贵重 药品 。 因 此 ， 正 确 选 择 外 源 基 因 是 非常 重要 的 。 然 而 , 一 个 简单 的 细菌 DNA 就 大 约 有 3, 000 个 以 上 的 EA, 那 就 更 不 用 说 真 核 生物 染色 体 上 的 基因 数 了 。 要 从 众多 的 基 因 中 挑选 目的 基因 的 困难 是 可 以 想象 的 。 目 前 用 到 为 分 离 目的 基因 的 方法 大 体 上 有 以 下 几 种 。 —. cDNA 法 ( 反 向 转录 法 ) cDNA ( complementary DNA ) 法 是 分 离 外 源 目 的 基因 的 最 有 效 的 方法 ， 它 是 利用 反 向 转录 酶 (Reverse transcriptase ) 以 mRNA 为 模板 合成 与 mRNA 互补 的 单 股 cDNA, 再 以 单 股 的 cDNA 为 模板 合成 双 股 cDNA (dsDNA ) 。mRNA 是 基因 转录 的 产物 ， 这 样 5° ae mR NAL + ee eel ae ea Me A a wee AA A oA 4 加 入 引物 (TTT.T。) Sa eo nL er eee ae el ed A A A woe a T T 里 ooo] a | 加 入 反 向 转录 酶 mRNA-cRNA 信友 入 杂交 较 分 子 VARA RARE A ， | tae SAE 2 Y RNA ik cDNA ( ive ee eS! TTT --T WADNA RAR ) y ”或 反 向 转录 栈 发 天 cDNA (CANONONANAONANANONAOANORCRAOATTT ad, | ST Bee 双 股 cDNA OMOOOARWZ ACECO ret 图 16 一 2 从 mRNA 模板 合成 双 股 -cDNA ee. EE — EE 从 成 的 双 股 cDNA 就 足 编 码 该 mRNA 的 基因 。 Ali) Bw TARR DORE ED mRNA fy A ROW iE CML PURELY). GDN 法 硅 成 要 央 的 过 种 类 加 16-52 所 和 示 引 这 外 亢 法 的 最 大 优点 是 省 去 沉 长 而 复杂 的 筛选 目的 基因 的 程序 ， 并 排除 了 基因 中 可 能 存在 的 插入 顺 序 。 这 种 含有 插入 顺序 的 外 源 基 7 Te a SERRA An Ke | BP . Ls Atl WAR | Sy Rae ae - Ferret tan ‘i. ollith AiR SY wen | ‘ SNbh ise wean en mewendel alee aes * 以 产生 许多 限制 性 片段 ， 不 经 分 离 ,直接 用 于 量 组 /1 然后 去 筛选 鉴 定 目 的 基因 是 否 转化 成 RF VATE 6 XM ITER MY EK Shotgun cloning ) 。 此 法 有 许多 缺点 。 第 一 ， LANA HA TESA ADO. ALUN AEA DBE ANWR MRD a, Boy as ae eee. IRN RS PRADA AE EA ee ee a Feee! bal - : 关上 ney an oe) Sy SEHaeSeR A: | im Po aay 9) AN sm CAE AR HE OTL 全 成 的 方法 进行 5 合成 。 例 如 和 有 高 素 基因 和 生长 激素 释放 抑制 因子 基因 化 学 合成 后 在 大 肠 村 项 内 表达 成 功 s &/ heigl TL 38 Wik, BEE ae ex ji Th ek PALE - St. 3 RE E a o> ‘ — se 8 ' abil 第 地 Ce a hak a ee 二- eee Tee ae ot 7K SRR nk) A IE EA ks Sf BL 由 进入 到 受 体 细 芯 细 永 ， 也 不 能 够 增 殖 和 表 re eee ee ee Le 这 种 能 将 外 源 基 因 送 入 受 体 菌 细胞 ， 并 能 自主 增殖 的 DNA 即 称 为 基因 载体 (Vector ) 丰盛 TS 三 作为 基因 的 载体 应 符合 下 列 要 求 : 蒿 前 硼 寻 区 须 具有 自主 增殖 的 能 办 ， 基 蛮 在 经 某 一 限制 性 内 切 酶 处 理 后 也 不 失去 自主 增殖 的 能 胡言 因 为 通过 基因 工程 所 建立 的 基因 员 Se (eee nna Ae BRK NTE A. PR OR A 9 ERE, 7 Re PRAM AR BLT, SMe, SAAERARORE NS, RERRRX, CRASRSCoRRS, Or RACR BU INE 48 05 IRAN «CK, AB Me Mtge TS LE — BR Hil PE PD 的 作用 部 位 也 会 相应 增多 。 | LBCQ)ED MAA TRIGA ERE EAS AK Ao (4 APE APR EA RM, EERE BI o> ae, TERA CR WYP AAD RS, 产生 的 载体 DNA 片段 也 就 多 ， 形 成 有 复制 能 力 的 重组 体 的 机 会 也 就 小。 | | D806 ITT ORI Ce AMA, BR LI Pee CAE ) 不 应 受到 BEA AF TY LIE UR IS A CI FURR PLE 5 Ws BE BR ARE HEIR, Rs Be OU Ry Fe EBS GR AR RS PR EOS ES TP ae Se , 富 665 目前 使 用 的 载体 类 多 是 细菌 质粒 ( plasmid ) 。 此 外 ， 某 些 病 毒 DNA 也 可 以 作为 载 体 使 用 。 这 些 被 使 用 的 载体 基本 上 都 符合 上 述 要 求 。 一 、 质 粒 ’ 质粒 pBR322 是 人 们 常用 的 一 种 载体 。 它 是 一 种 只 有 约 4000 碱 基 对 的 共 价 闭 合 的 环 状 小 分 子 DNA( 图 16 一 3 ) 。PBR322 含有 两 个 抗 药性 基因 ， 一 个 是 抗 氨 某 青 多 素 的 基因 有 另 一 不 是 疾 占 环 素 的 基因 。 这 两 个 基因 分 别 编码 能 分 解 氨 茜 青霉素 和 四 环 素 的 酶 ?在 抗 氨 某 青 和 素 的 基因 上 只 有 限制 性 内 切 酶 PstI 和 Pve 各 一 个 切 点， 在 抗 四 环 素 的 基因 上 只 有 了 iad 下 、 图 16 一 3 质粒 PBR322。Apr 代表 氨 革 青霉素 抗 性 基因 ; Tc’ 代表 四 环 素 抗 性 基因 BamH | 和 Sal I 各 一 个 切 点 。 如 果 这 两 个 抗 药性 基因 完整 地 存在 ， 它 所 在 抑 宿 主 细菌 则 能 在 含有 毛 蔡 青霉素 和 四 环 素 两 种 抗菌 素 ， 的 培养 基 上 生长 * 如 果 外 源 基因 插入 到 Pst 切割 的 部 位 ， 则 含有 重组 体 笛 宿主 菌 只 能 在 oe ORK RIE AK, ORAS 素 很 敏感 ,反之 , 若 外 源 基 因 插入 到 开 ind 下、 BamH | & Sal 工 的 切割 部 位 ， 则 含有 重组 体 的 宿主 菌 只 能 在 含有 氨 蔡 青 才 素 的 培养 基 上 生长 ， 而 对 四 环 素 敏感 。 利 用 这 两 种 抗 药 性 标记 的 存在 与 否 ， 来 鉴定 和 筛选 重组 体 是 十 分 有 效 的 。 但 是 ， 质 粒 PBR322 也 有 它 的 缺点 ， 这 就 是 它 的 唯一 的 EcoR 工 切 点 并 不 位 手 上 述 两 种 抗 药性 基因 上 ， 这 样 就 不 能 用 这 种 广泛 使 用 的 限制 性 内 切 酶 产生 可 供 筛选 的 重 组 体 。 eH. DONA 图 16 一 4 线性 A-DNAMBRHH 在 质粒 PBR322 的 基 HE, At 改 造 ， 组 建 了 许多 新 的 质粒 。 这 些 质粒 的 另 一 个 显著 特性 是 ， 即 使 在 培养 基 中 含有 毛 BK ( 它 能 抑制 宿主 蛋白 质 的 合成 的 情 况 下 ， 它 们 也 能 在 每 个 宿主 细胞 中 复制 出 几 千 个 拷贝 。 这 种 类 型 的 质粒 受 宿 年 染色 体 的 控制 较 松 ， 因 此 称 为 松弛 型 质粒 质粒 DNA 及 其 重组 体 RADDA 《 见 第 四 章 第 七 节 ) ， 这 对 在 基因 台 程 上 快速 分 离 鉴定 重组 体 是 很 有 利 的 。 另 一 组 可 使 用 的 质粒 载体 是 从 ColEI 衍生 出 来 的 。 质 RL ColEI 能 编码 大 肠 杆菌 素 E(ColicinE ) 。 大 肠 杆菌 素 E 是 一 种 能 杀 死 大 肠 杆 菌 某 些 菌 株 的 毒 蛋 Be 文 组 大 肠 杆菌 素 生成 质粒 作为 载体 的 优点 是 ， 它们 的 复制 不 受 严格 控制 。 在 每 个 被 感染 666 Eee eee ' eee ee eee ee 的 细胞 中 一 般 约 有 25 个 拷贝 存在 。 用 氧 均 素 ( Chioramphenicol ) 处 理 ， 能 抑制 宿主 蛋白质 的 合成 和 染色 体 的 复制 ， 但 是 质粒 ColE 工 象 BR322 那样 也 能 在 此 条 件 下 继续 复制 。 事实 上 ， 在 用 氧 霉 素 处 理 过 的 细胞 中 ，ColE | 能 复制 上 千 个 拷贝 。 二 、 病 毒 DNA 某 些 病 毒 DNA 亦 可 作为 外 源 基因 的 载体 。 比 较 常用 的 病毒 DNA 载体 是 经 过 改造 的 4 噬菌体 DNA(4-DNA ) 。4-DNA 在 病毒 粒子 ( virion ) 是 双 股 线性 分 子 。 在 它 的 线性 分 子 的 8- 端 伟 有 12 核 音 酸 顺序 的 粘性 末端 。 它 的 两 个 至 -端的 粘性 末端 彼 此 互补 ,可 以 配对 。 实 际 上 ,4-DNA 在 感染 宿主 细菌 (大 肠 杆 离 ) 后 ， 它 抑 两 个 粘性 末端 彼此 互补 配 对 结合 ， 使 其 由 线性 转 变 成 环形 (图 16 一 4 ) 。 每 股 的 5“- 端 的 磷酸 基 与 它 的 3/- 端 的 -OH fit, Aa 由 宿主 DNA 连接 酶 (Ligase ) 形 成 磷酸 二 酯 键 ， 将 两 端 完 全 连接 。 4- 叹 菌 体 是 一 种 温和 叭 菌 体 。 温和 的 噬菌体 感染 细菌 后 ， 细 菌 不 裂解 而 能 继续 生长 繁殖 ， 成 为 溶 原 性 细菌 (Lysogenic bacterium), i fama ek DNA 在 一 特定 的 部 位 上 同 细菌 染色 体 DNA 重组 结合 一 起 ， 与 细菌 染色 体 DNA 一 道 正 BUR il. iki, Mitra DNA 是 细菌 染色 体 DNA 的 一 部 分 。 这 种 形式 叫做 前 噬菌体 ( Prophage) 。 含有 前 唉 菌 体 的 细菌 上 共有 免 受 同 源 噬菌体 再 次 感染 的 免疫 能 力 。 噬 菌 体 与 宿主 细胞 的 这 种 共生 关系 ， 称 为 细胞 前 溶 原 性 (Lysogeny)。 但 在 某 些 理化 因素 的 诱导 下 ， 这 种 溶 原 性 受到 破坏 , 噬菌体 DNA 就 从 宿 ER DNA 上 切除 下 来 ， 利 用 宿主 绍 胞 的 机 构 合 成 大 量 的 噬菌体 Bam 和 噬菌体 DNA, 并 包装 组 合成 病毒 粒子 ， 使 细胞 溶解 〈 图 16 大 肠 杆 菌 细胞 ote: (UV ) 诱 导 后 [人 arene | BAS | s 病毒 DNA 的 复制 包装 细 és wrk am) 落 菌 途径 图 16 一 5 人- 噬菌体 感染 宿主 菌 后 的 深 原 和 洲 菌 生长 667 oe ae Rew ey iPOeER MAI a2 oj 起 PS deh * 0 a RM WR I a ea ERA HU LBL, WA DNA 进入 到 细胞 后 ， 利用 宿主 的 复制 机 构 复 撩 册 许多 拓 贝 ,， 并 合成 噬菌体 蛋白 质 ,， 包装 成 子 代 病 毒 粒 子 ， 最 后 导致 细胞 溶解 (图 16 一 5 ) 。 1- 唉 菌 体感 染 细菌 细胞 后 ， 细菌 细胞 的 溶 原 性 的 建立 、 Re ee ape it 和 -加 NA 基因 级 网 表达 的 调 PSHE. ) AAG, trie 2 RE BASEN EBA LEN ZN tC 图 16r~69 3 在 湾 原 状态 中 A-DNA 基因 组 中 只 有 些 基因 进行 表达 ， 即 只 有 总 控制 操纵 子 表 达 , ,这 个 操纵 子 的 结构 基 册 c 工 编 码 -- 种 阻 遏 蛋 贞 。 阻 过 蛋白 与 c 1 基因 声 右 两 侧 的 两 不 操纵 基因 Ou 和 On Bey sont ERNE RATION, AT it RS a aan aa 0 era of eno _ 208 gobo rt Eh Sanit a asd ci o> Sak, “a oe , ry! L " 4680 PS iy. mf hope a Lhe ) rei \ Rete No, ah » AWS ieRrsUVi AMCKO | atecint xs nace ) PQ. Cie dh mie re sign 3 ay Nast BF HG Fo Beery Oi ood 7 T. Poids annepe = : il es oe ote — ee +. = betes " A oT | ved 所 nu sw 要 ‘iid a) at sare REA WANG: SS Ne YN Go WY NS ose ANRC | : 3 12 FN ne - cape: tae rae tA: / yea ery “Ese cu cS bh at 2 画 16 一 6 A-DNA 基因 图 : AMO aN8 #2 em a a owe Tammie I Be, < 了 要 自 结合 在 \Ob 和 OR 时 搜 制 早期 操纵 子 的 转录 。 amine Pm Ai 3h c | MPLS AE Sh Kc A CLA A 7 MEME BE © | ren 基因 的 表达 。N 基 因 编 码 的 N 蛋 肖 ， 百 aut 部 位 作用 ， 具有 抗 转 录 余 止 的 能 力 。 入 基 南光 C 部 莫 轩 编 码 的 Cro 蛋 白 具 有 抗 阻 明 物 的 作用 ， 0M CT BR ets ay | i ir 于 三 疫 性 物质 阻止 细 胞 再 次 感染 。 在 某 些 物理 和 化 学 “等 因素 例如 紫外 线 的 诱导 下 ，， 阻 遏 蛋 自 失 去 活性 ， TRGB: T XI I Fe Aa BY 7 SET CN 基因 和 Cro 基因 7; 转 有 录 的 控制 使 左 疝 和 右 向 两 个 操 纵 子 开始 转录 ， 前 细菌 体 状 态 的 A-DNA 从 细菌 染色 体 DNA 上 释放 出 来 ， 进 众 溶菌 状态 (图 16 一 7 ) 8 宗 基 因 和 Cro 基因 的 转录 和 表达 对 于 因 DNA 基因 组 完全 表达 是 极为 重要 的 。N Se c 1 Ep 因 左 侧 的 中 早期 (immediate early) J&A, N 3 Biity dei Pao IN BA 2 A eR EAR, FEE HEE rt BE A. BGR SB ( delay ed-early ) BR 若 N RiaieEy Ae k IW ak Weis IL, AR ABBE ADNA. 基因 组 继续 转录 和 表 Be Cro BAY cl HAM D-H A, eaigay Cro 蛋白 具有 抑制 阻 歇 668 蛋白 (ce 工 基因 编 码 ) 合成 的 作用 。 he 左 向 迟早 期 基因 转录 后 产生 的 蛋白 质 是 与 重组 有 关上 的 ， 可 以 使 噬菌体 DNA 众 宿主 染色 体 上 释放 出 来 ， 成 为 环形 的 4-DNA。 这 时 晚期 操纵 子 重新 结合 起 来 构成 了 一 个 完整 的 转录 单位 ， 右 向 迟早 期 基因 转录 后 产生 的 蛋白 质 是 与 人 DNA 复制 有 关 的 酶 ， 以 及 晚期 基因 转录 所 需要 的 Q 蛋白 。Q 蛋白 也 是 一 种 抗 转 录 终 止 因素 。 晚 期 操纵 子 所 含 的 基因 数 约 占 基因 总 数 的 一 半 , 病毒 外 竞 蛋白 的 很 多 结构 基因 和 溶解 细菌 的 酶 的 基因 都 位 于 晚期 操纵 子 上 (图 16=6)。 | | | | ] ee i i 5 “a ~ Eze) CE) | 芽 1 és |= or 1 阐 | | | | i} : 1 六 | | | und | | | | | | 1! | | | : | 四 | | | | | | | | | | 人 cImRNA | + -- v : —. 999S8 A roel a. tte ee Me VARPASTSPRDAYAIODON PIII LII SPSL IIE EDGE GIVI 9S DOS IOPSE SDI SITS O1/Pr cI 基 因 tees On/Pr Pm 阻 过 物 阻止 hee RNAR A RNA BGhHil Pu sity, RNARAMAA A 结合 在 Pr 上 JPET IKBEMO Pet 结合 在 邻近 的 OR 上 | i 在 阻 过 物 缺 乏 下 ,RNA 聚 合 了 NmRNA RNA Sig 在 PR 上 起 售 wee | NANVANORSONDNAANWNONOAWRAONDREDROEAIORONNONOUONSONANOEOnSANSGNONANONOANONDRRESAAANONO RNA fi fil gh OR i —> | 在 PL 上 起 始 | cr OmRN A ~ 一 一 ~ 一 ~-~-- 一 图 16 一 7 _ 溶 原 性 的 确定 ( 上 和 溶菌 周期 的 发 生 A-DNA 基因 组 的 60% ( 包括 左 侧 A 一 本 等 编码 头 部 和 尾部 的 基因 以 及 右 侧 Pa B cosR 一 段 ) 是 噬菌体 溶菌 增殖 所 必需 的 ! 约 占 基因 组 1/3 的 部 分 是 溶菌 生长 非 必需 了 鸭 ,， 因而 可 被 外 源 DNA 片段 取代 。 当 被 包装 在 外 壳 中 的 DNA 片段 的 长 度 大 于 野生 型 基因 组 的 105% 或 小 于 野生 型 基因 组 的 75% I, ORS Ae HEN eae A, 选择 适当 长 度 的 外 源 DNA 片段 与 缺失 后 的 A-DNA 重组 是 很 重要 的 。 野牛 型 的 A-DNA AA EooR I 作 用 位 点 ， 这 是 它 作为 载体 的 一 售 缺 点 昼 但 是 该 酶 的 669 这 五 个 作用 位 点 位 于 溶菌 生长 的 非 必需 部 位 。 它 所 产生 的 六 个 片段 (ABC、D、 正 上) 可 以 在 琼脂 糖 凝 胶 中 电泳 分 离 ， 并 可 把 片段 A 同 片段 D、 下 和 下 连接 起 来 。 这 样 就 减少 了 两 个 作用 位 点 。 然 后 通过 突变 除去 两 个 作用 位 点 。 这 样 就 只 剩 下 一 个 卫 coR 工作 用 位 点 本。 最 后 除去 位 于 也 片段 内 的 非 必 需 的 nin 5 区 段 。 经 过 这 些 步 骤 的 处 理 ， 即 司 得 到 保留 有 Ame 菌 体 溶 菌 生长 以 及 溶 原生 长 所 必需 的 区 段 的 DNA， 这 种 4-DNA 可 以 作为 载 Hes PNR 重组 (图 16 一 8 ) 。 0 0.4 0.8 1,0 J Ncl P QR A- 4 BAC. hr 1 2 3 4 5 | mean ee B aC 野生 型 A-DNA 长度 100% ) 78,99 ; 野生 型 长 度 的 78.9% FF 1,3 4 5 | 突变 除去 45 丙 个 作用 位 点 野生 型 长 度 的 78.9% 1,3 除去 nin 5 RE J NcIPQR By AE UK BE AY72, 2% 4 1,3 图 16 一 8 “由 野生 型 A-DNA 衡 生 而 来 的 A-DNA 载体 ( 箭头 表示 EcoRI 的 作用 位 点 ) 作为 外 源 基 因 载体 用 的 4-DNA 衍生 物 适 合 插入 大 小 为 10,000 二 20, 000 碱 基 对 的 外 源 DNA 片段 。 形 成 的 重组 体 分 耶 能 用 体外 包 装 技 术 包装 成 病毒 粒子 ， Si 宿主 的 能 力 ， 能 够 形成 噬 菌 斑 。 Be 4-DNA 外 ， 还 有 一 些 病毒 DNA 经 过 改造 后 也 可 作为 外 源 基 因 的 载体 。 此 外 ， 人 工 组 建 的 装配 型 质粒 ( cosmid ) 也 是 很 有 .用 的 载体 。 这 类 载体 兼 有 质粒 和 叭 菌 体 的 某 些 优点 。 例如 把 42DNA 与 包装 有 关 的 片段 (cos 区 段 ) 插入 到 pBR322 HY ER 每 素 抗 性 基因 上 ， 形 成 新 的 组 合体 。 然 后 外 源 DNA 与 这 种 组 合体 分 > 别 用 相同 的 限制 性 内 切 梅 处 理 。 分 离 出 较 大 的 外 源 DNA HER, BSS cos 区 段 的 质粒 连接 ， 形成 的 重组 体 分 子 的 大 小 若 在 35000bp 一 45000bp， 则 可 在 体外 包装 成 病毒 粒子 ， 感染 宿主 细胞 后 能 eiimiv sii 在 细胞 中 永久 存在 下 去 。 - 第 三 节 体外 重组 外 源 基因 同 载体 DNA 的 重组 大 体 上 有 三 种 方法 。 670 ”一 、 和 粘性 未 端 互补 法 st fag SUZ Ril eA WME T DNA 后 ee eee DNA 片段 可 "Hk Canaealing ) AER. ALAA EM, HARK DNA HSER ANE Oi ek LAL A pA ES PR) BE PG PH EaNR 性 未 端 退 火 连接 ， 形 成 重组 体 ( recombinant ) 分 子 。 AUB BPR ts SNR, IDL Ty DNA ey 最 EEA a EA 的 识别 顺序 〈 这 种 识别 顺序 称 为 “接头 ” >, PERE SD IESE TA fn BOP > Bh Ae, 两 者 可 以 产生 相同 的 粘性 未 端 ， 然 后 在 一 定 条 件 下 重组 合 ， 从 而 形成 重组 体 分 子 。 广 意 六 外 源 基 因 中 不 应 含有 该 限制 性 内 切 酶 的 切 点 ， 秋 则 就 丰 能 得 到 含 衣 完整 外 源 基 因 的 重组 体 。 限制 性 内 切 酶 法 虽然 简便 ， 但 有 缺点 。' 这 表现 在 ， 载 体 DNA 产生 粘性 未 端 后 可 以 重新 自身 退火 而 恢复 原形 ， 或 者 形成 二 聚 体 ， 另 外 ， 外 源 基 因 亦 可 以 通过 粘性 未 端 形 成 宅 聚 体 。 这 样 就 减少 了 两 种 DNA 片段 之 间 重 组 的 机 率 。: 二 、dA-dT 法 (或 4dG-dC 法) JA-dT 法 特别 适用 于 反 向 转录 法 合成 的 基因 。 因为 这 样 合成 的 基因 不 具有 限制 性 内 切 梅 产 生 的 天 然 的 粘性 未 端 。dA-dT 法 汪 利 用 小 牛 胸腺 未 端 转移 酶 (terminal transferase) 从 DNA 片段 的 8-OH 端 开始 将 dATP 或 dTTEP 按 顺 序 延 伸 形成 司 聚 单 链 尾 巴 。 如 果 在 外 源 基因 的 3/-OH 端 接 上 的 是 dAAA:.:AA 的 话 。 就 可 以 在 载体 DNRA 的 3-OH 端 接 上 dTTT Pst] PstI Psil + 基因 组 DNA ， dATP 用 加 入 含有 PstT PstI af a 产生 同 聚 尾 链 cDNA j1BUMUF AE AD T Age ae 图 16 一 9 Phi A SRK HR, DNA 重组 (a) 限 制 性 内 切 酶 法 插入 外 源 基 因 ;(b) 平 齐 末端 加 “接头 ”分 子 将 外 源 基 因 捅 入 ; . (c) fh dA-dT 法 擂 六 外 源 基 因 。， 671 TT. “iA Likes 的 两 种 不 同 的 DNA 片段 在 一 定 条 件 下 混合 时 ，-: 按 ,dA-dT 配对 的 原则 ， 就 可 以 把 二 者 连接 起 来 形成 重组 体 ( 图 16 一 9 ) 。 这 种 方法 形 成 重组 体 分 子 克 服 了 DNA 片段 的 自身 环 化 或 聚合 的 缺点 ， 因 而 效率 高 。 但 是 ， 如 果 需 要 把 外 源 基因 从 重组 体 上 重新 取 下 来 时 ， 便 遇 到 困难 ， 因 为 在 外 源 基 因 的 两 端 没有 限制 性 内 切 酶 的 切 点 。 为 了 克服 这 个 为难， 可 先 在 载体 DNA 上 用 一 种 限制 性 内 切 酶 将 其 切 开 ( 注意 ， 该 酶 不 应 在 CDNA 十 有 切 点 ) ， 用 DNA 聚合 酶 将 产生 的 粘性 未 端 合成 双 链 平 齐 的 末端 ， 然 后 再 用 末端 转移 梅 在 3/-OH 端 产生 单 链 尾 巴 。 这 样 ， 因 保留 了 限制 性 内 切 酶 的 识别 顺序 ， 故 可 以 从 重组 体 分 子 溃 向 收 外 源 基因 (〈 图 16 一 10 ) 。 Y CTGCAG ~ GACGTC 4 | Pstl 3/ 5/ CTGCA-OH eG 2 3b ae ‘ Gp HO-ACGTC 5/ 3 Jona RS 1 3/ 5/ 一 -一 一 一 CTGCAG-OH pCTGCAG GACGTCp HO-GACGTC 5/ 3/ | caso 3/ s/ CTGCAGAAA---A-OH pCTGCAG GACGTCp HO-A--- AAAGACGTC 5/ 3/ 图 16 一 10 可 回收 cDNA 的 载体 上 述 两 种 方法 都 需要 借助 DNA 连接 酶 形成 磷酸 二 酯 键 把 外 源 基 因 和 载体 DNA 完全 结 合 起 来 。 三 、 平 齐 末 端 ( Blunt-end ) 连接 法 T. 咬 菌 体感 染 大 肠 杆菌 后 产生 的 DNA 连接 酶 ( 即 T, DNA 连接 酶 ) RA PF ( 又 称 钝 端 ) 的 两 种 DNA 片段 连接 起 来 的 能 力 ， 只 要 未 端 具有 5'- 磷 酸 基 。 这 种 连接 法 的 效率 是 很 低 的 ， 因 为 它 是 靠 两 个 末端 正确 并 列 的 机 会 而 不 是 靠 二 者 之 间 的 亲和力 来 连接 的 。 所 以 ， 通 常 不 直接 用 T, DNA 连接 酶 去 连接 ， 而 是 采用 接 上 限制 性 内 切 酶 的 识别 顺序 〈(“ 按 头 ” ) 的 限制 性 内 切 酶 法 或 4A-dT 法 来 连接 外 源 基 因 和 载体 DNA (图 16 一 9 ) 。 第 四 节 “转化 和 筛选 通过 上 述 方法 完成 外 源 基 因 和 载体 DNA 的 重组 之 后 接着 需要 进行 转化 (transfor- 67? -— Ae mation 2。 这 就 需要 有 适当 的 受 体 细菌 。 转化 之 后 需要 进行 筛选 和 鉴定 出 含有 外 源 基因 的 无 性 繁殖 系 。 : Se 受 体 细菌 人 必 坟 重组 体 分 子 的 受 体 菌 应 符合 下 述 要 求 ， (42 不 含有 限制 性 内 切 酶 。 iG2) 经 过 适当 处 理 后 容易 使 重组 体 DNA 进入 到 细胞 中 去 。 AVA 3 不 应 该 对 环境 造成 污染 ， 在 非 培养 的 条 件 下 不 能 生存 。 冠 凡 在 基因 王 程 操作 中 常用 的 受 体 菌 是 大 肠 杆菌 的 某 些 突变 株 。 大 肠 杆菌 菌株 X1776 是 一 种 很 好 的 受 体 菌 株 ， 每 微克 的 完整 的 PBR322DNA 本 产生 107 一 108 转 化 细胞 (transformant)。 此 外 ， ,大 畅 杆菌 菌株 C600 亦 可 作为 受 体 菌 。 人 o) SAMBA Ca 简单 处 理 后 与 重组 体 分 子 在 低温 下 混合 ， 重 组 体 分 子 即 可 进入 到 受 体 细胞 肉 5 即 转化 ) 。 然 后 ， 在 一 定 的 条 件 王 进行 培养 、 增 殖 。 这 个 过 程 称 为 克隆 ， 即 无 性 繁殖 sj 通过 转化 所 建立 的 含有 外 源 重组 体 分 子 的 菌株 或 品系 就 称 为 无 性 繁殖 系 。 a er Wy T Wis, RES ATE ERR, SERIE DNA 的 特殊 基因 的 功能 如 药物 抗 性 的 丧失 、 或 特异 性 酶 ( 例如 6- 半 乳糖 背 酶 ) 的 合成 的 丧失 进行 初步 筛选 。 例 如 在 图 16- 二 9 中 ， 外 源 基因 插入 到 质粒 PBR322 的 氨 革 青 均 素 抗 性 基因 上 ， 若 重组 和 转化 都 成 功 ， 所 建立 的 无 性 繁殖 系 不 应 在 含有 氮 某 青霉素 的 培养 基 中 生长 ， 但 能 在 含有 四 环 素 的 培养 基 中 生长 。 这 样 可 以 初步 筛选 出 含有 重组 体 分 子 的 无 性 繁殖 系 ( 图 16 一 11(a) ) 。 图 16 一 11 检测 含有 外 源 基 因 及 其 表达 产物 的 无 性 繁殖 系 Pe (a) 表 示 在 无 性 繁殖 系 中 外 源 ZAW HCA BADR KAM 性 基因 上 (左上 和 下 端的 Ate 落 ); (b) 用 外 源 基因 的 互补 探 针 证 明 无 性 繁殖 系 含 有 外 源 基 因 ， (c) 表 示 只 有 左上 的 无 性 繁殖 系 中 的 外 源 基因 能 够 表达 ， 产生 Hem. Ze He Hai oe) BE A Ly TA Fg BEE — 26 Se Sp CAL aA BAR DNA bo Baie iL 673 杂交 ( in situ hybridization of bacterial colonies ) 275 AY: 方法 。 这 个 方法 是 这 样 的 0 将 初步 筛选 出 的 菌落 使 其 在 硝酸 纤维 素 滤 片 上 生长 成 新 的 菌落 TT 和 的 相 代 ， 革 大 中 7 六 作 HA 射 性 标记 的 单 股 CDNA 或 mRNA 在 一 定 条 件 下 杂交 ， 最 后 通过 放射 性 自 显 影 技术 找 出 产生 了 杂交 体 的 菌落 。 这 样 就 可 以 鉴定 出 外 源 基因 是 否 插入 到 载体 DNA ECBO 11 by’) 也 可 以 利用 外 源 基 因 的 表达 产物 来 鉴定 外 源 基因 是 否 《〈 正确 地 7 插入 到 载体 全 NI 二。 外 源 基 因 若 通过 载体 转 入 到 受 体 细胞 中 ， 在 适当 的 条 件 王 是 有 表 大 合成 恒 各 质 紫 本 能 性 的 。 因此 ， 可 以 通过 外 源 基 因 编 码 的 蛋白 质 是 否 存在 来 检测 是 : 否 搬 入 或 正确 地 插 大 到 载体 DNA 中 。 三 般 是 用 免疫 化 学 法 来 达到 这 一 ia (PVC) 塑料 薄片 上 , 并 加 以 固定 ， e{E#s Sas 2 A HR oe SOE 《例如 si) 的 第 二 抗体 ( 邯 抗 -抗体 ) 起 反应 ， rt 活性 息 自 质 的 无 性 繁殖 系 。 恋 无 任 繁殖 系 含有 编码 读 蛋 白质 入 外 源 基因 《图 16 一 11(c) ) 。 BTU “Zee BRE” C Hybrid arrested translation AER 移 测 外 源 基 因 是 否 插入 到 载体 上 。 这 个 方法 符 别 适用 于 从 多 种 被 克隆 的 DNA Hi Pea eR BE ABBAL. HE, WLAKERARTO SER DNA WAS REO SF); 然后 ， 分 别 同 最 初 用 作 模 板 合成 多 种 cDNA 的 混合 MRNA 进行 杂交 。 如 果 被 克隆 2 在 下 ;的 变性 DNA 人 Ab januari: NA. | Weak a EM 2 吧 二 f= HA Pe : LMR ott Hx .St As ae ae ae oe AAmRNA.” A | i= lk Ki] Clone i 十 ”MnRNA 一 一 >~ NA 的 变 作 DNA /VVYAmRNA- AAAb 上 ’ AWN riage he Mie aR BE Pt OCHA F oe kg BY ¥ mu 1 m PTR % (8) sen — enya _ ) = | “ ¥.(4 @Tone li! ws Laas HaHDNA 7 人 Aa y & Fs ven 1 Lt 8 fH 4d) : 图 16 一 12 “杂种 抑制 翻译 ”( HART ) 检测 法 ‘Pad Le ne: re Clone] 携带 编码 蛋白 质 a 的 基因 ; CloneTR#HNHRAKRE a =WRER EME i claw Mee 6 see 的 DNA 同 某 种 mRNA ee, WISX HAE AD) T-BAR PERE TE CANIM Goh Se RAM HAAS BI CNR, Hig 导 蛋 白质 合成 ， 新 产生 的 蛋白 质 1 电泳 分 离 。 所 有 不 能 同 被 克隆 的 DNA 22389 MRNA, 都 能 指导 各 BR BARA MN; ip AEh He 吉隆 可 DNA 杂交 的 MRNA 则 不 能 指导 相应 蛋 自 质 的 合成 。 674 利 肯 这 个 蛋 自 质 的 缺失 ， 即 可 鉴定 出 哪 一 个 无 性 繁殖 系 含 有 编码 该 蛋 和 白质 的 外 源 基 因 《 图 16 一 12 ) ¥ : 第 五 节 ， 基 因 工 程 的 应 用 一 、 基 因 文 库 ( Genomic library ) 真 核 生 物 基因 组 含有 外 源 片 段 的 入- Phage -| 感染 、 增 殖 7 | 局 用 放射 性 标记 的 RN A( 例 如 与 a 基因 Hah) MRNA ATi a 基因 CFE fA AT ae St HA) & at 平板 放射 性 自 显影 PR16—-13 基因 文库 的 建立 与 无 性 繁殖 系 的 鉴定 679 真 核 生 物 基因 组 的 分 析 是 一 个 相当 难以 解决 的 问题 。 但 现在 ， 重 组 体 DNA PRATT 核 生 物 基 因 插入 到 细菌 中 去 而 使 这 个 问题 正 逐 步 得 到 解决 ， 因 为 DNA 体外 重组 和 克隆 苇 未 大 大 地 减少 了 这 个 问题 的 复杂 性 。 首先 ， 使 真 核 生 物 基 因 组 部 分 降解 ， 随机 产生 平均 发 度 约 为 20,000bp 的 片段 ， 接 着 将 人 工 合成 的 某 种 限制 性 内 切 酶 的 识别 序 ( “接头 ” ) 接 上 ， 产 生 粘 性 未 端 。 然 后 将 这 些 片段 同 载体 例如 A-DNA 连接 ， 形 成 重组 体 分 子 。 把 这 种 重组 体 在 体外 包装 成 病毒 稳 邓 , SEE 出 含有 插入 物 的 重组 体 噬菌体 ( 即 含 重组 体 分 子 的 噬菌体 ) 。 用 这 些 重组 体 取 菌 倚 去 感染 大 肠 杆菌 。 所 得 到 的 溶菌 产物 含有 真 核 生 物 DNA 的 片段 , 并 且 已 被 扩 增 一 百 万 倍 (图 冰 二 13) 。 上 述 方法 就 是 通过 基因 工程 抢手 段 将 真 核 生 物 的 DNA- 片 段 送 进 大 肠 杆 菌 细胞 ， 从 而 获 得 许多 含 不 同 基因 的 菌株 。 当 需要 对 某 种 基因 进行 研究 时 ， 可 以 很 方便 地 将 含有 该 基因 上 的 获 株 进行 培养 、 增 殖 ， 从 而 获得 该 基因 的 大 量 挝 页 这 就 好 比 将 资料 贮存 在 图 书馆 让 夺 需 要 时 “ 阳 昌 来。 因此 ， 把 用 基因 工程 的 方法 所 建立 的 众多 的 菌株 《无 作 繁 将 系 .2 称 为 基因 文库。 由 于 可 以 建立 基因 文库 ， 因 此 对 于 基因 的 核 苷 酸 顺序 分 析 , ”以 及 它 所 编码 的 MRNA 或 蛋白 质 的 序列 分 析 都 是 极为 有 利 的 8: 在 染色 体 基 因 组 上 直接 图 解 基因 的 位 置 也 成 为 可 能 ; 特 ie 结构 和 功能 的 研究 等 等 也 提供 了 很 大 的 方便 。 5. i ™~, ww 二 、 基 因 工 程 的 实际 应 用 SS DNA 的 体外 重组 和 用 全 得 许 多 特殊 用 途 的 蛋白 硕 商品 化 生产 成 为 可 能， 有 些 蛋白 质 和 肽 激素 已 经 用 基因 工程 的 方法 进行 了 生产 。 aril DNA seme aes stenll-eeroe Hee a 因 插 入 到 载体 上 进行 克隆 可 以 产 ， 生 许 多 拷贝 ， 从 而 大 量 地 产生 这 种 酶 ， 比 正常 的 大 肠 杆菌 产 生 的 酶 高 出 几 百 倍 。 其 他 在 工业 汪 有 用 的 酶 或 蛋白 亦 可 通过 在 大 肠 杆 菌 或 酵母 细胞 中 克隆 而 大 量 地 生产 。 生长 激素 抑制 因子 (Somatostatin ) 是 由 14 个 氨基 酸 残 基 构 成 的 一 种 下 丘脑 肽 激素 。 它 调节 胰岛 素 、 胰 高 血糖 素 和 生长 激素 的 分 泌 。 现 已 人 工 合成 生长 激素 抑制 因子 的 基因 。 把 它 站 和 CMA Te OA POAT BAS SA LR, ROR AE BSE 基因 的 末端 ， 并 把 它 已 们 重组 到 质粒 DNA 上 ， 然 后 导入 到 大 肠 杆 菌 细胞 内 ， 在 夏令 葡 萄 糖 而 含 乳糖 为 培养 基 中 进行 培养 、 扩 增 。 结果 ， 大 肠 杆菌 细胞 便 大 量 地 制造 出 杂种 蛋白 ，B- 半 乳 sy Fe KIO HL NFS Aa. SCRA EHOW mA EEA Chimeric protein), BOO ALBEE GA 0H a kT CE ER LCR, 产生 具有 生 PIRES AACR GA. 这 里 ， 乳糖 操 纪 子 的 启动 基因 -操纵 基因 的 接 入 是 为 了 更 好 地 更 有 效 地 启动 外 源 基因 的 转录 (图 16 一 14 ) 。 人 胰岛 素 基因 的 基因 工程 操作 已 获得 成 功 ,* 可 以 通过 大 肠 杆菌 大 量 地 产生 胰岛 素 。 干扰 素 ( Interferons) 是 一 类 由 病毒 感染 脊椎 动物 后 由 某 些 细胞 产生 的 糖 蛋白 。 干扰 未 的 功能 是 干扰 病毒 增 殖 。 干 扰 索 最 有 意义 的 特性 之 一 是 ， 它 生 是 宿主 细胞 专 二 的 中 而 示 是 病毒 专 一 的 。 这 就 是 说 ， 由 人 体 细 胞 产生 的 干扰 素 只 保护 人 体 细胞 ， 而 对 其 他 种 族 的 动物 细胞 则 很 少 有 抗 病毒 活性 。 但 豆 ， -种 动物 产生 涪 干 扰 素 却 可 以 抗 许多 不 同 种 类 的 病毒 。 不 676 a a ee ee eee 失散 素 抑制 因子 基因 上 转化 、 培 养 增殖 、 转 末 和 翻译 | | 一 Met 一 Ala 一 GL7y 一 Cys 一 Lys 一 Asn 一 Phe 一 Phe B-3E FL HE | Trp | | 9 Lys | | -OOC 一 Cys 一 Ser 一 Thr 一 Phe 一 Thr 生长 激素 抑制 因子 体外 裂解 ( 用 CNBr )| B- 半 乳 苷 糖 酶 生长 激素 抑制 因子 图 16 一 14 基因 工程 法 生产 生长 激素 抑制 因子 仅 不 同 种 类 的 动物 产生 不 同 的 干扰 素 ， 而 且 同 一 种 动物 的 不 同类 型 的 细胞 产生 的 干扰 素 也 不 相同 ， 一 种 是 由 结缔 组 织 的 成 纤维 细胞 产生 的 ， 一 种 是 由 白血球 细胞 产生 的 ， 第 三 种 是 由 T 淋巴 细胞 产生 的 。 这 三 种 不 同 的 干扰 素 对 身体 所 起 的 作用 可 能 有 些微 小 的 差别 。 被 感染 的 宿主 细胞 产生 的 干扰 素 很 少 ， 它 们 可 被 感染 的 细胞 释放 出 来 》 扩散 到 邻近 未 感 染 的 细胞 ， 在 那儿 发 挥 它们 的 抗 病毒 作用 。 干 扰 素 结合 到 未 感染 细胞 的 表面 ， 并 以 某 种 方式 诱导 这 些 细 胞 产生 另 一 种 抗 病毒 蛋白 。 这 种 新 合成 的 蛋白 质保 留 在 细胞 内 ， 并 起 阻止 病毒 核 酸 合成 的 作用 。 由 于 干扰 素 具 有 上 述 作 用 特性 ， 人 们 自然 希望 干扰 素 能 在 治疗 病毒 病 ， 特 别 是 在 治疗 由 病毒 引起 的 冶 症 方面 发 挥 奇 特 的 功 歼 。 因 此 ，1980 年 ， 瑞 士 和 美国 的 科学 家 分 离 出 了 编码 人 白血球 细胞 干扰 素 的 基因 ， 并 成 功 地 组 合 到 质粒 上 进行 了 克隆 ， 获 得 了 干扰 素 。 尽 管 干扰 索 在 治疗 癌症 方面 是 否 有 效 还 不 肯定 ， 但 是 在 这 方面 的 进展 可 能 会 使 人 们 对 病毒 病 的 认 进 入 识 一 个 新 的 时 代 。 我 国 的 基因 工程 研究 虽然 晚 了 些 ， 但 是 近 几 年 在 这 方 的 成 绩 是 引入 注目 的 。 在 胰岛 素 、 干扰 素 等 方面 的 基因 工程 研究 中 都 获得 了 可 喜 的 成 功 。 现 在 ， 我 国 已 有 一 批 相 当 有 水 平 的 基 因 工 程 专家 正 从 事 多 方面 的 研究 工作 ， 相 信 在 不 太 长 的 时 间 内 会 有 一 批 新 成 果 问 世 。 677 口 . — — 二 — 四 . . . ko 3 卫 友 忆 归 人 二 kd 1,2.1,11 C8929 41 oh T2521) 了 2.2 1,2.3 235d iu 首开 0545 1.2.4 1.2.4.1 tS Ea 1.207 <8 2 b. 221. My 1 678 Hike BOARS MAR 酶 作用 的 反应 类 型 氧化 还 原 酶 以 ?CHOH 为 供 体 的 氧 纶 还 原 酶 以 NAD+ 或 NADP+ 为 受 林 PE AB 醇 脱 氢 酶 (NADP+) Hf th BEA FL iG EL 以 细胞 色素 为 受 体 ERE BA | sipe'*s ip ee WO, 为 受 体 葡萄 糖 氧 化 酶 醇 氧化 酶 DFE ey 5S OK NO fe SAB GCE fk) 0 全 以 一 CZ RSCHO HRM ER * H ee LL NAD* NADP+ 4% f& RE BEL WE it St (CN ADP*) REN: Sl is (NAD (P)*) 磷酸 甘油 醛 脱 氢 酶 (NADP+) 门 冬 氨 酸 半 醛 脱氧 酶 谷 氮 酸 半 醛 脱 醛 氢 酶 以 细胞 色素 为 受 体 玉 酮 酸 脱氧 酶 (细胞 色素 ) 以 气 为 受 体 醛 氧化 酶 7” BENE Wy AA, tg LRM Aki 以 二 硫化 合 物 为 受 体 丙酮 酸 脱氧 酶 ( 硫 辛 酰胺 ) 以 铁 硫 蛋白 为 受 体 丙酮 酸 合 酶 a— Wel 1% — WR A {PR FB CaaS NBS a Sn al A JID? posh ay “加 file Thi Oe Wy AS Ne os é eA van Jt AF AE pe Reg RB ie i Sth 上 户 eR Tees Nee E 逢 < ee SS es 1.2.99 3 342499 .1 1.3.1 1, 1, 1, 1,3, hedal< 10 1,3,1.14 1,351.21 3.2 1,3, 3.3 1.3, 1,3, 3.99 1.8 2.3 3.1 3.2 1.3.99.1 4 1, 1, 1, 1. eS 1, 1, oe 1, 1, 4,1 1,4. 1p, 1.4, 4.3 1,4, 4.7 4,7, 5.1 1,5, 1, 1,5, 1, 5.3 1.5, 1.6, 2.6, 6.4 4.6. 1,6. 6.6 1, 6, 1, 6, | 1.2 1,3 1.7 3.2 4.1 4,2 6.1 6.2 6.4 2, 6.199 以 其 它 为 受 体 SR GE Ove Bb A 以 一 CH 一 CH 一 为 供 体 " bh NAD*st NADP 为 受 体 酰基 一 CoA 脱 氢 酶 烯 脂 醚 一 ACP ia RM (NADPH) 乳 清 酸 还 原 酶 7 一 脱 所 胆固醇 还 原 酶 以 细胞 色素 为 受 体 FL Bi WR A GR bt 以 氧 为 受 体 二 氢 乳 清 酸 氧化 酶 羊毛 固 醇 氧 化 酶 以 其 它 为 受 体 琥珀 酸 脱 氢 酶 及 二 C 百 ;二 NH， 为 供 体 bth NAD*st NADP* 39% jh FAR Mbt A 4 A WH Ni BE CN ADCP) *) Se A AR Ne SS 以 O, 为 受 体 4) 3 ks 工 一 氨基 酸 氧 化 酶 _ =: 以 铁 硫 蛋 自 为 受 体 谷 氮 酸 合 酶 ( 铁 氧 还 蛋白 ) ’ He A A—CH—NH— DL NAD & NADP 为 受 体 四 氢 叶 酸 脱氧 酶 EEE AR (NAD+, L-Lys 形成 ) 以 O, 为 受 体 肌 氨 酸 氧 化 酶 以 NADH & NADPH WHE{k , 细胞 色素 bs 还 原 酶 NADPF 互 一 细胞 色素 还 原 酶 LA = iit kA Dw A is WE SA 8 HR US 4 We H tk = Git 16 iE UR RB (NAD(P)H) US N 基 团 为 受 体 硝酸 盐 还 原 酶 (NAD) 硝酸 盐 还 原 酶 (NAD(CP)H) 亚 硝 酸 还 原 酶 (NAD(P) 互 ) 以 其 它 为 受 体 1,6,99.5 NADH Jit St fs (AR) 1.6.99.5 NAD(P)H iit 44 83 (AR) 4.7 以 其 它 含 N 化 合 物 为 供 体 Ss Ay 以 细胞 色素 为 受 体 和 亚 硝 酸 还 原 酶 (细胞 色素 ) 1.7.3 以 O, WA 1743.3 尿酸 氧化 酶 1,8 A RE A HE : 1,83 以 O, 为 受 体 1,8,3,2 it RA 1k 1.8.5 以 醒 或 相关 化 合 物 为 受 体 4.8.5.1 We H ik Tht ABS Ct HK if BB) 1.9 以 血红 素 为 供 体 ia 1.9.3 以 O, 为 受 体 1 细胞 色素 氧化 酶 1,10 以 二 酚 及 相关 化 合 物 为 供 体 1.10.2 以 细胞 色素 为 受 体 ots 4.10322 泛 配 一 细胞 色素 C 还 原 酶 1.10.3 以 氧 为 受 体 1.10.3.3 ”抗坏血酸 氧化 酶 本 Ja 1,11 以 HO, 作 受 体 etka 1,11,1 只 有 一 个 亚 一 亚 类 含 过 氧化 物 酶 中 1.11.1.3 AS RGR ALS . ‘ 1,13 作用 于 一 单个 供 体 ， 并 参 入 分 子 氧 (加 氧 酶 ) yen 1,13,11 参 入 两 个 氧 原子 Ho. ‘i 1,13.11,11 色 氨 酸 -2，3 一 二 加 氧 酶 下 1.13.11 4-33 Me — i A tes i 30.i2 参 入 一 个 氧 原子 (内 单 加 氧 酶 或 内 混合 功能 氧化 酶 ) 本 Gee 1.13.12.3 ” 色 氮 酸 一 2 一 单 加 氧 酶 eet 1.14 作用 于 一 对 供 体 ， 并 参 入 氧 分 子 my Se! 1,14,13 Lk NADH & NADPH %—*#tKHSA—-TPART 1,14.13,3 4-8 ZR-3-h MAM 4 1.14.13。7 “苯酚 -2- 单 加 氧 酶 4.1 1,14,13,14 反 一 苯 丙 烯 酸 -2- 单 加 氧 酶 9 1.14.17 以 抗坏血酸 作 一 个 供 体 并 参 入 一 个 氧 原子 a 1.14.17.1 ”多巴胺 单 加 氧 酶 1,15 作用 于 超 氧 自由 基 作 受 体 (只 一 个 酶 ) 1,15,1,1 超 氧 化 物 歧化 酶 1,16 以 金属 离子 为 供 体 ( 氧 化 成 高 价 金属 离子 ) 二 以 氧 为 受 体 (只 有 这 一 个 亚 一 亚 类 ) 1,17 以 一 C 了 :一 为 供 体 被 酶 氧化 成 一 CHOH 一 580 ap So dtal, 1 $17 4 £,17,4.1 1,17,42 1,18 1,18,2 1,18.2.1 1,18,3 1,18,3,1 1,19 1,19,2 1,19.2,1 2. 2,1 2; %,3 Z.2 110 2.1.1.45 2,12 ey 2.1.2.2 2.1.3 当主 全 人 2.1,3,2 2,1,33 1,4 2.1.4.1 LS) . c= . 一 以 NAD(P)+ 为 受 体 CDP-4- 酮 -6- 脱 氧 D- 葡 萄 糖 还 原 酶 以 二 硫化 合 物 为 受 体 核糖 核 背 二 磷酸 还 原 酶 REBAR RR 以 还 原型 铁 氧 还 蛋白 为 供 体 以 二 氮 作 受 体 固氮 酶 以 氢 为 受 体 A 以 还 原型 黄 氧 还 蛋白 为 供 体 以 二 氮 为 受 体 固氮 酶 ( 黄 氧 还 蛋白 ) 转移 酶 类 转 一 碳 基 团 酶 甲 基 转 移 酶 高 半 胱 氨 酸 甲 基 转 移 酶 胸 苷 酸 合 酶 羟 甲 基 、 甲 酰基 及 相关 物 的 转移 酶 丝氨酸 产 甲 基 转 移 酶 磷酸 核糖 甘 氨 酰 胶 甲 酰 转移 酶 羧基 、 和 和 氨 甲 酰 基 转 移 酶 甲 基 两 二 酰 一 CoA 羧基 转移 酶 门 冬 氨 酸 氨 甲 酰 转 移 酶 鸟 氨 酸 氨 甲 酰 转 移 酶 DKA Fe BS BB HARKERBS 转 醛 基 和 酮 基 的 酶 只 有 一 个 亚 一 亚 类 包含 转 酮 酶 和 转 醛 酶 re Al BS 转 醛 酶 转 酰基 酶 酰基 转移 了 酶 乙酰 一 CoA 乙酰 转移 酶 乙酰 一 CoA MERE 酰基 甘油 软 脂 酰 基 转 移 酶 氨 酰 转移 酶 A AB EBM 肽 酰 转移 酶 糖 背 转移 酶 已 糖 基 转 移 酶 681 2.4.1.1 "2.4.1,14 2.4,1,29 2.4.2 2.4.2.17 2,5 2.5.1 2.5.1.1 2.6 2.6.1 2.6.1.2 2.6.1.6 25%, 2.7.1 2.7.1.1 2.7.1,20 2.7.2 2.7.2.2 27.2.3 2.7.2.4 2.7.3 ao £52 2,7 4 2.7.4.3 2.7.4.9 2.7.9 2.7.5.1 2.7.5.3 2.7.6 2.7.6.2 2.7.6.4 2.7.7 2.7.7e1 2.701 2.7.8 2.7.8.2 2.7.8.8 2.7.9 2.7.9.2 2.9 2.8.2 682 磷酸 化 酸 蔗糖 磷酸 合 酶 纤维 素 合 酶 (GDP 形成 ) 戊 糖 基 转移 酶 ATP 磷酸 核糖 转移 酶 转 甲 基 以 外 的 烷 基 及 芳 基 这 亚 类 只 有 这 一 个 亚 一 亚 类 二 甲 基 乙 烯 基 转 移 酶 含 氮 基 团 转移 酶 转 氮 酶 谷 两 转氨酶 亮 氨 酸 转氨酶 $e BS BE EM A BY 以 一 醉 基 为 受 体 的 磷酸 转移 酶 己 糖 激 酶 Bik HF ik BS LA FRE We 1 AS BE BE HE 2 FA RY 磷 酰 甘油 酸 激酶 门 冬 氨 酸 激酶 以 含 氨基 为 受 体 的 磷 酰 转移 了 酶 肌 酸 激酶 以 磷酸 基 团 为 受 体 的 磷 酰 苇 移 酶 腺 苷 酸 激酶 CTMP 激酶 催化 分 子 内 部 磷 酰 基 的 转移 磷酸 葡萄 糖 变 位 酶 磷酸 甘油 变 位 酶 二 磷 酰 转移 酶 tht Be Fe FE BE Hh Bi 核 苷 酸 焦 磷酸 激酶 EB eB NMN 腺 苷 酰 转移 酶 FMN 腺 苷 酰 转 移 酶 其 它 取代 磷酸 基 团 的 转移 酶 胆 碱 磷 酰 转移 酶 OF HEB 42 A WR & Mi 带 成 对 受 体 的 磷 酰 转移 酶 丙酮 酸 ，H2O 二 激酶 仿 硫 基 团 转移 酶 转 硫酸 基 的 酶 4 a 六 Ha 1 RH A a tS AS PE) wow DA Bt fal # VK BY AR Si PP PO PS i HRK RIM TRAM) MB *S vn St OA [th HE . MEARS Hi BUM Eh OM MAE #2 2 iw Wee Sie wer WA HEY eS st MT A Se ee -SNSAMERH AS Lu 上 ov 一 撒 二 de MST MST Beh APPAR! es ae | BHRAM MBH OF 0A DR Pek DE Bae FRM Ss e—B-BR i EB ot mH oe MH FHI WBHMS Ao)-—Meo WG HH AS Oh SF OE BE PAG AE as 1] 基 装 lt da oF PAS Ht BM. en db. TE YE SF YI i 本 工 了 8 8. 人 3. & .85 {8.80.2 ° BIT. $.@r,1 人 Ss [.s ee: Or 1.5.8 eb .t,4,8 了 要- 1.8.2.8 $.8.£,8 £,1,8 1.8.4.8 So 28 6.1.8 id, $5 £,3.5 1 £8.48 $,£,8.8 , £,8 1.8.8 0.188? at. £.8.8 SS .4.6.8 $, 8,8 7 c f 二 [ 2.8.2.5 2.8.3 2.8.3.3 A, 4 $.1.1 S:1:%.8 ee ay $.1,1.20 3.1.2 $:3:2.1 3.1.2.8 3.1.3 Fo4.8.1 3.1.3.4 3.1.4 3.1.4.3 3.1.4.4 3.1.4.11 3.1.5 3.1.5.1 Sat $.2.0.1. 3,1,11 3.1,11.1 g,2.ihe 3.1.13 $.1,13.3 PW hs 3,1,21,1 3,1,23 ee BO 3,1,23,21 3.1.26 3.1,26.3 3,1.26,5 ele, 3.1,27.3 3,1.27.5 3,1,30 3,1,30.1 软骨 素 硫 酰 转 移 酶 CoA 转移 酶 丙 二 酰 一 CoA BBM 水 解 酶 类 作用 于 酯 键 催化 羧 酯 水 解 三 酰 甘 油脂 肪 格 乙酰 胆 碱 脂 酶 氨 酰 一 tRNA 水 解 酶 硫 酯 水 解 酶 乙酰 一 CoA 水 解 酶 PEHi—Co A 水 解 酶 磷酸 单 本 水解 酶 大 性 磷酸 酯 酶 BF He wh Ae BS eM — ek Re 磷脂 酶 C wha D ， 三 磷酸 肌 醇 磷酸 二 酯 酶 三 磷酸 单 酯 水 解 栈 dGTpase Bi BK AE 软骨 素 --6 一 硫酸 酯 酶 形成 一 5 一 硫酸 单 酯 的 外 切 赔 氧 核糖 核酸 酶 外 切 赔 氧 核糖 核酸 酶 [ 外 切 脱氧 核糖 核酸 酶 亚 产生 --5/ 一 但 琶 单 酯 的 外 切 核 糖 核酸 酶 ， EER 产生 一 5 一 磷酸 单 酯 的 内 切 脱氧 核糖 核酸 酶 脱氧 核糖 核酸 酶 I 部 位 专 一 性 内 切 陪 氧 核糖 核酸 酶 ， 序 列 专 一 性 切割 内 切 脱氧 核 烽 核 酸 酶 已 coRI vy BBS MEA AR Hind I 2 4: —5/ — BERR AS BY ee I 核糖 核酸 酶 P 产生 5' 一 磷酸 单 栈 以 外 的 内 切 核 精 核 酸 酶 核糖 核酸 酶 Ti 核糖 核酸 酶 ( 膜 》 产生 5/ 一 磷酸 单 酯 ， 对 核糖 和 脱氧 核糖 都 有 活性 的 内 切 核酸 酶 内 切 核酸 酵 3S， (Aspergillus) 683 . 3,2 3.2.1 ee 3.2.1.2 3.2.1.4 $:0:4.47 2:0 5.2.2.1 5.2,8 ey 3,3 3.3.1 5.8.2,% 3.4 3.4.11 3.4,11,1 3.4.11,17 3.4.13 3.4,13,11 3.4.16 3.4.16.1 3.4.17 3.4.17,1 3.4,17,2 3.4.21 3.4,21,1 3.4,21,4 3,4,22 2.4,22,3 2 下 区 3.4,23,1 v5 4 3.5.1 3253153 3.5.1.2 3,5,2 3.5.2.3 3.5.3 3.5.3.1 3.5.4 5.5.4.6 684 作用 于 糖苷 化 合 物 水 解 O-- 糖 苷 化 合 物 C 一 淀粉 酶 8 一 淀粉 酶 纤维 素 酶 溶菌 酶 水 解 N 一 糖苷 化 合 物 RES 7K AF Bit BE EFL A 硫 代 葡萄 糖苷 酶 作用 于 醚 键 硫 醚 水 解 酶 腺 苷 高 半 胱 氨 酸 酶 作用 于 肽 键 ( 肽 水 解 酶 ) C 一 氮 酰 肽 水 解 酶 氨 肽 酶 门 冬 氨 酸 氮 肽 酶 二 肽 水 解 酶 二 肽 酶 丝氨酸 羧 肽 酶 Rik 金属 羧 肽 酶 Pik BA Rik MB 丝氨酸 蛋白 酶 胰 凝 乳 蛋白 酶 RE A BS Tht EE Se 木瓜 蛋白 酶 羧基 蛋白 酶 (酸性 ) AEA Be A ce 作用 肽 键 以 外 的 C—N 键 作用 于 线性 酰胺 门 冬 酰胺 酶 谷 酰胺 酶 作用 于 环 酰胺 = AFL VE FF 2 HE PR 精 氨 酸 酶 EFA PAR DR AMP Ri 42 iif 和 水 rR vat thw inh aS” WLS ime Saree .oJ—4S , oD — FES ree) || "S| SG ig Ase ae FO a ie > sete . C mie Ata sy aay ee Et i seaqTOb ‘Oe Ph SH—39—-# OR ‘ ' A J ” . ‘y ‘ ay OPAC Ca a ona — a — 人 We ee eee uw athe g. ¥. es, eS 8. a Fy [1.3 oy ae a ay oe. mee.’ £.1,8 \ Eyre [, cee - $.€ 18 b.t.e 58 “BSTC It,b.t.€ ates. 1.2. f.8 81,8 ‘31,8.08° 上 了 ' EU i we Tey. ‘3. 2 ite de

=, “a “Pp ae few Ut a od SAS FRM hI OS Pa a SAR fe ia SH ‘ oe PP a. = ee >. ee ##* 、 co oe Ei, t él It, SE kahit $1.5 &.8,5,8 62 .8.1,6 8 了 6,1 6. 6.2 6. 6.3 6, 6. 6. 6, 6,4 6,5 ins) SELL 2 O.1.1.6 2.1 6.2.1.1 6.2.1.3 6,2,1.4 3,1 6.3.1.1 6.3.1.2 3.2 6.2.2.2 6.2.2.3 3.3 6..3.2 3.4 6.3.4.1 6.3.4.4 6.3.4.5 6.3.4.7 3.5 6.3.5.1 6.3.5.3 6.3.5.5 €,4,1,1 6.4.1.2 Pe ie ee | 6.5.1.2 6,5,1.3 REM E ( ARK ) 形成 碳 一 氧 键 形成 氨 酰 一 tRNA 及 类 似 物 的 连接 酶 iA R—tRNAA RS MARG—tRNA RB 形成 C—S 键 iS — it BEE Be 乙酰 一 CoA 合成 酶 酰基 一 CoA Aw KM—CoA 合成 酶 (GDP BR) 形成 C 一 N 键 ， 酸 一 氨 〈 或 胺 ) 连接 酶 〈 酰 胶合 成 酶 ) 门 冬 酰胺 合成 酶 谷 酰胺 合成 酶 酸 一 氨基 酸 连 接 酶 〈 肽 合成 酶 ) `“Y 一 谷 氨 酰 一 半 胱 氨 酸 合成 本 谷 胱 甘 肽 合成 酶 ik EAS N—5, 10—FJ|PAtakrs HKER-AEES GMP 合成 酶 REREARARS 精 氨 酸 琥珀 酸 合成 酶 5’ — BF AE A PLASM Rey MN CN EM NAD* 合 成 酶 ( 谷 酰胺 水 解 ) 磷酸 核糖 甲 酰 甘 氨 胀 合成 酶 氨 甲 酰 磷酸 合成 酶 〈 谷 酰胺 水 解 ) 形成 C 一 C 键 ， 这 些 酶 为 羧 化 酶 ， 大 部 分 为 生物 素 蛋白 ， 只 有 个 亚 - 1 FARR LS Z.BE—CO AR 1M PRR. LEBKAEBR POH BRoOMR Fee AK RA RAG CAT P) 聚 脱氧 核 苷 酸 合成 酶 (NAD”*) 聚 核糖 核 苷 酸 合成 酶 (ATPE) - 2 << R nm — ee Os Rew aR eR AVS: ot) eae AY — a “88 人 YI 一 项 天 天 2 ee 23 e—e EmRe Re 5 ene Age 1 Lol Fi] oe ui # /一 te, oe 4k (PRAM) OM CBR) 当 全 to a an a We tt ee (PARal) OVS a. wnt eee vo am, MMA CRE TOMAR ieee one ae ¥ ws 2 »' jon ee TRAP RM INGO ms, tf ee eee CREB i ae # nt Te . teghea he | ie Sa ty 9 ae Wi Ss & Oe en MRA uae. ||| MM OSA ae ni - ia CRATING ) a eH ne ee —* ee LER RH He ae oe a iS} 98 A Oa oun MRS we COTA Nt “Vee Cas ens on ti Oe ee 16 25 28 30 35 36 中 间 的 糖 结构 中 间 公 式 1 第 二 个 反应 式 左 侧 最 下 面 左 侧 结构 式 17 9, 6 表 2-1， 结 构 15 格 第 一 排 反 应 式 右 便 最 下 面 右 侧 反 应 下 端 左边 结构 fil2. 学 5 表 下 第 4 行 5 二 碘 酷 氨 酸 结构 图 3-4 4 倒 8 倒 8 图 3-23 1 倒 14 6 2 1- 甲 基 腺 味 叭 结构 1 1 —— 《生物 化 学 少 正 误 表 im 各 种 多 糖 糖 完 成 相同 OCH.OH | (Ht WE IE 一 (CH,),COOH exe) —O—C—R —CHR’+R’0+ BARE O° 《部 分 ) 一 一 一 一 - 放 倒 了 取出 起 酰 脂 基 —OH.— —COOH #¥t Ary O— Fie HE —CO—NH—COO—Z HCrHac AP SRT He SS +f eguilibrium mo IN Fis 成 糖 组 是 GalNAC #8 —(CH.);C OOH +O, | =e HR’ ( @AE ) €E* R”O°+0O; 《部 分 .7 BERGE) ZX- 羧基 非 共 价 键 伴 equilibrium Nae 酵母 成 糖 组 分 是 1 页 数 Tt 163 第 二 排 结构 左 边 175 ra ae § 190 图 4-22 197 倒 3 202 ea oa eS 3 219 we) 4-52 219 图 4 53 219 图 4-82 下 的 第 5 行 227 最 下 面 布 侧 反 应 gag) Rest rh 235“: 倒 3- 2390 © Bk PB 2 TT 240 . 最 上 面 右边 的 结构 240 倒 7 241 到 应 式 右边 的 箭头 246 MW: 7 sf 250 第 4 排 反 应 式 huey 73 第 4 字 268 ME 247 268 倒数 场 行 上 面 281 i P ATS A 287 贺 6. 34 中 289 Ba 第 好 7 字 298 9, HOF 298 图 6-45 304 1 331 图 7 21 333 孕 酮 结构 344 | 11 | 7 346 fi) 15 ait 倒 10 7 _ oe 7 “= 误 ?) BR HE dp SK | PRR 一 个 基 团 单车 核酸 5/= 赔 氧 核 糖 酸 AM ore ems) 3 核 1% Ax ica Cy 和 Rn 有 键 相 连 1,>25-—#41t Ds A ate KS? 国 RR BRAN IE Tyr249, Tyr245 fir | | 1, 65mol/L [0.5 x 10*]165 x 10°] | [2.25 x 10°] 已 糖 激酶 ——— iE +e #8. 发 生 外 显 子 大 小 © PED; 一 个 基因 mem 故 5/ -脱氧 核 音 酸 | 3/-R RR 后 链 长 H ww COMES (i. aif a! R Glu Gla 、 a 8s 1 SH, o£ ara | 应 无 键 ee 1,25-—_ 2% Ds Y AER aé Att iz . A] ine FP RIDE Ob Tyr248 eb | - 8e a RS ba SA Sh ed ' a ay 肾上腺 皮质 ve CH; B01 | To! C=O | 一 3138 ony 1,65m mol/L + \} [0.25 x 10° *J[1.65 x 10° *] [25 < 10°" Cc 444 458 459 469 ATL 473. 473 490 491 495 497 498 505 . {T i) 7 ery a fl 4 行 上 面 右边 4《〈 括 号 中 ) 文字 倒 1 FF 倒数 13 20 17 倒 4 行 上 面 倒 19 7 倒 1 10 图 9- 18 倒 7 反应 式 左 侧 习 倒 4(center )。 后 倒 13 倒 8 5 7, 8 图 10 5 第 二 排 最 左边 oe Ata 3 4 4, 5, 9 图 半 乳 糖 脑 苷 脂 结构 中 ”最 上 面 的 反应 式 右 便 第 二 排 反 应 右 侧 结 构 下 面 ， DPP 结构 式 反应 式 分 枝 酸 结构 MEH 6 tT 2 最 下 面 的 反应 式 箭 头 上 倒 1 MER 2 4F = KK 为 因 无 电荷 的 解 等 |. 2- 磷酸 序 。 ‘EIR 也 接 多 种 TRAV 苹果 脱 氢 酶 生 为 然而 DAS 丙酮 酸 等 +NAD P* 漏 掉 了 HERR b 原 还 分 于 健 、 O be a? ye H O 区 Fil Ny 8B #CB gy 卫 457 式 页 磷 酰 胆 碱 pn za FALE 利 的 表面 异 构 酶 c- 酮 戊 乙 酸 正 因为 me. +NADH+H?* 解除 3 -磷酸 Rit 肾上腺 素 也 受 多 种 FEAT ERR SE AS HR bk, A BG 作为 然后 少 得 多 Fi IRE \ «NADPH 在 光合 系统 工 中 , 这 个 特殊 的 叶绿素 分 子 是 下 uf "e 叶绿素 还 原 BTR 如 P457 页 磷脂 酰 胆 碱 Gal 去 掉 Hiei P-P 加 氮 作 用 利用 -2,6 二 羧 酸 脱氧 酶 表 异 构 酶 cx- 酮 成 二 酸 591 592 606 608 608 610 622 622 623 628 行 & 文字 第 13 行 第 一 排 反应 右 便 第 二 排 反应 右 便 倒 2 反应 式 下 第 4 行 反应 中 间 2 上 端的 结构 式 守重 T 箭头 指向 倒 4 倒 12 表 14-1 末 行 第 1 箭头 图 倒 9， 第 3 个 密码 8 19 反应 式 第 一 行 15 反应 式 右边 结 长 A QU 0 二 式 Th 5+ #5 Ae I DCP a 蛋白 物 J Agro Cis Ss { ~~ | [na N TATGTTG N- 形 因 核 但 | 图 41-T UAG 简 拼 性 fRNA*¥E! 一 tRNA 起 始 tRNA 存在 A- 位 H O CH;S(CH.).CH tPNA 613i 图 中 Trp R 为 第 一 节 构 放 倒 了 Af bal (A 溶 英 生长 na 下 一 ATP 应 作为 加 号 «+? cry 过 二 H*t*H.N—C | 如 上 式 aa Be on 带 长 单 图 13 -9 扑 异 构 酶 了 DBP 裂隙 蛋白 复合 物 a A/S 14 |>NH N TATGTTG N -基因 但 核 (i: @ oe 图 14-1 UGA 简 并 性 oa . 二 be > 全-