[农学]刘维全生化试题及答案

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第1章绪论【内容提要】生物化学是生命的化学。它是一门以物理、化学及生物学的理论和方法在细胞与分子水平上研究生物体的化学组成与结构，生命活动过程中的化学变化规律，以及这些化学变化与生理功能的关系的科学。以动物为研究对象的生物化学称为动物生物化学。生命物质的结构包括构成生命的元素；生物小分子；生物大分子；亚细胞；细胞；组织；器官；生命有机体等8个层次。生物化学的主要研究内容包括3个方面：第一，生命的化学组成、生物分子，特别是生物大分子的结构、相互关系及其功能。以生命物质结构层次中的前3个层次作为主要研究对象，特别是生物大分子结构和功能的研究，将永远是生物化学的核心课题。第二，细胞中的物质代谢和能量代谢，又称中间代谢（intermediarymetabolism），也就是细胞中进行的化学反应过程。它们是由许多代谢途径（metabolicpathway）构成的网络。代谢途径指的是由酶（enzyme）催化的一系列定向的化学反应。包括合成代谢和分解代谢。细胞中几乎所有的反应都是由酶催化的。第三，组织和器官机能的生物化学。生命有机体是一个统一协调的整体。在分子水平、细胞和组织水平，以及整体水平上全面、系统地认识动物组织器官生理机能，它们之间的联系、动物与环境互作的机制，同样也是生物化学的研究内容之一。生物化学的发展经历了经验观察、静态、动态和分子水平等4个不同的研究阶段，其他学科如化学、微生物学、遗传学、细胞学及其他相关技术科学的进步也极大地促进了生物化学学科的发展。进入20世纪末，以生物大分子为中心的结构生物学、基因组学与蛋白质组学、生物信息学等研究显示出无比广阔的前景，现代生物化学正从各个方面融入生命科学发展的主流当中，同时也为动物饲养和疾病防治提供了必不可少的基本理论和研究技术。【重点难点】1．动物生物化学的概念及主要研究内容。2．动物生物化学的发展简史。【目的要求】1．掌握动物生物化学的含义、主要研究内容和发展历史。2．了解动物生物化学与动物科学中的其他学科的关系。【例题解析】例1．什么是生物化学的核心课题？解析：因为细胞的组织结构、生物催化、物质运输、信号传递、代谢调节以及遗传信息的贮存、传递与表达等无不都是通过生物大分子及其相互作用来实现的。而生物大分子巨大的分子量、复杂的空间结构又使它们具备了执行各种各样的生物学功能的本领。所以，生物大分子的结构与功能的研究永远是生物化学的核心课题。例2.目前已经发现的第二信使有哪些？已揭示的细胞内信号传递通路都有哪些？解析：（1）环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP），肌醇三磷脂（IP3）、甘油二酯（DG）、Ca2+和NO等。（2）G蛋白偶联的受体信号系统，包括蛋白激酶A系统（PKA），蛋白激酶G系统（PKG），蛋白激酶C系统和IP3-Ca2+/钙调蛋白激酶系统；受体酪氨酸蛋白激酶（TPK）信号转导系统。【练习题】一、名词解释\n1.代谢途径（metabolicpathway）；2.合成代谢（syntheticmetabolism）；3.分解代谢（analyticmetabolism）；4.蛋白质组学（proteomics）；5.遗传工程（geneticengineering）。二、简答题1．什么是动物生物化学？2．动物生物化学的主要研究内容有哪些？3．生命物质的结构层次有哪些？4．生物化学经历了哪几个发展阶段？各个时期研究的主要内容是什么？试举各时期1～2例。【参考答案】一、名词解释1.代谢途径：细胞内由酶催化的一系列定向的、彼此相关联的化学反应，共同组成一个代谢途径，负责某种物质的化学合成或分解，完成特定的生理功能。2.合成代谢：将小分子的前体经过特定的代谢途径，构建为较大的分子并且消耗能量的化学反应。3.分解代谢：是指将较大的分子经过特定的代谢途径，分解成小的分子并且释放能量的化学反应。4.蛋白质组学：以细胞内的全部蛋白质为研究对象，通过对其分离、纯化，分别研究其结构、功能及相互关系。这样一门学科就称之为蛋白质组学。它是后基因组时代的主要研究内容之一。5.基因工程：根据人们的意愿，利用工程设计的方法，在体外将克隆获得的目的基因与适当的载体进行切割和连接，构建成正确的重组表达载体，再应用物理的、化学的或生物学的方法将该表达载体导入到细菌、动植物体细胞或受精卵中，使目的基因在细胞或宿主体内以瞬时方式或稳定方式进行表达，借此研究目的基因的结构与功能，或获得该基因的表达产物。这一过程就是基因工程。也称作遗传工程。广义上，转基因动物；克隆；基因打靶；基因组计划等均属于基因工程的范畴。二、简答题1．答：生物化学是生命的化学。它是一门以物理、化学及生物学的理论和方法在细胞与分子水平上研究生物体的化学组成与结构，生命活动过程中的化学变化规律，以及这些化学变化与生理功能的关系的科学。2．答：研究内容包括三部分：生命有机体的化学组成、生物分子，特别是生物大分子的结构、相互关系及其功能；细胞中的物质代谢与能量代谢，或称中间代谢，也就是细胞中进行的化学过程；组织和器官机能的生物化学。3．答：生命物质的结构包括构成生命的元素、生物小分子、生物大分子、亚细胞结构、细胞、组织、器官和生命有机体等8个层次。4．答：根据研究的内容和研究水平，结合大致的发展时期，可将动物生物化学的发展历史划分为以下4个不同的阶段。（1）经验观察阶段（19世纪之前）这一阶段主要是人们对生产或生活中的一些生化现象进行观察、总结，并将其中的某些经验成功地应用到生产或生活实践中。例如，公元前22世纪，酿酒—前14世纪盛行饮酒；公元前12世纪，发酵制酱；公元前6世纪，地方性甲状腺肿—瘿病，到公元4世纪，可用海带治疗之；维生素A缺乏症(夜盲症)和维生素B缺乏症(脚气病)，可分别用动物肝脏和米糠粥治疗。（2）静态生物化学阶段（19世纪~20世纪初）这一阶段生物化学作为一门独立的学科已经诞生，人们开始利用简单的物理或化学方法有目的的进行生物化学研究，如，1828年，首先要纪念的是F.Wohler的开创性工作。他在实验室里，用无机物氰酸铵合成出了脲。1897年，德国科学家Eduard和HansBuchner兄弟利用破碎了的（死了的）酵母细胞的抽提液实现了把糖转变为酒精的发酵过程。1926年，J.Sumner从刀豆中分离到了能催化脲分解的脲酶（urase），并证明它是蛋白质。\n这一阶段的主要特点：以分析生物体的化学组成为主要研究内容。具体包括：组成生物体的化学元素，生物分子，特别是生物大分子的结构、相互关系及其功能等。（3）动态生物化学阶段（19世纪末~20世纪中叶）这一阶段以物质和能量代谢为主要研究研究。借助于离体器官、组织匀浆、切片或精制酶等方法研究生物组成物质的代谢变化，生物活性物质在代谢中的作用，以及代谢过程中的能量变化。代表性的事例有：19世纪末，李比希：首次提出“新陈代谢”的概念；1887年，霍佩赛勒：首次提出“生物化学”的概念；1937年，克雷伯斯提出：三羧酸循环，鸟氨酸循环；1940年，恩伯顿、迈耶霍夫：无氧酵解。（4）分子水平研究阶段（20世纪中叶~现在）二十世纪中叶，以沃森（JamesWatson）和克里克(FrancisCrick)提出的DNA双螺旋结构模型为标志，生命科学的研究进入了分子生物学时代。特别是生物大分子的研究，取得了突飞猛进的发展，例如：在蛋白质方面：1955年，Sanger完成了牛胰岛素的氨基酸序列分析(51个氨基酸)；1965年，我国首次人工合成有生物学活性的牛胰岛素。在核酸方面：1953年，沃森（JamesWatson）和克里克(FrancisCrick)提出了DNA双螺旋结构模型；1990年，人类基因组计划开始实施，并于2001年宣布完成；从2000年开始，生命科学的发展进入了后基因组时代，具体研究内容包括功能基因组学、蛋白质组学、比较基因组学等。第2章生命的化学特征【内容提要】构成生命物质的化学元素约有30种。根据含量，主要有氢、氧、碳和氮，约占细胞物质总量的99%；其次是硫和磷，还有微量的钠、钾、氯、钙、镁、铁、铜等，都是生命活动所必需的。这些元素之间主要以稳定的共价键相互联系，形成多种形态结构的分子。除了共价键以外，氢键、离子键、范德华力和疏水作用力等可逆的非共价相互作用也发挥了重要的功能。生物大分子共有四种：蛋白质、核酸、多糖和脂类。组成生物蛋白质的基本单位是氨基酸，共有20种；核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两种，分别由4种单脱氧核糖核苷酸和4种核糖核苷酸组成；葡萄糖可以作为单体聚合成多糖（动物体内为糖原，植物体内为纤维素或淀粉）。细胞的膜结构由磷脂分子装配而成。这些生物大分子是生命活动的物质基础。生物体的各种生理活动需要能量。动物从环境摄取代谢物质，使其氧化分解，并通过电子流动实现能量的转换，转移到ATP等高能磷酸化合物分子中，利用高能磷酸键水解时或转移时释放的自由能推动偶联的代谢反应。细胞中的绝大多数化学反应都由酶催化。水分子的极性结构，自身高度的亲和性和优良的溶剂性能使其成为几乎所有生物化学过程的介质。没有水，就没有生命。【重点难点】1．生物大分子与化学键；2．生命有机体中的化学反应特点；3．生物能量学。【目的要求】1．掌握生命的元素组成、生物大分子的种类和主要功能；2．掌握维系生物大分子的化学键种类及作用；3．掌握生物化学反应的能量来源。4．了解水在生命活动过程中的作用。【例题解析】\n例1．判断对错。⑴氢键可以存在于带电荷的和不带电荷的分子之间。（）⑵带有相反电荷的基团之间的距离越小，产生的离子键作用力就越大。（）解析：本题的关键是熟悉存在于生物分子中的共价键与非共价键的性质。⑴对。在一个氢键中有两个其他的原子分享一个氢原子，这两个原子可以带电也可以不带电。⑵错。两个基团间产生最适静电引力有个最适距离，并不是距离越小作用力越大。例2．与生物大分子结构有关的下列说法中，哪一个是错误的？（）（1）共价键是有方向的，平均长度是固定的；（2）氢键是有方向的，平均长度固定。（3）离子键或是相互吸引的，或是相互排斥的；（4）疏水力是有方向的，也有固定的平均长度。解析：（4）是错误的。疏水力作用是排斥水，而不是提供一种专门的“键”。例3.什么是能量偶联反应？它有什么意义？解析：能量偶联反应，是指在生命有机体中，一个放能的反应与一个耗能的反应偶联以推动原本不能进行的反应。这符合能量守恒定律，将放能反应与耗能反应相偶联是生命系统能量交换的核心。【练习题】一、名词解释1．生物大分子（biologicalmacromolecules）；2.自由能（freeenergy）；3.生物能量学（bioenergetics）；4.氢供体（hydrogendonor）。5.高能磷酸化合物（high-energyphosphatedcompound）；二、填空题1．构成蛋白质、核酸、糖类和脂类的主要元素有________、________、_______和________。2．从根本上说，有机分子是由________连在一起的。生物分子间的非共价相互作用是执行其功能的关键，这些相互作用包括_________、________、________和__________。3．生物体内的高能磷酸化合物包括__________、_________、__________、___________。4．生物体内水的存在方式有__________和__________。三、简答题1．生物分子中的化学键主要有哪些？它们各起什么样的作用？2．生物体内的能量主要以什么方式存在？3．生物化学反应的特点有哪些？4．为什么说没有水就没有生命？【参考答案】一、名词解释1．生物大分子：由于生命活动极其复杂，要求参与其过程的许多分子也非常大。如DNA，即便是小小的大肠杆菌，它的DNA分子量也有2.2×109。一个典型的蛋白质分子的分子量也有50000左右，有些蛋白质的分子量达到几十万、几百万。生物机体中这些巨大的分子称为生物大分子（biologicalmacromolecules）。包括蛋白质、核酸、多糖和脂类。2.自由能：自发过程中能用于做功的能量称为自由能（freeenergy）。3.生物能量学：即bioenergetics，就是研究生命有机体传递和消耗能量的过程，阐明能量的转换和交流的基本规律的一门科学。4．氢供体：氢键中与氢原子联系较为密切的原子称为氢供体。5.高能磷酸化合物：ATP等含有高能磷酸键的化合物称为高能磷酸化合物。\n二、填空题1．氢、氧、碳和氮。2．共价键。氢键、离子键、范德华力和疏水作用力。3．ATP，GTP，CTP，UTP。4．自由水，结合水三、简答题1．答：生物分子中的化学键主要有氢键、离子键、范德华力和疏水作用力。氢键可以存在于带电荷的和不带电荷的分子之间。离子键是生物分子中带有相反电荷的基团之间通过静电引力的相互作用。范德华力通常发生在两个原子之间的距离为0.3~0.4nm的范围内，虽然它比离子键和氢键要弱得多，但并不因此而变得无足轻重。从本质上讲，范德瓦尔力也是静电引力所致。疏水力在蛋白质多肽链的空间折叠、生物膜的形成、生物大分子之间的相互作用以及酶对底物分子的催化过程中常常起着关键作用。2．答：主要以高能磷酸化合物的方式存在。这些化合物包括ATP，GTP，CTP，UTP。3．答：能量偶联，效率高，在水介质中进行。4．答：水是动物体内含量最多的物质，一般占体重的60%-70%。动物体内的水以两种形式存在，即自由水和结合水。自由水流动性大，可进出于血液，组织，细胞内外。结合水是指与蛋白质、多糖和磷脂等紧密结合的水，因而其流动性低，溶解能力也降低。所有生命物质均以不同方式溶入水中或与之结合。这是水的最重要的生物功能。其次是运输功能，参与物质、能量及信息的交流。另外，水对于维持体温恒定也很重要。水分子是极性分子，极易形成氢键，直接参与许多代谢反应。总之，由于水分子的极性结构，自身高度的亲和性和优良的溶剂性使其成为几乎所有生物化学过程的介质。第3章蛋白质【内容提要】蛋白质是生物体内最重要的生物大分子之一，其种类繁多，结构复杂，功能多样，几乎参与生命活动的每个过程，是生命特征的体现者。L-α-氨基酸是构成生物蛋白质的基本结构单位，共有20种。氨基酸之间通过肽键连接成多肽链。由1条或几条多肽链进一步盘曲、折叠和缠绕，就形成了蛋白质。蛋白质的结构层次包括一级、二级、超二级、结构域、三级和四级结构，其中二级结构至四级结构统称为立体结构，又称为构象。一级结构是蛋白质结构层次体系的基础，它是决定更高层次结构的主要因素，也就是一级结构决定高级结构，一级结构相似的蛋白质，其构象也往往相似。这是蛋白质结构组织的基本原理。蛋白质的一级结构是指肽链中的氨基酸种类、数量和排列顺序，它是由编码它的基因决定的。不同蛋白质具有不同的一级结构。其内容包括：（1）多肽链的数目；（2）每一条多肽链中末端氨基酸的种类；（3）链内和链间二硫键的位置和数目；（4）多肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序。蛋白质的一级结构可通过Edman降解法进行测定。二级结构是指主链局部有规则的空间排布，通常由氢键维持。右手α-螺旋和平行或反平行的β-折叠是最主要的二级结构。相邻二级结构常组合成特定的超二级结构，并进一步形成相对独立的、更大的球状结构单位，称为结构域。不同结构域之间以共价键相连。\n三级结构是指整个多肽链折叠成的紧密的球形结构，表面通常是亲水的，内部是疏水的。三级结构涉及分子中所有的原子和基团的空间排布，是蛋白质发挥功能所必需的。四级结构是指由两个或两个以上多肽链组装的寡聚蛋白中亚基的排布。亚基间通过离子键、疏水作用力等非共价键相互作用。多肽、蛋白质的结构与其功能有密切的关系。对于一些小的多肽，尽管其分子中也包含一定的立体结构，对其生物学功能有一定的影响，但小肽的立体结构通常不稳定。所以，多肽的一级结构是决定其生物学功能的关键。但大分子蛋白质的生物学功能是由构象决定的。同功蛋白通常具有类似的构象。高温、强酸、强碱等理化因素能破坏蛋白质的天然构象，并导致生物活性丧失，称为变性。变性蛋白在一定条件下恢复天然构象的过程称为复性。另外，寡聚蛋白能够通过变构，改变其生物学功能，称为变构效应。变性和变构效应说明蛋白质的构象对其生物学功能至关重要L-α-氨基酸和由其组成的蛋白质均为两性电解分子，二者在理化学性质上，既有相似之处，又有各自的特点。根据蛋白质的理化学性质，可以将其从生物材料中分离提取出来，获得一定纯度的纯品。【重点难点】1．蛋白质的分子组成。（1）蛋白质的基本组成单位--氨基酸：结构、分类和理化性质；（2）肽键、肽平面和肽链。2．蛋白质的结构层次及相互关系。（1）蛋白质的一级结构：多肽链的基本结构；（2）蛋白质的空间结构：二级、超二级、结构域、三级、四级结构。3．蛋白质结构与功能的关系。4．蛋白质的理化性质及提取纯化的一般步骤。【目的要求】1．掌握蛋白质的化学组成、基本结构单位和结构层次。2．掌握蛋白质的各结构层次与生物学功能之间的关系。3．掌握氨基酸和蛋白质的重要理化学性质。4．熟悉蛋白质在生命活动中的重要作用。5．了解蛋白质的分类现状、命名规则。【例题解析】例1．将一个氨基酸结晶加入到pH7.0的纯水中，得到了pH6.0的溶液，问此氨基酸的等电点是大于6.0、小于6.0？还是等于6.0？解析：本题主要考查氨基酸等电点的定义。氨基酸处于净电荷为0时溶液的pH值，称为该氨基酸的等电点，用pI表示。由于氨基酸的加入使水的pH值由7.0下降到6.0，溶液中H+浓度增加了，而这些增加H+的唯一来源是由氨基酸解离下来的，由于氨基酸的解离释放了H+，所以此时氨基酸必带上了负电荷。要使此氨基酸所带的净电荷为0，则必须向溶液中加入H+。加入H+后溶液的pH一定小于pH6.0。例2．计算天冬氨酸（pK1=2.09，pK2=3.86，pK3=9.82）的pI值。解析：根据等电点的定义，计算氨基酸的等电点，只需要找出净电荷为零的解离状态，然后，取其两边的pK值的平均值即可。天冬氨酸解离如下：COOHCOO-COO-COO-||||HC-N+H3HC-N+H3HC-N+H3HC-N+H3|K1|K2|K3|\nCH2CH2+H+CH2+2H+CH2+3H+||||COOHCOOHCOOHCOOHR+R+-R+-R-天冬氨酸净电荷为0的分子形态为R+-，取其两边的pK值进行计算：pI=（pK1+pK2）/2=（2.09+3.86）/2=2.98例3．尿素和SDS是常见的两种蛋白质变性剂，它们各自引起蛋白质变性的原理是什么？解析：本题主要考查蛋白质变性、复性有关的内容。引起蛋白质变性的因素（变性剂）不同，导致蛋白质空间结构破坏的机理不一样。尿素能与多肽主链竞争氢键，更重要的原因是能增加非极性侧链在水中的溶解度，因而降低了维持蛋白质三级结构的疏水相互作用。而SDS则是破坏蛋白质分子内的疏水相互作用，使非极性基团暴露于介质水中。例4．蛋白质分子的结构域与亚基有什么不同？解析：本题主要考查在蛋白质结构层次中，各结构层次的特点及其相互关系。结构域与亚基并不是同义词，要注意它们的区别。结构域是指在较大的球状蛋白质分子中，多肽链局部往往形成几个紧密的球状构象，彼此以松散的肽链相连，此球状构象就是结构域。而亚基是指构成蛋白质四级结构的每一条多肽链所形成的特定空间排布，它是蛋白质四级结构的组成单位。亚基间靠非共价键联系在一起。【练习题一】一、名词解释1．氨基酸（aminoacid）；2．分子伴侣（chaperone）；3．分子病（moleculardisease）；4．两性电解质（ampholyte）；5．等电点（pI，isoelectricpoint）；6．茚三酮反应（ninhydrinreaction）；7．简单蛋白质（simpleproteins）；8．结合蛋白质（complexproteins）；9．构型（configuration）；10．蛋白质的一级结构（primarystructure）。二、填空题1．蛋白质多肽链中的肽键是通过一个氨基酸的_____基和另一氨基酸的_____基连接而形成的。2．大多数蛋白质中氮的含量较恒定，平均为______%，如测得1克样品含氮量为10mg，则蛋白质含量为______%。3．蛋白质中的_________、___________和__________3种氨基酸具有紫外吸收特性，因而使蛋白质在280nm处有最大吸收值。4．精氨酸的pI值为10.76，将其溶于pH7的缓冲液中，并置于电场中，则精氨酸应向电场的_______方向移动。5．组成蛋白质的20种氨基酸中，含有咪唑环的氨基酸是________，含硫的氨基酸有_________和___________。6．蛋白质的二级结构最基本的有两种类型，它们是_____________和______________。7．α-螺旋结构是由同一肽链的_______和________间的______键维持的，螺距为______nm，每圈螺旋含_______个氨基酸残基，每个氨基酸残基沿轴上升高度为_________nm。天然蛋白质分子中的α-螺旋大多属于______手螺旋（旋光性）。8．在蛋白质的α-螺旋结构中，在环状氨基酸________存在处局部螺旋结构中断。9．球状蛋白质中有_____侧链的氨基酸残基常位于分子表面并与水结合，而有_______侧链的氨基酸位于分子的内部。10．氨基酸与茚三酮发生氧化脱羧脱氨反应生成______色化合物，而脯氨酸与茚三酮反应生成______化合物。三、选择题1．在寡聚蛋白质中，亚基间的立体排布、相互作用以及接触部位间的空间结构称之为()。\nA、三级结构；B、缔合现象；C、四级结构；D、变构现象2．形成稳定的肽链空间结构，非常重要的一点是肽键中的四个原子以及和它相邻的两个α-碳原子处于()。A、不断绕动状态；B、可以相对自由旋转；C、同一平面；D、随不同外界环境而变化的状态3．肽链中的肽键是：()。A、顺式结构；B、顺式和反式共存；C、反式结构4．维持蛋白质二级结构稳定的主要因素是：()。A、静电作用力    B、氢键    C、疏水键    D、范德华作用力5．蛋白质变性是由于（）A、一级结构改变    B、空间构象破坏    C、辅基脱落    D、蛋白质水解6．在下列所有氨基酸溶液中，不引起偏振光旋转的氨基酸是（）。A、丙氨酸 B、亮氨酸 C、甘氨酸 D、丝氨酸7．天然蛋白质中含有的20种氨基酸的结构（）。A、全部是L-型   B、全部是D-型   C、部分是L-型，部分是D-型   D、除甘氨酸外都是L-型8．谷氨酸的pK1(-COOH)为2.19，pK2(-N+H3)为9.67，pK3(-COOH)为4.25，其pI是（）。A、4.25    B、3.22    C、6.96    D、5.939．天然蛋白质中不存在的氨基酸是（）。A、半胱氨酸    B、瓜氨酸       C、丝氨酸    D、蛋氨酸10．破坏α-螺旋结构的氨基酸残基之一是：（）。A、亮氨酸    B、丙氨酸    C、脯氨酸    D、谷氨酸四、判断（是非）题1．含有一个氨基和一个羧基的氨基酸的pI为中性，因为-COOH和-NH2的解离度相同。2．构型的改变必须有旧的共价健的破坏和新的共价键的形成，而构象的改变则不发生此变化。3．生物体内只有蛋白质才含有氨基酸。4．所有的蛋白质都具有一、二、三、四级结构。5．用羧肽酶A水解一个肽，发现释放最快的是Leu，其次是Gly，据此可断定，此肽的C端序列是Gly-Leu。6．蛋白质分子中个别氨基酸的取代未必会引起蛋白质活性的改变。7．镰刀型红细胞贫血病是一种先天性遗传病，其病因是由于血红蛋白的代谢发生障碍。8．在蛋白质和多肽中，只有一种连接氨基酸残基的共价键，即肽键。9．从热力学上讲蛋白质分子最稳定的构象是自由能最低时的构象。10．天然氨基酸都有一个不对称α-碳原子。11．变性后的蛋白质其分子量也发生改变。12．蛋白质在等电点时净电荷为零，溶解度最小。五、简答题1．蛋白质的一级结构内容有哪些？为什么说蛋白质的一级结构决定其空间结构？2．什么是蛋白质的空间结构？蛋白质的空间结构与其生物功能有何关系？3．蛋白质的α-螺旋结构有何特点？4．蛋白质的β-折叠结构有何特点？5．什么是蛋白质的变性作用和复性作用？蛋白质变性后哪些性质会发生改变？六、论述题1．简述蛋白质具有哪些重要功能？2．简述蛋白质的结构层次及其相互关系。\n【参考答案】一、名词解释1．分子中同时含有氨基和羧基的有机化合物（或分子中含有氨基的羧酸），叫氨基酸。包括脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸。在脂肪族氨基酸中，根据氨基的位置，可分为α、β、g-氨基酸。其中α-氨基酸是构成蛋白质的基本单位，共有20种。除α-氨基酸外，细胞内还含有其他种类的氨基酸。2．又叫伴娘蛋白，与一种新合成的多肽链形成复合物并协助它正确折叠成具有生物功能构象的蛋白质。3．基因突变导致蛋白质的一级结构发生改变，如果这种改变导致蛋白质生物功能的下降或丧失，就会产生疾病，这种病称为分子病。4．氨基酸分子既含有酸性的-COOH，又含有碱性的-NH2。前者能提供质子变成-COO-，后者能接受质子变成-NH+3。因此，被称为两性电解质。5．使分子处于兼性分子状态，在电场中不迁移（分子的净电荷为零）的pH值，称为该分子的等电点。6．在加热条件下，氨基酸或肽与茚三酮反应生成蓝紫色（与脯氨酸反应生成黄色）化合物的反应。7．只含有氨基酸成分而不含有氨基酸以外成分的蛋白质。8．除了含有氨基酸以外，还要有其他成分（辅因子）的存在才能保证正常生物活性的蛋白质。9．一个有机分子中各个原子特定的空间排布。这种排布不经过共价键的断裂和重新形成是不会改变的。10．蛋白质的一级结构是指肽链中的氨基酸种类、数量和排列顺序，它是由编码它的基因决定的。不同蛋白质具有不同的一级结构。其内容包括：（1）多肽链的数目；（2）每一条多肽链中末端氨基酸的种类；（3）链内和链间二硫键的位置和数目；（4）多肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序。二、填空题1．氨；羧基；2．16；6.253．苯丙氨酸；酪氨酸；色氨酸4．负极5． 组氨酸；半胱氨酸；蛋氨酸6．α-螺旋结构；β-折叠结构7．C=O；N=H；氢；0.54nm；3.6；0.15nm；右8．脯氨酸9．极性；疏水性10．蓝紫色；黄色三、选择题1．C；2．C；3．B；4．B；5．B；6．C；7．D；8．B；9．B；10．C。四、判断对错1．错：一氨基一羧基氨基酸为中性氨基酸，其等电点为中性或接近中性，但氨基和羧基的解离度，即pK值不同。2．对3．错：生物体内的氨基酸大部分是不参与蛋白质组成的，这些氨基酸称为非蛋白质氨基酸；还有一些氨基酸是以游离形式存在的，如瓜氨酸、鸟氨酸、β-丙氨酸。4．错5．错6．对7．错：镰刀型红细胞贫血病是一种先天遗传性的分子病，其病因是由于正常血红蛋白分子中的一个谷氨酸残基被缬氨酸残基所置换。从而引起蛋白分子构型变化，功能随之改变。 \n8．错：除了肽键之外，连接氨基酸残基的共价键还有二硫键。9．对10．错：甘氨酸除外。11．错12．对五、简答题1．答：蛋白质一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序。因为蛋白质分子肽链的排列顺序包含了自动形成复杂的三维结构（即正确的空间构象）所需要的全部信息，所以一级结构决定其高级结构。2．答：蛋白质的空间结构是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链走向。蛋白质的空间结构决定蛋白质的功能。空间结构与蛋白质各自的功能是相适应的。3．答：（1）多肽链主链绕中心轴旋转，形成棒状螺旋结构，每个螺旋含有3.6个氨基酸残基，共有13个原子。螺距为0.54nm，氨基酸之间的轴心距为0.15nm。（2）α-螺旋结构的稳定主要靠链内氢键，每个氨基酸的N-H与前面第四个氨基酸的C＝O形成氢键。（3）天然蛋白质的α-螺旋结构大多为右手螺旋。4．答：β-折叠结构又称为β-片层结构，它是肽链主链或某一肽段的一种相当伸展的结构，多肽链呈扇面状折叠。（1）两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或肽段）侧向聚集在一起，通过相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成的氢键连接成片层结构并维持结构的稳定。（2）氨基酸之间的轴心距为0.35nm（反平行式）和0.325nm（平行式）。（3）β-折叠结构有平行排列和反平行排列两种。5．答：蛋白质变性作用是指在某些因素的影响下，蛋白质分子的空间构象被破坏，并导致其性质和生物活性改变的现象。蛋白质变性后会发生以下几方面的变化：（1）生物活性丧失，变性后的蛋白质将失去其生物活性。如酶丧失催化活性；激素蛋白丧失生理调节作用；抗体失去与抗原专一结合的能力。另外，蛋白质的抗原性也发生改变。（2）物理性质发生改变，包括：溶解度降低，因为疏水侧链基团暴露；结晶能力丧失；分子形状改变，由球状分子变成松散结构，分子不对称性加大；粘度增加；光学性质发生改变，如旋光性、紫外吸收光谱等均有所改变。（3）化学性质发生改变，分子结构伸展松散，易被蛋白酶分解。六、论述题1．答：蛋白质的重要作用主要有以下几方面：（1）生物催化作用：酶是蛋白质，具有催化能力，新陈代谢的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。（2）贮存与运输功能：如动物肌肉和心肌细胞中的肌红蛋白能结合氧分子；血浆中的转铁蛋白能结合铁；红细胞中的血红蛋白能结合氧并运输到组织中。（3）调节作用：有些蛋白质作为激素调节某些特定细胞或组织的生长、发育或代谢。如生长激素可促进肌肉生长；胰岛素能调节人和高等动物细胞内的葡萄糖代谢。（4）运动功能：有些蛋白能使细胞和生物体产生运动。如收缩蛋白（肌动蛋白和肌球蛋白）与肌肉收缩和细胞运动密切相关。（5）防御功能：脊椎动物中的免疫球蛋白能与细菌和病毒结合，发挥免疫保护作用；鸡蛋清、人乳、眼泪中的溶菌酶能破坏某些细菌。（6）营养功能有些蛋白可作为人和动物的营养物，为胚胎发育和婴幼儿生长提供营养，如卵白中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白。（7）结构成分：有些蛋白质的功能是参与细胞和组织的建成。如皮肤、软骨和肌腱中的胶原蛋白；羊毛、头发、羽毛、甲、蹄中的角蛋白；昆虫外壳中的硬蛋白；韧带中的弹性蛋白。（8）膜的组成成分蛋白质是生物膜的主要成分之一。（9）参与遗传活动遗传信息的传递、基因表达的调控都需要多种蛋白质参与。另外，蛋白质还起着接受和传递信息，控制生长与分化等作用。\n2．答：蛋白质的结构可以划分为几个层次，包括一级结构和空间结构，后者又可分为二级结构、超二级结构、结构域、三级结构和四级结构。一级结构指多肽链中的氨基酸排列顺序；二级结构指多肽链主链骨架的局部空间结构；超二级结构指二级结构的组合；结构域指多肽链上致密的、相对独立的球状区域；三级结构指多肽链上所有原子和基团的空间排布；四级结构则由几条肽链构成。蛋白质的生物学功能从根本上来说取决于它的一级结构，但是空间结构是由一级结构决定的。蛋白质只有形成一定的空间结构，才能发挥其生物功能。一级结构相同的蛋白质，其功能也相同，一级结构和空间结构之间具有统一性和相适应性。【练习题二】一、名词解释1．构象（conformation）；2．α-螺旋（α-helix）；3．蛋白质的超二级结构（supersecondarystructure）；4．结构域(domain)；5．蛋白质的三级结构（tertiarystructure）；6．肽单位（peptideunit）；7．蛋白质的四级结构（quaternarystructure）；8．肽平面（peptideplane）；9．范德华力（vanderWaalsforce）；10．盐溶（saltingin）。二、填空题1．维持蛋白质一级结构的化学键有_______和_______；维持二级结构靠________键；维持三级结构和四级结构靠_________键，其中包括________、________、________和_________。2．稳定蛋白质胶体的因素是___________和_____________。3．GSH的中文名称是____________，它的活性基团是__________，它的生化功能是___________。4．加入低浓度的中性盐可使蛋白质溶解度________，这种现象称为________，而加入高浓度的中性盐，当达到一定的盐饱和度时，可使蛋白质的溶解度__________并_________，这种现象称为_______，蛋白质的这种性质常用于___________。5．电泳法分离蛋白质的原理，是在一定的pH条件下，不同蛋白质的________、_________和___________不同，因而在电场中移动的_______和_______不同，从而使蛋白质得到分离。6．氨基酸处于等电状态时，主要是以________形式存在，此时它的溶解度最小。7．鉴定蛋白质多肽链氨基末端常用的方法有__________和____________。8．测定蛋白质分子量的方法有_________、____________和____________。9．今有甲、乙、丙三种蛋白质，它们的等电点分别为8.0、4.5和10.0，当在pH8.0缓冲液中，它们在电场中电泳的情况为：甲_______，乙_______，丙________。10．当氨基酸溶液的pH=pI时，氨基酸以_____离子形式存在，当pH>pI时，氨基酸以_______离子形式存在。11．蛋白质之所以出现各种各样的构象，是因为多肽主链的_____键和_____键能进行转动。12．天然蛋白质中的α-螺旋结构，其主链上所有的羰基氧与亚氨基氢都参与了链内____键的形成，因此构象相当稳定。三、选择题1．当蛋白质处于等电点时，可使蛋白质分子的（）。A、稳定性增加    B、表面净电荷不变    C、表面净电荷增加    D、溶解度最小2．蛋白质分子中-S-S-断裂的方法是（）。A、加尿素      B、透析法       C、加过甲酸       D、加重金属盐3．蛋白质的组成成分中，在280nm处有最大吸收值的最主要成分是：（）A．酪氨酸的酚环B．半胱氨酸的硫原子C．肽键D．苯丙氨酸4．下列4种氨基酸中哪个有碱性侧链？（）A．脯氨酸B．苯丙氨酸C．异亮氨酸D．赖氨酸5．下列哪种氨基酸属于亚氨基酸？（）A．丝氨酸B．脯氨酸C．亮氨酸D．组氨酸6．下列哪一项不是蛋白质α-螺旋结构的特点？（）A．天然蛋白质多为右手螺旋B．肽链平面充分伸展C．每隔3.6个氨基酸螺旋上升一圈D．每个氨基酸残基上升高度为0.15nm\n7．下列哪一项不是蛋白质的性质之一？（）A．处于等电状态时溶解度最小B．加入少量中性盐溶解度增加C．变性蛋白质的溶解度增加D．有紫外吸收特性8．在下列检测蛋白质的方法中，哪一种取决于完整的肽链？（）A．凯氏定氮法B．双缩尿反应C．紫外吸收法D．茚三酮法9．下列哪种酶作用于由碱性氨基酸的羧基形成的肽键？（）A．糜蛋白酶B．羧肽酶C．氨肽酶D．胰蛋白酶10．下列关于蛋白质结构的叙述，哪一项是错误的？（）A．氨基酸的疏水侧链很少埋在分子的中心部位B．带电荷的氨基酸侧链常在分子的外侧，面向水相C．蛋白质的一级结构在决定高级结构方面是重要因素之一D．蛋白质的空间结构主要靠次级键维持四、判断（是非）题1．氨基酸与茚三酮反应都产生蓝紫色化合物。2．因为羧基碳和亚氨基氮之间的部分双键性质，所以肽键不能自由旋转。3．所有的蛋白质都有酶活性。4．α-碳和羧基碳之间的键不能自由旋转。5．多数氨基酸有D-和L-两种不同构型，而构型的改变涉及共价键的破裂。6．所有氨基酸都具有旋光性。7．构成蛋白质的20种氨基酸都是必需氨基酸。8．蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序在很大程度上决定了它的构象。9．某一氨基酸晶体溶于pH7.0的水中，所得溶液的pH为8.0，则此氨基酸的pI点必大于8.0。10．蛋白质的变性是蛋白质立体结构的破坏，因此涉及肽键的断裂。11．蛋白质是生物大分子，但并不都具有四级结构。12．血红蛋白和肌红蛋白都是氧的载体，前者是一个典型的变构蛋白，在与氧结合过程中、现变构效应，而后者却不是。五、简答题1．多肽链片段是在疏水环境中还是在亲水环境中更有利于α-螺旋的形成，为什么？2．简述蛋白质变性作用的机制。3．聚赖氨酸（polyLys）在pH7时呈无规则线团，在pH10时则呈α-螺旋；聚谷氨酸（polyGlu）在pH7时呈无规则线团，在pH4时则呈α-螺旋，为什么？4．下列试剂和酶常用于蛋白质化学的研究中：CNBr、异硫氰酸苯酯、丹黄酰氯、脲、6mol/LHCl、β-巯基乙醇、水合茚三酮、过甲酸、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶。其中哪一个最适合完成以下各项任务？（1）测定小肽的氨基酸序列。（2）鉴定肽的氨基末端残基。（3）不含二硫键的蛋白质的可逆变性；如有二硫键存在时还需加什么试剂？（4）在芳香族氨基酸残基羧基侧水解肽键。（4）在蛋氨酸残基羧基侧水解肽键。（5）在赖氨酸和精氨酸残基羧基侧水解肽键。5．根据蛋白质一级氨基酸序列可以预测蛋白质的空间结构。假设有下列氨基酸序列（如图）：151015Ile-Ala-His-Thr-Tyr-Gly-Pro-Glu-Ala-Ala-Met-Cys-Lys-Try-Glu-Ala-Gln-202527Pro-Asp-Gly-Met-Glu-Cys-Ala-Phe-His-Arg （1）预测在该序列的哪一部位可能会出现拐弯或β-转角。（2）何处可能形成链内二硫键？（3）假设该序列只是大的球蛋白的一部分，下面氨基酸残基中哪些可能分布在蛋白的外表面，哪些分布在内部？\n天冬氨酸；异亮氨酸；苏氨酸；缬氨酸；谷氨酰胺；赖氨酸六、论述题1．试以血红蛋白为例，论述蛋白质的结构和功能的关系。2．根据蛋白质的理化性质，详细阐述蛋白质分离提纯的一般步骤和主要方法。【参考答案】一、名词解释1．指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子或基团旋转所产生的原子或基团的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。2．α-螺旋是蛋白质二级结构的一种方式，最早由Pauling和Corey根据氨基酸和小肽的X-射线晶体衍射图谱提出，指的是多肽链主链骨架围绕同一中心轴呈螺旋式上升，形成棒状的螺旋结构。3．指二级结构的组合，已知的超二级结构有三种基本形式：αα，βαβ，βββ。二级结构是通过骨架上的羰基和酰胺基团之间形成的氢键维持的。4．在蛋白质三级结构内的独立折叠单元。结构域通常都是几个超二级结构单元的组合。5．蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。三级结构是在二级结构的基础上进一步盘绕、折叠形成的。三级结构主要是靠氨基酸侧链之间的疏水相互作用、氢键、范德华力和盐键（静电作用力）维持的。6．是肽链主链上的重复结构。是由参与肽键形成的氮原子和碳原子和它们的4个取代成分：羰基氧原子、酰胺氢原子和两个相邻的α-碳原子组成的一个平面单位。7．多亚基蛋白质的三维结构。实际上是具有三级结构的多肽链（亚基）以适当方式聚合所呈现出的三维结构。8．肽链主链的肽键C-N具有双键的性质，因而不能旋转，使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面上，此平面称为肽平面。9．中性原子之间通过瞬间静电相互作用产生的一种弱的分子之间的力。当两个原子之间的距离为它们的范德华半径之和时，范德华引力最强。强的范德华排斥作用可以防止原子相互靠近。10．在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。这种现象称为盐溶。二、填空题1．肽键；二硫键；氢键；次级键；氢键；离子键；疏水键；范德华力2．球状大分子表面的水化膜；球状大分子带有同性电荷3．谷胱甘肽；巯基；维持半胱氨酸残基处于还原状态4．增加；盐溶；减小；沉淀析出；盐析；蛋白质分离5．带电荷量；分子大小；分子形状；方向；速率6．两性离子；最小7．FDNB法（2,4-二硝基氟苯法）；Edman降解法（苯异硫氢酸酯法）8．沉降速度法；凝胶过滤法；SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法（SDS-PAGE法）9．不动；向正极移动；向负极移动；10．两性离子；负；11．Cα—C；C—αN；12．氢键；三、选择题1．D；2．C；3．A；4．D；5．B；6．B；7．C；8．B；9．D；10．A。四、判断（是非）题1．错:脯氨酸与茚三酮反应产生黄色化合物，其它氨基酸与茚三酮反应产生蓝色化合物。2．对:在肽平面中，羧基碳和亚氨基氮之间的键长为0.132nm，介于C—N单键和C＝N双键之间，具有部分双键的性质，不能自由旋转。\n3．错:蛋白质具有重要的生物功能，有些蛋白质是酶，可催化特定的生化反应，有些蛋白质则具有其它的生物功能而不具有催化活性，所以不是所有的蛋白质都具有酶的活性。4．错:α-碳和羧基碳之间的键是C—C单键，可以自由旋转。5．对:在20种氨基酸中，除甘氨酸外都具有不对称碳原子，故存在L-型和D-型2种不同构型，这两种不同构型的转变涉及到共价键的断裂和从新形成。6．错：由于甘氨酸的α-碳上连接有2个氢原子，所以不是不对称碳原子，没有2种不同的立体异构体，所以不具有旋光性。其它常见的氨基酸都具有不对称碳原子，因此具有旋光性。7．错：必需氨基酸是指人（或哺乳动物）自身不能合成机体又必需的氨基酸，包括8种氨基酸。其它氨基酸人体自身可以合成，称为非必需氨基酸。8．对：蛋白质的一级结构是蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，不同氨基酸的结构和化学性质不同，因而决定了多肽链形成二级结构的类型以及不同类型之间的比例以及在此基础上形成的更高层次的空间结构。如在脯氨酸存在的地方α-螺旋中断，R侧链具有大的支链的氨基酸聚集的地方妨碍螺旋结构的形成，所以一级结构在很大程度上决定了蛋白质的空间构象。9．对10．错：蛋白质的变性是蛋白质空间结构的破坏，这是由于维持蛋白质构象稳定的作用力次级键被破坏所造成的，但变性不引起多肽链的降解，即肽链不断裂。11．对：有些蛋白质是由一条多肽链构成的，只具有三级结构，不具有四级结构，如肌红蛋白。12．对：血红蛋白是由4个亚基组成的具有四级结构的蛋白质，当其一个亚基与氧结合后可加速其它亚基与氧的结合，所以具有变构效应。肌红蛋白是仅有一条多肽链的蛋白质，具有三级结构，不具有四级结构，所以在与氧的结合过程中不表现出变构效应。五、简答题1．答：多肽链片段在疏水环境中更有利于α-螺旋的形成。由于稳定α-螺旋的力是氢键，所以在疏水环境中很少有极性基团干扰氢键的形成，而在亲水环境中则存在较多的极性基团或极性分子，它们能够干扰α-螺旋中的氢键使之变的不稳定。2．答：维持蛋白质空间构象稳定的作用力是次级键，此外，二硫键也起一定的作用。当某些因素破坏了这些作用力时，使蛋白质分子从原来紧密有序的折叠构象（天然态）变成了松散无序的伸展构象（变性态），即蛋白质的空间构象遭到破坏，引起变性。3．答：聚赖氨酸的赖氨酸侧链是是氨基，在pH7.0时带有正电荷，所以由于静电的斥力作用使聚赖氨酸不能形成α-螺旋结构。当在pH10时赖氨酸侧链的氨基基本不解离，排除了静电斥力，所以能形成α-螺旋结构。而谷氨酸在pH7.0时带有负电荷，所以它的情况与聚赖氨酸相反。4．答：（a）异硫氢酸苯酯；（b）丹黄酰氯；（c）脲、β-巯基乙醇；（d）胰凝乳蛋白酶；（e）CNBr;（f）胰蛋白酶。5．答：（1）可能在7位和19位打弯，因为脯氨酸常出现在打弯处。（2）13位和24位的半胱氨酸可形成二硫键。（3）分布在外表面的为极性和带电荷的残基：Asp、Gln和Lys；分布在内部的是非极性的氨基酸残基：Try、Leu和Val；Thr尽管有极性，但疏水性也很强，因此，它出现在外表面和内部的可能性都有。六、论述题1．答：蛋白质的任何功能都是通过其肽链上各种氨基酸残基的不同功能基团来实现的，所以蛋白质的一级结构一旦确定，蛋白质的可能功能也就确定了。血红蛋白的的β-链中的N末端第六位上的谷氨酸被缬氨酸取代，就会产生镰刀形红细胞贫血症，使血红蛋白不能正常携带氧。蛋白质的的三级结构比一级结构与功能的关系更大。血红蛋白的亚基本身具有与氧结合的高亲和力，而当四个亚基组成血红蛋白后，其结合氧的能力就会随着氧分压及其其他因素的改变而改变，这种是由于血红蛋白分子的构象可以发生一定程度的变化，从而影响了血红蛋白与氧的亲和力。这同时也是具有变构作用蛋白质的共同机制。2．答：不同的蛋白质具有不同的理化学性质及生物学功能，据此可以将不同的蛋白质分子彼此分离并纯化。主要方法：沉淀、离心、超滤、电泳及各种层析技术等方法。但是在具体操作中，可以根据实验目的、要求及客观条件，对不同的蛋白质分子，采取与之相对应的方法将蛋白质混合物分离。一般步骤和方法如下：1）选材：制备生物大分子，首先要选择适当的生物材料。含量丰富；易于处理和提取。\n2）生物材料的破碎和预处理：常用的方法有组织匀浆法、研磨、反复冻融、溶菌酶、高压破碎。3）粗分离：将绝大多数杂质去掉的过程。方法多为离心、盐析、有机溶剂沉淀、胶体吸附等。4）纯化：将粗提物中的杂质进一步去除的过程。方法为各种层析技术，特别是亲和层析技术。基因工程表达产物如包涵体在纯化之前，需要变性、复性处理。5）产物的浓缩、干燥和保存6）鉴定：生物大分子制备物的均一性（即纯度）的鉴定，要求达到一维电泳一条带，二维电泳一个点，或HPLC和毛细管电泳都是一个峰。还有理化性质与生物活性鉴定。应注意，在分离纯化目的蛋白的过程中，还应对产率、纯度及比活等内容进行鉴定。【练习题三】一、名词解释1．盐析（saltingout）；2．透析法（dialysis）；3．天然构象（naturalconformation）；4．别构效应（allostericeffect）；5．协同效应（synergismorsynergisticeffect）；6．亚基（subunit）；7．蛋白质变性（denaturation）与复性（renaturation）；8．Lowry法；9．凝胶电泳（gelelectrophoresis）；10．凝胶层析(gelchromatography)。二、填空题1．肌红蛋白的含铁量为0.34%，其最小分子量是______。血红蛋白的含铁量也是0.34%，但每分子含有4个铁原子，血红蛋白的分子量是________。2．某含有180个氨基酸残基的α-螺旋片段，共有____圈螺旋？该α-螺旋片段的轴长为_____。3．变性蛋白质的主要特征是_________改变，其次是________性质改变和________降低。4．丝心蛋白的构象形式是_____结构，它分子中含有大量R-基团小的氨基酸如_____，因而很难形成_____结构。5．生活在海洋中的哺乳动物能长时间潜水，是由于它们的肌肉中含有大量的_____以储存氧气。6．细胞色素c的蛋白与血红素辅基以_____键结合。7．肌球蛋白共由_____条多肽链组成，其中_____条重链，_____条轻链。8．胰岛素原由_____条肽链组成。9．蛋白质主要构象的结构单元包括_____，_____，_____，_____。10．按照蛋白质组成分类，分子组成中仅含氨基酸的称_______，分子组成中除了蛋白质外，还有其他成分的称_________，其中非蛋白质部分称_________。三、选择题1．对于β-折叠片的叙述，下列哪项是错误的？（）A．β-折叠片的肽链处于曲折的伸展状态B．β-折叠片的结构是借助于链内氢键稳定的C．β-折叠片结构都是通过几段不同的肽链平行排列而形成的D．氨基酸之间的轴距为0.32~0.34nm2．维持蛋白质二级结构稳定的主要作用力是：（）A．盐键B．疏水键C．氢键D．二硫键3．维持蛋白质三级结构稳定的因素是：（）A．肽键B．二硫键C．离子键D．氢键E．次级键4．凝胶过滤法分离蛋白质时，从层析柱上先被洗脱下来的是：（）A．分子量大的B．分子量小的C．电荷多的D．带电荷少的5．下列哪项与蛋白质的变性无关？（）A.肽键断裂B．氢键被破坏C．离子键被破坏D．疏水键被破坏6．蛋白质空间构象的特征主要取决于下列哪一项？（）A．多肽链中氨基酸的排列顺序B．次级键C．链内及链间的二硫键D．温度及pH\n7．下列哪个性质是氨基酸和蛋白质所共有的？（）A．胶体性质B．两性性质C．沉淀反应D．变性性质E．双缩脲反应8．用纸层析法分离丙氨酸、亮氨酸和赖氨酸的混合物，则它们之间Rf的关系是：（）A．Ala>Leu>LysB．Lys>Ala>LeuC．Leu>Ala>LysD．Lys>Leu>Ala9．蛋白质的一级结构是指：（）A．蛋白质氨基酸的种类和数目B．蛋白质中氨基酸的排列顺序C．蛋白质分子中多肽链的折叠和盘绕D．包括A，B和C10．下列关于谷胱甘肽结构与性质的叙述，哪一种错误的（）。A．含有两个肽键；B．“胱”代表半胱氨酸；C．含有一个巯基D．变成氧化型谷胱甘肽时脱去的两个氢原子是有同一个还原型谷胱甘肽分子所提供的四、判断（是非）题1．FDNB法和Edman降解法测定蛋白质多肽链N-端氨基酸的原理是相同的。2．并非所有构成蛋白质的20种氨基酸的α-碳原子上都有一个自由羧基和一个自由氨基。3．蛋白质是两性电解质，它的酸碱性质主要取决于肽链上可解离的R基团。4．在具有四级结构的蛋白质分子中，每个具有三级结构的多肽链是一个亚基。5．所有的肽和蛋白质都能和硫酸铜的碱性溶液发生双缩尿反应。6．一个蛋白质分子中有两个半胱氨酸存在时，它们之间可以形成两个二硫键。7．盐析法可使蛋白质沉淀，但不引起变性，所以盐析法常用于蛋白质的分离制备。8．蛋白质的空间结构就是它的三级结构。9．维持蛋白质三级结构最重要的作用力是氢键。10．具有四级结构的蛋白质，它的每个亚基单独存在时仍能保存蛋白质原有的生物活性。11．变性蛋白质的溶解度降低，是由于其分子表面的电荷及水膜被破坏引起的。12．蛋白质二级结构的稳定性是靠链内氢键维持的，肽链上每个肽键都参与氢键的形成。五、简答题1．比较肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线，并加以简单说明？2．使蛋白质沉淀有哪些方法?各有何用途?3．在一抽提液中含有三种蛋白质，其特性如下：蛋白质相对分子量等电点A200008.5B210005.9C50006.0设计一个方案来分离纯化这三种蛋白质。六、论述题1．用什么试剂可以将胰岛素链间的二硫键打开与还原？蛋白质变性时为了防止生成的-SH基重新被氧化，可加入什么试剂来保护？2．简要说明为什么大多数球状蛋白质在溶液中具有如下性质？（1）在低pH时沉淀。（2）当离子强度从零增至高值时，先是溶解度增加，然后溶解度降低，最后沉淀。（3）在给定离子强度的溶液中，等电pH值时溶解度呈现最小。（4）加热时沉淀。（5）当介质的介电常数因加入与水混溶的非极性溶剂而下降时，溶解度降低。（6）如果介电常数大幅度下降以至介质以非极性溶剂为主，则产生变性。【参考答案】一、名词解释1．在高浓度的盐溶液中，无机盐离子从蛋白质分子的水膜中夺取水分子，破坏水膜，使蛋白质分子相互结合而发生沉淀。这种现象称为盐析。\n2．利用小分子经过半透膜可以扩散到水（或缓冲液）中而大分子不能通过半透膜的原理将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。3．蛋白质可以形成各种各样的立体结构，即构象。在生理条件下，蛋白质表现出能量最低的稳定形态，是其发挥生物功能所必需的，称为天然构象。4．又叫做变构效应，是指配基与寡聚蛋白质结合后改变了蛋白质的构象，从而导致蛋白质生物活性改变的现象。5．别构效应的一种特殊类型，是亚基之间的一种相互作用。指寡聚蛋白的某一个亚基与配基结合时可以改变其他亚基构象，进而改变蛋白质生物活性的现象。协同效应有两种：正协同效应和负协同效应。6．蛋白质最小的共价单位，又称为亚单位。它由一条肽链组成，也可以通过二硫键把几条肽链连接在一起组成。7．在某些理化因素作用下，蛋白质的一级结构保持不变，空间结构发生改变，即由天然状态（折叠态）变成了变性状态（伸展态），从而引起生物功能的丧失以及物理、化学性质的改变，这种现象被称为蛋白质的变性。变性后的蛋白质在适当条件下可以恢复折叠状态，并恢复原有的生物活性，这种现象称为蛋白质的复性。8．蛋白质与酚试剂反应生成蓝色物质，可用于蛋白质定量。该法称福林-酚法，又称Lowry法，是蛋白质定量的经典方法。9．以凝胶为介质，在电场作用下分离蛋白质或核酸等分子的分离纯化技术。10．按照在移动相（可以是气体或液体）和固定相（可以是液体或固体）之间的分配比例将混合成分分开的技术。二、填空题1．16672；66687；2．50圈；27nm3．生物活性；物理化学；溶解度4．β-折叠；Gly；α-螺旋5．肌红蛋白6．共价键7．六；二；四8．19．α-螺旋；β-折叠；β-转角；无规卷曲10．单纯蛋白质；结合蛋白质；辅基三、选择题1．C；2．C；3．E；4．A；5．A；6．A；7．B；8．C；9．B；10．D。四、判断对错1．错：Edman降解法是多肽链N端氨基酸残基被苯异硫氰酸酯修饰，然后从多肽链上切下修饰的残基，经层析鉴定可知N端氨基酸的种类，而余下的少一个氨基酸的多肽链被回收后可继续进行下一轮Edman反应，测定N末端第二个氨基酸。反应重复多次就可连续测出多肽链的氨基酸顺序。FDNB法（Sanger反应）是多肽链N末端氨基酸与FDNB（2,4-二硝基氟苯）反应生成二硝基苯衍生物（DNP-蛋白），然后将其进行酸水解，打断所有肽键，N末端氨基酸与二硝基苯基结合牢固，不易被酸水解，形成黄色的产物，即N端DNP-氨基酸，其他的水解产物为游离氨基酸。将DNP-氨基酸抽提出来并进行鉴定可知N端氨基酸的种类，但不能测出其后氨基酸的序列。2．对：大多数氨基酸的α-碳原子上都有一个自由氨基和一个自由羧基，但脯氨酸和羟脯氨酸的α-碳原子上连接的氨基氮与侧链的末端碳共价结合形成环式结构，所以不是自由氨基。3．对4．对5．错：具有两个或两个以上肽键的物质才具有类似于双缩脲的结构，具有双缩脲反应，而二肽只具有一个肽键，所以不具有双缩脲反应。\n6．错：二硫键是由两个半胱氨酸的巯基脱氢氧化而形成的，所以两个半胱氨酸只能形成一个二硫键。7．对8．错：蛋白质的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构三个层次，三级结构只是其中一个层次。9．错：维持蛋白质三级结构的作用力有氢键、离子键、疏水键、范德华力以及二硫键，其中最重要的是疏水键。10．错：具有四级结构的蛋白质，只有所有亚基以特定的适当方式组装在一起时才具有生物活性，缺少一个亚基或单独一个亚基存在时都不具有生物活性。11．错：蛋白质变性是由于维持蛋白质构象稳定的作用力（次级键和二硫键）被破坏从而使蛋白质空间结构被破坏并丧失生物活性的现象。次级键被破坏以后，蛋白质结构松散，原来聚集在分子内部的疏水性氨基酸侧链伸向外部，减弱了蛋白质分子与水分子的相互作用，因而使溶解度将低。12．错：蛋白质二级结构的稳定性是由链内氢键维持的，如α-螺旋结构和β-折叠结构中的氢键均起到稳定结构的作用。但并非肽链中所有的肽键都参与氢键的形成，如脯氨酸与相邻氨基酸形成的肽键，以及自由回转中的有些肽键不能形成链内氢键。五、简答题1．血红蛋白和肌红蛋白与氧结合时表现出不同的结合模式。血红蛋白的氧结合曲线是S形曲线，而肌红蛋白的氧结合曲线是双曲线。S曲线说明在血红蛋白分子与氧结合的过程中，其亚基之间存在相互作用。血红蛋白四聚体在开始与氧结合时，其氧亲和力很低，即与氧结合的能力很小。一旦其中一个亚基与氧结合，亚基的三级结构发生变化，并逐步引起其余亚基三级结构的改变，从而提高其余亚基与氧的亲和力；同样道理，当一个氧与血红蛋白亚基分离后，能降低其余亚基与氧的亲和力，有助于氧的释放。而肌红蛋白则不与有这方面的作用。2．使蛋白质沉淀的方法有：（1）盐析：高浓度的中性盐类可以脱去蛋白质分子表面的水膜，并中和蛋白质分子的电荷，从而使蛋白质由于盐析作用从溶液中沉淀下来。常用这种方法来分离纯化蛋白质。（2）有机溶剂沉淀高浓度的乙醇、丙酮等有机剂能够脱去蛋白质分子的水膜，同时降低溶液的介电常数，使蛋白质从溶液中沉淀。不同蛋白质沉淀所需要的有机溶剂浓度一般是不同的。可用于蛋白质的分离。（3）重金属盐沉淀在碱性溶液中，蛋白质分子中的负离子基团（如-COO-）可以与重金属盐（如醋酸铅、氯化高汞、硫酸铜等）的正离子结合成难溶的蛋白质重金属盐，从溶液中沉淀下来。临床上可利用这种特性抢救重金属盐中毒的病人和动物。（4）生物碱试剂沉淀生物碱试剂（如苦味酸、单宁酸、三氯醋酸、钨酸等）在pH值小于蛋白质等电点时，其酸根负离子能与蛋白质分子上的正离子相结合，成为溶解度很小的蛋白盐，从溶液中沉淀下来。临床化验时，常用上述生物碱试剂除去血浆中的蛋白质，以减少干扰。3．由于这三种蛋白质的相对分子质量相差较大，可用凝胶过滤的方法将这三种蛋白质分开并纯化。又由于蛋白质A与B的等电点不同，可用离子交换柱层析将蛋白质A与B分开并纯化。 六、论述题1．答：将二硫键打开有两种方法：氧化法，加入过甲酸，将二硫键氧化为磺酸基。还原法，是最常用的方法，使用巯基试剂，如巯基乙醇，可使参与二硫键的2个半胱氨酸还原为带有游离巯基的半胱氨酸，为了使反应能顺利进行，通常加入一些变性剂，如高浓度的尿素等。加入过量的还原剂可以防止还原所得的巯基被重新氧化。2．答：（1）在低pH时氨基被质子化，使蛋白质带有大量的净电荷。这样造成分子内的电荷排斥引起了很多蛋白质的变性，并由于疏水内部暴露于水环境而变得不溶解。（2）增加盐浓度，开始时能稳定带电基团，但是当盐浓度进一步增加时，盐离子便与蛋白质分子竞争水分子，因此，降低了蛋白质的溶剂化，这样又促进蛋白质分子间的极性作用和疏水相互作用，从而导致沉淀。（3）蛋白质在等电点时分子间的静电排斥力最小。（4）由于加热使蛋白质变性，因此暴露出疏水内部，溶解度降低。\n（5）非极性溶剂能降低表面极性基团的溶剂化作用，因此，促进蛋白质之间的氢键形成以代替蛋白质与水之间形成的氢键。（6）低介电常数能稳定暴露于溶剂中的非极性基团，因此，促进蛋白质的伸展，从而引起变性。第4章核酸化学【内容提要】核酸（nucleicacid）是一种极为重要的生物大分子，分子质量一般在106—1010。它是生命有机体的基本组成物质之一。所有的生物都含有核酸。核酸可分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）和核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）两大类。DNA绝大多数情况下以双链线状或环状形式存在，少量呈单链线状或环状。RNA多数以单链形式存在，但在分子内部可以形成局部双链。在RNA病毒中，也有双链RNA的形式。所有的原核细胞和真核细胞都同时含有这两类核酸，并且一般都和蛋白质结合在一起，以核蛋白的形式存在。在原核细胞中，DNA呈双链环状，与少量蛋白质分子结合，位于类核区。在真核细胞中，DNA呈双链线状，主要存在于细胞核内的染色体上，与组蛋白结合，形成核小体结构，串珠状的核小体进一步缠绕、折叠，并与核基质结合在一起，形成了染色质；另有少量的DNA存在于线粒体中。RNA主要存在于细胞质中，微粒体含量最多，线粒体含少量。在细胞核中也含有少量的RNA，集中于核仁。对于真病毒来说，只含DNA和RNA中的一种，因而可分为DNA病毒和RNA病毒。单核苷酸是核酸的基本结构单位，它由碱基、核糖和磷酸组成。但组成DNA和RNA的碱基与核糖存在不同之处。除此以外，核苷酸在体内还具有重要的生理功能：参与能量代谢；作为许多酶的辅助因子成分；参与细胞的信息传递；调节基因的表达等。DNA的一级结构是由数量不等的4种单脱氧核糖核苷酸（dNTP，N代表A、T、C和G，亦可直接用A、T、C和G表示）以3’，5’-磷酸二脂键聚合而成的多核苷酸长链。由两条方向相反（即以5′→3′和3′→5′方向）的多核苷酸链彼此靠碱基之间的氢键结合在一起，形成了DNA的二级结构—双螺旋结构。双链DNA的碱基组成具有以下特点：（1）种的特异性。来自不同种生物的DNA碱基组成不同，而且亲缘关系愈接近的生物，其碱基组成也愈接近；（2）无器官和组织特异性。在同一生物体内的各种不同器官和组织的DNA碱基组成基本相似；（3）在同一种DNA中，腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T；鸟嘌呤与胞嘧啶（包括5-甲基胞嘧啶）的摩尔数相等，即G=C+m5C。因此，嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基的总摩尔数，即A+G=T+C+m5C。这个碱基摩尔比例规律称为DNA的碱基当量定律（Chargaff定律）；（4）年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成。在DNA双螺旋结构中，两条多核苷酸链反向平行，围绕着同一个（想象的）中心轴，以右手旋转方式构成一个双螺旋结构。由亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连形成的骨架位于螺旋的外侧，疏水的嘌呤和嘧啶碱基位于内侧；两条链之间总是以A对T、G对C的方式，分别以两个（用A=T表示）和三个（用G≡C表示）氢键稳定地维系在一起；碱基对呈平面状，层叠于螺旋的内侧，且与中心轴相垂直，脱氧核糖的平面与碱基对平面几乎成直角。相邻碱基对平面在螺旋轴之间的距离为0.34nm，旋转夹角为36°，因此每10对脱氧核苷酸绕中心轴旋转一圈，螺距为3.4nm；双螺旋的直径为2nm；沿螺旋的中心轴形成的大沟和小沟交替出现。这是B-DNA的结构特点。生物体中还存在A-DNA和Z-DNA。双螺旋DNA可进一步缠绕在一起形成超螺旋结构，即DNA的三级结构。除双螺旋外，还发现有三链辫状DNA。RNA主要是由4种核糖核苷酸（NTP，N代表A、U、C和G）组成的。核糖核苷酸之间同样以3’，5’-磷酸二脂键相连。在RNA分子中（双链RNA分子除外），其碱基的组成并不遵从碱基当量定律。不同来源的RNA，其碱基组成变化很大。\nRNA存在各种生物的细胞中，依据不同的功能和性质，主要包括三类：信使RNA(messengerRNA，mRNA)，核糖体RNA（ribosomeRNA，rRNA）和转移RNA（transferRNA，tRNA）。它们都参与蛋白质的生物合成。在DNA和RNA分子中，还存在一些稀有碱基，如5-甲基胞嘧啶（m5C），5-羟甲基胞嘧啶（hm5C），5,6-二氢尿嘧啶，假尿嘧啶（ψ），7-甲基鸟嘌呤，N6-甲基腺嘌呤等，都是由dNMP或NMP修饰形成的。核酸具有许多理化性质，其中最重要的是变性与复性。DNA在热变性过程中，其A260的增加与解链的程度成正比，其解链温度（Tm）与碱基组成有关。不同来源的核酸之间可以通过同源的或部分同源的碱基之间互补配对进行分子间的杂交。核酸是生物遗传信息的携带者。DNA是主要的遗传物质，所有的原核细胞、真核细胞及DNA病毒均以DNA为遗传信息的携带者，仅有RNA病毒以RNA为遗传信息的携带者。除RNA病毒外，生物的遗传信息储存于DNA的核苷酸序列中，即基因中。生物体通过DNA的复制、转录和翻译，将储存在DNA上的遗传信息经RNA传递到蛋白质结构上，由蛋白质表现出生命的特征。由此可见，生物体内的各种各样的蛋白质，其结构都是由DNA分子中所蕴藏的遗传信息控制的。这是核酸的最重要的生物学功能。【重点难点】1．核酸的分子组成：戊糖、碱基、核苷和核苷酸。2．核酸的分子结构：一级、二级、三级结构。（1）DNA的分子结构，重点是双螺旋结构的特点。（2）RNA的种类和分子结构。3．DNA的重要性质。【目的要求】1．掌握核酸的化学组成，DNA的分子结构及其生物学功能。2．掌握RNA的种类、结构特点。3．熟悉核酸的理化学性质及其应用。4．了解体内某些重要核苷酸的结构特点和生理功能。【例题解析】例1．在DNA和RNA中，G、C各代表什么？解析：本题主要考查脱氧核糖核酸与核糖核酸中核糖的区别，需掌握核酸的基本机构。在DNA中，G代表鸟嘌呤脱氧核苷酸，C胞嘧啶脱氧核苷酸。而在RNA中，G代表鸟嘌呤核苷酸，C胞嘧啶核苷酸。例2．影响DNA的Tm值的因素有哪些？解析：本题主要考查Tm值的定义及其影响因素。⑴DNA的均一性，均质DNA的熔解过程在一个较小的温度范围，异质DNA熔解过程发生在一个较宽的温度范围。⑵G-C之含量，在一定浓度的介质中，Tm值与G-C含量有正比关系。⑶介质中的离子强度，一般说离子强度较低的介质中，Tm值低，且溶解温度范围宽。例3．DNA的主要理化学性质及其应用。解析：本题考查的是DNA基本的理化性质，要能在理解的基础上灵活应用，尤其在核酸实验技术方面。⑴水解:DNA的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱和酶水解，产生碱基、核苷、核苷酸和寡核苷酸。酸水解时，糖苷键比磷酸酯键易于水解；嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键易于水解；嘌呤碱与脱氧核糖的糖苷键最不稳定。DNA对碱比较稳定。细胞内有各种脱氧核糖核酸酶可以分解核酸，其中限制性内切酶是基因工程的重要工具酶。⑵酸碱性质:\nDNA的碱基和磷酸基均能解离，因此核酸具有酸碱性。碱基杂环中的氮具有结合和释放质子的能力。核苷和核苷酸的碱基与游离碱基的解离性质相近，它们是兼性离子。⑶紫外吸收:DNA的碱基具有共轭双键，因而有紫外吸收的性质。各种碱基、核苷和核苷酸的吸收光谱略有区别。核酸的紫外吸收峰在260nm附近，可用于测定核酸。根据260nm与280nm的吸收光度（A260）可判断核酸纯度。⑷变性、复性与杂交:变性作用是核酸双螺旋结构被破坏，双链解开，但共价键并未断裂。引起变性的因素很多，升高温度、过酸、过碱、纯水以及加入变性剂等都能造成核酸变性。核酸变性时，物理化学性质将发生改变，表现出增色效应。热变性一半时的温度为Tm值，DNA的G+C含量影响Tm值。根据经验公式XG+C=（Tm—69.3）×2.44可以由DNA的Tm值计算G+C含量，或由G+C含量计算Tm值。变性DNA在适当条件下可以复性，物化性质得到恢复，具有减色效应。用不同来源的DNA进行退火，可得到杂交分子。也可以由DNA链与互补RNA链得到杂交分子。杂交的程度依赖于序列同源性。分子杂交是用于研究和分离特殊基因和RNA的重要分子生物学技术。例4．与DNA变性、复性这一性质有关的分子生物学技术有哪些？解析：该题考查的是实验基本理论方面的内容，要对常用的核酸技术有一定的了解。这些技术包括：聚合酶链式反应（PCR），核酸杂交技术（Southernblot，Northernblot及Dotblot）和DNA测序技术等。【练习题】一、名词解释1．DNA的变性和复性（denaturation,renaturation）；2．分子杂交（molecularhybridization）；3．增色效应和减色效应（hyperchromiceffect，hypochromiceffect）；4．回文序列（Palindrome）；5．Tm值（meltingtemperature）；6．Chargaff定律（Chargaff’srule）；二、选择题1．热变性的DNA分子在适当条件下可以复性，条件之一是（）。A、骤然冷却    B、缓慢冷却    C、浓缩    D、加入浓的无机盐2．在适宜条件下，核酸分子两条链通过杂交作用可自行形成双螺旋，取决于（）。A、DNA的Tm值    B、序列的重复程度    C、核酸链的长短    D、碱基序列的互补3．核酸中核苷酸之间的连接方式是（）。A、2’，5’-磷酸二酯键    B、氢键   C、3’，5’-磷酸二酯键   D、糖苷键4．tRNA的分子结构特征是：（）A、有反密码环和3’-端有-CCA序列    B、有密码环   C、有反密码环和5’-端有-CCA序列    D、5’-端有-CCA序列5．下列关于DNA分子中的碱基组成的定量关系哪个是不正确的？（）A、C+A=G+T    B、C=G    C、A=T    D、C+G=A+T6．下面关于Watson-CrickDNA双螺旋结构模型的叙述中哪一项是正确的？（）A、两条单链的走向是反平行的    B、碱基A和G配对   C、碱基之间共价结合    D、磷酸戊糖主链位于双螺旋内侧7．具5’-CpGpGpTpAp-3’顺序的单链DNA能与下列哪种RNA杂交?（）A、5’-GpCpCpAp-3’    B、5’-GpCpCpApUp-3’   C、5’-UpApCpCpGp-3’    D、5’-TpApCpCpGp-3’8．RNA和DNA彻底水解后的产物（）。A、核糖相同，部分碱基不同    B、碱基相同，核糖不同   C、碱基不同，核糖不同    D、碱基不同，核糖相同\n9．下列关于mRNA描述哪项是错误的？（）A、原核细胞的mRNA在翻译开始前需加“PolyA”尾B、真核细胞mRNA在3’-端有特殊的“尾”结构C、真核细胞mRNA在5’-端有特殊的“帽子”结构D、原核细胞mRNA在转录后无需任何加工10．tRNA的三级结构是（）A、三叶草形结构    B、倒L形结构    C、双螺旋结构    D、发夹结构11．维系DNA双螺旋稳定的最主要的力是（）A、氢键    B、离子键    C、碱基堆积力    D、范德华力12．Tm是指()的温度。A、双螺旋DNA达到完全变性时    B、双螺旋DNA开始变性时   C、双螺旋DNA结构失去1/2时    D、双螺旋结构失去1/4时13．稀有核苷酸碱基主要见于()。A、DNA    B、mRNA    C、tRNA    D、rRNA14．双链DNA解链温度的增加，提示其中含量高的是（）。A、A和G    B、C和T    C、A和T    D、C和G15．核酸变性后，可发生哪种效应？（）A、减色效应    B、增色效应   C、失去对紫外线的吸收能力    D、最大吸收峰波长发生转移16．某双链DNA纯样品含15％的A，该样品中G的含量为（）。A、35％B、15％C、30％D、20％三、判断题（在题后括号内打√或×）1．杂交双链是指DNA双链分开后两股单链的重新结合。（）2．tRNA的二级结构是倒L型。（）3．DNA分子中的G和C的含量愈高，其熔点（Tm）值愈大。（）4．如果DNA一条链的碱基顺序是CTGGAC，则互补链的碱基序列为GACCTG。（）5．在tRNA分子中，除四种基本碱基（A、G、C、U）外，还含有稀有碱基。（）6．一种生物所有体细胞DNA的碱基组成均是相同的，可作为该种生物的特征。（）7．核酸探针是指带有标记的一段核酸单链。（）8．DNA是遗传物质，而RNA则不是。（）9．作为遗传物质的DNA都是双链的。（）10．进化程度越高的生物其细胞中DNA含量越大。（）四、简答题1．DNA和RNA在化学组成、分子结构、细胞内分布和生理功能上的主要区别是什么？2．DNA双螺旋结构的基本特点有哪些？这些特点能解释哪些最重要的生命现象？3．比较tRNA、rRNA和mRNA的结构和功能。4．从两种不同细菌提取的DNA样品，其腺嘌呤核苷酸分别占其碱基总数的32%和17%，计算这两种不同来源DNA四种核苷酸的相对百分组成。两种细菌中哪一种是从温泉（64℃）中分离出来的？为什么？五、论述题谈谈你所知道的核酸研究进展情况及其对生命科学发展的影响。【参考答案】一、名词解释1．DNA变性是DNA双链解链分离成两条单链的现象。而DNA复性是\n变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的单链重新按照碱基互补配对原则形成双链结构的过程。2．不同的DNA片段之间，DNA片段与RNA片段之间，如果彼此间的核苷酸排列顺序互补也可以复性，形成新的双螺旋结构。这种按照互补碱基配对而使不完全互补的两条多核苷酸相互结合的过程称为分子杂交。3．增色效应：当双螺旋DNA融解（解链）时，260nm处紫外吸收增加的现象。减色效应：随着核酸复性，紫外吸收降低的现象。4．回文序列就是指双链DNA的反向重复序列。5．双链DNA融解彻底变成单链DNA的温度范围的中点温度。6．所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等（A＝T），鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等（G＝C），即嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等（A＋G＝T＋C）。DNA的碱基组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。另外生长发育阶段、营养状态和环境的改变都不影响DNA的碱基组成。二、选择题1.B2.D3.C4.A5.D6.A7.C8.C9.A10.B11.A12.C13.C14.D15.B16.A三、判断题1.×2.×3.√4.×5.√6.√7.√8.×9.×10.×四、简答题1．答：组成DNA的碱基有A、T、C、G四种，戊糖为D-2-脱氧核糖，DNA分子常为双链结构，包括一级结构、二级结构、三级结构等。DNA在细胞内主要分布于细胞核，组成染色质(染色体)，此外线粒体中也有少部分DNA。DNA的生理功能主要是作为遗传物质，通过复制将遗传信息由亲代传给子代。组成RNA的碱基有A、U、C、G这四种，戊糖为D-核糖。RNA为单链线形分子，可自身回折形成局部双螺旋（二级结构），进而折叠（三级结构）。RNA分为三类：tRNA、rRNA和mRNA，分布于细胞质中的核糖体上。RNA的功能是与遗传信息在子代的表达有关，如转录、翻译。某些病毒的基因组为RNA，此外RNA还有催化功能。2．答：按Watson-Crick模型，DNA的双螺旋结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T，G≡C配对互补，彼此以氢键相连系。维持DNA结构稳定的力量主要是碱基堆积力；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。解释生命活动：双螺旋DNA是储存遗传信息的分子，通过半保留复制，储存遗传信息；通过转录和翻译表达出生命活动所需信息。3．答：不同类型的RNA分子可自身回折形成发卡、局部双螺旋区，形成二级结构（茎环结构，内部环结构，分支环结构和中心环结构等），并折叠产生三级结构，除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA与蛋白质形成核蛋白复合物（四级结构）。⑴tRNA的二级结构为三叶草形，三级结构为倒L形。三叶草结构由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环（D环）、反密码子环、额外环和假尿嘧啶环（TψC环）等5个部分组成。tRNA的功能：在蛋白质生物合成过程中，起转运氨基酸、识别密码子和合成起始的作用，另在DNA反转录合成及其他代谢和基因表达调控中叶起重要作用⑵rRNA与蛋白质组装成核糖体，rRNA催化肽键合成，蛋白质维系rRNA构象。⑶成熟mRNA的5′端有帽子结构，3′端有poly(A)尾巴结构。mRNA的功能是把遗传信息从DNA转移到核糖体以进行蛋白质合成的载体。4．答：⑴第一个样品：T%=32%，G%=C%=[（100-32×2）/2]%=18%，第二个样品：T%=17%，G%=C%=[（100-17×2）/2]%=33%。⑵根据经验公式XG+C=（Tm-69.3）×2.44,第一个样品的Tm=84.05,第二个样品的Tm=96.35。\n因为Tm值代表双链DNA融解彻底变成单链DNA的温度范围的中点温度，Tm值离64℃越远的样品在温泉中越稳定，所以从该温度温泉中分离的样品是第二种。五、论述题（仅供参考）DNA是生物体重要的遗传物质。1869年，Miescher从人体的细胞核分离出一种含磷的有机化合物，命名为“核素”。这被公认为是核酸的最早发现。1953年2月28日Watson和Crick建立了日后被追认为分子生物学诞生标志的DNA双螺旋结构模型。1973年，Berg首创了DNA重组技术。1977年Allan和Walter以及Frederick分别独立地研究成功DNA测序的方法。1990年人类基因组计划(humangenomeproject，HGP)正式启动。2001年初，人类基因组全序列测定基本完成。人类基因组图谱为今后基因的结构与功能、表达和调控的研究奠定了基础，“功能基因组学”时代已经到来了。RNA研究也有很长的历史。2O世纪5O年代发现了mRNA、tRNA、rRNA。20世纪8O年代核酶的发现，首先突破了统治生物化学科学超过半个世纪的一个信条—“酶即是蛋白质”。之后，反义RNA、小干扰RNA以及microRNA等的发现开创了RNA研究的新纪元。核酸的研究对生命科学的发展具有极其重要的意义。首先核酸研究发展起来的各种实验手段是科学家们多角度研究生命活动的必备工具。核酸研究建立起来诸如基因工程、DNA测序、DNA芯片、反义RNA及RNA干扰技术为疾病诊断、药物筛选、基因发现及功能研究等奠定了坚实的基础。总之，人类对生命科学的最终理解是离不开核酸研究的。第5章糖类【内容提要】糖类是自然界最重要的生物分子之一。动物不能由简单的二氧化碳自行合成糖类，必须从食物中摄取。糖类是指多羟基醛、多羟基酮及其二者的衍生物，以及水解时能产生这些化合物的物质。根据糖的结构和组成，可将糖类分为单糖、寡糖、多糖以及复合糖等4类。单糖是不能被水解的多羟基醛或多羟基酮。含醛基的单糖称为醛糖（aldose）；含酮基的单糖称为酮糖（ketose）。根据单糖分子中碳原子的数目，可将其分为丙、丁、戊、己和庚糖，又分别称为三碳、四碳、五碳、六碳和七碳糖。丙糖（triose）:重要的丙糖有D-甘油醛和二羟基丙酮。它们的磷酸酯是糖酵解的重要中间产物；丁糖（tetrose）:常见的丁糖有D-赤藓糖和D-赤藓酮糖。它们的磷酸酯是磷酸戊糖途径中重要的中间产物；五碳糖（pentose）:自然界中存在的主要的戊醛糖有D-核糖、D-2-脱氧核糖、D-木糖、L-阿拉伯糖。其中前两者是核酸和脱氧核糖核酸的重要组成成分。主要的戊酮糖有D-核酮糖和D-木酮糖，两者都是磷酸戊糖途径的中间产物。己糖（hexose）包括己醛糖和己酮糖。天然界分布最广的己醛糖有D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖。重要的己酮糖有D-果糖、L-山梨糖。葡萄糖是最重要的己糖，D-葡萄糖是淀粉、糖原、纤维素等多糖的结构单位，能被动物体直接吸收，是动物的主要能源。葡萄糖分子结构可以有D-葡萄糖和L-葡萄糖两种构型，但在生物界只有D-葡萄糖。由于其分子内同时存在醛基和羟基，故可形成分子内半缩醛，成为环状结构。自然界存在的主要是D-吡喃葡萄糖（六元环）结构。在D-吡喃葡萄糖分子结构中，六元环的C原子和O原子不在一个平面上，有椅式（反式）和船式（顺式）两种构象（conformation）。由于椅式构象比船式构象稳定，因此，D-吡喃葡萄糖分子构象主要以椅式构象存在。当D-葡萄糖溶于水时，其半缩醛结构形式与直链结构形式相互转化，最后处于平衡状态，从而形成两种半缩醛（α-D-吡喃葡萄糖和β\n-D-吡喃葡萄糖）。这两种半缩醛互为立体异构体，又称为异头物（anomer）。庚糖（heptose）在自然界中主要有D-景天庚酮糖和D-甘露庚酮糖。单糖除具有旋光性、甜度和溶解度等物理性质外，还能发生多种化学反应，如还原成糖醇、被氧化成糖酸、异构化、氨基化、成酯、成苷、成脎、脱氧等。因此，单糖能形成各种单糖衍生物。某些单糖衍生物参与构成复合糖的糖链。单糖磷酸酯是生物体内重要的代谢中间物。因此，单糖衍生物在生物体内具有极其重要的作用。寡糖（oligosaccharide）是由2-20个单糖通过糖苷键相连而形成的小分子聚合糖，又称为低聚糖。其中最重要的是二糖（disaccharide）。自然界中游离存在的重要二糖有乳糖、麦芽糖、蔗糖等。乳糖和麦芽糖是还原糖，而蔗糖是非还原糖。三者的区别在于其单糖的种类与结构不同。多糖（polysaccharide）是由20个以上的单糖或单糖衍生物，通过糖苷键连接而成的高分子聚合物。包括同多糖、杂多糖两类。由同一种单糖或单糖衍生物聚合而成的多糖，称为同多糖，如糖原、淀粉、纤维素及壳多糖等；而由不同种类的单糖或单糖衍生物聚合而成的多糖，称为杂多糖，如肝素、透明质酸及硫酸软骨素等。淀粉是植物的贮能多糖；糖原是人和动物体内的贮能多糖。淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉分子中只有α-1,4-糖苷键；而支链淀粉和糖原中还有α,1-6-糖苷键，形成分支。糖原的分支程度比支链淀粉高。多糖大多数不溶于水，个别多糖能与水形成胶体溶液。多糖的生理功能是调节机体免疫功能，增强机体抗炎作用，提高机体对病原微生物的抵抗力；促进DNA和蛋白质生物合成，促进细胞生长、增殖；具有抗凝血、抗动脉粥样硬化、抗癌、抗辐射损伤等作用。糖类与蛋白质或脂类以共价键结合，形成复合糖（glycoconjugate）。糖蛋白是由寡糖链与多肽链通过糖肽键结合而成的复合糖。糖肽键主要有N-糖肽键和O-糖肽键两种类型。糖蛋白分子中寡糖链在细胞识别等生物学过程中起重要的作用。糖胺聚糖和蛋白聚糖都是动物细胞外基质的重要成分。蛋白聚糖是由一条或多条糖胺聚糖与一个核心蛋白分子共价连接而成的。糖胺聚糖，除透明质酸外，大多以蛋白聚糖形式存在。它们是高度亲水的多价阴离子，在维持软骨等结缔组织的形态和功能方面，起重要作用。脂多糖是革兰氏阴性细菌细胞壁的特有组分。它是由O-特异性多糖、核心多糖与脂质A通过糖苷键连接而成的。糖脂是生物膜的重要组分。它是由单糖或寡糖与脂类通过糖苷键连接而成的，主要有甘油糖脂和鞘糖脂。它们参与免疫反应，与细胞识别，神经冲动传导有关。总之，糖类广泛地存在于生物界，尤其是植物界，是生物体内非常重要的一类有机化合物。糖类具有下列重要的生理作用：动物吸入空气中氧，将食物中的糖类经过一系列生物化学反应逐步分解为二氧化碳和水，并释放机体活动所需要的能量，如D-葡萄糖是为机体生命活动提供所需能量的主要“燃料”分子；糖胺聚糖充当机体的结构成分，参与构成动物软骨；糖蛋白的糖链参与细胞的相互识别；糖在机体内还可以转变成其它重要的生物分子，如L-氨基酸和核苷酸等。【重点难点】1．单糖的结构和性质，重点是葡萄糖的结构、性质与功能。2．低聚糖--双糖（乳糖、麦芽糖和蔗糖）的结构和还原性。3．多糖包括同多糖和杂多糖的组成、结构、主要性质和生理功能；【目的要求】1．掌握重要单糖、双糖的结构和性质以及糖类的生理功能。2．熟悉重要同多糖（淀粉、糖原和纤维素）的结构和主要性质。3．了解糖的分类、构象和杂多糖--粘多糖（肝素、透明质酸和硫酸软骨素）。【例题解析】例1．下列哪种糖无还原性()。(A)麦芽糖；(B)蔗糖；(C)阿拉伯糖\n解析：答案是(B)。阿拉伯糖，木糖和果糖都是单糖，所有的单糖都具有还原性；而麦芽糖和蔗糖是双糖，双糖中有些糖具有还原性，有些糖无还原性。麦芽糖因分子中有一个自由醛基，所以有还原性，而蔗糖分子中无自由醛基，所以无还原性。例2.下列有关葡萄糖的叙述，哪个是错的()。(A)显示还原性；(B)在强酸中脱水形成5-羟甲基糠醛；(C)莫利希(Molisch)试验阴性；(D)与苯肼反应生成脎；(E)新配制的葡萄糖水溶液其比旋光度随时间而改变。解析：答案为(C)。因为葡萄糖分子中有醛基，所以有还原性，能和苯肼反应生成脎。葡萄糖有环状结构能从α-型变成β-型或相反地从β-型变成α-型，所以有变旋现象。葡萄糖在强酸中脱水形成5-羟甲基糠醛。所有糖类物质都有Molisch反应，葡萄糖也不例外。例3．葡萄糖和甘露糖是()。(A)异头体；(B)差向异构体；(C)对映体；(E)非对映异构体但不是差向异构体解析：答案是(B)。差向异构体是指仅仅只有一个不对称碳原子的构型不同的光学异构体。葡萄糖和甘露糖是差向异构体，因为它们仅仅是第二位碳原子构型不同。【练习题】一、名词解释1．醛糖（aldoses）2．异头物（anomers）3．异头碳（anomericcarbon）4．变旋（mutarotation）5．单糖（monosaccharide）6．糖苷键(glycosidicbond)7．多糖（polysaccharide）8．淀粉（starch）9．糖原（glycogen）10．复合糖（glycoconjugate）11．肽聚糖（peptidoglycan）12．蛋白聚糖（proteoglycans）二、填空题1．糖的主要功能有：（）、（）、（）。2．同分异构体主要包括：（）、（）、（）、（）、（）。3．根据Seliwanoff反应，将糖与浓酸作用后再与间苯二酚反应，若是酮糖就显()色，若是醛糖就显()色。4．葡萄糖是否是还原糖（）。5．单糖与强酸作用可以主要生成（）。6．麦芽糖的糖苷键为（）。7．在直链淀粉中，还原端和非还原端的数量各为（）、（）。而支链淀粉中还原端和非还原端的数量为（）、（）。8．结构最简单的糖是：（）和（）。9．没有构型的糖是（）。三、选择题1．下列那种糖不是寡糖：（）A、果糖B、麦芽糖C、蔗糖D、乳糖2．下列不是杂多糖的为（）A、透明质酸B、硫酸软骨素C、肝素D、蛋白多糖3．下列物质中哪种不是糖胺聚糖()A、果胶B、硫酸软骨素C、透明质酸D、肝素\nE、硫酸黏液素4．糖胺聚糖中不含硫的是()A、透明质酸B、硫酸软骨素C、硫酸皮肤素D、硫酸角质素E、肝素四、简答题1．什么是碳水化合物？  2．单糖的主要理化学性质有哪些？3．葡萄糖有链状和环状结构是根据什么事实提出的？4．在糖的化学中D、L、α、β、(+)、(-)各表示什么？5．乳糖、麦芽糖、蔗糖在结构和性质上有什么异同点？6．糖原的组成和结构怎样？7．在糖蛋白中糖与蛋白质是如何结合的？有什么生物功能？【参考答案】一、名词解释1．醛糖（aldoses）：一类单糖，该单糖中氧化数最高的碳原子（指定为C-1）是个醛基。2．异头物（anomers）：仅在氧化数最高的碳原子（异头碳）具有不同构型的糖分子的两种异构体。3．异头碳（anomericcarbon）：一个环化单糖的氧化数最高的碳原子。异头碳具有一个羰基的化学反应性。4．变旋（mutarotation）：一个吡喃糖、呋喃糖或糖苷伴随着它们的α-和β-异构形式的平衡而发生的比旋度变化。5．单糖（monosaccharide）：由三个或更多碳原子组成的具有经验公式（CH2O）n的简单糖。6．糖苷键(glycosidicbond)：一个糖半缩醛羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛或缩酮键，常见的糖苷键有O-糖苷键和N-糖苷键。7．多糖（polysaccharide）：20个以上的单糖通过糖苷键连接形成的聚合物。多糖链可以是线性的或带有分支的。8．淀粉（starch）：一类可作为植物中贮存多糖的葡萄糖残基的同聚物。由两种形式的淀粉：一种是直链淀粉，是没有分支的只是通过α-（1→4）糖苷键连接的葡萄糖残基聚合物。另一种是支链淀粉，是含有分支的α-（1→4）糖苷键连接的葡萄糖残基聚合物，支链在分支点处通过α-（1→6）糖苷键与主链相连。9．糖原（glycogen）：是含有分支的α-（1→4）糖苷键连接在一起的葡萄糖的同聚物，支链在分支点处通过α-（1→6）糖苷键与主链相连。10．复合糖（glycoconjugate）：是指支链淀粉中带有支链的核心部分，该部分在支链淀粉经淀粉酶水解作用、糖原磷酸化酶或淀粉磷酸化酶作用后仍然存在。糊精的进一步降解需要α（1→6）糖苷键的水解。11．肽聚糖（peptidoglycan）：N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰唾液酸交替连接的杂多糖与不同组成的肽交叉连接形成的大分子。肽聚糖是许多细菌细胞壁的主要成分。12．蛋白聚糖（proteoglycans）：由杂多糖与一个多肽链组成的杂化大分子，多糖是分子的主要成分。二、填空题1．能源，结构，信息传递2．结构异构，立体异构，几何异构，旋光异构，差向异构3．鲜红，淡红4．是5．糠醛\n6．葡萄糖α-1,4-葡萄糖苷7．1，1，1多个8．甘油醛，二羟丙酮9．二羟丙酮三、选择题1．D；2．C；3．A；4．A。四、简答题1．什么是碳水化合物？  答：碳水化合物是自然界存在很广泛的一类物质，是食物的主要成分之一。由碳、氢、氧三种元素组成。碳水化合物又称糖。碳水化合物分单糖、二糖、低聚糖、多糖四类。2．单糖的主要理化学性质有哪些？答：所有的单糖分子都含有不对称碳原子。因此具有旋光性（opticalactivity）。用“+”表示右旋；“-”表示左旋。使偏振光平面向左旋转的单糖，称为左旋糖；使偏振光平面向右旋转的单糖，称为右旋糖。一种单糖（如D-葡萄糖）在溶液中放置后，其比旋度发生改变的现象，称为变旋（mutarotation）现象。变旋的原因是单糖从α-D构象变成β-D构象，或者相反。变旋作用是可逆的；另外，单糖具有一定的甜度和溶解度。由羟基产生的化学性质包括（1）成酯反应；（2）成苷反应；（3）氨基化。由醛基或酮基产生的化学性质包括（1）还原作用；（2）单糖被氧化；（3）异构化；（4）形成糖脎。3．葡萄糖有链状和环状结构是根据什么事实提出的？答：葡萄糖的直链结构不能解释葡萄糖在溶液中发生的变旋现象。而且也解释不了很多其他的化学现象。由葡萄糖的结构可以发现它既具有醛基也具有醇羟基。因此，可以形成环状的半缩醛。4．在糖的化学中D、L、α、β、(+)、(-)各表示什么？答：单糖分子中都含有一个以上的不对称碳原子(二羟丙酮除外)，因此单糖具有多种旋光异构体。为了表示不同的旋光异构体的构型，人们定了一个原则,以最简单的单糖甘油醛的旋光异构体的构型为标准，人为地指定其不对称碳原子上的羟基在右边的叫D—型，在左边的叫L-型。D-型与L-型互为对映体。甘油醛分子前面D，L表示糖的构型，(+)和(-)表示糖的旋光方向，(+)表示右旋，(-)表示左旋。确定了甘油醛的构型以后，人们进一步规定，凡在理论上可由D-甘油醛衍生出来的单糖，均为D-型糖；由L-甘油醛衍生出来的单糖，均为L-型糖。要确定一个单糖分子是D-型还是L-型，可看该糖分子中离醛基或酮基最远的不对称碳原子(即倒数第二个碳原子)的构型，如果与D-甘油醛相同的称D-型糖，与L-甘油醛相同的则称L-型糖。α、β符号表示的是单糖分子成环状结构时的两个旋光异构体构型，当单糖分子(如葡萄糖)内部发生醇醛缩合时，即可形成环状结构，这时，单糖分子C1原子变成不对称碳原子。5．乳糖、麦芽糖、蔗糖在结构和性质上有什么异同点？答：二糖（disaccharide）又称双糖，是寡糖中最重要的一类。它是由两分子单糖脱水缩合而成的。二糖水解后得到两分子单糖。自然界中游离存在的重要二糖有乳糖、蔗糖、麦芽糖等。乳糖（lactose）分子是由β-D-半乳糖分子与α-D-葡萄糖分子缩合而形成的双糖。其连接键是β,α(1→4)糖苷键。乳糖主要存在于哺乳动物的乳汁中。人乳中含量约为5%~8％；牛乳中含4%~5％。它是幼畜糖类营养的主要来源。乳糖在水中溶解度较小，分子中有游离的半缩醛羟基，故具有变旋性和还原性。蔗糖（sucrose）是由α-D-葡萄糖分子与β-D-果糖分子，按α,β(1→2)糖苷键的形式，缩合而形成的二糖。\n蔗糖有甜味，是日常生活常用的食糖。甜菜、蜂蜜以及甜味水果（如香蕉、菠萝等）中都含有丰富的蔗糖。蔗糖没有游离的醛基，故没有还原性。蔗糖是右旋糖，其水溶液的比旋度为+66.5°。蔗糖水解后得到等量的葡萄糖和果糖混合物。混合物的比旋光度为-19.8°，水解液表现为左旋，因此，常将蔗糖的水解产物称为转化糖。麦芽糖（maltose）是由两个α-D-葡萄糖分子缩合而形成的二糖。其连接键是α(1→4)糖苷键，具有还原性和变旋性。它大量存在于发芽谷粒中，特别是麦芽中。在制糖工业中，用淀粉酶水解淀粉，可以生产麦芽糖浆。在食品工业中，麦芽糖用作冷冻食品的稳定剂和填充剂，作为烘烤食品的膨松剂，并作为饴糖的主要成分，供人类食用。对上述蔗糖、麦芽糖及乳糖的结构与性质作了比较。由此可以看出它们的共同点和差异。表.蔗糖、麦芽糖与乳糖结构与性质比较名称组成糖苷键物理性质化学性质存在蔗糖1分子α-D-葡萄糖1分子β-D-果糖α,β-1,2-白色结晶，很甜，易溶于水，有旋光性，无变旋性无还原性，不能形成糖脎甘蔗、甜菜麦芽糖2分子α-D-葡萄糖α-1,4-白色结晶，甜度仅次于蔗糖，易溶于水，有旋光性，变旋性有还原性，能形成糖脎麦芽乳糖1分子β-D-半乳糖1分子α-D-葡萄糖β,α-1,4-白色结晶，微甜，不溶于水，有旋光性，变旋性有还原性，能形成糖脎乳6．糖原的组成和结构怎样？答：糖原由许多D-葡萄糖组成，它们之间通过α-1,4和α-1,6二种糖苷键相连。在结构上的主要特点在于糖原分子分支多，链短和结构更紧密。7．在糖蛋白中糖与蛋白质是如何结合的？有什么生物功能？答：糖蛋白（glycoprotein）是由糖链与蛋白质多肽链共价结合而成的球状高分子复合物。不同的糖蛋白其糖和蛋白质之间的比例不同，多数情况下，以蛋白质为主，而糖链较小，故总体性质更接近蛋白质。糖蛋白分子结构包含糖链、蛋白质和糖肽键三部分。糖蛋白的生理功能主要表现在：①具有酶及激素的活性；②由于糖蛋白的高黏度特性，机体可用它作为润滑剂、保护剂；③具有防止蛋白酶的水解，阻止细菌、病毒侵袭作用；④在组织培养时对细胞黏着和细胞接触起抑制作用；⑤对外来组织细胞识别、肿瘤特异性抗原活性的鉴定有一定作用。第6章生物膜与物质运输【内容提要】细胞是生命有机体的基本组成单位。动物细胞属于真核细胞，具有复杂精细的结构。除少数具有特定功能的细胞外，绝大多数动物细胞的结构由外及里依次为：细胞膜，细胞质，多种细胞器及细胞核。细胞膜又称为质膜（plasmamembrane），是包围在细胞表面的一层薄膜。细胞质是指由质膜所包裹的液体成分，又称为胞液。各种功能独特的细胞器，如线粒体、溶酶体、高尔基体、核糖体和内质网等存在于胞液中。质膜以及细胞器的膜结构（内膜系统）统称为生物膜。细胞核位于细胞的内部，表面由核膜包裹着，核膜上有小孔，称为核孔，是与细胞质进行物质交换的通道。核的内部含有染色体和核仁及少量的液体。1．生物膜的组成和性质生物膜是由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂、糖脂和胆固醇）和糖类等基本化学成分组成的。膜蛋白根据其与膜的结合方式和紧密程度，有外在蛋白和内在蛋白之分。外在蛋白分布在膜的脂双层表面。内在蛋白全部或部分埋在脂双层的疏水区或横跨全膜。外在\n蛋白一般溶于水，易于分离；内在蛋白不溶于水，难于分离，因此已确定结构的不多。膜蛋白的种类和数量越多，膜的功能也就越复杂。磷脂是膜脂的主要成分，此外还有糖脂和胆固醇。膜脂的双亲性是生物膜具有脂质双层结构的化学基础。膜上的成分都在不断的运动中，膜具有液晶的特性，因此有流动性。这个特性与膜脂的化学组成有关。流动镶嵌学说提出了生物膜的结构模型。脂质为膜蛋白提供合适的环境，往往是膜蛋白表现功能所必需的。糖类约占质膜重量的2%～10%，大多数与膜蛋白结合，少量与膜脂结合，分布于质膜表面的多糖-蛋白复合物中，常称细胞外壳，在接受外界信息及细胞间相互识别方面具有重要作用。生物膜的组分因膜的种类或细胞所处的生理状态不同而不同或有所差异，一般功能复杂或多样的膜，蛋白质比例较大，蛋白质与脂质的比例可从1:4到4:1。2．生物膜的分子结构特点生物膜是蛋白质、脂质和糖类组成的超分子体系，彼此之间是有联系有作用的。（1）生物膜分子间作用力：静电力，疏水力和范德华力。（2）生物膜结构的主要特征：①膜组分的不对称分布：各组分在膜两侧分布是不对称的，从而导致膜两侧电荷数量、流动性等的差异，与膜蛋白定向分布及功能密切相关。②生物膜的流动性：合适的流动性对生物膜表现其正常功能具有十分重要的作用。    膜的流动性主要取决于：脂肪酸的链长和不饱和度、胆固醇的含量、温度、pH、离子强度等。3.生物膜的主要功能生物膜的主要功能有以下几点：①分隔细胞、细胞器。细胞及细胞器功能的专门化与分隔密切相关。②物质运输：生物膜具有高度选择性的半透性阻障作用，膜上含有专一性的分子泵和门，使物质进行跨膜运输，从而主动从环境摄取所需营养物质，同时排除代谢产物和废物，保持细胞动态恒定。③能量转换：如氧化磷酸化在膜上进行，为有序反应。④信息的识别和传递：在生物通讯中起中心作用，细胞识别、细胞免疫、细胞通讯都是在膜上进行的。4．生物膜的物质运输物质的跨膜运输是膜的重要生物学功能之一。（1）生物膜的主动运输和被动运输根据物质运输自由能变化，可分为主动运输和被动运输。①主动运输：物质逆电化学梯度的运输过程，它需要外界供给能量才能进行，例如钠钾泵。主动运输具有专一性、饱和性、方向性、选择性抑制和需要提供能量等特点。②被动运输：物质从高浓度一侧顺浓度梯度的方向，通过膜运输到低浓度一侧的过程。又分为两种方式：简单扩散与促进扩散。（2）小分子和离子的运输小分子和离子的运输主要有三种方式。一是顺浓度梯度的简单扩散；二是顺浓度梯度并且依赖于通道或载体的促进扩散；三是逆浓度梯度并且需要膜上特异的蛋白结构参与。Na+，K+，Ca2+，Cl-等离子跨膜运输大多是通过专一性蛋白运输的。①Na+/K+－泵：又叫Na+，K+-ATP酶。细胞通过Na+，K+-ATP酶水解ATP提供的能量，主动向外运输Na+而向内运输K+。从而导致了细胞内高K+低Na+，细胞外高Na+低K+的结果。每分解一个ATP分子泵出3个Na+，泵入2个K+。②Na+/K+-ATP酶作用机制──构象变化假说。③生理意义：不仅维持细胞的膜电位，使细胞成为可兴奋细胞，而且是神经、肌肉\n细胞等的活动基础，还可调节细胞的体积和驱动某些细胞中糖和氨基酸的运送。（3）生物大分子的跨膜运输多核苷酸或多糖等生物大分子甚至颗粒物的运输主要是通过胞吐作用、胞吞作用。胞外的蛋白质常通过受体介导的内吞作用进入胞内，而分泌蛋白则由信号肽引导穿越内质网，经高尔基体，最终以分泌囊泡与细胞膜融合外排。①胞吐作用：细胞内物质先被囊泡裹入形成分泌泡，然后与细胞质膜接触，融合并向外释放被裹入的物质。②胞吞作用：细胞从外界摄入的大分子或颗粒逐渐被质膜的一小部分包围，内陷，然后从质膜上脱落，形成含有摄入物质的细胞内囊泡。【重点难点】1．细胞的生物化学形态；2．生物膜的化学组成与结构特点；3．物质的跨膜运输1）小分子和离子的跨膜运输（包括简单扩散、促进扩散和主动运输）；2）大分子物质的跨膜转运（包括内吞、外排和分泌蛋白的跨膜转运）。【目的要求】1．掌握生物膜的化学组成与结构特点。生物膜的化学组成包括膜脂、膜蛋白和膜糖，强调膜成分的双亲特点；生物膜的结构特点，膜的流动镶嵌模型，膜的流动性及影响因素，膜脂与膜蛋白的关系，膜的不对称性等。2．掌握物质的跨膜运输方式和机理，包括小分子和离子的跨膜运输，大分子物质的跨膜运输。重点掌握生物膜运输物质的几种形式和Na+/K+-泵作用机制。3．熟悉磷脂、胆固醇和糖脂的结构和作用。【例题解析】例1．生物膜的结构对生物有什么作用？解析：生物膜主要是由蛋白质、脂质、多糖类组成，形成一个流动的自我封闭体系，它对生物的作用主要体现在以下方面：（1）可以提供一个相对稳定的内环境；（2）生物膜可以进行选择性的物质运输，保证生物体的正常生理功能；（3）生物膜与信号传导、能量传递、细胞识别、细胞免疫等细胞中的重要过程相关。总之，生物膜使细胞和亚细胞结构既各自具有恒定、动态的内环境，又相互联系相互制约，共同组成了一个生命或生命的基本单位。例2．Na+/K+-ATP酶作用机制──构象变化假说的主要内容是什么？解析：（1）Na+与ATP酶结合。（2）细胞质侧ATP酶被ATP磷酸化，消耗1分子ATP。磷酸基团转移到ATP酶上。（3）诱导ATP酶构象变化，将Na+运送至细胞膜外侧。（4）K+结合到细胞表面。（5）ATP酶去磷酸化。（6）ATP酶回到原来构象，K+通过膜释放到细胞质侧。【练习题】一、名词解释1．生物膜（biologicalmembrane）；　　2.内在蛋白（intrinsicprotein）；3.胞吞（endocytosis）；　　　　　　4.通透系数（permeabilitycoefficient）；5.协同运送(cotransport)；　　　　　6.主动运输（activetransport）；7．流体镶嵌模型(fluidmosaicmodel)；　　8.　G蛋白(Gprotein)。二、填空题1．生物膜主要是由_______、_______、_______组成，此外还有_______、_______等。\n2．生物膜所含的膜脂类以_______为主要的成分。3．动物细胞的质膜中所含的糖脂几乎都是_______的衍生物。4．膜脂具有_______性，因此膜脂包括磷脂分子在水溶液中的溶解度是有限的。5．膜蛋白分为_______、_______。6．物质的过膜转运方式有_______、______。其中，方向相同，称______；方向相反，称______。7．小分子与离子的过膜转运方式有_______、_______、_______。8．大分子物质的跨膜转运方式有_________、_______、_______。9．磷脂的流动性不同，这主要是因为它们的_______。10．Na+/K+-ATP酶位于_______膜，Ca2+-ATP酶主要位于_______膜。11．细胞色素是一类_______，在线粒体内膜上起_______作用。12．Na+/K+-ATP酶每水解一分子ATP，泵出_______个Na+泵入_______K+。13．生物膜上的糖都与_______或_______共连接。14．真核细胞中，细胞内Na+浓度比细胞外_______，细胞内K+浓度比细胞外_______。15．细胞内具有二层脂双层膜结构的有_______和_______。三、判断题1．质膜上糖蛋白的糖基都位于膜的外侧。（）2．生物活性物质在膜上的受体都是蛋白质。（）3．生物膜象分子筛一样对大分子不能通过，对小分子能以很高的速度通过。（）4．ATP不是化学能量的储存库。（）5．受体就是细胞膜上与某一蛋白质专一而可逆结合的一种特定的蛋白质。（）6．生物膜上的膜蛋白基本上不是球蛋白，所以它们不溶于水。（）7．生物膜上的脂质主要是磷脂。（）8．膜蛋白都是在粗糙内质网膜上合成的。（）9．物质跨膜主动运输的主要特点是物质运送有赖于ATP水解的能量。（）10．水是能通透脂双层膜的。（）四、简答题1．构成生物膜的化学成分有哪些？2．简述生物膜的结构特点，有哪些重要的功能？3．为什么说生物膜具有不对称性和流动性？“流动镶嵌”模型的要点有哪些？4．简述生物膜上物质转运的方式。5．什么是Na+—K+泵？有什么生理功能？6．Ca2+-ATP酶有什么生理功能？ 【参考答案】一、名词解释1.镶嵌有蛋白质的脂双层，起着划分和分隔细胞和细胞器的作用。生物膜也是许多与能量转化和细胞内通讯有关的重要部位。2．插入脂双层的疏水核和完全跨越脂双层的膜蛋白。3．物质被质膜吞入并以膜衍生出的脂囊泡形式（物质在囊泡内）并被带入到细胞内的过程。4．是离子或小分子扩散过脂双层膜能力的一种量度。5．两种不同溶质跨膜的耦联转运。可以通过一个转运蛋白进行同一方向（同向转运）或反方向（反向转运）转运。6．一种转运方式，通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白，然后被转运过膜，但与被动转运方式相反转运是逆着浓度梯度方向进行的，所以主动转运需要能量来驱动。7\n．针对生物膜的结构提出的一种模型。在这个模型中，生物膜被描述成镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构和功能上都表现出不对称性。有的蛋白质"镶"在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。另外脂和膜蛋白都可以进行横向扩散。8.在细胞内信号传导途径中起着重要作用的GTP结合蛋白质，由α、β、γ三个不同亚基组成。与激素受体结合的配体诱导GTP与G蛋白结合的GDP进行交换，结果激活位于信号传导途径中下游的腺苷酸环化酶。G蛋白将胞外的第一信使肾上腺素等激素和胞内的腺苷酸环化酶催化的腺苷酸环化生成的第二信使cAMP联系起来。G蛋白具有内源GTP酶活性。二、填空题1．蛋白质，脂类，糖类，金属离子，水。2．磷脂。3．鞘氨醇。4．流动。5．外在蛋白，内在蛋白。6．单向转运，协同转运，同向转运，反向转运。7．简单扩散，促进扩散和主动运转。8．内吞作用，外排作用，分泌蛋白通过内质网转运。9．脂肪酸烃链的长度和不饱和度。10．细胞质、肌质网。11．含有铁吡啉的蛋白质、电子传递。12．3，2。13．脂质、蛋白质。14．低，高。15．线粒体膜，核膜。三、判断题1．对。2．错。3．错。4．错。5．错。6．错。7．对。8．错。9．错。10．对。四、简答题1．构成生物膜的化学成分有哪些？答：生物膜是由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂、糖脂和胆固醇）和糖类等基本化学成分组成的。另外，还有少量的金属和水。膜蛋白根据其与膜的结合方式和紧密程度，有外在蛋白和内在蛋白之分。膜蛋白的种类和数量越多，膜的功能也就越复杂。磷脂是膜脂的主要成分，此外还有糖脂和胆固醇。膜脂的双亲性是生物膜具有脂质双层结构的化学基础。膜上的成分都在不断的运动中，因此膜呈流动的液晶态。这个特性与膜脂的化学组成有关。脂质为膜蛋白提供合适的环境，往往是膜蛋白表现功能所必需的。糖类约占质膜重量的2%～10%，大多数与膜蛋白结合，少量与膜脂结合。分布于质膜表面的多糖-蛋白复合物，在接受外界信息及细胞间相互识别方面具有重要作用。生物膜的组分因膜的种类或细胞所处的生理状态不同而不同或有所差异，一般功能复杂或多样的膜，蛋白质比例较大，蛋白质：脂质比例可从1:4到4:1。2．简述生物膜的结构特点，有哪些重要的功能？答：膜的结构特点的要点如下：1）膜的运动性；2）膜脂的流动性与相变；3）膜蛋白与膜脂质的相互作用；4）脂质双层的不对称性；5）液态镶嵌模型。其主要功能如下：1）分隔细胞、细胞器。细胞及细胞器功能的专门化与分隔密切相关；2）物质运送：生物膜具有高度选择性的半透性阻障作用，膜上含有专一性的分子泵和门，使物质进行跨膜运送，从而主动从环境摄取所需营养物质，同时排除代谢产物和废物，保持细胞动态恒定；3）能量转换：如氧化磷酸化和光合作用均在膜上进行，为有序反应；4）信息的识别和传递：在生物通讯中起中心作用，细胞识别、细胞免疫、细胞通讯都是在膜上进行的。\n3．为什么说生物膜具有不对称性和流动性？“液态镶嵌”模型的要点有哪些？答：液态镶嵌模型认为细胞膜是流动的脂质双分子层中镶嵌着球形蛋白按二维排列组成的。流动的脂质分子构成细胞膜的连续主体，膜中球形蛋白质分子以各种形式与脂分子双层相结合。这一模型的主要特点是：①强调膜的流动性，认为膜的结构不是静止的，而是动态的；②脂质双分子层中镶嵌着可移动的膜蛋白，表现出分布的不对称性。4．简述生物膜上物质转运的方式。答：根据被转运的对象及转运过程是否需要载体和消耗能量，还可再进一步细分出各种跨膜运输的方式。如1）小分子与离子的过膜转运可分为：（1）简单扩散；（2）促进扩散；（3）主动转运。2）大分子物质的过膜转运分为：（1）内吞作用；（2）外排作用；（3）分泌蛋白通过内质网的转运。5．什么是Na+/K+泵？有什么生理功能？答：Na+/K+泵即Na+/K+—ATP酶，是膜中的内在蛋白，由一个大的跨膜的催化亚单位和一个小的糖蛋白组成。在脂膜外侧一端可与K+结合，而在内侧一端可与Na+结合，由ATP提供能量。其作用过程可分为两个步骤：①在细胞内侧有Na+、Mg2+与酶结合，激活了ATP酶活性，ATP水解为ADP和Pi，Pi与ATP酶结合形成磷酸—ATP酶中间体（即酶磷酸化），引起酶构象改变。于是与Na+结合的部位转向外侧，这种磷酸化的酶对Na+亲和力低，对K+亲和力高，因而在膜外侧释放Na+。②改变构象的酶在膜外与K+结合，促进去磷酸化，磷酸根很快解离，酶的构象又恢复原状，将K+在膜内侧释放。这样，通过反复的磷酸化和去磷酸化，酶构象发生改变，将Na+释放到细胞外，将K+摄到细胞内。6．Ca2+-ATP酶有什么生理功能？答：是细胞质膜和细胞内膜系统中的Ca2＋运送体系，是一个跨膜的膜结合蛋白。它的作用机制包括磷酸化和去磷酸化过程。磷酸化时酶被激活对Ca2＋有高亲和力，将Ca2＋由肌质网膜外侧运送倒内质网膜酶储集，使肌质网膜内外形成明显的Ca2＋梯度。泵的作用是保持胞外和细胞内质网腔内的Ca2+浓度远高于泡液。第7章生物催化剂—酶【内容提要】酶是由生物活细胞所产生的，在体内外均具有高度专一性和极高催化效率的生物大分子，包括蛋白质和核酸。在生物体的活细胞中，成千上万的生物化学反应之所以能在常温常压下以极高的速度和很大的专一性进行，是由于生物细胞中存在着生物催化剂——酶。目前发现的酶绝大多数是蛋白质，大量的实验已经证实了这一点。Cech和Altman于1982年首先发现rRNA的前体本身具有自我催化作用，并提出了核酶（ribozyme）的概念。以后不少的实验证明，某些RNA和DNA确实具有酶的催化活性。在蛋白酶中，根据所催化的反应类型，可将其分为6大类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶等。根据其化学组成，又可分为单纯酶和结合酶。单纯酶是基本组成成分仅为氨基酸的一类酶。结合酶由酶蛋白和辅助因子两部分构成，辅助因子一般是指辅基、辅酶或金属离子。酶蛋白决定了反应的专一性，辅助因子则与催化反应的性质有关。维生素作为绝大多数结合蛋白酶中的辅助因子而发挥了重要的生理作用。动物机体缺乏某种维生素时，代谢受阻，表现出维生素缺乏症。酶的结构与其功能密切相关。酶分子中的一些必需基团组成了酶的活性中心，它有两个功能部位，即结合部位和催化部位。酶通过与底物的相互作用，发挥其高效催化活性。酶的催化机理包括过渡态学说、邻近和定向效应、锁钥学说、诱导契合学说、酸碱催化和共价催化与表面效应等。每个学说都有各自的理论依据，其中过渡态学说或中间产物学说为大家所公认，诱导契合学说也对酶的研究发挥了重要作用。\n酶促反应的速度受多种因素影响，包括底物浓度（S）、酶的浓度（E）、反应温度（T）、反应pH值、激活剂（A）和抑制剂（I）等。底物浓度和反应速度的关系可用米氏方程式表示，米氏常数Km是酶的特征性常数，一定程度上反映了酶与底物的亲和力，其物理意义是当酶促反应速度达到最大反应速度（Vmax）一半时的底物浓度。酶的抑制作用包括不可逆抑制与可逆抑制。在可逆抑制中，竞争性抑制和非竞争性抑制是两种重要的抑制作用。酶的活性有多种调节方式，如变构调节、共价修饰调节等。有些酶以酶原形式存在，只有在一定条件下激活才表现出活性。酶作为一种生物催化剂不同于一般的催化剂，它具有反应条件温和、催化效率高、高度专一性和酶活可调控性等特点。酶的专一性可分为相对专一性、绝对专一性和立体异构专一性。其中相对专一性又分为基团专一性和键专一性；立体异构专一性又分为旋光异构专一性、几何异构专一性和潜手性专一性。同工酶和变构酶是两种重要的酶。同工酶是指有机体内能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的理化性质不完全相同的一组酶。同工酶的存在与不同的组织或细胞的代谢特点相适应；变构酶是利用构象的改变来调节其催化活性的酶，是一个关键酶，催化限速步骤。酶的命名方法有系统命名和习惯命名两种，依据催化反应的性质分为6大类，每一个酶有特定的编号。酶对于动物的健康至关重要，在科学研究和生产实际中有广泛的应用。酶技术是近年来发展起来的，现在的基因工程、遗传工程、细胞工程、酶工程、生化工程和生物工程等领域都有酶技术的参与。【重点难点】1．酶的组成、结构及其与功能的关系；2．酶催化反应的特点与机制；3．酶促反应动力学：温度、pH、酶的浓度、底物浓度、激活剂和抑制剂对酶促反应的影响；4．酶活性的调节方式与机制。5．水溶性与辅酶维生素的功能。【目的要求】1．掌握酶的化学本质和化学组成，酶催化反应的特点与机制。2．掌握酶促反应动力学及其影响因素。3．掌握酶活性的调节方式与机制4．熟悉维生素的概念、分类、理化性质、主要来源、作用及缺乏病，重点是B族维生素与酶的辅助因子的关系。5．了解酶的命名、分类和活性测定。【例题解析】例1．在一个米氏酶机制中，对于下列反应速率分别需求怎样的底物浓度（与Km相关）：a）0.1Vmax；b）0.25Vmax；c)0.5Vmax；d）0.9Vmax解析：将速率分别代入米氏方程，即得底物浓度。a）1/9Km；b）1/3Km；c）km；d）9Km。例2．酶和底物在反应时均有变化吗？解析：有变化。本题主要考查酶催化底物反应的分子机制。一个活性位点对底物的诱导契合概念强调了活性位点契合进底物功能基团的适应作用。一个不良的底物或抑制剂不能诱导在活性位点中的正确构象反应。例3．什么是核酶(ribozyme)和抗体酶(abzyme)？它们和经典的酶(enzyme)有什么不同？解析：本题首先要求弄清楚核酶、抗体酶及经典酶的概念。\n核酶是具有催化性的核糖核酸。用酶反应中间物作为抗原而诱导产生的具有对中间物催化能力的抗体被定义为抗体酶。核酶不是蛋白质，而经典的酶则几乎全是蛋白质。抗体酶是人为制备的抗体，只是具有催化能力，其结构具有抗体的特性，没有经典酶蛋白那样多变的结构。经典的酶所催化的反应基本上均是对抗体中已有的生物分子，而抗体酶的“底物”可人为的选择。例4．有一种蛋白水解酶，作用于数种人工合成底物，为了比较这些不同的底物和酶的亲和力的差异，应该怎样来说明它？解析：可以分别测定此酶对几种人工合成底物的米氏常数，然后比较它们的大小，数值最小的底物则和酶的亲和力最大，随着米氏常数的依次增大，各底物和酶的亲和力依次降低。【练习题一】一、名词解释1．米氏常数（Km值）；2．单体酶（monomericenzyme）；3．全酶（holoenzyme）；4．同工酶（isozyme）；5．诱导酶（inducedenzyme）；6．酶原（zymogen）；7．NADP+（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate）；8．CoA（coenzymeA）；9．活化能（activationenergy）；10．辅助因子（cofactors）。二、选择题（只有一个答案是正确的）1．下面有关酶的描述，哪项是正确的？（）A．所有的酶都含有辅基或辅酶B．只能在体内起催化作用C．大多数酶的化学本质是蛋白质D．能改变化学反应的平衡点加速反应的进行2．酶原是没有活性的，这是因为：（）A．酶蛋白肽链合成不完全B．活性中心未形成或未暴露C．缺乏辅酶或辅基D．是已经变性的蛋白质3．磺胺类药物的类似物是：（）A．四氢叶酸B．二氢叶酸C．对氨基苯甲酸D．叶酸4．关于酶活性中心的叙述不正确的是（）A．酶与底物接触只限于酶分子上与酶活性密切相关的较小区域B．必需基团可位于活性中心之内，也可位于活性中心之外C．一般来说，总是多肽链的一级结构上相邻的几个氨基酸残基相对集中，形成酶的活性中心D．当底物分子与酶分子相接触时，可引起酶活性中心的构象改变5．辅酶NADP+分子中含有哪种B族维生素？（）A．磷酸吡哆醛B．核黄素C．叶酸D．尼克酰胺6．下列关于酶蛋白和辅助因子的叙述，哪一点不正确？（）A．酶蛋白或辅助因子单独存在时均无催化作用B．一种酶蛋白只与一种辅助因子结合成一种全酶C．一种辅助因子只能与一种酶蛋白结合成一种全酶D．酶蛋白决定结合酶蛋白反应的专一性7．如果有一酶促反应，其〔S〕=1/2Km，则v值应等于多少Vmax？（）A．0．25B．0．33C．0．50D．0．678．有机磷杀虫剂对胆碱酯酶的抑制作用属于：（）A．可逆性抑制作用B．非竞争性抑制作用C．反竞争性抑制作用D．不可逆性抑制作用9．关于pH对酶活性的影响，不正确的是（）A．影响必需基团解离状态B．也能影响底物的解离状态C．酶在一定的pH范围内发挥最高活性D．破坏酶蛋白的一级结构10．丙二酸对于琥珀酸脱氢酶的影响属于：（）A．反馈抑制B．底物抑制C．竞争性抑制D．非竞争性抑制11\n．酶促反应速度对底物浓度作图，当底物浓度达一定程度时，得到的是零级反应，对此最恰当的解释是：()A、形变底物与酶产生不可逆结合B、酶与未形变底物形成复合物C、酶的活性部位为底物所饱和D、过多底物与酶发生不利于催化反应的结合12．米氏常数Km是一个用来度量()A、酶和底物亲和力大小的常数B、酶促反应速度大小的常数C、酶被底物饱和程度的常数D、酶的稳定性常数三、填空题1．结合蛋白酶类必需由__________和___________相结合后才具有活性，前者的作用是_________，后者的作用是__________。2．__________抑制剂不改变酶促反应的Vmax。__________抑制剂不改变酶促反应的Km值。3．乳酸脱氢酶（LDH）是_______聚体，它由________和_________亚基组成，有________种同工酶，其中LDH1含量最丰富的是__________组织。4．L-精氨酸只能催化L-精氨酸的水解反应，对D-精氨酸则无作用，这是因为该酶具有_________专一性。5．激酶是一类催化_________反应的酶。四、判断题（在题后括号内打√或×）1．酶促反应的初速度与底物浓度无关。（）2．当底物处于饱和水平时，酶促反应的速度与酶浓度成正比。（）3．某些酶的Km由于代谢产物存在而发生改变，而这些代谢产物在结构上与底物无关。（）4．某些调节酶的S形曲线表明，酶与少量底物结合可增加其对后续底物分子的亲和力。（）5．测定酶活力时，底物浓度不必大于酶浓度。（）6．对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，又可以改变逆反应速度。（）7．酶只能改变化学反应的活化能而不能改变化学反应的平衡常数。（）8．酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。（）9．某己糖激酶作用于葡萄糖和果糖的Km值分别为6×10-6mol/L和2×10-3mol/L，由此可以看出其对果糖的亲和力更高。（）10．Km是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶浓度无关。（）五、简答题1．什么是酶？绝大多数酶的化学本质是什么？如何证明？2．简述酶作为生物催化剂与一般化学催化剂的异同点。3.国际酶学委员会根据酶催化的反应类型将酶分为几类？并各举两到三例。4．简述Cech及Altman是如何发现具有催化活性的RNA的？5.乙醇脱氢酶催化各种醇氧化为相应的醛。如果底物浓度（molL-1）和酶量确定，下列底物的反应速率不同：甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，环己醇，苯酚。（a）以反应速率降低的顺序将上述底物重新排列。（b）请解释排列的原因。6．称取25mg蛋白酶配成25mL溶液，取2mL溶液测得含蛋白氮0.2mg，另取0.1mL溶液测酶活力，结果每小时可以水解酪蛋白产生1500μg酪氨酸，假定1个酶活力单位定义为每分钟产生1μg酪氨酸的酶量，请计算：（1）酶溶液的蛋白浓度及比活。（2）每克纯酶制剂的总蛋白含量及总活力。7．Vmax与米氏常数可以通过作图法求得，试比较V～[S]作图，双倒数作图，V～V/[S]作图，[S]/V～[S]作图及直接线性作图法求Vmax和Km的优缺点？8．（1）为什么某些肠道寄生虫如蛔虫在体内不会被消化道内的胃蛋白酶、胰蛋白酶消化？（2）为什么蚕豆必须煮熟后食用，否则容易引起不适？\n 【参考答案一】一、名词解释1．米氏常数用Ｋm值表示，是酶的一个重要参数。Ｋm值是酶反应速度（V）达到最大反应速度（Vmax）一半时底物的浓度（单位M或mM）。米氏常数是酶的特征常数，只与酶的性质有关，不受底物浓度和酶浓度的影响。2．只有一条多肽链的酶称为单体酶，它们不能解离为更小的单位。分子量为13,000~35,000。3．由酶蛋白与辅助因子结合而成的具有活性的完整的酶分子，称作全酶。4．是指有机体内能够催化同一种化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成却有所不同的一组酶。5．诱导酶是指当细胞中加入特定诱导物后诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。6．酶的无活性前体，通常在有限度的蛋白质水解作用后，转变为具有活性的酶。 7．NADP+（nicotinamideadeninedinucleotidephosphate）：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；辅酶Ⅱ。以NADP+为辅酶的脱氢酶类，主要将分解代谢中间物上的电子转移到生物合成反应中所需要电子的中间物上。8．CoA（coenzymeA）：辅酶A，它是体内酰基转移酶的辅酶，参与糖、脂肪、蛋白质代谢及肝脏中的生物转化作用。9．从初始反应物(初态)转化成活化状态（过渡态）所需的能量称为活化能。10．结合酶中含有的除蛋白质外对热稳定的非蛋白质的有机小分子和金属离子成份。二、选择题1．C2．B3．C4．C5．D6．C7．B8．D9．D10．C11．C12．A三、填空题1．酶蛋白，辅酶（辅基），决定酶的促反应的专一性（特异性），传递电子、原子或基团即具体参加反应2．竞争性；非竞争性3．四，H，M，5种，心肌4．立体异构5．磷酸化四、判断题1．错：酶促反应的初速度与底物浓度是有关的，当其它反应条件满足时，酶促反应的初速度与底物浓度成正比。2．对：当底物足够时，酶浓度增加，酶促反应速度也加快，成正比。3．对：Km是酶的特征性常数，反应的代谢产物可能影响酶性质的改变从而影响Km的变化，而这些代谢产物在结构上并不与底物一致。4．对：调节酶大多数为变构酶，变构酶是利用构象的改变来调节其催化活性的酶，是一个关键酶，催化限速步骤，当少量底物与酶结合后，使酶的构象发生改变从而能结合更多的底物分子。5．错：底物应该过量才能更准确的测定酶的活力。6．对。7．对：酶通过降低化学反应的活化能加快化学的反应速度，但不改变化学反应的平衡常数。8．对：检查酶的含量及存在，不能直接用重量或体积来表示，常用它催化某一特定反应的能力来表示，即用酶的活力来表示，因此酶活力的测定实际上就是酶的定量测定。9．错：Km值可以近似地反应酶与底物亲和力，Km越低，亲和力越高，因此已糖激酶对葡萄糖的亲和力更高。10．对：Km是酶的特征常数之一，一般只与酶的性质有关，与酶浓度无关。不同的酶，Km值不同。\n五、简答题1．答：酶是由生物活细胞所产生的，在体内外均具有高度专一性和极高催化效率的生物大分子，包括蛋白质和核酸。但目前发现的酶绝大多数是蛋白质，大量的实验已经证实了这一点。（1）酶能被酸、碱及蛋白酶水解，水解的最终产物都是氨基酸，证明酶是由氨基酸组成的。（2）酶具有蛋白质所具有的颜色反应，如双缩脲反应、茚三酮反应、米伦反应、乙醛酸反应。（3）一切能使蛋白质变性的因素，如热、酸碱、紫外线等，同样可以使酶变性失活。（4）酶同样具有蛋白质所具有的大分子性质，如不能通过半透膜、可以电泳等。（5）酶同其他蛋白质一样是两性电解质，并有一定的等电点。总之，酶是由氨基酸组成的，与其他已知的蛋白质有着相同的理化性质，所以酶的化学本质是蛋白质。2．答：（1）共性：用量少而催化效率高；仅能改变化学反应的速度，不改变化学反应的平衡点，酶本身在化学反应前后也不改变；可降低化学反应的活化能。（2）个性：酶作为生物催化剂的特点是催化效率更高，具有高度的专一性，容易失活，活力受条件的调节控制，活力与辅助因子有关。3．答：（1）氧化还原酶类，催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化物酶等。（2）转移酶类，催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。例如，甲基转移酶、氨基转移酶、磷酸化酶等。（3）水解酶类，催化底物发生水解反应的酶类。例如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。（4）裂解酶类（或裂合酶类），催化从底物移去一个基团并留下双键的反应或其逆反应的酶类。例如，碳酸酐酶、醛缩酶、柠檬酸合酶等。（5）异构酶类，催化同分异构体之间相互转化的酶类。如葡萄糖异构酶、消旋酶等。（6）合成酶类(或连接酶类，)，催化两分子底物合成为一分子化合物，同时必须由ATP（GTP或UTP）提供能量的酶类。例如，谷氨酰胺合成酶、DNA聚合酶等。4．答：（1）1982年，美国的T.Cech发现原生动物四膜虫的26SrRNA前体能够在完全没有蛋白质的情况下，自我加工、拼接，得到成熟的rRNA。（2）1983年，S.Atman和Pace实验室研究RNaseP时发现，将RNaseP的蛋白质与RNA分离，分别测定，发现蛋白质部分没有催化活性，而RNA部分具有与全酶相同的催化活性。（3）1986年，T.Cech发现在一定条件下，L19RNA可以催化PolyC的切割与连接。5.答：（a）乙醇＞甲醇＞丙醇＞丁醇＞环己醇＞酚。（b）乙醇是最好的底物；甲醇太小，而其余的太大或疏水性太强，致使它们不能很好得进入活性部位。6．答：(1）蛋白浓度=0.2×6.25mg/2mL=0.625mg/mL；（2）比活力=（1500/60）（U）/（0.1mL×0.625mg/mL）=400U/mg；（3）总蛋白=0.625mg/mL×1000mL=625mg；（4）总活力=625mg×400U/mg=2.5×105U。7．答：(1）V～[S]图是双曲线的一支，可以通过其渐近线求Vmax，V=1/2Vmax时对应的[S]为Km；优点是比较直观，缺点是实际上测定时不容易达到Vmax，所以测不准。（2）1/V～1/[S]图是一条直线，它与纵轴的截距为1/Vmax，与横轴的截距为-1/Km，优点是使用方便，Vmax和Km都较容易求，缺点是实验得到的点一般集中在直线的左端，作图时直线斜率稍有偏差，Km就求不准。（3）V～V/[S]图也是一条直线，它与纵轴的截距为Vmax，与横轴的截距为Vmax/Km，斜率即为-Km，优点是求Km比较方便，缺点是作图前计算较繁。（4）[S]/V～[S]图也是一条直线，它与纵轴的截距为Km/Vmax，与横轴的截距为-Km，优缺点与V～\nV/[S]图相似。（5）直接线性作图法所作成的图是一组交于一点的直线，交点的横坐标为Km，纵坐标为Vmax，是求Vmax和Km的最好的一种方法，不需计算，作图方便，结果准确。8．答：（1）一些肠道寄生虫如蛔虫等可以产生胃蛋白酶和胰蛋白酶的抑制剂，使它在动物体内不致被消化。（2）蚕豆等某些植物种子含有胰蛋白酶抑制剂，煮熟后胰蛋白酶抑制剂被破坏，否则食用后抑制胰蛋白酶活性，影响消化，引起不适。【练习题二】一、名词解释1．寡聚酶（oligomericenzyme）；2．多酶体系（multienzymesystem）；3．辅基（prostheticgroup）；4．变构酶（allostericenzyme）；5．别构效应（allostericeffect）；6．PLP（pyridoxalphosphate）；7．FAD（flavinadeninedinucleotide）；8．FMN（flavinmononucleotide）；9．固定化酶（immobilizedenzyme）；10．多功能酶（multifunctionalenzyme）。二、选择题（只有一个答案是正确的）1．辅基与酶的结合比辅酶与酶的结合更为()A、紧密B、松散C、专一D.无规律2．下列关于辅基的叙述正确的是()A、是一种结合蛋白质B、只决定酶的专一性，不参与化学基因的传递C、与酶蛋白的结合比较疏松D、一般不能用透析和超滤法与酶蛋白分开3．酶促反应中决定酶专一性的部分是()A、酶蛋白B、底物C、辅酶或辅基D、催化基团4．重金属Hg、Ag是一类()A、竞争性抑制剂B、不可逆抑制剂C、反竞争性抑制剂D、非竞争性抑制剂5．全酶是指()A、酶的辅助因子以外的部分B、酶的无活性前体C、一种酶一抑制剂复合物D、一种具备了酶蛋白、辅助因子的酶。6．根据米氏方程，有关[s]与Km之间关系的说法不正确的是()A、当[s]=2/3Km时，V=25％VmaxB、当[s]＝Km时，V＝1/2VmaxC、当[s]>>Km时，反应速度与底物浓度无关。D、当[s]<>Km时，V趋向于Vmax，此时只有通过增加[E]来增加V。（）10．酶的最适pH值是一个常数，每一种酶只有一个确定的最适pH值。（）五、简答题1．什么是酶的习惯命名法和系统命名法？ 2．酶如何进行分类？3．什么是酶的专一性？有哪几种类型？ 4．酶为什么能加速化学反应速度？5．酶降低反应活化能实现高效率的重要因素是什么？6．什么是酶原的激活？重要的激活剂有哪些？7．试扼要说明酶的催化机制？8．对活细胞的实验测定表明，酶的底物浓度通常就在这种底物的Km值附近，请解释其生理意义？为什么底物浓度不是大大高于Km或大大低于Km呢？9．有时别构酶的活性可以被低浓度的竞争性抑制剂激活，为什么？10．（1）对于一个遵循米氏动力学的酶而言，当[S]=Km时，若V=35μmol/min，Vmax是多少μmol/min？（2）当[S]=2×10-5mo/L，V=40μmol/min，这个酶的Km是多少？（3）若I表示竞争性抑制剂，Ki=4×10-5mol/L，当[S]=3×10-2mol/L和[I]=3×10-5mol/L时，V是多少？（4）若I是非竞争性抑制剂，在Ki、[S]和[I]条件与（3）中相同时，V是多少？【参考答案二】一、名词解释1．有几个或多个亚基组成的酶称为寡聚酶。寡聚酶中的亚基可以是相同的，也可以是不同的。亚基间以非共价键结合，容易为酸碱，高浓度的盐或其它的变性剂分离。寡聚酶的分子量从35000到几百万。\n2．由几个功能上相关的酶彼此嵌合而形成的复合体称为多酶体系。多酶复合体的分子量都在几百万以上。多酶复合体有利于细胞中一系列反应的连续进行，以提高酶的催化效率，同时便于机体对酶的调控。它可以催化某个阶段的代谢反应高效、定向和有序地进行。3．酶的辅因子或结合蛋白质的非蛋白部分，与酶或蛋白质结合得非常紧密，用透析法不能除去。4．也称为别构酶，是代谢过程中的关键酶，它的催化活性受其三维结构中的构象变化的调节。5．一种分子可以通过分子内某一部分的结构改变，而导致激活分子活性改变的现象，即别构效应，也可以称为变构效应。经常研究的例子是酶的别构效应，然而除了酶以外，如血红蛋白等也有别构效应。6．PLP（pyridoxalphosphate）：磷酸吡哆醛，主要作为转氨酶和脱羧酶的辅酶，参与体内氨基酸代谢，还参与血红素的合成。7．FAD（flavinadeninedinucleotide）：黄素腺嘌呤二核苷酸。它可构成各种黄素酶的辅酶，参与体内生物氧化过程。8．FMN（flavinmononucleotide）：黄素单核苷酸。它与FAD分别构成各种黄素酶的辅酶，参与体内生物氧化过程。9．用物理或化学方法将酶固定在固相载体上，或将酶包裹在微胶囊或凝胶中，使酶在催化反应中以固相状态作用于底物，并保持酶的高度专一性和催化的高效率。10．多功能酶（multifunctionalenzyme）是指多种不同的催化功能存在于同一条多肽链中，这类酶称为多功能酶。二、单项选择题1．A2．D3．A4．D5．D6．A7．A8．D9．C10．D11．D12．B三、填空题1．4倍，9倍2．不同，也不同，酶的最适底物3．温度、PH、酶浓度、底物浓度、抑制剂4．5%5．DNA聚合酶四、是非题1．对：产物生成量比底物消耗量更易测得且准确。2．错：非竞争性抑制剂只和酶与底物反应的中间产物结合，酶促反应的Vmax是减小的，不能通过增加底物来达到正常的Vmax。而竞争性抑制剂可以通过增加底物的浓度来达到Vmax。3．对：碘乙酸是糖酵解过程中的一个抑制剂，与半胱氨酸或蛋氨酸的-SH结合，使糖酵解受阻。4．错：诱导物一般为酶的作用底物，可诱导细胞产生特定的诱导酶。5．错：对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度，但不改变化学反应的平衡点。6．错：Km作为酶的特征常数，只是对一定的底物、一定的pH值、一定的温度条件而言。7．错：见上题，同一种酶有几种底物就有几种Km值，其中Km值最小的底物一般称为酶的最适底物。8．对。9．对。10．错：酶的最适pH值有时因底物种类、浓度及缓冲液成分不同而不同，并不是一个常数。五、简答题1．答：酶的命名有习惯命名法和系统命名法两种。习惯命名法大多根据酶所催化的底物、反应的性质以及酶的来源而定。系统命名法规定每一酶均有一个系统名称，它表明酶的所有底物与反应性质。由于许多酶的系统名称过长，国际酶学委员会又从每种酶的数个习惯名称中选定一个\n简便实用的推荐名称。2．答：国际酶学委员会根据酶催化的反应类型，将酶分为六大类：（1）氧化还原酶类，催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化物酶等。（2）转移酶类，催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。例如，甲基转移酶、氨基转移酶、磷酸化酶等。（3）水解酶类，催化底物发生水解反应的酶类。例如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。（4）裂解酶类（或裂合酶类），催化从底物移去一个基团并留下双键的反应或其逆反应的酶类。例如，碳酸酐酶、醛缩酶、柠檬酸合酶等。（5）异构酶类，催化同分异构体之间相互转化的酶类。如葡萄糖异构酶、消旋酶等。（6）合成酶类(或连接酶类，)，催化两分子底物合成为一分子化合物，同时必须由ATP（GTP或UTP）提供能量的酶类。例如，谷氨酰胺合成酶、DNA聚合酶等。3．答：（1）酶的专一性又称特异性，是指一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，催化一定类型的化学反应，并生成一定的产物的现象。（2）酶的专一性可分为三种：a、绝对专一性，一种酶只作用于一种底物，发生一定的反应，并生成特定的产物。B、相对专一性，一种酶可作用于一类化合物或一定的化学键。C、立体异构专一性，是指酶对底物的立体构型的特异要求。4．答：酶促反应速度与非催化反应速度相比，高108-1020倍，与一般催化反应速度相比，也高107-1013倍。酶之所以能有这样高的催化效率，其原因就在于酶能大大降低反应所需的活化能，从而使反应易于进行。在一个化学反应体系中，不同分子所含的能量不同，只有那些在能的含量上达到或超过某种限度的活化分子，才能进入过渡态，这时就容易形成或打破一些化学键，形成新的物质——底物。5．答：（1）底物与酶的邻近效应及定向效应。（2）底物的形变和诱导契合。（3）共价催化，通过过渡态中间物来实现（4）酸碱催化，酸碱催化剂是催化有机反应的最普遍的最有效的催化剂。（5）金属离子催化。（6）多元催化和协同效应。（7）活性部位微环境的影响。6．答：（1）酶原是指无活性的酶的前体。酶原的激活是指使无活性的酶原转变成有活性的酶的过程，其实质是酶的活性中心形成或暴露的过程。（2）酶的激活剂是指凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性提高的物质。另外，能除去抑制剂的物质也可称为激活剂。酶的激活剂主要是无机离子和简单的有机小分子。无机离子有Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+等，无机阴离子有Cl-、Br-、NO3-、PO43-等。有机分子多数为中等大小的有机分子，如半胱氨酸、还原型谷胱甘肽和乙二胺四乙酸等，也有蛋白质一类的大分子，如使某些无活性的酶原激活的酶分子。7．答：酶的催化机制包括酶如何同底物结合及酶如何加速化学反应两方面内容。酶催化作用的中间产物学说已经得到大家的公认，酶与底物的结合，一般都在酶分子的活性部位发生，且底物靠许多弱的键与酶结合。解释酶同底物结合方式的学说，首先是锁钥学说，继而发展为诱导契合学说。前者认为酶活性部位的构象是刚性不变的，后者认为酶活性部位的构象是柔韧可变的。酶能加速化学反应的原因在于极大的降低了反应的活化能。影响酶高效率的重要因素有五个：邻近效应与定向效应，底\n物分子的敏感键发生形变，共价催化，酸碱催化和微环境的影响。这五个重要因素的解释都可以说明酶如何加速了化学反应，但是对某种酶而言起主要作用的因素则有所偏重。8．答：据V～[S]的米氏曲线，当底物浓度大大低于Km值时，酶不能被底物饱和，从酶的利用角度而言，很不经济；当底物浓度大大高于Km值时，酶趋于被饱和，反应速度随底物浓度的改变变化不大，不利于反应速度的调节；当底物浓度在Km值附近时，反应速度对底物浓度的变化较为敏感，有利于反应速度的调节。9．答：底物与别构酶的结合，可以促进随后的底物分子与酶的结合，同样竞争性抑制剂与酶的底物结合位点结合，也可以促进底物分子与酶的其它亚基的进一步结合，因此低浓度的抑制剂可以激活某些别构酶。10．答：（1）当[S]=Km时，V=1/2Vmax，则Vmax=2×35=70μmol/min；（2）因为V=Vmax/(1+Km/[s])，所以，Km=[(Vmax/V)-1][s]=1.5×10-5mol/L；（3）因为[S]>>Km，[I]，所以V=Vmax=70μmol/min；（4）V=Vmax/(1+[I]/Ki)=40μmol/min。【练习题三】一、名词解释1．激活剂（activator）；2．抑制剂（inhibitor）3．活性中心（activecenter）；4．底物专一性（substratespecificity）5．酶的比活力（enzymaticcompareenergy）；6．THFA（tetrahydrofolicacid）7．核酶（ribozyme）；8．抗体酶（abozyme）9．共价调节（covalentregulation）；10．酶工程（enzymeengineering）。二、选择题1.变构酶是一种（）。A、单体酶B、寡聚酶C、多酶复合体D、米氏酶2.核酶的化学本质是（）A、蛋白质B、RNAC、DNAD、糖蛋白3.下列关于酶活性中心的叙述正确的是（）。A、所有抑制剂都作用于酶活性中心。B、所有酶的活性中心都含有辅酶C、酶的活性中心都含有金属离子D、所有酶都有活性中心4.乳酸脱氢酶(LDH)是一个由两种不同的亚基组成的四聚体。假定这些亚基随机结合成酶，这种酶有多少种同工酶？（）A、两种B、三种C、四种D、五种5．水溶性维生素常是辅酶或辅基的组成部分，如：()A、辅酶A含尼克酰胺B、FAD含有吡哆醛C、NAD含有尼克酰胺D、脱羧辅酶含生物素6．NAD+在酶促反应中转移()A、氨基B、氢原子C、氧原子D、羧基7．NAD+或NADP+中含有哪一种维生素？（）A、尼克酸B、尼克酰胺C、吡哆醛D、吡哆胺8．辅酶磷酸吡哆醛的主要功能是()A、传递氢B、传递二碳基团C、传递一碳基因D、传递氨基9．生物素是下列哪一个酶的辅酶？（）A、丙酮酸脱氢酶B、丙酮酸激酶C、丙酮酸脱氢酶系D、丙酮酸羧化酶10．米氏常数是一个用来衡量（）。A、酶和底物亲和力大小的常数B、酶被底物饱和程度的常数\nC、酶促反应速度大小的常数D、酶稳定性的常数11．酶原是酶的（）前体。A、有活性B、无活性C、提高活性D、降低活性12．非竞争性抑制剂使（）A、Vmax变小，Km不变B、Vmax变小，Km变小C、Vmax不变，Km变大三、填空题1．酶所催化的反应称________，酶所具有的催化能力称_________。2.遍在蛋白（ubiquitin）的功能是__________。3．在酶的双倒数作图中，只改变斜率不改变横轴截距的抑制剂属于__________。4．在酶的分类命名表中，RNA聚合酶属于__________。5．胰蛋白酶原变成有活性的胰蛋白酶需在其__________端切除六肽。四、是非题（在题后括号内打√或×）1．酶的最适温度与其作用时间有关，作用时间长，则最适温度高，反之，则最适温度低。（）2．金属离子作为酶的激活剂，可以相互取代或者相互拮抗。（）3．增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。（）4．竞争性可逆抑制剂与酶的底物两者结合酶的部位是相同的。（）5．由1g粗酶制剂经纯化后得到10mg电泳纯的酶制剂，那么酶的比活较原来提高了100倍。（）6．酶反应的最适pH值只取决于酶蛋白本身的结构。（）7．所有B族维生素都是杂环化合物。（）8．B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分参与代谢。（）9．脂溶性维生素均不能作为辅酶参与代谢。（）10．维生素E极易被氧化，因此可做抗氧化剂。（）五、简答题1.简述酶活性调节方式，这些方式在代谢调节上有何不同及在代谢调节上的意义。2．什么是米氏方程？Km的意义是什么？如何求米氏常数？ 3．什么是酶的最适温度？温度如何影响酶促反应速度？4．测定酶活力时为什么要加过量的底物？5．什么是酶的抑制作用？可逆抑制作用和不可逆抑制作用有什么区别？又怎样区别？6．竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制作用的主要区别是什么？它们在酶促反应中会使Vmax和Km值发生什么变化？ 7．酶活力与酶的比活力有何区别？什么是酶的转换数？8．测定酶活力时,为什么要测定酶促反应的初速度？9．将下列化学名称与B族维生素及其辅酶形式相匹配？（A）泛酸；（B）烟酸；（C）叶酸；（D）硫胺素；（E）核黄素；（F）吡哆素；（G）生物素。（1）B1；（2）B2；（3）B3；（4）B5；（5）B6；（6）B7；（7）B11；（8）B12。(Ⅰ)FMN；(Ⅱ)FAD；(Ⅲ)NAD+；(Ⅳ)NADP+；(Ⅴ)CoA；(Ⅵ)PLP；(Ⅶ)PMP；(Ⅷ)FH2，FH4；(Ⅸ)TPP。10．如何分离提纯酶蛋白？操作中应注意什么？【参考答案】一、名词解释1．凡是能提高酶活性的物质，都称激活剂，其中大部分是离子或简单的有机化合物。2．能使酶的必需基团或酶活性部位中的基团的化学性质改变而降低酶的催化活性甚至使酶的催化活性完全丧失的物质。3．酶分子中直接与底物结合，并催化底物发生化学反应的部位，称为酶的活性中心。\n4．酶的专一性是指酶对底物及其催化反应的严格选择性。通常酶只能催化一种化学反应或一类相似的反应，不同的酶具有不同程度的专一性，酶的专一性可分为三种类型：绝对专一性、相对专一性、立体专一性。5．比活力是指每毫克蛋白质所具有的活力单位数，可以用下式表示： 比活力=活力单位数蛋白质量（mg）6．THFA（tetrahydrofolicacid）：四氢叶酸，是叶酸在体内的活性形式，参与体内多种物质的合成，如嘌呤、嘧啶等的合成。7．具有催化能力的本质为RNA的酶。8．专一于抗原分子的、有催化活性的一类具有特殊生物学功能的蛋白质。9．有些酶分子上的某些氨基酸残基的基团,在另一组酶的催化下发生可逆的共价修饰，从而引起酶活性的改变，这种调节称为共价调节。10．研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在工农业、医药卫生和理论研究等方面的应用的一项技术。二、单项选择题1．B2．B3．D4．D5．C6．B7．B8．D9．D10．A11．B12.A三、填空题1．酶的反应，酶的活性2．促进某些酶或蛋白质降解3．非竞争性抑制剂4．转移酶5．N/氨基四、是非题1．错：酶最适温度与酶的作用时间有关，作用时间越长，则最适温度低，作用时间短，则最适温度高。2．对：金属离子作为酶的激活剂，有的可以相互取代，如Mg2+作为激酶等的激活剂可以被Mn2+取代；有的可以相互拮抗，如Na+抑制K+的激活作用。3．对：不可逆抑制剂通常以比较牢固的共价键与酶结合，而使酶失活，不能用透析、超滤等物理方法除去抑制剂而恢复酶的活性，因此增加不可逆抑制剂的浓度，可以实现酶活性的完全抑制。4．错：竞争性可逆抑制剂可以与酶的底物结合在酶的同一部位，也可以与酶的底物结合在酶的不同部位，由于空间位阻或构象改变的原因而不能同时结合。5．错：因为不知道纯化前后的比活分别是多少，因此无法计算比活的提高倍数。6．错：酶反应的最适pH值不仅取决于酶蛋白本身的结构，还与底物种类、浓度及缓冲液成分有关。7．错：B族维生素中维生素B3不含环状结构，其余都是杂环化合物。8．对：所有B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分参与代谢。9．错：维生素K可以作为γ-羟化酶的辅酶，促进凝血。10．对。五、简答题1.答：酶活性的调节方式是多种多样的。总体而言，可分为两大类：一类是酶的量没有明显的改变，而通过改变酶蛋白的结构，或是酶蛋白各亚基的解离或装配，以及和其他蛋白质的相互作用而实现的，例如别构调节、化学修饰调节、酶原激活等。另一类是酶的量有所改变，这类调节涉及到酶蛋白的表达上的调节。2．答：（1）1913年由Michaelis和Menten提出的有关反应速度和底物浓度关系的数学方程式，即：\n（2）Km值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。当pH、温度和离子强度等因素不变时，Km是恒定的。Km是酶的特征性常数之一，在酶学及代谢研究中是重要的特征数据。（3）求Km最常用的方法是双倒数作图。必须指出，米氏方程只适用于较为简单的酶促反应过程，而对于比较复杂的酶促反应过程，如多酶体系、多底物、多产物、多中间物等，还不能全面地以此加以概括和说明，必须借助于复杂的计算过程。3．答：（1）酶的最适温度：酶促反应速度最大时的温度。该温度不是酶的特征性常数。（2）在一定的温度范围内，随温度增高，反应速度加快。但酶是蛋白质，温度过高会使酶变性失活。在温度较低时，前一影响较大，反应速度随温度升高而加快。一般地说，温度每升高10℃，反应速度大约增加一倍。但温度超过一定数值后，酶受热变性的因素占优势，反应速度反而随温度上升而减缓，形成倒U形曲线。4．答：酶活力的测定实际上就是测定酶所催化的化学反应的速度。而反应速度可用单位时间内底物的减少量也可用产物的生成量来表示。但是，在测定的初速度范围内，底物减少量仅为底物总量的很小一部分，测定不易准确；而产物从无到有，较易测定。故一般用单位时间内产物生成的量来表示酶催化的反应速度比较合适。5．答：（1）酶的抑制作用：凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的现象。（2）可逆性抑制作用：抑制剂与酶的结合以解离平衡为基础，属非共价结合，用超滤、透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复。即抑制剂与酶的结合是可逆的。不可逆抑制作用：抑制剂通常以共价键方式与酶的必需基团进行结合，一经结合就很难自发解离，不能用透析或超滤等物理方法解除抑制。（3）抑制剂与酶的结合后，能否用超滤、透析等物理方法除去抑制剂，使酶的活性得到恢复。6．答：（1）竞争性抑制作用：抑制剂一般与酶的天然底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，从而降低酶与底物的结合效率，抑制酶的活性。 非竞争性抑制作用：抑制剂可与酶活性中心以外的必需基团结合，但不影响酶与底物的结合,酶与底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合，但形成的酶-底物-抑制剂复合物不能进一步释放出产物，致使酶活性丧失。反竞争性抑制作用：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。（2）竞争性抑制作用：Vmax不变，Km增加非竞争性抑制作用：Vmax减小，Km不变反竞争性抑制作用：Vmax减小，Km减小7．答：（1）酶活力又称酶活性，是指酶催化化学反应的能力。酶活力的大小可用在一定的条件下酶催化某一化学反应的反应速度来表示。酶的比活力也称为比活性，是指每毫克酶蛋白所具有的活力单位数。（2）酶的转换数：每秒钟每个酶分子能催化多少个微摩尔的底物发生变化。8．答：酶活力的测定，实际上就是测定酶所催化的化学反应的速度。而反应速度只在最初一段时间内保持恒定，随着反应时间的延长，酶反应速度逐渐下降。因此，研究酶反应速度应以酶促反应的初速度为准。9．答：（A）―（3）―（Ⅴ）；（B）―（4）―（Ⅲ），（Ⅳ）；（C）―（7）―（Ⅷ）；（D）―（1）―（Ⅸ）；（E）―（2）―（Ⅰ），（Ⅱ）；\n（F）―（5）―（Ⅵ），（Ⅶ）；（G）―（6）。10．答：（1）①选材，应选择酶含量高、易于分离的材料作原料。②破碎细胞，可选择研磨器、匀浆器、捣碎机、超声波等手段。③抽提，在低温下，用水或低盐溶液，从已破碎的细胞中将酶溶出。④分离及提纯。由于酶是蛋白质，可用分离蛋白质的方法进行。常用的方法有：盐析，有机溶剂沉淀，吸附法以及层析和电泳。⑤保存，浓缩或结晶后于-20℃以下保存。（2）酶是生物活性物质，提纯时必须考虑尽量减少酶活力的损失，因此全部操作须在低温（0～5℃）下进行。为防止重金属离子使酶失活，还须向抽提液中加入少量的EDTA螯合剂。为防止酶分子中的-SH被氧化，须加入少量巯基乙醇。另外，分离过程中不能过度搅拌，以免产生大量泡沫，使酶变性。第8章糖代谢【内容提要】动物饲料中的糖类物质经消化吸收后，一部分经门静脉进入肝脏并在其中进行代谢，另一部分随血液输送到各组织细胞，供全身利用。糖在动物体内具有重要的生理功能。它是动物生命活动中重要的能源物质、结构物质和功能物质。动物体内最主要的单糖是葡萄糖（glucose），最主要的多糖是糖原（glycogen）。还有与蛋白质或脂类结合，以糖蛋白或糖脂（glycolipid）形式存在的糖。血液中所含的糖，除微量的半乳糖、果糖及其磷酸酯外，几乎全部是葡萄糖及少量葡萄糖磷酸酯。因此，血糖（bloodsugar）主要是指血液中所含的葡萄糖。生理情况下，经各种糖代谢途径的调节，血糖浓度保持相对恒定，即血糖的来源—进入血中的葡萄糖量与血糖的去路—从血中移去的葡萄糖量基本相等，血糖的来源主要有：①肠道吸收；②肝糖原分解；③糖异生作用。血糖的去路主要有：①分解供能；②合成糖原；③转变为非糖物质；此外，在特殊情况下，动物可由尿液排出部分血糖，但这不是一种正常去路。糖代谢是指摄入的糖类物质以及由非糖物质在体内生成的糖类物质所参与的全部生物化学过程和能量转化过程。它在动物物质代谢中具有核心地位，其代谢途径与其他物质代谢途径联系密切。糖代谢包括分解代谢和合成代谢两个方面。分解代谢的主要途径有糖原分解、糖的无氧分解、糖的有氧分解、磷酸戊糖途径等；合成代谢途径有糖原合成、糖异生等。其中糖的消化吸收和糖的异生作用是动物体内糖的来源，血糖是糖在体内的运输形式，糖原是糖在动物体内的贮存方式，氧化分解是糖供给机体能量的代谢途径，糖在体内也可转变为其他非糖物质。在无氧情况下，葡萄糖生成乳酸的过程称之为糖的无氧分解，也称之为糖酵解（glycolysis），这是动物在暂时缺氧状态下和某些组织生理状态下获得能量的重要方式。其代谢产物主要是小分子有机化合物乳酸，同时释放较少能量。糖的无氧分解过程可分为两个阶段：第一阶段是由葡萄糖分解成丙酮酸（pyruvate）的过程，第二阶段是丙酮酸转变成乳酸的过程。糖酵解的全部反应都在胞液中进行。在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化成二氧化碳和水的反应过程称为糖的有氧分解或有氧氧化（aerobicoxidation）。有氧分解是糖分解的主要方式，绝大多数细胞都通过它获得大量能量。糖的有氧分解可分为三个阶段：①由葡萄糖分解生成丙酮酸，这一阶段与糖的无氧分解代谢过程\n完全一样；②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA。在有氧情况下，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvatedehydrogenasecomplex）的催化下，在线粒体中氧化脱羧生成乙酰CoA；③乙酰CoA进入三羧酸循环彻底分解生成CO2和H2O。此外，在动物的某些组织，如脂肪组织、肾上腺皮质等，葡萄糖可经过磷酸戊糖途径进行代谢，其产物NADPH+H+、核糖-5-磷酸等是合成脂肪酸、核苷酸和胆固醇等物质的重要原料。糖合成代谢的主要途径有糖原的合成和糖异生。糖原的合成是以葡萄糖作为起始物，以UDPG为糖基供体，以小分子糖原为引物，在分支酶催化形成糖原支链，支链不断延长，最后合成大分子糖原。由非糖物质如甘油、乳酸、生糖氨基酸等合成糖的过程称为糖异生作用，肝脏是糖异生的主要器官。因为肝细胞中具有丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖-6-磷酸酶，可使糖无氧分解途径的3步不可逆反应逆转，从而将非糖物质转变为糖无氧分解途径的中间产物，沿无氧分解途径逆行而异生成糖。糖代谢中有很多变构酶可以调节代谢的速度。酵解途径中的调控酶是己糖激酶，果糖-6-磷酸激酶和丙酮酸激酶，其中果糖-6-磷酸激酶是关键反应的限速酶；三羧酸循环的调控酶是柠檬酸合成酶，柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶，柠檬酸合成酶是关键的限速酶。糖异生作用的调控酶有丙酮酸羧激酶，果糖二磷酸酶，磷酸葡萄糖磷酸酯酶。磷酸戊糖途径的调控酶是葡萄糖-6-磷酸脱氢酶；它们受可逆共价修饰、变构调控及能荷的调控。【重点难点】1．糖的分解代谢（1）糖的无氧分解--糖酵解的主要过程和生理意义。（2）糖的有氧氧化的主要过程和生理意义。（3）磷酸戊糖途径的简要过程和生理意义。2．糖原的合成、分解和糖异生作用的主要过程及生理意义。3.各糖代谢途径之间的联系与调节。【目的要求】要求掌握糖代谢中的基本概念、糖的分解代谢途径（糖原的分解、糖的无氧分解、糖的有氧分解和磷酸戊糖途径）和糖异生及糖原合成途径的基本过程。1．掌握血糖浓度相对恒定的机制。2．掌握糖在体内代谢的主要途径及其相互联系与调节，熟悉其生理意义。3．掌握糖原的合成、分解和糖异生作用的主要过程和生理意义。4．了解主要单糖和双糖的代谢。【例题解析】例1．ATP是磷酸果糖激酶的底物，为什么ATP浓度高，反而会抑制磷酸果糖激酶？解析：本题主要考察糖酵解的调控。磷酸果糖激酶是无氧酵解途径（EMP）中的限速酶之一，EMP途径是分解代谢，总的效应是释放能量的，ATP浓度高表明细胞内能荷较高，因此抑制果糖磷酸激酶，从而抑制糖酵解途径。例2．为什么说葡萄糖-6-磷酸是各个糖代谢途径的交叉点？解析：糖的各种氧化代谢，包括糖酵解，磷酸戊糖途径，糖的有氧氧化，糖原合成和分解，糖异生途径均有葡萄糖-6-磷酸中间产物的生成。具体表现如下：糖酵解：葡萄糖+ATP己糖激酶葡萄糖-6-磷酸+ADP磷酸戊糖途径：葡萄糖-6-磷酸+NADP6-磷酸葡萄糖脱氢酶葡萄糖-6-磷酸+NADPH+H+糖的有氧氧化：葡萄糖或糖原先转变为葡萄糖-6-磷酸，然后进行有氧代谢。糖原合成和分解：在分解代谢中，去分枝酶催化糖原分枝点的1，6-糖苷键断裂，生成葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸经1，6二磷酸产物生成葡萄糖-6-磷酸，在肝、肾等器官中葡萄糖-6-磷酸水解成葡萄糖进入血液循环。\n在合成代谢中:葡萄糖在己糖激酶的作用下生成葡萄糖-6-磷酸，接着在变位酶的作用下生成葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸被活化成UDP-葡萄糖是合成糖原的前体。糖异生途径：果糖-6-磷酸经酵解途径逆向变成葡萄糖-6-磷酸，然后在葡萄糖-6-磷酸酶的催化下水解成葡萄糖。【练习题一】一、名词解释1．糖异生作用(gluconeogenesis)2．乳酸循环(lactatecycle)3．发酵(fermentation)4．变构调节(allostericregulation)5．糖酵解途径(glycolyticpathway)6．糖原（glycogen）7．活性葡萄糖（activeglucose）8．半乳糖血症（galactosemia）二、填空题1．α-淀粉酶和β-淀粉酶只能水解淀粉的_________键，所以不能够使支链淀粉完全水解。2．1分子葡萄糖转化为2分子乳酸净生成______________分子ATP。3．糖酵解过程中有3个不可逆的酶促反应，这些酶是__________、__________和___________。碘乙酸主要作用于___________酶，从而抑制糖酵解过程。4．调节三羧酸循环最主要的酶是____________、___________、______________。5．2分子乳酸异生为葡萄糖要消耗_________ATP。6．丙酮酸还原为乳酸，反应中的NADH来自于________的氧化。7．延胡索酸在_______________酶作用下，可生成苹果酸，该酶属于EC分类中的_________酶类。8．磷酸戊糖途径可分为______阶段，分别称为_________和_______，其中两种脱氢酶是_______和_________，它们的辅酶是_______。9．糖酵解在细胞的_________中进行，该途径是将_________转变为________，同时生成________和_______的一系列酶促反应。10．糖原的磷酸解过程通过_______酶降解α-1，4-糖苷键，靠________和________酶降解α-1，6-糖苷键。 三、选择题1．由己糖激酶催化的反应的逆反应所需要的酶是：()A．果糖二磷酸酶B．葡萄糖-6-磷酸酶C．磷酸果糖激酶D．磷酸化酶2．正常情况下，肝获得能量的主要途径：()A．葡萄糖进行糖酵解氧化B．脂肪酸氧化C．葡萄糖的有氧氧化D．磷酸戊糖途径E．以上都是。3．糖的有氧氧化的最终产物是：()A．CO2+H2O+ATPB．乳酸C．丙酮酸D．乙酰CoA4．需要引物分子参与生物合成反应的有：()A．酮体生成B．脂肪合成C．糖异生合成葡萄糖D．糖原合成E．以上都是5．不能经糖异生合成葡萄糖的物质是：()A．α-磷酸甘油B．丙酮酸C．乳酸D．乙酰CoAE．生糖氨基酸6．丙酮酸激酶是何途径的关键酶：()A．磷酸戊糖途径B．糖异生C．糖的有氧氧化D．糖原合成与分解E．糖酵解7．丙酮酸羧化酶是哪一个途径的关键酶：()\nA．糖异生B．磷酸戊糖途径C．胆固醇合成D．血红素合成E．脂肪酸合成8．动物饥饿后摄食，其肝细胞主要糖代谢途径：()A．糖异生B．糖有氧氧化C．糖酵解D．糖原分解E．磷酸戊糖途径9．下列各中间产物中，哪一个是磷酸戊糖途径所特有的？()A．丙酮酸B．3-磷酸甘油醛C．6-磷酸果糖D．1，3-二磷酸甘油酸E．6-磷酸葡萄糖酸10．三碳糖、六碳糖与七碳糖之间相互转变的糖代谢途径是：()A．糖异生B．糖酵解C．三羧酸循环D．磷酸戊糖途径E．糖的有氧氧化11．关于三羧酸循环哪个是错误的：()A．是糖、脂肪及蛋白质分解的最终途径B．受ATP/ADP比值的调节C．NADH可抑制柠檬酸合酶D．NADH氧化需要线粒体穿梭系统。12．三羧酸循环中哪一个化合物前后各放出1分子CO2：()A．柠檬酸B．乙酰CoAC．琥珀酸D．α-酮戊二酸13．磷酸果糖激酶所催化的反应产物是：()A．F-1-PB．F-6-PC．F-D-PD．G-6-P14．醛缩酶的产物是：()A．G-6-PB．F-6-PC．F-D-PD．1，3-二磷酸甘油酸15．TCA循环中发生底物水平磷酸化的化合物是？()A．α-酮戊二酸B．琥珀酸C．琥珀酰CoAD．苹果酸16．丙酮酸脱氢酶系催化的反应不涉及下述哪种物质？()A．乙酰CoAB．硫辛酸C．TPPD．生物素E．NAD+17．三羧酸循环的限速酶是：()A．丙酮酸脱氢酶B．顺乌头酸酶C．琥珀酸脱氢酶D．延胡索酸酶E．异柠檬酸脱氢酶18．生物素是哪个酶的辅酶：()A．丙酮酸脱氢酶B．丙酮酸羧化酶C．烯醇化酶D．醛缩酶E．磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶19．三羧酸循环中催化琥珀酸形成延胡索酸的酶是琥珀酸脱氢酶，此酶的辅因子是：()A．NAD+B．CoASHC．FADD．TPPE．NADP+20．下面哪种酶在糖酵解和糖异生中都起作用：()A．丙酮酸激酶B．丙酮酸羧化酶C．3-磷酸甘油醛脱氢酶D．己糖激酶E．果糖-1，6-二磷酸酯酶四、判断（是非）题1．α-淀粉酶和β-淀粉酶的区别在于前者水解α-1，4-糖苷键，后者水解β-1，4-糖苷键。2．麦芽糖是由葡萄糖与果糖构成的双糖。3．ATP是果糖磷酸激酶的变构抑制剂。4．沿糖酵解途径简单逆行，可从丙酮酸等小分子前体物质合成葡萄糖。5．所有来自磷酸戊糖途径的还原力都是在该循环的前三步反应中产生的。6．发酵可以在活细胞外进行。\n7．催化ATP分子中的磷酰基转移到受体上的酶称为激酶。8．动物体内的乙酰CoA不能作为糖异生的物质。9．柠檬酸循环是分解与合成的两用途径。10．在糖类物质代谢中最重要的糖核苷酸是CDPG。11．淀粉、糖原、纤维素的生物合成均需要“引物”存在。12．联系糖原异生作用与三羧酸循环的酶是丙酮酸羧化酶。五、简答题1．糖类物质的生物学功能有哪些？2．何谓三羧酸循环？它有何特点和生物学意义？3．糖代谢和脂代谢是通过那些反应联系起来的？4．磷酸戊糖途径的特点有哪些？其生物学意义是什么？5．糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径进行，其决定因素是什么？6．试说明丙氨酸的成糖过程。7．糖酵解的中间物在其它代谢中有什么应用？8．琥珀酰CoA的代谢来源与去路有哪些？9．试述糖异生与糖酵解代谢途径有哪些差异。【参考答案】一、名词解释1．非糖物质（如丙酮酸，乳酸，甘油，生糖氨基酸等）转变为葡萄糖的过程。机体内只有肝，肾能通过糖异生补充血糖。2．乳酸循环是指肌肉缺氧时产生大量乳酸，大部分经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡萄糖补充血糖，血糖可再被肌肉利用，这样形成的循环称乳酸循环。3．厌氧有机体把糖酵解生成NADH中的氢交给丙酮酸脱羧后的产物乙醛，使之生成乙醇的过程称之为酒精发酵。如果将氢交给丙酮酸丙生成乳酸则叫乳酸发酵。4．变构调节是指某些调节物能与酶的调节部位结合使酶分子的构象发生改变，从而改变酶的活性，称酶的变构调节。5．糖酵解途径指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的阶段，是体内糖代谢最主要途径。6．由葡萄糖分子聚合而成的含有许多分支的大分子高聚物，呈聚集的颗粒状存在于肝和骨骼肌的细胞液中。7．人类的一种基因型遗传代谢缺陷症，特点是由于缺乏1-磷酸半乳糖尿苷酰基转移酶而导致婴儿不能够代谢奶汁中乳糖分解生成的半乳糖。8．在葡萄糖合成糖原的过程中，葡萄糖在酶的作用下，先变成UDP-葡萄糖，称为活性葡萄糖。二、填空题1．α-1，4糖苷键。2．2个ATP。3．己糖激酶；果糖磷酸激酶；丙酮酸激酶。磷酸甘油醛脱氢酶。4．柠檬酸合成酶；异柠檬酸脱氢酶；α–酮戊二酸脱氢酶。5．6个ATP。6．甘油醛-3-磷酸。7．延胡索酸酶；氧化还原酶。8．两个；氧化阶段；非氧化阶段；葡萄糖-6-磷酸脱氢酶；葡萄糖酸-6-磷酸脱氢酶；NADP。9．细胞质；葡萄糖；丙酮酸；ATPNADH。10．糖原磷酸化酶；转移酶；α-1，6-糖苷酶。三、选择题\n1．B；2．B；3．A；4．D；5．D；6．E；7．A；8．B；9．E；10．D；11．D；12．D；13．C；14．C；15．C；16．D；17．E；18．B；19．C；20．C。四、判断对错1．错：α-淀粉酶和β-淀粉酶的区别是α-淀粉酶耐70度的高温，β-淀粉酶耐酸。2．错：麦芽糖是葡萄糖与葡萄糖构成的双糖。3．对：磷酸果糖激酶是变构酶，其活性被ATP抑制，ATP的抑制作用可被AMP所逆转，此外，磷酸果糖激酶还被柠檬酸所抑制。4．错：糖异生并不是糖酵解的简单逆行，其中的不可逆步骤需要另外的酶催化完成。5．对：戊糖磷酸途径分为氧化阶段和非氧化阶段，氧化阶段的3步反应产生还原能，非氧化阶段进行分子重排，不产生还原能。6．对7．对8．对：动物体内不存在乙醛酸循环途径，不能将乙酰CoA转化成糖。9．对：三羧酸循环中间产物可以用来合成氨基酸，草酰乙酸可经糖异生合成葡萄糖，糖酵解形成的丙酮酸，脂肪酸氧化生成的乙酰CoA及谷氨酸和天冬氨酸脱氨氧化生成的α-酮戊二酸和草酰乙酸都经三羧酸循环分解。10．错：糖异生的关键反应是丙酮酸生成草酰乙酸的反应由丙酮酸羧化酶催化，丙酮酸羧化酶是变构酶，受乙酰CoA的调控。11．对12．对：丙酮酸羧化酶是变构酶，受乙酰CoA的变构调节，在缺乏乙酰CoA时没有活性，细胞中的ATP/ADP的比值升高促进羧化作用。草酰乙酸既是糖异生的中间产物，又是三羧酸循环的中间产物。高含量的乙酰CoA使草酰乙酸大量生成。若ATP含量高则三羧酸循环速度降低，糖异生作用加强。五、简答题1．答：（1）糖类物质是异氧生物的主要能源之一，糖在生物体内经一系列的降解而释放大量的能量，供生命活动的需要。（2）糖类物质及其降解的中间产物，可以作为合成蛋白质脂肪的碳架及机体其它碳素的来源。（3）在细胞中糖类物质与蛋白质、核酸、脂肪等常以结合态存在，这些复合物分子具有许多特异而重要的生物功能。（4）糖类物质还是生物体的重要组成成分。2．答：三羧酸循环以乙酰CoA与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸开始，故称为三羧酸循环。因循环的第一个产物是柠檬酸，故也称为柠檬酸循环。最早由Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，又称为Krebs循环，它由一连串反应组成，乙酰CoA进入三羧酸循环被完全氧化分解为CO2放出体外，同时释放能量。三羧酸循环的生理学意义，归纳起来有以下几方面：（1）为机体提供大量能量。（2）三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质及其他有机物质代谢的联系枢纽。（3）三羧酸循环是三大物质分解代谢共同的最终途径。乙酰CoA不仅是糖有氧分解的产物，同时也是脂肪酸和氨基酸代谢的产物，因此三羧酸循环是三大营养物质的最终代谢通路。3．答：（1）糖酵解过程中产生的磷酸二羟丙酮可转变为磷酸甘油，可作为脂肪合成中甘油的原料。（2）有氧氧化过程中产生的乙酰CoA是脂肪酸和酮体的合成原料。（3）脂肪酸分解产生的乙酰CoA最终进入三羧酸循环氧化。（4）酮体氧化产生的乙酰CoA最终进入三羧酸循环氧化。（5）甘油经磷酸甘油激酶作用后，转变为磷酸二羟丙酮进入糖代谢。4．答：（1）葡萄糖在体内可由此途径生成核糖-5-磷酸。核糖-5-磷酸是合成核酸和核苷酸的原料，又由于核酸参与蛋白质的生物合成，所以在损伤后修补、再生的组织中，此途径进行的比较活跃。产生的5-磷酸核糖是生成核糖，多种核苷酸，核苷酸辅酶和核酸的原料。（2）途径中生成的NADPH+H+是脂肪酸合成等许多反应的供氢体。\n例如合成脂肪、胆固醇、类固醇激素都需要大量的NADPH+H＋提供氢，所以在脂类合成旺盛的脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、睾丸等组织中磷酸戊糖途径比较活跃。（3）磷酸戊糖途径与糖有氧分解及糖无氧分解相互联系。在此途径中最后生成的果糖-6-磷酸与甘油醛-3-磷酸都是糖有氧分解（或糖无氧分解）的中间产物，它们可进入糖的有氧分解（或糖无氧分解）途径进一步进行代谢。5．答：糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径，决定因素是能荷水平，能荷低时糖分解按EMP-TCA途径进行，能荷高时可按磷酸戊糖途径。6．答：丙氨酸成糖是体内很重要的糖异生过程。首先丙氨酸经转氨作用生成丙酮酸，丙酮酸进入线粒体转变成草酰乙酸。但生成的草酰乙酸不能通过线粒体膜，为此须转变成苹果酸或天冬氨酸，后二者到胞浆里再转变成草酰乙酸。草酰乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸，后者沿酵解路逆行而成糖。总之丙氨酸成糖须先脱掉氨基，然后绕过“能障”及“膜障”才能成糖。7．答：磷酸二羟丙酮可还原α-磷酸甘油，后者可参与合成甘油三酯和甘油磷脂。3-磷酸甘油酸是丝氨酸的前体，因而也是甘氨酸和半胱氨酸的前体。磷酸烯醇式丙酮酸两次用于合成芳香族氨基酸的前体-分支酸。它也用于ADP磷酸化成ATP。在细菌，糖磷酸化反应（如葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖）中的磷酸基不是来自ATP，而是来自磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸可转变成丙氨酸；它也能转变成羟乙基用于合成异亮氨酸和缬氨酸。两分子丙酮酸生成α-酮异戊酸，进而可转变成亮氨酸。8．答：（1）琥珀酰CoA主要来自糖代谢，也来自长链脂肪酸的ω-氧化。奇数碳原子脂肪酸，通过β-氧化除生成乙酰CoA，后者进一步转变成琥珀酰CoA。此外，蛋氨酸，苏氨酸以及缬氨酸和异亮氨酸在降解代谢中也生成琥珀酰CoA。（2）琥珀酰CoA的主要代谢去路是通过柠檬酸循环彻底氧化成CO2和H2O。琥珀酰CoA在肝外组织，在琥珀酸乙酰乙酰CoA转移酶催化下，可将辅酶A转移给乙酰乙酸，本身成为琥珀酸。此外，琥珀酰CoA与甘氨酸一起生成δ-氨基-γ-酮戊酸（ALA），参与血红素的合成。9．答：糖酵解与糖异生的差别是糖酵解过程中的三个关键酶由糖异生的四个关键酶代替催化反应。作用部位：糖异生在胞液和线粒体；糖酵解则全部在胞液中进行。糖无氧分解作用：己糖激酶；磷酸果糖激酶；丙酮酸激酶。糖异生作用：葡萄糖-6-磷酸酶；果糖-1,6-二磷酸酶；丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。【练习题二】一、名词解释1．糖的有氧氧化(aerobicoxidation)2．肝糖原分解(glycogenolysis)3．磷酸戊糖途径(pentosephosphatepathway)4．糖核苷酸（sugar-nucleotide）5．共价修饰调节（covalentmodification）6．血糖（bloodsugar）7．底物磷酸化（substratephosphorylation）8．变位酶（mutase）二、填空题1．TCA循环中有两次脱羧反应，分别是由________和________催化。2．乳酸脱氢酶在体内有5种同工酶，其中肌肉中的乳酸脱氢酶对________亲和力特别高，主要催化_________反应。3在糖酵解中提供高能磷酸基团，使ADP磷酸化成ATP的高能化合物是________和_________。4．糖异生的主要原料为____________、_____________和_____________。5．参与α-酮戊二酸氧化脱羧反应的辅酶为________，________，_________，_______和________。6．在磷酸戊糖途径中催化由酮糖向醛糖转移二碳单位的酶为___________，其辅酶为__________；催化由酮糖向醛糖转移三碳单位的酶为___________。7．α–酮戊二酸脱氢酶系包括3种酶，它们是__________，____________，_____________。\n8．催化丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的酶是________，它需要_________和________作为辅因子。9．合成糖原的前体分子是_________，糖原分解的产物是____________。10．糖类除了作为能源之外，它还与生物大分子间___________有关，也是合成_________，___________，__________等的碳骨架的供体。三、选择题1．在原核生物中，有氧与无氧条件下，1摩尔葡萄糖净生成ATP摩尔数的最近比值是()。A．2：1B．9：1C．18：1D．19：1E．25：12．糖酵解时哪一对代谢物提供磷酸使ADP生成ATP()。A．3-磷酸甘油醛及磷酸烯醇式丙酮酸B．1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸C．1-磷酸葡萄糖及1，6-二磷酸果糖D．6-磷酸葡萄糖及2-磷酸甘油酸3．在有氧条件下，线粒体内下述反应中能产生FADH2步骤是()。A．琥珀酸→延胡索酸B．异柠檬酸→α-酮戊二酸C．α-戊二酸→琥珀酰CoAD．苹果酸→草酰乙酸4．丙二酸能阻断糖的有氧氧化，因为它()。A．抑制柠檬酸合成酶B．抑制琥珀酸脱氢酶C．阻断电子传递D．抑制丙酮酸脱氢酶5．由葡萄糖合成糖原时，每增加一个葡萄糖单位消耗高能磷酸键数为()。A．1B．2C．3D．4E．56．在厌氧条件下，下列哪一种化合物会在哺乳动物肌肉组织中积累？()A、丙酮酸    B、乙醇    C、乳酸    D、CO27．磷酸戊糖途径的真正意义在于产生()的同时产生许多中间物如核糖等。A、NADPH+H+    B、NAD+    C、ADP    D、CoASH8．磷酸戊糖途径中需要的酶有()。A、异柠檬酸脱氢酶    B、6-磷酸果糖激酶   C、6-磷酸葡萄糖脱氢酶    D、转氨酶9．生物体内ATP最主要的来源是()。A、糖酵解    B、TCA循环    C、磷酸戊糖途径    D、氧化磷酸化作用10．在TCA循环中，下列哪一个阶段发生了底物水平磷酸化？()A、柠檬酸→α－酮戊二酸    B、α－酮戊二酸→琥珀酸   C、琥珀酸→延胡索酸    D、延胡索酸→苹果酸11．丙酮酸脱氢酶系需要下列哪些因子作为辅酶？()A、NAD+    B、NADP+C、FMND、CoA12．下列化合物中哪一种是琥珀酸脱氢酶的辅酶？()A、生物素    B、FAD    C、NADP+    D、NAD+13．在三羧酸循环中，由α－酮戊二酸脱氢酶系所催化的反应需要()。A、NAD+    B、NADP+    C、CoASH    D、ATP14．草酰乙酸经转氨酶催化可转变成为()。A、苯丙氨酸    B、天冬氨酸    C、谷氨酸    D、丙氨酸15．糖酵解是在细胞的什么部位进行的。()A、线粒体基质    B、胞液中    C、内质网膜上    D、细胞核内16．糖异生途径中哪一种酶代替糖酵解的己糖激酶？()A、丙酮酸羧化酶    B、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶   C、葡萄糖-6-磷酸酯酶   D、磷酸化酶17．糖原分解过程中磷酸化酶的作用部位是()。A、α-1，6-糖苷键    B、β-1，6-糖苷键   C、α-1，4-糖苷键    D、β-1，4-糖苷键\n18．丙酮酸脱氢酶复合体中最终接受底物脱下的2H的辅助因子是()。A、FAD    B、CoA    C、NAD+    D、TPP19．从糖原开始算，1mol葡萄糖转变为2mol乳酸，净生成()molATP？A、1molB、2molC、3molD、4mol20．红细胞中还原型谷胱甘肽不足，易引起溶血，原因是缺乏()。A、葡萄糖-6-磷酸酶B、果糖二磷酸酶C、磷酸果糖激酶D、6-磷酸葡萄糖脱氢酶E、葡萄糖激酶四、判断（是非）对错1．糖异生作用的关键反应是草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸的反应。2．TCA中底物水平磷酸化直接生成的是ATP。3．每分子葡萄糖经三羧酸循环产生的ATP分子数比糖酵解时产生的ATP分子数多一倍。4．哺乳动物无氧下不能存活，因为葡萄糖酵解不能合成ATP。5．葡萄糖是生命活动的主要能源之一，酵解途径和三羧酸循环都是在线粒体内进行的。6．糖酵解反应有氧无氧均能进行。7．三羧酸循环被认为是需氧途径，因为还原型的辅助因子通过电子传递链而被氧化，以使循环所需的载氢体再生。8．动物体内合成糖原时需要ADPG提供葡萄糖基。五、简答题1．糖酵解中的调节酶有哪几种？受哪些因素的调节？2．试述丙酮酸氧化脱羧反应机制以及受哪些因素调控？3．补充三羧酸循环的草酰乙酸来自何处？4．什么是糖异生作用?哪些物质可异生为糖？5．肝内各单糖是怎样相互转化的？6．糖原是通过什么酶系合成的？【参考答案】一、名词解释1．糖的有氧氧化指葡萄糖或糖原在有氧条件下氧化成水和二氧化碳的过程并产生能量。是糖氧化的主要方式。2．肝糖原分解指肝糖原分解为葡萄糖的过程。3．磷酸戊糖途径指机体某些组织（如肝、脂肪组织等）以6-磷酸葡萄糖为起始物在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢物的过程，又称为磷酸已糖旁路。4．单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物，是双糖和多糖合成中单糖的活化形式与供体。5．指一种酶在另一种酶的催化下，通过共价键结合或移去某种基团，从而改变酶的活性，由此实现对代谢的快速调节，称为共价调节。6．指底物在脱氢或脱水时分子内能量重新分布形成的高能磷酸根直接转移给ADP生成ATP的方式，称为底物水平磷酸化。7．血液中所含的糖，除微量的半乳糖、果糖及其磷酸酯外，几乎全部是葡萄糖及少量葡萄糖磷酸酯。一般来说，血糖主要是指血液中所含的葡萄糖。8．通常将催化分子内化学基团移位的酶称为变位酶。二、填空题1．异柠檬酸脱氢酶；α-酮戊二酸脱氢酶2．丙酮酸；丙酮酸→乳酸3．1，3-二磷酸甘油酸；磷酸烯醇式丙酮酸\n4．乳酸；甘油；氨基酸5．TPP；NAD+；FAD；CoA；硫辛酸6．转酮醇酶；TPP；转醛醇酶7．α-酮戊二酸脱氢酶；琥珀酰转移酶；二氢硫辛酸脱氢酶8．磷酸烯醇式丙酮酸激酶；ATP；GTP9．UDP-葡萄糖；G-1-P10．识别；蛋白质；核酸；脂肪三、选择题1．D；2．B；3．C；4．B；5．B；6．C；7．A；8．C；9．D；10．B；11．D；12．B；13．A；14．C；15．B；16．C；17．A；18．C；19．C；20．D。四、判断对错1．对2．错：TCA中底物水平磷酸化直接生成的是GTP，相当于一个ATP。3．错：1mol葡萄糖酵解为2mol乳酸净生成2molATP；1mol葡萄糖彻底氧化为CO2和H2O可得到30或32molATP。4．错：在无氧条件下，可以通过糖酵解产生少量的ATP。5．错：糖酵解的全部反应在胞液中进行。6．对：糖酵解是由葡萄糖生成丙酮酸的过程，它是葡萄糖有氧氧化和无氧发酵的共同途径。7．对8．错：动物体内合成糖原时需要UDPG提供葡萄糖基。五、简答题1．答：机体糖代谢的各个途径都有着精细的调节：在糖原的分解与合成是通过两条途径进行的，这样就便于进行精细调节。糖原分解途径中的磷酸化酶和糖原合成途径中的糖原合酶都是催化不可逆反应的关键酶。这两个酶分别是二条代谢途径的调节酶，其活性决定不同途径的代谢速率，从而影响糖原代谢的方向。在糖无氧分解途径中，己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶分别催化的3个反应是不可逆的，是糖无氧分解途径流量的3个调节点，分别受变构效应剂和激素的调节。糖的有氧分解是机体获取能量的主要方式，有氧分解全过程中许多酶的活性都受细胞内ATP／ADP或ATP／AMP的影响。当细胞消耗ATP以致ATP水平降低，ADP和AMP浓度升高时，磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶复合体以及三羧酸循环中的异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体甚至氧化磷酸化等均被激活，从而加速有氧分解，补充ATP。反之，当细胞内ATP含量丰富时，上述酶的活性均降低，氧化磷酸化亦减弱。磷酸戊糖途径氧化中，最重要的调控因子是NADP＋的水平，因为NADP＋在葡萄糖-6-磷酸氧化形成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯的反应中起电子受体的作用。形成的NADPH+H+与NADP+竞争性与葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性部位结合从而引起酶的活性降低，所以NADP+／NADPH+H+直接影响葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性。2．答：丙酮酸在线粒体中氧化脱羧生成乙酰CoA，此反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化，该复合体由丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶和二氢硫辛酸脱氢酶3种酶在空间上高度组合形成。这3种酶在结构上形成一个有秩序的整体，使得丙酮酸氧化脱羧这一复杂反应得以相互协调依次有序地进行。这一过程受细胞内ATP／ADP或ATP／AMP的影响。当细胞消耗ATP以致ATP水平降低，ADP和AMP浓度升高时，丙酮酸脱氢酶复合体被激活，从而加速有氧分解，补充ATP。反之，当细胞内ATP含量丰富时，复合体活性降低，氧化磷酸化亦减弱。3．答：在三羧酸循环中，草酰乙酸作为反应的原料，在循环的最后，由苹果酸脱氢生成。因此，可以说草酰乙酸是既是反应的原料，也是反应的产物。4．答：\n由非糖物质转变为葡萄糖和糖原的过程称为糖异生作用。氨基酸，乳酸、丙酸、丙酮酸以及三羧酸循环中各种羧酸以及甘油等，可以异生为糖。5．答：动物肝内的单糖有葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖等，另外还有它们的糖磷酸酯及糖核苷酸。它们之间的相互转变，是通过其磷酸酯及糖核苷酸进行的。在相互转变中，葡萄糖-6-磷酸占有中心的地位，因为其他单糖都可以转变为葡萄糖-6-磷酸，然后参加到糖酵解及其他各种代谢途径中去。6．答：糖原合成过程中需要的酶有：己糖激酶、磷酸葡萄糖变位酶、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶、糖原合酶和糖原分支酶。第9章生物氧化【内容提要】生物氧化是营养物质在体内氧化分解产生能量的共同的代谢过程。生物氧化同一般的氧化反应相比有其自己的特点：其反应过程是在生物细胞内进行的，有水的环境，pH近中性，低温（体温）下进行反应，反应过程所释放的能量是逐步释放的，并且可以转化为可以利用的化学能。生物氧化的产物包括CO2、H2O和能量（ATP）。生物氧化的场所是在线粒体。CO2的生成主要是在各种脱羧酶或脱氢酶的催化下，以脱羧反应的形式进行的。H2O的生成主要是在各种脱氢酶的催化下，通过NAD+和NADP+的携带，经过由各种递氢体和电子传递体的顺次传递，最终与O2结合而生成的。胞液中生成的NADH不能直接透过线粒体内膜而进入线粒体内，但可以通过磷酸穿梭或苹果酸穿梭的方式进入线粒体，参加呼吸链的传递，最终与O2结合生成H2O。有些物质能够抑制呼吸链中某一些传递体的传递作用，使得整个呼吸链受到阻断，称为呼吸链的抑制作用。生物氧化中ATP的生成有两种方式：底物磷酸化和氧化磷酸化。底物磷酸化是当底物经过脱氢、脱羧、烯醇化或分子重排等反应时，产生高能键，再将其转移到ADP上产生ATP。氧化磷酸化是底物脱下的氢经过呼吸链的传递，最终与O2结合生成H2O的过程中所释放的能量与ADP的磷酸化进行偶联生成ATP。氧化磷酸化偶联的次数可以用P/O比值来测定。P/O比值是指：当底物脱下的一对H沿呼吸链传递，消耗1个氧原子时用于ADP磷酸化所需要的无机磷酸中的磷原子的数目。以NADH为首的呼吸链的P/O为2.5，以琥珀酸脱氢酶为首的呼吸链的P/O为1.5。目前被人们普遍接受的ATP的生成机制是“化学渗透学说”：当底物脱下的H被传递体传递的时候，被解离为H+和电子，H+被“泵”出线粒体进入胞液，产生[H+]梯度，其中就蕴藏着能量。当这些H+再度被位于线粒体内膜上的“三分子体”转运回到线粒体内时，在FoF1-ATP酶的催化下应用[H+]梯度中所蕴藏的能量，使ADP与Pi反应产生ATP。ATP的能量居于细胞内众多物质的中间水平，因此，它既可以由能量较高的物质获得能量，又可以向能量较低的物质传递能量，所以被称为能量“货币”，在大多情况下，生理活动所需要的能量都是由ATP直接提供的。总之，生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO2和H2O，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。【重点难点】1．生物氧化的概念、特点和方式；2．生物氧化中水和CO2的生成方式；3．呼吸链的组成与呼吸链传递体排列；4．生物氧化与能量代谢：高能磷酸化合物的种类，生成、转移、储存和利用。重点是ATP的生成。【目的要求】\n1．掌握生物氧化的概念、呼吸链和能量代谢。2．熟悉生物氧化过程中水和二氧化碳的生成方式，重点是水的生成。3．了解其他氧化体系的意义【例题解析】例1．如果将琥珀酸（延胡索酸/琥珀酸氧化还原电位+0.03V）加到硫酸铁和硫酸亚铁（高铁/亚铁氧化还原电位+0.077V）的平衡混合液中，可能发生的变化是：A．硫酸铁的浓度将增加B．硫酸铁的浓度和延胡羧酸的浓度将增加C．高铁和亚铁的比例无变化D．硫酸亚铁和延胡索酸的浓度将增加解析：D。氧化还原电位是衡量电子转移的标准。延胡索酸还原成琥珀酸的氧化还原电位和标准的氢电位对比是+0.03V，而硫酸铁（高铁Fe3＋）还原成硫酸亚铁（亚铁Fe2＋）的氧化还原电位是+0.077V，这样高铁对电子的亲和力比延胡索酸要大。所以加进去的琥珀酸将被氧化成延胡索酸，而硫酸铁则被还原成硫酸亚铁。延胡索酸和硫酸亚铁的量一定会增加。例2．在下列的氧化还原系统中，氧化还原电位最高的是：A．NAD十／NADHB．细胞色素a（Fe3＋）／细胞色素a（Fe2＋）C．延胡索酸/琥珀酸D．氧化型泛醌/还原型泛醌解析：B。由于电子是从低标准氧化还原电位向高标准氧化还原电位流动，而题目中所给的氧化还原对中，细胞色素aa3（Fe2十／Fe3＋）在氧化呼吸链中处于最下游的位置，所以细胞色素aa3（Fe2十／Fe3＋）的氧化还原电位最高。例3．如果线粒体内ADP浓度较低，则加入DNP将减少电子传递的速率。()解析：错。在正常的生理条件下，电子传递与氧化磷酸化是紧密偶联的，低浓度的ADP限制了氧化磷酸化，因而就限制了电子的传递速率。而DNP是一种解偶联剂，它可解除电子传递和氧化磷酸化的紧密偶联关系，在它的存在下，氧化磷酸化和电子传递不再偶联，因而ADP的缺乏不再影响到电子的传递速率。【练习题】一、名词解释1.呼吸电子传递链（respiratoryelectron-transportchain）2.氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)3.化学渗透理论(chemiosmotictheory)4.解偶联剂（uncouplingagent）5.P/O比(P/Oratio)6.高能化合物(highenergycompound)7.底物磷酸化(substratephosphorylation)8.能荷(energycharge)二、选择题1．关于电子传递链的下列叙述中哪个是不正确的？（）A、线粒体内有NADH+H+呼吸链和FADH2呼吸链。   B、电子从NADH传递到氧的过程中有3个ATP生成。   C、呼吸链上的递氢体和递电子体完全按其标准氧化还原电位从低到高排列。   D、线粒体呼吸链是生物体唯一的电子传递体系。2．下列化合物中除()外都是呼吸链的组成成分。A、CoQ    B、Cytb    C、CoA    D、NAD+3．一氧化碳中毒是由于抑制了哪种细胞色素？（）A、Cytc    B、Cytb    C、Cytc    D、Cytaa34．各种细胞色素在呼吸链中的排列顺序是：（）A、C→b1→C1→aa3→O2  \nB、C→C1→b→aa3→O2  C、C1→C→b→aa3→O2  D、b→C1→C→aa3→O25．线粒体外NADH经α-磷酸甘油穿梭作用，进入线粒体内实现氧化磷酸化，其P/O值为（）A、0    B、2   C、1.5   D、2    E、2.5    F、36.下列关于化学渗透学说的叙述哪一条是不对的？（）A．吸吸链各组分按特定的位置排列在线粒体内膜上；B．各递氢体和递电子体都有质子泵的作用；C．H＋返回膜内时可以推动ATP酶合成ATP；D．线粒体内膜外侧H＋不能自由返回膜内。三、是非题（在题后括号内打√或×）1．细胞色素是指含有FAD辅基的电子传递蛋白。（）2．△G和△G0ˊ的意义相同。（）3．呼吸链中的递氢体本质上都是递电子体。（）4．胞液中的NADH通过苹果酸穿梭作用进入线粒体，其P/O比值约为2。（）5．物质在空气中燃烧和在体内的生物氧化的化学本质是完全相同的，但所经历的路途不同。（）6．ATP在高能化合物中占有特殊的地位，它起着共同的中间体的作用。（）7．所有生物体呼吸作用的电子受体一定是氧。（）8．琥珀酸脱氢酶的辅基FAD与酶蛋白之间以共价键结合。()9．NADH和NADPH都可以直接进入呼吸链。()四、简答题1．什么是生物氧化？有何特点？试比较体内氧化和体外氧化的异同。2．氰化物为什么能引起细胞窒息死亡？3．简述化学渗透学说的主要内容，其最显著的特点是什么？4.什么是呼吸链？它由哪些复合物组成？5．什么是铁硫蛋白？有什么生理功能？6．呼吸链中各细胞色素有什么区别？什么是细胞色素P450氧还系统？7．影响氧化磷酸化的因素有哪些？8．什么是F1F0-ATP合酶？简述其结构。9．生物氧化中重要的氧化酶有哪些？脱氢酶有哪些？10．糖酵解中产生的NADH是怎样进入呼吸链氧化的？11．能荷与代谢调节有什么关系？12．氧化作用和磷酸化作用是怎样偶联的？ 【参考答案】一、名词解释1．呼吸电子传递链（respiratoryelectron-transportchain）：由一系列可作为电子载体的酶复合体和辅助因子构成，可将来自还原型辅酶或底物的电子传递给有氧代谢的最终电子受体分子氧（O2）。2．氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)：电子从一个底物传递给分子氧的氧化与酶催化的由ADP和Pi生成ATP的磷酸化相偶联的过程。3．化学渗透理论(chemiosmotictheory)：一种学说，主要论点是底物氧化期间建立的质子浓度梯度提供了驱动由ADP和Pi形成ATP的能量。4．解偶联剂（uncouplingagent）：一种使电子传递与ADP磷酸化之间的紧密偶联关系解除的化合物，例如2,4-二硝基苯酚。\n5．P/O比(P/Oratio)：在氧化磷酸化中，每1/2O2被还原时形成的ATP的摩尔数。电子从NADH传递给O2时，P/O比为3，而电子从FADH2传递给O2时，P/O比为2。6．高能化合物(highenergycompound)：在标准条件下水解时自由能大幅度减少的化合物。一般是指水解释放的能量能驱动ADP磷酸化合成ATP的化合物。7．底物磷酸化：底物磷酸化作用是指代谢底物由于脱氢或脱水，造成其分子内部能量重新分布，产生的高能键所携带的能量转移给ADP生成ATP，即ATP的形成直接与一个代谢中间高能磷酸化合物（如磷酸烯醇式丙酮酸、1,3-二磷酸甘油酸等）上的磷酸基团的转移相偶联，其特点是不需要分子氧参加。8．能荷：表示细胞内3种腺苷酸的比例关系的单位，可用下式表示：二、选择题1.D2.C3.D4.D5.C6.B三、是非题1.×2.×3.√4.×5.√6.√7.×8.√9.×四、问答题1．什么是生物氧化？有何特点？试比较体内氧化和体外氧化的异同。答：营养物质如蛋白质、脂肪和糖等在体内分解，消耗氧气，生成CO2和H2O，同时产生能量的过程称为生物氧化。生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO2和H2O，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP分子中活跃化学能，供生物体利用。体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。2．氰化物为什么能引起细胞窒息死亡？答：氰化物属于常见的电子传递抑制剂，能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。能阻断电子由Cytaa3到氧的传递。3．简述化学渗透学说的主要内容，其最显著的特点是什么？答：该假说由英国生物化学家PeterMitchell提出的。他认为电子传递的结果将H+从线粒体内膜上的内侧“泵”到内膜的外侧，于是在内膜内外两侧产生了H+的浓度梯度。即内膜的外侧与内膜的内侧之间含有一种势能，该势能是H+返回内膜内侧的一种动力。H+通过F0F1-ATP酶分子上的特殊通道又流回内膜的内侧。当H+返回内膜内侧时，释放出自由能的反应和ATP的合成反应相偶联。4．什么是呼吸链？它由哪些复合物组成？答：电子传递链是在生物氧化中，底物脱下的氢（H++eˉ），经过一系列传递体传递，最后与氧结合生成H2O的电子传递系统，又称呼吸链。呼吸链上电子传递载体的排列是有一定顺序和方向的，电子传递的方向是从氧还电势较负的化合物流向氧化还原电势较正的化合物，直到氧。氧是氧化还原电势最高的受体，最后氧被还原成水。构成电子传递链的电子传递体成员分五类：烟酰胺核苷酸（NAD＋）、黄素蛋白、铁硫蛋白或铁硫中心、辅酶Q、细胞色素类等。5．什么是铁硫蛋白？有什么生理功能？答：铁硫蛋白是一种非血红素铁蛋白，其活性部位含有非血红素铁原子和对酸不稳定的硫原子，此活性部位被称之为铁硫中心。铁硫蛋白是一种存在于线粒体内膜上的与电子传递有关的蛋白质。铁硫蛋白中的铁原子与硫原子通常以等摩尔量存在，铁原子与蛋白质的四个半胱氨酸残基结合。根据铁硫蛋白中所含铁原子和硫原子的数量不同可分为三类：FeS中心、Fe2-S2中心和Fe4-S4\n中心。在线粒体内膜上，铁硫蛋白和递氢体或递电子体结合为蛋白复合体，已经证明在呼吸链的复合物I、复合物Ⅱ、复合物Ⅲ中均结合有铁硫蛋白，其功能是通过二价铁离子和三价铁离子的化合价变化来传递电子，而且每次只传递一个电子，是单电子传递体。6．呼吸链中各细胞色素有什么区别？什么是细胞色素P450氧化还原系统？答：细胞色素类是含铁的单电子传递载体。铁原子处于卟啉的中心，构成血红素。它是细胞色素类的辅基。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到氧的专一酶类。线粒体的电子至少含有5种不同的细胞色素（即b、c、c1、a、a3）。通过实验证明，它们在电子传递链上电于传递的顺序是b→c1→c→aa3，细胞色素aa3以复合物形式存在，称为细胞色素氧化酶。是电子传递链中最末端的载体，所以又称末端氧化酶。7．影响氧化磷酸化的因素有哪些？答：氧化磷酸化：在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成ATP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化。影响因素主要是：ATP/ADP比值、甲状腺激素、药物和毒物，包括：呼吸链的抑制剂、解偶联剂、氧化磷酸化的抑制剂等。8．什么是F1F0-ATP合酶？简述其结构.答：在电镜下，ATP合酶分为三个部分，即头部，柄部和基底部。但如用生化技术进行分离，则只能得到F0（基底部+部分柄部）和F1（头部+部分柄部）两部分。ATP合酶的中心存在质子通道，当质子通过这一通道进入线粒体基质时，其能量被头部的ATP合酶催化活性中心利用以合成ATP。9．生物氧化中重要的氧化酶有哪些？脱氢酶有哪些？答：营养物质进行氧化分解是在各种氧化酶的催化下进行的。按照其催化反应的特点，氧化酶类包括需氧脱氢酶、不需氧脱氢酶和氧化酶等。需氧脱氢酶可以催化底物脱氢，并且将脱掉的氢立即交给分子氧，生成H2O2。此酶大多以黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基，称为黄素酶类。它们常需要某些金属离子，如Mo2+和Fe2+等。属于需氧脱氢酶的有黄嘌呤氧化酶、L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶及醛氧化酶等。不需氧脱氢酶可使底物脱氢而氧化，但脱下来的氢并不直接与氧反应，而是通过呼吸链传递最终才与氧结合生成H2O。这些酶的辅酶包括NAD+、NADP+和FAD等。3-磷酸甘油醛脱氢酶，丙酮酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶等都属于不需氧脱氢酶。主要的氧化酶有处于呼吸链末端的细胞色素氧化酶，又称细胞色素aa3，可以催化细胞色素C的氧化，将电子直接传递给氧，生成O2-，后者再接受H+生成H2O。除上述氧化酶以外，在细胞内还存在有一些其他的氧化酶，它们大多数位于过氧化物酶体中。这些氧化酶类虽然不参加ATP的生成，但在解毒，保护机体方面具有重要作用。例如：过氧化氢酶和过氧化物酶、加氧酶、超氧化物歧化酶等。10．糖酵解中产生的NADH是怎样进入呼吸链氧化的？ 答：胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH。这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP。1）磷酸甘油穿梭系统：这一系统以3-磷酸甘油和磷酸二羟丙酮为载体，在两种不同的α-磷酸甘油脱氢酶的催化下，将胞液中NADH的氢原子带入线粒体中，交给FAD，再沿琥珀酸氧化呼吸链进行氧化磷酸化。因此，如NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，则只得到2分子ATP。2）苹果酸穿梭系统：此系统以苹果酸和天冬氨酸为载体，在苹果酸脱氢酶和谷草转氨酶的催化下。将胞液中NADH的氢原子带入线粒体交给NAD+，再沿NADH氧化呼吸链进行氧化磷酸化。因此，经此穿梭系统带入一对氢原子可生成3分子ATP。11．能荷与代谢调节有什么关系？ 答：细胞内存在三种经常参与能量代谢的腺苷酸，即ATP、ADP和AMP\n。这三种腺苷酸的总量虽然很少，但与细胞的分解代谢和合成代谢紧密相联。三种腺苷酸在细胞中各自的含量也随时在变动。生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态（即细胞中高能磷酸状态）用数量表示，称为能荷。能荷的大小与细胞中ATP、ADP和AMP的相对含量有关。当细胞中全部腺苷酸均以ATP形式存在时，则能荷最大，为1，即能荷为满载。当全部以AMP形式存在时，则能荷最小，为零。当全部以ADP形式存在时，能荷居中，为50％。若三者并存时，能荷则随三者含量的比例不同而表现不同的百分值。通常情况下细胞处于80％的能荷状态。能荷与代谢有什么关系呢？研究证明，细胞中能荷高时，抑制了ATP的生成，但促进了ATP的利用，也就是说，高能荷可促进分解代谢，并抑制合成代谢。相反，低能荷则促进合成代谢，抑制分解代谢。能荷调节是通过ATP、ADP和AMP分子对某些酶分子进行变构调节进行的。例如糖酵解中，磷酸果糖激酶是一个关键酶，它受ATP的强烈抑制，但受ADP和AMP促进。丙酮酸激酶也是如此。在三羧酸环中，丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶等，都受ATP的抑制和ADP的促进。呼吸链的氧化磷酸化速度同样受ATP抑制和ADP促进。12．氧化作用和磷酸化作用是怎样偶联的？答：目前解释氧化作用和磷酸化作用如何偶联的假说有三个，即化学偶联假说、结构偶联假说与化学渗透假说。其中化学渗透假说得到较普遍的公认。该假说的主要内容是：（1）线粒体内膜是封闭的对质子不通透的完整内膜系统。（2）电子传递链中的氢传递体和电子传递体是交叉排列，氢传递体有质子（H＋）泵的作用，在电子传递过程中不断地将质子（H＋）从内膜内侧基质中泵到内膜外侧。（3）质子泵出后，不能自由通过内膜回到内膜内侧，这就形成内膜外侧质子（H＋）浓度高于内侧，使膜内带负电荷，膜外带正电荷，因而也就形成了两侧质子浓度梯度和跨膜电位梯度。这两种跨膜梯度是电子传递所产生的电化学电势，是质子回到膜内的动力，称质子移动力或质子动力势。（4）一对电子（2eˉ）从NADH传递到O2的过程中共有3对H＋从膜内转移到膜外。复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ起质子泵的作用，这与氧化磷酸化的三个偶联部位一致，每次泵出2个H＋。（5）质子移动力是质子返回膜内的动力，是ADP磷酸化成ATP的能量所在，在质子移动力驱使下，质子（H＋）通过F1F0-ATP合酶回到膜内，同时ADP磷酸化合戚ATP。第10章脂代谢【内容提要】脂肪是动物体内主要的贮能物质。经激素敏感脂肪酶的催化，脂肪分解为甘油及饱和与不饱和脂肪酸，并运送到全身各组织利用。甘油磷酸化后，进入糖代谢途径。胞液中的脂肪酸，先活化为脂酰CoA，然后由肉碱转运至线粒体中进行β-氧化分解，每一次β-氧化，脂酰CoA经过脱氢、加水、再脱氢及硫解，生成1mol乙酰CoA和少2个碳原子的脂酰CoA，如此重复，完全降解成乙酰CoA并进入三羧酸循环彻底氧化。酮体是由脂肪酸在肝细胞线粒体中β-氧化产生的乙酰CoA缩合产生的，因肝脏缺乏乙酰乙酸硫激酶和琥珀酰CoA转硫酶，所以肝脏产生的酮体自身不能利用，需经血液运至肝外组织氧化供能。脂肪酸在胞液中合成。线粒体中的乙酰CoA通过柠檬酸-丙酮酸循环转运入胞液，由NADPH供氢，在脂肪酸合成酶系催化下合成软脂酸，合成反应并不是β-氧化的简单逆过程。脂肪的合成有两条途径，一条是在肝细胞和脂肪细胞的滑面内质网中，由α-磷酸甘油逐步酯化生成，另一条是在小肠黏膜上皮细胞内，消化吸收的甘油一酯直接与脂酰CoA作用生成。\n类脂的种类很多，其中磷脂和胆固醇都是组成生物膜双层结构的成分。磷脂在形成脂蛋白CM和VLDL中，对运输外源性和内源性三脂酰甘油和胆固醇及其酯起重要作用。胆固醇是组成类固醇激素和胆汁酸的前体物质，胆固醇合成的原料是乙酰CoA，合成通路的主要调节部位是HMG-COA还原酶所催化的反应，LDL是转运胆固醇的主要物质，胆固醇一部分从肝直接排出，大部分则转变成胆汁酸后分泌排出。血浆中脂蛋白用电泳和离心的方法分类。脂蛋白的形成以及在动物体内的交换过程中实现对甘油三脂和胆固醇的代谢调节和转运。脂肪是动物机体用以贮存能量的主要形式。当动物摄入的能源物质，包括糖和脂肪，超过了其所需要的消耗量时，就以脂肪的形式贮存起来。而当摄入的能源物质不能满足生理活动需要时，则动用体内贮存的脂肪氧化供能。【重点难点】1．脂类的分类及生理功能。2．甘油三酯的代谢。（1）分解代谢：脂肪的动员；β-氧化；酮体的生成和利用；甘油代谢。（2）合成代谢：脂肪酸合成；甘油三酯的合成。（3）脂肪代谢的调节3．类脂的代谢（1）磷脂的代谢：甘油磷脂的合成代谢和分解代谢。（2）胆固醇代谢：吸收、酯化、合成、转化和排泄。4．脂类在体内的转运。【目的要求】1．掌握脂肪的分解代谢—脂肪酸的β-氧化；酮体的生成与利用；脂肪酸的其他氧化方式；2．掌握脂肪的合成代谢。3．掌握脂类的消化吸收，血浆脂蛋白的代谢，甘油磷脂的代谢和胆固醇的合成原料。4．了解类脂的代谢以及脂类在体内的运转概况等。【例题解析】例1．为什么摄入糖量过多容易长胖？解析：本题考查糖代谢和脂肪代谢的联系。糖类在体内水解产生单糖，像葡萄糖可以通过有氧氧化生成乙酰CoA，作为脂肪酸合成原料合成脂肪酸，因此，脂肪也是糖的储存形式之一。糖代谢过程中产生的磷酸二羟丙酮可以转变为磷酸甘油，也作为脂肪合成中甘油的来源。例2．一分子软脂酸经β-氧化为CO2和H2O时，能产生多少分子ATP?解析：考查脂肪酸氧化分解过程中产能多少。软脂酸是十六碳的饱和脂肪酸，最终被分解为CO2和H2O时，共需经过7次β-氧化过程，由于每进行一次β-氧化可生成乙酰CoA、FADH2和NADH+H+各1mol，每molNADH+H+经呼吸链氧化后可产生2.5molATP，而每molFADH2则产生1.5molATP。故7molNADH+H+产生17.5molATP，7molFADH2产生10.5molATP。已知每mol乙酰CoA经三羧酸循环氧化成CO2和H2O时可产生10molATP，故8mol乙酰CoA可产生80molATP。以上总共产生108molATP。因在脂肪酸活化时要消耗2个高能键，相当于2个ATP，故彻底氧化1mol软脂酸净生成106molATP。例3．当胞浆中脂肪酸合成旺盛时，线粒体中脂肪酸氧化就会停止，为什么？解析：本题考查的是脂肪酸代谢的调节。主要是因为脂肪酸合成产生出的丙二酸单酰-CoA可以抑制肉碱脂肪酰转移酶I的作用，这样长链的脂酰CoA就不能转入线粒体中，当脂肪酸的合成旺盛时，胞浆中的丙二酸单酰-CoA的含量就会很多，脂酰CoA被阻断在胞浆中，所以β-氧化就不能进行。【练习题】一、名词解释1.必需脂肪酸（essentialfattyacid）2.脂肪酸的α-氧化(α-oxidation)3.脂肪酸的β-氧化(β-oxidation)4.脂肪酸的ω-氧化(ω-oxidation)5.柠檬酸穿梭(citriateshuttle)6.脂肪酸合成酶系统（fattyacidsynthasesystem）7．脂肪的动员作用(adipokineticaction)\n二、填空题1．脂肪酸的_________是Knoop于1904年最初提出来的。2．脂肪酸的β-氧化包括_________、_________、_________和_________四个步骤。3．________是动物和许多植物主要的能源贮存形式，是由________与3分子________酯化而成的。4．在所有的细胞中，活化酰基化合物的主要载体是_________。5．在线粒体外膜脂酰CoA合成酶催化下，游离脂肪酸与_________和_________反应，生成脂肪酸的活化形式_________，再经线粒体内膜上的_________进入线粒体基质。6．一个碳原子数为n（n为偶数）的脂肪酸在β-氧化中需经______次β-氧化循环，生成________个乙酰CoA，_________个FADH2和_________个NADH+H+。7.乙醛酸循环中两个关键酶是_________和_________,使异柠檬酸避免了在________循环中的两次_________反应,实现从乙酰CoA净合成_________循环的中间物。8．含一个以上双键的不饱和脂肪酸的氧化，可按β-氧化途径进行，但还需另外两种酶即_________和_________。9．脂肪酸从头合成的C2供体是_________，活化的C2供体是_________，还原剂是_________。10．乙酰CoA羧化酶是脂肪酸从头合成的限速酶，该酶以_________为辅基，消耗_________，催化_________与_________生成_________，柠檬酸为其_________，长链脂酰CoA为其_________。11．脂肪酸从头合成中，缩合、两次还原和脱水反应时酰基都连接在_________上，它有一个与_________一样的_________长臂。12．脂肪酸合成酶复合物一般只合成_________，动物中脂肪酸碳链延长由_________或_________酶系统催化。13．真核细胞中，不饱和脂肪酸都是通过_________途径合成的；许多细菌的单烯脂肪酸则是经由_________途径合成的。14．通过两分子_________与一分子_________反应可以合成一分子磷脂酸。15．三酰甘油是由_________和_________在磷酸甘油转酰酶的作用下先形成_________，再由磷酸酶转变成_________，最后在_________催化下生成三酰甘油。16．磷脂合成中活化的二酰甘油供体为_________，在功能上类似于糖原合成中的_________。17．酮体包括_________、_________和_________三种化合物。18．磷脂酶A1水解卵磷脂生成_________和_________。19．胆固醇生物合成的原料是_________。20．脂肪酸合成过程中，乙酰CoA来源于_________或_________，NADPH来源于_________途径。三、选择题1．下列哪项叙述符合脂肪酸的β-氧化？（）A．仅在线粒体中进行B．产生的NADPH用于合成脂肪酸C．被胞浆酶催化D．产生的NADPH用于葡萄糖转变成丙酮酸E．需要酰基载体蛋白参与2．脂肪酸在细胞中氧化降解（）。A．从酰基CoA开始B．产生的能量不能为细胞所利用C．被肉毒碱抑制D．主要在细胞核中进行E．在降解过程中反复脱下三碳单位使脂肪酸链变短3．下列哪个辅因子参与脂肪酸的β-氧化？（）A．ACPB．FMNC．生物素D．NAD+4．脂肪酸从头合成的酰基载体是（）。A．ACPB．CoAC．生物素D．TPP5．卵磷脂中含有的含氮化合物是（）。A．磷酸吡哆醛    B．胆胺    C．胆碱    D．谷氨酰胺6．脂肪酸从头合成的限速酶是（）。A．乙酰CoA羧化酶B．缩合酶C．β-酮脂酰-ACP还原酶D．α，β-烯脂酰-ACP还原酶7．以干重计，脂肪比糖完全氧化产生更多的能量。下面谁最接近糖对脂肪的产能比例？（）A．1:2B．1:3C．1:4D．2:3E．3:4\n8．软脂酰CoA在β-氧化第一次循环中及生成的二碳代谢物彻底氧化时，ATP的总量是（）。A．3ATPB．13ATPC．14ATPD．17ATPE．18ATP9．下述酶中哪个是多酶复合体？（）A．ACP-转酰基酶；B．丙二酰单酰CoA-ACP-转酰基酶C．β-酮脂酰-ACP还原酶；D．β-羟脂酰-ACP脱水酶E．脂肪酸合成酶10．由3-磷酸甘油和酰基CoA合成甘油三酯过程中，生成的第一个中间产物是下列那种？（）A．2-甘油单酯B．1，2-甘油二酯C．溶血磷脂酸D．磷脂酸E．酰基肉毒碱11．下述哪种说法最准确地描述了肉毒碱的功能？（）A．转运中链脂肪酸进入肠上皮细胞B．转运中链脂肪酸越过线粒体内膜C．参与转移酶催化的酰基反应D．是脂肪酸合成代谢中需要的一种辅酶12．为了使长链脂酰基从胞浆转运到线粒体内进行脂肪酸的β-氧化，所需要的载体为：()A．柠檬酸B．肉碱C．酰基载体蛋白D．α-磷酸甘油E．CoA13．下列化合物中除哪个外都能随着脂肪酸β-氧化的不断进行而产生?()A．H2OB．乙酰CoAC.脂酰CoAD.NADH+H+E.FADH214．在长链脂肪酸的代谢中，脂肪酸β-氧化循环的继续与下列哪个酶无关?()A.脂酰CoA脱氢酶B.β-羟脂酰CoA脱氢酶C.烯脂酰CoA水化酶D.β-酮硫解酶E.硫激酶15．下列关于脂肪酸β-氧化作用的叙述哪个是错误的?()A.脂肪酸仅需一次活化，消耗ATP分子的两个高能键B.除硫激酶外，其余所有的酶都属于线粒体酶C.β—氧化包括脱氢、水化、再脱氢和硫解等重复步骤D.该过程涉及到NADP+的还原E.氧化中除去的碳原子可进一步利用16．脂肪酸的合成通常称作还原性合成，下列哪个化合物是该途径中的还原剂?()A.NADP+B.FADC.FADH2D.NADPHE.NADH17．在脂肪酸生物合成中，将乙酰基从线粒体内转到胞浆中的化合物是()A.乙酰CoAB.乙酰肉碱C.琥珀酸D.柠檬酸E.草酰乙酸18．肝脏中从乙酰CoA合成乙酰乙酸的途径中，乙酰乙酸的直接前体是()A.3-羟基丁酸B.乙酰乙酰CoAC.3-羟基丁酰CoAD.甲羟戊酸E.3-羟-3-甲基戊二酸单酰CoA19．二脂酰甘油+NDP-胆碱→NMP+磷脂酰胆碱，此反应中NMP代表什么?()A.AMPB.CMPC.GMPD.TMPE.UMP20．在胆固醇生物合成中，下列哪一步是限速反应及代谢调节点?()A.焦磷酸牤牛儿酯→焦磷酸法呢酯；B.鲨烯→羊毛固醇；C.羊毛固醇→胆固醇；D.β-羟基-β-甲基戊二酸单酰CoA→甲羟戊酸；E.上面反应均不是。21．胆固醇是下列哪种化合物的前体分子?()A.辅酶AB.泛醌C.维生素AD.维生素DE.维生素E22．甘油醇磷脂合成过程中需哪一种核苷酸参与?()A．ATPB.CTPC.TTPD.UTPE.GTP23．脂肪酸β-氧化的逆反应可见于()。A.胞浆中脂肪酸的合成B.胞浆中胆固醇的合成C.线粒体中脂肪酸的延长D.内质网中脂肪酸的延长E.不饱和脂肪酸的合成24．缺乏维生素B2，β-氧化过程中哪一个中间产物的合成受到障碍?()\nA．脂酰CoAB．β-酮脂酰CoAC．α,β-烯脂酰CoAD．L-β-羟脂酰CoAE．乙酰CoA四、判断（是非）题1.脂肪酸的β-氧化和α-氧化都是从羧基端开始的。2.只有偶数碳原子的脂肪才能经β-氧化降解成乙酰CoA。3．脂肪酸从头合成中，将糖代谢生成的乙酰CoA从线粒体内转移到胞液中的化合物是苹果酸。4．脂肪酸的从头合成需要柠檬酸裂解提供乙酰CoA。5．脂肪酸β-氧化酶系存在于胞浆中。6．肉毒碱可抑制脂肪酸的氧化分解。7．在真核细胞内，饱和脂肪酸在O2的参与下和专一的去饱和酶系统催化下生成各种长链脂肪酸。8．脂肪酸的生物合成包括二个方面：饱和脂肪酸的从头合成及不饱和脂肪酸的合成。9．甘油在甘油激酶的催化下，生成α-磷酸甘油，反应消耗ATP，为可逆反应。10.萌发的油料种子和某些微生物拥有乙醛酸循环途径，可利用脂肪酸α-氧化生成的乙酰CoA合成苹果酸，为糖异生和其它生物合成提供碳源。五、简答题1.按下述几方面，比较脂肪酸氧化和合成的差异：（1）进行部位；（2）酰基载体；（3）所需辅酶；（4）β-羟基中间物的构型；（5）促进过程的能量状态；（6）合成或降解的方向；（7）酶系统。2.在脂肪生物合成过程中，软脂酸和硬脂酸是怎样合成的？3．说明动物、植物、细菌在合成不饱和脂肪酸方面的差异。4．脂肪酶有哪几种?受什么因素调节? 5．单不饱和脂肪酸氧化有什么特点? 6．什么是酮体?怎样生成的?有什么生理作用? 7．什么是柠檬酸-丙酮酸循环?有什么生理意义?8．什么是ACP?有什么生物功能? 9．软脂酸(棕榈酸)是怎样合成的?硬脂酸是怎样合成的?10．脂肪酸的合成过程是β-氧化过程的逆反应吗? 11．脂肪(三酰甘油)是怎样合成的?【参考答案】一、名词解释1．必需脂肪酸：动物机体不能合成，但是对其生理活动十分重要，必须从饲料中获得(植物和微生物可以合成)的几种不饱和脂肪酸，主要有亚油酸、亚麻油酸和花生四烯酸，这类多不饱和脂肪酸称为必需脂肪酸。2.α-氧化：α-氧化作用是以具有3-18碳原子的游离脂肪酸作为底物，有分子氧间接参与，经脂肪酸过氧化物酶催化作用，由α碳原子开始氧化，氧化产物是D-α-羟脂肪酸或少一个碳原子的脂肪酸。3.脂肪酸的β-氧化：脂肪酸的β-氧化作用是脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之间断裂，β碳原子氧化成羧基生成含2个碳原子的乙酰CoA和比原来少2个碳原子的脂肪酸。4.脂肪酸ω-氧化：ω-氧化是C5、C6、C10、C12脂肪酸在远离羧基的烷基末端碳原子被氧化成羟基，再进一步氧化而成为羧基，生成α,ω-二羧酸的过程。5.柠檬酸穿梭：线粒体内的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸，然后经内膜上的三羧酸载体运至胞液中，在柠檬酸裂解酶催化下，需消耗ATP将柠檬酸裂解回草酰乙酸和乙酰CoA\n，后者就可用于脂肪酸合成，而草酰乙酸经还原后再氧化脱羧成丙酮酸，丙酮酸经内膜载体运回线粒体，在丙酮酸羧化酶作用下重新生成草酰乙酸，这样就可又一次参与转运乙酰CoA的循环。6．脂肪酸合酶系统：脂肪酸合酶系统是一种多酶复合体，包括酰基载体蛋白（ACP）和6种酶，这六种酶分别是：乙酰转酰酶；ACP-丙二酸单酰CoA转移酶；β-酮脂酰-ACP缩合酶；β-酮脂酰-ACP还原酶；羟脂酰-ACP脱水酶；烯脂酰-S-ACP还原酶。7.当机体需要能量时，贮存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂肪酸和甘油并释放入血液，被其他组织氧化利用，这一过程称为脂肪的动员作用。二、填空题1．β-氧化作用2．脱氢；加水；再脱氢；硫解3．脂肪；甘油；脂肪酸4．CoA5．ATP-Mg2+；CoA-SH；脂酰S-CoA；肉毒碱-脂酰转移酶系统6．0.5n-1；0.5n；0.5n-1；0.5n-17．异柠檬酸裂解酶；苹果酸合成酶；三羧酸；脱羧；三羧酸8．Δ3-顺Δ2-反烯脂酰CoA异构酶；Δ4-顺Δ2-反二烯脂酰CoA还原酶9．乙酰CoA；丙二酸单酰CoA；NADPH+H+10．生物素；ATP；乙酰CoA；HCO3-；丙二酸单酰CoA；激活剂；抑制剂11．ACP；CoA；4’-磷酸泛酰巯基乙胺12．软脂酸；线粒体；内质网13．氧化脱氢；厌氧14．脂酰CoA；3-磷酸甘油15．3-磷酸甘油；脂酰-CoA；磷脂酸；二酰甘油；二酰甘油转移酶16．CDP-二酰甘油；UDP-葡萄糖17．丙酮；乙酰乙酸；β-羟丁酸18．溶血卵磷脂；脂肪酸19．乙酰CoA20．葡萄糖分解；脂肪酸氧化；磷酸戊糖途径三、选择题1．A2．A3．D4．A5．C6．A7．A8．D9．E10．D11．C12．B13．A14．E15．D16．D17．D18．E19．B20．D21．D22．B23．D24．C四、判断（是非）题1.对2.错：偶数碳原子脂肪酸和奇数碳原子脂肪酸都可经过β-氧化，只是前者的代谢产物是苯乙酸，后者代谢产物是苯甲酸。3.错：脂肪酸从头合成中，将糖代谢生成的乙酰CoA从线粒体内转移到胞液中的化合物是柠檬酸。4.对5.错：脂肪酸β-氧化酶系存在于线粒体中。6.错：肉毒碱与脂酰辅酶A形成脂酰肉毒碱，可帮助脂酰辅酶A进入线粒体，所以肉毒碱可促进脂肪酸的氧化分解。7.错：在真核细胞内，饱和脂肪酸在O2的参与下和专一的去饱和酶系统催化下进一步生成各种不饱和脂肪酸。8.错：不饱和脂肪酸是由饱和脂肪酸在脱饱和酶的作用下产生的。9.错：甘油生成α-磷酸甘油的反应为不可逆反应。10.错：萌发的油料种子和某些微生物拥有乙醛酸循环途径，可利用脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA合成苹果酸，为糖异生和其它生物合成提供碳源。五、简答题1．答：氧化在线粒体，合成在胞液；氧化的酰基载体是辅酶A，合成的酰基载体是酰基载体蛋白；氧化是FAD和NAD+，合成是NADPH；氧化是L型，合成是D型；氧化不需要CO2，合成需要CO2；氧化为高ADP水平，合成为高ATP水平；氧化是羧基端向甲基端，合成是甲基端向羧基端；脂肪酸合成酶系为多酶复合体，而不是氧化酶。\n2.答：（1）软脂酸合成：软脂酸是十六碳饱和脂肪酸，在细胞液中合成，合成软脂酸需要两个酶系统参加。一个是乙酰CoA羧化酶，它包括三种成分，生物素羧化酶、生物素羧基载体蛋白、转羧基酶。由它们共同作用，催化乙酰CoA转变为丙二酸单酰CoA。另一个是脂肪酸合成酶，该酶是一个多酶复合体，包括6种酶和一个酰基载体蛋白，在它们的共同作用下，催化乙酰CoA和丙二酸单酰CoA，合成软脂酸其反应包括4步，即缩合、还原、脱水、再缩合，每经过4步循环，可延长2个碳。如此进行，经过7次循环即可合成软脂酰—ACP。软脂酰—ACP在硫激酶作用下分解，形成游离的软脂酸。软脂酸的合成是从原始材料乙酰CoA开始的所以称之为从头合成途径。（2）硬脂酸的合成，在动物和植物中有所不同。在动物中，合成地点有两处，即线粒体和粗面内质网。在线粒体中，合成硬脂酸的碳原子受体是软脂酰CoA，碳原子的供体是乙酰CoA。在内质网中，碳原子的受体也是软脂酰CoA，但碳原子的给体是丙二酸单酰CoA在植物中，合成地点是细胞溶质。碳原子的受体不同于动物，是软脂酰ACP；碳原子的给体也不同与动物，是丙二酸单酰ACP。在两种生物中，合成硬脂酸的还原剂都是一样的。3.答：在植物中，不仅可以合成单不饱和脂肪酸，而且可以合成多不饱和脂肪酸，例如亚油酸、亚麻酸和桐油酸等。植物体中单不饱和脂肪酸的合成，主要是通过氧化脱氢途径进行。这个氧化脱氢反应需要氧分子和NADPH+H+参加，另外还需要黄素蛋白和铁氧还蛋白参加，由去饱和酶催化。植物体中多不饱和脂肪酸的合成，主要是在单不饱和脂肪酸基础上进一步氧化脱氢，可生成二烯酸和三烯酸，由专一的去饱和酶催化并需氧分子和NADPH+H+参加。在哺乳动物中，仅能合成单不饱和脂肪酸，如油酸，不能合成多不饱和脂肪酸，动物体内存在的多不饱和脂肪酸，如亚油酸等，完全来自植物油脂，由食物中摄取。动物体内单不饱和脂肪酸的合成，是通过氧化脱氢途径进行的。由去饱和酶催化，该酶存在于内质网膜上，反应需要氧分子和NADPH+H+参与，此外还需要细胞色素b5和细胞色素b5还原酶存在，作为电子的传递体。整个过程传递4个电子，所形成的产物含顺式-9-烯键。细菌中，不饱和脂肪酸的合成不同于动、植物，动植物是通过有氧途径，而细菌是通过厌氧途径，细菌先通过脂肪酸合成酶系，合成十碳的β-羟癸酰-SACP；然后在脱水酶作用下，形成顺-β，γ癸烯酰SACP；再在此化合物基础上，形成不同长度的单烯酰酸。4．答：催化脂肪（甘油三酯）水解的酶称为脂肪酶。脂肪酶有三种，即甘油三酯脂肪酶，甘油二酯脂肪酶，甘油单酯脂肪酶。在三种脂肪酶中，甘油三酯脂肪酶是限速酶。脂肪水解的第一步是限速步骤，该酶受激素调节。肾上腺素，甲状腺素，胰高血糖素，肾上腺皮质激素对甘油三酯脂肪酶起正调节作用，这些激素可以激活腺苷酸环化酶，使ATP转变为cAMP。cAMP浓度增加时，可使蛋白激酶活化，活化的蛋白激酶可使无活性的脂肪酶磷酸化，转变为有活性的脂肪酶，加速脂肪分解代谢。胰岛素，前列腺素E1的作用相反，可抑制腺苷酸环化酶活力，减少cAMP生成。另外，胰岛素和前列腺素E1有激活磷酸二酯酶活力的作用，加速了cAMP的分解。由于cAMP含量下降，蛋白激酶得不到激活，脂肪酶也得不到活化，脂肪水解受到抑制。胰岛素和前列腺素E1对脂肪水解有负调节作用，被称为抗脂解激素。5．答：单不饱和脂肪酸的氧化与偶数碳原子不饱和脂肪酸的氧化类似，但是有其特点。按照饱和脂肪酸同样方式活化后，进入线粒体进行β-氧化。在进行3次β-氧化后，产生Δ3顺烯脂酰CoA，此产物不能被烯脂酰CoA水化酶作用，因此须经过一个异构酶（Δ3顺Δ2-反烯脂酰CoA异构酶）催化，使其转变为Δ2反式异构物即Δ2-反烯脂酰CoA才能被烯脂酰CoA水化酶作用。6．答：由乙酰CoA缩合而形成的乙酰乙酸，β-羟丁酸以及丙酮等三种物质，统称为酮体。酮体生成的全套酶系位于肝细胞线粒体的内膜或基质中，其中HMGCoA合成酶是此途径的限速酶。除肝脏外，肾脏也能生成少量酮体。2mol乙酰CoA在硫解酶的催化下，缩合成乙酰乙酰CoA，后者再与1mol乙酰CoA在β-羟-β-甲基戊二酸单酰CoA合成酶的催化下缩合成β-羟-β-甲基戊二酸单酰CoA，然后在β-羟-β-甲基戊二酸单酰CoA裂解酶的催化下裂解产生乙酰乙酸；乙酰乙酸在肝线粒体β-羟丁酸脱氢酶催化下又可还原生成β-羟丁酸；丙酮则由乙酰乙酸脱羧生成。酮体是脂肪酸在肝脏中氧化分解时产生的正常中间代谢物，是肝脏输出能源的一种形式。动物饥饿时，机体可以优先利用酮体以节约葡萄糖，从而满足如大脑等组织对葡萄糖的需要。酮体溶于水，分子小，能通过肌肉毛细血管壁和血脑屏障，因此可以成为适合于肌肉和脑组织利用的能源物质。在初生幼畜中，脑中利用酮体的酶系比成年动物的活性高得多。7．答：\n脂肪酸的合成是在胞液中进行的，反刍动物吸收的乙酸可以直接进入细胞液转变成乙酰CoA，而在非反刍动物，乙酰CoA必须通过线粒体膜从线粒体内转移到线粒体外的胞液中来才能被利用。由于线粒体膜不允许乙酰CoA自由通过，乙酰CoA需借助于柠檬酸-丙酮酸循环实现上述转移。乙酰CoA首先在线粒体内与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后柠檬酸穿过线粒体膜进入胞液，在柠檬酸裂解酶作用下，裂解成乙酰CoA和草酰乙酸。进入胞液的乙酰CoA即可用于脂肪酸的合成，而草酰乙酸则还原成苹果酸，后者可再分解脱氢转变为丙酮酸转入线粒体，在线粒体中再羧化成为草酰乙酸，参与乙酰CoA的转运。8．答：ACP即脂酰基载体蛋白，在脂肪酸生物合成过程中，酶反应生成的各种中间物在大多数情况下保持与载体蛋白相连，以保证合成过程的定向进行。9．答：软脂酸的合成过程主要包括以及几个步骤：（1）起始反应：乙酰CoA的乙酰基首先与ACP巯基相连，催化此反应的酶称乙酰CoA-ACP酰基转移酶，或简称其为乙酰转移酶。（2）丙二酸单酰基转移反应：在ACP-丙二酸单酰CoA转移酶的催化下，丙二酸单酰基脱离CoA转移到前面反应中已空出的ACP巯基上，形成丙二酸单酰-S-ACP。（3）缩合反应：这步反应由β-酮脂酰-ACP缩合酶催化。其酶分子的半胱氨酸上结合的乙酰基转移到与ACP巯基相连的丙二酸单酰基的第二个碳原子上，形成乙酰乙酰-S-ACP，同时使丙二酸单酰基上的自由羧基以CO2的形式脱去。（4）还原反应：乙酰乙酰-S-ACP由β-酮脂酰-ACP还原酶催化，由NADPH+H+还原形成。（5）脱水反应：D型β-羟丁酰-S-ACP在其α,β碳原子之间脱水生成α,β-反式烯丁酰-S-ACP。（6）第二次还原反应：在烯脂酰-S-ACP还原酶的催化下，烯丁酰-S-ACP被NADPH+H+再一次还原成为丁酰-S-ACP。（7）水解或硫解反应：最后生成的棕榈酰-S-ACP可以在硫酯酶作用下水解释放出棕榈酸或者由硫解酶催化把棕榈酰基从ACP上转移到CoA上。硬脂酸的合成，虽然在动植物中有所不同，但其基本过程是相似的，都是在脂肪酸合成酶复合体上依次进行缩合，还原，脱水，再还原等连续的反应来合成。10．答：脂肪酸的合成过程不是β-氧化过程的逆反应，表现在以下几个方面：（1）两种反应进行的地点不同，合成反应在胞液中进行，β-氧化在线粒体种进行。（2）脂肪酸的高速合成需要柠檬酸，它是乙酰CoA羧化酶的激活剂，而β-氧化则不需要。（3）合成反应需要CO2参加，而β-氧化中不需要。（4）加入和减去的碳单位不同，合成反应中是丙二酸单酰ACP分子；β-氧化中是乙酰CoA分子。（5）酰基载体不同，合成反应是ACPSH，β-氧化中是CoASH。（6）反应中所需的辅酶不同，合成反应中，烯脂酰ACP的还原需要NADPH+H+，而β-氧化中需FAD。另外，合成反应中，β-酮脂酸的还原需NADPH+H+，而β-氧化中需NAD+。（7）所需要的酶不同，合成过程需要7种，β-氧化只需要4种。（8）能量需要或释放能量不一样，合成过程消耗7分子ATP及14分子NADPH+H+，β-氧化产生129个ATP分子。11．答：脂肪是由脂酰CoA与α-磷酸甘油合成的，α-磷酸甘油可来自甘油或磷酸二羟丙酮。脂酰CoA是由乙酰CoA与脂肪酸生成，反应需要ATP和CoASH。脂肪的合成过程如下：（1）首先在磷酸甘油转酰酶催化下，形成磷脂酸。（2）在磷酸酶催化下，磷脂酸脱去磷酸，形成二酰甘油。（3）在二酰甘油转酰基酶催化下，二酰甘油与脂酰CoA作用，生成三酰甘油。第11章含氮小分子的代谢【内容提要】动物体内最重要的含氮小分子是氨基酸和核苷酸。前者是蛋白质的构件分子，后者是核酸的基本结构单位。氨基酸主要来自食物蛋白质的消化吸收，具有重要的生理功能。\n各种蛋白质由于所含氨基酸种类和数量不同，其生物学价值也不相同。体内不能合成或合成量不足而必须由食物供给的氨基酸，称为必需氨基酸。脱氨基作用是氨基酸分解代谢的主要途径。它包括氧化脱氨基作用、转氨基作用和联合脱氨基作用。其中的联合脱氨基作用是体内大多数氨基酸脱氨基的主要方式，也是体内合成非必需氨基酸的重要途径。骨骼肌等组织中则主要通过“嘌呤核苷酸循环”脱去氨基。脱羧基作用的产物胺类物质在体内含量不高，但具有重要的生理作用。氨是有毒物质。体内的氨通过形成无毒的谷氨酰胺运输和储存，氨也可以直接排出或通过转变成尿酸、尿素排出体外。α-酮酸是氨基酸的碳架，可用于再合成氨基酸，也可经过不同的代谢途径，汇集于丙酮酸或三羧酸循环中的某一中间产物转变成糖，或继续氧化，最终生成CO2、H2O及能量。有些氨基酸则可以转变成乙酰CoA而形成脂类。生物体许多重要的生物活性物质都是由氨基酸衍生而来。氨基酸是一碳单位的直接提供者，还是黑色素、儿茶酚胺、肌酸等多种生物活性物质的前体。核苷酸是合成核酸的原料，也参与能量代谢、代谢调节等过程。体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径即从头合成和补救合成。从头合成的原料是磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和CO2。在PRPP的基础上经过一系列酶促反应，逐步形成嘌呤环。补救合成实际上是现成嘌呤或嘌呤核苷的重新利用。机体也可以从头合成嘧啶核苷酸，但不同的是先合成嘧啶环，再磷酸核糖化生成核苷酸。嘧啶核苷酸的从头合成受反馈调控。体内的脱氧核糖核苷酸是由各自相应的核糖核苷酸在二磷酸水平上还原而成的。四氢叶酸携带的一碳单位是合成胸苷酸过程中甲基的必要来源。嘌呤在不同种类动物中分解代谢的终产物不同。嘧啶分解后产生的β-氨基酸可随尿排出或进一步代谢。【重点难点】1．氨基酸的一般代谢。（1）脱氨基作用：氧化脱氨基作用、转氨基作用和联合脱氨基作用。（2）氨的代谢：来源、转运和去向；重点是尿素生成。（3）α-酮酸代谢：重新合成氨基酸；转化成糖或酮体、氧化供能。（4）氨基酸的脱羧基作用：组胺；5-羟色胺；多胺等。2．个别氨基酸的特殊代谢。（1）一碳单位的代谢：种类和生成；相互转变。（2）含硫氨基酸的代谢；蛋氨酸、半胱氨酸。（3）芳香族氨基酸的代谢：苯丙氨酸；酪氨酸；色氨酸。3．嘌呤和嘧啶核苷酸的代谢。【目的要求】1．概括了解蛋白质的生理功能、营养价值和氮平衡的意义。2．掌握氨基酸的一般分解代谢途径及其代谢终产物的生成。3．熟悉个别氨基酸代谢。4．掌握核苷酸的合成与分解代谢。5．了解含氮小分子之间的联系。【例题解析】例1．必需氨基酸不包括（）。A.MetB.LysC.TrpD.Tyr解析：答案为D。本题考点：必需氨基酸的种类。体内8种必需氨基酸是：赖氨酸（Lys）、甲硫氨酸（Met）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）和苏氨酸（Thr）。例2．体内转运一碳单位的载体是（）。A.叶酸B.四氢叶酸C.生物素D.辅酶A\n解析：答案为B。本题考点：四氢叶酸的代谢。例3．一碳单位是合成下列哪些物质所需的原料（）。A.嘌呤B.脂肪C.脱氧胸苷酸D.卵磷脂解析：答案为A、C。本题考点：一碳单位的生理功能。例4．下列哪种物质不是嘌呤核苷酸从头合成的直接原料（）。A.甘氨酸B.天冬氨酸C.谷氨酸D.一碳单位解析：答案为C。本题考点：嘌呤核苷酸从头合成的原料。例5．参与尿素循环的氨基酸有哪些？这些氨基酸都能用于蛋白质的生物合成吗？解析：本题考点：尿素循环。参与尿素循环的氨基酸有鸟氨酸、瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸和天冬氨酸等，共5种。但只有精氨酸和天冬氨酸能用于蛋白质的生物合成。【练习题】一、名词解释1．蛋白质生物价（biologicalvalueofproteins）；2．肽酶（peptidase）；3．氮平衡(nitrogenbalance)；4．转氨作用(transamination)；5．氨基酸代谢库（metabolicpool）；6．必需氨基酸（essentialaminoacid）；7．非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）；8．尿素循环（ureacycle）；9．脱羧基作用（decarboxylization）；10．一碳单位（onecarbonunit）。二、填空题1．生物体内的蛋白质可被和共同作用降解成氨基酸。2．氨基酸的降解反应包括、和作用。3．转氨酶和脱羧酶的辅酶通常是。4．谷氨酸经脱氨后产生和氨，前者进入进一步代谢。5．尿素循环中产生的和两种氨基酸不是蛋白质氨基酸。6．尿素分子中两个N原子，分别来自和。7．芳香族氨基酸碳架主要来自糖酵解中间代谢物和磷酸戊糖途径的中间代谢物。8．组氨酸合成的碳架来自糖代谢的中间物。9．氨基酸脱下的氨的主要去路有、和。10．胞嘧啶和尿嘧啶经脱氨、还原和水解产生的终产物为。11．参与嘌呤核苷酸合成的氨基酸有、和。12．尿苷酸转变为胞苷酸是在水平上进行的。13．脱氧核糖核苷酸的合成是由催化的，被还原的底物是。14．在嘌呤核苷酸的合成中，腺苷酸的C-6氨基来自；鸟苷酸的C-2氨基来自。15.物体中活性蛋氨酸是，它是活泼的供应者。三、选择题1．转氨酶的辅酶是（）。A．NAD+B．NADP+C．FADD．磷酸吡哆醛2．参与尿素循环的氨基酸是（）。A．组氨酸B．鸟氨酸C．蛋氨酸D．赖氨酸3．γ-氨基丁酸由哪种氨基酸脱羧而来？（）A．GlnB．HisC．GluD．Phe4．经脱羧后能生成吲哚乙酸的氨基酸是（）。A．GluB．HisC．TyrD．Trp5．L-谷氨酸脱氢酶的辅酶含有下列哪种维生素？（）A．VB1B．VB2C．VB3D．VB56．磷脂合成中甲基的直接供体是（）。A．半胱氨酸B．S-腺苷蛋氨酸C．蛋氨酸D．胆碱7．在尿素循环中，尿素由下列哪种物质产生：A．鸟氨酸B．精氨酸C．瓜氨酸D．半胱氨酸8．需要硫酸还原作用合成的氨基酸是（）。\nA．CysB．LeuC．ProD．Val9．下列哪种氨基酸是其前体参入多肽后生成的？（）A．脯氨酸B．羟脯氨酸C．天冬氨酸D．异亮氨酸10．氨基酸脱下的氨基通常以哪种化合物的形式暂存和运输（）。A．尿素B．氨甲酰磷酸C．谷氨酰胺D．天冬酰胺11．丙氨酸族氨基酸不包括下列哪种氨基酸？（）A．AlaB．CysC．ValD．Leu12．合成嘌呤和嘧啶都需要的一种氨基酸是（）A．AspB．GlnC．GlyD．Asn13．生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸是（）。A．AMPB．GMPC．IMPD．XMP14．人类和灵长类嘌呤代谢的终产物是（）。A．尿酸B．尿囊素C.尿囊酸D．尿素15．必需氨基酸是对（）而言的。A、植物    B、动物    C.动物和植物  D.人和动物16．对多肽链中赖氨酸和精氨酸的羧基参与形成的肽键有专一性的酶是（）。A．羧肽酶B．胰蛋白酶C．胃蛋白酶D．胰凝乳蛋白酶17．组氨酸生成组胺需要下列哪种作用？（）A．还原作用B．羟化作用C．转氨基作用D．脱羧基作用18．从核糖核苷酸生成脱氧核糖核苷酸的反应发生在（）。A．一磷酸水平B．二磷酸水平C．三磷酸水平D．以上都不是19．在嘧啶核苷酸的生物合成中不需要下列哪种物质？（）A．氨甲酰磷酸B．天冬氨酸C．谷氨酰胺D．核糖焦磷酸20．下列氨基酸中哪一种是非必需氨基酸？（）A．亮氨酸B．酪氨酸C．赖氨酸D．蛋氨酸E．苏氨酸四、判断题1．蛋白质的营养价值主要取决于氨基酸的组成和比例。（）2．谷氨酸在转氨作用和使游离氨再利用方面都是重要分子。（）3．氨甲酰磷酸可以合成尿素和嘌呤。（）4．半胱氨酸和甲硫氨酸都是体内硫酸根的主要供体（）。5．磷酸吡哆醛只作为转氨酶的辅酶。（）6．在动物体内，酪氨酸可以经羟化作用产生去甲肾上腺素和肾上腺素。（）7．尿嘧啶的分解产物β-丙氨酸能转化成脂肪酸。（）8．嘌呤核苷酸的合成顺序是，首先合成次黄嘌呤核苷酸，再进一步转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。（）9．嘧啶核苷酸的合成伴随着脱氢和脱羧反应。（）10．脱氧核糖核苷酸的合成是在核糖核苷三磷酸水平上完成的。（）五、简答题1．举例说明氨基酸的降解通常包括哪些方式？2．用反应式说明α-酮戊二酸是如何转变成谷氨酸的，有哪些酶和辅因子参与？3．什么是尿素循环，有何生物学意义？4．什么是核苷酸的“从头合成”途径，什么是“补救”途径？5．为什么说转氨基反应在氨基酸合成和降解过程中都起重要作用？6．核酸酶包括哪几种主要类型？7．嘧啶核苷酸分子中各原子的来源及合成特点怎样？\n8．什么是生糖氨基酸和生酮氨基酸？9．什么是一碳单位？其载体是什么？10．核苷酸的生物学功能有哪些？【参考答案】一、名词解释1．蛋白质生物价：主要用来评价蛋白质的价值，它表示食物中的蛋白质成分在动物或人体内真正被利用的程度。2．肽酶：只作用于多肽链的末端，根据专一性不同，可在多肽的N-端或C-端水解下氨基酸，如氨肽酶、羧肽酶、二肽酶等。3．氮平衡：正常人摄入的氮与排出氮达到平衡时的状态，反应正常人的蛋白质代谢情况。4．氨基酸代谢库：外源氨基酸内源氨基酸两者混在一起，分布于体内各处，参与代谢，共同组成了氨基酸代谢库5．转氨作用：在转氨酶的作用下，把一种氨基酸上的氨基转移到α-酮酸上，形成另一种氨基酸。6．动物体自身不能合成，需要从饲料中获得的氨基酸，例如赖氨酸、苏氨酸等。7．动物体自身能够由简单的前体合成，不需要由饲料供给的氨基酸，例如甘氨酸、丙氨酸等。8．尿素循环：尿素循环也称鸟氨酸循环，是将含氮化合物分解产生的氨转变成尿素的过程，有解除氨毒害的作用。9．脱羧基作用：部分氨基酸在氨基酸脱羧酶的催化作用下可以脱去羧基，生成相应的胺类。10．一碳单位：仅含一个碳原子的基团如甲基（CH3-、亚甲基（CH2=）、次甲基（CH≡）、甲酰基（O=CH-)、亚氨甲基（HN=CH-）等，一碳单位可来源于甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸、组氨酸等氨基酸，一碳单位的载体主要是四氢叶酸，功能是参与生物分子的修饰。二、填空题1．蛋白酶；肽酶2．脱氨；脱羧；羟化3．磷酸吡哆醛4．α-酮戊二酸；三羧酸循环。5．鸟氨酸；瓜氨酸6．氨甲酰磷酸；天冬氨酸7．磷酸烯醇式丙酮酸；4-磷酸赤藓糖。8．核糖。9．生成尿素；合成谷氨酰胺；再合成氨基酸10．β-丙氨酸。11．甘氨酸；天冬氨酸；谷氨酰胺。12．尿苷三磷酸。13．核糖核苷二磷酸还原酶；核苷二磷酸。14．天冬氨酸；谷氨酰胺。15.S-腺苷蛋氨酸；甲基。三、选择题1．（D）A、B和C通常作为脱氢酶的辅酶，磷酸吡哆醛可作为转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶。2．（B）氨基酸降解后产生的氨累积过多会产生毒性。游离的氨先经同化作用生成氨甲酰磷酸，再与鸟氨酸反应进入尿素循环（也称鸟氨酸循环），产生尿素排出体外。3．（C）4．（D）5．（D）谷氨酸脱氢酶催化的反应要求NAD+和NADP+，NAD+和NADP+是含有维生素B5（烟酰胺）的辅酶。焦磷酸硫胺素是维生素B1的衍生物，常作为α-酮酸脱羧酶和转酮酶的辅酶。FMN和FAD是维生素B2的衍生物，是多种氧化还原酶的辅酶。辅酶A是含有维生素B3的辅酶，是许多酰基转移酶的辅酶。6．（B）S-腺苷蛋氨酸是生物体内甲基的直接供体。7．（B）尿素循环中产生的精氨酸在精氨酸酶的作用下水解生成尿素和鸟氨酸。8．（A\n）半胱氨酸的合成需要硫酸还原作用提供硫原子。半胱氨酸降解也是生物体内生成硫酸根的主要来源。9．（B）羟脯氨酸不直接参与多肽合成，而是多肽形成后在脯氨酸上经脯氨酸羟化酶催化形成的。是胶原蛋白中存在的一种稀有氨基酸。10．（C）谷氨酰胺可以利用谷氨酸和游离氨为原料，经谷氨酰胺合酶催化生成，反应消耗一分子ATP。11．（B）。12．（A）。13．（C）在嘌呤核苷酸生物合成中首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），次黄嘌呤核苷酸氨基化生成嘌呤核苷酸，次黄嘌呤核苷酸先氧化成黄嘌呤核苷酸（XMP），再氨基化生成鸟嘌呤核苷酸。14．（A）人类、灵长类、鸟类及大多数昆虫嘌呤代谢的最终产物是尿酸，其它哺乳动物是尿囊素，某些硬骨鱼可将尿囊素继续分解为尿囊酸，大多数鱼类生成尿素。15．（B）。16．（B）胰蛋白酶属于肽链内切酶，专一水解带正电荷的碱性氨基酸羧基参与形成的肽键；羧肽酶是外肽酶，在蛋白质的羧基端逐个水解氨基酸；胰凝乳蛋白酶能专一水解芳香族氨基酸羧基参与形成的肽键；胃蛋白酶水解专一性不强。17．（D）组胺是组氨酸经脱羧基作用生成的。催化此反应的酶是组氨酸脱羧酶，此酶与其它氨基酸脱羧酶不同，它的辅酶不是磷酸吡哆醛。18．（B）脱氧核糖核苷酸的合成，是以核糖核苷二磷酸为底物，在核糖核苷二磷酸还原酶催化下生成的。19．（C）。20.(B)。四、判断题1．对：摄入蛋白质的营养价值，在很大程度上决定于蛋白质中必需氨基酸的组成和比例，必需氨基酸的组成齐全，且比例合理的蛋白质营养价值高。2．对：在转氨基作用中谷氨酸是最主要的氨基供体，用于合成其他氨基酸；谷氨酸也可在谷氨酰胺合成酶的催化下结合游离氨形成谷氨酰胺，谷氨酰胺再与α-酮戊二酸反应生成二分子谷氨酸，使游离氨得到再利用。3．错：氨甲酰磷酸可以经尿素循环生成尿素，也参与嘧啶核苷酸的合成，但与嘌呤核苷酸的合成无关。4．错：半胱氨酸是体内硫酸根的主要供体，甲硫氨酸是体内甲基的主要供体。5．错：磷酸吡哆醛除作为转氨酶的辅酶外，还可作为脱羧酶和消旋酶的辅酶。6．对：酪氨酸在酪氨酸酶催化下发生羟化生成多巴（3，4-二羟苯丙氨酸），多巴脱羧生成多巴胺（3，4-二羟苯乙胺），多巴和多巴胺可进一步生成去甲肾上腺素和肾上腺素。7．对：尿嘧啶分解产生的β-丙氨酸脱氨后生成甲酰乙酸，再脱羧生成乙酸，进而转化成乙酰辅酶A，参与脂肪酸合成。8．对：生物体可以利用二氧化碳、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺和磷酸核糖合成嘌呤核苷酸，首先合成次黄嘌呤核苷酸，再经转氨基作用形成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。9．对：在嘧啶合成过程中，氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的氨甲酰天冬氨酸首先脱氢生成乳清酸，氢受体是NAD+，乳清酸与PRPP结合形成乳清酸核苷酸，后者脱羧形成尿苷酸。10．错：脱氧核糖核苷酸的合成是在核糖核苷二磷酸水平上由核糖核苷二磷酸还原酶催化完成的，反应需要还原剂，大肠杆菌中为硫氧还蛋白和NADPH。五、简答题1．答：（1）脱氨基作用：包括氧化脱氨和非氧化脱氨，分解产物为α-酮酸和氨。（2）脱羧基作用：氨基酸在氨基酸脱羧酶的作用下脱羧，生成二氧化碳和胺类化合物。（3）羟化作用：有些氨基酸（如酪氨酸）降解时首先发生羟化作用，生成羟基氨基酸，再脱羧生成二氧化碳和胺类化合物。2．答：（1）谷氨酸脱氢酶反应：α-酮戊二酸+NH3+NADH→谷氨酸+NAD++H2O（2）谷氨酸合酶-谷氨酰胺合酶反应：谷氨酸+NH3+ATP→谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O谷氨酰胺+α-酮戊二酸+2H→2谷氨酸还原剂（2H）：可以是NADH、NADPH和铁氧还蛋白\n3．答：（1）尿素循环：尿素循环也称鸟氨酸循环，是将含氮化合物分解产生的氨经过一系列反应转变成尿素的过程。有解除氨毒害的作用。（2）生物学意义：有解除氨毒害的作用。4．答：核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等小分子物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的过程；利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程合成，称为补救合成途径。5．答：（1）在氨基酸合成过程中，转氨基反应是氨基酸合成的主要方式，许多氨基酸的合成可以通过转氨酶的催化作用，接受来自谷氨酸的氨基而形成。（2）在氨基酸的分解过程中，氨基酸也可以先经转氨基作用把氨基酸上的氨基转移到α-酮戊二酸上形成谷氨酸，谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的作用下脱去氨基。6．答：（1）脱氧核糖核酸酶（DNase）：作用于DNA分子。（2）核糖核酸酶（DNase）：作用于RNA分子。（3）核酸外切酶：作用于多核苷酸链末端的核酸酶，包括3′核酸外切酶和5′核酸外切酶。（4）核酸内切酶：作用于多核苷酸链内部磷酸二酯键的核酸酶，包括碱基专一性核酸内切酶和碱基序列专一性核酸内切酶（限制性核酸内切酶）。7．答：（1）各原子的来源：N1-天冬氨酸；C2和C8-甲酸盐；N7、C4和C5-甘氨酸；C6-二氧化碳；N3和N9-谷氨酰胺；核糖-磷酸戊糖途径的5′磷酸核糖。（2）合成特点：5′磷酸核糖开始→5′磷酸核糖焦磷酸（PRPP）→5′磷酸核糖胺（N9）→甘氨酰胺核苷酸（C4、C5、N7）→甲酰甘氨酰胺核苷酸（C8）→5′氨基咪唑核苷酸（C3）→5′氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（C6）5′氨基咪唑甲酰胺核苷酸（N1）→次黄嘌呤核苷酸（C2）。8．答：把在动物体内可以转变成葡萄糖的氨基酸称为生糖氨基酸，有丙氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸、精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和组氨酸；能转变成酮体者称为生酮氨基酸，有亮氨酸和赖氨酸。9．答：（1）概念：某些氨基酸在分解代谢过程中所产生的含有一个碳原子基团（除二氧化碳外）的总称。（2）载体：四氢叶酸。10．答：核苷酸是一类在代谢上极为重要的物质，它几乎参与了细胞的所有生化过程，具有多种生物学功能：①是核酸生物合成的原料；②体内能量的利用形式。ATP是细胞的主要能量形式。此外，GTP、UTP、CTP也均可以提供能量；③参与代谢和生理调节。如cAMP和cGMP是许多种细胞膜受体激素作用的第二信使；④辅酶（FAD、NAD+、CoA等）的组成成分；⑤多种活化中间代谢物的载体。如UDP-葡萄糖和CDP-二脂酰甘油分别是糖原和磷脂合成的活性原料。第12章物质代谢的联系与调节【内容提要】动物机体代谢的基本目的是为机体的生理活动供应所需的ATP、还原力（NADPH）和生物合成的前体小分子。动物机体是一个统一的整体，各种物质代谢彼此之间密切联系、相互影响。其中，糖与脂类的代谢联系最为重要。糖可以转变为脂类，但是，在动物体内脂类转变为糖是有条件和有限度的。此外，糖代谢的分解产物为非必需氨基酸的合成提供碳骨架，氨基酸和戊糖则是细胞合成核苷酸的重要原料。恒态是动物机体代谢的基本状态，代谢调节的目的是维持恒态。其实质是对代谢途径中酶的调节。动物调节代谢在细胞、激素和整体三个水平上进行，细胞水平上的调节是最基本的调节方式，主要通过酶的区室化、变构作用、共价修饰对关键酶的活性进行调节以及对酶量进行控制。调节代谢的细胞机制是激素、神经递质等信号分子与细胞膜上的或细胞内的特异受体结合，将代谢信息传递到细胞的内部，以实现对细胞内酶的活性或酶蛋白基因表达的调控。细胞内的信号传导通路主要是\n与G蛋白偶联的受体信号系统，包括蛋白激酶A系统、蛋白激酶C系统和IP3-钙离子/钙调蛋白激酶系统，此外还有酪氨酸蛋白激酶受体系统以及DNA转录调节型受体系统。【重点难点】1．三大营养物质代谢之间的相互关系。2．物质代谢的调节，包括细胞、激素和整体水平的调节。【目的要求】1．了解代谢的基本特点和目的。2．掌握糖、脂肪、氨基酸及核苷酸等物质代谢的相互关系。3．掌握代谢调节的方式和原理。4．熟悉信号转导的基本通路。【例题解析】例1．名词解释：酶的区室化。解析：动物细胞的膜结构把细胞分为许多区域，不同代谢途径的酶系都固定地分布在不同的区域中，为代谢调节提供了方便的条件，这种现象称为酶的区室化（compartmentation）。在细胞水平代谢调节中，酶的区室化具有重要意义。例2．物质代谢的基本目的。解析：（1）生成ATP：ATP的高能磷酰基在转移时能为肌肉收缩、物质运输、代谢信号放大和生物合成提供所需的能量，因此ATP被称之为“通用能量货币”。ATP的产生首先要将能源分子，如葡萄糖、脂肪酸氧化生成乙酰CoA中间产物。其乙酰单位再通过三羧酸循环完全氧化生成CO2并伴有NADH和FADH的产生。这些氢和电子载体再把它们的高电位电子转移到呼吸链，最后传给O2，导致质子从线粒体的基质中泵出，所形成的质子电化学梯度蕴含的能量最终用于合成ATP。糖酵解虽然也有ATP生成，但是数量远较氧化磷酸化少，然而通过这条途径可以在短时间内，在无氧的状况下快速产生ATP。（2）生成还原辅酶：动物机体代谢过程中所产生的还原力，其代表性物质是辅酶（NADPH+H+）。它在脂肪酸、胆固醇和脱氧核糖核苷酸等还原性生物合成中作为主要的氢和电子供体。在大多数生物合成中，产物通常比其前体有更强的还原性。因此还原力与ATP一样对生物合成是必不可少的。用于推动这些合成反应的高电位电子由NADPH提供。例如在脂肪酸的合成中，加入的每一个二碳单位上的羰基都要由两个NADPH+H+提供4个电子才能还原成-CH2-。该还原力主要来自磷酸戊糖途径，也可以通过线粒体中柠檬酸/丙酮酸循环中的苹果酸转氢反应产生。（3）产生生物合成的小分子前体：大部分代谢途径在产生ATP和还原力的同时，也产生出用于构建比较复杂生物分子的小分子前体，因为动物机体的各种生物合成都要利用一套相对小的基本构造原件。例如，合成甘油三酯时所需的甘油骨架来自糖代谢途径的中间产物磷酸二羟丙酮，糖分解代谢中产生的α-酮酸中间物是合成非必需氨基酸碳骨架的来源。乙酰CoA不仅是大多数可供能的分子降解的共同中间产物，而且是多种生物合成，如脂肪酸和胆固醇的合成中二碳单位的供体。琥珀酰CoA是三羧酸循环的中间产物，也是合成卟啉的前体之一。磷酸戊糖途径产生的磷酸核糖则是核苷酸中糖的来源。氨基酸则是许多生物合成所需一碳基团的来源。例3．图示主要营养物质代谢的相互联系与影响\n【练习题】一、名词解释1．恒态（stablestate）；2．受体（receptor）；3．级联系统（cascadesystem）；二、填空题1．动物体内的代谢调节在三种不同水平上进行，即_________，_________和_________。2．在糖、脂肪和蛋白质代谢的互变过程中，_________和_________是关键物质。3．根据受体在细胞信号传导中所起作用，可将受体分为________，_________，________和_______等四种类型。4．动物机体代谢的基本目的是为机体的生理活动供应所需的_________，________和________。5．生物体内往往利用某些三磷酸核苷作为能量的直接来源，如_________用于多糖合成，_________用于磷脂合成，________用于蛋白质合成。而这些三磷酸核苷分子中的高能磷酸键则来源于_________。6．按激素受体在细胞的部位不同，可将激素分两大类：_________和___________。7．化学修饰最常见的方式是磷酸化，可使糖原合成酶_________，磷酸化酶活性__________。8．在磷脂酰肌醇信息传递体系中，膜上的磷脂酰肌醇可被水解产生第二信使_________和__________。9．在_________酶的作用下，细胞内cAMP水平增高；在_______酶的作用下，细胞内cAMP可被水解而降低。10．蛋白激酶A的激活通过___________方式；磷酸化酶b激酶的激活通过___________方式。三、选择题1．糖类、脂类、氨基酸氧化分解时，进入三羧酸循环的主要物质是（）。A．草酰乙酸B．α-酮戊二酸C．丙酮酸D．乙酰-CoAE．α-磷酸甘油2．细胞水平的调节不是通过下列哪种机制实现的（）。A．激素调节B．化学修饰C．酶含量调节D．变构调节E．同工酶调节3．变构剂调节的机理是（）。\nA．与活性中心结合；B．与辅助因子结合；C．与必需基团结合；D．与调节亚基或调节部位结合。E．与活性中心内的催化部位结合4．在胞浆内不能进行下列哪种代谢反应A．糖原合成与分解；B．脂肪酸β-氧化；C．磷酸戊糖途径；D．脂肪酸合成；E．糖酵解。5．下列哪种酶属于化学修饰酶A．己糖激酶；B．柠檬酸合酶；C．糖原合酶；D．丙酮酸羧激酶；E．葡萄糖激酶。6．长期饥饿时大脑的能量来源主要是A．酮体；B．糖原；C．甘油；D．葡萄糖；E．氨基酸。7．cAMP通过激活哪个酶发挥作用A．脂肪酸合成酶；B．磷酸化酶b激酶C．蛋白激酶A；D．己糖激酶；E．丙酮酸激酶。8．作用于细胞内受体的激素是A．肽类激素；B．生长因子；C．儿茶酚胺类激素；D．类固醇激素；E．蛋白类激素9．cAMP发挥作用的方式是A．cAMP与蛋白激酶的活性中心结合；B．cAMP使蛋白激酶脱磷酸；C．cAMP与蛋白激酶调节亚基结合；D．cAMP使蛋白激酶磷酸化；E．cAMP与蛋白激酶活性中心外必需基团结合。10．肽类激素诱导cAMP生成的过程是A．激素直接抑制磷酸二酯酶；B．激素直接激活腺苷酸环化酶；C．激素受体复合物活化腺苷酸环化酶；D．激素激活受体，受体再激活腺苷酸环化酶E．激素受体复合物使G蛋白结合GTP而活化，后者再激活腺苷酸环化酶四、简答题1．试解释“狗急跳墙”现象产生的机制。2．简述物质代谢的特点3．糖、脂、蛋白质代谢之间相互联系。4．简述细胞信号转导中的配体与受体。5．简述cAMP-蛋白激酶A途径。6．简述DG-蛋白激酶C途径。【参考答案】一、名词解释1．动物的代谢过程表现为机体不断从外界摄入各种营养物质，然后在体内经由不同的代谢途径进行转变，并不断地把代谢产物和热量排出体外。这种状态称为恒态。2．受体是指细胞膜上或细胞内能识别信号分子（激素、神经递质、毒素、药物、抗原和其他细胞黏附分子）并与之结合的生物大分子。绝大部分受体是蛋白质，少数是糖脂。3．连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续的发生其他酶被激活，导致原始信号的放大，这样的连锁代谢反应系统，称为级联系统。二、填空题1．细胞内调节；激素调节；整体调节。2．酮酸；乙酰CoA。\n3．配体门控通道型G蛋白偶联型酪氨酸激酶型DNA转录调节型4．ATP还原性辅酶生物合成的前体小分子5．UTPCTPGTPATP6．膜受体激素胞内受体激素7．降低增高8．IP3DG9．腺苷酸环化酶磷酸二酯酶10．变构调节化学修饰三、选择题1．D；2．A；3．D；4．B；5．C；6．A；7．C；8．D；9．C；10．E。四、简答题1．试解释“狗急跳墙”现象产生的机制。这个过程主要是肾上腺髓质分泌的肾上腺素起的作用。当动物处于紧急状态时，肾上腺素迅速到达靶细胞后通过与受体结合，激活环化酶，生成cAMP，经一系列的级联放大作用，在极短的时间内，提高血糖浓度，促进糖的分解代谢，产生出大量的ATP释放出能量，从而产生所谓的“狗急跳墙”现象。2．简述物质代谢的特点　(1)整体性：体内各种物质代谢相互联系、相互转变，构成统一整体。　(2)代谢在精细的调节下进行。　(3)各组织器官物质代谢各具特色，如肝是物质代谢的枢纽，常进行一些特异反应。　(4)各种代谢物均有各自共同的代谢池，代谢存在动态平衡。　(5)ATP是共同能量形式　(6)NADPH是合成代谢所需的还原当量，但分解代谢常以NAD+为辅酶。3．糖、脂、蛋白质代谢之间相互联系。　　（1）糖代谢和脂肪代谢的联系①糖可以转变为脂肪：葡萄糖代谢产生乙酰CoA，羧化成丙二酰CoA，进一步合成脂肪酸，糖分解也可产生甘油，与脂肪酸结合成脂肪，糖代谢产生的柠檬酸，ATP可变构激活乙酰CoA羧化酶，故糖代谢不仅可为脂肪酸合成提供原料，又可促进这一过程的进行。②脂肪大部分不能变为糖：脂肪分解产生甘油和脂肪酸。脂肪酸分解生成乙酰CoA但乙酰CoA不能逆行生成丙酮酸，从而不能循糖异生途径转变为糖。甘油可以在肝、肾等组织变为磷酸甘油，进而转化为糖，但甘油与大量由脂肪酸分解产生的乙酰CoA相比是微不足道的，故脂肪绝大部分不能转变为糖。（2）糖与氨基酸代谢的联系①大部分氨基酸可变为糖：除生酮氨基酸(亮氨酸、赖氨酸)外，其余18种氨基酸都可脱氨基生成相应的α-酮酸，这些酮酸再转化为丙酮酸，即可生成糖。②糖只能转化为非必需氨基酸：糖代谢的中间产物如丙酮酸等可通过转氨基作用合成非必需氨基酸，但体内8种必需氨基酸，体内不能转化合成。（3）脂肪代谢与氨基酸代谢的联系①蛋白质可以变为脂肪，各种氨基酸经代谢都可生成乙酰CoA，由乙酰CoA可合成脂肪酸和胆固醇，脂肪酸可进一步合成脂肪。②脂肪绝大部分不能变为氨基酸：脂肪分解成为甘油、脂肪酸，甘油可转化为糖代谢中间产物，再转化为非必需氨基酸，脂肪酸分解成乙酰CoA，不能转变为糖，也不能转化为非必需氨基酸。脂肪分解产生甘油与大量乙酰CoA相比含量太少，脂肪也大部分不能变为氨基酸。所以食物中的蛋白质不能为糖、脂代替，蛋白质却可代替糖、脂。\n4．简述细胞信号转导中的配体与受体。配体（ligand）也被称为信号分子。动物机体对代谢过程的调节可以在不同的层次上进行，但是细胞水平的调节是其他水平代谢调节的基础。激素、神经递质、细胞因子、NO等是多细胞的高等动物赖以调节细胞代谢活动的重要信号分子。大部分由内分泌组织和神经组织产生的信号分子并不进入细胞内，而是与它们的靶组织、靶细胞质膜上特异的受体结合，然后引起细胞内一系列的生物化学变化，改变细胞的代谢，引起生理效应的。只有少部分较为疏水的信号分子可以直接穿越细胞质膜进入细胞内，与胞浆内或核内的受体结合，然后引起生理效应。广义地说，药物、毒物和外来抗原等都可以成为携带某种信号的载体，一旦进入体内，可以引发与天然激素类似的生理效应，因此也可以看作外源的信号分子。受体（receptor）是指细胞膜上或细胞内能识别配体并与之结合的生物大分子。绝大部分受体是蛋白质，少数是糖脂。配体是信息的载体，属于第一信使。能称得上受体的生物大分子通常有以下特点：①可以专一性地与其相应的配体可逆结合。两者在空间结构上必定有高度互补的区域以利于这种结合，氢键、离子键、范德华力和疏水作用力是受体与配体间相互作用的主要非共价键。②受体与配体之间存在高亲和力，其解离常数通常达到10-11~10-9mol/L。③受体与配体两者结合后可以通过第二信使，如cAMP，cGMP，IP3，Ca2+等引发细胞内的生理效应。根据受体在细胞信号传导中所起作用，可将受体分为四种类型：Ⅰ型为配体门控通道型，Ⅱ型为G蛋白偶联型，Ⅲ型是酪氨酸激酶型，Ⅳ型是DNA转录调节型。5．简述cAMP—蛋白激酶A途径。cAMP是人们最早知道的第二信使，大多数激素和神经递质，如β-肾上腺素能受体激动剂，阿片肽，胰高血糖素等都可以刺激cAMP合成增加，而对其合成产生抑制的则较少。当β-肾上腺素与其受体结合后，有GTP参与，GS蛋白激活，其αs亚基与β/γ二聚体分离。再由αs激活腺苷酸环化酶，使胞内的大量ATP转变为cAMP，并释放PPi。cAMP又进一步活化细胞中的蛋白激酶A。这个酶的非活性形式是由四个亚基组成的四聚体，两个同样的调节亚基（R）和两个同样的催化亚基（C）。当4分子cAMP结合到两个调节亚基的结合部位时，此四聚体解离成两部分，即结合有cAMP的调节亚基二聚体和具有催化活性的两个分离的催化亚基。接着催化亚基使胞内多种蛋白酶磷酸化而激活，引起生理效应。肾上腺素作用于肌细胞受体导致肌糖原分解就是一个典型的例子。通过共价化学修饰，蛋白激酶A使磷酸化酶b激酶磷酸化激活，后者又使磷酸化酶b磷酸化激活成为磷酸化酶a，这一系列磷酸化过程都消耗ATP，最后导致肌肉糖原分解成葡萄糖-1-磷酸，为其分解供能作好准。6．简述DG-蛋白激酶C途径。在DG-蛋白激酶C途径中，DG是第二信使，它是肌醇磷脂的分解产物之一。当激素与受体结合后经G蛋白介导，激活磷脂酶C，由磷脂酶C将质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）水解成三磷酸肌醇（IP3）和DG。脂溶性的DG在膜上累积并使紧密结合在膜上的无活性的蛋白激酶C（PKC）活化。PKC活化后使大量底物蛋白的丝氨酸或苏氨酸的羟基磷酸化，引起细胞内的生理效应。不过由磷脂酶C产生的DG只引起短暂的PKC活化，主要与内分泌腺、外分泌腺的分泌、血管平滑肌张力的改变，物质代谢变化等有关。DG的另一个来源，是在微量Ca2+存在下，膜上的磷脂酶D可使卵磷脂水解产生磷脂酸，后者再由磷脂酸磷酸酶水解生成DG。此种DG也同样激活PKC，但可引起PKC持久的活化，与出现较慢的细胞增殖、分化等生物学效应有关。发挥作用后的DG可通过三个途径终止作为第二信使的作用。①DG被DG激酶磷酸化生成磷脂酸，再参与肌醇磷脂的合成。②在DG脂酶作用下，水解成单脂酰甘油，进而分解产生出花生四烯酸和甘油等。③在脂酰CoA转移酶的作用下，DG与其他脂肪酸又可以合成甘油三酯。\n第13章DNA的生物合成—复制【内容提要】遗传学实验已经证实，除RNA病毒外，DNA是生物遗传信息的携带者。遗传信息由亲代传递给子代并在子代中表现出生命的特征，这个过程是按照中心法则进行的。复制是DNA生物合成的重要方式。复制是在多种酶和蛋白因子参与下，以亲代DNA双链为模板，分别合成两条子链，两条子链分别与模板链碱基互补配对，形成两个与亲代DNA分子完全相同的子代DNA双链。遗传信息经亲本DNA的复制后，完整准确地传给子代。DNA复制具有以下一般特点：半保留性；半不连续性；从特定的复制原点开始，以双向或单向复制；子链的合成由5′→3′方向进行；复制的起始需要RNA引物；复制以单链或双链DNA中的两条链为模板。参与DNA复制的酶有多种，主要包括解链酶、单链结合蛋白、引发酶、DNA聚合酶、拓扑异构酶和连接酶等。原核生物的DNA聚合酶有3种，分别称为DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，其中DNA聚合酶Ⅲ是主要的复制酶。真核生物的DNA聚合酶有5种，分别负责核DNA和线粒体DNA的复制。DNA聚合酶以dNTP为原料，通过形成3′,5′-磷酸二酯键延长多核苷酸链，并有校对和纠错的功能。真核细胞的端粒酶可防止复制后子代线性化基因组DNA缩短。它是由蛋白质和RNA组成的复合物，蛋白质部分具有反转录酶的活性，RNA具有与DNA3′-端反向互补的保守序列，为合成端粒DNA提供模板。DNA复制通常是从特定的复制原点开始，有双向进行的，也有少数单向进行的。由于双链DNA模板走向相反，且子链的合成总是5′→3′，因此复制采取的方式是半不连续的，连续合成的子链称为前导链；而通过不连续合成冈崎片段然后形成的子链称为滞后链。复制起始时都需要RNA引物，原核生物的RNA引物最终由DNA聚合酶Ⅰ切除并将留下的空隙填补，再由DNA连接酶连接起来。其他类型的复制方式还有噬菌体DNA的滚环复制和线粒体DNA的取代环复制等。在反转录酶的作用下，可以RNA为模板合成DNA，这一过程称为反转录。反转录合成的DNA又称为cDNA。一些物理、化学和生物学因素，可以导致DNA受到损伤。光复活、切除修复、重组修复和SOS修复是几种主要的修复方式。其中光复活是唯一利用光能的修复系统，其余的修复系统均以ATP作为能源。光复活和切除修复都是修复模板链，重组修复可以将损伤的影响降低到最大限度，而SOS修复虽可产生连续的子代链，但也是导致突变的修复。【重点难点】1．DNA生物合成（复制）的一般特点与原核生物DNA的复制过程；2．参与复制过程的有关酶类及各自的功能；3．半保留复制的实验证实；4．基因突变及DNA的损伤与修复。【目的要求】1．掌握DNA生物合成（复制）的一般特点与原核生物DNA复制过程。2.掌握参与DNA复制的酶的种类和各自的作用。3．掌握基因突变及DNA的损伤与修复方式。4．了解反转录合成DNA的特点及端粒酶的性质和作用。【例题解析】\n例1．DNA复制时，以序列5’-TAGA-3’为模板合成的互补结构是（）。A．5’-TCTA-3’B.5’-ATCT-3’C.5’-UCUA-3’D.5’-GACA解析：答案为A。本题考点为复制时的碱基配对及链的方向。DNA复制时，除了以A=T，GºC碱基配对外，新合成的子链与母链方向相反。例2．DNA复制时，下列哪种酶是不需要的？A．DNA指导的DNA聚合酶B.DNA连接酶C.解链酶D.限制性内切酶解析：答案为D。本题考点为DNA复制所需的酶类。例3．与冈崎片段的概念有关的是：A．半保留复制B.半不连续复制C.不对称转录D.蛋白质的修饰解析：答案为B。本题考点是冈崎片段的生物学意义，复制的过程及上述术语的含义。例4．列举原核生物在DNA合成过程中都有那些酶参与。解析：拓扑异构酶，解旋酶，引发酶，DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，DNA连接酶。本题考点为参与DNA复制的酶类。【练习题】一、名词解释1．中心法则（centraldogma）；2．半保留复制（semi-conservativereplication）；3．反转录（reversetranscription）；4．冈崎片段 （Okazakifragments）； 5．滞后链（laggingstrand)；6．半不连续复制（semi-discontinuousreplication）；7．复制子（replicon）；8．复制原点（Originofreplication）；9．端粒酶（telomerase）；10．重组修复（recombinantrepair）二、选择题1．DNA按半保留方式复制。如果一个完全放射标记的双链DNA分子，放在不含有放射标记物的溶液中，进行两轮复制，所产生的四个DNA分子的放射活性将会怎样：A．半数分子没有放射性B．所有分子均有放射性C．半数分子的两条链均有放射性D．一个分子的两条链均有放射性E．四个分子均无放射性2．下列关于DNA复制特点的叙述哪一项错误的：A．RNA与DNA链共价相联B．新生DNA链沿5′→3′方向合成C．DNA链的合成是不连续的D．复制总是定点双向进行的E．DNA在一条母链上沿5′→3′方向合成，而在另一条母链上则沿3′→5′方向合成3．下列关于真核细胞DNA聚合酶活性的叙述哪一项是正确的：A．它仅有一种B.它不具有核酸酶活性C．它的底物是二磷酸脱氧核苷D.它不需要引物E．它按3′-5′方向合成新生链4．大肠杆菌有三种DNA聚合酶，其中参与DNA损伤修复的是（）。A．DNA聚合酶Ⅰ    B.DNA聚合酶Ⅱ    C.DNA聚合酶ⅢD.A、B、C都参与。5．参加DNA复制的酶类包括：（1）DNA聚合酶Ⅲ；（2）解链酶；（3）DNA聚合酶Ⅰ；（4）RNA聚合酶（引物酶）；（5）DNA连接酶。其作用顺序是（）。A．（4）、（3）、（1）、（2）、（5）B．（2）、（3）、（4）、（1）、（5）C．（4）、（2）、（1）、（5）、（3）D．（4）、（2）、（1）、（3）、（5）E．（2）、（4）、（1）、（3）、（5）6．下列有关大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的描述哪个是不正确的？（）\nA．其功能之一是切掉RNA引物，并填补其留下的空隙B． 具有3'→5'核酸外切酶活力C．是唯一参与大肠杆菌DNA复制的聚合酶D．具有5'→3'核酸外切酶活力7.Meselson和Stahl利用15N标记大肠杆菌DNA的实验首先证明了下列哪一种机制？（）A．DNA能被复制B．DNA的基因可以被转录为mRNAC．DNA的半保留复制机制D．DNA全保留复制机制8．从正在进行DNA复制的细胞分离出的短链核酸——冈崎片段，具有下列哪项特性：A．它们是双链的B．它们是一组短的单链DNA片段C．它们是DNA-RNA杂化双链D．它们被核酸酶活性切除E．它们产生于亲代DNA链的糖-磷酸骨架的缺口处9．下列关于真核细胞DNA复制的叙述哪一项是错误的：A．是半保留式复制B．有多个复制叉C．有几种不同的DNA聚合酶D．复制前组蛋白从双链DNA脱出E．真核DNA聚合酶不表现核酸酶活性10．下列关于大肠杆菌DNA连接酶的叙述哪些是正确的：A．催化DNA双螺旋结构之断开的DNA链间形成磷酸二酯键B．产物中不含AMPC．催化两条游离的单链DNA分子间形成磷酸二酯键D．需要ATP作能源11．反转录酶是一类（）。A.DNA指导的DNA聚合酶；B.DNA指导的RNA聚合酶C.RNA指导的DNA聚合酶；D.RNA指导的RNA聚合酶12．需要以RNA为引物的过程是（）A.复制    B.转录    C.反转录    D.翻译13．切除修复可以纠正下列哪一项引起的DNA损伤：A．碱基缺失B．碱基插入C．碱基甲基化D．胸腺嘧啶二聚体形成E．碱基烷基化14．大肠杆菌DNA连接酶需要下列哪一种辅助因子？A．FAD作为电子受体B．NADP+作为磷酸供体C．NAD+形成活性腺苷酰酶D．NAD+作为电子受体E．以上都不是15．下列关于RNA和DNA聚合酶的叙述哪一项是正确的：A．RNA聚合酶用二磷酸核苷合成多核苷酸链B．RNA聚合酶需要引物，并在延长链的5′端加接碱基C．DNA聚合酶可在链的两端加接核苷酸D．DNA仅能以RNA为模板合成DNAE．所有RNA聚合酶和DNA聚合酶只能在生长中的多核苷酸链的3′端加接核苷酸16．紫外线照射引起DNA最常见的损伤形式是生成胸腺嘧啶二聚体。在下列关于DNA分子结构这种变化的叙述中，哪项是正确的：A．不会终止DNA复制B．可由包括连接酶在内的有关酶系统进行修复C．可看作是一种移码突变D．是由胸腺嘧啶二聚体酶催化生成的E．引起相对的核苷酸链上胸腺嘧啶间的共价联结17．镰刀形红细胞贫血病是由血红蛋白β-链变异造成的，这种变异的方式为（）。A．交换B．插入C．缺失D．染色体不分离E．点突变18．在对细菌DNA复制机制的研究中，常常用到胸腺嘧啶的类似物5-溴尿嘧啶，其目的在于：A．引起特异性移码突变以作为顺序研究用B．在胸腺嘧啶参入部位中止DNA合成C．在DNA亲和载体中提供一个反应基\nD．合成一种密度较高的DNA以便用离心分离法予以鉴别E．在DNA中造成一个能被温和化学方法裂解的特异部位三、填空题1．前导链的合成是_______的，其合成方向与复制叉移动方向_______；随后链的合成是_______的，其合成方向与复制叉移动方向_______。2．所有冈崎片段的延伸都是按_______方向进行的。3．细菌的环状DNA通常在一个______开始复制，而真核生物染色体中的线形DNA可以在_______起始复制。4．大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ的_______活性使之具有_______功能，保证了DNA复制的忠实性。5．大肠杆菌中已发现_______种DNA聚合酶，其中_______负责DNA复制，_______负责DNA损伤修复。6．真核生物的DNA聚合酶共有________种，其中________负责前导链的合成，________负责滞后链的合成，_________负责线粒体DNA的合成。7．基因突变形式分为：_______、_______、_______和_______四类。8．DNA切除修复需要的酶有_______、_______、_______和_______。四、是非题1．中心法则概括了DNA在遗传信息传递中的主导作用。（）2．以DNA为模板合成DNA的酶，叫DNA聚合酶。（）3．DNA半不连续复制是指复制时一条链的合成方向是5′→3′，而另一条链方向是3′→5′。（）4．原核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶的活性。（）5．真核生物DNA聚合酶共有5种，全部是用来合成染色体DNA的。（）6．复制原点就是DNA复制的起始部位，真核生物只有1个，而原核生物有多个。（）7．端粒酶是一种具有反转录活性的蛋白质。（）8．DNA受到损伤，可采取多种方式进行修复，并且都需要消耗ATP提供能量。（）9．DNA的生物合成都是通过复制的方式完成的。（）10．DNA的复制在细胞周期的S期和M期都可以进行。（）11．依赖于RNA的DNA聚合酶即反转录酶（）。12．逆转录酶催化RNA指导的DNA合成不需要RNA引物。（）13．限制性内切酶切割的DNA片段都具有粘性末端。（）14．重组修复可把DNA损伤部位彻底修复。（）五、简答题1.  简述 DNA复制的基本特点。2．原核生物DNA的复制是怎样进行的？3．DNA复制的高度忠实性是如何保证的？4．什么是DNA复制的θ模型、滚环模型和D环模型？ 5．什么是拓扑异构酶？有什么功能？六、论述题1．为什么说DNA的复制是半保留半不连续复制？是怎样验证的？2．真核生物与原核生物DNA复制的异同点有哪些？【参考答案】一、名词解释1．中心法则（centraldogma）：在1954年，Crick提出了遗传信息的的传递方向\n和方式，那就是，遗传信息储存在DNA的脱氧核苷酸排列顺序中，通过DNA的自我复制将遗传信息传递给下一代，同时以DNA为模板，将遗传信息转抄到RNA的核苷酸排列顺序中（转录），再以该RNA为模板，在核糖体上合成蛋白质（翻译），从而表现出生命的特征来。这就是“中心法则”。后来，科学研究又发现，在某些病毒中，RNA也可以自我复制，并且还发现在一些病毒蛋白质的合成过程中，RNA可以在逆转录酶的作用下合成DNA。2．半保留复制（semi-conservativereplication）：在DNA复制时，亲本双链DNA之间的氢键断裂，形成两条单链，分别以每条单链为模板，按照碱基互补配对原则，合成新的多核苷酸链。这样，在两个子代DNA分子中，各有一条单链来自于亲本DNA，另一条是新合成的。这种复制称为半保留复制。3．反转录（reversetranscription）：在反转录酶的作用下，可以RNA为模板合成DNA，这一过程称为反转录。反转录合成的DNA又称为cDNA。反转录酶是由Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现的。4．冈崎片段（Okazakifragments）：在DNA复制过程中，滞后链的合成是不连续的，首先合成大约1000个核苷酸残基的DNA片段，然后再由连接酶连接起来，形成一条完整的子链。这些片段是由冈崎（Okazaki）首先发现的，故称之为冈崎片段。冈崎片段的发现为DNA复制的科恩伯格机理提供了依据。5．滞后链：由多个冈崎片段连接而成的这条新的子代链，称为滞后链6．半不连续复制：在DNA的复制过程中前导链的复制为连续的，滞后链的复制为不连续的，所以称改复制过程为半不连续复制。7．复制子：细胞中基因组DNA具有复制原点并能够独立进行复制的单位称为复制子。8．复制原点：在每个复制子中的控制复制起始的部分叫复制原点。9．端粒酶：是催化端粒合成的酶。由蛋白质和RNA组成，具有逆转录酶的活性，它能以自身的RNA为模板，逆转录合成端粒DNA。端粒酶使端粒的3’末端延长，防止其子代DNA端粒的缩短。10．重组修复：当遗传信息有缺损时，子代DNA分子可通过遗传重组而加以弥补，即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链的缺口处，然后再合成一段多核昔酸链来填补母链的缺口，这个过程称为重组修复。二、选择题1．（A）；2．（E）；3．（B）；4．（B）；5．（E）；6．(C)；7．(C)；8．(B)；9．(D)；10．(A)；11．（C）；12．（A）；13．（D）；14．（C）；15．（E）；16．（B）；17．（E）；18．（D）。三、填空题1．连续，相同，不连续，相反。2．5′→3。3．复制原点，多个复制原点。4．3′→5′核酸外切酶校对5．3，DNA聚合酶Ⅲ，DNA聚合酶Ⅰ6．5，DNA聚合酶δ，DNA聚合酶α，DNA聚合酶γ。7．转换；颠换；插入；缺失。8．专一的核酸内切酶解链酶DNA聚合酶ⅠDNA连接酶四、是非题1．对2．对3．错4．错5．错6．错7．错8．错9．错10．错11．对12．错13．错14．错五、问答题1．答：（1）复制过程是半保留的。（2）细菌或病毒DNA的复制通常是由特定的复制起始位点开始，真核细胞染色体DNA复制则可以在多个不同部位起始。（3）复制可以是单向的或是双向的，以双向复制较为常见，两个方向复制的速度不一定相同。（4）两条DNA链合成的方向均是从5’向3’方向进行的。\n（5）复制的大部分都是半不连续的，即其中一条领头链是相对连续的，其他随后链则是不连续的。（6）各短片段在开始复制时，先形成短片段RNA作为DNA合成的引物，这一RNA片段以后被切除，并用DNA填补余下的空隙。2．答：DNA复制从特定位点开始，可以单向或双向进行，但是以双向复制为主。由于DNA双链的合成延伸均为5′→3′的方向，因此复制是以半不连续的方式进行，可以概括为：双链的解开；RNA引物的合成；DNA链的延长；切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段。（1）双链的解开在DNA的复制原点，双股螺旋解开，成单链状态，形成复制叉，分别作为模板，各自合成其互补链。在复制叉上结合着各种各样与复制有关的酶和辅助因子。（2）RNA引物的合成引发体在复制叉上移动，识别合成的起始点，引发RNA引物的合成。移动和引发均需要由ATP提供能量。以DNA为模板按5′→3′的方向，合成一段引物RNA链。引物长度约为几个至10个核苷酸。在引物的5′端含3个磷酸残基，3′端为游离的羟基。（3）DNA链的延长当RNA引物合成之后，在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，以dNTP为底物，在RNA引物的3′端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出PPi。DNA链的合成是以两条亲代DNA链为模板，按碱基配对原则进行复制的。亲代DNA的双股链呈反向平行，一条链是5′→3′方向，另一条链是3′→5′方向。在一个复制叉内两条链的方向不同，所以新合成的二条子链极性也正好相反。（4）切除引物，填补缺口，连接修复当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3′-OH端与前一个冈崎片段的5′端接近时，在DNA聚合酶Ⅰ的作用下，在引物RNA与DNA片段的连接处切去RNA引物后留下的空隙，由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶的作用下，连接相邻的DNA链；修复掺入DNA链的错配碱基。这样以两条亲代DNA链为模板，就形成了两个DNA双股螺旋分子。每个分子中一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的。3．答：为保证复制的准确性，细胞以下列机制提供相应的保障（1）DNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的5′→3′的聚合作用DNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ在模板引导下，按5′→3′进行DNA聚合时，可以严格按照碱基互补配对的原则进行合成，所以说，碱基互补配对原则是DNA复制的基础。（2）DNA聚合酶Ⅰ3′→5′外切酶活性DNA聚合酶Ⅰ可对已经加上去的核苷酸进行校对，当新合成的互补链上有错误的核苷酸时，即行使3′→5′外切酶活性，将连接上的错误核苷酸从3′端切除，直至正确配对处为止，然后再继续合成。（3）切除引物由于刚开始聚合时较易发生错配，所以生命体选择先合成一段RNA引物，然后由DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切酶活性将引物切除，再由DNA聚合酶的5′→3′聚合酶活性在切除引物处补平。（4）聚合时的方向现在已知DNA的聚合都是5′→3′，为什么不能从3′→5′端聚合呢？原来，如果按5′→3′聚合，一旦出现碱基错配，可由DNA聚合酶Ⅰ从3′端切除聚合上的错误的核苷酸，剩下3′-羟基，后者可以接受由以dNTP为原料而生成的单核苷酸，即dNTP可以和上一个核苷酸的游离3′-羟基生成3′,5′-磷酸二酯键，dNTP自身水解掉焦磷酸。发生反应的原料本身即为高能化合物，靠磷酸键的水解即可保证此反应的顺利进行。而如果按3′→5′方向聚合时，出现了错配碱基后也可利用DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切酶活性将错配的核苷酸切除，切除后剩下5′-羟基或5′-磷酸，继续聚合时，需要将5′-羟基或5′-磷酸核苷酸进一步磷酸化，或者需要外源的能够提供能量的物质，才能完成聚合反应。所以，生物体选择DNA合成的方向都是5′→3′，这是长期进化、选择的结果。（5）修复作用虽然在复制过程中有校正功能，但是环境中的物理或化学因素还可以使DNA不断受到损伤，它们可以通过细胞的各种修复机制进行修复，具体内容见DNA的损伤与修复。4．答：（1）\n凯恩斯通过精辟的实验证明了大肠杆菌DNA是以环状方式复制的。首先将大肠杆菌生长在含[3H]胸腺嘧啶的培养基中，这样在放射性培养基上生长时所合成的全部DNA都是具放射性的。培养接近两代时，分离出菌体的完整DNA，可以从其放射自显影图上看到分枝的环状图式。后来在有些病毒中也发现了环状复制。因为复制环的图式象希腊字母θ，故称这种复制为θ复制。（2）W.Gilbert和D.Dressler于1968年提出滚环复制的模型，来解释噬菌体ΦX174DNA的复制过程。ΦX174的DNA是环状单链分子，复制时首先以其自身单链DNA为模板，合成互补的环状双链复制型DNA分子，自身母链为正链（＋），新合成的为负链（-）。复制机制是双链中的正链被核酸内切酶把3′,5′-磷酸二酯键切开，形成一个缺口，双链打开，露出3′-羟基末端和5′-磷酸末端，正链的5′末端固定在细胞膜上，然后以环状闭合的负链DNA为模板，以正链的3′-羟基末端为引物，在DNA聚合酶作用下，在正链切口3′-羟基末端逐个连接上脱氧核糖核苷酸，使正链延长。未开环的负链即边滚动边连续复制，正链的5′端逐渐从负链分离，待长度达到一个基因组时即被核酸内切酶切断，被切断的尾链经环化即成为一个新的DNA分子。正负两条链均可作为模板，产生新的2个双链环状子代。（3）Ｄ环复制是线粒体DNA的复制方式。真核生物的线粒体DNA是环状双链，双链环在固定点解开进行复制。但两条链的合成是单方向、不对称的半保留复制，复制时需要合成引物。其复制机制是：首先以内环链（为方便采取如此称谓）为模板先进行复制，外环链保持单链而被取代，在电镜下可看到呈D-环形状。待内环链复制到一定程度，露出外环链的复制起点时，再合成另一反向引物，以外环链为模板进行反向延伸，最后完成两个双链环状DNA的复制。5．答：拓扑异构酶（topoisomerase）是一类可改变DNA拓扑性质的酶。在DNA复制时，复制叉行进的前方DNA分子部分产生正超螺旋，拓扑异构酶可松弛正超螺旋，还可以引入负超螺旋，有利于复制叉的行进及DNA的合成。在复制完成后，拓扑异构酶又将DNA分子引入负超螺旋，有利于DNA缠绕、折叠、压缩以形成染色质。六、论述题1．答：1958年M.Meselson和F.Stahl用实验首先证明了半保留复制的正确性，迄今仍为大家所公认。他们在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养大肠杆菌，至少15代以上，从而使所有DNA分子标记上15N，15N-DNA的密度比普通14N-DNA的密度大，在氯化铯密度梯度离心时，这两种DNA形成位置不同的区带。如果将15N标记的大肠杆菌转移到普通培养基（含14N的氮源）中培养，经过一代后，所有DNA的密度都介于15N-DNA和14N-DNA之间，即形成了一半含15N，另一半含14N的杂合DNA分子（14N-15N-DNA）。第二代时，14N-DNA分子和14N-15N-DNA杂合分子等量出现。若再继续培养，可以看到14N-DNA分子增多。当把14N-15N-DNA杂合分子加热时，它们分开成14N链和15N链。这充分证明了DNA复制时原来的DNA分子被拆分成两个亚单位，分别构成子代分子的一半。在DNA复制过程中按照半保留方式，亲代DNA的两条互补链各自作为模板进行复制。由于DNA两条链的方向是反平行的，一条的方向为5′→3′，另一条是3′→5′，按照模板的方向性，似乎应该有两类DNA聚合酶，分别催化5′→3′方向和3′→5′方向的复制，但迄今为止所发现的DNA聚合酶，只能催化5′→3′方向的合成。这就不能解释DNA的两条链为什么能够同时进行复制的事实。为了解决这个矛盾，冈崎于1968年提出了半不连续复制假说。他认为复制时复制叉向前移动，留下两条单链分别做模板，一条是3′→5′方向，以它为模板合成的新链是5′→3′方向，是连续的，称为前导链（leadingstrand）；而另一条模板链是5′→3′方向，以它为模板，合成的新链是不连续的DNA片段，称作冈崎片段。在大肠杆菌中冈崎片段的长度约为1000个核苷酸，在哺乳动物中约为100~200个核苷酸。冈崎片段合成的方向也是5′→3′，但它与复制叉前进的方向相反，是倒退着合成的，由多个冈崎片段连接而成的这条新的子代链，称为滞后链(laggingstrand)。2．答：DNA是生物遗传的主要物质，生物体遗传信息编码在DNA分子上，通过DNA复制由亲代传给子代。原核生物与真核生物在复制过程中都具有半保留半不连续复制的特点，并且复制的方向都是从5′→3′，都需要RNA作为引物等特点，主要有以下不同点：（1）真核生物细胞的染色体DNA是线性双链分子，在同一个DNA上有多个复制原点\n，为多复制子，分段进行复制；而原核生物一个复制原点，是单复制子。（2）真核生物细胞染色体上有多处自发复制序列，而原核生物的则无。（3）在复制过程中，都需要拓扑异构酶，解旋酶，引发酶，DNA聚合酶，DNA连接酶的参与，而真核生物和原核生物所需酶的种类和数量又不同，例如真核生物细胞有5种DNA聚合酶，而原核生物有3种DNA聚合酶，它们各自的作用也不同。（4）真核生物染色体DNA在全部复制完成之前，原点不再重新起始复制；而在快速生长的原核生物中，原点可以连续起始复制。真核生物在快速生长时，往往采用更多的复制原点。第14章RNA的生物合成—转录【内容提要】在RNA聚合酶的催化下，以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。转录是不对称的，不需要引物，在双链DNA中，作为转录模板的链称为模板链，与之互补的链称为编码链。转录是在RNA聚合酶的作用下，以DNA为模板合成RNA的过程。RNA聚合酶与启动子识别并结合，起始基因的转录。原核生物中启动子有两个重要的序列，即-10序列和-35序列。原核RNA聚合酶包含有α2ββ′σ5个亚基。σ亚基的作用是识别并与启动子结合，而其他部分则与模板结合，并依据碱基互补的方式催化NTP原料形成3′,5′-磷酸二酯键，以5′→3′方向延伸多核苷酸链。原核生物转录的终止有依赖和不依赖于ρ因子的两种方式。ρ因子能结合于新生RNA链并利用水解NTP所释放的能量移动，通过与β亚基的作用促进转录的终止，而不依赖于ρ因子的终止机制则与终止子的结构有关。真核生物有I、II、III三种RNA聚合酶，分别转录rRNA基因、mRNA和5SrRNA基因、tRNA基因。细胞器还有自己的RNA聚合酶。真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子最为复杂，有帽子位点和TATA框等近启动子成分。真核生物的基因还常会有增强子。真核生物转录的起始机制复杂，涉及多种通用转录因子，形成转录起始复合物。真核生物三类RNA聚合酶的转录终止子结构及其终止机制还不清楚。转录得到的RNA前体一般要经过加工和修饰。几乎全部的真核mRNA的5′端都具有含甲基鸟嘌呤的“帽”结构，大部分的mRNA的3′端具有poly(A)尾。真核基因是不连续基因，其转录产物中编码的外显子被插入的内含子所间隔，要通过剪接切除内含子、拼接外显子后才能成为成熟的RNA。催化RNA即核酶的发现，对于研究生命的起源和进化具有重要科学意义。【重点难点】1．原核生物RNA聚合酶的组成、结构和功能；2．启动子的结构特征，重点是原核生物启动子的结构特征；3．原核生物RNA的转录过程；4．RNA转录后的加工修饰，重点是真核生物mRNA转录后的加工修饰。【目的要求】1．掌握原核RNA聚合酶的结构、功能及原核生物RNA的转录过程；2．掌握真核生物RNA聚合酶的分类及生物学功能；3．掌握启动子的结构特征，重点是原核生物启动子的结构特征；4．RNA转录后的加工修饰，重点是真核生物mRNA转录后的加工修饰。【例题解析】例1．简述大肠杆菌RNA聚合酶的结构与功能。解析：本题主要考查的大肠杆菌RNA聚合酶含有4种亚基的名称及功能。\n大肠杆菌RNA聚合酶含有4种不同的亚基，称为α、β、β′和σ亚基。这些亚基通过次级键聚合在一起。在全酶中含有2个α亚基，其他亚基各1个。全酶（α2ββ′σ）分子量大约为500000。σ的结合不牢固，它可以随时从全酶上脱落下来，剩余的部分称为核心酶。β亚基的功能主要是结合底物三磷酸核苷NTP；β′的功能是与DNA模板结合；σ的功能是识别并结合启动子。另外，在核心酶中还存在一个功能尚不清楚的ω因子。例2．简述原核生物基因的启动子结构特征。解析：本题主要考查的知识点是原核生物基因启动子的位置、包含的元件及特征性的保守区域。①在基因的5′-端，直接与RNA聚合酶结合，控制转录的起始和方向；②都含有RNA聚合酶的识别位点、结合位点和起始位点；③都含有保守序列，而且这些序列的位置是固定的，如-35序列，-10序列等。对于大多数启动子来说，在上游-35bp附近存在一段共有序列：TTGACA，RNA聚合酶的σ亚基识别该序列并使核心酶与启动子结合，故又称-35序列为RNA聚合酶的识别位点；-10序列又叫Pribnow盒，其共有序列为TATAAT，是RNA聚合酶与之牢固结合并将DNA双链打开的部位，即结合位点，形成所谓的开放性启动子复合物。例3．阐述核酶发现的生物学意义。解析：本题主要考查的知识点：核酶的发现使人们对于生命的起源有了新的认识，生命的最初形式大概是RNA；同时，核酶的发现某些疾病的治疗开辟了新的思路。核酶的发现使人们对于生命的起源有了新的认识。以前一般认为，由于DNA和蛋白质是生命的基础物质，因而生命的最初形式必定是DNA或者蛋白质。然而DNA的复制需要蛋白质（酶）的催化，而特定蛋白质分子的合成又必须以DNA为模板，因而二者究竟是哪一种首先出现，实在难以推断。核酶的发现使人们普遍认为：生命的最初形式大概是RNA，最初的生命界可能是个RNA王国。因为RNA既可作为模板而复制繁殖，同时它又是催化剂，即它兼有DNA和蛋白质二者的功能。然而在进化过程中，由于作为模板而遗传的功能RNA不如双链DNA稳定；而作为催化剂的功能它又不如蛋白质那样多样，所以作为遗传信息携带者的功能它让位给DNA，作为催化剂的功能则大部分由蛋白质所取代，RNA则仅保留了它作为信使和一部分催化作用等功能，这就是目前生命界的实际情况。这种推断是否正确还有待实验的证明。在应用方面，人们正在设计合成特异切割病毒RNA或其它RNA的核酶，以便用以治疗包括艾滋病、癌症在内的疾病。虽然目前还没有成功应用的报道，但具有良好的发展前景。【练习题】一、名词解释1．转录（transcription）2．割裂基因（splitgene）3．模板链（templatestrand）4．转录单位(transcriptionunit)5．基因（gene）6．启动子（promoter）7．剪接（splicing）8．ρ因子（ρfactor）9．转录因子（transcriptionalfactor）10.内部终止子（intrinsicterminator）二、选择题1.DNA上某段碱基顺序为5’-ACTAGTCAG-3’，转录后相应的碱基顺序为：（）A.5′-TGATCAGTC-3′B.5′-UGAUCAGUC-3′C.5′-CUGACUAGU-3′D.5′-CTGACTAGT-3′2.参与转录的酶是（）A.依赖DNA的RNA聚合酶B.依赖DNA的DNA聚合酶C.依赖RNA的DNA聚合酶D.依赖RNA的RNA聚合酶3.绝大多数真核生物mRNA5′端有（）A. PolyA   B.帽子结构    C.起始密码    D.终止密码4.下列叙述中，哪一种是错误的？（）\nA. 在原核细胞中，RNA聚合酶存在于细胞核中B.在真核细胞中，转录是在细胞核中进行的    C.合成mRNA和tRNA的酶位于核质中   D.线粒体和叶绿体内也可进行转录5.原核生物的RNA聚合酶由α2ββ′σ五个亚基组成，与转录起动有关的亚基是（）A.α   B.β    C.β′  D.σ6．DNA指导的RNA聚合酶由数个亚基组成，其核心酶的组成是（）A.α2ββ′ B.α2ββ′ω  C.ααβ′ D.αββ′7．在mRNA分子上连接多个核糖体而形成的多核糖体，这（）A.多见于核内   B.多见于细胞质中   C.特别多见于线粒体周围  D.特别多见于高尔基体周围 8．真核生物中经RNA聚合酶Ⅲ催化转录的产物是（）A.mRNA   B.hnRNA    C.tRNA和5SrRNA  D.rRNA和5SrRNA9．在酶的分类命名表中，RNA聚合酶属于（）A.合成酶   B.转移酶    C.裂解酶  D.水解酶10．原核生物基因转录起始的正确性取决于（）A.DNA解旋酶    B.DNA拓扑异构酶 C. RNA聚合酶核心酶D.RNA聚合酶σ因子三、是非题1.在具备转录的条件下，DNA分子中的两条链在体内都可能被转录成RNA。（）2.真核生物mRNA多数为多顺反子，而原核生物mRNA多数为单顺反子。（）3.真核生物的mRNA均含有polyA结构和帽子结构，原核mRNA则无。（）4.真核生物mRNA的两端都是有3′－OH。（）5.依赖DNA的RNA聚合酶也叫转录酶，依赖于DNA的DNA聚合酶即反转录酶。（）6.RNA是基因表达的第一产物。（）7.mRNA通常都处在核糖体内，而不以游离状态存在。（）8.细菌的RNA聚合酶全酶由核心酶和ρ因子所组成。（）9.转录时，大肠杆菌RNA聚合酶核心酶（α2ββ′）能专一识别DNA的起始信号。（）10.核酶只能以RNA为底物进行催化反应。（）四、填空题1.按照基因产物的性质，基因可分为________和________两大类。2.刚转录出来的mRNA,其5′端是________，其3′端是________。3.真核生物rRNA的转录是在细胞________内进行。4.用oligo（dT）-纤维素分离纯化真核生物mRNA的方法叫________。5.依赖DNA的RNA聚合酶叫________，依赖RNA的DNA聚合酶叫________。6.就核酶催化反应的键专一性而言，它既可以水解以磷原子为中心的磷酸酯键，也可以水解________等。7.与正确和有效翻译作用相关的mRNA结构元件有________，________和________。五、简答题1．简述真核生物RNA聚合酶的特性。2．简述真核生物RNA的转录过程。3．简述真核生物mRNA转录后的加工修饰。4．论述原核生物RNA的转录过程。【参考答案】\n一、名词解释1.以DNA为模板，在RNA聚合酶的作用下，将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转录。2.真核细胞的结构基因绝大多数是不连续的，称为断裂基因。3.在DNA双链中，负责转录合成RNA的DNA链叫模板链。4.从启动子到终止子之间的DNA片段，称为一个转录单位，或者更确切地说，被转录成单个RNA分子的一段DNA序列，称为一个转录单位。5.被转录成RNA的DNA片段叫做基因。6.能够被RNA聚合酶识别并与之结合，从而调控基因的转录与否及转录强度的一段大小为20～200bp的DNA序列，称之为启动子。7.在真核细胞中，绝大部分基因被不同大小的内含子相互间隔开，内含子在RNA的转录后加工中要除去，然后把外显子连接起来，才能形成成熟的RNA分子，这一过程称为RNA的剪接。8．ρ因子又叫终止因子，是从大肠杆菌中分离出来的一种六聚体蛋白质，它具有两种活性：促进转录终止的活性和NTPase活性。9．（已给答案）10．（已给答案）二、选择题1．C2．A3．B4．B5．D6．A7．B8．C9．A10．D三、是非题1．错2．错3．错4．对5．错6．对7．对8．错9．错10．错四、填空题1．RNA基因蛋白质基因2．三磷酸基团羟基3．核仁4．亲和层析5．转录酶反转录酶6．碳原子为中心的氨酰酯键7．核糖体结合位点起始密码子终止密码子五、问答题1．简述真核生物RNA聚合酶的特性。种类在细胞中的位置对α-鹅膏蕈碱的敏感性合成RNA的种类RNA聚合酶I核仁不敏感5.8S、18S、28SrRNARNA聚合酶Ⅱ核质最敏感mRNA、snRNARNA聚合酶Ⅲ核质介于酶I和酶IItRNA、5SrRNA2．简述真核生物RNA的转录过程。（1）起始关于真核生物转录的起始机制十分复杂，以RNA聚合酶Ⅱ的转录起始尤甚，涉及众多通用转录因子参与转录的起始。它们在转录起始过程中，相继结合到启动子上，形成开放的起始复合物。例如，首先是TFIID，它包含了TATA结合蛋白（TBP）和多种TBP连接因子（TAF）。含有不同TAF的TFIID可以识别和结合不同的启动子。而TFIIA的结合又有稳定TFIID与启动子结合的作用。然后，TFIIF可以与RNA聚合酶结合。TFIIB既可以结合TBP，又能引进TFIIF-聚合酶II复合物。TFIID也可以与聚合酶的C端结构域作用，使其定位于转录的起始位置，最后在聚合酶II帮助下，TFIIE又将TFIIH引进到结合位点，后者具有ATP酶，解螺旋酶和激酶的活性，可以催化聚合酶II最大亚基的羧基端磷酸化，使转录起始复合物发生变构而促进转录。（2）延伸\nRNA合成的速度大约为每秒30~50个核苷酸，但链的延伸并非以恒定速度进行，有时会降低速度或延迟，这是延伸阶段的重要特点，其原因尚不清楚。人们发现在通过一个富含GC对的模板以后约8~10个碱基，则会出现一次延迟。如果在突变体中GC→AT则减少延迟。如果在连续的GC对之间只有一个AT对，把这个AT变为GC则会再现强烈的延迟作用。这种延迟作用可能对RNA链的终止和释放有关。（3）终止对于真核生物转录的终止信号和机制了解很少，其主要困难在于很难确定初始转录物的3′-末端，因为在大多数情况下，转录后就很快进行加工，无论是mRNA、tRNA，还是rRNA都是如此。对于RNA聚合酶Ⅲ，体外与体内转录物相同，表明体内转录的确是在RNA末端处终止的。爪蟾5SrRNA的3′-末端为4个U，而这4个U的前后均为富含GC序列中的寡聚T（4个以上）是所有真核生物RNA聚合酶Ⅲ转录的终止信号。这种序列特征高度保守，从酵母到人都很相似。3．简述真核生物mRNA转录后的加工修饰。（1）在5′-末端加上“帽”结构真核细胞mRNA的5′-末端“帽”的结构有三种：N7–甲基鸟嘌呤核苷酸部分称为帽O，符号为m7GpppX；如果在初始转录物的第一个核苷酸的2′-O位上产生甲基化，则构成帽1，其符号为m7GpppXm，在有些真核生物中，在第二个核苷酸的2′-O位上还可以再产生甲基化，构成帽2，其符号为m7GpppXmpYm。所有“帽”结构皆含7-甲基鸟苷酸，通过焦磷酸连接于5′端。“帽”的功能还不完全清楚，但已知对mRNA的识别、结合和稳定有利。（2）在3′-末端加上一个poly（A）的“尾巴”它是在转录后由RNA末端腺苷酸转移酶催化一个一个地加上去的。poly（A）的功能尚不清楚，但已知poly（A）与蛋白质结合，可能增加mRNA的稳定性。（3）mRNA的剪接在真核细胞中，绝大部分基因被不同大小的内含子相互间隔开，内含子在RNA的转录后加工中要除去，然后把外显子连接起来，才能形成成熟的RNA分子。这一过程称为RNA的剪接。剪接是在核中进行的，核酸内切酶与连接酶活性可能处于同一剪接复合体上，剪接时协调进行。一般认为内含子上游与下游各有一个剪接位点，分别称为5′剪接点和3′剪接点。按照A.Klessing提出的模式，内含子要弯曲成套索状，在RNA剪接时，外显子互相靠近，通过二次转酯反应有两个磷酸二酯键被破坏，同时形成一个新的磷酸二酯键而连接。4．论述原核生物RNA的转录过程。（1）模板的识别在σ亚基的作用下，RNA聚合酶识别并结合到启动子上。σ亚基还参与促使DNA双螺旋打开并以其中的一条链作为模板进行转录。（2）转录的起始σ亚基识别-35序列并与核心酶一起结合在启动子上，其结合在启动子上的范围从-50到+10。RNA聚合酶与-10序列牢固结合并将DNA双链打开，形成开放性启动子复合物，RNA的转录也就开始了。RNA聚合酶的核心酶是不能在启动子处开始转录的，必须全酶才能启动特异的转录。当形成新RNA的第一个磷酸二酯键后，σ亚基即由全酶中解离出来，由核心酶继续进行转录。所以，全酶的作用是选择起始部位并启动转录，核心酶的作用是延长RNA链。解离出来的σ可与另一个核心酶结合起来并启动另一次转录。（3）RNA链的延伸当第一个磷酸二酯键生成并释出σ亚基后，核心酶即沿DNA模板移动，并按碱基互补配对的原则，以与第一个磷酸二酯键生成的相同反应方式，依次连接上核苷酸，使RNA链延伸。由于在转录过程中第一个三磷酸核苷的三磷酸基被保留在产物中，而其余的则否，所以RNA链的延长方向是5′→3′。RNA链的延伸是在含有核心酶、DNA和新生RNA的一个区域里进行的，在这个区域里双链DNA被打开，呈“泡”状，故称之为转录泡。在转录泡里，新合成的RNA与模板DNA形成杂交双链，长约12bp，相当于A型DNA一圈的长度。在转录泡里，核心酶始终与DNA的编码链结合，使双链DNA约有17bp被解开。在整个延伸过程中，转录泡的大小始终保持不变，即在核心酶向前移动时，前面的双股螺旋逐渐打开，转录过后的区域则又重新形成双螺旋，二者的速度相同，直至转录完成。每加入一个核苷酸，RNA-DNA杂交双链就旋转一定的角度，保证RNA的3′-OH始终停留在催化部位。（4）转录的终止\n终止的主要过程包括：停止RNA链延长；新生RNA链释放；RNA聚合酶从DNA上释放。当RNA聚合酶沿DNA模板移动到基因3′-端的终止子序列时，转录就停止了。原核生物基因转录终止的方式有两种：不依赖于ρ因子的终止和依赖于ρ因子的终止。在不依赖于ρ因子的终止方式中，通过比较许多已知的终止子核苷酸序列发现，它们具有以下共同的特点：有一段富含GC的序列，此GC区呈双折叠对称，即回文结构；紧接在它后边是一段富含AT的序列。因而由此GC区转录出来的RNA是自身互补的，可通过碱基配对而形成发夹结构。加上终止子的末尾是富含AT的，而此区的模板链有连续的碱基A，所以转录出来的RNA链的末尾为连续的碱基U。由于在终止子中有一个或多个这样的结构，RNA聚合酶遇到此信号时便停止转录。而另一些终止子则需要终止因子ρ的参与。体外实验证明，用同一DNA做模板，在有ρ因子时合成的RNA比没有时要短，说明当RNA聚合酶遇到模板中的某些终止子时，在无ρ因子的条件下，虽然也在此暂停，但不终止，一直转录到不需要ρ因子的终止子处才真正终止。可见，ρ因子能检定出那些单靠RNA聚合酶检定不出来的终止子。这类终止子的序列富含碱基C，但缺乏碱基G。ρ因子可能是先附着在新生成的RNA链上，然后沿着5′→3′方向朝RNA聚合酶移动，移动的能量由ATP水解供应。当ρ因子与RNA聚合酶接触后，将新生成的RNA链释放出来。第15章蛋白质的生物合成—翻译【内容提要】DNA通过转录生成mRNA只完成了基因表达的第一步，更为复杂的一步就是翻译过程。参与这一过程中的主要物质包括各种氨酰基-tRNA合成酶，tRNA和核糖体等。由于它们的共同作用，氨基酸才能按照mRNA所提供的信息相互连接成为多肽链。所有的tRNA分子都具有相似的结构，其二级结构为三叶草形，其空间结构为倒L型。DNA或mRNA的四种碱基共组成64个三联体密码子，其中61个编码常规的20种氨基酸，其余3个为肽链终止密码以及少数稀有氨基酸的密码。密码子的简并性和密码子与反密码子配对的摇摆性决定了携带某种特定氨基酸的tRNA种类的最低数目，但实际上存在的tRNA种类还要多一些。一组同功tRNA由同一种氨酰基-tRNA合成酶催化而携带氨基酸。密码子的使用频率与细胞内识别密码子的tRNA含量呈正相关，特别是需要量大的蛋白质更是如此。从原核生物直至最高等的真核生物，都使用相同的密码子，这就是密码子的通用性。然而，后来人们发现线粒体密码子存在若干例外。大肠杆菌核糖体的沉降系数为70S，由50S大亚基和30S小亚基组成。共包括55个蛋白质分子和3个rRNA分子，其中大亚基有34个蛋白质和23SrRNA及5SrRNA，小亚基有21个蛋白质和16SrRNA。核糖体和其他辅助因子一起提供了翻译过程的全部酶活性，这些酶活性只有在核糖体结构完整的情况下才会具备。真核生物的核糖体则更为复杂。在原核生物中，翻译的起始涉及到起始复合物和70S核糖体的形成。这个过程需要带有SD序列的mRNA，三种起始因子，fMet-tRNAf，30S亚基和50S亚基参与。真核生物的起始复合物并不是在起始密码子处形成，而是在帽子结构处形成，然后才移动到AUG处与60S亚基结合成为80S核糖体。真核生物的起始因子则多达10个以上，其起始机制亦更为复杂。延伸过程则包括转肽与肽键的形成，转位以及TS循环等十分复杂的步骤。翻译的终止和肽链的释放是在核糖体、终止密码子和释放因子共同作用之下完成的。原核生物有三种释放因子，真核生物只有一种释放因子。mRNA的结构与翻译过程密切相关。除了mRNA上的核糖体识别位点（原核生物的SD序列和真核生物的帽子结构），起始密码子和终止密码子是翻译所必需之外，还有许多结构特点与翻译有关。例如，原核生物的多基因mRNA的基因间间隔区的长短以及是否有自己的SD序列均影响后续基因的翻译效率。真核生物中有时能选择不同的AUG作为起始密码子。5′\n端非编码区域对翻译也具有调控作用。新合成的多肽链还必须进行翻译后加工才能形成有活性的蛋白质。翻译后加工主要包括折叠和修饰。翻译后的蛋白质还必须通过转运到达细胞的不同部位，发挥各自的生物学功能。在转位过程中，信号肽序列起重要的作用。真核细胞的结构要比原核细胞复杂得多，因而转位的机制也要复杂得多。转位主要有共翻译处理过程以及许多复杂的翻译后处理过程。蛋白质的生物合成系统包括20种原料氨基酸，mRNA，tRNA，核糖体，各种氨酰基-tRNA合成酶和蛋白质因子。其中mRNA通过所携带的遗传密码作为合成蛋白质提供了“蓝图”。密码子为核苷酸三联体，具有简并性和通用性等特点。所有的tRNA分子都具有相似的三叶草形和“四环一臂”的结构，其CCA末端可以与氨基酸连接，再通过反密码子与mRNA上的密码子配对。无论是原核生物还是真核生物，它们的核糖体都由大、小二个亚基组成。每个亚基又是由各自的rRNA和多种蛋白质形成的复合体。核糖体和其他辅助因子一起提供了翻译过程所需的全部酶活性。原料氨基酸都要由专一的氨酰基-tRNA合成酶催化与相应的tRNA相连。在原核生物中，翻译的起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，首先形成70S起始复合物。这个过程需要带有SD序列的mRNA，三种起始因子。真核生物的起始复合物并不是在起始密码子处形成，而是在帽子结构处形成，然后才移动到AUG处成为80S起始复合物。真核生物的起始因子多达10个以上，其机制亦更为复杂。延伸过程则包括转肽与肽键的形成，移位以及引进氨酰基-tRNA时TS因子的循环等十分复杂的步骤。翻译的终止和肽链的释放是在核糖体、终止密码子和释放因子共同作用之下完成的。原核生物有三种释放因子，真核生物只有一种释放因子。在翻译过程的几乎各个阶段GTP都是必需的。新合成的多肽链必须进行翻译后加工才能形成有活性的蛋白质。翻译后加工主要包括有分子伴侣协助下的正确折叠和各种化学修饰过程。翻译后的蛋白质还必须通过转运到达细胞的不同部位，发挥各自的生物学功能。分泌蛋白等在转位过程中，信号肽起了重要的引导作用。【重点难点】1．蛋白质合成中的生物大分子结构及其作用；2．原核生物蛋白质生物合成的一般过程，原核生物与真核生物蛋白质合成的异同。3．肽链合成后的加工和运输方式。【目的要求】1.掌握蛋白生物合成体系的概念，三种RNA的作用原理，遗传密码、密码子与反密码子，其它酶与蛋白质因子的相互作用。2.掌握蛋白质合成过程中的氨基酸活化与转运，熟悉核糖体循环中的起始、延长、终止阶段；3．掌握真核生物与原核生物蛋白质合成的异同；4．熟悉肽链合成后的加工和运输方式。5.了解蛋白质生物合成的阻断剂。【例题解析】例1．氨基酸活化的专一性取决于（）A．tRNAB．mRNAC．核糖体D．氨酰－tRNA合成酶解析：答案为D。本题考查蛋白质合成的第一步：氨基酸的活化，这一步是由氨酰基-tRNA合成酶催化的。例2．简述三种RNA在蛋白质生物合成中的作用。解析：本题考查三种RNA的作用。mRNA在蛋白质合成中的作用：携带遗传信息，根据碱基配对的原则，DNA将遗传信息传递给mRNA，带有蛋白质合成信息的mRNA在核糖体上指导蛋白质的生物合成。tRNA在蛋白质合成中的作用：携带氨基酸，到达核糖体上由tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子识别，使其携带的氨基酸参与蛋白质的合成。rRNA在蛋白质合成中的作用：rRNA和与蛋白质合成有关的蛋白质因子结合形成核糖体，成为蛋白质合成的场所。\n【练习题】一、名词解释1．遗传密码（geneticcode）   2．密码子 (codon)  3．翻译 (translation)  4．反密码子(anticodon)5．同工tRNA（iso-acceptingtRNA）6．读码框(readingframe)7．变偶假说(wobblehypothesis)8．信号肽(signalpeptide)9．氨酰基-tRNA合成酶（aminoacy1-tRNAsynthetase）10．移码突变(frameshiftmutant)二、选择题1．假设翻译时可从任一核苷酸起始读码，人工合成的（AAC）n（n为任意整数）多聚核苷酸，能够翻译出几种多聚氨基酸？（）A．一种    B．二种    C．三种    D．四种2．一个N端氨基酸为丙氨酸的20肽，其开放阅读框架至少应由多少核苷酸残基组成：（）A．60B．63C．66D．693．蛋白质合成起始时模板mRNA首先结合于核糖体上的位点是（）。A．30S亚基的蛋白    B．30S亚基的rRNA    C．50S亚基的rRNAD.50S亚基的蛋白4．能与密码子ACU相识别的反密码子是（）。A．UGA    B．IGA    C．AGI    D．AGU5．原核细胞中新生肽链的N-末端氨基酸是（）。A．甲硫氨酸    B．蛋氨酸    C．甲酰甲硫氨酸    D．任何氨基酸6．tRNA的作用是（）。A．把一个氨基酸连到另一个氨基酸上    B．将mRNA连到rRNA上    C．增加氨基酸的有效浓度    D．把氨基酸带到mRNA的特定位置上7．下列关于遗传密码的描述哪一项是错误的？（）A．密码阅读有方向性，5’端开始，3’端终止 。  B．密码第3位（即3’端）碱基与反密码子的第1位（即5’端）碱基配对具有一定自由度，有时会出现多对一的情况。   C．一种氨基酸只能有一种密码子   D．一种密码子只代表一种氨基酸8．蛋白质合成所需的能量来自（）。A．ATP    B．GTP    C．ATP和GTP    D．CTP9．蛋白质生物合成中多肽的氨基酸排列顺序取决于（）。A．相应tRNA的专一性    B．相应氨酰tRNA合成酶的专一性   C．相应mRNA中核苷酸排列顺序    D．相应tRNA上的反密码子10．与mRNA的5’-ACG-3’密码子相应的反密码子是（）。A．5’-UGC-3’    B．5’-TGC-3’    C．5’-CGU-3’    D．5’-CGT-3’11．下列哪一个不是终止密码？（）A．UAA    B．UAC    C．UAG    D．UGA12．以下有关核糖体的论述哪项是不正确的：（）A．核糖体是蛋白质合成的场所B．核糖体小亚基参与翻译起始复合物的形成，确定mRNA的解读框架C．核糖体大亚基含有肽基转移酶活性D．核糖体是储藏核糖核酸的细胞器13．蛋白质生物合成的方向是：（）A．从C端到N端    B．从N端到C端   C．定点双向进行    D．从C端和N端同时进行14．预测以下哪一种氨酰-tRNA合成酶不需要有校对的功能：（）A．甘氨酰-tRNA合成酶B．丙氨酰-tRNA合成酶\nC．精氨酰-tRNA合成酶D．谷氨酰-tRNA合成酶15．原核细胞中氨基酸掺入多肽链的第一步反应是：（）A．甲酰蛋氨酸-tRNA与核蛋白体结合   B．核蛋白体30S亚基与50S亚基结合  C．mRNA与核蛋白体30S亚基结合   D．氨酰tRNA合成酶催化氨基酸活化16．细胞内编码20种氨基酸的密码子总数为：（）A．16    B．64    C．20    D．6117．核糖体上A位点的作用是：（）A．接受新的氨酰基-tRNA到位B．含有肽转移酶活性，催化肽键的形成C．可水解肽酰tRNA、释放多肽链D．是合成多肽链的起始点18．蛋白质的终止信号是由：（）A．tRNA识别B．转肽酶识别C．延长因子识别D．以上都不能识别19．下列属于顺式作用元件的是：（）A．启动子B．结构基因C．RNA聚合酶D．转录因子20．下列属于反式作用因子的是：（）A．启动子B．增强子C．终止子D．转录因子三、填空题1．蛋白质的生物合成是以______作为模板，______作为运输氨基酸的工具，_____作为合成的场所。2．细胞内多肽链合成的方向是从_____端到______端，而阅读mRNA的方向是从____端到____端。3．核糖体上能够结合tRNA的部位有_____部位和______部位。4．SD序列是指原核细胞mRNA的5’端富含_____碱基的序列，它可以和16SrRNA的3’端的_____序列互补配对，而帮助起始密码子的识别。5．原核生物蛋白质合成的起始因子（IF）有____种，延伸因子（EF）有____种，终止释放因子（RF）有____种；而真核生物细胞质蛋白质合成的延伸因子通常有_____种，真菌有_____种，终止释放因子有_____种。6．原核生物蛋白质合成中第一个被掺入的氨基酸是_____。7．无细胞翻译系统翻译出来的多肽链通常比在完整的细胞中翻译的产物要长，这是因为_____。8．已发现体内大多数蛋白质正确的构象的形成需要_____的帮助。9．环状RNA不能有效地作为真核生物翻译系统的模板是因为_____。10．生物界总共有_____个密码子。其中_____个为氨基酸编码；起始密码子为_____；终止密码子为_____，_____，_____。11．原核细胞内起始氨酰-tRNA为_____；真核细胞内起始氨酰-tRNA为_____。12．许多生物核糖体连接于一个mRNA形成的复合物称为_____。13．肽基转移酶在蛋白质生物合成中的作用是催化_____和_____。14．ORF是指___，已发现最小的ORF只编码___个氨基酸。15．遗传密码的特点有方向性、连续性、_____和_____。16．氨酰基-tRNA合成酶利用_______供能，在氨基酸_____基上进行活化，形成氨基酸AMP中间复合物。17．肽链延伸包括进位，_____和_____三个步骤周而复始地进行。18．原核生物肽链合成后的加工包括_____和_____。19．链霉素和卡那霉素能与核蛋白体_____亚基结合，改变其构象，引起_____，导致合成的多肽链一级结构改变。20．氯霉素能与核蛋白体_____亚基结合，抑制_____酶活性，从而抑制蛋白质合成。四、是非题1．蛋白质生物合成所需的能量都由ATP直接供给。\n2．由于遗传密码的通用性，真核细胞的mRNA可在原核翻译系统中得到正常的翻译。3．核糖体蛋白不仅仅参与蛋白质的生物合成。4．在翻译起始阶段，有完整的核糖体与mRNA的5’端结合，从而开始蛋白质的合成。5．蛋白质合成过程中，肽基转移酶起转肽作用和水解肽链作用。6．在蛋白质生物合成中所有的氨酰-tRNA都是首先进入核糖体的A部位。7．从DNA分子的三联体密码可以毫不怀疑地推断出某一多肽的氨基酸序列，但氨基酸序列并不能准确地推导出相应基因的核苷酸序列。8．与核糖体蛋白相比，rRNA仅作为核糖体的结构骨架，在蛋白质合成中没有什么直接的作用。9．多肽链的折叠发生在蛋白质合成结束以后才开始。10．每种氨基酸只能有一种特定的tRNA与之对应。11．每个氨酰-tRNA进入核糖体的A位都需要延长因子的参与，并消耗一分子GTP。12．人工合成多肽的方向也是从N端到C端。13．密码子与反密码子都是由AGCU4种碱基构成的。14．原核细胞新生肽链N端第一个残基为fMet；真核细胞新生肽链N端为Met。15．EF-Tu的GTPase活性越高，翻译的速度就越快，但翻译的忠实性越低。五、简答题1．什么是遗传密码？遗传密码是如何破译的? 简述其基本特点。2．什么是密码子和反密码子? 3．什么是密码子的通用性?密码子的简并性?密码子的变偶性?各自有何生物学意义?4．转移核糖核酸(tRNA)在蛋白质生物合成中具有哪些功能?5．什么是核糖体?核糖体有何功能?原核生物和真核生物核糖体有何差异?何谓多核糖体?6．真核生物蛋白质生物合成有何特点? 7．蛋白质合成后的加工修饰主要有哪些方式? 8．常见的蛋白质生物合成的抑制剂有哪些?作用原理是什么?六、论述题1．参与蛋白质生物合成的主要物质有哪些？各具什么作用？2．从复制、转录和翻译看，遗传信息在传递过程中的忠实性是如何保持的？3．原核生物和真核生物蛋白质的合成过程有何异同？【参考答案】一、名词解释1．遗传密码是指DNA或由其转录的mRNA中的核苷酸（碱基）顺序与其编码的蛋白质多肽链中氨基酸顺序之间的对应关系。连续的3个核苷酸残基序列为一个密码，编码一个氨基酸。2．mRNA上由三个相邻的核苷酸组成一个密码子，代表着一个指定的氨基酸或肽链合成的起始或终止信号。3．在细胞质中以mRNA为模板，在核糖体、tRNA和多种蛋白因子等的共同作用下，将mRNA中由核苷酸排列顺序决定的遗传信息转变成为由20种氨基酸组成的蛋白质的过程，称为翻译。4．tRNA分子的反密码环上的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子与mRNA中的互补密码结合。5．结合相同氨基酸的不同的tRNA分子，称为同工tRNA。6．DNA序列上存在三种不同的阅读方式，由此可以形成三种不同的密码子排列，每一种阅读方式形成一种阅读框。在细胞内，某一段DNA序列在转录时，只采用其中一种阅读方式。7．反密码子的前两个碱基（3’端）按照碱基配对的一般规律与密码子的前两个（5’端）碱基配对，然而tRNA反密码子中的第三个碱基，在与密码子上3ˊ端的碱基形成氢键时，则可有某种程度的变动，使其有可能与几种不同的碱基配对。\n8．信号肽是指蛋白质分子中一段起引导作用的氨基酸序列，主要由疏水氨基酸组成，长约3~30个氨基酸残基。新生肽链在其信号肽引导下穿过内质网膜、高尔基体膜等细胞器膜或细胞膜，运输并定位于不同的细胞器或分泌到细胞外再定位于靶组织中。不同蛋白质分子的信号肽除在大小、氨基酸组成及排列顺序不同外，在该蛋白质分子中的位置也不相同，既可在N端，又可在C端，还可在内部。在穿膜后，信号肽或被切除掉，或作为蛋白质分子的一部分被保留下来。9．在蛋白质的翻译过程中，催化氨基酸活化反应的酶称为氨酰基-tRNA合成酶，不同的氨基酸由不同的酶所催化。10．由删去或插入一个核苷酸构成的突变，在这种情况下，突变点以前的密码子并不改变，并决定正确的氨基酸顺序；但突变点以后的所有密码子都将改变，并且决定错误的氨基酸顺序。二、选择题1．C2．C3．B4．D5．C6．D7．C8．C9．C10．C11．B12．D13．B14．A15．D16．D17．A18．D19．A20．D三、填空题1．mRNA；tRNA；核糖体2．N端→C端；5’端→3’端3．P位点；A位点4．嘌呤；嘧啶5．3；3；3；2；3；16．甲酰甲硫氨酸7．没有经历后加工，如剪切8．分子伴侣9．缺乏帽子结构，无法识别起始密码子10．64；61；AUG；UAA；UAG；UGA11．fMet-tRNA；Met-tRNA12．多核糖体13．肽键的形成；肽链从tRNA上分离出来14．开放的阅读框架；715．简并性；通用性16．ATP；羧17．转肽、移位18．剪裁；天然构象的形成19．30S；读码错误20．50S；肽基转移四、是非题1．错：延伸过程需要GTP供给能。2．错：真核细胞mRNA的5’端无SD序列，因此在原核细胞翻译系统中，不能有效地翻译。3．对4．错：核糖体需要解离成大小两个亚基才能够与mRNA结合，启动翻译。5．对6．错：起始tRNA进入P位点。7．错：从DNA的核苷酸序列并不能始终根据三联体密码推断出某一蛋白质的氨基酸序列，这是因为某些蛋白质的翻译经历再次程序化的解码，而且大多数真核细胞的蛋白质基因为断裂基因。8．错：越来越多的证据表明rRNA在翻译中，绝不是仅仅充当组装核糖体的结构骨架作用，它能主动参与蛋白质的合成，如作为核酶发挥作用。9．错：多数多肽链的折叠与肽链延伸反应同时进行。10．对11．对12．错：人工合成多肽的方向正好与体内的多肽链延伸的方向相反，是从C端到N端。13．错：反密码子中含有胸腺嘧啶碱基T。\n14．对15．对：EF-Tu的GTPase活性越高，允许密码子和反密码子校对的时间就越短，因而忠实性就降低，而翻译的速度反而提高。五、简答题1．答：遗传密码是指DNA或由其转录的mRNA中的核苷酸（碱基）顺序与其编码的蛋白质多肽链中氨基酸顺序之间的对应关系。连续的3个核苷酸残基序列为一个密码，编码一个氨基酸。遗传密码的破译：已知组成mRNA的核苷酸有4种，组成蛋白质的氨基酸有20种，假定分别由1、2、3或4个核苷酸的组合负责编码1种氨基酸，那么，编码氨基酸的种类分别有：41=4；42=16；43=64；44=256（4指A、U、C、G四种核苷酸）。很显然，相对于20种氨基酸而言，由1个核苷酸或2个核苷酸的组合不足以编码20种氨基酸，而由4个核苷酸的组合所编码的氨基酸的种类又太多，由其中的任意3种的排列组合则可有64种排列方式。即由3个核苷酸组成的三联体来代表一种氨基酸或者说是编码一个氨基酸，从数量上来讲是比较合适的。我们把由3个核苷酸组成的三联体称为密码子。实验证实上述推测是正确的。现已查明，其中有3个密码子不代表任何氨基酸，而是肽链合成的终止信号，称为终止密码子，它们是UAA，UAG，UGA。其余61个共编码20种氨基酸。遗传密码具有以下特点：（1）简并性：即多种密码子编码一种氨基酸的现象。（2）通用性：从病毒、细菌到高等动植物都共用一套密码子。（3）不重叠：绝大多数生物中的密码子是不重叠连续阅读的，即同一个密码子中的核苷酸不会被重复阅读。（4）兼职：在61种密码子中，AUG和GUG除作为肽链合成起始信号外，还分别负责编码肽链内部的蛋氨酸和缬氨酸。2．答：在mRNA链上相邻的三个碱基为一组，称为密码子或者三联体密码，每个密码子代表一个特定氨基酸或肽链合成的起始以及终止信息。反密码子指转运核糖核酸（tRNA）分子中的碱基三联体。它与mRNA链上的密码子能通过形成氢键而互补，彼此反向平行配对。3．答：密码子的通用性：所有生物包括真核和原核生物，均共用一套密码字典，这叫做密码子的通用性。这说明地球上的生物有共同的起源。密码子的简并性：由于20种氨基酸编码的密码子有61个，因此有的氨基酸可以由几个不同的密码子编码，这一现象称为密码子的简并性。密码的简并性可以减少突变的有害效应，对维持生物物种的稳定性有一定的意义。密码子的变偶性：在密码子的三个碱基中，专一性主要取决于头两位碱基，第三个碱基比前两个碱基专一性较小，因此，与反密码子互补配对时，第三个碱基有较大的灵活性，当第三位发生突变时，仍然可以翻译出正确的氨基酸，密码的这一特性称为密码的变偶性或者密码的摆动性。密码的变偶性减少了密码阅读时的误差，增加了翻译的准确性。4．答：在蛋白质合成中，tRNA起着运载氨基酸的作用，将氨基酸按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序搬运到蛋白质合成的场所——核糖体的特定部位。tRNA是多肽链和mRNA之间的重要转换器。①其3’端接受活化的氨基酸，形成氨酰-tRNA；②tRNA上反密码子识别mRNA链上的密码子；③合成多肽链时，多肽链通过tRNA暂时结合在核糖体的正确位置上，直至合成终止后多肽链才从核糖体上脱下。5．答：核糖体也称“核糖核蛋白体”，它是一种亚细胞颗粒，由蛋白（约占60%）和RNA（约占40%）组成。每个核糖体可解离成大小两个亚基，大亚基的大小约为小亚基的2倍。两个亚基均含有RNA和蛋白质。不同的生物中，二者的比例不同，在大肠杆菌内，二者的比例为2∶1，其他许多生物中的比例为1∶1。\n在细菌细胞内，核糖体呈游离的单核糖体或与mRNA结合成多核糖体存在于胞液内。在真核细胞中，核糖体一部分与原核细胞一样分布于胞液中，一部分则与内质网结合，形成粗糙内质网。核糖体是蛋白质生物合成的场所。原核生物核糖体的分子量为2.5×103kDa。其大亚基的沉降系数为50S，由34种蛋白质和23SrRNA与5SrRNA组成；小亚基的沉降系数为30S，由21种蛋白质和16SrRNA组成。大小两个亚基结合形成70S核糖体。真核生物的核糖体在大小和组成上与原核生物略有不同，而且真核细胞中的胞质核糖体与细胞器核糖体亦不相同。真核生物核糖体的分子量为4.2×103kDa。其大亚基的沉降系数为60S，由49种蛋白质和28S、5.8S与5SrRNA组成；小亚基的沉降系数为40S，由33种蛋白质和18SrRNA组成。大小两个亚基结合形成80S核糖体。多核糖体是由一个mRNA分子与一定数量的单核糖体结合而形成的，形成念珠状，两个核糖体之间，有一段裸露的mRNA。每个核糖体可以独立完成一条肽链的合成，所以在多核糖体上可以同时进行多条肽链的合成，这就提高了翻译的效率。6．答：真核细胞蛋白质合成的某些步骤更为复杂，涉及的蛋白因子更多，主要表现如下：（1）核糖体更大：真核细胞核糖体为80S。（2）起始密码子：真核生物只有一种起始密码子，它的上游也没有富含嘌呤的顺序，但mRNA的5’端有帽子结构。真核生物mRNA通常为单顺反子。（3）起始tRNA：真核生物合成蛋白质的起始氨基酸为甲硫氨酸。（4）辅助因子：真核生物起始因子有十多种；延长因子只有两种。（5）80S复合物：真核生物形成80S起始复合物的顺序与原核生物形成70S起始复合物的顺序不同，所需要是起始因子更多。（6）肽链的终止与释放：真核生物蛋白质合成的终止与释放只需要一种终止因子，并且需要GTP供能。7．答：蛋白质加工修饰方式主要有以下几个方面：（1）水解剪切①N端（甲酰）甲硫氨酸的切除。②切除信号肽。③切除蛋白质前体中不必要的肽段。（2）氨基酸侧链的修饰（3）二硫键的形成（4）加辅基。8．答：常见的蛋白质合成的抑制剂有以下几种：（1）嘌呤霉素：嘌呤霉素分子结构与氨酰－tRNA3’端上的AMP残基的结构非常相似。她能和核糖体的A位结合，并能在肽基转移酶的催化下，接受P位肽酰tRNA上的肽酰基，形成肽酰嘌呤霉素。（2）氯霉素：氯霉素能与70S核糖体大亚基结合，抑制肽基转移酶的活性，因而停止了蛋白质的合成。（3）四环素：四环素的抑制作用是由于它能与核糖体30S亚基结合，阻碍了氨酰－tRNA进入核糖体参与蛋白质合成。（4）链霉素：能与核糖体30S亚基上的蛋白质结合，引起核糖体构象发生改变，使氨酰－tRNA与mRNA上的密码子不能正确地结合，引起翻译错误。（5）亚胺环己酮：只抑制真核细胞中蛋白质合成，对原核生物无作用。它能与80S核糖体结合，阻止蛋白质合成。（6）其他物质：除上述的一些抑制剂以外，还有生物碱，蓖麻蛋白，白喉素等，也能抑制蛋白质的生物合成。六、论述题1．答：参与蛋白质合成的主要组分有，3种不同的RNA。其作用分别是：mRNA是蛋白质合成的模板；tRNA是转运氨基酸的工具；rRNA为蛋白质的合成提供场所。\n蛋白质合成的辅助因子有：起始因子，帮助蛋白质合成起始核起始复合物定位。延伸因子，参与肽链合成并从核糖体上释放出来；终止因子，使蛋白质的合成在适当条件下终止。2．答：在DNA复制中，保持其复制准确性的因素有以下几点：（1）复制是以亲代DNA链为模板按照碱基互补配对的原则进行的，基本保证了子代DNA与亲代DNA核苷酸序列相同。（2）DNA聚合酶Ⅲ具有模板依赖性，能根据模板碱基顺序选择相应的碱基配对，万一发生差错，DNA聚合酶Ⅲ有3’-5’外切酶活性，切除错配碱基并选择正确的碱基继续进行聚合，即使如此，也有10-4的错配率。（3）参与DNA复制活动的DNA聚合酶Ⅰ有3’-5’外切酶活性，有纠正错配碱基的校正功能，一旦错配发生，该酶即切除错配碱基并填上正确碱基使错配率减低至10-6。（4）再经过细胞内错配修复机制，可使错配减少至10-9以下。在转录过程中，RNA合成酶是严格以DNA为模板进行作用的。并且在转录过程中有各种因子参与作用，以保证其准确性。保证翻译准确性的关键有两方面因素：一是氨基酸与tRNA的特异结合，依靠氨酰-tRNA合成酶的特异识别作用实现；二是密码子与反密码子的特异结合，依靠互补配对结合实现，也有赖于核糖体的正确构象；真核生物5’帽子以及原核生物中的SD序列对保证翻译准确也有一定的作用。3．答：真核生物：（1）翻译与转录不偶联，mRNA需要加工修饰；（2）mRNA半衰期约4-6小时，较稳定，容易分离；（3）mRNA为单顺反子；（4）其始阶段需要GTP及ATP；（5）延长阶段GTP水解后ATP再磷酸化，两种延长因子可同时与核蛋白体结合；（6）只有一种终止因子；（7）合成速度慢；（8）合成反应可被环己亚胺，白喉素等抑制。原核生物：（1）翻译与转录偶联，mRNA无“帽子”以及“尾巴”结构；mRNA半衰期约为1-3分钟，不稳定，不容易分离；（3）mRNA为多顺反子；（4）起始阶段需要GTP；（5）GTP水解后EFTu即从核糖体上脱落；（6）有三种终止因子；（7）合成速度快；（8）反应可被氯霉素，链霉素，四环素等抑制。第16章基因表达的调节【内容提要】基因（gene）是遗传的基本单位，是指具有特定生物遗传信息的DNA序列，在一定条件下能够表达这种遗传信息，产生特定的生理功能。有些生物的基因为RNA。基因按其功能可分为结构基因和调节基因。基因的大小主要取决于它所包含的内含子（intron）的长度和数量，与外显子（exon）的大小和数量关系不大。基因组（genome）是细胞或生物体的全套遗传物质。原核生物基因组结构简单，存在重叠基因（overlappinggene），即两个邻近的基因可发生重叠，并以不同的可读框被阅读，表达不同的蛋白质。真核生物基因组结构复杂，为不连续排列的断裂基因（splitgene），即基因的编码序列在DNA分子上不连续排列，被不编码的序列所隔开。真核生物基因组通常有一些重复序列，根据其重复次数可分为3类：高度重复序列、中度重复序列和低重复序列。真核生物的结构基因包括前导区、编码区和调节区3个区域。原核生物基因主要在转录水平进行调节，以操纵子模型为调节单位。操纵子（operon）是指原核生物基因表达的调节序列或功能单位，有共同的控制区（controlregion）和调节系统（regulationsystem）。操纵子包括在功能上彼此相关的结构基因及在结构基因前面的控制部位，控制部位由调节基因（regulatorygene）、启动子（promoter,P）和操纵基因（operator,O）组成。原核生物基因的表达主要以乳糖操纵子和色氨酸操纵子两种方式进行调节，并在翻译水平受反义RNA的调节。大肠杆菌乳糖操纵子（lac\noperon）是由依次排列的调节基因、启动子、操纵基因和3个相连的编码利用乳糖的酶的结构基因组成。乳糖操纵子有负调节和正调节两种方式。乳糖是乳糖操纵子的诱导物。乳糖操纵子的负调节（negativecontrol）是指开放的乳糖操纵子可被调节基因的编码产物阻抑蛋白所关闭。乳糖操纵子的正调节（positivecontrol）是指关闭的或处于基础转录水平的乳糖操纵子被正调节因子所开放。乳糖操纵子的正调节因子是由cAMP与cAMP受体蛋白（cAMPreceptorprotein，CRP）组成的复合物。乳糖操纵子的正负两种调节作用使大肠杆菌能够灵敏地应答环境中营养的变化，有效地利用能量以利于生长。色氨酸操纵子（trpoperon）由调节基因（trpR）、启动子、操纵基因和5个相连的编码合成色氨酸所需酶的结构基因组成，在操纵基因与结构基因之间有一段由162个核苷酸组成的前导序列（trpL），前导序列内有一段弱化子（attenuator,a）序列。色氨酸操纵子包括由阻抑蛋白产生的负调节和由弱化子产生的弱化作用（attenuation）两种调节机制。色氨酸是色氨酸操纵子的辅阻抑物（corepressor）。色氨酸操纵子的负调节是指当细胞内色氨酸的浓度高时，色氨酸与阻抑蛋白结合，使阻抑蛋白能与操纵基因结合，trp操纵子被抑制。当细胞内色氨酸浓度低时，色氨酸与阻抑蛋白分离，阻抑蛋白与操纵基因解离，trp操纵子解除抑制。弱化调节作用是在色氨酸相对较多时减弱操纵子的转录，弱化子通过引起转录的提前终止而发挥调节作用。转录的提前终止是由于在弱化子序列内含有一个转录终止信号—终止子。色氨酸操纵子的负调节和弱化作用调节在细胞内不同色氨酸水平上发挥不同的作用，色氨酸浓度低时，以阻抑蛋白作用的负调节为主，而在色氨酸浓度高时，以弱化子的弱化作用调节为主。真核生物基因结构复杂，功能分化，调节精确，一般不组成操纵子。真核生物基因的表达可随细胞内外环境的改变和时序的变化在不同水平上进行精确调节，不同水平上的调节主要包括基因转录前、转录过程、转录后及翻译水平的调节，其中主要表现在对转录活性的调节。真核生物的基因组DNA在细胞核内与组蛋白构成核小体成为染色质的基本结构单位，基因转录前染色质结构发生的一系列重要变化，由压缩的染色质纤维开启为可转录的伸展状态的活性染色质，转录前的调节主要包括染色质由非活化的基态转变为去阻遏状态和染色质由去阻遏状态转变为活化状态。DNA的甲基化也是转录前基因表达调节的控制环节。真核生物基因转录活性的调节主要是通过顺式作用元件与反式作用因子的相互作用而实现的。顺式作用元件（cis-actingelement）是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身处在同一个DNA分子上的基因，按照功能可分为启动子、增强子（enhancer）、沉默子（silencer）和转座因子（transposableelement）。反式作用因子（transactingfactor）是指能与顺式作用元件结合，调节基因转录效率的一组蛋白质，其编码基因与作用的靶DNA序列不在同一DNA分子上。调节基因转录活性的反式作用因子有三类：通用或基本转录因子（basaltranscriptionfactor）、上游因子（upstreamfactor）和可诱导因子（induciblefactor）。所有与DNA结合的反式作用因子都有结合DNA的结构域，并有螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix）、锌指结构（zincfinger）、亮氨酸拉链（leucinezipper）和螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix）一些共同的结构特征。真核生物基因转录后水平的调节是指对mRNA前体的加工，包括在5'端加上帽子结构、3′端加上一段多聚腺苷酸（polyA）尾巴及切除内含子部分。mRNA前体通过不同方式的剪接及不同的编辑，得到不同加工的mRNA，翻译成不同的蛋白质。越是高等的真核生物，其基因表达调控机制越复杂，每个基因能够产生更多的蛋白质。翻译水平的调节是对mRNA的稳定性和参与蛋白质翻译的各种因子活力的调节。【重点难点】1．基因及基因组的概念和结构。2．原核生物乳糖操纵子和色氨酸操纵子的结构及其调节机制。\n3．真核生物基因转录前、转录活性、转录后及翻译水平调节的特点。4．顺式作用元件的概念及反式作用因子的结构特点。【目的要求】1．掌握基因及其表达调节过程中所涉及到的概念。2．掌握原核生物乳糖操纵子和色氨酸操纵子的调节机制。3．了解真核生物基因表达调节的特点及分子基础。【例题解析】例1.有关操纵子学说的论述，下列哪项是正确的？（）A、操纵子调控系统是真核生物基因调控的主要方式B、操纵子调控系统是原核生物基因调控的主要方式C、操纵子调控系统由结构基因、启动子和操纵基因组成D、诱导物与操纵基因结合启动转录E、诱导物与启动子结合而启动转录解析：答案为B。本题考点：原核生物基因表达的调节方式。例2.真核生物的结构基因包括3个区域：、、。解析：分别为编码区、前导区、调节区。本题考点：真核生物基因的组成。例3.基因表达的最终产物都是蛋白质。（）解析：错。本题考点：基因的表达产物。基因中除编码蛋白质的基因外，还有终产物是RNA的基因，如编码tRNA和rRNA的基因，所以基因表达的最终产物并非全部是蛋白质。例4.简述操纵子学说及乳糖和色氨酸操纵子的结构。解析：本题考点：原核生物基因表达调控方式及主要操纵子的结构。所谓操纵子是指原核生物基因表达的调节序列和功能单位，有共同的控制区和调节系统。乳糖操纵子结构：由依次排列的调节基因、CRP位点、启动子、操纵基因和三个相连的编码利用乳糖的酶的结构基因（lacZ、lacY、lacA）组成。色氨酸操纵子结构：由调节基因（trpR）、启动子、操纵基因和五个相连的结构基因组成。【练习题】一、名词解释1．基因（gene）；2．结构基因(structuralgene)；3．调节基因(regulatorygene)；4．基因组(genome)；5．顺式作用元件(ciselement)；6．操纵子(operon)；7．增强子(enhancer)；8．反式作用因子(transelement)9．沉默子(silencer)；10．转座因子(transposon)。二、选择题1．有关操纵子学说的论述，下列哪项是正确的（）。A、操纵子调控系统是真核生物基因调控的主要方式B、操纵子调控系统是原核生物基因调控的主要方式C、操纵子调控系统由结构基因、启动子和操纵基因组成D、诱导物与操纵基因结合启动转录E、诱导物与启动子结合而启动转录2．下列有关乳糖操纵子调控系统的论述，哪项是错误的（）。A、乳糖操纵子是第一个发现的操纵子B、乳糖操纵子由三个结构基因及其上游的启动子和操纵基因组成C、乳糖操纵子的调控因子有阻遏蛋白、cAMP和诱导物等D、乳糖操纵子调控系统的诱导物是乳糖\nE、乳糖操纵子调控系统的诱导物是别乳糖3、操纵子模型可以解释基因转录的调控机制，照此假说，对基因活性起调节作用的是（）。A、诱导酶B、阻遏蛋白C、RNA聚合酶D、DNA聚合酶4、DNA分子上能被依赖于DNA的RNA聚合酶特异识别的部位叫（）A、弱化子B、操纵子C、启动子D、终止子5、在含葡萄糖的细菌培养物中加入半乳糖和阿拉伯糖，结果（）A、诱导半乳糖操纵子表达，半乳糖被水解B、诱导阿拉伯糖操纵子表达，阿拉伯糖被水解C、细菌无动于衷D、A和B同时发生6、色氨酸操纵子的调控作用是受两个相互独立的系统控制的，其中一个需要前导肽的翻译，下面哪一种调控这个系统？（）A、色氨酸B、色氨酰-tRNATrpC、色氨酰-tRNAD、cAMPE、以上都不是7.基因组是（）A、一个生物体内所有基因的分子总量B、一个二倍体细胞中的染色体数C、遗传单位D、生物体的一个特定细胞内所有基因的分子总量8.真核基因经常被断开：（）A、反映了真核生物的mRNA是多顺反子B、因为编码序列“外显子”被非编码序列“内含子”所分隔C、因为真核生物的DNA为线性而且被分开在各个染色体上，所以同一个基因的不同部分可能分布于不同的染色体上。D、表明初始转录产物必须被加工后才可被翻译E、表明真核基因可能有多种表达产物，因为它有可能在mRNA加工的过程中采用不同的外显子重组方式。9、选出下列所有正确的叙述（）A、外显子以相同顺序存在于基因组和cDNA中B、内含子经常可以被翻译C、人体内所有的细胞具有相同的一套基因D、人体内所有的细胞表达相同的一套基因E、人体内所有的细胞以相同的方式剪接每个基因的mRNA10、下列关于酵母和哺乳动物的陈述哪些是正确的？（）A、大多数酵母基因没有内含子，而大多数哺乳动物基因有许多内含子B、酵母基因组的大部分基因比哺乳动物基因组的大部分基因小C、大多数酵母蛋白比哺乳动物相应的蛋白小D、尽管酵母基因比哺乳动物基因小，但大多数酵母蛋白与哺乳动物相应的蛋白大小大致相同三、填空题1．真核生物的结构基因包括3个区域：、、。2．真核生物的断裂基因是指基因的编码序列在DNA分子上不连续排列，被不编码的序列所隔开。构成断裂基因的DNA序列分为两类，编码序列称为，不编码的间隔序列称为。3．基因的大小主要取决于其所含的大小和数量。4．已知真核基因顺式作用元件有：启动子、、、等。5．大肠杆菌色氨酸操纵子的转录受和两种机制的控制，前者通过控制转录的起始，后者通过控制转录起始后是否进行下去。\n6．操纵子包括在功能上彼此相关的以及在其前面的控制部位。控制部位由、和组成。7．第一个被发现的操纵子是，它由依次排列的、cAMP受体蛋白CRP位点、、和3个相连的编码利用乳糖的酶的结构基因组成。结构基因lacZ编码分解乳糖的，lacY编码吸收乳糖的，lacA编码。3个结构基因组成的转录单位转录出条mRNA，指导3种酶的合成。8．真核生物基因转录前的调节主要包括两个环节：、。9．真核生物基因转录活性的调节主要是通过和的相互作用而实现的。10．调节基因转录活性的反式作用因子有3类：、、。四、是非题1．基因表达的最终产物都是蛋白质2．机体能在基因表达过程的任何阶段进行调节。3．增强子可以远距离和无方向性地增强基因的表达。4．真核生物的基因不组成操纵子，不生成多顺反子mRNA。5．所有转录产物中，除编码序列外的核苷酸在后加工时都必须被切除，才能得到有翻译功能的mRNA。6．一个操纵子的全部基因都排列在一起，其中调节基因可远离结构基因，控制部位可接受调节基因产物的调节。7．凡有锌指结构的蛋白质均有与DNA结合的功能。8．起转录调控作用的DNA元件都能结合蛋白质因子。9．阻遏蛋白是能与操纵基因结合从而阻碍转录的蛋白质。10．大肠杆菌在葡萄糖和乳糖均丰富的培养基中优先利用葡萄糖而不利用乳糖，是因为此时阻遏蛋白与操纵基因结合而阻碍乳糖操纵子的开放。11．色氨酸的合成受基因表达、阻遏、弱化作用和反馈抑制的控制。12．在色氨酸浓度的控制下，核糖体停泊在Trp引导区一串色氨酸密码子上，但并不与之脱离。13．许多长基因并非其编码序列较长，而是其含有较长的内含子。14．在某些情况下，同一段DNA序列可编码多种不同的蛋白质。15．lacA的突变体是半乳糖苷透性酶的缺陷。五、简答题1．原核生物和真核生物基因的差异。2．乳糖操纵子的调节机制。3．色氨酸操纵子的调节机制。4．真核生物基因表达不同水平的调节特点。【参考答案】一、名词解释1.基因：是遗传的基本单位，是指具有特定生物遗传信息的DNA序列，在一定条件下能够表达这种遗传信息，产生特定的生理功能。有些生物的基因为RNA。2.结构基因：是指可被转录为mRNA，并被翻译成各种具有生物功能的蛋白质的DNA序列。3.调节基因：是指某些可调节控制结构基因表达的DNA序列。4.基因组：是指细胞或生物体的全套遗传物质。5.顺式作用元件：是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身处在同一个DNA分子上的基因，按照功能可分为启动子、增强子（enhancer）、沉默子（silencer）和转座因子（transposableelement）。6.操纵子：操纵子（operon）是指原核生物基因表达的调节序列或功能单位，有共同的控制区（controlregion）和调节系统（regulation\nsystem）。它包括在功能上彼此相关的结构基因及在结构基因前面的控制部位。7.增强子：是真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端遗传性控制元件。8.反式作用因子：是指能与顺式作用元件结合，调节基因转录效率的一组蛋白质，其编码基因与作用的靶DNA序列不在同一DNA分子上。9.沉默子：是一种基因表达的负调节元件，可不受距离和方向的限制，调节异源基因的表达，在真核细胞中对成簇基因的选择性表达起重要作用。10．转座因子：在染色体上可以移动的DNA片段。二、选择题1．B；2．D；3．B；4．C；5．C；6．B；7．D；8．BDE；9．AC；10．ABD。三、填空题1．编码区前导区调节区2．外显子内含子3．内含子4．增强子沉默子终止子5．阻遏弱化阻遏蛋白和操纵子/操纵基因的作用mRNA前导序列形成特殊的空间结构6．结构基因调节基因启动子操纵基因7．大肠杆菌乳糖操纵子调节基因启动子操纵基因β-半乳糖苷酶β-半乳糖透性酶β-半乳糖苷乙酰基转移酶一8．解除阻抑转录活化9．反式作用因子顺式作用元件10．通用或基本转录因子上游因子可诱导因子四、是非题1．错2.对3.对4.对5.错6.对7.错8.对9.对10.错11．对12.对13.对14.对15.错五、简答题1.答：真核生物基因无论在结构还是在功能上都比原核生物复杂的多。原核生物基因特点：（1）基因组小；（2）核酸物质几乎不与蛋白质结合；（3）基因呈现操纵子结构；（4）有单拷贝和多拷贝两种形式；（5）有重叠基因；（6）多顺反子。真核生物基因特点：（1）基因组大；（2）核酸与蛋白质结合，且形成染色体；（3）有重复序列；（4）以单拷贝和多拷贝两种形式存在；（5）基因不连续；（6）基因家族化；（7）DNA片段可以重排；（8）单顺反子。2.答：当有葡萄糖存在的情况下，阻抑蛋白与DNA结合，结合以后封阻了结构基因的转录，因此大肠杆菌不能代谢乳糖。当培养基中只有乳糖时，由于乳糖是lac操纵子的诱导物，它可以结合在阻遏蛋白的变构位点上，使构象发生改变，破坏了阻遏蛋白与操纵基因的亲和力，不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶结合于启动子，并顺利通过操纵基因，进行结构基因的转录。3.答：游离形式的阻遏物，不能结合操纵基因，使得结构基因得以转录和表达，生成色氨酸。过量的色氨酸与阻遏物形成复合物，此复合物与操纵基因结合，阻止结构基因转录的活性。\n色氨酸操纵子还存在另外一种调控结构称为衰减子，当色氨酸充足时，完整的前导肽可被合成，这时核糖体促使前导序列，形成终止信号，RNA聚合酶不能通过，减少结构基因的表达。当色氨酸不足时，由于色氨酸-tRNA不能形成，前导肽翻译至色氨酸密码子处即停止，核糖体促使前导序列，不能形成终止信号，RNA聚合酶可以超越衰减子而继续转录，结构基因得到表达。4.答：真核生物基因表达主要在五个水平上进行调节：（1）转录前水平的调节主要是在DNA和染色质水平上所发生的一些永久性变化，例如，染色体DNA的断裂、某些序列的删除、扩增、重排、修饰以及以染色质化等。（2）转录活性的调节:真核生物的基因调节主要表现在对基因活性的控制上。（3）转录后水平的调节：此水平的调节是对mRNA前体进行加工，主要包括三个步骤：（4）翻译水平的调节：真核生物在此水平上的调节，主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。（5）翻译后水平的调节：此水平的调节主要对多肽链进行加工和折叠，其加工过程包括：a.除去起始的甲硫氨酸残基或随后几个残基；b.切除分泌蛋白或膜蛋白N-末端的信号序列；c.形成分子内的二硫键，以固定折叠构想；d.肽链断裂或切除部分肽段；e.末端或内部某些氨基酸的修饰；f.糖基化修饰。第17章核酸技术【内容提要】以DNA和RNA的体外操作为核心的核酸技术包括：DNA和RNA的分离制备、基因分离、核苷酸序列分析、分子杂交、DNA重组转基因技术、DNA指纹技术等，已渗透到生命科学的各个领域，在医学和农业中发挥着重要作用。DNA重组技术是利用多种限制性内切酶和DNA连接酶等工具酶，以DNA为操作对象，在细胞外将一种外源DNA和载体DNA重新组合连接，形成重组DNA，然后将重组DNA转入宿主细胞，使外源基因DNA在宿主细胞中随宿主细胞的繁殖而增殖，并在宿主细胞中得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的遗传性状的技术，是目前应用最广泛的核酸技术。DNA重组过程中所使用的酶类统称为工具酶，如限制性内切核酸酶、DNA连接酶、DNA聚合酶Ⅰ、碱性磷酸酶、S1核酸酶、逆转录酶、末端转移酶等。载体（vector）是携带外源DNA片段进入宿主细胞进行扩增和表达的工具，其本身是DNA。常用的载体有质粒、噬菌体和病毒等。DNA重组的基本过程包括目的基因的制备、DNA重组、DNA重组体的转化、重组体的筛选和鉴定、外源基因的表达等步骤。核酸分子杂交技术是根据带有互补的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一起时，其相应的同源区段将会退火形成双链结构，不同来源的DNA或RNA形成杂交体这一基本原理建立起来的，可用来揭示核酸片段中某一特定基因的位置。该技术包括Southern-blot、Northern-blot、dot-blot和菌落（或噬菌斑）杂交，可从不同组织、不同水平快速检测特异的核酸（DNA和RNA）分子。DNA核苷酸序列分析技术可从分子水平上研究基因的结构与功能的关系以及对克隆DNA片段进行基因操作等，目前常用Sanger双脱氧链终止法分析DNA核苷酸序列，在此基础上发展起来的DNA大规模测序已实现自动化。基因定点诱变（site-directedmutagenesis）技术主要用于研究基因的结构与功能的关系及获得突变体蛋白质，已成为基因操作的一种基本技术，并在此技术的基础上发展了蛋白质工程技术。聚合酶链式反应（polymerasechainreaction，PCR）是一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法，又称为基因的体外扩增。PCR技术不仅可用来扩增与分离目的基因，而且在临床医疗诊断、胎儿性别鉴定、癌症治疗的监控、基因突变与检测、分子进化研究，以及法医学等诸多领域都有着重要的用途。\n转基因技术是借助于物理、化学或生物学的方法将预先构建好的外源基因表达载体导入细菌、动植物细胞或动物受精卵中，使其与宿主染色体发生整合并遗传的过程。利用转基因技术所建立的携带外源基因并能遗传的动物，即转基因动物。该技术在动物品种的改良及动物生成反应器的建立等许多重要研究领域有良好的应用前景。DNA指纹（DNAfingerprint）技术是根据遗传标记来研究动植物遗传育种、生物进化与分类的技术。该技术主要包括限制性片段长度多态性、DNA指纹图谱和随机扩增多态性DNA，可使人们根据分子遗传标记培育具有特定性状的动物新品种。以DNA重组技术为核心的核酸技术已广泛应用于生命科学研究、动物疾病诊断、动物遗传育种、生物制药和农业生产中。【重点难点】1．DNA重组技术的基本过程。2．基因操作主要技术的原理及应用。【目的要求】1．熟悉DNA重组技术的基本过程。2．了解DNA重组技术所用的工具酶及载体和宿主系统。3．掌握核酸分子杂交、PCR技术的基本原理。4．了解基因操作的其他技术。【例题解析】例1.以质粒为载体，将外源基因导人受体菌的过程称()。A、转化  B、转染  C、感染  D、转导  E、转位解析：答案A。本题考点：DNA重组体导入宿主细胞的类型。在DNA重组过程中，将质粒或重组质粒导入宿主细胞的过程称转化；将噬菌体、病毒为载体构建的重组体导入宿主细胞的过程称转染；以噬菌体为媒介将外源DNA导入细菌的过程称转导；转位是肽链形成过程中的一个反应，是指多肽链从P位点的肽酰-tRNA上转移到A位点的aa-tRNA上的过程。例2.制备目的基因的方法主要有：、、、、。解析：直接从染色体中分离、人工合成、逆转录合成cDNA、构建基因文库和聚合酶链式反应。本题考点：目的基因的制备方法。例3.T4DNA连接酶和E.coli连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接。（）解析：错。本题考点：DNA连接酶的类型和功能。目前使用的DNA连接酶有两种，一种是T4DNA连接酶，另一种是大肠杆菌DNA连接酶。前者既能实现黏端连接，又能实现平端连接，后者仅能实现黏端连接。例4.简述DNA重组技术的基本过程。解析：DNA重组技术的基本过程包括六个步骤：一、目的基因的获取；二、克隆载体的选择；三、外源基因与载体的连接；四、重组DNA导入受体菌；五、重组体的筛选；六、克隆基因的表达。本题考点：DNA重组技术。【练习题】一、名词解释：1.DNA重组（DNArecombination）2.核酸分子杂交(nucleicacidhybridization)3.质粒(pasmid)4.基因文库(genelibrary)5.PCR(polymerasechainreaction)6.转化(transformation)7.克隆(clone)8.转导(transduction)9.定点诱变(sitedirectedmutagenesis)10.限制性内切酶(restrictionendonuclease)二、选择题：1、T4DNA连接酶催化的连接反应需要能量，其能量来源于（）。\nA、NADB、ATPC、GTPD、乙酰CoA2、在重组DNA技术中，不常用到的酶是（）。　A、限制性核酸内切酶  B、DNA聚合酶　C、DNA连接酶         D、逆转录酶E、DNA解链酶3、就分子结构而论，质粒是（）。　A、环状双链DNA分子  B、环状单链DNA分于　C、环状单链RNA分子  D、线状双链DNA分子　E、线状单链DNA分子4、聚合酶链式反应可表示为（）。　A、PEC  B、PER  C、PDR  D、BCR  E、PCR5、在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是（）。A、化学合成法  B、基因组文库法　　C、cDNA文库法  D、聚合酶链反应　　E、差异显示法6、下列有关限制酶的叙述哪些是正确的？（）A、限制酶是外切酶而不是内切酶    B、限制酶在特异序列（识别位点）对DNA进行切割C、同一种限制酶切割 DNA 时留下的末端序列总是相同的D、一些限制酶在识别位点内稍有不同的点切割双链DNA，产生黏末端E、一些限制酶在识别位点内相同的位置切割双链DNA，产生平末端7、重组DNA技术中实现目的基因与载体DNA拼接的酶是　　A、DNA聚合酶  B、RNA聚合酶　　C、DNA连接酶  D、RNA连接酶　　E、限制性核酸内切酶8、以质粒为载体，将外源基因导人受体菌的过程称　　A、转化  B、转染  C、感染  D、转导  E、转位9、建cDNA文库时，首先需分离细胞的　　A、染色体DNA  B、线粒体DNA  C、总mRNA  D、tRNA  E、rRNA10、双链DNA中一段自我互补的序列被称为回文序列，这种序列一般具有下列特征（）　　A、有对称轴  B、两条链的5’-3’方向的序列相同C、是Ⅱ类酶的识别序列  D、可增强基因的表达11、将RNA转移到硝基纤维素膜上技术叫（）A、Southern-blottingB、Northern-blottingC、Western-blottingD、Eastern-blotting12、在基因工程中，可用碱性磷酸酶（）A、防止DNA的自身环化B、同多核苷酸激酶一起进行DNA的5’末端标记C、制备突出的3’末端D、上述说法都正确13、从E.coli中分离的连接酶（）A、需要ATP作辅助因子B、需要NAD作辅助因子C、可以进行平末端和黏性末端的连接D、作用时不需要模板\n14、关于cDNA的最正确的说法是（）A、同mRNA互补的单链DNAB、同mRNA互补的双链DNAC、以mRNA为模板合成的双链DNAD、以上都正确三、填空题1、用PCR方法扩增DNA片段，在反应中除了用该DNA片段作为摸板外，尚需加入________、___________、___________和_____________。2、用于基因克隆载体的质粒都具有，，，和等特点。3、目前使用的DNA连接酶有两种，一种是大肠杆菌DNA连接酶，另一种是T4DNA连接酶。前者以为辅助因子，能实现黏结，后者以为辅助因子，既能实现黏结又能实现平接。4、在DNA重组中，碱性磷酸酶用于切除载体，减少载体的，提高重组DNA菌落在总转化菌落中的比例。5、限制性内切酶是按属名和种名相结合的原则命名的，第一个大写字母取自，第二、三个大写字母取自，第四个字母则用表示。6、个体之间DNA限制性片段长度的差异叫。7、从转化的细胞中筛选出含重组体的细胞并鉴定重组体的正确性是DNA重组的最后一步。不同载体和宿主系统其重组体的筛选鉴定方法不尽相同，主要有、、和等。8．制备目的基因的方法主要有：、、、、。9.载体的宿主细胞应满足以下要求：__________、________、________、_______、_________。四、是非题1、T4DNA连接酶和E.coli连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接。（）2、T4DNA连接酶和E.coli连接酶都能催化双链DNA和单链DNA的连接。（）3、T4DNA连接酶和E.coli连接酶作用时都需要NAD+和ATP作为辅助因子。（）4、Southern印迹法，Northern印迹法和Western印迹法是分别用于研究DNA，RNA和蛋白质转移的有关技术。（）5、根据限制酶的结构、所需辅助因子及裂解DNA方式不同将其分为3型，3类限制酶都能切割双链DNA。（）6、迄今所发现的限制性内切核酸酶既能作用于双链DNA，又能作用于单链DNA。（）7、DNA多态性就是限制性片段长度多态性（）8、能够在不同的宿主细胞中复制的质粒叫穿梭质粒。（）9、pBR322可以用于平性末端、黏性末端连接和同聚物接尾法连接，无论用哪种方法连接，都可以用同一种酶回收外源片段。（）10、所谓引物就是同DNA互补的一小段RNA分子。（）11、如果PCR的每一次循环都把上一次循环中合成的DNA加了一倍，那么，10个循环就扩增了1000倍，20个循环就扩增了100万倍，30个循环就扩增了10亿倍。（）12、PCR既能用于扩增任何天然存在的核苷酸序列，又能重新设计任何天然核苷酸序列的两个末端。因此，任意两个天然存在的DNA序列都能快速有效的扩增，并拼接在一起。（）五、简答题1．如果想让人的胰岛素基因在细菌中表达生产人胰岛素，你认为至少应当满足哪些条件？2．如果你有翻译活性很高的人胰岛素mRNA，试设计两个实验对一个克隆基因片段进行鉴定，以确定它是否是胰岛素基因。\n3．简述核酸分子杂交技术的基本原理和目前最广泛使用的技术。4．简述PCR技术的基本原理并举例说明其应用。【参考答案】一、名词解释1.DNA重组:DNA重组技术是利用多种限制性内切酶和DNA连接酶等工具酶，以DNA为操作对象，在细胞外将一种外源DNA和载体DNA重新组合连接，形成重组DNA，然后将重组DNA转入宿主细胞，使外源基因DNA在宿主细胞中随宿主细胞的繁殖而增殖，并在宿主细胞中得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的遗传性状的技术，它是目前应用最广泛的核酸技术。2.核酸分子杂交:是指带有互补的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一起时，其相应的同源区段将会退火形成双链结构。根据核苷酸的种类来源可形成DNA/DNA、DNA/RNA和RNA/RNA三种杂交类型。3.质粒：指的是染色体外能自主复制的双链闭环DNA分子，常存在于细菌、蓝藻及酵母中。4.基因文库：是指含有某种生物体全部基因的随机片段的重组DNA克隆群体。5.PCR：中文名称聚合酶链式反应，是DNA体外快速扩增的一种生物学技术，又称无细胞分子克隆。其基本原理是：DNA在DNA聚合酶的作用下，经过高温变性，低温退火，中温延伸三个基本过程，实现DNA片段的体外扩增。6.转化：在DNA重组过程中,将质粒或重组质粒导入宿主细胞的过程称转化。7.转染：将噬菌体、病毒为载体构建的重组体导入宿主细胞的过程称转染。8.转导：以噬菌体为媒介将外源DNA导入细菌的过程称转导。9.定点诱变：在理化因素的作用下，对已知DNA序列进行增删和转换核苷酸，使其产生突变。二、选择题：1B2E3A4E5D6BCDE7C8A9C10ABC11B12AB13B14C三、填空题1.四种脱氧核苷三磷酸引物高温DNA聚合酶Mg2+2.自我复制克隆位点筛选标记分子量小拷贝数多3.NAD+ATP4.5’端的磷酸基,自身环化5.属名的第一个字母种名的前两个字母株名6.限制性片段长度多态性7.遗传检测法物理检测法免疫化学检测法核酸杂交法8.直接从染色体中分离,人工合成逆转录合成cDNA构建基因文库聚合酶链式反应9、易于接受外源DNA必须无限制酶易于生长和筛选符合安全标准，在自然界不能独立生存四、是非题1错2错3错4对5对6错7错8对9对10错11对12对五、简答题1.答：（1）要有原核启动子控制；（2）翻译起始密码子与SD序列之间距离适当；（3）胰岛素基因内不能含有内含子（需用cDNA）2.答：（1）以胰岛素RNA为模板合成的32P标记的cDNA探针，对克隆片段进行Southern杂交；（2）克隆片段与胰岛素mRNA杂交，mRNA翻译活性丧失，该克隆片段为胰岛素基因。3.答：核酸分子杂交技术是根据带有互补的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一起时，其相应的同源区段将会退火形成双链结构，不同来源的DNA或RNA形成杂交体这一基本原理建立起来的。\n常用技术包括：Southern-blot、Northern-blot、dot-blot和菌落（或噬菌斑）杂交，可从不同组织、不同水平快速检测特异的核酸（DNA和RNA）分子。4.答：基本原理是：DNA在DNA聚合酶的作用下，经过高温变性，低温退火，中温延伸三个基本过程，实现DNA片段的体外扩增。PCR技术不仅可用来扩增与分离目的基因，而且在临床医疗诊断、胎儿性别鉴定、癌症治疗的监控、基因突变与检测、分子进化研究，以及法医学等诸多领域都有着重要的用途。第18章水、无机盐代谢及酸碱平衡【内容提要】水和无机盐在动物生命活动中起着非常重要的作用，它参与机体物质的摄取、转运、排泄及代谢反应等过程，同时维持着体内体液的平衡。体液是指存在于动物体内的水和溶解于水中的各种物质（如无机盐、葡萄糖、氨基酸、蛋白质等）所组成的一种液体。它包括两部分，即细胞外液和细胞内液，两者的化学成分存在着很大的差异。细胞外液中含量最多的阳离子是Na+，阴离子则以Cl－和HCO3－为主要成分。细胞内液以蛋白质为主要阴离子，主要阳离子是K+，其次是Mg2+，而Na+则很少。由此可见，细胞外液和细胞内液之间在阳离子方面的突出差异是Na+、K+浓度的悬殊，已知这种差异是许多生理现象所必需的。水是机体含量最多的成分，动物生命活动过程中许多特殊生理功能都依赖于水的存在。Na+、K+、Cl－是体液内主要的电解质，机体通过对它们的摄入与排泄，使其与外界环境达到平衡。Na+、K+、Cl－等在维持体液渗透平衡和酸碱平衡等过程中都起着非常重要的作用。体液的酸碱平衡是指体液能经常保持pH的相对恒定。这种平衡是通过体液的缓冲体系、由肺呼出二氧化碳和由肾排出酸性或碱性物质来调节的。体内无机盐以钙、磷含量最多，约占机体总灰分的70%以上。它们主要以羟磷灰石的形式构成骨盐，分布在骨骼和牙齿中。体液中钙、磷的含量虽只占其总量的极少部分，但参与机体多方面的生理活动和生物化学过程，同样起着非常重要的调节作用。现已发现，动物体内的微量元素多达50余种，其中有14种已肯定为必需的微量元素。微量元素在畜禽体内的存在方式是多种多样的。有的以离子形式存在，有的与蛋白质紧密结合，有的则形成有机化合物等。这种存在方式往往与它们的生理功能、运输或贮存有关。已知大多微量元素的生理功能是维持酶的活性和构成某些生物活性物质的成分。【重点难点】1．水和无机盐在体内的重要生理功能。2．体液的概念：（1）体液的组成；（2）体液的交流；（3）水、钠、钾代谢。3．体液的酸碱平衡及调节。（1）血液缓冲体系调节；（2）肺呼吸作用调节；（3）肾脏调节；（4）酸碱平衡紊乱。4．钙和无机磷代谢；5．其他无机盐代谢。【目的要求】本章概括了水的许多特殊生理功能和Na+、K+、Cl－等在维持体液渗透压平衡和酸碱平衡等过程中的重要作用。具体要求：1．掌握体液的缓冲体系及肺和肾对体液的酸碱平衡作用。2．掌握体液的平衡及调节。3．熟悉水和无机盐的生理功能、分布与组成特点。4．了解体液中钙、磷等微量元素的重要调节作用。\n【例题解析】例1．下面关于1,25-(OH)2-D3的叙述，哪项是错误的？（）A.调节钙磷代谢，使血钙升高B.可以认为是一种激素C.是由维生素D3经肝脏直接转化而成D.是维生素D3的活性形式解析：答案为C。本题考点：1,25-(OH)2-D3的生物合成及生理作用。1,25-(OH)2-D3是由维生素D3经过肝脏、肾一系列酶促反应合成的。它是一种甾体类激素，通过作用于小肠和骨来发挥调节钙磷代谢的作用。例2．下面对Ca2＋的生理功能的叙述，哪个是正确的？（）A.增加神经肌肉兴奋性，增加心肌兴奋性；B.增加神经肌肉兴奋性，降低心肌兴奋性；C.降低神经肌肉兴奋性，增加心肌兴奋性；D.降低神经肌肉兴奋性，降低心肌兴奋性。解析：答案为C。本题考点：钙的生理功能。钙在体内的生理作用包括：骨化作用，第二信使作用，启动骨骼肌和心肌细胞收缩，降低神经肌肉兴奋性，参与突触传递，参与血液凝固，影响细胞膜离子通透性，影响细胞黏附等。【练习题】一、名词解释1．体液(bodyfluid)；2．抗利尿激素（antidiuretichormone）；3．脱水（dehydration）；4．低血钾（hypokalemia）；5．碱储（alkalireserve）；6．酸碱平衡（acid-basebalance）；7．缓冲体系（buffersystem）；8．代谢性酸中毒（metabolicacidosis）；9．成骨作用(boneformation)；10．必需微量元素(essentialtraceelement)二、选择题1．人体内下列那种酸产量最多？（）A．乳酸B碳酸C硫酸D尿酸2．人血浆渗透压的正常范围是（）。A．190－220mOsmB220－250mOsmC250－280mOsmD310－340mOsm3．维持血浆渗透压的主要物质为（）。A．蛋白质BHPO42－C尿素DNa＋和Cl－4．血浆中碳酸的pK’a是6.1，一血浆样品的pH是7.1，HCO3－对H2CO3的比值是（）。A100：1B50:1C20:1D10:15．成人每日最低需水量为（）。A500mlB1000mlC1500mlD2000ml6．下列哪种食物为产碱食物？（）A肉类B鱼类C蛋类D蔬菜和水果7．大量饮水后（）。A细胞外液渗透压降低，细胞内液渗透压不变B细胞外液渗透压不变，细胞内液渗透压降低C细胞内液渗透压升高，细胞外液渗透压降低D细胞外液渗透压降低，细胞内液渗透压降低8．一酮症患者尿样品pH为4.8，含乙酰乙酸和乙酰乙酸盐共30mmol，已知乙酰乙酸的pK’a=4.8，有多少毫克分子的Na＋随酮酸排泄？（）\nA5B10C15D209．刺激肾上腺皮质分泌醛固酮的直接因子为（）。A促肾上腺皮质激素B肾素C血管紧张素IID血管紧张素原10．肾脏调节酸碱平衡作用不包括下列哪一项？（）A肾脏能重吸收原尿中的HCO3－B肾脏能将原尿中部分Na2HPO4以NaH2PO4形式排出C肾脏能排除乳酸等有机酸D肾脏能排除少量HCl11．脱水时：（）A血浆Na＋浓度增高B血浆Na＋浓度降低C血浆Na＋浓度不变D体液异常丢失可引起脱水12．下列哪种液体属于细胞外液？（）A消化液B脑脊液C泪液D淋巴液13．血浆缓冲液体系包括：（）ANaHCO3：H2CO3BNa2CO3：NaH2PO4CNa－蛋白质：H－蛋白质DK2HPO4：KH2PO414．下列哪种因素可以引起低血钾？（）A禁食B呕吐C腹泻D严重烧伤15．缓冲液的pH值决定于：（）A弱酸的浓度B弱酸的pK’aC结合碱的浓度D结合碱与弱酸浓度的比值16．下列哪种溶液为等渗溶液？（）A5％葡萄糖液B10％葡萄糖液C0.9%氯化钠液D5％葡萄糖盐水17．肾脏对酸碱平衡的作用是：（）A正常时有排酸保碱作用B酸中毒时排酸保碱作用增强C碱中毒时排酸保碱作用减弱D排除H＋、回吸收HCO3-18．参与缓冲作用或其调节作用的组织有：（）A肺B体细胞C肾D骨19．判定代谢性酸碱平衡紊乱的指标是：（）A．pHB碱剩余CpCO2DCO2结合力20．肺对酸碱平衡的调节作用为：（）A当血浆pH升高时，呼吸变浅变慢B当血浆CO2浓度增加时，呼吸加深加快C当血浆pCO2增加时，呼吸加深加快D当血浆[H+]降低时，呼吸加深加快三、填空题1．细胞内液体的总和称为_______，细胞外液包括_______和_______两个主要部分。2．细胞外液的主要阳离子是_______，主要阴离子是_______和_______。3．细胞内液的主要阳离子是_______，主要阴离子是_______和_______。4．组织间液与血浆的交换在_______进行，影响交换的因素有_______，_______，_______和_______。5．调节水、电解质平衡的两个主要激素为_______和_______。6．细胞内液与细胞间液的渗透平衡主要靠_______出入细胞膜维持。7．血液中缓冲碳酸的缓冲体系主要是_______缓冲体系。8．体内生物氧化生成的水称为_______。\n9．血浆中的NaHCO3称为_______，原发性NaHCO3减少称为_______。10．原发性低血钾往往伴有_______中毒和_______性尿。四、简答题1．水的生理作用有哪些？2．体液的酸碱平衡是怎样调节的？3．甲状旁腺素有哪些主要作用？【参考答案】一、名词解释1．体液是指存在于动物体内的水和溶解于水中的各种物质（如无机盐、葡萄糖、氨基酸、蛋白质等）所组成的一种液体。2．抗利尿激素又名加压素（vasopressin），是下丘脑视上核与室旁核分泌的一种肽类激素，此激素被分泌后即沿下丘脑-神经束进入神经垂体贮存。ADH由神经垂体释放入血液，随血液循环至靶器官—肾起调节作用。3．当机体丢失的水量超过其摄入量而引起的体内水量缺乏时，称为脱水4．血清钾的浓度低于正常时称为低血钾症。5．我们把血浆中所含的量称为碱储，意即中和酸的碱储备。6．就是指体液（特别是血液）能经常保持pH值的相对恒定。7．在机体内具有完备而有效的调节体液酸碱平衡的机构，它们通过一系列的调节作用，最后排出多余的酸性和碱性物质，使体液的pH值维持在一个很窄的范围内。8．代谢性酸中毒是临床上最常见和最重要的一种酸碱平衡紊乱。产生的原因主要是体内产酸过多或丢碱过多，两种情况都可引起血浆中NaHCO3减少，[NaHCO3]/[H2CO3]比值下降，使血液pH下降。9．成骨细胞能分泌骨基质并随着钙盐的沉积而形成骨的作用。10．都各自具有特殊的生理功能，而且当畜禽体内缺乏它们时，会患有特殊的疾病的微量元素。二、选择题1．B2.D3.D4.D5.C6.D7.D8.C9.C10.D11.D12.ABCD13.ABC14.ABC15.BD16.AC17.ABCD18.ABCD19.BD20.AC三、填空题1．细胞内液，组织间液，血浆。2．Na＋，Cl－，HCO3－。3．K＋，PO43－，蛋白质。4．毛细血管，毛细血管血压，血浆胶体渗透压，组织液胶体渗透压，组织液静水压。5．抗利尿激素，醛固酮。6．水。7．血红蛋白。8．代谢水。9．碱储备，代谢性酸中毒。10．碱，酸。四、简答题1．答：水是机体含量最多的成分，也是维持机体正常生理活动的必需物质，动物生命活动过程中许多特殊生理功能都有赖于水的存在。水是机体代谢反应的介质，机体要求水的含量适当，才能促进和加速化学反应的进行，水本身也参与许多代谢反应，如水解和加水（水合）等反应过程；营养物质进入细胞以及细胞代谢产物运至其他组织或排出体外，都需要有足够的水才能进行；水的比热值大，流动性也大，所以水能起到调节体温的作用；此外，水还具有润滑作用。2．答：\n机体通过体液的缓冲体系、由肺呼出二氧化碳和由肾排出酸性或碱性物质来调节体液的酸碱平衡。（1）血液的缓冲体系：动物体液中的缓冲体系是由一种弱酸和其盐构成的。血液中主要的缓冲体系有以下几种：碳酸氢盐缓冲体系：它是由碳酸（弱酸）和碳酸氢盐（钠盐或钾盐）组成的。磷酸盐缓冲体系：在血浆中它是由磷酸二氢钠（NaH2PO4）和磷酸氢二钠（Na2HPO4）组成的，而红细胞内则主要是磷酸二氢钾（KH2PO4）和磷酸氢二钾（K2HPO4）。血浆蛋白体系及血红蛋白体系：①血浆蛋白体系：血浆中含有数种弱酸性蛋白质，它也可以生成相应的盐，从而构成Na－蛋白质/H－蛋白质缓冲体系。血浆蛋白缓冲体系的缓冲能力较小，只有碳酸氢盐缓冲体系的1/10左右。②血红蛋白体系：此体系仅存在于红细胞中。血红蛋白也是一种弱酸，血红蛋白与氧结合后生成的氧合血红蛋白也是一种弱酸，在红细胞内均可以钾盐形成存在，分别构成血红蛋白缓冲体系KHb/HHb和氧合血红蛋白缓冲体系KHbO2/HHbO2。（2）肺呼吸对血浆中碳酸浓度的调节：当酸或碱进入血液时会使血浆中H2CO3和的浓度改变，这种趋向单靠缓冲作用是不能解决的，必须靠肺和肾的调节机能来调整。（3）肾脏的调节作用：肾脏通过肾小管的重吸收作用和分泌作用排出酸性或碱性物质，以维持血浆的碱储和pH的恒定。3．答：甲状旁腺素（parathyroidhormone，PTH）是甲状旁腺主细胞分泌的一种蛋白质激素，它的主要作用有：①直接作用于骨组织，促使间质细胞转变为破骨细胞，抑制破骨细胞转变为成骨细胞，使破骨细胞的活性增强并使柠檬酸含量增多，从而发生溶骨作用而升高血钙。②能促进肾小管对钙的重吸收和对磷酸盐的排泄，血磷的降低有利于血钙的升高。③促进肾脏对维生素D的活化，使25-(OH)-D3转为1,25-(OH)2-D3，后者有促进钙在肠中的吸收，间接促进血钙的升高。第19章血液化学【内容提要】血液是机体的重要组成部分，除含有白细胞、红细胞和血小板等有形成分以外，还含有种类繁多的具有重要生理功能的蛋白质以及几乎所有体内物质的代谢产物。血液中H2O的含量大约占90%~93%，是这些物质的良好溶剂。血液中的蛋白质具有运输、催化、免疫和调节等多种功能。如免疫球蛋白具有与抗原特异性结合，从而保护机体不受外来蛋白的侵犯；血红蛋白具有运输O2和CO2的功能；纤维蛋白原转化为纤维蛋白的过程就是血液凝固的过程；血液中的许多酶都参与血液成分的代谢和转变反应。血液中的一个重要的物质代谢是胆色素的代谢。胆色素的代谢过程是胆绿素经过胆红素、胆素原等环节，最终生成粪便中的胆素或尿中的胆素而排出体外的过程。因为血液是联系和沟通体内各个组织的媒介，所以，血液化学成分的分析对疾病的诊断具有非常重要的意义。【重点难点】1.血液化学成分及各自的功能。2.血浆蛋白质、免疫球蛋白、红细胞的代谢。【目的要求】1.掌握成熟红细胞能量代谢的特点，主要代谢途径及意义。\n2.掌握免疫球蛋白的结构及功能。3.熟悉血浆蛋白的种类及功能。4.了解血红蛋白的分解代谢、胆红素的生成过程。【例题解析】例1．简述血浆蛋白质的代谢途径解析：（1）进入消化道：各消化液中都或多或少地含有一些血浆蛋白质，它们可在这里消化降解成氨基酸，进入氨基酸代谢库。据分析，清蛋白中有70%是进入消化道进行分解的。（2）在肾中分解和排出：在正常情况下，分子量大于90000的血浆蛋白质较难通过肾小球。而能够通过肾小球进入小球滤液的蛋白质中，约有95%可被近曲小管重吸收。因此，尿液中来自血浆的蛋白质甚微。被肾小管重吸收的血浆蛋白质则可在小管细胞中降解成氨基酸而再进入血液。（3）在肝脏和单核巨噬细胞系统中分解：体内很多组织都可通过吞噬或胞饮作用摄取血浆蛋白质，并由溶酶体将其分解。其中，以肝脏和单核巨噬细胞系统较为重要。（4）随排泄性分泌液排出：有很少一部分血浆蛋白质可随排泄性分泌液而排出，如支气管和鼻粘膜分泌液、精液和阴道分泌液、乳汁、泪液和汗液等。例2．试分析血浆白蛋白降低的可能原因。解析：（1）白蛋白合成速度下降：肝脏是合成白蛋白的主要器官。当肝脏在某些病理状态或磷或氯仿中毒情况下，会影响肝脏合成白蛋白的能力，使其含量下降。（2）蛋白质的长期大量流失：某些肾脏疾病会引起肾小球通透性增加，造成蛋白质随尿液大量流失，因而导致血浆蛋白质含量下降。（3）血浆球蛋白的增加引起白蛋白减少：在机体受细菌或病毒感染的情况下，由于机体免疫作用的结果，血浆球蛋白含量增加。机体为了保持血浆渗透压的恒定，因而使血浆白蛋白含量下降。（4）长期营养不足：在球蛋白中，α-球蛋白在一般疾病中其含量不会降低，而在感冒和创伤等情况下会升高。β-球蛋白的改变往往与脂蛋白代谢不正常有关。γ-球蛋白在感染时会升高，特别是细菌、原虫和肠道寄生虫感染时会升高，这是由于体内抗体合成增多的结果。而白蛋白在大多数疾病状态下，其含量变化很小或无变化。此时，虽然血清中可以具有很高的抗体滴度，但血清蛋白质的各部分在重量上，并没有明显变化。例3．在养猪生产中，常因饲喂大量保存不善的萝卜、白菜等而发生中毒事件，试解释其中毒机制。解析：萝卜、白菜等的叶子中含有较多量的硝酸盐，如果保存不善或加工不善，由于微生物的作用，可将硝酸盐还原为亚硝酸盐。而亚硝酸盐可将血红蛋白氧化为高铁血红蛋白，在高铁血红蛋白中，二价铁被氧化为三价，失去了运输氧的能力，因而发生中毒现象。【练习题】一、名词解释1.血清蛋白系数（serumproteincoefficient）2.免疫球蛋白（immunoglobulin）3.半抗原（hapten）4.抗原决定簇（antigenicdeterminant）5.攻膜复合体（attackmembranecomplex）二、填空题1.血浆蛋白质一般分为_________、_________和_________。2.血浆中的酶类，依来源及功能可分为_________、_________和_________。3.血红素合成的原料是_________、_________和_________；合成部位是由_________到_________再到_________；限速酶是_________。4.血红蛋白是红细胞中最主要的成分，由_________和_________组成。血红素主要在_________和_________中合成。5.体内生成促红细胞生成素的主要器官是_________。6.血小板内富含_________，它与血小板的黏着、聚集和释放反应以及血块回缩等功能有密切关系。\n7.血浆蛋白质中以________的再生速度为最快，________次之，________最慢。8.用_________将IgG初步水解时，可断裂成3个片段，即2个Fab片段及1个Fc片段。三、选择题1．成熟红细胞中NADH主要来源于（）。A．糖酵解B．脂肪酸氧化C．糖醛酸途径D．磷酸戊糖途径E．2，3－DPG支路2．血清与血浆的区别在于血清内无（）。A．代谢产物B．维生素C．糖类D．无机盐E．纤维蛋白原3．在血浆内含有的下列物质中，肝脏不能合成的是（）。A．纤维蛋白原B．凝血酶原C．免疫球蛋白D．高密度脂蛋白E．清蛋白4．成熟红细胞的能量主要来源于（）。A．血浆葡萄糖B．游离氨基酸C．游离脂肪酸D．酮体E．糖原5．2，3－DPG可使（）。A．Hb与CO2结合B．Hb在肺中易与O2结合C．Hb在肺中易将O2放出D．Hb在组织中易将O2放出E．Hb在组织中易与O2结合（）。6．血清白蛋白(pI4.7)和血红蛋白(pI6.8)在以下哪种pH值时中间点样分离效果量好（）。A．4．70～4．80B．0～8．20C．6．90～7．00D．5．80～5．90E．8．7．00～7．1017．血清白蛋白没有下列哪种功能（）。A．抗体B．营养作用C．作为运输载体D．缓冲作用E．维持胶体渗透压8．血浆胶体渗透压主要取决于（）。A．球蛋白B．白蛋白C．有机金属离子D．无机酸根离子E．葡萄糖9．能合成血红素的细胞是（）。A．红细胞B．白细胞C．网织红细胞D．血小板E．以上都不能合成10．有关成熟红细胞的代谢特点的叙述，哪项是错误的（）。A．人红细胞内有很多的谷胱甘肽，它是主要抗氧化剂B．红细胞内的糖酵解主要通过2，3－DPG支路生成乳酸C．红细胞内经糖醇解产生的ATP，主要用来维持红细胞膜的"钠泵"功能D．红细胞内经常有少量MHb产生，但可以在脱氢酶催化下使其还原E．成熟红细胞内无线粒体氧化途径，因此进入红细胞的葡萄糖靠糖酵解供能四、简答题1．说明血浆蛋白的生理功能。2．叙述成熟红细胞中糖酵解的特点和意义。3．简述胆色素的分解代谢过程。4．简述免疫球蛋白的结构和功能。【参考答案】一、名词解释1.血清中白蛋白与球蛋白的比值是一定的，这个比值（白蛋白/球蛋白或A/G）称为血清蛋白系数。2.免疫球蛋白是人类及高等动物受抗原刺激后体内产生的能与抗原特异性结合的一类球蛋白，又称为抗体。3.有些物质如某些多糖、类脂等非蛋白质类物质，单独注入动物体内不能引起机体产生抗体，须与某些蛋白质载体结合后，注入体内才能产生抗体，但它能与由此而产生的特异性抗体发生反应，这些物质称为半抗原。4.抗原刺激机体产生抗体或与抗体相结合时，只是分子中某一部分基团\n直接决定了动物产生抗体的性质，并在该部位与抗体特异性地结合，这个部位称为抗原决定簇。5.当抗体与具有抗原性的细胞结合后，通过Fc部分激活补体酶系，使酶系按一定顺序依次活化，最后形成10个补体分子组成的十聚体，称为攻膜复合体。二、填空题1.清蛋白、球蛋白和纤维蛋白原。2.功能性酶、外分泌酶和细胞酶。3.甘氨酸、琥珀酰CoA和Fe2+；线粒体，胞浆，线粒体；ALA合酶。4.珠蛋白和血红素，骨髓的中红细胞和网织红细胞。5.肾脏。6.具有收缩性能的蛋白质。7.纤维蛋白原，球蛋白，白蛋白。8.木瓜蛋白酶。三、选择题1．D2．E3．C4．A5．D6．D7．A8．B9．C10．B四、简答题1．答：血浆蛋白具有以下生理功能。（1）维持血浆的胶体渗透压和正常的pH；（2）运输功能；（3）免疫功能；（4）催化功能；（5）营养功能；（6）凝血、抗凝血和纤溶功能。2．答：糖酵解过程在成熟红细胞与其他细胞中的显著不同是生成大量的2，3－二磷酸甘油酸，即存在由2，3－DPG旁路。这是因为红细胞中由二磷酸甘油酸变位酶和二磷酸甘油酸磷酸酶，前者可催化1，3－二磷酸甘油酸生成2，3－二磷酸甘油酸，后者则催化2，3－二磷酸甘油酸转变成3－磷酸甘油酸。由于二磷酸甘油酸变位酶的活性高于二磷酸甘油酸磷酸酶，从而使2，3－二磷酸甘油酸的生成大于分解，因此，红细胞中2，3－二磷酸甘油酸的含量很高。2，3－二磷酸甘油酸的生成具有重要的生理意义：（1）2，3－二磷酸甘油酸能降低血红蛋白与O2的亲和力，促进氧合血红蛋白在组织中释放O2；（2）2，3－二磷酸甘油酸是红细胞中能源的储存形式，它可以沿糖酵解途径代谢产生ATP。3．答：红细胞破裂后，血红蛋白的辅基血红素被氧化分解为铁及胆绿素。脱下的铁几乎都变为铁蛋白而储存，可重新利用。胆绿素则被还原成胆红素。胆红素在水中溶解度很小，进入血液后，即与血浆白蛋白或α1球蛋白结合成溶解度较大的复合体而运输。这种与蛋白质结合的胆红素在临床上称间接胆红素（也称游离胆红素）。由于蛋白质分子大，所以间接胆红素不能通过肾脏从尿中排出。胆红素有毒性，特别是对神经系统的毒性较大。其与蛋白质结合后，可被限制自由地通过各种生物膜，从而减少了游离胆红素进入组织细胞产生毒性作用。间接胆红素随血液运到肝脏时，胆红素即与白蛋白分离而进入肝细胞，主要与UDP-葡萄糖醛酸反应生成葡萄糖醛酸胆红素[在临床上称直接胆红素（也称结合胆红素）]，它的溶解度较大。这一过程是肝脏解毒作用的一种方式。随胆汁进入小肠的葡萄糖醛酸胆红素在回肠末端及大肠内经肠道细菌的作用，先脱去葡萄糖醛酸，再经过逐步的还原过程转变为无色的尿胆素原及粪胆素原，它们结构相似又常同时存在，习惯上任提一种名称或总称为胆素原。它们在大肠下部及排出体外时，均可被氧化成胆素，包括尿胆素及粪胆素，此即粪便颜色的一种重要来源。在肠内，一部分胆素原可被吸收进入血液，经门静脉而进入肝脏。这种被吸收的胆素原大部分可被肝细胞吸收，再随胆汁排入小肠，此即胆素原的肠肝循环。从门静脉进入肝脏的胆素原还有一小部分未被肝细胞吸取而从肝静脉流出，随血液循环至肾脏而排出，此即尿中含有的少量胆素原的来源。\n4．答：免疫球蛋白的结构如下图所示：其主要功能有：（1）结合抗原：与抗原结合是Ig免疫功能的基础。每一四链单位有两个抗原结合中心，它是由每个Fab片段中重链和轻链的超变区组成。在体内，抗原被抗体结合后，它并不直接被抗体消灭。抗体只是给它作上标记，最后消灭抗原还需通过补体及吞噬细胞的作用。（2）激活补体：补体是血浆中一组参与免疫反应的对抗原非特异性的蛋白酶系。当Ig与具有抗原性的细胞结合后，就能通过Fc部分激活补体酶系，使酶系按一定顺序依次活化，最后形成10个补体分子组成的十聚体，称为“攻膜复合体”，使具有抗原性的细胞的胞膜破裂而被杀死。（3）调理作用：调理作用是指促进颗粒抗原（如细菌）被吞噬细胞吞噬的作用。Ig与颗粒抗原结合后有调理作用，其机制可能是Ig与颗粒抗原结合后，可改变抗原表面的电荷，从而减少抗原与吞噬细胞间的静电排斥力。另外，Ig的Fc部分可与吞噬细胞膜上的Fc受体结合，即在吞噬细胞与颗粒抗原之间“搭桥”，从而有利于吞噬细胞对颗粒抗原的吞噬作用。第20章一些器官和组织的生物化学【内容提要】本章主要介绍动物体内肝脏、肌肉、神经及结缔组织在代谢中的作用。在动物体内，肝脏是有多种多样代谢功能的重要器官，它几乎参加了体内所有的代谢过程，有“机体的化工厂”之称。这与肝脏特殊的结构特点是分不开的，它在糖、脂类、蛋白质、核酸、无机质、维生素和激素等代谢中对动物体产生重要的影响。体内许多非营养物质在肝脏中进行结合、氧化、还原、水解等方式的生物转化作用，其中以结合和氧化方式最为重要。肝脏中的代谢产物除了进入血液外，其他产物随胆汁的分泌进入肠道，排出体外。肌肉是动物体内占体重百分比最大的组织，也是一种效率非常高的能量转换器。肌肉收缩是以骨骼肌为基础来阐明的。骨骼肌中的每个肌原纤维是由一系列的基本重复单位—肌小节所组成，当每个肌小节中的许多粗丝和细丝之间重叠部分增多时，肌小节则会缩短，引起肌肉收缩。大脑和神经系统是动物体内功能最高级的系统，支配着动物机体全部的生理活动。大脑组织代谢率很高，耗能量极大，正常时，能量几乎完全来自血糖的氧化分解；饥饿时主要利用血酮体供能。神经递质是一些可扩散的小分子化学物质，如乙酰胆碱（由乙酰辅酶A将乙酰基转给胆碱而合成，可用于说明许多药物和毒物的作用原理）、儿茶酚胺类（\n去甲肾上腺素和多巴胺的总称，由酪氨酸转变而成）、γ-氨基丁酸（由谷氨酸生成，是一种重要的抑制性氨基酸类递质）。结缔组织则广泛散布于细胞之间，形成器官及组织的间隔，起着机械支持和保护器官的作用。结缔组织的基本成分是细胞、纤维、无定形基质。纤维分胶原纤维、弹性纤维、网状纤维三种，组成纤维的蛋白质主要有胶原蛋白和弹性蛋白。无定形基质中的糖胺聚糖是一种高分子化合物，有较大的黏滞性，对维持组织形态，阻止病菌、病毒侵入细胞有一定作用，对关节有润滑和保护作用。【重点难点】1．肝脏生化（1）肝脏在物质代谢中的作用；（2）肝脏的生物转化作用：概念；生物转化反应的主要类型、特点；影响生物转化的因素；（3）肝脏排泄功能。2．肌肉生化：肌肉的化学结构与收缩的生化机制。3．神经组织生化（1）大脑的一般代谢及中枢神经组织的代谢特点。（2）神经递质的结构、功能和代谢。4．结缔组织的结构组成与功能。【目的要求】1．掌握肝脏在物质代谢、胆色素代谢中的作用。2.掌握肌肉收缩的机制。3．掌握大脑、神经组织化学组成和代谢特点，结缔组织的组成等。4．熟悉胆汁酸代谢、肝脏的生物转化作用和黄疸。5．熟悉神经递质的结构、生理功能和代谢。【例题解析】例1.简述牛、羊裂皮病发病机理。解析：牛、羊裂皮病是胶原合成不正常导致的一种疾病。这类病畜的氨基端内切肽酶的活性只有正常者的10%～20%，由于不能从前胶原上切去N-末端的附加肽段，所以不能正常地聚合成胶原微纤维。而且由于切下的N-末端附加肽段对前胶原的合成有反馈抑制作用，而病畜切下的游离N-末端附加肽段少，因而失去了反馈抑制，使前胶原大量合成并分泌到细胞外，因保留有N-端附加肽段而妨碍它聚合成稳固的胶原微纤维，结果更使胶原微纤维的结构变得不稳固。上述原因造成了牛、羊病畜的皮肤弹力降低、发脆、易撕裂。例2.说明肌肉收缩的生化机制。解析：肌肉是由圆柱状的肌纤维组成的，而肌纤维中包含有许多纵向排列的肌原纤维，它是肌肉收缩的装置。肌原纤维由一系列的重复单位—肌小节所组成。在每个肌小节中，由肌球蛋白组成的粗丝和由肌动蛋白组成的细丝——F-肌动蛋白相互穿插排列，并且依靠粗丝头端的横桥使二者紧密接触在一起。肌肉的收缩是粗丝和细丝发生相对运动的结果，这个过程受Ca2+的调控，并需要水解ATP来提供能量。在没有Ca2+时，肌球蛋白和肌动蛋白的相互作用被肌钙蛋白和原肌球蛋白所抑制，这是由于原肌球蛋白阻碍了肌球蛋白的头部与肌动蛋白接触之故。神经兴奋触发肌浆网释放Ca2+。释放的Ca2+与肌钙蛋白TnC成分结合，并引起肌钙蛋白的构象发生改变，从而使原肌球蛋白移入细丝的螺旋形槽中。因而肌球蛋白的头部得以和细丝的肌动蛋白接触，于是发生ATP的水解和肌肉收缩。当Ca2+移去后，则原肌球蛋白又封阻了肌球蛋白的头部与细丝接触，于是肌肉停止收缩。神经兴奋是引起肌肉收缩的原动力。当肌肉休止时，肌浆网上的钙泵把肌浆中的Ca2+泵入肌浆网内，使肌浆中Ca2+的浓度低于10-6mol/L，此浓度不能引起肌肉收缩。而肌浆网内Ca2+的浓度则超过10-3mol/L。当神经冲动到达终板时，引起肌纤维膜的去极化，此去极化再由T-系统传至肌纤维内部，引起肌浆网对Ca2+的通透性增高，Ca2+\n顺浓度梯度由肌浆网冲入肌浆，因而引起肌肉收缩。神经冲动过后，肌浆网膜对Ca2+的通透性又降至休止时的水平。而钙泵又将肌浆中的Ca2+泵入肌浆网内，因而肌肉停止收缩。位于粗丝两端的肌球蛋白头部具有ATP酶活性，作为细丝的F-肌动蛋白可增强肌球蛋白的ATP酶活性。肌球蛋白自身水解ATP的速度虽然很快，但释放其产物ADP和Pi的速度很慢。当F-肌动蛋白与肌球蛋白-ADP-Pi复合体结合时，加快ADP和Pi的释放。然后肌动球蛋白再与ATP结合，此结合使之解离为肌动蛋白和肌球蛋白-ATP，后者又转变成肌球蛋白-ADP-Pi复合体。这是肌动蛋白增高肌球蛋白ATP酶活性的原因，这些反应需要Mg2+。上述肌动球蛋白水解ATP的循环，正是粗丝和细丝间发生一次位移的循环，亦即肌肉收缩的基本过程。例3.简述结缔组织的功能。解析：结缔组织分布广泛，组成各器官包膜及组织间隔，散布于细胞之间，它既有联结和营养的功能，又有支持和保护器官的作用，能使细胞吸收养分和排除废物顺利的进行，还有防御某些疾病传染的功能。【练习题】一、名词解释1．生物转化（biotransformation）2．突触（synapse）3．神经递质（neurotransmitter）4．基质(stroma)5．粗丝（thickfilament）6.肌小节（sarcomere）二、填空题1．周围神经末梢与效应器细胞发生机能联系的部位称为_________。在神经末梢与其效应器细胞之间有一定的间隙称为_________。2．结缔组织由_________、_________和_________等三种基本成分组成。3．纤维按其性质可分为三类_________、_________和_________。4．肝脏中合成最多的蛋白质是_________，酮体只能在_________中合成。5．肝中的生物转化方式有________、________、_________和_________等方式。6．肌球蛋白有三个重要的性质：_________、_________和_________。7．肝脏中所含的酶种类很多，_________、_________和_________等是肝脏所特有的。8．粗丝的主要成分是_________，细丝的主要成分是_________。三、选择题1．下列哪种物质是肝细胞特异合成的（）。A．ATPB．尿素C．脂肪D．蛋白质E．糖原2．能由脂肪酸合成酮体的部位是（）。A．肝B．肾C．脑D．骨骼肌E．红细胞3．脑中氨的主要去路是（）。A．扩散入血B．合成尿素C．合成嘌呤D．合成嘧啶E．合成谷胺酰胺4．生物转化中参与氧化反应最重要的酶是（）。A．水解酶B．加双氧酶C．加单氧酶D．醇脱氢酶E．胺氧化酶5．运动神经纤维末梢释放乙酰胆碱属于（）。A．入胞作用B．出胞作用C．主动转运D．单纯扩散　E．易化扩散6．骨骼肌中的调节蛋白质指的是（）。A．肌钙蛋白　B．肌凝蛋白　C．肌动蛋白　D．原肌凝蛋白　E．原肌凝蛋白和肌钙蛋白7．下面关于体内生物转化作用的叙述哪一项是错的（）。A．结合反应主要在肾脏进行B．可使非营养物溶解度增加C．对体内非营养物质的改造D．使非营养物生物活性降低或消失E．使非营养物从胆汁或尿液中排出体外\n8．骨骼肌兴奋—收缩耦联的结构基础是（）。A．肌小节　B．粗细肌丝　C．三联管　D．终板膜　E．肌细胞膜9．动物体生物转化最重要的器官是（）。A．肝　B．脑　C．肾　D．肌肉　E．肾上腺10．氨在肝脏中的主要代谢方式是（）。A．合成碱基　B．合成蛋白质　C．合成氨基酸　D．合成尿素　E．合成谷氨酰胺四、问答题1．肝是三大物质代谢的枢纽，简述其特有的几条代谢途径。2．简述肝脏在脂类代谢中的作用。3．简述生物转化的生理意义。【参考答案】一、名词解释1．动物体从外界摄取的非营养物质或代谢中产生的各种代谢终产物，这些物质大部分既不能被转化为构成组织细胞的原料，也不能被彻底氧化以供给能量，而必需由机体把它们排出体外。在排出以前，这些物质需要经过一定的代谢转变，使它们增强极性或水溶性，转变成比较容易排出的形式，然后再随尿或胆汁排出。这些物质排出前在体内所经历的这种代谢转变过程，叫做生物转化作用。2．周围神经末梢与其效应器细胞发生机能联系的部位称突触。3．神经纤维把神经冲动传递给效应器细胞是通过神经末梢释放某种化学物质，这些物质经过突触间隙作用于效应器细胞而实现的，这种物质称为神经递质。4．基质是无定形的胶态物质，充满在结缔组织的细胞和纤维之间，其化学成分有水、非胶原蛋白、糖胺聚糖（黏多糖）及无机盐等。5．粗丝是由肌球蛋白组成的长丝状结构，与细丝相互穿插排列，共同组成了肌小节。肌小节是肌肉收缩的结构基础。6．肌小节是在肌原纤维中的重复单位。肌小节与肌小节之间由Z线结构分开。每个肌小节由许多粗丝和细丝重叠排列组成。粗丝位于肌小节中段，与肌原纤维的纵轴平行排列，形成所谓A带。许多粗丝整齐排列成六角形，粗丝的中央由称为M桥的纤维把它们固定起来。细丝的排列方式与粗丝相同，但细丝联于Z线，从肌小节的两端伸向中央，并插入粗丝中与之部分重叠。但从肌小节两端伸向中央的细丝彼此不相联结。A带两端与Z线之间的部位称为I带。在粗丝和细丝的重叠区域，粗丝的横桥伸向细丝。这一结构就是肌小节。二、填空题1．突触，突触间隙2．细胞，纤维，基质3．胶原纤维，弹性纤维，网状纤维4．清蛋白，肝细胞5．结合，氧化，还原，水解6．能自动聚合形成丝，有ATP酶活性，能与细丝联结7．氨甲酰基转移酶，半乳糖激酶，L-谷氨酸脱氢酶8．肌球蛋白，肌动蛋白三、选择题1．B2．A3．B4．C5．B6．E7．A8．C9．A10．D四、简答题1．答：肝脏特有的几条代谢途径为：（1）糖原合成：肌肉也可合成糖原，但其量无法与肝糖原相比。\n（2）糖原分解：肝有葡萄糖-6-磷酸酶，可将糖原分解为葡萄糖，维持血糖恒定，肌肉无此酶，故肌糖原不能补充血糖。（3）糖异生：饥饿时，肝脏可异生糖以维持血糖浓度。（4）合成尿素：肝是含氮废物解毒的主要器官。（5）合成酮体：可以看作是肝的独有功能（肾只能合成极少量的酮体）。2．答：肝脏在脂类代谢中的作用有以下几点：（1）制造胆汁酸盐，促进脂类的消化吸收。（2）肝脏是脂肪酸β-氧化的主要场所。（3）肝脏是禽类合成脂肪的主要场所。（4）肝脏是改造脂肪的主要场所。（5）肝脏在体内脂类的转化中起重要作用。（6）肝脏是合成磷脂的主要场所。（7）肝脏是胆固醇代谢的重要场所。3．答；生物转化的生理意义有：（1）消除外来异物：有机体摄入的外来异物，经血液运输至肝脏、肾、肠、皮肤等进行生物转化排出体外。（2）改变药物的活性或毒性：大多数药物经过生物转化后活性、毒性降低或消除，即代谢灭活。有些药物必须经过生物转化才能转变为活性形式。也有些药物经过生物转化反而毒性增强，称为代谢激活作用。（3）灭活体内活性物质：机体自身合成的活性物质如激素类等，代谢产生的生理活性胺类，多经生物转化而灭活。第21章乳和蛋的化学组成和形成【内容提要】乳是乳腺上皮细胞的分泌产物。除了水分以外，乳中含有脂类、蛋白质、乳糖、无机盐和维生素等。乳脂呈脂肪球形式存在，其主要成分是脂肪。乳蛋白的种类很多，主要有酪蛋白、β-乳球蛋白、α-乳清蛋白、清蛋白、免疫球蛋白等和多种酶类。乳糖是乳中主要的糖类，有维持乳的渗透压的作用。乳腺有从头合成脂肪和蛋白质的能力，但是反刍动物与非反刍动物在利用碳源上有所不同。有的乳蛋白由乳腺合成，有的如初乳中的免疫球蛋白则来自血液。乳糖通过渗透调节影响动物的泌乳量，它以葡萄糖为原料，由乳糖合成酶催化在高尔基体中合成，并与乳蛋白有共同的分泌途径。禽蛋由蛋壳、蛋清和蛋黄三部分组成。蛋壳又包括了角质层、蛋壳和蛋壳膜。蛋壳的主要成分是碳酸钙，在壳腺分泌形成。蛋壳膜之内是蛋清，蛋清中至少有40种功能各异蛋白质，主要在漏斗部和膨大部合成分泌。被蛋清包围的球状体称为蛋黄。蛋黄包括蛋黄膜、蛋黄内容物和胚胎三部分。蛋黄的生化成分复杂，一半是蛋白质与脂类，脂类主要以脂蛋白的形式存在，蛋黄中的蛋白质在肝脏合成后转运到发育的卵中。【重点难点】1．乳的组成、合成及其生理功能；2．蛋的结构、形成及其生理功能。【目的要求】1．熟悉乳的组成、合成与分泌。2．熟悉蛋的结构、成分与形成。【例题解析】例1．衡量禽蛋新鲜度的重要标志是（）的含量。解析：浓厚蛋白。蛋白由外向内可分为四层，依次为外层稀薄蛋白、中层浓厚蛋白、内层稀薄蛋白\n和系带膜状层（也是浓厚蛋白）。新鲜禽蛋中的浓厚蛋白含量高，因此蛋清粘稠。随着贮存时间的延长，由于蛋白酶的分解作用，蛋清中溶菌酶活性下降和细菌的逐渐入侵，浓厚蛋白含量也随之减少。因此，浓厚蛋白的含量是衡量禽蛋新鲜度的重要标志。例2．为什么在对母鸡肝脏进行同位素标记之后会在蛋黄中发现相应的同位素？解析：本题主要考查鸡蛋中蛋黄的合成过程。一般认为，在雌激素作用下，蛋黄的主要成分是蛋白质，它的合成是在肝脏中进行的，然后将合成的卵黄蛋白质经血液转运到卵巢，再转运到发育的卵中。用产蛋鸡和雌激素化的公鸡进行的研究证明，卵黄高磷蛋白的合成场所是肝脏，而且从产蛋鸡的血浆中分离出在氨基酸组成上近似于蛋黄中的卵黄高磷蛋白。另外，当产蛋鸡接近性成熟时，肝脏重量及其脂肪含量以及血脂含量都增加。由此可见：在肝脏中的同位素会转移到蛋黄当中，目前部分的生物反应器即是利用此原理。【练习题】一、名词解释1．乳清(milkwhey)2．生物反应器（bioreactor）二、填空题1．乳中的脂类为乳脂，其主要成分是_____________。2．乳中的蛋白质统称为乳蛋白（milkprotein），可以分为_______和________两大部分。3．乳铁蛋白、铁转运蛋白、黄嘌呤氧化酶等是_______的主要载体。_______主要结合在乳脂肪球膜上，而________则结合在酪蛋白上。4．__________是乳糖合成与分泌过程的主要限速酶。5．蛋壳的颜色与蛋壳中所含的__________含量有关系。6．_________是蛋清中在免疫学上唯一具有广谱交叉反应的成分，它具有强的免疫原性。7．卵黄高磷蛋白的合成场所是__________。三、选择题1．（）酪蛋白中唯一含糖的成分A.αs-酪蛋白B.β-酪蛋白C.γ-酪蛋白D.κ-酪蛋白2．（）存在于所有动物的乳中。（）存在于许多动物的乳中，人乳中却完全缺乏这种蛋白。A.α-乳清蛋白B.β-乳球蛋白C.血浆清蛋白D.免疫球蛋白3．乳中的蛋白质是来源于血液中的是（）A.酪蛋白B.α-乳清蛋白C.β-乳球蛋白D.免疫球蛋白四、简答题1.乳中的蛋白质的来源主要是哪些？【参考答案】一、名词解释1．乳经离心除去上层的乳脂，得到脱脂乳（skimmilk）。脱脂乳经酸化或凝乳酶凝聚，也还可以经过超速离心得到酪蛋白沉淀，其上清液部分即为乳清（milkwhey），其中含有乳清蛋白。2．生物反应器就是利用酶或微生物等生物功能进行化学反应的系统。二、填空题1．甘油三酯2．酪蛋白乳清蛋白3．铁镁锌4．乳糖合成酶\n5．原叶啉6．卵巨球蛋白7．肝脏三、选择题1．D2．AB3．D四、简答题1．乳中的蛋白质的来源主要是哪些？答：乳中的蛋白质有两个来源：一是由乳腺从头合成的，如酪蛋白，α-乳清蛋白和β-乳球蛋白等，它们是乳腺所特有的，二是来自血液中的蛋白质，主要有免疫球蛋白和血浆清蛋白等。①90%以上的乳蛋白是在乳腺中由氨基酸从头合成的。②乳中还有5%~10%的蛋白质不是乳腺自身合成的，而来源于血液。③乳中还有一些其他的蛋白质与激素，尚难以明确界定它们到底是由乳腺自身合成的还是血液来源的，很可能两种情况兼而有之。第22章综合练习题综合练习题一一、名词解释（20分）  1．顺式作用元件2．同工酶3．氧化磷酸化4．酶原的激活5．核小体6．拓扑异构酶7．质粒的不相容性8．锌指结构9．诱导契合假说10．生物转化二、选择题（15分）1．生物体彻底氧化软脂酸（棕榈酸；C16烷酸）时，可以净产生多少个ATP分子?（）A．2B．38C．66D．1292．生物体的呼吸链中若缺乏辅酶Q，可代替辅酶Q作为中间体的是（）A．磷脂B．胆固醇C．维生素A类似物D．维生素K类似物3．在动物体内低浓度的激素就能引起显著的生理作用，是由于（）A．提高了酶的活力B．靶组织中受体含量多C．级联放大效应D．激素和受体高亲和力结合作用4．蛋白质生物合成时，提供链的延伸所必需能量的是（）A．ATPB．GTPC．NADH＋H＋D．磷酸肌酸5．三羧酸循环中主要的限速酶是（）A．苹果酸脱氢酶B．琥珀酸脱氢酶C．异柠檬酸脱氢酶D．α酮戊二酸脱氢酶6．测定蛋白质肽链的C-端，主要方法有（）A．FDNB法B．DNS法C．PITC法D．肼解法7．根据Watson-Crick模型，求得每1µmDNA双螺旋核苷酸对的平均数为（）\nA．25400B．2540C．29411D．29418．RNA和DNA彻底水解后的产物是（）A．戊糖不同，碱基相同B．戊糖不同，碱基不同C．戊糖相同，碱基不同D．戊糖相同，碱基相同9．转氨酶的辅酶是（）A．硫辛酸B．磷酸吡哆醛C．NAD＋D．焦磷酸硫胺素10．苯丙氨酸在水解代谢中先转变为（）A．酪氨酸B．组氨酸C．色氨酸D．丙氨酸11．识别大肠杆菌DNA复制起始区的蛋白质是（）A．DnaA蛋白B．DnaB蛋白C．DnaC蛋白D．DnaE蛋白12．预测下面哪一种基因组在紫外线照射下最容易发生突变?（）A．双链DNA病毒B．单链DNA病毒C．线粒体基因组D．叶绿体基因组13．关于某一个基因的增强子的说法哪一种是错误的。（）A．增强子的缺失可导致该基因转录效率的降低B．增强子序列与DNA结合蛋白相互作用C．增强子能够提高该基因mRNA的翻译效率D．增强子的作用与方向无关14．使用（UGA）n作为模板在无细胞翻译系统中进行翻译，可得到几种多肽。（）A．1种B．2种C．3种D．4种15．色氨酸操纵子中的衰减作用导致（）A．DNA复制的提前终止B．在RNA中形成一个抗终止的发卡环C．在RNA中形成一个翻译终止的发卡环D．RNApol从色氨酸操纵子的DNA序列上解离三、判断题（10分）1．三羧酸循环酶系全都位于线粒体基质。（）2．受体就是细胞膜上与某一蛋白质专一而可逆结合的一种特定的蛋白质。（）3．细胞色素是指含有FAD辅基的电子传递蛋白。（）4．根据凝胶过滤层析的原理，分子量越小的物质，越先被洗脱出来。（）5．核小体中的核心组蛋白在细胞活动过程中都不会被化学修饰。（）6．DNA只存在于细胞核中，核外没有。（）7．遗传密码在各种生物和各种细胞器中都是通用的。（）8．RNA是基因表达的第一产物。（）9．糖蛋白中的糖肽连接键是一种共价键，简称为糖肽键。（）10．生物膜中的糖都与脂或蛋白质共价连接。（）四、填空题（30分）1．血红蛋白（Hb）与氧结合的过程呈现__________效应，是通过Hb的__________现象实现的。它的辅基是__________，由组织产生的CO2扩散至红细胞，从而影响Hb和O2的亲和力，这称为__________氏效应。2．维持蛋白质构象的次级键主要有__________，__________和__________。3．蛋白激酶对糖代谢的调节在于调节__________酶和__________酶。4．蛋白磷酸化是可逆的，蛋白磷酸化时，需要__________酶，而蛋白去磷酸化时，需要__________酶。5．大肠杆菌DNA聚合酶I是一个多功能酶，除了聚合酶活化外，还兼有下列两种活性：__________和__________。用枯草杆菌蛋白酶对大肠杆菌DNA聚合酶I限制性水解，得到的大片段失去__________活性，小片段则保留_________活性。6．mRNA前体加工成mRNA，经过多个步骤，其中有：__________，_________和_________等。\n7．低密度脂蛋白的主要生理功能是__________。8．呼吸链中细胞色素的排列顺序（从底物到氧）为__________。9．维生素D3在动物体内的活性形式是__________。10．酮体是指__________，__________和__________。11．反式作用因子结合DNA的结构域主要有_________，_________，_________和_________等。12．葡萄糖无氧分解的总反应方程式是：__________。五、问答题（25分）1．DNA和RNA各有几种合成方式，各由什么酶催化新链的合成？2．简述乙醛酸循环中乙醛酸的合成及去向。  3．简述蛋白质一级结构与生物功能的关系。4．试举一例说明可诱导操纵子。【参考答案】一、名词解释1．顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身处在同一个DNA分子上的基因，多位于基因旁侧或内含子中，通常不编码蛋白质。真核基因转录的顺式调节元件按照功能可分为启动子、增强子和沉默子。真核细胞内存在一些特异的蛋白质可与顺式调节元件作用，从而影响转录，这种影响可以远距离和无方向性地传递给相对最近的启动子，促使启动子易于与RNA聚合酶或转录因子复合物结合。2．同工酶是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫学性质不同的一组酶。3．代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放能量以使ADP酸化成为ATP，，由于是代谢物的氧化反应与ADP的磷化反应偶联为主，故称为氧化磷酸化。4．有些酶在细胞内合成和初分泌时，并不表现有催化活性，这种无活性状态的酶的前身物称为酶原。酶原在一定条件下，受某种因素的作用，酶原分子的部分肽键被水解，使分子结构发生改变，形成酶的活性中心，无活性的酶原转化成有活性的酶称为酶原的激活。5．核小体是真核细胞染色体的基本结构单位，是由核心颗粒和连接区构成。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两分子组成八聚体，外绕1.75圈DNA（140bp）构成核心颗粒；组蛋白H1和60bp－100bpDNA形成连接区。6．拓扑异构酶是一类可改变DNA拓扑性质的酶，主要有Ⅰ和Ⅱ两种类型：拓扑异构酶Ⅰ能使双键超螺旋结构DNA转变成松弛DNA；拓扑异构酶Ⅱ的功能相反，可使松弛DNA转变成超螺旋。7．是指在没有选择压力的情况下，两种亲缘关系密切的不同质粒，不能够在同一个宿主细胞系中稳定共存的现象。8．锌指结构是许多转录因子所共有的DNA结合结构域，具有很强的保守性。它是由四个氨基酸（四个半胱氨酸残基，或两个半胱氨酸残基与两个组氨酸残基）和一个锌原子组成指状的三级结构。9．该假说由Koshland提出，当酶分子与底物分子接近时，酶蛋白受底物分子的诱导，其构象发生有利与底物结合的变化，酶与底物在次基础上互补楔合进行反应。10．动物体从外界摄取的非营养物质或代谢中产生的各种代谢终产物，这些物质大部分既不能被转化为构成组织细胞的原料，也不能被彻底氧化以供给能量，而必需由机体把它们排出体外。在排出以前，这些物质需要经过一定的代谢转变，使它们增强极性或水溶性，转变成比较容易排出的形式，然后再随尿或胆汁排出。这些物质排出前在体内所经历的这种代谢转变过程，叫做生物转化作用。二、选择题1．D2．D3．C4．B5．C6．D7．D8．B9．B10．A11．A12．B13．C14．B15．D\n三、判断题1．对2．错3．错3．错4．错5．错6．错7．错8．对9．对10．对四、填空题1．协同变构血红素波尔2．氢键离子键疏水作用3．糖原磷酸化糖原合成4．蛋白激酶蛋白磷酸酯酶5．3′→5′核酸外切酶5′→3′核酸外切酶5′→3′核酸外切酶5′→3′核酸外切酶6．3′端加ployA5′端加帽子结构剪接切除内含子7．转运内源胆固醇酯8．b→c→a9．1，25－二羟基衍生物10．丙酮乙酰乙酸β羟丁酸11．螺旋-转角-螺旋螺旋-环-螺旋锌指结构亮氨酸拉链12．五、问答题1．DNA和RNA各有几种合成方式，各由什么酶催化新链的合成？答：DNA合成包括：（一）DNA→DNA，DNA指导下的DNA合成—复制。（1）DNA半不连续复制：DNA聚合酶III、DNA聚合酶I、DNA连接酶（2）DNA修复合成：DNA聚合酶I、DNA连接酶（二）RNA→DNA，RNA指导下反向转录合成DNA：逆转录酶RNA合成包括：（一）DNA→RNA，以DNA为模板转录合成RNA：RNA聚合酶。（二）RNA→RNA，以RNA为模板合成RNA：复制酶。（三）RNA→DNA→RNA：RNA转录酶。2．简述乙醛酸循环中乙醛酸的合成及去向。答：乙醛酸循环是一个有机酸代谢环，它存在于植物和微生物中，在动物组织中尚未发现。乙醛酸循环反应可以分为五步：（1）在柠檬酸合成酶的作用下，乙酰CoA与草酰已酸缩合为柠檬酸。（2）在顺乌头酸酶作用下，柠檬酸转变为异柠檬酸。（3）在异柠檬酸裂解酶的作用下，将异柠檬酸分裂为乙醛酸和琥珀酸。（4）在苹果酸合成酶的作用下，乙醛酸与乙酰CoA合成苹果酸。（5）在苹果酸脱氢酶的作用下，将苹果酸转变为乙酰CoA。从上可知，乙醛酸合成以后，又在酶的作用下转变为苹果酸，进行后续的循环反应。3．简述蛋白质一级结构与生物功能的关系。答：蛋白质的功能是由其空间结构决定的，因此蛋白质的功能取决于以一级结构为基础的空间构象。一级结构与功能的关系表现在以下几个方面：（1）一级结构的变异与分子病：蛋白质中氨基酸的序列与生物功能有密切关系，如果一级结构发生变化，往往导致生物功能改变。如镰刀状细胞贫血就是由于血红蛋白一级结构变化引起的一种遗传疾病，这是一种分子病。病人的血红蛋白分子与正常人相比，在574\n个氨基酸中只有两个氨基酸是不同的。由于这点微细的差别，就使患者的血红蛋白分子容易发生凝聚，从而导致红细胞变成镰刀状，并且容易破裂，引起贫血。（2）一级结构与生物进化：蛋白质的一级结构与生物进化有着密切的关系。例如比较各种不同生物的细胞色素c的一级结构，发现凡是与人类亲缘关系愈远者，其结构差别愈大，根据这些差异可以为进化提供有利的证据。4．试举一例说明可诱导操纵子。答：操纵子是指原核生物在转录水平上控制基因表达的协调单位，它包括启动基因，操作基因以及在功能上彼此相关的几个结构基因组成。例如乳糖操纵子，它是一个诱导操纵子。乳糖操纵子的结构基因包括三个，分别编码β-半乳糖苷酶（分解乳糖为葡萄糖和半乳糖），β-半乳糖苷透性酶（使乳糖进入细胞），硫代半乳糖苷转已酰酶。三个基因受同一个控制成分调控。在无乳糖存在时，调节基因转录和翻译，产生具有活性的阻抑蛋白，并与操纵基因结合，阻止启动基因上的RNA聚合酶进行转录。在有诱导物（乳糖）存在时，因乳糖是乳糖操纵子的效应物，它可与阻抑蛋白的变构位点结合。使之变构而失去活性，因而不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶能够进行转录，产生三种酶，使大肠杆菌能利用乳糖。综合练习题二一、名词解释（20分）1．酶辅助因子2．滚环复制3．血清蛋白系数4．底物磷酸化5．Tm值6．酮体7．基因文库8．分子杂交9．生物转化10．碱储二、选择题（15分）1．生物体内氨的转运主要通过：（）（A）尿素循环　　　（B）谷氨酰胺　　　（C）尿酸（D）谷氨酸2．识别信号肽的信号识别颗粒属于（）　（A）糖蛋白　　　（B）信号肽酶　　　（C）脂蛋白　　　（D）核蛋白3.MWC模型和KNF模型的一个区别是：（）　（A）MWC模型可以解释正协同性，而KNF模型不能　（B）MWC模型可以解释负协同性，而KNF模型不能　（C）MWC模型不能解释正协同性，而KNF模型能　　　（D）MWC模型不能解释负协同性，而KNF模型能4.琥珀酸脱氢酶所需的辅酶（基）是：（）　　　（A）CoA　　（B）FAD　　（C）NAD+　　（D）NADP+5.一个酶有多种底物，判断其底物专一性强弱应依据参数（）　（A）Kcat　　　　（B）Km　　　　（C）Kcat/Km(D)底物浓度6.NO的生成主要来自：（）　（A）组氨酸　　　　（B）赖氨酸　　　　（C）精氨酸　　　　（D）谷氨酸胺7.哺乳动物细胞质膜的标志酶是：（）　（A）钠钾ATP酶　（B）细胞色素氧化酶　（C）H+一ATP酶　　　（D）谷氨酸胺8.典型哺乳动物细胞内外的Na+，K+离子浓度：（）（A）细胞内Na+，K+均比细胞外高　　　　　（B）细胞内Na+，K+均比细胞外低　　　\n（C）细胞内K+比细胞外高，Na+比细胞外低　　（D）细胞内Na+比细胞外高，K+比细胞外低9．端粒酶是一种蛋白质一RNA复合物，其中RNA起：（）（A）催化作用　　　　（B）延伸作用　　　　（C）引物作用　　　　（D）模板作用10.真核生物mRNA帽子结构中，m7G与多核苷酸链通过三个磷酸基连接的方式是　　　　　　（）（A）2'－5’　　　（B）3’－5’　　　（C）5’－5’（D）3’－3’　　　11.嘌吟霉素的作用是（）（A）抑制DNA合成　　　　　　（B）抑制蛋白质合成的终止（C）抑制蛋白质合成的延伸　　（D）抑制RNA合成12.判断一个纯化酶的工作的重要指标是（　）（A）酶的纯度　　（B）活性回收率　　（C）重复性　　（D）综合以上三点13.组蛋白的修饰可引起核小体的解离，这种修饰是（）（A）甲基化　　　（B）腺苷化　　（C）磷酸化　（D）糖基化14.真核生物RNA聚合酶的抑制剂是（）（A）α鹅膏蕈碱　　　（B）放线菌素　　（C）利链霉素　　（D）利福霉素15.甾体激素对基因表达的调节是通过（）（A）甾体自身直接作用在基因调控序列上　　（B）激活膜上酪氨酸蛋白激酶（C）激活膜上偶联的G蛋白（D）与受体结合进人细胞核作用在调节元件上三、判断题（20分）1．在PH7时，谷氨酸带负电荷。 （） 2．生物膜上的脂质主要是磷脂。 （） 3．酶蛋白和蛋白酶两个概念完全不相同。  （）4．“锁钥学说”是用于解释酶的高效率的一种学说。（）  5．别构酶的Km的单位和底物浓度单位一致。  （）6．天然蛋白质都具有四级结构。  （）7．结晶了的酶为纯酶。 （） 8．盐析和透析用于蛋白质溶液除盐时，后者效果好一些。 （） 9．RNA属于多聚核糖核苷酸。  （）10．氨基酸都是L-构型。  （）11．生物膜中脂质是生物膜功能的主要体现者。  （）12．所有三羧酸循环的酶类都存在于线粒体的衬质中。  （）13．植物油在常温下一般多为液态，是因为它们含有大量不饱和脂肪酸的缘故。 （） 14．等电点是蛋白质的特征参数。  （）15．在所有病毒中，迄今为止还没有发现既含DNA又含RNA的病毒。（）16．气体分子NO是可以作为信号分子在生物体内行使功能的。（）17．所有信号肽的位置均在新生肽的N端。（）18．在酶的催化反应中，His残基的咪唑基既可以起碱催化作用，也可以其酸催化作用。（）19.蛋白激酶对蛋白质磷酸化的部位要有-OH基团。（）20．维生素B1的化学名称为硫胺素，它的磷酸酯为脱羧辅酶。（）四、填空题（共20分）  1．测定多肽链N-末端的常用方法有____________、______________和_______________等。2．蛋白质二级结构的类型有_______________、________________和__________________。 3．免疫球蛋白G在用________处理时，产生Fab片段；而用_________处理时，产生Fab’2片段。4．DNA双螺旋的直径为____________，螺距为_____________。  \n5．目前普遍接受的生物膜结构模型是___________________________________。 6．在糖酵解过程中，_________是最重要的控制酶，另外________ 和_________也参与糖酵解速度的调节。  7．鱼藤酮能专一地阻断呼吸链上电子由____________流向___________。8．线粒体的穿梭系统有________________和______________两种类型。 9．原核生物蛋白质合成中，蛋白因子IF-2与_________结合并协助其进入核糖体的________位。10．大肠杆菌RNA聚合酶全酶由______________组成。  五、问答题（共25分）1．酶的抑制剂有哪些类型？简述各类型的作用特点。  2．举出两种蛋白质序列与其基因序列存在的不对应关系及其可能原因。3．写出尿素循环，并注明每步反应是在细胞哪个部位进行的。  4．简述pH对酶反应的影响及其原因。5．简述原核生物乳糖操纵子模型。  【参考答案】一、名词解释1．酶辅助因子：结合酶中含有的对热稳定的非蛋白质的有机小分子和金属离子。2．滚环复制：一种用来解释噬菌体ΦX174DNA的复制过程的复制模型。ΦX174的DNA是环状单链分子，复制时首先合成环状双链复制型DNA分子。然后双链中的正链首先形成一个缺口，以环状闭合的负链DNA为模板，以正链的3′-羟基末端为引物，在正链切口3′-羟基末端合成正链。3．血清中白蛋白与球蛋白的比值是一定的，这个比值（白蛋白/球蛋白或A/G）称为血清蛋白系数。4．底物磷酸化：当营养物质在代谢过程中经过脱氢、脱羧、分子重排和烯醇化反应，产生高能磷酸基团或高能键，随后直接将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP，或水解产生的高能键，将释放的能量用于ADP与无机磷酸反应，生成ATP。以这样方式生成ATP称为底物磷酸化。5．Tm值：即解链温度或熔点温度，指50%的DNA分子发生变性时的温度。6．酮体：脂肪酸氧化的中间产物乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮统称为酮体。7．基因文库：含有某种生物体全部基因随机片段的重组DNA克隆群体。8．分子杂交：不同的DNA片段之间、DNA片段与RNA片段之间，如果彼此间的核苷酸排列顺序互补也可以复性，形成新的双螺旋结构。这种按照互补碱基配对而使两条多核苷酸链相互结合的过程称为分子杂交。9．生物转化：动物体从外界摄取的非营养物质或代谢中产生的各种代谢终产物，这些物质大部分既不能被转化为构成组织细胞的原料，也不能被彻底氧化以供给能量，而必需由机体把它们排出体外。在排出以前，这些物质需要经过一定的代谢转变，使它们增强极性或水溶性，转变成比较容易排出的形式，然后再随尿或胆汁排出。这些物质排出前在体内所经历的这种代谢转变过程，叫做生物转化。10．碱储：血浆中所含的量。二、选择题1．B2．D3．D4．B5．B6．C7．A8．C9．D10．C11．B12．D13．D14．A15．D三、判断题1．对2．对3．错4．错5．对6．错7．错8．错9．对10．错11．错12．错13．对14．错15．对16．对17．错18．对19．对20．对\n四、填空题。1．二硝基氟苯法，丹磺酰氯法，苯异硫氰酸法2．α-螺旋，β-折叠，β-转角3．木瓜蛋白酶，胃木瓜蛋白酶4．2nm,3.4nm5．流动镶嵌模型6．磷酸果糖激酶，己糖激酶，丙酮酸激酶7．NADH，辅酶Q8．α-磷酸甘油穿梭，苹果酸-天冬氨酸穿梭9．fMet-tRNAifMet,P10．α2ββ′σ五、问答题1．答：抑制剂是指凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质。抑制剂通常对酶有一定的选择性。根据抑制剂与酶分子之间作用特点的不同，通常将抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。⑴不可逆抑制作用该抑制剂通常以共价键方式与酶的必需基团进行结合，一经结合就很难自发解离，不能用透析或超滤等物理方法解除抑制。其实际效应是降低反应体系中有效酶浓度。抑制强度取决于抑制剂浓度及酶与抑制剂之间的接触时间。按其作用特点，不可逆抑制又有专一性及非专一性之分。①专一性不可逆抑制此类抑制剂专一地与酶的活性中心或其必需基团共价结合，从而抑制酶的活性。②非专一性不可逆抑制此类抑制剂可与酶分子结构中一类或几类基团共价结合而导致酶失活。它们主要是一些修饰氨基酸残基的化学试剂,可与氨基、羟基、胍基、巯基等反应。⑵可逆性抑制作用此类抑制剂与酶的结合以解离平衡为基础，属非共价结合，用超滤、透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复。即抑制剂与酶的结合是可逆的。这类抑制大致可分为竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制等。①竞争性抑制作用：抑制剂一般与酶的天然底物结构相似，可与底物竞争酶的活性中心，从而降低酶与底物的结合效率，抑制酶的活性。 ②非竞争性抑制作用：抑制剂可与酶活性中心以外的必需基团结合，但不影响酶与底物的结合,酶与底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合，但形成的酶-底物-抑制剂复合物不能进一步释放出产物，致使酶活性丧失。③反竞争性抑制作用：酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合。这三种可逆抑制作用在酶促反应中的作用是：竞争性抑制作用：Vmax不变，Km增加；非竞争性抑制作用：Vmax减小，Km不变；反竞争性抑制作用：Vmax减小，Km减小。2．答：该题主要考查蛋白质序列与其基因序列存在的不对应关系。蛋白质序列与其基因序列存在的不对应关系，在如下的一些情况中有所体现：⑴基因序列内的内元、调节序列等均不编码蛋白序列，不能实现基因序列到蛋白质序列的转化。因而就无序列对等可言。⑵三联体密码本身的简并性、摇摆性等因素使得基因序列到蛋白质序列的转化不如复制或转录那么精确，序列自然就出现不对等。⑶无义密码子的存在，为引进稀有氨基酸提供了机会。出现了序列不对等。⑷三联体密码本身不是绝对通用的，所以基因序列到蛋白质序列的转化会出现序列不对等。⑸在翻译过程中，tRNA的反密码子与密码子配对时的不严格的3-3配对，使得序列出现不对等的情况。）  3．答：尿素循环⑴鸟氨酸+NH3+CO2→瓜氨酸\n⑵瓜氨酸+天冬氨酸→精氨虎珀酸→延胡索酸+精氨酸⑶精氨酸+H2O→尿素+鸟氨酸反应⑴在线粒体中进行，反应⑵和⑶在胞液中进行。因线粒体膜上有特定的鸟氨酸输送系统，所以鸟氨酸和瓜氨酸可以穿过线粒体膜。4．答：大部分酶的活力受其环境PH的影响。在一定PH下，酶反应有最大速度，高于或低于这个PH，反应速度下降。通常称此PH为酶反应的最适PH。它因底物种类、浓度、缓冲液的成分不同而不同。具体地讲，PH酶活力的影响主要在以下几个方面：①过酸、过碱会影响酶蛋白的构象，甚至使酶失活。②PH改变不剧烈时，酶虽然不变性，但活力受影响。原因是PH影响底物分子、影响酶分子的解离状态及它们的结合状态。③PH影响分子中另一些基团的解离，它们的离子化状态与酶的专一性及酶分子的乥性中心的构象有关。5．答:乳糖操纵子由调节基因、启动基因、操纵基因和能编码三个酶的结构基因组成。在有葡萄糖时，细菌是不利用乳糖的，当葡萄糖耗尽后，细菌才利用乳糖。其机制是：不利用乳糖情况下，调节基因表达的阻遏蛋白能与操纵子结合，阻断识别启动子的RNA聚合酶通过操作子转录结构基因；而在利用乳糖时，乳糖可以于阻遏蛋白形成复合物，结果RNA聚合酶通过操作子进行转录，产生能够代谢乳糖的三个酶：β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透酶和β-半乳糖苷转乙酰酶。综合练习题三一、名词解释（20分）1．构象2.酶3.辅基4.糖苷5.必需脂肪酸6.cAMP7.基因8.底物水平磷酸化9.半保留复制10.遗传密码二、选择题（15分）1．生物膜含最多的脂类是（）A．甘油三酯B．糖脂C．磷脂D．胆固醇2．下列关于维生素的说法，哪一种是错误的（）A．维持正常生命所必须B．是体内能量的来源C．是小分子化合物D．体内需量少，但必须由食物供给3．非竞争性抑制剂对酶反应的影响具有的特征为（）A．Km减小，Vm减小B．Km不变，Vm增大C．Km不变，Vm减小D．Km增大，Vm减小4．脂肪大量动员时，肝内的已酰CoA主要转化为（）A．葡萄糖B．草酰乙酸C．脂肪酸D．酮体5．嘌呤核苷酸从头合成中，首先合成的是（）A．IMPB．AMPC．GMPD．XMP6．体内氨基酸脱氨基最主要的方式是（）A．氧化脱氨基作用B．非氧化脱氨基作用C．联合脱氨基作用转氨基作用D．脱水脱氨基作用7．下列哪中酶是酵解过程中的限速酶（）\nA．醛缩酶B．烯醇化酶C．乳酸脱氢酶D．磷酸果糖激酶8．转录真核细胞rRNA的酶是（）A．RNA聚合酶ⅠB．RNA聚合酶ⅡC．RNA聚合酶ⅢD．RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ9．大肠杆菌RNA聚合酶全酶分子中负责识别启动子的亚基是（）A．α亚基B．β亚基C．β′亚基D．σ亚基10．某一种tRNA的反密码子为5′IUC3′，它识别的密码子是（）A．AAGB．CAGC．GAGD．GAA11．既能抑制原核又能抑制真核细胞及其细胞器蛋白质合成的抑制剂是（）A．氯霉素B．红霉素C．放线菌素D．嘌呤霉素12．人最能耐受下列哪种营养物的缺乏（）A．蛋白质B．糖类C．脂类D．维生素13．下列与能量代谢有关的过程除哪个过程外都发生在线粒体中（）A．糖酵解B．三羧酸循环C．氧化磷酸化D．呼吸链电子传递14．在什么情况下，乳糖操纵子的转录活性最高（）A．高乳糖，低葡萄糖B．高乳糖，高葡萄糖C．低乳糖，低葡萄糖D．低乳糖，高葡萄糖15．下列哪一种物质最不可能通过线粒体内膜（）A．PiB．NADHC．柠檬酸D．丙酮酸三、判断题（15分）1．DNA和RNA中核苷酸之间的联键性质是相同的。（）  2．常用酶活力单位数表示酶量。（）    3．氨肽酶可以水解蛋白质的肽键。（）  4．蛋白质多肽链是有方向性的。（）  5．碱性氨基酸在中性PH时，带正电荷。（） 6．等电点时，蛋白质的溶解度最小。（）  7．用SDS-PAGE法可以测定血红蛋白四聚体的分子量。（）  8．细胞色素b和c因处于呼吸链的中间，因此他们的血红素辅基不可能与CN-配位结合。（）9．NADH和NADPH都可以进入呼吸链。（）10．细胞色素C氧化酶又叫末端氧化酶，以还原型细胞色素C为辅酶的。（）  11．丙酮酸激酶催化的反应是糖酵解中第二个不可逆反应。（）  12．淀粉合成时的引物为3个以上α-D-葡萄糖以1，4-糖苷键相连的麦芽糖。（）  13．脂肪酸的氧化降解是从分子的氨基端开始的。（）14．所有转氨酶的辅基都是磷酸吡哆醛。（）  15．Leu是纯粹生酮氨基酸。（）  四、填空题（20分）1．tRNA分子的3′末端为_________，是_________的部位。  2．真核细胞mRNA5′-末端有_________结构。  3．蛋白质在_________nm有吸收峰，而核酸在_________nm有吸收峰。  4．用诱导契合假设可以比较好的解释_________。  5．碱性氨基酸有_________,_________,_________。（用单字母或三字母表示）  6．常用于蛋白质沉淀的方法有_________,_________,_________。  7．线粒体内膜上的电子传递链，各电子载体是按_________，由_________的顺序排列的。8．密码子共________个，其中________个为终止密码子，________个为编码氨基酸的密码子。9．糖醇解是在_________中进行。三羧酸循环在_________进行，氧化磷酸化在_________进行。\n10．在成熟mRNA中出现，并代表蛋白质的DNA序列叫做_________，那些从成熟的mRNA中消失的DNA序列为_________。  五、问答题（30分）1．简述DNA双螺旋结构模型。 2．测定酶活力时，通过增加反应时间能否提高酶活力？为什么？ 3．线粒体的穿梭系统有哪两种类型？其电子供体是什么？有何生物学意义？4．什么是半保留复制？  5．简述蛋白质合成过程中氨基酸的活化。【参考答案】一、名词解释1．指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。2．生物催化剂，除少数RNA具有酶的性质之外，几乎所有的酶都是蛋白质。酶不改变反应的平衡，只是通过降低活化能加快反应的速度。3．是与酶蛋白共价结合的金属离子或一类有机化合物，用透析法不能除去。辅基在整个酶促反应过程中始终与酶的特定部位结合。4．单糖半缩醛羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基缩合形成的含糖衍生物。5．维持人或动物正常生长所需的，而自身又不能合成的脂肪酸，例如亚油酸和亚麻酸。6．3ˊ,5ˊ-环腺苷酸，细胞内的第二信使，由于某些激素或其它分子信号刺激激活腺苷酸环化酶催化ATP环化形成的。7．也称之为顺反子，指负责编码一个功能蛋白或RNA分子的DNA片段。在某些情况下，基因泛指被转录的一个DNA片段。8．ADP或某些其它的核苷-5ˊ-二磷酸的磷酸化是通过来自一个非核苷酸底物的磷酰基的转移实现的。这种磷酸化与电子传递链无关。9．DNA复制的一种方式。每条链都可用作合成互补链的模板，合成出两分子的双链DNA，每个分子都是由一条亲代链和一条新合成的链组成。10．核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。连续的3个核苷酸残基序列为一个密码，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由64个密码组成的，几乎为所有生物通用。二、选择题1．C2．B3．C4．D5．A6．C7．D8．D9．D10．C11．D12．B13．A14．A15．B三、填空题1．-CCA-OH结构；氨基酸结合部位2．帽子3．280；2604．酶与底物的关系5．His（H），Lys（K），Arg（R）6．盐析，有机溶剂沉淀，重金属盐沉淀7．氧化还原电位，低向高8．64，3，619．细胞液，线粒体，线粒体10．外显子，内含子\n四、判断题1．错2．错3．对4．对5．对6．错7.对8．错9．错10．错11．对12．错13．错14．对15．对五、简答题1．简述DNA双螺旋结构模型。答：（1）两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链都为右手螺旋。（2）碱基位于双螺旋的内侧，磷酸与核糖在外侧，彼此通过3’，5’-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行。（3）双螺旋的平均直径为2nm，相邻两对碱基间垂直距离为0.34nm，旋转角为36º，每10对碱基旋转一周，为360º，每周螺距高度为3.4nm。（4）在双螺旋的表面有大沟和小沟。（5）两条链借碱基之间的氢键和碱基堆积力牢固地结合起来，维持DNA结构的稳定性。2．测定酶活力时，通过增加反应时间能否提高酶活力？为什么？答：酶活力是指酶催化化学反应的能力。酶活力的大小可用在一定的条件下酶催化某一化学反应的反应速度来表示。对于特定的酶来说，它的活力也是一定的，所以，通过提高反应时间并不能提高酶活力。3．线粒体的穿梭系统有哪两种类型？其电子供体是什么？有什么生物学意义？答：线粒体的两种穿梭系统分别是：（1）α-磷酸甘油穿梭系统：依靠胞液中的α-磷酸甘油脱氢酶的催化，使3-磷酸甘油醛上的氢通过NADH转移到磷酸二羟丙酮上生成α-磷酸甘油，并以这种形式穿过线粒体内膜进入线粒体内。在线粒体内又以相反的过程将α-磷酸甘油上的氢转移到其辅酶FAD上，生成FADH2，并以这种形式进入呼吸链。胞液和线粒体中的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶不同，前者为NAD+，而后者是FAD。因此经过这样的穿梭机制，进入线粒体后是FADH2，而不是NADH。（2）苹果酸穿梭：依靠位于胞液和线粒体中的苹果酸脱氢酶来实现转移NADH进入线粒体的。此机制是将底物上的氢通过脱氢酶转移到草酰乙酸上，生成苹果酸，并以苹果酸的形式穿过线粒体内膜进入线粒体的。胞液与线粒体中的苹果酸脱氢酶都有相同的辅酶，即NAD+。4．什么是半保留复制？答：DNA的复制，是以DNA分之本身为模板进行DNA生物合成的过程。复制保证了遗传信息准确无误地传递给后代。复制时，亲代DNA分子双螺旋先行解开，然后以每一条链为模板，按照碱基互补配对的原则，在两条亲代链上各自合成一条互补的新链（子链）。这样，原来的双螺旋DNA中都有一条链是老的，它来自亲代，另一条链则是新合成的，这种DNA复制方式，称之为半保留复制。用同位素实验在证明，动物，植物，微生物以及病毒中的DNA复制都是以半保留方式进行的。5．简述蛋白质合成过程中氨基酸的活化。答：氨基酸必须活化以后才能彼此间形成肽键而连接起来。活化的过程是使氨基酸的羧基与tRNA3′-末端核糖上的2′或3′-OH形成酯键，从而生成氨酰基-tRNA。氨基酸本身并不能辨认其所对应的密码子，它们必须与各自特异的tRNA结合后才能被带到核糖体中，并通过tRNA来辨认密码子。催化氨基酸活化反应的酶称为氨酰基-tRNA合成酶。不同的氨基酸由不同的酶所催化。反应过程分为两步：第一步是氨基酸与ATP反应生成氨酰基腺苷酸（AA-AMP），其中氨基酸的羧基是以高能键连接于腺苷酸上，同时放出焦磷酸；第二步是氨酰基腺苷酸将氨酰基转给tRNA形成氨酰基-tRNA。两步反应由同一个氨酰基-tRNA合成酶催化。（1）（2）总反应为：\n综合练习题四一、名词解释1．剪接　2．呼吸链　3．转录　　4．半抗原5．抗原决定簇　6．蛋白质的互补作用　7．一碳单位　8．DNA的变性9．同义密码子　10．DNA指纹图谱二、选择题1．构成多核苷酸链骨架的关键是：A．2′3′-磷酸二酯键B．2′4′-磷酸二酯键C．2′5′-磷酸二酯键D．3′4′-磷酸二酯键E．3′5′-磷酸二酯键2．真核生物DNA缠绕在组蛋白上构成核小体，核小体含有的蛋白质是A．H1、H2、H3、H4各两分子B．H1A、H1B、H2B、H2A各两分子C．H2A、H2B、H3A、H3B各两分子D．H2A、H2B、H3、H4各两分子E．H2A、H2B、H4A、H4B各两分子3．下列哪一项不是蛋白质的性质之一？A．处于等电状态时溶解度最小B．加入少量中性盐溶解度增加C．变性蛋白质的溶解度增加D．有紫外吸收特性4．下列哪个性质是氨基酸和蛋白质所共有的？A．胶体性质B．两性性质C．沉淀反应D．变性性质E．双缩脲反应5．竞争性可逆抑制剂抑制程度与下列那种因素无关：A．作用时间B．抑制剂浓度C．底物浓度D．酶与抑制剂的亲和力的大小E．酶与底物的亲和力的大小6．由己糖激酶催化的反应的逆反应所需要的酶是：A．果糖二磷酸酶B．葡萄糖-6-磷酸酶C．磷酸果糖激酶D．磷酸化酶7．动物饥饿后摄食，其肝细胞主要糖代谢途径：A．糖异生B．糖有氧氧化C．糖酵解D．糖原分解E．磷酸戊糖途径8．下列哪些辅因子参与脂肪酸的β氧化：A．ACPB．FMNC．生物素D．NAD+9．生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸是：A．AMPB．GMPC．IMPD．XMP10．下列关于σ因子的叙述哪一项是正确的：A．是RNA聚合酶的亚基，起辨认转录起始点的作用B．是DNA聚合酶的亚基，容许按5′→3′和3′→5′双向合成C．是50S核蛋白体亚基，催化肽链生成D．是30S核蛋白体亚基，促进mRNA与之结合E．在30S亚基和50S亚基之间起搭桥作用，构成70S核蛋白体11．下列关于真核细胞DNA聚合酶活性的叙述哪一项是正确的：\nA．它仅有一种B它不具有核酸酶活性C．它的底物是二磷酸脱氧核苷D它不需要引物E．它按3′-5′方向合成新生链12．以下有关核糖体的论述哪项是不正确的：A．核糖体是蛋白质合成的场所B．核糖体小亚基参与翻译起始复合物的形成，确定mRNA的解读框架C．核糖体大亚基含有肽基转移酶活性D．核糖体是储藏核糖核酸的细胞器三、判断题  1．原核生物和真核生物的染色体均为DNA与组蛋白的复合体。2．两个核酸样品A和B，如果A的OD260/OD280大于B的OD260/OD280，那么A的纯度大于B的纯度。3．所有的蛋白质都有酶活性。4.．用FDNB法和Edman降解法测定蛋白质多肽链N-端氨基酸的原理是相同的。5．当底物处于饱和水平时，酶促反应的速度与酶浓度成正比。6．酶只能改变化学反应的活化能而不能改变化学反应的平衡常数。7．动物体内的乙酰CoA不能作为糖异生的物质。8．脂肪酸的从头合成需要柠檬酸裂解提供乙酰CoA.。9．脱氧核糖核苷酸的合成是在核糖核苷三磷酸水平上完成的。10．原核细胞和真核细胞中许多mRNA都是多顺反子转录产物。11．由于遗传密码的通用性真核细胞的mRNA可在原核翻译系统中得到正常的翻译。12．密码子与反密码子都是由AGCU4种碱基构成的。 四、填空题  1．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于________中，RNA主要位于________中。2．因为核酸分子具有________、________，所以在________nm处有吸收峰，可用紫外分光光度计测定。3．蛋白质多肽链中的肽键是通过一个氨基酸的_______基和另一氨基酸的_______基连接而形成的。4．维持蛋白质的一级结构的化学键有________和________；维持二级结构靠________键；维持三级结构和四级结构靠_________键，其中包括________、________、________和_________。5．影响酶促反应速度的因素有________、________、________、__________、________、________和_________。6．酶的活性中心包括________和________两个功能部位，其中________直接与底物结合，决定酶的专一性，________是发生化学变化的部位，决定催化反应的性质。7．调节三羧酸循环最主要的酶是________、________、________。8．糖异生的主要原料为________、________和________。9．对某些碱基顺序有专一性的核酸内切酶称为________。10．一个转录单位一般应包括________序列、________序列和________顺序。11．分子伴侣通常具________酶的活性。五、问答题 1．举例说明蛋白质变性的影响因素、变性的本质、变性原理的应用？2．说明影响酶促反应速度的主要因素。3．绘图表示电子传递链的过程？4．简要说明DNA重组技术的基本过程？【参考答案】\n一、名词解释1．剪接：在真核细胞中，绝大部分基因被不同大小的内含子相互间隔开，内含子在RNA的转录后加工中要除去，然后把外显子连接起来，才能形成成熟的RNA分子，这一过程称为RNA的剪接。2．呼吸链：呼吸链是指排列在线粒体内膜上的一个有多种脱氢酶以及氢和电子传递体组成的氧化还原系统。在生物氧化过程中，底物脱下的氢通过一系列递氢体和电子传递体的顺次传递，最终与氧结合生成水，并释放能量。在这个过程消耗了氧，所以称之为呼吸链。3．转录：以DNA为模板，在RNA聚合酶的作用下，将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程称为转录。广义上，细胞内所有RNA的合成过程均称为转录。4．半抗原：氧化磷酸化有些物质如某些多糖、类脂等非蛋白质类物质，单独注入动物体内不能引起机体产生抗体，须与某些蛋白质载体结合后，注入体内才能产生抗体，但它能与由此而产生的特异性抗体发生反应，这些物质称为半抗原。5．抗原刺激机体产生抗体或与抗体相结合时，只是分子中某一部分基团直接决定了动物产生抗体的性质，并在该部位与抗体特异性地结合，这个部位称为抗原决定簇。6．蛋白质的互补作用：在畜禽饲养中,为了提高饲料蛋白的生理价值，常把原来生理价值较低的的蛋白质饲料混合使用，使其必需氨基酸互相补充，称为饲料蛋白质互补作用。7．一碳单位：一碳单位又称一碳基团，即氨基酸在分解代谢过程中形成的具有一个碳原子的基团，如甲基、甲酰基等。8．DNA的变性：是指氢键的断裂，DNA的双螺旋结构分开，成为两条单链的DNA分子，即改变了DNA的二级结构，但并不破坏一级结构。9．同义密码子：代表同一种氨基酸的不同密码子，称为同义密码子，均属简并密码。10．DNA指纹图谱：用某一小卫星做探针，可以同时与同一物种或不同物种的众多酶切基因组DNA片段杂交，获得具有高度个体特异性的杂交图谱，其特异性象人的指纹一样因人而异，故称为DNA指纹图谱。二、选择题1．E2．D3．C4．B5．C6．B8．D9．C10．A11．B12．D三、判断题1．错2．错3．错4．错5．对6．对7．对8．对9．错10．错11．错12．错四、填空题1.  细胞核；细胞质2.  嘌呤；嘧啶；2603． 氨；羧基；4．肽键；二硫键；氢键；次级键；氢键；离子键；疏水键；范德华力5．[E]；[S]；pH；T（温度）；I（抑制剂）；A（激活剂）6．结合部位；催化部位；结合部位；催化部位7．柠檬酸合成酶；异柠檬酸脱氢酶；α–酮戊二酸脱氢酶8．乳酸；甘油；氨基酸9．限制性核酸内切酶10．启动子编码终止子11．ATPase五、简答题1．举例说明蛋白质变性的影响因素、变性的本质、变性原理的应用？天然蛋白质在变性因素作用之下，其一级结构保持不变，但其高级结构发生了异常的变化，即由天然态(折叠态)变成了变性态(伸展态)，从而引起了生物功能的丧失，以及物理、化学性质的改变。这种现象，被称为变性。\n变性因素是很多，其中物理因素包括：热(60～100℃)、紫外线、X射线、超声波、高压、表面张力，以及剧烈的振荡、研磨、搅拌等；化学因素，又称为变性剂，包括：酸、碱、有机溶剂(如乙醇、丙酮等)、尿素、盐酸胍、重金属盐、三氯醋酸、苦味酸、磷钨酸以及去污剂等。不同的蛋白质对上述各种变性因素的敏感程度是不同的。2．说明影响酶促反应速度的主要因素。温度、pH、底物浓度、酶浓度、激活剂、抑制剂等。并简要论述这些因素的影响。如温度：高温变性、低温抑制、最适温度；最适pH，过酸过碱使酶变性失活；底物浓度与酶促反应速度成米氏方程关系；酶浓度与酶促反应速度成正比；抑制剂可抑制酶促反应速度，分为不可逆抑制和可逆抑制；激活剂可激活酶活性等。3．绘图表示电子传递链的过程？有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氧原子,经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合成水，这样的电子与氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。电子在逐步的传递过程中所释放的能量被机体用于合成ATP，以作为生物体的能量来源（详细过程略）。4．绘图表示脂肪酸β-氧化的过程？在线粒体内脂酰CoA经过脱氢、加水、脱氢、硫解四步反应，生成比原来少2个碳原子的脂酰CoA和1分子的乙酰CoA的过程，称为一次β-氧化过程（详细过程略）。综合练习题五一、名词解释（20分）1．米氏常数2．酶原3．脂溶性维生素4．糖苷键5．生物膜6．主动转运7．核苷8．Klenow片段9．反转录酶10．启动子二、选择题（15分）1．脂膜的标志酶是（）A．琥珀酸脱氢酶B．葡萄糖-6-磷酸酶C．5’-核苷酸酶D．酸性磷酸酶2．下列氨基酸除了哪个外都能使偏振光发生旋转（）A．丙氨酸B．甘氨酸C．亮氨酸D．丝氨酸3．蛋白质的糖基化是翻译后的调控之一，糖基往往与肽链中哪一个氨基酸的侧链结合（）A．谷氨酸B．赖氨酸C．酪氨酸D．丝氨酸4．双链DNA热变性后，具有下列哪种特征（）A．黏度下降B．沉降系数下降C．浮力密度下降D．紫外吸收下降5．丫啶染料可以引起下列哪种突变（）A．转换B．颠换C．移码突变D．嘧啶二聚体6．竞争性可逆抑制剂抑制程度与下列哪种因素无关（）A．作用时间B．抑制剂浓度C．底物浓度D．酶与底物的亲和力大小7．丙二酸对琥珀酸脱氢酶的影响属于（）A．反馈抑制B．底物抑制C．竞争性可逆抑制D．非竞争性可逆抑制8．下列辅酶中哪个不是来自于维生素（）\nA．CoAB．CoQC．PLPD．FH29．下列途径中哪个主要发生在线粒体中（）A．糖酵解途径B．三羧酸循环C．戊糖磷酸途径D．脂肪酸从头合成10．糖原中一个糖基转变为2分子乳酸，可净得几分子ATP（）A．1B．2C．3D．411．丙酮酸脱氢酶系是个复杂的结构，包括多种酶和辅助因子。下列化合物中哪个不是丙酮酸脱氢酶组分（）A．TPPB．硫辛酸C．FMND．Mg2+12．用于糖原合成的葡萄糖-1-磷酸首先要经过什么化合物的活化（）A．ATPB．CTPC．GTPD．TTP13．脂肪酸β-氧化的逆反应可见于（）A．胞浆中脂肪酸的合成B．胞浆中胆固醇的合成C．线粒体中脂肪酸的延长D．内质网中脂肪酸的延长14．合成胆固醇的原料不需要（）A．已酰CoAB．NADPHC．O2D．CO215．在体内Gly可以从哪一种氨基酸转变而来（）A．AspB．SerC．ThrD．His三、判断题（15分）1．处于质膜上的不同糖蛋白的糖基通常分布在膜的两侧。（）2．自然界中的蛋白质和多肽类物质都是由L-型氨基酸组成的。（）3．所有的蛋白质都具有四级结构。（）4．前列腺素的化学本质是脂肪酸的衍生物。（）5．核酸变性或者降解时，出现减色反应。（）6．大肠杆菌在葡萄糖和乳酸均丰富的培养基中优先利用葡萄糖而不利用乳糖，是因为此时阻遏蛋白与操纵基因结合而阻碍乳糖操纵子的开放。（）7．酶可以促进化学反应向正反应方向转移。（）8．氨甲蝶呤结构与二氢叶酸相似，能竞争抑制二氢叶酸还原酶，使二氢叶酸不能转变为四氢叶酸，从而抑制一碳单位转移，阻断dUMP转变为dTMP，从而使dTTP生成量减少，DNA合成受到抑制。（）9．磷酸吡哆醛只作为转氨酶的辅酶。（）10．滚环复制不需要RNA作为引物。（）11．酰基载体蛋白是脂肪酸合成酶系的核心，六种酶蛋白按在脂肪酸合成中参加反应的顺序排列在四周。（）12．基因的内含子没有任何功能。（）13．酵解途径是人体内糖，脂肪和氨基酸代谢联系的途径。（）14．工酶指功能相同，结构相同的一类酶，能催化同一类化学反应。（）15．不同来源DNA单链，在一定条件下能进行分子杂交是由于它们有共同的碱基组成。（）四、填空题（20分）1．英国化学家桑格尔用________法，首次测定了________的一级结构，获诺贝尔化学奖。2．最早提出蛋白质变性理论的是我国科学家_________。 3．镰刀型红细胞贫血症是一种先天遗传分子病，其病因是由于正常血红蛋白分子中的一个_______被_________所置换。4．在某一特定pH之下，蛋白质带等量的正电荷与负电荷，该pH值是该蛋白的________。5．谷胱甘肽由三种氨基酸通过肽键联接而成，这三种氨基酸分别是________，______和________。\n6．糖肽连接键的主要类型有______、_____。7．生物体内的代谢调节在三种不同的水平上进行，即______，______，______。8．蛋白质的生物合成是以______作为模板，______作为运输氨基酸的工具，______作为合成的场所。9．原核生物蛋白质合成中第一个被掺入的氨基酸是_________。10．脂肪酸的β-氧化包括________，________，________，________四个步骤。11．细胞内的呼吸链有________，________和________三种，其中________不产生ATP。12．细胞调节酶活性的方式包括：______，______，______和______。五、问答题(30分)1．简要说明原核细胞中DNA复制与RNA转录有什么不同。2.简述ATP，ADP，AMP和柠檬酸在糖酵解和三羧酸循环中的代谢调节控制中的作用。3．说明PCR反应的基本原理及其在分子生物学研究中的意义。4．DNA复制的准确性是怎样实现的？5．什么是色氨酸操纵子？简述衰减子的调节作用。6．论述真核生物蛋白质合成与原核生物蛋白质合成有什么不同？【参考答案】一、名词解释1．对于一个给定反应，导致酶促反应速度的起始速度（V0）达到最大反应速度（Vmax）一半时的底物浓度。2．通过有限蛋白水解能够由无活性变成具有催化活性的酶前体。3．由长的碳氢链或稠环组成的聚戊二烯化合物。脂溶性维生素包括维生素A、D、E和K，这类维生素能被动物贮存。4．一个糖半缩醛羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛或缩酮键，常见的糖苷键有O-糖苷键和N-糖苷键。5．镶嵌有蛋白质的脂双层，起着划分和分隔细胞和细胞器的作用。生物膜也是许多与能量转化和细胞内通讯有关的重要部位。6．一种转运方式，通过该方式溶质特异结合于一个转运蛋白，然后被转运过膜，但与被动转运方式相反转运是逆着浓度梯度方向进行的，所以主动转运需要能量来驱动。7．是由嘌呤或嘧啶碱基通过共价键与戊糖连接组成的化合物。核糖与碱基一般都是由糖的异头碳与嘧啶的N-1或嘌呤的N-9之间形成的β-N-糖苷键连接的。8．E.coliDNA聚合酶I经部分水解生成的C末端605个氨基酸残基片段。该片段保留了DNA聚合酶I的5ˊ-3ˊ聚合酶和3ˊ-5ˊ外切酶活性，但缺少完整酶的5ˊ-3ˊ外切酶活性。9．一种催化以RNA为模板合成DNA的DNA聚合酶，具有RNA指导的DNA合成、水解RNA和DNA指导的DNA合成的酶活性。10．能够被RNA聚合酶识别并与之结合，从而调控基因的转录与否及转录强度的一段大小为20~200bp的DNA序列，称之为启动子。二、选择题1．C2．B3．D4．A5．C6．A7．C8．B9．B10．C11．C12．D13．C14．C15．B三、填空题1．Edman降解法，牛胰岛素2．吴宪3．谷氨酸，缬氨酸4．等电点5．谷氨酸，半胱氨酸，氨基乙酸\n6．O-糖苷键和N-糖苷键7．分子水平，细胞水平，整体水平8．mRNA，tRNA，核糖体9．甲酰甲硫氨酸10．脱氢，水化，脱氢，硫解11．NADH，FADH2，细胞色素P450，细胞色素P45012．酶的特异激活与抑制，共价修饰，别构调节，酶的分部间隔四、判断题1．错2．错3．错4．对5．错6．错7．错8．对9．错10．错11．对12．错13．对14．错15．错五、简答题1．答：RNA的合成和DNA的复制，其化学反应十分相似，但也有一些重要差别：（1）转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两条链都可以作为模板；（2）转录时DNA-RNA杂合双链分子是不稳定的，RNA链很快被游离的DNA取代，DNA有恢复双链状态，RNA合成后会释放出来，而DNA复制叉形成后一直打开，不断向两侧延伸，新合成的链和亲本形成子链；（3）RNA合成不需要引物，而DNA复制一定要有引物存在；（4）转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP；（5）聚合酶系不同。2．答：ATP在糖酵解过程中激活己糖激酶，但是抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸脱氢酶，在三羧酸循环中抑制丙酮酸脱氢酶，柠檬酸合成酶和异柠檬酸脱氢酶。ADP在糖酵解过程中抑制己糖激酶。AMP在糖酵解中所起作用跟ATP相反，可激活果糖磷酸激酶和丙酮酸激酶。柠檬酸在糖酵解时抑制果糖激酶。3．答：PCR称为聚合酶链式反应，是指在模板DNA，引物和四种脱氧核苷酸存在下依赖于DNA聚合酶的酶促合成反应，反应分为三步：①变性；②退火；③延伸。PCR在分子生物学领域中产生了巨大影响，广泛应用于克隆，测序，产生特异突变，医学诊断和法医学等。4．答：在DNA复制中，保持其复制准确性的因素可能有以下几点：（1）复制是以亲代DNA链为模板按照碱基互补配对的原则进行的，基本保证了子代DNA与亲代DNA核苷酸序列相同。（2）DNA聚合酶Ⅲ具有模板依赖性，能根据模板碱基顺序选择相应的碱基配对，万一发生差错，DNA聚合酶Ⅲ有3’-5’外切酶活性，除区错配碱基并改选正确碱基再配，即使如此，也有10-4的错配率。（3）参与DNA复制活动的DNA聚合酶Ⅰ有3’-5’外切酶活性，有纠正错配碱基的校正功能，一旦错配发生，该酶即切除并填上正确碱基使错配率减低至10-6。（4）再经过细胞内错配修复机制，可使错配减少至10-9以下。5．答：色氨酸操纵子是在转录水平上调控合成色氨酸的几种酶的基因表达的协调单位。它由操纵子基因，启动基因，衰减基因以及结构基因组成。结构基因包括合成色氨酸的5个酶（E，D，C，B，A）的基因。色氨酸操纵子的阻抑物是由距操纵子较远的调节基因R产生，阻抑物产生后，本身是无活性的，不能与操纵基因结合，此时，结构基因（E，D，C，B，A）可转录并随后翻译成由分支酸开始合成色氨酸的5种酶。当有过量的色氨酸存在时，色氨酸作为辅阻抑物与阻抑物结合，形成有活性的阻抑物。有活性的阻抑物可与操纵子基因结合，阻抑了结构基因的表达，色氨酸合成受到抑制。\n色氨酸的合成除了阻抑蛋白的调节外，还有存在于色氨酸操纵子中的衰减子调节，衰减子调节可使基因转录终止或减弱，是比阻抑调节更为精细的调节作用。6．答：真核细胞蛋白质合成的机理与原核细胞十分相似，但是步骤更加复杂，涉及的蛋白因子也更多。主要的不同之处是：（1）核糖体更大：真核细胞核糖体为80s，由60s大亚基与40s小亚基组成。（2）起始密码子：原核生物有两种起始密码子：AUG,GUG，而真核生物只有AUG一种起始密码子，它的上游也没有富含嘌呤的顺序，但mRNA的5’端有帽子结构，40s核糖体与5’端帽子结合后向3’端方向移动，以便寻找起始密码子，这过程要消耗ATP。真核生物mRNA通常为单顺反子，只有一个起始密码子。（3）起始tRNA：真核细胞合成蛋白质的起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是N-甲酰甲硫氨酸。其始tRNA分子不含TΨC序列，这在tRNA家族中是非常特殊的。起始氨酰tRNA为Met-tRNA。（4）80S起始复合物：真核生物形成80S起始复合物的顺序与原核生物形成70S起始复合物不同，所需的起始因子也更多。（5）辅助因子：真核生物起始因子有十多种；延长因子只有两种；释放因子只有一种。（6）肽链的延伸：真核生物的延伸因子能直接与GTP及氨酰-tRNA形成三联体。（7）肽链的终止和释放：与原核生物不同的是，真核生物蛋白质合成的终止和释放只需要一种终止因子，并且它的作用需要GTP供能。综合练习题六一、名词解释1．生物氧化2．磷酸戊糖途径3.盐析4．光复活5．必需氨基酸6．蛋白质的四级结构7．增色效应8．核酸酶9．内吞作用10．亮氨酸拉链二、选择题1．DNA变性后理化性质有下述改变：A．对260nm紫外吸收减少B．溶液粘度下降C．磷酸二酯键断裂D．核苷酸断裂2．下列氨基酸中哪一种是非必需氨基酸？A．亮氨酸B．酪氨酸C．赖氨酸D．蛋氨酸E．苏氨酸3．下列关于蛋白质结构的叙述，哪一项是错误的？A．氨基酸的疏水侧链很少埋在分子的中心部位B．电荷的氨基酸侧链常在分子的外侧，面向水相C．白质的一级结构在决定高级结构方面是重要因素之一D．白质的空间结构主要靠次级键维持4．酶的竞争性可逆抑制剂可以使：A．Vmax减小，Km减小B．Vmax增加，Km增加C．Vmax不变，Km增加D．Vmax不变，Km减小E．Vmax减小，Km增加5．下列叙述中哪一种是正确的：A．所有的辅酶都包含维生素组分B．所有的维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分\nC．所有的B族维生素都可以作为辅酶或辅酶的组分D．只有B族维生素可以作为辅酶或辅酶的组分6．丙酮酸激酶是何途径的关键酶：A．磷酸戊糖途径B．糖异生C．糖的有氧氧化D．糖原合成与分解E．糖酵解7．三羧酸循环的限速酶是：A．丙酮酸脱氢酶B．顺乌头酸酶C．琥珀酸脱氢酶D．延胡索酸酶E．异柠檬酸脱氢酶8．参与尿素循环的氨基酸是：A．组氨酸B．鸟氨酸C．蛋氨酸D．赖氨酸9．下列关于大肠杆菌DNA连接酶的叙述哪些是正确的：A．催化DNA双螺旋结构之断开的DNA链间形成磷酸二酯键B．催化两条游离的单链DNA分子间形成磷酸二酯键C．产物中不含AMPD．需要ATP作能源10．紫外线照射引起DNA最常见的损伤形式是生成胸腺嘧啶二聚体。在下列关于DNA分子结构这种变化的叙述中，哪项是正确的：A．不会终止DNA复制B．可由包括连接酶在内的有关酶系统进行修复C．可看作是一种移码突变D．是由胸腺嘧啶二聚体酶催化生成的E．引起相对的核苷酸链上胸腺嘧啶间的共价联结11．下列对原核细胞mRNA的论述那些是正确的：A．原核细胞的mRNA多数是单顺反子的产物B．多顺反子mRNA在转录后加工中切割成单顺反子mRNAC．多顺反子mRNA翻译成一个大的蛋白质前体，在翻译后加工中裂解成若干成熟的蛋白质D．多顺反子mRNA上每个顺反子都有自己的起始和终止密码子；分别翻译成各自的产物12．下列属于反式作用因子的是：A．启动子B．增强子C．终止子D．转录因子三、判断题1．生物体的不同组织中的DNA，其碱基组成也不同。2．氨基酸与茚三酮反应都产生蓝紫色化合物。3．蛋白质的变性是蛋白质立体结构的破坏，因此涉及肽键的断裂。4．具有四级结构的蛋白质，它的每个亚基单独存在时仍能保存蛋白质原有的生物活性。5．对于可逆反应而言，酶既可以改变正反应速度，也可以改变逆反应速度。6．Km是酶的特征常数，只与酶的性质有关，与酶浓度无关。7．糖酵解过程在有氧无氧条件下都能进行。8．嘧啶核苷酸的合成伴随着脱氢和脱羧反应。9．中心法则概括了DNA在信息代谢中的主导作用。10．重组修复可把DNA损伤部位彻底修复。四、填空题1．B型DNA双螺旋的螺距为_______，每匝螺旋有_______对碱基，每对碱基的转角是_______。2．mRNA在细胞内的种类_______，但只占RNA总量的_______，它是以_______为模板合成的，又是_______合成的模板。\n3．蛋白质的二级结构最基本的有两种类型，它们是_______和_______。4．鉴定蛋白质多肽链氨基末端常用的方法有_______和_______。5．酶活力是指_______，一般用_______表示。6．磷酸戊糖途径可分为_______阶段，分别称为_______和_______，其中两种脱氢酶是_______和_______，它们的辅酶是_______。7．生物体内的蛋白质可被_______和_______共同作用降解成氨基酸。8．前导链的合成是_______的，其合成方向与复制叉移动方向_______；随后链的合成是_______的，其合成方向与复制叉移动方向_______。9．细胞内多肽链合成的方向是从_______端到_______端，而阅读mRNA的方向是从_______端到_______端。10．真核生物肽链合成启始复合体由mRNA_______和_______组成。五、问答题1．简述磷酸戊糖途径的生理意义2．试述脂肪酸的β-氧化过程。3．简述氨的来源和去路。4．试述乳糖操纵子的调控。5．简述DNA重组技术的过程。【参考答案】一、名词解释1．生物氧化：我们把营养物质，例如糖、脂肪和蛋白质在体内分解，消耗氧气，生成CO2和H2O同时产生能量的过程称为生物氧化。2．磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径指机体某些组织（如肝、脂肪组织等）以葡萄糖-6-磷酸为起始物在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢物的过程。3.盐析：在高浓度的盐溶液中，无机盐离子从蛋白质分子的水膜中夺取水分子，破坏水膜，使蛋白质分子相互结合而发生沉淀。这种现象称为盐析。4．光复活：将受紫外线照射而引起损伤的细菌用可见光照射，大部分损伤细胞可以恢复，这种可见光引起的修复过程称为光复活作用。5．必需氨基酸：指动物机体必需，但自身不能合成或不能完全合成，需要从饮食中获得的氨基酸。6．蛋白质的四级结构：指多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链以适当方式聚合所形成的三维结构。7．增色效应：当DNA从双螺旋结构变为单链的无规则卷曲状态时，它在260nm处的吸收值便增加，这叫“增色效应”。8．核酸酶：作用于核酸分子中的磷酸二酯键的酶，分解产物为寡核苷酸或单核苷酸，根据作用位置不同可分为核酸外切酶和核酸内切酶。9．内吞作用：细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质膜的一小部分包围，内陷，然后从质膜上脱落下来，形成细胞内的囊泡的过程。10．亮氨酸拉链：是蛋白质α-螺旋中一段有规律出现的富含亮氨酸残基的片段，由约35个氨基酸残基形成两性α-螺旋，即螺旋的一侧是以带正电荷的氨基酸残基为主，具有亲水性；另一侧是排列成行的亮氨酸，具有疏水性。含有亮氨酸拉链的蛋白质都以二聚体形式与DNA结合，每个拉链中与重复的亮氨酸相连的碱性区含一个DNA结合位点，与DNA结合。二、选择题1．B2．B3．A4．A5．C6．E7．E8．B9．B10．B11．D12．D三、判断题1．错2．错3．错4．错5．对6．对7．对8．对9．对10．错\n四、填空题1．3.4nm；10；36°2．多；5%；DNA；蛋白质3．α-螺旋结构；β-折叠结构4．FDNB法（2,4-二硝基氟苯法）；Edman降解法（苯异硫氢酸酯法）5．酶催化化学反应的能力；一定条件下，酶催化某一化学反应的反应速度6．两个；氧化阶段；非氧化阶段；6-磷酸葡萄糖脱氢酶；6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶；NADP7．蛋白酶；肽酶8．连续相同不连续相反9．N端→C端；5ˊ端→3ˊ端10．80S核蛋白体；Met-tRNAiMet五、问答题1．（1）磷酸戊糖途径中产生的NADPH+H＋是生物合成反应的供氢体。例如合成脂肪、胆固醇、类固醇激素都需要大量的NADPH+H＋提供氢，所以在脂类合成旺盛的脂肪组织、哺乳期乳腺、肾上腺皮质、睾丸等组织中磷酸戊糖途径比较活跃。NADPH+H+是谷胱甘肽还原酶的辅酶，对维持还原型谷胱甘肽（GSH）的正常含量具有重要作用，它使氧化型谷胱甘肽（G-S-S-G）变为还原型，而后者能保护巯基酶活性，并对维持红细胞的完整性很重要。（2）葡萄糖在体内可由此途径生成核糖-5-磷酸。核糖-5-磷酸是合成核酸和核苷酸的原料，又由于核酸参与蛋白质的生物合成，所以在损伤后修补、再生的组织中，此途径进行的比较活跃。（3）磷酸戊糖途径与糖有氧分解及糖无氧分解相互联系。在此途径中最后生成的果糖-6-磷酸与甘油醛-3-磷酸都是糖有氧分解（或糖无氧分解）的中间产物，它们可进入糖的有氧分解（或糖无氧分解）途径进一步进行代谢。2．脂肪酸的活化，脂酰CoA从胞液转移至线粒体内，③脱氢④加水⑤脱氢⑥硫解如此反复进行。对一个偶数碳原于的饱和脂肪酸而言，经过β-氧化，最终全部分解为乙酰CoA。3．氨的来源：⑴氨基酸及胺的脱氨基作用⑵嘌呤、嘧啶等含氮物的的分解⑶可由消化道吸收一些氨，即肠内氨基酸在肠道细菌作用下产生的氨和肠道尿素经肠道细菌尿素酶水解产生的氨。⑷肾小管上皮细胞分泌的氨，主要是谷氨酰胺水解产生。氨的去路：⑴合成某些非必需氨基酸，并参与嘌呤、嘧啶等重要含氮化合物的合成⑵可以在动物体内形成无毒的谷氨酰胺⑶形成血氨⑷通过转变成尿素排出体外。4．随后链是指以冈崎片段合成的子链。随后链的模板是通过聚合酶Ⅲ全酶二聚体的一亚基，形成一个环，使随后链的方向与另一个亚基中的先导链模板的方向相同。DNA聚合酶Ⅲ全酶合成先导链的同时也合成随后链。当大约1000个核苷酸加在随后链上之后，随后链的模板就离开，然后再形成一个新的环，引物酶再合成一段RNA引物，另一冈崎片段再开始合成，这样使两条链同时同方向合成。已合成的冈崎片段由DNA聚合酶I发挥5’、3’核酸外切活性从5’端除去RNA引物，并用脱氧核苷酸填满形成的缺口，最后由DNA连接酶将各片段连接起来，形成完整的随后链。5．乳糖操纵子包括调节基因、启动基因、操纵基因、结构基因。大肠杆菌lac操纵子受到两方面的调控：一是对RNA聚合酶结合到启动子上去的调控(阳性)；二是对操纵基因的调控(阴性)。在含葡萄糖的培养基中大肠杆菌不能利用乳糖。只有改用乳糖时才能利用乳糖的调控机理：当在培养基中只有乳糖时由于乳糖是lac操纵子的诱导物，它可以结合在阻遏蛋白的变构位点上，使构象发生改变，破坏了阻遏蛋白与操纵基因的亲和力，不能与操纵基因结合，于是RNA聚合酶结合于启动子，并顺利地通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大量分解乳糖的酶，这就是当大肠杆菌的培养基中只有乳糖时利用乳糖的原因。\n在含乳糖的培养基中加入葡萄糖时，不能利用乳糖的原因，即在lac操纵子的调控中，有降解物基因活化蛋白(CAP)，当它特异地结合在启动子上时，能促进RNA聚合酶与启动子结合，促进转录(由于CAP的结合能促进转录，称为阳性调控方式)。但游离的CAP不能与启动子结合，必须在细胞内有足够的cAMP时，CAP首先与cAMP形成复合物，此复合物才能与启动子相结合。葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP的含量，当向乳糖培养基中加入葡萄糖时，造成cAMP浓度降低，CAP便不能结合在启动子上。此时即使有乳糖存在，RNA聚合酶不能与启动子结合，虽已解除了对操纵基因的阻遏，也不能进行转录，所以仍不能利用乳糖。5．DNA重组技术的过程包括：(1)选择人们所期望的外源基因(称为目的基因)；(2)将目的基因与适合的载体DNA(如质粒)在体外进行重组、获得重组体(杂交DNA)；(3)将重组体转入合适的生物活细胞，使目的基因复制扩增或转录、翻译表达出目的基因编码的蛋白质；(4)从细胞中分离出基因表达产物或获得一个具有新遗传性状的个体。综合练习题七一、名词解释（20分）  1．糖异生作用2．蛋白质组学3．端粒4．G蛋白5．结构域6．信号肽7．反式作用因子8．变构效应9．操纵子10．反义RNA二、选择题（15分）1．各种糖代谢途径的交叉点是（）A．6-磷酸葡萄糖B．1-磷酸葡萄糖C．6-磷酸果糖D．1，6-二磷酸果糖2．由于血红蛋白两条β-链中的下列氨基酸序列发生了改变，使正常的红血球细胞变成了镰刀状细胞（）A．GluB．LysC．ValD．Thr3．体内转运一碳单位的载体是（）A．叶酸B．四氢叶酸C．辅酶AD．生物素4．生物膜的基本结构是（）A．磷脂双层两侧各附着不同蛋白质B．磷脂形成片层结构，蛋白质位于各个片层之间C．蛋白质为骨架，两层磷脂分别附着与蛋白质的两侧D．磷脂双层为骨架，蛋白质附着与表面或插入磷脂双层中5．下列氨基酸中与尿素生成无关的是（）A．精氨酸B．鸟氨酸C．赖氨酸D．天门冬氨酸6．端粒酶是属于（）A．限制性内切酶B．DNA聚合酶C．RNA聚合酶D．肽酰转移酶7．双缩脲反应是_________的特有反应（）A．DNAB．RNAC．磷酸二酯键D．肽和蛋白质8．原核生物蛋白质合成中，防止大小亚基过早结合的起始因子为（）A．IF1因子B．IF2因子C．IF3因子D．IF4因子9．如果要求酶促反应V＝90%Vmax，则[S]应为Km的倍数是（）A．4.5B．5C．8D．910．DNA复制过程中双链的解开，主要靠_________作用（）A．引物合成酶B．DnaseIC．限制性内切酶D．拓扑异构酶11．肌肉组织中肌肉收缩所需要的大部分能量以哪中形式贮存（）\nA．ADPB．ATPC．磷酸肌酸D．磷酸烯醇式丙酮酸12．肠道细菌可以合成下列哪中维生素（）A．维生素AB．维生素CC．维生素DD．维生素K13．亚硝酸引起基因突变的机制是（）A．还原作用B．氧化作用C．氧化脱氨作用D．解链作用14．下列氨基酸中，哪个含有吲哚环（）A．甲硫氨酸B．苏氨酸C．色氨酸D．组氨酸15．神经节苷脂是一种（）A．脂蛋白B．糖蛋白C．糖脂D．脂多糖三、判断题（15分）1．辅酶Q是细胞色素b的辅酶。（）2．基因表达的最终产物都是蛋白质。（）3．抗体酶是指有催化作用的抗体。（）4．二硫键既可用氧化剂进行断裂，也可用还原剂进行断裂。（）5．端粒酶是一种反转录酶。（）6．真核生物的启动子有些无TATA框，这将是转录有不同的起始点。（）7．到目前为止，发现的所有G蛋白偶联受体都具有七次跨膜的结构特征。（）8．甲状旁腺素的生理效应是调节钙磷的正常代谢，降低血钙。（）9．生物素的主要功能是促进成骨作用。（）10．生物体内，cAMP只是一种第二信使分子。（）11．E.coll中使DNA链延长的主要聚合酶是DNA聚合酶Ι。（）  12．嘌呤核苷酸的从头合成是先闭环，再形成N-糖苷键。（）13．高剂量的紫外辐射可使胸腺嘧啶形成二聚体。（）14．原核生物蛋白质合成时，起始氨基酸为Met。（）15．代谢中的反馈调节也叫反馈抑制。（）四、填空题（30分）1．真核基因转录的顺式调节元件按照功能可分为_________，_________和_________。2．DNA超螺旋（T）与拓扑连环数（α）和双螺旋数（β）之间的关系为__________。3．肌球蛋白分子具有__________酶的活力。4．柠檬酸可以增强ATP对__________的抑制作用。5．透明质酸是由__________和__________组成的糖胺聚糖。6．三羧酸循环在细胞的_________内进行，_________，_________和_________三种酶所催化的反应是限速反应。7．测定蛋白质紫外吸收的波长，一般在___________，主要由于蛋白质中，存在着__________，__________及__________残基侧链基团。8．在聚合酶链反应时，除了需要模板DNA外，还必须加入_________，__________，_________和__________。9．DNA主要的修复方式有__________，__________，__________和__________等。10．国际酶学委员会根据酶催化的反应类型，将酶分为六大类__________，__________，__________，__________，__________和__________。五、问答题（20分）1．图示三羧酸循环的全过程。2．设计一试验证明DNA的复制是半保留复制。3．叙述大肠杆菌乳糖操纵于基因表达的调节作用。\n【参考答案】一、名词解释（20分）  1．由非糖物质转变为葡萄糖和糖原的过程称为糖异生作用。糖异生的原料主要有氨基酸，乳酸、丙酸、丙酮酸以及三羧酸循环中各种羧酸以及甘油等。肝是糖异生的最主要器官，肾（皮质）也具有糖异生的能力。2．对细胞在某一生理时期全部的蛋白质进行分析、鉴定，并进行结构与功能研究的学科称为蛋白质组学。3．端粒是真核生物线性染色体末端的特殊结构，它由成百个6个核苷酸的重复序列所组成。端粒的功能为稳定染色体的末端结构，防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链5′-末端在消除RNA引物后造成的空缺。4．G蛋白的全称为GTP结合调节蛋白，所有的G蛋白都是膜蛋白，都是由α、β和γ三种亚基组成的三聚体，广泛存在于各种组织的细胞膜上。它在细胞膜上的受体与细胞内的效应酶或效应蛋白之间起中介的作用，参与细胞信号的传导过程。5．蛋白分子的一条多肽链中常常存在一些紧密的、相对独立的区域，称结构域，是在超二级结构的基础上形成的具有一定功能的结构单位。6．信号肽位于由膜结合核糖体合成的分泌型蛋白质前体的N端，，含约13~36个氨基酸残基，在靠近其N端有一至多个带正电荷的氨基酸，中部为由10~15个氨基酸，组成的疏水核，C端靠近断裂位点处有一段序列，含侧链较短的和较具极性的氨基酸（如丙氨酸）。疏水核有助于新合成的肽链附着于内质网的膜上。7．反式作用因子是指能与顺式作用元件结合，调节基因转录效率的一组蛋白质，其编码基因与作用的靶DNA序列不在同一DNA分子上。8．变构效应是指在寡聚蛋白分子中，一个亚基由于与其他分子结合而发生构象变化，并引起相邻其他亚基的构象和功能的改变。变构效应也存在于其他寡聚蛋白（如变构酶）分子中，是机体调节蛋白质或酶生物活性的一种方式。9．操纵子是指原核生物基因表达的调节序列或功能单位，有共同的控制区和调节系统。操纵子包括在功能上彼此相关的结构基因及在结构基因前面的控制部位，控制部位由调节基因、启动子和操纵基因组成。一个操纵子的全部基因都排列在一起，其中调节基因可远离结构基因，控制部位可接受调解基因产物的调节。10．反义RNA是指能与mRNA互补结合从而阻断mRNA翻译的RNA分子，它是反义基因和/或基因的反义链转录的产物，它对基因表达的调节是一种翻译水平的调节。二、选择题1．A2．C3．B4．D5．C6．B7．D8．C9．D10．D11．C12．D13．C14．C15．C三、判断题1．错2．错3．对4．对5．对6．对7．对8．错9．错10．错11．错12．错13．对14．错15．错四、填空题1．启动子增强子沉默子2．α＝β＋T3．ATP4．磷酸果糖激酶5．β-D-葡萄糖醛酸β-D-N-乙酰葡萄糖胺6．线粒体柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶α—酮戊二酸脱氢酶\n7．280nm酪氨酸色氨酸苯丙氨酸8．DNA聚合酶引物dNTPMg2+9．光复活切除修复重组修复SOS修复10．氧化还原酶类转移酶类水解酶类裂解酶类异构酶类合成酶类五、问答题1．图示三羧酸循环的全过程2．设计一实验证明DNA的复制是半保留复制。在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养大肠杆菌，至少15代以上，从而使所有DNA分子标记上15N，15N-DNA的密度比普通14N-DNA的密度大，在氯化铯密度梯度离心时，这两种DNA形成位置不同的区带。如果将15N标记的大肠杆菌转移到普通培养基（含14N的氮源）中培养，经过一代后，所有DNA的密度都介于15N-DNA和14N-DNA之间，即形成了一半含15N，另一半含14N的杂合DNA分子（14N-15N-DNA）。第二代时，14N-DNA分子和14N-15N-DNA杂合分子等量出现。若再继续培养，可以看到14N-DNA分子增多。当把14N-15N-DNA杂合分子加热时，它们分开成14N链和15N链。这充分证明了DNA复制时原来的DNA分子被拆分成两个亚单位，分别构成子代分子的一半。3．叙述大肠杆菌乳糖操纵于基因表达的调节作用。（1）乳糖操纵子的结构大肠杆菌乳糖操纵子依次排列的调节基因、启动子、操纵基因和3个相连的编码利用乳糖的酶的结构基因组成。结构基因lacZ编码分解乳糖的ß-半乳糖苷酶，lacY编码吸收乳糖的ß-半乳糖苷透性酶，lacA编码ß-半乳糖苷乙酰基转移酶。三个结构基因组成的转录单位转录出一条mRNA，指导三种酶的合成。乳糖操纵子的操纵基因lacO位于结构基因之前启动子之后，不编码任何蛋白质，它是调节基因lac\nI所编码产物的结合部位。调节基因位于启动子之前，其编码产物为阻抑蛋白。阻抑蛋白由4个亚基聚合而成，能与DNA相互作用，识别操纵基因序列并与之结合。当它与操纵基因结合后可封阻结构基因的转录。（2）乳糖操纵子的负调节负调节是指开放的乳糖操纵子可被调节基因的编码产物阻抑蛋白所关闭。当大肠杆菌培养基中只有葡萄糖而没有乳糖时，阻抑蛋白可与操纵基因结合，由于操纵基因与启动子相邻，当阻抑蛋白与操纵基因结合后，阻止RNA聚合酶移动并通过操纵基因到达结构基因，因而操纵子被关闭或抑制，基因的转录被阻断。由于不能产生乳糖代谢所需要的酶，大肠杆菌不能代谢乳糖。在没有可利用的乳糖时，乳糖操纵子一直处于关闭状态，这样可避免细菌产生多余的酶而造成浪费。当葡萄糖耗尽且有乳糖存在时，乳糖操纵子的抑制将被解除，使细菌能够利用乳糖。这是由于乳糖是乳糖操纵子的诱导物，阻抑蛋白上有诱导物的结合位点。当有诱导物存在时，阻抑蛋白可与诱导物结合，引起阻抑蛋白构象改变，使其与操纵基因的亲和力降低，不能与操纵基因结合或从操纵基因上解离，于是乳糖操纵子开放，RNA聚合酶结合于启动子，并顺利通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大量分解乳糖的酶，以乳糖为能源进行代谢。（3）乳糖操纵子的正调节正调节是与负调节相对应的，也就是指关闭的或处于基础转录水平的乳糖操纵子被正调节因子所开放。大肠杆菌乳糖操纵子之所以选择正调节作用，是因为负调节只能对乳糖的存在作出应答，当只有乳糖存在时就足以激活操纵子。但当培养基中既有葡萄糖又有乳糖同时存在时，仅有负调节作用不能满足大肠杆菌对能量代谢的需要。因为大肠杆菌优先利用葡萄糖然后再利用乳糖作为能源物质，当有葡萄糖存在时激活乳糖操纵子是一种浪费，因而此时乳糖操纵子处于非活化状态，有利于葡萄糖的代谢。当大肠杆菌利用完葡萄糖后再激活乳糖操纵子，从而利用乳糖继续生长。这种现象称葡萄糖阻抑或分解代谢产物阻抑。理想的乳糖操纵子正调节因子是能够感受葡萄糖的缺乏并对激活乳糖操纵子启动子作出应答的物质，从而使RNA聚合酶能够结合启动子并转录结构基因。能够对培养基中葡萄糖的浓度作出应答的一种物质是cAMP，当葡萄糖浓度下降时，cAMP的浓度升高。cAMP能够恢复乳糖操纵子的分解代谢产物阻抑作用，但cAMP并非乳糖操纵子的正调节因子，乳糖操纵子的正调节因子是由cAMP与一种蛋白因子组成的复合物。这种蛋白因子以前称为分解代谢产物激活蛋白（CAP），现在称为cAMP受体蛋白（CRP）。CRP能与乳糖操纵子的启动子特异结合，促进RNA聚合酶与启动子的结合，从而促进转录。但游离的CRP不能与启动子结合，必须与cAMP结合形成复合物才能与启动子结合。cAMP水平受大肠杆菌葡萄糖代谢状况的影响，当葡萄糖水平低时，cAMP浓度升高，cAMP与CRP结合，使CRP构象改变，增大了其与启动子结合的亲和力，从而激活乳糖操纵子，促进结构基因的转录，使大肠杆菌能够利用乳糖。向含有乳糖的培养基中加入葡萄糖，由于葡萄糖浓度升高，cAMP水平降低，CRP与启动子的亲和力降低，乳糖操纵子被抑制，此时，即使有乳糖存在大肠杆菌仍不能利用乳糖。因此，大肠杆菌乳糖操纵子受到两方面的调节，一是对操纵基因的负调节，二是对RNA聚合酶结合到启动子上的正调节，两种调节作用使大肠杆菌能够灵敏地应答环境中营养的变化，有效地利用能量以利于生长。综合练习题八一、名词解释（20分）1.复制子2.SD序列3.蛋白质变性4.聚合酶链式反应5.遗传密码的简并性6.P/O比7.必需氨基酸8.冈崎片段9.构象10.维生素二、选择题（15分）\n1.大肠杆菌mRNA上起始密码子上游的SD序列可与某种RNA的3’端配对，然后启动多肽链生成，这种RNA是：（）（A）tRNA　　　　（B）SnRNA　　　（C）16srRNA　　　（D）23srRNA2.遍在蛋白（ubiquitin）广泛分布于各类细胞，它与蛋白质结合后，造成：（）　（A）蛋白质更加稳定　　（B）蛋白质有效转运　　（C）蛋白质迅速降解　　（D）蛋白质固定在细胞膜上3.DNA损伤的光修复作用是一种高度专一的修复方式，它只作用于紫外线引起的：（）　（A）嘧啶二聚体　　（B）嘌呤二聚体　　（C）嘧啶-嘌呤二聚体　　（D）嘧啶多聚物4.λ噬菌体侵人寄主细胞后，决定它进人裂解循环的基因产物是：（）　（A）N　　（B）Q　　（C）Cro　　（D）CI5.环状的线粒体DNA进行复制的方法采用：（）　（A）多起点双向　　　（B）滚环　　　（C）D—环　　　（D）单起点双向6.除了化学合成多肽外，还可以用酶催化进行酶促合成，所用酶类是（）（A）蛋白水解酶　　（B）蛋白激酶　（C）氨基转移酶　（D）连接酶7.双缩脲反应主要用来测定（）（A）DNA　（B）RNA　（C）糖　（D）肽8.维持蛋白质分子中的α螺旋主要靠（）（A）氢键　　（B）盐键　（C）共价键　（D）范德华键；9.羧肽酶含有的金属离子是（）（A）镁　　　　　（B）锌　　　　（C）铜　　　　　（D）铁10.反转录酶除了有以RNA为模板生成RNA－DNA杂交分子的功能外，还有下列活性（　　）（A）DNA聚合酶和RNaseA　（B）DNA聚合酶和S1核酸酶（C）DNA聚合酶和RNaseH　　（D）S1核酸酶和RNaseH11.胸腺嘧啶除了是DNA的主要组份外，它经常出现在有的RNA分子中，它是（）（A）rnRNA　（B）tRNA　（C）16sRNA　（D）5SrRNA12.DNA分子上被依赖于DNA的RNA聚合酶特异识别的顺式元件是（）（A）弱化子　　（B）操纵子　　（C）启动子　（D）终止子13．核内DNA生物合成（复制）主要是在细胞周期的（）（A）G1期　　　（B）G2期　　　（C）S期　　　（D）M期14.T4DNA连接酶催化的连接反应需要能量，在真核生物中其能量来源是（　）　（A）NAD　（B）ATP　（C）GTP　（D）乙酰CoA15.氨基酸掺入肽链前必须活化，其活化部位是（　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（A）内质网的核糖体　（B）线粒体　（C）　高尔基体　（D）可溶的细胞质三、判断题（20分）1．RNA不携带遗传信息。  （）2．氧化磷酸化是可逆反应。  （）3．饱和脂肪酸从头合成时需要NADPH作还原剂。  （）4．蛋白质生物合成之后的共价修饰都属于不可逆的化学修饰。  （）5．DNA复制时，冈崎片段的合成需要RNA引物。  （）6．赖氨酸与尿素循环没有直接关系。  （）7．无论DNA还是RNA，分子中的G和C含量越高，其熔点值越大。  （）8．大肠杆菌中使DNA链延长的主要聚合酶是DNA聚合酶Ⅰ。 （） 9．复制终止后，由DNA聚合酶Ⅰ切除引物。  （）10．DNA分子中的两条链在体内都可能被转录成RNA。  （）\n11．mRNA上可以翻译成多肽的DNA序列叫内含子。  （）12．所有mRNA的起始密码子都是AUG。  （）13．原核生物RNA聚合酶Ⅰ主要负责合成rRNA前体。  （）14．氨基酸的碳骨架进行氧化分解时，先要形成能够进入三羧酸循环的化合物。  （）15．因甘氨酸在酸性或碱性水溶液中都能解离，所以可作中性pH缓冲液介质。（）16．端粒酶是一种反转录酶（）17.转录不需要引物，而反转录必需有引物（）18.真核生物细胞核内的不均一RNA（hnRNA）分子量虽然不均一，但其半衰期长，比胞质成熟mRNA更为稳定（）19．DNA复制是在起始阶段进行控制的，一旦复制开始，它即进行下去，直到整个复制子完成复制（）20.基因表达的最终产物都是蛋白质。（）四、填空题。（10分）1．糖蛋白中糖苷链主要有______和______两类。2．氨基酸氨基中的一个H原子可被烃基取代，称为烃基化反应，反应生成______，此反应可被用来鉴定多肽或蛋白质的______末端氨基酸。3．TPCK是通过对______残基的烷化而专一地对胰凝乳蛋白酶进行亲和标记。4．维生素D原和胆固醇的化学结构中都具有______的结构。5．磷酸化酶激酶是一种依赖______的蛋白激酶。6．在反密码子与密码子的相互作用中，反密码子IGA可识别的密码子有______，______和______。7．转录调控因子的结合DNA功能域的结构有______、______、______、______等。8.组成蛋白质的氨基酸，在远紫外区均有吸收，但在近紫外区只有_____、_____和_____有吸收光的能力。9.糖酵解中最关键的调节酶是______。10.当DNA复制时，一条链是连续的，另一条链是不连续的，称为______复制；复制得到的子代分子，一条连来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种方式叫______复制。五、简答题（35分）1．一个蛋白质的氨基酸序列显示，其内部不同序列位置存在两个甲硫氨酸残基，　试问：（1）用什么试剂，可把此蛋白质裂解成片段？（2）如果裂解的片段分子量均在10000以上，且差距较大，可用何种方法分离？（3）用什么简单方法，可以测定这些片段的分子量？（4）如何证明它们都是从一个蛋白质分子裂解下来的片段？（5）如何证明它们在该蛋白质内的排列次序？2.试述物质跨膜的被动运送，促使扩散和主动运送的基本特点。3.简述蛋白质在翻译后，多肽链形成具有生物活性的构象所需的几种加工过程。4.在呼吸链（电子传递链）上，有几个磷酸化部位，他们分别位于什么地方？5.真核细胞中有几种RNA聚合酶？它们的主要功能是什么？【参考答案】一、名词解释1.复制子：细胞中基因组DNA具有复制原点并能够独立进行复制的单位称为复制子。2.SD序列：原核生物mRNA的起始密码子上游用于结合核糖体的序列。3.蛋白质变性：生物大分子的天然构象遭到破坏导致其生物活性丧失的现象。蛋白质在受到光照、热、有机溶剂以及一些变性剂的作用时，次级键受到破坏，导致天然构象的破坏，使蛋白质的\n理化性质改变，生物活性丧失。4.聚合酶链式反应：是DNA体外快速扩增的一种分子生物学技术，又称无细胞分子克隆。其基本原理是：DNA在DNA聚合酶的作用下，经过高温变性，低温退火，中温延伸三个基本过程，实现DNA片段的体外扩增。5.遗传密码的简并性：多种密码子编码一种氨基酸的现象。6.P/O比：在氧化磷酸化中，每1/2O2被还原时形成的ATP的摩尔数。电子从NADH传递给O2时，P/O比为3，而电子从FADH2传递给O2时，P/O比为2。7.必需氨基酸：指人（或其它脊椎动物）自己不能合成，需要从饮食中获得的氨基酸，例如赖氨酸、苏氨酸等氨基酸。8.冈崎片段：相对比较短的DNA链（大约1000核苷酸残基），是在DNA的滞后链的不连续合成期间生成的片段，这是ReijiOkazaki在DNA合成实验中添加放射性的脱氧核苷酸前体观察到的。9.构象指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布。一种构象改变为另一种构象时，不要求共价键的断裂和重新形成。构象改变不会改变分子的光学活性。10.维生素：一类在天然食物中含量较低，但极其微量就能够影响生长和健康的有机化合物。二、选择题1.C2.C3.A4.B5.C6.A7.D8.A9.B10.C11.B12.C13.C14.B15.D三、判断题1.错2.对3.对4.错5.对6.对7.对8.错9.对10.对11.错12.错13.对14.对15.错16.对17.对18.错19.对20.错四、填空题。1.O-糖苷链，N-糖苷链2.二硝基苯基氨基酸，N3.组氨酸，4.环戊烷多氢菲5.钙离子6.TCA、TCU、TCC7.锌指，螺旋-转角-螺旋，螺旋-环-螺旋，亮氨酸拉链8.酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸9.磷酸果糖激酶10.半不连续复制，半保留复制　五、简答题1.答：⑴溴化氰。它只断裂Met残基的羧端肽键。也可以选用糜蛋白酶或嗜热菌蛋白酶，但其专一性不如溴化氰。⑵可以用沉降速度法、凝胶过滤法、SDS-PAGE等将它们分开。⑶用沉降速度法、凝胶过滤法加一个分子两标准，就可以测定片段的分子量。⑷将酶切蛋白肽段与蛋白一起作凝胶电泳，计算肽段的分子量之和。与蛋白的芬字量相等，就可以说明这些肽段就来自于该蛋白质。⑸分别测定片段、蛋白质的末端残基，经过比较，就可以依次确定肽段的排列顺序。2.答：三种物质的跨膜运输的特点有：①被动运输：物质从高浓度的一侧到低浓度的一侧。物质的运输速度既依赖于膜两侧的运输物质的浓度差，又与被运输物质的分子量大小、电荷、在脂双层中的溶解度等有关。②促进扩散：顺浓度梯度扩散，有专一蛋白的结合。有饱和效应，对浓度差、在脂双层中的溶解度等的依赖均不如被动运输那么强烈。\n③主动运输：逆浓度梯度，由膜蛋白参与的耗能过程。特点有：有运输物质的专一性；运输的速度有最大值；运输过程有严格的方向性；被选择性的抑制剂如乌本苷专一抑制；整个运输过程需要提供大量的能量。3.答：按照蛋白合成后修饰的过程，可以分为信号肽及其切除、内质网修饰、高尔基体修饰等几个阶段。①信号肽及其切除：信号肽长为13-26氨基酸，N-末至少有一个带正电荷的氨基酸残基，中部一段有10-15个残基由高度疏水性的氨基酸组成，如丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸。信号肽不一定都位于新生肽的N-末。新生肽合成不久，有信号肽的蛋白的核糖体，受N-端信号肽所控制，进入内质网进一步合成蛋白质，使得原来表面光滑的内质网（ER）变成有局部突起的粗糙内质网。与内质网相结合的核糖体可合成三类蛋白质：溶酶体蛋白、分泌到胞外的蛋白、构成膜骨架的蛋白。②内质网修饰：多肽移位后，在内质网的小腔中被修饰，它包括N-端信号肽的切除、二硫键的形成使多肽呈现一定的空间结构、糖基化作用。糖基化作用使许多肽键变成糖蛋白（膜本体蛋白、抗原蛋白）。糖苷键有：与Asn侧链氨基相连的N-糖苷键，与Ser、Thr侧链-OH相连的O-糖苷键。通常是五聚糖（3甘露糖、2N-乙酰氨基葡萄糖）。③高尔基体修饰及多肽分选：高尔基体对糖蛋白上的寡聚糖核作进一步的修饰调整，也借助于M6P等信息将多肽链分类，送往溶酶体、分泌粒及质膜等进行归位。通过上述三个阶段的修饰，既形成了有生物活性的构象，分别参与相应的过程中去。4.答：该题主要考查呼吸连与氧化磷酸化。NADH—→NADH脱氢酶—→辅酶Q—→细胞色素氧化酶b—→细胞色素C1—→细胞色素C—→细胞色素氧化酶—→氧气。氧化磷酸化有3个偶联部位，它们分别为：NADH—→辅酶Q、还原辅酶Q—→细胞色素氧化酶b、细胞色素C—→氧气。抑制剂分别为：鱼藤酮、抗霉素A、氰化物。5.答：真核生物的RNA聚合酶，按照对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同进行分类：RNA聚合酶Ⅰ基本不受α-鹅膏蕈碱的抑制，在大于10-3M/L时才有轻微的抑制。RNA聚合酶Ⅱ对α-鹅膏蕈碱最为敏感，在10-8M/L以下就会被抑制。RNA聚合酶Ⅲ对α-鹅膏蕈碱的敏感性介于聚合酶Ⅰ和聚合酶Ⅱ之间，在10-5M/L到10-4M/L才会有抑制现象。RNA聚合酶Ⅰ存在于核仁中，其功能是合成5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA。RNA聚合酶Ⅱ存在于核质中，其功能是合成mRNA、snRNA。RNA聚合酶Ⅲ也存在于核质中，其功能是合成tRNA和5SrRNA及转录Alu序列。