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第十章脂类代谢一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容: 脂肪酸的分解代谢和质类和生物合成，明确糖代谢与脂代谢的关系二、教学重点：1 . 脂肪酸的分解代谢三、教学难点：脂肪酸的B- 氧化与从头合成四、教学内容1 . 甘油三酯的分解代谢( 1 ) 脂肪的动员储存在脂肪细胞中的脂肪，被脂肪酶逐步水解为游离脂酸及甘油并释放入血以供其他组织氧化利用，该过程称为脂肪的动员 在脂肪动员中，脂肪细胞内激素敏感性甘油三酯脂肪酶起决定性作用，它是脂肪分解的限速酶当禁食、饥饿或交感神经兴奋时，肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等分泌增加，作用于脂肪细胞膜表面受体，激活腺甘酸环化酶，促进c A M P 合成，激活依赖c A M P 的蛋白激酶，使胞液内H S L 磷酸化而活化 后者使甘油三酯水解成甘油二酯及脂酸 这步反应是脂肪分解的限速步骤，H S L 是限速酶，它受多种激素的调控，故称为激素敏感性脂肪酶能促进脂肪动员的激素称为脂解激素，如肾上腺素、胰高血糖素，A CT H 及 T S H 等胰岛素、前列腺素E 2 及烟酸等抑制脂肪的动员，对抗脂解激素的作用脂解作用使储存在脂肪细胞中的脂肪分解成游离脂酸及甘油， 然后释放入血。

血浆白蛋白具有结合游离脂酸的能力，每分子白蛋白可结合1 0 分子F F A F F A 不溶于水，与白蛋白结合后由血液运送至全身各组织，主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用甘油溶于水，直接由血液运送至肝、肾、肠等组织主要是在肝甘油激酶作用下，转变为3 - 磷酸甘油；然后脱氢生成磷酸二羟丙酮， 循糖代谢途径进行分解或转变为糖 脂肪细胞及骨骼肌等组织因甘油激酶活性很低，故不能很好利用甘油 2 ) 脂肪酸的B- 氧化脂 酸 氧 化 的 过 程 如 下 ：①脱氢：脂酰Co A 在脂酰Co A 脱氢酶的催化下，a、B 碳原子各脱下一氢原子，生成反4 2烯酰Co A o 脱下的2 H 山 F A D 接受生成F A D H 2 ②加水：反 烯 酰 Co A 在 烯 酰 水 化 酶 的 催 化 下 ，加水生成L ( + ) - B- 羟脂酰Co A ③再脱氢：L ( + ) - 6 - 羟脂酰Co A 在 P - 羟脂酰Co A 脱氧酶的催化下，脱下2 H 生 成 6 - 酮脂酰 Co A , 脱下的2 H 山N A D + 接受，生成N A D H 及 H + ④硫解： 6 - 酮脂酰Co A 在 B - 酮脂酰Co A 硫解酶催化下，加 Co A S I I 使碳链断裂，生 成 1 分子乙酰C o A 和少2个碳原子的脂酰C o A o以上生成的比原来少2个碳原子的脂酰C o A , 可再进行脱氢、加水、再脱氢及硫解反应。

如此反复进行，直至最后生成丁酰C o A , 后者再进行一次B - 氧化，即完成脂酸的B - 氧化脂 酸 经 B - 氧化后生成大量的乙酰C o A 乙酰C o A - - 部分粒体内通过三陵酸循环彻底氧化，一部分粒体中缩合生成酮体，通过血液运送至肝外组织氧化利用 3) 脂酸氧化的能量生成脂酸氧化是体内能量的重要来源以软脂酸为例， 进行7次 B - 氧化， 生成7分子F A D H 2 、 7 分子N A D H + H + 及 8分子乙酰C o A 每分子F A D H 2 通过呼吸链氧化产生2分子A T P , 每分子N A D H + H + 氧化产生3 分子A T P , 每分子乙酰C o A 通过三竣酸循环氧化产生1 2 分子A T P 因此1 分子软脂酸彻底氧化共生成( 7 X 2 )+ ( 7 * 3) + ( 8 X 1 2 ) = 1 31 个 A T P 减去脂酸活化时耗去的2个高能磷酸键， 相当于2个 A T P ,净生成1 2 9 分子A T P 或 1 2 9 X 5 1 . 6 = 6 6 5 6 k J / m o l I m o l 软脂酸在体外彻底氧化成C 0 2 及 H 2 0时的自由能为9 7 9 1 k J 。

故其能量利用效率为：6 6 5 6 、 ，下 亓 X 1 0 0 = 6 8 %2.酮体的生成及利用乙酰乙酸、B - 羟丁酸及丙酮三者统称酮体酮体是脂酸在肝分解氧化时特有的中间代谢物，这是因为肝具有活性较强的合成酮体的酶系，而又缺乏利用酮体的醐系 1 ) 酮体的生成脂酸粒体中经B - 氧化生成的大量乙酰C o A 是合成酮体的原料合成粒体内酶的催化下，分三步进行①2分子乙酰C o A 在肝线粒体乙酰乙酰C o A 硫解酶的作用下，缩合成乙酰乙酰C o A , 并释出1 分子 C o A S I 1 «②乙酰乙酰C o A 在羟甲基戊二酸单酰C o A ( H M G C o A ) 合成酶的催化下，再 与 1 分子乙酰C o A缩合生成羟甲基戊二酸单酰 C o A ( 3- hy dr o x y - 3- m et hy l gl ut a r y l C o A , 1 I M G C o A ) ,并释出1 分子 C o A S H o③羟甲基戊二酸单酰C o A 在 H M G C o A 裂解醐的作用下，裂解生成乙酰乙酸和乙酰C o A 乙酰乙酸粒体内膜B - 羟丁酸脱氢酶的催化下，被还原成B - 羟丁酸，所需的氢由N A D H提供，还原的速度由N A D H / N A D + 的比值决定。

部分乙酰乙酸可在酶催化下脱竣而成丙酮肝线粒体内含有各种合成酮体的酶类，尤其是H M G C o A 合成酶，因此生成酮体是肝特有的功能但是肝氧化酮体的酶活性很低，因此肝不能氧化酮体肝产生的酮体，透过细胞膜进入血液运输到肝外组织进一步分解氧化 2 ) 酮体的利用肝外许多组织具有活性很强的利用酮体的酶①琥珀酰C o A 转硫酶：心、肾、脑及骨骼肌的线粒体具有较高的琥珀酰C o A 转硫酶活性在有琥珀酰C o A 存在时，此前能使乙酰乙酸活化，生成乙酰乙酰C o A ②乙酰乙酰C o A 硫解醐：心、肾、脑及骨骼肌线粒体中还有乙酰乙酰C o A 硫解酶，使乙酰乙酰 C o A 硫解，生成2 分子乙酰C o A , 后者即可进入三竣酸循环彻底氧化③乙酰乙酰硫激酶：肾、心和脑的线粒体中尚有乙酰乙酰硫激酶，可直接活化乙酰乙酸生成乙酰乙酰C o A , 后者在硫解酶的作用下硫解为2分子乙酰C o A 3) 酮体生成的生理意义酮体是脂酸在肝内正常的中间代谢产物，是肝输出能源的一种形式酮体溶于水，分子小，能通过血脑屏障及肌肉毛细血胞壁，是肌肉尤其是脑组织的重要能源脑组织不能氧化脂酸，却能利用酮体长期饥饿、糖供应不足时酮体可以代替葡萄糖成为脑组织及肌肉的主要能源。

正常情况下，血中仅含有少量酮体，为 0 . 0 3〜0 . 5 m m o l / L( 0 . 3 - 5 m g / d l ) 在饥饿、高脂低糖膳食及糖尿病时，脂酸动员加强，酮体生成增加尤其在未控制糖尿病患者， 血液酮体的含量可高出正常情况的数十倍， 这时丙酮约占酮体总量的一半酮体生成超过肝外组织利用的能力，引起血中酮体升高，可导致酮症酸中毒，并随尿排出，引起酮尿 4 ) 酮体生成的调节①饱食及饥饿的影响：饱食后，胰岛素分泌增加，脂解作用抑制、脂肪动员减少，进入肝的脂酸减少，因而酮体生成减少饥饿时，胰高血糖素等脂解激素分泌增多，脂酸动员加强，血中游离脂酸浓度升高而使肝摄取游离脂酸增多，有利于脂酸8 - 氧化及酮体生成②肝细胞糖原含量及代谢的影响： 进入肝细胞的游离脂酸主要有两条去路， 一是在胞液中酯化合成甘油三酯及磷脂；一是进入线粒体内进行B - 氧化，生成乙酰C o A 及酮体饱食及糖供给充足时，肝糖原丰富，糖代谢旺盛，此时进入肝细胞的脂酸主要与3 - 磷酸甘油反应，酯化生成甘油三酯及磷脂饥饿或糖供给不足时，糖代谢减弱，3 - 磷酸甘油及A TP 不足，脂酸酯化减少，主要进入线粒体进行B氧化，酮体生成增多。

③丙二酰C o A 抑制脂酰C o A 进入线粒体: 饱食后糖代谢正常进行时所生成的乙酰C o A 及柠檬酸能别构激活乙酰C o A 竣化酶， 促进丙二酰C o A 的合成 后者能竞争性抑制肉碱脂酰转移酶I , 从而阻止脂酰C o A 进入线粒体内进行B - 氧化3. 脂酸的合成代谢( 1 ) 软脂酸的合成①合成部位脂酸合成酶系存在于肝、肾、 脑、 肺、 乳腺及脂肪等组织， 位于线粒体外胞液中肝是人体合成脂酸的主要场所②合成原料乙酰C o A 是合成脂酸的主要原料， 主要来自葡萄糖 细胞内的乙酰C o A 全部粒体内产生， 而合成脂酸的酶系存在于胞液 线粒体内的乙酰C o A 必须进入胞液才能成为合成脂酸的原料实验证明，乙酰C o A 不能自由透过线粒体内膜，主要通过柠檬酸- 丙酮酸循环完成 2 ) 脂酸合成酶系及反应过程①丙二酰C o A 的合成：乙酰C o A 竣化成丙二酰C o A 是脂酸合成的第一步反应 此反应由乙酰C o A 竣化酶所催化，这是一种别构酶，是脂酸合成的限速酶息反应:ATP+HCO『 + 乙酰CoA—丙二酷CoA+ADP+Pi②脂酸合成：从乙酰CoA及丙二酰CoA合成长链脂酸，实际上是一个重复加成反应过程，每次延长2个碳原子。

1 6碳软脂酸的生成，需经过连续的7次重复加成反应各种生物合成脂酸的过程基本相似， 大肠杆菌中， 此种加成过程是由7种酶蛋白聚合在一起构成的多酶体系所催化的；而在高等动物，这7种酶活性都在一条多肽链上，属多功能酶，由一个基因所编码软脂酸合成的总反应式为：-------------- ► CH3COSCoA+7HOOCCH2COSCoA+14NADPH+14H+CII3 (CI 12) 14C00II+7C02+61I20+8HSCoA+14NADP+( 2 )不饱和脂酸的合成人体含有的不饱和脂酸主要有软油酸(1 6 ： 1, A 9 ) >油 酸(1 8 ： 1, A 9 ) ,亚油酸(1 8 ： 2, A 9 , 12) , a -亚 麻 酸(1 8 ： 3, A9> 12、1 5 )及花生四烯酸(2 0 ： 4, A 5 . 8、11、1 4 )等前两种单不饱和脂酸可由人体自身合成，而后三种多不饱和脂酸，必须从食物摄取这是因为动物只有4 4 , 4 8及 去 饱 和 酶( d e s a tu r a s e ) ,缺乏4 9以上的去饱和酶, 而植物则含有△ % △一及4 1 5去饱和酶。

4 .脂酸合成的调节( 1 )代谢物的调节作用进食高脂肪食物以后，或饥饿脂肪动员加强时，肝细胞内脂酰CoA增多， 可别构抑制乙酰CoA竣化酶, 从而抑制体内脂酸的合成; 进食糖类而糖代谢加强,NADPH及乙酰CoA供应增多，有利于脂酸的合成，同时糖代谢加强使细胞内ATP增多，可抑制异柠檬酸脱氧酶，造成异柠檬酸及柠檬酸堆积，透出线粒体，可别构激活乙酰CoA竣化酶，使脂酸合成增加 此外, 大量进食糖类也能增强各种合成脂肪有关的酶活性从而使脂肪合成增加o( 2 )激素的调节作用胰岛素是调节脂肪合成的主要激素它能诱导乙酰CoA竣化酶、脂酸合成酶、乃至ATP-柠檬酸裂解酶等的合成，从而促进脂酸合成同时，由于胰岛素还能促进脂酸合成磷脂酸，因此还增加脂肪的合成胰高血糖素通过增加蛋白激酶A活性使乙酰CoA竣化酶磷酸化而降低其活性，故能抑制脂酸的合成，此外也抑制甘油三酯的合成，甚至减少肝脂肪向血中释放肾上腺素、生长素也能抑制乙酰CoA竣化酶，从而影响脂酸合成胰岛素能加强脂肪组织的脂蛋白脂酶活性， 促使脂酸进入脂肪组织， 再加速合成脂肪而贮存,故易导致肥胖5 .磷脂的代谢( 1 )甘油磷脂的合成①合成部位和脂肪的合成不同， 全身各组织细胞内质网均有合成磷脂的酶系， 因此均能合成甘油磷脂，但以肝、肾及肠等组织最活跃。

②合成的原料及辅因子除脂酸、 甘油主要由葡萄糖代谢转化而来外， 其 2 位的多不饱和脂酸必须从植物油摄取另外还需磷酸盐、胆碱、丝氨酸、肌醇等胆碱可由食物供给，亦可由丝氨酸及甲硫氨酸在体内合成 丝氨酸本身是合成磷脂酰丝氨酸的原料， 脱竣后生成的乙醇胺又是合成磷脂酰乙醇胺的前体乙醇胺由$ - 腺首甲硫氨酸获得3 个甲基即可合成胆碱合成除需A T P 外，还需C T P 参加C T P 在磷脂合成中特别重要，它为合成C D P - 乙醇胺、C D P -胆碱及C D P - 甘油二酯等活化中间物所必需③合成基本过程磷脂酰胆碱及磷脂酰乙醇胺主要通过此途径合成这两类磷脂在体内含量最多，占组织及血液中磷脂的7 5 %以上 甘油二酯是合成的重要中间物 胆碱及乙醇胺由活化的C D P - 胆碱及 C D P - 乙醇胺提供磷脂酰胆碱亦可由磷脂酰乙醇胺从S - 腺首甲硫氨酸获得甲基生成，通过这种方式合成占人肝 的 1 0%〜1 5 %磷脂酰丝氨酸可由磷脂酰乙醇胺竣化或其乙醇胺与丝氨酸交换生成 2 ）甘油磷脂的降解生物体内存在能使甘油磷脂水解的多种磷脂酶类, 分别作用于甘油磷脂分子中不同的酯键作用于1 , 2位酯键的酶分别称为磷脂酶A 1 及 A 2 , 作用于溶血磷脂1 位酯键的酶称为磷脂酶B 1 , 作用于3 位磷酸酯健的酶称为磷脂酶C , 作用磷酸取代基间酯键的酶称为磷脂酶D 。

磷脂酶A 2 存在于动物各组织的细胞膜及线粒体膜上，C a2 + 为其激活剂，使甘油磷脂分子中2 位酯键水解，产物为溶血磷脂及多不饱和脂酸（ 大多为花生四烯酸）溶血磷脂1 为 2 位脱去脂酰基的磷脂， 是一类具较强表面活性的物质， 能使红细胞膜或其他细胞膜破坏引起溶血或细胞坏死有人认为，急性胰腺炎的发病机制与胰腺磷脂酶A 2 对胰腺细胞膜的损伤密切相关溶血磷脂在细胞内溶血磷脂酶1 即磷脂酶B 1 的作用下，使 1 位酯键水解，另一脂酸脱下生成不含脂酸的甘油磷酸胆碱即失去溶解细胞膜的作用，后者能进一步被磷脂酶D水解为磷酸甘油及含氮碱 磷脂酶A 1 存在于动物组织溶酶体中（ 蛇毒及某些微生物亦含有） ，能水解磷脂的1 位酯键，产生脂酸及溶血磷脂2 磷脂酶C存在于细胞膜及某些细菌中，能特异水解3 位磷酸酯键，产物为甘油二酯及磷酸胆碱或磷酸乙醇胺等6 . 胆固醇代谢胆固醇是最早由动物胆石中分离出具有羟基的固体醇类化合物，故称为胆固醇所有固醇 （ 包括胆固醇） 均具有环戊烷多氢菲的共同结构环戊烷多氢菲由3 个己烷环及1 个环戊烷稠合而成不同的固醇均具环戊烷多氢菲的基本结构，区别是碳原子数及取代基不同，其生理功能各异。

1 ）胆固醇的合成①合成部位除成年动物脑组织及成熟红细胞外，几乎全身各组织均可合成胆固醇，每天可合成1g左右肝是合成胆固醇的主要场所体内胆固醇70%〜80%由肝合成，10%由小肠合成胆固醇合成酶系存在于胞液及光面内质网膜上，因此胆固醇的合成主要在细胞胞液及内质网中进行②合成原料乙酰CoA是合成胆固醇的原料③合成基本过程胆固醇合成过程复杂，有近30步酶促反应，大致可划分为三个阶段a.甲羟戊酸的合成在胞液中， 2 分子乙酰CoA在乙酰乙酰硫解酶的催化卜一，缩合成乙酰乙酰CoA；然后在胞液中羟甲基戊二酸单酰CoA合酶的催化下再与1 分子乙酰CoA缩合生成羟甲基戊二酸单酰CoA,b 鲨烯的合成c 胆固醇的合成④胆固醇合成的调节a 饥饿与饱食饥饿与禁食可抑制肝合成胆固醇b 胆固醇胆固醇可反馈抑制肝胆固醇的合成c 激素胰岛素及甲状腺素能诱导肝HMG CoA还原酶的合成，从而增加胆固醇的合成第十一章蛋白质降解和氨基酸代谢一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：氨基酸的酶促降解、氨同化、氨基酸的生物合成，明确碳代谢与氮代谢之间的关系蛋白质生物合成过程，明确其特点及与核酸的关系二、教学重点1 .氨基酸的酶促降解、氨同化、氨基酸的生物合成三、教学难点：1 .蛋白质生物合成过程四、教学内容：1 .氨基酸的一般代谢食物蛋白质经消化吸收， 以氨基酸形式进入血液循环及全身各组织， 组织蛋白质又经常降解为氨基酸，这两种来源的氨基酸( 外源性和内源性) 混合在一起，存在于细胞内液、血液和其它体液中，总称为氨基酸代谢库。

1 )氨基酸的脱氨基作用①L-谷氨酸氧化脱氨基作用②转氨基作用③联合脱氨基作用④喋吟核甘酸循环⑤非氧化脱氨基作用(2 )体内氨的来源①体内各组织中氨基酸的脱氨作用②肾小管上皮细胞分泌的氨③肠道吸收的氨： 腐败作用产生的氨； 血液中尿素扩散渗透进入肠道， 在大肠杆菌的胭酶( 尿素酶) 的作用下生成的氨3 )氨在体内的运输①谷氨酰胺转运氨②葡萄糖一丙氨酸循环(4 )尿素的合成——体内氨的主要去路尿素在体内的合成全过程称鸟氨酸循环①氨基甲酰磷酸的合成：来自外周组织或肝脏自身代谢所生成的NH3及C 0 2 ,首先在肝细胞内合成氨基甲酰磷酸， 此反应山存在于线粒体中的氨基甲酰磷酸合成酶I催化， 并需ATP提供能量②瓜氨酸的合成： 氨基甲酰磷酸粒体内经鸟氨酸氨基甲酰转移酶的催化， 将氨基甲酰转移至鸟氨酸而合成瓜氨酸③精氨酸的合成：瓜氨酸粒体内合成后，即被转运到线粒体外， 在胞质中经精氨酸代琥珀酸合成酶的催化， 与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸， 后者再受精氨酸代琥珀酸裂解酶的作用，裂解为精氨酸及延胡索酸④精氨酸水解生成尿素： 在胞质中形成的精氨酸受精氨酸酶的催化生成尿素和鸟氨酸， 鸟氨酸再进入线粒体参与瓜氨酸的合成，通过鸟氨酸循环，如此周而复始地促进尿素的生成。

5 ) 尿素合成的调控①食物的影响高蛋白膳食使尿素合成速度加快，排泄的含氮物中尿素占80%〜9 0 % ,低 蛋白膳食使尿素合成速度减慢，排泄的含氮物中尿素可低至60%或更低②氨基甲酰磷酸合成酶I 的影响氨基甲酰磷酸为尿素分子中氮的主要来源， 它的合成由氨基甲酰磷酸合成酶I 所催化，前己述及, AGA是此酶的别构激活剂③鸟氨酸循环的中间产物的影响循环的中间产物如鸟氨酸、 瓜氨酸、 精氨酸的浓度均可影响尿素的合成速度，例如供给充足的精氨酸就可有足够的鸟氨酸以加速循环的进行④鸟氨酸循环中的酶系的影响循环中的各种酶系中以精氨酸代琥珀酸合成酶的活性最低， 因此是尿素合成的限速酶第十二章核甘酸代谢-、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：核酸的分解代谢；核甘酸的生物合成：从头合成途径+补救途径二、教学重点：核酸的分解代谢三、教学难点：核酸的分解代谢四、教学内容：1 .核昔酸的分解代谢( 1 ) 喋吟核甘酸的分解代谢A M P 在腺甘酸脱氨酶作用下生成I M P , 再在核苜酸酶作用下水解成次黄甘和磷酸，或者A M P 在核甘酸酶作用下水解成腺甘，再经腺背脱氨酣作用生成次黄甘。

次黄昔经喋吟核昔磷酸 化 酶 ( P N P ) 生成次黄喋吟和1 - 磷酸核糖 1 - 磷酸核糖可转变成5 - 磷酸核糖，进入磷酸戊糖途径或再合成P R P P 次黄喋吟既可进入补救途径，也可进一步分解，即次黄喋吟在黄喋吟氧化醐的催化下氧化成黄喋吟，在同一醐的催化下进一步氧化成终产物尿酸而G M P 分解生成的鸟喋吟氧化成黄喋吟，再变成尿酸 2 ) 喀碇核甘酸的分解代谢喀唳核甘酸的分解可先脱去磷酸及核糖，余下的嘴啜碱进一步开环分解，最终产物为N H 3 、C 0 2 、 P - 丙 氨 酸 及 3 - 氨基异丁酸，这些产物均易溶于水，可 随 尿 排 体 外 2 .核甘酸的合成代谢(1 )噂聆核昔酸的合成代谢一从头合成合成的主要特点是在磷酸核糖的基础上把一些简单的原料逐步接上去而成喋吟环而且首先合成的是次黄喋吟核甘酸(IM P),由后者再转变为腺喋吟核甘酸(AMP)和鸟噂吟核甘酸(GMP)o①IMP的合成喋吟核甘酸的从头合成的起始或定向步骤是谷氨酰胺提供酰胺基取代5 - 磷酸核糖T -焦 磷 酸 ( P R P P ) 51的焦磷酸基，从而形成5 - 磷酸核糖胺( P R A ) ,催化此反应的能为谷氨酰胺磷酸核糖酰胺转移酶② AMP和GMP的合成( 2 ) 喋吟核昔酸的补救合成虽然从头合成途径是喋吟核甘酸的主要合成途径， 但喋吟核甘酸从头合成酶系在哺乳动物的某些组织( 脑、 骨髓) 中不存在， 细胞只能直接利用细胞内或饮食中核酸分解代谢产生的喋吟碱或嗯吟核昔重新合成喋吟核甘酸， 称为补救合成。

补救合成的过程比从头合成简单得多，消耗AT P 少，且可节省一些氨基酸的消耗有两种酶参与补救合成，腺喋吟磷酸核糖转移酶和次黄口票吟一鸟喋吟磷酸核糖转移酶补救合成同样由P R P P 提供磷酸核糖( 3 ) 嗦吟核甘酸合成的调节①PRPP合成酶：PRPP浓度是从头合成过程的最主要决定因素②谷氨酰胺磷酸核糖酰胺转移酶： IM P时催化喋吟核甘酸合成的定向步骤的酶即谷氨酰胺磷酸核糖酰胺转移酶有反馈抑制，而 AM P和 GM P对 IM P的反馈抑制有协同作用；PRPP增加可促进谷氨酰胺磷酸核糖酰胺转移酶活性，加速PRA生成③过量AM P会抑制IMP转变成A M P ,而过量GM P会抑制IMP转变成G M P ,从而使这两种核甘酸合成速度保持平衡另外，GTP是 AM P合成时必需的能源，而 ATP是 GM P合成时必需的能源，这种作用使腺喋吟核甘酸和鸟喋吟核甘酸的合成的以保持平衡 4 ) 喀碇核昔酸的合成代谢与噪吟核甘酸的从头合成不同，嗑咤核甘酸是先合成喀嗟环，然后再与磷酸核糖相连，形成喀唬核甘酸 此过程主要在肝细胞的胞液中进行 除了二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内膜上外，其余均位于胞液中①喀咤核甘酸的补救合成由嗑咤磷酸核糖转移酶催化尿嗑咤、胸腺嗑陡等，与 PRPP合成一磷酸尿喀唾核甘酸( 但不能利用胞喀咤为底物) 。

②嗑咤核甘酸合成的调节原核生物和真核生物中，从头合成途径所需的酶不同，因而途径所受的调控也不一样 第一个调节部位在原核生物中，是天冬氨酸氨基甲酰转移酶，CTP是其别构抑制剂，ATP是别构激活剂 氨甲酰基磷酸合成酶在真核生物及原核生物都是反馈抑制的调控点， 受 UTP的抑制，但可被PRPP激活第二个调节部位是乳清酸脱竣酶处，受 UMP抑制第十三章DNA的复制一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：DNA 复制的基本原则及方式二、教学重点：1 . DNA 复制的基本原则及方式三、教学难点：1 . DNA 复制的基本原则及方式四、教学内容：1 . DNA复制的基本原则（ 1 ）半保留复制W a t so n和 C ric k于 1 9 5 3 年提出的DNA双螺旋模型，碱基互补配对的原则，为 DNA分子的复制提供了理论基础，即亲代的DNA双链，每股链都可以作为模板，按碱基互补配对原则指导DNA新链的合成，这样合成的两个子代DNA分子，碱基序列与亲代分子完全一样但一条链是来自亲代的DNA链，另一条链是新合成的链，此即为半保留复制 2 ）半不连续复制D N A 双螺旋的两股链是反向平行的，新合成的两股子链，一股的方向为5 , 一3,，另一股为3 ' -5'。

复制时亲代D N A 分子中那股3 ' -5'方向的母链作为模板，指导新链以5 ' f 3'方向连续合成，此链称为前导链（ le ad ing st rand ） 在前导链延长1 0 0 0 ~ 2 0 0 0 个核甘酸后，另一母链也作为模板指导新链也是沿5 , 一3 , 合 成 1 0 0 0 、 2 0 0 0 个核甘酸的小片段，这就是冈崎片段随着链的延长，可以有许多个冈崎片段，这条称为随从链（ lag g ingst rand ） 可见，随从链为不连续复制，所以D N A 为半不连续复制 3 ） R N A 引物目前所发现的D N A 聚合酶都需要一个具3 ' - 0 H 的引物，才能将合成原料d N TP 一个一个接上去因为D N A 聚合酶不能催化两个游离的d N TP 在 D N A 模板上进行聚合 4 ）复制的真实性D N A 复制过程是非常复杂的，需要许多酶类和蛋白质因子参加这既保证D N A 复制的速度，又保证产物的高度真实性这也保证了自然界种族延续中生物遗传特性的相对稳定性2 . D N A 复制过程（ 1 ）复制的起始大肠杆菌复制时有特定的起始部位称为o riC , 长度为2 4 5 b p 。

有 3个串连排列的核昔酸序列， 每个由1 3 个核甘酸组成 D naA 先结合至复制起始点， 然后发动了复杂的变化 D naB和 D naC 亦参加进去，从而使双链解开，D N A 结合蛋白便与单链D N A 结合接着引物酶按碱基配对原则合成一小段的R N A 引物， 此引物的3 ' - 0 H 可供D N A 聚合酶I I I 将第一个d N TP 加到3 ' - 0 H 上而形成3 ' , 5 ' 磷酸二酯键复制是从 riC 开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制复制开始后由于D N A 双链解开，在两股单链上进行复制在电子显微镜下观察D N A 复制前进部位伸展成叉状，称为复制叉( 2 ) 复制的延长在 DNA聚合酶HI的作用下，新合成的DNA链不断延长大肠杆菌的冈崎片段长度为1000~2 000个核甘酸，即前导链合成1 000~2 000个核甘酸后，随从链便开始合成在延长过程中，由于拓扑异构酶的作用，避免了在复制叉前方的DNA打结 3 ) 复制的终止在 DNA延长阶段结束后，原核生物的RNA引物被DNA聚合酶I 切除留下的空隙，由DNA聚合酶I 进行补满，即从另一冈崎片段的3' -OH按 5' - 3 ' 根据碱基配对原则，将一个个的dNTP补上去。

最后的缺口再由DNA连接酶将相邻的两个核苜酸借磷酸二酯键连起来,即成完整的一条新链，DNA的复制即告完成第十四章DNA的修复和重组一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：DNA修复的方式；DNA的重组技术二、教学重点：1 . DNA修复的方式2 . DNA的重组技术三、教学难点：1 . D N A 重组技术四、教学内容：1 . D N A 的损伤与修复( 1 ) 造成D N A 损伤的因素①自发的因素由于D N A 分子受到周围环境溶剂分子的随机热碰撞( th e r ma l col l i si on) , 腺嗯吟或鸟喋吟与脱氧核糖间的N - 糖背键可以断裂，使 A或 G脱落②物理因素a . 紫外线损伤由于喋吟环与喀唳环都含有共貌双键， 能吸收紫外线而引起损伤 唯喔碱引起的损伤比喋吟碱大1 0 倍损伤是由于嚅咤二聚体的产生，即 2个相邻喀咤碱的C 5 和 C 6 共价交联b. 电离辐射损伤如X 射 线 和 Y射线，可以是辐射能量直接对D N A 的影响，或 D N A 周围的溶剂分子吸收了辐射能，再对D N A 产生损伤作用如碱基的破坏、单链的断裂、双链的断裂、分子间的交联、碱基脱落或核糖的破坏等。

③化学因素(2 ) D N A 损伤的类型①点突变点突变是D N A 分子上一个碱基的变异.②缺失缺失是一个碱基或一段核甘酸链乃至整个基因， 从 D N A 大分子上丢失 如有些地中海贫血、生长激素基因缺失，再如上述L e sch - N y h a n综合征是HG PR T 基因缺失③插入插入是一个原来没有的碱基或一段原来没有的核甘酸序列插入到D N A大分子中去，或有些芳香族分子如口丫嚏嵌入D N A双螺旋碱基对中， 可以引起移码突变， 影响三联体密码的阅读方式④倒位D N A链内部重组，使其一段方向颠倒 3 ) 修复机制①光修复机制这种机制主要存在于低等生物a . 不需要光复活酣b.需要光复活酶紫外线照射使光复活能激活，能解聚嗑啜二聚体.②切除修复在大肠杆菌£. coJi中，有一种UV特异的切割前，能识别UV照过产生的二聚体部位并在远离损伤部位5 ' 端 8个核甘酸处及3 ' 端 4个核甘酸处各作一切口像外科手术“ 扩创” 一样，将含损伤的一段D N A切掉D N A聚合酶I 进入此缝隙，从 3 ' - 0 H 开始，按碱基配对原则以另一条完好链为模板进行修复最后由D N A连接醐将新合成的D N A片段与原来D N A链连接而封口。

③碱基切除修复每个细胞都有一类D N A糖甘酶， 每一种酶能识别一种D N A分子中改变的碱基， 能水解该改变的碱基与脱氧核糖间的糖甘键， 使改变的碱基脱落， 在 D N A上产生一个缺嗯吟或缺喀唾的位， 再藉切除修复机制进行修复现知至少有2 0 种不同的D N A糖普酶， 各具特异性如识别胞喀咤脱氨生成的尿喀咤，腺噂吟脱氨基产物，开环的碱基，不同烷基化类型的碱基等如胞口密咤脱氨后即成尿嘴咤，若不纠正，可引起类型转换，即 G - C —A- T 2 . 重组D N A技术D N A重组是自然界常见现象，指的是在两个D N A分子之间，或一个D N A分子的两个不同部位之间通过链断裂和片段的交换重接， 改变了基因的组合序列 这种交换可发生于同一细胞内或细胞间，甚至不同物种的D N A D N A 重组现象广泛存在于真核细胞、原核细胞乃至病毒和质粒基因工程可分为三个过程 1 ) 重组D N A 分子的构建即将一目的D N A 序列或基因共价连接于一个D N A 载体上构成一个重组D N A 分子 2 ) 引入宿主细胞用转化、感染或转染等方法使重组D N A 分子进入宿主细胞，如细菌、酵母、动物细胞。

3 ) 筛选挑选含有重组D N A 分子的细胞，使之克隆化并加以鉴定，可大量扩增或表达第十五章转录一 、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如F 知识内容：RNA转录过程二、教学重点：RNA的转录三、教学难点：RNA的转录四、教学内容：L参与转录的酶转录酶是依赖D N A 的 R N A 聚合酶( D D R P ) , 亦称为D N A 指导的R N A 聚合酶，简称为R N A聚合酶它以D N A 为模板催化R N A 的合成 1 ) 原核生物的R N A 聚合酶细菌中只发现一种R N A 聚合酶，能催化m R N A , t R N A 和 r R N A 等的合成， 研究得比较清楚的是大肠杆菌(E cali)的 R N A 聚合酶 2 ) 真核生物的R N A 聚合酶真核生物的R N A 聚合酶已发现有三种，称为R N A 聚合酶I 、口 和 IH,分别负责转录不同的R N A , 它们对特异性抑制剂鹅膏草碱的敏感性亦有差异2 . 转录过程转录是生物合成R N A 的过程，与复制相似，有起始、核甘酸链延长和链合成终止三个阶段 1 ) 转录的起始转录的起始，就是形成转录起始复合物的过程。

这一阶段反应所需的辅助因子，在原核生物与真核生物之间有较大的差异①原核生物转录的起始转录的起始由R N A 聚合酶与D N A 模板的启动子( p r o m o t e r ) 结合②真核生物转录的起始真核生物有三种R N A 聚合酶， 分别催化不同R N A 的合成， 每种酶都需要一些蛋白质辅助因子，称为转录因子为方便讨论，转录因子的命名冠以聚合酶的名称如 R N A 聚合酶H所需的转录因子称为转录因子I I( 2 ) 转录的延长转录延长阶段发生的反应，在原核生物和真核生物比较相近总的来说， 一是聚合酶如何向转录起始点下游移动， 继续指导核甘酸之间磷酸二酯键的形成， 二是转录区的模板如何形成局部单链区，便于转录在转录延长过程中，DNA双链需解开1 0〜2 0 b p , 形成的局部单链区象一个小泡，故形象地称为转录泡转录泡是指R NA聚合酶- D N A 模板- 转录产物R NA结合在一起形成的转录复合物为了保持局部的转录泡状态，在 R NA聚合酶下游的DNA需不断解链，可使其下游的D N A ( 未解开双链部分) 越缠越紧，形成正超螺旋，而其上游DNA变得松驰，产生负超螺旋，需要解旋酶和拓扑异构酶来消除这些现象。

( 3 ) 转录的终止①原核生物转录的终止a . 依 赖 P 因子的转录终止： P 因子是一种分子量为4 6k D a 的蛋白质，以六聚体为活性形式依 赖 P因子的终止位点，未发现有特殊的D N A 序列，但 P因子能与转录中的RN A 结合b .不 依 赖 P因子的转录终止： 在这种转录终止系统中，模板D N A 在终止位点附近有特殊的连续T序列，在连续T之前有富含G C 互补区及几个插入碱基.②真核生物转录的终止真核生物转录终止的机制，目前了解尚不多，而且3种 RN A 聚合酶的转录终止不完全相同RN A 聚合酶I 催化的转录有18 bp 的终止子序列，可被辅助因子识别RN A 聚合酶I I和 I I I 催化转录的终止子，可能有与原核生物不依赖P因子的终止子相似的结构和终止机制，即有富含G C 的茎- 环结构和连续的U 由于成熟的m RN A 3 ' 端已被切除了一段并加入了p o l y A尾, 具体的转录终止点目前尚未认识3 . 转录的抑制作用( 1) 作用于模板D N A 的转录抑制剂如放线菌素D ( a ct i n o m y ci n D),能插入至D N A 双链中两对dG ? dC 之间，低浓度时，阻止RN A 链的延长，高浓度时可抑制RN A 的起始，也抑制D N A 复制。

2 ) 作用于RN A 聚合酶的转录抑制剂如利福平或利福霉素，能与原核细胞RN A 聚合酶的B亚基非共价结合，阻止RN A 转录的起始，对真核生物R N A 聚合前无作用该药临床用于治疗结核杆菌引起的疾病 a鹅膏盥碱则是真核生物RN A 聚合酶I I 的抑制剂第十六章RNA转录后加工一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：RNA 合成后的加工二、教学重点：RNA 合成后的加工方式三、教学难点：RNA 合成后的加工方式四、教学内容：1 . RNA转录后的加工( 1 ) 原核生物R N A转录后的加工原核生物mR N A的转录产物，一般无需加工已具有活性，即可作为翻译的模板， 近年也发现需要添加3 ' p o l y A 的现象而对rR N A和 tR N A转录产物的加工、修饰了解比较多，分别叙述如下：①rR N A的加工②tR N A的加工a . R N A 酶 I I I ：b. R N A 酶 D ：c. R N A 酶 P ：d . tR N A核昔酸转移酶：H 型 tR N A没有3 ' 端的C C A, ：［ 型 tR N A的 3 ' 端 C C A亦有被核酸酶降解的可能性。

此酶以AT P 和 C T P 为原料催化tR N A 3 ' 端 C C A的形成 2 ) 真核生物R N A转录后的加工①rR N A转录后的加工真核生物的rR N A有 5 S 、5 . 8 S 、1 8 s 和 2 8 s 四种，其中5 . 8 S 、1 8 s 和 2 8 s 是由R N A聚合酶 I 催化一个转录单位，产生4 5 S rR N A前体，rR N A转录后加工包括前体rR N A与蛋白质结合，然后再切割和甲基化②tR N A转录后的加工前 tR N A的加工包括切除和碱基修饰，有些则需剪接③mR N A转录后的加工真核生物mR N A由 R N A聚合酶H 催化转录，初始产物为核不均一R N A, 新生的h n R N A从开始形成到转录终止，就逐步与蛋白质结合形成不均一核糖核蛋白颗粒，前mR N A加工的顺序是形成5 ' 帽子结构；内切酶去除3 ' 端的一段序列；p o l y A 聚合醵催化形成3 ' p o l y A尾；最后是剪接去除内含子转变为成熟的mR N A2 . R N A编辑是指R N A前体除上述加帽、添尾、剪接、修饰等程序外，需对其序列进行改编，改编过程包括在R N A前体分子中插入、剔除、或置换一些核甘酸残基。

例如人的载脂蛋白B有两种形式， - 种是肝细胞合成的分子量为5 1 2 k D a 的 Ap o B T0 0 , 参与细胞内合成的脂类的运输;另一种在小肠细胞合成的分子量为2 4 0 k D a 的 Ap B - 4 8 , 参与以乳糜微粒形式携带食物中的脂类这是由mR N A合成后在其第2 1 5 3 位密码子C AA （ 谷氨酰胺）的 C变成U而成U AA（ 终止子），所以蛋白质合成到此密码子即终止，产生含2 1 5 2 氨基酸残基的Ap B - 4 8 ,未被编辑的mR N A则翻译成含4 5 3 6 氨基酸残基的Ap B - 1 0 0 , 由于催化胞喀嚏变成尿喀唾的脱氨酶只存在于小肠，故 Ap B - 4 8 只在小肠合成，所以R N A编辑可以看作是对生物学中心法则的一个重要补充R N A编辑的多种形式极大地增加了 m R N A的遗传信息容量3 . 逆转录197 0 年 T e m i n 和 B a lt i m o r e 各自发现R N A肿瘤病毒含有一种酶，称为逆转录酶这种酶以R N A为模板，在有4种 d N T P 存在及合适条件下，能按碱基互补配对的原则，合成互补 DN A。

这种酶也称R N A依赖的DN A聚合酶由于R N A肿瘤病毒含有这种逆转录酶，所以也称为逆转录病毒第十七章遗传密码和蛋白质合成一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：蛋白质生物合成过程，明确其特点及与核酸的关系二、教学重点：1 . 遗传密码的特点2 .蛋白质生物合成过程三、教学难点：蛋白质生物合成过程四、教学内容：1 .参与蛋白质生物合成的物质（ 1） m R N A与遗传密码①三联体密码与密码的简并研究表明，密 码 子 （ c o d o n ）共有6 4 个，每个密码子是由三个核甘酸（ 称为三联体，t r i p le t ）组成的有的氨基酸有多个密码子，这种现象称为简并，如 U U U 和 U U C都是苯丙氨酸的密码子，U CU 、U CC、U CA、U CG 、AG U 和 AG C都是丝氨酸的密码子，同一氨基酸的不同密码子称为同义词（ s y n o n y m s ）6 4 个密码子中6 1个密码子代表一定的氨基酸，只有3个密码子不代表任何氨基酸，为肽链合成的终止信号总之，在 DN A或 m R N A分子内，每 3 个相邻核甘酸按其排列序列可体现一种氨基酸或体现蛋白质合成终止信号的，统称为遗传密码。

②起始信号与终止信号6 4 个密码子中，6 1个代表氨基酸每一种氨基酸少的只有一个密码子，多的可有6 个,但以2 个和4个的居多另有3个密码子（ U AA、U AG 、U G A）为肽链的终止密码，不代表任何氨基酸，为终止信号密码子AU G 具有特殊性，不仅代表甲硫氨酸，如果位于m R N A起始部位，它还代表肽链合成的起始密码子起始密码子常在m R N A的 5 , 端附近③方向性与无间隔性m R N A的起动信号到终止信号的排列是有一定方向性的起动信号总是位于m R N A的 5 '侧，终止信号总是在3 ' 侧m R N A分子中遗传信息具有方向性（ 从 5 ' 端至3 ' 端）的排列,决定了翻译过程肽链从N端向C 端合成的方向性m R N A的密码子之间无标点符号隔开，所以在相应基因的DN A链上，如因突变插入一个碱基或缺失一个碱基，都会引起m R N A 的阅读框移位，使其编码的蛋白质丧失功能④通用性从细菌到人，遗传密码可以通用.（ 2）氨基酸的“ 搬运工具” 一t R N A体内的20种氨基酸都各有其特定的t R N A , 而且一种氨基酸常有数种t R N A , 在 A T P 和酶的存在下，它可与特定的氨基酸结合。

每个t R N A 都有1 个由3 个核苜酸编成的特珠的反密码子此反密码子可以根据碱基配对的原则，与 m R N A 上对应的密码子相配合t R N A 上的反密码子，只有与m R N A 上的密码子相对应时，才能结合因此，在翻译时，带着不同氨基酸的各个t R N A 就能准确地在核糖体上与m R N A 的密码子对号入座 3 ) 肽链合成的“ 装配机”一核糖体核糖体由大小不同的两个亚基所组成，这两个亚基分别由不同的R N A 分 子 ( 称 为 r R N A )与多种蛋白质分子共同构成的 原核生物的核糖体为7 0S , 由 3 0s 小亚基与5 0S 大亚基组成;真核生物的核糖体为8 0S , 由 3 0S 小亚基与5 0S 大亚基组成2. 蛋白质合成的过程( 1 ) 氨基酸的活化与转运在蛋白质分子中，氨基酸借其一N H 2基及一C 00H 基互相联结成肽氨基酸的活化过程及其活化后与相应t R N A 的结合过程， 都是由同一类酶所催化； 此类酶称为氨基酰t R N A 合成酶氨基酰t R N A 合成酶催化的反应必须有A T P 参加 2) 肽链合成的起始在蛋白质生物合成的起始阶段，核糖体的大、小亚基，m R N A 与甲酰甲硫氨酰t R N A i m e t共同构成7 0s 起始复合体。

这一过程需要•些称为起始因的蛋白质以及G T P 与镁离子的参与①3 0s 起始复合体的形成原核生物m R N A 的 5 ' 端与起始信号之间， 相距约25 个核甘酸， 此处存在富含喋吟区( 如A G G A 或 G A G G ) ,称为S h i n e - D a l g a r n o ( S D ) 序列核糖体3 0s 亚基的1 6s r R N A 有一相应的富含嗑咤区可与S D 序列互补由此，3 0s 亚基在I F3 与 I F1 的促进下，与 m R N A 的起始部位结合② 7 0s 起始复合体的形成3 0s 起始复合体一旦形成，I F3 也就脱落，5 0s 亚基随即与其结合此时复合体中的G T P水解释出G D P 与无机磷酸，使 I F2与 I F1 也都脱落，形成了 7 0S 起始复合体7 0s 起始复合体的形成，表明蛋白质生物合成的起始阶段己经完成，已可进入肽链延长阶段 3 ) 肽链延长这一阶段，与 m R N A 上的密码子相适应，新的氨基酸不断被相应特异的t R N A 运至核糖体的受位，形成肽链同时，核糖体从m RN A 的 5 ' 端向3 ' 端不断移位以推进翻译过程( 图1 4- 4) 。

肽链延长阶段需要称为延长因子的蛋白质，G T P, M g 2 + 与 K + 的参与肽链延长阶段的具体步骤如下：①进位： 与上一阶段所产生的复合物( 图1 4- 3 中的70 s 起始复合体) 受位上m RN A 密码子相对应的氨基酰t RN A 进入受位②转肽：50 s 亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成，此时在转肽酶的催化下，将给位 上 t RN A 所携的甲酰甲硫匐酰( 或肽酰) 转移给受位上新进入的氨基酰t RN A , 与其所带的氨基酰的氨基结合，形成肽键③移位：核糖体向m RN A 的 3 ' 端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子准确定位在受位，同时带有肽链的t RN A 由受位移至给位，此步需要肽链延长因子E F G ( 又称转位酶，t r a n s l o c a s e ) 、M g 2 + 与供给能量的 G T P,④脱落：当 A位进入新的氨基酰t RN A 后，空载的t RN A 从核糖体的E 位脱落 4) 肽链合成的终止终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核糖体与t RN A 从 m RN A 上脱落的过程这一阶段需要G T P与一种起终止作用的蛋白质因子一释放因子的参与。

3 .翻译后加工( 1 ) 肽链的合成后加工与修饰某些蛋白质在其肽链合成结束后， 还需要进一步加工， 修饰才能转变为具有正常生理功能的蛋白质①二硫键的形成二硫键由两个半胱氨酸残基形成, 对维持蛋白质立体结构起重要作用， 如核糖核酸酶合成后，肽链中8 个半胱氨酸残基构成了 4 对二硫键，此 4 对二硫键对它的酶活性是必要的②个别氨基酸残基的化学修饰有些蛋白质前体需经一定的化学修饰才能成为成品而参与正常的生理活动有些酶的活性中心含有磷酸化的丝氨酸、 苏氨酸或酪氨酸残基 这些磷酸化的氨基酸残基都是在肽链合成后相应残基的- 0 H 被磷酸化而形成的除磷酸化外，有时蛋白质前体需要乙酰化( 如组蛋白 ) 、甲基化、A D P- 核糖化、羟化等胶原蛋白的前体在合成后，经羟化，其肽链中的脯氨酸及赖氨酸残基可分别转变为羟脯氨酸及羟赖氨酸残基③蛋白质前体中不必要肽段的切除无活性的酶原转变为有活性的酶， 常需要去掉一部分肽链 现知其它蛋白质也存在类似过程，虽然转变的场所不同；酶原多是在细胞外转变为酶，而蛋白质前体中不必要肽段的切除是在细胞内进行的④多蛋白的加工真核生物m RN A 的翻译产物为单一多肽链，有时这一肽链经加工，可产生一个以上功能不同的蛋白质或多肽。

4 .蛋白质生物合成的阻断剂( 1 ) 抗生素类阻断剂妨碍翻译的因素是蛋白质合成最直接的阻断剂； 这类因素多是抗生素类化合物 某些抗生素能与核糖体结合，从而妨碍翻译过程 2 ) 作为蛋白质合成阻断剂的毒素：抑制人体蛋白质合成的天然蛋白质，常见者为细菌毒素与植物毒蛋白 3 ) 作为蛋白质合成阻断剂的其它蛋白质类物质第十八章原核生物基因表达的调控一、教学目的：通过对本章的学习主要使学生掌握如下知识内容：原核生物基因表达调控模式二、教学重点：原核生物基因表达调控模式三、教学难点：原核生物基因表达调控模式四、教学内容：1 . 乳 糖操纵子（ 1 ）乳糖操纵子的结构和诱导剂所谓操纵子是指一些成簇排列、 相互协同的基因所组成的单位， 也称基因表达的协同单位在乳糖操纵子中有z 基因（ 编 码 B - 半乳糖昔酶，P - g a l a c t o s i d a s e） , ? 基因（ 编码通透酶，p er m ea s e） , a 基因（ 编码转乙酰基酶，t r a n s a c et y l a s e） ,上述Z 、K a 是结构基因；P （ 启动子， p r o m o t er ） , 〃 （ 操纵基因， o p er a t o r ） 是调控基因； / （ 编码L a c 阻遏物, L a c r ep r es s o r ）不属于乳糖操纵子。

图 1 5 —2 ） 大肠埃希菌能利用乳糖作为碳源，但要将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖，催化此水解反应的是B - 半乳糖甘酶由于Z K a以多顺反子形式存在，即三种基因被转录到同一条m R N A 上，因此乳糖能同时等量地诱导三种酶的合成通透酶的作用是使乳糖能透过细菌壁，转乙酰基酶的作用还不清楚在大肠埃希菌内， 真正生理性的诱导剂并非乳糖，而是别位乳糖，也是由乳糖经B - 半乳糖甘酶（ 未经诱导少量存在于细菌内）催化形成，并再经6- 半乳糖甘酶水解为半乳糖和葡萄糖 2 ） L a c 阻遏物的作用L a c 阻遏物是一种具有四级结构的蛋白质，4个亚基相同（ 分子质量3 7 0 0 0 ） ,都有一个与诱导剂（ 生理性诱导剂为别位乳糖，实验常用的诱导剂是异丙基硫代半乳糖一 I P T G ） 的结合位点在没有诱导剂的情况下，L a c 阻遏物能快速与操纵基因 结合，从而阻碍结构基因的转录当有诱导剂与L a c 阻遏物结合后，阻遏物的构象就发生变化，导致阻遏物从操纵基因 上解离下来，R N A 聚合酶不再受阻碍，能转录结构基因7 K a L a c阻遏物与操纵基因 结合时所覆盖的区域为2 8 b p 。

3 ） C A P 与 cA M P 复合物在乳糖操纵子表达中的作用大肠埃希菌具有优先利用葡萄糖作为能源的特点当大肠埃希菌在含有葡萄糖的培养剂中生长时， 一些分解代谢酶，如 B - 半乳糖甘酶、半乳糖激酶、阿拉伯糖异构酶、色氨酸酶等的水平都很低， 这种葡萄糖对其他酶的抑制效应称为分解物阻遏作用， 这种现象与cA M P有关 葡萄糖能降低大肠埃希菌中cA M P 的浓度， 而加入外源性cA M P 能逆转葡萄糖的这种抑制作用cA M P 能刺激多种可诱导的操纵子，包括乳糖操纵子转录的启动从这点上来说，cA M P 在细菌和哺乳动物中的作用是相同的，都是作为饥饿信号，但作用机制全然不同，在哺乳动物细胞，cA M P 的作用是激活蛋白激酶，再由蛋白激酶磷酸化其他靶蛋白质分子，例如，调控糖原合成和分解的机制；而细菌中cA M P 的作用是通过和一种称为分解物基因激活物蛋白C A P ） 结合后发挥作用C A P 是一种具有两个相同亚基的蛋白质，每个亚基都具有与D N A 结合的结构域和与cA M P 结合的结构域C A P 与 cA M P 结合的复合物才能刺激操纵子结构基因的转录 在乳糖操纵子上C A P 与 D N A 结合的区域正好在启动子。

的上游 当没有葡萄糖存在（ 或低浓度葡萄糖） 时，cA M P - C A P 复合物结合到相应的D N A 序列，并刺激R N A 聚合酶的转录作用（ 能使转录效率提高50 倍） ，这种作用当然是在没有L a c阻遏物与操纵基因 结合的情况下才能发生在没有C A P - cA M P 的情况下，R N A 聚合酶与启动子并不形成具有高效转录活性的开放复合体，因此乳糖操纵子结构基因的高表达既需要有诱导剂乳糖的存在（ 使L a c阻遏物失活） ， 又要求无葡萄糖或低浓度葡萄糖的条件（ 增高cA M P 浓度， 并形成C A P - cA M P复合物促进转录） 2 .色氨酸操纵子原核生物的转录终止阶段，也可以是基因表达调控的环节，色氨酸操纵子的调控模式就是一个典型的例子色氨酸操纵子的结构基因包括编码5 种酶的基因及D、C、B、A, 5 种酶在催化分支酸转变为色氨酸的过程中发挥作用， 结构基因中还包括/ 基因， 其转录产物是前导m R N A , 调控元件有启动子尸和操纵基因0 色氨酸操纵子表达的调控有两种机制，一种是通过阻遏物的负调控，另一种是通过衰减作用 1 ）） 阻遏物对色氨酸操纵子的调控色氨酸阻遏物是一种同二聚体蛋白质（ 由两个相同的亚基组成） ， 每个亚基有1 0 7 个氨基酸残基。

色氨酸阻遏物本身不能和操纵基因 结合， 必须和色氨酸结合后才能与操纵基因 结合,从而阻遏结构基因表达，因此色氨酸是一种共阻遏物（ 2 ）） 衰减作用对色氨酸操纵子的调控色氨酸操纵子转录的衰减作用是通过衰减子调控元件使转录终止 色氨酸操纵子的衰减子位于/ 基因中，离 £ 基 因 5 ' 端约3 0 —60 b p , 大肠埃希菌在无或低色氨酸环境中培养时，能转录产生具有67 2 0 个核甘酸的全长多顺反子m RNA , 包括/ 基因和结构基因培养剂中色氨酸浓度增加时，上述全长多顺反子m RNA 合成减少，但 / 基 因 5 ' 端部分的1 4 0 个核甘酸的转录产物并没有减少（ 图 1 5 - 6） 这种现象是由衰减子造成的，而不是由于阻遏物- 共阻遏物的作用所致 这 段 1 4 0 个核甘酸序列就是衰减子序列 衰减子转录物具有4 段能相互之间配对形成二级结构的片段，如 图 1 5 - 7 所示，片段广和2 配对形成发夹结构时，片段3 和 4同时能配对形成发夹结构； 而片段2 和 3形成发夹结构时， 其他片段配对二级结构就不能形成第十九章真核生物基因表达的调控一、教学目的：1 . 熟悉真核基因组的结构特点、真核生物在DNA水平、转录水平和翻译水平上基因表达调控的特点。

2 . 掌握以下概念：顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子，熟悉沉默子、基本转录因子、特异转录因子3 . 了解转录因子的结构特点二、教学重点：真核生物在DNA水平和转录水平基因表达调控的特点三、教学难点：转录因子的结构特点四、教学内容1 . 真核生物基因表达调控的特点真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因， 从而实现" 预定" 的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能真核生物基因表达调控与原核的共同点：（ 1）基因表达都有转录水平和转录后的调捽，且以转录水平调控为最重要；（ 2）在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录真核生物基因表达调控与原核的不同点：（ 1）真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制 2）真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化；（ 3）正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。

2 . 真核生物基因表达调控的种类根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控， 它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应 瞬时调控包括某种底物或激素水平的升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：- DNA 水平调控 Replicational regulation- 转录水平调控 transcriptional regulation- 转录后水平调控 post transcriptional regulation翻译水平调控 translational regulation蛋白质加工水平的调控regulation of protein maturation3 . 真核生物DNA水平上的基因表达调控( 1)基因丢失丢失一段DNA或整条染色体的现象在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。

目前，在高等真核生物( 包括动物、植物) 中尚未发现类似的基因丢失现象 2 ) 基因扩增基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象, 它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多， 这可能构成了加速基因进化、 基因组重组和最终物种形成的一种方式 3 ) 基因重排将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录， 这种方式被称为基因重排通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达在人类基因组中， 所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的， 而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的完整的重链基因由VH、D、J 和 C 四个基因片断组合而成完整的轻链基因由VL、J 和 C 3 个片段组合而成人类基因组中抗体基因片断产生免疫球蛋白分子多样性的遗传控制重链和轻链的不同组合，K、入、H；在重链中，V、D、J 和 C 片段的组合；K轻链中V 和 C 的组合；九轻链中V、J 和 C 的组合；基因片段之间的连接点也可以在几个bp的范围内移动。

因此，可以从约300个抗体基因片段中产生109数量级的免疫球蛋白分子4) DNA的甲基化与基因调控①DNA的甲基化• 胞嚅咤被甲基化修饰形成5- 甲基胞喀咤(mC)• 几乎所有的m C与其3 ' 的鸟喋吟以5' m C pG 3'的形式存在• 当两条链上的胞喀咤都被甲基化时称为完全甲基化• 一般在复制刚完成时，子链上的C 呈非甲基化状态，称为半甲基化• 在真核生物中，5- 甲基胞喀咤主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和 GATC中• CpG二核甘酸通常成串出现在DNA上，CpG岛甲基化位点的检测• 特殊的限制性内切酶——同裂酶• Hpall识别并切割未甲基化的CCGG (C I CGG)• Msp I 识别无论是否甲基化的CCGG (C I CGG或 C I CmGG)真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：• 构建性甲基转移酶：作用于非甲基化位点，对发育早期DNA甲基化位点的确定起重要作用• 维持性甲基转移酶：作用于半甲基化位点，使子代细胞具备亲代的甲基化状态• 在一些不表达的基因中， 启动区的甲基化程度很高， 而处于活化状态的基因则甲基化程度较低②DNA甲基化抑制基因转录的机理DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。

5 ) 染色质结构与基因表达调控①活性染色质• 按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质：• 活性染色质是指具有转录活性的染色质；• 非活性染色质是指没有转录活性的染色质• 真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的D N A ,因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键活性染色质的主要特点• 在结构上：, 活性染色质上具有DNase I 超敏感位点• 活性染色质上具有基因座控制区• 活性染色质上具有核基质结合区( MAR序列)活性染色质上具有DNase I超敏感位点每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点，大部分位于基因5 '端启动子区域活性染色质上具有核基质结合区(matrix attachment region , M AR)MAR 一般位于D N A放射环或活性转录基因的两端在外源基因两端接上M A R ,可增加基因表达水平10倍以上，说明M A R在基因表达调控中有作用是一种新的基因调控元件4 .真核生物转录调控顺式作用元件(1)顺式作用元件这类调控元件是指那些和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列， 包括启动子( 及启动子上游近侧序列) 及增强子等。

①启动子和启动子上游近侧序列编码蛋白质基因的启动子和启动子上游近侧序列中有3种短序列的突变能导致启动子功能的丧失，这3种短序列分别是TATA盒、CAAT盒、GC盒启动子及启动子近侧的保守序列元件按它们对RNA聚合酶的影响， 可分为两类， 一类是位于较上游的元件，能较强地影响转录起始的效率，CAAT盒和GC盒即属于这类顺式元件；另一类是位于距转录起始点较近的TATA盒，在选择转录起始点的过程中起调控作用②. 增强子增强子是一类能增强真核细胞某些启动子功能的顺式作用元件增强子作用不受序列方向的制约， 即顺的和反的序列都有作用， 而且在离启动子相对较远的上游或下游都能发挥作用， 有的增强子位于基因中间( 通常位于内含子中) 有的增强子只能在特异的组织中作用，例如免疫球蛋白基因的增强子(Oct-2)只能在表达该基因的B淋巴细胞中发挥作用，这种具有组织特异性的增强子可能是作为某些特异基因表达调控网络的组成部分而发挥作用③反应元件当真核细胞处于某一特定环境时， 有反应的基因具有相同的顺式作用元件， 这类顺式元件称为反应元件例如热激反应元件(HSE)、激素反应元件，金属反应元件(MRE)等这些反应元件一般具有较短的保守序列，与转录起始点的距离不固定，一般在200 bp之内。

有些反应元件在启动子或增强子内，如HSE在启动子内，糖皮质激素反应元件(GRE)在增强子内2)反式作用因子反式作用因子( 简称反式因子) ，也称转录因子，是一类在细胞核内发挥作用的蛋白质因子反式因子的作用特点是： ①能识别启动子、启动子近侧元件和增强子等顺式元件中的特异靶序列，如转录因子TFH D能识别和结合T A T A盒，转录因子Spl能识别和结合G C盒,CTF1能识别和结合C A A T盒( 图15-9)R N A聚合酶本身不能有效地启动或不能启动转录，只有当反式因子与相应的顺式元件结合后才能启动或有效启动转录 这种对基因转录启动的调控是通过结合在不同顺式元件上的反式因子之间或反式因子与R N A聚合酶之间的相互作用而实现的 3 )反式作用因子结构的模式①螺旋一转角一螺旋( h e l i x - t u r n - h e l i x ) 具有这种结构模式的转录调控蛋白最初在原核生物中发现②锌指( z i n c f i n g e r s ) 锌指结构含有约3 0 个氨基酸残基， 其中4个氨基酸残基( 两个是半胱氨酸，两个是组氨酸，或 4个都是半胱氨酸) 以配位键与Z n 2 + 相互作用。

③亮氨酸拉链( l e u c i n e z i p p e r s ) 这种结构是指在反式因子的一段肽链中每隔7个氨基酸残基就有一个亮氨酸残基出现， 这段肽链所形成的a —螺旋就会出现一个由亮氨酸残基构成的疏水面，而另一面则是由亲水性氨基酸残基所构成的亲水面④螺旋- 环- 螺旋( h e l i x - l o o p - h e l i x ) 这种结构也和亮氨酸拉链一样与形成反式因子二聚体有关 4 ) 反式作用因子的作用特点和规律①一种反式因子能与一种以上的顺式元件结合真核生物的转录因子不像原核生物的调控蛋白与顺式调控元件的结合有高度的专一性，有些反式因子可以和同源性很小的顺式元件结合②一种顺式元件能和一种以上的反式因子结合与C A A T 盒结合的反式因子有好几类，如 C T F类反式因子，C P 类反式因子等多种反式因子识别同一顺式元件，能加强这些反式因子单独或协同调节基因表达的精确性和灵活性③有些反式因子以二聚体或多聚体与顺式元件作用反式因子二聚体形成的机制已在前文提及，二聚体以不同因子形成的异二聚体为主④有些反式因子的活性通过化学修饰受到调节有些反式因子激活基因转录的活性， 是在磷酸化后才具有的。

⑤有些反式因子之间的相互作用对它们发挥功能是必需的在R N A 聚合酶I I 发挥转录作用时，几种转录因子如T F I I A 、T F I I B , T F I I D 、T F I I E的相互作用是必需的，几种反式因子和R N A聚合酶I I 按一定的时间和空间顺序，形成具有活性的转录起始复合物。