《生物化学》(第3部分)ppt课件

1、 第七章 生物氧化一、概念 能量是一切生物体活动所必需的。能量的来源，主要依托生物体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化作用。 有机物在生物体细胞内氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量构成ATP的过程称为生物氧化bioligical oxidation。由于此过程通常要耗费氧，生成二氧化碳，并且在组织细胞内进展，所以生物氧化也叫做细胞呼吸或组织呼吸。.二、生物氧化的特点和酶类一特点 氧化复原的本质是电子的转移。生物体内的电子转移主要有以下几种方式：1、直接进展电子转移2、氢原子的转移.3、有机复原剂直接加氧 加氧时经常伴随有接受质子和电子而被复原成水。.二生物氧化中二氧化碳的生成 生物氧化中二氧化碳

2、的生成是由于糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧基的化合物进展脱羧反响所至。 种类：1、 -脱羧和-脱羧；2、直接脱羧和氧化脱羧：氧化脱羧是指脱羧过程中伴随着氧化脱氢。.-直接脱羧：-直接脱羧：.-氧化脱羧：-氧化脱羧：.三生物氧化中水的生成 生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。 糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含的氢在普通情况下是不活泼的，必需经过相应的脱氢酶将之激活后才干零落。进入体内的氧也必需经过氧化酶激活后才干变为活性很高的氧化剂。但激活的氧在普通情况下，也不能直接氧化由脱氢酶激活而零落的氢，两者之间尚需传送才干结合成水。所以生物体主要是以脱氢酶、传送体及

3、氧化酶组成的生物氧化体系，以促进水的生成。.四酶 凡是参与生物体内氧化复原反响的酶都叫做生物氧化复原酶。主要存在于线粒体中，所以生物氧化主要在线粒体内进展。另外，线粒体外如微粒体等也可发生生物氧化次要。1、脱氢酶 脱氢酶的作用是使代谢物的氢活化、零落，并传送给其它受氢体或中间传送体。 根据所含辅助因子的不同，分为两类：.1以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶黄素脱氢酶 以黄素单核苷酸FMN或黄素腺嘌呤二核苷酸FAD为辅基。 又分为两种：需氧黄素脱氢酶：以氧为直接受氢体，氢于氧结合生成H2O2 。.不需氧黄素脱氢酶：不以氧为直接受氢体，催化代谢物脱下的氢首先传送给中间传送体，最后再传送给分子氧生成水。.2

4、以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶 烟酰胺脱氢酶 以NADCo)或NADP Co 为辅酶，催化代谢物脱氢，由NAD+ 或NADP+ 接受，然后将氢交给中间传送体，最后传送给分子氧生成水。.2、氧化酶 在生物氧化中，氧化酶的作用是激活氧，把来自传送体的氢传送给活化的氧而生成水。 氧化酶普通是含有金属离子的结合酶，直接以氧为受氢体，每个氧原子接受2个电子2e后和2个质子2H+ 生成水。.3、传送体 传送体是生物氧化过程中传送氢或传送电子的物质，它们既不能使代谢物脱氢，也不能使氧活化。 传送体只存在于由不需氧脱氢酶所催化的代谢物脱氢的生物氧化体系中。 有的传送体起传送氢原子的作用，叫做“递氢体，主要有黄素

5、蛋白传送体FAD、FMN、 CoNAD、 CoNADP及辅酶Q。 有的传送体起传送电子的作用，叫做“递电子体，主要有细胞色素及铁硫蛋白。 .1铁硫蛋白 铁硫蛋白类作用机理是经过铁的变价互变进展电子传送。 由于其活性部位含有两个活泼的硫和两个铁原子，所以叫做铁硫蛋白。 . 铁硫蛋白存在于微生物、动物组织中，通常在线粒体内膜上与黄素酶或细胞色素结合成复合物而存在。2辅酶Q类泛醌 递氢体。.3细胞色素类cytochrome，Cyt 现已发现30多种细胞色素，在线粒体内参与生物氧化的细胞色素有 a、a3 、b、c、c1等几种。依托细胞色素分子中铁离子化合价的变化传送电子。 目前尚不能将a、a3 分开。

6、在aa3分子中除铁原子外，还有两个铜原子，依托其化合价的变化将电子从a3传给氧。 在典型的线粒体呼吸链中，其顺序为：.三、呼吸链电子传送链或电子传送体系一概念 代谢物上的氢原子被脱氢酶激活零落后，经过一些列的传送体，最后传送给被激活的氧分子而生成水的全部体系叫做呼吸链。二种类 在具有线粒体的生物中，根据接受代谢物上脱下的氢的初始受体不同，分成两种典型的呼吸链，即NADH呼吸链和FADH2呼吸链。. . 其中NADH呼吸链运用最广泛，糖类、蛋白质、脂肪三大物质分解代谢中的脱氢氧化反响绝大多数是经过NADH呼吸链来完成的。.四、生物氧化过程中能量的转移 一概述 生物体内的ATP是高能化合物，由AD

7、P磷酸化生成。这种伴随着放能的氧化作用而进展的磷酸化称为“氧化磷酸化。即代谢物上的氧化脱氢作用与ATP的磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程叫做“氧化磷酸化。 根据生物氧化方式的不同将氧化磷酸化分为底物程度磷酸化和电子传送体系磷酸化。通常所说的氧化磷酸化是指电子传送体系磷酸化。.二ATP的生成 ATP主要由ADP磷酸化所生成，少数情况下可由 AMP焦磷酸化生成。.1、底物程度磷酸化 底物程度磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，构成了某些高能磷酸化合物的中间产物，经过酶的作用可使ADP生成ATP。 底物磷酸化构成高能化合物，其能量来源于伴随着底物的脱氢，分子内部能量的重新

8、分布。 底物磷酸化与氧的存在与否无关，它是发酵作用中进展生物氧化获得能量的独一方式。.2、电子传送体系磷酸化 当电子从NADH或FADH2经过电子传送体系传送给氧构成水时，同时伴随有ADP磷酸化为ATP，即电子传送体系磷酸化。 电子传送体系磷酸化是生成ATP的主要方式。 NADH呼吸链中有三个地方生成ATP：. 由于“氧化磷酸化是氧化作用与ATP的磷酸化作用相偶联而生成ATP，所以氧的耗费与ATP的生成有特殊定量关系，通常用“磷氧比P/O来描画，即耗费1摩尔氧时，有多少摩尔无机磷与ADP作用生成ATP。生成的ATP的数量。 线粒体的离体实验证明，经NADH呼吸链氧化生成水的P/O为3，经FAD

9、呼吸链氧化生成水的P/O为2。其氧化磷酸化的偶联部位见图。.3、细胞液中NADH的氧化磷酸化 线粒体是糖、脂肪、蛋白质等能源物质的最终氧化场所，这些物质的彻底氧化是在线粒体内经过呼吸链生成ATP。但是糖、蛋白质和脂肪的全部氧化过程并不是都在线粒体内进展如糖酵解作用在细胞液中进展，真核生物细胞液中的NADH不能经过正常的线粒体内膜，细胞液中NADH不能经过线粒体内膜进入线粒体内进展氧化磷酸化，必需经过两种“穿越途径。 原理：线粒体外的NADH可将其所带之H转交给某些能透过线粒体内膜的化合物甘油-3-磷酸，苹果酸等，进入线粒体内后再氧化。.1甘油-3-磷酸穿越途径glycerol3-phospha

10、te shuttle 细胞液中含有甘油-3-磷酸脱氢酶，可以将二羟丙酮磷酸复原为甘油-3-磷酸，后者可进入线粒体内；线粒体内又在甘油-3-磷酸脱氢酶作用下，将甘油-3-磷酸转变为二羟丙酮磷酸，同时FAD复原为FADH2 ，于是细胞液中的NADH便间接构成了线粒体内的FADH2 ， FADH2将电子传送给CoQ复原为QH2 ，后者经过呼吸链产生ATP。. 这种穿越作用主要存在于肌肉、神经组织，所以葡萄糖在这些组织中彻底氧化所产生的ATP比其他组织要少2个，即生成36个ATP。.2苹果酸穿越途径苹果酸-天冬氨酸穿越途径 细胞液内的NADH的电子在苹果酸脱氢酶作用下传送给草酰乙酸后转变为苹果酸，同时

11、NADH氧化为NAD+ 。苹果酸经过苹果酸-酮戊二酸载体穿过线粒体膜，进入线粒体内膜的苹果酸被NAD+氧化失去电子又转变为草酰乙酸，NAD+又构成NADH，草酰乙酸不能透过线粒体内膜，经过转氨基作用构成天冬氨酸，再经过谷氨酸-天冬氨酸载体转移到细胞液中，天冬氨酸再经过转氨基作用转变为草酰乙酸。. . 在肝、肾、心等组织，细胞液中的NADH是经过苹果酸穿越途径。三氧化磷酸化的抑制造用 影响呼吸链的要素都影响氧化磷酸化的正常进展。主要有三种；1、解偶联剂 氧化磷酸化是氧化及磷酸化的偶联反响。磷酸化所需能量由氧化作用供应，氧化作用所构成的能量经过磷酸化作用储存。假设二者之间的偶联被破坏，氧化磷酸化就

12、遭到抑制，甚至危及生物体的生命。 解偶联剂：引起解偶联作用的物质。 解偶联作用：一切破坏生物氧化与磷酸化相偶联的作用，即抑制氧化磷酸化的作用即解偶联作用。. 常见的解偶联剂有2，4-二硝基苯酚、双香豆素等。 解偶联剂并不抑制电子传送过程，只抑制由ADP构成ATP的磷酸化过程。如感冒发烧即是由于某些细菌或病毒产生某种解偶联剂，影响氧化磷酸化作用的正常进展，导致较多能量转变为热能。2、呼吸链抑制剂 有些物质专注结合呼吸链中的不同部位，从而抑制呼吸链的传送，使氧化过程受阻，能量释放减少，影响ATP的生成。 常见的呼吸链抑制剂有阿米妥戊巴比妥，amytal、鱼藤酮rotenone、抗霉素antimyc

13、in、一氧化碳和氰化物等。.3、离子载体抑制剂 有些物质可以与K+或Na+构成脂溶性复合物，将线粒体内的K+跨膜转移到细胞液。这种离子转移耗费了生物氧化所产生的能量，从而抑制ADP磷酸化ATP。 常见的离子载体抑制剂有寡霉素、缬氨霉素、短杆菌肽等。 离子载体抑制剂也不抑制电子传送过程。. 第八章 核酸的生物合成一、DNA的生物合成 DNA的生物合成有两条途径：DNA的复制主要；RNA的反向转录次要。一DNA的半保管复制 提出背景： 1953年Watson和Crick在DNA双螺旋构造根底上提出了DNA半保管复制假说。他们推测复制时，DNA的两条链分开，按照碱基配对方式，以单链DNA的核苷酸顺序

14、合成新链，从而组成新的DNA分子。这样新构成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子的一条链来自于亲代DNA，另一条链是新合成的。这种子代DNA分子中总是保管一条来自亲代DNA的复制方式称为“半保管复制。. 1958年Meselson和Stahl初次用同位素标志法得到证明。二DNA复制的起始点和方向1、起始点 DNA复制的起始点是含有100-200个碱基的一段DNA。先是DNA的两条链在起始点分开构成叉子样的“复制叉replication fork，也叫“生长点growing point随着复制叉的挪动完成DNA的复制过程。 细胞内存在能识别起始点的特种蛋白质。.2、方

15、向 DNA复制可以朝一个方向单向复制，unidirectional，也可以朝两个相反方向进展双向复制，bidirectional，主要。. DNA复制普通是对称的，两条链同时进展，也有不对称的，一条链复制完后再进展另一条链的复制。三原核细胞DNA的复制DNA指点下的DNA合成1、复制的条件1DNA亲链模板：复制前DNA先解螺旋、解链构成两条单链，两条单链都可以作为模板；2四种三磷酸脱氧核苷dNTP作为底物；.3一系列酶；4一小段寡核苷酸链作为“引物。2、参与DNA复制的酶类及蛋白因子1拓扑异构酶 解开DNA的超螺旋构造。包含两种：拓扑异构酶转环酶：在DNA的特定部位将双链中的一条切开，使链的末

16、端沿螺旋轴松解的方向转动，然后将切口封锁，使DNA分子呈松弛形状。不需求ATP供能。拓扑异构酶旋转酶：将DNA特定部位的两条链均切开，使DNA分子去除超螺旋，变为松弛形状。需求ATP供能。.2解链酶解螺旋酶 使DNA双螺旋部分的两条互补链解开成单链。当DNA双螺旋有单链末端或双链有缺口时，解链酶即结合于此处，然后沿DNA链移行，逐渐解开双链。3单链结合蛋白SSB，又叫螺旋去稳定蛋白或DNA结合蛋白 当DNA部分的两条链解开后，还有能够再结合成双螺旋构造而复性，因此SSB与解开的单链结实结合，防治它们再接触并重新结成碱基对；同时也可防止核酸酶对单链DNA的水解，使正在复制中的DNA模板链得到维护

17、。.4引物酶 在DNA复制时，需求首先合成一小段寡核苷酸链作为引物，然后在引物的一端逐个加上脱氧核苷酸合成DNA链。 DNA合成的引物有多种，大多数情况下以RNA片段作引物，也可以DNA片段作引物。催化RNA引物合成的酶叫做“RNA聚合酶，在DNA复制的起始点，在DNA模板链指点下催化RNA引物的合成。.5DNA聚合酶 在DNA模板链的指点下，以三磷酸脱氧核苷为底物，按碱基配对原那么，将三磷酸脱氧核苷逐个加到寡聚核苷酸片段的3-OH末端上，并催化核苷酸之间的35 -磷酸二酯键的构成，新合成的DNA链沿5 3的方向延伸。 在大肠杆菌菌体内发现有三种DNA聚合酶，分别是、。其中DNA聚合酶和最重要

18、，都有核酸外切酶的作用将DNA链损伤部位或两个DNA片段之间的RNA引物切除，然后催化脱氧核苷酸向此处聚合，将间隙填充。 . 在真核细胞内发现有、四种DNA聚合酶，最重要的是DNA聚合酶，与DNA聚合酶功能一样。6DNA衔接酶 在DNA双螺旋部分解开后，两条DNA互补链均可以作为模板指点复制。在复制过程中，往往一条模板链指点合成的子链是延续的，另一条模板链指点合成的是不延续的DNA片段岗崎片段，DNA衔接酶即将相邻的两个岗崎片段衔接起来，并催化两者之间的35-磷酸二酯键构成。.3、DNA的复制包括三个阶段：1复制的起始 起始点：DNA的复制并非在DNA分子的任何部位都可以起始，而是在特定的起始

19、部位开场的。 原核细胞的环状DNA普通只需一个起始点。真核细胞染色体DNA分子比原核细胞DNA分子大得多，其线状DNA具有多个复制起始点，甚至多达上千个，从而构成许多独立复制的核苷酸序列，称为“复制单位或“复制子。. 复制开场时，先由拓扑异构酶和解链酶与DNA的复制起始部位结合，使该部位解螺旋、解链，构成复制点，同时单链结合蛋白与该处解开的两条模板链结实结合，使其坚持可复制形状。每个复制点构造犹如叉状，称为“复制叉。 引物酶具有区分DNA模板链起始点的才干，在此处由模板链指点，按照A-U、G-C的碱基配对原那么聚合三磷酸核苷NTP，构成RNA引物。 细菌的RNA引物较长，普通含有50-100个

20、核苷酸残基，哺乳动物的RNA引物较短，普通含有10个左右的核苷酸残基。. 2DNA片段的合成与延伸 RNA引物构成之后，在两条DNA模板链的指点下，在DNA聚合酶的催化下，按照A-T、G-C的碱基配对原那么在引物的 3-OH端逐个聚合三磷酸脱氧核苷，构成两段DNA片段。在复制中，拓扑异构酶和解链酶不断向前推进，复制叉就不停地向前移行，新合成的DNA片段也就相应的延伸。合成的方向为5 3。 前导链：在复制叉的起点处复制时，一条子链的延伸方向与复制叉前进方向一样，称为“前导链。.后随链：另一条子链的延伸方向与复制叉的前进方向相反，称为“后随链。 复制开场后，随着复制叉向前移行，前导链向复制叉移行方

21、向延续延伸；而后随链沿着复制叉移性的反方向断续合成，开场所成的是一段一段的DNA片段冈崎片段。 当一个冈崎片段合成后，随着复制叉的前移，在新分叉处又合成一段RNA引物，在引物的3-OH端再合成一段冈崎片段，如此进展下去便合成了一条RNA引物-冈崎片段相间陈列的序列。. 复制到了一定程度，DNA聚合酶的核酸外切酶活性便将RNA引物切除，同时它的DNA聚合酶活性催化冈崎片段由3-OH端延伸每个核苷酸单位被切除后立刻被与模板链上相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上，直达前一个冈崎片段的5-末端为止。3完成子代DNA分子的构成 复制进展到一定程度，核酸外切酶将前导链的RNA引物切除，由DNA聚合酶催化其延

22、伸补缺；DNA衔接酶将相邻的两个岗崎片段衔接起来，使之成为完好的长链。两条子链分别与两条亲链重新构成双螺旋构造，生成两个与亲代DNA完全一样的子代DNA。.4、DNA聚合酶的“校正作用 在大肠杆菌的DNA复制中，每聚合109-1010个碱基对仅有一个误差。 缘由：DNA聚合酶具有三种不同的酶活性，其核酸外切酶活性是校正新生DNA链和矫正聚合酶活性所呵斥“错配的一种方法。当“错配一个核苷酸时，酶能识别这种“失误并立刻重新链的3-OH端切除所配错的核苷酸，然后再按5 3方向和正常复制的过程在新DNA链的3加上正确的核苷酸。所以当复制叉沿模板链挪动时，随参与的每个脱氧核苷酸单位都会遭到检查。. 复制

23、的准确性高于转录和翻译过程，否那么易引起突变或致死。而转录和翻译的失误普通只涉及一个细胞中某种RNA或蛋白质的产生，不会改动生物的遗传性能。 因此，DNA聚合酶的校正作用是保证复制准确性的数种途径之一。.四真核生物的DNA复制 DNA指点下的DNA合成 真核细胞DNA构造相当复杂，有关DNA复制的研讨主要来自于原核生物。近年来随着新技术运用以及体外复制系统的建立，真核细胞DNA复制研讨也有了较大进展。真核细胞DNA复制过程与原核细胞DNA复制根本上类似，但也有不同之处：.1、真核细胞DNA复制有许多起始点，即真核细胞DNA复制是由许多“复制子共同完成的。因此真核生物复制叉挪动速度虽慢但复制总速

24、度能够比原核生物更快。2、在较高等的生物中至少有5种以上的DNA聚合酶，分别命名为、和。这五种酶均能在5 3方向上聚合DNA链。3、端粒的复制：线性染色体的末端DNA称为端粒telomere。端粒的复制是由一种特殊的酶-端粒酶所催化。在真核细胞中，当复制叉到达线性染色体末端时，复制过程是在端粒酶作用下完成的。. 端粒酶：最早于1985年在四膜虫中发现，现已证明该酶存在于一切真核细胞中。是一种核糖核蛋白，它由RNA和蛋白质两种成分组成。五反转录作用 RNA指点下的DNA合成 1970年Temin和Baltimore同时从致癌病毒中发现RNA指点下的DNA聚合酶。此酶以4种三磷酸脱氧核苷dCTP、

25、dGTP、dATP、dTTP为底物能生成与病毒RNA模板碱基序列互补的DNA。 由于其催化遗传信息从RNA流向DNA，与转录作用正好相反，所以称为“反转录酶或“逆转录酶。 . 病毒反转录酶特性：以病毒RNA为模板；以三磷酸脱氧核苷为底物；含Zn2+ ，催化时也需求引物，生成的新DNA链的方向是5 3。 详细过程：1、病毒进入宿主细胞后，在细胞液中脱去外壳，然后以病毒RNA为模板，以三磷酸脱氧核苷为底物，由反转录酶催化合成一条与病毒RNA链互补的DNA链，称为“互补DNAcDNA。病毒RNA与cDNA构成杂交体。.2、反转录酶继续催化杂交体分别，释放出cDNA，再以cDNA为模板合成一条互补DNA链，构成双股cDNA。3、双股cDNA整合到宿主细胞的染色体DNA中。 .六DNA分子的损伤与修复1、DNA分子的损伤 一些理化要素如紫外线、电离辐射和化学诱变剂碱基和核苷类似物、某些抗生素、烷化剂和亚硝胺等等能使细胞DNA遭到损伤而导致生物突变或致死。 细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的损伤得到修复。2、DNA损伤的修复1切除修复 是哺乳动物DNA损伤的主要修复方式。 即在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部位切除掉，并以完好的DNA链为模板，合成切去的部分，使损伤修复。 .