生物化学内容提要

sy-Glu-Cys-GlyGSSG在谷胱甘肽还原酶催化下还原成GSH作用：GSH保护血液中红细胞，维持血红素中的Cys处于还原态。正常情况下GSH:GSSG>500:1，谷胱甘肽起到巯基缓冲剂作用。GSH起解毒作用，可清除H202或有机氧化物。参与氨基酸转运，经丫-谷氨酰循环，帮助氨基酸完成跨膜吸收，生成丫-谷氨酰氨基酸，使氨基酸从膜外转运到细胞内被细胞吸收。见P364图31-27。(三） 肌酸的生物合成：结构式及肌酸的合成见P366图31-28,磷酸肌酸见P35(下册）。肌酸含N-P高能键，在肌肉和神经的贮能中占有重要地位。(四） 卟啉、血红素的生物合成：卟啉是以Gly和琥珀酰CoA为原料合成的，见P366,先合成3-氨基乙酰丙酸。二个3-氣基乙酰丙酸再缩合、脱水环化生成胆色素原，P368。四个胆色素原分子在胆色素原脱氨酶作用下脱去3分子Nit生成线型四吡咯，P369。线型四吡咯环化脱NH3生成尿卟啉原I，结构式见P369图31-32。血红素合成：结构式见P371图31-37。血红素降解后产物为胆红素，结构见P371图31-38。胆红素是体内过氧化物的有效清除剂，是血浆中三种主要的抗氧化剂之一。血液中胆红素浓度升高，皮肤、眼球变黄。胆红素可从动物胆、肝中提取，为配制人工牛黄重要原料。第五章糖与糖代谢§5.1糖的生物学作用：上册PI(1章）糖类是细胞中非常重要一类物质，在几乎所有重要生理过程中都有举足轻重的作用。(一）糖的生物学作用：生物体的结构成分：动植物躯壳，如纤维素和甲壳素（昆虫和甲壳类动物的外骨骼）。能源物质：贮存能源的糖类，如淀粉、糖原和葡萄糖。转变为其他物质（碳源物质）：为合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等提供碳骨架。作为细胞识别的信息分子：大多数蛋白质是糖蛋白，如免疫球蛋白、激素、毒素、凝集素、抗原以至酶和结构蛋白。在糖蛋白中起信息分子作用的为糖链。如B-型血外端的半乳糖用a-半乳糖苷酶（来自海南产的咖啡豆中）切除掉，则B-抗原活性丧失，呈现0-型血的典型特征。糖在几乎所有重要生理过程中都有举足轻重的作用。生命开始，卵细胞受精、细胞凝集、胚胎形成，细胞的运转和粘附。细胞间的相互识别，通讯与相互作用。免疫保护（抗原与抗体)，代谢调控（激素与受体），形态发生、发育，器官的移植。癌症发生与转移，衰老、病变等过程。糖是生物体内重要信息物质，在细胞识别、信号传递与传导、免疫过程、细胞通讯和代谢调控中都扮演重要作用。糖生物学己发展成为生命科学研究的重要内容。(二） 糖的结构特点：糖的分子结构比蛋白质和核酸复杂。如葡萄糖有4个不对称碳原子，成环后G又形成a、P两个异头体结构，葡萄糖同分异构体有2S=32个。结构复杂多样的糖分子成为携带生物信息的极好载体。多肽与核酸携带信息仅依赖于其组成单体的种类、数量和连接顺序，而糖链携带信息除单体种类、数量和排列外还有分支结构和异头碳构型。因此糖的聚合体单位重量携带的信息量比蛋白质和核酸大的多。(三） 糖工程：糖工程即糖类药物的研宄，包括药用寡糖及类似物的合成，糖蛋白及糖脂中糖的改性修饰，糖与蛋白的联结等内容。糖类药物的研究与开发在极快发展，如“抗粘附”类寡糖药物的研究，其原理为细胞感染首先是入侵病原体表面的糖蛋白（粘附蛋白）识别正常人细胞表面的寡糖（配体)，继而发生粘附作用。若引入与寡糖结构（配体）相同或类似的游离寡糖，并使它们与病原体上的粘附蛋白结合即可避免病原体对细胞的感染，而成为“抗粘附”类寡糖药物，此类药物在与病原体的粘附蛋白结合后会被排出体外而防止感染。如己开发出对付幽门螺旋杆菌的药物，可防治胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡；己鉴定了与人体发炎过程及癌细胞转移密切相关的粘附蛋白E-Selectin中四糖的结构等。糖工程研究内容首先进行天然产物（如粘附蛋白）的分离和纯化，然后进行微量寡糖的分析，确认结构，最后进行寡糖的合成，为此已发展了寡糖的液相和固相合成。寡糖结构的复杂性使糖工程研究过程中困难重重，如三个结构相同的己糖形成三糖会有120种不同连接，使分析、分离工作面临挑战。§52糠酵解作用.下册 22査无氧条件下葡^糖进行分解，1个葡萄糖分子形成2分子丙酮酸并提供能量的过程称为糖酵解作用。机体生存需要能量。机体内主要提供能量的物质是ATP，ATP的结构见P37。ATP~ADP循环是生物体系中能量交换基本方式。糖酵解过程是生物最古老、最原始获得能量的一种方式，通过酵解可以在无氧或供氧不足时给机体提供能量。酵解在细胞胞液中进行。糖酵解：葡萄糖在无氧条件下转变为丙酮酸所经历的一系列反应，在此过程中净生成2个ATP分子。无氧条件下丙酮酸由NADH还原成乳酸，高等动物肌肉组织中糖酵解最终产物为乳酸。发酵分为乳酸发酵和乙醇发酵。微生物经过无氧条件产生乳酸的过程称为乳酸发酵；包括丙酮酸脱羧生成乙醇的发酵过程称为乙醇发酵，其基本路线和酵解完全相同，只是在形成丙酮酸后才有差异。(一）糖酵解和乙醇发酵全过程：如P67图22-1所示，分两阶段进行：准备阶段：1分子葡萄糖经磷酸化成2分子三碳糖，消耗2分子ATP。放能阶段：磷酸三碳糖变成丙酮酸，2个三碳糖分子产生4个ATP。糖酵解过程由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式来实现的。发酵在生物化学发展过程中有重要意义。当把酵母汁液加入蔗糖中发酵产生乙醇，证明发酵可在活细胞外进行，打开了现代生物化学大门，新陈代谢变为化学。第-隨：葡萄糖在己糖激酶催化下磷酸化形成葡萄糖-6-磷酸。己糖激酶葡萄糖+ATP 葡萄糖-6-磷酸+ADP(G) (G-6-P)肝脏中则由专一性强的葡萄糖激酶催化。反应消耗1分子ATP，己糖激酶为调控酶。该步反应受产物G-6-P和ADP抑制。G-6-P异构化成果糖-6-憐酸（F-6-P)。磷酸葡萄糖异构酶G-6-P ►F-6-P反应可逆，反应为酶促广义酸碱催化，见P70图22-3。F-6-P形成F-l，6-2P(果糖-1，6-二磷酸）。磷酸果糖激酶F-6-P+ATP ►F-l,6-2P+ADP又消耗1分子ATP，作用机制与己糖激酶同，如P71图22-4所示。此步为调控酶，为限速步骤。该酶为ATP(反应物）所抑制，又可为AMP解除。ATP/AMP比例对酶有明显调节作用。F-1，6-2P转变成G-3-P(甘油醛-3-磷酸）和DHAP(二羟丙酮磷酸）。醛缩酶F-l,6-2P ►DHAP+G-3-P为羟醛缩合反应逆反应，机制见P73图22-5。(5)DHAP异构化成G-3-P。磷酸丙糖异构化酶DHAP -G-S-P至此准备阶段完成两个磷酸化步骤，六碳糖变成两个G-3-P，消耗2个ATP。第二阶段：G-3-P氧化成1，3-BPG(1，3-二磷酸甘油酸）。甘油醛-3-磷酸脱氢酶G-3-P+NAD++H3DO4 1，36PG+NADH+IT此步醛基氧化释放能量，形成高能酰基磷酸。此步可为砷酸盐破坏。砷酸在结构和反应方面与磷酸相似，可代替磷酸产生1-砷酸-3-磷酸甘油酸，不稳定而迅速水解成3-磷酸甘油酸，使氧化释放的能量不能贮存。此步需NAD+,产生NADH+H+,NAD+需要再生。有氧时，NADH可经氧化呼吸链氧化成NAD+。无氧时，可利用酵解产物丙酮酸氧化NADH成NAD+，丙酮酸还原成乳酸，以保证酵解过程继续进行。1，3-BPG转移高能磷酸基团形成3-磷酸甘油酸（3-PG)。磷酸甘油酸激酶1，3-BPG+ADP 3-PG+ATP第一次产生ATP,—个六碳糖产生两个三碳糖，因此一共产生2个ATP。3-PG转变成2-磷酸甘油酸（2-PG)。磷酸甘油酸变位酶3-PG- 2-PG为分子内重排反应。2-PG脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸。烯醇化酶 ^2-PG- -磷酸烯醇式丙酮酸+H20磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并产生1分子ATP。丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+P, ►丙酮酸+ATP反应不可逆，酶为调控酶，第二次产生ATP。(二） 酵解过程中能量转变估算：酵解过程为一个葡萄糖分解为两分子丙酮酸。葡萄糖+SPi+2ADP+2NAD+—2丙酮酸+2ATP+2NADH+2IT+2H:0。净产生2分子ATP。(三） 丙酮酸去路：在无氧情况下，酵解进行必须使NAD+从NADH再生，不断提供NAD+。生成乳酸：乳酸脱氢酶丙酮酸+NADH+IT 興:黢+NAD+此时每分子葡萄糖在无氧下代谢形成2分子乳酸，反应为：C6H1206+2ADP+2^—20^03+2ATP+2H20。(乳酸）生成乙醇：酵母在无氧条件下将丙酮酸变为乙醇和C02。丙酮酸脱羧酶丙酮酸 -乙醛乙醇脱氢酶乙醛+NADH+矿 ►乙醇+NAD+丙酮酸还可经乙酰CoA进入TCA,经糖的异生转化为Ala。小结：糖酵解反应涉及的10个酶

ATP变化备注调控酶调控酶需NAD+备注调控酶调控酶需NAD+调控酶磷酸葡萄糖异构酶TOC\o"1-5"\h\z磷酸果糖激酶 一1醛缩酶磷酸丙糖异构酶甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸甘油酸激酶 +2磷酸甘油酸变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶 +2§5.3抒檬麵环：^下册P9223章酵解产生的丙酮酸在有氧条件下，继续进行有氧分解最后形成C02和水,并产生ATP，经历途径分为两个阶段，分别为柠檬酸循环和氧化磷酸化。柠檬酸循环又称三羧酸循环（TCA),又称Krebs循环，在细胞线粒体中进行。TCA是糖、脂类和氨基酸代谢的最后共同途径，其中间体可作为许多生物合成的前体。丙酮酸通过TCA进行脱羧和脱氢反应，羧基形成C02，氢原子则随载体(NAD+、FAD)进入电子传递链，经过氧化磷酸化作用形成水分子，并将释放的能量用于合成ATP。(一） 准备阶段：丙酮酸形成乙酰CoA酶丙酮酸+CoASH+NAD+ ►乙酰CoA+CO:+NADH+IT酶为丙酮酸脱氢酶复合体，进行氧化还原和脱羧反应。该酶系实际为三种酶：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰转乙酰基酶和二氢硫辛酸脱氢酶，催化4步反应，有5个辅助因子：CoA，NAD+,TPP，硫辛酰胺和FAD。(二） 柠檬酸循环概貌：见P97图23-2(三） 柠檬酸循环的8个步骤：见P99~P106草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸。柠檬酸合成酶草酰乙酸+乙酰CoA+H:0 杆檬酸+HSCoA+IT为酯缩合反应，酶为调控酶，受ATP，NADH,琥珀酰CoA等抑制，此步为TCA中限速步骤。氟乙酰胺、氟乙酸可形成氟柠檬酸，为致死性合成反应。柠檬酸异构化形成异柠檬酸。-H20 +H20柠檬酸 -顺乌头酸-~-异柠檬酸酶为乌头酸酶，反应可逆。异柠檬酸氧化形成a-酮戊二酸。异柠檬酸脱氢酶 一C02异柠檬酸+NAD+ -草酰琥珀酸 《_酮戊二酸(NADP+)异柠檬酸脱氢酶为变构调节酶，有两种，分别以NAD+或NADP+为辅酶。

a-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA。酶a-酮戊二酸+NAD++CoASH 喊珀酰CoA+NADH+H++C02酶为a-酮戊二酸脱氢酶系，此多酶复合体为调控酶，反应与丙酮酸氧化脱羧相似。琥珀酰CoA转变成琥珀酸，并产生一个高能磷酸键（GDP—GTP)。琥珀酸CoA合成酶琥珀酰CoA+GDP+h 峡柏酸+CoASH+GTP—个GTP相当一个ATP。琥珀酸脱氢形成延胡索酸。琥珀酸脱氢酶琥珀酸+FAD ►延胡索酸+FADH2水合形成L-苹果酸。延胡索酸酶延胡索酸+H20 -L-苹果酸L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸（供下轮循环使用）。L-苹果酸脱氢酶IL-苹果酸+NAD+ +NADH+IT柠檬酸循环见P98图23-3。放射性同位素实验证明，TCA脱下的羧基是原来在草酰乙酸分子上的羧基，形成的草酰乙酸为新的草酰乙酸。(四） 柠檬酸循环的化学总结算TCA总反应为：CH3COSC〇A+3NAD++2H20+GTP+匕+FAD—2C02+3NADH+FADH2+GTP+2IT+CoASH乙酰CoA经TCA产生3个NADH，1个？40扎和1个GTP(ATP)。两个碳以〇)2形式离开，4个氢原子形成3分子NADH，1分子FADH2。柠檬酸循环只能在有氧条件下进行，因为产生的3个NADH和1个FADH2只能经电子传递链被氧化成NAD+和FAD而再生。经电子传递链NADH被氧化产生2.5ATP，FADH2被氧化产生1.5ATP。3个NADH，1个FADH2共产生3X5+1.5=9个ATP，再加上1个GTP共产生9+1=10个ATP。从丙酮酸脱氢开始计算,每分子丙酮酸氧化脱羧产生1个NADH，合2.5个ATP，所以从丙酮酸开始TCA—次循环共产生12.5个ATP。从葡萄糖开始，经酵解，1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，2个ATP及2个NADH，再经柠檬酸循环共产生12.5X2=25个ATP。所以1分子葡萄糖经酵解，TCA及氧化磷酸化共产生ATP分子数为：25+7=32个ATP。(五） 柠檬酸循环双重作用：TCA即是主要的分解代谢途径，提供ATP，又是许多合成代谢中间产物g体的来源。TCA具有分解代谢和合成代谢的双重性，如P110图23-14所(六） 柠檬酸循环的发现：（略）Krebes参加了此项工作，并因此获若贝尔奖。5.4生物氧化电子传递和氧化磷酸化作用下册P114第24章生物体所需能量大都来自糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化先进行分解代谢，代谢物脱氢，辅酶NAD+或FAD还原成NADH或FADH2(携带氢离子和电子。氢离子和电子都经过相同的一系列电子载体传递过程传递给氧。产生的能量一般都贮存在ATP等特殊化合物中。生物氧化实质上是氧化磷酸化，发生在线粒体内膜。氧化磷酸化：NADH或FADH2上的电子通过进行一系列电子传递载体传递给02,伴随NADH和FADH2的氧化释放的能量使ADP磷酸化形成ATP。(―)氧还原电势生物体系中进行氧化还原时其基本原理和化学电池一致。生物体内一些重要物质的标准氢化还原电势如P117表24-1所示。如：NADH被02氢化。电极反应：1/202+2H++2e-=H20 E〇=+0.815。NAD++2lT+2e"==NADH+IfE〇=-〇.32V电池总反应：1/2O^+NADH+H"==H20+HAD+电势差AE〇=+0.815-(-0.32)=+l.135V 正号表示放能即呼吸链的范围为1.135V自由能变化：AG°=-nFAE°=-223.0621.135n-所传电子数 =-52.6Kcal/molF-法拉第卡当量：23.OeSKcalV^mor1同理计算 FADH:被02氧化AG°=-42.4Kcal/mol(二）电子传递和氧化呼吸链在电子传递过程中，电子传递仅发生在相邻的传递体之间，可根据各种氢化一还原电对的E。值，判断电子流动方向，在酶催化下发生反应。电子传递链 ^ ^电子从NADH到02传递所经过的途径被称为电子传递链或呼吸链，主要由4部分蛋白质复合体组成，排列顺序为：（见H20图24-2)黄素蛋白中的FADH2琥珀酸-Q还原酶NADH—NADH-Q—Q—细胞色素一细胞色素C—细胞色素氧化酶一02还原酶还原酶电子传递酶复合体含一系列的电子载体和辅基为：黄素蛋白：FMN,FAD铁硫中心：Fe-S复合体醌： Q细胞色素：血红素基因铜离子： CuA CuB电子传递链各个成员NADH-Q还原酶，简称复合体I，又称NADH脱氢酶。辅基：FMN,Fe-S。催化的反应为：NADH+IT+Q—NAD++QH:反应分三步进行：⑴.NADH+IT+FMN—FMNH2+NAD+.FMNH2+Fe-S(氧化型）一'FMN+Fe-S(还原型）.Fe-S(还原型）+Q'—'Fe-S(氧化型）+QH2其中Fe-S中心有Fe-S,2Fe-2S和4Fe-4S三种类型，如P122图24-5所示。在反应中发生3价Fe3+和2价Fe:+的价态变化。辅酶Q(C〇Q):为易流动的疏水电子载体，与蛋白质结合不紧密，能自由在膜内扩散，有氧化型（醌式）和还原型（酚）。结构式见P123图24-6。含有异戊二稀为单位构成的长碳氢链，异戊二烯的数目n因动物而异，哺乳动物n=10记作Q1D。琥珀酸-Q还原酶：又称复合体II。该酶与柠檬酸循环中，催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸的琥珀酸脱氢酶构成完整的酶复合体，辅基FAD,Fe-S。催化的反应为,fadh2+q—fad+qh2使FADH2上高能电子进入电子传递链，此步无ATP生成。反应分两步进行：.FADH2+Fe-S(+3)—FAD+Fe-S(+2).Fe-S(+2)+QH2—Fe-S(+3)HI细胞色素还原酶：又称复合体III。辅酶：血红素，Fe-S。把电子和H+从一个QH2分子传递两个电子给2分子细胞色素C。[细胞色素]:是一类含有血红素辅基的电子传递蛋白质的总称。因含血红素而显色，故称为细胞色素，几乎存在于所有生物体内。由吸收光谱不同而分为a、b、c三类。吸收峰位置见P124表24-3。从吸收光谱知b又分为bS66和b%，C又分为C和G。一个电子传递为：QH2—2Fe2S—G—C。另一个电子为QH:—半醌一b(b566-b562—QH:。祥见P126图24-10。5•细胞色素C:(Cytc)唯一能溶于水的细胞色素，由104个M构成的单多肽链。Cytc和CoQ都是传递电子的流动载体，在接受细胞色素还原酶电子后立即传递给细胞色素氧化酶。细胞色素氧化酶：复合体IV。把电子从Cytc传递给氧该酶有4个氧化-还原活性中心，含有两种细胞色素（Cyta和Cyta3)和两个铜离子（CuA和CuB)。a和a3化学结构同，但处于酶的不同部位CuA和CuB由于结合的蛋白不同而有差异电子传递顺序为：Cytc—a-CuA—a3-CuB—02。最后该酶传递4个电子到氧，形成2分子H20。在氧化呼吸链中的NADH-Q还原酶、细胞色素还原酶和细胞色素氧化酶催化的三步反应中，自由能的变化都足以将IT从线粒体内膜基质“泵”出到线粒体的内外膜间隙，产生氢离子梯度，为下一步产生ATP准备所需的自由能〇电子传递的抑制剂为能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质，可用来研究电子传递顺序。原理见P128图24-15。常见的抑制剂有：鱼藤酮，安密妥，结构见P128。阻断NADH-Q还原酶内的电子由NADH向CoQ的传递。抗霉素A:抑制细胞色素还原酶中电子从(3112到071:〇1的传递。氰化物，叠氮化物与a3中血红素Fe3+作用。C0与^中？，作用，均阻断电子在细胞色素氧化酶中传递作用。上述各种抑制剂的抑制部位可表示为NADH—NADH-Q还原酶—I—QH2—|—CytG—CytC—细胞色素氧化酶一|—02鱼藤酮，抗霉素A CN",N3",CO安密妥氧化憐酸化作用将生物氧化过程中释放的自由能用以使adp和无机磷酸生成高能ATP的作用都在细胞线粒体内膜发生作用。氧化磷酸化全过程方程式为：NADH+Ht+3ADP+3P1+l/202^NAD++4H20+3ATPP/0比：一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP分子数。NADH的P/0比为2.5(过去为3)，从呼吸链NADH-Q还原酶进入。FADH:的P/0比为1.5(过去为2)，是从细胞色素还原酶处进入电子传递链。ATP合成部位为三个能量释放部位。一对电子经NADH-Q还原酶，细胞色素还原酶和细胞色素氧化泵泵出质子数分别为4,2和4。合成一个ATP要3个质子通过ATP酶驱动合成2.5个ATP需7.5个质子驱动，合成1.5个ATP需4.5个质子驱动，多余的质子可能用于将ATP从基质运往膜外细液。ATP合成是在线粒体ATP酶作用下完成的，现称ATP合酶，又称复合体V。能量偶联假说电子传递释放出的自由能和ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的，1961年提出，1978年获诺贝尔化学奖。：如P132图24-18所示：电子传递链为一个IT泵，使H+从线粒体基质排到内膜外；内膜外H+比内膜高，形成IT浓度梯度；电化学电势驱动IT通过ATP合酶FAATP回到线粒体基质，释放自由能与ATP合成偶联此过程为：质子泵出需要能量：由电子流过复合体I、III和IV获得。质子泵出使细胞溶胶侧IT浓度提高，产生膜电势。膜电势驱动质子流通过ATP合酶，同时释放出与酶牢固结合的ATP，ATP是在释放自由能驱动力下ADP与Pi合成的。FA-ATP酶：F。单为嵌入线粒体内膜中，为质子通道；R在膜外为球状体。催化ATP的合成。(四）氧化磷酸化的解偶联和抑制一般情况下，电子传递和磷酸化是紧密结合的，但特殊的试剂可将氧化磷酸化过程分解成单个的反应。解偶联剂：只抑制ATP的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递产生的自由能变成热能。如DNP(2,4-二硝基苯酚），当pH=7时，DNP呈酚负离子形式，不能透膜。在酸性环境（IT浓度提高)，DNP接受质子而成酚分子形式，脂溶性而易透膜，将H+带入膜内，破坏了跨膜梯度的形成，故DNP又称质子载体。褐色脂肪细胞线粒体内膜上有特殊通道，IT流回不经过FJVATP酶，不产生ATP产生热，维持体温。氧化磷酸化抑制剂：因抑制ATP形成而使电子传递停止，如寡霉素。但为寡霉素抑制的电子传递会由于加入DNP，使IT浓度差消除，而使电子传递恢复。如P138图24-27离子载体抑制剂它们与K+等离子结合，作为离子载体穿过膜，消除膜电势，如短杆菌肽，缬氨霉素ATP不能生成。第六章 脂质与生物膜 上册P796-1引言脂质：一类低溶于水而溶于非极性溶剂的生物有机分子。结构差异极大。分类：单纯脂质：如甘油三酯、蜡。复合脂质：除含脂肪酸和醇外，还有非脂成分。磷脂： 甘油磷脂，鞘磷脂。糖脂： 非脂成分为糖。衍生脂质：由1与2衍生而来。如脂肪酸，固醇类（胆酸、性激素、肾上腺皮质激素），萜，天然色素（胡罗卜素)。其他脂质：维生素A、D、E.，前列腺素，脂蛋白。脂质的生物学作用：贮存脂质：能量主要贮存形式，如甘油三酯和蜡。1克油脂在体内完全氧化为1克糖或蛋白产生能量的2.2倍。结构脂质：构成生物膜的骨架。活性脂质：具专一的重要生物活性，如类固醇，维生素A、D、E、K，前列腺素，泛醌。6-2脂肪酸：(一） 结构特点：天然脂肪酸通常偶数碳原子，一般12—22个碳。脂肪酸有饱和、单不饱和和多不饱和。不饱和双键一个处于^-^^之间，且为顺式（cis)，为反式必须加t()。多不饱和脂肪酸（PUFA):往往不共轭。P83表2-2某些天然存在的脂肪酸硬脂酸 n_十八酸18:0油酸 十八碳一9一烯酸 18: I49亚油酸 十八碳一9,12_二烯酸 18: 2a-亚麻酸十八碳一9，12，15—三烯酸 18:y-亚麻酸十八碳一6,9，12—三烯酸 18:EPA 二十碳-5,8，11，14，17-五烯酸 2〇:DHA 二十二碳-4，7，10，13，16，19-六烯酸 22:644'7’10,13,16.19反油酸 十八碳-9-烯酸（反） 18: l49(t>(二） 必需多不饱和脂肪酸： 1'对人体的功能不可缺少，但必须由膳食提供的两个不饱和脂肪酸，如亚油酸和a-亚麻酸。亚油酸：第一个双键离甲基末端6个碳，为〇)-6系列。y-亚麻酸：第一个双键离甲基末端3个碳，为〇>-3系列。(三）类二十碳烷：20碳多不饱和脂肪酸至少含三个双键，包括几类信号分子:前列腺素（PG):有升高体温（发烧），促进炎症（产生疼痛）等一系列生理作用。凝血恶烷（TX):诱发血小板聚集，促进血栓形成。白三烯（LT):促进过敏反应，如发生哮喘，阿司匹林（乙酰水杨酸)，有关闭前列腺素PGH的合成，所以抗炎；抑制TXA2形成而抗血凝。 _6-3磷脂：两类，甘油磷脂和鞘磷脂。(一） 甘油磷脂的结构：甘油的命名甘油结构用Fisher投影式表示，（：2的_011写在左边。三个碳原子顺序编号1.2.3(立体专一编号）用sn写在化合物名称前面(二） 甘油磷脂一般性质：纯品为白色蜡状固体，溶于大多数含水非极性溶剂，难溶于无水丙酮。属于两亲物质，可成膜。P81图2-1画出脂质几种常见结构单分子层、双分子层、微团、微囊。被磷脂酶专一水解。磷脂酶A,，A2,C，D作用甘油磷脂不同位置（P105)，如磷脂酶、，A2，分别专一除去sn-1位和sn-2位上的脂肪酸。(三） 常见的甘油磷脂（结构式见P104图2-10及表2-5)磷脂酰胆碱（PC)1，2_二酰基一sn_甘油一3_磷醜胆喊又称卵磷脂，3-sn-磷脂酰胆碱，为细胞膜中最丰富的脂质。头基胆碱，代谢中一种甲基供体，可归为B族维生素。卵磷脂和胆碱可防止脂肪肝，一般从大豆油和蛋黄中提取。磷脂酰乙醇胺（PE):又称脑磷脂，头基为乙醇胺，又称胆胺。为细胞膜中另一种最丰富的脂质。磷脂酰丝氨酸（PS)头基丝氨酸。分子净电荷一1，（PC、PE均为0)。可引起损伤表面凝血酶活化。PC，PE，PS之间在体内可互相转化。磷脂麵醇（PI)PIP=磷脂酰肌醇一4,5—双磷酸，可将许多细胞外信号转化为细胞内信号。磷脂酰甘油（PG)头基为甘油，且常与Lys相连。在细菌细胞膜中常见。(四） 醚甘油磷脂甘油骨架sn—1位碳上是0—烃基（醚键相连)。缩醛磷脂（见P107)sn一1位为含a，P不饱和酿（cis)，头基可为胆碱，乙醇胺和Ser，脊椎动物心脏中富含缩醛磷脂。血小板活化因子（见P107)sn-2位为乙酰基。能引起血小板凝集和血管扩张，是炎症和过敏反应的有效介体。(五） 鞘憐脂（SM)即鞘氨醇磷脂，在高等动物的脑髓鞘和红细胞膜中特别丰富。鞘氨醇：己发现60多种，哺乳动物的鞘鱗脂常见为D-鞘氨醇：反式-D-赤藓糖型-2_ W氣基一4一十八碳炼1.3—二醇，结构式见P107。其次为二氢鞘氨醇。神经酰胺（Cer)脂肪酸通过酰胺键与鞘氨醇的-NH:相连，结构上与二酰甘油相似，见P108。鞘磷脂神经酰胺的1位伯羟基被磷酰胆碱等酯化，结构见P108。6-4糖脂为糖通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物，由脂质部分不同可分为鞘糖脂、甘油糖脂以及类固醇衍生的糖脂。比较重要的有：(1)脑苷脂：为中性鞘糖脂，如半乳糖苷神经酰胺等，占脑干重的11%。结构见P109图2_11。神经节苷脂：为糖基部分含有唾液酸的酸性鞘糖脂，在神经系统特别是神经末梢中含量丰富。种类很多，在神经冲动传递中起重要作用。结构见P109。6-5类固醇又称留类，结构以环戊烷多氢菲为基础，类固醇中一大类称为固醇或甾醇，其中最重要的为胆固醇。结构见P114图2_16。胆固醇除人体自身合成外，还可从食物中获得。胆固醇是脊椎动物细胞重要成分，在真核生物细胞脂膜中维持生物膜流动性和正常透过能力。胆固醇在神经组织和肾上腺中含量丰富，脑中固体物质的17%为胆固醇。7-脱氢胆固醇存在于动物皮下，在紫外线作用下形成维生素认，见上册P437。6-6生物膜的组成和性质 上册P58918上细胞的外周膜（质膜）和内膜系统统称为生物膜。生物膜结构是细胞结构的基本形式。生物膜主要由蛋白质（包括酶)、脂质（主要是磷脂）和糖类组成。生物膜的组分因膜的种类不同而不同，如P589C表18-1)，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。(一） 膜脂•有碟脂、日固醇和糖脂。磷脂：构成生物膜的基质，为生物膜主要成分。包括甘油磷脂和鞘磷脂，在生物膜中呈双分子排列，构成脂双层。糖脂：大多为鞘氨醇衍生物，如半乳糖脑苷脂和神经节苷脂。胆固醇：对生物膜中脂质的物理状态，流动性，渗透性有一定调节作用，是脊椎动物膜流动性的关键调节剂。膜分子的相变温度T。为膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度。磷脂分子成膜后头基排列整齐，在Te以下时，尾链全部取反式构象（全交叉)，排列整齐，为凝胶相；而在Te以上时，尾链成邻位交叉，形成“结”而变成流动态，为液晶相。见P597图18-15。胆固醇的作用是：当t>Te，胆固醇阻扰磷脂尾链中碳碳键旋转的分子异构化运动，阻止向液晶态转化，使相变温度提高；而当t<Tc时，胆固醇又阻止磷脂尾链的有序排列，阻止向凝胶态转化，降低相变温度。胆固醇总的作用是使相变温度变宽，保持膜的流动性。膜脂的多态性：膜脂是两亲分子，具有表面活性剂分子在水中的多态性和性质。在水-空气界面上形成单分子层。浓度超过一定数值后，碟脂分子就以微团（micelles)或双层(bilayer)形式存在，脂双层进一步自我组成闭合的脂质体(liposomes),P592图18-6。另外脂双层还有六角形相排列，P592图P(二） 膜蛋白：承担由膜实现的极大多数膜过程。由在膜上定位分为：外周蛋白：分布在膜的脂双层表面。内在蛋白：全部或部分埋在脂双层疏水区或跨全膜。外周蛋白一般溶于水，易于分离；内在蛋白不溶于水，难于分离，因此己确定结构的不多。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。(三）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。6-7生物膜的分子结构生物膜是蛋白质、脂质和糖类组成的超分子体系，彼此之间是有联系有作亂(一） 生物膜分子间作用力：静电力，疏水力和范德华引力。(二） 生髓结鋪主魏征：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。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。生理条件下，磷脂大多呈液晶态，各种膜脂由于组分不同而具有各自的相变温度。膜的流动胜魏奸： 脂肪酸的链长和不饱和度链长：磷脂中的脂肪酸长度越长，相互作用越强越易排列，链长要适中。不饱和度：双键越多，越不易排列。顺式双键在烃链中产生弯曲，出现个“结”，使Tc下降。细菌中脂肪酸侧4如甲基、环丙基等，作用与双键同。原核生物通过脂肪酸链的双键、侧链和链长度来调节膜的流动性。E.coli42°C时，饱和和不饱和脂肪酸之比为1.6:1,而27°C时则为1:1。不饱和比率增加，可防止膜在低温下变得过于刚硬。胆固醇：为真核生物膜流动的关键调节剂。其他：膜蛋白、鞘磷脂含量，温度、pH、离子强度，金属离子等都对膜流动性有影响。 ^许多疾病患者的病变细胞膜流动异常。(三） 膜分子的运动：脂类和许多膜蛋白分子都不断进行侧向扩散或侧向移动，脂类在膜平面中扩散很快，而膜蛋白只几个Wm/miru在脂双层中从双层一侧转到另一侧的翻转，磷脂分子困难，膜蛋白则不能翻转。烃链围绕C-C键旋转而导致异构化运动和凝胶相与液晶相互变。还有围绕膜平面相垂直的轴左右摆动及旋转运动。(四） 生物膜的流体镶嵌模型：是己获比较广泛支持的生物膜分子结构模型。见P600图18-21。6-7生物膜的物质运送下册P46(一）生物膜的主要功能为：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。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。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。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。(二） 生物膜的主动运送和被动运送：有些细胞有很高的浓缩功能，如海带收集碘。根据物质运输自由能变化，可分为被动运输和主动运输。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。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方能主动运输具有专一性、饱和性、方向性、选择性抑制和需提供能量等特点。(三） 小分子物质的运输：根据运输物质分子的大小，物质运输又分为小分子运输与生物大分子运输。由于膜脂双层疏水区，疏水小分子、N2、苯等易通过膜，不带电荷的小极性分子，如甘油、脲、〇):也可通过。见P48图21-2。Na+，K+，Ca2%Cr等离子跨膜运送大多是通过专一性蛋白运送。(1)Na+，K+，泵：细胞内都是高K+低Na+，细胞外为高Na+低K+，这是由称为钠钾泵的蛋白主动运送的结果。Na+，K+-ATP酶通过水解ATP提供的能量主动向外运输Na+而向内运输K。每分解一个ATP分子泵出3个Na+，泵入2个矿，见P49图21-4。Na+，K+—ATP酶作用机制——构象变化假说。P50图21_6。Na+与ATP酶结合。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。诱导ATP酶构象变化，将Na+运送至细胞膜外侧。K+结合到细胞表面。ATP酶去磷酸化。ATP酶回到原来构象，K+通过膜释放到细胞质侧。生理意义：不仅维持细胞的膜电位，成为可兴奋细胞，是神经、肌细胞等的活动基础，可调节细胞的体积和驱动某些细胞中糖和氨基酸的(四） 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，P56图21_4。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。胞吞与胞吐过程相反。6-8人工模拟膜用不含蛋白质的磷脂和表面活性剂制备功能胞囊膜，模拟生物膜的多种功能。(一） 模拟生物膜功能：模拟物质的运送和调控，用于分离、提取和浓缩所需物质，如污水处理，海水浓缩所需物质，海水淡化。靶向给药和可控缓释给药：用脂质体对药物和疫苗进行包结，在体内可控释放、延长和增强药效。包结药品的脂质体表面连接上抗体，可实现靶向给药，抗体在体内寻找抗原^齡關物献徹。模拟膜上的化学反应：利用膜分子排列有序，使反应按一定方向有序进行，膜提供的微环境如有机溶剂，可加速反应进行，为一些酶促反应提供场所。生物传感器：模拟叶绿素体膜、类囊体膜，将太阳能转化成电能或化学能，模拟视觉和嗅觉。制备纳米材料用超声法制备单层小泡囊（体积2(T50nni)包结制备纳米材料。(二） 表面活性剂分子在水中：一般一条疏水链的表面活性剂，如硬脂酸纳在水中形成胶束，具有两条疏水链的亲水亲油分子，如磷脂在水中形成双层泡囊——脂质体，人工合成的二烷基四级铵盐（体内不存在的两亲化合物），形成双层泡囊，常用于人工模拟膜的制备。(四）模型膜的主要类型：LB膜（Langmuir-Blodgett):最适宜研宄两亲分子的排列和取向和脂质分子微小结构变化。Langmuir■膜（单层膜）：借助膜天平可测表面压一一面积等温图，可测膜分子成膜后的截面积，了解两亲分子构造，排列和取向。LB膜：单分子层膜累积而成的多分子层膜称为LB膜。由于LB膜具有规则的排列和取向，高度各向异性，超薄（几个nm)均匀，厚度可控制，可在分子水平上任意组装，将功能分子引入可成为分子器件，因此具有广阔应用前景和巨大科学价值。BLM可研究膜电容、厚度和电阻，可用于透过膜的传输过程的研宄。脂质体（Liposomes):单层小泡囊SUV 大小：200〜500A单层大泡囊 LUV 10005A多层大泡囊 MLV 10008000A脂质体与细胞膜相似，适合于大量的生物物理和生物化学研宄，如测量膜的渗透性，研宄活性膜蛋白的重组。己用于表面识别反应：药物载体，靶向给药；酸性药物的去除；人工肾（包结脲酶)；物质分离；液膜反应器等。第七章核酸7-1核酸通论：上册P470 12上蛋白质的合成取决于核酸，生物功能由蛋白质来实现。核酸保证了生命精确复制自己，生命信息是通过核酸来储存、传递和表达的。(一） 核酸的发现和研宄简史：核酸的发现1868年从外科绷带上脓细胞发现含DNA的脱氧核糖核蛋白。DNA双螺旋结构模型的建立1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，为分子生物学发展奠定了基础，为20世纪自然科学中最伟大的成就之一。生物技术的兴起DNA重组技术：将外源DNA片断插入质粒DNA或病毒DNA分子内，获体外重组体，并克隆。基因工程：将DNA重组技术用于改变生物机体的性状特征，改造基因以至改造物种统称为基因工程。核酶（ribozyme):RNA在自我拼接切除过程中具催化功能。反义RNA:是与mRNA互补的RNA分子与mRNA结合后，可阻断mRNA的翻译，是在翻译水平调控基因表达的一种方式。同源异形体蛋白质：一个基闵转录产物通过选择性拼接可形成多种同源异形体蛋白质，不是一个基因一条多肽链。基因芯片：将大量与人类疾病等相关的基因高密度排在只有指甲盖大小的玻璃片或纤维膜上。用血液或其他体液滴在芯片上，进行检测和诊断。可进行疾病诊断、药物筛选、基因功能研宄、生物制剂检测、检疫、司法鉴定等。克隆：将编有密码的目标蛋白质基因导入宿主细胞进行转录和翻译，制造蛋白或产生新个体。转基因后再克隆，己导致一个新的生物技术产业群的兴起。克隆羊等克隆动物的诞生：将体细胞在细胞分化过程中被关闭的基因启动，向干细胞过渡，通过电脉冲等方法融合到去核的卵细胞中，再在动物子宫中发育成个体。人类基因组计划（HGP)1990年正式开始，2000年6月完成“工作框架图”，人类有32亿（3.2X109)个碱基对，3万多个结构基因。生命科学进入后基因组时代：研宄从揭示基因组DNA序列转移到在整体水平上对基因组功能的研宄，产生功能基因组学新学科。人类基因组中编码蛋白质基因总数超过3万，能够产生蛋白质的数目是基因数的10倍。(二） 核酸（DNA和RNA)的种类和分布DNA(脱氧核糖核酸)：主要遗传物质，通过复制而将遗传信息由亲代传给子代，DNA通常是双链分子。RNA(核糖核酸)：有三类，转移RNA(tRNA)，核糖体RNA(rRNA)，信使RNA(mRNA)细胞RNA通常都是线型单链分子。(三） 核酸的生物功能(1)DNA是主要遗传物质：Avery细菌转化实验，从光滑型肺炎球菌（菌落光滑的III型肺炎球菌）细胞中提取纯化的DNA、蛋白质及多糖，分别加到无荚膜、菌落粗糙的II型细菌培养物中，结果发现只有DNA能使一部分II型细菌细胞获得合成菌落光滑的III型细胞特有的荚膜多糖的能力，蛋白质及多糖没有这种转化能力。己转化了的细菌，其后代仍保留合成III型光滑荚膜的能力。P475图12-1肺炎球菌转化作用图解。RNA参与蛋白质生物合成：rRNA起装配和催化作用，tRNA携带氨基酸并识别密码子，mRNA携带DNA的遗传信息并作为蛋白质合成的模板。RNA功能多样性：核心功能是遗传信息由DNA到蛋白质的中间传递体，基因表达的信息加工和调节，均关系到生物机体的生长和发育。7-2核酸的结构P478核酸的基本结构单位是核苷酸，核苷酸由核苷和磷酸组成，核苷由戊糖和碱基组成。碱基：在RNA中为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶等四种；在DNA中，为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶（代替尿嘧啶），也是四种。(一）核苷酸：由所含戊糖不同分为（核糖）核苷酸和脱氧（核糖）核苷酸，所含戊糖分别为D—核糖和D—2一脱氧核糖。碱基：携带遗传信息，5种基本碱基化学组成，见P478表13-1，结构式见P479。1.嘧啶碱：胞嘧啶2—氧一4一氨基嘧啶Cytc尿嘧啶2,4一二氧嘧啶Urau胸腺嘧啶5—甲基尿嘧啶ThyT2.嘌呤碱：』腺嘌呤6—氨基嘌呤AdeA鸟嘌呤2—氨基一6—氧嘌呤GuaG3.稀有减基：除以上5种基本碱基外，核酸中还有的一些含量甚少的碱基,大多数为甲基化减基，tRNA中含有较多的稀有喊基，可高达10%。P479表13-2为核酸中一部分稀有碱基的名称，注意缩写：hm5U 5—羟甲基尿嘧啶m5C 5—甲基胞嘧啶DHU 5，6_二氢尿嘧啶mo5U 5_甲氧基尿嘧啶m26UN6,N6_二甲基腺嘌呤次黄嘌呤 6—氧嘌呤 I(2)核苷：由核糖和碱基组成，糖环上编号右上角加一撇。糖与碱基间连键是N—C键，为P—糖苷键。碱基与糖环平面互相垂直。结构式见P480，如腺嘌呤核苷A 胞嘧啶脱氧核苷另外还有C一C糖苷键的核苷，如假尿嘧啶核苷屯，结构式见P481，为尿嘧啶Cs与核糖r一位碳相连。此外在tRNA中还含有碱基不是嘌呤环，而为鸟嘌呤衍生物的W(Y)和Q核苷，见P481。常见的核苷P480表13—3核（糖核）苷腺（嘌呤核）苷adenosineA鸟（嘌呤核）苷guanosineG胞（嘧啶核）苷CytidineC尿（嘧啶核）苷UridineU脱氧核（糖核）苷脱氧腺音deoxyadenosinedA脱氧鸟音deoxyguanosinedG脱氧胞苷deoxycytidinedC脱氧胸苷deoxythymidinedT核苷酸：核苷的磷酸酯：核糖核苷糖环上有3个自由羟基，可生成三种核苷酸。脱氧核糖糖环上有2个自由羟基，可生成二种核苷酸。生物体内游离存在多为5‘一核苷酸。常见核苷酸见P481表13—4,为核糖一5■—一磷酸。AMPGMPCMPUMPdAMPdGMPdTMPdCMP若为核苷一3磷酸或-2‘磷酸，应标出3或2_，如3AMP,2—AMP。核糖一5‘一二磷酸：如ADP，核糖一5‘一三磷酸：如ATP。环核苷酸一般为3，5—环化，如c一AMP。(二）核酸的共价结构核酸中核苷的连接方式：P482核酸中核苷酸以3‘，5‘一磷酸二酯键彼此相连，走向为3—5‘。简写时从5—3，从左到右书如pACTG pG表不p在5位，Gp表不p在3位5 3’因此ACTG与GTCA不一样，一个5端为A，A上有游离的5‘_0H，一个5‘端为G，G上有游离的5‘一OH。DNA—级结构：DNA中D—核糖没有20H，所以只能形成3‘，5磷酸二酯键，DNA无支链。P483图13-2表示DNA多核苷酸的一个小片段及竖线式缩写和文字式缩写。DNA相对分子量非常大，分子量可超过108bp(碱基对)，可编码信息量十分巨大。为阐明生物的遗传信息，首先要测定生物基因组的序列。原核生物基因序列是连续的，常组成操纵子，很少重复序列；真核生物基因序列是断裂的，有内含子，不组成操纵子，含有较高比例的重复序列，调控序列比占比例大。人类基因组大小为32亿碱基对，真正用于编码蛋白质的序列仅占基因组的1.1%到1.4%，编码蛋白质基因大约为3.1万个。RNA—级结构：虽有2‘一0H，但仍为无分支线型多聚核糖核苷酸，组成RNA核苷酸仍为35‘一磷酸二酯键彼此连接。tRNA:通常由73、3个核苷酸组成，沉降系数45。3‘端为0?0?八011，5端多为pG,也有为pC的。rRNA:含有较多甲基化的核糖。细菌的rRNA有5S、16S和23S三种，哺乳动物rRNA有5S、5.8S、16S和28S四种。rRNA除作为核糖体骨架外，还分别与mRNA和tRNA作用，催化肽键的形成，促使蛋白质合成的正确进行。mRNA:原核生物一条mRNA链上有多个编码区，5‘端和3‘端各有一段非翻译区；真核生物mRNA—级结构通式如P484图13—4所示，5端有帽子，I型帽子结构见P485，可记作m7G5ppp3NmpNp，（m在字母左，表示碱基被甲基化，右上角数字表示甲基化位置，m在字母右侧表示核糖被甲基化，G—鸟苷，N为任意核苷，p磷酸)。这种结构有抗5‘一核酸外切酶的降解作用，并有助于核糖体对mRNA的识别和结合，使翻译得以正确开始。3‘端大多有一尾巴，为2(T250个A的聚腺苷酸poly(A)，与mRNA的半寿期有关。(三）DNA的高级结构：1953年Watson与Crick提出的DNA双螺旋结构模型，主要有三方面依据：核酸化学结构和核苷酸键长和键角数据。DNAX—射线衍射分析。DNA碱基组成的Chargaff规则；同一物种不同组织和器官，DNA碱基组成具有生物种特异性。且摩尔数为A=T，G-C，A+C=G+T〇DNA二级结构：W—CDNA分子双螺旋结构模型见P480图13—5，要点如下：两条反向平向的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋。碱基位于双螺旋内侧，核酸与核糖在外侧，彼此通过3‘，5—磷酸二酯键相连接，形成DNA分子骨架。碱基平面与纵轴重直，糖环平面与纵轴平行。多核苷酸链方向3‘一5‘为正向（P487图13_6)，形成一条大沟和一条小沟。双螺旋平均直径为2nm，两个相邻碱基对之间相距高度为0.34nm，两核苷酸之间夹角为36°,沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸，每一转的高度（螺距）为3.4nm。两条链被碱基之间形成的氢键连成一体，互相匹配，A与T配对,形成两个氢键，G与C配对，形成三个氢键。碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制，一条链序列确定后则决定另一条互补链序列。遗传信息由碱基序列所携带。DNA结构可受环境影响而改变，有A、B、C、D、E和Z型等不同构象存在。B型是DNA基本构象，E型为左手双螺旋。B型：为W—C双螺旋结构，DNA钠盐在较高湿度下（92%)制得的纤维结构。A型：螺体较宽而短，RNA分子双螺旋区以及RNA—DNA杂交双链具有与A—DNA相似结构。P489表13—6 A、B和Z型DNA的比较。DNA二级结构主要是形成双螺旋，但在某些情况下也能形成三股螺旋，第三股的碱基可与W—C碱基对中嘌呤碱形成配对。P489图13—10三股螺旋DNA碱基配对。H-DNA是通过分子内折叠形成的三股螺旋（P490图13-11H—DNA结构），它存在于基因调控区，因而有重要生物学意义。DNA三级结构：DNA三级结构指DNA分子（双螺旋），通过扭曲和折叠形成的特定构象，包括不同二级结构单元间的相互作用，单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。超螺旋是DNA三级结构的一种形式，是双螺旋的螺旋。将环状DNA分子再额外多转几圈或少转几圈，都会使双螺旋中存在张力，为抵消张力，环状DNA分子的轴再曲绕而形成超螺旋，左旋为负，右旋为正。DAN分子十分巨大，要组装到有限的空间，压缩比达1000-2000,组装成染色体则高达8000-10000(p492表13-7)。为此绝大多数DNA以超螺旋形式存在，把很长的DNA压缩成很小的体积内。如人类第一号染色体DNA长7.2cm,经弯曲缠绕后只有近10nm(压缩约7700倍)。由于DNA双螺旋为右旋，负超螺旋（左旋）有利于双螺旋解旋,自然界存在的环状DNA几乎全是负超螺旋。DNA复制、重组或转录时，必须解旋解链，暴露出DNA结合位点,使各种调控蛋白发挥作用，随后再形成超螺旋，存在拓扑学问题。生物过程需负超螺旋程度不同，可通过DNA拓扑异构来调节其功能°环状DNA的一些重要拓扑学性质：(拓扑学是数学的一个分支，研究物体变形后仍保留下的结构特性。）连环数L:为一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕次数，为一个整数。L值不同，则为拓扑异构。扭转数T:指DNA分子中的Watson_Crick螺旋数。天然DNAT变化不大，变化时有张力。超螺旋数W:为超螺旋的超绕数，右旋为正，左旋为负。L、T、W三者关系：L=T+WL为整数，T、W可带小数。比连环差入：表示超螺旋程度入=L—U/L。 L〇为松弛环形DNA(无超螺旋）的L值。P491图13_12环状DNA不同构象：A:线型DNA。B:环状DNA，松弛型DNA,L=25，T=25，W=0。C:解链环状：拧松两周后，可形成两种环状DNA，一种即为解链环状L=23,T=23,W=0 有张力；另一种为超螺旋DNA，为D。D:负超螺旋：形成超螺旋（左旋）消除解链影响，在力能学上有利，为自发过程，L=23,T=25,W=—2。DNA拓扑异构：除连环数不同外（如上述L=25,L=23),其他性质均相同的DNA分子。双螺旋DNA在拓扑异构变化中T相同，是W不同导致L不同。DNA拓扑异构现象:为DNA超螺旋状态与解旋状态之间的相互转换，不发生碱基组成或顺序（一级结构）的任何变化，是DNA复制、重组或转录时所必需的。拓扑异构酶：引起DNA拓扑异构之间转变的酶，可改变DNA拓扑异构体的L值，有两类：I类：使双链超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA，每一次催化作用可消除一个负超螺旋，L值增加1。II类：使松弛型环状DNA转变成负超螺旋型DNA，每次催化作用使L减少2,又称促旋酶。两类酶含量严格控制，使细胞内DNA保持一定超螺旋水平。DNA与蛋白质复合物的结构（四级结构）病毒、细菌拟核和真核生物的染色体都存在DNA的组装和一定程度的压缩。核小体是真生物染色质的基本结构单位，由核小体链形成纤维，进而折叠螺旋化，组装成不同层次结构的染色质和染色体。 ^病毒：通常只有几个至几十个基因，主要由核酸和蛋白质组成,有时还含有脂质和糖类。病毒的侵染性由核酸决定。核酸位于内部，蛋白质包裹着核酸为衣壳，有的还有脂蛋白被膜。由宿主不同，病毒分为噬菌体（宿主细菌与放线菌），植物病毒和动物病毒。动物病毒含DNA或含RNA,有的还有被膜，如流感病毒（冠状病毒)，表面有许多突起，见P494图13—14，流感病毒为RNA病毒。(四）RNA的高级结构：RNA通常是单链线型分子，但可自身回折形成局部双螺旋（二级结构），进而折叠（三级结构），除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形成核蛋白复合物（四级结构）。RNA病毒是具有感染性的RNA复合物。tRNA的高级结构：二级结构都是呈三叶草形，P496图13—18,双螺旋区构成叶柄，另外有几个突环区。氨基酸臂：3‘-末端CCA，可接受活化的氨基酸。二氢尿嘧啶环：有两个DHU。反密码环：环中部为反密码子，由3个碱基组成，次黄嘌呤核苷酸常出现于反密码子中，反密码子可识别mRNA的密码子。额外环：是tRNA分类重要指标。T也C环：几乎所有tRNA在此环中都含有T巾C，tRNA折叠形成三级结构，呈倒L型。rRNA的高级结构：核糖体是蛋白质合成的工厂，核糖体是一种核酶，催化肽键合成的是rRNA。所有生物核糖体都是有大小不同两个亚基组成，大小亚基分别由几种rRNA和数十种蛋白质组成，见P498表13—9。3核酸的物理化学性质 上册P502 14上(一） 核酸的水解：所有糖苷键和磷酸酯键都能被水解。酸水解：糖苷键比磷酸二酯键易被水解，嘌呤碱糖苷键比嘧啶碱更易水解。碱水解：磷酸酯键易水解，RNA比DNA易水解，因为RNA核糖上有2‘_0H，水解过程见P502。酶水解：为水解磷酸二酯键的酶，专一水解核酸的为核酸酶。核酸酶的分类：按底物专一性分为RNase(核糖核酸酶）和DNase(脱氧核糖核酸酶）〇按对底物作用方式分为内切酶（作用点在核糖核酸酶内部）和外切酶（作用点在末端)。RNase:如牛胰核糖核酸酶（EC2.7.7.16),内切酶，作用位点为嘧啶核苷（Py)—3‘一磷酸与其他核苷酸之间的连键。限制性内切酶：为DNase。剪裁DNA的工具，可用于核酸测序和基因工程。在细菌中发现，目前己找到限制性内切酶数千种。限制性内切酶往往与甲基化酶成对存在，自身酶作用位点的碱基被甲基化，内切酶不再降解，因而可识别和降解外源DNA。断裂位点处常有二重旋转（轴）对称性（回文结构，正读反读相同），在特定位点两条链切断后形成粘末端或平末端。限制性内切酶命名：如E.c〇RI,第1个字母E(大写），为大肠杆菌(E.coli)属名的第一个字母，第2、3两个字母co(小写）为种名头两个字母，第4个字母R，表示菌株，最后一个罗马字为该细菌中己分离这一类酶的编号。(二） 核酸的酸碱性质：核苷和核苷酸都是兼性离子，碱基和磷酸基均能解离，见P505,具有酸碱性。由于DNA酸碱变性，使酸碱滴定曲线不可逆。(三） 核酸的紫外吸收：嘌呤环与嘧啶环具有共轭双键，核苷和核酸的吸收波段在

240~290nm，最大吸收值在260nm附近（蛋白质最大吸收值280nm)。可用于测样品纯度（测吸光度A):A260/A280比值，纯DNA应大于1.8，纯RNA应达到2.0，若样品混有杂蛋白，比值明显降低。对于纯样品，从260nm的A值即可算出含量。A值为1，相当于50lxg/mLDNA双螺旋，或4011g/mL单链DNA(或RNA)，或20Hg/mL寡核苷酸。核酸的摩尔磷吸光系数e(P):为含有1克原子磷（30.98g)的核酸在260nm处的吸光系数。£(P)=A/CL.=30.98A/WLA:吸收值，C:每升溶液的磷摩尔数，Off/30.98，L：比色杯内径。—般天然DNAe(P)为6600，RNA为7700〜7800由于双螺旋结构使碱基对的n电子云发生重叠，使紫外吸收比单链减少，由此可判断DNA是否变性。DNA变性时e(P)值升高，增色效应。DNA复性时e(P)值降低，减色效应。核酸比所含核苷酸单体的e(P)低40~45%»(四） 核酸的变性、复性及杂交：(1)变性：核酸双螺旋区的氢键断裂变成单链，不涉及共价键的断裂。降解：多核苷酸骨架上共价键（3‘，5磷酸二酯键）断裂，分子量降低。引起变性因素：热变性，酸碱变性，变性剂（如尿素，甲醛等）变性（竞争形成氢键）。DNA变性温度：又称熔点或熔解温度，为DNA双螺旋结构失去一半时的温度，用TDNA的T.—般为82~95°C。DNA变性是爆发式的，变性在一个很窄温度范围内发生。P508图14-4为DNA变性过程。影响T.的因素：DNA的均一性：均一则T■窄，如poly(A—T)，polyd(G—C)等，T.窄。G_C含量：T.值与G_C含量成正比，G_C含量越高，T.值越高，因为G_C间二个氣键。G—C含量与T.关系的经验公式：G—C%=(T.—69.3)X2.44可由G—C含量计算T.或由T.计算G—C含量。介质离子强度：离子强度较高时，DNA的T.值较高，DNA较稳定，因此DNA的保存在含盐（如lmolNaCl)缓冲溶液中。RNA的变性：RNA分子中有局部双螺旋区，所以也可发生变性，只是T.值较低，且范围较宽双链RNA变性几乎与DNA同。复性：变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋结构的过程称为复性。变性DNA在缓慢冷却时，可以复性的过程称为退火。加热变性的DNA为防止复性，需骤冷处理。DNA复性，浓度越大复性越快，且具有多重复序列的复性快。核酸的杂交：不同来源的DNA热变性后慢慢冷却，若异源DNA之间某些区域有相同序列，则复性时会形成杂交DNA分子。DNA与互补的RNA之间也可发生杂交。核酸杂交应用广泛，可用来检测特殊核苷酸序列的一个或更多的DNA片断，将少量基因钓出，是基因芯片，基因探针的工作漏。第八章 核酸的降解和核苷酸的代谢 下册P3871核酸和核苷酸的分解代谢 —'33下核酸在核酸酶（磷酸二酯酶）作用下降解成核苷酸，核苷酸在核苷酸酶(磷酸单酯酶）作用下分解成核苷与磷酸，然后再在核苷磷酸化酶作用下可逆生成碱基（嘌呤和嘧啶）和戊糖一1一磷酸。(―)嘌呤碱的分解代谢：P390图33—2首先在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基（脱氨也可以在核苷或核苷酸的水平上进行），腺嘌呤脱氨生成次黄嘌呤(I)，鸟嘌呤脱氨生成黄嘌呤(X)，I和X在黄嘌呤氧化酶作用下氧化生成尿酸。人和猿及鸟类等为排尿酸动物，以尿酸作为嘌呤碱代谢最终产物；其他生物还能进一步分解尿酸形成尿囊素、尿囊酸、尿素及氨等不同代谢产物。尿酸过多是痛风病起因，病人血尿酸>7mg%，为嘌呤代谢紊乱引起的疾病。可服用别嘌呤醇，结构见P389,与次黄嘌呤相似。别嘌呤醇在体内先被黄嘌呤氧化酶氧化成别黄嘌呤，别黄嘌呤与酶活性中心的Mo(IV)牢固结合，使Mo(IV)不易转变成Mo(VI)，黄嘌呤氧化酶失活，使I和X不能生成尿酸，血尿酸含量下降。(二）嘧啶碱的分解代谢：见P391图33—3C:胞嘧啶先脱氨成尿嘧啶U,U再还原成二氢尿嘧啶后水解成0—丙氨酸。T:胸腺嘧啶还原成二氢胸腺嘧啶后水解成P—氨基异丁酸。8-2核苷酸的生物合成(一）核糖核苷酸的生物合成(1)从头合成：从一些简单的非碱基前体物质合成核苷酸。嘌呤核苷酸：从5—磷酸核糖焦磷酸（5-PRPP)开始在一系列酶催化下先合成五元环，后合成六元环，共十步生成次黄嘌呤核苷酸。然后再生成A、G等嘌呤核苷酸。嘧啶核苷酸：先合成嘧啶环（乳清酸)，再与5—PRPP(含核糖、磷酸部分）反应生成乳清苷酸，失羧生成尿嘧啶核苷酸（UMP)，再转变成其他嘧啶核苷酸。补救途径：利用己有的碱基、核苷合成核苷酸，更经济，可利用己有成分。特别在从头合成受阻时（遗传缺陷或药物中毒）更为重要。外源或降解产生的碱基和核苷可通过补救途径被生物体重新利用。总之，无论动物、植物或微生物通常都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸，满足自身需要。(二）嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤核苷酸的合成：用同位素标记的化合物实验证明，生物体内能利用C02、甲酸盐、Gin、Asp和Gly作为合成嗓呤环的前体，见P391图33—4嘌呤环的元素来源。次黄嘌呤合成分成两个阶段，见P394图33—5。第一阶段关五元环：5—PRPP与①Gin②Gly③甲酰THFA④Gin⑤关环，生成5—氨基咪唑核苷酸。第二阶段关六元环：5—氨基咪唑核苷酸与⑥C02©Asp⑧失去延胡索酸⑨N111—甲酰THFA⑩失水关环，生成次黄嘌呤核苷酸（IMP),嘌呤核苷酸的合成（P394):IMP与Asp反应（由GTP供能），再失去延胡索酸而成为AMP。鸟嘌呤核苷酸的合成（P395):IMP被NAD+氧化生成黄嘌呤核苷酸(XMP)再与Gin反应（由ATP供能），氨基化生成GMP。抗癌杀菌剂：从嘌呤核苷酸生物合成得知：Asp、Gin和JT一甲酰THFA为合成原料，因此这些化合物的结构类似物可成为酶的抑制剂，抑制嘌呤核苷酸的合成而成为抗癌药或杀菌剂Asp结构类似物羽田杀菌剂（结构见P395)，为有抗癌作用的抗生素，强烈抑制次黄嘌呤合成的第⑦步的酶（腺苷酸琥珀酸合成酶，以AspGin结构类似物重氮丝氨酸和6—重氮一5—氧正亮氨酸（结构见P393),也为有抗癌作用的抗生素，抑制从头合成第①和第④步。THFA类似物氨甲喋呤，氨基喋呤（结构见P400)，抑制从头合成第③和第⑨步，己成为临床应用的抗癌和抗病毒药物。由嘌呤碱基和核苷合成核苷酸（补救途径)：利用外源或降解产生的嘌呤碱和核苷合成核苷酸。重是由嘌呤碱与—PRPP在磷酸核糖转移酶作用下形成嘌呤核腺嘌呤与—PRPP反应生成AMP和PR次黄嘌呤（或鸟嘌呤）与_PRPP反应生成IMP(或GMP和PP缺乏磷酸核糖转移酶会产生Lesch-Nyhan二氏综合病（遗传病），补救途径缺少，从头合成增加，会引起尿酸积累，导致肾结石和痛风，严重者自残。调节：嘌呤核苷酸的从头合成受其两个终产物腺苷酸和鸟苷酸反馈控制（P396图33_6)。嘌呤类似物6—巯基嘌呤（6—MP)，抑制从头合成第①步和由IMP生成AMP、GMP的从头合成反应及补救途径，为己临床使用的抗癌药。(三） 嘧啶核糖核苷酸的合成(1)从头合成：见P图—先由氨甲酰磷酸和Asp合成二氢乳清酸，再氧化成乳清酸（形成嘧啶环），然后与5—PRPP生成乳清苷酸，失C02形成UMP。胞嘧啶核苷酸是在尿嘧啶核苷三磷酸（UTP)的水平上进行的，UTP由Gin氨基化生成CTP。⑵补救途径mMUMP:①尿嘧啶与5—PRPP反应成UMP。②尿嘧啶与1一磷酸核糖反应先生成尿嘧核苷，再与ATP反应生成UMP〇CMP:胞嘧啶核苷C被ATP磷酸化生成CMP。(四） 脱氧核糖核苷酸的合成由核糖核苷酸还原形成，还原发生在核苷二磷酸（NDP)的水平上，酶为核糖核苷酸还原酶。NDP(ADP,GDP,CDP,UDP)-iPdNDP(dADP,dGDP,dCDP,dUDP)。NDP可由NMP与ATP形成。另外dNMP也能利用己有的碱基和核苷合成。胸腺嘧啶核苷酸的合成由dUMP在胸苷合成酶催化下被甲基化生成dTMP，N5,IT一亚甲基THFA提供甲基后变成DHFA，DHFA在二氢叶酸还原酶作用下还原成THFA，再由Ser供甲基转变成NSN111—亚甲基THFA使dUMP甲基化反应得以继续。由dTMP合成开发了抗癌药5—氟尿嘧啶(5—Fu)和氨甲喋呤、氨基喋呤。5—Fu在体内转变成氟脱氧尿苷酸F—dUMP，为dUMP和dTMP类似物，可抑制催化dUMP甲基化合成dTMP的胸苷合成酶；氨甲喋呤和氨基喋呤为DHFA的类似物，可抑制催化DHFA还原成THFA的二氢叶酸还原酶，使N5,N1()—亚甲基THFA不能回复，从而使dUMP甲基化无法进行。5_Fu及氨甲喋呤等可封闭dTMP合成。癌细胞DNA合成水平增加，对dTMP需要量增高，dTMP合成阻遏可限制癌细胞生长。核苷酸生物合成总结见P401图33—12。辅酶核苷酸的生物合成烟酰胺核苷酸，黄素核苷酸和辅酶A等分子结构中包含有腺苷酸部分，因而这几种辅酶的合成亦与核苷酸代谢有关。第九章DNA的复制与修复下册P40634下DNA是生物遗传的主要物质，DNA复制即以原来DNA分子为模板合成出相同分子的过程。1DNA复制生物系统的遗传信息主要表现为DNA分子中特异的核苷酸排列顺序。DNA整个分子复制，可以将遗传信息由亲代传给子代，碱基配对原理是遗传信息传递的基本机制。(一） DNA的半保留复制：一个亲代DNA分子变成两个子代分子，每个子代分子双链中一条来自亲代分子，一条是新合成的互补链，这种复制方式称为半保留复制。见P407图34_2〇证实：同位素标记法在15NH4C1培养基中连续培养E.coli12代，制备1SN标记的E.coli半保留复制证实：将1SNDNA的E.coli转移到“N氮源中培养，一代后，所有DNA密度介于1SN—DNA和14N—DNA之间，形成一半含1SN,—半含"N的杂合分子。两代后，14N分子和"N—15N杂合分子等量出现。当把UN-15N杂合分子加热变性，可分开成14N-链和15N-链两条链，且这些亚单位经许多代复制仍保持完整性。DNA半保留复制机制可以说明DNA在代谢上的稳定性，是所有己知基因的复制形式。即使-些病毒在生命周期一部分中出现单链DNA，但复制时必为双链DNA。(二） DNA复制的起点和方式：复制叉：DNA复制生长点处形为叉形，故称为复制叉。新DNA合成与亲代DNA解链在同一部位同时进行。DNA复制时大多是双向进行，形成两个复制叉或生长点。也有单向的，只形成一个复制叉或生长点。见P408图34_4。对称复制：两条链同时进行复制。不对称复制：一条链复制后再进行另一链的复制。环形DNA复制时在显微镜下可以看到形如眼形的9型结构。P409图34一5〇P411图34—8显示了DNA不同复制方式。A:直线双向， B:多起点双向， C:0型双向， D:0型单向，E:滚动环， F:D环， G:2D环。细菌DNA复制叉移动速度大约为5万bp/分，E.coli完成复制40分钟，在丰富培养基中20分钟即可分裂一次。(三） DNA聚合反应有关的酶：DNA聚合反应和聚合酶1.DNA聚合反应需要下面五个要素底物：四种脱氧核苷三磷酸（dATP，dGTP，dCTP和dTTP)，统称为dNTP，且四种都必须存在。模版：指导反应进行。模版可以是单链DNA，也可以是在一处或几处断开的双链DNA。引物链：为具有3‘_0H的RNA(体内）或DNA(体外）短链。DNA聚合酶：为模板指导酶，按模版将一个个dNTP根据碱基配对原则催化加成在引物链的3OH端上。⑤Mg2+DNA聚合酶反应特点：以四种脱氧核糖核苷三磷酸为底物。反应需接受模板指导。反应需引物3‘_0H存在。DNA生长方向为5‘一3‘，新合成链与模板链互补。含产物DNA性质与模板相同，为模板复制物，与何种聚合酶及四种核苷酸前体的相对比例无关。大肠杆菌DNA聚合酶E.coli共含有五种不同的DNA聚合酶。DNA