蛋白质与核酸代谢及合成

（二）、必需氨基酸(essentialaminoacids)

必需氨基酸是指体内需要，但人体本身不能合成或合成速度不足以满足需要，必须由食物蛋白质提供的氨基酸，共有8种：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫(蛋)氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸。此外，组氨酸和精氨酸在婴幼儿和儿童时期因其体内合成量常不能满足生长发育的需要，也必须由食物提供，可称为半必需氨基酸。非必需氨基酸(non-essentialaminoacids)是指体内需要，而人体本身可以合成，不必由食物供给的氨基酸，除上述8种必需氨基酸以外的其它组成蛋白质的氨基酸均为非必需氨基酸。从食物蛋白质的氨基酸组成来讲，若所含必需氨基酸的种类和数量与人体蛋白质相接近，则易于被机体利用，也就是说氮的保留量高，因此其生理价值亦高。一般讲，动物蛋白质的生理价值较植物蛋白质高。若将几种生理价值较低的蛋白质混合食用，可使其所含必需氨基酸成分相互补充，于是生理价值得以提高。称为蛋白质的互补作用。现在是1页\一共有63页\编辑于星期五二、蛋白质的消化、吸收与腐败

(一)蛋白质的消化蛋白质的消化部位是胃和小肠(主要在小肠)，受多种蛋白水解酶的催化而水解成氨基酸和少量小肽，然后再吸收。氨基酸在小肠的吸收是一个主动耗能的过程。（二）腐败未被吸收的氨基酸和小肽及未被消化的蛋白质，在大肠下部受大肠杆菌的作用，发生一些化学变化的过程称腐败。现在是2页\一共有63页\编辑于星期五多肽胃蛋白酶的最适pH在1．5～2．5，适于胃内现在是3页\一共有63页\编辑于星期五三、氨基酸的一般代谢20种氨基酸的化学结构不同，其代谢途径必然有所差别，但各种氨基酸的α-氨基和α-羧基的变化是相类似的。氨基酸的分解代谢的一般途径就是指的这些具有普遍的变化（一）氨基酸的脱氨基作用。氨基酸分解代谢的最主要反应是脱氨基作用，它是指氨基酸脱去氨基，生成酮酸的过程。这是多数氨基酸分解代谢的第一步。现在是4页\一共有63页\编辑于星期五1、氧化脱氨基作用（普遍存在于动、植物）在有氧作用下，氨基酸进行氧化脱氨作用，产物是α－酮酸和氨（谷氨酸脱氢酶在动、植物体内分布广泛，且活性及专一性很强，只对L-谷氨酸起催化作用。）现在是5页\一共有63页\编辑于星期五2、转氨作用α－AA和α－酮酸之间氨基的转移作用，是氨基酸脱去氨基的一种重要形式。转氨基作用是在转氨酶的催化下，-氨基酸的氨基转移到-酮酸的酮基上，生成相应的氨基酸，原来的氨基酸则转变为-酮酸催化转氨基作用的酶叫转氨酶或氨基转移酶，种类繁多分布广泛。辅酶均为磷酸吡哆醛（B6的磷醛酯）现在是6页\一共有63页\编辑于星期五3、联合脱氨基作用转氨+氧化脱氨：AA的转氨作用虽然在生物体内普遍存在，但只靠转氨作用并不能最终使氨基脱掉。同时氧化脱氨作用也不能满足机体脱氨基的需要。由于生物体内普遍存在着α－酮戊二酸作为氨基受体的转氨酶。因此一般氨基酸不直接氧化脱氨，而是先与α－酮戊二酸通过转氨形成相应的a-酮酸和谷氨酸，谷氨酸再通过谷氨酸脱氢酶脱氨基。现在是7页\一共有63页\编辑于星期五(二)、氨基酸分解产物的去向1、NH3的去路氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外

A、重新形成氨基酸：重新合成氨基酸。当组织细胞中碳水化合物代谢旺盛时，氨可与碳水化合物转化成的α—酮酸发生氨基化反应重新生成氨基酸。虽然通过脱氨基作用产生的氨再用来合成AA时并不能增加AA的数量，但却能改变AA的种类。B、形成酰胺（消除NH3毒害，贮存NH3）：生成Gln和Asn，一方面是生物体贮藏和运输氨的主要形式，也是解除氨毒害的最主要途径。另一方面还可作为蛋白质合成的原料。C、尿素的生成和鸟氨酸循环：在哺乳动物体内，氨的主要去路是在肝脏中合成尿素并随尿排出体外。在部分植物体内尿素的形成既能解除氨毒，又是氨的一种贮存形式。现在是8页\一共有63页\编辑于星期五鸟氨酸循环(1)氨基甲酰磷酸的合成(2)瓜氨酸的合成(3)精氨酸的合成(4)精氨酸水解生成尿素每循环一次，形成一分子尿素，可清除两分子氨（来自于氨分子和Asp天冬氨酸分子）和一分子C02。尿素属中性无毒物质。鸟氨酸

瓜氨酸

又称“尿素循环”现在是9页\一共有63页\编辑于星期五2、α-酮酸的代谢去路（C架的去路）A、形成新的氨基酸B、形成乙酰—CoA：

经丙酮酸到乙酰-CoA的途径：丙、甘、丝、苏、半胱氨酸。

经乙酰乙酰-CoA到乙酰-CoA的途径：苯丙、酪氨酸、亮、赖、色氨酸 α—酮戊二酸：精、组、谷氨酰胺、脯氨酸、谷氨酸。

琥珀酰—CoA：甲硫氨酸、异亮氨酸、缬氨酸。

延胡索酸：苯丙氨酸和酪氨酸（两条途径）。

草酰乙酸：天冬酰胺和天冬氨酸。 参加TCA循环，氧化成CO2和水，产生能量现在是10页\一共有63页\编辑于星期五生糖氨基酸和生酮氨基酸凡能形成丙酮酸、草酰乙酸、α—酮戊二酸的氨基酸称为生糖氨基酸。因为这些物质都能导致生成葡萄糖和糖原。能转变为乙酰乙酰—COA（苯丙、酪氨酸、亮、赖、色氨酸5种），或乙酰乙酸和β—羟丁酸的氨基酸。既能生成糖又能生成酮体的AA称为生糖兼生酮AA。如苯丙氨酸和酪氨酸。现在是11页\一共有63页\编辑于星期五四、个别氨基酸的代谢

除了氨基酸共有的代谢途径外，有些氨基酸有其特殊的代谢途径。

(一)氨基酸的脱羧基作用体内部分氨基酸可进行脱羧基作用，生成相应的胺，催化这些反应的酶是氨基酸脱羧酶，辅酶是磷酸吡哆醛，它也是转氨酶的辅酶。现在是12页\一共有63页\编辑于星期五氨基酸与生物活性物质

1．γ-氨基丁酸：由谷氨酸脱羧基生成，是抑制性神经递质。

2．牛磺酸：由半胱氨酸代谢转变而来，是结合胆汁酸的成分。

3．组胺：由组氨酸生成，创伤性休克或炎症反应都有组胺释放、还是神经递质。

4．5-羟色胺、黑色紧张素、烟酸：由色氨酸生成，5-羟色胺是脊椎动物神经递质，吲哚乙酸生长激素。

5.黑色素、儿茶酚胺类（肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴和多巴胺统称为儿茶酚胺类物质）（是神经递质）、甲状腺素（激素）：酪氨酸形成。

6.肌酸和磷酸肌酸：精氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸

7.腐胺、精胺、亚精胺：鸟氨酸

现在是13页\一共有63页\编辑于星期五(二)一碳单位的代谢1．定义：某些氨基酸在分解代谢过程中可以产生含有一个碳原子的基团，称一碳单位。体内的一碳单位有：甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基和亚氨甲基等。CO２不属于此种一碳单位，一碳单位常结合于四氢叶酸（THF）分子的N５，N10位上而转运，故四氢叶酸可看作是其辅酶。2、一碳单位的生理功能：

①一碳单位还参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成以及S—腺苷甲硫氨酸的生物合成。它是生物体各种化合物甲基化的甲基来源。

②因为一碳单位可由氨基酸转变而来，而其又可作为核酸合成的原料，故一碳单位将氨基酸和核酸代谢密切联系起来。

③生物体内合成的胆碱、肌酸、肾上腺素所需的甲基都是由S—腺苷甲硫氨酸提供。

现在是14页\一共有63页\编辑于星期五一碳单位代谢障碍，可造成某些疾病，因为其会影响核酸合成，使细胞分裂受到阻碍，叶酸是四氢叶酸的前身，人体叶酸来源于食物，细菌自己合成，叶酸组成成分之一是对-氨基苯甲酸。磺胺类药物是对氨基苯甲酸的拮抗剂。磺胺药即是通过干扰细菌四氢叶酸合成，影响一碳单位代谢，进而影响细菌核酸合成而抑制细菌生长增殖。

现在是15页\一共有63页\编辑于星期五核酸代谢一、核酸的酶促降解核苷酶核酸酶核苷酸酶现在是16页\一共有63页\编辑于星期五

核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶(endonuclease)，从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶(exonuclease)。核酸酶现在是17页\一共有63页\编辑于星期五二、核苷酸的代谢（一）嘌呤的降解不同种类生物分解嘌呤碱的酶系不一样，因而代谢产物各不相同，人类灵长类，鸟类、爬虫类以及大多数昆虫嘌呤的最终产物为尿酸，其它哺乳动物则为尿囊素。硬骨鱼中尿素继续分解为尿囊酸，大多数鱼类，两栖类中尿囊酸再分解为尿素和乙醛酸，低等动物将尿素分解为氨和二氧化碳现在是18页\一共有63页\编辑于星期五嘌呤碱的分解：首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。分别生成次黄嘌呤（I）和黄嘌呤（X）次黄嘌呤黄嘌呤尿酸（醇式）GNH3尿素NH3+CO2（微生物）尿囊素人类、灵长类，鸟类、爬虫类、昆虫其它哺乳动物尿囊酸某些硬骨鱼大多鱼类，两栖类A黄嘌呤氧化酶现在是19页\一共有63页\编辑于星期五体内嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及肾脏中进行。正常生理情况下，嘌呤合成与分解处于相对平衡状态，所以尿酸的生成与排泄也较恒定。当体内核酸大量分解(白血病、恶性肿瘤等)或食入高嘌呤食物时，血中尿酸水平升高，当超过0.48mmol/L(8mg/dl)时，尿酸盐将过饱合而形成结晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。痛风症多见于成年男性。临床上常用别嘌呤醇治疗痛风症。别嘌呤醇与次黄嘌呤结构类似，只是分子中N8，与C2互换了位置，故可抑制黄嘌呤氧化酶（灭活），从而抑制尿酸的生成现在是20页\一共有63页\编辑于星期五（二）嘧啶的分解不同种类的生物对嘧啶的分解过程不一样，胞嘧啶先水解脱去氨基生成尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶分解时，先还原对应的二氢衍生物，然后水解使环开裂分别产生β-丙氨酸及β-氨基异丁酸。现在是21页\一共有63页\编辑于星期五嘧啶碱的分解-NH2二氢尿嘧啶β－脲基丙酸β－丙氨酸H2OH2O（开环）CUT：β-氨基异丁酸β-脲基异丁酸现在是22页\一共有63页\编辑于星期五（三）核苷酸的合成代谢无论动物，植物或微生物通常都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸，核苷酸在细胞内合成有两条途径。⑴由氨基酸、磷酸戊酸、CO2和NH3这些化合物合成核苷酸，叫做从头合成途径或叫做从无到有途径。⑵由预先形成的碱基和核苷合成核苷合成核苷酸叫做补救途径。现在是23页\一共有63页\编辑于星期五核苷酸合成的两条途径补救途径从头合成核苷碱基脱氧核苷核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱氧核苷酸DNA辅酶RNA现在是24页\一共有63页\编辑于星期五嘌呤核苷酸的合成（利用同位素标记可知）NNC123547689CO2Asp：天门冬氨酸一碳单位Gln甘氨酸：位碳一碳单位N5,N10-次甲基四氢叶酸1.嘌呤核苷酸的生成：不是先合成嘌呤碱，再与核糖和磷酸合成核苷酸，而是从5-磷酸核糖焦磷酸开始，经一系列反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转变为其他嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸——腺嘌呤；次黄嘌呤核苷酸——黄嘌呤核苷酸——鸟嘌呤。5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）是核糖的活化形式，由核糖-5-磷酸与ATP在核糖磷酸焦磷酸激酶催化下生成。现在是25页\一共有63页\编辑于星期五嘧啶核苷酸的合成CO2GlnAsp2.嘧啶核苷酸的生成：氨甲酰磷酸与天冬氨酸——氨甲酰天冬氨酸——与磷酸核糖合成为乳清核苷——尿嘧啶核苷酸其他嘧啶核苷酸由尿嘧啶核苷酸转化（在尿嘧啶核苷三磷酸水平上进行的）而成现在是26页\一共有63页\编辑于星期五三、DNA的生物合成现代生物学已充分证明，DNA是生物遗传的主要物质基础。生物机体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA复制、转录、翻译等形式由亲代传递给子代，使后代表现出与亲代相似的性状。复制：就是指以原来的DNA分子为模板合成出相同分子的过程转录：就是在DNA分子合成出与其核苷酸顺序相对就的RNA的过程。翻译：是在RNA的控制下，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个AA的三联体密码规则，合成出具有特定AA顺序的蛋白质肽链的过程。现在是27页\一共有63页\编辑于星期五中心法则CentralDogmaRNADNA蛋白质转录翻译复制逆转录少数病毒复制翻译

蛋白质（病毒）现在是28页\一共有63页\编辑于星期五（一）DNA的半保留复制现在是29页\一共有63页\编辑于星期五1.复制的起始点、方向和方式亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动复制叉亲代DNA分子3’5’3’5’复制起始点（ori）：DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点

原核和质粒：一个起始点

真核：多个起始点ori现在是30页\一共有63页\编辑于星期五

真核生物（Eukaryote）:多复制起点即－－一个genome中有多个复制单位现在是31页\一共有63页\编辑于星期五现在是32页\一共有63页\编辑于星期五复制眼概念

环状DNA的复制眼形成θ结构现在是33页\一共有63页\编辑于星期五

（1）单双向复制取决于起点处有一个还是两个复制叉

单向复制

双向复制（大多数生物）复制方向（复制过程的顺序性）现在是34页\一共有63页\编辑于星期五（2）复制的多模式单起点、单方向（原核）多起点、单方向（真核）单起点、双方向（原核：大肠杆菌）多起点、双方向（真核）现在是35页\一共有63页\编辑于星期五

复制方式大多数以对称方式进行－－即两条链同时复制也有一定时期内DNA只复制一条链的情况

（1）θ

复制或从新起始（denovoinitiation）或复制叉式（replicationfork）双链环状DNA的复制眼可以形成一种θ结构，形状像希腊字母θ，因而叫….现在是36页\一共有63页\编辑于星期五

（2）D环复制

线粒体和叶绿体

DNA的复制方式现在是37页\一共有63页\编辑于星期五（3）滚环式复制病毒、细菌因子，如含有单链环状DNA的φX174、G4、M13现在是38页\一共有63页\编辑于星期五

（二）、DNA复制的酶学1.模板：解开成单链的DNA母链3.DNA聚合酶，DNA-pol2.底物dNTP：dATP，dGTP，dCTP，dTTP4.引物（primer）：RNA引物5.其他酶和蛋白质因子现在是39页\一共有63页\编辑于星期五与复制有关的酶及蛋白质：（1）拓扑异构酶：通过切断并连接DNA双链中的一股或双股，改变DNA分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环，在复制的全程中都起作用。（2）解螺旋酶：DNA进行复制时，需亲代DNA的双链分别作模板来指导子代DNA分子的合成，解螺旋酶可以将DNA双链解开成为单链。（3）单链结合蛋白（SSB）：在复制中模板需处于单链状态，SSB可以模板的单链状态并保护模板不受核酸酶的降解。随着DNA双链的不断解开，SSB能不断的与之结合、解离。（4）引物酶：是一种RNA聚合酶，在复制的起始点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合反应现在是40页\一共有63页\编辑于星期五解旋酶解螺旋酶作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链dnaA、B、C…DnaA、B、C…ATP现在是41页\一共有63页\编辑于星期五单链DNA结合蛋白（SSB）作用：防止单链DNA重新形成双链，防止单链DNA被核酸酶水解SSB现在是42页\一共有63页\编辑于星期五引物酶

5´5´催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶DNA合成需在RNA引物的基础上进行RNA引物5´3´5´3´现在是43页\一共有63页\编辑于星期五（5）DNA聚合酶：以DNA为模板，dNTP为原料，催化脱氧核苷酸加到引物或DNA链的3’-OH末端，合成互补的DNA新链，即5’→3’聚合活性。原核生物的DNA聚合酶有DNApolI、DNApolII和DNApolIII。DNApolI：最初从大肠杆菌中分离出来，polⅠ为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段，其中的大片段称为Klenowfragment，具有5’→3’聚合酶活性和3’→5’外切酶的活性。小的片段具有5’→3’核酸外切酶活性，5’→3’核酸外切酶活性可用于切除引物以及突变片段，起切除、修复作用。合成速度慢。DNA复制速度的百分之一。现在是44页\一共有63页\编辑于星期五DNApolIII是复制延长中真正起催化作用的酶，除具有5’→3’聚合活性，还有3’→5’核酸外切酶活性和碱基选择功能，能够识别错配的碱基并切除，起即时校读的作用；DNApolII在无DNApolI和DNApolIII时起作用，也具有5’→3’和3’→5’核酸外切酶活性。现在是45页\一共有63页\编辑于星期五性质聚合酶I聚合酶II聚合酶III3`→5`外切+++5`→3`外切+--新生链的合成--+生物学活性10.0515生物学功能切除引物修复DNA修复DNA复制大肠杆菌DNA聚合酶I、II、III的性质比较现在是46页\一共有63页\编辑于星期五在真核生物中，目前发现的DNA聚合酶有五种，分别命名为DNA聚合酶α（polα），DNA聚合酶β（polβ），DNA聚合酶γ（polγ），DNA聚合酶δ（polδ），DNA聚合酶ε（polε）。其中，参与染色体DNA复制的是polα（延长滞后链）和polδ（延长前导链），参与线粒体DNA复制的是polγ，polε与DNA损伤修复、校读和填补缺口有关，polβ只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。

现在是47页\一共有63页\编辑于星期五（6）DNA连接酶：DNA连接酶用于连接双链中的单链缺口，使相邻两个DNA片段的3’-OH末端和5’-P末端形成3’,5’磷酸二酯键。在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。

现在是48页\一共有63页\编辑于星期五（三）、DNA的复制过程：冈崎片段（Okazakifragments）：DNA双链是反向平行的，复制时，亲代双链DNA在复制叉处打开，由于新链的合成具有方向性，即从5’→3’，以5’→3’DNA链为模板合成反向互补的新链时，只能合成小片段DNA，这些片段根据发现者命名为冈崎片断。

可将复制过程分为起始、延长和终止三个阶段。拓扑异构酶解螺旋酶单链结合蛋白（SSB）引物酶DNA聚合酶DNA连接酶现在是49页\一共有63页\编辑于星期五1.大肠杆菌的DNA复制（1）大肠杆菌的DNA复制起始♦四个9bp的重复序列

dnaA结合位点：富含AT♦三个13bp的重复序列涉及到的蛋白质：DnaA、DnaB、DnaC等解螺旋酶、SSB、DNA拓扑异构酶。现在是50页\一共有63页\编辑于星期五（a）引发体组装由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。（b）在引物酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段，从而获得3'端自由羟基（3'-OH）。引物合成后，DNApol组装到引发的RNA上，完成复制体（复制叉上分布着各种各样与复制有关的酶和蛋白质因子，构成的复合物称为复制体）的组装DNA的调节发生在起始阶段，一旦开始复制，就一直进行到完成。现在是51页\一共有63页\编辑于星期五在原核生物中，参与DNA复制延长的是DNA聚合酶Ⅲ；引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，滞后链重新合成RNA引物，继续进行链的延长。（2）.复制的延伸现在是52页\一共有63页\编辑于星期五原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriterE.coli8232ori

terSV40500（3）复制的终止现在是53页\一共有63页\编辑于星期五（3）、复制的终止E.coli有两个终止区域，分别结合专一性的终止蛋白序列一：terEterDterA序列二：terFterBterC每个区域只对一个方向的复制叉起作用去除引物，填补缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ来水解去除RNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。连接冈崎片段：在DNA连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。

现在是54页\一共有63页\编辑于星期五2.真核生物DNA的复制起始：a、多个复制起点。b、复制子较小，C、复制速度较慢,延长：在真核生物中，是DNA聚合酶α(延长滞后链)和δ（延长前导链）。在真核生物中，RNA引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解现在是55页\一共有63页\编辑于星期五真核生