13 第十一章_物质代谢.ppt

第1页：第十一章 物质代谢

第十一章 物质代谢。

第2页：本章主要内容

• 第一节：代谢概述
• 第二节：碳水化合物的代谢
• 第三节：脂类的代谢
• 第四节：蛋白质的代谢
• 第五节：核酸代谢和蛋白质的生物合成
• 第六节：物质代谢的相互联系和调节

第3页：第一节 代谢概述

第一节：代谢概述

第4页：新陈代谢的概念和特点

新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成分经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（dissimilation），通过上述过程不断地进行自我更新。

新陈代谢的研究方法

• 示踪法（化合物示踪、同位素示踪）
• 抗代谢物和酶抑制剂的利用
• 体内试验（in vivo）和体外试验（in vitro）

特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行。

第5页：新陈代谢的概念及内涵

合成代谢（同化作用）

小分子 → 大分子，需要能量

分解代谢（异化作用）

大分子 → 小分子，释放能量

物质代谢

伴随物质转化的代谢过程

能量代谢

伴随能量转换的代谢过程

新陈代谢

物质代谢与能量代谢的总称

第6页：第二节 碳水化合物代谢

第二节：碳水化合物代谢

第7页：本节主要内容和要求

主要内容和要求：建立起物质代谢和能量代谢的整体概念，进而讨论糖的分解与合成，重点掌握以葡萄糖为代表的单糖的分解与合成的主要途径。双糖和多糖的酶促降解、单糖的分解代谢、糖的生物合成。

第8页：双糖的酶促降解

一、双糖的酶促降解

• 蔗糖 + H₂O → 葡萄糖 + 果糖（蔗糖酶）
• 麦芽糖 + H₂O → 2 葡萄糖（麦芽糖酶）
• 乳糖 + H₂O → 葡萄糖 + 半乳糖（β-半乳糖苷酶）

第9页：多糖的酶促降解

二、多糖的酶促降解

1、糖原的分解

糖原的结构及其连接方式，三种酶协同作用：

• 磷酸化酶：催化 α-1,4-糖苷键断裂
• 转移酶：催化寡聚葡萄糖片段转移
• 脱枝酶：催化 α-1,6-糖苷键断裂

糖原的磷酸解：涉及 α-1,6-糖苷键与 α-1,4-糖苷键。

第10页：糖原磷酸解的步骤

• 非还原端 → 还原端
• 磷酸化酶（释放 8 个 1-磷酸葡萄糖）
• 转移酶
• 脱枝酶（释放 1 个葡萄糖）

第11页：淀粉的分解

2、淀粉的分解

淀粉 + n H₃PO₄ → n G-1-P + 少量葡萄糖（淀粉磷酸化酶、脱支酶）。

淀粉的酶促水解

• α-淀粉酶：在淀粉分子内部任意水解 α-1,4-糖苷键（内切酶）
• β-淀粉酶：从非还原端开始水解 α-1,4-糖苷键，依次水解下一个 β-麦芽糖单位（外切酶）
• 脱支酶（R 酶）：水解 α-淀粉酶和 β-淀粉酶作用后留下的极限糊精中的 1,6-糖苷键

第12页：单糖的分解代谢

三、单糖的分解代谢

• （一）生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位
• （二）糖酵解（EMP）
• （三）丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降解途径
• （四）三羧酸循环（TCA）
• （五）磷酸戊糖途径（PPP）
• （六）其它糖进入单糖分解的途径

第13页：单糖代谢途径及细胞定位

（一）生物体内单糖的主要分解代谢途径及细胞定位

• 动物细胞与植物细胞的主要结构：细胞膜、细胞质、线粒体、高尔基体、细胞核、内质网、溶酶体、细胞壁、叶绿体、有色体、白色体、液泡、中心体等
• 主要代谢途径的细胞定位：丙酮酸氧化、三羧酸循环、磷酸戊糖途径位于线粒体（磷酸戊糖途径主要发生于细胞质），糖酵解发生于细胞质

第14页：葡萄糖主要分解代谢途径

葡萄糖的主要分解代谢途径

• 葡萄糖 → 6-磷酸葡萄糖
• 6-磷酸葡萄糖 → 磷酸戊糖途径
• 葡萄糖 → 丙酮酸：糖酵解（有氧／无氧）
• 丙酮酸 → 乳酸或乙醇（无氧）
• 丙酮酸 → 乙酰 CoA → 三羧酸循环（有氧）

第15页：糖酵解（EMP）概述

（二）糖酵解（glycolysis）

糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着 ATP 生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作 Embden-Meyerhof-Parnas 途径，简称 EMP 途径。

• 1、化学历程和催化酶类
• 2、化学计量和生物学意义
• 3、糖酵解的调控

第16页：EMP化学历程总览

EMP 的化学历程

• 糖原（或淀粉）→ 1-磷酸葡萄糖 → 6-磷酸葡萄糖
• 6-磷酸葡萄糖 → 6-磷酸果糖 → 1,6-二磷酸果糖
• 1,6-二磷酸果糖 → 3-磷酸甘油醛 ↔ 磷酸二羟丙酮
• 2 × 1,3-二磷酸甘油酸 → 2 × 3-磷酸甘油酸
• 2 × 2-磷酸甘油酸 → 2 × 磷酸烯醇丙酮酸 → 2 × 丙酮酸

三个阶段：第一阶段葡萄糖的磷酸化、第二阶段磷酸己糖的裂解、第三阶段丙酮酸和 ATP 的生成。

第17页：糖酵解第一阶段：磷酸化

第一阶段：葡萄糖的磷酸化

• 消耗 ATP：葡萄糖 + ATP → 6-磷酸葡萄糖 + ADP
• 消耗 ATP：6-磷酸果糖 + ATP → 1,6-二磷酸果糖 + ADP
• 异构酶：6-磷酸葡萄糖 ↔ 6-磷酸果糖

关键酶：葡萄糖激酶（己糖激酶）、磷酸果糖激酶、异构酶。

第18页：糖酵解第二阶段：己糖裂解

• 醛缩酶：1,6-二磷酸果糖 → 3-磷酸甘油醛 + 磷酸二羟丙酮
• 异构酶：3-磷酸甘油醛 ↔ 磷酸二羟丙酮

第19页：糖酵解第三阶段：丙酮酸与ATP生成

• 1,3-二磷酸甘油酸 + ADP → 3-磷酸甘油酸 + ATP（磷酸甘油酸激酶，Mg²⁺ 或 Mn²⁺）
• 2-磷酸甘油酸 → 磷酸烯醇丙酮酸 + H₂O（烯醇化酶）
• 磷酸烯醇丙酮酸 + ADP → 丙酮酸 + ATP（丙酮酸激酶）
• 3-磷酸甘油醛脱氢：NAD⁺ + 2H → NADH + H⁺

第三阶段关键酶：磷酸甘油酸激酶、变位酶、烯醇化酶、丙酮酸激酶。

第20页：糖酵解途径

糖酵解途径。

第21页：EMP化学计量与意义

2、EMP 途径化学计量和生物学意义

总反应式：C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 Pi → 2 C₃H₄O₃ + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP + 2 H₂O。

生物学意义

• 是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径，通过糖酵解生物体获得生命活动所需能量
• 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架
• 为糖异生提供基本途径

能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成 2 ATP；同时生成 2 NADH。

第22页：糖酵解的调控

3、影响酵解的调控位点及相应调节物

• 位点 a（己糖激酶）：抑制剂 ATP、G-6-P、ADP；调节物 ATP
• 位点 b（磷酸果糖激酶，限速酶）：激活剂 ADP、AMP、果糖-2,6-二磷酸；抑制剂 ATP、柠檬酸
• 位点 c（丙酮酸激酶）：激活剂 AMP、果糖-1,6-二磷酸；抑制剂 ATP、Ala、NADH

规律：主要通过调节反应途径中几种酶的活性来控制整个途径的速度，被调节的酶多数为催化反应历程中不可逆反应的酶，通过酶的变构效应实现活性调节，调节物多为本途径的中间物或与本途径有关的代谢产物。

第23页：丙酮酸的去路

• 葡萄糖 → 丙酮酸（糖酵解途径）
• 丙酮酸 → 乳酸（无氧）
• 丙酮酸 → 乙醇（无氧）
• 丙酮酸 → 乙酰 CoA → 三羧酸循环（有氧）
• 葡萄糖的有氧／无氧分解均经丙酮酸这一分支点

第24页：丙酮酸的无氧降解

丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解

• 葡萄糖 → EMP → 丙酮酸
• 丙酮酸 + NADH + H⁺ → 乳酸 + NAD⁺（乳酸脱氢）
• 丙酮酸 → 乙醛 + CO₂，乙醛 + NADH + H⁺ → 乙醇 + NAD⁺

NADH 在无氧条件下经乳酸或乙醇发酵途径重新氧化为 NAD⁺，使糖酵解得以持续。

第25页：丙酮酸的有氧氧化

丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解

• 葡萄糖 → EMP → 丙酮酸
• 丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下：丙酮酸 + CoASH + NAD⁺ → 乙酰 CoA + CO₂ + NADH + H⁺
• 乙酰 CoA 进入三羧酸循环

丙酮酸的有氧氧化是葡萄糖完全氧化的必经阶段。

第26页：丙酮酸脱氢酶系

丙酮酸脱氢酶系

• 丙酮酸脱羧酶（含 TPP）：丙酮酸脱羧
• 二氢硫辛酸乙酰转移酶：乙酰基转移（硫辛酸为酰基载体）
• 二氢硫辛酸脱氢酶：将二氢硫辛酸重新氧化，生成 NADH + H⁺
• 辅因子：TPP、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD⁺

总反应：丙酮酸 + CoASH + NAD⁺ → 乙酰 CoA + CO₂ + NADH + H⁺。

第27页：TPP在丙酮酸脱羧中的作用

• 焦磷酸硫胺素（TPP）是丙酮酸脱羧酶的辅基
• 丙酮酸脱羧：CH₃COCOOH → CH₃CHO + CO₂
• TPP 的噻唑环 C2 负碳离子与丙酮酸的羰基加成，促进脱羧

第28页：硫辛酸的氢与酰基载体作用

• 氧化型硫辛酸（含二硫键）：SS 桥
• 还原型二氢硫辛酸：两分子巯基（—SH）
• 氢载体作用：氧化型硫辛酸 + 2H → 二氢硫辛酸
• 酰基载体作用：乙酰二氢硫辛酸的形成与转移

结构骨架：(CH₂)₄COO⁻ 连接二硫杂环与羧基。

第29页：泛酸和辅酶A（CoASH）

• 泛酸是辅酶 A（CoASH）的组成成分
• CoASH 的活性基团：末端巯基（—SH）
• 酰基结合位点：以硫酯键结合乙酰基形成乙酰 CoA

辅酶 A 参与酰基转移反应。

第30页：维生素PP与NAD+

• 维生素 PP 构成尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）
• NAD⁺：R = H；NADP⁺：R = PO₃H₂
• 递氢体作用：NAD⁺ + 2H → NADH + H⁺

第31页：维生素B2与FAD

维生素 B₂ 和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：递氢体作用 FAD + 2H → FADH₂。

第32页：三羧酸循环（TCA）

• 1、三羧酸循环的化学历程
• 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量
• 3、三羧循环的生物学意义
• 4、三羧酸循环的调控
• 5、草酰乙酸的回补反应（自学）

第33页：TCA循环的历程

1、三羧酸循环（TCA）的历程

三个阶段：草酰乙酸再生阶段、柠檬酸的生成阶段、氧化脱羧阶段。

• 柠檬酸 ↔ 异柠檬酸（顺乌头酸酶）
• 异柠檬酸 → α-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶，NAD⁺）
• α-酮戊二酸 → 琥珀酰 CoA（α-酮戊二酸脱氢酶，NAD⁺ + CoASH）
• 琥珀酰 CoA → 琥珀酸（底物水平磷酸化，GDP + Pi → GTP）
• 琥珀酸 → 延胡索酸（琥珀酸脱氢酶，FAD）
• 延胡索酸 → 苹果酸（延胡索酸酶，加水）
• 苹果酸 → 草酰乙酸（苹果酸脱氢酶，NAD⁺）
• 乙酰 CoA + 草酰乙酸 + H₂O → 柠檬酸 + CoASH（柠檬酸合成酶）

第34页：TCA第一阶段：柠檬酸生成

• 乙酰 CoA + 草酰乙酸 + H₂O → 柠檬酸 + CoASH（柠檬酸合成酶）
• 柠檬酸 ↔ 异柠檬酸（顺乌头酸酶，加水／脱水）

TCA 第一阶段为柠檬酸生成，完成乙酰基与草酰乙酸的缩合。

第35页：TCA第二阶段：氧化脱羧

• 异柠檬酸 + NAD⁺ → α-酮戊二酸 + CO₂ + NADH + H⁺（异柠檬酸脱氢酶）
• α-酮戊二酸 + NAD⁺ + CoASH → 琥珀酰 CoA + CO₂ + NADH + H⁺（α-酮戊二酸脱氢酶）
• 琥珀酰 CoA + GDP + Pi → 琥珀酸 + CoASH + GTP（底物水平磷酸化）

TCA 第二阶段为氧化脱羧，两次脱羧并生成还原辅酶与一分子 GTP。

第36页：TCA第三阶段：草酰乙酸再生

• 琥珀酸 + FAD → 延胡索酸 + FADH₂（琥珀酸脱氢酶）
• 延胡索酸 + H₂O → 苹果酸（延胡索酸酶）
• 苹果酸 + NAD⁺ → 草酰乙酸 + NADH + H⁺（苹果酸脱氢酶）

TCA 第三阶段完成草酰乙酸再生，一轮循环氧化一分子乙酰基。

第37页：TCA化学计量与能量计量

2、三羧循环的化学计量和能量计量

a、总反应式：CH₃COSCoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H₂O → 2 CO₂ + CoASH + 3 NADH + 3 H⁺ + FADH₂ + GTP。

• 能量「现金」：1 GTP
• 能量「支票」：3 NADH、1 FADH₂
• 兑换率 NADH 1:3 → 9 ATP
• 兑换率 FADH₂ 1:2 → 2 ATP
• 加 1 GTP 共 12 ATP（按一轮 TCA 计）

第38页：葡萄糖完全氧化的ATP

葡萄糖完全氧化产生的 ATP

• 酵解阶段：2 ATP + 2 NADH（×3 或 ×2）→ 2 ATP + 6 ATP 或 4 ATP
• 丙酮酸氧化：2 NADH ×3 → 6 ATP
• 三羧酸循环（2 轮）：2 GTP（2 ATP）+ 6 NADH（18 ATP）+ 2 FADH₂（4 ATP）

总计：38 ATP 或 36 ATP（因胞质 NADH 进入线粒体的穿梭方式不同而异）。

第39页：TCA循环的调控

3、三羧酸循环的调控位点及相应调节物

• 位点 a（柠檬酸合成酶，限速酶）：激活剂 NAD⁺；抑制剂 ATP、NADH、琥珀酰 CoA、脂酰 CoA
• 位点 b（异柠檬酸脱氢酶）：激活剂 ADP；抑制剂 ATP、NADH
• 位点 c（α-酮戊二酸脱氢酶）：激活剂 NAD⁺；抑制剂 NADH、琥珀酰 CoA

关键因素：[NADH]/[NAD⁺]、[ATP]/[ADP]。

第40页：TCA循环的生物学意义

• 是有机体获得生命活动所需能量的主要途径
• 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽
• 形成多种重要的中间产物
• 是发酵产物重新氧化的途径

第41页：磷酸戊糖途径（PPP）

（五）磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP）

• 1、化学反应历程及催化酶类：特点为氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段
• 2、总反应式和生理意义

第42页：磷酸戊糖途径两个阶段

磷酸戊糖途径的两个阶段

• （1）氧化脱羧阶段：6 G-6-P → 6 葡萄糖酸-6-P → 6 核酮糖-5-P；消耗 6 NADP⁺，生成 6 NADPH + 6 CO₂ + 6 H₂O
• （2）非氧化分子重排阶段：6 核酮糖-5-P → 5 果糖-6-P + 5 葡萄糖-6-P

第43页：PPP氧化脱羧阶段

磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段

• 6-磷酸葡萄糖 → 6-磷酸葡萄糖酸内酯（6-磷酸葡萄糖脱氢酶，NADP⁺ → NADPH + H⁺）
• 6-磷酸葡萄糖酸内酯 → 6-磷酸葡萄糖酸（内酯酶，加水）
• 6-磷酸葡萄糖酸 → 5-磷酸核酮糖 + CO₂（6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶，NADP⁺ → NADPH + H⁺）
• 5-磷酸核酮糖可异构化为 5-磷酸核糖

第44页：

第45页：PPP非氧化阶段：核酮糖异构化

• 5-磷酸核酮糖 → 5-磷酸核糖（异构酶）
• 5-磷酸核酮糖 → 5-磷酸木酮糖（差向异构酶）

第46页：PPP非氧化阶段：基团转移

• 转酮酶：5-磷酸木酮糖 + 5-磷酸核糖 → 7-磷酸景天庚酮糖 + 3-磷酸甘油醛
• 转醛酶：7-磷酸景天庚酮糖 + 3-磷酸甘油醛 → 4-磷酸赤藓糖 + 6-磷酸果糖
• 基团转移反应实现碳骨架的重组

第47页：PPP基团转移（续）

• 4-磷酸赤藓糖 + 3-磷酸甘油醛 → 6-磷酸果糖（转酮酶）
• 5-磷酸木酮糖参与下一轮碳骨架重组

基团转移（续前）：C₂ 与 C₃ 单位的转移使不同碳数糖相互转化。

第48页：PPP非氧化阶段：缩合与水解

• 3-磷酸甘油醛 ↔ 磷酸二羟丙酮（异构酶）
• 磷酸二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛 → 1,6-二磷酸果糖（醛缩酶）
• 1,6-二磷酸果糖 + H₂O → 6-磷酸果糖 + Pi（二磷酸果糖酯酶）

第49页：PPP总反应式与生理意义

2、磷酸戊糖途径的总反应式：6 G-6-P + 12 NADP⁺ + 7 H₂O → 5 G-6-P + 6 CO₂ + 12 NADPH + 12 H⁺。

3、磷酸戊糖途径的生理意义

• 产生大量 NADPH，主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力
• 产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物
• 与光合作用联系，实现某些单糖间的转变

第50页：

第51页：糖的生物合成

三、糖的生物合成

• （一）单糖的生物合成
• （二）双糖的生物合成
• （三）多糖的生物合成

第52页：单糖的生物合成

（一）单糖的生物合成

• 1、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用
• 2、糖异生作用：（1）主要途径和关键反应；（2）糖酵解与糖异生作用的关系；（3）糖分解与糖异生作用的关系

第53页：光合作用总反应式

1、光合作用：CO₂ + H₂O → (CH₂O)ₙ + O₂（光能驱动）。

第54页：糖异生主要途径

（1）糖异生主要途径和关键反应

非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下，绕过糖酵解途径的三个不可逆反应，利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。

• 绕过不可逆反应的关键酶：6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶、二磷酸果糖磷酸酯酶、丙酮酸羧化酶、PEP 羧激酶
• 糖酵解中不可逆的激酶反应（己糖激酶、果糖激酶、丙酮酸激酶）在糖异生中被相应的磷酸酯酶／羧化酶取代
• 草酰乙酸为糖异生的重要回补中间物

第55页：糖异生关键反应一：G-6-P水解

• 6-磷酸葡萄糖 + H₂O → 葡萄糖 + Pi
• 催化酶：6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶

第56页：糖异生关键反应二：F-1,6-BP水解

• 1,6-二磷酸果糖 + H₂O → 6-磷酸果糖 + Pi
• 催化酶：二磷酸果糖磷酸酯酶

该反应绕过糖酵解中磷酸果糖激酶催化的不可逆磷酸化。

第57页：糖异生关键反应三：丙酮酸羧化支路

• 丙酮酸 + CO₂ + ATP → 草酰乙酸 + ADP + Pi（丙酮酸羧化酶）
• 草酰乙酸 + GTP → 磷酸烯醇丙酮酸 PEP + GDP + CO₂（PEP 羧激酶）
• 两步合计：丙酮酸 → 磷酸烯醇丙酮酸，绕过丙酮酸激酶反应

第58页：糖酵解与糖异生的关系

（2）糖酵解和葡萄糖异生的关系

• 胞液与线粒体两个区室协同：草酰乙酸需经天冬氨酸或苹果酸穿梭出线粒体
• 丙酮酸 ↔ 草酰乙酸 ↔ PEP 为糖异生支路
• 3-磷酸甘油醛 ↔ 磷酸二羟丙酮 ↔ 1,6-二磷酸果糖 ↔ 6-磷酸果糖 ↔ 葡萄糖
• 甘油 ↔ 3-磷酸甘油 ↔ 磷酸二羟丙酮进入糖异生
• 乳酸 ↔ 丙酮酸；丙氨酸 ↔ 丙酮酸（转氨基）
• 乙酰 CoA 不能净生成葡萄糖，经 TCA 循环氧化

第59页：糖分解与糖异生的关系

• PEP ↔ 丙酮酸
• 丙酮酸 ↔ 草酰乙酸 ↔ 天冬氨酸（转氨基作用）
• 丙酮酸 ↔ 丙氨酸（转氨基作用）

（3）糖分解和糖异生的关系：通过转氨基作用在氨基酸碳骨架与糖代谢中间物之间建立联系。

第60页：双糖的生物合成

（二）双糖的生物合成

1、单糖基的活化——糖核苷酸（UDPG、ADPG、GDPG 等）的合成

糖核苷二磷酸在不同聚糖形成时提供糖基和能量：植物细胞中蔗糖合成时需 UDPG，淀粉合成时需 ADPG，纤维素合成时需 GDPG 和 UDPG；动物细胞中糖原合成时需 UDPG。

• 2、蔗糖的合成：（1）蔗糖合成酶途径；（2）磷酸蔗糖合成酶途径；（3）蔗糖磷酸化酶途径

第61页：UDPG的结构

• UDPG 由尿苷二磷酸与葡萄糖构成
• UDP 为尿苷二磷酸部分
• 糖核苷酸是双糖与多糖合成中活化的糖基供体

第62页：糖核苷酸的生成

• 1-磷酸葡萄糖 + UTP → UDPG + PPi
• UTP 提供尿苷三磷酸，焦磷酸 PPi 离去

糖核苷酸的生成：以 1-磷酸葡萄糖与核苷三磷酸缩合形成糖核苷二磷酸。

第63页：多糖的生物合成

• 1、淀粉的生物合成
• 2、糖原的生物合成
• 3、纤维素的生物合成（自学）

第64页：淀粉的生物合成

1、淀粉的生物合成

• （1）直链淀粉合成：由淀粉合成酶催化，需引物（Gₙ），ADPG 供糖基，形成 α-1,4 糖苷键
• （2）支链淀粉合成：淀粉合成酶催化形成 α-1,4 糖苷键；Q 酶（分支酶）既能催化 α-1,4 糖苷键的断裂，又能催化 α-1,6 糖苷键的形成

第65页：直链淀粉的合成

• ADPG + 引物（Gₙ）→ 直链淀粉（Gₙ₊₁）+ ADP
• 淀粉合成酶以 ADPG 为糖基供体延长直链

（1）直链淀粉的合成。

第66页：支链淀粉的合成

• Q 酶先切断 α-1,4 糖苷键（1）
• 再将切下的片段以 α-1,6 糖苷键连接形成分支（2）
• 支链淀粉因此形成树枝状分支结构（B 链）

（2）支链淀粉合成：Q 酶引入 α-1,6 分支点。

第67页：糖原的生物合成

• 糖原生物合成过程与植物支链淀粉合成过程相似，但参与合成的引物、酶、糖基供体等不相同
• 引物：结合有一个寡糖链的多肽
• 酶：糖原合成酶、分支酶
• 糖基供体：UDPG

第68页：第三节 脂类的代谢

第三节：脂类的代谢

第69页：脂类代谢本节要求

脂类代谢本节主要介绍脂类（主要是脂肪）物质在生物体的分解及合成代谢。要求重点掌握脂肪酸在生物体内的氧化分解途径——β-氧化和从头合成途径，了解脂类物质的功能和其他的氧化分解途径。

第70页：脂类代谢的主要内容

• 一、生物体内的脂类
• 二、脂肪的分解代谢
• 三、脂肪的生物合成
• 四、乙醛酸循环
• 五、磷脂和糖脂的代谢
• 六、胆固醇的代谢

第71页：生物体内的脂类

一、生物体内的脂类

单纯脂类

酰基甘油酯、蜡

复合脂类

磷脂、糖脂、硫脂

非皂化脂类

萜类、甾醇类

分类依据：是否含有脂肪酸；单纯脂类与复合脂类含脂肪酸，非皂化脂类不含脂肪酸。

第72页：单纯脂类的概念与种类

（一）单纯脂类

1、概念：单纯脂类是由脂肪酸和醇形成的酯。

2、种类

• （1）酰基甘油酯
• （2）蜡

第73页：复合脂类的概念与种类

（二）复合脂类

1、概念：复合脂是指除脂肪酸与醇组成的酯外，分子内还含有其它成分的脂类。

2、种类

• （1）磷脂
• （2）糖脂和硫脂

第74页：酰基甘油酯结构式

• 酰基甘油酯通式：RCOO—CH₂—CH(OOCR)—CH₂—OOCR
• 甘油三个羟基均被脂肪酸酰化时形成三酰基甘油

第75页：几种磷脂

• 磷脂酰胆碱
• 磷脂酸
• 磷脂酰乙醇胺
• 磷脂酰肌醇
• 磷脂酰丝氨酸
• 磷脂酰甘油

第76页：几种糖脂和硫酯

• 甘油二酯型糖脂：2,3-双酰基-1-(α-D-半乳糖基-1,6-β-D-半乳糖基)-D-甘油
• 甘油二酯型硫脂：2,3-双酰基-1-β-D-吡喃-D-甘油-6-亚硫酸-6-脱氧-α-葡萄糖（硫酯）

第77页：非皂化脂类的概念与种类

（三）非皂化脂类

1、概念：即异戊二烯脂类，它不含脂肪酸，不能进行皂化。

2、种类

• （1）甾醇类（固醇）
• （2）萜类化合物

第78页：脂类的消化吸收和转运

（四）脂类的消化吸收和运转

• 1、脂类的消化和吸收：（1）脂类的消化；（2）脂类的吸收
• 2、脂类的转运和脂蛋白的作用
• 乳糜微粒（CM）、极低密度脂蛋白（VLDL）、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）

脂蛋白的种类参与脂类在体内的转运。

第79页：脂肪的分解代谢

二、脂肪的分解代谢

• （一）脂肪的水解
• （二）甘油的转化
• （三）脂肪酸的分解代谢：β-氧化作用、α-氧化作用、ω-氧化作用
• （四）不饱和及奇数碳链脂肪酸的氧化
• （五）酮体的代谢

第80页：脂肪的酶促水解

• 脂肪的酶促水解由脂肪酶催化
• 脂肪（三酰基甘油）+ 3 H₂O → 甘油 + 3 脂肪酸

（一）脂肪的酶促水解。

第81页：甘油的转化

甘油的转化（实线为甘油的分解，虚线为甘油的合成）：

甘油的分解

甘油经甘油激酶催化磷酸化生成3-磷酸甘油，再经磷酸甘油脱氢酶氧化为磷酸二羟丙酮，进入糖酵解途径。

关键酶

甘油激酶、磷酸甘油脱氢酶。

甘油的合成

磷酸二羟丙酮经异构酶、磷酸酶等逆向生成甘油。

第82页：饱和脂肪酸的β-氧化作用

• （1）β-氧化作用的概念及试验证据
• （2）氧化过程：A 脂肪酸的活化和转运；B β-氧化的生化过程
• （3）C β-氧化过程中能量的释放及转换效率

第83页：β-氧化作用的概念及试验证据

1904年 F. Knoop 根据用苯环标记脂肪酸饲喂狗的实验结果，推导出了β-氧化学说。

β-氧化概念

脂肪酸在体内氧化时在羧基端的β-碳原子上进行氧化，碳链逐次断裂，每次断下一个二碳单位即乙酰CoA，该过程称作β-氧化。

试验证据

Knoop 用苯环标记脂肪酸饲喂狗：偶数碳脂肪酸排出苯乙酸，奇数碳脂肪酸排出苯甲酸。

第84页：脂肪酸的活化和转运

氧化过程

A、脂肪酸的活化和转运

a 脂肪酸的活化

脂酰CoA合成酶催化：R-COOH + CoA-SH + ATP → R-CO-SCoA + AMP + PPi。

b 脂酰CoA的运转

依赖肉毒碱（肉毒碱脂酰转移酶）将脂酰CoA转运进入线粒体基质。

第85页：油酰基的β-氧化作用

油酰基的β-氧化作用（Δ9:1）：

• 油酰基CoA经β-氧化进行三次循环。
• 产生的顺-Δ3-十二碳烯酯酰CoA经烯酯酰CoA异构酶转化为反-Δ2-十二碳烯酰CoA。
• 再经烯酯酰CoA水化酶等继续进入正常β-氧化。

第86页：β-氧化的生化历程

B、β-氧化的生化历程：每轮依次经历四步反应。

a 脱氢

脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶催化下生成反式Δ2-烯脂酰CoA，辅基FAD接受氢生成FADH2。

b 水化

烯脂酰CoA水化酶催化生成L-β-羟脂酰CoA。

c 再脱氢

β-羟脂酰CoA脱氢酶催化生成β-酮酯酰CoA，NAD+接受氢生成NADH+H+。

d 硫解

β-酮酯酰CoA在硫解酶催化下与CoASH作用，裂解下一分子乙酰CoA，生成少了两个碳的脂酰CoA。

第87页：β-氧化的主要生化反应

β-氧化的主要生化反应：

• 脂酰CoA脱氢酶催化脱氢生成烯脂酰CoA，FAD→FADH2。
• 烯脂酰CoA水化酶催化加水生成β-羟脂酰CoA。
• β-羟脂酰CoA脱氢酶催化再脱氢生成β-酮酯酰CoA，NAD+→NADH+H+。
• 硫解酶催化硫解，裂解出乙酰CoA，脂酰CoA缩短两个碳，进入下一轮。

第88页：β-氧化的生化历程与能量

β-氧化的生化历程：

• 每轮β-氧化生成1分子乙酰CoA、1分子FADH2和1分子NADH+H+。
• 乙酰CoA进入三羧酸循环进一步氧化。
• FADH2、NADH经呼吸链氧化磷酸化产生ATP。

第89页：软脂酸β-氧化的能量转换效率

C、β-氧化过程中能量的释放及转换效率：以软脂酸为例。

• 软脂酸（C16）经7次β-氧化，生成8分子乙酰CoA。
• 产生7 NADH、7 FADH2：分别折算为21 ATP和14 ATP（兑换率1:3、1:2）。
• 8乙酰CoA进入三羧酸循环产生96 ATP。
• 扣除活化消耗2 ATP，净生成131−2=129 ATP，能量转换率约40%。

第90页：脂肪酸的α-氧化作用

脂肪酸的α-氧化作用：

定义

脂肪酸氧化发生在α-碳原子上，分解出CO2，生成比原来少一个碳原子的脂肪酸。

过程

脂肪酸先形成α-过氧化氢物，经氧化、脱羧等步骤，在NAD+参与下生成少一个碳的脂肪酸。

第91页：脂肪酸的ω-氧化作用

脂肪酸的ω-氧化作用：

定义

脂肪酸末端甲基（ω-端）先氧化成羟基，再氧化成羧基，形成α,ω-二羧酸。

关键酶

混合功能氧化酶、醇酸脱氢酶、醛酸脱氢酶，辅酶NAD(P)+。

第92页：酮体的代谢

酮体的代谢：包括酮体的生成、酮体的分解、生成酮体的意义。

酮体组成

乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮，统称为酮体。

来源

脂肪酸β-氧化产物乙酰CoA在肌肉中进入三羧酸循环，在肝细胞中可形成酮体。

第93页：酮体的生成

酮体的生成：

• 2分子乙酰CoA在硫解酶催化下缩合为乙酰乙酰CoA。
• 乙酰乙酰CoA与另一分子乙酰CoA在HMGCoA合成酶催化下生成羟甲基戊二酸单酰CoA（HMGCoA）。
• HMGCoA经HMGCoA裂解酶裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。
• 乙酰乙酸可还原为β-羟丁酸，或自发脱羧生成丙酮。

第94页：酮体的分解

酮体的分解：

• β-羟丁酸经β-羟丁酸脱氢酶氧化为乙酰乙酸，NAD+→NADH+H+。
• 乙酰乙酸经琥珀酰CoA转硫酶（或乙酰乙酸硫激酶）活化生成乙酰乙酰CoA。
• 乙酰乙酰CoA经硫解酶裂解为2分子乙酰CoA，进入三羧酸循环氧化供能。

第95页：脂肪的生物合成

脂肪的生物合成

• （一）脂肪酸的生物合成
• （二）磷酸甘油的生物合成（自学）
• （三）三酰甘油的生物合成

第96页：软脂酸的从头合成

脂肪酸的生物合成：以十六碳饱和脂肪酸（软脂酸）的从头合成为重点。

• 1、十六碳饱和脂肪酸（软脂酸）的从头合成
• 2、线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长
• 3、不饱和脂肪酸的合成（自学）

第97页：软脂酸从头合成的要点

1、软脂酸的从头合成

• （1）脂肪酸合成酶复合体系和脂酰基载体蛋白（ACP）
• （2）脂肪酸生物合成的反应历程
• （3）乙酰CoA运转——柠檬酸循环

第98页：脂肪酸合成酶系结构模式

脂肪酸合成酶系结构模式：以ACP为核心，含六种酶活性中心。

①

乙酰CoA:ACP转移酶

②

丙二酸单酰CoA:ACP转移酶

③

β-酮脂酰-ACP合酶

④

β-酮脂酰-ACP还原酶

⑤

β-羟脂酰-ACP脱水酶

⑥

烯脂酰-ACP还原酶

第99页：脂肪酸从头合成的生化历程

脂肪酸从头合成的生化历程：

• a 丙二酸单酰ACP的形成
• b 缩合：乙酰基与丙二酸单酰基缩合，释放CO2
• c 还原：β-酮脂酰ACP还原为β-羟脂酰ACP
• d 脱水：生成烯脂酰ACP
• e 还原：生成延长两个碳的脂酰ACP，进入下一轮

第100页：丙二酸单酰ACP的形成

丙二酸单酰ACP的形成：

• 乙酰CoA羧化酶（辅基生物素）催化：乙酰CoA + HCO3- + ATP → 丙二酸单酰CoA + ADP + Pi。
• 丙二酸单酰CoA在转移酶作用下将丙二酸单酰基转至ACP，生成丙二酸单酰ACP。

第101页：脂酰基载体蛋白ACP的辅基结构

脂酰基载体蛋白（ACP）的辅基结构：

辅基

4-磷酸泛酰巯基乙胺，通过Ser与ACP相连。

作用

以巯基（-SH）携带脂酰基中间体，参与缩合、还原等各步反应。

与CoA的关系

CoA分子中也含有4-磷酸泛酰巯基乙胺辅基。

第102页：软脂酸合成的反应流程

软脂酸合成的反应流程：

• 以乙酰CoA为起始引物（经乙酰转移酶接入ACP）。
• 丙二酸单酰CoA反复进位，每轮经缩合、还原（NADPH）、脱水、再还原（NADPH）延长2个碳。
• 共进行7轮，最终经硫酯酶水解释放软脂酸，并释放CO2。

第103页：脂肪酸生物合成的反应历程

脂肪酸生物合成的反应历程：

• 乙酰ACP与丙二酸单酰ACP缩合生成β-酮丁酰ACP并脱羧。
• 依次经还原（NADPH）、脱水、再还原（NADPH）生成丁酰ACP。
• 丁酰ACP再与丙二酸单酰ACP缩合，循环7次，最终生成软脂酰ACP（C16）。

第104页：脂肪酸合成各中间体结构

脂肪酸合成各中间体结构：

缩合产物

β-酮丁酰ACP（β-酮脂酰-ACP）

还原产物

β-羟丁酰ACP（β-羟脂酰-ACP）

脱水产物

α,β-烯丁酰ACP

再还原产物

丁酰ACP，进入下一轮碳链延长

第105页：乙酰CoA运转至胞液

乙酰CoA从线粒体内至胞液的运转：

问题

脂肪酸合成在胞液进行，乙酰CoA在线粒体内生成，不能直接透过线粒体内膜。

方式

乙酰CoA先与草酰乙酸缩合为柠檬酸，经三羧酸转运体运至胞液，再裂解为乙酰CoA和草酰乙酸。

草酰乙酸再生

胞液草酰乙酸经苹果酸、丙酮酸等途径再生，完成柠檬酸-丙酮酸循环。

第106页：羧基载体蛋白生物素转移羧基模式

羧基载体蛋白上生物素转移羧基的模式：

酶

乙酰CoA羧化酶。

辅基

生物素，作为CO2的载体。

反应

生物素先羧化，再将CO2转移至乙酰CoA，生成丙二酸单酰CoA。

第107页：脂肪酸碳链延长的不同方式

脂肪酸碳链延长的不同方式：

• 线粒体脂肪酸延长酶系：延长短链脂肪酸，其过程是β-氧化的逆过程。
• 内质网脂肪酸延长酶系：延长饱和或不饱和长链脂肪酸，中间过程与脂肪酸合成酶体系相似。

第108页：不饱和脂肪酸的合成

不饱和脂肪酸的合成：

• 需氧途径：去饱和酶（含NADPH、FAD、2Fe）催化饱和脂酰基形成双键，动物为细胞色素b5系统、植物为铁硫蛋白系统。
• 厌氧途径：在脂肪酸从头合成过程中，当生成β,γ-羟癸酰ACP时，由专一脱水酶催化脱水生成β,γ-烯癸酰ACP，继续参入二碳单位，产生不同长度的单不饱和脂肪酸。

第109页：三酰甘油的生物合成

三酰甘油的生物合成：

• 甘油先磷酸化生成3-磷酸甘油（磷酸甘油）。
• 在磷酸甘油酯酰转移酶催化下，由脂酰CoA逐步酯化生成溶血磷脂酸、磷脂酸。
• 磷脂酸经磷酸酶脱磷生成二酰甘油。
• 二酰甘油在二酰甘油酯酰转移酶催化下再酯化生成三酰甘油。

第110页：动植物不饱和脂肪酸合成比较

动植物中不饱和脂肪酸合成的比较：

需氧途径

去饱和酶催化，依赖NADPH、FAD、铁蛋白，动物为细胞色素b5、植物为铁硫蛋白系统。

厌氧途径

在脂肪酸从头合成中经专一脱水酶脱水形成双键，产生单不饱和脂肪酸。

第111页：脂肪酸β-氧化与从头合成异同

脂肪酸的β-氧化和从头合成的异同：

相同点

均以二碳为单位进行碳链的断裂或延长，涉及缩合/硫解、氧化还原等相似反应。

不同点

β-氧化在线粒体、以CoA为载体、FAD/NAD+为电子受体、产物乙酰CoA；从头合成在胞液、以ACP为载体、NADPH为供体、产物软脂酸。

第112页：乙醛酸循环

四、乙醛酸循环

• 1、乙醛酸循环的生化历程
• 2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系
• 3、乙醛酸循环的生理意义
• 4、脂肪代谢和糖代谢的关系（植物种子萌发的脂肪转化为糖，自学）

第113页：乙醛酸循环反应历程

乙醛酸循环反应历程：

• 异柠檬酸在异柠檬酸裂解酶催化下裂解为琥珀酸和乙醛酸。
• 乙醛酸与乙酰CoA在苹果酸合成酶催化下生成苹果酸，同时释放CoASH。
• 苹果酸经苹果酸脱氢酶生成草酰乙酸（NAD+→NADH）。
• 草酰乙酸可进入糖异生生成葡萄糖，构成三羧酸循环的支路。

第114页：乙醛酸循环总反应式及糖异生

乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系：

总反应式

2 乙酰CoA + NAD+ → 琥珀酸 + 2 CoASH + NADH + H+。

与糖异生的关系

生成的琥珀酸、草酰乙酸等可经糖异生途径转化为糖。

第115页：脂肪代谢和糖代谢的关系

脂肪代谢和糖代谢的关系：

• 甘油可经磷酸二羟丙酮进入糖代谢途径。
• 脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA在植物和微生物中经乙醛酸循环生成琥珀酸、草酰乙酸，进而糖异生为糖。
• 糖代谢中间产物（如磷酸二羟丙酮）可还原为甘油，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA用于合成脂肪酸。

第116页：脂酰CoA进入线粒体基质示意图

脂酰CoA进入线粒体基质示意图：

外侧

脂酰CoA与肉毒碱在肉毒碱脂酰转移酶Ⅰ催化下生成酯酰肉毒碱，释放CoASH。

转运

酯酰肉毒碱经线粒体内膜载体（转位酶）进入基质侧。

内侧

肉毒碱脂酰转移酶Ⅱ催化酯酰肉毒碱与CoASH重新生成脂酰CoA，释放肉毒碱。

第117页：丙酸的代谢

丙酸的代谢：

• 丙酸经硫激酶（消耗ATP）生成丙酰CoA。
• 丙酰CoA在羧化酶（辅基生物素、需ATP、CO2）催化下生成甲基丙二酸单酰CoA。
• 甲基丙二酸单酰CoA经变位酶（辅基CoB12）异构为琥珀酰CoA。
• 琥珀酰CoA进入三羧酸循环。

第118页：磷脂和糖脂的降解与合成

五、磷脂和糖脂的降解与合成

• （一）磷脂的降解
• （二）磷脂的生物合成
• （三）糖脂的合成与分解

第119页：磷脂酶的作用部位

磷脂酶的作用部位：

磷脂酶A1（B1）

水解甘油sn-1位的脂肪酸酯键。

磷脂酶A2（B2）

水解甘油sn-2位的脂肪酸酯键。

磷脂酶C

水解甘油与磷酸之间的键（磷酸二酯键）。

磷脂酶D

水解磷酸与取代基之间的键。

第120页：乙醇胺和胆碱的活化

乙醇胺和胆碱的活化：

• 乙醇胺经乙醇胺激酶（ATP→ADP）生成磷酸乙醇胺。
• 磷酸乙醇胺在CTP:磷酸乙醇胺胞苷转移酶催化下与CTP反应生成CDP-乙醇胺（释放PPi）。
• 胆碱经胆碱激酶（ATP→ADP）生成磷酸胆碱。
• 磷酸胆碱在CTP:磷酸胆碱胞苷转移酶催化下与CTP反应生成CDP-胆碱（释放PPi）。

第121页：磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱的合成

磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱的合成：

• 磷脂酸在磷酸酯酶作用下脱磷生成1,2-甘油二酯。
• CDP-乙醇胺与1,2-甘油二酯在转移酶催化下缩合，释放CMP，生成磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）。
• CDP-胆碱与1,2-甘油二酯在转移酶催化下缩合，释放CMP，生成磷脂酰胆碱。
• 此外还可通过转酰酶、甲基化等途径合成。

第122页：

第123页：糖脂的合成与分解

糖脂的代谢

• 1、糖脂的合成
• 2、糖脂的分解

第124页：胆固醇的代谢

六、胆固醇的代谢

• （一）胆固醇的合成
• （二）胆固醇的转化

第125页：胆固醇的合成

胆固醇的合成：

实验证据

同位素示踪实验证明，复杂的胆固醇分子能在动物体内由小分子物质乙酸缩合而成。

原料

乙酰CoA为合成胆固醇的原料。

第126页：胆固醇的转化

胆固醇的转化：

转化产物

动物体内胆固醇可转变成类固醇，如孕酮、肾上腺皮质激素、雌激素、VitD3、胆酸等。

第127页：第四节：蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢

第四节：蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢

主要内容

本节着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径。

结构

一、蛋白质的酶促降解；二、氨基酸的分解与转化；三、氨的同化及氨基酸的生物合成。

第128页：蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢概述

本节着重讨论蛋白质在机体内的降解，以及氨基酸的分解和合成的共同代谢途径，分蛋白质的酶促降解、氨基酸的分解与转化、氨的同化及氨基酸的生物合成三部分。

第129页：蛋白质的酶促降解

一、蛋白质的酶促降解

• （一）水解蛋白质的酶的种类和专一性：肽酶、蛋白酶
• （二）细胞内蛋白质降解：意义、溶酶系统和泛肽系统、泛肽途径

第130页：肽酶的种类和专一性

肽酶的种类和专一性：

第131页：蛋白酶的种类和专一性

蛋白酶的种类和专一性：

第132页：消化道内几种蛋白酶的专一性

消化道内几种蛋白酶的专一性：

胰凝乳蛋白酶

主要水解Phe、Tyr、Trp等芳香族氨基酸羧基侧的肽键。

胰蛋白酶

主要水解Arg、Lys等碱性氨基酸羧基侧的肽键。

弹性蛋白酶

主要水解脂肪族氨基酸残基侧的肽键。

胃蛋白酶

偏好水解Phe、Trp等芳香族氨基酸氨基侧的肽键。

羧肽酶/氨肽酶

分别从肽链C-末端、N-末端逐个水解氨基酸。

第133页：蛋白质降解的泛肽途径

蛋白质降解的泛肽途径：

• E1（泛肽激活酶）在ATP供能下激活泛肽。
• E2（泛肽载体蛋白）接受活化的泛肽。
• E3（泛肽-蛋白质连接酶）识别靶蛋白并将泛肽转移连接，形成多泛肽化蛋白。
• 多泛肽化蛋白被26S蛋白酶体（19S调节亚基 + 20S催化核心）识别、去折叠并水解。

第134页：氨基酸的分解与转化

二、氨基酸的分解与转化

• （一）氨基酸代谢概况
• （二）氨基酸的脱氨基作用
• （三）氨基酸的脱羧基作用
• （四）氨基酸分解产物的转化

第135页：氨基酸代谢概况

氨基酸代谢概况：

来源

食物蛋白质消化吸收的氨基酸、体内组织蛋白降解产生的氨基酸。

主要去路

脱氨基生成α-酮酸和氨；脱羧基生成胺；碳骨架可转变为糖、脂肪或经三羧酸循环氧化；氨经鸟氨酸循环合成尿素。

第136页：氨基酸的脱氨基作用

氨基酸的脱氨基作用：

• 1、氧化脱氨基作用
• 2、转氨基作用
• 3、联合脱氨基作用
• 4、非氧化脱氨基作用

第137页：氧化脱氨基作用

氧化脱氨基作用：氨基酸在酶的催化下脱去氨基生成相应的α-酮酸的过程。

L-谷氨酸脱氢酶途径

谷氨酸 + H2O → α-酮戊二酸 + NH3，辅酶为NAD(P)+/NAD(P)H。

氨基酸氧化酶途径

氨基酸氧化酶以FAD或FMN为辅基，催化生成α-酮酸、氨和H2O2。

第138页：转氨基作用

转氨基作用：在转氨酶的催化下，α-氨基酸的氨基转移到α-酮酸的酮基碳原子上，原氨基酸生成相应α-酮酸，原α-酮酸形成相应α-氨基酸。

酶

转氨酶（氨基转移酶）。

辅酶

磷酸吡哆醛（维生素B6的磷酸酯）。

第139页：磷酸吡哆醛的作用机理

磷酸吡哆醛的作用机理：

作用

磷酸吡哆醛作为转氨酶的辅酶，以醛基与氨基酸的氨基形成 Schiff 碱中间体。

机制

通过电子重排实现氨基与酮基的互换，完成氨基的转移。

第140页：谷氨酰胺的生成和利用

谷氨酰胺的生成和利用：

谷氨酰胺合成酶

谷氨酸 + NH3 + ATP → 谷氨酰胺 + ADP + Pi，需Mg2+。

谷氨酸合成酶

谷氨酰胺 + α-酮戊二酸 + NAD(P)H → 2 谷氨酸，实现氨的转运与利用。

第141页：联合脱氨基作用

联合脱氨基作用：转氨基作用和氧化脱氨基作用联合进行的脱氨基方式。

• a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联
• b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联

第142页：转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶偶联

联合脱氨基作用（A）：转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联：

• 转氨酶催化α-氨基酸与α-酮戊二酸反应，生成相应的α-酮酸与谷氨酸。
• 谷氨酸在L-谷氨酸脱氢酶催化下脱氢脱氨，再生α-酮戊二酸并释放氨（NAD+→NADH）。

第143页：转氨基与嘌呤核苷酸循环偶联

联合脱氨基作用（B）：转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联：

• α-氨基酸经转氨基将氨基转至草酰乙酸生成天冬氨酸。
• 天冬氨酸参与嘌呤核苷酸循环，经腺苷酰琥珀酸、AMP等，最终生成延胡索酸和氨。
• 该途径是骨骼肌等组织中氨基酸脱氨的重要方式。

第144页：非氧化脱氨基作用

非氧化脱氨基作用（自学）：

• （1）直接脱氨基作用
• （2）还原脱氨基作用
• （3）水解脱氨基作用
• （4）脱水脱氨基作用
• （5）氧化还原脱氨基作用

第145页：氨基酸的脱羧基作用

氨基酸的脱羧基作用：

概念

氨基酸在脱羧酶的作用下脱掉羧基生成相应的一级胺类化合物的作用。

辅酶

脱羧酶的辅酶为磷酸吡哆醛。

类型

直接脱羧、胺羟化、脱羧羟胺等。

进一步转化

脱羧产物（胺类）可进一步羟化等，参与次生物质代谢。

第146页：氨基酸分解产物的转化

氨基酸分解产物的转化：

• 1、氨的代谢转变
• 2、氨基酸碳骨架的代谢途径

第147页：氨的代谢转变

氨的代谢转变：

• （1）重新生成氨基酸
• （2）谷氨酰胺和天冬酰胺的生成
• （3）尿素的生成——尿素循环
• （4）合成其他含N物质

第148页：谷丙转氨酶和谷草转氨酶

谷丙转氨酶和谷草转氨酶：

谷丙转氨酶（GPT，即ALT）

催化丙氨酸与α-酮戊二酸之间的转氨作用，生成丙酮酸和谷氨酸。

谷草转氨酶（GOT，即AST）

催化天冬氨酸与α-酮戊二酸之间的转氨作用，生成草酰乙酸和谷氨酸。

第149页：谷氨酸的重新生成

谷氨酸的重新生成：

反应

α-酮戊二酸 + NH3 + NAD(P)H + H+ ⇌ 谷氨酸 + NAD(P)+ + H2O。

酶

L-谷氨酸脱氢酶，是氨同化生成氨基酸的重要途径。

第150页：尿素的生成

尿素的生成：

概念

在排尿动物体内由NH3合成尿素是在肝脏中进行的。

要点

包括总反应和过程（见鸟氨酸循环）。

第151页：鸟氨酸循环

鸟氨酸循环（尿素循环）：

• 线粒体中，NH3 + CO2 + 2ATP经氨甲酰磷酸合成酶生成氨甲酰磷酸。
• 氨甲酰磷酸与鸟氨酸缩合生成瓜氨酸。
• 瓜氨酸与天冬氨酸缩合生成精氨琥珀酸（消耗ATP），再裂解为精氨酸和延胡索酸。
• 精氨酸在精氨酸酶催化下水解生成尿素并再生鸟氨酸，完成循环。

第152页：氨基酸碳骨架的代谢途径

氨基酸碳骨架的代谢途径：

• （1）再氨基化生成氨基酸
• （2）转变成糖或脂肪：生糖氨基酸和生酮氨基酸
• （3）氧化成CO2和H2O

第153页：氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径

氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径：

丙酮酸节点

丙氨酸、苏氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸等脱氨后生成丙酮酸。

乙酰CoA/乙酰乙酰CoA节点

亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等生成乙酰CoA或乙酰乙酰CoA。

三羧酸循环中间物节点

谷氨酸族生成α-酮戊二酸；天冬氨酸族生成草酰乙酸；缬氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸生成琥珀酰CoA。

第154页：转氨基作用的定义

转氨基作用是α—氨基酸与α-酮酸之间的氨基的转移作用：一种α-氨基酸的α-氨基在转氨酶作用下转移到α-酮酸的酮基上，结果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。

第155页：氨的同化及氨基酸的生物合成

三、氨的同化及氨基酸的生物合成

• （一）氮素循环
• （二）生物固氮（自学）
• （三）氨的同化
• （四）氨基酸的生物合成
• （五）氨基酸与一碳基团代谢

第156页：自然界的氮素循环

自然界的氮素循环：

固氮

大气氮经生物固氮、工业固氮（工业固氮与岩浆源固定氮）转化为含氮化合物。

同化

硝酸盐、亚硝酸盐经硝酸盐还原、亚硝酸盐还原生成氨，进入动植物蛋白质。

归还

动植物废物、死有机体经反硝化作用（产生氧化亚氮、N2）回到大气。

第157页：生物固氮概述

生物固氮（自学）：

• 1、生物固氮的化学本质
• 2、固氮酶
• 3、固氮条件

第158页：生物固氮的化学本质

生物固氮的化学本质：N2 + 8H+ + 6e- + 16ATP → 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi。

电子供体

氧化底物（如丙酮酸、H2等）。

能量

需ATP供能。

环境

需厌氧环境（防止固氮酶被氧失活）。

第159页：固氮酶

固氮酶：是一种多功能酶，由两种蛋白组分构成。

铁蛋白

二聚体，含Fe和S，形成[Fe4S4]簇，负责电子传递。

钼铁蛋白

四聚体（α2β2），含Mo、Fe和S，是底物还原的活性中心。

ATP酶活性

催化ATP分解，为电子向还原底物（N2等）转移提供能量。

底物广谱性

不仅能催化N2还原，还可催化N2O等化合物还原。

第160页：硝酸还原作用

硝酸还原作用：

化学本质

NO3- → NO2-（2e-还原）→ NH4+（6e-还原）。

硝酸还原酶

铁氧还蛋白—硝酸还原酶或NAD(P)H—硝酸还原酶，催化NO3-→NO2-。

亚硝酸还原酶

铁氧还蛋白—亚硝酸还原酶或NAD(P)H—亚硝酸还原酶，催化NO2-→NH4+。

第161页：硝酸还原酶

硝酸还原酶a、铁氧还蛋白——硝酸还原酶b、NAD(P)H-硝酸还原酶H2ONO-3+2Fd还原态+2H+NO-2+2Fd氧化态++NAD(P)H+H+NO-2+NAD(P)++H2ONO3-

第162页：亚硝酸还原酶

亚硝酸还原酶2H2Oa、铁氧还蛋白——亚硝酸还原酶NO-2+6Fd还原态+8H+NH+4+6Fd氧化态+2H2Ob、NAD(P)H——亚硝酸还原酶NO-2+3NAD(P)H+NH+4+3NAD(P)++5H+

第163页：氨的同化

（三）氨的同化1、谷氨酸的形成途径2、氨甲酰磷酸的生成

第164页：氨基酸的生物合成

（四）氨基酸的生物合成1、必需氨基酸和非必需氨基酸2、氨基酸的生物合成

第165页：必需氨基酸的概念

1、必需氨基酸的概念Thr、Val、Leu、Ile、Met、Lys、Phr、Trp 、(His Arg)凡是机体不能自己合成，必需来自外界的氨基酸，称为必需氨基酸。人的必需氨基酸：

第166页：氨基酸生物合成的碳架来源

氨基酸的生物合成的碳架来源（1）非必需氨基酸的生物合成（2）各族氨基酸的前体及相互关系a、由α-酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨基酸转化而来c、由某些必需氨基酸转变而来2、氨基酸的生物合成

第167页：非必需氨基酸的生物合成

非必需氨基酸的生物合成

第168页：各种氨基酸的前体及相互关系

各种氨基酸的前体及相互关系谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His 和芳香族

第169页：氨基酸与一碳基团代谢

（五）氨基酸与一碳基团代谢1、一碳基团（一碳单位）的概念2、一碳基团和氨基酸代谢Gly、Ser、Thr、His都可以作为一碳基团的供体。3、一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、核苷酸等的合成。

第170页：一碳基团的概念与分类

1、一碳基团在代谢过程中，某些化合物（如氨基酸）可以分解产生具有一个碳原子的基团（不包括CO2），称为一碳基团。一碳基团的转移除了和许多氨基酸的代谢直接有关外，还参与嘌呤和胸腺嘧啶的生物合成。一碳基团转移酶的辅酶：FH4一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名-CH=NH 亚氨甲基H-CO-甲酰基-CH2OH 甲醇基-CH= 次甲基-CH2-亚甲基-CH3 甲基

第171页：

第172页：

第173页：叶酸和四氢叶酸的结构

叶酸和四氢叶酸（FH4）叶酸四氢叶酸HH105N5，N10-CH2-FH4N5-CHO-FH4CH2CHO

第174页：一碳基团的来源与转变

2、一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸N5-CH2-FH4N5N10-CH2-FH4N5，N10= CH-FH4N10-CHO-FH4N5，N10-CH2-FH4还原酶N5，N10-CH2-FH4脱氢酶环水化酶丝氨酸组氨酸苷氨酸参与甲基化反应为胸腺嘧啶合成提供甲基参与嘌呤合成FH4FH4FH4HCOOHH2O

第175页：第五节 核酸代谢和蛋白质的生物合成

第五节

核酸代谢和蛋白质的生物合成

第176页：核酸的生物合成概述

核酸的生物合成本节重点介绍遗传中心法则和DNA、RNA的生物合成，对基因工程作一般介绍。DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继1953年Watson&Crick提出DNA双螺旋结构模型后，1958年，Crick提出了“中心法则”(Centraldogma)揭示了遗传信息的传递规律。

第177页：遗传信息传递的中心法则

遗传信息传递的中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。

第178页：DNA的生物合成

一、DNA的生物合成（一）、DNA的复制（DNA指导下的DNA合成）（三）、DNA突变（四）、DNA的损伤与修复（二）、逆转录作用（RNA指导下的DNA的合成）

第179页：DNA的半保留复制

（一）、DNA的半保留复制1、概念和实验依据2、原核生物DNA聚合反应有关的酶类3、原核细胞DNA的复制的起始点和方式5、DNA复制的忠实性6、真核细胞DNA的复制4、原核细胞DNA的复制过程（半不连续复制）

第180页：半保留复制的概念

1、DNA的半保留复制的概念DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。

第181页：半保留复制实验依据

DNA的半保留复制实验依据1958年Meselson & stahl用同位素示踪标记加密度梯度离心技术实验,证明了DNA是采取半保留的方式进行复制.[15N] DNA[14N-15N] DNA[14N] DNA[14N-15N] DNA

第182页：原核生物DNA聚合反应酶类

2、原核生物DNA聚合反应有关的酶类（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）引物酶(peimase)和引发体(primosome)：启动RNA引物链的合成。(3）DNA连接酶（DNA ligase）（4）DNA解链酶(DNA helicase)(5）单链结合蛋白(single-strand binding protein,SSB)：结合在解开的DNA单链上，防止重新形成双螺旋。(6）拓扑异构酶(topoisomerase):兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将DNA超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物酶和引发体DNA聚合酶ISSB3´3´5´3´5´5´RNA引物

第183页：DNA连接酶连接切口

连接酶连接切口Mg2+连接酶ATP或NAD＋PPi或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板链模板链

第184页：大肠杆菌复制起点结构模型

大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTT成串排列的三个13bp序列共有序列共有序列TTATCCACADnaA蛋白结合位点四个9bp序列DnaADnaB(解螺旋酶)SSB大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型

第185页：DNA复制的方式

DNA复制的方式环状DNA复制时所形成的θ结构起始点复制叉的推进复制叉起始点起始点起始点复制叉复制叉未复制DNA单向复制双向复制3、原核细胞DNA的复制的起始点和方式

第186页：原核细胞DNA的半不连续复制

4、原核细胞DNA的半不连续复制复制过程复制叉的移动方向解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物体DNA聚合酶ISSB3´3´5´前导链随后链3´5´复制的起始DNA链的合成与延长DNA链合成的终止5´RNA引物3´3´DNA连接酶

第187页：DNA聚合酶Ⅲ全酶结构

DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶Pol IIIPol III延长因子DNA聚合酶Ⅲ二聚体

第188页：DNA聚合酶催化的链延长反应

DNA聚合酶催化的链延长反应3´5´模板链5´RNA引物子链3´3´5´5´3´3´5´5´3´

第189页：三种DNA聚合酶比较

第190页：DNA聚合酶3′-5′外切酶

DNA聚合酶的3-5外切酶水解位点3´3´5´5´错配碱基3´-5´核酸外切酶水解位点

第191页：

第192页：前导链与随后链同时合成模型

复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引物体引物体解旋酶解旋酶

第193页：DNA聚合酶的校对功能

DNA聚合酶的校对功能5´-核酸外切酶3´-核酸外切酶裂缝聚合中心裂缝内部

第194页：DNA聚合酶切除错配核苷酸

DNA聚合酶的校对功能聚合酶错配硷基复制方向正确核苷酸5´5´5´3´3´3´切除错配核苷酸

第195页：DNA复制的忠实性

5、复制的忠实性DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌DNA复制109-1010碱基对仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点:a、DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基配对原则）b、DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被3’-5’外切酶切除）c、起始时以RNA作为引物

第196页：真核细胞DNA复制的特点

6、真核细胞DNA复制的特点多个起点复制起点起点起点起点起点起点端粒（telemere）复制

第197页：端粒酶

端粒酶（telomerase）DNA复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于RNA模板的DNA片段的合成，使复制以后的线形DNA分子的末端保持不变。初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生命衰老的认识。5´3´AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶

第198页：端粒合成的一种模型

端粒合成的一种模型3´5´TTTTGGGGTTTTG5´3´AAAACCCCAAAACCCCCCAAA3´5´TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG5´3´AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT3´5´AATTTTG5´3´AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG整合和杂交移位和再杂交端粒合成的完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT5´3´nAA3´TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5´3´TTCCCCT nAA3´TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5´3´TTAAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCTn进一步加工继续延伸

第199页：真核和原核DNA复制比较

真核和原核DNA细胞复制比较

第200页：逆转录作用

（二）、逆转录作用1、概念2、逆转录酶3、病毒逆转录过程4、逆转录的生物学意义扩充了中心法则有助于对病毒致癌机制的了解与真核细胞分裂和胚胎发育有关逆转录酶是分子生物学重要工具酶三种功能依赖DNA指导下的DNA聚合酶活力依赖RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力以RNA为模板合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录作用。

第201页：逆转录过程中cDNA合成

逆转录过程中cDNA的合成依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚合酶

第202页：逆转录病毒的生活周期

逆逆转录病毒的生活周期生活周期RNA衣壳被膜逆转录酶转录转译整合入宿主细胞染色体DNA进入细胞丢失被膜丢失衣壳逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋白被膜蛋白逆转录酶

第203页：DNA的突变

（三）、DNA的突变DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致DNA的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称为DNA的突变。它包括由于DNA损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同DNA分子之间的交换而引起的遗传重组。2、诱变剂的作用碱基类似物(base analog)碱基修饰剂(base modifier)嵌入染料(intercalation dye)紫外线(ultraviolet)和电离辐射(ionizing radiation)1、突变的类型碱基对的置换(substitution)移码突变(framesshift mutation)

第204页：DNA突变的类型

1、DNA突变的类型-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T野生型基因-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C--T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-颠换碱基对的置换(substitution)移码突变(framesshift mutation)

第205页：DNA的损伤与修复

（四）、DNA的损伤与修复某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于DNA，造成DNA结构和功能的破坏，称为DNA的损伤. DNA的修复主要有以下类型:暗修复（4）诱导修复（SOS修复）（1）光裂合酶修复活（2）切除修复（3）重组修复

第206页：DNA紫外线损伤的光裂合酶修复

（1）DNA紫外线损伤的光裂合酶修复1、形成嘧啶二聚体2、光复合酶结合于损伤部位3、酶被可见光激活4、修复后酶被释放

第207页：

第208页：DNA的重组修复

（3）DNA的重组修复胸腺嘧啶二聚体复制核酸酶及重组蛋白修复复制DNA聚合酶DNA连接酶重组

第209页：SOS反应的机制

（4）SOS反应的机制靶基因表达lexA靶基因表达但产物被分解recA大量表达RecA促使分解LexA未诱导的细胞诱导的细胞靶基因lexA基因被LexA蛋白质部分阻遏recA基因被LexA蛋白质部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物)RecA(辅蛋白酶)单链DNAATP

第210页：RNA的生物合成

二、RNA的生物合成（一）、DNA指导下RNA的合成（转录）（二）、RNA指导下RNA的合成(RNA的复制)（三）、RNA和DNA合成比较

第211页：DNA指导下RNA的合成

（一）、DNA指导下RNA的合成（转录）1、概念及DNA的有义链和反义链2、RNA聚合酶及催化反应3、RNA合成过程4、RNA转录后的加工5、真核生物的RNA合成

第212页：转录的概念和有义链反义链

1、转录的概念和DNA的有义链和反义链转录是在DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA的过程。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。启动子（promoter)终止子(terminator)模板链（templatte strand）反意义链(antisense strand)有意义链(sense strand)非信息区DNA5´5´3´3´

第213页：大肠杆菌RNA聚合酶结构

大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA结合β——起始和催化聚合反应α——？全酶(αββ)

第214页：RNA聚合酶催化的反应

2、RNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA5´3´5´3´新合成RNA

第215页：

第216页：RNA链的延伸图解

RNA链的延伸图解3´3´RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生RNA复链解链有义链模板链（反义链）延长部位

第217页：原核生物rRNA前体加工

4、原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用专一核酸内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶

第218页：tRNA前体分子的加工

tRNA前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列

5’—端切除几到10个核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修饰：形成稀有碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核苷酸转移酶的作用表示核酸外切酶的作用表示异构化酶的作用

第219页：真核细胞mRNA的加工

真核细胞mRNA的加工5´“帽子”PolyA3´顺反子(cistron )m7G-5´ppp-N-3 ´pAAAAAAA-OH5′端接上一个“帽子”(CAP)结构3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸转移酶催化剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)

第220页：酵母酪氨酸tRNA前体加工

酵母酪氨酸tRNA前体的加工早转录本成熟tRNA加工

第221页：真核与原核转录差别

5、真核生物和原核生物转录的差别DNA核核糖体新生蛋白质真核生物原核生物mRNA前体转运加工mRNAmRNA真核生物中转录与复制在不同的区域RNA聚合酶不相同启动子不同转录后RNA加工修饰不同

第222页：噬菌体Qβ的合成

噬菌体Q的合成A. 负链的合成B. 正链的合成病毒的正链复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的负链负链

第223页：核酸合成的抑制剂

三、核酸合成的抑制剂核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物叶酸类似物碱基和核苷酸类似物嵌合剂烷化剂与DNA模板结合的抑制剂作用于DNA聚合酶或RNA集合酶的抑制剂抗菌素:如利福平、曲张霉素有机化合物：如磷羧基乙酸

第224页：基因工程及分子生物学技术

四、基因工程及分子生物学技术简介（一）、基因工程（二）、体细胞克隆技术（三）、聚合酶键式反应（polymerase chain reaction, PCR）

第225页：基因工程简介

（一）、基因工程简介基因工程亦称遗传工程，即利用DNA重组技术的方法，把DNA作为组件，在细胞外将一种外源DNA（目的基因）和载体DNA重新组合连接（重组），最后将重组体转入宿主细胞，使外源基因DNA在宿主细胞中，随细胞的繁殖而增殖（cloning，克隆），或最后得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的遗传性状。1、基因工程的操作技术2、基因工程的应用与前景

第226页：基因工程的操作技术

1、基因工程的操作技术Foreign DNA to be insertedPlansmid vectorJoiningRecombinant DNA moleculeIntroduction into host cells by transformation of viral infectionHost chromatemeSlection for cells coteining a recombinant DNA moleculeCloning+（1）、体外基因重组目的基因的制备载体的构建：质粒或噬菌体目的基因与载体重组（2）、重组体DNA的转化增殖和表达转化筛选增殖和基因表达

第227页：大鼠生长激素基因重组质粒

大白鼠的生长激素基因插入到一个质粒中去，在金属巯基蛋白启动子旁边，这个启动子被金属镉所活化

第228页：基因工程的应用和前景

2、基因工程的应用和前景建立基因文库。基因文库的建立有利于研究基因结构、基因表达调控机制、个体发育和繁殖的机理、疾病发病机制等，最终将导致遗传育种、疾病基因治疗发生革命性进步。生产某些珍贵的生化药物，如干扰素、胰岛素、生长激素等。改造生物原有性状，培育出人类需要的新物种。

第229页：克隆羊多利的诞生

克隆羊多利的诞生胚胎羊乳腺上皮细胞（提供DNA）母羊除去细胞核的卵母细胞（受体）体外融合植入受体母羊（二）、体细胞克隆技术

第230页：PCR技术原理示意图

三、PCR技术原理示意图靶序列变性和引物复姓循环1循环2循环3变性和引物复姓链延伸Tag酶链延伸

第231页：DNA和RNA合成的比较

DNA和RNA合成的比较

第232页：蛋白质的生物合成

五、蛋白质的生物合成中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为N—C端。

第233页：遗传信息流动示意图

遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA

第234页：蛋白质合成体系与机理

（一）蛋白质合成体系（二）蛋白质合成的机理（三）肽链合成后的折叠与加工（四）蛋白质定位

第235页：蛋白质合成体系的组分

2、t RNA蛋白质合成体系的组分3、核糖体（一）蛋白质合成体系1、mRNA和遗传密码4、辅助因子

第236页：mRNA的结构与功能

mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。1、m R N A原核生物和真核生物mRNA的比较

第237页：遗传密码与密码子

遗传密码三联体密码的破译遗传密码的性质遗传密码:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。遗传密码字典

第238页：遗传密码字典

遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG

第239页：三联体密码的破译

三联体密码的破译2、以随机共聚合指导多肽的合成例

以随机共聚物A、C为模板，任意排列可出现8种三体，获得六种氨基酸组成的多肽。1、以均聚物为模板指导多肽的合成3、以特定的共聚物为模板指导多肽的合成4、核糖体结合技术

第240页：均聚物模板指导多肽合成

以均聚物为模板指导多肽的合成PolyU为模板，产生的多肽链为PolyphePolyA为模板，产生的多肽链为PolylysPolyC为模板，产生的多肽链为Polypro

第241页：共聚物模板指导多肽合成

以特定的共聚物为模板指导多肽的合成：

• 以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽：Poly(UG)作模板时，合成产物为Lys和Val。
• 以多聚三核苷酸作为模板，可得由三种氨基酸组成的多肽。

第242页：核糖体结合技术

核糖体结合技术用于确定与核糖体结合的氨基酸，技术要点为：

• 以人工合成的三核苷酸为模板 + 核糖体 + 氨酰-tRNA。
• 经保温、硝酸纤维滤膜过滤，分析留在滤膜上的核糖体—氨酰-tRNA复合物。
• 据此确定与核糖体结合的氨基酸。

第243页：遗传密码的性质

简并性

由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并；对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（Synonymous codon）。多数情况下同义密码子的第一、第二个碱基相同、第三个碱基不同，说明密码的专一性主要由第一、第二个碱基决定。

起始与终止密码

64组密码子中，AUG既是甲硫氨酸的密码，又是起始密码；UAG、UAA、UGA 三组不编码任何氨基酸，是多肽链合成的终止密码子。

通用性

密码子是近于完全通用的。

阅读方式

密码是无标点符号的，且相邻密码子互不重叠。

第244页：Crick 摆动假说（1966）

1966年 Crick 根据立体化学原理提出：

• mRNA 上密码子的第一、第二个碱基与 tRNA 上反密码子相应的碱基形成强的配对，密码的专一性主要由这两个碱基对的作用决定。
• 有些反密码子的第一个碱基（按5′→3′）决定了该 tRNA 识别密码子的数目。
• 当一种氨基酸有几个密码子时，只要它们的第一和第二个碱基中有一个不同，就需要不同的 tRNA 来识别。

第245页：原核细胞mRNA结构特点

原核细胞mRNA的结构特点：

• 5′端有帽子结构（m7G-5′ppp-N-3′p），3′端为 Poly(A) 尾巴。
• 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在。
• 半衰期短。
• AUG 作为起始密码；AUG 上游7～12个核苷酸处有一保守区，即 SD 序列（Shine-Dalgarno 序列），与16S rRNA 3′-端反向互补，使 mRNA 与核糖体结合。

第246页：真核细胞mRNA结构特点

真核细胞mRNA的结构特点（5′帽子与Poly(A)尾巴）：

帽子结构功能

①使mRNA免遭核酸酶的破坏；②使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质；③被蛋白质合成的起始因子识别，从而促进蛋白质的合成。

Poly(A)尾巴功能

①是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式；②大大提高mRNA在细胞质中的稳定性。

第247页：tRNA的结构与功能

tRNA（transfer ribonucleic acid）在蛋白质合成中处于关键地位，既为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，又为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。

• 结构特征：三叶草型二级结构。
• 功能一：被特定的氨酰-tRNA合成酶识别，使tRNA接受正确的活化氨基酸。
• 功能二：识别mRNA链上的密码子。
• 功能三：在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多肽链与核糖体的作用。

第248页：密码子与反密码子的配对关系

密码子与反密码子按反向互补方式配对，tRNA 反密码子（5′→3′）与 mRNA 密码子（5′→3′）对应识别，配对位置依次为第1、2、3位碱基。

第249页：核糖体的结构与功能

核糖体是由 rRNA（ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。

• 核糖体的结构和组成。
• 核糖体的功能。

第250页：原核生物核糖体的组成

原核生物核糖体为70S，由30S小亚基与50S大亚基组成，本页为其结构示意图。

第251页：原核70S核糖体A位、P位及mRNA结合部位

原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位：

A位

结合或接受氨酰-tRNA（AA-tRNA）的部位。

P位

结合或接受肽基的部位。

mRNA结合部位

位于30S亚基，与mRNA结合。

反密码子-密码子配对

tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对识别。

第252页：原核与真核参与翻译的蛋白质因子

第253页：蛋白质合成的机理

• 1、氨基酸的活化
• 2、原核生物多肽链的合成过程
• 3、真核生物多肽链的合成

第254页：氨基酸的活化（氨酰-tRNA的生成）

氨基酸的活化分两步进行，由氨酰-tRNA合成酶（E）催化：

• 第一步：氨基酸 + ATP → 氨酰腺苷酸（AA-AMP，E-AMP）+ PPi。
• 第二步：氨酰腺苷酸 + tRNA → 氨酰-tRNA（AA-tRNA）+ AMP。
• 最终产物为氨酰-tRNA。

第255页：N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的形成

Met-tRNAfMet 在转甲酰酶催化下，以 N10-甲酰四氢叶酸（N10-甲酰FH4）为甲酰基供体，生成 N-甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAfMet），反应释放 FH4。

第256页：氨酰-tRNA合成酶的特点

专一性

对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸；同时对tRNA具有极高专一性。

校对作用

氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。

第257页：原核生物多肽链合成过程

原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。

• （1）肽链合成的起始
• （2）肽链的延长
• （3）肽链合成的终止及释放

第258页：原核肽链合成的起始

起始过程：mRNA与30S亚基、IF3-IF1形成30S·mRNA·IF3-IF1复合物；GTP-fMet-tRNAfMet与IF2结合进入P位；加入50S大亚基后IF2、IF1及GDP+Pi释放，形成70S起始复合物，fMet-tRNAfMet占据P位、A位空出。

第259页：原核肽链的延长

肽链的延长按三步循环进行：

• 进位（EF-Tu、EF-Ts参与，消耗GTP）：氨酰-tRNA进入A位。
• 肽键形成：由肽酰转移酶催化，肽链从P位移至A位氨基酸上，N端→C端延伸。
• 移位（EF-G参与，消耗GTP）：核糖体沿mRNA移动一个密码子，空载tRNA脱离、肽酰-tRNA由A位移入P位。

第260页：肽链合成的终止及释放

• A. 释放因子RF1或RF2进入核糖体A位，识别终止密码子（如UAG）。
• B. 多肽链的释放。
• C. 70S核糖体解离为30S与50S亚基，进入下一轮循环。

第261页：肽键的形成

本页为肽键形成机理示意，展示肽酰转移酶催化的转肽反应：P位肽酰-tRNA的肽链羧基与A位氨酰-tRNA的氨基形成肽键。

第262页：Tu/Ts循环

本页为Tu/Ts循环示意，展示延长因子EF-Tu与EF-Ts在氨酰-tRNA进位过程中的交替结合与周转机制。

第263页：多核糖体与核糖体循环

一条mRNA上可结合多个核糖体同时合成肽链，形成多核糖体；合成完毕的肽链释放后核糖体解离并进入下一轮循环。

第264页：多核糖体示意图

本页为多核糖体结构示意，展示同一mRNA上多个编码区串联、多个核糖体沿5′→3′方向同时进行翻译，在终止与起始之间循环。

第265页：真核生物多肽链的合成（自学）

• 真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂。
• 起始氨基酸为Met，不是fMet。
• 肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首先识别mRNA的5′端帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG。
• 起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子。
• 真核细胞的线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。

第266页：肽链的折叠与助折叠蛋白

肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白：

酶

蛋白质二硫键异构酶（PDI）。

分子伴侣

Lasky于1978年首先提出分子伴侣（molecular chaperone）的概念，是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质、但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的蛋白因子，在原核和真核生物中广泛存在。

第267页：蛋白质的加工修饰

• （1）肽链末端的修饰：N端fMet或Met的切除。
• （2）信号序列的切除。
• （3）二硫键的形成。
• （4）部分肽段的切除。
• （5）个别氨基酸的修饰。
• （6）糖基侧链的添加。
• （7）辅基的加入。

实例：胰岛素原的加工。

第268页：胰岛素原的加工

胰岛素原的加工过程：

• 在核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原（含信号肽）。
• 切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原，由A链区、B链区及中间插序列（C肽区）组成，其间形成二硫键。
• 切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子，由A链与B链经二硫键连接。

第269页：蛋白质定位

• 1、分泌蛋白：信号肽假说简图；分泌蛋白质的合成和胞吐作用。
• 2、线粒体与叶绿体蛋白：蛋白质向线粒体的定位机制。

第270页：信号肽假说简图

分泌蛋白合成时，信号肽被SRP识别，核糖体- mRNA复合物被引导至内质网膜，信号肽酶切除信号肽，肽链进入内质网腔；SRP循环完成跨膜定位。

第271页：分泌蛋白质的合成和胞吐作用

分泌蛋白在核糖体合成后进入内质网加工，经高尔基体修饰，以囊泡形式芽出，最终囊泡融入质膜将蛋白分泌到胞外。

第272页：线粒体蛋白质的定位机制

带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程：导肽被线粒体受体识别，前体经内外膜接触位点的蛋白质通道进入线粒体，由线粒体hsp70协助转运，导肽蛋白酶切除导肽，形成成熟蛋白。

第273页：第六节 物质代谢的相互联系和调节

本章节进入物质代谢的相互联系和调节部分，从物质代谢的相互联系、代谢调节、基因表达调控三方面展开。

第274页：物质代谢相互联系总述

总的来说，核酸、蛋白质、糖、脂肪等物质在代谢过程中是彼此影响、相互联系和转化的。

总枢纽

三羧酸循环是各类物质代谢的“总枢纽”，通过它将各类物质代谢相互沟通，紧密联系在一起。

相互影响

各类代谢中任何一种物质代谢异常，都必然会影响其它物质的代谢。

第275页：物质代谢的联系及其调节

• 一、物质代谢的相互联系
• 二、代谢调节
• 三、基因表达调控

第276页：一、物质代谢的相互联系

• （一）糖代谢与脂类代谢的相互关系
• （二）糖代谢与蛋白质代谢的相互联系
• （三）脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系
• （四）核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系

第277页：（一）糖代谢与脂类代谢的相互联系

糖代谢与脂类代谢通过共同中间物相互转化：

• 糖→脂类：糖经酵解生成乙酰CoA、NADPH，用于脂肪酸从头合成；磷酸二羟丙酮可还原为α-磷酸甘油，与脂肪酸合成脂肪；脂肪酸也可经β-氧化供能。
• 脂类→糖：植物与微生物中脂肪酸经乙醛酸循环生成琥珀酸，进入糖异生生成糖。
• 糖有氧氧化与脂类β-氧化共同汇入三羧酸循环（TCA）。

第278页：脂肪代谢和糖代谢的关系

脂肪与糖代谢的关系（合成与分解的双向转化）：

• 脂肪→糖：三酰甘油水解为甘油和脂肪酸；甘油→磷酸二羟丙酮进入糖代谢；脂肪酸经β-氧化生成乙酰CoA进入三羧酸循环，在植物或微生物中经乙醛酸循环生成琥珀酸→草酰乙酸→磷酸烯醇丙酮酸→糖异生。
• 糖→脂肪：糖→3-磷酸甘油醛/1,6-二磷酸果糖→磷酸二羟丙酮→甘油，丙酮酸→乙酰CoA→脂肪酸，合成三酰甘油。

第279页：（二）糖代谢与蛋白质代谢的相互联系

糖代谢与蛋白质代谢通过碳架与氨相互转化：

• 糖→蛋白质：糖经分解代谢生成α-酮酸，经转氨基作用接受NH3生成氨基酸，进而合成蛋白质。
• 蛋白质→糖：蛋白质分解为氨基酸，脱氨后生成α-酮酸，生糖氨基酸可沿糖异生途径生成糖。

第280页：糖的分解代谢和糖异生的关系

糖的分解代谢与糖异生在胞液与线粒体之间通过转氨基作用相互沟通：

• 胞液中丙酮酸经转氨基作用生成丙氨酸（或天冬氨酸），进入线粒体参与糖异生。
• 线粒体中谷氨酸脱氨生成α-酮戊二酸，天冬氨酸参与草酰乙酸生成，汇入糖异生途径。
• 糖异生关键中间物包括丙酮酸与磷酸烯醇丙酮酸（PEP）。

第281页：（三）脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系

脂类代谢与蛋白质代谢通过共同碳架相互联系：

• 蛋白质→脂类：氨基酸脱去氨基后的碳架可转为乙酰CoA或酮酸，进而合成脂肪酸与脂肪。
• 脂类→蛋白质：脂肪分解生成的甘油与脂肪酸经乙酰CoA进入三羧酸循环，为生酮氨基酸提供碳架。

第282页：（四）核酸与糖、脂类、蛋白质代谢的联系

• 核酸是细胞内重要的遗传物质，控制着蛋白质的合成，影响细胞的成分和代谢类型。
• 核酸生物合成需要糖和蛋白质的代谢中间产物参加，而且需要酶和多种蛋白质因子。
• 核苷酸的一些衍生物具重要生理功能，如CoA、NAD+、NADP+、cAMP、cGMP。
• 各类物质代谢都离不开具备高能磷酸键的各种核苷酸：ATP是能量的“通货”；UTP参与多糖的合成；CTP参与磷脂合成；GTP参与蛋白质合成与糖异生作用。

第283页：糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系

本页为三大营养物质与核酸代谢联系的汇总图，展示糖、脂类、氨基酸与核苷酸之间通过共同中间物相互转化：

• 共同枢纽：乙酰CoA、三羧酸循环中间物（柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸）。
• 糖代谢：6-磷酸葡萄糖、1-磷酸葡萄糖、磷酸二羟丙酮、丙二酰CoA。
• 氨基酸与核苷酸：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸等参与核苷酸合成；亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸等可转为乙酰乙酰CoA或琥珀酰CoA。

第284页：生物氧化的三个阶段

生物氧化的三个阶段：

• 大分子降解成基本结构单位。
• 小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等），共同中间物进入三羧酸循环。
• 氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。

第285页：二、代谢调节

• （一）代谢调节的概念
• （二）细胞区域化调节
• （三）酶水平的调节
• （四）激素调节

第286页：（一）代谢调节

生命靠代谢的正常运转维持，代谢调节机制灵巧而严密，调节失灵会导致代谢障碍甚至危及生命。代谢调节的四级水平：

• 酶水平调节
• 细胞水平调节
• 激素水平调节
• 神经水平调节（多细胞整体水平调节）

第287页：（二）酶定位的区域化

第288页：（三）酶水平的调节

• 1、酶原激活
• 2、酶的别构效应——酶活性的前馈和反馈调节
• 3、酶的共价修饰与级联放大机制
• 4、辅因子对已有酶活性的调节

第289页：酶活性的前馈和反馈调节

前馈（feedforward）和反馈（feedback）来自电子工程学术语：前者指“输入对输出的影响”，后者指“输出对输入的影响”，此处借用来说明底物和代谢产物对代谢过程的调节作用，这种调节作用通过酶的变构效应实现。

• （1）限速步骤和标兵酶
• （2）反馈抑制
• （3）前馈和反馈激活
• （4）前馈和反馈调节中酶活性调节的机制
• 1、酶原激活
• 2、酶活性的前馈和反馈调节

第290页：反馈抑制

由代谢终产物作为变构剂来抑制在此产物合成过程中某一酶（通常为限速酶）活性的作用，称为反馈抑制，这是一种负反馈机制，多数情况下控制合成代谢。

类型

顺序反馈抑制、协同反馈抑制、累积反馈抑制、同工酶反馈抑制。

第291页：顺序反馈抑制示意图

顺序反馈抑制：在分支代谢途径中，各终产物分别抑制其所在分支的第一个酶，并通过中间产物逐级反馈抑制共同途径中的限速酶。

第292页：芳香族氨基酸合成的顺序反馈调节

芳香族氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）合成途径中，各终产物以顺序反馈方式抑制其分支途径及共同途径的关键酶。

第293页：协同反馈调节示意图

协同反馈调节：只有当多个终产物同时过量时，才共同抑制共同途径中的关键酶，单一产物过量不足以产生抑制。

第294页：赖氨酸和苏氨酸的协同反馈调节

天冬氨酸族氨基酸合成中，赖氨酸与苏氨酸协同反馈抑制共同途径中的天冬氨酸激酶，二者同时过量时才有效抑制。

第295页：同工酶反馈抑制示意图

同工酶反馈抑制：共同途径中的某一步由多个同工酶分别催化不同分支，各终产物分别抑制对应的同工酶，互不干扰。

第296页：几种氨基酸的同工酶反馈调节

多种氨基酸合成途径通过同工酶实现各自的反馈抑制，各终产物专一抑制自身分支对应的同工酶。

第297页：累积反馈抑制示意图

累积反馈抑制：各终产物各自独立地对共同关键酶产生部分抑制，各抑制效应可以累加，总抑制程度为各产物抑制之和。

第298页：谷氨酰胺合成酶的累积反馈抑制

谷氨酰胺合成酶受多种末端产物的累积反馈抑制，各产物分别对其产生部分抑制，累积后使酶活性显著下降。

第299页：反馈激活和前馈激活

底物或代谢中间物的积累可激活下游关键酶：

• 例1：糖代谢途径中丙酮酸积累，激活丙酮酸羧化酶。
• 例2：乙酰CoA积累，激活PEP羧化酶。

第300页：酶的反馈激活

酶的反馈激活：代谢中间物（如乙酰CoA、柠檬酸、α-酮戊二酸、1,6-二磷酸果糖）积累时，激活相应关键酶（如丙酮酸羧化酶），调节糖代谢与三羧酸循环的流向。

第301页：反馈调节中酶活性调节的机制

反馈调节中酶活性的调节机制：变构酶同时具有活性中心与别构中心，代谢物结合别构中心引起酶构象改变，从而改变活性中心的催化活性。

第302页：酶的共价修饰

酶分子中的某些基团在其它酶催化下可以共价结合或脱去，引起酶分子构象改变从而调节活性，称为酶的共价修饰（Covalent modification）。

六种修饰方式

磷酸化/去磷酸化，乙酰化/去乙酰化，腺苷酰化/去腺苷酰化，尿苷酰化/去尿苷酰化，甲基化/去甲基化，氧化（S-S）/还原（2SH）。

实例

糖原磷酸化酶：磷酸化酶b（无活性）在激酶作用下磷酸化生成磷酸化酶a（有活性）；磷酸酯酶催化去磷酸化恢复无活性状态。

第303页：酶级联系统调控

酶级联系统的意义：由于酶的共价修饰反应是酶促反应，少量信号分子（如激素）即可通过逐级酶促反应使大量下游酶发生化学修饰，获得放大效应，调节快速、效率极高。

• 1、腺苷酸环化酶（无活性）→（有活性），催化ATP生成cAMP。
• 2、cAMP激活蛋白激酶。
• 3、蛋白激酶（无活性）→（有活性）。
• 4、磷酸化酶激酶（无活性）→（有活性）。
• 5、磷酸化酶b（无活性）→磷酸化酶a（有活性）。
• 6、糖原→6-磷酸葡萄糖→1-磷酸葡萄糖→葡萄糖。
• 逐级放大倍数：1→3→10^2→10^4→10^6→10^8。

第304页：辅因子对已有酶活性的调节

• 能荷对代谢的调节。
• [NADH]/[NAD+]对代谢的调节。
• 金属离子浓度对代谢的调节。

第305页：（四）基因表达的调控

• 1、原核和真核基因组
• 2、原核生物酶合成调节的遗传机制——操纵子学说
• 3、真核生物基因表达的调控

第306页：原核生物酶合成调节的遗传机制——操纵子学说

操纵子

基因表达的协同单位，由结构基因（编码蛋白质）与控制部位组成。

控制部位

包括操纵基因（operator, O）与启动子（promoter, P）。

酶合成的诱导和阻遏

诱导型操纵子——乳糖操纵子；阻遏型操纵子——色氨酸操纵子（自学）。

第307页：酶合成的诱导机理

酶合成的诱导机理：调节基因产生阻遏蛋白，在无诱导物时阻遏蛋白呈无活性状态，不能阻挡操纵基因，结构基因得以表达；加入诱导物后诱导物与阻遏蛋白结合，使其保持无活性，基因持续表达。

第308页：酶合成的阻遏机理

酶合成的阻遏机理：调节基因产生阻遏蛋白，有活性时阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达；以大肠杆菌乳糖操纵子为例说明其负调控机制。

第309页：酶的诱导和阻遏操纵子模型

• A. 有活性阻遏蛋白：无诱导物时阻遏蛋白结合操纵基因，结构基因不表达。
• B. 有活性阻遏蛋白加诱导剂：诱导物与阻遏蛋白结合使其失活，不能阻挡操纵基因，结构基因表达。
• C. 无活性阻遏蛋白：不能结合操纵基因，结构基因表达。
• D. 无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂：代谢产物作为辅阻遏剂与阻遏蛋白结合使其活化，从而阻挡操纵基因，结构基因不表达。

第310页：乳糖操纵子的负调控

乳糖操纵子的结构：调节基因（I）、操纵基因（O）、启动子（P）与结构基因 lacZ、lacY、lacA。无乳糖时阻遏蛋白有活性、结合操纵基因，基因关闭；有乳糖时乳糖作为诱导物使阻遏蛋白失活，基因表达，转录出mRNA并翻译出β-半乳糖苷酶（Z）、透酶（Y）等。

第311页：乳糖操纵子的正调控

乳糖操纵子的正调控：CAP（降解物基因活化蛋白）与cAMP形成cAMP-CAP复合物后结合于CAP结合部位，激活RNA聚合酶启动转录。

葡萄糖降解物的作用

葡萄糖存在时，其分解代谢产物经腺苷酸环化酶与磷酸二酯酶降低cAMP浓度，使CAP呈失活状态，乳糖操纵子表达受抑；葡萄糖缺乏时cAMP升高，cAMP-CAP激活转录。

第312页：真核生物基因表达调控

真核基因表达调控的五个水平：

• DNA水平调节
• 转录水平调节
• 转录后加工的调节
• 翻译调节与mRNA降解调节
• 翻译后加工的调节

特点

真核基因调控主要是正调控，涉及顺式作用元件和反式作用因子，转录因子之间的相互作用控制转录。

定位

转录发生在细胞核，翻译发生在细胞质。

第313页：（五）激素调节的机制

• 1、含氮激素作用模式
• 2、甾醇类激素作用模式

第314页：甾醇类激素作用原理示意图

甾醇类激素为脂溶性，可穿过细胞膜进入细胞，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，进入细胞核调节基因表达。

第315页：肽类激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢

肽类激素（含氮激素）通过cAMP-蛋白激酶途径调节代谢：激素与膜受体结合，经G蛋白激活腺苷酸环化酶，催化ATP生成cAMP；cAMP激活蛋白激酶，使细胞内靶蛋白发生磷酸化，从而改变细胞的生理过程。

第316页：食品科学系 请指正

食品科学系 请指正！