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1、生命的物质基础,第一节 蛋白质和核酸,一、蛋白质,(一)化学元素组成 主要：C、H、O、N 每克样品中含氮的克数6.25=蛋白质含量（g）,S（半胱氨酸、甲硫氨酸的R基团）,(二)基本组成单位氨基酸（约20种）,(三) 氨基酸的分类,C,H,COOH,NH2,H,C,H,COOH,NH2,CH3,甘氨酸,丙氨酸,C,H,COOH,NH2,CH2 (CH2)3NH2,赖氨酸,H,COOH,NH2,R,D-氨基酸,H,COOH,NH2,R,L-氨基酸,（1）氨基酸分为D型和L型，天然蛋白氨基酸均为L型,（2）根据R基团的极性性质分类 1、非极性R基氨基酸在水中的溶解度小 丙氨酸、结氨酸、亮氨酸、异
2、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、甲硫氨酸 2、不带电荷的极性R基氨基酸 甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、络氨酸、天冬氨酸、谷氨酸 3、带正电荷的R基氨基酸-碱性氨基酸 赖氨酸、精氨酸、组氨酸,4、带负电荷的R基氨基酸酸性氨基酸 天冬氨酸、谷氨酸,(四) 蛋白质的分子结构 1、蛋白质的一级结构肽链,C,H,C,N,R,H,H,O,C,H,C OH,N,R,H,H,O,OH,H2O,肽键,二肽,脱水缩合,2、蛋白质的空间构型,（五）蛋白质的理化性质 1、蛋白质是两性电解质,H,COOH,NH2,R,2、蛋白质的溶解于水 原因：水化膜和电荷 3、蛋白质的沉淀 除去水化膜和表面电荷（溶液pH=等电
3、点） 4、蛋白质的变性 5、蛋白质的光吸收 最大光吸收波长：280nm（络氨酸、苯丙氨酸、色氨酸）,二、核酸,(一)化学元素组成 C、H、O、N、P (二)基本组成单位：核苷酸,9,1,糖苷键,糖苷键,核苷,O,H,H,H,H,5,酯键,1,糖苷键,3,5,3-5磷酸二酯键,核酸的种类,（三）DNA的结构,酶的功能:催化化学反应,酶的本质:绝大多数是蛋白质,少数为RNA,酶的来源:活细胞,一、酶,酶作用的基本原理：降低活化能,（一）酶的概念,第二节酶和维生素,氧化还原酶类 A2HB A B2H 转移酶类 AXB A BX 水解酶类 A-B H20 A-OH BH 裂解酶类 A-B AB 异构酶
4、类 A B 合成酶类 AB A-B 3、根据底物和反应类型命名,习惯命名法： 1、根据酶作用的底物来命名 2、根据所催化的反应类型命名,（二）酶的命名和分类,系统命名法： 正确的底物名称、底物的构型、反应性质及反应名称，最后加上一个酶字。若底物是两个或两个以上，则底物之间用“：”隔开。 如：L-丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 若底物之一是水可以把“水”省略， 如：乙酰辅酶A:(水)水解酶,（三）酶的化学组成,单纯酶 酶 结合酶,水解酶,酶蛋白,辅助因子,：决定专一性,对电子、原子或某些化学基团起传递作用,（金属离子和有机物）,辅基,辅酶,全酶,酶蛋白的结构： 活性中心 酶的必需基团 酶蛋白分子结
5、构中一定部位的某些氨基酸残基含有的基团，是酶表现其催化活性所必需的。,活性中心,活性中心外必需基团,与维持活性中心的构象有关,（四）酶的专一性及活性中心,专一性：酶对作用的底物有严格的选择性。 酶的专一性决定于酶的活性中心 活性中心：位于酶分子表面，酶与底物相结合部位，由三维结构上靠近的少数氨基酸残基和这些残基上的某些基团组成。结合酶的辅酶和辅基往往参与组成。 活性中心的两个功能部位：结合部位和催化部位,酶的活性中心与底物结合的机理 钥匙-锁模型 诱导-锲合模型,第三节 生物氧化,一、糖代谢 （一）糖原的生成和分解 （二）糖的氧化分解,1、糖的有氧氧化,第一阶段 C6H12O6 酶 2CH3C
6、OCOOH 4 能量（少量） 第二阶段 6H20 2 CH3COCOOH 酶 CO220 能量（少量） 第三阶段 02 24 酶 12H20 能量（大量） 糖酵解 丙酮酸氧化脱羧 柠檬酸循环（三羧酸循环） 电子传递链,葡萄糖,6-磷酸-葡萄糖,葡萄糖分解为丙酮酸,反应场所：细胞质基质 葡萄糖磷酸化, 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸-葡萄糖,6-磷酸-果糖, 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸-果糖,1,6-二磷酸-果糖,1,6-二磷酸-果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,（PGAL）,糖酵解的第一阶段：1葡萄糖 2PGAL，消耗2ATP, 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-
7、二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸,（DPGA）,2 NADH+H+,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,2ATP, 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸, 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,2丙酮酸 和2ATP,糖酵解第二阶段： 2PGAL 2丙酮酸 ，产生4ATP和2NADH+H+,糖
8、酵解： 1葡萄糖 2丙酮酸 ，净得2ATP和2NADH+H+,丙酮酸氧化脱羧,反应场所：线粒体基质,2丙酮酸 2乙酰CoA +2 CO2 ，产生2NADH+H+,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合成酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,电子传递链,电子传递链的组成成分： 烟酰胺脱氢酶类： 辅酶-NAD+ 、NADP+ 黄素蛋白类：辅基-FMN、FAD 铁硫蛋白类 泛醌类（辅酶Q-C0Q） 细胞色素类,三羧酸循环的生理意义：
9、普遍存在于动物、植物和微生物中 是三大营养物质糖、脂和蛋白质的最总代谢途径，三大物质彻底氧化分解成CO2和水都必须经过三羧酸循环 是糖、脂和蛋白质代谢联系的通路，使糖、脂和蛋白质之间实现相互转化,无氧呼吸,糖酵解 乳酸发酵： 丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,酒精发酵： 丙酮酸转变成乙醇,丙酮酸,脱羧酶,CO2,CHO CH3,乙醛,CH2OH CH3,乙醇,第五节 脂类代谢,脂肪的酶促水解,三脂酰甘油,二脂酰甘油,单脂酰甘油,甘油,甘油的氧化分解与转化,CO2+H20,ATP,糖原的异生作用:非糖物质(如甘油、丙酮酸、乳酸以及某些氨基酸等）在肝脏中转变为糖原的过程。, 脂肪酸的氧化分解,-氧化
10、作用 概念 饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的位C原子发生氧化，碳链在位C原子与位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为-氧化。,R1CH2CH2CH2CH2 CH2COOH,过程,脂肪酸的活化（细胞质）,载体：肉毒碱,脂酰CoA转运入线粒体,携带脂酰基,A. 脱氢 B. 水化 C. 再脱氢 D. 硫解,-氧化循环（线粒体）,-氧化循环的反应过程,（2反式烯脂酰COA）,L- 羟脂酰COA,脂肪的合成,甘油的生成 3-磷酸甘油 脂肪酸的生成 乙酰COA 合成方式:,磷酸二羟丙酮(糖酵解中间产物),线粒体或微粒系统 (合成酶
11、系存在于线粒体或微粒中),非线粒体系统 (合成酶系存在细胞质中),延长脂肪链,从头合成(,线粒体系统:乙酰COA作为二碳供体,微粒系统:丙二酰COA作为二碳供体,乙酰COA作为引物,丙二酰COA作为二碳供体),(软脂肪酸),丙二酰CoA的合成,软脂酸的从头合成,CH3-CSACP,=,O,COA-SH,ACP-SH,ACP脂酰基转移酶, 乙酰酰基载体蛋白(乙酰-ACP)和丙二酰酰基载体蛋白 (丙二酰-ACP)的合成,缩合反应,CH3-CS-ACP+,=,O,-酮脂酰-ACP合酶,+ACP-SH+CO2,还原反应,+NADPH+ + H +,-酮脂酰-ACP还原酶,+NADP+,D-羟丁酰-AC
12、P,碳链缩合,-酮丁酰-ACP,脱水反应,=,-,C,-,-羟脂酰-ACP脱水酶,+H2O,（2反式丁烯酰-ACP,巴豆酰-ACP）,再还原反应,-,-,=,-,3 2,+NADPH+H+,-烯脂酰-ACP还原酶,CH3-CH2-CH2-CSACP,O,=,+NADP+,（丁酰-ACP）,丁酰-ACP与丙二酰-ACP重复缩合、还原、脱水、再还原的过程，直至生成软脂酰-ACP。,第六节 蛋白质代谢,氮平衡： 测定和比较人体每日摄入氮量和排出氮量之间的关系，实际上表示人体对蛋白质的需求量。 总氮平衡：摄入氮排出氮 正常成人 正氮平衡：摄入氮排出氮 儿童、孕妇及恢复期病人 负氮平衡：摄入氮排出氮 饥
13、饿或消耗性疾病患者（癌症患者） 必需氨基酸：从食物中获得，人体不能合成的氨基酸 非必需氨基酸：不能从食物中获得，由人体合成的氨基酸 半必需氨基酸：人体能合成，但合成速率较慢，不能满足人体生长所需。精氨酸、组氨酸,氨基酸代谢库,氨基酸代谢概况,1.蛋白质酶促降解 2.脱氨基作用 氨基酸脱去氨基生成-酮酸的过程，氨基酸代谢的最主要代谢途径。 脱氨基方式：氧化脱氨基、转氨基、联合脱氨基等。,NH2 | CH-COOH | (CH2)2-COOH,谷氨酸 脱氢 酶,NAD+,| C-COOH + | (CH2)2-COOH,NH3,- H2O,谷氨酸,亚谷氨酸, - 酮戊二酸,谷氨酸,NH3, - 酮
14、戊二酸,氧化脱氨基作用不是主要方式。, 氧化脱氨基作用, 转氨基作用,转氨基作用不是主要方式。, 联合脱氨基作用,体内氨基酸脱氨基的主要方式,氨的代谢转变,尿素的生成-鸟氨酸循环 氨在体内最主要的代谢去路（肝脏是生成尿素的主要器官） 谷氨酰胺的运氨作用 谷氨酰胺是氨的转运及储存形式,鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,瓜氨酸,精氨酸代琥珀酸,精氨酸,尿素 H2O,天冬氨酸,（NH3 ）,- ATP,琥珀酸,E,氨基甲酰磷酸,磷 酸,NH3 + CO2 + H2 O,2ATP,2ADP + Pi,氨甲酰磷酸合成酶,（N-乙酰谷氨酸、Mg2+）,线 粒 体,鸟 氨 酸 循 环,每合成一分子尿素, 共解除了2分
15、子的氨毒,一分子来自于AA的脱氨基作用,另一分子来自于天冬氨酸,返 回,主菜单,尿素中的碳原子来自CO2, - 酮酸的代谢转变,（1）再合成氨基酸：氨基转换作用（生成非必需氨基酸） （2） - 酮酸 生酮氨基酸：能形成乙酰和乙酰COA的氨基酸，在肝中能合成酮体（Phe、Tyr) 生糖氨基酸：能形成丙酮酸、 - 酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸的氨基酸，能导致生成葡萄糖和糖原 生糖兼生酮氨基酸：某些氨基酸的中间产物既能生成糖，也能生成酮体 （3）氧化功能： - 酮酸经氧化分解形成乙酰COA、 - 酮戊二酸、琥珀酰COA、延胡索酸、草酰乙酸五种产物进入三羧酸循环，最后氧化分解生成CO2和H2O。,酮体,
16、葡萄糖和糖原,氨基酸脱羧作用,蛋白质合成,一、核糖体是肽链合成的场所,一、氨基酸的活化（氨酰-tRNA的合成）,氨酰-tRNA合成酶的特点：（1）每种氨基酸都有一个专一的酶和tRNA ；（2）只作用于L-氨基酸 以上这种严格的专一性大大减少多肽合成中的差错。,蛋白质生物合成过程,二、核蛋白体循环 (1)起始复合物的生成 蛋氨酰-tRNA与mRNA结合到核糖体形成起始复合物,S-D序列-mRNA起始密码前的一 段富含嘌呤核苷酸的序列.(9-12bp) 5-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3,（2）肽链的延长 1、进位,2、转肽 转肽酶,3、移位,（3）肽链合成的终止,嘌呤核苷酸循环,第七节
17、 核酸代谢,核苷,第一部分 DNA的复制,一、复制子: 作为一个单位进行复制的任何一段DNA序列。 它含有一个复制起点，有时还含有一个复制终点。 复制起点：是复制子起始复制的一段DNA序列。,二、复制方向：53,5,3,5,3,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,T,T,A,A,A,A,G,G,C,C,HO,P,C,OH,G,P,OH,U,P,OH,U,P,OH,G,P,OH,OH,5,5,3,滞后链,前导链,冈崎片段,三、引物 DNA聚合酶催化合成DNA链时需要引物提供自由的3-OH 主要为RNA，少量DNA病毒以DNA或核苷酸为引物,（1）DNA聚合酶的53聚合酶活性 （填补缺口）,四
18、、DNA聚合酶（大肠杆菌） （一）DNA聚合酶,（2）DNA聚合酶的35外切核酸酶活性,这种酶活性的主要功能是从3 5方向识别并切除DNA生长链末端与模板DNA不配对的核苷酸，这种功能称为校对功能（proofreading），这是保证其聚合作用的正确性不可缺少的。,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,T,U,T,T,T,A,A,A,A,A,G,G,G,G,G,C,C,C,C,C,HO,A,P,OH,OH,OH,OH,OH,OH,new DNA,RNA primer,5,5,3,3,(3)DNA聚合酶的53外切核酸酶活性,去除5端的RNA引物。,（
19、二）DNA聚合酶,35外切核酸酶活性和DNA聚合酶活性,（三）DNA聚合酶,大肠杆菌DNA的复制过程,一、解旋 参与解旋过程的蛋白质：DnaA、DnaB、DnaC 、促旋酶、单链结合蛋白、HU蛋白,接着单链结合蛋白（single-stranded binding protein, SSB）与解旋酶解开的单链结合，其作用是防止单链降解，阻止单链退火。,DNA 连接酶,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,P,T,T,T,T,T,T,A,A,A,A,A,A,G,G,G,G,G,C,C,C,C,C,HO,OH,OH,真核生物的DNA聚合酶,DNA-pol
20、 复制中延长随从链 DNA-pol 没有其他pol时才起作用 DNA-pol 催化线粒体DNA的复制 DNA-pol 复制中延长领头链 DNA-pol 校读、修复和填补缺口,第二部分 转录调控,顺反子：编码一条多肽链的遗传单位。 真核生物：单顺反子 原核生物：多顺反子 1、RNA聚合酶,启动子,-10区：TATA区（又称Pribnow box) T89A89T50A65A65T100 -35区：TTGACA区 T82T84G78A65C54A45,大肠杆菌的两类终止子,（1）内源性终止子（intrinsic terminator）,内源性终止子的基本结构 1) 二级结构中的发夹(长度7-20
21、bp; 发夹靠近基部通常有一个G-C富集区）。 2) 转录单位最末端的连续约6个U残基组成的片段。,内源性终止子作用机理,（2）-依赖型终止子,一、原核基因转录调节 （一）乳糖操纵子调节机制 1、乳糖操纵子的结构,（二）阻遏蛋白的负性调节 没有乳糖存在时,有乳糖存在时,（三）CAP的正性调节,（四）协调调节,色氨酸操纵子,衰减子（attenuator）： 操纵子前导区内类似于终止子结构 的一段DNA序列，称为衰减子。其作用 是减弱操纵子的转录。,（一）真核生物的RNA聚合酶 有三种RNA聚合酶： RNA聚合酶 rRNA RNA聚合酶 mRNA前体 RNA聚合酶 tRNA等,二、 真核基因转录水
22、平的调控,顺式作用元件和反式作用因子 Cis-acting element：不编码任何产物的DNA片段，能影响与之相联系的同一条DNA链上的基因表达 :启动子。 Trans-acting factor （转录因子TF） 由调节基因编码，调节基因是一种特殊的结构基因，其编码产物（RNA或蛋白质）可以扩散，控制其他基因的表达。,（二）顺式作用元件 1. 启动子 真核基因启动子是在基因转录起始位点前约100bp左右的一段具有独立功能的序列，包括一个以上的功能组件。,TATA盒： （TATAAAA）核心启动子 位置：25 30bp 是TFD结合位点。 控制转录起始的准确性及频率。 GC盒：（GGGCG
23、G） CAAT盒：（GCCAAT） 位置：70bp附近 与相应蛋白因子结合，提高或改变转录效率。,2. 增强子（enhancer） 指远离转录起始点、决定基因的时间、 空间特异性表达、增强启动子转录活性的 DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、 距离无关。 3. 沉默子（silencer） 为负性调节元件，当其结合特异蛋白 因子时，对基因转录起阻遏作用。,（三）反式作用因子 1. 转录调节因子分类 （1）基本转录因子 是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组 蛋白因子，决定三种RNA转录的类别TFIID/A/B/E/F/G/H/I 。 （2）特异转录因子 为个别基因转录所必需，决定该基因的 时间
24、、空间特异性表达。 转录激活因子：如增强子结合蛋白（EBP） 转录抑制因子：如沉默子结合蛋白,三、真核基因转录后水平的调控,前体mRNA的加工 1、内含子的剪接 2、3端加上一个50200个的多聚腺苷酸序列，即polA尾 3、5端加上一个7-甲基尿苷三磷酸（m7-Gppp）加帽，为核糖体识别提供信号,第一信使：水溶性信号分子（如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递，称第一信使。 第二信使：起信号转换和放大的作用，如cAMP、cGMP、IP3、DAG、Ca2+。,第四章 细胞分裂和细胞周期,一、细胞分裂 细胞分裂的三种方式： 有丝分裂 细胞周期概念 细胞周期,无丝分裂
25、、有丝分裂、减数分裂,（直接分裂）（间接分裂）,间期,分裂期,：G1、S、G2,：前期、中期、后期、末期,间期 G1：合成与DNA复制相关的酶，细胞器增生， 中心粒开始复制 S：DNA合成期，合成组蛋白 G2：染色质开始螺旋化，合成微管蛋白，中心粒完成 复制,分裂期 前期 核膜的分裂和再生 核膜的结构： 核膜的裂解： 核膜的再生：,双层膜，核孔,核纤层,核纤层蛋白高度磷酸化，核纤层解体,核膜破裂,膜泡,末期核纤层蛋白去磷酸化，重聚合，并与膜泡结合,不连续的核膜,染色体聚集,连续的核膜,纺锤体的形成 纺锤体纤维 纺锤体纤维 微管组装中心：中心体,微管及与微管结合的蛋白,微管蛋白,极纤维,动粒纤维
26、,：连接纺锤体两极,：附着在动粒上,细胞质分裂,发生时间：后期或末期 动物细胞 形成由肌动蛋白和肌球蛋白构成的环带 对称分裂，不对称分裂初（次）级卵母细胞分裂 植物细胞,收缩,分裂,减数分裂 前期 细线期：染色质凝缩为细而长的细线 偶线期：同源染色体配对 粗线期：同源染色体的非姐妹染色单体发生交叉互换 双线期：同源染色体开始部分分离，交叉部位端化 终变期：螺旋化达到最高程度，核仁逐渐消失、核膜 解体、纺锤体开始形成。,细胞分化潜能 1.概念:细胞具有分化为某一种生物中各种不同类型细胞的潜能. 2.分类: 全能细胞 受精卵 多能细胞 外胚层、中胚层、内胚层细胞、 造血干细胞 专能细胞：精原细胞、卵原细胞 终末细胞：红细胞 去分化（脱分化）：已经分化了的细胞，在某中特殊条件下失去特有结构和功能，变为具有未分化细胞的特性的过程。,