第一节 核酸和核苷酸的分解代谢一、 核酸的酶促降解核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。1、 核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase专一性不同。牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’ -鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。 图2、 脱氧核糖核酸酶只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNase牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链DNA。产物是以5’-磷酸为末端的寡核苷酸。牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶，产生3ˊ-OH和5ˊ-P。 图

PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P单链粘性末端。3、 非特异性核酸酶既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性的DNA，产生3’-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。二、 核苷酸的降解1、 核苷酸酶 （磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生核苷和磷酸。非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下来。特异性磷酸单酯酶： 只能水解3’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）2、 核苷酶两种：① 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。

② 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆

三、 嘌呤碱的分解P301 图18-2嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。

P 299 反应式

不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。四、 嘧啶碱的分解P302 图18-3 嘧啶碱的分解

人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。

第二节 嘌呤核苷酸的合成一、 从头合成由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。嘌呤环合成的前体：CO2 、甲酸盐、Gln、Asp、Gly

P303 图18-4 嘌呤环的元素来源及掺入顺序A. Gln提供-NH2：N 9B. Gly：C4、C5、N7C. 5.10-甲川FHFA：C8D. Gln提供-NH2：N3闭环E CO2：C 6F. Asp提供-NH2：N 1G 10-甲酰THFA：C 2

1、 次黄嘌呤核苷酸的合成（IMP） P306图18-5

（1）、 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）5-磷酸核糖焦磷酸 + Gln → 5-磷酸核糖胺 + Glu + ppi使原来α-构型的核糖转化成β构型（2）、 甘氨酰胺核苷酸合成酶5-磷酸核糖胺+Gly+ATP → 甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi（3）、 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶甘氨酰胺核苷酸 + N 5 N 10-甲川FH4 + H2O → 甲酰甘氨酰胺核苷酸 + FH4甲川基可由甲酸或氨基酸供给。（4）、 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln + ATP + H2O → 甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu + ADP + pi此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与Gln有类似结构。P 304 结构式：重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸（5）、 氨基咪唑核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP → 5-氨基咪唑核苷酸 + ADP + Pi（1）~（5）第一阶段，合成第一个环（6）、 氨基咪唑核苷酸羧化酶5-氨基咪唑核苷酸+CO2 → 5-氨基咪唑-4羧酸核苷酸（7）、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP → 5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸（8）、 腺苷酸琥珀酸裂解酶5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 → 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸（9）、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH4 → 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4（10）、 次黄嘌呤核苷酸环水解酶5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷酸+H2O总反应式：5-磷酸核糖 + CO2 + 甲川THFA + 甲酰THFA + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP →IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + 1AMP + 4Pi + PPi2、 腺嘌呤核苷酸的合成（AMP） P306图18-5从头合成：CO2 、2个甲酸盐、2个Gln、1个Gly、（1+1）个Asp、（6+1）个ATP，产生2个Glu、（1+1）个延胡索酸。 Asp的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。羽田杀菌素： N-羟基-N-甲酰-Gly （P307）3、 鸟嘌呤核苷酸的合成 （P307结构式）

4、 AMP、GMP生物合成的调节 P309图18-65-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物AMP、GMP反馈抑制。AMP过量可反馈抑制自身的合成。GMP过量可反馈抑制自身的合成。5、 药物对嘌呤核苷酸合成的影响筛选抗肿瘤药物，肿瘤细胞核酸合成速度快，药物能抑制。①羽田杀菌素与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的结构类似物，抑制Gln参与的反应。③氨基蝶呤、氨甲蝶呤结构P314

叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。二、 补救途径利用已有的碱基和核苷合成核苷酸1、 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸2、 核苷激酶途径（但在生物体内只发现有腺苷激酶）腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。

第三节 嘧啶核苷酸的合成一、 从头合成与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。合成前体：氨甲酰磷酸、Asp （P309图18-7嘧啶环的元素来源）1、 尿嘧啶核苷酸的合成 P310 图18-8氨甲酰磷酸的合成

（1） 天冬氨酸转氨甲酰酶

（2） 二氢乳清酸酶

（3） 二氢乳清酸脱氢酶（辅基：FAD、FMN）

（4） 乳清苷酸焦磷酸化酶

（5） 乳清苷酸脱羧酶

2、 胞嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。

3、 嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌）P 311 图18-9大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成的调节

氨甲酰磷酸合成酶： 受UMP反馈抑制天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP反馈抑制CTP合成酶： 受CTP反馈抑制4、 药物对嘧啶核苷酸合成的影响有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，DNA合成受阻。二、 补救途径（1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径）嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。

（2） 磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）

第四节 脱氧核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。（1）腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。（2）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。一、 核糖核苷酸的还原ADP、GDP、CDP、UDP均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，其中dUDP甲基化，生成dTDP。还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行，ATP、dATP、dTTP、dGTP是还原酶的变构效应物，个别微生物（赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平上还原（NTP）。1、 核苷酸还原酶系 P312 图示由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶（B1、B2）三部分组成。B1、B2亚基结合后，才具有催化活性。B1上的巯基和B2上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。图

①硫氧还蛋白 -SH②硫氧还蛋白还原酶、辅酶FAD③谷胱甘肽氧还蛋白（酶）④谷胱甘肽还原酶 -SH⑤核苷酸还原酶（RR）-SH2、 核苷酸还原酶结构模型及催化机理（1）、 结构模型 图

B1亚基上有两个调节部位，一个影响整个酶的活性（一级调节部位），另一个调节对底物的专一性（底物结合部位）一级调节部位：ATP是生物合成的信号分子，而dATP是核苷酸被还原的信号。底物调节部位：.①与ATP结合，可促进嘧啶类的UDP、CDP还原成dUDP、dCDP；②与dTTP或dGTP结合，可促使GDP（ADP）还原成dGDP（dADP）（2）、 催化机理 自由基催化转换模型。3、 脱氧核苷酸的补救（脱氧核苷激酶途径）脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成（补救途径），但只有脱氧核苷激酶途径，不存在类似的磷酸核糖转移酶途径

二、 胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。

四氢叶酸是一碳的载体，参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。三、 核苷酸合成总结 P314图18-10第五节 辅酶核苷酸的生物合成NAD、NADP、 FMN、 FAD、 CoA一、 烟酰胺核苷酸的合成（NAD 、NADP）NAD、NADP是脱氢辅酶，在生物氧化还原系统中传递氢。合成途径：（1）烟酸单核苷酸焦磷酸化酶（2）脱酰胺-NAD 焦磷酸化酶（3）NAD合成酶 图

NADP的合成：NAD激酶催化NAD与ATP反应，使NAD的腺苷酸残基的核糖2’-OH磷酸化，生成NADP。二、 黄素核苷酸的合成（FMN、FAD） 图

三、 辅酶A的合成CoA-SH P 317图18-11

前体：腺苷酸、泛酸、巯基乙胺、磷酸途径： （1）泛酸激酶 （2）磷酸泛酰半胱氨酸合成酶 （3）磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶 （4）脱磷酸辅酶A焦磷酸化酶 （5）脱磷酸辅酶A激酶 图代谢途径的相互联系 P420图22-1第十二章 生物氧化第一节 生物能学的几个概念一、 化学反应中的自由能变化及其意义1、 化学反应中的自由能自由能：在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示。在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。自由能的变化：△G = G 产物 — G反应物 = △H _ T△S△G 代表体系的自由能变化，△H代表体系的焓变化，T代表体系的绝对温度，△S代表体系的熵变化。焓与熵都是体系的状态函数。焓代表体系的内能与压力P*体积V之和：H = U + P*V dH = dU + P*dV + V*dP 熵代表体系中能量的分散程度，也就是体系的无序程度：△S = dQ／T ，△S = △S体系+△S环境 ，只有△S≥0，过程才能自发进行。2、 △G是判断一个过程能否自发进行的根据△G<0，反应能自发进行，能做有用功。△G>0，反应不能自发进行，必须供给能量。△G=0，反应处于平衡状态。一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是唯一准确的指标。△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无能为力。当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。二、 标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系aA+bB → cC+dD标准自由内能变化：在规定的标准条件下的自由能变化，用△G 表示。标准条件：25℃，参加反应的物质的浓度都是1mol∕L（气体则是1大气压）。若同时定义pH =7.0，则标准自由能变化用△G ′表示。对于一个溶液中的化学反应：aA bB → cC + dD

当反应达到平衡时，△G = 0

K/是化学反应的平衡常数，因此，△G / 也是一个常数。常见物质的标准生成自由能△G ′已经列在各种化学手册中，可以根据△G ′= -RT lnK的公式求出平衡常数K′。P15 举例说明如何用K/求出△G o / 和△G从例子可以看出△G o / 和△G实际上是两个不同条件下的自由能变化值。（1） △G o /是标准条件下的自由能变化，既反应物A、B、C、D的起始浓度都为1mol/L，温度为25℃，pH=7.0时的△G。每一个化学反应都有其特定的标准自由能变化（既△G o /），是一个固定值，△G是任意给定条件下的自由能变化，它是反应物A、B、C、D的起始浓度、温度、pH的状态函数，在一个自发进行的化学反应中，自由能总是在降低，△G总是负值，随着反应向平衡点的趋近，△G的绝对值逐渐缩小，直到为0。（2） 从△G o / = -RT lnK/，可以求出K/及△G o /，根据△G o /、△G 与K/可以判断任何条件下反应进行的方向及程度。三、 自由能变化的可加和性。在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。例如：Glc+ATP→G—6—P+ADP（总反应）第一步，Glc+Pi→G—6—P+H2O,此反应不能自发进行。第二步，ATP+H2O→ADP+Pi总反应：Glc+ATP→G—6—P+ADP.因此，一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个反应进行。此类反应在生物体内是很普遍的。四、 高能磷酸化合物高能化合物：水解时释放5000卡/mol及以上自由能的化合物。高能磷酸化合物：水解每摩尔磷酸基能释放5000cal以上能量的磷酸化合物。P21 表10-2 某些磷酸化合物水解时的标准自由能变化。（一） 高能化合物的类型 P18—191、 磷氧键型。（1）、 酰基磷酸化合物。3—磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，酰基腺苷酸，氨酰腺苷酸。（2）、 焦磷酸化合物。无机焦磷酸，ATP，ADP（3）、 烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醇式丙酮酸。2、 氮磷键型。磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、 硫酯键型。3’一磷酸腺苷一5’一磷酰硫酸，酰基辅酶A。4、 甲硫键型。S一腺苷甲硫氨酸。（二） ATP的特殊的作用。1、 是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。2、 在磷酸基转移中的作用 。Glc进入血液中，唯一出路是磷酸化。G-6-P是Glc的一种活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATP→G-6-P+ADP。3一磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP→3一磷酸甘油+ADP。（三） 磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用 P23磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质第二节 生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用一、 生物氧化的概念和特点。糖，脂，蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解，生成CO2，H2O并释放出能量，这个过程称生物氧化。生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，又称细胞氧化或细胞呼吸。特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。

图示 ：生物氧化的三阶段

第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的中间代谢物物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为CO2、H2O。释放大量的能量。在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。生物氧化的终产物是CO2和H2O，CO2的形成是通过三羧酸循环过程，H2O则是在电子传递过程的最后阶段生成。二、 氧化电子传递过程生物氧化过程中形成的还原型辅酶（NADH和FADH2），通过电子传递途径，使其重新氧化，此过程称为电子传递过程。在电子传递过程中，还原型辅酶中的氢以负质子（H — ）形式脱下，其电子经一系列的电子传递体（电子传递链）转移，最后转移到分子氧上，质子和离子型氧结合生成H2O。三、 氧化电子传递链 P57 图12-2由NADH到O2的氧化电子传递链主要包括FMN、辅酶Q（CoQ）、细胞色素b、c1、c、a,a3及一些铁硫蛋白。氧化电子传递链位于原核生物的质膜上，真核生物中位于线粒体的内膜上。电子载体的标准势能△G o /是逐步下降的，电子沿着电势升高的方向流动。其中有三个部位的势能落差△G较大，足以形成ATP（ADP磷酸化需要的自由能=7.3Kal/mol.）。这三个部位正好是氧化磷酸化部位。细胞内供能物质的彻底氧化产物是CO2、H2O其中CO2主要是在三羟酸循环中产生，水是在电子传递过程的最后阶段产生。四、 电子传递链的酶和电子载体呼吸链中的电子载体都是和蛋白质结合存在（包括NAD+、FMN、铁硫中心、细胞色素）。这些蛋白质大都是水不溶性的，嵌在线粒体的内膜上。NAD+是许多脱氢酶的辅酶，FMN是NADH脱氢酶的辅酶。1、 NAD+和NADP+脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合，催化底物脱氢，这类酶称为与NAD（P）相关的脱氢酶，多数脱氢酶以NAD+为辅酶，少数以NADP+为辅酶（如G-6-P脱氢酶）少数酶能以NAD+或NADP+两种辅酶（Glu脱氢酶）。2、 NADH脱氢酶以及其它黄素蛋白酶类NADH脱氢酶含FMN辅基，铁-硫中心。铁硫中心铁的价态变化（Fe3+→Fe2+）可以将电子从FMN辅基上转移到呼吸链下一成员辅酶Q上。含有核黄素辅基的酶还包括琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶等。3、 辅酶Q（泛醌）电子传递链上唯一的非蛋白质成分。辅酶Q在线粒体中有两种存在形式：膜结合型、游离型。辅酶Q不仅可以接受FMN上的氢（NADH脱氢酶），还可以接受线粒体FADH2上的氢（如琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶以及其它黄素酶类）。4、 细胞色素类。细胞色素类是含铁的电子传递体，铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到O2的专一酶类。线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素：b、c、c1、.a、a3.细胞色素b有两种存在形式：b562、b566细胞色素c是唯一可溶性的细胞色素，同源性很强，可作为生物系统发生关系的一个指标。细胞色素a、a3是以复合物的形式存在，又称细胞色素氧化酶，将电子从细胞色素c传到分子O2 。五、 电子传递抑制剂阻断呼吸链中某一部位的电子传递。1、 鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素都可阻断电子由NADH向CoQ传递。2、 抗霉素A抑制电子从细胞色素b向细胞色素c1传递3、 氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO等。阻断电子从细胞色素aa3 向O2传递六、 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用：电子沿着氧化电子传递链传递的过程中所伴随的将ADP磷酸化为ATP的作用，或者说是ATP的生成与氧化电子传递链相偶联的磷酸化作用。底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物（如PEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。1、 方程式：NADP+H++3ADP+3Pi+1/2O2 → NAD++3H2O+3ATP三个ATP的形成获取了呼吸链中电子由NADH传递至氧所产生的全部自由能的42%。（21.9/52.7 100%）。2、 几个概念：（1）、 P/O比一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP的分子数。NADH→3ATP，FADH2→2ATP（2）、 ATP生成部位：三个部位由三个酶复合体催化：部位Ⅰ：NADP与CoQ之间，NADH脱氢酶。部位Ⅱ：CoQ与CytC之间，CytC还原酶。部位Ⅲ：Cyta与O2之间，CytC氧化酶。（3）、 呼吸控制ADP作为关键物质，对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。（4）、 解偶联剂，（2.4—硝基苯酚）电子传递过程和ATP形成过程相分离，电子传递仍可进行，但不能形成ATP。（5）、 氧化磷酸化抑制剂： 抑制O2的利用和ATP的形成。七、 氧化磷酸化的偶联机理P71图12—4，跨膜质子移动示意图（一） 化学渗透假说第十三章 DNA的复制和修复生物体的遗传信息储存在DNA中，并通过DNA的复制由亲代传给子代。在子代的生长发育中遗传信息自DNA转录给RNA，然后翻译成蛋白质以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。1958年，F.Crick提出中心法则：（1）以原DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程。（2）以某一段DNA分子为模板，合成出与其序列对应的RNA分子的过程。（3）以mRNA为模板，根据三联密码规则，合成对应蛋白质的过程。中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。 图

DNA生物合成有两种方式：DNA复制和反转录DNA体内复制涉及：原核、真核生物的染色体、细菌质粒（环状，双链）、真核细胞器DNA（线粒体、叶绿体）、病毒（双链，环状）DNA的体外复制：分子克隆。第一节 DNA的复制一、 DNA半保留复制1953年，Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时就推测DNA可能按照半保留机制进行自我复制。P321 图191 Watson和Crick提出的DNA双螺旋复制模型在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来自亲代DNA，另一条是新合成的。

1958年，Meselson和Stahl用15N标记E.coli. DNA，证明了DNA的复制是半保留复制。P322 图19-2 DNA的半保留复制。

1963年，Cairns用放射自显影法，在显微镜下首次观察到完整的正在复制的E. coli. 染色体DNA。P323 图 19-3

3H-脱氧胸苷标记E.coli. DNA ，经过将近两代时间，用溶菌酶消化细胞壁，将E.coli. DNA转至膜上，干燥，压感光胶片，3H放出β粒子，还原银，在光学显微镜下观察。用这种方法证明了大肠杆菌染色体DNA是一个环状分子，并以半保留的形式进行复制。DNA的半保留复制可以说明DNA在代谢上的稳定性。经过多代复制，DNA的多核苷酸链仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。二、 复制起点、单位和方向DNA的复制是在起始阶段进行控制的，一旦复制起始，它就会继续下去直到整个复制子完成复制。1、 复制起点复制起点是以一条链为模板起始DNA合成的一段序列。有时，两条链的复制起点并不总是在同一点上（如D环复制）。在一个完整的细胞周期中，每一个复制起点只使用一次，完成一次复制过程。多数生物的复制起点，都是DNA呼吸作用强烈（甲醛变性实验）的区段，即经常开放的区段，富含A.T。★环状DNA复制起点的确定方法P325 图19-6

★复制起点的克隆和功能分析——重组质粒转化法大肠杆菌的复制起点oriC区1Kb的重组质粒在转化子中的复制行为与其染色体一样，受到严密控制，每个细胞只有1-2个拷贝，用核酸外切酶缩短oriC克隆片段的大小，最后得到245bp的基本功能区，携带它的质粒依然能够自我复制，拷贝数可以增加到20以上，这说明发动复制的序列在245bp的基本功能区，而决定拷贝数的序列在基本功能区之外和1Kb之间。鼠伤寒沙门氏菌的起点位于一段296bp的DNA片段上，与大肠杆菌的复制起始区有86%同源性，而且有些亲缘关系较远的细菌，其复制起点在大肠杆菌中亦能起作用。因此，复制起始区的结构可能是很保守的。起始序列含有一系列对称的反向重复和某些短的成簇的保守序列。2、 复制单位复制子(Replicon)：Genome能独立进行复制的单位，每个复制子都含有一个复制起点。原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器DNA都是环状双链分子，它们都是单复制子，都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多数是双向的，少数是单向复制。多数是对称复制，少数是不对称复制（一条链复制后才进行另一条链的复制）。环状DNA的复制眼象θ，称θ形复制。真核生物的染色体DNA是线形双链分子，含有许多复制起点，因此是多复制子，每个复制子约有100-200Kbp。人体细胞平均每个染色体含有1000个复制子。病毒DNA多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是单复制子。3、 复制方向定点起始，复制方向大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。★用放射自显影实验判断DNA的复制方向及速度低放射性3H-脱氧胸苷 高放射性3H-脱氧胸苷a. 单向b. 双向等速 三种结果图形c. 双向异速E.coli.的一个温度敏感株，在42℃时，能使DNA在完成复制后，不再开始新的复制过程，而在25℃时复制功又能能恢复。4、 DNA的几种复制方式（1）、 直线双向复制单点，双向，T7多点，双向，真核染色体DNA（2）、 θ型复制：环状双链DNA，单向或双向（E .coli.）（3）、 滚环复制：环状单链DNA，Φx174（4）、 D环复制：线粒体、叶绿体DNA（5）、 多复制叉复制：第一轮复制尚未完成，复制起点就开始第二轮的复制。在E.coli.富营养时，可采取多复制叉复制方式。E.coli. DNA的复制最快可达50Kb/min，完全复制需40min，富营养时，20min分裂。而真核染色体要6-8小时。三、 与DNA复制有关的酶及蛋白质因子目前已发现30多种酶及蛋白质因子参与DNA复制（一） DNA的聚合反应和聚合酶DNA生物合成5，→3，，化学合成3，→5，1、 DNA聚合反应必备的条件⑴ DNA聚合酶⑵ DNA模板(反转录时用RNA模板)⑶引物 (DNA、RNA或蛋白质)⑷ 4种dNTP⑸ Mg2+ 2、 聚合反应过程及特点总反应式：n1dATP DNA pol . dAMPn2dGTP +DNA dGMP DNA+（n1+n2+n3+n4）PPin3dCTP Mg2+ dCMPn4dTTP dTMP

P329 图19-10 P330图19-11

在链的延长过程中，链的游离3，-羟基，对进入的脱氧核糖核苷三磷酸α磷原子发生亲核攻击，生成3，.5，-磷酸二酯键，并脱下焦磷酸。DNA聚合酶的反应特点：⑴ 以4种dNTP为底物⑵ 反应需要接受模板的指导，不能催化游离的dNTP的聚合。⑶ 反应需有引物3，-羟基存在⑷ 链生长方向5， → 3，⑸ 产物DNA的性质与模板相同3、 由DNA聚合酶催化的几种DNA聚合类型 P331图19-12 （1） 发荚环结构：加入单链DNA作为模板和引物，3＇羟基端回折成引物链。（2） 末端延伸聚合：加入双链DNA作为模板和引物，3’末端突出作为模板。（3） 分枝型和切口平移型聚合：加入双链DNA，聚合发生在切口或末端单链区。（4） 环形聚合：加入带引物的环形DNA作为模板。4、 E.coli DNA聚合酶（1）、 E.coli. DNA pol.I（Kornberg酶，400 copy/cell）单体酶，分子量109Kd，含一个Zn2+，每个细胞中含400个DNA pol.Ⅰ催化活性：5， → 3， 聚合活性3， → 5， 外切活性5， → 3， 外切活性用蛋白水解酶将DNA pol.Ⅰ部分水解可得：大片段（Klenow），75Kd，活性：5， → 3，聚合活性、3， → 5，外切活性。小片段，36Kd，活性：5， → 3，外切活性（只作用于双链DNA的碱基配对部分，切除修复）。Klenow片段的用途：a 补齐DNA 3，隐缩未端b. 标记DNA片段未端c．cDNA合成第二链 d．d DNA测序（2）、 E.coli. DNA Pol.Ⅱ（100 copy/cell）单体酶，分子量120Kd催化活性：5，→ 3，聚合(活性很低) 3，→ 5，外切可能在DNA的修复中起某中作用。（3）、 E.coli.DNA pol.Ⅲ（复制酶，10-20 copy/cell）寡聚酶，全酶由10种共22个亚基组成，α、ε和θ三种亚基组成核心酶。P334表10-3

DNA pol.Ⅲ是合成新链DNA主要的酶，又称复制酶(Replicase)Pol.Ⅲ的5，→3，外切酶活性只作用于单链DNA。

P334 表19-2 E.coli三种DNA聚合酶的性质比较

★DNA聚合酶有6个结合位点 ⑴ 模板DNA结合位点 ⑵ 引物结合位点 ⑶ 引物3，-OH位点、反应位点 ⑷ 底物dNTP结合位点 ⑸ 5， → 3， 外切位点(pol.Ⅱ没有) ⑹ 3， → 5， 外切位点(校正)5、 真核生物DNA聚合酶P334 表19-4 真核生物DNA聚合酶

真核DNA聚合酶一般不具备外切活力，可能由另外的酶在DNA复制中起校正功能。 ⑴ DNA聚合酶α，多亚基，功能与E.coli. pol.Ⅲ类似，是真核DNA复制酶。 ⑵ DNA聚合酶β，主要在DNA损伤的修复中起作用。 ⑶ DNA聚合酶γ，从线粒体得到，可能与线粒体DNA的复制有关。 ⑷ DNA聚合酶δ，特点：有3， → 5，外切活力

（二） 引物酶或RNA聚合酶（引发酶）细胞内，DNA的复制需要引物（DNA或RNA），引物酶或RNA聚合酶可合成6-10个碱基的RNA引物。★DNA复制为什么要用RNA引物？（为什么DNA聚合酶要用引物，RNA聚合酶不需要引物？）P338⑴从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配⑵新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的5，→3，校对功能难发挥作用。（三） 解螺旋酶大肠杆菌的解螺旋酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与rep蛋白共同作用，将DNA两条链解开。解螺旋酶I、II、III沿着模板链的5’→3’方向随着复制叉的前进而移动，而rep蛋白则在另一条模板链上沿3’→5’方向移动。（四） DNA旋转酶属DNA拓扑异构酶Ⅱ，可引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力。拓扑异构酶分两类：I和II，广泛存在于原核生物和真核生物。拓扑异构酶I使DNA的一条链发生断裂和再连接，反应无须供给能量，主要集中在活性转录区，与转录有关。拓扑异构酶Ⅱ使DNA的两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要由ATP供给能量。分布在染色质骨架蛋白和核基质部，与复制有关。（五） 单链DNA结合蛋白（SSB）复制叉上的解螺旋酶，沿双链DNA前进，产生单链区，大量的单链DNA结合蛋白与单链区结合，阻止复性和保护单链DNA不被核酸酶降解。（六） DNA连接酶（ligase）连接双链DNA上的切口。大肠杆菌连接酶只能在模板上连接DNA缺口。T4DNA ligase即可连接粘性末端的DNA，又可连接平齐末端的双链DNA。E.coli.和其它细菌的DNA ligase以NAD为能源，动物细胞和噬菌体DNA ligase以ATP为能源。（七） DNA复制的拓扑结构

P338-339四、 DNA的半不连续复制P336 图19-15 DNA的半不连续复制DNA聚合酶催化的方向是5，→3，。前导链：滞后链：1968年，发现冈崎片段。长度：细菌：1Kb-2Kb，相当于一个顺反子的大小。真核：100-200bp，约等于一个核小体DNA的长度。五、 DNA复制过程（E.coli.）P342 图19-17 大肠杆菌的复制体结构示意图1、 复制的起始引发：当DNA的双螺旋解开后，合成RNA引物的过程。引发体：引物合成酶与各种蛋白质因子（dnaB、dnaC、n、n＇n＇＇I）构成的复合体，负责RNA引物的合成。引发体沿着模板链5’→3’方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位置上即可引发RNA引物的合成。

E.coli.DNA复制原点ori C，由245bp组成，三组13bp重复序列（近5，端处），四组9 bp重复序列（另一端处）。

图

大肠杆菌复制原点起始复制所需蛋白质：DNaA 在原点处打开双螺旋DNaB 使DNA解旋DNaC DNaB结合在原点所需Hu 刺激起始引物酶（DNaG） 合成RNA引物SSB 结合单链DNARNA聚合酶 促进DNaA活性旋转酶 松驰DNA扭曲应力20个DnaA结合在四组9bp重复区，形成起始复合物，DNA环绕此复合物。三组13bp重复区依次变性，产生开放型复合物。DnaB（在DnaC协助下）与开放复合物结合，进一步解链。2、 DNA链的延长反应前导链只需要一个RNA引物，后随链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物，链的延长反应由DNA pol.Ⅲ催化。复制体：在DNA合成的生长点（既复制叉上）分布着许多与复制有关的酶和辅助因子，它们在DNA的模板链形成离散的复合物，彼此配合进行高度精确的复制，称为复制体。复制体沿着复制叉方向前进就合成DNA。3、 RNA引物的切除及缺口补齐DNA polⅠ的5， → 3，外切活力，切除RNA引物。DNApolⅠ的5， → 3，合成活性补齐缺口。4、 DNA切口的连接DNA ligase，动物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。5、 DNA合成的终止环状DNA、线性DNA，复制叉相遇即终止。

u 小结：⑴ DNA解螺旋酶解开双链DNA。⑵ SSB结合于DNA单链。⑶ DNA旋转酶引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力。⑷ DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。⑸ DNA pol.Ⅲ在两条新生链上合成DNA。⑹ DNA polⅠ切除RNA引物，并补上DNA。⑺ DNA ligase连接一个冈崎片段。DNA复制过程中，聚合酶对dTTP和dUTP的分辨能力高,有少量dUTP掺入DNA链中，此时，U-糖苷酶、AP内切酶、DNA polⅠ、DNA ligase共同作用，切除尿嘧啶，接上正确的碱基。六、 真核生物DNA的复制 P3431、 复制起点和单位真核生物染色体DNA是多复制子，有多个复制起点，可以多点起始，分段进行复制。每个复制子大多在100-200bp之间，比细菌染色体DNA（单复制子）小得多。

★试验证据：5-氟脱氧胞苷标记

真核生物DNA复制叉移动的速度此原核的慢，如哺乳动物复制叉移动的速度每分钟1-3Kb，细菌每分钟5Kb。真核生物染色体全部复制完成前，起点不再从新开始复制。而在快速生长的原核生物中，起点可以连续发动复制。真核生物在快速生长时，可采用更多的复制起点同时复制。如黑腹果蝇，早期胚胎细胞中相邻复制起点的平均距离为7.9kb，而在培养的成体细胞中，平均距离为40kb，成体细胞只利用一部分复制起点。2、 复制过程中组蛋白的装配核小体的结构（200bp左右）在真核生物的复制子上，亲代染色体的核小体被逐个打开，组蛋白以完整的八聚体形式直接转移到子代DNA的前导链上，新合成的组蛋白与后随链组装成核小体。因此，DNA的复制是半保留的，而组蛋白则是全保留的。★试验证据：环己酮亚胺抑制组蛋白合成，电子显微镜下观察3、 真核生物DNA复制的终止端粒：一段DNA序列与蛋白质形成的一种复合体，是真核细胞染色体末端所特有的结构。功能：⑴保证线性DNA的完整复制⑵保护染色体末端⑶决定细胞寿命，胚系细胞含端粒酶，体细胞不表达端粒酶。端粒（telomeres）分布于线性真核染色体未端。酵母端粒约100bp的重复序列，形式为：5，（TxGy）n3，(AxCy) n，x和y一般为1—4。端粒末端的重复序列，通过端粒酶（telomerase）将其加到染色体末端。端粒酶含有RNA和蛋白质（起DNA聚合酶的作用）两种组分，RNA分子约159b，含有多个CyAx重复序列，RNA分子用作端粒TxGy链合成的模板。端粒酶是一种反转录酶，它只合成与酶自身的RNA模板互补的DNA片段。人类体细胞的端粒长度，随个体年龄增加而逐渐缩短。细胞每分裂一次，端粒缩短50-200bp，短至1-4Kbp时，细胞就停止分裂。若能重建端粒，则细胞可以永远分裂。恶性肿瘤细胞端酶表达多。

⑴杂交 图

⑵聚合 图

⑶转位再杂交 图

⑷进一步聚合 图

⑸非标准GG配对 图 七、 DNA复制的调控八、 DNA复制的真实性《杨岐生》P144生物体DNA复制具有高度真实性，复制107-1011碱基对,只有一个错误碱基。碱基对的自由能通常在4-13KJ/mol，这样的自由能相当于平均参入100个核苷酸就可能出现一次错配，仅靠Watson-Crick双螺旋的碱基配对原则，突变率将高达10-2 。1、 DNA聚合酶对碱基的选择作用酶的被动论：不同的核苷酸在聚合位点停留时间不同，正确的dNTP能长时间停留，而参与聚合。DNA聚合酶能依照模板的核苷酸，选择正确的dNTP掺入引物末端。酶积极参与理论：DNA聚合酶对正确与错误的核苷酸，不仅亲和性不同，而且将它们插入DNA引物端的速度也不同。动力学校正阅读：在新的磷酸二酯键未形成时，dNTP结合在酶与模板—引物复合物的聚合位点上，DNA聚合酶能识别正确与错误的dNTP。DNA聚合酶对底物的识别作用，DNA聚合酶有两种底物，一种是DNA模板—引物，另一种是dNTP。DNA聚合酶先识别DNA模板和引物的3，未端，再识别底物dNTP，是一种有序的识别过程。2、 3，→5，外切活性的校正阅读E. coli. DNA pol.Ⅰ和pol.Ⅲ有3，→5，外切活性，可删除错误插入的核苷酸。缺失3， →5，外切活性的E. coli. DNA pol.Ⅰ，催化DNA合成时，出现错误的几率增高5-50倍。因此，3，→5，外切活性可以使DNA复制的真实性，提高1-2个数量级。 图

3、 影响DNA合成真实性的因素 ⑴高浓度NMP(如3，-AMP, 5，-GMP) NMP竞争酶的dNTP结合位点，抑制3，→5，外切活性。 ⑵某一种dNTP浓度银高,可使引物3，末端离开外切活性中心。 ⑶dNTP 一般与二价阳离子结合成活化形式，Mg2+为主要的二价阳离子。当用其它二价阳离子（如Mn2+）代替Mg2+时，会改变酶的主体结构，影响聚合活性和3，→3，外切活性。4、 为什么用RNA引物⑴从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配⑵新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的5，→3，校对功能难发挥作用。第二节 DNA的损伤及修复DNA的损伤，《罗纪盛》P428

一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。P346图19-22细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。目前已知有4种酶修复系统：光复活、切除修复、重组修复、SOS反应诱导的修复，后三种不需要光，又称为暗修复。一、 直接修复1949年已发现光复活现象，可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。高等哺乳动物没有此酶。

P347 图19-23 紫外线损伤的光复活过程

A 形成嘧啶二聚体 B. 光复合酶结合于损伤部位 C 酶被可见光激活 D. 修复后释放酶二、 切除修复P348 图19-24 DNA损伤的切除修复过程

在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。I、结构缺陷的修复：（1）核酸内切酶识别DNA损伤部位，在其附近将其切开。（2）核酸外切酶切除损伤的DNA。（3）DNA聚合酶修复。（4）DNA连接酶连接。 图II、无嘌呤无嘧啶——碱基缺陷或错配——脱碱基（N-糖苷酶）：甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤第7位氮原子烷基化，活化β—糖苷键，造成脱嘌呤作用；酸也能使DNA脱嘌呤。DNA复制时，DNA聚合酶对dTTP和dUTP分辨力不高，有少量dUTP掺入DNA链。细胞中的尿嘧啶-N-糖苷酶可以切掉尿嘧啶。腺嘌呤脱氨形成次黄嘌呤时也可以被次黄嘌呤-N-糖苷酶切掉次黄嘌呤。对于无嘌呤无嘧啶的损伤有两种修复方法：（1） AP核酸内切酶切开，核酸外切酶切除，DNA聚合酶修复，DNA连接酶连接。（2） 插入酶插入正确碱基三、 重组修复P349图19—25重组修复的过程

切除修复发生在DNA复制之前，而当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。重组修复至少需要4种酶组分。重组基因recA编码一种分子量为40000的蛋白质，它具有交换DNA链的活力。RecA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起关键作用。recB、recC基因分别编码核酸外切酶V的两个亚基。此外，修复合成还需要