真核细胞对dna损伤的最重要的反应是sos反应吗

Question

如题所述

Answer 1

第二十一章 基因突变

第四节DNA的修复机制

原核和真核生物对于DNA的损伤都有很多的修复系统，如SOS系统。所有这些系统都是用酶来进行修复。其中有的系统是直接改变突变损伤，而另一些则是先切除损伤，产生单链的裂缺，然后再合成新的DNA，将裂缺修补好。我们可以将不同修复途经分为以下几类。

一． 直接修复（Direct repair）

(一) 通过DNA聚合酶校正修复

前面在有关原核DNA中已阐明DNA聚合酶都具有3'→ 5'的外切酶活性（见第12章），可对复制中错误掺入的碱基进行较正，使得DNA复制中实际的差错率大大减少。这种3'→ 5'外切酶活性是原核生物DNA聚合酶的特点，在真核生物中DNA聚合酶δ和α不同，具有3'→ 5'对切酶活性。

在介绍原核DNA聚合酶结构已说明DNA聚合酶3'→ 5'外切酶功能是ε亚基承担的，若编码这个亚基的基因发生突变，那么就失去校正的功能。

（二）光复活反应

直接修复损伤的另一个例子是对由UV诱发的胸苷二聚体的修复，这个系统叫做光复活（photoreactivation）或光修复（light repair）。修复的过程是通过 在波长范围为320～370mm（兰光）的可见光中，二聚体可直接恢复成原来的样子。催化光复活反应的酶叫做光裂合酶（photolyase），它是由phr基因编码的。此酶可被光的光子所激活，结合在二聚体上，剪切二聚体的部分。由于在所有被研究过的生物中都发现了这种酶，因此它可能是一种普遍性的酶，它的功能是沿着双螺旋“清扫道路”，寻找由胸苷二聚体产生的凸出部分。由于TT很少，所以光裂合酶显的非常有效。若有6～4个二聚体就难以奏效。

烷基转移酶（Alkyltransferases）也是一种和直接修复损伤有关的酶，它们可以切除掉NG和EMS加在G的O-6位上的烷基。这种酶还可以将0-6甲基上的甲基转移到蛋白质的C上。当转移后，酶就失去了活性，因此这种修复系统在烷基水平足够高时是能达到饱和的。

二． 切除修复（excixion-repair）

(一) 一般切除修复

UV光诱发TT的第二种修复过程叫切除修复(excixion-repair)，由于这过程并不依赖于光的存在故又称为暗修复（dark repair）。此修复机制是1964年由R.R.Boyce和P.Howard-Flander及R.Setlow ,W.Carrier两个组同时发现的。他们分离到某些对UV-敏感的E.coli突变株，经UV照射后，它们在暗处具有比正常情况高的多的诱发突变率。这些突变体是UvrA(Uv/repair)突变体。UvrA突变体只有在照完时才能修复二聚体，表明它们缺乏暗修复系统。因此野生型的生物在暗处能修复二聚体，野生型的结构以UvrA+来表示。

E.coli中的切除修复系统并不仅修复嘧啶二聚体，也能修复DNA双螺旋的其它损伤。图21-20表示这个系统的修复机制为先切后补。这个双螺旋的结构变形可被UveABC内切酶识别，这种多亚基的酶由3个基因（UVA 、UVB和UVC）编码。其功能如图21-21所示。

首先是UvrAB组合在一起识别嘧啶二聚体和其它大的损伤。然后UvrA解离（此需ATP）而UvrC和UvrB结合，UvrBc复合体在损伤位点的两侧面剪切，在损伤位点5'端相让7个nt处，3'端相让3～4nt处剪切，此过程也需ATP，UvrD是一种解旋酶（表21-5），它可以帮助DNA解旋，让两个缺口间的单链片段（包含损伤位点）释放出来。大肠杆菌的一些酶也能在体外切除嘧啶二聚体。这种酶包括具存5'-3'外切酶活性的DNA Po1I和单链特异的外切酶Ⅶ。在这些假设的切除中，任何一个发生突变E.coli都会失去切除嘧啶二聚体的能力。DNA POlI好像是在体内担任最主要的切除任务。

表21-5 与DNA复制或修复有关的基因

基因
酶的活性

mutD=dnaQ
DNA polⅢ

MutU=UvrD
Uvr 系统的DNA解旋酶

mutH,U
损伤修复系统的成分

mutL,S
同上，也切除C-T错配中的T

mutY
切除A-G和A-C错配中的A

摘自《Genes》V,1994.B.Lewin Table 20.3

被切除的DNA片段平均为12nt，这种模型称为短-补丁修复（short-patch repair），在这个修复合成中涉及的酶可能也是DNA Pol Ⅰ。

对于一个巨大的损伤，短补修复可解释99%的切除修复。余下的1%和DNA延伸取代有关，长度可达~1500nt，甚至可延伸到9kb以上，这就是长-补丁修复（long-patch repair）。这个模型也需要Uur基因和DNA Po1Ⅰ。这两种模型的不同之处在于短补丁修复是由细菌细胞中持有的功能，而长-补丁修复必须要通过损伤来诱导。长补丁修复可能作用于复制叉附近区域的损伤修复。对二者的一些基因产物尚不清楚。

此修复系统可切除很多类型的损伤，包光括UV光产生产物以及黄曲霉素（AFB1）结合产生的化学附加物以及苯并嘧啶的环氢化物等引起的损伤。其它生物中也具有此修复系统。此在人类中也是一个极其重要的修复途径。有一种罕见的遗传病叫着色性干皮病（Xeroderma pigmentosum）就是一种切除修复酶的缺陷，本病患者的暴露部位易发生色素沉着，皮肤萎缩，角化过度和癌变，大部分患者在30岁前可能死于皮肤癌。由此可见切除修复系统途径的作用是如何重要。

(二) 特殊切除修复途径

有些损伤太细微的以致产生的变形小到不能被UvrABC系统所识别，因此还需要其它的切除修复途径。

(1) AP核酸内切酶修复途径

各种细胞中都有一种核酶内切酶，它附着在自发丢失了单个嘌呤或嘧啶的位点上，这个无嘌呤（apurinic）和无嘧啶（apyrimidinic）位点就叫做AP位点。AP内切酶是细胞所必需的，因为自发地脱嘌呤作用经常发生，这种酶可以通过剪切AP位点的上的磷酸二酯键使链断裂。这是起始切除-修复；进一步由3种酶：外切酶，DNA Po1I和连接酶进一步地进行修复（图21-22）。

由于AP内切酶修复途经的功效，它可能是其它修复途经最后的一步。这样如果损伤的碱基对能被切除的话，那么就留下一个AP位点，AP内切酶就能使野生型完全得到恢复。这就是糖基酶修复途径。

(2) 糖基酶修复途径

DNA糖基酶（glycosylases）并不能剪切磷酸二酯键，但可以剪切N-糖苷键。释放出改变了的碱基，产生一个AP位点（图21-22）。这样再经过AP内切酶切割磷酸二酯键，再由DNA Po1Ⅰ的外切酶活性5'-3'的合成活性进行修复，最后由连接酶连接。

DNA糖基酶有很多种，其中之一是尿苷-DNA糖基酶，它可从DNA上切除尿苷，C因自发脱氨基而产生U，若不修复此可能导致C→T的转换。实际上在DNA中只有A∶T配对而没有A∶U配对，这是由于偶尔掺入的U可被识别和切除之故。若U是DNA中的正常成份，那么这种修复就无需要了。

还有一种糖基酶，它可识别和切除由A脱氨而产生的次黄嘌呤（H）。另一些糖基酶可切除被烷化的碱基（例如3-m-A, 3-m-G和7-m-G），开环嘌呤，氧化损伤的碱基以及在某些生物中的UV光化二聚体。一些新的糖基酶仍不断被发现。

(3) GO系统

mutM和mutY基因产生的两中糖基酶一道作用，阻止突变产生的8-O-G或“GO”（图21-23）。这些糖基酶形成了GO系统。当GO丢失时DNA中会因自发氧化作用造成损伤，切除GO损伤的是由mutM基因编码的一种糖基酶。如果在复制时产生了氧化损伤形成GO（8-O-G），经复制C仍和GO配对，而GO和A配对，若得不到修复就导致了C∶G→A∶T，但mutY编码的糖基本酶MutY可切除错配的A（表21-5），经复制恢复为GO∶C（图21-24-a）。如果在复制的底物中掺入了8-0-G,一种情况是它就可能和模链上的A配对，但细胞中有一种糖基酶MutT，它起到dUTPase酶的作用，使S-O-GTP→8-O-GMP；这样它就不能作为DNA合成的底物了。即使如此还是有部分GO逃过了MutT酶的“监视”，仍然掺入到DNA中和A结合，糖基酶MutY可以将错配的A切除，通过复制反而产生了C∶G。使原来的A∶T→C∶G。另一种情况是GO掺入到模板中，和C配对，当糖基酶切除GO后可排除产生A∶T的危险，仍保持C∶G对（图21-24b）

三、复制后修复

(一) 错配修复（mismatch repair）

有些修复途径能够识别DNA复制中出现的错配，这种系统叫做错配修复系统，假设要你设计一个可以修复复制错误的酶，那么这个酶应当是什么样的呢？看来至少它要具备以下三个功能：(1) 识别错配的碱基对；(2) 对错配的一对碱基要能准确区别哪一个是错的，哪一个是对的；(3) 切除错误的碱基，并进行修复合成。

以上第二点是这个系统最为重要的特点，除非它能区分错误和正确的碱基，否则错配修复系统就无法决定切除哪一个碱基。例如5-m-C脱氨变成T，有一个特殊的系统要将此修复成正常的顺序。脱氨的结果使得C∶G→G∶T错配，这个系统必须将G∶T修复成C∶G，而不是A∶T。

VSP(very short patch repair)系统是不能胜任此工作的，损伤修复系统中的mutL和mutS也不能解决问题，它们是从错配的G∶T和C∶T中切除T（表21-5）。其它的如mutY可以切除错配的C∶A中切除A（图21-22，表21-5）。这些系统的功能都是直接地从错配碱基对中切除其中一个特定的碱基。mutY的产物是一种腺嘌呤糖基酶，它可以产生一个AP位点来进行切除修复。同样不能确定哪一个是错误的碱基。

在E.coli复制中发生错配时，是可以区分原来的模板链和新合成链，用甲基化的DNA刚复制后只有在原来的亲本链上带有甲基，新合成的链尚在等待着甲基化，因此两条链的

表21-5 在E.coli中和DNA损伤修复有关的基因产物及功能

基因
体内突变效应
基因产物
功能

UvrA 对UV敏感
内切酶的ATP亚基
起始切除T的损伤

UvrB
对UV敏感
内切酶的亚基

UvrC
对UV敏感
内切酶的亚基

UvrD
对UV敏感
DNA解旋酶Ⅱ
DNA解链

RecA
1． 重组缺陷

2． 不能诱导修复损伤
40KDa RecA蛋白
1． 重组与修复所需的DNA链交换活性

2． 起始SOS修复途径的蛋白酶活性

recB
重组缺陷
外切酶V（ATP酶）
重组和重组修复所需

recC
重组缺陷
外切酶V（DNA结合）

recD
重组缺陷
外切酶V（58K亚基）

sbcB
抑制recBC突变
外切酶Ⅰ
不知

recF
重组修复缺陷；在recBC、sbcB突变体中重组缺陷
不知
不知

recj

单链DNA外切酶
不知

recNOR
同recF
不知
recF途径的一部分

recQ
同recF
DNA解旋酶；ATP酶活性
recF途径的一部分

recE
重组缺陷
外切酶Ⅷ
不知

dam
UV敏感，突变率增加
对GATC作用的甲基化酶
鉴别DNA的模板链

mutH
UV敏感，突变率增加
外切酶
修复的成分

mutL
UV敏感，突变率增加
不知
作用新链的系统

mutS
UV敏感，突变率增加
识别错配
DNA链的合成

UvrD
UV敏感，突变率增加
DNA解旋酶Ⅱ
DNA解链

mutY
增加突变频率
腺嘌呤糖基酶
从错配中切除A

ada
对烷化剂敏感
鸟嘌呤甲基转移酶
从G中切除CH3

alkA
对烷化剂敏感
甲基腺嘌呤糖化酶
切除甲基-A/甲基-G

umuC
减少倾向差错修复的效率
不知
不知

lon
UV敏感，膜中隔缺失
结合DNA的ATP依赖性蛋白酶
可能是控制夹膜多糖的基因

lexA
调节SOS反应
阻遏物(22KDa)
控制很多基因

摘自《GENES》V.1994。B.Lewin Table 20.2

甲基化状态是不同的（图21-25），这就给复制差错的校正系统提供了一个基础。

dam基因编码了一个甲基化酶，它的靶位点是 上的A（表21-5）使A成为6-M-A，此半甲基化位点是被用来作为复制中母链的标志，同样用于与复制相关的修复系统。

图21-25表示两种可能的错配修复模型，MutS能识别错配位点，MutL能作用新合成的链，UrrD是解旋酶可使错配区双链打开，然后SSB结合在单链上防止复性，MutH作为外切酶将含有错配碱基的新链片段切除掉，再由DNA PolⅠ进行修补，最后由连接酶把裂缺封闭好。这样就完成了错配修复。

（一） 重组修复（recombination-repain）

这个系统是在DNA复制时模板链上含有损伤的碱基导致子链产生裂缺，这是在复制时产生的，所此修复系统也属于复制后修复。

若DNA上的一条链含有结构变形，如嘧啶二聚体，当DNA复制时二聚体就使损伤位点失去做模板的作用，复制就跳越过这一位点。DNA Po1可能继续前进或者在嘧啶二聚体附近再重新开始合成。这样在新合成的链上留下了一个裂缺，使两个子链的性质不同。一条子链的亲代链上含有损伤，新合成的相应位点上有一个裂缺。另一条子链的亲代链是完好的，没有损伤，新合成的互补链也是正常的（图21-26a）。恢复系统就利用了这条正常的子链。

损伤子链的缺口由正常子链上的同源片段通过重组来填补，随着单链交换（single-strand exchange）受体的双链有一条是亲代有损伤的链，另一条经重组后变成为野生型的链；而供体双链有一条正常的新链和一条带有裂缺的亲代链，这个裂缺可通过一般的修复系统（DNA Po1Ⅰ）来修复，最终产生一条正常的双链。这样损伤就限制在原来的链上，不至影响到新合成的DNA。

在一个具有切除修复缺陷的E.coli中，RecA基因的突变使其失去所有的修复能力，人们试图在Uvr-/RecA-的细胞中进行复制产生一段DNA片段，预期其长度是在两个TT之间。实验结果表明根本得不到复制的DNA，而是细胞由于缺乏了RecA的功能，防碍了复制而致死。它解释了为什么 突变体（Uvr-/RecA-）的基因组中不能容忍超过1～2个二聚体，而野生型细胞允许存在多达50个。

RecA的突变体在遗传重组和修复中几乎完全得到鉴别。RecA蛋白的功能是促使DNA链之间的交换。在DNA重组和涉及重组修复的单链交换中RecA都起着重要的作用。它还涉及差错倾向修复。

双突变体(Uvr-/RecA-)的特点表明RecA参与两种Rec途径，将单个基因突变体的表型和双突变体的进行比较，来测定二者的相关功能是部分的相同还是不同。如果这些基因是在相同的途径中，那么双突变体的表型将和单个突变体的表型相同。如果这些基因是在不同的途径中，那么双突变体应影响到两种途径而不是一种，因此影响的表型应比单个突变体的要多。通过这种方法发现，一个rec途径和recBC基因有关，另一个途径涉及recF（表21-5）。

recBC这两个基因编码外切酶γ的两个亚基，它们的活性受到此途径的其它成份的限制。RecF的功能尚不清楚，其它的rec座位也都通过影响到重组和重组修复的突变而被鉴别出来。

Uvr系统是负责切除大量的TT，而Rec系统是负责清除那些未被切除的二聚体。这些遗漏的二聚体虽数量不多，但常常是致命的。

(三) SOS修复系统

SOS修复故名思意是一种急救性的修复，忙中就难免有错，故也叫差错倾向修复（Error prone repair）这种修复是为了保命也就管不了修补的片段是否正确，，而SOS修复正是与“宁可玉碎，不可瓦全”反其道而用之。

Jeam Wwigle 等曾用紫外线照射λ噬菌体然后再去感染细菌，而细菌又分为两组，一组是事先也用UV照射过，另一组是没有照射过，结果前一组中λ噬菌体的存活率反而高于后一组，这是什么缘故呢？
以上的现象称为UV-复活（UV-reactivation），也叫做W-复活（Weigle的第一个字母），现在称为SOS反应（SOS response）。原来这是一系列相关蛋白与RecA蛋白及LexA阻遏物相互作用的结果。

碱基的损伤可能由于UV的照射，或者是由于交叉连结以及烷化作用等。而复制的抑制可能由各种因素而引起，包括T的失去，药物的加入或者一系列dna基因的突变等。SOS反应增加了DNA损伤的修复能力，这是通过诱导长补丁修复系统和Rec重组修复途径这两个系统来完成的。另外细胞分裂的抑制，溶源化的原噬菌体都可被诱导。

SOS反应的起始是通过损伤的处理，RecA的活化而引起。我们现在尚不知道损伤与RecA活性改变之间的关系。由于损伤引起的变化诱导SOS反应，因此一般都关心RecA是怎样被激活的。这也是和其它修复途径的不同之处。其它修复途径的酶是已存在于细胞中的，而SOS修复的酶系统是经损伤诱导才产生的。诱导的信号可能由DNA释放出的小分子组成的，或者是DNA本身某些结构变化。在体外RecA的激活需要单链DNA和ATP的存在。这样激活信号可能存在于损伤位点的单链区。无论信号是怎样产生的，它和RecA的相互作用是很快的，SOS反应在产生损伤的几分钟内就发生了。

RreA的激活导致LexA的基因产物的剪切。LexA是一种小分子蛋白（22KDa），在被处理的细胞中是相对稳定的，它的功能是很多操纵子的阻遏物。此剪切反应是很特殊的；LexA有一种潜在的蛋白酶活性，它可被RecA激活，当RecA被激活后又可导致LexA自我催化它本身的裂解，这样LexA的阻遏功能失去了活性，并且同时诱导了它所结合的操纵子（图21-27）。

LexA靶基因很多都有修复功能。通过构建与lacZ基因的融合操纵子筛选出一系列基因，当用一种诱导损伤的药剂处理细胞后，β-半乳糖苷酶的产量就会增加，现在至少已鉴别出5个和SOS反应有关的基因，它们被称为din(damage inducible)，它们包括RecA，lexA,UvrA,UvrB,umuC和himA。

某些SOS基因仅在细胞处理后才有活性，另一些在未处理的细胞中也有活性，但表达的水平随着LexA被剪切而增高。UvrB是切除修复系统的一个成分，这个基因有2个起动子，一个功能依赖于LexA，另一个易受它的控制。这样LexA被剪切后这个基因就用第二个启动子表达，剪切前就用第一个启动子表达。

LexA阻遏靶基因时和它的20bp DNA结合，此结构区称SOS box。其顺序呈两侧对称，每个靶座位上都存在一个拷贝。在不同座位上的SOS盒也是不同的，但都有8bp的保守顺序。像其它的操纵位点位点一样，SOS box的操纵位点和启动子有重叠。在lexA座位属于自我阻遏物，那儿有两个相邻的SOS box。

RecA和LexA在SOS调节循环中互为靶位点和靶蛋白。RecA触发LexA的剪切，LexA又是RecA的阻遏物。SOS反应导致了RecA蛋白和LexA阻遏的扩增。结果并不是很快地出现相互抵抗。

RecA蛋白表达的增加对重组修复途径来说是必要的。据推导，RecA的水平从基本水平～1200分子/细胞提高到50倍，在被诱导细胞中这样高水平的RecA足以使所有的LexA蛋白被剪切，从而抑LexA对靶基因的阻遏作用。

这种调控循环的重要性在于使细胞迅速恢复到正常状态。当诱导信号去除后，RecA蛋白失去使LexA去稳定的能力。此时，lexA基因高水平表达；活化的RecA消失了，LexA蛋白以非剪切形式迅速积聚并关闭SOS基因群。

RecA也触发细胞中其它靶物质的剪切。RecA激活时umuD蛋白被剪切；这种剪切激活umuD和差错倾向修复系统。

RecA的激活也导致阻遏蛋白的剪切，包括各种原噬菌体的阻遏蛋白，如λ的阻遏蛋白这就可以解释为什么λ可以通过UV照射而被诱导。溶源化的阻遏物CI蛋白被剪切，释放出的噬菌体进入裂解周期。

这些反应不是细胞的SOS反应，而是由原噬菌体来识别。对噬菌体而言生存的最好的方法是进入裂解周期，产生后代噬菌体。从这个意义上来说，原噬菌体的诱导是通过对相同的指示器(RecA的激活)的反应使噬菌体从载体染色体上解离下来进入细胞系统。

所有已知的RecA的靶蛋白都是在多肽链的Ala-Gly二肽顺序上剪切的。二肽两侧的任一侧必须是同源的，此表明蛋白质的二级结构是识别的重要特点。

的两种活性是相对独立的。RecA 441突变使得在未进行诱导处理的情况下也能发生SOS反应，这可能是由于RecA保留了自发的激活状态。另一些突变可消除被激活的能力。两种突变都影响到RecA和DNA的结合能力。回复突变的类型失去了重组功能的活性，而且诱导SOS反应的能力整个都失去了。RecA是重组中重要的蛋白，后面将进一步加以介绍（见23章）。

Answer 2

DNA复制时前导链与随从链的合成有哪些不同
1．简述分子生物学的中心法则及其扩充。
2．何谓DNA的半保留复制？简述复制的主要过程。
3．DNA复制时，应具备哪些条件？
4．造成DNA损伤的因素是什么？损伤的修复方式有哪几种？
5．简述DNA损伤的修复类型。
1．1958年，Crick提出了分子生物学的中心法则。DNA是遗传的主要物质，携带有遗传信息。通过复制，遗传信息从亲代DNA传到子代DNA。DNA把遗传物质传递给RNA的过程称为转录。RNA通过翻译，以三个碱基序列决定一个氨基酸这种遗传密码方式，决定蛋白质的基本结构。这种遗传信息的传递规律称为中心法则。其扩充包括在反转录酶的作用下以RNA为模板，指导DNA合成的反转录过程。同时RNA本身也可以进行复制及翻译成蛋白质。
2． DNA在复制时，亲代DNA两条链均可作为模板，生成两个完全相同的子代DNA，每个子代DNA的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，称为半保留复制。复制的主要过程是：(1)拓扑异构酶松弛超螺旋；(2)解螺旋酶将双股螺旋打开；(3)单链DNA结合蛋白结合在每条单链上，以维持两条单链处于分开状态；(4)引物酶催化合成RNA引物；(5) DNA 聚合酶Ⅲ 催化合成新的DNA 的领头链及冈崎片段；(6)RNA酶水解引物， DNA聚合酶Ⅰ催化填补空隙；(7) DNA连接酶将冈崎片段拼接起来以完成随从链的合成。
3． (1)底物：以脱氧三磷酸核苷为底物，总称dNTP，包括dATP 、dGTP 、dCTP 、dTTP。
(2)模板：要有母链DNA为模板必须先解链，解旋。双链解开后，两链均可做模板。
(3)酶和蛋白质因子：DNA聚合酶等，还需要特定的蛋白质因子。
(4)引物：以小段RNA作为引物。
4． 造成DNA损伤的因素及损伤的修复方式：
(1)引起DNA损伤的因素：主要是一些物理和化学因素，如紫外线照射，电离辐射，化学诱变剂等。
(2)损伤修复的方式有：光修复、切除修复、重组修复和SOS修复。
5． 修复是指针对已经发生的缺陷而施行的补救机制，主要有光修复、切除修复、重组修复和SOS修复。光修复：通过光修复酶催化完成的，需300～600nm波长照射即可活化，可使嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态，DNA完全恢复正常。切除修复：细胞内主要的修复机制，主要有核酸内切酶、DNA聚合酶Ⅰ及连接酶完成修复。重组修复：先复制再修复。损伤部位因无模板指引，复制出来的新子链会出现缺口，通过核酸酶将另一股健康的母链与缺口部分进行交换。SOS修复：SOS是国际海难信号，SOS修复是一类应急性的修复方式，是由于DNA损伤广泛以至于难以继续复制由此而诱发出一系列复杂的反应。
1．简述三种RNA在蛋白质合成中的作用。
2．试述复制、转录、翻译的方向性。
3．简述原核生物蛋白质翻译延长过程。
1．（1）mRNA的作用：以一定结构的mRNA作为直接模板合成一定结构的多肽链，将mRNA上带有遗传信息的核苷酸顺序翻译成氨基酸顺序，即mRNA是通过其模板作用传递遗传信息，指导蛋白质的合成。
（2）tRNA的作用：tRNA是转运氨基酸的工具。作为蛋白质合成原料的20种氨基酸各有其特定的tRNA，而且一种氨基酸常有数种tRNA来运载。
（3）rRNA的作用：它和蛋白质结合成核蛋白体，是蛋白质合成的场所。
2．（1）复制的方向性：DNA复制时，每个复制子可形成两个复制叉，如模板单链DNA3’→5’的方向与复制叉方向相同，则是连续复制；如果模板方向和复制叉方向相反，则DNA合成为不连续合成。
（2）转录的方向性：DNA模板解链方向是3’→5’；转录RNA合成的方向是5’→3’。
（3）翻译的方向性：核蛋白体沿mRNA从5’→3’方向进行翻译，所合成的多肽链方向是由N端→C端。
3．（1）进位：氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核糖体A位；
（2）转肽（成肽）：在转肽酶作用下，将P位点上肽酰基转移到A位点氨基酰-tRNA上，在A位上形成肽键，肽链延长；
（3）转位（移位）：核糖体在mRNA上以5’→3’移动三个核苷酸距离，卸载的tRNA离开P位点移至E位，在A位上新形成肽酰-tRNA又移到P位上，下一个密码子对应A位点。
1．区别酶蛋白与蛋白酶。
2．酶蛋白与辅助因子的相互关系如何？
3．简述“诱导契合假说”。
4．简述Km和Vmax的意义。
5．区别酶的激活与酶原的激活。

1．酶蛋白与蛋白酶是两个完全不同的概念。酶蛋白是全酶的一部分，结合酶中蛋白质部分称为酶蛋白，非蛋白质部分称为辅助因子，全酶等于酶蛋白＋辅助因子。只有全酶才具有催化作用，将酶蛋白与辅助因子分开后，均无催化作用。如琥珀酸脱氢酶是由酶蛋白部分和辅助因子FAD结合构成的，只有琥珀酸脱氢酶这一全酶才具有催化活性。而蛋白酶是水解蛋白质的酶，为一完整的酶，具有水解蛋白质的作用，属于单纯蛋白酶类，胰蛋白酶是胰腺分泌的水解蛋白质的酶。
2．（1）酶蛋白与辅助因子组成全酶，单独哪一种都没有催化活性；
（2）一种酶蛋白只能结合一种辅助因子形成全酶，催化一定的化学反应；
（3）一种辅助因子可与不同酶蛋白结合成不同的全酶，催化不同的化学反应；
（4）酶蛋白决定反应的特异性，而辅助因子具体参加化学反应，决定酶促反应的性质。
3．酶在发挥其催化作用之前，必须先与底物密切结合。这种结合不是锁与钥匙式的机械关系，而是在酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，这一过程称为酶－底物结合的诱导契合假说。酶的构象改变有利于与底物结合；底物也在酶的诱导下发生变形，处于不稳定状态，易受酶的催化攻击，这种不稳定状态称为过渡态。过渡态的底物与酶的活性中心结构最相吻合，从而降低反应的活化能。
4．Km（米氏常数）：
（1）Km值等于酶促反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
（2）当ES解离成E和S的速度大大超过分解成E和P的速度时，Km值近似于ES的解离常数Ks。在这种情况下，Km值可用来表示酶对底物的亲和力。此时，Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物的亲和力愈大。Ks值和Km值的涵义不同，不能互相代替使用。
（3）Km值是酶的特征性常数之一，只与酶的结构、酶所催化的底物和外界环境（如温度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关。各种酶的Km值范围很广，大致在10－2~10mmol/L之间。
Vmax（最大速度）：
Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度。如果酶的总浓度已知，便可从Vmax计算酶的转换数。酶的转换数定义是：当酶被底物充分饱和时，单位时间内每个酶分子（或活性中心）催化底物转变为产物的分子数。对于生理性底物，大多数酶的转换数在1~104/秒之间。
5．酶的激活与酶原的激活不同。酶的激活是使已具有活性的酶活性增高，即使酶的活性由小变大。如氯离子是唾液淀粉酶的激活剂，唾液淀粉酶本身就具有水解淀粉的能力，只是活性较低，加入氯离子后，使水解淀粉能力增强。而酶原的激活是使本来无活性的酶原转变成有活性的酶，即使无活性变为有活性。如肠激酶是胰蛋白酶原的激活剂，胰蛋白酶原本身没有水解蛋白质的能力，当加入肠激酶后，肠激酶能引起胰蛋白酶原分子结构改变，并使之转变成胰蛋白酶，后者具有水解蛋白质的作用。
1．糖酵解的生理意义？
2．糖异生的生理意义？
3．磷酸戊糖途径的生理意义？
4．NADPH有哪些重要的生理意义？
5．什么是糖异生的三个“能障”？克服这三个“能障”需要哪些酶？
6．血糖的来源和去路？
7．三羧酸循环的生理意义是什么？
1．⑴糖酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。当机体缺氧或剧烈运动，肌局部血液不足时，能量主要通过糖酵解获得。
⑵在生理条件下，某些组织细胞通过糖酵解获得能量。成熟红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解供应能量。神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，即使不缺氧，也常由糖酵解提供部分能量。
2．⑴当空腹或饥饿时，体内糖的来源不足，依赖甘油、氨基酸等异生成葡萄糖以维持血糖水平恒定，保证主要依赖葡萄糖供能的组织(如脑组织)功能正常。
⑵糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径。
⑶长期饥饿时，肾糖异生增强，有利于维持酸碱平衡，对于防止饥饿造成的代谢性酸中毒有重要作用。
3．⑴是体内产生5-磷酸核糖的重要途径，核糖是核酸和游离核苷酸的组成成分。
⑵产生NADPH+H+：①作为供氢体参与体内的许多合成代谢；如从乙酰CoA合成脂酸、胆固醇。②参与体内的羟化反应，是加单氧酶系的供氢体。与生物合成有关，如胆汁酸或某些类固醇激素的合成等；与生物转化有关。③是谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持谷胱甘肽处于还原状态，还原型的谷胱甘肽可以保护一些含有-SH基的蛋白质或酶免受氧化剂尤其是过氧化物的损害。对维持红细胞的完整性起重要作用，同时防止高铁血红蛋白生成。
⑶磷酸戊糖途径与糖酵解、糖有氧氧化及糖醛酸途径相通。
4．⑴NADPH作为供氢体参与体内许多合成代谢。 如从乙酰CoA合成脂酸、胆固醇。
⑵参与体内的羟化反应，是加单氧酶系的供氢体。与生物合成有关，如胆汁酸或某些类固醇激素的合成等；与生物转化有关。
⑶是谷胱甘肽还原酶的辅酶，维持谷胱甘肽于还原状态。还原型谷胱甘肽能保护巯基酶的活性，对维持红细胞的完整性起重要作用，同时防止高铁血红蛋白生成。
5．糖酵解过程中由已糖激酶，6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化的反应不可逆，这三个不可逆反应是糖异生的三个“能障”。克服这三个“能障”需要四个限速酶，即丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，果糖双（二）磷酸酶-1和葡萄糖-6-磷酸酶。
6．来源：⑴食物中糖经消化、吸收。⑵肝糖原分解。⑶非糖物质糖异生。
去路：⑴彻底氧化分解，生成CO2和H2O，释放能量。 ⑵合成肝糖原，肌糖原。
⑶转变为非糖物质：脂类、氨基酸等。 ⑷转变成其他糖。
7．⑴是三大营养素的最终代谢通路。 ⑵是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽。
⑶为其他合成代谢提供小分子前体。 ⑷为氧化磷酸化反应生成ATP提供NADH+H+和FADH2。
1．为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对含量实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的
2．何谓肽键和肽链及蛋白质的一级结构
3．什么是蛋白质的二级结构它主要有哪几种各有何结构特征
4．举例说明蛋白质的四级结构。
5．变性后蛋白质有何变化？
6．组成蛋白质的基本单位是什么？结构有何特点？
1．各种蛋白质的含氮量颇为接近，平均为16％，因此测定蛋白质的含氮量就可推算出蛋白质含量。常用的公式为：蛋白质含量(克％)=每克样品含氮克数×6.25×100。
2．一个氨基酸的α－羧基和另一个氨基酸的α－氨基进行脱水缩合反应，生成的酰胺键称为肽键，肽键具有双键性质。由许多氨基酸通过肽键相连而形成长链，称为肽链。肽链有两端:游离α－氨基的一端称为N－端，游离α－羧基的一端称为C－端。蛋白质一级结构是指多肽链中氨基酸排列顺序，它的主要化学键为肽键。
3．蛋白质二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排布，不包括侧链的构象。它主要有α－螺旋、β－折叠、β－转角和无规卷曲四种。在α－螺旋结构中，多肽链主链围绕中心轴以右手螺旋方式旋转上升，每隔3.6个氨基酸残基上升一圈。氨基酸残基的侧链伸向螺旋外侧。每个氨基酸残基的亚氨基上的氢与第四个氨基酸残基羰基上的氧形成氢键，以维持α－螺旋稳定。在β－折叠结构中，多肽链的肽键平面折叠成锯齿状结构，侧链交错位于锯齿状结构的上下方。两条以上肽链或一条肽链内的若干肽段平行排列，通过链间羰基氧和亚氨基氢形成氢键，维持β－折叠构象的稳定。在球状蛋白质分子中，肽链主链常出现180o回折，回折部分称为β－转角，β－转角通常由4个氨基酸残基组成，第二个残基常为脯氨酸。无规卷曲是指肽链中没有确定规律的结构。
4．蛋白质四级结构是指蛋白质分子中具有完整三级结构的各亚基在空间排布的相对位置。例如血红蛋白，它是由1个α亚基和1个β亚基组成一个单体，二个单体呈对角排列，形成特定的空间位置关系。四个亚基间共有8个非共价键，维系其四级结构的稳定性。
5．生物学活性丧失，溶解度降低，易被蛋白酶水解，粘度增加。
6．组成蛋白质的基本单位是氨基酸，它们都是α－氨基酸。除甘氨酸外，α－碳原子都是不对称碳原子，均为L–α–氨基酸。