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最新生物化学期末复习资料
生化下期末复习资料
一、蛋白质与氨基酸的分解代谢与合成
1、脱氨基作用的种类?
(转氨基作用与联合脱氨基作用)
分类:
氨基酸的转氨基作用、氧化脱氨基作用、其他的脱氨基作用、联合脱氨基作用。
氨基酸的转氨基作用:
转氨基作用是α-氨基酸和α-酮酸间的氨基转移反应。
除赖氨酸、苏氨酸和甘氨酸外,其余α-氨基酸均可参加转氨基作用,且各有其特异的转氨酶。
转氨酶中,以谷丙转氨酶GPT和谷草转氨酶GOT最为重要。
GOT和GPT人体中,GOT在心脏中活力最大,其次是肝脏中;GPT则在肝脏中活力最大。
当肝细胞受损时,GPT释放到血液中,使血液中GPT酶活力上升。
所以临床上将其作为推断肝功能正常与否的一项指标。
转氨酶种类很多,但辅酶只有一种:
磷酸吡哆醛。
转氨基作用为可逆反应。
联合脱氨基作用:
一般认为,氨基酸在体内不是直接氧化脱氨基,而是先与α-酮戊二酸经转氨基作用转变为相应的α-酮酸和谷氨酸,谷氨酸再通过2种方式氧化脱氨基。
1.转氨酶-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用:
过程:
α-氨基酸先与α-酮戊二酸在转氨酶的催化下,经转氨基作用,生成相应的α-酮酸和谷氨酸;谷氨酸再经谷氨酸脱氢酶的作用,进行氧化脱氨基,重新生成α-酮戊二酸,并释放出氨。
2.转氨酶-嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用:
α-酮戊二酸先接受来自其他氨基酸的氨基,生成谷氨酸;谷氨酸再与草酰乙酸经转氨基生成天冬氨酸。
之后便与嘌呤核苷酸联合作用:
次黄嘌呤核苷酸与天冬氨酸作用,生成中间产物:
腺苷酸代琥珀酸。
此物在裂合酶催化下,分裂成腺苷酸和延胡索酸。
腺苷酸水解后产生游离氨和次黄嘌呤核苷酸。
2种联合脱氨基作用
在如:
肝脏、肾脏等组织处,以转氨酶-谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用为主。
在心肌、骨骼肌和脑组织中,以转氨酶-嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用为主。
如:
脑组织中有50%的氨是由转氨酶-嘌呤核苷酸循环联合脱氨基作用产生的。
2、尿素循环?
主要机理:
排尿素动物在肝脏中合成尿素。
由2分子α-氨基酸脱下的氨基,即2分子氨,和1分子CO2经鸟氨酸循环,生成1分子尿素,反应需3分子ATP参与。
尿素是无毒的近中性化合物,且为水溶性,可由血液循环经肾脏随尿排出。
1.合成氨甲酰基磷酸:
进入尿素循环的第1分子氨,一部分来自于肝脏线粒体中谷氨酸的氧化脱氨基。
NH3与经柠檬酸循环生成的CO2在线粒体内氨甲酰磷酸合成酶的催化下,生成氨甲酰磷酸。
每生成1分子氨甲酰磷酸,需2分子ATP供能,所以反应不可逆。
催化此反应的是位于线粒体内的氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ。
该酶属于调节酶,N-乙酰谷氨酸为其正调节物。
2.形成瓜氨酸:
氨甲酰磷酸极不稳定,易将氨甲酰基供给鸟氨酸,生成瓜氨酸。
鸟氨酸本在胞液中生成,经特殊内膜传递系统传递,进入线粒体内。
瓜氨酸又离开线粒体进入胞液。
3.形成精氨琥珀酸:
第2分子氨由天冬氨酸的氨基提供。
天冬氨酸在有ATP供能的条件下,以其氨基与瓜氨酸的氨甲酰碳原子上烯醇式的羟基缩合且脱水,产生精氨琥珀酸。
4.形成精氨酸:
在精氨琥珀酸裂解酶作用下,精氨琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸。
以上四步反应在所有生物体内均可进行。
5.形成尿素:
排尿素动物体内含大量精氨酸酶,此酶可将尿素从精氨酸分子上水解下来,生成鸟氨酸。
鸟氨酸可重复进入鸟氨酸循环反应2,从而形成循环。
为何缺乏尿素循环酶类无法应用蛋白质:
其蛋白质代谢中产生的氨无法转化为尿素排出,只能以氨的形式积累在体内。
为何患者的中枢神经系统及肝脏易受到毒害:
氨浓度较高时,线粒体中发生:
NH3+α-酮戊二酸+NADH+H+←→谷氨酸+NAD++H2O;α-酮戊二酸同时又是柠檬酸循环中反应(6)的底物。
所以游离氨与柠檬酸循环争夺α-酮戊二酸并占优势,使柠檬酸循环因缺乏中间产物:
α-酮戊二酸而被迫减慢速度甚至停顿下来,使与柠檬酸循环紧密联系的呼吸链也受影响,从而使对O2浓度最敏感的中枢神经系统表现出缺氧。
在病人肝脏中,因柠檬酸循环的停顿而使脂类代谢中产生的乙酰辅酶A无法彻底氧化分解,只能转变为酮体。
酮体中多为酸性物质,若在血液中过量积累,会使血液pH值下降,出现酸中毒现象。
若将病人膳食中的蛋白质换成必需氨基酸相应的α-酮酸,便可得到治疗。
原因:
α-酮酸与血液中积累的氨结合,生成α-氨基酸,从而缓解了氨的高浓度积累。
3、名词解释:
生糖氨基酸:
能通过代谢转变成葡萄糖和糖原的氨基酸。
如丙氨酸/经代谢转变成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸或草酰乙酸,再通过这些羧酸变成葡萄糖和糖原(包括丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等15种氨基酸)。
生酮氨基酸:
经过代谢能产生酮体的氨基酸。
如亮氨酸/在分解代谢过程中能转变成乙酰-乙酰辅酶A的氨基酸,共有亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸5种氨基酸。
生糖和生酮氨基酸:
经过代谢,既能产生酮体,又能转化为葡萄糖的氨基酸(如苯丙氨酸和酪氨酸)。
4、名词解释:
(+一个例子)
必需氨基酸:
人体自身不能合成或合成速度不能满足人体需要,必须从食物中摄取的氨基酸。
(如:
赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸)。
非必需氨基酸:
人或动物机体能自身合成,不须通过食物补充的氨基酸。
(如:
甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸)。
5、按合成起始物的不同可分成6类氨基酸?
(填空)
谷氨酸族氨基酸:
由柠檬酸循环中间产物α-酮戊二酸衍生而来的氨基酸。
天冬氨酸族氨基酸:
由草酰乙酸衍生而来的氨基酸。
丙酮酸族氨基酸:
由糖酵解产物:
丙酮酸衍生而来的氨基酸。
属于这族的氨基酸有丙氨酸、缬氨酸。
丝氨酸族氨基酸:
由糖酵解中间产物:
3-磷酸-甘油酸衍生而来的氨基酸。
芳香族氨基酸:
由磷酸戊糖途径中间产物:
4-磷酸-赤藓糖和糖酵解中间产物:
磷酸烯醇式丙酮酸衍生而来的氨基酸。
组氨酸:
合成起始物是5-磷酸-核糖。
6、谷氨酸的生成途径
途径1:
由α-酮戊二酸形成谷氨酸:
α-酮戊二酸与游离氨在L-谷氨酸脱氢酶催化下发生氨基化作用。
动物体内,L-谷氨酸脱氢酶可利用NAD+/NADH和NADP+/NADPH两类辅酶。
途径2:
由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺:
(在自然界中普遍发生)
先由α-酮戊二酸氨基化生成L-谷氨酸,再由L-谷氨酸生成谷氨酰胺。
接着由谷氨酸合酶催化,α-酮戊二酸接受来自L-谷氨酰胺的酰胺基,生成谷氨酸。
注:
催化反应的谷氨酰胺合成酶的活性,受反馈抑制系统的调控。
9种含氮物可对该酶活性产生抑制:
6-磷酸-氨基葡萄糖、色氨酸、丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、组氨酸、CTP、AMP和氨甲酰磷酸。
*两种合成谷氨酸途径的比较
途径
(1)其实在自然界并不普遍发生,只有少数生物在环境中NH4+浓度很高时,才以此途径合成谷氨酸。
最普遍的还是途径
(2)。
虽从能量角度看,由于在从谷氨酸生成谷氨酰胺时需消耗ATP,并不经济。
但由于途径
(2)只需极低浓度NH4+即可发生,途径
(1)却需很高的NH4+浓度。
而一般在自然条件下,环境中NH4+浓度并不会很高。
7、芳香族氨基酸合成的共同途径(P356)
芳香族氨基酸:
由磷酸戊糖途径中间产物:
4-磷酸-赤藓糖和糖酵解中间产物:
磷酸烯醇式丙酮酸衍生而来的氨基酸。
莽草酸途径:
8、谷氨酰胺与天冬酰胺的合成,其中哪一种合成反应较易进行?
1.先由α-酮戊二酸氨基化生成L-谷氨酸,再由L-谷氨酸生成谷氨酰胺。
2.草酰乙酸接受来自谷氨酸的氨基形成天冬氨酸,催化酶是谷草转氨酶。
哺乳动物体内,天冬氨酸β-羧基上转移上一个来自谷氨酰胺的酰胺基,生成天冬酰胺。
催化酶是天冬酰胺合成酶,ATP在反应中被消耗2个高能磷酸键;
细菌体内,由NH4+提供转移上去的酰胺基。
反应中也有ATP降解为AMP的过程。
天冬酰胺与谷氨酰胺合成不同点,在谷氨酰胺合成反应中,ATP只被打断1个高能磷酸键而生成ADP;而天冬酰胺合成反应中,ATP则被打断2个高能键生成AMP和PPi。
因此从能量角度看,天冬酰胺的合成反应比谷氨酰胺合成更易进行。
9、氨基酸之间相互转化的例子(2个)
二、核酸及核苷酸的代谢与合成
1、核酸内切酶及外切酶的作用方式、作用特点及产物?
核酸外切酶:
作用方式:
作用于核酸链的一端,逐个水解下核苷酸的核酸酶为核酸外切酶。
作用特点:
为非特异性核酸酶,对于RNA、DNA及低分子量寡核苷酸等底物都能分解。
如:
蛇毒磷酸二酯酶(从核苷酸链的3’-羟基端开始,逐一水解下5’-核苷酸)、牛脾磷酸二酯酶(从核苷酸链的5’-羟基端开始,逐一水解下3’-核苷酸)等。
最终产物:
是单个的核苷酸(DNA为dNTP,RNA为NTP)
核酸内切酶:
作用方式:
能水解核酸分子内部磷酸二酯键的磷酸二酯酶称核酸内切酶。
作用特点:
特异性强。
如:
第一个被分离纯化并得到结晶的RNA酶牛胰核酸酶,专一性作用于RNA中的嘧啶核苷酸,生成3-磷酸-嘧啶核苷或末端为3-磷酸-嘧啶核苷的寡核苷酸。
如:
于1957年被从曲霉中分离提纯的另一种RNA酶:
T1。
最终产物:
核酸的片段。
限制性内切酶:
细菌体内存在着一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶,称“限制性内切酶”。
它们识别DNA中特定核苷酸序列,并在特定位点切断DNA链,产生双链裂口。
但若识别序列中的碱基预先经修饰,就不起作用。
限制性内切酶往往与一种甲基化酶同时成对存在,二者具相同底物专一性。
甲基化酶选择性地催化细菌自身DNA的甲基化修饰反应。
限制性内切酶只降解异种DNA,不分解自身DNA,可保卫自身遗传特性。
作用方式:
限制性内切酶作用专一性强,有特异性识别序列,识别序列长度一般在4-8个碱基,且通常具有回文结构。
2、嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成的各原子来源(P391-396)
嘌呤核苷酸从头合成途径中,嘌呤环上原子来源于:
N1来自天冬氨酸的氨基氮,甲酸盐是C2和C8的来源,N3和N9来自于谷氨酰胺的酰胺氮,甘氨酸是C4、C5和N7的来源,CO2或碳酸氢盐是C6的来源。
嘧啶核苷酸从头合成途径中,嘧啶环上原子来源于:
CO2、NH3(或氨甲酰磷酸)和天冬氨酸。
动物机体中,嘧啶核苷酸的合成场所是肝脏。
与嘌呤核苷酸不同的是,在从头合成嘧啶核苷酸时,首先生成嘧啶碱,再与磷酸-核糖复合物结合。
所有嘧啶核苷酸中,最先合成的是尿苷酸。
3、名词解释:
复制:
以亲代DNA分子双链为模板,按照碱基配对原则,合成与亲代DNA分子相同的两个双链DNA分子的过程。
转录:
以DNA分子中一条链为模板,按照碱基配对原则,合成一条与模板DNA互补的RNA分子的过程。
翻译:
又称“转译”,是指在mRNA指令下,按照三联体密码原则,把mRNA上遗传信息转换成蛋白质中特定氨基酸顺序的过程。
4、DNA的半不连续复制的定义及原因
DNA的半不连续复制:
DNA复制时,前导链连续复制、滞后链不连续复制的现象。
原因:
以复制叉向前移动为标准,一条模板链的走向为3’→5’在其上DNA能从5’→3’方向连续合成,称前导链,另一条模板链的走向为5’→3’在其上DNA也是从5’→3’方向合成。
但是与复制叉移动方向正好相反,随着复制的移动,形成许多不连续的片段,最后成一条完整的DNA链,称滞后链,由于前导链的合成通常是连续的,因此称DNA的半不连续复制。
5、大肠杆菌中3种主要的DNA聚合酶的作用特点,及异同点比较
作用特点:
DNA聚合酶Ⅰ:
催化核苷酸聚合反应,使DNA链沿5’→3’方向延长即聚合酶功能。
由3’-OH端沿3’→5’方向水解DNA链,即3’→5’核酸外切酶功能,具有校对作用。
由5’-端沿5’→3’方向水解DNA链,即5’→3’核酸外切酶功能。
此功能只用于切除由紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。
DNA聚合酶Ⅱ:
多亚基酶。
其5’→3’聚合酶活力比聚合酶I高,还具有3’→5’核酸外切酶功能。
推测其生理功能主要是参与DNA的损伤修复。
DNA聚合酶Ⅲ:
寡聚酶,全酶由10种亚基组成,含Zn原子。
它是三种聚合酶中活性最高的,具聚合酶及3’→5’核酸外切酶功能。
异同点:
相同点:
(1)都需模板指导,以四种脱氧核苷三磷酸为底物,且需具有3’-羟基的引物存在,聚合反应沿5’→3’方向进行。
(2)都兼有3’→5’核酸外切酶活力,在聚合中起校对作用。
不同点:
(1)酶Ⅰ具有5’→3’核酸外切酶活力,酶Ⅱ和Ⅲ没有这种活力。
(2)酶Ⅱ和Ⅲ最适合作用于有小段缺口的双链DNA;酶Ⅰ最适合作用于具有大段单链区的双链DNA。
(3)酶Ⅰ属于单体酶,酶Ⅱ属于多亚基酶而酶Ⅲ属于寡聚酶。
(4)三种聚合酶活力的不同,酶Ⅲ活力最高,酶Ⅱ活力次之,酶Ⅰ活力最低。
6、DNA连接酶的作用、要求
作用:
连接酶可催化双链DNA中一条链断口末端的3’-羟基与另一条链末端的5’-磷酸基间生成3’,5’-磷酸二酯键,从而将两段DNA连接起来。
DNA连接酶在DNA的复制、修复及重组中很重要。
要求:
连接反应需能。
细菌中的连接酶以NAD+作为能量来源,真核细胞内以ATP为能量来源。
7、名词解释:
各类DNA损伤修复的定义
错配修复:
DNA复制中可能发生错配,若能及时校正,则新链上基因编码的信息可得到恢复,即进行错配修复。
若被校正的是模板链,就意味着错配的核苷酸以突变的形式被固定下来。
直接修复:
包括光修复系统和暗修复系统。
光修复系统:
受紫外线损伤的细胞,在强可见光(波长为400-500nm)照射后,大部分能恢复正常机能。
这是由于可见光,尤其是其中的蓝光激活细胞内的光复活酶,使酶与嘧啶二聚体结合并将二聚体分开,重新恢复为2个单独的嘧啶碱基。
暗修复系统:
即切除含嘧啶二聚体的核酸链,然后再修复合成。
切除修复:
指在酶的作用下,将DNA分子中受损部分切除,再以完整的那条链为模板,合成被切掉的部分,使DNA恢复正常结构。
包括切开、切除受损部分、修补及封口4步。
重组修复:
结构损伤的DNA在修复前仍可复制,但在新合成子链中,与模板链受损部位对应的位置会有缺口。
带缺口的子链与完整姐妹双链中的亲代链重组交换,用来自姐妹双链的正常DNA片段填补子链上缺口。
姐妹双链中亲代链上的缺口,以完整子链为模板,由DNA聚合酶催化修复合成。
最后由DNA连接酶将新合成的片段连接到缺口处。
应急反应(SOS)和易错修复:
SOS反应是细胞在DNA受损或复制系统受抑制的紧急情况下,为求生存而表现出的应急效应。
此修复系统包括避免出错的修复和倾向出错的修复2类。
其中倾向出错的修复,因诱导产生了缺乏校对功能的DNA聚合酶。
这些酶能在DNA受损部位催化复制,从而避免细胞死亡,但也带来高变异率。
8、大肠杆菌RNA聚合酶的亚基组成及各亚基的功能
大肠杆菌的RNA聚合酶全酶由5个亚基(α,2β,β’,σ)构成,ω亚基。
功能:
α亚基上有β亚基结合位点,功能是进行全酶装配及与DNA模板上的启动子区结合。
β亚基上有底物NTP结合部位,功能是结合NTP底物、引发RNA新链合成及催化延长。
β’亚基可与DNA模板结合,且与转录的终止有关。
σ亚基上有DNA启动子识别位点,可进行启动子识别,促进转录起始,又称“起始亚基”。
详细的请看书本457页。
9、大肠杆菌RNA转录的终止子(2类)
①不依赖于ρ因子的终止子:
又称简单终止子。
简单终止子除能形成发夹结构外,在终点前还有寡聚U系列,可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板DNA。
此外,其回文对称区常有一段富含G-C的序列。
(3类终止信号)
②依赖于ρ因子的终止子:
链较短,没有富含G-C的序列,无U系列。
作用机理:
ρ因子先结合到RNA新链上,位置在RNA聚合酶后。
然后借助水解NTP释放的能量推动自身在RNA链上移动。
当RNA聚合酶遇到终止子而转录暂停时,ρ因子追上RNA聚合酶并将RNA新链从模板DNA上释放。
RNA聚合酶也与ρ因子一起从DNA链上脱落。
(ρ因子是一种分子量约46000dal的蛋白质,具NTP水解酶活性,用于自身的获能)
10、真核生物mRNA转录后加工的主要内容及加工过程
真核生物中多数编码蛋白质的mRNA基因为不连续基因,其编码序列(即外显子)被非编码序列(即内含子)隔成若干个片段。
转录时,外显子和内含子一起被转录,生成分子量很大的转录原初物。
它在转录后加工过程中,被分成一些大小不等的中间产物,称“核不均一RNA”,即hnRNA。
hnRNA中有一部分可转变成细胞质内的成熟mRNA。
具体加工过程
真核生物mRNA前体的加工其实主要指hnRNA的加工。
加工过程包括:
在5'-端形成特殊的帽子结构,在3'-端添加多聚腺苷酸(即polyA)尾巴,剪除内含子并将外显子拼接起来,对链内特定核苷酸进行甲基化修饰;等等。
5'-端加帽:
hnRNA的5’-端原是三磷酸嘌呤核苷,转录开始后三个磷酸中被脱去一个,成为二磷酸。
此物质与脱去一分子焦磷酸的GTP作用,使鸟嘌呤戊糖的C5与原嘌呤核苷酸戊糖C5间以3个磷酸键相连。
此物质5'-端鸟嘌呤N7上被S-腺苷甲硫氨酸(SAM)甲基化,形成帽子结构。
不同类型的帽子:
CapO型、CapⅠ型、CapⅡ型。
3'-末端的产生和多聚腺苷酸化:
mRNA3’-端多聚腺苷酸尾巴的产生过程可能:
由RNA酶Ⅲ催化,在hnRNA的3’-端切断。
再在多聚腺苷酸聚合酶作用下,以带3'-端-OH的RNA为受体,以ATP为腺苷酸供体,以Mg2+或Mn2+为辅助因子,将3'-端进行多聚腺苷酸化。
除酵母外的多数高等真核生物及病毒mRNA在近3'-端处,都有一段保守序列AAUAAA。
推测,此保守序列是为3'-端的切断及继续发生多聚腺苷酸化提供了信号。
mRNA的多聚腺苷酸尾巴的功能
用多聚腺苷酸化的特异性抑制剂:
3’-脱氧腺苷(即冬虫夏草素)进行抑制实验后证明,hnRNA3'-端的多聚腺苷酸化是转录后加工中不可缺少的一步。
mRNA的多聚腺苷酸尾巴在核酸外切酶降解RNA链时,可起到缓冲作用,对mRNA上携带的信息进行保护。
mRNA的内部甲基化:
真核生物的mRNA及hnRNA分子内部均发现有甲基化的碱基,主要是N6-甲基腺嘌呤(m6A)。
但有些真核生物及病毒的mRNA分子中并无N6-甲基腺嘌呤。
这个甲基化修饰产物的功能不清。
据推测,可能是与hnRNA的加工识别作用有关。
三、蛋白质的合成及转运
1、遗传密码字典中的重要密码子(掌握典型的密码子)见附录
2、密码子的基本特性
1.方向性:
密码子的阅读方向和mRNA上从起始信号到终止信号的方向一样,均为从5’-端到3’-端。
这与mRNA生物合成时链延伸方向也一致。
2.简并性:
密码表的64组密码子中,除UAA、UAG和UGA三组为终止密码子外,其余61组密码子分别代表20种氨基酸。
象这样编码同一种氨基酸的密码子称“同义密码子”。
这种现象称“密码的简并性”。
简并性的存在减少了由于碱基取代而造成的有害突变。
偏爱密码子。
3.通用性:
病毒、原核生物或真核生物都共同使用同一套密码字典。
这种现象称“密码的通用性”。
4.读码的连续性:
在mRNA链上,从起始信号到终止信号,密码子的排列一般是连续的。
即密码子间既没有重叠也不存在间隔,即无标点性。
5.起始密码子和终止密码子:
AUG除编码甲硫氨酸外,还是肽链合成的起始密码子。
少数情况下,也有以GUG作为起始密码子的。
一般由UAA、UAG和UGA这三组密码子作为多终止密码子,但它们不编码氨基酸。
6.变偶性:
密码子的专一性主要取决于前2位碱基,而第三位碱基重要性相对较低,可以有一定程度的变动。
称“变偶性”。
3、三类经典RNA中的tRNA的功能及其结构中的重要位点
功能:
蛋白质生物合成需要tRNA作为氨基酸的转运工具
重要位点:
作为蛋白质合成中的接头分子,tRNA上与多肽合成相关的位点有:
①tRNA上3'-端CCA序列上的氨基酸接受位点;②识别氨酰-tRNA合成酶位点;③核糖体识别位点;④反密码子位点。
四、基因表达调控
1、名词解释:
操纵子:
在细菌基因组中,编码一组在功能上相关的蛋白质的几个结构基因,和共同的控制位点所组成的一个基因表达的协同单位,合称操纵子。
操纵子是DNA上控制蛋白质合成的一个功能单位。
控制位点一般位于结构基因上游,主要由操纵基因和启动子组成,可接受调节基因产物的调节作用。
*大肠杆菌乳糖操纵子的基因组成
乳糖操纵子包括三个结构基因Z、Y和A,其控制位点包括调节基因R、启动基因P、操纵基因O及终止基因t。
①启动基因P提供转录起始信号,同时也是RNA聚合酶的结合位点。
②操纵基因O和其下游的结构基因紧密结合,也可和调节基因的表达产物:
阻遏蛋白结合。
③调节基因R可经转录、翻译产生阻遏蛋白。
阻遏蛋白控制着操纵基因的开或关。
④三个结构基因Z、Y、A可经转录、翻译,产生蛋白质产物,即三种酶:
β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷透性酶和β-半乳糖苷转乙酰酶。
⑤终止基因t提供转录的终止信号。
2、酶合成的诱导和阻遏作用的机理
诱导作用机理
如:
大肠杆菌乳糖操纵子模型。
酶合成的诱导作用过程:
乳糖操纵子中的三个结构基因Z、Y、A是作为一个单位,同时进行转录和翻译。
转录时,由RNA聚合酶结合到启动基因上,然后右行经过操纵基因,同时开始转录三个结构基因,最后,转录过程终止于终止基因。
调节基因经转录、翻译,生成阻遏蛋白,有活性的阻遏蛋白会结合到操纵基因上,使RNA聚合酶不能再结合到启动基因上,从而阻止下游三个结构基因的转录。
当培养基中有乳糖存在时,乳糖作为诱导物,可与阻遏蛋白优先结合,生成二者复合物,使阻遏蛋白变构,失去活性,无法再与操纵基因结合,则阻遏作用消失。
RNA聚合酶可以结合到启动基因上并右行,正常转录三个结构基因,并翻译产生三种酶蛋白分子。
阻遏作用机理
如:
大肠杆菌色氨酸操纵子模型,色氨酸操纵子包括5个结构基因,依次为E、D、C、B、A,分别编码色氨酸合成中用于催化的邻-氨基苯甲酸合酶、邻-氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶、吲哚-3-甘油磷酸合酶及色氨酸合酶的β和α亚基。
单独存在的阻遏蛋白无活性,不能与操纵基因结合,即不能阻遏结构基因合成各种酶蛋白。
当有辅阻遏物存在时,阻遏蛋白可与辅阻遏物结合,使阻遏蛋白被活化而变构。
该复合物反而可与操纵基因相结合,使之被封闭,RNA聚合酶无法右行,导致结构基因不能合成相应的酶蛋白。
3、酶合成的诱导和阻遏作用的异同点
酶合成的诱导和阻遏作用是相似机制的两种不同表现形式。
不同点:
①诱导作用是在各种分解酶中的通则,阻遏作用则是在合成酶中的通则。
②诱导物一般是代谢过程中的底物,辅阻遏物一般是代谢过程中的产物。
二者都作为阻遏蛋白的拮抗物,但拮抗作用的最终结果刚好相反。
相同点:
①目的都是控制酶合成的速度。
②作用都具高度特异性。
4、降解物阻遏及衰减作用的机理
降解物衰减作用的机制:
当培养基中无任何氨基酸时,前导肽不能形成,前导序列以A图样结构存在。
此结构中1和2、3和4互相配对而形成特殊茎环构象及mRNA链末端的PolyU区都提供了终止信号,促使转录停止。
当培养基中色氨酸丰富时,前导序列翻译产生前导肽。
这时核糖体占据1和2位置,但3和4互补配对了,即形成终止信号,故转录也被终止。
当培养基中有其他种类氨基酸但色氨酸量不足时,核糖体被阻滞在区域1的Trp密码子处,导致2和3配对,而3和4不能配对形成终止信号。
这样转录可继续进行。
虽然衰减作用与阻遏作用一样,都是在转录水平上进行的调控,但作用机制完全不同,它控制的是转录起始后能否继续到RNA聚合酶通过衰减基因并形成完整的mRNA。
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