05 糖代谢
四、问答题
1．糖代谢和脂代谢是通过那些反应联系起来的？ 答：（1）糖酵解过程中产生的磷酸二羟丙酮可转变为磷酸甘油，可作为脂肪合成中甘油的原料。
（2）有氧氧化过程中产生的乙酰CoA是脂肪酸和酮体的合成原料。 （3）脂肪酸分解产生的乙酰CoA最终进入三羧酸循环氧化。 （4）酮体氧化产生的乙酰CoA最终进入三羧酸循环氧化。
（5）甘油经磷酸甘油激酶作用后，转变为磷酸二羟丙酮进入糖代谢。
2．什么是乙醛酸循环？有何意义？
答：乙醛酸循环是有机酸代谢循环，它存在于植物和微生物中，可分为五步反应，由于
乙醛酸循环与三羧酸循环有一些共同的酶系和反应，将其看成是三羧酸循环的一个支路。循环每一圈消耗2分子乙酰CoA，同时产生1分子琥珀酸。琥珀酸产生后，可进入三羧酸循环代谢，或经糖异生途径转变为葡萄糖 乙醛酸循环的意义：
（1）乙酰CoA经乙醛酸循环可以和三羧酸循环相偶联，补充三羧酸循环中间产物的缺失。
（2）乙醛酸循环是微生物利用乙酸作为碳源的途径之一。
（3）乙醛酸循环是油料植物将脂肪转变为糖和氨基酸的途径。
3．磷酸戊糖途径有什么生理意义？ 答：（1）产生的5-磷酸核糖是生成核糖，多种核苷酸，核苷酸辅酶和核酸的原料。 （2）生成的NADPH+H+是脂肪酸合成等许多反应的供氢体。
（3）此途径产生的4-磷酸赤藓糖与3-磷酸甘油酸可以可成莽草酸，进而转变为芳香族
氨基酸。
（4）途径产生的NADPH+H+可转变为NADH+H+，进一步氧化产生ATP，提供部分能
量。
4．为什么说三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的共同通路？ 答：（1）三羧酸循环是乙酰CoA最终氧化生成CO2和H2O的途径。 （2）糖代谢产生的碳骨架最终进入三羧酸循环氧化。
（3）脂肪分解产生的甘油通过酵解产生丙酮酸，后者转化成乙酰CoA后再进入三羧酸
循环氧化，脂肪酸经β-氧化产生乙酰CoA也需进入三羧酸循环才能氧化。
（4）蛋白质分解产生的氨基酸经脱氨后碳骨架可进入三羧酸循环，同时，三羧酸循环的中间产物可作为氨基酸的碳骨架接受氨后合成必需氨基酸。所以，三羧酸循环是三大物质代谢共同通路。
5．糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径，决定因素是什么？ 答：糖分解代谢可按EMP-TCA途径进行，也可按磷酸戊糖途径，决定因素是能荷 水平，能荷低时糖分解按EMP-TCA途径进行，能荷高时可按磷酸戊糖途径。
6．试说明丙氨酸的成糖过程。
答：丙氨酸成糖是体内很重要的糖异生过程。首先丙氨酸经转氨作用生成丙酮酸，丙酮
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酸进入线粒体转变成草酰乙酸。但生成的草酰乙酸不能通过线粒体膜，为此须转变成苹果酸或天冬氨酸，后二者到胞浆里再转变成草酰乙酸。草酰乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸，后者沿酵解路逆行而成糖。总之丙氨酸成糖须先脱掉氨基，然后绕过“能障”及“膜障”才能成糖。
7．琥珀酰CoA的代谢来源与去路有哪些？ 答：（1）琥珀酰CoA主要来自糖代谢，也来自长链脂肪酸的 ω-氧化。奇数碳原子 脂肪酸，通过氧化除生成乙酰CoA，后者进一步转变成琥珀酰CoA。此外，蛋氨酸，
苏
氨酸以及缬氨酸和异亮氨酸在降解代谢中也生成琥珀酰CoA。
（2）琥珀酰CoA的主要代谢去路是通过柠檬酸循环彻底氧化成CO2和H2O。琥珀酰CoA在肝外组织，在琥珀酸乙酰乙酰CoA转移酶催化下，可将辅酶A转移给乙酰乙酸，本身成为琥珀酸。此外，琥珀酰CoA与甘氨酸一起生成δ-氨基-γ-酮戊酸（ALA），参与血红素的合成。
8．ATP是果糖磷酸激酶的底物，为什么ATP浓度高，反而会抑制果糖磷酸激酶？ 果糖磷酸激酶是EMP途径中限速酶，EMP途径是分解代谢，总的效应是放出能量 的，ATP浓度高表明细胞内能荷较高，因此抑制果糖磷酸激酶，从而抑制EMP途径。
9．葡萄糖的第二位碳用14C标记，在有氧情况下进行彻底降解。问经过几轮三羧酸循环，该同位素碳可作为CO2释放？ 第二轮循环
10．柠檬酸循环中并无氧参加，为什么说它是葡萄糖的有氧分解途径？ 柠檬酸循环中有几处反应是底物脱氢生成NADH和FADH2，如异柠檬酸→草酰琥珀酸；α-酮戊二酸→琥珀酰CoA；琥珀酸→延胡索酸；L-苹果酸→草酰乙酸。NADH和FADH2
＋
必须通过呼吸链使H与氧结合成水，否则就会造成NADH和FADH2的积累，使柠檬酸循环的速度降低，严重时完全停止。
11．人血浆中的葡萄糖大约维持在5mM。而在肌肉细胞中的游离葡萄糖浓度要低得多。细胞内的葡萄糖浓度为什么如此之低？临床上常用静脉注射葡萄糖来补充病人食物来源，由于葡萄糖转换为葡萄糖-6-磷酸要消耗ATP的，那么临床上却不能直接静脉注射葡萄糖-6-磷酸呢？ 答：因为进入肌肉细胞的葡萄糖常常被磷酸化，葡萄糖一旦磷酸化就不能从细胞内逃掉。在pH7时，葡萄糖-6-磷酸的磷酸基团解离，分子带净的负电荷。由于膜通常对带电荷的分子是不通透的，所以葡萄糖-6-磷酸就不能从血流中进入细胞，因此也就不能进入酵解途径生成ATP。
12. 增加以下各种代谢物的浓度对糖酵解有什么影响？
（a）葡萄糖-6-磷酸 （b） 果糖-1.6-二磷酸 （C） 柠檬酸 （d） 果糖-2.6-二磷酸 答：（a）最初葡萄糖-6-磷酸浓度的增加通过增加葡萄糖6-磷酸异构酶的底物水平以及以后的酵解途径的各步反应的底物水平也随之增加，从而增加了酵解的速度。然而葡萄糖-6-磷酸也是己糖激酶的一个别构抑制剂，因此高浓度的葡萄糖-6-磷酸可以通过减少葡萄糖进入酵解途径从而抑制酵解。
（b）果糖-1.6-二磷酸是由磷酸果糖激酶-1催化反应的产物，它是酵解过程中主要的调
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控点，增加果糖-1.6-二磷酸的浓度等于增加了所有随后糖酵解途径的反应的底物水平，所以增加了酵解的速度。
（c）柠檬酸是柠檬酸循环的一个中间产物，同时也是磷酸果糖激酶-1的一个反馈抑制剂，因而柠檬酸浓度的增加降低了酵解反应的速率。
（d）果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2（PFK-2）催化的反应中由果糖-6-磷酸生成的，因为它是磷酸果糖激酶-1（PFK-1）的激活因子，因而可以增加酵解反应的速度。
13. 把C-1位用14C标记的葡萄糖与能进行糖酵解的无细胞提取物共同温育，标记物出现在丙酮酸的什么位置？
答: 被标记的葡萄糖通过葡萄糖-6-磷酸进入酵解途径，在果糖-1.6二磷酸被醛缩酶裂解生成甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮之前标记始终出现在C-1。因为磷酸二羟丙酮含有最初葡萄糖分子的C-1至C-3原子，因而它的C-1带有标记。然后磷酸二羟丙酮异构化变为甘油醛-3-磷酸，最终14C出现在丙酮酸的甲基上。
14. 尽管O2没有直接参与柠檬酸循环，但没有O2的存在，柠檬酸循环就不能进行，为什么？
答：需要氧将柠檬酸循环中氧化反应生成的NADH氧化为NAD＋，以便保证循环正常进行。而NADH氧化发生在线粒体的需要O2的电子传递和氧化磷酸化过程中.
15．通过将乙酰CoA加入到只含有酶、辅酶和柠檬酸循环中间产物的无细胞体系中，能否净合成草酰乙酸？
答：不能。因为该循环存在一物质平衡。两个C以乙酰CoA中乙酰基的形式加入该循环，且这两个C又以两个CO2的形式被释放出来。同时，在循环中没有净C原子的滞留，也就不可能有中间产物的净合成。而乙酰CoA中的CoA部分是以CoA形式释放出来的。
16. 鸡蛋清中的抗生物素蛋白对生物素的亲和力极高，如果将该蛋白加到肝脏提取液中，对丙酮酸经糖异生转化为葡萄糖有什么影响？
答：会阻断丙酮酸经糖异生转化为葡萄糖的过程。因为生物素是催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸反应的丙酮酸羧化酶的辅基，加入的抗生物素蛋白对生物素的亲和力高，使得反应缺乏生物素而中断。
17．用14C标记葡萄糖第3碳原子，将这种14C标记的G在无氧条件下与肝匀浆保温， 那么产生的乳酸分子中哪个碳原子将带上14C标记？如果肝匀浆通入氧气，则乳酸将继续氧化，所含的标记碳原子将在哪步反应中脱下的CO2带上14C标记？若14C标记在葡萄糖的第2碳原子上，同样的匀浆通入氧气，则标记碳原子将在第几次TCA循环中的第几步反应中脱下CO2含14C标记?
答： 14C标记葡萄糖的第3碳原子，该葡萄糖在无氧条件下与肝匀浆保温，经糖酵解途径后产生的乳酸分子中的羧基碳原子将带上14C标记；如果肝匀浆通入氧气，则乳酸将继续氧化，所含的标记碳原子将在丙酮酸脱氢酶系催化脱下14CO2。若14C标记在葡萄糖的第2碳原子上，同样的匀浆通入氧气，则标记碳原子将在第二次TCA循环中的草酰琥珀酸脱羧和α－酮戊二酸脱氢脱羧中分别脱下14CO2各占50%。
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18．写出由乳酸、α－酮戊二酸异生产生葡萄糖的反应途径和总反应式。 答：乳酸异生成葡萄糖经下面途径：
乳酸→丙酮酸→草酰乙酸→经苹果酸穿膜→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→2－磷酸甘油酸→3－磷酸甘油酸→1,3－二磷酸甘油酸→3－磷酸甘油醛→磷酸二羟基丙酮→1,6－二磷酸果糖→6-磷酸果糖→6-磷酸葡萄糖→葡萄糖
总反应为：2乳酸＋4ATP+2GTP+6H2O→葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi α－酮戊二酸异生产生葡萄糖的反应途径：
α－酮戊二酸→经三羧酸循环→草酰乙酸→经苹果酸穿膜→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→2－磷酸甘油酸→3－磷酸甘油酸→1,3－二磷酸甘油酸→3－磷酸甘油醛→磷酸二羟基丙酮→1,6－二磷酸果糖→6-磷酸果糖→6-磷酸葡萄糖→葡萄糖
总反应为：2α－酮戊二酸+2ATP+2H2O+2NAD++2FAD
→葡萄糖+4CO2+2ADP+2Pi+2NADH+2H++2FADH2
19．为什么说肝脏是维持血糖的重要器官 ？ 答：肝脏是维持血糖的重要器官，主要表现于：
首先，肝脏有较强的糖原合成与分解能力，在血糖升高时，肝脏可大量合成肝糖原储存，也可以转化血糖生成脂肪，以降低血糖含量；而在血糖偏低时，肝糖原可迅速分解成葡萄糖进入血液以补充血糖； 其次，肝脏是糖异生的主要器官，在血糖偏低时，肝脏可将乳酸、甘油、生糖氨基酸等异生成葡萄糖；
肝脏还可将果糖、半乳糖、等转化成葡萄糖。 所以说，肝脏是维持血糖的重要器官。
20．糖酵解途径有何意义？三羧酸循环有何意义？磷酸戊糖途径有何意义？ TCA循环的生理意义：
答：糖酵解途径的生理意义：
糖酵解生物细胞中普遍存在的途径，该途径在缺氧条件下可为细胞迅速提供能量，也是某些细胞如动物体内红细胞等在不缺氧条件下的能量来源；人在某些病理条件下如贫血、呼吸障碍或供氧不足情况下可通过糖酵解获得能量的方式；糖酵解也是糖的有氧氧化的前过程，还是糖异生作用大部分逆过程；同时糖酵解也是联系糖、脂肪和氨基酸代谢的重要途径。 TCA循环的生理意义：
TCA循环是有机体获得生命活动所需能量的主要途径；也是糖、脂、蛋白质等物质最终氧化途径；途径中形成多种重要的中间产物，可为生物合成提供碳源；同时糖酵解也是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽，还是发酵产物重新氧化的途径。
磷酸戊糖途径意义：
该途径产生大量 NADPH，可为细胞的生物合成提供还原力；维持谷胱甘肽、巯基酶的还原性、维持红细胞的完整状态，防止红细胞的氧化损伤及出现溶血；途径中产生大量的磷酸核糖是合成核苷酸及衍生物(辅酶)、DNA及其RNA的原料；HMS也可为细胞提供能量：1mol葡萄糖通过此途径生成29molATP。
22．何谓糖的异生作用？糖的异生作用有何意义？
答：动物体内由非糖物质转化成葡萄糖和糖原的过程称为糖的异生作用。糖的异生作用的意义在于：
（1）在饥饿情况下糖异生对保证血糖浓度的相对恒定具有重要的意义；是肝补充或恢
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复糖原储备的重要途径；
（2）防止乳酸堆积引起酸中毒，避免乳酸的浪费； （3）促进肝糖原的不断更新；
23．从B族维生素与糖代谢的关系说明“久食白米，令人身软”的道理。
答：B族维生素广泛参与糖代谢，在糖的酵解、丙酮酸的氧化脱氢、三羧酸循环、磷酸戊糖途径等代谢中共有多个B族辅酶参与代谢，见下表： 维生素 化学名称 辅 酶 辅酶构成的酶 生化反应 B1 丙酮酸脱氢酶系 α－酮戊二酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶系、 黄素单核苷酸(FMN) α－酮戊二酸脱氢酶系 核黄素 黄素腺嘌呤二核苷酸琥珀酸脱氢酶 (FAD) 呼吸链中的复合物Ⅰ 生物素 生物胞素 丙酮酸羧化酶 硫胺素 焦磷酸硫胺素(TPP) 脱CO2 B2 H 传递2H 固定CO2 烟酰胺腺嘌呤二核苷丙酮酸脱氢酶系 酸(NAD+) 烟酸与 α－酮戊二酸脱氢酶系 传递2H PP 烟酰胺 烟酰胺腺嘌呤二核苷6－磷酸葡萄糖脱氢酶 酸磷酸（NADP+） 6－磷酸葡萄糖酸脱氢酶 琥珀酸硫激酶 泛酸 辅酶A(CoA) 丙酮酸脱氢酶系 酰基载体 B3 α－酮戊二酸脱氢酶系 丙酮酸脱氢酶系 硫辛酸 硫辛酸 硫辛酸 乙酰基载体 α－酮戊二酸脱氢酶系 而糖代谢是生成能量的代谢，当B族维生素缺乏时，导致糖代谢发生障碍，即机体的能量供应出现问题，出现浑身无力等。久食白米，即指人长期摄入精制白米，粗粮摄入少，易造成B族维生素缺乏，B族维生素主要存在于大米的谷皮层。因此说“久食白米，令人身软”。
07 生物氧化
四、问答题
1．在体内ATP有哪些生理作用？
答：ATP在体内有许多重要的生理作用：
（1）是机体能量的暂时贮存形式：在生物氧化中，ADP能将呼吸链上电子传递过程中所释放的电化学能以磷酸化生成ATP的方式贮存起来，因此ATP是生物氧化中能量的暂时贮存形式。 （2）是机体其它能量形式的来源：ATP分子内所含有的高能键可转化成其它能量形式，以维持机体的正常生理机能，例如可转化成机械能、生物电能、热能、渗透能、化学合成能等。体内某些合成反应不一定都直接利用ATP供能，而以其他三磷酸核苷作为能量的直接来源。如糖原合成需UTP供能；磷脂合成需CTP供能；蛋白质合成需GTP供能。这些三磷酸核苷分子中的高能磷酸键并不是在生物氧化过程中直接生成的，而是
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来源于ATP。
（3）可生成cAMP参与激素作用：ATP在细胞膜上的腺苷酸环化酶催化下，可生成cAMP，作为许多肽类激素在细胞内体现生理效应的第二信使。
2．氰化物为什么能引起细胞窒息死亡？其解救机理是什么？
答：氰化钾的毒性是因为它进入人体时，CNˉ的N原子含有孤对电子能够与细胞色 素aa3的氧化形式—高价铁Fe3＋以配位键结合成氰化高铁细胞色素aa3，使其失去传递
电子的能力，阻断了电子传递给O2，结果呼吸链中断，细胞因窒息而死亡。而亚硝酸在体内可以将血红蛋白的血红素辅基上的Fe2＋氧化为Fe3＋。部分血红蛋白的血红素辅基上的Fe2＋被氧化成Fe3＋—高铁血红蛋白，且含量达到20%-30%时，高铁血红蛋白（Fe3＋）也可以和氰化钾结合，这就竞争性抑制了氰化钾与细胞色素aa3的结合，从而使细胞色素aa3的活力恢复；但生成的氰化高铁血红蛋白在数分钟后又能逐渐解离而放出CNˉ。
因此，如果在服用亚硝酸的同时，服用硫代硫酸钠，则CNˉ可被转变为无毒的SCNˉ， 此硫氰化物再经肾脏随尿排出体外。
3．在磷酸戊糖途径中生成的NADPH，如果不去参加合成代谢，那么它将如何进一步氧
化？
答：葡萄糖的磷酸戊糖途径是在胞液中进行的，生成的NADPH具有许多重要的生 理功能，其中最重要的是作为合成代谢的供氢体。如果不去参加合成代谢，那么它将参 加线粒体的呼吸链进行氧化，最终与氧结合生成水。但是线粒体内膜不允许NADPH和 NADH通过，胞液中NADPH所携带的氢是通过转氢酶催化过程进人线粒体的： （1）NADPH + NAD＋ → NADP十 + NADH
（2）NADH所携带的氢通过两种穿梭作用进人线粒体进行氧化：
a α-磷酸甘油穿梭作用；进人线粒体后生成FADH2。 b 苹果酸穿梭作用；进人线粒体后生成NADH。
4．计算1mol下列物质氧化成CO2、H2O时产生的ATP的mol数：
（1） 葡萄糖 （2）3－磷酸－甘油醛 （3）乙酰COA （4）丙酮酸
答：葡萄糖：32mol；3－磷酸－甘油醛：17mol；
乙酰COA：10mol；丙酮酸：12.5mol
5．答：在供给底物、受体、Pi、ADP充分的条件下，下列情况中， 肝线粒体内生成的ATP是多少？ 底物 苹果酸 琥珀酸 琥珀酸 琥珀酸 苹果酸 受体 O2 O2 O2 O2 O2 抑制剂 － － KCN 抗霉素A 2,4-DNP ATP 6
苹果酸 苹果酸 答：
底物 苹果酸 琥珀酸 琥珀酸 琥珀酸 苹果酸 苹果酸 苹果酸 O2 O2 鱼藤酮 抗霉素A 受体 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 抑制剂 － － KCN 抗霉素A 2,4-DNP 鱼藤酮 抗霉素A ATP 2.5 1.5 1 0 0 0 1
6．怎样判断一个反应的进行方向？当反应物，产物的起始浓度均为1mol/L,请判断下列反应的进行方向：
（1）磷酸肌酸＋ADP?ATP+肌酸
（2）磷酸烯醇式丙酮酸＋ADP?ATP+丙酮酸 （3）6－磷酸葡萄糖＋ADP?ATP+葡萄糖
答：化学反应过程伴随着能量变化，当反应的△G＇＜0，反应可以自发进行；
反应的△G＇＝0，反应为可逆过程，处于平衡状态；而反应的△G＇＞0 反应不可以自发进行，必须外界提供能量才能进行。
根据P265表10－2的数据，上述反应的自由能变化为： （2） △G＇=△G0’+RTln〔ATP〕〔丙酮酸〕/〔ADP〕〔磷酸烯醇式丙酮酸〕 ＝－43.1＋30.5＝－12.6 KJ/mol 因此，反应可以朝正反应方向进行。
（3） 同理：△G＇=－61.9＋30.5＝－31.4KJ/mol，反应朝正反应方向进行。 （4） △G＇=－13.8＋30.5＝16.7KJ/mol，反应朝逆反应方向进行
08 脂类代谢
四、问答题
1． 在脂肪生物合成过程中，软脂酸和硬脂酸是怎样合成的？ 答：（1）软脂酸合成：软脂酸是十六碳饱和脂肪酸，在细胞液中合成，合成软脂酸 需要两个酶系统参加。一个是乙酰CoA羧化酶，他包括三种成分，生物素羧化酶、生 物素羧基载体蛋白、转羧基酶。由它们共同作用，催化乙酰CoA转变为丙二酸单酰CoA。 另一个是脂肪酸合成酶，该酶是一个多酶复合体，包括6种酶和一个酰基载体蛋白，在 它们的共同作用下，催化乙酰CoA和丙二酸单酰CoA，合成软脂酸其反应包括4步，
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即缩合、还原、脱水、再缩合，每经过4步循环，可延长2个碳。如此进行，经过7次 循环即可合成软脂酰—ACP。软脂酰—ACP在硫激酶作用下分解，形成游离的软脂酸。 软脂酸的合成是从原始材料乙酰CoA开始的所以称之为从头合成途径。
（2）硬脂酸的合成，在动物和植物中有所不同。在动物中，合成地点有两处，即线粒体和粗糙内质网。在线粒体中，合成硬脂酸的碳原子受体是软脂酰CoA，碳原子的给体是乙酰CoA。在内质网中，碳原子的受体也是软脂酰CoA，但碳原子的给体是丙二酸单酰CoA。在植物中，合成地点是细胞溶质。碳原子的受体不同于动物，是软脂酰ACP；碳原子的给体也不同与动物，是丙二酸单酰ACP。在两种生物中，合成硬脂酸的还原剂都是一样的。
2．在脂肪酸合成中，乙酰CoA.羧化酶起什么作用？
答：在饱和脂肪酸的生物合成中，脂肪酸碳链的延长需要丙二酸单酰CoA。乙酰CoA 羧化酶的作用就是催化乙酰CoA和HCO3-合成丙二酸单酰CoA，为脂肪酸合成提供三 碳化合物。乙酰CoA羧化酶催化反应（略）。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成反应中的一种限速调节酶，它受柠檬酸的激活，但受软脂酸的反馈抑制。
3．1mol软脂酸完全氧化成CO2和H2O可生成多少mol ATP？若1g软脂酸完全氧化时的ΔG0ˊ=9Kcal，软脂酸的分子量位56.4，试求能量转化为ATP的效率。 答：软脂酸经β-氧化，则生成8个乙酰CoA，7个FADH2和7个NADH+H+。乙酰CoA在三羧酸循环中氧化分解，一个乙酰CoA生成10个ATP，所以 10×8=80ATP，7个FADH2经呼吸链氧化可生成1.5×7=10.5 ATP，7NADH+H+经呼吸链氧化可生成2.5×7=17.5 ATP，三者相加，减去消耗掉1个ATP的2个高能键，实得80+10.5+17.5－2=106mol/LATP。每有1mol/L软脂酸氧化，即可生成106mol/LATP。软脂酸的分子量为256.4，所以软脂酸氧化时的自由能ΔG0ˊ=256.4×9000=2.31×106cal/mol,106molATP贮存能量7.3×106=773.8Kcal，贮存效率=773.8×100/2.31×103=33.5%
4．列出乙酰CoA可进入哪些代谢途径？
⑴进入三羧酸循环氧化分解为CO2和H2O，产生大量的能量
⑵以乙酰CoA为原料合成脂肪酸，进一步合成脂肪和磷脂等。 ⑶以乙酰CoA为原料合成酮体，作为肝输出能源的方式。 ⑷以乙酰CoA为原料合成胆固醇。
5．比较脂肪酸氧化和从头合成的在以下几个方面的区别：（1）发生的部位 （2）酰基的载体 （3）受氢体与供氢体 （4）中间产物的立体化学（5）限速酶 （6）氧化时每次降解的碳单位和合成时使用的碳单位供体。
答:（a）氧化发生在线粒体；而合成发生在细胞质。（b）氧化酰基载体为辅酶A；合成酰基载体为ACP。（c）氧化用NAD＋和FAD，而合成用NADPH。（d）氧化是3-羟酰基CoA的L-异构体；而合成是D-异构体。（e）氧化方向是羧基端到甲基端；合成时方向是甲基端到羧基端。（f）氧化的限速酶是肉碱酯酰转移酶，而合成的乙酰辅酶A羧化酶。（g）氧化为每次降解的碳单位乙酰CoA；合成使用的碳单位供体为丙二酸单酰ACP。
6．糖尿病患者一般都患有严重酮病。如果给她服用14C标记的乙酰CoA（乙酰基的两个碳都标记），那么她呼出的气体中是否含有14C标记的丙酮？说明理由。
答：糖尿病患者的呼吸中有可能含有14C标记的丙酮。标记的乙酰CoA进入体内的乙酰CoA库，其中一部分要转换成酮体进一步代谢，丙酮是其中的一种酮体，容易进入
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呼吸系统。
7．假如你必须食用鲸脂和海豹脂，其中几乎不含有碳水化合物。 （1）使用脂肪做为唯一能量的来源，会产生什么样的后果？
（2）如果饮食中不含葡萄糖，试问消耗奇数碳脂肪酸好还是偶数碳脂肪酸好？ 答：（1）葡萄糖经酵解生成丙酮酸，丙酮酸是草酰乙酸的主要前体，如果饮食中不含葡萄糖，草酰乙酸的浓度下降，柠檬酸循环的速度将减慢（2）奇数，因为丙酸可以转换为琥珀酰CoA，它是柠檬酸循环的中间代谢物，可用于糖异生。
8．何谓“酮症”？试分析其产生原因。
答：长期饥饿和糖尿病时，脂肪动员加强，脂肪酸分解产生大量的乙酰辅酶A，后 者在肝脏缩合成酮体，当肝内产生酮体超过肝外组织氧化酮体的能力时，血中酮体蓄
积，称为酮血症。尿中有酮体排出，称酮尿症。二者统称为酮体症(酮症)。酮症可导致代谢性酸中毒，称酮症酸中毒，严重酮症可导致人死亡。
9．1mol硬脂酸18∶0彻底氧化成CO2+H2O需经哪些途径？各阶段的中间产物是什么？计算过程中产生ATP的总mol数。
答：1mol硬脂酸18∶0彻底氧化成CO2+H2O需经β-氧化、三羧酸循环、氧化磷酸化。
1mol硬脂酸18∶0经β－氧化产物有：9mol乙酰辅酶A、8mol FADH2、8mol
NADH+H+；
9mol乙酰辅酶A经三羧酸循环后产物有：9×（3NADH+3H++FADH+GTP）mol； 上述NADH、FADH经氧化磷酸化共生成ATP的mol数为：90＋8×4－2＝120（mol）
10．为什么哺乳动物脂肪酸不能转变成葡萄糖？
答：体内脂肪酸分解产生乙酰辅酶A，后者转变成葡萄糖必须经乙醛酸循环先生成四碳二羧酸，再经糖的异生作用生成葡萄糖。在哺乳动物细胞内无乙醛酸循环，故哺乳动物不能将脂肪酸转化成葡萄糖。
11．什么叫酮体，为什么正常代谢时产生的酮体量很少？在什么情况下血中酮体含量增
高，而尿中也能出现酮体？ 答：①乙酰乙酸，β－羟丁酸和丙酮三者合称酮体。酮体为肝内脂肪酸代谢的正常 中间产物。②正常的人或动物体内糖代谢居能量代谢中的主导地位，产生酮体量很少。 ③在饥饿时或膳食中糖供应不足时，或因某些病使糖的氧化能力降低时，肝中需加速脂 肪的氧化，导致其分解产物乙酰辅酶A在肝脏缩合产生过多的酮体，超过肝外的氧化
能 力。④又因糖代谢削弱，缺乏丙酮酸，而与乙酰CoA缩合成柠檬酸的草酰乙酸减少。 酮体的去路也减少，酮体便积聚于血内，使血中酮体含量增高，成为酮血症，血内酮体 过多由尿排出，尿中出现酮体，成为酮尿。
12．比较脂肪酸的“β－氧化”与脂肪酸的“从头合成”途径的不同说明它们并不是 相互可逆的过程。
答：脂肪酸的“β－氧化”与脂肪酸的“从头合成”途径并非相互可逆的过程，两 者存在以下区别：
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区别点 细胞中发生部位 酰基载体 二碳片段的加入与裂解方式 电子供体或受体 酶系与限速酶 原料转运方式 羟脂酰化合物的中间构型 合成或裂解方向 从头合成 细胞质 ACP-SH 丙二酰单酰COA NADPH β-氧化 线粒体 COA-SH 乙酰COA FAD、NAD+ 六种酶和一个蛋白质(ACP)四种酶 组成复合物（E.coli） 肉碱酯酰转移酶Ⅰ 乙酰辅酶A羧化酶 柠檬酸转运系统 D-型 CH3→COOH 肉碱穿梭系统 L-型 COOH→CH3 对二氧化碳和柠檬酸要求 不要求 的需求 能量变化(以软脂酸消耗 7 个 ATP 和产生 106 个ATP 的合成与分解为例) 14NADPH 综上所述，脂肪酸的“β－氧化”与脂肪酸的“从头合成”途径并非相互可逆的过程。
09蛋白质分解与氨基酸代谢
四、问答题
1．为什么说转氨基反应在氨基酸合成和降解过程中都起重要作用？ 答：（1）在氨基酸合成过程中，转氨基反应是氨基酸合成的主要方式，许多氨基酸的合成可以通过转氨酶的催化作用，由α－酮酸接受来自谷氨酸的氨基而形成。
（2）在氨基酸的分解过程中，氨基酸也可以先经转氨基作用把氨基酸上的氨基转移到α-酮戊二酸上形成谷氨酸，谷氨酸在谷氨酸脱氢酶的作用下脱去氨基。
2．什么是必需氨基酸和非必需氨基酸？ 答：（1）必需氨基酸：生物体本身不能合成而为机体蛋白质合成所必需的氨基酸称为必
需氨基酸，人的必需氨基酸有8种。
（2）非必需氨基酸：生物体本身能合成的蛋白质氨基酸称为非必需氨基酸，人的非必
需氨基酸有12种。
3．什么是尿素循环，有何生物学意义？ 答：（1）尿素循环：尿素循环也称鸟氨酸循环，是将含氮化合物分解产生的氨经过一系
列反应转变成尿素的过程。
（2）生物学意义：有解除氨毒害的作用
4．举例说明氨基酸的降解通常包括哪些方式？ 答：（1）脱氨基作用：包括氧化脱氨和非氧化脱氨，分解产物为α-酮酸和氨。
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（2）脱羧基作用：氨基酸在氨基酸脱羧酶的作用下脱羧，生成二氧化碳和胺类化合物。
5．用反应式说明α－酮戊二酸是如何转变成谷氨酸的，有哪些酶和辅因子参与？ 答：（1）谷氨酸脱氢酶反应：
α－酮戊二酸 + NH3 +NADH → 谷氨酸 + NAD+ + H2O
（2）谷氨酸合酶-谷氨酰胺合酶反应：
谷氨酸 + NH3 +ATP →谷氨酰胺 +ADP + Pi + H2O
谷氨酰胺 +α－酮戊二酸 + 2H → 2谷氨酸
还原剂（2H）：可以是NADH、NADPH和铁氧还蛋白
6．如果1分子乙酰CoA经过TCA循环氧化成H2O和CO2可产生10分子的ATP，则1分子丙氨酸在哺乳动物体内彻底氧化净产生多少分子的ATP？ 15分子
7. 参与尿素循环的氨基酸有哪些？这些氨基酸都能用于蛋白质的生物合成吗？
答：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸和天冬氨酸。只有精氨酸和天冬氨酸能用于蛋白质的生物合成。
8. 在所有哺乳动物的肝脏中的转氨酶中天冬氨酸氨基转移酶的活性最高，为什么？ 答： 引入到尿素中的第二个氨基是从Asp转移来的，而Asp是Glu经天冬氨酸氨基转移酶催化转氨给草酰乙酸生成的。以尿素排泄的氨有一半来自天冬氨酸氨基转移酶催化的反应，这使得该酶必须具有很高的活性。
9．哺乳动物体内氨基酸脱氨基作用包括哪些方式？ 答：（1）氧化脱氨基作用； （2）转氨基作用；
（3）联合脱氨基作用：有转氨基与谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用、转氨基与嘌呤核苷 酸循环联合脱氨基作用。其中联合脱氨基作用是最主要的脱氨基方式。
10 核苷酸代谢（15）
四、问答题
1．嘧啶核苷酸分子中各原子的来源及合成特点怎样？ 答：（1）各原子的来源：N1、C4、C5、C6-天冬氨酸；C2-二氧化碳；N3-氨； 核糖-磷酸戊糖途径的5′磷酸核糖。
（2）合成特点：氨甲酰磷酸 + 天冬氨酸 → 乳清酸
乳清酸 + PRPP →乳清酸核苷-5′-磷酸 → 尿苷酸
2. 为什么在野生型的大肠杆菌中得不到rRNA的基因的初级转录物？ 大肠杆菌rRNA后加工并非绝对发生在转录以后，一些后加工反应在转录还没完成的时候就已经开始，其中包括某些剪切反应，因此在野生型大肠杆菌体内，等转录结束后得到的并不是原始的初级转录物。只有当大肠杆菌某些参与后加工的酶有缺陷以后，才有可能得到真正的初级转录物。
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3．嘌呤核苷酸分子中各原子的来源及合成特点怎样？ 答：（1）各原子的来源：N1-天冬氨酸；C2和C8-甲酸盐；N7、C4和C5-甘氨酸；C6-二
氧化碳；N3和N9-谷氨酰胺；核糖-磷酸戊糖途径的5′磷酸核糖 （2）合成特点：5′磷酸核糖开始→5′磷酸核糖焦磷酸（PRPP）→5′磷酸核糖胺（N9）→甘氨酰胺核苷酸（C4、C5 、N7）→甲酰甘氨酰胺核苷酸（C8）→5′氨基咪唑核苷酸（C3）→5′氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（C6）5′氨基咪唑甲酰胺核苷酸（N1）→次黄嘌呤核苷酸（C2）。
4. 嘌呤和嘧啶碱基是真核生物的主要能源吗，为什么？
答:在真核生物中，嘌呤和嘧啶不是主要的能源。脂肪酸和糖中碳原子能够被氧化产生ATP，相比较而言含氮的嘌呤和嘧啶没有合适的产能途径。通常核苷酸降解可释放出碱基，但碱基又能通过补救途径重新生成核苷酸，碱基不能完全被降解。另外无论是在嘌呤降解成尿酸或氨的过程还是嘧啶降解的过程中都没有通过底物水平的磷酸化产生ATP。碱基中的低的C:N比使得它们是比较贫瘠的能源。然而在次黄嘌呤转变为尿酸的过程中生成的NADH也许能够通过氧化磷酸化间接产生ATP。
5. 用两组人作一个实验，一组人的饮食主要是肉食，另一组人主要是米饭。哪一组人发生痛风病的可能性大？为什么？
答: 痛风是由于尿酸的非正常代谢引起的，尿酸是人体内嘌呤分解代谢的终产物，由于氨基酸是嘌呤和嘧啶合成的前体，所以食用富含蛋白质饮食有可能会导致过量尿酸的生成，引起痛风病。
6. 为什么一种嘌呤和嘧啶生物合成的抑制剂往往可以用作抗癌药和/或抗病毒药？ 答：因为许多癌细胞的特点是快速生长，需要供给大量的核苷酸。一旦嘌呤和嘧啶的生物合成受到抑制，癌细胞的生长就受到限制。所以抑制嘌呤和嘧啶生物合成的抑制剂可能就是一种抗癌药。由于病毒复制速度非常快，所以也会受到同样抑制剂的影响。
7. 不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，为什么？
答：各种生物体分解嘌呤都是从嘌呤环上氧化脱氨开始的，腺嘌呤与鸟嘌呤通过脱氨产生黄嘌呤，黄嘌呤氧化形成尿酸。黄嘌呤、尿酸是各类生物嘌呤分解的共同中间物。人类及灵长类动物、鸟类、昆虫无分解尿酸的酶，尿酸即为这些动物嘌呤代谢的终产物；除人类及灵长类动物外的其它哺乳动物体内存在尿酸氧化酶，可将尿酸氧化成尿囊素；某些硬骨鱼存在尿囊素酶，可将尿囊素进一步氧化成尿囊酸；多数鱼类、两栖类动物还存在尿囊酸酶，可将尿囊酸氧化分解成尿素与乙醛酸；甲壳类、海洋无脊椎动物体内还有尿酶，可将尿素分解成氨与二氧化碳。
11 DNA的合成与修复
四、问答题
1. 简述DNA复制的过程？ 答：DNA复制从特定位点开始，可以单向或双向进行，但是以双向复制为主。由于 DNA 双链的合成延伸均为5′→3′的方向，因此复制是以半不连续的方式进行，可以概括为： 双链的解开；RNA引物的合成；DNA链的延长；切除RNA引物，填补缺口，连接相
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邻的DNA片段。
（1）双链的解开 在DNA的复制原点，双股螺旋解开，成单链状态，形成复制叉，分别作为模板，各自合成其互补链。在复制叉上结合着各种各样与复制有关的酶和辅助因子。
（2）RNA引物的合成 引发体在复制叉上移动，识别合成的起始点，引发RNA引物的合成。移动和引发均需要由ATP提供能量。以DNA为模板按5′→3′的方向，合成一段引物RNA链。引物长度约为几个至10个核苷酸。在引物的5′端含3个磷酸残基，3′端为游离的羟基。
（3）DNA链的延长 当RNA引物合成之后，在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，以四种脱氧核糖核苷5′-三磷酸为底物，在RNA引物的3′端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出PPi。DNA链的合成是以两条亲代DNA链为模板，按碱基配对原则进行复制的。亲代DNA的双股链呈反向平行，一条链是5′→3′方向，另一条链是3′→5′方向。在一个复制叉内两条链的复制方向不同，所以新合成的二条子链极性也正好相反。由于迄今为止还没有发现一种DNA聚合酶能按3′→5′方向延伸，因此子链中有一条链沿着亲代DNA单链的3′→5′方向（亦即新合成的DNA沿5′→3′方向）不断延长。
（4）切除引物，填补缺口，连接修复 当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3′-OH端与前面一条老片断的5′断接近时，在DNA聚合酶Ⅰ的作用下，在引物RNA与DNA片段的连接处切去RNA引物后留下的空隙，由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶的作用下，连接相邻的DNA链；修复掺入DNA链的错配碱基。这样以两条亲代DNA链为模板，就形成了两个DNA双股螺旋分子。每个分子中一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的。
2．DNA复制复合体需要一系列的蛋白分子以便使复制叉移动，如果大肠杆菌在体外进 行DNA复制至少需要哪些组分？
答：至少需要DNA聚合酶III、解旋酶、SSB和引发酶。在体内需要拓扑异构酶。
3．简述中心法则。
答：在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个 体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒 中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致 癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。
4. 某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有5.2×106个碱基对。
(a)复制叉的移动速度是每秒1000个核苷酸，计算复制染色体所需的时间。
(b)在最适条件下，细菌繁殖一代仅需25分钟。如果DNA复制最快速度是每秒1000个核基酸，且染色体只含有一个复制起始点，解释为什么细胞能分裂得这么快。
答：(a)在复制原点形成两个复制叉，复制叉以相反的方向移动直到它们在原点对面的某一点相遇为止，因而每个复制体复制基因组的一半(2.6×106碱基对)，在每一个复制叉上，以1000个核苷酸/秒的速率合成两条新链(前导链和滞后链)(2000个核苷酸/秒等于1000个碱基对/秒)。所以复制全部的染色体需要2.6×106/1000 =2600秒 =43分20秒。 (b)尽管仅仅只有一个原点（O），但在前一个复制叉到达终点位置之前复制可以反复起始。因而在每一个双链DNA分子上存在着2个以上的复制叉。虽然复制一个染色体仍旧需要大约43分钟，但是由于起始的速率加快，完全复制一个染色体显得间隔更短了。
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5. 一条DNA有105个核苷酸残基，它的碱基组成为：A 21％，G 29％， C 29％，及T 21％，经DNA聚合酶复制得互补链。生成的双螺旋DNA为RNA聚合酶的模板，转录后得到有相同数目残基的新RNA链。 （a）试确定新合成的RNA的碱基组成。
（b）若RNA聚合酶从DNA新链仅转录2000碱基便停止。那么所得到的新的RNA的碱基组成如何？ 答：（a）A，21％；U，21％；C，29％；G，29％
（b）新链组成和原链可能一样也可能不一样
6. 紫外线照射后暴露于可见光中的细胞，其复活率为什么比紫外线照射后置于黑暗中的细胞高得多？
答：紫外线可以通过引起T残基的二聚化而破坏DNA，修复T二聚体的一中机制是由酶催化的光反应，该反应由光复活酶催化的，该酶利用来自可见光的能量切断该二聚体并且修复该DNA，所以细胞在紫外照射后暴露于可见光下比细胞保持在黑暗状态下更容易修复DNA。
7. 与RNA分子相比，为什么DNA分子更适合用于贮存遗传信息？
答： 因为DNA整个都是双链结构，但RNA或是单核苷酸链，或是具有局部双螺旋的单核苷酸链。双链结构使得生物体通过两条互补、反向平行的链精确地进行DNA复制。而RNA的结构做不到这一点。
8.答：简述DNA复制的基本规律。 （1）复制过程是半保留的。 （2）细菌或病毒DNA的复制通常是由特定的复制起始位点开始，真核细胞染色体DNA
复制则可以在多个不同部位起始。
（3）复制可以是单向的或是双向的，以双向复制较为常见，两个方向复制的速度不一
定相同。
（4）两条DNA链合成的方向均是从5→3’进行的。
（5）复制的大部分都是半不连续的，即其中一条前导链是相对连续的，滞后链则是不
连续的。
（6）各短片段在开始复制时，先形成短片段RNA作为DNA合成的引物，这一RNA
片段以后被切除，并用DNA填补余下的空隙。
9. 何为半保留复制?有何实验依据证明？
答：DNA复制时，以亲代 DNA 双链为模板，通过碱基互补方式合成子代 DNA ，这样新形成的子代 DNA 中，一条链来自亲代 DNA ，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。
半保留复制的证明：1958年，Meselson 和 Stahl 将同位素 15N 标记的 15NH4Cl 加入大肠杆菌的培养基中培养很多代，使大肠杆菌的DNA都带上 15N 的标记；然后将该大肠杆菌转入14N 的普通培养基中培养后，分离子一代、子二代、子三代等 DNA ，再进行氯化铯密度梯度离心。结果显示，0代的DNA全部含15N的DNA分子，子一代的DNA是含15N－14N的较轻的DNA分子，子二代的DNA是一半含15N－14N的较轻的DNA分子，另一半是只含14N的最轻的DNA分子，子三代的DNA是四分之一含15N
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－14N的较轻的DNA分子，四分之三是含14N的最轻的DNA分子，该现象表明DNA复制是半保留方式进行的。
12 、RNA的合成与加工
四、问答题
1．简述RNA转录的过程？
答：RNA转录过程为起始位点的识别、起始、延伸、终止。
（1）起始位点的识别 RNA聚合酶先与DNA模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别DNA分子上的起始信号的作用。在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。这时酶与DNA外部结合，识别部位大约在启动子的-35位点处。接着是DNA构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在-10位点处解开DNA双链，识别其中的模板链。由于该部位富含A-T碱基对，故有利于DNA解链。开放型复合物一旦形成，DNA就继续解链，酶移动到起始位点。
（2）起始留在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时σ亚基被释放脱离核心酶。
（3）延伸 从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3′-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿DNA模板链的3′→5′方向按碱基酸对原则生成5′→3′的RNA产物。RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链，长度约17个碱基对，使模板链暴露出来。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。
（4） 终止 在DNA分子上有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子，它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和释放RNA链的作用。这些终止信号有的能被RNA聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。ρ因子是一个四聚体蛋白质，它能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分。它的作用是阻RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：即在DNA上有一个15～20个核苷酸的二重对称区，位于RNA链结束之前，形成富含G-C的发夹结构。接着有一串大约6个A的碱基序列它们转录的RNA链的末端为一连串的U。寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。在真核细胞内，RNA的合成要比原核细胞中的复杂得多。
2．简述原核细胞和真核细胞的RNA聚合酶有何不同？ 答：（1）原核细胞大肠杆菌的RNA聚合酶研究的较深入。这个酶的全酶由5种亚基
（α2ββ′δω）组成，还含有2个Zn原子。在RNA合成起始之后，δ因子便与全酶分离。不含δ因子的酶仍有催化活性，称为核心酶。δ亚基具有与启动子结合的功能，β亚基催化效率很低，而且可以利用别的DNA的任何部位作模板合成RNA。加入δ因子后，则具有了选择起始部位的作用，δ因子可能与核心酶结合，改变其构象，从而使它能特异地识别DNA模板链上的起始信号。
（2）真核细胞的细胞核内有RNA聚合酶I、II和III，通常由4～6种亚基组成，
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并含有Zn2+。RNA聚合酶I存在于核仁中，主要催化rRNA前体的转录。RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ存在于核质中，分别催化mRNA前体和小分子量RNA的转录。此外线粒体和叶绿体也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞的RNA聚合酶。
3．为什么RNA易被碱水解，而DNA不容易被碱水解？
答：因为RNA含有的2ˊ-OH起到分子内催化剂作用，水解能形成中间产物2ˊ,3ˊ-环状中间产物，而DNA不含2ˊ-OH。
4．下列是DNA的一段碱基序列。AGCTTGCAACGTTGCATTAG
（a）写出DNA聚合酶以上面的DNA片段为模板，复制出的DNA碱基序列。 （b）以（a）中复制出的DNA碱基序列为模板，在RNA聚合酶催化下，转录出的mRNA的碱基序列。 答：（a）5ˊ-CTAATGCAACGTTGCAAGCT-3ˊ （b）5ˊ-AGCUUGCAACGUUGCAUUAG-3ˊ
5．3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸是ATP的类似物，假设它相似到不能被RNA聚合酶识别。如果在RNA转录时细胞中存在少量的该物质，会有什么现象？ 答：如果3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸被RNA聚合酶错当成ATP，它将会进入到生长中的RNA链，然而因为3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸缺少一个3ˊ-羟基基团，在聚合反应中它不能与下一个核苷三磷酸反应，因而在转录过程中将3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸引入将会导致提前链终止,同时如果该药品大量存在时细胞将死亡。
6．自我拼接反应和RNA作为催化剂的反应之间的区别是什么？ 答：四膜虫的rRNA的初始转录产物经过一个自剪切反应失去了它的间插序列。因为在
这一反应中转录本是被永久地修饰了，因此它不是一个真正的催化剂。
核糖核酸酶P的RNA组分能够切除tRNA前体分子，并且在反应结束时仍旧保持不变，因而它称得上是一个真正的催化剂。
7．真核细胞mRNA加工过程包括哪四步？
答： （1）5ˊ加帽、3ˊ聚腺苷酸化、RNA剪接和转运出核。 5ˊ加帽和3ˊ聚腺苷酸化在剪接和转运之前。
8．逆转录酶的发现和利用是现代分子生物学的革命，其重要意义体现在？ 答： 导致了cDNA克隆生物技术的诞生。能够由克隆的cDNA表达蛋白。
9．与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶没有校正活性，试解释为什么缺少校正功能对细胞并无害处。
答：RNA聚合酶缺少校正活性，从而使转录错误率远远高于DNA复制的错误率，但是错误的RNA分子将不可能影响细胞的生存，因为从一个基因合成的RNA的绝大多数拷贝是正常的。就mRNA分子来说，按照含有错误的mRNA转录本合成的错误的蛋白质的数量只占所合成蛋白质总数的百分比很小，另一方面，在转录过程中生成的错误可以很快去除，因为大多数的mRNA分子的半衰期很短。
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10．比较DNA的复制和转录有什么不同？ 答：（1）DNA复制是为了保留物种的全部遗传信息，因此是整个分子都复制；而转录只
是转录DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子 operon)，哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。
（2）双链DNA中只有一条链具有转录活性，称之为模板链（或反义链），无转录活性的链称为有义链（或编码链）；
（3）转录不需引物，而DNA的复制需要一小段RNA作为引物； （4）RNA聚合酶无校对功能，转录的错误率高；
（5）复制时双链DNA在复制过程中需要逐步但全部解链，而转录时只需DNA双链局部解链，当RNA聚合酶移开时DNA双螺旋很快恢复。
复制的产物无需加工就有活性，而转录产物必需经过加工才具有活性。
11．比较四种核酸聚合酶（DNA复制酶、RNA聚合酶、RNA复制酶、逆转录酶）的性
质和作用的异同。 答：（1）DNA聚合酶(DDDP)的性质：以四种脱氧核苷三磷酸dNTP为底物；合成反应
需要模板，模板可以是双链DNA ，也可以是单链DNA，合成产物与模板互补；需要引物：以一小段RNA为引物，引物必须含 3’-OH，并与模板的5’-端互补；合成方向：5 ? ? 3 ?；该酶具有5’ ? 3 ’ 聚合酶功能；还具有3 ’? 5’ 核酸外切酶活性：对双链无作用，在正常聚合条件下，此活性不能作用于正常的生长链，只作用于生长中不配对的单链，校对功能；5’? 3’ 外切酶活性，对双链有效，可用于合成过程中RNA的切除。
B、RNA聚合酶(DDRP)的催化性质：四种核苷三磷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）为底物；以DNA为模板，模板可以是单链DNA、双链DNA，但双链DNA状态下活性最大；合成方向：5 ? ? 3 ?；无校对功能即3’→5’核酸外切酶功能，也无5’→3’核酸外切酶功能；合成无需引物。
C：RNA复制酶(RDRP)的催化性质：以四种NTP为底物，合成方向：5 ? ? 3 ?；具有模板选择性，专一性地选择病毒RNA为模板；按5’→3’的方向合成病毒RNA；无任何外切酶活性，即无校对功能，复制的RNA错误率高，易变异；合成无需引物。 D：逆转录酶(RDDP)是多功能酶，兼有3种酶的活性：RNA指导的DNA聚合酶活性； DNA指导的DNA聚合酶活性；核糖核酸酶H的活性，专一水解RNA－DNA杂交分子中的RNA，可沿5’ ?3’方向起核酸外切酶的作用；无3 ’? 5’ 核酸外切酶活性即无校对功能，错误率高，易产生变异；以四种脱氧核苷三磷酸dNTP为底物，合成方向：5 ? ? 3 ?；反应需要RNA模板与引物。
12．简述真核生物和原核生物的mRNA在结构上的主要区别。
答：①真核生物mRNA在5'端有一帽子结构，(由7－甲基鸟苷酸三磷酸组成)；
②在3'端有一多聚腺苷酸poly(A)的尾部结构，由20～300腺苷酸组成； ③所有真核生物的mRNA分子都是只含一个结构基因。而原核生物的mRNA可以由几个结构基因组成；
④原核生物的起始信号有SD序列，两末端有不编码的重复序列。 13．由RNA聚合酶Ⅱ合成的初始转录物(mRNA前体)需经过哪些加工过程才能成为成熟的mRNA？
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答：①5'—端加帽形成“帽子结构”－7－甲基鸟苷酸三磷酸；
②3'—端切断并加多聚腺苷酸尾巴(polyA尾)； ③剪接除去内含子； ④部分核苷酸甲基化。
13 蛋白质的生物合成
四、问答题
1.原核细胞与真核细胞（细胞质）的蛋白质生物合成有何主要区别？ 答：主要区别有：
（1）原核生物翻译与转录是偶联的，而真核生物不存在这种偶联关系。
（2）原核生物的起始tRNA经历甲酰化反应，形成甲酰甲硫氨酸-tRNA，真核生物则不。
（3）采取完全不同的机制识别起始密码子，原核生物依赖于SD序列，真核生物依赖于帽子结构。
（4）原核生物的mRNA与核糖体小亚基的结合先于起始tRNA与小亚基的结合，而真核生物的起始tRNA与核糖体小亚基的结合先于mRNA与小亚基的结合。 （5）在原核生物蛋白质合成的起始阶段不需要消耗ATP，但真核生物需要消耗ATP。
（6）参与真核生物蛋白质合成起始阶段的起始因子比原核复杂，释放因子则相对简单。
（7）原核生物与真核生物在密码子的偏爱性上有所不同。
2．简述tRNA在蛋白质的生物合成中是如何起作用的？
答：在蛋白质合成中，tRNA起着运载氨基酸的作用，将氨基酸按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序搬运到蛋白质合成的场所——核糖体的特定部位。tRNA是多肽链和mRNA之间的重要转换器。①其3ˊ端接受活化的氨基酸，形成氨酰-tRNA②tRNA上反密码子识别mRNA链上的密码子 ③ 合成多肽链时，多肽链通过tRNA暂时结合在核糖体的正确位置上，直至合成终止后多肽链才从核糖体上脱下。
3．tRNA在蛋白合成过程中被称为\适配器\分子，原因是什么？
答： tRNA具有将mRNA序列翻译成相应的蛋白序列的作用。tRNA既能与mRNA结合，也能与氨基酸结合。
4．mRNA遗传密码排列顺序翻译成多肽链的氨基酸排列顺序，保证准确翻译的关键是什么？
答：保证翻译准确性的关键有二：一是氨基酸与tRNA的特异结合，依靠氨酰- tRNA合成酶的特异识别作用实现；二是密码子与反密码子的特异结合，依靠互补配对结合实现，也有赖于核蛋白体的构象正常而实现正常的装配功能。
5．AUG和UAG是蛋白合成中特定的起始和终止密码，如下所示的mRNA中什么样的开放阅读框才能编码一个短肽？写出该短肽的氨基酸序列。 5ˊ-UUAUGAAUGUACCGUGGUAGUU-3ˊ 答：只有阅读框3（从第3个核苷酸开始读码）才能编码一个短肽。Met-Asn-Val-Pro-Trp
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6．细菌的基因组通常含有多个rRNA基因拷贝，它们能迅速地转录以生产大量rRNA装配成核糖体。相对比而言，编码核糖体蛋白的基因只有一份拷贝，试解释rRNA基因和核糖体蛋白基因数量的差别。
答：每一个rRNA基因的转录本是一个rRNA分子，它被组装入核糖体中，因而需要。多考贝的rRNA基因来装配细胞所需要的大量的核糖体。相反每一个核糖体蛋白质基因的转录本是一个mRNA它可以被翻译许多次，因为从RNA到蛋白质的这种放大作用，所以用于合成核糖体蛋白质的基因的需求比对rRNA基因的需求少。 7．为什么m7GTP 能够抑制真核细胞的蛋白质合成，但不抑制原核细胞的蛋白质合成？ 相反人工合成的SD序列能够抑制原核细胞的蛋白质合成，但不抑制真核细胞的蛋白质合成？
答：m7GTP之所以能够抑制真核细胞的蛋白质合成是因为它是真核细胞mRNA的
5ˊ帽子结构的类似物，能够竞争性的结合真核细胞蛋白质合成起始阶段所必需的帽子结合蛋白（一种特殊的起始因子）原核细胞mRNA的5ˊ端没有帽子结构，因此m7GTP不会影响到它翻译的起始。 SD序列是存在于原核细胞mRNA的5ˊ端非编码区的一段富含嘌呤碱基的序列，它能够与核糖体小亚基上的16SrRNA的3ˊ端的反SD序列通过互补结合，这种结合对原核细胞翻译过程中起始密码子的识别非常重要，将人工合成的SD序列加到翻译体系中，必然会干扰到mRNA所固有的SD序 列与16SrRNA的反SD序列的相互作用，从而竞争性抑制原核细胞蛋白质合成的起始。
8．遗传密码有何基本特性？这些特性有何重要意义？
答： mRNA分子上的核苷酸顺序与蛋白质多肽链上氨基酸顺序之间的对应关系称为遗传密码，mRNA上每3个相邻的核苷酸编成一个密码子。其特点有： ① 方向性：编码方向是5ˊ→3ˊ； ② 无标点性：密码子连续排列，既无间隔又无重叠； ③ 简并性：除了Met和Trp各只有一个密码子之外，其余每种氨基酸都有2～6
个
密码子； ④ 通用性与变异性：不同生物共用一套密码；有少数线粒体的密码发生变异； ⑤ 变偶性与摆动性：在密码子与反密码子相互识别的过程中密码子的第一个、第 二个核苷酸起决定性作用，而第三个核苷酸能够在一定范围内进行变动。
这些特性的意义在于：兼并性有利于减少有害突变，而变偶性与摆动性既减少
有害突变，也平衡了翻译速度与翻译准确性的要求。
14 物质代谢的调控
四、问答题
1. 简述糖代谢与蛋白质代谢的相互关系。 答：（1）糖是蛋白质合成的碳源和能源：糖分解代谢产生的丙酮酸、α-酮戊二酸、草 酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、4-磷酸赤藓糖等是合成氨基酸的碳架。糖分解产生的 能量被用于蛋白质的合成。
（2）蛋白质分解产物进入糖代谢：蛋白质降解产生的氨基酸经脱氨后生成α-酮酸，α-
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酮酸进入糖代谢可进一步氧化放出能量，或经糖异生作用生成糖。
2. 简述蛋白质代谢与脂类代谢的相互关系。 答：（1）脂肪转变为蛋白质：脂肪分解产生的甘油可进一步转变成丙酮酸、α-酮戊二 酸、草酰乙酸等，再经过转氨基作用生成氨基酸。脂肪酸氧化产生乙酰辅酶A与草 酰乙酸缩合进入三羧酸循环，能产生谷氨酸族和天冬氨酸族氨基酸。
（2）蛋白质转变为脂肪：在蛋白质氨基酸中，生糖氨基酸通过丙酮酸转变成甘油，也 可以氧化脱羧后转变成乙酰辅酶A，用于脂肪酸合成。生酮氨基酸在代谢反应中能生成乙酰乙酸，由乙酰乙酸缩合成脂肪酸。丝氨酸脱羧后形成胆氨，胆氨甲基化后变成 胆碱，后者是合成磷脂的组成成分。
3. 简述糖代谢与脂类代谢的相互关系? 答：（1）糖转变为脂肪：糖酵解所产生的磷酸二羟丙同酮还原后形成甘油，丙酮酸氧 化脱羧形成乙酰辅酶A是脂肪酸合成的原料，甘油和脂肪酸合成脂肪。
（2）脂肪转变为糖：脂肪分解产生的甘油和脂肪酸，可沿不同的途径转变成糖。甘油经磷酸化作用转变成磷酸二羟丙酮，再异构化变成3-磷酸甘油醛，后者沿糖酵解逆反应生成糖；脂肪酸氧化产生乙酰辅酶A，在植物或微生物体内可经乙醛酸循环和糖异生作用生成糖，也可经糖代谢彻底氧化放出能量。
（3）能量相互利用：磷酸戊糖途径产生的NADPH直接用于脂肪酸的合成，脂肪分解产生的能量也可用于糖的合成。
4．简述酶合成调节的主要内容？ 答：（1）转录水平的调节：负调控作用（酶合成的诱导和阻遏）；正调控作用（降解 物基因活化蛋白）；衰减作用（衰减子）。
（2）转录后的的调节：转录后mRNA的加工，mRNA由细胞核向细胞质的运输，
mRNA细胞中的定位和组装。
（3）翻译水平的调节：mRNA本身核苷酸组成和排列（如SD序列），反义RNA的
活性，mRNA的稳定性等都是翻译水平的调节的重要内容。
5．以乳糖操纵子为例说明酶诱导合成的调控过程。 答：（1）乳糖操纵子：操纵子是指在转录水平上控制基因表达的协调单位，包括启动基
因（P）、操纵基因（O）和在功能上相关的几个结构基因，操纵子可受调节基因的控制。乳糖操纵子是三种分解的乳糖酶在细胞中表达的控制单位。
（2）阻遏过程：在没有诱导物（乳糖）情况下，调节基因产生的活性阻遏蛋白与操纵
基因结合，操纵基因被关闭，操纵子不转录。
（3）诱导过程：当有诱导物（乳糖）的情况下，调节基因产生的活性阻遏蛋白与诱导
物结合，使阻遏蛋白构象发生改变，失去与操纵基因结合的能力，操纵基因被开放，转录出三种乳糖分解酶（LacZ、LacY、LacA）。
6．以糖原磷酸化酶激活为例，说明级联系统是怎样实现反应信号放大的？ 答：（1）级联系统：在连锁代谢反应中一个酶被激活后，连续地发生其它酶被激活， 导致原始调节信号的逐级放大，这样的连锁代谢反应系统称为级联系统。糖原磷酸化酶的激活过程就是一个例子。 （2）放大过程：a-激素（如肾上腺素）使腺苷酸环化酶活化，催化ATP和生成cAMP。 b- cAMP使蛋白激酶活化，使无活力的磷酸化酶b激酶转变成有活力的磷酸化酶b
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激酶。c-磷酸化酶b激酶使磷酸化酶b转变成激活态磷酸化酶a。d-磷酸化酶a使糖 原分解为磷酸葡萄糖。每次激活都是一次共价修饰，也是对原始信号的一次放大过 程。
7．二价反馈抑制作用有哪些主要类型？ 答：（1）二价反馈抑制：在有分支的序列反应中，产生两种或两种以上的终产物，都对序列反应开头的酶起反馈抑制作用。
（2）主要类型：同工酶反馈抑制；顺序反馈抑制；协同反馈抑制；累积反馈抑制。
8．代谢的区域化有何意义？ 答：（1）消除酶促反应之间的干扰。
（2）使代谢途径中的酶和辅因子得到浓缩，有利于酶促反应进行。 （3）使细胞更好地适应环境条件的变化。 （4）有利于调节能量的分配和转换。
9．请解释增强子(enhancer)、沉默子(silencer)及绝缘子(insulator)。
答：增强子：能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。1981年，Benerji在研究兔含SV40DNA－β－血红蛋白嵌合基因表达时发现了第一个增强子序列。它位于SV40早期基因上游，含有2个正向重复序列，每个长72bp。目前在病毒、植物、动物及人类正常细胞中都发现有增强子存在。
沉默子：近年来发现的一种与增强子作用相反的顺式作用元件，作用机制与增强子相似，但效应相反。
绝缘子：一类不同于增强子和沉默子的顺式作用元件，位于所界定序列的两端，阻止邻近的调控元件对其界定的基因的启动子起增强或抑制作用。
10．原核生物和真核生物基因表达调控有何不同？
答：转录水平操纵子调控模式是原核生物基因表达调控的主要方式，多细胞真核生物至今未发现操纵子。故其调控方式不同于原核生物。真核基因表达的时间性十分明显，而且是多水平的复杂调控，其中以转录前和转录水平的调控较重要。转录前调控包括染色质及核小体结构的改变、基因扩增和重组等。转录水平的调控依靠数目众多的反式因子（蛋白质）与RNA聚合酶和DNA的相互作用而实现，这种蛋白质与蛋白质和蛋白质与DNA的识别和结合则依靠蛋白质分子中各种基元如锌指、亮氨酸拉链、螺旋－环－螺旋基元实现的。
11．IPTG诱导β半乳糖苷酶活性导致什么结果？
答: IPTG结合并抑制lacI基因产物，即Lac阻遏蛋白。
12．在araBAD转录过程中，阿拉伯糖的作用是什么？ 答：通过改变Arac的DNA结合特性引起去阻遏。AraC-阿拉伯糖复合物与AraC-AraC
复合物所结合的DNA序列不同。
13．色氨酸操纵子的衰减作用导致什么结果？
答： RNA聚合酶从色氨酸操纵子DNA序列上的解离。在大多数生长条件下，
Trp-tRNATrp是丰富的；有利于通过弱化作用进行的转录终止。
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14．转录因子二聚体之间的相互作用对转录调节的组合机制的贡献是什么？
答：允许三个相关蛋白结合成六个不同的效应元件。例如蛋白A、B和C可以结合被
AA、AB、AC、BB、BC和CC识别的效应元件。
15．E.coli生长在以葡萄糖为唯一碳源的介质中，突然加入色氨酸，细胞继续生长，每
30分钟分裂一次。定性地描述在下列条件下细胞内的色氨酸合成酶的活性的量上如何变化？（a）该trp mRNA稳定。（b）该trp mRNA快速降解，但色氨酸合成酶稳定。（c）该trp mRNA和色氨酸合成酶都降解，而且比正常条件下快。 答：（a）尽管存在Trp，但色氨酸合成酶仍维持高水平。（b）仍维持高水平。（c）水平
快速下降，以防止Trp的浪费合成。
16．E.coli细胞能在不同的碳源上生长，当细菌在以下物质存在条件下生长时，lac操纵
子的转录速率如何？
（a）乳糖和葡萄糖 （b）葡萄糖 （c）乳糖
答: （a）当葡萄糖和乳糖同时存在时，lac操纵子以很低的水平进行转录。因为该阻遏
物与别乳糖（乳糖的一个异构体）形成了一个复合物，因为别乳糖-阻遏物复合物不能与lac操纵子中启动子区结合，从而使该阻遏物不能阻止转录的起始。 （b）缺少乳糖的条件下，将不会有别乳糖生成。因而该lac阻遏蛋白与靠近lac操纵子启动子区的部位，从而阻止了转录。
（c）当乳糖作为唯一的碳源时，该lac操纵子以最大的速率转录，在别乳糖存在的条件下，转录也是可能发生的，因为lac阻遏蛋白不能与lac操纵子的启动子区城结合，同样在缺少葡萄糖的条件下，转录速率增加，原因是cAMP产物增加，从而有更多的CRP-cAMP可用来结合lac操纵子的启动子区城。缺少阻遏物和通过CRP-cAMP的作用使转录起始增强，结果使细胞在乳糖作为可利用的唯一碳源时合成大量的维持生长所需要的酶。
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