2008年國家執(zhí)業(yè)助理醫(yī)師生物化學(xué)復(fù)習(xí)資料(五)

2008年國家執(zhí)業(yè)助理醫(yī)師（生物化學(xué)部分）
核酸代謝和蛋白質(zhì)的生物合成

一、主要內(nèi)容
（九）核酸代謝
1．核苷酸的分解代謝
嘌呤核苷酸分解產(chǎn)物
2．DNA的生物合成
（1）復(fù)制（2）反轉(zhuǎn)錄
3．RNA的生物合成
（1）轉(zhuǎn)錄的概念（2）轉(zhuǎn)錄的基本過程
（十）蛋白質(zhì)的生物合成
1．RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用
（1）mRNA（2）tRNA（3）rRNA
2．蛋白質(zhì)生物合成的基本原理
（1）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)（2）蛋白質(zhì)生物合成的簡要過程

二、內(nèi)容講解：
（九）核酸代謝
同學(xué)們應(yīng)重點(diǎn)掌握：1．核苷酸的分解代謝：嘌呤核苷酸分解產(chǎn)物
2．DNA的生物合成（1）復(fù)制（2）反轉(zhuǎn)錄
3．RNA的生物合成（1）轉(zhuǎn)錄的概念（2）轉(zhuǎn)錄的基本過程

1．核苷酸的分解代謝
（1）嘌呤核苷酸在核苷酸酶及核苷磷酸化酶的催化下，分解為嘌呤堿和磷酸戊糖，后者進(jìn)入糖代謝途徑。嘌呤堿進(jìn)一步氧化，最終生成尿酸。在人體內(nèi)，尿酸是嘌呤核苷酸分解代謝的終產(chǎn)物，隨尿排出體外。正常人血漿(清)中尿酸含量約為119~357μmoL/L。尿酸生成過多是痛風(fēng)癥的原因，當(dāng)血中濃度超過476μmoL/L時，尿酸鹽結(jié)晶沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨及腎等處，引起關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎疾病等。
（2）嘧啶核苷酸在核苷酸酶及核苷磷酸化酶的催化下，脫去磷酸及戊糖后生成嘧啶堿。嘧啶堿可進(jìn)一步降解。與嘌呤堿分解產(chǎn)生的尿酸不同，嘧啶堿的降解產(chǎn)物均易溶于水。
2．DNA的生物合成：主要包括復(fù)制合成、反轉(zhuǎn)錄合成及修復(fù)合成三種。
（1）復(fù)制
1）復(fù)制概念
DNA在生物體內(nèi)合成時，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開、分離為單鏈，兩條單鏈各做模板分別指導(dǎo)合成與之互補(bǔ)的新鏈，從而形成兩個與親代DNA分子堿基序列完全相同的子代DNA分子。這種以親代DNA為模板合成子代DNA，將遺傳信息準(zhǔn)確地傳給子代DNA分子的過程，稱為DNA的復(fù)制。每個子代DNA分子中的兩條鏈，一條來自親代DNA分子，一條是新合成的。因此又稱為半保留復(fù)制。
2）參與復(fù)制的重要酶類
DNA復(fù)制需要20多種酶和蛋白質(zhì)因子參與，其中重要的有：
①DNA聚合酶又稱依賴DNA的DNA聚合酶（DDDP）。該酶以DNA為模板，催化脫氧三磷酸腺苷沿5′→3′方向聚合成多核苷酸鏈。環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com
②解鏈酶從ATP中獲得能量，促使DNA雙鏈解開。
③拓?fù)洚悩?gòu)酶能切斷DNA雙鏈中的一股，使DNA鏈解旋，松弛超螺旋；當(dāng)DNA復(fù)制（這一段）后又把切口封閉，使DNA恢復(fù)超螺旋。
④DNA結(jié)合蛋白能與解開的DNA單鏈結(jié)合，維持模板處于單鏈狀態(tài)，并阻止單鏈被核酸酶水解。
⑤引物酶是一種RNA聚合酶，在DNA模板的復(fù)制起始部位催化短片段的RNA(稱為引物)合成。
⑥D(zhuǎn)NA連接酶：催化DNA片段上的3′-OH末端與另一片段的5′-P末端之間形成磷酸二酯鍵，從而連接成完整的鏈。
3）復(fù)制的簡要過程

DNA復(fù)制的基本原料是四種脫氧核糖核苷三磷酸(dNTP)，復(fù)制的過程是在各種酶和蛋白質(zhì)因子的作用下進(jìn)行的，大致可分為起始與RNA引物的合成、核苷酸鏈的聚合(包括岡崎片段的生成)、RNA引物的水解、岡崎片段連接在一起，形成完整的DNA分子等幾個階段。DNA鏈的合成也包括引物的合成，它只能是從5′→3端方向進(jìn)行。由于DNA雙鏈的走向相反，復(fù)制時兩條子鏈復(fù)制的走向也相反。因此，在復(fù)制時，必有一條新鏈順著解鏈的方向進(jìn)行，并且是連續(xù)的，這條鏈稱為領(lǐng)頭鏈；而另一條鏈的復(fù)制方向與解鏈方向相反，必須等待解鏈達(dá)足夠長度時，才能開始新鏈的合成，同時等待下一段模板鏈的暴露。因此，這一條鏈的復(fù)制是不連續(xù)的，所形成的不連續(xù)DNA片段稱岡崎片段，這條不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。
4）復(fù)制的生物學(xué)意義
DNA主要功能是攜帶和傳遞遺傳信息。按照半保留復(fù)制的規(guī)律，子代DNA保留了親代DNA所有的遺傳信息，這些信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程得以表達(dá)，決定著細(xì)胞的代謝類型和生物特性。DNA以復(fù)制的方式進(jìn)行合成，體現(xiàn)了遺傳過程的相對穩(wěn)定性和保守性。
（2）反轉(zhuǎn)錄
①反轉(zhuǎn)錄的概念
反轉(zhuǎn)錄是以RNA為模板合成DNA的過程，也稱逆轉(zhuǎn)錄。這是DNA生物合成的一種特殊方式。
②反轉(zhuǎn)錄酶與反轉(zhuǎn)錄過程環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com
反轉(zhuǎn)錄過程由反轉(zhuǎn)錄酶催化，該酶也稱依賴RNA的DNA聚合酶(RDDP)，即以RNA為模板催化DNA鏈的合成。合成的DNA鏈稱為與RNA互補(bǔ)DNA(cDNA)。反轉(zhuǎn)錄酶存在于一些RNA病毒中，可能與病毒的惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。人類免疫缺陷病毒(HIV)也是一種RNA病毒，含有反轉(zhuǎn)錄酶。
③反轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義
反轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)有重要的理論意義和實(shí)踐意義。
1）對分子生物學(xué)的中心法則進(jìn)行了修正和補(bǔ)充，修正后的中心法則表示為：
                   轉(zhuǎn)錄      （復(fù)制）     翻譯
    （復(fù)制 ）DNA===========RNA              蛋白質(zhì)
                   反轉(zhuǎn)錄
2）在致癌病毒的研究中發(fā)現(xiàn)了癌基因，在人類一些癌細(xì)胞如膀胱癌、小細(xì)胞肺癌等細(xì)胞中，也分離出與病毒基因相同的堿基序列，稱之為細(xì)胞癌基因或原癌基因。
3）在實(shí)際工作中有助于基因工程的實(shí)施。由于目的基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物易于制備，可將mRNA反向轉(zhuǎn)錄形成DNA用以獲得目的基因。
3．RNA的生物合成
（1）轉(zhuǎn)錄的概念
生物體以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄，意思是把DNA的堿基序列抄錄成RNA的堿基序列。
（2）轉(zhuǎn)錄的基本過程
①參與轉(zhuǎn)錄的酶
RNA轉(zhuǎn)錄過程是由DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化。大腸桿菌的RNA聚合酶由五個亞基組成，可用α2ββ?σ表示，稱為全酶。σ亞基能識別轉(zhuǎn)錄模板和轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)；α2ββ′部分稱為核心酶，能催化核苷酸以3′，5′-磷酸二酯鍵聚合成RNA。
②轉(zhuǎn)錄過程
DNA雙鏈中，只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄功能，稱為模板鏈(另一條稱編碼鏈)。因此，轉(zhuǎn)錄是不對稱的。轉(zhuǎn)錄過程由RNA聚合酶催化，四種核糖核苷三磷酸(dNTP)是RNA合成的基本原料。轉(zhuǎn)錄過程大體分為起始、鏈的延長及終止三個階段?；罴?xì)胞的轉(zhuǎn)錄起始需要全酶，但不需要引物。全酶識別起始點(diǎn)與模板結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始物。當(dāng)兩個與模板堿基配對的核苷酸在酶的作用下形成第一個二酯鍵后，σ亞基從轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上脫落。轉(zhuǎn)錄的延長階段僅需要核心酶，RNA的延長方向是5′→3′端。模板鏈的堿基序列決定了RNA的堿基序列，二者完全互補(bǔ)。轉(zhuǎn)錄的終止需要終止因子ρ(rho)參與。轉(zhuǎn)錄終止后新生的RNA與DNA模板分離。
新轉(zhuǎn)錄生成的RNA稱初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，是RNA的前體，沒有生物活性，需經(jīng)一系列加工修飾后才能表現(xiàn)其功能，成為各種有活性的RNA分子，包括mRNA、tRNA、rRNA等。環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com
在轉(zhuǎn)錄過程中生成的RNA分子，其堿基序列與DNA分子中模板鏈的堿基序列完全互補(bǔ)，這樣就把DNA分子中的遺傳信息，準(zhǔn)確地抄錄在RNA分子中，并以此信息指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)，使有關(guān)信息得以正確表達(dá)。

例題：嘌呤核苷酸在核苷酸酶及核苷磷酸化酶的催化下分解的最終產(chǎn)物是：
A 尿酸            B 酮酸           C 乙酸           D 精氨酸        E 鳥氨酸
答案：A

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（十）蛋白質(zhì)的生物合成
同學(xué)們應(yīng)重點(diǎn)掌握：1．RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（1）mRNA（2）tRNA（3）rRNA
2．蛋白質(zhì)生物合成的基本原理（1）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)（2）蛋白質(zhì)生物合成的簡要過程

1．RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用
（1）mRNA
mRNA含有遺傳信息，是合成蛋白質(zhì)肽鏈的直接模板。mRNA分子中從5′→3′端的方向，每三個堿基所組成的三聯(lián)體構(gòu)成一個遺傳密碼子。四種堿基共組成64個密碼子，其中有61個分別代表不同的氨基酸，有三種(UAA、UAG、UGA)不代表任何氨基酸，稱為終止密碼子。AUG既是蛋氨酸(原核生物為甲酰蛋氨酸)的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼子。在mRNA分子中，起始密碼子AUG總是位于5′端，各終止密碼子均位于3′端。
遺傳密碼具有方向性、不間隔性和通用性等重要特性。
（2）tRNA
tRNA是氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)工具，能把活化的氨基酸按mRNA中密碼子的順序，轉(zhuǎn)運(yùn)到核蛋白體上用于合成肽鏈。tRNA以其3′-端-CCA-OH與特定氨基酸結(jié)合，以其反密碼子與mRNA的相應(yīng)密碼子互補(bǔ)，以使所帶氨基酸準(zhǔn)確地“對號入座”。一種tRNA只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種氨基酸，而一種氨基酸常有多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。
（3）rRNA
rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合組成核蛋白體，是蛋白質(zhì)生物合成的場所。核蛋白體由大小兩個亞基組成，小亞基有與模板mRNA結(jié)合的能力。大亞基上有兩個結(jié)合位點(diǎn)，一個與肽酰-tRNA結(jié)合，稱給位(P位)，另一個與氨基酰-tRNA結(jié)合，稱受位(A位)。核蛋白體上還有多種與蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的酶與蛋白質(zhì)因子，例如轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長因子、終止因子等。
例題：tRNA分子上3′一端序列的功能是
A．辨認(rèn)mRNA上的密碼子     B．剪接修飾作用     C．辨認(rèn)與核糖體結(jié)合的組分
D．提供-OH基與氨基酸結(jié)合            E．提供-OH基與糖類結(jié)合
答案：D
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2．蛋白質(zhì)生物合成的基本原理環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com
（1）氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)
                  氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸+tRNA+ATP                       氨基酰-tRNA+AMP+PPi
                      Mg2+
這個過程稱為氨基酸的活化。氨基酰-tRNA合成酶具有高度特異性，它既能識別特異的氨基酸，又能識別特異的tRNA，從而保證了遺傳信息的準(zhǔn)確翻譯。
（2）蛋白質(zhì)生物合成的簡要過程

①翻譯的概念
生物體合成mRNA后，mRNA中的遺傳信息轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過程稱為翻譯。翻譯在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行。
②參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)
參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)主要有：20種氨基酸、直接模板mRNA、轉(zhuǎn)運(yùn)工具tRNA、合成場所核蛋白體、酶與各種蛋白質(zhì)因子、ATP及GTP、無機(jī)離子(Mg2+、K+)等。
③核蛋白體循環(huán)
核蛋白體循環(huán)實(shí)際上就是蛋白質(zhì)合成的翻譯過程，包括肽鏈的起始、延長、終止三個階段。因?yàn)樵谶@個過程中，每合成一條多肽鏈，核蛋白體中的大小亞基就經(jīng)歷一次解離和再聚合，這樣循環(huán)往復(fù)，以合成更多的多肽鏈。所以將這一過程又稱之為核蛋白體循環(huán)。它的基本過程為：
1）肽鏈合成的起始階段：需要起始因子、GTP、Mg2+等參與。在這些因素的參與下，核蛋白體的小亞基、mRNA、大亞基，具有起始作用的甲酰蛋氨酰-tRNA(真核細(xì)胞是蛋氨酰-tRNA)等結(jié)合一起形成起始復(fù)合體，tRNA上的反密碼子與mRNA 5′端的起始密碼子以堿基互補(bǔ)的方式配對。起始復(fù)合體的形成，是肽鏈正式合成的前奏。
2）肽鏈的延長階段：需要延長因子、轉(zhuǎn)肽酶、GTP、Mg2+、K+等參與。在上述因素的作用下，經(jīng)進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位三個步驟不斷重復(fù)進(jìn)行，使肽鏈按mRNA上的密碼子指令不斷延長。每重復(fù)進(jìn)行一次，肽鏈增加一個氨基酸殘基。mRNA密碼子的翻譯方向是5′端→3′端，肽鏈的合成方向是N端→C端。從氨基酸活化算起，肽鏈每增加一個氨基酸殘基需消耗4個高能磷酸化合物。
3）肽鏈合成的終止階段：需要終止因子、釋放因子、部分延長因子及起始因子、GTP等參與。當(dāng)終止密碼子出現(xiàn)在核蛋白體的A位時，被終止因子識別并與之結(jié)合，肽鏈的合成終止。此時轉(zhuǎn)肽酶表現(xiàn)水解酶活性，將P位上的肽酰-tRNA的酯鍵水解，肽鏈釋出，然后核蛋白體與mRNA分離，tRNA脫落，核蛋白體進(jìn)一步解離為大小亞基。大小亞基可重新結(jié)合成為完整的核蛋白體開始新的肽鏈合成。環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com
④多核蛋白體
在蛋白質(zhì)生物合成過程中，細(xì)胞內(nèi)常有5~6個、乃至更多的核蛋白體連接在同一條mRNA分子上，呈串珠狀排列，同時合成多條同樣的多肽鏈。這種聚合物稱為多核蛋白體。多核蛋白體的形成，使許多核蛋白體在同時翻譯一個mRNA分子，即同時進(jìn)行多條多肽鏈的合成，這樣就大大提高了蛋白質(zhì)的合成效率。
⑤翻譯后加工
從核蛋白體上釋出的多肽鏈經(jīng)折疊卷曲，形成具有一定空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。多數(shù)肽鏈合成后需經(jīng)過加工、修飾，才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩锘钚缘牡鞍踪|(zhì)。常見的加工方式有：去除多肽鏈N端的甲酰蛋氨酸(真核細(xì)胞為蛋氨酸)、二硫鍵的形成、氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾、連接輔基、亞基聚合等。
例題：在核蛋白體循環(huán)肽鏈合成的起始階段中需要的因子是：
A 延長因子        B 轉(zhuǎn)肽酶         C 起始因子        D 終止因子        E 釋放因子
答案：C

作業(yè)：
1．催化以RNA為模板合成DNA的酶是
A 逆轉(zhuǎn)錄酶          B 引物酶          C DNA聚合酶           D RNA聚合酶           E 拓?fù)洚悩?gòu)酶
答案：A
注：以RNA為模板合成DNA，所用的酶為逆轉(zhuǎn)錄酶，也稱反轉(zhuǎn)錄酶。
2．下列關(guān)于RNA的論述錯誤的是：
A 主要有mRNA，tRNA，rRNA三類               B 胞質(zhì)中只有mRNA和tRNA
C tRNA是細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一種RNA   D rRNA可與蛋白質(zhì)結(jié)合      E RNA并不全是單鏈結(jié)構(gòu)
答案：B環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com
3．在RNA生物合成中，DNA雙鏈中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄功能，稱為
A 編碼鏈         B 模板鏈          C 轉(zhuǎn)錄鏈           D  合成鏈         E 翻譯鏈
答案：B
4．岡崎片段的生成是由于
A 真核生物有多個復(fù)制起始點(diǎn)            B 拓?fù)涿傅淖饔?nbsp;              C RNA引物合成不足
D 隨從鏈的復(fù)制與解鏈方向相反                   E DNA連接酶缺失
答案：D
注：岡崎片段的復(fù)制方向與解鏈方向相反。
5．識別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的是
A ρ因子          B 核心酶          C 聚合酶α亞基             D σ因子          E dnaB蛋白
答案：D
6．DNA復(fù)制時除哪種酶外其余均需要
A．拓?fù)洚悩?gòu)酶       B．DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶      C．RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶
D．DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶         E．連接酶
答案：C
7．嘌呤堿在體內(nèi)分解的終產(chǎn)物是：
A 次黃嘌呤          B 黃嘌呤         C 別嘌呤醇          D 氨、CO2和有機(jī)酸         E 尿酸
答案：E

8．下列屬于終止密碼子的是：
A UCC          B AUG          C UAA           D AGG             E GCA
答案：C
注：UAA、UAG、UGA這三種密碼子不代表任何氨基酸，又稱為終止密碼子
9．下列不屬于蛋白質(zhì)翻譯后加工的方式是：
A 連接輔基        B 二硫鍵的形成        C 氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾      D 氫鍵的形成         E 亞基聚合
答案：D
10．RNA的轉(zhuǎn)錄過程可分為三個階段：
A 起始、變性、終止             B 延長、轉(zhuǎn)錄、停止                C起始、延長、終止
D 復(fù)制、延長、終止             E 變性、延長、自制
答案：C
11．RNA指導(dǎo)的DNA合成稱：
A 復(fù)制             B 轉(zhuǎn)錄              C 反轉(zhuǎn)錄             D 翻譯            E 整合
答案：C
12．RNA的轉(zhuǎn)錄過程可分為幾個階段，正確描述其轉(zhuǎn)錄過程的是
A．解鏈、引發(fā)、鏈的延長和終止        B．起始、延長和終止   C．剪切和剪接、末端添加核苷酸及甲基化等
D．活化與轉(zhuǎn)運(yùn)、起動、鏈延長和終止      E．以上均不對
13．合成DNA的原料是
A．dAMP、dGMP、dCMP、dTMP       B．dADP、dGDP、dCDP.dTDP     C．dATP、dGTP、dCTP、dTTP
D．AMP、GMP、CMP、TMP           E．ATP、GTP、CTP、TTP
答案：C
14．關(guān)于RNA的敘述，錯誤的環(huán)球網(wǎng)校搜集整理www.edu24ol.com是
A．主要有 mRNA、tRNA、rRNA三大類   B．胞質(zhì)中只有一種RNA，即mRNA    C．最小的一種RNA是tRNA
D．原核生物沒有hnRNA         E．原核生物沒有SnRNA
答案：B
15 嘌呤環(huán)中的C4、C5和N7來自
A 甘氨酸           B 丙氨酸        C 乙酸         D 天冬氨酸          E 谷氨酸
答案：A