2008年国家执业助理医师生物化学复习资料(五)

2008年国家执业助理医师（生物化学部分）
核酸代谢和蛋白质的生物合成

一、主要内容
（九）核酸代谢
1．核苷酸的分解代谢
嘌呤核苷酸分解产物
2．DNA的生物合成
（1）复制（2）反转录
3．RNA的生物合成
（1）转录的概念（2）转录的基本过程
（十）蛋白质的生物合成
1．RNA在蛋白质生物合成中的作用
（1）mRNA（2）tRNA（3）rRNA
2．蛋白质生物合成的基本原理
（1）氨基酸的活化与转运（2）蛋白质生物合成的简要过程

二、内容讲解：
（九）核酸代谢
同学们应重点掌握：1．核苷酸的分解代谢：嘌呤核苷酸分解产物
2．DNA的生物合成（1）复制（2）反转录
3．RNA的生物合成（1）转录的概念（2）转录的基本过程

1．核苷酸的分解代谢
（1）嘌呤核苷酸在核苷酸酶及核苷磷酸化酶的催化下，分解为嘌呤碱和磷酸戊糖，后者进入糖代谢途径。嘌呤碱进一步氧化，最终生成尿酸。在人体内，尿酸是嘌呤核苷酸分解代谢的终产物，随尿排出体外。正常人血浆(清)中尿酸含量约为119~357μmoL/L。尿酸生成过多是痛风症的原因，当血中浓度超过476μmoL/L时，尿酸盐结晶沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，引起关节炎、尿路结石及肾疾病等。
（2）嘧啶核苷酸在核苷酸酶及核苷磷酸化酶的催化下，脱去磷酸及戊糖后生成嘧啶碱。嘧啶碱可进一步降解。与嘌呤碱分解产生的尿酸不同，嘧啶碱的降解产物均易溶于水。
2．DNA的生物合成：主要包括复制合成、反转录合成及修复合成三种。
（1）复制
1）复制概念
DNA在生物体内合成时，双螺旋结构解开、分离为单链，两条单链各做模板分别指导合成与之互补的新链，从而形成两个与亲代DNA分子碱基序列完全相同的子代DNA分子。这种以亲代DNA为模板合成子代DNA，将遗传信息准确地传给子代DNA分子的过程，称为DNA的复制。每个子代DNA分子中的两条链，一条来自亲代DNA分子，一条是新合成的。因此又称为半保留复制。
2）参与复制的重要酶类
DNA复制需要20多种酶和蛋白质因子参与，其中重要的有：
①DNA聚合酶又称依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP）。该酶以DNA为模板，催化脱氧三磷酸腺苷沿5′→3′方向聚合成多核苷酸链。环球网校搜集整理www.edu24ol.com
②解链酶从ATP中获得能量，促使DNA双链解开。
③拓扑异构酶能切断DNA双链中的一股，使DNA链解旋，松弛超螺旋；当DNA复制（这一段）后又把切口封闭，使DNA恢复超螺旋。
④DNA结合蛋白能与解开的DNA单链结合，维持模板处于单链状态，并阻止单链被核酸酶水解。
⑤引物酶是一种RNA聚合酶，在DNA模板的复制起始部位催化短片段的RNA(称为引物)合成。
⑥DNA连接酶：催化DNA片段上的3′-OH末端与另一片段的5′-P末端之间形成磷酸二酯键，从而连接成完整的链。
3）复制的简要过程

DNA复制的基本原料是四种脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP)，复制的过程是在各种酶和蛋白质因子的作用下进行的，大致可分为起始与RNA引物的合成、核苷酸链的聚合(包括冈崎片段的生成)、RNA引物的水解、冈崎片段连接在一起，形成完整的DNA分子等几个阶段。DNA链的合成也包括引物的合成，它只能是从5′→3端方向进行。由于DNA双链的走向相反，复制时两条子链复制的走向也相反。因此，在复制时，必有一条新链顺着解链的方向进行，并且是连续的，这条链称为领头链；而另一条链的复制方向与解链方向相反，必须等待解链达足够长度时，才能开始新链的合成，同时等待下一段模板链的暴露。因此，这一条链的复制是不连续的，所形成的不连续DNA片段称冈崎片段，这条不连续复制的链称为随从链。
4）复制的生物学意义
DNA主要功能是携带和传递遗传信息。按照半保留复制的规律，子代DNA保留了亲代DNA所有的遗传信息，这些信息通过转录和翻译过程得以表达，决定着细胞的代谢类型和生物特性。DNA以复制的方式进行合成，体现了遗传过程的相对稳定性和保守性。
（2）反转录
①反转录的概念
反转录是以RNA为模板合成DNA的过程，也称逆转录。这是DNA生物合成的一种特殊方式。
②反转录酶与反转录过程环球网校搜集整理www.edu24ol.com
反转录过程由反转录酶催化，该酶也称依赖RNA的DNA聚合酶(RDDP)，即以RNA为模板催化DNA链的合成。合成的DNA链称为与RNA互补DNA(cDNA)。反转录酶存在于一些RNA病毒中，可能与病毒的恶性转化有关。人类免疫缺陷病毒(HIV)也是一种RNA病毒，含有反转录酶。
③反转录的生物学意义
反转录的发现有重要的理论意义和实践意义。
1）对分子生物学的中心法则进行了修正和补充，修正后的中心法则表示为：
                   转录      （复制）     翻译
    （复制 ）DNA===========RNA              蛋白质
                   反转录
2）在致癌病毒的研究中发现了癌基因，在人类一些癌细胞如膀胱癌、小细胞肺癌等细胞中，也分离出与病毒基因相同的碱基序列，称之为细胞癌基因或原癌基因。
3）在实际工作中有助于基因工程的实施。由于目的基因的转录产物易于制备，可将mRNA反向转录形成DNA用以获得目的基因。
3．RNA的生物合成
（1）转录的概念
生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录，意思是把DNA的碱基序列抄录成RNA的碱基序列。
（2）转录的基本过程
①参与转录的酶
RNA转录过程是由DNA指导的RNA聚合酶催化。大肠杆菌的RNA聚合酶由五个亚基组成，可用α2ββ?σ表示，称为全酶。σ亚基能识别转录模板和转录起点；α2ββ′部分称为核心酶，能催化核苷酸以3′，5′-磷酸二酯键聚合成RNA。
②转录过程
DNA双链中，只有一条链具有转录功能，称为模板链(另一条称编码链)。因此，转录是不对称的。转录过程由RNA聚合酶催化，四种核糖核苷三磷酸(dNTP)是RNA合成的基本原料。转录过程大体分为起始、链的延长及终止三个阶段。活细胞的转录起始需要全酶，但不需要引物。全酶识别起始点与模板结合形成转录起始物。当两个与模板碱基配对的核苷酸在酶的作用下形成第一个二酯键后，σ亚基从转录起始复合物上脱落。转录的延长阶段仅需要核心酶，RNA的延长方向是5′→3′端。模板链的碱基序列决定了RNA的碱基序列，二者完全互补。转录的终止需要终止因子ρ(rho)参与。转录终止后新生的RNA与DNA模板分离。
新转录生成的RNA称初级转录产物，是RNA的前体，没有生物活性，需经一系列加工修饰后才能表现其功能，成为各种有活性的RNA分子，包括mRNA、tRNA、rRNA等。环球网校搜集整理www.edu24ol.com
在转录过程中生成的RNA分子，其碱基序列与DNA分子中模板链的碱基序列完全互补，这样就把DNA分子中的遗传信息，准确地抄录在RNA分子中，并以此信息指导合成蛋白质，使有关信息得以正确表达。

例题：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终产物是：
A 尿酸            B 酮酸           C 乙酸           D 精氨酸        E 鸟氨酸
答案：A

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（十）蛋白质的生物合成
同学们应重点掌握：1．RNA在蛋白质生物合成中的作用（1）mRNA（2）tRNA（3）rRNA
2．蛋白质生物合成的基本原理（1）氨基酸的活化与转运（2）蛋白质生物合成的简要过程

1．RNA在蛋白质生物合成中的作用
（1）mRNA
mRNA含有遗传信息，是合成蛋白质肽链的直接模板。mRNA分子中从5′→3′端的方向，每三个碱基所组成的三联体构成一个遗传密码子。四种碱基共组成64个密码子，其中有61个分别代表不同的氨基酸，有三种(UAA、UAG、UGA)不代表任何氨基酸，称为终止密码子。AUG既是蛋氨酸(原核生物为甲酰蛋氨酸)的密码子，又是肽链合成的起始密码子。在mRNA分子中，起始密码子AUG总是位于5′端，各终止密码子均位于3′端。
遗传密码具有方向性、不间隔性和通用性等重要特性。
（2）tRNA
tRNA是氨基酸的转运工具，能把活化的氨基酸按mRNA中密码子的顺序，转运到核蛋白体上用于合成肽链。tRNA以其3′-端-CCA-OH与特定氨基酸结合，以其反密码子与mRNA的相应密码子互补，以使所带氨基酸准确地“对号入座”。一种tRNA只能转运一种氨基酸，而一种氨基酸常有多种tRNA转运。
（3）rRNA
rRNA与蛋白质结合组成核蛋白体，是蛋白质生物合成的场所。核蛋白体由大小两个亚基组成，小亚基有与模板mRNA结合的能力。大亚基上有两个结合位点，一个与肽酰-tRNA结合，称给位(P位)，另一个与氨基酰-tRNA结合，称受位(A位)。核蛋白体上还有多种与蛋白质生物合成有关的酶与蛋白质因子，例如转肽酶、起始因子、延长因子、终止因子等。
例题：tRNA分子上3′一端序列的功能是
A．辨认mRNA上的密码子     B．剪接修饰作用     C．辨认与核糖体结合的组分
D．提供-OH基与氨基酸结合            E．提供-OH基与糖类结合
答案：D
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2．蛋白质生物合成的基本原理环球网校搜集整理www.edu24ol.com
（1）氨基酸的活化与转运
                  氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸+tRNA+ATP                       氨基酰-tRNA+AMP+PPi
                      Mg2+
这个过程称为氨基酸的活化。氨基酰-tRNA合成酶具有高度特异性，它既能识别特异的氨基酸，又能识别特异的tRNA，从而保证了遗传信息的准确翻译。
（2）蛋白质生物合成的简要过程

①翻译的概念
生物体合成mRNA后，mRNA中的遗传信息转变成为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程称为翻译。翻译在细胞质内进行。
②参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质生物合成的物质主要有：20种氨基酸、直接模板mRNA、转运工具tRNA、合成场所核蛋白体、酶与各种蛋白质因子、ATP及GTP、无机离子(Mg2+、K+)等。
③核蛋白体循环
核蛋白体循环实际上就是蛋白质合成的翻译过程，包括肽链的起始、延长、终止三个阶段。因为在这个过程中，每合成一条多肽链，核蛋白体中的大小亚基就经历一次解离和再聚合，这样循环往复，以合成更多的多肽链。所以将这一过程又称之为核蛋白体循环。它的基本过程为：
1）肽链合成的起始阶段：需要起始因子、GTP、Mg2+等参与。在这些因素的参与下，核蛋白体的小亚基、mRNA、大亚基，具有起始作用的甲酰蛋氨酰-tRNA(真核细胞是蛋氨酰-tRNA)等结合一起形成起始复合体，tRNA上的反密码子与mRNA 5′端的起始密码子以碱基互补的方式配对。起始复合体的形成，是肽链正式合成的前奏。
2）肽链的延长阶段：需要延长因子、转肽酶、GTP、Mg2+、K+等参与。在上述因素的作用下，经进位、转肽、移位三个步骤不断重复进行，使肽链按mRNA上的密码子指令不断延长。每重复进行一次，肽链增加一个氨基酸残基。mRNA密码子的翻译方向是5′端→3′端，肽链的合成方向是N端→C端。从氨基酸活化算起，肽链每增加一个氨基酸残基需消耗4个高能磷酸化合物。
3）肽链合成的终止阶段：需要终止因子、释放因子、部分延长因子及起始因子、GTP等参与。当终止密码子出现在核蛋白体的A位时，被终止因子识别并与之结合，肽链的合成终止。此时转肽酶表现水解酶活性，将P位上的肽酰-tRNA的酯键水解，肽链释出，然后核蛋白体与mRNA分离，tRNA脱落，核蛋白体进一步解离为大小亚基。大小亚基可重新结合成为完整的核蛋白体开始新的肽链合成。环球网校搜集整理www.edu24ol.com
④多核蛋白体
在蛋白质生物合成过程中，细胞内常有5~6个、乃至更多的核蛋白体连接在同一条mRNA分子上，呈串珠状排列，同时合成多条同样的多肽链。这种聚合物称为多核蛋白体。多核蛋白体的形成，使许多核蛋白体在同时翻译一个mRNA分子，即同时进行多条多肽链的合成，这样就大大提高了蛋白质的合成效率。
⑤翻译后加工
从核蛋白体上释出的多肽链经折叠卷曲，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。多数肽链合成后需经过加工、修饰，才能转变为有生物活性的蛋白质。常见的加工方式有：去除多肽链N端的甲酰蛋氨酸(真核细胞为蛋氨酸)、二硫键的形成、氨基酸残基侧链的修饰、连接辅基、亚基聚合等。
例题：在核蛋白体循环肽链合成的起始阶段中需要的因子是：
A 延长因子        B 转肽酶         C 起始因子        D 终止因子        E 释放因子
答案：C

作业：
1．催化以RNA为模板合成DNA的酶是
A 逆转录酶          B 引物酶          C DNA聚合酶           D RNA聚合酶           E 拓扑异构酶
答案：A
注：以RNA为模板合成DNA，所用的酶为逆转录酶，也称反转录酶。
2．下列关于RNA的论述错误的是：
A 主要有mRNA，tRNA，rRNA三类               B 胞质中只有mRNA和tRNA
C tRNA是细胞内分子量最小的一种RNA   D rRNA可与蛋白质结合      E RNA并不全是单链结构
答案：B环球网校搜集整理www.edu24ol.com
3．在RNA生物合成中，DNA双链中只有一条链具有转录功能，称为
A 编码链         B 模板链          C 转录链           D  合成链         E 翻译链
答案：B
4．冈崎片段的生成是由于
A 真核生物有多个复制起始点            B 拓扑酶的作用               C RNA引物合成不足
D 随从链的复制与解链方向相反                   E DNA连接酶缺失
答案：D
注：冈崎片段的复制方向与解链方向相反。
5．识别转录起始点的是
A ρ因子          B 核心酶          C 聚合酶α亚基             D σ因子          E dnaB蛋白
答案：D
6．DNA复制时除哪种酶外其余均需要
A．拓扑异构酶       B．DNA指导的RNA聚合酶      C．RNA指导的DNA聚合酶
D．DNA指导的DNA聚合酶         E．连接酶
答案：C
7．嘌呤碱在体内分解的终产物是：
A 次黄嘌呤          B 黄嘌呤         C 别嘌呤醇          D 氨、CO2和有机酸         E 尿酸
答案：E

8．下列属于终止密码子的是：
A UCC          B AUG          C UAA           D AGG             E GCA
答案：C
注：UAA、UAG、UGA这三种密码子不代表任何氨基酸，又称为终止密码子
9．下列不属于蛋白质翻译后加工的方式是：
A 连接辅基        B 二硫键的形成        C 氨基酸残基侧链的修饰      D 氢键的形成         E 亚基聚合
答案：D
10．RNA的转录过程可分为三个阶段：
A 起始、变性、终止             B 延长、转录、停止                C起始、延长、终止
D 复制、延长、终止             E 变性、延长、自制
答案：C
11．RNA指导的DNA合成称：
A 复制             B 转录              C 反转录             D 翻译            E 整合
答案：C
12．RNA的转录过程可分为几个阶段，正确描述其转录过程的是
A．解链、引发、链的延长和终止        B．起始、延长和终止   C．剪切和剪接、末端添加核苷酸及甲基化等
D．活化与转运、起动、链延长和终止      E．以上均不对
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．关于RNA的叙述，错误的环球网校搜集整理www.edu24ol.com是
A．主要有 mRNA、tRNA、rRNA三大类   B．胞质中只有一种RNA，即mRNA    C．最小的一种RNA是tRNA
D．原核生物没有hnRNA         E．原核生物没有SnRNA
答案：B
15 嘌呤环中的C4、C5和N7来自
A 甘氨酸           B 丙氨酸        C 乙酸         D 天冬氨酸          E 谷氨酸
答案：A