第十一章 核酶的结构与功能
医学生理学期末重点笔记--第十一章-内分泌
医学生理学期末重点笔记--第十一章-内分泌第十一章内分泌【目的】掌握内分泌系统的概念，内分泌系统在调节主要生理过程中的作用及机理。
内分泌系统与神经系统的紧密联系，相互作用，相互配合的关系。
下丘脑、垂体、甲状腺、肾上腺等的内分泌功能及其调节。
熟悉信号转导机制及其新进展,了解糖皮质激素作用机制的有关进展。
【重点】1.下丘脑－垂体的功能单位，下丘脑调节肽。
2．腺垂体激素的生物学作用及调节。
3．甲状腺的功能、作用机理及调节。
4．肾上腺皮质激素的作用及调节。
第一节概述内分泌系统和神经系统是人体的两个主要的功能调节系统，它们紧密联系、相互协调，共同完成机体的各种功能调节，从而维持内环境的相对稳定。
一、激素的概念内分泌系统是由内分泌腺和散在的内分泌细胞组成的，由内分泌腺或散在的内分泌细胞分泌的高效能生物活性物质，称为激素（hormone），是细胞与细胞之间信息传递的化学媒介；它不经导管直接释放入内环境，因此称为内分泌。
二、激素的作用方式1．远距分泌多数激素经血液循环，运送至远距离的靶细胞发挥作用，称为远距分泌（telecrine）。
2．旁分泌某些激素可不经血液运输，仅通过组织液扩散至邻近细胞发挥作用，称为旁分泌（paracrine）。
3．神经分泌神经细胞分泌的激素可沿神经细胞轴突借轴浆流动运送至所连接的组织或经垂体门脉流向腺垂体发挥作用，称为神经分泌（neurocrine）。
4．自分泌由内分泌细胞所分泌的激素在局部扩散又返回作用于该内分泌细胞而发挥反馈作用，称为自分泌（autocrine）。
三、激素的分类按其化学结构可分为：1.含氮类激素：（1）蛋白质激素，如生长素、催乳素、胰岛素等；（2）肽类激素，如下丘脑调节肽等；（3）胺类激素，如肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺激素等。
2.类固醇激素：（1）肾上腺皮质激素，如皮质醇、醛固酮等；（2）性激素，如雌二醇、睾酮等。
3.固醇类激素：包括维生素D3、25-羟维生素D3、1，25-二羟维生素D3。
生物化学第十一章
氨甲酰磷酸
嘧啶核苷酸合成途径
2.胞苷酸的合成：
3.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成：
嘧啶核苷酸的补救合成途径：
补救合成途径： 由分解代谢产生的嘧啶/ 嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补 救合成途径(salvage pathway)。以 嘧啶核苷的补救合成途径较重要。
嘧啶核苷酸补救合成途径
尿嘧啶+PRPP UMP+PPi
二、嘌呤类似物和嘧啶类似物
1、嘌呤类似物主要有6-巯基嘌呤（6-MP）、2， 6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。 2、嘧啶类似物主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）和6氮尿嘧啶（6-AU）等。
6-巯基嘌呤（6-MP）的作用机理是什么？
6-MP其结构与次黄嘌呤类似（C6上巯基取代了羟 基），它可进入体内竞争性地抑制次黄嘌呤-鸟 嘌呤磷酸核糖转移酶，抑制了IMP 和GMP 的补 救合成。 6-MP还可经磷酸核糖化而转变为6-巯基嘌呤核苷 酸，从而抑制IMP 转变成AMP 和GMP。 6-巯基嘌呤核苷酸还可反馈抑制嘌呤核苷酸从头 合成的调节酶（磷酸核糖酰胺转移酶），使 PRA合成受阻，从而干扰IMP、AMP 和GMP 的合成。
限制性核酸内切酶：分为3种类型
（1）Ⅰ类：由3种不同亚基构成，兼具修饰酶活 性和依赖于ATP 的限制性内切酶活性，需要 Mg2+、S-腺苷甲硫氨酸及ATP的参与。复杂的 多功能酶，在基因工程上的应用价值不大。 （2）Ⅱ类：相对分子量较小，能识别双链DNA 上特异的核苷酸序列，底物作用的专一性强， 且识别序列与切断序列相一致，在分子生物学 中应用最广。 （3）Ⅲ类：只由一条肽链构成，仅需Mg2+，切 割DNA 特异性最强。
Recognize site
1-1.5kb
第十一章 真核基因与基因组
3. 单拷贝序列（低度重复序列）
单拷贝序列在单倍体基因组中只出现一次或数次，大多数编码蛋
白质的基因属于这一类。在基因组中，单拷贝序列的两侧往往为
散在分布的重复序列。单拷贝序列编码的蛋白质在很大程度上体
现了生物的各种功能。
三、真核基因组中存在大量的多基因家族和假基因
1. 多基因家族（multigene family）
• 在单倍体人基因组中重复达30～50万次，约占人基因组
的3%～6%
• 每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点
（AG↓CT），将其切成长130bp和170bp的两段
② KpnⅠ家族 • 中度重复序列中仅次于Alu 家族的第二大家族 • 重复序列中含有限制性内切酶KpnⅠ的位点 • 呈散在分布，拷贝数约为3000～4800个 ③ Hinf 家族 • 以319bp长度的串联重复存在于人基因组中 • 重复序列中含有限制性内切酶Hinf Ⅰ的位点
三、调控序列参与真核基因表达调控
位于基因转录区前后并与其紧邻的DNA序列通常是基因的调控
区，又称为旁侧序列（flanking sequence）。这些调控序列又
被称为
、
（cis-acting element），包括
、 、
、
和一些细胞信号反应元
件等。
真核基因及调控序列的一般结构
1. 启动子提供转录起始信号 启动子是DNA分子上能够介导RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体
能，使它们不能再编码RNA和蛋白质产物；经过加工的假基因通常缺少 正常基因表达所需的调节序列、没有内含子、可能有poly(A)尾。
（2）未经过加工的假基因：来源于多拷贝或单拷贝基因的突变
（2）增强子序列距离所调控基因距离近者几十个碱基对，远 的可达几千个碱基对。 （3）通常数个增强子序列形成一簇，
第十一章 核糖体
第十一章核糖体名词解释1、氨酰-tRNA合成酶aminoacyl-tRNA synthetase将氨基酸和对应的tRNA的3’端进行共价连接形成氨酰-tRNA的酶。
不同的氨基酸被不同的氨酰-tRNA合成酶所识别。
2、多聚核糖体polyribosome/polysome由多个甚至几十个核糖体串联在一条mRNA分子上进行肽链合成的核糖体与mRNA的聚合体。
3、核酶ribozyme具有催化作用的RNA分子。
4、核糖体ribosome由数种rRNA和50多种核糖体蛋白组成的大分子复合物，具有一个大亚基和一个小亚基，是蛋白质合成的地方。
5、P位点P(peptidyl) site核糖体在延伸多肽链过程中的肽酰tRNA结合位点。
6、r RNA存在于核糖体重的RNA分子，称为r RNA，在原核细胞的核糖体中r RNA包括23S、16S、5S 三条分子，真核细胞中含25-28S、18S、5.8S、5S四种分子。
其主要功能是：具有肽酰转移酶的活性；为t RNA提供结合位点；为多种蛋白质合成分子提供结合位点；在蛋白质合成起始时参与同m RNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与m RNA结合。
6、肽酰转移酶peptidyl transferase肽酰转移酶是催化肽键形成的酶。
在蛋白质合成过程中，它催化核糖体A位tRNA上末端氨基酸的氨基与P位肽酰-tRNA上氨基酸的羧基间形成肽键。
其结果,使A位的氨酰-tRNA上的多肽延长了一个氨基酸,而P位的氨酰-tRNA形成脱氨酰-tRNA。
7、SD序列SD sequence是位于原核细胞mRNA起始密码子上有的一段与核糖体小亚基的16S rRNA结合的特殊序列。
在蛋白质合成起始时，它介导mRNA与小亚基的结合。
思考题1、以80S核糖体为例，说明核糖体的结构成分及功能。
真核生物核糖体沉降系数为80S，由40S小亚基和60S大亚基组成，其中大亚基包含49种r 蛋白和28S、5.8S、5S三条rRNA分子，小亚基包括33种r蛋白和18S rRNA分子。
核酶的作用机制
核酶的作用机制
核酶的作用机制是指核酶在催化反应中如何发挥作用的过程。
核酶是一种具有催化功能的RNA分子，通过与底物RNA的特异性结合，在RNA链内部或特定区域进行切割和修饰，从而调控基因的表达。
核酶的作用机制通常包括以下几个步骤：
识别与结合：核酶首先需要识别并结合到特定的底物RNA上，这是催化反应的第一步。
核酶与底物RNA的结合通常具有很高的特异性，保证了反应的准确性。
切割与修饰：结合后的核酶通过催化作用对底物RNA进行切割或修饰。
具体反应机制取决于核酶的种类。
有些核酶仅对底物RNA进行切割，有些则可以催化多种不同类型的反应，如磷酸化、腺苷化等。
产物释放：反应完成后，核酶从底物RNA上释放出来，完成整个催化过程。
这一步通常需要特定的离子或分子参与，以确保反应的顺利进行。
核酶的作用机制非常复杂，涉及多个因素的综合作用。
例如，核酶的构象变化、底物RNA的序列和结构、环境因素等都会对催化反应产生影响。
因此，深入了解核酶的作用机制有助于更好地理解其生物学功能，并为未来的生物技术应用提供新的思路和途径。
生物化学 第11章 核酸的生物合成
第十一章 核酸的生物合成一、填空题1．中心法则是 于 年提出的，其内容可概括为2．所有冈崎片段的延伸都是按 方向进行的。
3．前导链的合成是 的，其合成方向与复制叉移动方向 。
4．引物酶与转录中的RNA 聚合酶之间的差别在于它对 不敏感；后随链的合成是 的。
5．DNA 聚合酶I 的催化功能有 、 、 。
6．DNA 拓扑异构酶有 种类型，分别为 和 ,它们的功能是 。
7．细菌的环状DNA 通常在一个 开始复制，而真核生物染色体中的线形DNA 可以在 起始复制。
8．大肠杆菌DNA 聚合酶III 的 活性使之具有 功能，极大地提高了DNA 复制的保真度。
9．到目前为止，在大肠杆菌中已发现有 种DNA 聚合酶，其中 负责DNA 复制， 负责DNA 损伤修复。
10．大肠杆菌中DNA 指导的RNA 聚合酶全酶的亚基组成为 ，去掉 _因子的部分称为核心酶，这个因子使全酶能识别DNA 上的 位点。
11．在DNA 复制中， 可防止单链模板重新缔合和核酸酶的攻击。
12．DNA 合成时，先由引物酶合成 ，再由 在其3′端合成DNA 链，然后由 切除引物并填补空隙，最后由 连接成完整的链。
13．大肠杆菌DNA 连接酶要求 的参与，哺乳动物的DNA 连接酶要求 参与。
14．原核细胞中各种RNA 是 种RNA 聚合酶催化生成的，而真核细胞核基因的转录分别由 种RNA 聚合酶催化，其中rRNA 基因由 转录，hnRNA 基因由 转录，各类小分子量RNA 则是 的产物。
15．转录单位一般应包括 序列， 序列和 序列。
16．真核细胞中编码蛋白质的基因多为 ，编码的序列还保留在成熟mRNA 中的是 ，编码的序列在前体分子转录后加工中被切除的是 ；在成熟的mRNA 中 序列被拼接起来。
17．限制性核酸内切酶主要来源于 ，都识别双链DNA 中 ，并同时断裂 。
二、选择题(只有一个最佳答案)：1．如果一个完全具有放射性的双链DNA 分子在无放射性标记溶液中经过两轮复制，产生的四个DNA 分子的放射性情况是：（ ）A 、其中一半没有放射性B 、都有放射性C 、半数分子的两条链都有放射性D 、一个分子的两条链都有放射性E 、四个分子都不含放射性2．关于DNA 指导下的RNA 合成的下列论述除了（ ）项外都是正确的。
【2024版】第十一章-核糖体
可编辑修改精选全文完整版第十一章核糖体核糖体是一种核糖核蛋白颗粒（ribonucleoprotein particle），是细胞内合成蛋白质、没由膜包被的细胞器，其功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效精确地合成蛋白质多肽链。
因为富含核苷酸，1958年Roberts建议把这种颗粒命名为核糖蛋白体，简称核糖体（ribosome）第一节核糖体的类型与结构一、核糖体的基本类型与化学组成：生物界有两种基本类型的核糖体：一种是原核细胞核糖体；另一种是真核细胞核糖体。
两种核糖体都有两个大小不同的亚基（subunit）组成，每个亚基都含有rRNA和蛋白质。
原核细胞核糖体沉降系数为70S，相对分子质量为2.5*106，易解离为50S与30S的大小亚基。
真核细胞核糖体沉降系数为80S，相对分子质量为4.8*106，易解离为60S与40S的大小亚基。
rRNA中的某些核苷酸残基被甲基化修饰，甲基化常发生在rRNA序列较为保守的区域。
核糖体大小亚基常常游离于细胞基质中，只有当小亚基与mRNA结合后打牙祭才与小亚基结合形成完整的核糖体。
肽链合成终止后，大小亚基解离，又游离于细胞质基质中。
二、核糖体的结构结构与功能的分析方法表明：（1）离子交换树脂可分离纯化各种r蛋白。
（2）核糖体中r蛋白与rRNA的结构关系：纯化的r蛋白与纯化的rRNA进行核糖体的重组装的过程中，某些蛋白质必须首先结合到rRNA上，其他蛋白才能装配上去，即表现出现后层次。
（3）双功能的交联剂和双向电泳分离：可用于研究r蛋白在结构上的相互关系。
（4）电镜负染色与免疫标记技术结合：研究r蛋白在核糖体的亚单位上的定位。
（5）对rRNA，特别是对16S rRNA结构的研究已十分成熟：①16SrRNA的一级结构是非常保守的②16SrRNA的二级结构具有更高的保守性③16SrRNA可以分为四个结构域：中心结构域，5'端结构域，3'端结构域和主结构域。
蛋白质合成过程中很多重要步骤与50S核糖体大亚单位相关：（1）依赖延伸因子Tu(EF-Tu)的氨酰tRNA的结合；（2）延伸因子G(EF-G)介导的转位作用；（3）依赖于起始因子2的fMet-tRNA的结合；（4）依赖于释放因子的蛋白合成终止作用；（5）应急因子与核糖体结合产生阻断蛋白合成等。
生物化学 第十一章
16SRNA 3′ HO-A-U-U-C-C-U-C-C-A-C-U-A…… 5′
细 菌 mRNA 5′ ……C-C-U-A-G-G-A-G-G-U-U-U-G-A-C-C-U-A-U-G-…… 3′
噬菌体
SD序 mRNA 5′ ……C-U-U-G-G列-A-G-G-C-U-U-U-U-U-U-A-U-G-…… 3′
精氨酸 精氨酸 终止密码 异亮氨酸
终止密码 终止密码
色氨酸 起始密码
二、核糖体 大肠杆菌核糖体
1. 组成与结构
真核细胞核糖体
16SrRNA 21种蛋白质
23SrRNA
5SrRNA
34种蛋白 质
18SrRNA ~33种蛋白质
28SrRNA 5SrRNA 5.8SrRNA 49种蛋白质
70S 80S
2. 功能位点
分类标志
反密码子：位于 tRNA反密码环可 与mRNA 的密码子 碱基配对的三个碱 基称为反密码子
2. 同工受体tRNA 概念：结合同一种氨基酸的tRNA
原因：tRNA 的数目（30余种）大于氨基酸数 3. 起始tRNA 概念：专一性识别起始密码子（AUG）tRNA
真核细胞： tRNA携带的是甲硫氨酸（Met） 原核细胞：tRNA携带的是甲酰甲硫氨酸（fMet）
2. 遗传密码 概念：mRNA编码区核苷酸的排列顺序与肽链中氨基酸的排列顺序的对应方
式为遗传密码。现已知，mRNA编码区三个相邻的核苷酸对应一个氨基酸，即三个 相邻的核苷酸为一个遗传密码，也称为三联体密码
mRNA 5′碱基 U
C
A
G
U 苯丙 苯丙 亮 亮 亮 亮 亮 亮 异亮 异亮 异亮 蛋（甲硫） 缬 缬 缬 缬
密码的特点： （1）无间断性。密码阅读方向5′-3′，密码之间无标点符号。
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生命进化过程中RNA 所起的作用
核酶的应用
在对核酶的作用机制有了深入理解的基础上，可以将 其改造成一种能在体内定向切割特定目标RNA分子 的工具，并应用于多项研究。虽然大多数天然的核酶 催化的是自切割反应，但是它们的活性都依赖于各自 独特的结构，特别是二级和三级结构。同时，它们作 用的机理主要依赖于特异性序列通过互补碱基对来识 别并结合特异性目标序列，因此完全可以在得到一个 特定目标RNA的序列之后，按照一种核酶对结构的 基本要求，在体外设计出另外一种RNA分子。一旦 这种RNA分子与特定目标RNA分子相遇，就可以特 异性结合在一起，并自组装成特定核酶活性所需要的 二级和三级结构。于是，特定的目标RNA分子充当 底物，人工设计的RNA分子充当酶，在它们结合以 后，目标RNA分子就可以在特定的位点被切开。利 用这些核酶，人们可以对付各种病原体，进行基因治 疗。此外，还可以研究特定基因的功能。
计算机辅助设计出的抗 HIV感 染的核酶及其作用点目标RNA
小核酶的催化机制
此类核酶催化的都是位点特异性剪切/连接反应，催化 机制都涉及到一个被激活的亲核基团对一个磷酸二酯键 的进攻，形成五价磷过渡态或半衰期极短的中间物，然 后是一个离去的氧。反应的结果是磷酸基团的立体化学 发生变化。 这类核酶在催化机制上的差别主要是亲核基团和离去基 团的不同。四种小核酶都使用内部紧靠剪切点的一个核 苷酸上的2′-OH为亲核基团，去取代剪切点上的磷酸 二酯键的5′-O，反应产物为带有2′-3′磷酸二酯键的 RNA和一个游离的5′-OH。这样的反应与RNA的碱水 解很相似，但核酶催化的是特定位置的单个磷酸二酯键 的水解。 除了发夹状核酶以外，其他都需要金属离子协助催化。 金属离子的结合位点是高度特异性的，不可以用其他带 正电荷的离子代替。
RNA的滚环复制以及子代RNA的成熟
小核酶所催化的反应的基本步骤
锤头核酶的二级和三级结构以及可能的催化机制
大核酶的催化机制
大核酶催化的反应有剪切反应、剪接反应和转肽反 应。其中最典型的代表是存在于所有细胞中的核糖 核酸酶P。与其他核酶不同的是，核糖核酸酶P使用 水分子作为亲核基团，并且，核糖核酸酶P既含有 RNA，又含有蛋白质。 核糖核酸P的催化机制是依赖于2个Mg2+的双金属催 化，1个Mg2+激活充当亲核试剂的羟基，使这个羟基 进行亲核取代，形成一个新的键，取代在3′-切开的 磷酸基团上的氧。另1个Mg2+与水分子结合，促使质 子转移给在3′-切开的磷酸基团上的氧，从而促进产 物的释放。
第十一章 核酶的结构Байду номын сангаас功能
提纲
一、核酶的种类
1. 小核酶 2. 大核酶
二、核酶的催化机制
1. 小核酶的催化机制 2. 大核酶的催化机制
三、核酶发现的意义及其应用
核酶的种类
根据分子的大小和催化机制，核酶可以分为小核酶和 大核酶，其中小核酶的大小约40~154 nt，大核酶有几 百个到几千个nt。 小核酶一般是来源于某些动、植物病毒的卫星RNA， 主要包括锤头状（hammerhead）核酶、发夹状（ hairpin）核酶、D型肝炎病毒（HDV）RNA、Varkud 卫星（VS）核酶和GlmS核开关。。 大核酶包括I组和II组自我剪接的内含子（self-splicing introns）、催化真核细胞核mRNA前体剪接的剪接体（ spliceosome）、催化tRNA 前体在5′端后加工的核糖核 酸酶P和催化蛋白质生物合成的核糖体。
海栖热袍菌核糖核酸酶P与tRNAPhe产物形成的复合物的三维结构
核糖核酸酶P催化的剪切反应
核糖核酸酶P 的催化机制
核酶发现的意义
“RNA世界”假说 支持“RNA世界”假说的证据 ① RNA也可以充当遗传物质，很多病毒以RNA为遗传物质 ② RNA可以充当酶，而且可以催化多种不同的反应 ③ 现代的细胞里，有各种不同的RNA，它们具有多项不同 的功能 ④ RNA也能参与转录校对 ⑤ 细胞合成核苷酸是先合成RNA的组成单位核糖核苷酸， 然后再合成DNA的组成单位脱氧核苷酸。此外，细胞是 先合成一般被认为是RNA特有的碱基U，然后再合成 DNA特有的碱基T ⑥ 许多基于蛋白质的酶所需要的辅助因子含有腺苷或腺苷 酸，如FAD、NAD+、NADP+和CoA
核酶与基于蛋白质的酶的比较
共同点 只改变反应速度，不改变平衡常数；具有很高的底物专一性； 对温度和pH等因素的变化敏感；具有较高的催化效率；也可 以使用辅助因子来协助催化；酶活性既可以受到激活，也可以 受到抑制；酶的活性也依赖于其特有的三维结构，特别是活性 中心的结构，并且也是通过稳定反应的过渡态、降低反应的活 化能来提高速率的。 不同点 天然核酶能催化的反应较为单调。几乎所有已知的天然核酶催 化的都是与磷酸二酯键有关的转酯反应，功能一般为RNA的 后加工。而且，大多数核酶属于自催化。此外，核酶催化的反 应有限，这是因为其活性中心能够提供的催化基团很有限。在 核酶的活性中心，碱基一般很难有效地作为广义的酸碱催化剂 去参与催化。正因为如此，几乎所有天然的核酶都绝对需要二 价的金属离子Mg2+或Mn2+。