高级生化简答与叙述

高级生物化学

Joven

1举例说明别构酶的调节（举例说明酶活性的调节）

别构酶是寡聚酶，含两个或两个以上亚基，有多个底物结合部位（活性中心）和效应剂结合部位（调节中心）。活性中心负责与底物结合与催化，调节中心负责调节酶的反应速度。能调节酶活性的有别构激活剂和别构抑制剂。

正协同：E.coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）的别构调节效应。这种酶分子由6个催化亚基和6个调节亚基组成。它的作用底物是天冬氨酸（Asp）和氨甲酰磷酸。在饱和氨甲酰磷酸存在下，ATCase的活性受ASP浓度调控：v-[Asp]作图为S型。当加入别构激活剂ATP时，曲线左移，随着Asp浓度的增大渐趋于双曲线。并且控制酶活性底物的分子开关向浓度小的方向移动，而且范围变窄；加入别构抑制剂CTP时，曲线右移，S曲线明显，分子开关向浓度大的方向移动。

负协同：3-磷酸甘油醛脱氢酶（3-PDG）催化糖酵解中唯一的脱氢反应，是负协同别构酶的代表。兔肌3-PDG由4个亚基组成，理论上全酶可结合4分子NAD+，但结合的亲和力不同，实际上通常只能结合2分子NAD+。即酶分子上只有一半NAD+结合位点被NAD+占据。这是一种极端的负协同效应，当第一和第二个NAD+与酶的两个亚基结合后，由于别构效应，是的另外两个亚基对NAD+的亲和力下降2~3个数量级，说明在一定的底物浓度范围内，酶活性不受底物浓度变化的影响，这是另一种意义上的调节。

2.蛋白质的翻译后修饰有哪些类型？举例论述两种蛋白质的共价修饰。

新生多肽链多数都需经过翻译后修饰才会转变为成熟的蛋白质。许多蛋白质要分别经过甲基化、羟基化、糖基化、泛肽化、羧基化、磷酸化、乙酰化、脂酰化和异戊烯基化。例如蛋白质的泛肽化、蛋白质的可逆磷酸化等。

蛋白质的泛肽化：蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素介导,所以又称为泛素降解途径。泛素介导的过程被称为泛素化。蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。蛋白酶体存在于所有真核细胞中，其活性受γ干扰素的调节。

泛素化是对特异的靶蛋白进行泛素修饰的过程。一些特殊的酶将细胞内的蛋

白分类,从中选出靶蛋白分子。泛素化修饰涉及泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3的一系列反应:首先在ATP供能的情况下酶E1粘附在泛素分子尾部的Cys残基上激活泛素,接着,E1将激活的泛素分子转移到E2酶上,随后,E2酶和一些种类不同的E3酶共同识别靶蛋白,对其进行泛素化修饰。根据E3与靶蛋白的相对比例可以将靶蛋白单泛素化修饰和多聚泛素化修饰。E3酶的外形就像一个夹子,靶蛋白连接在中间的空隙内。酶的左侧结构域决定靶蛋白的特异性识别,右侧结构域定位E2酶以转移泛素分子。

蛋白质的可逆磷酸化：蛋白质可逆磷酸化修饰是调控各种各样生物学功能的通用机制。其后，人们陆续发现了许多受这种方式调控的生理生化过程，如基因的复制和转录，分子识别和信号转导，蛋白质的合成与降解，物质代谢与跨膜运输，细胞形态建成与肌肉收缩，细胞周期的运转，细胞增殖与分化等等。实际上，蛋白质的可逆磷酸化是许多信号转导途径实现其生物学功能的枢纽。

可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的机制：通过可逆磷酸化向蛋白质大分子中引入或去掉一个或不多几个共价结合的磷酸基，可使其生物学活性发生戏剧性的转变，二者之间的关系可以归纳为以下几种：

A.单一部位磷酸化导致单一功能的变化，如肝细胞糖原磷酸化酶中Ser14被磷酸化之后即可从钝化状态变成活化构象，催化糖原的磷酸解。

B.多部位磷酸化导致单一功能的变化，肝细胞中的糖原合酶Ser7和Ser10分别被AMPK和PKA磷酸化而钝化。

C.多部位磷酸化分别导致不同功能的变化，如转录因子STAT1的单体为钝化状态，当被受体结合的JAK将其Tyr701磷酸化后，有了二聚化和核转位的能力，再经一种MAPK将其Ser727磷酸化，才会充分活化，刺激靶基因的转录。

D.单一部位磷酸化导致多个不同功能的变化，如肝细胞中的果糖6-磷酸激酶-2/果糖2,6-二磷酸酶，Ser32的磷酸化导致激酶活性的钝化和磷酶酶活性的活化。

3.试述蛋白质泛素化修饰的反应历程及其生物学意义。

真核细胞中，细胞溶胶和细胞核内多数蛋白由泛肽-26S蛋白酶体途径降解。泛肽是一种高度保守的小蛋白，主要定位于细胞溶胶和细胞核，在一系列酶的作

用下与靶蛋白共价连接。多泛肽化的靶蛋白可被26S蛋白酶体识别并迅速降解。 泛肽途径涉及到的酶有泛肽活化酶（E1）、泛肽载体蛋白（E2）、泛肽-蛋白连接酶（E3）和26S蛋白酶体。通常只有一种E1，催化泛肽的活化。而E2和E3却存在很多种，尤其是E3，主要负责泛肽同蛋白质结合的选择性和降解的专一性，不同的靶蛋白由不同的E3来识别。26S蛋白酶体由至少30多种不同的亚基组成，包括空桶状的20S蛋白酶体和结合在其两端的19S调节复合物，催化多泛肽化靶蛋白质降解。

泛肽途径的酶促过程概括如下：在E1催化下活化的泛肽以硫酯键连接在E1上，消耗一分子ATP；在E2作用下，活化的泛肽分子以硫酯键结合于E2上；之后，E3可直接或间接地与特定的靶蛋白结合，直接或间接地将泛肽从硫酯中间物转移到底物蛋白一个Lys残基的ε-氨基N上，形成多泛肽链。在E1、E2、E3的作用下，靶蛋白被多泛肽化，随即被26S蛋白酶体识别并讲解。泛肽再经去泛肽酶再生之后重复利用。

多泛肽链的形成通常还需要多泛肽链延伸因子（E4）的帮助。去泛肽化酶（DUB）可消除错误的泛肽化。泛肽结合蛋白（UBPs）则通过与泛肽化蛋白的相互作用防止单泛肽变成多泛肽链，或把信号从泛肽化蛋白传向下游。

生物学意义：主要负责细胞溶胶和细胞核内短寿命蛋白和反常蛋白的降解，如转录因子和限速酶等。这些如不及时降解，会干扰正常的生理活动。降解后，这些酶的数量由基因表达来调控，可以得到更精确的控制。

4.蛋白质降解途径以及生物学意义 1、 溶酶体途径

溶酶体富含在酸性条件下起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体介导胞饮进入的脂蛋白、铁蛋白、激素、受体等长寿命蛋白迅速降解成肽或者氨基酸。溶酶体系统在某些生理条件下在蛋白质水解总量所占份额取决于营养和内分泌状况。在氨基酸供给不足的条件下，自体吞噬泡的数量增加，细胞蛋白降解加速，以弥补氨基酸代谢库的亏缺。许多激素也调节着溶酶体系统蛋白降解速率。

2.蛋白质降解的泛肽途径

从合成多泛肽或者泛肽嵌合蛋白开始，由?-氨基泛肽C-端水解酶将他们加工，释放出泛肽单体。再由E1s 、E2s、 E3s按顺序通过依赖ATP的反应把泛肽单体连接到靶蛋白上。泛肽化的蛋白或者或被依赖ATP的26S蛋白酶体降解，同时伴随泛肽的释放，或者由?-氨基水解酶脱泛肽化。 蛋白质降解生物学意义

1维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡 2.参与细胞程序性死亡和贮藏蛋白的动员

3.按化学计量或脱辅基蛋白/辅因子比率累积寡聚蛋白的亚基 4.蛋白质前体分子的水解裂解加工

5.清除反常蛋白质以免其累积到对细胞有害的水平 6.控制细胞内关键蛋白的浓度，调节代谢或控制发育进程 7.参与细胞防御机制

8.蛋白质降解机制研究用于生物技术

5.生物膜的结构与功能

生物膜功能： （1）区隔化或房室化

内膜结构将细胞分隔成若干独立空间。在每一个膜包裹的空间聚集着特定种类的生物大分子，共同完成着某一项特定的生命活动。如细胞核主要进行DNA的复制和转录等；而线粒体主要进行呼吸作用，提供能量；溶酶体则负责将一些吸收的或损伤的大分子降解为可以利用的小分子等等。

（2）物质的跨膜运输

生物膜既要防止细胞与环境之间以及细胞内各房室之间的物质自由混合，又要维持各区间物质有控制地交流。

（3）能量转换

为了推动各种生命活动的进行和维持自身的结构，生物必须保证有足够的能量供应。另外，当膜维持着某些特异离子或溶质跨膜的浓度差是，能量就储存于它的跨膜电化学梯度中，这样的膜称为“能势膜”

（4）细胞识别

细胞通过其表面的特殊受体与胞外信号物质分子或配体选择性地相互作用，触发细胞内一系列生理生化变化，最终导致细胞的总体生物学效应相应改变，这样的过程称为细胞识别

生物膜的结构：

1．极性脂双分子层构成生物膜的基本构架，膜蛋白镶嵌在其中。 2．生物膜是由极性脂和蛋白分子按二维排列的流体，膜的结构组分在其中可以移动并聚集组装。

3．生物膜中的蛋白质的分布不对称，有的镶嵌在脂双层的表面，有的则部分或全部嵌入脂双层内部，有的则横跨整个膜。

两者关系： 膜的主要特征包括： 1.膜的不对称性

膜脂，膜蛋白和糖类不对称的分布在脂双层上，所有的生物膜都具有这种结构的不对称性，这也是生物膜功能的重要基础。例如：几乎所有的糖脂分布在膜的外侧，这对于细胞识别起到了很重要的作用。

2.膜的流动性

包括脂膜的流动性和脂蛋白的流动性。

例如：磷脂双分子层的相变温度与其组分固有的结构有关，除极性头外，疏水尾巴的长短，双键的数目、构型和位置均不同程度的影响其相变温度。进而影响物质的跨膜运输和能量转化。

6试述糖生物学与糖蛋白聚糖部分在细胞识别中作用

糖生物学：糖生物学主要研究复合糖中糖链的结构及其生物合成：糖链信号的破译、糖链信号转导；涉及分化和疾病发生的糖链识别以及糖工程和糖生物学的前沿与应用。

糖蛋白聚糖部分在细胞识别中作用：

（1） 在受体-配体相互识别中的作用：受体与配体的识别和结合，实质上

是受体上的结合部位与配体上的识别标记之间专一的结合。

（2） 在维持血浆糖原蛋白平衡中的作用：血浆中至少有60多种糖蛋白，

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