核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件

第十二章核酸與核苷酸代謝第十二章核酸與核苷酸代謝1第一節(jié)核酸的消化與吸收第二節(jié)核酸的分解代謝第三節(jié)核苷酸的生物合成主要內(nèi)容第一節(jié)核酸的消化與吸收主要內(nèi)容2第一節(jié)核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸單核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖磷酸化酶、核苷酶第一節(jié)核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA3人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。食物的核酸或核苷酸類物質(zhì)基本上不能被人體所利用。人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。4核苷酸的生物功用作為核酸合成的原料；體內(nèi)能量的利用形式；參與代謝和生理調(diào)節(jié)。核苷酸的生物功用作為核酸合成的原料；5第二節(jié)核酸的分解代謝一、核酸的水解二、單核苷酸的分解三、嘌呤的分解四、嘧啶的分解第二節(jié)核酸的分解代謝一、核酸的水解二、單核苷酸的分解三、嘌6核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件7核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件8NNNHNOH2NR5′PGMPNNNNNH2R5′PAMP三、嘌呤的分解NNNHNOH2NR5′PGMPNNNNNH2R5′PAMP9嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMP（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）NNNNOHHHOOH尿酸嘌呤堿的最終AMPGMPGXNNNNOHHHOOH尿酸10痛風(fēng)癥痛風(fēng)癥11四.嘧啶的分解HN=O=ONR5′PNNH2=NRPCMPOHN=O=ONdR5′PCH3UMPdTMP5′四.嘧啶的分解HN=O=ONR5′PNNH2=NRPCMPO12胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOHβ-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3β-氨基異丁酸H2O胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3H2N-CH13核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件14第三節(jié)核苷酸的生物合成一、核糖的來源和PRPP的生成二、嘌呤核苷酸的合成三、嘧啶核苷酸的合成四、脫氧核糖核苷酸的合成第三節(jié)核苷酸的生物合成一、核糖的來源和PRPP的生成15一、核糖的來源與1-焦磷酸-5-磷酸戊糖（PRPP）的生成R-5-PAMPATPPRPP合成酶PP-1-R-5-P一、核糖的來源與1-焦磷酸-5-磷酸戊糖（PRPP）的生成R16二、嘌呤核苷酸的合成從頭合成途徑2.補(bǔ)救合成途徑二、嘌呤核苷酸的合成從頭合成途徑17定義：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。

合成部位：幾乎所有生物體都能合成嘌呤堿，肝臟是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官。腦和脊髓無法進(jìn)行此合成途徑。從頭合成途徑定義：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原18從頭合成途徑的特點(diǎn)：①參與從頭合成途徑的酶均在胞液中②以磷酸戊糖途徑中合成的5’-磷酸核糖（5’-PR）為原料，經(jīng)11步反應(yīng)生成次黃嘌呤核苷酸（IMP）。③在合成IMP的過程中，由氨基酸，CO2，一碳單位逐步提供元素或基團(tuán)，在5’-磷酸核糖分子上完成嘌呤堿基的合④從IMP出發(fā)再合成AMP和GMP。從頭合成途徑的特點(diǎn)：19嘌呤的元素來源用同位素標(biāo)記化合物進(jìn)行的研究證明，生物體內(nèi)能利用谷氨酰胺，天冬氨酸、甘氨酸、一碳單位和CO2為元素來源合成嘌呤堿基。嘌呤的元素來源20核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件21過程：IMP的合成AMP和GMP的生成過程：IMP的合成AMP和GMP的生成22R-5-PATPADPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷氨酰胺，甘氨酸，一碳單位，二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5’-P谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶R-5-PATPADPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷23IMP的合成過程IMP的合成過程24核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件25

AMP和GMP的生成AMP和GMP的生成26AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD272.嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑

定義：利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)過程，合成嘌呤核苷酸，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。2.嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑定義：利用體內(nèi)游離的嘌呤28

參與補(bǔ)救合成的酶：腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)，次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-

guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)參與補(bǔ)救合成的酶：29腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP鳥嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT腺嘌呤核苷腺苷激酶AT30補(bǔ)救合成的生理意義節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。補(bǔ)救合成的生理意義節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。311.從頭合成途徑2.補(bǔ)救合成途徑

三、嘧啶核苷酸的合成1.從頭合成途徑三、嘧啶核苷酸的合成321.從頭合成途徑合成部位：主要是肝細(xì)胞胞液定義：利用谷氨酰氨、二氧化碳、天冬氨酸和磷酸核糖為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的過程。1.從頭合成途徑合成部位：主要是肝細(xì)胞胞液定義：利用谷氨酰33嘧啶合成的元素來源CCCNCN氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素來源CCCNCN氨基甲天冬氨酸34合成過程尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰氨+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+PiH2N-C-O-P-OH=OO=O-+谷氨酸氨基甲酰磷酸合成過程尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰氨+HCO3-氨基甲酰磷酸合35CPS-ICPS-II肝細(xì)胞線粒體中氨N-乙酰谷氨酸胞液（所有細(xì)胞）谷氨酰氨無分布氮源變構(gòu)激活劑功能尿素合成嘧啶合成氨基甲酰磷酸合成酶I、II的區(qū)別CPS-ICPS-II肝細(xì)胞線粒體中氨N-乙酰谷氨酸胞液（所36核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件37CTP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰氨ATP谷氨酸ADP+PiNNH2=ONR5′PPPCTPR5′PHN=O=ONUMPCTP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATP382.嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP2.嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧39四、脫氧核糖核苷酸的合成四、脫氧核糖核苷酸的合成40

第十四章DNA的復(fù)制與修復(fù)

第三篇

遺傳信息的傳遞第十四章DNA的復(fù)制與修復(fù)第三篇41第一節(jié)DNA的復(fù)制中心法則第一節(jié)DNA的復(fù)制中心法則42ReversetranscriptionReverse43一、DNA的復(fù)制方式—半保留復(fù)制基本概念：半保留復(fù)制一、DNA的復(fù)制方式—半保留復(fù)制基本概念：44

DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA，每個(gè)子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制。

DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相45親代(第一代)第二代第三代第四代親代(第一代)第二代第三代第四代46核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件47規(guī)律：親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，所合成的DNA分子中：DNA分子數(shù)，含親代母鏈的DNA分子數(shù)，不含親代母鏈的DNA分子數(shù)依次為：2n，2，2n-2，規(guī)律：親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，所合成的DNA分子中：48

二、DNA復(fù)制的過程

DNA復(fù)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要起始位點(diǎn)識(shí)別蛋白、拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶、單鏈結(jié)合蛋白、DNA聚合酶、連接酶等。二、DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，49DNA聚合酶（1）種類和生理功能：在原核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ），DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ），DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ），這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復(fù)制的主要是polⅠ和polⅢ。

DNA聚合酶（1）種類和生理功能：505’5’3’3’5’5’3’3’51polⅠ為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì),可被特異的蛋白酶水解為兩個(gè)片段，具有5'→3'聚合酶活性和3'→5'外切酶的活性。

polⅠ為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì),可被特異的蛋白酶52

原核生物中的三種DNA聚合酶

原核生物中的三種DNA聚合酶

53在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種，分別命名為DNA聚合酶α（polα），DNA聚合酶β（polβ），DNA聚合酶γ（polγ），DNA聚合酶δ（polδ），DNA聚合酶ε（polε）。其中，參與染色體DNA復(fù)制的是polα（延長(zhǎng)隨從鏈）和polδ（延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈），參與線粒體DNA復(fù)制的是polγ，polε與DNA損傷修復(fù)、校讀和填補(bǔ)缺口有關(guān)，polβ只在其他聚合酶無活性時(shí)才發(fā)揮作用。

在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種，分別命名為DNA541.復(fù)制的起始

DNA復(fù)制的起始階段，由下列兩步構(gòu)成。

(1)引發(fā)體組裝：由蛋白因子（如dnaB等）識(shí)別復(fù)制起始點(diǎn)，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體。

1.復(fù)制的起始55(2)預(yù)引發(fā)：解旋解鏈，形成復(fù)制叉：由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。(2)預(yù)引發(fā)：56復(fù)制叉復(fù)制叉57（3）引發(fā)：在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

（3）引發(fā)：582.復(fù)制的過程（1）聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以3‘→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5‘→3’方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長(zhǎng)的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延長(zhǎng)隨從鏈)和δ（延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈）。（2）引發(fā)體移動(dòng)：引發(fā)體向前移動(dòng)，解開新的局部雙螺旋，形成新的復(fù)制叉，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續(xù)進(jìn)行鏈的延長(zhǎng)。

2.復(fù)制的過程（1）聚合子代DNA：59核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件603.復(fù)制的終止

（1）去除引物，填補(bǔ)缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長(zhǎng)引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個(gè)磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長(zhǎng)。

3.復(fù)制的終止（1）去除引物，填補(bǔ)缺口：61（2）連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個(gè)磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長(zhǎng)鏈。

（2）連接岡崎片段：62DNA復(fù)制過程DNA復(fù)制過程63第二節(jié)、DNA的損傷與修復(fù)第二節(jié)、DNA的損傷與修復(fù)64DNA損傷的原因及后果電離輻射可見光氧自由基H+烷化劑復(fù)制錯(cuò)誤核苷類似物mCDNA損傷的原因及后果電離輻射可見光氧自由基H+烷化劑復(fù)制錯(cuò)65DNA損傷后分子的最終改變點(diǎn)突變?nèi)笔Р迦?/p>

重排DNA斷裂DNA損傷后分子的最終改變點(diǎn)突變?nèi)笔Р迦胫嘏臘NA66DNA損傷的后果信號(hào)傳導(dǎo)異常長(zhǎng)時(shí)辰效應(yīng)老化腫瘤疾病DNA修復(fù)機(jī)制短期效應(yīng)異常增生和代謝生理功能紊亂細(xì)胞死亡細(xì)胞增殖減少基因表達(dá)異?；蚪M不穩(wěn)定DNA損傷的后果信號(hào)傳導(dǎo)異常長(zhǎng)時(shí)辰效應(yīng)老化腫瘤疾病DNA修67一、原核生物DNA的損傷和修復(fù)直接修復(fù)方式切除修復(fù)方式丟失堿基和去堿基部位的修復(fù)甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù)一、原核生物DNA的損傷和修復(fù)直接修復(fù)方式681.直接修復(fù)方式

在DNA5'-P端和3'-OH端未受損害的情況下，連接酶能夠直接修復(fù)DNA的斷裂口。1.直接修復(fù)方式在DNA5'-P端和3'-69（1）DNA紫外線損傷的光復(fù)合酶直接修復(fù)（1）DNA紫外線損傷的光復(fù)合酶直接修復(fù)70（2）烷基化堿基的直接修復(fù)在大腸桿菌中的Ada酶，可修復(fù)甲基化的堿基和甲基化的磷酸二酯鍵。（2）烷基化堿基的直接修復(fù)在大腸桿菌中的Ada酶，可修復(fù)712.切除修復(fù)方式

即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。2.切除修復(fù)方式即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受724.甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù)校正活性所漏校的堿基,使復(fù)制的保真性提高102～103倍錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)(MRS，MismatchRepairSystem)DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-114.甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù)校正活性所漏校的堿基,使復(fù)制的73Mis-pairedbasesMis-pairedbases74DNA復(fù)制不很嚴(yán)格，新合成的DNA容易造成錯(cuò)誤產(chǎn)生突變。SOS修復(fù)DNA復(fù)制不很嚴(yán)格，新合成的DNA容易造成錯(cuò)誤產(chǎn)生突變。SO75二、真核細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)

核苷酸切除修復(fù)(基因組修復(fù))二、真核細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)核苷酸切除修復(fù)76著色性干皮病患兒治療：避免紫外線照射避免腫瘤致病因子對(duì)癥治療著色性干皮病患兒治療：77線粒體損傷和修復(fù)線粒體的氧化損傷:單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基修飾、DNA交聯(lián)、烷化損傷線粒體的損傷修復(fù)：堿基切除修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)線粒體損傷和修復(fù)線粒體的氧化損傷:線粒體的損傷修復(fù)：堿基切除78第十五章轉(zhuǎn)錄與基因表達(dá)調(diào)控

DNA攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNA分子的過程稱轉(zhuǎn)錄（transcription

）。

RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是RNA前體（RNAprecursor），需經(jīng)加工過程（processing）方具有生物學(xué)活性。第十五章轉(zhuǎn)錄與基因表達(dá)調(diào)控DNA攜帶的遺傳信息（基79

（一）RNA轉(zhuǎn)錄合成的條件

1.底物四種核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，UTP。2.模板以一段單鏈DNA作為模板。

（一）RNA轉(zhuǎn)錄合成的條件1.底物80ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNA3、RNA聚合酶ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNA3、R81原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個(gè)亞基構(gòu)成，即α2ββ'σ。σ亞基與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的識(shí)別有關(guān)，而在轉(zhuǎn)錄合成開始后被釋放，余下的部分（α2ββ'）被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關(guān)。

（1）原核細(xì)胞的RNA聚合酶原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個(gè)亞基構(gòu)成，即α2ββ'σ。82大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——起始和催化聚合反應(yīng)α——轉(zhuǎn)錄的特異性全酶(αββ)大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ83（2）真核細(xì)胞的RNA聚合酶（2）真核細(xì)胞的RNA聚合酶84酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ854.終止因子

ρ蛋白：這是一種六聚體的蛋白質(zhì)，亞基的分子量為50kd。該蛋白因子能識(shí)別終止信號(hào)，并能與RNA緊密結(jié)合，導(dǎo)致RNA的釋放。4.終止因子86

5.激活因子目前已知激活因子為降解產(chǎn)物基因激活蛋白（CAP），又稱為cAMP受體蛋白（CRP）。是一種二聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量為23kd。該蛋白與cAMP結(jié)合后，刺激RNA聚合酶與起始部位結(jié)合，從而起始轉(zhuǎn)錄過程。

5.激活因子87(二）轉(zhuǎn)錄過程

1.識(shí)別原核生物RNA聚合酶中的σ因子識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，并促使核心酶結(jié)合形成全酶復(fù)合物。被辨認(rèn)的區(qū)段就是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)-35區(qū)的TTGACA序列。酶與該區(qū)結(jié)合后，即滑動(dòng)至-10區(qū)的TATAAT序列（Pribnow盒），并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。

(二）轉(zhuǎn)錄過程1.識(shí)別88

位于基因上游，與RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄有關(guān)的一些DNA順序稱為啟動(dòng)子（promoter)。

位于基因上游，與RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄有關(guān)的一89真核生物的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)上游也存在一段富含TA的順序，被稱為Hogness盒或TATA盒。

除此之外，在真核生物中還可見到其他帶共性的序列，如CAAT盒及GC盒等。真核生物的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)上游也存在一段富含TA的順序，被稱為Ho90

2.起始

RNA聚合酶全酶促使局部雙鏈解開，并催化ATP或GTP與另外一個(gè)三磷酸核苷聚合，形成第一個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵。

2.起始91

3.延長(zhǎng)σ因子從全酶上脫離，余下的核心酶繼續(xù)沿DNA鏈移動(dòng)，按照堿基互補(bǔ)原則，不斷聚合RNA。

3.延長(zhǎng)92RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)方向新生RNA復(fù)鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長(zhǎng)部位RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)93

4.終止

提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列稱為終止子(termter)。協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子（蛋白質(zhì)）則稱為終止因子(terminationfactor)。有的終止信號(hào)的作用可被特異的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，這稱為通讀(readthrough)，這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子(antitermination)。RNA轉(zhuǎn)錄合成的終止機(jī)制有兩種：1．依賴ρ因子的終止2．不依賴ρ因子的終止4.終止94大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu)A.不依賴于Rho（）的終止子B.依賴于Rho（）的終止子富含G-C系列U大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu)A.不依賴于Rho（）的終止95（三）真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工

1.mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工(1)加帽(addingcap):

7-甲基鳥嘌呤核苷三磷酸（mGPPPG)，稱為帽子結(jié)構(gòu)。(2)加尾

(addingtail)：polyA。(3)剪接（splicing)(4)修飾：如由甲基化酶催化，對(duì)某些堿基進(jìn)行甲基化處理。

（三）真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工1.mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工96SummaryofRNAprocessingineukaryotesusingb-globingeneasanexampleSummaryofRNAprocessingine972.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式：(1)切斷。(2)剪接。(3)化學(xué)修飾。2.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式：98原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸外切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用30S前體17StR99tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：5’—端切除幾到10個(gè)核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示異構(gòu)化酶的作用

tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：b100加工加工101真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運(yùn)加工mRNAmRNA

真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域RNA聚合酶不相同啟動(dòng)子不同轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物102第十六章蛋白質(zhì)的生物合成第十六章蛋白質(zhì)的生物合成103一、遺傳信息的傳遞—中心法則基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。一、遺傳信息的傳遞—中心法則基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程104

蛋白質(zhì)的合成體系包括：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體RNA、酶和因子,以及無機(jī)離子、ATP、GTP等。其中mRNA、tRNA、核蛋白體RNA在蛋白質(zhì)的合成中起著不同的作用。合成方向：N→C端。

蛋白質(zhì)的合成體系包括：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核105ThethreerolesofRNAinproteinsynthesis.MessengerRNA(mRNA)istranslatedintoproteinbythejointactionoftransferRNA(tRNA)andtheribosome,whichiscomposedofnumerousproteinsandtwomajorribosomalRNA(rRNA)molecules.ThethreerolesofRNAinprot106（一）mRNA的功能與密碼mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板。

二、RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（一）mRNA的功能與密碼mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是107mRNAmRNA108mRNA中每三個(gè)相鄰的堿基組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子(coden)。四種堿基可組成64種不同的密碼。mRNA中每三個(gè)相鄰的堿基組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基109遺傳密碼表遺傳密碼表110遺傳密碼的基本特點(diǎn)：①密碼的連續(xù)性②密碼的簡(jiǎn)并性③終止密碼與起始密碼：起始密碼：AUG；終止密碼：UAA、UAG、UGA。④密碼的通用性（但在線粒體或葉綠體中特殊）⑤方向性：解讀方向?yàn)?′→3′。遺傳密碼的基本特點(diǎn)：111（二）tRNA的功能（二）tRNA的功能112結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3’-CCA的位置。反密碼子對(duì)密碼的識(shí)別：通常也是根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，即A—U，G—C配對(duì)。但反密碼的第一個(gè)核苷酸與第三核苷酸之間的配對(duì)，并不嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)原則。如反密碼第一個(gè)核苷酸為Ⅰ，則可與A、U或C配對(duì)，如為U，則可與A或G配對(duì)，這種配對(duì)稱為不穩(wěn)定配對(duì)。

結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能113核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件114（三）核蛋白體與多核蛋白體核蛋白體的基本功能：結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對(duì)肽鍵的形成。存在：核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀—多核蛋白體。（三）核蛋白體與多核蛋白體核蛋白體的基本功能：結(jié)合mRNA，115Thegeneralstructureofribosomesinprokaryotesandeukaryotes.

Thegeneralstructureofribos116三、蛋白質(zhì)生物合成過程合成過程分四個(gè)階段：氨基酸的活化與搬運(yùn)肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的終止后三步均在核蛋白體上進(jìn)行，且是一循環(huán)機(jī)制。因此，核蛋白體上多肽鏈的合成過程也稱為核蛋白體循環(huán)。三、蛋白質(zhì)生物合成過程合成過程分四個(gè)階段：117（一）氨基酸的活化與搬運(yùn)

氨基酸的活化以及活化氨基酸與tRNA的結(jié)合，均由氨基酰-tRNA合成酶催化完成。（一）氨基酸的活化與搬運(yùn)氨基酸的活化以及活化氨基酸與tR118氨基酰-tRNA合成酶Theaminoacidisattachedtothe3’OHoftheriboseofthe3’terminalA(intheCCA)(proofreading)(proofreading)氨基酰-tRNA合成酶Theaminoacidisa119AminoacidsarecoupledtotRNAsthroughesterlinkagestoeitherthe2-orthe3-hydroxylgroupofthe3-adenosineresidue.Alinkagetothe3-hydroxylgroupisshown.氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+2Pi氨基酰-tRNA的合成AminoacidsarecoupledtotRN120每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA。氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識(shí)別一種相應(yīng)的tRNA。tRNA分子能接受相應(yīng)的氨基酸,決定于它特有的堿基順序,而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA合成酶所識(shí)別。每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶。它既催121原核細(xì)胞中甲酰蛋氨酸-tRNA的形成原核細(xì)胞中甲酰蛋氨酸-tRNA的形成122（二）原核細(xì)胞多肽鏈的合成—核蛋白體循環(huán)１.肽鏈的起始：需要起始因子(IF)參與作用。（１）30S起動(dòng)復(fù)合物的形成：30S小亞基與mRNA的起動(dòng)部位，起動(dòng)tRNA（fmet-tRNAfmet），和GTP結(jié)合，形成復(fù)合體。（２）70S起動(dòng)前復(fù)合體的形成：IF3從30S起動(dòng)復(fù)合體上脫落，50S大亞基與復(fù)合體結(jié)合，形成70S起動(dòng)前復(fù)合體。（３）70S起動(dòng)復(fù)合體的形成：GTP被水解，IF1和IF2從復(fù)合物上脫落。此時(shí)，tRNAfmet的反密碼UAC與mRNA上的起動(dòng)密碼AUG互補(bǔ)結(jié)合，tRNAfmet結(jié)合在核蛋白的給位（P位）。

（二）原核細(xì)胞多肽鏈的合成—核蛋白體循環(huán)１.肽鏈的起始：需要123２.肽鏈的延長(zhǎng)（1）進(jìn)位：與mRNA下一個(gè)密碼相對(duì)應(yīng)的氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白體的受位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF參與。核糖體移動(dòng)方向P位點(diǎn)A位點(diǎn)２.肽鏈的延長(zhǎng)（1）進(jìn)位：與mRNA下一個(gè)密碼相對(duì)應(yīng)的氨基酰124

2．成肽：在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲酰蛋氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到受位上的氨基酰tRNA上，與其α-氨基縮合形成肽鍵。此步驟需Mg2+，K+。給位上已失去蛋氨酰基或肽?；膖RNA從核蛋白上脫落。

3．轉(zhuǎn)位：核蛋白體向mRNA的3'-端滑動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)密碼的距離，同時(shí)使肽?；鵷RNA從受體移到給位。此步驟需EF（EFG）、GTP和Mg2+參與。此時(shí)，核蛋白體的受位留空，與下一個(gè)密碼相對(duì)應(yīng)的氨基酰tRNA即可再進(jìn)入，重復(fù)以上循環(huán)過程，使多肽鏈不斷延長(zhǎng)。

2．成肽：在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲125３.肽鏈合成的終止核蛋白體沿mRNA鏈滑動(dòng)，不斷使多肽鏈延長(zhǎng)，直到終止信號(hào)進(jìn)入受位。1．識(shí)別：RF識(shí)別終止密碼，進(jìn)入核蛋白體的受位。

2．水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷?，多肽鏈與tRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。

3．解離：通過水解GTP，使核蛋白體與mRNA分離，tRNA、RF脫落，核蛋白體解離為大、小亞基。

３.肽鏈合成的終止核蛋白體沿mRNA鏈滑動(dòng)，不斷使126多核蛋白體

在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至可多到幾百個(gè)。蛋白質(zhì)開始合成時(shí)，第一個(gè)核糖體在mRNA的起始部位結(jié)合，引入第一個(gè)蛋氨酸，然后核糖體向mRNA的3’端移動(dòng)一定距離后，第二個(gè)核糖體又在mRNA的起始部位結(jié)合，現(xiàn)向前移動(dòng)一定的距離后，在起始部位又結(jié)合第三個(gè)核糖體，依次下去，直至終止。每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率。多核蛋白體在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至可127核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件128（三）真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成１.參與翻譯的起始因子較多：已發(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近9種（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220復(fù)合物稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（CBPC）;2.核蛋白體較大：為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成；3.起始tRNA為Met－tRNA；4.形成起始復(fù)合物的機(jī)制不同；結(jié)合在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu);5.肽鏈延長(zhǎng)因子為EF1和EF2。線粒體、葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成類似于原核細(xì)胞。（三）真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成１.參與翻譯的起始因子較多：已發(fā)現(xiàn)129蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同位素證明）；以mRNA的5’-3’方向閱讀遺傳密碼；該合成過程是一個(gè)耗能過程；肽鏈的起始需要5ATP，延長(zhǎng)時(shí)只需4ATP，合成一個(gè)n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽鏈的終止不需GTP，則合成n肽所需能量3×n＋1。蛋白質(zhì)合成過程小結(jié)肽鏈合成方向NC（同130（五）肽鏈合成后的加工N端改造fMet的切除信號(hào)肽（能透膜，進(jìn)行蛋白質(zhì)的錨定）的切除氨基酸的修飾/改造：肽鏈內(nèi)或肽鏈間的二硫鍵的形成、乙?；?、甲基化；氨基酸殘基的修飾（Pro-OH/Cys-OH）4.糖基化（Asp、Ser、Thr、Asn）5.某些多肽要經(jīng)特殊的酶切一段肽鏈后才有生物活性(如：胰島素)6.高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成在分子伴侶的協(xié)助下形成正確的結(jié)構(gòu)7.錨定（定位）（五）肽鏈合成后的加工N端改造fMet的切除131四、抗生素與某些藥物對(duì)遺傳信息傳遞過程的影響干擾核苷酸合成的藥物影響核酸合成的藥物影響蛋白質(zhì)生物合成的藥物：蛋白質(zhì)合成抑制劑（１）抗生素類阻斷劑a.鏈霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革蘭氏陰性細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的三個(gè)階段：①50S起始復(fù)合物的形成，使氨基酰tRNA從復(fù)合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯(cuò)配；③在終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結(jié)合，使已合成的多肽鏈無法釋放，而且還抑制70S核糖體的介離。

四、抗生素與某些藥物對(duì)遺傳信息傳遞過程的影響干擾核苷酸合成的132b.四環(huán)素和土霉素；c.氯霉素d.白喉霉素（diphtheriatoxin）

由白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的白喉霉素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成抑制劑。它對(duì)真核生物的延長(zhǎng)因子-2（EF-2）起共價(jià)修飾作用，生成EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，從而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制細(xì)胞整個(gè)蛋白質(zhì)合成，而導(dǎo)致細(xì)胞死亡

e.亞胺環(huán)己酮（放線菌酮）只抑制真核60S亞基的肽酰轉(zhuǎn)移酶活性

（２）干擾素對(duì)病毒蛋白合成的抑制

b.四環(huán)素和土霉素；c.氯霉素133問答題

1、比較DNA復(fù)制與RNA轉(zhuǎn)錄的異同。

2、比較DNA聚合酶與RNA聚合酶催化作用的異同。3、DNA復(fù)制的高度準(zhǔn)確性是通過什么來實(shí)現(xiàn)的？4、肽鏈合成后的加工處理主要有哪些方式？名詞解釋中心法則半保留復(fù)制轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄翻譯有義鏈反義鏈內(nèi)含子外顯子岡崎片段問答題1、比較DNA復(fù)制與RNA轉(zhuǎn)錄的異同。134

第十二章核酸與核苷酸代謝第十二章核酸與核苷酸代謝135第一節(jié)核酸的消化與吸收第二節(jié)核酸的分解代謝第三節(jié)核苷酸的生物合成主要內(nèi)容第一節(jié)核酸的消化與吸收主要內(nèi)容136第一節(jié)核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸單核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖磷酸化酶、核苷酶第一節(jié)核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA137人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。食物的核酸或核苷酸類物質(zhì)基本上不能被人體所利用。人體所需的核苷酸都是由機(jī)體自身合成的。138核苷酸的生物功用作為核酸合成的原料；體內(nèi)能量的利用形式；參與代謝和生理調(diào)節(jié)。核苷酸的生物功用作為核酸合成的原料；139第二節(jié)核酸的分解代謝一、核酸的水解二、單核苷酸的分解三、嘌呤的分解四、嘧啶的分解第二節(jié)核酸的分解代謝一、核酸的水解二、單核苷酸的分解三、嘌140核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件141核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件142NNNHNOH2NR5′PGMPNNNNNH2R5′PAMP三、嘌呤的分解NNNHNOH2NR5′PGMPNNNNNH2R5′PAMP143嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMP（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）NNNNOHHHOOH尿酸嘌呤堿的最終AMPGMPGXNNNNOHHHOOH尿酸144痛風(fēng)癥痛風(fēng)癥145四.嘧啶的分解HN=O=ONR5′PNNH2=NRPCMPOHN=O=ONdR5′PCH3UMPdTMP5′四.嘧啶的分解HN=O=ONR5′PNNH2=NRPCMPO146胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOHβ-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3β-氨基異丁酸H2O胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3H2N-CH147核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件148第三節(jié)核苷酸的生物合成一、核糖的來源和PRPP的生成二、嘌呤核苷酸的合成三、嘧啶核苷酸的合成四、脫氧核糖核苷酸的合成第三節(jié)核苷酸的生物合成一、核糖的來源和PRPP的生成149一、核糖的來源與1-焦磷酸-5-磷酸戊糖（PRPP）的生成R-5-PAMPATPPRPP合成酶PP-1-R-5-P一、核糖的來源與1-焦磷酸-5-磷酸戊糖（PRPP）的生成R150二、嘌呤核苷酸的合成從頭合成途徑2.補(bǔ)救合成途徑二、嘌呤核苷酸的合成從頭合成途徑151定義：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。

合成部位：幾乎所有生物體都能合成嘌呤堿，肝臟是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官。腦和脊髓無法進(jìn)行此合成途徑。從頭合成途徑定義：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原152從頭合成途徑的特點(diǎn)：①參與從頭合成途徑的酶均在胞液中②以磷酸戊糖途徑中合成的5’-磷酸核糖（5’-PR）為原料，經(jīng)11步反應(yīng)生成次黃嘌呤核苷酸（IMP）。③在合成IMP的過程中，由氨基酸，CO2，一碳單位逐步提供元素或基團(tuán)，在5’-磷酸核糖分子上完成嘌呤堿基的合④從IMP出發(fā)再合成AMP和GMP。從頭合成途徑的特點(diǎn)：153嘌呤的元素來源用同位素標(biāo)記化合物進(jìn)行的研究證明，生物體內(nèi)能利用谷氨酰胺，天冬氨酸、甘氨酸、一碳單位和CO2為元素來源合成嘌呤堿基。嘌呤的元素來源154核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件155過程：IMP的合成AMP和GMP的生成過程：IMP的合成AMP和GMP的生成156R-5-PATPADPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷氨酰胺，甘氨酸，一碳單位，二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5’-P谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶R-5-PATPADPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷157IMP的合成過程IMP的合成過程158核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件159

AMP和GMP的生成AMP和GMP的生成160AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD1612.嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑

定義：利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)過程，合成嘌呤核苷酸，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。2.嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑定義：利用體內(nèi)游離的嘌呤162

參與補(bǔ)救合成的酶：腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)，次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-

guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)參與補(bǔ)救合成的酶：163腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP鳥嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT腺嘌呤核苷腺苷激酶AT164補(bǔ)救合成的生理意義節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。補(bǔ)救合成的生理意義節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。1651.從頭合成途徑2.補(bǔ)救合成途徑

三、嘧啶核苷酸的合成1.從頭合成途徑三、嘧啶核苷酸的合成1661.從頭合成途徑合成部位：主要是肝細(xì)胞胞液定義：利用谷氨酰氨、二氧化碳、天冬氨酸和磷酸核糖為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的過程。1.從頭合成途徑合成部位：主要是肝細(xì)胞胞液定義：利用谷氨酰167嘧啶合成的元素來源CCCNCN氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素來源CCCNCN氨基甲天冬氨酸168合成過程尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰氨+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+PiH2N-C-O-P-OH=OO=O-+谷氨酸氨基甲酰磷酸合成過程尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰氨+HCO3-氨基甲酰磷酸合169CPS-ICPS-II肝細(xì)胞線粒體中氨N-乙酰谷氨酸胞液（所有細(xì)胞）谷氨酰氨無分布氮源變構(gòu)激活劑功能尿素合成嘧啶合成氨基甲酰磷酸合成酶I、II的區(qū)別CPS-ICPS-II肝細(xì)胞線粒體中氨N-乙酰谷氨酸胞液（所170核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件171CTP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰氨ATP谷氨酸ADP+PiNNH2=ONR5′PPPCTPR5′PHN=O=ONUMPCTP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATP1722.嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP2.嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧173四、脫氧核糖核苷酸的合成四、脫氧核糖核苷酸的合成174

第十四章DNA的復(fù)制與修復(fù)

第三篇

遺傳信息的傳遞第十四章DNA的復(fù)制與修復(fù)第三篇175第一節(jié)DNA的復(fù)制中心法則第一節(jié)DNA的復(fù)制中心法則176ReversetranscriptionReverse177一、DNA的復(fù)制方式—半保留復(fù)制基本概念：半保留復(fù)制一、DNA的復(fù)制方式—半保留復(fù)制基本概念：178

DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA，每個(gè)子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制。

DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相179親代(第一代)第二代第三代第四代親代(第一代)第二代第三代第四代180核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件181規(guī)律：親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，所合成的DNA分子中：DNA分子數(shù)，含親代母鏈的DNA分子數(shù)，不含親代母鏈的DNA分子數(shù)依次為：2n，2，2n-2，規(guī)律：親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，所合成的DNA分子中：182

二、DNA復(fù)制的過程

DNA復(fù)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要起始位點(diǎn)識(shí)別蛋白、拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶、單鏈結(jié)合蛋白、DNA聚合酶、連接酶等。二、DNA復(fù)制的過程DNA復(fù)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，183DNA聚合酶（1）種類和生理功能：在原核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ），DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ），DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ），這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復(fù)制的主要是polⅠ和polⅢ。

DNA聚合酶（1）種類和生理功能：1845’5’3’3’5’5’3’3’185polⅠ為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì),可被特異的蛋白酶水解為兩個(gè)片段，具有5'→3'聚合酶活性和3'→5'外切酶的活性。

polⅠ為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì),可被特異的蛋白酶186

原核生物中的三種DNA聚合酶

原核生物中的三種DNA聚合酶

187在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種，分別命名為DNA聚合酶α（polα），DNA聚合酶β（polβ），DNA聚合酶γ（polγ），DNA聚合酶δ（polδ），DNA聚合酶ε（polε）。其中，參與染色體DNA復(fù)制的是polα（延長(zhǎng)隨從鏈）和polδ（延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈），參與線粒體DNA復(fù)制的是polγ，polε與DNA損傷修復(fù)、校讀和填補(bǔ)缺口有關(guān)，polβ只在其他聚合酶無活性時(shí)才發(fā)揮作用。

在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種，分別命名為DNA1881.復(fù)制的起始

DNA復(fù)制的起始階段，由下列兩步構(gòu)成。

(1)引發(fā)體組裝：由蛋白因子（如dnaB等）識(shí)別復(fù)制起始點(diǎn)，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體。

1.復(fù)制的起始189(2)預(yù)引發(fā)：解旋解鏈，形成復(fù)制叉：由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。(2)預(yù)引發(fā)：190復(fù)制叉復(fù)制叉191（3）引發(fā)：在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

（3）引發(fā)：1922.復(fù)制的過程（1）聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以3‘→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5‘→3’方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長(zhǎng)的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延長(zhǎng)隨從鏈)和δ（延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈）。（2）引發(fā)體移動(dòng)：引發(fā)體向前移動(dòng)，解開新的局部雙螺旋，形成新的復(fù)制叉，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續(xù)進(jìn)行鏈的延長(zhǎng)。

2.復(fù)制的過程（1）聚合子代DNA：193核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件1943.復(fù)制的終止

（1）去除引物，填補(bǔ)缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長(zhǎng)引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個(gè)磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長(zhǎng)。

3.復(fù)制的終止（1）去除引物，填補(bǔ)缺口：195（2）連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個(gè)磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長(zhǎng)鏈。

（2）連接岡崎片段：196DNA復(fù)制過程DNA復(fù)制過程197第二節(jié)、DNA的損傷與修復(fù)第二節(jié)、DNA的損傷與修復(fù)198DNA損傷的原因及后果電離輻射可見光氧自由基H+烷化劑復(fù)制錯(cuò)誤核苷類似物mCDNA損傷的原因及后果電離輻射可見光氧自由基H+烷化劑復(fù)制錯(cuò)199DNA損傷后分子的最終改變點(diǎn)突變?nèi)笔Р迦?/p>

重排DNA斷裂DNA損傷后分子的最終改變點(diǎn)突變?nèi)笔Р迦胫嘏臘NA200DNA損傷的后果信號(hào)傳導(dǎo)異常長(zhǎng)時(shí)辰效應(yīng)老化腫瘤疾病DNA修復(fù)機(jī)制短期效應(yīng)異常增生和代謝生理功能紊亂細(xì)胞死亡細(xì)胞增殖減少基因表達(dá)異?；蚪M不穩(wěn)定DNA損傷的后果信號(hào)傳導(dǎo)異常長(zhǎng)時(shí)辰效應(yīng)老化腫瘤疾病DNA修201一、原核生物DNA的損傷和修復(fù)直接修復(fù)方式切除修復(fù)方式丟失堿基和去堿基部位的修復(fù)甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù)一、原核生物DNA的損傷和修復(fù)直接修復(fù)方式2021.直接修復(fù)方式

在DNA5'-P端和3'-OH端未受損害的情況下，連接酶能夠直接修復(fù)DNA的斷裂口。1.直接修復(fù)方式在DNA5'-P端和3'-203（1）DNA紫外線損傷的光復(fù)合酶直接修復(fù)（1）DNA紫外線損傷的光復(fù)合酶直接修復(fù)204（2）烷基化堿基的直接修復(fù)在大腸桿菌中的Ada酶，可修復(fù)甲基化的堿基和甲基化的磷酸二酯鍵。（2）烷基化堿基的直接修復(fù)在大腸桿菌中的Ada酶，可修復(fù)2052.切除修復(fù)方式

即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。2.切除修復(fù)方式即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受2064.甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù)校正活性所漏校的堿基,使復(fù)制的保真性提高102～103倍錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)(MRS，MismatchRepairSystem)DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-114.甲基化指導(dǎo)的不配對(duì)修復(fù)校正活性所漏校的堿基,使復(fù)制的207Mis-pairedbasesMis-pairedbases208DNA復(fù)制不很嚴(yán)格，新合成的DNA容易造成錯(cuò)誤產(chǎn)生突變。SOS修復(fù)DNA復(fù)制不很嚴(yán)格，新合成的DNA容易造成錯(cuò)誤產(chǎn)生突變。SO209二、真核細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)

核苷酸切除修復(fù)(基因組修復(fù))二、真核細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)核苷酸切除修復(fù)210著色性干皮病患兒治療：避免紫外線照射避免腫瘤致病因子對(duì)癥治療著色性干皮病患兒治療：211線粒體損傷和修復(fù)線粒體的氧化損傷:單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基修飾、DNA交聯(lián)、烷化損傷線粒體的損傷修復(fù)：堿基切除修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)線粒體損傷和修復(fù)線粒體的氧化損傷:線粒體的損傷修復(fù)：堿基切除212第十五章轉(zhuǎn)錄與基因表達(dá)調(diào)控

DNA攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給RNA分子的過程稱轉(zhuǎn)錄（transcription

）。

RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是RNA前體（RNAprecursor），需經(jīng)加工過程（processing）方具有生物學(xué)活性。第十五章轉(zhuǎn)錄與基因表達(dá)調(diào)控DNA攜帶的遺傳信息（基213

（一）RNA轉(zhuǎn)錄合成的條件

1.底物四種核糖核苷酸，即ATP，GTP，CTP，UTP。2.模板以一段單鏈DNA作為模板。

（一）RNA轉(zhuǎn)錄合成的條件1.底物214ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNA3、RNA聚合酶ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNA3、R215原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個(gè)亞基構(gòu)成，即α2ββ'σ。σ亞基與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的識(shí)別有關(guān)，而在轉(zhuǎn)錄合成開始后被釋放，余下的部分（α2ββ'）被稱為核心酶，與RNA鏈的聚合有關(guān)。

（1）原核細(xì)胞的RNA聚合酶原核生物中的RNA聚合酶全酶由五個(gè)亞基構(gòu)成，即α2ββ'σ。216大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——起始和催化聚合反應(yīng)α——轉(zhuǎn)錄的特異性全酶(αββ)大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ217（2）真核細(xì)胞的RNA聚合酶（2）真核細(xì)胞的RNA聚合酶218酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ酵母RNA聚合酶Ⅰ和Ⅱ2194.終止因子

ρ蛋白：這是一種六聚體的蛋白質(zhì)，亞基的分子量為50kd。該蛋白因子能識(shí)別終止信號(hào)，并能與RNA緊密結(jié)合，導(dǎo)致RNA的釋放。4.終止因子220

5.激活因子目前已知激活因子為降解產(chǎn)物基因激活蛋白（CAP），又稱為cAMP受體蛋白（CRP）。是一種二聚體蛋白質(zhì)，亞基分子量為23kd。該蛋白與cAMP結(jié)合后，刺激RNA聚合酶與起始部位結(jié)合，從而起始轉(zhuǎn)錄過程。

5.激活因子221(二）轉(zhuǎn)錄過程

1.識(shí)別原核生物RNA聚合酶中的σ因子識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，并促使核心酶結(jié)合形成全酶復(fù)合物。被辨認(rèn)的區(qū)段就是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)-35區(qū)的TTGACA序列。酶與該區(qū)結(jié)合后，即滑動(dòng)至-10區(qū)的TATAAT序列（Pribnow盒），并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。

(二）轉(zhuǎn)錄過程1.識(shí)別222

位于基因上游，與RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄有關(guān)的一些DNA順序稱為啟動(dòng)子（promoter)。

位于基因上游，與RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄有關(guān)的一223真核生物的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)上游也存在一段富含TA的順序，被稱為Hogness盒或TATA盒。

除此之外，在真核生物中還可見到其他帶共性的序列，如CAAT盒及GC盒等。真核生物的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)上游也存在一段富含TA的順序，被稱為Ho224

2.起始

RNA聚合酶全酶促使局部雙鏈解開，并催化ATP或GTP與另外一個(gè)三磷酸核苷聚合，形成第一個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵。

2.起始225

3.延長(zhǎng)σ因子從全酶上脫離，余下的核心酶繼續(xù)沿DNA鏈移動(dòng)，按照堿基互補(bǔ)原則，不斷聚合RNA。

3.延長(zhǎng)226RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)方向新生RNA復(fù)鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長(zhǎng)部位RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)227

4.終止

提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列稱為終止子(termter)。協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止信號(hào)的輔助因子（蛋白質(zhì)）則稱為終止因子(terminationfactor)。有的終止信號(hào)的作用可被特異的因子所阻止，使RNA聚合酶得以越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，這稱為通讀(readthrough)，這類引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子(antitermination)。RNA轉(zhuǎn)錄合成的終止機(jī)制有兩種：1．依賴ρ因子的終止2．不依賴ρ因子的終止4.終止228大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu)A.不依賴于Rho（）的終止子B.依賴于Rho（）的終止子富含G-C系列U大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu)A.不依賴于Rho（）的終止229（三）真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工

1.mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工(1)加帽(addingcap):

7-甲基鳥嘌呤核苷三磷酸（mGPPPG)，稱為帽子結(jié)構(gòu)。(2)加尾

(addingtail)：polyA。(3)剪接（splicing)(4)修飾：如由甲基化酶催化，對(duì)某些堿基進(jìn)行甲基化處理。

（三）真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工1.mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工230SummaryofRNAprocessingineukaryotesusingb-globingeneasanexampleSummaryofRNAprocessingine2312.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式：(1)切斷。(2)剪接。(3)化學(xué)修飾。2.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工主要有以下幾種加工方式：232原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸外切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用30S前體17StR233tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：5’—端切除幾到10個(gè)核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示異構(gòu)化酶的作用

tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：b234加工加工235真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運(yùn)加工mRNAmRNA

真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域RNA聚合酶不相同啟動(dòng)子不同轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物236第十六章蛋白質(zhì)的生物合成第十六章蛋白質(zhì)的生物合成237一、遺傳信息的傳遞—中心法則基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。一、遺傳信息的傳遞—中心法則基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過程238

蛋白質(zhì)的合成體系包括：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體RNA、酶和因子,以及無機(jī)離子、ATP、GTP等。其中mRNA、tRNA、核蛋白體RNA在蛋白質(zhì)的合成中起著不同的作用。合成方向：N→C端。

蛋白質(zhì)的合成體系包括：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核239ThethreerolesofRNAinproteinsynthesis.MessengerRNA(mRNA)istranslatedintoproteinbythejointactionoftransferRNA(tRNA)andtheribosome,whichiscomposedofnumerousproteinsandtwomajorribosomalRNA(rRNA)molecules.ThethreerolesofRNAinprot240（一）mRNA的功能與密碼mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板。

二、RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（一）mRNA的功能與密碼mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是241mRNAmRNA242mRNA中每三個(gè)相鄰的堿基組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子(coden)。四種堿基可組成64種不同的密碼。mRNA中每三個(gè)相鄰的堿基組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基243遺傳密碼表遺傳密碼表244遺傳密碼的基本特點(diǎn)：①密碼的連續(xù)性②密碼的簡(jiǎn)并性③終止密碼與起始密碼：起始密碼：AUG；終止密碼：UAA、UAG、UGA。④密碼的通用性（但在線粒體或葉綠體中特殊）⑤方向性：解讀方向?yàn)?′→3′。遺傳密碼的基本特點(diǎn)：245（二）tRNA的功能（二）tRNA的功能246結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3’-CCA的位置。反密碼子對(duì)密碼的識(shí)別：通常也是根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，即A—U，G—C配對(duì)。但反密碼的第一個(gè)核苷酸與第三核苷酸之間的配對(duì)，并不嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)原則。如反密碼第一個(gè)核苷酸為Ⅰ，則可與A、U或C配對(duì)，如為U，則可與A或G配對(duì)，這種配對(duì)稱為不穩(wěn)定配對(duì)。

結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能247核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成2課件248（三）核蛋白體與多核蛋白體核蛋白體的基本功能：結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對(duì)肽鍵的形成。存在：核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀—多核蛋白體。（三）核蛋白體與多核蛋白體核蛋白體的基本功能：結(jié)合mRNA，249Thegeneralstructureofribosomesinprokaryotesandeukaryotes.

Thegeneralstructureofribos250三、蛋白質(zhì)生物合成過程合成過程分四個(gè)階段：氨基酸的活化與搬運(yùn)肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的終止后三步均在核蛋白體上進(jìn)行，且是一循環(huán)機(jī)制。因此，核蛋白體上多肽鏈的合成過程也稱為核蛋白體循環(huán)。三、蛋白質(zhì)生物合成過程合成過程分四個(gè)階段：251（一）氨基酸的活化與搬運(yùn)

氨基酸的活化以及活化氨基酸與tRNA的結(jié)合，均由氨基酰-tRNA合成酶催化完成。（一）氨基酸的活化與搬運(yùn)氨基酸的活化以及活化氨基酸與tR252氨基酰-tRNA合成酶Theaminoacidisattachedtothe3’OHoftheriboseofthe3’terminalA(intheCCA)(proofreading)(proofreading)氨基酰-tRNA合成酶Theaminoacidisa253AminoacidsarecoupledtotRNAsthroughesterlinkagestoeitherthe2-orthe3-hydroxylgroupofthe3-adenosineresidue.Alinkagetothe3-hydroxylgroupisshown.氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+2Pi氨基酰