生物化學(xué) 第十二章 核酸代謝課件

第十二章核酸代謝

第十二章核酸代謝

1.核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體。2.ATP是生物體內(nèi)能量代謝中通用的高能化合物，是聯(lián)系產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的主要物質(zhì)。3.核苷酸的衍生物是糖類、脂類等合成中前體的活化形式。1.核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體。4.腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoASH的組成成分。5.cAMP、cGMP等是代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)。6.有些核苷酸如ATP、GTP、UTP、CTP是許多磷酸激酶的輔酶。4.腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoAS第十二章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝第二節(jié)、DNA的生物合成第三節(jié)、RNA的生物合成第十二章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝第一節(jié)核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝二、核苷酸的合成代謝三、脫氧核糖核苷酸的合成第一節(jié)核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝

核酸酶

核苷酸酶

核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷堿基+戊糖-1P一、核苷酸分解代謝磷酸核苷水解酶堿基+戊糖核酸酶核苷酸酶(一)核酸酶（1）根據(jù)對底物的專一性分為（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶核酸內(nèi)切酶(DNase,RNase

)核酸外切酶(蛇毒磷酸二酶、牛脾磷酸二酯酶

)(一)核酸酶（1）根據(jù)對底物的（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核糖核(二)限制性內(nèi)切酶原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，并在此序列的某位點(diǎn)水解DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶。(二)限制性內(nèi)切酶原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件（三）嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產(chǎn)物也不同。人、靈長類、鳥類、某些爬蟲類將嘌呤分解成尿酸，其他生物還可將尿酸進(jìn)一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脫氨，分別生成次黃嘌呤和黃嘌呤，再進(jìn)一步代謝生成尿酸。

（三）嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產(chǎn)物鳥嘌呤脫氨酶腺嘌呤核苷脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶腺嘌呤核苷脫氨酶尿酸過多導(dǎo)致痛風(fēng)（gout）

尿酸過多導(dǎo)致痛風(fēng)（gout）生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件（四）嘧啶的分解代謝β-丙氨酸（四）嘧啶的分解代謝β-丙氨酸β-氨基異丁酸β-氨基異丁酸二、核苷酸的合成代謝

概述：從頭合成基本途徑半合成（補(bǔ)救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）核苷酸dNDP分解的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶ATP二、核苷酸的合成代謝概述：（CO2/NH3/AA/戊糖）（一）

嘌呤核苷酸的合成嘌呤環(huán)中各原子的來源（一）

嘌呤核苷酸的合成嘌呤環(huán)中各原子的來源5—P核糖焦磷酸（PRPP）→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）→→→→其他嘌呤核苷酸1、主要合成途徑5—P核糖焦磷酸（PRPP）→→→1、主要合成途徑生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件IMP的合成要點(diǎn)：（1）在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；（2）PRPP（磷酸核糖焦磷酸）是重要的中間代謝物，它不僅參與嘌呤核苷酸的從頭合成，而且參與嘧啶核苷酸的從頭合成及兩類核苷酸的補(bǔ)救合成。（3）PRPP合成酶和酰胺轉(zhuǎn)移酶為關(guān)鍵酶。IMP的合成要點(diǎn)：（1）在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；

IMP是AMP和GMP的前體。IMP是AMP和ATP和GTP的生成ATP和GTP的生成(4)四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點(diǎn)(1)先形成IMP，然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。(2)IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP

(3)嘌呤的各個原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C.(4)四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點(diǎn)2、補(bǔ)救合成2、補(bǔ)救合成補(bǔ)救合成的生理意義(1)節(jié)省能量及一些氨基酸的消耗

；(2)體內(nèi)某些組織器官（如腦、骨髓等）只能進(jìn)行嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成。補(bǔ)救合成的生理意義(1)節(jié)省能量及一些氨基酸的消耗；(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸結(jié)合UMP，關(guān)鍵的中間化合物是乳清酸，其他嘧啶核苷酸則由尿苷酸轉(zhuǎn)變而來。(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=O=OdR-5-P氨基甲酰天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=O=OdR-1、嘧啶核苷酸的主要合成過程氨基甲酰磷酸1、嘧啶核苷酸的主要合成過程氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅱ分布線粒體（肝）胞液（所有細(xì)胞）氮源氨谷氨酰胺變構(gòu)激活劑N-乙酰谷氨酸無功能尿素合成嘧啶的合成氨基甲酰磷酸合成酶的比較氨基甲酰磷酸合成酶-ⅠUMPUDP、UTPATPCTP（氨基化GLn）

由UTP生成CTP的反應(yīng)發(fā)生在三磷酸核苷的水平上。UMPU2、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑2、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸水平還原而成(脫氧胸腺嘧啶核苷酸除外)1.在NDP（核苷二磷酸）水平上：ADPdADPdATPGDPdGDPdGTPCDPdCDPdCTPH2H2OATPADP酶1酶2酶1：核糖核苷酸還原酶酶2：激酶三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸水2dTTP的生成UDPdUDPdUMPdTMPdTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化脫氨基（主要）N5，N10-甲烯四氫葉酸2dTTP的生成UDPdUDPd生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件第二節(jié)DNA的生物合成在DNA合成時，決定其結(jié)構(gòu)特異性的遺傳信息只能來于自身，因此必須由原來的DNA作為模板合成新的DNA分子。新合成的DNA分子是模板DNA分子的復(fù)制品，故DNA的生物合成亦稱DNA的復(fù)制。第二節(jié)DNA的生物合成在DNA合成時，決定其結(jié)構(gòu)特異性的一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子(一）DNA聚合酶(二）DNA連接酶(三）與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子(一）DNA聚合酶（1）以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物；（2）反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)；（3）反應(yīng)需要有3-OH存在；（4）DNA鏈的合成方向為53；（5）需要引物。(一）DNA聚合酶：5533(一）DNA聚合酶：5533

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ亞基數(shù)目

單體酶單體酶22多亞基酶

5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++5‘3’外切活性+--主要是對DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時切除RNA引物并填補(bǔ)其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶.1.原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌):DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDN2.真核細(xì)胞DNA聚合酶：

αβγδε亞基數(shù)44425分子量（KD)＞25036-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核3′→5′外切活性－－＋＋＋功能引物合成修復(fù)復(fù)制復(fù)制修復(fù)2.真核細(xì)胞DNA聚合酶：αβγδε亞基數(shù)44425分子量（3‘5‘3`5`OHP二）、DNA連接酶:3‘5‘3`5`OHP二）、DNA連接酶:三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解鏈酶。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。1.解鏈酶三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子通過水解AT2.拓樸異構(gòu)酶：引起拓?fù)洚悩?gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓樸異構(gòu)酶拓樸異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負(fù)超螺旋。拓樸異構(gòu)酶Π：使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負(fù)超螺旋時需要由ATP提供能量。2.拓樸異構(gòu)酶：拓樸異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。3.單鏈結(jié)合蛋白(SSB)穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。二、DNA的半保留復(fù)制由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制.(一)概念二、DNA的半保留復(fù)制由親代DNA生成子代DNA時，每個新形(二)半保留復(fù)制的實驗驗證(二)半保留復(fù)制的實驗驗證(三)DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。(三)DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制同位素實驗（短期脈沖標(biāo)記）

1、3HdT

短時間（2s）內(nèi)為DNA小片段一段時間（30s）后檢測到DNA大片段?！茢嘞群铣尚∑稳缓筮B接成大片段。

2、當(dāng)用DNA連接酶的變異株（25°C42°C）時，檢測到大量DNA片段小的積累?！C明DNA復(fù)制中有小片段合成。同位素實驗（短期脈沖標(biāo)記）四、DNA的復(fù)制過程（以大腸桿菌為例）（一）復(fù)制的起始（二）DNA鏈的延長（三）DNA鏈終止四、DNA的復(fù)制過程（以大腸桿菌為例）（一）復(fù)制的起始（二）(一）復(fù)制起始1、辨認(rèn)起始點(diǎn)2、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)3、RNA引物的生成(一）復(fù)制起始1、辨認(rèn)起始點(diǎn)1.辨認(rèn)起始點(diǎn)DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。常用ori(或o）表示。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含A、T的區(qū)段。1.辨認(rèn)起始點(diǎn)DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。常生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件2.模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)

首先DNA解螺旋酶(DnaB)打開局部雙鏈，SSB與每條單鏈結(jié)合，穩(wěn)定單鏈并防止DNA復(fù)性；然后在DNA旋轉(zhuǎn)酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部變成松弛態(tài)。2.模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)首先DNA解螺旋酶(DnaB)生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’3’的方向移動，與復(fù)制叉移動的方向相同，識別合成的起始位點(diǎn)，DnaB蛋白.,活化引物合成酶,引發(fā)RNA引物的合成。3.RNA引物的合成引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’3’的方向移動，領(lǐng)頭鏈隨后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型（二）鏈的延伸領(lǐng)頭鏈岡崎模型（二）鏈的延伸領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈。隨后鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈。領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個岡崎片段時即停止合成。復(fù)制叉移動到終止區(qū)即停止復(fù)制在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補(bǔ)上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈；（三）合成終止當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個岡(一）原核生物DNA的復(fù)制五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn)(一）原核生物DNA的復(fù)制五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)33(二）真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點(diǎn)復(fù)制(二）真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點(diǎn)復(fù)制1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點(diǎn)，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長約200bp.3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制點(diǎn)。1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點(diǎn)，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)(三）新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制2、端粒和端粒酶(三）新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接。由端粒酶負(fù)責(zé)新合成鏈5RNA引物切除后的填補(bǔ)，亦保持端粒的一定長度。真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535

端粒結(jié)構(gòu)端粒酶是含RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535端粒結(jié)構(gòu)端真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較第三節(jié)RNA的生物合成一、催化RNA合成的酶二、RNA的合成過程三、RNA轉(zhuǎn)錄“加工”

第三節(jié)RNA的生物合成一、催化RNA合成的酶二、RNA的

在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成（轉(zhuǎn)錄);另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成（復(fù)制)?；虮磉_(dá)與轉(zhuǎn)錄在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的一、催化RNA合成的酶一）、RNA聚合酶二）、RNA復(fù)制酶三）、RNA生物合成的抑制劑一、催化RNA合成的酶一）、RNA聚合酶

1.細(xì)菌RNA聚合酶(一）、RNA聚合酶(DDRP)1.細(xì)菌RNA聚合酶(一）、RNA聚合酶(DDRP)五種亞基的功能：

α亞基：與啟動子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

β’亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ亞基：識別起始位點(diǎn)。

σ因子σ70σ32σ54σD功能正常轉(zhuǎn)錄熱休克蛋白利用氮源鞭毛形成及游動基因五種亞基的功能：σ因子σ70σ32σ54σD功能正常轉(zhuǎn)錄熱休2.真核RNA聚合酶2.真核RNA聚合酶(二）RNA復(fù)制酶(RDRP)以RNA為模板在RNA復(fù)制酶催化下合成RNA的過程稱RNA復(fù)制。RNA病毒感染大腸桿菌時才產(chǎn)生RNA復(fù)制酶，它在宿主細(xì)胞內(nèi)，以4種NTP為底物，以病毒RNA為模板催化合成新RNA鏈（5′→3′）。(二）RNA復(fù)制酶(RDRP)以RNA為模板在RNA復(fù)制酶催(三）RNA生物合成的抑制劑放線菌素D利福平α－鵝膏蕈堿原核抑制抑制不抑制真核抑制不抑制抑制RNA聚合酶Ⅱ(三）RNA生物合成的抑制劑放線菌素D利福平α－鵝膏蕈堿原二、RNA的合成過程(一）RNA合成的起始(二）鏈的延長(三）RNA合成的終止二、RNA的合成過程(一）RNA合成的起始(一）RNA合成的起始啟動子（Promoter）：是指RNA聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的DNA序列。(一）RNA合成的起始啟動子（Promoter）：是指RNA

1.原核生物啟動子5`3`+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT5`3`－35序列

Sextama框

－10序列Pribnow框1.原核生物啟動子5`3`+1AACTGTATATTAT生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件2.真核生物啟動子真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游約100－200bp序列(包含有若干具有獨(dú)立功能的DNA序列元件)。①核心啟動子元件②上游啟動子元件2.真核生物啟動子真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈E(二）鏈的延伸加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物。-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈E(二生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復(fù)鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長部位3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復(fù)鏈生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件(三）轉(zhuǎn)錄終止

位于一個基因或操縱子末端，提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列。(三）轉(zhuǎn)錄終止1、強(qiáng)終止子1、強(qiáng)終止子2、弱終止子依賴于RNA的ATP酶的水解獲得能量。促使RNA-DNA雜合雙鏈解旋。只能引起沒有進(jìn)行翻譯的RNA合成終止。ρ因子特性2、弱終止子ρ因子特性大腸桿菌兩類終止子的回文結(jié)構(gòu)A.不依賴于Rho（）的強(qiáng)終止子A.依賴于Rho（）的弱終止子富含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（）的強(qiáng)終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)錄與翻譯在不同的區(qū)域

RNA聚合酶不相同啟動子不同轉(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)真核生物三、RNA轉(zhuǎn)錄“加工”在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primarytranscript）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5和3末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子。三、RNA轉(zhuǎn)錄“加工”在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合酶(一）mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。(一）mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工原核生物的mRNA5′

“帽子”PolyA

3′

順反子(cistron)

HnRNA

m7G-5′ppp-N-3′pAAAAAAA-OH

5′端接上一個“帽子”(CAP)結(jié)構(gòu)

3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化剪接：剪去內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(extron)5′“帽子”PolyA3′順反子(cistron)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(二）rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用30S前體17StR(三）tRNA的生物合成：主要有以下幾種加工方式：切斷、剪接和化學(xué)修飾。(三）tRNA的生物合成：主要有以下幾種加工方式：切斷、剪接a、切除tRNA前體兩端多余的序列：

5’—端切除幾到10個核苷酸。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

a、切除tRNA前體兩端多余的序列：b、末端添加：3’-端添加工加工

原

核

生

物真

核

生

物起始一種RNA聚合酶識別、結(jié)合啟動子多種RNA聚合酶識別各自的啟動子，先需要轉(zhuǎn)錄因子激活

延伸酶、模板和新生RNA組成的復(fù)合物形成“轉(zhuǎn)錄泡”，由核心酶完成延伸

與原核相同，由RNA聚合酶Ⅱ完成延伸

終止有特定的位點(diǎn)（終止信號）基因下游不同距離處

原

核

生

物真

核

生

物起始一種RNA聚合第十二章核酸代謝

第十二章核酸代謝

1.核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體。2.ATP是生物體內(nèi)能量代謝中通用的高能化合物，是聯(lián)系產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的主要物質(zhì)。3.核苷酸的衍生物是糖類、脂類等合成中前體的活化形式。1.核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體。4.腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoASH的組成成分。5.cAMP、cGMP等是代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)。6.有些核苷酸如ATP、GTP、UTP、CTP是許多磷酸激酶的輔酶。4.腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoAS第十二章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝第二節(jié)、DNA的生物合成第三節(jié)、RNA的生物合成第十二章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝第一節(jié)核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝二、核苷酸的合成代謝三、脫氧核糖核苷酸的合成第一節(jié)核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝

核酸酶

核苷酸酶

核苷磷酸化酶

核酸核苷酸核苷堿基+戊糖-1P一、核苷酸分解代謝磷酸核苷水解酶堿基+戊糖核酸酶核苷酸酶(一)核酸酶（1）根據(jù)對底物的專一性分為（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶核酸內(nèi)切酶(DNase,RNase

)核酸外切酶(蛇毒磷酸二酶、牛脾磷酸二酯酶

)(一)核酸酶（1）根據(jù)對底物的（2）根據(jù)切割位點(diǎn)分為核糖核(二)限制性內(nèi)切酶原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，并在此序列的某位點(diǎn)水解DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶。(二)限制性內(nèi)切酶原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件（三）嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產(chǎn)物也不同。人、靈長類、鳥類、某些爬蟲類將嘌呤分解成尿酸，其他生物還可將尿酸進(jìn)一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脫氨，分別生成次黃嘌呤和黃嘌呤，再進(jìn)一步代謝生成尿酸。

（三）嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產(chǎn)物鳥嘌呤脫氨酶腺嘌呤核苷脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶腺嘌呤核苷脫氨酶尿酸過多導(dǎo)致痛風(fēng)（gout）

尿酸過多導(dǎo)致痛風(fēng)（gout）生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件（四）嘧啶的分解代謝β-丙氨酸（四）嘧啶的分解代謝β-丙氨酸β-氨基異丁酸β-氨基異丁酸二、核苷酸的合成代謝

概述：從頭合成基本途徑半合成（補(bǔ)救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）核苷酸dNDP分解的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶ATP二、核苷酸的合成代謝概述：（CO2/NH3/AA/戊糖）（一）

嘌呤核苷酸的合成嘌呤環(huán)中各原子的來源（一）

嘌呤核苷酸的合成嘌呤環(huán)中各原子的來源5—P核糖焦磷酸（PRPP）→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）→→→→其他嘌呤核苷酸1、主要合成途徑5—P核糖焦磷酸（PRPP）→→→1、主要合成途徑生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件IMP的合成要點(diǎn)：（1）在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；（2）PRPP（磷酸核糖焦磷酸）是重要的中間代謝物，它不僅參與嘌呤核苷酸的從頭合成，而且參與嘧啶核苷酸的從頭合成及兩類核苷酸的補(bǔ)救合成。（3）PRPP合成酶和酰胺轉(zhuǎn)移酶為關(guān)鍵酶。IMP的合成要點(diǎn)：（1）在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；

IMP是AMP和GMP的前體。IMP是AMP和ATP和GTP的生成ATP和GTP的生成(4)四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點(diǎn)(1)先形成IMP，然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。(2)IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP

(3)嘌呤的各個原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C.(4)四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點(diǎn)2、補(bǔ)救合成2、補(bǔ)救合成補(bǔ)救合成的生理意義(1)節(jié)省能量及一些氨基酸的消耗

；(2)體內(nèi)某些組織器官（如腦、骨髓等）只能進(jìn)行嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成。補(bǔ)救合成的生理意義(1)節(jié)省能量及一些氨基酸的消耗；(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸結(jié)合UMP，關(guān)鍵的中間化合物是乳清酸，其他嘧啶核苷酸則由尿苷酸轉(zhuǎn)變而來。(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=O=OdR-5-P氨基甲酰天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=O=OdR-1、嘧啶核苷酸的主要合成過程氨基甲酰磷酸1、嘧啶核苷酸的主要合成過程氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅱ分布線粒體（肝）胞液（所有細(xì)胞）氮源氨谷氨酰胺變構(gòu)激活劑N-乙酰谷氨酸無功能尿素合成嘧啶的合成氨基甲酰磷酸合成酶的比較氨基甲酰磷酸合成酶-ⅠUMPUDP、UTPATPCTP（氨基化GLn）

由UTP生成CTP的反應(yīng)發(fā)生在三磷酸核苷的水平上。UMPU2、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑2、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸水平還原而成(脫氧胸腺嘧啶核苷酸除外)1.在NDP（核苷二磷酸）水平上：ADPdADPdATPGDPdGDPdGTPCDPdCDPdCTPH2H2OATPADP酶1酶2酶1：核糖核苷酸還原酶酶2：激酶三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸水2dTTP的生成UDPdUDPdUMPdTMPdTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化脫氨基（主要）N5，N10-甲烯四氫葉酸2dTTP的生成UDPdUDPd生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件第二節(jié)DNA的生物合成在DNA合成時，決定其結(jié)構(gòu)特異性的遺傳信息只能來于自身，因此必須由原來的DNA作為模板合成新的DNA分子。新合成的DNA分子是模板DNA分子的復(fù)制品，故DNA的生物合成亦稱DNA的復(fù)制。第二節(jié)DNA的生物合成在DNA合成時，決定其結(jié)構(gòu)特異性的一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子(一）DNA聚合酶(二）DNA連接酶(三）與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子(一）DNA聚合酶（1）以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物；（2）反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)；（3）反應(yīng)需要有3-OH存在；（4）DNA鏈的合成方向為53；（5）需要引物。(一）DNA聚合酶：5533(一）DNA聚合酶：5533

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ亞基數(shù)目

單體酶單體酶22多亞基酶

5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++5‘3’外切活性+--主要是對DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時切除RNA引物并填補(bǔ)其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶.1.原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌):DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDN2.真核細(xì)胞DNA聚合酶：

αβγδε亞基數(shù)44425分子量（KD)＞25036-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核3′→5′外切活性－－＋＋＋功能引物合成修復(fù)復(fù)制復(fù)制修復(fù)2.真核細(xì)胞DNA聚合酶：αβγδε亞基數(shù)44425分子量（3‘5‘3`5`OHP二）、DNA連接酶:3‘5‘3`5`OHP二）、DNA連接酶:三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解鏈酶。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。1.解鏈酶三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子通過水解AT2.拓樸異構(gòu)酶：引起拓?fù)洚悩?gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓樸異構(gòu)酶拓樸異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負(fù)超螺旋。拓樸異構(gòu)酶Π：使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負(fù)超螺旋時需要由ATP提供能量。2.拓樸異構(gòu)酶：拓樸異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。3.單鏈結(jié)合蛋白(SSB)穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。二、DNA的半保留復(fù)制由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制.(一)概念二、DNA的半保留復(fù)制由親代DNA生成子代DNA時，每個新形(二)半保留復(fù)制的實驗驗證(二)半保留復(fù)制的實驗驗證(三)DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。(三)DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制同位素實驗（短期脈沖標(biāo)記）

1、3HdT

短時間（2s）內(nèi)為DNA小片段一段時間（30s）后檢測到DNA大片段?！茢嘞群铣尚∑稳缓筮B接成大片段。

2、當(dāng)用DNA連接酶的變異株（25°C42°C）時，檢測到大量DNA片段小的積累?！C明DNA復(fù)制中有小片段合成。同位素實驗（短期脈沖標(biāo)記）四、DNA的復(fù)制過程（以大腸桿菌為例）（一）復(fù)制的起始（二）DNA鏈的延長（三）DNA鏈終止四、DNA的復(fù)制過程（以大腸桿菌為例）（一）復(fù)制的起始（二）(一）復(fù)制起始1、辨認(rèn)起始點(diǎn)2、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)3、RNA引物的生成(一）復(fù)制起始1、辨認(rèn)起始點(diǎn)1.辨認(rèn)起始點(diǎn)DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。常用ori(或o）表示。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含A、T的區(qū)段。1.辨認(rèn)起始點(diǎn)DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)。常生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件2.模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)

首先DNA解螺旋酶(DnaB)打開局部雙鏈，SSB與每條單鏈結(jié)合，穩(wěn)定單鏈并防止DNA復(fù)性；然后在DNA旋轉(zhuǎn)酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部變成松弛態(tài)。2.模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)首先DNA解螺旋酶(DnaB)生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’3’的方向移動，與復(fù)制叉移動的方向相同，識別合成的起始位點(diǎn)，DnaB蛋白.,活化引物合成酶,引發(fā)RNA引物的合成。3.RNA引物的合成引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’3’的方向移動，領(lǐng)頭鏈隨后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型（二）鏈的延伸領(lǐng)頭鏈岡崎模型（二）鏈的延伸領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈。隨后鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈。領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個岡崎片段時即停止合成。復(fù)制叉移動到終止區(qū)即停止復(fù)制在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補(bǔ)上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈；（三）合成終止當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個岡(一）原核生物DNA的復(fù)制五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn)(一）原核生物DNA的復(fù)制五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)33(二）真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點(diǎn)復(fù)制(二）真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點(diǎn)復(fù)制1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點(diǎn)，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長約200bp.3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制點(diǎn)。1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點(diǎn)，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)(三）新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制2、端粒和端粒酶(三）新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接。由端粒酶負(fù)責(zé)新合成鏈5RNA引物切除后的填補(bǔ)，亦保持端粒的一定長度。真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535

端粒結(jié)構(gòu)端粒酶是含RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535端粒結(jié)構(gòu)端真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較第三節(jié)RNA的生物合成一、催化RNA合成的酶二、RNA的合成過程三、RNA轉(zhuǎn)錄“加工”

第三節(jié)RNA的生物合成一、催化RNA合成的酶二、RNA的

在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成（轉(zhuǎn)錄);另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成（復(fù)制)?；虮磉_(dá)與轉(zhuǎn)錄在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的一、催化RNA合成的酶一）、RNA聚合酶二）、RNA復(fù)制酶三）、RNA生物合成的抑制劑一、催化RNA合成的酶一）、RNA聚合酶

1.細(xì)菌RNA聚合酶(一）、RNA聚合酶(DDRP)1.細(xì)菌RNA聚合酶(一）、RNA聚合酶(DDRP)五種亞基的功能：

α亞基：與啟動子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

β’亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ亞基：識別起始位點(diǎn)。

σ因子σ70σ32σ54σD功能正常轉(zhuǎn)錄熱休克蛋白利用氮源鞭毛形成及游動基因五種亞基的功能：σ因子σ70σ32σ54σD功能正常轉(zhuǎn)錄熱休2.真核RNA聚合酶2.真核RNA聚合酶(二）RNA復(fù)制酶(RDRP)以RNA為模板在RNA復(fù)制酶催化下合成RNA的過程稱RNA復(fù)制。RNA病毒感染大腸桿菌時才產(chǎn)生RNA復(fù)制酶，它在宿主細(xì)胞內(nèi)，以4種NTP為底物，以病毒RNA為模板催化合成新RNA鏈（5′→3′）。(二）RNA復(fù)制酶(RDRP)以RNA為模板在RNA復(fù)制酶催(三）RNA生物合成的抑制劑放線菌素D利福平α－鵝膏蕈堿原核抑制抑制不抑制真核抑制不抑制抑制RNA聚合酶Ⅱ(三）RNA生物合成的抑制劑放線菌素D利福平α－鵝膏蕈堿原二、RNA的合成過程(一）RNA合成的起始(二）鏈的延長(三）RNA合成的終止二、RNA的合成過程(一）RNA合成的起始(一）RNA合成的起始啟動子（Promoter）：是指RNA聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的DNA序列。(一）RNA合成的起始啟動子（Promoter）：是指RNA

1.原核生物啟動子5`3`+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT5`3`－35序列

Sextama框

－10序列Pribnow框1.原核生物啟動子5`3`+1AACTGTATATTAT生物化學(xué)第十二章核酸代謝課件2.真核生物啟動子真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游約100－200bp序列(包含有若干具有獨(dú)立功能的DNA