生物化学核苷酸代谢与核酸合成 (2).ppt

生物化学核苷酸代谢与生物化学核苷酸代谢与核酸合成核酸合成现在学习的是第1页，共64页（一）核酸的酶促降解（一）核酸的酶促降解 核酸酶核酸 核苷酸 核酸内切酶核酸内切酶 DNADNA酶酶 核酸外切酶核酸外切酶 RNARNA酶酶 限制性内切酶现在学习的是第2页，共64页（二）（二）核苷酸的分解核苷酸的分解1 1 核苷酸核苷酸 核苷核苷 +磷酸磷酸2 2 核苷核苷 碱基碱基 +戊糖戊糖3 3 碱基的分解碱基的分解 现在学习的是第3页，共64页3 碱基的分解 不同种类的生物分解碱基的能力不一样，因而代谢不同种类的生物分解碱基的能力不一样，因而代谢产物也各不相同。产物也各不相同。（1 1）嘌呤的分解）嘌呤的分解 灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌呤代谢灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌呤代谢的终产物。的终产物。（2 2）嘧啶的分解）嘧啶的分解 C C、U U -Ala-Ala T T -氨基异丁酸氨基异丁酸 现在学习的是第4页，共64页二二 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成n n无论是动物、植物还是微生物，都能合成自身需要的各种无论是动物、植物还是微生物，都能合成自身需要的各种嘌呤和嘧啶核苷酸。嘌呤和嘧啶核苷酸。n n氨基酸、脂肪酸的情况不一样，则有必需、非必需之分。氨基酸、脂肪酸的情况不一样，则有必需、非必需之分。现在学习的是第5页，共64页n n合成核酸需要的物质现在学习的是第6页，共64页n n核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：从头合成途径 补救作用现在学习的是第7页，共64页（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成生物体合成嘌呤环的前体有以下5 5种：碳氢盐或碳氢盐或COCO2 2、甲酸盐、甲酸盐、Gln、AspAsp、Gly。现在学习的是第8页，共64页n n生物体不是先合成嘌呤碱基，再与核糖和磷酸结合成生物体不是先合成嘌呤碱基，再与核糖和磷酸结合成核苷酸。核苷酸。n n而是从而是从5-P-5-P-核糖焦磷酸（5-PRPP5-PRPP）开始，经过一系列酶）开始，经过一系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转变为其他嘌呤核促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转变为其他嘌呤核苷酸。苷酸。现在学习的是第9页，共64页（二）嘧啶核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成1 嘧啶环的合成嘧啶环合成的前体是：嘧啶环合成的前体是：COCO2、NHNH3 3、AspAsp。现在学习的是第10页，共64页2 嘧啶核苷酸的合成 由乳清酸进一步转化而来。乳清酸是嘧啶核苷酸由乳清酸进一步转化而来。乳清酸是嘧啶核苷酸合成的关键中间化合物。合成的关键中间化合物。现在学习的是第11页，共64页（三）核苷酸转化为核苷三磷酸（三）核苷酸转化为核苷三磷酸1 核苷酸 核苷二磷酸2核苷二磷酸 核苷三磷酸现在学习的是第12页，共64页现在学习的是第13页，共64页（四）脱氧核苷酸的合成（四）脱氧核苷酸的合成 大多数生物是以核苷二磷酸为底物，以硫氧还蛋白为还原剂。现在学习的是第14页，共64页（五）（五）dTMP的合成的合成n n由由dUMPdUMP甲基化生成。甲基化生成。n n反应由胸苷酸合成酶催化，甲基供体为NN5，NN1010-亚甲亚甲基四氢叶酸。基四氢叶酸。现在学习的是第15页，共64页第十章第十章 核酸的生物合成核酸的生物合成 DNA的复制的复制 DNA的生物合成 DNA的损伤和修复的损伤和修复 细菌的限制-修饰酶系统修饰酶系统 反转录作用反转录作用 RNA的生物合成 转录转录 RNARNA的复制的复制现在学习的是第16页，共64页一一 DNA的生物合成的生物合成（一）DNA的复制 （replication）指亲本DNA双螺旋解开，两条链分别作为模板，合成子代DNA的过程。现在学习的是第17页，共64页1 DNA的半保留复制2 复制的起始点和方向3 原核细胞DNA的复制4 真核细胞DNA的复制现在学习的是第18页，共64页1 DNA的半保留复制（semiconservative replication）概念：概念：DNADNA复制时两条链分开，然后用碱基配对方式按复制时两条链分开，然后用碱基配对方式按照单链照单链DNADNA的核苷酸顺序合成新链，以组成新DNADNA分子。这样新形成的两个DNADNA分子与原来的分子与原来的DNADNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子的一条链来自亲代DNA、另一条是新合成的。这种复制方式成为半、另一条是新合成的。这种复制方式成为半保留复制。保留复制。两个直接证据。两个直接证据。现在学习的是第19页，共64页现在学习的是第20页，共64页2 2 复制的起始点、方向和速度复制的起始点、方向和速度复制的起始点、方向和速度复制的起始点、方向和速度（1 1）复制子复制子复制子复制子 ：基因组中能独立进行复制的单位。基因组中能独立进行复制的单位。每个复制子都含有控制每个复制子都含有控制复制起始的复制起始的起点起点。现在学习的是第21页，共64页n n复制叉 复制泡或复制眼现在学习的是第22页，共64页（2 2）方向方向方向方向 DNADNA复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向进行。进行。现在学习的是第23页，共64页n n双向复制现在学习的是第24页，共64页n n滚环复制现在学习的是第25页，共64页n nD环复制现在学习的是第26页，共64页（3 3）速度）速度原核生物：单起点，复制叉移动的速度约为 105 5bp/minbp/min。复制的速度取决于起始频率。复制的速度取决于起始频率。一轮复制尚未完成，起点又开始了第二轮复制。一轮复制尚未完成，起点又开始了第二轮复制。大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNA复制一代需复制一代需40min40min。真核生物：复制叉移动的速度为真核生物：复制叉移动的速度为 5105102 25105103 3bp/minbp/min。多个复制起点。多个复制起点。果蝇胚胎果蝇胚胎DNADNA在3min3min内可增加一倍。现在学习的是第27页，共64页3 原核细胞DNA的复制 （DNADNA指导下的指导下的DNADNA的合成）的合成）（1 1）参与复制的酶和蛋白质）参与复制的酶和蛋白质 大肠杆菌大肠杆菌 参与复制的有参与复制的有2020多个因子：酶、底物、模板、引物和能量。DNADNA聚合酶聚合酶 参与复制的其他因子。现在学习的是第28页，共64页 DNA DNA聚合酶聚合酶 催化催化4 4种脱氧核苷酸的聚合反应种脱氧核苷酸的聚合反应 DNADNA聚合酶的特点：聚合酶的特点：以以4种dNTPdNTP为底物为底物 受模板的指导受模板的指导 需引物需引物3 3 -OH存在存在 DNADNA链的生长方向为链的生长方向为5 3 产物DNADNA的性质与模板相同的性质与模板相同现在学习的是第29页，共64页大肠杆菌的大肠杆菌的DNA聚合酶有三种：活性：表13-113-1 DNA DNA聚合酶（DNA pol）：校对）：校对 DNADNA聚合酶聚合酶（DNA pol DNA pol）：修复）：修复 DNA聚合酶聚合酶 （DNA pol DNA pol）：复制）：复制 DNADNA聚合酶聚合酶（DNA pol）DNADNA聚合酶（DNA polDNA pol）现在学习的是第30页，共64页 参与复制的其他因子 解旋酶 拓扑异构酶 单链结合蛋白 引物酶 DNA连接酶http:/ 引物合成引物合成延伸延伸 DNADNA链延伸链延伸 切除引物、填补缺口、连接相临的DNADNA片段片段切除和修复错配碱基切除和修复错配碱基终止终止终止终止现在学习的是第32页，共64页起始起始现在学习的是第33页，共64页现在学习的是第34页，共64页引物引物 DNADNA聚合酶不能发动新链的合成,只能催化已有链的延长。DNADNA的合成需要引物，引物为的合成需要引物，引物为RNARNA。引物的合成不需。引物的合成不需要引物。要引物。在在DNADNA模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按5353的方向合成与DNA互补的引物。互补的引物。DNADNA聚合酶聚合酶在引物在引物RNARNA的的3OH3OH上逐个加上与模板链上逐个加上与模板链互补的脱氧核苷酸。现在学习的是第35页，共64页 延伸延伸冈崎片段 DNADNA的两条链是反向平行的。的两条链是反向平行的。DNADNA聚合酶的聚合聚合酶的聚合方向是方向是5 35 3。因此存在矛盾。因此存在矛盾。半不连续复制半不连续复制半不连续复制半不连续复制：一条链按一条链按5 35 3方向连续合成方向连续合成 前导链前导链 另一条链的合成不连续另一条链的合成不连续,先按先按5 35 3方向合成若干短的冈崎方向合成若干短的冈崎片段片段,再连接成一条完整的再连接成一条完整的DNADNA链链 后随链后随链 现在学习的是第36页，共64页 3 复制叉移动的方向复制叉移动的方向 5 5 3 前导链前导链 5 后随链后随链 3 35现在学习的是第37页，共64页现在学习的是第38页，共64页引物的消除和缺口的填补引物的消除和缺口的填补 DNADNA聚合酶聚合酶的的53外切酶活性将引物的核苷外切酶活性将引物的核苷酸逐个除去；每个核苷酸除去后立即被与模板链相酸逐个除去；每个核苷酸除去后立即被与模板链相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上，这个反应由应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上，这个反应由DNADNA聚合酶的的 5353聚合活性完成。DNADNA连接酶连接酶 各个冈崎片段通过DNA连接酶相互连接，最终形连接酶相互连接，最终形成后随链。成后随链。现在学习的是第39页，共64页现在学习的是第40页，共64页终止终止 单向复制的环状单向复制的环状DNA分子，其复制的终点就是原分子，其复制的终点就是原点。点。双向复制的双向复制的DNA环形分子，在两个复制叉相遇时环形分子，在两个复制叉相遇时即完成复制。现在学习的是第41页，共64页4 真核细胞真核细胞DNA的复制的复制 与原核细胞复制过程基本相似。与原核细胞复制过程基本相似。但参与复制的酶和蛋白质与原核生物不同，复制但参与复制的酶和蛋白质与原核生物不同，复制起始的调控更复杂。起始的调控更复杂。现在学习的是第42页，共64页n n共同点共同点半保留复制；半保留复制；半不连续复制；半不连续复制；需解旋酶解开双螺旋，并由需解旋酶解开双螺旋，并由SSBSSB同单链区结合；同单链区结合；需拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力；需拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力；需需RNA引物；引物；新链合成均有校对机制。新链合成均有校对机制。现在学习的是第43页，共64页n n主要差别多起点复制，复制子小而多；多起点复制，复制子小而多；复制叉移动速度慢，但复制速度快；复制叉移动速度慢，但复制速度快；冈崎片段为冈崎片段为100-200nt；DNADNA聚合酶、等；等；复制周期不可重叠；复制时末端会缩短，需要端粒酶解决线形复制时末端会缩短，需要端粒酶解决线形DNADNA末端末端复制问题。复制问题。现在学习的是第44页，共64页（二）（二）DNA的损伤和修复的损伤和修复 1 DNA1 DNA损伤的产生损伤的产生 DNADNA复制时的碱基错误配对。复制时的碱基错误配对。一些物理化学因素如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，能使DNADNA受到损伤。受到损伤。细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNADNA的的损伤得到修复。现在学习的是第45页，共64页2 DNA损伤的修复直接修复切除修复应急反应修复重组修复现在学习的是第46页，共64页（三）细菌的限制（三）细菌的限制-修饰酶系统修饰酶系统1 1 限制性内切酶限制性内切酶 又叫限制性酶又叫限制性酶 主要在细菌中产生，具有极高的专一性，能识别双链双链DNADNA上特定的位点，将两条链都切断，形成粘上特定的位点，将两条链都切断，形成粘性末端或平头末端。性末端或平头末端。粘性末端 平头末端现在学习的是第47页，共64页2 DNA的修饰修饰甲基化酶现在学习的是第48页，共64页（四）反转录作用（四）反转录作用n nRNARNA指导的DNADNA合成合成n nReverse transcriptionReverse transcriptionn n19701970年年TeminTemin和和Baltimore，同时分别从致癌，同时分别从致癌RNARNA病毒中病毒中发现反转录酶。发现反转录酶。n n反转录酶以反转录酶以RNARNA为模板，合成与为模板，合成与RNA互补的互补的DNA（cDNAcDNA）。）。现在学习的是第49页，共64页二二 RNA的生物合成的生物合成(一)转录 transcription DNA DNA指导下的指导下的RNARNA合成。合成。DNADNA分子中的遗传信息分子中的遗传信息转移到转移到RNA分子中的过程。分子中的过程。转录产物：转录产物：mRNAmRNA、rRNA、tRNAtRNA及小及小RNARNA。现在学习的是第50页，共64页n n转录与复制的重要差别 转录具有选择性：时间、空间上被严格调控；转录具有选择性：时间、空间上被严格调控；转录的初级产物一般需要加工，才能形成有功能转录的初级产物一般需要加工，才能形成有功能的成熟RNARNA。现在学习的是第51页，共64页转录的模板双链DNADNA 一条为转录的模板一条为转录的模板 模板链、反义链、负链模板链、反义链、负链 另一条 非模板链、编码链、有义链、正链 每个基因的有义链并不总是在每个基因的有义链并不总是在DNADNA的同一条链的同一条链上。上。DNADNA上并不是每一部分都被转录，基因的转录是上并不是每一部分都被转录，基因的转录是有选择的。不同情况下基因的转录情况不同。有选择的。不同情况下基因的转录情况不同。现在学习的是第52页，共64页1 原核生物的转录原核生物的转录（1）DNA指导的RNA聚合酶特点：特点：需模板需模板不需引物不需引物底物为底物为NTPNTP需Mg2+2+、MnMn2+2+的存在的存在具有具有5 3聚合活性，无外切活性聚合活性，无外切活性现在学习的是第53页，共64页（2）原核生物RNA聚合酶全酶为5个亚基：个亚基：2 核心酶核心酶 全酶 抑制剂抑制剂:利福平利福平 现在学习的是第54页，共64页（3）启动子 promotor 是是RNARNA聚合酶识别、结合和起始转录的一段特异聚合酶识别、结合和起始转录的一段特异性的性的DNADNA列，对转录过程起调控作用。列，对转录过程起调控作用。promotorpromotor+1+1转录起始位点转录起始位点转录起始位点转录起始位点转录区转录区转录区转录区现在学习的是第55页，共64页（4）转录过程http:/ RNARNA聚合酶向下游移动，到特定位置开始解链，聚合酶向下游移动，到特定位置开始解链，形成转录泡形成转录泡 转录起点加入第一个核苷酸转录起点加入第一个核苷酸现在学习的是第56页，共64页延伸：延伸：因子的释放因子的释放 转录开始后，转录开始后，因子即脱落下来，由核心酶催化由核心酶催化RNARNA的合成的合成酶的移动酶的移动DNADNA链不断解开，RNARNA链延伸链延伸现在学习的是第57页，共64页终止：终止：终止：终止：当当RNARNA聚合酶到达终止子时，转录过程停止下来。聚合酶到达终止子时，转录过程停止下来。RNARNA聚合酶、聚合酶、RNA都从都从DNADNA上脱落下来。终止子：提供转录停止信号的DNADNA序列。序列。终止因子：协助终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因聚合酶识别终止信号的辅助因 子。子。现在学习的是第58页，共64页2 真核生物的转录真核生物的转录转录过程与原核生物相似。RNA聚合酶聚合酶、。转录过程大致分为：装配、起始、延伸和终止。抑制剂：抑制剂：-鹅膏菌碱鹅膏菌碱现在学习的是第59页，共64页3 转录过程的抑制剂转录过程的抑制剂放线菌素放线菌素D D 真核、原核真核、原核吖啶类吖啶类利福平利福平 原核原核-鹅膏菌碱鹅膏菌碱 真核真核现在学习的是第60页，共64页4 转录后加工转录后加工 由由RNARNA聚合酶合成的聚合酶合成的RNARNA前体往往需要一系列变前体往往需要一系列变化，才能转变为成熟的化，才能转变为成熟的RNARNA分子。分子。原核生物的原核生物的mRNA一般不需要加工。现在学习的是第61页，共64页（1 1）内含子剪接）内含子剪接外显子：基因中的编码顺序外显子：基因中的编码顺序DNADNA或相应的或相应的mRNAmRNA产产 物，具有表达能力。物，具有表达能力。内含子：基因中的非编码顺序，是在成熟mRNAmRNA中 不存在的顺序。现在学习的是第62页，共64页现在学习的是第63页，共64页（3 3）tRNAtRNA前体的加工前体的加工除去除去5端和端和3 3 端的附加序列；在在3端加上端加上-CCA；碱基的修饰；碱基的修饰；等等。等等。现在学习的是第64页，共64页