核酸代谢2学习教案.pptx

会计学 1核酸(h sun)代谢2第一页，共64页。核酸的降解(jin ji)过程核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷磷酸化酶核酸核苷酸核苷 磷酸嘌呤或嘧啶 戊糖-1-磷酸第1页/共63页第二页，共64页。核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用位置分为(fn wi):一.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端或5端），逐个水解下核苷酸。脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA二.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3，5-磷酸二酯键。l限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类(y li)能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA,常作为工具酶。第2页/共63页第三页，共64页。某些(mu xi)核酸外切酶对RNA、DNA均有作用：牛脾磷酸二酯酶3-核苷酸蛇毒(sh d)磷酸二酯酶5-核苷酸第3页/共63页第四页，共64页。第二节 核苷酸的分解代谢一、核酸的分解 核苷酸+H2O 核苷+Pi 核苷+H2O 嘌呤（或嘧啶）+戊糖（核苷水解酶主要(zhyo)存在于植物和微生物体内，并且只能对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不起作用。）核苷+H3PO4 嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖（核苷磷酸化酶存在广泛）核苷酸酶核苷水解酶核苷磷酸化酶第4页/共63页第五页，共64页。二、嘌呤(piolng)的降解：这是一个氧化降解过程，不同生物降解的产物不同。第5页/共63页第六页，共64页。腺嘌呤 腺嘌呤 鸟嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O H2O H2O NH3 NH3 NH3 NH3 次黄嘌呤 次黄嘌呤 黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 H2O2 尿囊素 尿囊素 尿酸 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿囊酸 尿素 尿素(nio s)+(nio s)+乙醛酸 乙醛酸 H2O 2H2O H2O 2H2O 4NH3+2CO2 4NH3+2CO2（人类(rnli)和灵长类动物、爬虫、鸟类）（灵长类以外(ywi)的哺乳动物）（植物）（鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶别嘌呤醇：别黄嘌呤底物类似物经酶作用后成为酶的灭活物，称之为自杀作用物。自杀性底物第6页/共63页第七页，共64页。三、嘧啶三、嘧啶(m dn)(m dn)的降解：这是一个还原降解过程。的降解：这是一个还原降解过程。胞嘧啶胞嘧啶(m dn)(m dn)尿嘧啶尿嘧啶(m dn)(m dn)二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶(m dn)(m dn)H2O NH3 NAD(P)H+H+H2O NH3 NAD(P)H+H+NAD(P)+H2ONAD(P)+H2O-丙氨酸丙氨酸-脲脲基丙酸基丙酸 H2O H2O 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(m dn)(m dn)二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶(m(m dn)dn)NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O-氨基异丁酸氨基异丁酸-脲基异丁酸脲基异丁酸 H2O H2O 胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶(m dn)酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶(m dn)酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+第7页/共63页第八页，共64页。第三节 核苷酸的合成(hchng)一、嘌呤(piolng)核苷酸的生物合成1N:来源于天冬氨酸 2、8C:来源于甲酸 3、9N:来源于谷氨酰胺4、5C和7N:来自甘氨酸 6C:来自CO2第8页/共63页第九页，共64页。PRPPIMPFH4第9页/共63页第十页，共64页。IMP+Asp延胡索酸+AMP GTP GDP+Pi腺苷酸的合成(hchng)腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸裂解(li ji)酶羽田杀菌(sh jn)素（Asp的类似物）第10页/共63页第十一页，共64页。鸟苷酸的形成(xngchng)谷氨酰胺谷氨酸IMP XMP GMPATP AMP+PPi H2ONAD+NADH+H+脱氢酶合成酶第11页/共63页第十二页，共64页。嘌呤(piolng)核苷酸的生物合成（从头合成）：n n 嘌呤核苷酸的合成结果 嘌呤核苷酸的合成结果(ji gu)(ji gu)直接形成 直接形成IMP IMPn n IMP IMP合成从 合成从5 5-P-P-核糖开始的，在 核糖开始的，在ATP ATP参与下先形成 参与下先形成PRPP PRPPn n 嘌呤的各个原子是在 嘌呤的各个原子是在PRPP PRPP的 的C1 C1上逐渐加上去的。由 上逐渐加上去的。由Asp Asp、Gln Gln、Gly Gly、甲酸、甲酸、CO2 CO2 提供 提供N N和 和C Cn n 四氢叶酸（四氢叶酸（FH4 FH4）是一碳单位的载体）是一碳单位的载体n n 第12页/共63页第十三页，共64页。嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸(ln sun)和天冬氨酸合成的。二、嘧啶核苷酸的生物(shngw)合成氨甲酰磷酸(ln sun)天冬氨酸第13页/共63页第十四页，共64页。n尿苷酸的生物(shngw)合成其合成与嘌呤(piolng)核苷酸的合成不同，先利用小分子化合物形成嘧啶环，再与核糖磷酸（PRPP）结合形成UMP，其关键的中产物是乳清酸。其他嘧啶核苷酸由尿苷酸转变而来第14页/共63页第十五页，共64页。胞苷酸的生物合成(hchng)UMP UDP UTP ATP ADP ATP ADP UTP+NH3+ATP CTP+ADP+Pi(细菌体内)在动物体内,由谷氨酰胺代替氨参加反应提供氨基 UTP+谷氨酰胺+ATP+H2O CTP+谷氨酸+ADP+Pi CTP合成酶Mg2+尿嘧啶核苷酸激酶(jmi)核苷二磷酸激酶CTP合成酶第15页/共63页第十六页，共64页。三、脱氧核糖核苷酸的生物合成（大肠杆菌、动物(dngw)、植物）NMP+ATP NDP+ADP NDP 核糖核苷二磷酸还原酶 dNDP SH S 硫氧还蛋白 硫氧还蛋白 SH S(FAD)硫氧还蛋 白还原酶 NADP+NADPH+H+（dADP、dGDP、dCDP、dUDP)激酶(jmi)B1 B2dATP dGTPdCTP dUTP激酶(jmi)第16页/共63页第十七页，共64页。其它(qt)原核细胞中：n n NTP dNTPn n 到目前为止，脱氧核糖核苷酸的生物合成(hchng)机制仍然不太清楚VB12、二氢硫辛酸还原剂第17页/共63页第十八页，共64页。n n 胸腺嘧啶脱氧核苷酸（胸腺嘧啶脱氧核苷酸（dTMPdTMP）的合成）的合成(hchng)(hchng)n n dUDP+H2O dUMP+Pi dUDP+H2O dUMP+Pin n n n dCMP+H2O dUMP+Pi dCMP+H2O dUMP+Pin n n n 胸腺嘧啶核苷酸合酶胸腺嘧啶核苷酸合酶n n dUMP dTMP dUMP dTMPn n n n N5,10 N5,10亚甲基四氢叶酸亚甲基四氢叶酸 二氢叶酸二氢叶酸酯酶脱氨酶甲基化第18页/共63页第十九页，共64页。n n 辅酶(f mi)核苷酸的生物合成CoA NAD+NADP+FAD第19页/共63页第二十页，共64页。DNA 的生物(shngw)合成第20页/共63页第二十一页，共64页。DNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA的复制由亲代传递给子代(zdi)。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。中 心 法 则1964-1970 劳氏肉瘤病毒(bngd)的遗传方式致癌RNA病毒(bngd)病毒（复制）复制转录DNA RNA 蛋白质翻译逆转录1958年，遗传信息的单向(dn xin)第21页/共63页第二十二页，共64页。复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补(h b)的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。Reverse transcription第22页/共63页第二十三页，共64页。一、DNA的复制方式(fngsh)半保留复制定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式(fngsh)叫半保留复制半保留复制的实验证据:1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。第23页/共63页第二十四页，共64页。DNA的半保留复制(fzh)的生物学意义：n n DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递(chund)给后代。n n n n DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物质。第24页/共63页第二十五页，共64页。二、与DNA复制有关的酶和蛋白质 原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)模板(mbn)：以DNA的两条链为模板(mbn)链，合成子代DNA。引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌 中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物。第25页/共63页第二十六页，共64页。n 催化因子n 1.引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。n 2.DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶，其催化反应的特点（1）以四种脱氧核苷酸三磷酸(ln sun)为底物；（2）反应需要有模板的指导；（3）反应需要有3-OH存在；n（4）DNA链的合成方向为5 3 生物大分子合成(hchng)：底物、酶、能量、模板第26页/共63页第二十七页，共64页。（5）DNA聚合酶的反应(fnyng)可以利用DNA双链作为模板和引物，亦可以单链DNA作为模板和引物（6）DNA的体外聚合必须加入少量的DNA才能进行(jnxng)。DNA在提取过程中易形成切口（nick）或缺口（gap）.则加入的DNA一条链作为模板而另一条链可作为引物。第27页/共63页第二十八页，共64页。原核(yun h)生物中的DNA聚合酶在大肠杆菌中发现有三种 在大肠杆菌中发现有三种DNA DNA聚合酶（用突变株研究其功能）：聚合酶（用突变株研究其功能）：DNA DNA聚合酶 聚合酶:单体酶 单体酶,它具有 它具有5 5 3 3 聚合酶功能（对脱氧核 聚合酶功能（对脱氧核苷酸的选择）；苷酸的选择）；3 3 5 5外切酶活性（对双链无作用，校对 外切酶活性（对双链无作用，校对(jio du)(jio du)功能。但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长 功能。但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链）及 链）及5 5 3 3外切酶活性（双链有效，主要是对 外切酶活性（双链有效，主要是对DNA DNA损伤的修 损伤的修复，以及在 复，以及在DNA DNA复制时 复制时RNA RNA引物切除及其空隙的填补）；在 引物切除及其空隙的填补）；在DNA DNA链的 链的3 3 形成焦磷酸解（生理意义不大）；无机焦磷酸盐与 形成焦磷酸解（生理意义不大）；无机焦磷酸盐与dNTP dNTP之间的 之间的焦磷酸基交换。焦磷酸基交换。DNA DNA聚合酶 聚合酶：多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具：多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有 有3 3 5 5外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫 外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的 外光引起的DNA DNA损伤中起作用。损伤中起作用。第28页/共63页第二十九页，共64页。DNA聚合酶：是原核生物DNA复制的主要聚合酶，该酶由10种亚基组成，其中、形成全酶的核心酶。具有53DNA聚合酶活性（亚基，速率高）；具有3 5外切酶（亚基）的校对功能，提高(t go)DNA复制的保真性；还具有5 3外切酶活性（单链有效，其意义未知）。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。第29页/共63页第三十页，共64页。DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 亚基数目 1（单体酶）1（多亚基酶）1（多亚基酶）5 3聚合活性+中+很低+很高3 5外切(wi qi)活性+（保护DNA复制的忠实性fidelity）5 3外切(wi qi)活性+-主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除(qich)RNA引物并填补其留下的空隙。修复(xif)紫外光引起的DNA损伤DNA 复制的主要聚合酶，还具有3-5 外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性第30页/共63页第三十一页，共64页。在真核细胞内有五种在真核细胞内有五种DNADNA聚合酶聚合酶（与细菌（与细菌(xjn)DNA(xjn)DNA聚聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）定位定位 细胞核细胞核 细胞核细胞核 线粒体线粒体 细胞核细胞核 细胞核细胞核3-53-5外切外切-+-+酶活性酶活性功能功能引物 合成(hchng)修复(xif)作用线粒体DNA的复制核DNA的复制修复作用第31页/共63页第三十二页，共64页。3.DNA 3.DNA连接酶（连接酶（19671967年发现）：若双链年发现）：若双链DNADNA中一条链有切中一条链有切口，一端口，一端(ydun)(ydun)是是3-OH3-OH，另一端，另一端(ydun)(ydun)是是5-5-磷酸基，磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的但是它不能将两条游离的DNADNA单链连接起来。单链连接起来。大肠杆菌和其它细菌的大肠杆菌和其它细菌的DNADNA连接酶要求连接酶要求NAD+NAD+提供能量，提供能量，在高等生物和噬菌体中，则要求在高等生物和噬菌体中，则要求ATPATP提供能量。提供能量。T4T4噬菌体噬菌体的的DNADNA连接酶不仅能在模板链上连接连接酶不仅能在模板链上连接DNADNA和和DNADNA链之间链之间的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链DNADNA。DNADNA连接酶在连接酶在DNADNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用作用作用3535OH P第32页/共63页第三十三页，共64页。拓扑异构酶拓扑异构酶：使：使DNADNA一条链发生断裂和再连接。作用是一条链发生断裂和再连接。作用是松解松解(sn ji)(sn ji)负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。活性转录区，同转录有关。拓扑异构酶 拓扑异构酶：使：使DNA DNA两条链发生断裂和再连接 两条链发生断裂和再连接(linji)(linji)。当引入负超螺旋时需要由 当引入负超螺旋时需要由ATP ATP提供能量，同复制有关。提供能量，同复制有关。二者共同控制 二者共同控制DNA DNA的拓扑结构。的拓扑结构。5 5、解螺旋酶、解螺旋酶（解链酶）：通过水解（解链酶）：通过水解ATP ATP将 将DNA DNA两条链打开。两条链打开。E.coli E.coli中的 中的rep rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶 蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I I、II II、III III。每解开一对碱基需要水解。每解开一对碱基需要水解2 2个 个ATP ATP分子。分子。4.拓扑异构酶：催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶，在DNA重组(zhn z)修复和其他转变方面起重要作用。除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶第33页/共63页第三十四页，共64页。6.6.其它蛋白其它蛋白(dnbi)(dnbi)因子：因子：单链结合蛋白(SSB-single-strand binding protein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。引发前体:它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n、n 和i组成。引发前体再与引发酶结合组装成引发体。引发体可以沿模板链5 3方向移动,具有识别合成起始 位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量，n蛋白具有ATP酶的活力。引发体的移动与复制叉移动的方向相同，与冈崎片段的合成方向相反。第34页/共63页第三十五页，共64页。三、DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）双链的解开(ji ki)RNA引物的合成 DNA链的延伸 切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段第35页/共63页第三十六页，共64页。1、双链的解开(ji ki)一些概念：DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。常用ori(或o）表示。许多生物的复制原点都是富含A、T的区段。大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器DNA为双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有许多复制起点。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子（基因组独立(dl)进行复制的单位）。第36页/共63页第三十七页，共64页。v复制原点由DnaA蛋白识别，在原点由DnaB蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构酶、SSB),在原点处形成一个(y)眼状结构，叫复制眼。v DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growth point)，叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复制体（replisome）复制叉复制叉第37页/共63页第三十八页，共64页。复制叉起点复制叉延伸 延伸起点领头链领头链随后链随后链3535DNA的双向复制(fzh)第38页/共63页第三十九页，共64页。（2）RNA引物的合成(hchng)引发体在复制叉上移动，沿模板链5 3的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，DnaB蛋白活化引物合成酶。引发RNA引物的合成。领头链先引发开始合成，以原来一条DNA单链为模板（3 5),按5 3的方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个(j)至10个核苷酸，在引物的5端含3个磷酸残基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3端为游离的羟基。第39页/共63页第四十页，共64页。（3）DNA链的延伸(ynshn)在DNA聚合酶的催化下，以四种脱氧核糖核苷5-三磷酸为底物(d w)，在RNA引物的3端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。DNA链的延伸同时进行领头链和随后链的合成。两条链方向相反。领头链 随后链 冈崎片段 半不连续复制冈崎模型第40页/共63页第四十一页，共64页。领头链在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。随从链在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段(pin dun)，最后再连成一条完整的DNA链。半不连续复制在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。第41页/共63页第四十二页，共64页。冈崎片段 在DNA复制过程中，领头链能连续合成(hchng)，而随后链只能是断续的合成(hchng)5 3 的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。冈崎片段：真核生物中100-200个核苷酸（核小体的DNA单位）。原核生物中1000-2000个核苷酸（相当于一个顺反子）。第42页/共63页第四十三页，共64页。（4）切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制(fzh)终止）当新形成的冈崎片段延长至一定(ydng)长度，其3-OH端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。复制叉移动到终止区即停止复制（大肠杆菌有一个终止区）。这时会发生一系列变化：在DNA聚合酶 催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶 催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链；修复掺入DNA链的错配碱基；以修复方式填补终止区50-100bp的空缺。这样以两条亲代DNA链为模板，各自形成一条新的DNA互补链。结果是形成了两个DNA双股螺旋分子。第43页/共63页第四十四页，共64页。四、真核生物(shngw)中DNA的复制特点1 1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。复制子。2 2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200bp.200bp.3 3、真核生物、真核生物DNA DNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。4 4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速 在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。生长时，往往采用更多的复制起点。5 5、真核生物有多种、真核生物有多种DNA DNA聚合酶。聚合酶。6 6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新合成链 接。由端粒酶负责新合成链5 5 RNA RNA引物切除后的填补 引物切除后的填补(tinb)(tinb)，亦保持端粒的一定长度。亦保持端粒的一定长度。第44页/共63页第四十五页，共64页。v定义:以RNA为模板(mbn)，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA称为逆转录，由逆转录酶催化进行。五、逆转录第45页/共63页第四十六页，共64页。+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+病毒RNA的逆转录过程（以前病毒形式引起整合到宿主(szh)细胞DNA中而使细胞恶性转化）单链病毒RNA RNA-DNA杂交分子 双链DNA（前病毒）逆转录酶逆转录酶v逆转录酶也和DNA聚合酶一样(yyng)，沿53方向合成DNA，并要求短链RNA作引物。第46页/共63页第四十七页，共64页。六、DNA的损伤修复DNA的损伤：DNA在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNA的双螺旋结构。从而影响DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。若DNA的损伤或错配得不到修复，会导致DNA突变。其主要形式：一个或几个碱基被置换 插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失 DNA的损伤修复 四种修复途径(tjng):光复活、切除修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。第47页/共63页第四十八页，共64页。光复活：光复活：400nm400nm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射引起的同一条链上引起的同一条链上TTTT（CC CTCC CT）二聚体。（包括从单细胞生）二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）物到鸟类，而高等哺乳动物无）切除修复：将切除修复：将DNADNA分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、为模板再重新合成。特异内切酶、DNADNA聚合酶、聚合酶、DNA DNA外切酶外切酶、DNADNA连接酶均参与。（发生在连接酶均参与。（发生在DNADNA复制前）复制前）重组修复重组修复（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。渐稀释。诱导修复：造成诱导修复：造成(zo chn)DNA(zo chn)DNA损伤或抑制复制的处理均能损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（SOS SOS responseresponse）。此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关）。此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNADNA聚合酶。所以会有聚合酶。所以会有22种结果：修复或变异（进化）。种结果：修复或变异（进化）。第48页/共63页第四十九页，共64页。DNA的合成(hchng)方式：n n DNA的复制：以DNA为模板(mbn)n n 合成DNA。n n 逆转录：以RNA为模板(mbn)合成DNA。n n 修复合成（DNA聚合酶I、n n 连接酶等）第49页/共63页第五十页，共64页。RNA的生物(shngw)合成一、概念转录：以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对(jin j pi du)原则，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程称为转录。以四种核糖核苷三磷酸酸（NTP）为底物，形成3、5-磷酸二酯键相连接。转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。反义链（无意义链，负链）：在RNA的转录中，用作模板的DNA链称为反义链。有义链（编码链，正链）在RNA的转录中，不作为模板的DNA链称为有义链。第50页/共63页第五十一页，共64页。二、RNA聚合酶：大肠杆菌的RNA聚合酶全酶由5种亚基2 组成，因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与2分离，没有、亚基的酶称为核心酶只催化链的延长，对起始无作用。五种亚基的功能分别为：亚基：与启动子结合功能。亚基：含催化部位，起催化作用，催化形 成磷酸二酯键。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：与DNA模板(mbn)结合功能。亚基：识别起始位点。第51页/共63页第五十二页，共64页。u 真核细胞的RNA聚合酶酶类 分布(fnb)产物(chnw)-鹅膏蕈碱对酶的作用(zuyng)分子量反应条件I核仁核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA 5SrRNA不抑制低浓度抑制高浓度抑制500 000700 000700 000_低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度第52页/共63页第五十三页，共64页。RNA聚合酶的特点(tdin)：1、反应底物：NTP，DNA为模板、Mg2+促进聚合反应。RNA聚合酶不需要引物，合成(hchng)方向5 3。2、真核生物与原核生物的RNA聚合酶结构不同（具体 说明）。3、利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；-鹅膏蕈碱 抑制真核生物RNA聚合酶活性。第53页/共63页第五十四页，共64页。三、RNA的转录过程：（以大肠杆菌为例）起始位点的识别 转录起始 链的延伸(ynshn)转录终止第54页/共63页第五十五页，共64页。（1）起始(q sh)位点的识别 RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有亚基时就会选择正确的起点。亚基起着识别DNA分子上的起始信号（启动子指RNA聚合酶识别、结合和开始(kish)转录的一段DNA序列P459）的作用。启动子的结构至少由三部分组成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部分是RNA合成的起始点。AACTGTATATTATTGACA TATAAT+1转录起始点5 335 35序列 Sextama 框 10序列Pribnow框第55页/共63页第五十六页，共64页。（2）转录(zhun l)起始 RNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入(jir)的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，亚基就会被释放脱离核心酶。因子仅与起始(q sh)有关，RNA的合成一旦开始，便被释放E-35-10pppG或pppA5533模板链第56页/共63页第五十七页，共64页。（3）RNA链的延伸(ynshn)DNA分子和酶分子发生构象(u xin)的变化，核心酶与DNA结合比较松弛，可沿DNA模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5 3第57页/共63页第五十八页，共64页。（4）转录(zhun l)终止 在DNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNA序列称为终止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成(hchng)RNA并释放出RNA。需要因子（终止因子，协助RNA聚合酶识别终止信号）帮助，因子能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分，它的作用(zuyng)是阻止RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。不依赖于因子。强终止子序列有两个明显的特征：（1）在终止点之前具有一段富含G-C的回文区域。（2）富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列，它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。弱终止子：缺少回文结构强终止子：有回文结构第58页/共63页第五十九页，共64页。四、RNA的转录后加工 在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物（primary transcript）往往需要一系列的变化(binhu)，包括链的裂解、5 和3 末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。第59页/共63页第六十页，共64页。1、mRNA前体的加工：原核生物的mRNA转录(zhun l)后一般不需要加工，转录(zhun l)的同时即进行翻译（半寿期短）。亦有少数多顺反子的mRNA需要核酸酶切成小单位，然后再翻译。真核生物mRNA（半寿期较长）原初转录(zhun l)物很大，在加工过程中形成许多分子大小不等的中间物，它们被称为核内不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)，需要进一步进行加工修饰转化为mRNA。加工包括：（1）hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录(zhun l)序列剪掉，把外显子（DNA上的编码序列）转录(zhun l)序列拼接上(真核生物一般为不连续基因)。（2）3端添加polyA“尾巴”；（3）5端连接“帽子”结构（m7G5 ppp5 NmpNp-）；（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。第60页/共63页第六十一页，共64页。2、tRNA前体的加工：原核与真核生物的tRNA转录后都需要加工。包括：（1）由核酸内切酶切除前体上3 和5 端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐个在3 切去附加序列，进行修剪。（3）3端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化。（接受活化AA）（4）核苷的一些(yxi)特定的碱基和戊糖进行修饰。第61页/共63页第六十二页，共64页。原核与真核生物的rRNA转录后也都需要进行加工(ji gng)。原核：刚转录的rRNA为30S，先在特定的碱基上进行甲基化（核糖2-羟基）修饰，后逐步裂解（核酸酶的切割）。真核：45S（哺乳动物）、38S（果蝇）、37S（酵母）P16P23P516S23S5S（一般(ybn)不含甲基化）28S18S5.8S3、rRNA前体的加工(ji gng)：45S或38S37S26S17S5.8S真核rRNA的甲基化程度比原核高（核糖2-羟基）rRNA原初转录物研究四膜虫rRNA前体的拼接时发现ribozyme第62页/共63页第六十三页，共64页。感谢您的观看(gunkn)。第63页/共63页第六十四页，共64页。