核酸的结构和功能与核苷酸代谢讲稿.ppt

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1、关于核酸的结构和功能与核苷酸代谢第一页，讲稿共一百一十五页哦核核 酸酸(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。分子，携带和传递遗传信息。第二页，讲稿共一百一十五页哦一、核酸的发现和研究工作进展一、核酸的发现和研究工作进展 n n18681868年年年年 Fridrich Miescher Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素核素核素”n n19441944年年年年 Avery Avery等人等人等人等人证实证实证实证实DNADNA是遗传物质是遗传物质是遗

2、传物质是遗传物质n n19531953年年年年 Watson Watson和和和和CrickCrick发现发现发现发现DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构的双螺旋结构的双螺旋结构n n19681968年年年年 Nirenberg Nirenberg发现发现发现发现遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码n n19751975年年年年 Temin Temin和和和和BaltimoreBaltimore发发发发现现现现逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶n n19811981年年年年 Gilbert Gilbert和和和和SangerSanger建建建建立立立立DNA DNA 测序方法测序方法测序方法测序方法

3、n n19851985年年年年 Mullis Mullis发明发明发明发明PCR PCR 技术技术技术技术n n19901990年年年年 美国启动美国启动美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划人类基因组计划人类基因组计划(HGP)(HGP)n n19941994年年年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动n n20012001年年年年 美、英等国美、英等国美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架第三页，讲稿共一百一十五页哦二、核酸的分类及分布二、核酸的

4、分类及分布 90%90%以以上上分分布布于于细细胞胞核核，其其余余分分布布于于核核外外如如线线粒粒体体，叶叶绿绿体体，质质粒等。粒等。分布于胞核、胞液分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。第四页，讲稿共一百一十五页哦第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸

5、的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid第五页，讲稿共一百一十五页哦核酸的化学组成核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2.分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)第六页，讲稿共一百一十五页哦嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)一、碱基一、碱基第七页，讲稿共一百一十五页哦嘧啶嘧啶(pyrimi

6、dine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)第八页，讲稿共一百一十五页哦二、戊糖二、戊糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)第九页，讲稿共一百一十五页哦三、核苷三、核苷 核苷（核苷（ribonucleosideribonucleoside）核苷核苷 =碱基碱基 +核糖核糖连接方式：连接方式：糖苷键糖苷键(glycosidic bond)(glycosidic bond)嘌呤环上的嘌呤环上的N-9N-9或嘧啶环上的或嘧啶环上的N-1N-1与与糖的

7、糖的C-1C-1 以糖苷键相连。以糖苷键相连。第十页，讲稿共一百一十五页哦腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 （腺苷）（腺苷）胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷）（脱氧胞苷）191 111糖苷键糖苷键第十一页，讲稿共一百一十五页哦l核苷酸核苷酸 =核苷核苷 +磷酸磷酸l连接方式：连接方式：磷酸酯键磷酸酯键 糖环上所有游离羟基（核糖的糖环上所有游离羟基（核糖的C-2C-2、C-3C-3、C-5C-5 及脱氧核糖的及脱氧核糖的C-3C-3、C-5C-5）均能与磷酸发生酯化结合。生物体内多均能与磷酸发生酯化结合。生物体内多数核苷酸是数核苷酸是5 5-核苷酸核苷酸，即糖环上的即糖环上的C-5C-5 与磷酸酯化。

8、与磷酸酯化。四、核苷酸四、核苷酸(ribonucleotide)第十二页，讲稿共一百一十五页哦腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 （腺苷酸）（腺苷酸）脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞苷酸）（脱氧胞苷酸）55酯键酯键第十三页，讲稿共一百一十五页哦体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物l l含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：l lNAD+NAD+、NADP+NADP+、CoA-SHCoA-SH、FAD FAD 等都含有等都含有等都含有等都含有 AMPAMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化

9、核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMPAMPADPATPcAMPNADP+NAD+第十四页，讲稿共一百一十五页哦第十五页，讲稿共一百一十五页哦五、核酸中核苷酸的五、核酸中核苷酸的五、核酸中核苷酸的五、核酸中核苷酸的 连接方式连接方式连接方式连接方式 核苷酸之间以核苷酸之间以核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸磷酸磷酸磷酸二酯键二酯键二酯键二酯键连接形成多核苷连接形成多核苷连接形成多核苷连接形成多核苷酸链，即核酸。酸链，即核酸。酸链，即核酸。酸链，即核酸。5端端3端端CGA33，55磷酸二酯键磷酸二酯键第十六页，讲稿共一百一十五页哦A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5

10、pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 第十七页，讲稿共一百一十五页哦第二节第二节DNA的结构与功能的结构与功能 Structure and Function of DNA第十八页，讲稿共一百一十五页哦概念：概念：DNADNA分子中核苷酸的排列顺序，即碱基的分子中核苷酸的排列顺序，即碱基的排列顺序。排列顺序。连接键：连接键：3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键 即第一个核苷酸糖环上原来游离的即第一个核苷酸糖环上原来游离的C-3C-3羟基与第二个核苷酸羟基与第二个核苷酸C-5C-5磷酸组成磷酸组成3,53,5磷酸二酯键。磷酸二酯键。一、一、DNA的一级结构的一级结构第

11、十九页，讲稿共一百一十五页哦55末端的末端的磷酸基团磷酸基团33，55磷磷 酸二酯键酸二酯键33末端的末端的 羟基羟基DNA的的一一级级结结构构第二十页，讲稿共一百一十五页哦（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A=TG C 碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以以氢键氢键配对较合理配对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 二、二、DNA的二级结构的二级结构第二十一页，讲稿共一百一十五页哦第二十二页，讲稿共一百一十五页哦第二十三页，讲稿共一百一十五页哦The Nobel Prize

12、in Physiology or Medicine 1962for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living materialFrancis Harry Compton CrickJames Dewey WatsonMaurice Hugh Frederick Wilkins1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeMRCLaboratoryofMol

13、ecularBiologyCambridge,UnitedKingdomHarvardUniversityCambridge,MA,USALondonUniversityLondon,UnitedKingdomb.1916d.2004b.1928b.1916(inPongaroa,NewZealand)d.2004第二十四页，讲稿共一百一十五页哦（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）uDNA分分子子由由两两条条相相互互平平行行但但走走向向相相反反的的脱脱氧氧多多核核苷苷酸酸链链组组成成，两两链链以以-脱脱氧氧核核糖糖-磷磷酸酸-为为骨骨架架

14、，以以右右手手螺螺旋旋方方式式绕绕同同一一公公共共轴轴盘盘。螺螺旋旋直直径径为为2nm，形形成成大大沟沟(major groove)及及小小沟沟(minor groove)相间。相间。第二十五页，讲稿共一百一十五页哦第二十六页，讲稿共一百一十五页哦（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）u碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内内側側，与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对（互互补配对形式：补配对形式：A=T;G C）。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋螺旋一圈螺距一圈螺距3.4nm，一圈，一圈10对碱对碱基。基

15、。第二十七页，讲稿共一百一十五页哦碱基互补配对碱基互补配对 TAGC第二十八页，讲稿共一百一十五页哦u氢氢键键维维持持双双链链横横向向稳稳定定性性，碱碱基基堆堆积积力力维维持持双双链链纵纵向向稳稳定性定性。（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）第二十九页，讲稿共一百一十五页哦（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性第三十页，讲稿共一百一十五页哦二、二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的超螺旋结构及其在染色质中的组装的组装（一）（一）DNA的超螺旋结构的超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil

16、)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 第三十一页，讲稿共一百一十五页哦意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过程具转录过程具有关键作用。有关键作用。第三十二页，讲稿共一百一十五页哦（二）原核生物（二）原核生物DNA的高级结构的高级结构第三

17、十三页，讲稿共一百一十五页哦（三）（三）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装真真核核生生物物染染色色体体由由DNA和和蛋蛋白白质质构构成成，其其基基本单位是本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H4第三十四页，讲稿共一百一十五页哦第三十五页，讲稿共一百一十五页哦三、三、DNA的功能的功能DNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，并并作作为为基基因因复复制制和和转转录录的的模模板板。它它是是生生命命遗遗传传的的物物质质基基础础，也也是是个个体体生

18、生命命活活动动的的信信息息基础。基础。基基因因从从结结构构上上定定义义，是是指指DNA分分子子中中的的特特定定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。第三十六页，讲稿共一百一十五页哦第三节第三节RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA第三十七页，讲稿共一百一十五页哦RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能第三十八页，讲稿共一百一十五页哦一一、信使、信使RNA的结构与功能的结构与功能hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子(exon)第三十九页，讲稿

19、共一百一十五页哦*mRNA结构特点结构特点1.大大多多数数真真核核mRNA的的5末末端端均均在在转转录录后后加加上上一一个个7-甲甲基基鸟鸟苷苷，同同时时第第一一个个核核苷苷酸酸的的C2也也是是甲甲基基化，形成帽子结构：化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2.大多数真核大多数真核mRNA的的3末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。第四十页，讲稿共一百一十五页哦(m6A.A.G.C.U)(m6A.A.G.C.U)mRNAmRNA的的5 5 帽子结构帽子结构m m7 7GpppNGpppNm m5 5 5，5-三磷酸二脂键三磷酸二脂键第四十一

20、页，讲稿共一百一十五页哦帽子结构帽子结构第四十二页，讲稿共一百一十五页哦mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能第四十三页，讲稿共一百一十五页哦*mRNA的功能的功能 把把DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息，按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，用用以以决决定定其其合合成成蛋白质的氨基酸排列顺序。蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转转录录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接

21、转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 第四十四页，讲稿共一百一十五页哦*tRNA的一级结构特点的一级结构特点 含含含含 1020%1020%稀有碱基，如稀有碱基，如 DHUDHU 33末端为末端为末端为末端为 CCA-OH 5 5末端大多数为末端大多数为GG 具有具有 T C C 二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能第四十五页，讲稿共一百一十五页哦51 1 1 99假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷 次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷 双氢尿嘧啶核苷双氢尿嘧啶核苷 7甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤(pseudouridine,)(inosine,I)(dihydrouridine,

22、DHU)(7-methylguanosine,mG)1 1HNNOOHOHOHHHOCH222第四十六页，讲稿共一百一十五页哦*tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸臂氨基酸臂 DHU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环第四十七页，讲稿共一百一十五页哦*tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形*tRNA的功能的功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白白质质的翻译。的翻译。第四十八页，讲稿共一百一十五页哦第四十九页，讲稿共一百一十五页哦*rRNA的结构的结构三、核蛋白体三、核蛋白体RNA的结构与功能的结构与功能*rRN

23、A的功能的功能参参与与组组成成核核蛋蛋白白体体，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合合成的场所。成的场所。第五十页，讲稿共一百一十五页哦*rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）真核生物真核生物5S rRNA5S rRNA28S rRNA28S rRNA5.8S rRNA5.8S rRNA18S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA5S rRNA23S rRNA23S rRNA16S rRNA16S rRNA第五十一页，讲稿共一百一十五页哦核蛋白体的组成核蛋白体的组成第五十二页，讲稿共一百一十五页哦四四、小分子核内、小分子核内RNA 除除了了上上述述三三种种RNA外外，

24、细细胞胞的的不不同同部部位位存存在在的的一一类类碱碱基基数数小小于于300的的小小分分子子RNA，称为称为小分子核内小分子核内RNA。snRNA(small nuclear RNA)第五十三页，讲稿共一百一十五页哦snRNA的种类的种类核内小核内小RNARNA核仁小核仁小RNARNA胞质小胞质小RNARNA，等等，等等snRNA的功能的功能参与参与hnRNA和和rRNA的加工和转运。的加工和转运。第五十四页，讲稿共一百一十五页哦五、核酶五、核酶某些某些RNARNA分子本身具有自我催化能力，可以完成分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNArRNA的剪接。这种有催化作用的的剪接。这种有催化作用的

25、RNARNA被称为核酶被称为核酶(Ribozyme)1989(Ribozyme)1989年，美国科学家年，美国科学家AltmanAltman和和CechCech由于发现由于发现核酶而获核酶而获Nobel Nobel 化学奖。化学奖。是对传统观念的一种挑战。是对传统观念的一种挑战。在医学上有特殊的用途。在医学上有特殊的用途。u催化性催化性DNA DNA(deoxyribozyme)(deoxyribozyme)人工合成的寡聚脱氧人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解核苷酸片段，也能序列特异性降解RNARNA。第五十五页，讲稿共一百一十五页哦The Nobel Prize in Chem

26、istry 1989for their discovery of catalytic properties of RNASidney AltmanThomas R.Cech1/2oftheprize1/2oftheprizeCanadaandUSAUSAYaleUniversityNewHaven,CT,USAUniversityofColoradoBoulder,CO,USAb.1939b.1947核核酶酶的的发发现现第五十六页，讲稿共一百一十五页哦第四节第四节核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nuclei

27、c Acid第五十七页，讲稿共一百一十五页哦一、核酸一般的理化性质一、核酸一般的理化性质u多元酸，较强的酸性。多元酸，较强的酸性。u260nm260nm特征性吸收峰特征性吸收峰u核酸的高分子特性核酸的高分子特性 DNADNA为线性高分子，粘度极大，而为线性高分子，粘度极大，而RNARNA分子远小于分子远小于DNADNA，粘度也小得多，粘度也小得多第五十八页，讲稿共一百一十五页哦第五十九页，讲稿共一百一十五页哦1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核

28、酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用的应用第六十页，讲稿共一百一十五页哦二、二、DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两双链解开成两条单链的过程。条单链的过程。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高

29、酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失第六十一页，讲稿共一百一十五页哦DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂第六十二页，讲稿共一百一十五页哦例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象增高的现象。第六十三页，讲稿共一百一十五页哦热变性热变性解解链链曲曲线线：如如如如果果果果在在在在连连连连续续续续加加加加热热热热DNA的的的的过过过过程程程程中中中中以以以以温温温温度度度度对对对对A260A260（absorbanceabsorba

30、nce，A A，A260A260代代代代表表表表溶溶溶溶液液液液在在在在260nm260nm处处处处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。第六十四页，讲稿共一百一十五页哦 Tm：变变性性是是在在一一个个相相当当窄窄的的温温度度范范围围内内完完成成，在在这这一一范范围围内内，紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的解解链链温温度度，又又称称融融解解温温度度(melting temperature,Tm)。其其大大小小与与

31、G+C含含量量成正比。成正比。第六十五页，讲稿共一百一十五页哦三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为天然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性。减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为程称为退火退火(annealing)。第六十六页，讲稿共一百一十五页哦在在DNA变变性性后后的的复复性性过过程程中中，如如果果将将不

32、不同同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件（温温度度及及离离子子强强度度）下下，就就可可以在不同的分子间形成以在不同的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交核酸分子杂交(hyb

33、ridization)第六十七页，讲稿共一百一十五页哦第六十八页，讲稿共一百一十五页哦DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNA分子分子第六十九页，讲稿共一百一十五页哦第七十页，讲稿共一百一十五页哦第七十一页，讲稿共一百一十五页哦核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用研究研究DNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置定两种核酸分子间的序列相似性定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础因芯片技术的基础 第七十二页，讲稿共一百一十五页哦两种最重要的生物大分子比较两种最

34、重要的生物大分子比较 组成单位组成单位 氨基酸氨基酸 核苷核苷 酸酸种种 类类 20种种 四种四种 dNMP(DNA)四种四种 NMP(RNA)连接方式连接方式 肽键肽键 磷酸二酯键磷酸二酯键一级结构一级结构 AA排列顺序排列顺序 碱基序列碱基序列空间结构空间结构 二、三、四二、三、四 螺旋、超螺旋、蛋白螺旋、超螺旋、蛋白 级结构级结构 -核酸非共价结合核酸非共价结合 功功 能能 生命活动生命活动 遗传信息贮存、传递、遗传信息贮存、传递、直接执行者直接执行者 表达表达,决定蛋白结构决定蛋白结构蛋白质蛋白质 核酸核酸第七十三页，讲稿共一百一十五页哦第第 五五 节节核核 苷苷 酸酸 的的 代代 谢

35、谢Metabolism of Nucleotides 第七十四页，讲稿共一百一十五页哦l核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收概概 述述食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及DNA）胃酸胃酸核苷酸核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖核苷酶核苷酶第七十五页，讲稿共一百一十五页哦一、嘌呤核苷酸的代谢一、嘌呤核苷酸的代谢Metabolism of Purine Nucleotides第七十六页，讲稿共一百一十五页哦l嘌呤核苷酸的结构嘌呤核苷酸的结构GMPAMP第七十七页，讲稿共一百一十五页哦一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢l从头

36、合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)l补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)第七十八页，讲稿共一百一十五页哦嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成途途径径是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合成嘌呤核苷酸的途径。合成嘌呤核苷酸的途径。肝肝是是体体内内从从头头合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的主主要要器器官官，其其次次是是小小肠肠和和胸胸腺腺，而而脑脑、骨骨髓髓则则无无法法进行此合成途径。进行此合成途

37、径。（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成定义定义合成部位合成部位第七十九页，讲稿共一百一十五页哦嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）第八十页，讲稿共一百一十五页哦过程过程1.IMP的合成的合成2.AMP和和GMP的生成的生成第八十一页，讲稿共一百一十五页哦R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化

38、碳及天冬碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶第八十二页，讲稿共一百一十五页哦1.IMP的合成过程的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合合成成酶酶第八十三页，讲稿共一百一十五页哦目目 录录第八十四页，讲稿共一百一十五页哦IMP生成总反应过程生成总反应过程目目 录录第八十五页，讲稿共一百一十五页哦腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺

39、苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶2、AMP和和GMP的生成的生成目目 录录第八十六页，讲稿共一百一十五页哦AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶第八十七页，讲稿共一百一十五页哦 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。IMP的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个ATP。嘌呤核苷酸从头合成嘌呤核苷酸从头合成特点特点第八十八页，讲稿共一百一十五页哦 利利用用体体内内游游离离的的嘌嘌呤呤或或嘌嘌呤呤核核苷苷，经经过

40、过简简单单的的反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的过过程程，称为补救合成（或重新利用）途径。称为补救合成（或重新利用）途径。（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义第八十九页，讲稿共一百一十五页哦腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶参与补救合成

41、的酶第九十页，讲稿共一百一十五页哦腺嘌呤腺嘌呤 +PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 +PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP第九十一页，讲稿共一百一十五页哦补救合成途径的生理意义补救合成途径的生理意义:1.1.节约从头合成时需要的能量和一些氨基酸节约从头合成时需要的能量和一些氨基酸2.2.脑、骨髓等脑、骨髓等(由于缺乏有关酶由于缺乏有关酶)不能进行从头不能进行从头合成合成,只能进行嘌呤核苷酸的补救合成只能进行嘌呤核苷酸的补救合成.基因缺陷导致基因缺陷导致HGPRTHGP

42、RT完全缺乏的患儿完全缺乏的患儿,表表现为自毁容貌征或称现为自毁容貌征或称Lesh-NyhanLesh-Nyhan综合征综合征 第九十二页，讲稿共一百一十五页哦（三）（三）嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。酸等的类似物。第九十三页，讲稿共一百一十五页哦次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)6-巯基嘌呤巯基嘌呤的结构的结构第九十四页，讲稿共一百一十五页哦甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸（FGAR）PRPP 谷氨酰胺谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸（GA

43、R）=甲酰甘氨甲酰甘氨脒核苷酸脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX第九十五页，讲稿共一百一十五页哦 二、嘧啶核苷酸的代谢二、嘧啶核苷酸的代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotides第九十六页，

44、讲稿共一百一十五页哦l嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构第九十七页，讲稿共一百一十五页哦l从头合成途径从头合成途径l补救合成途径补救合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢第九十八页，讲稿共一百一十五页哦（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合合成成嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的途径。途径。定义定义合成部位合成部位第九十九页，讲稿共一百一十五页哦嘧

45、啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸第一百页，讲稿共一百一十五页哦合成过程合成过程1.尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 +CO2氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 +氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸（）第一百零一页，讲稿共一百一十五页哦第一百零二页，讲稿共一百一十五页哦第一百零三页，讲稿共一百一十五页哦2.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi第一百零四页，讲稿

46、共一百一十五页哦（二）（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶 +PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 +PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 +ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 +ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP+ADP第一百零五页，讲稿共一百一十五页哦（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)第一百零六页，讲稿共一百一十五页哦某些改变了核糖结构的核苷类似物某些改变了核糖结构的核苷类似物第一百零七页，讲稿共一百一十五页哦UMPUTPCTPCDPdCD

47、PUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲碟呤氨甲碟呤氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸第一百零八页，讲稿共一百一十五页哦三、三、脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）第一百零九页，讲稿共一百一十五页哦dNDP+ATP 激酶激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原还原型硫氧化还原蛋白蛋白-(SH)2氧化型硫氧化氧化型硫氧化还原蛋白还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还

48、原酶硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成第一百一十页，讲稿共一百一十五页哦二、嘌呤核苷酸的分解代谢二、嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-1-磷酸核糖磷酸核糖第一百一十一页，讲稿共一百一十五页哦嘌呤碱的终嘌呤碱的终代谢产物代谢产物AMPAMPGMPGMPH H（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）G GX X（黄嘌呤）（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶第一百一十二页，讲稿共一百一十五页哦痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇第一百一十三页，讲稿共一百一十五页哦二、嘧啶核苷酸的分解代谢二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶第一百一十四页，讲稿共一百一十五页哦目目 录录感谢大家观看第一百一十五页，讲稿共一百一十五页哦