《核酸代谢》PPT课件.ppt

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1、第十章 核酸代谢w核酸和核苷酸降解代谢w核苷酸的合成代谢w核酸的合成代谢（DNA的合成及修复）w核酸的合成代谢（RNA的合成-即转录过程）第一节 核酸和核苷酸降解代谢w概述w核酸降解成核苷酸（核酸的酶促降解）w嘌呤的降解w嘧啶的降解 （一）核酸和核苷酸的降解途径概述（一）核酸和核苷酸的降解途径概述 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖-1-P-1-P 磷酸磷酸核糖核糖-1-1-磷酸磷酸核糖核糖-5-5-磷酸磷酸磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径脱氧核糖脱氧核糖-1-1-磷酸磷酸醛缩酶醛缩酶乙醛乙醛甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶尿酸或有机

2、酸尿酸或有机酸体内核酸降解及消化（二）核酸的酶促降解（二）核酸的酶促降解5 p pBDNAaseIDNAaseIIBOH33位置位置DNADNA内切酶内切酶 原核生物原核生物中存在着一类能识别外源中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列回文序列，并在此序列的某位点水解，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。）。限制性内切酶被称为限制性内切酶被称

3、为“基因工程基因工程”技术中的技术中的“手手术刀术刀”，它的发现对基因工程发展起着极其重要作，它的发现对基因工程发展起着极其重要作用用DNA限制性内切酶限制性内切酶常用的常用的DNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H

4、IAlu IBgl IEco R IHind Sal ISma I四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口RNA内切核酸酶5 p p p pOHPyPuPuPy p p pGACU p p pGA3RNAase IRNAase U2RNAase T1Py：嘧啶：嘧啶 Pu：嘌呤：嘌呤 RNA外切核酸酶5 p p p pOHB p p p p3BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（

5、5-5-外切，生成外切，生成3 3-单核苷酸）单核苷酸）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（3-3-外切，生成外切，生成5 5 -核苷酸）核苷酸）（三）（三）（四）嘧啶的分解代谢（四）嘧啶的分解代谢胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧二氢尿嘧啶脱氢酶啶脱氢酶二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶二氢胸腺嘧二氢胸腺嘧啶脱氢酶啶脱氢酶二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2+NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoATC

6、A糖异生糖异生胞嘧啶胞嘧啶琥珀酰琥珀酰CoA第二节 核苷酸的合成代谢w核苷酸生物合成的基本途径核苷酸生物合成的基本途径w嘌呤核苷酸的嘌呤核苷酸的“从头合成从头合成”w嘌呤核苷酸的补救合成途径嘌呤核苷酸的补救合成途径w嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸“从头从头”合成途径合成途径w嘧啶嘧啶核苷酸的补救合成途径核苷酸的补救合成途径w脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成w脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 动物、植物和微生物都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸。合成途径有两条：（1）“从头合成”途径 利用核糖磷酸、某些氨基酸、CO2、和NH3等基本原料合成核苷酸。（2）补救途径 利用体内或细胞内游离的碱基、核苷

7、等中间物直接合成核苷酸。（一）核苷酸生物合成的基本途径（一）核苷酸生物合成的基本途径从头合成从头合成（二）嘌呤核苷酸的（二）嘌呤核苷酸的“从头合成从头合成”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，其其次次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。合成部位合成部位从头合成过程从头合成过程 1 1）IMPIMP的合成（前体为磷酸核糖的合成（前体为磷酸核糖-1-1-焦磷酸，即焦磷酸，即 PRPP PRPP）由焦磷酸激酶和由焦磷酸激酶和ATPATP，MgMg2+2+催化催化 2 2）IMPIMP转变形成转变形成AMPA

8、MP和和GMPGMP嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸合成是先形合成是先形成糖结构，成糖结构，(PRPP)再在再在糖结构上连糖结构上连接各种接各种“零零件件”合成嘌合成嘌呤碱呤碱第一个第一个“零零件件”的加入，的加入，这样反应一这样反应一共有共有11步之步之多多IMP生成总反应过程生成总反应过程腺苷酸琥珀酸裂解酶腺苷酸琥珀酸裂解酶腺苷酸琥珀酸合腺苷酸琥珀酸合成酶成酶次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸脱氢酶脱氢酶鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸合成酶合成酶w由上述反应过程可以清楚的看到，嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的，这是嘌呤核苷酸从头合成的一个重要特点。IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合

9、成又需1个ATP。w并不是所有的细胞都有从头合成嘌呤核苷酸的能力，肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠粘膜和胸腺。定定义义：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，称称为为补补救救合合成成（或或重重新利用）途径。新利用）途径。生生理理意意义义:补补救救合合成成节节省省从从头头合合成成时时的的能能量量和和一一些些氨基酸的消耗。氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。成。另外当由于遗传、疾病、药物等原因从头合成受阻另外当由于遗传、疾

10、病、药物等原因从头合成受阻时采取补救途径合成时采取补救途径合成 （三）嘌呤核苷酸的补救合成途径（三）嘌呤核苷酸的补救合成途径或称为磷酸核糖转移酶或称为磷酸核糖转移酶或称为核苷磷酸激酶或称为核苷磷酸激酶天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 （四）嘧啶核苷酸（四）嘧啶核苷酸“从头从头”合成途径合成途径 D转氨甲酰酶转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸二氢乳清酸脱氢酶脱氢酶FMN,FAD焦磷酸化酶焦磷酸化酶脱羧酶脱羧酶CTP合成酶合成酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶尿嘧啶核苷酸激酶尿嘧啶核苷酸激酶（五）嘧啶的补充途径合成（五）嘧啶的补充途径合

11、成尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶胞嘧啶不能两种嘧啶都用这个激酶（六）脱氧核苷酸的合成（六）脱氧核苷酸的合成核糖核苷酸还原酶 （七）脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成OCH3 胸腺嘧啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10CH2 FH4 FH2二氢叶酸还二氢叶酸还原酶原酶Ser羟甲基羟甲基转移酶转移酶NHNOdR-PONHNOdR-P生成亚甲基还原二氢叶酸转移甲基第三节 核酸的合成代谢（DNA的合成）w复制过程中的酶及相关因子w复制方式w复制过程（一）原核生物DNA复制的酶和蛋白质因子w拓朴异构酶w解螺旋酶（解链酶）w单链DNA结合蛋白（SSB）w引物酶wDNA聚合

12、酶wDNA连接酶拓朴异构酶使DNA超螺旋变为松驰态；它兼有内切酶和连接酶的活力，能迅速使DNA链断开后再接上。解螺旋酶单链DNA结合蛋白引物酶w原料：NTPw引物酶的作用：合成一段RNA作为引物wRNA引物作用：引发DNA的合成DNA聚合酶w原料：dNTPw方向：53wDNA聚合的种类：1.DNA聚合酶I2.DNA聚合酶II3.DNA聚合酶III校正机制聚合酶活力聚合酶活力3 到到5的外切酶活力（校正的外切酶活力（校正）DNA聚合酶聚合作用前先校对，错误配对就使用3-5外切酶活力，这也是DNA聚合酶必须要引物的原因。修复或除引物机制DNA连接酶（二）DNA复制的方式（1)半保留复制（2）复制子

13、和复制起始点复制子序列保守常有反向重复的回文结构复制子序列保守常有反向重复的回文结构（3）复制方向和速率（4）半不连续复制w复制叉上仅结合了一套DNA聚合III，前导链与滞后都是由同一套DNA聚合酶完成的。滞后的模板链要形成环，穿过DNA聚合酶才能保证两条链的合成方向均为53。（三）DNA复制的过程起始起始的调控延长阶段二阶段二阶段一阶段一延长延长引引物物的的合合成成：随随后后链链的的每每个个冈冈崎崎片片段段都都需需要要合合成成 RNA引物。也是由引物酶催化。引物。也是由引物酶催化。冈冈崎崎片片段段的的合合成成：DNA聚聚合合酶酶(原原核核细细胞胞)在在引引物物的的3末末端端使使DNA链链延延

14、伸伸，直直至至抵抵达达其其下下游游的的另一个冈崎片段的另一个冈崎片段的RNA引物的引物的5端。端。终止真核生物复制：端粒的形成：真核生物复制：端粒的形成：w端端粒粒（telomere）是是指指真真核核生生物物染染色色体体线线性性DNA分分子子末末端端的的结结构构部部分分，通通常常膨膨大大成成粒粒状状。其其共共同同的的结结构构特特征征是是由由一一些些富富含含G、C的的短短重重复复序序列列构构成成，可可重重复复数数十十次次至数百次。至数百次。w一段DNA序列与蛋白质形成的一种复合体，是真核细胞染色体末端所特有的结构。w功能：保证线性DNA的完整复制保护染色体末端决定细胞寿命，胚系细胞含端粒酶，体细

15、胞不表达端粒酶。w线线性性DNA在在复复制制完完成成后后，其其末末端端由由于于引引物物RNA的的水水解解而而可可能能出出现现缩缩短短。故故需需要要在在端端粒粒酶酶（telomerase）的的催催化化下下，进行延长反应。进行延长反应。w端端粒粒酶酶是是一一种种RNA-蛋蛋白白质质复复合合体体，它它可可以以其其RNA为为模模板板，通过逆转录过程对末端通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。链进行延长。端粒酶端粒酶(telomerase)的作用机制的作用机制DNA复制基本过程复制基本过程w半保留复制w有特定的起点（原核生物为单起点，真核生物为多起点）wDNA合成方向是53w复制可以是单向，也可以是双向

16、，但速度不一定相等w半不连续复制，有前导链（连续）和后滞链（不连续）之分w需要RNA作为引物，以后引物被切除，补上DNA（四）DNA损伤及修复损伤（1）自发因素碱基互变异构碱基修饰（呼吸引起）脱氨基脱碱基（热运动）（2）物理损伤w紫外w电离辐射 直接效应 间接效应（由水产生自由基，氧化或降解碱基和核糖)(3)化学损伤 基因突变的后果及类型突变的类型：w错配(mismatch)w缺失(deletion)w插入(insertion)w重排(rearrangement)后果：致死使生物体某些功能改变，引起某些疾病的发生只改变了基因型而对表现型无影响进化，在环境有利于机体新特征表达的情况下，被选择性保

17、留下来，这就是进化的基础框移(frame-shift)（1）错配修复（2）光修复（3）切除修复（4）重组修复（5）SOS修复无校检功能第四节 核酸的合成代谢（RNA的合成-即转录过程）w合成因子（聚合酶）w转录过程w转录后修饰w -因子与转录启始位点的识别有关，它可以特异性地识别启始信号，并指导RNA聚合酶与之结合。w -亚基是酶的催化作用核心，上面有抗生素利福平的结合位点。w -亚基由许多碱性氨基酸构成，在酶与模板DNA的结合中起重要作用。(非特异性结合)w -亚基则与酶和启始位点的结合有关。(帮助酶其它部位结合)真核生物体内RNA聚合酶有三种，分别是RNA聚合酶I、II、III，其中，RN

18、A聚合酶I与rRNA前体合成有关，RNA聚合酶II与mRNA前体合成有关，RNA聚合酶III则与tRNA前体合成有关,结构也有不同。（一）（一）RNAaseRNAase的结构的结构RNA合成的机理w转录时只利用DNA双链中的一条链为模板，这条链称为模板链（或反意义链、非编码链）；另一条链称为非模板链（有意义链、编码链）w由于转录只在DNA的一条链进行，所以称为不对称转录（二）转录的过程w起始w延长w终止原核生物与真核生物转录起点细胞开始转录作用时，细胞开始转录作用时，RNA聚合酶凭借其聚合酶凭借其-亚基的亚基的带正电荷特性，带正电荷特性，借净电作用结合在借净电作用结合在DNA链上。链上。起始w

19、启动子：指示转录起始的DNA位点聚合酶结合在聚合酶结合在DNADNA模板上之后，通过扩散寻找启始位点，模板上之后，通过扩散寻找启始位点，聚合酶借助于聚合酶借助于 因子首先找到因子首先找到-35-35区，然后向下游移动到区，然后向下游移动到-10-10区（区（ATAT富集），双链解开形成局部单链，在起始位富集），双链解开形成局部单链，在起始位点（点（+1+1）接上第一个核苷酸。通常是）接上第一个核苷酸。通常是pppGpppGw真真核核生生物物的的转转录录起起始始较较为为复复杂杂。目目前前已已知知RNA聚聚合合酶酶至至少少有有六六种种不不同同的的蛋蛋白白因因子子参参与与转转录录复复合合体体的的形形

20、成成。这这些些蛋蛋白白因因子子被被称称为为转转录录因因子子trans-criptional factor,TF。包包 括括 TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I。延长wRNA聚合酶延模板滑动催化RNA链的延伸wRNA聚合酶全酶亚基脱离w转录区域DNA双螺旋解开，转录后DNA又恢复双螺旋结构终止(1)不依赖Rho因子的转录终止两个区域的RNA和模版没很好的结合,导致两者分离,酶掉下来(2)依赖Rho因子的转录终止复制与转录的比较复制与转录的比较（三）转录后加工(mRNA)加尾：翻译效率半衰期mRNA的加工w5-端加上帽子结构、3-端添加Poly Aw切除内含子(真核)1.内含子：许多

21、真核生物的基因是不连续的。些DNA序列虽然能被转录成RNA，但在加式过程中又被切除，这些片段，称内含子。2.外显子：能够被转录为RNA，并能翻译出蛋白质来的DNA序列。（三）转录后加工(tRNA)w剪接和剪切剪接和剪切w3端添加端添加CCAw化学修饰化学修饰 RNAaseP、内切酶内切酶（1）剪接和剪切）剪接和剪切（3）化学修饰）化学修饰2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU 3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U 4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）（2）添）添CAA（三）转录后加工(rRNA)转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S