核苷酸代谢和核酸生物合成课件

核苷酸代谢

第一节核酸及核苷酸的分解代谢一、核酸酶促降解（一）核酸酶促降解的含义：

核酸在核酸酶的催化下，使连接核苷酸之间的磷酸二酯键水解，生成核苷酸的过程为核酸的酶促降解。

核苷酸代谢第一节核酸及核苷酸的分解代谢1（二）、核酸酶的种类1、根据所作用的底物分（1）核糖核酸酶（RNase）:专一性水解RNA（2）脱氧核糖核酸酶（DNase）：专一性水解DNA2、根据所作用的部位分（1）核酸内切酶：水解核酸分子内部的磷酸二酯键。（2）核酸外切酶：从核酸分子的一端逐个地水解单核苷酸。（3）限制性内切酶：具高度特异性。只能识别DNA的特定核苷酸序列，并在特定部位切断DNA链，使DNA产生双链裂口。（二）、核酸酶的种类1、根据所作用的底物分2(三）核酸及核苷酸的降解核酸核酸酶磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脱氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脱氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径醛缩酶乙醛甘油醛-3-磷酸单核苷酸(三）核酸及核苷酸的降解核酸核酸酶磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）3二、嘌呤的分解代谢（一）、嘌呤的分解

1、嘌呤的分解可在核苷酸水平、核苷水平、碱基水平完成脱氨而达到降解。

脱氨脱氨1、核苷酸水平的降解：腺苷酸次黄苷酸黄苷酸鸟氨酸脱氨脱氨2、核苷水平的降解：腺苷次黄苷黄苷鸟苷脱氨脱氨3、碱基水平的降解腺嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤

尿酸二、嘌呤的分解代谢（一）、嘌呤的分解42、嘌呤分解的终产物不同

（1）人类、灵长类、鸟类、爬虫类及大多数昆虫体内缺乏尿酸氧化酶，不能将尿酸进一步，故其嘌呤的最终产物为尿酸；（2）除人和猿以外的哺乳动物、双翅目昆虫以及腹足类动物体内存在尿酸酶可将尿酸氧化为尿囊素，故其嘌呤的最终产物为尿囊素；（3）某些硬骨鱼类的体内含尿囊素酶能水解尿囊素生成尿囊酸，故其嘌呤的最终产物为尿囊酸；（4）大多数鱼类、两栖类体内含有尿囊酸酶能将尿囊酸水解为尿素.2、嘌呤分解的终产物不同（1）人类、灵长类、鸟类、爬虫类及5

腺嘌呤

鸟嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黄嘌呤

黄嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素

+

乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

植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腺嘌呤鸟嘌6三、嘧啶的分解

胞嘧啶

尿嘧啶二氢尿嘧啶

H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-丙氨酸

β-脲基丙酸

H2O

胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶

NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-氨基异丁酸β-脲基异丁酸

H2O

胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱7第二节、核苷酸的合成代谢一、核苷酸合成的基本途径（一）“从头合成途径”或从“无到有途径”。生物体利用某些氨基酸、磷酸核糖、二氧化碳和氮等较简单的化合物合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸的合成过程为“从头合成途径”。这样的合成途径几乎存在于所有的生物体内，它不经过碱基、核苷的中间阶段。主要在肝组织中进行。（二）补救途径：一般将生物体内由碱基或核苷合成核苷酸的途径为补救途径。脑、骨髓只能进行补救合成。第二节、核苷酸的合成代谢一、核苷酸合成的基本途径8二、嘌呤核苷酸的合成

1、从头合成途径（1）嘌呤环中各个原子的来源

（2）嘌呤核苷酸的合成或碳酸氢盐二、嘌呤核苷酸的合成

1、从头合成途径（2）嘌呤核苷酸的合95-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪唑核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP的生物合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA延胡索酸5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨10第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）

IMP转变为GMP和AMP第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）11嘌呤核苷酸合成特点

先形成IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后在单磷酸的水平上转变成AMP、GMP。IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP（5-磷酸核糖焦磷酸），催化该反应的酶是PRPP合成酶。PRPP为合成的起始物质。嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C，合成时先形成右环（五员环），再形成左环（六员环）。四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体

嘌呤核苷酸合成特点先形成IMP(次黄嘌呤12嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA（G）MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP嘌呤核苷酸合成补救途径嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPP13三、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸（由谷氨酰胺和CO2合成）和天冬氨酸合成。氨甲酰磷酸天冬氨酸三、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸（由谷氨14尿嘧啶核苷酸的合成（三个阶段）：

1、以CO2和谷氨酰胺为原料合成氨基甲酰磷酸2、氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸缩合生成氨基甲酰天冬氨酸。3、乳清酸接受PRPP的5—磷酸核糖生成乳清酸核苷酸，并进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸。尿嘧啶核苷酸的合成（三个阶段）：1、以CO2和谷氨酰胺为15激酶天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶乳清酸乳清苷酸尿嘧啶核苷酸谷氨酸谷氨酰胺焦磷酸化酶脱羧酶激酶CTP合成酶激酶天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸转氨甲酰酶二氢16嘧啶核苷酸合成特点其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成嘧啶环，再与核糖磷酸焦磷酸（PRPP）结合形成UMP，其关键的中间产物是乳清酸。胞苷酸则由尿苷酸在三磷酸的水平上转变而来。嘧啶核苷酸合成特点其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷17

四、核苷酸转化成核苷三磷酸

(脱氧)核苷酸激酶（d）NMP+ATP（d）NDP+ADP

激酶（d）NDP+ATP（d）NTP+ADP四、核苷酸转化成核苷三磷酸18核糖核苷酸的还原反应

硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸五、脱氧核糖核苷酸的合成核糖核苷酸的还原反应

硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还19六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++Ser（丝氨酸）NADP++Gly

N5、N10—CH2—FH4FH2二氢叶酸还原酶Ser羟甲基转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADP20核苷酸代谢和核酸生物合成课件21---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-七、从头合成的调节---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲22八、核苷酸从头合成的抗代谢物嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：

可抑制AMP、GMP的生成

谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺参与的反应

叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氢叶酸参与的反应八、核苷酸从头合成的抗代谢物嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：23嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)24第十二章核酸的生物合成第一节DNA的生物合成学习三个问题：DNA的复制方式DNA的复制的机制DNA的损伤与修复第十二章核酸的生物合成第一节DNA的生物合成25一、DNA的复制方式~半保留复制

（一）概念：每个子代DNA分子的一条链来自亲代的DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为DNA的半保留复制。半保留复制的假说是1953年沃森和克里克在DNA双螺旋结构的基础上提出的。一、DNA的复制方式~半保留复制

（一）概念：每个子代DNA26（二）DNA半保留复制的证据1958年Meselson（麦尔逊）和Stahl（斯坦赫）首次用实验成功地证明了DNA的半保留复制（二）DNA半保留复制的证据1958年Meselson（麦尔27亲代DNA（15N～15N）子一代DNA（15N～14N）子二代DNA(15N～14N，14N～14N1:1)子三代DNA(15N～14N，14N～14N1:3)子四代DNA(15N～14N，14N～14N1:7)亲代DNA与子二代DNA的混合物亲代DNA与子四代DNA的混合物亲代DNA（15N～15N）子一代DNA（15N～14N）子28居中重轻01234居中重轻0123429（三）DNA复制的必备条件底物dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)聚合酶DNA聚合酶（DNA依赖的DNA聚合酶)

模板单链的DNA母链引物寡核苷酸引物（RNA)其他酶和蛋白质因子

解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶（三）DNA复制的必备条件底物dNTP(dATP,dG30

1、DNA聚合酶

DNA聚合酶是机体内以脱氧核苷三磷酸为底物催化合成DNA的一类酶。

DNA模板引物Mg2+四种脱氧核苷三磷酸

催化作用所需要的条件

1、DNA聚合酶DNA模板引物Mg2+四种脱氧核苷31原核生物DNA聚合酶

①DNA聚合酶Ⅰ：聚合作用：使DNA链按5′—3′方向延长。校对作用：具有沿3′—5′或5′—3′的外切酶的作用。

②DNA聚合酶Ⅱ：聚合作用活力较低。仅有3′—5′的外切酶的作用。

③DNA聚合酶Ⅲ：聚合和校对作用是三种聚合酶中活力最高的一种。结论：三种聚合酶均具有聚合和校对的作用。而且具有方向性。原核生物DNA聚合酶

①DNA聚合酶Ⅰ：32真核细胞DNA聚合酶在高等真核细胞已分离到的DNA聚合酶有三种α、β、γ。真核细胞DNA聚合酶与细菌DNA聚合酶的性质相似，聚合反应所需的条件也完全一样，所不同的是在真核细胞中的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶作用。（只有聚合作用）真核细胞DNA聚合酶在高等真核细胞已分离到的DNA聚合酶有三332、DNA连接酶（1967年发现）：

若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-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。

但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。

3’5’3’5’OHP2、DNA连接酶（1967年发现）：3’5’3’5’O343、引发酶

促进引物合成的酶为引发酶。如以RNA片段为引物，则促进RNA片段合成的引发酶为RNA聚合酶。3、引发酶促进引物合成的酶为引发酶。354、复制中解链必需因子（1）单链结合蛋白（SSB）作用：与单链结合，保护复制中的DNA单链部分不被核酸酶降解；刺激同源聚合酶的活力。（2）解链酶（解双螺旋酶）解链，为SSB提供可结合的单链区。

（3）DNA拓扑异构酶(解旋酶）

既能水解，又能连接磷酸二酯键

拓扑酶Ⅰ切断DNA双链中的一股拓扑酶Ⅱ切断DNA双链4、复制中解链必需因子（1）单链结合蛋白（SSB）36（四）DNA复制的起始点和复制方向1、起始点和复制叉起始点是含有100~200个碱基对的一段DNA。为DNA复制的起始部位。复制叉：在DNA复制前，DNA的两条链在起始点分开形成在显微镜下可看到的叉状结构，称为复制叉。随着复制叉的移动完成DNA的复制

2、复制方向：单向复制和双向复制（四）DNA复制的起始点和复制方向1、起始点和复制叉373、环状DNA（大肠杆菌）的复制方向及复制特点多以Q式方式复制。单向复制：复制叉从起始点向一个方向移动，随着复制叉的移动完成复制。双向复制：复制时首先在起始点裂开，复制叉从起始点开始向两个相反方向移动直到两个复制叉相遇。复制特点：在迅速生长的原核生物中，第一个染色体DNA分子复制尚未完成，第二个DNA分子就在同一个起始点上开始复制，其复制叉移动的速度是相当快的，每分钟约为105个碱基对。3、环状DNA（大肠杆菌）的复制方向及复制特点多以Q式方式复38单向复制i双向复制观察到的放射自显影图象单向复制i双向复制观察到的放射自显影图象394、真核生物线状DNA的复制方向及复制特点特点：染色体不同位置上有多个起始点；从这些起始点开始向相反的方向复制（双向复制），就形成多个复制泡；复制叉移动的速度较慢5x102~5x103碱基对，但由于同时起作用的复制叉数目很大，所以真核生物染色体DNA复制的总速度比原核生物还快。4、真核生物线状DNA的复制方向及复制特点特点：40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3’5’3’5’DNA的双向复制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3’5’41二、DNA复制的机制~半不连续复制

半不连续复制的发现1968日本学者冈崎：同位素实验，用含3H的dT标记用T4噬菌体感染的大肠杆菌短时间内分离的DNA均为DNA小片段一段时间后检测到DNA大片段。当用DNA连接酶的缺失的变异株时，检测到大量DNA片段的积累。→证明DNA复制中有小片段合成。测定DNA小片段，远远大于合成DNA的一半。似乎两条链都是不连续合成的，后发现是由于U替代dT渗入DNA中，而被尿嘧啶-N-糖基酶切除所致。在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突变植株中，DNA的U不再被切除，则检测到一半3H标记出现在小片段（冈崎片段）中。二、DNA复制的机制~半不连续复制

半不连续复制的发现19642（二）半不连续复制1、含义:DNA在复制时，由双链分开的两条模板链上，两条新链是按5ˊ—3ˊ方向合成，其中一条链是连续合成的，另一条链则是先合成短的片段（冈崎片段），然后再将片段连接起来形成新链，这个复制过程为半不连续复制。（二）半不连续复制1、含义:DNA在复制时，由双链分开的43DNA复制的半不连续性前导链滞后链冈崎片段前导链：以3’→5’方向的亲代链为模板连续合成的子代链。滞后链：以5’→3’方向的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。DNA复制的半不连续性前导链滞后链冈崎片段前导链：以3’→44参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图

2、DNA复制的过程参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图2、45（1）合成起始—引发

在病毒、细菌、真核细胞中DNA的复制过程大同小异。大致可包括下列几个过程：①辨认起始点即由引发酶（RNA聚合酶）识别DNA模板上复制的起点由此启动开始合成引物。3′5′5′3′起始点RNA聚合酶（引发酶）（1）合成起始—引发

在病毒、细菌、真核细胞中DNA的复46②模板DNA局部解曲解链

解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板结合，使这部分DNA发生局部解曲和解链作用，这样一段DNA链上的碱基暴露出来，与此同时SSB结合于已解开的链上。5′3′3′5′SSB解曲酶旋转酶②模板DNA局部解曲解链解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板47③RNA引物的生成

即分别以两条DNA链作模板，由RNA聚合酶催化合成RNA引物。引物5′5′3′3′③RNA引物的生成即分别以两条DNA链作模板，由RNA聚48（2）DNA片段的合成及链的延伸在RNA引物上由DNA聚合酶Ⅲ（真核生物为α）催化，按照模板3ˊ—5ˊ链上的顺序，在引物3ˊ—OH端接上相应的核苷酸。新链的合成按5ˊ—3ˊ方向进行（即前导链的合成）。与此同时与另一条链5ˊ—3ˊ为模板，合成冈崎片段，每一个冈崎片段5ˊ末端带一个引物，这条链为滞后链。（2）DNA片段的合成及链的延伸在RNA引物上由DNA聚合酶49

5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）（3）合成终止①引物的切除被特异核酸酶切除

②空缺部位的填补与连接由DNA聚合酶Ⅰ催化DNA片段合成，以补充核苷酸数，最后由连接酶将片段连接起来，从而形成两条连续的新链。

5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）（3）合成终止①50①引物的切除被特异核酸酶切除

5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）①引物的切除被特异核酸酶切除

5′5′3′3′前导链滞后51②合成终止（一个复制子合成终止）5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）终点②合成终止（一个复制子合成终止）5′5′3′3′前导链滞后链525、真核生物中DNA复制的特点1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子（基因组能独立进行复制的单位为复制子）。2、冈崎片段长约200bp.3、真核生物DNA复制速度比原核慢。5、真核生物中DNA复制的特点1、真核生物染色体有多个复制起534、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。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。5、真核生物有多种DNA聚合酶。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接。由端粒酶负责新合成链5RNA引物切除后的填补，亦保持端粒的一定长度。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；而在54总结：1、DNA的复制方式：半保留复制。2、复制时有固定的起始点。细菌或病毒复制时起始于一个固定的位点，真核生物染色体DNA复制有多处起始点。3、复制方向：双向或单向。多数是双向的。双向复制时两个复制叉移动的速度不一定相同。4、复制的速度取决于起始。5、复制链延长的方向：每条链都由5ˊ端向3ˊ端延长。总结：1、DNA的复制方式：半保留复制。556、复制的过程是半不连续的，前导链是连续合成的，滞后链是不连续合成的。相邻近的DNA片段由连接酶催化连接成新链。7、DNA复制是在RNA引物上起始的。前导链只需一个引物，滞后链每合成一个冈崎片段需要一个引物。RNA引物以后被酶切除。8、复制有多种机制。即使在同一细胞里，可能因环境、温度、营养条件、酶的丰富程度、dNTP供应是否平衡，模板是否被外界因素损伤等不同。复制也可以采取不同的方式。9、生物系统的遗传信息主要是贮存在DNA分子中，表现为特异的核苷酸顺序。6、复制的过程是半不连续的，前导链是连续合成的，滞后链是不连56三、DNA的损伤与修复（一）DNA的损伤：DNA在某些因素的作用下引起不同程度的双螺旋结构的破坏为DNA的损伤。引起DNA损伤的因素生物因素物理因素化学因素如：紫外线电离辐射等如：化学诱变剂破坏的部位DNA的碱基糖或是磷酸二酯键三、DNA的损伤与修复（一）DNA的损伤：DNA在某些因素的57损伤的结果：造成结构与功能的破坏，进而引起突变，甚至导致生物的死亡。（二）DNA的修复修复系统错配修复直接修复切除修复：发生在DNA复制之前重组修复：修复发生在DNA复制之后易错修复如：光复活修复损伤的结果：造成结构与功能的破坏，进而引起突变，甚至导致生物581、光复活修复的机制二聚体光复活酶光1、损伤2、形成酶DNA复合物3、吸收可见光4、酶释放1、光复活修复的机制二聚体光复活酶光1、损伤2、形成酶3、吸592、切除修复切断修复切除缝合内切酶外切酶连接酶2、切除修复切断修复切除缝合内切酶外切酶连接酶603、重组修复5′5′重组修复5′补充内容出错的DNA母链同源DNA母链再合成的序列受损部位重组部分3、重组修复5′5′重组修复5′补充内容出错的DNA母链同源61第二节RNA的生物合成一、转录（一）何谓转录根据DNA中含有的信息，进行碱基配对而复制成一条核糖核苷酸的互补顺序—RNA链的过程。或者说DNA分子中遗传信息转移到RNA分子的过程。更具体地说转录是以DNA为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。第二节RNA的生物合成一、转录62（二）转录的条件

1、转录模板：在RNA的合成中，DNA的两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。2．原料。需要有三磷酸核糖核苷作为原料，NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）3．转录酶。原核细胞的酶分布在胞液，转录在胞液中进行，真核细胞的酶存在于胞核，反应在胞核中进行。（二）转录的条件

1、转录模板：在RNA的合成中，DNA的63（三）RNA聚合酶

RNA聚合酶有原核细胞和真核细胞两种。◆1、原核细胞RNA聚合酶（目前以大肠杆菌的RNA聚合酶研究的最清楚）核心酶和σ因子组成全酶。可表示为ααββ′σ。核心酶有4个亚基，两个相同的α亚基，两个不同的β、β′亚基。核心酶可催化各个核苷酸之间形成3′，5′-磷酸二酯键，使RNA延长。（三）RNA聚合酶64大肠杆菌的RNA聚合酶大肠杆菌的RNA聚合酶65大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的性质与功能亚基Mr亚基数目功能

α40,OOO2酶的装配，与启动子上游元件和活化因子结合β155,0001结合核苷酸底物，催化磷酸二酯键形成β’160,0001与模板结合σ32,OOO-92，0001识别启动子，促进转录的起始

9,OOO1未知注：存在于全酶制剂中，核心酶没有大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的性质与功能亚基M662、真核生物RNA聚合酶有三种；分别为I、II、III。RNA聚合酶I：存在于核仁，催化rRNA前体的合成。RNA聚合酶II：存在于核质，催化mRNA前体的合成。RNA聚合酶III：存在于核质，催化tRNA前体的合成。2、真核生物RNA聚合酶有三种；分别为I、II、III。67酶类分布产物α-鹅膏蕈碱对酶的作用分子量反应条件ⅡIⅢ核仁核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAsnRNAtRNA5SrRNA不抑制低浓度抑制高浓度抑制500000~700000~700000_低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度真核细胞的RNA聚合酶同样，真核RNA聚合酶无校对功能。酶类分布产物α-鹅膏蕈碱对酶的作用分子量反应条件ⅡIⅢ核仁核683、RNA聚合酶的特点：

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，合成方向53。真核生物与原核生物的RNA聚合酶结构不同。RNA聚合酶表现其活性需要DNA模板，天然（双链）DNA作为模板比变性（单链）DNA更为有效。RNA聚合酶能局部解开ＤＮＡ的两条链。3、RNA聚合酶的特点：

反应底物：NTP，DNA为模板、M69核苷酸代谢和核酸生物合成课件70（四）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转录终止（四）转录过程（以大肠杆菌为例）起始位点的识别711、起始位点的识别

RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含σ因子的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有σ因子时就会选择正确的起点。证明σ因子具有识别DNA分子上的起始信号或启动子的作用。1、起始位点的识别

RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不72

启动子——指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它是起始阶段所需的全部DNA序列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AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点5’3’3’5’

35序列

-10序列

通常将转录单位起点的核苷酸为+1，转录起点的左侧为上游，用负的数码表示，起点右侧为下游，即转录区。

启动子——指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序732、转录起始：三元起始复合物生成

RNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点（第一个核苷三磷酸掺入的位置为转录起始点），然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。形成启动子、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，σ亚基就会被释放脱离核心酶。（请看下图）2、转录起始：三元起始复合物生成RNA聚合酶全酶扫描解74因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放E-35-10pppG或pppA5’5’3’3’模板链因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放E-35753、RNA链的延伸

DNA分子和酶分子发生构象的变化，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5’3’3、RNA链的延伸

DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶76４、转录终止

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RNA并释放出RNA。

４、转录终止在DNA分子上（基因末端）提供转录77（1）由DNA的终止信号作用而发生合成终止。

当RNA聚合酶移动到模板DNA特定的核苷酸序列时合成即告终止。这一特定的核苷酸序列为终止信号或终止位点。这一合成终止与蛋白质无关，仅由这个部位的特殊结构决定的。（1）由DNA的终止信号作用而发生合成终止。

当RNA聚合酶78（2）由蛋白质ρ因子引起的合成终止。这种合成终止需要一种特殊的蛋白因子—ρ因子。在大肠杆菌和某些噬菌体的DNA上存在着ρ因子结合位点，当与RNA聚合酶结合的ρ因子与ρ位点结合时，合成终止。最后形成成熟的mRNA或各种RNA的前体。ＤＮＡ经转录后仍以全保留的方式保持双螺旋结构。（2）由蛋白质ρ因子引起的合成终止。这种合成终止需要一种特79核苷酸代谢和核酸生物合成课件80转录与DNA复制的比较：相同点都需要模板合成方向都是5’→3’都以三磷酸核苷酸为底物（NTP或dNTP）转录与DNA复制的比较：相同点都需要模板合成方向都是5’→381转录与DNA复制的不同点1、转录不需引物；2、转录并不是DNA的全部转录，只是DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子）进行转录；3、在体内双链DNA中只有一条链具有转录活性称为模板链（或负链）；对应的链无转录活性称为编码链（或正链）。4、一条链上具有某些基因的模板链和另一些基因的编码链。5、哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。6、RNA聚合酶无校对功能。转录与DNA复制的不同点1、转录不需引物；82复习：1、何谓RNA转录？2、RNA的转录是怎样完成的？3、RNA转录与DNA复制有哪些不同？复习：83

转录是根据DNA中含有的信息，进行碱基配对而复制成一条核糖核苷酸的互补顺序—RNA链的过程。或者说DNA分子中遗传信息转移到RNA分子的过程。更具体地说转录是以DNA为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。核苷酸代谢和核酸生物合成课件84起始位点的识别转录起始链的延伸转录终止起始位点的识别851、转录不需引物；2、转录并不是DNA的全部转录，只是DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子）进行转录；3、在体内双链DNA中只有一条链具有转录活性称为模板链（或负链）；对应的链无转录活性称为编码链（或正链）。4、一条链上具有某些基因的模板链和另一些基因的编码链。5、哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。6、RNA聚合酶无校对功能。1、转录不需引物；86（五）rRNA、tRNA、mRNA的合成（转录后的加工）在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物（primarytranscript）往往需要一系列的变化，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。（五）rRNA、tRNA、mRNA的合成（转录后的加工）87１、核糖体RNA（rRNA）转录后的加工（1）原核生物中rRNA前体的加工原核生物刚转录的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）。１、核糖体RNA（rRNA）转录后的加工（1）原核生物中rR8816StRNA23S5S甲基化切割16SrRNA前体p1623SrRNA前体p235SrRNA前体p516SrRNA23SrRNA5SrRNAtRNA16StRNA23S5S甲基化切割16SrRNA前体p16289（2）真核生物rRNA前体的加工甲基化和酶切28S18S5.8S45S或38S37S26S17S5.8S在真核生物中存在的5SrRNA是通过另外途径生成的。（2）真核生物rRNA前体的加工甲基化和酶切28S18S5.90２、tRNA前体的加工（1）断裂和修剪：即tRNA前体中的多余的核苷酸被高度专一的酶切除，产生与成熟tRNA分子同样长短的核苷酸链。（2）修饰：即通过修饰酶的作用，在tRNA特定的位置上产生修饰成分，最后生成具有生物功能的成熟的tRNA。修饰作用主要是甲基化，脱氨和还原作用等。２、tRNA前体的加工（1）断裂和修剪：即tRNA前体中的多91３、mRNA转录后的加工*（1）原核生物mRNA合成的特点：①在转录的过程中，常常是几个结构基因（决定蛋白质结构的基因）转录在一条mRNA链上，这种转录为多顺子转录（多顺子：为两条或更多条多肽链编码的mRNA为多顺子）。②转录和翻译相偶联３、mRNA转录后的加工*（1）原核生物mRNA合成的特点：92（2）真核生物mRNA转录后的加工真核生物mRNA的合成，一般是单顺反子转录（即一个结构基因转录在一个mRNA分子上）；转录在核内，翻译在胞浆内。二者不相偶联。转录后mRNA的前体是不均一核糖核酸RNA（hnRNA）需要进一步进行加工修饰转化为mRNA。（2）真核生物mRNA转录后的加工93加工包括：（1）hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（DNA上的编码序列）转录序列拼接上(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（帽子是通过三磷酸键连接在mRNA5‘端核苷酸残基上的7′-甲基鸟苷）；（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。加工包括：94二、转录过程的选择性抑制1、抗菌素放线菌素D：为原核生物和真核生物中RNA聚合酶的专一抑制剂。抑制完整细胞和细胞提取物二者中新生成RNA链的延长。2、利福平：抑制原核生物RNA的合成。3、α-鹅膏蕈碱：通过RNA聚合酶Ⅱ阻断真核生物细胞二、转录过程的选择性抑制1、抗菌素放线菌素D：为原核生物和真95RNA生物合成总结1、转录是DNA分子中遗传信息转移到RNA分子的过程。更具体地说转录是以DNA为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。2、转录不需引物；转录具有选择性和不对称性。3、RNA聚合酶只有聚合功能而无校对功能。

RNA生物合成总结1、转录是DNA分子中遗传信息转移到RNA964、转录过程包括起始位点的识别，转录起始，链的延伸，转录终止。5、起始阶段所需的全部DNA序列为启动子。它是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。σ因子具有识别DNA分子上的起始信号或启动子的作用。6、启动子、全酶和核苷三磷酸复合物（称为三元起始复合物）的形成称为转录起始。4、转录过程包括起始位点的识别，转录起始，链的延伸，转录终止977、RNA链在RNA聚合酶的催化下按5‘-3’方向的延伸。8、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RNA并释放出RNA。9、蛋白质ρ因子可引起的合成终止10、rRNA、tRNA、mRNA的合成后，除原核生物的mRNA外，其它RNA均需转录后的加工。7、RNA链在RNA聚合酶的催化下按5‘-3’方向的延伸。98第三节、反转录作用（逆转录）定义:

以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程称为逆转录，由逆转录酶催化进行。迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶。

第三节、反转录作用（逆转录）定义:99+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细胞DNA中而使细胞恶性转化）

单链病毒RNARNA-DNA杂交分子双链DNA（前病毒）逆转录酶逆转录酶※逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿5′3′方向合成DNA，并要求短链RNA作引物。+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+逆转录酶逆转录酶※100逆转录酶是多功能酶，兼有3种酶的活性：RNA指导的DNA聚合酶活性DNA指导的DNA聚合酶活性核糖核酸酶H的活性，专一水解RNA-DNA杂交分子中的RNA，可沿5’3’和3’5’两个方向起核酸外切酶的作用。逆转录酶是多功能酶，兼有3种酶的活性：101cDNA(complementaryDNA)：几乎所有真核生物mRNA分子的3′末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时，mRNA就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNA，称为cDNA。cDNA(complementaryDNA)：几乎所有真核102逆转录酶发现的理论和实践意义：

不能把“中心法则”绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。1983年，发现人类免疫缺陷病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,感染T淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）逆转录酶发现的理论和实践意义：

不能把“中心法则”绝对化，103核苷酸代谢

第一节核酸及核苷酸的分解代谢一、核酸酶促降解（一）核酸酶促降解的含义：

核酸在核酸酶的催化下，使连接核苷酸之间的磷酸二酯键水解，生成核苷酸的过程为核酸的酶促降解。

核苷酸代谢第一节核酸及核苷酸的分解代谢104（二）、核酸酶的种类1、根据所作用的底物分（1）核糖核酸酶（RNase）:专一性水解RNA（2）脱氧核糖核酸酶（DNase）：专一性水解DNA2、根据所作用的部位分（1）核酸内切酶：水解核酸分子内部的磷酸二酯键。（2）核酸外切酶：从核酸分子的一端逐个地水解单核苷酸。（3）限制性内切酶：具高度特异性。只能识别DNA的特定核苷酸序列，并在特定部位切断DNA链，使DNA产生双链裂口。（二）、核酸酶的种类1、根据所作用的底物分105(三）核酸及核苷酸的降解核酸核酸酶磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脱氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脱氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径醛缩酶乙醛甘油醛-3-磷酸单核苷酸(三）核酸及核苷酸的降解核酸核酸酶磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）106二、嘌呤的分解代谢（一）、嘌呤的分解

1、嘌呤的分解可在核苷酸水平、核苷水平、碱基水平完成脱氨而达到降解。

脱氨脱氨1、核苷酸水平的降解：腺苷酸次黄苷酸黄苷酸鸟氨酸脱氨脱氨2、核苷水平的降解：腺苷次黄苷黄苷鸟苷脱氨脱氨3、碱基水平的降解腺嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤

尿酸二、嘌呤的分解代谢（一）、嘌呤的分解1072、嘌呤分解的终产物不同

（1）人类、灵长类、鸟类、爬虫类及大多数昆虫体内缺乏尿酸氧化酶，不能将尿酸进一步，故其嘌呤的最终产物为尿酸；（2）除人和猿以外的哺乳动物、双翅目昆虫以及腹足类动物体内存在尿酸酶可将尿酸氧化为尿囊素，故其嘌呤的最终产物为尿囊素；（3）某些硬骨鱼类的体内含尿囊素酶能水解尿囊素生成尿囊酸，故其嘌呤的最终产物为尿囊酸；（4）大多数鱼类、两栖类体内含有尿囊酸酶能将尿囊酸水解为尿素.2、嘌呤分解的终产物不同（1）人类、灵长类、鸟类、爬虫类及108

腺嘌呤

鸟嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黄嘌呤

黄嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素

+

乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

植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腺嘌呤鸟嘌109三、嘧啶的分解

胞嘧啶

尿嘧啶二氢尿嘧啶

H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-丙氨酸

β-脲基丙酸

H2O

胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶

NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-氨基异丁酸β-脲基异丁酸

H2O

胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱110第二节、核苷酸的合成代谢一、核苷酸合成的基本途径（一）“从头合成途径”或从“无到有途径”。生物体利用某些氨基酸、磷酸核糖、二氧化碳和氮等较简单的化合物合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸的合成过程为“从头合成途径”。这样的合成途径几乎存在于所有的生物体内，它不经过碱基、核苷的中间阶段。主要在肝组织中进行。（二）补救途径：一般将生物体内由碱基或核苷合成核苷酸的途径为补救途径。脑、骨髓只能进行补救合成。第二节、核苷酸的合成代谢一、核苷酸合成的基本途径111二、嘌呤核苷酸的合成

1、从头合成途径（1）嘌呤环中各个原子的来源

（2）嘌呤核苷酸的合成或碳酸氢盐二、嘌呤核苷酸的合成

1、从头合成途径（2）嘌呤核苷酸的合1125-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪唑核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP的生物合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA延胡索酸5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨113第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）

IMP转变为GMP和AMP第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）114嘌呤核苷酸合成特点

先形成IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后在单磷酸的水平上转变成AMP、GMP。IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP（5-磷酸核糖焦磷酸），催化该反应的酶是PRPP合成酶。PRPP为合成的起始物质。嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C，合成时先形成右环（五员环），再形成左环（六员环）。四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体

嘌呤核苷酸合成特点先形成IMP(次黄嘌呤115嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）

磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPPA（G）MP+PPi嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷

A(G)MPATP

ADP嘌呤核苷酸合成补救途径嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）磷酸核糖转移酶嘌呤+PRPP116三、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸（由谷氨酰胺和CO2合成）和天冬氨酸合成。氨甲酰磷酸天冬氨酸三、嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸（由谷氨117尿嘧啶核苷酸的合成（三个阶段）：

1、以CO2和谷氨酰胺为原料合成氨基甲酰磷酸2、氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸缩合生成氨基甲酰天冬氨酸。3、乳清酸接受PRPP的5—磷酸核糖生成乳清酸核苷酸，并进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸。尿嘧啶核苷酸的合成（三个阶段）：1、以CO2和谷氨酰胺为118激酶天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶乳清酸乳清苷酸尿嘧啶核苷酸谷氨酸谷氨酰胺焦磷酸化酶脱羧酶激酶CTP合成酶激酶天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸转氨甲酰酶二氢119嘧啶核苷酸合成特点其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成嘧啶环，再与核糖磷酸焦磷酸（PRPP）结合形成UMP，其关键的中间产物是乳清酸。胞苷酸则由尿苷酸在三磷酸的水平上转变而来。嘧啶核苷酸合成特点其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷120

四、核苷酸转化成核苷三磷酸

(脱氧)核苷酸激酶（d）NMP+ATP（d）NDP+ADP

激酶（d）NDP+ATP（d）NTP+ADP四、核苷酸转化成核苷三磷酸121核糖核苷酸的还原反应

硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸五、脱氧核糖核苷酸的合成核糖核苷酸的还原反应

硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还122六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++Ser（丝氨酸）NADP++Gly

N5、N10—CH2—FH4FH2二氢叶酸还原酶Ser羟甲基转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADP123核苷酸代谢和核酸生物合成课件124---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-七、从头合成的调节---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲125八、核苷酸从头合成的抗代谢物嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：

可抑制AMP、GMP的生成

谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺参与的反应

叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氢叶酸参与的反应八、核苷酸从头合成的抗代谢物嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：126嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)127第十二章核酸的生物合成第一节DNA的生物合成学习三个问题：DNA的复制方式DNA的复制的机制DNA的损伤与修复第十二章核酸的生物合成第一节DNA的生物合成128一、DNA的复制方式~半保留复制

（一）概念：每个子代DNA分子的一条链来自亲代的DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为DNA的半保留复制。半保留复制的假说是1953年沃森和克里克在DNA双螺旋结构的基础上提出的。一、DNA的复制方式~半保留复制

（一）概念：每个子代DNA129（二）DNA半保留复制的证据1958年Meselson（麦尔逊）和Stahl（斯坦赫）首次用实验成功地证明了DNA的半保留复制（二）DNA半保留复制的证据1958年Meselson（麦尔130亲代DNA（15N～15N）子一代DNA（15N～14N）子二代DNA(15N～14N，14N～14N1:1)子三代DNA(15N～14N，14N～14N1:3)子四代DNA(15N～14N，14N～14N1:7)亲代DNA与子二代DNA的混合物亲代DNA与子四代DNA的混合物亲代DNA（15N～15N）子一代DNA（15N～14N）子131居中重轻01234居中重轻01234132（三）DNA复制的必备条件底物dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)聚合酶DNA聚合酶（DNA依赖的DNA聚合酶)

模板单链的DNA母链引物寡核苷酸引物（RNA)其他酶和蛋白质因子

解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶（三）DNA复制的必备条件底物dNTP(dATP,dG133

1、DNA聚合酶

DNA聚合酶是机体内以脱氧核苷三磷酸为底物催化合成DNA的一类酶。

DNA模板引物Mg2+四种脱氧核苷三磷酸

催化作用所需要的条件

1、DNA聚合酶DNA模板引物Mg2+四种脱氧核苷134原核生物DNA聚合酶

①DNA聚合酶Ⅰ：聚合作用：使DNA链按5′—3′方向延长。校对作用：具有沿3′—5′或5′—3′的外切酶的作用。

②DNA聚合酶Ⅱ：聚合作用活力较低。仅有3′—5′的外切酶的作用。

③DNA聚合酶Ⅲ：聚合和校对作用是三种聚合酶中活力最高的一种。结论：三种聚合酶均具有聚合和校对的作用。而且具有方向性。原核生物DNA聚合酶

①DNA聚合酶Ⅰ：135真核细胞DNA聚合酶在高等真核细胞已分离到的DNA聚合酶有三种α、β、γ。真核细胞DNA聚合酶与细菌DNA聚合酶的性质相似，聚合反应所需的条件也完全一样，所不同的是在真核细胞中的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶作用。（只有聚合作用）真核细胞DNA聚合酶在高等真核细胞已分离到的DNA聚合酶有三1362、DNA连接酶（1967年发现）：

若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-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。

但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。

3’5’3’5’OHP2、DNA连接酶（1967年发现）：3’5’3’5’O1373、引发酶

促进引物合成的酶为引发酶。如以RNA片段为引物，则促进RNA片段合成的引发酶为RNA聚合酶。3、引发酶促进引物合成的酶为引发酶。1384、复制中解链必需因子（1）单链结合蛋白（SSB）作用：与单链结合，保护复制中的DNA单链部分不被核酸酶降解；刺激同源聚合酶的活力。（2）解链酶（解双螺旋酶）解链，为SSB提供可结合的单链区。

（3）DNA拓扑异构酶(解旋酶）

既能水解，又能连接磷酸二酯键

拓扑酶Ⅰ切断DNA双链中的一股拓扑酶Ⅱ切断DNA双链4、复制中解链必需因子（1）单链结合蛋白（SSB）139（四）DNA复制的起始点和复制方向1、起始点和复制叉起始点是含有100~200个碱基对的一段DNA。为DNA复制的起始部位。复制叉：在DNA复制前，DNA的两条链在起始点分开形成在显微镜下可看到的叉状结构，称为复制叉。随着复制叉的移动完成DNA的复制

2、复制方向：单向复制和双向复制（四）DNA复制的起始点和复制方向1、起始点和复制叉1403、环状DNA（大肠杆菌）的复制方向及复制特点多以Q式方式复制。单向复制：复制叉从起始点向一个方向移动，随着复制叉的移动完成复制。双向复制：复制时首先在起始点裂开，复制叉从起始点开始向两个相反方向移动直到两个复制叉相遇。复制特点：在迅速生长的原核生物中，第一个染色体DNA分子复制尚未完成，第二个DNA分子就在同一个起始点上开始复制，其复制叉移动的速度是相当快的，每分钟约为105个碱基对。3、环状DNA（大肠杆菌）的复制方向及复制特点多以Q式方式复141单向复制i双向复制观察到的放射自显影图象单向复制i双向复制观察到的放射自显影图象1424、真核生物线状DNA的复制方向及复制特点特点：染色体不同位置上有多个起始点；从这些起始点开始向相反的方向复制（双向复制），就形成多个复制泡；复制叉移动的速度较慢5x102~5x103碱基对，但由于同时起作用的复制叉数目很大，所以真核生物染色体DNA复制的总速度比原核生物还快。4、真核生物线状DNA的复制方向及复制特点特点：143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3’5’3’5’DNA的双向复制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3’5’144二、DNA复制的机制~半不连续复制

半不连续复制的发现1968日本学者冈崎：同位素实验，用含3H的dT标记用T4噬菌体感染的大肠杆菌短时间内分离的DNA均为DNA小片段一段时间后检测到DNA大片段。当用DNA连接酶的缺失的变异株时，检测到大量DNA片段的积累。→证明DNA复制中有小片段合成。测定DNA小片段，远远大于合成DNA的一半。似乎两条链都是不连续合成的，后发现是由于U替代dT渗入DNA中，而被尿嘧啶-N-糖基酶切除所致。在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突变植株中，DNA的U不再被切除，则检测到一半3H标记出现在小片段（冈崎片段）中。二、DNA复制的机制~半不连续复制

半不连续复制的发现196145（二）半不连续复制1、含义:DNA在复制时，由双链分开的两条模板链上，两条新链是按5ˊ—3ˊ方向合成，其中一条链是连续合成的，另一条链则是先合成短的片段（冈崎片段），然后再将片段连接起来形成新链，这个复制过程为半不连续复制。（二）半不连续复制1、含义:DNA在复制时，由双链分开的146DNA复制的半不连续性前导链滞后链冈崎片段前导链：以3’→5’方向的亲代链为模板连续合成的子代链。滞后链：以5’→3’方向的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。DNA复制的半不连续性前导链滞后链冈崎片段前导链：以3’→147参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图

2、DNA复制的过程参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图2、148（1）合成起始—引发

在病毒、细菌、真核细胞中DNA的复制过程大同小异。大致可包括下列几个过程：①辨认起始点即由引发酶（RNA聚合酶）识别DNA模板上复制的起点由此启动开始合成引物。3′5′5′3′起始点RNA聚合酶（引发酶）（1）合成起始—引发

在病毒、细菌、真核细胞中DNA的复149②模板DNA局部解曲解链

解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板结合，使这部分DNA发生局部解曲和解链作用，这样一段DNA链上的碱基暴露出来，与此同时SSB结合于已解开的链上。5′3′3′5′SSB解曲酶旋转酶②模板DNA局部解曲解链解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板150③RNA引物的生成

即分别以两条DNA链作模板，由RNA聚合酶催化合成RNA引物。引物5′5′3′3′③RNA引物的生成即分别以两条DNA链作模板，由RNA聚151（2）DNA片段的合成及链的延伸在RNA引物上由DNA聚合酶Ⅲ（真核生物为α）催化，按照模板3ˊ—5ˊ链上的顺序，在引物3ˊ—OH端接上相应的核苷酸。新链的合成按5ˊ—3ˊ方向进行（即前导链的合成）。与此同时与另一条链5ˊ—3ˊ为模板，合成冈崎片段，每一个冈崎片段5ˊ末端带一个引物，这条链为滞后链。（2）DNA片段的合成及链的延伸在RNA引物上由DNA聚合酶152

5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）（3）合成终止①引物的切除被特异核酸酶切除

②空缺部位的填补与连接由DNA聚合酶Ⅰ催化DNA片段合成，以补充核苷酸数，最后由连接酶将片段连接起来，从而形成两条连续的新链。

5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）（3）合成终止①153①引物的切除被特异核酸酶切除

5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）①引物的切除被特异核酸酶切除

5′5′3′3′前导链滞后154②合成终止（一个复制子合成终止）5′5′3′3′前导链滞后链（岗崎片段）终点②合成终止（一个复制子合成终止）5′5′3′3′前导链滞后链1555、真核生物中DNA复制的特点1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子（基因组能独立进行复制的单位为复制子）。2、冈崎片段长约200bp.3、真核生物DNA复制速度比原