核苷酸代谢11课件

第十二章核苷酸代谢一、核酸的分解代谢二、核苷酸的生物合成三、DNA的生物合成四、DNA的损伤修复五、RNA的生物合成第一节核酸的分解代谢核酸的酶促降解嘌呤的降解嘧啶的降解核酸的酶促降解核酸核酸酶单核苷酸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3-磷酸甘油醛+磷酸牛脾磷酸二酯酶从5’端3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶从3’端移去5-核苷酸嘌呤的降解：

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各种生物嘌呤碱的代谢产物嘌呤代谢产物排泄动物尿酸人类、灵长类动物、鸟类、昆虫尿囊素除灵长类外其它哺乳类动物尿囊酸某些硬骨鱼类尿素、乙醛酸大多数鱼类、两栖类动物氨、二氧化碳甲壳类动物、软体动物第二节核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成核苷酸的合成有2条途径:从头合成:利用CO2、NH3、某些氨基酸、磷酸核糖等简单物质为原料,经过一系列酶促反应合成核苷酸.(肝组织)

补救途径:利用体内的游离碱基或核苷合成核苷酸.

(脑和骨髓)

1嘌呤核苷酸的从头合成一、嘌呤核苷酸的合成1234567892嘌呤核苷酸合成的补救途径

A+PRPP→AMP+PPiG+PRPP→

GMP+PPiHyP+PRPP→IMP+PPi1

嘧啶核苷酸的从头合成途径

嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。氨甲酰磷酸天冬氨酸二、嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸合成特点(1)

(胞液)G

Ln+2ATP+CO2→

2ADP+Pi

+氨甲酰磷酸+GLu氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成乳清酸.乳清酸再与5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）结合形成UMP。胞苷酸(CTP)则由尿苷酸(UTP)转变而来。

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三核苷酸从头合成的抗代谢物

(临床上治癌药物)第三节DNA的生物合成DNA的半保留复制DNA生物合成中的酶DNA的合成方式DNA的复制过程（原核生物）真核生物DNA的复制特点逆转录

复制：亲代DNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA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排列顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。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，这种复制方式叫半保留复制

一、DNA的半保留复制DNA聚合酶Ⅰ

单体酶,多肽链内含一个锌原子,多功能酶。(1)具有53聚合酶功能；

(2)3’5’外切酶活性（对双链无作用，校对功能。但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链）(3)5’3’外切酶活性（双链有效，主要是对DNA损伤的修复，以及在DNA复制时RNA引物切除及其空隙的填补）二、DNA生物合成中的酶原核生物三种DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅲ(原)DNA复制的主要聚合酶，由10种亚基，其中、、形成全酶的核心酶。(1)具有5’3’DNA聚合酶活性（亚基，速率高）；(2)具有3’5’外切酶（亚基）的校对功能，提高DNA复制的保真性；(3)具有5’3’外切酶活性。DNA聚合酶IV和V1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。

α

β

γ

δ

ε定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3’-5’外切--+++酶活性引物合成修复作用线粒体DNA的复制核DNA的复制修复作用功能真核生物五种DNA聚合酶旋转酶І：使DNA一条链发生断裂(切口反应)和再连接(封口反应)。作用是松解负超螺旋，不需要能量。

旋转酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连接。可以形成负超螺旋,需要由ATP或GTP提供能量.解开双螺旋,使其成为单链.通过水解ATP将DNA两条链打开。每解开一对碱基需要水解2个ATP分子。

E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’5’移动，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移动。解旋酶（解链酶）其它蛋白因子单链结合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)(又叫螺旋去稳定蛋白)：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。√引发酶:催化RNA引物合成的RNA聚合酶.

引发酶需要ATP或GTP提供能量.DNA的复制：以DNA为模板合成DNA。逆转录：以RNA为模板合成DNA。修复合成（DNA聚合酶I、连接酶等）三、DNA的合成方式双链的解开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片段四、DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）(一)双链的解开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。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子。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.真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有多个复制原点,因此是多复制子.

复制原点在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。

DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growthpoint)，叫复制叉。(大肠杆菌）由rep蛋白在复制叉内解开亲代双螺旋DNA，分开的双链再与SSB结合，防止链内退火复制眼的结构：

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(二)

引发体和引物由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体.在引物酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段，引物酶的底物是核苷三磷酸，在引物的5’端含3个磷酸残基,3’端为游离的羟基。引物长度为(原)50至100个核苷酸，(真)较短,约10.DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3535含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

(三)

DNA链的延伸

在DNA聚合酶的催化下,根据模板链3’→5′的核苷酸序列,在RNA引物的3′-OH末端逐个添加脱氧核苷三磷酸,延伸方向是5′→3′,每形成一个磷酸二酯键即释放1个焦磷酸,随着复制叉的推进，两条新链的合成方向是不同的：一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成能连续进行，称为前导链；另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相反，不能被连续合成，需要复制叉推进了一定的长度，有了一段DNA单链后，才能以此为模板合成一个片段。因此这条新链的合成是不连续的，所以称为滞后链。复制叉起点复制叉延伸延伸起点前导链前导链滞后链滞后链3’5’3’5’DNA的双向复制DNA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。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。冈崎片段在DNA复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只是多个短片段，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100-200个核苷酸

原核1000-2000个核苷酸。参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图(四)复制准确性的保证复制必需无误,否则将危及生物的生存.大肠杆菌109-1010pb仅可能发生1个误差.DNA聚合酶的聚合作用DNA聚合酶的3′→5′外切活力(五)切除RNA引物，填补缺口连接相邻的DNA片段

引物:DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切活力来切除的.留下的空隙是由该酶的5′→3′聚合活力填补.冈崎片段是由DNA连接酶封闭缺口,把小片段连接成完整的子代链.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。冈崎片段长约200bp.真核生物DNA复制速度比原核慢。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。真核生物有多种DNA聚合酶。五真核生物中DNA的复制特点1、定义:以RNA为模板，以4种dNTP为底物,合成一条与模板RNA互补的DNA链称为逆转录，由逆转录酶催化进行。2、发现：1970年Temin和Baltimore同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒中分离出逆转录酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶。六逆转录

因发现逆转录病毒的遗传物质而获1975年诺贝尔奖的三位科学家+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+双链DNA（前病毒）逆转录酶逆转录酶3、病毒RNA的逆转录过程单链病毒RNARNA-DNA杂交分子RNA指导的DNA聚合酶5’3’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。逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿5’3’方向合成DNA，需要有模板、底物、Mg2+,Mn2+参加.并需要短链RNA作引物。4、逆转录酶不能把“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）乙型肝炎病毒5、逆转录的生物学意义某些物理化学因素如:紫外线、电离辐射和化学诱变剂等作用于DNA造成DNA结构和功能的破坏,然而一定条件下，生物机体能使损伤得到修复.

紫外线照射---T∧T(

C∧T

C∧C

)

二聚体的形成影响双螺旋结构，影响复制和转录功能。

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

第四节DNA的损伤修复DNA的损伤修复

光修复：400nm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TT（CCCT）二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）DNA的损伤修复切除修复：将DNA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、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA连接酶均参与。（发生在DNA复制前）DNA的损伤修复重组修复

（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渐稀释。DNA的损伤修复诱导修复：造成DNA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（SOSresponse）。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DNA聚合酶。所以会有2种结果：修复或变异（进化）。

着色性干皮病概念RNA聚合酶RNA的转录过程RNA转录后加工RNA的复制第五节RNA的生物合成以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，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。一、概念都需要模板都以三磷酸核苷酸为底物（NTP或dNTP）合成方向都是5→’3’转录与DNA复制的比较相同点转录与DNA复制的不同点

转录不需引物；只转录DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子,operon)；双链DNA中只有一条链具有转录活性（称为模板链）；基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关；

RNA聚合酶无校对功能。转录与DNA复制的比较转录的不对称性：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：在RNA的转录中，用于转录的模板DNA链称为模板链。（或反义链）有义链：在RNA的转录中，与模板DNA互补的链称为编码链（或有义链）DNA的一个小片段是一个基因，DNA是双螺旋结构，而且每个基因的有义链并不总在染色体DNA的同一条链上，DNA的一条链上具有着某些基因的有义链和另一些基因的反义链。二、RNA聚合酶：大肠杆菌的RNA聚合酶核心酶全酶只能使已开始合成的RNA链延长，不具有起始合成RNA的能力。从固定的起点开始合成RNA

大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的功能亚基功能α

酶的装配，与启动子上游元件和活化因子结合β

参与转录起始，结合底物，催化磷酸二酯键形成β’参与酶与模板结合未知σ

识别启始位点，促进转录的起始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。利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；α-鹅膏蕈碱抑制真核生物RNA聚合酶活性。起始位点的识别转录起始（起始阶段）链的延伸（延长阶段）转录终止（终止阶段）三、RNA的转录过程σ亚基起着识别DNA分子上的起始信号的作用。（启动子——指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列）不同的σ亚基识别不同的启动子，从而表达不同的基因。起始位点的识别

转录起始RNA聚合酶与DNA双链的起始点结合,并且局部解开双螺旋,解链仅发生在于RNA聚合酶结合部位，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。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，σ亚基就会被释放脱离核心酶。E-35-10pppG或pppA5’5’3’3’模板链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’

RNA聚合酶沿着模板链的3′5′方向移动转录终止转录遇到终止子就被停止。终止子：在DNA