第十章核苷酸代谢及核酸的生物合成课件

第十章核苷酸代谢及核酸的生物合成9/28/20231第十章核苷酸代谢及核酸的生物合成8/7/20231一、核酸的酶促降解1、核酸水解：DNA稳定，耐酸碱RNA易水解：碱水解2、酶促水解：1）降解方式9/28/20232一、核酸的酶促降解1、核酸水解：DNA稳定，耐酸碱2、酶促RNA:RNase（稳定、耐高温）DNA:DNase（种类多、工具酶）2）核酸E（1）底物：9/28/20233RNA:RNase（稳定、耐高温）DNA:DNase（种（2）作用方式：核酸外切E：核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶（非特异性）3’-核酸外切E：蛇毒磷酸二酯E3’－OH端开始，生成5’-核苷酸5’-核酸外切E：牛脾磷酸二酯E5’－OH端开始，生成3’-核苷酸9/28/20234（2）作用方式：核酸外切E：3’-核酸外切E：5’-核酸外特异水解分子内磷酸二酯键的酶(特异性强)核酸内切E牛胰核糖核酸酶：嘧啶核苷3’－磷酸与相邻核苷酸的3’，5’－磷酸二酯键9/28/20235特异水解分子内磷酸二酯键的酶(特异性强)核酸内切E牛胰核9/28/202368/7/20236限制性核酸内切酶（Restrictionendonuclease）识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶能识别水解外源双链DNA的核酸内切酶（细菌）细菌本身DNA，顺序已被甲基化，不被水解仅限于水解外源DNA以保护自身——限制性酶9/28/20237限制性核酸内切酶（Restrictionendonucle限制酶：内切方式水解DNA产物：5’为P，3’为OH特点：极高的专一性（对特定核苷酸顺序专一性，非碱基专一）对底物DNA有特异的识别位点位点一般在4～8bp，通常具回文结构切割后形成粘性末端（或平齐末端）9/28/20238限制酶：内切方式水解DNA产物：5’为P，3’为OH特点：8回文结构：DNA局部双螺旋以某一对称轴旋转180°后，与另一侧的互补片段的顺序完全相同的DNA结构粘性末端：双链DNA分子经限制性E作用后，每条单链的一端带有识别顺序中几个互补碱基，这样的末端称～9/28/20239回文结构：DNA局部双螺旋以某一对称轴旋转180°后，与另粘（3）核酸的酶促降解9/28/202310（3）核酸的酶促降解8/7/202310核酸核苷碱基降解核苷酸Pi戊糖9/28/202311核酸核苷碱基降解核苷酸Pi戊糖8/7/202311（5）核苷酸生理功能：1）合成核酸的原料：ATP，GTP，CTP，UTP→RNAdATP，dGTP，dCTP，dTTP→DNA2）能量的贮存和供应：ATP，GTP，UTP，CTP等3）参与代谢、调节生理活动：cAMP、cGMP：激素的第二信使4）构成酶的辅酶或辅基：NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA：含核苷酸5）代谢中间物的载体：UDP-糖基，CDP-胆碱、胆胺、甘油二酯，腺苷-蛋氨酸9/28/202312（5）核苷酸生理功能：1）合成核酸的原料：2）能量的贮存和供二、核苷酸的降解9/28/202313二、核苷酸的降解8/7/2023131、嘌呤的降解9/28/2023141、嘌呤的降解8/7/202314次黄嘌呤尿素NH3+CO2GRNH2（微生物）黄嘌呤尿酸尿囊素鸟类9/28/202315次黄嘌呤尿素NH3+CO2GR（微生物）黄嘌呤尿酸尿尿酸：人体分解代谢的终产物痛风症：嘌呤核苷酸分解代谢异常血中尿酸水平升高

尿酸钠晶体沉积，软骨、关节、软组织、肾脏临床：皮下结节，关节疼痛等9/28/202316尿酸：人体分解代谢的终产物8/7/2023162、嘧啶的降解9/28/2023172、嘧啶的降解8/7/202317NH2二氢尿嘧啶还原H2O（开环）Β－脲基丙酸H2OΒ－丙AA9/28/202318NH2二氢尿嘧啶还原H2O（开环）Β－脲基丙酸H2OΒ－丙A三、核苷酸的合成代谢原料：氨基酸、甲酸盐和CO2等从头合成(devovosynthesis)利用核酸降解的中间产物或外源的核苷,嘌呤碱和嘧啶碱合成新的核苷酸补救途径(salvagepathway)9/28/202319三、核苷酸的合成代谢原料：氨基酸、甲酸盐和CO2等从头合成嘌呤、嘧啶基本途径从头合成肝半合成（补救合成）脑、骨髓9/28/202320嘌呤、嘧啶基本途径从头合成半合成（补救合成）8/7/2023核糖核苷酸的合成9/28/202321核糖核苷酸的合成8/7/202321核苷酸合成的两条途径核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱氧核苷酸辅酶RNA核苷碱基脱氧核苷DNA补救途径从头合成肝半合成脑、骨髓9/28/202322核苷酸合成的两条途径核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱（一）嘌呤核苷酸的从头合成1、嘌呤核苷酸环上原子来源NNC123547689CO2Asp一碳单位Gln甘氨酸一碳单位N5,N10-次甲基四氢叶酸9/28/202323（一）嘌呤核苷酸的从头合成1、嘌呤核苷酸环上原子来源NNC1一碳单位一碳单位9/28/202324一碳单位一碳单位8/7/2023242、合成特点合成部位：胞浆主要器官：肝脏；其次，小肠和胸腺脑和骨髓不能合成5-磷酸核糖→IMP（次黄苷酸）→AMP、GMP

9/28/2023252、合成特点合成部位：胞浆8/7/202325IMP合成：

5-P-核糖+ATP→PRPP（5-磷酸核糖焦磷酸）逐渐加上嘌呤的各个原子先形成右环，再左环（共11步反应）四氢叶酸（FH4）：一碳单位的载体9/28/202326IMP合成：8/7/2023269/28/2023278/7/202327IMP的合成9/28/202328IMP的合成8/7/2023283、嘌呤核苷酸的相互转化黄苷单磷酸腺苷单磷酸鸟苷单磷酸次黄苷酸9/28/2023293、嘌呤核苷酸的相互转化黄苷单磷酸腺苷单磷酸鸟苷单磷酸次黄苷NMP+ATPNDP+ADPNDP+ATPNTP+ADP磷酸激酶N：嘌呤或嘧啶碱基9/28/202330NMP+ATPNDP+ADPNDP+ATPNTP+ADP磷酸

嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：

抑制AMP、GMP的生成

谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：

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）：

抑制IMP合成中有四氢叶酸参与的反应4、临床抗癌药物的作用机理9/28/202331嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：4、临床抗癌药物的作用机理8/氨甲酰磷酸天冬氨酸（二）嘧啶类核苷酸的从头合成1、嘧啶环上原子来源前体：氨甲酰磷酸和天冬氨酸9/28/202332氨甲酰磷酸天冬氨酸（二）嘧啶类核苷酸的从头合成1、嘧啶环上原合成场所：胞浆（肝细胞）氨甲酰磷酸+天冬氨酸→嘧啶环+PRPP→UMP关键中间产物：乳清酸胞苷酸：尿苷酸转变2、合成特点9/28/202333合成场所：胞浆（肝细胞）2、合成特点8/7/2023339/28/2023348/7/2023349/28/2023358/7/2023359/28/2023368/7/2023363、嘧啶核苷酸的合成与相互转变9/28/2023373、嘧啶核苷酸的合成与相互转变8/7/202337除脱氧胸苷酸，大多数合成是在NDP的基础上进行（三）脱氧核糖核苷酸的合成1、核糖核苷酸的还原9/28/202338除脱氧胸苷酸，大多数合成是在NDP的基础上进行（三）脱氧核糖2、dTMP的合成9/28/2023392、dTMP的合成8/7/202339(四)NMP→NDP、NTP生物合成和能量转换中，核苷酸的活泼形式是NDP和NTP9/28/202340(四)NMP→NDP、NTP生物合成和能量转换中，核苷酸的活9/28/2023418/7/202341脱氧胸苷酸的合成9/28/202342脱氧胸苷酸的合成8/7/202342氟尿嘧啶(FU)氨基蝶呤氨甲蝶呤胸苷酸合成的抗代谢物作用机理9/28/202343氟尿嘧啶(FU)氨基蝶呤胸苷酸合成的抗代谢物作用机理8/7/5－氟尿嘧啶氨甲蝶呤嘧啶类抗代谢物结构9/28/2023445－氟尿嘧啶氨甲蝶呤嘧啶类抗代谢物结构8/7/202344各种核苷酸合成的相互关系9/28/202345各种核苷酸合成的相互关系8/7/202345磷酸核糖转移酶途径:主要途径嘌呤+PRPP嘌呤核苷酸+PPi（四）嘌呤核苷酸合成的补救途径9/28/202346磷酸核糖转移酶途径:主要途径（四）嘌呤核苷酸合成的补救途径9/28/2023478/7/202347磷酸核糖转移酶缺乏与Lesch-Nyhan综合症HGPRT（次黄嘌呤－尿嘌呤磷酸核糖转移酶）缺乏2～3岁，患儿，咬手指和嘴唇，智力缺陷，常痉挛，痛风，活20岁左右不能进行补救途径，从头合成速度加快尿酸积累结石，痛风自残（？）9/28/202348磷酸核糖转移酶缺乏与Lesch-Nyhan综合症8/7/20（五）嘧啶核苷酸合成的补救途径9/28/202349（五）嘧啶核苷酸合成的补救途径8/7/202349四.DNA生物合成（一）分子遗传的中心法则

DNA是遗传信息的储存和发布者，在遗传信息的传递中处于中心地位1958年，Crick，“中心法则”（Centraldogma)9/28/202350四.DNA生物合成（一）分子遗传的中心法则生物的遗传信息以密码的形式贮存在DNA分子上（特定的核苷酸排列顺序）细胞分裂，DNA复制，遗传信息→子代细胞。子代细胞生长发育遗传信息（转录）→RNA→氨基酸顺序（翻译）蛋白质执行多样的生物学功能后代表现出与亲代极为相似的遗传特征9/28/202351生物的遗传信息以密码的形式贮存在DNA分子上8/7/20239/28/2023528/7/202352复制Replication：

以DNA双链为模板，按照碱基配对原则，合成出与亲代DNA分子相同的两个双链DNA分子的过程基本概念转录（Transcription)：

以DNA为模板，按照碱基配对原则，合成出一条与模板DNA链互补的RNA分子的过程9/28/202353复制Replication：基本概念转录（Transcr逆转录（ReverseTranscription)：以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下合成DNA的过程翻译（Translation)：以mRNA为模板，合成出具有特定AA顺序的Pr肽链的过程9/28/202354逆转录（ReverseTranscription)：翻译（中心法则（CentralDogma)：说明DNA、RNA和蛋白质之间信息传递关系的法则即：遗传信息：决定生物结构、性状和代谢类型的特殊的生物指令9/28/202355中心法则（CentralDogma)：遗传信息：8/7/2（二）DNA的复制1、DNA生物合成的机理9/28/202356（二）DNA的复制1、DNA生物合成的机理8/7/202352、DNA复制的基本规律1）半保留复制(semi-conservativeReplication)DNA复制过程中，新形成的DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式～生物学意义：生物的遗传特性，保持相对稳定性9/28/2023572、DNA复制的基本规律1）半保留复制(semi-co9/28/2023588/7/2023589/28/2023598/7/2023592）复制的多模式特定的部位开始，双向或单向进行原核生物（细菌、病毒）：一个起点；双向为主，也有单向（某些质粒、病毒）真核生物：多个起点；双向为主，也有单向（细胞器DNA）9/28/2023602）复制的多模式特定的部位开始，双向或单向进行8/7/202开始DNA复制的特定位点——原点(origin)。从原点开始同时向DNA链两个方向进行，形成一个分叉，——复制叉(replieationfork)。复制叉在电镜下观察犹如一只眼睛——复制眼(replicationeye)。环形DNA复制时由于复制眼的形成，构成了一个有内圈的闭合环状体——Q结构。9/28/202361开始DNA复制的特定位点——原点(origin)。89/28/2023628/7/2023629/28/2023638/7/202363

Meselson、Stahl

15N标记，15NH4Cl，E.coli培养基，培养12代

15N的标记DNA

14N的普通培养基四代DNA，氯化铯密度梯度离心实验依据9/28/202364Meselson、Stahl实验依据8/7/2023649/28/2023658/7/202365（二）DNA复制的起点和方向1、两个起点，两个生长端的相向复制

线性DNA病毒DNA每条链有1个复制起点，分别合成1条新DNA，两条新链相向合成，每个生长点只有1条链合成2、1个起点，1个复制区的单向复制

环形DNA两条链的复制起始点在同一位置，复制向一个方向运动，两条DNA链均被复制3、1个起点，两个复制区的双向复制

普遍复制起始于1个位点，形成两个复制区向相反方向运动，在每个复制区两条DNA链均被复制9/28/202366（二）DNA复制的起点和方向1、两个起点，两个生长端的相向复DNA复制的起点和方向示意图9/28/202367DNA复制的起点和方向示意图8/7/2023673）复制需RNA为引物4）子链DNA延伸方向：核糖的3’-OH能与其它核苷酸的磷酸以3’，5’-磷酸二酯键相连9/28/2023683）复制需RNA为引物4）子链DNA延伸方向：核糖的3’-O5）半不连续复制(semi-discontinuousreplication)冈崎片段原核生物：1000～2000核苷酸真核生物：100～200核苷酸9/28/2023695）半不连续复制(semi-discontinuous前导链（leadingstrand）：以3’→5’的亲代链为模板，子代链能连续合成，称～。滞后链（laggingstrand）：以5’→3’的亲代链为模板，子代链不能连续合成，称～9/28/202370前导链（leadingstrand）：8/7/202370冈崎片段（Okazakifragment)：1968年，冈崎以5’→3’的亲代链为模板合成新链时，先形成一些1000核苷酸左右的DNA短片段，然后由连接E连接成完整的子链。在复制过程中形成的DNA片段，称为～9/28/202371冈崎片段（Okazakifragment)：8/7/202半不连续复制：

新生的DNA双链，一条链按5’→3’的方向连续合成，另一条则按5’→3’的方向不连续合成9/28/202372半不连续复制：8/7/2023723、DNA复制中所需的酶和辅因子1）引物酶(Primase）功能：

以DNA为模板，以NTP为原料，合成一小段RNA，作为合成DNA的引物（Primer）DNA聚合酶，按模板链的指令引物3’－OH端延伸无从头合成的活性。引物E与有关蛋白质结合成引发体（primosome)9/28/2023733、DNA复制中所需的酶和辅因子1）引物酶(Prima2）DNA聚合酶E.coli：（1）DNA聚合酶Ⅰ(109kD)1958年，A.Kornberg，E.coli功能：校读错误，填补空隙，切除引物9/28/2023742）DNA聚合酶（1）DNA聚合酶Ⅰ(109kD)195（2）DNA聚合酶Ⅱ和ⅢDNA聚合酶Ⅱ：DNA的损伤修复5’→3’聚合活力3’→5’外切活力DNA聚合酶Ⅲ：复制的主要酶5’→3’聚合活力3’→5’外切活力5’→3’外切活力分子量约140kD，10种亚基组成的不对称二聚体。9/28/202375（2）DNA聚合酶Ⅱ和ⅢDNA聚合酶Ⅱ：DNA聚合酶Ⅲ：分子2）DNA聚合酶E.coli：9/28/2023762）DNA聚合酶E.coli：8/7/202376真核细胞的DNA聚合Eαβγδεα、δ：复制延长β：修复（没有其他酶时发挥作用）γ（线粒体）：线粒体DNA的复制？ε：校读、修复和填补空缺9/28/202377真核细胞的DNA聚合Eαβγδε8/7/202377功能：双螺旋解链需ATP供能3）DNA连接E（DNAligase)功能：缝合缺口不连接单独存在的DNA或RNA单链4）DNA解螺旋E（helicase)基因工程：工具酶9/28/202378功能：3）DNA连接E（DNAligase)功能：4）功能：稳定解开的DNA单链阻止复性保护单链不被核酸E降解5）单链结合蛋白（single-strandbindingprotein，SSB）9/28/202379功能：5）单链结合蛋白（single-strandbind6）拓扑异构酶（topoisomerase)ⅠⅡ转录复制9/28/2023806）拓扑异构酶（topoisomerase)ⅠⅠ型E：双链DNA的一条链发生断裂和再连接，减少负超螺旋反应不需供能活性转录区，同转录有关9/28/202381Ⅰ型E：8/7/202381Ⅱ型E（旋转E，grase）：内切E、连接E活力使DNA双链同时发生断裂和再连接连续引入负超螺旋（需ATP供能）同复制有关9/28/202382Ⅱ型E（旋转E，grase）：8/7/2023829/28/2023838/7/2023834、原核生物DNA的复制过程（E,coli）1）DNA复制的起始起始位点识别→DNA解链→RNA引物合成9/28/2023844、原核生物DNA的复制过程（E,coli）1）DNA名称功能DnaA蛋白(四聚体)辨认起始点并结合解螺旋酶（DnaB蛋白，rep蛋白）解链DnaC蛋白协助解旋引物酶（DnaG蛋白）催化RNA引物生成SSB稳定解开单链拓扑异构酶理顺DNA链oriC（245bp的DNA组分）复制起始点参与复制起始的各种蛋白质9/28/202385名称功能DnaA蛋白(四聚体)辨认起复制：一个特定位点（oriC)开始另一特定位点(ter)终止能独立进行复制的单位——复制子(replicon)原核生物：一个复制子，真核生物：多个复制子9/28/202386复制：8/7/202386DNAB蛋白：识别起始位点，ATP供能、组装引发体与模板起始部位结合解链酶（rep蛋白）、旋转酶共同作用，双链局部解开暴露出起始位点单链结合蛋白(SSB)与DNA结合：防止H键的形成电镜观察：”眼睛”——”复制眼”继续解链形成复制叉引物酶（DnaG)催化下合成一小段RNA，5’-3P，3’-OH9/28/202387DNAB蛋白：识别起始位点，ATP供能、组装引发体8/7/9/28/2023888/7/202388复制叉9/28/202389复制叉8/7/2023899/28/2023908/7/202390（前导链）（滞后链）冈崎片断半不连续复制DNA双链:反向平行合成方向：5‘

3’DNA复制：合成方向和复制叉的前进方向相同，可连续复制——前导链；另一条链的合成方向和复制叉的前进方向相反，不能连续复制，只能分成几个片段合成——滞后链滞后链的片段——冈崎片段，合成后再连接9/28/202391（前导链）（滞后链）冈崎片断半不连续复制DNA双链:反向平行

模板：DNA

引物：RNA

原料、能源：NTP，dNTP

酶：引物酶；DNA聚合酶I、II、III；DNA连接酶；解链酶；单链结合蛋白；拓扑异构酶

合成方向：

模板链：3’→5’合成链：5’→3’原核细胞DNA的复制（E.Coli）9/28/202392模板：DNA原核细胞DNA的复制（E.Coli）大肠杆菌三种DNA聚合酶比较9/28/202393大肠杆菌三种DNA聚合酶比较8/7/202393DNA聚合酶催化的反应：9/28/202394DNA聚合酶催化的反应：8/7/202394蛋白质功能相对分子量（×103）分子/细胞DNA旋转酶（或拓扑异构酶）DNA解链酶单链结合蛋白引物合成酶DNA聚合酶Ⅰ引入或松开超螺旋解链双链DNA稳定单链区合成RNA引物除去引物并填满缺口40065746010950300100300与DNA合成有关的蛋白因子（E.coli）9/28/202395蛋白质功能相对分子量（×103）分子/细胞DNA旋转酶（或拓DNA合成步骤解旋：拓扑异构酶解链：解链酶，SSB结合单链，防止氢键再形成识别起点：引物酶生成引物：DNA为模板，引物酶催化，DNA转录DNA的生成：RNA引物3’末端碱基互补，DNA，聚合酶Ⅲ催化9/28/202396DNA合成步骤解旋：拓扑异构酶8/7/202396DNA合成的起始与延伸9/28/202397DNA合成的起始与延伸8/7/202397拓扑异构酶I的作用9/28/202398拓扑异构酶I的作用8/7/202398拓扑异构酶II的作用

9/28/202399拓扑异构酶II的作用8/7/202399切除引物：DNA聚合酶I，冈崎片段补齐封口：DNA聚合酶I，碱基互补，填补冈崎片段间的缺口DNA连结酶，连结模板链新的互补链NAD+供能9/28/2023100切除引物：DNA聚合酶I，冈崎片段8/7/2023100引物的切除，缺口填补，切口连接9/28/2023101引物的切除，缺口填补，切口连接8/7/2023101真核细胞DNA的复制（与原核细胞的区别）9/28/2023102真核细胞DNA的复制（与原核细胞的区别）8/7/202310RNA引物、冈崎片段较小复制速度较慢（组蛋白的存在，DNA双股稳定）多起点DNA聚合酶

α，β，γ、线粒体聚合酶催化聚合，无外切酶作用9/28/2023103RNA引物、冈崎片段较小8/7/2023103DNA聚合酶的功能线粒体DNA的复制线粒体线粒体酶细胞核，细胞核质γ细胞核DNA的修复细胞核β细胞核DNA的复制细胞核α功能细胞定位DNA聚合酶9/28/2023104DNA聚合酶的功能线粒体DNA线粒体线粒体酶细胞核，细胞核质（三）逆转录（reversetranscription)以RNA为模板合成DNA的过程逆转录E广泛存在于致癌RNA病毒、正常动物的胚胎细胞9/28/2023105（三）逆转录（reversetranscription)以依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚合酶9/28/2023106依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚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9/28/2023107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（四）DNA复制的忠实性高度精确性，错误率约1/109～1/10101、碱基的配对规律：配错几率1/104～1/105。2、DNA聚合酶的校对功能：错配几率降低100～1000倍3、DNA的损伤修复系统9/28/2023108（四）DNA复制的忠实性高度精确性，错误率约1/109～DNA聚合酶的的自我校正

DNA聚合酶不能从头合成DNA，即不能把两个dNTP连接起来，而只能将一个个核苷酸单位加到形成碱基配对的引物链3’羟基上，如果引物链3‘羟基出现了和模板链错配的碱基，DNA聚合酶就会立即停止前进，并利用3‘

5’核酸外切酶活性将错配的核苷酸从引物3‘端切除，只有引物3’端重新出现碱基配对时才继续合成DNA。所以在合成DNA之前必须有正确的碱基配对存在于3’端，即DNA聚合酶必须利用RNA引物链来检验3‘端的碱基配对正确与否，在确认无误后才开始合成。9/28/2023109DNA聚合酶的的自我校正8/7/2023109错配校正系统

错配校正系统能发现DNA双螺旋因非互补碱基对间的不对称而产生的变形，它能区分和切除存在于新合成的DNA中错配的核苷酸。E.coli的错配校正系统利用dam基因编码的甲基化酶将DNA碱基序列中的A在N6位甲基化，但新合成的A要晚一些才被甲基化，这使碱基序列只是在刚合成的新DNA链中还没有被甲基化，这就能区别新DNA链和模板链。

参与错配修复的酶与蛋白质：Dam甲基化酶;MutH、MutL、MutS蛋白;解螺旋酶Ⅱ;DNA聚合酶Ⅲ;外切酶Ⅰ、Ⅹ、Ⅶ；RecJ核酸酶DNA连接酶；SSB9/28/2023110错配校正系统参与错配修复的酶与蛋白质：8/7/2023110错配校正示意图9/28/2023111错配校正示意图8/7/2023111五、DNA的突变（损伤）和修复DNA的碱基顺序发生稳定而突然的变化，导致DNA的复制、转录和翻译发生变化，表现出异常的遗传特性（一）DNA的突变（基因突变）：自发突变和诱发突变9/28/2023112五、DNA的突变（损伤）和修复DNA的碱基顺序发生环境因素电离辐射紫外线烷化剂脱氨剂等9/28/2023113环境因素电离辐射8/7/2023113（二）突变的形式：1、置换：一个or几个碱基的置换（可逆）

a、转换：G-A，C-T互变；

b、颠换：嘌呤-嘧啶互变9/28/2023114（二）突变的形式：1、置换：一个or几个碱基的置换（可逆）89/28/20231158/7/20231152、插入：插入一个or几个碱基（可逆），导致遗传密码解读框架的改变，突变点后的密码都可能发生错误——移码突变(frameshiftmutation)溴化乙锭9/28/20231162、插入：插入一个or几个碱基（可逆），导致遗传密码8/7/3、缺失：缺失一个or几个碱基对(不可逆)9/28/20231173、缺失：缺失一个or几个碱基对(不可逆)8/7/20231（三）DNA的损伤修复DNA损伤，死亡修复机制，能够修复一定程度的DNA损伤但仍有可能发生突变9/28/2023118（三）DNA的损伤修复DNA损伤，死亡8/7/2023118紫外线照射相邻两个碱基间形成共价键——二聚体（T·T、T·C）二聚体阻碍DNA聚合酶的作用复制不能继续1、光复活（photoreactivation)紫外照射损伤，强的可见光(400nm)照射，大部分损伤的细胞修复——光复活9/28/2023119紫外线照射1、光复活（photoreactivation)机制可见光激活光复活酶、光裂合酶嘧啶二聚体分解哺乳动物细胞缺乏9/28/2023120机制可见光激活光复活酶、光裂合酶嘧啶二聚体分解哺乳动物细胞缺光复活酶9/28/2023121光复活酶8/7/20231212、切除修复（暗修复，excisionrepair)各类生物9/28/20231222、切除修复（暗修复，excisionrepair)各类生3、重组修复（recombinationrepair)9/28/20231233、重组修复（recombinationrepair)8（a）DNA糖基化酶切除损伤的碱基产生无碱基酸（b）无碱基核酸内切酶在无碱基酸处切开产生切口。（c）DNA聚合酶Ⅰ将无碱基酸切除并填补缺口。（d）DNA连接酶连接切口。碱基切除修复9/28/2023124（a）DNA糖基化酶切除损伤的碱基产生无碱基酸（b）无碱基核核苷酸切除修复

这种方式可以修复DNA发生的几乎所有类型的巨大损伤，包括某些与致癌剂共价结合的碱基9/28/2023125核苷酸切除修复8/7/2023125受损伤的DNA在进行复制时，跳过损伤部位，在子代DNA链与损伤相对应部位出现缺口。通过分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即重复修复。并非完全校正。重组修复

9/28/2023126受损伤的DNA在进行复制时，跳过损伤部位，在子代DNA链与损4、SOS修复（紧急修复）（errorpronerepair)细胞DNA损伤或复制系统受抑制，紧急情况诱导产生和增加切除修复和重组修复的关键E和蛋白质加强修复能力诱导产生DNA聚合E（缺乏校对功能）随机聚合核苷酸避免死亡，却带来高突变率的修复过程9/28/20231274、SOS修复（紧急修复）（errorpronere六、RNA的生物合成（一）转录在DNA指导下的RNA合成9/28/2023128六、RNA的生物合成（一）转录在DNA指导下的RNA合成8/不对称转录转录方式：转录过程中，DNA双链只有一条链作为模板指导RNA的合成的转录方式模板链转录过程中指导RNA合成的DNA链。无意义链、负链与模板链对应的DNA链——编码链。有意义链、正链9/28/2023129不对称转录转录方式：转录过程中，DNA双链只有一条链启动子（promoter)终止子(terminator)模板链（templattestrand）有意义链(sensestrand)非信息区DNA5´5´3´3´9/28/2023130启动子终止子(terminator)模板链有意义链非信（二）RNA聚合E1、原核生物RNA聚合E(α2ββ’σ）α：全酶滑动，决定哪些基因转录β：转录，催化核苷酸形成磷酸二酯键，延长RNAβ’：结合模板DNAб：识别转录起始位点转录产物：mRNA、rRNA前体和tRNA前体9/28/2023131（二）RNA聚合E1、原核生物RNA聚合E(α2ββ’σ）2、真核生物RNA聚合E8～14个亚基组成，含Zn2+寡聚E，转录不同RNA9/28/20231322、真核生物RNA聚合E8～14个亚基组成，含Zn2+寡聚E（三）转录的模板模板DNA与转录有关的结构：模板DNA，由RNA聚合E识别、结合并确定转录起点的特定序列启动子（promotor)：终止子（terminator）：模板DNA5’端的转录终止信号9/28/2023133（三）转录的模板模板DNA与转录有关的结构：模板DNA，由R1、原核生物的启动子40～60bp9/28/20231341、原核生物的启动子40～60bp8/7/20231342、原核生物转录终止类型1）不依赖ρ因子的终止：富含GC的反向重复转录的RNA，发夹转录终止含富GC的回文序列和寡聚U序列9/28/20231352、原核生物转录终止类型1）不依赖ρ因子的终止：富含GC的反2）依赖ρ因子的终止：模板终止信号连续6个U9/28/20231362）依赖ρ因子的终止：模板终止信号连续6个U8/7/20239/28/20231378/7/20231371960年，RNA聚合酶被发现E.coli，RNA聚合酶催化RNA的合成需要：模板：双链或单链DNA活性单体物质：四种NTP二价金属离子：Mg2+或Mn2+，在生物体中(invivo）发现的是Mg2+合成方向：5’→3’9/28/20231381960年，RNA聚合酶被发现8/7/2023138RNA的合成与DNA合成的区别转录不需要引物只转录DNA分子中的一个片段（操纵子operon)双链DNA只有一条链具有转录活性（模板链）RNA聚合酶无校对功能9/28/2023139RNA的合成与DNA合成的区别转录不需要引物8/7/2023启动子（promoter)终止子(terminator)模板链（templattestrand）反意义链(antisensestrand)有意义链(sensestrand)非信息区DNA5´5´3´3´

模板链：双链DNA中具有转录活性的的链——模板链，反义链（或负链）

编码链：双链DNA中无转录活性的链——编码链，有义链（或正链）。DNA的有义链和反义链9/28/2023140启动子（promoter)终止子(由5种亚基α2ββ’

σ组成全酶；没有σ、

亚基的酶称为核心酶，只催化链的延长；σ称为起始因子，能识别DNA链的转录起始信号（称为启动子）E.Coli中的RNA聚合酶9/28/2023141由5种亚基α2ββ’σ组成全酶；没有σ、亚基的酶称为核心（四）RNA转录过程（E.coli）1、转录的起始：б因子识别启动子酶与模板结合，DNA局部解链启动RNA的合成б因子脱落，核心酶滑动9/28/2023142（四）RNA转录过程（E.coli）1、转录的起始：б因子识RNA转录起始9/28/2023143RNA转录起始8/7/2023143解螺旋恢复螺旋转录泡模板链编码链RNA聚合酶作用示意图9/28/2023144解螺旋恢复螺旋转录泡模板链编码链RNA聚合酶作用示意图8/72、转录的延伸：核心酶沿模板3’–5’滑动根据模板指令选择相应的NTP加入RNA链沿5’–3’方向延伸9/28/20231452、转录的延伸：核心酶沿模板3’–5’滑动8/7/2023核心酶沿模板3’→5’滑行至终止信号区域，转录终止3、转录的终止：9/28/2023146核心酶沿模板3’→5’滑行至终止信号区域，转录终止3、转录的9/28/20231478/7/2023147（五）DNA复制与RNA转录的异同点9/28/2023148（五）DNA复制与RNA转录的异同点8/7/2023148（六）转录产物的加工1、真核生物mRNA的转录后加工原核生物：不需加工9/28/2023149（六）转录产物的加工1、真核生物mRNA的转录后加工原核生物hnRNA：mRNA前体，外显子、内含子分子量大而不均一——核不均一RNA。内含子：真核基因内部间隔外显子，并从mRNA上消失的DNA序列外显子：真核基因中在mRNA上出现，编码蛋白质的DNA序列9/28/2023150hnRNA：mRNA前体，外显子、内含子8/7/202315内含子外显子真核mRNA前体的加工9/28/2023151内含子外显子真核mRNA前体的加工8/7/20231512、tRNA前体的加工数十种tRNA加工不同1）切除5’、3’末端部分核苷酸2）3’末端加上CCA-OH序列3）核苷的修饰：甲基化9/28/20231522、tRNA前体的加工数十种tRNA加工不同1）切除5’、33、rRNA前体的加工9/28/20231533、rRNA前体的加工8/7/2023153原核生物rRNA转录前体的加工甲基化核酸内切酶核酸外切酶9/28/2023154原核生物rRNA转录前体的加工甲基化核酸内切酶核酸外切酶8/真核生物rRNA转录前体的加工核酸外切酶甲基化核酸内切酶和外切酶9/28/2023155真核生物rRNA转录前体的加工核酸外切酶甲基化核酸内切酶和外基因工程简介END9/28/2023156基因工程简介END8/7/2023156（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（m7G5

ppp5

NmpNp-）；（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。真核mRNA前体的加工9/28/2023157（1）hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录序内含子外显子真核mRNA前体的加工9/28/2023158内含子外显子真核mRNA前体的加工8/7/2023158因发现断裂基因而获1993年诺贝尔生理学奖的RichardJRobertandPhllipASharp9/28/2023159因发现断裂基因而获1993年诺贝尔生理学奖的Richard

概念：RNA病毒以自身RNA为模板合成与自身RNA完全相同RNA分子的过程称为RNA的复制。（二）RNA指导的RNA合成（RNA复制）9/28/2023160概念：RNA病毒以自身RNA为模板合成与自身RNA完全相同（2）复制酶的β亚基与来自宿主细胞的亚基α

δ自动装配成RNA复制酶，进行RNA复制，通常以分子中单链RNA为模板（正链），复制出一条新的RNA链（负链），然后以负链为模板复制出大量正链，再与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。两个阶段:（1）病毒RNA可充当mRNA，利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白和复制酶的β亚基。9/28/2023161（2）复制酶的β亚基与来自宿主细胞的亚基αδ自两个阶段:RNA复制酶的催化性质:

以四种NTP为底物；专一性地选择病毒RNA为模板；按5’→3’的方向合成病毒RNA；无外切酶活性（即无校对功能）。9/28/2023162RNA复制酶的催化性质:以四种NTP为底物；8/7/20病毒RNA的复制方式1、病毒含正链RNA：进入宿主细胞后先进行病毒RNA复制酶和有关病毒蛋白质的合成（借助于宿主细胞的蛋白质合成体系），然后进行RNA的复制，再装配病毒颗粒。如：噬菌体Qβ和灰质炎病毒。2、病毒含负链RNA和复制酶：这类病毒进入宿主细胞后，先进行RNA的复制合成正链RNA，再以正链RNA为模板合成病毒蛋白质RNA，然后装配病毒颗粒。如：狂犬病病毒、马水苞性口炎病毒。3、病毒含双链RNA和复制酶：这类病毒进入宿主细胞后，以双链RNA为模板，通过不对称复制产生正链RNA，并以正链RNA为模板合成病毒蛋白质，然后再合成负链RNA并形成双链RNA，再装配病毒颗粒。如呼肠病毒。4、致癌RNA病毒：9/28/2023163病毒RNA的复制方式1、病毒含正链RNA：进入宿主细胞后先进七、核酸生物合成与病毒致癌核酸生物合成的一般规则绝大多数细胞DNA和RNA的合成，都是按照Watson-Crick碱基互补的原则,通过拷贝预先存在的DNA链（模板链）来产生的。核酸链的合成方向只有一个：5‘®3‘。特异的聚合酶催化合成DNA或RNA。致癌的DNA与RNA病毒的繁殖与致癌作用是核酸生物合成的具体化。9/28/2023164七、核酸生物合成与病毒致癌核酸生物合成的一般规则绝大多数细胞

正常细胞受到DNA肿瘤病毒感染后，发生染色体变异、永久性的形态改变、失去接触抑制、增殖加速、产生新的抗原从而具有形成肿瘤的能力。DNA病毒吸附于宿主的细胞膜而进入细胞后，在细胞膜处脱去核壳蛋白，DNA进入细胞核中。其一部分或全部可整合于宿主细胞核的DNA分子中，形成变异的DNA。整合后的DNA可以完整分子的形式一起复制，转录。它使宿主细胞发生某些特征性改变，最终转化成肿瘤细胞。DNA病毒9/28/2023165正常细胞受到DNA肿瘤病毒感染后，发生染色体变异、永久性的RNA病毒不含DNA，绝大多数病毒RNA是单链的，而且都是线状分子。RNA病毒中，RNA是其遗传信息的携带者，通过RNA的复制，传递遗传信息。通常病毒RNA复制过程包括:基因组RNA转录为mRNA，mRNA翻译为病毒特异性蛋白质，基因组RNA复制和病毒装配与释放。病毒mRNA的合成在病毒复制过程中处于核心地位。根据病毒粒子的RNA和指导病毒蛋白质合成的mRNA之间关系，把RNA病毒分为：正链RNA病毒、负链RNA病毒、双链RNA病毒、逆转录病毒。RNA病毒9/28/2023166RNA病毒不含DNA，绝大多数病毒RNA是单链的，而且都是线RNA病毒粒子中存在有反转录酶，在其催化下，可以病毒RNA为模板合成DNA。此外，RNA肿瘤病毒在具有一定致癌作用的酶的催化下，可将致癌信息整合到宿主细胞染色体的DNA分子中去，完成致癌过程。病毒RNA不能直接复制RNA，须先经反转录酶将RNA的遗传信息转至DNA形成DNA前病毒，然后再在DNA指导的RNA聚合酶的作用下，完成RNA病毒核酸的转录。9/28/2023167RNA病毒粒子中存在有反转录酶，在其催化下，可以病毒RNA左图是一些病毒的例子：9/28/2023168左图是一些病毒的例子：8/7/2023168八、核酸生物合成的抑制剂

不少药物对核酸的合成有抑制作用，或通过抑制核苷酸的合成，间接影响核酸合成，或抑制核酸合成。核酸合成受抑制，也将影响蛋白质的合成。9/28/2023169八、核酸生物合成的抑制剂不少药物对核酸的合成有抑制一些在结构上与核苷酸合成代谢的中间产物或参与者相似的化合物，即所谓的“抗代谢物”，对于正常的核苷酸合成有对抗作用。1)氨基酸类似物，如谷氨酰胺的类似物氮杂丝氨酸,6-重氮基-5-氧正亮氨酸。2)叶酸类似物，如四氢叶酸(FH4)类似物氨呤及氨甲基蝶呤。3)嘌呤、嘧啶类似物，如6-巯基嘌呤、5-氟尿嘧啶等。核苷酸合成的抑制剂9/28/2023170一些在结构上与核苷酸合成代谢的中间产物或参与者相似的

有一些化合物由于能够与DNA结