《核酸代谢》课件.ppt

1、第十章 核酸代谢,核苷酸库,核酸的降解,核苷酸的合成,核酸的合成,核苷酸的降解,核苷酸是核酸的基本结构单位， 它不属于营养必需物质,核酸(RNA与DNA),胰核酸酶,RNA酶,DNA酶,(磷酸二酯酶),单核苷酸,胰、肠核苷酸酶,(磷酸单酯酶),核苷,磷酸,核苷酶,戊糖,碱基,第一节 核酸的消化吸收,磷酸戊糖,嘌呤核苷酸,嘌呤,第二节 核酸的代谢,一、 单核苷酸的合成 （一）嘌呤核苷酸合成,利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。,1 .嘌呤核苷酸的从头合成,(1)定义,(2)部位：肝细胞胞液、小肠粘膜、胸腺,嘌呤碱合成的元素来源,CO2,天冬氨酸

2、,一碳单位,甘氨酸,一碳单位,谷氨酰胺,N5CHOFH4,N5 N10 CHFH4,嘌呤环中第4、5位碳原子来自甘氨酸。,(3)合成原料,(4)过程,a.IMP的合成:生物体嘌呤核苷酸合成途 径中首先合成的是IMP （次黄嘌呤核苷酸）,b.AMP和GMP的生成,磷酸核糖的来源 5磷酸核糖 5-磷酸核糖-1-焦磷酸PRPP）,15,R-5-P （5-磷酸核糖）,PRPP （磷酸核糖焦磷酸）,在甘氨酸、一碳单位、谷氨酰胺、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,IMP,H2N-1-R-5-P （5-磷酸核糖胺）,（4）合成过程 a. IMP的合成过程,(次黄嘌呤核苷酸),a. IMP的合成过程, 磷酸核糖

3、酰胺转移酶 GAR合成酶 转甲酰基酶 FGAM合成酶 AIR合成酶,IMP生成总反应过程,10,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,b.AMP和GMP的生成, 在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环 IMP的合成需5个ATP或6个高能磷酸键。 IMPGMP需1个ATP IMPAMP需1个GTP。,嘌呤核苷酸从头合成特点,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。,2.嘌呤核苷酸的补救合成途径,定义,部位：骨髓、脑、脾 意义：(1) 缺乏从头途径有关酶，只能利用从肝运来的嘌呤和核苷合成核苷酸,(2) 可节省能量

4、就减少氨基酸的消耗,嘌呤核苷酸的相互转变,H2O,黄嘌呤核苷酸,次黄嘌呤核苷酸,天门冬氨酸,谷氨酰胺,CO2,磷酸戊糖,嘧啶核苷酸,嘧啶,（二）嘧啶核苷酸合成,1.从头合成途径 2.补救合成途径,嘧啶核苷酸的合成代谢,1.嘧啶核苷酸的从头合成 （1）部位：所有细胞，胞液 （2）特点：先合成环，再与磷酸核 糖连接,嘧啶环,（3）原料,磷酸核糖：磷酸核糖焦磷酸,GLn CO2,（4）合成过程,a.尿嘧啶核苷酸的合成,b.胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,54,c.dTMP（TMP）的生成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸 dTMP,从头合成的调节,ATP + CO2+ 谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨

5、基甲酸天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP + 5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,2. 嘧啶核苷酸的补救合成,胸苷激酶： 正常肝活性 再生肝活性 恶性肿瘤中,（U、T、乳清酸）,核酸,核酸酶,第二节 核酸的分解,痛风,临床： 代谢异常血中尿酸 痛风症 治疗药物：别嘌呤醇,机制：别嘌呤醇与次黄嘌呤结构相似， 可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶活 性，减少尿酸生成，从而达到 治疗痛风的目的。,痛风症的治疗机制,鸟嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,别嘌呤醇,嘌呤碱的最终 代谢产物,AMP,GMP,IMP （次黄嘌呤）,G,XMP （黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化

6、酶 （肝、肾、肠）,一、嘌呤核苷酸的分解代谢,二、嘧啶分解（略）,氨基甲酰磷酸合成酶、区别,二、基因组和基因 基因组：是细胞或生物体内一套 完整的遗传物质。 原核生物：基因组就是整个染色体。 人类基因组： 核基因组 线粒体基因组,人类染色体,人类基因组结构特点,结构庞大 3109bp 以单个基因作为转录单位，每个基因有自身的调节区。 含有大量重复序列 基因不连续性 内含子 外显子 非编码区较多 多于编码序列(9:1),2.基因,是基因组中的一个功能性遗传单位。 基因是携带一定遗传信息的特定DNA片断，它可以通过转录和翻译等过程表达具有一定生物学功能的多肽链或RNA。,（1)依作用分,结构基因：

7、决定蛋白质或酶 分子结构;编码氨基酸 调控基因：可调节控制结构 基因的表达;(量变) tRNA、rRNA基因：,(2)基因的分子结构,A:编码链 B:模板链(反编码链),人类结构基因结构:,侧翼序列,调控区,前导区,尾部区,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,人类结构基因的结构示意图,AATAAA,切离加尾,终止子,修饰点,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,OCT-1：ATTTGCAT八聚体,启动子,从 基 因 到 蛋 白 的 转 录 和 翻 译 过 程,Protein,DNA,染色体 (高度绕曲的DNA分子),RNA,(3)基因的功能,储存遗传信息,遗传信息扩增和传递

8、（复制和分配）,遗传信息的表达,转录,翻译,逆转录,mRNA,蛋白质,三、遗传信息传递的中心法则,包括：基因的遗传和基因的表达,遗传信息的传递与表达,DNA的生物合成（复制）,RNA的生物合成（转录）,蛋白质的生物合成（翻译）,基因表达,(一）DNA的生物合成 （半保留复制）,DNA DNA,DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补（A=T,GC）的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。,DNA分子,2

9、股DNA单链模板链,碱基互补配对 （A-T,G-C),解螺旋,2股新链分别与模板链组成新的子代DNA分子,与母DNA碱基序列完全相同,3 5,半保留复制,2股新DNA链,与模板链互补,原料：dATP，dGTP，dCTP，dTTP 模板：解开成单链的DNA母链 （2条单链） 引物：RNA引物 酶：DNA聚合酶、解旋酶 原则:碱基互补AT,G C 方向： 53（新链）,1、DNA合成条件：,2、DNA复制过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA双链,DNA复制起始过程:解链,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起

10、始的过程,拓扑异构酶 与DNA双链 结合，解开 超螺旋。,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始的过程,解链酶解开 DNA双螺旋,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,单链结合蛋白防止复螺旋,DNA复制起始过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始过程,引物酶合成引物,DNA复制的延伸,1. DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3-OH上，开始新生链的合成过程。,引物,原料,5,3,模板,方向： 5 3,组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来,3,5-

11、磷酸二酯键,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板链,DNA新链,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板链,DNA新链,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,T,A,G,G,C,A,T,C,+,母链,母链,子链,母代DNA,2个子代DNA,DNA聚合酶,RNA引物,原料,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，合成与模板

12、互补的子链。 子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这种复制方式称为半保留复制。,半保留复制：,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,T C C A T G A C,A G G T A C T G,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C

13、,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,+,母链DNA,复制过程中形成的复制叉,子代DNA,复制的半不连续性,3,5,3,5,解链方向,领头链,随从链,半不连续复制：DNA复制时,一条 链是连续的,另一条链是不连续的,称为半不连续复制。,DNA合成过程概况：,先由引物酶合成RNA引物 ，再由DNA聚合酶在引物3合成DNA链，然后由DNA聚合酶切除引物并填补空隙，最后由连接酶连成完整的链。,4、DNA复制的意义：,DNA半保留复制具有高度准确性，保证遗传信息的正确传递，保证亲、子代之间遗传的稳定性。,3、DNA复制

14、产物：两个子代DNA。,碱基序列与母代完全相同。,（二） RNA的合成转录,1.合成方式：转录,以一条DNA链的片断为模板按碱基配对的原则(AU,GC)合成RNA，使遗传信息流向RNA的过程称为转录。,原料：ATP，GTP，CTP，UTP 模板：DNA模版链(一条单链） 酶：RNA聚合酶 核心酶(由四个亚基构成) 因子 原则：碱基互补AU, G C 方向： 53,2.合成条件,DNA分子,其中一股DNA母链模板,一条RNA链,与模板链互补,碱基互补配对 （A-U,T-A,G-C),解螺旋,3、RNA转录过程,U,A,G,G,C,U,C,U,A,G,G,模板链,RNA链,原料,模板链,转录,释放

15、,4）转录产物：单链RNA,mRNA tRNA rRNA,5）转录意义：抄录DNA遗传信息，指 导蛋白质合成，进行基因表达。,RNA碱基排列顺序由DNA决定。,加工,真核细胞mRNA的一般结构为：,AUG 起始,帽状 结构,不翻 译区,翻译区,UGA UAG UAA 终止,不翻 译区,polyA,1.mRNA的转录后加工,(三）真核生物RNA的转录后加工,首、尾的修饰,a. 5端形成帽子结构(m7GpppGp ),帽子结构:mGpppG,7甲基三磷酸双鸟苷,帽子的功能:,在蛋白质合成中,供核糖体小亚基识别与结合; 保护合成中的转录产物RNA,免受核酸外切酶降解； 使成熟的转录产物从核内输送到胞

16、质。,5 pppGp,帽子生成过程,b. 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A ),维持mRNA作为翻译模板的活性； 增加mRNA本身的稳定性。,功能：, mRNA的剪接,除去内含子，连接外显子。,2.tRNA的转录后加工,在酶的作用下，从5末端和3末端切除多余核苷酸； 切除内含子进行剪接作用； 3末端加CCA-OH； 碱基修饰,tRNA基因及转录初级产物,RNAaseP、D内切酶,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,甲基化 AmA （或 mG） 还原反应 U DHU 核苷内的转位反应 尿苷 假尿苷（） 脱氨反应 AMP IMP,3.rRNA的转录后加工,真核细胞的rRNA

17、基因属于丰富基因族的DNA序列; 即染色体上纵列串联基因单位的重复。,小结： 复制、转录的相似性及区别 相似性： 都是酶促的核苷酸聚合过程 以DNA为模板 都需依赖DNA的聚合酶 生成磷酸二酯键 方向： 5 3 遵从碱基配对规律,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,G,-,C,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代双链,DNA,（,半保留复制）,产物,RNA,聚合酶（,RNA,-,pol,）,DNA,聚合酶,酶,NTP,原料,模板链转录（不对称转录）,两股链均复制,模板,转录,A,-,U,，,T,-,A 不需要,，,G,-,C,需要,G,C,配对 引物,，,，,（,RNA,pol,DNA,dNT,复制,复制和转录的区别,16、人体内嘌呤碱基分解的终产物是 A尿素 B肌酸 C肌酸酐 D尿酸 6嘧啶分解的代谢产物有： ACO2B-氨基酸CNH3D尿酸 7下列哪些情况可能与痛风症的产生有关？ A嘌呤核苷酸分解增强B嘧啶核苷酸分解增强 C嘧啶核苷酸合成增强D尿酸生成过多,5、脑和骨髓主要靠从头合成途径合