沈陽藥科大學生物化學核酸代謝與蛋白質生物合成

1、第一節(jié)第一節(jié) 核酸的消化與吸收核酸的消化與吸收 單核苷酸單核苷酸 核苷核苷 磷酸戊糖磷酸戊糖 磷酸磷酸 核酸核酸 堿基堿基(嘌呤嘌呤&嘧啶嘧啶) 磷酸磷酸核糖核糖 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶磷酸核苷磷酸化酶磷酸 第二節(jié)第二節(jié) 核酸的分解代謝核酸的分解代謝 一、核酸的分解一、核酸的分解 核酸酶：水解磷酸二酯鍵核酸酶：水解磷酸二酯鍵 RNA酶（酶（RNase） DNA酶（酶（DNase） 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶 核酸外切酶核酸外切酶 二、單核苷酸的分解二、單核苷酸的分解 核苷酸酶核苷酸酶 分解核苷的酶：分解核苷的酶： 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 核苷水解酶核苷水解酶 核苷 + H3P

2、O4 核苷磷酸化酶 嘌呤或嘧啶 + 戊糖-1-P 核苷 + H2O 核苷水解酶 嘌呤或嘧啶 + 戊糖 三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解 痛風痛風 核酸代謝障礙疾病核酸代謝障礙疾病 血液中尿酸含量過高血液中尿酸含量過高 別嘌呤醇治療別嘌呤醇治療 抑制黃嘌呤氧化酶活性抑制黃嘌呤氧化酶活性 反應消耗反應消耗PRPP，減少嘌呤合成，減少嘌呤合成 N N N N H OH 四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解 胞嘧啶分解：胞嘧啶分解： 胸腺嘧啶分解胸腺嘧啶分解 第三節(jié)第三節(jié) 核酸的合成代謝核酸的合成代謝 一、核苷酸的生物合成一、核苷酸的生物合成 （一）核糖的來源與（一）核糖的來源與1-焦磷酸焦磷酸5-磷酸核糖的生成

3、磷酸核糖的生成 （二）嘌呤核苷酸合成（二）嘌呤核苷酸合成 嘌呤環(huán)合成原料：嘌呤環(huán)合成原料： 1、嘌呤核苷酸從頭合成、嘌呤核苷酸從頭合成 先合成先合成IMP 然后轉變成然后轉變成AMP和和GMP IMP合成合成 AMP和和GMP合成合成 2、嘌呤核苷酸的補救合成途徑、嘌呤核苷酸的補救合成途徑 （1）嘌呤與）嘌呤與PRPP直接合成直接合成 腺嘌呤PRPPAMPPPi 腺嘌呤磷酸核糖轉移酶 鳥嘌呤PRPPGMPPPi 次黃嘌呤-鳥嘌呤 磷酸核糖轉移酶 次黃嘌呤PRPPIMPPPi 次黃嘌呤-鳥嘌呤 磷酸核糖轉移酶 腺嘌呤R-1-P腺苷AMP 腺苷激酶 ATP 腺嘌呤PRPPAMPPPi 腺嘌呤磷酸核

4、糖轉移酶 鳥嘌呤PRPPGMPPPi 次黃嘌呤-鳥嘌呤 磷酸核糖轉移酶 次黃嘌呤PRPPIMPPPi 次黃嘌呤-鳥嘌呤 磷酸核糖轉移酶 腺嘌呤PRPPAMPPPi 腺嘌呤磷酸核糖轉移酶 鳥嘌呤PRPPGMPPPi 次黃嘌呤-鳥嘌呤 磷酸核糖轉移酶 次黃嘌呤PRPPIMPPPi 次黃嘌呤-鳥嘌呤 磷酸核糖轉移酶 （2）腺嘌呤與）腺嘌呤與R-1-P作用作用 腺嘌呤R-1-P腺苷AMP 腺苷激酶 ATP 3、ATP和和GTP的生成的生成 腺苷酸激酶、鳥苷酸激酶、核苷二磷酸激酶等腺苷酸激酶、鳥苷酸激酶、核苷二磷酸激酶等 催化高能磷酸基團轉移催化高能磷酸基團轉移 （三）嘧啶核苷酸的合成（三）嘧啶核苷酸的

5、合成 1、尿嘧啶核苷酸的從頭合成、尿嘧啶核苷酸的從頭合成 2、胞嘧啶核苷酸的合成、胞嘧啶核苷酸的合成 UMPUDPUTP CTP ATPADP Gln, ATPGlu, AMP ATPADP 尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶 3、嘧啶核苷酸的補救合成途徑、嘧啶核苷酸的補救合成途徑 尿嘧啶PRPPUMPPPi UMP磷酸核糖轉移酶 尿嘧啶R-1-P尿嘧啶核苷UMP 尿苷激酶 ATP，Mg 尿苷磷酸化酶 2+ （四）脫氧核糖核酸的合成（四）脫氧核糖核酸的合成 1、核糖核苷酸的還原、核糖核苷酸的還原 2、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 三種嘧啶核苷酸及脫氧核苷酸的互變關系三種

6、嘧啶核苷酸及脫氧核苷酸的互變關系 UMPUTPCTPCDPdCDP dCMPdUMPdTMP Gln ATP Glu N5,N10-CH2-FH4FH2 二、二、DNADNA的生物合成（復制）的生物合成（復制） （一）（一）DNA的復制方式的復制方式半保留復制半保留復制 子代子代DNA中一條鏈來自親代中一條鏈來自親代DNA 另一條鏈是新合成的另一條鏈是新合成的 圖圖11-4 DNA的半保留復制的半保留復制 （二）（二）DNA的復制過程的復制過程 DNA的復制分為的復制分為起始起始、延長延長和和終止終止三個階段三個階段 1、DNA復制的起始復制的起始 （1）原核細胞（大腸桿菌）原核細胞（大腸桿菌

7、）DNA復制的起始復制的起始 單點雙向復制單點雙向復制 復制起點富含復制起點富含AT DnaA識別復制起始位點，解開雙鏈識別復制起始位點，解開雙鏈 DnaB（解旋酶）雙鏈解旋（解旋酶）雙鏈解旋 （2）真核細胞）真核細胞DNA復制的起始復制的起始 2、DNA復制時雙螺旋的解旋與超螺旋形成復制時雙螺旋的解旋與超螺旋形成 解旋作用使復制叉的下游出現(xiàn)正超螺旋解旋作用使復制叉的下游出現(xiàn)正超螺旋 拓撲異構酶放松超螺旋拓撲異構酶放松超螺旋 拓撲異構酶拓撲異構酶I：切斷：切斷DNA一條鏈；放松負超螺旋一條鏈；放松負超螺旋 拓撲異構酶拓撲異構酶II：切斷：切斷DNA兩條鏈；放松正超螺旋兩條鏈；放松正超螺旋 （旋

8、轉酶）（旋轉酶） 3、單鏈結合蛋白、單鏈結合蛋白SSB 結合到分開的單鏈上結合到分開的單鏈上 起穩(wěn)定作用起穩(wěn)定作用 4、DNA合成的基本反應和合成的基本反應和DNA聚合酶聚合酶 參與參與DNA復制的底物是復制的底物是dNTP，即，即dATP，dGTP， dCTP和和dTTP。 DNA聚合酶催化形成聚合酶催化形成3,5磷酸二酯鍵，延長磷酸二酯鍵，延長DNA鏈鏈 大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶：聚合酶： DNA聚合酶聚合酶I（Pol I）：）：DNA復制與修復復制與修復 DNA聚合酶聚合酶II（Pol II） DNA聚合酶聚合酶III（Pol III）：）：DNA復制復制 真核真核DNA聚合酶：聚合

9、酶： Pol 和和Pol合成核合成核DNA Pol 參與線粒體參與線粒體DNA復制復制 Pol和和Pol參與參與DNA修復修復 5、DNA復制的過程復制的過程 大腸桿菌大腸桿菌 a.起始點復制叉起始點復制叉 b.解鏈酶分開雙鏈解鏈酶分開雙鏈 c.SSB結合單鏈結合單鏈 d.親鏈為模板親鏈為模板 e.堿基互補堿基互補 f.合成方向合成方向53 g.主導鏈連續(xù)合成主導鏈連續(xù)合成 h.引物酶合成引物酶合成RNA引物引物 i.聚合酶聚合酶III催化聚合催化聚合 5、DNA復制的過程復制的過程 j.隨從鏈合成岡崎片段隨從鏈合成岡崎片段 k.聚合酶聚合酶I水解引物水解引物 l.DNA修補修補 m. 連接酶

10、連接連接酶連接 Pol I和和III有有35核酸核酸 外切酶活性，實現(xiàn)校對外切酶活性，實現(xiàn)校對 功能。功能。 真核細胞真核細胞DNA復制復制 基本原則接近大腸桿菌基本原則接近大腸桿菌 Pol合成主導鏈，合成主導鏈， Pol 合成隨從鏈合成隨從鏈 低等生物非染色質低等生物非染色質DNA復制復制 質粒質粒DNA 滾環(huán)復制滾環(huán)復制 a.一股打開缺口一股打開缺口 b.5端伸展端伸展 c.單鏈不連續(xù)復制單鏈不連續(xù)復制 d.閉環(huán)滾動連續(xù)復制閉環(huán)滾動連續(xù)復制 e.不合成引物不合成引物 四、四、RNARNA的生物合成的生物合成 （一）轉錄（一）轉錄 （二）復制（二）復制 （一）轉錄（一）轉錄 在在DNA指導下

11、的指導下的RNA聚合酶催化進行的，以聚合酶催化進行的，以 DNA為模板，四種為模板，四種NTP為原料，合成為原料，合成RNA。 1、轉錄的模板：、轉錄的模板：DNA的一條鏈的一條鏈 不對稱轉錄不對稱轉錄 2、參與轉錄的酶類、參與轉錄的酶類 （1）原核細胞）原核細胞RNA聚合酶：聚合酶： 大腸桿菌大腸桿菌RNA聚合酶，聚合酶， 由核心酶和由核心酶和因子組成全酶因子組成全酶 核心酶催化核心酶催化3,5磷酸二酯鍵形成，延長磷酸二酯鍵形成，延長RNA鏈鏈 因子參與轉錄起始因子參與轉錄起始 （2）真核細胞）真核細胞RNA聚合酶：聚合酶： RNA聚合酶聚合酶I存在于核仁中，催化存在于核仁中，催化rRNA前

12、體的合成前體的合成 RNA聚合酶聚合酶II存在于核質中，催化存在于核質中，催化mRNA前體的合成前體的合成 RNA聚合酶聚合酶III存在于核質中，催化小分子量存在于核質中，催化小分子量RNA （如（如tRNA和和5SRNA合成）合成） 3、轉錄過程、轉錄過程 （1）起始）起始 （2）延長）延長 （3）終止）終止 （1）起始）起始 原核生物轉錄起始：原核生物轉錄起始： RNA聚合酶全酶識別模板鏈啟動子聚合酶全酶識別模板鏈啟動子 轉錄起始點轉錄起始點 啟動子啟動子 結構基因結構基因 模板鏈模板鏈 5TTGACATATAAT3 3AACTGTATATTA5 -35 -10 +1 5 3 原核生物轉錄

13、起始：原核生物轉錄起始： a.RNA聚合酶全酶識別啟聚合酶全酶識別啟 動子動子 b.-10區(qū)雙鏈解開區(qū)雙鏈解開 c.形成第一個形成第一個3，5磷酸磷酸 二酯鍵二酯鍵 d.因子脫落因子脫落 真核生物轉錄起始真核生物轉錄起始 啟動子啟動子 增強子：增強啟動子活性的核苷酸序列增強子：增強啟動子活性的核苷酸序列 轉錄起始點轉錄起始點 啟動子啟動子 結構基因結構基因 模板鏈模板鏈 5CAATGCTATA3 -110 -25 +1 5 3 （2）延長）延長 a.核心酶在模板上沿著核心酶在模板上沿著35方向滑動方向滑動 b.催化形成催化形成3,5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 c.RNA鏈由鏈由53方向延長方向延長

14、d.堿基互補堿基互補 （3）終止）終止 原核細胞轉錄終止原核細胞轉錄終止 a)不依賴不依賴因子終止：因子終止： 模板上有終止信號復含模板上有終止信號復含GC 和一段和一段poly U b)依賴依賴因子終止：因子終止： 因子解鏈酶的活性因子解鏈酶的活性 真核細胞轉錄終止真核細胞轉錄終止 基因末端指導合成一段基因末端指導合成一段AAUAAA順序順序 切斷后加上切斷后加上poly A 尾巴尾巴 4、原核細胞的轉錄后加工、原核細胞的轉錄后加工 原核原核mRNA不經(jīng)過加工不經(jīng)過加工 tRNA和和rRNA經(jīng)過剪切和修飾經(jīng)過剪切和修飾 5、真核細胞的轉錄后加工、真核細胞的轉錄后加工 （1）加帽：）加帽：mG

15、pppG甲基化三磷酸雙鳥苷甲基化三磷酸雙鳥苷 （2）加尾：）加尾：polyA （3）剪接：除去內(nèi)含子轉錄來的部分）剪接：除去內(nèi)含子轉錄來的部分 （4）修飾：堿基或核糖的甲基化）修飾：堿基或核糖的甲基化 （二）（二）RNA復制復制 在在RNA指導下的指導下的RNA聚合酶催化進行的，以聚合酶催化進行的，以 RNA為模板，四種為模板，四種NTP為原料，合成為原料，合成RNA。 （三）基因轉錄的調節(jié)（三）基因轉錄的調節(jié) 1、原核細胞轉錄水平的調節(jié)操縱子學說、原核細胞轉錄水平的調節(jié)操縱子學說 操縱子：原核基因組中，幾個功能相關的調控操縱子：原核基因組中，幾個功能相關的調控 結構基因及其調控區(qū)組成一個基因

16、表達的協(xié)同結構基因及其調控區(qū)組成一個基因表達的協(xié)同 單位單位 操縱子有兩種類型：操縱子有兩種類型： 誘導操縱子誘導操縱子 阻遏操縱子阻遏操縱子 （1）乳糖操縱子）乳糖操縱子 調控區(qū)調控區(qū) IPOZYA 結構基因結構基因 圖圖11-13 乳糖操縱子乳糖操縱子的的調節(jié)模式調節(jié)模式 可誘導的負調控可誘導的負調控 阻遏物關閉操縱子阻遏物關閉操縱子 誘導物開放操縱子誘導物開放操縱子 （1）乳糖操縱子）乳糖操縱子 當乳糖與葡萄糖同時存在時，細菌先利用葡當乳糖與葡萄糖同時存在時，細菌先利用葡 萄糖，后利用乳糖。萄糖，后利用乳糖。 通過通過CAP實現(xiàn)實現(xiàn) CAP：分解代謝基因活化蛋白；：分解代謝基因活化蛋白；

17、cAMP受體受體 蛋白蛋白 cAMP-CAP與啟動子上游與啟動子上游CAP結合區(qū)結合，結合區(qū)結合， 促進乳糖操縱子轉錄促進乳糖操縱子轉錄 葡萄糖降低葡萄糖降低cAMP含量含量 （2）色氨酸操縱子）色氨酸操縱子 2、真核細胞基因轉錄的調節(jié)、真核細胞基因轉錄的調節(jié) （1）順式作用元件）順式作用元件 順式調節(jié)：通過啟動子、增強子等順式調節(jié)：通過啟動子、增強子等DNA元件來控制基因元件來控制基因 轉錄的調節(jié)方式轉錄的調節(jié)方式 順式作用元件：一類存在于順式作用元件：一類存在于DNA上的特定序列上的特定序列 （2）反式作用因子）反式作用因子 與順式作用元件進行特異性結合的蛋白質因子與順式作用元件進行特異性

18、結合的蛋白質因子 又稱為轉錄因子又稱為轉錄因子 反式調節(jié)：通過轉錄因子來控制基因轉錄的調節(jié)方式反式調節(jié)：通過轉錄因子來控制基因轉錄的調節(jié)方式 幾個家族：螺旋幾個家族：螺旋-轉角轉角-螺旋蛋白，亮氨酸拉鏈蛋白和鋅螺旋蛋白，亮氨酸拉鏈蛋白和鋅 指蛋白等指蛋白等 （四）逆轉錄（四）逆轉錄 在在RNA指導下的指導下的DNA聚合酶催化下進行的，以聚合酶催化下進行的，以 RNA為模板，四種為模板，四種dNTP為原料，合成為原料，合成DNA。 cDNA 逆轉錄酶；反轉錄酶逆轉錄酶；反轉錄酶 1、逆轉錄過程、逆轉錄過程 RNA指導指導DNA合成合成 RNA水解水解 DNA指導指導DNA合成合成 2、逆轉錄與癌

19、變、逆轉錄與癌變 致癌病毒中癌基因致癌病毒中癌基因蛋白質蛋白質 正常細胞正常細胞癌細胞癌細胞 原癌基因細胞癌基因：原癌基因細胞癌基因： 逆轉錄病毒癌基因相應的正常細胞基因逆轉錄病毒癌基因相應的正常細胞基因 （1）scr家族家族 （2）ras家族家族 （3）myc家族家族 （4）sis癌基因癌基因 （5）erb家族家族 第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成 一、遺傳信息的傳遞中心法則一、遺傳信息的傳遞中心法則 DNARNA蛋白質蛋白質 翻譯翻譯 轉錄轉錄 逆轉錄逆轉錄 DNA復制復制RNA復制復制 二、二、RNA在蛋白質生物合成中的作用在蛋白質生物合成中的作用 （一）（一）mRNA的功

20、能與密碼的功能與密碼 mRNA為蛋白質合成的模板為蛋白質合成的模板 從起始密碼開始，沿著從起始密碼開始，沿著53方向，每三個相鄰的方向，每三個相鄰的 堿基組成一個密碼子，對應一個氨基酸堿基組成一個密碼子，對應一個氨基酸 第一位第一位 5端端 第二位第二位第三位第三位 3端端 UCAG U Phe Phe Leu Leu Ser Ser Ser Ser Val Val 終止密碼子終止密碼子 終止密碼子終止密碼子 Cys Cys 終止密碼子終止密碼子 Trp U C A G C Leu Leu Leu Leu Pro Pro Pro Pro His His Gln Gln Arg Arg Arg

21、Arg U C A G A Ile Ile Ile Met Thr Thr Thr Thr Asn Asn Lys Lys Ser Ser Arg Arg U C A G G Val Val Val Val Ala Ala Ala Ala Asp Asp Glu Glu Gly Gly Gly Gly U C A G 遺傳密碼的基本特點：遺傳密碼的基本特點： 1、連續(xù)性、連續(xù)性 2、簡并性、簡并性 3、終止密碼與起始密碼、終止密碼與起始密碼 4、密碼的通用性、密碼的通用性 （二）（二）tRNA的功能的功能 轉運氨基酸轉運氨基酸 CCA羥基與氨基酸相連羥基與氨基酸相連 擺動現(xiàn)象：密碼子的第三個堿

22、基與反密碼子的擺動現(xiàn)象：密碼子的第三個堿基與反密碼子的 第一個堿基配對不嚴格第一個堿基配對不嚴格 表表11-2 反密碼子與密碼子配對規(guī)則反密碼子與密碼子配對規(guī)則 反密碼子第一個堿基反密碼子第一個堿基ACGUI 密碼子第三個堿基密碼子第三個堿基UGC、UA、GA、C、U （三）核蛋白體和多核蛋白體（三）核蛋白體和多核蛋白體 大腸桿菌核蛋白體由兩個亞基組成：大腸桿菌核蛋白體由兩個亞基組成：30S小亞小亞 基和基和50S大亞基大亞基 含有含有rRNA和蛋白質和蛋白質 是蛋白質生物合成的場所是蛋白質生物合成的場所 多核蛋白體：每一條多核蛋白體：每一條mRNA同時連接多個核蛋同時連接多個核蛋 白體進行蛋

23、白質合成白體進行蛋白質合成 三、蛋白質的生物合成過程三、蛋白質的生物合成過程 氨基酸的活化與氨基酸的活化與 搬運搬運 肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始 肽鏈的延長肽鏈的延長 肽鏈的終止肽鏈的終止 核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán) （一）氨基酸的活化與搬運（一）氨基酸的活化與搬運 E：氨酰：氨酰tRNA合成酶合成酶 結合位點水解位點結合位點水解位點 原核細胞原核細胞fMet中甲?；鶃碜灾屑柞；鶃碜?0N-CHO-FH4 R CH NH2 COOH+ATP+ER CHC NH2 O O AMP.E+PPi Mg2+ R CHC NH2 O O AMP.E+tRNA-CCAOC O CH NH2 R+AMP+E

24、tRNA-CCA （二）原核細胞多肽鏈的（二）原核細胞多肽鏈的 合成核蛋白體循環(huán)合成核蛋白體循環(huán) 1、肽鏈合成的起始、肽鏈合成的起始 起始因子起始因子IF參與參與 形成形成30S起始復合物：起始復合物： mRNA；fMet-tRNAfMet； 30S亞基；亞基；IF1；IF2；IF3； GTP 形成形成70S起始復合物：起始復合物： mRNA；fMet-tRNAfMet； 70S亞基；亞基； 2、肽鏈的形成與延長、肽鏈的形成與延長 （1）注冊）注冊 （2）成肽）成肽 （3）轉位）轉位 （1）注冊）注冊 EF-TUGTPEF-TU-GTP EF-TU-GTP氨酰氨酰-tRNA 氨氨 酰酰-tRN

25、A-EF-TU-GTP (a)氨酰氨酰-tRNA-EF-TU-GTP (b) (c)EF-TU-GDPPi （2）成肽）成肽 （3）轉位）轉位 EF-GGTPEF-G- GTP EF-G-GTP(d)(e) (e) (a)GDPPi EF-G 圖圖11-20 蛋白質合成起始后的延長過程示意圖蛋白質合成起始后的延長過程示意圖 3、肽鏈合成終止、肽鏈合成終止 釋放因子水解酯鍵釋放因子水解酯鍵 （三）真核細胞蛋白質合成（三）真核細胞蛋白質合成 原核與真核蛋白質合成過程區(qū)別原核與真核蛋白質合成過程區(qū)別 原核原核真核真核 起始因子起始因子 核蛋白體核蛋白體 起始氨基酸起始氨基酸 起始復合物形成位點起始復合物形成位點 起始位點起始位點 延長因子延長因子 IF1、IF2、IF3 70S fMet SD序列處序列處 一個一個 EF-G、EF-TU eIF2、eIF3、eIF5等等 80S Met 5末端末端 多個多個 EF1、EF2 四、抗生素與某些藥物四、抗生素與某些藥物 對遺傳信息傳遞過程的影響對遺傳信息傳遞過程的影響 1、干擾核苷酸合成的藥物、干擾核苷酸合成的藥物 2、影響核酸合成的藥物、影響核酸合成的藥物