核苷酸代謝11

1、第十二章 核苷酸代謝一、核酸的分解代謝一、核酸的分解代謝二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成三、三、DNADNA的生物合成的生物合成四、四、DNADNA的損傷修復的損傷修復五、五、RNARNA的生物合成的生物合成第一節(jié)第一節(jié) 核酸的分解代謝核酸的分解代謝u核酸的酶促降解核酸的酶促降解u嘌呤的降解嘌呤的降解u嘧啶的降解嘧啶的降解u核酸的酶促降解核酸核酸核酸酶核酸酶單核苷酸單核苷酸磷酸單脂酶磷酸單脂酶核苷核苷嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）核糖（脫氧核糖核糖（脫氧核糖）核苷酶核苷酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）核糖核糖-1-磷酸磷酸脫氧核糖脫氧核糖-1-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸

2、磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑醛縮酶醛縮酶乙醛乙醛3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛+磷酸磷酸 核酸外切酶核酸外切酶：作用于核酸鏈的末端（作用于核酸鏈的末端（33端端或或55端），逐個水解下核苷酸。端），逐個水解下核苷酸。脫氧核糖核酸外切酶：只作用脫氧核糖核酸外切酶：只作用DNADNA核糖核酸外切酶核糖核酸外切酶: :只作用于只作用于RNARNA 核酸內(nèi)切酶：核酸內(nèi)切酶：從核酸分子內(nèi)部切斷從核酸分子內(nèi)部切斷3,5-3,5-磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。 限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶：在細菌細胞內(nèi)存在的一類能：在細菌細胞內(nèi)存在的一類能識別并水解外源雙鏈識別并水解外源雙鏈DNADNA的核酸內(nèi)切酶，可用于的核酸內(nèi)切酶

3、，可用于特異切割特異切割DNA,DNA,常作為基因工程工具酶。常作為基因工程工具酶。核酸酶核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶。：作用于核酸的磷酸二酯酶。牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶從從5端端3 -核苷酸核苷酸蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶從從3端移去端移去5 -核苷酸核苷酸u嘌呤的降解：嘌呤的降解： 腺嘌呤 鳥嘌呤 H H2 2O O H H2 2O O NHNH3 3 NHNH3 3 次黃嘌呤 黃嘌呤 H H2 2O+OO+O2 2 H H2 2O O2 2 H H2 2O+OO+O2 2 H H2 2O O2 2 尿囊素 尿酸 H H2 2O COO CO2 2+H+H2 2O O2 2 2H

4、2H2 2O+OO+O2 2 尿囊酸 尿素 + + 乙醛酸 H H2 2O 2HO 2H2 2O O 4NH4NH3 3 + 2CO + 2CO2 2（植物）腺嘌呤脫氨酶腺嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿酸氧化酶尿囊尿囊素酶素酶尿囊酸酶尿囊酸酶脲酶脲酶各種生物嘌呤堿的代謝產(chǎn)物嘌呤代謝產(chǎn)物嘌呤代謝產(chǎn)物排泄動物排泄動物尿酸尿酸人類、靈長類動物、鳥類、昆蟲人類、靈長類動物、鳥類、昆蟲尿囊素尿囊素除靈長類外其它哺乳類動物除靈長類外其它哺乳類動物尿囊酸尿囊酸某些硬骨魚類某些硬骨魚類尿素、乙醛酸尿素、乙醛酸大多數(shù)魚類、兩棲類動物大多數(shù)魚類、兩棲類動物氨、二

5、氧化碳氨、二氧化碳甲殼類動物、軟體動物甲殼類動物、軟體動物u嘧啶的降解： 胞嘧啶 尿嘧啶 二氫尿嘧啶 H H2 2O NHO NH3 3 NAD(P)H+H NAD(P)H+H+ + NAD(P) NAD(P)+ + H H2 2O O - -丙氨酸 - -脲基丙酸 H H2 2O O 胸腺嘧啶 二氫胸腺嘧啶 NAD(P)H+HNAD(P)H+H+ + NAD(P) NAD(P)+ + H H2 2O O - -氨基異丁酸 - -脲基異丁酸 H H2 2O O胞嘧啶脫氨酶胞嘧啶脫氨酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧二氫嘧啶酶啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫尿嘧啶脫氫酶二氫嘧啶

6、酶二氫嘧啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2 +第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成u嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成u嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成 核苷酸的合成有2條途徑: 從頭合成:利用CO2、NH3、某些氨基酸、磷酸核糖 等簡單物質(zhì)為原料,經(jīng)過一系列酶促反應(yīng) 合成核苷酸.(肝組織) 補救途徑:利用體內(nèi)的游離堿基或核苷合成核苷酸. (腦和骨髓)1 1 嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸的從頭合成一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成123456789 嘌呤嘌呤核苷酸合成核苷酸合成特點特點(1)(1) 5 5 -P-P-核糖在核糖在ATPATP參與下先形成參與下

7、先形成PRPP(5-PRPP(5-磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸焦磷酸) )(2)(2) 從從5- 5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸(PRPP)(PRPP)開始先逐步合成開始先逐步合成IMP(IMP(次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸) )，然后再由，然后再由IMPIMP合成合成AMPAMP、GMPGMP。 (3)(3) 嘌呤的各個原子是在嘌呤的各個原子是在PRPPPRPP的的C1C1開始逐漸加上去開始逐漸加上去的。由的。由AspAsp、GlnGln、 GlyGly、甲酸、甲酸、CO2 CO2 提供提供N N和和C C ，合成時先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。四氫葉酸（合成時先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。四氫葉酸（FH4

8、FH4）是一碳單位的載體是一碳單位的載體 . .(4)(4) AMPADPATPAMPADPATP GMPGDPGTPGMPGDPGTP2 2 嘌呤核苷酸合成的補救途徑嘌呤核苷酸合成的補救途徑 A+PRPPAMP+PP i G+PRPP GMP+PP i H yP+ PRPP IMP+ PP i1 1 嘧啶核苷酸的嘧啶核苷酸的從頭合成途徑從頭合成途徑 嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)是由嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)是由氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸和和天天冬氨酸冬氨酸合成的。合成的。氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸二、二、 嘧啶嘧啶核苷酸的生物合核苷酸的生物合成成 嘧啶核苷酸合成特點嘧啶核苷酸合成特點(1)(1) ( (胞

9、液胞液)G)G L n +2 ATP+COL n +2 ATP+CO2 2 2ADP +Pi 2ADP +Pi + +氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸+ G L u+ G L u(2)(2) 氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成乳清酸氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成乳清酸. .(3)(3) 乳清酸再與乳清酸再與5- 5-磷酸核糖焦磷酸（磷酸核糖焦磷酸（PRPPPRPP）結(jié)合形成結(jié)合形成 UMPUMP。(4)(4) 胞苷酸胞苷酸(CTP)(CTP)則由尿苷酸則由尿苷酸(UTP)(UTP)轉(zhuǎn)變而來。轉(zhuǎn)變而來。 (1) U 尿苷 UMP 2 嘧啶核苷酸合成的補救途徑嘧啶核苷酸合成的補救途徑R-1-PP iATPADP(2)嘧啶嘧啶

10、(U T) 嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸(胞嘧啶除外胞嘧啶除外) PRPPPP iUMP磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(3) 脫氧胸腺嘧啶核苷酸脫氧胸腺嘧啶核苷酸(d TMP)是由脫是由脫氧尿嘧啶核糖核苷酸經(jīng)甲基化而生成氧尿嘧啶核糖核苷酸經(jīng)甲基化而生成. 嘌呤類似物（嘌呤類似物（6- 6-巰基嘌呤）：可抑制巰基嘌呤）：可抑制AMPAMP、GMPGMP的生成的生成 谷胺酰胺類似物（氮雜絲氨酸）：可抑制谷胺酰胺類似物（氮雜絲氨酸）：可抑制IMPIMP的合成中有谷胺酰胺參與的反應(yīng)的合成中有谷胺酰胺參與的反應(yīng) 葉酸類似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制葉酸類似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMPIMP合成中有四氫葉酸參與的反

11、應(yīng)合成中有四氫葉酸參與的反應(yīng)三三 核苷酸從頭合成的抗代謝物核苷酸從頭合成的抗代謝物 ( (臨床上治臨床上治癌癌藥物藥物) )第三節(jié)第三節(jié) DNADNA的生物合的生物合成成uDNA的半保留復制uDNA生物合成中的酶uDNA的合成方式uDNA的復制過程（原核生物）u真核生物DNA的復制特點u逆轉(zhuǎn)錄Reverse transcription 復制復制：親代：親代DNADNA在一系列酶的作用下，生成在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代與親代相同的子代DNADNA的過程。的過程。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：以：以DNADNA為模板，按照堿基配對原則將為模板，按照堿基配對原則將其所含的遺傳信息傳給其所含的遺傳信息傳給R

12、NARNA，形成一條與，形成一條與DNADNA鏈互補的鏈互補的RNARNA的過程。的過程。翻譯翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以：亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNAmRNA為模板，將為模板，將mRNAmRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的的密碼解讀成蛋白質(zhì)的AAAA排列順序的過程。排列順序的過程。逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄：以：以RNARNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成下，生成DNADNA的過程。的過程。定義：由親代定義：由親代DNADNA生成子代生成子代DNADNA時，每個新形成的子代時，每個新形成的子代DNADNA中，一條鏈來自親代中，一條鏈來自親代DNADNA，而，而另一條鏈則是新合成的，這種復制方式叫半保留復制

13、另一條鏈則是新合成的，這種復制方式叫半保留復制 一一 、DNA的半保留復制的半保留復制 DNADNA聚合酶聚合酶 單體酶單體酶, ,多肽鏈內(nèi)含一個鋅原子多肽鏈內(nèi)含一個鋅原子, , 多功能酶。多功能酶。 (1) (1)具有具有5 5 3 3 聚合酶功能聚合酶功能； (2)(2)3 3 5 5外切酶活性外切酶活性（對雙鏈無作用，（對雙鏈無作用，校對功能。校對功能。但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈）但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈） (3) (3)5 5 33外切酶活性外切酶活性（雙鏈有效，主要是對（雙鏈有效，主要是對DNADNA損傷的修復，以及在損傷的修復，以及在DNADNA復

14、制時復制時RNARNA引物切除及其引物切除及其空隙的填補）空隙的填補） 二、二、DNA生物合成中的酶生物合成中的酶原核生物三種DNA聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶 多亞基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有多亞基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3 3 5 5外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修復紫外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修復紫外光引起的外光引起的DNADNA損傷中起作用。損傷中起作用。DNADNA聚合酶聚合酶( (原原)DNA)DNA復制的主要聚合酶，由復制的主要聚合酶，由1010種亞基，其中種亞基，其中 、 、 形成全酶的核心酶形成全酶的核心酶。(1)(1)具有具有55

15、3DNA3DNA聚合酶活性（聚合酶活性（ 亞基，亞基，速率高）；速率高）； (2)(2)具有具有3 3 5 5外切酶（外切酶（ 亞基）亞基）的校對功能，提高的校對功能，提高 DNADNA復制的保真性；復制的保真性；(3)(3)具有具有5 5 33外切酶活性。外切酶活性。DNADNA聚合酶聚合酶IVIV和和V V19991999年發(fā)現(xiàn)，當年發(fā)現(xiàn)，當DNADNA嚴重損傷時，誘導產(chǎn)生。嚴重損傷時，誘導產(chǎn)生。 定位 細胞核細胞核 細胞核細胞核 線粒體線粒體 細胞核細胞核 細細胞核胞核3-53-5外切 - - + + - - + + + +酶活性引物引物 合成合成修復修復作用作用線粒體線粒體DNADNA

16、的復制的復制核核DNADNA的復制的復制修復修復作用作用功能真核生物五種DNA聚合酶 若雙鏈若雙鏈DNADNA中一條鏈有切口，一端是中一條鏈有切口，一端是3-OH3-OH，另，另一端是一端是5-5-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNADNA單鏈連接起來。單鏈連接起來。3535OHOH P PDNADNA連接酶（連接酶（19671967年發(fā)現(xiàn)）年發(fā)現(xiàn)） 消除消除DNADNA 的超螺旋的超螺旋, ,根據(jù)作用方式不同而分為兩種根據(jù)作用方式不同而分為兩種: :拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)

17、酶( (旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶) )旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶 ：使使DNADNA一條鏈發(fā)生斷裂一條鏈發(fā)生斷裂( (切口切口反應(yīng)反應(yīng)) )和再連接和再連接( (封口反應(yīng)封口反應(yīng)) )。作用是松解負。作用是松解負超螺旋，不需要能量。超螺旋，不需要能量。旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶 ：使使DNADNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接?？梢孕纬韶摮菪??？梢孕纬韶摮菪? ,需要由需要由ATPATP或或GTPGTP提供能量提供能量. . 解開雙螺旋解開雙螺旋, ,使其成為單鏈使其成為單鏈. .通過水解通過水解ATPATP將將DNADNA兩兩條鏈打開。每解開一對堿基需要水解條鏈打開。每解開一對堿基需要水解2 2個個A

18、TPATP分子。分子。 E.coliE.coli中的中的reprep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I I、II II、IIIIII。reprep蛋白沿蛋白沿3 3 55移動，而解螺旋酶移動，而解螺旋酶I I、II II、IIIIII沿沿5 5 33移動。移動。解旋酶解旋酶 （解鏈酶）（解鏈酶）其它蛋白因子其它蛋白因子單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白(SSB-single-strand binding (SSB-single-strand binding protein)(protein)(又叫螺旋去穩(wěn)定蛋白又叫螺旋去穩(wěn)定蛋白) )：穩(wěn)定已被解開：穩(wěn)定已被解開的的DNADN

19、A單鏈，阻止復性和保護單鏈不被核酸酶單鏈，阻止復性和保護單鏈不被核酸酶降解。降解。引發(fā)酶引發(fā)酶: :催化催化RNARNA引物合成的引物合成的RNARNA聚合酶聚合酶. . 引發(fā)酶需要引發(fā)酶需要ATPATP或或GTPGTP提供能量提供能量. .DNADNA的復制：以的復制：以DNADNA為模板合成為模板合成DNADNA。逆轉(zhuǎn)錄：以逆轉(zhuǎn)錄：以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA。修復合成修復合成（DNADNA聚合酶聚合酶I I、連接酶、連接酶等）等）三、三、 DNA的合成方式的合成方式雙鏈的解開雙鏈的解開RNARNA引物的合成引物的合成DNADNA鏈的延伸鏈的延伸切除切除RNARNA引物，

20、填補缺口，連接相鄰的引物，填補缺口，連接相鄰的DNADNA片片段段 四、 DNA的復制過程：（以大腸桿菌為例）( (一一) ) 雙鏈的解開雙鏈的解開DNADNA的復制有特定的起始位點，叫做復制原的復制有特定的起始位點，叫做復制原點。常用點。常用ori(ori(或或o o）表示。）表示。從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫復制子。復制子。大腸桿菌染色體大腸桿菌染色體DNADNA以及真核生物的細胞器以及真核生物的細胞器DNADNA為雙鏈環(huán)狀，只有一個復制原點為雙鏈環(huán)狀，只有一個復制原點. .真核生物染色體真核生物染色體DNADNA是線性雙鏈分子，含有是線性雙

21、鏈分子，含有多個復制原點多個復制原點, ,因此是多復制子因此是多復制子. . 復制原點在原點處形成一個眼狀結(jié)構(gòu)，叫復制原點在原點處形成一個眼狀結(jié)構(gòu)，叫復制眼。復制眼。 DNADNA復制進行時，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)兩個叉復制進行時，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)兩個叉子狀的生長點子狀的生長點(growth point)(growth point)，叫復制叉。，叫復制叉。( (大腸桿菌）由大腸桿菌）由rep rep 蛋白在復制叉內(nèi)解開親蛋白在復制叉內(nèi)解開親代雙螺旋代雙螺旋DNADNA，分開的雙鏈再與，分開的雙鏈再與SSBSSB結(jié)合，結(jié)合，防止鏈內(nèi)退火防止鏈內(nèi)退火復制眼的結(jié)構(gòu)：復制眼的結(jié)構(gòu)：(b)復制叉雙向復制起點復制叉

22、起點(a)單向復制復制叉復制叉復制叉起點起點復制叉復制叉延伸延伸延伸延伸起點起點領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈隨后鏈3535DNA的雙向復制的雙向復制( (二二) ) 引發(fā)體和引物引發(fā)體和引物由蛋白因子（如由蛋白因子（如dnaBdnaB等）識別復制起始點，等）識別復制起始點，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體引發(fā)體. .在引物酶的催化下，以在引物酶的催化下，以DNADNA為模板，為模板，合成一段短的合成一段短的RNARNA片段，片段， 引物酶的底物是核引物酶的底物是核苷三磷酸苷三磷酸，在引物的，在引物的55端含端含3 3個磷酸殘基個磷酸殘基,3,

23、3端為游離的羥基。端為游離的羥基。引物長度為引物長度為( (原原)50)50至至100100個核苷酸，個核苷酸， ( (真真) )較短較短, ,約約10.10.DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。 ( (三三) ) DNADNA鏈的延鏈的延伸伸 在在DNA聚合酶的催化下聚合酶的催化下,根據(jù)模板鏈根據(jù)模板鏈3 5的核苷酸的核苷酸序列序列,在在RNA引物的引物的3-OH末端逐個添加脫氧核苷三磷末端逐個添加脫氧核苷

24、三磷酸酸,延伸方向是延伸方向是53,每形成一個磷酸二酯鍵即釋放每形成一個磷酸二酯鍵即釋放1個個焦磷酸焦磷酸, 隨著復制叉的推進，兩條新鏈的合成方向是不同的：一隨著復制叉的推進，兩條新鏈的合成方向是不同的：一條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向一致，它的合成能條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向一致，它的合成能連續(xù)進行，稱為連續(xù)進行，稱為前導鏈前導鏈；另一條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向相另一條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向相反，不能被連續(xù)合成，需要復制叉推進了一定反，不能被連續(xù)合成，需要復制叉推進了一定的長度，有了一段的長度，有了一段DNA單鏈后，才能以此為模單鏈后，才能以此為模板合成一個片段。因此這

25、條新鏈的合成是不連板合成一個片段。因此這條新鏈的合成是不連續(xù)的，所以稱為續(xù)的，所以稱為滯后鏈滯后鏈。復制叉復制叉起點起點復制叉復制叉延伸延伸延伸延伸起點起點前導鏈前導鏈前導鏈滯后鏈滯后鏈滯后鏈3535DNA的雙向復制的雙向復制DNADNA復制的半不連續(xù)性前導鏈前導鏈滯后鏈滯后鏈岡崎片段岡崎片段前導鏈：前導鏈：以以3 5 3 5 方向方向的親代鏈為模板連續(xù)合成的的親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。子代鏈。滯后鏈滯后鏈：以：以5 35 3方向的方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆親代鏈為模板的子代鏈先逆復制叉移動方向合成岡崎片復制叉移動方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。段，再連接成滯后鏈。半不連續(xù)復制半不連

26、續(xù)復制在在DNADNA復制時，領(lǐng)頭鏈是復制時，領(lǐng)頭鏈是連續(xù)合成的連續(xù)合成的, ,而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，這種復制方式稱為半不連續(xù)復制。這種復制方式稱為半不連續(xù)復制。岡崎片段岡崎片段在在DNADNA復制過程中，領(lǐng)頭鏈能連續(xù)合成，復制過程中，領(lǐng)頭鏈能連續(xù)合成，而隨后鏈只是多個短片段，這些不連續(xù)的小而隨后鏈只是多個短片段，這些不連續(xù)的小片段以其發(fā)現(xiàn)者的名字命名為岡崎片段。片段以其發(fā)現(xiàn)者的名字命名為岡崎片段。 岡崎片段真核岡崎片段真核100-200100-200個核苷酸個核苷酸 原核原核1000-20001000-2000個核苷酸。個核苷酸。參與DNADNA復制的酶與蛋白因

27、子總覽圖( (四四) )復制準確性的保證復制準確性的保證 復制必需無誤,否則將危及生物的生存.大腸桿菌109-1010pb僅可能發(fā)生1個誤差.DNA聚合酶的聚合作用聚合酶的聚合作用DNA聚合酶的聚合酶的35外切活力外切活力( (五五) ) 切除切除RNARNA引物，填補缺口連接相引物，填補缺口連接相鄰的鄰的DNADNA片段片段 引物引物:DNA:DNA聚合酶聚合酶的的53外切活力來切除外切活力來切除的的. . 留下的空隙是由該酶的留下的空隙是由該酶的53聚合活力填聚合活力填補補.岡崎片段是由岡崎片段是由DNADNA連接酶封閉缺口連接酶封閉缺口, ,把小片段把小片段連接成完整的子代鏈連接成完整的

28、子代鏈. .真核生物染色體有多個復制起點，多復制眼，呈雙向復制，多復制子。真核生物染色體有多個復制起點，多復制眼，呈雙向復制，多復制子。岡崎片段長約岡崎片段長約200bp.200bp.真核生物真核生物DNADNA復制速度比原核慢。復制速度比原核慢。真核生物染色體在全部復制完之前起點不再重新開始復制；而在快速生長的原核中，真核生物染色體在全部復制完之前起點不再重新開始復制；而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。起點可以連續(xù)發(fā)動復制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。真核生物有多種真核生物有多種DNADNA聚合酶。聚合酶。五 真核生物中D

29、NA的復制特點1 1 、定義、定義: :以以RNARNA為模板，以為模板，以4 4種種d NTPd NTP為底物為底物, ,合成一條與模板合成一條與模板RNA RNA 互補的互補的DNADNA鏈稱鏈稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進行。為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進行。2 2 、發(fā)現(xiàn)：、發(fā)現(xiàn)：19701970年年TeminTemin和和BaltimoreBaltimore同時分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病同時分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌RNARNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。六 逆轉(zhuǎn)錄 因發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)因發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄病毒的

30、遺錄病毒的遺傳物質(zhì)而獲傳物質(zhì)而獲19751975年諾貝年諾貝爾獎的三位爾獎的三位科學家科學家+RNA+RNA+DNA-DNA-RNA+RNA+DNA-DNA-DNA+DNA+雙鏈雙鏈DNADNA（前病毒）（前病毒） 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶3 3 、病毒、病毒RNARNA的逆轉(zhuǎn)錄過程的逆轉(zhuǎn)錄過程單鏈病單鏈病毒毒RNARNARNA-DNARNA-DNA雜交分子雜交分子RNARNA指導的指導的DNADNA聚合酶聚合酶5533活性活性DNADNA指導的指導的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性核糖核酸酶核糖核酸酶H H的活性，專一水解的活性，專一水解RNA-DNARNA-DNA雜雜交分子中的交分

31、子中的RNARNA，可沿，可沿5533和和3 3 55兩兩個方向起核酸外切酶的作用。個方向起核酸外切酶的作用。逆轉(zhuǎn)錄酶也和逆轉(zhuǎn)錄酶也和DNADNA聚合酶一樣，沿聚合酶一樣，沿5533方向合成方向合成DNADNA，需要有模板、底物、，需要有模板、底物、Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+參加參加. .并需要短鏈并需要短鏈RNARNA作引物。作引物。4 4 、逆轉(zhuǎn)錄酶、逆轉(zhuǎn)錄酶不能把不能把“中心法則中心法則”絕對化，遺傳信息也可以從絕對化，遺傳信息也可以從RNARNA傳遞到傳遞到DNADNA。促進了分子生物學、生物化學和。促進了分子生物學、生物化學和病毒學的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目病毒

32、學的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學科的工具。前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學科的工具。19831983年，發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（年，發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（human immune human immune deficience virus,HIVdeficience virus,HIV）, ,感染感染T T淋巴細胞后即殺死細胞，淋巴細胞后即殺死細胞，造成宿主機體免疫系統(tǒng)損傷，引起艾滋病（造成宿主機體免疫系統(tǒng)損傷，引起艾滋病（ acquired acquired immunodeficiency syndrome,AIDSimmunodeficiency syndr

33、ome,AIDS）乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒5 5、逆轉(zhuǎn)錄的生物學意義、逆轉(zhuǎn)錄的生物學意義 某些物理化學因素如某些物理化學因素如: :紫外線、電離輻射和紫外線、電離輻射和化學誘變劑等作用于化學誘變劑等作用于DNADNA造成造成DNADNA結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能的破壞破壞, , 然而一定條件下，生物機體能使損傷得然而一定條件下，生物機體能使損傷得到修復到修復. . 紫外線照射紫外線照射-T-TT(T( C CT T C CC C ) )二聚體的形成影響雙螺旋結(jié)構(gòu)，影響復制和轉(zhuǎn)二聚體的形成影響雙螺旋結(jié)構(gòu)，影響復制和轉(zhuǎn)錄功能。錄功能。 一個或幾個堿基被置換一個或幾個堿基被置換 插入一個或幾個堿基插入一

34、個或幾個堿基 一個或多個堿基對缺失一個或多個堿基對缺失第四節(jié)第四節(jié) DNADNA的損傷修復的損傷修復uDNA的損傷修復 光修復光修復：400nm400nm左右的光激活光復活酶，左右的光激活光復活酶，專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上TTTT（CC CTCC CT）二聚體。（包括從單細胞生物到）二聚體。（包括從單細胞生物到鳥類，而高等哺乳動物無）鳥類，而高等哺乳動物無）uDNA的損傷修復切除修復切除修復：將：將DNADNA分子中的受損傷部分切分子中的受損傷部分切除，以完整的那條鏈為模板再重新合成。特除，以完整的那條鏈為模板再重新合成。特異內(nèi)切酶、異內(nèi)切酶、DNA

35、DNA聚合酶、聚合酶、 DNADNA外切酶、外切酶、DNADNA連接酶均參與。（發(fā)生在連接酶均參與。（發(fā)生在DNADNA復制前）復制前）uDNA的損傷修復重組修復重組修復 （發(fā)生在復制后）：復制時，跳（發(fā)生在復制后）：復制時，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補，原過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補，原損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋。損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋。uDNA的損傷修復誘導修復誘導修復：造成：造成DNADNA損傷或抑制復制的處損傷或抑制復制的處理均能引起一系列復雜的誘導效應(yīng)，稱為應(yīng)理均能引起一系列復雜的誘導效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（急反應(yīng)（SOS responseSOS res

36、ponse）。此過程誘導產(chǎn)生）。此過程誘導產(chǎn)生切除修復和重組修復中的關(guān)鍵蛋白和酶，同切除修復和重組修復中的關(guān)鍵蛋白和酶，同時產(chǎn)生無校對功能的時產(chǎn)生無校對功能的DNADNA聚合酶。所以會聚合酶。所以會有有2 2種結(jié)果：修復或變異（進化）。種結(jié)果：修復或變異（進化）。 著色性干皮病u概念uRNA聚合酶uRNA的轉(zhuǎn)錄過程uRNA轉(zhuǎn)錄后加工uRNA的復制第五節(jié) RNARNA的生物合成以以DNADNA的的一條鏈一條鏈為模板在為模板在RNARNA聚合酶聚合酶催化催化下，按照堿基配對原則，合成一條與下，按照堿基配對原則，合成一條與DNADNA鏈的一定區(qū)段鏈的一定區(qū)段互補的互補的RNARNA鏈鏈的過程稱為轉(zhuǎn)的

37、過程稱為轉(zhuǎn)錄。錄。以四種核糖核苷三磷酸酸（以四種核糖核苷三磷酸酸（NTPNTP）為底物，）為底物，形成形成3 3 、5 5 - -磷酸二酯鍵相連接。磷酸二酯鍵相連接。一、概念都需要模板都需要模板都以三磷酸核苷酸為底物（都以三磷酸核苷酸為底物（NTPNTP或或dNTPdNTP）合成方向都是合成方向都是5353轉(zhuǎn)錄與DNA復制的比較相同點相同點轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNADNA復制的不同復制的不同點點 轉(zhuǎn)錄不需引物；轉(zhuǎn)錄不需引物； 只轉(zhuǎn)錄只轉(zhuǎn)錄DNADNA分子中的一個片段（稱為轉(zhuǎn)錄單位或操分子中的一個片段（稱為轉(zhuǎn)錄單位或操縱子縱子,operon),operon)； 雙鏈雙鏈DNADNA中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄活

38、性（稱為模板中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄活性（稱為模板鏈）；鏈）；基因被轉(zhuǎn)錄與特定的時間、空間、生理狀態(tài)有關(guān)；基因被轉(zhuǎn)錄與特定的時間、空間、生理狀態(tài)有關(guān)； RNARNA聚合酶無校對功能。聚合酶無校對功能。轉(zhuǎn)錄與DNA復制的比較轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNARNA的合成中，的合成中，DNADNA的二的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。的不對稱性。反義鏈反義鏈：在：在RNARNA的轉(zhuǎn)錄中，用于轉(zhuǎn)錄的模板的轉(zhuǎn)錄中，用于轉(zhuǎn)錄的模板DNADNA鏈稱為模板鏈。（或反義鏈）鏈稱為模板鏈。（或反義鏈）有義鏈有義鏈：在：在RNARNA的轉(zhuǎn)錄中，

39、與模板的轉(zhuǎn)錄中，與模板DNADNA互補的互補的鏈稱為編碼鏈（或有義鏈）鏈稱為編碼鏈（或有義鏈） DNA DNA的一個小片段是一個基因，的一個小片段是一個基因，DNADNA是雙螺旋結(jié)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而且每個基因的有義鏈并不總在染色體構(gòu)，而且每個基因的有義鏈并不總在染色體DNADNA的的同一條鏈上，同一條鏈上，DNADNA 的一條鏈上具有著某些基因的有的一條鏈上具有著某些基因的有義鏈和另一些基因的反義鏈。義鏈和另一些基因的反義鏈。二、RNA聚合酶：大腸桿菌的RNA聚合酶核心酶核心酶全酶全酶只能使已開始合成的RNA 鏈延長，不具有起始合成RNA 的能力。從固定的起點開始合成RNA 大腸桿菌大腸桿菌RN

40、ARNA聚合酶各亞基的功能聚合酶各亞基的功能亞基亞基 功能功能 酶的裝配，與啟動子上游酶的裝配，與啟動子上游 元件和活化因子結(jié)合元件和活化因子結(jié)合 參與轉(zhuǎn)錄起始，結(jié)合底物，參與轉(zhuǎn)錄起始，結(jié)合底物， 催化磷酸二酯鍵形成催化磷酸二酯鍵形成 參與酶與模板結(jié)合參與酶與模板結(jié)合 未知未知 識別啟始位點，促進轉(zhuǎn)錄識別啟始位點，促進轉(zhuǎn)錄 的起始的起始RNARNA聚合酶的特點：聚合酶的特點：反應(yīng)底物：反應(yīng)底物：NTPNTP，DNADNA為模板、為模板、Mg2+Mg2+促進聚促進聚合反應(yīng)。合反應(yīng)。RNARNA聚合酶不需要引物，合成方向聚合酶不需要引物，合成方向5 53 3 。真核生物與原核生物的真核生物與原核生

41、物的RNARNA聚合酶結(jié)構(gòu)不同。聚合酶結(jié)構(gòu)不同。利福平抑制原核生物利福平抑制原核生物RNARNA聚合酶活性；聚合酶活性； - -鵝鵝膏蕈堿抑制真核生物膏蕈堿抑制真核生物RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。起始位點的識別起始位點的識別轉(zhuǎn)錄起始（起始階段）轉(zhuǎn)錄起始（起始階段）鏈的延伸（延長階段）鏈的延伸（延長階段）轉(zhuǎn)錄終止（終止階段）轉(zhuǎn)錄終止（終止階段）三、RNA的轉(zhuǎn)錄過程 亞基起著識別亞基起著識別DNADNA分子上的起始信號的作用。（啟動分子上的起始信號的作用。（啟動子子指指RNARNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNADNA序列）序列） 不同的不同的 亞基識

42、別不同的啟動子，從而表達不同的基因。亞基識別不同的啟動子，從而表達不同的基因。起始位點的識別起始位點的識別轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 RNA RNA聚合酶與聚合酶與DNADNA 雙鏈的起始點結(jié)合雙鏈的起始點結(jié)合, ,并且并且局部解開雙螺旋局部解開雙螺旋, ,解鏈僅發(fā)生在于解鏈僅發(fā)生在于RNARNA 聚合聚合酶結(jié)合部位，然后結(jié)合第一個核苷三磷酸。酶結(jié)合部位，然后結(jié)合第一個核苷三磷酸。加入的第一個核苷三磷酸常是加入的第一個核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP，很少是很少是CTPCTP，不用，不用UTPUTP。所形成的啟動子、。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復合物稱為全酶和核苷三磷酸復合物稱為三元起始

43、復三元起始復合物合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點，起始點， 亞基就會被釋放脫離核心酶。亞基就會被釋放脫離核心酶。 E-35-10pppG或pppA5 55 53 33 3模板鏈RNARNA鏈的延伸鏈的延伸DNADNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心酶與酶與DNADNA結(jié)合比較松弛，可沿結(jié)合比較松弛，可沿DNADNA模板模板移動，并按模板順序選擇下一個核苷酸，移動，并按模板順序選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的將核苷三磷酸加到生長的RNARNA鏈的鏈的3-3-OHOH端，催化形成磷酸二酯鍵。端，催化形成磷酸二酯鍵。

44、轉(zhuǎn)錄延伸方向從轉(zhuǎn)錄延伸方向從5 5 33 RNARNA 聚合酶沿著模板鏈的聚合酶沿著模板鏈的3 3 5 5 方方向移動向移動轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄遇到終止子就被停止。轉(zhuǎn)錄遇到終止子就被停止。終止子：在終止子：在DNADNA分子上（基因末端）分子上（基因末端）提供轉(zhuǎn)錄停止信號的提供轉(zhuǎn)錄停止信號的DNADNA序列稱為序列稱為終止子（終止子（terminators),terminators),它能使它能使RNARNA聚合聚合酶停止合成酶停止合成RNARNA并釋放出并釋放出RNA,RNA,轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄結(jié)束結(jié)束. . 轉(zhuǎn)錄泡恢復螺旋解螺旋編碼鏈模板鏈鏈的裂解鏈的裂解5 5 和和3 3 末端的切除末端的切除特殊

45、結(jié)構(gòu)的形成特殊結(jié)構(gòu)的形成核苷的修飾核苷的修飾拼接和編輯拼接和編輯四、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工mRNAmRNA前體的加工前體的加工hnRNAhnRNA被剪接，把內(nèi)含子（被剪接，把內(nèi)含子（DNADNA上非編碼序列）轉(zhuǎn)錄序列剪掉，把外顯子上非編碼序列）轉(zhuǎn)錄序列剪掉，把外顯子（DNADNA上的編碼序列）轉(zhuǎn)錄序列拼接上。上的編碼序列）轉(zhuǎn)錄序列拼接上。33端添加端添加polyA “polyA “尾巴尾巴”；55端連接端連接“帽子帽子”結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（m7G5m7G5 ppp5ppp5 NmpNp-NmpNp-）；）；分子內(nèi)部的核苷酸甲基化修飾。分子內(nèi)部的核苷酸甲基化修飾。由核酸內(nèi)切酶切除前體上由核酸內(nèi)切酶切除前體上

46、3 3 和和5 5 端上多余的端上多余的核苷酸；核苷酸；由核酸外切酶逐個在由核酸外切酶逐個在3 3 切去附加序列，進行切去附加序列，進行修剪。修剪。33端添加端添加CCACCAOHOH序列，由核苷酰轉(zhuǎn)移酶催序列，由核苷酰轉(zhuǎn)移酶催化。（接受活化化。（接受活化AAAA）核苷的一些特定的堿基和戊糖進行修飾。核苷的一些特定的堿基和戊糖進行修飾。tRNAtRNA前體的加工前體的加工原核：剛轉(zhuǎn)錄的原核：剛轉(zhuǎn)錄的rRNArRNA為為30S30S，先在特定的，先在特定的堿基上進行甲基化（核糖堿基上進行甲基化（核糖2 2 - -羥基）修飾，后羥基）修飾，后逐步裂解（核酸酶的切割）。逐步裂解（核酸酶的切割）。rRNArRNA前體的加工前體的加工真核：真核：45S45S（哺乳動物）、（哺乳動物）、38S38S（果蠅）、（果蠅）、37S37S（酵母）（酵母） 甲基化（核糖甲基化（核糖2 2 - -羥基）修飾，羥基）修飾，切除多余片段。切除多余片段。rRNArRNA前體的加工前體的加工五、五、RNA的復制的復制RNA病毒種類