生化10第十章核酸的代謝

1、第十章 核酸的代謝核酸的代謝核苷酸的代謝核酸的合成嘌呤核苷酸的合成代謝嘌呤核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸的合成代謝嘧啶核苷酸的分解代謝脫氧核苷酸的生成核苷（脫氧核苷）二磷酸和三磷酸的生成遺傳信息的傳遞DNA的生物合成RNA的生物合成DNA復制逆轉錄DNA突變和修復基因工程DNA指導的RNA的合成RNA指導的RNA的合成一 核苷酸的代謝嘌呤核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸的合成代謝嘧啶核苷酸的分解代謝脫氧核苷酸的生成（一）嘌呤核苷酸合成代謝體內嘌呤核苷酸的合成途徑從頭合成途徑補救合成途徑是指通過某些氨基酸、戊糖磷酸、CO2、NH3等化合物合成嘌呤核苷酸的過程細胞利用游離嘌呤或嘌呤核苷重新

2、合成相應核苷酸的過程（1）嘌呤核苷酸從頭合成途徑構象轉換限速酶/反饋抑制GAR嘌呤核苷酸從頭合成途徑的特點合成嘌呤環(huán)的原料來自氨基酸、一碳基團和CO2合成單核苷酸的戊糖磷酸來自糖代謝的戊糖磷酸通路嘌呤核苷酸的合成不是先合成嘌呤，而后再與核糖及磷酸結合生成核糖磷酸，而是在核糖磷酸分子上核糖的第一個碳原子上逐步增加原子生成次黃嘌呤，然后再轉變?yōu)槠渌泥堰屎塑账釓念^合成主要在胞液中進行 腺嘌呤磷酸核糖轉移酶(APRT)次黃嘌呤磷酸核糖轉移酶(HGPRT)（2）嘌呤核苷酸補救合成途徑補救合成是一種次要合成途徑，其重要的生理意義是對某些缺乏主要合成途徑的組織，如骨髓、腦和脾等必須靠血液紅細胞運輸從肝臟而

3、來的嘌呤堿或嘌呤核苷合成相應的嘌呤核苷酸ADP（二）嘌呤核苷酸的分解代謝人類、靈長動物 尿酸哺乳動物、爬蟲類及腹足類軟體動物 尿囊素硬骨魚類 尿囊酸多數魚類、兩棲類等 尿素和乙醛酸不同動物嘌呤代謝終產物不同（三）嘧啶核苷酸的合成代謝（1）嘧啶核苷酸從頭合成途徑1 尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成2 胞嘧啶核苷酸的合成（2）嘧啶核苷酸補救合成途徑(四)嘧啶核苷酸的分解代謝(五)脫氧核苷酸的生成dTMP的生成(六) 核苷（脫氧核苷）二磷酸和三磷酸的生成AMP(dAMP)+ATPADP(dADP)+ADPNDP(dNDP)+ATPNTP(dNTP)+ADP腺苷酸激酶（或脫氧腺苷酸激酶）二 核酸的合成（一

4、）遺傳信息的傳遞轉錄逆轉錄（二）DNA的生物合成1、DNA的半保留復制(semiconservative replication)（1）DNA復制2、參加DNA復制的主要物質（1）DNA模板（2）合成原料(四種脫氧核糖核苷三磷酸)（3）DNA解鏈酶（DNA helicase）（4）單鏈結合蛋白(Single strand binding protein,SSB)（5）DNA旋轉酶(DNA gytase)（6）DNA聚合酶(DNA polymerase,DDDP)（7）引發(fā)酶(Primase)（8）DNA連接酶(Ligase)DNA聚合酶：分子量109000；400個/細胞；667核苷酸/分；

5、5 3聚合酶活性；3 5外切酶活性； 5 3外切酶活性(Arthur Kornberg于1957年從100kg細菌細胞只分離500mg純酶， Kornberg酶，1959年獲諾貝獎)DNA聚合酶：分子量120000；100個/細胞；2400核苷酸/分;5 3聚合酶活性；3 5內切酶活性；DNA聚合酶：分子量600000；20個/細胞； 9000核苷酸/分/每個酶分子；（1969年Jihn Cairns發(fā)現DNA聚合酶、聚合酶 ）原核生物DNA聚合酶類型、功能3、DNA復制的過程1) 復制起紿點(origin of replication) ori 或o表示2) 復制子或復制單元(replico

6、n)3) 復制叉(replication fork) 4) 單向復制和雙向復制DNA復制的主要過程如下起始延伸終止(1)起始: 解開部分雙鏈,合成RNA引物(2)延伸:DNA聚合酶;單鏈DNA為模板;四種脫氧核糖核苷酸為底物;沿5-3方向合成新的、互補的DNA鏈；主導鏈；隨從鏈；岡崎片段，DNA聚合酶的作用； DNA聚合酶二聚體(3)終止： (2)逆轉錄RDDP 依賴于RNA 的DNA 聚合酶反轉錄(Reverse transcription RT)以單鏈RNA為模板，以dNTP為底物，以tRNA為引物，cDNA (Complementary DNA)(3)DNA的突變和修復1.DNA的突變基

7、因突變(Gene mutation):由于各種物理或化學因素的作用,引起DNA分子中核苷酸種類、數量或順序的改變稱為DNA的變異。轉換：一個嘌呤堿基或一個嘧啶堿基轉換為另一個嘌呤或嘧啶顛換：嘌呤堿基變成嘧啶堿基，嘧啶堿基變成嘌呤堿基缺失：在一個基因或染色體序列中缺失一個或多個堿基插入：在DNA序列中個連續(xù)的堿基之間插入一個或多個堿基引起突變的因素：物理因素：紫外線、X射線、高溫化學因素：亞硝酸、染料、羥胺、烷化劑等2. 突變或誘變對生物可能產生4種后果致死性喪失某些生物功能改變基因型而不改變表型發(fā)生了有利于物種生存的結果，使生物進化3.DNA損傷的修復（1）光修復： DNA光解酶（2）切除修復

8、（3）重組修復（四）基因工程（Gene engineering, Genetic engineering binant DNA ,DNAcloning ,Molecular cloning）基因工程：是指在體外按即定的目的和方案，將目的基因片段與載體結合構成DNA重組體，隨即引入受體細胞 中，隨細胞繁殖而擴增，同時也可進行基因表達，產生特定的基因產物或新性狀的遺傳物質的技術。載體（Vector）:是能攜帶外源DNA片段進入宿主細胞并可進行擴增和表達的工具（質粒、噬菌體、病毒）基因工程的基本過程：目的基因的制備、載體的選擇、重組載體的構建、重組載體的轉化及重組體的篩選與鑒定、目的基因的表達目的基

9、因的制備直接從染色體中分離人工合成從mRNA到cDNA合成構建基因文庫聚合酶鏈反應制備特定基因2.載體的選擇克隆載體穿梭載體表達載體按功能分原核載體酵母載體真核載體按宿主細胞分3.體外剪切與重組4.重組體的轉化轉化(Transformation)轉染(Transfection)轉導(Transduction)5.重組體的篩選與鑒定6.目的基因的表達及表達產物的分離與純化(三)RNA的生物合成DNARNA(轉錄)RNARNA（復制）轉錄是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同的RNA單鏈的過程，是基因表達的核心步驟（1）DNA指導的RNA的合成1.參加轉錄的主要物質核苷酸底物DNA模板:有意義鏈(模

10、板鏈),無意義鏈(編碼鏈);不對稱轉錄DNA指導的RNA聚合酶(DDRP)終止因子E.coli中由一種RNA聚合酶催化所有RNA的合成（mRNA、tRNA 、rRNA和其它小分子RNA ）E.coli的RNA聚合酶全酶由核心酶(2、 亞基)和亞基組成； 、分別是基因rpoA、rpoB、rpoC和rpoD的產物。 核心酶的功能：轉錄合成RNA，與DNA結合（非特異性的、松弛的），在的幫助下識別起始序列。 真核細胞中有三種RNA聚合酶：即RNA聚合酶I、RNA聚合酶、RNA聚合酶。用三種不同的RNA聚合酶對于-鵝膏蕈堿(-amanitine)的敏感性不同來進行區(qū)別。 RNA聚合酶I基本不受鵝膏蕈堿

11、的抑制;RNA聚合酶對于-鵝膏蕈堿最為敏感,在10-9mol/L10-8mol/L濃度下就會被抑制;RNA聚合酶的敏感性介于I、之間,在10-5l0-4時表現抑制作用。 2.轉錄過程啟動子(Promoter)是RNA聚合酶識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特異性結合和轉錄起始所需的保守序列。轉錄單元（transcription unit）是一段從啟動子開始至終止子結束的DNA序列，RNA聚合酶從轉錄起點開始沿著模板前進，直到終止子為止，轉錄出一條RNA鏈。轉錄起點是指與新生RNA鏈第一個核苷酸相對應DNA鏈上的堿基。上游（upstream）、下游（downstream)1

12、)識別和起始2）RNA鏈延長 RNA合成的速度每秒種40個核苷酸，與蛋白質合成的速度相近（15個aa/sec），但比DNA復制的速度（800bp/sec）要慢得多。RNA聚合酶在DNA分子上的運動不是勻速的，在經過富含GC對的序列8至10個核苷酸后，會發(fā)生一次暫停，這與轉錄的終止有關。 3)鏈的終止： 當核心酶沿模板35方向移動到終止信號區(qū)域時，轉錄就終止，提供終止信號的DNA序列稱終止子。 終止有2種類型：不依賴因子的終止，依賴于因子的終止。簡單終止子的回文對稱區(qū)通常有一段富含G-C的序列，形成發(fā)夾結構的特征。在終點前還有一段寡聚U序列(約6個)，因為富含U-A組成的RNA-DNA雜交鏈，其

13、堿基配對的結構較弱，當聚合酶在此處暫停時，RNA-DNA雜交鏈即在弱鍵結合的區(qū)域解開。使RNA聚合酶脫離模板。 內源性終止子 intrinsic terminator不依賴因子的終止子不依賴于因子的終止：這類終止子結構上有2個特征（1）DNA鏈的3端附近有回文結構，富 含G-C堿基，隨后緊跟的是A-T堿基， 轉錄而形成的RNA具有莖環(huán)的發(fā)夾 形結構（hairpin structure） 。（2）發(fā)夾結構末端緊跟6個連續(xù)的U，這 發(fā)夾結構阻礙了聚合酶的進一步延 伸，RNA鏈的合成就終止，酶和 mRNA就從模板DNA上釋放。莖部富含GC不依賴終止子結構依賴因子的終止子依賴于因子的終止子部G-對含量

14、較低(因而延遲時間較短),而且在回文序列的下游序列中也常缺乏連續(xù)的A/U,發(fā)夾結構末端沒有固定特征。因而,靠與的共同作用而實現終止.在RNA聚合酶轉錄了回文序列之后,雖然發(fā)生一定時間的延遲,但是如果沒有因子存在,則RNA聚合酶會繼續(xù)轉錄下去,這就叫做通讀(read through)。當因子存在時,轉錄才能終止。需要指出的是,即使是不依賴于因子的終止子,在因子存在時終止作用更為有效。它廣泛存在于噬菌體中，而在細菌染色體中少見。 無連續(xù) U串G/C含量較少依賴因子（rho factor）的終止： 3.真核生物轉錄特點真核生物與原核生物轉錄不同之處:原核生物只有一種RNA聚合酶,可催化各類RNA的生

15、成;真核生物有RNA聚合酶、及線粒體RNA聚合酶，分別轉錄出不同的RNA產物。原核生物細胞中當一個RNA聚合酶分子沿著模板滑動尚未到達終止部位時，第二個酶分子又與模板結合開始合成第二條RNA 分子；真核細胞一般是一個基因上只有一個RNA聚合酶在進行轉錄。原核生物轉錄與翻譯同時進行，一旦合成一小段RNA，核糖體就與之結合啟動翻譯；真核生物轉錄與翻譯在細胞的不同部位進行。4. 轉錄和復制的異同點 轉錄不是對DNA進行全長轉錄；DNA復制是全長復制。DNA復制是以兩條鏈為模板，進行半留復制；轉錄過程是以一條DNA單鏈為模板，進行不對稱轉錄。 轉錄和復制都是起始于DNA鏈上的特定位點轉錄具有時空上的選

16、擇性，復制一旦開始，便對整個DNA進行復制合成，以保證子代的遺傳性。轉錄單位具有控制轉錄起始與終止的結構。5. 轉錄后加工 mRNA的生成：原核生物一般不需要加工，真核生物需要在5端加帽子結構和3加polyA尾結構 ，除去內含子，還有一些甲基化。tRNA：切除5、 3端多余的核苷酸序列和內含子；修飾形成各種稀有堿基。rRNA(原核生物16S、5S、23S真核生物5.8S、18S、28S)核酶（Ribozyme）：具有自我剪接作用的rRNA(2)RNA指導的RNA的合成正單鏈RNA(positive single strand RNA，ssRNA)病毒 其單鏈RNA可以直接翻譯蛋白，起mRNA的

17、作用，故稱為ssRNA病毒。這是最主要的病毒類型，70以上的引起重要病害常見的植物病毒均為此種核酸類型，如煙草花葉病毒屬(Tobamovirus)的TMV、黃瓜花葉病毒屬(Cucumovirus)的CMV、馬鈴薯X病毒屬(Potexvirus)的PVY和馬鈴薯Y病毒屬(Potyvirus)的PVY等?？捎懈鞣N球形或長條形粒體形態(tài)。 (2)負單鏈RNA(negtive single strand RNA，ssRNA)病毒 其單鏈RNA不能起mRNA的作用，必需先轉錄成互補鏈，才能翻譯蛋白，故稱為ssRNA病毒。只有植物彈狀病毒兩個屬，也引起重要的植物病害，如小麥叢矮病毒(WRDV)。粒體形態(tài)為短粗的子彈狀或桿菌狀，外面有囊膜。 小 結嘌呤核苷酸的合成和分解