生物化學 核苷酸代謝與核酸合成

生物化學核苷酸代謝與核酸合成第一頁，共六十八頁，2022年，8月28日一核苷酸的分解核酸的酶促降解核苷酸的酶促降解第二頁，共六十八頁，2022年，8月28日（一）核酸的酶促降解

核酸酶核酸核苷酸核酸內(nèi)切酶DNA酶核酸外切酶RNA酶

限制性內(nèi)切酶第三頁，共六十八頁，2022年，8月28日（二）核苷酸的分解1核苷酸核苷+磷酸2核苷堿基+戊糖3堿基的分解√第四頁，共六十八頁，2022年，8月28日3堿基的分解√

不同種類的生物分解堿基的能力不一樣，因而代謝產(chǎn)物也各不相同。（1）嘌呤的分解靈長類、鳥類、某些爬行類和昆蟲以尿酸為嘌呤代謝的終產(chǎn)物。（2）嘧啶的分解

C、Uβ-AlaTβ-氨基異丁酸

第五頁，共六十八頁，2022年，8月28日二核苷酸的生物合成無論是動物、植物還是微生物，都能合成自身需要的各種嘌呤和嘧啶核苷酸。氨基酸、脂肪酸的情況不一樣，則有必需、非必需之分。第六頁，共六十八頁，2022年，8月28日合成核酸需要的物質(zhì)第七頁，共六十八頁，2022年，8月28日核苷酸在細胞內(nèi)的合成有兩條基本途徑：

從頭合成途徑補救作用第八頁，共六十八頁，2022年，8月28日（一）嘌呤核苷酸的從頭合成生物體合成嘌呤環(huán)的前體有以下5種：√碳氫鹽或CO2、甲酸鹽、Gln、Asp、Gly。第九頁，共六十八頁，2022年，8月28日生物體不是先合成嘌呤堿基，再與核糖和磷酸結(jié)合成核苷酸。而是從5-P-核糖焦磷酸（5-PRPP）開始，經(jīng)過一系列酶促反應，生成次黃嘌呤核苷酸，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌堰屎塑账?。第十頁，共六十八頁?022年，8月28日（二）嘧啶核苷酸的合成1嘧啶環(huán)的合成嘧啶環(huán)合成的前體是：CO2、NH3、Asp?！痰谑豁摚擦隧?，2022年，8月28日2嘧啶核苷酸的合成

由乳清酸進一步轉(zhuǎn)化而來。乳清酸是嘧啶核苷酸合成的關(guān)鍵中間化合物。第十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日（三）核苷酸轉(zhuǎn)化為核苷三磷酸1核苷酸核苷二磷酸2核苷二磷酸核苷三磷酸第十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日第十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日（四）脫氧核苷酸的合成

大多數(shù)生物是以核苷二磷酸為底物，以硫氧還蛋白為還原劑。第十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日（五）dTMP的合成由dUMP甲基化生成。反應由胸苷酸合成酶催化，甲基供體為N5，N10-亞甲基四氫葉酸。第十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日第十章核酸的生物合成

DNA的復制√

DNA的生物合成DNA的損傷和修復

細菌的限制-修飾酶系統(tǒng)

反轉(zhuǎn)錄作用

RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄√

RNA的復制第十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日一DNA的生物合成（一）DNA的復制（replication）指親本DNA雙螺旋解開，兩條鏈分別作為模板，合成子代DNA的過程。

第十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日1DNA的半保留復制2復制的起始點和方向3原核細胞DNA的復制4真核細胞DNA的復制第十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日1DNA的半保留復制（semiconservativereplication）概念：DNA復制時兩條鏈分開，然后用堿基配對方式按照單鏈DNA的核苷酸順序合成新鏈，以組成新DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與原來的DNA分子的堿基順序完全一樣。每個子代分子的一條鏈來自親代DNA、另一條是新合成的。這種復制方式成為半保留復制。兩個直接證據(jù)。第二十頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日2復制的起始點、方向和速度（1）復制子：基因組中能獨立進行復制的單位。每個復制子都含有控制復制起始的起點。

第二十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日復制叉復制泡或復制眼第二十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日（2）方向

DNA復制可以朝一個方向，也可以朝兩個方向進行。第二十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日雙向復制第二十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日滾環(huán)復制第二十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日D環(huán)復制第二十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日（3）速度原核生物：單起點，復制叉移動的速度約為105bp/min。復制的速度取決于起始頻率。一輪復制尚未完成，起點又開始了第二輪復制。大腸桿菌染色體DNA復制一代需40min。真核生物：復制叉移動的速度為5×102~5×103bp/min。多個復制起點。果蠅胚胎DNA在3min內(nèi)可增加一倍。第二十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日3原核細胞DNA的復制

（DNA指導下的DNA的合成）（1）參與復制的酶和蛋白質(zhì)大腸桿菌參與復制的有20多個因子：酶、底物、模板、引物和能量。

①DNA聚合酶②參與復制的其他因子。第二十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日①DNA聚合酶–催化4種脫氧核苷酸的聚合反應

DNA聚合酶的特點：

以4種dNTP為底物受模板的指導需引物3’-OH存在

DNA鏈的生長方向為5’3’

產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同第三十頁，共六十八頁，2022年，8月28日大腸桿菌的DNA聚合酶有三種：

活性：表13-1DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）：校對

DNA聚合酶Ⅱ（DNApolⅡ）：修復

DNA聚合酶Ⅲ（DNApolⅢ）：復制

DNA聚合酶Ⅳ（DNApolⅣ）

DNA聚合酶Ⅴ（DNApolⅤ）第三十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日②參與復制的其他因子解旋酶拓撲異構(gòu)酶單鏈結(jié)合蛋白引物酶

DNA連接酶第三十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日(2)原核細胞DNA復制的過程DNA解鏈起始

引物合成延伸

DNA鏈延伸切除引物、填補缺口、連接相臨的DNA片段切除和修復錯配堿基終止第三十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日起始第三十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日第三十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日引物

DNA聚合酶不能發(fā)動新鏈的合成,只能催化已有鏈的延長。DNA的合成需要引物，引物為RNA。引物的合成不需要引物。在DNA模板鏈的一定部位，由引物合成酶催化，按5’3’的方向合成與DNA互補的引物。

DNA聚合酶Ⅲ在引物RNA的3’OH上逐個加上與模板鏈互補的脫氧核苷酸。

第三十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日

延伸岡崎片段

DNA的兩條鏈是反向平行的。DNA聚合酶的聚合方向是5’3’。因此存在矛盾。

半不連續(xù)復制√：一條鏈按5’3’方向連續(xù)合成前導鏈另一條鏈的合成不連續(xù),先按5’3’方向合成若干短的岡崎片段,再連接成一條完整的DNA鏈后隨鏈

第三十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日3’

復制叉移動的方向

5’5’3’

前導鏈

5’

后隨鏈

3’3’5’第三十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日第三十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日引物的消除和缺口的填補

DNA聚合酶Ⅰ的5’3’外切酶活性將引物的核苷酸逐個除去；每個核苷酸除去后立即被與模板鏈相應位置堿基互補的脫氧核苷酸補上，這個反應由DNA聚合酶Ⅰ的5’3’聚合活性完成。DNA連接酶各個岡崎片段通過DNA連接酶相互連接，最終形成后隨鏈。第四十頁，共六十八頁，2022年，8月28日第四十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日終止單向復制的環(huán)狀DNA分子，其復制的終點就是原點。雙向復制的DNA環(huán)形分子，在兩個復制叉相遇時即完成復制。第四十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日4真核細胞DNA的復制與原核細胞復制過程基本相似。但參與復制的酶和蛋白質(zhì)與原核生物不同，復制起始的調(diào)控更復雜。第四十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日共同點半保留復制；半不連續(xù)復制；需解旋酶解開雙螺旋，并由SSB同單鏈區(qū)結(jié)合；需拓撲異構(gòu)酶消除解螺旋形成的扭曲張力；需RNA引物；新鏈合成均有校對機制。第四十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日主要差別多起點復制，復制子小而多；復制叉移動速度慢，但復制速度快；岡崎片段為100-200nt；DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε、θ、λ、μ等；復制周期不可重疊；復制時末端會縮短，需要端粒酶解決線形DNA末端復制問題。第四十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日（二）DNA的損傷和修復

1DNA損傷的產(chǎn)生

DNA復制時的堿基錯誤配對。一些物理化學因素如紫外線、電離輻射和化學誘變劑等，能使DNA受到損傷。細胞具有一系列機制，能在一定條件下使DNA的損傷得到修復。

第四十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日2DNA損傷的修復直接修復切除修復應急反應修復重組修復第四十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日（三）細菌的限制-修飾酶系統(tǒng)1限制性內(nèi)切酶又叫限制性酶主要在細菌中產(chǎn)生，具有極高的專一性，能識別雙鏈DNA上特定的位點，將兩條鏈都切斷，形成粘性末端或平頭末端。粘性末端平頭末端第四十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日2DNA的修飾修飾甲基化酶第四十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日（四）反轉(zhuǎn)錄作用RNA指導的DNA合成Reversetranscription1970年Temin和Baltimore，同時分別從致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板，合成與RNA互補的DNA（cDNA）。第五十頁，共六十八頁，2022年，8月28日二RNA的生物合成(一)轉(zhuǎn)錄transcriptionDNA指導下的RNA合成。DNA分子中的遺傳信息轉(zhuǎn)移到RNA分子中的過程。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：mRNA、rRNA、tRNA及小RNA。第五十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄與復制的重要差別轉(zhuǎn)錄具有選擇性：時間、空間上被嚴格調(diào)控；轉(zhuǎn)錄的初級產(chǎn)物一般需要加工，才能形成有功能的成熟RNA。第五十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄的模板雙鏈DNA

一條為轉(zhuǎn)錄的模板模板鏈、反義鏈、負鏈另一條非模板鏈、編碼鏈、有義鏈、正鏈每個基因的有義鏈并不總是在DNA的同一條鏈上。

DNA上并不是每一部分都被轉(zhuǎn)錄，基因的轉(zhuǎn)錄是有選擇的。不同情況下基因的轉(zhuǎn)錄情況不同。第五十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日1原核生物的轉(zhuǎn)錄（1）DNA指導的RNA聚合酶特點：需模板不需引物底物為NTP需Mg2+、Mn2+的存在具有5’3’聚合活性，無外切活性第五十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日（2）原核生物RNA聚合酶全酶為5個亞基：2α

β

核心酶

β’全酶

ω

σ抑制劑:利福平第五十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日（3）啟動子promotor

是RNA聚合酶識別、結(jié)合和起始轉(zhuǎn)錄的一段特異性的DNA列，對轉(zhuǎn)錄過程起調(diào)控作用。promotor+1轉(zhuǎn)錄起始位點轉(zhuǎn)錄區(qū)第五十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日（4）轉(zhuǎn)錄過程起始：

RNA聚合酶（全酶）與DNA上的啟動子結(jié)合

RNA聚合酶向下游移動，到特定位置開始解鏈，形成轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄起點加入第一個核苷酸第五十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日延伸：σ因子的釋放轉(zhuǎn)錄開始后，σ因子即脫落下來，由核心酶催化RNA的合成酶的移動DNA鏈不斷解開，RNA鏈延伸第五十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日終止：當RNA聚合酶到達終止子時，轉(zhuǎn)錄過程停止下來。RNA聚合酶、RNA都從DNA上脫落下來。終止子：提供轉(zhuǎn)錄停止信號的DNA序列。終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子。第五十九頁，共