第十二章 核酸代謝合成與蛋白質(zhì)的生物合成

湖北工業(yè)大學(xué)精品課程第十二章核酸代謝與核酸和蛋白質(zhì)的生物合成

湖北工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院食品工程系生物化學(xué)

湖北工業(yè)大學(xué)核酸是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ),蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者.DNA子代DNA信使RNA蛋白質(zhì)

復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯密碼蛋白質(zhì)生物合成依賴核酸的正常功能,核酸生物合成及基因表達(dá)的調(diào)節(jié)需要蛋白質(zhì)參與（生物性狀）（遺傳信息）湖北工業(yè)大學(xué)核酸的消化膳食核蛋白蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)代謝

核酸DNA、RNA

胃酸單核苷酸磷酸核苷嘧啶核苷嘌呤核苷核糖或脫氧核糖嘧啶堿核糖或脫氧核糖嘌呤堿胰核酸酶胰、腸核苷酸酶嘌呤核苷酶嘧啶核苷酶HMP途徑HMP途徑湖北工業(yè)大學(xué)第一節(jié)核酸代謝一、核苷酸的代謝二、DNA的生物合成復(fù)制三、RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄湖北工業(yè)大學(xué)(一)核苷酸的生物合成1.部位:肝臟為主,小腸和胸腺其次.2.原料:天冬氨酸(Asp)、甘氨酸(Gly)、谷氨酰胺(Gln)、CO2、一碳基團(tuán)、5-磷酸核糖3.過(guò)程:嘌呤核糖核苷酸的合成湖北工業(yè)大學(xué)R-5-P1-焦磷酸-5-磷酸核糖

（PRPP）AMPATP酶次黃嘌呤核苷酸

（IMP）

AMP、GMP湖北工業(yè)大學(xué)次黃嘌呤堿合成的原料來(lái)源湖北工業(yè)大學(xué)H2O湖北工業(yè)大學(xué)天冬氨酸，Mg2+，GTP腺苷酸代琥珀酸合成酶延胡索酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸AMPIMPIMP脫氫酶NAD+H2ONADH+H+XMPGMP合成酶谷氨酰氨Mg2+,ATP谷氨酸GMP由IMP合成AMP及GMP湖北工業(yè)大學(xué)NMPNDPNTPATPADPATPADP激酶激酶（N：嘌呤或嘧啶堿基）湖北工業(yè)大學(xué)AMP腺苷酸代琥珀酸IMPXMPGMP腺苷酸脫氨酶鳥(niǎo)苷酸還原酶NH3NADPHNH3NADP+AMP，GMP，IMP的相互轉(zhuǎn)變湖北工業(yè)大學(xué)嘌呤核苷酸的合成代謝補(bǔ)救合成途徑（salvagepathway）概念：細(xì)胞利用現(xiàn)成的嘌呤堿基或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的過(guò)程，稱為補(bǔ)救合成途徑。湖北工業(yè)大學(xué)反應(yīng)：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPiAPRT次黃嘌呤＋PRPPIMP＋PPiHGPRT鳥(niǎo)嘌呤＋PRPPGMP＋PPiHGPRT腺嘌呤核苷AMP腺苷激酶ATPADP湖北工業(yè)大學(xué)生理意義：

（1）節(jié)省能量與氨基酸消耗

（2）某些器官如腦、骨髓等，缺乏從頭合成嘌呤核苷酸的酶體系，只能進(jìn)行補(bǔ)救合成

湖北工業(yè)大學(xué)嘧啶核苷酸的合成1.部位：肝2.原料：天冬氨酸（Asp）、氨基甲酰磷酸（NH3+CO2）、5-磷酸核糖（R-5-P）3.過(guò)程：湖北工業(yè)大學(xué)氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來(lái)源=o=odR-5-P湖北工業(yè)大學(xué)湖北工業(yè)大學(xué)補(bǔ)救合成嘧啶核苷酸的合成代謝嘧啶＋PRPP嘧啶核苷酸＋PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷UMP尿苷激酶ATPADP胸苷激酶——惡性腫瘤的指征脫氧胸苷TMP胸苷激酶ATPADP湖北工業(yè)大學(xué)UMPUDP、UTPATPCTP（氨基化GLn）

由UTP生成CTP的反應(yīng)發(fā)生在三磷酸核苷的水平上。湖北工業(yè)大學(xué)脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷酸還原而成1.在NDP（核苷二磷酸）水平上：ADPdADPdATPGDPdGDPdGTPCDPdCDPdCTPH2H2OATPADP酶1酶2酶1：核糖核苷酸還原酶酶2：激酶湖北工業(yè)大學(xué)2.dTTP的生成UDPdUDPdUMPdTMPdTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化脫氨基（主要）N5，N10-甲烯四氫葉酸湖北工業(yè)大學(xué)（二）核苷酸的分解代謝1.嘌呤核苷酸分解代謝嘌呤核苷酸嘌呤核苷核苷酸酶Pi嘌呤堿+磷酸核糖核苷磷酸化酶尿酸(終產(chǎn)物)HMP湖北工業(yè)大學(xué)

嘌呤核苷酸的分解代謝湖北工業(yè)大學(xué)嘌呤核苷酸分解代謝特點(diǎn):1、環(huán)打不破;2、最終產(chǎn)物:尿酸;3、嘌呤代謝障礙:痛風(fēng)癥血尿酸正常含量:149-416umol/L,溶解度低.嘌呤代謝障礙時(shí),血尿酸濃度升高,尿酸鹽結(jié)晶沉積于軟組織、軟骨及關(guān)節(jié)等處,而導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎臟疾病.湖北工業(yè)大學(xué)2、嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸嘧啶堿+磷酸核糖胞嘧啶尿嘧啶終產(chǎn)物NH3、CO2、β-丙氨酸胸腺嘧啶

NH3、CO2、β-氨基丁酸終產(chǎn)物湖北工業(yè)大學(xué)湖北工業(yè)大學(xué)嘧啶核苷酸分解代謝特點(diǎn):1、環(huán)被打破;2、終產(chǎn)物:NH3、CO2.湖北工業(yè)大學(xué)二、DNA的生物合成復(fù)制復(fù)制:以親代DNA為模板,將親代DNA上的遺傳信息復(fù)制到子代DNA分子上的過(guò)程。親代DNA子代DNA復(fù)制湖北工業(yè)大學(xué)轉(zhuǎn)錄:以DNA為模板合成與DNA某段核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA分子，將遺傳信息傳遞到RNA分子中的過(guò)程。DNARNA轉(zhuǎn)錄湖北工業(yè)大學(xué)翻譯:以RNA中mRNA為模板,按照其核苷酸順序所組成的密碼指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過(guò)程。mRNA蛋白質(zhì)翻譯各種信息各種蛋白質(zhì)湖北工業(yè)大學(xué)

轉(zhuǎn)錄翻譯DNARNA蛋白質(zhì)

mRNAtRNA

反轉(zhuǎn)錄rRNA

轉(zhuǎn)錄、翻譯RNA（病毒）蛋白質(zhì)（病毒）

中心法則遺傳信息傳遞的規(guī)律(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯).復(fù)制復(fù)制湖北工業(yè)大學(xué)(一)DNA的復(fù)制1、復(fù)制方式:半保留復(fù)制定義:以DNA分子中的每一條鏈為模板,通過(guò)堿基配對(duì)，合成兩個(gè)新的DNA分子(子代DNA),每個(gè)新DNA分子的兩條鏈中，其中一條鏈來(lái)自親代DNA,另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?。湖北工業(yè)大學(xué)DNA的半保留復(fù)制ATCGATCGTAGCTAGCATCGTAGCATCGTAGC湖北工業(yè)大學(xué)2、DNA的復(fù)制過(guò)程(四步)基本條件:A、模板DNA(母鏈);B、原料:三磷酸脫氧核苷(dNTP)

dATP、dGTP、dCTP、dTTP;C、參與DNA復(fù)制的酶:

DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶、引物酶、連接酶、解鏈酶等.湖北工業(yè)大學(xué)(1)DNA復(fù)制的起始及RNA引物的生成解旋酶、旋轉(zhuǎn)酶DNA結(jié)合蛋白DNA雙鏈

復(fù)制叉起始位點(diǎn)引物酶NTPRNA引物(5′3′-OH)(5-100個(gè)核苷酸)合成辨認(rèn)湖北工業(yè)大學(xué)DNA復(fù)制過(guò)程模式圖DNA旋轉(zhuǎn)酶ATPADP+PiDNA結(jié)合蛋白引物RNA引物酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA連接酶RNA引物解旋酶DNA聚合酶復(fù)制叉移動(dòng)方向

5′3′3′5′3′5′湖北工業(yè)大學(xué)(2)DNA片段的生成DNA雙鏈5′3′5′3′DNA聚合酶(5′3′)連續(xù)合成不連續(xù)合成岡崎片段完整DNA雙鏈連接湖北工業(yè)大學(xué)DNA復(fù)制過(guò)程模式圖DNA旋轉(zhuǎn)酶ATPADP+PiDNA結(jié)合蛋白引物RNA引物酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA連接酶RNA引物解旋酶DNA聚合酶復(fù)制叉移動(dòng)方向

5′3′3′5′3′5′湖北工業(yè)大學(xué)(3)RNA引物的水解RNA引物

DNA核酸酶DNADNA聚合酶延長(zhǎng)湖北工業(yè)大學(xué)(4)完整DNA分子的形成DNA連接酶DNADNADNA湖北工業(yè)大學(xué)DNA復(fù)制過(guò)程模式圖DNA旋轉(zhuǎn)酶ATPADP+PiDNA結(jié)合蛋白引物RNA引物酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA連接酶RNA引物解旋酶DNA聚合酶復(fù)制叉移動(dòng)方向

5′3′3′5′3′5′湖北工業(yè)大學(xué)某些病毒以RNA為模板,合成DNA的過(guò)程,稱為逆轉(zhuǎn)錄.催化上述反應(yīng)的酶稱為逆轉(zhuǎn)錄酶,又稱RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶.該酶存在于所有致瘤RNA病毒中,其功能可能與被病毒感染的細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化有關(guān).(二)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程湖北工業(yè)大學(xué)

RNARNA-DNA雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶復(fù)制或表達(dá)插入宿主細(xì)胞DNA中

病毒蛋白mRNA

轉(zhuǎn)錄（病毒）（雜交體）翻譯(DNA破壞)(細(xì)胞癌變)湖北工業(yè)大學(xué)三、RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄定義:以DNA為模板合成與DNA某段核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA分子，將遺傳信息傳遞到RNA分子中的過(guò)程。DNARNA轉(zhuǎn)錄原料:四種NTP(ATPGTPCTPUTP)湖北工業(yè)大學(xué)遺傳信息:即DNA片段中的核苷酸排列順序.RNA的生物合成轉(zhuǎn)錄分類:mRNAtRNArRNA特點(diǎn):以DNA雙鏈中的一條鏈的某個(gè)片段為模板.有意義鏈:有指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄作用的一條DNA鏈.反意義鏈:無(wú)轉(zhuǎn)錄功能的一條DNA鏈.湖北工業(yè)大學(xué)RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程(三步)1.起始DNA特殊位點(diǎn)啟動(dòng)子RNA聚合酶結(jié)合DNA解旋形成第一個(gè)磷酸二酯鍵湖北工業(yè)大學(xué)TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶反意義鏈有意義鏈RNAPPi5′5′5′3′3′GTPUTPCTPATPUTPRNA在DNA模板上的生物合成3′湖北工業(yè)大學(xué)2.延長(zhǎng)催化酶:RNA聚合酶酶移動(dòng)方向:沿DNA模板5′

3′方向RNA合成方向:3′5′原則:在有意義鏈上堿基互補(bǔ)配對(duì)湖北工業(yè)大學(xué)TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶反意義鏈有意義鏈RNAPPi5′5′5′3′3′GTPUTPCTPATPUTPRNA在DNA模板上的生物合成3′湖北工業(yè)大學(xué)3.終止DNA終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)RNA聚合酶識(shí)別轉(zhuǎn)錄終止RNA聚合酶及新RNA鏈脫落轉(zhuǎn)錄完成湖北工業(yè)大學(xué)TCGAGTACAGCTCATGCGAGUACGCAURNA聚合酶反意義鏈有意義鏈RNAPPi5′5′5′3′3′GTPUTPCTPATPUTPRNA在DNA模板上的生物合成3′起終湖北工業(yè)大學(xué)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,RNA聚合酶和DNA主要分布在細(xì)胞核內(nèi),因而RNA主要在細(xì)胞核內(nèi)合成.轉(zhuǎn)錄合成的RNA是rRNA、tRNA、mRNA的前體,還需經(jīng)過(guò)加工修飾后才具有生物學(xué)功能.湖北工業(yè)大學(xué)翻譯:以RNA中mRNA為模板,按照其核苷酸順序所組成的密碼指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過(guò)程.mRNA蛋白質(zhì)翻譯各種信息各種蛋白質(zhì)（核苷酸排列順序）（氨基酸排列順序）第二節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成湖北工業(yè)大學(xué)原料：20種氨基酸條件：mRNA、tRNA、rRNAATP、GTP等供能物質(zhì)無(wú)機(jī)離子、有關(guān)的酶、