第7章 核酸代謝 2013年最新《生物化學(xué)原理》課件 王雅琴

第七章

核酸代謝

第七章

核酸代謝

1一、核酸的酶促降解

細(xì)胞內(nèi)核酸在核酸酶的作用下逐步分解；

體內(nèi)DNA分解極為緩慢，RNA分解較快，二者終產(chǎn)物

一致。

磷酸

核酸→核苷酸戊糖（核糖或脫氧核糖）

核苷

堿基（嘌呤或嘧啶）

一、核酸的酶促降解

細(xì)胞內(nèi)核酸在核酸酶的作用下逐步分解2水解產(chǎn)物除部分作為新的核苷酸合成的原料外，大部

分被進(jìn)一步分解。

◆

戊糖――HMS氧化分解；

◆

磷酸――磷酸代謝；

◆

堿基――分別降解。

水解產(chǎn)物除部分作為新的核苷酸合成的原料外，大部

3二、嘌呤、嘧啶代謝

（一）嘌呤的分解

◆

反應(yīng)部位：主要肝、腎、小腸

◆

過(guò)程：①水解脫氨②氧化

◆

重要的酶：黃嘌呤氧化酶

◆

不同生物嘌呤分解終產(chǎn)物有差異。

人體嘌呤分解終產(chǎn)物為尿酸，尿酸微溶于水，如體內(nèi)

產(chǎn)生過(guò)多，不能及時(shí)排出，則沉積在體內(nèi)。

如：沉積在關(guān)節(jié)——痛風(fēng)癥

沉積在腎——腎結(jié)石二、嘌呤、嘧啶代謝

（一）嘌呤的分解

◆反應(yīng)部4第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴5（二）嘧啶的分解

終產(chǎn)物：

NH3，CO2，

β－脲基異丁酸。

β－丙AA

NH3,+CO2+乙酸

（二）嘧啶的分解

終產(chǎn)物：

NH3，CO2，

β－6三、核苷酸的合成

1．核酸降解產(chǎn)物：核苷酸、核苷、堿基，被吸收或重新利用。

2．生物體利用其它物質(zhì)合成核苷酸→核酸。

不一定需要膳食供給。

（一）嘌呤核苷酸的合成

用同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，證明嘌呤核苷酸中各原子的來(lái)源：

AMP

原料--→IMP

GMP

GTPATP三、核苷酸的合成

1．核酸降解產(chǎn)物：核苷酸、核苷、堿基，7（二）嘧啶核苷酸合成

同位素示蹤試驗(yàn)證明：嘧啶核苷酸元素來(lái)源：

從頭合成――主要途徑

原料：(Gln，CO2)

氨甲酰磷酸，Asp

方式：原料嘧啶環(huán)UMP

CMP

TMP核糖、PCO2，Gln組裝（二）嘧啶核苷酸合成

同位素示蹤試驗(yàn)證明：嘧啶核苷酸元素來(lái)源8四、核酸的生物合成

核酸是細(xì)胞基本成分，DNA是主要的遺傳物

質(zhì)，是遺傳物質(zhì)的載體。

DNA功能：

①貯存遺傳信息。

②傳遞遺傳信息（復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯）。

③接受遺傳信息（通過(guò)反轉(zhuǎn)錄）。四、核酸的生物合成

核酸是細(xì)胞基本成分，DN91953年，F(xiàn).Crick在總結(jié)DNA與RNA和蛋白質(zhì)的關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了分子生物學(xué)的中心法則，、1957年修改：

1953年，F(xiàn).Crick在總結(jié)DNA與RNA和蛋白質(zhì)10復(fù)制：以親代DNA分子為模板合成新的子代DNA分子

的過(guò)程，新合成的子代DNA分子與親代DNA分

子完全一樣。DNA→DNA

RNA也可以復(fù)制（病毒）RNA→RNA

轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，合成RNA的過(guò)程。DNA→RNA

反轉(zhuǎn)錄：在反轉(zhuǎn)錄酶作用下，以RNA為模板合成DNA

的過(guò)程。

翻譯：以RNA為模板，根據(jù)RNA鏈上的每三個(gè)核苷酸

（堿基）決定一種AA的規(guī)則，合成出具有特定

AA順序的蛋白質(zhì)肽鏈的過(guò)程。RNA→Pr復(fù)制：以親代DNA分子為模板合成新的子代DNA分子

11第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴12DNA的復(fù)制。

DNA生物合成方式DNA的反轉(zhuǎn)錄合成。（病毒）

DNA損傷的修復(fù)。

13（一）DNA的生物合成

A．DNA復(fù)制1．參與DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)（原核生物）

（１）DNA聚合酶（DNApolymerase，DNApol）

DNA聚合酶：以DNA為模板、dNTP為底物催化合成DNA的一類酶。

DNApolⅠ

原核生物有三種DNA聚合酶DNApolⅡ

DNApolⅢ（一）DNA的生物合成

A．DNA復(fù)制14

DNA聚合酶作用條件：

◆

需模板：DNA

◆

需引物：具3′-OH的DNAorRNA

◆

底物：４種dNTP

◆

需Mg2+，Mn2+

◆

使dNTP以3′，5′磷酸二酯鍵相連，按5′→3′方向

聚合成與模板互補(bǔ)的DNA鏈。

DNA聚合酶作用條件：

◆需模板：DNA

15DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）催化特點(diǎn)

DNApolⅠ是一個(gè)多功能酶

◆5′→3′聚合催化特性：

使dNTP按模板的要求逐個(gè)加到具有3′-OH端的

多核苷酸的鏈上。

DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）催化特點(diǎn)

DNAp16

◆

3′→5′外切酶活性：從3′-OH端水解DNA。

出現(xiàn)與模板錯(cuò)配的核苷酸時(shí)，DNApolⅠ先切去錯(cuò)

配的堿基（核苷酸）然后再繼續(xù)進(jìn)行聚合。

功能：識(shí)別、消除錯(cuò)配堿基。對(duì)聚合起校正作用。

◆

3′→5′外切酶活性：從3′-OH端水解D17

◆

5′→3′外切酶的活性：從5′端水解DNA鏈，

也可距5′端12個(gè)左右堿基處水解DNA鏈。

（只作用于雙鏈DNA）。

功能：切除引物，切除變異損傷的核苷酸—修復(fù)

作用。

◆

5′→3′外切酶的活性：從5′端水解D18原核生物有三種DNA聚合酶比較：

原核生物有三種DNA聚合酶比較：

19（2）DNA連接酶（DNALigase）

雙鏈DNA一條鏈上有切口，3′-OH與5′-P相鄰；

不能連接兩條游離的單鏈。

（切口處的兩核苷酸必須相鄰不能缺少核苷酸。）

作用：在DNA不連續(xù)合成時(shí)起連接作用。

3′5′（2）DNA連接酶（DNALigase）

20（3）解鏈酶（Helicase解螺旋酶，復(fù)制蛋白——rep

蛋白）

作用：解開DNA雙螺旋，使其成單鏈。

（4）旋轉(zhuǎn)酶

作用：消除DNA超螺旋的酶。（3）解鏈酶（Helicase解螺旋酶，復(fù)制蛋白——re21（5）引發(fā)酶

引發(fā)酶：催化RNA引物合成的RNA聚合酶。

作用：合成引物

DNA聚合酶不能從頭起始DNA合成，需要引物

（primer），只能在引物（3′-OH）端逐漸加上

脫氧核苷酸，延長(zhǎng)DNA鏈。

DNA合成的引物有三種：RNA片段；

DNA片段；

tRNA片段。（5）引發(fā)酶

引發(fā)酶：催化RNA引物合成的R22

（6）單鏈結(jié)合蛋白

（Singlestrandbindingprotein——SSB蛋白）

作用：與單鏈DNA的特異結(jié)合的蛋白質(zhì)。

◆

SSB與解開的單股DNA結(jié)合，使兩條單鏈不再形

成雙鏈，保持單鏈區(qū)的穩(wěn)定。

◆

防止核酸酶降解DNA。

（6）單鏈結(jié)合蛋白

（Singlestr232．復(fù)制的方式和特點(diǎn)

(1)半保留復(fù)制:

Watson和Crick1953年提出，DNA的兩條鏈都能作為模板，分別合成出兩條互補(bǔ)的新鏈。2．復(fù)制的方式和特點(diǎn)

(1)半保留復(fù)制:

Wats24機(jī)制：DNA復(fù)制時(shí)，兩條互補(bǔ)連解開；兩條鏈都可做模板，然后在每條模板鏈上按堿基配對(duì)的原則形成互補(bǔ)的新鏈，組成子代DNA分子。

新產(chǎn)生的兩子代DNA分子與親代DNA分子完全相同，且子代DNA中一條鏈來(lái)自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻摹氡Ａ魪?fù)制。

DNA半保留復(fù)制方式，保證了DNA在代謝上的穩(wěn)定性，從而保證了生物遺傳的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。(穩(wěn)定是相對(duì)的)。機(jī)制：DNA復(fù)制時(shí)，兩條互補(bǔ)連解開；兩條鏈都可做25（2）DNA的半不連續(xù)復(fù)制：

問(wèn)題的提出？？？？：

DNA分子兩條鏈都能做模板，幾乎同時(shí)、齊頭并進(jìn)

合成為兩條新的互補(bǔ)鏈。

DNA模板的兩條鏈反向平行，一條5′→3′；

另一條3′→5′。

DNA聚合酶要求：模板方向3′→5′。

合成新鏈方向5′→3′。

如何解釋在同一個(gè)復(fù)制叉中兩條新鏈合成是同步，齊

頭并？

日本學(xué)者岡崎——DNA的半不連續(xù)復(fù)制模型：（2）DNA的半不連續(xù)復(fù)制：

問(wèn)題的提出？？？？26DNA半不連續(xù)復(fù)制模型：

◆DNA復(fù)制時(shí)兩條親代單鏈DNA都做為模板。

◆復(fù)制叉：DNA復(fù)制時(shí)，雙螺旋局部解開，在復(fù)制區(qū)

形成Y形結(jié)構(gòu)——復(fù)制叉；

隨著復(fù)制叉的移動(dòng)DNA雙螺旋逐漸解開。

DNA半不連續(xù)復(fù)制模型：

◆DNA復(fù)制時(shí)兩條親代單鏈27

◆

以復(fù)制叉移動(dòng)方向?yàn)闇?zhǔn)；

3′→5′走向模板鏈，DNA新鏈合成方向5′→3′，與

復(fù)制叉方向一致，連續(xù)合成——前導(dǎo)鏈。

◆

5′→3′走向模板鏈，DNA新鏈合成方向也是5′→３′,

與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反，先照模板按5′→3′合成若

干短的片斷——岡崎片斷，然后由連接酶將短片斷

連接，成一條完整的DNA鏈。不連續(xù)合成——滯后

鏈（后隨鏈）。

◆以復(fù)制叉移動(dòng)方向?yàn)闇?zhǔn)；

3′→5′走28結(jié)論：

DNA的半不連續(xù)復(fù)制：一條新鏈連續(xù)合成；

另一條新鏈不連續(xù)合成。結(jié)論：

DNA的半不連續(xù)復(fù)制：一條新鏈連續(xù)合成；

29

岡崎片斷長(zhǎng)度：原核生物1000-2000個(gè)Nt。

真核生物200個(gè)左右Nt。

岡崎片斷長(zhǎng)度：原核生物1000-2303．DNA復(fù)制過(guò)程

合成的起始；

DNA鏈的延伸；

合成終止。

3．DNA復(fù)制過(guò)程

合成的起始；313．DNA復(fù)制過(guò)程

（1）合成的起始：

◆

引發(fā)酶識(shí)別、結(jié)合在模板DNA起始位點(diǎn)；

◆DNA雙螺旋及超螺旋解開（邊合成邊解開）；

◆RNA引物合成。3．DNA復(fù)制過(guò)程

（1）合成的起始：

◆引發(fā)酶32（2）DNA鏈的延伸

◆

在DNApolⅢ的催化下，按照模板鏈3′→5′順序

在RNA引物3′-OH末端逐個(gè)按上相應(yīng)的核苷酸，

合成互補(bǔ)新鏈。

◆前導(dǎo)鏈合成方向5′→3′，連續(xù)合成。

◆滯后鏈合成方向5′→3′，不連續(xù)合成。（2）DNA鏈的延伸

◆在DNApolⅢ的催化下，33（3）合成終止

DNA復(fù)制合成的終止包括：

①RNA引物的切除和缺口的填補(bǔ)。

通過(guò)DNApolⅠ5′→3′外切酶活性，或RNaseH

酶切除引物，然后由polⅠ5′→3′聚合活性補(bǔ)齊

缺口。

②DNA片段的連接——DNA連接酶。（3）合成終止

DNA復(fù)制合成的終止包括：

34第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴35第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴36第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴37B、DNA反（逆）轉(zhuǎn)錄合成——RNA指導(dǎo)的DNA合成

反轉(zhuǎn)錄：在反轉(zhuǎn)錄酶作用下，以RNA為模板合成DNA

的過(guò)程。

反轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)：

◆1964年Temin提出反轉(zhuǎn)錄假設(shè)。

◆1970年Temin和Batimore，同時(shí)分別從致癌RNA

病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。

后來(lái)在正常動(dòng)物胚胎細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。

◆

反轉(zhuǎn)錄酶又稱為：依賴RNA的DNA聚合酶

RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶B、DNA反（逆）轉(zhuǎn)錄合成——RNA指導(dǎo)的DNA合成

反轉(zhuǎn)錄38反轉(zhuǎn)錄條件：酶：反轉(zhuǎn)錄酶。

底物：4種dNTP為。

模板：病毒單鏈RNA為。

引物：宿主細(xì)胞的tRNA。

反轉(zhuǎn)錄條件：酶：反轉(zhuǎn)錄酶。

39合成方式：

致癌DNA

整合到宿主DNA

病毒RNA

cDNA

（模板）mRNA

蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)化蛋白）

以病毒RNA為模板合成的cDNA（complementaryDNA）通過(guò)復(fù)制合成致癌DNA，后者可整合到宿主DNA中，并隨宿主細(xì)胞分裂而遺傳下去，遇到合適的條件便進(jìn)行復(fù)制產(chǎn)生致癌DNA分子，引起癌變。

轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生的蛋白（轉(zhuǎn)化蛋白、病毒蛋白）也引起癌變。反轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制合成方式：

40反轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性：

①逆轉(zhuǎn)錄功能：利用病毒RNA為模板合成互補(bǔ)的

cDNA，形成RNA-DNA雜合子。

②復(fù)制功能：以新合成（逆轉(zhuǎn)錄）的cDNA為模板，

合成另一條DNA成DNA-DNA雙鏈。

③RNaseH活性：水解RNA-DNA雜交分子中RNA。反轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性：

①逆轉(zhuǎn)錄功能：利用病毒RNA41第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴42逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史43C、DNA損傷與修復(fù)

（1）DNA損傷

DNA分子不是絕對(duì)穩(wěn)定的，可受多種因素的作用而

改變或受破壞.

◆

生物因素：復(fù)制及基因重組過(guò)程出現(xiàn)差錯(cuò)而改變。

◆

物理因素：紫外線、電離輻射、X-射線等。

◆化學(xué)因素：烷化劑，氧化劑等化學(xué)誘變劑。C、DNA損傷與修復(fù)

（1）DNA損傷

DNA分44UV引起輻射損傷：形成嘧啶二聚體，C和C之間，

T和T之間形成共價(jià)鍵。UV引起輻射損傷：形成嘧啶二聚體，C和C之間，

45（2）DNA損傷的修復(fù)

◆

光復(fù)活作用

利用光能，光復(fù)活酶催化下切除由紫外線照射引起

的DNA嘧啶二聚體。

DNA復(fù)制、DNA轉(zhuǎn)錄時(shí)，到嘧啶二聚體處，復(fù)制、

轉(zhuǎn)錄均受阻。

修復(fù)過(guò)程：（2）DNA損傷的修復(fù)

◆光復(fù)活作用

利用光46◆

光復(fù)活酶能在暗處識(shí)別損傷的DNA部位，并結(jié)合在受

損部位。

◆

可見光激活光復(fù)活酶，分解由UV照射而形成的DNA中

的嘧啶二聚體。

◆

光復(fù)活作用高度專一，只能修復(fù)UV照射引起的DNA嘧

啶二聚體。

光復(fù)活酶只存在于低等單細(xì)胞(如微生物)→鳥類；

高等哺乳動(dòng)物無(wú)此酶。

◆

光復(fù)活酶能在暗處識(shí)別損傷的DNA部位，并結(jié)合在受

損472．切除修復(fù)——（復(fù)制前修復(fù)）

在幾種酶作用下，將DNA分子中錯(cuò)配的或受損的部位切除，然后以完好鏈為模板合成出切除的部位。

該機(jī)制普遍存在，作用于各種損傷。

三種：堿基切除修復(fù)：修復(fù)DNA中改變的堿基。

核苷酸切除修復(fù)：修復(fù)DNA中巨大損傷。

堿基錯(cuò)配修復(fù)（前述）。2．切除修復(fù)——（復(fù)制前修復(fù)）

在幾種酶作用下，將DNA48◆

堿基切除修復(fù)◆

堿基切除修復(fù)49◆

核苷酸切除修復(fù)：

過(guò)程：識(shí)別、切斷→修復(fù)→切除→連接（原核生物）

◆

核苷酸切除修復(fù)：

過(guò)程：識(shí)別、切斷→修復(fù)→切除→連接（原50◆

識(shí)別及切斷：UvrA，UvrB識(shí)別并結(jié)合在DNA損傷處，

UvrC（相當(dāng)于核酸內(nèi)切酶）在損傷處

靠近5′→3′一側(cè)切斷，產(chǎn)生切口。

◆

修復(fù)：以另一條完好單鏈為模板,由DNApolⅠ在切

口處修復(fù)合成，補(bǔ)齊缺口；方向5′→3′。

◆

切除：UvrC在受損傷部位3′一側(cè)切斷，去除受損

傷片段。

◆

連接：連接酶將新合成的DNA片斷與原鏈連接。

此修復(fù)發(fā)生在DNA復(fù)制前——復(fù)制前修復(fù)。◆

識(shí)別及切斷：UvrA，UvrB識(shí)別并結(jié)合在DNA損傷處，513．重組修復(fù)——（復(fù)制后修復(fù)）

先復(fù)制再修復(fù)：含有錯(cuò)誤或損傷的DNA仍可進(jìn)行復(fù)制，但子代DNA鏈在對(duì)應(yīng)于損傷的部位出現(xiàn)缺口，通過(guò)分子間重組使缺口補(bǔ)齊。

3．重組修復(fù)——（復(fù)制后修復(fù)）

先復(fù)制再修復(fù)：含有錯(cuò)誤或損傷52重組修復(fù)中，二聚體（或其他損傷）并未除去，第二輪復(fù)制時(shí)，留在母鏈中的損傷仍會(huì)給復(fù)制造成困難，仍須以重組修復(fù)來(lái)彌補(bǔ)。

隨著復(fù)制不斷進(jìn)行，若干代以后，損傷部分雖未從分子中除去，但損傷的DNA鏈卻逐漸稀釋，以至無(wú)礙DNA正常的生理功能。

重組修復(fù)中，二聚體（或其他損傷）并未除去，第二輪復(fù)制時(shí)，留在53（二）RNA的合成

兩種方式：轉(zhuǎn)錄（主要）：以DNA為模板合成RNA

復(fù)制：以RNA為模板合成RNA。

1．轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。

（1）轉(zhuǎn)錄的基本特征

◆

底物：4種NTP。

◆

模板：DNA

◆

不需引物：合成RNA時(shí)第一個(gè)NTP一般是嘌呤核苷

酸，大多是G（80%）。（二）RNA的合成

兩種方式：轉(zhuǎn)錄（主要）：以DNA為模板合54

◆

通常為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：

體內(nèi)轉(zhuǎn)錄通常只以DNA分子雙鏈的一條鏈為模板；

體外轉(zhuǎn)錄失去鏈選擇性。

作為模板的鏈稱——模板鏈，

反義鏈，

轉(zhuǎn)錄鏈。

◆

通常為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：

體內(nèi)轉(zhuǎn)錄通常只以55

不作為模板的鏈稱——編碼鏈，

正義鏈，

非轉(zhuǎn)錄鏈，

信息鏈。

（或某些區(qū)域以這條鏈為模板轉(zhuǎn)錄，

另一些區(qū)域以另一條鏈為模板）不作為模板的鏈稱——編碼鏈，

56

◆

RNA聚合酶與DNA模板結(jié)合，沿DNA反義鏈

3′→5′方向移動(dòng)。

轉(zhuǎn)錄方向：RNA鏈由5′→3′延伸。

◆

RNA聚合酶——依賴DNA的RNA聚合酶

以DNA為模板；

以四種核苷三磷酸（NTP）為底物；

在Mn2+或Mg2+參與下催化RNA合成?！?/p>

RNA聚合酶與DNA模板結(jié)合，沿DNA反義鏈

57

組成：（E.ColiRNA聚合酶）

全酶由5個(gè)亞基組成，有時(shí)含有ω鏈；

表示為：α2ββ′σ（ω）

核心酶：α2ββ′

起始因子：σ亞基。

組成：（E.ColiRNA聚合酶）

全酶由5個(gè)亞基58功能：

σ亞基：識(shí)別DNA模板上特殊的轉(zhuǎn)錄起始信號(hào)，在

RNA合成中起發(fā)動(dòng)作用；

核心酶：具有催化RNA聚合的活性，但不能啟動(dòng)一條

新鏈的合成。

ω鏈：功能不詳。

◆

新鏈RNA與模板DNA鏈堿基配對(duì)：

dT-A，dG-C，

dC-G，dA-U。功能：

σ亞基：識(shí)別DNA模板上特殊的轉(zhuǎn)錄起始信號(hào)，在59（2）轉(zhuǎn)錄過(guò)程

四步：RNA聚合酶與模板DNA起始部位識(shí)別、結(jié)合；

轉(zhuǎn)錄的起始；

RNA鏈的延長(zhǎng)；

RNA鏈合成的終止。（2）轉(zhuǎn)錄過(guò)程

四步：RNA聚合酶與模板DNA起始部位識(shí)別、60

61◆

RNA聚合酶與模板的識(shí)別與結(jié)合

RNA聚合酶首先識(shí)別DNA模板上特異的起始部位

——啟動(dòng)子，并與之結(jié)合。

啟動(dòng)子（promoter）：

DNA上能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合，與轉(zhuǎn)錄起始有

關(guān)的一段DNA序列?！?/p>

RNA聚合酶與模板的識(shí)別與結(jié)合

RNA聚合酶62RNA聚合酶的σ因子能識(shí)別啟動(dòng)子，使全酶與啟動(dòng)

子結(jié)合，并使雙螺旋局部解鏈。

核心酶也能與DNA模板結(jié)合，但對(duì)DNA各部位親和

力相同。RNA聚合酶的σ因子能識(shí)別啟動(dòng)子，使全酶與啟動(dòng)

63◆

轉(zhuǎn)錄的起始

第1個(gè)NTP（多為GTP）引入，產(chǎn)生新生RNA5′端。

形成穩(wěn)定的E-啟動(dòng)子-NTP

三元復(fù)合物。

σ因子從復(fù)合物釋放。◆

轉(zhuǎn)錄的起始

第1個(gè)NTP（多為GTP）引入64◆

鏈的延伸

#σ因子脫去，核心酶在DNA模板上沿3′→5′方向滑

動(dòng)，按模板DNA信息，不斷加入互補(bǔ)NTP，使RNA

鏈由5′→3′方向延伸。

#

底物NTP的α-P與新生RNA鏈的3′-OH縮合，形成

3′，5′-磷酸二脂鍵。

#

隨著核心酶在模板DNA上滑行，模板DNA不斷解鏈,

原來(lái)解開的部位完成轉(zhuǎn)錄又重新形成雙螺旋。

#

E.ColiRNA聚合酶37℃時(shí)轉(zhuǎn)錄速度：20-50Nt/sec。

◆

鏈的延伸

#σ因子脫去，核心酶在DNA模板65

◆

RNA鏈合成的終止

終止包括：RNA鏈延伸停止；

新生RNA鏈從模板上釋放；

RNA聚合酶(核心酶)脫離模板。

DNA模板上有終止信號(hào)——終止子

終止子：模板DNA上提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的一段DNA

序列。◆

RNA鏈合成的終止

終止包括：RNA鏈延伸66兩種終止機(jī)制:

①不需蛋白質(zhì)因子

由RNA聚合酶識(shí)別DNA模板上的終止信號(hào)

——終止子。

②需蛋白質(zhì)因子（ρ）引起終止

DNA模板上的終止信號(hào)有ρ因子結(jié)合位點(diǎn)

——ρ位點(diǎn)，

ρ因子可識(shí)別該位點(diǎn)并與之結(jié)合，當(dāng)ρ與ρ位點(diǎn)結(jié)

合后，合成即終止。兩種終止機(jī)制:

①不需蛋白質(zhì)因子

由RN67第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴682．RNA復(fù)制

RNA復(fù)制：以RNA為模板合成RNA的過(guò)程。

有些病毒只含RNA：遺傳信息的載體，

遺傳信息的信使。

RNA復(fù)制是病毒RNA合成的一種方式。

一些被RNA病毒感染的高等動(dòng)植物細(xì)胞也有RNA復(fù)制作用。2．RNA復(fù)制

RNA復(fù)制：以RNA為模板合成RNA的過(guò)69RNA復(fù)制合成的作用特征：

①需RNA復(fù)制酶，RNA復(fù)制酶特異性高；

②模板：RNA（病毒）；

③底物：4種NTP；

④RNA鏈合成方向：5′→3′。

RNA復(fù)制合成的作用特征：

①需RNA復(fù)制酶，RNA70第七章

核酸代謝

第七章

核酸代謝

71一、核酸的酶促降解

細(xì)胞內(nèi)核酸在核酸酶的作用下逐步分解；

體內(nèi)DNA分解極為緩慢，RNA分解較快，二者終產(chǎn)物

一致。

磷酸

核酸→核苷酸戊糖（核糖或脫氧核糖）

核苷

堿基（嘌呤或嘧啶）

一、核酸的酶促降解

細(xì)胞內(nèi)核酸在核酸酶的作用下逐步分解72水解產(chǎn)物除部分作為新的核苷酸合成的原料外，大部

分被進(jìn)一步分解。

◆

戊糖――HMS氧化分解；

◆

磷酸――磷酸代謝；

◆

堿基――分別降解。

水解產(chǎn)物除部分作為新的核苷酸合成的原料外，大部

73二、嘌呤、嘧啶代謝

（一）嘌呤的分解

◆

反應(yīng)部位：主要肝、腎、小腸

◆

過(guò)程：①水解脫氨②氧化

◆

重要的酶：黃嘌呤氧化酶

◆

不同生物嘌呤分解終產(chǎn)物有差異。

人體嘌呤分解終產(chǎn)物為尿酸，尿酸微溶于水，如體內(nèi)

產(chǎn)生過(guò)多，不能及時(shí)排出，則沉積在體內(nèi)。

如：沉積在關(guān)節(jié)——痛風(fēng)癥

沉積在腎——腎結(jié)石二、嘌呤、嘧啶代謝

（一）嘌呤的分解

◆反應(yīng)部74第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴75（二）嘧啶的分解

終產(chǎn)物：

NH3，CO2，

β－脲基異丁酸。

β－丙AA

NH3,+CO2+乙酸

（二）嘧啶的分解

終產(chǎn)物：

NH3，CO2，

β－76三、核苷酸的合成

1．核酸降解產(chǎn)物：核苷酸、核苷、堿基，被吸收或重新利用。

2．生物體利用其它物質(zhì)合成核苷酸→核酸。

不一定需要膳食供給。

（一）嘌呤核苷酸的合成

用同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，證明嘌呤核苷酸中各原子的來(lái)源：

AMP

原料--→IMP

GMP

GTPATP三、核苷酸的合成

1．核酸降解產(chǎn)物：核苷酸、核苷、堿基，77（二）嘧啶核苷酸合成

同位素示蹤試驗(yàn)證明：嘧啶核苷酸元素來(lái)源：

從頭合成――主要途徑

原料：(Gln，CO2)

氨甲酰磷酸，Asp

方式：原料嘧啶環(huán)UMP

CMP

TMP核糖、PCO2，Gln組裝（二）嘧啶核苷酸合成

同位素示蹤試驗(yàn)證明：嘧啶核苷酸元素來(lái)源78四、核酸的生物合成

核酸是細(xì)胞基本成分，DNA是主要的遺傳物

質(zhì)，是遺傳物質(zhì)的載體。

DNA功能：

①貯存遺傳信息。

②傳遞遺傳信息（復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯）。

③接受遺傳信息（通過(guò)反轉(zhuǎn)錄）。四、核酸的生物合成

核酸是細(xì)胞基本成分，DN791953年，F(xiàn).Crick在總結(jié)DNA與RNA和蛋白質(zhì)的關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了分子生物學(xué)的中心法則，、1957年修改：

1953年，F(xiàn).Crick在總結(jié)DNA與RNA和蛋白質(zhì)80復(fù)制：以親代DNA分子為模板合成新的子代DNA分子

的過(guò)程，新合成的子代DNA分子與親代DNA分

子完全一樣。DNA→DNA

RNA也可以復(fù)制（病毒）RNA→RNA

轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，合成RNA的過(guò)程。DNA→RNA

反轉(zhuǎn)錄：在反轉(zhuǎn)錄酶作用下，以RNA為模板合成DNA

的過(guò)程。

翻譯：以RNA為模板，根據(jù)RNA鏈上的每三個(gè)核苷酸

（堿基）決定一種AA的規(guī)則，合成出具有特定

AA順序的蛋白質(zhì)肽鏈的過(guò)程。RNA→Pr復(fù)制：以親代DNA分子為模板合成新的子代DNA分子

81第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴82DNA的復(fù)制。

DNA生物合成方式DNA的反轉(zhuǎn)錄合成。（病毒）

DNA損傷的修復(fù)。

83（一）DNA的生物合成

A．DNA復(fù)制1．參與DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)（原核生物）

（１）DNA聚合酶（DNApolymerase，DNApol）

DNA聚合酶：以DNA為模板、dNTP為底物催化合成DNA的一類酶。

DNApolⅠ

原核生物有三種DNA聚合酶DNApolⅡ

DNApolⅢ（一）DNA的生物合成

A．DNA復(fù)制84

DNA聚合酶作用條件：

◆

需模板：DNA

◆

需引物：具3′-OH的DNAorRNA

◆

底物：４種dNTP

◆

需Mg2+，Mn2+

◆

使dNTP以3′，5′磷酸二酯鍵相連，按5′→3′方向

聚合成與模板互補(bǔ)的DNA鏈。

DNA聚合酶作用條件：

◆需模板：DNA

85DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）催化特點(diǎn)

DNApolⅠ是一個(gè)多功能酶

◆5′→3′聚合催化特性：

使dNTP按模板的要求逐個(gè)加到具有3′-OH端的

多核苷酸的鏈上。

DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）催化特點(diǎn)

DNAp86

◆

3′→5′外切酶活性：從3′-OH端水解DNA。

出現(xiàn)與模板錯(cuò)配的核苷酸時(shí)，DNApolⅠ先切去錯(cuò)

配的堿基（核苷酸）然后再繼續(xù)進(jìn)行聚合。

功能：識(shí)別、消除錯(cuò)配堿基。對(duì)聚合起校正作用。

◆

3′→5′外切酶活性：從3′-OH端水解D87

◆

5′→3′外切酶的活性：從5′端水解DNA鏈，

也可距5′端12個(gè)左右堿基處水解DNA鏈。

（只作用于雙鏈DNA）。

功能：切除引物，切除變異損傷的核苷酸—修復(fù)

作用。

◆

5′→3′外切酶的活性：從5′端水解D88原核生物有三種DNA聚合酶比較：

原核生物有三種DNA聚合酶比較：

89（2）DNA連接酶（DNALigase）

雙鏈DNA一條鏈上有切口，3′-OH與5′-P相鄰；

不能連接兩條游離的單鏈。

（切口處的兩核苷酸必須相鄰不能缺少核苷酸。）

作用：在DNA不連續(xù)合成時(shí)起連接作用。

3′5′（2）DNA連接酶（DNALigase）

90（3）解鏈酶（Helicase解螺旋酶，復(fù)制蛋白——rep

蛋白）

作用：解開DNA雙螺旋，使其成單鏈。

（4）旋轉(zhuǎn)酶

作用：消除DNA超螺旋的酶。（3）解鏈酶（Helicase解螺旋酶，復(fù)制蛋白——re91（5）引發(fā)酶

引發(fā)酶：催化RNA引物合成的RNA聚合酶。

作用：合成引物

DNA聚合酶不能從頭起始DNA合成，需要引物

（primer），只能在引物（3′-OH）端逐漸加上

脫氧核苷酸，延長(zhǎng)DNA鏈。

DNA合成的引物有三種：RNA片段；

DNA片段；

tRNA片段。（5）引發(fā)酶

引發(fā)酶：催化RNA引物合成的R92

（6）單鏈結(jié)合蛋白

（Singlestrandbindingprotein——SSB蛋白）

作用：與單鏈DNA的特異結(jié)合的蛋白質(zhì)。

◆

SSB與解開的單股DNA結(jié)合，使兩條單鏈不再形

成雙鏈，保持單鏈區(qū)的穩(wěn)定。

◆

防止核酸酶降解DNA。

（6）單鏈結(jié)合蛋白

（Singlestr932．復(fù)制的方式和特點(diǎn)

(1)半保留復(fù)制:

Watson和Crick1953年提出，DNA的兩條鏈都能作為模板，分別合成出兩條互補(bǔ)的新鏈。2．復(fù)制的方式和特點(diǎn)

(1)半保留復(fù)制:

Wats94機(jī)制：DNA復(fù)制時(shí)，兩條互補(bǔ)連解開；兩條鏈都可做模板，然后在每條模板鏈上按堿基配對(duì)的原則形成互補(bǔ)的新鏈，組成子代DNA分子。

新產(chǎn)生的兩子代DNA分子與親代DNA分子完全相同，且子代DNA中一條鏈來(lái)自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻摹氡Ａ魪?fù)制。

DNA半保留復(fù)制方式，保證了DNA在代謝上的穩(wěn)定性，從而保證了生物遺傳的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。(穩(wěn)定是相對(duì)的)。機(jī)制：DNA復(fù)制時(shí)，兩條互補(bǔ)連解開；兩條鏈都可做95（2）DNA的半不連續(xù)復(fù)制：

問(wèn)題的提出？？？？：

DNA分子兩條鏈都能做模板，幾乎同時(shí)、齊頭并進(jìn)

合成為兩條新的互補(bǔ)鏈。

DNA模板的兩條鏈反向平行，一條5′→3′；

另一條3′→5′。

DNA聚合酶要求：模板方向3′→5′。

合成新鏈方向5′→3′。

如何解釋在同一個(gè)復(fù)制叉中兩條新鏈合成是同步，齊

頭并？

日本學(xué)者岡崎——DNA的半不連續(xù)復(fù)制模型：（2）DNA的半不連續(xù)復(fù)制：

問(wèn)題的提出？？？？96DNA半不連續(xù)復(fù)制模型：

◆DNA復(fù)制時(shí)兩條親代單鏈DNA都做為模板。

◆復(fù)制叉：DNA復(fù)制時(shí)，雙螺旋局部解開，在復(fù)制區(qū)

形成Y形結(jié)構(gòu)——復(fù)制叉；

隨著復(fù)制叉的移動(dòng)DNA雙螺旋逐漸解開。

DNA半不連續(xù)復(fù)制模型：

◆DNA復(fù)制時(shí)兩條親代單鏈97

◆

以復(fù)制叉移動(dòng)方向?yàn)闇?zhǔn)；

3′→5′走向模板鏈，DNA新鏈合成方向5′→3′，與

復(fù)制叉方向一致，連續(xù)合成——前導(dǎo)鏈。

◆

5′→3′走向模板鏈，DNA新鏈合成方向也是5′→３′,

與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反，先照模板按5′→3′合成若

干短的片斷——岡崎片斷，然后由連接酶將短片斷

連接，成一條完整的DNA鏈。不連續(xù)合成——滯后

鏈（后隨鏈）。

◆以復(fù)制叉移動(dòng)方向?yàn)闇?zhǔn)；

3′→5′走98結(jié)論：

DNA的半不連續(xù)復(fù)制：一條新鏈連續(xù)合成；

另一條新鏈不連續(xù)合成。結(jié)論：

DNA的半不連續(xù)復(fù)制：一條新鏈連續(xù)合成；

99

岡崎片斷長(zhǎng)度：原核生物1000-2000個(gè)Nt。

真核生物200個(gè)左右Nt。

岡崎片斷長(zhǎng)度：原核生物1000-21003．DNA復(fù)制過(guò)程

合成的起始；

DNA鏈的延伸；

合成終止。

3．DNA復(fù)制過(guò)程

合成的起始；1013．DNA復(fù)制過(guò)程

（1）合成的起始：

◆

引發(fā)酶識(shí)別、結(jié)合在模板DNA起始位點(diǎn)；

◆DNA雙螺旋及超螺旋解開（邊合成邊解開）；

◆RNA引物合成。3．DNA復(fù)制過(guò)程

（1）合成的起始：

◆引發(fā)酶102（2）DNA鏈的延伸

◆

在DNApolⅢ的催化下，按照模板鏈3′→5′順序

在RNA引物3′-OH末端逐個(gè)按上相應(yīng)的核苷酸，

合成互補(bǔ)新鏈。

◆前導(dǎo)鏈合成方向5′→3′，連續(xù)合成。

◆滯后鏈合成方向5′→3′，不連續(xù)合成。（2）DNA鏈的延伸

◆在DNApolⅢ的催化下，103（3）合成終止

DNA復(fù)制合成的終止包括：

①RNA引物的切除和缺口的填補(bǔ)。

通過(guò)DNApolⅠ5′→3′外切酶活性，或RNaseH

酶切除引物，然后由polⅠ5′→3′聚合活性補(bǔ)齊

缺口。

②DNA片段的連接——DNA連接酶。（3）合成終止

DNA復(fù)制合成的終止包括：

104第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴105第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴106第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴107B、DNA反（逆）轉(zhuǎn)錄合成——RNA指導(dǎo)的DNA合成

反轉(zhuǎn)錄：在反轉(zhuǎn)錄酶作用下，以RNA為模板合成DNA

的過(guò)程。

反轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)：

◆1964年Temin提出反轉(zhuǎn)錄假設(shè)。

◆1970年Temin和Batimore，同時(shí)分別從致癌RNA

病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。

后來(lái)在正常動(dòng)物胚胎細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。

◆

反轉(zhuǎn)錄酶又稱為：依賴RNA的DNA聚合酶

RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶B、DNA反（逆）轉(zhuǎn)錄合成——RNA指導(dǎo)的DNA合成

反轉(zhuǎn)錄108反轉(zhuǎn)錄條件：酶：反轉(zhuǎn)錄酶。

底物：4種dNTP為。

模板：病毒單鏈RNA為。

引物：宿主細(xì)胞的tRNA。

反轉(zhuǎn)錄條件：酶：反轉(zhuǎn)錄酶。

109合成方式：

致癌DNA

整合到宿主DNA

病毒RNA

cDNA

（模板）mRNA

蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)化蛋白）

以病毒RNA為模板合成的cDNA（complementaryDNA）通過(guò)復(fù)制合成致癌DNA，后者可整合到宿主DNA中，并隨宿主細(xì)胞分裂而遺傳下去，遇到合適的條件便進(jìn)行復(fù)制產(chǎn)生致癌DNA分子，引起癌變。

轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生的蛋白（轉(zhuǎn)化蛋白、病毒蛋白）也引起癌變。反轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制合成方式：

110反轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性：

①逆轉(zhuǎn)錄功能：利用病毒RNA為模板合成互補(bǔ)的

cDNA，形成RNA-DNA雜合子。

②復(fù)制功能：以新合成（逆轉(zhuǎn)錄）的cDNA為模板，

合成另一條DNA成DNA-DNA雙鏈。

③RNaseH活性：水解RNA-DNA雜交分子中RNA。反轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性：

①逆轉(zhuǎn)錄功能：利用病毒RNA111第7章核酸代謝2013年最新《生物化學(xué)原理》課件王雅琴112逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史113C、DNA損傷與修復(fù)

（1）DNA損傷

DNA分子不是絕對(duì)穩(wěn)定的，可受多種因素的作用而

改變或受破壞.

◆

生物因素：復(fù)制及基因重組過(guò)程出現(xiàn)差錯(cuò)而改變。

◆

物理因素：紫外線、電離輻射、X-射線等。

◆化學(xué)因素：烷化劑，氧化劑等化學(xué)誘變劑。C、DNA損傷與修復(fù)

（1）DNA損傷

DNA分114UV引起輻射損傷：形成嘧啶二聚體，C和C之間，

T和T之間形成共價(jià)鍵。UV引起輻射損傷：形成嘧啶二聚體，C和C之間，

115（2）DNA損傷的修復(fù)

◆

光復(fù)活作用

利用光能，光復(fù)活酶催化下切除由紫外線照射引起

的DNA嘧啶二聚體。

DNA復(fù)制、DNA轉(zhuǎn)錄時(shí)，到嘧啶二聚體處，復(fù)制、

轉(zhuǎn)錄均受阻。

修復(fù)過(guò)程：（2）DNA損傷的修復(fù)

◆光復(fù)活作用

利用光116◆

光復(fù)活酶能在暗處識(shí)別損傷的DNA部位，并結(jié)合在受

損部位。

◆

可見光激活光復(fù)活酶，分解由UV照射而形成的DNA中

的嘧啶二聚體。

◆

光復(fù)活作用高度專一，只能修復(fù)UV照射引起的DNA嘧

啶二聚體。

光復(fù)活酶只存在于低等單細(xì)胞(如微生物)→鳥類；

高等哺乳動(dòng)物無(wú)此酶。

◆

光復(fù)活酶能在暗處識(shí)別損傷的DNA部位，并結(jié)合在受

損1172．切除修復(fù)——（復(fù)制前修復(fù)）

在幾種酶作用下，將DNA分子中錯(cuò)配的或受損的部位切除，然后以完好鏈為模板合成出切除的部位。

該機(jī)制普遍存在，作用于各種損傷。

三種：堿基切除修復(fù)：修復(fù)DNA中改變的堿基。

核苷酸切除修復(fù)：修復(fù)DNA中巨大損傷。

堿基錯(cuò)配修復(fù)（前述）。2．切除修復(fù)——（復(fù)制前修復(fù)）

在幾種酶作用下，將DNA118◆

堿基切除修復(fù)◆

堿基切除修復(fù)119◆

核苷酸切除修復(fù)：

過(guò)程：識(shí)別、切斷→修復(fù)→切除→連接（原核生物）

◆

核苷酸切除修復(fù)：

過(guò)程：識(shí)別、切斷→修復(fù)→切除→連接（原120◆

識(shí)別及切斷：UvrA，UvrB識(shí)別并結(jié)合在DNA損傷處，

UvrC（相當(dāng)于核酸內(nèi)切酶）在損傷處

靠近5′→3′一側(cè)切斷，產(chǎn)生切口。

◆

修復(fù)：以另一條完好單鏈為模板,由DNApolⅠ在切

口處修復(fù)合成，補(bǔ)齊缺口；方向5′→3′。

◆

切除：UvrC在受損傷部位3′一側(cè)切斷，去除受損

傷片段。

◆

連接：連接酶將新合成的DNA片斷與原鏈連接。

此修復(fù)發(fā)生在DNA復(fù)制前——復(fù)制前修復(fù)?！?/p>

識(shí)別及切斷：UvrA，UvrB識(shí)別并結(jié)合在DNA損傷處，1213．重組修復(fù)——（復(fù)制后修復(fù)）

先復(fù)制再修復(fù)：含有錯(cuò)誤或損傷的DNA仍可進(jìn)行復(fù)制，但子代DNA鏈在對(duì)應(yīng)于損傷的部位出現(xiàn)缺口，通過(guò)分子間重組使缺口補(bǔ)齊。

3．重組修復(fù)——（復(fù)制后修復(fù)）

先復(fù)制再修復(fù)：含有錯(cuò)誤或損傷122重組修復(fù)中，二聚體（或其他損傷）并未除去，第二輪復(fù)制時(shí)，留在母鏈中的損傷仍會(huì)給復(fù)制造成困難，仍須以重組修復(fù)來(lái)彌補(bǔ)。

隨著復(fù)制不斷進(jìn)行，若干代以后，損傷部分雖未從分子中除去，但損傷的DNA鏈卻逐漸稀釋，以至無(wú)礙DNA正常的生理功能。

重組修復(fù)中，二聚體（或其他損傷）并未除去，第二輪復(fù)制時(shí)，留在123（二）RNA的合成

兩種方式：轉(zhuǎn)錄（主要）：以DNA為模板合成RNA

復(fù)制：以RNA為模板合成RNA。

1．轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。

（1）轉(zhuǎn)錄的基本特征

◆

底物：4種NTP。

◆

模板：DNA

◆

不需引物：合成RNA時(shí)第一個(gè)NTP一般是嘌呤核苷

酸，大多是G（80%）。（二）RNA的合成

兩種方式：轉(zhuǎn)錄（主要）：以DNA為模板合124

◆

通常為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：

體內(nèi)轉(zhuǎn)錄通常只以DNA分子雙鏈的一條鏈為模板；

體外轉(zhuǎn)錄失去鏈選擇性。

作為模板的鏈稱——模板鏈，

反義鏈，

轉(zhuǎn)錄鏈。

◆

通常為不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：

體內(nèi)轉(zhuǎn)錄通常只以125

不作為模板的鏈稱——編碼鏈，

正義鏈，