核酸的降解和核苷酸代謝

生物化學(xué)13.核酸的降解和核苷酸代謝

當(dāng)前1頁(yè)，總共87頁(yè)。GenesareDNADNA蘊(yùn)含著全部的生物信息當(dāng)前2頁(yè)，總共87頁(yè)。

核酸王國(guó)的拓荒者

F.Miescher1869年從膿細(xì)胞中提取到一種富含磷元素的酸性化合物核素（nuclein）遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)當(dāng)前3頁(yè)，總共87頁(yè)。LeveneKossel1929年又確定了核酸有兩種：DNA與RNA1885～1900年證實(shí)核酸由不同的堿基組成，堿基-核糖-磷酸當(dāng)前4頁(yè)，總共87頁(yè)。1928年FrederickGriffith轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)Roughcolonies(R)Smoothcolonies(S)當(dāng)前5頁(yè)，總共87頁(yè)。1944年，Avery在離體條件下完成轉(zhuǎn)化當(dāng)前6頁(yè)，總共87頁(yè)。1952年Hershey和Chase噬菌體感染實(shí)驗(yàn)當(dāng)前7頁(yè)，總共87頁(yè)。TMV（tobaccomosaicvirus）YourText1956年A.Gierer和G.Schraman發(fā)現(xiàn)TMV的遺傳物質(zhì)是RNA1957年和B.Singre重建實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一結(jié)論RNA也是遺傳物質(zhì)當(dāng)前8頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前9頁(yè)，總共87頁(yè)。證實(shí)核酸是遺傳物質(zhì)當(dāng)前10頁(yè)，總共87頁(yè)。核苷酸=堿基＋戊糖分子＋磷酸分子31當(dāng)前11頁(yè)，總共87頁(yè)。

核苷酸鏈的連接當(dāng)前12頁(yè)，總共87頁(yè)。閉合環(huán)狀，E.coli2.4×109Da，4369Kb，約編碼4288個(gè)基因類(lèi)核的結(jié)構(gòu)質(zhì)粒重疊基因原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)當(dāng)前13頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前14頁(yè)，總共87頁(yè)。重疊基因

(overlappinggene)“野野鳥(niǎo)鳥(niǎo)啼啼時(shí)時(shí)有有思思…”

蓮人在綠楊津采一玉漱聲歌新闕采蓮人在綠楊津在綠楊津一闕新一闕新歌聲漱玉歌聲漱玉采蓮人當(dāng)前15頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前16頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前17頁(yè)，總共87頁(yè)。真核基因組的復(fù)雜性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)人DNA長(zhǎng)約30億個(gè)堿基對(duì)，估計(jì)編碼2～2.5萬(wàn)個(gè)基因線狀，分子量約為3×1012Da，長(zhǎng)度為2×106Kb當(dāng)前18頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前19頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前20頁(yè)，總共87頁(yè)。

DNA的復(fù)制當(dāng)前21頁(yè)，總共87頁(yè)。原核生物復(fù)制的酶及蛋白當(dāng)前22頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前23頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前24頁(yè)，總共87頁(yè)。DNA聚合酶Ⅲ不對(duì)稱(chēng)的酶復(fù)合體合成兩條DNA鏈當(dāng)前25頁(yè)，總共87頁(yè)。連接酶當(dāng)前26頁(yè)，總共87頁(yè)。復(fù)制過(guò)程半不連續(xù)復(fù)制當(dāng)前27頁(yè)，總共87頁(yè)。復(fù)制模式當(dāng)前28頁(yè)，總共87頁(yè)。真核生物DNA聚合酶DNA-pol

起始新鏈合成DNA-pol

延伸前導(dǎo)鏈DNA-pol

可能與后滯鏈的合成有關(guān)，也可能有其它功能DNA-pol

在真核線粒體DNA復(fù)制中起催化作用DNA-polDNA的修復(fù)當(dāng)前29頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前30頁(yè)，總共87頁(yè)。從基因到蛋白——轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程

當(dāng)前31頁(yè)，總共87頁(yè)。轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別*轉(zhuǎn)錄時(shí)只有一條DNA鏈為模板，而復(fù)制時(shí)兩條鏈都可作為模板DNA-RNA雜合雙鏈不穩(wěn)定，RNA合成后釋放，而DNA復(fù)制叉形成后一直打開(kāi)，新鏈和母鏈成為子鏈RNA合成不需引物，而DNA復(fù)制需要引物轉(zhuǎn)錄的底物是rNTP，復(fù)制的底物是dNTP聚合酶系不同當(dāng)前32頁(yè)，總共87頁(yè)。大腸桿菌RNA聚合酶

α＝36.5kDβ＝151kDβ’＝155kD

ω＝11kDσ＝70kD當(dāng)前33頁(yè)，總共87頁(yè)。RNApol執(zhí)行多功能識(shí)別DNA雙鏈上的啟動(dòng)子使DNA變性在啟動(dòng)子處解旋成單鏈通過(guò)閱讀啟動(dòng)子序列，RNApol確定它自己的轉(zhuǎn)錄方向和模板鏈最后當(dāng)它達(dá)到終止子時(shí)，通過(guò)識(shí)別停止轉(zhuǎn)錄當(dāng)前34頁(yè)，總共87頁(yè)。模板識(shí)別→轉(zhuǎn)錄起始→通過(guò)啟動(dòng)子→轉(zhuǎn)錄的延伸和終止當(dāng)前35頁(yè)，總共87頁(yè)。啟動(dòng)子（promoter）的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)典型：識(shí)別（R）、結(jié)合（B）、起始（I）位點(diǎn)序列保守位置和距離都比較恒定直接和聚合酶結(jié)合常和操縱子相鄰位于基因的5′端當(dāng)前36頁(yè)，總共87頁(yè)。典型啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)RBI當(dāng)前37頁(yè)，總共87頁(yè)。原核生物轉(zhuǎn)錄的過(guò)程當(dāng)前38頁(yè)，總共87頁(yè)。轉(zhuǎn)錄的起始：全酶與模板DNA接觸起始識(shí)別：封閉的酶-啟動(dòng)子二元復(fù)合物開(kāi)放的啟動(dòng)子二元復(fù)合體酶-啟動(dòng)子-rNTP三元復(fù)合體當(dāng)前39頁(yè)，總共87頁(yè)。在延伸時(shí)RNApol的移動(dòng)特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的延伸當(dāng)前40頁(yè)，總共87頁(yè)。原核生物轉(zhuǎn)錄的終止

終止子（terminator，t）強(qiáng)終止子－內(nèi)部終止子（intrinsicterminators）弱終止子－需要ρ因子（rhofactor）又稱(chēng)為ρ依賴性終止子（Rho-dependentterminator）當(dāng)前41頁(yè)，總共87頁(yè)。強(qiáng)終止子的結(jié)構(gòu)模式圖有回文結(jié)構(gòu)存在莖的區(qū)域富含G-C強(qiáng)終止子3′端上有6個(gè)U

以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在終止中起何作用？當(dāng)前42頁(yè)，總共87頁(yè)。強(qiáng)終止子、弱終止子當(dāng)前43頁(yè)，總共87頁(yè)。在原核mRNA轉(zhuǎn)錄中ρ依賴性終止機(jī)制當(dāng)前44頁(yè)，總共87頁(yè)。真核生物的轉(zhuǎn)錄當(dāng)前45頁(yè)，總共87頁(yè)。真核生物轉(zhuǎn)錄和原核生物轉(zhuǎn)錄的區(qū)別*原核只有一種RNA聚合酶，而真核細(xì)胞有三種聚合酶啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，真核有三種不同的啟動(dòng)子和有關(guān)元件真核的轉(zhuǎn)錄有很多蛋白質(zhì)因子的介入當(dāng)前46頁(yè)，總共87頁(yè)。RNApol位置產(chǎn)物相對(duì)活性對(duì)α-鵝膏蕈的敏感polⅠ核仁28S、18S、5.8SrRNAs50-70%不敏感polⅡ核質(zhì)hnRNA、mRNA、某些snRNA20-40%高度敏感polⅢ核質(zhì)tRNA、5SrRNA、某些snRNA-10%片段特異，中度敏感真核的RNA聚合酶當(dāng)前47頁(yè)，總共87頁(yè)。真核生物的啟動(dòng)子啟動(dòng)子Ⅱ最為復(fù)雜，它和原核的啟動(dòng)子的不同：有多種元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等結(jié)構(gòu)不恒定它們的位置、序列、距離和方向都不完全相同有的有遠(yuǎn)距離的調(diào)控元件存在，如增強(qiáng)子不直接和RNApol結(jié)合需多種轉(zhuǎn)錄因子介入當(dāng)前48頁(yè)，總共87頁(yè)。Ⅱ類(lèi)基因的啟動(dòng)子和調(diào)控區(qū)

TATA框核心元件起始子（Inr）

CAATbox上游元件GCboxOct

增強(qiáng)子（enhancer）遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū)

減弱子（dehancer）靜息子（silencer）上游激活序列（UASs）當(dāng)前49頁(yè)，總共87頁(yè)。真核RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子和增強(qiáng)子通過(guò)蛋白質(zhì)的介導(dǎo)相互結(jié)合，成環(huán)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄當(dāng)前50頁(yè)，總共87頁(yè)。當(dāng)前51頁(yè)，總共87頁(yè)。轉(zhuǎn)錄后加工當(dāng)前52頁(yè)，總共87頁(yè)。轉(zhuǎn)錄后加工——指將各種前體RNA分子加工成成熟的各種RNA減少部分片段：如切除5’前導(dǎo)序列；3’拖尾序列和中部的內(nèi)含子增加部分片段：5’

加帽；3’

加poly(A)和通過(guò)編輯加入一些堿基修飾：對(duì)某些堿基進(jìn)行甲基化等當(dāng)前53頁(yè)，總共87頁(yè)。加工過(guò)程加帽剪切前加帽剪切后加帽功能內(nèi)含子的剪接邊界序列內(nèi)含子的剪接加尾加尾反應(yīng)功能編輯生物學(xué)意義機(jī)制當(dāng)前54頁(yè)，總共87頁(yè)。有助于mRNA越過(guò)核膜，進(jìn)入胞質(zhì)保護(hù)5’不被酶降解翻譯時(shí)供IFⅢ（起始因子）和核糖體識(shí)別帽子結(jié)構(gòu)的功能當(dāng)前55頁(yè)，總共87頁(yè)。poly（A）的功能

有助于成熟的mRNA越過(guò)核膜可能是翻譯的計(jì)數(shù)器當(dāng)前56頁(yè)，總共87頁(yè)。內(nèi)含子和外顯子的交界順序當(dāng)前57頁(yè)，總共87頁(yè)。正確的剪接是建立在正確的配對(duì)組合之上的當(dāng)前58頁(yè)，總共87頁(yè)。編輯編輯（editing）是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加入，丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。校正作用調(diào)控翻譯擴(kuò)充遺傳信息當(dāng)前59頁(yè)，總共87頁(yè)。載脂蛋白的基因ApoB在腸中經(jīng)過(guò)編輯，引入終止密碼子，不能翻譯成完整的載脂蛋白編輯的校正作用當(dāng)前60頁(yè)，總共87頁(yè)。蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯當(dāng)前61頁(yè)，總共87頁(yè)。

遺傳密碼的破譯

遺傳密碼的試拼：1954年G.Gamov對(duì)破譯密碼首先提出了設(shè)想1個(gè)堿基對(duì)應(yīng)一種氨基酸，只可能產(chǎn)生4種氨基酸2個(gè)堿基編碼一種氨基酸，共42=16種排列組合3個(gè)堿基編碼一種氨基酸，產(chǎn)生43=64種不同形式Gamov也許是考慮到效率的問(wèn)題，認(rèn)為一個(gè)堿基可能被重復(fù)讀多次，也就是說(shuō)遺傳密碼的閱讀是完全重疊的當(dāng)前62頁(yè)，總共87頁(yè)。三聯(lián)密碼的證實(shí)1961年Crick和Brenner.S等證實(shí)了三聯(lián)密碼真實(shí)性“加字”和“減字”突變當(dāng)前63頁(yè)，總共87頁(yè)。它們只能在B菌株上生長(zhǎng)形成噬菌斑開(kāi)始用原黃素誘導(dǎo)的突變稱(chēng)FCO他們?cè)儆迷S素誘導(dǎo)產(chǎn)生回復(fù)突變，在K菌株中出現(xiàn)了噬菌斑用遺傳學(xué)的方法和野生型雜交發(fā)現(xiàn)它們并不是真正的野生型校正突變（Asuppressormutation）抵消或抑制了前一次突變的效應(yīng)當(dāng)前64頁(yè)，總共87頁(yè)。校正突變校正突變是在第一次突變不同位點(diǎn)將它抵消的因此原來(lái)的突變可以通過(guò)野生型和回復(fù)突變型之間的雜交又恢復(fù)為突變型校正突變可能發(fā)生相同的基因中，抑制原來(lái)的突變，稱(chēng)基因內(nèi)抑制，或發(fā)生在不同的基因中稱(chēng)基因外抑制當(dāng)前65頁(yè)，總共87頁(yè)?；騼?nèi)抑制當(dāng)前66頁(yè)，總共87頁(yè)。（1）以能否合成嘧啶為表型的標(biāo)準(zhǔn)（2）OTC突變?nèi)杂?～3％的活性

代謝抵償效應(yīng)產(chǎn)生的基因外抑制

當(dāng)前67頁(yè)，總共87頁(yè)。1968年獲得nobel當(dāng)前68頁(yè)，總共87頁(yè)。遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼是三聯(lián)體密碼遺傳密碼無(wú)逗號(hào)遺傳密碼是不重迭的遺傳密碼具有通用性遺傳密碼具有簡(jiǎn)并性(degeneracy)密碼子有起始密碼子和終止密碼子反密碼子中有“擺動(dòng)”（wobble）當(dāng)前69頁(yè)，總共87頁(yè)。

tRNA的二維結(jié)構(gòu)——三葉草型TψC常由5bp的莖和7Nt和環(huán)組成，負(fù)責(zé)和核糖體上的rRNA識(shí)別結(jié)合反密碼子臂(anticodonarm)常由5bp的莖區(qū)和7Nt的環(huán)區(qū)組成，負(fù)責(zé)對(duì)密碼子的識(shí)別與配對(duì)D環(huán)(Darm)的莖區(qū)長(zhǎng)度常為4bp，也稱(chēng)雙氫尿嘧啶環(huán)，負(fù)責(zé)和氨基酰tRNA聚合酶結(jié)合額外環(huán)(extraarm)可變性大，從4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三維結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)連接兩個(gè)區(qū)域（D環(huán)-反密碼子環(huán)和TψC-受體臂）當(dāng)前70頁(yè)，總共87頁(yè)。tRNA的結(jié)構(gòu)和功能當(dāng)前71頁(yè)，總共87頁(yè)。tRNA的二維結(jié)構(gòu)——三葉草型acceptorD-loopTψCloopanticodonloopvarialbleloop當(dāng)前72頁(yè)，總共87頁(yè)。tRNA由三葉草折疊成L型三維結(jié)構(gòu)tRNA的三維結(jié)構(gòu)當(dāng)前73頁(yè)，總共87頁(yè)。

氨基酰tRNA分子的形成

活化：

aa+ATP+E*氨基酰-AMP-E*+PPi轉(zhuǎn)移：

氨基酰-AMP-E*+tRNAaa–tRNA+AMP+E*當(dāng)前74頁(yè)，總共87頁(yè)。合成酶具有三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)氨基酸和ATP結(jié)合形成氨基酰AMPtRNA的結(jié)合tRNA負(fù)載氨基酸當(dāng)前75頁(yè)，總共87頁(yè)。核糖體的作用位點(diǎn)A位點(diǎn)（或稱(chēng)受體位點(diǎn)，acceptorsite）可以進(jìn)入氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）P位點(diǎn)（或稱(chēng)供體位點(diǎn)，donorsite)是被肽基酰-tRNA（peptidyl-tRNA）所占據(jù)E位點(diǎn)（Exitsite）脫酰tRNA（deacylated-tRNA）短暫地占據(jù)當(dāng)前76頁(yè)，總共87頁(yè)。IF-3是30S亞基與mRNA起始位點(diǎn)的特異結(jié)合所必須的IF-2是與起始子tRNA特異結(jié)合并帶到起始復(fù)合體中IF-1作為完整的起始復(fù)合物的一部分,可能和起始復(fù)合物的穩(wěn)定性有關(guān)在細(xì)菌中翻譯的起始當(dāng)前77頁(yè)，總共87頁(yè)。翻譯起始需要游離的核糖體亞基當(dāng)前78頁(yè)，總共87頁(yè)。

氨酰tRNA進(jìn)入核糖體的A位（進(jìn)位反應(yīng)），在P位有肽酰tRNA