核苷酸代謝11課件

第十二章核苷酸代謝一、核酸的分解代謝二、核苷酸的生物合成三、DNA的生物合成四、DNA的損傷修復(fù)五、RNA的生物合成第一節(jié)核酸的分解代謝核酸的酶促降解嘌呤的降解嘧啶的降解核酸的酶促降解核酸核酸酶單核苷酸磷酸單脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脫氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脫氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛3-磷酸甘油醛+磷酸牛脾磷酸二酯酶從5’端3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶從3’端移去5-核苷酸嘌呤的降解：

腺嘌呤鳥嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黃嘌呤黃嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素

+

乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2（植物）腺嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶各種生物嘌呤堿的代謝產(chǎn)物嘌呤代謝產(chǎn)物排泄動物尿酸人類、靈長類動物、鳥類、昆蟲尿囊素除靈長類外其它哺乳類動物尿囊酸某些硬骨魚類尿素、乙醛酸大多數(shù)魚類、兩棲類動物氨、二氧化碳甲殼類動物、軟體動物第二節(jié)核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成核苷酸的合成有2條途徑:從頭合成:利用CO2、NH3、某些氨基酸、磷酸核糖等簡單物質(zhì)為原料,經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)合成核苷酸.(肝組織)

補救途徑:利用體內(nèi)的游離堿基或核苷合成核苷酸.

(腦和骨髓)

1嘌呤核苷酸的從頭合成一、嘌呤核苷酸的合成1234567892嘌呤核苷酸合成的補救途徑

A+PRPP→AMP+PPiG+PRPP→

GMP+PPiHyP+PRPP→IMP+PPi1

嘧啶核苷酸的從頭合成途徑

嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。氨甲酰磷酸天冬氨酸二、嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸合成特點(1)

(胞液)G

Ln+2ATP+CO2→

2ADP+Pi

+氨甲酰磷酸+GLu氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成乳清酸.乳清酸再與5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）結(jié)合形成UMP。胞苷酸(CTP)則由尿苷酸(UTP)轉(zhuǎn)變而來。

嘌呤類似物（6-巰基嘌呤）：可抑制AMP、GMP的生成谷胺酰胺類似物（氮雜絲氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺參與的反應(yīng)葉酸類似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氫葉酸參與的反應(yīng)三核苷酸從頭合成的抗代謝物

(臨床上治癌藥物)第三節(jié)DNA的生物合成DNA的半保留復(fù)制DNA生物合成中的酶DNA的合成方式DNA的復(fù)制過程（原核生物）真核生物DNA的復(fù)制特點逆轉(zhuǎn)錄

復(fù)制：親代DNA在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA的過程。轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，按照堿基配對原則將其所含的遺傳信息傳給RNA，形成一條與DNA鏈互補的RNA的過程。翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNA為模板，將mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的AA排列順序的過程。逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成DNA的過程。定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制

一、DNA的半保留復(fù)制DNA聚合酶Ⅰ

單體酶,多肽鏈內(nèi)含一個鋅原子,多功能酶。(1)具有53聚合酶功能；

(2)3’5’外切酶活性（對雙鏈無作用，校對功能。但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈）(3)5’3’外切酶活性（雙鏈有效，主要是對DNA損傷的修復(fù)，以及在DNA復(fù)制時RNA引物切除及其空隙的填補）二、DNA生物合成中的酶原核生物三種DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅲ(原)DNA復(fù)制的主要聚合酶，由10種亞基，其中、、形成全酶的核心酶。(1)具有5’3’DNA聚合酶活性（亞基，速率高）；(2)具有3’5’外切酶（亞基）的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性；(3)具有5’3’外切酶活性。DNA聚合酶IV和V1999年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNA嚴重損傷時，誘導(dǎo)產(chǎn)生。

α

β

γ

δ

ε定位細胞核細胞核線粒體細胞核細胞核3’-5’外切--+++酶活性引物合成修復(fù)作用線粒體DNA的復(fù)制核DNA的復(fù)制修復(fù)作用功能真核生物五種DNA聚合酶旋轉(zhuǎn)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂(切口反應(yīng))和再連接(封口反應(yīng))。作用是松解負超螺旋，不需要能量。

旋轉(zhuǎn)酶Π：使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接?？梢孕纬韶摮菪?需要由ATP或GTP提供能量.解開雙螺旋,使其成為單鏈.通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。

E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’5’移動，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移動。解旋酶（解鏈酶）其它蛋白因子單鏈結(jié)合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)(又叫螺旋去穩(wěn)定蛋白)：穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護單鏈不被核酸酶降解?！桃l(fā)酶:催化RNA引物合成的RNA聚合酶.

引發(fā)酶需要ATP或GTP提供能量.DNA的復(fù)制：以DNA為模板合成DNA。逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板合成DNA。修復(fù)合成（DNA聚合酶I、連接酶等）三、DNA的合成方式雙鏈的解開RNA引物的合成DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段四、DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）(一)雙鏈的解開DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。常用ori(或o）表示。從復(fù)制原點到終點，組成一個復(fù)制單位，叫復(fù)制子。大腸桿菌染色體DNA以及真核生物的細胞器DNA為雙鏈環(huán)狀，只有一個復(fù)制原點.真核生物染色體DNA是線性雙鏈分子，含有多個復(fù)制原點,因此是多復(fù)制子.

復(fù)制原點在原點處形成一個眼狀結(jié)構(gòu)，叫復(fù)制眼。

DNA復(fù)制進行時，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)兩個叉子狀的生長點(growthpoint)，叫復(fù)制叉。(大腸桿菌）由rep蛋白在復(fù)制叉內(nèi)解開親代雙螺旋DNA，分開的雙鏈再與SSB結(jié)合，防止鏈內(nèi)退火復(fù)制眼的結(jié)構(gòu)：

復(fù)制叉起點復(fù)制叉延伸延伸起點領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復(fù)制(二)

引發(fā)體和引物由蛋白因子（如dnaB等）識別復(fù)制起始點，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體.在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，引物酶的底物是核苷三磷酸，在引物的5’端含3個磷酸殘基,3’端為游離的羥基。引物長度為(原)50至100個核苷酸，(真)較短,約10.DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構(gòu)酶引物酶SSB3535含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。

(三)

DNA鏈的延伸

在DNA聚合酶的催化下,根據(jù)模板鏈3’→5′的核苷酸序列,在RNA引物的3′-OH末端逐個添加脫氧核苷三磷酸,延伸方向是5′→3′,每形成一個磷酸二酯鍵即釋放1個焦磷酸,隨著復(fù)制叉的推進，兩條新鏈的合成方向是不同的：一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進的方向一致，它的合成能連續(xù)進行，稱為前導(dǎo)鏈；另一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進的方向相反，不能被連續(xù)合成，需要復(fù)制叉推進了一定的長度，有了一段DNA單鏈后，才能以此為模板合成一個片段。因此這條新鏈的合成是不連續(xù)的，所以稱為滯后鏈。復(fù)制叉起點復(fù)制叉延伸延伸起點前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈滯后鏈滯后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復(fù)制DNA復(fù)制的半不連續(xù)性前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈：以3’→5’方向的親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。滯后鏈：以5’→3’方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆復(fù)制叉移動方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。半不連續(xù)復(fù)制—在DNA復(fù)制時，領(lǐng)頭鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的,而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，這種復(fù)制方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。岡崎片段在DNA復(fù)制過程中，領(lǐng)頭鏈能連續(xù)合成，而隨后鏈只是多個短片段，這些不連續(xù)的小片段以其發(fā)現(xiàn)者的名字命名為岡崎片段。岡崎片段真核100-200個核苷酸

原核1000-2000個核苷酸。參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖(四)復(fù)制準(zhǔn)確性的保證復(fù)制必需無誤,否則將危及生物的生存.大腸桿菌109-1010pb僅可能發(fā)生1個誤差.DNA聚合酶的聚合作用DNA聚合酶的3′→5′外切活力(五)切除RNA引物，填補缺口連接相鄰的DNA片段

引物:DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切活力來切除的.留下的空隙是由該酶的5′→3′聚合活力填補.岡崎片段是由DNA連接酶封閉缺口,把小片段連接成完整的子代鏈.真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。岡崎片段長約200bp.真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點不再重新開始復(fù)制；而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點。真核生物有多種DNA聚合酶。五真核生物中DNA的復(fù)制特點1、定義:以RNA為模板，以4種dNTP為底物,合成一條與模板RNA互補的DNA鏈稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化進行。2、發(fā)現(xiàn)：1970年Temin和Baltimore同時分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。六逆轉(zhuǎn)錄

因發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳物質(zhì)而獲1975年諾貝爾獎的三位科學(xué)家+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+雙鏈DNA（前病毒）逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶3、病毒RNA的逆轉(zhuǎn)錄過程單鏈病毒RNARNA-DNA雜交分子RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶5’3’活性DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性核糖核酸酶H的活性，專一水解RNA-DNA雜交分子中的RNA，可沿5’3’和3’5’兩個方向起核酸外切酶的作用。逆轉(zhuǎn)錄酶也和DNA聚合酶一樣，沿5’3’方向合成DNA，需要有模板、底物、Mg2+,Mn2+參加.并需要短鏈RNA作引物。4、逆轉(zhuǎn)錄酶不能把“中心法則”絕對化，遺傳信息也可以從RNA傳遞到DNA。促進了分子生物學(xué)、生物化學(xué)和病毒學(xué)的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學(xué)科的工具。1983年，發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,感染T淋巴細胞后即殺死細胞，造成宿主機體免疫系統(tǒng)損傷，引起艾滋?。╝cquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）乙型肝炎病毒5、逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義某些物理化學(xué)因素如:紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等作用于DNA造成DNA結(jié)構(gòu)和功能的破壞,然而一定條件下，生物機體能使損傷得到修復(fù).

紫外線照射---T∧T(

C∧T

C∧C

)

二聚體的形成影響雙螺旋結(jié)構(gòu)，影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能。

一個或幾個堿基被置換

插入一個或幾個堿基

一個或多個堿基對缺失

第四節(jié)DNA的損傷修復(fù)DNA的損傷修復(fù)

光修復(fù)：400nm左右的光激活光復(fù)活酶，專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上TT（CCCT）二聚體。（包括從單細胞生物到鳥類，而高等哺乳動物無）DNA的損傷修復(fù)切除修復(fù)：將DNA分子中的受損傷部分切除，以完整的那條鏈為模板再重新合成。特異內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA連接酶均參與。（發(fā)生在DNA復(fù)制前）DNA的損傷修復(fù)重組修復(fù)

（發(fā)生在復(fù)制后）：復(fù)制時，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補，原損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋。DNA的損傷修復(fù)誘導(dǎo)修復(fù)：造成DNA損傷或抑制復(fù)制的處理均能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（SOSresponse）。此過程誘導(dǎo)產(chǎn)生切除修復(fù)和重組修復(fù)中的關(guān)鍵蛋白和酶，同時產(chǎn)生無校對功能的DNA聚合酶。所以會有2種結(jié)果：修復(fù)或變異（進化）。

著色性干皮病概念RNA聚合酶RNA的轉(zhuǎn)錄過程RNA轉(zhuǎn)錄后加工RNA的復(fù)制第五節(jié)RNA的生物合成以DNA的一條鏈為模板在RNA聚合酶催化下，按照堿基配對原則，合成一條與DNA鏈的一定區(qū)段互補的RNA鏈的過程稱為轉(zhuǎn)錄。以四種核糖核苷三磷酸酸（NTP）為底物，形成3、5-磷酸二酯鍵相連接。一、概念都需要模板都以三磷酸核苷酸為底物（NTP或dNTP）合成方向都是5→’3’轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的比較相同點轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的不同點

轉(zhuǎn)錄不需引物；只轉(zhuǎn)錄DNA分子中的一個片段（稱為轉(zhuǎn)錄單位或操縱子,operon)；雙鏈DNA中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄活性（稱為模板鏈）；基因被轉(zhuǎn)錄與特定的時間、空間、生理狀態(tài)有關(guān)；

RNA聚合酶無校對功能。轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的比較轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。反義鏈：在RNA的轉(zhuǎn)錄中，用于轉(zhuǎn)錄的模板DNA鏈稱為模板鏈。（或反義鏈）有義鏈：在RNA的轉(zhuǎn)錄中，與模板DNA互補的鏈稱為編碼鏈（或有義鏈）DNA的一個小片段是一個基因，DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而且每個基因的有義鏈并不總在染色體DNA的同一條鏈上，DNA的一條鏈上具有著某些基因的有義鏈和另一些基因的反義鏈。二、RNA聚合酶：大腸桿菌的RNA聚合酶核心酶全酶只能使已開始合成的RNA鏈延長，不具有起始合成RNA的能力。從固定的起點開始合成RNA

大腸桿菌RNA聚合酶各亞基的功能亞基功能α

酶的裝配，與啟動子上游元件和活化因子結(jié)合β

參與轉(zhuǎn)錄起始，結(jié)合底物，催化磷酸二酯鍵形成β’參與酶與模板結(jié)合未知σ

識別啟始位點，促進轉(zhuǎn)錄的起始RNA聚合酶的特點：反應(yīng)底物：NTP，DNA為模板、Mg2+促進聚合反應(yīng)。RNA聚合酶不需要引物，合成方向53。真核生物與原核生物的RNA聚合酶結(jié)構(gòu)不同。利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；α-鵝膏蕈堿抑制真核生物RNA聚合酶活性。起始位點的識別轉(zhuǎn)錄起始（起始階段）鏈的延伸（延長階段）轉(zhuǎn)錄終止（終止階段）三、RNA的轉(zhuǎn)錄過程σ亞基起著識別DNA分子上的起始信號的作用。（啟動子——指RNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列）不同的σ亞基識別不同的啟動子，從而表達不同的基因。起始位點的識別

轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶與DNA雙鏈的起始點結(jié)合,并且局部解開雙螺旋,解鏈僅發(fā)生在于RNA聚合酶結(jié)合部位，然后結(jié)合第一個核苷三磷酸。加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點，σ亞基就會被釋放脫離核心酶。E-35-10pppG或pppA5’5’3’3’模板鏈RNA鏈的延伸DNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象的變化，核心酶與DNA結(jié)合比較松弛，可沿DNA模板移動，并按模板順序選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的RNA鏈的3’-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄延伸方向從5’3’

RNA聚合酶沿著模板鏈的3′5′方向移動轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄遇到終止子就被停止。終止子：在DNA