核酸代謝課件

第十章核酸代謝核苷酸庫核酸的降解核苷酸的合成

核酸的合成核苷酸的降解

核苷酸是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位，它不屬于營養(yǎng)必需物質(zhì)核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)單核苷酸胰、腸核苷酸酶(磷酸單酯酶)核苷磷酸核苷酶戊糖堿基第一節(jié)核酸的消化吸收利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。1.嘌呤核苷酸的從頭合成(1)定義(2)部位：肝細胞胞液、小腸粘膜、胸腺嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸一碳單位甘氨酸一碳單位谷氨酰胺N5－CHO－FH4N5N10＝CH－FH4嘌呤環(huán)中第4、5位碳原子來自甘氨酸。(3)合成原料(4)過程a.IMP的合成:生物體嘌呤核苷酸合成途徑中首先合成的是IMP（次黃嘌呤核苷酸）b.AMP和GMP的生成磷酸核糖的來源5－磷酸核糖

5′-磷酸核糖-1′-焦磷酸PRPP）15a.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶②GAR合成酶③轉(zhuǎn)甲?；涪蹻GAM合成酶⑤AIR合成酶IMP生成總反應(yīng)過程10AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶?在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)?IMP的合成需5個ATP或6個高能磷酸鍵。?IMP→GMP需1個ATP?

IMP→AMP需1個GTP。嘌呤核苷酸從頭合成特點

利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑。2.嘌呤核苷酸的補救合成途徑定義嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3H2O黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸天門冬氨酸谷氨酰胺CO2磷酸戊糖嘧啶核苷酸嘧啶（二）嘧啶核苷酸合成1.從頭合成途徑2.補救合成途徑嘧啶核苷酸的合成代謝1.嘧啶核苷酸的從頭合成（1）部位：所有細胞，胞液（2）特點：先合成環(huán)，再與磷酸核糖連接（4）合成過程a.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸b.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi54從頭合成的調(diào)節(jié)---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-2.嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP胸苷激酶：正常肝活性↓↓再生肝活性↑惡性腫瘤中↑↑（U、T、乳清酸）痛風(fēng)癥的治療機制鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMPIMP（次黃嘌呤）GXMP（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶（肝、腎、腸）一、嘌呤核苷酸的分解代謝二、嘧啶分解（略）氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ、Ⅱ區(qū)別氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ分布肝細胞，線粒體所有細胞，胞漿氮源氨谷氨酰胺功能合成尿素合成嘧啶堿二、基因組和基因基因組：是細胞或生物體內(nèi)一套完整的遺傳物質(zhì)。原核生物：基因組就是整個染色體。人類基因組：⑴核基因組⑵線粒體基因組人類染色體人類基因組結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp以單個基因作為轉(zhuǎn)錄單位，每個基因有自身的調(diào)節(jié)區(qū)。含有大量重復(fù)序列

基因不連續(xù)性

內(nèi)含子外顯子非編碼區(qū)較多

多于編碼序列(9:1)2.基因是基因組中的一個功能性遺傳單位。基因是攜帶一定遺傳信息的特定DNA片斷，它可以通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程表達具有一定生物學(xué)功能的多肽鏈或RNA。（1)依作用分結(jié)構(gòu)基因：決定蛋白質(zhì)或酶分子結(jié)構(gòu);編碼氨基酸調(diào)控基因：可調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因的表達;(量變)tRNA、rRNA基因：(2)基因的分子結(jié)構(gòu)A:編碼鏈B:模板鏈(反編碼鏈)人類結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu):編碼區(qū)外顯子:具有編碼意義的DNA序列內(nèi)含子:無編碼意義的DNA序列側(cè)翼序列調(diào)控區(qū)前導(dǎo)區(qū)尾部區(qū)啟動子:啟動RNA轉(zhuǎn)錄增強子(沉默子):加快(減緩)轉(zhuǎn)錄速度終止子:末端,終止轉(zhuǎn)錄上、下游的轉(zhuǎn)錄但不翻譯區(qū)轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子人類結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)示意圖AATAAA切離加尾

終止子

修飾點

外顯子

翻譯起始點內(nèi)含子

OCT-1

OCT-1：ATTTGCAT八聚體啟動子從基因到蛋白的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程ProteinDNA

染色體(高度繞曲的DNA分子)RNA(3)基因的功能儲存遺傳信息遺傳信息擴增和傳遞（復(fù)制和分配）遺傳信息的表達轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄mRNA蛋白質(zhì)DNA復(fù)制三、遺傳信息傳遞的中心法則包括：基因的遺傳和基因的表達

遺傳信息的傳遞與表達DNA的生物合成（復(fù)制）RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）基因表達(一）DNA的生物合成（半保留復(fù)制）DNADNADNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補（A=T,G≡C）的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻模@種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。DNA分子2股DNA單鏈－模板鏈堿基互補配對（A-T,G-C)解螺旋2股新鏈分別與模板鏈組成新的子代DNA分子與母DNA堿基序列完全相同3’5’5’3’3’5’3’5’半保留復(fù)制2股新DNA鏈,與模板鏈互補原料：dATP，dGTP，dCTP，dTTP模板：解開成單鏈的DNA母鏈（2條單鏈）引物：RNA引物酶：DNA聚合酶、解旋酶原則:堿基互補A＝T,G≡

C方向：5’→3’（新鏈）1、DNA合成條件：2、DNA復(fù)制過程拓撲異構(gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體引物DNA雙鏈′5′3′5′3DNA復(fù)制起始過程:解鏈拓撲異構(gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體引物DNA復(fù)制起始的過程拓撲異構(gòu)酶與DNA雙鏈結(jié)合，解開超螺旋?！?′3′5′3拓撲異構(gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體引物DNA復(fù)制起始的過程解鏈酶解開DNA雙螺旋′5′3′5′3拓撲異構(gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體引物單鏈結(jié)合蛋白防止復(fù)螺旋′5′3′5′3DNA復(fù)制起始過程拓撲異構(gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶引物酶及引發(fā)體引物DNA復(fù)制起始過程引物酶合成引物′5′3′5′3DNA復(fù)制的延伸1.DNA聚合酶把新生鏈的第一個脫氧核苷酸加到引物的3′-OH上，開始新生鏈的合成過程。AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ⅢACGACGTT引物原料5′3′模板方向：5′3′AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT組成

DNA的脫氧核糖核苷酸一個個連接起來3′,5′-磷酸二酯鍵引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板鏈DNA新鏈引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板鏈DNA新鏈引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′ATCCGAGATCCTAGGCTCTAGGATCCGAGATCCTAGGCTCTAGGTAGGCTCTAGGATCCGAGATCC+母鏈母鏈子鏈母代DNA2個子代DNADNA聚合酶RNA引物原料DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全重新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制：AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子代DNA

復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈半不連續(xù)復(fù)制：DNA復(fù)制時,一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)的,另一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的,稱為半不連續(xù)復(fù)制。DNA合成過程概況：先由引物酶合成RNA引物，再由DNA聚合酶Ⅲ在引物3’合成DNA鏈，然后由DNA聚合酶Ⅰ切除引物并填補空隙，最后由連接酶連成完整的鏈。4、DNA復(fù)制的意義：DNA半保留復(fù)制具有高度準(zhǔn)確性，保證遺傳信息的正確傳遞，保證親、子代之間遺傳的穩(wěn)定性。3、DNA復(fù)制產(chǎn)物：兩個子代DNA。

堿基序列與母代完全相同。（二）RNA的合成－轉(zhuǎn)錄1.合成方式：轉(zhuǎn)錄以一條DNA鏈的片斷為模板按堿基配對的原則(A＝U,G≡C)合成RNA，使遺傳信息流向RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。原料：ATP，GTP，CTP，UTP模板：DNA模版鏈(一條單鏈）酶：RNA聚合酶＝核心酶(由ααββˊ四個亞基構(gòu)成)

＋σ因子原則：堿基互補A＝U,G≡

C方向：5’→3’2.合成條件DNA分子其中一股DNA母鏈－模板一條RNA鏈,與模板鏈互補

堿基互補配對（A-U,T-A,G-C)解螺旋3、RNA轉(zhuǎn)錄過程ATCCGAGATCCTAGGCTCTAGGATCCGAGATCCUAGGCUCUAGG模板鏈RNA鏈原料模板鏈UAGGCUCUAGG轉(zhuǎn)錄釋放4）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：單鏈RNAmRNAtRNArRNA5）轉(zhuǎn)錄意義：抄錄DNA遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，進行基因表達。RNA堿基排列順序由DNA決定。加工真核細胞mRNA的一般結(jié)構(gòu)為：AUG起始帽狀結(jié)構(gòu)不翻譯區(qū)翻譯區(qū)UGAUAGUAA終止不翻譯區(qū)polyA1.mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工(三）真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工①首、尾的修飾a.5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp)帽子結(jié)構(gòu):mGpppG,

7－甲基三磷酸雙鳥苷

帽子的功能:在蛋白質(zhì)合成中,供核糖體小亞基識別與結(jié)合;保護合成中的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA,免受核酸外切酶降解；使成熟的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物從核內(nèi)輸送到胞質(zhì)。5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子生成過程5ppGp…磷酸酶Pib.3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)維持mRNA作為翻譯模板的活性；增加mRNA本身的穩(wěn)定性。功能：②

mRNA的剪接除去內(nèi)含子，連接外顯子。2.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工在酶的作用下，從5末端和3末端切除多余核苷酸；切除內(nèi)含子進行剪接作用；3末端加CCA-OH；堿基修飾tRNA基因及轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、D內(nèi)切酶tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP堿基修飾甲基化

A→mA

（或mG）還原反應(yīng)UDHU核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)尿苷假尿苷（）脫氨反應(yīng)AMPIMP3.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工真核細胞的rRNA基因?qū)儆谪S富基因族的DNA序列;即染色體上縱列串聯(lián)基因單位的重復(fù)。小結(jié)：

復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的相似性及區(qū)別相似性：

都是酶促的核苷酸聚合過程以DNA為模板都需依賴DNA的聚合酶生成磷酸二酯鍵方向：5→3