核酸代謝專業(yè)知識講座

核酸代謝專業(yè)知識講座核酸代謝專業(yè)知識講座第1頁一、核酸酶促降解

細胞內(nèi)核酸在核酸酶作用下逐步分解；

體內(nèi)DNA分解極為遲緩，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）

核酸代謝專業(yè)知識講座第2頁

水解產(chǎn)物除個別作為新核苷酸合成原料外，大部

分被深入分解。

◆

戊糖――HMS氧化分解；

◆

磷酸――磷酸代謝；

◆

堿基――分別降解。

核酸代謝專業(yè)知識講座第3頁二、嘌呤、嘧啶代謝

（一）嘌呤分解

◆

反應(yīng)部位：主要肝、腎、小腸

◆

過程：①水解脫氨②氧化

◆

主要酶：黃嘌呤氧化酶

◆

不一樣生物嘌呤分解終產(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)生過多，不能及時排出，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)石核酸代謝專業(yè)知識講座第4頁核酸代謝專業(yè)知識講座第5頁（二）嘧啶分解

終產(chǎn)物：

NH3，CO2，

β－脲基異丁酸。

β－丙AA

NH3,+CO2+乙酸

核酸代謝專業(yè)知識講座第6頁三、核苷酸合成

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）嘌呤核苷酸合成

用同位素示蹤試驗，證實嘌呤核苷酸中各原子起源：

AMP

原料--→IMP

GMP

GTPATP核酸代謝專業(yè)知識講座第7頁（二）嘧啶核苷酸合成

同位素示蹤試驗證實：嘧啶核苷酸元素起源：

從頭合成――主要路徑

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組裝核酸代謝專業(yè)知識講座第8頁四、核酸生物合成

核酸是細胞基礎(chǔ)成份，DNA是主要遺傳物

質(zhì)，是遺傳物質(zhì)載體。

DNA功效：

①貯存遺傳信息。

②傳遞遺傳信息（復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯）。

③接收遺傳信息（經(jīng)過反轉(zhuǎn)錄）。核酸代謝專業(yè)知識講座第9頁1953年，F(xiàn).Crick在總結(jié)DNA與RNA和蛋白質(zhì)關(guān)系基礎(chǔ)上，提出了分子生物學(xué)中心法則，、1957年修改：

核酸代謝專業(yè)知識講座第10頁復(fù)制：以親代DNA分子為模板合成新子代DNA分子

過程，新合成子代DNA分子與親代DNA分

子完全一樣。DNA→DNA

RNA也能夠復(fù)制（病毒）RNA→RNA

轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，合成RNA過程。DNA→RNA

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

過程。

翻譯：以RNA為模板，依據(jù)RNA鏈上每三個核苷酸

（堿基）決定一個AA規(guī)則，合成出含有特定

AA次序蛋白質(zhì)肽鏈過程。RNA→Pr核酸代謝專業(yè)知識講座第11頁核酸代謝專業(yè)知識講座第12頁DNA復(fù)制。

DNA生物合成方式DNA反轉(zhuǎn)錄合成。（病毒）

DNA損傷修復(fù)。

核酸代謝專業(yè)知識講座第13頁（一）DNA生物合成

A．DNA復(fù)制1．參加DNA復(fù)制酶和蛋白質(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一類酶。

DNApolⅠ

原核生物有三種DNA聚合酶DNApolⅡ

DNApolⅢ核酸代謝專業(yè)知識講座第14頁

DNA聚合酶作用條件：

◆

需模板：DNA

◆

需引物：具3′-OHDNAorRNA

◆

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DNA鏈。

核酸代謝專業(yè)知識講座第15頁DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）催化特點

DNApolⅠ是一個多功效酶

◆5′→3′聚合催化特征：

使dNTP按模板要求逐一加到含有3′-OH端

多核苷酸鏈上。

核酸代謝專業(yè)知識講座第16頁

◆

3′→5′外切酶活性：從3′-OH端水解DNA。

出現(xiàn)與模板錯配核苷酸時，DNApolⅠ先切去錯

配堿基（核苷酸）然后再繼續(xù)進行聚合。

功效：識別、消除錯配堿基。對聚合起校正作用。核酸代謝專業(yè)知識講座第17頁

◆

5′→3′外切酶活性：從5′端水解DNA鏈，

也可距5′端12個左右堿基處水解DNA鏈。

（只作用于雙鏈DNA）。

功效：切除引物，切除變異損傷核苷酸—修復(fù)

作用。核酸代謝專業(yè)知識講座第18頁原核生物有三種DNA聚合酶比較：

核酸代謝專業(yè)知識講座第19頁（2）DNA連接酶（DNALigase）

雙鏈DNA一條鏈上有切口，3′-OH與5′-P相鄰；

不能連接兩條游離單鏈。

（切口處兩核苷酸必須相鄰不能缺乏核苷酸。）

作用：在DNA不連續(xù)合成時起連接作用。

3′5′核酸代謝專業(yè)知識講座第20頁（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超螺旋酶。核酸代謝專業(yè)知識講座第21頁（5）引發(fā)酶

引發(fā)酶：催化RNA引物合成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）端逐步加上

脫氧核苷酸，延長DNA鏈。

DNA合成引物有三種：RNA片段；

DNA片段；

tRNA片段。核酸代謝專業(yè)知識講座第22頁

（6）單鏈結(jié)合蛋白

（Singlestrandbindingprotein——SSB蛋白）

作用：與單鏈DNA特異結(jié)合蛋白質(zhì)。

◆

SSB與解開單股DNA結(jié)合，使兩條單鏈不再形

成雙鏈，保持單鏈區(qū)穩(wěn)定。

◆

預(yù)防核酸酶降解DNA。

核酸代謝專業(yè)知識講座第23頁2．復(fù)制方式和特點

(1)半保留復(fù)制:

Watson和Crick1953年提出，DNA兩條鏈都能作為模板，分別合成出兩條互補新鏈。核酸代謝專業(yè)知識講座第24頁機制：DNA復(fù)制時，兩條互補連解開；兩條鏈都可做模板，然后在每條模板鏈上按堿基配正確標準形成互補新鏈，組成子代DNA分子。

新產(chǎn)生兩子代DNA分子與親代DNA分子完全相同，且子代DNA中一條鏈來自親代，另一條鏈是新合成——半保留復(fù)制。

DNA半保留復(fù)制方式，確保了DNA在代謝上穩(wěn)定性，從而確保了生物遺傳穩(wěn)定性和準確性。

(穩(wěn)定是相正確)。核酸代謝專業(yè)知識講座第25頁（2）DNA半不連續(xù)復(fù)制：

問題提出？？？？：

DNA分子兩條鏈都能做模板，幾乎同時、齊頭并進

合成為兩條新互補鏈。

DNA模板兩條鏈反向平行，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′

。

怎樣解釋在同一個復(fù)制叉中兩條新鏈合成是同時，齊

頭并？

日本學(xué)者岡崎——DNA半不連續(xù)復(fù)制模型：核酸代謝專業(yè)知識講座第26頁DNA半不連續(xù)復(fù)制模型：

◆DNA復(fù)制時兩條親代單鏈DNA都做為模板。

◆復(fù)制叉：DNA復(fù)制時，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；

伴隨復(fù)制叉移動DNA雙螺旋逐步解開。

核酸代謝專業(yè)知識講座第27頁

◆

以復(fù)制叉移動方向為準；

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)制叉移動方向相反，先照模板按5′→3′合成若

干短片斷——岡崎片斷，然后由連接酶將短片斷

連接，成一條完整DNA鏈。不連續(xù)合成——滯后

鏈（后隨鏈）。核酸代謝專業(yè)知識講座第28頁結(jié)論：

DNA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。核酸代謝專業(yè)知識講座第29頁

岡崎片斷長度：原核生物1000-個Nt。

真核生物200個左右Nt。核酸代謝專業(yè)知識講座第30頁3．DNA復(fù)制過程

合成起始；

DNA鏈延伸；

合成終止。

核酸代謝專業(yè)知識講座第31頁3．DNA復(fù)制過程

（1）合成起始：

◆

引發(fā)酶識別、結(jié)合在模板DNA起始位點；

◆

DNA雙螺旋及超螺旋解開（邊合成邊解開）；

◆

RNA引物合成。核酸代謝專業(yè)知識講座第32頁（2）DNA鏈延伸

◆

在DNApolⅢ催化下，按照模板鏈3′→5′次序

在RNA引物3′-OH末端逐一按上對應(yīng)核苷酸，

合成互補新鏈。

◆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。核酸代謝專業(yè)知識講座第33頁（3）合成終止

DNA復(fù)制合成終止包含：

①RNA引物切除和缺口填補。

經(jīng)過DNApolⅠ5′→3′外切酶活性，或RNaseH

酶切除引物，然后由polⅠ5′→3′聚合活性補齊

缺口。

②DNA片段連接——DNA連接酶。核酸代謝專業(yè)知識講座第34頁核酸代謝專業(yè)知識講座第35頁核酸代謝專業(yè)知識講座第36頁核酸代謝專業(yè)知識講座第37頁B、DNA反（逆）轉(zhuǎn)錄合成——RNA指導(dǎo)DNA合成

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

過程。

反轉(zhuǎn)錄發(fā)覺：

◆

1964年Temin提出反轉(zhuǎn)錄假設(shè)。

◆

1970年Temin和Batimore，同時分別從致癌RNA

病毒中發(fā)覺反轉(zhuǎn)錄酶。

以后在正常動物胚胎細胞也發(fā)覺反轉(zhuǎn)錄酶。

◆

反轉(zhuǎn)錄酶又稱為：依賴RNADNA聚合酶

RNA指導(dǎo)DNA聚合酶核酸代謝專業(yè)知識講座第38頁

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：宿主細胞tRNA。

核酸代謝專業(yè)知識講座第39頁合成方式：

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cDNA（complementaryDNA）經(jīng)過復(fù)制合成致癌DNA，后者可整合到宿主DNA中，并隨宿主細胞分裂而遺傳下去，碰到適當條件便進行復(fù)制產(chǎn)生致癌DNA分子，引發(fā)癌變。

轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生蛋白（轉(zhuǎn)化蛋白、病毒蛋白）也引發(fā)癌變。反轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制核酸代謝專業(yè)知識講座第40頁反轉(zhuǎn)錄酶含有三種酶活性：

①逆轉(zhuǎn)錄功效：利用病毒RNA為模板合成互補

cDNA，形成RNA-DNA雜合子。

②復(fù)制功效：以新合成（逆轉(zhuǎn)錄）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。核酸代謝專業(yè)知識講座第41頁核酸代謝專業(yè)知識講座第42頁逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史核酸代謝專業(yè)知識講座第43頁C、DNA損傷與修復(fù)

（1）DNA損傷

DNA分子不是絕對穩(wěn)定，可受各種原因作用而

改變或受破壞.

◆

生物原因：復(fù)制及基因重組過程出現(xiàn)差錯而改變。

◆

物理原因：紫外線、電離輻射、X-射線等。

◆化學(xué)原因：烷化劑，氧化劑等化學(xué)誘變劑。核酸代謝專業(yè)知識講座第44頁UV引發(fā)輻射損傷：形成嘧啶二聚體，C和C之間，

T和T之間形成共價鍵。核酸代謝專業(yè)知識講座第45頁（2）DNA損傷修復(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發(fā)

DNA嘧啶二聚體。

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

轉(zhuǎn)錄均受阻。

修復(fù)過程：核酸代謝專業(yè)知識講座第46頁◆

光復(fù)活酶能在暗處識別損傷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DNA中

嘧啶二聚體。

◆

光復(fù)活作用高度專一，只能修復(fù)UV照射引發(fā)DNA嘧

啶二聚體。

光復(fù)活酶只存在于低等單細胞(如微生物)→鳥類；

高等哺乳動物無此酶。

核酸代謝專業(yè)知識講座第47頁2．切除修復(fù)——（復(fù)制前修復(fù)）

在幾個酶作用下，將DNA分子中錯配或受損部位切除，然后以完好鏈為模板合成出切除部位。

該機制普遍存在，作用于各種損傷。

三種：堿基切除修復(fù)：修復(fù)DNA中改變堿基。

核苷酸切除修復(fù)：修復(fù)DNA中巨大損傷。

堿基錯配修復(fù)（前述）。核酸代謝專業(yè)知識講座第48頁◆

堿基切除修復(fù)核酸代謝專業(yè)知識講座第49頁◆

核苷酸切除修復(fù)：

過程：識別、切斷→修復(fù)→切除→連接（原核生物）

核酸代謝專業(yè)知識講座第50頁◆

識別及切斷：UvrA，UvrB識別并結(jié)合在DNA損傷處，

UvrC（相當于核酸內(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)。核酸代謝專業(yè)知識講座第51頁3．重組修復(fù)——（復(fù)制后修復(fù)）

先復(fù)制再修復(fù)：含有錯誤或損傷DNA仍可進行復(fù)制，但子代DNA鏈在對應(yīng)于損傷部位出現(xiàn)缺口，經(jīng)過分子間重組使缺口補齊。

核酸代謝專業(yè)知識講座第52頁重組修復(fù)中，二聚體（或其它損傷）并未除去，第二輪復(fù)制時，留在母鏈中損傷仍會給復(fù)制造成困難，仍須以重組修復(fù)來填補。

伴隨復(fù)制不停進行，若干代以后，損傷個別雖未從分子中除去，但損傷DNA鏈卻逐步稀釋，以至無礙DNA正常生理功效。

核酸代謝專業(yè)知識講座第53頁（二）RNA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過程。

（1）轉(zhuǎn)錄基礎(chǔ)特征

◆

底物：4種NTP。

◆

模板：DNA

◆

不需引物：合成RNA時第一個NTP普通是嘌呤核苷

酸，大多是G（80%）。核酸代謝專業(yè)知識講座第54頁

◆

通常為不對稱轉(zhuǎn)錄：

體內(nèi)轉(zhuǎn)錄通常只以DNA分子雙鏈一條鏈為模板；

體外轉(zhuǎn)錄失去鏈選擇性。

作為模板鏈稱——模板鏈，

反義鏈，

轉(zhuǎn)錄鏈。

核酸代謝專業(yè)知識講座第55頁

不作為模板鏈稱——編碼鏈，

正義鏈，

非轉(zhuǎn)錄鏈，

信息鏈。

（或一些區(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）核酸代謝專業(yè)知識講座第56頁

◆

RNA聚合酶與DNA模板結(jié)合，沿DNA反義鏈

3′→5′方向移動。

轉(zhuǎn)錄方向：RNA鏈由5′→3′延伸。

◆

RNA聚合酶——依賴DNARNA聚合酶

以DNA為模板；

以四種核苷三磷酸（NTP）為底物；

在Mn2+或Mg2+參加下催化RNA合成。核酸代謝專業(yè)知識講座第57頁

組成：（E.ColiRNA聚合酶）

全酶由5個亞基組成，有時含有ω鏈；

表示為：α2ββ′σ（ω）

關(guān)鍵酶：α2ββ′

起始因子：σ亞基。

核酸代謝專業(yè)知識講座第58頁

功效：

σ亞基：識別DNA模板上特殊轉(zhuǎn)錄起始信號，在

RNA合成中起發(fā)動作用；

關(guān)鍵酶：含有催化RNA聚合活性，但不能開啟一條

新鏈合成。

ω鏈：功效不詳。

◆

新鏈RNA與模板DNA鏈堿基配對：

dT-A，dG-C，

dC-G，dA-U。核酸代謝專業(yè)知識講座第59頁（2）轉(zhuǎn)錄過程

四步：RNA聚合酶與模板DNA起始部位識別、結(jié)合；

轉(zhuǎn)錄起始；

RNA鏈延長；

RNA鏈合成終止。核酸代謝專業(yè)知識講座第60頁

核酸代謝專業(yè)知識講座第61頁◆

RNA聚合酶與模板識別與結(jié)合

RNA聚合酶首先識別DNA模板上特異起始部位

——開啟子，并與之結(jié)合。

開啟子（promoter）：

DNA上能被RNA聚合酶識別、結(jié)合，與轉(zhuǎn)錄起始有

關(guān)一段DNA序列。核酸代謝專業(yè)知識講座第62頁RNA聚合酶σ因子能識別開啟子，使全酶與開啟

子結(jié)合，并使雙螺旋局部解鏈。

關(guān)鍵酶也能與DNA模板結(jié)合，但對DNA各部位親和

力相同。核酸代謝專業(yè)知識講座第63頁◆

轉(zhuǎn)錄起始

第1個NTP（多為