核酸的代谢Word格式.docx

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+H2O 

核苷水解酶 

碱基 

+ 

戊糖

只对核糖核苷作用，反应不可逆。

二. 

碱基降解

⏹㈠. 

嘌呤碱的分解

⏹⒈脱氨

⏹动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷酸脱氨酶和腺嘌呤核苷脱氨酶的活性高，腺嘌呤的脱氨可在其核苷和核苷酸水平上进行。

⏹鸟嘌呤脱氨在鸟嘌呤水平上。

⏹鸟嘌呤核苷 

鸟嘌呤 

黄嘌呤 

尿酸

⏹⒉转变为尿酸

⏹鸟嘌呤+H2O鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤+NH3

⏹次黄嘌呤+O2+ 

H2O 

黄嘌呤氧化酶

黄嘌呤+H2O2

⏹黄嘌呤+O2+H2O黄嘌呤氧化酶 

尿酸+H2O2

痛风：

嘌呤代谢障碍有关,

正常血液：

2-6mg/100ml, 

大于8mg/100ml,

尿酸钾盐或钠盐沉积于软组织、软骨及关节等处,形成尿酸结石及关节炎,沉积于肾脏为肾结石,基本特征为高尿酸血症。

引起血尿酸升高的原因:

疾病引起体内嘌呤类物质大量分解;

肾脏疾病使尿酸排出受阻;

长期摄入富含核酸的食物,甜面包,肝,酵母,沙丁鱼等。

药物：

别嘌呤醇

别嘌呤醇结构与次黄嘌呤相似，对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用，与酶活性中心Mo（IV）牢固结合，自杀底物，成为酶的灭活物，经别嘌呤醇治疗的患者排泄黄嘌呤和次黄嘌呤以代替尿酸。

⏹⒊尿酸降解途径因物种存在差异

⏹灵长类,鸟类,爬行类动物 

⏹哺乳类（除灵长类）,腹足类 

尿囊素

⏹硬骨鱼 

尿囊酸

⏹大多数鱼类,两栖类 

尿素

⏹甲壳类,咸水瓣鳃类 

氨

⏹植物 

多种产物 

㈡.嘧啶碱

⏹核苷酸分解产物嘧啶碱可以在生物体内进一步被分解，不同种类生物对嘧啶分解过程也不完全相同，一般具有氨基的嘧啶需先水解脱氨。

胞嘧啶 

脱氨酶 

尿嘧啶 

二氢尿嘧啶脱氢酶

二氢尿嘧啶 

开环β-脲基丙氨酸 

NH3+CO2+β-丙氨酸

胸腺嘧啶分解与尿嘧啶相似

胸腺嘧啶 

二氢胸腺嘧啶 

β-尿基异丁酸 

NH3+CO2

+β-氨基异丁酸

㈠.嘌呤核糖核苷酸的合成

5-磷酸核糖焦磷酸开始逐步合成次黄嘌呤核苷酸转变为腺嘌呤核糖核苷酸和鸟嘌呤核糖核苷酸。

三.核苷酸的生物合成

⏹1.次黄嘌呤核苷酸的生成.

⏹次黄嘌呤核苷酸的酶促合成过程，主要是以鸽肝的酶系统为材料研究清楚的。

以后在其他动物、植物、微生物中也找到类似的酶和中间产物，由此可以推测它们的合成过程也大致相同，

⏹.次黄嘌呤核苷酸的合成首先需要由 

5-磷酸核糖焦磷酸供给核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤环的装配。

⏹核糖-5-P 

+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶

5-P-核糖焦磷酸+AMP

次黄嘌呤核苷酸的合成过程共有十步反应，分成二个阶段。

第一阶段:

5-氨基咪唑核苷酸的合成

⏹

（1）5-磷酸核糖焦磷酸+谷氨酰胺

转酰胺酶 

5-磷酸核糖胺+谷氨酸+PPi

⏹

（2）5-磷酸核糖胺+甘氨酸+ATP合成酶

甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi

⏹（3）甘氨酰胺核苷酸+N10-甲酰四氢叶酸+

水转甲酰基酶甲酰甘氨酰胺核苷酸+四氢叶酸

⏹（4）甲酰甘氨酰胺核苷酸+谷氨酰胺+ATP

+水合成酶甲酰甘氨脒核苷酸+谷氨酸

+ADP+Pi

⏹（5）甲酰甘氨脒核苷酸+ATP 

合成酶

5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi

第二阶段：

形成次黄嘌呤核苷酸

⏹（6）5-氨基咪唑核苷酸+CO2

羧化酶 

5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 

⏹（7）5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+天冬氨酸

+ATP合成酶5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸

⏹（8）5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸 

裂解酶 

5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸

⏹（9）5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸

+N10-甲酰四氢叶酸转甲酰基酶

5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸

四氢叶酸

⏹（10）5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸

合酶 

次黄嘌呤核苷酸+水 

⏹脱水环化

掌握嘌呤环元素的来源

⏹3.嘌呤碱和核苷合成核糖核苷酸

⏹生物体内除以简单前体物质“从头合成”核苷酸外，可由碱基和核苷合成核苷酸，“补救途径”。

⏹主要的补救途径：

⏹嘌呤碱与5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖转移酶催化作用下形成嘌呤核苷酸

⏹腺嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸 

腺嘌呤核苷酸+PPi

⏹次黄嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸 

次黄嘌呤核苷酸+PPi

⏹鸟嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸 

鸟嘌呤核苷酸+PPi

⏹人类该途径具重要的作用，大脑中腺嘌呤和次黄嘌呤核苷酸合成主要依赖该途径。

⏹⒋嘌呤核糖核苷酸生物合成的调节

⏹AMP，GMP，IMP反馈抑制磷酸核糖焦磷酸转酰氨酶活性。

⏹AMP，GMP分别反馈抑制从IMP开始的分支部位的酶。

㈡.嘧啶核糖核苷酸的合成

⏹嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸合成不同。

⏹先合成嘧啶环。

⏹嘧啶环+磷酸核糖 

乳氢苷酸

尿嘧啶核苷酸

⏹⒈尿嘧啶核苷酸的生物合成

⏹

（1）氨甲酰磷酸的形成

⏹Gln+2ATP+HCO3-　合成酶　氨甲酰磷酸 

+2ADP+Pi+Glu

⏹

（2）氨甲酰磷酸+Asp 

转氨甲酰酶

氨甲酰天冬氨酸+Pi

⏹（3）氨甲酰天冬氨酸　二氢乳清酸酶

二氢乳清酸+H2O

⏹（4）二氢乳清酸+NAD+ 

二氢乳清酸脱氢酶

乳清酸 

+NADH 

H+ 

⏹（5）乳清酸+5-磷酸核糖焦磷酸焦磷酸化酶

⏹乳清苷酸 

嘧啶核糖核苷酸的合成

⏹⒉胞嘧啶核糖核苷酸的合成

⏹尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸在尿嘧啶核苷三磷酸水平上进行.

⏹UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶 

UDP+ADP

⏹UDP+ATP 

核苷二磷酸激酶 

UTP+ADP

⏹UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP合成酶

CTP+谷氨酸+ADP+Pi

⏹细菌直接利用氨合成胞嘧啶核苷三磷酸,动物组织由Glu供给氨基。

⏹3、嘧啶碱和核苷合成核糖核苷酸—补救途径

⏹生物体利用外源或分解代谢中产生的嘧啶碱、核苷或嘧啶核苷合成嘧啶核苷酸。

⏹尿嘧啶核苷酸：

⏹（１）UMP磷酸核糖转移酶催化生成尿嘧啶核苷酸

⏹U+5-磷酸核糖焦磷酸 

ＵＭＰ磷酸核糖转移酶

尿嘧啶核苷酸+PPi

⏹

（2）尿苷磷酸化酶和尿苷激酶催化形成尿嘧啶核苷酸

⏹U+1-磷酸核糖 

尿苷磷酸化酶 

尿嘧啶核苷+Pi

⏹尿嘧啶核苷+ATP 

尿苷激酶 

尿嘧啶核苷酸+ADP

⏹胞嘧啶核苷酸

⏹胞嘧啶不能直接与5-磷酸核糖焦磷酸生成胞嘧啶核苷酸

⏹胞嘧啶核苷+ATP 

胞嘧啶核苷酸+ADP

⏹⒋嘧啶核糖核苷酸合成的调节

⏹反馈抑制

⏹氨甲酰磷酸合成酶 

UMP

⏹天冬氨酸转氨甲酰酶 

CTP

CTP合酶

⏹㈢ 

脱氧核糖核苷酸的合成

⏹⒈核糖核苷酸还原

⏹核糖核苷酸还原酶

⏹核糖核苷酸还原为脱氧核糖核苷酸，多在二磷酸核糖核苷酸水平上进行。

⒊利用已有碱基和戊糖合成

⏹

（1）碱基+脱氧核糖-1-P 

核苷磷酸化酶

脱氧核糖核苷

⏹

（2）脱氧核糖核苷+ATP 

脱氧核糖核苷激酶

脱氧核糖核苷酸（3）碱基间互换合成新的脱氧核苷酸

⏹dXDP 

dYTP 

核苷二磷酸激酶dXTP+dYDP

第二节 

DNA的复制

⏹DNA生物合成概述:

⏹核酸的生物合成是模板指导下进行的，模板有DNA和RNA.因此,DNA合成分为DNA为模板的DNA复制和RNA为模板的逆转录。

⏹DNA合成主要原料：

四种脱氧核苷三磷酸，

酶系和辅助因子的参与。

⏹本章主要讲解DNA复制：

以原来DNA分子为模板合成出具有相同分子的过程。

⏹自我复制

⏹一、DNA的半保留复制

⏹以双链DNA分子的每一条链为模板，按照碱基配对的原则，合成出两个与原DNA分子碱基顺序完全一样的新DNA分子，其中每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式为半保留复制。

⏹1963年，Cairns用放射自显影的方法观察到完整的正在复制的大肠杆菌染色体DNA

DNA的半不连续复制

⏹复制叉:

复制开始,两条链解开,形成的叉形结构。

⏹随着复制叉的延伸,DNA的两条母链分别合成与其互补的子链,目前分离到的催化DNA形成的聚合酶的合成方向都是5’→3’,DNA在复制时如何同时作为模板合成其互补链？

⏹半不连续复制：

DNA合成的一种模式，以两条亲本链为模板合成子链时，一条子链的合成是连续的，另一条是不连续。

⏹先导链、后滞链：

DNA双链复制时，一条子链沿5’→3’方向连续合成，即前导链，而另一条链的合成是不连续的，即后滞链。

⏹冈崎片段：

后滞链合成时，先以亲本链为模板按5’→3’方向合成许多1kb-2kb的不连续片段，这些片段称为冈崎片段，然后这些短片段共价连接成一条完整的后滞链，后滞链的成长方向与其片段的饿合成方向相反。

DNA复制是半不连续复制

Okazaki实验证实DNA复制是半不连续复制

•前导链（leadingstrand）

•滞后链（trailingstrandorlaggingstrand）

•冈崎片段（okazakifragment

三.DNA复制有关的酶和蛋白质

1. 

DNA聚合酶

　DNA的复制、校对和修复．

⏹1956年Kornberg从大肠杆菌中发现DNA聚合酶,其他生物找到该种类型的酶．

⏹在有模板和Mg2+存在下，催化四种脱氧核糖核苷三磷酸合成DNA．

⏹DNA聚合酶只能催化dNTP加到已有核酸链的游离3-羟基上,合成需要引物链存在，合成需要模板指导,合成的DNA链只与模板有关,与底物比例无关．

⏹催化方向为5’ 

　3’

小结:

DNA聚合酶的特性

⏹A、底物必须是dNTP．

⏹B、以DNA为模板，链延伸功能，不能从头合成，需要引物。

⏹C、合成方向只能从5’ 

3’．

大肠杆菌DNA聚合酶

⏹大肠杆菌有多种DNA聚合酶，其中只有聚合酶III是DNA复制必需，作用是随复制叉移动延长新生链；

⏹聚合酶I主要是添补后滞链的间隙及负责损伤DNA的修复等功能；

⏹DNA聚合酶I具有5‘→3’方向核酸外切酶活性，能切除引物RNA

⏹DNA聚合酶I

⏹单链多肽，103kD,400个/细胞．

⏹三个活性中心:

⏹DNA聚合酶活力,1000bp/min;

3’→5’：

核酸外切酶活力,校对．

　5’→3’：

核酸外切酶活力,修复、引物链去除．

⏹用蛋白酶将DNA聚合酶作有限水解,得到两个片段,大片段具有聚合酶和3’→5’核酸外切酶活力,小片段具有5’→3’核酸外切酶活力．

⏹聚合酶I合成速度太慢,复制叉移动速度的1/20;

持续合成能力差,合成50bp与模板分离．

⏹遗传分析,缺陷型DNA复制基本正常．

⏹不是主要的复制酶,修复酶．

⏹DNA聚合酶II

⏹多亚基酶,聚合活力较DNA聚合酶I稍高,需带缺口的双链DNA作为模板-引物,无5’→3’外切酶活性，100个/细胞．

⏹小缺口〈100核苷酸

⏹功能：

可能在DNA的修复中起重要作用．

⏹DNA聚合酶III

⏹多亚基组成,催化聚合速度高,10-20个/细胞。

⏹被认为大肠杆菌真正的复制酶．

⏹现认为DNA聚合酶全酶由10种亚基组成的异多聚体．

⏹DNA聚合酶III的结构模式图：

⏹DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ

⏹1999年发现,DNA受到损伤时,诱导产生这两种酶,对损伤部位进行复制,但修复错误率高．

⏹真核生物DNA聚合酶

⏹哺乳动物发现五种:

α,β,γ,δ,ε．

⏹α,β,δ定位于核内，

⏹γ位于线粒体，

⏹α在DNA合成期水平升高，是主要的复制酶，

⏹β修复，

⏹δ校对功能，ε功能不清楚．

⏹真核生物的DNA聚合酶一般没有5’→3核酸外切酶活性。

⏹2.拓扑异构酶

DNA超螺旋松弛,消除解链产生的扭曲张力

⏹两种功能类型：

⏹TopI:

只剪切一条链，作用于有缺口的底物。

（转录）

⏹TopII:

同时切开两条链。

（复制）

⏹3.解螺旋酶

⏹DNA双链解旋，该酶沿单链DNA移动，利用ATP水解获得能量打开氢键,作为模板复制。

⏹4.引物合成酶

⏹复制的起始点处合成一段RNA引物,前导链的引物比冈崎片段引物略长约10-60b．

⏹5.DNA连接酶

⏹连接后滞链片段，切口处5‘－磷酸基和3‘－羟基生成磷酸二酯键．

6、单链结合蛋白（SSB）:

⏹SSB是缺乏酶活性的复制辅助蛋白，与解开的单链相结合，防止变性和保护单链部分不被核酸酶降解。

⏹SSB对单链DNA有很高的亲和力，对双链没有亲和力，稳定单链区域，稳定熔解起点，维持螺旋酶的活性，从DNA模板上去除二级结构，抑制核酸酶活性。

⏹参加复制还有其他一些蛋白，DnaA,DnaC大肠杆菌与复制起始相关的蛋白。

四、DNA复制过程

（一）.大肠杆菌DNA复制过程

⏹起始,延伸和终止三个阶段

⏹1、复制的起始

⏹特异蛋白质识别复制原点并结合—形成起始复合物，解旋酶解开双链 

开链复合物。

SSB结合到单链DNA上，拓扑异构酶消除解链产生的扭曲张力 

引物合成酶结合其上，合成RNA引物 

DNA聚合酶开始聚合反应即复制起始。

⏹2、复制的延伸

⏹前导链和滞后链的合成过程

⏹前导链:

引物合成酶合成RNA引物,DNA聚合酶III催化聚合反应,连续过程.

⏹滞后链:

引物合成酶合成RNA引物,DNA聚合酶III催化形成冈崎片段,DNA聚合酶I和连接酶催化下将冈崎片段连接。

⏹前导链、滞后链由DNA聚合酶III两个核心酶催化。

⏹3、复制的终止

⏹细菌环状DNA两个复制叉不断前移,最后在终止区相遇并停止复制.终止区含有多个终止子，终止子能与特定蛋白结合形成复合物,阻止对侧复制叉超越.

⏹环形、线形DNA终止方式不同。

（二）真核生物DNA复制

⏹真核生物与原核生物DNA复制的差异：

⏹a核小体的解聚和核小体的重组装。

⏹b多起点双向复制,原核有一个起点。

⏹c复制子的复制速度慢，复制起点多,多复制子,

染色体复制全部结束前复制子只进行一次复制。

复制子:

基因组中DNA分子的复制单位,包含一个起始复制的复制起点,细菌染色体,质粒,病毒只有一个复制起点,整个DNA分子构成一个复制子.

复制起点:

染色体中DNA分子开始复制的特定位置

特征:

常富含 

A-T 

碱基对,回文序列、重复序列也是复制起点常见的结构。

⏹d、真核生物与原核生物DNA聚合酶存在差别,复制体结构组成不同，调控复杂。

第三节

RNA的生物合成和加工

⏹RNA合成需要模板

⏹两种模板：

DNA和RNA

⏹前者为转录或DNA指导下的RNA合成；

后者为复制或RNA指导下的RNA合成。

⏹讲解内容：

DNA指导下的RNA合成

RNA指导下的RNA复制

一. 

DNA指导下RNA合成

⏹㈠.概述

⏹合成前体或原料:

四种核糖核苷三磷酸

⏹合成模板:

DNA链中一条,模板链,负链,无义链,非编码链;

另一条链称为非模板链,正链,有义链,编码链。

⏹合成单位:

转录单位,包括起始,延伸和终止。

⏹合成方向:

5’→3’,无需引物。

⏹合成催化酶:

DNA指导下的RNA聚合酶。

⏹㈡.DNA指导下的RNA聚合酶

⏹1.聚合酶通性

⏹以适当的DNA为模板,全保留方式。

⏹底物为四种核苷三磷酸。

⏹合成方向5’→3’。

⏹无需引物。

⏹Mg2＋促进聚合反应。

⏹⒉大肠杆菌DNA指导下的RNA聚合酶

⏹全酶由α2ββ’σ五种亚基组成，46－48万。

⏹α2ββ’核心酶：

已开始合成RNA链延长，不具有起始合成RNA的能力。

⏹σ使RNA聚合酶稳定地结合到DNA的启动子上，转录的起始密切相关。

⏹全酶制剂中还含ω亚基,功能未知。

⏹⒊真核生物DNA指导下的RNA聚合酶

⏹真核生物RNA聚合酶通常有8-14个亚基,并含有Zn2+离子.利用抑制剂α-鹅膏蕈碱可将其分为三大类：

⏹酵母RNA聚合酶I对鹅膏蕈碱不敏感，II可被低浓度10-9~10-8mol/l所抑制，III只被高浓度10-5~10-4mol/l所抑制。

⏹α-鹅膏蕈碱是一种毒蕈产生的八肽化合物，对真核生物有较大毒性，但对细菌的RNA聚合酶只有微弱的抑制作用。

⏹㈢.启动子和转录因子

⏹启动子:

RNA聚合酶识别,结合和开始转录的一段DNA序列。

⏹转录因子:

RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子（蛋白质）称为转录因子,其作用或是识别DNA的特殊序列,或是识别其他因子,或是识别RNA聚合酶。

⏹原核生物启动子的一般结构

⏹σ因子能直接和启动子的-35序列以及-10序列相互作用,

⏹真核生物启动子

⏹真核生物启动子通常由一些短的保守序列所组成,被各种适当的转录因子识别,多种转录因子和RNA聚合酶在起点上形成前起始复合物促进转录.

⏹真核生物启动子三类,分别与三种RNA聚合酶的转录有关。

⏹1、RNA聚合酶I启动子结构—rRNA基因启动子,分两部分.

⏹近启动子：

序列位于-40~+50其功能决定转录起始的准确位置。

⏹远启动子：

序列位于-165~-40，其功能是影响转录的频率。

⏹每种生物都有特定的转录因子与RNA聚合酶I结合，促进与启动子形成转录起始复合物，因此RNA聚合酶I具有很明显的种族特异性。

⏹2、RNA聚合酶II的启动子—多部位结构

⏹

（1）帽子位点：

即转录起点，其碱基大多为A，两侧各有若干个嘧啶核苷酸

⏹

（2）TATA框：

即-20~-30区A.T富集的一段区域，其一致序列为TATAAA，其两侧是侧向于富含G、C碱基对序列。

⏹TATA框是RNA聚合酶的附着点，决定转录起始点的选择，是绝大多数真核基因表达所必须的。

⏹（3）CAAT框：

一致序列为GGC（T）CAATCT一般位于-75附近，CAAT可能控制着转录起始频率，其中头两个G和CAAT作用同样重要，如缺失将极大得影响转录效率。

⏹3.RNA聚合酶III的下游启动子：

启动子位于转录起点之后。

⏹㈣.终止子和终止因子

⏹终止子:

提供转录停止信号的DNA序列。

⏹终止因子:

协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）,Nus因子。

⏹通读:

终