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1、第九章第九章 核苷酸代谢核苷酸代谢 n n 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢 n n 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成 一一 核苷酸的分解核苷酸的分解 n n 核酸的酶促降解核酸的酶促降解 n n 核苷酸的酶促降解核苷酸的酶促降解 （一）核酸的酶促降解（一）核酸的酶促降解 核酸酶 核酸酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核酸内切酶核酸内切酶 DNADNA酶酶 核酸外切酶核酸外切酶 RNARNA酶酶 限制性内切酶限制性内切酶 （二）（二） 核苷酸的分解核苷酸的分解 1 1 核苷酸核苷酸 核苷核苷 + + 磷酸磷酸 2 2 核苷核苷 碱基碱基 + + 戊糖戊糖 3 3 碱基的分解碱基的分解 3 3 碱基的
2、分解碱基的分解 不同种类的生物分解碱基的能力不一样，因而不同种类的生物分解碱基的能力不一样，因而 代谢产物也各不相同。代谢产物也各不相同。 （1 1）嘌呤的分解）嘌呤的分解 灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌 呤代谢的终产物。呤代谢的终产物。 （2 2）嘧啶的分解）嘧啶的分解 C C、U U -Ala-Ala T T - -氨基异丁酸氨基异丁酸 二二 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成 n n 无论是动物、植物还是微生物，都能合成自身需无论是动物、植物还是微生物，都能合成自身需 要的各种嘌呤和嘧啶核苷酸。要的各种嘌呤和嘧啶核苷酸。 n n 氨基酸、脂
3、肪酸的情况不一样，则有必需、非必氨基酸、脂肪酸的情况不一样，则有必需、非必 需之分。需之分。 n n 合成核酸合成核酸 需要的物质需要的物质 n n 核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径： 从头合成途径从头合成途径 补救作用补救作用 （一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成 生物体合成嘌呤环的前体有以下生物体合成嘌呤环的前体有以下5 5种：种： 碳氢盐或碳氢盐或COCO 2 2 、甲酸盐、甲酸盐、GlnGln、AspAsp、GlyGly。 n n 生物体不是先合成嘌呤碱基，再与核糖和磷酸结生物体不是先合成嘌呤碱基，再与核糖和磷酸结 合成核苷酸。合成
4、核苷酸。 n n 而是从而是从5-P-5-P-核糖焦磷酸（核糖焦磷酸（5-PRPP5-PRPP）开始，经过一）开始，经过一 系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转 变为其他嘌呤核苷酸。变为其他嘌呤核苷酸。 （二）嘧啶核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成 1 1 嘧啶环的合成嘧啶环的合成 嘧啶环合成的前体是：嘧啶环合成的前体是：COCO 2 2 、NHNH 3 3 、AspAsp。 2 2 嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成 由乳清酸进一步转化而来。乳清酸是嘧啶核苷酸由乳清酸进一步转化而来。乳清酸是嘧啶核苷酸 合成的关键中间化合物。合成的关键中间化合物。
5、 （三）核苷酸转化为核苷三磷酸（三）核苷酸转化为核苷三磷酸 1 1 核苷酸核苷酸 核苷二磷酸核苷二磷酸 2 2核苷二磷酸核苷二磷酸 核苷三磷酸核苷三磷酸 （四）脱氧核苷酸的合成（四）脱氧核苷酸的合成 大多数生物是以核苷二磷酸为底物，以硫氧大多数生物是以核苷二磷酸为底物，以硫氧 还蛋白为还原剂。还蛋白为还原剂。 （五）（五）dTMPdTMP的合成的合成 n n 由由dUMPdUMP甲基化生成。甲基化生成。 n n 反应由胸苷酸合成酶催化，甲基供体为反应由胸苷酸合成酶催化，甲基供体为NN 5 5 ，NN10 10 - - 亚甲基四氢叶酸。亚甲基四氢叶酸。 第十章第十章 核酸的生物合成核酸的生物合成
6、 DNADNA的复制的复制 DNADNA的生物合成的生物合成 DNADNA的损伤和修复的损伤和修复 细菌的限制细菌的限制- -修饰酶系统修饰酶系统 反转录作用反转录作用 RNARNA的生物合成的生物合成 转录转录 RNARNA的复制的复制 一一 DNADNA的生物合成的生物合成 （一）（一）DNADNA的复制的复制 （replicationreplication） 指亲本指亲本DNADNA双螺旋解开，两条链分别作为双螺旋解开，两条链分别作为 模板，合成子代模板，合成子代DNADNA的过程。的过程。 1 DNA1 DNA的半保留复制的半保留复制 2 2 复制的起始点和方向复制的起始点和方向 3
7、3 原核细胞原核细胞DNADNA的复制的复制 4 4 真核细胞真核细胞DNADNA的复制的复制 1 DNA1 DNA的半保留复制（的半保留复制（semiconservative semiconservative replicationreplication） 概念：概念：DNADNA复制时两条链分开，然后用碱基配对方复制时两条链分开，然后用碱基配对方 式按照单链式按照单链DNADNA的核苷酸顺序合成新链，以组成的核苷酸顺序合成新链，以组成 新新DNADNA分子。这样新形成的两个分子。这样新形成的两个DNADNA分子与原来分子与原来 的的DNADNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子分子的碱基
8、顺序完全一样。每个子代分子 的一条链来自亲代的一条链来自亲代DNADNA、另一条是新合成的。这、另一条是新合成的。这 种复制方式成为半保留复制。种复制方式成为半保留复制。 两个直接证据。两个直接证据。 2 2 复制的起始点、方向和速度复制的起始点、方向和速度 （1 1）复制子复制子 ： 基因组中能独立进行复制的单位。基因组中能独立进行复制的单位。 每个复制子都含有控制每个复制子都含有控制 复制起始的复制起始的起点起点。 n n 复制叉复制叉 复制泡或复制眼复制泡或复制眼 （2 2）方向方向 DNADNA复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向 进行。进行。 n
9、n 双向复制双向复制 n n 滚环复制滚环复制 n n DD环复制环复制 （3 3）速度）速度 原核生物：单起点，复制叉移动的速度约为原核生物：单起点，复制叉移动的速度约为 1010 5 5 bp/minbp/min。 复制的速度取决于起始频率。复制的速度取决于起始频率。 一轮复制尚未完成，起点又开始了第二轮复制。一轮复制尚未完成，起点又开始了第二轮复制。 大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNADNA复制一代需复制一代需40min40min。 真核生物：复制叉移动的速度为真核生物：复制叉移动的速度为 510510 2 2 510510 3 3 bp/minbp/min。 多个复制起点。多个复制起点
10、。 果蝇胚胎果蝇胚胎DNADNA在在3min3min内可增加一倍。内可增加一倍。 3 3 原核细胞原核细胞DNADNA的复制的复制 （DNADNA指导下的指导下的DNADNA的合成）的合成） （1 1）参与复制的酶和蛋白质）参与复制的酶和蛋白质 大肠杆菌大肠杆菌 参与复制的有参与复制的有2020多个因子：酶、底多个因子：酶、底 物、物、模板、引物模板、引物和能量。和能量。 DNADNA聚合酶聚合酶 参与复制的其他因子。参与复制的其他因子。 DNA DNA聚合酶聚合酶 催化催化4 4种脱氧核苷酸的聚合反应种脱氧核苷酸的聚合反应 DNADNA聚合酶的特点：聚合酶的特点： 以以4 4种种dNTPdN
11、TP为底物为底物 受模板的指导受模板的指导 需引物需引物3 3 -OH -OH存在存在 DNADNA链的生长方向为链的生长方向为5 5 3 3 产物产物DNADNA的性质与模板相同的性质与模板相同 大肠杆菌的大肠杆菌的DNADNA聚合酶有三种：聚合酶有三种： 活性：表活性：表13-113-1 DNA DNA聚合酶聚合酶（DNA pol DNA pol ）：校对）：校对 DNADNA聚合酶聚合酶（DNA pol DNA pol ）：修复）：修复 DNADNA聚合酶聚合酶 （DNA pol DNA pol ）：复制）：复制 DNADNA聚合酶聚合酶（DNA polDNA pol） DNADNA聚合
12、酶聚合酶（DNA polDNA pol） 参与复制的其他因子参与复制的其他因子 解旋酶解旋酶 拓扑异构酶拓扑异构酶 单链结合蛋白单链结合蛋白 引物酶引物酶 DNADNA连接酶连接酶 FtI8/FtI8/ (2)(2)原核细胞原核细胞DNADNA复制的过程复制的过程 DNADNA解链解链 起始起始 引物合成引物合成 延伸延伸 DNADNA链延伸链延伸 切除引物、填补缺口、连接相临的切除引物、填补缺口、连接相临的DNADNA片段片段 切除和修复错配碱基切除和修复错配碱基 终止终止 起始起始 引物引物 DNADNA聚合酶不能发动新链的合成聚合酶不能发动新链的合成, ,只能催化已有链的延只能催化已有链
13、的延 长。长。DNADNA的合成需要引物，引物为的合成需要引物，引物为RNARNA。引物的合成不需。引物的合成不需 要引物。要引物。 在在DNADNA模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按 5353的方向合成与的方向合成与DNADNA互补的引物。互补的引物。 DNADNA聚合酶聚合酶在引物在引物RNARNA的的3OH3OH上逐个加上与模板链上逐个加上与模板链 互补的脱氧核苷酸。互补的脱氧核苷酸。 延伸延伸 冈崎片段冈崎片段 DNADNA的两条链是反向平行的。的两条链是反向平行的。DNADNA聚合酶的聚合聚合酶的聚合 方向是方向是5 35 3。因此存在矛盾。因此存在矛盾。 半不连续复制半不连续复制 ： 一条链按一条链按5 35 3方向连续合成方向连续合成 前导链前导链 另一条链的合成不连续另一条链的合成不连续, ,先按先按5 35 3方向合成若干短方向合成若干短 的冈崎片段的冈崎片段, ,再连接成一条完整的再连接成一条完整的DNADNA链链 后随链后随链 3 3 复制叉移动的方向复制叉移动的方向
