03第三章核酸的结构与功能

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1、第第 三三 章章核酸的结构和功能核酸的结构和功能Structure and Function of Nucleic Acid生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核核 酸酸(nucleic acid) 以核苷酸为基本组成单位、富含磷以核苷酸为基本组成单位、富含磷元素的酸性生物大分子化合物，携带和元素的酸性生物大分子化合物，携带和传递遗传信息传递遗传信息生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核酸的分类及分布核酸的分类及分布 90%以上分布于细胞核以上分布于细胞核携带遗传信息，决定细胞和携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型个体的基因型分布于胞核、胞液分布于胞核、胞液参与

2、细胞内参与细胞内DNA遗传信息的遗传信息的表达表达(RNA)(DNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸分类分类生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材第一节第一节核酸的分子组成核酸的分子组成The Molecular Organization of Nucleic Acid生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核酸的化学组成核酸的化学组成 1. 元素组成元素组成C、H、O、N、P（9 % 10%）2. 分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate

3、)生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材一、戊一、戊 糖糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材嘌呤嘌呤(purine) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)二、碱二、碱 基基生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科

4、教材核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR三、核苷、核苷酸与多核苷酸三、核苷、核苷酸与多核苷酸1. 核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通碱基和核糖（脱氧核糖）通过过糖苷键糖苷键连接形成核苷（脱氧核连接形成核苷（脱氧核苷）苷）11生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸的结构与命名核苷酸的结构与命名核苷核苷（脱氧核苷）和磷酸以脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯磷酸酯

5、键键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）连接形成核苷酸（脱氧核苷酸） 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材一些重要的游离核苷酸及其衍生物一些重要的游离核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、 CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMP 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP 环化核苷酸环化核苷酸: : cAMP，cGMPAMPAMPADPADPATPATPcAMPcAMPNADP+NAD+生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材第二节第二节核苷酸代谢核苷酸代谢Metabolism of Nucleotides

6、生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸(RNA与与DNA)胰核酸酶胰核酸酶RNA酶酶DNA酶酶(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)单核苷酸单核苷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶磷酸单酯酶)核苷核苷磷酸磷酸核苷酶核苷酶(水解或磷酸解水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖戊糖或磷酸戊糖碱基碱基核酸的消化核酸的消化排出，很排出，很少利用少利用生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材一、一、嘌呤核苷酸代谢嘌呤核苷酸代谢( (一）嘌呤核苷酸的合成代谢一）嘌呤核苷酸的合成代谢1. 嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成2. 嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核

7、苷酸的补救合成3. 嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变4. 脱氧脱氧( (核酸核酸) )核苷酸的生成核苷酸的生成( (二二) )嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材（一）嘌呤核苷酸的合成代谢（一）嘌呤核苷酸的合成代谢1. 从头合成途径从头合成途径 用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤核苷酸物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤核苷酸的途径的途径2. 补救合成途径补救合成途径 利用体内游离的嘌呤碱或嘌呤核苷经过简单的利用体内游离的嘌呤碱或嘌呤核苷经过简单的

8、反应过程反应过程,合成嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材N1C2N3C4C5C6N97NC8 甲酰基甲酰基(一碳单位一碳单位)甘氨酸甘氨酸CO2Asp甲酰基甲酰基(一碳单位一碳单位)Gln(酰胺基酰胺基)左一左一C，右一，右一C，甘氨当中站，甘氨当中站,两边坐谷氮，左上天冬氨两边坐谷氮，左上天冬氨, 头顶头顶CO2生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材（一）嘌呤核苷酸的合成代谢（一）嘌呤核苷酸的合成代谢1. 从头合成途径从头合成途径合成的合成的原料原料: CO2,甲酰基甲酰基,氨基酸等氨基酸等合成的合成的场所场所: 肝脏的胞液肝脏的胞液合

9、成的合成的过程过程: 两个阶段两个阶段 次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成的合成 腺苷酸腺苷酸(AMP)和鸟苷酸和鸟苷酸(GMP)的合成的合成生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材（一）嘌呤核苷酸的合成代谢（一）嘌呤核苷酸的合成代谢1.从头合成途径从头合成途径1) IMP的合成的合成(11步反应步反应)R-5-PAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P(PRPP)ATP5-磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸(1)具体合成过程具体合成过程PP-1-R-5-PGlnGlu酰胺转移酶酰胺转移酶酶酶3: 甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸合成酶H2N-1-R-5

10、-PH2C-NH2O=C-OHGly酶酶3 ATP, Mg2+H2C-NH2O=CNHR-5-P甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸(GAR)PRA转甲酰基酶转甲酰基酶FH4H2C-NH2O=CNHR-5-P甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸(GAR)N5,N10-甲炔基甲炔基FH4H2CO=CNHR-5-PNHCHOH2CCNHR-5-PNHCHOHN=Glu甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸(FGAM)GlnATP,Mg2+H2CCNHR-5-PNHCHOHN=AIR合成酶合成酶ATP,Mg2+,K+H2OCH2N-HCNR-5-PNCH甲甲酰酰甘甘氨氨咪咪

11、核核苷苷酸酸(FGAM)5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸(AIR)R-5-PCH2NCNNCHCOHOCO2羧化酶羧化酶5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧基羧基核苷酸核苷酸(CAIR)R-5-PCH2NCNNCHCOHOR-5-PCH2NCNNCHCONHHCH2CHOOCHOOCNHHHCH2CHOOCHOOCAsp5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧基羧基核苷酸核苷酸(CAIR)5-氨基咪唑氨基咪唑-4-(N-琥珀酸琥珀酸)-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(SAICAR)ATP,Mg2+合成酶合成酶R-5-PCH2NCNNCHCONHHOOCHCH2CHOOC5-氨基咪唑氨基咪唑-4-(N-琥珀酸琥珀酸)-甲

12、酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(SAICAR)R-5-PCH2NCNNCHCOH2NCOOHCHHCHOOC5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(AICAR)裂解酶裂解酶延胡索酸延胡索酸R-5-PCH2NCNNCHCOH2N5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(AICAR)5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(FAICAR)N10甲酰甲酰FH4FH4转甲酰酶转甲酰酶K+R-5-PC NCNNCHCOH2NHCOHR-5-PCNCNNCHCOHHNHCOHR-5-PC NCNNCHCOHNHC5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(F

13、AICAR)H2O次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(IMP)环水解酶环水解酶112) 腺苷酸和鸟苷酸的合成腺苷酸和鸟苷酸的合成R-5-PC NCNNCHCOHNHCIMPR-5-PC NCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOH腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPSAsp, Mg2+,GTPR-5-PC NCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOHR-5-PC NCNNCHCNHCNH2COOHCHHCHOOC腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸(AMPS)腺苷酸腺苷酸(AMP)延胡索酸延胡索酸腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶裂解酶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教

14、材R-5-PC NCNNCHCOHNHCIMPR-5-PC NCNNCHCOHNCONAD+H2ONADH+H+XMP黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸IMP脱氢酶脱氢酶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材H2NR-5-PC NCNNCHCOHNCR-5-PC NCNNCHCOHNCOGlnGluGMP合成酶合成酶Mg2+, ATPXMPGMP生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材AMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ATPGMP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GDPATPADPATPADP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GTP生物化学生物化学护理学专业本科教

15、材护理学专业本科教材(2) 嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸从头合成的调节主要通过产物的负反馈调节主要通过产物的负反馈调节调节包括调节包括: 2个长反馈和个长反馈和2个短反馈个短反馈ATPGTPR-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺酰胺转移酶转移酶PRAIMPAMPSAMPADPXMPGMPGDP2个长反馈个长反馈生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材2个短反馈个短反馈IMPAMPSXMPAMPADPGMPGDPGTPATPATPGTP生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材2. 补救合成途径补救合成途径(1) 嘌呤碱与嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸直

16、接合成嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）HGPRT活性高活性高APRT活性活性低低90%嘌呤碱嘌呤碱（一）嘌呤核苷酸的合成代谢（一）嘌呤核苷酸的合成代谢生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材2. 补救合成途径补救合成途径(1) 嘌呤碱与嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸直接合成嘌呤核苷酸腺嘌呤腺嘌呤+1-磷酸核糖磷酸核糖腺苷腺苷+Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸

17、化酶(2) 腺嘌呤与腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷磷酸核糖生成腺苷, 再生成腺再生成腺 嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸腺苷腺苷+ATP腺苷激酶腺苷激酶腺苷酸腺苷酸+ADP生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材生理意义生理意义减少从头合成时能量和原料的消耗减少从头合成时能量和原料的消耗节省节省: 某些器官某些器官(脑脑,骨髓和脾骨髓和脾)合成核苷酸的途径合成核苷酸的途径遗传疾病遗传疾病Lesch-Nyhan 莱莱-尼综合征尼综合征,自毁容貌综合征自毁容貌综合征-罕见的性染色体罕见的性染色体X连锁遗传病连锁遗传病生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材自自毁毁容容貌貌综综合合征征HG

18、PRT基因缺陷基因缺陷嘌呤合成过多，高尿嘌呤合成过多，高尿酸血症，痛风伴有咬酸血症，痛风伴有咬指咬唇的强迫性自残指咬唇的强迫性自残行为，自毁容貌行为，自毁容貌3. 脱氧脱氧(核糖核糖)核苷酸的合成核苷酸的合成在核苷二磷酸水平在核苷二磷酸水平被还原而成被还原而成OHOPOOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHOOHOPOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHONADPH+H+NADP+ +H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dNDPNDP生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材脱氧核苷酸的具体生成过程脱氧核苷酸的具体生成过程NDPdNDPNADP+NADPH+H+还原型硫氧化还原型硫

19、氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化氧化型硫氧化S还原蛋白还原蛋白S核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶,Mg2+硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材NDPdNDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶ADPdADP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶GDPdGDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶UDPdUDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶CDPdCDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶TDPdTDP生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材dNDP+ATPdNTP+ADP激酶激酶激酶激酶dCDP+ATPdCTP+ADPdU

20、DP+ATPdUTP+ADP激酶激酶dGDP+ATPdGTP+ADP激酶激酶dADP+ATPdATP +ADP激酶激酶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核苷酸分解代谢核苷酸分解代谢大致过程大致过程核苷酸核苷酸核苷核苷PiPi1-磷酸核糖磷酸核糖碱基碱基补救途径补救途径分解代谢分解代谢5-磷酸核糖磷酸核糖PRPP终末产物经尿排出终末产物经尿排出核苷酸酶核苷酸酶磷酸化酶磷酸化酶1-磷酸核糖磷酸核糖变位酶变位酶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材（二）嘌呤核苷酸的分解代谢（二）嘌呤核苷酸的分解代谢AMPIGMPGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸

21、尿酸生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材正常人血浆尿酸含量：正常人血浆尿酸含量：0.120.36mmol/L 血尿酸血尿酸0.48mmol/L(8mg%)时可析出结晶时可析出结晶 沉积在关节和软骨等处沉积在关节和软骨等处 痛风症痛风症进食高嘌呤膳食时进食高嘌呤膳食时体内核酸大量分解体内核酸大量分解(白白血病血病,恶性肿瘤）恶性肿瘤）肾脏疾病尿酸排泄障碍肾脏疾病尿酸排泄障碍血中尿酸血中尿酸临床上用别嘌呤醇治疗临床上用别嘌呤醇治疗痛风症痛风症生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制C OHNNNHHNN OHNNN

22、HCH次黄嘌呤次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇PRPP别嘌呤醇核苷酸别嘌呤醇核苷酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸从头合成的酶从头合成的酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸合成反馈反馈N OHNNNRN OHNNNH核糖核糖1-磷酸磷酸Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶2H+O2._O2+H2O黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶N OHNNNHHON OHNNNHHOO2H+O2._O2+H2O黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸最终产物最终产物生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材二、二、嘧啶核苷酸代谢嘧啶核苷酸代谢( (一一) ) 嘧啶核苷酸的合成代

23、谢嘧啶核苷酸的合成代谢1. 嘧嘧啶核苷酸的从头合成啶核苷酸的从头合成2. 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成( (二二) ) 嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材(一一) 嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢1. 从头合成途径从头合成途径 先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸。啶核苷酸。NCNCCCAspCO2GlnNH2HCH2CHOOCHOOC生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材1) 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成-6步反应步反应HCO3_+Gln2A

24、TPGlu2ADP+PiNH2O=CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶II P_(一一) 嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢1. 从头合成途径从头合成途径(1) 基本合成过程基本合成过程生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶II分布分布线粒体线粒体(肝肝)胞液胞液(各种细胞各种细胞)氮源氮源氨氨谷氨酰胺谷氨酰胺变构激活剂变构激活剂N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸无无变构抑制剂变构抑制剂无无UMP(哺乳动物哺乳动物)功能功能尿素

25、合成尿素合成嘧啶合成嘧啶合成(CPS-I)(CPS-II)NH2O=CO P氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸HOOCCH2CHCOOHH2N+COH2NCCH2CHCOOHNHOHO天冬氨酸氨基天冬氨酸氨基甲酰基转移酶甲酰基转移酶PiAsp氨基甲酰天冬氨酸氨基甲酰天冬氨酸OCOHNCCHHCHCOOHNHNAD+NADH+H+COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清酸二氢乳清酸二氢乳清酸H2O脱氢酶脱氢酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清酸COHNCCHCCOOHNOR-5-PPRPPPPi磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶乳清酸核苷酸乳清酸核苷酸(OMP)COHNCCHCHN

26、OR-5-PCO2尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸(UMP)脱羧酶脱羧酶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材ATP2) 胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸(CTP)的合成的合成COHNCCHCHNOR-5-P尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDPUMP二磷酸二磷酸 尿苷激酶尿苷激酶ADPUTPCONCCHCHNNH2R-5-P-P-PGln, ATP Glu, ADP+Pi ATPADPCTPCTP合成酶合成酶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材COHNCCHCHNOdR-5-PdCMPdUDPPiNH3dUMPCOHNCC-CH3CHNOdR-5-PdTMP合成酶合成酶FH2N5,N10-

27、甲烯甲烯FH4FH4FH2还原酶还原酶NADPH+H+NADP+dTMPATP激酶激酶dTDP激酶激酶ADPdTTPATPADPdTMP3) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP)的合成的合成(2) 从头合成的调节从头合成的调节ATP+CO2+GlnPRPP氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸PRPPATP+ 5-磷酸核糖磷酸核糖OMPUMPUTPCTP嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸由合成产物对由合成产物对3个关键酶个关键酶酶酶1：CPS-II酶酶2：天冬氨酸氨甲酰转移酶：天冬氨酸氨甲酰转移酶酶酶3：PRPP合成酶合成酶Asp的的负反馈负反馈调节来实现。调节

28、来实现。生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材2. 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶+PRPP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿尿嘧嘧啶啶胸胸腺腺嘧嘧啶啶乳乳清清酸酸胞胞嘧嘧啶啶嘧啶核苷嘧啶核苷+ATP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+ADP核苷激酶核苷激酶胸苷激酶胸苷激酶,TK与恶性肿瘤与恶性肿瘤总结总结5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO

29、-POMP核苷酸的从头合成过程总结核苷酸的从头合成过程总结dUDPdCMPdUMP(二二) 嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸磷酸酶磷酸酶嘧啶核苷嘧啶核苷核苷酶核苷酶嘧啶嘧啶CONCCHCHNNH2HCOHNCCHCHNOHNH3COHNCCH2CH2NOHNADPH+H+NADP+H2OCOH2NCCH2CH2NOHHOH2OCO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOH-丙氨酸丙氨酸胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶COHNCC-CH3CHNOHNADPH+H+NADP+COHNCCH-CH3CH2NOHCOH2NCCH-CH3CH2NOHHOH2OCO2+NH3-氨基异丁

30、氨基异丁酸酸H2N-CH2-CH-COOHCH3-脲脲基异丁基异丁酸酸H2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材 核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、嘧啶、嘧啶、核苷、核苷、氨基酸或叶酸等的类似物氨基酸或叶酸等的类似物 采用竞争性抑制方式抑制合成代谢中的采用竞争性抑制方式抑制合成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷酸的合成酶，从而干扰和阻断核苷酸的合成, 从而进从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成 由于肿瘤的核酸与蛋白质代谢旺盛由于肿瘤的核酸与蛋白质代谢旺盛, 因此抗代谢物可用于肿瘤的化

31、疗因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗三、核苷酸的抗代谢物三、核苷酸的抗代谢物生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物1. 嘌呤类似物嘌呤类似物8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤N OHNNNHN SHNNNHN SHNNNHH2NN OHNNNHN6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤6-巯基嘌呤巯基嘌呤（6-MP）2. 氨基酸类似物氨基酸类似物 抑制有抑制有Gln参与的反应参与的反应H2NCCH2CH2CHCOOHONH2N+ NCH2COCH2CHCOOHONH2N+ NCH2CCH2CH2CHCOOHONH2谷氨酰胺谷氨酰胺氮杂丝氨酸（重

32、氮乙酰丝氨酸）氮杂丝氨酸（重氮乙酰丝氨酸）6-重氮重氮-5-氧正亮氨酸氧正亮氨酸（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物3. 叶酸类似物叶酸类似物 抑制有一碳单位参与的反应抑制有一碳单位参与的反应R=H，氨喋呤，氨喋呤R=CH3，氨甲喋呤氨甲喋呤N NH2NNNHH2NCH2NRCNCHOCH2CH2COOHCOOHHNNCHCH2NHCNCHOCH2CH2COOHCOOHHH2NNOHNH5,6,7,8四氢叶酸四氢叶酸（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物PRPPGln6MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸PRAGARFGARFGAMMTX氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸AICARMTXF

33、AICARIMPAMPGMPPRPPPPiPPiPRPP6MP6MP6MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸AIGPRPPPPi嘌呤核苷酸抗代谢物的作用嘌呤核苷酸抗代谢物的作用生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材 (二二) 嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物 嘧啶、嘧啶核苷类似物嘧啶、嘧啶核苷类似物:5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶阿糖胞苷阿糖胞苷环胞苷环胞苷NNHOOFHHOH2CHHHOOHHHOCCCNNCONH2HOH2CHHOHHHOCCCNNCNHHClO生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材UMPUDPUTPdUDPdUMPdTMPCTPCDPdCDPMTX5FU阿糖胞

34、苷阿糖胞苷氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材第三节第三节DNA的结构与功能的结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材5端端3端端核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间核苷酸之间以以磷酸二酯键磷酸二酯键连连接形成多核苷酸接形成多核苷酸链，即核酸链，即核酸CGA生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材一、核酸的一级结构一、核酸的一级结构核核酸酸中中核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以以也也

35、称称为为碱碱基基序列序列5端端3端端CGA生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材A G P5 P T PG PC PT P OH 3 核酸的书写方法核酸的书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n20世纪世纪20年代，年代，大多数科学家认为蛋白质是遗大多数科学家认为蛋白质是遗传物质，而不是传物质，而不是DNAn1944年年Avery等利用从致病肺等利用从致病肺炎球菌中提取的炎球菌中提取的DNA使另一使另一种非致病性肺炎球菌的遗传种非致病性肺炎

36、球菌的遗传性状改变而成为致病菌，证性状改变而成为致病菌，证实了遗传物质是实了遗传物质是DNA而不是而不是蛋白质蛋白质 Avery生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n1951年，年， Pauling利用利用X线线晶体衍射技术研究晶体衍射技术研究角蛋白角蛋白的空间结构，发现了蛋白的空间结构，发现了蛋白质的质的螺旋结构螺旋结构 n螺旋结构理论首次用分子形螺旋结构理论首次用分子形成螺旋这种方式解释生物大成螺旋这种方式解释生物大分子的空间结构分子的空间结构 Linus Pauling生物

37、化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 nFranklin获得高质量的获得高质量的DNA X射线衍射图谱射线衍射图谱 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 nWilkins通过通过 X射射线衍射获得了精确线衍射获得了精确的的DNA分析数据分析数据 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n1952年，年， Chargaff等科学家等科学家采用层析和紫外吸收光谱分采用层析和紫外吸收光谱分析等技术发现了析等技术发现了DNA

38、碱基的碱基的组成规律（组成规律（Chargaff定律）定律） Chargaff生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n综合了前人的研究成果，综合了前人的研究成果，Watson和和 Crick提出了提出了DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构模型模型 ，并于并于1953年年4月月在在英国英国Nature杂志上发杂志上发表表 Watson Crick生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材二、二、 DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构生物化学生物化学护理学专业本科

39、教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 两两条条链链呈呈反反向向平平行行围围绕绕同同一一公公共共轴轴形形成成右右手手螺螺旋旋，双双螺螺旋旋表表面面形形成成小小沟和大沟相间沟和大沟相间生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 脱脱氧氧核核糖糖和和磷磷酸酸位位于于双双螺螺旋旋结结构构的的外外侧侧，而而碱碱基基位位于于内内侧侧与与对对侧侧的的碱碱基通过氢键形成配对基通过氢键形成配对 A-T通通过过两两个个氢氢键键配配对对，G-C通过三个氢键配对通过三个氢键配对生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材碱基互补配

40、对碱基互补配对 TAGC生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 碱碱基基堆堆积积力力和和氢氢键键是是维维持持双双螺螺旋旋结结构构稳稳定定性性的的主主要要作用力作用力双双 螺螺 旋旋 结结 构构 的的 直直 径径 为为2.37nm，相相邻邻碱碱基基之之间间的的堆堆积积距距离离0.34nm。双双螺螺旋旋结结构构旋旋转转一一圈圈为为10.4个个碱碱基对，螺距为基对，螺距为 3.54nm 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材三、三、DNA

41、的超螺旋结构的超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)： DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相同双螺旋方向相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于学变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转转录过程具有关键作用。录过程

42、具有关键作用。 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材原核生物原核生物DNA的超螺旋结构的超螺旋结构生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材真核生物真核生物DNA的核小体结构的核小体结构真真核核生生物物染染色色体体由由DNA和和蛋蛋白白质质构构成成，其基本单位是其基本单位是核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材四、四、D

43、NA的功能的功能DNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，并并作作为为基基因因复复制制和和转转录录的的模模板板。它它是是生生命命遗遗传传的的物物质质基基础础，也是个体生命活动的信息基础也是个体生命活动的信息基础基基因因从从结结构构上上定定义义，是是指指DNA分分子子中中的的特特定定区区段段，其其中中的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序决定了基因的功能决定了基因的功能 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材第四节第四节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专

44、业本科教材RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材一一 、信使、信使RNAhnRNA 内含子内含子( (intron) )mRNA * mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子( (exon) )生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材mRNA结构特点结构特点1. 大大多多数数真真核核mRNA的的5末末端端均均在在转转录录后后加加上上一一个个7-甲甲基基鸟鸟苷苷，同同时时第第一一个个核核苷苷酸酸的的C2也也 是是 甲甲 基基 化化 ， 形形 成成 帽帽 子子 结结 构构 ：m7GpppNm-2. 大多数真核大多数真核mRNA的的3

45、末端有一个多聚末端有一个多聚腺苷酸腺苷酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材帽子结构帽子结构生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和帽子结构和多聚多聚A尾的功能尾的功能生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材mRNA的功能的功能 作为翻译的模板来指导蛋白质的生物合成作为翻译的模板来指导蛋白质的生物合成 DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子

46、内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材tRNA的一级结构特点的一级结构特点 含含 10 % 20% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为G 具有具有 T C 二、转运二、转运RNA的的2N,2N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸臂氨基酸臂 D

47、HU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形tRNA的功能的功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与蛋白质的翻译与蛋白质的翻译生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材rRNA的结构的结构三、核糖体三、核糖体RNArRNA的功能的功能参参与与组组成成核核糖糖体体，作作为为蛋蛋白白质质生物合成的场所。生物合成的场所。生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核糖体的组成核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真

48、核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材四四 、其他、其他RNA 除除了了上上述述三三种种RNA外外，细细胞胞的的

49、不不同同部部位位存存在在的的许许多多其其他他种种类类的的小小分分子子RNA， 统统 称称 为为 非非 mRNA小小 RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs) snmRNAs生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材snmRNAs的的种类种类核内小核内小RNA核仁小核仁小RNA胞质小胞质小RNA催化性小催化性小RNA小片段干涉小片段干涉 RNA snmRNAs的的功能功能参与参与hnRNA和和rRNA的加工和转运的加工和转运生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材RNA组组学学是是研研究究细细胞胞中中全全部部RNA基基因因和和RNA的分子

50、结构和功能的分子结构和功能 RNA组学组学生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 五五 节节生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材一、核酸的一般理化性质一、核酸的一般理化性质生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材1. DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0相当于相当于50g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度

51、DNA纯品纯品: A260/A280 = 1.8RNA纯品纯品: A260/A280 = 2.0A260的应用的应用生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材二、二、DNA的变性的变性、复性、复性定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解双链解开成两条单链的过程。开成两条单链的过程。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。1. DNA的变性的变性(denaturation)生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材变性后其他理化性质变化：

52、变性后其他理化性质变化：A260增高增高黏度下降黏度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材DNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材变性引起紫外吸收值的改变变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液A260增高的现象增高的现象生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材热变性热变性解解链链曲曲线线：如如果果在在连连续续加加热热DNA的

53、的过过程程中中以以温温度对度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线值作图，所得的曲线称为解链曲线生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材 Tm：DNA分分子子达达到到50%解解链链时时的的温温度度称称为为解解链链温温度度，又又称称熔熔解解温温度度(melting temperature, Tm)；其大小与其大小与G+C含量成正比。含量成正比。生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材2. DNA的复性的复性 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复天

54、然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液A260降低降低热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为过程称为退火退火(annealing) 生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) 在在核核酸酸变变性性后后的的复复性性过过程程中中，具具有有一一定定互互补补序序列列的的不不同同DNA单单链链，或或DNA单单链链与与同同源源RNA序序列列，在在一一定定条条件件下下按按碱碱基基互互补补原原则则结结合合在在一一起起，形形成成异异源源双双链链的的过过程程称为核酸分子杂交称为核酸分子杂交三、分子杂交与探针技术三、分子杂交与探针技术生物化学生物化学护理学专业本科教材护理学专业本科教材