第13章核酸和核苷酸代谢

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1、第第13章章 核酸和核苷酸代谢核酸和核苷酸代谢教学目的：教学目的： 1. 了解核苷酸分解过程的概况。了解核苷酸分解过程的概况。 2. 掌握嘌呤核苷酸生物合成的特点。掌握嘌呤核苷酸生物合成的特点。 3. 熟悉遗传密码的基本特性。熟悉遗传密码的基本特性。 4. 掌握掌握DNA聚合酶的反应特点。聚合酶的反应特点。 5. 熟悉熟悉DNA半保留式复制的意义。半保留式复制的意义。教学重点：教学重点： 1. 核苷酸生物合成的特点核苷酸生物合成的特点 2. DNA聚合酶的反应特点。聚合酶的反应特点。1 1 核核酸酸的的基基本本单单位位是是核核苷苷酸酸。遗遗传传信信息息的的复复制制、转转录录和和翻翻译译都都与与

2、核核酸酸代代谢谢有有关关，核核酸酸代代谢谢与与核核苷苷酸酸代代谢谢密切关联。核苷酸几乎参与细胞中的所有生化过程。密切关联。核苷酸几乎参与细胞中的所有生化过程。 核核苷苷酸酸的的作作用用：三三磷磷酸酸核核苷苷酸酸是是核核酸酸生生物物合合成成的的前前体体。ATP是是生生物物能能量量代代谢谢中中的的通通用用载载体体，GTP是是推推动动重重要要生生物物过过程程的的能能量量供供体体。核核苷苷酸酸衍衍生生物物是是许许多多生生物物合合成成反反应应的的活活性性中中间间物物。腺腺苷苷酸酸是是三三种种重重要要辅辅酶酶(烟烟酰酰胺胺核核苷苷酸酸、黄黄素素腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷酸酸和和辅辅酶酶A)的的组组分分。cA

3、MP和和cGMP作作为为细细胞胞内内第第二二信信使使，调节细胞功能和基因表达。调节细胞功能和基因表达。2 2一一 核酸和核苷酸的分解代谢核酸和核苷酸的分解代谢 动动物物和和异异养养型型微微生生物物可可分分泌泌消消化化酶酶类类来来分分解解食食物物或体外的核蛋白或核酸类物质，以获得各种核苷酸。或体外的核蛋白或核酸类物质，以获得各种核苷酸。核酸核酸核苷酸核苷酸核酸酶核酸酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶核核苷苷酸酸核苷酸酶核苷酸酶核核苷苷 +磷磷酸酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基+1-P-戊糖戊糖碱基碱基 + 戊糖戊糖核苷酶核苷酶核苷核苷3 3 核核酸酸是是由由许许多多核核苷苷酸酸以以3 ,5 磷磷酸酸二二酯

4、酯键键连连接接而而成成的的大大分分子子化化合合物物。核核酸酸分分解解代代谢谢的的第第一一步步是是水水解解连连接接核核苷苷酸酸之之间间的的磷磷酸酸二二酯酯键键，生生成成低低级级多多核核苷苷酸酸或或单单核核苷苷酸酸。磷磷酸酸二二酯酯酶酶(核核酸酸酶酶)可可催催化化这这一一解解聚聚作作用用。水水解解RNA的的酶酶称称核核糖糖核核酸酸酶酶，水水解解DNA的的酶酶称称脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸酶酶。能能水水解解核核酸酸分分子子内内磷磷酸酸二二酯酯键键的的酶酶称称核核酸酸内内切切酶酶，从从核核酸酸链链的的一一端端逐逐步步水水解解下下核核苷苷酸酸的的酶酶称称外外切切酶酶。细细胞胞内内的的核核酸酸都都不不是是恒

5、恒定定不不变变的的，细细胞胞内内的的各各种核酸酶参与了核酸的代谢。种核酸酶参与了核酸的代谢。1 核酸的解聚作用核酸的解聚作用4 42 核苷酸的降解核苷酸的降解 核核苷苷酸酸水水解解下下磷磷酸酸成成为为核核苷苷。生生物物体体内内广广泛泛存存在在的的磷磷酸酸单单酯酯酶酶或或核核苷苷酸酸酶酶可可催催化化这这一一反反应应。非非特特异异性性的的磷磷酸酸单单酯酯酶酶对对所所有有核核苷苷酸酸都都能能作作用用，特特异异性性强强的的磷磷酸单酯酶只能水解酸单酯酶只能水解3 核苷酸或核苷酸或5 核苷酸。核苷酸。 核核苷苷经经核核苷苷酶酶催催化化分分解解为为嘌嘌呤呤碱碱或或嘧嘧啶啶碱碱和和戊戊糖糖。分解核苷的酶有核苷

6、磷酸化酶和核苷水解酶。分解核苷的酶有核苷磷酸化酶和核苷水解酶。碱基碱基 + 戊糖戊糖核苷水解酶核苷水解酶核苷核苷 + H2O核苷核苷 + 磷磷酸酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基 + 戊糖戊糖-1-磷酸磷酸5 53 嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解 不不同同生生物物分分解解嘌嘌呤呤的的能能力力不不同同，代代谢谢产产物物也也不不相相同同。灵灵长长类类和和鸟鸟类类动动物物的的嘌嘌呤呤降降解解终终产产物物是是尿尿酸酸；非非灵灵长长类类的的哺哺乳乳动动物物和和腹腹足足类类动动物物是是尿尿囊囊素素；硬硬骨骨鱼鱼类类将将尿尿囊囊素素分分解解为为尿尿囊囊酸酸；两两栖栖类类则则将将尿尿囊囊酸酸分分解解为为尿尿素和乙醛

7、酸；甲壳类动物将嘌呤分解为素和乙醛酸；甲壳类动物将嘌呤分解为CO2和和NH3。 腺腺嘌嘌呤呤和和鸟鸟嘌嘌呤呤在在相相应应的的脱脱氨氨酶酶作作用用下下水水解解脱脱氨氨基基，分分别别生生成成次次黄黄嘌嘌呤呤和和黄黄嘌嘌呤呤。次次黄黄嘌嘌呤呤和和黄黄嘌嘌呤呤在在黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶催催化化下下转转变变为为尿尿酸酸。尿尿酸酸最最终终降降解解为为CO2和和NH3。6 64 嘧啶碱的分解嘧啶碱的分解 胞胞嘧嘧啶啶先先脱脱氨氨转转变变为为尿尿嘧嘧啶啶，尿尿嘧嘧啶啶经经还还原原、开开环环水水解解，最最后后生生成成NH3、CO2和和-丙丙氨氨酸酸。-丙丙氨氨酸酸经经转转氨氨作作用用脱脱去去氨氨基基后后参参加

8、加有有机机酸酸代代谢。谢。 胸胸腺腺嘧嘧啶啶经经还还原原、开开环环水水解解生生成成NH3、CO2和和-氨氨基基异异丁丁酸酸，后后者者脱脱去去氨氨基基后后参参加加有有机机酸酸代谢。代谢。7 7二二 核苷酸的合成核苷酸的合成1 嘌呤核糖核苷酸的合成嘌呤核糖核苷酸的合成 生生物物利利用用CO2、甲甲酸酸盐盐、谷谷氨氨酰酰胺胺、天天冬冬氨氨酸酸和和甘氨酸等简单前体物质作为合成嘌呤环的前体。甘氨酸等简单前体物质作为合成嘌呤环的前体。CO2天冬氨酸天冬氨酸N10-甲酰甲酰四氢叶酸四氢叶酸谷氨酰胺谷氨酰胺(酰胺氮酰胺氮)甘氨酸甘氨酸N10-甲酰甲酰四氢叶酸四氢叶酸嘌呤环的元素来源嘌呤环的元素来源8 8 合成

9、过程是在合成过程是在5 -磷酸核糖基础上进行的。磷酸核糖基础上进行的。 组组成成嘌嘌呤呤环环的的各各元元素素是是逐逐个个垒垒加加到到核核糖糖的的C1上上去去的的，先先合合成成咪咪唑唑环环，再再合合成成骈骈嘧嘧啶啶环环。随随着着嘌嘌呤呤环环的的生生成成，5 -核核苷苷酸酸应应运运而而生生。第第一个被合成的核苷酸是一个被合成的核苷酸是IMP。 AMP、 GMP是由是由IMP转化生成的。转化生成的。 嘌呤核苷酸生物合成的特点：嘌呤核苷酸生物合成的特点：9 9 生生物物利利用用现现有有嘌嘌呤呤、嘧嘧啶啶或或核核苷苷合合成成核核苷苷酸酸的的过程称为半合成途径。过程称为半合成途径。嘌呤碱嘌呤碱+1-磷酸核

10、糖磷酸核糖嘌呤核苷嘌呤核苷+Pi嘌呤碱嘌呤碱+PRPP嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷磷酸激酶核苷磷酸激酶核苷酸焦磷酸化酶核苷酸焦磷酸化酶1010嘧啶环各元素来源嘧啶环各元素来源来来 自自 天天 冬冬 氨氨 酸酸来来 自自 氨氨 甲甲 酰酰 磷磷 酸酸2 嘧啶核糖核苷酸的合成嘧啶核糖核苷酸的合成 嘧啶环是以天冬氨酸、谷酰胺、嘧啶环是以天冬氨酸、谷酰胺、CO2为前体物为前体物质合成的。质合成的。11113 脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸的合成 脱脱氧氧核核苷苷酸酸的的合合成成不不是是从从脱脱氧氧核核糖糖起起始始的的，而而是是先先合合成成相相应应的的核核苷苷酸酸后后，再再通通过

11、过还还原原作作用用使使其其中中的的核核糖糖脱脱氧氧转转变变成成为为脱脱氧氧核核苷苷酸酸。催催化化此此还还原原反反应应的的酶酶体体系系包包括括核核糖糖核核苷苷酸酸还还原原酶酶、硫硫氧氧还还蛋蛋白白、硫硫氧还蛋白还原酶及氧还蛋白还原酶及FAD、NADP等因子。等因子。1212硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白硫氧还蛋白-(SH)2(还原型还原型)硫氧还蛋白硫氧还蛋白-S2(氧化型氧化型)核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶(B1和和B2)核糖核苷核糖核苷二磷酸二磷酸脱氧核糖核脱氧核糖核苷二磷酸苷二磷酸+H2O脱氧核糖核苷酸的形成脱氧核糖核苷酸的形成1313三三 遗传信息遗传信息1 DNA是遗传

12、信息的携带分子是遗传信息的携带分子1)1)细胞含有恒定量的细胞含有恒定量的细胞含有恒定量的细胞含有恒定量的DNADNA2)DNA2)DNA是细菌的转化因子是细菌的转化因子是细菌的转化因子是细菌的转化因子3)3)病毒是游离的遗传因子病毒是游离的遗传因子病毒是游离的遗传因子病毒是游离的遗传因子4)4)基因是基因是基因是基因是DNADNA的一段序列的一段序列的一段序列的一段序列5)DNA5)DNA重组技术促进了生物学的发展重组技术促进了生物学的发展重组技术促进了生物学的发展重组技术促进了生物学的发展 14142 RNA使遗传信息得以表达使遗传信息得以表达1)RNA1)RNA参与蛋白质的合成参与蛋白质

13、的合成参与蛋白质的合成参与蛋白质的合成2)RNA2)RNA进行信息加工进行信息加工进行信息加工进行信息加工3)RNA3)RNA干扰干扰干扰干扰4)RNA4)RNA的表型效应的表型效应的表型效应的表型效应5)RNA5)RNA对基因的解读对基因的解读对基因的解读对基因的解读15153 遗传密码的破译遗传密码的破译 mRNA是是指指导导蛋蛋白白质质合合成成的的直直接接模模板板，是是由由四四种种核核苷苷酸酸组组成成的的。如如果果由由两两个个碱碱基基决决定定一一个个氨氨基基酸酸在在肽肽链链中中的的位位置置，则则只只有有16组组二二联联体体，不不能能满满足足20种种氨氨基基酸酸编编码码的的需需要要；如如果

14、果每每三三个个碱碱基基编编码码一一个个氨氨基基酸酸，可可组组合合成成64组组三三联联体体，能能满满足足20种种氨氨基基酸酸编编码码的的需需求求。应应用用生生物物化化学学和和遗遗传传学学实实验验证证明明：三三个个碱碱基基编编码码一一个个氨基酸，称为氨基酸，称为三联体密码三联体密码或密码子。或密码子。 从从1961年年开开始始，用用64个个已已知知密密码码，找找出出了了与与之之对对应的氨基酸。应的氨基酸。1966-1967年，破译全部遗传密码。年，破译全部遗传密码。1616第一位碱基第一位碱基(5端端)第第 二二 位位 碱碱 基（中基（中 间）间）第三位碱基第三位碱基(3端端)UCAGU苯丙苯丙苯

15、丙苯丙丝丝丝丝丝丝丝丝酪酪酪酪半胱半胱半胱半胱UCAG亮亮亮亮终止终止终止终止终止终止色色C亮亮亮亮亮亮亮亮脯脯脯脯脯脯脯脯组组组组精精精精精精精精UCAG谷谷酰胺酰胺谷酰胺谷酰胺A异亮异亮异亮异亮异亮异亮苏苏苏苏苏苏苏苏天冬天冬酰胺酰胺天冬酰胺天冬酰胺丝丝丝丝UCAG赖赖赖赖精精精精甲甲硫硫(起始起始)G缬缬缬缬缬缬缬缬丙丙丙丙丙丙丙丙天冬天冬天冬天冬甘甘甘甘甘甘甘甘UCAG谷谷谷谷遗遗 传传 密密 码码 字字 典典17174 遗传密码的基本特性遗传密码的基本特性1)1)密码的基本单位密码的基本单位密码的基本单位密码的基本单位2)2)密码的简并性密码的简并性密码的简并性密码的简并性3)3)密

16、码的变偶性密码的变偶性密码的变偶性密码的变偶性4)4)密码的通用性密码的通用性密码的通用性密码的通用性 5)5)密码的防错系统密码的防错系统密码的防错系统密码的防错系统1818四四 DNA的复制和修复的复制和修复1 DNA的半保留复制的半保留复制 DNA复复制制时时, 两两条条链链碱碱基基对对之之间间氢氢键键破破裂裂，双双螺螺旋旋解解开开，以以每每条条链链作作模模板板分分别别合合成成新新的的互互补补链链。于于是是亲亲代代DNA分分子子变变为为核核苷苷酸酸排排列列序序列列完完全全相相同同的的两两个个子子代代DNA分分子子。每每个个子子代代DNA分分子子的的一一条条链链来来自自亲亲代代DNA，另另

17、一一条条则则是是新新合合成成的的，这这样样的的复复制制合合成方式称为成方式称为半保留复制半保留复制。 1958年年，MeselsonStahl利利用用氮氮的的同同位位素素15N标记实验首先证实了标记实验首先证实了DNA半保留复制。半保留复制。1919DNA半保留复制的实验证明半保留复制的实验证明20202 DNA的复制起点和复制方式的复制起点和复制方式 DNA复复制制是是一一个个受受到到严严格格控控制制的的过过程程，复复制制是是从从DNA上上定定点点起起始始的的。大大肠肠杆杆菌菌染染色色体体DNA复复制制起起始始区区为为含含回回纹纹序序列列GATC多多达达11次次的的一一段段约约245bp的的

18、特特殊殊序序列列。复复制制起起始始时时，此此序序列列可可形形成成复复杂杂的的十十字字结结构构，为为复复制制酶酶识识别别和和结结合合的的信信号号。原原核核生生物物染染色色体体DNA较小，一般只有一个复制起点。较小，一般只有一个复制起点。 真真核核DNA的的复复制制起起点点没没有有顺顺序序特特异异性性，是是从从复复制制酶酶与与DNA容容易易接接触触的的部部位位起起始始的的，即即两两核核小小体体之之间的连接部位。真核间的连接部位。真核DNA有多个复制起始点。有多个复制起始点。2121 DNA复复制制时时，从从复复制制点点开开始始，两两条条链链解解开开，已已解解开开的的两两条条链链与与未未解解开开的的

19、双双链链间间形形成成叉叉子子样样的的结结构构，称称为为复复制制叉叉。DNA复复制制在在复复制制叉叉中中进进行行。若若从从起起点点开开始始形形成成两两个个复复制制叉叉，新新链链同同时时向向相相反反两两个个方方向向延延伸伸，称称为为双双向向复复制制。若若从从起起点点开开始始形形成成一一个个复复制制叉叉，新新链链向向一一个个方方向向延延伸伸，则则称称为为单单向向复复制制。对对称称复复制制指指两两条条链链同同时时进进行行复复制制，若若一一条条链链先先复复制制，待待一一条条链链复复制制完完成成另另一一条条链链才才开开始始复制，则称为不对称复制。复制，则称为不对称复制。222223233 DNA聚合酶聚合

20、酶1)1)原核生物原核生物原核生物原核生物DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 1956年年Kornberg等等从从大大肠肠杆杆菌菌提提取取液液中中首首先先发发现现了了DNA聚聚合合酶酶I。1969年年和和1970年年，Delucia和和Cairns从从大大肠肠杆杆菌菌分分离离得得到到DNA聚聚合合酶酶和和DNA聚聚合合酶酶。DNA聚聚合合酶酶和和是是在在1999年年才才被发现，他们涉及被发现，他们涉及DNA的易错修复。的易错修复。2424大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶的性质比较聚合酶的性质比较DNA聚聚合酶合酶 IDNA聚聚合酶合酶DNA聚聚合酶合酶相对分子质量相对分子质量103 00

21、088 000130 0003 5 核酸外切酶核酸外切酶+ +5 3 核酸外切酶核酸外切酶+- - -聚合速度聚合速度(核苷酸核苷酸/min)1 0001 2002 40015 00060 000持续合成能力持续合成能力32001 500500 000主要功能主要功能切除引物切除引物, 修修复复修复修复复制复制25252)2)真核生物真核生物真核生物真核生物DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶哺乳动物的哺乳动物的DNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶a a聚合酶聚合酶b b聚合酶聚合酶g g聚合酶聚合酶d d定位定位细胞核细胞核细胞核细胞核线粒体线粒体细胞核细胞核亚基数目亚基数目4124外切酶活性外切

22、酶活性无无无无3 5 3 5 引物合成酶活性引物合成酶活性有有无无无无无无持续合成能力持续合成能力低低低低高高抑制剂抑制剂蚜肠霉素蚜肠霉素双脱氧双脱氧TTP 双脱氧双脱氧TTP蚜肠霉素蚜肠霉素功能功能引物合成引物合成修复修复线粒体线粒体DNA复制和修复复制和修复核核DNA复制和修复复制和修复2626DNA聚合酶的反应特点是：聚合酶的反应特点是： 以四种脱氧核苷三磷酸作底物以四种脱氧核苷三磷酸作底物; 反应需要模板的指导，模板方向反应需要模板的指导，模板方向3 5 ; 反应需要引物反应需要引物3 -OH存在存在; DNA新链的生长方向为新链的生长方向为5 3 ; 产物产物DNA的性质与模板相同。

23、的性质与模板相同。27274 DNA连接酶连接酶 DNA聚聚合合酶酶只只能能催催化化DNA链链的的延延伸伸，不不能能使使两两条条DNA链链端端部部相相互互以以磷磷酸酸酯酯键键连连接接起起来来，也也不不能能使使单单链链DNA环环化化闭闭合合。1967年年，几几个个实实验验室室同同时时发发现现了了DNA连连接接酶酶，该该酶酶可可使使双双链链DNA中中一一条条断断开开的的相相邻邻核核苷苷酸酸间间(断断口口的的一一端端为为3 -OH，另另一一端端是是5 -磷磷酸酸基基)形形成成3 ,5 -磷磷酸酸二二酯酯键键，但但不不能能使使游游离离的的两两条条链链直直接接连连接接起起来来。连连接接反反应应需需要要能

24、能量量，在在动动物物和和噬噬菌菌体体由由ATP提供，在细菌由提供，在细菌由NAD提供。提供。 此此外外，参参与与DNA复复制制过过程程的的酶酶还还有有转转轴轴酶酶、旋旋转酶、解链酶、引发酶、单链结合蛋白等。转酶、解链酶、引发酶、单链结合蛋白等。28285 DNA的复制过程的复制过程 DNA复复制制是是一一个个受受到到严严格格控控制制的的过过程程, 复复制制是是从从DNA上上定定点点起起始始的的。大大肠肠杆杆菌菌染染色色体体DNA复复制制起起始始区区为为含含回回纹纹序序列列GATC多多达达11次次的的一一段段约约245bp的的特特殊殊序序列列。复复制制起起始始时时，此此序序列列可可形形成成复复杂

25、杂的的十十字字结结构构, 为为复复制制酶酶识识别别和和结结合合的的信信号号。原原核核生生物物染染色色体体DNA较小，一般只有一个复制起点。较小，一般只有一个复制起点。 真真核核DNA的的复复制制起起点点没没有有顺顺序序特特异异性性，是是从从复复制制酶酶与与DNA容容易易接接触触的的部部位位起起始始的的，即即两两核核小小体体之之间的连接部位。真核间的连接部位。真核DNA有多个复制起始点。有多个复制起始点。29291)1)模板模板模板模板DNADNA的解链和解旋的解链和解旋的解链和解旋的解链和解旋 DNA复复制制时时，解解链链酶酶与与复复制制起起始始区区结结合合，利利用用ATP提提供供能能量量，使

26、使双双链链解解开开，形形成成复复制制叉叉。在在复复制制叉叉中中DNA聚聚合合酶酶以以单单链链为为模模板板合合成成新新链链。随随着着解解链链和和合合成成的的不不断断进进行行，使使复复制制叉叉前前面面的的螺螺旋旋进进一一步步扭扭紧紧，产生正超螺旋张力，而使解链难以继续进行。产生正超螺旋张力，而使解链难以继续进行。 拓拓补补异异构构酶酶能能切切断断双双链链中中的的一一条条，断断端端绕绕螺螺旋旋转转动动，释释放放解解链链造造成成的的正正超超螺螺旋旋张张力力。超超螺螺旋旋解解除除后后封封闭闭断断口口。拓拓补补异异构构酶酶能能切切断断双双链链，并并向向DNA分分子子中中引引入入负负超超螺螺旋旋，以以消消除

27、除解解链链产产生生的的正正超超螺螺旋旋张张力。力。30302)2)不连续复制不连续复制不连续复制不连续复制 DNA是是两两条条反反向向平平行行的的链链，DNA聚聚合合酶酶要要求求模模板板和和方方向向是是3 5 。在在DNA复复制制时时，3 5 走走向向的的模模板板链链的的新新链链以以5 3 方方向向连连续续合合成成，称称先先导导链链。5 3 走走向向的的模模板板链链的的新新链链也也是是5 3 方方向向合合成成，与与复复制制叉叉移移动动的的方方向向相相反反，随随着着复复制制叉叉的的移移动动，合合成成出出许许多多不不连连续续的的片片段段(称称冈冈崎崎片片段段)，最最后后连连接接成成一一条完整的条完

28、整的DNA链，称链，称滞后链滞后链。 原原核核生生物物中中冈冈崎崎片片段段的的长长度度为为10002000个个核核苷苷酸酸；真真核核生生物物中中的的约约200个个核核苷苷酸酸，相相当当于于一一个个核核小小体体DNA的长度。的长度。31313)3)引物合成引物合成引物合成引物合成 DNA聚聚合合酶酶都都只只能能从从引引物物的的3 -OH末末端端延延伸伸DNA链链，而而不不能能从从头头合合成成。引引物物是是由由特特定定的的RNA聚聚合合酶酶(引引发发酶酶)合合成成的的RNA片片段段，长长度度约约几几个个到到十十几几个核苷酸。每个合成起始点都需要引物。个核苷酸。每个合成起始点都需要引物。4)4)合成

29、终止合成终止合成终止合成终止 DNA聚聚合合酶酶以以其其5 3 外外切切酶酶活活性性将将RNA引引物物切切除除，留留下下的的空空缺缺由由该该酶酶从从下下一一个个冈冈崎崎片片段段的的3 -OH端端开开始始，按按模模板板延延伸伸DNA链链将将缺缺口口补补齐齐，再再由由DNA连连接接酶酶将将邻邻近近冈冈崎崎片片段段连连接接起起来来，成成为为一一个个完完整的新链。整的新链。3232DNA复制过程可分为复制过程可分为8个步骤：个步骤：(1) 解链蛋白将解链蛋白将DNA双链解开。双链解开。(2) 引发酶结合于打开的引发酶结合于打开的DNA单链上，合成单链上，合成RNA引物。引物。(3) 解旋酶在复制叉前面

30、特定位点解旋，以释放张力。解旋酶在复制叉前面特定位点解旋，以释放张力。(4) DNA聚合酶聚合酶按碱基互补原则从引物按碱基互补原则从引物3 - -OH端延伸端延伸DNA链。链。(5) DNA链延伸致下一个引物时，链延伸致下一个引物时，DNA聚合酶聚合酶脱离。脱离。(6) DNA聚合酶聚合酶从从5 3 方向切除引物和合成新方向切除引物和合成新DNA链。链。(7) 冈崎片段之间由冈崎片段之间由DNA连接酶连接成新链。连接酶连接成新链。(8) 新合成的子链与模板链形成新的新合成的子链与模板链形成新的DNA双螺旋链。双螺旋链。333334341)1)光修复光修复光修复光修复紫外线照射紫外线照射产生嘧啶

31、二聚体产生嘧啶二聚体光复活酶光复活酶吸收光解开二聚体吸收光解开二聚体释放光复活酶释放光复活酶6 DNA损伤损伤的修复的修复3535切开切开( (核酸内切酶核酸内切酶) )切除切除( (核酸外切酶核酸外切酶) )修复修复(DNA聚合酶聚合酶)连接连接(DNA连接酶连接酶)2)2)切除修复切除修复切除修复切除修复3636复制复制重组重组再合成再合成3)3)重组修复重组修复重组修复重组修复3737五五 RNA的生物合成的生物合成1 RNA聚合酶的类型聚合酶的类型 原原核核细细胞胞大大肠肠杆杆菌菌中中只只分分离离到到一一种种RNA聚聚合合酶酶，能能催催化化细细胞胞中中三三种种RNA的的合合成成。真真核

32、核细细胞胞中中分分离离得得到到多多种种RNA聚聚合合酶酶：RNA聚聚合合酶酶、，分分别别催催化化rRNA、mRNA、5SrRNA和和tRNA的的合合成成。线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体中中的的RNA聚聚合合酶酶各各自自催催化化线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体中的中的RNA转录合成。转录合成。3838 大大肠肠杆杆菌菌RNA聚聚合合酶酶，相相对对分分子子量量40万万50万万，含含有有2、 、五五个个亚亚基基。无无亚亚基基的的酶酶称称为为核核心心酶酶。亚亚基基的的功功能能是是帮帮助助核核心心酶酶识识别别转转录录起起始始位位点点，核核心心酶酶的的功功能能是是催催化化聚聚合合反反应应。无无亚亚基基的的核核心

33、心酶酶只只能能使使正正在在合合成成的的RNA链链延延长长，但不具有起始合成但不具有起始合成RNA的能力。的能力。2 RNA聚合酶的结构聚合酶的结构39393 RNA聚合酶催化聚合反应的特点聚合酶催化聚合反应的特点 要求模板方向是要求模板方向是3 5 。 不需要引物，可从头起始合成。不需要引物，可从头起始合成。 新链延伸方向是新链延伸方向是5 3 。 底物是四种核苷三磷酸。底物是四种核苷三磷酸。 反应需要反应需要Mg2+或或Mn2+。40401)转录起始转录起始 RNA转转录录从从DNA模模板板上上特特定定部部位位开开始始。从从转转录录起起点点开开始始到到上上游游约约 35 40 bp 的的一一

34、段段富富AT区区，称称之之为为启启动动子子。启启动动子子包包括括亚亚基基的的识识别别部部位位、RNA聚聚合合酶酶紧紧密密结结合合部部位位和和转转录录起起点点三三个个部部分分。紧紧密密结结合合部部位位是是位位于于转转录录起起点点前前10位的一段位的一段TATAATG保守区，称为保守区，称为TAT盒。盒。4 RNA的转录过程的转录过程4141 转转录录起起始始过过程程为为：RNA聚聚合合酶酶的的因因子子识识别别启启动动子子特特殊殊碱碱基基顺顺序序，导导致致RNA聚聚合合酶酶全全酶酶与与启启动动子子特特定定部部位位紧紧密密结结合合，并并局局部部打打开开DNA双双螺螺旋旋，第第一一个个核核苷苷三三磷磷

35、酸酸底底物物插插入入转转录录起起始始点点部部位位，与与模模板板配配对对结结合合，转转录录从从此开始。此开始。4242 模模板板上上转转录录起起始始点点第第1位位碱碱基基一一般般是是嘧嘧啶啶，RNA新新链链5 -端端第第1个个掺掺入入的的核核苷苷酸酸则则为为嘌嘌呤呤，当当与与模模板板碱碱基基互互补补的的第第2个个核核苷苷三三磷磷酸酸的的5 -磷磷酸酸基基与与第第1个个核核苷苷酸酸的的3 -OH形形成成3 , 5 -磷磷酸酸二二酯酯键键，并并释释放放焦焦磷磷酸酸则则开开始始了了RNA链链的的延延伸伸。随随着着RNA聚聚合合酶酶沿沿模模板板3 5 方方向向移移动动，DNA双双链链不不断断解解开开，新

36、新生生RNA链就不断延伸。链就不断延伸。2)延伸延伸4343 当当新新生生链链延延长长到到1020核核苷苷酸酸后后亚亚基基从从全全酶酶上上脱脱落落，核核心心酶酶继继续续催催化化链链的的延延伸伸。新新生生的的RNA链链与与模模板板DNA链链形形成成的的RNA-DNA杂杂交交双双链链不不稳稳定定，核核心心酶酶移移动动后后留留下下的的两两条条单单链链DNA有有更更强强的的复复性性能能力力，从从而而取取代代杂杂交交链链中中的的RNA链链，双双链链DNA模模板板恢恢复复原原样样，新新的的RNA链游离出来。链游离出来。44443)转录终止转录终止 转转录录在在特特定定位位点点终终止止，DNA模模板板上上有

37、有终终止止信信号号，称称终终止止子子。所所有有原原核核生生物物的的终终止止子子在在终终止止位位点点前前均均有有一一个个二二重重对对称称序序列列，之之后后有有一一个个富富含含AT序序列列跟跟随随。由由于于终终止止子子结结构构不不同同，终终止止有有两两种种不不同同的的机机制制：一一种种是是不不需需终终止止蛋蛋白白因因子子帮帮助助的的终终止止，一种是需要一种是需要因子帮助的终止。因子帮助的终止。 不不需需因因子子帮帮助助的的终终止止，其其终终止止子子的的二二重重对对称称结结构构中中富富含含G、C，之之后后有有寡寡聚聚A序序列列。需需因因子子帮帮助助的的终终止止，其其终终止止子子的的二二重重对对称称结

38、结构构中中不不富富含含G、C，之后无寡聚，之后无寡聚A序列。序列。454546465 RNA的复制合成的复制合成 某某些些RNA病病毒毒，其其遗遗传传物物质质是是RNA，其其RNA的的合合成成是是通通过过RNA的的复复制制的的方方式式来来完完成成的的。噬噬菌菌体体Qb中中RNA占占30%，蛋蛋白白质质占占70%。其其RNA是是4500个个核核苷苷酸酸组组成成的的一一条条单单链链分分子子，具具有有mRNA功功能能(正正链链)，可可编编码码成成熟熟蛋蛋白白、外外壳壳蛋蛋白白和和复复制制酶酶的的b b亚基其亚基其RNA的复制是依赖的复制是依赖 RNA 复制酶。复制酶。 RNA复复制制酶酶对对模模板板

39、有有高高度度专专一一性性，只只识识别别自自身身RNA，对宿主细胞和其他病毒，对宿主细胞和其他病毒RNA均无反应。均无反应。4747核核酸酸降降解解产产生生的的核核苷苷酸酸可可被被核核苷苷酸酸酶酶降降解解，产产生生核核苷苷和和磷磷酸酸。核核苷苷和和磷磷酸酸可可在在核核苷苷磷磷酸酸化化酶酶的的作作用用下下生生成成碱碱基基和和1-磷磷酸酸戊戊糖糖，核核苷苷也也可可在在核核苷苷酸酸酶的作用下生成碱基和戊糖。酶的作用下生成碱基和戊糖。腺腺嘌嘌呤呤和和鸟鸟嘌嘌呤呤在在相相应应的的脱脱氨氨酶酶作作用用下下水水解解脱脱氨氨基基，分分别别生生成成次次黄黄嘌嘌呤呤和和黄黄嘌嘌呤呤。次次黄黄嘌嘌呤呤和和黄黄嘌嘌呤呤

40、在在黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶催催化化下下转转变变为为尿尿酸酸。尿尿酸酸最最终降解为终降解为NH3和和CO2。生生物物利利用用CO2、甲甲酸酸盐盐、谷谷酰酰胺胺、甘甘氨氨酸酸、天天冬冬氨酸等简单前体物质合成嘌呤核苷酸。氨酸等简单前体物质合成嘌呤核苷酸。提 要4848嘌呤核苷酸生物合成的特点为：嘌呤核苷酸生物合成的特点为：嘌呤核苷酸生物合成的特点为：嘌呤核苷酸生物合成的特点为： 合成过程是在合成过程是在5 -磷酸核糖基础上进行的。磷酸核糖基础上进行的。 组组成成嘌嘌呤呤环环的的各各元元素素是是逐逐个个垒垒加加到到核核糖糖的的C1上上去去的的, 先先合合成成咪咪唑唑环环, 再再合合成成骈骈嘧嘧啶啶环

41、环。随随着着嘌嘌呤呤环环的的生生成成, 5 -核核苷苷酸酸应应运运而而生生。第第一一个个被合成的核苷酸是被合成的核苷酸是IMP。 AMP、 GMP是由是由IMP转化生成的。转化生成的。遗传密码的基本特性：遗传密码的基本特性：遗传密码的基本特性：遗传密码的基本特性：1)密码的基本单位密码的基本单位 2)密码的简并性密码的简并性3)密码的变偶性密码的变偶性 4)密码的通用性密码的通用性5)密码的防错系统密码的防错系统4949DNA半半保保留留复复制制：DNA复复制制时时，两两条条链链碱碱基基对对之之间间氢氢键键破破裂裂，双双螺螺旋旋解解开开，以以每每条条链链作作模模板板分分别别合合成成新新的的互互

42、补补链链。于于是是亲亲代代DNA分分子子变变为为核核苷苷酸酸排排列列序序列列完完全全相相同同的的两两个个子子代代DNA分分子子。每每个个子子代代 DNA分分子子的的一一条条链链来来自自亲亲代代，另另一一条条则则是是新新合合成成的的，这样的复制合成方式称为半保留复制。这样的复制合成方式称为半保留复制。参参与与DNA复复制制过过程程的的酶酶有有：DNA聚聚合合酶酶、DNA连连接接酶酶、转转轴轴酶酶、旋旋转转酶酶、解解链链酶酶、引引发发酶酶、单单链链结结合蛋白等。合蛋白等。5050DNA聚合酶的反应特点是：聚合酶的反应特点是： 以四种脱氧核苷三磷酸作底物以四种脱氧核苷三磷酸作底物; 反应需要模板的指

43、导，模板方向反应需要模板的指导，模板方向3 5 ; 反应需要引物反应需要引物3 -OH存在存在; DNA新链的生长方向为新链的生长方向为5 3 ; 产物产物DNA的性质与模板相同。的性质与模板相同。DNA复复制制的的起起点点: 原原核核DNA复复制制是是从从定定点点起起始始的的，一一般般只只有有一一个个复复制制起起点点。真真核核DNA的的复复制制是是从从复复制制酶酶与与DNA容容易易接接触触的的部部位位起起始始的的，是是有有多多个个复复制起始点。制起始点。5151DNA复复制制从从复复制制点点开开始始，双双链链解解开开，在在解解开开的的双双条条链链与与未未解解开开的的双双链链间间形形成成叉叉状

44、状结结构构，称称为为复复制制叉叉。如如从从起起点点开开始始形形成成两两个个复复制制叉叉，新新链链同同时时向向相相反反两两个个方方向向延延伸伸，称称为为双双向向复复制制；若若从从起起点点开开始始形形成成一一个个复复制制叉叉，新新链链向向一一个个方方向向延延伸伸，称称为为单单向向复复制制。对对称称复复制制指指两两条条链链同同时时进进行行复复制制；若若一一条条链链先先复复制制，待待一一条条链链复复制制完完成成另另一一条条链链才才开开始始复复制制，称称为为不不对对称复制。称复制。5252DNA复复制制时时，3 5 走走向向模模板板链链的的新新链链以以5 3 方方向向连连续续合合成成，称称为为先先导导链

45、链；5 3 走走向向模模板板链链的的新新链链与与复复制制叉叉移移动动的的方方向向相相反反，随随着着复复制制叉叉的的移移动动，合合成成出出许许多多不不连连续续的的片片段段(称称冈冈崎崎片片段段)，最最后后连连接接成一条完整的成一条完整的DNA链，称为滞后链。链，称为滞后链。原原核核细细胞胞大大肠肠杆杆菌菌中中只只分分离离到到一一种种RNA聚聚合合酶酶，能能催催化化细细胞胞中中3种种RNA的的合合成成。真真核核细细胞胞中中分分离离得得到到多多种种RNA聚聚合合酶酶：RNA聚聚合合酶酶、，分分别别催催化化rRNA、mRNA、5SrRNA和和tRNA的合成。的合成。5353作作 业业1. 生物体合成嘌呤环的前体物质是什么？生物体合成嘌呤环的前体物质是什么？2. 生物体合成嘧啶环的前体物质是什么？生物体合成嘧啶环的前体物质是什么？3. 简述简述DNA半保留复制。半保留复制。5454