生物化学 核苷酸代谢与核酸合成课件

第九章核苷酸代谢核苷酸的分解代谢核苷酸的生物合成第九章核苷酸代谢一核苷酸的分解核酸的酶促降解核苷酸的酶促降解一核苷酸的分解（一）核酸的酶促降解

核酸酶核酸核苷酸核酸内切酶DNA酶核酸外切酶RNA酶

限制性内切酶（一）核酸的酶促降解核酸酶（二）核苷酸的分解1核苷酸核苷+磷酸2核苷碱基+戊糖3碱基的分解√（二）核苷酸的分解3碱基的分解√

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。（1）嘌呤的分解灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌呤代谢的终产物。（2）嘧啶的分解

C、Uβ-AlaTβ-氨基异丁酸

3碱基的分解√二核苷酸的生物合成无论是动物、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。氨基酸、脂肪酸的情况不一样，则有必需、非必需之分。二核苷酸的生物合成合成核酸需要的物质合成核酸核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：

从头合成途径补救作用核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：（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5种：√碳氢盐或CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly。（一）嘌呤核苷酸的从头合成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。而是从5-P-核糖焦磷酸（5-PRPP）开始，经过一系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转变为其他嘌呤核苷酸。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。（二）嘧啶核苷酸的合成1嘧啶环的合成嘧啶环合成的前体是：CO2、NH3、Asp。√（二）嘧啶核苷酸的合成1嘧啶环的合成2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合成的关键中间化合物。2嘧啶核苷酸的合成（三）核苷酸转化为核苷三磷酸1核苷酸核苷二磷酸2核苷二磷酸核苷三磷酸（三）核苷酸转化为核苷三磷酸生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件（四）脱氧核苷酸的合成

大多数生物是以核苷二磷酸为底物，以硫氧还蛋白为还原剂。（四）脱氧核苷酸的合成大多数生物是以核苷二磷酸为底物，（五）dTMP的合成由dUMP甲基化生成。反应由胸苷酸合成酶催化，甲基供体为N5，N10-亚甲基四氢叶酸。（五）dTMP的合成由dUMP甲基化生成。第十章核酸的生物合成

DNA的复制√

DNA的生物合成DNA的损伤和修复

细菌的限制-修饰酶系统

反转录作用

RNA的生物合成转录√

RNA的复制第十章核酸的生物合成一DNA的生物合成（一）DNA的复制（replication）指亲本DNA双螺旋解开，两条链分别作为模板，合成子代DNA的过程。

一DNA的生物合成（一）DNA的复制（replicat1DNA的半保留复制2复制的起始点和方向3原核细胞DNA的复制4真核细胞DNA的复制1DNA的半保留复制1DNA的半保留复制（semiconservativereplication）概念：DNA复制时两条链分开，然后用碱基配对方式按照单链DNA的核苷酸顺序合成新链，以组成新DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子的一条链来自亲代DNA、另一条是新合成的。这种复制方式成为半保留复制。两个直接证据。1DNA的半保留复制（semiconservative生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件2复制的起始点、方向和速度（1）复制子：基因组中能独立进行复制的单位。每个复制子都含有控制复制起始的起点。

2复制的起始点、方向和速度复制叉复制泡或复制眼复制叉复制泡或复制眼（2）方向

DNA复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向进行。（2）方向双向复制双向复制滚环复制滚环复制D环复制D环复制（3）速度原核生物：单起点，复制叉移动的速度约为105bp/min。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。大肠杆菌染色体DNA复制一代需40min。真核生物：复制叉移动的速度为5×102~5×103bp/min。多个复制起点。果蝇胚胎DNA在3min内可增加一倍。（3）速度3原核细胞DNA的复制

（DNA指导下的DNA的合成）（1）参与复制的酶和蛋白质大肠杆菌参与复制的有20多个因子：酶、底物、模板、引物和能量。

①DNA聚合酶②参与复制的其他因子。3原核细胞DNA的复制①DNA聚合酶–催化4种脱氧核苷酸的聚合反应

DNA聚合酶的特点：

以4种dNTP为底物受模板的指导需引物3’-OH存在

DNA链的生长方向为5’3’

产物DNA的性质与模板相同①DNA聚合酶–催化4种脱氧核苷酸的聚合反应大肠杆菌的DNA聚合酶有三种：

活性：表13-1DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）：校对

DNA聚合酶Ⅱ（DNApolⅡ）：修复

DNA聚合酶Ⅲ（DNApolⅢ）：复制

DNA聚合酶Ⅳ（DNApolⅣ）

DNA聚合酶Ⅴ（DNApolⅤ）大肠杆菌的DNA聚合酶有三种：②参与复制的其他因子解旋酶拓扑异构酶单链结合蛋白引物酶

DNA连接酶/programs/view/Ux1UrfnFtI8/②参与复制的其他因子(2)原核细胞DNA复制的过程DNA解链起始

引物合成延伸

DNA链延伸切除引物、填补缺口、连接相临的DNA片段切除和修复错配碱基终止(2)原核细胞DNA复制的过程起始起始生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件引物

DNA聚合酶不能发动新链的合成,只能催化已有链的延长。DNA的合成需要引物，引物为RNA。引物的合成不需要引物。在DNA模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按5’3’的方向合成与DNA互补的引物。

DNA聚合酶Ⅲ在引物RNA的3’OH上逐个加上与模板链互补的脱氧核苷酸。

引物

延伸冈崎片段

DNA的两条链是反向平行的。DNA聚合酶的聚合方向是5’3’。因此存在矛盾。

半不连续复制√：一条链按5’3’方向连续合成前导链另一条链的合成不连续,先按5’3’方向合成若干短的冈崎片段,再连接成一条完整的DNA链后随链

延伸3’

复制叉移动的方向

5’5’3’

前导链

5’

后随链

3’3’5’3’生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件引物的消除和缺口的填补

DNA聚合酶Ⅰ的5’3’外切酶活性将引物的核苷酸逐个除去；每个核苷酸除去后立即被与模板链相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上，这个反应由DNA聚合酶Ⅰ的5’3’聚合活性完成。DNA连接酶各个冈崎片段通过DNA连接酶相互连接，最终形成后随链。引物的消除和缺口的填补生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件终止单向复制的环状DNA分子，其复制的终点就是原点。双向复制的DNA环形分子，在两个复制叉相遇时即完成复制。终止4真核细胞DNA的复制与原核细胞复制过程基本相似。但参与复制的酶和蛋白质与原核生物不同，复制起始的调控更复杂。4真核细胞DNA的复制共同点半保留复制；半不连续复制；需解旋酶解开双螺旋，并由SSB同单链区结合；需拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力；需RNA引物；新链合成均有校对机制。共同点主要差别多起点复制，复制子小而多；复制叉移动速度慢，但复制速度快；冈崎片段为100-200nt；DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε、θ、λ、μ等；复制周期不可重叠；复制时末端会缩短，需要端粒酶解决线形DNA末端复制问题。主要差别（二）DNA的损伤和修复

1DNA损伤的产生

DNA复制时的碱基错误配对。一些物理化学因素如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，能使DNA受到损伤。细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的损伤得到修复。

（二）DNA的损伤和修复2DNA损伤的修复直接修复切除修复应急反应修复重组修复2DNA损伤的修复（三）细菌的限制-修饰酶系统1限制性内切酶又叫限制性酶主要在细菌中产生，具有极高的专一性，能识别双链DNA上特定的位点，将两条链都切断，形成粘性末端或平头末端。粘性末端平头末端（三）细菌的限制-修饰酶系统1限制性内切酶又叫限制2DNA的修饰修饰甲基化酶2DNA的修饰（四）反转录作用RNA指导的DNA合成Reversetranscription1970年Temin和Baltimore，同时分别从致癌RNA病毒中发现反转录酶。反转录酶以RNA为模板，合成与RNA互补的DNA（cDNA）。（四）反转录作用RNA指导的DNA合成二RNA的生物合成(一)转录transcriptionDNA指导下的RNA合成。DNA分子中的遗传信息转移到RNA分子中的过程。转录产物：mRNA、rRNA、tRNA及小RNA。二RNA的生物合成(一)转录transcription转录与复制的重要差别转录具有选择性：时间、空间上被严格调控；转录的初级产物一般需要加工，才能形成有功能的成熟RNA。转录与复制的重要差别转录的模板双链DNA

一条为转录的模板模板链、反义链、负链另一条非模板链、编码链、有义链、正链每个基因的有义链并不总是在DNA的同一条链上。

DNA上并不是每一部分都被转录，基因的转录是有选择的。不同情况下基因的转录情况不同。转录的模板1原核生物的转录（1）DNA指导的RNA聚合酶特点：需模板不需引物底物为NTP需Mg2+、Mn2+的存在具有5’3’聚合活性，无外切活性1原核生物的转录（1）DNA指导的RNA聚合酶（2）原核生物RNA聚合酶全酶为5个亚基：2α

β

核心酶

β’全酶

ω

σ抑制剂:利福平（2）原核生物RNA聚合酶（3）启动子promotor

是RNA聚合酶识别、结合和起始转录的一段特异性的DNA列，对转录过程起调控作用。promotor+1转录起始位点转录区（3）启动子promotorpromotor+1转录区（4）转录过程/show/c8gMgGQ-XF_m2nF5.html起始：

RNA聚合酶（全酶）与DNA上的启动子结合

RNA聚合酶向下游移动，到特定位置开始解链，形成转录泡转录起点加入第一个核苷酸（4）转录过程延伸：σ因子的释放转录开始后，σ因子即脱落下来，由核心酶催化RNA的合成酶的移动DNA链不断解开，RNA链延伸延伸：终止：当RNA聚合酶到达终止子时，转录过程停止下来。RNA聚合酶、RNA都从DNA上脱落下来。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。终止：2真核生物的转录转录过程与原核生物相似。

RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。转录过程大致分为：装配、起始、延伸和终止。抑制剂：α-鹅膏菌碱2真核生物的转录转录过程与原核生物相似。3转录过程的抑制剂放线菌素D真核、原核吖啶类利福平原核α-鹅膏菌碱真核3转录过程的抑制剂4转录后加工

由RNA聚合酶合成的RNA前体往往需要一系列变化，才能转变为成熟的RNA分子。原核生物的mRNA一般不需要加工。4转录后加工（1）内含子剪接外显子：基因中的编码顺序DNA或相应的mRNA产物，具有表达能力。内含子：基因中的非编码顺序，是在成熟mRNA中不存在的顺序。（1）内含子剪接外显子：基因中的编码顺序DNA或相应的mRN生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件（3）tRNA前体的加工除去5’端和3’端的附加序列；在3’端加上-CCA；碱基的修饰；等等。（3）tRNA前体的加工（3）真核生物mRNA前体的加工5’端Cap结构的生成3’端多聚A的附加剪接甲基化等等。（3）真核生物mRNA前体的加工5’端Cap结构的生成选择性剪接选择性剪接（二）RNA的复制RNA指导下的RNA合成RNA病毒RNA复制酶（三）无模板的RNA合成

多核苷酸磷酸化酶（二）RNA的复制RNA指导下的RNA合成第九章核苷酸代谢核苷酸的分解代谢核苷酸的生物合成第九章核苷酸代谢一核苷酸的分解核酸的酶促降解核苷酸的酶促降解一核苷酸的分解（一）核酸的酶促降解

核酸酶核酸核苷酸核酸内切酶DNA酶核酸外切酶RNA酶

限制性内切酶（一）核酸的酶促降解核酸酶（二）核苷酸的分解1核苷酸核苷+磷酸2核苷碱基+戊糖3碱基的分解√（二）核苷酸的分解3碱基的分解√

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。（1）嘌呤的分解灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌呤代谢的终产物。（2）嘧啶的分解

C、Uβ-AlaTβ-氨基异丁酸

3碱基的分解√二核苷酸的生物合成无论是动物、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。氨基酸、脂肪酸的情况不一样，则有必需、非必需之分。二核苷酸的生物合成合成核酸需要的物质合成核酸核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：

从头合成途径补救作用核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：（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5种：√碳氢盐或CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly。（一）嘌呤核苷酸的从头合成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。而是从5-P-核糖焦磷酸（5-PRPP）开始，经过一系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转变为其他嘌呤核苷酸。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。（二）嘧啶核苷酸的合成1嘧啶环的合成嘧啶环合成的前体是：CO2、NH3、Asp。√（二）嘧啶核苷酸的合成1嘧啶环的合成2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合成的关键中间化合物。2嘧啶核苷酸的合成（三）核苷酸转化为核苷三磷酸1核苷酸核苷二磷酸2核苷二磷酸核苷三磷酸（三）核苷酸转化为核苷三磷酸生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件（四）脱氧核苷酸的合成

大多数生物是以核苷二磷酸为底物，以硫氧还蛋白为还原剂。（四）脱氧核苷酸的合成大多数生物是以核苷二磷酸为底物，（五）dTMP的合成由dUMP甲基化生成。反应由胸苷酸合成酶催化，甲基供体为N5，N10-亚甲基四氢叶酸。（五）dTMP的合成由dUMP甲基化生成。第十章核酸的生物合成

DNA的复制√

DNA的生物合成DNA的损伤和修复

细菌的限制-修饰酶系统

反转录作用

RNA的生物合成转录√

RNA的复制第十章核酸的生物合成一DNA的生物合成（一）DNA的复制（replication）指亲本DNA双螺旋解开，两条链分别作为模板，合成子代DNA的过程。

一DNA的生物合成（一）DNA的复制（replicat1DNA的半保留复制2复制的起始点和方向3原核细胞DNA的复制4真核细胞DNA的复制1DNA的半保留复制1DNA的半保留复制（semiconservativereplication）概念：DNA复制时两条链分开，然后用碱基配对方式按照单链DNA的核苷酸顺序合成新链，以组成新DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基顺序完全一样。每个子代分子的一条链来自亲代DNA、另一条是新合成的。这种复制方式成为半保留复制。两个直接证据。1DNA的半保留复制（semiconservative生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件2复制的起始点、方向和速度（1）复制子：基因组中能独立进行复制的单位。每个复制子都含有控制复制起始的起点。

2复制的起始点、方向和速度复制叉复制泡或复制眼复制叉复制泡或复制眼（2）方向

DNA复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向进行。（2）方向双向复制双向复制滚环复制滚环复制D环复制D环复制（3）速度原核生物：单起点，复制叉移动的速度约为105bp/min。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。大肠杆菌染色体DNA复制一代需40min。真核生物：复制叉移动的速度为5×102~5×103bp/min。多个复制起点。果蝇胚胎DNA在3min内可增加一倍。（3）速度3原核细胞DNA的复制

（DNA指导下的DNA的合成）（1）参与复制的酶和蛋白质大肠杆菌参与复制的有20多个因子：酶、底物、模板、引物和能量。

①DNA聚合酶②参与复制的其他因子。3原核细胞DNA的复制①DNA聚合酶–催化4种脱氧核苷酸的聚合反应

DNA聚合酶的特点：

以4种dNTP为底物受模板的指导需引物3’-OH存在

DNA链的生长方向为5’3’

产物DNA的性质与模板相同①DNA聚合酶–催化4种脱氧核苷酸的聚合反应大肠杆菌的DNA聚合酶有三种：

活性：表13-1DNA聚合酶Ⅰ（DNApolⅠ）：校对

DNA聚合酶Ⅱ（DNApolⅡ）：修复

DNA聚合酶Ⅲ（DNApolⅢ）：复制

DNA聚合酶Ⅳ（DNApolⅣ）

DNA聚合酶Ⅴ（DNApolⅤ）大肠杆菌的DNA聚合酶有三种：②参与复制的其他因子解旋酶拓扑异构酶单链结合蛋白引物酶

DNA连接酶/programs/view/Ux1UrfnFtI8/②参与复制的其他因子(2)原核细胞DNA复制的过程DNA解链起始

引物合成延伸

DNA链延伸切除引物、填补缺口、连接相临的DNA片段切除和修复错配碱基终止(2)原核细胞DNA复制的过程起始起始生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件引物

DNA聚合酶不能发动新链的合成,只能催化已有链的延长。DNA的合成需要引物，引物为RNA。引物的合成不需要引物。在DNA模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按5’3’的方向合成与DNA互补的引物。

DNA聚合酶Ⅲ在引物RNA的3’OH上逐个加上与模板链互补的脱氧核苷酸。

引物

延伸冈崎片段

DNA的两条链是反向平行的。DNA聚合酶的聚合方向是5’3’。因此存在矛盾。

半不连续复制√：一条链按5’3’方向连续合成前导链另一条链的合成不连续,先按5’3’方向合成若干短的冈崎片段,再连接成一条完整的DNA链后随链

延伸3’

复制叉移动的方向

5’5’3’

前导链

5’

后随链

3’3’5’3’生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件引物的消除和缺口的填补

DNA聚合酶Ⅰ的5’3’外切酶活性将引物的核苷酸逐个除去；每个核苷酸除去后立即被与模板链相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上，这个反应由DNA聚合酶Ⅰ的5’3’聚合活性完成。DNA连接酶各个冈崎片段通过DNA连接酶相互连接，最终形成后随链。引物的消除和缺口的填补生物化学核苷酸代谢与核酸合成课件终止单向复制的环状DNA分子，其复制的终点就是原点。双向复制的DNA环形分子，在两个复制叉相遇时即完成复制。终止4真核细胞DNA的复制与原核细胞复制过程基本相似。但参与复制的酶和蛋白质与原核生物不同，复制起始的调控更复杂。4真核细胞DNA的复制共同点半保留复制；半不连续复制；需解旋酶解开双螺旋，并由SSB同单链区结合；需拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力；需RNA引物；新链合成均有校对机制。共同点主要差别多起点复制，复制子小而多；复制叉移动速度慢，但复制速度快；冈崎片段为100-200nt；DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε、θ、λ、μ等；复制周期不可重叠；复制时末端会缩短，需要端粒酶解决线形DNA末端复制问题。主要差别（二）DNA的损伤和修复

1DNA损伤的产生

DNA复制时的碱基错误配对。一些物理化学因素如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，能使DNA受到损伤。细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的损伤得到修复。

（二）DNA的损伤和修复2DNA损伤的修复直接修复切除修复应急反应修复重组修复2DNA损伤的修复（三）细菌的限制-修饰酶系统1限制性内切酶又叫限制性酶主要在细菌中产生，具有极高的专一性，能识别双链DNA上特定的位点，将两条链都切断，形成粘性末端或平头末端。粘性末端平头末端（三）细菌的限制-修饰酶系统1限制性内切酶又叫限制2DNA的修饰修饰甲基化酶2DNA的修饰（四）反转录作用RNA指导的DNA合成Reversetranscription1970年Temin和Baltimore，同时分别从致癌RNA病毒中发现反转录酶。反转录酶以RNA为模板，合成与RNA互补的DNA（cDNA）。（四）反转录作用RNA指导的DNA合成二RNA的生物合成(一)转录transcriptionDNA指导下的RNA合成。DNA分子中的遗传信息转移到RNA分子中的过程。转录产物：mRNA、rRNA、tRNA及小RNA。二RNA的生物合成(一)转录transcription转录与复制的重要差别转录具有选择性：时间、空间上被严格调控；转录的初级产物一般需要加工，才能形成有功能的成熟RNA。转录与复制的重要差别转录的模板双链DNA

一条为转录的模板模板链、反义链、负链另一条非模板链、编码链、有义链、正链每个基因的有义链并不总是在DNA的同一条链上。

DNA上并不是每一部分都被转录，基因的转录是有选择的。不同情况下基因的转录情况不同。转录的模板1原核生物的转录（1）DNA指导的RNA聚合酶特点：需模板不需引物底物为NTP需Mg2+、Mn2+的存在具有5’3’聚合活性，无外切活性1原核生物的转录（1）DNA指导的RNA聚合酶（2）原核生物RNA聚合酶全酶为5个亚基：2α