核酸与蛋白质的生物合成中职护理生物化学

核酸与蛋白质的生物合成第八章核酸的化学核苷酸代谢核酸的生物合成蛋白质的生物合成学习内容核酸与蛋白质

——生命的物质基础核酸——遗传的物质基础，指导蛋白质的生物合成蛋白质——遗传信息的表达者和生命特征的体现者第一节

核酸的分子组成、结构与理化性质核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，起携带和传递遗传信息的作用。概念核酸是从细胞核中分离得到一种含磷的酸性化合物，1968年瑞士青年医生FridrichMiescher

在脓细胞中首次分离发现，后来被证实核酸是遗传的物质基础。分类脱氧核糖核酸DNA细胞核核糖核酸RNA细胞质储存遗传信息参与遗传信息的传递和表达RNA按生物学功能可分为：信使RNA(messengerRNA,mRNA)转运RNA(transferRNA,tRNA)核蛋白体RNA(ribosomalRNA,rRNA)一，核酸的分子组成（一）核酸的元素组成（二）组成核酸的基本成分C、H、O、N、P（9~10%）碱基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸嘌呤碱嘧啶碱核糖脱氧核糖(H3PO4)（二）组成核酸的基本成分1，磷酸——H3PO42，戊糖P—OHHO—︱OHO‖（RNA）1´2´3´4´5´核糖（DNA）脱氧核糖H3，含氮碱基（二）组成核酸的基本成分嘌呤

嘧啶

碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有DNA:AGCT※RNA:AGCU嘌呤3，含氮碱基腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)嘧啶3，含氮碱基胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）胞嘧啶（C）一，核酸的分子组成（三）组成核酸的基本单位——核苷酸(A、G、C、U)碱基核糖磷酸核苷键磷酸酯键核苷核苷酸（RNA）(A、G、C、T)碱基脱氧核糖核苷键脱氧核苷脱氧核苷酸（DNA）磷酸磷酸酯键1，核苷由戊糖与碱基通过糖苷键连接而形成的化合物。糖苷键——戊糖的第1位C与嘌呤碱的第9位N或嘧啶碱的第1位N之间脱水缩合而成。2，核苷酸由核苷中戊糖的羟基（-OH）与磷酸以磷酸酯键连接而形成的化合物。磷酸酯键

——核糖或脱氧核糖第5位C上的羟基（-OH）被磷酸酯化。NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键酯键P28两类核酸的基本成分和基本单位基本成分基本单位磷酸戊糖碱基核苷酸RNA磷酸核糖腺嘌呤（A）（AMP）一磷酸腺苷鸟嘌呤（G）（GMP）一磷酸鸟苷胞嘧啶（C）（CMP）一磷酸胞苷尿嘧啶（U）（UMP）一磷酸尿苷DNA磷酸脱氧核糖腺嘌呤（A）（dAMP）一磷酸脱氧腺苷鸟嘌呤（G）（dGMP）一磷酸脱氧鸟苷胞嘧啶（C）（dCMP）一磷酸脱氧胞苷胸腺嘧啶（T）（dTMP）一磷酸脱氧胸苷二，核酸的分子结构(一)核苷酸的连接方式3’，5’-磷酸二酯键

一个核苷酸C-3’上的羟基与另一个核苷酸C-5’上的磷酸脱水缩合形成的酯键。5′端3′端CGA多核苷酸链RNA链:AMP、GMP、CMP、UMPDNA链:dAMP、dGMP、dCMP、dTMP方向：5’→3’主链骨架：磷酸和戊糖交替二，核酸的分子结构二，核酸的分子结构(二)核酸的一级结构5′端3′端CGA多核苷酸链中核苷酸的排列顺序。由于各种核苷酸之间的差别只是碱基的不同，因此，核苷酸的排列顺序也称为碱基的排列顺序。二，核酸的分子结构(三)核酸的空间结构1，DNA的空间结构DNA的二级结构DNA的三级结构2，RNA的空间结构RNA的二级结构RNA的三级结构1,DNA的空间结构（1）DNA的二级结构——双螺旋结构DNA双螺旋结构模型要点：①DNA由两条多核苷酸链组成，这二条链互相平行、方向相反，（一条为5’→3’走向，另一条为3’→5’走向）共同围绕同一中心轴以右手螺旋方式盘旋。DNA双螺旋结构模型要点：②两条链上相对应的碱基按照碱基互补规律，通过氢键形成碱基配对。A-TG-C

互补碱基：每一碱基对中的两个碱基。互补链：DNA分子中的两条链。DNA双螺旋结构模型要点：③双螺旋的直径为2nm，碱基平面与中心轴垂直。

碱基对之间距离为0.34nm，每一螺旋内含10个碱基对，故螺距为3.4nm。DNA双螺旋结构模型要点：④DNA分子中互补碱基之间的氢键（横向）和相邻碱基平面之间的碱基堆积力（纵向）是维持DNA双螺旋结构稳定的主要作用力。（2）DNA的三级结构——超螺旋结构1,DNA的空间结构DNA在二级结构的基础上，双螺旋结构进一步盘曲形成更加复杂的结构。DNA的双螺旋可成开链或闭链环状，经进一步折叠成麻花状的超螺旋结构。2,RNA的空间结构（1）RNA的二级结构——发夹状结构RNA二级结构特点：1，RNA为单链结构（DNA为双链结构）2，RNA链中可在某些节段回旋折叠形成局部双链结构，也可进行碱基配对。A-UG-C3，RNA链中在没有碱基配对的节段形成突环。（2）tRNA的二级结构——三叶草结构2,RNA的空间结构四个螺旋区三个环DHU环反密码环TψC环一个附加叉氨基酸臂反密码环TψC环DHU环附加叉（3）tRNA的三级结构——倒L型结构2,RNA的空间结构在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型（一）核酸的一般性质

酸性

紫外线最大吸收峰：260nm（二）核酸的变性与复性1，变性

增色效应减色效应2，复性退火（三）核酸的分子杂交

杂交

三，核酸的理化性质第二节

核苷酸代谢

合成代谢嘌呤核苷酸（AMP、GMP）嘧啶核苷酸（UMP、CTP）脱氧核苷酸（dNDP）多磷酸核苷酸（NDP、NTP）

分解代谢嘌呤核苷酸（A、G）

嘧啶核苷酸（C、U、T）核苷酸代谢概况21核苷酸的来源外源性——食物中核酸的消化吸收内源性——机体细胞的自身合成

主要核苷酸不属于营养必需物质一，核苷酸的合成代谢合成途径：从头合成途径：利用氨基酸、一碳单位、CO2和磷酸核糖等小分子物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核苷酸的途径。这是主要合成途径，主要在肝脏进行。补救合成途径：以游离的碱基或核苷为原料，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。脑、骨髓等只能进行此途径。（一）

嘌呤核苷酸的合成——从头合成途径（2）合成原料谷氨酰胺、天冬氨酸、甘氨酸、5-磷酸核糖、一碳单位、CO2

肝、小肠和胸腺的胞液。（1）合成部位并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力。天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位一碳单位

CO2甘氨当中站,谷氮坐两边,左上天冬氨,头顶CO2还有俩一碳嘌呤碱合成的元素来源甘氨酸（3）合成过程（一）

嘌呤核苷酸的合成2.IMP（次黄嘌呤核苷酸）的合成3.AMP和GMP的生成1.PRPP(磷酸核糖焦磷酸)的生成R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶

PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）

PRPP在甘氨酸、一碳单位、谷氨酰胺、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,经9步反应IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺，PRA）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶（次黄嘌呤核苷酸）（腺嘌呤核苷酸）（鸟嘌呤核苷酸）（一）

嘌呤核苷酸的合成——补救合成途径合成部位:胞液(脑、骨髓为主)合成特点:过程简单，耗能少。利用现成的碱基或核苷合成核苷酸。合成过程：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPiAPRT次黄嘌呤＋PRPPIMP＋PPiHGPRT鸟嘌呤＋PRPPGMP＋PPiHGPRT生理意义：（1）可直接利用细胞或饮食中的嘌呤或嘌呤核苷，能节省能量与氨基酸消耗；（2）某些器官如脑、骨髓等，缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，只能进行补救合成。（一）

嘌呤核苷酸的合成——补救合成途径（二）

嘧啶核苷酸的合成——从头合成途径主要是肝细胞胞液（1）合成部位：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连先合成UMP，再转变成CTP和dTMP（3）特点：（2）合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2

、5-磷酸核糖嘧啶碱合成的元素来源氨基甲酰磷酸（二）

嘧啶核苷酸的合成——从头合成途径（4）合成过程先合成嘧啶环，再与PRPP连接。先合成UMP，再转变为其它嘧啶核苷酸。原料

UMPUDPdTMPCTP（三）

脱氧核苷酸的合成在二磷酸核苷（NDP，N代表A、G、C、U）水平上直接还原生成二磷酸脱氧核苷（dNDP）。反应过程：NDPNADPH+H+dNDP核苷酸还原酶dNTP磷酸激酶NADP+（三）

脱氧核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）——由dUMP甲基化生成反应过程：dUMPTMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dTMP（四）

多磷酸核苷酸的合成一磷酸核苷（NMP）二磷酸核苷（NDP）三磷酸核苷（NTP）反应过程：NMPNDPNTPADPATP激酶ADPATP激酶N代表不同的碱基二，核苷酸的分解代谢碱基磷酸核苷酸核苷嘌呤碱（A、G）嘧啶碱磷酸核糖H2O磷酸核苷酸酶核苷磷酸化酶尿酸C、UTβ-丙氨酸β-氨基异丁酸（一）

嘌呤核苷酸的分解分解部位：肝脏、小肠及肾脏中GMP鸟嘌呤AMP次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶IMP反应过程：人体内嘌呤碱的最终代谢产物尿酸特点：水溶性差；正常人血浆内尿酸含量低，约为。尿酸盐晶体沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病嘌呤核苷酸代谢异常嘌呤核苷酸代谢酶缺陷体内核酸大量分解进食高嘌呤饮食肾功能障碍时血中尿酸↑>0.48mmol/L痛风症痛风症（二）

嘧啶核苷酸的分解嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷

核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶补救合成或进一步分解胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸β-氨基异丁酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATAC糖异生第三节

核酸的生物合成DNA的生物合成复制

DNA→DNA反转录

RNA→DNARNA的生物合成转录

DNA→RNA核酸的生物合成生物学的中心法则复制蛋白质转录

翻译DNARNA

逆转录（亲代→子代）复制：以亲代DNA为模板，根据碱基配对的原则，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则合成RNA，即将DNA所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的氨基酸顺序的过程。反转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。中心法则几个基本概念一，DNA的生物合成（一）DNA的复制DNA指导下的DNA合成（二）反转录RNA指导下的DNA的合成DNA——遗传信息的载体特点：准确的进行自我复制，使DNA

成倍增加。细胞分裂的物质基础（一）DNA的复制DNA的复制方式——半保留复制DNA复制时，首先是DNA的双螺旋结构松解，两条链之间的氢键断裂，然后DNA分子中的每一条链为模板，通过碱基配对，合成两个新的DNA分子。这种复制方式称为半保留复制。亲代DNA1，DNA的复制体系模板：亲代DNA(双链)原料：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)引物：提供3’-OH末端的寡核苷酸

引物（RNA)。参与复制的主要酶类（重点）参与复制的其他蛋白质因子：

单链DNA结合蛋白（SSBP）

DNA聚合酶引物酶解链酶拓扑异构酶DNA连接酶⑶参与复制的主要酶类⑶参与复制的主要酶类聚合作用：催化dNTP通过3’-5’磷酸二酯键

聚合成DNA多核苷酸链。引物：3’-OH末端的RNA引物方向：5′→3′核酸外切酶活性3′→5′外切酶活性:识别并切除不配对核苷酸5′→3′外切酶活性:去除RNA引物和突变基因

①DNA聚合酶⑶参与复制的主要酶类②引物酶是RNA聚合酶，合成短片段的RNA引物，为DNA复制提供3’—OH末端，③解链酶由ATP供能，打开DNA双链间的氢键,解开双螺旋。⑶参与复制的主要酶类④拓扑异构酶作用：使DNA解旋变成松弛状态，以解决DNA复制过程中造成DNA分子打结、缠绕及连环的现象。⑶参与复制的主要酶类⑤DNA连接酶若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。1,DNA的复制过程（1）复制起始（2）复制延长（3）复制终止

①DNA复制的起点

原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制单击画面继续θ复制（1）复制的起始

②复制叉的形成复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构。单击画面继续③起始的过程打开DNA超螺旋打开双螺旋防止复螺旋单链结合蛋白解链酶引物复合体引物酶拓扑异构酶合成拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物DNA双链′5′3′5′3（1）复制起始的过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物拓扑异构酶与DNA双链结合，解开超螺旋。′5′3′5′3（1）复制起始的过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物解链酶解开DNA双螺旋′5′3′5′3（1）复制起始的过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物单链结合蛋白防止复螺旋′5′3′5′3（1）复制起始的过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物引物酶合成引物′5′3′5′3（1）复制起始的过程1.DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3′-OH上，开始新生链的合成过程。AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ACGACGTT引物（2）复制的延长AG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT

组成

DNA的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3′,5′-磷酸二酯键引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板链DNA新链引物领头链随从链冈崎片段5′3′′5′3领头链：合成方向与解链方向相同，5’→3’，可连续合成的新链。随从链：合成方向与解链方向相反，不能连续合成，而是按5’→3’，方向合成一段较短的DNA片段后，需待模板解链到足够长度再合成另一段的链。冈崎片段：随从链上不连续的DNA片段。复制有终止信号5′→3′外切酶活性水解引物DNA聚合活性填补空隙DNA连接酶连接缺口。（3）复制的终止（二）反转录定义：以RNA为模板合成DNA，遗传信息从RNA传递到DNA分子中的过程称为反转录。模板：RNA酶：反转录酶（存在于所有致癌RNA病毒中）原料：dNTP方向：5’→3’依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚合酶二，RNA的生物合成RNA的生物合成转录RNA的复制（一）RNA的转录体系1，模板：DNA双链模板链（有意义链）编码链（反意义链）2，原料：4种NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）3，参与转录的酶：RNA聚合酶（特点）4，参与转录的其他物质：转录因子、终止因子等3，RNA聚合酶的特点以DNA为模板以4种NTP为原料遵循碱基配对原则：

A-UT-AG-C延长方向：5’→3’需要Mn2+或Mg2+不需要引物缺乏3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能TGGCAATACCGUUADNARNA转录（二）RNA转录过程RNA转录由起始、延长、终止三个阶段组成。起始：RNA聚合酶在σ亚基的引导下结合于启动子；DNA双链局部解开；在模板链上通过碱基配对合成最初RNA链延长：核心酶沿着DNA链由3’→5’的方向移动，转录区间的DNA双链解螺旋，而转录完的区间DNA又恢复双螺旋结构终止：核心酶到达终止子，RNA与核心酶从DNA上脱落模板链编码链正超螺旋负超螺旋（二）RNA转录过程第四节

蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质生物合成体系n氨基酸蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、ATP、GTP蛋白质的生物合成（翻译）：

根据mRNA分子中的遗传信息合成多肽链的过程，使多核苷酸链中核苷酸的排列顺序转换为多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质生物合成体系原料：20种氨基酸三种RNA的作用mRNA：模板rRNA：合成场所tRNA：氨基酸的“搬运工具”

蛋白质因子：启动、延长、终止因子酶:氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶

能量：ATP、GTP

无机离子：Mg2+K+一，三种RNA的作用（一）mRNA（信使核糖核酸）蛋白质生物合成的模板（二）tRNA（转运核糖核酸）转运氨基酸和辨认密码（三）rRNA（核蛋白体核糖核酸）蛋白质合成的场所mRNArRNAtRNA（一）mRNA的作用mRNA带有DNA分子的遗传信息，是蛋白质生物合成的直接模板。遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个相邻核苷酸组成三联体，代表着氨基酸的信息或蛋白质合成的起始、终止信号。UAAUAGUGA64种密码子61种:代表20种不同的氨基酸；位于mRNA分子中部时，代表蛋氨酸密码子位于mRNA分子5ˊ端时，代表起始密码子AUG代表终止密码子，位于mRNA分子3ˊ端。遗传密码的种类数量：64（43）第一碱基（5/-端）第二碱基第三碱基（3/-端）终止终止**在mRNA起始部位的AUG为起始信号遗传密码的特征1，方向性2，摆动性mRNA分子中三联体密码是按5’→3’方向排列的；起始密码→5’–末端，终止密码→3’–末端，中间为信息区。tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。U摆动配对tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG遗传密码的特征3，充足性4，专一性64-3=61个代表20种氨基酸，除蛋氨酸和色氨酸外，一个氨基酸一般都有2--4个密码，多的有6个密码。一个密码只代表一种氨基酸5，连续性6，通用性从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的，既不存在间隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。生物界在蛋白质的生物合成中都共用一套遗传密码。缬-丙-酪-甘缬-丙-丝-精缬-脯-苏-天（二）tRNA的作用

氨基酸受臂反密码环1，转运氨基酸形式：氨基酰—tRNA2，辨认密码：tRNA分子上的反密码mRNArRNAtRNA（三）rRNA的作用rRNA+蛋白质→核蛋白体（大亚基、小亚基）蛋白质合成的场所A位：结合氨基酰tRNA的氨

基酰位P位：结合肽酰t