核酸代谢课件

第十章核酸代谢核苷酸库核酸的降解核苷酸的合成

核酸的合成核苷酸的降解

核苷酸是核酸的基本结构单位，它不属于营养必需物质核酸(RNA与DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)单核苷酸胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷磷酸核苷酶戊糖碱基第一节核酸的消化吸收利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。1.嘌呤核苷酸的从头合成(1)定义(2)部位：肝细胞胞液、小肠粘膜、胸腺嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸一碳单位甘氨酸一碳单位谷氨酰胺N5－CHO－FH4N5N10＝CH－FH4嘌呤环中第4、5位碳原子来自甘氨酸。(3)合成原料(4)过程a.IMP的合成:生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的是IMP（次黄嘌呤核苷酸）b.AMP和GMP的生成磷酸核糖的来源5－磷酸核糖

5′-磷酸核糖-1′-焦磷酸PRPP）15a.IMP的合成过程①磷酸核糖酰胺转移酶②GAR合成酶③转甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶IMP生成总反应过程10AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶•在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环•IMP的合成需5个ATP或6个高能磷酸键。•IMP→GMP需1个ATP•

IMP→AMP需1个GTP。嘌呤核苷酸从头合成特点

利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。2.嘌呤核苷酸的补救合成途径定义嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3H2O黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸天门冬氨酸谷氨酰胺CO2磷酸戊糖嘧啶核苷酸嘧啶（二）嘧啶核苷酸合成1.从头合成途径2.补救合成途径嘧啶核苷酸的合成代谢1.嘧啶核苷酸的从头合成（1）部位：所有细胞，胞液（2）特点：先合成环，再与磷酸核糖连接（4）合成过程a.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸b.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi54从头合成的调节---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-2.嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP胸苷激酶：正常肝活性↓↓再生肝活性↑恶性肿瘤中↑↑（U、T、乳清酸）痛风症的治疗机制鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPIMP（次黄嘌呤）GXMP（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶（肝、肾、肠）一、嘌呤核苷酸的分解代谢二、嘧啶分解（略）氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ、Ⅱ区别氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ分布肝细胞，线粒体所有细胞，胞浆氮源氨谷氨酰胺功能合成尿素合成嘧啶碱二、基因组和基因基因组：是细胞或生物体内一套完整的遗传物质。原核生物：基因组就是整个染色体。人类基因组：⑴核基因组⑵线粒体基因组人类染色体人类基因组结构特点结构庞大

3×109bp以单个基因作为转录单位，每个基因有自身的调节区。含有大量重复序列

基因不连续性

内含子外显子非编码区较多

多于编码序列(9:1)2.基因是基因组中的一个功能性遗传单位。基因是携带一定遗传信息的特定DNA片断，它可以通过转录和翻译等过程表达具有一定生物学功能的多肽链或RNA。（1)依作用分结构基因：决定蛋白质或酶分子结构;编码氨基酸调控基因：可调节控制结构基因的表达;(量变)tRNA、rRNA基因：(2)基因的分子结构A:编码链B:模板链(反编码链)人类结构基因结构:编码区外显子:具有编码意义的DNA序列内含子:无编码意义的DNA序列侧翼序列调控区前导区尾部区启动子:启动RNA转录增强子(沉默子):加快(减缓)转录速度终止子:末端,终止转录上、下游的转录但不翻译区转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒

增强子人类结构基因的结构示意图AATAAA切离加尾

终止子

修饰点

外显子

翻译起始点内含子

OCT-1

OCT-1：ATTTGCAT八聚体启动子从基因到蛋白的转录和翻译过程ProteinDNA

染色体(高度绕曲的DNA分子)RNA(3)基因的功能储存遗传信息遗传信息扩增和传递（复制和分配）遗传信息的表达转录翻译逆转录mRNA蛋白质DNA复制三、遗传信息传递的中心法则包括：基因的遗传和基因的表达

遗传信息的传递与表达DNA的生物合成（复制）RNA的生物合成（转录）蛋白质的生物合成（翻译）基因表达(一）DNA的生物合成（半保留复制）DNADNADNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱基互补（A=T,G≡C）的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。DNA分子2股DNA单链－模板链碱基互补配对（A-T,G-C)解螺旋2股新链分别与模板链组成新的子代DNA分子与母DNA碱基序列完全相同3’5’5’3’3’5’3’5’半保留复制2股新DNA链,与模板链互补原料：dATP，dGTP，dCTP，dTTP模板：解开成单链的DNA母链（2条单链）引物：RNA引物酶：DNA聚合酶、解旋酶原则:碱基互补A＝T,G≡

C方向：5’→3’（新链）1、DNA合成条件：2、DNA复制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引物DNA双链′5′3′5′3DNA复制起始过程:解链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引物DNA复制起始的过程拓扑异构酶与DNA双链结合，解开超螺旋。′5′3′5′3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引物DNA复制起始的过程解链酶解开DNA双螺旋′5′3′5′3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引物单链结合蛋白防止复螺旋′5′3′5′3DNA复制起始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引物DNA复制起始过程引物酶合成引物′5′3′5′3DNA复制的延伸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ⅢACGACGTT引物原料5′3′模板方向：5′3′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DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTGTTAA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板链DNA新链引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板链DNA新链引物DNA聚合酶Ⅲ原料5′3′ATCCGAGATCCTAGGCTCTAGGATCCGAGATCCTAGGCTCTAGGTAGGCTCTAGGATCCGAGATCC+母链母链子链母代DNA2个子代DNADNA聚合酶RNA引物原料DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这种复制方式称为半保留复制。半保留复制：AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

复制的半不连续性3535解链方向3´5´3´3´5´领头链随从链半不连续复制：DNA复制时,一条链是连续的,另一条链是不连续的,称为半不连续复制。DNA合成过程概况：先由引物酶合成RNA引物，再由DNA聚合酶Ⅲ在引物3’合成DNA链，然后由DNA聚合酶Ⅰ切除引物并填补空隙，最后由连接酶连成完整的链。4、DNA复制的意义：DNA半保留复制具有高度准确性，保证遗传信息的正确传递，保证亲、子代之间遗传的稳定性。3、DNA复制产物：两个子代DNA。

碱基序列与母代完全相同。（二）RNA的合成－转录1.合成方式：转录以一条DNA链的片断为模板按碱基配对的原则(A＝U,G≡C)合成RNA，使遗传信息流向RNA的过程称为转录。原料：ATP，GTP，CTP，UTP模板：DNA模版链(一条单链）酶：RNA聚合酶＝核心酶(由ααββˊ四个亚基构成)

＋σ因子原则：碱基互补A＝U,G≡

C方向：5’→3’2.合成条件DNA分子其中一股DNA母链－模板一条RNA链,与模板链互补

碱基互补配对（A-U,T-A,G-C)解螺旋3、RNA转录过程ATCCGAGATCCTAGGCTCTAGGATCCGAGATCCUAGGCUCUAGG模板链RNA链原料模板链UAGGCUCUAGG转录释放4）转录产物：单链RNAmRNAtRNArRNA5）转录意义：抄录DNA遗传信息，指导蛋白质合成，进行基因表达。RNA碱基排列顺序由DNA决定。加工真核细胞mRNA的一般结构为：AUG起始帽状结构不翻译区翻译区UGAUAGUAA终止不翻译区polyA1.mRNA的转录后加工(三）真核生物RNA的转录后加工①首、尾的修饰a.5端形成帽子结构(m7GpppGp)帽子结构:mGpppG,

7－甲基三磷酸双鸟苷

帽子的功能:在蛋白质合成中,供核糖体小亚基识别与结合;保护合成中的转录产物RNA,免受核酸外切酶降解；使成熟的转录产物从核内输送到胞质。5pppGp…5GpppGp…pppGppi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子生成过程5ppGp…磷酸酶Pib.3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyA)维持mRNA作为翻译模板的活性；增加mRNA本身的稳定性。功能：②

mRNA的剪接除去内含子，连接外显子。2.tRNA的转录后加工在酶的作用下，从5末端和3末端切除多余核苷酸；切除内含子进行剪接作用；3末端加CCA-OH；碱基修饰tRNA基因及转录初级产物RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、D内切酶tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP碱基修饰甲基化

A→mA

（或mG）还原反应UDHU核苷内的转位反应尿苷假尿苷（）脱氨反应AMPIMP3.rRNA的转录后加工真核细胞的rRNA基因属于丰富基因族的DNA序列;即染色体上纵列串联基因单位的重复。小结：

复制、转录的相似性及区别相似性：

都是酶促的核苷酸聚合过程以DNA为模板都需依赖DNA的聚合酶生成磷酸二酯键方向：5→3