核酸的降解和核苷酸代谢

生物化学13.核酸的降解和核苷酸代谢

当前第1页\共有87页\编于星期五\10点GenesareDNADNA蕴含着全部的生物信息当前第2页\共有87页\编于星期五\10点

核酸王国的拓荒者

F.Miescher1869年从脓细胞中提取到一种富含磷元素的酸性化合物核素（nuclein）遗传物质的发现当前第3页\共有87页\编于星期五\10点LeveneKossel1929年又确定了核酸有两种：DNA与RNA1885～1900年证实核酸由不同的碱基组成，碱基-核糖-磷酸当前第4页\共有87页\编于星期五\10点1928年FrederickGriffith转化实验Roughcolonies(R)Smoothcolonies(S)当前第5页\共有87页\编于星期五\10点1944年，Avery在离体条件下完成转化当前第6页\共有87页\编于星期五\10点1952年Hershey和Chase噬菌体感染实验当前第7页\共有87页\编于星期五\10点TMV（tobaccomosaicvirus）YourText1956年A.Gierer和G.Schraman发现TMV的遗传物质是RNA1957年和B.Singre重建实验证实了这一结论RNA也是遗传物质当前第8页\共有87页\编于星期五\10点当前第9页\共有87页\编于星期五\10点证实核酸是遗传物质当前第10页\共有87页\编于星期五\10点核苷酸=碱基＋戊糖分子＋磷酸分子31当前第11页\共有87页\编于星期五\10点

核苷酸链的连接当前第12页\共有87页\编于星期五\10点闭合环状，E.coli2.4×109Da，4369Kb，约编码4288个基因类核的结构质粒重叠基因原核生物基因组结构特点当前第13页\共有87页\编于星期五\10点当前第14页\共有87页\编于星期五\10点重叠基因

(overlappinggene)“野野鸟鸟啼啼时时有有思思…”

莲人在绿杨津采一玉漱声歌新阙采莲人在绿杨津在绿杨津一阙新一阙新歌声漱玉歌声漱玉采莲人当前第15页\共有87页\编于星期五\10点当前第16页\共有87页\编于星期五\10点当前第17页\共有87页\编于星期五\10点真核基因组的复杂性结构特点染色体高级结构人DNA长约30亿个碱基对，估计编码2～2.5万个基因线状，分子量约为3×1012Da，长度为2×106Kb当前第18页\共有87页\编于星期五\10点当前第19页\共有87页\编于星期五\10点当前第20页\共有87页\编于星期五\10点

DNA的复制当前第21页\共有87页\编于星期五\10点原核生物复制的酶及蛋白当前第22页\共有87页\编于星期五\10点当前第23页\共有87页\编于星期五\10点当前第24页\共有87页\编于星期五\10点DNA聚合酶Ⅲ不对称的酶复合体合成两条DNA链当前第25页\共有87页\编于星期五\10点连接酶当前第26页\共有87页\编于星期五\10点复制过程半不连续复制当前第27页\共有87页\编于星期五\10点复制模式当前第28页\共有87页\编于星期五\10点真核生物DNA聚合酶DNA-pol

起始新链合成DNA-pol

延伸前导链DNA-pol

可能与后滞链的合成有关，也可能有其它功能DNA-pol

在真核线粒体DNA复制中起催化作用DNA-polDNA的修复当前第29页\共有87页\编于星期五\10点当前第30页\共有87页\编于星期五\10点从基因到蛋白——转录转录是以DNA为模板合成RNA的过程

当前第31页\共有87页\编于星期五\10点转录与复制的区别*转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两条链都可作为模板DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA合成后释放，而DNA复制叉形成后一直打开，新链和母链成为子链RNA合成不需引物，而DNA复制需要引物转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP聚合酶系不同当前第32页\共有87页\编于星期五\10点大肠杆菌RNA聚合酶

α＝36.5kDβ＝151kDβ’＝155kD

ω＝11kDσ＝70kD当前第33页\共有87页\编于星期五\10点RNApol执行多功能识别DNA双链上的启动子使DNA变性在启动子处解旋成单链通过阅读启动子序列，RNApol确定它自己的转录方向和模板链最后当它达到终止子时，通过识别停止转录当前第34页\共有87页\编于星期五\10点模板识别→转录起始→通过启动子→转录的延伸和终止当前第35页\共有87页\编于星期五\10点启动子（promoter）的结构结构典型：识别（R）、结合（B）、起始（I）位点序列保守位置和距离都比较恒定直接和聚合酶结合常和操纵子相邻位于基因的5′端当前第36页\共有87页\编于星期五\10点典型启动子的结构RBI当前第37页\共有87页\编于星期五\10点原核生物转录的过程当前第38页\共有87页\编于星期五\10点转录的起始：全酶与模板DNA接触起始识别：封闭的酶-启动子二元复合物开放的启动子二元复合体酶-启动子-rNTP三元复合体当前第39页\共有87页\编于星期五\10点在延伸时RNApol的移动特点转录的延伸当前第40页\共有87页\编于星期五\10点原核生物转录的终止

终止子（terminator，t）强终止子－内部终止子（intrinsicterminators）弱终止子－需要ρ因子（rhofactor）又称为ρ依赖性终止子（Rho-dependentterminator）当前第41页\共有87页\编于星期五\10点强终止子的结构模式图有回文结构存在茎的区域富含G-C强终止子3′端上有6个U

以上结构特点在终止中起何作用？当前第42页\共有87页\编于星期五\10点强终止子、弱终止子当前第43页\共有87页\编于星期五\10点在原核mRNA转录中ρ依赖性终止机制当前第44页\共有87页\编于星期五\10点真核生物的转录当前第45页\共有87页\编于星期五\10点真核生物转录和原核生物转录的区别*原核只有一种RNA聚合酶，而真核细胞有三种聚合酶启动子的结构特点不同，真核有三种不同的启动子和有关元件真核的转录有很多蛋白质因子的介入当前第46页\共有87页\编于星期五\10点RNApol位置产物相对活性对α-鹅膏蕈的敏感polⅠ核仁28S、18S、5.8SrRNAs50-70%不敏感polⅡ核质hnRNA、mRNA、某些snRNA20-40%高度敏感polⅢ核质tRNA、5SrRNA、某些snRNA-10%片段特异，中度敏感真核的RNA聚合酶当前第47页\共有87页\编于星期五\10点真核生物的启动子启动子Ⅱ最为复杂，它和原核的启动子的不同：有多种元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等结构不恒定它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同有的有远距离的调控元件存在，如增强子不直接和RNApol结合需多种转录因子介入当前第48页\共有87页\编于星期五\10点Ⅱ类基因的启动子和调控区

TATA框核心元件起始子（Inr）

CAATbox上游元件GCboxOct

增强子（enhancer）远端调控区

减弱子（dehancer）静息子（silencer）上游激活序列（UASs）当前第49页\共有87页\编于星期五\10点真核RNA聚合酶Ⅱ启动子和增强子通过蛋白质的介导相互结合，成环启动转录当前第50页\共有87页\编于星期五\10点当前第51页\共有87页\编于星期五\10点转录后加工当前第52页\共有87页\编于星期五\10点转录后加工——指将各种前体RNA分子加工成成熟的各种RNA减少部分片段：如切除5’前导序列；3’拖尾序列和中部的内含子增加部分片段：5’

加帽；3’

加poly(A)和通过编辑加入一些碱基修饰：对某些碱基进行甲基化等当前第53页\共有87页\编于星期五\10点加工过程加帽剪切前加帽剪切后加帽功能内含子的剪接边界序列内含子的剪接加尾加尾反应功能编辑生物学意义机制当前第54页\共有87页\编于星期五\10点有助于mRNA越过核膜，进入胞质保护5’不被酶降解翻译时供IFⅢ（起始因子）和核糖体识别帽子结构的功能当前第55页\共有87页\编于星期五\10点poly（A）的功能

有助于成熟的mRNA越过核膜可能是翻译的计数器当前第56页\共有87页\编于星期五\10点内含子和外显子的交界顺序当前第57页\共有87页\编于星期五\10点正确的剪接是建立在正确的配对组合之上的当前第58页\共有87页\编于星期五\10点编辑编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象。校正作用调控翻译扩充遗传信息当前第59页\共有87页\编于星期五\10点载脂蛋白的基因ApoB在肠中经过编辑，引入终止密码子，不能翻译成完整的载脂蛋白编辑的校正作用当前第60页\共有87页\编于星期五\10点蛋白质的生物合成——翻译当前第61页\共有87页\编于星期五\10点

遗传密码的破译

遗传密码的试拼：1954年G.Gamov对破译密码首先提出了设想1个碱基对应一种氨基酸，只可能产生4种氨基酸2个碱基编码一种氨基酸，共42=16种排列组合3个碱基编码一种氨基酸，产生43=64种不同形式Gamov也许是考虑到效率的问题，认为一个碱基可能被重复读多次，也就是说遗传密码的阅读是完全重叠的当前第62页\共有87页\编于星期五\10点三联密码的证实1961年Crick和Brenner.S等证实了三联密码真实性“加字”和“减字”突变当前第63页\共有87页\编于星期五\10点它们只能在B菌株上生长形成噬菌斑开始用原黄素诱导的突变称FCO他们再用原黄素诱导产生回复突变，在K菌株中出现了噬菌斑用遗传学的方法和野生型杂交发现它们并不是真正的野生型校正突变（Asuppressormutation）抵消或抑制了前一次突变的效应当前第64页\共有87页\编于星期五\10点校正突变校正突变是在第一次突变不同位点将它抵消的因此原来的突变可以通过野生型和回复突变型之间的杂交又恢复为突变型校正突变可能发生相同的基因中，抑制原来的突变，称基因内抑制，或发生在不同的基因中称基因外抑制当前第65页\共有87页\编于星期五\10点基因内抑制当前第66页\共有87页\编于星期五\10点（1）以能否合成嘧啶为表型的标准（2）OTC突变仍有2～3％的活性

代谢抵偿效应产生的基因外抑制

当前第67页\共有87页\编于星期五\10点1968年获得nobel当前第68页\共有87页\编于星期五\10点遗传密码的特点遗传密码是三联体密码遗传密码无逗号遗传密码是不重迭的遗传密码具有通用性遗传密码具有简并性(degeneracy)密码子有起始密码子和终止密码子反密码子中有“摆动”（wobble）当前第69页\共有87页\编于星期五\10点

tRNA的二维结构——三叶草型TψC常由5bp的茎和7Nt和环组成，负责和核糖体上的rRNA识别结合反密码子臂(anticodonarm)常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，负责对密码子的识别与配对D环(Darm)的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环，负责和氨基酰tRNA聚合酶结合额外环(extraarm)可变性大，从4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环-反密码子环和TψC-受体臂）当前第70页\共有87页\编于星期五\10点tRNA的结构和功能当前第71页\共有87页\编于星期五\10点tRNA的二维结构——三叶草型acceptorD-loopTψCloopanticodonloopvarialbleloop当前第72页\共有87页\编于星期五\10点tRNA由三叶草折叠成L型三维结构tRNA的三维结构当前第73页\共有87页\编于星期五\10点

氨基酰tRNA分子的形成

活化：

aa+ATP+E*氨基酰-AMP-E*+PPi转移：

氨基酰-AMP-E*+tRNAaa–tRNA+AMP+E*当前第74页\共有87页\编于星期五\10点合成酶具有三个结合位点氨基酸和ATP结合形成氨基酰AMPtRNA的结合tRNA负载氨基酸当前第75页\共有87页\编于星期五\10点核糖体的作用位点A位点（或称受体位点，acceptorsite）可以进入氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）P位点（或称供体位点，donorsite)是被肽基酰-tRNA（peptidyl-tRNA）所占据E位点（Exitsite）脱酰tRNA（deacylated-tRNA）短暂地占据当前第76页\共有87页\编于星期五\10点IF-3是30S亚基与mRNA起始位点的特异结合所必须的IF-2是与起始子tRNA特异结合并带到起始复合体中IF-1作为完整的起始复合物的一部分,可能和起始复合物的稳定性有关在细菌中翻译的起始当前第77页\共有87页\编于星期五\10点翻译起始需要游离的核糖体亚基当前第78页\共有87页\编于星期五\10点

氨酰tRNA进入核糖体的A位（进位反应），在P位有肽酰tRNAP