bbskaoyancom-11-核酸代谢与蛋白质生物合成课件

第十一章

核酸代谢与蛋白质的生物合成第十一章

核酸代谢与蛋白质的生物合成1第一节核酸的消化与吸收单核苷酸核苷磷酸戊糖磷酸核酸碱基(嘌呤&嘧啶)磷酸核糖核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶＆磷酸第一节核酸的消化与吸收单核苷酸核苷磷酸戊糖磷酸核酸碱基(嘌2第二节核酸的分解代谢

一、核酸的分解核酸酶：水解磷酸二酯键RNA酶（RNase）DNA酶（DNase）核酸内切酶核酸外切酶第二节核酸的分解代谢

一、核酸的分解核酸酶：水解磷酸二酯键3二、单核苷酸的分解核苷酸酶分解核苷的酶：核苷磷酸化酶核苷水解酶二、单核苷酸的分解核苷酸酶4三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解5痛风核酸代谢障碍疾病血液中尿酸含量过高别嘌呤醇治疗抑制黄嘌呤氧化酶活性反应消耗PRPP，减少嘌呤合成痛风核酸代谢障碍疾病6四、嘧啶的分解胞嘧啶分解：四、嘧啶的分解胞嘧啶分解：7胸腺嘧啶分解胸腺嘧啶分解8第三节核酸的合成代谢

一、核苷酸的生物合成（一）核糖的来源与1-焦磷酸5-磷酸核糖的生成第三节核酸的合成代谢

一、核苷酸的生物合成（一）核糖的来源9（二）嘌呤核苷酸合成嘌呤环合成原料：（二）嘌呤核苷酸合成嘌呤环合成原料：101、嘌呤核苷酸从头合成先合成IMP然后转变成AMP和GMP1、嘌呤核苷酸从头合成先合成IMP11IMP合成IMP合成12AMP和GMP合成AMP和GMP合成132、嘌呤核苷酸的补救合成途径（1）嘌呤与PRPP直接合成2、嘌呤核苷酸的补救合成途径（1）嘌呤与PRPP直接合成14（2）腺嘌呤与R-1-P作用（2）腺嘌呤与R-1-P作用153、ATP和GTP的生成腺苷酸激酶、鸟苷酸激酶、核苷二磷酸激酶等催化高能磷酸基团转移3、ATP和GTP的生成腺苷酸激酶、鸟苷酸激酶、核苷二磷酸激16（三）嘧啶核苷酸的合成（三）嘧啶核苷酸的合成171、尿嘧啶核苷酸的从头合成1、尿嘧啶核苷酸的从头合成182、胞嘧啶核苷酸的合成2、胞嘧啶核苷酸的合成193、嘧啶核苷酸的补救合成途径3、嘧啶核苷酸的补救合成途径20（四）脱氧核糖核酸的合成1、核糖核苷酸的还原（四）脱氧核糖核酸的合成1、核糖核苷酸的还原212、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成22三种嘧啶核苷酸及脱氧核苷酸的互变关系三种嘧啶核苷酸及脱氧核苷酸的互变关系23二、DNA的生物合成（复制）（一）DNA的复制方式－半保留复制子代DNA中一条链来自亲代DNA另一条链是新合成的二、DNA的生物合成（复制）（一）DNA的复制方式－半保留复24图11-4DNA的半保留复制图11-4DNA的半保留复制25（二）DNA的复制过程DNA的复制分为起始、延长和终止三个阶段（二）DNA的复制过程DNA的复制分为起始、延长和终止三个阶261、DNA复制的起始（1）原核细胞（大肠杆菌）DNA复制的起始单点双向复制复制起点富含ATDnaA识别复制起始位点，解开双链DnaB（解旋酶）双链解旋1、DNA复制的起始（1）原核细胞（大肠杆菌）DNA复制的起27（2）真核细胞DNA复制的起始（2）真核细胞DNA复制的起始282、DNA复制时双螺旋的解旋与超螺旋形成解旋作用使复制叉的下游出现正超螺旋拓扑异构酶放松超螺旋拓扑异构酶I：切断DNA一条链；放松负超螺旋拓扑异构酶II：切断DNA两条链；放松正超螺旋（旋转酶）2、DNA复制时双螺旋的解旋与超螺旋形成解旋作用使复制叉的下293、单链结合蛋白SSB结合到分开的单链上起稳定作用3、单链结合蛋白SSB结合到分开的单链上304、DNA合成的基本反应和DNA聚合酶参与DNA复制的底物是dNTP，即dATP，dGTP，dCTP和dTTP。DNA聚合酶催化形成3’,5’磷酸二酯键，延长DNA链大肠杆菌DNA聚合酶：DNA聚合酶I（PolI）：DNA复制与修复DNA聚合酶II（PolII）DNA聚合酶III（PolIII）：DNA复制真核DNA聚合酶：Polα和Polδ合成核DNAPolγ参与线粒体DNA复制Polβ和Polε参与DNA修复4、DNA合成的基本反应和DNA聚合酶参与DNA复制的底物是315、DNA复制的过程大肠杆菌起始点复制叉解链酶分开双链SSB结合单链亲链为模板碱基互补合成方向5’→3’主导链连续合成引物酶合成RNA引物聚合酶III催化聚合5、DNA复制的过程大肠杆菌325、DNA复制的过程随从链合成冈崎片段聚合酶I水解引物DNA修补连接酶连接PolI和III有3’→5‘核酸外切酶活性，实现校对功能。5、DNA复制的过程随从链合成冈崎片段33真核细胞DNA复制基本原则接近大肠杆菌Polδ合成主导链，Polα合成随从链真核细胞DNA复制基本原则接近大肠杆菌34低等生物非染色质DNA复制质粒DNA滚环复制一股打开缺口5’端伸展单链不连续复制闭环滚动连续复制不合成引物低等生物非染色质DNA复制质粒DNA35四、RNA的生物合成（一）转录（二）复制四、RNA的生物合成（一）转录36（一）转录在DNA指导下的RNA聚合酶催化进行的，以DNA为模板，四种NTP为原料，合成RNA。1、转录的模板：DNA的一条链＊不对称转录（一）转录在DNA指导下的RNA聚合酶催化进372、参与转录的酶类（1）原核细胞RNA聚合酶：大肠杆菌RNA聚合酶，由核心酶和σ因子组成全酶核心酶催化3’,5’磷酸二酯键形成，延长RNA链σ因子参与转录起始（2）真核细胞RNA聚合酶：RNA聚合酶I存在于核仁中，催化rRNA前体的合成RNA聚合酶II存在于核质中，催化mRNA前体的合成RNA聚合酶III存在于核质中，催化小分子量RNA（如tRNA和5SRNA合成）2、参与转录的酶类（1）原核细胞RNA聚合酶：383、转录过程（1）起始（2）延长（3）终止3、转录过程（1）起始39（1）起始原核生物转录起始：RNA聚合酶全酶识别模板链启动子转录起始点←－－－启动子－－－→←－－结构基因－－－－模板链5’－TTGACA－TATAAT－－－－－－－－－－－－3‘3’－AACTGT－ATATTA－－－－－－－－－－－－5‘-35-10+15’3‘（1）起始原核生物转录起始：40原核生物转录起始：RNA聚合酶全酶识别启动子-10区双链解开形成第一个3’，5‘磷酸二酯键σ因子脱落原核生物转录起始：RNA聚合酶全酶识别启动子41真核生物转录起始启动子增强子：增强启动子活性的核苷酸序列转录起始点←－－－－－－启动子－－－－－→←－结构基因－模板链5’－CAAT－－－GC－－－TATA－－－－－－－－－3‘-110-25+15’3‘真核生物转录起始启动子42（2）延长核心酶在模板上沿着3’→5‘方向滑动催化形成3’,5‘磷酸二酯键RNA链由5’→3‘方向延长碱基互补（2）延长核心酶在模板上沿着3’→5‘方向滑动43（3）终止原核细胞转录终止不依赖ρ因子终止：模板上有终止信号复含GC和一段polyU依赖ρ因子终止：ρ因子解链酶的活性（3）终止原核细胞转录终止44真核细胞转录终止基因末端指导合成一段AAUAAA顺序切断后加上polyA尾巴真核细胞转录终止基因末端指导合成一段AAUAAA顺序454、原核细胞的转录后加工原核mRNA不经过加工tRNA和rRNA经过剪切和修饰4、原核细胞的转录后加工原核mRNA不经过加工465、真核细胞的转录后加工（1）加帽：mGpppG甲基化三磷酸双鸟苷（2）加尾：polyA（3）剪接：除去内含子转录来的部分（4）修饰：碱基或核糖的甲基化5、真核细胞的转录后加工（1）加帽：mGpppG甲基化三磷酸47（二）RNA复制在RNA指导下的RNA聚合酶催化进行的，以RNA为模板，四种NTP为原料，合成RNA。（二）RNA复制在RNA指导下的RNA聚合酶催化进行的，以R48（三）基因转录的调节1、原核细胞转录水平的调节－－操纵子学说操纵子：原核基因组中，几个功能相关的调控结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同单位操纵子有两种类型：诱导操纵子阻遏操纵子（三）基因转录的调节1、原核细胞转录水平的调节－－操纵子学说49（1）乳糖操纵子←－调控区－→IPOZYA←－－－结构基因－－－→（1）乳糖操纵子←－调控区－→IPOZYA←－－－结构基因－50图11-13乳糖操纵子的调节模式图11-13乳糖操纵子的调节模式51可诱导的负调控阻遏物关闭操纵子诱导物开放操纵子可诱导的负调控阻遏物关闭操纵子52（1）乳糖操纵子当乳糖与葡萄糖同时存在时，细菌先利用葡萄糖，后利用乳糖。通过CAP实现CAP：分解代谢基因活化蛋白；cAMP受体蛋白cAMP-CAP与启动子上游CAP结合区结合，促进乳糖操纵子转录葡萄糖降低cAMP含量（1）乳糖操纵子当乳糖与葡萄糖同时存在时，细菌先利用葡萄糖，53（2）色氨酸操纵子（2）色氨酸操纵子542、真核细胞基因转录的调节（1）顺式作用元件顺式调节：通过启动子、增强子等DNA元件来控制基因转录的调节方式顺式作用元件：一类存在于DNA上的特定序列（2）反式作用因子与顺式作用元件进行特异性结合的蛋白质因子又称为转录因子反式调节：通过转录因子来控制基因转录的调节方式几个家族：螺旋-转角-螺旋蛋白，亮氨酸拉链蛋白和锌指蛋白等2、真核细胞基因转录的调节（1）顺式作用元件55（四）逆转录在RNA指导下的DNA聚合酶催化下进行的，以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成DNA。cDNA逆转录酶；反转录酶1、逆转录过程RNA指导DNA合成RNA水解DNA指导DNA合成（四）逆转录在RNA指导下的DNA聚合酶催化下进行的，以RN562、逆转录与癌变致癌病毒中癌基因→蛋白质正常细胞→癌细胞原癌基因／细胞癌基因：逆转录病毒癌基因相应的正常细胞基因（1）scr家族（2）ras家族（3）myc家族（4）sis癌基因（5）erb家族2、逆转录与癌变致癌病毒中癌基因→蛋白质57第四节蛋白质的生物合成

一、遗传信息的传递－中心法则DNARNA蛋白质翻译转录逆转录DNA复制RNA复制第四节蛋白质的生物合成

一、遗传信息的传递－中心法则DNA58二、RNA在蛋白质生物合成中的作用（一）mRNA的功能与密码mRNA为蛋白质合成的模板从起始密码开始，沿着5‘→3’方向，每三个相邻的碱基组成一个密码子，对应一个氨基酸二、RNA在蛋白质生物合成中的作用（一）mRNA的功能与密码59第一位5‘端第二位第三位3’端UCAGUPhePheLeuLeuSerSerSerSerValVal终止密码子终止密码子CysCys终止密码子TrpUCAGCLeuLeuLeuLeuProProProProHisHisGlnGlnArgArgArgArgUCAGAIleIleIleMetThrThrThrThrAsnAsnLysLysSerSerArgArgUCAGGValValValValAlaAlaAlaAlaAspAspGluGluGlyGlyGlyGlyUCAG第一位第二位第三位UCAGUPheSerValCysUCLe60遗传密码的基本特点：1、连续性2、简并性3、终止密码与起始密码4、密码的通用性遗传密码的基本特点：61（二）tRNA的功能转运氨基酸CCA羟基与氨基酸相连摆动现象：密码子的第三个碱基与反密码子的第一个碱基配对不严格表11-2反密码子与密码子配对规则反密码子第一个碱基ACGUI密码子第三个碱基UGC、UA、GA、C、U（二）tRNA的功能转运氨基酸表11-2反密码子与密码子配62（三）核蛋白体和多核蛋白体大肠杆菌核蛋白体由两个亚基组成：30S小亚基和50S大亚基含有rRNA和蛋白质是蛋白质生物合成的场所多核蛋白体：每一条mRNA同时连接多个核蛋白体进行蛋白质合成（三）核蛋白体和多核蛋白体大肠杆菌核蛋白体由两个亚基组成：363三、蛋白质的生物合成过程氨基酸的活化与搬运肽链合成的起始肽链的延长肽链的终止核蛋白体循环三、蛋白质的生物合成过程氨基酸的活化与搬运64（一）氨基酸的活化与搬运E：氨酰tRNA合成酶结合位点＆水解位点原核细胞fMet中甲酰基来自10N-CHO-FH4（一）氨基酸的活化与搬运E：氨酰tRNA合成酶65（二）原核细胞多肽链的合成－核蛋白体循环1、肽链合成的起始起始因子IF参与形成30S起始复合物：mRNA；fMet-tRNAfMet；30S亚基；IF1；IF2；IF3；GTP形成70S起始复合物：mRNA；fMet-tRNAfMet；70S亚基；（