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1、第七章核 酸 代 谢,一、核酸的酶促降解 细胞内核酸在核酸酶的作用下逐步分解；体内DNA分解极为缓慢，RNA分解较快，二者终产物 一致。磷酸 核酸 核苷酸 戊糖（核糖或脱氧核糖）核苷 碱基（嘌呤或嘧啶）,水解产物除部分作为新的核苷酸合成的原料外，大部 分被进一步分解。戊糖HMS氧化分解；磷酸磷酸代谢；碱基分别降解。,二、嘌呤、嘧啶代谢（一）嘌呤的分解 反应部位：主要肝、肾、小肠 过程：水解脱氨 氧化 重要的酶：黄嘌呤氧化酶 不同生物嘌呤分解终产物有差异。人体嘌呤分解终产物为尿酸，尿酸微溶于水，如体内 产生过多，不能及时排出，则沉积在体内。如：沉积在关节痛风症 沉积在肾肾结石,（二）嘧啶的分解
2、终产物：NH3，CO2，脲基异丁酸。丙AANH3,+CO2+乙酸,三、核苷酸的合成 1核酸降解产物：核苷酸、核苷、碱基，被吸收或重新利用。2生物体利用其它物质合成核苷酸 核酸。不一定需要膳食供给。（一）嘌呤核苷酸的合成 用同位素示踪实验，证明嘌呤核苷酸中各原子的来源：AMP原料-IMP GMP,GTP,ATP,（二）嘧啶核苷酸合成同位素示踪试验证明：嘧啶核苷酸元素来源：从头合成主要途径 原料：(Gln，CO2)氨甲酰磷酸，Asp 方式：原料 嘧啶环 UMP CMP TMP,核糖、P,CO2，Gln,组装,四、核酸的生物合成 核酸是细胞基本成分，DNA是主要的遗传物 质，是遗传物质的载体。DNA
3、功能：贮存遗传信息。传递遗传信息（复制、转录、翻译）。接受遗传信息（通过反转录）。,1953年，F.Crick在总结DNA与RNA和蛋白质的关系的基础上，提出了分子生物学的中心法则，、1957年修改：,复制：以亲代DNA分子为模板合成新的子代DNA分子 的过程，新合成的子代DNA分子与亲代DNA分 子完全一样。DNADNA RNA也可以复制（病毒）RNARNA转录：以DNA为模板，合成RNA的过程。DNARNA反转录：在反转录酶作用下，以RNA为模板合成DNA 的过程。翻译：以RNA为模板，根据RNA链上的每三个核苷酸（碱基）决定一种AA的规则，合成出具有特定 AA顺序的蛋白质肽链的过程。RN
4、APr,DNA的复制。DNA生物合成方式 DNA的反转录合成。（病毒）DNA损伤的修复。,（一）DNA的生物合成ADNA复制1参与DNA复制的酶和蛋白质（原核生物）（）DNA聚合酶（DNA polymerase，DNA pol）DNA聚合酶：以DNA为模板、dNTP为底物催化合成 DNA的一类酶。DNA pol原核生物有三种DNA聚合酶 DNA pol DNA pol,DNA聚合酶作用条件：需模板：DNA 需引物：具3-OH的DNA or RNA 底物：种dNTP 需Mg2+，Mn2+使dNTP以3，5磷酸二酯键相连，按5 3方向 聚合成与模板互补的DNA链。,DNA聚合酶（DNA pol）催
5、化特点 DNA pol是一个多功能酶 5 3聚合催化特性：使dNTP按模板的要求逐个加到具有3-OH端的 多核苷酸的链上。,35外切酶活性：从3-OH端水解DNA。出现与模板错配的核苷酸时，DNA pol先切去错 配的碱基（核苷酸）然后再继续进行聚合。功能：识别、消除错配碱基。对聚合起校正作用。,5 3外切酶的活性：从5端水解DNA链，也可距5端12个左右碱基处水解DNA链。（只作用于双链DNA）。功能：切除引物，切除变异损伤的核苷酸修复 作用。,原核生物有三种DNA聚合酶比较：,（2）DNA 连接酶（DNA Ligase）双链DNA一条链上有切口，3-OH与5-P相邻；不能连接两条游离的单链
6、。（切口处的两核苷酸必须相邻不能缺少核苷酸。）作用：在DNA不连续合成时起连接作用。,3,5,（3）解链酶（Helicase 解螺旋酶，复制蛋白rep 蛋白）作用：解开DNA双螺旋，使其成单链。（4）旋转酶 作用：消除DNA超螺旋的酶。,（5）引发酶 引发酶：催化RNA引物合成的RNA聚合酶。作用：合成引物 DNA聚合酶不能从头起始DNA合成，需要引物（primer），只能在引物（3-OH）端逐渐加上 脱氧核苷酸，延长DNA链。DNA合成的引物有三种：RNA 片段；DNA片段；tRNA片段。,（6）单链结合蛋白（Single strand binding proteinSSB蛋白）作用：与单链
7、DNA的特异结合的蛋白质。SSB与解开的单股DNA结合，使两条单链不再形 成双链，保持单链区的稳定。防止核酸酶降解DNA。,2复制的方式和特点(1)半保留复制:Watson和Crick1953年提出，DNA的两条链都能作为模板，分别合成出两条互补的新链。,机制：DNA复制时，两条互补连解开；两条链都可做 模板，然后在每条模板链上按碱基配对的原则形 成互补的新链，组成子代DNA分子。新产生的两子代DNA分子与亲代DNA分子完全 相同，且子代DNA中一条链来自亲代，另一条链 是新合成的 半保留复制。DNA半保留复制方式，保证了DNA在代谢上的稳定 性，从而保证了生物遗传的稳定性和准确性。(稳定是相
8、对的)。,（2）DNA的半不连续复制：问题的提出？：DNA分子两条链都能做模板，几乎同时、齐头并进 合成为两条新的互补链。DNA模板的两条链反向平行，一条5 3；另一条35。DNA聚合酶要求：模板方向35。合成新链方向5 3。如何解释在同一个复制叉中两条新链合成是同步，齐 头并？日本学者冈崎DNA的半不连续复制模型：,DNA半不连续复制模型：DNA复制时两条亲代单链DNA都做为模板。复制叉：DNA复制时，双螺旋局部解开，在复制区 形成Y形结构复制叉；随着复制叉的移动DNA双螺旋逐渐解开。,以复制叉移动方向为准；35走向模板链，DNA新链合成方向5 3，与 复制叉方向一致，连续合成前导链。5 3
9、走向模板链，DNA新链合成方向也是5,与复制叉移动方向相反，先照模板按5 3合成若 干短的片断 冈崎片断，然后由连接酶将短片断 连接，成一条完整的DNA链。不连续合成滞后 链（后随链）。,结论：DNA的半不连续复制：一条新链连续合成；另一条新链不连续合成。,冈崎片断长度：原核生物1000-2000个Nt。真核生物200个左右Nt。,3DNA复制过程 合成的起始；DNA链的延伸；合成终止。,3DNA复制过程（1）合成的起始：引发酶识别、结合在模板DNA起始位点；DNA双螺旋及超螺旋解开（边合成边解开）；RNA引物合成。,（2）DNA链的延伸 在DNA pol的催化下，按照模板链35顺序 在RNA
10、引物3-OH末端逐个按上相应的核苷酸，合成互补新链。前导链合成方向5 3，连续合成。滞后链合成方向5 3，不连续合成。,（3）合成终止 DNA复制合成的终止包括：RNA引物的切除和缺口的填补。通过DNA pol5 3外切酶活性，或RNaseH 酶切除引物，然后由pol5 3聚合活性补齐 缺口。DNA片段的连接DNA连接酶。,B、DNA反（逆）转录合成RNA指导的DNA合成反转录：在反转录酶作用下，以RNA为模板合成DNA 的过程。反转录的发现：1964年 Temin提出反转录假设。1970年 Temin 和Batimore，同时分别从致癌RNA 病毒中发现反转录酶。后来在正常动物胚胎细胞也发现
11、反转录酶。反转录酶又称为：依赖RNA的DNA 聚合酶 RNA指导的DNA 聚合酶,反转录条件：酶：反转录酶。底物：4种dNTP为。模板：病毒单链RNA为。引物：宿主细胞的tRNA。,合成方式：致癌DNA 整合到宿主DNA 病毒RNA cDNA（模板）mRNA 蛋白质（转化蛋白）以病毒RNA为模板合成的cDNA（complementary DNA）通过复制合成致癌DNA，后者可整合到宿主DNA中，并随宿主细胞分裂而遗传下去，遇到合适的条件便进行复制产生致癌DNA分子，引起癌变。转录、翻译产生的蛋白（转化蛋白、病毒蛋白）也引起癌变。,反转录酶,转录,翻译,复制,反转录酶具有三种酶活性：逆转录功能：
12、利用病毒RNA为模板合成互补的 cDNA，形成RNA-DNA杂合子。复制功能：以新合成（逆转录）的cDNA为模板，合成另一条DNA成DNA-DNA双链。RNaseH活性：水解RNA-DNA杂交分子中RNA。,逆转录病毒生活史,C、DNA损伤与修复（1）DNA损伤 DNA分子不是绝对稳定的，可受多种因素的作用而 改变或受破坏.生物因素：复制及基因重组过程出现差错而改变。物理因素：紫外线、电离辐射、X-射线等。化学因素：烷化剂，氧化剂等化学诱变剂。,UV引起辐射损伤：形成嘧啶二聚体，C和C之间，T和T之间形成共价键。,（2）DNA损伤的修复 光复活作用 利用光能，光复活酶催化下切除由紫外线照射引起
13、 的DNA嘧啶二聚体。DNA复制、DNA转录时，到嘧啶二聚体处，复制、转录均受阻。修复过程：,光复活酶能在暗处识别损伤的DNA部位，并结合在受 损部位。可见光激活光复活酶，分解由UV照射而形成的DNA中 的嘧啶二聚体。光复活作用高度专一，只能修复UV照射引起的DNA嘧 啶二聚体。光复活酶只存在于低等单细胞(如微生物)鸟类；高等哺乳动物无此酶。,2切除修复（复制前修复）在几种酶作用下，将DNA分子中错配的或受损的部位 切除，然后以完好链为模板合成出切除的部位。该机制普遍存在，作用于各种损伤。三种：碱基切除修复：修复DNA中改变的碱基。核苷酸切除修复：修复DNA中巨大损伤。碱基错配修复（前述）。,
14、碱基切除修复,核苷酸切除修复：过程：识别、切断修复切除连接（原核生物）,识别及切断：UvrA，UvrB识别并结合在DNA损伤处，UvrC（相当于核酸内切酶）在损伤处 靠近5 3一侧切断，产生切口。修复：以另一条完好单链为模板,由DNA pol在切 口处修复合成，补齐缺口；方向5 3。切除：UvrC在受损伤部位3一侧切断，去除受损 伤片段。连接：连接酶将新合成的DNA片断与原链连接。此修复发生在DNA复制前复制前修复。,3重组修复（复制后修复）先复制再修复：含有错误或损伤的DNA仍可进行复制，但子代DNA链在对应于损伤的部位出现缺口，通过分子间重组使缺口补齐。,重组修复中，二聚体（或其他损伤）并
15、未除去，第二轮复制时，留在母链中的损伤仍会给复制造成困难，仍须以重组修复来弥补。随着复制不断进行，若干代以后，损伤部分虽未从分子中除去，但损伤的DNA链却逐渐稀释，以至无碍DNA正常的生理功能。,（二）RNA的合成两种方式：转录（主要）：以DNA为模板合成RNA 复制：以 RNA为模板合成RNA。1转录 转录：以DNA为模板合成RNA的过程。（1）转录的基本特征 底物：4种NTP。模板：DNA 不需引物：合成RNA时第一个NTP一般是嘌呤核苷 酸，大多是G（80%）。,通常为不对称转录：体内转录通常只以DNA分子双链的一条链为模板；体外转录失去链选择性。作为模板的链称 模板链，反义链，转录链。
16、,不作为模板的链称 编码链，正义链，非转录链，信息链。（或某些区域以这条链为模板转录，另一些区域以另一条链为模板）,RNA聚合酶与DNA模板结合，沿DNA反义链 35方向移动。转录方向：RNA链由5 3延伸。RNA聚合酶依赖DNA的RNA聚合酶 以DNA为模板；以四种核苷三磷酸（NTP）为底物；在Mn2+或Mg2+参与下催化RNA合成。,组成：（E.Coli RNA聚合酶）全酶由5个亚基组成，有时含有链；表示为：2（）核心酶：2 起始因子：亚基。,功能：亚基：识别DNA模板上特殊的转录起始信号，在 RNA合成中起发动作用；核心酶：具有催化RNA聚合的活性，但不能启动一条 新链的合成。链：功能不
17、详。新链RNA与模板DNA链碱基配对：dT-A，dG-C，dC-G，dA-U。,（2）转录过程四步：RNA聚合酶与模板DNA起始部位识别、结合；转录的起始；RNA链的延长；RNA链合成的终止。,RNA聚合酶与模板的识别与结合 RNA聚合酶首先识别DNA模板上特异的起始部位 启动子，并与之结合。启动子（promoter）：DNA上能被RNA聚合酶识别、结合，与转录起始有 关的一段DNA序列。,RNA聚合酶的因子能识别启动子，使全酶与启动 子结合，并使双螺旋局部解链。核心酶也能与DNA模板结合，但对DNA各部位亲和 力相同。,转录的起始 第1个NTP（多为GTP）引入，产生新生RNA 5端。形成稳
18、定的 E-启动子-NTP 三元复合物。因子从复合物释放。,链的延伸#因子脱去，核心酶在DNA模板上沿3 5方向滑 动，按模板DNA信息，不断加入互补NTP，使RNA 链由5 3方向延伸。#底物NTP的-P与新生RNA链的3-OH缩合，形成 3，5-磷酸二脂键。#随着核心酶在模板DNA上滑行，模板DNA不断解链,原来解开的部位完成转录又重新形成双螺旋。#E.Coli RNA聚合酶37时转录速度：20-50Nt/sec。,RNA链合成的终止 终止包括：RNA链延伸停止；新生RNA链从模板上释放；RNA聚合酶(核心酶)脱离模板。DNA模板上有终止信号 终止子 终止子：模板DNA上提供转录终止信号的一段DNA 序列。,两种终止机制:不需蛋白质因子 由RNA聚合酶识别DNA模板上的终止信号 终止子。需蛋白质因子（）引起终止 DNA模板上的终止信号有因子结合位点 位点，因子可识别该位点并与之结合，当与位点结 合后，合成即终止。,2RNA复制 RNA复制：以RNA为模板合成RNA的过程。有些病毒只含RNA：遗传信息的载体，遗传信息的信使。RNA复制是病毒RNA合成的一种方式。一些被RNA病毒感染的高等动植物细胞也有RNA复制作用。,RNA复制合成的作用特征：需RNA复制酶，RNA复制酶特异性高；模板：RNA（病毒）；底物：4种NTP；RNA链合成方向：5 3。,
