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1、第 六 章,核酸代谢及蛋白质生物合成,核苷酸的生物功用,作为核酸合成的原料体内能量的利用形式参与代谢和生理调节组成辅酶活化中间代谢物,第一节 核苷酸的代谢,一、嘌呤核苷酸的合成代谢,从头合成途径(de novo synthesis pathway)补救合成途径(salvage synthesis pathway),嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。,肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。,（一）嘌呤核苷酸的从头合成,定义,合成部位,嘌呤碱合成的元素来源
2、,CO2,天冬氨酸,甲酰基（一碳单位）,甘氨酸,甲酰基（一碳单位）,谷氨酰胺（酰胺基）,过程,1.IMP的合成,2.AMP和GMP的生成,1.IMP的合成过程,磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶 转甲酰基酶 FGAM合成酶 AIR合成酶,IMP生成总反应过程,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,2、AMP和GMP的生成,（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径,合成过程,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,核苷酸,核苷,核苷酸酶,Pi,核苷磷酸化酶,碱基,1-磷酸核糖,嘌呤碱的最终代谢产物,AMP,GMP,H（次黄嘌呤）,G,X（黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,第二节嘧啶核苷
3、酸的代谢,从头合成途径补救合成途径,一、嘧啶核苷酸的合成代谢,嘧啶合成的元素来源,1.尿嘧啶核苷酸的合成,合成过程,2.胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,二、嘧啶核苷酸的分解代谢,组成DNA的各种脱氧核糖核苷酸是在各种核苷酸的基础上由核糖核苷酸还原酶催化而成，但此反应是在二磷酸核苷水平上进行的。,三、脱氧核糖核苷酸的合成,第三节DNA的生物合成,一、DNA的半保留复制,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)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，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序
4、列一致。这种复制方式称为半保留复制。,半保留复制的概念,（一）参与DNA复制的物质,底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写 为 DNA-pol模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子,复制的化学反应,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,1、DNA聚合酶,全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase)简称：DNA-pol,活性：1.53 的聚合活性2.核酸外切
5、酶活性,2、DNA连接酶,连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。,DNA连接酶(DNA ligase)作用方式,HO,5,3,3,5,DNA连接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,3.解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白,（二）DNA复制过程,1、起始,需要解决两个问题：,DNA解开成单链，提供模板。,合成引物，提供3-OH末端。,E.coli复制起始点 oriC,DNA解链,Dna A,Dna B、Dna C,DNA拓扑异构酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,引发体和引物,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA
6、复制起始区域的复合结构称为引发体。,3,5,3,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,引物酶,2、延长,复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。,原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片 段在复制的终止点(ter)处汇合。,3、终止,复制过程简图,二、与复制有关的生化过程,遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。,从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。,突变的分子改变类型,点突变缺失(deletion)插入(insertion)倒位,DNA损伤的修复,修复(repairing
7、)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。,光修复(light repairing)切除修复(excision repairing)重组修复(recombination repairing)SOS修复,修复的主要类型,三、反转录作用,逆转录酶(reverse transcriptase),逆转录(reverse transcription),逆转录病毒细胞内的逆转录现象,第四节RNA的合成,转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。,转录,一、参与转录的酶,原核生物的RNA聚合酶,真核生物的RNA聚合酶,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因
8、(structural gene)。DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。,二、转录过程,转录模板,1、转录起始,（2）DNA双链解开,（1）RNA聚合酶全酶与模板结合,（3）在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物,5-pppG-OH+NTP 5-pppGpN-OH 3+ppi,2、转录延长,（1）亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；,（2）在核心酶作用下
9、，NTP不断聚合，RNA 链不断延长。,(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi,3、转录终止,指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,复制和转录的区别,三、真核细胞内转录后修饰,1、mRNA的转录后加工修饰,首、尾的修饰,5端形成 帽子结构(m7GpppGp)3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),mRNA的剪接,切去内含子，将余下的外显子拼接。,内部某些序列甲基化,2、tRNA的转录后加工修饰,3端加上CCAOH以形成氨基酸臂生成稀有碱基。,3、rRNA的转录后加工修饰,剪切后形成大小亚基,第四节蛋白质的生物合成,一、几种RNA
10、在蛋白质合成中的作用,（一）mRNA的遗传信息传递作用,1、mRNA上存在遗传密码,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。,起始密码(initiation coden):AUG,终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA,2、蛋白质合成中mRNA是多肽合成 的模板。,3、翻译方向：5到3,（二）tRNA作为氨基酸的转运工具,（三）rRNA与多种蛋白质一起组成核糖 体，作为肽链合成场所。,二、氨基酸的活化,三、蛋白质生物合成过程,翻译的起始(ini
11、tiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination),整个翻译过程可分为：,翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。,1、肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物。,核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。,2、肽链延长阶段,指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下几步：进位成肽脱落转位,3、肽链终止阶段,当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,四、多核糖体(polysome),使蛋白质合成高速、高效进行。,五、翻译后的加工修饰,1、切去N末端的蛋氨酰基。2、二个半胱氨酸间形成SS键，生成胱氨酸。3、氨基酸残基侧链的加工。4、连接辅基。5、切去无功能肽段。,
