11 核酸代谢课件.ppt

1、 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 1 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 2磷酸二酯酶磷酸二酯酶核酸核酸代谢代谢核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。p分类分类DNA和和RNA脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸核糖核酸核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)p组成组成磷酸磷酸(phosphate)核苷酸核苷酸核苷核苷戊糖戊糖(ribose)碱基碱基(base)嘌呤嘌呤(pur

2、ine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)核酸核酸NNNHN123456789NNNHNNH2NNHNHNNH2Op定义定义NNHNH2ONHNHOONHNHOOCH3NNH132456OHOCH2OHOH2 1 OHOCH2OHOHOH3 4 5 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 3 一 核酸降解及核苷酸分解和合成代谢二 DNA的复制 三 RNA的生物合成 1 核酸的酶促降解核酸的酶促降解 2 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢 3 核糖核苷酸的合成代谢核糖核苷酸的合成代谢 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 4核苷酸

3、的生物学功能核苷酸的生物学功能p作为作为核酸合成的原料，最主要功能（核酸合成的原料，最主要功能（NTP/dNTP）p体内能量的利用形式（体内能量的利用形式（ATP）p构成某些酶的辅酶（构成某些酶的辅酶（NAD、FAD、CoA）p形成多种调节分子参与代谢调节（形成多种调节分子参与代谢调节（cAMP/cGMP）p作为活化中间代谢物的载体（作为活化中间代谢物的载体（UDPG）单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 5食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及DNA）胃酸胃酸核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收既进入磷酸戊糖途径既进入磷酸戊糖途径又合成又合成P

4、RPP的原料的原料嘌呤和嘧啶主要被分解嘌呤和嘧啶主要被分解排出体外排出体外核酸外切酶核酸外切酶核苷酸核苷酸胰核酸酶胰核酸酶（磷酸二酯酶）（磷酸二酯酶）核酸内切酶核酸内切酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶（磷酸单酯酶）（磷酸单酯酶）核苷水解酶核苷水解酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基核苷酶核苷酶戊糖戊糖 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 6嘌呤的分解代谢嘌呤的分解代谢AMPGMPGX（Xanthine，黄嘌呤），黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶IMPH（Hypoxanthine，次黄嘌呤，次黄嘌呤）次黄嘌呤氧化酶次黄嘌呤

5、氧化酶腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶尿酸氧化酶尿酸氧化酶尿囊素尿囊素.尿囊酸尿囊酸.NH3+CO2人和灵长类嘌呤碱人和灵长类嘌呤碱最终代谢产物最终代谢产物 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 7痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 8嘧啶分解代谢嘧啶分解代谢胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA

6、乙酰乙酰CoATAC肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATAC糖异生糖异生 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 9核糖核苷酸合成代谢核糖核苷酸合成代谢p嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有两条合成途径：嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有两条合成途径：从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)主要途径，以主要途径，以氨基酸氨基酸为原料合成碱基。为原料合成碱基。补救途径补救途径(salvage synthesis pathway)次要途径，以次要途径，以碱基碱基为原料合成核苷酸。为原料合成核苷酸。p二者在不同组织的

7、重要性不同：二者在不同组织的重要性不同：肝等多种组织多为从头合成途径；肝等多种组织多为从头合成途径；脑、骨髓只能进行补救途径。脑、骨髓只能进行补救途径。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 10嘌呤核苷酸的代谢嘌呤核苷酸的代谢Metabolism of Purine Nucleotides 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 11嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨基酸（核糖焦磷酸及二氧化碳、氨基酸（3）、甲酸）、甲酸盐（一碳单位）等简单物质为原料，经过一系盐（

8、一碳单位）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。列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。肝肝是体内是体内从头合成嘌呤从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，核苷酸的主要器官，其次是其次是小肠小肠和和胸腺胸腺，而，而脑、骨髓脑、骨髓则无法进行此则无法进行此合成途径。合成途径。（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成定义定义合成部位合成部位 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 12嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酸盐甲酸盐（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酸盐甲酸盐（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（

9、酰胺基）（酰胺基）单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 13过程过程1.IMP的合成的合成2.AMP和和GMP的生成的生成 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 14R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下天冬氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转

10、移酶 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 151.IMP的合成过程的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合成酶合成酶 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 16 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 17IMP生成总反应过程生成总反应过程 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 18腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥

11、珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶2、AMP和和GMP的生成的生成 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 19AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 20p 嘌呤核苷酸是在嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。分子上逐步合成的。p IMP的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。p AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个ATP。嘌呤核苷酸从头合成特点嘌呤核苷酸从头合成特点 单击此处编辑母版

12、文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 21 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过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。补救合成（或重新利用）途径。（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 22腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hyp

13、oxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶参与补救合成的酶 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 23腺嘌呤腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 24补救合成的生理意义补救合成的生理意义p 补救

14、合成节省从头合成时的能量和一补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。些氨基酸的消耗。p 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。能进行补救合成。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 25（三）嘌呤核苷酸的相互转变（三）嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 26（四）（四）脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成在核苷在

15、核苷二二磷酸水平上进行磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 27dNDP+ATP 激酶激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 28（五

16、）（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。氨基酸或叶酸等的类似物。嘌呤类似物嘌呤类似物氨基酸类似物氨基酸类似物叶酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸等等氨蝶呤氨蝶呤氨甲蝶呤氨甲蝶呤等等 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 29次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)6-巯基嘌呤巯基嘌呤的结构的结构 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 30

17、嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotides 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 31（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸糖、氨基酸(2)及二氧化碳等简单物质为原及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。的途径。定义定义合成部位合成部位 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢

18、 32嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 33合成过程合成过程1.尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸+氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 34CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能

19、尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 35 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 362.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合

20、成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 373.dTMP或或TMP的生成的生成TMP合酶合酶N5,N10-甲烯甲烯FH4FH2FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 38（二）（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿

21、嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP+ADP 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 39（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 40某些改变了核糖结构的核苷类似物某些改变了核糖结构的核苷类似物 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 41DNA的复制与修复的复制与修复 单击此处编辑母版文本样式第

22、二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 42遗传信息的传递途径遵循遗传信息的传递途径遵循一、一、DNA的复制的复制 生物的遗传信息以密码的形式编码在生物的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，通过上，表现为特定的核苷酸排列顺序，通过DNA复制（复制（replication）由亲代传递给子代。）由亲代传递给子代。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 43（一）（一）DNA的半保留复制的半保留复制（semicoservative replication）在复制过程中首先碱基间氢在复制过程中首先碱基间氢键需断裂并使双链解旋

23、和分键需断裂并使双链解旋和分开，然后每条单链可作模板开，然后每条单链可作模板在其上合成新的互补链，结在其上合成新的互补链，结果由果由1个个DNA双链形成双链形成2个个DNA互补双链。新形成的两互补双链。新形成的两个个DNA分子与原来分子与原来DNA分子分子的碱基顺序完全一样。每个的碱基顺序完全一样。每个子代分子的一条链来自亲代子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成，另一条链是新合成的的,DNA的这种复制方式称为的这种复制方式称为。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 44 1958年年Meselson和和Stahl用同位素示踪和密用同位素示踪和密度

24、梯度离心的方法证明了度梯度离心的方法证明了DNA的半保留复制的半保留复制。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 45（二）参与（二）参与DNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质 1.DNA聚合酶（聚合酶（DNA Polymerase）又称又称 DNA-directed DNA polymerase,or DNA-dependent DNA polymerase i.e.DDDPase 参与参与DNA复制的酶有复制的酶有DNA聚合酶、聚合酶、DNA连接连接酶、旋转酶、解旋酶、单链结合蛋白和引发酶、旋转酶、解旋酶、单链结合蛋白和引发酶及一些蛋白质因子等。酶

25、及一些蛋白质因子等。是催化以脱氧核苷三磷酸（是催化以脱氧核苷三磷酸（dNTP）为底）为底物（物（substrate）合成）合成DNA的一类酶。的一类酶。原核细胞和真核细胞原核细胞和真核细胞DNA聚合酶的种类和作用有所不同聚合酶的种类和作用有所不同。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 46DNA聚合酶催化的反应：聚合酶催化的反应：ndATP ndGTP ndCTP ndTTP模板（模板（DNA），引物（），引物（RNA，DNA）DNA聚合酶聚合酶DNA 4nPPi 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 47DNA聚合酶的作

26、用机理聚合酶的作用机理 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 48在大肠杆菌中至少发现了五种在大肠杆菌中至少发现了五种DNA polymerase，分别是，分别是DNA polymerase I、II、III、IV和和V，其中，其中Polymerase I发现最早（发现最早（1956年），而年），而polymerase IV和和V直到直到1999年才发现。年才发现。（1）原核细胞）原核细胞DNA聚合酶聚合酶 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 49DNA polymerase I（pol I）：）：1956年年Kornb

27、erg等在等在Ecoli中发现的第中发现的第一个一个DNA聚合酶，是聚合酶，是DNA复制研复制研究中的重要里程碑，究中的重要里程碑，Kornberg因因此于此于1959年获得诺贝尔化学奖。年获得诺贝尔化学奖。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 50 DNA pol I 也称也称Kornberg酶酶,Mr 103 Kd,一一条多肽链条多肽链,一个锌原子（活性所必需），每个一个锌原子（活性所必需），每个E.Coli细胞内大约有细胞内大约有400个分子的个分子的pol I。53聚合作用聚合作用 35核酸外切酶的活性核酸外切酶的活性 53核酸外切酶的活性核酸外切酶

28、的活性 焦磷酸解作用焦磷酸解作用 焦磷酸基交换的作用焦磷酸基交换的作用 因此因此DNA pol I属于一种多功能酶属于一种多功能酶功能：功能：单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 5153聚合作用：聚合作用：DNA pol I 不能不能“从无到有从无到有”进行合进行合成，只能从已有的多核苷酸链的成，只能从已有的多核苷酸链的3-OH端端延长延长DNA链，即必须要有链，即必须要有Primer（引物）（引物）,primer多数情况下是多数情况下是RNA，少数情况下是，少数情况下是DNA，Primer必须要有一个游离的必须要有一个游离的3-OH。单击此处编辑母版文本

29、样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 52 模板：模板：单链单链DNA（单链线状（单链线状DNA、单链环状、单链环状DNA）；）；局部变成了单链的双链局部变成了单链的双链DNA；有切口（有切口（nick）的双链）的双链DNA；有缺口（有缺口（gap）的双链）的双链DNA；注意：完整的双链注意：完整的双链DNA不能作模板。不能作模板。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 53单链线状单链线状DNA单链环状单链环状DNAB.局部变成了单链局部变成了单链 的双链的双链DNAC.有切口（有切口（nick）的双链）的双链DNAD.有缺口（有缺口（gap

30、）的双链）的双链DNA模板引物模板引物53 53 A.单链单链DNA5 3 3 3 5 缺口填充缺口填充3 3 3 5 5 3 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 54用用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶处理胰蛋白酶或其他蛋白水解酶处理DNA pol I可以得到两个片段可以得到两个片段。A.大片段：第大片段：第324928氨基酸残基组成，氨基酸残基组成，Mr68000，具有聚合酶的活性和，具有聚合酶的活性和35核酸外切核酸外切酶的活性，这大片段称酶的活性，这大片段称Klenow fragment。B.小片段：第小片段：第1323个氨基酸残基组成，个氨基酸残基组成，

31、Mr 35000，具有，具有53核酸外切酶的活性。核酸外切酶的活性。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 55大片段：大片段：35核酸外切酶的主要功能是校对。核酸外切酶的主要功能是校对。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 5653核酸外切酶的主要功能在核酸外切酶的主要功能在DNA修复和切除引物中起作用。修复和切除引物中起作用。小片段：小片段：单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 57 Pol II是由一条是由一条Mr为为88Kd的多肽链组成，它的的多肽链组成，它的活性大约只有活性大约只

32、有polI活性的活性的5%，也要模板和带，也要模板和带3OH 的引物，最好的模板是带短的的引物，最好的模板是带短的gap的双链的双链DNA，有有35核酸外切酶的活性，但没有核酸外切酶的活性，但没有53核酸外切核酸外切酶的活性，主要用于酶的活性，主要用于DNA的修复。的修复。DNA Polymerase II（DNA pol II）：）：1970年和年和1971年先后分离出年先后分离出pol II和和pol III。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 58 是由多种蛋白质组成的复合物是由多种蛋白质组成的复合物,Mr 高达高达900Kd。每个每个Ecoli约含

33、约含10分子分子DNA pol III，虽然，虽然pol III的量很少，但活性很强，为的量很少，但活性很强，为pol I的的15倍，模板倍，模板和和pol II大致相同，有大致相同，有35核酸外切酶的活性，核酸外切酶的活性，但无但无53核酸外切酶的活性，核酸外切酶的活性，DNA pol III是原是原核细胞核细胞DNA复制的主要酶。这个酶的缺陷株往往复制的主要酶。这个酶的缺陷株往往是致死的。是致死的。DNA polymerase III(DNA pol III)：单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 59 DNA polymerase IV和和V（DNA

34、pol IV和和V）：）：1999年才被发现，涉及年才被发现，涉及DNA的错误倾向修复，当的错误倾向修复，当DNA受到严重损伤时，即可诱导产生这两种酶，使修受到严重损伤时，即可诱导产生这两种酶，使修复缺乏准确性，因而出现高的突变率。复缺乏准确性，因而出现高的突变率。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 60大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较聚合酶的比较pol Ipol IIpol III分子量分子量103Kd88Kd900Kd不同种类亚基数目不同种类亚基数目1 7 10每个细胞的分子数每个细胞的分子数40010010生物学活性生物学活性10.0515

35、53聚合酶活性聚合酶活性35外切酶活性外切酶活性53外切酶活性外切酶活性功能功能 校正，修复，校正，修复，去除去除RNA引物引物修复修复复制（复制（53聚合作用）聚合作用）单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 61 有有DNA pol.、5种，除种，除DNA pol r存在于线粒体内，其余均存在于细胞核存在于线粒体内，其余均存在于细胞核中。它们的差别除了细胞定位外，主要在于中。它们的差别除了细胞定位外，主要在于动力学性质和对抑制剂的敏感性不同。其他动力学性质和对抑制剂的敏感性不同。其他性质基本上同性质基本上同E.coli的聚合酶，也需要模板的聚合酶，也需要模

36、板,带带3-OH的引物和的引物和4种脱氧核苷三磷酸，链的种脱氧核苷三磷酸，链的延伸方向为延伸方向为53。（2）真核生物）真核生物DNA 聚合酶聚合酶 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 62哺乳动物哺乳动物DNA聚合酶聚合酶定位定位细胞细胞核核细胞细胞核核线粒线粒体体细胞细胞核核细胞细胞核核聚合方向：聚合方向：53 外切酶活性外切酶活性35功能功能引物引物 合成合成修复修复线粒线粒体体DNA合成合成核核DNA 合成合成修复修复 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 632.DNA 连接酶（连接酶（DNA ligase）催

37、化双链催化双链DNA切口的切口的5 磷酸磷酸基和基和3羟基生成磷酸二酯键。羟基生成磷酸二酯键。连接酶催化连接酶催化DNA复制中最后复制中最后的反应步骤。的反应步骤。连接反应需要供给能量。连接反应需要供给能量。E.coli 和其他细菌的和其他细菌的DNA连接酶以烟酰胺腺嘌呤二连接酶以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（核苷酸（NAD）为能源，）为能源，动物细胞和噬菌体的连接动物细胞和噬菌体的连接酶则以腺苷三磷酸（酶则以腺苷三磷酸（ATP）为能源。为能源。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 64 此酶首先在此酶首先在E.Coli中发现，当时称中发现，当时称-蛋白，蛋白，后来

38、在真核生物中也发现了类似活性的酶，真后来在真核生物中也发现了类似活性的酶，真核生物中的这类酶名称各不相同，有称核生物中的这类酶名称各不相同，有称nicking-closing enzyme（切口开合酶，切口闭（切口开合酶，切口闭合酶等），合酶等），untwisting enzyme（解缠酶）。（解缠酶）。（1）topoisomerase I（拓扑异构酶（拓扑异构酶I，Top I；旋转酶；旋转酶I）这个酶的功能是切开超螺旋双链这个酶的功能是切开超螺旋双链DNA中的一中的一条链，链的切口末端就可转动，使条链，链的切口末端就可转动，使DNA变成松驰变成松驰状态，然后再将切口封闭，这酶作用时不消耗状态

39、，然后再将切口封闭，这酶作用时不消耗ATP。3.使使DNA双螺旋解开所需的酶或蛋白质双螺旋解开所需的酶或蛋白质 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 65 它的功能也是使超螺旋松驰。在消耗它的功能也是使超螺旋松驰。在消耗ATP的情的情况下，能将复制叉前方产生的正超螺旋变成负超况下，能将复制叉前方产生的正超螺旋变成负超螺旋。在无螺旋。在无ATP时，可同时切开超螺旋的两条链，时，可同时切开超螺旋的两条链，使使DNA变成松驰状态，然后将切口封接好，克服变成松驰状态，然后将切口封接好，克服解链过程中在复制叉前方造成的解链过程中在复制叉前方造成的“打结打结”现象。现象

40、。（2）topoisomerase II（拓扑异构酶（拓扑异构酶II，Top II；旋转酶；旋转酶II）这酶首先也是在这酶首先也是在E.Coli中发现。中发现。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 66（3）DNA helicase（DNA 解螺旋酶，解螺旋酶，DNA解旋酶，解旋酶，DNA解链酶）解链酶）通过水解通过水解ATP获得能量获得能量,使双螺旋使双螺旋DNA两条链分开。两条链分开。目前已知目前已知E.Coli含有含有4种解螺旋酶，即种解螺旋酶，即解螺旋酶解螺旋酶I、II、III和和Rep蛋白，其中蛋白，其中Rep蛋白是蛋白是E.Coli中最主要的解螺

41、旋酶，每解中最主要的解螺旋酶，每解开一个碱基对需水解开一个碱基对需水解2分子分子ATP。通过水。通过水解解ATP打断互补双链间的氢键。打断互补双链间的氢键。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 67 功能：与解开双螺旋后的单链功能：与解开双螺旋后的单链DNA结合，防止单链结合，防止单链DNA重新形成双螺旋，重新形成双螺旋，另外防止单链另外防止单链DNA被核酸酶降解。被核酸酶降解。原核生物的原核生物的SSB与单链与单链DNA的结合表现为正协的结合表现为正协同效应，而真核生物的同效应，而真核生物的SSB没有这种协同效应。没有这种协同效应。（4）单链结合蛋白（）单

42、链结合蛋白（Single-strand binding proteins，SSB）单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 68（三）原核生物（三）原核生物DNA的复制过程的复制过程 1.DNA复制的起点和方向复制的起点和方向 原核生物：原核生物：1个起点（个起点（origin of replication，复制起点，复制原点）。复制起点，复制原点）。复制起点核苷酸序列的特复制起点核苷酸序列的特征征:（1）碱基序列高度保守。）碱基序列高度保守。（2）富含）富含AT，有利于，有利于DNA的解链。的解链。方向方向:大多为双向复制。大多为双向复制。单击此处编辑母版文本

43、样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 69E.Coli染色体染色体DNA复制复制:复制时有一个复复制时有一个复制起点，双向展开，形成制起点，双向展开，形成状中间物，直至状中间物，直至两个复制叉相遇，这种复制称两个复制叉相遇，这种复制称复制。复制。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 70 复制子复制子:受同一个复制起始区控制的受同一个复制起始区控制的DNA被称为复制子（被称为复制子（replicon），它是复制的功能单），它是复制的功能单位。位。原核细胞原核细胞DNA复制只有一个复制起始区，复制只有一个复制起始区，因此它只有一个复制子。通常细

44、菌、病毒和线因此它只有一个复制子。通常细菌、病毒和线粒体的粒体的DNA分子都是作为单个复制子完成复制分子都是作为单个复制子完成复制的。的。真核生物：有很多复制起点，复制方向也真核生物：有很多复制起点，复制方向也是双向。真核细胞的细胞核是双向。真核细胞的细胞核DNA复制有多个复复制有多个复制起始区，因此它包含多个复制子。制起始区，因此它包含多个复制子。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 71起点起点 起点起点+复制眼复制眼 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 72在复制的起始点处，在复制的起始点处，DNA双链部分解开为单

45、链，双链部分解开为单链，形成叉子形状称复制叉（形成叉子形状称复制叉（replication fork）。）。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 73大多数生物大多数生物DNA的复制是双的复制是双向的，但也有例外，向的，但也有例外，如滚环式复制如滚环式复制（rolling circle replication）。）。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 742.DNA的半不连续复制（的半不连续复制（semi-discontinuous replication）单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章

46、核酸代谢 75 所有已知的所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是聚合酶的合成方向都是53。1968年日本学者年日本学者Okazaki冈崎提出了冈崎提出了DNA的不连续的不连续复制模型，他认为复制模型，他认为35走向的走向的DNA链的合成是不链的合成是不连续的，是由许多连续的，是由许多53方向合成的方向合成的DNA片段连接片段连接起来的，这些不连续的起来的，这些不连续的DNA片段称为片段称为冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragment）。原核细胞冈崎片段的长度。原核细胞冈崎片段的长度为为10002000个核苷酸，相当于个核苷酸，相当于1个顺反子个顺反子（cistron）的大小，即基因的大小；

47、真核生物冈崎）的大小，即基因的大小；真核生物冈崎片段的长度为片段的长度为100200个核苷酸，相当于个核苷酸，相当于1个核小个核小体体DNA的大小。的大小。35走向的走向的DNA链是不连续的，链是不连续的，53走向的走向的DNA链是连续的，因此称半不连续复制。链是连续的，因此称半不连续复制。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 76 在在DNA复制时，以复制时，以35方向为模板合成的一条方向为模板合成的一条新链是连续的新链是连续的,称称前导链前导链（leading strand），它的延），它的延伸方向与复制叉的移动方向相同。另一条新链的合伸方向与复制叉的移

48、动方向相同。另一条新链的合成是不连续的，由许多成是不连续的，由许多53方向的冈崎片段组成，方向的冈崎片段组成，这条新链称这条新链称滞后链滞后链（lagging strand），它的延伸方），它的延伸方向与复制叉的移动方向相反。向与复制叉的移动方向相反。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 77 DNA聚合酶不能聚合酶不能“从无到有从无到有”地合成多核地合成多核苷酸链，只能从已有的多核苷酸链上延长，这苷酸链，只能从已有的多核苷酸链上延长，这个已有的多核苷酸链就是引物，所以个已有的多核苷酸链就是引物，所以DNA的合的合成必须要有引物，体内的引物多数情况下是成必须

49、要有引物，体内的引物多数情况下是RNA，但也可利用体内原有的，但也可利用体内原有的DNA片段。片段。3.DNA的合成需要以的合成需要以RNA为引物为引物 单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 78 以单链以单链DNA为模板，沿为模板，沿53方向合成小分子方向合成小分子RNA引物，在大肠杆菌中引物，在大肠杆菌中RNA引物（引物（RNA primer）由引发酶（由引发酶（primase）催化，引物的长度）催化，引物的长度160个核苷个核苷酸（引物的长度取决于物种）。酸（引物的长度取决于物种）。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代

50、谢 79合成合成RNA引物的过程称引发，引发是一个十引物的过程称引发，引发是一个十分复杂的过程（分复杂的过程（a,b,c)。4.引发（引发（priming）DNA合成的起始合成的起始（a）大约）大约20个个DnaA蛋白各带蛋白各带1个个ATP结合到结合到4个个9bp的重复序列上，的重复序列上，DNA缠绕在上面，缠绕在上面，形成起始复合物形成起始复合物（initial complex）。）。单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级赵丹丹第11章 核酸代谢 80（b）HU蛋白是类组蛋蛋白是类组蛋白，可与白，可与DNA结合，促结合，促进起始，受其影响，邻进起始，受其影响，邻近的三个近的三个1