生物化学 第十二章 核酸代谢课件.ppt

1、四川省精品课程 生物化学第十二章第十二章 核酸代谢核酸代谢四川省精品课程 生物化学1 1.核苷酸是合成核苷酸是合成DNADNA和和RNARNA所必需的前体。所必需的前体。2 2.ATP.ATP是生物体内能量代谢中通用的高能化是生物体内能量代谢中通用的高能化合物，是合物，是联系产能反应和需能反应的主要联系产能反应和需能反应的主要物质。物质。3 3.核苷酸的衍生物是糖类、脂类等核苷酸的衍生物是糖类、脂类等合成中前合成中前体的活化形式体的活化形式。四川省精品课程 生物化学4 4.腺苷酸腺苷酸是许多辅酶如是许多辅酶如NADNAD+、NADPNADP+、FADFAD和和CoASHCoASH的组成成分。的

2、组成成分。5 5.cAMPcAMP、cGMPcGMP等是代谢调节物质。等是代谢调节物质。6 6.有些核苷酸如有些核苷酸如ATPATP、GTPGTP、UTPUTP、CTPCTP是许是许多磷酸激酶的多磷酸激酶的辅酶辅酶。四川省精品课程 生物化学第十二章第十二章 核酸代谢核酸代谢第一节、核苷酸代谢第一节、核苷酸代谢第二节、第二节、DNADNA的生物合成的生物合成第三节、第三节、RNARNA的生物合成的生物合成四川省精品课程 生物化学第一节第一节 核苷酸代谢核苷酸代谢 一、核苷酸的分解代谢一、核苷酸的分解代谢 二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢 三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成四

3、川省精品课程 生物化学 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖-1P一一、核苷酸分解代谢核苷酸分解代谢磷酸磷酸核苷水解酶核苷水解酶碱基碱基+戊糖戊糖四川省精品课程 生物化学(一一)核酸酶核酸酶（1）根据对底物的根据对底物的 专一性分为专一性分为（2）根据切割位点分为）根据切割位点分为核糖核酸酶核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶非特异性核酸酶核酸内切酶核酸内切酶(DNase,RNase)核酸外切酶核酸外切酶(蛇毒磷酸二蛇毒磷酸二酶、牛脾磷酸二酯酶酶、牛脾磷酸二酯酶)四川省精品课程

4、 生物化学(二二)限制性内切酶限制性内切酶原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNA双螺旋中双螺旋中4-84-8个个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序回文序列列，并在此序列的某位点水解，并在此序列的某位点水解DNADNA双螺旋链，产生粘双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶限制性内切酶。四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学（三）嘌呤的分解代谢（三）嘌呤的分解代谢 不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。人、灵

5、长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至尿素、甚至COCO2 2、NHNH3 3。核酸中的嘌呤主要是核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先首先脱氨脱氨，分别生成，分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成，再进一步代谢生成尿酸尿酸。鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶腺嘌呤核腺嘌呤核苷脱氨酶苷脱氨酶四川省精品课程 生物化学尿酸过多导致痛风（尿酸过多导致痛风（gout）四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学（四）（四

6、）嘧啶的分解代谢嘧啶的分解代谢-丙氨酸丙氨酸四川省精品课程 生物化学-氨基异丁酸氨基异丁酸四川省精品课程 生物化学二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢 概述：概述：从头合成从头合成基本途径基本途径 半合成（补救合成）半合成（补救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）戊糖）核苷酸核苷酸 dNDP分解的现成嘌呤、嘧啶分解的现成嘌呤、嘧啶ATP（一）（一）嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成嘌呤环中各原子的来源嘌呤环中各原子的来源四川省精品课程 生物化学5P核糖焦磷酸（核糖焦磷酸（PRPPPRPP）次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMP）其他嘌呤核苷酸其他嘌呤核苷酸1 1、主要合成途径、主要合成途径O

7、OHHHOHHNH2HCH2OP 1 1-氨氨 基基-5 5-磷磷 酸酸 核核 苷苷（5 5-磷磷 酸酸 核核 糖糖 胺胺，P PR RA A）PPi 酰胺转移酶谷氨酰胺谷氨酸OOHHHOHHHCH2OOPPOPOOHHHOHOHHHCH2OPAMPATPMg2+磷磷酸酸核核糖糖焦焦磷磷酸酸 （P PR RP PP P）5 5-磷磷酸酸核核糖糖 PRPP合成酶HNHCNCCCNCHNORH2NHCNHCCCNCHNOROH2NH2NCCCNCHNORPPPH2OFH4FH4K+NHH2NCCCNCHNORPHCCH2COOHCOOHHOH2NCCCNCHNORPH2NCHCNCHNRPCH2C

8、NHCHHNRPHNOCH2CNHCHHNRPOOH2OATP,M g2+CO2H2OATPOOHHHOHHHN HCH2POATP,Mg2+Mg2+COH2CNH2OHCOH2CNH2FH4FH4ATPMg2+OOHHHOHHNH2HCH2OP-5 5-次黄嘌呤核苷酸（IMP）-5 5-5 5-甲甲酰酰胺胺基基咪咪唑唑-4 4-甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸 （F FA AI IC CA AR R）-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑-4 4-甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸（A AI IC CA AR R）环环水水解解酶酶转甲酰基酶N10-甲酰-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑-4 4-（N N-琥琥珀珀

9、酸酸）-甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸（S SA AI IC CA AR R）延胡索酸裂解酶-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑-4 4-羧羧酸酸核核苷苷酸酸（C CA AI IR R）-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑核核苷苷酸酸（A AI IR R）-5 5-甲甲酰酰甘甘氨氨脒脒核核苷苷酸酸（F FG GA AM M）-5 5-甲甲酰酰甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸（F FG GA AR R）天冬氨酸AIR合成酶谷氨酰胺谷氨酸羧化酶甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸 （G GA AR R）甘氨酸N5,N10-甲炔转甲酰基酶ADP+PiGAR合成酶 1 1-氨氨基基-5 5-磷磷酸酸核核苷苷（5 5-磷磷酸

10、酸核核糖糖胺胺，P PR RA A）合成酶IMPIMP的合成要点：的合成要点：（1 1）在磷酸核糖分子上）在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环逐步合成嘌呤环；（2 2）PRPPPRPP（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）是重要的中间代谢物，是重要的中间代谢物，它不仅参与嘌呤核苷酸的从头合成，而且参与嘧啶核它不仅参与嘌呤核苷酸的从头合成，而且参与嘧啶核苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救合成。苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救合成。（3 3）PRPPPRPP合成酶合成酶和和酰胺转移酶酰胺转移酶为关键酶。为关键酶。IMPAMPXMPH2OATPNADH+H+AspGlnGluGMPGTP腺腺苷苷酸酸代代琥琥珀

11、珀酸酸 （A AM MP PS S）AMPS合成酶AMPS裂裂解解酶酶延胡索酸GMP合合成成酶酶IMP脱脱氢氢酶酶NAD+H2OHNNNNNHR-5-PHNNHNNOR-5-PCHHOOCCH2COOHOIMP是是AMP和和GMP的前体。的前体。ATP和和GTP的生成的生成AMPADPATPATPADPATPADPATPADPATPADPGMPGDPGTP激激酶酶激激酶酶激激酶酶激激酶酶四川省精品课程 生物化学(4)(4)四氢叶酸（四氢叶酸（FHFH4 4）是一碳单位的载体是一碳单位的载体 嘌呤核苷酸合成特点嘌呤核苷酸合成特点(1)(1)先先形成形成IMPIMP，然后在单磷酸的水平上转然后在单

12、磷酸的水平上转变成变成AMPAMP、GMPGMP。(2)IMP(2)IMP合成从合成从5 5-P-P-核糖开始的，在核糖开始的，在ATPATP参参与下先形成与下先形成PRPPPRPP (3)(3)嘌呤的各个原子是在嘌呤的各个原子是在PRPPPRPP的的C C1 1上逐渐上逐渐加上去的。由加上去的。由AspAsp、GlnGln、GlyGly、甲酸、甲酸、COCO2 2 提供提供N N和和C C.四川省精品课程 生物化学2 2、补救合成、补救合成A AP PR RT TA AM MP P+P PP Pi i腺腺嘌嘌呤呤+P PR RP PP P腺腺嘌嘌呤呤磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶次次黄黄嘌嘌呤

13、呤-鸟鸟嘌嘌呤呤磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶(H HG GP PR RT T)鸟鸟嘌嘌呤呤+P PR RP PP PG GM MP P+P PP Pi iATP ADPATP ADPAMPAMP腺苷激酶腺苷激酶腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷四川省精品课程 生物化学补救合成的生理意义补救合成的生理意义 (1)节省能量及一些氨节省能量及一些氨基酸的消耗基酸的消耗；(2)体内某些组织器官体内某些组织器官（如脑、骨髓等）只（如脑、骨髓等）只能进行嘌呤核苷酸补能进行嘌呤核苷酸补救合成。救合成。四川省精品课程 生物化学(二二)嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成 小分子化合物小分子化合物嘧啶环，再与核糖磷嘧啶环，再与核

14、糖磷酸结合酸结合UMP，关键的中间化合物是关键的中间化合物是乳乳清酸清酸，其他嘧啶核苷酸则由，其他嘧啶核苷酸则由尿苷酸尿苷酸转转变而来。变而来。N3C2N1C6C5C4氨基甲酰氨基甲酰磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸嘧啶碱（嘧啶碱（UMPUMP）合成的元素来源合成的元素来源=O=OdR-5-P1 1、嘧啶核苷酸的主要合成过程、嘧啶核苷酸的主要合成过程氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺+H H2 2N NC CO OP PO OH HO O-O OO OC CO O2 2-2ATP2ATP2ADP+Pi2ADP+PiGluGluC CH H C CO OO OH HNH2C CH H2

15、 2H HO OO OC CPiPi天冬氨酸氨基甲酰转移酶天冬氨酸氨基甲酰转移酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶脱氢酶脱氢酶N NA AD DH HN NA AD D+C CO O2 2脱羧酶脱羧酶尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸C CN NC C H HC C H HC CO OO OR RN NH H5 5P P氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸N NH H2 2C CN NC CH HC CH H2 2C CO OH HO OO OH HC CO OO OH H二氢乳清酸二氢乳清酸C CN NC CH HC CH H2 2C CO OO OH HN NH HC CO OO OH H乳清酸乳清酸C CN NC

16、CC CH HC CO OO OH HN NH HC CO OO OH H磷酸核糖磷酸核糖转移酶转移酶PRPPPRPPPPiPPi乳乳清清酸酸核核苷苷酸酸C CN NC CC C H HC CO OO OR RN NH HC C O O O O H H5 5P P氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸四川省精品课程 生物化学 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶-氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶-分分 布布 线粒体（肝）线粒体（肝）胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）氮氮 源源 氨氨 谷氨酰胺谷氨酰胺变构激活剂变构激活剂 N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 无无功功 能能 尿素合成尿素合成 嘧啶的合成嘧啶的合成氨

17、基甲酰磷酸合成酶的比较氨基甲酰磷酸合成酶的比较UMP UDP、UTPATPCTP（氨基化（氨基化 GLn）由由UTPUTP生成生成CTPCTP的反应发生的反应发生在三磷酸核苷的水平上。在三磷酸核苷的水平上。四川省精品课程 生物化学2 2、嘧啶核苷酸的补救合成途径、嘧啶核苷酸的补救合成途径尿尿苷苷激激酶酶尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷+A AT TP P U UM MP P+A AD DP P嘧嘧啶啶磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶嘧嘧啶啶+P PR RP PP P（嘧嘧啶啶：尿尿嘧嘧啶啶，胸胸腺腺嘧嘧啶啶，乳乳清清酸酸，不不包包括括胞胞嘧嘧啶啶）嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸+P PP Pi i三、脱氧核糖核苷酸的合

18、成三、脱氧核糖核苷酸的合成体内脱氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸水平还原而成体内脱氧核糖核苷酸由核糖核苷二磷酸水平还原而成(脱氧胸腺嘧啶核苷酸除外脱氧胸腺嘧啶核苷酸除外)1.1.在在NDPNDP（核苷二磷酸）水平上：核苷二磷酸）水平上：ADP dADP dATPGDP dGDP dGTPCDP dCDP dCTPH2 H2OATP ADP酶酶1酶酶2酶酶1：核糖核苷酸还原酶：核糖核苷酸还原酶 酶酶2：激酶：激酶2 2 dTTPdTTP的生成的生成UDP dUDPdUMP dTMP dTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化甲基化脱氨基脱氨基（主要）（主要）N5，N10-甲烯四氢叶酸甲烯四氢叶酸四

19、川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学第二节第二节 DNADNA的生物合成的生物合成在在DNADNA合成时，决定其结构特异性的遗传信息只能合成时，决定其结构特异性的遗传信息只能来于自身，因此必须由原来的来于自身，因此必须由原来的DNADNA作为模板合成新作为模板合成新的的DNADNA分子。新合成的分子。新合成的DNADNA分子是模板分子是模板DNADNA分子的分子的复制品，故复制品，故DNADNA的生物合成亦称的生物合成亦称DNADNA的复制的复制。四川省精品课程 生物化学一、参与一、参与DNADNA复制的酶及蛋白因子复制的酶及蛋白因子 (一）一）DNADNA聚合酶聚合酶(二）二）DN

20、ADNA连接酶连接酶(三）与解除三）与解除DNADNA高级结构有关的酶及高级结构有关的酶及蛋白因子蛋白因子四川省精品课程 生物化学（1 1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（2 2）反应需要有模板的指导；）反应需要有模板的指导；（3 3）反应需要有）反应需要有3 3-OHOH存在；存在；（4 4）DNADNA链的合成方向为链的合成方向为5 53 3；（5 5）需要引物。）需要引物。(一）一）DNADNA聚合酶：聚合酶：5 5 3 3 四川省精品课程 生物化学 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶亚基数目亚基数目 单体酶单体酶

21、 单体酶单体酶 2222多亚基酶多亚基酶 5 35 3聚合活性聚合活性 +中中 +很低很低 +很高很高3 53 5外切活性外切活性 +5 35 3外切活性外切活性 +-+-主要是对主要是对DNADNA损伤的修损伤的修复；以及复；以及在在DNADNA复制时复制时切除切除RNARNA引物并填补其引物并填补其留下的空隙。留下的空隙。修复紫外光修复紫外光引起的引起的DNADNA损损伤伤DNA DNA 复制的主要聚合复制的主要聚合酶酶.1.1.原核生物中的原核生物中的DNADNA聚合酶聚合酶(大肠杆菌大肠杆菌):):四川省精品课程 生物化学2.2.真核细胞真核细胞DNADNA聚合酶：聚合酶：亚基数亚基数

22、44425分子量（分子量（KD)25036-38160-300170256细胞内定位细胞内定位核核核核线粒体线粒体核核核核35外切外切活性活性功能功能引物合成引物合成修复修复复制复制复制复制修复修复四川省精品课程 生物化学3535OHOHP P二）、二）、DNADNA连接酶连接酶:四川省精品课程 生物化学三）、与解除三）、与解除DNADNA高级结构有关的酶及蛋白因子高级结构有关的酶及蛋白因子 通过水解通过水解ATPATP将将DNADNA两条链打开。两条链打开。E.coliE.coli中的中的reprep蛋白就是解链酶蛋白就是解链酶。每解开一对碱每解开一对碱基需要水解基需要水解2 2个个ATPA

23、TP分子。分子。1 1.解链酶解链酶 四川省精品课程 生物化学2 2.拓朴异构酶：拓朴异构酶：引起拓扑异构体反应的酶称为拓朴异构酶引起拓扑异构体反应的酶称为拓朴异构酶拓朴异构酶拓朴异构酶：使使DNADNA一条链发生断裂和再一条链发生断裂和再连接。作用是松解负超螺旋。连接。作用是松解负超螺旋。拓朴异构酶拓朴异构酶：使使DNADNA两条链发生断裂和两条链发生断裂和再连接。当引入负超螺旋时需要由再连接。当引入负超螺旋时需要由ATPATP提供能量。提供能量。四川省精品课程 生物化学稳定已被解开的稳定已被解开的DNADNA单单链，阻止复性和保护链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。单链不被核酸酶降解。3

24、 3.单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB)SSB)四川省精品课程 生物化学二、二、DNADNA的半保留复制的半保留复制 由亲代由亲代DNADNA生成子代生成子代DNADNA时，每个新形成的时，每个新形成的子代子代DNADNA中，一条链来中，一条链来自亲代自亲代DNADNA，而另一条而另一条链则是新合成的，这链则是新合成的，这种复制方式叫种复制方式叫半保留半保留复制复制.(一一)概念概念 四川省精品课程 生物化学(二二)半保留复制的实验验证半保留复制的实验验证四川省精品课程 生物化学(三三)DNA)DNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义：DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表

25、明DNADNA在代谢在代谢上的上的稳定性稳定性，保证亲代的保证亲代的遗传信遗传信息稳定地传递给后代息稳定地传递给后代。四川省精品课程 生物化学 三、冈崎片段与半不连续复制三、冈崎片段与半不连续复制四川省精品课程 生物化学同位素实验（短期脉冲标记）同位素实验（短期脉冲标记）1 1、3 3HdTHdT 短时间（短时间（2s2s）内为）内为DNADNA小片段小片段一段时间（一段时间（30s30s）后）后检检测到测到 DNADNA大片段。大片段。推断先合成推断先合成小片段然后连接成大片段小片段然后连接成大片段。2 2、当用、当用DNADNA连接酶的变异株连接酶的变异株（2525C C 42 42C C

26、）时，检测到大量）时，检测到大量DNADNA片段小的积累。片段小的积累。证明证明DNADNA复复制中有小片段合成制中有小片段合成。四川省精品课程 生物化学四、四、DNADNA的复制过程（以大肠杆菌为例）的复制过程（以大肠杆菌为例）（一）复制的起始（一）复制的起始（二）（二）DNADNA链的延长链的延长（三）（三）DNADNA链终止链终止四川省精品课程 生物化学(一）复制起始一）复制起始1 1、辨认起始点、辨认起始点2 2、模版、模版DNADNA解除高级结构解除高级结构3 3、RNARNA引物的生成引物的生成四川省精品课程 生物化学1.辨认起始点辨认起始点vDNADNA的复制有特定的起始位点，的

27、复制有特定的起始位点，叫做叫做复制原点复制原点。常用。常用oriori(或或o o）表示。许多生物的复制原点表示。许多生物的复制原点都是富含都是富含A A、T T的区段。的区段。四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学2 2.模版模版DNADNA解除高级结构解除高级结构 首先首先DNADNA解螺旋酶解螺旋酶(DnaBDnaB)打开局部双链，打开局部双链，SSBSSB与每条单链结合，稳定单链并防止与每条单链结合，稳定单链并防止DNADNA复性；然后在复性；然后在DNADNA旋转酶（旋转酶（TOPTOP)的作用的作用下，使螺旋下，使螺旋DNADNA局部变成局部变成松弛态松弛态。四川省精品课

28、程 生物化学四川省精品课程 生物化学起起始因子、引物酶、始因子、引物酶、DNADNA聚合酶聚合酶等随后结合，等随后结合，复制开始。复制开始。四川省精品课程 生物化学引发体引发体在复制叉上移动，沿模板链在复制叉上移动，沿模板链5 5 33的方向移动，与复制叉移动的方向相的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，同，识别合成的起始位点，DnaBDnaB蛋白蛋白.,.,活化引物合成酶活化引物合成酶,引发引发RNARNA引物的合成引物的合成。3 3.RNARNA引物的合成引物的合成四川省精品课程 生物化学 领头链领头链 随后链随后链 冈崎片段冈崎片段 半不连续复制半不连续复制冈崎模型冈崎

29、模型（二）（二）链的延伸链的延伸四川省精品课程 生物化学领头链领头链在在DNADNA复制时，合成方向与复制复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。叉移动的方向一致并连续合成的链。随后链随后链在在DNADNA复制时，合成方向与复制复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的段，最后再连成一条完整的DNADNA链。链。四川省精品课程 生物化学当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3-3-OHOH端端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。复制叉移动到遇到上一个冈崎片段时即停止合成。复制

30、叉移动到终止区即终止区即停止复制停止复制在在DNADNA聚合酶聚合酶催化下切除催化下切除RNARNA引物；留下的空隙由引物；留下的空隙由DNADNA聚合酶聚合酶催化合成一段催化合成一段DNADNA填补上；在填补上；在DNADNA连接连接酶作用下，连接相邻的酶作用下，连接相邻的DNADNA链；链；（三）合成终止（三）合成终止四川省精品课程 生物化学(一）一）原核生物原核生物DNADNA的复制的复制起点起点起点原核生物DNA的双向复制五、原核生物与真核生物五、原核生物与真核生物DNADNA的复制特点的复制特点四川省精品课程 生物化学3 四川省精品课程 生物化学(二）真核生物二）真核生物DNADNA

31、的复制的复制真核生物真核生物DNA的多起点复制的多起点复制四川省精品课程 生物化学1 1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。眼，呈双向复制，多复制子。2 2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200200bpbp.3 3、真核生物真核生物DNADNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。4 4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制点。再重新开始复制点。四川省精品课程 生物化学(三）新链三）新链55末端复制末端复制 1 1、原核生物新链末端的复制、原核生物新链末端的复制 2 2、端粒和端粒

32、酶、端粒和端粒酶四川省精品课程 生物化学 真核生物线性染色体两端有端粒结构，防真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新合成链合成链5 5 RNARNA引物切除后的填补，亦保持引物切除后的填补，亦保持端端粒的一定长度粒的一定长度。四川省精品课程 生物化学复制叉复制叉复制叉复制叉终止区终止区 端粒结构端粒结构3 3 5 5 3 3 5 5 端粒结构端粒结构端粒酶是含端粒酶是含RNARNA的的逆转录酶逆转录酶四川省精品课程 生物化学真核和原核真核和原核DNADNA细胞复制比较细胞复制比较四川省精品课程 生物化学第三节第三节 RNAR

33、NA的生物合成的生物合成一、催化一、催化RNARNA合成的酶合成的酶二、二、RNARNA的合成过程的合成过程三、三、RNARNA转录转录“加工加工”四川省精品课程 生物化学 在生物界，在生物界，RNARNA合合成有两种方式：成有两种方式：一是一是DNADNA指导的指导的RNARNA合成合成（转录转录););另一种是另一种是RNARNA指导的指导的RNARNA合成（合成（复制复制)。基因表达与转录基因表达与转录四川省精品课程 生物化学一、催化一、催化RNARNA合成的酶合成的酶 一）、一）、RNARNA聚合酶聚合酶 二）、二）、RNARNA复制酶复制酶 三）、三）、RNARNA生物合成的抑制剂生

34、物合成的抑制剂四川省精品课程 生物化学 1.1.细菌细菌RNARNA聚合酶聚合酶(一）、一）、RNARNA聚合酶聚合酶(DDRPDDRP)四川省精品课程 生物化学五种亚基的功能：五种亚基的功能：亚基亚基：与启动子结合功能。与启动子结合功能。亚基：亚基：含催化部位，起催化作用，含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。催化形成磷酸二酯键。亚基：亚基：与与DNADNA模板结合功能。模板结合功能。亚基亚基：识别起始位点。识别起始位点。因子因子707032325454D D功能功能正常转录正常转录热休克蛋白热休克蛋白利用氮源利用氮源鞭毛形成及游动基因鞭毛形成及游动基因四川省精品课程 生物化学2.2.

35、真核真核RNARNA聚合酶聚合酶 种种类类 亚亚细细胞胞定定位位 对对-鹅鹅膏膏蕈蕈碱碱敏敏感感性性 功功能能 RNA pol 核核仁仁 不不敏敏感感 合合成成rRNA前前体体 RNA pol 核核基基质质 极极敏敏感感 合合成成HnRNA RNA pol 核核基基质质 敏敏感感 合合成成tRNA前前体体 snRNA及及5S rRNA 四川省精品课程 生物化学(二）二）RNARNA复制酶复制酶(RDRPRDRP)以以RNA为模板在为模板在RNA复制酶催化下合成复制酶催化下合成RNA的的过程称过程称RNA复制复制。RNA病毒感染大肠杆菌时才病毒感染大肠杆菌时才产生产生RNA复制酶，它在宿主细胞内

36、，以复制酶，它在宿主细胞内，以4种种NTP为底物，以病毒为底物，以病毒RNA为模板催化合成新为模板催化合成新RNA链链（53）。）。四川省精品课程 生物化学(三）三）RNARNA生物合成的抑制剂生物合成的抑制剂 放线菌素放线菌素D D利福平利福平鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱原核原核抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制真核真核抑制抑制不抑制不抑制抑制抑制RNARNA聚合酶聚合酶四川省精品课程 生物化学二、二、RNARNA的合成过程的合成过程(一）一）RNARNA合成的起始合成的起始(二）链的延长二）链的延长(三）三）RNARNA合成的终止合成的终止四川省精品课程 生物化学(一）一）RNARNA合成的起始合成的起始是

37、指是指RNARNA聚合酶结合并起动转录的聚合酶结合并起动转录的DNADNA序列。序列。四川省精品课程 生物化学 1.1.原核生物启动子原核生物启动子53+1转录起始点转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学2.2.真核生物启动子真核生物启动子 真核启动子一般包括转录起始点及真核启动子一般包括转录起始点及其上游约其上游约100100200bp200bp序列序列(包含有若干包含有若干具有独立功能的具有独立功能的DNADNA序列元件序列元件)。核心启动子元件核心启动

38、子元件上游启动子元件上游启动子元件四川省精品课程 生物化学-35-10pppG或或pppA55553333模板链模板链E(二）链的延伸二）链的延伸 加入的第一个核苷三磷酸常是加入的第一个核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP。所形成的所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为称为三元起始复合物三元起始复合物。四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学3 5 RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学

39、(三）三）转录终止转录终止 位于一个基因或操纵子末端，提供转位于一个基因或操纵子末端，提供转录终止信号的录终止信号的DNADNA序列。序列。四川省精品课程 生物化学1 1、强终止子、强终止子四川省精品课程 生物化学2 2、弱终止子、弱终止子 依赖于依赖于RNA的的ATP酶的水解获得能量。酶的水解获得能量。促使促使RNA-DNA杂合双链解旋。杂合双链解旋。只能引起没有进行翻译的只能引起没有进行翻译的RNA合成终止。合成终止。因子因子特性特性四川省精品课程 生物化学大肠杆菌两类终止子的回文结构大肠杆菌两类终止子的回文结构A.不依赖于不依赖于Rho（）的强终止子的强终止子A.依赖于依赖于Rho（）的

40、的弱终止子弱终止子富含富含G-C系列系列U四川省精品课程 生物化学真核真核生物生物和原和原核生核生物转物转录的录的差别差别DNA核核核糖体核糖体新生蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA 真核生物中转录与翻译在不同的区域真核生物中转录与翻译在不同的区域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同四川省精品课程 生物化学三、三、RNARNA转录转录“加工加工”在细胞内，由在细胞内，由RNARNA聚合酶合成的原初转聚合酶合成的原初转录物（录物（primary transcriptprim

41、ary transcript）往往需要一往往需要一系列的变化，包括系列的变化，包括链的裂解链的裂解、5 5 和和3 3 末端的末端的切除切除和和特殊结构的形成特殊结构的形成、核苷的修饰核苷的修饰、以、以及及拼接和编辑等过程拼接和编辑等过程，才转变为成熟的，才转变为成熟的RNARNA分子。分子。四川省精品课程 生物化学(一）一）mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工 原核生物原核生物的的mRNAmRNA转录后一般不需转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。寿期短）。四川省精品课程 生物化学5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistro

42、n )HnRNA m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 55端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催化末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intronintron)，拼接外显子拼接外显子(extronextron)四川省精品课程 生物化学甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶(二）二）rRNArRNA的转

43、录后加工的转录后加工四川省精品课程 生物化学(三）三）tRNAtRNA的生物合成的生物合成：主要有以下几种加工方式：主要有以下几种加工方式：切切断、剪接和化学修饰断、剪接和化学修饰。四川省精品课程 生物化学a a、切除切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列：55端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示

44、核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 四川省精品课程 生物化学加工加工四川省精品课程 生物化学 原原 核核 生生 物物真真 核核 生生 物物起始起始一种一种RNARNA聚合聚合酶酶识别、结合启动子识别、结合启动子多种多种RNARNA聚合聚合酶酶识别各自的启识别各自的启动子，先需要转录因子激活动子，先需要转录因子激活 延伸延伸酶酶、模板和新生、模板和新生RNARNA组成的复合物组成的复合物形成形成“转录泡转录泡”，由核心，由核心酶酶完完成延伸成延伸 与原核相同，由与原核相同，由RNARNA聚合聚合酶酶完成延伸完成延伸 终止终止有特定的位点（终止信号）有特定的位点（终止信号）基因下游不同距离处基因下游不同距离处