核苷酸代谢11p资料讲解.ppt

第十二章 核苷酸代谢一、核酸的分解代谢二、核苷酸的生物合成三、DNA的生物合成四、DNA的损伤修复五、RNA的生物合成第一节 核酸的分解代谢u核酸的酶促降解u嘌呤的降解u嘧啶的降解u核酸的酶促降解核酸核酸酶单核苷酸磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脱氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脱氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径醛缩酶乙醛3-磷酸甘油醛+磷酸牛脾磷酸二酯酶从5端3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶从3端移去5-核苷酸uu嘌呤的降解：嘌呤的降解： 腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3 + 2CO2（植物）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶各种生物各种生物嘌嘌呤碱的代呤碱的代谢产谢产谢产谢产 物物嘌呤代谢产物排泄动物尿酸人类、灵长类动物、鸟类、昆虫尿囊素除灵长类外其它哺乳类动物尿囊酸某些硬骨鱼类尿素、乙醛酸大多数鱼类、两栖类动物氨、二氧化碳甲壳类动物、软体动物u嘧啶的降解： 胞嘧啶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -丙氨酸 -脲基丙酸 H2O 胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -氨基异丁酸 -脲基异丁酸 H2O胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2 +第二节 核苷酸的生物合成u嘌呤核苷酸的合成u嘧啶核苷酸的合成核苷酸的合成有2条途径:从头合成:利用CO2、NH3、某些氨基酸、磷酸核糖 等简单 物质为 原料,经过 一系列酶促反应 合成核苷酸.(肝组织 ) 补救途径:利用体内的游离碱基或核苷合成核苷酸. (脑和骨髓)1 嘌呤核苷酸的从头合成一、嘌呤核苷酸的合成123456789 嘌呤核苷酸合成特点嘌呤核苷酸合成特点(1) 5-P-核糖在ATP参与下先形成PRPP(5-磷酸核糖焦磷酸)(2) 从5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)开始先逐步合成IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后再由IMP合成AMP、GMP。

(3) 嘌呤的各个原子是在PRPP的C1开始逐渐加上去的由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和C ，合成时先形成右环，再形成左环四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体 .(4) AMPADPATP GMPGDPGTP2 2 嘌呤核苷酸合成的补救途径嘌呤核苷酸合成的补救途径A+PRPPAMP+PP iG+PRPP GMP+PP iH yP+ PRPP IMP+ PP i1 嘧啶核苷酸的从头合成途径 嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的氨甲酰磷酸天冬氨酸二、二、 嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的生物合成 嘧啶核苷酸合成特点(1) (胞液)G L n +2 ATP+CO2 2ADP +Pi +氨甲酰磷酸+ G L u(2) 氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成乳清酸.(3) 乳清酸再与5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）结合形成 UMP4) 胞苷酸(CTP)则由尿苷酸(UTP)转变而来1) U 尿苷 UMP 2 2 嘧啶核苷酸合成的补救途径嘧啶核苷酸合成的补救途径R-1-PP iATPADP(2)嘧啶(U T) 嘧啶核苷酸(胞嘧啶除外) PRPPPP iUMP磷酸核糖转移酶(3) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸(d TMP)是由脱氧尿嘧啶核糖核苷酸经甲基化而生成. 嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：可抑制AMP、GMP的生成 谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺参与的反应 叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氢叶酸参与的反应三三 核苷酸从头合成的抗代谢物核苷酸从头合成的抗代谢物 ( (临床上治癌药物临床上治癌药物) )第三节 DNA的生物合成uDNA的半保留复制uDNA生物合成中的酶uDNA的合成方式uDNA的复制过程（原核生物）u真核生物DNA的复制特点u逆转录Reverse transcription 复制：亲代DNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA的过程。

转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程 翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA排列顺序的过程 逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制 一 、DNA的半保留复制DNA聚合酶 单体酶,多肽链内含一个锌原子, 多功能酶 (1)具有5 3 聚合酶功能； (2)3 5外切酶活性（对双链无作用，校对功能但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链） (3)5 3外切酶活性（双链有效，主要是对DNA损伤的修复，以及在DNA复制时RNA引物切除及其空隙的填补） 二、二、DNADNA生物合成中的酶生物合成中的酶原核生物三种DNA聚合酶DNA聚合酶 多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3 5外切酶活性其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的DNA损伤中起作用 DNA聚合酶(原)DNA复制的主要聚合酶，由10种亚基，其中、形成全酶的核心酶1)具有53DNA聚合酶活性（ 亚基，速率高）； (2)具有3 5外切酶（亚基）的校对功能，提高 DNA复制的保真性；(3)具有5 3外切酶活性。

DNA聚合酶IV和V1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生 定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核3-5外切 - - + + +酶活性引物 合成修复作用线粒体DNA的复制核DNA的复制修复作用功能真核生物五种DNA聚合酶 若双链DNA中一条链有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来3535OH P DNA连接酶（1967年发现） 消除DNA 的超螺旋,根据作用方式不同而分为两种: 拓扑异构酶(旋转酶)旋转酶旋转酶 旋转酶旋转酶 ：使使DNADNA一条链发生断裂一条链发生断裂( (切口反应切口反应) )和再连接和再连接( (封口反应封口反应) )作用是松解负超螺旋，作用是松解负超螺旋，不需要能量不需要能量 旋转酶：使DNA两条链发生断裂和再连接可以形成负超螺旋,需要由ATP或GTP提供能量. 解开双螺旋,使其成为单链.通过水解ATP将DNA两条链打开每解开一对碱基需要水解2个ATP分子 E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、IIIrep蛋白沿3 5移动，而解螺旋酶I、II、III沿5 3移动。

解旋酶 （解链酶）其它蛋白因子 单链结合蛋白(SSB-single-strand binding protein)(又叫螺旋去稳定蛋白)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解引发酶:催化RNA引物合成的RNA聚合酶. 引发酶需要ATP或GTP提供能量.DNA的复制：以DNA为模板合成DNA逆转录：以RNA为模板合成DNA修复合成（DNA聚合酶I、连接酶等）三、三、 DNADNA的合成方式的合成方式双链的解开RNA引物的合成DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段 四、 DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）(一) 双链的解开 DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点常用ori(或o）表示 从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子 大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器DNA为双链环状，只有一个复制原点. 真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有多个复制原点,因此是多复制子. 复制原点在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼 DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growth point)，叫复制叉 (大肠杆菌）由rep 蛋白在复制叉内解开亲代双螺旋DNA，分开的双链再与SSB结合，防止链内退火复制眼的结构：复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3535DNA的双向复制(二) 引发体和引物由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体.在引物酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段， 引物酶的底物是核苷三磷酸，在引物的5端含3个磷酸残基,3端为游离的羟基。

引物长度为(原)50至100个核苷酸， (真)较短,约10.DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3535含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体 ( (三三) ) DNADNA链的延链的延伸伸在DNA聚合酶的催化下,根据模板链3 5的核苷酸序列,在RNA引物的3-OH末端逐个添加脱氧核苷三磷酸,延伸方向是53,每形成一个磷酸二酯键即释放1个焦磷酸,随着复制叉的推进，两条新链的合成方向是不同的：一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成能连续进行，称为前导链； 另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相反，不能被连续合成，需要复制叉推进了一定的长度，有了一段DNA单链后，才能以此为模板合成一个片段因此这条新链的合成是不连续的，所以称为滞后链复制叉起点复制叉延伸延伸起点前导链前导链滞后链滞后链3535DNA的双向复制DNADNA复制的半不复制的半不连续连续连续连续 性性前导链滞后链冈崎片段前导链：以3 5 方向的亲代链为模板连续合成的子代链滞后链：以5 3方向的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链半不连续复制在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。

冈崎片段在DNA复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只是多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段 冈崎片段真核100-200个核苷酸 原核1000-2000个核苷酸参与参与DNADNA复复制的制的酶酶与与蛋白因子蛋白因子总览图总览图总览图总览图( (四四) )复制准确性的保证复制准确性的保证复制必需无误,否则将危及生物的生存.大肠杆菌109-1010pb仅可能发生1个误差.DNA聚合酶的聚合作用DNA聚合酶的35外切活力(五) 切除RNA引物，填补缺口连接相邻的DNA片段 引物:DNA聚合酶的53外切活力来切除的. 留下的空隙是由该酶的53聚合活力填补.冈崎片段是由DNA连接酶封闭缺口,把小片段连接成完整的子代链.真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子冈崎片段长约200bp.真核生物DNA复制速度比原核慢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；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点真核生物有多种DNA聚合酶五五 真核生物中真核生物中DNADNA的复制特点的复制特点1 、定义:以RNA为模板，以4种d NTP为底物,合成一条与模板RNA 互补的DNA链称为逆转录，由逆转录酶催化进行。

2 、发现：1970年Temin和Baltimore同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒中分离出逆转录酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶六 逆转录 因发现逆转因发现逆转录病毒的遗传录病毒的遗传物质而获物质而获19751975年诺贝尔奖的年诺贝尔奖的三位科学家三位科学家+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+双链DNA（前病毒） 逆转录酶逆转录酶3 、病毒RNA的逆转录过程单链病毒RNARNA-DNA杂交分子 RNA指导的DNA聚合酶53活性 DNA指导的DNA聚合酶活性 核糖核酸酶H的活性，专一水解RNA-DNA杂交分子中的RNA，可沿53和3 5两个方向起核酸外切酶的作用 逆转录酶。