12Chapter13 核酸代謝課件

第十三章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝第二節(jié)、DNA的生物合成第三節(jié)、RNA的生物合成第十三章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝1核苷酸重要作用：1、核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體2、ATP是生物體內(nèi)能量代謝中通用的高能化合物，是聯(lián)系產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的主要物質(zhì)核苷酸重要作用：1、核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體23、核苷酸的衍生物是糖類、脂類等合成中前體的活化形式。

UTPCTPGTP│││糖磷脂蛋白質(zhì)和嘌呤3、核苷酸的衍生物是糖類、脂類等合成中前體的活化形式。UT34、腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoASH的組成成分。5、cAMP、cGMP等是代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)。6、

有些核苷酸如ATP、GTP、UTP、CTP是許多磷酸激酶的輔酶。4、腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoAS4第一節(jié)、核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝二、核苷酸的合成代謝三、脫氧核糖核苷酸的合成第一節(jié)、核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝5核苷酸的降解：磷酸核苷酸酶核苷酸核苷酶戊糖核苷

堿基

核苷酸的降解：6一）、嘌呤的分解代謝生物體內(nèi)嘌呤的分解可分別在堿基、核苷、核苷酸水平上進行，進行的反應(yīng)有脫氨、氧化等。一）、嘌呤的分解代謝生物體內(nèi)嘌呤的分解可分別在堿7次黃嘌呤GRNH2黃嘌呤尿酸嘌呤堿的分解:次黃嘌呤GR黃嘌呤尿酸嘌呤堿的分解:8尿酸——人和猿類尿囊素——其它哺乳動物尿囊酸——硬骨魚尿素——多數(shù)魚類、兩棲類植物能將衰老葉片的嘌呤分解產(chǎn)物尿囊酸輸出并貯藏起來。尿酸——人和猿類9二）、

嘧啶的分解代謝包括脫氨、還原、水解開環(huán)等反應(yīng)，產(chǎn)物：CO2+NH3+β—丙氨酸β—氨基異丁酸二）、

嘧啶的分解代謝包括脫氨、還原、水解開環(huán)等反應(yīng)，10NH2二氫尿嘧啶還原H2O（開環(huán)）Β－脲基丙酸H2OΒ－丙AA嘧啶堿的分解：NH2二氫尿嘧啶還原H2O（開環(huán)）Β－脲基丙酸H2OΒ－丙A11二、核苷酸的合成代謝

概述：從頭合成基本途徑半合成（補救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）核苷酸dNDP分解的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶ATP二、核苷酸的合成代謝概述：（CO2/NH3/AA/戊糖）12嘌呤核苷酸環(huán)上原子來源一）

嘌呤核苷酸的合成：嘌呤核苷酸環(huán)上原子來源一）

嘌呤核苷酸的合成：13嘌呤堿→核糖+磷酸→核苷酸5—P核糖焦磷酸（PRPP）→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）→→→→其他嘌呤核苷酸1、主要合成途徑：嘌呤堿→核糖+磷酸→核苷酸1、主要合成途徑：14四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點:先形成IMP，然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP嘌呤的各個原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C，合成時先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點:先形15

16

17IMP的合成要點：在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；PRPP是重要的中間代謝物，它不僅參與嘌呤核苷酸的從頭合成，而且參與嘧啶核苷酸的從頭合成及兩類核苷酸的補救合成。是5-磷酸核糖的活性供體；PRPP合成酶和酰胺轉(zhuǎn)移酶為關(guān)鍵酶。IMP的合成要點：在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；18AMP和GMP的合成:IMP是AMP和GMP的前體。AMP和GMP的合成:IMP是AMP和GMP的前體。19

20ATP和GTP的生成：

ATP和GTP的生成：21NMPNDPNTPATPADPATPADP激酶激酶（N：嘌呤或嘧啶堿基）NMPNDP22AMP腺苷酸代琥珀酸IMPXMPGMP腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NH3NADPHNH3NADP+AMP，GMP，IMP的相互轉(zhuǎn)變AMP腺苷酸代IMPXMPGMP腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NH232、補救合成(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)2、補救合成(adeninephosohoribosyl24補救合成的生理意義：節(jié)省能量及原料；體內(nèi)某些組織器官（如腦、骨髓等）只能進行補救合成。因此對于這些組織，補救合成具有重要的意義。如Lesch-Nyhan綜合征（自毀容貌綜合征）。補救合成的生理意義：節(jié)省能量及原料；25(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸結(jié)合UMP，關(guān)鍵的中間化合物是乳清酸，其他嘧啶核苷酸則由尿苷酸轉(zhuǎn)變而來。(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸26氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=o=odR-5-P氨基甲酰天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=o=odR-271、嘧啶核苷酸的主要合成過程1、嘧啶核苷酸的主要合成過程28基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅱ分布線粒體（肝）胞液（所有細胞）氮源氨谷氨酰胺變構(gòu)激活劑N-乙酰谷氨酸無功能尿素合成嘧啶的合成氨基甲酰磷酸合成酶的比較:基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶29UMPUDP、UTPATPCTP（氨基化GLn）

由UTP生成CTP的反應(yīng)發(fā)生在三磷酸核苷的水平上。UMPU302、嘧啶核苷酸的補救合成途徑2、嘧啶核苷酸的補救合成途徑31三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷酸還原而成1.在NDP（核苷二磷酸）水平上：ADPdADPdATPGDPdGDPdGTPCDPdCDPdCTPH2H2OATPADP酶1酶2酶1：核糖核苷酸還原酶酶2：激酶三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷酸還原而322，dTTP的生成UDPdUDPdUMPdTMPdTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化脫氨基（主要）N5，N10-甲烯四氫葉酸2，dTTP的生成UDPdUDPd33第二節(jié)DNA的生物合成一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子二、半保留復(fù)制三、DNA半不連續(xù)復(fù)制四、DNA的復(fù)制過程五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點六、RNA指導(dǎo)的DNA合成七、DNA的損傷與修復(fù)第二節(jié)DNA的生物合成一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子34生物體內(nèi)DNA的合成主要包括三個方面：1、細胞周期S期進行的DNA復(fù)制2、DNA的修復(fù)3、某些病毒中以RNA為模板的DNA合成生物體內(nèi)DNA的合成主要包括三個方面：1、細胞周期S期進行的35一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子：一）、DNA聚合酶二）、DNA連接酶三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子：一）、DNA聚合酶36一）、DNA聚合酶：以DNA為模板的DNA合成酶，其催化反應(yīng)的特點（1）以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物；（2）反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)；（3）反應(yīng)需要有3-OH存在；（4）DNA鏈的合成方向為53N355OOHPPP-O-CH2OH生物大分子合成：底物、酶、能量、模板一）、DNA聚合酶：N355OOHPPP-O-C37原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌):

⑴DNA聚合酶Ⅰ:單體酶,多肽鏈內(nèi)含一個鋅原子（其鰲合劑是O-二氮雜菲），多功能酶。它具有53聚合酶功能（對脫氧核苷酸的選擇）；3’5’外切酶活性（對雙鏈無作用，校對功能。但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈）及5’3’外切酶活性（雙鏈有效，主要是對DNA損傷的修復(fù)，以及在DNA復(fù)制時RNA引物切除及其空隙的填補）；在DNA鏈的3形成焦磷酸解（生理意義不大）；無機焦磷酸鹽與dNTP之間的焦磷酸基交換。原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌):⑴DNA38

⑵DNA聚合酶Ⅱ：多亞基酶，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，可能在修復(fù)紫外光引起的DNA損傷中起作用。⑵DNA聚合酶Ⅱ：多亞基酶，聚合作用，但聚合活39⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA復(fù)制的主要聚合酶，該酶由10種亞基組成，其中、、形成全酶的核心酶。具有5’3’DNA聚合酶活性（亞基，速率高）；具有3’5’外切酶（亞基）的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性；還具有5’3’外切酶活性（單鏈有效，其意義未知）。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNA嚴(yán)重損傷時，誘導(dǎo)產(chǎn)生。⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA復(fù)制的主要聚合酶40

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ亞基數(shù)目1（單體酶）＞1（多亞基酶）＞1（多亞基酶）

5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++（保護DNA復(fù)制的忠實性fidelity）5‘3’外切活性+--主要是對DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時切除RNA引物并填補其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶，還具有3’-5’外切酶的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDN414、真核細胞DNA聚合酶：

αβγδε亞基數(shù)44425分子量（KD)＞25036-38160-300170256細胞內(nèi)定位核核線粒體核核3′→5′外切活性－－＋＋＋功能引物合成修復(fù)復(fù)制復(fù)制修復(fù)4、真核細胞DNA聚合酶：αβγδε亞基數(shù)44425分子量（42二）、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。

但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來。

大腸桿菌和其它細菌的DNA連接酶要求NAD+提供能量，在高等生物和噬菌體中，則要求ATP提供能量。T4噬菌體的DNA連接酶不僅能在模板鏈上連接DNA和DNA鏈之間的切口，而且能連接無單鏈粘性末端的平頭雙鏈DNA。3‘5‘3‘5‘OHP二）、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有43連接酶的反應(yīng)機制：

酶+NAD+(ATP)酶-AMP+煙酰胺單核苷酸（PPi）酶-AMP+P-5‘-DNA酶+AMP-P-5’-DNADNA-3’-OH+AMP-P-5’-DNADNA-3’-O-P-5’-DNA+AMPDNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用作用連接酶的反應(yīng)機制：44三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子1、解螺旋酶（解鏈酶）：通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。rep蛋白沿3’5’移動，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移動。三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子1、解螺旋酶（452、拓撲異構(gòu)酶：催化DNA的拓撲連環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在DNA重組修復(fù)和其他轉(zhuǎn)變方面起重要作用。除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓撲異構(gòu)體，引起拓撲異構(gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓撲異構(gòu)酶2、拓撲異構(gòu)酶：催化DNA的拓撲連環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在DN46拓撲異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負超螺旋，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。拓撲異構(gòu)酶Π：使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負超螺旋時需要由ATP提供能量，同復(fù)制有關(guān)。二者共同控制DNA的拓撲結(jié)構(gòu)。拓撲異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負超47穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護單鏈不被核酸酶降解。3、單鏈結(jié)合蛋白(SSB:single-strandbindingprotein)：四）、引發(fā)酶穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護單鏈不被核酸酶降解。48由多種蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n’、n’’和i組成。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)合組裝成引發(fā)體。引發(fā)體可以沿模板鏈5’3’方向移動,具有識別合成起始位點的功能，移動到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。移動和引發(fā)均需要ATP提供能量，n’蛋白具有ATP酶的活力。引發(fā)體的移動與復(fù)制叉移動的方向相同，與岡崎片段的合成方向相反。引發(fā)體：由多種蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n’49二、DNA的半保留復(fù)制定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制二、DNA的半保留復(fù)制定義：由親代DNA生成子代DNA時，每50半保留復(fù)制的實驗證據(jù):

1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的實驗證據(jù):5115N-DNA的密度大于14N-DNA的密度15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度52DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。

DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA53三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制（1968年）三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制（1968年）54發(fā)現(xiàn)（1968）：

同位素實驗，3HdT

短時間內(nèi)為DNA小片段一段時間后檢測到DNA大片段。當(dāng)用DNA連接酶的變異株時，檢測到大量DNA片段的積累。——證明DNA復(fù)制中有小片段合成。測定DNA小片段，遠遠大于合成DNA的一半。由于U替代dT，被尿嘧啶-N-糖基酶切除。在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突變植株中，檢測到一半3H標(biāo)記出現(xiàn)在小片段（岡崎片段）中。發(fā)現(xiàn)（1968）：55四、DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）一）、合成起始二）、DNA鏈的延伸三）、合成終止四、DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）56一）、合成起始1、辨認起始點2、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)3、RNA引物的生成一）、合成起始1、辨認起始點571、辨認起始點DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。常用ori(或o）表示。許多生物的復(fù)制原點都是富含A、T的區(qū)段。1、辨認起始點DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。常58互相纏繞的雙鏈母本DNA，復(fù)制從特定的位置(復(fù)制原點OriorO)開始，該位置常是富含A、T區(qū)段?；ハ嗬p繞的雙鏈母本DNA，復(fù)制從特定5912Chapter13核酸代謝課件6012Chapter13核酸代謝課件612、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)首先DNA解螺旋酶(DnaB)打開局部雙鏈，SSB與每條單鏈結(jié)合，穩(wěn)定單鏈并防止DNA復(fù)性；然后在DNA旋轉(zhuǎn)酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部變成松弛態(tài)。2、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)首先DNA解螺旋6212Chapter13核酸代謝課件63起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制6412Chapter13核酸代謝課件65

引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’3’的方向移動，與復(fù)制叉移動的方向相同，識別合成的起始位點，DnaB蛋白活化引物合成酶。引發(fā)RNA引物的合成。領(lǐng)頭鏈先引發(fā)開始合成，以原來一條DNA單鏈為模板（3’5’),按5’3’的方向合成一段RNA引物鏈。領(lǐng)頭鏈開始合成后，隨后鏈也開始合成其引物。引物長度約為幾個至10個核苷酸，在引物的5’端含3個磷酸殘基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3’端為游離的羥基。3、RNA引物的合成引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’66在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種脫氧核糖核苷5’-三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時進行領(lǐng)頭鏈和隨后鏈的合成。兩條鏈方向相反。領(lǐng)頭鏈隨后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型（二）、鏈延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種脫氧核糖核苷5’-三磷酸為底67領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈。隨后鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈。領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)68蛋白Mr亞基數(shù)功能SSB756004結(jié)合單鏈DNADnaB蛋白(解螺旋酶)3000006DNA解螺旋,引物體成分引物酶(DnaG蛋白)600001RNA引物合成,引物體成分DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新鏈延長DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA連接酶740001連接DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNA拓撲異構(gòu)酶Ⅱ)4000004超螺旋參與鏈的延伸階段的蛋白質(zhì)和酶蛋白Mr亞基數(shù)功能SSB756004結(jié)合單鏈DNADnaB蛋6912Chapter13核酸代謝課件70均以5/→3/方向形成前導(dǎo)鏈和滯后鏈均以5/→3/方向形成前導(dǎo)鏈和滯后鏈7112Chapter13核酸代謝課件7212Chapter13核酸代謝課件73

當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個岡崎片段時即停止合成。復(fù)制叉移動到終止區(qū)即停止復(fù)制（大腸桿菌有一個終止區(qū)）。這時會發(fā)生一系列變化：在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈；修復(fù)摻入DNA鏈的錯配堿基；以修復(fù)方式填補終止區(qū)50-100bp的空缺。這樣以兩條親代DNA鏈為模板，各自形成一條新的DNA互補鏈。結(jié)果是形成了兩個DNA雙股螺旋分子。（三）、合成終止當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH74五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點75一）、原核生物DNA的復(fù)制大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制：DNA解成單鏈，從一個固定的起始點開始，同時向兩個方向進行的，稱為雙向復(fù)制（θ復(fù)制）。

E.coli復(fù)制起始點oriC跨度為245bp，包含有三組串聯(lián)重復(fù)序列和兩對反向重復(fù)序列一）、原核生物DNA的復(fù)制大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制：76單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體X174DNA—單鏈環(huán)狀）3單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體X174DNA—單鏈環(huán)狀）377二）、真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點復(fù)制二）、真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點復(fù)制781、真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長約200bp.3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點不再重新開始復(fù)制；而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點。1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)79三）、新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制2、端粒和端粒酶三）、新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制80真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接。由端粒酶負責(zé)新合成鏈5RNA引物切除后的填補，亦保持端粒的一定長度。真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間81復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535

端粒結(jié)構(gòu)端粒酶是含RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)端粒結(jié)構(gòu)3535端粒結(jié)構(gòu)端82六、反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)下的DNA合成）1970年，Temin和Baltimore在致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄酶（ReverseTranscriptase）1.DNA聚合酶特性需引物（tRNA）、dNTP、模板（RNA、DNA）、5’-3’方向聚合六、反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)下的DNA合成）1970年832.雜交分子H鍵斷開常由核糖核苷酶H（RNAaseH）專一切除RNA-DNA分子中的RNA，全部或部分去除RNA3.前病毒DNA

合成的DNA鏈稱負鏈。然后由依賴DNA的DNA聚合酶催化下，以負鏈為模板合成一正鏈這樣形成的DNA稱前病毒DNA。前病毒DNA可嵌入宿主細胞DNA中(稱整合)或潛伏于宿主細胞用其負鏈(依賴DNA的RNA聚合酶)出RNA，合成外殼蛋白.12.雜交分子H鍵斷開84七、DNA的損傷與修復(fù)1.DNA的損傷

損傷可造成突變或致死突變（mutation）：指一種遺傳狀態(tài)，可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變。攜帶突變基因的生物稱為突變體，未突變的稱為野生型。七、DNA的損傷與修復(fù)1.DNA的損傷85物理（紫外（見下頁）、高能射線、電離輻射）化學(xué)（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）生物因素（堿基對置換、堿基的插入/缺失造成移碼）損傷原因:損傷原因:86當(dāng)DNA受到大劑量紫外線（波長260nm附近）照射時，可引起DNA鏈上相鄰的兩個嘧啶堿基共價聚合，形成二聚體，例如TT二聚體。當(dāng)DNA受到大劑量紫外線（波長260nm附近）照射時，可引起872.DNA損傷修復(fù)光復(fù)活切除修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù)2.DNA損傷修復(fù)光復(fù)活88光復(fù)活（photoreactivation）可見光（最有效波長400nm）激活生物界廣泛分布（高等哺乳動物除外）的光復(fù)活酶，該酶分解嘧啶二聚體。是一種高度專一的修復(fù)形式，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚體。光復(fù)活（photoreactivation）可見光（最有效波89切除修復(fù)（excisionrepair）即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。這是一種比較普遍的修復(fù)機制。細胞的修復(fù)功能對于保護遺傳物質(zhì)DNA不受破壞有重要意義。切除修復(fù)（excisionrepair）即在一系列酶的作用90重組修復(fù)（recombinationrepair）又稱復(fù)制后修復(fù)（postreplicationrepair）受損傷的DNA在進行復(fù)制時，跳過損傷部位，在子代DNA鏈與損傷相對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。通過分子間重組，從完整的母鏈上將相應(yīng)的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用合成的多核苷酸來補上母鏈的空缺，此過程即重復(fù)修復(fù)。并非完全校正。重組修復(fù)（recombinationrepair）又稱復(fù)制91SOS修復(fù)指DNA受到嚴(yán)重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多，又稱傾錯性修復(fù)（Error-ProneRepair）。SOS修復(fù)指DNA受到嚴(yán)重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一92第三節(jié)RNA的生物合成

在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成（轉(zhuǎn)錄），此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNA指導(dǎo)的RNA合成（復(fù)制），此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級轉(zhuǎn)錄本是RNA前體（RNAprecursor），需經(jīng)加工過程（processing）方具有生物學(xué)活性。第三節(jié)RNA的生物合成在生物界，RNA合成有93一、催化RNA合成的酶一）、RNA聚合酶二）、RNA復(fù)制酶三）、多核苷酸磷酸化酶四）、RNA生物合成的抑制劑一、催化RNA合成的酶一）、RNA聚合酶941、細菌RNA聚合酶全酶由5種亞基α2ββ’σ組成，σ因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與β’βα2分離，沒有σ、亞基的酶稱為核心酶——只催化鏈的延長，對起始無作用1、細菌RNA聚合酶95五種亞基的功能分別為：

α亞基：與啟動子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

亞基：在全酶中存在，功能不清楚。

β’亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ亞基：識別起始位點。

五種亞基的功能分別為：96酶類分布產(chǎn)物活性分子量(KDa)反應(yīng)條件ⅠⅡⅢ核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNA（5.8S、18S、28S）mRNAtRNA、5SrRNA50～70％20～40％10％500～700～700低離子強度要求Mg2+或Mn2+高離子強度高Mn2+濃度2.真核RNA聚合酶酶類分布產(chǎn)物活性分子量(KDa)反應(yīng)條件Ⅰ核仁rRNA（597二）、RNA復(fù)制酶由4個亞基組成其特異性很高二）、RNA復(fù)制酶由4個亞基組成98三）、多核苷酸磷酸化酶催化以核苷二磷酸為底物合成多核苷酸對引物的基本要求：引物必須至少含2個核苷酸3’－末端必須不帶磷酸三）、多核苷酸磷酸化酶催化以核苷二磷酸為底物合成多核苷酸99四）、RNA生物合成的抑制劑放線菌素D利福平α－鵝膏蕈堿原核抑制抑制不抑制真核抑制不抑制抑制RNA聚合酶Ⅱ四）、RNA生物合成的抑制劑放線菌素D利福平α－鵝膏蕈堿原100二、RNA的合成過程（轉(zhuǎn)錄機制）一）、RNA合成的起始二）、鏈的延長三）、RNA合成的終止二、RNA的合成過程（轉(zhuǎn)錄機制）一）、RNA合成的起始101一）、RNA合成的起始啟動子（Promoter）：是指RNA聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的DNA序列。一）、RNA合成的起始啟動子（Promoter）：是指RNA1021.原核生物啟動子

σ識別正確的啟動位點，啟動子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶識別的信號；-10序列是酶的緊密結(jié)合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）；第三部分是RNA合成的起始點。3’5’+1轉(zhuǎn)錄起始點AACTGTATATTATTGACATATAAT5’3’－35序列

Sextama框

－10序列Pribnow框1.原核生物啟動子3’5’+1AACTGTATATTAT1032.原核生物啟動子真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游約100－200bp序列，包含有若干具有獨立功能的DNA序列元件，每個元件約長7－30bp。2.原核生物啟動子真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點及104啟動子中的元件可以分為兩種：①核心啟動子元件(corepromoterelement)指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游－25/－30bp處的TATA盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。②上游啟動子元件(upstreampromoterelement)包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠的上游元件啟動子中的元件可以分為兩種：1053、轉(zhuǎn)錄起始因子在真核生物中，能直接或間接辨認、結(jié)合啟動子以及聚合酶的蛋白質(zhì)，稱為反式作用因子。能直接或間接與RNA聚合酶結(jié)合的反式作用因子，稱為轉(zhuǎn)錄因子。3、轉(zhuǎn)錄起始因子在真核生物中，能直接或間接辨認、結(jié)合啟動子以106目前已知RNA聚合酶Ⅱ至少有六種不同的轉(zhuǎn)錄因子（trans-criptionalfactor,TF)參與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的形成。包括TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡ-I。目前已知RNA聚合酶Ⅱ至少有六種不同的轉(zhuǎn)錄107-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈E二）.鏈的延伸加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點，σ亞基就會被釋放脫離核心酶。-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈E二）108以NTP為原料和能量,DNA模板鏈為模板，靠核心酶的催化，核苷酸間通過3′,5′-磷酸二酯鍵成核糖核酸鏈(RNA)以NTP為原料和能量,DNA模板鏈為模板，靠核心酶的10912Chapter13核酸代謝課件110三）.轉(zhuǎn)錄終止

轉(zhuǎn)錄終止信號有兩種情況：弱終止子：依賴ρ因子（終止因子，terminators）的終止

NusA蛋白識別DNA鏈上的終止信號，在ρ因子幫助終止。強終止子：（1）在終止點之前具有一段富含G-C的回文區(qū)域。（2）富含G-C的區(qū)域之后是一連串的dA堿基序列，它們轉(zhuǎn)錄的RNA鏈的末端為一連串U（連續(xù)6個）。三）.轉(zhuǎn)錄終止111新合成的RNA分子中典型的回文結(jié)構(gòu)（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）新合成的RNA分子中112三、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（成熟過程）在細胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primarytranscript）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5和3末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子。此過程總稱為RNA的成熟或稱為RNA的轉(zhuǎn)錄后加工。

三、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（成熟過程）在細胞內(nèi)，由RNA113一）mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時即進行翻譯（半壽期短）。其產(chǎn)生的mRNA為“多順反子”。一）mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工原核生物的mRNA轉(zhuǎn)114真核生物mRNA（半壽期較長）原初轉(zhuǎn)錄物很大，在加工過程中形成許多分子大小不等的中間物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（heterogeneousnuclear

RNA,hnRNA)，需要進一步進行加工修飾轉(zhuǎn)化為mRNA。真核生物mRNA（半壽期較長）原初轉(zhuǎn)錄物很大，在115剪接（Splicing）

去除內(nèi)含子，連接外顯子5’帽端結(jié)構(gòu)的生成（如圖）3’端多聚A（polyA）的附加加工包括：forwardforward剪接（Splicing）去除內(nèi)含子，連接外顯子加工包括：f116Extron外顯子——轉(zhuǎn)錄為RNAIntron內(nèi)含子——不轉(zhuǎn)錄為RNAExtron外顯子——轉(zhuǎn)錄為RNAIntron117基因中的外顯子轉(zhuǎn)錄提問：如何實現(xiàn)跨越內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄外顯子區(qū)呢？繞環(huán)閉合內(nèi)含子區(qū)域?；蛑械耐怙@子轉(zhuǎn)錄提問：如何實現(xiàn)跨越內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄外顯子區(qū)呢？繞118真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工修飾119二）、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

rRNA基因之間以縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列。

加工過程：

1、剪切作用：需核酸酶參與。

2、甲基化修飾：修飾在堿基上。

3、自我剪接：一種核酶的作用。

二）、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工120

原核rRNA加工：rRNA含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tRNA剛轉(zhuǎn)錄的rRNA為30S，先在特定的堿基上進行甲基化（核糖2-羥基）修飾，后逐步裂解（核酸酶的切割）。P16P23P516S23S5S（一般不含甲基化）rRNA原初轉(zhuǎn)錄物

原核rRNA加工：rRNA含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tR121真核rRNA加工：1.5S自成體系加工少無修飾和剪接。

2.45S加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。28S18S5.8S45S或38S37S26S17S5.8S真核rRNA的甲基化程度比原核高（核糖2-羥基）研究四膜蟲rRNA前體的拼接時發(fā)現(xiàn)ribozyme真核：45S（哺乳動物）、38S（果蠅）、37S（酵母）真核rRNA加工：28S18S5.8S45S37S26S真核12212Chapter13核酸代謝課件12312Chapter13核酸代謝課件124三）、tRNA的生物合成：原核與真核生物的tRNA轉(zhuǎn)錄后都需要加工。包括：（1）由核酸內(nèi)切酶切除前體上3和5端上多余的核苷酸；（2）由核酸外切酶逐個在3切去附加序列，進行修剪。（3）3’端添加CCAOH序列，由核苷酰轉(zhuǎn)移酶催化。（接受活化AA）（4）核苷的一些特定的堿基和戊糖進行修飾。三）、tRNA的生物合成：125第十三章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝第二節(jié)、DNA的生物合成第三節(jié)、RNA的生物合成第十三章核酸代謝

第一節(jié)、核苷酸代謝126核苷酸重要作用：1、核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體2、ATP是生物體內(nèi)能量代謝中通用的高能化合物，是聯(lián)系產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的主要物質(zhì)核苷酸重要作用：1、核苷酸是合成DNA和RNA所必需的前體1273、核苷酸的衍生物是糖類、脂類等合成中前體的活化形式。

UTPCTPGTP│││糖磷脂蛋白質(zhì)和嘌呤3、核苷酸的衍生物是糖類、脂類等合成中前體的活化形式。UT1284、腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoASH的組成成分。5、cAMP、cGMP等是代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)。6、

有些核苷酸如ATP、GTP、UTP、CTP是許多磷酸激酶的輔酶。4、腺苷酸是許多輔酶如NAD+、NADP+、FAD和CoAS129第一節(jié)、核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝二、核苷酸的合成代謝三、脫氧核糖核苷酸的合成第一節(jié)、核苷酸代謝一、核苷酸的分解代謝130核苷酸的降解：磷酸核苷酸酶核苷酸核苷酶戊糖核苷

堿基

核苷酸的降解：131一）、嘌呤的分解代謝生物體內(nèi)嘌呤的分解可分別在堿基、核苷、核苷酸水平上進行，進行的反應(yīng)有脫氨、氧化等。一）、嘌呤的分解代謝生物體內(nèi)嘌呤的分解可分別在堿132次黃嘌呤GRNH2黃嘌呤尿酸嘌呤堿的分解:次黃嘌呤GR黃嘌呤尿酸嘌呤堿的分解:133尿酸——人和猿類尿囊素——其它哺乳動物尿囊酸——硬骨魚尿素——多數(shù)魚類、兩棲類植物能將衰老葉片的嘌呤分解產(chǎn)物尿囊酸輸出并貯藏起來。尿酸——人和猿類134二）、

嘧啶的分解代謝包括脫氨、還原、水解開環(huán)等反應(yīng)，產(chǎn)物：CO2+NH3+β—丙氨酸β—氨基異丁酸二）、

嘧啶的分解代謝包括脫氨、還原、水解開環(huán)等反應(yīng)，135NH2二氫尿嘧啶還原H2O（開環(huán)）Β－脲基丙酸H2OΒ－丙AA嘧啶堿的分解：NH2二氫尿嘧啶還原H2O（開環(huán)）Β－脲基丙酸H2OΒ－丙A136二、核苷酸的合成代謝

概述：從頭合成基本途徑半合成（補救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）核苷酸dNDP分解的現(xiàn)成嘌呤、嘧啶ATP二、核苷酸的合成代謝概述：（CO2/NH3/AA/戊糖）137嘌呤核苷酸環(huán)上原子來源一）

嘌呤核苷酸的合成：嘌呤核苷酸環(huán)上原子來源一）

嘌呤核苷酸的合成：138嘌呤堿→核糖+磷酸→核苷酸5—P核糖焦磷酸（PRPP）→→→次黃嘌呤核苷酸（IMP）→→→→其他嘌呤核苷酸1、主要合成途徑：嘌呤堿→核糖+磷酸→核苷酸1、主要合成途徑：139四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點:先形成IMP，然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP嘌呤的各個原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C，合成時先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點:先形140

141

142IMP的合成要點：在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；PRPP是重要的中間代謝物，它不僅參與嘌呤核苷酸的從頭合成，而且參與嘧啶核苷酸的從頭合成及兩類核苷酸的補救合成。是5-磷酸核糖的活性供體；PRPP合成酶和酰胺轉(zhuǎn)移酶為關(guān)鍵酶。IMP的合成要點：在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán)；143AMP和GMP的合成:IMP是AMP和GMP的前體。AMP和GMP的合成:IMP是AMP和GMP的前體。144

145ATP和GTP的生成：

ATP和GTP的生成：146NMPNDPNTPATPADPATPADP激酶激酶（N：嘌呤或嘧啶堿基）NMPNDP147AMP腺苷酸代琥珀酸IMPXMPGMP腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NH3NADPHNH3NADP+AMP，GMP，IMP的相互轉(zhuǎn)變AMP腺苷酸代IMPXMPGMP腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NH1482、補救合成(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)2、補救合成(adeninephosohoribosyl149補救合成的生理意義：節(jié)省能量及原料；體內(nèi)某些組織器官（如腦、骨髓等）只能進行補救合成。因此對于這些組織，補救合成具有重要的意義。如Lesch-Nyhan綜合征（自毀容貌綜合征）。補救合成的生理意義：節(jié)省能量及原料；150(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸結(jié)合UMP，關(guān)鍵的中間化合物是乳清酸，其他嘧啶核苷酸則由尿苷酸轉(zhuǎn)變而來。(二)

嘧啶核苷酸的合成小分子化合物→嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸151氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=o=odR-5-P氨基甲酰天冬氨酸嘧啶堿（UMP）合成的元素來源=o=odR-1521、嘧啶核苷酸的主要合成過程1、嘧啶核苷酸的主要合成過程153基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅱ分布線粒體（肝）胞液（所有細胞）氮源氨谷氨酰胺變構(gòu)激活劑N-乙酰谷氨酸無功能尿素合成嘧啶的合成氨基甲酰磷酸合成酶的比較:基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶154UMPUDP、UTPATPCTP（氨基化GLn）

由UTP生成CTP的反應(yīng)發(fā)生在三磷酸核苷的水平上。UMPU1552、嘧啶核苷酸的補救合成途徑2、嘧啶核苷酸的補救合成途徑156三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷酸還原而成1.在NDP（核苷二磷酸）水平上：ADPdADPdATPGDPdGDPdGTPCDPdCDPdCTPH2H2OATPADP酶1酶2酶1：核糖核苷酸還原酶酶2：激酶三、脫氧核糖核苷酸的合成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸由核糖核苷酸還原而1572，dTTP的生成UDPdUDPdUMPdTMPdTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化脫氨基（主要）N5，N10-甲烯四氫葉酸2，dTTP的生成UDPdUDPd158第二節(jié)DNA的生物合成一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子二、半保留復(fù)制三、DNA半不連續(xù)復(fù)制四、DNA的復(fù)制過程五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點六、RNA指導(dǎo)的DNA合成七、DNA的損傷與修復(fù)第二節(jié)DNA的生物合成一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子159生物體內(nèi)DNA的合成主要包括三個方面：1、細胞周期S期進行的DNA復(fù)制2、DNA的修復(fù)3、某些病毒中以RNA為模板的DNA合成生物體內(nèi)DNA的合成主要包括三個方面：1、細胞周期S期進行的160一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子：一）、DNA聚合酶二）、DNA連接酶三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子一、參與DNA復(fù)制的酶及蛋白因子：一）、DNA聚合酶161一）、DNA聚合酶：以DNA為模板的DNA合成酶，其催化反應(yīng)的特點（1）以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物；（2）反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)；（3）反應(yīng)需要有3-OH存在；（4）DNA鏈的合成方向為53N355OOHPPP-O-CH2OH生物大分子合成：底物、酶、能量、模板一）、DNA聚合酶：N355OOHPPP-O-C162原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌):

⑴DNA聚合酶Ⅰ:單體酶,多肽鏈內(nèi)含一個鋅原子（其鰲合劑是O-二氮雜菲），多功能酶。它具有53聚合酶功能（對脫氧核苷酸的選擇）；3’5’外切酶活性（對雙鏈無作用，校對功能。但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈）及5’3’外切酶活性（雙鏈有效，主要是對DNA損傷的修復(fù)，以及在DNA復(fù)制時RNA引物切除及其空隙的填補）；在DNA鏈的3形成焦磷酸解（生理意義不大）；無機焦磷酸鹽與dNTP之間的焦磷酸基交換。原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌):⑴DNA163

⑵DNA聚合酶Ⅱ：多亞基酶，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，可能在修復(fù)紫外光引起的DNA損傷中起作用。⑵DNA聚合酶Ⅱ：多亞基酶，聚合作用，但聚合活164⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA復(fù)制的主要聚合酶，該酶由10種亞基組成，其中、、形成全酶的核心酶。具有5’3’DNA聚合酶活性（亞基，速率高）；具有3’5’外切酶（亞基）的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性；還具有5’3’外切酶活性（單鏈有效，其意義未知）。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNA嚴(yán)重損傷時，誘導(dǎo)產(chǎn)生。⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA復(fù)制的主要聚合酶165

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ亞基數(shù)目1（單體酶）＞1（多亞基酶）＞1（多亞基酶）

5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++（保護DNA復(fù)制的忠實性fidelity）5‘3’外切活性+--主要是對DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時切除RNA引物并填補其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶，還具有3’-5’外切酶的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDN1664、真核細胞DNA聚合酶：

αβγδε亞基數(shù)44425分子量（KD)＞25036-38160-300170256細胞內(nèi)定位核核線粒體核核3′→5′外切活性－－＋＋＋功能引物合成修復(fù)復(fù)制復(fù)制修復(fù)4、真核細胞DNA聚合酶：αβγδε亞基數(shù)44425分子量（167二）、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。

但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來。

大腸桿菌和其它細菌的DNA連接酶要求NAD+提供能量，在高等生物和噬菌體中，則要求ATP提供能量。T4噬菌體的DNA連接酶不僅能在模板鏈上連接DNA和DNA鏈之間的切口，而且能連接無單鏈粘性末端的平頭雙鏈DNA。3‘5‘3‘5‘OHP二）、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有168連接酶的反應(yīng)機制：

酶+NAD+(ATP)酶-AMP+煙酰胺單核苷酸（PPi）酶-AMP+P-5‘-DNA酶+AMP-P-5’-DNADNA-3’-OH+AMP-P-5’-DNADNA-3’-O-P-5’-DNA+AMPDNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用作用連接酶的反應(yīng)機制：169三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子1、解螺旋酶（解鏈酶）：通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。rep蛋白沿3’5’移動，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移動。三）、與解除DNA高級結(jié)構(gòu)有關(guān)的酶及蛋白因子1、解螺旋酶（1702、拓撲異構(gòu)酶：催化DNA的拓撲連環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在DNA重組修復(fù)和其他轉(zhuǎn)變方面起重要作用。除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓撲異構(gòu)體，引起拓撲異構(gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓撲異構(gòu)酶2、拓撲異構(gòu)酶：催化DNA的拓撲連環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在DN171拓撲異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負超螺旋，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。拓撲異構(gòu)酶Π：使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負超螺旋時需要由ATP提供能量，同復(fù)制有關(guān)。二者共同控制DNA的拓撲結(jié)構(gòu)。拓撲異構(gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負超172穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護單鏈不被核酸酶降解。3、單鏈結(jié)合蛋白(SSB:single-strandbindingprotein)：四）、引發(fā)酶穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護單鏈不被核酸酶降解。173由多種蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n’、n’’和i組成。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)合組裝成引發(fā)體。引發(fā)體可以沿模板鏈5’3’方向移動,具有識別合成起始位點的功能，移動到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。移動和引發(fā)均需要ATP提供能量，n’蛋白具有ATP酶的活力。引發(fā)體的移動與復(fù)制叉移動的方向相同，與岡崎片段的合成方向相反。引發(fā)體：由多種蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n’174二、DNA的半保留復(fù)制定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制二、DNA的半保留復(fù)制定義：由親代DNA生成子代DNA時，每175半保留復(fù)制的實驗證據(jù):

1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的實驗證據(jù):17615N-DNA的密度大于14N-DNA的密度15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度177DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。

DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA的半保留復(fù)制表明DNA178三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制（1968年）三、岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制（1968年）179發(fā)現(xiàn)（1968）：

同位素實驗，3HdT

短時間內(nèi)為DNA小片段一段時間后檢測到DNA大片段。當(dāng)用DNA連接酶的變異株時，檢測到大量DNA片段的積累?！C明DNA復(fù)制中有小片段合成。測定DNA小片段，遠遠大于合成DNA的一半。由于U替代dT，被尿嘧啶-N-糖基酶切除。在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突變植株中，檢測到一半3H標(biāo)記出現(xiàn)在小片段（岡崎片段）中。發(fā)現(xiàn)（1968）：180四、DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）一）、合成起始二）、DNA鏈的延伸三）、合成終止四、DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）181一）、合成起始1、辨認起始點2、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)3、RNA引物的生成一）、合成起始1、辨認起始點1821、辨認起始點DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。常用ori(或o）表示。許多生物的復(fù)制原點都是富含A、T的區(qū)段。1、辨認起始點DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。常183互相纏繞的雙鏈母本DNA，復(fù)制從特定的位置(復(fù)制原點OriorO)開始，該位置常是富含A、T區(qū)段?；ハ嗬p繞的雙鏈母本DNA，復(fù)制從特定18412Chapter13核酸代謝課件18512Chapter13核酸代謝課件1862、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)首先DNA解螺旋酶(DnaB)打開局部雙鏈，SSB與每條單鏈結(jié)合，穩(wěn)定單鏈并防止DNA復(fù)性；然后在DNA旋轉(zhuǎn)酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部變成松弛態(tài)。2、模版DNA解除高級結(jié)構(gòu)首先DNA解螺旋18712Chapter13核酸代謝課件188起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制開始。起始因子、引物酶、DNA聚合酶等隨后結(jié)合，復(fù)制18912Chapter13核酸代謝課件190

引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’3’的方向移動，與復(fù)制叉移動的方向相同，識別合成的起始位點，DnaB蛋白活化引物合成酶。引發(fā)RNA引物的合成。領(lǐng)頭鏈先引發(fā)開始合成，以原來一條DNA單鏈為模板（3’5’),按5’3’的方向合成一段RNA引物鏈。領(lǐng)頭鏈開始合成后，隨后鏈也開始合成其引物。引物長度約為幾個至10個核苷酸，在引物的5’端含3個磷酸殘基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3’端為游離的羥基。3、RNA引物的合成引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，沿模板鏈5’191在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種脫氧核糖核苷5’-三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時進行領(lǐng)頭鏈和隨后鏈的合成。兩條鏈方向相反。領(lǐng)頭鏈隨后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型（二）、鏈延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種脫氧核糖核苷5’-三磷酸為底192領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈。隨后鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈。領(lǐng)頭鏈—在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)193蛋白Mr亞基數(shù)功能SSB756004結(jié)合單鏈DNADnaB蛋白(解螺旋酶)3000006DNA解螺旋,引物體成分引物酶(DnaG蛋白)600001RNA引物合成,引物體成分DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新鏈延長DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA連接酶740001連接DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNA拓撲異構(gòu)酶Ⅱ)4000004超螺旋參與鏈的延伸階段的蛋白質(zhì)和酶蛋白Mr亞基數(shù)功能SSB756004結(jié)合單鏈DNADnaB蛋19412Chapter13核酸代謝課件195均以5/→3/方向形成前導(dǎo)鏈和滯后鏈均以5/→3/方向形成前導(dǎo)鏈和滯后鏈19612Chapter13核酸代謝課件19712Chapter13核酸代謝課件198

當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH端遇到上一個岡崎片段時即停止合成。復(fù)制叉移動到終止區(qū)即停止復(fù)制（大腸桿菌有一個終止區(qū)）。這時會發(fā)生一系列變化：在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈；修復(fù)摻入DNA鏈的錯配堿基；以修復(fù)方式填補終止區(qū)50-100bp的空缺。這樣以兩條親代DNA鏈為模板，各自形成一條新的DNA互補鏈。結(jié)果是形成了兩個DNA雙股螺旋分子。（三）、合成終止當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其3’-OH199五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點五、原核生物與真核生物DNA的復(fù)制特點200一）、原核生物DNA的復(fù)制大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制：DNA解成單鏈，從一個固定的起始點開始，同時向兩個方向進行的，稱為雙向復(fù)制（θ復(fù)制）。

E.coli復(fù)制起始點oriC跨度為245bp，包含有三組串聯(lián)重復(fù)序列和兩對反向重復(fù)序列一）、原核生物DNA的復(fù)制大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制：201單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體X174DNA—單鏈環(huán)狀）3單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體X174DNA—單鏈環(huán)狀）3202二）、真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點復(fù)制二）、真核生物DNA的復(fù)制真核生物DNA的多起點復(fù)制2031、真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長約200bp.3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點不再重新開始復(fù)制；而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點。1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)204三）、新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制2、端粒和端粒酶三）、新鏈5’－末端復(fù)制1、原核生物新鏈末端的復(fù)制20