11 核酸代謝課件講義

磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分類DNA和RNA脫氧核糖核酸

核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)組成磷酸(phosphate)核苷酸核苷戊糖(ribose)堿基(base)嘌呤(purine)

嘧啶(pyrimidine)核酸定義NNH1324562′1′3′4′5′磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，1主要內(nèi)容

一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝

二DNA的復(fù)制三RNA的生物合成簡(jiǎn)要了解

1核酸的酶促降解

2核苷酸的分解代謝

3核糖核苷酸的合成代謝

主要內(nèi)容一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝簡(jiǎn)要了解

2核苷酸的生物學(xué)功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/dNTP）體內(nèi)能量的利用形式（ATP）構(gòu)成某些酶的輔酶（NAD、FAD、CoA）形成多種調(diào)節(jié)分子參與代謝調(diào)節(jié)（cAMP/cGMP）作為活化中間代謝物的載體（UDPG）核苷酸的生物學(xué)功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/d3食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既進(jìn)入磷酸戊糖途徑又合成PRPP的原料嘌呤和嘧啶主要被分解排出體外核酸外切酶核苷酸胰核酸酶（磷酸二酯酶）核酸內(nèi)切酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷水解酶核苷磷酸化酶堿基核苷酶戊糖食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既4嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶鳥嘌呤脫氨酶IMPH（Hypoxanthine，次黃嘌呤）次黃嘌呤氧化酶腺嘌呤脫氨酶尿酸氧化酶尿囊素..尿囊酸..NH3+CO2尿酸人和靈長(zhǎng)類嘌呤堿最終代謝產(chǎn)物嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃5痛風(fēng)癥的治療機(jī)制鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇痛風(fēng)癥的治療機(jī)制鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧6嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+7核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：從頭合成途徑(denovosynthesispathway)——主要途徑，以氨基酸為原料合成堿基。補(bǔ)救途徑(salvagesynthesispathway)——

次要途徑，以堿基為原料合成核苷酸。二者在不同組織的重要性不同：肝等多種組織多為從頭合成途徑；腦、骨髓只能進(jìn)行補(bǔ)救途徑。核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：8嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineNucleotides嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineN9嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨基酸（3）、甲酸鹽（一碳單位）等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。

肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無(wú)法進(jìn)行此合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的從頭合成定義合成部位嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨10嘌呤堿合成的元素來(lái)源CO2天冬氨酸甲酸鹽（一碳單位）甘氨酸甲酸鹽（一碳單位）谷氨酰胺（酰胺基）嘌呤堿合成的元素來(lái)源CO2天冬氨酸甲酸鹽甘氨酸甲酸鹽谷氨酰胺11過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成12R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷131.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶②GAR合成酶③轉(zhuǎn)甲?；涪蹻GAM合成酶⑤AIR合成酶1.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶1411核酸代謝課件講義15IMP生成總反應(yīng)過程IMP生成總反應(yīng)過程16①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶2、AMP和GMP的生成①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶2、AMP和GM17AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD18

嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。

IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸從頭合19

利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑定義利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷20腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)參與補(bǔ)救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶參與補(bǔ)救合成的酶21腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+22補(bǔ)救合成的生理意義

補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸23（三）嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3（三）嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代XMPGMPN24（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行（N代表A、G、U、C等堿基）（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行25dNDP

+

ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷26（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物

嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些27次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP)6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)次黃嘌呤6-巰基嘌呤6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)28

嘧啶核苷酸的代謝MetabolismofPyrimidineNucleotides

嘧啶核苷酸的代謝MetabolismofPyrimid29（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸(2)及二氧化碳等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。定義合成部位（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合30嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲天冬氨酸31合成過程1.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸合成過程1.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基3211核酸代謝課件講義3311核酸代謝課件講義342.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi2.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸353.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脫氧胸苷一磷酸dTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP3.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯F36（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷37（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧38某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物39DNA的復(fù)制與修復(fù)

DNA的復(fù)制與修復(fù)40

遺傳信息的傳遞途徑遵循分子生物學(xué)的中心法則(centraldogma)

DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯反轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制一、DNA的復(fù)制

生物的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，通過DNA復(fù)制（replication）由親代傳遞給子代。

復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯反轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制一、DNA的復(fù)制生物的遺傳信息41（一）DNA的半保留復(fù)制（semicoservativereplication）

在復(fù)制過程中首先堿基間氫鍵需斷裂并使雙鏈解旋和分開，然后每條單鏈可作模板在其上合成新的互補(bǔ)鏈，結(jié)果由1個(gè)DNA雙鏈形成2個(gè)DNA互補(bǔ)雙鏈。新形成的兩個(gè)DNA分子與原來(lái)DNA分子的堿基順序完全一樣。每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?DNA的這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。（一）DNA的半保留復(fù)制在復(fù)制過程中首先堿基間氫鍵需斷裂并使421958年Meselson和Stahl用同位素示蹤和密度梯度離心的方法證明了DNA的半保留復(fù)制

。1958年Meselson和Stahl用同位43（二）參與DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)

1.DNA聚合酶（DNAPolymerase）

又稱DNA-directedDNApolymerase,orDNA-dependentDNApolymerasei.e.DDDPase

參與DNA復(fù)制的酶有DNA聚合酶、DNA連接酶、旋轉(zhuǎn)酶、解旋酶、單鏈結(jié)合蛋白和引發(fā)酶及一些蛋白質(zhì)因子等。DNA聚合酶：是催化以脫氧核苷三磷酸（dNTP）為底物（substrate）合成DNA的一類酶。原核細(xì)胞和真核細(xì)胞DNA聚合酶的種類和作用有所不同。（二）參與DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)1.DNA聚合酶（D44DNA聚合酶催化的反應(yīng)：

ndATPndGTPndCTPndTTP模板（DNA），引物（RNA，DNA）DNA聚合酶DNA＋4nPPiDNA聚合酶催化的反應(yīng)：ndATP模板（DNA），引物（45DNA聚合酶的作用機(jī)理

DNA聚合酶的作用機(jī)理46在大腸桿菌中至少發(fā)現(xiàn)了五種DNApolymerase，分別是DNApolymeraseI、II、III、IV和V，其中PolymeraseI發(fā)現(xiàn)最早（1956年），而polymeraseIV和V直到1999年才發(fā)現(xiàn)。

（1）原核細(xì)胞DNA聚合酶

在大腸桿菌中至少發(fā)現(xiàn)了五種DNApolymerase，分別47DNApolymeraseI（polI）：1956年Kornberg等在Ecoli中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)DNA聚合酶，是DNA復(fù)制研究中的重要里程碑，Kornberg因此于1959年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

DNApolymeraseI（polI）：1956年K48★DNApolI也稱Kornberg酶,Mr103Kd,一條多肽鏈,一個(gè)鋅原子（活性所必需），每個(gè)E.Coli細(xì)胞內(nèi)大約有400個(gè)分子的polI。

①5′→3′聚合作用②3′→5′核酸外切酶的活性③5′→3′核酸外切酶的活性④焦磷酸解作用⑤焦磷酸基交換的作用因此DNApolI屬于一種多功能酶功能：★DNApolI也稱Kornberg酶,Mr10495′→3′聚合作用：

DNApolI不能“從無(wú)到有”進(jìn)行合成，只能從已有的多核苷酸鏈的3′-OH端延長(zhǎng)DNA鏈，即必須要有Primer（引物）,primer多數(shù)情況下是RNA，少數(shù)情況下是DNA，Primer必須要有一個(gè)游離的3′-OH。

5′→3′聚合作用：50

模板：

單鏈DNA（單鏈線狀DNA、單鏈環(huán)狀DNA）；局部變成了單鏈的雙鏈DNA；有切口（nick）的雙鏈DNA；有缺口（gap）的雙鏈DNA；注意：完整的雙鏈DNA不能作模板。

模板：51單鏈線狀DNA單鏈環(huán)狀DNAB.局部變成了單鏈的雙鏈DNAC.有切口（nick）的雙鏈DNAD.有缺口（gap）的雙鏈DNA模板－引物5'3'5'3'A.單鏈DNA5'3'3'3'5'缺口填充3'3'3'5'5'3'單鏈線狀DNA單鏈環(huán)狀DNAB.局部變成了單鏈C.有切52用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶處理DNApolI可以得到兩個(gè)片段。A.大片段：第324～928氨基酸殘基組成，Mr68000，具有聚合酶的活性和3′→5′核酸外切酶的活性，這大片段稱Klenowfragment。

B.小片段：第1～323個(gè)氨基酸殘基組成，Mr35000，具有5′→3′核酸外切酶的活性。

用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶處理DNApolI可以得到兩個(gè)53大片段：3′→5′核酸外切酶的主要功能是校對(duì)。

大片段：3′→5′核酸外切酶的主要功能是校對(duì)。545′→3′核酸外切酶的主要功能在DNA修復(fù)和切除引物中起作用。小片段：5′→3′核酸外切酶的主要功能在DNA修復(fù)和切除引物中起作用55PolII是由一條Mr為88Kd的多肽鏈組成，它的活性大約只有polI活性的5%，也要模板和帶3′—OH的引物，最好的模板是帶短的gap的雙鏈DNA，有3′→5′核酸外切酶的活性，但沒有5′→3′核酸外切酶的活性，主要用于DNA的修復(fù)。

★DNAPolymeraseII（DNApolII）：1970年和1971年先后分離出polII和polIII。PolII是由一條Mr為88Kd的多肽鏈組成，56

是由多種蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物,

Mr

高達(dá)900Kd。

每個(gè)Ecoli約含10分子DNApolIII，雖然polIII的量很少，但活性很強(qiáng)，為polI的15倍，模板和polII大致相同，有3′→5′核酸外切酶的活性，但無(wú)5′→3′核酸外切酶的活性，DNApolIII是原核細(xì)胞DNA復(fù)制的主要酶。這個(gè)酶的缺陷株往往是致死的。

★DNApolymeraseIII(DNApolIII)：是由多種蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物,Mr高達(dá)900Kd。57★

DNApolymeraseIV和V（DNApolIV和V）：

1999年才被發(fā)現(xiàn)，涉及DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)，當(dāng)DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，即可誘導(dǎo)產(chǎn)生這兩種酶，使修復(fù)缺乏準(zhǔn)確性，因而出現(xiàn)高的突變率?！顳NApolymeraseIV和V（DNApol58大腸桿菌三種DNA聚合酶的比較大腸桿菌三種DNA聚合酶的比較59

有DNApol.α、β、γ、δ、ε5種，除DNApolr存在于線粒體內(nèi)，其余均存在于細(xì)胞核中。它們的差別除了細(xì)胞定位外，主要在于動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和對(duì)抑制劑的敏感性不同。其他性質(zhì)基本上同E.coli的聚合酶，也需要模板,帶3′-OH的引物和4種脫氧核苷三磷酸，鏈的延伸方向?yàn)?′→3′。

（2）真核生物DNA聚合酶有DNApol.α、β、γ、δ、ε5種，除60哺乳動(dòng)物DNA聚合酶哺乳動(dòng)物DNA聚合酶612.DNA連接酶（DNAligase）催化雙鏈DNA切口的5′磷酸基和3′羥基生成磷酸二酯鍵。連接酶催化DNA復(fù)制中最后的反應(yīng)步驟。

連接反應(yīng)需要供給能量。E.coli和其他細(xì)菌的DNA連接酶以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）為能源，動(dòng)物細(xì)胞和噬菌體的連接酶則以腺苷三磷酸（ATP）為能源。2.DNA連接酶（DNAligase）催化雙鏈DNA62

此酶首先在E.Coli中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)稱ω-蛋白，后來(lái)在真核生物中也發(fā)現(xiàn)了類似活性的酶，真核生物中的這類酶名稱各不相同，有稱nicking-closingenzyme（切口開合酶，切口閉合酶等），untwistingenzyme（解纏酶）。（1）topoisomeraseI（拓?fù)洚悩?gòu)酶I，TopI；旋轉(zhuǎn)酶I）

這個(gè)酶的功能是切開超螺旋雙鏈DNA中的一條鏈，鏈的切口末端就可轉(zhuǎn)動(dòng)，使DNA變成松馳狀態(tài)，然后再將切口封閉，這酶作用時(shí)不消耗ATP。

3.使DNA雙螺旋解開所需的酶或蛋白質(zhì)

此酶首先在E.Coli中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)稱ω-蛋63

它的功能也是使超螺旋松馳。在消耗ATP的情況下，能將復(fù)制叉前方產(chǎn)生的正超螺旋變成負(fù)超螺旋。在無(wú)ATP時(shí)，可同時(shí)切開超螺旋的兩條鏈，使DNA變成松馳狀態(tài)，然后將切口封接好，克服解鏈過程中在復(fù)制叉前方造成的“打結(jié)”現(xiàn)象。

（2）topoisomeraseII（拓?fù)洚悩?gòu)酶II，TopII；旋轉(zhuǎn)酶II）

這酶首先也是在E.Coli中發(fā)現(xiàn)。它的功能也是使超螺旋松馳。在消耗ATP的情況下，64（3）DNAhelicase（DNA解螺旋酶，DNA解旋酶，DNA解鏈酶）通過水解ATP獲得能量,使雙螺旋DNA兩條鏈分開。

目前已知E.Coli含有4種解螺旋酶，即解螺旋酶I、II、III和Rep蛋白，其中Rep蛋白是E.Coli中最主要的解螺旋酶，每解開一個(gè)堿基對(duì)需水解2分子ATP。通過水解ATP打斷互補(bǔ)雙鏈間的氫鍵。

（3）DNAhelicase（DNA解螺旋酶，DNA解65

功能：與解開雙螺旋后的單鏈DNA結(jié)合，防止單鏈DNA重新形成雙螺旋，另外防止單鏈DNA被核酸酶降解。

原核生物的SSB與單鏈DNA的結(jié)合表現(xiàn)為正協(xié)同效應(yīng)，而真核生物的SSB沒有這種協(xié)同效應(yīng)。（4）單鏈結(jié)合蛋白（Single-strandbindingproteins，SSB）功能：與解開雙螺旋后的單鏈DNA結(jié)合，防止單66（三）原核生物DNA的復(fù)制過程

1.DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方向

原核生物：1個(gè)起點(diǎn)（originofreplication，復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制原點(diǎn)）。

復(fù)制起點(diǎn)核苷酸序列的特征:（1）堿基序列高度保守。（2）富含AT，有利于DNA的解鏈。方向:大多為雙向復(fù)制。（三）原核生物DNA的復(fù)制過程1.DNA復(fù)制67E.Coli染色體DNAθ復(fù)制:復(fù)制時(shí)有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向展開，形成θ狀中間物，直至兩個(gè)復(fù)制叉相遇，這種復(fù)制稱θ復(fù)制。

E.Coli染色體DNAθ復(fù)制:復(fù)制時(shí)有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向68

復(fù)制子:受同一個(gè)復(fù)制起始區(qū)控制的DNA被稱為復(fù)制子（replicon），它是復(fù)制的功能單位。原核細(xì)胞DNA復(fù)制只有一個(gè)復(fù)制起始區(qū)，因此它只有一個(gè)復(fù)制子。通常細(xì)菌、病毒和線粒體的DNA分子都是作為單個(gè)復(fù)制子完成復(fù)制的。真核生物：有很多復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制方向也是雙向。真核細(xì)胞的細(xì)胞核DNA復(fù)制有多個(gè)復(fù)制起始區(qū)，因此它包含多個(gè)復(fù)制子。

復(fù)制子:受同一個(gè)復(fù)制起始區(qū)控制的DNA被稱69起點(diǎn)起點(diǎn)+復(fù)制眼起點(diǎn)起點(diǎn)+復(fù)制眼70在復(fù)制的起始點(diǎn)處，DNA雙鏈部分解開為單鏈，形成叉子形狀稱復(fù)制叉（replicationfork）。在復(fù)制的起始點(diǎn)處，DNA雙鏈部分解開為單鏈，形成叉子形狀稱復(fù)71大多數(shù)生物DNA的復(fù)制是雙向的，但也有例外，如滾環(huán)式復(fù)制（rollingcirclereplication）。

大多數(shù)生物DNA的復(fù)制是雙向的，但也有例外，722.DNA的半不連續(xù)復(fù)制（semi-discontinuousreplication）2.DNA的半不連續(xù)復(fù)制（semi-discontinuo73

所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5′→3′。1968年日本學(xué)者Okazaki岡崎提出了DNA的不連續(xù)復(fù)制模型，他認(rèn)為3′→5′走向的DNA鏈的合成是不連續(xù)的，是由許多5′→3′方向合成的DNA片段連接起來(lái)的，這些不連續(xù)的DNA片段稱為岡崎片段（Okazakifragment）。原核細(xì)胞岡崎片段的長(zhǎng)度為1000～2000個(gè)核苷酸，相當(dāng)于1個(gè)順反子（cistron）的大小，即基因的大??；真核生物岡崎片段的長(zhǎng)度為100～200個(gè)核苷酸，相當(dāng)于1個(gè)核小體DNA的大小。

3′→5′走向的DNA鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的，5′→3′走向的DNA鏈?zhǔn)沁B續(xù)的，因此稱半不連續(xù)復(fù)制。

所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5′→3′74

在DNA復(fù)制時(shí)，以3′→5′方向?yàn)槟０搴铣傻囊粭l新鏈?zhǔn)沁B續(xù)的,稱前導(dǎo)鏈（leadingstrand），它的延伸方向與復(fù)制叉的移動(dòng)方向相同。另一條新鏈的合成是不連續(xù)的，由許多5′→3′方向的岡崎片段組成，這條新鏈稱滯后鏈（laggingstrand），它的延伸方向與復(fù)制叉的移動(dòng)方向相反。

在DNA復(fù)制時(shí)，以3′→5′方向?yàn)槟０搴铣傻囊?5DNA聚合酶不能“從無(wú)到有”地合成多核苷酸鏈，只能從已有的多核苷酸鏈上延長(zhǎng)，這個(gè)已有的多核苷酸鏈就是引物，所以DNA的合成必須要有引物，體內(nèi)的引物多數(shù)情況下是RNA，但也可利用體內(nèi)原有的DNA片段。

3.DNA的合成需要以RNA為引物DNA聚合酶不能“從無(wú)到有”地合成多核苷酸鏈76

以單鏈DNA為模板，沿5′→3′方向合成小分子RNA引物，在大腸桿菌中RNA引物（RNAprimer）由引發(fā)酶（primase）催化，引物的長(zhǎng)度1～60個(gè)核苷酸（引物的長(zhǎng)度取決于物種）。

以單鏈DNA為模板，沿5′→3′方向合成小分子77合成RNA引物的過程稱引發(fā)，引發(fā)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程（a,b,c)。

4.引發(fā)（priming）—DNA合成的起始

（a）大約20個(gè)DnaA蛋白各帶1個(gè)ATP結(jié)合到4個(gè)9bp的重復(fù)序列上，DNA纏繞在上面，形成起始復(fù)合物（initialcomplex）。

合成RNA引物的過程稱引發(fā)，引發(fā)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程（a,b78（b）HU蛋白是類組蛋白，可與DNA結(jié)合，促進(jìn)起始，受其影響，鄰近的三個(gè)13bp重復(fù)序列被變性成開鏈復(fù)合物（opencomplex），即解鏈而形成－小段單鏈，所需能量由ATP供給。

（b）HU蛋白是類組蛋白，可與DNA結(jié)合，促進(jìn)起始，受其影響79（c）DnaB（解鏈酶）在Dnac的幫助下結(jié)合于解鏈區(qū)，DnaB借助水解ATP產(chǎn)生的能量，沿DNA鏈5′→3′方向移動(dòng)，解開DNA的雙鏈，此時(shí)稱為預(yù)引發(fā)體(preprimosome)

，再與引發(fā)酶（primase）組裝成引發(fā)體(primosome），才能起引發(fā)作用。

（c）DnaB（解鏈酶）在Dnac的幫助下結(jié)合于解鏈區(qū)，Dn805.DNA復(fù)制叉的結(jié)構(gòu)和鏈的延長(zhǎng)

DNA復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋的解開靠helicase（解螺旋酶）、SSB、TopII（i.eDNAgyrase),RNA引物合成后，DNApolIII與復(fù)制叉結(jié)合，形成復(fù)制體（replisome）的結(jié)構(gòu)，而啟動(dòng)DNA的合成。復(fù)制體為大的多分子復(fù)合物，由DNApolIII以及其他酶和蛋白質(zhì)組成，組裝于細(xì)菌染色體的復(fù)制叉，并在DNA復(fù)制中完成各種各樣的反應(yīng)。

5.DNA復(fù)制叉的結(jié)構(gòu)和鏈的延長(zhǎng)DNA復(fù)8111核酸代謝課件講義82

復(fù)制起點(diǎn)解開后形成2個(gè)復(fù)制叉，進(jìn)行雙向復(fù)制，前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成都需要RNA引物，前導(dǎo)鏈先由引發(fā)酶在起點(diǎn)處合成一段RNA引物，隨后DNApolIII即在引物上加脫氧核苷酸。前導(dǎo)鏈的合成與復(fù)制叉的移動(dòng)保持同步。

復(fù)制起點(diǎn)解開后形成2個(gè)復(fù)制叉，進(jìn)行雙向復(fù)制，前83滯后鏈的合成是分段進(jìn)行的，需要不斷合成岡崎片段的RNA引物，然后由DNApolIII加入脫氧核苷酸。

滯后鏈的合成是分段進(jìn)行的，需要不斷合成岡崎片段的RNA引物，84滯后鏈的合成比較復(fù)雜，由于DNA的兩條互補(bǔ)鏈方向相反，為使后隨鏈能與前導(dǎo)鏈被同一個(gè)DNApolIII不對(duì)稱二聚體所合成，后隨鏈必須繞成一個(gè)環(huán)狀（loop）。

合成岡崎片段不斷與模板脫開，然后在新的位置又與模板結(jié)合。滯后鏈的合成比較復(fù)雜，由于DNA的兩條互補(bǔ)鏈方向相反，為使后856．鏈的終止

（1）除去引物：DNApolI，有5′→3′核酸外切酶的活性，可把RNA引物除去，所出現(xiàn)的缺口（gap）由DNApolI按模板要求將缺口填滿。

（2）DNA連接酶將相鄰的兩個(gè)核苷酸的磷酸二酯鍵連接起來(lái)成大分子DNA，再形成一定的空間結(jié)構(gòu)。6．鏈的終止（1）除去引物：DNApolI，有5′→3′86真核生物DNA復(fù)制與原核生物DNA復(fù)制大體相同，但有差異：

（1）原核生物每時(shí)每刻都在復(fù)制，而真核生物DNA的復(fù)制在細(xì)胞周期的S期。

（2）原核生物DNA的復(fù)制只有1個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，而真核生物DNA的復(fù)制有許多復(fù)制起始點(diǎn)。

（3）原核生物與真核生物DNA復(fù)制的酶不同，切除引物的酶亦不同。真核生物DNA復(fù)制與原核生物DNA復(fù)制大體相同，但有差異：87（4）真核生物的DNA與組蛋白組裝成核小體。

（5）端粒和端粒酶：真核生物染色體DNA是雙鏈線狀，由于DNA合成需要RNA作引物，引物除去后，5′端留下一段無(wú)法填補(bǔ)的空缺，這樣DNA復(fù)制后就會(huì)愈來(lái)愈短，而生物體有端粒酶來(lái)解決這個(gè)問題。

（4）真核生物的DNA與組蛋白組裝成核小體。（5）端粒和端88端粒（telomere）：指真核細(xì)胞線狀染色體末端的DNA序列。

端粒酶（telomerase）：由RNA和蛋白質(zhì)組成的一個(gè)復(fù)合物，以端粒酶中的RNA（有特殊的序列）為模板，通過反轉(zhuǎn)錄合成端粒DNA。

端粒（telomere）：指真核細(xì)胞線狀染色體末端的DNA序89二、反轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄，reversetranscription）

1970年有人從致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了依賴于RNA的DNA聚合酶（RNA-dependentDNApolymeraseRDDPme）or稱RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶（RNA-directedDNApolymerase）,即反轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase,RT），能以RNA為模板合成DNA。

DNA轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄RNA二、反轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄，reversetranscriptio90

后來(lái)在胚胎細(xì)胞和正常細(xì)胞中也分離得到了這種酶，反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)使中心法則更完善。

復(fù)制DNA轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)后來(lái)在胚胎細(xì)胞和正常細(xì)胞中也分離得到了這種酶91反轉(zhuǎn)錄酶催化的反應(yīng):n1dATPn2dGTPn3dCTPn4dTTPRNA，引物，Mg2+還原劑，反轉(zhuǎn)錄酶DNA+(n1+n2+n3+n4)PPi反轉(zhuǎn)錄酶催化的反應(yīng):n1dATPRNA，引物，Mg2+還92反轉(zhuǎn)錄酶催化的反應(yīng):反轉(zhuǎn)錄酶催化的反應(yīng):93三、DNA的修復(fù)

DNA復(fù)制的速度很快，每分子酶每分鐘合成約1000個(gè)核苷酸片段。E.Coli5×106bp,30min;human3×109bp,8h。另外生物體生長(zhǎng)的環(huán)境中種種物理和化學(xué)因素可作用于DNA，引起DNA結(jié)構(gòu)的改變，使DNA受到損傷（damage），生物體有修復(fù)系統(tǒng)可使受損傷的DNA得到修復(fù)。

三、DNA的修復(fù)DNA復(fù)制的速度很快，每分94（1）損傷：形成嘧啶二聚體（2）形成酶－DNA復(fù)合物：光復(fù)活酶結(jié)合于損傷部位（3）酶被可見光激活（4）修復(fù)后釋放酶5'3'5'3'hυ1、光復(fù)活作用（photoreactivation）（1）損傷：形成嘧啶二聚體（2）形成酶－DNA復(fù)合物：光95嘧啶二聚體嘧啶二聚體962、切除修復(fù)（excisionrepair）2、切除修復(fù)（excisionrepair）973、重組修復(fù)（recombinationrepair）當(dāng)DNA發(fā)動(dòng)復(fù)制時(shí)尚未修復(fù)的損傷部位可以先復(fù)制后修復(fù)。從同源DNA的母鏈上將相應(yīng)核苷酸序列片段移至子鏈缺口處，然后用再合成的序列來(lái)補(bǔ)上母鏈的空缺。此過程稱為重組修復(fù)。

3、重組修復(fù)（recombinationrepair）當(dāng)98錯(cuò)配修復(fù)實(shí)際上是一種特殊的核苷酸切除修復(fù)，它專門用來(lái)修復(fù)在DNA復(fù)制中出現(xiàn)的新合成DNA鏈上的錯(cuò)配的堿基。但如何避免將DNA鏈上正確的堿基切除呢？這就需要將oldstrand和newstrand區(qū)分開來(lái)。

4、錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）錯(cuò)配修復(fù)實(shí)際上是一種特殊的核苷酸切除修復(fù)，它專門用來(lái)修復(fù)在D99

錯(cuò)配修復(fù)是一個(gè)非常耗能的過程。錯(cuò)配的堿基距離GATC序列越遠(yuǎn)，被切除的核苷酸就越多，重新合成新鏈所需要消耗的脫氧核苷三磷酸單體就越多。無(wú)論消耗多少dNTPs，目的都是為了修復(fù)一個(gè)錯(cuò)配的堿基，這說(shuō)明機(jī)體為了維護(hù)遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性可以說(shuō)不惜一切代價(jià)。

真核生物DNA錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制與原核生物大致相同，但區(qū)分oldstrand和newstrand的機(jī)制不同，詳細(xì)的機(jī)理還不十分清楚。

錯(cuò)配修復(fù)是一個(gè)非常耗能的過程。錯(cuò)配的堿基距離GA1005、SOS修復(fù)（SOSrepair）

SOS比喻細(xì)胞處于危險(xiǎn)狀態(tài)，是細(xì)胞DNA合成受到阻斷或DNA受損傷時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種錯(cuò)誤傾向修復(fù)。在DNA合成受阻或DNA受損傷時(shí)誘導(dǎo)出一種新的DNA聚合酶，這種新的DNA聚合酶能通過DNA損傷部位而進(jìn)行復(fù)制，但復(fù)制的精確度很低。校對(duì)功能很差，因而容易出現(xiàn)復(fù)制的差錯(cuò)，從而導(dǎo)致高的突變率。

5、SOS修復(fù)（SOSrepair）SO101四、DNA復(fù)制的高度忠實(shí)性

DNA的復(fù)制是高度忠實(shí)的，出現(xiàn)差錯(cuò)的機(jī)會(huì)很小，出錯(cuò)的幾率在10-8～10-10之間，即每復(fù)制108～1010bp才出現(xiàn)1次錯(cuò)誤。主要有5種機(jī)制使DNA復(fù)制的錯(cuò)誤率降到很低。

2.DNA聚合酶的兩步反應(yīng)機(jī)制。3.DNA聚合酶具有自我校對(duì)能力，可及時(shí)切除錯(cuò)配的堿基。4.錯(cuò)配修復(fù)。5.RNA引物。1.通過核苷酸合成的調(diào)節(jié)機(jī)制保持細(xì)胞內(nèi)4種脫氧核苷三磷酸濃度的平衡。四、DNA復(fù)制的高度忠實(shí)性DNA的復(fù)制是102五、DNA與變異

突變?nèi)旧w畸變基因突變基因突變（geneticmutation）：DNA的脫氧核苷酸序列發(fā)生改變。

五、DNA與變異突變?nèi)旧w畸變基因突變基因突變（ge103基因突變的幾種主要形式：①堿基取代（basesubstitution，也稱堿基置換）A.轉(zhuǎn)換（transition）：兩種嘌呤之間或兩種嘧啶之間的互換，最為常見。B.顛換（transversion）：嘌呤與嘧啶之間或嘧啶與嘌呤之間的互換。②堿基缺失（basedeletion）③堿基插入（baseinsertion）基因突變的幾種主要形式：①堿基取代（basesubsti104突變的原因：①自發(fā)突變②誘發(fā)突變?nèi)缱贤饩€、X-射線、亞硝酸、烷化劑、堿基類似物（如：5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤等，它們可造成堿基配對(duì)的改變）、嵌入染料（如丫啶橙、原黃素、溴化乙錠）等。突變的原因：①自發(fā)突變②誘發(fā)突變?nèi)缱贤饩€、X-射線、105亞硝酸能脫去堿基上的氨基改變堿基配對(duì)

次黃嘌呤

黃嘌呤

胞嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤亞硝酸能脫去堿基上的氨基改變堿基配對(duì)次黃嘌呤黃嘌呤胞嘧106六、基因工程（geneengineering）基因的體外重組，即基因工程(geneticengineering)①獲得目的基因②基因載體（vector）③目的基因與基因載體連接形成重組DNA④通過轉(zhuǎn)化或其它方法將重組DNA分子引入受體細(xì)胞⑤被轉(zhuǎn)化細(xì)胞的篩選和繁殖六、基因工程（geneengineering）基因的體107基因工程示意圖基因工程示意圖108RNA的生物合成RNA的生物合成109一、轉(zhuǎn)錄（transcription）

轉(zhuǎn)錄是遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)移到RNA的過程。

轉(zhuǎn)錄過程的發(fā)現(xiàn)是由于發(fā)現(xiàn)了DNAdirected/dependentRNApolymerase(DDRPase)，簡(jiǎn)稱RNA聚合酶或稱轉(zhuǎn)錄酶。RNA的生物合成有2條途徑：（1）DNA指導(dǎo)下RNA的生物合成，即轉(zhuǎn)錄。（2）RNA的復(fù)制。

一、轉(zhuǎn)錄（transcription）轉(zhuǎn)錄是遺傳信息從DN110RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)：n1ATP+n2GTP+n3CTP+n4UTPDNA指導(dǎo)的RNA聚合酶DNA（模版），Mg2+RNA+(n1+n2+n3+n4)PPi模板：DNA引物：不需要底物：4種NTP合成方向：5′→3′輔助因子：Mg2+orMn2+（促進(jìn)聚合反應(yīng)）RNA聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)：n1ATPDNA指導(dǎo)的RNA聚111轉(zhuǎn)錄反應(yīng)RNA也可以指導(dǎo)RNA或DNA的合成，前一過程為RNA復(fù)制，后一過程為逆轉(zhuǎn)錄。個(gè)別的RNA還具有催化功能。轉(zhuǎn)錄反應(yīng)RNA也可以指導(dǎo)RNA或DNA的合成，前一過程為RN112E.ColiRNA聚合酶

全酶:α2ββ′σ核心酶：α2ββ′α2ββ′σ（全酶holoenzyme）=α2ββ′+σ（一）RNA聚合酶原核生物RNA聚合酶與真核生物RNA聚合酶的異同E.ColiRNA聚合酶全酶:α2ββ′σ（一）R113E.ColiRNA聚合酶全酶

啟動(dòng)子E.ColiRNA聚合酶全酶啟動(dòng)子114E.ColiRNA聚合酶的組成

原核生物RNA聚合酶可以被利福霉素（rifamycin）和利鏈霉素(streptolydigin)抑制。

E.ColiRNA聚合酶的組成原核生物RNA聚合酶可以被115

真核生物RNA聚合酶根據(jù)它們對(duì)α-鵝膏蕈堿（α-amanitin）的敏感性不同分為RNA聚合酶I（A）、II（B）、III（C）。

α-鵝膏蕈堿真核生物RNA聚合酶根據(jù)它們對(duì)α-鵝膏蕈堿（α-am116對(duì)抑制物的敏感性

酶的種類

真核生物RNA聚合酶

對(duì)高濃度α-鵝膏蕈堿敏感

RNA聚合酶III

對(duì)低濃度α-鵝膏蕈堿敏感

RNA聚合酶II

對(duì)α-鵝膏蕈堿不敏感

RNA聚合酶I

對(duì)抑制物的敏感性酶的種類真核生物RNA聚合酶對(duì)高濃度α117真核生物RNA聚合酶的細(xì)胞定位和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物真核生物RNA聚合酶的細(xì)胞定位和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物118（二）原核生物轉(zhuǎn)錄的過程

1.轉(zhuǎn)錄的一般原則

（1）模板:體內(nèi)DNA中的一條鏈被轉(zhuǎn)錄，體外DNA的兩條鏈都能被轉(zhuǎn)錄。

模板鏈（templatestrand）

編碼鏈（codingstrand）不是整個(gè)DNA分子的信息都被轉(zhuǎn)錄成一個(gè)RNA，而是某些基因以DNA的這一條鏈作為模板，而另一些基因以DNA的另外一條鏈作為模板。

（二）原核生物轉(zhuǎn)錄的過程1.轉(zhuǎn)錄的一般原則（1）模板119基因表達(dá)基因表達(dá)120（4）第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（約為90%），其中以烏嘌呤核苷酸最為常見。

（2）轉(zhuǎn)錄過程中需要模板，需要DNA解鏈，但不需要引物

。（3）以4種核苷三磷酸為底物，并需要Mg2+激活。（5）轉(zhuǎn)錄的方向的5′→3′，這與DNA的復(fù)制完全一致。（6）轉(zhuǎn)錄具有高度的忠實(shí)性。（7）轉(zhuǎn)錄受嚴(yán)格調(diào)控。（4）第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（約為90%），其1212.轉(zhuǎn)錄的起始

（1）啟動(dòng)子（promoter）的概念

啟動(dòng)子是指RNA聚合酶識(shí)別，結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列，它包括4個(gè)區(qū)域：轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)，

-10區(qū)(pribnowbox，富含AT，其一致序列為TATAAT)-35區(qū)一致序列為TTGACA，

-10與-35之間的序列。

DNA的轉(zhuǎn)錄過程包括：起始、延長(zhǎng)和終止。

2.轉(zhuǎn)錄的起始（1）啟動(dòng)子（promoter）的概念D12211核酸代謝課件講義123原核生物的RNA聚合酶能直接識(shí)別啟動(dòng)子，并與啟動(dòng)子結(jié)合，從而啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。原核生物的RNA聚合酶能直接識(shí)別啟動(dòng)子，并與啟動(dòng)子結(jié)合，從而124轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（startpoint）為+1，位于它上游的序列為負(fù)數(shù)，位于它下游的序列為正數(shù)，沒有零。轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（startpoint）為+1，位于它上游的序列125RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，先形成“閉合式”復(fù)合物

然后DNA解鏈，再形成酶—開鏈“開放式”復(fù)合物，RNA轉(zhuǎn)錄開始

核苷酸被引入“開放式”復(fù)合物，產(chǎn)生RNA的5′端，至RNA達(dá)一定長(zhǎng)度（6～9個(gè)核苷酸）

（2）RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的識(shí)別、結(jié)合和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成σ亞基從復(fù)合物中解離RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，先形成“閉合式”復(fù)合物然后DN126RNA合成不需要引物，按照DNA中一條鏈的堿基序列選擇1stand2nd核苷三磷酸，合成第一個(gè)磷酸二酯鍵，RNA鏈上參入的第一個(gè)核苷酸通常是嘌呤，因此新生RNA的5′端通常是pppAorpppG。

轉(zhuǎn)錄起始后，σ因子就從起始復(fù)合物中解離。

RNA合成不需要引物，按照DNA中一條鏈的堿127σ因子釋放后，進(jìn)入鏈的延長(zhǎng)階段，核心酶的移動(dòng)方向沿DNA的3′→5′方向

。3.鏈的延長(zhǎng)核苷三磷酸底物以其α-磷酸基與新生RNA鏈3′端核苷酸中的3′-C上的羥基縮合形成3′，5′-磷酸二酯鍵，并釋放出焦磷酸。

轉(zhuǎn)錄完畢的DNA部位重新形成雙螺旋。

σ因子釋放后，進(jìn)入鏈的延長(zhǎng)階段，核心酶的移動(dòng)方128RNA鏈沿5′→3′方向延伸轉(zhuǎn)錄泡RNA鏈沿5′→3′方向延伸轉(zhuǎn)錄泡129RNA合成的速度每秒鐘40個(gè)核苷酸，與蛋白質(zhì)合成的速度相近（15個(gè)Aa/sec），但比DNA復(fù)制的速度（800bp/sec）要慢得多。RNA聚合酶在DNA分子上的運(yùn)動(dòng)不是勻速的，在經(jīng)過富含GC對(duì)的序列8至10個(gè)核苷酸后，會(huì)發(fā)生一次暫停，這與轉(zhuǎn)錄的終止有關(guān)。

RNA合成的速度每秒鐘40個(gè)核苷酸，與蛋白質(zhì)合130

當(dāng)核心酶沿模板3′→5′方向移動(dòng)到終止信號(hào)區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)錄就終止。提供終止信號(hào)的DNA序列稱終止子。

終止有2種類型：不依賴ρ因子的終止，依賴于ρ因子的終止。

4.鏈的終止當(dāng)核心酶沿模板3′→5′方向移動(dòng)到終止信號(hào)區(qū)131不依賴于ρ因子的終止：這類終止子結(jié)構(gòu)上有2個(gè)特征：（2）發(fā)夾結(jié)構(gòu)末端緊跟6個(gè)連續(xù)的U，發(fā)夾結(jié)構(gòu)阻礙了聚合酶的進(jìn)一步延伸，RNA鏈的合成就終止，酶和mRNA就從模板DNA上釋放。

（1）DNA鏈的3′端附近有回文結(jié)構(gòu)，富含G-C堿基，隨后緊跟的是A-T堿基，轉(zhuǎn)錄形成的RNA具有莖環(huán)的發(fā)夾形結(jié)構(gòu)（hairpinstructure）。不依賴于ρ因子的終止：這類終止子結(jié)構(gòu)上有2個(gè)特征：（2）發(fā)夾132不依賴ρ因子的終止不依賴ρ因子的終止133

依賴ρ因子（rhofactor）的終止：ρ因子是ρ基因編碼的一種酶，它具有ATPase的活性和解鏈酶的活性，在水解ATP的情況下，它沿著5′→3′方向轉(zhuǎn)錄物的3′端前進(jìn)，直到遇到暫停在終止點(diǎn)位置的RNA聚合酶。隨后ρ因子通過解鏈酶的活性解開轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble）上的RNA/DNA形成的雜交雙螺旋，使RNA轉(zhuǎn)錄物得到釋放，從而終止轉(zhuǎn)錄。

依賴ρ因子（rhofactor）的終止：ρ134依賴ρ因子（rhofactor）的終止：依賴ρ因子（rhofactor）的終止：13511核酸代謝課件講義136（三）真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別

1.真核細(xì)胞RNApol種類較多，根據(jù)它們對(duì)α-鵝膏蕈堿的敏感性不同分為RNApolI、II、III（orA、B、C），它們是高度分工的，不同的RNA聚合酶負(fù)責(zé)合成不同的RNA。

（三）真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別1.真核細(xì)胞RNA1372.真核啟動(dòng)子比原核啟動(dòng)子更復(fù)雜和更多樣，不同的RNA聚合酶有不同的啟動(dòng)子2.真核啟動(dòng)子比原核啟動(dòng)子更復(fù)雜和更多樣，不同的RNA聚138◆真核生物啟動(dòng)子

（1）DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5’端區(qū)(上游區(qū))（2）-30bp：TATA盒（Hognessbox）

（3）-90bp：GC盒

（4）-70bp：CAAT盒

GCCAAT-90-70◆真核生物啟動(dòng)子

（1）DNA序列在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5’端區(qū)(上1393.原核細(xì)胞靠RNApol本身可識(shí)別啟動(dòng)子，而真核細(xì)胞的RNApol無(wú)法識(shí)別啟動(dòng)子，要靠轉(zhuǎn)錄因子

(transcriptionfactor,TF）識(shí)別啟動(dòng)子，有許多轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子的功能：調(diào)節(jié)RNA聚合酶的活性，將RNA聚合酶引到啟動(dòng)子位置。3.原核細(xì)胞靠RNApol本身可識(shí)別啟動(dòng)子，而真核細(xì)胞的1404.真核生物的轉(zhuǎn)錄受特定的順式作用元件（cis-actingelement）的影響，順式作用元件：真核生物DNA中與轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的核苷酸序列，包括增強(qiáng)子、沉默子等。

沉默子（silencer）：降低轉(zhuǎn)錄的速度，沉默子也稱抑制子。增強(qiáng)子（enhaucer）：增加轉(zhuǎn)錄的速度。

順式作用元件并不能直接發(fā)揮作用，要與反式作用因子（trans-actingfactors）相互作用來(lái)調(diào)控轉(zhuǎn)錄，反式作用因子是一些特殊的蛋白質(zhì)因子。4.真核生物的轉(zhuǎn)錄受特定的順式作用元件（cis-acti1415.原核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物大多數(shù)為多順反子mRNA，這是由于原核轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中功能相關(guān)的基因共享一個(gè)啟動(dòng)子，它們?cè)谵D(zhuǎn)錄時(shí)，以一個(gè)共同的轉(zhuǎn)錄單位進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。而真核細(xì)胞，每一種蛋白質(zhì)的基因都有自己獨(dú)立的啟動(dòng)子，所以真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順反子mRNA。

5.原核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物大多數(shù)為多順反子mRNA，這是142原核真核DNAABCP轉(zhuǎn)錄mRNAABCDNAPAPBPC轉(zhuǎn)錄mRNAABC原核真核DNAABCP轉(zhuǎn)錄mRNAABCDNAPAPBPC轉(zhuǎn)1436.原核細(xì)胞是邊轉(zhuǎn)錄、邊翻譯，兩個(gè)過程幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，而真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間上和空間上都是分開的，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核，翻譯在細(xì)胞質(zhì)。

7.真核細(xì)胞中DNA與組蛋白結(jié)合在一起，形成染色質(zhì)，后者進(jìn)一步盤曲、折疊形成染色體，其中只有一小部分能轉(zhuǎn)錄。8.真核細(xì)胞被轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物要經(jīng)過非常復(fù)雜的后加工。6.原核細(xì)胞是邊轉(zhuǎn)錄、邊翻譯，兩個(gè)過程幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，而144二、轉(zhuǎn)錄后的加工

RNA前體（初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，primarytranscript）

加工（斷裂、修剪、修飾）成熟RNA二、轉(zhuǎn)錄后的加工RNA前體加工（斷裂、修剪、修飾）成熟R145

真核細(xì)胞最初轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是核內(nèi)不均一RNA（HnRNA），是mRNA的前體。HnRNA分子量不均一，大小不同，沉降常數(shù)20s～100s，組成上類似于DNA（類似于DNA的RNA，D-RNA），代謝很快，迅速合成和降解。HnRNA分子很大，其中大約只有10%轉(zhuǎn)變成mRNA，其余在轉(zhuǎn)錄后的加工過程中被降解掉。

（一）mRNA前體的加工過程原核細(xì)胞的mRNA通常沒有轉(zhuǎn)錄后的加工過程。真核細(xì)胞最初轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是核內(nèi)不均一RNA（H146（1）戴帽（2）加尾（3）剪接（splicing）（4）修飾：主要是鏈內(nèi)腺苷的甲基化hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過程包括：（1）戴帽hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過程包括：147mRNA前體的剪接，真核生物中的基因是不連續(xù)的，如雞卵清蛋白基因是不連續(xù)的。

mRNA前體的剪接，真核生物中的基因是不連續(xù)的，如雞卵清蛋白148外顯子（exonorextron）：真核細(xì)胞基因DNA中的編碼序列，這部分序列可轉(zhuǎn)錄為RNA，并翻譯成蛋白質(zhì)，也稱表達(dá)序列。

外顯子和內(nèi)含子都被轉(zhuǎn)錄在初級(jí)轉(zhuǎn)錄物（HnRNAorpre-mRNA）中，以后由剪接酶（splicingenzyme）催化剪接去掉內(nèi)含子，將相鄰的外顯子連接起來(lái)，稱剪接（splicing）。

內(nèi)含子（intron）：真核細(xì)胞基因DNA中的不編碼序列，這部分序列并不編碼蛋白質(zhì)，又稱間隔序列或插入序列。外顯子（exonorextron）：真核細(xì)胞基因DNA中149（二）rRNA前體的加工過程

原核細(xì)胞rRNA有三種16S、23S和5SrRNA，這三種rRNA是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，一起轉(zhuǎn)錄的。cleavage剪切

（二）rRNA前體的加工過程原核細(xì)胞rRNA有三種16S150真核細(xì)胞有4種rRNA：28S、18S、5.8S和5SrRNA，是兩個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，18S、5.8S和28SrRNA的前體是45S，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，5SrRNA是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。45SRNA包含18S、5.8S、28SrRNA，它們被間隔序列隔開，加工的第一步在45SRNA的特定位點(diǎn)上進(jìn)行甲基化，以后剪切基本上與原核rRNA相似。

5SrRNA是單獨(dú)的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，以類似于tRNA的方式進(jìn)行加工。真核細(xì)胞有4種rRNA：28S、18S、5.8S和5SrRN151四膜蟲26SrRNA前體的自我剪接。表示這種RNA有催化功能，稱為核酶。四膜蟲26SrRNA前體的自我剪接。表示這種RNA有催化功能152●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

四膜蟲

26SrRNA核酶（ribozyme）應(yīng)用

前體6.4kb414bp內(nèi)含子

5.986kb

無(wú)酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA

切割特異性RNA序列具特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)---槌頭結(jié)構(gòu)人工合成核酶的槌頭結(jié)構(gòu)破壞HIV病毒

●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

前體6.4kb15311核酸代謝課件講義154（三）tRNA前體的加工過程

tRNA前體的加工主要包括3步:

（1）剪切（cleavage）和剪接（splicing）（2）3′端加CCA（3）堿基修飾：甲基化、尿嘧啶還原成二氫尿嘧啶、脫氨反應(yīng)，尿苷酸轉(zhuǎn)化為假尿苷酸等。

（三）tRNA前體的加工過程tRNA前體的加工主要包括3步155tRNA前體的加工tRNA前體的加工156使用時(shí)，直接刪除本頁(yè)！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！使用時(shí)，直接刪除本頁(yè)！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得157使用時(shí)，直接刪除本頁(yè)！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！使用時(shí)，直接刪除本頁(yè)！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得158

少數(shù)生物主要是RNA病毒是靠RNA的復(fù)制把遺傳信息傳至下一代。

RNA復(fù)制是指以RNA為模板合成RNA的過程。催化此過程的酶稱RNA復(fù)制酶或簡(jiǎn)稱復(fù)制酶（replicase）或稱RNA–dependent/directedRNApolymerase(RDRPase)。

三、RNA的復(fù)制(依賴于RNA的RNA的合成)少數(shù)生物主要是RNA病毒是靠RNA的復(fù)制把遺傳159磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分類DNA和RNA脫氧核糖核酸

核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)組成磷酸(phosphate)核苷酸核苷戊糖(ribose)堿基(base)嘌呤(purine)

嘧啶(pyrimidine)核酸定義NNH1324562′1′3′4′5′磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，160主要內(nèi)容

一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝

二DNA的復(fù)制三RNA的生物合成簡(jiǎn)要了解

1核酸的酶促降解

2核苷酸的分解代謝

3核糖核苷酸的合成代謝

主要內(nèi)容一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝簡(jiǎn)要了解

161核苷酸的生物學(xué)功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/dNTP）體內(nèi)能量的利用形式（ATP）構(gòu)成某些酶的輔酶（NAD、FAD、CoA）形成多種調(diào)節(jié)分子參與代謝調(diào)節(jié)（cAMP/cGMP）作為活化中間代謝物的載體（UDPG）核苷酸的生物學(xué)功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/d162食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既進(jìn)入磷酸戊糖途徑又合成PRPP的原料嘌呤和嘧啶主要被分解排出體外核酸外切酶核苷酸胰核酸酶（磷酸二酯酶）核酸內(nèi)切酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷水解酶核苷磷酸化酶堿基核苷酶戊糖食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既163嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶鳥嘌呤脫氨酶IMPH（Hypoxanthine，次黃嘌呤）次黃嘌呤氧化酶腺嘌呤脫氨酶尿酸氧化酶尿囊素..尿囊酸..NH3+CO2尿酸人和靈長(zhǎng)類嘌呤堿最終代謝產(chǎn)物嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃164痛風(fēng)癥的治療機(jī)制鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇痛風(fēng)癥的治療機(jī)制鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧165嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+166核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：從頭合成途徑(denovosynthesispathway)——主要途徑，以氨基酸為原料合成堿基。補(bǔ)救途徑(salvagesynthesispathway)——

次要途徑，以堿基為原料合成核苷酸。二者在不同組織的重要性不同：肝等多種組織多為從頭合成途徑；腦、骨髓只能進(jìn)行補(bǔ)救途徑。核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：167嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineNucleotides嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineN168嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨基酸（3）、甲酸鹽（一碳單位）等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。

肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無(wú)法進(jìn)行此合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的從頭合成定義合成部位嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨169嘌呤堿合成的元素來(lái)源CO2天冬氨酸甲酸鹽（一碳單位）甘氨酸甲酸鹽（一碳單位）谷氨酰胺（酰胺基）嘌呤堿合成的元素來(lái)源CO2天冬氨酸甲酸鹽甘氨酸甲酸鹽谷氨酰胺170過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成171R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷1721.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶②GAR合成酶③轉(zhuǎn)甲?；涪蹻GAM合成酶⑤AIR合成酶1.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶17311核酸代謝課件講義174IMP生成總反應(yīng)過程IMP生成總反應(yīng)過程175①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶2、AMP和GMP的生成①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶2、AMP和GM176AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD177

嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。

IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸從頭合178

利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑定義利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷179腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)參與補(bǔ)救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶參與補(bǔ)救合成的酶180腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+181補(bǔ)救合成的生理意義

補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸182（三）嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3（三）嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代XMPGMPN183（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行（N代表A、G、U、C等堿基）（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行184dNDP

+

ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷185（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物