bbskaoyancom-11-核酸代謝與蛋白質(zhì)生物合成課件

第十一章

核酸代謝與蛋白質(zhì)的生物合成第十一章

核酸代謝與蛋白質(zhì)的生物合成1第一節(jié)核酸的消化與吸收單核苷酸核苷磷酸戊糖磷酸核酸堿基(嘌呤&嘧啶)磷酸核糖核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶＆磷酸第一節(jié)核酸的消化與吸收單核苷酸核苷磷酸戊糖磷酸核酸堿基(嘌2第二節(jié)核酸的分解代謝

一、核酸的分解核酸酶：水解磷酸二酯鍵RNA酶（RNase）DNA酶（DNase）核酸內(nèi)切酶核酸外切酶第二節(jié)核酸的分解代謝

一、核酸的分解核酸酶：水解磷酸二酯鍵3二、單核苷酸的分解核苷酸酶分解核苷的酶：核苷磷酸化酶核苷水解酶二、單核苷酸的分解核苷酸酶4三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解5痛風(fēng)核酸代謝障礙疾病血液中尿酸含量過高別嘌呤醇治療抑制黃嘌呤氧化酶活性反應(yīng)消耗PRPP，減少嘌呤合成痛風(fēng)核酸代謝障礙疾病6四、嘧啶的分解胞嘧啶分解：四、嘧啶的分解胞嘧啶分解：7胸腺嘧啶分解胸腺嘧啶分解8第三節(jié)核酸的合成代謝

一、核苷酸的生物合成（一）核糖的來源與1-焦磷酸5-磷酸核糖的生成第三節(jié)核酸的合成代謝

一、核苷酸的生物合成（一）核糖的來源9（二）嘌呤核苷酸合成嘌呤環(huán)合成原料：（二）嘌呤核苷酸合成嘌呤環(huán)合成原料：101、嘌呤核苷酸從頭合成先合成IMP然后轉(zhuǎn)變成AMP和GMP1、嘌呤核苷酸從頭合成先合成IMP11IMP合成IMP合成12AMP和GMP合成AMP和GMP合成132、嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑（1）嘌呤與PRPP直接合成2、嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑（1）嘌呤與PRPP直接合成14（2）腺嘌呤與R-1-P作用（2）腺嘌呤與R-1-P作用153、ATP和GTP的生成腺苷酸激酶、鳥苷酸激酶、核苷二磷酸激酶等催化高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移3、ATP和GTP的生成腺苷酸激酶、鳥苷酸激酶、核苷二磷酸激16（三）嘧啶核苷酸的合成（三）嘧啶核苷酸的合成171、尿嘧啶核苷酸的從頭合成1、尿嘧啶核苷酸的從頭合成182、胞嘧啶核苷酸的合成2、胞嘧啶核苷酸的合成193、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑3、嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑20（四）脫氧核糖核酸的合成1、核糖核苷酸的還原（四）脫氧核糖核酸的合成1、核糖核苷酸的還原212、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成2、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成22三種嘧啶核苷酸及脫氧核苷酸的互變關(guān)系三種嘧啶核苷酸及脫氧核苷酸的互變關(guān)系23二、DNA的生物合成（復(fù)制）（一）DNA的復(fù)制方式－半保留復(fù)制子代DNA中一條鏈來自親代DNA另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻亩?、DNA的生物合成（復(fù)制）（一）DNA的復(fù)制方式－半保留復(fù)24圖11-4DNA的半保留復(fù)制圖11-4DNA的半保留復(fù)制25（二）DNA的復(fù)制過程DNA的復(fù)制分為起始、延長和終止三個(gè)階段（二）DNA的復(fù)制過程DNA的復(fù)制分為起始、延長和終止三個(gè)階261、DNA復(fù)制的起始（1）原核細(xì)胞（大腸桿菌）DNA復(fù)制的起始單點(diǎn)雙向復(fù)制復(fù)制起點(diǎn)富含ATDnaA識(shí)別復(fù)制起始位點(diǎn)，解開雙鏈DnaB（解旋酶）雙鏈解旋1、DNA復(fù)制的起始（1）原核細(xì)胞（大腸桿菌）DNA復(fù)制的起27（2）真核細(xì)胞DNA復(fù)制的起始（2）真核細(xì)胞DNA復(fù)制的起始282、DNA復(fù)制時(shí)雙螺旋的解旋與超螺旋形成解旋作用使復(fù)制叉的下游出現(xiàn)正超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶放松超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶I：切斷DNA一條鏈；放松負(fù)超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶II：切斷DNA兩條鏈；放松正超螺旋（旋轉(zhuǎn)酶）2、DNA復(fù)制時(shí)雙螺旋的解旋與超螺旋形成解旋作用使復(fù)制叉的下293、單鏈結(jié)合蛋白SSB結(jié)合到分開的單鏈上起穩(wěn)定作用3、單鏈結(jié)合蛋白SSB結(jié)合到分開的單鏈上304、DNA合成的基本反應(yīng)和DNA聚合酶參與DNA復(fù)制的底物是dNTP，即dATP，dGTP，dCTP和dTTP。DNA聚合酶催化形成3’,5’磷酸二酯鍵，延長DNA鏈大腸桿菌DNA聚合酶：DNA聚合酶I（PolI）：DNA復(fù)制與修復(fù)DNA聚合酶II（PolII）DNA聚合酶III（PolIII）：DNA復(fù)制真核DNA聚合酶：Polα和Polδ合成核DNAPolγ參與線粒體DNA復(fù)制Polβ和Polε參與DNA修復(fù)4、DNA合成的基本反應(yīng)和DNA聚合酶參與DNA復(fù)制的底物是315、DNA復(fù)制的過程大腸桿菌起始點(diǎn)復(fù)制叉解鏈酶分開雙鏈SSB結(jié)合單鏈親鏈為模板堿基互補(bǔ)合成方向5’→3’主導(dǎo)鏈連續(xù)合成引物酶合成RNA引物聚合酶III催化聚合5、DNA復(fù)制的過程大腸桿菌325、DNA復(fù)制的過程隨從鏈合成岡崎片段聚合酶I水解引物DNA修補(bǔ)連接酶連接PolI和III有3’→5‘核酸外切酶活性，實(shí)現(xiàn)校對(duì)功能。5、DNA復(fù)制的過程隨從鏈合成岡崎片段33真核細(xì)胞DNA復(fù)制基本原則接近大腸桿菌Polδ合成主導(dǎo)鏈，Polα合成隨從鏈真核細(xì)胞DNA復(fù)制基本原則接近大腸桿菌34低等生物非染色質(zhì)DNA復(fù)制質(zhì)粒DNA滾環(huán)復(fù)制一股打開缺口5’端伸展單鏈不連續(xù)復(fù)制閉環(huán)滾動(dòng)連續(xù)復(fù)制不合成引物低等生物非染色質(zhì)DNA復(fù)制質(zhì)粒DNA35四、RNA的生物合成（一）轉(zhuǎn)錄（二）復(fù)制四、RNA的生物合成（一）轉(zhuǎn)錄36（一）轉(zhuǎn)錄在DNA指導(dǎo)下的RNA聚合酶催化進(jìn)行的，以DNA為模板，四種NTP為原料，合成RNA。1、轉(zhuǎn)錄的模板：DNA的一條鏈＊不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄（一）轉(zhuǎn)錄在DNA指導(dǎo)下的RNA聚合酶催化進(jìn)372、參與轉(zhuǎn)錄的酶類（1）原核細(xì)胞RNA聚合酶：大腸桿菌RNA聚合酶，由核心酶和σ因子組成全酶核心酶催化3’,5’磷酸二酯鍵形成，延長RNA鏈σ因子參與轉(zhuǎn)錄起始（2）真核細(xì)胞RNA聚合酶：RNA聚合酶I存在于核仁中，催化rRNA前體的合成RNA聚合酶II存在于核質(zhì)中，催化mRNA前體的合成RNA聚合酶III存在于核質(zhì)中，催化小分子量RNA（如tRNA和5SRNA合成）2、參與轉(zhuǎn)錄的酶類（1）原核細(xì)胞RNA聚合酶：383、轉(zhuǎn)錄過程（1）起始（2）延長（3）終止3、轉(zhuǎn)錄過程（1）起始39（1）起始原核生物轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶全酶識(shí)別模板鏈啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)←－－－啟動(dòng)子－－－→←－－結(jié)構(gòu)基因－－－－模板鏈5’－TTGACA－TATAAT－－－－－－－－－－－－3‘3’－AACTGT－ATATTA－－－－－－－－－－－－5‘-35-10+15’3‘（1）起始原核生物轉(zhuǎn)錄起始：40原核生物轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶全酶識(shí)別啟動(dòng)子-10區(qū)雙鏈解開形成第一個(gè)3’，5‘磷酸二酯鍵σ因子脫落原核生物轉(zhuǎn)錄起始：RNA聚合酶全酶識(shí)別啟動(dòng)子41真核生物轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子增強(qiáng)子：增強(qiáng)啟動(dòng)子活性的核苷酸序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)←－－－－－－啟動(dòng)子－－－－－→←－結(jié)構(gòu)基因－模板鏈5’－CAAT－－－GC－－－TATA－－－－－－－－－3‘-110-25+15’3‘真核生物轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子42（2）延長核心酶在模板上沿著3’→5‘方向滑動(dòng)催化形成3’,5‘磷酸二酯鍵RNA鏈由5’→3‘方向延長堿基互補(bǔ)（2）延長核心酶在模板上沿著3’→5‘方向滑動(dòng)43（3）終止原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄終止不依賴ρ因子終止：模板上有終止信號(hào)復(fù)含GC和一段polyU依賴ρ因子終止：ρ因子解鏈酶的活性（3）終止原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄終止44真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄終止基因末端指導(dǎo)合成一段AAUAAA順序切斷后加上polyA尾巴真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄終止基因末端指導(dǎo)合成一段AAUAAA順序454、原核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工原核mRNA不經(jīng)過加工tRNA和rRNA經(jīng)過剪切和修飾4、原核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工原核mRNA不經(jīng)過加工465、真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工（1）加帽：mGpppG甲基化三磷酸雙鳥苷（2）加尾：polyA（3）剪接：除去內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄來的部分（4）修飾：堿基或核糖的甲基化5、真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄后加工（1）加帽：mGpppG甲基化三磷酸47（二）RNA復(fù)制在RNA指導(dǎo)下的RNA聚合酶催化進(jìn)行的，以RNA為模板，四種NTP為原料，合成RNA。（二）RNA復(fù)制在RNA指導(dǎo)下的RNA聚合酶催化進(jìn)行的，以R48（三）基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)1、原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)－－操縱子學(xué)說操縱子：原核基因組中，幾個(gè)功能相關(guān)的調(diào)控結(jié)構(gòu)基因及其調(diào)控區(qū)組成一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位操縱子有兩種類型：誘導(dǎo)操縱子阻遏操縱子（三）基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)1、原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)－－操縱子學(xué)說49（1）乳糖操縱子←－調(diào)控區(qū)－→IPOZYA←－－－結(jié)構(gòu)基因－－－→（1）乳糖操縱子←－調(diào)控區(qū)－→IPOZYA←－－－結(jié)構(gòu)基因－50圖11-13乳糖操縱子的調(diào)節(jié)模式圖11-13乳糖操縱子的調(diào)節(jié)模式51可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控阻遏物關(guān)閉操縱子誘導(dǎo)物開放操縱子可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控阻遏物關(guān)閉操縱子52（1）乳糖操縱子當(dāng)乳糖與葡萄糖同時(shí)存在時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，后利用乳糖。通過CAP實(shí)現(xiàn)CAP：分解代謝基因活化蛋白；cAMP受體蛋白cAMP-CAP與啟動(dòng)子上游CAP結(jié)合區(qū)結(jié)合，促進(jìn)乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄葡萄糖降低cAMP含量（1）乳糖操縱子當(dāng)乳糖與葡萄糖同時(shí)存在時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，53（2）色氨酸操縱子（2）色氨酸操縱子542、真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)（1）順式作用元件順式調(diào)節(jié)：通過啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等DNA元件來控制基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)方式順式作用元件：一類存在于DNA上的特定序列（2）反式作用因子與順式作用元件進(jìn)行特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)因子又稱為轉(zhuǎn)錄因子反式調(diào)節(jié)：通過轉(zhuǎn)錄因子來控制基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)方式幾個(gè)家族：螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋蛋白，亮氨酸拉鏈蛋白和鋅指蛋白等2、真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)（1）順式作用元件55（四）逆轉(zhuǎn)錄在RNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶催化下進(jìn)行的，以RNA為模板，四種dNTP為原料，合成DNA。cDNA逆轉(zhuǎn)錄酶；反轉(zhuǎn)錄酶1、逆轉(zhuǎn)錄過程RNA指導(dǎo)DNA合成RNA水解DNA指導(dǎo)DNA合成（四）逆轉(zhuǎn)錄在RNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶催化下進(jìn)行的，以RN562、逆轉(zhuǎn)錄與癌變致癌病毒中癌基因→蛋白質(zhì)正常細(xì)胞→癌細(xì)胞原癌基因／細(xì)胞癌基因：逆轉(zhuǎn)錄病毒癌基因相應(yīng)的正常細(xì)胞基因（1）scr家族（2）ras家族（3）myc家族（4）sis癌基因（5）erb家族2、逆轉(zhuǎn)錄與癌變致癌病毒中癌基因→蛋白質(zhì)57第四節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成

一、遺傳信息的傳遞－中心法則DNARNA蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制RNA復(fù)制第四節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成

一、遺傳信息的傳遞－中心法則DNA58二、RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（一）mRNA的功能與密碼mRNA為蛋白質(zhì)合成的模板從起始密碼開始，沿著5‘→3’方向，每三個(gè)相鄰的堿基組成一個(gè)密碼子，對(duì)應(yīng)一個(gè)氨基酸二、RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用（一）mRNA的功能與密碼59第一位5‘端第二位第三位3’端UCAGUPhePheLeuLeuSerSerSerSerValVal終止密碼子終止密碼子CysCys終止密碼子TrpUCAGCLeuLeuLeuLeuProProProProHisHisGlnGlnArgArgArgArgUCAGAIleIleIleMetThrThrThrThrAsnAsnLysLysSerSerArgArgUCAGGValValValValAlaAlaAlaAlaAspAspGluGluGlyGlyGlyGlyUCAG第一位第二位第三位UCAGUPheSerValCysUCLe60遺傳密碼的基本特點(diǎn)：1、連續(xù)性2、簡并性3、終止密碼與起始密碼4、密碼的通用性遺傳密碼的基本特點(diǎn)：61（二）tRNA的功能轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸CCA羥基與氨基酸相連擺動(dòng)現(xiàn)象：密碼子的第三個(gè)堿基與反密碼子的第一個(gè)堿基配對(duì)不嚴(yán)格表11-2反密碼子與密碼子配對(duì)規(guī)則反密碼子第一個(gè)堿基ACGUI密碼子第三個(gè)堿基UGC、UA、GA、C、U（二）tRNA的功能轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸表11-2反密碼子與密碼子配62（三）核蛋白體和多核蛋白體大腸桿菌核蛋白體由兩個(gè)亞基組成：30S小亞基和50S大亞基含有rRNA和蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)生物合成的場所多核蛋白體：每一條mRNA同時(shí)連接多個(gè)核蛋白體進(jìn)行蛋白質(zhì)合成（三）核蛋白體和多核蛋白體大腸桿菌核蛋白體由兩個(gè)亞基組成：363三、蛋白質(zhì)的生物合成過程氨基酸的活化與搬運(yùn)肽鏈合成的起始肽鏈的延長肽鏈的終止核蛋白體循環(huán)三、蛋白質(zhì)的生物合成過程氨基酸的活化與搬運(yùn)64（一）氨基酸的活化與搬運(yùn)E：氨酰tRNA合成酶結(jié)合位點(diǎn)＆水解位點(diǎn)原核細(xì)胞fMet中甲酰基來自10N-CHO-FH4（一）氨基酸的活化與搬運(yùn)E：氨酰tRNA合成酶65（二）原核細(xì)胞多肽鏈的合成－核蛋白體循環(huán)1、肽鏈合成的起始起始因子IF參與形成30S起始復(fù)合物：mRNA；fMet-tRNAfMet；30S亞基；IF1；IF2；IF3；GTP形成70S起始復(fù)合物：mRNA；fMet-tRNAfMet；70S亞基；（