第十一章 核酸代謝課件

第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝作為核酸合成的原料體內(nèi)能量的利用形式參與代謝和生理調(diào)節(jié)組成輔酶活化中間代謝物核苷酸的生物功能第十一章核酸代謝體內(nèi)核苷酸來源自身合成（主要途徑）食物（次要）食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖核苷酶第十一章核酸代謝核苷酸的分解代謝MetabolismofPyrimidineNucleotides第十一章核酸代謝嘌呤核苷酸的分解代謝核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶堿基1-磷酸核糖第十一章核酸代謝嘌呤的分解代謝O第十一章核酸代謝不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不同，因此，終產(chǎn)物也不同。排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動物：硬骨魚類排尿素動物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。第十一章核酸代謝痛風(fēng)癥的治療機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第十一章核酸代謝嘧啶堿的分解代謝丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoA糖異生第十一章核酸代謝核苷酸的合成代謝MetabolismofPurineNucleotides第十一章核酸代謝嘌呤核苷酸的合成代謝從頭合成途徑(denovosynthesispathway)補救合成途徑(salvagesynthesispathway)

第十一章核酸代謝嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(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、骨髓則無法進行此合成途徑。嘌呤核苷酸的從頭合成1.定義2.合成部位第十一章核酸代謝3.從頭合成過程（1）IMP的合成（2）AMP和GMP的生成（3）ATP和GTP的生成第十一章核酸代謝R-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)移酶第十一章核酸代謝IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶②GAR合成酶③轉(zhuǎn)甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝IMP生成總反應(yīng)過程第十一章核酸代謝①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AMP和GMP的生成第十一章核酸代謝Asp的結(jié)構(gòu)類似物羽田殺菌素，可強烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。羽田殺菌素：N-羥基-N-甲酰-Gly第十一章核酸代謝AMPADPATPADPATP腺苷激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP鳥苷激酶ADPATP激酶ATP和GTP的生成第十一章核酸代謝嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳單位）甘氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊┑谑徽潞怂岽x?嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。?IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵。AMP或GMP的合成又需1個ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點第十一章核酸代謝從頭合成的調(diào)節(jié)R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)第十一章核酸代謝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第十一章核酸代謝利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑。嘌呤核苷酸的補救合成途徑第十一章核酸代謝腺嘌呤磷酸核糖轉(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)參與補救合成的酶第十一章核酸代謝腺嘌呤+

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ATPADPAMP5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸第十一章核酸代謝補救合成的生理意義1.補救合成節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。2.體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行補救合成。第十一章核酸代謝嘧啶核苷酸的合成代謝從頭合成途徑(denovosynthesispathway)補救合成途徑(salvagesynthesispathway)

第十一章核酸代謝嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(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。1.定義2.合成部位第十一章核酸代謝嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸天冬氨酸第十一章核酸代謝嘧啶合成過程（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+氨基甲酰磷酸第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝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+Pi第十一章核酸代謝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dUDPCTPCDPdCDPdCMP第十一章核酸代謝從頭合成的調(diào)節(jié)---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-第十一章核酸代謝嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+

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第十一章核酸代謝核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物嘧啶核苷酸的抗代謝物第十一章核酸代謝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。嘌呤類似物氨基酸類似物葉酸類似物6-巰基嘌呤6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等第十一章核酸代謝篩選抗腫瘤藥物，腫瘤細胞核酸合成速度快，藥物能抑制。羽田殺菌素與Asp競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)化成AMP。重氮乙酰絲氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的結(jié)構(gòu)類似物，抑制Gln參與的反應(yīng)。氨基蝶呤、氨甲蝶呤

葉酸的結(jié)構(gòu)類似物，能與二氫葉酸還原酶發(fā)生不可逆結(jié)合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的各種一碳單位轉(zhuǎn)移反應(yīng)。藥物對嘌呤核苷酸合成的影響第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP)6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)第十一章核酸代謝甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）==甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基異咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黃嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP==PRPPPPi鳥嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸MTXMTX第十一章核酸代謝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)第十一章核酸代謝某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物第十一章核酸代謝UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮雜絲氨酸第十一章核酸代謝脫氧核苷酸的生成脫氧核苷酸的生成dTMP的生成第十一章核酸代謝在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、U、C等堿基）脫氧核苷酸的生成核糖核苷酸還原酶硫氧化還原蛋白硫氧化還原蛋白還原酶第十一章核酸代謝dNDP

+

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）脫氧核苷酸的生成第十一章核酸代謝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dUDPCTPCDPdCDPdCMPdTMP的生成第十一章核酸代謝胸腺嘧啶胸腺核苷磷酸化酶脫氧核糖-1-磷酸脫氧胸苷(dT)dTMPATPADP第十一章核酸代謝遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA在細胞分裂的過程中，通過DNA復(fù)制把親代細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在子代細胞的生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征，中心法則。第十一章核酸代謝中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。第十一章核酸代謝半保留復(fù)制方式的重要性確保遺傳信息的穩(wěn)定性，經(jīng)過多少代復(fù)制后，核苷酸鏈仍保持完整。

第十一章核酸代謝半保留復(fù)制的特點需要多種細胞組分的參與受到細胞中多種條件的控制復(fù)制要求具有高度的忠實性第十一章核酸代謝DNA復(fù)制的一些基本概念復(fù)制子：基因組內(nèi)能獨立進行復(fù)制的單位包含：控制復(fù)制起始的起點(origin)控制復(fù)制終止的終止點(terminus)通常情況下：原核生物只有一個復(fù)制子，只有一個復(fù)制起點真核生物則有多個復(fù)制子第十一章核酸代謝DNA復(fù)制接受模板的指導(dǎo)堿基互補核苷酸依次加到加到DNA鏈的3’末端鏈延伸方向：5’→3’能量：α與β磷酸基之間的高能鍵3′5′5′3′3′5′5′3′第十一章核酸代謝DNA復(fù)制的體系（一）底物：dNTP,N=A,T,C,G（二）模板：DNA單鏈（三）引物：DNA聚合酶不能直接聚合游離的dNTP，必須由一段核酸片段提供3’OH末端使dNTP可以依次聚合。RNA或延長中的DNA子鏈（四）酶和蛋白質(zhì)因子第十一章核酸代謝DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能迅速將DNA超螺旋或雙螺旋緊張狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。（3）DNA解鏈酶(DNAhelicase)（4）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：結(jié)合在解開的DNA單鏈上，防止重新形成雙螺旋。（5）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)：啟動RNA引物鏈的合成。

（6）DNA連接酶（DNAligase）解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物第十一章核酸代謝DNA聚合酶DNA聚合酶不能從頭合成一條新鏈，只能催化NMP加到已有片段的3’OH末端第十一章核酸代謝聚合酶I聚合酶活性：通過核苷酸聚合反應(yīng)，使DNA鏈延5’-3’方向延長3’→5’外切酶活性：由3’末端水解DNA鏈5’→3’外切酶活性：由5’末端水解DNA鏈?zhǔn)?’末端DNA鏈發(fā)生焦磷酸解無機焦磷酸和脫氧核糖核苷三磷酸之間的焦磷酸基交換Klenow片段第十一章核酸代謝DNA聚合酶的3′-5′外切酶水解位點3′3′5′5′錯配堿基3′-5′核酸外切酶水解位點第十一章核酸代謝DNA聚合酶5′-3′外切酶活力

5′-3′核酸外切酶水解位點單鏈缺口5′第十一章核酸代謝Klenow片段的結(jié)構(gòu)右手形狀兩個裂隙雙鏈DNA的結(jié)合位點聚合反應(yīng)的催化位點、單鏈模板的結(jié)合位點3’→5’外切酶活性靠近聚合酶位點底物專一性：只有配對堿基才能進入凹槽保真性：錯配核苷酸落入3’→5’外切酶位點第十一章核酸代謝聚合酶I的功能5’→3’外切酶活性：作用與雙鏈DNA修復(fù)：切除嘧啶二聚體切除岡崎片段的RNA引物第十一章核酸代謝聚合酶II的功能聚合作用:該酶催化DNA的聚合，但是對模板有特殊的要求。該酶的最適模板是雙鏈DNA而中間有空隙(gap)的單鏈DNA部分，而且該單鏈空隙部分不長于100個核苷酸。對于較長的單鏈DNA模板區(qū)該酶的聚合活性很低。但是用單鏈結(jié)合蛋白(SSBP)可以提高其聚合速率，可達原來的50-100倍。該酶也具有3‘→5’外切酶活性，但無5‘→3’外切酶活性該酶對作用底物的選擇性較強，一般只能將2-脫氧核苷酸摻入到DNA鏈中。該酶不是復(fù)制的主要聚合酶，因為此酶缺陷的大腸桿菌突變株的DNA復(fù)制都正常?？赡茉贒NA的損傷修復(fù)中該酶起到一定的作用。

第十一章核酸代謝聚合酶III的功能DNA復(fù)制的主要聚合酶：具有5’-3’方向合成DNA的催化活性由3’末端水解DNA鏈由5’末端水解DNA鏈第十一章核酸代謝DNA聚合酶Ⅲ兩個亞基夾住DNA第十一章核酸代謝DNA聚合酶Ⅲ異二聚體第十一章核酸代謝大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細胞的分子統(tǒng)計數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸5′-3′核酸轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶Ⅰ109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項目DNA聚合酶III切除引物修復(fù)修復(fù)復(fù)制功能

1999年發(fā)現(xiàn)聚合酶IV和V，它們涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)（erroounerepair）第十一章核酸代謝DNA連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈第十一章核酸代謝引物合成酶合成RNA引物方向：5’→3’第十一章核酸代謝拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase）拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ可使DNA雙鏈中的一條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而避免出現(xiàn)鏈的纏繞。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ可切斷DNA雙鏈，使DNA的超螺旋松解后，再將其連接起來。大腸桿菌拓樸異構(gòu)酶Ⅰ的結(jié)構(gòu)第十一章核酸代謝DNA解鏈酶解鏈酶或rep蛋白，是用于解開DNA雙鏈的酶蛋白，每解開一對堿基，需消耗兩分子ATP。目前發(fā)現(xiàn)存在至少存在兩種解鏈酶。

第十一章核酸代謝單鏈DNA結(jié)合蛋白單鏈DNA結(jié)合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又稱螺旋反穩(wěn)蛋白（HDP）。這是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。其作用為：①使解開雙螺旋后的DNA單鏈能夠穩(wěn)定存在，即穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復(fù)制子代DNA；②保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

第十一章核酸代謝前導(dǎo)鏈滯后鏈RNA引物崗崎片段5’5’3’3’5’5’3’3’5’3’解鏈方向半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuousreplication)前導(dǎo)鏈：順著解鏈方向生成的子鏈，合成是連續(xù)進行的滯后鏈：另一股鏈因為合成的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，不連續(xù)的合成一些片段岡崎片段(okazakifragment)：在滯后鏈不連續(xù)合成期間的的一些短片段前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而滯后鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。第十一章核酸代謝崗崎片段的合成也需要RNA引物崗崎片段連接崗崎片段第十一章核酸代謝DNA生物合成過程

一、復(fù)制的起始（一）預(yù)引發(fā)：

1．解旋解鏈，形成復(fù)制叉：由蛋白因子（如dnaB等）識別復(fù)制起始點，拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。2．引發(fā)體組裝：其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體。（二）引發(fā)：在引物合成酶酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

第十一章核酸代謝二、復(fù)制的延長階段：（一）聚合子代DNA：

由DNA聚合酶催化，以3‘→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5‘→3’方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶δ。

第十一章核酸代謝（三）復(fù)制體DNA聚合酶、解鏈酶、引發(fā)體、其他蛋白質(zhì)

第十一章核酸代謝（三）岡崎片段：

由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時是逐步解開的，因此，滯后鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時，由隨后鏈先形成的一些短DNA片段稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為200個核苷酸。

第十一章核酸代謝大腸桿菌染色體復(fù)制的終止ori復(fù)制叉2復(fù)制叉1終止復(fù)制叉2終止復(fù)制叉1復(fù)制叉1復(fù)制叉2完成復(fù)制DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶

連鎖染色體三、復(fù)制的終止

階段：第十一章核酸代謝（一）去除引物，填補缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長。

（二）連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

第十一章核酸代謝原核細胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的延長DNA鏈終止5′RNA引物3′3′岡崎片段復(fù)制起始點第十一章核酸代謝RNA引物第十一章核酸代謝四、回環(huán)模式前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成同步進行DNA聚合酶Ⅲ全酶是一個不對稱的異二聚體，有兩個DNA合成催化中心，分別催化兩條鏈的合成滯后鏈模板經(jīng)過復(fù)制叉的部位形成一個回環(huán)，使滯后鏈的延伸方向顛倒，與復(fù)制叉進行方向相同

第十一章核酸代謝聚合酶III核心酶聚合酶I聚合酶III核心酶滯后鏈前導(dǎo)鏈解螺旋酶引物合成酶RNA引物引發(fā)體拓?fù)洚悩?gòu)酶II-夾子-聚體-夾子-復(fù)合物RNA引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB）Β亞基二聚體套住模板使聚合酶延模板滑動

第十一章核酸代謝新合成的岡崎片段到達前一個岡崎片段5’端時，回環(huán)解開新引物合成后，滯后鏈模板又形成一個新的回環(huán)

第十一章核酸代謝復(fù)制的忠實性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計，大腸桿菌DNA復(fù)制5

109堿基對僅出現(xiàn)一個誤差

DNA聚合酶的高度專一性（嚴(yán)格遵循堿基配對原則，但錯配率為7

10-6）：正確核苷酸親和力高且摻入速率快

DNA聚合酶的校對功能（錯配堿基被3’-5’外切酶切除）

起始時以RNA作為引物

修復(fù)機制第十一章核酸代謝真核細胞DNA復(fù)制的特點

多個起點復(fù)制起點起點起點起點起點起點

真核生物的DNA聚合酶

端粒（telemere）復(fù)制第十一章核酸代謝真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶

分子量亞基數(shù)細胞內(nèi)分布酶活力百分比外切酶活力DNA聚合酶

110-23，000多個細胞核～80%無120，000一個細胞核和線粒體2～15%無-400，000一個細胞核+10～25%5

-3

外切酶DNA聚合酶

DNA聚合酶

45，000一個細胞核10～15%無ε：修復(fù)酶第十一章核酸代謝DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性DNA-pol

參與低保真度的復(fù)制DNA-pol

在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用DNA-pol

延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol

校讀、修復(fù)和填補缺口真核生物的DNA聚合酶第十一章核酸代謝真核和原核DNA細胞復(fù)制比較第十一章核酸代謝第三節(jié)、轉(zhuǎn)錄概述轉(zhuǎn)錄：DNA指導(dǎo)下的RNA的合成。

RNA:mRNA,tRNA,rRNADNARNA轉(zhuǎn)錄RNAcDNA逆轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA第十一章核酸代謝1.轉(zhuǎn)錄具有選擇性，只對DNA中的編碼區(qū)進行轉(zhuǎn)錄，且根據(jù)生長發(fā)育需要，只轉(zhuǎn)錄部分基因。2.轉(zhuǎn)錄由特定位置開始和終止，分別為啟動子和終止子，之間的區(qū)域稱為轉(zhuǎn)錄區(qū)。每次轉(zhuǎn)錄可以轉(zhuǎn)錄一個或幾個基因。3.轉(zhuǎn)錄的酶是RNA聚合酶，合成方向是:5’→3’,且合成過程不需要引物,不具有校正、修復(fù)功能。轉(zhuǎn)錄的基本特征第十一章核酸代謝4.轉(zhuǎn)錄過程以DNA一條鏈（反義鏈，負(fù)鏈）為模板，只需要DNA部分解旋，合成遵循嚴(yán)格的堿基互補配對原則。5.新合成的RNA5’端具有三磷酸結(jié)構(gòu)，第一個常為嘌呤核苷酸6.底物是4種NTP第十一章核酸代謝真核生物與原核生物轉(zhuǎn)錄的差異真核生物原核生物3種以上RNA聚合酶一種RNA聚合酶初始產(chǎn)物RNA有內(nèi)含子，成熟的mRNA只占其中小部分初始產(chǎn)物RNA大多為編碼序列，與蛋白質(zhì)氨基酸序列成線性關(guān)系RNA需要后期加工成mRNA幾乎不需要加工大多mRNA為單順反子多順反子修復(fù)成熟后用于翻譯可直接翻譯第十一章核酸代謝轉(zhuǎn)錄的4個階段識別RNA聚合酶識別啟動子，并與啟動子特異性的結(jié)合。起始RNA聚合酶與啟動子結(jié)合后，使部分DNA鏈解旋，形成轉(zhuǎn)錄泡復(fù)合體，開始轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄延伸終止RNA聚合酶識別終止子，停止轉(zhuǎn)錄。第十一章核酸代謝第二節(jié)依賴DNA的RNA聚合酶(DDRP)（一）原核生物的RNA聚合酶

第十一章核酸代謝核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

不具有起始聚合酶的活性，只能催化RNA的延長具有RNA聚合酶的基本活性第十一章核酸代謝RNA聚合酶的功能1、識別和結(jié)合啟動子2、沿著DNA做單向運動3、解開DNA雙螺旋，轉(zhuǎn)錄后又回復(fù)雙螺旋4、能同時與局部分離的DNA鏈和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA結(jié)合5、以DNA為模板，以5’-3’方向催化磷酸二酯鍵的合成，合成RNA鏈6、識別轉(zhuǎn)錄的終止信號7、能與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄速度8、能在轉(zhuǎn)錄受到阻遏的時候進行自身調(diào)解，借助輔助因子，恢復(fù)和維持RNA的合成第十一章核酸代謝某些噬菌體的RNA聚合酶比原核生物RNA聚合酶要簡單的很多。一條肽鏈，已知最簡單的RNA聚合酶第十一章核酸代謝核心酶α：與啟動子上游部分結(jié)合，提高轉(zhuǎn)錄效率ββ’構(gòu)成催化亞基β：催化磷酸二酯鍵形成β’：與DNA模板結(jié)合

第十一章核酸代謝σ因子

（SigmaFactor）降低RNA聚合酶對非特異性位點的結(jié)合能力提高RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合能力，平均提高1000倍。保證RNA的不對稱合成促使轉(zhuǎn)錄起始的特異性：不同的σ因子識別不同的啟動子延伸開始后從聚合酶上釋放第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝（二）真核生物的RNA聚合酶

蕈：xùn第十一章核酸代謝RNA聚合酶I存在于細胞核的核仁中負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄45SrRNA,經(jīng)過加工得到5.8SrRNA，18SrRNA，28SrRNA

在三類酶中活性最高，低離子強度時活性最高第十一章核酸代謝RNA聚合酶II位于細胞核質(zhì)內(nèi)主要產(chǎn)物是mRNA前體（即核不均一RNA，hnRNA），及其他幾種參與mRNA加工的小分子snRNA在高離子強度時有高活性第十一章核酸代謝RNA聚合酶III存在于細胞核質(zhì)內(nèi)催化產(chǎn)物為tRNA，5SrRNA，一些穩(wěn)定的小分子RNA轉(zhuǎn)錄物在離子強度很寬的范圍內(nèi)有活性第十一章核酸代謝四、轉(zhuǎn)錄過程起始延長終止三階段第十一章核酸代謝GpN結(jié)構(gòu)基因RNApol識別結(jié)合生成起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄空泡也稱轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，是RNA聚合酶的核心酶，DNA模板和轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA結(jié)合在一起的三元復(fù)合物。啟動子終止區(qū)pppGpppG第十一章核酸代謝（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。原核生物的轉(zhuǎn)錄過程：第十一章核酸代謝2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(

2)與模板結(jié)合3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi轉(zhuǎn)錄起始過程：第十一章核酸代謝原核生物轉(zhuǎn)錄起始σ亞基辨認(rèn)-35區(qū)RNApol全酶移向-10區(qū)（結(jié)合松弛）（結(jié)合緊密）封閉型起始復(fù)合物第十一章核酸代謝原核生物轉(zhuǎn)錄起始-10及起始點處局部解鏈解鏈區(qū)17bp左右開放型復(fù)合物：全酶與DNA的二元復(fù)合物合成第一個磷酸二酯鍵：確定起始位點5’-pppGpN-OH-3’第十一章核酸代謝原核生物轉(zhuǎn)錄起始RNApol(αββ′σ)—DNA—pppGpN-OH合成9~10個核苷酸后，σ亞基脫落轉(zhuǎn)錄起始不需引物！合成一小段RNA鏈三元復(fù)合物：全酶、DNA-RNA雜合雙鏈第十一章核酸代謝（二）轉(zhuǎn)錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+PPi第十一章核酸代謝連續(xù)合成：蠕動解鏈區(qū)移動：RNA-DNA雜合鏈一直保持約12bpRNA-pol（核心酶）

····DNA····RNA第十一章核酸代謝“轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble）”保真性：只有互補的NTP才能進入催化位點第十一章核酸代謝5

3

DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝（三）轉(zhuǎn)錄終止1.核心酶從DNA模板上脫落2.RNA-DNA雜合雙鏈解鏈3.釋放新的RNA分子4.DNA分子恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)（一）原核生物的轉(zhuǎn)錄終止第十一章核酸代謝1.依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止2.非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止分類ρ因子(Pr)1.識別結(jié)合富含C的RNA鏈2.ATPase活性3.解螺旋酶(helicase)活性ρ因子(Pr)六聚體的蛋白質(zhì)RNA結(jié)合蛋白：每個可以結(jié)合12個堿基功能ATPase活性解螺旋酶活性：5’→3’，是RNA-DNA雜合雙鏈分離第十一章核酸代謝ρ因子+ATP5′3′Polymerase富含C25/501.依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止第十一章核酸代謝DNApol5′3′RNApol失活ρ因子解螺旋酶活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離，利于產(chǎn)物從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物種釋放。第十一章核酸代謝依賴ρ因子的終止子具有回文結(jié)構(gòu)第十一章核酸代謝ρ結(jié)合到RNA的5’端，延RNA鏈向轉(zhuǎn)錄泡運動RNA聚合酶移動到終止子而暫停ρ因子追上RNA聚合酶解旋酶活性使RNA-DNA雙鏈分開，RNA從模板釋放第十一章核酸代謝RNA轉(zhuǎn)錄后，形成特殊的結(jié)構(gòu)，以終止轉(zhuǎn)錄，不需要ρ因子。2.不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止第十一章核酸代謝不依賴ρ因子的終止子1.具有斷裂的反向重復(fù)序列結(jié)構(gòu)，有富含G-C配對區(qū)，轉(zhuǎn)錄出的RNA形成穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)，即莖環(huán)結(jié)構(gòu)。2.模板鏈5’端含有串聯(lián)的A，RNA產(chǎn)物在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的下游有polyU結(jié)構(gòu)。第十一章核酸代謝UUUU………..5’3’1.莖環(huán)結(jié)構(gòu)改變RNApol的結(jié)構(gòu)，使其暫停2.莖環(huán)結(jié)構(gòu)的形成使RNA鏈生長端只剩下寡聚U與模板鏈配對3.rU-dA配對的氫鍵很弱易解鏈，處于末端，RNA-DNA雜合鏈分開第十一章核酸代謝莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機理

使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG53

35RNA-pol第十一章核酸代謝第十一章核酸代謝終止因子協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的蛋白質(zhì)NusA：可以核心酶結(jié)合第十一章核酸代謝抗終止作用通讀：有些終止子的作用可被特異的因子阻止，使酶能越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄抗終止因子第十一章核酸代謝真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，RNA-pol不直接結(jié)合模板，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。第十一章核酸代謝轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物PIC通用轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶以特定順序結(jié)合DNA節(jié)旋TFⅡH開放復(fù)合物聚合酶磷酸化，滑到模板鏈下游+15，合成第一個磷酸二酯鍵延伸起始復(fù)合物解聚TFⅡE、H解離蛋白激酶TFⅡH第十一章核酸代謝模板理論