12Chapter13 核酸代谢课件.ppt

1、第十三章第十三章 核酸代谢核酸代谢第一节、核苷酸代谢第一节、核苷酸代谢第二节、第二节、DNADNA的生物合成的生物合成第三节、第三节、RNARNA的生物合成的生物合成核苷酸核苷酸重要作用：重要作用：1、核苷酸是合成、核苷酸是合成DNA和和RNA所所必需的前体必需的前体2、ATP是生物体内能量代谢中是生物体内能量代谢中通用的高能化合物，是联系产能通用的高能化合物，是联系产能反应和需能反应的主要物质反应和需能反应的主要物质3 3、核苷酸的衍生物是糖类、脂、核苷酸的衍生物是糖类、脂类等合成中前体的活化形式类等合成中前体的活化形式。 UTP CTP GTP 糖糖 磷脂磷脂 蛋白质和嘌呤蛋白质和嘌呤4、

2、腺苷酸是许多辅酶如、腺苷酸是许多辅酶如NAD+、NADP+、FAD和和CoASH的组成成分。的组成成分。5、cAMP、cGMP等是代谢调节物质。等是代谢调节物质。6、 有些核苷酸如有些核苷酸如ATP、GTP、UTP、CTP是许多磷酸激酶的辅酶。是许多磷酸激酶的辅酶。第一节、核苷酸代谢第一节、核苷酸代谢一、核苷酸的分解代谢一、核苷酸的分解代谢二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成核苷酸的降解：核苷酸的降解： 磷酸磷酸 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酸核苷酸 核苷酶核苷酶 戊糖戊糖 核苷核苷 碱基碱基 一）、嘌呤的分解代谢一）、嘌呤的分解代谢 生物体内嘌呤

3、的分解可分别生物体内嘌呤的分解可分别在碱基、核苷、核苷酸水平上进在碱基、核苷、核苷酸水平上进行，进行的反应有脱氨、氧化等。行，进行的反应有脱氨、氧化等。NNNHNNH2次黄嘌呤次黄嘌呤GRNH2 黄嘌呤黄嘌呤 尿酸尿酸嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解:尿酸尿酸人和猿类人和猿类尿囊素尿囊素其它哺乳动物其它哺乳动物尿囊酸尿囊酸硬骨鱼硬骨鱼尿素尿素多数鱼类、两栖类多数鱼类、两栖类植物能将衰老叶片的嘌呤分解产植物能将衰老叶片的嘌呤分解产物尿囊酸输出并贮藏起来。物尿囊酸输出并贮藏起来。二）、二）、 嘧啶的分解代谢嘧啶的分解代谢包括脱氨、还原、水解开环等反应，包括脱氨、还原、水解开环等反应，产物：产物：CO2 +

4、 NH3 + 丙氨酸丙氨酸 氨基异丁酸氨基异丁酸NNHNH2ONH2NHNHOO二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶还原还原H2O（开环）（开环）脲基丙酸脲基丙酸H2O丙丙AA嘧啶碱的分解：嘧啶碱的分解：二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢 概述：概述： 从头合成从头合成基本途径基本途径 半合成（补救合成）半合成（补救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）戊糖） 核苷酸核苷酸 dNDP分解的现成嘌呤、嘧啶分解的现成嘌呤、嘧啶ATP嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸环上原子来源环上原子来源一）一） 嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸的合成：的合成： 嘌呤碱嘌呤碱核糖核糖+ +磷酸磷酸核苷酸核苷酸5P核糖焦磷酸（核糖焦磷酸（PRPPPRP

5、P） 次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMP） 其他嘌呤核苷酸其他嘌呤核苷酸1、主要合成途径：、主要合成途径：四氢叶酸（四氢叶酸（FHFH4 4）是一碳单位的载体是一碳单位的载体 嘌呤核苷酸合成特点嘌呤核苷酸合成特点: :先先形成形成IMPIMP，然后在单磷酸的水平上转变然后在单磷酸的水平上转变成成AMPAMP、GMPGMP。IMPIMP合成从合成从5 5 - -P-P-核糖开始的，在核糖开始的，在ATPATP参与参与下先形成下先形成PRPPPRPP 嘌呤的各个原子是在嘌呤的各个原子是在PRPPPRPP的的C C1 1上逐渐加上上逐渐加上去的。由去的。由AspAsp、GlnGln、 GlyGl

6、y、甲酸、甲酸、COCO2 2 提提供供N N和和C C ，合成时先形成右环，再形成左环。合成时先形成右环，再形成左环。 OOHHHOHHNH2HCH2OP 1 1- -氨氨 基基 - -5 5 - -磷磷 酸酸 核核 苷苷（ 5 5- -磷磷 酸酸 核核 糖糖 胺胺 ， P PR RA A）PPi 酰胺转移酶谷氨酰胺谷氨酸OOHHHOHHHCH2OOPPOPOOHHHOHOHHHCH2OPAMPATPMg2+磷磷酸酸核核糖糖焦焦磷磷酸酸 （P PR RP PP P）5 5- -磷磷酸酸核核糖糖 PRPP合成酶 HNHCNCCCNCHNORH2NHCNHCCCNCHNOROH2NH2NCCCN

7、CHNORPPPH2OFH4FH4K+NHH2NCCCNCHNORPHCCH2COOHCOOHHOH2NCCCNCHNORPH2NCHCNCHNRPCH2CNHCHHNRPHNOCH2CNHCHHNRPOOH2OATP,M g2+CO2H2OATPOOHHHOHHHN HCH2POATP, Mg2+Mg2+COH2CNH2OHCOH2CNH2FH4FH4ATPMg2+OOHHHOHHNH2HCH2OP- -5 5 - - 次黄嘌呤核苷酸（IMP）- -5 5 - - 5 5- -甲甲酰酰胺胺基基咪咪唑唑- - 4 4- -甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸 （F FA AI IC CA AR R）- -

8、5 5 - -5 5- -氨氨基基咪咪唑唑- -4 4- -甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸（A AI IC CA AR R）环环水水解解酶酶转甲酰基酶N10-甲酰- -5 5 - -5 5- -氨氨基基咪咪唑唑- -4 4- -（N N- -琥琥珀珀酸酸） - -甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸（S SA AI IC CA AR R）延胡索酸裂解酶- -5 5 - -5 5- -氨氨基基咪咪唑唑- -4 4- -羧羧酸酸核核苷苷酸酸（C CA AI IR R）- -5 5 - - 5 5- -氨氨基基咪咪唑唑核核苷苷酸酸（A AI IR R）- -5 5 - - 甲甲酰酰甘甘氨氨脒脒核核苷苷酸酸（F FG

9、GA AM M）- -5 5 - -甲甲酰酰甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸（F FG GA AR R）天冬氨酸AIR合成酶谷氨酰胺谷氨酸羧化酶甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸 （G GA AR R）甘氨酸N5,N10-甲炔转甲酰基酶ADP+PiGAR合成酶 1 1- -氨氨基基- -5 5 - -磷磷酸酸核核苷苷（5 5- -磷磷酸酸核核糖糖胺胺，P PR RA A）合成酶IMPIMP的合成要点：的合成要点：在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环；在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环；PRPPPRPP是重要的中间代谢物，它不仅参与是重要的中间代谢物，它不仅参与嘌呤核苷酸的从头合成，而且参与嘧啶嘌呤核苷酸的从头合成

10、，而且参与嘧啶核苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救核苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救合成。是合成。是5-5-磷酸核糖的活性供体；磷酸核糖的活性供体；PRPPPRPP合成酶和酰胺转移酶为合成酶和酰胺转移酶为关键酶关键酶。AMP和和GMP的合成的合成:IMP是是AMP和和GMP的前体。的前体。 IMPAMPXMPH2OATPNADH+H+AspGlnGluGMPGTP腺腺苷苷酸酸代代琥琥珀珀酸酸 （A AM MP PS S）AMPS合成酶AMPS裂裂解解酶酶延胡索酸GMP合合成成酶酶IMP脱脱氢氢酶酶NAD+ + H2OHNNNNNHR-5-PHNNHNNOR-5-PCHHOOCCH2COOHOAT

11、P和和GTP的生成：的生成： AMPADPATPATPADPATPADPATPADPATPADPGMPGDPGTP激激酶酶激激酶酶激激酶酶激激酶酶NMP NDP NTPATP ADP ATP ADP激酶激酶 激酶激酶（N：嘌呤或嘧啶碱基）嘌呤或嘧啶碱基）AMP腺苷酸代腺苷酸代 琥珀酸琥珀酸IMPXMPGMP腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NH3NADPHNH3NADP+AMPAMP，GMPGMP，IMPIMP的相互转变的相互转变2、补救合成、补救合成A AP PR RT TA AM MP P+ +P PP Pi i腺腺嘌嘌呤呤+ +P PR RP PP P腺腺嘌嘌呤呤磷磷酸酸核

12、核糖糖转转移移酶酶次次黄黄嘌嘌呤呤- -鸟鸟嘌嘌呤呤磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶( (H HG GP PR RT T) )鸟鸟嘌嘌呤呤+ +P PR RP PP PG GM MP P+ +P PP Pi iATP ADPATP ADPAMPAMP腺苷激酶腺苷激酶腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷(adenine phosohoribosyl transferase)(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)补救合成的生理意义：补救合成的生理意义：节省能量及原料；节省能量及原料；体内某些组织器官（如脑、骨髓等）只体内某些组织器官（如脑、骨髓等）只能进行补

13、救合成。因此对于这些组织，能进行补救合成。因此对于这些组织，补救合成具有重要的意义。如补救合成具有重要的意义。如Lesch-Nyhan综合征（自毁容貌综合征）。综合征（自毁容貌综合征）。(二二) 嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成小分子化合物小分子化合物嘧啶环，再与核嘧啶环，再与核糖磷酸结合糖磷酸结合UMP，关键的中间关键的中间化合物是化合物是乳清酸乳清酸，其他嘧啶核苷，其他嘧啶核苷酸则由尿苷酸转变而来。酸则由尿苷酸转变而来。N3C2N1C6C5C4氨基甲酰氨基甲酰磷酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸嘧啶碱（嘧啶碱（UMP）合成的元素来源合成的元素来源=o=odR-5-P1、嘧啶核苷酸的主要、嘧啶核苷酸的主

14、要合成过程合成过程氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺+ +H H2 2N NC CO OP PO OH HO O- -O OO OC CO O2 2-2ATP2ATP2ADP+Pi2ADP+PiGluGluC CH H C CO OO OH HNH2C CH H2 2H HO OO OC CPiPi天冬氨酸氨基甲酰转移酶天冬氨酸氨基甲酰转移酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶脱氢酶脱氢酶N NA AD DH HN NA AD D+ +C CO O2 2脱羧酶脱羧酶尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸C CN NC C H HC C H HC CO OO OR RN NH H5 5P P氨甲酰天冬氨

15、酸氨甲酰天冬氨酸N NH H2 2C CN NC CH HC CH H2 2C CO OH HO OO OH HC CO OO OH H二氢乳清酸二氢乳清酸C CN NC CH HC CH H2 2C CO OO OH HN NH HC CO OO OH H乳清酸乳清酸C CN NC CC CH HC CO OO OH HN NH HC CO OO OH H磷酸核糖磷酸核糖转移酶转移酶PRPPPRPPPPiPPi乳乳清清酸酸核核苷苷酸酸C CN NC CC C H HC CO OO OR RN NH HC C O O O O H H5 5P P 基甲酰磷酸合成酶基甲酰磷酸合成酶- 氨基甲酰磷酸

16、合成酶氨基甲酰磷酸合成酶-分分 布布 线粒体（肝）线粒体（肝） 胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）氮氮 源源 氨氨 谷氨酰胺谷氨酰胺变构激活剂变构激活剂 N- 乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 无无功功 能能 尿素合成尿素合成 嘧啶的合成嘧啶的合成氨基甲酰磷酸合成酶的比较氨基甲酰磷酸合成酶的比较:UMP UDP、UTPATPCTP（氨基化（氨基化 GLn） 由由UTPUTP生成生成CTPCTP的反应发生的反应发生在三磷酸核苷的水平上。在三磷酸核苷的水平上。2、嘧啶核苷酸的补救合成途径、嘧啶核苷酸的补救合成途径尿尿苷苷激激酶酶尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷+ +A AT TP P U UM MP P+ +A AD DP

17、 P嘧嘧啶啶磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶嘧嘧啶啶+ +P PR RP PP P（嘧嘧啶啶：尿尿嘧嘧啶啶，胸胸腺腺嘧嘧啶啶，乳乳清清酸酸，不不包包括括胞胞嘧嘧啶啶）嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸+ +P PP Pi i三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成体内脱氧核糖核苷酸由核糖核苷酸还原而成体内脱氧核糖核苷酸由核糖核苷酸还原而成1.1.在在NDPNDP（核苷二磷酸）水平上：核苷二磷酸）水平上：ADP dADP dATPGDP dGDP dGTPCDP dCDP dCTPH2 H2OATP ADP酶酶1酶酶2酶酶1：核糖核苷酸还原酶：核糖核苷酸还原酶 酶酶2：激酶：激酶2，dTTP的生成的生成U

18、DP dUDPdUMP dTMP dTDPdTTPdCMPH2H2OPi甲基化甲基化脱氨基脱氨基（主要）（主要）N5，N10-甲烯四氢叶酸甲烯四氢叶酸第二节第二节 DNA的生物合成的生物合成一、参与一、参与DNA复制的酶及蛋白因子复制的酶及蛋白因子二、半保留复制二、半保留复制三、三、DNA半不连续复制半不连续复制四、四、DNA的复制过程的复制过程五、原核生物与真核生物五、原核生物与真核生物DNA的复制特点的复制特点六、六、RNA指导的指导的DNA合成合成七、七、DNA的损伤与修复的损伤与修复生物体内生物体内DNA的合成主要包括三个方面：的合成主要包括三个方面：1、细胞周期、细胞周期S期期进行的

19、进行的DNA复制复制2、DNA的修复的修复3、某些病毒中以、某些病毒中以RNA为模板的为模板的DNA合成合成一、参与一、参与DNA复制的酶及蛋白因子：复制的酶及蛋白因子：一）、一）、DNA聚合酶聚合酶二）、二）、DNA连接酶连接酶三）、与解除三）、与解除DNA高级结构有关的高级结构有关的酶及蛋白因子酶及蛋白因子一）、一）、DNA聚合酶：聚合酶： 以以DNADNA为模板的为模板的DNADNA合成酶，其催化合成酶，其催化反应的特点反应的特点 （1 1）以四种脱氧核苷酸三磷）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（酸为底物；（2 2）反应需要有模板的指导；）反应需要有模板的指导；（3 3）反应需要有）反应需

20、要有3 3 - -OHOH存在；存在； （4 4）DNADNA链的合成方向为链的合成方向为5 5 3 3 N3 5 5 OOH OH PPP-O-CH2OH 生物大分子合成：生物大分子合成：底物、酶、底物、酶、能量、模板能量、模板原核生物中的原核生物中的DNADNA聚合酶聚合酶( (大肠杆菌大肠杆菌):): DNADNA聚合酶聚合酶:单体酶单体酶, ,多肽链内含一个多肽链内含一个锌原子（其鳌合剂是锌原子（其鳌合剂是O-O-二氮杂菲），多功能酶。二氮杂菲），多功能酶。它具有它具有5 5 3 3 聚合酶功能聚合酶功能（对脱氧核苷酸的选（对脱氧核苷酸的选择）；择）； 33 5 5外切酶活性外切酶活性

21、（对双链无作用，（对双链无作用，校对功能。校对功能。但在正常聚合条件下，此活性不能但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链）及作用于生长链）及55 33外切酶活性外切酶活性（双链（双链有效，主要是对有效，主要是对DNADNA损伤的修复，以及损伤的修复，以及在在DNADNA复复制时制时RNARNA引物切除及其空隙的填补）；在引物切除及其空隙的填补）；在DNADNA链链的的3 3 形成焦磷酸解（生理意义不大）；无机形成焦磷酸解（生理意义不大）；无机焦磷酸盐与焦磷酸盐与dNTPdNTP之间的焦磷酸基交换。之间的焦磷酸基交换。 DNADNA聚合酶聚合酶：多亚基酶，：多亚基酶，聚合作用，聚合作用，但聚

22、合活力很低；具有但聚合活力很低；具有3 3 5 5外切酶活性。外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的起的DNADNA损伤中起作用。损伤中起作用。 DNADNA聚合酶聚合酶：是原核生物是原核生物DNADNA复制的主复制的主要聚合酶要聚合酶，该酶由，该酶由1010种种亚基组成，其中亚基组成，其中 、 、 形成全酶的核心酶形成全酶的核心酶。具有。具有5533DNADNA聚合酶活聚合酶活性（性（ 亚基，亚基，速率高）；速率高）； 具有具有3 3 5 5外切外切酶（酶（ 亚基）亚基）的校对功能，提高的校对功能，提高DNADNA复制的保真复制的保真

23、性；还具有性；还具有5 5 33外切酶活性（单链有效，外切酶活性（单链有效，其意义未知）。其意义未知）。 （4 4）DNADNA聚合酶聚合酶IVIV和和V V：19991999年发现，当年发现，当DNADNA严重损伤时，诱导产生。严重损伤时，诱导产生。 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶亚基数目亚基数目 1 1（单体酶）（单体酶） 1 1（多亚基酶）（多亚基酶）1 1（多亚基酶）（多亚基酶） 5 35 3聚合活性聚合活性 + + 中中 + + 很低很低 + + 很高很高3 53 5外切活性外切活性 + + + + + +（保护（保护DNADNA复制的复

24、制的忠实性忠实性fidelityfidelity）5 35 3外切活性外切活性 + - - + - -主要是对主要是对DNADNA损损伤的修复；以及伤的修复；以及在在DNADNA复制时切复制时切除除RNARNA引物并填引物并填补其留下的空隙。补其留下的空隙。修复紫外修复紫外光引起的光引起的DNADNA损伤损伤DNA DNA 复制的主复制的主要聚合酶，还要聚合酶，还具有具有3-5 3-5 外切酶的校对外切酶的校对功能，提高功能，提高DNADNA复制的保真性复制的保真性4 4、真核细胞、真核细胞DNADNA聚合酶：聚合酶：亚基数亚基数44425分子量（分子量（KD)25036-38160-3001

25、70256细胞内定位细胞内定位核核核核线粒体线粒体核核核核35外切外切活性活性功能功能引物合引物合成成修复修复复制复制复制复制修复修复二）、二）、DNADNA连接酶（连接酶（19671967年发现）：年发现）：若若双链双链DNADNA中一条链中一条链有切口，一端是有切口，一端是3-3-OHOH，另一端是另一端是5-5-磷酸磷酸基基，连接，连接酶可酶可催化催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。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但是它不能将两条游离的DNADNA单链连接起来。单链连接起来。 大肠杆菌和其它细菌的大肠杆菌和其它细菌的DNADNA连接酶要求连接酶要求NADN

26、AD+ +提供能量，提供能量，在高等生物和噬菌体中，则要求在高等生物和噬菌体中，则要求ATPATP提供能量。提供能量。T4T4噬菌噬菌体的体的DNADNA连接酶连接酶不仅能在模板链上连接不仅能在模板链上连接DNADNA和和DNADNA链之间链之间的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链DNADNA。3535OHOHP P连接酶的反应机制连接酶的反应机制： 酶酶 + + NADNAD+ +(ATP) (ATP) 酶酶- -AMP + AMP + 烟酰胺单核苷酸烟酰胺单核苷酸（PPiPPi） 酶酶- -AMP + P-5-DNA AMP + P-5-DN

27、A 酶酶 + + AMP-P-5-AMP-P-5-DNADNA DNA-3-OH + AMP-P-5-DNA DNA-3-OH + AMP-P-5-DNA DNA-3-O-P-5-DNA+AMP DNA-3-O-P-5-DNA+AMPDNADNA连接酶连接酶在在DNADNA复制、损伤修复、重组等过程复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用中起重要作用作用三）、与解除三）、与解除DNA高级结构有高级结构有关的酶及蛋白因子关的酶及蛋白因子1 1、解螺旋酶、解螺旋酶 （解链酶）（解链酶）： 通过水解通过水解ATPATP将将DNADNA两条链打开。两条链打开。E.E.colicoli中的中的repr

28、ep蛋白就是解螺旋酶，还有蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶解螺旋酶I I、IIII、IIIIII。每解开一对碱基每解开一对碱基需要水解需要水解2 2个个ATPATP分子。分子。reprep蛋白沿蛋白沿3 3 5 5移动，而解螺旋酶移动，而解螺旋酶I I、IIII、IIIIII沿沿5 5 3 3移动移动。2 2、 拓扑异构酶：拓扑异构酶：催化催化DNADNA的拓扑连环数发生的拓扑连环数发生变化的酶，在变化的酶，在DNADNA重组修复和其他转变方面起重组修复和其他转变方面起重要作用。重要作用。 除连环数不同外其它性质均相同的除连环数不同外其它性质均相同的DNADNA分分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构

29、体反应的酶子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为称为拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶：使使DNADNA一条链发生断裂和再一条链发生断裂和再连接连接。作用是松解负超螺旋作用是松解负超螺旋，反应不需要，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。关。拓扑异构酶拓扑异构酶：使使DNADNA两条链发生断裂和两条链发生断裂和再连接。再连接。当引入负超螺旋当引入负超螺旋时需要由时需要由ATPATP提供能量，同复制有关。提供能量，同复制有关。二者共同控制二者共同控制DNADNA的的拓扑拓扑结构。结构。稳定已被解开的稳定已被解开的DNADNA单链，阻止复

30、性和保单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。护单链不被核酸酶降解。3、单链结合蛋白单链结合蛋白( (SSB: single-SSB: single-strand binding protein)strand binding protein)：四）、引发酶四）、引发酶 由多种蛋白质由多种蛋白质dnaAdnaA、dnaBdnaB、dnaCdnaC、n n、nn、nn和和i i组成。组成。引发前体再与引发酶结合组装引发前体再与引发酶结合组装成引发体。成引发体。 引发体可以沿模板链引发体可以沿模板链55 3 3方向移动方向移动, ,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位具有识别合成起始位点的功能，

31、移动到一定位置上即可引发置上即可引发RNARNA引物的合成。引物的合成。 移动和引发均需要移动和引发均需要ATPATP提供能量，提供能量， nn蛋白蛋白具有具有ATPATP酶的活力。引发体的移动与酶的活力。引发体的移动与复制叉复制叉移动移动的方向相同，与的方向相同，与冈崎片段冈崎片段的合成方向相反。的合成方向相反。引发体：引发体：二、二、DNADNA的半保留复制的半保留复制定义定义：由亲代由亲代DNADNA生成生成子代子代DNADNA时，每个新形时，每个新形成的子代成的子代DNADNA中，一条中，一条链来自亲代链来自亲代DNADNA，而另而另一条链则是新合成的，一条链则是新合成的，这种复制方式

32、叫这种复制方式叫半保半保留复制留复制 半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据: : 19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素1515N N标记大肠杆菌标记大肠杆菌DNA,DNA,首先证明了首先证明了DNADNA的半保留复制。的半保留复制。1515N-DNAN-DNA的密度大于的密度大于1414N-DNAN-DNA的密度的密度DNADNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义：DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上的稳在代谢上的稳定性，定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。

33、给后代。 DNADNA在代谢上的稳定性并非指在代谢上的稳定性并非指DNADNA是一种是一种惰性物质。惰性物质。 三、冈三、冈崎片段与崎片段与半不连续半不连续复制复制（19681968年）年） 发现（发现（19681968）：）： 同位素实验，同位素实验，3 3HdTHdT 短时间内为短时间内为DNADNA小片小片段段一段时间后一段时间后检测到检测到 DNADNA大片段。大片段。当用当用DNADNA连接酶的变异株时，检测到大量连接酶的变异株时，检测到大量DNADNA片段的积累。片段的积累。 证明证明DNADNA复制中有复制中有小片段合成。小片段合成。测定测定DNADNA小片段，远远大于合成小片段

34、，远远大于合成DNADNA的一半。的一半。由于由于U U替代替代dTdT，被尿嘧啶被尿嘧啶- -N-N-糖基酶切除。糖基酶切除。 在缺少尿嘧啶在缺少尿嘧啶- -N-N-糖基酶的突变植株中，糖基酶的突变植株中，检测到一半检测到一半3 3H H标记出现在小片段（冈崎标记出现在小片段（冈崎片段）中。片段）中。四、四、DNADNA的复制过程的复制过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例） 一）、合成起始一）、合成起始 二）、二）、DNADNA链的延伸链的延伸 三）、合成终止三）、合成终止一）、合成起始一）、合成起始1、辨认起始点、辨认起始点2、模版、模版DNA解除高级结构解除高级结构3、RNA引物的生

35、成引物的生成1、辨认起始点、辨认起始点vDNADNA的复制有特定的起始位点，的复制有特定的起始位点，叫做叫做复制原点复制原点。常用。常用oriori( (或或o o）表示。许多生物的复制原点都表示。许多生物的复制原点都是富含是富含A A、T T的区段。的区段。 互相缠绕的双链母本互相缠绕的双链母本DNA，复制从特复制从特定的位置定的位置(复制原点复制原点Ori or O)开始，该位置开始，该位置常是富含常是富含A、T区段。区段。2、模版、模版DNA解除高级结构解除高级结构 首先首先DNA解螺旋酶解螺旋酶(DnaB)打开局部双打开局部双链，链，SSB与每条单链结合，稳定单链并防与每条单链结合，稳

36、定单链并防止止DNA复性；然后在复性；然后在DNA旋转酶旋转酶（TOP)的作用下，使螺旋的作用下，使螺旋DNA局部变局部变成松弛态。成松弛态。 起始因子、引物酶、起始因子、引物酶、DNA聚合酶聚合酶等随后等随后结合，复制开始。结合，复制开始。 引发体在复制叉上移动，沿模板链引发体在复制叉上移动，沿模板链5 5 33的方向移动，与复制叉移动的方向相同，的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，识别合成的起始位点， DnaBDnaB蛋白活化引物合蛋白活化引物合成酶。引发成酶。引发RNARNA引物的合成。引物的合成。领头链领头链先引发开先引发开始合成，以原来一条始合成，以原来一条DNA

37、DNA单链为模板（单链为模板（3 3 5),5),按按5 5 3 3的方向合成一段的方向合成一段RNARNA引物引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个至其引物。引物长度约为几个至1010个核苷酸，个核苷酸，在引物的在引物的55端含端含3 3个磷酸残基（个磷酸残基（引物酶的底引物酶的底物是核苷三磷酸物是核苷三磷酸），），33端为游离的羟基。端为游离的羟基。3 3、RNARNA引物的合成引物的合成在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，的催化下，以四种脱氧核糖核苷以四种脱氧核糖核苷5-5-三磷酸为底物，在三磷酸为底物，在RNARNA引

38、物引物的的33端以磷酸二酯键连接端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。出焦磷酸。DNADNA链的延伸同链的延伸同时进行领头链和随后链的时进行领头链和随后链的合成。两条链方向相反。合成。两条链方向相反。 领头链领头链 随后链随后链 冈崎片段冈崎片段 半不连续复制半不连续复制冈崎模型冈崎模型（二）、（二）、链延伸链延伸领头链领头链在在DNADNA复制时，合成方向与复复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。制叉移动的方向一致并连续合成的链。随后链随后链在在DNADNA复制时，合成方向与复复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续制叉移动的方

39、向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的的片段，最后再连成一条完整的DNADNA链。链。蛋白蛋白Mr亚基数亚基数功能功能SSB756004结合单链结合单链DNADnaB蛋白蛋白(解螺旋解螺旋酶酶)3000006DNA解螺旋解螺旋,引物体引物体成分成分引物酶引物酶(DnaG蛋白蛋白) 600001RNA引物合成引物合成,引物引物体成分体成分DNA聚合酶聚合酶900000 1820 新链延长新链延长DNA聚合酶聚合酶I1030001除去引物除去引物,填充缺口填充缺口DNA连接酶连接酶740001连接连接DNA旋转酶旋转酶(DNA拓扑异构酶拓扑异构酶 )4000004超螺旋超螺旋参与链的延

40、伸阶段的蛋白质和参与链的延伸阶段的蛋白质和酶酶 当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3-3-OHOH端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。复制叉移复制叉移动到终止区即停止复制动到终止区即停止复制（大肠杆菌有一个终止区）（大肠杆菌有一个终止区）。这时会发生一系列变化：这时会发生一系列变化：在在DNADNA聚合酶聚合酶催化下切催化下切除除RNARNA引物引物；留下的空隙由留下的空隙由DNADNA聚合酶聚合酶催化合成一催化合成一段段DNADNA填补上填补上；在在DNADNA连接酶连接酶作用下，连接相邻的作用下，连接相邻的DNADNA链

41、；链；修复掺入修复掺入DNADNA链的错配碱基；以修复方式填链的错配碱基；以修复方式填补补终止区终止区50-10050-100bpbp的空缺。的空缺。这样以两条亲代这样以两条亲代DNADNA链链为模板，各自形成一条新的为模板，各自形成一条新的DNADNA互补链。结果是形互补链。结果是形成了两个成了两个DNADNA双股螺旋分子。双股螺旋分子。（三）、合成终止（三）、合成终止五、原核生物与真核生物五、原核生物与真核生物DNA的复制的复制特点特点一）、原核生物一）、原核生物DNADNA的复制的复制大肠杆菌双链环状大肠杆菌双链环状DNADNA的复制：的复制： DNA DNA解成单链，从一个固定的起始点

42、开始，解成单链，从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，同时向两个方向进行的，称为双向复制（复制）。 E.E.colicoli复制起始点复制起始点orioriC C跨度为跨度为245245bpbp，包含包含有三组串联重复序列和两对反向重复序列有三组串联重复序列和两对反向重复序列起点起点起点原核生物DNA的双向复制单向滚环式复制单向滚环式复制（噬菌体（噬菌体 X174DNAX174DNA单链环状）单链环状）3 二）、真核生物二）、真核生物DNADNA的复制的复制真核生物真核生物DNA的多起点复制的多起点复制1 1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼

43、，呈双向复制，多复制子。眼，呈双向复制，多复制子。2 2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200200bpbp. .3 3、真核生物真核生物DNADNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。4 4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不、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，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。长时，往往采用更多的复制起点。三）、新链三）、新链5末端复制末端复制1、原核生物新链末端的复制、原核生物新链末端的复制2、端粒和端粒酶、端粒和端粒酶 真核生物

44、线性染色体两端有真核生物线性染色体两端有端粒端粒结构，结构，防止染色体间的末端连接。由防止染色体间的末端连接。由端粒酶端粒酶负责负责新合成链新合成链5 5 RNARNA引物切除后的填补，亦保持引物切除后的填补，亦保持端粒端粒的一定长度的一定长度。复制叉复制叉复制叉复制叉终止区终止区 端粒结构端粒结构3 3 5 5 3 3 5 5 端粒结构端粒结构端粒酶是含端粒酶是含RNARNA的的逆转录酶逆转录酶 1970 1970年，年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore在致癌在致癌RNARNA病毒病毒中发现了反转录酶（中发现了反转录酶（Reverse Reverse Transc

45、riptaseTranscriptase） 1.DNA 1.DNA聚合酶特性聚合酶特性 需引物（需引物（tRNAtRNA）、）、dNTPdNTP、模板（模板（RNARNA、DNADNA）、）、5-35-3方向聚合方向聚合 2. 2.杂交分子杂交分子H H键断开键断开 常由核糖核苷酶常由核糖核苷酶H H（RNAaseRNAase H H）专一切除专一切除RNA-DNARNA-DNA分子中的分子中的RNARNA，全部或部分去除全部或部分去除RNARNA 3. 3.前病毒前病毒DNADNA 合成的合成的DNADNA链称负链。然后由依赖链称负链。然后由依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶催化下聚合酶

46、催化下，以负链为模板合成一正以负链为模板合成一正链这样形成的链这样形成的DNADNA称前病毒称前病毒DNADNA。前病毒前病毒DNADNA可嵌入宿主细胞可嵌入宿主细胞DNADNA中中( (称整合称整合) )或潜伏于宿或潜伏于宿主细胞用其负链主细胞用其负链( (依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶) )出出RNARNA，合成外壳蛋白合成外壳蛋白.1.1七、七、 DNA的损伤与修复的损伤与修复 损伤可造成突变或致死损伤可造成突变或致死 突变（突变（mutation）：）：指一种遗传状态，指一种遗传状态，可以通过复制而遗传的可以通过复制而遗传的DNA结构的任结构的任何永久性改变。携带突变

47、基因的生物何永久性改变。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。称为突变体，未突变的称为野生型。当当DNADNA受到大剂量紫外线（波长受到大剂量紫外线（波长260260nmnm附近）附近）照射时，可引起照射时，可引起DNADNA链上相邻的两个嘧啶碱链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，例如基共价聚合，形成二聚体，例如TTTT二聚体。二聚体。2. DNA损伤修复损伤修复光复活光复活切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复光复活（光复活（photoreactivation）可见光（最有效波长可见光（最有效波长400400nmnm）激活生物界激活生物界广泛分布（高等哺乳广泛分布

48、（高等哺乳动物除外）的光复活动物除外）的光复活酶，该酶分解嘧啶二酶，该酶分解嘧啶二聚体。聚体。是一种高度专一的修是一种高度专一的修复形式，只分解由于复形式，只分解由于UVUV照射而形成的嘧啶照射而形成的嘧啶二聚体。二聚体。切除修复（切除修复（excision repair）即在一系列酶的作用下，即在一系列酶的作用下，将将DNADNA分子中受损伤的部分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的分切除掉，并以完整的那一段为模板，合成出那一段为模板，合成出切去的部分，从而使切去的部分，从而使DNADNA恢复正常。这是一种比恢复正常。这是一种比较普遍的修复机制。较普遍的修复机制。细胞的修复功能对于保细胞的修复

49、功能对于保护遗传物质护遗传物质DNADNA不受破坏不受破坏有重要意义。有重要意义。重组修复（重组修复（recombination repair）又称复制后修复又称复制后修复（postreplicationpostreplication repairrepair）受损伤的受损伤的DNADNA在进行复制在进行复制时，跳过损伤部位，在子时，跳过损伤部位，在子代代DNADNA链与损伤相对应部链与损伤相对应部位出现缺口。通过分子间位出现缺口。通过分子间重组，从完整的母链上将重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再用子链的缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上母

50、合成的多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即重复链的空缺，此过程即重复修复。并非完全校正。修复。并非完全校正。SOSSOS修复修复指指DNADNA受到严重损伤、细胞处于危急状受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种态时所诱导的一种DNADNA修复方式，修复修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，高细胞的生成率，但留下的错误较多，又称倾错性修复（又称倾错性修复（Error-Prone Error-Prone Repair Repair ）。）。第三节第三节 RNARNA的生物合成的生物合成 在生物界，在生物界，RNARNA合