核苷酸代谢和核酸生物合成课件.ppt

1、 核苷酸代谢核苷酸代谢 第一节第一节 核酸及核苷酸的分解代谢核酸及核苷酸的分解代谢 一、核酸酶促降解一、核酸酶促降解 （一）核酸酶促降解的含义：（一）核酸酶促降解的含义： 核酸核酸在在核酸酶核酸酶的催化下，使连接核苷酸的催化下，使连接核苷酸之间的之间的磷酸二酯键磷酸二酯键水解，生成水解，生成核苷酸核苷酸的过的过程为程为核酸的酶促降解核酸的酶促降解。 （二）、核酸酶的种类（二）、核酸酶的种类 1、根据所作用的底物分、根据所作用的底物分 （1）核糖核酸酶（）核糖核酸酶（RNase）: 专一性水解专一性水解RNA （2）脱氧核糖核酸酶（）脱氧核糖核酸酶（DNase）：专一性水解）：专一性水解DNA

2、2、根据所作用的部位分、根据所作用的部位分 （1）核酸内切酶：水解核酸分子内部的磷酸二酯键。）核酸内切酶：水解核酸分子内部的磷酸二酯键。 （2）核酸外切酶：从核酸分子的一端逐个地水解单核苷）核酸外切酶：从核酸分子的一端逐个地水解单核苷酸。酸。 （3）限制性内切酶：具高度特异性。只能识别）限制性内切酶：具高度特异性。只能识别DNA的特的特定核苷酸序列，并在特定部位切断定核苷酸序列，并在特定部位切断DNA链，使链，使DNA产生产生双链裂口。双链裂口。( (三）核酸及核苷酸的降解三）核酸及核苷酸的降解核酸核酸核酸酶核酸酶磷酸单脂酶磷酸单脂酶核苷核苷嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤） 核糖（脱氧核糖）核糖（脱氧

3、核糖）核苷酶核苷酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）核糖核糖-1-磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖-1-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径醛缩酶醛缩酶乙醛乙醛甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸单核苷酸单核苷酸二、嘌呤的分解代谢二、嘌呤的分解代谢 （一）、嘌呤的分解（一）、嘌呤的分解 1、嘌呤的分解可在核苷酸水平、核苷水平、碱、嘌呤的分解可在核苷酸水平、核苷水平、碱基水平完成脱氨而达到降解。基水平完成脱氨而达到降解。 脱氨脱氨 脱氨脱氨1、核苷酸水平的降解：腺苷酸、核苷酸水平的降解：腺苷酸 次黄苷酸次黄苷酸 黄苷酸黄苷酸 鸟氨酸鸟氨酸 脱氨脱氨 脱氨脱氨2、核苷水平的降解：、核

4、苷水平的降解： 腺苷腺苷 次黄苷次黄苷 黄苷黄苷 鸟苷鸟苷 脱氨脱氨 脱氨脱氨3、碱基水平的降解、碱基水平的降解 腺嘌呤腺嘌呤 次黄嘌呤次黄嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 尿酸尿酸2、嘌呤分解的终产物不同、嘌呤分解的终产物不同 （1）人类、灵长类、鸟类、爬虫类及大多数昆人类、灵长类、鸟类、爬虫类及大多数昆虫虫体内缺乏尿酸氧化酶，不能将尿酸进一步，故体内缺乏尿酸氧化酶，不能将尿酸进一步，故其嘌呤的最终产物为其嘌呤的最终产物为尿酸尿酸； （2）除人和猿以外的哺乳动物、双翅目昆虫以除人和猿以外的哺乳动物、双翅目昆虫以及腹足类动物及腹足类动物体内存在尿酸酶可将尿酸氧化为尿体内存在尿酸酶可将尿酸氧化为

5、尿囊素，故其嘌呤的最终产物为囊素，故其嘌呤的最终产物为尿囊素尿囊素； （3）某些硬骨鱼类某些硬骨鱼类的体内含尿囊素酶能水解尿的体内含尿囊素酶能水解尿囊素生成尿囊酸，故其嘌呤的最终产物为囊素生成尿囊酸，故其嘌呤的最终产物为尿囊酸尿囊酸； （4）大多数鱼类、两栖类体内含有尿囊酸酶能）大多数鱼类、两栖类体内含有尿囊酸酶能将尿囊酸水解为将尿囊酸水解为尿素尿素. 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 H H2 2O O H H2 2O O NHNH3 3 NHNH3 3 次黄嘌呤次黄嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 H H2 2O+OO+O2 2 H H2 2O O2 2 H H2 2O+OO+O2 2 H H2 2O O2

6、2 尿囊素尿囊素 尿酸尿酸 H H2 2O COO CO2 2+H+H2 2O O2 2 2H 2H2 2O+OO+O2 2 尿囊酸 尿素尿素 + 乙醛酸乙醛酸 H H2 2O 2HO 2H2 2O O 4NH4NH3 3 + 2CO + 2CO2 2 植物植物腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸氧化酶尿酸氧化酶尿囊尿囊素酶素酶尿囊酸酶尿囊酸酶脲酶脲酶 三、嘧啶的分解三、嘧啶的分解 胞嘧啶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -丙氨酸 -脲基丙酸 H2O 胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶 NAD

7、(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -氨基异丁酸 -脲基异丁酸 H2O 胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+第二节、第二节、 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 一、核苷酸合成的一、核苷酸合成的基本途径基本途径 （一）（一）“从头合成途径从头合成途径”或从或从“无到有途径无到有途径”。 生物体利用某些氨基酸、磷酸核糖、二氧化碳生物体利用某些氨基酸、磷酸核糖、二氧化碳和氮等较简单的化合物合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸和氮等较简单的化合物合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸的合成过程为的合成过程为“从头合成途径从头合成途径”。这样的合

8、成途径。这样的合成途径几乎存在于所有的生物体内，几乎存在于所有的生物体内，它不经过碱基、核苷它不经过碱基、核苷的中间阶段。主要在肝组织中进行。的中间阶段。主要在肝组织中进行。 （二）（二）补救途径补救途径：一般将生物体内由碱基或核苷合：一般将生物体内由碱基或核苷合成核苷酸的途径为补救途径。脑、骨髓只能进行补成核苷酸的途径为补救途径。脑、骨髓只能进行补救合成。救合成。二、嘌呤核苷酸的合成二、嘌呤核苷酸的合成 1、从头合成途径、从头合成途径 （1）嘌呤环中各个原子的嘌呤环中各个原子的来源来源 （2）嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成或碳酸氢盐或碳酸氢盐5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸

9、磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪唑核苷酸甲酰甘氨咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP的的 生物合成生物合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲氨甲酰核苷酸酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰氨甲酰核苷酸核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFA延胡索酸延胡索酸第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷

10、酸和鸟嘌呤核苷酸（GMP） IMP转变为转变为GMP和和AMP嘌呤核苷酸合成特点嘌呤核苷酸合成特点 先形成先形成IMP(次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸)，然后在单磷酸的水平上，然后在单磷酸的水平上转变成转变成AMP、GMP。 IMP合成从合成从5 -P-核糖开始的，在核糖开始的，在ATP参与下先形成参与下先形成PRPP（5-磷酸核糖焦磷酸），催化该反应的酶是磷酸核糖焦磷酸），催化该反应的酶是PRPP合成酶。合成酶。 PRPP为合成的起始物质。为合成的起始物质。 嘌呤的各个原子是在嘌呤的各个原子是在PRPP的的C1上逐渐加上去的。由上逐渐加上去的。由Asp、Gln、 Gly、甲酸、甲酸、CO2 提

11、供提供N和和C ，合成时先形，合成时先形成右环（五员环），再形成左环（六员环）。成右环（五员环），再形成左环（六员环）。 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 嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）嘌呤核苷酸合成补救途径（自学） 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶嘌呤嘌呤+PRPPA（G）MP+PPi嘌呤嘌呤+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷 A(G)MPATP ADP嘌呤核苷酸合成补救途径嘌呤核苷酸合成补救途径三、嘧啶核苷酸的合成三、嘧啶核苷酸的合成 嘧啶核苷酸的嘧啶核苷酸的嘧啶环嘧啶环是由氨甲酰磷酸（由是由氨甲酰磷酸（由谷氨酰胺和谷氨酰胺和CO2合成）和天冬氨酸合成。合

12、成）和天冬氨酸合成。氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸天天冬冬氨氨酸酸 尿尿嘧啶核苷酸的合成（嘧啶核苷酸的合成（三个阶段）三个阶段）： 1、以、以CO2和谷氨酰胺为原料和谷氨酰胺为原料合成氨基甲酰合成氨基甲酰磷酸磷酸 2、氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸缩合、氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸缩合生成氨生成氨基甲酰天冬氨酸。基甲酰天冬氨酸。 3、乳清酸接受、乳清酸接受PRPP的的5磷酸核糖生成乳磷酸核糖生成乳清酸核苷酸，并进一步脱羧生成清酸核苷酸，并进一步脱羧生成尿嘧啶核尿嘧啶核苷酸。苷酸。激酶激酶天冬氨酸天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸二氢乳清酸转氨甲酰酶转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶

13、二氢乳清酸脱氢酶二氢乳清酸脱氢酶乳清酸乳清酸乳清苷酸乳清苷酸尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺焦磷酸化酶焦磷酸化酶脱羧酶脱羧酶激酶激酶CTP合成酶合成酶嘧啶核苷酸合成特点嘧啶核苷酸合成特点其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨氨甲酰磷酸甲酰磷酸与与天冬氨酸天冬氨酸形成形成嘧啶环嘧啶环，再与，再与核核糖磷酸焦磷酸（糖磷酸焦磷酸（PRPP）结合形成结合形成 UMP，其关键的中间产物是其关键的中间产物是乳清酸乳清酸。胞苷酸则由。胞苷酸则由尿苷酸尿苷酸在三磷酸的水平上转变而来。在三磷酸的水平上转变而来。 四、核苷酸转化成核苷三磷酸四、核苷酸转化成核苷三

14、磷酸 (脱氧)核苷酸激酶 （d）NMP+ATP （d）NDP+ADP 激酶 （d）NDP+ATP （d）NTP+ADP核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FADATP 、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸五、脱氧核糖核苷酸的合成五、脱氧核糖核苷酸的合成六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧

15、啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+Ser（丝氨酸）（丝氨酸）NADP+Gly N5、N10CH2 FH4 FH2二氢叶酸二氢叶酸还原酶还原酶Ser羟甲基羟甲基转移酶转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P- -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-七、从头合成的调节八、核苷酸从头合成的八、核苷酸从头合成的抗代谢物抗代谢物 嘌呤类似物嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：巯基嘌呤）： 可抑制可抑制AMP、GM

16、P的生成的生成 谷胺酰胺类似物谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：（氮杂丝氨酸）： 可抑制可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺参与的反应的合成中有谷胺酰胺参与的反应 叶酸类似物叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可可抑制抑制IMP合成中有四氢叶酸参与的反应合成中有四氢叶酸参与的反应嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)第十二章核酸的生物合成第十二章核酸的生物合成 第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成 学习三个问题：学习三个问题： DNA的复制方式的复制方式 DNA的复制的机制的复制的机制 DNA的损伤与修复的损伤与修复一、一、DNA的复制方式的

17、复制方式半保留复制半保留复制 （一）概念（一）概念：每个子：每个子代代DNA分子的一条链分子的一条链来自亲代的来自亲代的DNA，另，另一条链是新合成的，一条链是新合成的，这种复制方式为这种复制方式为DNA的半保留复制。的半保留复制。 半保留复制的假说是半保留复制的假说是1953年沃森和克里克年沃森和克里克在在DNA双螺旋结构的双螺旋结构的基础上提出的。基础上提出的。（二）（二）DNADNA半保留复制的证据半保留复制的证据第一代第二代细菌（含15N-DNA)普通DNA普通DNA重DNA 重DNA普通培养基普通培养基细菌DNA双链密度梯度离心15N-DNA14N-DNA1958年年Meselson

18、（麦尔逊）和（麦尔逊）和Stahl（斯坦赫）首次用实验成功地证明了（斯坦赫）首次用实验成功地证明了DNA的半保留复制的半保留复制亲代DNA（15N15N）子一代DNA（15N14N）子二代DNA (15N14N，14N14N 1:1)子三代DNA (15N14N，14N14N 1:3)子四代DNA (15N14N，14N14N 1:7 )亲代DNA与子二代DNA的混合物亲代DNA与子四代DNA的混合物居中居中重重轻轻01234（三）（三）DNADNA复制的复制的必备条件必备条件 底物底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTPdNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP) ) 聚

19、合酶聚合酶 DNADNA聚合酶（聚合酶（DNADNA依赖的依赖的DNADNA聚合酶聚合酶) ) 模板模板单链的单链的DNADNA母链母链 引物引物寡核苷酸引物（寡核苷酸引物（RNA)RNA) 其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，单解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶链结合蛋白，连接酶 1、DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶是机体内以脱氧核苷三磷聚合酶是机体内以脱氧核苷三磷酸为底物催化合成酸为底物催化合成DNA的一类酶。的一类酶。 DNA模板模板引物引物 Mg2+ 四种脱氧核苷三磷酸四种脱氧核苷三磷酸 催化作用所需要的条件催化作用所需要的条件原核生物原核生物DNA聚合酶聚合酶 D

20、NA聚合酶聚合酶： 聚合作用：使聚合作用：使DNA链按链按53方向延长。方向延长。 校对作用：具有沿校对作用：具有沿3 5或或5 3的外切酶的作用。的外切酶的作用。 DNA聚合酶聚合酶： 聚合作用活力较低。仅有聚合作用活力较低。仅有35的外切酶的作用。的外切酶的作用。 DNA聚合酶聚合酶： 聚合和校对作用是三种聚合酶中活力最高的一种。聚合和校对作用是三种聚合酶中活力最高的一种。 结论：三种聚合酶均具有结论：三种聚合酶均具有聚合和校对聚合和校对的作用。而且具有方的作用。而且具有方向性。向性。真核细胞真核细胞DNA聚合酶聚合酶 在高等真核细胞已分离到的在高等真核细胞已分离到的DNA聚合酶有聚合酶有

21、三种三种、。 真核细胞真核细胞DNA聚合酶与细菌聚合酶与细菌DNA聚合酶的聚合酶的性质相似，聚合反应所需的条件也完全一性质相似，聚合反应所需的条件也完全一样，所不同的是在真核细胞中的样，所不同的是在真核细胞中的DNA聚合聚合酶酶一般一般都不具有核酸外切酶作用。都不具有核酸外切酶作用。 （只有聚合作用）（只有聚合作用） 2 2、DNADNA连接酶（连接酶（19671967年发现）：年发现）： 若若双链双链DNADNA中一条链有切口，一端是中一条链有切口，一端是3-OH3-OH，另，另一端是一端是5-5-磷酸磷酸基基，连接酶可，连接酶可催化催化这两端形成磷这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接酸二酯键

22、，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。 3535OHOHP P3、引发酶、引发酶 促进引物合成促进引物合成的酶为引发酶。的酶为引发酶。 如以如以RNA片段为引物，则促进片段为引物，则促进RNA片段合片段合成的引发酶为成的引发酶为RNA聚合酶。聚合酶。4 4、复制中解链必需、复制中解链必需因子因子 （1）单链结合蛋白（）单链结合蛋白（SSB） 作用：与单链结合，保护复制中的作用：与单链结合，保护复制中的DNA单链部分单链部分不被核酸酶降解；刺激同源聚合酶的活力。不被核酸酶降解；刺激同源聚合酶的活力。 （2）解链酶（解双螺旋酶）解链酶

23、（解双螺旋酶） 解链，为解链，为SSB提供可结合的单链区。提供可结合的单链区。 （3 3）DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶( (解旋酶）解旋酶） 既能水解，又能连接磷酸二酯键既能水解，又能连接磷酸二酯键 拓扑酶拓扑酶 切断切断DNADNA双链中的一股双链中的一股 拓扑酶拓扑酶 切断切断DNADNA双链双链 （四）（四）DNA复制的起始点和复制方向复制的起始点和复制方向 1、起始点和复制叉、起始点和复制叉 起始点起始点是含有是含有100200个碱基对的一段个碱基对的一段DNA。为为DNA复制的起始部位复制的起始部位 。 复制叉复制叉：在：在DNA复制前，复制前，DNA的两条链在的两条链在起始点分

24、开形成起始点分开形成在显微镜下可看到的叉状在显微镜下可看到的叉状结构，称为结构，称为复制叉。复制叉。随着复制叉的移动完随着复制叉的移动完成成DNA的复制的复制 2、复制方向：单向复制和双向复制复制方向：单向复制和双向复制3、环状、环状DNA（大肠杆菌）的复制方向及复制特点（大肠杆菌）的复制方向及复制特点 多以多以Q式式方式复制。方式复制。 单向复制单向复制：复制叉复制叉从起始点向一个方向从起始点向一个方向移动移动，随着复制叉，随着复制叉的移动完成复制。的移动完成复制。 双向复制双向复制：复制时首先在起始点裂开，复制叉从起始点开：复制时首先在起始点裂开，复制叉从起始点开始向两个相反方向移动直到两

25、个复制叉相遇。始向两个相反方向移动直到两个复制叉相遇。 复制特点复制特点：在迅速生长的原核生物中，第一个染色体：在迅速生长的原核生物中，第一个染色体DNA分子复制尚未完成，第二个分子复制尚未完成，第二个DNA分子就在同一个起始点上分子就在同一个起始点上开始复制，其复制叉移动的速度是相当快的，每分钟约为开始复制，其复制叉移动的速度是相当快的，每分钟约为105个碱基对。个碱基对。单向复制单向复制i双向复制双向复制观察到的放射观察到的放射自显影图象自显影图象4、真核生物线状、真核生物线状DNA的复制方向及复制特的复制方向及复制特点点 特点：特点： 染色体不同位置上有染色体不同位置上有多个起始点多个起

26、始点；从这些起始点；从这些起始点开始向相反的方向复制开始向相反的方向复制（双向复制），（双向复制），就形成多就形成多个复制泡；复制叉移动的速度较慢个复制泡；复制叉移动的速度较慢5x1025x103碱基对，但由于同时起作用的复制叉数目很大，碱基对，但由于同时起作用的复制叉数目很大，所以真核生物染色体所以真核生物染色体DNA复制的复制的总速度比原核生总速度比原核生物还快。物还快。复制叉起点起点复制叉延伸延伸起点起点领头链领头链随后链随后链3535DNA的双向复制的双向复制二、二、DNA复制的机制复制的机制半不连续复制半不连续复制半不连续复制的发现半不连续复制的发现 1968日本学者冈崎：日本学者冈

27、崎： 同位素实验，用含同位素实验，用含3H的的dT标记用标记用T4噬菌体感染的大肠杆噬菌体感染的大肠杆菌菌 短时间内分离的短时间内分离的DNA均为均为DNA小片段小片段一段时间后一段时间后检测到检测到 DNA大片段。当用大片段。当用DNA连接酶的缺失的变异株连接酶的缺失的变异株时，检测到大量时，检测到大量DNA片段的积累。片段的积累。证明证明DNA复制中有复制中有小片段合成。小片段合成。 测定测定DNA小片段，远远大于合成小片段，远远大于合成DNA的一半。似乎两条的一半。似乎两条链都是不连续合成的，后发现是由于链都是不连续合成的，后发现是由于U替代替代dT渗入渗入DNA中，中，而被尿嘧啶而被尿

28、嘧啶-N-糖基酶切除所致。糖基酶切除所致。 在缺少尿嘧啶在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突变植株中，糖基酶的突变植株中，DNA的的U不再被不再被切除，则切除，则检测到一半检测到一半3H标记出现在小片段（冈崎片段）标记出现在小片段（冈崎片段）中。中。（二）半不连续复制（二）半不连续复制 1、含义、含义 : DNA在复制时，由双链分开的两在复制时，由双链分开的两条模板链上，两条新链是按条模板链上，两条新链是按53方向合成，方向合成，其中一条链是连续合成的，另一条链则是其中一条链是连续合成的，另一条链则是先合成短的片段先合成短的片段（冈崎片段），（冈崎片段），然后再将然后再将片段连接起来形成新链，这个复制

29、过程为片段连接起来形成新链，这个复制过程为半不连续复制。半不连续复制。DNADNA复制的半不连续性复制的半不连续性前导链前导链滞后链滞后链冈崎片段冈崎片段前导链：前导链：以以3 5 3 5 方向方向的亲代链为模板连续合成的子代的亲代链为模板连续合成的子代链。链。滞后链：滞后链：以以5 35 3方向方向的亲代链为模板的子代链先逆的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。再连接成滞后链。参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图 2、DNA 复复 制制 的的 过过 程程（1）合成起始）合成起始 引发引发 在病毒、细菌、真核细胞中在病毒、细菌、真核细胞

30、中DNA的复制过的复制过程大同小异。大致可包括下列几个过程：程大同小异。大致可包括下列几个过程： 辨认起始点辨认起始点 即由引发酶（即由引发酶（RNA聚合酶）聚合酶）识别识别DNA模板上复制的起点由此启动开始模板上复制的起点由此启动开始合成引物。合成引物。3553起始点起始点RNA聚合酶（引发酶）聚合酶（引发酶）模板模板DNA局部解曲解链局部解曲解链 解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板结解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板结合，使这部分合，使这部分DNA发生局部解曲和解链作发生局部解曲和解链作用，这样一段用，这样一段DNA链上的碱基暴露出来，链上的碱基暴露出来，与此同时与此同时SSB结合于已解开

31、的链上。结合于已解开的链上。5335SSB解曲酶解曲酶旋转酶旋转酶RNA引物的生成引物的生成 即分别以两条即分别以两条DNA链作模板，由链作模板，由RNA聚合聚合酶催化合成酶催化合成RNA引物。引物。引物引物 5533（2）DNA片段的合成及链的延伸片段的合成及链的延伸 在在RNA引物上由引物上由DNA聚合酶聚合酶（真核生物（真核生物为为）催化，按照模板）催化，按照模板3 5链上的顺序，链上的顺序，在引物在引物3OH端接上相应的核苷酸。新链端接上相应的核苷酸。新链的合成按的合成按53方向进行（即前导链的合方向进行（即前导链的合成）。与此同时与另一条链成）。与此同时与另一条链53为模板，为模板，

32、合成冈崎片段，每一个冈崎片段合成冈崎片段，每一个冈崎片段5末端带末端带一个引物，这条链为滞后链。一个引物，这条链为滞后链。5533前导链前导链滞后链（岗崎片段）滞后链（岗崎片段） （3）合成终止）合成终止引物的切除引物的切除 被特异核酸酶切除被特异核酸酶切除空缺部位的填补与连接由空缺部位的填补与连接由DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA片段合成，以补充核苷酸数，最后由连接片段合成，以补充核苷酸数，最后由连接酶将片段连接起来，从而形成两条连续的新链。酶将片段连接起来，从而形成两条连续的新链。引物的切除引物的切除 被特异核酸酶切除被特异核酸酶切除5533前导链前导链滞后链（岗崎片段）滞后链（岗崎片段）

33、 合成终止（一个复制子合成终止）合成终止（一个复制子合成终止）5533前导链前导链滞后链（岗崎片段）滞后链（岗崎片段） 终点终点5、真核生物中、真核生物中DNA复制的特点复制的特点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，呈双向复制，多复制子（基因组能独眼，呈双向复制，多复制子（基因组能独立进行复制的单位为复制子）。立进行复制的单位为复制子）。2 2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200bp.200bp.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、真核生物染色体在全部复制完之前起点、真核生物染色体在全部复制完之前起点不

34、再重新开始复制；而在快速生长的原核不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快中，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。速生长时，往往采用更多的复制起点。 5、真核生物有多种、真核生物有多种DNA聚合酶。聚合酶。 6、真核生物线性染色体两端有、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 RNA引物切除后的填补，亦保引物切除后的填补，亦保持持端粒端粒的一定长度的一定长度。总结：总结： 1、DNA的复制方式：的复制方式：半保留复制。半保留复制。 2、复

35、制时有固定的起始点。、复制时有固定的起始点。 细菌或病毒复制时起始于一个固定的位点，真核生物细菌或病毒复制时起始于一个固定的位点，真核生物染色体染色体DNA复制有多处起始点。复制有多处起始点。 3、复制方向：、复制方向：双向或单向。多数是双向的。双向复制时双向或单向。多数是双向的。双向复制时两个复制叉移动的速度不一定相同。两个复制叉移动的速度不一定相同。 4、复制的速度取决于起始。、复制的速度取决于起始。 5、复制链延长的方向：、复制链延长的方向：每条链都由每条链都由5端向端向3端延长。端延长。 6、复制的过程是半不连续的，前导链是连续合成的，滞、复制的过程是半不连续的，前导链是连续合成的，滞

36、后链是不连续合成的。相邻近的后链是不连续合成的。相邻近的DNA片段由连接酶催化连片段由连接酶催化连接成新链。接成新链。 7、DNA复制是在复制是在RNA引物上起始的。前导链只需一个引引物上起始的。前导链只需一个引物，滞后链每合成一个冈崎片段需要一个引物。物，滞后链每合成一个冈崎片段需要一个引物。RNA引物引物以后被酶切除。以后被酶切除。 8、复制有多种机制。即使在同一细胞里，可能因环境、复制有多种机制。即使在同一细胞里，可能因环境、温度、营养条件、酶的丰富程度、温度、营养条件、酶的丰富程度、dNTP供应是否平衡，供应是否平衡，模板是否被外界因素损伤等不同。复制也可以采取不同的模板是否被外界因素

37、损伤等不同。复制也可以采取不同的方式。方式。 9、生物系统的遗传信息主要是贮存在、生物系统的遗传信息主要是贮存在DNA分子中，表现分子中，表现为特异的核苷酸顺序。为特异的核苷酸顺序。三、三、DNA的损伤与修复的损伤与修复（一）（一）DNA的损伤：的损伤：DNA在某些因素的作用下引在某些因素的作用下引起不同程度的双螺旋结构的破坏为起不同程度的双螺旋结构的破坏为DNA的损伤。的损伤。引起引起DNA损伤的因素损伤的因素生物因素生物因素物理因素物理因素化学因素化学因素如：紫外线如：紫外线 电离辐射等电离辐射等如：化学诱变剂如：化学诱变剂破坏的部位破坏的部位DNA的碱基的碱基糖或是磷酸二酯键糖或是磷酸二

38、酯键损伤的结果：损伤的结果：造成结构与功能的破坏，进而引起突造成结构与功能的破坏，进而引起突变，甚至导致生物的死亡。变，甚至导致生物的死亡。（二）（二）DNA的修复的修复修复系统修复系统错配修复错配修复直接修复直接修复切除修复：发生在切除修复：发生在DNA复制之前复制之前重组修复：修复发生在重组修复：修复发生在DNA复制之后复制之后易错修复易错修复如：光复活修复如：光复活修复 1、光复活修复的机制、光复活修复的机制二聚体二聚体光复活酶光复活酶光光1、损伤、损伤2、形成酶、形成酶DNA复合物复合物3、吸收可见光、吸收可见光4、酶释放、酶释放2、切除修复、切除修复切断切断修复修复切除切除缝合缝合内

39、切酶内切酶外切酶外切酶连接酶连接酶3、重组修复、重组修复55重组重组修复修复5补充内容补充内容出错的出错的DNA母链母链同源同源DNA母链母链再合成的序列再合成的序列受损部位受损部位重组部分重组部分第二节第二节 RNA的生物合成的生物合成 一、一、 转录转录（一）何谓转录（一）何谓转录 根据根据DNA中含有的信息，进行碱基配对而复中含有的信息，进行碱基配对而复制成一条核糖核苷酸的互补顺序制成一条核糖核苷酸的互补顺序RNA链的过程。链的过程。或者说或者说DNA分子中遗传信息转移到分子中遗传信息转移到RNA分子的过分子的过程。更具体地说转录是以程。更具体地说转录是以DNA为模板，在为模板，在DNA

40、指指导的导的RNA聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。的过程。 （二）转录的条件（二）转录的条件 1、转录模板：在、转录模板：在RNA的合成中，的合成中，DNA的两条链的两条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不转录的不对称性。对称性。 2原料原料。需要有三磷酸核糖核苷作为需要有三磷酸核糖核苷作为原料，原料，NTPNTP（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP）3转录酶转录酶。 原核细胞的酶分布在胞原核细胞的酶分布在胞液，转录在胞液中进行，真核细胞的液，转录在胞液中进行，真核细胞的酶存在于胞核

41、，反应在胞核中进行。酶存在于胞核，反应在胞核中进行。（三）（三）RNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶有原核细胞和真核细胞两种。聚合酶有原核细胞和真核细胞两种。1 1、原核细胞原核细胞RNARNA聚合酶聚合酶（目前以大肠杆菌的（目前以大肠杆菌的RNARNA聚合酶聚合酶研究的最清楚）研究的最清楚） 核心酶和核心酶和因子组成全酶。可表示为因子组成全酶。可表示为。核心酶核心酶有有4 4个亚基，两个相同的个亚基，两个相同的亚基，两个不同的亚基，两个不同的、亚基。核心酶可催化各个核苷酸之间形成亚基。核心酶可催化各个核苷酸之间形成33，5-5-磷酸二酯键，使磷酸二酯键，使RNARNA延长。延长。大肠杆菌的

42、RNA聚合酶大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶各亚基聚合酶各亚基 的性质与功能的性质与功能亚基亚基 MrMr 亚基数目亚基数目 功能功能 40,OOO 2 酶的装配，与启动子上游 元件和活化因子结合 155,000 1 结合核苷酸底物，催化磷 酸二酯键形成 160,000 1 与模板结合 32,OOO-92，000 1 识别启动子，促进转录的起始 9,OOO 1 未知注：注： 存在于全酶制剂中，核心酶没有存在于全酶制剂中，核心酶没有2 2、真核生物、真核生物RNARNA聚合酶聚合酶有三种；分别为有三种；分别为I I、IIII、IIIIII。 RNARNA聚合酶聚合酶I I：存在于核仁，催化：存在于核

43、仁，催化rRNArRNA前体前体的合成。的合成。 RNA RNA聚合酶聚合酶IIII：存在于核质，催化：存在于核质，催化mRNAmRNA前体前体的合成。的合成。 RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII：存在于核质，催化：存在于核质，催化tRNAtRNA前体前体的合成。的合成。酶类分布产物-鹅膏蕈碱对酶的作用分子量反应条件I I核仁核质核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNA snRNAtRNA 5SrRNA不抑制低浓度抑制低浓度抑制高浓度抑制500000500000700000700000700 000700 000_低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn

44、2+浓度真核细胞的真核细胞的RNARNA聚合酶聚合酶同样，真核RNA聚合酶无校对功能。3、RNA聚合酶的特点：聚合酶的特点： 反应底物：反应底物：NTP，DNA为模板、为模板、Mg2+促进聚合促进聚合 反应。反应。 RNA聚合酶不需要引物，合成方向聚合酶不需要引物，合成方向53 。 真核生物与原核生物的真核生物与原核生物的RNA聚合酶结构不同。聚合酶结构不同。 RNA聚合酶表现其活性需要聚合酶表现其活性需要DNA模板，天然（双模板，天然（双链）链）DNA作为模板比变性（单链）作为模板比变性（单链）DNA更为有效。更为有效。 RNA聚合酶能局部解开的两条链。聚合酶能局部解开的两条链。（四）转录过

45、程（四）转录过程（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例） 起始位点的识别起始位点的识别 转录起始转录起始 链的延伸链的延伸 转录终止转录终止1、起始位点的识别、起始位点的识别RNA的合成不需要引物的合成不需要引物。体外实验证明，不。体外实验证明，不含含因子的核心酶会随机地在一个基因的两因子的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有条链上启动，当有因子时就会选择正确的因子时就会选择正确的起点。起点。 证明证明因子具有识别因子具有识别DNA分子上的分子上的起始信号或启动子的作用起始信号或启动子的作用。 启动子启动子指指RNA聚合酶识别、结合和开聚合酶识别、结合和开始转录的一段始转录的一段DNA序列

46、，它是起始阶段所序列，它是起始阶段所需的全部需的全部DNA序列序列 启动子的结构至少由三部分组成：启动子的结构至少由三部分组成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部分是RNA合成的起始AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点5335 3535序列序列 -1010序列序列 通常将转录单位起点的核苷酸为通常将转录单位起点的核苷酸为+1，转录起点的左侧为上游，用负的数码表示，起点右，转录起点的左侧为上游，用负的数码表示，起点右侧为下游，即转录区。侧为下游，即转录区。2、转录起始：三元起始复合物生成、转录起

47、始：三元起始复合物生成RNARNA聚合酶聚合酶全酶全酶扫描解链区，找到起始点（第扫描解链区，找到起始点（第一个核苷三磷酸掺入的位置为转录起始点），然一个核苷三磷酸掺入的位置为转录起始点），然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是磷酸常是GTPGTP或或ATPATP，很少是，很少是CTPCTP，不用，不用UTPUTP。形成。形成启动子、全酶和核苷三磷酸复合物（称为三元起启动子、全酶和核苷三磷酸复合物（称为三元起始复合物）始复合物）。第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录。第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，起始点， 亚基就会被释放脱离核心酶。（请看

48、亚基就会被释放脱离核心酶。（请看下图）下图）因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放 E-35-10pppG或pppA55553333模板链3、RNA链的延伸链的延伸 DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与酶与DNA结合比较松弛，可沿结合比较松弛，可沿DNA模板移模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的核苷三磷酸加到生长的RNA链的链的3-OH端，端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5 3、转录终止、转录终止 在DNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的DN

49、A序列称为终止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。 （1 1）由由DNA的终止信号作用而发生合成终止。的终止信号作用而发生合成终止。 当当RNA聚合酶移动到模板聚合酶移动到模板DNA特定的核苷特定的核苷酸序列时合成即告终止。这一特定的核苷酸序列时合成即告终止。这一特定的核苷酸序列为酸序列为终止信号或终止位点终止信号或终止位点。这一合成。这一合成终止终止与蛋白质无关，与蛋白质无关，仅由这个部位的仅由这个部位的特殊特殊结构决定的。结构决定的。（2）由蛋白质）由蛋白质因子因子引起的合成终止。引起的合成终止。 这种合成终止需要一种特殊的蛋白因子这种合成终止需要

50、一种特殊的蛋白因子因子。在大肠杆菌和某些噬菌体的因子。在大肠杆菌和某些噬菌体的DNA上上存在着存在着因子结合位点，当与因子结合位点，当与RNA聚合酶结聚合酶结合的合的因子与因子与位点结合时，合成终止。最位点结合时，合成终止。最后形成成熟的后形成成熟的mRNA或各种或各种RNA的前体。的前体。经转录后仍以全保留的方式保持双经转录后仍以全保留的方式保持双螺旋结构。螺旋结构。转录与转录与DNA复制的比较：复制的比较：相同点相同点都需要模板都需要模板合成方向都是合成方向都是53都以三磷酸核苷酸为底物（都以三磷酸核苷酸为底物（NTP或或dNTP）转录与转录与DNADNA复制的不同点复制的不同点 1、转录