第十二章 核酸代谢与蛋白质的生物合成课件.ppt

1、第十二章 核酸代谢与蛋白质的生物合成核酸与蛋白质是生物体活动过程中起着极其重要的基本物质，是自然界中极其复杂的生物大分子。近年研究证明，核酸是一切生物体生长、繁殖的遗传信息，核酸与蛋白质在生命活动中关系非常密切。 第一节 核酸的消化与吸收v 第二节 核酸的分解代谢v一 核酸的分解v二 单核苷酸的分解 三 嘌呤的分解v尿酸为人类及灵长类动物代谢的最终产物，排出v体外。痛风病是一种核酸代谢障碍的疾病，由于嘌呤的分解代谢过盛，尿酸生成太多或排泄受阻，尿酸盐结晶在关节、软组织、软骨甚至肾中沉积下来，引起痛风关节炎。7-碳8-氮次黄嘌呤（allopurinol 别嘌呤醇）化学结与次黄嘌呤相似，是黄嘌呤氧

2、化酶的竞争性抑制剂，可抑制黄嘌呤的氧化，减少尿酸的生成，达到治病目的。v四 嘧啶的分解 第三节 核酸的合成代谢v一 核苷酸的生物合成（一 ）核糖的来源与1-焦磷酸5-磷酸核糖的生成：（二 ） 嘌呤核苷酸的合成v1. 嘌呤核苷酸的从头合成 (1) IMP的合成 :v（2）AMP、 GMP的合成：v2. 嘌呤核苷酸的补救合成（salvagepathway）骨髓、脑组织缺乏有关酶，不从头合成嘌呤核苷酸，必须依靠从肝脏运来的嘌呤和核苷合成核苷酸，该过程称作补救合成。 （HGPRT缺失症）v（1） 嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸v（2）腺嘌呤碱与1-磷酸核糖作用合成腺苷酸v3. ATP、 GTP的合

3、成: 细胞中存在一些激酶催化高能磷酸基团转移生成ATP、 GTP。v（三） 嘧啶核苷酸的合成 尿嘧啶环合成所用原料:1.尿嘧啶核苷酸的从头合成:v2.胞嘧啶核苷酸的合成:v3.嘧啶核苷酸的补救合成途径:v（四） 脱氧核糖核苷酸的合成v1.核糖核苷酸的还原:v2.脱氧胸腺嘧啶核糖核苷酸(d TMP)的合成:v三种嘧啶核苷酸及.脱氧嘧啶核苷酸互变的关系:二 DNA的生物合成(复制)vDNA是生物遗传信息的载体, DNA合成时,遗传信息只能来源于自身,因此必须由原来的DNA为模板,合成新的DNA分子。v（一） DNA的复制方式半保留复制：v（二） DNA的复制过程：1.DNA复制的起始: (1) 原

4、核细胞DNA复制的起始:(2)真核细胞DNA复制的起始: 细胞周期的1/3进入S期,细胞接收分裂信号,真核细胞DNA多为长的线型分子,复制时为多个起始点。2. DNA复制时双螺旋与超螺旋形成复制叉下游出现正螺旋,拓扑异构酶II来放松。v3.单链结合蛋白（SSB） 使单链稳定v4. DNA合成的基本反应和DNA聚合酶参与DNAv复制的底物是d NTP即d ATP、 d GTP 、d CTPv和d TTP，在DNA聚合酶催化下，以DNA为模板v进行连接。大肠杆菌有三种DNA聚合酶（ DNA vpoly merase）：Po I、Po II、Po III， Po III是参v与复制主要的酶， Po

5、I是参与复制和修复的酶。真核细胞的在DNA聚合酶有五种Po I 、 Po I相当于大肠杆菌Po III， Po I 有引物酶相连，无35的核酸外切酶活性， Po I有.。Po I 参与线粒体DNA复制， Po I 和Po I 主要参与DNA的修复。v5. DNA的复制过程：v5. DNA的复制过程：v6. 人类基因的研究：v人类基因存于46条(23对)染色体上,可比作几行字到一本书,而基因定位是以某编号染色体的长臂或短臂上第几带上来描述。如癌基因定位在8q24，即8号染色体q臂的24带。v 三 DNA的修复v（一）原核 DNA的修复和损伤：v1. 直接修复方式 ;（碱基烷基化，自杀酶） 2.

6、切除修复方式：核酸内切酶-UVRABC复合物， 3补平; 丢失碱基和去碱基部位的修复：Po I和连接酶;v4.甲基化指导的不配对修复：蛋白质MutS发现错配对位置， MutL和 MutH切除，由Po III和连接酶补齐缺口 。人类 MutS MutL修正率提高1000倍。v（二）真核 DNA损伤的修复：v色干皮肤病缺核酸内切酶；人类MutS MutL基因v改变易患癌症。 四 RNA的生物合成 (转录)遗传信息以碱基的排列顺序方式储存于DNA分子中，其表达产物-蛋白质才是遗传特性的表现者，DNA不是蛋白质合成的直接模板，而以DNA分子中遗传信息-碱基的排列顺序为模板，转录成RNA的碱基顺序，RN

7、A来指导合成蛋白质。(一) 转录 转录过程(transcription)在 DNA指导下由RNA聚合酶催化，以四种NTP为原料合成RNAv1.转录的模板 以DNA为模板合成RNA ,RNA碱基顺序与DNA碱基顺序是互补关系AU、GC、TA。vDNA模板上有转录起始和转录终止信息， RNA转录酶识别并与之结合，在此范围内转录。v2. 参与转录的酶 转录酶 (trans criptase) 即RNA聚合酶。（1）原核细胞-大肠杆菌RNA聚合酶，分子量约50多万，由核心酶与-因子组成全酶，核心酶含四个亚基，两亚基相同，两 、亚基不相同,-因子是一特异蛋白质因子，其能识别DNA模板起始位点的特异碱基顺

8、序，所以 -因子又叫起始因子核心酶催化单个核苷酸之间形成35磷酸二酯键，使RNA链得以延长。v（2）真核细胞的RNA聚合酶 真核细胞有多种RNA聚合酶 ，也含多种亚基，酶可分I、II、III三种，聚合酶 I 存于核仁中，催化r RNA前体的合成 ；聚合酶 II存于核质中，催化m RNA前体的合成 ； 聚合酶 III存于核质中， 催化t RNA和r RNA等小分子量前体的合成 。v3. 转录过程 分起始、延长及终止三个阶段v（1）起始：v真核细胞转录的起始步骤比较复杂，聚合酶 II催化转录的m RNA基因的启动子在-25b p中心处类似原核细胞的5-TATA-3盒，还有-10b p盒和-110b

9、 p盒等。真核细胞生物启动子一般结构如下：v（2）延长 ： 在 -因子存在时， RNA聚合酶的构象有利于与启动子较紧密地结合，当-因子脱落时，核心酶变松弛，有利于酶在DNA模板上沿3-5方v向迅速滑动,转录产物沿5-3方向延长,其速度约为每秒50个核苷酸(秒.分子酶)。v（3）终止： 转录可终止在某一特定位置,转录终止可分为依赖-因子和不依赖-因子两大类。v1）不依赖-因子终止： DNA模板上有终止信号，可使新合成的RNA 3末端富含G-C和带有一段寡聚U。这段富含G-C的RNA折叠成带柄的环，阻止其与DNA模板的结合，寡聚U 进一步使RNA与DNA结合力下降，可使新合成的RNA与DNA模板脱

10、落下来。v2）依赖-因子终止：此种方式需要一个蛋白质，即-因子，在终止部位， RNA聚合酶停止前进。v合成r RNAv合成r RNAv合成m RNAv合成m RNAv合成m RNA 加帽：v合成t RNAv合成 t RNAv合成 t RNAv真核细胞转录m RNA需加帽、加尾、剪接，转录v r RNA和 t RNA需修饰-碱基甲基化。v（二） RNA的复制v有些生物以RNA携带遗传信息，并能通过RNA复制与自身相同的RNA分子，如细菌、病毒等。v 此 RNA聚合酶，以RNA为模板，故该酶又叫RNA指导的RNA聚合酶（RDRP）。v（三）基因转录的调节-操纵子学说：v（四）逆转录v1. 逆转录过

11、程 以四种d NTP作底物,以RNA作模板,在.逆转录酶催化下,合成DNA链。v2. 逆转录与癌变 致癌病毒多数是RNA病毒，少数是DNA病毒，致癌病毒感染宿主细胞后，致癌基因由病毒基因整合到宿主细胞的染色体中，致癌基因可表达成蛋白质，此蛋白使正常细胞转变为癌细胞。致癌病毒已证实40余种致癌基因，已知20种以上的 逆转录病毒致癌基因，有相应的正常细胞基因，称作细胞癌基因（c-onc），它们只有在特定条件下，才引发癌变。v这些致癌基因按其蛋白质产物可分以以下五类： 1.src 家族:10余种基因,表达酪氨酸蛋白激酶类; 2.ras 家族:多种表达信息传递蛋白质基因,G蛋白; 3.myc家族:数种

12、表达DNA结合蛋白基因,起转录调控; 4.sis家族:致癌基因是为生长因子编码的基因; 5.erb 家族:四种表达细胞骨架蛋白质基因,与细胞形态和运动有关。 致癌基因的发现，使肿瘤发病机制的研究深入到分子水平，而有关致癌基因在什麽情况下才会表达成癌细胞，将是一个十分重要的课题。第四节蛋白质的生物合成v一 遗传信息的传递中心法则v人体在胚胎发育及出生生长发育期，都进行着旺盛的蛋白质生物合成，在成年以后体内新陈代谢仍需不断合成蛋白质，故生命过程中始终进行着蛋白质的生物合成。v当细胞分裂时，母细胞可以将其代谢类型及各种生物学特性传给子代，目前认为这与遗传有关，且已证实核酸是生物遗传的物质基础。v蛋白

13、质一级结构中氨基酸的排列顺序，由DNA分子中的特定核苷酸排列顺序所决定，这就是生物遗传的基因， DNA遗传信息通过自我复制传给子代DNA分子上，子代蛋白质的合成由DNA转录的RNA指导下合成特异的蛋白质，这就是基因表达。遗传信息的流向是DNA RNA 蛋白质，也就是50年代Crick提出的生物遗传中心法则:v蛋白质的合成基因密码由DNA转录到m RNA上，由 m RNA 作模板指导下合成蛋白质，由t RNA搬运氨基酸，在r RNA中装配合成蛋白质。二 RNA在蛋白质生物合成中的作用v（一） m RNA的功能与密码：vm RNA带有从DNA上转录来的遗传信息，这些遗传信息是以碱基排列顺序的方式存

14、于m RNA分子中，有人实验证明:v每条m RNA都含有特异的密码区，沿着 5 3 的方向,每三个碱基组成一个密码子(codon),也称作三联密码子,每个密码子对应一个特定的氨基酸。v DNAv m RNA与蛋白质中氨基酸排列顺序v的相互关系v遗传信息的密码：v 遗传密码的基本特点:v1. 密码的连续性; 2. 密码的简并性;v3.终止密码与起始密码; 4. 密码的通用性。v（二）t RNA的功能：vt RNA种类很多，每种氨基酸都会有26种特异的t RNA， t RNAII号环有三个核苷酸5 3组成反密码子，与m RNA密码子5 3 配对。vt RNA II 号环有三个核苷酸5 3组成反密码

15、子，与 m RNA 密码子5 3 配对：v（三）r RNA与多核蛋白：vr RNA是一种小颗粒，每个细胞含几百到几千个， r RNA约占核蛋白体干重的60%，大肠杆菌核蛋白体由30S和50S两个亚基组成，小亚基由16S r RNA和21种蛋白质组成，大亚基由23 S r RNA和5S vr RNA 及34种蛋白质组成。生 物 细 胞三 蛋白质的生物合成蛋白质合成过程非常复杂，有将近200种成分参加。（1）氨基酸的活化与搬运；（2）肽链合成的起始；（3）肽链的延长； （3）肽链的终止。v（一）氨基酸的活化与搬运（二）原核细胞多肽的合成核蛋白体循环1. 肽链合成的起始:起始因子(IF)进入核蛋白体

16、使30S亚基与50S亚基结合, m RNA起始密码AUG于5末端下游25个核苷酸处，IF3固定在m RNA5帽子端。 2. 肽链的形成与延长需两个延长因子(EF-TUEF-G)：EF-TU负责带领氨基酰t RNA进入核蛋白体, EF-G使核蛋白体移动一密码子。 肽链的延长分三步（1）注册与第二个密码子对应的氨基酰t RNA与带有GTP的EF-TU结合进入核蛋白体。（2）成肽：两个氨基酰t RNA附近的转肽酶将fmet-tRNA的甲酰蛋氨酰转移至A位氨基酰t RNA的氨基上生成末端的二肽。（3）转位：核蛋白体在转位酶EF-G催化下移动一个密码子，第一个tRNA由出口部位（E）脱离，供重新使用。

17、EF -TU -GTP 又带第三个氨基酰t RNA进入A位。重复上述过程，延长肽链。3.肽链合成及终止：当核蛋白体移动到m RNA终止密码时,有一专一蛋白质释放因子,水解tRNA3末端-OH的酯键,使成熟的蛋白质分子释放出核蛋白体。（三）真核细胞蛋白质的合成v真核细胞蛋白质的合成基本与原核细胞相同，差别如下：v1.参于翻译的因子多,有eIF1 eIF2 eIF3 eIF5等;2.真核细胞核蛋白体较大(80Sv含60S和40S);3.形成起始复合物的机制不同, eIF2参于与m RNA帽子结合。（四）线粒体中的蛋白质合成v线粒体含有自己独特的DNA，它编码2个r RNA、22个 t RNA和 1

18、3个蛋白质（均为独特蛋白质）， 2个r RNA、22个 t RNA参于这13个蛋白质的合成。（五）蛋白质合成后的折叠v1.参与蛋白质折叠v的酶类： 1)蛋白v质二硫键异构酶(PDI);2)肽链脯氨酸异构酶(PPI)。v2.分子伴侣:v1);2);3);4);5)。v1997年诺贝尔生化奖，S.B.Prusiner朊病毒（pron）蛋白质合成后的折叠.四 药物对遗传信息传递过程的影响v生命过程中，DNA、RNA和蛋白质的生物合成从不间断，这些物质的新陈代谢，保证了生命的延 续。人们研究许多物质，可以干扰肿瘤、病毒和v有害细菌的DNA、RNA和蛋白质的合成过程，这些物质就是治疗疾病的药物。v1.干

19、扰核苷酸合成的药物:如抗叶酸代谢的甲氨蝶v呤,抑制四氢叶酸的合成,使病原体内的“一碳基团”供给受阻,使嘌呤核苷酸、胸腺核苷酸就无法合成。v2. 能影响核酸的合成药物:如烃基化剂和抗生素类。v如环磷酰胺、噻替哌、马利兰、氮芥等使鸟嘌呤v的7-位氮烃化，造成DNA复制产生缺陷DNA分子。抗生素自力霉素、更生霉素和光辉霉素等。3. 影响蛋白质生物合成的抗生素:v这类抗生素很多：l1.人或动物的核酸来源主要是什麽?在什麽组织中合成的?l2.参与蛋白质合成的有几种RNA,它们由什麽转录的?DNA起什麽作用?l3.DNA,RNA与蛋白质在遗传信息递中的关系是什麽?l4. DNA在生物体内采取什么方式复制，保证遗传信息的准确保留。 5.写出下列物质的英文名称: 核酸内切酶 核酸外切酶 半保留复制. DNA聚合酶 转录酶 逆转录 中心法则 密码子