1、第十一章第十一章 核酸代谢与蛋白质的生物合成核酸代谢与蛋白质的生物合成第一节第一节 核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收单核苷酸单核苷酸核苷核苷磷酸戊糖磷酸戊糖磷酸磷酸核酸核酸碱基碱基(嘌呤嘌呤&嘧啶嘧啶)磷酸磷酸核糖核糖核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶磷酸核苷磷酸化酶磷酸第二节第二节 核酸的分解代谢核酸的分解代谢一、核酸的分解一、核酸的分解 核酸酶：水解磷酸二酯键核酸酶：水解磷酸二酯键 RNA酶（酶（RNase） DNA酶（酶（DNase） 核酸内切酶核酸内切酶 核酸外切酶核酸外切酶二、单核苷酸的分解二、单核苷酸的分解 核苷酸酶核苷酸酶 分解核苷的酶：分解核苷的酶： 核苷磷酸化酶核苷磷酸
2、化酶 核苷水解酶核苷水解酶核苷+ H3PO4核苷磷酸化酶嘌呤或嘧啶 + 戊糖-1-P核苷+ H2O核苷水解酶嘌呤或嘧啶 + 戊糖三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解痛风痛风 核酸代谢障碍疾病核酸代谢障碍疾病 血液中尿酸含量过高血液中尿酸含量过高 别嘌呤醇治疗别嘌呤醇治疗 抑制黄嘌呤氧化酶活性抑制黄嘌呤氧化酶活性 反应消耗反应消耗PRPP，减少嘌呤合成，减少嘌呤合成NNNNHOH四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解 胞嘧啶分解：胞嘧啶分解：胸腺嘧啶分解胸腺嘧啶分解第三节第三节 核酸的合成代谢核酸的合成代谢一、核苷酸的生物合成一、核苷酸的生物合成（一）核糖的来源与（一）核糖的来源与1-焦磷酸焦磷酸5-磷酸核糖的生
3、成磷酸核糖的生成（二）嘌呤核苷酸合成（二）嘌呤核苷酸合成 嘌呤环合成原料：嘌呤环合成原料：1、嘌呤核苷酸从头合成、嘌呤核苷酸从头合成 先合成先合成IMP 然后转变成然后转变成AMP和和GMPIMP合成合成AMP和和GMP合成合成2、嘌呤核苷酸的补救合成途径、嘌呤核苷酸的补救合成途径（1）嘌呤与）嘌呤与PRPP直接合成直接合成腺嘌呤PRPPAMPPPi腺嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤PRPPGMPPPi次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤PRPPIMPPPi次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤R-1-P腺苷AMP腺苷激酶 ATP腺嘌呤PRPPAMPPPi腺嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤PRPPGMPPPi
4、次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤PRPPIMPPPi次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤PRPPAMPPPi腺嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤PRPPGMPPPi次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤PRPPIMPPPi次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（2）腺嘌呤与）腺嘌呤与R-1-P作用作用腺嘌呤R-1-P腺苷AMP腺苷激酶 ATP3、ATP和和GTP的生成的生成 腺苷酸激酶、鸟苷酸激酶、核苷二磷酸激酶等腺苷酸激酶、鸟苷酸激酶、核苷二磷酸激酶等 催化高能磷酸基团转移催化高能磷酸基团转移（三）嘧啶核苷酸的合成（三）嘧啶核苷酸的合成1、尿嘧啶核苷酸的从头合成、尿嘧啶核苷酸的从头合成2、胞嘧啶核苷酸的
5、合成、胞嘧啶核苷酸的合成UMPUDPUTPCTPATPADPGln, ATPGlu, AMPATPADP尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶3、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嘧啶PRPPUMPPPiUMP磷酸核糖转移酶尿嘧啶R-1-P尿嘧啶核苷UMP尿苷激酶ATP，Mg尿苷磷酸化酶2+（四）脱氧核糖核酸的合成（四）脱氧核糖核酸的合成1、核糖核苷酸的还原、核糖核苷酸的还原2、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成三种嘧啶核苷酸及脱氧核苷酸的互变关系三种嘧啶核苷酸及脱氧核苷酸的互变关系UMPUTPCTPCDPdCDPdCMPdUMPdTMPGlnATPGluN5,
6、N10-CH2-FH4FH2二、二、DNADNA的生物合成（复制）的生物合成（复制）（一）（一）DNA的复制方式的复制方式半保留复制半保留复制 子代子代DNA中一条链来自亲代中一条链来自亲代DNA 另一条链是新合成的另一条链是新合成的图图11-4 DNA的半保留复制的半保留复制（二）（二）DNA的复制过程的复制过程 DNA的复制分为的复制分为起始起始、延长延长和和终止终止三个阶段三个阶段1、DNA复制的起始复制的起始（1）原核细胞（大肠杆菌）原核细胞（大肠杆菌）DNA复制的起始复制的起始 单点双向复制单点双向复制 复制起点富含复制起点富含AT DnaA识别复制起始位点，解开双链识别复制起始位点
7、，解开双链 DnaB（解旋酶）双链解旋（解旋酶）双链解旋（2）真核细胞）真核细胞DNA复制的起始复制的起始2、DNA复制时双螺旋的解旋与超螺旋形成复制时双螺旋的解旋与超螺旋形成 解旋作用使复制叉的下游出现正超螺旋解旋作用使复制叉的下游出现正超螺旋 拓扑异构酶放松超螺旋拓扑异构酶放松超螺旋 拓扑异构酶拓扑异构酶I：切断：切断DNA一条链；放松负超螺旋一条链；放松负超螺旋 拓扑异构酶拓扑异构酶II：切断：切断DNA两条链；放松正超螺旋两条链；放松正超螺旋（旋转酶）（旋转酶）3、单链结合蛋白、单链结合蛋白SSB 结合到分开的单链上结合到分开的单链上 起稳定作用起稳定作用4、DNA合成的基本反应和合成
8、的基本反应和DNA聚合酶聚合酶 参与参与DNA复制的底物是复制的底物是dNTP，即，即dATP，dGTP，dCTP和和dTTP。 DNA聚合酶催化形成聚合酶催化形成3,5磷酸二酯键，延长磷酸二酯键，延长DNA链链 大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶：聚合酶： DNA聚合酶聚合酶I（Pol I）：）：DNA复制与修复复制与修复 DNA聚合酶聚合酶II（Pol II） DNA聚合酶聚合酶III（Pol III）：）：DNA复制复制 真核真核DNA聚合酶：聚合酶： Pol 和和Pol合成核合成核DNA Pol 参与线粒体参与线粒体DNA复制复制 Pol和和Pol参与参与DNA修复修复5、DNA复制的过程复
9、制的过程大肠杆菌大肠杆菌a.起始点复制叉起始点复制叉b.解链酶分开双链解链酶分开双链c.SSB结合单链结合单链d.亲链为模板亲链为模板e.碱基互补碱基互补f.合成方向合成方向53g.主导链连续合成主导链连续合成h.引物酶合成引物酶合成RNA引物引物i.聚合酶聚合酶III催化聚合催化聚合5、DNA复制的过程复制的过程j.随从链合成冈崎片段随从链合成冈崎片段k.聚合酶聚合酶I水解引物水解引物l.DNA修补修补m. 连接酶连接连接酶连接Pol I和和III有有35核酸核酸外切酶活性，实现校对外切酶活性，实现校对功能。功能。真核细胞真核细胞DNA复制复制 基本原则接近大肠杆菌基本原则接近大肠杆菌 Po
10、l合成主导链，合成主导链， Pol 合成随从链合成随从链低等生物非染色质低等生物非染色质DNA复制复制质粒质粒DNA滚环复制滚环复制a.一股打开缺口一股打开缺口b.5端伸展端伸展c.单链不连续复制单链不连续复制d.闭环滚动连续复制闭环滚动连续复制e.不合成引物不合成引物四、四、RNARNA的生物合成的生物合成（一）转录（一）转录（二）复制（二）复制（一）转录（一）转录 在在DNA指导下的指导下的RNA聚合酶催化进行的，以聚合酶催化进行的，以DNA为模板，四种为模板，四种NTP为原料，合成为原料，合成RNA。1、转录的模板：、转录的模板：DNA的一条链的一条链不对称转录不对称转录2、参与转录的酶
11、类、参与转录的酶类（1）原核细胞）原核细胞RNA聚合酶：聚合酶：大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶，聚合酶，由核心酶和由核心酶和因子组成全酶因子组成全酶核心酶催化核心酶催化3,5磷酸二酯键形成，延长磷酸二酯键形成，延长RNA链链因子参与转录起始因子参与转录起始（2）真核细胞）真核细胞RNA聚合酶：聚合酶：RNA聚合酶聚合酶I存在于核仁中，催化存在于核仁中，催化rRNA前体的合成前体的合成RNA聚合酶聚合酶II存在于核质中，催化存在于核质中，催化mRNA前体的合成前体的合成RNA聚合酶聚合酶III存在于核质中，催化小分子量存在于核质中，催化小分子量RNA（如（如tRNA和和5SRNA合成）合成）3、转
12、录过程、转录过程（1）起始）起始（2）延长）延长（3）终止）终止（1）起始）起始 原核生物转录起始：原核生物转录起始：RNA聚合酶全酶识别模板链启动子聚合酶全酶识别模板链启动子 转录起始点转录起始点 启动子启动子 结构基因结构基因模板链模板链 5TTGACATATAAT3 3AACTGTATATTA5 -35 -10 +1 5 3原核生物转录起始：原核生物转录起始：a.RNA聚合酶全酶识别启聚合酶全酶识别启动子动子b.-10区双链解开区双链解开c.形成第一个形成第一个3，5磷酸磷酸二酯键二酯键d.因子脱落因子脱落真核生物转录起始真核生物转录起始 启动子启动子 增强子：增强启动子活性的核苷酸序列
13、增强子：增强启动子活性的核苷酸序列 转录起始点转录起始点 启动子启动子 结构基因结构基因模板链模板链 5CAATGCTATA3 -110 -25 +1 5 3（2）延长）延长a.核心酶在模板上沿着核心酶在模板上沿着35方向滑动方向滑动b.催化形成催化形成3,5磷酸二酯键磷酸二酯键c.RNA链由链由53方向延长方向延长d.碱基互补碱基互补（3）终止）终止 原核细胞转录终止原核细胞转录终止a)不依赖不依赖因子终止：因子终止：模板上有终止信号复含模板上有终止信号复含GC和一段和一段poly Ub)依赖依赖因子终止：因子终止：因子解链酶的活性因子解链酶的活性真核细胞转录终止真核细胞转录终止 基因末端指
14、导合成一段基因末端指导合成一段AAUAAA顺序顺序 切断后加上切断后加上poly A 尾巴尾巴4、原核细胞的转录后加工、原核细胞的转录后加工 原核原核mRNA不经过加工不经过加工 tRNA和和rRNA经过剪切和修饰经过剪切和修饰5、真核细胞的转录后加工、真核细胞的转录后加工（1）加帽：）加帽：mGpppG甲基化三磷酸双鸟苷甲基化三磷酸双鸟苷（2）加尾：）加尾：polyA（3）剪接：除去内含子转录来的部分）剪接：除去内含子转录来的部分（4）修饰：碱基或核糖的甲基化）修饰：碱基或核糖的甲基化（二）（二）RNA复制复制在在RNA指导下的指导下的RNA聚合酶催化进行的，以聚合酶催化进行的，以RNA为模
15、板，四种为模板，四种NTP为原料，合成为原料，合成RNA。（三）基因转录的调节（三）基因转录的调节1、原核细胞转录水平的调节操纵子学说、原核细胞转录水平的调节操纵子学说 操纵子：原核基因组中，几个功能相关的调控操纵子：原核基因组中，几个功能相关的调控结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同单位单位 操纵子有两种类型：操纵子有两种类型： 诱导操纵子诱导操纵子 阻遏操纵子阻遏操纵子（1）乳糖操纵子）乳糖操纵子调控区调控区IPOZYA结构基因结构基因图图11-13 乳糖操纵子乳糖操纵子的的调节模式调节模式可诱导的负调控可诱导的负调控 阻遏物关闭操纵子阻遏物关闭
16、操纵子 诱导物开放操纵子诱导物开放操纵子（1）乳糖操纵子）乳糖操纵子当乳糖与葡萄糖同时存在时，细菌先利用葡当乳糖与葡萄糖同时存在时，细菌先利用葡萄糖，后利用乳糖。萄糖，后利用乳糖。通过通过CAP实现实现CAP：分解代谢基因活化蛋白；：分解代谢基因活化蛋白；cAMP受体受体蛋白蛋白cAMP-CAP与启动子上游与启动子上游CAP结合区结合，结合区结合，促进乳糖操纵子转录促进乳糖操纵子转录葡萄糖降低葡萄糖降低cAMP含量含量（2）色氨酸操纵子）色氨酸操纵子2、真核细胞基因转录的调节、真核细胞基因转录的调节（1）顺式作用元件）顺式作用元件顺式调节：通过启动子、增强子等顺式调节：通过启动子、增强子等DN
17、A元件来控制基因元件来控制基因转录的调节方式转录的调节方式顺式作用元件：一类存在于顺式作用元件：一类存在于DNA上的特定序列上的特定序列（2）反式作用因子）反式作用因子与顺式作用元件进行特异性结合的蛋白质因子与顺式作用元件进行特异性结合的蛋白质因子又称为转录因子又称为转录因子反式调节：通过转录因子来控制基因转录的调节方式反式调节：通过转录因子来控制基因转录的调节方式几个家族：螺旋几个家族：螺旋-转角转角-螺旋蛋白，亮氨酸拉链蛋白和锌螺旋蛋白，亮氨酸拉链蛋白和锌指蛋白等指蛋白等（四）逆转录（四）逆转录在在RNA指导下的指导下的DNA聚合酶催化下进行的，以聚合酶催化下进行的，以RNA为模板，四种为
18、模板，四种dNTP为原料，合成为原料，合成DNA。cDNA逆转录酶；反转录酶逆转录酶；反转录酶1、逆转录过程、逆转录过程 RNA指导指导DNA合成合成 RNA水解水解 DNA指导指导DNA合成合成2、逆转录与癌变、逆转录与癌变 致癌病毒中癌基因致癌病毒中癌基因蛋白质蛋白质 正常细胞正常细胞癌细胞癌细胞原癌基因细胞癌基因：原癌基因细胞癌基因： 逆转录病毒癌基因相应的正常细胞基因逆转录病毒癌基因相应的正常细胞基因（1）scr家族家族（2）ras家族家族（3）myc家族家族（4）sis癌基因癌基因（5）erb家族家族第四节第四节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成一、遗传信息的传递中心法则一、遗传信息
19、的传递中心法则DNARNA蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录DNA复制复制RNA复制复制二、二、RNA在蛋白质生物合成中的作用在蛋白质生物合成中的作用（一）（一）mRNA的功能与密码的功能与密码 mRNA为蛋白质合成的模板为蛋白质合成的模板 从起始密码开始，沿着从起始密码开始，沿着53方向，每三个相邻的方向，每三个相邻的碱基组成一个密码子，对应一个氨基酸碱基组成一个密码子，对应一个氨基酸第一位第一位5端端第二位第二位第三位第三位3端端UCAGUPhePheLeuLeuSerSerSerSerValVal终止密码子终止密码子终止密码子终止密码子CysCys终止密码子终止密码子TrpUC A
20、GCLeuLeuLeuLeuProProProProHisHisGlnGlnArgArgArgArgUC AGAIleIleIleMetThrThrThrThrAsnAsnLysLysSerSerArgArgUC AGGValValValValAlaAlaAlaAlaAspAspGluGluGlyGlyGlyGlyUC AG遗传密码的基本特点：遗传密码的基本特点：1、连续性、连续性2、简并性、简并性3、终止密码与起始密码、终止密码与起始密码4、密码的通用性、密码的通用性（二）（二）tRNA的功能的功能 转运氨基酸转运氨基酸 CCA羟基与氨基酸相连羟基与氨基酸相连 摆动现象：密码子的第三个碱基与
21、反密码子的摆动现象：密码子的第三个碱基与反密码子的第一个碱基配对不严格第一个碱基配对不严格表表11-2 反密码子与密码子配对规则反密码子与密码子配对规则反密码子第一个碱基反密码子第一个碱基ACGUI密码子第三个碱基密码子第三个碱基UGC、UA、GA、C、U（三）核蛋白体和多核蛋白体（三）核蛋白体和多核蛋白体 大肠杆菌核蛋白体由两个亚基组成：大肠杆菌核蛋白体由两个亚基组成：30S小亚小亚基和基和50S大亚基大亚基 含有含有rRNA和蛋白质和蛋白质 是蛋白质生物合成的场所是蛋白质生物合成的场所 多核蛋白体：每一条多核蛋白体：每一条mRNA同时连接多个核蛋同时连接多个核蛋白体进行蛋白质合成白体进行蛋
22、白质合成三、蛋白质的生物合成过程三、蛋白质的生物合成过程 氨基酸的活化与氨基酸的活化与搬运搬运 肽链合成的起始肽链合成的起始 肽链的延长肽链的延长 肽链的终止肽链的终止核蛋白体循环核蛋白体循环（一）氨基酸的活化与搬运（一）氨基酸的活化与搬运E：氨酰：氨酰tRNA合成酶合成酶结合位点水解位点结合位点水解位点原核细胞原核细胞fMet中甲酰基来自中甲酰基来自10N-CHO-FH4R CHNH2COOH+ATP+ER CHCNH2OOAMP.E+PPiMg2+R CHCNH2OOAMP.E+tRNA-CCAOCOCHNH2R+AMP+EtRNA-CCA（二）原核细胞多肽链的（二）原核细胞多肽链的合成核
23、蛋白体循环合成核蛋白体循环1、肽链合成的起始、肽链合成的起始起始因子起始因子IF参与参与 形成形成30S起始复合物：起始复合物：mRNA；fMet-tRNAfMet；30S亚基；亚基；IF1；IF2；IF3；GTP 形成形成70S起始复合物：起始复合物： mRNA；fMet-tRNAfMet；70S亚基；亚基；2、肽链的形成与延长、肽链的形成与延长（1）注册）注册（2）成肽）成肽（3）转位）转位（1）注册）注册EF-TUGTPEF-TU-GTPEF-TU-GTP氨酰氨酰-tRNA 氨氨酰酰-tRNA-EF-TU-GTP(a)氨酰氨酰-tRNA-EF-TU-GTP (b) (c)EF-TU-GD
24、PPi（2）成肽）成肽（3）转位）转位EF-GGTPEF-G-GTPEF-G-GTP(d)(e)(e) (a)GDPPi EF-G图图11-20 蛋白质合成起始后的延长过程示意图蛋白质合成起始后的延长过程示意图3、肽链合成终止、肽链合成终止 释放因子水解酯键释放因子水解酯键（三）真核细胞蛋白质合成（三）真核细胞蛋白质合成原核与真核蛋白质合成过程区别原核与真核蛋白质合成过程区别原核原核真核真核起始因子起始因子核蛋白体核蛋白体起始氨基酸起始氨基酸起始复合物形成位点起始复合物形成位点起始位点起始位点延长因子延长因子IF1、IF2、IF370SfMetSD序列处序列处一个一个EF-G、EF-TUeIF2、eIF3、eIF5等等80SMet5末端末端多个多个EF1、EF2四、抗生素与某些药物四、抗生素与某些药物对遗传信息传递过程的影响对遗传信息传递过程的影响1、干扰核苷酸合成的药物、干扰核苷酸合成的药物2、影响核酸合成的药物、影响核酸合成的药物3、影响蛋白质合成的抗生素、影响蛋白质合成的抗生素
