1、第十一章第十一章 核酸代谢与蛋白质生物合成核酸代谢与蛋白质生物合成核酸：遗传物质核酸：遗传物质蛋白质：生命活动执行者蛋白质：生命活动执行者核酸核酸磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸- -戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶何处去？何处去？进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径或或重新合成核酸重新合成核酸分解分解合成合成第一节：核酸的消化与吸收第一节：核酸的消化与吸收 核酸合成的原料核酸合成的原料 细胞内能量的利用形式：如细胞内能量的利用形式：如ATP 生理调节介质：生理调节介质：cAMP、cGMP 辅酶的构成成分：辅酶的构成成分：FAD、NAD+、NADP
2、活化中间代谢物：活化中间代谢物：UDPG、SAM 酶的变构调节剂：酶的变构调节剂：ATP、ADP、AMP等等一、嘌呤核苷酸的分解代谢一、嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷酸核苷核苷1-磷酸核糖磷酸核糖碱基碱基核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸核苷磷酸化酶化酶补救合成补救合成 或或进一步分解进一步分解第二节第二节 核酸的分解代谢核酸的分解代谢NNNNNH2核糖核糖NNNNOH脱氨基酶脱氨基酶OHHOHNHHHA-腺嘌呤腺嘌呤腺苷腺苷次黄苷次黄苷核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶PiH核糖核糖-1-磷酸磷酸NNNNOHH次黄嘌呤次黄嘌呤H黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶H2OO2NNNNOHHOHH2O2黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶
3、H2OO2H2O2NNNNOHOHOH尿酸尿酸AMP次黄嘌呤次黄嘌呤GMP鸟嘌呤鸟嘌呤黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸高嘌呤饮食高嘌呤饮食体内核酸大量分解体内核酸大量分解肾疾病肾疾病嘌呤核苷酸代谢酶缺陷嘌呤核苷酸代谢酶缺陷血中尿酸血中尿酸含量升高含量升高痛风痛风尿酸盐晶体沉积尿酸盐晶体沉积血血尿酸尿酸0.48mmol/LNNNNOHNNNNOH痛风的治疗痛风的治疗次黄嘌呤次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇别嘌呤醇别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成的生成与与PRPP反应生成别嘌呤核苷酸，反应生成别嘌呤核苷酸，减少嘌呤核苷酸的生成减
4、少嘌呤核苷酸的生成嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATAC肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATAC糖异生糖异生第三节第三节 核酸的合成代谢核酸的合成代谢（de novo synthsis）（1）原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、）原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、 一碳单位、一碳单位、CO2NNNN
5、CCCCC134256789COCO2 2（2）过程：两个阶段）过程：两个阶段 第一阶段：次黄嘌呤核苷酸第一阶段：次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成的合成 第二阶段：腺嘌呤核苷酸第二阶段：腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤与鸟嘌呤 核苷酸核苷酸(GMP)的生成的生成R-5-PPRPPPRPP合成酶合成酶PRA酰胺转移酶酰胺转移酶GARFGARFGAMAIRCAIRSAICARAICARFAICARIMPGlnGlyGlnH2OCO2AspH2OATPATPATPATPNHNNNOR5PfumarateCHO-FH4CHO-FH4IMP腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸（XMP）Asp
6、NADH+H+NAD+AMPGTPGMPGlnATP延胡索酸延胡索酸NNNNNH2NNNNONH2NNNNOAMPADPATP激酶激酶激酶激酶ATPADPATPADPGMPGDPGTP激酶激酶激酶激酶ATPADPATPADP（3）部位：以肝脏为主，其次是小肠粘膜及胸）部位：以肝脏为主，其次是小肠粘膜及胸腺。并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷腺。并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力。酸的能力。（4）特点：在磷酸核糖分子上逐步合成，而）特点：在磷酸核糖分子上逐步合成，而不是首先单独合成嘌呤碱再与磷酸核糖结合。不是首先单独合成嘌呤碱再与磷酸核糖结合。 （salvage pathway）v概
7、念：细胞利用现成的嘌呤碱基或嘌呤概念：细胞利用现成的嘌呤碱基或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成途径。救合成途径。腺嘌呤腺嘌呤 PRPPAMP PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 PRPPIMP PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 PRPPGMP PPiHGPRT腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷AMP腺苷激酶腺苷激酶ATPADPv反应：反应：v生理意义：生理意义：（1）节省能量与氨基酸消耗）节省能量与氨基酸消耗（2）某些器官如脑、骨髓等，缺乏从头）某些器官如脑、骨髓等，缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，只能进行合成嘌呤核苷酸的酶体系，只能进行补救合成补救合成v在二磷酸核
8、苷（在二磷酸核苷（NDP）的水平上直接还原）的水平上直接还原v由核糖核苷酸还原酶催化由核糖核苷酸还原酶催化v脱氧嘧啶核苷酸（脱氧嘧啶核苷酸（dUDP、dCDP)也是在也是在二磷酸核苷的水平生成（二磷酸核苷的水平生成（dTMP除外）除外）碱基碱基OOHOHCH2OPOOOPOOHOOOHHCH2OPOOOPOOHO碱基碱基NADPH+H+NADP+ +H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NDPdNDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶硫氧化还原硫氧化还原蛋白蛋白-(SH) 2硫氧化硫氧化 还原蛋白还原蛋白SS(还原型还原型)(氧化型氧化型)NADPH+H+NADP+硫氧化硫氧化 还原蛋白还原酶还
9、原蛋白还原酶（FAD）l从头合成途径从头合成途径l补救合成途径补救合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。核苷酸的途径。 定义定义合成部位合成部位嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸合成过程合成过程1. 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 + + HCO3-氨
10、基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 + + 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别2. 胞嘧啶核苷酸
11、的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi3. dTMP或或TMP的生成的生成TMP合酶合酶N5, N10-甲烯甲烯FH4FH2FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP +ADP胸腺
12、嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + + ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP +ADPDNA的生物合成的生物合成( (复制复制) )DNA Biosynthesis，Replication 第第 三节三节复制复制( (replication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板为模板合成子链合成子链DNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNAl 复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)l 复制的高保真性复制的高保真性(high fidelity) l 双向复制双向复制(bidirectional replic
13、ation)l 半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication) 一、半保留复制一、半保留复制 DNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNA解开为两解开为两股单链，各自作为模板股单链，各自作为模板(template)按碱基配对按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制碱基序列一致。这种复制方式称为方式称为半保留复制半保
14、留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA 目目 录录按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA A的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保
15、守性。半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。原核生物复制时，原核生物复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为复制叉，称为双向复制双向复制。 二、双向复制二、双向复制复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象A. 环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)oriterA B C真核生物每个染色
16、体有多个起始点，是多真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个一个复制子复制子(replicon) 。复制子是独立完成复。复制子是独立完成复制的功能单位。制的功能单位。 53oriorioriori535533553复制子复制子3三、复制的半不连续性三、复制的半不连续性3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称
17、为这股链称为领头链。领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为为随从链随从链。复制中的不连续片段称为。复制中的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的的半不连续性。半不连续性。 参与参与DNA复制的物质复制的物质 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合酶聚合酶(polymerase): 依赖依赖DNA的
18、的DNA聚合酶，简写聚合酶，简写 为为 DNA-pol模板模板(template) : 解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物(primer): 提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子一、复制的化学反应一、复制的化学反应 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 目目 录录聚合反应的特点聚合反应的特点DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板； 新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 3 方向进行方向进行 。一、一、DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dep
19、endent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 目目 录录（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol （一
20、）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol ：与修复有关：与修复有关DNA-pol DNA-pol ：复制主要酶：复制主要酶（二）真核生物的（二）真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。口的作用。在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 二、复制中的分子解链及二
21、、复制中的分子解链及DNA 分子分子拓扑学变化拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。（一）解螺旋酶、引物酶和单链（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶 (gyrA, B)稳定已解开的单链稳定已解开的单链单链单链DNA结合蛋白结合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG (dnaG)运送和协同运送和协同DnaBDnaC (dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨认起始点辨认起始点DnaA (
22、dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）通用名通用名功能功能原核生物复制起始的相关蛋白质原核生物复制起始的相关蛋白质 解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双链双链解开成为两条单链解开成为两条单链 引物酶引物酶(primase)复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶引物的酶 单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整链的完整 1010 8 8 局部解链后局部解链后（二）（二）D
23、NA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成目目 录录拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP
24、供能，连接断端，供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。作用机制作用机制 三、三、DNA连接酶连接酶连接连接DNA链链3 -OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5 -P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。 DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式作用方式POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATPADP5353目目 录录DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。作用。在在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺修复
25、、重组及剪接中也起缝合缺口作用。口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。功能功能DNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication（一）复制的起始（一）复制的起始需要解决两个问题：需要解决两个问题：1. DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2. 合成引物，提供合成引物，提供3 -OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNA生物合成生物合成 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制
26、起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。 3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。 引物引物3 HO5引物引物酶酶（二）复制的延长（二）复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 录录目目 录录复复制制过过程程简简图图目目
27、 录录 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制，双向复制的复制片段在复制的终止点片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV40500（三）复制的终止（三）复制的终止5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) and Repair遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为改变，
28、均可称为突变突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。 一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础 二、引发突变的因素二、引发突变的因素物理因素物理因素 紫外线紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射、各种辐射 UV化学因素化学因素常见的化学
29、诱变剂常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羟胺类（羟胺类（NH2OH）T C- T - A - C - G -亚硝酸盐（亚硝酸盐（NO2）C U- G - C - A - T -烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G目目 录录三、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型错配错配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)框移框移(frame-shift
30、) DNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。或嘧啶变嘌呤。 2. 颠换颠换（一）错配（一）错配镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro gl
31、u glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因（二）缺失（二）缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上大分子上消失。消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到到DNA大分子中间。大分子中间。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变 。谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正
32、常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变（三）重排（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重组或重排。 由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目目 录录四、四、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repairing)切除修复切除修复(excision repairing)丢失碱基和去碱基部位的修复：丢失碱基和
33、去碱基部位的修复：DNA糖苷酶糖苷酶甲基化指导的不配对修复甲基化指导的不配对修复 修复的主要类型修复的主要类型（一）光修复（一）光修复光修复酶光修复酶(photolyase) UVUvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHP （二）切除修复（二）切除修复是细胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-pol和连接酶和连接酶完成。完成。DNA连接酶连接酶ATPE.coli的切除的切除修复机制修复机制目目 录录转录转录 ( ( transcriptiontranscription ) ) 生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过
34、程的过程转转录录RNADNA 参参 与与 转转 录录 的的 物物 质：质：原料原料 : 4: 4种种NTPNTP ( A ATP, U UTP, G GTP , C CTP ) 模板模板 : DNA: DNA酶酶 : RNA: RNA聚合酶聚合酶其他蛋白质因子其他蛋白质因子转录与复制的区别：转录与复制的区别：复制复制转录转录模板：模板： 两条链均作为两条链均作为 模板复制模板复制一条链作为一条链作为模板转录模板转录原料：原料： dNTP NTP配对：配对： AT，GC AU，TA，GC聚合酶：聚合酶： DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 DDDP DDRP（转录酶）（转录酶）产物：产物：
35、半保留复制得两条半保留复制得两条 子代子代DNA引物引物 需要需要 不需要不需要mRNA、tRNA、 rRNA 模板 和 酶一一 模模 板板 5335模板链模板链编码链编码链（coding strandcoding strand）结构基因结构基因（ structural genestructural gene ）编码链编码链模板链模板链（template strandtemplate strand） 不对称转录不对称转录 （asymmetric transcription）* * 在在DNADNA分子双链上某一区段，一股分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录；链可转录，另一股链不转
36、录；* * 模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。 36512 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618 催化功能催化功能 155613 结合结合DNA模板模板 70263 辨认起始点辨认起始点亚亚 基基 分分 子子 量量 功功 能能二二 RNA RNA 聚合酶聚合酶1 1 原核生物的原核生物的 RNARNA聚合酶聚合酶 : :核心酶核心酶 core enzymecore enzyme全酶全酶 holoenzymeholoenzyme 2 2 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 种类种类 对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 的反应的反应45S-rRNAhnRNA 5S-
37、rRNAtRNA、snRNA耐受耐受极敏感极敏感中度敏感中度敏感转录产物转录产物三三 模板和酶的辨认、结合模板和酶的辨认、结合 一个转录区段可视为一个转录单位，一个转录区段可视为一个转录单位，称为称为操纵子操纵子（operonoperon ，包括包括 若干个若干个结构基结构基因因及其上游的及其上游的调控序列调控序列。 5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol启动子启动子（promoter promoter ) )RNA RNA 聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNADNA的部位，称为的部位，称为启动子的研究：启动子的研究： (RNA(RNA聚合酶保护法聚合酶保护法) )5 5
38、 RNA聚合聚合酶保护区酶保护区结构基因结构基因 保守序列保守序列 （一一致性序列）致性序列）开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5 010-10-40-205 3 3 5 转录过程一一 转录起始转录起始转录起始需解决转录起始需解决两个问题两个问题： 1 1 、RNARNA聚合酶必须准确地结合在聚合酶必须准确地结合在 转录模板的起始区域转录模板的起始区域 2 2 、DNADNA双链解开，使其中的一条双链解开，使其中的一条 链作为转录的模板链作为转录的模板
39、（一一） 原核生物的转录起始原核生物的转录起始2 2 DNADNA双链解开双链解开 , , 形成形成转录空泡转录空泡1 1 RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶 ( ( 2 2 ) ) 与模板结合与模板结合 3 3 在在RNARNA聚合酶作用下聚合酶作用下 发生第一次聚合反应发生第一次聚合反应 5 -pppGpN OH + ppiRNApol - DNA - pppGpN- OH pppGNTPpppGpN - OHppi起始复合物起始复合物: :5-pppG -OH + NTP（二二） 真核生物的转录起始真核生物的转录起始 也需要也需要RNARNA聚合酶辨认、结合转录起聚合酶辨认、结合转录起点点
40、上游的上游的DNADNA序列序列，生成起始复合物。，生成起始复合物。顺式作用元件顺式作用元件 - 真核生物结构基因上游的调控区存真核生物结构基因上游的调控区存 在的相似或一致性的在的相似或一致性的DNA序列。序列。 -GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始 TATA 盒盒 CAAT 盒盒 G C 盒盒 结结 构构 基基 因因 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件DTATAABDNATATAFE反式作用因子反式作用因子 - 直接或间接辨认、结合顺式直接或间接辨认、结合顺式 作用元作用元 件并件并影响其功能的蛋白质。影响其功能的蛋白质。 RNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNA的结合需一系列的
41、结合需一系列转录因子转录因子( TF )的参与的参与。RNA聚合酶聚合酶二二 转录延长转录延长1 1 、 亚基脱落，亚基脱落，RNA polRNA pol 聚合酶聚合酶核心酶核心酶变变 构，与模板结合松弛，沿着构，与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移； 2 2 、在、在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链链 不不 断延长。断延长。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi 转录复合物转录复合物 :RNA-pol (核心酶核心酶) DNA RNA5 3 DNA原核生物转录过程中的现象原核生物转录过程中的现象核糖体核糖体RNARN
42、A聚合酶聚合酶三三 转录终止转录终止- RNA- RNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板模板 上停止前进，上停止前进， 转录产物转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来链从转录复合物上脱落下来( (一一) ) 原核生物的转录终止原核生物的转录终止1、 依赖依赖 因子因子（Rho) 的转录终止的转录终止2、 不依赖不依赖 因子因子的转录终止的转录终止 DNA DNA模板上靠近终止处，有些模板上靠近终止处，有些特殊的特殊的碱基序列碱基序列，转录出，转录出RNARNA后，后，RNARNA产物形成产物形成特殊的结构特殊的结构来终止转录。来终止转录。A T PA T PTTGCAGCCTGACAAA
43、TCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT DNA或或UUUU UUUU 茎环结构茎环结构RNA5pppG5 3 3 5 茎环结构使转录终止：茎环结构使转录终止：1，使，使RNA聚合酶变构聚合酶变构2，使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离， RNA产物释放产物释放RNA-pol（二）真核生物的转录终止（二）真核生物的转录终止 和转录后修饰密切相关和转录后修饰密切相关5 -AAUAAA-5 -AAUAAA- Poly (A)mRNA核酸酶核酸酶-GUGUGUGAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5533RNA-pol转录后修饰
44、 （真核生物）几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式 ：1、剪、剪 接接 (splice)2、剪、剪 切切 (clavage )3、碱、碱 基基 修修 饰饰4、添、添 加加一一 mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工（一一）首、尾的修饰首、尾的修饰1 1、5 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构2 2、3 3 端加上端加上 聚腺苷酸聚腺苷酸（polApolA）尾巴尾巴 5 5 m m7 7G GppppppGpGp ( ( NTPNTP ) ) n n (NTPNTP) n n A A A A A A - A A A A A A - OH OH 3 3 （二）（二） mRNA内的剪接内的剪接1、
45、hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为称为 杂化核杂化核RNA （hetero - nuclear RNA , hnRNA ) snRNA ( small nuclear RNA )（并接体并接体）核内的蛋白质核内的蛋白质核糖核酸蛋白体核糖核酸蛋白体snRNA2、断、断 裂裂 基基 因因 、外显子、外显子 和和 内含子内含子 真核生物的结构基因，由若干个真核生物的结构基因，由若干个编码区编码区和和 非编码区非编码区 互相间隔开但又连互相间隔开但又连续镶嵌而成。续镶嵌而成。断断 裂裂 基基 因因 ( ( splite splite gene gene ) ) CABD编码
46、区编码区 A A、B B、C C、D D非编码区非编码区外显子外显子 ( exon ) 内含子内含子 ( ( intron intron ) ) 真核生物的结构基因上，能够为特真核生物的结构基因上，能够为特定的蛋白质编码的定的蛋白质编码的DNADNA序列。序列。 真核生物的结构基因上，不能为特真核生物的结构基因上，不能为特定的蛋白质编码的定的蛋白质编码的DNADNA序列。序列。 除去除去hnRNA中的中的内含子内含子，将，将外显子外显子连接连接并接体并接体二二 tRNAtRNA 的转录后加工的转录后加工剪切剪切 (a)剪接剪接(b)(c)添加添加碱基修饰碱基修饰(d)碱基修饰的方式：碱基修饰的
47、方式：（2 2）还原反应还原反应 如：如：U U DHU DHU （3 3）核苷内的转位反应核苷内的转位反应 如：如：U U （4 4）脱氨反应脱氨反应 如：如：A A I Im m 如：如：A A A A（1 1）甲基化甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4） 三三 rRNArRNA 的转录后加工的转录后加工转录转录45S - RNA剪接剪接18S - RNA5.8S , 28S RNArDNA28 S5.8S18 S四膜虫的四膜虫的rRNArRNA二级结构二级结构rRNArRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式槌头状结构槌头状结构最简单的核酶二级结构最简单的核酶
48、二级结构 具有酶促活性的具有酶促活性的RNARNA称为称为 核酶核酶（ribozyme）人工设计的核酶人工设计的核酶粗线表示天然粗线表示天然DNA分子分子细线表示合成细线表示合成DNA分子分子X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点（四）（四）RNA复制复制以以RNA为模板，合成为模板，合成RNA的过程称为的过程称为RNA复制。复制。其复制的酶为：其复制的酶为：RNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶 （RDRP）常见于病毒常见于病毒RNA的复制的复制（五）基因转录的调节（五）基因转录的调节（1）操纵子的概念）操纵子的概念在原核基因组中，由在原核基因组中，由几个功能相关的结构基
49、因及其调控区组成一个几个功能相关的结构基因及其调控区组成一个基因表达的协同单位，这种单位称为操纵子基因表达的协同单位，这种单位称为操纵子信息区信息区 结构基因结构基因调控区调控区启动子（启动子（Promoter）操纵区（操纵区（Operator）（2）操纵子的结构：）操纵子的结构：1、原核生物基因转录的调节、原核生物基因转录的调节启动子启动子结构基因结构基因调节基因调节基因信息区信息区操纵区操纵区调控区调控区操纵子操纵子RNA聚合酶聚合酶结合点结合点通过基因表达（即通过基因表达（即转录和翻译）得到转录和翻译）得到有生物活性的蛋白有生物活性的蛋白质分子。质分子。通过基因表达通过基因表达得到阻遏蛋
50、白。得到阻遏蛋白。启动子启动子结构基因结构基因调节基因调节基因信息区信息区操纵区操纵区调控区调控区操纵子操纵子RNA聚合酶聚合酶结合点结合点通过基因表达可得通过基因表达可得到能利用乳糖的酶到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。（蛋白质分子）。乳糖操纵子：乳糖操纵子：z y a启动子启动子结构基因结构基因调节基因调节基因信息区信息区操纵区操纵区调控区调控区操纵子操纵子RNA聚合酶聚合酶结合点结合点通过基因表达可得通过基因表达可得到能利用乳糖的酶到能利用乳糖的酶（蛋白质分子）。（蛋白质分子）。通过基因表达通过基因表达得到阻遏蛋白。得到阻遏蛋白。乳糖操纵子：乳糖操纵子：没有乳糖时没有乳糖时不能不能z y
