《核苷酸代谢》PPT课件 (2)

随着复制叉的推进，两条新链的合成方向 是不同的：一条链延伸的方向与复制叉前 进的方向一致，它的合成能连续进行，称 为前导链；
✓另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相 反，不能被连续合成，需要复制叉推进了一定 的长度，有了一段DNA单链后，才能以此为模 板合成一个片段。因此这条新链的合成是不连 续的，所以称为滞后链。
引物长度为(原)50至100个核苷酸，
(真)较短,约10.
含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA 复制起始区域的复合结构称为引发体。
Dna B、 Dna C 3
Dna A 5 3
DNA拓扑异构酶
SSB
5
(三) DNA链的延伸
在DNA聚合酶的催化下,根据模板链3’ →5′ 的核苷酸序列,在RNA引物的3′-OH末端逐个 添加脱氧核苷三磷酸,延伸方向是5′→3′,每 形成一个磷酸二酯键即释放1个焦磷酸,
➢解旋酶 （解链酶）
解开双螺旋,使其成为单链.通过水解ATP将DNA两 条链打开。每解开一对碱基需要水解2个ATP分子。
E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、 II、III。rep蛋白沿3 ’5’移动，而解螺旋酶I、II、 III沿5 ’ 3’移动。
➢其它蛋白因子
✓单链结合蛋白(SSB-single-strand binding protein)(又叫螺旋去稳定蛋白)：稳定已被解开 的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶 降解。
复制叉
(b)
复制叉
3’
5’
延伸
起点
随后链 领头链
领头链 随后链
起点
DNA的双向复制
复制叉
5’
3’ 延伸
(二) 引发体和引物
由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点， 并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成 引发体.在引物酶的催化下，以DNA为模板， 合成一段短的RNA片段， 引物酶的底物是核 苷三磷酸，在引物的5’端含3个磷酸残基,3’ 端为游离的羟基。
在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链） (3)5’ 3’外切酶活性（双链有效，主要是对DNA损
伤的修复，以及在DNA复制时RNA引物切除及其空隙 的填补）
➢DNA聚合酶Ⅱ
多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3’ 5’ 外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫 外光引起的DNA损伤中起作用。
第十二章 核苷酸代谢
一、核酸的分解代谢 二、核苷酸的生物合成 三、DNA的生物合成 四、DNA的损伤修复 五、RNA的生物合成
第一节 核酸的分解代谢
核酸的酶促降解 嘌呤的降解 嘧啶的降解
核酸的酶促降解
核酸 核酸酶
磷酸单脂酶
单核苷酸
核苷 +磷酸
核苷磷酸化酶
核苷酶
嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤） 核糖（脱氧核糖）
二、 嘧啶核苷酸的生物合成
1 嘧啶核苷酸的从头合成途径
✓嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天 冬氨酸合成的。
天冬氨酸
氨甲酰磷酸
嘧啶核苷酸合成特点 (1) (胞液)G L n +2 ATP+CO2 → 2ADP +Pi +氨甲酰磷酸+ G L u (2) 氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成乳清酸. (3) 乳清酸再与5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）
➢逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作 用下，生成DNA的过程。
一 、DNA的半保留复制
➢定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代 DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制
二、DNA生物合成中的酶 原核生物三种DNA聚合酶
➢ DNA聚合酶Ⅰ
单体酶,多肽链内含一个锌原子, 多功能酶。 (1)具有5 3 聚合酶功能； (2)3’ 5’外切酶活性（对双链无作用，校对功能。但
二氢尿嘧啶脱氢酶
胸腺Baidu Nhomakorabea啶
二氢胸腺嘧啶
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
H2O
二氢嘧啶酶
NH3+CO2 +β-氨基异丁酸
脲基丙酸酶 β-脲基异丁酸
H2O
第二节 核苷酸的生物合成
嘌呤核苷酸的合成 嘧啶核苷酸的合成
核苷酸的合成有2条途径:
从头合成:利用CO2、NH3、某些氨基酸、磷酸核糖
等简单物质为原料,经过一系列酶促反应
√引发酶:催化RNA引物合成的RNA聚合酶.
引发酶需要ATP或GTP提供能量.
三、 DNA的合成方式
➢DNA的复制：以DNA为模板合成 DNA。 ➢逆转录：以RNA为模板合成DNA。 ➢修复合成（DNA聚合酶I、连接酶等）
四、 DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）
➢双链的解开 ➢RNA引物的合成 ➢DNA链的延伸 ➢切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片 段
Reverse transcription
➢复制：亲代DNA在一系列酶的作用下，生 成与亲代相同的子代DNA的过程。
➢转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则 将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与 DNA链互补的RNA的过程。
➢翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将 mRNA的密码解读成蛋白质的AA排列顺序 的过程。
✓ 限制性核酸内切酶：在细菌细胞内存在的一类能 识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于 特异切割DNA,常作为基因工程工具酶。
牛脾磷酸二酯酶 从5’端3-核苷酸
蛇毒磷酸二酯酶 从3’端移去5-核苷酸
嘌呤的降解：
腺嘌呤
鸟嘌呤
H2O
H2O
腺嘌呤脱氨酶
NH3
NH3 鸟嘌呤脱氨酶
次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤
结合形成 UMP。 (4) 胞苷酸(CTP)则由尿苷酸(UTP)转变而来。
2 嘧啶核苷酸合成的补救途径
(1) U 尿苷
UMP
R-1-P P i ATP ADP
UMP磷酸核糖转移酶
(2)嘧啶(U T)
嘧啶核苷酸(胞嘧啶除外)
PRPP
PP i
(3) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸(d TMP)是由脱 氧尿嘧啶核糖核苷酸经甲基化而生成.
➢真核生物有多种DNA聚合酶。
六 逆转录
1 、定义:以RNA为模板，以4种d NTP为底物,合成一条与模板RNA 互补的 DNA链称为逆转录，由逆转录酶催化进行。 2 、发现：1970年Temin和Baltimore同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病 病毒中分离出逆转录酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶。
➢DNA聚合酶Ⅲ
(原)DNA复制的主要聚合酶，由10种亚基，其中、、 形成全酶的核心酶。 (1)具有5’3’DNA聚合酶活性（ 亚基，速率高）； (2)具有3’ 5’外切酶（亚基）的校对功能，提高 DNA复制的保真性； (3)具有5’ 3’外切酶活性。
➢DNA聚合酶IV和V
1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。
复制叉
3’
5’
延伸
起点
滞后链 前导链
前导链 滞后链
起点
DNA的双向复制
复制叉
5’
3’ 延伸
DNA复制的半不连续性
前导链 冈崎片段
前导链：以3’ → 5’ 方向 的亲代链为模板连续合成的 子代链。
滞后链
滞后链：以5’ →3’方向的 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，再连接成滞后链。
3’
5’
5’
3’
OH P
➢拓扑异构酶(旋转酶)
消除DNA 的超螺旋,根据作用方式不同而分为两种: 旋转酶Ⅰ
旋转酶Ⅱ
✓旋转酶І：使DNA一条链发生断裂(切口反应) 和再连接(封口反应)。作用是松解负超螺旋，
不需要能量。
✓旋转酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连 接。可以形成负超螺旋,需要由ATP或GTP提 供能量.
核糖-1-磷酸 脱氧核糖-1-磷酸
醛缩酶
核糖-5-磷酸
磷酸戊糖途径
乙醛
3-磷酸甘油醛
核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶。 ✓ 核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3’端
或5’端），逐个水解下核苷酸。
• 脱氧核糖核酸外切酶：只作用DNA
• 核糖核酸外切酶:只作用于RNA
✓ 核酸内切酶：从核酸分子内部切断3’,5’磷酸二酯键。
半不连续复制—在DNA复制时，领头链是 连续合成的,而随后链的合成是不连续的， 这种复制方式称为半不连续复制。
✓冈崎片段
在DNA复制过程中，领头链能连续合成， 而随后链只是多个短片段，这些不连续的小 片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。
冈崎片段真核100-200个核苷酸 原核1000-2000个核苷酸。
参与DNA复 制的酶与蛋 白因子总览
图
(四)复制准确性的保证
复制必需无误,否则将危及生物的生存.大肠杆菌109-1010pb仅可能发生1个误 差.
DNA聚合酶的聚合作用 DNA聚合酶的3′→5′外切活力
(五) 切除RNA引物，填补缺口连接相 邻的DNA片段
引物:DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切活力来切除 的. 留下的空隙是由该酶的5′→3′聚合活力填 补.
三 核苷酸从头合成的抗代谢物 (临床上治癌药物)
✓ 嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：可抑制AMP、 GMP的生成 ✓ 谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：可抑制IMP 的合成中有谷胺酰胺参与的反应 ✓ 叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制 IMP合成中有四氢叶酸参与的反应
第三节 DNA的生物合成
DNA的半保留复制 DNA生物合成中的酶 DNA的合成方式 DNA的复制过程（原核生物） 真核生物DNA的复制特点 逆转录
合成核苷酸.(肝组织)
补救途径:利用体内的游离碱基或核苷合成核苷酸.
(脑和骨髓)
一、嘌呤核苷酸的合成
1 嘌呤核苷酸的从头合成
6 5
1
2
4
3
7 8
9
嘌呤核苷酸合成特点
(1) 5-P-核糖在ATP参与下先形成PRPP(5-磷酸核糖 焦磷酸)
(2) 从5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)开始先逐步合成 IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后再由IMP合成AMP、 GMP。
✓ 复制原点在原点处形成一个眼状结构，叫 复制眼。
✓ DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉 子状的生长点(growth point)，叫复制叉。
✓(大肠杆菌）由rep 蛋白在复制叉内解开亲代 双螺旋DNA，分开的双链再与SSB结合，防 止链内退火
复制眼的结构：
起点
单向复制
复制叉
(a)
复制叉
双向复制 起点
排泄动物 人类、灵长类动物、鸟类、昆虫 除灵长类外其它哺乳类动物 某些硬骨鱼类 大多数鱼类、两栖类动物 甲壳类动物、软体动物
嘧啶的降解：
胞嘧啶
胞嘧啶脱氨酶 尿嘧啶
二氢尿嘧啶脱氢酶
二氢尿嘧啶
H2O NH3
NAD(P)H+H+ NAD(P)+
H2O 二氢嘧
NH3+CO2+ β-丙氨酸
脲基丙酸酶
H2O
啶酶 β-脲基丙酸
真核生物五种DNA聚合酶
α
β
γ
δ
ε
定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核
3’-5’
外切 - -
++
+
酶活性
功能 引物 合成
修复 作用
线粒体 DNA 的复制
核 DNA 的复制
修复 作用
➢DNA连接酶（1967年发 若现双）链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端
是5’-磷酸基，连接酶可催化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DNA单链连 接起来。
(3) 嘌呤的各个原子是在PRPP的C1开始逐渐加上去 的。由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和C ， 合成时先形成右环，再形成左环。四氢叶酸（FH4） 是一碳单位的载体 .
(4) AMP→ADP→ATP GMP→GDP→GTP
2 嘌呤核苷酸合成的补救途径
A+PRPP→AMP+PP i G+PRPP→ GMP+PP i H yP+ PRPP→ IMP+ PP i
冈崎片段是由DNA连接酶封闭缺口,把小片段 连接成完整的子代链.
五 真核生物中DNA的复制特点
➢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。 ➢冈崎片段长约200bp. ➢真核生物DNA复制速度比原核慢。 ➢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，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。
(一) 双链的解开
✓DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原 点。常用ori(或o）表示。 ✓从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫 复制子。 ✓大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器 DNA为双链环状，只有一个复制原点. ✓真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有 多个复制原点,因此是多复制子.
尿囊素 H2O 尿囊 （植物） 素酶
尿囊酸
H2O+O2 H2O2
黄嘌 呤氧 尿酸氧化酶 化酶 尿酸
CO2+H2O2 2H2O+O2
H2O+O2 H2O2
尿囊酸酶 尿素 + 乙醛酸
H2O
2H2O 脲酶
4NH3 + 2CO2
各种生物嘌呤碱的代谢产物
嘌呤代谢产物 尿酸
尿囊素 尿囊酸 尿素、乙醛酸 氨、二氧化碳