第十章核酸代谢-2010

真核生物的转录起始较 为复杂。目前已知RNA 聚合酶Ⅱ至少有六种不
同的蛋白因子参与转录
复合体的形成。这些蛋
白因子被称为转录因子
trans-criptional factor, TF 。 包 括 TFⅡA ， TFⅡB ， TFⅡD ， TFⅡE ， TFⅡF ， TFⅡ-I。
RNA聚合酶延 模板滑动催化 RNA链的延伸
体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合 成。
另外当由于遗传、疾病、药物等原因从头合成受阻 时采取补救途径合成
或称为磷酸核糖转移酶 或称为核苷磷酸激酶
（四）嘧啶核苷酸“从头”合成途径
H2N-CO- P 氨甲酰磷酸
NH3 CO2
4 C
N3
C5
C2
C6
1 N
天冬氨酸
D
焦磷酸化酶
转氨甲酰酶
二氢乳清酸酶
‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥
‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥
‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥
‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥
‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥
（3）复制方向和速率
（4）半不连续复制
复制叉上仅结合了一套 DNA聚合III，前导链与滞 后都是由同一套DNA聚合 酶完成的。滞后的模板链 要形成环，穿过DNA聚合 酶才能保证两条链的合成 方向均为5`→3`。
（三）DNA复制的过程
•起始
起始的调控
延长
阶段一
阶段二
•延长
•延长
尿嘧啶
胸腺嘧啶
二氢尿嘧啶 H2O
β-脲基异丁酸 H2O
β-丙氨酸 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA TCA
CO2 + NH3
肝 尿素
β-氨基异丁酸 甲基丙二酸单酰CoA
琥珀酰CoA
TCA
糖异生
第二节 核苷酸的合成代谢
核苷酸生物合成的基本途径 嘌呤核苷酸的 “从头合成” 嘌呤核苷酸的补救合成途径 嘧啶核苷酸“从头”合成途径 嘧啶核苷酸的补救合成途径 脱氧核苷酸的合成 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
RNA聚合酶全 酶σ亚基脱离
转录区域DNA 双螺旋解开， 转录后DNA又 恢复双螺旋结 构
延长
终止
(1)不依赖Rho因子的转录终止
两个区域的 RNA和模版没 很好的结合,导 致两者分离,酶 掉下来
(2)依赖Rho因子的转录终止
复制与转录的比较
RNA外切核酸酶
BBBBBBBB
5´ p
p
p
p
p
p
p
p
OH 3´
牛脾磷酸二酯酶
（ 5´-外切，生成3-单核苷酸）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´-外切，生成5 -核苷酸）
（三）
胞嘧啶脱氨酶
（四）嘧啶的分解代谢
二氢尿嘧 啶脱氢酶
二氢嘧啶酶
脲基丙酸酶
Biblioteka Baidu
二氢胸腺嘧 啶脱氢酶
二氢嘧啶酶
脲基丙酸酶
胞嘧啶 NH3
引物的合成：随后链的每个冈崎片段都需要合成 RNA引物。也是由引物酶催化。
冈崎片段的合成：DNA聚合酶Ⅲ(原核细胞)在引物的3'末 端使DNA链延伸，直至抵达其下游的 另一个冈崎片段的RNA引物的5'端。
•终止
真核生物复制：端粒的形成：
端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子 末端的结构部分，通常膨大成粒状。其共同的结构特 征是由一些富含G、C的短重复序列构成，可重复数 十次至数百次。
第一个“零 件”的加入， 这样反应一 共有11步之 多
IMP生成总反应过程
腺苷酸琥珀酸合 成酶
腺苷酸琥珀酸裂解酶
次黄嘌呤核苷酸 脱氢酶
鸟嘌呤核苷酸 合成酶
由上述反应过程可以清楚的看到，嘌呤核苷酸是在 磷酸核糖分子上逐步合成的，这是嘌呤核苷酸从头 合成的一个重要特点。
• IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或
•合成部位
肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次 是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。
•从头合成过程 1）IMP的合成（前体为５磷酸核糖-1-焦磷酸，即 PRPP）
由焦磷酸激酶和ATP，Mg2+催化 2）IMP转变形成AMP和GMP
嘌呤核苷酸 合成是先形 成糖结构， (PRPP)再在 糖结构上连 接各种“零 件”合成嘌 呤碱
拓朴异构酶
使DNA超螺旋变为松驰态；它兼有内 切酶和连接酶的活力，能迅速使DNA链断 开后再接上。
解螺旋酶
单链DNA结合蛋白
原料：NTP 引物酶的作用： 合成一段RNA作为 引物
RNA引物作用： 引发DNA的合成
引物酶
DNA聚合酶
原料：dNTP 方向：5`→3` DNA聚合的种类： 1.DNA聚合酶I 2.DNA聚合酶II 3.DNA聚合酶III
二氢乳清酸 脱氢酶
FMN,FAD
脱羧酶
CTP合成酶
核苷二磷酸激酶 尿嘧啶核苷酸激酶
（五）嘧啶的补充途径合成
胞嘧啶不能
尿苷磷酸化酶 两种嘧啶都 用这个激酶
（六）脱氧核苷酸的合成
核糖核苷酸还原酶
（七）脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
O HN
ON dR-P
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
O
HN
CH3
ON dR-P
转移 甲基
化合物类别
碱基类似物 如：5-BU
作用点
A 5-BU G
羟胺类（NH2OH）
T C
亚硝酸盐（NO2）
C U
烷化剂 如：氮芥类，Nitromins
G mG
分子改变
-A -
-G -
-T -
-C -
-T -
-C -
-A -
-G-
-G-
-A -
-C -
-T -
DNA缺失G
基因突变的后果及类型
真核生物体内RNA聚合酶有三种，分别是RNA聚合酶I、 II、III，其中，RNA聚合酶I与rRNA前体合成有关，RNA 聚合酶II与mRNA前体合成有关，RNA聚合酶III则与 tRNA前体合成有关,结构也有不同。
RNA合成的机理
转录时只利用DNA双链中的一条链为模板，这条 链称为模板链（或反意义链、非编码链）；另一条 链称为非模板链（有意义链、编码链） 由于转录只在DNA的一条链进行，所以称为不对 称转录
（1）错配修复
（2）光修复
（3）切除修复
（4）重组修复
（5）SOS修复
无校检功能
第四节 核酸的合成代谢 （RNA的合成-即转录过程）
合成因子（聚合酶） 转录过程 转录后修饰
（一）RNAase的结构
-因子与转录启始位点的识别有关，它可以特异性地 识别启始信号，并指导RNA聚合酶与之结合。 -亚基是酶的催化作用核心，上面有抗生素利福平的 结合位点。 ′-亚基由许多碱性氨基酸构成，在酶与模板DNA的 结合中起重要作用。(非特异性结合) -亚基则与酶和启始位点的结合有关。(帮助酶其它 部位结合)
之分 需要RNA作为引物，以后引物被切除，补上DNA
（四）DNA损伤及修复
损伤 （1）自发因素 碱基互变异构 碱基修饰（呼吸引起） 脱氨基 脱碱基（热运动）
（2）物理损伤 紫外 电离辐射 直接效应 间接效应 （由水产生自由基，氧化或降解碱基和核糖)
(3)化学损伤
常见的化学诱变剂
（二）转录的过程
起始 延长 终止
原核生物与真核生物转录起点
细胞开始转录作用时，RNA聚合酶凭借其′-亚基 的带正电荷特性，
借净电作用结合在DNA链上。
启动子： 指示转
录起始 的DNA 位点
起始
聚合酶结合在DNA模板上之后，通过扩散寻找启始位点， 聚合酶借助于因子首先找到-35区，然后向下游移动到 -10区（AT富集），双链解开形成局部单链，在起始位 点（+1）接上第一个核苷酸。通常是pppG
说明 四核苷酸，平端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
六核苷酸，平端切口
RNA内切核酸酶
Py Pu Pu Py G A C U G A
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p
OH
5´
3´
RNAase I Py：嘧啶
RNAase U2 RNAase T1 Pu ：嘌呤
校正机制
聚合酶活力 3 ’到5’的外切酶活力（校正）
DNA聚合酶聚合作用前先校对， 错误配对就使用3’-5’外切酶活力， 这也是DNA聚合酶必须要引物的原因。
修复或除引物机制
DNA连接酶
（二）DNA复制的方式
（1)半保留复制
（2）复制子和复制起始点
•复制子序列保守常有反向重复的回文结构
乙醛 甘油醛-3-磷酸
磷酸 醛缩酶 脱氧核糖-1-磷酸
磷酸戊糖途径
核糖-5-磷酸
核糖-1-磷酸
体内核酸降解及消化
（二）核酸的酶促降解
DNA内切酶
B
B
5´
p
p
OH
3´
DNAaseI
DNAaseII
3’位置
５’位置
DNA限制性内切酶
原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中 4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的 回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链， 产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶 （ristriction endonuclease）。
N5、N10—CH2 — FH4
FH2
二氢叶酸还 原酶
Ser羟甲基 转移酶
NADP++Gly
NADPH+H++Ser
还原二 氢叶酸
生成亚 甲基
第三节 核酸的合成代谢 （DNA的合成）
复制过程中的酶及相关因子 复制方式 复制过程
（一）原核生物DNA复制的酶和蛋白质因子
拓朴异构酶 解螺旋酶（解链酶） 单链DNA结合蛋白（SSB） 引物酶 DNA聚合酶 DNA连接酶
第十章 核酸代谢
核酸和核苷酸降解代谢 核苷酸的合成代谢 核酸的合成代谢 （DNA的合成及修复） 核酸的合成代谢 （RNA的合成-即转录过程）
第一节 核酸和核苷酸降解代谢
概述 核酸降解成核苷酸（核酸的酶促降解） 嘌呤的降解 嘧啶的降解
（一）核酸和核苷酸的降解途径概述
尿酸或有机酸 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶核苷核苷磷酸化酶碱基+戊糖-1-P
（一）核苷酸生物合成的基本途径
动物、植物和微生物都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸。 合成途径有两条：
（1）“从头合成”途径 利用核糖磷酸、某些氨基酸、 CO2、和NH3等基本原料合成核苷酸。
（2）补救途径 利用体内或细胞内游离的碱基、核苷等 中间物直接合成核苷酸。
从头合成
（二）嘌呤核苷酸的 “从头合成”
突变的类型：
错配 (mismatch)
缺失 (deletion)
框移
插入 (insertion) (frame-shift)
重排 (rearrangement)
后果：
①致死
②使生物体某些功能改变，引起某些疾病的发生
③只改变了基因型而对表现型无影响
④进化，在环境有利于机体新特征表达的情况下，被 选择性保留下来，这就是进化的基础
一段DNA序列与蛋白质形成的一种复合体，是真核细 胞染色体末端所特有的结构。
功能：
⑴保证线性DNA的完整复制
⑵保护染色体末端
⑶决定细胞寿命，胚系细胞含端粒酶，体细胞不表达端 粒酶。
线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而 可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下， 进行延长反应。
端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，
通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。
端粒酶(telomerase)的作用机制
DNA复制基本过程
半保留复制 有特定的起点（原核生物为单起点，真核生物为多起
点） DNA合成方向是5`→3` 复制可以是单向，也可以是双向，但速度不一定相等 半不连续复制，有前导链（连续）和后滞链（不连续）
GMP的合成又需1个ATP。
并不是所有的细胞都有从头合成嘌呤核苷酸的能力， 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是 小肠粘膜和胸腺。
（三）嘌呤核苷酸的补救合成途径
定义：利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单 的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重 新利用）途径。
生理意义:补救合成节省从头合成时的能量和一些 氨基酸的消耗。
限制性内切酶被称为“基因工程”技术中的“手 术刀”，它的发现对基因工程发展起着极其重要作 用．
酶
Alu I Bam H I Bgl I Eco R I Hind Ⅲ Sal I Sma I
常用的DNA限制性内切酶的专一性
辨认的序列和切口
‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥
‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥