生物化学 核苷酸代谢与核酸合成

合成核酸 需要的物质


核苷酸在细胞内的合成有两条基本途径：
从头合成途径 补救作用
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
生物体合成嘌呤环的前体有以下5种： √ 碳氢盐或CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly。

生物体不是先合成嘌呤碱基，再与核糖和磷酸结 合成核苷酸。 而是从5-P-核糖焦磷酸（5-PRPP）开始，经过一 系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸，然后再转 变为其他嘌呤核苷酸。
RNA指导的DNA合成 Reverse transcription 1970年Temin和Baltimore，同时分别从致癌RNA病 毒中发现反转录酶。 反转录酶以RNA为模板，合成与RNA互补的DNA （cDNA）。


二 RNA的生物合成
(一) 转录 transcription
DNA指导下的RNA合成。DNA分子中的遗传信息 转移到RNA分子中的过程。 转录产物：mRNA、rRNA、tRNA及小RNA。

主要差别
多起点复制，复制子小而多； 复制叉移动速度慢，但复制速度快； 冈崎片段为100-200nt； DNA聚合酶α 、β 、γ 、δ 、ε 、θ 、λ 、μ 等； 复制周期不可重叠； 复制时末端会缩短，需要端粒酶解决线形DNA末端 复制问题。
（二）DNA的损伤和修复
1 DNA损伤的产生
DNA复制时的碱基错误配对。 一些物理化学因素如紫外线、电离辐射和化学诱 变剂等，能使DNA受到损伤。 细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的 损伤得到修复。
promotor +1 转录起始位点
转录区
（4） 转录过程
/show/c8gMgGQ-XF_m2nF5.html 起始： RNA聚合酶（全酶）与DNA上的启动子结合 RNA聚合酶向下游移动，到特定位置开始解链， 形成转录泡 转录起点加入第一个核苷酸
延伸：
ζ 因子的释放

转录与复制的重要差别
转录具有选择性：时间、空间上被严格调控；
转录的初级产物一般需要加工，才能形成有功能 的成熟RNA。
转录的模板
双链DNA 一条为转录的模板 模板链、反义链、负链 另一条 非模板链、编码链、有义链、正链
每个基因的有义链并不总是在DNA的同一条链 上。 DNA上并不是每一部分都被转录，基因的转录是 有选择的。不同情况下基因的转录情况不同。
选择性剪接
（二）RNA的复制
RNA指导下的RNA合成
RNA病毒
RNA复制酶
（三）无模板的RNA合成
多核苷酸磷酸化酶
3 原核细胞DNA的复制
（DNA指导下的DNA的合成）
（1）参与复制的酶和蛋白质 大肠杆菌 参与复制的有20多个因子：酶、底 物、模板、引物和能量。 ① DNA聚合酶 ② 参与复制的其他因子。
① DNA聚合酶– 催化4种脱氧核苷酸的聚合反应 DNA聚合酶的特点： 以4种dNTP为底物 受模板的指导 需引物3 ’ -OH存在 DNA链的生长方向为5 ’ 产物DNA的性质与模板相同 3 ’
第九章 核苷酸代谢

核苷酸的分解代谢

核苷酸的生物合成
一 核苷酸的分解

核酸的酶促降解

核苷酸的酶促降解
（一）核酸的酶促降解
核酸酶
核酸
核苷酸
核酸内切酶 核酸外切酶
DNA酶 RNA酶
限制性内切酶
（二） 核苷酸的分解
1 核苷酸 核苷 + 磷酸
2 核苷
碱基 + 戊糖
3 碱基的分解 √
3 碱基的分解 √

（二）嘧啶核苷酸的合成
1 嘧啶环的合成
嘧啶环合成的前体是：CO2、NH3、Asp。 √
2 嘧啶核苷酸的合成
由乳清酸进一步转化而来。乳清酸是嘧啶核苷酸
合成的关键中间化合物。
（三）核苷酸转化为核苷三磷酸
1 核苷酸 2核苷二磷酸
核苷二磷酸 核苷三磷酸
（四）脱氧核苷酸的合成
大多数生物是以核苷二磷酸为底物，以硫氧 还蛋白为还原剂。
转录过程与原核生物相似。 RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。 转录过程大致分为：装配、起始、延伸和终止。 抑制剂：α -鹅膏菌碱
3 转录过程的抑制剂
放线菌素D 吖啶类 利福平 α -鹅膏菌碱
真核、原核
原核 真核
4 转录后加工
由RNA聚合酶合成的RNA前体往往需要一系列变 化，才能转变为成熟的RNA分子。 原核生物的mRNA一般不需要加工。
2 复制的起始点、方向和速度
（1）复制子 ： 基因组中能独立进行复制的单位。 每个复制子都含有控制 复制起始的起点。

复制叉
复制泡或复制眼
（2）方向 DNA复制可以朝一个方向，也可以朝两个方向 进行。

双向复制

滚环复制

D环复制
（3）速度 原核生物：单起点，复制叉移动的速度约为 105bp/min。 复制的速度取决于起始频率。 一轮复制尚未完成，起点又开始了第二轮复制。 大肠杆菌染色体DNA复制一代需40min。 真核生物：复制叉移动的速度为 5×102~5×103bp/min。 多个复制起点。 果蝇胚胎DNA在3min内可增加一倍。
延伸
冈崎片段 DNA的两条链是反向平行的。DNA聚合酶的聚合 方向是5’ 3’。因此存在矛盾。 半不连续复制√： 一条链按5’ 3’方向连续合成
前导链
另一条链的合成不连续,先按5’ 3’方向合成若干短 的冈崎片段,再连接成一条完整的DNA链 后随链
3’ 5’ 3’
复制叉移动的方向
5’
前导链
5’
3’
（五）dTMP的合成

由dUMP甲基化生成。
反应由胸苷酸合成酶催化，甲基供体为N5，N10亚甲基四氢叶酸。

第十章 核酸的生物合成
DNA的复制 √
DNA的生物合成 DNA的损伤和修复
细菌的限制-修饰酶系统
反转录作用
RNA的生物合成 转录 √
RNA的复制
一 DNA的生物合成
（一）DNA的复制 （replication） 指亲本DNA双螺旋解开，两条链分别作为 模板，合成子代DNA的过程。
(2)原核细胞DNA复制的过程
DNA解链
起始
引物合成
延伸
DNA链延伸
切除引物、填补缺口、连接相临的DNA片段 切除和修复错配碱基 终止
起始
引物
DNA聚合酶不能发动新链的合成,只能催化已有链的延 长。DNA的合成需要引物，引物为RNA。引物的合成不需 要引物。
在DNA模板链的一定部位，由引物合成酶催化，按 5’3’的方向合成与DNA互补的引物。 DNA聚合酶Ⅲ在引物RNA的3’OH上逐个加上与模板链 互补的脱氧核苷酸。
不同种类的生物分解碱基的能力不一样，因而 代谢产物也各不相同。 （1）嘌呤的分解 灵长类、鸟类、某些爬行类和昆虫以尿酸为嘌 呤代谢的终产物。 （2）嘧啶的分解 C、U β -Ala T β -氨基异丁酸
二 核苷酸的生物合成

无论是动物、植物还是微生物，都能合成自身需 要的各种嘌呤和嘧啶核苷酸。 氨基酸、脂肪酸的情况不一样，则有必需、非必 需之分。
大肠杆菌的DNA聚合酶有三种：
活性：表13-1
DNA聚合酶Ⅰ（DNA pol Ⅰ）：校对 DNA聚合酶Ⅱ（DNA pol Ⅱ）：修复 DNA聚合酶Ⅲ （DNA pol Ⅲ）：复制 DNA聚合酶Ⅳ（DNA polⅣ） DNA聚合酶Ⅴ（DNA polⅤ）
② 参与复制的其他因子 解旋酶 拓扑异构酶 单链结合蛋白 引物酶 DNA连接酶 /programs/view/Ux1Urfn FtI8/
转录开始后， ζ 因子即脱落下来， 由核心酶催化RNA的合成
酶的移动
DNA链不断解开，RNA链延伸
终止：
当RNA聚合酶到达终止子时，转录过程停止下来。
RNA聚合酶、RNA都从DNA上脱落下来。
终止子：提供转录停止信号的DNA序列。 终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因 子。
2 真核生物的转录
1 原核生物的转录
（1 ）DNA指导的RNA聚合酶
特点： 需模板 不需引物 底物为NTP 需Mg2+、Mn2+的存在 具有5’ 3’聚合活性，无外切活性
（2）原核生物RNA聚合酶
全酶为5个亚基：2α β β’ ω
核心酶
全酶
σ
抑制剂: 利福平
（3）启动子 promotor
是RNA聚合酶识别、结合和起始转录的一段特异 性的DNA列，对转录过程起调控作用。
单向复制的环状DNA分子，其复制的终点就是原 点。 双向复制的DNA环形分子，在两个复制叉相遇时 即完成复制。
4 真核细胞DNA的复制
与原核细胞复制过程基本相似。
但参与复制的酶和蛋白质与原核生物不同，复制 起始的调控更复杂。

共同点
半保留复制； 半不连续复制； 需解旋酶解开双螺旋，并由SSB同单链区结合； 需拓扑异构酶消除解螺旋形成的扭曲张力； 需RNA引物； 新链合成均有校对机制。
2 DNA损伤的修复
直接修复 切除修复 应急反应修复 重组修复

（三）细菌的限制-修饰酶系统
1 限制性内切酶 又叫限制性酶
主要在细菌中产生，具有极高的专一性，能识别 双链DNA上特定的位点，将两条链都切断，形成粘 性末端或平头末端。
粘性末端
平头末端
2 DNA的修饰
修饰甲基化酶
（四）反转录作用

后随链
3’
5’
引物的消除和缺口的填补 DNA聚合酶Ⅰ的5’3’外切酶活性将引物的核苷 酸逐个除去；每个核苷酸除去后立即被与模板链相 应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上，这个反应由 DNA聚合酶Ⅰ的 5’3’聚合活性完成 。 DNA连接酶 各个冈崎片段通过DNA连接酶相互连接，最终形 成后随链。