第十二章核苷酸代謝一、核酸的分解代謝二、核苷酸的生物合成三、DNA的生物合成四、DNA的損傷修復五、RNA的生物合成第一節核酸的分解代謝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單核苷酸磷酸單脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脫氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脫氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛3-磷酸甘油醛+磷酸牛脾磷酸二酯酶從5’端3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶從3’端移去5-核苷酸嘌呤的降解：

腺嘌呤鳥嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黃嘌呤黃嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素

尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸

尿素

+

乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2（植物）腺嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶各種生物嘌呤堿的代謝產物嘌呤代謝產物排泄動物尿酸人類、靈長類動物、鳥類、昆蟲尿囊素除靈長類外其它哺乳類動物尿囊酸某些硬骨魚類尿素、乙醛酸大多數魚類、兩棲類動物氨、二氧化碳甲殼類動物、軟體動物第二節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條途徑:從頭合成:利用CO2、NH3、某些氨基酸、磷酸核糖等簡單物質為原料,經過一系列酶促反應合成核苷酸.(肝組織)

補救途徑:利用體內的游離堿基或核苷合成核苷酸.

(腦和骨髓)

1嘌呤核苷酸的從頭合成一、嘌呤核苷酸的合成1234567892嘌呤核苷酸合成的補救途徑

A+PRPP→AMP+PPiG+PRPP→

GMP+PPiHyP+PRPP→IMP+PPi1

嘧啶核苷酸的從頭合成途徑

嘧啶核苷酸的嘧啶環是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。氨甲酰磷酸天冬氨酸二、嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸合成特點(1)

(胞液)G

Ln+2ATP+CO2→

2ADP+Pi

+氨甲酰磷酸+GLu氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成乳清酸.乳清酸再與5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）結合形成UMP。胞苷酸(CTP)則由尿苷酸(UTP)轉變而來。

嘌呤類似物（6-巰基嘌呤）：可抑制AMP、GMP的生成谷胺酰胺類似物（氮雜絲氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺參與的反應葉酸類似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氫葉酸參與的反應三核苷酸從頭合成的抗代謝物

(臨床上治癌藥物)第三節DNA的生物合成DNA的半保留復制DNA生物合成中的酶DNA的合成方式DNA的復制過程（原核生物）真核生物DNA的復制特點逆轉錄

復制：親代DNA在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA的過程。轉錄：以DNA為模板，按照堿基配對原則將其所含的遺傳信息傳給RNA，形成一條與DNA鏈互補的RNA的過程。翻譯：亦叫轉譯，以mRNA為模板，將mRNA的密碼解讀成蛋白質的AA排列順序的過程。逆轉錄：以RNA為模板，在逆轉錄酶的作用下，生成DNA的過程。定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復制方式叫半保留復制

一、DNA的半保留復制DNA聚合酶Ⅰ

單體酶,多肽鏈內含一個鋅原子,多功能酶。(1)具有53聚合酶功能；

(2)3’5’外切酶活性（對雙鏈無作用，校對功能。但在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長鏈）(3)5’3’外切酶活性（雙鏈有效，主要是對DNA損傷的修復，以及在DNA復制時RNA引物切除及其空隙的填補）二、DNA生物合成中的酶原核生物三種DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅲ(原)DNA復制的主要聚合酶，由10種亞基，其中、、形成全酶的核心酶。(1)具有5’3’DNA聚合酶活性（亞基，速率高）；(2)具有3’5’外切酶（亞基）的校對功能，提高DNA復制的保真性；(3)具有5’3’外切酶活性。DNA聚合酶IV和V1999年發現，當DNA嚴重損傷時，誘導產生。

α

β

γ

δ

ε定位細胞核細胞核線粒體細胞核細胞核3’-5’外切--+++酶活性引物合成修復作用線粒體DNA的復制核DNA的復制修復作用功能真核生物五種DNA聚合酶旋轉酶?：使DNA一條鏈發生斷裂(切口反應)和再連接(封口反應)。作用是松解負超螺旋，不需要能量。

旋轉酶Π：使DNA兩條鏈發生斷裂和再連接?？梢孕纬韶摮菪?需要由ATP或GTP提供能量.解開雙螺旋,使其成為單鏈.通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。

E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’5’移動，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移動。解旋酶（解鏈酶）其它蛋白因子單鏈結合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)(又叫螺旋去穩定蛋白)：穩定已被解開的DNA單鏈，阻止復性和保護單鏈不被核酸酶降解?！桃l酶:催化RNA引物合成的RNA聚合酶.

引發酶需要ATP或GTP提供能量.DNA的復制：以DNA為模板合成DNA。逆轉錄：以RNA為模板合成DNA。修復合成（DNA聚合酶I、連接酶等）三、DNA的合成方式雙鏈的解開RNA引物的合成DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段四、DNA的復制過程：（以大腸桿菌為例）(一)雙鏈的解開DNA的復制有特定的起始位點，叫做復制原點。常用ori(或o）表示。從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫復制子。大腸桿菌染色體DNA以及真核生物的細胞器DNA為雙鏈環狀，只有一個復制原點.真核生物染色體DNA是線性雙鏈分子，含有多個復制原點,因此是多復制子.

復制原點在原點處形成一個眼狀結構，叫復制眼。

DNA復制進行時，在眼的兩側出現兩個叉子狀的生長點(growthpoint)，叫復制叉。(大腸桿菌）由rep蛋白在復制叉內解開親代雙螺旋DNA，分開的雙鏈再與SSB結合，防止鏈內退火復制眼的結構：

復制叉起點復制叉延伸延伸起點領頭鏈領頭鏈隨后鏈隨后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復制(二)

引發體和引物由蛋白因子（如dnaB等）識別復制起始點，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發體.在引物酶的催化下，以DNA為模板，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個磷酸殘基,3’端為游離的羥基。引物長度為(原)50至100個核苷酸，(真)較短,約10.DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構酶引物酶SSB3535含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復制起始區域的復合結構稱為引發體。

(三)

DNA鏈的延伸

在DNA聚合酶的催化下,根據模板鏈3’→5′的核苷酸序列,在RNA引物的3′-OH末端逐個添加脫氧核苷三磷酸,延伸方向是5′→3′,每形成一個磷酸二酯鍵即釋放1個焦磷酸,隨著復制叉的推進，兩條新鏈的合成方向是不同的：一條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向一致，它的合成能連續進行，稱為前導鏈；另一條鏈延伸的方向與復制叉前進的方向相反，不能被連續合成，需要復制叉推進了一定的長度，有了一段DNA單鏈后，才能以此為模板合成一個片段。因此這條新鏈的合成是不連續的，所以稱為滯后鏈。復制叉起點復制叉延伸延伸起點前導鏈前導鏈滯后鏈滯后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復制DNA復制的半不連續性前導鏈滯后鏈岡崎片段前導鏈：以3’→5’方向的親代鏈為模板連續合成的子代鏈。滯后鏈：以5’→3’方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆復制叉移動方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。半不連續復制—在DNA復制時，領頭鏈是連續合成的,而隨后鏈的合成是不連續的，這種復制方式稱為半不連續復制。岡崎片段在DNA復制過程中，領頭鏈能連續合成，而隨后鏈只是多個短片段，這些不連續的小片段以其發現者的名字命名為岡崎片段。岡崎片段真核100-200個核苷酸

原核1000-2000個核苷酸。參與DNA復制的酶與蛋白因子總覽圖(四)復制準確性的保證復制必需無誤,否則將危及生物的生存.大腸桿菌109-1010pb僅可能發生1個誤差.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，填補缺口連接相鄰的DNA片段

引物:DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切活力來切除的.留下的空隙是由該酶的5′→3′聚合活力填補.岡崎片段是由DNA連接酶封閉缺口,把小片段連接成完整的子代鏈.真核生物染色體有多個復制起點，多復制眼，呈雙向復制，多復制子。岡崎片段長約200bp.真核生物DNA復制速度比原核慢。真核生物染色體在全部復制完之前起點不再重新開始復制；而在快速生長的原核中，起點可以連續發動復制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。真核生物有多種DNA聚合酶。五真核生物中DNA的復制特點1、定義:以RNA為模板，以4種dNTP為底物,合成一條與模板RNA互補的DNA鏈稱為逆轉錄，由逆轉錄酶催化進行。2、發現：1970年Temin和Baltimore同時分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒中分離出逆轉錄酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆轉錄酶。六逆轉錄

因發現逆轉錄病毒的遺傳物質而獲1975年諾貝爾獎的三位科學家+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+雙鏈DNA（前病毒）逆轉錄酶逆轉錄酶3、病毒RNA的逆轉錄過程單鏈病毒RNARNA-DNA雜交分子RNA指導的DNA聚合酶5’3’活性DNA指導的DNA聚合酶活性核糖核酸酶H的活性，專一水解RNA-DNA雜交分子中的RNA，可沿5’3’和3’5’兩個方向起核酸外切酶的作用。逆轉錄酶也和DNA聚合酶一樣，沿5’3’方向合成DNA，需要有模板、底物、Mg2+,Mn2+參加.并需要短鏈RNA作引物。4、逆轉錄酶不能把“中心法則”絕對化，遺傳信息也可以從RNA傳遞到DNA。促進了分子生物學、生物化學和病毒學的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目前逆轉錄酶已經成為研究這些學科的工具。1983年，發現人類免疫缺陷病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,感染T淋巴細胞后即殺死細胞，造成宿主機體免疫系統損傷，引起艾滋?。╝cquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）乙型肝炎病毒5、逆轉錄的生物學意義某些物理化學因素如:紫外線、電離輻射和化學誘變劑等作用于DNA造成DNA結構和功能的破壞,然而一定條件下，生物機體能使損傷得到修復.

紫外線照射---T∧T(

C∧T

C∧C

)

二聚體的形成影響雙螺旋結構，影響復制和轉錄功能。

一個或幾個堿基被置換

插入一個或幾個堿基

一個或多個堿基對缺失

第四節DNA的損傷修復DNA的損傷修復

光修復：400nm左右的光激活光復活酶，專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上TT（CCCT）二聚體。（包括從單細胞生物到鳥類，而高等哺乳動物無）DNA的損傷修復切除修復：將DNA分子中的受損傷部分切除，以完整的那條鏈為模板再重新合成。特異內切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA連接酶均參與。（發生在DNA復制前）DNA的損傷修復重組修復

（發生在復制后）：復制時，跳過損傷部位，新鏈產生缺口由母鏈彌補，原損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋。DNA的損傷修復誘導修復：造成DNA損傷或抑制復制的處理均能引起一系列復雜的誘導效應，稱為應急反應（SOSresponse）。此過程誘導產生切除修復和重組修復中的關鍵蛋白和酶，同時產生無校對功能的DNA聚合酶。所以會有2種結果：修復或變異（進化）。

著色性干皮病概念RNA聚合酶RNA的轉錄過程RNA轉錄后加工RNA的復制第五節RNA的生物合成以DNA的一條鏈為模板在RNA聚合酶催化下，按照堿基配對原則，合成一條與DNA鏈的一定區段互補的RNA鏈的過程稱為轉錄。以四種核糖核苷三磷酸酸（NTP）為底物，形成3、5-磷酸二酯鍵相連接。一、概念都需要模板都以三磷酸核苷酸為底物（NTP或dNTP）合成方向都是5→’3’轉錄與DNA復制的比較相同點轉錄與DNA復制的不同點

轉錄不需引物；只轉錄DNA分子中的一個片段（稱為轉錄單位或操縱子,operon)；雙鏈DNA中只有一條鏈具有轉錄活性（稱為模板鏈）；基因被轉錄與特定的時間、空間、生理狀態有關；

RNA聚合酶無校對功能。轉錄與DNA復制的比較轉錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉錄的模板，稱為轉錄的不對稱性。反義鏈：在RNA的轉錄中，用于轉錄的模板DNA鏈稱為模板鏈。（或反義鏈）有義鏈：在RNA的轉錄中，與模板DNA互補的鏈稱為編碼鏈（或有義鏈）DNA的一個小片段是一個基因，DNA是雙螺旋結構，而且每個基因的有義鏈并不總在染色體DNA的同一條鏈上，DNA的一條鏈上具有著某些基因的有義鏈和另一些基因的反義鏈。二、RNA聚合酶：大腸桿菌的RNA聚合酶核心酶全酶只能使已開始合成的RNA鏈延長，不具有起始合成RNA的能力。從固定的起點開始合成RNA

大腸桿菌RNA聚合酶各亞基的功能亞基功能α

酶的裝配，與啟動子上游元件和活化因子結合β

參與轉錄起始，結合底物，催化磷酸二酯鍵形成β’參與酶與模板結合未知σ

識別啟始位點，促進轉錄的起始RNA聚合酶的特點：反應底物：NTP，DNA為模板、Mg2+促進聚合反應。RNA聚合酶不需要引物，合成方向53。真核生物與原核生物的RNA聚合酶結構不同。利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；α-鵝膏蕈堿抑制真核生物RNA聚合酶活性。起始位點的識別轉錄起始（起始階段）鏈的延伸（延長階段）轉錄終止（終止階段）三、RNA的轉錄過程σ亞基起著識別DNA分子上的起始信號的作用。（啟動子——指RNA聚合酶識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列）不同的σ亞基識別不同的啟動子，從而表達不同的基因。起始位點的識別

轉錄起始RNA聚合酶與DNA雙鏈的起始點結合,并且局部解開雙螺旋,解鏈僅發生在于RNA聚合酶結合部位，然后結合第一個核苷三磷酸。加入的第一個核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。所形成的啟動子、全酶和核苷三磷酸復合物稱為三元起始復合物，第一個核苷三磷酸一旦摻入到轉錄起始點，σ亞基就會被釋放脫離核心酶。E-35-10pppG或pppA5’5’3’3’模板鏈RNA鏈的延伸DNA分子和酶分子發生構象的變化，核心酶與DNA結合比較松弛，可沿DNA模板移動，并按模板順序選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的RNA鏈的3’-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉錄延伸方向從5’3’

RNA聚合酶沿著模板鏈的3′5′方向移動轉錄終止轉錄遇到終止子就被停止。終止子：在DNA