核苷酸代谢与遗传信息的表达.ppt

v核苷酸核苷酸是构成核酸的基本单位，人体所需是构成核酸的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体的核苷酸都是由机体自身合成自身合成的。的。v食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。被人体所利用。在核酸类物质的水解产物在核酸类物质的水解产物中，只有中，只有磷酸磷酸和和戊糖戊糖可被吸收利用。可被吸收利用。小肠小肠单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶食物中核酸的消化食物中核酸的消化核苷酶核苷酶小肠小肠戊糖戊糖含氮碱含氮碱核苷酸酶核苷酸酶磷酸磷酸核苷核苷小肠小肠核蛋白核蛋白胃胃HCl蛋白质蛋白质核酸核酸v核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用：核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用：作为合成核酸的原料作为合成核酸的原料：如：如ATPATP，GTPGTP，CTPCTP，UTPUTP用于合成用于合成RNARNA，dATPdATP，dGTPdGTP，dCTPdCTP，dTTPdTTP用于用于合成合成DNADNA。作为能量的贮存和供应形式作为能量的贮存和供应形式：除：除ATPATP之外，还有之外，还有GTPGTP，UTPUTP，CTPCTP等。等。参与代谢或生理活动的调节参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸：如环核苷酸cAMPcAMP和和cGMPcGMP作为激素的第二信使。作为激素的第二信使。参与构成酶的辅酶或辅基参与构成酶的辅酶或辅基：如在：如在NADNAD+，NADPNADP+，FADFAD，FMNFMN，CoACoA中均含有中均含有核苷酸的成分。核苷酸的成分。作为代谢中间物的载体作为代谢中间物的载体：如用：如用UDPUDP携带携带糖基，用糖基，用CDPCDP携带胆碱，乙醇胺或甘油二携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用酯，用腺苷腺苷携带蛋氨酸（形成携带蛋氨酸（形成SAMSAM）等。）等。vv核苷酸的代谢包括核苷酸的代谢包括合成代谢合成代谢和和分解代谢分解代谢。体。体内核苷酸的合成途径有二：内核苷酸的合成途径有二：vv1.1.从头合成途径从头合成途径：利用磷酸核糖、氨基酸、一：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸的过程。是体内核系列酶促反应合成核苷酸的过程。是体内核苷酸主要途径，肝脏是主要部位，在细胞液苷酸主要途径，肝脏是主要部位，在细胞液中。中。vv2.2.补救途径补救途径：指利用分解代谢产生的自由嘌指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。vv这一途径可在大多数组织细胞中进行。这一途径可在大多数组织细胞中进行。一、核苷酸的合成代谢一、核苷酸的合成代谢v（一）、嘌呤核苷酸的合成代谢（一）、嘌呤核苷酸的合成代谢v1.1.嘌呤核苷酸的从头合成：嘌呤核苷酸的从头合成：通过利用一些简单通过利用一些简单的前体物，如的前体物，如5-5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及位及COCO2 2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为为从头合成途径从头合成途径。v（1 1）.合成部位：这一途径主要见于合成部位：这一途径主要见于肝肝，其次，其次为为小肠和胸腺小肠和胸腺。所有合成反应在所有合成反应在胞液胞液中进行。中进行。嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2甲酰基甲酰基（N5,N10-CH=FH4）甲酰基甲酰基（N10-CHO FH4）天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）甘氨酸甘氨酸（2 2）.从头合成过程从头合成过程（1）IMP的合成的合成（2）AMP和和GMP的生成的生成（3）ATP和和GTP的生成的生成R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶AMPADPATPADPATP腺苷激酶腺苷激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP鸟苷激酶鸟苷激酶ADPATP激酶激酶ATP和和GTP的生成的生成 嘌呤核苷酸是在嘌呤核苷酸是在磷酸核糖磷酸核糖分子上逐步合成的。分子上逐步合成的。IMP的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个ATP。（3）.嘌呤核苷酸从头合成特点 利利用用体体内内游游离离的的嘌嘌呤呤或或嘌嘌呤呤核核苷苷，经经过过简简单单的的反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的过过程程，称称为为补救合成（或重新利用）途径。补救合成（或重新利用）途径。2.嘌呤核苷酸的补救合成途径（1 1）.定义定义腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(,HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶（2 2）.参与补救合成的酶参与补救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 +PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 +PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPPHGPRTGMP+PPi（3 3）.合成过程合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP（4 4）.补救合成的生理意义补救合成的生理意义vv补救合成节省从头合成时的能量和补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。一些氨基酸的消耗。vv体内某些组织器官，如脑、骨髓等体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。只能进行补救合成。vv自毁容貌症自毁容貌症vv由于基因缺陷，由于基因缺陷，HGPRTHGPRT缺失，表现为尿酸增缺失，表现为尿酸增高及神经异常。自毁容貌症患者在发病时会高及神经异常。自毁容貌症患者在发病时会毁坏自己的容貌毁坏自己的容貌,用各种器械把脸弄得狰狞可用各种器械把脸弄得狰狞可怕怕.这种疾病患者常常被束缚在床上或轮椅上这种疾病患者常常被束缚在床上或轮椅上.自毁容貌症患者大多死于儿童时代自毁容貌症患者大多死于儿童时代,很少活到很少活到2020岁以后岁以后.现有的医疗技术对此无计可施现有的医疗技术对此无计可施,而只而只能寄希望于基因治疗能寄希望于基因治疗.基因治疗技术将大大提基因治疗技术将大大提高人类的素质高人类的素质,降低新生儿遗传病的发生率降低新生儿遗传病的发生率.例例如如,对孕妇作例行的产前检查对孕妇作例行的产前检查,一俟发现尚在母一俟发现尚在母腹中的婴儿患有遗传性疾病腹中的婴儿患有遗传性疾病,则马上就可施行则马上就可施行基因手术基因手术.（二）、嘧啶核苷酸的合成代谢（二）、嘧啶核苷酸的合成代谢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 1.1.嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合合成成嘧嘧啶啶核苷酸的途径。核苷酸的途径。（1 1）.定义定义（2 2）.合成部位合成部位（3 3）.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2.2.嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶 +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胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 +ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP+ADPv（三）脱氧核苷酸的生成（三）脱氧核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）dNDP+ATP 激酶激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成（3）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dUDPCTPCDPdCDPdCMPdTMP的生成的生成二、核苷酸的分解代谢二、核苷酸的分解代谢核苷酸核苷酸核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷核苷核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶1-1-磷酸核糖磷酸核糖碱基碱基v（一）、嘌呤核苷酸的分解代谢（一）、嘌呤核苷酸的分解代谢v嘌呤核苷酸的分解首先是在嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶核苷酸酶的催化的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷核苷酶酶的催化下分解生成嘌呤碱，最后在的催化下分解生成嘌呤碱，最后在黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶的作用下氧化生成的作用下氧化生成尿酸尿酸，再经尿液排，再经尿液排出体外。出体外。嘌呤碱的最终嘌呤碱的最终代谢产物代谢产物AMPAMPGMPGMPH H（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）G GX X（黄嘌呤）（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶v嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢v尿酸尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产终产物物。但在鸟类，尿酸则可继续分解产生。但在鸟类，尿酸则可继续分解产生尿囊尿囊素素。v正常人血浆中尿酸含量约为正常人血浆中尿酸含量约为0.120.36mmol/L0.120.36mmol/L (26mg%)(26mg%)。v尿酸水溶性较差，当血浆中尿酸含量超过尿酸水溶性较差，当血浆中尿酸含量超过8mg%8mg%时，即可形成尿酸盐晶体。时，即可形成尿酸盐晶体。v痛风症痛风症患者由于体内患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异嘌呤核苷酸分解代谢异常常，可致血中，可致血中尿酸水平升高尿酸水平升高，以，以尿酸钠尿酸钠晶体晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾，临床上表沉积于软骨、关节、软组织及肾，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。现为皮下结节，关节疼痛等。（二）、嘧啶核苷酸的分解代谢（二）、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱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嘧啶碱的降解过程主要在嘧啶碱的降解过程主要在肝细胞肝细胞中进行。中进行。不同类型的嘧啶碱，其分解代谢的途径和终产物不不同类型的嘧啶碱，其分解代谢的途径和终产物不同同。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糖异生糖异生三、核苷酸的抗代谢物v能能够够抑抑制制核核苷苷酸酸合合成成的的一一些些抗抗代代谢谢药药物物，通通常常是是属属于于嘌嘌呤呤、嘧嘧啶啶、氨氨基基酸酸、叶叶酸酸和和核核苷苷的的类类似似物物，主主要要通通过过对对代代谢谢酶酶的的竞竞争争性性抑抑制制作作用用，来来干干扰扰或或抑抑制制嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的合合成成，因因而而具有抗肿瘤治疗作用。具有抗肿瘤治疗作用。vv（一）碱基类似物（一）碱基类似物v1.嘌呤类似物：6-6-巯基嘌呤巯基嘌呤、6-6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤、8-8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤等。等。2.2.嘧啶类似物：嘧啶类似物：v主要的抗代谢嘧啶类似物是主要的抗代谢嘧啶类似物是5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶（5-5-FUFU）。）。5-FU5-FU在体内可转变为在体内可转变为F-F-dUMPdUMP，其结，其结构与构与dUMPdUMP相似，可竞争性抑制相似，可竞争性抑制胸苷酸合酶胸苷酸合酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。的活性，从而抑制胸苷酸的合成。v（二）（二）氨基酸类似物：氨基酸类似物：v氮杂丝氨酸类似谷氨酰胺，可抑制氮杂丝氨酸类似谷氨酰胺，可抑制CTPCTP的合成。的合成。v临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨和临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨和6-6-重氮重氮-5-5-氧正亮氨酸。氧正亮氨酸。v这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似，因这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似，因而可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑而可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。制嘌呤核苷酸的合成。v（三）（三）叶酸类似物叶酸类似物v叶酸类似物包括叶酸类似物包括氨蝶呤氨蝶呤及及甲氨蝶呤甲氨蝶呤。v能竞争性抑制能竞争性抑制二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶，减少体内四氢叶酸，减少体内四氢叶酸的生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一碳单位的的生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一碳单位的供应受阻而抑制其合成。供应受阻而抑制其合成。（四）（四）核苷类似物：核苷类似物：v阿糖胞苷阿糖胞苷和和环胞苷环胞苷属于核苷类似物，能抑制属于核苷类似物，能抑制CDPCDP还还原成原成dCDPdCDP。第二节第二节 DNADNA的生物合成的生物合成vv生物体内生物体内DNADNA的合成包括三个方面的合成包括三个方面:1.1.以以DNADNA作为模板指导的作为模板指导的DNADNA合成称为合成称为复制复制，即将即将DNADNA携带的信息传至子代携带的信息传至子代DNADNA。vv2.DNA2.DNA合成也可以合成也可以RNARNA为模扳指导合成，通为模扳指导合成，通常将其称作常将其称作反转录作用反转录作用,见于见于RNARNA病毒。病毒。vv3.3.当各种因素引起当各种因素引起DNADNA损伤时，损伤损伤时，损伤DNADNA可可进行修复合成，校正错误，完成正确合成，进行修复合成，校正错误，完成正确合成，以保持以保持DNADNA结构的稳定性和遗传信息的准确结构的稳定性和遗传信息的准确性。性。vDNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。v在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。反映了从反映了从DNADNARNARNA蛋白质的遗传信息蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律和表达的规律。转录RNA翻翻译蛋白蛋白质DNA RNA（病毒）（病毒）复制复制复制复制翻翻译 蛋白蛋白质（病毒）（病毒）反反转录v一、DNA的复制v（一）DNA复制的概念和方式v1.复制的概念：以亲代以亲代DNADNA为模板合成子代为模板合成子代DNADNA，将，将 遗传信息准确地复制到子代遗传信息准确地复制到子代DNADNA分分子上，这一过程叫子上，这一过程叫复制。复制。2.2.复制方式复制方式：半保留复制：半保留复制 以亲代以亲代DNADNA双链为模板以碱基互补方式合成双链为模板以碱基互补方式合成子代子代DNADNA，这样新形成的子代，这样新形成的子代DNADNA中，一条中，一条链来自亲代链来自亲代DNADNA，而另一条链则是新合成的，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫这种复制方式叫半保留复制半保留复制。v半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据:1958 1958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素15N15N标记大标记大肠杆菌肠杆菌DNA,DNA,首先证明了首先证明了DNADNA的半保留复制。的半保留复制。v该该实实验验首首先先将将大大肠肠杆杆菌菌在在含含1515NN的的培培养养基基中中培培养养数数代代后后，使使其其DNADNA中中的的碱碱基基氮氮均均转转变变为为1515NN。然然后后将将大大肠肠杆杆菌菌移移至至只只含含1414NN的的培培养养基基中中同同步步培培养养一一代代、二二代代、三三代代。分分别别提提取取DNADNA，作作密密度度梯梯度度离离心心，将将具具有有不不同同密密度度的的DNADNA分分离开。离开。DNADNA半保留复制的证据半保留复制的证据v3.复制的原料：v以三磷酸脱氧核苷（dNTP即dATP、dCTP、dGTP、dTTP）为原料。（二）参与（二）参与DNADNA复制的酶类及蛋白因子复制的酶类及蛋白因子v复制是在酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种酶和因子的共同参与。1.DNA1.DNA拓拓扑扑异异构构酶酶：拓扑异构酶对DNA分子既能水解又能连接磷酸二酯键，其主要作用是解开DNA超螺旋结构。对DNA分子兼有内切酶和连接酶的功能，使DNA分子的紧密状态变为松弛状态，有利于DNA双链分开。v2.解链酶：解链酶又称解螺旋酶，其作用是解开DNA双链。解链酶能辨认复制的起始点并与之结合，先解开一小段DNA。这一小段单链DNA可作为模板引导DNA新链的合成。在DNA复制过程中，解链酶可沿着模板向着复制方向移动，逐渐解开双链。每解开1个碱基对，需消耗2分子ATP。v3.单链DNA结合蛋白（SSB）：作为模板的DNA总要处于单链状态，因为符合碱基配对，解开的DNA单链又总会有形成双链的倾向，以使分子达到稳定状态和免受细胞内核酸酶的降解。SSB能与解开双螺旋的DNA单链结合，在复制过程中防止单链重新形成双螺旋，保持单链状态以便于进行复制，同时还可以防止单链DNA被核酸酶水解。SSB不象DNA聚合酶那样沿着复制方向向前移动，而是不断结合、脱离的。v4.引物酶 复制是在一小段RNA引物的基础上加进脱氧核苷酸的。催化引物合成的是一种RNA聚合酶，因它不同于催化转录过程的RNA聚合酶，遂称为引物酶。在复制的起始点，在DNA模板链的指导下，以NTP为底物，按碱基配对原则，引物酶催化RNA引物的合成。53355RNA引物引物 5RNA引物引物v5.DNA聚合酶 DNA聚合酶又称DNA指导的DNA聚合酶（DDDP），其主要作用是v在DNA模板链的指导下，以三磷酸脱氧核苷v（dNTP即dATP、dCTP、dGTP、dTTP）为v底物，按碱基配对原则，将三磷酸脱氧核苷逐个地加到寡聚核苷酸的3-末端上，并催化核苷酸之间3，5-磷酸二酯键的形成，从而将dNTP沿着53方向聚合成为多核苷酸。v在在原原核核生生物物中中，目目前前发发现现的的DNADNA聚聚合合酶酶有有三三种种，分分别别命命名名为为DNADNA聚聚合合酶酶（polpol ），DNADNA聚聚 合合 酶酶（polpol ），DNADNA聚聚 合合 酶酶（polpol ），这这三三种种酶酶都都属属于于具具有有多多种种酶酶活活性的多功能酶。性的多功能酶。v参与参与DNADNA复制的主要是复制的主要是polpol 和和polpol 。vv在真核细胞在真核细胞至少有至少有5 5种种DNADNA聚合酶，分别称聚合酶，分别称为为DNADNA聚合酶聚合酶、。vvDNADNA聚合酶聚合酶和和是是DNADNA复制时起主要作用复制时起主要作用的酶，的酶，DNADNA聚合酶聚合酶主要参与主要参与DNADNA损伤的修损伤的修复，复，DNADNA聚合酶聚合酶存在于线粒体内，参与线存在于线粒体内，参与线粒体粒体DNADNA的复制。的复制。vv6 6 6 6DNADNADNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶：DNADNADNADNA连接酶能连接连接酶能连接连接酶能连接连接酶能连接DNADNADNADNA链链链链3-3-3-3-OHOHOHOH末端和相邻末端和相邻末端和相邻末端和相邻DNADNADNADNA链的链的链的链的5-5-5-5-磷酸末端，使二者生磷酸末端，使二者生磷酸末端，使二者生磷酸末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的成磷酸二酯键，从而把两段相邻的成磷酸二酯键，从而把两段相邻的成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNADNADNADNA链连接成完链连接成完链连接成完链连接成完整的链，这一反应需消耗整的链，这一反应需消耗整的链，这一反应需消耗整的链，这一反应需消耗ATPATPATPATP。vv作用作用：在有模板指导的条件下，催化：在有模板指导的条件下，催化2 2个个DNADNA片段片段(两片段间的距离为两片段间的距离为1 1个个3,5-3,5-磷酸二磷酸二酯键的键长酯键的键长)的连接。的连接。vv原理原理：在一个：在一个DNADNA片段的片段的3-OH3-OH末端和另一末端和另一个个DNADNA片段的片段的5-P5-P末端形成末端形成3,5-3,5-磷酸二酯键，磷酸二酯键，从而实现连接。从而实现连接。vv特点特点：原核细胞：原核细胞:需辅助因子需辅助因子NADNAD+vv 真核细胞真核细胞:不需辅助因子不需辅助因子NADNAD+,但需耗但需耗能能(ATP)(ATP)参与参与DNADNA复复制的酶与蛋制的酶与蛋白因子总览白因子总览图图（三）、（三）、DNADNA的生物合成过程的生物合成过程v1.复制的起始复制的起始vDNADNA复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。（1 1）解旋解链，形成复制叉：）解旋解链，形成复制叉：由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNADNA的的超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱碱基基间间氢氢键键断断裂裂，形形成成两两条条单单链链DNADNA。单单链链DNADNA结结合合蛋蛋白白（SSBSSB）四四聚聚体体结结合合在在两两条条单单链链DNADNA上，形成复制叉。上，形成复制叉。（2 2）引发体组装和引物合成：）引发体组装和引物合成：由由解解螺螺旋旋酶酶 、引引物物酶酶和和DNADNA复复制制起起始始区区域域形形成引发体；成引发体；在在引引物物酶酶的的催催化化下下，以以DNADNA为为模模板板，合合成成一一段段短短的的RNARNA片片段段，从从而而获获得得3 3端端自自由由羟羟基基（3-OH3-OH）。）。vv领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复制的复制的半不连续性半不连续性。vv真核细胞真核细胞真核细胞真核细胞：具有多个具有多个具有多个具有多个 起始位点。起始位点。起始位点。起始位点。vv原核细胞原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制。是双向复制。或或领头链III2.2.链的延长链的延长n引物合成后，由引物合成后，由DNA DNA polpol（真核细胞真核细胞为为DNADNA聚合酶聚合酶 或或)催化，在引物催化，在引物3 3-OHOH末端逐一添加与模板链对应互补的末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。使新合成的链不断延长。领头链领头链:链的链的延长方向延长方向(5(5 3 3)与与解链方向解链方向(复制复制叉移动方向叉移动方向)相同相同,为为连续连续合成。合成。随从链随从链:链的链的延长方向延长方向(5(53 3)与与解链方向解链方向(复制复制叉移动方向叉移动方向)相反相反，为，为不连续不连续合成。合成。n分段合成的分段合成的DNADNA片段片段,最初被命名为最初被命名为冈冈崎片段崎片段前导链前导链滞后链滞后链冈崎片段冈崎片段前导链：前导链：以以3 5 方向的亲方向的亲代链为模板连续合成的子代链。代链为模板连续合成的子代链。滞后链：滞后链：以以5 3方向的亲方向的亲代链为模板的子代链先逆复制代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。连接成滞后链。3.复制的终止复制的终止（1 1）.水解引物及填补空隙水解引物及填补空隙 冈崎片段合成后，由冈崎片段合成后，由DNA DNA polpol(真核细胞真核细胞可能是可能是DNADNA聚合酶聚合酶)水解去除水解去除RNARNA引物引物，并并填补填补留下的留下的空隙空隙(5(5 3 3)聚合。聚合。（2 2）.完整双链完整双链DNADNA分子的形成分子的形成 填补空隙后，填补空隙后，DNADNA片段与片段之间还有一个片段与片段之间还有一个缺口缺口(一个一个3 3,5 5-磷酸二酯键的长度磷酸二酯键的长度),),由由DNADNA连接酶连接酶催化连接成完整的链，从而产生催化连接成完整的链，从而产生完完整的双链整的双链DNADNA分子分子。DNA复制过程简图复制过程简图二二、DNADNA的损伤（突变）与修复的损伤（突变）与修复 在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNADNA突变称为突变称为DNADNA损伤损伤。遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为均可称为突变突变。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNADNA分子上碱基分子上碱基的改变。的改变。v（一）（一）DNADNA损伤的常见因素损伤的常见因素v1.1.自发因素自发因素 v2.2.诱发因素诱发因素（1 1）物理因素：）物理因素：由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。其中，X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。v（2 2）化学因素：）化学因素：v化学因素是化学因素是DNADNA损伤的主要因素，损伤的主要因素，v（3 3）生物因素：）生物因素：v（二）基因突变的类型（二）基因突变的类型v1.点突变点突变：DNADNA分子上单一碱基的改变称分子上单一碱基的改变称点点突变。突变。v（1 1）转换）转换发生在同型碱基之间，即嘌呤代替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。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。v（2 2）颠换）颠换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。啶或嘧啶变嘌呤。镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人HbHb(HbSHbS)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HbHb(HbAHbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因v2.插入或缺失：插入或缺失：原来没有的一个碱基或一段原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到核苷酸链插入到DNADNA大分子中间为插入。大分子中间为插入。一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNADNA大分子上消大分子上消失为缺失。失为缺失。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读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方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。改变。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v（三）三）DNADNA损伤修复损伤修复tDNADNA复制过程所发生的突变复制过程所发生的突变(碱基配对错误碱基配对错误)，由核，由核内内DNADNA聚合酶聚合酶以其以其校读功能校读功能予以纠正予以纠正.u若碱基错配若碱基错配频频发生频频发生或或损伤范围大损伤范围大，则需采用，则需采用以下以下修复方式修复方式进行修复进行修复.t修复的主要类型：修复的主要类型：v光修复光修复 v切除修复切除修复v重组修复重组修复vSOSSOS修复修复 无差错修复无差错修复有差错倾向修复有差错倾向修复v1.1.光修复光修复（直接修复）（直接修复）这是一种广泛存在的修这是一种广泛存在的修复作用，能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。复作用，能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。v修复过程由修复过程由光修复酶光修复酶催化完成。催化完成。v2.2.切切除除修修复复这这也也是是一一种种广广泛泛存存在在的的修修复复机机制制，可适用于多种可适用于多种DNADNA损伤的修复。损伤的修复。v切切除除修修复复机机制制的的基基本本过过程程是是将将受受损损的的DNADNA片片段段切切除除，然然后后再再以以对对侧侧链链为为模模板板，重重新新合合成成新链进行修复。新链进行修复。v切除修复切除修复：由：由3种种酶酶共同参与完成。共同参与完成。55335533特异性核酸内切酶特异性核酸内切酶5533DNA pol I5533DNA连接酶连接酶v3.3.重组修复重组修复这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。v修复时，利用重组蛋白的核酸酶活性，将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换。5335533553355335533553355335复制复制重组重组DDDP IDNA连接酶连接酶重组修复过程重组修复过程重重组修复修复：亦称：亦称复制后修复复制后修复4.4.SOSSOS修复修复：DNADNA分子受到较大范围的损分子受到较大范围的损伤，细胞对危急状态所作出的反应。伤，细胞对危急状态所作出的反应。机制机制 引起引起DNADNA较长期的、广泛的突变较长期的、广泛的突变。SOSSOS调节网诱导产生的调节网诱导产生的DNADNA聚合酶聚合酶特异性特异性低，识别碱基能力差低，识别碱基能力差,使修复部位仍存在较使修复部位仍存在较多错配的碱基，但细胞能继续生存。多错配的碱基，但细胞能继续生存。后果后果二、反转录二、反转录概念概念 以以RNARNA为模板，为模板，dNTPdNTP为原料，反转录酶为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成催化，按碱基配对规律合成DNADNA的过程。的过程。反转录酶反转录酶,又称为又称为依赖依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶聚合酶DNA转录转录RNARNA(病毒病毒)反转录反转录 反反向向转转录录酶酶存存在在于于所所有有致致癌癌RNARNA病病毒毒中中,其其功功能能可可能能与与病病毒毒的的恶恶性性转转化化作作用用有关有关;但它也存在于但它也存在于某些正常细胞某些正常细胞中，在中，在细胞分化细胞分化与胚胎发生与胚胎发生中可能起某些作用。中可能起某些作用。反反转转录录病病毒毒和和反反转转录录酶酶的的发发现现,提提出出了了一一个个重要的医学问题重要的医学问题病毒致癌及癌基因病毒致癌及癌基因 反转录的医学意义反转录的医学意义.逆逆转录酶引物引物,4种种dNTP逆转录酶逆转录酶4种种dNTP 逆转录酶逆转录酶病毒病毒RNARNA-DNA 杂化分子化分子cDNA前病毒前病毒(双双链DNA)逆转录示意图逆转录示意图反转录的医学意义反转录的医学意义癌基因癌基因:能在体外引起细胞恶性转化能在体外引起细胞恶性转化,在体内在体内诱发肿瘤的基因诱发肿瘤的基因.细胞癌基因或原癌基因细胞癌基因或原癌基因:存在于生物正常细存在于生物正常细胞基因组中的癌基因胞基因组中的癌基因.正常情况下正常情况下基因处于基因处于静止或低表达的状态静止或低表达的状态.当受到致癌刺激当受到致癌刺激被活被活化并发生异常化并发生异常时则可发生细胞癌变时则可发生细胞癌变.病毒癌基因病毒癌基因:存在于致瘤病毒中的能使靶细存在于致瘤病毒中的能使靶细胞发生恶性转化的基因胞发生恶性转化的基因.抑癌基因抑癌基因:是一类抑制细胞过度生长是一类抑制细胞过度生长,增殖增殖从而遏制肿瘤形成的基因从而遏制肿瘤形成的基因.如如Rb,P53,P16Rb,P53,P16等等癌基因与抑癌基因之间一般处于动态平衡状态癌基因与抑癌基因之间一般处于动态平衡状态是一种是一种反转录病毒反转录病毒,可引起获得性免疫缺陷可引起获得性免疫缺陷综合征综合征(AIDS,艾滋病艾滋病).反转录酶在反转录酶在基因工程基因工程,分子病的分子病的基因治疗基因治疗方面方面也有重要作用也有重要作用.人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒(HIV)反转录的医学意义反转录的医学意义第三节第三节 RNARNA的生物合成的生物合成vv一、转录的概念和方式一、转录的概念和方式vv（一）转录的概念（一）转录的概念v在在RNARNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下，以以一一段段DNADNA链链为为模模板板合合成成RNARNA，从从而而将将DNADNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息传递给传递给RNARNA的过程称为的过程称为转录转录。v经经转转录录生生成成的的RNARNA有有多多种种，主主要要的的是是rRNArRNA，tRNAtRNA，mRNAmRNA等。等。DNA 转录转录RNAv（二）转录的方式v转录的不对称性就是指以双链转录的不对称性就是指以双链DNADNA中的一条中的一条链作为模板进行转录，从而将遗传信息由链作为模板进行转录，从而将遗传信息由DNADNA传递给传递给RNARNA。对于不同的基因来说，其。对于不同的基因来说，其转录信息可以存在于两条不同的转录信息可以存在于两条不同的DNADNA链上。链上。v能够转录能够转录RNARNA的那条的那条DNADNA链称为链称为模板链模板链，也，也称作称作有意义链有意义链。与模板链互补的另一条与模板链互补的另一条DNADNA链称为链称为编码链编码链，也称为，也称为反义链反义链。v能转录出能转录出RNARNA的的DNADNA区段称为区段称为结构基因结构基因。5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向转录方向转录方向模板链和编码链的相对性模板链和编码链的相对性5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 5编码链编码链模板链模板链mRNA5GCAGUACAUGUC 3转录转录NAla Val His Val C蛋白质蛋白质翻译翻译模板链、编码链与转录及翻译的关系模板链、编码链与转录及翻译的关系vv（三）转录的原料：（三）转录的原料：vNTP（ATP,UTP,GTP,CTP）。）。v二、转录酶二、转录酶RNARNA聚合酶聚合酶vRNARNA聚合酶又称为聚合酶又称为依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶（DDRPDDRP）。v原核生物中的原核生物中的RNARNA聚合酶全酶由五个亚聚合酶全酶由五个亚基构成，即基构成，即 2 2。v1.1.2 2被称为被称为核心酶核心酶，与与RNARNA链的聚合链的聚合有关。有关。2.2.亚基亚基与与转录起始点的识别转录起始点的识别有关，在转录合成开始有关，在转录合成开始后被释放。后被释放。3.3.全酶的作用：转录起始。全酶的作用：转录起始。vv真核细胞的真核细胞的真核细胞的真核细胞的RNARNARNARNA聚合酶有三种：分别是聚合酶有三种：分别是聚合酶有三种：分别是聚合酶有三种：分别是RNARNARNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶酶酶、RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶和和和和RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶。vvRNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶、RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶分别负责合成分别负责合成分别负责合成分别负责合成rRNArRNArRNArRNA和和和和mRNAmRNAmRNAmRNA，RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶则催化转录生成则催化转录生成则催化转录生成则催化转录生成5srRNA5srRNA5srRNA5srRNA和和和和tRNAtRNAtRNAtRNA。vv三、转录的基本过程三、转录的基本过程vvRNARNA的转录过程大体可分为起始、延长和终的转录过程大体可分为起始、延长和终止三个阶段。转录全过程均需止三个阶段。转录全过程均需RNARNA聚合酶催聚合酶催化，原核生物转录起始需要核心酶加上化，原核生物转录起始需要核心酶加上因因子即全酶参与。延长过程是核心酶催化下的子即全酶参与。延长过程是核心酶催化下的核苷酸聚合。核苷酸聚合。（RhoRho）因子参与转录的终）因子参与转录的终止。真核细胞和原核细胞在延长过程是基本止。真核细胞和原核细胞在延长过程是基本相同的，而在转录的起始和终止方面却有较相同的，而在转录的起始和终止方面却有较多的不同。多