核酸代谢主题医学知识培训ppt课件

核酸代谢主题医学知识核酸代谢主题医学知识1第一节第一节 核苷酸的代谢核苷酸的代谢2核酸代谢主题医学知识第一节 核苷酸的代谢2核酸代谢主题医学知识2一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢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 3核酸代谢主题医学知识一、嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径3核酸代谢主题医学知识3嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成途途径径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，合合成成嘌嘌呤呤核核苷酸的途径。苷酸的途径。肝肝是是体体内内从从头头合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的主主要要器器官官，其其次次是是小小肠肠和和胸胸腺腺，而而脑脑、骨骨髓髓则则无无法法进进行行此此合成途径。合成途径。（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成定义定义合成部位合成部位4核酸代谢主题医学知识嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及4嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）5核酸代谢主题医学知识嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基甘氨酸甲酰基谷氨酰胺5过程过程1.次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成）的合成2.腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟）和鸟嘌呤核苷酸（嘌呤核苷酸（GMP）的生成）的生成3.ATP和和GTP的生成的生成6核酸代谢主题医学知识过程1.次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成2.腺嘌呤核苷酸（6R-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7核酸代谢主题医学知识R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷71.IMP的合成过程的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合合成成酶酶8核酸代谢主题医学知识1.IMP的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶8核酸代谢主题医89核酸代谢主题医学知识9核酸代谢主题医学知识9IMP生成总反应过程生成总反应过程10核酸代谢主题医学知识IMP生成总反应过程10核酸代谢主题医学知识10腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶2、AMP和和GMP的生成的生成11核酸代谢主题医学知识腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶2、AMP和GM11AMPADPATPADPATP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3.ATP和和GTP的生成的生成12核酸代谢主题医学知识AMPADPATPADPATP腺苷激酶ADPATP激酶GMP12 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。（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义13核酸代谢主题医学知识 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13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)腺苷激酶腺苷激酶参与补救合成的酶参与补救合成的酶14核酸代谢主题医学知识腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)参与补救合成的酶14核酸代谢14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磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸15核酸代谢主题医学知识腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+15补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。氨基酸的消耗。l体内某些组织器官，如体内某些组织器官，如脑脑、骨髓骨髓等只能等只能进行补救合成。进行补救合成。16核酸代谢主题医学知识补救合成的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16二、嘌呤核苷酸的分解代谢二、嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-1-磷酸核糖磷酸核糖17核酸代谢主题医学知识二、嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱17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18核酸代谢主题医学知识嘌呤碱的最终AMPGMPHGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶18核18第二节第二节嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的代谢19核酸代谢主题医学知识第二节嘧啶核苷酸的代谢19核酸代谢主题医学知识19l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一、嘧啶核苷酸的合成代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢20核酸代谢主题医学知识从头合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢20核酸代谢主题医学知识20（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）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.定义定义2.合成部位合成部位21核酸代谢主题医学知识（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合21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22核酸代谢主题医学知识嘧啶合成的元素来源氨基甲天冬氨酸22核酸代谢主题医学知识22合成过程合成过程1.尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成）的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 +HCO3-氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 +氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸23核酸代谢主题医学知识合成过程1.尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成谷氨酰胺+HCO2324核酸代谢主题医学知识24核酸代谢主题医学知识2425核酸代谢主题医学知识25核酸代谢主题医学知识252.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi三磷酸三磷酸胞苷胞苷26核酸代谢主题医学知识2.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸263.dTMP或或TMP的生成的生成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dUDPCTPCDPdCDPdCMP27核酸代谢主题医学知识3.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯F27（二）（二）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+ADP28核酸代谢主题医学知识（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷 28二、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29核酸代谢主题医学知识二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷 29 组成组成DNA的各种的各种脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷酸酸是在各种核苷酸的基础上由是在各种核苷酸的基础上由核糖核糖核苷酸还原酶核苷酸还原酶催化而成，但此反应催化而成，但此反应是在是在二磷酸核苷二磷酸核苷水平上进行的。水平上进行的。三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成30核酸代谢主题医学知识 组成DNA的各种脱氧核糖核苷酸是在各种核苷30第三节第三节DNA的生物合成的生物合成31核酸代谢主题医学知识第三节DNA的生物合成31核酸代谢主题医学知识31一、半保留复制是一、半保留复制是DNA复制的基本特征复制的基本特征DNA生生物物合合成成时时，母母链链DNA解解开开为为两两股股单单链链，各各自自作作为为模模板板按按碱碱基基配配对对规规律律，合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链。子子代代细细胞胞的的DNA，一一股股单单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来，另另一一股股单单链链则则完完全全从从新新合合成成。两两个个子子细细胞胞的的DNA都都和和亲亲代代DNA碱碱基基序序列列一一致致。这这种种复复制制方方式式称为称为半保留复制半保留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念32核酸代谢主题医学知识一、半保留复制是DNA复制的基本特征DNA生物合成时，母链D32AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA33核酸代谢主题医学知识ATCGATTAATAT+母链DNA复制过程中形成的复制叉子33子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式:全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 34核酸代谢主题医学知识子链继承母链遗传信息的几种可能方式:全保留式 34密度梯度实验密度梯度实验:实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想。的设想。含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果35核酸代谢主题医学知识密度梯度实验:实验结果支持半保留复制的设想。含重氮-D35按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNA与与亲亲代代DNA A的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义:遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。36核酸代谢主题医学知识按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子36原原核核生生物物复复制制时时，DNA从从起起始始点点向向两两个个方方向向解解链链，形形成成两两个个延延伸伸方方向向相相反反的的复复制制叉叉，称称为为双向复制双向复制。二、二、DNA复制从起始点向两个方向复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制延伸形成双向复制复制中的放射自显影图像复制中的放射自显影图像37核酸代谢主题医学知识原核生物复制时，DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方37A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(ter)oriterA B C38核酸代谢主题医学知识A.环状双链DNA及复制起始点oriterA 38原核生物细胞有单个起始点原核生物细胞有单个起始点39核酸代谢主题医学知识原核生物细胞有单个起始点39核酸代谢主题医学知识39真真核核生生物物每每个个染染色色体体有有多多个个起起始始点点，是是多多复复制制子子的的复复制制。习习惯惯上上把把两两个个相相邻邻起起始始点点之之间间的的距距离离定定为为一一个个复复制制子子。复复制制子子是是独独立立完完成成复复制的功能单位。制的功能单位。53oriorioriori5340核酸代谢主题医学知识真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两4053oriorioriori535533553复制复制341核酸代谢主题医学知识53oriorioriori535533541真核生物有多个起始点真核生物有多个起始点42核酸代谢主题医学知识真核生物有多个起始点42核酸代谢主题医学知识42复制子与复制方向复制子与复制方向43核酸代谢主题医学知识复制子与复制方向43核酸代谢主题医学知识43三、三、DNA一股子链复制的方向与解链一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制方向相反导致半不连续复制3 5 3 5 解链方向解链方向35335领头链领头链随从链随从链44核酸代谢主题医学知识三、DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制344顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这股链称为这股链称为领头链领头链。另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链。复复制制中中的的不不连连续续片片段段称称为为岡岡崎崎片段片段。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，就就是是复复制的半不连续性。制的半不连续性。45核酸代谢主题医学知识顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。45（一）参与（一）参与DNA复制的物质复制的物质 底物底物:四种脱氧核苷三磷酸四种脱氧核苷三磷酸 （dATP,dGTP,dCTP,dTTP）聚合酶聚合酶:依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶，简写为，简写为 DNA-pol模板模板:解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物:提供提供3-OH末端末端使使dNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子46核酸代谢主题医学知识（一）参与DNA复制的物质 底物:四种脱氧核苷三磷酸4646复制的化学反应复制的化学反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi dNMP：代表四种脱氧核苷酸；：代表四种脱氧核苷酸；dNTP：代表四种脱氧核苷三磷酸代表四种脱氧核苷三磷酸47核酸代谢主题医学知识复制的化学反应(dNMP)n+dNTP (dNMP471、DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 简称：简称：DNA-pol活性：活性：1.53 的聚合活性的聚合活性 2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性48核酸代谢主题医学知识1、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶 活性：1.48 DNADNA聚合酶不能直接聚合酶不能直接将两个游离核苷酸聚合，将两个游离核苷酸聚合，故需一段故需一段RNARNA引物。引物。535 53 3 的聚合活性的聚合活性49核酸代谢主题医学知识5353 的聚合活性49核酸代谢主题医学知识495 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性 5 5 3 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNADNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 50核酸代谢主题医学知识5 A G C T T C A G 50原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶51核酸代谢主题医学知识原核生物的DNA聚合酶51核酸代谢主题医学知识51功能功能：对复制中的错误进行校读，对复制和对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。修复中出现的空隙进行填补。DNA-pol 52核酸代谢主题医学知识功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填52DNA-pol DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。基因发生突变，细菌依然能存活。它参与它参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。53核酸代谢主题医学知识DNA-pol DNA-pol II基因发生突变，细菌53功能：功能：是原核生物复制延长中是原核生物复制延长中真正起催化作用真正起催化作用的酶。的酶。DNA-pol 54核酸代谢主题医学知识功能：DNA-pol 54核酸代谢主题医学知识54真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。用。在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 55核酸代谢主题医学知识真核生物的DNA聚合酶DNA-pol 起始引发，有引物酶活5556核酸代谢主题医学知识56核酸代谢主题医学知识562 2、DNA连接酶连接酶连连接接DNA链链3-OH末末端端和和相相邻邻DNA链链5-P末末端端，使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键，从从而而把把两两段段相邻的相邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。DNA连接酶作用方式连接酶作用方式57核酸代谢主题医学知识2、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链557HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP535358核酸代谢主题医学知识HO5335DNA连接酶ATPADP535358 3.解螺旋酶、引物酶和单链解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白59核酸代谢主题医学知识 3.解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白59解螺旋酶：解螺旋酶：又称解链酶或又称解链酶或reprep蛋白蛋白利用利用ATPATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNADNA双链双链解开成为解开成为两条两条单链。单链。每解开一对碱基，需消耗每解开一对碱基，需消耗2 2分子分子ATPATP。Dna BDna C解链方向解链方向60核酸代谢主题医学知识解螺旋酶：又称解链酶或rep蛋白Dna BDna C解链方向605335 引物酶：引物酶：引物酶与引物酶与DNADNA聚合酶聚合酶形成复合形成复合体。体。引物酶负责合成约引物酶负责合成约1010个核苷个核苷酸的酸的RNARNA引物。引物。它的底物为核苷三它的底物为核苷三磷酸。磷酸。在引物产生基础上后，在引物产生基础上后，DNADNA聚聚合酶合酶负责聚合负责聚合15153030个核苷酸个核苷酸，它的底物为脱氧核苷三磷酸。它的底物为脱氧核苷三磷酸。355361核酸代谢主题医学知识5335355361核酸代谢主题医学知识61 单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(SSBSSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整性。整性。62核酸代谢主题医学知识 单链DNA结合蛋白(SSB)在复制中维持模板处于单链状62 DNA DNA拓扑异构酶拓扑异构酶10 8 局部解链后局部解链后 拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持不变拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持不变的性质。的性质。63核酸代谢主题医学知识 DNA拓扑异构酶10 8 局部解链后63核酸代谢主题医63 解解链链过过程程中中，DNADNA分分子子会会出出现现过过度度拧拧紧紧、打打结结、缠绕、连环等现象。缠绕、连环等现象。64核酸代谢主题医学知识 解链过程中，DNA分子会出现过度拧紧、打结、缠绕、连64拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键既能水解、又能连接磷酸二酯键克服解链过程中的打结、缠绕现象克服解链过程中的打结、缠绕现象 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类65核酸代谢主题医学知识拓扑异构酶作用特点 拓扑异构酶分 类65核酸代谢主题医学65拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNADNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭链旋转不致打结；适当时候封闭切口，切口，DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA分子分子两股两股链，断端通过切口链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。旋转使超螺旋松弛。利用利用ATPATP供能，连接断端，供能，连接断端，DNADNA分子分子进入负超螺旋状态。（主要）进入负超螺旋状态。（主要）作用机制作用机制 66核酸代谢主题医学知识拓扑异构酶切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结66拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用67核酸代谢主题医学知识拓扑异构酶的作用67核酸代谢主题医学知识67拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用68核酸代谢主题医学知识拓扑异构酶的作用68核酸代谢主题医学知识68解旋解链酶类的作用解旋解链酶类的作用69核酸代谢主题医学知识解旋解链酶类的作用69核酸代谢主题医学知识69（二）原核生物的（二）原核生物的DNADNA生物合成生物合成 1.1.复制的起始复制的起始需要解决两个问题：需要解决两个问题：DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。合成引物，提供合成引物，提供3-OH末端。末端。70核酸代谢主题医学知识（二）原核生物的DNA生物合成 1.复制的起始需要解决两个问70E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 DNA解链解链71核酸代谢主题医学知识E.coli复制起始点 oriC GATTNTTTATTT 71 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。72核酸代谢主题医学知识 Dna A Dna B、Dna CDNA723 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶73核酸代谢主题医学知识3535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。引73复复制制的的延延长长指指在在DNA-pol催催化化下下，dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。2.2.复制的延长复制的延长74核酸代谢主题医学知识复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式74 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol75核酸代谢主题医学知识 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTP75领头链的合成领头链的合成76核酸代谢主题医学知识领头链的合成76核酸代谢主题医学知识76随从链的合成随从链的合成77核酸代谢主题医学知识随从链的合成77核酸代谢主题医学知识7778核酸代谢主题医学知识78核酸代谢主题医学知识78阶段一阶段一阶段二阶段二79核酸代谢主题医学知识阶段一阶段二79核酸代谢主题医学知识79阶段三阶段三阶段四阶段四80核酸代谢主题医学知识阶段三阶段四80核酸代谢主题医学知识80复复制制过过程程简简图图81核酸代谢主题医学知识复制过程简图81核酸代谢主题医学知识81原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制，双向复制的复制片段在复制的终止点片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV405003.3.复制的终止复制的终止82核酸代谢主题医学知识原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(825 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接83核酸代谢主题医学知识555RNA酶OHP5DNA-pol dNTP58384核酸代谢主题医学知识84核酸代谢主题医学知识84哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期 DNA合成期合成期G1G2SM 细细胞胞能能否否分分裂裂，决决定定于于进进入入S期期及及M期期这这两两个个关关键键点点。G1S及及G2M的调节，与蛋白激酶活性有关。的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋蛋白白激激酶酶通通过过磷磷酸酸化化激激活活或或抑抑制制各各种种复复制制因因子子而而实实施施调调控作用。控作用。（三）真核生物的（三）真核生物的DNADNA生物合成生物合成 85核酸代谢主题医学知识哺乳动物的细胞周期 DNA合成期G1G2SM 细胞85 真真核核生生物物每每个个染染色色体体有有多多个个起起始始点点，是是多多复复制制子子复复制制。复复制制有有时时序序性性，即即复复制制子子以以分分组组方方式式激激活活而不是同步起动。而不是同步起动。复复制制的的起起始始需需要要DNA-pol（引引物物酶酶活活性性）和和pol（解解螺螺旋旋酶酶活活性性）参参与与。还还需需拓拓扑扑酶酶和和复复制制因子因子(RF)。增增殖殖细细胞胞核核抗抗原原(PCNA)在在复复制制起起始始和和延延长长中中起起关关键作用。键作用。1.1.复制的起始复制的起始86核酸代谢主题医学知识 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时863 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体2.2.复制的延长复制的延长87核酸代谢主题医学知识3553领头链3535亲代DNA随从链引物核87染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后留下空隙。3.3.复制的终止复制的终止88核酸代谢主题医学知识染色体DNA呈线状，复制在末端停止。3.复制的终止88核酸代885 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5 89核酸代谢主题医学知识53355335+53333558990核酸代谢主题医学知识90核酸代谢主题医学知识90 线性线性DNA复制的末端复制的末端 91核酸代谢主题医学知识 线性DNA复制的末端 91核酸代谢主题医学知识91端粒端粒指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。分子末端的结构。功能功能 保护染色体末端保护染色体末端DNA不被核酸酶降解不被核酸酶降解 避免染色体间的融合避免染色体间的融合结构特点结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G、C碱基的短序碱基的短序列。列。TTTTGGGGTTTTGGGG92核酸代谢主题医学知识端粒指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能保护染色92端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶RNA(hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(hTRT)组成组成93核酸代谢主题医学知识端粒酶端粒酶RNA(hTR)组成93核酸代谢主题医学知识93端粒酶的催化延长作用端粒酶的催化延长作用爬行模型爬行模型 94核酸代谢主题医学知识端粒酶的催化延长作用爬行模型 94核酸代谢主题医学知识94二、二、与复制有关的生化过程与复制有关的生化过程遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为改变，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DNA分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。95核酸代谢主题医学知识二、与复制有关的生化过程遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改95突变的分子改变类型突变的分子改变类型点突变点突变缺失缺失 插入插入 倒位倒位框移框移96核酸代谢主题医学知识突变的分子改变类型点突变框移96核酸代谢主题医学知识96DNADNA的损伤的损伤一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂能使细胞DNA受到损伤而引起生物的突变或致死。如紫外线照射紫外线照射可以使DNA链中相邻的嘧啶形成一个环形丁烷，主要产生胸腺嘧啶二体胸腺嘧啶二体。二聚体的形成使DNA的复制和转录供能受到阻碍，必须除去。97核酸代谢主题医学知识DNA的损伤一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂能97DNA损伤的修复损伤的修复修复修复 是对已发生分子改变的补偿措施，使其是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。回复为原有的天然状态。光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型98核酸代谢主题医学知识DNA损伤的修复修复 是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复98光修复机制：机制：可见光激活了光复活酶，使之能分解可见光激活了光复活酶，使之能分解由于由于紫外光紫外光照射而产生的嘧啶二体。照射而产生的嘧啶二体。光复活酶专一性较高专一性较高（只作用于因紫外线照射而形成的嘧啶二体）分布很广分布很广，从单细胞生物岛鸟类都有，但高等哺乳动物中不存在99核酸代谢主题医学知识光修复机制：99核酸代谢主题医学知识99光修复光修复100核酸代谢主题医学知识光修复酶光修复100核酸代谢主题医学知识100切除修复切除修复包括四个步骤：切除修复包括四个步骤：1.1.专一的内切酶在靠近二聚体处切断单链专一的内切酶在靠近二聚体处切断单链DNADNA2.DNA2.DNA聚合酶利用完整的互补链为模板，在断口处进聚合酶利用完整的互补链为模板，在断口处进行局部的修复合成行局部的修复合成3.53.5-核酸外切酶切去含嘧啶二聚体的寡核苷酸片核酸外切酶切去含嘧啶二聚体的寡核苷酸片段段4.4.连接酶将新合成的连接酶将新合成的DNADNA链和原来的链和原来的DNADNA链连在一起链连在一起上述顺序进行的修复为上述顺序进行的修复为“先补后切先补后切”，也可，也可“先先切后补切后补”，即，即2 2和和3 3颠倒。颠倒。101核酸代谢主题医学知识切除修复切除修复包括四个步骤：101核酸代谢主题医学知识101切除修复切除修复是细胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-pol和连接酶和连接酶完成。完成。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶NAD+E.coli的切的切除修复机制除修复机制102核酸代谢主题医学知识切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-pol102切除修复动画切除修复动画103核酸代谢主题医学知识切除修复动画103核酸代谢主题医学知识103重组修复104核酸代谢主题医学知识重组修复104核酸代谢主题医学知识104SOS修复SOSSOS修复：修复：DNADNA受到受到严重损伤，细胞处于危机状态严重损伤，细胞处于危机状态时所诱导的一种时所诱导的一种DNADNA修复方式。修复方式。因为它是在因为它是在无模板无模板DNADNA情况下合成酶的情况下合成酶的一种诱导修复，所以修复结果只是能维持一种诱导修复，所以修复结果只是能维持基因组的完整性，但留下的基因组的完整性，但留下的错误较多错误较多，故，故又称为错误倾向修复，使细胞有较高的突又称为错误倾向修复，使细胞有较高的突变率。变率。105核酸代谢主题医学知识SOS修复SOS修复：105核酸代谢主题医学知识105（09）紫外线照射生物体会引起下列哪种现象？（）A.二聚体解聚 B.SOS反应 C.基因突变 D.嘧啶二聚体形成（09）下列关于SOS反应的描述，哪项是正确的？（）A.专用于碱基切除修复 B.可以完全修复DNA的损伤 C.专用于嘧啶二聚体的修复 D.是准确性差的修复方式DD106核酸代谢主题医学知识（09）紫外线照射生物体会引起下列哪种现象？（）DD1106三、反转录作用三、反转录作用逆转录酶逆转录酶逆转录逆转录 逆转录逆转录酶酶107核酸代谢主题医学知识三、反转录作用逆转录酶逆转录RNADNA 逆转录酶107核酸107逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA108核酸代谢主题医学知识逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA 模板逆转录酶DNA-RN108四、四、PCR技术与技术与DNA扩增扩增PCRPCR：聚合酶链式反应，是一种体外模拟自然聚合酶链式反应，是一种体外模拟自然DNADNA复复制过程的核酸扩增技术，即无细胞分子克隆技术。制过程的核酸扩增技术，即无细胞分子克隆技术。PCR技术以待扩增的两条DNA链为模板，由一对人工合成的寡聚核苷酸引物介导，通过DNA聚合酶酶促反应，快速体外扩增特异的DNA序列。每轮循环包括变性、复性和延伸3个阶段。约经过30轮循环，就可迅速将待扩增的DNA扩增数百万倍。109核酸代谢主题医学知识四、PCR技术与DNA扩增PCR：109核酸代谢主题医学知识109110核酸代谢主题医学知识110核酸代谢主题医学知识110PCRPCR应用：应用：基因工程 DNA测序 人遗传病的分类鉴别和诊断 肿瘤发生、诊断和治疗 法医学111核酸代谢主题医学知识PCR应用：111核酸代谢主题医学知识111（07）在PCR反应中不需要以下哪种物质参加？（）A.DNA B.DNA C.RNA D.引物C112核酸代谢主题医学知识（07）在PCR反应中不需要以下哪种物质参加？（）C11112第四节第四节RNA的合成的合成113核酸代谢主题医学知识第四节RNA的合成113核酸代谢主题医学知识113一、参与转录的酶一、参与转录的酶 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶114核酸代谢主题医学知识一、参与转录的酶 原核生物的RNA聚合酶114核酸代谢主题医114真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 115核酸代谢主题医学知识真核生物的RNA聚合酶 115核酸代谢主题医学知识115核酸代谢主题医学知识培训ppt课件116转录转录 生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程。的过程。转转录录RNADNA 117核酸代谢主题医学知识转录转录RNADNA 117核酸代谢主题医1171 1、转录起始、转录起始（2）DNA双链解开双链解开（1）RNA聚合酶全酶聚合酶全酶与模板结合与模板结合 （3）在）在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成形成转录起始复合物转录起始复合物5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +ppi118核酸代谢主题医学知识1、转录起始（2）DNA双链解开（1）RNA聚合酶全酶与1182 2、转录延长、转录延长（1）亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；（2）在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA 链不断延长。链不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPiNMP：代表四种核糖核苷酸；：代表四种核糖核苷酸；NTP：代表四种代表四种核糖核糖核苷三磷酸核苷三磷酸119核酸代谢主题医学知识2、转录延长（1）亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变1193 3、转录终止、转录终止指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，转转录录产产物物RNA链链从从转转录录复复合合物物上上脱脱落下来。落下来。120核酸代谢主题医学知识3、转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转120复制和转录的区别复制和转录的区别 121核酸代谢主题医学知识复制和转录的区别 121核酸代谢主题医学知识121三、真核细胞内转录后修饰三、真核细胞内转录后修饰 1 1、mRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰首、尾的修饰首、尾的修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp)3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)7-甲基鸟苷以甲基鸟苷以三磷酸键连接三磷酸键连接在在mRNA 5端端核苷酸残基上核苷酸残基上122核酸代谢主题医学知识三、真核细胞内转录后修饰 1、mRNA的转录后加工修饰首、尾122mRNA的剪接的剪接 在基因转录过程中，内含子与外显子同时在基因转录过程中，内含子与外显子同时被转录，产物为被转录，产物为RNA前体，然后切除前体中前体，然后切除前体中的的内含子内含子，将余下的外显子拼接。，将余下的外显子拼接。内部某些序列甲基化内部某些序列甲基化123核酸代谢主题医学知识mRNA的剪接 在基因转录过程中，内含子与外显子123（06）真核生物基因常含有内含子，但在成熟的mRNA上没有内含子。这是因为（）A.转录过程不合成同内含子相应的RNA B.内含子被特殊的蛋白质切除 C.RNA剪切 D.RNA重组C124核酸代谢主题医学知识（06）真核生物基因常含有内含子，但在成熟的mRNA上没有内1242 2、tRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰3端加上端加上CCAOH以形成氨基酸臂以形成氨基酸臂生成稀有碱基生成稀有碱基3 3、rRNA的转录后加工修饰的转录后加工修饰剪切后形成大小亚基剪切后形成大小亚基125核酸代谢主题医学知识2、tRNA的转录后加工修饰3端加上CCAOH以形成氨基125附：RNA的种类r RNAm RNAt RNAhn RNAsn RNAas RNA126核酸代谢主题医学知识附：RNA的种类r RNA126核酸代谢主题医学知识126 rRNA：即核糖体RNA，是最多的一类RNA，也是3类主要RNA（tRNA,mRNA,rRNA)中相对分子质量最大的一类RNA，它与蛋白质结合而形成核糖体，其功能是作为mRNA的支架，使mRNA分子在其上展开，实现蛋白质的合成。127核酸代谢主题医学知识 rRNA：127核酸代谢主题医学知识127hnRNA：遗传信息从DNA分子抄录到RNA分子中的过程称为转录。在真核生物中，最初转录生成的RNA称为不均一核不均一核RNA(hnRNA)。hnRNA 为存在于真核生物细胞核中的不稳定、大小不均的一组高分子RNA（分子量约为1052107，沉降系数约为30100S）之总称。占细胞全部RNA之百分之几，在核内主要存在于核仁的外侧。认为hnRNA多属信使RNA（mRNA）之先驱体，包括各种基因的转录产物及其成为mRNA前的各中间阶段的分子，在5末端多附有间隙结构，而3的末端附有多聚腺苷酸聚合酶分子。这些hn-RNA在受到加工之后，移至细胞质，作为mRNA而发挥其功能。128核酸代谢主题医学知识hnRNA：128核酸代谢主题医学知识128snRNA 细胞内有小核RNA(snRNA)。它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。另外，还有端粒酶RNA，它与染色体末端的复制有关；以及反义RNA，它参与基因表达的调控。129核酸代谢主题医学知识snRNA129核酸代谢主题医学知识129asRNA asRNA称为反义RNA，1983年在原核细胞中发现的asRNA可以通过特定的互补序列与特定的mRNA结合，抑制抑制mRNA的翻译，的翻译，随后在真核细胞中，亦发现了asRNA，并发现asRNA除主要在翻译水平抑制基因表达外，还可以抑制还可以抑制DNA的复的复制与转录制与转录。130核酸代谢主题医学知识asRNA130核酸代谢主题医学知识130