1、第十章 核酸代謝,核苷酸庫,核酸的降解,核苷酸的合成,核酸的合成,核苷酸的降解,核苷酸是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位， 它不屬于營養(yǎng)必需物質(zhì),核酸(RNA與DNA),胰核酸酶,RNA酶,DNA酶,(磷酸二酯酶),單核苷酸,胰、腸核苷酸酶,(磷酸單酯酶),核苷,磷酸,核苷酶,戊糖,堿基,第一節(jié) 核酸的消化吸收,磷酸戊糖,嘌呤核苷酸,嘌呤,第二節(jié) 核酸的代謝,一、 單核苷酸的合成 （一）嘌呤核苷酸合成,利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。,1 .嘌呤核苷酸的從頭合成,(1)定義,(2)部位：肝細胞胞液、小腸粘膜、胸腺,嘌呤堿合成的元素來源,CO2,天冬氨酸

2、,一碳單位,甘氨酸,一碳單位,谷氨酰胺,N5CHOFH4,N5 N10 CHFH4,嘌呤環(huán)中第4、5位碳原子來自甘氨酸。,(3)合成原料,(4)過程,a.IMP的合成:生物體嘌呤核苷酸合成途 徑中首先合成的是IMP （次黃嘌呤核苷酸）,b.AMP和GMP的生成,磷酸核糖的來源 5磷酸核糖 5-磷酸核糖-1-焦磷酸PRPP）,15,R-5-P （5-磷酸核糖）,PRPP （磷酸核糖焦磷酸）,在甘氨酸、一碳單位、谷氨酰胺、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下,IMP,H2N-1-R-5-P （5-磷酸核糖胺）,（4）合成過程 a. IMP的合成過程,(次黃嘌呤核苷酸),a. IMP的合成過程, 磷酸核糖

3、酰胺轉(zhuǎn)移酶 GAR合成酶 轉(zhuǎn)甲?；?FGAM合成酶 AIR合成酶,IMP生成總反應(yīng)過程,10,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脫氫酶 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,b.AMP和GMP的生成, 在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤環(huán) IMP的合成需5個ATP或6個高能磷酸鍵。 IMPGMP需1個ATP IMPAMP需1個GTP。,嘌呤核苷酸從頭合成特點,利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑。,2.嘌呤核苷酸的補救合成途徑,定義,部位：骨髓、腦、脾 意義：(1) 缺乏從頭途徑有關(guān)酶，只能利用從肝運來的嘌呤和核苷合成核苷酸,(2) 可節(jié)省能量

4、就減少氨基酸的消耗,嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變,H2O,黃嘌呤核苷酸,次黃嘌呤核苷酸,天門冬氨酸,谷氨酰胺,CO2,磷酸戊糖,嘧啶核苷酸,嘧啶,（二）嘧啶核苷酸合成,1.從頭合成途徑 2.補救合成途徑,嘧啶核苷酸的合成代謝,1.嘧啶核苷酸的從頭合成 （1）部位：所有細胞，胞液 （2）特點：先合成環(huán)，再與磷酸核 糖連接,嘧啶環(huán),（3）原料,磷酸核糖：磷酸核糖焦磷酸,GLn CO2,（4）合成過程,a.尿嘧啶核苷酸的合成,b.胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,54,c.dTMP（TMP）的生成,dUMP,脫氧胸苷一磷酸 dTMP,從頭合成的調(diào)節(jié),ATP + CO2+ 谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨

5、基甲酸天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP + 5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,2. 嘧啶核苷酸的補救合成,胸苷激酶： 正常肝活性 再生肝活性 惡性腫瘤中,（U、T、乳清酸）,核酸,核酸酶,第二節(jié) 核酸的分解,痛風(fēng),臨床： 代謝異常血中尿酸 痛風(fēng)癥 治療藥物：別嘌呤醇,機制：別嘌呤醇與次黃嘌呤結(jié)構(gòu)相似， 可競爭性抑制黃嘌呤氧化酶活 性，減少尿酸生成，從而達到 治療痛風(fēng)的目的。,痛風(fēng)癥的治療機制,鳥嘌呤,次黃嘌呤,黃嘌呤,尿酸,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶,別嘌呤醇,嘌呤堿的最終 代謝產(chǎn)物,AMP,GMP,IMP （次黃嘌呤）,G,XMP （黃嘌呤）,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化

6、酶 （肝、腎、腸）,一、嘌呤核苷酸的分解代謝,二、嘧啶分解（略）,氨基甲酰磷酸合成酶、區(qū)別,二、基因組和基因 基因組：是細胞或生物體內(nèi)一套 完整的遺傳物質(zhì)。 原核生物：基因組就是整個染色體。 人類基因組： 核基因組 線粒體基因組,人類染色體,人類基因組結(jié)構(gòu)特點,結(jié)構(gòu)龐大 3109bp 以單個基因作為轉(zhuǎn)錄單位，每個基因有自身的調(diào)節(jié)區(qū)。 含有大量重復(fù)序列 基因不連續(xù)性 內(nèi)含子 外顯子 非編碼區(qū)較多 多于編碼序列(9:1),2.基因,是基因組中的一個功能性遺傳單位。 基因是攜帶一定遺傳信息的特定DNA片斷，它可以通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程表達具有一定生物學(xué)功能的多肽鏈或RNA。,（1)依作用分,結(jié)構(gòu)基因：

7、決定蛋白質(zhì)或酶 分子結(jié)構(gòu);編碼氨基酸 調(diào)控基因：可調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu) 基因的表達;(量變) tRNA、rRNA基因：,(2)基因的分子結(jié)構(gòu),A:編碼鏈 B:模板鏈(反編碼鏈),人類結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu):,側(cè)翼序列,調(diào)控區(qū),前導(dǎo)區(qū),尾部區(qū),轉(zhuǎn)錄起始點,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增強子,人類結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)示意圖,AATAAA,切離加尾,終止子,修飾點,外顯子,翻譯起始點,內(nèi)含子,OCT-1,OCT-1：ATTTGCAT八聚體,啟動子,從 基 因 到 蛋 白 的 轉(zhuǎn) 錄 和 翻 譯 過 程,Protein,DNA,染色體 (高度繞曲的DNA分子),RNA,(3)基因的功能,儲存遺傳信息,遺傳信息擴增和傳遞

8、（復(fù)制和分配）,遺傳信息的表達,轉(zhuǎn)錄,翻譯,逆轉(zhuǎn)錄,mRNA,蛋白質(zhì),三、遺傳信息傳遞的中心法則,包括：基因的遺傳和基因的表達,遺傳信息的傳遞與表達,DNA的生物合成（復(fù)制）,RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）,蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）,基因表達,(一）DNA的生物合成 （半保留復(fù)制）,DNA DNA,DNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補（A=T,GC）的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。,DNA分子,2

9、股DNA單鏈模板鏈,堿基互補配對 （A-T,G-C),解螺旋,2股新鏈分別與模板鏈組成新的子代DNA分子,與母DNA堿基序列完全相同,3 5,半保留復(fù)制,2股新DNA鏈,與模板鏈互補,原料：dATP，dGTP，dCTP，dTTP 模板：解開成單鏈的DNA母鏈 （2條單鏈） 引物：RNA引物 酶：DNA聚合酶、解旋酶 原則:堿基互補AT,G C 方向： 53（新鏈）,1、DNA合成條件：,2、DNA復(fù)制過程,拓撲異構(gòu)酶,解鏈酶,單鏈結(jié)合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引發(fā)體,引物,DNA雙鏈,DNA復(fù)制起始過程:解鏈,拓撲異構(gòu)酶,解鏈酶,單鏈結(jié)合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引發(fā)體,引物,DNA復(fù)制起

10、始的過程,拓撲異構(gòu)酶 與DNA雙鏈 結(jié)合，解開 超螺旋。,拓撲異構(gòu)酶,解鏈酶,單鏈結(jié)合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引發(fā)體,引物,DNA復(fù)制起始的過程,解鏈酶解開 DNA雙螺旋,拓撲異構(gòu)酶,解鏈酶,單鏈結(jié)合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引發(fā)體,引物,單鏈結(jié)合蛋白防止復(fù)螺旋,DNA復(fù)制起始過程,拓撲異構(gòu)酶,解鏈酶,單鏈結(jié)合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引發(fā)體,引物,DNA復(fù)制起始過程,引物酶合成引物,DNA復(fù)制的延伸,1. DNA聚合酶把新生鏈的第一個脫氧核苷酸加到引物的3-OH上，開始新生鏈的合成過程。,引物,原料,5,3,模板,方向： 5 3,組成 DNA 的脫氧核糖核苷酸一個個連接起來,3,5-

11、磷酸二酯鍵,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板鏈,DNA新鏈,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板鏈,DNA新鏈,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,T,A,G,G,C,A,T,C,+,母鏈,母鏈,子鏈,母代DNA,2個子代DNA,DNA聚合酶,RNA引物,原料,DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板按堿基配對規(guī)律，合成與模板

12、互補的子鏈。 子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全重新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。,半保留復(fù)制：,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,T C C A T G A C,A G G T A C T G,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C

13、,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,+,母鏈DNA,復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉,子代DNA,復(fù)制的半不連續(xù)性,3,5,3,5,解鏈方向,領(lǐng)頭鏈,隨從鏈,半不連續(xù)復(fù)制：DNA復(fù)制時,一條 鏈?zhǔn)沁B續(xù)的,另一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的,稱為半不連續(xù)復(fù)制。,DNA合成過程概況：,先由引物酶合成RNA引物 ，再由DNA聚合酶在引物3合成DNA鏈，然后由DNA聚合酶切除引物并填補空隙，最后由連接酶連成完整的鏈。,4、DNA復(fù)制的意義：,DNA半保留復(fù)制具有高度準(zhǔn)確性，保證遺傳信息的正確傳遞，保證親、子代之間遺傳的穩(wěn)定性。,3、DNA復(fù)制

14、產(chǎn)物：兩個子代DNA。,堿基序列與母代完全相同。,（二） RNA的合成轉(zhuǎn)錄,1.合成方式：轉(zhuǎn)錄,以一條DNA鏈的片斷為模板按堿基配對的原則(AU,GC)合成RNA，使遺傳信息流向RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。,原料：ATP，GTP，CTP，UTP 模板：DNA模版鏈(一條單鏈） 酶：RNA聚合酶 核心酶(由四個亞基構(gòu)成) 因子 原則：堿基互補AU, G C 方向： 53,2.合成條件,DNA分子,其中一股DNA母鏈模板,一條RNA鏈,與模板鏈互補,堿基互補配對 （A-U,T-A,G-C),解螺旋,3、RNA轉(zhuǎn)錄過程,U,A,G,G,C,U,C,U,A,G,G,模板鏈,RNA鏈,原料,模板鏈,轉(zhuǎn)錄,釋放

15、,4）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：單鏈RNA,mRNA tRNA rRNA,5）轉(zhuǎn)錄意義：抄錄DNA遺傳信息，指 導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，進行基因表達。,RNA堿基排列順序由DNA決定。,加工,真核細胞mRNA的一般結(jié)構(gòu)為：,AUG 起始,帽狀 結(jié)構(gòu),不翻 譯區(qū),翻譯區(qū),UGA UAG UAA 終止,不翻 譯區(qū),polyA,1.mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,(三）真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄后加工,首、尾的修飾,a. 5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp ),帽子結(jié)構(gòu):mGpppG,7甲基三磷酸雙鳥苷,帽子的功能:,在蛋白質(zhì)合成中,供核糖體小亞基識別與結(jié)合; 保護合成中的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA,免受核酸外切酶降解； 使成熟的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物從核內(nèi)輸送到胞

16、質(zhì)。,5 pppGp,帽子生成過程,b. 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A ),維持mRNA作為翻譯模板的活性； 增加mRNA本身的穩(wěn)定性。,功能：, mRNA的剪接,除去內(nèi)含子，連接外顯子。,2.tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,在酶的作用下，從5末端和3末端切除多余核苷酸； 切除內(nèi)含子進行剪接作用； 3末端加CCA-OH； 堿基修飾,tRNA基因及轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物,RNAaseP、D內(nèi)切酶,tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶,ATP,ADP,堿基修飾,甲基化 AmA （或 mG） 還原反應(yīng) U DHU 核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 尿苷 假尿苷（） 脫氨反應(yīng) AMP IMP,3.rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工,真核細胞的rRNA

17、基因?qū)儆谪S富基因族的DNA序列; 即染色體上縱列串聯(lián)基因單位的重復(fù)。,小結(jié)： 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的相似性及區(qū)別 相似性： 都是酶促的核苷酸聚合過程 以DNA為模板 都需依賴DNA的聚合酶 生成磷酸二酯鍵 方向： 5 3 遵從堿基配對規(guī)律,A,-,U,，,T,-,A,，,G,-,C,A,-,T,G,-,C,mRNA,，,tRNA,，,rRNA,子代雙鏈,DNA,（,半保留復(fù)制）,產(chǎn)物,RNA,聚合酶（,RNA,-,pol,）,DNA,聚合酶,酶,NTP,原料,模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）,兩股鏈均復(fù)制,模板,轉(zhuǎn)錄,A,-,U,，,T,-,A 不需要,，,G,-,C,需要,G,C,配對 引物,，,，,（,RNA,pol,DNA,dNT,復(fù)制,復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別,16、人體內(nèi)嘌呤堿基分解的終產(chǎn)物是 A尿素 B肌酸 C肌酸酐 D尿酸 6嘧啶分解的代謝產(chǎn)物有： ACO2B-氨基酸CNH3D尿酸 7下列哪些情況可能與痛風(fēng)癥的產(chǎn)生有關(guān)？ A嘌呤核苷酸分解增強B嘧啶核苷酸分解增強 C嘧啶核苷酸合成增強D尿酸生成過多,5、腦和骨髓主要靠從頭合成途徑合