核酸代谢与蛋白质生物合成

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1、第9章核酸代谢和蛋白质的生物合成导言俗语说“种瓜得瓜，种豆得豆”，其中蕴含着在生物界中普遍存在的遗传规律；而“世界上没有完全相同的两片叶子”却又预示了遗传现象的复杂性和可变性。对于生物体而言，贮存遗传信息的物质就是核酸，它是记载生物体的演变、种属特征及一切生命活动规律的图书馆。本章书除了阐述核苷酸的基本代谢外，还将从复制、转录及翻译等几个方面分别阐述与遗传信息传递有关的重要理论知识。第1节核酸代谢一、核苷酸的合成代谢途径：从头合成、补救合成。1.从头合成途径：是指细胞利用一碳单位、磷酸核糖和氨基酸等基本原料，经过一系列复杂的酶促反应，合成嘌呤或嘧啶核苷酸的过程。2.补救合

2、成途径：是指细胞利用已有的嘌呤碱或嘧啶碱以及它们的核苷形式，经过简单的酶促反应，合成嘌呤或嘧啶核苷酸的过程。（一）嘌呤核苷酸的合成1.嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤环的元素来源IMP腺苷酸代琥珀酸AMP腺苷酸代琥珀酸合成酶AspMg2+GTP裂解酶延胡索酸IMP腺苷酸代琥珀酸GMPIMP脱氢酶NAD+H2OGMP合成酶NADH+GlnMg2+ATPGluIMP分别转变为AMP和GMP2.嘌呤核苷酸的补救合成腺嘌呤+PRPPAPRTAMP+PPi次黄嘌呤+PRPPHGPRTIMP+PPi鸟嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi腺嘌呤核苷+ATP激酶AMP+ADP（二）嘧啶核苷酸的合

3、成1.嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶环的元素来源UMP分别转变为CTP和TMPUMPCTPUDPUTPCTP合成酶UMPUDPdUDPdUMPTMPTMP合成酶N5，N10－CH2－FH4FH2Gln2.嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶碱+PRPP嘧啶磷酸核糖转移酶磷酸嘧啶核苷+PPi（三）脱氧核苷酸的合成嘌呤和嘧啶脱氧核苷酸合成是在二磷酸核苷酸（NDP）水平上进行的，反应式如下：核糖核苷酸还原酶NDPdNDPNADPHNADP++H2O（四）核苷酸抗代谢物及应用核苷酸抗代谢物是指与核苷酸合成过程的中间产物结构相似的一些类似物。如：嘌呤、嘧啶、氨基酸、叶酸等。通过竞争性抑制或以假乱真的方

4、式，干扰和阻断核苷酸的合成。抗代谢物相似物作用6－巯基嘌呤次黄嘌呤抑制IMP转变为AMP和GMP氮杂丝氨酸谷氨酰胺抑制嘌呤核酸的合成氨蝶呤甲氨蝶呤叶酸阻断二氢叶酸及四氢叶酸的生成→影响一碳单位的代谢嘌呤核苷酸抗代谢物抗代谢物相似物作用5－氟尿嘧啶胸腺嘧啶阻断嘧啶核苷酸的合成氮杂丝氨酸谷氨酰胺抑制CTP的合成氨蝶呤甲氨蝶呤叶酸干扰一碳单位的代谢，影响嘧啶核苷酸合成嘧啶核苷酸抗代谢物二、核苷酸的分解代谢（一）嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸在体内代谢的终产物是尿酸。（二）嘧啶核苷酸的分解代谢1.胞嘧啶→尿嘧啶→β－丙氨酸、NH3和CO22.胸腺嘧啶→β－氨基异丁酸、NH3和CO2

5、遗传信息传递中心法则三、DNA的生物合成DNA的生物合成包括DNA复制、逆转录及DNA的损伤与修复。（一）DNA复制DNA复制是指以亲代单链DNA为模板，合成子代DNA的过程。DNA复制的方式：半保留复制子代DNA分子中，一条链来自亲代，另一条链是新合成的。亲代DNA子代DNA复制来自亲代DNA新合成链1.复制的模板：亲代单链DNA为模板方向：为3´→5´2.复制的原料：dNTP（N为A、G、C、T）。3.参与复制的酶和蛋白质因子（1）DNA聚合酶作用：以单链DNA为模板，以dNTP作为原料，按碱基配对原则，催化DNA新链的合成。原核生物三种DNA聚合酶及其作用DNA聚合酶

6、ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ5´→3´聚合作用有有有3´→5´核酸外切酶活性有有有5´→3´核酸外切酶活性有无无功能校读损伤后修复目前尚不完全清楚复制过程中的主要催化酶真核生物DNA聚合酶：有α、β、γ、δ和ε等五种。酶作用拓扑异构酶松解、理顺DNA超螺旋。解螺旋酶解开DNA双链之间的氢键，形成单链DNA模板。引物酶以单链DNA为模板，合成RNA引物，以提供3´－OH。DNA连接酶DNA复制终止阶段，催化DNA分子上的片段缺口之间形成磷酸二酯键。参与DNA复制的其它酶及作用单链DNA结合蛋白：单链DNA结合蛋白（SSB）能结合在DNA单链上，具有保护和稳定DNA模板单链的

7、作用。一方面：解开的单链DNA会被水解；另一方面：解开的单链DNA很容易再次聚合形成双螺旋形式。DNA复制过程起始阶段延长阶段终止阶段起始阶段拓扑异构酶参与松解DNA超螺旋，在复制的整个过程中都发挥作用。解螺旋酶：解开DNA双链间的氢键，形成单链DNA模板。SSB：维持、保护单链DNA模板。引物酶：催化合成RNA引物。延长阶段模板链合成链DNA－polⅢ催化模板方向：3´→5´合成的方向：5´→3´碱基配对：A＝T、G≡C前导链与随从链AGCTTAGCAAGCCATCGGA3´5´5´3´CGGTAGCCT5´RN