《核苷酸代謝》PPT課件 (2)

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1、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(fù)五 、 RNA的 生 物 合 成 第 一 節(jié) 核 酸 的 分 解 代 謝u核酸的酶促降解u嘌呤的降解u嘧啶的降解 u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

2、 醛 +磷 酸 核 酸 外 切 酶 ： 作 用 于 核 酸 鏈 的 末 端 （ 3 端或 5 端 ） ， 逐 個(gè) 水 解 下 核 苷 酸 。 脫 氧 核 糖 核 酸 外 切 酶 ： 只 作 用 DNA 核 糖 核 酸 外 切 酶 :只 作 用 于 RNA 核 酸 內(nèi) 切 酶 ： 從 核 酸 分 子 內(nèi) 部 切 斷 3 ,5 -磷 酸 二 酯 鍵 。 限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 ： 在 細(xì) 菌 細(xì) 胞 內(nèi) 存 在 的 一 類 能識(shí) 別 并 水 解 外 源 雙 鏈 DNA的 核 酸 內(nèi) 切 酶 ， 可 用 于特 異 切 割 DNA,常 作 為 基 因 工 程 工 具 酶 。核 酸 酶 ： 作

3、用 于 核 酸 的 磷 酸 二 酯 酶 。 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 腺 嘌 呤 鳥(niǎo) 嘌 呤 H2O H2O NH3 NH3 次 黃 嘌 呤 黃 嘌 呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿 囊 素 尿 酸 H 2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿 囊 酸 尿 素 + 乙 醛 酸 H2O 2H2O 4NH3 + 2CO2（ 植 物 ） 腺 嘌 呤 脫 氨 酶 鳥(niǎo) 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 嘌 呤 代

4、謝 產(chǎn) 物 排 泄 動(dòng) 物尿 酸 人 類 、 靈 長(zhǎng) 類 動(dòng) 物 、 鳥(niǎo) 類 、 昆 蟲(chóng)尿 囊 素 除 靈 長(zhǎng) 類 外 其 它 哺 乳 類 動(dòng) 物尿 囊 酸 某 些 硬 骨 魚(yú) 類尿 素 、 乙 醛 酸 大 多 數(shù) 魚(yú) 類 、 兩 棲 類 動(dòng) 物氨 、 二 氧 化 碳 甲 殼 類 動(dòng) 物 、 軟 體 動(dòng) 物 u嘧啶的降解： 胞 嘧 啶 尿 嘧 啶 二 氫 尿 嘧 啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -丙 氨 酸 -脲 基 丙 酸 H2O 胸 腺 嘧 啶 二 氫 胸 腺 嘧 啶 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O -氨 基 異 丁 酸 -脲 基 異 丁 酸

5、 H2O胞 嘧 啶 脫 氨 酶 二 氫 尿 嘧 啶 脫 氫 酶 二 氫 嘧啶 酶脲 基 丙 酸 酶二 氫 尿 嘧 啶 脫 氫 酶二 氫 嘧 啶 酶脲 基 丙 酸 酶NH3+CO2+NH3+CO2 + 第 二 節(jié) 核 苷 酸 的 生 物 合 成u嘌呤核苷酸的合成u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(jiǎn) 單 物 質(zhì) 為 原 料 ,經(jīng) 過(guò) 一 系 列 酶 促 反 應(yīng) 合 成 核 苷 酸 .(肝 組 織 ) 補(bǔ) 救 途 徑 :利 用 體 內(nèi) 的 游 離 堿 基 或 核 苷 合 成 核

6、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1 2 3 456 7 89 (1) 5-P-核 糖 在 ATP參 與 下 先 形 成 PRPP(5-磷 酸 核 糖焦 磷 酸 )(2) 從 5-磷 酸 核 糖 焦 磷 酸 (PRPP)開(kāi) 始 先 逐 步 合 成IMP(次 黃 嘌 呤 核 苷 酸 )， 然 后 再 由 IMP合 成 AMP、GMP。 (3) 嘌 呤 的 各 個(gè) 原 子 是 在 PRPP的 C1開(kāi) 始 逐 漸 加 上 去的 。 由 Asp、 Gln、 Gly、 甲 酸 、 CO2 提 供 N和 C ，合 成 時(shí) 先 形 成 右 環(huán) ，

7、 再 形 成 左 環(huán) 。 四 氫 葉 酸 （ FH4）是 一 碳 單 位 的 載 體 .(4) AMP ADP ATP GMP GDP GTP A+PRPPAMP+PP i G+PRPP GMP+PP i H yP+ PRPP IMP+ PP i 1 嘧 啶 核 苷 酸 的 從 頭 合 成 途 徑 嘧 啶 核 苷 酸 的 嘧 啶 環(huán) 是 由 氨 甲 酰 磷 酸 和 天冬 氨 酸 合 成 的 。 氨 甲 酰 磷 酸天 冬 氨 酸 嘧 啶 核 苷 酸 合 成 特 點(diǎn)(1) (胞 液 )G L n +2 ATP+CO2 2ADP +Pi +氨 甲 酰 磷 酸 + G L u(2) 氨 甲 酰 磷 酸

8、 與 天 冬 氨 酸 形 成 乳 清 酸 .(3) 乳 清 酸 再 與 5-磷 酸 核 糖 焦 磷 酸 （ PRPP）結(jié) 合 形 成 UMP。(4) 胞 苷 酸 (CTP)則 由 尿 苷 酸 (UTP)轉(zhuǎn) 變 而 來(lái) 。 (1) U 尿 苷 UMP R-1-P P i ATP ADP(2)嘧 啶 (U T) 嘧 啶 核 苷 酸 (胞 嘧 啶 除 外 ) PRPP PP iUMP磷 酸 核 糖 轉(zhuǎn) 移 酶(3) 脫 氧 胸 腺 嘧 啶 核 苷 酸 (d TMP)是 由 脫氧 尿 嘧 啶 核 糖 核 苷 酸 經(jīng) 甲 基 化 而 生 成 . 嘌 呤 類 似 物 （ 6-巰 基 嘌 呤 ） ： 可 抑

9、 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(yīng) 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(yīng) 第 三 節(jié) DNA的 生 物 合成uDNA的半保留復(fù)制uDNA生物合成中的酶uDNA的合成方式uDNA的復(fù)制過(guò)程（原核生物）u真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn)u逆轉(zhuǎn)錄 Reverse transcription 復(fù) 制 ： 親 代 DNA在 一 系 列 酶 的 作 用 下 ， 生 成與 親 代 相 同 的

10、 子 代 DNA的 過(guò) 程 。轉(zhuǎn) 錄 ： 以 DNA為 模 板 ， 按 照 堿 基 配 對(duì) 原 則 將其 所 含 的 遺 傳 信 息 傳 給 RNA， 形 成 一 條 與 DNA鏈 互 補(bǔ) 的 RNA的 過(guò) 程 。翻 譯 ： 亦 叫 轉(zhuǎn) 譯 ， 以 mRNA為 模 板 ， 將 mRNA的 密 碼 解 讀 成 蛋 白 質(zhì) 的 AA排 列 順 序 的 過(guò) 程 。逆 轉(zhuǎn) 錄 ： 以 RNA為 模 板 ， 在 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 的 作 用下 ， 生 成 DNA的 過(guò) 程 。 定 義 ： 由 親 代 DNA生 成 子 代 DNA時(shí) ， 每 個(gè) 新 形 成 的 子 代 DNA中 ， 一 條 鏈 來(lái) 自 親

11、代 DNA， 而 另 一 條 鏈 則 是 新 合 成 的 ， 這種 復(fù) 制 方 式 叫 半 保 留 復(fù) 制 一 、DNA的半保留復(fù)制 DNA聚 合 酶 單 體 酶 ,多 肽 鏈 內(nèi) 含 一 個(gè) 鋅 原 子 , 多 功 能 酶 。 (1)具 有 5 3 聚 合 酶 功 能 ； (2)3 5 外 切 酶 活 性 （ 對(duì) 雙 鏈 無(wú) 作 用 ， 校 對(duì) 功 能 。但 在 正 常 聚 合 條 件 下 ， 此 活 性 不 能 作 用 于 生 長(zhǎng) 鏈 ） (3)5 3 外 切 酶 活 性 （ 雙 鏈 有 效 ， 主 要 是 對(duì) DNA損傷 的 修 復(fù) ， 以 及 在 DNA復(fù) 制 時(shí) RNA引 物 切 除

12、 及 其 空 隙的 填 補(bǔ) ） 原 核 生 物 三 種 DNA聚 合 酶 DNA聚 合 酶 多 亞 基 酶 ， 聚 合 作 用 ， 但 聚 合 活 力 很 低 ； 具 有 3 5外 切 酶 活 性 。 其 它 生 理 功 能 尚 不 清 楚 ， 可 能 在 修 復(fù) 紫外 光 引 起 的 DNA損 傷 中 起 作 用 。 DNA聚 合 酶 (原 )DNA復(fù) 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

13、校 對(duì) 功 能 ， 提 高 DNA復(fù) 制 的 保 真 性 ；(3)具 有 5 3 外 切 酶 活 性 。DNA聚 合 酶 IV和 V1999年 發(fā) 現(xiàn) ， 當(dāng) DNA嚴(yán) 重 損 傷 時(shí) ， 誘 導(dǎo) 產(chǎn) 生 。 定 位 細(xì) 胞 核 細(xì) 胞 核 線 粒 體 細(xì) 胞 核 細(xì) 胞 核3 -5外 切 - - + + +酶 活 性 引 物 合 成 修 復(fù)作 用 線 粒 體 DNA的 復(fù) 制 核 DNA的 復(fù) 制 修 復(fù)作 用功 能 真 核 生 物 五 種 DNA聚 合 酶 若 雙 鏈 DNA中 一 條 鏈 有 切 口 ， 一 端 是 3 -OH， 另 一端 是 5 -磷 酸 基 ， 連 接 酶 可 催 化

14、 這 兩 端 形 成 磷 酸 二 酯鍵 ， 而 使 切 口 連 接 。 但 是 它 不 能 將 兩 條 游 離 的 DNA單鏈 連 接 起 來(lái) 。3 535 OH PDNA連 接 酶 （ 1967年 發(fā) 現(xiàn) ） 消 除 DNA 的 超 螺 旋 ,根 據(jù) 作 用 方 式 不 同 而 分 為 兩 種 :拓 撲 異 構(gòu) 酶 (旋 轉(zhuǎn) 酶 )旋 轉(zhuǎn) 酶 旋 轉(zhuǎn) 酶 旋 轉(zhuǎn) 酶 ： 使 DNA兩 條 鏈 發(fā) 生 斷 裂 和 再 連接 。 可 以 形 成 負(fù) 超 螺 旋 ,需 要 由 ATP或 GTP提 供 能 量 . 解 開(kāi) 雙 螺 旋 ,使 其 成 為 單 鏈 .通 過(guò) 水 解 ATP將 DNA兩條

15、鏈 打 開(kāi) 。 每 解 開(kāi) 一 對(duì) 堿 基 需 要 水 解 2個(gè) 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(dòng) ， 而 解 螺 旋 酶 I、II、 III沿 5 3 移 動(dòng) 。解 旋 酶 （ 解 鏈 酶 ） 其 它 蛋 白 因 子單 鏈 結(jié) 合 蛋 白 (SSB-single-strand binding protein)(又 叫 螺 旋 去 穩(wěn) 定 蛋 白 )： 穩(wěn) 定 已 被 解 開(kāi)的 DNA單 鏈 ， 阻 止 復(fù) 性 和 保 護(hù) 單 鏈 不 被 核 酸 酶降 解 。 引 發(fā)

16、酶 :催 化 RNA引 物 合 成 的 RNA聚 合 酶 . 引 發(fā) 酶 需 要 ATP或 GTP提 供 能 量 . DNA的 復(fù) 制 ： 以 DNA為 模 板 合 成 DNA。逆 轉(zhuǎn) 錄 ： 以 RNA為 模 板 合 成 DNA。修 復(fù) 合 成 （ DNA聚 合 酶 I、 連 接 酶 等 ） 雙 鏈 的 解 開(kāi)RNA引 物 的 合 成DNA鏈 的 延 伸切 除 RNA引 物 ， 填 補(bǔ) 缺 口 ， 連 接 相 鄰 的 DNA片 段 四、 DNA的復(fù)制過(guò)程：（以大腸桿菌為例） (一 ) 雙 鏈 的 解 開(kāi)DNA的 復(fù) 制 有 特 定 的 起 始 位 點(diǎn) ， 叫 做 復(fù) 制 原點(diǎn) 。 常 用 o

17、ri(或 o） 表 示 。從 復(fù) 制 原 點(diǎn) 到 終 點(diǎn) ， 組 成 一 個(gè) 復(fù) 制 單 位 ， 叫復(fù) 制 子 。大 腸 桿 菌 染 色 體 DNA以 及 真 核 生 物 的 細(xì) 胞 器DNA為 雙 鏈 環(huán) 狀 ， 只 有 一 個(gè) 復(fù) 制 原 點(diǎn) .真 核 生 物 染 色 體 DNA是 線 性 雙 鏈 分 子 ， 含 有多 個(gè) 復(fù) 制 原 點(diǎn) ,因 此 是 多 復(fù) 制 子 . 復(fù) 制 原 點(diǎn) 在 原 點(diǎn) 處 形 成 一 個(gè) 眼 狀 結(jié) 構(gòu) ， 叫復(fù) 制 眼 。 DNA復(fù) 制 進(jìn) 行 時(shí) ， 在 眼 的 兩 側(cè) 出 現(xiàn) 兩 個(gè) 叉子 狀 的 生 長(zhǎng) 點(diǎn) (growth point)， 叫 復(fù) 制

18、 叉 。(大 腸 桿 菌 ） 由 rep 蛋 白 在 復(fù) 制 叉 內(nèi) 解 開(kāi) 親代 雙 螺 旋 DNA， 分 開(kāi) 的 雙 鏈 再 與 SSB結(jié) 合 ，防 止 鏈 內(nèi) 退 火 復(fù) 制 眼 的 結(jié) 構(gòu) ： (b) 復(fù) 制 叉雙 向 復(fù) 制起 點(diǎn)復(fù) 制 叉起 點(diǎn) (a)單 向 復(fù) 制 復(fù) 制 叉 復(fù) 制 叉 起 點(diǎn) 復(fù) 制 叉延 伸延 伸 起 點(diǎn) 領(lǐng) 頭 鏈領(lǐng) 頭 鏈隨 后 鏈 隨 后 鏈 353 5DNA的 雙 向 復(fù) 制 (二 ) 引發(fā)體和引物由 蛋 白 因 子 （ 如 dnaB等 ） 識(shí) 別 復(fù) 制 起 始 點(diǎn) ，并 與 其 他 蛋 白 因 子 以 及 引 物 酶 一 起 組 裝 形 成引 發(fā)

19、 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(gè) 磷 酸 殘 基 ,3端 為 游 離 的 羥 基 。引 物 長(zhǎng) 度 為 (原 )50至 100個(gè) 核 苷 酸 ， (真 )較 短 ,約 10. DnaADnaB、 DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB35 35含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。 在DNA聚合酶的催化下,根據(jù)模板鏈3 5的核苷酸序列,在RNA引物的3-OH末端逐個(gè)添加脫氧核苷三磷酸,延伸方向是53,

20、每形成一個(gè)磷酸二酯鍵即釋放1個(gè)焦磷酸,隨著復(fù)制叉的推進(jìn)，兩條新鏈的合成方向是不同的：一條鏈延伸的方向與復(fù)制叉前進(jìn)的方向一致，它的合成能連續(xù)進(jìn)行，稱為前導(dǎo)鏈； 另 一 條 鏈 延 伸 的 方 向 與 復(fù) 制 叉 前 進(jìn) 的 方 向 相反 ， 不 能 被 連 續(xù) 合 成 ， 需 要 復(fù) 制 叉 推 進(jìn) 了 一 定的 長(zhǎng) 度 ， 有 了 一 段 DNA單 鏈 后 ， 才 能 以 此 為 模板 合 成 一 個(gè) 片 段 。 因 此 這 條 新 鏈 的 合 成 是 不 連續(xù) 的 ， 所 以 稱 為 滯 后 鏈 。 復(fù) 制 叉 起 點(diǎn) 復(fù) 制 叉延 伸延 伸 起 點(diǎn) 前 導(dǎo) 鏈前 導(dǎo) 鏈滯 后 鏈 滯 后

21、鏈 353 5DNA的 雙 向 復(fù) 制 前 導(dǎo) 鏈 滯 后 鏈岡 崎 片 段 前 導(dǎo) 鏈 ： 以 3 5 方 向的 親 代 鏈 為 模 板 連 續(xù) 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(fù) 制 叉 移 動(dòng) 方 向 合 成 岡 崎 片段 ， 再 連 接 成 滯 后 鏈 。 半 不 連 續(xù) 復(fù) 制 在 DNA復(fù) 制 時(shí) ， 領(lǐng) 頭 鏈 是連 續(xù) 合 成 的 ,而 隨 后 鏈 的 合 成 是 不 連 續(xù) 的 ，這 種 復(fù) 制 方 式 稱 為 半 不 連 續(xù) 復(fù) 制 。 岡 崎 片 段在 DNA復(fù) 制 過(guò) 程 中 ， 領(lǐng) 頭 鏈 能

22、 連 續(xù) 合 成 ，而 隨 后 鏈 只 是 多 個(gè) 短 片 段 ， 這 些 不 連 續(xù) 的 小片 段 以 其 發(fā) 現(xiàn) 者 的 名 字 命 名 為 岡 崎 片 段 。 岡 崎 片 段 真 核 100-200個(gè) 核 苷 酸 原 核 1000-2000個(gè) 核 苷 酸 。 復(fù) 制 必 需 無(wú) 誤 ,否 則 將 危 及 生 物 的 生 存 .大 腸 桿 菌109-1010pb僅 可 能 發(fā) 生 1個(gè) 誤 差 .DNA聚 合 酶 的 聚 合 作 用DNA聚 合 酶 的 35外 切 活 力 (五 ) 切 除 RNA引 物 ， 填 補(bǔ) 缺 口 連 接 相鄰 的 DNA片 段 引 物 :DNA聚 合 酶 的 5

23、3外 切 活 力 來(lái) 切 除的 . 留 下 的 空 隙 是 由 該 酶 的 53聚 合 活 力 填補(bǔ) .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(gè) 復(fù) 制 起 點(diǎn) ， 多 復(fù) 制 眼 ， 呈 雙 向復(fù) 制 ， 多 復(fù) 制 子 。岡 崎 片 段 長(zhǎng) 約 200bp.真 核 生 物 DNA復(fù) 制 速 度 比 原 核 慢 。真 核 生 物 染 色 體 在 全 部 復(fù) 制 完 之 前 起 點(diǎn) 不 再 重 新 開(kāi) 始復(fù) 制 ； 而 在 快 速 生 長(zhǎng) 的 原 核 中 ， 起 點(diǎn) 可 以 連 續(xù)

24、發(fā) 動(dòng) 復(fù)制 。 真 核 生 物 快 速 生 長(zhǎng) 時(shí) ， 往 往 采 用 更 多 的 復(fù) 制 起 點(diǎn) 。真 核 生 物 有 多 種 DNA聚 合 酶 。 1 、 定 義 :以 RNA為 模 板 ， 以 4種 d NTP為 底 物 ,合 成 一條 與 模 板 RNA 互 補(bǔ) 的 DNA鏈 稱 為 逆 轉(zhuǎn) 錄 ， 由 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶催 化 進(jìn) 行 。2 、 發(fā) 現(xiàn) ： 1970年 Temin和 Baltimore同 時(shí) 分 別 從 勞 氏肉 瘤 病 毒 和 小 白 鼠 白 血 病 病 毒 中 分 離 出 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 ， 迄今 已 知 的 致 癌 RNA病 毒 都 含 有 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 。六

25、逆轉(zhuǎn)錄 + RNA+DNA- RNA+DNA-DNA+雙 鏈 DNA（ 前 病 毒 ） 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶3 、 病 毒 RNA的 逆 轉(zhuǎn) 錄 過(guò) 程單 鏈 病毒 RNA RNA-DNA雜 交 分 子 RNA指 導(dǎo) 的 DNA聚 合 酶 5 3 活 性DNA指 導(dǎo) 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(gè) 方 向 起 核 酸 外 切 酶 的 作 用 。逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 也 和 DNA聚 合 酶 一 樣 ， 沿 5 3方 向 合 成 DNA， 需 要 有 模 板 、

26、底 物 、Mg2+,Mn2+參 加 .并 需 要 短 鏈 RNA作 引 物 。4 、 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 不 能 把 “ 中 心 法 則 ” 絕 對(duì) 化 ， 遺 傳 信 息 也 可 以 從RNA傳 遞 到 DNA。 促 進(jìn) 了 分 子 生 物 學(xué) 、 生 物 化 學(xué) 和病 毒 學(xué) 的 研 究 ， 為 腫 瘤 的 防 治 提 供 了 新 的 線 索 。 目前 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 已 經(jīng) 成 為 研 究 這 些 學(xué) 科 的 工 具 。1983年 ， 發(fā) 現(xiàn) 人 類 免 疫 缺 陷 病 毒 （ human immune deficience virus,HIV） ,感 染 T淋 巴 細(xì) 胞 后 即 殺 死

27、細(xì) 胞 ，造 成 宿 主 機(jī) 體 免 疫 系 統(tǒng) 損 傷 ， 引 起 艾 滋 病 （ acquired immunodeficiency syndrome,AIDS）乙 型 肝 炎 病 毒5、 逆 轉(zhuǎn) 錄 的 生 物 學(xué) 意 義 第 四 節(jié) DNA的 損 傷 修 復(fù) uDNA的損傷修復(fù) 光 修 復(fù) ： 400nm左 右 的 光 激 活 光 復(fù) 活 酶 ，專 一 分 解 紫 外 光 照 射 引 起 的 同 一 條 鏈 上 TT（ CC CT） 二 聚 體 。 （ 包 括 從 單 細(xì) 胞 生 物 到鳥(niǎo) 類 ， 而 高 等 哺 乳 動(dòng) 物 無(wú) ） uDNA的損傷修復(fù)切 除 修 復(fù) ： 將 DNA分

28、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(nèi) 切 酶 、 DNA聚 合 酶 、 DNA外 切 酶 、DNA連 接 酶 均 參 與 。 （ 發(fā) 生 在 DNA復(fù) 制 前 ） uDNA的損傷修復(fù)重 組 修 復(fù) （ 發(fā) 生 在 復(fù) 制 后 ） ： 復(fù) 制 時(shí) ， 跳過(guò) 損 傷 部 位 ， 新 鏈 產(chǎn) 生 缺 口 由 母 鏈 彌 補(bǔ) ， 原損 傷 部 位 并 沒(méi) 有 切 除 但 在 后 代 逐 漸 稀 釋 。 uDNA的損傷修復(fù)誘 導(dǎo) 修 復(fù) ： 造 成 DNA損 傷 或 抑 制 復(fù) 制 的 處理 均 能 引 起 一 系 列 復(fù) 雜

29、 的 誘 導(dǎo) 效 應(yīng) ， 稱 為 應(yīng)急 反 應(yīng) （ SOS response） 。 此 過(guò) 程 誘 導(dǎo) 產(chǎn) 生切 除 修 復(fù) 和 重 組 修 復(fù) 中 的 關(guān) 鍵 蛋 白 和 酶 ， 同時(shí) 產(chǎn) 生 無(wú) 校 對(duì) 功 能 的 DNA聚 合 酶 。 所 以 會(huì)有 2種 結(jié) 果 ： 修 復(fù) 或 變 異 （ 進(jìn) 化 ） 。 著色性干皮病 u概念uRNA聚合酶uRNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程uRNA轉(zhuǎn)錄后加工uRNA的復(fù)制 以 DNA的 一 條 鏈 為 模 板 在 RNA聚 合 酶 催 化 下 ，按 照 堿 基 配 對(duì) 原 則 ， 合 成 一 條 與 DNA鏈 的一 定 區(qū) 段 互 補(bǔ) 的 RNA鏈 的 過(guò) 程 稱 為

30、轉(zhuǎn) 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(zhuǎn) 錄 與 DNA復(fù) 制 的 比 較相 同 點(diǎn) 轉(zhuǎn) 錄 不 需 引 物 ； 只 轉(zhuǎn) 錄 DNA分 子 中 的 一 個(gè) 片 段 （ 稱 為 轉(zhuǎn) 錄 單 位 或 操縱 子 ,operon)； 雙 鏈 DNA中 只 有 一 條 鏈 具 有 轉(zhuǎn) 錄 活 性 （ 稱 為 模 板鏈 ） ；基 因 被 轉(zhuǎn) 錄 與 特 定 的 時(shí) 間 、 空 間 、

31、生 理 狀 態(tài) 有 關(guān) ； RNA聚 合 酶 無(wú) 校 對(duì) 功 能 。轉(zhuǎn) 錄 與 DNA復(fù) 制 的 比 較 轉(zhuǎn) 錄 的 不 對(duì) 稱 性 ： 在 RNA的 合 成 中 ， DNA的 二條 鏈 中 僅 有 一 條 鏈 可 作 為 轉(zhuǎn) 錄 的 模 板 ， 稱 為 轉(zhuǎn) 錄的 不 對(duì) 稱 性 。反 義 鏈 ： 在 RNA的 轉(zhuǎn) 錄 中 ， 用 于 轉(zhuǎn) 錄 的 模 板DNA鏈 稱 為 模 板 鏈 。 （ 或 反 義 鏈 ）有 義 鏈 ： 在 RNA的 轉(zhuǎn) 錄 中 ， 與 模 板 DNA互 補(bǔ) 的鏈 稱 為 編 碼 鏈 （ 或 有 義 鏈 ） DNA的 一 個(gè) 小 片 段 是 一 個(gè) 基 因 ， DNA是 雙

32、 螺 旋 結(jié)構(gòu) ， 而 且 每 個(gè) 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(kāi)始 合 成 的RNA 鏈 延長(zhǎng) ， 不 具 有起 始 合 成RNA 的 能力 。從 固 定 的 起 點(diǎn) 開(kāi) 始 合 成RNA 亞 基 功 能 酶 的 裝 配 ， 與 啟 動(dòng) 子 上 游 元 件 和 活 化 因 子 結(jié) 合 參 與 轉(zhuǎn) 錄 起 始 ， 結(jié) 合 底 物 ， 催 化 磷 酸 二

33、酯 鍵 形 成 參 與 酶 與 模 板 結(jié) 合 未 知 識(shí) 別 啟 始 位 點(diǎn) ， 促 進(jìn) 轉(zhuǎn) 錄 的 起 始 RNA聚 合 酶 的 特 點(diǎn) ：反 應(yīng) 底 物 ： NTP， DNA為 模 板 、 Mg2+促 進(jìn) 聚合 反 應(yīng) 。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(jié) 構(gòu) 不 同 。利 福 平 抑 制 原 核 生 物 RNA聚 合 酶 活 性 ； -鵝膏 蕈 堿 抑 制 真 核 生 物 RNA聚 合 酶 活 性 。 起 始 位 點(diǎn) 的 識(shí) 別轉(zhuǎn) 錄 起 始 （ 起 始 階 段 ）鏈 的 延 伸 （ 延 長(zhǎng) 階

34、 段 ）轉(zhuǎn) 錄 終 止 （ 終 止 階 段 ）三、RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 亞 基 起 著 識(shí) 別 DNA分 子 上 的 起 始 信 號(hào) 的 作用 。 （ 啟 動(dòng) 子 指 RNA聚 合 酶 識(shí) 別 、 結(jié)合 和 開(kāi) 始 轉(zhuǎn) 錄 的 一 段 DNA序 列 ） 不 同 的 亞 基 識(shí) 別 不 同 的 啟 動(dòng) 子 ， 從 而 表 達(dá)不 同 的 基 因 。 轉(zhuǎn) 錄 起 始 RNA聚 合 酶 與 DNA 雙 鏈 的 起 始 點(diǎn) 結(jié) 合 ,并 且局 部 解 開(kāi) 雙 螺 旋 ,解 鏈 僅 發(fā) 生 在 于 RNA 聚 合酶 結(jié) 合 部 位 ， 然 后 結(jié) 合 第 一 個(gè) 核 苷 三 磷 酸 。加 入 的 第 一 個(gè)

35、核 苷 三 磷 酸 常 是 GTP或 ATP，很 少 是 CTP， 不 用 UTP。 所 形 成 的 啟 動(dòng) 子 、全 酶 和 核 苷 三 磷 酸 復(fù) 合 物 稱 為 三 元 起 始 復(fù)合 物 ， 第 一 個(gè) 核 苷 三 磷 酸 一 旦 摻 入 到 轉(zhuǎn) 錄起 始 點(diǎn) ， 亞 基 就 會(huì) 被 釋 放 脫 離 核 心 酶 。 E-35 -10 pppG或 pppA5 533模 板 鏈 RNA鏈 的 延 伸DNA分 子 和 酶 分 子 發(fā) 生 構(gòu) 象 的 變 化 ， 核 心酶 與 DNA結(jié) 合 比 較 松 弛 ， 可 沿 DNA模 板移 動(dòng) ， 并 按 模 板 順 序 選 擇 下 一 個(gè) 核 苷 酸

36、 ，將 核 苷 三 磷 酸 加 到 生 長(zhǎng) 的 RNA鏈 的 3 -OH端 ， 催 化 形 成 磷 酸 二 酯 鍵 。 轉(zhuǎn) 錄 延 伸 方 向 從 5 3 RNA 聚 合 酶 沿 著 模 板 鏈 的 3 5 方向 移 動(dòng) 轉(zhuǎn) 錄 終 止轉(zhuǎn) 錄 遇 到 終 止 子 就 被 停 止 。終 止 子 ： 在 DNA分 子 上 （ 基 因 末 端 ）提 供 轉(zhuǎn) 錄 停 止 信 號(hào) 的 DNA序 列 稱 為終 止 子 （ terminators),它 能 使 RNA聚 合酶 停 止 合 成 RNA并 釋 放 出 RNA,轉(zhuǎn) 錄結(jié) 束 . 轉(zhuǎn) 錄 泡恢 復(fù) 螺 旋 解 螺 旋編 碼 鏈 模 板 鏈 鏈 的

37、裂 解5和 3末 端 的 切 除特 殊 結(jié) 構(gòu) 的 形 成核 苷 的 修 飾拼 接 和 編 輯四、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工 mRNA前 體 的 加 工hnRNA被 剪 接 ， 把 內(nèi) 含 子 （ DNA上 非 編 碼 序 列 ） 轉(zhuǎn)錄 序 列 剪 掉 ， 把 外 顯 子 （ DNA上 的 編 碼 序 列 ） 轉(zhuǎn) 錄 序列 拼 接 上 。3 端 添 加 polyA “ 尾 巴 ” ；5 端 連 接 “ 帽 子 ” 結(jié) 構(gòu) （ m7G5ppp5NmpNp-） ；分 子 內(nèi) 部 的 核 苷 酸 甲 基 化 修 飾 。 由 核 酸 內(nèi) 切 酶 切 除 前 體 上 3和 5端 上 多 余 的核 苷 酸 ；由

38、核 酸 外 切 酶 逐 個(gè) 在 3切 去 附 加 序 列 ， 進(jìn) 行修 剪 。3 端 添 加 CCAOH序 列 ， 由 核 苷 酰 轉(zhuǎn) 移 酶 催化 。 （ 接 受 活 化 AA）核 苷 的 一 些 特 定 的 堿 基 和 戊 糖 進(jìn) 行 修 飾 。tRNA前 體 的 加 工 原 核 ： 剛 轉(zhuǎn) 錄 的 rRNA為 30S， 先 在 特 定 的堿 基 上 進(jìn) 行 甲 基 化 （ 核 糖 2-羥 基 ） 修 飾 ， 后逐 步 裂 解 （ 核 酸 酶 的 切 割 ） 。rRNA前 體 的 加 工 真 核 ： 45S（ 哺 乳 動(dòng) 物 ） 、 38S（ 果 蠅 ） 、37S（ 酵 母 ） 甲 基 化

39、 （ 核 糖 2-羥 基 ） 修 飾 ，切 除 多 余 片 段 。rRNA前 體 的 加 工 RNA病 毒 種 類 很 多 ， 如 ：正 鏈 RNA病 毒 ： 噬 菌 體 Q 、 灰 質(zhì) 炎 病 毒 負(fù) 鏈 RNA病 毒 ： 狂 犬 病 病 毒 雙 鏈 RNA病 毒 ： 逆 轉(zhuǎn) 錄 病 毒 ： 白 血 病 病 毒 5 RNA- 533 RNA+釋 放 釋 放3 5 3 355RNA+ RNA+RNA-vRNA-及 RNA+的 合 成 方 向 均 為 5 3其 單 鏈 RNA可 充 當(dāng) mRNA， 利 用 寄 主 合 成 復(fù) 制酶 。 復(fù) 制 酶 可 進(jìn) 行 RNA的 復(fù) 制 ， 以 分 子 中 單 鏈RNA為 模 板 （ 正 鏈 ） ， 復(fù) 制 出 一 條 新 的 RNA鏈（ 負(fù) 鏈 ） ， 再 復(fù) 制 出 正 鏈 ， 與 外 殼 蛋 白 組 裝 成新 的 病 毒 顆 粒 。