磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分類DNA和RNA脫氧核糖核酸

核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)組成磷酸(phosphate)核苷酸核苷戊糖(ribose)堿基(base)嘌呤(purine)

嘧啶(pyrimidine)核酸定義NNH1324562′1′3′4′5′磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，1主要內容

一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝

二DNA的復制三RNA的生物合成簡要了解

1核酸的酶促降解

2核苷酸的分解代謝

3核糖核苷酸的合成代謝

主要內容一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝簡要了解

2核苷酸的生物學功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/dNTP）體內能量的利用形式（ATP）構成某些酶的輔酶（NAD、FAD、CoA）形成多種調節分子參與代謝調節（cAMP/cGMP）作為活化中間代謝物的載體（UDPG）核苷酸的生物學功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/d3食物核蛋白蛋白質核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既進入磷酸戊糖途徑又合成PRPP的原料嘌呤和嘧啶主要被分解排出體外核酸外切酶核苷酸胰核酸酶（磷酸二酯酶）核酸內切酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷水解酶核苷磷酸化酶堿基核苷酶戊糖食物核蛋白蛋白質核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既4嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶鳥嘌呤脫氨酶IMPH（Hypoxanthine，次黃嘌呤）次黃嘌呤氧化酶腺嘌呤脫氨酶尿酸氧化酶尿囊素..尿囊酸..NH3+CO2尿酸人和靈長類嘌呤堿最終代謝產物嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃5痛風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痛風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6嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+7核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：從頭合成途徑(denovosynthesispathway)——主要途徑，以氨基酸為原料合成堿基。補救途徑(salvagesynthesispathway)——

次要途徑，以堿基為原料合成核苷酸。二者在不同組織的重要性不同：肝等多種組織多為從頭合成途徑；腦、骨髓只能進行補救途徑。核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：8嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineNucleotides嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineN9嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨基酸（3）、甲酸鹽（一碳單位）等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的途徑。

肝是體內從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進行此合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的從頭合成定義合成部位嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨10嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酸鹽（一碳單位）甘氨酸甲酸鹽（一碳單位）谷氨酰胺（酰胺基）嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酸鹽甘氨酸甲酸鹽谷氨酰胺11過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成12R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉移酶R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷131.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉移酶②GAR合成酶③轉甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶1.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉移酶1411核酸代謝課件講義15IMP生成總反應過程IMP生成總反應過程16①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶2、AMP和GMP的生成①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶2、AMP和GM17AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD18

嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。

IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸從頭合19

利用體內游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑。（二）嘌呤核苷酸的補救合成途徑定義利用體內游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷20腺嘌呤磷酸核糖轉移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)參與補救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉移酶參與補救合成的酶21腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+22補救合成的生理意義

補救合成節省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。體內某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行補救合成。補救合成的生理意義補救合成節省從頭合成時的能量和一些氨基酸23（三）嘌呤核苷酸的相互轉變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3（三）嘌呤核苷酸的相互轉變IMPAMP腺苷酸代XMPGMPN24（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、U、C等堿基）（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進行25dNDP

+

ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷26（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物

嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些27次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP)6-巰基嘌呤的結構次黃嘌呤6-巰基嘌呤6-巰基嘌呤的結構28

嘧啶核苷酸的代謝MetabolismofPyrimidineNucleotides

嘧啶核苷酸的代謝MetabolismofPyrimid29（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸(2)及二氧化碳等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘧啶核苷酸的途徑。定義合成部位（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細胞胞液嘧啶核苷酸的從頭合30嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素來源氨基甲天冬氨酸31合成過程1.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸合成過程1.尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基3211核酸代謝課件講義3311核酸代謝課件講義342.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi2.胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸353.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脫氧胸苷一磷酸dTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP3.dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯F36（二）嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP（二）嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷37（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧38某些改變了核糖結構的核苷類似物某些改變了核糖結構的核苷類似物39DNA的復制與修復

DNA的復制與修復40

遺傳信息的傳遞途徑遵循分子生物學的中心法則(centraldogma)

DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯反轉錄RNA復制一、DNA的復制

生物的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上，表現為特定的核苷酸排列順序，通過DNA復制（replication）由親代傳遞給子代。

復制轉錄翻譯反轉錄RNA復制一、DNA的復制生物的遺傳信息41（一）DNA的半保留復制（semicoservativereplication）

在復制過程中首先堿基間氫鍵需斷裂并使雙鏈解旋和分開，然后每條單鏈可作模板在其上合成新的互補鏈，結果由1個DNA雙鏈形成2個DNA互補雙鏈。新形成的兩個DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全一樣。每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的,DNA的這種復制方式稱為半保留復制。（一）DNA的半保留復制在復制過程中首先堿基間氫鍵需斷裂并使421958年Meselson和Stahl用同位素示蹤和密度梯度離心的方法證明了DNA的半保留復制

。1958年Meselson和Stahl用同位43（二）參與DNA復制有關的酶和蛋白質

1.DNA聚合酶（DNAPolymerase）

又稱DNA-directedDNApolymerase,orDNA-dependentDNApolymerasei.e.DDDPase

參與DNA復制的酶有DNA聚合酶、DNA連接酶、旋轉酶、解旋酶、單鏈結合蛋白和引發酶及一些蛋白質因子等。DNA聚合酶：是催化以脫氧核苷三磷酸（dNTP）為底物（substrate）合成DNA的一類酶。原核細胞和真核細胞DNA聚合酶的種類和作用有所不同。（二）參與DNA復制有關的酶和蛋白質1.DNA聚合酶（D44DNA聚合酶催化的反應：

ndATPndGTPndCTPndTTP模板（DNA），引物（RNA，DNA）DNA聚合酶DNA＋4nPPiDNA聚合酶催化的反應：ndATP模板（DNA），引物（45DNA聚合酶的作用機理

DNA聚合酶的作用機理46在大腸桿菌中至少發現了五種DNApolymerase，分別是DNApolymeraseI、II、III、IV和V，其中PolymeraseI發現最早（1956年），而polymeraseIV和V直到1999年才發現。

（1）原核細胞DNA聚合酶

在大腸桿菌中至少發現了五種DNApolymerase，分別47DNApolymeraseI（polI）：1956年Kornberg等在Ecoli中發現的第一個DNA聚合酶，是DNA復制研究中的重要里程碑，Kornberg因此于1959年獲得諾貝爾化學獎。

DNApolymeraseI（polI）：1956年K48★DNApolI也稱Kornberg酶,Mr103Kd,一條多肽鏈,一個鋅原子（活性所必需），每個E.Coli細胞內大約有400個分子的polI。

①5′→3′聚合作用②3′→5′核酸外切酶的活性③5′→3′核酸外切酶的活性④焦磷酸解作用⑤焦磷酸基交換的作用因此DNApolI屬于一種多功能酶功能：★DNApolI也稱Kornberg酶,Mr10495′→3′聚合作用：

DNApolI不能“從無到有”進行合成，只能從已有的多核苷酸鏈的3′-OH端延長DNA鏈，即必須要有Primer（引物）,primer多數情況下是RNA，少數情況下是DNA，Primer必須要有一個游離的3′-OH。

5′→3′聚合作用：50

模板：

單鏈DNA（單鏈線狀DNA、單鏈環狀DNA）；局部變成了單鏈的雙鏈DNA；有切口（nick）的雙鏈DNA；有缺口（gap）的雙鏈DNA；注意：完整的雙鏈DNA不能作模板。

模板：51單鏈線狀DNA單鏈環狀DNAB.局部變成了單鏈的雙鏈DNAC.有切口（nick）的雙鏈DNAD.有缺口（gap）的雙鏈DNA模板－引物5'3'5'3'A.單鏈DNA5'3'3'3'5'缺口填充3'3'3'5'5'3'單鏈線狀DNA單鏈環狀DNAB.局部變成了單鏈C.有切52用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶處理DNApolI可以得到兩個片段。A.大片段：第324～928氨基酸殘基組成，Mr68000，具有聚合酶的活性和3′→5′核酸外切酶的活性，這大片段稱Klenowfragment。

B.小片段：第1～323個氨基酸殘基組成，Mr35000，具有5′→3′核酸外切酶的活性。

用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶處理DNApolI可以得到兩個53大片段：3′→5′核酸外切酶的主要功能是校對。

大片段：3′→5′核酸外切酶的主要功能是校對。545′→3′核酸外切酶的主要功能在DNA修復和切除引物中起作用。小片段：5′→3′核酸外切酶的主要功能在DNA修復和切除引物中起作用55PolII是由一條Mr為88Kd的多肽鏈組成，它的活性大約只有polI活性的5%，也要模板和帶3′—OH的引物，最好的模板是帶短的gap的雙鏈DNA，有3′→5′核酸外切酶的活性，但沒有5′→3′核酸外切酶的活性，主要用于DNA的修復。

★DNAPolymeraseII（DNApolII）：1970年和1971年先后分離出polII和polIII。PolII是由一條Mr為88Kd的多肽鏈組成，56

是由多種蛋白質組成的復合物,

Mr

高達900Kd。

每個Ecoli約含10分子DNApolIII，雖然polIII的量很少，但活性很強，為polI的15倍，模板和polII大致相同，有3′→5′核酸外切酶的活性，但無5′→3′核酸外切酶的活性，DNApolIII是原核細胞DNA復制的主要酶。這個酶的缺陷株往往是致死的。

★DNApolymeraseIII(DNApolIII)：是由多種蛋白質組成的復合物,Mr高達900Kd。57★

DNApolymeraseIV和V（DNApolIV和V）：

1999年才被發現，涉及DNA的錯誤傾向修復，當DNA受到嚴重損傷時，即可誘導產生這兩種酶，使修復缺乏準確性，因而出現高的突變率。★DNApolymeraseIV和V（DNApol58大腸桿菌三種DNA聚合酶的比較大腸桿菌三種DNA聚合酶的比較59

有DNApol.α、β、γ、δ、ε5種，除DNApolr存在于線粒體內，其余均存在于細胞核中。它們的差別除了細胞定位外，主要在于動力學性質和對抑制劑的敏感性不同。其他性質基本上同E.coli的聚合酶，也需要模板,帶3′-OH的引物和4種脫氧核苷三磷酸，鏈的延伸方向為5′→3′。

（2）真核生物DNA聚合酶有DNApol.α、β、γ、δ、ε5種，除60哺乳動物DNA聚合酶哺乳動物DNA聚合酶612.DNA連接酶（DNAligase）催化雙鏈DNA切口的5′磷酸基和3′羥基生成磷酸二酯鍵。連接酶催化DNA復制中最后的反應步驟。

連接反應需要供給能量。E.coli和其他細菌的DNA連接酶以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）為能源，動物細胞和噬菌體的連接酶則以腺苷三磷酸（ATP）為能源。2.DNA連接酶（DNAligase）催化雙鏈DNA62

此酶首先在E.Coli中發現，當時稱ω-蛋白，后來在真核生物中也發現了類似活性的酶，真核生物中的這類酶名稱各不相同，有稱nicking-closingenzyme（切口開合酶，切口閉合酶等），untwistingenzyme（解纏酶）。（1）topoisomeraseI（拓撲異構酶I，TopI；旋轉酶I）

這個酶的功能是切開超螺旋雙鏈DNA中的一條鏈，鏈的切口末端就可轉動，使DNA變成松馳狀態，然后再將切口封閉，這酶作用時不消耗ATP。

3.使DNA雙螺旋解開所需的酶或蛋白質

此酶首先在E.Coli中發現，當時稱ω-蛋63

它的功能也是使超螺旋松馳。在消耗ATP的情況下，能將復制叉前方產生的正超螺旋變成負超螺旋。在無ATP時，可同時切開超螺旋的兩條鏈，使DNA變成松馳狀態，然后將切口封接好，克服解鏈過程中在復制叉前方造成的“打結”現象。

（2）topoisomeraseII（拓撲異構酶II，TopII；旋轉酶II）

這酶首先也是在E.Coli中發現。它的功能也是使超螺旋松馳。在消耗ATP的情況下，64（3）DNAhelicase（DNA解螺旋酶，DNA解旋酶，DNA解鏈酶）通過水解ATP獲得能量,使雙螺旋DNA兩條鏈分開。

目前已知E.Coli含有4種解螺旋酶，即解螺旋酶I、II、III和Rep蛋白，其中Rep蛋白是E.Coli中最主要的解螺旋酶，每解開一個堿基對需水解2分子ATP。通過水解ATP打斷互補雙鏈間的氫鍵。

（3）DNAhelicase（DNA解螺旋酶，DNA解65

功能：與解開雙螺旋后的單鏈DNA結合，防止單鏈DNA重新形成雙螺旋，另外防止單鏈DNA被核酸酶降解。

原核生物的SSB與單鏈DNA的結合表現為正協同效應，而真核生物的SSB沒有這種協同效應。（4）單鏈結合蛋白（Single-strandbindingproteins，SSB）功能：與解開雙螺旋后的單鏈DNA結合，防止單66（三）原核生物DNA的復制過程

1.DNA復制的起點和方向

原核生物：1個起點（originofreplication，復制起點，復制原點）。

復制起點核苷酸序列的特征:（1）堿基序列高度保守。（2）富含AT，有利于DNA的解鏈。方向:大多為雙向復制。（三）原核生物DNA的復制過程1.DNA復制67E.Coli染色體DNAθ復制:復制時有一個復制起點，雙向展開，形成θ狀中間物，直至兩個復制叉相遇，這種復制稱θ復制。

E.Coli染色體DNAθ復制:復制時有一個復制起點，雙向68

復制子:受同一個復制起始區控制的DNA被稱為復制子（replicon），它是復制的功能單位。原核細胞DNA復制只有一個復制起始區，因此它只有一個復制子。通常細菌、病毒和線粒體的DNA分子都是作為單個復制子完成復制的。真核生物：有很多復制起點，復制方向也是雙向。真核細胞的細胞核DNA復制有多個復制起始區，因此它包含多個復制子。

復制子:受同一個復制起始區控制的DNA被稱69起點起點+復制眼起點起點+復制眼70在復制的起始點處，DNA雙鏈部分解開為單鏈，形成叉子形狀稱復制叉（replicationfork）。在復制的起始點處，DNA雙鏈部分解開為單鏈，形成叉子形狀稱復71大多數生物DNA的復制是雙向的，但也有例外，如滾環式復制（rollingcirclereplication）。

大多數生物DNA的復制是雙向的，但也有例外，722.DNA的半不連續復制（semi-discontinuousreplication）2.DNA的半不連續復制（semi-discontinuo73

所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5′→3′。1968年日本學者Okazaki岡崎提出了DNA的不連續復制模型，他認為3′→5′走向的DNA鏈的合成是不連續的，是由許多5′→3′方向合成的DNA片段連接起來的，這些不連續的DNA片段稱為岡崎片段（Okazakifragment）。原核細胞岡崎片段的長度為1000～2000個核苷酸，相當于1個順反子（cistron）的大小，即基因的大小；真核生物岡崎片段的長度為100～200個核苷酸，相當于1個核小體DNA的大小。

3′→5′走向的DNA鏈是不連續的，5′→3′走向的DNA鏈是連續的，因此稱半不連續復制。

所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5′→3′74

在DNA復制時，以3′→5′方向為模板合成的一條新鏈是連續的,稱前導鏈（leadingstrand），它的延伸方向與復制叉的移動方向相同。另一條新鏈的合成是不連續的，由許多5′→3′方向的岡崎片段組成，這條新鏈稱滯后鏈（laggingstrand），它的延伸方向與復制叉的移動方向相反。

在DNA復制時，以3′→5′方向為模板合成的一75DNA聚合酶不能“從無到有”地合成多核苷酸鏈，只能從已有的多核苷酸鏈上延長，這個已有的多核苷酸鏈就是引物，所以DNA的合成必須要有引物，體內的引物多數情況下是RNA，但也可利用體內原有的DNA片段。

3.DNA的合成需要以RNA為引物DNA聚合酶不能“從無到有”地合成多核苷酸鏈76

以單鏈DNA為模板，沿5′→3′方向合成小分子RNA引物，在大腸桿菌中RNA引物（RNAprimer）由引發酶（primase）催化，引物的長度1～60個核苷酸（引物的長度取決于物種）。

以單鏈DNA為模板，沿5′→3′方向合成小分子77合成RNA引物的過程稱引發，引發是一個十分復雜的過程（a,b,c)。

4.引發（priming）—DNA合成的起始

（a）大約20個DnaA蛋白各帶1個ATP結合到4個9bp的重復序列上，DNA纏繞在上面，形成起始復合物（initialcomplex）。

合成RNA引物的過程稱引發，引發是一個十分復雜的過程（a,b78（b）HU蛋白是類組蛋白，可與DNA結合，促進起始，受其影響，鄰近的三個13bp重復序列被變性成開鏈復合物（opencomplex），即解鏈而形成－小段單鏈，所需能量由ATP供給。

（b）HU蛋白是類組蛋白，可與DNA結合，促進起始，受其影響79（c）DnaB（解鏈酶）在Dnac的幫助下結合于解鏈區，DnaB借助水解ATP產生的能量，沿DNA鏈5′→3′方向移動，解開DNA的雙鏈，此時稱為預引發體(preprimosome)

，再與引發酶（primase）組裝成引發體(primosome），才能起引發作用。

（c）DnaB（解鏈酶）在Dnac的幫助下結合于解鏈區，Dn805.DNA復制叉的結構和鏈的延長

DNA復制時，DNA雙螺旋的解開靠helicase（解螺旋酶）、SSB、TopII（i.eDNAgyrase),RNA引物合成后，DNApolIII與復制叉結合，形成復制體（replisome）的結構，而啟動DNA的合成。復制體為大的多分子復合物，由DNApolIII以及其他酶和蛋白質組成，組裝于細菌染色體的復制叉，并在DNA復制中完成各種各樣的反應。

5.DNA復制叉的結構和鏈的延長DNA復8111核酸代謝課件講義82

復制起點解開后形成2個復制叉，進行雙向復制，前導鏈和滯后鏈的合成都需要RNA引物，前導鏈先由引發酶在起點處合成一段RNA引物，隨后DNApolIII即在引物上加脫氧核苷酸。前導鏈的合成與復制叉的移動保持同步。

復制起點解開后形成2個復制叉，進行雙向復制，前83滯后鏈的合成是分段進行的，需要不斷合成岡崎片段的RNA引物，然后由DNApolIII加入脫氧核苷酸。

滯后鏈的合成是分段進行的，需要不斷合成岡崎片段的RNA引物，84滯后鏈的合成比較復雜，由于DNA的兩條互補鏈方向相反，為使后隨鏈能與前導鏈被同一個DNApolIII不對稱二聚體所合成，后隨鏈必須繞成一個環狀（loop）。

合成岡崎片段不斷與模板脫開，然后在新的位置又與模板結合。滯后鏈的合成比較復雜，由于DNA的兩條互補鏈方向相反，為使后856．鏈的終止

（1）除去引物：DNApolI，有5′→3′核酸外切酶的活性，可把RNA引物除去，所出現的缺口（gap）由DNApolI按模板要求將缺口填滿。

（2）DNA連接酶將相鄰的兩個核苷酸的磷酸二酯鍵連接起來成大分子DNA，再形成一定的空間結構。6．鏈的終止（1）除去引物：DNApolI，有5′→3′86真核生物DNA復制與原核生物DNA復制大體相同，但有差異：

（1）原核生物每時每刻都在復制，而真核生物DNA的復制在細胞周期的S期。

（2）原核生物DNA的復制只有1個復制起始點，而真核生物DNA的復制有許多復制起始點。

（3）原核生物與真核生物DNA復制的酶不同，切除引物的酶亦不同。真核生物DNA復制與原核生物DNA復制大體相同，但有差異：87（4）真核生物的DNA與組蛋白組裝成核小體。

（5）端粒和端粒酶：真核生物染色體DNA是雙鏈線狀，由于DNA合成需要RNA作引物，引物除去后，5′端留下一段無法填補的空缺，這樣DNA復制后就會愈來愈短，而生物體有端粒酶來解決這個問題。

（4）真核生物的DNA與組蛋白組裝成核小體。（5）端粒和端88端粒（telomere）：指真核細胞線狀染色體末端的DNA序列。

端粒酶（telomerase）：由RNA和蛋白質組成的一個復合物，以端粒酶中的RNA（有特殊的序列）為模板，通過反轉錄合成端粒DNA。

端粒（telomere）：指真核細胞線狀染色體末端的DNA序89二、反轉錄（逆轉錄，reversetranscription）

1970年有人從致癌RNA病毒中發現了依賴于RNA的DNA聚合酶（RNA-dependentDNApolymeraseRDDPme）or稱RNA指導的DNA聚合酶（RNA-directedDNApolymerase）,即反轉錄酶（reversetranscriptase,RT），能以RNA為模板合成DNA。

DNA轉錄反轉錄RNA二、反轉錄（逆轉錄，reversetranscriptio90

后來在胚胎細胞和正常細胞中也分離得到了這種酶，反轉錄酶的發現使中心法則更完善。

復制DNA轉錄反轉錄RNA翻譯蛋白質后來在胚胎細胞和正常細胞中也分離得到了這種酶91反轉錄酶催化的反應:n1dATPn2dGTPn3dCTPn4dTTPRNA，引物，Mg2+還原劑，反轉錄酶DNA+(n1+n2+n3+n4)PPi反轉錄酶催化的反應:n1dATPRNA，引物，Mg2+還92反轉錄酶催化的反應:反轉錄酶催化的反應:93三、DNA的修復

DNA復制的速度很快，每分子酶每分鐘合成約1000個核苷酸片段。E.Coli5×106bp,30min;human3×109bp,8h。另外生物體生長的環境中種種物理和化學因素可作用于DNA，引起DNA結構的改變，使DNA受到損傷（damage），生物體有修復系統可使受損傷的DNA得到修復。

三、DNA的修復DNA復制的速度很快，每分94（1）損傷：形成嘧啶二聚體（2）形成酶－DNA復合物：光復活酶結合于損傷部位（3）酶被可見光激活（4）修復后釋放酶5'3'5'3'hυ1、光復活作用（photoreactivation）（1）損傷：形成嘧啶二聚體（2）形成酶－DNA復合物：光95嘧啶二聚體嘧啶二聚體962、切除修復（excisionrepair）2、切除修復（excisionrepair）973、重組修復（recombinationrepair）當DNA發動復制時尚未修復的損傷部位可以先復制后修復。從同源DNA的母鏈上將相應核苷酸序列片段移至子鏈缺口處，然后用再合成的序列來補上母鏈的空缺。此過程稱為重組修復。

3、重組修復（recombinationrepair）當98錯配修復實際上是一種特殊的核苷酸切除修復，它專門用來修復在DNA復制中出現的新合成DNA鏈上的錯配的堿基。但如何避免將DNA鏈上正確的堿基切除呢？這就需要將oldstrand和newstrand區分開來。

4、錯配修復（mismatchrepair）錯配修復實際上是一種特殊的核苷酸切除修復，它專門用來修復在D99

錯配修復是一個非常耗能的過程。錯配的堿基距離GATC序列越遠，被切除的核苷酸就越多，重新合成新鏈所需要消耗的脫氧核苷三磷酸單體就越多。無論消耗多少dNTPs，目的都是為了修復一個錯配的堿基，這說明機體為了維護遺傳物質的穩定性可以說不惜一切代價。

真核生物DNA錯配修復機制與原核生物大致相同，但區分oldstrand和newstrand的機制不同，詳細的機理還不十分清楚。

錯配修復是一個非常耗能的過程。錯配的堿基距離GA1005、SOS修復（SOSrepair）

SOS比喻細胞處于危險狀態，是細胞DNA合成受到阻斷或DNA受損傷時誘導產生的一種錯誤傾向修復。在DNA合成受阻或DNA受損傷時誘導出一種新的DNA聚合酶，這種新的DNA聚合酶能通過DNA損傷部位而進行復制，但復制的精確度很低。校對功能很差，因而容易出現復制的差錯，從而導致高的突變率。

5、SOS修復（SOSrepair）SO101四、DNA復制的高度忠實性

DNA的復制是高度忠實的，出現差錯的機會很小，出錯的幾率在10-8～10-10之間，即每復制108～1010bp才出現1次錯誤。主要有5種機制使DNA復制的錯誤率降到很低。

2.DNA聚合酶的兩步反應機制。3.DNA聚合酶具有自我校對能力，可及時切除錯配的堿基。4.錯配修復。5.RNA引物。1.通過核苷酸合成的調節機制保持細胞內4種脫氧核苷三磷酸濃度的平衡。四、DNA復制的高度忠實性DNA的復制是102五、DNA與變異

突變染色體畸變基因突變基因突變（geneticmutation）：DNA的脫氧核苷酸序列發生改變。

五、DNA與變異突變染色體畸變基因突變基因突變（ge103基因突變的幾種主要形式：①堿基取代（basesubstitution，也稱堿基置換）A.轉換（transition）：兩種嘌呤之間或兩種嘧啶之間的互換，最為常見。B.顛換（transversion）：嘌呤與嘧啶之間或嘧啶與嘌呤之間的互換。②堿基缺失（basedeletion）③堿基插入（baseinsertion）基因突變的幾種主要形式：①堿基取代（basesubsti104突變的原因：①自發突變②誘發突變如紫外線、X-射線、亞硝酸、烷化劑、堿基類似物（如：5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤等，它們可造成堿基配對的改變）、嵌入染料（如丫啶橙、原黃素、溴化乙錠）等。突變的原因：①自發突變②誘發突變如紫外線、X-射線、105亞硝酸能脫去堿基上的氨基改變堿基配對

次黃嘌呤

黃嘌呤

胞嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤亞硝酸能脫去堿基上的氨基改變堿基配對次黃嘌呤黃嘌呤胞嘧106六、基因工程（geneengineering）基因的體外重組，即基因工程(geneticengineering)①獲得目的基因②基因載體（vector）③目的基因與基因載體連接形成重組DNA④通過轉化或其它方法將重組DNA分子引入受體細胞⑤被轉化細胞的篩選和繁殖六、基因工程（geneengineering）基因的體107基因工程示意圖基因工程示意圖108RNA的生物合成RNA的生物合成109一、轉錄（transcription）

轉錄是遺傳信息從DNA轉移到RNA的過程。

轉錄過程的發現是由于發現了DNAdirected/dependentRNApolymerase(DDRPase)，簡稱RNA聚合酶或稱轉錄酶。RNA的生物合成有2條途徑：（1）DNA指導下RNA的生物合成，即轉錄。（2）RNA的復制。

一、轉錄（transcription）轉錄是遺傳信息從DN110RNA聚合酶催化的轉錄反應：n1ATP+n2GTP+n3CTP+n4UTPDNA指導的RNA聚合酶DNA（模版），Mg2+RNA+(n1+n2+n3+n4)PPi模板：DNA引物：不需要底物：4種NTP合成方向：5′→3′輔助因子：Mg2+orMn2+（促進聚合反應）RNA聚合酶催化的轉錄反應：n1ATPDNA指導的RNA聚111轉錄反應RNA也可以指導RNA或DNA的合成，前一過程為RNA復制，后一過程為逆轉錄。個別的RNA還具有催化功能。轉錄反應RNA也可以指導RNA或DNA的合成，前一過程為RN112E.ColiRNA聚合酶

全酶:α2ββ′σ核心酶：α2ββ′α2ββ′σ（全酶holoenzyme）=α2ββ′+σ（一）RNA聚合酶原核生物RNA聚合酶與真核生物RNA聚合酶的異同E.ColiRNA聚合酶全酶:α2ββ′σ（一）R113E.ColiRNA聚合酶全酶

啟動子E.ColiRNA聚合酶全酶啟動子114E.ColiRNA聚合酶的組成

原核生物RNA聚合酶可以被利福霉素（rifamycin）和利鏈霉素(streptolydigin)抑制。

E.ColiRNA聚合酶的組成原核生物RNA聚合酶可以被115

真核生物RNA聚合酶根據它們對α-鵝膏蕈堿（α-amanitin）的敏感性不同分為RNA聚合酶I（A）、II（B）、III（C）。

α-鵝膏蕈堿真核生物RNA聚合酶根據它們對α-鵝膏蕈堿（α-am116對抑制物的敏感性

酶的種類

真核生物RNA聚合酶

對高濃度α-鵝膏蕈堿敏感

RNA聚合酶III

對低濃度α-鵝膏蕈堿敏感

RNA聚合酶II

對α-鵝膏蕈堿不敏感

RNA聚合酶I

對抑制物的敏感性酶的種類真核生物RNA聚合酶對高濃度α117真核生物RNA聚合酶的細胞定位和轉錄產物真核生物RNA聚合酶的細胞定位和轉錄產物118（二）原核生物轉錄的過程

1.轉錄的一般原則

（1）模板:體內DNA中的一條鏈被轉錄，體外DNA的兩條鏈都能被轉錄。

模板鏈（templatestrand）

編碼鏈（codingstrand）不是整個DNA分子的信息都被轉錄成一個RNA，而是某些基因以DNA的這一條鏈作為模板，而另一些基因以DNA的另外一條鏈作為模板。

（二）原核生物轉錄的過程1.轉錄的一般原則（1）模板119基因表達基因表達120（4）第一個被轉錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（約為90%），其中以烏嘌呤核苷酸最為常見。

（2）轉錄過程中需要模板，需要DNA解鏈，但不需要引物

。（3）以4種核苷三磷酸為底物，并需要Mg2+激活。（5）轉錄的方向的5′→3′，這與DNA的復制完全一致。（6）轉錄具有高度的忠實性。（7）轉錄受嚴格調控。（4）第一個被轉錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（約為90%），其1212.轉錄的起始

（1）啟動子（promoter）的概念

啟動子是指RNA聚合酶識別，結合并開始轉錄的一段DNA序列，它包括4個區域：轉錄的起始點，

-10區(pribnowbox，富含AT，其一致序列為TATAAT)-35區一致序列為TTGACA，

-10與-35之間的序列。

DNA的轉錄過程包括：起始、延長和終止。

2.轉錄的起始（1）啟動子（promoter）的概念D12211核酸代謝課件講義123原核生物的RNA聚合酶能直接識別啟動子，并與啟動子結合，從而啟動基因轉錄。原核生物的RNA聚合酶能直接識別啟動子，并與啟動子結合，從而124轉錄起始點（startpoint）為+1，位于它上游的序列為負數，位于它下游的序列為正數，沒有零。轉錄起始點（startpoint）為+1，位于它上游的序列125RNA聚合酶與啟動子區結合，先形成“閉合式”復合物

然后DNA解鏈，再形成酶—開鏈“開放式”復合物，RNA轉錄開始

核苷酸被引入“開放式”復合物，產生RNA的5′端，至RNA達一定長度（6～9個核苷酸）

（2）RNA聚合酶對啟動子的識別、結合和轉錄起始復合物的形成σ亞基從復合物中解離RNA聚合酶與啟動子區結合，先形成“閉合式”復合物然后DN126RNA合成不需要引物，按照DNA中一條鏈的堿基序列選擇1stand2nd核苷三磷酸，合成第一個磷酸二酯鍵，RNA鏈上參入的第一個核苷酸通常是嘌呤，因此新生RNA的5′端通常是pppAorpppG。

轉錄起始后，σ因子就從起始復合物中解離。

RNA合成不需要引物，按照DNA中一條鏈的堿127σ因子釋放后，進入鏈的延長階段，核心酶的移動方向沿DNA的3′→5′方向

。3.鏈的延長核苷三磷酸底物以其α-磷酸基與新生RNA鏈3′端核苷酸中的3′-C上的羥基縮合形成3′，5′-磷酸二酯鍵，并釋放出焦磷酸。

轉錄完畢的DNA部位重新形成雙螺旋。

σ因子釋放后，進入鏈的延長階段，核心酶的移動方128RNA鏈沿5′→3′方向延伸轉錄泡RNA鏈沿5′→3′方向延伸轉錄泡129RNA合成的速度每秒鐘40個核苷酸，與蛋白質合成的速度相近（15個Aa/sec），但比DNA復制的速度（800bp/sec）要慢得多。RNA聚合酶在DNA分子上的運動不是勻速的，在經過富含GC對的序列8至10個核苷酸后，會發生一次暫停，這與轉錄的終止有關。

RNA合成的速度每秒鐘40個核苷酸，與蛋白質合130

當核心酶沿模板3′→5′方向移動到終止信號區域時，轉錄就終止。提供終止信號的DNA序列稱終止子。

終止有2種類型：不依賴ρ因子的終止，依賴于ρ因子的終止。

4.鏈的終止當核心酶沿模板3′→5′方向移動到終止信號區131不依賴于ρ因子的終止：這類終止子結構上有2個特征：（2）發夾結構末端緊跟6個連續的U，發夾結構阻礙了聚合酶的進一步延伸，RNA鏈的合成就終止，酶和mRNA就從模板DNA上釋放。

（1）DNA鏈的3′端附近有回文結構，富含G-C堿基，隨后緊跟的是A-T堿基，轉錄形成的RNA具有莖環的發夾形結構（hairpinstructure）。不依賴于ρ因子的終止：這類終止子結構上有2個特征：（2）發夾132不依賴ρ因子的終止不依賴ρ因子的終止133

依賴ρ因子（rhofactor）的終止：ρ因子是ρ基因編碼的一種酶，它具有ATPase的活性和解鏈酶的活性，在水解ATP的情況下，它沿著5′→3′方向轉錄物的3′端前進，直到遇到暫停在終止點位置的RNA聚合酶。隨后ρ因子通過解鏈酶的活性解開轉錄泡（transcriptionbubble）上的RNA/DNA形成的雜交雙螺旋，使RNA轉錄物得到釋放，從而終止轉錄。

依賴ρ因子（rhofactor）的終止：ρ134依賴ρ因子（rhofactor）的終止：依賴ρ因子（rhofactor）的終止：13511核酸代謝課件講義136（三）真核生物與原核生物轉錄的主要區別

1.真核細胞RNApol種類較多，根據它們對α-鵝膏蕈堿的敏感性不同分為RNApolI、II、III（orA、B、C），它們是高度分工的，不同的RNA聚合酶負責合成不同的RNA。

（三）真核生物與原核生物轉錄的主要區別1.真核細胞RNA1372.真核啟動子比原核啟動子更復雜和更多樣，不同的RNA聚合酶有不同的啟動子2.真核啟動子比原核啟動子更復雜和更多樣，不同的RNA聚138◆真核生物啟動子

（1）DNA序列在轉錄起始點的5’端區(上游區)（2）-30bp：TATA盒（Hognessbox）

（3）-90bp：GC盒

（4）-70bp：CAAT盒

GCCAAT-90-70◆真核生物啟動子

（1）DNA序列在轉錄起始點的5’端區(上1393.原核細胞靠RNApol本身可識別啟動子，而真核細胞的RNApol無法識別啟動子，要靠轉錄因子

(transcriptionfactor,TF）識別啟動子，有許多轉錄因子。轉錄因子的功能：調節RNA聚合酶的活性，將RNA聚合酶引到啟動子位置。3.原核細胞靠RNApol本身可識別啟動子，而真核細胞的1404.真核生物的轉錄受特定的順式作用元件（cis-actingelement）的影響，順式作用元件：真核生物DNA中與轉錄調控有關的核苷酸序列，包括增強子、沉默子等。

沉默子（silencer）：降低轉錄的速度，沉默子也稱抑制子。增強子（enhaucer）：增加轉錄的速度。

順式作用元件并不能直接發揮作用，要與反式作用因子（trans-actingfactors）相互作用來調控轉錄，反式作用因子是一些特殊的蛋白質因子。4.真核生物的轉錄受特定的順式作用元件（cis-acti1415.原核細胞基因轉錄的產物大多數為多順反子mRNA，這是由于原核轉錄系統中功能相關的基因共享一個啟動子，它們在轉錄時，以一個共同的轉錄單位進行轉錄。而真核細胞，每一種蛋白質的基因都有自己獨立的啟動子，所以真核細胞轉錄產物是單順反子mRNA。

5.原核細胞基因轉錄的產物大多數為多順反子mRNA，這是142原核真核DNAABCP轉錄mRNAABCDNAPAPBPC轉錄mRNAABC原核真核DNAABCP轉錄mRNAABCDNAPAPBPC轉1436.原核細胞是邊轉錄、邊翻譯，兩個過程幾乎是同時進行的，而真核細胞轉錄和翻譯在時間上和空間上都是分開的，轉錄在細胞核，翻譯在細胞質。

7.真核細胞中DNA與組蛋白結合在一起，形成染色質，后者進一步盤曲、折疊形成染色體，其中只有一小部分能轉錄。8.真核細胞被轉錄的產物要經過非常復雜的后加工。6.原核細胞是邊轉錄、邊翻譯，兩個過程幾乎是同時進行的，而144二、轉錄后的加工

RNA前體（初級轉錄產物，primarytranscript）

加工（斷裂、修剪、修飾）成熟RNA二、轉錄后的加工RNA前體加工（斷裂、修剪、修飾）成熟R145

真核細胞最初轉錄的產物是核內不均一RNA（HnRNA），是mRNA的前體。HnRNA分子量不均一，大小不同，沉降常數20s～100s，組成上類似于DNA（類似于DNA的RNA，D-RNA），代謝很快，迅速合成和降解。HnRNA分子很大，其中大約只有10%轉變成mRNA，其余在轉錄后的加工過程中被降解掉。

（一）mRNA前體的加工過程原核細胞的mRNA通常沒有轉錄后的加工過程。真核細胞最初轉錄的產物是核內不均一RNA（H146（1）戴帽（2）加尾（3）剪接（splicing）（4）修飾：主要是鏈內腺苷的甲基化hnRNA轉變成mRNA的加工過程包括：（1）戴帽hnRNA轉變成mRNA的加工過程包括：147mRNA前體的剪接，真核生物中的基因是不連續的，如雞卵清蛋白基因是不連續的。

mRNA前體的剪接，真核生物中的基因是不連續的，如雞卵清蛋白148外顯子（exonorextron）：真核細胞基因DNA中的編碼序列，這部分序列可轉錄為RNA，并翻譯成蛋白質，也稱表達序列。

外顯子和內含子都被轉錄在初級轉錄物（HnRNAorpre-mRNA）中，以后由剪接酶（splicingenzyme）催化剪接去掉內含子，將相鄰的外顯子連接起來，稱剪接（splicing）。

內含子（intron）：真核細胞基因DNA中的不編碼序列，這部分序列并不編碼蛋白質，又稱間隔序列或插入序列。外顯子（exonorextron）：真核細胞基因DNA中149（二）rRNA前體的加工過程

原核細胞rRNA有三種16S、23S和5SrRNA，這三種rRNA是一個轉錄單位，一起轉錄的。cleavage剪切

（二）rRNA前體的加工過程原核細胞rRNA有三種16S150真核細胞有4種rRNA：28S、18S、5.8S和5SrRNA，是兩個轉錄單位，18S、5.8S和28SrRNA的前體是45S，是一個轉錄單位，5SrRNA是單獨的一個轉錄單位。45SRNA包含18S、5.8S、28SrRNA，它們被間隔序列隔開，加工的第一步在45SRNA的特定位點上進行甲基化，以后剪切基本上與原核rRNA相似。

5SrRNA是單獨的一個轉錄單位，以類似于tRNA的方式進行加工。真核細胞有4種rRNA：28S、18S、5.8S和5SrRN151四膜蟲26SrRNA前體的自我剪接。表示這種RNA有催化功能，稱為核酶。四膜蟲26SrRNA前體的自我剪接。表示這種RNA有催化功能152●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

四膜蟲

26SrRNA核酶（ribozyme）應用

前體6.4kb414bp內含子

5.986kb

無酶催化，自身剪接具有催化功能的RNA

切割特異性RNA序列具特定的二級結構---槌頭結構人工合成核酶的槌頭結構破壞HIV病毒

●核酶---真核生物rRNA的自身剪切

前體6.4kb15311核酸代謝課件講義154（三）tRNA前體的加工過程

tRNA前體的加工主要包括3步:

（1）剪切（cleavage）和剪接（splicing）（2）3′端加CCA（3）堿基修飾：甲基化、尿嘧啶還原成二氫尿嘧啶、脫氨反應，尿苷酸轉化為假尿苷酸等。

（三）tRNA前體的加工過程tRNA前體的加工主要包括3步155tRNA前體的加工tRNA前體的加工156使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得157使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有！使用時，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得158

少數生物主要是RNA病毒是靠RNA的復制把遺傳信息傳至下一代。

RNA復制是指以RNA為模板合成RNA的過程。催化此過程的酶稱RNA復制酶或簡稱復制酶（replicase）或稱RNA–dependent/directedRNApolymerase(RDRPase)。

三、RNA的復制(依賴于RNA的RNA的合成)少數生物主要是RNA病毒是靠RNA的復制把遺傳159磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分類DNA和RNA脫氧核糖核酸

核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)組成磷酸(phosphate)核苷酸核苷戊糖(ribose)堿基(base)嘌呤(purine)

嘧啶(pyrimidine)核酸定義NNH1324562′1′3′4′5′磷酸二酯酶核酸代謝核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，160主要內容

一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝

二DNA的復制三RNA的生物合成簡要了解

1核酸的酶促降解

2核苷酸的分解代謝

3核糖核苷酸的合成代謝

主要內容一核酸降解及核苷酸分解和合成代謝簡要了解

161核苷酸的生物學功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/dNTP）體內能量的利用形式（ATP）構成某些酶的輔酶（NAD、FAD、CoA）形成多種調節分子參與代謝調節（cAMP/cGMP）作為活化中間代謝物的載體（UDPG）核苷酸的生物學功能作為核酸合成的原料，最主要功能（NTP/d162食物核蛋白蛋白質核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既進入磷酸戊糖途徑又合成PRPP的原料嘌呤和嘧啶主要被分解排出體外核酸外切酶核苷酸胰核酸酶（磷酸二酯酶）核酸內切酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶（磷酸單酯酶）核苷水解酶核苷磷酸化酶堿基核苷酶戊糖食物核蛋白蛋白質核酸（RNA及DNA）胃酸核酸的消化與吸收既163嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶鳥嘌呤脫氨酶IMPH（Hypoxanthine，次黃嘌呤）次黃嘌呤氧化酶腺嘌呤脫氨酶尿酸氧化酶尿囊素..尿囊酸..NH3+CO2尿酸人和靈長類嘌呤堿最終代謝產物嘌呤的分解代謝AMPGMPGX（Xanthine，黃嘌呤）黃164痛風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痛風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165嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生嘧啶分解代謝胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+166核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：從頭合成途徑(denovosynthesispathway)——主要途徑，以氨基酸為原料合成堿基。補救途徑(salvagesynthesispathway)——

次要途徑，以堿基為原料合成核苷酸。二者在不同組織的重要性不同：肝等多種組織多為從頭合成途徑；腦、骨髓只能進行補救途徑。核糖核苷酸合成代謝嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸都有兩條合成途徑：167嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineNucleotides嘌呤核苷酸的代謝MetabolismofPurineN168嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨基酸（3）、甲酸鹽（一碳單位）等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應，合成嘌呤核苷酸的途徑。

肝是體內從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進行此合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的從頭合成定義合成部位嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖焦磷酸及二氧化碳、氨169嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酸鹽（一碳單位）甘氨酸甲酸鹽（一碳單位）谷氨酰胺（酰胺基）嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酸鹽甘氨酸甲酸鹽谷氨酰胺170過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成過程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成171R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉移酶R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷1721.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉移酶②GAR合成酶③轉甲酰基酶④FGAM合成酶⑤AIR合成酶1.IMP的合成過程①磷酸核糖酰胺轉移酶17311核酸代謝課件講義174IMP生成總反應過程IMP生成總反應過程175①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶2、AMP和GMP的生成①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶2、AMP和GM176AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD177

嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。

IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點嘌呤核苷酸是在PRPP分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸從頭合178

利用體內游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（或重新利用）途徑。（二）嘌呤核苷酸的補救合成途徑定義利用體內游離的嘌呤或嘌呤核苷，經過簡單的反應，合成嘌呤核苷179腺嘌呤磷酸核糖轉移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)參與補救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉移酶參與補救合成的酶180腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+181補救合成的生理意義

補救合成節省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。體內某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行補救合成。補救合成的生理意義補救合成節省從頭合成時的能量和一些氨基酸182（三）嘌呤核苷酸的相互轉變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3（三）嘌呤核苷酸的相互轉變IMPAMP腺苷酸代XMPGMPN183（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、U、C等堿基）（四）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進行184dNDP

+

ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷185（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物