第八章--核酸与蛋白质的生物合成(中职护理《生物化学》)

.核酸与蛋白质的生物合成九江市卫生学校邹弯第八章.学习内容.核酸与蛋白质——生命的物质基础核酸——遗传的物质基础，指导蛋白质的生物合成蛋白质——遗传信息的表达者和生命特征的体现者.第一节核酸的分子组成、结构与理化性质.是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，起携带和传递遗传信息的作用。概念核酸是从细胞核中分离得到一种含磷的酸性化合物，1968年瑞士青年医生FridrichMiescher在脓细胞中首次分离发现，后来被证实核酸是遗传的物质基础。分类脱氧核糖核酸DNA细胞核核糖核酸RNA细胞质储存遗传信息参与遗传信息的传递和表达.RNA按生物学功能可分为：信使RNA(messengerRNA,mRNA)转运RNA(transferRNA,tRNA)核蛋白体RNA(ribosomalRNA,rRNA).一，核酸的分子组成（一）核酸的元素组成（二）组成核酸的基本成分C、H、O、N、P（9~10%）碱基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸嘌呤碱嘧啶碱核糖脱氧核糖(H3PO4).（二）组成核酸的基本成分1，磷酸——H3PO42，戊糖P—OHHO—︱OHO‖（RNA）1´2´3´4´5´OHOCH2OHOHOH核糖（DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖H.3，含氮碱基（二）组成核酸的基本成分嘌呤嘧啶碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有DNA:AGCT※RNA:AGCU.嘌呤3，含氮碱基N12N3456N78N9腺嘌呤(A)NNNNHNH2鸟嘌呤(G)NHNNNHONH2.嘧啶3，含氮碱基N12N3456胸腺嘧啶（T）NHNHOOCH3尿嘧啶（U）NHNHOO胞嘧啶（C）NHNNH2O.一，核酸的分子组成（三）组成核酸的基本单位——核苷酸(A、G、C、U)碱基核糖磷酸核苷键磷酸酯键核苷核苷酸（RNA）(A、G、C、T)碱基脱氧核糖核苷键脱氧核苷脱氧核苷酸（DNA）磷酸磷酸酯键.1，核苷由戊糖与碱基通过糖苷键连接而形成的化合物。糖苷键——戊糖的第1位C与嘌呤碱的第9位N或嘧啶碱的第1位N之间脱水缩合而成。腺嘌呤核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键胞嘧啶脱氧核苷1NNONH21'2'OHOHHHHCH2OHH糖苷键.2，核苷酸由核苷中戊糖的羟基（-OH）与磷酸以磷酸酯键连接而形成的化合物。磷酸酯键——核糖或脱氧核糖第5位C上的羟基（-OH）被磷酸酯化。NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键酯键.P28..两类核酸的基本成分和基本单位基本成分基本单位磷酸戊糖碱基核苷酸RNA磷酸核糖腺嘌呤（A）（AMP）一磷酸腺苷鸟嘌呤（G）（GMP）一磷酸鸟苷胞嘧啶（C）（CMP）一磷酸胞苷尿嘧啶（U）（UMP）一磷酸尿苷DNA磷酸脱氧核糖腺嘌呤（A）（dAMP）一磷酸脱氧腺苷鸟嘌呤（G）（dGMP）一磷酸脱氧鸟苷胞嘧啶（C）（dCMP）一磷酸脱氧胞苷胸腺嘧啶（T）（dTMP）一磷酸脱氧胸苷.二，核酸的分子结构(一)核苷酸的连接方式3’，5’-磷酸二酯键一个核苷酸C-3’上的羟基与另一个核苷酸C-5’上的磷酸脱水缩合形成的酯键。5′端3′端CGA.多核苷酸链RNA链:AMP、GMP、CMP、UMPDNA链:dAMP、dGMP、dCMP、dTMP方向：5’→3’主链骨架：磷酸和戊糖交替二，核酸的分子结构.二，核酸的分子结构(二)核酸的一级结构5′端3′端CGA多核苷酸链中核苷酸的排列顺序。由于各种核苷酸之间的差别只是碱基的不同，因此，核苷酸的排列顺序也称为碱基的排列顺序。.二，核酸的分子结构(三)核酸的空间结构.1,DNA的空间结构（1）DNA的二级结构——双螺旋结构.DNA双螺旋结构模型要点：①DNA由两条多核苷酸链组成，这二条链互相平行、方向相反，（一条为5’→3’走向，另一条为3’→5’走向）共同围绕同一中心轴以右手螺旋方式盘旋。.DNA双螺旋结构模型要点：②两条链上相对应的碱基按照碱基互补规律，通过氢键形成碱基配对。A-TG-C互补碱基：每一碱基对中的两个碱基。互补链：DNA分子中的两条链。.DNA双螺旋结构模型要点：③双螺旋的直径为2nm，碱基平面与中心轴垂直。碱基对之间距离为0.34nm，每一螺旋内含10个碱基对，故螺距为3.4nm。.DNA双螺旋结构模型要点：④DNA分子中互补碱基之间的氢键（横向）和相邻碱基平面之间的碱基堆积力（纵向）是维持DNA双螺旋结构稳定的主要作用力。.（2）DNA的三级结构——超螺旋结构1,DNA的空间结构DNA在二级结构的基础上，双螺旋结构进一步盘曲形成更加复杂的结构。DNA的双螺旋可成开链或闭链环状，经进一步折叠成麻花状的超螺旋结构。..2,RNA的空间结构（1）RNA的二级结构——发夹状结构RNA二级结构特点：1，RNA为单链结构（DNA为双链结构）2，RNA链中可在某些节段回旋折叠形成局部双链结构，也可进行碱基配对。A-UG-C3，RNA链中在没有碱基配对的节段形成突环。.（2）tRNA的二级结构——三叶草结构2,RNA的空间结构四个螺旋区三个环DHU环反密码环TψC环一个附加叉氨基酸臂反密码环TψC环DHU环附加叉.（3）tRNA的三级结构——倒L型结构2,RNA的空间结构在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型.（一）核酸的一般性质酸性紫外线最大吸收峰：260nm（二）核酸的变性与复性1，变性增色效应减色效应2，复性退火（三）核酸的分子杂交杂交三，核酸的理化性质.第二节核苷酸代谢.合成代谢嘌呤核苷酸（AMP、GMP）嘧啶核苷酸（UMP、CTP）脱氧核苷酸（dNDP）多磷酸核苷酸（NDP、NTP）分解代谢嘌呤核苷酸（A、G）嘧啶核苷酸（C、U、T）核苷酸代谢概况21.核苷酸的来源外源性——食物中核酸的消化吸收内源性——机体细胞的自身合成主要核苷酸不属于营养必需物质.一，核苷酸的合成代谢合成途径：从头合成途径：利用氨基酸、一碳单位、CO2和磷酸核糖等小分子物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核苷酸的途径。这是主要合成途径，主要在肝脏进行。补救合成途径：以游离的碱基或核苷为原料，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。脑、骨髓等只能进行此途径。.（一）嘌呤核苷酸的合成——从头合成途径（2）合成原料谷氨酰胺、天冬氨酸、甘氨酸、5-磷酸核糖、一碳单位、CO2肝、小肠和胸腺的胞液。（1）合成部位并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力。.天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位一碳单位CO2甘氨当中站,谷氮坐两边,左上天冬氨,头顶CO2还有俩一碳嘌呤碱合成的元素来源甘氨酸.（3）合成过程（一）嘌呤核苷酸的合成2.IMP（次黄嘌呤核苷酸）的合成3.AMP和GMP的生成1.PRPP(磷酸核糖焦磷酸)的生成.R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）PRPP在甘氨酸、一碳单位、谷氨酰胺、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,经9步反应IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺，PRA）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶（次黄嘌呤核苷酸）（腺嘌呤核苷酸）（鸟嘌呤核苷酸）.（一）嘌呤核苷酸的合成——补救合成途径合成部位:胞液(脑、骨髓为主)合成特点:过程简单，耗能少。利用现成的碱基或核苷合成核苷酸。合成过程：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPiAPRT次黄嘌呤＋PRPPIMP＋PPiHGPRT鸟嘌呤＋PRPPGMP＋PPiHGPRT.生理意义：（1）可直接利用细胞或饮食中的嘌呤或嘌呤核苷，能节省能量与氨基酸消耗；（2）某些器官如脑、骨髓等，缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶体系，只能进行补救合成。（一）嘌呤核苷酸的合成——补救合成途径.（二）嘧啶核苷酸的合成——从头合成途径主要是肝细胞胞液（1）合成部位：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连先合成UMP，再转变成CTP和dTMP（3）特点：（2）合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、5-磷酸核糖.嘧啶碱合成的元素来源氨基甲酰磷酸NCNCCC123456AspCO2Gln.（二）嘧啶核苷酸的合成——从头合成途径（4）合成过程先合成嘧啶环，再与PRPP连接。先合成UMP，再转变为其它嘧啶核苷酸。原料UMPUDPdTMPCTP.（三）脱氧核苷酸的合成在二磷酸核苷（NDP，N代表A、G、C、U）水平上直接还原生成二磷酸脱氧核苷（dNDP）。反应过程：NDPNADPH+H+dNDP核苷酸还原酶dNTP磷酸激酶NADP+.（三）脱氧核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）——由dUMP甲基化生成反应过程：dUMPTMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dTMP.（四）多磷酸核苷酸的合成反应过程：NMPNDPNTPADPATP激酶ADPATP激酶N代表不同的碱基.二，核苷酸的分解代谢碱基磷酸核苷酸核苷嘌呤碱（A、G）嘧啶碱磷酸核糖H2O磷酸核苷酸酶核苷磷酸化酶尿酸C、UTβ-丙氨酸β-氨基异丁酸.（一）嘌呤核苷酸的分解分解部位：肝脏、小肠及肾脏中GMP鸟嘌呤AMP次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶IMP反应过程：人体内嘌呤碱的最终代谢产物.尿酸特点：水溶性差；正常人血浆内尿酸含量低，约为0.12-0.36mmol/L。尿酸盐晶体沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病嘌呤核苷酸代谢酶缺陷体内核酸大量分解进食高嘌呤饮食肾功能障碍时血中尿酸↑0.48mmol/L痛风症.痛风症.（二）嘧啶核苷酸的分解嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶补救合成或进一步分解.胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸β-氨基异丁酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATAC糖异生.第三节核酸的生物合成.核酸的生物合成.生物学的中心法则复制蛋白质转录翻译DNARNA逆转录（亲代→子代）.复制：以亲代DNA为模板，根据碱基配对的原则，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则合成RNA，即将DNA所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的氨基酸顺序的过程。反转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。中心法则几个基本概念.一，DNA的生物合成.DNA——遗传信息的载体特点：准确的进行自我复制，使DNA成倍增加。细胞分裂的物质基础（一）DNA的复制.DNA的复制方式——半保留复制DNA复制时，首先是DNA的双螺旋结构松解，两条链之间的氢键断裂，然后DNA分子中的每一条链为模板，通过碱基配对，合成两个新的DNA分子。这种复制方式称为半保留复制。亲代DNA..1，DNA的复制体系①模板：亲代DNA(双链)②原料：dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)③引物：提供3’-OH末端的寡核苷酸引物（RNA)。④参与复制的主要酶类（重点）⑤参与复制的其他蛋白质因子：单链DNA结合蛋白（SSBP）.⑶参与复制的主要酶类.⑶参与复制的主要酶类聚合作用：催化dNTP通过3’-5’磷酸二酯键聚合成DNA多核苷酸链。引物：3’-OH末端的RNA引物方向：5′→3′核酸外切酶活性3′→5′外切酶活性:识别并切除不配对核苷酸5′→3′外切酶活性:去除RNA引物和突变基因.⑶参与复制的主要酶类是RNA聚合酶，合成短片段的RNA引物，为DNA复制提供3’—OH末端，由ATP供能，打开DNA双链间的氢键,解开双螺旋。.⑶参与复制的主要酶类作用：使DNA解旋变成松弛状态，以解决DNA复制过程中造成DNA分子打结、缠绕及连环的现象。.⑶参与复制的主要酶类若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。.1,DNA的复制过程.①DNA复制的起点原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向