山東大學(xué) 分子生物學(xué) 相關(guān)資料

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1、 分 子 生 物 學(xué) 教材：生物化學(xué)（第五版）周愛儒 主編 人民衛(wèi)生出版社 課時(shí)：38學(xué)時(shí) 教學(xué)參考資料： 生物化學(xué)應(yīng)試指南 周愛儒 主編 北京醫(yī)科大學(xué)出版社 輔助資料：生物化學(xué)與分子生物學(xué)習(xí)題集 于雪艷 張蓮英 主編 第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能（4學(xué)時(shí)） 本章重點(diǎn): 1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)。 2．核小體的概念。 3．DNA的變性、復(fù)性及分子雜交。 本章難點(diǎn)： DNA在真核細(xì)胞內(nèi)的組裝。 一、核酸的化學(xué)組成 基本要點(diǎn)： 1．核苷酸中的堿基成分 核苷酸由 堿基 嘌呤(A,G) 嘧啶（T

2、，C，U） 戊糖 β-D-核糖，β-D-2-核糖 磷酸 2．戊糖與核苷 核苷酸（脫氧核苷酸） 核苷（脫氧核苷）與磷酸通過酯鍵結(jié)合。 3．核苷酸的結(jié)構(gòu)與命名 核苷一磷酸（nucleoside monophosphate,NMP） 核苷二磷酸（nucleoside diphosphate,NDP） 核苷三磷酸（nucleoside triphosphate,NTP） 環(huán)腺苷酸（cycle AMP,cAMP） 環(huán)鳥苷酸（cycle GMP,cGMP） 基本概念： 基本要求：了解核苷酸的結(jié)構(gòu)。熟悉核苷酸的命名。掌握核苷酸的化學(xué)組成。

3、 二、核酸的一級結(jié)構(gòu) 基本要點(diǎn)： 1．DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu) 四種核苷酸或脫氧核苷酸按照一定的排列順序以3’，5’磷酸二酯鍵（phosphodiester linkage）相連形成的多聚核苷酸鏈或脫氧核苷酸（polydeoxynucleotides）, 稱為核苷酸序列(也稱為堿基序列)。脫氧核苷酸或核苷酸的連接具有嚴(yán)格的方向性，是前一核苷酸的３’-OH與下一位核苷酸的5’-位磷酸間形成3’，5’磷酸二酯鍵，構(gòu)成一個(gè)沒有分支的線性大分子。DNA的書寫應(yīng)從5'到3'。 2．RNA與DNA的差別 戊糖成分是核糖不是脫氧核糖; 嘧啶為胞嘧啶和尿嘧啶而不含有胸腺嘧啶, U代替了DNA

4、的T。DNA和RNA對遺傳信息的攜帶和傳遞是依靠核苷酸中的堿基排列順序變化而實(shí)現(xiàn)的。 基本概念：核酸的一級結(jié)構(gòu)。 基本要求：熟悉DNA與RNA的區(qū)別。 掌握核酸的一級結(jié)構(gòu)。 三、DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能 基本要點(diǎn)： 1．DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 ＤＮＡ的雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 Chargaff規(guī)則：①腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數(shù)總是相等（Ａ=T），鳥嘌呤的含量總是與胞嘧啶相等（G=C）；②不同生物種屬的DNA堿基組成不同，③同一個(gè)體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。 ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn) ①ＤＮＡ是一反向平行的互補(bǔ)雙鏈結(jié)構(gòu) 親水的脫氧核糖

5、基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)、而堿基位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈的堿基互補(bǔ)配對， A---T形成兩個(gè)氫鍵，G---C形成三個(gè)氫鍵。堆積的疏水性堿基平面與線性分子結(jié)構(gòu)的長軸相垂直。兩條鏈呈反平行走向，一條鏈５’→３’，另一條鏈?zhǔn)牵场怠?。）? ②DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu) DNA線性長分子在小小的細(xì)胞核中折疊形成了一個(gè)右手螺旋式結(jié)構(gòu)（圖３-7）。螺旋直徑為２nm。螺旋每旋轉(zhuǎn)一周包含了10對堿基，每個(gè)堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36°。螺距為3.4nm；堿基平面之間的距離為0.34nm。DNA雙螺旋分子存在一個(gè)大溝（major groove）和一個(gè)小溝（minor groove），目前認(rèn)為這些溝狀結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)和DNA間

6、的識別有關(guān)。 ③DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的維系 橫向靠兩條鏈間互補(bǔ)堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持，尤以堿基堆積力更為重要。 2．ＤＮＡ結(jié)構(gòu)的多樣性 B-DNA(Ｗatson-Crick模型結(jié)構(gòu)) Z-DNA A-DNA 3．DNA的超螺旋結(jié)構(gòu) DNA在雙鏈螺旋式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步折疊成為超級螺旋結(jié)構(gòu),在蛋白質(zhì)的參與下構(gòu)成核小體(nucleosome),再進(jìn)一步折疊將DNA緊密壓縮于染色體中。DNA的超螺旋-原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu) 絕大部分原核生物的DNA都是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋分子。這種雙螺旋分子還需再次螺旋化形成超螺旋結(jié)構(gòu)以保證其可以較致密的形式

7、存在于細(xì)胞內(nèi)(圖3-9)。 4．DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝 染色體的基本單位核小體。核小體由DNA和組蛋白共同構(gòu)成。組蛋白分子共有五種,分別稱為H1,H2A,H2B,H3和H4共同構(gòu)成了核小體的核心,稱為組蛋白八聚體(又稱核心組蛋白)。DNA雙螺旋分子纏繞在這一核心上構(gòu)成了核小體的核心顆粒（core particle）。核小體的核心顆粒之間再由DNA (約60個(gè)堿基對,bp)和組蛋白H1構(gòu)成的連接區(qū)連接起來形成串珠樣的結(jié)構(gòu)(圖3-10)。在此基礎(chǔ)上,核小體又進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)折疊,形成纖維狀結(jié)構(gòu)及襟狀結(jié)構(gòu)、最后形成棒狀的染色體,將近l m長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核中。 DNA

8、雙螺旋分子→組蛋白八聚體→DNA雙螺旋分子纏繞(核心顆粒)→串珠樣的結(jié)構(gòu)→維狀結(jié)構(gòu)及襟狀結(jié)構(gòu)→棒狀的染色體 5．DNA的功能 基因(gene) 就是DNA分子中的某一區(qū)段,經(jīng)過復(fù)制可以遺傳給子代,經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯可以保證支持生命活動(dòng)的各種蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)有序地合成。 DNA的基本功能就是作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板,它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ),也是個(gè)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。 一個(gè)生物體的全部基因序列稱為基因組(genome)。 基本概念：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、核小體 基本要求：了解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的研究背景及意義。 熟悉DNA結(jié)構(gòu)的多樣性及超螺旋結(jié)構(gòu)。 掌握DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模

9、型的要點(diǎn)及DNA的功能。 四、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能 基本要點(diǎn)： 1．信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能 細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA 初級產(chǎn)物比成熟的mRNA大得多,這種初級的RNA被稱為不均一核RNA (Hetergeneou nuclear RNA,hnRNA),它們在細(xì)胞核內(nèi)存在時(shí)間極短,經(jīng)過剪接成為成熟的mRNA并移位到細(xì)胞質(zhì)(見十二章)。成熟的mRNA由編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成,它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(圖3-11)如下: ①大多數(shù)的真核mRNA轉(zhuǎn)錄后在5'-端加一個(gè)7-甲基鳥苷,同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C'2也是甲基化的,這種m7G ppp N m結(jié)構(gòu)被稱為帽子結(jié)構(gòu)(cap sequence)。帽子結(jié)構(gòu)具有促

10、進(jìn)核蛋白體與mRNA的結(jié)合、加速翻譯起始速度的作用,同時(shí)可以增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性。 ②在真核mRNA的3'末端,有一多聚腺苷酸(poly A)結(jié)構(gòu),通常稱為多聚A尾。一般由數(shù)十個(gè)至一百幾十個(gè)腺苷酸連接而成。poly A是RNA生成后加上去的。poly A與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位及mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)。 各種mRNA的長短差別很大, mRNA分子的長短,決定翻譯的蛋白質(zhì)分子量的大小。各種RNA分子中, mRNA的半衰期最短,由幾分鐘到數(shù)小時(shí)不等,是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成速度的調(diào)控點(diǎn)之一。 mRNA的功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序(遺傳信息),按照堿基互補(bǔ)的原則,抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì),在蛋白質(zhì)合成中

11、用以翻譯成蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。mRNA分子上每3個(gè)核苷酸為一組,三聯(lián)體密碼(triplet code)。 2．轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (transfer RNA,tRNA)是細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一類核酸, 100多種tRNA都由70至90個(gè)核苷酸構(gòu)成。tRNA的功能是在細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA。 tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): ①分子中含10%~20%的稀有堿基(rare bases)。稀有堿基是指除A、G、C、U外的一些堿基,包括雙氫尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶(ψ,pseudouridine)和甲基化的嘌呤(mG,mA)等(圖3-12)。一般的

12、嘧啶核苷以雜環(huán)上N-1與糖環(huán)的C-1’連成糖苷鍵,假尿嘧啶核苷則用雜環(huán)上的C-5與糖環(huán)的C-1’相連。 ②tRNA核苷酸中存在局部互補(bǔ)配對的區(qū)域,可以形成局部雙鏈,進(jìn)而形成一種莖-環(huán)樣(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。中間不能配對的部分則膨出形成環(huán)狀或襻狀。tRNA形成三葉草形(cloverleaf pattern)二級結(jié)構(gòu)。分別稱為DHU環(huán)和Tψ環(huán),以及反密碼環(huán)。 反密碼子(anticoden)與mRNA相應(yīng)的三聯(lián)體密碼子堿基互補(bǔ)。例如負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)酪氨酸的tRNA(tRNATyr)的反密碼子5'-GUA-3'與mRNA上相應(yīng)的三聯(lián)體密碼子5'-UAC-3'(編碼酪氨酸)呈反向互補(bǔ)。 不

13、同的tRNA依照其轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸的差別,有不同的反密碼子。 X射線衍射結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)tRNA的共同三級結(jié)構(gòu)是倒L型(圖3-13b)。倒L形三級結(jié)構(gòu)中Tψ環(huán)與DHU環(huán)相距很近。 3．核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能 核蛋白體RNA(ribosomal RNA,rRNA)約占RNA總量的80%以上。rRNA與核蛋白體蛋白共同構(gòu)成核蛋白體或稱為核糖體(ribosome),原核生物和真核生物的核蛋白體均由易于解聚的大、小兩個(gè)亞基組成。 真核生物的核蛋白體小亞基由18S rRNA及30余種蛋白質(zhì)構(gòu)成；大亞基則由5S、5.8S、及28S三種rRNA加上近50種蛋白質(zhì)構(gòu)成(表3-3)。真核生物的18S rRN

14、A的二級結(jié)構(gòu)呈花狀(圖3-14),形似40S小亞基,其中多個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)為核蛋白體蛋白的結(jié)合和組裝提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 4．其他小分子ＲＮＡ 細(xì)胞的不同部位還存在著另外一些小分子的RNA，它們分別被稱為小核ＲＮＡ、小核仁ＲＮＡ、小胞質(zhì)RＮＡ等。這些小RNA分別參與hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)運(yùn)和加工。 5．核酶 某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNA的剪接。這種具有催化作用的ＲＮＡ被稱為核酶（ribozyme）。 基本概念：核酶 基本要求：了解HnRNA、SnRNA等小分子RNA的功能。 掌握mRNA、tRNA、rRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能。 五、核酸的理化性質(zhì)及其應(yīng)用 基本要

15、點(diǎn)： 1．核酸的一般理化性質(zhì) 核酸具有較強(qiáng)的酸性。DNA是線性高分子，粘度極大，RNA分子遠(yuǎn)小于DNA，粘度也小得多。DNA分子在機(jī)械力的作用下易發(fā)生斷裂。嘌呤和嘧啶環(huán)中均含有共軛雙鍵，因此對波長260ｎｍ左右的紫外光有較強(qiáng)吸收。這是DNA和RNA定量最常用的方法。 2．ＤＮＡ的變性 ＤＮＡ變性 在某些理化因素作用下，DNA分子互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵斷裂，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈。 加熱是實(shí)驗(yàn)室最常用的DNA變性的方法。 DNA的增色效應(yīng)（hyperchromic effect） 加熱時(shí)，DNA雙鏈解鏈過程中，內(nèi)部的堿基暴露，對260nm波長紫外光吸收增加，DNA的A260增

16、加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系。這種關(guān)系稱為DNA的增色效應(yīng)（hyperchromic effect）。 解鏈曲線 連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260的關(guān)系作圖，所得的曲線（圖3-15）。從曲線中可以看出，DNA的變性從開始解鏈到完全解鏈，是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度內(nèi)完成的，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50％時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度（融解溫度）（melting temprature,Tm）。在Tm時(shí)，核酸分子內(nèi)50%的雙鏈結(jié)構(gòu)被解開。一種DNA分子的Tm值的大小與其所含堿基中的G+C比例相關(guān)，G+C比例越高，Tm值越高。 Tm值計(jì)算公式：Tm＝69.3+0.41（%G+C

17、）， ＜20bp的寡核苷酸的Tm計(jì)算：Tm＝4（G+C）+2（A+T）。 3．ＤＮＡ的復(fù)性與分子雜交 DNA復(fù)性 變性DNA在適當(dāng)條件下，分開的兩條單鏈分子按照堿基互補(bǔ)原則重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象的現(xiàn)象。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，又稱為退火（annealing）。 DNA的復(fù)性速度受到溫度的影響，復(fù)性時(shí)溫度緩慢下降才可使其重新配對復(fù)性。如加熱后，將其迅速冷卻至４℃以下，則幾乎不可能發(fā)生復(fù)性。這一特性被用來保持DNA的變性狀態(tài)，一般認(rèn)為，比Tm 低25℃的溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。 核酸分子雜交（hybridization） 在DNA復(fù)性過程中，如果將不同來源的DNA單

18、鏈分子放在同一溶液中，或者將DNA和RNA分子放在一起，雙鏈分子的再形成既可以發(fā)生在序列完全互補(bǔ)的核酸分子間，也可以發(fā)生在那些堿基序列部分互補(bǔ)的不同的DNA之間或DNA與RNA之間。 核酸分子探針 用同位素、生物素或熒光染料標(biāo)記一小段已知序列的多聚核苷酸的末端或全鏈就可以作為探針，探針的序列如果與DNA或RNA序列互補(bǔ)，就可以探知核酸分子。 基本概念：DNA變性和復(fù)性、Tm值、增色效應(yīng)、減色效應(yīng)、核酸分子雜交 基本要求：了解核酸的一般理化性質(zhì)。 熟悉Tm值的計(jì)算。 掌握DNA的變性、復(fù)性及分子雜交。 六、核酸酶 基本要點(diǎn)： 核酸酶（nucleases）是指所有可以水解核酸的酶

19、，在細(xì)胞內(nèi)催化核酸的降解，以維持核酸（尤其是RNA）的水平與細(xì)胞功能相適應(yīng)。食物中的核酸也需要在核酸酶的作用下被消化。 按照作用底物 DNA酶（DNase）、RNA酶（RNase）。 核酸外切酶 ５’末端外切酶、３’末端外切酶 核酸內(nèi)切酶 作用于鏈的內(nèi)部，其中一部分具有嚴(yán)格的序列依賴性（4～8 bp），稱為限制性內(nèi)切酶。 核酸酶在DNA重組技術(shù)中是不可缺少的重要工具，尤其是限制性核酸內(nèi)切酶的應(yīng)用更是所有基因人工改造的基礎(chǔ)。 基本概念：核酸酶 基本要求：了解核酸酶的分類。掌握核酸酶的特性及應(yīng)用。 第九章 核苷酸代謝(3學(xué)時(shí)) 本章重點(diǎn)： 核苷酸最

20、主要的功能是作為核酸合成的原料，體內(nèi)核苷酸的合成有兩條途徑，一條是從頭合成途徑，一條是補(bǔ)救合成途徑。肝組織進(jìn)行從頭合成途徑，腦、骨髓等則只能進(jìn)行補(bǔ)救合成，前者是合成的主要途徑。核苷酸合成代謝中有一些嘌呤、嘧啶、氨基酸或葉酸等的類似物，可以干擾或阻斷核苷酸的合成過程，故可作為核苷酸的抗代謝物。體內(nèi)核苷酸的分解代謝類似于食物中核苷酸的消化過程，嘌呤核苷酸的分解終產(chǎn)物是尿酸，嘧啶核苷酸的分解終產(chǎn)物是β-丙氨酸或β-氨基異丁酸。核苷酸的合成代謝受多種因素的調(diào)節(jié)。 本章難點(diǎn)： 嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸從頭合成的原料及關(guān)鍵步驟、關(guān)鍵酶，嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的從頭合成代謝調(diào)節(jié)機(jī)制。核苷酸合成代謝過程中的

21、一些抗代謝物，以及它們的作用機(jī)理。 一、概述 要點(diǎn)： 1．核酸的消化 食物中的核酸大多以核蛋白的形式存在。核蛋白在胃中受胃酸的作用，分解成核酸與蛋白質(zhì)。核酸在小腸中受胰液和腸液中各種水解酶的作用逐步水解，最終生成堿基和戊糖。產(chǎn)生的戊糖被吸收參加體內(nèi)的戊糖代謝；嘌呤和嘧啶堿主要被分解排出體外。食物來源的嘌呤和嘧啶很少被機(jī)體利用。 2．核苷酸的分布 核苷酸是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位，人體內(nèi)的核苷酸主要有機(jī)體細(xì)胞自身合成，核苷酸不屬于營養(yǎng)必需物質(zhì)。核苷酸在體內(nèi)的分布廣泛。細(xì)胞中主要以5′-核苷酸形式存在。細(xì)胞中核糖核苷酸的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過脫氧核糖核苷酸。不同類型細(xì)胞中的各種核苷酸含量差異很大，同一

22、細(xì)胞中，各種核苷酸含量也有差異，核苷酸總量變化不大。 3．核苷酸的生物學(xué)功用 ①作為核酸合成的原料，這是核苷酸最主要的功能；②體內(nèi)能量的利用形式；③參與代謝和生理調(diào)節(jié)；④組成輔酶；⑤活化中間代謝物。 基本要求：掌握核苷酸的生物學(xué)功用。了解核酸消化概況，及核苷酸的分布情況。 二、嘌呤核苷酸代謝 要點(diǎn)： （一）嘌呤核苷酸的合成代謝 體內(nèi)嘌呤核苷酸的合成有兩條途徑，一是從頭合成途徑，一是補(bǔ)救合成途徑，其中從頭合成途徑是主要途徑。 1．嘌呤核苷酸的從頭合成 肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸粘膜和胸腺。嘌呤核苷酸合成部位在胞液，合成的原料包括磷酸核糖、天冬

23、氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳單位及CO2等。主要反應(yīng)步驟分為兩個(gè)階段：首先合成次黃嘌呤核苷酸（IMP），然后IMP再轉(zhuǎn)變成腺嘌呤核苷酸（AMP）與鳥嘌呤核苷酸（GMP）。嘌呤環(huán)各元素來源如下：N1由天冬氨酸提供，C2由N10-甲酰FH4提供、C8由N5，N10-甲炔FH4提供，N3、N9由谷氨酰胺提供，C4、C5、N7由甘氨酸提供，C6由CO2提供。嘌呤核苷酸從頭合成的特點(diǎn)是：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子基礎(chǔ)上逐步合成的，不是首先單獨(dú)合成嘌呤堿然后再與磷酸核糖結(jié)合的。反應(yīng)過程中的關(guān)鍵酶包括PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶、PRPP合成酶。PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶是一類變構(gòu)酶，其單體形式有活性，二聚體形式無活性。IM

24、P、AMP及GMP使活性形式轉(zhuǎn)變成無活性形式，而PRPP則相反。從頭合成的調(diào)節(jié)機(jī)制是反饋調(diào)節(jié)，主要發(fā)生在以下幾個(gè)部位：嘌呤核苷酸合成起始階段的PRPP合成酶和PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶活性可被合成產(chǎn)物IMP、AMP及GMP等抑制；在形成AMP和GMP過程中，過量的AMP控制AMP的生成，不影響GMP的合成，過量的GMP控制GMP的生成，不影響AMP的合成；IMP轉(zhuǎn)變成AMP時(shí)需要GTP，而IMP轉(zhuǎn)變成GMP時(shí)需要ATP。 2．嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成 反應(yīng)中的主要酶包括腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT），次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）。嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成的生理意義：節(jié)省從頭合成時(shí)能量和

25、一些氨基酸的消耗；體內(nèi)某些組織器官，例如腦、骨髓等由于缺乏從頭合成嘌呤核苷酸的酶體系，而只能進(jìn)行嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成。 3．嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變 IMP可以轉(zhuǎn)變成AMP和GMP，AMP和GMP也可轉(zhuǎn)變成IMP。AMP和GMP之間可相互轉(zhuǎn)變。 4．脫氧核苷酸的生成 體內(nèi)的脫氧核苷酸是通過各自相應(yīng)的核糖核苷酸在二磷酸水平上還原而成的。核糖核苷酸還原酶催化此反應(yīng)。 5．嘌呤核苷酸的抗代謝物 ①嘌呤類似物：6-巰基嘌呤（6MP）、6-巰基鳥嘌呤、8-氮雜鳥嘌呤等。6MP應(yīng)用較多，其結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，可在體內(nèi)經(jīng)磷酸核糖化而生成6MP核苷酸，并以這種形式抑制IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP及

26、GMP的反應(yīng)。 ②氨基酸類似物：氮雜絲氨酸和6-重氮-5-氧正亮氨酸等。結(jié)構(gòu)與谷氨酰胺相似，可干擾谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，從而抑制嘌呤核苷酸的合成。 ③葉酸類似物：氨喋呤及甲氨喋呤（MTX）都是葉酸的類似物，能競爭抑制二氫葉酸還原酶，使葉酸不能還原成二氫葉酸及四氫葉酸，從而抑制了嘌呤核苷酸的合成。 （二）嘌呤核苷酸的分解代謝 分解代謝反應(yīng)基本過程是核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷，進(jìn)而在酶作用下成自由的堿基及1-磷酸核糖。嘌呤堿最終分解成尿酸，隨尿排出體外。黃嘌呤氧化酶是分解代謝中重要的酶。嘌呤核苷酸分解代謝主要在肝、小腸及腎中進(jìn)行。嘌呤代謝異常：尿酸過多引起痛風(fēng)癥，患者血

27、中尿酸含量升高，尿酸鹽晶體可沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨及腎等處，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎疾病。臨床上常用別嘌呤醇治療痛風(fēng)癥。 基本概念 1．從頭合成途徑（de novo synthesis）：體內(nèi)嘌呤核苷酸的合成代謝中，利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸稱為從頭合成途徑。 2．補(bǔ)救合成途徑（salvage pathway）：利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)過程，合成嘌呤核苷酸，稱為補(bǔ)救合成途徑。 3．自毀容貌癥：又稱（Lesch-Nyhan綜合癥），是由于某些基因缺乏而導(dǎo)致HGPRT完全缺失的患兒，表現(xiàn)為自毀容貌癥。

28、基本要求 掌握嘌呤核苷酸從頭合成的原料，部位，關(guān)鍵酶，關(guān)鍵調(diào)節(jié)，及抗代謝物的主要種類和作用機(jī)制。掌握嘌呤核苷酸分解代謝參加的關(guān)鍵酶，主要終產(chǎn)物。熟悉嘌呤核苷酸從頭合成的步驟及調(diào)節(jié)。熟悉嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成的幾種反應(yīng)及參與的酶。 三．嘧啶核苷酸代謝 要點(diǎn) （一）嘧啶核苷酸的合成代謝 1．嘧啶核苷酸的從頭合成 肝是體內(nèi)從頭合成嘧啶核苷酸的主要器官。嘧啶核苷酸從頭合成的原料是天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2等。反應(yīng)過程中的關(guān)鍵酶在不同生物體內(nèi)有所不同，在細(xì)菌中，天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶是嘧啶核苷酸從頭合成的主要調(diào)節(jié)酶；而在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，嘧啶核苷酸合成的調(diào)節(jié)酶主要是氨基甲酰磷酸合成酶II。

29、主要合成過程：形成的第一個(gè)嘧啶核苷酸是乳氫酸核苷酸（OMP），進(jìn)而形成尿嘧啶核苷酸（UMP），UMP在一系列酶的作用下生成CTP。dTMP由dUMP經(jīng)甲基化生成的。嘧啶核苷酸從頭合成的特點(diǎn)是先合成嘧啶環(huán)，再磷酸核糖化生成核苷酸。 2．嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成 主要酶是嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，能利用尿嘧啶、胸腺嘧啶及乳氫酸作為底物，對胞嘧啶不起作用。 3．嘧啶核苷酸的抗代謝物 ①嘧啶類似物：主要有5-氟尿嘧啶（5-FU），在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)镕dUMP或FUTP后發(fā)揮作用。 ②氨基酸類似物：同嘌呤抗代謝物。 ③葉酸類似物：同嘌呤抗代謝物。 ④阿糖胞苷：抑制CDP還原成dCDP。 （二）嘧啶核

30、苷酸的分解代謝 嘧啶核苷酸在酶作用下生成磷酸、核糖及自由堿基，產(chǎn)生的嘧啶堿進(jìn)一步分解。胞嘧啶脫氨基轉(zhuǎn)變成尿嘧啶，尿嘧啶最終生成NH3、CO2及β-丙氨酸。胸腺嘧啶降解成β-氨基異丁酸。 基本要求 掌握嘧啶從頭合成的原料，主要酶，抗代謝物。掌握嘧啶分解代謝的最終產(chǎn)物。了解嘧啶從頭合成反應(yīng)過程，了解嘧啶補(bǔ)救合成過程。 第十一章 DNA的生物合成（復(fù)制）（5學(xué)時(shí)） 基本要求： 1. 掌握與DNA復(fù)制、DNA損傷與修復(fù)、逆轉(zhuǎn)錄過程有關(guān)的基本概念。包括：半保留復(fù)制，半不連續(xù)復(fù)制，復(fù)制叉，復(fù)制子，岡崎片段，領(lǐng)頭鏈，隨從鏈，端粒，端粒酶等。 2. 掌握復(fù)制的過程，以及復(fù)制過程

31、中涉及到的各種酶、蛋白因子；并掌握原核生物與真核生物復(fù)制的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。 3. 掌握逆轉(zhuǎn)錄過程，熟悉逆轉(zhuǎn)錄酶的應(yīng)用。 4. 了解引起地中海貧血和鐮形紅細(xì)胞貧血的分子機(jī)制。 重點(diǎn)：DNA分子在生物體內(nèi)的合成有三種方式：（1）DNA指導(dǎo)的DNA合成，也稱復(fù)制，是細(xì)胞內(nèi)DNA最主要的合成方式。遺傳信息儲存在DNA分子中，細(xì)胞增殖時(shí)，DNA通過復(fù)制使遺傳信息從親代傳遞到子代。（2）修復(fù)合成，即DNA受到損傷（突變）后進(jìn)行修復(fù)，需要進(jìn)行局部的DNA的合成，用以保證遺傳信息的穩(wěn)定遺傳。（3）RNA指導(dǎo)的DNA合成，即反轉(zhuǎn)錄合成，是RNA病毒的復(fù)制形式，以RNA為模板，由逆轉(zhuǎn)錄酶催化合成DNA。

32、真核生物的DNA合成過程與原核生物基本相似，但機(jī)理尚不十分清楚，以原核生物為例介紹其復(fù)制過程。 難點(diǎn)：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是復(fù)制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。DNA復(fù)制的實(shí)質(zhì)為酶催化的脫氧核糖核苷酸的聚合反應(yīng)。復(fù)制開始時(shí)，親代雙鏈DNA分子解開，分別作為模板，在DNA依賴的DNA聚合酶催化下，按照堿基配對的原則，將四種脫氧核苷酸連接成DNA大分子，合成產(chǎn)物的堿基序列與模板DNA的堿基序列是互補(bǔ)的，子代DNA雙鏈分子中，一條來自親代的模板鏈，另一條為新合成的鏈，故稱半保留復(fù)制，是生物體最主要的DNA合成方式；合成過程中，自5’→3’連續(xù)合成一條領(lǐng)頭鏈，不連續(xù)地合成一些片斷，而后連成一條隨從鏈，所以DNA合成是半不

33、連續(xù)合成。反應(yīng)過程復(fù)雜，首先螺旋松弛，雙鏈打開，形成復(fù)制叉，然后復(fù)制的引發(fā)，包括合成引物，形成引發(fā)體，最后是DNA鏈的延長與終止。每一階段需要有許多酶和蛋白因子參與，包括拓?fù)洚悩?gòu)酶，用于理順解鏈過程中造成的鏈的盤繞、打結(jié)等現(xiàn)象；解螺旋酶在蛋白因子的輔助下結(jié)合于復(fù)制起始點(diǎn)，并打開雙鏈，由單鏈結(jié)合蛋白穩(wěn)定解開的兩股單鏈；引物酶及其它輔助蛋白因子在打開的雙鏈上催化合成引物，由引物提供3’-OH，與原料dNTP的5’-P形成磷酸二酯鍵，然后DNA聚合酶催化這一聚合反應(yīng)的進(jìn)行，而DNA連接酶將復(fù)制中的不連續(xù)片段連接成完整的鏈。真核生物的復(fù)制與原核生物相比，為多個(gè)起始點(diǎn)、5種DNA聚合酶以及有端粒復(fù)制等特

34、點(diǎn)。 一、DNA的復(fù)制 基本要求： 1. 掌握復(fù)制叉、半不連續(xù)復(fù)制、岡崎片段、領(lǐng)頭鏈、隨從鏈等基本概念。 2. 掌握拓?fù)洚悩?gòu)酶、解螺旋酶、單鏈結(jié)合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、DNA連接酶的特點(diǎn)及生物學(xué)作用。 3. 熟悉DNA的合成過程。 4. 了解半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 基本概念： 1. 中心法則：遺傳信息從DNA通過轉(zhuǎn)錄流向RNA，RNA通過翻譯指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)，這種遺傳信息的傳遞規(guī)律稱之。少數(shù)RNA也是遺傳信息的貯存者，RNA能逆轉(zhuǎn)錄為DNA，是對中心法則的補(bǔ)充。 2. 復(fù)制（replication）：即DNA的生物合成，以DNA為模板指導(dǎo)合成相同的DNA分子，使遺傳信息從

35、親代傳遞到子代的過程。RNA病毒的遺傳信息儲存于RNA分子中，可進(jìn)行RNA復(fù)制并反轉(zhuǎn)錄合成DNA。 3. 半保留復(fù)制（semiconservative replication）：DNA復(fù)制時(shí)，親代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，分別以解開的兩股單鏈為模板，以dNTP(dATP、 dGTP 、dTTP 、dCTP)為原料，按照堿基互補(bǔ)的原則，合成與模板鏈互補(bǔ)的新鏈，從而形成兩個(gè)子代DNA雙鏈，其結(jié)構(gòu)與親代DNA雙鏈完全一致。因子代DNA雙鏈中的一股單鏈源自親代，另一股單鏈為合成的新鏈，形成的雙鏈與親代雙鏈的堿基序列完全一致，故稱為半保留復(fù)制。 4. 復(fù)制叉（replication fork）：原核生物

36、DNA的復(fù)制從單一起點(diǎn)開始，雙螺旋結(jié)構(gòu)被打開，分開的兩股單鏈分別作為新DNA合成的模板，DNA合成從起點(diǎn)開始向兩個(gè)方向進(jìn)行，與單一起點(diǎn)相連的局部結(jié)構(gòu)形狀呈“Y”型，稱復(fù)制叉結(jié)構(gòu)。 5. 半不連續(xù)復(fù)制：復(fù)制過程中，催化DNA 合成的DNA聚合酶只能催化核苷酸從5’→3’方向合成，以3’→ 5’鏈為模板時(shí)，新生的DNA以5’→3’方向連續(xù)合成；而以5’→3’為模板只能合成若干反向互補(bǔ)的岡崎片段，這些片段再相連成完整的新鏈，故稱半不連續(xù)復(fù)制。 6. 岡崎片段（Okazaki fragments）：DNA雙鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，?fù)制時(shí)，親代雙鏈DNA在復(fù)制叉處打開，由于新鏈的合成具有方向性，即從5’→3

37、’，以5’→3’DNA鏈為模板合成反向互補(bǔ)的新鏈時(shí)，只能合成小片段DNA，這些片段根據(jù)發(fā)現(xiàn)者命名為岡崎片斷。 7. 領(lǐng)頭鏈、隨從鏈：DNA雙鏈?zhǔn)欠聪虻?，?fù)制時(shí)，兩股鏈均作為模板，但新鏈的合成只能是5’→3’。因此，順著解鏈方向合成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈，另一股新鏈的復(fù)制方向與解鏈方向相反，復(fù)制是不連續(xù)進(jìn)行的，這條不連續(xù)合成的鏈稱為隨從鏈。 8. 引發(fā)體：是由DnaA蛋白、DnaB蛋白（解螺旋酶）、DnaC蛋白、引物酶和DNA的起始復(fù)制區(qū)域共同形成的一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)。DnaA蛋白辨認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)，DnaB蛋白有解螺旋作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白組裝到復(fù)制起始點(diǎn)，引物酶合成引

38、物。 （一）、原核生物DNA的復(fù)制 1．與復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)： （1）拓?fù)洚悩?gòu)酶：通過切斷并連接DNA雙鏈中的一股或雙股，改變DNA分子拓?fù)錁?gòu)象，避免DNA分子打結(jié)、纏繞、連環(huán)，在復(fù)制的全程中都起作用。其種類有：拓?fù)洚悩?gòu)酶I和拓?fù)洚悩?gòu)酶II，拓?fù)洚悩?gòu)酶I能切斷DNA雙鏈中一股并再連接斷端，反應(yīng)不需ATP供能；拓?fù)洚悩?gòu)酶II能使DNA雙鏈同時(shí)發(fā)生斷裂和再連接，需ATP供能，并使DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋。 （2） 解螺旋酶： DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，需親代DNA的雙鏈分別作模板來指導(dǎo)子代DNA分子的合成，解螺旋酶可以將DNA雙鏈解開成為單鏈。大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的解螺旋酶為DnaB。 （3） 單鏈

39、結(jié)合蛋白（SSB）：在復(fù)制中模板需處于單鏈狀態(tài)，SSB可以模板的單鏈狀態(tài)并保護(hù)模板不受核酸酶的降解。隨著DNA雙鏈的不斷解開，SSB能不斷的與之結(jié)合、解離。 （4） 引物酶： 是一種RNA聚合酶，在復(fù)制的起始點(diǎn)處以DNA為模板，催化合成一小段互補(bǔ)的RNA。DNA聚合酶不能催化兩個(gè)游離的dNTP聚合反應(yīng)，若沒有引物就不能起始DNA合成。引物酶能直接在單鏈DNA模板上催化游離的NTP合成一小段RNA，并由這一小段RNA引物提供3’-OH， 經(jīng)DNA聚合酶催化鏈的延伸。 （5） DNA聚合酶：是依賴DNA的DNA聚合酶，簡稱為DNA pol，以DNA為模板，dNTP為原料，催化脫氧核苷酸加

40、到引物或DNA鏈的3’-OH末端，合成互補(bǔ)的DNA新鏈，即5’→3’聚合活性。原核生物的DNA聚合酶有DNA polI、DNA pol II和DNA pol III，DNA pol III是復(fù)制延長中真正起催化作用的，除具有5’→3’聚合活性，還有3’→ 5’ 核酸外切酶活性和堿基選擇功能，能夠識別錯(cuò)配的堿基并切除，起即時(shí)校讀的作用；DNA pol I具有5’→3’聚合活性、3’→ 5’和5’→3’核酸外切酶活性，5’→3’核酸外切酶活性可用于切除引物以及突變片段，起切除、修復(fù)作用。另外，klenow片斷是DNA pol I體外經(jīng)蛋白酶水解后產(chǎn)生的大片段，具有DNA 聚合酶和3’→ 5’外切酶

41、活性，是分子生物學(xué)的常用工具酶。DNA pol II 在無DNA pol I和DNA pol III時(shí)起作用，也具有5’→3’和3’→ 5’ 核酸外切酶活性。 （6） DNA連接酶：DNA連接酶用于連接雙鏈中的單鏈缺口，使相鄰兩個(gè)DNA片段的3’-OH末端和5’-P末端形成3’,5’磷酸二酯鍵。DNA連接酶在DNA復(fù)制、修復(fù)、重組、剪接中用于縫合缺口，是基因工程的重要工具酶。 2．DNA的合成過程：可將復(fù)制過程分為起始、延長和終止三個(gè)階段。 復(fù)制起始： （1） 辨認(rèn)起始點(diǎn)，合成引發(fā)體：在E.coli，復(fù)制起始點(diǎn)稱為oriC，具有特定結(jié)構(gòu)能夠被DnaA蛋白辨認(rèn)結(jié)合，DnaB蛋白具有解螺旋

42、作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白結(jié)合于起始點(diǎn)，DNA雙鏈局部被打開，引物酶及其他蛋白加入，形成引發(fā)體。 （2） 形成單鏈：DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，首先在拓?fù)洚悩?gòu)酶作用下，使分子的超螺旋構(gòu)象變化，然后在解鏈酶的作用下，解開雙鏈，才能開始進(jìn)行DNA的合成。解螺旋酶在蛋白因子的輔助下打開DNA雙鏈，單鏈結(jié)合蛋白SSB結(jié)合于處于單鏈狀態(tài)模板鏈上；拓?fù)洚悩?gòu)酶使DNA分子避免打結(jié)、纏繞等，在復(fù)制全過程中起作用。 （3） 合成引物：引發(fā)體中的引物酶催化合成RNA引物，由引物提供3’-OH基，使復(fù)制開始進(jìn)行。領(lǐng)頭連和隨從鏈均由引物酶合成引物，隨從鏈在復(fù)制中需多次合成引物。 復(fù)制延長： （1） 復(fù)制方向：原核

43、生物如E.coli，只有一個(gè)起始點(diǎn)oriC，兩個(gè)復(fù)制叉同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制，稱為雙向復(fù)制。 （2） 鏈的延長：按照與模板鏈堿基配對的原則，在DNA聚合酶III的作用下，逐個(gè)加入脫氧核糖核酸，使鏈延長。由于DNA雙鏈走向相反，DNA聚合酶只能催化核苷酸從5’→3’方向合成，領(lǐng)頭鏈的復(fù)制方向與解鏈方向一致，可以連續(xù)復(fù)制，而另一股模板鏈沿5’→3’方向解開，隨從鏈的復(fù)制方向與解鏈方向相反，復(fù)制只能在模板鏈解開一定長度后進(jìn)行，因此隨從鏈的合成是不連續(xù)的，形成的是若干個(gè)岡崎片段。DNA聚合酶I的即時(shí)校讀，DNA聚合酶III的堿基選擇功能，使復(fù)制具有保真性。 復(fù)制終止： 原核生物如E.coli，他

44、的兩個(gè)復(fù)制叉的匯合點(diǎn)就是復(fù)制的終點(diǎn)。由RNA酶切去領(lǐng)頭鏈和隨從鏈中的引物，引物留下的空隙由DNA聚合酶I催化，四種脫氧核糖三磷酸為原料自5’→3’方向延長填補(bǔ)。最后，DNA連接酶由ATP供能，將兩個(gè)不連續(xù)片段相鄰的5’-P和3’-OH連接起來，成為連續(xù)的子鏈，復(fù)制完成。 （二）、真核生物的復(fù)制： 真核細(xì)胞的一生可以定義為一個(gè)細(xì)胞周期，細(xì)胞增殖時(shí)， DNA通過復(fù)制使其含量成倍增加，隨后細(xì)胞分裂，成為兩個(gè)子代細(xì)胞，DNA將親代的特征傳遞到子代。細(xì)胞周期包括G1期、S期、G2期和M期， DNA的復(fù)制只發(fā)生在S期。與原核生物相比，真核生物的復(fù)制具有以下特點(diǎn)： 1. 多復(fù)制子：真核生物的DNA復(fù)制

45、也是半保留復(fù)制。染色體線性分子的復(fù)制有多個(gè)起始點(diǎn)，每個(gè)起始點(diǎn)由兩個(gè)反向運(yùn)動(dòng)的復(fù)制叉組成，進(jìn)行雙向復(fù)制。由一個(gè)起始點(diǎn)控制的DNA復(fù)制稱為一個(gè)復(fù)制子。 2. 5種DNA聚合酶：與原核生物不同，真核細(xì)胞含有5種DNA聚合酶：α、β、γ、δ和ε。除了γ外，所有DNA聚合酶存在于核內(nèi)。DNA聚合酶α和δ在復(fù)制延長中起催化作用，DNA聚合酶α延長隨從鏈，DNA聚合酶δ延長領(lǐng)頭鏈。DNA聚合酶β和ε在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。DNA聚合酶γ在線粒體中，用于線粒體DNA的復(fù)制。 3. 端粒復(fù)制：真核生物染色體線性分子的復(fù)制，領(lǐng)頭鏈可連續(xù)完整復(fù)制，而隨從鏈3’端引物除去后的空隙無法填補(bǔ)，會(huì)造成

46、縮短了的子代的雙鏈，解決的途徑是用端粒酶來復(fù)制染色體的末端（端粒）。端粒是染色體末端具有特定重復(fù)序列和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，由酶和含重復(fù)序列的RNA分子組成，它以自身的RNA分子為模板從隨從鏈的3’端合成端粒的重復(fù)序列，使隨從鏈延長，以防止隨從鏈在每次復(fù)制時(shí)被縮短。 二、DNA的修復(fù)合成 受環(huán)境理化因素或生物學(xué)因素的影響，DNA序列會(huì)發(fā)生改變，包括堿基的變化、鏈的斷裂、交聯(lián)等，通過一定的修復(fù)機(jī)制對損傷DNA進(jìn)行校正，保證遺傳信息的穩(wěn)定。 基本要求： 1． 掌握DNA突變的概念及突變類型。 2． 掌握損傷DNA的修復(fù)機(jī)制。 3． 了解突變的意義及引起突變的因素。

47、4． 了解引起地中海貧血和鐮形紅細(xì)胞貧血的分子機(jī)制。 基本概念： 1． 突變：是指DNA分子中堿基序列的改變，從而影響其表達(dá)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與功能。 2． 框移突變：基因編碼區(qū)域插入或缺失堿基，DNA分子三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，使轉(zhuǎn)錄翻譯出的氨基酸排列順序發(fā)生改變，稱為框移突變。3個(gè)或3n個(gè)堿基插入或缺失，不一定引起框移突變。 3． 切除修復(fù)：是最重要的修復(fù)方式，由UvrA、UvrB、UvrC、DNA-pol I、dNTP、連接酶參與。首先UvrA、UvrB辨認(rèn)損傷部位并與之結(jié)合，UvrC切除損傷的DNA，DNA-pol I以dNTP為原料，填補(bǔ)切除空隙，最后由連接酶連接缺口，完成修復(fù)。

48、 （一） 突變類型： 1． 點(diǎn)突變：又稱錯(cuò)配。DNA分子中一個(gè)堿基的變異，包括轉(zhuǎn)換和顛換。 2． 缺失：DNA分子中一個(gè)核苷酸或一段核苷酸的消失。 3． 插入：一個(gè)核苷酸或一段核苷酸插入到DNA分子中。 4． 重排：DNA鏈內(nèi)部重組，使其中一段方向反置或大片段的鏈在DNA分子內(nèi)遷移。 （二）修復(fù)方式： 1． 直接修復(fù)：又稱光修復(fù)，由光修復(fù)酶修復(fù)因紫外照射引起的嘧啶二聚體，使其還原。 2． 切除修復(fù)：見上。 3． 重組修復(fù)：當(dāng)損傷的DNA尚未進(jìn)行修復(fù)就已經(jīng)進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制出的子代DNA會(huì)出現(xiàn)缺口，此時(shí)所產(chǎn)生的子代DNA就需進(jìn)行重組修復(fù)。重組蛋白RecA具有核酸酶活性，將健康母鏈中與

49、缺口對應(yīng)的一股DNA片段重組到子鏈缺口處，而健康母鏈出現(xiàn)的缺口，可按健康的模板由DNA聚合酶催化填補(bǔ)，然后由連接酶連接，最后將健康鏈完全復(fù)原。 4． SOS修復(fù)：是DNA損傷到難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，細(xì)胞采取的一種應(yīng)急性修復(fù)方式。DNA損傷嚴(yán)重，誘導(dǎo)出一系列的復(fù)雜反應(yīng)，產(chǎn)生SOS修復(fù)酶系，包括重組蛋白、調(diào)控蛋白以及復(fù)制、修復(fù)的酶系統(tǒng)等。 三、DNA的反轉(zhuǎn)錄合成 反轉(zhuǎn)錄又稱逆轉(zhuǎn)錄，指遺傳信息從RNA流向DNA。是RNA指導(dǎo)下的DNA合成過程，即以RNA為模板，四種dNTP為原料，合成與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈，催化這一過程的酶稱反轉(zhuǎn)錄酶，RNA病毒中都含有此酶。 1． 反轉(zhuǎn)錄酶：屬RNA指導(dǎo)的

50、DNA聚合酶，具有三種酶活性，即RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶。在分子生物學(xué)技術(shù)中，作為重要的工具酶被廣泛用于建立基因文庫、獲得目的基因等工作。 2． 合成過程；RNA為模板，在反轉(zhuǎn)錄酶的催化下，合成與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈，形成雜化雙鏈，反轉(zhuǎn)錄酶將其中RNA鏈水解，在以互補(bǔ)的DNA鏈為模板，合成雙鏈DNA。 3． 反轉(zhuǎn)錄方向：5’→3’。 第十二章 RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）（4學(xué)時(shí)） 本章重點(diǎn)： 轉(zhuǎn)錄的反應(yīng)體系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特點(diǎn)，RNA的轉(zhuǎn)錄過程大體可分為起始、延長、終止三個(gè)階段。真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工，包括各種R

51、NA前體的加工過程。 本章難點(diǎn)： 轉(zhuǎn)錄模板的不對稱性極其命名，原核生物及真核生物的轉(zhuǎn)錄起始，真核生物的轉(zhuǎn)錄終止，mRNA前體的剪接機(jī)制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ類和第Ⅳ類內(nèi)含子的剪接過程，四膜蟲rRNA前體的加工，核酶的作用機(jī)理。 一．模板和酶 要點(diǎn)： 1．模板 RNA的轉(zhuǎn)錄合成需要DNA做模板，DNA雙鏈中只有一股鏈起模板作用，指導(dǎo)RNA合成的一股DNA鏈稱為模板鏈（template strand），與之相對的另一股鏈為編碼鏈（coding strand），不對稱轉(zhuǎn)錄有兩方面含義:一是DNA鏈上只有部分的區(qū)段作為轉(zhuǎn)錄模板(有意義鏈或模板鏈),二是模板鏈并非自始至終位于同一股

52、DNA單鏈上。 2．RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成:α2ββ'稱為核心酶,轉(zhuǎn)錄延長只需核心酶即可。α2ββ'σ稱為全酶,轉(zhuǎn)錄起始前需要σ亞基辨認(rèn)起始點(diǎn),所以全酶是轉(zhuǎn)錄起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三種,分別轉(zhuǎn)錄45s-rRNA; mRNA(其前體是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA和tRNA。 3.模板與酶的辨認(rèn)結(jié)合 轉(zhuǎn)錄模板上有被RNA聚合酶辨認(rèn)和結(jié)合的位點(diǎn)。在轉(zhuǎn)錄起始之前被RNA聚合酶結(jié)合的DNA部位稱為啟動(dòng)子。典型的原核生物啟動(dòng)子序列是-35區(qū)的TTGACA序列和-10區(qū)的Pribnow盒即TATAA

53、T序列。真核生物的轉(zhuǎn)錄上游調(diào)控序列統(tǒng)稱為順式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列(酵母細(xì)胞)、增強(qiáng)子等等。和順式作用元件結(jié)合的蛋白質(zhì)都有調(diào)控轉(zhuǎn)錄的作用,統(tǒng)稱為反式作用因子。反式作用因子已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種,能夠歸類的稱為轉(zhuǎn)錄因子(TF),相應(yīng)于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。TFⅡ又有A、B、C、D、E、F多種及其亞類。 基本概念： 1.不對稱轉(zhuǎn)錄:兩重含義,一是指雙鏈DNA只有一股單鏈用作轉(zhuǎn)錄模板(模板鏈);二是對不同基因同一單鏈上某些區(qū)段作為模板鏈而另一些區(qū)段作為編碼鏈，即模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上。 2. 編碼鏈:DNA雙鏈上不用作轉(zhuǎn)錄模板的那一段單鏈,因

54、其堿基序列除由T代替U而外,其他與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA序列相同而得名。 3．σ（sigma）因子:原核生物RNA聚合酶全酶的成份,功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始區(qū),這種σ因子稱σ70,此外還有分子量不同,功能不同的其他σ因子。 基本要求： 掌握轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別，轉(zhuǎn)錄的不對稱性，原核生物的RNA聚合酶的組成及各亞基的功能，真核生物RNA聚合酶的分類、性質(zhì)及功能，原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解真核生物RNA聚合酶的組成，研究轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的方法。 二．轉(zhuǎn)錄過程 1．轉(zhuǎn)錄起始：轉(zhuǎn)錄的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和轉(zhuǎn)錄5'端首位核苷酸組成的起始復(fù)合物。原核生物RNA5'端是嘌呤核苷酸(A、G),而且保留三磷酸

55、核苷的結(jié)構(gòu),所以其起始復(fù)合物是:pppG-DNA-RNA聚合酶。 真核生物起始,生成起始前復(fù)合物(PIC)。例如RNA-pol-Ⅱ轉(zhuǎn)錄,是由各種TFⅡ相互辨認(rèn)結(jié)合,再與RNA聚合酶結(jié)合,并通過TF結(jié)合到TATA盒上. 2. 轉(zhuǎn)錄延長: 轉(zhuǎn)錄的延長是以首位核苷酸的3'-OH為基礎(chǔ)逐個(gè)加人NTP即形成磷酸二醋鍵,使RNA逐步從5'向3'端生長的過程。在原核生物,因?yàn)闆]有細(xì)胞膜的分隔,轉(zhuǎn)錄未完成即已開始翻譯,而且在同一DNA模板上同時(shí)進(jìn)行多個(gè)轉(zhuǎn)錄過程。電鏡下看到的羽毛狀圖形和羽毛上的小黑點(diǎn)(多聚核糖體),是轉(zhuǎn)錄和翻譯高效率的直觀表現(xiàn)。 3．轉(zhuǎn)錄終止：轉(zhuǎn)錄的終止在原核生物分為依賴Rho因子與非

56、依賴Rho因子兩類。Rho因子有ATP酶和解螺旋酶兩種活性,因此能結(jié)合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3'末端區(qū)并使轉(zhuǎn)錄停頓及產(chǎn)物RNA脫離DNA模板。非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止,其RNA產(chǎn)物3'-端往往形成莖環(huán)結(jié)構(gòu),其后又有一串寡聚U。莖環(huán)結(jié)構(gòu)可使因子聚合酶變構(gòu)而不再前移,寡聚U則有利于RNA不再依附DNA模板鏈而脫出。因此無論哪一種轉(zhuǎn)錄終止都有RNA聚合酶停頓和RNA產(chǎn)物脫出這兩個(gè)必要過程。真核生物轉(zhuǎn)錄終止是和加尾(mRNA的聚腺昔酸poly A)修飾同步進(jìn)行的。 RNA上的加尾修飾點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征是有AAAUAA序列。 基本概念： 1．轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物 (pre-initiation complex,PIC):

57、是真核生物轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶一同結(jié)合于轉(zhuǎn)錄起始前的DNA區(qū)域而成的復(fù)合物。 2．加尾修飾點(diǎn)：真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄不是在mRNA的位置上終止，而是在數(shù)百個(gè)核苷酸之后，研究發(fā)現(xiàn)在編碼鏈讀碼框架的3'端之后，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當(dāng)多GC的序列，這些序列稱為加尾修飾點(diǎn),轉(zhuǎn)錄越過修飾點(diǎn)后，mRNA在修飾點(diǎn)處被切斷，隨即加入polyA。 3．Rho因子：是原核生物轉(zhuǎn)錄終止因子,有ATP酶和解螺旋酶活性。轉(zhuǎn)錄終止也可不依賴Rho因子。 基本要求： 掌握原核生物的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成過程，真核生物轉(zhuǎn)錄起始及起始前復(fù)合物(PIC)的生成，RNA聚合酶Ⅱ催化的轉(zhuǎn)錄起始過程中各種

58、TFⅡ的作用，轉(zhuǎn)錄延伸過程中的化學(xué)反應(yīng)，原核生物的轉(zhuǎn)錄終止的兩種形式，真核生物的轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)。了解原核生物RNA聚合酶的各種亞基與真核生物的各種轉(zhuǎn)錄因子之間的關(guān)系即拼版理論，原核生物轉(zhuǎn)錄空泡的形成及轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的釋放過程。 三．真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工 1． mRNA轉(zhuǎn)錄后加工 真核生物轉(zhuǎn)錄生成的RNA,多需經(jīng)加工后才具備活性,這一過程稱為轉(zhuǎn)錄后修飾,mRNA轉(zhuǎn)錄后修飾包括首、尾修飾和剪接。加尾修飾是和轉(zhuǎn)錄終止同步的,5'端修飾主要是指生成帽子結(jié)構(gòu),即把5'-pppG轉(zhuǎn)變?yōu)?'-pmGpppG。其過程需磷酸解、磷酸化和堿基的甲基化。mRNA由hRNA加工而成。真核生物基因由內(nèi)含子隔斷編碼序

59、列的外顯子,是斷裂基因。內(nèi)含子一般也出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物hRNA。切除內(nèi)含子,把外顯子連結(jié)在一起,就是剪接加工。在電鏡下看到加工過程,內(nèi)含子往往被彎曲成套索狀,因此稱為套索RNA。現(xiàn)在知道剪接加工中,需要由多種Sn-RNA與蛋白質(zhì)共同組成的并接體。并接體和hnRNA上的內(nèi)含子邊界序列辨認(rèn)結(jié)合。剪接過程先由含鳥苷酸的酶提供3'-OH對其中內(nèi)含子5'-端的磷酸二酯鍵作親電子攻擊使其斷裂。斷裂的外顯子3'-OH對內(nèi)含子3'-端的磷酸二酯鍵作親電子攻擊,使剛斷出的外顯子完全置換了內(nèi)含子,兩個(gè)外顯子就相連起來,因此這個(gè)過程稱二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。 2．tRNA轉(zhuǎn)錄后加工 tRNA的轉(zhuǎn)錄后修飾,除了剪接加工外,

60、還包括tRNA鏈上稀有堿基的形成,以及加上3'端的CCA序列。 3．rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工 rRNA加工多采用自我剪接的形式。自我剪接的RNA本身形成一種特別的二級結(jié)構(gòu),稱為錘頭結(jié)構(gòu)。錘頭結(jié)構(gòu)是指復(fù)合的莖環(huán)組成形態(tài),但其中某些序列上必需是特定的堿基所占據(jù)。這種RNA結(jié)構(gòu),不需要任何蛋白質(zhì),就可以水解RNA鏈上某一特定位點(diǎn)的磷酸二酯鍵。也就是說,這是一種起催化作用的RNA,現(xiàn)稱為核酶。核酶的發(fā)現(xiàn),對酶學(xué)、分子生物學(xué),進(jìn)化生物學(xué)都是重要的理論更新,而且,醫(yī)學(xué)上已開始利用人工設(shè)計(jì)的核酶,去消滅一些作為病原體的RNA病毒或消除一些不利于生命活動(dòng)的細(xì)胞內(nèi)RNA。 基本概念： 1. 剪接修飾:

61、RNA轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物含有非編碼組分,通過剪接除去非編碼組分,把編碼組份連接起來。剪接修飾最常見的是靠并接體協(xié)助的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng),此外還可有自我剪接及需酶的剪接等剪接方式。 2. 外顯子:定義為斷裂基因上及其轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物上可表達(dá)的序列?；蜣D(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物上通過拼接作用而保留于成熟的RNA中的核苷酸序列或基因中與成熟RNA相對應(yīng)的DNA序列． 3. 內(nèi)含子:早期定義為核酸上的非編碼序列。隨著內(nèi)含子功能的被拓寬,建議用"轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物上通過拼接作用而被去除的RNA序列或基因中與這種RNA序列相對應(yīng)的DNA序列"較全面。 4. 并接體：由snRNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核酸蛋白(核蛋白)復(fù)合物。其功能是

62、結(jié)合內(nèi)含子兩端的邊界序列,協(xié)助RNA的剪接加工。 5. 核酶（ribozyme）:具有催化功能(酶的作用)的RNA分子。核酶能起作用的結(jié)構(gòu),至少含有3個(gè)莖(RNA分子內(nèi)配對形成的局部雙鏈),1至3個(gè)環(huán)(RNA分子局部雙鏈鼓出的單鏈)和至少有13個(gè)一致性的堿基位點(diǎn)。 基本要求： 掌握真核生物mRNA轉(zhuǎn)錄后5ˊ-端加帽；3ˊ-端加尾及mRNA鏈進(jìn)行剪接修飾，tRNA及rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工過程，了解內(nèi)含子的其他剪接方式及功能，核酶的應(yīng)用。 第十三章 蛋白質(zhì)的生物合成（4學(xué)時(shí)） 本章重點(diǎn): 蛋白質(zhì)合成的反應(yīng)體系、三種RNA在翻譯中的作用、蛋白質(zhì)合成過程可分為起始、延長、終止三個(gè)階段。

63、原核生物翻譯起始與真核生物的區(qū)別。肽鏈合成后的加工修飾。蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制。 本章難點(diǎn)：遺傳密碼的特性、翻譯起始復(fù)合物的形成、肽鏈延長階段的三個(gè)步驟、 蛋白質(zhì)的靶向輸送。 一.參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì) 要點(diǎn): 參與翻譯過程的物質(zhì)： 需要20種氨基酸作為原料、三種RNA、蛋白質(zhì)因子（起始因子IF、延長因子EF及釋放因子RF）、酶和ATP、GTP等， 共同協(xié)調(diào)完成蛋白質(zhì)合成。 1.mRNA是翻譯的直接模板 mRNA每3個(gè)堿基組成三聯(lián)體密碼子,決定一個(gè)氨基酸的信息。有64個(gè)密碼子， 其中mRNA 5'端的AUG稱為起始密碼。UAG、UAA、UGA為肽鏈合成的終止信號， 其余61個(gè)

64、密碼子代表20種氨基酸。密碼閱讀方向是從5’到3’，決定翻譯的方向性。 遺傳密碼有以下生物特性： (1) 遺傳密碼的連續(xù)性，即從AUG開始，各密碼子連續(xù)閱讀而無間斷，若有堿基插入或缺失，會(huì)造成框移突變； (2) 簡并性，大部分氨基酸有多個(gè)密碼子，以2～4個(gè)居多，可有6個(gè)。這種由多種密碼編碼一種氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并性。決定同一種氨基酸密碼子的頭兩個(gè)堿基是相同的,第三位堿基不同,第三位堿基發(fā)生點(diǎn)突變時(shí)仍可翻譯出正常的氨基酸； (3) 擺動(dòng)性，mRNA密碼子的前兩位堿基和tRNA的反密碼嚴(yán)格配對。而密碼第三位堿基與反密碼第一位堿基不嚴(yán)格遵守配對規(guī)則，稱為密碼配對的擺動(dòng)性。見表1-1. 表1

65、-1 密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象 tRNA反密碼子第一個(gè)堿基 I U C A G mRNA密碼子第三個(gè)堿基 U,C,A A,G G U U,C (4)通用性，生物體的遺傳密碼相同，稱密碼的普遍性。但線粒體密碼子有例外。如AUA與AUG均代表Met和起始密碼子；UGA為Trp密碼子而不是終止密碼子等。 2.核蛋白體是肽鏈合成的場所 核蛋白體由大、小亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基含不同的蛋白質(zhì)和rRNA。大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性，有容納tRNA的二個(gè)部位: A位，即氨基酰位,P位，即肽酰位。 3.tRNA和氨基酰-tRNA tRNA的作用是攜帶并轉(zhuǎn)運(yùn)特異

66、氨基酸。tRNA分子上3'端的CCA序列是結(jié)合氨基酸的部位，反密碼環(huán)可特異識別mRNA的密碼序列。 (1)氨基酰-tRNA合成酶。 氨基酰-tRNA合成酶可高度特異識別氨基酸及tRNA底物，保證各氨基酸與相應(yīng)數(shù)種tRNA準(zhǔn)確結(jié)合。氨基酸-tRNA合成酶催化的反應(yīng)分為兩步： 氨基酸＋ATP-E───→氨基酸-AMP-E＋PPi 氨基酰-AMP-E＋tRNA ───→氨基酰-tRNA+AMP + E 此反應(yīng)使氨基酸羧基活化，并使活化氨基酸轉(zhuǎn)移到tRNA 3'端CCA-OH,形成氨基酸的活性形式,氨基酰-tRNA。 (2)氨基酰-tRNA的表示方法 原核細(xì)胞tRNA攜帶的甲硫氨酸可被甲?；?，稱tRNAifmet，fMet- tRNAifmet專一識別起始密碼AUG，第一個(gè)進(jìn)入核蛋白體循環(huán)。 甲酰轉(zhuǎn)移酶 N10-甲酰四氫葉酸＋Met－tRNAifmet─────→四氫葉酸＋fMet- tRNAifmet 基本要求: 1. 熟悉遺傳密碼的生物特性。 2. 掌握氨基酰-tRNA合成酶的催化活性及特異性. 3. 掌握三種RNA在蛋白質(zhì)合成中的功能。 基本概念: 1