（1）. DNA聚合酶
原料：四种dNTPs（dATP、dGTP、dCTP、dTTP) 模板：以DNA为模板链，合成子代DNA，模板可以 是双链，也可以是单链DNA。合成产物与模 板互补。 引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌 中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物， 引物含3'-OH. 合成方向：5 3
第十一章
核酸代谢与DNA生物合成
第一节
核酸分解简图
核酸的分解代谢
核酸
核酸酶（磷酸二酯酶）
核苷酸
核苷酸酶（磷酸单酯酶）
核苷酶
核苷
核苷磷酸化酶
磷酸
磷酸酶 戊糖
碱基
戊糖
碱基
磷酸戊糖
磷酸
一、核酸酶
• 根据底物类型分类 • DNA酶（Dnase）：水解DNA
•
• •
RNA酶（RNase）：水解RNA
核酸内切酶：水解核酸分子内部的磷酸二酯键 核酸外切酶：从核酸链的一端逐个水解核苷酸
第一阶段:IMP生成
定向步骤,重要酶
第二阶段:AMP、GMP生成
重要的中间产物 AMP、GMP的前体
*核苷三磷酸-------核酸合成的底物
激酶
AMP
ATP ADP
激酶
ADP
ATP ADP
ATP
激酶
激酶
GMP
ATP ADP
GDP
ATP ADP
GTP
补救合成（salvage pathway）
•脑、骨髓内缺乏有关合成酶，因此只能采用补救合成。
稳定。
拓扑异构酶
拓扑异构酶：催化DNA的拓扑连环数发生变
化的酶，在DNA重组修复和其它转变方面起重要
作用。
DNA拓扑异构酶催化的反应本质是先切断DNA的
链的磷酸二酯键，改变DNA的链环数再连接之，
兼具DNA内切酶和DNA连接酶的功能。其断裂反
应与连接反应是相互耦联的，不能连接事先已
存在的断裂DNA
真核生物染色体DNA有多个复制起始点，同时形成 多个复制单位， 两个起始点之间的DNA片段称为复 制子。
复制子：含有一定复制起点和复制终点的复制单位。
• 复制起点是以一条链为模板起始 DNA 合成的一段序列。
两条链的复制起点不一定在同一点上，如不对称复制。
• 多数生物的复制起点，都是 DNA 呼吸作用（配对碱基
1、半不连续复制
前导链 (leading strand) 顺着解链方向生成的子链，其复制是 连续进行的，得到一条连续的子链。
3' 5' 3' 解链方向
3'
5' 5'
滞后链 (lagging strand) 复制方向与解链方向相反，须等解开 足够长度的模板链才能继续复制，得到 的子链由不连续的片段所组成。
基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为
5'→3' ，这一条链被称为前导链 (leading strand) 。 • 以5‘→3’方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制
时则是不连续的，复制中的不连续片段称为 岡 崎片
段，其链的聚合方向也是 5‘→3’，这条链被称为 随从链或滞后链(lagging strand)。 • 前导链连续复制而滞后链不连续复制，就是复制的 半不连续性。
U
C
乙酰CoA
T
琥珀酰CoA
第二节
核苷酸的生物合成
•一.嘌呤核苷酸的合成代谢
I. 从头合成途径
磷酸核糖
AA 酶
一碳单位
CO2
嘌呤核苷酸 （肝）
II．补救合成途径
游离的嘌呤
嘌呤核苷酸 (脑、骨髓)
PRPP ( 5-磷酸核糖-1-焦磷酸 )
嘌呤核苷酸的从头合成过程 1、嘌呤核苷酸环上原子来源
2、嘌呤核苷酸合成特点
先形成IMP，然后在单磷酸的水平上转变成 AMP、GMP。 IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先 形成PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸）
嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。 由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和C ，合 成时先形成右环，再形成左环。
四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体
DNA类型 N15－DNA N15－N14－DNA N14－DNA
浮力密度 1.742g/ml 1.717g/ml 1.710g/ml
标 记 实 验
· · · ·
细胞生长在15N 标记培养基中 转入正常N源培养基中 分离各代DNA 分析各代DNA的浮力密度
DNA的半保留复制的生物学意义
按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，
磷酸戊糖 ---活性形式: PRPP • • •
• •
磷酸戊糖途径 核酸降解 ATP AMP *5-磷酸核糖 5-磷酸核糖-1-磷酸 磷酸核糖焦磷酸激酶 (PRPP合成酶)
来源
•过程:胞浆
• ①在 PRPP 的基础上 , 逐步加上简单原料而形成嘌 呤核苷酸(11步反应) • ② IMP是重要的中间产物，AMP、GMP的前体 • 第一阶段 :IMP 的合成，在 PRPP 的基础上，逐步 加上嘌呤环合成所需的原料，合成IMP（次黄嘌呤）
真核生物的多复制子
多个复制眼
3. 双向复制 复制是从一个起始点开始，同时向两个 方向进行，称为双向复制。
大肠杆菌双链环状DNA的复制（一个复制起点， 双向复制） 真核细胞线状染色体DNA的复制方式（多个复制起 点，双向复制）
单向滚环式复制（病毒、细菌因子 ）
不同位置D-环式复制方式（线粒体双链环状DNA： 两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）
Dna B Dna A 5' 3' DNA拓异构酶 5' Dna C 3'
引物酶与引发体
引物酶：催化引物RNA的生成 引发前体:它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC 等组成。引发前体再与引物酶结合组装成引发体。 引发体可以沿模板链5’ 3’方向移动,具有识别合 成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA 引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量， 。 引发体的移动与复制叉移动的方向相同，与冈崎片 段的合成方向相反。
*APRT
腺嘌呤
+ PRPP
* HGPRT
AMP+PPI
IMP+PPI GMP+PPI
次黄嘌呤 + PRPP
HGPRT
鸟嘌呤
+ PRPP
HGPRT缺乏-----自毁容貌症（lesch Nyhan综合症）
二.嘧啶核苷酸的合成代谢
•嘧啶核苷酸的从头合成途径
1. 元素来源
• 2. 过程：肝细胞
• *特点： • （1）合成嘧啶环的基础上，再加上PRPP • （2）UMP是CTP与dTMP的共同前体
解螺旋酶 （解链酶） 通过水解ATP将DNA两条链打开。每解开
一对碱基需要水解2个ATP分子。 单链结合蛋白：
稳定DNA解开的单链，防止复性和保护单
链部分不被核酸酶水解。
2、引物合成
引发体引导引物酶到达适当的位置合成RNA引物。 以DNA为模板的引物酶合成的RNA片段称为引物。 引物酶是引发体的重要结构成分。 引物长度约为十几个到几十个核苷酸不等。 引物的合成方向是5´→3´方向。 DNA的聚合就是在引物的3´－OH上进行的。
核苷水解酶
核苷 + H2O
嘌呤（或嘧啶）+戊糖
核苷磷酸化酶
(植物及微生物中)
核苷+ H3PO4
（广泛存在）
嘌呤（或嘧啶）+1-P-戊糖
1.嘌呤的分解（氧化脱氨）
灵长类、鸟类、爬行类和昆虫体内嘌呤 降解的终产物是尿酸。 人体内腺嘌呤的分解∶腺嘌呤核苷经脱 氨酶及核苷磷酸化酶作用分解成次黄嘌呤; 次黄嘌呤再经黄嘌呤氧化酶的作用转变成 尿酸。
DNA-pol III
dATP dATP
dTTP
dGTP
5'
dCTP
dGTP
dTTP
dCTP
由于DNA 聚合酶只能以 5'→3'方向聚合子代
DNA 链 ， 即 模 板 DNA 链 的 方 向 必 须 为
3'→5'。因此，分别以两条亲代DNA链作为
模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。
• 以3'→5'方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时
成的链沿5'→3'合成不连续的小片段。岗崎片
段由DNA连接酶连成一条完整的新链。
冈 崎 片 段 的 大 小 : 在 原 核 生 物 中 约 为 1000 ～
2000 个核苷酸，而在真核生物中约为 100 个核
苷酸。
5' 3' 3' 5' 5' 3' 3' 5'
3'
5'
前导链
岗崎片段
3' 5'
滞后链
2、参与DNA复制的酶和蛋白因子
名称 功能
DnaA蛋白 解螺旋酶(DnaB蛋白,rep蛋 白） DnaC蛋白 引物酶(DnaG蛋白) SSB（单链结合蛋白） 拓扑异构酶 DNA聚合酶
DNA连接酶
辩认起始点 解开DNA双链 协助解螺旋酶 催化RNA引物合成 稳定解开的单链 理顺DNA链 复制、填补缺口、 校正错误 连接冈崎片段
DNaseⅠ：真核生物，水解双链或单链DNA。
Py
1´
Pu
Py
Py
p
G
A
C
T
p
G
A
p
5´
p
p
p
p
p
pБайду номын сангаас