《生物化學》教學課件-第十三章 核酸的生物合成

第十三章核酸的生物合成,nucleicacidbiosynthesis,本章主要內容,概述DNA的生物合成（復制）逆轉錄DNA的損傷與修復RNA的生物合成（轉錄）,概述,中心法則（centraldogma）,遺傳信息傳遞方向的規(guī)律,第二節(jié)DNA的生物合成（復制）,半保留復制復制起始點（ori)和方向半不連續(xù)復制,一、DNA復制的特征,半保留復制semiconservativereplication,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,親代,子代,DNA半保留復制的實驗,從復制起始點向2個方向進行雙向復制,雙向復制,半不連續(xù)復制（semidiscontinousreplication),二、參與DNA復制的主要酶類,1.解旋、解鏈酶類DNA拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白2.引物酶3.DNA聚合酶4.DNA連接酶,1.解旋、解鏈酶類,解鏈酶,DNA拓撲異構酶,單鏈DNA結合蛋白SSB,解開、理順DNA鏈、維持DNA單鏈狀,2.引物酶(primase),DNA聚合酶合成新DNA時需要引物（一小段RNA）引物RNA3-OH末端作為DNA合成的起始點引物酶與多種起始蛋白結合形成引發(fā)體引物酶催化合成引物（primer),3.DNA聚合酶（DNApolymerase),DNA聚合酶的作用特點：模板：解開的DNA雙鏈催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合形成3,5磷酸二酯鍵新鏈延長方向5/3/具核酸外切酶活性,原核DNA聚合酶,pol：,pol：,生理功能尚不清楚，無酶、時起作用,pol：,DNA復制高保真性的機制,DNA模板指導正確選擇堿基配對校讀功能,4.DNA連接酶(DNAligase),通過3/，5/-磷酸二酯鍵連接互補鏈中DNA片段不能連接單獨存在的DNA或RNA單鏈,三、DNA的復制過程,模板DNA解旋與解鏈，形成復制叉；形成引發(fā)體，合成RNA引物；按A-T、G-C堿基配對規(guī)則，合成DNA；切除引物、填補空隙、形成岡崎片段；DNA連接酶連接封口，形成長鏈DNA。,DNA復制示意圖,拓撲異構酶,解鏈酶,5/3/,3/5/3/5/,DNA聚合酶,單鏈結合蛋白,DNA聚合酶,前導鏈隨后鏈,DNA連接酶,岡崎片段,引物酶,四、真核生物DNA復制特點（自學）,五、端粒(telomere）、端粒酶（telomerase),端粒:是由蛋白質和DNA緊密結合的結構,端粒酶:是一種自身攜帶模板RNA的逆轉錄酶,端粒酶特殊的生物學功能：1.端粒酶活性與遺傳信息的穩(wěn)定性；2.端粒酶活性與細胞衰老；3.端粒酶活性與腫瘤,Furtherpolymerization,端粒酶合成端粒的爬行模式,第二節(jié)逆轉錄(reversetranscription),概念：以RNA為模板合成DNA的過程酶：逆轉錄酶,依賴RNA的DNA聚合酶功能RNaseH功能（水解RNA-DNA雜交鏈）依賴DNA的DNA聚合酶功能,逆轉錄酶,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,RNaseH,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,cDNA整合入宿主細胞DNA分子中,病毒RNA,RNA-cDNA雜交體,cDNA,雙股cDNA,宿主細胞DNA分子,整合了cDNA的宿主細胞DNA分子,逆轉錄酶,意義：對中心法則的補充有助于基因工程的實施,逆轉錄過程,HIV生活史,第三節(jié)DNA損傷（突變）與修復（自學）,突變,自發(fā)突變(spontaneousmutation)人工誘變(inducedmutation),一、DNA的突變,引起突變的因素,物理因素：紫外線、各種輻射,化學因素：亞硝酸鹽、烷化劑、芳香烴類生物因素：RNA病毒等,二、突變的類型,點突變(pointmutation)（錯配）轉換(transition)：AG或CT顛換(transversion)：嘌呤堿嘧啶堿框移突變(frameshiftmutation)缺失、插入1個堿基重排(rearrangement),鐮刀形紅細胞性貧血,HbA與HbS比較,由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型,三、DNA的損傷修復,光復活切除修復重組修復SOS修復,光修復(photoreactivation),紫外輻射DNA鏈上兩個胸腺嘧啶殘基間形成二聚體,光修復酶,切除修復,核酸內切酶,DNApol，DNAligase,(excisionrepair),重組修復,(recombinationalDNArepair）,第四節(jié)RNA的生物合成（轉錄）,(transcription),一、參與轉錄的主要物質,轉錄模板原料RNA聚合酶啟動序列終止因子,（一）轉錄模板,轉錄的模板：DNA雙鏈中的一條模板鏈：DNA雙鏈中具有轉錄功能的一條鏈（templatestrand）編碼鏈：貯存有遺傳信息與模板鏈互補的一條鏈（codingstrand）,5/,3/,3/,5/,不對稱轉錄：1.RNA分子上只有一條可轉錄2.模板鏈并不總是在同一單鏈上,RNA合成方向：5/3/,不對稱轉錄（asymmetrictranscription）,DNA5GGAGTACATGTC3（編碼鏈，+,）3CCTCAUGUACAG5（模板鏈，-，）（轉錄）5GGAGUACAUGUC3mRNA（翻譯）NAlaValHisValC多肽,（二）原料,RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）：ATP、GTP、CTP、UTP,（三）RNA聚合酶原核細胞(RNApolymerase),全酶：核心酶（2）+起始因子（）,類型細胞內定位催化轉錄產物對鵝膏蕈堿的反應核仁rRNA前體耐受核質mRNA前體極敏感核質5SrRNAtRNA中度敏感,（三）RNA聚合酶真核細胞,二、轉錄過程,1.轉錄起始,2.轉錄延長,3.轉錄終止,（原核生物）,轉錄起始(transcriptioninitiation),轉錄起始動畫,核心酶催化，在模板指導下沿5/-3/方向延伸RNA鏈,2.轉錄延長(transcriptionelongation),轉錄泡,終止子,非依賴于因子的終止子依賴于因子的終止子,terminator,3.轉錄終止（transcriptiontermination）,非依賴因子的終止1、GC豐富，重復序列2、形成發(fā)夾樣結構,依賴于因子的終止,轉錄全過程,真核細胞mRNA前體的加工,轉錄過程中的5/端加帽與3/端加尾的修飾,mRNA的前體：核內不均一RNA（hnRNA）,2.切除內含子(intron)，拼接外顯子(exon),非編碼序列,編碼序列,(heteronuclearRNA),帽子結構,尾巴結構,DNA和RNA生物合成的比較(1),復制轉錄1.原料dNTPNTP2.模板DNA兩條鏈DNA一條鏈3.引物需要RNA引物不需引物4.新鏈延伸方向53535.主要酶類DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解鏈酶類（2）引物酶終止因子()DNA連接酶,DNA和RNA生物合成的比較(2),復制過程轉錄過程模板DN