生物化學(xué)之核酸的生物合成

1、第十四章 核酸的生物合成nucleic acid biosynthesis本章主要內(nèi)容DNA的生物合成RNA的生物合成第一節(jié) DNA的生物合成中心法則（ central dogma）遺傳信息傳遞方向的規(guī)律基因表達(dá)：是指將遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)錄為RNA、再翻譯成蛋白質(zhì)的過(guò)程半保留復(fù)制復(fù)制起始點(diǎn)（ori)雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制一、復(fù)制（replication）（一）DNA復(fù)制的基本原則半保留復(fù)制semiconservative replicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC親代子代DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn) 從復(fù)制起始點(diǎn)向

2、2個(gè)方向進(jìn)行雙向復(fù)制雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制（semidiscontinous replication)岡崎片段（二）參與DNA復(fù)制的主要酶類(lèi)解旋、解鏈酶類(lèi)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA連接酶1、解旋、解鏈酶類(lèi) 解鏈酶(helicase)解開(kāi)DNA雙鏈中氫鍵，消耗ATP 單鏈結(jié)合蛋白（single-stranded DNA-binding protein）與單鏈DNA結(jié)合，保持模板處于單鏈狀態(tài)，保護(hù)復(fù)制中的DNA單鏈不被核酸酶降解。 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase)復(fù)制前：松弛DNA超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象復(fù)制后：TopoII作用下，重新引入超螺旋（需ATP供

3、能）解鏈酶 DNA拓樸異構(gòu)酶 單鏈DNA結(jié)合蛋白 SSB解開(kāi)、理順 DNA鏈、維持DNA單鏈狀2、引物酶(primase)DNA聚合酶合成新DNA時(shí)需要引物（一小段RNA）引物RNA3-OH末端作為DNA合成的起始點(diǎn)引物酶與多種起始蛋白結(jié)合形成引發(fā)體引物酶催化合成引物（primer)/506029614.html/506029642.html/506029650.html/506029663.html/506029681.html/506029694.html/506032992.html/506033005.html/506033019.html/506033033.html/5060330

4、49.html/506036439.html/506036465.html/506036527.html/506036566.html/506036577.html/506047173.html/506047181.html/506047193.html/506047212.html/506047221.html/506050712.html/506050732.html/506050739.html/506050744.html/506050751.html/506053356.html/506053383.html/506053400.html/506053419.html/5060534

5、39.html/506057246.html/506057253.html/506057265.html/506057272.html/506057278.html/506060989.html/506061001.html/506061011.html/506061018.html/506061026.html/506064514.html/506064555.html/506064562.html/506064573.html/506064585.html/506068248.html/506068260.html/506068273.html/506068290.html/5060682

6、95.html/506071552.html/506071591.html/506071601.html/506071603.html/506071611.html3、DNA聚合酶（DNA polymerase)DNA聚合酶的作用特點(diǎn)：模板：解開(kāi)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(zhǎng)方向5 / 3 /具核酸外切酶活性原核DNA聚合酶pol： 35外切酶活性，參與DNA修復(fù)校正 53外切酶、聚合酶活性， 切除引物并填補(bǔ)空隙 具有切口平移作用pol ：生理功能尚不清楚，無(wú)酶、時(shí)起作用pol ：復(fù)制延長(zhǎng)中真正起復(fù)制作用的酶具3/-5/核酸外切酶

7、活性，校正作用DNA復(fù)制高保真性的機(jī)制 DNA模板指導(dǎo) 正確選擇堿基配對(duì) 校讀功能4、DNA連接酶(DNA ligase) 通過(guò)3/，5/-磷酸二酯鍵連接互補(bǔ)鏈中DNA片段 不能連接單獨(dú)存在的DNA或RNA單鏈。（三）DNA的復(fù)制過(guò)程模板DNA解旋與解鏈，形成復(fù)制叉；形成引發(fā)體，合成RNA引物；按A=T、G=C堿基配對(duì)規(guī)則，合成DNA；切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段；DNA連接酶連接封口，形成長(zhǎng)鏈DNA；6. 在Tus蛋白參與下，終止復(fù)制。(terminus utilization substance)DNA復(fù)制示意圖拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶5/ 3/3/ 5/ 3/ 5/DNA聚合酶單鏈結(jié)合蛋白D

8、NA聚合酶前導(dǎo)鏈 隨后鏈DNA連接酶岡崎片段引物酶二、逆轉(zhuǎn)錄(reverse transcription)概念：以RNA為模板合成DNA的過(guò)程酶：逆轉(zhuǎn)錄酶 依賴(lài)RNA的DNA聚合酶功能 RNaseH功能（水解RNA-DNA雜交鏈） 依賴(lài)DNA的DNA聚合酶功能逆轉(zhuǎn)錄酶-RNaseH-+-cDNA整合入宿主細(xì)胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA 雜交體cDNA雙股cDNA宿主細(xì)胞DNA分子整合了cDNA的宿主細(xì)胞DNA分子逆轉(zhuǎn)錄酶意義： 對(duì)中心法則的補(bǔ)充 有助于基因工程的實(shí)施 逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程HIV生活史三、DNA復(fù)制與端粒、端粒酶端粒: 是由蛋白質(zhì)和DNA緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)端粒酶: 是一種自身攜帶模

9、板RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶特殊的生物學(xué)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(xì)胞衰老；3. 端粒酶活性與腫瘤(telomere、telomerase)/s/blog_130027d700102x0b0.html/s/blog_130027d700102x0b5.html/s/blog_13002e7ab0102x4vo.html/s/blog_13002e7ab0102x4vp.html/s/blog_130027d700102x0hb.html/s/blog_130027d700102x0hc.html/s/blog_13002e7ab0102x51a.html/s/bl

10、og_13002e7ab0102x51b.html/s/blog_130027d700102x0jf.html/s/blog_130027d700102x0jg.html/s/blog_130027d700102x0jh.html/s/blog_13002e7ab0102x52s.html/s/blog_13002e7ab0102x52u.html/s/blog_13002e7ab0102x52x.html/s/blog_130027d700102x0ke.html/s/blog_130027d700102x0kf.html/s/blog_130027d700102x0kg.html/s/bl

11、og_13002e7ab0102x53y.html/s/blog_13002e7ab0102x53z.html/s/blog_13002e7ab0102x540.html/s/blog_130027d700102x0lo.html/s/blog_130027d700102x0lp.html/s/blog_130027d700102x0lq.html/s/blog_13002e7ab0102x550.html/s/blog_13002e7ab0102x551.html/s/blog_13002e7ab0102x552.html/s/blog_130027d700102x0n5.html/s/bl

12、og_130027d700102x0n6.html/s/blog_130027d700102x0n7.html/s/blog_13002e7ab0102x55v.html/s/blog_13002e7ab0102x55w.html/s/blog_13002e7ab0102x55x.html/s/blog_130027d700102x0og.html/s/blog_130027d700102x0oh.html/s/blog_130027d700102x0oi.html/s/blog_13002e7ab0102x574.html/s/blog_13002e7ab0102x575.html/s/bl

13、og_13002e7ab0102x576.html/s/blog_130027d700102x0q6.html/s/blog_130027d700102x0q7.html/s/blog_130027d700102x0q9.html/s/blog_13002e7ab0102x59s.html/s/blog_13002e7ab0102x59t.html/s/blog_13002e7ab0102x59u.html/s/blog_130027d700102x0ru.html/s/blog_130027d700102x0rv.html/s/blog_130027d700102x0rw.html/s/bl

14、og_13002e7ab0102x5bf.html/s/blog_13002e7ab0102x5bg.html/s/blog_13002e7ab0102x5bh.html/s/blog_130027d700102x0tu.html/s/blog_130027d700102x0tv.html/s/blog_130027d700102x0tw.html/s/blog_13002e7ab0102x5dh.html/s/blog_13002e7ab0102x5di.html/s/blog_13002e7ab0102x5dj.html/s/blog_130027d700102x0vo.html/s/bl

15、og_130027d700102x0vp.html/s/blog_130027d700102x0vq.html/s/blog_13002e7ab0102x5fr.html/s/blog_13002e7ab0102x5ft.html/s/blog_13002e7ab0102x5fw.html/s/blog_130027d700102x0 xf.html/s/blog_130027d700102x0 xg.html/s/blog_130027d700102x0 xh.html/s/blog_13002e7ab0102x5hx.html/s/blog_13002e7ab0102x5hy.html/s

16、/blog_13002e7ab0102x5hz.html/s/blog_130027d700102x0zd.html/s/blog_130027d700102x0ze.html/s/blog_130027d700102x0zf.html/s/blog_13002e7ab0102x5ka.html/s/blog_13002e7ab0102x5kb.html/s/blog_13002e7ab0102x5kc.htmlCUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTT

17、GGGGTTTT 3-G-OH(3)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-Further polymerization端粒酶合成端粒的爬行模式四、DNA損傷（突變）與修復(fù)突變自發(fā)突變(spontaneous mutation)人工誘變(induced mutation)（一）引起突變的因素物理因素：紫外線(xiàn)、各種輻射化學(xué)因素：亞硝酸鹽、烷化劑、芳香烴類(lèi)生物因素：RNA病毒等 （二）突變的類(lèi)型點(diǎn)突變(point mutation) （ 錯(cuò)配）轉(zhuǎn)換(transition) ：A G 或 C T 顛換 (transvers

18、ion)：嘌呤堿 嘧啶堿框移突變(frameshift mutation)缺失、插入1個(gè)堿基重排(rearrangement)血紅蛋白中遺傳信息的異常正常DNA TGTGGGCTTCTTTTTmRNA ACACCCGAAGAAAAAHbA（鏈）（氨基末端）蘇脯谷6谷 賴(lài)異常DNA TGTGGGCATCTTTTTmRNA ACACCCGUAGAAAAAHbS（鏈）（氨基末端）蘇脯纈6谷 賴(lài)鐮刀形紅細(xì)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(fù)光復(fù)活切除修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù)光修復(fù)(photoreactivation)紫外輻射DNA鏈上兩個(gè)胸腺嘧啶殘基間形成

19、二聚體光修復(fù)酶切除修復(fù)核酸內(nèi)切酶DNApol ，DNA ligase(excision repair)重組修復(fù)(recombinational DNA repair）第二節(jié) RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）(transcription)一、參與轉(zhuǎn)錄的主要物質(zhì)轉(zhuǎn)錄模板RNA聚合酶底物終止因子（一）轉(zhuǎn)錄模板轉(zhuǎn)錄的模板：DNA雙鏈中的一條模板鏈：DNA雙鏈中具有轉(zhuǎn)錄功能的一條鏈（template strand）編碼鏈：貯存有遺傳信息與模板鏈互補(bǔ)的一條鏈（coding strand）5/3/3/5/不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄： 1、RNA分子上只有一條可轉(zhuǎn)錄 2、模板鏈并不總是在同一單鏈上RNA合成方向：5/3/不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄（

20、asymmetric transcription）DNA 5G G A G T A C A T G T C 3（編碼鏈，+, ） 3C C T C A U G U A C A G 5（模板鏈，-，） （轉(zhuǎn)錄） 5 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA （翻譯） N Ala Val His Val C 多肽 （二）RNA聚合酶原核細(xì)胞(RNA polymerase) 亞基 功能 2 決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 與轉(zhuǎn)錄全過(guò)程有關(guān) 結(jié)合DNA模板 辨認(rèn)起始點(diǎn)全酶：核心酶（ 2 ） + 起始因子（）類(lèi)型 細(xì)胞內(nèi)定位 催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng) 核仁 rRNA前體 耐受 核質(zhì) mRNA前體 極敏感 核質(zhì) 5SrRNA tRNA 中度敏感（二）RNA聚合酶真核細(xì)胞（三）底物RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）： ATP、GTP、CTP、UTP二、轉(zhuǎn)錄過(guò)程 轉(zhuǎn)錄起始2、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)3、轉(zhuǎn)錄終止（原核生物）形成第一個(gè)3 / ，5/-磷酸二酯鍵，因子脫離全酶（第一個(gè)核苷酸：GTP或ATP）RNA 聚合酶識(shí)別、結(jié)合啟動(dòng)子-10核苷酸TATAAT（Pribnow 盒）富含AT-35核苷酸TTGACA啟動(dòng)子 轉(zhuǎn)錄