生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件

1、生物化學生物化學中心法則:第十一章 遺傳信息的傳遞中心法則:第十一章 遺傳信息的傳遞第一節(jié) DNA的生物合成一、DNA的復制（一）DNA的半保留復制 DNA雙鏈解開成為兩條單鏈，分別以每條單鏈為模板，以4種dNTP（三磷酸脫氧核苷）為原料，按堿基配對原則，從53方向合成新的DNA互補鏈，新合成的DNA與原來的完全一樣，并且一條鏈來自親代，一條鏈是新合成的，這種復制方式就叫做DNA的半保留復制。第一節(jié) DNA的生物合成一、DNA的復制生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件（二） 參與DNA復制的酶類1DNA聚合酶在合成中可發(fā)揮三種作用： 53外切酶活性：切除引物 3

2、5外切酶活性：可從35方向識別和水解不配對的核苷酸，對生長中的堿基進行識別和校對。 沿53方向延長 ：依賴于DNA的DNA聚合酶功能。（二） 參與DNA復制的酶類1DNA聚合酶PPPOH+ OHPPPOHPPPPPPOHOH+PDNA合成方向不可能是35的解釋PPPOH+ OHPPPOHPPPPPPOHOH+PDNA合35外切酶活性：對生長中的堿基進行識別和校對35外切酶活性：對生長中的堿基進行識別和校對2DNA連接酶催化兩個DNA片段之間形成3， 5-磷酸二酯鍵，連接DNA片段。2DNA連接酶3引物酶 依賴于DNA的RNA聚合酶，是以DNA為模板來合成RNA的酶，可識別復制起始點，以DNA為

3、模板，四種NTP為原料，按53方向，遵從堿基互補原則，合成RNA引物，提供DNA合成的3-OH端。3引物酶 依賴于DNA的RNA聚合酶，是以DNA DNA聚合酶不能“從無到有”地合成多核苷酸鏈，只能從已有的多核苷酸鏈上延長，這個已有的多核苷酸鏈就是引物，所以DNA的合成必須要有引物，體內(nèi)的引物多數(shù)情況下是RNA，但也可利用體內(nèi)原有的DNA片段。 RNA引物是以單鏈DNA為模板，沿53方向合成小分子RNA引物，在大腸桿菌中RNA引物（RNA primer）由引發(fā)酶（primase）催化，引物的長度160個核苷酸（引物的長度取決于物種）。 DNA的合成需要以RNA為引物: DNA聚合酶不能“從無到

4、有”地合成多核苷酸鏈生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件 4.解旋和解鏈酶類:作用在DNA的雙鏈上，使之解鏈和解旋，以形成兩條單鏈。 5.拓撲異構酶類：緩解扭轉(zhuǎn)應力 6.單鏈結合蛋白（SSB）：防止解旋酶一旦過去之后，螺旋又恢復原狀生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件7DNA聚合酶 依賴于DNA的DNA聚合酶，以DNA為模板，以四種dNTP為原料，催化從引物3-OH端，按堿基互補原則合成新的DNA。 DNA聚合酶是催化DNA合成（聚合反應發(fā)生）的關鍵酶。7DNA聚合酶 依賴于DNA的DNA聚合酶，以DN生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件真核生物DNA pol； 有

5、DNA pol.、5種，除DNA pol r存在于線粒體內(nèi)，其余均存在于細胞核中。它們的差別除了細胞定位外，主要在于動力學性質(zhì)和對抑制劑的敏感性不同。其他性質(zhì)基本上同E coli的聚合酶，也需要模板, 帶3-OH的引物和4種脫氧核苷三磷酸，鏈的延伸方向為53。 真核生物DNA pol； 大腸桿菌三種DNA聚合酶的比較大腸桿菌三種DNA聚合酶的比較哺乳動物DNA聚合物哺乳動物DNA聚合物生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件（三）復制合成過程 三階段 a起始 包括解鏈、解旋和引發(fā)階段 識別復制的特定起始位點（引物酶）； 解開雙螺旋，成為二條單鏈（解鏈解旋酶）； 以D

6、NA單鏈為模板合成RNA引物，提供DNA合成的3-OH端（引物酶），并形成復制叉，起始階段結束。（三）復制合成過程 三階段 a起始生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件b延長：DNA鏈的形成和延伸階段 在DNA聚合酶的作用下，從引物3-OH端開始合成DNA片段。 與復制叉移動方向一致的鏈進行連續(xù)合成，叫前導鏈(領頭鏈)。 與復制叉移動方向不一致鏈進行不連續(xù)合成，合成小的DNA片段（岡崎片段），這條鏈叫后續(xù)鏈(隨從鏈)。 這種復制方式也叫半不連續(xù)復制。 b延長：DNA鏈的形成和延伸階段 在DNA聚合酶的作用c終止 由DNA聚合酶切除引物，填補缺口，DNA連接酶連接DNA片段，得到完整的DNA互補鏈。

7、 c終止 由DNA聚合酶切除引物，填補缺口，DNA連生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件二、DNA損傷（突變）與修復 基因突變：DNA分子中的核苷核序列發(fā)生改變，導致遺傳密碼編碼信息改變，造成基因表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)的氨基酸變化，從而引起表型的改變。 （一）引起突變的因素 物理：紫外線、各種輻射等； 化學：亞硝酸鹽、烷化劑、芳香烴類等； 生物因素：RNA病毒感染等。二、DNA損傷（突變）與修復 基因突變：DNA分子中的核苷（二）DNA的修復1.光復活 切除修復重組修復SOS修復（二）DNA的修復1.光復活 1. 損傷：形成嘧啶二聚體2. 形成酶DNA復合物：光復合酶結合于損傷部位3. 酶被可見光所激活

8、4. 修復后釋放酶53 5 3h 1. 損傷：形成嘧啶二聚體2. 形成酶DNA復合物：光復合2.切除修復（excision repair） 2.切除修復（excision repair） 生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件3. 重組修復（recombination repair）3. 重組修復（recombination repair）轉(zhuǎn)錄 (transcription) 生物體以DNA為模板合成RNA的過程 。 轉(zhuǎn)錄RNADNA 第二節(jié) RNA的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription) 轉(zhuǎn)錄RNADNA 復制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 復制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: NTP (ATP, UTP,

9、GTP, CTP) 模板: DNA酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料: NTP (ATP, UTP, GTP一、轉(zhuǎn)錄模板不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetric transcription) 1.DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段，稱為結構基因(structural gene)。 2.DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(template strand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對的另一股單鏈是編碼鏈(coding strand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。 一、轉(zhuǎn)錄模板不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmet

10、ric transcr5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯5GCAGTACATGTC 33 c生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向53模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 3.不對稱轉(zhuǎn)錄的含義 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DNA單鏈上。 不是整個DNA分子的信息都被轉(zhuǎn)錄成一個RNA，而是某些基因以DNA的這一條鏈作為模

11、板，而另一些基因以DNA的另外一條鏈作為模板。 3.不對稱轉(zhuǎn)錄的含義不是整個DNA分子的信息都被轉(zhuǎn)錄二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶 二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶 核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzyme)核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzym（二）真核生物的RNA聚合酶 （二）真核生物的RNA聚合酶 三、RNA轉(zhuǎn)錄 原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。1.轉(zhuǎn)錄的一般原則三、RNA轉(zhuǎn)錄 原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可（4）第一個被轉(zhuǎn)錄的核苷酸

12、通常是嘌呤核苷酸（約為 90%），其中以烏嘌呤核苷酸最為常見。 （2）轉(zhuǎn)錄過程中需要模板，需要解鏈，但不需要引物 。（3）以4種核苷三磷酸為底物，并需要Mg2+激活。（5）轉(zhuǎn)錄的方向的53，這與DNA的復制完全一致。（6）轉(zhuǎn)錄具有高度的忠實性。（7）轉(zhuǎn)錄受嚴格調(diào)控。（1）模板 : 體內(nèi)DNA中的一條鏈被轉(zhuǎn)錄，體外DNA 的兩條鏈都能被轉(zhuǎn)錄。 why？（4）第一個被轉(zhuǎn)錄的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（約為 （2）轉(zhuǎn)錄2. 轉(zhuǎn)錄的起始 （1）啟動子（promoter）的概念： 啟動子是指RNA聚合酶識別，結合并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列，它包括4個區(qū)域： 轉(zhuǎn)錄的起始點， -10區(qū)（pribnow box，

13、富含AT，其一致序列為TATAAT） -35區(qū) 一致序列為TTGACA， -10與-35之間的序列。 原核生物的RNA聚合酶能直接識別啟動子，并與啟動子結合，從而啟動基因轉(zhuǎn)錄DNA的轉(zhuǎn)錄過程：起始、延長和終止。 2. 轉(zhuǎn)錄的起始 （1）啟動子（promoter）的概念： 生物化學第十一章遺傳信息的傳遞課件轉(zhuǎn)錄起始點（start point）為+1，位于它上游的序列為負數(shù)，位于它下游的序列為正數(shù)，沒有零。轉(zhuǎn)錄起始點（start point）為+1，位于它上游的序列 （2）RNA聚合酶對啟動子的識別、結合和起始復合物的形成 （2）RNA聚合酶對啟動子的識別、結合和起始復合物的形成 RNA合成不需要

14、引物，按照DNA中一條鏈的堿基序列選擇1st and 2nd 核苷三磷酸，合成第一個磷酸二酯鍵，RNA鏈上參入的第一個核苷酸通常是嘌呤，因此新生RNA的5端通常是pppA or pppG。 轉(zhuǎn)錄起始后，因子就從起始復合物中解離。 3.鏈的延長： 因子釋放后，進入鏈的延長階段，核心酶的移動方向沿DNA 的35方向 RNA合成不需要引物，按照DNA中一條鏈的堿RNA鏈的合成方向53 RNA鏈的合成方向53 當核心酶沿模板35方向移動到終止信號區(qū)域時，轉(zhuǎn)錄就終止，提供終止信號的DNA序列稱終止子。 終止有2種類型：不依賴因子的終止，依賴于因子的終止。 4.鏈的終止： RNA合成的速度每秒種40個核苷酸，與蛋白質(zhì)合成的速度相近（15個aa/sec），但比DNA復制的速度（800bp/sec）要慢得多。RNA聚合酶在DNA分子上的運動不是勻速的，在經(jīng)過富含GC對的序列8至10個核苷酸后，會發(fā)生一次暫停，這與轉(zhuǎn)錄的終止有關。 當核心酶沿模板35方