《生物化學(xué)》教學(xué)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(nèi)容,概述DNA的生物合成（復(fù)制）逆轉(zhuǎn)錄DNA的損傷與修復(fù)RNA的生物合成（轉(zhuǎn)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(fù)制）,半保留復(fù)制復(fù)制起始點(diǎn)（ori)和方向半不連續(xù)復(fù)制,一、DNA復(fù)制的特征,半保留復(fù)制semiconservativereplication,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,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（semidiscontinousreplication),二、參與DNA復(fù)制的主要酶類(lèi),1.解旋、解鏈酶類(lèi)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白2.引物酶3.DNA聚合酶4.DNA連接酶,1.解旋、解鏈酶類(lèi),解鏈酶,DNA拓?fù)洚悩?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),3.DNA聚合酶（DNApolymerase),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：,pol：,生理功能尚不清楚，無(wú)酶、時(shí)起作用,pol：,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(DNAligase),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。,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,DNA聚合酶,前導(dǎo)鏈隨后鏈,DNA連接酶,岡崎片段,引物酶,四、真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)（自學(xué)）,五、端粒(telomere）、端粒酶（telomerase),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,Furtherpolymerization,端粒酶合成端粒的爬行模式,第二節(jié)逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription),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RNA,RNA-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,第三節(jié)DNA損傷（突變）與修復(fù)（自學(xué)）,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(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(pointmutation)（錯(cuò)配）轉(zhuǎn)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(gè)堿基重排(rearrangement),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二聚體,光修復(fù)酶,切除修復(fù),核酸內(nèi)切酶,DNApol，DNAligase,(excisionrepair),重組修復(fù),(recombinationalDNArepair）,第四節(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)錄模板原料RNA聚合酶啟動(dòng)序列終止因子,（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（templatestrand）編碼鏈：貯存有遺傳信息與模板鏈互補(bǔ)的一條鏈（codingstrand）,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（asymmetrictranscription）,DNA5GGAGTACATGTC3（編碼鏈，+,）3CCTCAUGUACAG5（模板鏈，-，）（轉(zhuǎn)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(xì)胞(RNApolymerase),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)5SrRNAtRNA中度敏感,（三）RNA聚合酶真核細(xì)胞,二、轉(zhuǎn)錄過(guò)程,1.轉(zhuǎn)錄起始,2.轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng),3.轉(zhuǎn)錄終止,（原核生物）,轉(zhuǎn)錄起始(transcriptioninitiation),轉(zhuǎn)錄起始動(dòng)畫(huà),核心酶催化，在模板指導(dǎo)下沿5/-3/方向延伸RNA鏈,2.轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)(transcriptionelongation),轉(zhuǎn)錄泡,終止子,非依賴(lài)于因子的終止子依賴(lài)于因子的終止子,terminator,3.轉(zhuǎn)錄終止（transcriptiontermination）,非依賴(lài)因子的終止1、GC豐富，重復(fù)序列2、形成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu),依賴(lài)于因子的終止,轉(zhuǎn)錄全過(guò)程,真核細(xì)胞mRNA前體的加工,轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的5/端加帽與3/端加尾的修飾,mRNA的前體：核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）,2.切除內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(exon),非編碼序列,編碼序列,(heteronuclearRNA),帽子結(jié)構(gòu),尾巴結(jié)構(gòu),DNA和RNA生物合成的比較(1),復(fù)制轉(zhuǎn)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(lèi)DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解鏈酶類(lèi)（2）引物酶終止因子()DNA連接酶,DNA和RNA生物合成的比較(2),復(fù)制過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程模板DN