生物化學(xué)第十一章核酸的生物合成

第1頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容DNA的生物合成RNA的生物合成第2頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成1、復(fù)制2、反轉(zhuǎn)錄細(xì)胞內(nèi)合成DNA的過程3、修復(fù)合成第3頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第4頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）DNA的半保留復(fù)制

全保留式半保留式第5頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）DNA的半保留復(fù)制概念：通過DNA復(fù)制新形成的兩個(gè)DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全一樣，每個(gè)子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。第6頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第7頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向oriAB復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制叉復(fù)制泡第8頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向第9頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向復(fù)制是在固定的起始點(diǎn)開始的原核生物是一個(gè)起始點(diǎn)，真核生物是多個(gè)起始點(diǎn)大多數(shù)生物復(fù)制是雙向進(jìn)行的，但也有的生物是單向進(jìn)行的第10頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第11頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制原核生物DNA復(fù)制的過程DNA聚合酶岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制岡崎片段的RNA引物DNA連接酶母本DNA雙鏈的分離第12頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（1）DNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶）

n1dATPDNA聚合酶DNA+n2dGTP2DNA+(n1+2+3+4)PPi模板n3dCTP↓n4dTTP水解第13頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（1）DNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶）第14頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（1）DNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶）作用以DNA的每一條鏈作為模板，以四種脫氧核苷三磷酸為底物，按堿基互補(bǔ)配對原則，合成新的DNA鏈。條件4種脫氧核苷三磷酸DNA模板帶3-OH的引物特點(diǎn)合成DNA需要引物DNA鏈的合成具有方向性53DNA聚合酶種類多第15頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（1）DNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶）大腸桿菌三種主要DNA聚合酶比較有5→3有5’3’聚合酶作用DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI無53無5’→3’外切酶作用有53有5’→3’外切酶作用有有有有有有有有有有無第16頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（1）DNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶）DNA聚合酶III第17頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（2）岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制3535復(fù)制叉移動(dòng)方向3′5′3′3′5′前導(dǎo)鏈后隨鏈5′岡崎片段第18頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（2）岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制連續(xù)合成與復(fù)制叉移動(dòng)方向一致第19頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（2）岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制不連續(xù)合成與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反合成片段再連在一起第20頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（2）岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈：連續(xù)合成后隨鏈：不連續(xù)合成第21頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（3）岡崎片段的RNA引物引物酶（RNA聚合酶）以DNA鏈為模板，按堿基互補(bǔ)配對原則合成引物RNA。第22頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（4）DNA連接酶作用將有一個(gè)DNA片段的3-OH末端與另一個(gè)DNA片段的5-磷酸末端連接，形成3，5

-磷酸二酯鍵。第23頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月1、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制（5）母本DNA雙鏈的分離DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解開DNA的負(fù)超螺旋。DNA解旋酶解開DNA的雙螺旋。單鏈結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合于解開的單鏈DNA上，維持模板鏈的單鏈狀態(tài)。第24頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制原核生物DNA復(fù)制的過程DNA聚合酶岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制岡崎片段的RNA引物DNA連接酶母本DNA雙鏈的分離第25頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制原核生物DNA復(fù)制的過程復(fù)制的起始和引物RNA的合成DNA片段的合成RNA引物的水解完整DNA分子的合成第26頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2、原核生物DNA復(fù)制的過程（1）復(fù)制的起始和引物RNA的合成復(fù)制起始點(diǎn)固定原核生物：1個(gè)（真核生物：多個(gè)）參與這一階段的酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶DNA解旋酶單鏈結(jié)合蛋白引物酶第27頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2、原核生物DNA復(fù)制的過程（2）DNA片段的合成合成產(chǎn)物前導(dǎo)鏈、后隨鏈（岡崎片段）模板親代DNA的兩條鏈原料dNTP(A、G、C、T)合成方向53酶DNA聚合酶III第28頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2、原核生物DNA復(fù)制的過程（3）RNA引物的水解酶DNA聚合酶I第29頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2、原核生物DNA復(fù)制的過程（4）完整DNA分子的形成酶DNA連接酶第30頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白Mr亞基數(shù)功能SSB756004結(jié)合單鏈DNA解旋酶3000006DNA解螺旋引物酶600001RNA引物合成DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新鏈延長DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA連接酶740001連接DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ)4000004超螺旋參與DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)和酶第32頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第33頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制區(qū)別真核細(xì)胞DNA復(fù)制有許多起點(diǎn)真核生物所含的DNA聚合酶種類更多端粒的復(fù)制（端粒酶）DNA聚合酶αβ

γ

δε定位亞基數(shù)目外切酶活性功能細(xì)胞核4－引物的合成細(xì)胞核1－修復(fù)線粒體23’→5’外切酶線粒體DNA合成細(xì)胞核23’→5’外切酶DNA的合成細(xì)胞核＞15’→3’外切酶修復(fù)第34頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第35頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)的DNA合成）概念以RNA為模板合成DNA的過程。酶逆轉(zhuǎn)錄酶（RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶）第36頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)的DNA合成）RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈逆轉(zhuǎn)錄酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性核糖核酸酶H的活性第37頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)的DNA合成）逆轉(zhuǎn)錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRNA堿基序列互補(bǔ)的DNA鏈稱為互補(bǔ)DNA（cDNA）。試管內(nèi)合成cDNA第38頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第39頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）DNA的損傷和修復(fù)引起突變的因素突變類型修復(fù)機(jī)制自身因素環(huán)境因素第40頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）DNA的損傷和修復(fù)引起突變的因素突變類型修復(fù)機(jī)制1、點(diǎn)突變2、缺失3、插入4、DNA多核苷酸鏈斷裂或鏈間發(fā)生交聯(lián)第41頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）DNA的損傷和修復(fù)

UV∧TT二聚體第42頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）DNA的損傷和修復(fù)引起突變的因素突變類型修復(fù)機(jī)制1、光復(fù)活修復(fù)2、暗修復(fù)第43頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）DNA的損傷和修復(fù)

暗修復(fù)（切除修復(fù)）切開（核酸內(nèi)切酶）切除（核酸外切酶）修復(fù)合成（DNA聚合酶）連接（連接酶）著色性干皮病第44頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制（二）DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向（三）原核細(xì)胞DNA的復(fù)制（四）真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（五）反轉(zhuǎn)錄作用（六）DNA的損傷與修復(fù)第45頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容DNA的生物合成RNA的生物合成第46頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二、RNA的生物合成1、DNA指導(dǎo)的RNA合成2、RNA指導(dǎo)的RNA合成細(xì)胞內(nèi)合成RNA的過程3、無模板的RNA合成第47頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二、RNA的生物合成（一）轉(zhuǎn)錄（二）RNA復(fù)制（三）多核苷酸磷酸化酶第48頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄概念轉(zhuǎn)錄體系轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工第49頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）1、概念轉(zhuǎn)錄DNA分子中的遺傳信息轉(zhuǎn)移到RNA分子中的過程。第50頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）2、轉(zhuǎn)錄體系DNA模板NTP轉(zhuǎn)錄體系RNA聚合酶一些蛋白質(zhì)因子和無機(jī)離子第51頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）DNA模板與DNA復(fù)制相似需DNA作模板與DNA復(fù)制不同轉(zhuǎn)錄具不對稱性第52頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄的不對稱性概念在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。模板鏈在RNA的轉(zhuǎn)錄中，用作模板的DNA鏈稱為模板鏈。編碼鏈在RNA的轉(zhuǎn)錄中，模板鏈的互補(bǔ)DNA鏈稱為編碼鏈。第53頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄的不對稱性為何稱編碼鏈？？？第54頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄的不對稱性5335模板鏈編碼鏈模板鏈編碼鏈←轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向→第55頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）DNA模板與DNA復(fù)制相似需DNA作模板與DNA復(fù)制不同轉(zhuǎn)錄具不對稱性轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)+1上游（-）下游（+）啟動(dòng)子終止子第56頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月啟動(dòng)子概念是DNA鏈上的一段能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的區(qū)域。原核生物啟動(dòng)子真核生物啟動(dòng)子第57頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

原核生物啟動(dòng)子第58頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

－35區(qū)：一致性序列為TTGACA

是RNA-pol的識別位點(diǎn) －10區(qū)：一致性序列為TATAAT

是RNA-pol的結(jié)合位點(diǎn)原核生物啟動(dòng)子第59頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

真核生物啟動(dòng)子－25－75第60頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月終止子（終止信號）概念是DNA鏈上的一段具有停止轉(zhuǎn)錄作用的部位。第61頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）DNA模板與DNA復(fù)制相似需DNA作模板與DNA復(fù)制不同轉(zhuǎn)錄具不對稱性轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)+1上游（-）下游（+）啟動(dòng)子終止子第62頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）NTP4種核苷三磷酸A、G、C、U第63頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）n1ATPn2CTPn3GTPn4UTPRNA聚合酶DNA模板RNA+（n1+n2+n3+n4)PPi第64頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）①原核生物RNA聚合酶亞基組成：a2bb's=a2bb'

+s

全酶核心酶

核心酶參與鏈的延伸σ（起始因子）參與轉(zhuǎn)錄起始第65頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）①原核生物RNA聚合酶大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子全酶(α2ββ)第66頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）①原核生物RNA聚合酶五種亞基的功能分別為

α亞基：與啟動(dòng)子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

β′亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ亞基：識別起始位點(diǎn)。

第67頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）RNA聚合酶（DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶）②真核生物RNA聚合酶5SrRNAtRNA種類

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

rRNAmRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物核仁核質(zhì)核質(zhì)存在部位第68頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）3、轉(zhuǎn)錄過程以原核生物為例起始延長終止第69頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）起始2DNA雙鏈解開，形成轉(zhuǎn)錄空泡1RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合

3在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)–

5’-pppGpN–OH+ppiRNApol-DNA-pppGpN-OH

pppGNTPpppGpN-OHppi起始復(fù)合物:5’-pppG-OH+NTP第70頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）延長1、亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，在DNA模板上3′→5′方向前移；

2

、在核心酶作用下，NTP逐個(gè)加到RNA鏈的3‘-OH端，RNA鏈沿5′→3′延伸。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi第72頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）延長第73頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）終止依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止ρ因子：協(xié)助RNA聚合酶識別終止子的蛋白質(zhì)輔助因子。第74頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）終止依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止特性：1、發(fā)卡結(jié)構(gòu)2、模板：寡聚dARNA鏈：寡聚U第75頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）終止不依賴于Rho（）的終止子依賴于Rho（）的終止子第76頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）終止---RNA聚合酶在DNA模板上停止前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。第77頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA合成過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長階段53RNA

啟動(dòng)子（promoter)

終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553離開第78頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）4、轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制與DNA模板作用而抑制RNA合成的抑制劑與RNA聚合酶作用而抑制RNA合成的抑制劑放線菌素D、吖啶第79頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）4、轉(zhuǎn)錄過程的選擇性抑制與DNA模板作用而抑制RNA合成的抑制劑與RNA聚合酶作用而抑制RNA合成的抑制劑利福平：原核βα-鵝膏蕈堿：真核Ⅱ第80頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）5、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工意義轉(zhuǎn)錄生成的前體RNA，無生物學(xué)活性，需加工后才能變成有生物活性的RNA。第81頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄（DNA指導(dǎo)下的RNA合成）5、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工RNA加工的主要類型mRNA的加工rRNA的加工tRNA的加工（1）剪切和剪接（2）末端添加核苷酸（3）堿基修飾第82頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月mRNA的加工原核生物mRNA的加工真核生物mRNA的加工多順反