生物化學(xué)-核酸的生物合成教學(xué)課件

第十四章核酸的生物合成nucleicacidbiosynthesis第一課件網(wǎng)在線網(wǎng)站

2021/01/211本章主要內(nèi)容DNA的生物合成RNA的生物合成2021/01/212第一節(jié)DNA的生物合成2021/01/213中心法則（centraldogma）遺傳信息傳遞方向的規(guī)律基因表達：是指將遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)錄為RNA、再翻譯成蛋白質(zhì)的過程2021/01/214半保留復(fù)制復(fù)制起始點（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2021/01/215半保留復(fù)制

semiconservativereplicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC親代子代2021/01/216DNA半保留復(fù)制的實驗2021/01/217從復(fù)制起始點向2個方向進行雙向復(fù)制雙向復(fù)制2021/01/218半不連續(xù)復(fù)制（semidiscontinousreplication)岡崎片段2021/01/219（二）參與DNA復(fù)制的主要酶類解旋、解鏈酶類DNA拓撲異構(gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA連接酶2021/01/21101、解旋、解鏈酶類解鏈酶(helicase)解開DNA雙鏈中氫鍵，消耗ATP單鏈結(jié)合蛋白（single-strandedDNA-bindingprotein）與單鏈DNA結(jié)合，保持模板處于單鏈狀態(tài)，保護復(fù)制中的DNA單鏈不被核酸酶降解。DNA拓撲異構(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供能）2021/01/21112021/01/2112解鏈酶DNA拓樸異構(gòu)酶單鏈DNA結(jié)合蛋白

SSB解開、理順

DNA鏈、維持DNA單鏈狀2021/01/21132、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(jié)合形成引發(fā)體引物酶催化合成引物（primer)2021/01/21143、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2021/01/2115原核DNA聚合酶①polⅠ：3′→5′外切酶活性，參與DNA修復(fù)校正5′→3′外切酶、聚合酶活性，

切除引物并填補空隙具有切口平移作用②polⅡ：生理功能尚不清楚，無酶Ⅰ、Ⅱ時起作用③polⅢ：復(fù)制延長中真正起復(fù)制作用的酶具3/-5/核酸外切酶活性，校正作用2021/01/2116DNA復(fù)制高保真性的機制

DNA模板指導(dǎo)正確選擇堿基配對校讀功能第一課件網(wǎng)在線網(wǎng)站

2021/01/21174、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。2021/01/2118（三）DNA的復(fù)制過程模板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；6.在Tus蛋白參與下，終止復(fù)制。(terminusutilizationsubstance)2021/01/2119DNA復(fù)制示意圖拓撲異構(gòu)酶解鏈酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶Ⅲ單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶Ⅰ前導(dǎo)鏈隨后鏈DNA連接酶岡崎片段引物酶2021/01/2120二、逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)概念：以RNA為模板合成DNA的過程酶：逆轉(zhuǎn)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2021/01/2121逆轉(zhuǎn)錄酶----------------------------------------RNaseH----------------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------cDNA整合入宿主細胞DNA分子中病毒RNARNA-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(zhuǎn)錄酶意義：對中心法則的補充有助于基因工程的實施逆轉(zhuǎn)錄過程2021/01/2122HIV生活史2021/01/2123三、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.端粒酶活性與細胞衰老；3.端粒酶活性與腫瘤(telomere、telomerase)2021/01/2124CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTG-OH(3’)3’----CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT3’----G-OH(3’)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3’)3’----Furtherpolymerization端粒酶合成端粒的爬行模式2021/01/2125四、DNA損傷（突變）與修復(fù)突變自發(fā)突變(spontaneousmutation)人工誘變(inducedmutation)2021/01/2126（一）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、芳香烴類生物因素：RNA病毒等2021/01/2127（二）突變的類型點突變(pointmutation)（錯配）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個堿基重排(rearrangement)2021/01/2128血紅蛋白中遺傳信息的異常正常DNA…TGTGGGCTTCTTTTT…mRNA…ACACCCGAAGAAAAA…HbA（β鏈）（氨基末端）蘇脯谷6谷賴異常DNA…TGTGGGCATCTTTTT…mRNA…ACACCCGUAGAAAAA…HbS（β鏈）（氨基末端）蘇脯纈6谷賴鐮刀形紅細胞性貧血2021/01/2129HbA與HbS比較2021/01/2130由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型2021/01/2131（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)2021/01/2132光修復(fù)(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(fù)酶2021/01/2133切除修復(fù)核酸內(nèi)切酶DNApolⅠ，DNAligase(excisionrepair)2021/01/2134重組修復(fù)(recombinationalDNArepair）2021/01/2135第二節(jié)RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）(transcription)2021/01/2136一、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2021/01/2137（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的一條鏈（codingstrand）2021/01/21385/3/3/5/不對稱轉(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/不對稱轉(zhuǎn)錄（asymmetrictranscription）第一課件網(wǎng)在線網(wǎng)站

2021/01/2139DNA5′……GGAGTACATGTC…3′（編碼鏈，+,）

3′……CCTCAUGUACAG…5′（模板鏈，-，）↓（轉(zhuǎn)錄）5′……GGAGUACAUGUC……3′

mRNA

↓（翻譯）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

2021/01/2140（二）RNA聚合酶——原核細胞

(RNApolymerase)亞基功能2決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān)′結(jié)合DNA模板辨認起始點全酶：核心酶（2′）+起始因子（）2021/01/2141類型細胞內(nèi)定位催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對鵝膏蕈堿的反應(yīng)Ⅰ

核仁rRNA前體耐受Ⅱ

核質(zhì)mRNA前體極敏感Ⅲ

核質(zhì)5SrRNAtRNA中度敏感（二）RNA聚合酶——真核細胞2021/01/2142（三）底物RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）：ATP、GTP、CTP、UTP2021/01/2143二、轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄起始2、轉(zhuǎn)錄延長3、轉(zhuǎn)錄終止（原核生物）2021/01/2144②形成第一個3/，5/-磷酸二酯鍵，σ因子脫離全酶（第一個核苷酸：GTP或ATP）①RNA聚合酶識別、結(jié)合啟動子-10核苷酸——TATAAT（Pribnow盒）富含AT-35核苷酸——TTGACA啟動子轉(zhuǎn)錄起始(transcriptioninitiation)2021/01/2145轉(zhuǎn)錄起始動畫2021/01/2146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(transcriptionelongation)轉(zhuǎn)錄空泡2021/01/2147終止子非依賴于ρ因子的終止子依賴于ρ因子的終止子terminator3、轉(zhuǎn)錄終止（transcriptiontermination）2021/01/2148非依賴ρ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)2021/01/2149依賴與ρ因子的終止2021/01/2150轉(zhuǎn)錄全過程2021/01/2151真核細胞mRNA前體的加工轉(zhuǎn)錄過程中的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(hetero–nuclearRNA)2021/01/2152m7GpppNmpolyA帽子結(jié)構(gòu)尾巴結(jié)構(gòu)2021/01/2153

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.新連延伸方向

5ˊ→3ˊ5ˊ→3ˊ5.主要酶類

DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解鏈酶類（α2ββˊσ）

引物酶終止因子(ρ)DNA連接酶2021/01/2154DNA和RNA生物合成的比較(2)

復(fù)制過程轉(zhuǎn)錄過程模板DNA解旋與解鏈，σ因子辨認起始點,

形成復(fù)制叉；帶動全酶解開DNA雙鏈,形成引發(fā)體，促使轉(zhuǎn)錄起動；合成RNA引物；σ因子隨之脫落下來；3.按A=T、G=C堿基配對在核心酶催化下,規(guī)則，合成DNA；使RNA鏈不斷延長；切除引物、填補空隙、ρ因子終止鏈延長。形成岡崎片段；DNA連接酶連接封口，