9核酸生物合成.ppt

第九章核酸的生物合成 中心法则 生物的遗传信息从DNA传递给mRNA的过程称为转录 根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程 被称为翻译和表达 1958年Crick将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则 第一节DNA的生物合成 一 DNA的半保留复制复制时期 1 半保留复制的证明 二 DNA生物合成的基本问题 模板引物dNTPDNA聚合酶Mg2 在5 3 方向延伸 DNA复制开始于特定的起点 DNA复制开始于一个特定的位点 称为原点 origin 从原点开始同时向DNA链两个方向进行 形成一个分叉 称为复制叉 replieationfork 复制叉在电镜下观察犹如一只眼睛 所以又称复制眼 replicationeye 环形DNA复制时由于复制眼的形成 构成了一个有内圈的闭合环状体 这种形式称为Q结构 大肠杆菌全部基因组 含4X106bp 只有一个复制原点 高等生物体中DNA具有多个复制原点 三 原核生物DNA的复制过程 okazaki1968年 三 真核DNA的复制合成 真核DNA的合成的基本过程类似于原核DNA 不同之处 多复制起点至少有五种聚合酶 端粒的复制依赖于端粒酶 真核生物DNA聚合酶 DNA复制过程 真核生物DNA复制叉结构示意图 四 反转录作用 RNA指导下的DNA合成 1970年 Temin和Baltimore在致癌RNA病毒中发现了反转录酶 ReverseTranscriptase 1 DNA聚合酶特性需引物 tRNA dNTP 模板 RNA DNA 5 3 方向聚合 2 杂交分子H键断开常由核糖核苷酶H RNAaseH 专一切除RNA DNA分子中的RNA 全部或部分去除RNA3 前病毒DNA合成的DNA链称负链 然后由依赖DNA的DNA聚合酶催化下 以负链为模板合成一正链这样形成的DNA称前病毒DNA 前病毒DNA可嵌入宿主细胞DNA中 称整合 或潜伏于宿主细胞用其负链 依赖DNA的RNA聚合酶 出RNA 合成外壳蛋白 1 五 DNA的损伤与修复 1 DNA的损伤与突变损伤可造成突变或致死突变 mutation 指一种遗传状态 可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变 携带突变基因的生物称为突变体 未突变的称为野生型 损伤原因物理 紫外 见下页 高能射线 电离辐射 化学 烷基化试剂 亚硝酸盐 碱基类似物 生物因素 碱基对置换 碱基的插入 缺失造成移码 当DNA受到大剂量紫外线 波长260nm附近 照射时 可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合 形成二聚体 例如TT二聚体 2 DNA损伤修复 光复活切除修复重组修复SOS修复 光复活 photoreactivation 可见光 最有效波长400nm 激活生物界广泛分布 高等哺乳动物除外 的光复活酶 该酶分解嘧啶二聚体 是一种高度专一的修复形式 只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚体 切除修复 excisionrepair 即在一系列酶的作用下 将DNA分子中受损伤的部分切除掉 并以完整的那一段为模板 合成出切去的部分 从而使DNA恢复正常 这是一种比较普遍的修复机制 细胞的修复功能对于保护遗传物质DNA不受破坏有重要意义 重组修复 recombinationrepair 又称复制后修复 postreplicationrepair 受损伤的DNA在进行复制时 跳过损伤部位 在子代DNA链与损伤相对应部位出现缺口 通过分子间重组 从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处 然后再用合成的多核苷酸来补上母链的空缺 此过程即重复修复 并非完全校正 SOS修复 指DNA受到严重损伤 细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式 修复结果只是能维持基因组的完整性 提高细胞的生成率 但留下的错误较多 又称倾错性修复 Error ProneRepair 第二节RNA的生物合成 DNA携带的遗传信息 基因 传递给RNA分子的过程称转录 transcription 在生物界 RNA合成有两种方式 一是DNA指导的RNA合成 此为生物体内的主要合成方式 另一种是RNA指导的RNA合成 此种方式常见于病毒 转录产生的初级转录本是RNA前体 RNAprecursor 需经加工过程 processing 方具有生物学活性 反应体系 DNA模板 NTP 酶 Mg2 Mn2 合成方向5 3 连接方式 3 5 磷酸二酯键 转录特点 不对称转录 DNA片段转录时 双链DNA中只有一条链作为转录的模板 这种转录方式称作不对称转录 模板链 templatestrand 及反意义链 antisensestrand 指导RNA合成的DNA链为模板链 又称反意义链 编码链 codingstrand 及有意义链 sensestrand 不作为转录的另一条DNA链为编码链 又称有意义链 由于基因分布于不同的DNA单链中 即某条DNA单链对某个基因是模板链 而对另一个基因则是编码链 原料 四种磷酸核苷NTP DNA中的T在RNA合成中变为U合成过程 连续 方向 5 3 从头合成 5 末端的起始核苷酸常为GTP或ATP 一 转录基本特点 不对称转录 转录单位 transcriptionunit 以操纵子 operon 为转录的功能单位 结构上包括四个功能区 多顺反子 结构基因区 启动子 操作子 终止子和调节基因 原核RNA聚合酶转录过程 二 原核细胞RNA转录合成特点 forward 大肠杆菌的RNA聚合酶全酶由5种亚基 2 组成 因子与其它部分的结合不是十分紧密 它易于与 2分离 没有 亚基的酶称为核心酶 只催化链的延长 对起始无作用 五种亚基的功能分别为 亚基 与启动子结合功能 亚基 含催化部位 起催化作用 催化形成磷酸二酯键 亚基 在全酶中存在 功能不清楚 亚基 与DNA模板结合功能 亚基 识别起始位点 识别解链起始延伸终止 1 起始位点的识别 识别正确的启动位点 启动子的结构至少由三部分组成 35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号 10序列是酶的紧密结合位点 富含AT碱基 利于双链打开 第三部分是RNA合成的起始点 2 转录起始加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP 所形成的启动子 全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物 第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点 亚基就会被释放脱离核心酶 3 链的延伸以NTP为原料和能量 DNA模板链为模板 靠核心酶的催化 核苷酸间通过3 5 磷酸二酯键成核糖核酸链 RNA 4 转录终止转录终止信号有两种情况弱终止子 依赖 因子 终止因子 terminators 的终止NusA蛋白识别DNA链上的终止信号 在 因子帮助终止 强终止子 1 在终止点之前具有一段富含G C的回文区域 2 富含G C的区域之后是一连串的dA碱基序列 它们转录的RNA链的末端为一连串U 连续6个 三 真核生物的转录作用 1 真核RNA聚合酶 2 转录真核RNA转录基本过程与原核类似 但其产生的mRNA为 单顺反子 只编码一条肽链 四 转录过程的选择性抑制剂 五 转录产物的 加工 成熟过程 在细胞内 由RNA聚合酶合成的原初转录物 primarytranscript 往往需要一系列的变化 包括链的裂解 5 和3 末端的切除和特殊结构的形成 核苷的修饰 以及拼接和编辑等过程 才转变为成熟的RNA分子 此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工 原核生物的mRNA转录后一般不需要加工 转录的同时即进行翻译 半寿期短 rRNA前体的转录后加工tRNA前体的加工真核mRNA前体的加工 rRNA前体的加工rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列 加工过程 1 剪切作用 需核酸酶参与 2 甲基化修饰 修饰在碱基上 3 自我剪接 一种核酶的作用 原核rRNA加工 rRNA含非转录的间隔区 其产物中含tRNA真核rRNA加工 1 5S自成体系加工少无修饰和剪接 2 45S加工中含剪切和甲基化修饰 需核酸酶 大肠杆菌rRNA前体加工 真核生物rRNA前体加工 tRNA前体的加工tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下 切成一定在小的tRNA分子3 末端加上CCA碱基的修饰 甲基化 脱氨和还原作用 真核mRNA前体的加工 剪接 Splicing 去除内含子 连接外显子5 帽端结构的生成 如图 3 端多聚A polyA 的附加 六 RNA的复制合成 RNA指导的RNA合成 噬菌体Q 的RNA复