生物化学辅导课件好几年都用这个.ppt

肉碱 脂肪酸的转运 氧化 酮体的生成 部位 肝细胞线粒体原料 乙酰CoA产物 乙酰乙酸 羟丁酸 丙酮 生理意义 酮体是脂肪酸在肝脏正常代谢的中间产物 是肝脏输出能源的一种形式 酮体分子小 水溶性大 易于通过血脑屏障和肌肉毛细血管壁 是脑组织和肌肉组织的重要能源 正常情况下 脑组织仅能利用葡萄糖作为能源 不能氧化脂肪酸 饥饿或糖供应不足时脂肪动员 肝脏将脂肪酸转化为酮体 酮体分子小 水溶性大 易于通过血脑屏障和肌肉毛细血管壁 成为脑组织和肌肉组织主要的能源 也因此减少了作为糖异生原料的肌肉蛋白质的降解 DNA复制 DNA的复制机制DNA的半保留复制亲代DNA分子每一条链各自作为模板 合成一条互补链 新合成的两条链中一条是旧链 一条为新链 1958年MatthewMesselsonandFranklinStahl用令人信服的实验证明了DNA的半保留复制机制DNA复制的起点和方向大肠杆菌复制有一个固定的起点 向两个方向进行复制叉和复制眼DNA复制的几种方式 形 滚环式 D型 线性染色体DNA聚合酶DNA聚合酶是DNA合成中起主要作用的酶 催化总反应 dNMP n dNTP dNMP n 1 ppiDNA延伸的DNADNA聚合酶I DNAPolymeraseI PolI DNA聚合酶催化DNA合成的共同特点DNA聚合酶I具有5 3 聚合活性3 5 外切酶活性 校阅作用Proofreading 5 3 外切酶活性 DNA复制模型 DNA半保留复制实验 DNA聚合酶的关键特征忠实性催化效率DNA聚合酶的催化活性依赖于聚合酶的持续合成能 Processivity 大肠杆菌中至少有三种DNA聚合酶PolI PolII PolIIIPolI为一条多肽链 经枯草杆菌蛋白酶水解分为大片段 Klenow片段 和小片段PolIII是大肠杆菌中最重要的复制酶 由十种亚基组成 亚基决定了PolIII全酶的持续合成能力多聚酶链式反应 PCR 切口平移 Nicktranslation DNA连接酶 DNALigase T4和E coliDNA连接酶作用机制引物和引发酶引物通常是RNA寡核苷酸链而不是DNA 引物是由特殊的酶 引发酶 Primase 合成的 DNALigase的作用 冈崎片段和DNA半不连续合成复制叉上DNA合成的三种可能模型前导链 LeadingStrand 后随链 LaggingStrand 拓扑异构酶 Topoisomerase TopoI型 TopoII型 Gyrase解旋酶 Helicase SSB蛋白 SingleStrandBindingProtein 大肠杆菌染色体复制的三个过程起始延伸终止起始大肠杆菌复制起点核苷酸序列特征DnaA蛋白是复制起始的关键蛋白延伸前导链合成后随链合成引发体 Primosome RNA引物的去除后随链模板的looping模型终止线性染色体的端粒 telomere 和端粒酶 telomerase 解决了线性染色体3 端短缺的问题 复制叉上DNA合成的三种模型 DNA复制叉上的蛋白质 复制叉的三维结构 RNA引物通过PolI5 3 外切酶活性除去 DNA复制时滞后链的模板成环模型 细菌复制叉上引发体的作用 线性染色体DNA端粒结构及端粒酶作用 PolymeraseChainReaction PCR BornonDecember28 1944AwardedtheNobelPrizeChemistryin1993 InApril 1983 KaryMullistookadriveonamoonlitCaliforniamountainroadandchangedthecourseofmolecularbiology Duringthatdrive heconceivedthePolymeraseChainReaction PCR PrincipleofPCR Principle PCRcomponents DNAtemplate whichcontainstheregionoftheDNAfragmenttobeamplifiedOnepairofprimer whichdeterminethebeginningandendoftheregiontobeamplifiedDNA Polymerase whichcatalysistheregiontobeamplifieddNTPs fromwhichtheDNA PolymerasebuildsthenewDNABuffer whichprovidesasuitablechemicalenvironmentfortheDNA PolymeraseMg2 activatetheDNA Polymerase Principle Procedure ThePCRprocessconsistsofaseriesoftwentytothirtycycles Threestepsinonecircle MeltingAnnealingElongation PrincipleofPCR Procedure Meltingtemperature30 40cyclesIncubation reformthesecondarystructure 切口平移 DNA损伤修复 化学诱变因素烷化剂 亚硝酸 嵌入剂物理诱变因素电离辐射 UV X射线 射线 链断裂 交联 环打开紫外照射引起嘧啶二聚体的形成修复机制光复活 光复活酶 切除修复通过N 糖苷酶识别并切除错误碱基uvrABC核酸酶错配修复重组修复SOS修复细胞修复系统缺损与癌症有一定关系切除修复缺损着色性干皮病 XerodermaPigmentosumXp 错配修复缺损遗传性非息肉结肠癌 HereditaryNonpolyposisColorectalCancerHPCC DNA的损伤与修复 一 DNA的损伤 突变 由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤 也称为突变 mutation 常见的DNA的损伤包括碱基脱落 碱基修饰 交联 链的断裂 重组等 一 引起突变的因素 1 自发因素 1 自发脱碱基 由于N 糖苷键的自发断裂 引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落 每日可达近万个核苷酸残基 2 自发脱氨基 胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶 腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤 每日可达几十到几百个核苷酸残基 3 复制错配 由于复制时碱基配对错误引起的损伤 发生频率较低 2 物理因素 由紫外线 电离辐射 X射线等引起的DNA损伤 其中 X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂 而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成 如TT TC CC等二聚体 这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构 因而会引起复制障碍 UV照射形成嘧啶二聚体 3 化学因素 1 脱氨剂 如亚硝酸与亚硝酸盐 可加速C脱氨基生成U A脱氨基生成I 2 烷基化剂 这是一类带有活性烷基的化合物 可提供甲基或其他烷基 引起碱基或磷酸基的烷基化 甚至可引起邻近碱基的交联 3 DNA加合剂 如苯并芘 在体内代谢后生成四羟苯并芘 与嘌呤共价结合引起损伤 4 碱基类似物 如5 FU 6 MP等 可掺入到DNA分子中引起损伤或突变 5 断链剂 如过氧化物 含巯基化合物等 可引起DNA链的断裂 二 DNA突变的类型 碱基的转换 三 DNA突变的效应 1 同义突变 基因突变导致mRNA暗码子第三位碱基的改变但不引起暗码子意义的改变 其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变 但有时可引起翻译效率降低 2 误义突变 基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换 其意义发生改变 翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变 3 无义突变 基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换而改变成终止暗码子 引起多肽链合成的终止 4 移码突变 基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换 引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变 二 DNA损伤的修复 DNA损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类 一 直接修复 1 光复活 lightrepairing 这是一种广泛存在的修复作用 光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤 其修复过程为 光复活酶 photo lyase 识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物 在300 600nm可见光照射下 酶获得能量 将嘧啶二聚体的丁酰环打开 使之完全修复 光复活酶从DNA上解离 光复活 2 转甲基作用 在转甲基酶的催化下 将DNA上的被修饰的甲基去除 此时 转甲基酶自身被甲基化而失活 3 直接连接 DNA断裂形成的缺口 可以在DNA连接酶的催化下 直接进行连接而封闭缺口 二 取代修复 1 切除修复 excisionrepairing 这也是一种广泛存在的修复机制 可适用于多种DNA损伤的修复 该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动 一种是核酸内切酶 另一种是DNA糖苷酶 切除修复 2 重组修复 recombinationrepairing 这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式 3 SOS修复 这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制 以SOS借喻细胞处于危急状态 DNA分子受到长片段高密度损伤 使DNA复制过程在损伤部位受到抑制 损伤诱导一种特异性较低的新的DNA聚合酶 以及重组酶等的产生 由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位DNA的复制 复制完成后 保留许多错误的碱基 从而造成突变 RNA合成和加工 由RNA聚合酶催化的反应NTP NMP nRNA聚合酶 NMP n 1 PPiRNA延伸的RNADNA是RNA合成的模板1961年S Spiegelman用分子杂交方法证明了DNA与RNA之间的对应关系原核生物中的转录E coli中由一种RNA聚合酶催化所有RNA的合成E coli的RNA聚合酶全酶由核心酶 2 亚基 和 亚基组成E coli中有多种不同 亚基 亚基在决定RNA聚合酶起始转录中起关键作用DNA两条链中有一条被转录为RNA 模板链与非模板链 E coli的启动子 Promoter DNA上与转录起始相关 RNA聚合酶与之专一结合并起始转录的核苷酸顺序 启动子上的两个保守顺序 10区 Pribnowbox 5 TATAAT3 35区5 TTGACA3 足迹法 Footprinting 提供了RNA聚合酶与启动子之间相互作用的信息并用于确定作用位点的核苷酸顺序原核生物RNA合成的三个阶段 起始 延伸 终止起始 不同 亚基可以辨别不同的启动子 具有调控不同基因转录起始的作用 以适应环境变化及生物生长发育不同阶段的需求 RNA起始核苷酸是pppG或pppA封闭复合物和开放复合物的形成延伸 核心酶负责RNA的延伸RNA的延伸方向5 3 终止 终止子结构不需 因子的终止需 因子的终止原核生物RNA合成的抑制剂利福霉素放线菌素D 就某一确定活化基因的转录 只能以DNA双链的一条链作为模板 这种现象称为不对称转录 asymmetrictranscription 不对称转录 两重含义 一是指双链DNA只有一股单链用作模板 二是指同一单链上可以交错出现模板链和编码链 DNA双链在转录过程中只有一条链中的其中某一活化基因片段起作用 该链称模板链 templatestrand 又称有意义链或Watson链 与其互补的链称为编码链 codingstrand 又称反义链或Crick链 转录模板 转录生成的RNA链与编码链的碱基序列相似 以U取代T 二 RNA聚合酶 DNAdependentRNApolymerase DDRP RNA pol 原核生物的RNA聚合酶 大肠杆菌 E coli RNA聚合酶 4种亚基 组成的五聚体蛋白质 分子量480kD 核心酶 coreenzyme 2 能催化NTP按模板的指引合成RNA 在转录延长全过程中均起作用 全酶 holoenzyme 2 即 亚基 核心酶 亚基的功能是辨认转录起始点 转录起始阶段需要全酶 真核生物的RNA聚合酶 模板与酶的辨认结合 每一转录区段可视为一个转录单位 称为操纵子 操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序列 原核生物 调控序列中的启动子 promotor 是RNA聚合酶结合模板DNA的部位 也是控制转录的关键部位 启动子 promotor 指RNA聚合酶识别 结合并开始转录的一段DNA序列 原核生物启动子序列按功能的不同可分为三个部位 即起始部位 结合部位 识别部位 操纵子 operon 起始部位 指DNA分子上开始转录的作用位点 该位点有与转录生成RNA链的第一个核苷酸互补的碱基 该碱基的序号为 1 识别部位 RNA聚合酶 亚基的识别部位 中心部位在 35bp处 该序列的碱基富含TTGACA 结合部位 是DNA分子上与RNA聚合酶的核心酶结合的部位 其长度为7bp 中心部位在 10bp处 碱基序列具有高度保守性 富含TATAAT序列 故称之为TATA盒 TATAbox 又称普里布诺序列 Pribnowbox 该序列中富含AT碱基 维持双链结合的氢键相对较弱 导致该处双链DNA易发生解链 有利于RNA聚合酶的结合 顺式作用元件 真核生物编码基因两侧的DNA序列 可影响自身基因的表达活性 通常是非编码序列 包括启动子 增强子 沉默子反式作用因子 与顺式作用元件结合而调控基因转录的蛋白质因子 常被称为转录调节因子或转录因子 在反式作用因子中 直接或间接结合RNA聚合酶的 则称为转录因子 transcriptionfactor TF 研究地较深入 种类较多的是TFII RNA转录延伸期转录泡模型 转录终止 终止子 在模板DNA分子上所转录的RNA行将结束时 会出现带有终止信号的序列 称为终止子 terminator 1 非依赖Rho的转录终止子2 依赖Rho的转录终止子 终止因子 协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子为蛋白质 称为终止因子 大肠杆菌E coli存在两类终止子 终止子结构 不依赖Rho因子的转录终止 依赖Rho因子的转录终止 RNA转录的抑制剂 真核生物RNA的合成与加工 真核生物RNA聚合酶真核生物中有三种RNA聚合酶 RNA聚合酶I II III 每一种RNA聚合酶转录不同的RNA产物并与专一的启动子结合RNA聚合酶II识别的启动子启动子的基本特征称为转录因子的特殊蛋白质与启动子的相互作用RNA聚合酶III识别的启动子在基因内 爪蟾5srRNA基因 真核生物RNA前体加工加帽 Cap0 CapI CapII三种帽子结构 加尾 AAUAAA是加尾信号 甲基化 m6A 真核生物三种RNA聚合酶的比较 5 端帽的形成 mRNA的帽子结构 GpppmG 是在5 端形成的 转录产物第一个核苷酸往往是5 三磷酸鸟苷pppG mRNA成熟过程中 先由磷酸酶把5 pppG 水解 生成5 ppG或5 pG 然后 5 端与另一三磷酸鸟苷 pppG 反应 生成三磷酸双鸟苷 在甲基化酶的作用下 第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化 形成帽子结构 mRNA的转录后加工 加冒 加尾 剪接 三种帽结构 帽子结构的功能 帽子结构是前体mRNA在细胞核内的稳定因素 也是mRNA在细胞质内的稳定因素 没有帽子结构的转录产物很快被核酸酶水解 帽子结构可以促进蛋白质生物合成起始复合物的生成 因此提高了翻译强度 3 端尾巴的形成 真核生物的成熟的mRNA3 端通常都有100 200个腺苷酸残基 构成多聚腺苷酸 polyA 尾巴 加尾过程是在核内进行的 加工过程先由核酸外切酶切去3 末端一些过剩的核苷酸 然后由多聚腺苷酸酶催化 以ATP为底物 在mRNA3 末端逐个加入腺苷酸 形成poly尾 3 末端切除信号是3 端一段保守序列AAUAAA 功能 1 mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式2 大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性 断裂基因 splitegene 真核生物的结构基因 由若干个编码区和非编码区相互隔开但又连续镶嵌而成 编码一个由连续氨基酸组成的完整蛋白质 因此称为断裂基因 外显子 exon 结构基因中有表达活性的编码区 内含子 intron 结构基因中无表达活性的非编码区 mRNA的剪接 hnRNA hetero nuclearRNA hnRNA 核内出现的转录初级产物 分子量往往比在胞浆内出现的成熟mRNA大几倍 甚至数十倍 核内的初级mRNA称为杂化核RNA snRNA smallnuclearRNA snRNA 核内的小型RNA 碱基数在100 300bp范围 snRNA和核内的蛋白质组成核糖核酸蛋白体 称为并接体 splicesome 并接体结合在hnRNA的内含子区段 并把内含子弯曲使两端 5 和3 端相互靠近 利于剪接过程的进行 真核生物基因是断裂基因 splitgene 外显子 exon 与内含子 intron 内含子的剪接方式GroupI型和II型内含子剪接1982年Cech等发现具有自我剪接功能的RNA Ribozyme GroupIII型内含子剪接剪接需要称为SnRNP SmallnuclearRibonucleoprotein 的作用 剪接在剪接体 Spliceosome 中进行GroupIV剪接反应需要ATP和核酸内切酶tRNA前体加工不同剪接模式使单个基因产生不同功能的蛋白质异常剪接引起疾病 地中海贫血 tRNA的前体加工 tRNA转录后加工还包括各种稀有碱基的生成 甲基化 A mAG mG还原反应 U DHU核苷内的转位反应 U 脱氨反应 A I3 端加上CCA OH 反转录RNA指导的DNA聚合酶是反转录酶反转录现象的发现是对中心法则的发展某些反转录病毒引起癌症或AIDS 翻译 translation 是指以新生的mRNA为模板 把核苷酸的三联体遗传密码翻译成氨基酸序列 合成多肽链的过程 是基因表达的最终目的 参与蛋白质生物合成的物质 蛋白质生物合成体系模板 mRNA原料 20种编码氨基酸氨基酸运载体 tRNA场所 核蛋白体酶 氨基酰 tRNA合成酶 转肽酶蛋白质因子 起始因子 initiationfactors IF eIF 延长因子 elongationfactors EF 释放因子 releasefactors RF 核蛋白体释放因子 ribosomalreleasefactors RRF mRNA是翻译的直接模板 开放阅读框架 openreadingframe ORF mRNA从5 3 方向 从起始密码到终止密码的序列 称为一个开放阅读框架 遗传密码 geneticcodon 开放阅读框架内每3个碱基组成的三联体 决定一个氨基酸 称为遗传密码 遗传密码的特点 一 遗传密码的连续性 commaless 二 简并性 degeneracy 三 摆动性 wobble 四 通用性 universal AUG UGA UAA UAG 密码的摆动性mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互辨认 大多数情况下是遵从碱基配对规律的 但也可出现不严格的配对 这种现象就是遗传密码的摆动性 tRNA分子上有相当多的稀有碱基 其中次黄嘌呤 insosine I 常出现于反密码子第一位 是最常见的摆动现象 核蛋白体是肽链合成的场所 核蛋白体由大 小亚基组成 每个亚基含有不同的蛋白质和rRNA 原核生物和真核生物又各有不同 30S 60S 40S 50S 70S 80S tRNA和氨基酰 tRNA 一 氨基酰 tRNA合成酶 tRNA携带并转运氨基酸 氨基酸的结合位点是tRNA3 末端的 CCA OH 氨基酸和tRNA在氨基酰 tRNA合成酶 aminoacyl tRNAsynthetase 的催化下合成氨基酰 tRNA aminoacyl tRNAAacyl tRNA 氨基酰 tRNA合成酶具有绝对专一性 对氨基酸 tRNA两种底物都能高度特异性地识别 起始密码子AUG同时编码甲硫氨酸 原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸 即N 甲酰甲硫氨酸 fmet 蛋白质的生物合成过程 翻译过程分为三个阶段一 翻译的起始二 翻译的延长三 翻译的终止 一 翻译的起始 翻译起始是把带有甲硫氨酸 原核生物为甲酰甲硫氨酸