《核酸生物合成》课件.ppt

第10章核酸的生物合成 为什么子女与父母非常相象 生物所以有遗传现象 是与遗传物质DNA的复制有关系的 中心法则 centraldogma DNARNA蛋白质 复制 转录 翻译 逆转录 RNA复制 复制 以亲代DNA或RNA为模板 根据碱基配对的原则 在一系列酶的作用下 生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程 几个基本概念 逆转录 以RNA为模板 在逆转录酶的作用下 生成DNA的过程 翻译 亦叫转译 以mRNA为模板 将mRNA的密码解读成蛋白质的氨基酸顺序的过程 转录 以DNA为模板 按照碱基配对原则合成RNA 即将DNA所含的遗传信息传给RNA 形成一条与DNA链互补的RNA的过程 第1节DNA的生物合成 三个方面 1 复制2 损伤修复3 逆转录 一 参与DNA复制的酶及蛋白因子 DNA链合成的条件 dNTPMg 引物DNA模板酶和蛋白质因子 三种大肠杆菌DNA聚合酶1 DNA聚合酶I3 5 外切酶 5 3 聚合酶5 3 外切酶作用 切除引物 填补空缺 损伤修复 Klenow片段 一 DNA聚合酶 DNApolymerase 枯草杆菌蛋白酶 68kDa 35kDa 大肠杆菌DNA聚合酶 修复酶 Large Klenow fragmentofDNApol 2 DNA聚合酶 3 5 外切酶5 3 聚合酶作用 DNA损伤修复3 DNA聚合酶III大肠杆菌DNA复制的主要酶 Slidingclampsubunits 聚合酶活性 聚合酶活性 3 5 外切活性 复合物 促进 亚基二聚体转移并结合于DNA双螺旋 DNApolIII 复制酶 促进核心酶形成二聚体 组装 防止核心酶从模板DNA上滑落 所有DNA聚合酶都只能在模板链的指令下 在引物 通常RNA 3 OH添加新核苷酸功能 没有从头合成活力 引物酶合成一小段RNA 作为DNA合成的引物 必须与几种辅助蛋白组装成引发体 才有合成引物的活性 如 DonaB DonaC DonaT PriA PriB PriC等 二 引物酶和引发体 三 DNA连接酶 DNAligase 3 5 磷酸二酯键的形成哺乳动物 ATP供能 大肠杆菌 NAD供能 都需要Mg2 在DNA复制 重组及损伤修复中起作用 催化二段DNA链之间3 5 磷酸二酯键的形成 3 OH 5 5 3 OO POO 有缺口的DNA链 DNA连接酶 ATP AMP PPi OOPOO 5 3 缺口封闭 四 解螺旋酶 催化DNA双螺旋解链 需ATP供能 五 单链结合蛋白 SSB 与解开的单链结合 防止形成双螺旋 防止核酸酶的降解 六 拓扑异构酶 拓扑异构酶 解除超螺旋 二 DNA的复制 半保留复制方式 Oldstrand Newstrand ThehypothesisofsemiconservativereplicationproposedbyWatsonandCrickin1953 大肠杆菌培养在15N培养基中 转到14N培养基中 第一代 50分钟左右 第二代 DNA复制合成的子代DNA分子中 一条来自亲代DNA分子 另一条是新合成的 所以称为半保留复制 二 DNA的复制过程 起始 延伸 终止 2 模板DNA解除高级结构解螺旋酶把双螺旋解开成单链 SSB立即结合单链 拓扑异构酶解开复制叉前方的超缠现象 3 RNA引物的形成由引发酶以单链DNA为模板 按5 3 合成引物 1 起始 1 辨认起始点DNA复制有固定的起始点 富含AT DNA双链复制起始点 dnaA dnaB dnaC DNA双链解开成单链DNA SSB 引物酶 RNA引物 3 OH DNA聚合酶 dNTP 和3 OH形成3 5 磷酸二酯键 解旋酶 SSB SSB 3 3 5 5 引发体 解旋酶 拓扑异构酶 原核生物双向复制 型复制 特定起始点 oriC 真核生物多个复制单位 复制泡 复制起始点 复制叉 多个起始点 复制的方向 原核生物复制时 DNA从起始点 origin 向两个方向解链 形成两个延伸方向相反的复制叉 称为双向复制 DNA的起点和方式 基因组能独立进行复制的单位称为复制子 每个复制子都含有控制复制起始的起点 origin 可能还含有终止复制的终点 terminus A 环状双链DNA及复制起始点B 复制中的两个复制叉C 复制接近终止点 termination ter 真核生物每个染色体有多个起始点 是多复制子的复制 习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子 replicon 复制子是独立完成复制的功能单位 在RNA引物上 由DNA聚合酶 催化 在引物3 OH每掺入一个核苷酸 从底物dNTP切下一个焦磷酸 体内仅存在5 3 的DNA聚合酶 2 延伸 在RNA引物上 由DNA聚合酶 催化 体内仅存在5 3 的DNA聚合酶 5 5 3 3 5 5 3 3 5 5 3 3 前导链 随从链 岗崎片段 前导链 leadingstrand DNA复制时 一股以3 5 方向的母链作为模板 新合成的链以5 3 方向连续合成的链称为前导链 复制方向与解链方向一致 滞后链 laggingstrand DNA复制时 一股以5 3 方向的母链作为模板 新合成链沿5 3 合成1000 2000个核苷酸不连续的小片段称为滞后链 复制方向与解链方向相反 冈崎片段 Okazaki 岗崎片段由DNA连接酶连成一条完整的新链 DNA半不连续复制 3 5 方向母链为模板 新链5 3 方向连续合成5 3 方向母链为模板 新链5 3 方向合成许多不连续的片段 冈崎片段 这种复制方式称之为半不连续复制 去除RNA引物补充空缺连接 DNA聚合酶 的小片段5 3 外切酶DNA聚合酶 的大片段3 5 外切酶5 3 聚合酶DNA连接酶 3 终止 当复制叉到分子末端 复制即终止 严格的碱基配对规律聚合酶的选择作用复制时有即时的校读功能3 5 外切酶功能DNA损伤的修复 三 保证高保真度复制的机制 四 逆转录作用 以RNA为模板合成DNA的过程 逆转录酶 依赖于RNA的DNA聚合酶 逆转录酶性质 催化三种反应 RNA指导的DNA合成RNA水解DNA指导的DNA合成 病毒RNA RNADNA DNA DNA DNA 1 RNA指导DNA合成 2 RNA水解 3 DNA指导DNA合成 逆转录酶的作用 自发因素物理因素化学因素 紫外线损伤电离辐射损伤 X线 线 亚硝酸盐CU5 溴尿嘧啶5 BUA氮芥类烷化剂羟胺C A G G 羟胺 1 造成损伤的原因 五 DNA的损伤 修复与突变 2 DNA损伤修复 光修复切除修复重组修复 光复活 光修复 光复活酶识别TT 与之形成复合物 吸收光能 使TT解开成为单体 酶从复合物中释放仅作用于UV形成的产物 切除修复发生在复制之前 限制性内切酶 主要降解外源DNA具有严格的碱基序列专一性EcoR 第一个字母为大肠杆菌E coli属名 co为种名的头两个字母 第四个字母R表示大肠杆菌的菌株 最后一个罗马数字表示该细菌中已分离出的这一类酶的编号 3 DNA突变 第2节RNA的生物合成 基因转录 以DNA为模板的RNA聚合酶的催化下 按照碱基配对原则 以四种NTP为原料 合成一条与DNA互补的RNA链的过程 不对称转录 DNA双链中一条链的某一区段作为模板合成RNA 而另一条链不用于合成RNA 转录起始于DNA模板的一个特定位点 启动子 并在一定位点终止 终止子 这个转录区域称为转录单位 在转录中 双股DNA中只有一条链是模板 模板链 反意义链 链 另一条链为 编码链 有意义链 链 一 催化RNA合成的酶 1 大肠杆菌RNA聚合酶全酶 2 核心酶 2 识别转录起始信号 参与酶与底物的结合 以及与 因子和核心酶的结合 参与 因子和核心酶的结合 并参与RNA合成的引发 延伸 与模板的结合 酶的滑动以及碱基识别有关 大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶 2 起始因子 和模板DNA结合 起始和催化聚合反应 酶的装配 结合启动子等 全酶 2 2 真核细胞RNA聚合酶在DEAE Sephadex柱上的洗脱次序称为酶 II 基于对鹅膏蕈碱的敏感程度称为酶A B C 二 转录的过程 起始延伸终止 1 转录起始 启动子 RNA聚合酶全酶识别 结合 开始转录的DNA序列 双链 原核生物启动子的特点 1 DNA序列在转录起始点的5 端区 上游区 2 10bp处 TATAAT Pribnowbox 3 35bp处 TTGACA 识别区 原核生物的转录起始 亚基辨认 35区 RNApol全酶移向 10区 合成第一个磷酸二酯键 5 GpN 3 转录起始复合物 RNApol DNA pppGpN OH 亚基脱落 结合松弛 结合紧密 转录起始不需引物 16 50 以NTP为原料和能量 DNA模板链为模形成核糖核酸链 RNA 当几个核苷三磷酸掺入后 亚基就会被释放脱离核心酶 2 链的延伸 3 转录终止 终止子 terminator 提供转录终止信号的DNA序列终止因子 terminationfactor 协助RNAPol识别终止信号的辅助因子 起始 双链DNA局部解开 磷酸二酯键形成 终止阶段 解链区到达基因终点 延长阶段 RNA 启动子Promoter 终止子terminator 1 rRNA的转录后加工rRNA基因转录原初产物原核生物 30S哺乳动物 45S RNase 三 RNA转录后加工 The18S 5 8S and28SrRNAsineukaryoticcellsarederivedfromonepre rRNAmolecule theprocessingneedssmallnucleolarRNA containingproteins 2 tRNA的转录后加工 碱基修饰3 端5 端 稀有碱基 T 脱氨 AMPIMP还原 DHU甲基化 mAmGCCA OHRNaseP切除多余的核苷酸 真核与原核生物mRNA的区别 原核生物mRNA多顺反子转录与翻译同步mRNA不需加工寿命短 真核生物mRNA单顺反子转录后需加工运至胞浆再翻译mRNA需加工寿命较长 3 mRNA的加工与成熟 加帽加尾mRNA前体的剪接 5 端 m7GpppGpN作用 稳定mRNA5 端和翻译的起始有关3 端 polyA尾巴作用 稳定mRNA和翻译模板活性有关剪除内含子 连接外显子 加工过程主要包括 DNA复制与转录的比较 相同点 模板两股链均复制模板链转录合成方式半保留复制不对称转录原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶碱基配对A T G CA U T A G C产物半保留的双链DNA单链RNA引物需要不需要 不同点 以DNA为模板遵循碱基配对原则都需依赖DNA的聚合酶聚合过程都是生成磷酸二酯键新链合成方向为5 3 3 50 第 节核酸合成的抑制剂 一 核苷酸合成抑制剂 二 与DNA模板结合的抑制剂 三 作用于聚合酶的抑制剂 利福平 本章小结 1 DNA复制的特点 2 参与复制的酶 3 复制的过程及损伤与修复 4 RNA转录的特点 过程及产物的加工 1 生物遗传信息传递的中心法则中不包括A DNADNAB DNARNAC RNADNAD RNARNAE 蛋白质RNA3关于DNA合成的叙述 正确的是DNA的生物合成即半保留复制B DNA的生物合成必须以DNA为模板C DNA的生物合成必须以DNA指导的DNA聚合酶催化D DNA的生物合成是半不连续复制E DNA的生物合成包括DNA的半保留复制 DNA修复合成和反转录 7 DNA复制的引物是A 以DNA为模板合成的DNA片段B 以RNA为模板合成的DNA片段C 以DNA的一个基因为模板合成的RNA片段D 以复制起始处DNA为模板合成的RNA短片段E 引物存在于复制完成的片段中8 大肠杆菌DNA聚合酶具有3 5 核酸外切酶活性B 具有3 5 聚合酶活性C 不需引物D 可催化2个游离的dNTP以3 5 磷酸二酯键相连E 需四种NTP为底物9 关于DNA复制的需要 解链酶 引物酶 DNA聚合酶 拓扑异构酶 连接酶作用顺序为A 1 2 3 4 5B 4 1 2 3 5C 1 4 3 2 5D 3 4 1 2 5E 1 4 2 3 5 10 生物遗传信息传递的中心法则中尚无证据的是A RNA蛋白质B DNARNAC RNADNAD RNARNAE 蛋白质RNA11 识别转录起始点的是A 因子B 核心酶C RNA聚合酶的 因子D RNA聚合酶的 亚基E RNA聚合酶的 亚基 4 真核细胞中DNA的复制是在哪个部位进行的A 核蛋白体B 线粒体C 细胞核D 微粒体E 细胞浆5 关于DNA半不连续合成叙述 错误的是前导链是连续合成的B 后随链是不连续合成的C 后随链的合成方向是3 5 前导链是5 3 D 不连续合成的片段是冈崎片段E 后随链的合成滞后于前导链6 关于DNA复制的叙述 错误的是是半保留复制B 合成方向以5 3 C 以四种dNTP为原料D 是半不连续复制 13 RNA转录过程是A 解链 引发 链的延长和终止B 转录的起始 延长和终止C 核蛋白体循环的启动 肽链的延长和终止D RNA的剪切和剪接 末端添加核苷酸 修饰及RNA编辑E 以上都不是14 DNA上某段碱基顺序为 5 ACTAGTCAG 3 转录mRNA相应的碱基顺序是A 5 TGATCAGTC 3 B