《生物化学》教学课件-第十三章 核酸的生物合成

第十三章核酸的生物合成,nucleicacidbiosynthesis,本章主要内容,概述DNA的生物合成（复制）逆转录DNA的损伤与修复RNA的生物合成（转录）,概述,中心法则（centraldogma）,遗传信息传递方向的规律,第二节DNA的生物合成（复制）,半保留复制复制起始点（ori)和方向半不连续复制,一、DNA复制的特征,半保留复制semiconservativereplication,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,AGAACTTAG,TCTTGAATC,亲代,子代,DNA半保留复制的实验,从复制起始点向2个方向进行双向复制,双向复制,半不连续复制（semidiscontinousreplication),二、参与DNA复制的主要酶类,1.解旋、解链酶类DNA拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白2.引物酶3.DNA聚合酶4.DNA连接酶,1.解旋、解链酶类,解链酶,DNA拓扑异构酶,单链DNA结合蛋白SSB,解开、理顺DNA链、维持DNA单链状,2.引物酶(primase),DNA聚合酶合成新DNA时需要引物（一小段RNA）引物RNA3-OH末端作为DNA合成的起始点引物酶与多种起始蛋白结合形成引发体引物酶催化合成引物（primer),3.DNA聚合酶（DNApolymerase),DNA聚合酶的作用特点：模板：解开的DNA双链催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合形成3,5磷酸二酯键新链延长方向5/3/具核酸外切酶活性,原核DNA聚合酶,pol：,pol：,生理功能尚不清楚，无酶、时起作用,pol：,DNA复制高保真性的机制,DNA模板指导正确选择碱基配对校读功能,4.DNA连接酶(DNAligase),通过3/，5/-磷酸二酯键连接互补链中DNA片段不能连接单独存在的DNA或RNA单链,三、DNA的复制过程,模板DNA解旋与解链，形成复制叉；形成引发体，合成RNA引物；按A-T、G-C碱基配对规则，合成DNA；切除引物、填补空隙、形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口，形成长链DNA。,DNA复制示意图,拓扑异构酶,解链酶,5/3/,3/5/3/5/,DNA聚合酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,前导链随后链,DNA连接酶,冈崎片段,引物酶,四、真核生物DNA复制特点（自学）,五、端粒(telomere）、端粒酶（telomerase),端粒:是由蛋白质和DNA紧密结合的结构,端粒酶:是一种自身携带模板RNA的逆转录酶,端粒酶特殊的生物学功能：1.端粒酶活性与遗传信息的稳定性；2.端粒酶活性与细胞衰老；3.端粒酶活性与肿瘤,Furtherpolymerization,端粒酶合成端粒的爬行模式,第二节逆转录(reversetranscription),概念：以RNA为模板合成DNA的过程酶：逆转录酶,依赖RNA的DNA聚合酶功能RNaseH功能（水解RNA-DNA杂交链）依赖DNA的DNA聚合酶功能,逆转录酶,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,RNaseH,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,cDNA整合入宿主细胞DNA分子中,病毒RNA,RNA-cDNA杂交体,cDNA,双股cDNA,宿主细胞DNA分子,整合了cDNA的宿主细胞DNA分子,逆转录酶,意义：对中心法则的补充有助于基因工程的实施,逆转录过程,HIV生活史,第三节DNA损伤（突变）与修复（自学）,突变,自发突变(spontaneousmutation)人工诱变(inducedmutation),一、DNA的突变,引起突变的因素,物理因素：紫外线、各种辐射,化学因素：亚硝酸盐、烷化剂、芳香烃类生物因素：RNA病毒等,二、突变的类型,点突变(pointmutation)（错配）转换(transition)：AG或CT颠换(transversion)：嘌呤碱嘧啶碱框移突变(frameshiftmutation)缺失、插入1个碱基重排(rearrangement),镰刀形红细胞性贫血,HbA与HbS比较,由基因重排引起的两种地中海贫血基因型,三、DNA的损伤修复,光复活切除修复重组修复SOS修复,光修复(photoreactivation),紫外辐射DNA链上两个胸腺嘧啶残基间形成二聚体,光修复酶,切除修复,核酸内切酶,DNApol，DNAligase,(excisionrepair),重组修复,(recombinationalDNArepair）,第四节RNA的生物合成（转录）,(transcription),一、参与转录的主要物质,转录模板原料RNA聚合酶启动序列终止因子,（一）转录模板,转录的模板：DNA双链中的一条模板链：DNA双链中具有转录功能的一条链（templatestrand）编码链：贮存有遗传信息与模板链互补的一条链（codingstrand）,5/,3/,3/,5/,不对称转录：1.RNA分子上只有一条可转录2.模板链并不总是在同一单链上,RNA合成方向：5/3/,不对称转录（asymmetrictranscription）,DNA5GGAGTACATGTC3（编码链，+,）3CCTCAUGUACAG5（模板链，-，）（转录）5GGAGUACAUGUC3mRNA（翻译）NAlaValHisValC多肽,（二）原料,RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）：ATP、GTP、CTP、UTP,（三）RNA聚合酶原核细胞(RNApolymerase),全酶：核心酶（2）+起始因子（）,类型细胞内定位催化转录产物对鹅膏蕈碱的反应核仁rRNA前体耐受核质mRNA前体极敏感核质5SrRNAtRNA中度敏感,（三）RNA聚合酶真核细胞,二、转录过程,1.转录起始,2.转录延长,3.转录终止,（原核生物）,转录起始(transcriptioninitiation),转录起始动画,核心酶催化，在模板指导下沿5/-3/方向延伸RNA链,2.转录延长(transcriptionelongation),转录泡,终止子,非依赖于因子的终止子依赖于因子的终止子,terminator,3.转录终止（transcriptiontermination）,非依赖因子的终止1、GC丰富，重复序列2、形成发夹样结构,依赖于因子的终止,转录全过程,真核细胞mRNA前体的加工,转录过程中的5/端加帽与3/端加尾的修饰,mRNA的前体：核内不均一RNA（hnRNA）,2.切除内含子(intron)，拼接外显子(exon),非编码序列,编码序列,(heteronuclearRNA),帽子结构,尾巴结构,DNA和RNA生物合成的比较(1),复制转录1.原料dNTPNTP2.模板DNA两条链DNA一条链3.引物需要RNA引物不需引物4.新链延伸方向53535.主要酶类DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解链酶类（2）引物酶终止因子()DNA连接酶,DNA和RNA生物合成的比较(2),复制过程转录过程模板DN