《生物化学》课件-15.核酸的生物合成

,第十五章核酸的生物合成,演讲人,2,教学内容,上海中医药大学生化教研室制作,学习目的,3,通过学习核酸的复制、转录过程，从分子水平认识遗传特征代代相传、生物繁衍的分子机制；在此基础上理解基因突变、DNA损伤及其修复与重大疾病如肿瘤发生的关系，为临床对相关疾病患者的护理与康复提供指导。,上海中医药大学生化教研室制作,4,第一节概述,上海中医药大学生化教研室制作,5,HotTip,基因,基因组,DNA分子中贮存遗传信息的基本单位含有编码一条多肽链或功能RNA所必需的全部信息表现为特定的脱氧核苷酸序列,细胞或生物体中遗传信息的总和,是某个物种细胞内的全部DNA分子,决定着物种的遗传和变异,上海中医药大学生化教研室制作,一、遗传信息传递的中心法则,6,上海中医药大学生化教研室制作,二、半保留复制,7,上海中医药大学生化教研室制作,8,Meselson-stahl实验,半保留复制实验依据,哈佛大学生物系教授Matheweselson和他的学生FranklinStahl通过实验对半保留复制进行验证，实验结果于1958年发表,上海中医药大学生化教研室制作,9,第二节DNA的生物合成,上海中医药大学生化教研室制作,参与DNA复制的物质,10,酶类底物：dNTP模板：DNA双链引物：提供3-OH其他的蛋白质因子,上海中医药大学生化教研室制作,一、参与DNA复制的主要酶类,11,解旋、解链酶类引物酶DNA聚合酶DNA连接酶,上海中医药大学生化教研室制作,（一）解旋解链酶类,12,1.DNA拓扑异构酶2.DNA解旋酶3.单链DNA结合蛋白（SSB）,上海中医药大学生化教研室制作,1.拓扑异构酶,13,切断DNA双链中一股链，适当时候封闭切口反应不需ATP,切断DNA分子两股链，螺旋松弛后再封闭切口利用ATP使DNA分子进入负超螺旋状态,拓扑异构酶,拓扑异构酶,上海中医药大学生化教研室制作,2.DNA解旋酶-DnaB蛋白,14,在ori部位，解开双链间的氢键，形成复制叉,DnaA（辨认起始点）DnaB（解开DNA双链、需ATP）协同作用DnaC（运送和协同DnaB）,上海中医药大学生化教研室制作,3.单链DNA结合蛋白（SSB）,15,保持模板处于单链状态，防止核酸酶降解作用特点：不断脱离，又不断与新解开的单链结合,上海中医药大学生化教研室制作,16,解链酶,DNA拓朴异构酶,单链DNA结合蛋白SSB,解开、理顺DNA链、维持DNA单链状,上海中医药大学生化教研室制作,（二）引物酶（DnaG蛋白）与引发,17,DnaADnaBDnaC,形成引发体,合成RNA引物,（引物的3-OH末端是DNA合成的起始点）,DnaG（引物酶）,上海中医药大学生化教研室制作,（三）DNA聚合酶,18,全称：DNA指导的DNA聚合酶简称：DNA-polE.coli有3种：DNApolDNApolDNApol,上海中医药大学生化教研室制作,三种DNA聚合酶的共性与特性,19,53聚合,53外切,DNAPolI,DNAPolII,DNAPolIII,切除引物填补空缺校读作用DNA损伤修复,特殊的DNA损伤修复,主要复制酶校读作用,35外切,53聚合,35外切,53聚合,35外切,上海中医药大学生化教研室制作,DNA聚合酶作用特点,20,在引物的基础上合成DNA新链,上海中医药大学生化教研室制作,（四）DNA连接酶,21,作用点：冈崎片段的连接；DNA修复、重组、剪接中缝合缺口；基因工程中的重要工具酶,上海中医药大学生化教研室制作,二、DNA复制的过程,22,解开双链形成复制叉合成引物,以4种NTP为原料，沿53方向合成新链,切除引物填补空隙链接片段,上海中医药大学生化教研室制作,（一）复制的起始,23,1.DNA双链解开为复制叉2.形成引发体并合成RNA引物,上海中医药大学生化教研室制作,（二）复制的延长,24,特点：双向复制，53，半不连续复制,上海中医药大学生化教研室制作,视频见DNA复制和DNA复制拉环模型,（三）复制的终止,25,水解引物（酶？）填补空隙（酶？）连接片断（酶？）,上海中医药大学生化教研室制作,DNA复制过程小结,26,按碱基配对原则合成新链,切除引物填补空隙,链接冈崎片段，形成长链DNA,解旋解链,合成引物,解链酶(DnaB)拓扑异构酶SSB,DnaBDnaCDnaG(引物酶),DNA聚合酶(半不连续复制),DNA聚合酶,DNA连接酶,上海中医药大学生化教研室制作,三、真核生物复制的特点,27,原核生物,真核生物,一个复制起始点,多个复制起始点,DNApolDNApolDNApol,DNA-polDNA-polDNA-polDNA-polDNA-pol,上海中医药大学生化教研室制作,四、端粒与端粒酶,28,一种自身携带RNA模板的逆转录酶，可以催化合成端粒DNA（人：TTAGGG重复序列）,端粒酶,真核生物染色体线性DNA分子末端的结构,端粒,DNA复制时，由于受DNA聚合酶特性限制，子代DNA链的最后一个片断去除引物后，无法填补空隙，易造成子代DNA链的缩短。真核生物通过形成端粒结构来解决。,上海中医药大学生化教研室制作,29,第三节反转录,上海中医药大学生化教研室制作,一、反转录酶催化合成cDNA,30,RNA,DNA,RNA指导的DNA聚合酶,病毒RNA,RNA-cDNA杂化链,cDNA双链,RNA酶,DNA指导的DNA聚合酶,cDNA单链,dNTP,NMP,dNTP,反转录酶,（具备三种酶活性）,上海中医药大学生化教研室制作,二、反转录酶与病毒,31,上海中医药大学生化教研室制作,32,第四节DNA的损伤与修复,上海中医药大学生化教研室制作,一、DNA突变,33,DNA核苷酸序列永久的改变（也称DNA损伤）,上海中医药大学生化教研室制作,二、突变的类型,34,点突变,框移突变,DNA重排,转换、颠换举例：镰刀型红细胞性贫血,一个或多个（非三个）碱基发生缺失或插入引起阅读框变化,DNA分子内较大片段发生交换举例：地中海贫血,上海中医药大学生化教研室制作,三、DNA损伤的修复,35,光修复,切除修复,SOS修复,UV,光修复酶,DNA大范围受损时的应急修复修复的错误率高,上海中医药大学生化教研室制作,36,第五节RNA的生物合成,上海中医药大学生化教研室制作,37,转录,上海中医药大学生化教研室制作,一、参与转录的主要物质及其作用,38,1.模板（DNA的一条链）2.原料（ATP、UTP、CTP、GTP）3.RNA聚合酶4.终止因子（）,上海中医药大学生化教研室制作,（一）模板,39,DNA,编码链,模板链,编码链,模板链,能够转录出RNA的DNA区段结构基因转录的特点不对称转录,上海中医药大学生化教研室制作,（二）RNA聚合酶,40,原核生物,真核生物,延长RNA链,因子以全酶方式识别转录起始点,上海中医药大学生化教研室制作,（三）终止因子（）,41,协助RNA聚合酶辨认终止点并终止转录具有ATP酶和解螺旋酶活性,上海中医药大学生化教研室制作,二、转录的过程,42,上海中医药大学生化教研室制作,（一）起始阶段,43,原核生物,真核生物,RNA聚合酶辨认并结合到转录起始部位（启动子）,上海中医药大学生化教研室制作,（二）延长阶段,44,上海中医药大学生化教研室制作,视频见转录.mov,（三）终止阶段,45,依赖于茎环结构的转录终止,依赖于因子的转录终止,上海中医药大学生化教研室制作,DNA和RNA生物合成的比较,46,dATP、dGTP、dCTP、dTTP,ATP、GTP、CTP、UTP,DNA两条链,DNA一条链,半保留复制,不对称转录,需要RNA引物,不需要引物,53,53,解旋解链酶、引物酶、DNA聚合酶、DNA连接酶,RNA聚合酶、终止因子,解链合成引物碱基配对合成新链切除引物、填补空隙链接片段,辨认起始点全酶启动转录脱落核心酶延长RNA链或茎环终止,上海中医药大学生化教研室制作,三、转录后加工,47,DNA,原核细胞,真核细胞,上海中医药大学生化教研室制作,（一）mRNA前体的加工,48,1.转录过程中的5端加帽与3端加尾的修饰,2.切除内含子(intron)，拼接外显子(exon),帽子结构,上海中医药大学生化教研室制作,（二）tRNA前体的加工,49,RNA加工,核苷酸基转移酶催化加CCA,碱基修饰,上海中医药大学生化教研室制作,（三）rRNA前体的加工,50,上海中医药大学生化教研室制作,复习思考题,上海中医药大学生化教研室制作,51,1.参与复制和转录过程的酶类主要有哪些？他们如何