生物化学-核酸的生物合成教学课件

第十四章核酸的生物合成nucleicacidbiosynthesis第一课件网在线网站

2021/01/211本章主要内容DNA的生物合成RNA的生物合成2021/01/212第一节DNA的生物合成2021/01/213中心法则（centraldogma）遗传信息传递方向的规律基因表达：是指将遗传信息由DNA转录为RNA、再翻译成蛋白质的过程2021/01/214半保留复制复制起始点（ori)双向复制半不连续复制一、复制（replication）（一）DNA复制的基本原则2021/01/215半保留复制

semiconservativereplicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC亲代子代2021/01/216DNA半保留复制的实验2021/01/217从复制起始点向2个方向进行双向复制双向复制2021/01/218半不连续复制（semidiscontinousreplication)冈崎片段2021/01/219（二）参与DNA复制的主要酶类解旋、解链酶类DNA拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA连接酶2021/01/21101、解旋、解链酶类解链酶(helicase)解开DNA双链中氢键，消耗ATP单链结合蛋白（single-strandedDNA-bindingprotein）与单链DNA结合，保持模板处于单链状态，保护复制中的DNA单链不被核酸酶降解。DNA拓扑异构酶（topoisomerase)复制前：松弛DNA超螺旋，克服扭结现象复制后：TopoII作用下，重新引入超螺旋（需ATP供能）2021/01/21112021/01/2112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2021/01/21132、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)2021/01/21143、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2021/01/2115原核DNA聚合酶①polⅠ：3′→5′外切酶活性，参与DNA修复校正5′→3′外切酶、聚合酶活性，

切除引物并填补空隙具有切口平移作用②polⅡ：生理功能尚不清楚，无酶Ⅰ、Ⅱ时起作用③polⅢ：复制延长中真正起复制作用的酶具3/-5/核酸外切酶活性，校正作用2021/01/2116DNA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第一课件网在线网站

2021/01/21174、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。2021/01/2118（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；6.在Tus蛋白参与下，终止复制。(terminusutilizationsubstance)2021/01/2119DNA复制示意图拓扑异构酶解链酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶Ⅲ单链结合蛋白DNA聚合酶Ⅰ前导链随后链DNA连接酶冈崎片段引物酶2021/01/2120二、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2021/01/2121逆转录酶----------------------------------------RNaseH----------------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------cDNA整合入宿主细胞DNA分子中病毒RNARNA-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2021/01/2122HIV生活史2021/01/2123三、DNA复制与端粒、端粒酶端粒:

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(telomere、telomerase)2021/01/2124CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTG-OH(3’)3’----CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT3’----G-OH(3’)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3’)3’----Furtherpolymerization端粒酶合成端粒的爬行模式2021/01/2125四、DNA损伤（突变）与修复突变自发突变(spontaneousmutation)人工诱变(inducedmutation)2021/01/2126（一）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2021/01/2127（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)2021/01/2128血红蛋白中遗传信息的异常正常DNA…TGTGGGCTTCTTTTT…mRNA…ACACCCGAAGAAAAA…HbA（β链）（氨基末端）苏脯谷6谷赖异常DNA…TGTGGGCATCTTTTT…mRNA…ACACCCGUAGAAAAA…HbS（β链）（氨基末端）苏脯缬6谷赖镰刀形红细胞性贫血2021/01/2129HbA与HbS比较2021/01/2130由基因重排引起的两种地中海贫血基因型2021/01/2131（三）DNA的损伤修复光复活切除修复重组修复SOS修复2021/01/2132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2021/01/2133切除修复核酸内切酶DNApolⅠ，DNAligase(excisionrepair)2021/01/2134重组修复(recombinationalDNArepair）2021/01/2135第二节RNA的生物合成（转录）(transcription)2021/01/2136一、参与转录的主要物质转录模板RNA聚合酶底物终止因子2021/01/2137（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）2021/01/21385/3/3/5/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）第一课件网在线网站

2021/01/2139DNA5´……GGAGTACATGTC…3´（编码链，+,）

3´……CCTCAUGUACAG…5´（模板链，-，）↓（转录）5´……GGAGUACAUGUC……3´

mRNA

↓（翻译）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

2021/01/2140（二）RNA聚合酶——原核细胞

(RNApolymerase)亚基功能2决定哪些基因被转录与转录全过程有关′结合DNA模板辨认起始点全酶：核心酶（2′）+起始因子（）2021/01/2141类型细胞内定位催化转录产物对鹅膏蕈碱的反应Ⅰ

核仁rRNA前体耐受Ⅱ

核质mRNA前体极敏感Ⅲ

核质5SrRNAtRNA中度敏感（二）RNA聚合酶——真核细胞2021/01/2142（三）底物RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）：ATP、GTP、CTP、UTP2021/01/2143二、转录过程转录起始2、转录延长3、转录终止（原核生物）2021/01/2144②形成第一个3/，5/-磷酸二酯键，σ因子脱离全酶（第一个核苷酸：GTP或ATP）①RNA聚合酶识别、结合启动子-10核苷酸——TATAAT（Pribnow盒）富含AT-35核苷酸——TTGACA启动子转录起始(transcriptioninitiation)2021/01/2145转录起始动画2021/01/2146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)转录空泡2021/01/2147终止子非依赖于ρ因子的终止子依赖于ρ因子的终止子terminator3、转录终止（transcriptiontermination）2021/01/2148非依赖ρ因子的终止1、GC丰富，重复序列2、形成发夹样结构2021/01/2149依赖与ρ因子的终止2021/01/2150转录全过程2021/01/2151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(hetero–nuclearRNA)2021/01/2152m7GpppNmpolyA帽子结构尾巴结构2021/01/2153

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.新连延伸方向

5ˊ→3ˊ5ˊ→3ˊ5.主要酶类

DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解链酶类（α2ββˊσ）

引物酶终止因子(ρ)DNA连接酶2021/01/2154DNA和RNA生物合成的比较(2)

复制过程转录过程模板DNA解旋与解链，σ因子辨认起始点,

形成复制叉；带动全酶解开DNA双链,形成引发体，促使转录起动；合成RNA引物；σ因子随之脱落下来；3.按A=T、G=C碱基配对在核心酶催化下,规则，合成DNA；使RNA链不断延长；切除引物、填补空隙、ρ因子终止链延长。形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口，