最新医学生物化学课件--10ppt课件.ppt

医学生物化学课件医学生物化学课件-10DNA RNA 蛋白质转录翻译复制逆转录RNA复制基因：基因：是为生物活性产物编码的是为生物活性产物编码的DNA功能片段功能片段，这，这些产物主要是些产物主要是蛋白质蛋白质或是各种或是各种RNA1.底物：底物：dNTP(dATP, dGTP, dCTP, dTTP)2.聚合酶：聚合酶：DNA聚合酶聚合酶（DNA依赖的依赖的DNA 聚合酶聚合酶) DNA-pol3.模板：模板：单链的单链的DNA母链母链4.引物：引物：寡核苷酸引物（寡核苷酸引物（RNA)5.其他酶和蛋白质因子：其他酶和蛋白质因子：解链酶，解旋酶，解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶单链结合蛋白，连接酶DNADNA聚合酶的活性聚合酶的活性v5至至3的聚合活性的聚合活性5 3方向方向v核酸核酸 外切酶活性外切酶活性5 3外切酶活性外切酶活性3 5外切酶活性外切酶活性v55至至33的聚合活性（的聚合活性（ 5 3 5 3 ）pp pp pppPPPOHOHOH55PPiN1N2N3N1N2N3533 v核酸外切酶活性核酸外切酶活性 35外切酶活性外切酶活性 53外切酶活性外切酶活性533535外切酶活性53外切酶活性聚合反应聚合反应在在DNA聚合酶聚合酶催化下，催化下，四种脱氧核糖核苷三磷酸（四种脱氧核糖核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）被加到被加到DNA链的链的3末端，同时释放末端，同时释放出无机焦磷酸。出无机焦磷酸。1、DNA链的游离链的游离3-羟基对进入的羟基对进入的dNTP磷原子发生亲核攻磷原子发生亲核攻击，形成击，形成3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键，并脱下焦磷酸，并脱下焦磷酸2、形成、形成磷酸二酯键磷酸二酯键的能量来自的能量来自-与与-磷酸基之间磷酸基之间高能键高能键的的裂解裂解3、聚合反应可逆，但随焦磷酸的水解可推动反应的完成、聚合反应可逆，但随焦磷酸的水解可推动反应的完成4、DNA链由链由5向向3方向延长方向延长5、需要有游离的、需要有游离的3-羟基，即需要羟基，即需要引物链引物链pp pp pppPPPO HOHO H55PPiN1N2N3N1N2N3533二、二、 DAN DAN聚合酶结构聚合酶结构(一一)原核生物原核生物：pol ：与校读，修复有关：与校读，修复有关A、DNA聚合酶活力：通过核苷酸聚合反应使聚合酶活力：通过核苷酸聚合反应使DNA链链 沿沿53方向延长；方向延长；B、 35核酸外切酶活力：由核酸外切酶活力：由3端水解端水解DNA链。在链。在 正常情况下该活力受抑制，一旦出现错配碱基时正常情况下该活力受抑制，一旦出现错配碱基时 ，聚合反应停止，该活力会切去错配碱基，聚合反应停止，该活力会切去错配碱基， 起校起校 对作用；对作用；C、53核酸外切酶活力：由核酸外切酶活力：由5端水解端水解DNA链。切链。切 除嘧啶二聚体和除嘧啶二聚体和RNA引物。引物。 小片段小片段 ：5 3核酸核酸 外切酶活性外切酶活性 大片段（大片段（Klenow片段片段）：聚合活性、）：聚合活性、3 5外切活性外切活性（常用的工具酶）（常用的工具酶）pol ： 以以带有缺口的双链带有缺口的双链DNA为模板和引物，为模板和引物，从从53方向合成方向合成DNA，同时具有，同时具有35外外切酶活力切酶活力。 可能在可能在DNA的修复中起作用。的修复中起作用。 pol ： 真正起复制作用的酶。真正起复制作用的酶。由由10种亚基组成的不对种亚基组成的不对称二聚体，称二聚体，、组成核心酶活性：聚合活性、组成核心酶活性：聚合活性、3 5外切活性外切活性 + pol（核心酶）核心酶） pol（核心酶）核心酶）+ pol pol+ pol*（全酶）（全酶） 具有聚合酶活力，具有聚合酶活力，具有校对功能，具有校对功能，是组建是组建核心酶因子，核心酶因子，是二聚化因子，是二聚化因子，和和是延长因子，是延长因子，识别引物并引导聚合酶结合，复制起始时被释放。识别引物并引导聚合酶结合，复制起始时被释放。pol只作用于有缺口的双链只作用于有缺口的双链DNA，pol可作用于有引可作用于有引物的长单链物的长单链DNA，pol*是天然的聚合酶是天然的聚合酶（二）真核生物（二）真核生物（DNA-polDNA-pol）： DNA聚合酶聚合酶：与随从链的合成有关与随从链的合成有关。需要。需要以缺口双链或带引物的单链以缺口双链或带引物的单链DNA为模板，为模板，引物是引物是DNA或或RNA短链，短链，RNA引物由引物引物由引物合成酶合成合成酶合成 DNA聚合酶聚合酶：核酸外切酶活性，：核酸外切酶活性，与修复有与修复有关关 DNA聚合酶聚合酶：存在于线粒体存在于线粒体。以。以RNA为模为模板，以板，以DNA短链为引物短链为引物 DNA聚合酶聚合酶：与领头链的合成有关与领头链的合成有关。具有。具有35外切酶活力外切酶活力 DNA聚合酶聚合酶：与校读、修复和填补缺口有与校读、修复和填补缺口有关关v核酸外切酶活性和即时校读核酸外切酶活性和即时校读 DNA-pol，的的3 5外切酶活性外切酶活性 （主要应（主要应用在引物切除后的缺口复制）用在引物切除后的缺口复制）v复制的保真性和碱基选择复制的保真性和碱基选择 pol 的的亚基亚基 先形成氢键，再生成磷酸二酯键先形成氢键，再生成磷酸二酯键 v依赖三种机理依赖三种机理 1 遵守严格的碱基互补配对规律遵守严格的碱基互补配对规律 2 聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能 3 复制中出错时有即时校读功能复制中出错时有即时校读功能（三）（三）DNA聚合酶的核酸外切酶活性和复制的保真性聚合酶的核酸外切酶活性和复制的保真性 三、复制中解链和三、复制中解链和DNADNA分子的分子的拓扑学变化拓扑学变化（一）解链酶（一）解链酶v 领头链领头链 rep蛋白蛋白 Dna Bv 随从链随从链 解链酶解链酶35rep蛋白解链酶5353SSB领头链随从链SSB：单链结合蛋白：单链结合蛋白（二）（二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶 既能水解，又能连接磷酸二酯键既能水解，又能连接磷酸二酯键 拓扑酶拓扑酶：切断：切断DNA双链中的一股（原核生双链中的一股（原核生物中只能消除负超螺旋，真核生物中能消除物中只能消除负超螺旋，真核生物中能消除正、负超螺旋）正、负超螺旋） 拓扑酶拓扑酶：切断：切断DNA双链（同上）双链（同上） （三）单链（三）单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB） 维持模板处于单链状态维持模板处于单链状态 保护单链的完整保护单链的完整四、引物酶和引发体四、引物酶和引发体引物酶：引物酶：RNA聚合酶聚合酶 - Dna G引发体：引发体：Dna A辨认复制启始点，然后辨认复制启始点，然后Dna B在在Dna C帮助下结合解链区，并在帮助下结合解链区，并在DNA拓扑异构酶拓扑异构酶协助下沿协助下沿DNA链链5 3方向解链，并由方向解链，并由SSB蛋白蛋白保护单链。在复制起点解链后保护单链。在复制起点解链后Dna G合成合成RNA引引物。物。拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物领头链随从链冈崎片段5533五、五、 DNADNA连接酶（连接酶（ligaseligase） 催化两段催化两段DNA之间的连接之间的连接35535353HOP DNA ligaseNADATPNMNAMP+PPi+POHP5533+53DNAligaseOOHPOOO-OOHPOOOPP-PPiNAD: NAD: 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NMN: NMN: 烟酰胺单核苷酸烟酰胺单核苷酸+AMP但实际上在切口处但实际上在切口处55端的往往是端的往往是RNARNA引物切除后留下一个引物切除后留下一个单磷酸基，不具备羟基亲和攻击的条件，由此：单磷酸基，不具备羟基亲和攻击的条件，由此：DNADNA连接酶连接酶 催化双链催化双链DNA切口处的切口处的5-磷酸基磷酸基和和3-羟基羟基生成生成磷酸二酯键：磷酸二酯键：（1）形成酶）形成酶-AMP复合物复合物： NAD（细菌）（细菌） 连接酶连接酶-AMP+NMN +连接酶连接酶 ATP（动物）（动物） 连接酶连接酶-AMP+PPi （2）形成）形成A-P-P-DNA： 连接酶连接酶-AMP+ 5P-DNAA-P-P-DNA+连接酶连接酶 形成了形成了焦磷酸键焦磷酸键（3）生成）生成3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键： DNA-OH3+A-P-P-DNADNA-O-P-DNA+AMP 相邻链相邻链3-OH3-OH对对活化的磷原子活化的磷原子发生亲发生亲核攻击核攻击 一一 复制的起始复制的起始 （一）（一）DNA解成单链解成单链 原核生物从一个固定的起始原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制称为双向复制 复制复制起点起点起点原核生物DNA的双向复制v真核细胞染色体比较复杂，可能有真核细胞染色体比较复杂，可能有多个复制起点多个复制起点，同时形成多个复制单位同时形成多个复制单位v复制叉复制叉-复制开始后由于复制开始后由于DNA双链解开，在两双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构，称为状结构，称为复制叉复制叉vE.coli复制起始点复制起始点oriC跨度为跨度为245bp，包含有三组，包含有三组串联重复序列和两对反向重复序列串联重复序列和两对反向重复序列1、复制的起点：、复制的起点：单个固定的起点单个固定的起点：原核生物的染色体和质粒、真核：原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器生物的细胞器DNA都是环状双链分子，具有单个都是环状双链分子，具有单个固定的起点；固定的起点；多个起点多个起点：真核生物染色体是线性双链分子，含有：真核生物染色体是线性双链分子，含有许多起点多复制子）。许多起点多复制子）。2、复制方向：、复制方向：直线双向式直线双向式：单起点单起点，双方向双方向。有对称的和不对。有对称的和不对称；称；多起点双向式多起点双向式：真核生物染色体：真核生物染色体DNA的复制；的复制；型双、单向式型双、单向式：环状：环状DNA的复制。有的复制。有双向和单向双向和单向（单向的形成一个复制叉，双向的形成两个复制（单向的形成一个复制叉，双向的形成两个复制叉），有对称和不对称（一个叉完成叉），有对称和不对称（一个叉完成1/5，其余，其余4/5由另一个叉完成）；由另一个叉完成）；D-环式环式：单向复制单向复制。在固定点解开后一条链先复。在固定点解开后一条链先复制，待复制到一定距离时，露出另一链的复制起制，待复制到一定距离时，露出另一链的复制起点，才开始另一链的复制；点，才开始另一链的复制；35535领头链随从链5353滚动环式滚动环式：单向复制，低等生物如质粒单向复制，低等生物如质粒 共价闭环双链分子的正链由核酸内切酶在一特共价闭环双链分子的正链由核酸内切酶在一特定位点切开，游离出的定位点切开，游离出的5-磷酸基末端固定在细胞膜磷酸基末端固定在细胞膜上，然后以环状负链为模板，从正链的上，然后以环状负链为模板，从正链的3-OH末端末端延长形成正链。延长形成正链。不需要另外合成引物。不需要另外合成引物。（二）引发体的生成（二）引发体的生成v复制过程需要引物复制过程需要引物-短链短链RNA引物酶：引物酶：合成合成RNA引物（十个引物（十个bp左右），方向左右），方向为为5 到到 3vDna A辨认复制启始点，然后引物酶进入（辨认复制启始点，然后引物酶进入（DnaG蛋白）蛋白） ，加上解螺旋酶、，加上解螺旋酶、 DnaB蛋白和蛋白和DnaC蛋蛋白等，与白等，与DNA的起始复制区域形成的起始复制区域形成引发体引发体。vDNA聚合酶聚合酶 由其由其亚单位辨认引物，新链的亚单位辨认引物，新链的第一个脱氧核苷酸与引物的第一个脱氧核苷酸与引物的3-OH形成磷酸二酯键，形成磷酸二酯键，开始复制开始复制v拓扑异构酶拓扑异构酶 松弛螺旋。松弛螺旋。 复制过程中各酶和蛋白质因子的作用复制过程中各酶和蛋白质因子的作用拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物领头链随从链冈崎片段5533二二 复制的延长复制的延长原核生物为原核生物为pol 真核生物为真核生物为DNA 聚合酶聚合酶和和，其中，其中与随从链与随从链的合成有关，的合成有关，与领头链的合成有关与领头链的合成有关（一）复制延长的生化过程（一）复制延长的生化过程原核生物复制延长的速度很快原核生物复制延长的速度很快真核生物复制有多个复制起点真核生物复制有多个复制起点（二）复制的半不连续性和冈崎片段（二）复制的半不连续性和冈崎片段领头链领头链是连续合成的，而是连续合成的，而随从链随从链则是不连续合成则是不连续合成冈崎片段冈崎片段：冈崎用电子显微镜看到了冈崎用电子显微镜看到了DNA复制过复制过程中出现一些不连续片段，这些不连续片段只存程中出现一些不连续片段，这些不连续片段只存在于在于NA复制叉上其中的一股。后来就把这些不复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为冈崎片段连续的片段称为冈崎片段三三 复制的终止复制的终止（一）原核生物复制终止及不连续片段连接（一）原核生物复制终止及不连续片段连接复制有终止点复制有终止点ter领头链领头链是不间断延长的，是不间断延长的，随从链随从链是是 生成一个个的生成一个个的冈崎片段，最后连接成一条完整的冈崎片段，最后连接成一条完整的DNA链。链。 pol 5 3外切酶活性外切酶活性水解引物水解引物 pol聚合活性聚合活性填补空隙填补空隙 DNA连接酶连接酶连接缺口。连接缺口。polDNA连接酶5335pol(二二)真核生物的端粒和端粒酶真核生物的端粒和端粒酶端粒：端粒：是真核生物染色体线性是真核生物染色体线性DNA分子末端的分子末端的结构结构 富含富含GC的重复序列的重复序列人：人：(TTAGGG)n端粒酶：端粒酶：RNA-蛋白质复合物蛋白质复合物 既有模板，既有模板，又有逆转录酶又有逆转录酶以自身的以自身的RNA为模板延长为模板延长DNA单链，然后单链，然后反折为双链反折为双链, 爬行模式爬行模式端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关v突变突变-DNA分子上碱基的改变分子上碱基的改变自发突变、人工诱变自发突变、人工诱变一一 突变的意义突变的意义突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础只有基因型改变的突变只有基因型改变的突变致死性的突变致死性的突变突变是某些疾病的发病基础突变是某些疾病的发病基础 二、引发突变的因素二、引发突变的因素 诱变因素 突变类型物理因素 紫外线照射 形成胸腺嘧啶二聚体 离子辐射 打断DNA分子上的共价键化学因素 5-溴尿嘧啶(5-BU) 5-BU取代A，并异构成G，结果是A-T配对变 为G-T配对，最后变为C-G配对 羟胺 转换T为C，结果是A-T配对改为C-G配对 亚硝酸盐 使C脱氨成U，原G-C配对变为G-U配对，最 后使G-C变为A-T 氮芥类 使G的N-7烷化后除去，成为无鸟嘌呤的链生物因素 肿瘤病毒 插入宿主细胞基因组中，引起细胞癌变诱变因素及突变类型诱变因素及突变类型 三、突变分子改变的类型三、突变分子改变的类型 错配错配 （点突变）（点突变）一个碱基改变一个碱基改变 缺失、插入和框移突变缺失、插入和框移突变片段插入或缺失片段插入或缺失 重排重排较大片段重组或重排较大片段重组或重排c-rasH 基因P21ras 产物GGCCAGglyglnGTCvalEJ/T24细胞株的突变四、四、 损伤的修复损伤的修复 损伤损伤-复制过程中发生的复制过程中发生的DNA突变突变光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复（一）光修复（一）光修复 紫外光照射可使相邻的两个紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体形成二聚体（TT） 光修复酶光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢复完全恢复正常。光修复酶的激活需正常。光修复酶的激活需300-600m波长的光。波长的光。NNCH3OORHPHROOCH3NNNNCH3OORHHNNCH3OORPUVTT光修复酶（二）切除修复（二）切除修复 参与的酶有参与的酶有 核酸内切酶核酸内切酶，pol, DNA连接酶连接酶特异核酸内切酶pol DNA连接酶核酸内切酶识别损伤部位核酸内切酶识别损伤部位切开核酸单链切开核酸单链外切酶切除外切酶切除损伤部位损伤部位聚合酶修复聚合酶修复连连接酶连接接酶连接（三）重组修复（三）重组修复 重组蛋白重组蛋白RecA，pol，连接酶参与。，连接酶参与。损伤会保留下去损伤会保留下去聚合酶聚合酶在损伤部位跳过去，在下一个冈崎片段的起始位置或在损伤部位跳过去，在下一个冈崎片段的起始位置或前导链的相应位置上重新合成引物和前导链的相应位置上重新合成引物和DNA链。这样，链。这样，新链在新链在损伤相对应处留下缺口损伤相对应处留下缺口。然后，完整的母链上相对应于损伤。然后，完整的母链上相对应于损伤部位的正确核苷酸序列片段移到有缺口的新链上，而母链上部位的正确核苷酸序列片段移到有缺口的新链上，而母链上的空缺则通过聚合来补上。的空缺则通过聚合来补上。损伤链的损伤并未除去损伤链的损伤并未除去，但在后，但在后代中已被代中已被稀释稀释。（四）（四）SOS修复修复DNA损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续。复制的酶，修复的酶，复制的酶，修复的酶，重组蛋白重组蛋白RecA，调调控蛋白控蛋白LexA等组成一个庞大的调控网络。等组成一个庞大的调控网络。特异性很低特异性很低着色性干皮病：患者缺乏特异的核酸内切着色性干皮病：患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外光照射后易患皮肤癌酶，紫外光照射后易患皮肤癌1、SOS反应诱导的修复系统反应诱导的修复系统： （1）避免差错修复）避免差错修复：应急反应诱导产生修：应急反应诱导产生修复所需的酶和蛋白，增强切除修复和重组修复所需的酶和蛋白，增强切除修复和重组修复能力；复能力； （2）倾向差错修复）倾向差错修复：应急反应诱导产生缺：应急反应诱导产生缺乏校对功能的聚合酶，可在损伤部位进行复乏校对功能的聚合酶，可在损伤部位进行复制，但带来高变异率。制，但带来高变异率。2、诱导修复的机制、诱导修复的机制： SOS反应是由反应是由RecA蛋白蛋白（在同源重组中也起重（在同源重组中也起重要作用）和要作用）和LexA阻遏物阻遏物相互作用引起的。相互作用引起的。 u未诱导细胞：未诱导细胞：RecA蛋白蛋白不具有蛋白水解酶活力不具有蛋白水解酶活力 由由lexA基因编码的基因编码的LexA蛋白蛋白成为许成为许 多基因（包括修复基因、多基因（包括修复基因、recA基因基因 及及lexA基因本身等）的阻遏物基因本身等）的阻遏物uSOS反应：激活反应：激活RecA蛋白蛋白的蛋白水解酶活力，对的蛋白水解酶活力，对 LexA蛋白蛋白产生水解作用，由此解除了产生水解作用，由此解除了 许多基因的抑制，产生包括修复中关许多基因的抑制，产生包括修复中关 键酶和蛋白质的产物。键酶和蛋白质的产物。SOS反应反应（激活）（激活）RecA蛋白蛋白（水解）（水解）LexA蛋白蛋白（消除阻遏物（消除阻遏物LexA蛋白）产生关键酶或蛋白质。蛋白）产生关键酶或蛋白质。 RNA病毒病毒 逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase, RT) 逆转录活性逆转录活性 (依赖于依赖于RNA的的DNA聚合酶活性聚合酶活性) RNaseH 活性活性 DNA聚合酶活性聚合酶活性 (依赖于依赖于DNA的的DNA聚合酶聚合酶活性活性)RNA模板杂化双链单链DNA双链DNA反转录酶RNaseH碱水解DNA聚合酶整合S1核酸酶细胞内复制试管内合成反转录酶反转录酶本章要点本章要点1、掌握生物学中心法则。、掌握生物学中心法则。2、掌握、掌握DNA聚合酶催化的反应，复制保真性聚合酶催化的反应，复制保真性依赖的机理。依赖的机理。3、掌握、掌握DNA点突变、缺失、插入、倒位的概点突变、缺失、插入、倒位的概念、损伤的修复方式。念、损伤的修复方式。4、掌握半保留复制，不连续复制的概念。、掌握半保留复制，不连续复制的概念。5、熟悉解链酶，拓扑异构酶、熟悉解链酶，拓扑异构酶 ，引物酶及，引物酶及DNA 连接酶催化的反应。连接酶催化的反应。 1、DNA复制时不需要下列哪一种酶？复制时不需要下列哪一种酶？ A DNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶 B RNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶 C DNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶 D 连接酶连接酶 E 拓扑异构酶拓扑异构酶 2 下列过程中不需要下列过程中不需要DNA连接酶参与的连接酶参与的是是 A DNA 复制复制 B DNA重组重组 C DNA 修复修复 D DNA修饰修饰 3 DNA 复制时，如模板链为复制时，如模板链为 5-TAGA-3将会合成哪种互补结构？将会合成哪种互补结构？ A 5-TCTA-3 B 5-ATCT-3 C 5-UCUA-3 D 5-AUCU-3 4 名词解释名词解释 半保留复制半保留复制 领头链领头链 随从链随从链 岗崎岗崎片段点突变片段点突变 5 在在DNA 半保留复制中，两条新合成的链半保留复制中，两条新合成的链为什么都可以为什么都可以53延长？延长？51 结束语结束语