卫校生物化学的生物合成讲稿.ppt

关于卫校生物化学的生物合成第一页，讲稿共五十一页哦DNA通通过过复复制制将将遗遗传传信信息息由由亲亲代代传传递递给给子子代代；通通过过转转录录和和翻翻译译，将将遗遗传传信信息息传传递递给给蛋蛋白白质质分分子子，从从而而决决定定生生物物的的表表现现型型。DNA的的复复制制、转转录和翻译过程就构成了录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则遗传学的中心法则。第二页，讲稿共五十一页哦第三页，讲稿共五十一页哦第一节 DNA的生物合成第四页，讲稿共五十一页哦一 复制的基本规律DNA复制的方式半保留半不连续复制第五页，讲稿共五十一页哦DNA在复制时，以亲代在复制时，以亲代DNA的每一条链作模板，的每一条链作模板，合成完全相同的两个双链子代合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代，每个子代DNA中都含有一条亲代中都含有一条亲代DNA链，这种现象称为链，这种现象称为DNA的半保留复制。的半保留复制。一、半保留复制一、半保留复制第六页，讲稿共五十一页哦复制复制亲代亲代DNA子代子代DNADNADNA半保留复制示意图半保留复制示意图第七页，讲稿共五十一页哦DNA以以半半保保留留方方式式进进行行复复制制，是是在在1958年年由由M.Meselson 和和 F.Stahl 所所完完成成的的实实验验所所证证明。明。该该实实验验首首先先将将大大肠肠杆杆菌菌在在含含15N的的培培养养基基中中培培养养约约十十五五代代，使使其其DNA中中的的碱碱基基氮氮均均转转变变为为15N。然然后后将将大大肠肠杆杆菌菌移移至至只只含含14N的的培培养养基基中中同同步步培培养养一一代代、二二代代、三三代代。分分别别提提取取DNA，作作密密度度梯梯度度离离心心，将将具具有有不不同同密密度度的的DNA分离开。分离开。DNA半保留复制的实验证明半保留复制的实验证明第八页，讲稿共五十一页哦DNADNA半保留复制研究实验结果示意图半保留复制研究实验结果示意图第九页，讲稿共五十一页哦按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA的的碱碱基序列一致基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的息，体现了遗传的保守性保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的不是绝对的。半保留复制的意义半保留复制的意义第十页，讲稿共五十一页哦DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起复制起始点始点(origin)。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。真核生物中则为多个。二、有一定的复制起始点二、有一定的复制起始点第十一页，讲稿共五十一页哦习习惯惯上上把把两两个个相相邻邻DNA复复制制起起始始点点之之间间的的距距离离（或（或DNA片段）定为一个片段）定为一个复制子复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。复制子是独立完成复制的功能单位。DNA复复制制时时，局局部部双双螺螺旋旋解解开开形形成成两两条条单单链链，这这种叉状结构称为种叉状结构称为复制叉复制叉。第十二页，讲稿共五十一页哦53oriorioriori535533553复制子复制子3复制起始点与复制子示意图复制起始点与复制子示意图第十三页，讲稿共五十一页哦参与参与DNA复制的复制的DNA聚合酶，必须以一段具有聚合酶，必须以一段具有3端自由羟基（端自由羟基（3-OH）的）的RNA作为作为引物引物(primer)，才能开始聚合子代，才能开始聚合子代DNA链。链。RNA引物的大小，在原核生物中通常为引物的大小，在原核生物中通常为50 100个核苷酸，而在真核生物中约为个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷个核苷酸。酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱的碱基顺序相配对。基顺序相配对。三、需要引物三、需要引物第十四页，讲稿共五十一页哦DNA复制时，以复制起始点复制时，以复制起始点(origin)为中心，为中心，向两个方向进行解链，形成两个延伸方向相反向两个方向进行解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为的复制叉，称为双向复制双向复制(bidirectional replication)。但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。复制）。复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象四、双向复制四、双向复制第十五页，讲稿共五十一页哦oriterA B CA.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)DNADNA的双向复制示意图的双向复制示意图第十六页，讲稿共五十一页哦DNA聚合酶只能以聚合酶只能以53方向聚合方向聚合子代子代DNA链链，即即模板模板DNA链链的方向必须是的方向必须是35。由于由于DNA分子中两条链的走向相反，因此当分分子中两条链的走向相反，因此当分别以两条亲代别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代链作为模板聚合子代DNA链链时，子代链的聚合方向也是不同的。时，子代链的聚合方向也是不同的。五、半不连续复制五、半不连续复制第十七页，讲稿共五十一页哦3 5 3 5 3535解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)DNADNA的半不连续复制的半不连续复制35第十八页，讲稿共五十一页哦以以35方方向向的的亲亲代代DNA链链作作模模板板的的子子代代链链在在复复制制时时基基本本上上是是连连续续进进行行的的，其其子子代代链链的的聚聚合合方方向向为为 53，这这 一一 条条 链链 被被 称称 为为 领领 头头 链链(leading strand)。以以53方方向向的的亲亲代代DNA链链为为模模板板的的子子代代链链在在复复制制时时则则是是不不连连续续的的，其其链链的的聚聚合合方方向向也也是是53，这条链被称为，这条链被称为随从链随从链(lagging strand)。领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制制的的半不连续性半不连续性。第十九页，讲稿共五十一页哦由由于于亲亲代代DNA双双链链在在复复制制时时是是逐逐步步解解开开的的，因因此此，随随从从链链的的合合成成也也是是一一段段一一段段的的。DNA在在复复制制时时，由由随随从从链链所所形形成成的的一一些些子子代代DNA短短链链称称为为冈崎片段冈崎片段(Okazaki fragment)。冈冈崎崎片片段段的的大大小小，在在原原核核生生物物中中约约为为10002000个个核核苷苷酸酸，而而在在真真核核生生物物中中约约为为100个个核核苷酸。苷酸。第二十页，讲稿共五十一页哦二 参与DNA复制的酶类和蛋白因子 第二十一页，讲稿共五十一页哦DNA在和染色体中是以超螺旋状态存在的，复制时必须先解开在和染色体中是以超螺旋状态存在的，复制时必须先解开超螺旋和双螺旋，形成裸露的单链才能作为模板进行合成。超螺旋和双螺旋，形成裸露的单链才能作为模板进行合成。（1）拓扑异构酶拓扑异构酶负责解开负责解开DNA的超螺旋。在的超螺旋。在DNA的一定的一定部位将双链中的一条切开，是链末端沿松解方向转动松弛，然部位将双链中的一条切开，是链末端沿松解方向转动松弛，然后将切口封闭，使后将切口封闭，使DNA呈松弛状态。呈松弛状态。1 1、参与、参与DNADNA解螺旋和解链的酶及蛋白因子解螺旋和解链的酶及蛋白因子第二十二页，讲稿共五十一页哦第二十三页，讲稿共五十一页哦（2）解链酶，）解链酶，这类酶蛋白一旦与双链DNA连接，就会引起DNA双链解旋，并使两条分开的链呈直线，以便模板链在DNA聚合酶的作用下进行分子复制。第二十四页，讲稿共五十一页哦（3）单链结合蛋白质）单链结合蛋白质(SSB)：结合于螺旋酶沿复制叉方向向前推进产生的单链区，防止新形成的单链DNA重新配对形成双链DNA或被核酸酶降解的蛋白质。第二十五页，讲稿共五十一页哦催化催化RNA引物合成的酶称为引物酶。引物合成的酶称为引物酶。引物酶引物酶(primerase)本质上是一种本质上是一种依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP），该酶以，该酶以DNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNA短链引物短链引物(primer)，以提供自由的，以提供自由的3-OH，使子代，使子代DNA链能够开始聚链能够开始聚合。合。引物酶需组装成引物酶需组装成引发体引发体才能催化才能催化RNA引物的合成。引物的合成。2 2、引物酶和引发体、引物酶和引发体第二十六页，讲稿共五十一页哦在在E.coli中中，含含有有解解螺螺旋旋酶酶(DnaB蛋蛋白白)、DnaC蛋蛋白白、引引物物酶酶(DnaG蛋蛋白白)和和DNA复复制制起起 始始 区区 域域 的的 复复 合合 结结 构构 被被 称称 为为 引引 发发 体体(primosome)。第二十七页，讲稿共五十一页哦3 3、DNADNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DDDP)简称：简称：DNA-pol作用：作用：在在DNA模板链的指导下，以模板链的指导下，以dNTP为原料，按照碱基互补配对为原料，按照碱基互补配对 原原则将则将dNTP逐个加在寡核苷酸片段的逐个加在寡核苷酸片段的3-OH上，形成磷酸二酯键，从而使新上，形成磷酸二酯键，从而使新合成的合成的DNA链沿链沿5-3方向延长。方向延长。活性：活性：1.53 的聚合酶活性的聚合酶活性 2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性第二十八页，讲稿共五十一页哦5 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。DNA DNA聚合酶的核酸外切酶活性聚合酶的核酸外切酶活性 第二十九页，讲稿共五十一页哦在在原原核核生生物物中中，目目前前发发现现的的DNA聚聚合合酶酶有有三三种种，分分别别命命名名为为DNA聚聚合合酶酶（pol），DNA聚聚合合酶酶（pol），DNA聚聚合合酶酶（pol），这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与参与DNA复制的主要是复制的主要是pol 和和pol。（一）种类和生理功能：（一）种类和生理功能：第三十页，讲稿共五十一页哦 原核生物中的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶 第三十一页，讲稿共五十一页哦为为了了保保证证遗遗传传的的稳稳定定，DNA的的复复制制必必须须具具有有高高保保真真性性。DNA复复制制时时的的保保真真性性主主要要与与下下列列因因素素有关：有关：1遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；聚合酶在复制时对碱基的正确选择；3对复制过程中出现的错误及时进行校正。对复制过程中出现的错误及时进行校正。（二）（二）DNADNA复制的保真性复制的保真性(fidelity)(fidelity)：第三十二页，讲稿共五十一页哦DNA-polDNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合酶活性的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合酶活性掺入正确配对的底物。掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，：碱基配对正确，DNA-pol不表现外切酶活性。不表现外切酶活性。第三十三页，讲稿共五十一页哦DNA连接酶连接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN+AMP）HO535335534 4、DNADNA连接酶连接酶第三十四页，讲稿共五十一页哦DNA连接酶催化的条件是：连接酶催化的条件是：需需一一段段DNA片片段段具具有有3-OH，而而另另一一段段DNA片段具有片段具有5-Pi基；基；未未封封闭闭的的缺缺口口位位于于双双链链DNA中中，即即其其中中有有一一条条链是完整的；链是完整的；需需要要消消耗耗能能量量，在在原原核核生生物物中中由由NAD+供供能能，在真核生物中在真核生物中由由ATP供能供能。第三十五页，讲稿共五十一页哦DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之是基因工程的重要工具酶之一。一。DNA连接酶的作用连接酶的作用第三十六页，讲稿共五十一页哦三 DNA复制过程第三十七页，讲稿共五十一页哦DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。1解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNA的的超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱碱基基间间氢氢键键断断裂裂，形形成成两两条条单链单链DNA。单单链链DNA结结合合蛋蛋白白（SSB）四四聚聚体体结结合合在在两两条条单单链链DNA上，形成复制叉。上，形成复制叉。（一）、复制的起始（一）、复制的起始第三十八页，讲稿共五十一页哦2引发体组装和引物合成：引发体组装和引物合成：由由解解螺螺旋旋酶酶(DnaB蛋蛋白白)、DnaC蛋蛋白白、引引物物酶酶(DnaG蛋白蛋白)和和DNA复制起始区域形成引发体；复制起始区域形成引发体；在在引引物物酶酶的的催催化化下下，以以DNA为为模模板板，合合成成一一段段短短的的RNA片片段段，从从而而获获得得3端端自自由由羟羟基基（3-OH）。）。第三十九页，讲稿共五十一页哦（二）、复制的延长（二）、复制的延长 复复制制的的延延长长指指在在DNA聚聚合合酶酶（DNA-Pol）催催化化下下，以以35方方向向的的亲亲代代DNA链链为为模模板板，从从53方方向向聚聚合合子子代代DNA链链。其其化化学学本本质质是是dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子链上，磷酸二酯键不断生成。子链上，磷酸二酯键不断生成。随从链中复制到一定程度，随从链中复制到一定程度，DNA-Pol 将冈崎片段之间的将冈崎片段之间的RNA引物切除并行引物切除并行DNA聚合酶功能将冈崎片段连接起来形成聚合酶功能将冈崎片段连接起来形成一条完整的一条完整的DNA链。链。第四十页，讲稿共五十一页哦 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-polDNADNA复制的延长过程复制的延长过程第四十一页，讲稿共五十一页哦领头链的合成过程领头链的合成过程第四十二页，讲稿共五十一页哦随从链的合成过程随从链的合成过程第四十三页，讲稿共五十一页哦DNA复制过程简图复制过程简图第四十四页，讲稿共五十一页哦（三）、复制的终止（三）、复制的终止 在复制过程中形成的在复制过程中形成的RNA引物，需由引物，需由RNA酶酶来来水解去除；水解去除；RNA引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由DNA聚合酶聚合酶（原核生物）或（原核生物）或DNA聚合酶聚合酶（真核生物）催（真核生物）催化延长缺口处的化延长缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。酯键的缺口。1去除引物，填补缺口：去除引物，填补缺口：第四十五页，讲稿共五十一页哦在在DNA连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长长链。链。2连接冈崎片段：连接冈崎片段：第四十六页，讲稿共五十一页哦5 5 5 RNA酶酶OH P5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接第四十七页，讲稿共五十一页哦DNA的反转录合成第四十八页，讲稿共五十一页哦一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒细胞内的逆转录现象：逆转录病毒细胞内的逆转录现象：RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂杂化双链化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA第四十九页，讲稿共五十一页哦1、反转录：以单链、反转录：以单链RNA为模板，通过反转录为模板，通过反转录酶合成双链酶合成双链DNA的过程。的过程。2、反转录酶：催化反转录反应的依赖、反转录酶：催化反转录反应的依赖RNA的的DNA聚合酶。聚合酶。第五十页，讲稿共五十一页哦感感谢谢大大家家观观看看第五十一页，讲稿共五十一页哦