生物化学——第九章 核酸的生物合成.ppt

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1、生物化学第九章 核酸的生物合成 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有。有生命必有希望希望遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA 概概 述述 子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这些些遗遗传传信信息息通通过过转转录录传传递递给给RNARNA，再再由由RNARNA通通过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上的的氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各

2、各种种各各样样的的生生物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲代相似的遗传特征。亲代相似的遗传特征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNARNA病病毒毒能能以以自自己己的的RNARNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNARNA，还还有有一一些些RNARNA病病毒毒能能以以其其RNARNA为为模模板板合合成成DNADNA，称称为为逆逆转转录这是中心法则的补充。录这是中心法则的补充。v中心法则揭示的意义：中心法则揭示的意义：总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、的

3、分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。给人类的生产和生活带来了深刻的革命。第一节第一节 DNA DNA的合成的合成一、一、DNA的半保留复制的半保留复制 DNADNA在复制时，两条链解开分在复制时，两条链解开分别作为模板，在别作为模板，在DNADNA聚合酶的聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以两条与模板链互补的新链，以组成新的组成新的DNAD

4、NA分子。这样新形分子。这样新形成的两个成的两个DNADNA分子与亲代分子与亲代DNADNA分分子的碱基顺序完全一样。由于子的碱基顺序完全一样。由于子代子代DNADNA分子中一条链来自亲分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为种复制方式称为半保留复制半保留复制。一、复制原点一、复制原点（一）复制原点与方向（一）复制原点与方向 DNA 复制必须在特定位置开始，该位置称为复制必须在特定位置开始，该位置称为复制原点。复制原点。真核生物真核生物染色体具有许多复制原点染色体具有许多复制原点DnaADnaB(解螺旋酶解螺旋酶)SSB大肠杆菌大肠杆菌DNA复制起点

5、在起始阶段的结构模型复制起点在起始阶段的结构模型DNA复制的方复制的方向向环状环状 DNA复制时复制时所形成的所形成的结构结构起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点起始点起始点起始点起始点起始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向复制单向复制双向复制双向复制q 真核生物的复制都是双向的，且没有固定的复制终点。真核生物的复制都是双向的，且没有固定的复制终点。解旋酶解旋酶DNA聚合聚合酶酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引引物酶和引发体发体DNA聚合聚合酶酶ISSB335355RNA引引物物（二二）半半不不连连续续的的复复制制机机制制（三）原核生物（三）原核生物（

6、三）原核生物（三）原核生物DNADNADNADNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类（1 1）DNADNA聚合酶聚合酶:(DNA polymetases)(DNA polymetases)（2 2）引物酶）引物酶(peimase)(peimase)和引发体和引发体(primosome)(primosome)启动启动RNARNA引物链的合成。引物链的合成。（3 3）DNA DNA解链酶解链酶(DNA helicase)(DNA helicase)（4 4）单链结合蛋白）单链结合蛋白(single-strand binding protein)(single-

7、strand binding protein)SSB:SSB:结合在解开的结合在解开的DNADNA单链上，防止重新形成双单链上，防止重新形成双 螺旋。螺旋。（5 5）拓扑异构酶）拓扑异构酶(topoisomerase):(topoisomerase):兼具内切酶和连接兼具内切酶和连接 酶活力，能迅速将酶活力，能迅速将DNADNA超螺旋或双螺旋紧张状态变超螺旋或双螺旋紧张状态变 成松驰状态，便于解链。成松驰状态，便于解链。（6 6）DNADNA连接酶连接酶（DNA ligaseDNA ligase）大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计

8、数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用转化率（相对活性）转化率（相对活性）DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶（复合物）（复合物）109，000400+1120，000100+-0.05400，00010-20+50比较项目比较项目DNADNA聚合酶的聚合酶的3 3-5-5 外切酶水解位点外切酶水解位点3355错配碱基错配碱基3-5核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点二、逆转录作用二、逆转录作用1 1、概念、概念2、逆转录酶、逆转录酶3、病毒逆转录过程病毒逆转录过程4 4、逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义

9、扩充了中心法则扩充了中心法则 有助于对病毒致癌机制的了解有助于对病毒致癌机制的了解 与真核细胞分裂和胚胎发育有关与真核细胞分裂和胚胎发育有关 逆转录酶是分子生物学重要工具酶逆转录酶是分子生物学重要工具酶以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这与通常转录过程中遗这与通常转录过程中遗传信息从传信息从DNADNA到到RNARNA的方的方向相反，故称为向相反，故称为逆转录逆转录作用。作用。逆转录过程中逆转录过程中cDNA的合成的合成逆逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期RNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录酶录酶转录转录转译转译整合入宿主细胞染色体整合入宿主细胞染色体DNA进入细胞进入细胞丢

10、失被膜丢失被膜丢失衣壳丢失衣壳逆转录逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋白衣壳蛋白被膜蛋白被膜蛋白逆转录酶逆转录酶一、转录的概念一、转录的概念 转录转录转录转录（transcripion)是在是在是在是在 DNA DNA的指导下的的指导下的的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板合成一条与模板合成一条与模板合成一条与模板DNADNA互补的互补的互补的互补的RNA RNA 的过程。

11、的过程。的过程。的过程。RNARNA的转录的转录的转录的转录从从从从DNADNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。此转录区域为一个转录单位。此转录区域为一个转录单位。此转录区域为一个转录单位。非信息区非信息区 第二节第二节 RNA的合成的合成l 转录的产物转录的产物转录的产物转录的产物 体内的体内的体内的体内的RNARNA，包括，包括，包括，包括mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA和和和和SnRNASnRNA，均是以，均是以，均

12、是以，均是以DNADNA为模板，在为模板，在为模板，在为模板，在RNARNA聚合酶催化下合成的。聚合酶催化下合成的。聚合酶催化下合成的。聚合酶催化下合成的。编码链编码链 5GCATGGAATC3模板链模板链 3CGTACCTTAG5 mRNA 5GCAUGGAAUC3转录转录RNA聚合酶（依赖聚合酶（依赖DNA的的RNA聚合酶），在有聚合酶），在有Mg2+、4种种核苷三磷酸核苷三磷酸(dNTP)和和DNA模板存在时，它能从新催化核苷模板存在时，它能从新催化核苷酸聚合成与模板酸聚合成与模板DNA互补的互补的RNA长链。长链。二、二、RNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGA

13、CGUU模板模板DNA5353新合成新合成RNARNA链的延伸图解链的延伸图解33RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应？全酶全酶(2 )RNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开