第八章核酸的生物合成.pptx

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1、遗传信息传递的 中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA第1页/共65页第一节 DNA的生物合成第二节 RNA的生物合成第2页/共65页第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成一、DNA的复制（DNA指导下的DNA合成）二、逆转录作用（RNA指导下的DNA的合成）第3页/共65页一、一、DNA的半保留复制的半保留复制1、概念和实验依据 2、原核生物DNA聚合反应有关的酶类 3、原核细胞DNA的复制4、真核细胞DNA的复制第4页/共65页1.1.概念概念 由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的.一、DNA的半保留复制第5页/共

2、65页实验依据实验依据 1958年Meselson&stahl用同位素示踪标记加密度梯度离心技术实验,证明了DNA是采取半保留的方式进行复制.15N DNA14N-15N DNA14N DNA14N-15N DNA第6页/共65页（一）复制的化学反应（二）DNA聚合酶（三）复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化（四）DNA连接酶2.原核生物DNA聚合反应有关的酶类第7页/共65页参与DNA复制的物质 底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供

3、3-OH末端使dNTP可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子第8页/共65页（一）复制的化学反应(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 第9页/共65页（二）DNA聚合酶全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase)简称：DNA-pol活性：1.53 的聚合活性2.核酸外切酶活性第10页/共65页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 5 3外切酶活性?能切除突变的 DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性

4、 第11页/共65页原核生物的DNA聚合酶DNA-pol :对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNA-pol :参与DNA损伤的应急状态修复。DNA-pol :是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。第12页/共65页1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时DNA-pol的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制 第13页/共65页（三）复制中的分子解链及DNA 分子 拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。第14页/共65页1.解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白第15页/

5、共65页（四）DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNA ligase)作用方式第16页/共65页连接酶连接切口Mg2+连接酶ATP或NADPPi或NMNATCGPTTPPPAAC C TGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAAC C TGAPACPPPTGGP缺口33555533模板链模板链第17页/共65页DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能第18页/共65页3.原核细胞DNA的复制原核生物

6、的DNA生物合成（一）复制的起始（二）复制的延长（三）复制的终止第19页/共65页（一）复制的起始 1.辨认起始点，形成单链：2.合成引发体：3.合成引物：第20页/共65页大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTT成串排列的三个13bp序列共有序列共有序列TTATCCACA DnaA蛋白结合位点四个9bp序列DnaADnaB(解螺旋酶)SSB大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型DNA复制原点的识别：由DnaA蛋白完成第21页/共65页DNA复制的方式环状 DNA复制时所形成的结构起始点复制叉的推进复制叉起始点起始点起始点复制叉复制叉未复制DNA单向复制双向复制第22页/

7、共65页 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶引物酶SSB3535引发体的形成和引物的合成含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA 复制起始区域的复合结构称为引发体。第23页/共65页3535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。引物3 HO5引物酶第24页/共65页（二）DNA链的延伸 前导链：以一条链（3 5）为模板时，子代链的合成方向是5 3，合成是连续的，合成速度较快。滞后链；以另一条亲代链（5 3）为模板时，子代链的合成方向不能按照3 5方向进行，形成冈崎片段。第25页/共65页DNA复制起始的过程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

8、物DNA双链 5 3 5 3第26页/共65页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DNA复制起始的过程拓扑异构酶与DNA双链结合，解开超螺旋。5 3 5 3第27页/共65页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DNA复制起始的过程解链酶解开DNA双螺旋 5 3 5 3第28页/共65页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连接酶引物单链结合蛋白防止复螺旋 5 3 5 3DNA复制起始的过程第29页/共65页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DNA复制起始的过程引物酶合成

9、引物 5 3 5 3第30页/共65页1.DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3-OH上，开始新生链的合成过程。AG T AC T A A T DNA 聚合酶ACGACGTT引物第31页/共65页AG T AC T A A T AGCGACGGTTT T 组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3,5-磷酸二酯键引物第32页/共65页AG T AC T A A T GCGACGGTTTTA引物第33页/共65页AG T AC T A A T GCGACGTTGTTA引物第34页/共65页AG T AC T A A T GCGACGTGTTAA引物第35页/共65页AG T AC

10、 T A A T GCGACGGTTAA T引物第36页/共65页AG T AC T A A T GCGACGGTTAA TA引物第37页/共65页AG T AC T A A T GCGCGGTTAA TA T引物第38页/共65页AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T C引物第39页/共65页AG T AC T A A T GGCGGT TAA TA T CDNA模板链DNA新链引物第40页/共65页（三）终止 有终止子位点（22bp），有一种蛋白质称为终止利用基质与终止位点结合，抑制解螺旋酶的活性，阻止复制子通过终止位点。第41页/共65页pol 5 3外切酶活性水解

11、引物pol聚合活性填补空隙DNA连接酶连接缺口。第42页/共65页555RNA酶OHP5DNA-pol dNTP55PATP ADP+Pi55DNA连接酶 滞后链上不连续性片段的连接第43页/共65页4.真核细胞DNA复制的特点 多个起点复制起点起点起点起点起点起点第44页/共65页2.真核生物的DNA聚合酶延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。参与低保真度的复制 在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 第45页/共65页真核和原核DNA细胞复制比较第46页/共

12、65页二、逆二、逆二、逆二、逆 转转转转 录录录录 作作作作 用用用用1、概念2、逆转录酶3、病毒逆转录过程4、逆转录的生物学意义扩充了中心法则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逆转录酶是分子生物学重要工具酶三种功能依赖DNA指导下的DNA聚合酶活力依赖RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力 以RNA为模板合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的方向相反，故称为逆转录作用。第47页/共65页逆转录过程中cDNA的合成依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚合酶第48页/共65页逆转录病毒的生活周期RNA衣壳被膜逆转录酶转录转译整合入宿主

13、细胞染色体DNA进入细胞丢失被膜丢失衣壳逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋白被膜蛋白逆转录酶第49页/共65页第二节 RNA的生物合成一、DNA指导下RNA的合成（转录）二、RNA指导下RNA的合成(RNA的复制)三、RNA和DNA合成比较第50页/共65页一、一、DNA指导下指导下RNA的合成（转录）的合成（转录）1、概念及DNA的有义链和反义链2、RNA聚合酶及催化反应3、RNA合成过程4、RNA转录后的加工5、真核生物的RNA合成第51页/共65页1.转录的概念和DNA的有义链和反义链 转录是在 DNA的指导下的RNA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合成一条与模板DN

14、A互补的RNA的过程。RNA的转录从DNA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。启动子（promoter)终止子(terminator)模板链（templatte strand）反意义链(antisense strand)有意义链(sense strand)非信息区DNADNA5533第52页/共65页1.转录的概念和DNA的有义链和反义链不对称转录(asymmetric transcription)在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。第53页/共65页2.大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的结构示聚合酶的结构

15、示意图意图核心酶(2)起始因子和模板DNA结合起始和催化聚合反应？全酶()第54页/共65页RNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA5353新合成RNA第55页/共65页3.RNA3.RNA合成过合成过程程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA 启动子（promoter)终止子(terminator)5RNA聚合酶5353553离开第56页/共65页RNA链的延伸图解33RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生RNA复链解链有义链模板链（反义链）延长部位第57页/共65页4.转录后加工修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleava

16、ge)3.修饰(modification)4.添加(addition)第58页/共65页原核生物中原核生物中r rRNARNA前体的加工前体的加工甲基化作用专一核酸内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶第59页/共65页tRNA前体分子的加工前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列：5端切除几到10个核苷酸。b、末端添加：3-端添加CCA序列。c、修饰：形成稀有碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作

17、用 表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用 第60页/共65页真核细胞mRNAmRNA的加工5“帽子”PolyA 3 顺反子(cistron )m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5端接上一个“帽子”(CAP)结构 3端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)第61页/共65页酵母酪氨酸tRNA前体的加工早转录本成熟tRNA加工第62页/共65页5.真核生物和原核生物转录的差别DNA核核糖体新生蛋白质真核生物原核生物mRNA前体转运加工mRNAmRNA 真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同 启动子不同 转录后RNA加工修饰不同第63页/共65页DNA和RNA合成的比较第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页