《核酸合成》PPT课件.ppt

第十七章 核酸的生物合成,DNA,DNA,RNA,蛋白质,性状,RNA,中心法则,复制,转录,反转录,RNA复制,翻译,一、半保留复制 （掌握）,据Watson,Crick推测。,子代DNA分子的一条链来自亲代，另一条链是新合成的。,1958年Meselson和Stahl用15N标记DNA试验证明,试验,用氮源为H415NCl的培养基培养大肠杆菌 12代后 转入H4NCl培养基培养，定时分离DNA 氯化铯密度梯度离心,第一节 DNA的复制,0代,1代,2代,对照,15N15N,14N14N,15N14N,二、复制起点、方式等概念 （掌握）,复制子,能独立进行复制的DNA片段。,复制起点,控制复制起始的DNA片段。,复制方向,复制叉前移方向。,复制方式,从复制起点开始向一端复制，叫单向复制。,从复制起点开始向两端复制，叫双向复制。,两链同时复制，叫对称复制。,两链不同时（一前一后）复制，叫不对称复制。,复制叉,两链局部解开后形成的Y（丫）字状结构。,单向复制,复 制 眼,双向复制,复制叉,复制叉,复 制 眼,单链环状DNA主要采用滚环式复制,5,3,5,3,型,单向复制,i,双向复制,观察到的放射自显影图象,真核生物DNA的多起点双向复制,三、原核细胞DNA复制有关酶类（重点）,（一）DNA聚合酶（Pol）,（dNMP）n + dNTP,Mg2+,（dNMP）n+1 + PPi,2、特点,（1）底物是dNTP,（2）需模板。（单链DNA，方向35 。）,（3）需引物3 -OH。,（4）新链合成方向是53。,1、反应,（5）产物与母DNA分子相同。,或者新合成的链与模板链互补。,OH,+,PPP,3、 酶功能,多个功能,a 聚合功能,合成新链,b 35外切功能,校对,c 5 3外切功能,切除引物,4、 大肠杆菌DNA聚合酶,聚合酶 ,结构基因 polA polB polC dinB umuC/D,亚基数 1 7 10,相对分子质量 103000 88000 830000,3外切功能 ,5外切功能 ,聚合速度（个 10001200 2400 1500060000,持续合成能力 3200 1500 500000,功能 切引物、修复 修复 复制 SOS修复,（二）DNA连接酶,1、反应,=-= = T4连接酶也可= = =,2、能量,原核 NAD 真核、噬菌体ATP,3、过程,连接酶ATP/NAD AMP -连接酶 PPi/NMP,AMP -连接酶 5AMP 5连接酶, 3 AMP 5 AMP,4、功能,在复制、修复、重组中均起重要作用,（三）引物（合成）酶,合成引物,除底物是核苷三磷酸、不需引物外，同DNA聚合酶,与转录酶区别：在DNA单链上合成10核苷酸。,（四）解链酶（解螺旋酶、DnaB）,破坏氢键，解开双螺旋。,（五）拓扑异构酶, 切1 不需ATP 用于复制或转录 切2 需ATP 用于复制,（六）单链结合蛋白,与单链结合，稳定单链区,四、复制过程 （重点、难点）,（一）起始,主要反应：,由DnaA识别起点并解开3个；,由DnaB(C助之）解链扩大单链区；,由拓扑异构酶消除超螺旋；,由单链结合蛋白稳定单链区；,形成复制叉,由引物酶在起点合成引物。,DnaA,SSB,SSB,（二）延伸,主要反应：,聚合酶在引物3端紧随复制叉连续合成前导链；,解链继续至适当位置，反向合成滞后链引物，聚合酶在引物3端反向合成冈崎片段，如此反复断续合成；,冈崎片段合成至前一个引物5端，由聚合酶切除引 物并填补。,由连接酶连接相邻的冈崎片段；,直至复制叉前移至终点（终止子）。,引物,前导链,适当位置,冈崎片段,适当位置,半不连续合成,半保留复制,滞后链,引物,前导链,冈崎片段,聚合酶,聚合酶,连接酶,DnaB,拓扑酶,SSB,SSB,引物酶,（三）终止,主要反应：,两链解开，由聚合酶填补空缺；连接酶连接。,终止子上结合有相关蛋白质，阻止复制叉继续前移。,若是单向复制，则无终止子，转一圈即可。,聚合酶,连接酶,五、真核DNA复制特点 （重点）,链状DNA,1、起点多,2、双向复制,3、冈崎片段小,4、聚合速度慢,5、聚合酶不同,6、终止不明显,7、末端复制复杂,动物DNA聚合酶 （P425表5）,/ / /M / / ,定位 核 核 线粒体 核 核,亚基数 4 1 2 2 1,外切活性 无 无 3 3 3,引物合成 有活性 无 无 无 无,持续能力 中 低 高 有PCNA时高 高,抑制剂 蚜肠霉素 双脱氧TTP 双脱氧TTP 蚜肠霉素 蚜肠霉素,功能 合成引物 修复 复制 复制 修复,细菌和真核复制酶比较 （P426表6）,组成 细菌 真核,复制酶 聚合酶 聚合酶,进行性因子 夹子 PCNA,定位因子 复合物 RF-C,引物合成酶 引物酶 聚合酶,去除引物 聚合酶 RNaseH1/MF-1,滞后链修复 聚合酶连接酶 聚合酶连接酶,解螺旋酶 DnaB T抗原,消除张力 拓扑异构酶 拓扑异构酶,单链结合 SSB RP-A,端粒,线性DNA分子末端的特殊结构，由许多重复的短序列组成，富含GC对。,如四膜虫为TTGGG或GGGTTG;,人为TTAGGG。,端粒酶,含有与端粒互补的RNA的逆转录酶。（RNA长约150个）,作用：延长端粒,分布：生殖细胞和癌细胞,端粒功能,稳定末端结构，辅助末端复制,生物细胞DNA复制分子机制的基本特点,1、复制是半保留式的,2、复制起始于特定位置，真核有多个,3、复制可单向，可双向,4、新链延长方向为5 3，每次增加一个核苷酸,5、复制是半不连续的,6、需引物，后被切去,DNA损伤,一些理化生等因素引起的DNA一级结构改变。,理,紫外线、电离辐射等,化,碱基类似物、碱基修饰剂、嵌入染料等,5-BrU,烷化剂、亚硝酸,吖啶,生,碱基错配、DNA重组、病毒整合等,DNA损伤修复 DNA损伤通过一定作用复原或基本复原的过程。,突变 DNA损伤未能复原引起细胞遗传性状改变。,第二节 DNA损伤、修复与突变,一、修复 （熟悉）,（一）错配修复,定义,与GATC序列相关的针对错配核苷酸的切除修复。,过程,Muts二聚体找到错配点，Mutl 二聚体与之结合，,DNA在聚合体移动至GATC序列，使错配段成环，,MutH在GATC向5 端切开，切除错配链， 由聚合酶填补，连接酶连接。,特点 （与切除修复之异） 与GATC序列有关 切除片段大 由聚合酶填补,Muts,Mutl,GATC,MutH（内切酶）,核酸外切酶/ ,核酸外切酶/ RecJ,（二）直接修复,定义,光复活酶利用可见光对紫外线引起的嘧啶二聚体的修复过程。 又叫光复活、光修复,过程,光复活酶找到嘧啶二聚体与之结合，,利用可见光能量使之解聚。,特点,需光照 只能修复紫外线引起的嘧啶二聚体,（三）切除修复,定义,在多种酶作用下，将损伤部分切除，并以完整链为模板 重新合成的过程。,过程,内切酶在损伤端切一口， 外切酶切除损伤段（或无此步）， 聚合酶补之（或边切边补）， 连解酶连之。,特点,需多种酶，且都是复制酶类； 可修复各种损伤。,（四）重组修复,定义,DNA复制时，损伤段不复制形成空缺，复制完成后与完好链交换，完好链再修补的修复过程,过程,重组， 修复。,特点,损伤并未除去，但被稀释。,5,（五）诱导修复,定义,由SOS反应诱导产生诱导酶对DNA损伤的修复过程,过程,复制至损伤部位后，诱导产生诱导酶，无校对复制。,特点,复制后可能有差错。,易错修复、差错倾向修复。,其它称无差错倾向修复、避免差错的修复,前途有三 对 错 突变 死亡,SOS反应,引起DNA损伤的因素导致的细胞一系列复杂的诱导效应，,也叫应急反应，包括,诱导修复,修复成功,诱变效应,修复失败,细胞分裂抑制,防止产生无DNA的细胞,溶源性细胞释放原病毒,SOS反应意义,提高修复酶的合成速度，加强无差错修复能力；诱导新的修复酶，进行差错修复。结果提高细胞存活率。它是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。,二、突变 （熟悉）,DNA数目和一级结构变化引起的生物遗传性状改变。,涉及一个基因，叫基因突变。,涉及若干基因，叫染色体畸变。,基因突变 基因内部核苷酸顺序改变引起的遗传性状改变。,点突变 碱基置换（互变异构、碱基修饰等）,移码突变 加减一两个核苷酸,染色体畸变 染色体结构或数目异常引起的遗传性状的改变。 结构 缺失、重复、倒位、易位 数目 非整倍 缺一条、I条；多一条、I条等 整 倍 单倍体、三倍体、四,DNA指导的RNA合成过程。,遗传信息从DNA分子转移到RNA分子的过程。,一、RNA聚核酶（转录酶）（掌握）,1、作用 nNTP模板RNA模板（ n1 ）PPi,模板 双链DNA优于单链 只有一条链可转录（模板链、负（）链） DNA分子上的一个片段（转录单位） 阅读方向35。,反应机制 除底物为NTP、不需引物和解链酶外，同复制酶,第三节 转录,2、性质,原核生物转录酶 由五个亚基组成全酶： 和、Zn,亚基 基因 亚基数 功能 rpoA 2 装配酶、与启动子上游元件和活化因子结合 rpoB 1 催化中心 rpoC 1 与模板结合 rpoD 1 识别启动子、促转录起始 1 未知 Zn 与 结合,酶 功能 对鹅膏碱 转录rRNA 不敏感 转录mRNA和核内小RNA 敏感 转录tRNA、5SRNA等 中等敏感,真核生物转录酶有多种。,二、启动子和转录因子（熟悉）,启动子 RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。,转录因子 RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子。,（一）原核启动子,为从转录起点1到40的序列。其中含有两个保守序列，10序列和35序列。,35序列 10 序列 上游n 起点1 下游n,或识别区 或Pribmow框,作用 的识别信号 开始解链 开始转录,（二）真核启动子,1、类别启动子 为RNA聚合酶启动子,187 107 45 起点 20,上游控制元件 核心启动子,上游控制元件由USF（上游结合因子）1识别并结合， 然后SL1（选择性因子）结合，复合因子移到起点介导聚合酶结合。,USF1,SL1,2、类别启动子 为RNA聚合酶启动子,不定 30 25 4 起点 3,上游元件 （应答元件 ） 基本启动子 起始子,基本启动子又叫TATA框、Goldberg-Hognessk框,功能,促进转录,（激活转录）,酶定位、解链,开始转录,识别,上游因子,或转录辅助因子,转录激活因子,通用转录因子,3、类别启动子 为RNA聚合酶启动子,55 起点 80,在8055 有框架A、中间元件、框架C等三个功能序列,识别,TFA、B、C,（聚合酶 转录因子）,三、终止子和终止因子（熟悉）,终止子 提供转录终止信号的一段DNA序列。,终止因子 协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子。,抗终止因子 具有阻止转录终止作用的蛋白质。,通读 由于抗终止因子的作用使转录越过终止子继续转录的现象。,原核终止子,1、不依赖rho（）的终止子（简单终止子）,2、依赖rho（）的终止子,TTAGCTAA,AATCGATT,AAUCGAUU /TTAGCUAA,回文结构 反向阅读顺序相同的DNA片段,回文结构转录产物 可以形成发夹结构,富含GC区,UUUUUU,非富含GC区,不依赖rho的终止子转录产物,依赖rho的终止子转录产物,由UUUUUU提供终止信号,由rho 促使聚合酶脱离模板,四、转录过程（掌握）,1、识别 由等因子识别启动子并引导RNA聚合酶与之结合并解链。,35序列 10 序列 起点,或识别区 或Pribmow框,的识别信号 开始解链 开始转录,2、起始 依赖模板链确定底物，后者5三磷酸与前者3羟基脱焦磷酸，通过3, 5磷酸二酯键连接29个，因子脱离。,C A,T C,G P P P,U,U P P P,3、延伸 核心酶沿模板链3 5方向依上述原则继续向前合成RNA链（方向 5 3 ，步伐：一步一个核苷酸），至终止子合成。,4、终止 终止子转录后，在终止因子协助下识别终止信号，转录停止，释放原初转录物（新生RNA），DNA复原。,五、转录后加工（熟悉）,原初转录物转化为成熟RNA的过程。又叫RNA的成熟,主要方式有：切除、连接、修饰。,（一）rRNA前体的转录后加工,原核细胞,真核细胞,先甲基化、再RNase内切、再外切酶修剪,基本同原核。5S在tRNA基因族。,（二）tRNA前体的加工,原核,1、内切 （RNaseP切5端， RNaseF切3端）,2、修剪 （ RNaseD从3端切至CCA）,3、加CCA （不需模板，部分）,4、修饰 （ 产生稀有碱基）,真核,1、内切 （不需 为单个前体 4.5S ）,2、修剪 （ 内、外切酶）,3、加CCA （不需模板。所有）,4、修饰 （ 产生稀有碱基）,（三）mRNA前体的加工,原核,多顺反子RNA。多数不需加工直接翻译，少数切成单顺反子后翻译。,真核,单顺反子RNA。称为核内不均一RNA,加工方式有 1、加帽子,2、接尾巴,3、甲基化,4、拼接,1、加帽子 PPPNNRNA解Pi,与GTP脱PPi，给G甲基化， 得0型帽子，依次,2、接尾巴 由多聚腺苷酸聚合酶完成，连20200个。,3、甲基化 有些有。,4、拼接 指除去内含子，使外显子成为连续序列的过程。,一般由核内小RNA与内含子末端配对，形成环突，使相邻外显子接近，然后内切、连接。,一、RNA复制 （熟悉）,1、定义,2、酶 RNA依赖的RNA聚合酶,3、病毒RNA复制方式,（1）含正链RNA 如噬菌体Q。,正链复制酶,第四节 RNA指导的核酸合成,（2）含负链及复制酶,如狂犬病病毒,负链,正链,负链,蛋白质,病毒粒子,（3）含双链及复制酶,如呼肠孤病毒,双链,正链,双链,蛋白质,病毒粒子,“转录”,（4）含正链及逆转录酶,如各种致癌病毒、艾滋病病毒 乙型肝炎病毒等,二、逆转录 （熟悉）,1、定义,2、酶,逆转录酶,多种功能 依赖RNA的DNA聚合活力 核酸酶H活力 依赖DNA的DNA聚合活力,反应性质 除模板外，同复制酶 结构特点 2个亚基。,3、过程（简）,RNARNADNAcDNAcDNDDNA,详过程见P496图36,R,PB gag pol env U3 R An,R,水解 核酸酶H活力,聚合正链 依赖DNA的DNA聚合活力,R,从中可见：三个功能不是依次，而是交替进行 （聚负-水解-聚负-水解-聚正-水解-聚负、聚正） 功能1的引物是5端附近的tRNA （分3次进行，跳跃2次） 功能3的引物是RNA （分2次进行）,4、逆转录病毒繁殖过程,被膜与寄主细胞膜融合，核衣壳进入，经逆转录得cDNA，在整合酶作用下整合到寄主染色体中（称之为原病毒），随寄主细胞分裂而增殖。当受外界刺激时，转录病毒RNA、翻译病毒蛋白质，经组装得核衣壳，出芽得完整病毒粒子。,5、意义,生物学意义 RNA增殖（病毒） 逆转座子转座 延