《核酸合成》PPT課件.ppt

第十七章 核酸的生物合成,DNA,DNA,RNA,蛋白質(zhì),性狀,RNA,中心法則,復(fù)制,轉(zhuǎn)錄,反轉(zhuǎn)錄,RNA復(fù)制,翻譯,一、半保留復(fù)制 （掌握）,據(jù)Watson,Crick推測。,子代DNA分子的一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻摹?1958年Meselson和Stahl用15N標(biāo)記DNA試驗證明,試驗,用氮源為H415NCl的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌 12代后 轉(zhuǎn)入H4NCl培養(yǎng)基培養(yǎng)，定時分離DNA 氯化銫密度梯度離心,第一節(jié) DNA的復(fù)制,0代,1代,2代,對照,15N15N,14N14N,15N14N,二、復(fù)制起點、方式等概念 （掌握）,復(fù)制子,能獨立進(jìn)行復(fù)制的DNA片段。,復(fù)制起點,控制復(fù)制起始的DNA片段。,復(fù)制方向,復(fù)制叉前移方向。,復(fù)制方式,從復(fù)制起點開始向一端復(fù)制，叫單向復(fù)制。,從復(fù)制起點開始向兩端復(fù)制，叫雙向復(fù)制。,兩鏈同時復(fù)制，叫對稱復(fù)制。,兩鏈不同時（一前一后）復(fù)制，叫不對稱復(fù)制。,復(fù)制叉,兩鏈局部解開后形成的Y（丫）字狀結(jié)構(gòu)。,單向復(fù)制,復(fù) 制 眼,雙向復(fù)制,復(fù)制叉,復(fù)制叉,復(fù) 制 眼,單鏈環(huán)狀DNA主要采用滾環(huán)式復(fù)制,5,3,5,3,型,單向復(fù)制,i,雙向復(fù)制,觀察到的放射自顯影圖象,真核生物DNA的多起點雙向復(fù)制,三、原核細(xì)胞DNA復(fù)制有關(guān)酶類（重點）,（一）DNA聚合酶（Pol）,（dNMP）n + dNTP,Mg2+,（dNMP）n+1 + PPi,2、特點,（1）底物是dNTP,（2）需模板。（單鏈DNA，方向35 。）,（3）需引物3 -OH。,（4）新鏈合成方向是53。,1、反應(yīng),（5）產(chǎn)物與母DNA分子相同。,或者新合成的鏈與模板鏈互補。,OH,+,PPP,3、 酶功能,多個功能,a 聚合功能,合成新鏈,b 35外切功能,校對,c 5 3外切功能,切除引物,4、 大腸桿菌DNA聚合酶,聚合酶 ,結(jié)構(gòu)基因 polA polB polC dinB umuC/D,亞基數(shù) 1 7 10,相對分子質(zhì)量 103000 88000 830000,3外切功能 ,5外切功能 ,聚合速度（個 10001200 2400 1500060000,持續(xù)合成能力 3200 1500 500000,功能 切引物、修復(fù) 修復(fù) 復(fù)制 SOS修復(fù),（二）DNA連接酶,1、反應(yīng),=-= = T4連接酶也可= = =,2、能量,原核 NAD 真核、噬菌體ATP,3、過程,連接酶ATP/NAD AMP -連接酶 PPi/NMP,AMP -連接酶 5AMP 5連接酶, 3 AMP 5 AMP,4、功能,在復(fù)制、修復(fù)、重組中均起重要作用,（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,與轉(zhuǎn)錄酶區(qū)別：在DNA單鏈上合成10核苷酸。,（四）解鏈酶（解螺旋酶、DnaB）,破壞氫鍵，解開雙螺旋。,（五）拓?fù)洚悩?gòu)酶, 切1 不需ATP 用于復(fù)制或轉(zhuǎn)錄 切2 需ATP 用于復(fù)制,（六）單鏈結(jié)合蛋白,與單鏈結(jié)合，穩(wěn)定單鏈區(qū),四、復(fù)制過程 （重點、難點）,（一）起始,主要反應(yīng)：,由DnaA識別起點并解開3個；,由DnaB(C助之）解鏈擴大單鏈區(qū)；,由拓?fù)洚悩?gòu)酶消除超螺旋；,由單鏈結(jié)合蛋白穩(wěn)定單鏈區(qū)；,形成復(fù)制叉,由引物酶在起點合成引物。,DnaA,SSB,SSB,（二）延伸,主要反應(yīng)：,聚合酶在引物3端緊隨復(fù)制叉連續(xù)合成前導(dǎo)鏈；,解鏈繼續(xù)至適當(dāng)位置，反向合成滯后鏈引物，聚合酶在引物3端反向合成岡崎片段，如此反復(fù)斷續(xù)合成；,岡崎片段合成至前一個引物5端，由聚合酶切除引 物并填補。,由連接酶連接相鄰的岡崎片段；,直至復(fù)制叉前移至終點（終止子）。,引物,前導(dǎo)鏈,適當(dāng)位置,岡崎片段,適當(dāng)位置,半不連續(xù)合成,半保留復(fù)制,滯后鏈,引物,前導(dǎo)鏈,岡崎片段,聚合酶,聚合酶,連接酶,DnaB,拓?fù)涿?SSB,SSB,引物酶,（三）終止,主要反應(yīng)：,兩鏈解開，由聚合酶填補空缺；連接酶連接。,終止子上結(jié)合有相關(guān)蛋白質(zhì)，阻止復(fù)制叉繼續(xù)前移。,若是單向復(fù)制，則無終止子，轉(zhuǎn)一圈即可。,聚合酶,連接酶,五、真核DNA復(fù)制特點 （重點）,鏈狀DNA,1、起點多,2、雙向復(fù)制,3、岡崎片段小,4、聚合速度慢,5、聚合酶不同,6、終止不明顯,7、末端復(fù)制復(fù)雜,動物DNA聚合酶 （P425表5）,/ / /M / / ,定位 核 核 線粒體 核 核,亞基數(shù) 4 1 2 2 1,外切活性 無 無 3 3 3,引物合成 有活性 無 無 無 無,持續(xù)能力 中 低 高 有PCNA時高 高,抑制劑 蚜腸霉素 雙脫氧TTP 雙脫氧TTP 蚜腸霉素 蚜腸霉素,功能 合成引物 修復(fù) 復(fù)制 復(fù)制 修復(fù),細(xì)菌和真核復(fù)制酶比較 （P426表6）,組成 細(xì)菌 真核,復(fù)制酶 聚合酶 聚合酶,進(jìn)行性因子 夾子 PCNA,定位因子 復(fù)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,滯后鏈修復(fù) 聚合酶連接酶 聚合酶連接酶,解螺旋酶 DnaB T抗原,消除張力 拓?fù)洚悩?gòu)酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶,單鏈結(jié)合 SSB RP-A,端粒,線性DNA分子末端的特殊結(jié)構(gòu)，由許多重復(fù)的短序列組成，富含GC對。,如四膜蟲為TTGGG或GGGTTG;,人為TTAGGG。,端粒酶,含有與端?；パa的RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。（RNA長約150個）,作用：延長端粒,分布：生殖細(xì)胞和癌細(xì)胞,端粒功能,穩(wěn)定末端結(jié)構(gòu)，輔助末端復(fù)制,生物細(xì)胞DNA復(fù)制分子機制的基本特點,1、復(fù)制是半保留式的,2、復(fù)制起始于特定位置，真核有多個,3、復(fù)制可單向，可雙向,4、新鏈延長方向為5 3，每次增加一個核苷酸,5、復(fù)制是半不連續(xù)的,6、需引物，后被切去,DNA損傷,一些理化生等因素引起的DNA一級結(jié)構(gòu)改變。,理,紫外線、電離輻射等,化,堿基類似物、堿基修飾劑、嵌入染料等,5-BrU,烷化劑、亞硝酸,吖啶,生,堿基錯配、DNA重組、病毒整合等,DNA損傷修復(fù) DNA損傷通過一定作用復(fù)原或基本復(fù)原的過程。,突變 DNA損傷未能復(fù)原引起細(xì)胞遺傳性狀改變。,第二節(jié) DNA損傷、修復(fù)與突變,一、修復(fù) （熟悉）,（一）錯配修復(fù),定義,與GATC序列相關(guān)的針對錯配核苷酸的切除修復(fù)。,過程,Muts二聚體找到錯配點，Mutl 二聚體與之結(jié)合，,DNA在聚合體移動至GATC序列，使錯配段成環(huán)，,MutH在GATC向5 端切開，切除錯配鏈， 由聚合酶填補，連接酶連接。,特點 （與切除修復(fù)之異） 與GATC序列有關(guān) 切除片段大 由聚合酶填補,Muts,Mutl,GATC,MutH（內(nèi)切酶）,核酸外切酶/ ,核酸外切酶/ RecJ,（二）直接修復(fù),定義,光復(fù)活酶利用可見光對紫外線引起的嘧啶二聚體的修復(fù)過程。 又叫光復(fù)活、光修復(fù),過程,光復(fù)活酶找到嘧啶二聚體與之結(jié)合，,利用可見光能量使之解聚。,特點,需光照 只能修復(fù)紫外線引起的嘧啶二聚體,（三）切除修復(fù),定義,在多種酶作用下，將損傷部分切除，并以完整鏈為模板 重新合成的過程。,過程,內(nèi)切酶在損傷端切一口， 外切酶切除損傷段（或無此步）， 聚合酶補之（或邊切邊補）， 連解酶連之。,特點,需多種酶，且都是復(fù)制酶類； 可修復(fù)各種損傷。,（四）重組修復(fù),定義,DNA復(fù)制時，損傷段不復(fù)制形成空缺，復(fù)制完成后與完好鏈交換，完好鏈再修補的修復(fù)過程,過程,重組， 修復(fù)。,特點,損傷并未除去，但被稀釋。,5,（五）誘導(dǎo)修復(fù),定義,由SOS反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶對DNA損傷的修復(fù)過程,過程,復(fù)制至損傷部位后，誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，無校對復(fù)制。,特點,復(fù)制后可能有差錯。,易錯修復(fù)、差錯傾向修復(fù)。,其它稱無差錯傾向修復(fù)、避免差錯的修復(fù),前途有三 對 錯 突變 死亡,SOS反應(yīng),引起DNA損傷的因素導(dǎo)致的細(xì)胞一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，,也叫應(yīng)急反應(yīng)，包括,誘導(dǎo)修復(fù),修復(fù)成功,誘變效應(yīng),修復(fù)失敗,細(xì)胞分裂抑制,防止產(chǎn)生無DNA的細(xì)胞,溶源性細(xì)胞釋放原病毒,SOS反應(yīng)意義,提高修復(fù)酶的合成速度，加強無差錯修復(fù)能力；誘導(dǎo)新的修復(fù)酶，進(jìn)行差錯修復(fù)。結(jié)果提高細(xì)胞存活率。它是生物在不利環(huán)境中求得生存的一種基本功能。,二、突變 （熟悉）,DNA數(shù)目和一級結(jié)構(gòu)變化引起的生物遺傳性狀改變。,涉及一個基因，叫基因突變。,涉及若干基因，叫染色體畸變。,基因突變 基因內(nèi)部核苷酸順序改變引起的遺傳性狀改變。,點突變 堿基置換（互變異構(gòu)、堿基修飾等）,移碼突變 加減一兩個核苷酸,染色體畸變 染色體結(jié)構(gòu)或數(shù)目異常引起的遺傳性狀的改變。 結(jié)構(gòu) 缺失、重復(fù)、倒位、易位 數(shù)目 非整倍 缺一條、I條；多一條、I條等 整 倍 單倍體、三倍體、四,DNA指導(dǎo)的RNA合成過程。,遺傳信息從DNA分子轉(zhuǎn)移到RNA分子的過程。,一、RNA聚核酶（轉(zhuǎn)錄酶）（掌握）,1、作用 nNTP模板RNA模板（ n1 ）PPi,模板 雙鏈DNA優(yōu)于單鏈 只有一條鏈可轉(zhuǎn)錄（模板鏈、負(fù)（）鏈） DNA分子上的一個片段（轉(zhuǎn)錄單位） 閱讀方向35。,反應(yīng)機制 除底物為NTP、不需引物和解鏈酶外，同復(fù)制酶,第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄,2、性質(zhì),原核生物轉(zhuǎn)錄酶 由五個亞基組成全酶： 和、Zn,亞基 基因 亞基數(shù) 功能 rpoA 2 裝配酶、與啟動子上游元件和活化因子結(jié)合 rpoB 1 催化中心 rpoC 1 與模板結(jié)合 rpoD 1 識別啟動子、促轉(zhuǎn)錄起始 1 未知 Zn 與 結(jié)合,酶 功能 對鵝膏堿 轉(zhuǎn)錄rRNA 不敏感 轉(zhuǎn)錄mRNA和核內(nèi)小RNA 敏感 轉(zhuǎn)錄tRNA、5SRNA等 中等敏感,真核生物轉(zhuǎn)錄酶有多種。,二、啟動子和轉(zhuǎn)錄因子（熟悉）,啟動子 RNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。,轉(zhuǎn)錄因子 RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子。,（一）原核啟動子,為從轉(zhuǎn)錄起點1到40的序列。其中含有兩個保守序列，10序列和35序列。,35序列 10 序列 上游n 起點1 下游n,或識別區(qū) 或Pribmow框,作用 的識別信號 開始解鏈 開始轉(zhuǎn)錄,（二）真核啟動子,1、類別啟動子 為RNA聚合酶啟動子,187 107 45 起點 20,上游控制元件 核心啟動子,上游控制元件由USF（上游結(jié)合因子）1識別并結(jié)合， 然后SL1（選擇性因子）結(jié)合，復(fù)合因子移到起點介導(dǎo)聚合酶結(jié)合。,USF1,SL1,2、類別啟動子 為RNA聚合酶啟動子,不定 30 25 4 起點 3,上游元件 （應(yīng)答元件 ） 基本啟動子 起始子,基本啟動子又叫TATA框、Goldberg-Hognessk框,功能,促進(jìn)轉(zhuǎn)錄,（激活轉(zhuǎn)錄）,酶定位、解鏈,開始轉(zhuǎn)錄,識別,上游因子,或轉(zhuǎn)錄輔助因子,轉(zhuǎn)錄激活因子,通用轉(zhuǎn)錄因子,3、類別啟動子 為RNA聚合酶啟動子,55 起點 80,在8055 有框架A、中間元件、框架C等三個功能序列,識別,TFA、B、C,（聚合酶 轉(zhuǎn)錄因子）,三、終止子和終止因子（熟悉）,終止子 提供轉(zhuǎn)錄終止信號的一段DNA序列。,終止因子 協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子。,抗終止因子 具有阻止轉(zhuǎn)錄終止作用的蛋白質(zhì)。,通讀 由于抗終止因子的作用使轉(zhuǎn)錄越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。,原核終止子,1、不依賴rho（）的終止子（簡單終止子）,2、依賴rho（）的終止子,TTAGCTAA,AATCGATT,AAUCGAUU /TTAGCUAA,回文結(jié)構(gòu) 反向閱讀順序相同的DNA片段,回文結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu),富含GC區(qū),UUUUUU,非富含GC區(qū),不依賴rho的終止子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,依賴rho的終止子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,由UUUUUU提供終止信號,由rho 促使聚合酶脫離模板,四、轉(zhuǎn)錄過程（掌握）,1、識別 由等因子識別啟動子并引導(dǎo)RNA聚合酶與之結(jié)合并解鏈。,35序列 10 序列 起點,或識別區(qū) 或Pribmow框,的識別信號 開始解鏈 開始轉(zhuǎn)錄,2、起始 依賴模板鏈確定底物，后者5三磷酸與前者3羥基脫焦磷酸，通過3, 5磷酸二酯鍵連接29個，因子脫離。,C A,T C,G P P P,U,U P P P,3、延伸 核心酶沿模板鏈3 5方向依上述原則繼續(xù)向前合成RNA鏈（方向 5 3 ，步伐：一步一個核苷酸），至終止子合成。,4、終止 終止子轉(zhuǎn)錄后，在終止因子協(xié)助下識別終止信號，轉(zhuǎn)錄停止，釋放原初轉(zhuǎn)錄物（新生RNA），DNA復(fù)原。,五、轉(zhuǎn)錄后加工（熟悉）,原初轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)化為成熟RNA的過程。又叫RNA的成熟,主要方式有：切除、連接、修飾。,（一）rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工,原核細(xì)胞,真核細(xì)胞,先甲基化、再RNase內(nèi)切、再外切酶修剪,基本同原核。5S在tRNA基因族。,（二）tRNA前體的加工,原核,1、內(nèi)切 （RNaseP切5端， RNaseF切3端）,2、修剪 （ RNaseD從3端切至CCA）,3、加CCA （不需模板，部分）,4、修飾 （ 產(chǎn)生稀有堿基）,真核,1、內(nèi)切 （不需 為單個前體 4.5S ）,2、修剪 （ 內(nèi)、外切酶）,3、加CCA （不需模板。所有）,4、修飾 （ 產(chǎn)生稀有堿基）,（三）mRNA前體的加工,原核,多順反子RNA。多數(shù)不需加工直接翻譯，少數(shù)切成單順反子后翻譯。,真核,單順反子RNA。稱為核內(nèi)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,與GTP脫PPi，給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，連20200個。,3、甲基化 有些有。,4、拼接 指除去內(nèi)含子，使外顯子成為連續(xù)序列的過程。,一般由核內(nèi)小RNA與內(nèi)含子末端配對，形成環(huán)突，使相鄰?fù)怙@子接近，然后內(nèi)切、連接。,一、RNA復(fù)制 （熟悉）,1、定義,2、酶 RNA依賴的RNA聚合酶,3、病毒RNA復(fù)制方式,（1）含正鏈RNA 如噬菌體Q。,正鏈復(fù)制酶,第四節(jié) RNA指導(dǎo)的核酸合成,（2）含負(fù)鏈及復(fù)制酶,如狂犬病病毒,負(fù)鏈,正鏈,負(fù)鏈,蛋白質(zhì),病毒粒子,（3）含雙鏈及復(fù)制酶,如呼腸孤病毒,雙鏈,正鏈,雙鏈,蛋白質(zhì),病毒粒子,“轉(zhuǎn)錄”,（4）含正鏈及逆轉(zhuǎn)錄酶,如各種致癌病毒、艾滋病病毒 乙型肝炎病毒等,二、逆轉(zhuǎn)錄 （熟悉）,1、定義,2、酶,逆轉(zhuǎn)錄酶,多種功能 依賴RNA的DNA聚合活力 核酸酶H活力 依賴DNA的DNA聚合活力,反應(yīng)性質(zhì) 除模板外，同復(fù)制酶 結(jié)構(gòu)特點 2個亞基。,3、過程（簡）,RNARNADNAcDNAcDNDDNA,詳過程見P496圖36,R,PB gag pol env U3 R An,R,水解 核酸酶H活力,聚合正鏈 依賴DNA的DNA聚合活力,R,從中可見：三個功能不是依次，而是交替進(jìn)行 （聚負(fù)-水解-聚負(fù)-水解-聚正-水解-聚負(fù)、聚正） 功能1的引物是5端附近的tRNA （分3次進(jìn)行，跳躍2次） 功能3的引物是RNA （分2次進(jìn)行）,4、逆轉(zhuǎn)錄病毒繁殖過程,被膜與寄主細(xì)胞膜融合，核衣殼進(jìn)入，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄得cDNA，在整合酶作用下整合到寄主染色體中（稱之為原病毒），隨寄主細(xì)胞分裂而增殖。當(dāng)受外界刺激時，轉(zhuǎn)錄病毒RNA、翻譯病毒蛋白質(zhì)，經(jīng)組裝得核衣殼，出芽得完整病毒粒子。,5、意義,生物學(xué)意義 RNA增殖（病毒） 逆轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座 延