《生物化学核酸的合成ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学核酸的合成ppt课件（110页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、核酸的生物合成,第一节 DNA的生物合成 第二节 RNA的生物合成 第三节 基因工程的简介,DNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。,中 心 法 则,1964-1970 劳氏肉瘤病毒的 遗传方式 致癌RNA病毒,1958年，遗传信息的单向,中心法则,中心法则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、遗传、变异等生命现象
2、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，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。,中心法则的遗传流向有5条途径 1、DNADNA：DNA复制（以DNA为模板合成DNA）2、RNA RNA：RNA复制（以RNA为模板合成RNA）3、DNA RNA：DNA转录（以DNA为模板合成RNA）4、RNA DNA：反(逆)转录（以RNA为模板合成DNA）5、RNA Protein：翻译,复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。 转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。 翻译：
3、亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。 逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。,第一节 DNA的生物合成,一、DNA的半保留复制 二、与DNA复制有关的酶和蛋白质 三、DNA的复制过程 四、逆转录 五、DNA的损伤修复,DNA,双链线状,双链环状,单链线状：动物病毒MVM,单链环状：噬菌体X174,真核细胞染色体DNA,噬菌体T2，T5，T7，P22,E-Coli染色体DNA,线粒体DNA,叶绿体DNA,多瘤病毒DNA，病毒SV40DNA,噬菌体和X174的复制型,回顾DNA的结构特点：,3,5,3,5,一、DNA的半保留复制 定义：
4、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，这种复制方式叫半保留复制 （semiconservative replication）,使E.coli在含有唯一氮源15N（15NH4Cl）的培养基中培养，使得细菌的亲代DNA中含有15N ，具有较高的密度。 将生长在15NH4Cl培养基的E.coli转移到含有唯一氮源14N（ 14NH4Cl）培养基中培养。 如果DNA是半保留复制，那么E.coli在含有14N氮源介质中复制一轮后分离出的DNA分子应当是14N和15N各占50的杂化分子（一条15N -DNA链和一条14N -DNA链），分子的
5、密度处于14N和15N之间。进行半保留复制第二轮产生的DNA分子中，有一半不含有15N ，表现出低密度；另一半是14N和15N各占50的杂化DNA分子，表现出中等密度。通过平衡密度梯度离心，不同密度的DNA分子可以按照它们在铯盐中的浮力彼此分开，密度高的DNA分子出现在离心管的低部，密度最低的出现在离心管的上部，中等密度的位于中部。,DNA的半保留复制实验依据,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 DNA,14N- 15N DNA,14N DNA,14N- 15N DNA,半保留复制的实验证据:195
6、8年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。,DNA的半保留复制的生物学意义：,DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。,DNA这种复制的稳定性，依靠碱基互补配对和DNA聚合酶对碱基的正确选择和校对来实现。,DNA复制方向,在证明DNA的半保留复制方式后，人们又利用放射性同位素标记的胸腺嘧啶追踪E.coli细胞分裂时新合成的DNA，证实了复制是双向进行的。 高倍电子显微镜照片显示DNA复制时，首先要形成一个“泡”，这个“泡”是DNA复制起点处的双链局部解旋。亲代DNA解旋， DNA新链合成的部位象一个
7、“叉子”，又称为复制叉（replication forks）。后来的遗传学和生物化学研究证明，复制开始于一个特殊的位置并且是大多是双向进行的，存在着两个复制叉，以同一速度移动直至汇合在终止部位。,DNA复制可以朝一个方向（单向复制，unidirectional），也可以朝两个相反方向进行（双向复制，bidirectional，主要）。,二、与DNA复制有关的酶和蛋白质原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA。模板的利用方向是35。引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物。,催
8、化因子：？,催化因子1.引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。2.DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶，其催化反应的特点 （1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（2）反应需要有模板的指导；（3）反应需要有3-OH存在；（4）DNA链的合成方向为5 3 ,原核生物中的DNA聚合酶 DNA polymetases, DNA聚合酶(DNA pol I) :单体酶,多肽链内含一个锌原子，多功能酶。它具有5 3 聚合酶功能； 3 5外切酶活性（校对功能）；5 3外切酶活性 此多肽链用蛋白酶水解，得两
9、个片段，大片段叫Klenow片段，Klenow片段执行前两种功能，小片段执行后一功能。, DNA聚合酶(DNA pol II) ： 多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3 5外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的DNA损伤中起作用。, DNA聚合酶(DNA pol III) ： 是原核生物DNA复制的主要聚合酶，该酶由10种（22个）亚基组成，其中、形成全酶的核心酶。具有53DNA聚合酶活性（ 亚基，速率高）； 具有3 5外切酶（亚基）的校对功能，提高DNA复制的保真性；还具有5 3外切酶活性 （4） DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。,
10、DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶亚基数目 1（单体酶） 1（多亚基酶 ） 1（多亚基酶）5 3聚合活性 + 中 + 很低 + 很高3 5外切活性 + + + （保护DNA复制的 忠实性fidelity） 5 3外切活性 + - +,主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。,修复紫外光引起的DNA损伤,DNA 复制的主要 聚合酶，还具有3-5 外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性,三种DNA聚合酶都具有校正活性，即它们都具有35外切酶活性，可以将错配的核苷酸切去，再将正确的填上。这一功能对于DNA合成的稳定性，保真性具有非常重要的意义。,在真核细
11、胞内有五种DNA聚合酶 （与细菌DNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向） 定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核3-5 外切 - - + + + 酶活性功能,引物 合成,修复 作用,线粒体DNA 的复制,核DNA 的复制,修复 作用,3 .DNA连接酶Ligase（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。,大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶要求NAD+提供能量，在高等生物和噬菌体中，则要求ATP提供能量。T4噬菌体的DNA连接酶不仅能在模板链上连接DNA和DNA链之间的切口，而且能连接无单
12、链粘性末端的平头双链DNA。,连接酶的反应机制：酶 + NAD+(ATP) 酶-AMP + 烟酰胺单核苷酸（PPi） 酶-AMP + P-5-DNA 酶 + AMP-P-5-DNA DNA-3-OH + AMP-P-5-DNA DNA-3-O-P-5-DNA+AMP DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用,4. 拓扑异构酶(topoisomerase-Top)：催化DNA的拓扑连环数（L）发生变化的酶，在DNA重组修复和其他转变方面起重要作用。除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶, 作用 解开DNA的超螺旋结构,拓
13、扑异构酶：（转环酶）：在DNA的特定部位将双链中的一条切开，使链的末端沿螺旋轴松解的方向转动，然后将切口封闭，使负超螺旋数减少（不需要ATP供能），每作用一次可使L值增加1。,拓扑异构酶： （旋转酶）：将DNA特定部位的两条链均切开并连接，使DNA分子去除正超螺旋，引入负超螺旋（需要ATP供能），每作用一次可使L值减少2。 二者共同控制DNA的拓扑结构。,5、解螺旋酶 （解链酶DNA helicase）：通过水解ATP将DNA两条链打开。E.coli中的Rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。,Rep蛋白沿3 5移动， 解螺旋酶I、II、III沿5 3移动。,6.其它蛋白因子：,
14、单链结合蛋白 (SSB-single-strand binding protein)：SSBP与解开的单链牢固结合，防治它们再接触并重新结成碱基对；同时也可避免核酸酶对单链DNA的水解，使正在复制中的DNA模板链得到保护。,引发前体:它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n、n和 i 组成。引发前体再与引发酶组装成引发体(primosome)。 引发体可以沿模板链移动,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量， n蛋白具有ATP酶的活力。引发体的移动与复制叉移动的方向相同，与冈崎片段的合成方向相反。引发酶(Primase)实
15、质是-RNA聚合酶,三、DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）双链的解开RNA引物的合成DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段,1、双链的解开,一些概念：DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。常用oriC表示。oriC区序列包含两个主要重复单位-9碱基对重复序列（4个拷贝）和富含A-T碱基对的重复区（3个拷贝） ，是多种蛋白的结合位点大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器DNA为双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有许多复制起点。 从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子（基因组独立进行复制的单位）。,复制原点由DnaA蛋白识别， 在原点由DnaB蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构酶 、 SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growth point)，叫复制叉(replication forks)。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复制体（replisome）,
