《生物化学核酸的合成备课讲稿》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学核酸的合成备课讲稿（110页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、核酸的生物合成核酸的生物合成第一节第一节 DNADNA的生物合成的生物合成第二节第二节 RNARNA的生物合成的生物合成第三节第三节 基因工程的简介基因工程的简介 DNADNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信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息以密码的形式编码在DNADNA分子上，表现为特定的核苷酸分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过排列顺序，并通过DNADNA的复制由亲代传递给子代。的复制由亲代传递给子代。在后代在后代的生长发育过程中，遗传信息自的生长发育过程中，遗传信息自DNADNA转录给转录给RNA,RNA,然后翻译然后翻译成特异的蛋白质，以执
2、行各种生命功能，使后代表现出与成特异的蛋白质，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。亲代相似的遗传性状。中中 心心 法法 则则1964-1970 劳氏肉瘤病毒的劳氏肉瘤病毒的遗传方式遗传方式致癌致癌RNA病毒病毒病毒（复制）病毒（复制）复制复制转录转录DNA RNA 蛋白质蛋白质翻译翻译逆转录逆转录 1958年，遗传信息的单向年，遗传信息的单向Reverse transcription中中心心法法则则中心法则的遗传流向有中心法则的遗传流向有5条途径条途径 1、DNADNA：DNA复制复制 （以（以DNA为模板合成为模板合成DNA） 2、RNA RNA：RNA复制复制 （以（以R
3、NA为模板合成为模板合成RNA） 3、DNA RNA：DNA转录转录 （以（以DNA为模板合成为模板合成RNA） 4、RNA DNA：反反(逆逆)转录转录 （以（以RNA为模板合成为模板合成DNA） 5、RNA Protein：翻译翻译 复制复制：亲代：亲代DNA或或RNA在一系列酶的作用下，生在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代成与亲代相同的子代DNA或或RNA的过程。的过程。转录转录：以：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给含的遗传信息传给RNA，形成一条与形成一条与DNA链互补链互补的的RNA的过程。的过程。翻译翻译：亦叫转译，以：亦叫
4、转译，以mRNA为模板，将为模板，将mRNA的的密码解读成蛋白质的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。顺序的过程。逆转录逆转录：以：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，为模板，在逆转录酶的作用下，生成生成DNA的过程。的过程。第一节第一节 DNADNA的生物合成的生物合成一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制二、二、与与DNADNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质三、三、DNADNA的复制过程的复制过程四、四、逆转录逆转录五、五、DNADNA的损伤修复的损伤修复DNA 双链线状双链线状 双链环状双链环状 单链线状：动物病毒单链线状：动物病毒MVM 单链环状：噬菌体单链环状：噬菌体X
5、174 真核细胞染色体真核细胞染色体DNA 噬菌体噬菌体T2，T5，T7，P22 E-Coli染色体染色体DNA 线粒体线粒体DNA 叶绿体叶绿体DNA 多瘤病毒多瘤病毒DNA，病毒病毒SV40DNA 噬菌体噬菌体和和X174的复制型的复制型 回顾回顾DNADNA的结构特点：的结构特点：33553355一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制定义：定义：由亲代由亲代DNADNA生成子代生成子代DNADNA时，每个新时，每个新形成的子代形成的子代DNADNA中，一条链来自亲代中，一条链来自亲代DNADNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫叫半保留复制
6、半保留复制（semiconservative replicationsemiconservative replication） 使使E.coliE.coli在含有唯一氮源在含有唯一氮源1515N N（1515NHNH4 4ClCl）的培养基中培养，的培养基中培养，使得使得细菌的菌的亲代代DNADNA中含有中含有1515N N ，具有具有较高的密度。高的密度。 将生将生长在在1515NHNH4 4ClCl培养基的培养基的E.coliE.coli转移到含有唯一氮源移到含有唯一氮源1414N N（ 1414NH4ClNH4Cl）培养基中培养培养基中培养。 如果如果DNADNA是半保留复制，那么是半保
7、留复制，那么E.coliE.coli在含有在含有1414N N氮源介氮源介质中复制一中复制一轮后分离出的后分离出的DNADNA分子分子应当是当是1414N N和和1515N N各占各占5050的的杂化分子（一条化分子（一条1515N -DNAN -DNA链和一条和一条1414N -DNAN -DNA链），分子的），分子的密度密度处于于1414N N和和1515N N之之间。进行半保留复制第二行半保留复制第二轮产生的生的DNADNA分子中，有一半不含有分子中，有一半不含有1515N N ，表表现出低密度；另一半是出低密度；另一半是1414N N和和1515N N各占各占5050的的杂化化DNAD
8、NA分子，表分子，表现出中等密度。通出中等密度。通过平平衡密度梯度离心，不同密度的衡密度梯度离心，不同密度的DNADNA分子可以按照它分子可以按照它们在在铯盐中的浮力彼此分开，密度高的中的浮力彼此分开，密度高的DNADNA分子出分子出现在离心管的在离心管的低部，密度最低的出低部，密度最低的出现在离心管的上部，中等密度的位于在离心管的上部，中等密度的位于中部。中部。DNA的半保留复制实验依据 19581958年年Meselson & Meselson & stahlstahl用同位素用同位素示踪标记加密度示踪标记加密度梯度离心技术实梯度离心技术实验验, ,证明了证明了DNADNA是是采取半保留的
9、方采取半保留的方式进行复制式进行复制.15N DNA14N- 15N DNA14N DNA14N- 15N DNA半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据: :19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位用同位素素1515N N标记大肠杆菌标记大肠杆菌DNA,DNA,首先证明了首先证明了DNADNA的半保留复制。的半保留复制。DNADNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义：DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上的在代谢上的稳稳定性定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。给后代。 DNA
10、DNA这种复制的稳定性，依靠碱基互补配这种复制的稳定性，依靠碱基互补配对和对和DNADNA聚合酶对碱基的正确选择和校对聚合酶对碱基的正确选择和校对来实现。来实现。DNADNA复制复制方向方向 在在证明明DNADNA的半保留复制方式后，人的半保留复制方式后，人们又利用放射又利用放射性同位素性同位素标记的胸腺的胸腺嘧啶追踪追踪E.coliE.coli细胞分裂胞分裂时新合新合成的成的DNADNA，证实了复制是了复制是双向双向进行的。行的。高倍高倍电子子显微微镜照片照片显示示DNADNA复制复制时，首先要形，首先要形成一个成一个“泡泡”，这个个“泡泡”是是DNADNA复制起点复制起点处的双的双链局部局
11、部解旋。解旋。亲代代DNADNA解旋，解旋， DNADNA新新链合成的部位象一个合成的部位象一个“叉叉子子”，又称，又称为复制叉（复制叉（replication forksreplication forks）。后来的后来的遗传学和生物化学研究学和生物化学研究证明，复制开始于一个特殊的位明，复制开始于一个特殊的位置并且是置并且是大多是双向进行的，存在着两个复制叉，以大多是双向进行的，存在着两个复制叉，以同一速度移动直至同一速度移动直至汇合在合在终止部位止部位。DNA复制可以朝一个方向（复制可以朝一个方向（单向复制单向复制，unidirectional），），也可以朝两个相反方向也可以朝两个相反方
12、向进行（进行（双向复制双向复制，bidirectional，主要）。主要）。二、与二、与DNADNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质 原料原料：四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（dATPdATP、dGTPdGTP、 dCTP dCTP、dTTP)dTTP) 模板模板：以：以DNADNA的两条链为模板链，合成子代的两条链为模板链，合成子代DNADNA。 模板的利用方向是模板的利用方向是3355。 引物引物：一小段：一小段RNA(RNA(或或DNADNA）为引物，在大肠杆菌为引物，在大肠杆菌 中，中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作为链作为引物。引物。催化因子
13、催化因子：？：？催化因子1.1.引物合成酶（引发酶）：引物合成酶（引发酶）：此酶以此酶以DNADNA为模板合成一为模板合成一段段RNA,RNA,这段这段RNARNA作为合成作为合成DNADNA的引物（的引物（Primer)Primer)。实质实质是以是以DNADNA为模板的为模板的RNARNA聚合酶聚合酶。2.2.DNADNA聚合酶聚合酶: :以以DNADNA为模板的为模板的DNADNA合成酶，其催化反应的合成酶，其催化反应的特点特点 （1 1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（2 2）反应需要有模板的指导；（反应需要有模板的指导；（3 3）反应需要有）反应需要
14、有3 3 - -OHOH存存在；（在；（4 4）DNADNA链的合成方向为链的合成方向为5 5 3 3 N3 5 5 OOH OH PPP-O-CH2OH原核生物中的原核生物中的DNADNA聚合酶聚合酶 DNA polymetases DNADNA聚合酶聚合酶( (DNA pol I) DNA pol I) : : 单体酶单体酶, ,多肽链内含一个锌原子，多肽链内含一个锌原子，多功能酶多功能酶。它具有它具有5 5 3 3 聚合酶功能聚合酶功能； 33 5 5外切酶活性（外切酶活性（校对校对功能）；功能）；55 33外切酶活性外切酶活性 此多肽链用蛋白酶水解，得两个片段，大片段叫此多肽链用蛋白酶
15、水解，得两个片段，大片段叫KlenowKlenow片段，片段，KlenowKlenow片段执行前两种功能，小片段执片段执行前两种功能，小片段执行后一功能。行后一功能。 DNADNA聚合酶聚合酶( (DNA pol II) DNA pol II) ：多亚基酶多亚基酶，聚合作用聚合作用，但聚合活力很低；，但聚合活力很低；具有具有33 55外切酶活性外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的复紫外光引起的DNADNA损伤中起作用。损伤中起作用。 DNADNA聚合酶聚合酶( (DNA pol III) DNA pol III) ：是原核生物是原核生物DNA
16、DNA复制的主要聚合酶复制的主要聚合酶，该酶由，该酶由1010种（种（2222个）亚基组成，其中个）亚基组成，其中 、 、 形成全酶的形成全酶的核心酶核心酶。具具有有5533DNADNA聚合酶活性聚合酶活性（ 亚基，亚基，速率高）；速率高）； 具具有有33 5 5外切酶（外切酶（ 亚基）亚基）的校对功能的校对功能，提高，提高DNADNA复制的保真性；复制的保真性；还具有还具有55 33外切酶活性外切酶活性（4 4） DNADNA聚合酶聚合酶IVIV和和V V：19991999年发现，当年发现，当DNADNA严重损严重损伤时，诱导产生。伤时，诱导产生。 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 亚基数目亚基数目 1 1（单体酶）（单体酶） 1 1（多亚基酶（多亚基酶 ） 1 1（多亚基酶）（多亚基酶） 5 35 3聚合活性聚合活性 + + 中中 + + 很低很低 + + 很高很高3 53 5外切活性外切活性 + + + + + +（保护（保护DNADNA复制的复制的忠实性忠实性fidelityfidelity）5 35 3外切活性外切活性 + - +
