《核酸与蛋白质的生物合成讲义.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核酸与蛋白质的生物合成讲义.doc（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 DNA的生物合成复制（replication）：以DNA为模板，合成两个完全相同的双链子代DNA的过程。转录（transcription）：在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。翻译（translation）：在RNA控制下，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个AA的三联体密码规则，合成出具有特定顺序的蛋白肽链过程。遗传学的中心法则：DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。 在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。它们的遗传信息的流向是RNA通过
2、复制，将遗传信息由亲代传递给子代；通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。第一节 DNA复制的特点一、半保留复制 4071958年由M. Meselson 和 F. Stahl 证明DNA的半保留复制。l 半保留复制:l 以DNA为模板，合成两个完全相同的双链子代DNA的过程。其中,每个子代分子的一条链来自于亲代DNA,另一条链为新合成的二、有复制起始点 l 复制子（replicon)：基因组能独立进行复制的单位。含有控制复制起始的起点，也可能含有一个复制终点。l 起始位点（原点origin）：具有特定核苷酸排列顺序的片段l
3、原核生物的复制子通常为一个；l 真核生物则为多个复制子。 三、复制方向 多数：双向复制低等生物：单向复制（滚环复制）四、需要RNA引物 l DNA聚合酶以一段具有3端自由羟基（3-OH）的RNA作为引物(primer) ，聚合子代DNA链。 l RNA引物的大小: 原核生物通常为50100个核苷酸，真核生物约为10个核苷酸。l RNA引物的碱基顺序，与模板DNA的碱基顺序相配对。 五、半不连续复制 418l DNA聚合酶只能以53方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须为35。l 因此，分别以两条反平行的DNA链作为模板聚合子代DNA时的方式是不同的。l 以35方向的亲代DNA链作模板时
4、，子代链的聚合方向为53, 复制是连续进行的，该链称为领头链(leading strand)。l 亲代DNA双链复制时是逐步解开的，以53方向的亲代DNA链为模板时, 子链的合成是不连续的，该链称为随从链(lagging strand)。l 复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。l 冈崎片段的大小 原核生物中约为10002000 bp (base pair)， 真核生物约为100 bp。 六 、DNA复制的酶学 410(一)、拓扑异构酶(topoisomerase) 419生物体内的DNA分子常处于负超螺旋态（三级结构）。复制前，需改变DN
5、A分子拓扑构象，避免DNA分子打结、缠绕、连环。 1、拓扑异构酶l 最初是从大肠杆菌中分离到的w-蛋白；l 先将双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。l 反应不需ATP供能2、拓扑异构酶l 又称DNA旋转酶（DNA gyrase)，l 可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。l 需ATP供能。（二）解螺旋酶helicase：421 大肠杆菌中发现的解螺旋酶为DnaB。 可以将DNA双链解开成为单链。 每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。（三）、单链DNA结合蛋白 421l single strand binding protein, SS
6、B，又称螺旋去稳蛋白（HDP），为与单链DNA结合的蛋白质因子l 作用： 稳定DNA解开的单链；阻止复性、保护单链DNA，避免核酸酶的降解。（四）引物酶primase：一种RNA聚合酶，在复制起点处以DNA为模板，催化合成一小段互补的RNA。 引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA。 作用：提供3-OH， 以用于DNA聚合酶催化链的延伸。（五）DNA聚合酶 4101、DNA聚合酶的反应特点（1）、底物：dNTP, N=A,T,C,G （2）、模板：DNA （3）、引物： 提供3-OH末端 （4）、子链的延伸方向：53：2、DNA聚合酶的活性： 53 的聚合活性 53核酸
7、外切酶活性 35核酸外切酶活性 复制修复切除引物、修复功能2040400分子数/细胞1011亚基数 -+5 3外切酶活性+3 5外切酶活性+5 3聚合酶活性pol IIIpol IIpol Ipol 为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为两个片段pol 多亚基酶。它参与DNA损伤的应急状态修复。pol 由十种亚基组成，亚基：具有53聚合DNA（复制）功能；亚基：35外切酶（校正）功能功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。4.真核生物的DNA聚合酶417DNA-pol a 起始引发，有引物酶活性DNA-pol b 参与低保真度的复制 DNA-pol g 在线粒体DNA复制中起催
8、化作用DNA-pol d 延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol e 校读、修复和填补缺口（六）、DNA连接酶 DNA ligase，催化DNA片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段DNA连接起来。第二节 DNA生物合成过程一、原核生物DNA生物合成 421（一）起始 421E.coli复制起始点 oriC： 由245个bp构成。关键序列在于两组短的重复：三个13bp的序列和四个9bp序列。 引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。（二）延长阶段复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方
9、式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。 （三）终止阶段 原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。 随从链上不连续性片段的连接二、真核生物DNA生物合成424（一）DNA的复制只发生在S期（二）多复制子（三）真核细胞含有5种DNA聚合酶（四）端粒复制 染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。1.端粒telemer：指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。 2.结构特点：（1）由末端单链DNA序列和蛋白质构成。（2）末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。3.功能：（1）维持染色体的稳定性（2）维持DN
10、A复制的完整性 4.端粒酶：由RNA和蛋白质组成（1）RNA发挥模板作用（2）蛋白质发挥逆转录酶活性第三节 逆转录一、概念逆转录reverse transcription是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链。二、逆转录酶(reverse transcriptase) 催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA病毒中都含有此酶。 具有三种酶活性：l RNA指导的DNA聚合酶l RNA酶l DNA指导的DNA聚合酶三、合成过程RNA 模板逆转录酶DNA-RNA 杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA试管内合成cDNA (compleme
11、ntary DNA)以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。 分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。 第四节 DNA的损伤与修复一、DNA的损伤（突变）l 由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变（mutation）。 l 常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。 （一）、突变的意义（1）突变是进化、分化的分子基础（2）突变导致基因型改变（3）突变导致死亡（4）突变是某些疾病的发病基础（二）引起突变的因素：1自发因素： (1)自发脱碱基：由于N-糖苷
12、键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。 (2)自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。 (3)复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。 2物理因素：X射线和电离辐射:常常引起DNA链的断裂;紫外线:引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。 3、化学因素： 二、突变的分子改变类型（一）错配 (mismatch) DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。 1.转换：发生在同型碱基之间，即
13、嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 2.颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。正常成人Hb (HbA)亚基（二）缺失 (deletion)、插入 (insertion) 1.缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。 2.插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。 3.缺失或插入都可导致框移(frame-shift)突变。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 （三）重组(recombination) DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。三、DNA损伤的修复 （一）直接修复： 1光复活：light repa
14、iring 修复任何嘧啶二聚体的损伤。 过程：光复活酶识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物在300600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复光复活酶从DNA上解离。2转甲基作用：在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。 3直接连接：DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。 （二）取代修复： 1切除修复(excision repairing)：适用于多种DNA损伤的修复。修复机制:分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。 2重组修复(recombination repairing)：一种有差错的修复方式。 3SOS修复l 在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制(细胞处于危急状态)。 l DNA分子受到长片段高密
