核酸的生物合成专业知识讲解.ppt

资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,遗传信息传递的 中心法则,蛋白质,翻译,转录,逆转录,复制,复制,DNA,RNA,第一节,DNA,的生物合成,第二节,RNA,的生物合成,第一节,DNA,的生物合成,一、,DNA,的复制,（,DNA,指导下的,DNA,合成,）,二、,逆转录作用（,RNA,指导下的,DNA,的合成）,一、,DNA,的半保留复制,1,、,概念和实验依据,2,、,原核生物,DNA,聚合反应有关的酶类,3,、原核细胞,DNA,的复制,4,、真核细胞,DNA,的复制,1.,概念,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,.,一、,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,.,15,N,DNA,14,N-,15,N,DNA,14,N,DNA,14,N-,15,N,DNA,（一）复制的化学反应,（二）,DNA,聚合酶,（三）复制中的分子解链及,DNA,分子拓扑学变化,（四）,DNA,连接酶,2.,原核生物,DNA,聚合反应有关的酶类,参与,DNA,复制的物质,底物,(,substrate,),:,d,ATP,dGTP,dCTP,dTTP,聚合酶,(polymerase):,依赖,DNA,的,DNA,聚合酶,模板,(template):,解开成单链的,DNA,母链,引物,(primer):,提供,3,-OH,末端使,dNTP,可以依次聚合,其他的酶和蛋白质因子,（一）复制的化学反应,(dNMP),n,+,dNTP (dNMP),n+1,+,PPi,（二）,DNA,聚合酶,全称：,依赖,DNA,的,DNA,聚合酶,(DNA-dependent DNA polymerase),简称：,DNA-pol,活性：,1,.,5,3,的聚合活性,2.,核酸外切酶活性,5,A G C T T C A G G A T,A,3,|,3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5,3,5,外切酶活性,5,3,外切酶活性,?,能切除突变的,DNA,片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,核酸外切酶活性,原核生物的,DNA,聚合酶,DNA-pol :,对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。,DNA-pol :,参与,DNA,损伤的应急状态修复。,DNA-pol :,是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。,1.,遵守严格的碱基配对规律；,2.,聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；,3.,复制出错时,DNA-pol,的及时校读功能。,DNA,复制的保真性至少要依赖三种机制,（三）复制中的分子解链及,DNA,分子,拓扑学变化,DNA,分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把,DNA,解成单链，它才能起模板作用。,1.,解螺旋酶、引物酶和单链,DNA,结合蛋白,（四）,DNA,连接酶,连接,DNA,链,3,-OH,末端和相邻,DNA,链,5,-P,末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的,DNA,链连接成一条完整的链。,DNA,连接酶,(DNA ligase),作用方式,连接酶连接切口,Mg,2+,连接酶,ATP,或,NAD,PPi,或,NMN,A,T,C,G,P,T,T,P,P,P,A,A,C,C,T,G,A,P,A,C,P,P,P,P,OH,T,G,G,A,T,C,G,P,T,T,P,P,P,A,A,C,C,T,G,A,P,A,C,P,P,P,T,G,G,P,缺口,3,3,5,5,5,5,3,3,模板链,模板链,DNA,连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。,在,DNA,修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。,也是基因工程的重要工具酶之一。,功能,3.,原核细胞,DNA,的复制,原核生物的,DNA,生物合成,（一）复制的起始,（二）复制的延长,（三）复制的终止,（一）复制的起始,1.,辨认起始点，形成单链：,2.,合成引发体：,3.,合成引物：,大肠杆菌,复制起点成串排列的重复序列,GATCTNTTNTTT,成串排列的,三个13,bp,序列,共有序列,共有序列,TTATCCACA,DnaA,蛋白结合位点,四个9,bp,序列,DnaA,DnaB,(,解螺旋酶,),SSB,大肠杆菌,DNA,复制起点在起始阶段的结构模型,DNA,复制原点的识别：由,DnaA,蛋白完成,DNA,复制的方式,环状,DNA,复制时所形成的,结构,起始点,复制叉的推进,复制叉,起始点,起始点,起始点,复制叉,复制叉,未复制,DNA,单向复制,双向复制,Dna A,Dna B,、,Dna C,DNA,拓扑异构酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,引发体的形成和引物的合成,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。,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链,RNA,分子。,引物,3,HO,5,引物酶,（二）,DNA,链的延伸,前导链,：以一条链（,3,5,）为模板时，子代链的合成方向是,5,3,，合成是连续的，合成速度较快。,滞后链,；以另一条亲代链（,5 3,）为模板时，子代链的合成方向不能按照,3 5,方向进行，形成,冈崎片段。,DNA,复制起始的过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA,聚合酶,引物酶及引发体,DNA,连接酶,引物,DNA,双链,5,3,5,3,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA,聚合酶,引物酶及引发体,DNA,连接酶,引物,DNA,复制起始的过程,拓扑异构酶,与,DNA,双链结合，解开超螺旋。,5,3,5,3,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA,聚合酶,引物酶及引发体,DNA,连接酶,引物,DNA,复制起始的过程,解链酶解开,DNA,双螺旋,5,3,5,3,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA,聚合酶,引物酶及引发体,DNA,连接酶,引物,单链结合蛋白防止复螺旋,5,3,5,3,DNA,复制起始的过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA,聚合酶,引物酶及引发体,DNA,连接酶,引物,DNA,复制起始的过程,引物酶合成引物,5,3,5,3,1.DNA,聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的,3-OH,上，开始新生链的合成过程。,A,G,T,A,C,T,A,A,T,DNA,聚合酶,A,C,G,A,C,G,T,T,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,A,G,C,G,A,C,G,G,T,T,T,T,组成,DNA,的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来,3,5-,磷酸二酯键,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,T,T,T,T,A,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,T,T,G,T,T,A,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,T,G,T,T,A,A,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,T,T,A,A,T,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,T,T,A,A,T,A,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,C,G,G,T,T,A,A,T,A,T,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,G,C,G,G,T,T,A,A,T,A,T,C,引物,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,G,C,G,G,T,T,A,A,T,A,T,C,DNA,模板链,DNA,新链,引物,（三）终止,有,终止子位点,（,22bp,），有一种蛋白质称为,终止利用基质,与终止位点结合，抑制解螺旋酶的活性，阻止复制子通过终止位点。,pol 5 3,外切酶活性水解引物,pol,聚合活性填补空隙,DNA,连接酶连接缺口,。,5,5,5,RNA,酶,OH,P,5,DNA-pol,dNTP,5,5,P,ATP,ADP+Pi,5,5,DNA,连接酶,滞后链上不连续性片段的连接,4.,真核细胞,DNA,复制的特点,多个起点复制,起点,起点,起点,起点,起点,起点,2.,真核生物的,DNA,聚合酶,延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。,DNA-pol,起始引发，有引物酶活性。,参与低保真度的复制,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。,在线粒体,DNA,复制中起催化作用。,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,真核和原核,DNA,细胞复制比较,二、逆 转 录 作 用,1,、概念,2,、逆转录酶,3,、,病毒逆转录过程,4,、,逆转录的生物学意义,扩充了中心法则,有助于对病毒致癌机制的了解,与真核细胞分裂和胚胎发育有关,逆转录酶是分子生物学重要工具酶,三种功能,依赖,DNA,指导下的,DNA,聚合酶活力,依赖,RNA,的,DNA,聚合酶活力,核糖核酸酶,H,活力,以,RNA,为模板合成,DNA,，这与通常转录过程中遗传信息从,DNA,到,RNA,的方向相反，故称为逆转录作用。,逆转录过程中,cDNA,的合成,依赖,RNA,的,DNA,聚合酶,核糖核酸酶,H,活力,依赖,DNA,的,DNA,聚合酶,逆转录病毒的生活周期,RNA,衣壳,被膜,逆转录酶,转录,转译,整合入宿主细胞染色体,DNA,进入细胞,丢失被膜,丢失衣壳,逆转录,RNA,RNA,cDNA,衣壳蛋白,被膜蛋白,逆转录酶,第二节,RNA,的生物合成,一、,DNA,指导下,RNA,的合成（转录）,二、,RNA,指导下,RNA,的合成,(RNA,的复制,),三、,RNA,和,DNA,合成比较,一、,DNA,指导下,RNA,的合成（转录）,1,、概念及,DNA,的有义链和反义链,2,、,RNA,聚合酶及催化反应,3,、,RNA,合成过程,4,、,RNA,转录后的加工,5,、真核生物的,RNA,合成,1.,转录的概念和,DNA,的有义链和反义链,转录是在,DNA,的指导下的,RNA,聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板,DNA,互补的,RNA,的过程。,RNA,的转录从,DNA,模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个,转录单位,。,启动子（,promoter),终止子,(terminator),模板链（,templatte strand,）,反意义链,(antisense strand),有意义链,(sense strand),非信息区,DNA,5,5,3,3,1.,转录的概念和,DNA,的有义链和反义链,不对称转录,(asymmetric transcription),在,DNA,分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；,模板链并非永远在同一条单链上。,2.,大肠杆菌,RNA,聚合酶的结构示意图,核心酶,(,2,),起始因子,和模板,DNA,结合,起始和催化聚合反应,？,全酶,(,),RNA,聚合酶催化的反应,A,C,G,A,C,G,U,U,模板,DNA,5,3,5,3,新合成,RNA,3.RNA,合成过程,起始,双链,DNA,局部解开,磷酸二酯键形成,终止阶段,解链区到达基因终点,延长阶段,5,3,RNA,启动子（,promoter),终止子,(terminator),5,RNA,聚合酶,5,3,5,3,5,5,3,离开,RNA,链的延伸图解,3,3,RNA-DNA,杂交螺旋,聚合酶的移动方向,新生,RNA,复链,解链,有义链,模板链（反义链）,延长部位,4.,转录后加工修饰方式,1.,剪接,(splicing),2.,剪切,(cleavage),3.,修饰,(modification),4.,添加,(addition),原核生物中,r,RNA,前体的加工,甲基化作用,专一核酸内切酶,30S,前体,17S,tRNA,25S,专一核酸外切酶,16S,rRNA,tRNA,23S,rRNA,5S,rRNA,专一核酸外切酶,tRNA,前体分子的加工,a,、切除,tRNA,前体两端多余的序列：,5,端切除几到,10,个核苷酸。,b,、末端添加：,3-,端添加,CCA,序列。,c,、修饰：形成稀,有,碱基如,DH,2,。,RNAaseP,RNAaseF,RNAaseP,RNAaseF,RNAaseD,RNAaseD,ACC,表示核酸内切酶的作用,表示核苷酸转移酶的作用,表示核酸外切酶的作用,表示异构化酶的作用,真核细胞,mRNA,的加工,5,“,帽子,”,Poly,A,3,顺反子,(cistron ),m,7,G-5,ppp-N-3,p,AAAAAAA-OH,5,端接上一个,“,帽子,”,(CAP),结构,3,端添加,PolyA,“,尾巴,”,由,RNA,末端核苷酸转移酶催化,剪接：剪去内含子,(intron),，,拼接外显子,(extron),酵母酪氨酸,tRNA,前体的加工,早转录本,成熟,tRNA,加工,5.,真核生物和原核生物转录的差别,DNA,核,核糖体,新生蛋白质,真核生物,原核生物,mRNA,前体,转运,加工,mRNA,mRNA,真核生物中转录与复制在不同的区域,RNA,聚合酶不相同,启动子不同,转录后,RNA,加工修饰不同,DNA,和,RNA,合成的比较,