八核酸生物合成.pptx

遗传信息传递的遗传信息传递的 中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成第二节第二节 RNA的生物合成的生物合成第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成一、DNA的复制的复制（DNA指导下的指导下的DNA合成合成）二、逆转录作用逆转录作用（RNA指导下的指导下的DNA的合成）的合成）一、一、DNA的半保留复制的半保留复制1、概念概念和和实验依据实验依据 2、原核生物原核生物DNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类 3、原核细胞原核细胞DNA的复制的复制4、真核细胞真核细胞DNA的复制的复制1.1.概念概念 由亲代由亲代DNADNA生成子代生成子代DNADNA时，每个新形成时，每个新形成的子代的子代DNADNA中，一条链来自亲代中，一条链来自亲代DNADNA，而另，而另一条链则是新合成的一条链则是新合成的.一、一、DNA的半保留复制的半保留复制实验依据实验依据 19581958年年Meselson&Meselson&stahlstahl用同位素用同位素示踪标记加密示踪标记加密度梯度离心技度梯度离心技术术实验实验,证明了证明了DNADNA是采取半保是采取半保留的方式进行留的方式进行复制复制.15N DNA14N-15N DNA14N DNA14N-15N DNA（一）复制的化学反应（一）复制的化学反应（一）复制的化学反应（一）复制的化学反应（二）（二）（二）（二）DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶（三）复制中的分子解链及（三）复制中的分子解链及（三）复制中的分子解链及（三）复制中的分子解链及DNADNADNADNA分子拓扑分子拓扑分子拓扑分子拓扑学变化学变化学变化学变化（四）（四）（四）（四）DNADNADNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶2.2.原核生物原核生物DNADNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类参与参与DNA复制的物质复制的物质 底物底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶聚合酶(polymerase):依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶模板模板(template):解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物(primer):提供提供3-OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子（一）复制的化学反应（一）复制的化学反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi（二）（二）DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1.53 的聚合活性的聚合活性2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性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 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol :对复制中的错误进行校读，对复制和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。修复中出现的空隙进行填补。DNA-pol :参与参与DNA损伤的应急状态修复。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是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。作用的酶。1.遵守严格的碱基配对规律；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；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时复制出错时DNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。DNADNA复制的保真性至少要依赖三种机制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（三）复制中的分子解链及DNA 分子分子 拓扑学变化拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把只有把DNA解成单链，它才能起模板作解成单链，它才能起模板作用。用。1.解螺旋酶、引物酶和单链解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白（四）（四）DNA连接酶连接酶连连接接DNADNA链链3 3-OH-OH末末端端和和相相邻邻DNADNA链链5 5-P-P末末端端，使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键，从从而而把把两两段段相相邻邻的的DNADNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式作用方式连连接接酶酶连连接接切切口口Mg2+连接酶连接酶ATP或或NADPPi或或NMNATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPTGGP缺口33555533模板链模板链模板链模板链DNADNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在在DNADNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。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。也是基因工程的重要工具酶之一。功能功能3.3.原核细胞原核细胞DNADNA的复制的复制原核生物的原核生物的DNADNA生物合成生物合成（一）复制的起始（一）复制的起始（二）复制的延长（二）复制的延长（三）复制的终止（三）复制的终止（一）复制的起始（一）复制的起始 1.1.辨认起始点，形成单链：辨认起始点，形成单链：辨认起始点，形成单链：辨认起始点，形成单链：2.2.合成引发体：合成引发体：合成引发体：合成引发体：3.3.合成引物：合成引物：合成引物：合成引物：大肠杆菌大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTT成串排列的成串排列的三个三个13bp序列序列共有序列共有序列共有序列共有序列TTATCCACA DnaA蛋白结合位点蛋白结合位点四个四个9bp序列序列DnaADnaB(解螺旋酶解螺旋酶)SSB大肠杆菌大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型复制起点在起始阶段的结构模型DNA复制原点的识别：由复制原点的识别：由DnaA蛋白完成蛋白完成DNA复制的方式复制的方式环状环状 DNA复制时复制时所形成的所形成的结构结构起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点起始点起始点起始点起始点起始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向复制单向复制双向复制双向复制 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引发体的形成和引物的合成引发体的形成和引物的合成含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA 复制起始区域的复合结构称为引发体。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引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶（二）（二）DNADNA链的延伸链的延伸 前前导导链链：以以一一条条链链（3 5）为为模模板板时时，子子代代链链的的合合成成方方向向是是5 3，合合成成是是连连续续的，合成速度较快。的，合成速度较快。滞后链滞后链；以另一条亲代链（；以另一条亲代链（5 5 3 3）为模板时，子代链的合成方向不能）为模板时，子代链的合成方向不能按照按照3 53 5方向进行，形成方向进行，形成冈崎片段。冈崎片段。DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA双链双链 5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶与与DNADNA双链双链结合，解开结合，解开超螺旋。超螺旋。5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程解链酶解开解链酶解开DNADNA双螺旋双螺旋 5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物单链结合蛋白单链结合蛋白防止复螺旋防止复螺旋 5 3 5 3DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程引物酶合成引物引物酶合成引物 5 3 5 31.DNA1.DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的引物的3-OH3-OH上，开始新生链的合成过程。上，开始新生链的合成过程。AG T AC T A A T DNA DNA 聚合酶聚合酶ACGACGTT引物引物AG T AC T A A T AGCGACGGTTT T 组成组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTTTA引物引物AG T AC T A A T GCGACGTTGTTA引物引物AG T AC T A A T GCGACGTGTTAA引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTAA T引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTAA TA引物引物AG T AC T A A T GCGCGGTTAA TA T引物引物AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T C引物引物AG T AC T A A T GGCGGT TAA TA T CDNA模板链模板链DNA新链新链引物引物（三）终止（三）终止 有有终止子位点终止子位点（22bp），有一种），有一种蛋白质称为蛋白质称为终止利用基质终止利用基质与终止位点与终止位点结合，抑制解螺旋酶的活性，阻止复结合，抑制解螺旋酶的活性，阻止复制子通过终止位点。制子通过终止位点。pol 5 3外切酶活性水解引物外切酶活性水解引物pol聚合活性填补空隙聚合活性填补空隙DNA连接酶连接缺口连接酶连接缺口。5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 滞后链上不连续性片段的连接滞后链上不连续性片段的连接4.真核细胞真核细胞DNA复制的特点复制的特点 多个起点复制多个起点复制起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点2.2.真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。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。起始引发，有引物酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 在复制过程中起校读、修复和填补在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。缺口的作用。在线粒体在线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较二、逆二、逆 转转 录录 作作 用用1 1、概念、概念2 2、逆转录酶、逆转录酶3、病毒逆转录过程病毒逆转录过程4 4、逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义扩充了中心法则扩充了中心法则有助于对病毒致癌机制的了解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逆转录酶是分子生物学重要工具酶三种功能三种功能依赖依赖DNADNA指导下的指导下的DNADNA聚合酶活力聚合酶活力依赖依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶活力聚合酶活力核糖核酸酶核糖核酸酶H H活力活力 以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这与通常，这与通常转录过程中遗传信息从转录过程中遗传信息从DNADNA到到RNARNA的方的方向相反，故称为逆转录作用。向相反，故称为逆转录作用。逆转录过程中逆转录过程中cDNA的合成的合成依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸核糖核酸酶酶H活力活力依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期RNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录酶录酶转录转录转译转译整合入宿主细胞染色体整合入宿主细胞染色体DNA进入细胞进入细胞丢失被膜丢失被膜丢失衣壳丢失衣壳逆转录逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋衣壳蛋白白被膜蛋被膜蛋白白逆转录逆转录酶酶第二节第二节 RNA的生物合成的生物合成一、一、一、一、DNADNA指导下指导下指导下指导下RNARNA的合成（转录）的合成（转录）的合成（转录）的合成（转录）二、二、二、二、RNARNA指导下指导下指导下指导下RNARNA的合成的合成的合成的合成(RNA(RNA的复制的复制的复制的复制)三、三、三、三、RNARNA和和和和DNADNA合成比较合成比较合成比较合成比较一、一、DNA指导下指导下RNA的合成（转录）的合成（转录）1、概念概念及及DNA的有义链和反义链的有义链和反义链2、RNA聚合酶及催化反应聚合酶及催化反应3 3、RNARNA合成过程合成过程4 4、RNARNA转录后的加工转录后的加工5 5、真核生物的、真核生物的RNA合成合成1.转录的概念和转录的概念和DNA的有义链和反义链的有义链和反义链 转录是在转录是在 DNADNA的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶的催化下，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一条与模板DNADNA互补的互补的RNARNA的过程。的过程。RNARNA的转录从的转录从DNADNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个此转录区域为一个转录单位转录单位。启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)模板链（模板链（templatte strand）反意义链反意义链(antisense strand)有意义链有意义链(sense strand)非信息区非信息区DNADNA55331.转录的概念和转录的概念和DNA的有义链和反义链的有义链和反义链不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作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。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 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应？全酶全酶()RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGACGUU模板模板DNA5353新合成新合成RNA3.RNA3.RNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开RNA链的延伸图解链的延伸图解33RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位4.4.转录后加工修饰方式转录后加工修饰方式1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3.修饰修饰(modification)4.添加添加(addition)原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用甲基化作用专一核酸内切酶专一核酸内切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶tRNA前体分子的加工a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列：5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移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核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 真核细胞真核细胞mRNAmRNA的加工的加工5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron )m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催末端核苷酸转移酶催化化 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)(extron)酵母酪氨酸酵母酪氨酸tRNA前体的加工前体的加工早转录本早转录本成熟成熟tRNA加工加工5.真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别DNA核核核糖体核糖体新生蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA 真核生物中转录与复制在不同的区域真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同DNA和和RNA合成的比较合成的比较