核酸代谢专题知识宣教.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,一、,DNA,的复制方式,半保留复制,(semiconservative replication),-,在,DNA,复制过程中，双螺旋结构解开而成为单链，分别以,DNA,双螺旋中的一条链为模板，按碱基互补配对的原则合成两条新的互补链。这样新合成的,DNA,双链中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链完全重新合成。,(,深蓝,:,15,N,),(,粉红,:,14,N,),DNA,半保留复制的证据,培养于普通培养液,继续培养于,普通培养液,含,15,N-DNA,的细菌普通,DNA,重,DNA,第一代,中等密度,DNA,第二代,普通,DNA,中等密度,DNA,二、,DNA,复制的酶学,1.,底物,dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP),2.,聚合酶,DNA,聚合酶,I,、,II,、,III,3.,模板,单链的,DNA,母链,4.,引物,寡核苷酸引物（,RNA),5.,其他酶和蛋白质因子,解链酶，解旋酶，,单链结合蛋白，连接酶,（一）,DNA,聚合酶的活性,5,至,3,的聚合活性,5 3,方向,核酸 外切酶活性,5 3,外切酶活性,3 5,外切酶活性,5,至,3,的聚合活性（,5 3,）,DNA-pol,I,5,3,外切酶活性的功能：,切除引物，切除突变片段,DNA-pol,I,3,5,外切酶活性的功能：,校读（,proofread,）功能,5,3,A,G,5,3,原核生物中的三种,DNA,聚合酶,pol,pol,pol,53,聚合酶活性,+,+,+,53,外切酶活性,+,-,-,35,外切酶活性,+,+,+,生理功能,填补缺口,修复损伤,校正错误,未知,复制,DNA,校正错误,（,二）,DNA,拓扑异构酶(,解旋酶）,既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键,拓扑酶 切断,DNA,双链中的一股,拓扑酶 切断,DNA,双链,（三）单链,DNA,结合蛋白（,SSB,）,维持模板处于单链状态,保护单链的完整,（四）引物酶,是,RNA,聚合酶，合成一段,RNA,引物,（五）,DNA,连接酶（,ligase,）,催化两段,DNA,之间的连接,参与,DNA,复制的主要成员,主要成员,主要作用,DnaA,识别复制起始位点,解螺旋酶 解开,DNA,双链,SSB,维持已解开单链,DNA,的稳定,引物酶 合成,RNA,引物,TOPO,使打结、缠绕、正超螺旋的,DNA,松驰,DNA-pol DNA,复制,DNA-pol,水解引物、填补空隙、修复作用,DNA,连接酶 催化双链,DNA,中单链缺口的连接,三、,DNA,的复制过程,（一）复制的起始,（二）复制的延伸,（三）复制的终止,1.DNA,复制的起点,原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为,双向复制,（一）复制的起始,ori,ter,A B C,A.,环状双链,DNA,及复制起始点,B.,复制中的两个复制叉,C.,复制接近终止点,(termination,ter),2.,复制叉的形成,复制叉,-,复制开始后由于,DNA,双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构。,3.,起始的过程,打开,DNA,超螺链,打开双螺旋,防止复螺旋,单链结合蛋白,解链酶,引物复合体,引物酶,拓扑异构酶,合成,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,53,5,3,(,二,)DNA,复制的延伸,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,TG,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,冈崎用电子显微镜看到了,DNA,复制过程中出现一些不连续片段，这些不连续片段只存在与,DNA,复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为,冈崎片段,。,2.,冈崎片段,3.,半不连续复制,领头链,随从链,冈崎片段,5,3,5,3,半不连续复制,DNA,复制时,一条链是连续的,另一条链是不连续的,称为半,不连续复制,。,(,三,),复制的终止,复制有终止信号,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,。,逆转录酶是,多功能酶,，有三种酶活性：,1.,逆转录活性：,即以,RNA,为模板合成,DNA,2.RNase,活性：,水解,RNA,:DNA,中的,RNA,3.DNA pol,活性：,以DNA,为模板合成,DNA,四、逆转录,RNA,模板,逆转录酶的逆转录活性,逆转录酶的,RNase,活性,RNA:DNA,杂化双链,单链,DNA,逆转录酶的,DNA pol,活性,双链,DNA,tRNA,引物,五、,DNA,的损伤修复,突变,可分为：,自发突变、人工诱变,突变的意义,突变是进化、分化的分子基础,只有基因型改变的突变,致死性的突变,突变是某些疾病的发病基础,1.DNA,的损伤,也称突变,，,是指,DNA,分子上,碱基的改变。,2.,引发突变的因素,诱变因素及突变类型,3.,突变分子改变的类型,错配,（点突变）,一个碱基改变,缺失、插入和框移突变,片段插入或缺失,重排,较大片段重组或重排,镰形红细胞贫血病人,Hb(HbS),亚基,N,-val,his,leu,thr,pro,val,glu,C,肽链,C,A,C G,T,G,基因,正常成人,Hb(HbA),亚基,N,-val,his,leu,thr,pro,glu,glu,C,肽链,C,T,C G,A,G,基因,血红蛋白,-,亚基的点突变,缺失或插入都可导致,框移突变,。,5.UCA,C,GACAUAUG.3,5.UCA,G,CGACAUAUG.3,丝,精,组,蛋,丝,丙,苏,酪,5.UCAGACAUAUG.3,丝,天,异亮,插入,缺失,正常,框移突变,是最严重的突变,！,人,之,初，性本善，性相近，习相远,人初性，本善性，相近习，相远,重排,(rearrangement),与,重组,(recombination),DNA,分子发生较大片段的交换,e,g,1,g,2,d,b,Hb,b,基因家族,AB,CD,AB,DC,AB,CD,EF,GH,AB,GH,EF,CD,g,1,g,2,d,b,g,2,g,1,d,b,Hb Anti-Lepore,g,2,d,b,Hb Lepore,g,2,d,b,引发地中海贫血病,4.,损伤的修复,损伤,-,复制过程中发生的,DNA,突变,光修复,切除修复,重组修复,SOS,修复,（,一）光修复,紫外光照射可使相邻的两个,T,形成二聚体,光修复酶,可使二聚体解聚为单体状态，,DNA,完全恢,复正常。光修复酶的激活需,300-600m,波长的光。,切除修复机制的基本过程是将受损的,DNA,片段切除，然后再以对侧链为模板，重新合成新链进行修复。,（二）切除修复,(excision repair),：,UvrC,切除,DNA pol I,DNA,连接酶,5,5,3,3,5,5,3,3,5,5,3,3,5,5,3,3,5,5,3,3,UvrA,，,UvrB,识别并结合,XP,XP,DNA pol,e,这是,DNA,的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。,修复时，利用重组蛋白,RecA,的核酸酶活性，将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换。,（三）重组修复,(recombination repair),：,RecA,的分子结构,RecA,重组蛋白修复,DNA,示意图,SOS,修复,：,造成,DNA,损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为,应急反应（,SOS response,）,。此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的,DNA,聚合酶。,细胞能继续生存，但,引起,DNA,较长期的广泛的突变。,后果：,特点：,抑制细胞分裂，允许大量快速的,切除修复,和,重组修复,，允许损伤的,DNA,作为模板进行复制，,对碱基选择性低,等。,（四）诱导修复,第十二章,RNA,的生物合成,(,转录,),第一节,RNA,转录合成的特点,能够转录,RNA,的那条,DNA,链称为,模板链,(template strand),，也称作,有意义链,或,Watson,链,或,负链,。,而与之互补的另一条,DNA,链称为,编码链,(coding strand),，也称为,反义链,或,Crick,链,或,正链,。,模板链,编码链,5,5,3,3,5,5,一、转录的不对称性,5,3,3,5,模板链,编码链,编码链,模板链,转录方向,转录方向,模板链和编码链的相对性,5,GCAGTACATGTC,3,3,c g t g a t g t a c a g,5,编码链,模板链,mRNA,5,GCAGUACAUGUC,3,转录,N,Ala,Val,His,Val,C,蛋白质,翻译,模板链、编码链与转录及翻译的关系,RNA,转录合成时，以,DNA,作为模板，在,RNA,聚合酶的催化下，连续合成一段,RNA,链，各条,RNA,链之间无需再进行连接。,二、转录的连续性,特定起始点和特定终止点之间的,DNA,链构成一个,转录单位,，通常由转录区和有关的调节顺序构成。,三、有特定的起始和终止位点,第二节,RNA,转录合成的过程,（一）转录起始,转录起始需解决两个问题：,RNA,聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。,DNA,双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,一、原核生物的转录过程,原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为,操纵子,(operon),，包括若干个,结构基因,及其上游,(upstream),的,调控序列,。,1.,模板与酶的辨认识别：,5,3,3,5,结构基因,调控序列,RNA-pol,因子,识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。,转录开始时能与,RNA,全酶结合的,DNA,顺序（双链）称为,启动子（,promoter),启动子序列通常由一些带共性的保守序列构成。,2,、原核生物启动子的特点,(1)DNA,序列在转录起始点的,5,端区,(,上游区,),(2),-,10bp,处,-TATAAT,-,(3),-,35bp,处-,TTGACA-,被,RNA,聚合酶辨认的区段就是位于转录起始点,-35,区,的TTGACA,序列,。,酶与该区结合后，即滑动至,-10,区,的,TATAAT,序列,，并启动转录。,RNA,聚合酶全酶在转录起始区的结合,DNA,局部双链解开。,RNA,聚合酶全酶,(,2,),与模板结合。,在,RNA,聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。,RNApol(,2,)-DNA-pppGpN-OH 3,转录起始复合物,:,5,-pppG-OH +,NTP,5,-pppGp,N,-OH 3,+ppi,2.,转录起始过程：,1.,亚基脱落，,RNA,聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着,DNA,模板前移；,2.,在,核心酶,作用下，,NTP,不断聚合，,RNA,链不断延长。,（二）转录延长,(NMP),n,+,NTP,(NMP),n+1,+,PPi,RNA,转录的延长,转录空泡,(transcription bubble),的形成,转录空泡,(transcription bubble):DNA,解开的两条单链与,RNA,聚合酶及其转录产物,RNA,构成的转录复合物,转录至模板某一位置 停止形成磷酸二酯键,RNA,DNA,杂交链解开,DNA,解链的部分重新形成双螺旋,RNA,聚合酶离开,DNA,（三）转录终止,不依赖,-,因子的终止,DNA,模板上有终止信号,转录出来的,RNA,RNA,聚合酶遇此结构即停止工作。,DNA,和,RNA,（,dA,：,rU,）稳定性下降,GC,富含和,AT,富含区的,回文结构,自身互补形成,发夹状结构（,hairpin,）,3,尾端有,4,个,U,DNA,恢复双链，,释放转录产物,终止的方式,发夹结构,环,茎,多个,U,5,依赖,-,因子的终止,-,因子的结构及特点,六个亚基组成的蛋白质,ATP,酶活性,与单链,RNA,结合,-,因子的作用,与新生,RNA,链结合,ATP,供能,-,因子沿新生的,RNA,单链推进,新生的,RNA,单链,从,DNA,模板上分离下来,新生,RNA,（,一）转录起始,真核生物启动子,1,）,DNA,序列在转录起始点的,5,端区,(,上游区,)2,）,-25bp,：,TATA,盒（,Hogness box,）,3,）,-90bp,：,GC,盒,4,）,-70bp,：,CAAT,盒,GC,CAAT,-90,-70,二、真核生物的转录过程,真核生物启动子保守序列,顺式作用元件,是同一,DNA,分子中具有转录调节功能的特异,DNA,序列。包括,:,启动子是原核操纵子中启动序列的同义语。,增强子就是远离转录起始点（,1-30 kb,）、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的,DNA,序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。,沉默子某些基因含有的一种负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。,转录因子,(transcription factor,TF),：识别启动子（,不是由,RNA,聚合酶识别,）。,RNA,聚合酶,催化各种,前体,mRNA,的合成,RNA,聚合酶,所需的转录因子有多种：,TFA-H,2.,转录起始过程：,RNA,聚合酶,催化第一个磷酸二酯键形成,RNA,聚合酶,的,羧基末端结构域,（,CTD,）被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合酶向下游移动延伸,RNA,链。,（二）转录延长,（三）转录终止,与,poly A,尾巴结构的添加密切相关。,在,poly A,修饰位点的下游存在一组共同序列,AATAAA,和,GTGTGT,，为转录终止的识别修饰位点。,真核生物,RNA,的转录终止,5-AAUAAA-,5,-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3,加尾,AAAAAAA 3,mRNA,第三节 真核生物的转录后修饰,一、,mRNA,前体的加工,原核生物,的,mRNA,转录后,一般,不需要加工。,真核生物,mRNA,（半寿期较长）形成,核内不均一,RNA,（,heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),，需要进一步进行加工修饰转化为,mRNA,。加工包括：,（,1,）,hnRNA,被剪接，把,内含子,（,DNA,上非编码序列）,转录序列剪掉，把,外显子,（,DNA,上的编码序列）,转录序列,拼接,上,(,真核生物一般为,不连续基因,),。,（,2,）,3,端添加,polyA,“,尾巴,”,；,（,3,）,5,端连接,“,帽子,”,结构（,m,7,G,5,ppp,5,NmpNp-,）；,（,4,）分子内部的核苷酸甲基化修饰。,断裂基因（不连续基因）,C,A,B,D,编码区,A,、,B,、,C,、,D,非编码区,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为,断裂基因,。,二、,tRNA,的转录后加工,原核与真核生物的,tRNA,转录后都需要加工。包括：,（,1,）由核酸内切酶切除前体上,3,和,5,端上多余的核苷酸；,（,2,）由核酸外切酶逐个在,3,切去附加序列，进行修剪。,（,3,）,3,端添加,CCA,OH,序列，由核苷酰转移酶催化。,（,4,）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。,tRNA,前体的切断和剪接加工,tRNA3-,末端,-CCA,序列的添加,tRNA,的碱基修饰,（,2,）还原反应,如：,U,DHU,（,3,）核苷内的转位反应,如：,U,（,假尿嘧啶核苷,）,（,4,）脱氨反应,如：,A,I,如：,A,A,m,（,1,）甲基化,（,1,）,（,1,）,（,3,）,（,2,）,（,4,）,原核与真核生物的,rRNA,转录后也都需要进行加工。,原核：刚转录的,rRNA,为,30S,，逐步裂解（核酸酶的切割）。,真核：,45S,（哺乳动物）,、,38S,（果蝇）,、,37S,（酵母）,16S,23S,5S,28S,18S,5.8S,三、,rRNA,的转录后加工,45S,或,38S,37S,26S,17S,5.8S,30S,