《DNA与RNA生物合成》ppt课件

1、第三讲第三讲 DNA与与RNA的生物合成的生物合成 DNA是贮藏遗传信息的最重要的生物大分子。DNA分子中的核苷酸陈列顺序不但决议了胞内一切RNA及蛋白质的根本构造，还经过蛋白质酶的功能间接控制了细胞内全部有效成份的消费、运转和功能发扬。贮藏在任何基因中的生物信息都必需首先被转录生成RNA，才可以得到表达。DNA和RNA虽然很类似，只需T或U及核糖的第二位碳原子上有所不同，但它们的生物学活性却很不同。 RNA主要以单链方式存在于生物体内，其高级构造很复杂；RNA既担负着贮藏及转移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在细胞内发扬代谢功能。 蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需

2、求数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内时辰进展着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反响。DNA代谢 无论是只含有一对染色体的原核细胞还是带有多对染色体的真核细胞，只需整个基因组得到了完好准确的复制，细胞分裂才干顺利发生。所以说，DNA复制的起始，标志了细胞进入一个新的周期。 、DNA复制复制 根据反响阶段和所需的不同酶类，根据反响阶段和所需的不同酶类，DNA的复的复制可被分为三个阶段，即复制起始、延伸和制可被分为三个阶段，即复制起始、延伸和终止。每个终止。每个DNA复制的独立单元被称为复制复制的独立单元被称为复制子子replicon，主要包括复制起始位点，主要包括复制起始位点Origine of

3、 replication和终止位点和终止位点terminus。原核生物的整个染色体上普。原核生物的整个染色体上普通只需一个复制起始位点。通只需一个复制起始位点。 大肠杆菌大肠杆菌DNA的复制需求有的复制需求有20种左右的酶和种左右的酶和蛋白质因子参与，整个蛋白质因子参与，整个DNA复制机器被称之复制机器被称之为为DNA replicase system或或replisome。 原核DNA复制动画 注:需软件支持 Helicase，任何DNA在被复制前都必需解开双链，这个过程是由helicase来完成的，它可在ATP的作用下将DNA母链不断解开构成单链。 Topoisomerase，主要功能是消

4、除DNA解链过程中所产生的扭曲力。 DNA结合蛋白，使新解链的DNA坚持稳定构造。 Primases，为DNA复制提供RNA引物。 DNA polymerases，合成新生DNA链，切除RNA引物。 DNA Ligases，使新生DNA链上的缺口3-OH, 5-p生成磷酸二酯键。DNA replicase system1. DNA复制的起始 大肠杆菌中的复制起始位点是Ori C，全长245Bp，该序列在一切细菌复制起始位点中都是保守的。(续表 DNA复制起始中的主要步骤a. 大约20个左右的DnaA蛋白首先与OriC中的4个9碱基反复区相结合；b. 识别并使3个13碱基串联反复区DNA构成开环

5、构造；c. DnaB蛋白在DnaC的协助下与未解链序列结合。每六个DnaB蛋白构成一组并与一条DNA母链结合，可在不同方向同时起始DNA的复制。当细胞中存在足够的SSB和DNA gyrase时，DnaB的解链效率非常高。 整个DNA复制过程中，只需复制起始受细胞周期的严风格控。 Once in each cell cycle。 DNA甲基化与DNA复制起始亲密相关。OriC中有11个GATC回文构造普通说来，256bp才应有一个GATC反复。DNA子链被合成后，母链立刻被甲基化称为hemimethylated。此时，oriC与细胞原生质膜相结合。只需当oriC被从膜上释放出来，子链被Dam甲基

6、化后，才干有效地与DnaA蛋白结合，起始新一轮的DNA复制。复制起始能够还受ATP水解过程调控，由于DnaA只需与ATP相结合时才干与oriC区DNA相结合。 2. DNA子链的延伸 主要包括两个不同但相互有联络的事件，即前导链和滞后链的合成。由DNA helicase解开双螺旋，由拓朴异构酶消除DNA链上的扭曲力，SSB结合使DNA单链稳定。 前导链的合成：由DnaGprimase在复制起始位点附近合成一个10-60 nt的RNA引物，然后由polII把dNTP加到该引物上。 滞后链的合成：产生Okazaki fragments，消除RNA引物并由DNA pol I补上这一小段DNA序列，由

7、DNA Ligase把两个片段相连。3. DNA链的终止 当子链延伸到达terminus regionter，带有多个20bp序列时，DNA复制就终止了。Ter有点像一个陷井trap，使复制叉只能进入，不能出来。Ter的功能主要是由Ter-Tus复合物ter utilization substance来完成的。4. 真核细胞DNA的复制比大肠杆菌更复杂 真核生物的origin of replication被称为ARS-autonomously replicating sequences或者被称为replicators。Yeast replicators长约150dp，有多个保守反复区，共有约5

8、00个replicators分布于酵母的17条染色体中。、DNA的损伤修复的损伤修复 1 错配修复mismatch Repair 错配修复对DNA复制忠实性的奉献力达102-103，DNA子链中的错配几乎完全都被修正，充分反映了母链的重要性。2. 碱基切除修复Base-Excision Repair DNA gylcosylases能特异性识别常见的DNA损伤如胞嘧啶或腺嘌呤去氨酰化产物并将受损害碱基切除。去掉碱基后的核苷酸被称为AP位点apurinic or apyrimidinic。细胞中最常见的Uracil Glycosylase就能特异性切除细胞中的去氨基胞嘧啶。3. 核苷酸切除修复n

9、ucleotide-excision repair 当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法构成氢键，由核苷酸切除修复系统担任进展修复。4.DNA的直接修复Direct repair 、DNA的转座的转座 DNA的转座，或称移位transposition，是由可移位因子transposable element介导的遗传物质重排景象。曾经发现转座这一命名并不非常准确，由于在转座过程中，可移位因子的一个拷贝经常留在原来位置上，在新位点上出现的仅仅是拷贝。因此，转座有别于同源重组，它依赖于DNA的复制。 a. 简单转座子 转座子transposon，Tn是存在于染色体DNA上可自主复制

10、和移位的根本单位。 最简单的转座子不含有任何宿主基因此常被称为插入序列insertion sequence，IS，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。一个细菌细胞常带有少于10个IS序列。转座子经常被定位到特定的基因中，呵斥该基因突变。IS序列都是可以独立存在的单元，带有介导本身挪动的蛋白。 b.复合式转座子composite transposon是一类带有某些抗药性基因或其他宿主基因的转座子，其两翼往往是两个一样或高度同源的IS序列，阐明IS序列插入到某个功能基因两端时就能够产生复合转座子。一旦构成复合转座子，IS序列就不能再单独挪动，由于它们的功能被修饰了，只能作为复合体挪动。2、

11、转座作用的机制 转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的3-12bp、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个反复的靶序列之间。不同转座子的靶序列长度不同，但对于一个特定的转座子来说，它所复制的靶序列长度都是一样的，如IS1两翼总有9个碱基对的靶序列，而Tn3两端总有5bp的靶序列。 转座可被分为复制性和非复制性两大类。在复制性转座中，所挪动和转位的是原转座子的拷贝。转座酶transposase和解离酶resolvase分别作用于原始转座子和复制转座子。TnA类转座主要是这种方式。在非复制性转座中，原始转座子作为一个可挪动的实体直接被移位，IS序列、Mu及

12、Tn5等都以这种方式进展转座。3.转座作用的遗传学效应 转座引起插入突变; 转座产生新的基因; 转座产生的染色体畸变; 转座引起的生物进化.RNA代谢代谢 除了某些RNA病毒之外，一切RNA分子都来自于DNA。基因组DNA经过一个被称为转录的过程把储存在双链DNA分子中的遗传信息转换到与模板DNA链相互补的RNA单链上。 mRNA，编码了一个或多个蛋白质序列； tRNA，把mRNA上的遗传信息变为多肽中的 氨基酸信息； rRNA，是合成蛋白质的工厂核糖体中的主要成份。 原核DNA转录注：(需求软件支持) 转录 1 依赖于DNA的RNA合成 从DNA合成反响的化学本质、极性和模板的运用这三方面来

13、说，转录与复制是一样的。但是，也存在三个主要不同点： A 转录中不需求RNA引物； B转录反响普通只用一小段DNA做模板； C在转录区，普通都只需一条DNA链可以作为模板。 2.RNA合成的终止 一旦RNA聚合酶启动了基因转录，它就会沿着模板53方向不停地挪动，合成RNA链，直到遇到终止信号时才释放新生的RNA链，并与模板DNA脱离。 研讨RNA链终止时遇到最常见的问题是3端核苷酸的定位，由于活细胞内部根据终止信号正确终止的RNA与一个经过剪接的RNA在3端没有两样，都是-OH基团。模板DNA上都有终止转录的特殊信号-终止子，每个基因或支配子都有一个启动子，一个终止子。在新生RNA中出现发卡式

14、构造会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5端的正常构造。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。 a. 依赖于因子的终止 因子是一个相对分子质量为2.0105的六聚体蛋白，它能水解各种核苷三磷酸，实践上是一种NTP酶。由于催化了NTP的水解，因子能促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。 有人以为，在RNA合成起始以后，因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着53方向朝RNA聚合酶挪动，到达RNA的3-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释放RNA，完成转录过程。终止过程需求耗费能量，所以，因子具有终止

15、转录和核苷三磷酸酶两种功能。 b、不依赖于 因子的终止 假设终止点上游存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易构成发卡式构造；在终止点前面有一段由4-8个A组成的序列，导致转录产物的3端为寡聚U。这两种构造特征的存在同样决议了转录的终止。 在新生RNA中出现发卡式构造会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5端的正常构造。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。 3.RNA聚合酶II及转录因子在启动子上的装配 TFH还参与DNA的损伤修复。当RNA pol转录过程中碰到受损伤的核苷酸时，TFH能及时启动核苷酸切除修复系统，将损伤修复。Actinomycin D和Acridine阻断RNA链的延伸3.RNA的加工成熟 所以，RNA加工成熟主要包括：5加帽子构造