核酸的生物合成本PPT课件

1、第1页/共76页第2页/共76页第3页/共76页第4页/共76页 转录：生物体可用碱基配对的方式合成与DNA核苷酸序列相对应的mRNA。 信使RNA（mRNA)：载有DNA的遗传信息，进入蛋白质的合成基地，作为蛋白质合成的模板指导蛋白质的合成。 翻译：mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列，由mRNA指导蛋白质合成的过程。第5页/共76页 核糖体RNA（rRNA）：是核糖体的RNA。 转移RNA（tRNA）：其将氨基酸转运到核糖体的特定部位用于蛋白质合成。 基因：DNA分子中最小的功能单位。 基因组：某生物体所含的全部基因。第6页/共76页 12.1DNA的生物合成的生物合成 DNA的半保

2、留复制的半保留复制 每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的。这种复制方式称为半保留复制半保留复制。第7页/共76页第8页/共76页第9页/共76页第10页/共76页 DNA复制的起始点和方向复制的起始点和方向 DNA复制开始于染色体上固定的起始点。起始点是含有100200个碱基对的一段DNA。 细胞内存在着能识别起始点的特种蛋白质。 DNA复制可以朝一个方向，也可以朝两个相反的方向进行 第11页/共76页第12页/共76页第13页/共76页 原核细胞原核细胞DNA的复制（的复制（DNA指导下的指导下的DNA的的合成）合成） 1、DNA聚合酶聚合酶 DNA的复制是四种脱氧核苷酸的

3、聚合反应。 DNA新链合成时需要: 四种脱氧核苷三磷酸、 Mg2+ 、DNA模板、 与模板DNA互补的一小段多核苷酸引物， 酶的活性部位含有紧密结合的Zn2+。第14页/共76页 DNA聚合酶聚合酶的功能的功能 1.53聚合功能聚合功能 2.35外切活性外切活性 3.53外切活性外切活性 (1)切口平移切口平移 (2)链的置换；链的置换； (3)模板转换模板转换第15页/共76页 5 3 G T A A G T C G C T C A G C 5 3 35外切 核 酸酶水解部位图 11-20 DNA 聚合酶的 35外切酶活性 (仿 D.Freifelder: MOLECULAR BIOLOGY

4、 1983,Fig.8-16) 3 5 G G A C A A G A G A C G T T C T 5 3 内切酸酶水解部位 图 11-22 DNA 聚合酶的内切酸活性 ( 仿 D.Freifelder: MOLECULAR BIOLOGY 1983,Fig.8-20)第16页/共76页 DNA合成的方向是5端到3端。 DNA 聚合酶所催化的化学反应产物是碱基顺序与模板链碱基顺序互补的DNA链。 第17页/共76页 DNA聚合酶聚合酶和和DNA聚合酶聚合酶 聚合酶没有外切酶53的活力 DNA聚合酶的活力很低。 DNA聚合酶的活力较强 DNA聚合酶的全酶有好几个亚基。第18页/共76页 DN

5、A聚合酶聚合酶II： 单链，以切口双链单链，以切口双链DNA为模板。活性极低为模板。活性极低 DNA聚合酶: 共共10种亚基。功能与聚合酶种亚基。功能与聚合酶I相似，起相似，起DNA复制作用。每秒可聚合复制作用。每秒可聚合1000个碱基。个碱基。第19页/共76页DNA聚合酶第20页/共76页第21页/共76页 双链双链DNA复制的分子机复制的分子机制制 （1）半不连续复制过程 新DNA的一条链是按53方向连续合成的，称为前导链。 另一条链的合成则是不连续的，即先按5 3方向合成若干短片段（冈崎片段），再通过酶的作用将这些短片段连在一起构成第二条子链，称为后随链。第22页/共76页第23页/共

6、76页 （2）风崎片段的RNA引物 RNA引物的合成称作“引发”。 引物RNA 一般只含少数核苷酸残基，通过DNA聚合酶，完成冈崎片段的合成。 通过DNA聚合酶 将RNA引物上的核苷酸单位逐个除去。第24页/共76页 每个核苷酸单位被切除后立即被与模板链相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上。 冈崎片段只具有暂时的功能。 在复制的后阶段起始部位即不再有任何意义。第25页/共76页第26页/共76页 （3）DNA连接酶 各冈崎片段通过DNA连接酶相互连接最终形成后随链。反应需要供给能量。 第27页/共76页第28页/共76页 DNA后随链的生成共包含三个基本步骤后随链的生成共包含三个基本步骤： l 起

7、始（RNA引物的合成） l 延长（向引物RNA3-端添加DNA顺序，合成短的DNA片段） l 终止（RNA引物脱落并代以相应的DNA顺序，用共价键连接各DNA短片段）第29页/共76页 （4）母本DNA双链的分离 DNA解链酶或解螺旋酶。 DNA旋转酶或拓扑异构酶。第30页/共76页第31页/共76页第32页/共76页 （5）DNA聚合酶的“校对”作用第33页/共76页 DNA的复制（的复制（DNA指导下的指导下的DNA合成）合成） 1真核细胞DNA复制有许多起点。 2在较高等的生物中至少有5种DNA聚合酶，这5种酶都能在53方向上聚合DNA链。 3端粒的复制。线性染色体的末端DNA称为端粒。

8、第34页/共76页第35页/共76页 生物细胞生物细胞DNA复制分子机制的基本特点是：复制分子机制的基本特点是： 复制是半保留的。 复制起始于细菌或病毒的特定位置，真核生物有多个起始点。 复制可以朝一个方向，也可以向两个方向进行，后者更为常见。 复制时，DNA的两条链都从5 端向3延伸。第36页/共76页 复制是半不连续的，前导链是连续合成的，后随链是不连续合成的。 冈崎片段的合成始于一小段RNA引物，这一小段RNA以后被酶切除，缺口由脱氧核苷酸补满后再与新生DNA链连在一起。 复制有多种机制，即使在同一个细胞里，也可因环境-酶的丰富程度、温度、营养条件等的不同而具有不同的起始机制和链延长的方

9、式。第37页/共76页第38页/共76页 RNA指导的指导的DNA合成）合成） 反转录酶(逆转录酶)：这种酶以4种三磷酸脱氧核苷（d CTP,d GTP,d ATP和d TTP）为底物能生成与病毒RNA（模板）碱基序列互补的DNA。它催化遗传信息从RNA流向DNA，与转录作用正好相反。 病毒反转录酶作用时需要引物，生成DNA新链的方向是5 3。第39页/共76页说明：说明： 如果某种真核细胞的天然基因不易分离，而其mRNA却容易获得时，就可以利用反转录酶制备合成该基因。 测定其mRNA序列再反推出RNA的序列。第40页/共76页 DNA的损伤与修复的损伤与修复 紫外光照射可以使DNA链中相邻的

10、嘧啶形成一个环形丁烷，主要产生胸腺嘧啶二体。第41页/共76页光复活修复： 光复活机制是可见光激活了光复活酶，使之能分解由于紫外光照射而产生的嘧啶二体。第42页/共76页第43页/共76页 修饰系统修饰系统 能识别DNA特定核苷酸序列的核酸内切酶，简称为限制酶。 限制酶能在特定核苷酸序列处切开核苷酸之间的键，使DNA产生双链裂口，进而被脱氧核糖核酸酶水解。第44页/共76页 细菌DNA受到专一性密切相关的“修饰甲基化酶”和“限制酶”的保护。 相应的限制酶将水解断裂任何具有未曾甲基化的同一序列的DNA两条链。第45页/共76页第46页/共76页第47页/共76页 12.1.8基因重组与基因重组与

11、DNA“克隆克隆”第48页/共76页第49页/共76页第50页/共76页 PCR）技术与技术与DNA扩增扩增 它以待扩增的两条DNA链为模板，由一对人工合成的寡聚核苷酸引物介导，通过DNA聚合酶促反应，快速体外扩增特异的DNA序列。 PCR 技术中每一循环包括变性、退火、和延伸三个阶段。 第51页/共76页第52页/共76页 12.2RNA的生物合成的生物合成 DNA指导下的指导下的RNA合成）合成） DNA分子中的遗传信息转移到RNA分子中的过程称为转录。 转录产物mRNA、rRNA、tRNA。 单顺反子：一条多肽链编码的mRNA。 多顺反子：二条多肽链编码的mRNA。第53页/共76页 细

12、菌5端不编码的多核苷酸序列约含25-150个核苷酸，称为前导序列。多顺反子mRNA可能也含有不翻译的间隔区转录产物。间隔区是基因之间的DNA片段，把各个基因分开，有的间隔区也转录，这些转录产物可能帮助调节翻译的速度。 第54页/共76页 基因的两条链都是转录所需要的，但只有一条直接作为转录的模板，另一条链可能对转录起调节作用。 转录的模板DNA称为模板链或反义链，另一条链称为编码链或有义链。 基因的转入是有选择性的。第55页/共76页第56页/共76页 1、原核生物的转录原核生物的转录 转录需要: RNA聚合酶 四种核苷三磷酸、 Mg2+ 、DNA模板、 说明： RNA合成不需要引物 RNA聚

13、合酶也没有校正功能第57页/共76页第58页/共76页第59页/共76页第60页/共76页第61页/共76页第62页/共76页第63页/共76页 2、 真核细胞的转录作用真核细胞的转录作用第64页/共76页 3、转录过程的选择性抑制转录过程的选择性抑制 放线菌素D、吖啶：能抑制原核和真核生 物中RNA合成 利福平：抑制原核生物RNA合成 -鹅蕈碱：抑制真核生物RNA合成第65页/共76页 4、转录产物的转录产物的“加工加工” 各种RNA合成时，先以DNA为模板生成分子量较大的RNA前体，然后在专一酶的作用下切去多余的部份或进行修饰，最后生成有活性的、成熟的RNA。这个过程称为转录后加工。转录后加工。 第66页/共76页 （1） rRNA前体的转录后加工 （2） tRNA前体的加工 （3） 真核细胞mRNA前体的加工 真核细胞mRNA的结构特点： 真核细胞mRNA一般是单顺反子；序列中无内含子，但其前体中含有内含子。 大多数的真核细胞mRNA的3末端有由100200个腺苷酸连续排列所组成的“尾巴” mRNA的5端有“帽子”结构。第67页/共76页第68页/共76页第69页/共76页第70页/共76页第71页/共76页 mRNA的转录后加工过程有下列步骤： 5端帽结构的生成 3端多聚A的附加 mRNA前体的剪接第72页/共76页 RNA复制（复制（