生物化学核酸的生物合成市公开课获奖课件

1、Nucleic acid Biosynthesis 第十章 核酸生物合成第1页第1页基 因 (gene)： 为蛋白质或RNA编码DNA功效片段，是以碱基排列顺序方式储存遗传信息。基 因 组（genome)： 某一物种拥有所有遗传物质，从分子意义上说，是指所有DNA序列。第2页第2页蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA 中心法则(the central dogma)第3页第3页第4页第4页DNA Biosynthesis第一节 DNA生物合成第5页第5页 DNA生物合成复制（DNA指导下DNA合成）逆转录（RNA指导下DNA合成）第6页第6页 复制亲代DNA子代DNA复制(replicati

2、on)：以母链DNA为模板合成子链DNA过程。第7页第7页一、复制基本规律半保留复制双向复制半不连续复制方向性和高保真性第8页第8页（一）、半保留复制 (semi-conservative replication)第9页第9页 全保留式 半保留式 混合式 DNA复制三种也许方式：第10页第10页DNA半保留复制试验： 第11页第11页按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA碱基序列一致，即子代保留了亲代所有遗传信息，表达了遗传保守性。遗传保守性，是物种稳定性分子基础，但不是绝正确。半保留复制意义：第12页第12页（二）、双向复制 (bidirectional replication)原核生物：

3、 基因组是环状DNA； 只有一个复制起始点（origin） 。真核生物： 基因组是线性； 染色体DNA有多个复制起始点； 两个起始点之间DNA片段称为复制子(replicon)。 第13页第13页 在原核生物双向复制中，DNA被描述为眼睛状。为阐明以便而做图为形。ori第14页第14页oriC第15页第15页多个起点复制起点起点起点起点起点起点第16页第16页35353535解链方向领头链(leading strand)随从链(lagging strand)35（三）、半不连续复制 (semi-discontinuous replication) 第17页第17页冈崎片段(Okazaki fr

4、agment) ： 1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射自显影技术，观测到DNA复制中出现一些不连续片段，将这些不连续片段称为冈崎片段。 原核生物: 1000个核苷酸 真核生物: 100200个核苷酸第18页第18页（四）、高保真性（高度忠实性）差错率仅为10-9-10-101、新合成子链与母链之间碱基配对严格性2、使用引物RNA3、DNA聚合酶对底物专一性4、DNA聚合酶校对作用5、DNA修复机制 ？第19页第19页二、参与DNA复制主要酶类和蛋白质第20页第20页DNA复制需要什么底物模板引物酶？第21页第21页（一）DNA聚合酶（二）DNA解旋酶（三）引物酶（四）DNA连接酶（五）单链

5、结合蛋白（SSBP）（六）拓扑异构酶主要酶类和蛋白质第22页第22页 解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。第23页第23页（一）、DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）作用：改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。分类：拓扑酶（切断DNA双链中一股链） 拓扑酶（切断DNA分子两股链）第24页第24页拓扑异构酶作用第25页第25页拓扑异构酶作用第26页第26页（二）、DNA解旋酶(helicase)又称解链酶或rep蛋白利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。Dna BDna C解链方向第27

6、页第27页（三）、单链结合蛋白（SSBP）在复制中维持模板处于单链状态并保护单链完整性。第28页第28页（四）、引物酶(primase)作用：它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP为原料，从53方向合成出RNA片段，即引物。引物（primer）： 由引物酶催化生成短链RNA，它可为DNA聚合提供 3-OH末端。第29页第29页合成RNA引物第30页第30页（五）、DNA聚合酶(DNA polymerase)聚合反应特点： DNA 新链生成需引物和模板； 新链延长只可沿5 3方向进行 。第31页第31页聚合反应机理3535第32页第32页DNA聚合酶全称：依赖DNADNA聚合酶

7、(DNA-dependent DNA polymerase)简称：DNA-pol原核生物DNA聚合酶： DNA-pol DNA-pol DNA-pol 第33页第33页323个氨基酸 604个氨基酸小片段 大片段/Klenow 片段 5 核酸外切酶活性DNA聚合酶活性 5 核酸外切酶活性N 端C 端木瓜蛋白酶DNA-pol 第34页第34页1959 年获诺贝尔生理学或医学奖 奥乔亚 科恩伯格 Severo Ochoa Arthur Kornberg第35页第35页5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C

8、 C T A G C G A C 53 5外切酶活性5 3外切酶活性 ?第36页第36页3 5外切酶活性第37页第37页5- 3外切酶活性5- 3核酸外切酶水解位点单链缺口5第38页第38页pol II分子量每个细胞分子统计数5-3 聚合酶作用3-5 核酸外切酶5-3 核酸外切酶转化率pol I109，000400+1120，000100+-0 .05400，00010-20+-50比较项目pol III切除引物修复修复复制功效第39页第39页DNA-pol 第40页第40页DNA-pol 第41页第41页前导链和随后链合成方向相反，DNA-pol 是如何同时将两条链复制出来？第42页第42页

9、前导链和随后链同时合成工作模型第43页第43页（六）、DNA连接酶(DNA ligase)在复制中起接合双链中单链缺口作用。第44页第44页HO5335DNA连接酶ATP（NAD+）AMP5353第45页第45页小结：第46页第46页三、真核生物端粒复制端粒（telomere）： 是指真核生物染色体线性DNA分子末端结构部分，通常膨大成粒状。第47页第47页功效： 维持染色体稳定性 维持DNA复制完整性TTTTGGGGTTTTGGGG第48页第48页端粒酶(telomerase)： 一个RNA-蛋白质复合体第49页第49页端粒酶爬行模型第50页第50页DNA聚合酶复制子链进一步加工第51页第5

10、1页细胞分裂细胞分裂细胞衰老端粒酶永生化抗肿瘤靶点第52页第52页端粒和端粒酶生物学意义端粒尤其是端粒酶活性与细胞生长、繁殖、衰老凋亡以及肿瘤发生密切相关。体细胞几乎没有端粒酶活性，而端粒酶活性较高胚原细胞，端粒长度未缩短。肿瘤细胞端粒酶重新取得活性，以维持端粒结构致使染色体稳定而成为永生细胞。第53页第53页 正常细胞细胞分裂细胞分裂 衰老死亡 细胞年轻化 端粒酶 重新引入抗衰老第54页第54页四、逆转录(reverse transcription) 逆转录酶RNADNA逆转录酶 (reverse transcriptase) 有三种活性： RNA指导DNA聚合活性 RNase H活性 DN

11、A指导DNA聚合活性第55页第55页逆转录过程中cDNA合成依赖RNADNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNADNA聚合酶第56页第56页逆转录病毒生活周期RNA衣壳被膜逆转录酶转录转译进入细胞丢失被膜丢失衣壳逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋白被膜蛋白逆转录酶第57页第57页逆转录研究意义 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中重大发觉。逆转录现象阐明：至少在一些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表示功效。对逆转录病毒研究，拓宽了20世纪初已注意到病毒致癌理论。 第58页第58页五、 DNA损伤(突变)与修复突变 (mutation)：DNA损伤 (DNA damage)： 第59页第59页（

12、一）、突变意义突变是进化、分化分子基础突变造成基因型改变突变造成死亡突变是一些疾病发病基础第60页第60页（二）、引起突变原因自发性: 自然错配率约为10-910-10 左右。物理原因: 如UV (ultra violet)、各种辐射。化学原因: 烷化剂、碱基类似物、以及其它一些人工合成或环境中存在化学物质，这些诱发突变化学物质,称为致癌剂。生物原因: 抗菌素类、黄曲霉素和病毒等。第61页第61页物理原因第62页第62页（三）、突变分子改变类型错配 (mismatch)缺失 (deletion)插入 (insertion)重排 (rearrangement)框移(frame-shift) 第6

13、3页第63页镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链CAC GTG基因正常成人Hb (HbA)亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链CTC GAG基因第64页第64页 1949年，波林发觉镰刀型细胞贫血症与血红蛋白结构异常相关。第65页第65页谷 酪 蛋 丝5 G C A G U A C A U G U C 丙 缬 组 缬正常5 G A G U A C A U G U C 缺失C缺失引起框移突变例：第66页第66页（四）、DNA损伤修复(repairing) 光修复(light repairi

14、ng)切除修复(excision repairing)重组修复(recombination repairing)SOS修复 修复主要类型：第67页第67页光修复酶1、光修复第68页第68页2、切除修复是细胞内最主要和有效修复机制，主要由DNA-pol和连接酶完毕。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶OHPDNA连接酶NAD+E.coli切除修复机制第69页第69页例：着色性干皮病(xeroderma pigmentosis，XP) 是切除修复缺点性遗传病。 XP病人细胞对嘧啶二聚体和烷基化清除能力减少，不能修复紫外线照射引起DNA损伤，因此易发生皮肤癌。第70页第70页3、重组修复这是D

15、NA复制过程中所采用一个有差错修复方式。 第71页第71页RNA Biosynthesis第二节 RNA生物合成第72页第72页 转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA过程 。 DNA遗传信息传递给RNA过程。 转录RNADNA 第73页第73页5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译转录模板第74页第74页有义链反义链链链？第75页第75页 对于整个DNA双链，每条链上有区段用作有义链，有区段用作反义链。因此，含有相对意

16、义。第76页第76页 一、RNA转录合成特点： 一、转录不对称性 二、转录连续性 三、转录单向性 四、有特定起始和终止位点第77页第77页 二、RNA转录合成条件：底物模板RNA聚合酶第78页第78页亚RNA聚合酶构成：a2bbws = a2bbw + s 全酶 关键酶 关键酶：解开前方DNA双螺旋、RNA链延伸、恢复后面DNA双螺旋 s亚基：辨认DNA上转录起始部位，从而引导全酶结合上去第79页第79页大肠杆菌RNA聚合酶全酶第80页第80页启动子（promoter）： 三、转录合成过程：第81页第81页RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTAC

17、ATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列第82页第82页The nucleotide sequences of representative E. coli promoters 第83页第83页 三、转录合成过程-启动第84页第84页 三、转录合成过程-延伸 RNA-DNA杂交区：第85页第85页 三、转录合成过程-终止机制：依赖Rho ()因子转录终止非依赖Rho因子转录终止第86页第86页A T P1、依赖 Rho因子转录终

18、止： Rho因子与RNA3-OHpoly C结合，克制聚合酶活性，激活解螺旋活性。 第87页第87页2、非依赖 Rho因子转录终止： DNA模板近终止处，有特殊碱基序列，转录出RNA产物形成特殊结构终止转录。发夹结构：反向碱基互补序列末端PolyU：U:A不稳定.第88页第88页5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUU3 RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.茎环(stem-loop)/发夹(hairpin

19、)结构第89页第89页茎环结构终止转录机理使RNA聚合酶变构，转录停止；末端polyU 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5pppG5 335RNA-pol第90页第90页例： 第91页第91页复制和转录共同点: DNA 模板 碱基配对规律 生成磷酸二酯键 链延长方向53第92页第92页10-4-10-510-9-10-10差错率无有校正功效全酶9种酶和蛋白因子酶与蛋白因子不需要RNA为引物引物DNA区段一条链不对称转录完整两条链双向复制模板NTPdDNA原料DNA转录DNA复制区别：第93页第93页 三、真核生物转录后修饰（Post-transcriptional Modification）（一）、真核生物mRNA转录后加工5端形成 帽子结构(m7GpppGp )3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)内含子剪接第94页第94页帽子结构：第95页第95页尾巴结