生物化学之核酸的生物合成

1、第十四章 核酸的生物合成nucleic acid biosynthesis本章主要内容DNA的生物合成RNA的生物合成第一节 DNA的生物合成中心法则（ central dogma）遗传信息传递方向的规律基因表达：是指将遗传信息由DNA转录为RNA、再翻译成蛋白质的过程半保留复制复制起始点（ori)双向复制半不连续复制一、复制（replication）（一）DNA复制的基本原则半保留复制semiconservative replicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC亲代子代DNA半保留复制的实验 从复制起始点向

2、2个方向进行双向复制双向复制半不连续复制（semidiscontinous replication)冈崎片段（二）参与DNA复制的主要酶类解旋、解链酶类DNA拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA连接酶1、解旋、解链酶类 解链酶(helicase)解开DNA双链中氢键，消耗ATP 单链结合蛋白（single-stranded DNA-binding protein）与单链DNA结合，保持模板处于单链状态，保护复制中的DNA单链不被核酸酶降解。 DNA拓扑异构酶（topoisomerase)复制前：松弛DNA超螺旋，克服扭结现象复制后：TopoII作用下，重新引入超螺旋（需ATP供

3、能）解链酶 DNA拓朴异构酶 单链DNA结合蛋白 SSB解开、理顺 DNA链、维持DNA单链状2、引物酶(primase)DNA聚合酶合成新DNA时需要引物（一小段RNA）引物RNA3-OH末端作为DNA合成的起始点引物酶与多种起始蛋白结合形成引发体引物酶催化合成引物（primer)/506029614.html/506029642.html/506029650.html/506029663.html/506029681.html/506029694.html/506032992.html/506033005.html/506033019.html/506033033.html/5060330

4、49.html/506036439.html/506036465.html/506036527.html/506036566.html/506036577.html/506047173.html/506047181.html/506047193.html/506047212.html/506047221.html/506050712.html/506050732.html/506050739.html/506050744.html/506050751.html/506053356.html/506053383.html/506053400.html/506053419.html/5060534

5、39.html/506057246.html/506057253.html/506057265.html/506057272.html/506057278.html/506060989.html/506061001.html/506061011.html/506061018.html/506061026.html/506064514.html/506064555.html/506064562.html/506064573.html/506064585.html/506068248.html/506068260.html/506068273.html/506068290.html/5060682

6、95.html/506071552.html/506071591.html/506071601.html/506071603.html/506071611.html3、DNA聚合酶（DNA polymerase)DNA聚合酶的作用特点：模板：解开的DNA双链催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合形成3,5磷酸二酯键新链延长方向5 / 3 /具核酸外切酶活性原核DNA聚合酶pol： 35外切酶活性，参与DNA修复校正 53外切酶、聚合酶活性， 切除引物并填补空隙 具有切口平移作用pol ：生理功能尚不清楚，无酶、时起作用pol ：复制延长中真正起复制作用的酶具3/-5/核酸外切酶

7、活性，校正作用DNA复制高保真性的机制 DNA模板指导 正确选择碱基配对 校读功能4、DNA连接酶(DNA ligase) 通过3/，5/-磷酸二酯键连接互补链中DNA片段 不能连接单独存在的DNA或RNA单链。（三）DNA的复制过程模板DNA解旋与解链，形成复制叉；形成引发体，合成RNA引物；按A=T、G=C碱基配对规则，合成DNA；切除引物、填补空隙、形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口，形成长链DNA；6. 在Tus蛋白参与下，终止复制。(terminus utilization substance)DNA复制示意图拓扑异构酶解链酶5/ 3/3/ 5/ 3/ 5/DNA聚合酶单链结合蛋白D

8、NA聚合酶前导链 随后链DNA连接酶冈崎片段引物酶二、逆转录(reverse transcription)概念：以RNA为模板合成DNA的过程酶：逆转录酶 依赖RNA的DNA聚合酶功能 RNaseH功能（水解RNA-DNA杂交链） 依赖DNA的DNA聚合酶功能逆转录酶-RNaseH-+-cDNA整合入宿主细胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA 杂交体cDNA双股cDNA宿主细胞DNA分子整合了cDNA的宿主细胞DNA分子逆转录酶意义： 对中心法则的补充 有助于基因工程的实施 逆转录过程HIV生活史三、DNA复制与端粒、端粒酶端粒: 是由蛋白质和DNA紧密结合的结构端粒酶: 是一种自身携带模

9、板RNA的逆转录酶端粒酶特殊的生物学功能：1. 端粒酶活性与遗传信息的稳定性；2. 端粒酶活性与细胞衰老；3. 端粒酶活性与肿瘤(telomere、telomerase)/s/blog_130027d700102x0b0.html/s/blog_130027d700102x0b5.html/s/blog_13002e7ab0102x4vo.html/s/blog_13002e7ab0102x4vp.html/s/blog_130027d700102x0hb.html/s/blog_130027d700102x0hc.html/s/blog_13002e7ab0102x51a.html/s/bl

10、og_13002e7ab0102x51b.html/s/blog_130027d700102x0jf.html/s/blog_130027d700102x0jg.html/s/blog_130027d700102x0jh.html/s/blog_13002e7ab0102x52s.html/s/blog_13002e7ab0102x52u.html/s/blog_13002e7ab0102x52x.html/s/blog_130027d700102x0ke.html/s/blog_130027d700102x0kf.html/s/blog_130027d700102x0kg.html/s/bl

11、og_13002e7ab0102x53y.html/s/blog_13002e7ab0102x53z.html/s/blog_13002e7ab0102x540.html/s/blog_130027d700102x0lo.html/s/blog_130027d700102x0lp.html/s/blog_130027d700102x0lq.html/s/blog_13002e7ab0102x550.html/s/blog_13002e7ab0102x551.html/s/blog_13002e7ab0102x552.html/s/blog_130027d700102x0n5.html/s/bl

12、og_130027d700102x0n6.html/s/blog_130027d700102x0n7.html/s/blog_13002e7ab0102x55v.html/s/blog_13002e7ab0102x55w.html/s/blog_13002e7ab0102x55x.html/s/blog_130027d700102x0og.html/s/blog_130027d700102x0oh.html/s/blog_130027d700102x0oi.html/s/blog_13002e7ab0102x574.html/s/blog_13002e7ab0102x575.html/s/bl

13、og_13002e7ab0102x576.html/s/blog_130027d700102x0q6.html/s/blog_130027d700102x0q7.html/s/blog_130027d700102x0q9.html/s/blog_13002e7ab0102x59s.html/s/blog_13002e7ab0102x59t.html/s/blog_13002e7ab0102x59u.html/s/blog_130027d700102x0ru.html/s/blog_130027d700102x0rv.html/s/blog_130027d700102x0rw.html/s/bl

14、og_13002e7ab0102x5bf.html/s/blog_13002e7ab0102x5bg.html/s/blog_13002e7ab0102x5bh.html/s/blog_130027d700102x0tu.html/s/blog_130027d700102x0tv.html/s/blog_130027d700102x0tw.html/s/blog_13002e7ab0102x5dh.html/s/blog_13002e7ab0102x5di.html/s/blog_13002e7ab0102x5dj.html/s/blog_130027d700102x0vo.html/s/bl

15、og_130027d700102x0vp.html/s/blog_130027d700102x0vq.html/s/blog_13002e7ab0102x5fr.html/s/blog_13002e7ab0102x5ft.html/s/blog_13002e7ab0102x5fw.html/s/blog_130027d700102x0 xf.html/s/blog_130027d700102x0 xg.html/s/blog_130027d700102x0 xh.html/s/blog_13002e7ab0102x5hx.html/s/blog_13002e7ab0102x5hy.html/s

16、/blog_13002e7ab0102x5hz.html/s/blog_130027d700102x0zd.html/s/blog_130027d700102x0ze.html/s/blog_130027d700102x0zf.html/s/blog_13002e7ab0102x5ka.html/s/blog_13002e7ab0102x5kb.html/s/blog_13002e7ab0102x5kc.htmlCUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTT

17、GGGGTTTT 3-G-OH(3)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-Further polymerization端粒酶合成端粒的爬行模式四、DNA损伤（突变）与修复突变自发突变(spontaneous mutation)人工诱变(induced mutation)（一）引起突变的因素物理因素：紫外线、各种辐射化学因素：亚硝酸盐、烷化剂、芳香烃类生物因素：RNA病毒等 （二）突变的类型点突变(point mutation) （ 错配）转换(transition) ：A G 或 C T 颠换 (transvers

18、ion)：嘌呤碱 嘧啶碱框移突变(frameshift mutation)缺失、插入1个碱基重排(rearrangement)血红蛋白中遗传信息的异常正常DNA TGTGGGCTTCTTTTTmRNA ACACCCGAAGAAAAAHbA（链）（氨基末端）苏脯谷6谷 赖异常DNA TGTGGGCATCTTTTTmRNA ACACCCGUAGAAAAAHbS（链）（氨基末端）苏脯缬6谷 赖镰刀形红细胞性贫血HbA与HbS比较由基因重排引起的两种地中海贫血基因型（三）DNA的损伤修复光复活切除修复重组修复SOS修复光修复(photoreactivation)紫外辐射DNA链上两个胸腺嘧啶残基间形成

19、二聚体光修复酶切除修复核酸内切酶DNApol ，DNA ligase(excision repair)重组修复(recombinational DNA repair）第二节 RNA的生物合成（转录）(transcription)一、参与转录的主要物质转录模板RNA聚合酶底物终止因子（一）转录模板转录的模板：DNA双链中的一条模板链：DNA双链中具有转录功能的一条链（template strand）编码链：贮存有遗传信息与模板链互补的一条链（coding strand）5/3/3/5/不对称转录： 1、RNA分子上只有一条可转录 2、模板链并不总是在同一单链上RNA合成方向：5/3/不对称转录（

20、asymmetric transcription）DNA 5G G A G T A C A T G T C 3（编码链，+, ） 3C C T C A U G U A C A G 5（模板链，-，） （转录） 5 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA （翻译） N Ala Val His Val C 多肽 （二）RNA聚合酶原核细胞(RNA polymerase) 亚基 功能 2 决定哪些基因被转录 与转录全过程有关 结合DNA模板 辨认起始点全酶：核心酶（ 2 ） + 起始因子（）类型 细胞内定位 催化转录产物 对鹅膏蕈碱的反应 核仁 rRNA前体 耐受 核质 mRNA前体 极敏感 核质 5SrRNA tRNA 中度敏感（二）RNA聚合酶真核细胞（三）底物RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）： ATP、GTP、CTP、UTP二、转录过程 转录起始2、转录延长3、转录终止（原核生物）形成第一个3 / ，5/-磷酸二酯键，因子脱离全酶（第一个核苷酸：GTP或ATP）RNA 聚合酶识别、结合启动子-10核苷酸TATAAT（Pribnow 盒）富含AT-35核苷酸TTGACA启动子 转录