生物化学第十一章遗传信息的传递课件

1、生物化学生物化学中心法则:第十一章 遗传信息的传递中心法则:第十一章 遗传信息的传递第一节 DNA的生物合成一、DNA的复制（一）DNA的半保留复制 DNA双链解开成为两条单链，分别以每条单链为模板，以4种dNTP（三磷酸脱氧核苷）为原料，按碱基配对原则，从53方向合成新的DNA互补链，新合成的DNA与原来的完全一样，并且一条链来自亲代，一条链是新合成的，这种复制方式就叫做DNA的半保留复制。第一节 DNA的生物合成一、DNA的复制生物化学第十一章遗传信息的传递课件生物化学第十一章遗传信息的传递课件（二） 参与DNA复制的酶类1DNA聚合酶在合成中可发挥三种作用： 53外切酶活性：切除引物 3

2、5外切酶活性：可从35方向识别和水解不配对的核苷酸，对生长中的碱基进行识别和校对。 沿53方向延长 ：依赖于DNA的DNA聚合酶功能。（二） 参与DNA复制的酶类1DNA聚合酶PPPOH+ OHPPPOHPPPPPPOHOH+PDNA合成方向不可能是35的解释PPPOH+ OHPPPOHPPPPPPOHOH+PDNA合35外切酶活性：对生长中的碱基进行识别和校对35外切酶活性：对生长中的碱基进行识别和校对2DNA连接酶催化两个DNA片段之间形成3， 5-磷酸二酯键，连接DNA片段。2DNA连接酶3引物酶 依赖于DNA的RNA聚合酶，是以DNA为模板来合成RNA的酶，可识别复制起始点，以DNA为

3、模板，四种NTP为原料，按53方向，遵从碱基互补原则，合成RNA引物，提供DNA合成的3-OH端。3引物酶 依赖于DNA的RNA聚合酶，是以DNA DNA聚合酶不能“从无到有”地合成多核苷酸链，只能从已有的多核苷酸链上延长，这个已有的多核苷酸链就是引物，所以DNA的合成必须要有引物，体内的引物多数情况下是RNA，但也可利用体内原有的DNA片段。 RNA引物是以单链DNA为模板，沿53方向合成小分子RNA引物，在大肠杆菌中RNA引物（RNA primer）由引发酶（primase）催化，引物的长度160个核苷酸（引物的长度取决于物种）。 DNA的合成需要以RNA为引物: DNA聚合酶不能“从无到

4、有”地合成多核苷酸链生物化学第十一章遗传信息的传递课件 4.解旋和解链酶类:作用在DNA的双链上，使之解链和解旋，以形成两条单链。 5.拓扑异构酶类：缓解扭转应力 6.单链结合蛋白（SSB）：防止解旋酶一旦过去之后，螺旋又恢复原状生物化学第十一章遗传信息的传递课件7DNA聚合酶 依赖于DNA的DNA聚合酶，以DNA为模板，以四种dNTP为原料，催化从引物3-OH端，按碱基互补原则合成新的DNA。 DNA聚合酶是催化DNA合成（聚合反应发生）的关键酶。7DNA聚合酶 依赖于DNA的DNA聚合酶，以DN生物化学第十一章遗传信息的传递课件生物化学第十一章遗传信息的传递课件真核生物DNA pol； 有

5、DNA pol.、5种，除DNA pol r存在于线粒体内，其余均存在于细胞核中。它们的差别除了细胞定位外，主要在于动力学性质和对抑制剂的敏感性不同。其他性质基本上同E coli的聚合酶，也需要模板, 带3-OH的引物和4种脱氧核苷三磷酸，链的延伸方向为53。 真核生物DNA pol； 大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较哺乳动物DNA聚合物哺乳动物DNA聚合物生物化学第十一章遗传信息的传递课件生物化学第十一章遗传信息的传递课件（三）复制合成过程 三阶段 a起始 包括解链、解旋和引发阶段 识别复制的特定起始位点（引物酶）； 解开双螺旋，成为二条单链（解链解旋酶）； 以D

6、NA单链为模板合成RNA引物，提供DNA合成的3-OH端（引物酶），并形成复制叉，起始阶段结束。（三）复制合成过程 三阶段 a起始生物化学第十一章遗传信息的传递课件b延长：DNA链的形成和延伸阶段 在DNA聚合酶的作用下，从引物3-OH端开始合成DNA片段。 与复制叉移动方向一致的链进行连续合成，叫前导链(领头链)。 与复制叉移动方向不一致链进行不连续合成，合成小的DNA片段（冈崎片段），这条链叫后续链(随从链)。 这种复制方式也叫半不连续复制。 b延长：DNA链的形成和延伸阶段 在DNA聚合酶的作用c终止 由DNA聚合酶切除引物，填补缺口，DNA连接酶连接DNA片段，得到完整的DNA互补链。

7、 c终止 由DNA聚合酶切除引物，填补缺口，DNA连生物化学第十一章遗传信息的传递课件二、DNA损伤（突变）与修复 基因突变：DNA分子中的核苷核序列发生改变，导致遗传密码编码信息改变，造成基因表达产物蛋白质的氨基酸变化，从而引起表型的改变。 （一）引起突变的因素 物理：紫外线、各种辐射等； 化学：亚硝酸盐、烷化剂、芳香烃类等； 生物因素：RNA病毒感染等。二、DNA损伤（突变）与修复 基因突变：DNA分子中的核苷（二）DNA的修复1.光复活 切除修复重组修复SOS修复（二）DNA的修复1.光复活 1. 损伤：形成嘧啶二聚体2. 形成酶DNA复合物：光复合酶结合于损伤部位3. 酶被可见光所激活

8、4. 修复后释放酶53 5 3h 1. 损伤：形成嘧啶二聚体2. 形成酶DNA复合物：光复合2.切除修复（excision repair） 2.切除修复（excision repair） 生物化学第十一章遗传信息的传递课件3. 重组修复（recombination repair）3. 重组修复（recombination repair）转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 转录RNADNA 第二节 RNA的转录转录 (transcription) 转录RNADNA 复制和转录的区别 复制和转录的区别 参与转录的物质原料: NTP (ATP, UTP,

9、GTP, CTP) 模板: DNA酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子参与转录的物质原料: NTP (ATP, UTP, GTP一、转录模板不对称转录(asymmetric transcription) 1.DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。 2.DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。 一、转录模板不对称转录(asymmet

10、ric transcr5GCAGTACATGTC 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5GCAGTACATGTC 33 c生物化学第十一章遗传信息的传递课件5335模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向53模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向 3.不对称转录的含义 一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。 不是整个DNA分子的信息都被转录成一个RNA，而是某些基因以DNA的这一条链作为模

11、板，而另一些基因以DNA的另外一条链作为模板。 3.不对称转录的含义不是整个DNA分子的信息都被转录二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶 二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶 核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzyme)核心酶 (core enzyme)全酶 (holoenzym（二）真核生物的RNA聚合酶 （二）真核生物的RNA聚合酶 三、RNA转录 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.转录的一般原则三、RNA转录 原核生物一个转录区段可（4）第一个被转录的核苷酸

12、通常是嘌呤核苷酸（约为 90%），其中以乌嘌呤核苷酸最为常见。 （2）转录过程中需要模板，需要解链，但不需要引物 。（3）以4种核苷三磷酸为底物，并需要Mg2+激活。（5）转录的方向的53，这与DNA的复制完全一致。（6）转录具有高度的忠实性。（7）转录受严格调控。（1）模板 : 体内DNA中的一条链被转录，体外DNA 的两条链都能被转录。 why？（4）第一个被转录的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（约为 （2）转录2. 转录的起始 （1）启动子（promoter）的概念： 启动子是指RNA聚合酶识别，结合并开始转录的一段DNA序列，它包括4个区域： 转录的起始点， -10区（pribnow box，

13、富含AT，其一致序列为TATAAT） -35区 一致序列为TTGACA， -10与-35之间的序列。 原核生物的RNA聚合酶能直接识别启动子，并与启动子结合，从而启动基因转录DNA的转录过程：起始、延长和终止。 2. 转录的起始 （1）启动子（promoter）的概念： 生物化学第十一章遗传信息的传递课件转录起始点（start point）为+1，位于它上游的序列为负数，位于它下游的序列为正数，没有零。转录起始点（start point）为+1，位于它上游的序列 （2）RNA聚合酶对启动子的识别、结合和起始复合物的形成 （2）RNA聚合酶对启动子的识别、结合和起始复合物的形成 RNA合成不需要

14、引物，按照DNA中一条链的碱基序列选择1st and 2nd 核苷三磷酸，合成第一个磷酸二酯键，RNA链上参入的第一个核苷酸通常是嘌呤，因此新生RNA的5端通常是pppA or pppG。 转录起始后，因子就从起始复合物中解离。 3.链的延长： 因子释放后，进入链的延长阶段，核心酶的移动方向沿DNA 的35方向 RNA合成不需要引物，按照DNA中一条链的碱RNA链的合成方向53 RNA链的合成方向53 当核心酶沿模板35方向移动到终止信号区域时，转录就终止，提供终止信号的DNA序列称终止子。 终止有2种类型：不依赖因子的终止，依赖于因子的终止。 4.链的终止： RNA合成的速度每秒种40个核苷酸，与蛋白质合成的速度相近（15个aa/sec），但比DNA复制的速度（800bp/sec）要慢得多。RNA聚合酶在DNA分子上的运动不是匀速的，在经过富含GC对的序列8至10个核苷酸后，会发生一次暂停，这与转录的终止有关。 当核心酶沿模板35方