生物化学第十一章核酸的生物合成

第1页，共92页，2023年，2月20日，星期一主要内容DNA的生物合成RNA的生物合成第2页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成1、复制2、反转录细胞内合成DNA的过程3、修复合成第3页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第4页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）DNA的半保留复制

全保留式半保留式第5页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）DNA的半保留复制概念：通过DNA复制新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样，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。第6页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第7页，共92页，2023年，2月20日，星期一（二）DNA复制的起始点和方向oriAB复制起始点复制叉复制泡第8页，共92页，2023年，2月20日，星期一（二）DNA复制的起始点和方向第9页，共92页，2023年，2月20日，星期一（二）DNA复制的起始点和方向复制是在固定的起始点开始的原核生物是一个起始点，真核生物是多个起始点大多数生物复制是双向进行的，但也有的生物是单向进行的第10页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第11页，共92页，2023年，2月20日，星期一（三）原核细胞DNA的复制双链DNA复制的分子机制原核生物DNA复制的过程DNA聚合酶冈崎片段和半不连续复制冈崎片段的RNA引物DNA连接酶母本DNA双链的分离第12页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（1）DNA聚合酶（DNA指导的DNA聚合酶）

n1dATPDNA聚合酶DNA+n2dGTP2DNA+(n1+2+3+4)PPi模板n3dCTP↓n4dTTP水解第13页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（1）DNA聚合酶（DNA指导的DNA聚合酶）第14页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（1）DNA聚合酶（DNA指导的DNA聚合酶）作用以DNA的每一条链作为模板，以四种脱氧核苷三磷酸为底物，按碱基互补配对原则，合成新的DNA链。条件4种脱氧核苷三磷酸DNA模板带3-OH的引物特点合成DNA需要引物DNA链的合成具有方向性53DNA聚合酶种类多第15页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（1）DNA聚合酶（DNA指导的DNA聚合酶）大肠杆菌三种主要DNA聚合酶比较有5→3有5’3’聚合酶作用DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI无53无5’→3’外切酶作用有53有5’→3’外切酶作用有有有有有有有有有有无第16页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（1）DNA聚合酶（DNA指导的DNA聚合酶）DNA聚合酶III第17页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（2）冈崎片段和半不连续复制3535复制叉移动方向3´5´3´3´5´前导链后随链5´冈崎片段第18页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（2）冈崎片段和半不连续复制前导链后随链冈崎片段半不连续复制连续合成与复制叉移动方向一致第19页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（2）冈崎片段和半不连续复制前导链后随链冈崎片段半不连续复制不连续合成与复制叉移动方向相反合成片段再连在一起第20页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（2）冈崎片段和半不连续复制前导链后随链冈崎片段半不连续复制前导链：连续合成后随链：不连续合成第21页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（3）冈崎片段的RNA引物引物酶（RNA聚合酶）以DNA链为模板，按碱基互补配对原则合成引物RNA。第22页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（4）DNA连接酶作用将有一个DNA片段的3-OH末端与另一个DNA片段的5-磷酸末端连接，形成3，5

-磷酸二酯键。第23页，共92页，2023年，2月20日，星期一1、双链DNA复制的分子机制（5）母本DNA双链的分离DNA拓扑异构酶解开DNA的负超螺旋。DNA解旋酶解开DNA的双螺旋。单链结合蛋白（SSB）结合于解开的单链DNA上，维持模板链的单链状态。第24页，共92页，2023年，2月20日，星期一（三）原核细胞DNA的复制双链DNA复制的分子机制原核生物DNA复制的过程DNA聚合酶冈崎片段和半不连续复制冈崎片段的RNA引物DNA连接酶母本DNA双链的分离第25页，共92页，2023年，2月20日，星期一（三）原核细胞DNA的复制双链DNA复制的分子机制原核生物DNA复制的过程复制的起始和引物RNA的合成DNA片段的合成RNA引物的水解完整DNA分子的合成第26页，共92页，2023年，2月20日，星期一2、原核生物DNA复制的过程（1）复制的起始和引物RNA的合成复制起始点固定原核生物：1个（真核生物：多个）参与这一阶段的酶DNA拓扑异构酶DNA解旋酶单链结合蛋白引物酶第27页，共92页，2023年，2月20日，星期一2、原核生物DNA复制的过程（2）DNA片段的合成合成产物前导链、后随链（冈崎片段）模板亲代DNA的两条链原料dNTP(A、G、C、T)合成方向53酶DNA聚合酶III第28页，共92页，2023年，2月20日，星期一2、原核生物DNA复制的过程（3）RNA引物的水解酶DNA聚合酶I第29页，共92页，2023年，2月20日，星期一2、原核生物DNA复制的过程（4）完整DNA分子的形成酶DNA连接酶第30页，共92页，2023年，2月20日，星期一第31页，共92页，2023年，2月20日，星期一蛋白Mr亚基数功能SSB756004结合单链DNA解旋酶3000006DNA解螺旋引物酶600001RNA引物合成DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新链延长DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA连接酶740001连接DNA旋转酶(DNA拓扑异构酶Ⅱ)4000004超螺旋参与DNA复制的蛋白质和酶第32页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第33页，共92页，2023年，2月20日，星期一（四）真核细胞DNA的复制区别真核细胞DNA复制有许多起点真核生物所含的DNA聚合酶种类更多端粒的复制（端粒酶）DNA聚合酶αβ

γ

δε定位亚基数目外切酶活性功能细胞核4－引物的合成细胞核1－修复线粒体23’→5’外切酶线粒体DNA合成细胞核23’→5’外切酶DNA的合成细胞核＞15’→3’外切酶修复第34页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第35页，共92页，2023年，2月20日，星期一（五）反转录作用（RNA指导的DNA合成）概念以RNA为模板合成DNA的过程。酶逆转录酶（RNA指导的DNA聚合酶）第36页，共92页，2023年，2月20日，星期一（五）反转录作用（RNA指导的DNA合成）RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链逆转录酶单链DNA逆转录酶双链DNA逆转录酶RNA指导的DNA聚合酶活性DNA指导的DNA聚合酶活性核糖核酸酶H的活性第37页，共92页，2023年，2月20日，星期一（五）反转录作用（RNA指导的DNA合成）逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链称为互补DNA（cDNA）。试管内合成cDNA第38页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第39页，共92页，2023年，2月20日，星期一（六）DNA的损伤和修复引起突变的因素突变类型修复机制自身因素环境因素第40页，共92页，2023年，2月20日，星期一（六）DNA的损伤和修复引起突变的因素突变类型修复机制1、点突变2、缺失3、插入4、DNA多核苷酸链断裂或链间发生交联第41页，共92页，2023年，2月20日，星期一（六）DNA的损伤和修复

UV∧TT二聚体第42页，共92页，2023年，2月20日，星期一（六）DNA的损伤和修复引起突变的因素突变类型修复机制1、光复活修复2、暗修复第43页，共92页，2023年，2月20日，星期一（六）DNA的损伤和修复

暗修复（切除修复）切开（核酸内切酶）切除（核酸外切酶）修复合成（DNA聚合酶）连接（连接酶）着色性干皮病第44页，共92页，2023年，2月20日，星期一一、DNA的生物合成（一）DNA的半保留复制（二）DNA复制的起始点和方向（三）原核细胞DNA的复制（四）真核细胞DNA的复制（五）反转录作用（六）DNA的损伤与修复第45页，共92页，2023年，2月20日，星期一主要内容DNA的生物合成RNA的生物合成第46页，共92页，2023年，2月20日，星期一二、RNA的生物合成1、DNA指导的RNA合成2、RNA指导的RNA合成细胞内合成RNA的过程3、无模板的RNA合成第47页，共92页，2023年，2月20日，星期一二、RNA的生物合成（一）转录（二）RNA复制（三）多核苷酸磷酸化酶第48页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录概念转录体系转录过程转录过程的选择性抑制转录产物的加工第49页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）1、概念转录DNA分子中的遗传信息转移到RNA分子中的过程。第50页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）2、转录体系DNA模板NTP转录体系RNA聚合酶一些蛋白质因子和无机离子第51页，共92页，2023年，2月20日，星期一（1）DNA模板与DNA复制相似需DNA作模板与DNA复制不同转录具不对称性第52页，共92页，2023年，2月20日，星期一转录的不对称性概念在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。模板链在RNA的转录中，用作模板的DNA链称为模板链。编码链在RNA的转录中，模板链的互补DNA链称为编码链。第53页，共92页，2023年，2月20日，星期一转录的不对称性为何称编码链？？？第54页，共92页，2023年，2月20日，星期一转录的不对称性5335模板链编码链模板链编码链←转录方向转录方向→第55页，共92页，2023年，2月20日，星期一（1）DNA模板与DNA复制相似需DNA作模板与DNA复制不同转录具不对称性转录起始点+1上游（-）下游（+）启动子终止子第56页，共92页，2023年，2月20日，星期一启动子概念是DNA链上的一段能被RNA聚合酶识别、结合并启动转录的区域。原核生物启动子真核生物启动子第57页，共92页，2023年，2月20日，星期一

原核生物启动子第58页，共92页，2023年，2月20日，星期一

－35区：一致性序列为TTGACA

是RNA-pol的识别位点 －10区：一致性序列为TATAAT

是RNA-pol的结合位点原核生物启动子第59页，共92页，2023年，2月20日，星期一

真核生物启动子－25－75第60页，共92页，2023年，2月20日，星期一终止子（终止信号）概念是DNA链上的一段具有停止转录作用的部位。第61页，共92页，2023年，2月20日，星期一（1）DNA模板与DNA复制相似需DNA作模板与DNA复制不同转录具不对称性转录起始点+1上游（-）下游（+）启动子终止子第62页，共92页，2023年，2月20日，星期一（2）NTP4种核苷三磷酸A、G、C、U第63页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）RNA聚合酶（DNA指导的RNA聚合酶）n1ATPn2CTPn3GTPn4UTPRNA聚合酶DNA模板RNA+（n1+n2+n3+n4)PPi第64页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）RNA聚合酶（DNA指导的RNA聚合酶）①原核生物RNA聚合酶亚基组成：a2bb's=a2bb'

+s

全酶核心酶

核心酶参与链的延伸σ（起始因子）参与转录起始第65页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）RNA聚合酶（DNA指导的RNA聚合酶）①原核生物RNA聚合酶大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(α2ββ)起始因子全酶(α2ββ)第66页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）RNA聚合酶（DNA指导的RNA聚合酶）①原核生物RNA聚合酶五种亚基的功能分别为

α亚基：与启动子结合功能。

β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。

β′亚基：与DNA模板结合功能。

σ亚基：识别起始位点。

第67页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）RNA聚合酶（DNA指导的RNA聚合酶）②真核生物RNA聚合酶5SrRNAtRNA种类

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

rRNAmRNA转录产物核仁核质核质存在部位第68页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）3、转录过程以原核生物为例起始延长终止第69页，共92页，2023年，2月20日，星期一（1）起始2DNA双链解开，形成转录空泡1RNA聚合酶全酶(2)与模板结合

3在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应–

5’-pppGpN–OH+ppiRNApol-DNA-pppGpN-OH

pppGNTPpppGpN-OHppi起始复合物:5’-pppG-OH+NTP第70页，共92页，2023年，2月20日，星期一第71页，共92页，2023年，2月20日，星期一（2）延长1、亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，在DNA模板上3′→5′方向前移；

2、在核心酶作用下，NTP逐个加到RNA链的3‘-OH端，RNA链沿5′→3′延伸。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi第72页，共92页，2023年，2月20日，星期一（2）延长第73页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）终止依赖ρ因子的转录终止不依赖ρ因子的转录终止ρ因子：协助RNA聚合酶识别终止子的蛋白质辅助因子。第74页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）终止依赖ρ因子的转录终止不依赖ρ因子的转录终止特性：1、发卡结构2、模板：寡聚dARNA链：寡聚U第75页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）终止不依赖于Rho（）的终止子依赖于Rho（）的终止子第76页，共92页，2023年，2月20日，星期一（3）终止---RNA聚合酶在DNA模板上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。第77页，共92页，2023年，2月20日，星期一RNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA

启动子（promoter)

终止子(terminator)5RNA聚合酶5353553离开第78页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）4、转录过程的选择性抑制与DNA模板作用而抑制RNA合成的抑制剂与RNA聚合酶作用而抑制RNA合成的抑制剂放线菌素D、吖啶第79页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）4、转录过程的选择性抑制与DNA模板作用而抑制RNA合成的抑制剂与RNA聚合酶作用而抑制RNA合成的抑制剂利福平：原核βα-鹅膏蕈碱：真核Ⅱ第80页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）5、转录产物的加工意义转录生成的前体RNA，无生物学活性，需加工后才能变成有生物活性的RNA。第81页，共92页，2023年，2月20日，星期一（一）转录（DNA指导下的RNA合成）5、转录产物的加工RNA加工的主要类型mRNA的加工rRNA的加工tRNA的加工（1）剪切和剪接（2）末端添加核苷酸（3）碱基修饰第82页，共92页，2023年，2月20日，星期一mRNA的加工原核生物mRNA的加工真核生物mRNA的加工多顺反子：一