核酸合成的课件资料

核酸合成的课件资料第1页/共77页一、半保留复制（掌握）据Watson,Crick推测。

子代DNA分子的一条链来自亲代，另一条链是新合成的。1958年Meselson和Stahl用15N标记DNA试验证明试验用氮源为H415NCl的培养基培养大肠杆菌12代后转入H4NCl培养基培养，定时分离DNA氯化铯密度梯度离心第一节DNA的复制第2页/共77页0代1代2代对照15N15N14N14N15N14N第3页/共77页二、复制起点、方式等概念（掌握）

复制子

能独立进行复制的DNA片段。复制起点控制复制起始的DNA片段。

复制方向复制叉前移方向。

复制方式从复制起点开始向一端复制，叫单向复制。从复制起点开始向两端复制，叫双向复制。两链同时复制，叫对称复制。

两链不同时（一前一后）复制，叫不对称复制。

复制叉

两链局部解开后形成的Y（丫）字状结构。第4页/共77页

单向复制

终点

复制子

复制眼

复制叉→

起点

第5页/共77页

双向复制

起点

终点

终点

复制叉→←复制叉

复制子

复制子

复制眼第6页/共77页单链环状DNA主要采用滚环式复制5′3′5′3′5′第7页/共77页θ型第8页/共77页单向复制i双向复制观察到的放射自显影图象第9页/共77页真核生物DNA的多起点双向复制第10页/共77页三、原核细胞DNA复制有关酶类（重点）（一）DNA聚合酶（Pol）（dNMP）n+dNTPMg2+（dNMP）n+1+PPi2、特点（1）底物是dNTP（2）需模板。（单链DNA，方向3′→5′。）（3）需引物3′-OH。（4）新链合成方向是5′→3′。1、反应（5）产物与母DNA分子相同。

或者新合成的链与模板链互补。第11页/共77页OH+OHPPPPPPPPP第12页/共77页

3、酶功能多个功能a聚合功能合成新链b3′→5′外切功能校对c5′→3′外切功能

切除引物第13页/共77页4、大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶ⅠⅡⅢⅣⅤ结构基因polApolBpolCdinBumuC/D

亚基数1≥7≥10相对分子质量103000880008300003′外切功能＋＋＋5′外切功能＋聚合速度（个1000～1200240015000～60000持续合成能力3～2001500≥500000功能切引物、修复修复复制SOS修复第14页/共77页（二）DNA连接酶1、反应===-===→=======T4连接酶也可==＋==→====2、能量原核NAD＋真核、噬菌体ATP3、过程

连接酶＋ATP/NAD→AMP-连接酶′

＋PPi/NMP

AMP-连接酶′

＋

5′——→AMP

5′——＋连接酶

——3′＋AMP

5′——→————＋AMP

4、功能

在复制、修复、重组中均起重要作用第15页/共77页（三）引物（合成）酶合成引物

除底物是核苷三磷酸、不需引物外，同DNA聚合酶与转录酶区别：在DNA单链上合成10核苷酸。（四）解链酶（解螺旋酶、DnaB）破坏氢键，解开双螺旋。（五）拓扑异构酶Ⅰ切1不需ATP用于复制或转录Ⅱ切2需ATP用于复制（六）单链结合蛋白与单链结合，稳定单链区第16页/共77页第17页/共77页四、复制过程（重点、难点）（一）起始主要反应：由DnaA识别起点并解开3个；由DnaB(C助之）解链扩大单链区；由拓扑异构酶消除超螺旋；由单链结合蛋白稳定单链区；形成复制叉由引物酶在起点合成引物。第18页/共77页※＃起点终点DnaADnaADnaBDnaB拓扑酶拓扑酶SSBSSBDnaBDnaB拓扑酶拓扑酶SSBSSB第19页/共77页（二）延伸主要反应：

聚合酶Ⅲ在引物3′端紧随复制叉连续合成前导链；解链继续至适当位置，反向合成滞后链引物，聚合酶Ⅲ在引物3′端反向合成冈崎片段，如此反复断续合成；冈崎片段合成至前一个引物5′端，由聚合酶Ⅰ切除引物并填补。

由连接酶连接相邻的冈崎片段；

直至复制叉前移至终点（终止子）。第20页/共77页引物前导链适当位置冈崎片段适当位置半不连续合成半保留复制滞后链第21页/共77页第22页/共77页引物前导链冈崎片段聚合酶Ⅲ聚合酶Ⅰ连接酶DnaB拓扑酶SSBSSB引物酶第23页/共77页（三）终止主要反应：两链解开，由聚合酶Ⅰ填补空缺；连接酶连接。终止子上结合有相关蛋白质，阻止复制叉继续前移。若是单向复制，则无终止子，转一圈即可。第24页/共77页聚合酶Ⅰ连接酶第25页/共77页五、真核DNA复制特点（重点）链状DNA1、起点多2、双向复制3、冈崎片段小4、聚合速度慢5、聚合酶不同6、终止不明显7、末端复制复杂第26页/共77页

动物DNA聚合酶（P425表5）

α/Ⅰβ/Ⅳγ/Mδ/Ⅲε/Ⅱ定位核核线粒体核核亚基数4122≥1外切活性无无3′3′3′引物合成有活性无无无无持续能力中低高有PCNA时高高抑制剂

蚜肠霉素双脱氧TTP双脱氧TTP蚜肠霉素蚜肠霉素功能合成引物修复复制复制修复第27页/共77页细菌和真核复制酶比较（P426表6）

组成细菌真核

复制酶聚合酶Ⅲ聚合酶αδ

进行性因子β夹子PCNA

定位因子γ复合物RF-C

引物合成酶引物酶聚合酶α

去除引物聚合酶ⅠRNaseH1/MF-1

滞后链修复聚合酶Ⅰ连接酶聚合酶ε连接酶Ⅰ

解螺旋酶DnaBT抗原

消除张力拓扑异构酶拓扑异构酶

单链结合SSBRP-A第28页/共77页端粒

线性DNA分子末端的特殊结构，由许多重复的短序列组成，富含GC对。

如四膜虫为TTGGG或GGGTTG;

人为TTAGGG。

端粒酶

含有与端粒互补的RNA的逆转录酶。（RNA长约150个）

作用：延长端粒

分布：生殖细胞和癌细胞

端粒功能

稳定末端结构，辅助末端复制第29页/共77页生物细胞DNA复制分子机制的基本特点1、复制是半保留式的2、复制起始于特定位置，真核有多个3、复制可单向，可双向4、新链延长方向为5′→3′，每次增加一个核苷酸5、复制是半不连续的6、需引物，后被切去第30页/共77页

DNA损伤

一些理化生等因素引起的DNA一级结构改变。

理紫外线、电离辐射等化碱基类似物、碱基修饰剂、嵌入染料等5-BrU烷化剂、亚硝酸吖啶生碱基错配、DNA重组、病毒整合等DNA损伤修复

DNA损伤通过一定作用复原或基本复原的过程。

突变DNA损伤未能复原引起细胞遗传性状改变。第二节DNA损伤、修复与突变第31页/共77页

一、修复（熟悉）

（一）错配修复

定义与GATC序列相关的针对错配核苷酸的切除修复。过程Muts二聚体找到错配点，Mutl二聚体与之结合，DNA在聚合体移动至GATC序列，使错配段成环，MutH在GATC向5′端切开，切除错配链，由聚合酶Ⅲ填补，连接酶连接。

特点（与切除修复之异）与GATC序列有关切除片段大由聚合酶Ⅲ填补第32页/共77页

○Muts

Mutl

GATC

MutH（内切酶）

核酸外切酶Ⅰ/Ⅹ

核酸外切酶Ⅶ/RecJ

3′

5′

5′

3′第33页/共77页

（二）直接修复

定义光复活酶利用可见光对紫外线引起的嘧啶二聚体的修复过程。又叫光复活、光修复过程光复活酶找到嘧啶二聚体与之结合，

利用可见光能量使之解聚。

特点

需光照只能修复紫外线引起的嘧啶二聚体第34页/共77页

（三）切除修复

定义

在多种酶作用下，将损伤部分切除，并以完整链为模板重新合成的过程。过程内切酶在损伤端切一口，外切酶切除损伤段（或无此步），聚合酶补之（或边切边补），连解酶连之。

特点

需多种酶，且都是复制酶类；可修复各种损伤。第35页/共77页

（四）重组修复

定义DNA复制时，损伤段不复制形成空缺，复制完成后与完好链交换，完好链再修补的修复过程过程重组，修复。

特点

损伤并未除去，但被稀释。第36页/共77页5′5′5′重组修复5′复制第37页/共77页

（五）诱导修复

定义

由SOS反应诱导产生诱导酶对DNA损伤的修复过程过程复制至损伤部位后，诱导产生诱导酶，无校对复制。

特点

复制后可能有差错。

易错修复、差错倾向修复。

其它称无差错倾向修复、避免差错的修复

前途有三对错突变死亡第38页/共77页

SOS反应引起DNA损伤的因素导致的细胞一系列复杂的诱导效应，也叫应急反应，包括诱导修复

修复成功

诱变效应

修复失败

细胞分裂抑制

防止产生无DNA的细胞

溶源性细胞释放原病毒

SOS反应意义提高修复酶的合成速度，加强无差错修复能力；诱导新的修复酶，进行差错修复。结果提高细胞存活率。它是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。第39页/共77页

二、突变（熟悉）DNA数目和一级结构变化引起的生物遗传性状改变。

涉及一个基因，叫基因突变。

涉及若干基因，叫染色体畸变。基因突变基因内部核苷酸顺序改变引起的遗传性状改变。

点突变碱基置换（互变异构、碱基修饰等）

移码突变加减一两个核苷酸

染色体畸变染色体结构或数目异常引起的遗传性状的改变。结构缺失、重复、倒位、易位数目非整倍缺一条、I条；多一条、I条等整倍单倍体、三倍体、四……第40页/共77页

DNA指导的RNA合成过程。

遗传信息从DNA分子转移到RNA分子的过程。

一、RNA聚核酶（转录酶）（掌握）

1、作用

nNTP＋模板→RNA＋模板＋（n－1）PPi

模板双链DNA优于单链只有一条链可转录（模板链、负（－）链）

DNA分子上的一个片段（转录单位）阅读方向3′→5′。

反应机制除底物为NTP、不需引物和解链酶外，同复制酶第三节转录第41页/共77页2、性质原核生物转录酶由五个亚基组成全酶：ααββ′σ和ω、Zn亚基基因亚基数功能αrpoA2装配酶、与启动子上游元件和活化因子结合βrpoB1催化中心β′rpoC1与模板结合σrpoD1识别启动子、促转录起始ω1未知Zn与β′结合第42页/共77页

酶功能对鹅膏碱

Ⅰ转录rRNA不敏感

Ⅱ转录mRNA和核内小RNA敏感

Ⅲ转录tRNA、5SRNA等中等敏感真核生物转录酶有多种。第43页/共77页二、启动子和转录因子（熟悉）启动子RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。转录因子

RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子。

（一）原核启动子为从转录起点－1到－40的序列。其中含有两个保守序列，－10序列和－35序列。TTGACATATAAT

－35序列－10序列上游－n起点1下游n

或识别区或Pribmow框作用

σ的识别信号开始解链开始转录第44页/共77页

（二）真核启动子1、类别Ⅰ启动子为RNA聚合酶Ⅰ启动子

－187－107－45起点20

上游控制元件核心启动子上游控制元件由USF（上游结合因子）1识别并结合，然后SL1（选择性因子）结合，复合因子移到起点介导聚合酶Ⅰ结合。USF1SL1第45页/共77页2、类别Ⅱ启动子为RNA聚合酶Ⅱ启动子

不定－30－25－4起点3

上游元件（应答元件）基本启动子起始子基本启动子又叫TATA框、Goldberg-Hognessk框功能促进转录

（激活转录）

酶定位、解链

开始转录识别上游因子或转录辅助因子转录激活因子通用转录因子第46页/共77页3、类别Ⅲ启动子为RNA聚合酶Ⅲ启动子

－55起点80

在80～－55有框架A、中间元件、框架C等三个功能序列识别TFⅢA、B、C（聚合酶Ⅲ转录因子）第47页/共77页三、终止子和终止因子（熟悉）终止子提供转录终止信号的一段DNA序列。终止因子

协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子。

抗终止因子

具有阻止转录终止作用的蛋白质。通读

由于抗终止因子的作用使转录越过终止子继续转录的现象。

原核终止子

1、不依赖rho（ρ）的终止子（简单终止子）

2、依赖rho（ρ）的终止子第48页/共77页…TTAG…CTAA……AATC…GATT……AAUC…GAUU…/…TTAG…CUAA…

回文结构反向阅读顺序相同的DNA片段

回文结构转录产物可以形成发夹结构第49页/共77页

富含GC区UUUUUU…非富含GC区不依赖rho的终止子转录产物

依赖rho的终止子转录产物

由UUUUUU提供终止信号

由rho

促使聚合酶脱离模板第50页/共77页四、转录过程（掌握）1、识别

由σ等因子识别启动子并引导RNA聚合酶与之结合并解链。

－35序列－10序列起点

或识别区或Pribmow框

σ的识别信号开始解链开始转录TTGACATATAAT第51页/共77页2、起始

依赖模板链确定底物，后者5′三磷酸与前者3′羟基脱焦磷酸，通过3′,5′磷酸二酯键连接2～9个，σ因子脱离。

C

A

TCGPPPUUPPPP第52页/共77页U

GPPPPAPGPUPAPUPTA3、延伸

核心酶沿模板链3′→5′方向依上述原则继续向前合成RNA链（方向5′→3′，步伐：一步一个核苷酸），至终止子合成。第53页/共77页4、终止

终止子转录后，在终止因子协助下识别终止信号，转录停止，释放原初转录物（新生RNA），DNA复原。

UGPPPPAPGPUPAPUPTAU

GPPPPAPGPUPAPUP第54页/共77页第55页/共77页五、转录后加工（熟悉）原初转录物转化为成熟RNA的过程。又叫RNA的成熟主要方式有：切除、连接、修饰。第56页/共77页（一）rRNA前体的转录后加工原核细胞30S前体17S25S16S23S5S真核细胞45S前体18S28S5.8S先甲基化、再RNase内切、再外切酶修剪基本同原核。5S在tRNA基因族。第57页/共77页（二）tRNA前体的加工原核1、内切（RNaseP切5′端，RNaseF切3′端）2、修剪（RNaseD从3′端切至CCA）3、加CCA（不需模板，部分）4、修饰（产生稀有碱基）

真核1、内切（不需为单个前体4.5S）2、修剪（内、外切酶）3、加CCA（不需模板。所有）4、修饰（产生稀有碱基）第58页/共77页（三）mRNA前体的加工原核多顺反子RNA。多数不需加工直接翻译，少数切成单顺反子后翻译。真核单顺反子RNA。称为核内不均一RNA加工方式有1、加帽子2、接尾巴3、甲基化4、拼接第59页/共77页1、加帽子PPPNNRNA解Pi,与GTP脱PPi，给G甲基化，得0型帽子，依次…2、接尾巴由多聚腺苷酸聚合酶完成，连20～200个。3、甲基化有些有。4、拼接指除去内含子，使外显子成为连续序列的过程。一般由核内小RNA与内含子末端配对，形成环突，使相邻外显子接近，然后内切、连接。第60页/共77页

核内小RNAUUUCCC

内含子

外显子

外显子GGGAAA第61页/共77页一、RNA复制（熟悉）1、定义2、酶RNA依赖的RNA聚合酶3、病毒RNA复制方式（1）含正链RNA如噬菌体Qβ。

正链→复制酶

－－－－→负链→正链↓病毒粒子蛋白质第四节RNA指导的核酸合成第62页/共77页（2）含负链及复制酶如狂犬病病毒负链－→正链－→负链－→蛋白质病毒粒子（3）含双链及复制酶如呼肠孤病毒双链－→正链－→双链－→蛋白质病毒粒子“转录”

（4）含正链及逆转录酶如各种致癌病毒、艾滋病病毒乙型肝炎病毒等第63页/共77页二、逆转录（熟悉）1、定义2、酶逆转录酶多种功能依赖RNA的DNA聚合活力核酸酶H活力依赖DNA的DNA聚合活力反应性质除模板外，同复制酶结构特点2个亚基。第64页/共77页3、过程（简）

RNA→RNA·DNA→cDNA→cDND·DNA详过程见P496图36

R

U5

PB

gagpolenv

U3

R

AntRNA聚合负链依赖RNA的DNA聚合活力水解核酸酶H活力R´

R

U5

PB

gagpolenv

U3

R

An第65页/共77页R-R´配对转换模板（跳跃）（第一次）R´聚合负链依赖RNA的DNA聚合活力R´PB

gagpolenv

U3

R

AnR´第66页/共77页水解核酸酶H活力聚合正链依赖DNA的DNA聚合活力水解核酸酶H活力R´第67页/共77页PB-PB´配对转换模板（跳跃）（第二次）聚合负链依赖DNA的DNA聚合活力聚合正链依赖DNA的DNA聚合活力第68页/共77页第69页/共77页

从中可见：三个功能不是依次，而是交替进行

（聚负-水解-聚负-水解-聚正-水解-聚负、聚正）功能1的引物是5′端附近的tRNA

（分3次进行，跳跃2次）功能3的引物是RNA

（分2次进行）4、逆转录病毒繁殖过程被膜与寄主细胞膜融合，核衣壳进入，经逆转录得cDNA，在整合酶作用下整合到寄主染色体中（称之为原病毒），随寄主细胞分裂而增殖。当受外界刺激时，转录病毒RNA、翻译病毒蛋白质，经组装得核衣壳，出芽得完整病毒粒子。第