生物化学第十一章遗传信息的传递.ppt
生物化学,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。,（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 35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。,PPP,OH,+,DNA合成方向不可能是35的解释,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。,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。,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:,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,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。,真核生物DNA pol；有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。,大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较,哺乳动物DNA聚合物,（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DNA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。,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。,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。,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的修复,1.光复活 切除修复重组修复SOS修复,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,4.修复后释放酶,5,3,5,3,h,2.切除修复（excision 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,第二节 RNA的转录,复制和转录的区别,参与转录的物质,原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子,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。,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,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的这一条链作为模板，而另一些基因以DNA的另外一条链作为模板。,二、RNA聚合酶,（一）原核生物的RNA聚合酶,核心酶(core enzyme),全酶(holoenzyme),（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,（4）第一个被转录的核苷酸通常是嘌呤核苷酸（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？,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，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。,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。,（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。,不依赖于因子的终止：这类终止子结构上有2个特征,（2）发夹结构末端紧跟6个连续的U，这 发夹结构阻碍了聚合酶的进一步延 伸，RNA链的合成就终止，酶和 mRNA就从模板DNA上释放。,（1）DNA链的3端附近有回文结构，富 含G-C碱基，随后紧跟的是A-T碱基，转录而形成的RNA具有茎环的发夹 形结构（hairpin structure）。,
