第十二一章核酸及蛋白质的生物合成ppt课件.ppt
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1、第十一章 核酸及蛋白质的生物合成,生物化学,中心法则的建立和发展核酸的生物合成蛋白质的生物合成,教学内容,第一节 中心法则的建立和发展,中心法则的建立中心法则的发展,教学内容,一、中心法则的建立,DNA是生物遗传的主要物质基础。DNA分子上含有生物体生长发育所需要的全部遗传信息,在细胞分裂前通过DNA的复制,将其由亲代传递给子代,在后代的个体发育过程中,遗传信息自DNA转录给RNA,并指导蛋白质合成。 1958年,Crick将其概括为遗传信息传递的中心法则。,二、中心法则的发展,80年代以后在某些致癌RNA病毒中发现遗传信息也可存在于RNA分子中,由RNA通过逆转录的方式将遗传信息传递给DNA
2、。这为中心法则加入了新的内容。因此,1971年,Crick对中心法则作了进一步补正与完善。,第二节 核酸的生物合成,DNA的复制反转录RNA的转录RNA的复制,教学内容,一、DNA的半保留复制,1953年Watson和crick提出DNA双螺旋结构模型时推测,在DNA复制时,亲代DNA的双螺旋先行解旋和分开,然后以每条链为模板,按照碱基配对原则,在这两条链上各形成一条互补链。这样,从亲代DNA的分子可以精确地复制成2个子代DNA分子。每个子代DNA分子中,有一条链是从亲代DNA来的,另一条则是新形成的,这叫做半保留复制。,证实DNA半保留复制机制的著名实验 1958年Meselson和Stah
3、l利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制。 他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代,使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记,可以得到15N-DNA。然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养,在培养不同代数时,收集细菌,裂介细胞,用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法观察DNA所处的位置。由于15NDNA的密度比普通DNA(14N-DNA)的密度大,在氯化铯密度梯度离心时,两种密度不同的DNA分布在不同的区带。,Meselson和Stahl密度梯度离心试验,半保留复制的概念 在DNA复制时,亲代DNA的双螺旋先行解旋和分开,然后以每条链为模板
4、,按照碱基配对原则,在这两条链上各形成一条互补链。这样,从亲代DNA的分子可以精确地复制成2个子代DNA分子。 每个子代DNA分子中,有一条链是从亲代DNA来的,另一条则是新形成的,这种复制方式叫做半保留复制。,DNA聚合酶 DNA聚合酶是复制中最主要的酶之一,它可以在模板上催化四种5-三磷酸脱氧核糖核苷(5-dNTP)在模板上聚合,形成新的DNA多核苷酸链。,大肠杆菌DNA聚合酶 1957年,美国 斯丹福大学医学中心kornberg报道在大肠杆菌的培养液中发现了能催化DNA合成的酶,根据发现者的名字被称为kornberg酶。此酶发现后,人们曾一度认为它就是我们要找的复制酶。但,后来科学家们又
5、在E.coli中相继发现了另外两种DNA聚合酶,kornberg就把kornberg酶称为DNA聚合酶I。,每个大肠杆菌细胞中含有约400个分子,每个分子每分钟在37下能催化667个核苷酸掺入正在生长的DNA链。,三种DNA聚合酶的共同性质 1957年,Arthur kornberg首次在大肠杆菌中发现DNA聚合酶(简写DNA pol)后来又相继发现了DNA聚合酶和DNA聚合酶(简写DNA pol,DNA pol)。三种酶的共同性质是: 需要DNA模板,因此这类酶又称为依赖DNA的DNA聚合酶。 需要RNA或DNA做为引物,即DNA聚合酶不能从头催化DNA的起始。 催化dNTP加到引物的3-O
6、H末端,因而DNA合成的方向是53。 三种DNA聚合酶都属于多功能酶,它们在DNA复制和修复过程的不同阶段发挥作用。,大肠杆菌三种DNA聚合酶比较,真核细胞内有五种DNA聚合酶,二、反转录(RNA指导下的DNA合成),以RNA为模板,按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA,这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反,故称为反转录或逆转录。 逆转录酶需要模板,以四种dNTP为原料,要求短链RNA或DNA)作为引物,沿53方向合成DNA 。,DNA是遗传信息的载体,遗传信息的作用通常是由蛋白质的功能来实现。然而,分子遗传学的研究表明,DNA作为蛋白质的合成的模板并不是直接参与蛋白质的合成,
7、而是通过一个中介物RNA来起作用的。 转录是指以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下,以四种核糖核苷磷酸为底物按照碱基配对原则,合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程。,三、转录(DNA指导下的RNA合成),RNA聚合酶 催化转录作用的酶是RNA聚合酶,也称DNA指导的RNA聚合酶。,原核生物RNA聚合酶 大肠杆菌RNA聚合酶是由五个亚基组成,分子量为500kD。五个亚基为二亚基,一亚基,一亚基和一因子。四个亚基组成核心酶,加上因子后成为全酶。因子与核心酶的结合不紧密,容易脱落。,RNA聚合酶亚基有促进聚合反应中磷酸二酯键生成的的作用。亚基是酶与模板结合时的主要部分。因子没有催化
8、活性,它可以识别DNA模板上转录的起始部位。而亚基可能参与全酶和启动子的牢固结合。,真核生物RNA聚合酶 真核生物RNA聚合酶比原核生物RNA聚合酶要复杂,有I、II、III几种类型,又称A、B、C型;以后又发现有Mt型等。,有许多RNA病毒,例如噬菌体Q,不含任何DNA,只有单链的RNA作为它们的遗传物质。 当Q侵染大肠杆菌时,噬菌体RNA通过复制产生新的噬菌体RNA,就是以原来的RNA作为模板来合成新的RNA。这个过程被一个高度专一的酶所催化,称为RNA复制酶,或者叫依赖于RNA的RNA聚合酶。,四、RNA的复制(RNA指导下的RNA的合成),RNA复制的过程: 当噬菌体侵染细胞后,Q的单
9、链RNA(+)直接作为mRNA起作用,通过RNA复制酶的催化而合成互补的RNA链(-);(-)链然后从(+)链模板上释放出来并作为新的病毒(+)链合成的模板。合成的底物是相应的核苷三磷酸。(+)链和(-)链的合成都取53的方向。,+,+,(+),复制中间体,(+),(+),(-),(-),(-),第三节 蛋白质的生物合成,mRNA与遗传密码核糖体蛋白质的制造工厂tRNA氨基酸的运转工具蛋白质生物合成过程,教学内容,一、mRNA与遗传密码,mRNA带有由DNA转录来的遗传信息,接着它再将此遗传信息传递给蛋白质,也即以mRNA为模板合成蛋白质。,将mRNA中核苷酸顺序转变为蛋白质分子中氨基酸顺序,
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