2017-11核酸合成代谢_课件.ppt
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1、第十一章,核酸合成代谢,概 述,核酸是生物体遗传的物质基础。遗传的基本单位是基因。基因编码的生物活性产物主要是RNA和蛋白质。蛋白质的生命活动的执行者。遗传信息的传递遵循基本的法则,即从DNADNA(复制),从DNARNA(转录),再由RNA蛋白质(翻译)。该法则就是著名的生物遗传信息传递的“中心法则”。此法则代表绝大多数生物体内遗传信息传递的方向和规律,成为生命科学研究的基本法则。,中心法则,遗传信息传递的规律(复制、转录、翻译).,转录 翻译 DNA RNA 蛋白质 mRNA tRNA 反转录 rRNA 转录、翻译 RNA(病毒)蛋白质(病毒),复制,复制,第一节 DNA的生物合成,生物体
2、内DNA生物合成的方式主要是复制、修复和逆转录。一、DNA复制概念和主要物质(一)DNA 复制概念及其特点 DNA复制:是亲代双链DNA按碱基配对原则,准确形成两个相同核苷酸序列的子代DNA分子的过程。两条DNA链都可作为复制的模板。,DNA复制的特点,1、半保留性2、高保真性3、半不连续性4、双向性,1、DNA的半保留复制,DNA在复制时,两条链分开,在DNA聚合酶的催化下按碱基配对方式按照单链DNA的核苷酸顺序合成新链,以组成新的DNA分子。,这样新形成的两个子代DNA分子碱基序列与亲代分子完全一样。一条链来自亲代的DNA链,另一条链是新合成的,这种复制方式称为半保留复制。,(二)参与DN
3、A 复制的主要物质,原料:四种脱氧核苷三磷酸(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)模板:以DNA的两条链为模板链,合成子代DNA。模板的利用方向是35。引物:一小段RNA(或DNA)为引物,在大肠杆菌中,DNA的合成需要一段RNA链作为引物。,2.单链DNA结合蛋白,3.拓扑异构酶,1.解螺旋酶DNA复制,4.引物酶,5.DNA聚合酶,6.DNA连接酶,(二)参与DNA复制的一些引物与酶类,解螺旋酶,解螺旋酶又称解链酶或rep蛋白利用ATP供能,作用于氢键,使DNA双链解开成为两条单链。每解开一对碱基,需消耗2分子ATP。,单链DNA结合蛋白(single strand DNA bindi
4、ng protein,SSB)稳定单链、防止降解,拓扑异构酶,DNA复制时双链DNA解开为单链,DNA分子绕双螺旋轴反向旋转。复制速度快,旋转的速度也很快,将达100次/秒,造成DNA分子的打结、缠绕现象发生。需要DNA拓扑异构酶的作用,来理顺DNA双链,以配合复制过程。,解链过程中,DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。,拓扑异构酶,拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键克服解链过程中的打结、缠绕现象,拓扑异构酶 拓扑异构酶,分 类,拓扑异构酶,拓扑异构酶,切断DNA双链中一股链,使DNA解链旋转不致打结;适当时候封闭切口,DNA变为松弛状态。反应不需ATP。,拓扑异构酶,切
5、断DNA分子两股链,断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能,连接断端,DNA分子进入负超螺旋状态。(主要),作用机制,拓扑异构酶的作用,拓扑异构酶的作用,3 T-T-A-C-A-G-C-T-A-G-G-T-C 5,5A-A-U-G-OH 3 RNA引物,5.引物酶(primase),DNA复制开始时,需要一个小分子的RNA片段作引物,DNA连接酶,催化双链DNA中的切口处的相邻5-磷酸基与3-羟基之间形成磷酸酯键,从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。不能将两条游离的DNA单链连接起来。,DNA连接酶:若双链DNA中一条链有切口,一端是3-OH,另一端是5-磷酸基,连接酶可催化这两
6、端形成磷酸二酯键,而使切口连接。,在复制中起接合双链中单链缺口的作用。在DNA复制、修复、重组中均起重要作用。是基因工程的重要工具酶之一。,DNA连接酶的功能,二 DNA复制的基本过程,DNA复制是一个连续的阶段。分为三个过程:(一)起始阶段 DNA分子的复制起始部位有其特殊的碱基序列,原核生物DNA分子较小,每一DNA分子只有一个复制原点,而真核生物DNA则有多个复制原点。PS:原核生物包括细菌,蓝藻,原绿藻,特别要记住的是支原体,衣原体,和放线菌等细菌.真核生物包括原生生物,真菌,植物,动物。整个起始阶段包括DNA解链、引发体的形成和引物的生成3个过程。,复制原点由DnaA蛋白识别,在原点
7、由DnaB蛋白(解螺旋酶)将双螺旋解开成单链状态,分别作为模板,合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构酶、SSB),在原点处形成一个眼状结构,叫复制眼。DNA复制进行时,在眼的两侧出现两个叉子状的生长点,叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子,它们构成的复合物称为复制体,1、复制叉的形成,解链的蛋白有:DnaA、DnaB、DnaC 3种蛋白,其中DnaB以前称为复制蛋白,后来称为解螺旋酶。单链DNA结合蛋白质的意义:保持已解开的单链处于单链状况,保护已解开的单链不被核酸酶水解,维持复制叉的适当长度以利于脱氧核苷酸依据模板参入。拓朴异构酶可以将打结的DNA链切断,或者通
8、过切断与旋转和再连续作用实现DNA超螺旋的转型,把正超螺旋变为负超螺旋,有利于解链的继续。,2、引发体的形成,在复制叉结构形成并稳定的基础上,引物酶介入并与两条DNA单链结合。此时,有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶等物质和DNA复制起始区域构成的复合结构称为引发体。,引发体在复制叉上移动,DnaB蛋白活化引物合成酶,引发RNA引物的合成。领头链先引发开始合成,以原来一条DNA单链为模板(3 5),按5 3的方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后,后随链也开始合成其引物。引物长度约为几个至10个核苷酸,在引物的5端含3个磷酸残基(引物酶的底物是核苷三磷酸),3端为游离的-OH。,3、RNA引
9、物的合成,领头链(leading strand),后随链(lagging strand),引物酶合成引物,提供3-OH末端。,在DNA聚合酶的催化下,以四种脱氧核糖核苷5-三磷酸为底物,在RNA引物的3端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。DNA链的延伸同时进行,领头链和后随链两条链的合成方向相反。,(二)DNA链的延伸阶段,领头链在DNA复制时,合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。随从链在DNA复制时,合成方向与复制叉移动的方向相反,形成许多不连续的片段,最后再连成一条完整的DNA链。半不连续复制在DNA复制时,领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的,这种复制方式
10、称为半不连续复制。,半不连续复制的发现(1968):同位素实验,3H标记dT 短时间内检测为DNA小片段,片段的长度为10002000核苷酸残基,后来称为岗崎片段 一段时间后 检测到 DNA大片段。当用DNA连接酶的变异株时,检测到大量小DNA片段的积累。证明DNA复制中有小片段合成。,冈崎片段 在DNA复制过程中,领头链能连续合成,而随后链只能是断续的合成53 的多个短片段,这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。冈崎片段大小:真核生物:100-200个核苷酸(核小体的DNA单位)。原核生物:1000-2000个核苷酸(相当于一个顺反子)。,当新形成的冈崎片段延长至一定长度,其3-
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