生物化学-第十二章核酸的生物合成.ppt
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1、第十二章 核酸的生物合成,核苷酸,磷酸,戊糖(核糖、脱氧核糖),碱基(A、G、C、T/U),核酸(DNA和RNA)是一种线性多聚核苷酸,它的基本结构单元是核苷酸。,DNA是基因遗传与表达的载体,是生物的主要遗传物质。,DNA的一级结构是指脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。连接方式:3,5-磷酸二酯键。,DNA的二级结构,1953年,Watson和 Crick 提出了著名的DNA双螺旋结构模型。,RNA是DNA的局部转录产物,RNA为单链分子,以3,5-磷酸二酯键相连。,根据RNA的功能,可以分为mRNA、tRNA 和 rRNA 三种。mRNA:编码氨基酸 t RNA:转运氨基酸 r RNA:
2、构成蛋白质合成场所(核糖体),复制,转录,翻译,逆转录,复制,1958年Crick提出中心法则(central dogma),1971年完善。,中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。,遗传信息的传递包括:1.复制(replication):以原DNA分子为模板,合成出相同DNA分子的过程。2.转录(transcription):生物的遗传信息从DNA传递给mRNA的过程。3.翻译(translation):根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程。,核酸的生物合成包括:DNA的生物合成:DNA复制和逆转录 RNA的生物合成:转录和RNA复制,第一节 DNA的生物合成,1953年,Wats
3、on和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时就推测DNA可能按照半保留机制进行自我复制。,一、DNA的复制,、DNA的半保留复制,半保留复制(semiconservative replication)在复制过程中,首先亲代双链解开,然后每条链作为模板,在其上合成互补的子代链,结果新形成的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样,而且每个子代DNA分子中有一条链完全来自亲代DNA,另一条是新合成的。,1958年,Meselson和Stahl用15N标记E.coli.DNA,用密度梯度离心试验证明了DNA的复制是半保留复制。,半保留复制具有重要的生物学意义,DNA分子以半保留方式进行复制,
4、亲代DNA分子中的一条链保留在子代DNA分子中,可使遗传信息准确的传递给子代细胞,保持其相对稳定性而不致发生进化上不能忍受的变化。,DNA聚合酶 DNA模板(反转录时用RNA模板)引物(DNA或RNA,提供游离3-OH)4种dNTP Mg2+,、大肠杆菌DNA聚合酶及其它复制相关的蛋白,1.DNA聚合发生的条件,目前已发现30多种酶及蛋白质因子参与DNA复制,DNA生物合成方向为53。,n1dATP+n2dGTP+n3dCTP+n4dTTP,DNA+(n1+n2+n3+n4)PPi,模板DNA,Mg2+,DNA聚合酶,2.原核生物DNA聚合酶的种类,DNA聚合酶,5,3,聚合酶活性:只能将脱氧
5、核苷酸加于已存在的DNA或RNA链的3-OH 上,不是主要的聚合酶。3,5,外切酶活性:只对单链,起校对功能。5,3,外切酶活性:对双链,损伤修复作用,及切除RNA引物并填补其留下的缺口。,单体酶,分子量109Kd,含一个Zn2+,催化活性:,5 3 聚合酶,模板链,新生链,C(unable to pair with A),C removed,3 5 外切酶活性,5,3,外切酶活性,Arthur Kornberg won the 1959 Nobel Prize in Medicine for his discovery of the mechanism in the biological s
6、ynthesis of deoxyribonucleic acid(before Watson and Crick won theirs!),DNA聚合酶(含量很少,忽略不计),单体酶,分子量120Kd。催化活性:53聚合(活性很低);3 5 外切。,寡聚酶,全酶由10种共22个亚基组成,、和三种亚基组成核心酶。催化活性:5 3 聚合酶活性:是主要的聚合酶 3 5 外切酶活性 5 3 外切酶活性,DNA聚合酶(主要作用的聚合酶),3.其它主要蛋白,DNA旋转酶(gyrase)(剪断一小段再连接起来),又称拓扑异构酶,有内切酶和连接酶活力,使DNA正超螺旋的紧张状态变为松弛状态。,解链酶(hel
7、icase)(解开氢键,),使DNA双螺旋结构变成单链,单链结合蛋白(SSB),结合在单链上,防止解开的单链DNA重新形成双链。,引物酶(primerase),以DNA为模板,以4种核糖核苷酸(NTP)为底物,合成一小段RNA作为DNA复制的引物。引物的3-OH端是DNA聚合酶发挥活性所必需的。,催化DNA双链中的一条单链切口处游离的3-OH末端和5磷酸基末端形成 3,5-磷酸二酯键。,DNA连接酶(ligase),4.原核生物DNA复制过程,DNA复制的起始,大肠杆菌复制原点起始复制所需蛋白质:dnaA 在原点处打开双螺旋 dnaB 使DNA解旋 引物酶 合成RNA引物 SSB 结合单链DN
8、A 旋转酶 松驰DNA扭曲应力,20个DnaA结合在四组9bp重复区,形成起始复合物,DNA环绕此复合物。三组13bp重复区依次变性,产生开放型复合物。DnaB(在DnaC协助下)与开放复合物结合,进一步解链。,DNA的复制只能从一个特定位点开始,称为原点(origin),从原点开始同时向DNA链的两个方向进行,在复制的部分同时进行解链与合成,结果形成一个分叉,称为复制叉(replication fork),又称复制眼(replication eye)。,DNA复制的延长,滞后链合成的模板形成环,复制叉上的二聚体DNA聚合酶全酶同时合成两条子链。,前导链(leading strand):以亲代
9、3 5 链为模板,子代能 连续合成。滞后链(lagging strand):以5 3为模板,不能连续合成。冈崎片段(Okazaki fragment):滞后链上的小片段。,半不连续复制(semidiscontinuous replication):DNA复制过程中,新生的DNA链一条按5 3 方向(与复制叉移动方向一致)连续合成,另一条按5 3 方向(与复制叉移动方向相反)不连续合成。,4.DNA聚合酶,1.解链酶,2.单链结合蛋白,前导链,冈崎片段,3.引物酶,5.聚合酶,6.连接酶,复制叉,引物,DNA复制的终止,大肠杆菌环状DNA复制叉相遇即终止,DNA旋转酶引入负超螺旋,消除复制叉前进
10、时带来的扭曲张力。DNA解链酶解开双链DNA。SSB结合于DNA单链。DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。DNA 聚合酶在两条新生链上合成DNA。DNA 聚合酶切除RNA引物,并补上DNA。DNA ligase连接一个冈崎片段。,小 结,逆转录(reverse transcription):以RNA为模板合成DNA的过程,与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反。,二、逆转录作用,逆转录酶(reverse transcriptase):催化逆转录反应的酶。,许多具有RNA基因组的病毒含有这种酶,故这类病毒又称为逆转录病毒(retrovirus)。它们多是致癌病毒。,逆转录酶具
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