生物化学--核酸生物合成--课件.ppt

第十二章核酸的生物合成第十二章核酸的生物合成l第一节第一节 DNA复制复制 的一般规律的一般规律l第二节第二节 与与DNA复制有关的酶和蛋白质因子复制有关的酶和蛋白质因子l第三节第三节 原核生物原核生物DNA复制的分子机制复制的分子机制l第四节第四节 真核生物真核生物DNA的复制的复制l第五节第五节 反转录（反转录（RNA指导的指导的DNA聚合）聚合）l第六节第六节 DNA的修复的修复l第七节第七节 转录与转录与“加工加工”l第八节第八节 重组重组DNA技术技术1ppt课件第十二章 核酸的生物合成 第一节第一节 DNA复制复制 的一般规律的一般规律2ppt课件一、一、DNA复制是半保留的复制是半保留的由由Watson和和Crick的的DNA双链结构双链结构所设想的三种所设想的三种DNA复制模型图复制模型图3ppt课件二、证明二、证明DNA复制是半保留的方式的复制是半保留的方式的Meselson和和Stahl实验实验4ppt课件三、三、DNA复制是单向或双向进行复制是单向或双向进行E.coli染色体的双向复制染色体的双向复制5ppt课件复制叉前进的方向复制叉前进的方向6ppt课件7ppt课件四、复制是半不连续的四、复制是半不连续的DNA复制的半不连续模型图返回8ppt课件第二节第二节 与与DNA复制有关的酶和复制有关的酶和蛋白质因子蛋白质因子l一、DNA聚合酶（DNA复制酶）E.coli DNA聚合酶性质9ppt课件1、E.coli DNA聚合酶 由单一多肽链构成的E.ColiDNA聚合酶有三个活性位点10ppt课件Arthur Kornberg wonthe 1959 Nobel Prizein Medicine for hisdiscovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid(before Watson and Crick won theirs!)11ppt课件（1）DNA聚合酶催化的DNA链延伸反应(5，3，的聚合活性）12ppt课件（2）、DNA聚合酶具有校正与编辑属性（E.coli）13ppt课件（3）DNA聚合酶聚合酶的的3-5外切核酸酶活性外切核酸酶活性从生长的从生长的DNA链链3端切除错配碱基端切除错配碱基14ppt课件（4）DNA聚合酶聚合酶的切除与修复模式的切除与修复模式15ppt课件l（5）、聚合过程需要模板（）、聚合过程需要模板（DNA）l（6）、聚合过程需要引物（）、聚合过程需要引物（RNA）16ppt课件2、大肠杆菌的三种、大肠杆菌的三种DNA聚合酶聚合酶l（1）、）、DNA聚合酶聚合酶l（2）、）、DNA聚合酶聚合酶l（3）、）、DNA聚合酶聚合酶17ppt课件3、大肠杆菌、大肠杆菌DNA聚合酶的比较聚合酶的比较l项项 目目 l结构基因结构基因 polA polB polCl亚亚 基基 数数 1 410l分分 子子 量量 103000 88000 830000l3-5外切外切 有有 有有 有有l活性活性l5-3外切外切 有有 无无 无无l活性活性18ppt课件l多聚化速度多聚化速度 16-20 40 250-1000（核甘酸（核甘酸/秒）秒）连续性（解离连续性（解离前补加核甘酸前补加核甘酸 3-200 1500 500000数）数）19ppt课件大肠杆菌DNA聚合酶的亚基l亚基亚基 全酶中的亚基数全酶中的亚基数 分子量分子量l 2 13200l 2 27000l 2 10000l2 71000l2 52000l1 3500020ppt课件l 1 33000l 1 15000l 1 12000l 4 3700021ppt课件l 基因基因 亚基的功能亚基的功能lpolC(dnaE)多聚化活性多聚化活性ldnaQ(mutD)3-5外切酶外切酶 核心聚合酶核心聚合酶lholE 活性活性(校正校正)ldnaX 稳定模板结合稳定模板结合 核心酶二聚化核心酶二聚化ldnaX*lholAlholB “钳钳”安置复合物安置复合物lholClholDldnaN 增加复制连续性增加复制连续性DNA的的“钳钳”22ppt课件23ppt课件4、DNA连接酶的作用机理连接酶的作用机理24ppt课件5.E.coli DNA复制中所涉及的复制中所涉及的蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 亚基数目亚基数目 功能功能Dna A 1 识别起点序列识别起点序列,在起点特异性位置在起点特异性位置解开双链解开双链Dna B 6 解开解开DNA双链双链Dna C 1 帮助帮助Dna B 结合于起点结合于起点HU 2 类组蛋白类组蛋白,DNA结合蛋白结合蛋白,促进起促进起始始引物合成酶引物合成酶(Dna G)1 合成合成RNA引物引物 单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB)4 结合结合DNA单链单链RNA聚合酶聚合酶 5 促进促进Dna A 的活性的活性DNA旋转酶旋转酶(拓扑酶拓扑酶)4 释放释放DNA解链过程中产生的扭曲解链过程中产生的扭曲张力张力Dam甲基化酶甲基化酶 1 使起点使起点GATC序列的腺嘌呤甲基序列的腺嘌呤甲基化化25ppt课件E.coli DNA复制中所涉及的蛋白质复制中所涉及的蛋白质返回26ppt课件第三节第三节 原核生物原核生物DNA复制的分子机制复制的分子机制原核生物原核生物DNA的的复制包括：复制包括：1、起始、起始2、延伸、延伸3、终止、终止127ppt课件一、一、DNA复制的起始复制的起始1、复制的起点、复制的起点 大肠杆菌的复制起点为大肠杆菌的复制起点为oriC，是由，是由245个碱基对组成，这些序列在大多数细菌个碱基对组成，这些序列在大多数细菌中是高度保守的，关键序列是中是高度保守的，关键序列是3个个13bp和和4个个bp的重复序列。

的重复序列DnaA蛋白结合的蛋白结合的4个个9bp顺序顺序3个个13bp串联重复序列串联重复序列交感顺序交感顺序交感顺序交感顺序28ppt课件2、有、有9个蛋白和酶参与复制的起始个蛋白和酶参与复制的起始lDnaA蛋白蛋白 识别原点顺序在特定位点上打开识别原点顺序在特定位点上打开DNA双链双链lDnaB蛋白蛋白 DNA解螺旋解螺旋lDnaC蛋白蛋白 帮助帮助DnaB蛋白蛋白 与原点结合与原点结合lHU 刺激复制起始刺激复制起始l引物酶引物酶DnaG蛋白蛋白 合成合成RNA引物引物lSSB 结合单链结合单链DNAlRNA聚合酶聚合酶 促进促进DnaA蛋白激活蛋白激活 lDNA旋转酶旋转酶 释放解螺旋时产生的张力释放解螺旋时产生的张力lDam甲基化酶甲基化酶 甲基化原点的甲基化原点的5GATC序列序列29ppt课件A、20个各带个各带1个个ATP的的DnaA蛋白蛋白 结合于结合于 9bp顺序，使顺序，使DNA围绕着复围绕着复合物卷成一圈合物卷成一圈B、三个富含、三个富含A=T的序的序列列13bp重复序列被变重复序列被变性性C、在、在DnaC蛋白蛋白 的的帮助下帮助下DnaB蛋白进蛋白进一步使一步使DNA解螺旋，解螺旋，以备引物和以备引物和DNA的的合成合成起始复合起始复合物物开放复合开放复合物物预引复合预引复合物物引发复制引发复制30ppt课件3、SSB 结合单链结合单链DNAlSSB 结合单链结合单链DNA，防止分开的，防止分开的DNA单链重新单链重新缔合。

防止分开的缔合防止分开的DNA单链被单链被DNA酶水解31ppt课件4、DNA旋转酶释放解螺旋时产旋转酶释放解螺旋时产生的张力生的张力32ppt课件5、形成复制叉、形成复制叉l 在原点处通过解旋、解链和在原点处通过解旋、解链和SSB蛋白的蛋白的结合等过程形成复制叉结合等过程形成复制叉33ppt课件二、二、DNA新链的延伸新链的延伸34ppt课件1、引发RNA 引物的合成l在引发体（引物酶、在引发体（引物酶、DnaG的作用下）在原点处合成一的作用下）在原点处合成一小段小段RNA引物（引物（10-60个碱基），然后由个碱基），然后由DNA聚合酶聚合酶合成合成DNA链链前导链合成一个引物，滞后链断续合前导链合成一个引物，滞后链断续合成多个引物成多个引物35ppt课件2、DNA新链的延伸新链的延伸新链延伸的速度是新链延伸的速度是1000核甘酸核甘酸/秒秒36ppt课件37ppt课件38ppt课件3、引物的消除和缺口的补充、引物的消除和缺口的补充39ppt课件4、DNA片段的连接片段的连接40ppt课件三、三、DNA复制的终止过程复制的终止过程l1、终止区域、终止区域 大肠杆菌大肠杆菌DNA上存在多重上存在多重拷贝的拷贝的 Ter顺序顺序,这种这种Ter顺序长顺序长20bp,包括包括TerA、TerB、TerC、TerD、TerF 和和TerG，它们在，它们在DNA上排列以创造出一种上排列以创造出一种“陷阱陷阱”,阻止复制叉的移动。

防止过分阻止复制叉的移动防止过分复制41ppt课件三、DNA复制的终止过程42ppt课件逆时针复制叉逆时针复制叉顺时针复制叉顺时针复制叉逆时针复制逆时针复制叉陷阱叉陷阱11顺时针复顺时针复制叉陷阱制叉陷阱43ppt课件l 2、当任意一个复制叉碰到一个功能性当任意一个复制叉碰到一个功能性Tes-Tur复合物时，就停止而另一个复复合物时，就停止而另一个复制叉碰到第一个被阻止的复制叉时也停制叉碰到第一个被阻止的复制叉时也停止前进这些大复合物中间的几百个核止前进这些大复合物中间的几百个核甘酸对以一种未知的机制被复制完成甘酸对以一种未知的机制被复制完成两个环行染色体的拓扑学联系分开这两个环行染色体的拓扑学联系分开这种连环需要拓扑异构酶种连环需要拓扑异构酶返回44ppt课件第四节、真核生物第四节、真核生物DNA的复制的复制l一、自体复制顺序一、自体复制顺序（ARS、原点、复制、原点、复制子）真核生物（酵母）子）真核生物（酵母）ARS约有约有150个个bp，含有几个保守序列，在单倍体酵母细，含有几个保守序列，在单倍体酵母细胞的胞的17条染色体中有条染色体中有400个个ARS因子，这因子，这表明在真核生物表明在真核生物DNA中有多个复制的起中有多个复制的起点。

真核生物点真核生物DNA的复制的起始还需要的复制的起始还需要一个原点识别复合物（一个原点识别复合物（ORC），受控制），受控制真核生物细胞周期的蛋白质的调控真核生物细胞周期的蛋白质的调控45ppt课件l二、存在复制叉二、存在复制叉l真核生物真核生物DNA复制过程中也出现复制叉，而复复制过程中也出现复制叉，而复制叉的移动速度较原核生物慢，仅为原核生物制叉的移动速度较原核生物慢，仅为原核生物的的1/20，（约，（约50nt/秒）l三、三、DNA聚合酶聚合酶l真核生物真核生物DNA聚合酶有：聚合酶有：l1、DNA聚合酶聚合酶，负责染色体，负责染色体DNA的复制该酶大亚基负责聚合，小亚基负责引物的合成，该酶大亚基负责聚合，小亚基负责引物的合成，由于缺乏由于缺乏3-5的外切活性，的外切活性，l可能参与滞后链可能参与滞后链RNA引物的合成引物的合成l2、DNA聚合酶聚合酶 负责负责DNA链的延伸，该酶需链的延伸，该酶需要增殖细胞核抗原（要增殖细胞核抗原（PCNA）来协助其主要）来协助其主要46ppt课件l功能类似于原核生物功能类似于原核生物DNA聚合酶的聚合酶的亚基，形亚基，形成一个环行的钳子，增加成一个环行的钳子，增加DNA聚合酶聚合酶复制的复制的连续性。

连续性l3、DNA聚合酶聚合酶主要负责核主要负责核DNA的修复l4、DNA聚合酶聚合酶除去冈崎片段上的引物，负除去冈崎片段上的引物，负责核责核DNA的修复l5、DNA聚合酶聚合酶负责线粒体负责线粒体DNA的复制l RFA 是真核生物的是真核生物的DNA单链结合蛋白单链结合蛋白l RFC 促进复制复合物的组装促进复制复合物的组装47ppt课件l四、也有冈崎片段四、也有冈崎片段 100-200个（核甘酸）个（核甘酸）l五、需要五、需要DNA连接酶连接酶l六、端粒的复制六、端粒的复制 线形线形DNA的末端为端粒，是的末端为端粒，是在端粒酶的作用下完成的端粒酶是一种在端粒酶的作用下完成的端粒酶是一种RNA酶48ppt课件染色体末端复制染色体末端复制-端粒与端粒酶端粒与端粒酶后随链中后随链中RNA引物的切除与引物的切除与gap产产生及由端粒酶对生及由端粒酶对DNA5端的延长端的延长49ppt课件PCNA(proliferating cell nuclear antigen)同源三聚体结构、50ppt课件真核真核DNA复制模型（示聚合酶开启复制模型（示聚合酶开启与后随链岗崎片段过程）与后随链岗崎片段过程）51ppt课件七、DNA复制的忠实性l在大肠杆菌在大肠杆菌DNA的复制中，每聚合的复制中，每聚合10的的9次方次方到到10的的10次方个碱基的才出现一个错误。

次方个碱基的才出现一个错误l1、碱基配对原则、碱基配对原则l2、引物、引物RNA的作用的作用l3、DNA聚合酶的校正阅读作用聚合酶的校正阅读作用返回52ppt课件第五节第五节 反转录（反转录（RNA指导的指导的DNA聚合）聚合）一、一、反转录（逆转录）反转录（逆转录）是以是以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程反转录酶的酶活性反转录酶的酶活性1.RNA指导的指导的DNA聚合酶活性聚合酶活性2.RNase H活性活性3.DNA指导的指导的DNA聚合酶活性聚合酶活性4、需要引物、需要引物53ppt课件二、反转录酶及其作用过程二、反转录酶及其作用过程54ppt课件一、突变导致肿瘤发生一、突变导致肿瘤发生l1、突变、突变 DNA核甘酸顺序的永久性改变核甘酸顺序的永久性改变l2、点突变、点突变 用一个碱基对替换另一个碱基对的突变用一个碱基对替换另一个碱基对的突变l3、插入作用或缺失作用、插入作用或缺失作用 增加或缺失一个碱基对或多个增加或缺失一个碱基对或多个碱基对的突变碱基对的突变l4、沉默突变、沉默突变 突变影响非必需突变影响非必需DNA或突变对一个基因或突变对一个基因功能的影响是可以忽略的。

功能的影响是可以忽略的l5、回复突变、回复突变 有些突变可以克服第一次突变造成的影响有些突变可以克服第一次突变造成的影响第六节第六节 DNA的损伤和修复的损伤和修复55ppt课件基于诱变作用的致癌物检测基于诱变作用的致癌物检测A、极少数菌出现在、极少数菌出现在无组氨酸培养基上无组氨酸培养基上B、C、D、加入含有、加入含有诱变剂的滤纸诱变剂的滤纸56ppt课件二、DNA的损伤l 一个哺乳动物基因组24小时内可以积累成千上万个DNA的损伤，但由于DNA修复的结果，一千个这种损伤只有一个没有被修复而成为突变57ppt课件三、DNA的修复l（一）、错配修复（一）、错配修复l 错配修复依赖模板链提供的信息错配修复依赖模板链提供的信息l因此、生物体必须有一个区分模板链和因此、生物体必须有一个区分模板链和新合成链的机制，细胞往往采用甲基化新合成链的机制，细胞往往采用甲基化的方式来为模板链加上标签甲基化位的方式来为模板链加上标签甲基化位置在置在GATC序列的序列的A上58ppt课件1、原核生物、原核生物DNA的错配修复机理的错配修复机理原核生物原核生物DNA的错配修复需的错配修复需要要12种以上的种以上的蛋白质蛋白质（1）、甲基指导的）、甲基指导的DNA错配修复早期阶段错配修复早期阶段的模型的模型59ppt课件（2）、）、甲基指导的甲基指导的DNA错配修复完成错配修复完成 60ppt课件（二）、碱基（二）、碱基切割修复切割修复61ppt课件（三）、核甘酸 切割修复62ppt课件五、重组修复与差错修复五、重组修复与差错修复63ppt课件64ppt课件65ppt课件66ppt课件67ppt课件68ppt课件69ppt课件70ppt课件71ppt课件72ppt课件73ppt课件74ppt课件75ppt课件第七节、转录与第七节、转录与“加工加工”1958年年Crick所提出的分子生所提出的分子生物中心法则图解物中心法则图解76ppt课件模板链和非模板链模板链和非模板链l模板链、负链、无意义链模板链、负链、无意义链 用作用作RNA合合成模板的链成模板的链l非模板链、正链、有意义链、编码链非模板链、正链、有意义链、编码链 互互补于模板链的补于模板链的DNA链。

链77ppt课件一、一、原核生物转录过程原核生物转录过程l1）、）、E、coli RNA 聚合酶结构与功能聚合酶结构与功能l（1）E、coli RNA 聚合酶的组成聚合酶的组成l 由由2由核心亚基和由核心亚基和因子组成因子组成l（2）、）、coli RNA 聚合酶负责所有聚合酶负责所有RNA的合成的合成（一）、（一）、转录转录 以以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 1、原核生物的转录、原核生物的转录78ppt课件RNA 聚合酶结构与功能a2bb s79ppt课件80ppt课件81ppt课件2）、启动子）、启动子E.coli 起动子的代表性序列起动子的代表性序列82ppt课件3）、原核生物转录步骤）、原核生物转录步骤l（1）、）、RNA聚合酶全酶结合于启动子部聚合酶全酶结合于启动子部位位l（2）、聚合作用的起始）、聚合作用的起始l（3）、链的延伸）、链的延伸l（4）、链的终止）、链的终止83ppt课件l（1）、起始：）、起始：l 闭合启动子复合物的形成闭合启动子复合物的形成l 开放启动子复合物的形成开放启动子复合物的形成84ppt课件（2）、原核生物转录中链延伸期过程）、原核生物转录中链延伸期过程85ppt课件86ppt课件87ppt课件（3）、终止）、终止l依赖依赖因子的终止因子的终止l不依赖不依赖因子的终止因子的终止88ppt课件E.coli trp 操纵子终止位不依赖操纵子终止位不依赖因子的终止因子的终止89ppt课件90ppt课件2、转录终止的、转录终止的因子作用机理因子作用机理91ppt课件（2）真核生物转录过程真核生物转录过程l1）、真核生物）、真核生物RNA聚合酶聚合酶l（1）、）、RNA聚合酶聚合酶负责负责 rRNA(5.8S、18S、28S)的转录的转录（2）、）、RNA聚合酶聚合酶负责负责mRNA的转录的转录l（3）、）、RNA聚合酶聚合酶负责负责tRNA和和5SRNA的转录的转录92ppt课件2）、真核启动子）、真核启动子部分的真核基因部分的真核基因TATA盒盒93ppt课件3、真核转录起始、真核转录起始人类细胞基本转录起始因子表人类细胞基本转录起始因子表94ppt课件95ppt课件真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶在在启启动动子子上上的的转转录录96ppt课件3）转录的选择性抑制）转录的选择性抑制l（1）、放线菌素）、放线菌素D 抑制原核和真核生物抑制原核和真核生物的转录的转录l（2）、利福霉素）、利福霉素 抑制原核生物的转录抑制原核生物的转录l（3）、）、-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 抑制真核生物的转抑制真核生物的转录录97ppt课件二、加工二、加工l（一）、（一）、mRNA的加工的加工l 1、真核生物、真核生物mRNA的加工的加工l1）、添加帽子结构）、添加帽子结构l2）、添加尾巴结构）、添加尾巴结构l3）、除去内含子）、除去内含子98ppt课件mRNA前体的后加工过程真核mRNA的加帽与甲基化前mRNA的加帽99ppt课件真核mRNA 3 端多聚化转录时3端多聚腺苷酸的添加100ppt课件真核前真核前mRNA5端不同特定位点的端不同特定位点的甲基化甲基化101ppt课件剪辑过程：套索结构形成剪辑过程：套索结构形成mRNA前体的剪辑过程102ppt课件小核糖核蛋白体参加剪辑过程小核糖核蛋白体参加剪辑过程哺乳类哺乳类mRNA二级结构二级结构U1snRNA组成组成103ppt课件剪辑需要大量反平行剪辑需要大量反平行RNA碱基对的碱基对的重新组织重新组织104ppt课件小核糖核蛋白体形成剪接体小核糖核蛋白体形成剪接体剪接体装配过程105ppt课件（二）、（二）、rRNA的加工的加工l1、原核生物、原核生物rRNA的加工的加工l2、真核生物、真核生物rRNA的加工的加工106ppt课件（三）、（三）、tRNA的加工的加工l1、除去先导序列和尾部序列、除去先导序列和尾部序列l2、添加、添加CCA结构结构l3、碱基修饰（甲基化、脱氨和还原等）、碱基修饰（甲基化、脱氨和还原等）107ppt课件 （四）（四）、RNA的编辑的编辑l1、编辑、编辑l2、编辑体、编辑体l3、编辑的机制、编辑的机制l4、编辑的意义、编辑的意义返回108ppt课件。