《生物化学》教学课件：第16章 DNA的生物合成.doc

第16章 DNA的生物合成概念:前导链:DNA复制时，一条链的合成方向和复制叉前进方向相同，可以连续复制合成的新链后随链 ：另一条链的合成方向与复制叉前进方向相反，不能连续复制，只能分成若干小片段分别合成，然后连接起来形成新链冈崎片段 ：后随链中的小片段称为冈崎片段半保留复制 ：由一条新合成的DNA链和一条复制模板链配对产生子代双螺旋DNA半不连续复制 ：前导链连续复制而后随链不连续复制，即DNA半不连续复制 端粒酶：一种特殊的DNA聚合酶，兼有提供模板和催化反转录的功能，解决了染色体末端复制的问题反转录酶：以RNA为模板指导三磷酸脱氧核苷酸合成互补DNA（cDNA）的酶 概述题1.原核生物DNA复制的基本过程：2.线粒体/噬菌体DNA复制的方式：滚环复制：噬菌体DNA复制仅以一条链作为模板合成若干环形DNA分子拷贝首先由它自己编码的A蛋白在非模板链上造成缺口，再以所产生的游离3¢-OH作为引物，并在宿主细胞的DNA聚合酶、解旋酶和SSB蛋白等作用下合成新链D环复制：线粒体DNA为环形双螺旋DNA分子，一条为模板链，另一条为非模板链两条链具有不同的复制起点和相反的合成方向；第一个引物以内环为模板延伸，至第二个起始点时，又合成一个反向引物以外环为模板进行反向延伸，最后完成两个环状DNA的复制。

3.真核生物DNA复制的特征ü 基因组DNA都具有固定的复制起始点ü 复制起点由多个短重复序列组成ü 复制过程中形成复制泡和复制叉ü 复制的基本单位称为复制子 ü 半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递ü 5’→3’ 方向随复制叉移动连续合成前导链ü 形成冈崎片段以半不连续复制方式保证后随链的合成ü DNA复制必须有引物4.DNA重组的主要类型同源重组：发生在同源序列间的重组，它通过链的断裂和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换同源重组不需要特异DNA序列，而是依赖两分子之间序列的相同或类似性特异位点重组：由整合酶催化，在两个DNA序列的特异位点间发生的整合称位点特异的重组 作用：某些基因表达的调节，发育过程中程序性DNA重排，以及有些病毒和质粒DNA复制循环过程中发生的整合与切除等，是特异位点间的遗传信息整合转座重组：大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一位置这些可移动的DNA序列包括插入序列(insertion sequence)和转座子（transposon）由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座，又称转座重组论述题1. 结合医学问题，说明DNA复制错误/损伤/修复的生物学意义DNA损伤的意义：产生新基因，产生新性状，为生物进化提供原始材料。

可能导致死亡，是某些疾病的发病基础DNA修复的生物学意义：保证了物种遗传的稳定性，对降低修复缺陷相关疾病的发病率有十分重要的意义但是修复系统的存在对人类的生产活动也有弊端生物体的修复系统的高效修复使突变率显著降低2.举例说明PCNA作为指标的意义增殖细胞核抗原, 仅存在于正常增殖细胞和肿瘤细胞而得名, 可滑动的DNA夹子，与E.coli DNA聚合酶Ⅲ的β亚基功能相似, 同源三聚体，可形成闭合环形• PCNA使Pol d获得持续合成能力；• PCNA是协调DNA复制、损伤修复、表观遗传和细胞周期调控的核心因子；• PCNA水平是检测细胞增殖的重要指标；• PCNA能激活Pol e.因此，国内外在许多肿瘤中进行了PCNA的研究，涉及PCNA与肿瘤发生发展[5,6]、分级[1,7～10]、分期[1,10]、放疗敏感性[11,12]、预后[1,7,8,10,13～20]、复发和转移[1,21]、死亡原因[20]、肿瘤标志物[18,22]等各个方面的相关性，得出了许多结论，举例: 夏书月等[6]在研究肺鳞癌的发生、发展过程中，发现PCNA的表达有逐渐增高，阳性细胞数逐渐增多的趋势与正常和轻、中度不典型增生的上皮相比，浸润癌、原位癌和重度不典型增生的上皮细胞PCNA标记指数明显升高，PCNA阳性细胞数也明显增多。

认为PCNA表达为细胞异常增殖的标志，可作为肺鳞癌早期诊断的参考指标可以为临床诊断提供依据第17章RNA的合成概念模板链：结构基因的两股DNA链中，作为模板转录出RNA的一股链，称为模板链又称为反义链，非编码链编码链：与模板链互补的另一条链，其编码区的碱基序列与该基因转录产物mRNA的序列基本相同（仅T代替U），称为编码链又称为有义链启动子：位于转录起始位点上游的一段特殊序列，通过RNA聚合酶对启动子的特异识别和结合来启动转录转录因子：能直接、间接辨认和结合转录上游区段特定DNA序列并调节转录的蛋白质称为转录因子 内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列 外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列概述题1.转录体系的组成：DNA模板、4种核糖核苷酸、RNA聚合酶/解旋酶/拓扑异构酶、蛋白质因子、无机离子2.rRNA和tRNA的转录后加工的内容原核rRNA前体加工：加工过程包括：①特异核苷酸的甲基化②RNase Ⅲ、RNase P和RNase E使30SrRNA前体分子 断裂，产生16S、23S和5S rRNA及tRNA的前体③通过各种特异的核酸酶的作用，产生成熟的RNA真核rRNA前体加工：45SrRNA前体分子的加工过程与原核生物30SrRNA前体分子的加工过程基本相同，但需要小核仁RNA(small nucleolar RNAs, snoRNAs)参与，5SrRNA是单独的一个转录单位， 以类似于tRNA的方式进行加工真核/原核tRNA前体加工——两者基本相同①5′端的16个核苷酸序列由RNase P切除②3 ′端的两个尿嘧啶核苷酸由RNaseD切除，再由核苷酸转移酶加上CCA③柄-环结构的一些核苷酸的碱基经化学修饰为稀有碱基④剪接切除14个核苷酸的内含子(一般位于tRNA前体分子的反密码子环 )3.原核生物RNA聚合酶的结构及功能特征原核生物只有一种RNA聚合酶，核心酶与多种亚基结合组成形成全酶，含有多种σ亚基，σ亚基不同使全酶有差别，含分子量为70kD的最常见，用σ70表示，还有如σ28， σ32， σ54等。

σ亚基不同识别不同的启动子，启动不同基因的转录 缺乏校读功能Ø 催化合成mRNA、tRNA和rRNAØ σ亚基的功能是识别启动子，启动转录Ø β亚基的功能主要是结合底物三磷酸核苷NTP催化反应Ø β’的功能是与DNA模板结合Ø α亚基决定哪些基因被转录并参与转录速率调控 4.原核生物与真核生物转录过程的差别真核生物与原核生物转录的差别之一：转录产物的加工 rRNA加工tRNA加工mRNA加工转录/翻译原核生物√√X同时真核生物√√√不同时论述题真核生物mRNA的转录后加工过程及意义：前体为hnRNAØ 合成5′帽子结构——保护mRNA使其不被核酸酶降解Ø 由核酸内切酶切除3 ′端的一段序列，代之以由poly A聚合酶催化形成的3 ′多聚腺苷酸(polyA)尾Ø 通过剪接去除内含子，拼接外显子，形成成熟的mRNAØ 选择性剪接产生不同的mRNA产物mRNA的选择剪接的调控作用，外显子内含子是否出现在成熟mRNA中可以选择，可产生不同特性的表达产物5‘端加帽: ①有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；②协助mRNA的剪接在剪接第一个外显子时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；③促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；④5¢帽结合蛋白复合体参与mRNA和核糖体的结合来起始翻译 。

3’端polyA的调控意义：poly(A)尾可结合一种或多种特殊蛋白，避免mRNA被酶降解，并在翻译过程中具有重要作用许多原核mRNA也含有Poly(A)尾，但是此尾的功能是促进mRNA降解，而不是保护mRNA免于被降解第十八章 蛋白质合成概念密码子：mRNA分子上每3个核苷酸构建一个密码子，编码某一特定氨基酸或作为蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码，也称遗传密码开放阅读框架：从mRNA 5’-端的起始密码子到3’-端终止密码子之间的核苷酸序列 氨基酸活化：氨基酰-tRNA合成酶催化tRNAde 3’末端CCA-OH与氨基酸的所及之间形成酯键，生成氨基酰-tRNA即氨基酸活化成氨基酰-tRNA核糖体循环：肽链延长在核糖体上连续、循环式进行，称为核糖体循环 翻译后加工：新合成的肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰概述题1. 分子伴侣的功能一大类相互没有关系的蛋白质，具有的共同功能是帮助其它蛋白质结构在体内进行非共价的组装，但不是蛋白质的永久成分l 封闭待折叠蛋白暴露的疏水区段； l 创建一个隔离的环境，蛋白质可互不干扰在此折叠； l 促进折叠和去聚合； l 遇到应激，使已折叠的蛋白质去折叠2.遗传密码的特性方向性、简并性、连续性、通用性、摆动性3.蛋白质合成体系的组成论述题氨基酸残基的化学修饰的形式和功能1. 氨基酸进行甲基化/乙酰化/羟化/磷酸化/脂酰化修饰甲基化触发了二聚体到三聚体的转化,增加PP2A核心酶对一些特定的调节亚基的亲和力.组蛋白乙酰化的意义：1）乙酰化作用导致组蛋白的正电荷减少,削弱了其结合DNA的能力,引起核小体结构解聚。

转录因子和RNA聚合酶因而能够结合DNA;2）组蛋白乙酰化作用阻止了核小体装配成规则的高级结构(如螺线管)的能力3）近年来的研究表明在真核转录起始调控中,组蛋白乙酰化的意义可能更在于它是组蛋白与其他转录调控蛋白的相互作用的一种“识别信号丝/苏氨酸磷酸化的意义：激活一些信号转导通路脂酰化修饰：有利于一些氨基酸定位于膜结构2. 蛋白质糖基化修饰——形成糖蛋白3. 某些蛋白质加入异戊二烯基团——帮助蛋白质锚定在细胞膜4. 结合蛋白质加入辅基——很多蛋白质只有和辅基共价结合才具备生物活性5. 大多数蛋白质有二硫键的形成 ——帮助蛋白质出细胞后免于变性，维持天然构象蛋白质分子中某些氨基酸残基的侧链可进行翻译后的共价修饰由于这些共价修饰，组成蛋白质的氨基酸种类显著增加 第19章遗传信息传递的整体性基因组学：是指研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息的学科结构基因组学 通过基因组作图和大规模DNA测序，揭示基因组的全部DNA序列和组成比较基因组学 通过模式生物基因组间的比较和鉴定，研究生物进化和预测新基因功能基因组学 利用结构基因组的信息，分析鉴定所有基因的功能（编码+非编码）。

蛋白质组学 ：以细胞、组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质即蛋白质组（proteome）为研究对象，分析细胞内动态变化的蛋白质组成、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，并在整体水平上研究蛋白质调控的活动规律，故又称为全景式蛋白质表达谱一是蛋白质组表达模式的研究，即结构蛋白质组学（structural proteomics） 二是蛋白质组功能模式的研究，即功能蛋白质组学（functional proteomics SNP：单核苷酸多态性 ；指在基因组水平上由单个核苷酸变异所造成的DNA序列多态性• 药物基。