核酸生物合成PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 核酸生物合成核酸生物合成 第1頁/共73頁 遺傳信息傳遞方向的規(guī)律遺傳信息傳遞方向的規(guī)律 基因表達(dá)：基因表達(dá)： 是指將遺傳信息由是指將遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄為為RNA、再、再翻譯翻譯成蛋白質(zhì)的過程成蛋白質(zhì)的過程 第2頁/共73頁 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 復(fù)制起始點(diǎn)（復(fù)制起始點(diǎn)（ori) 雙向復(fù)制雙向復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制 （一）（一）DNA復(fù)制的基本原則復(fù)制的基本原則 第3頁/共73頁 AGAACTTAGTCTTGAATC AGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC 親代親代 子代子代 第4頁/共73頁 第5頁/共73頁 DNA的復(fù)制是單向的或雙

2、向的復(fù)制是單向的或雙向 第6頁/共73頁 岡崎片段岡崎片段 第7頁/共73頁 第8頁/共73頁 解鏈酶解鏈酶(helicase) 解開解開DNADNA雙鏈中氫鍵，消耗雙鏈中氫鍵，消耗ATPATP 單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白（single-stranded DNA-binding protein） 與單鏈與單鏈DNADNA結(jié)合，保持模板處于結(jié)合，保持模板處于單鏈狀態(tài)單鏈狀態(tài)， 保護(hù)復(fù)制中的保護(hù)復(fù)制中的DNADNA單鏈單鏈不被核酸酶降解不被核酸酶降解。 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase) 復(fù)制前：復(fù)制前：松弛松弛DNADNA超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象 復(fù)制后：復(fù)

3、制后：TopoIITopoII作用下，重新引入超螺旋（需作用下，重新引入超螺旋（需ATPATP供能）供能） 第9頁/共73頁 第10頁/共73頁 解鏈酶解鏈酶 DNADNA拓樸異構(gòu)酶拓樸異構(gòu)酶 單鏈單鏈DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 SSBSSB 解開解開、理順理順 DNADNA鏈、維持鏈、維持DNADNA單鏈狀單鏈狀 第11頁/共73頁 DNA聚合酶合成新聚合酶合成新DNA時(shí)需要時(shí)需要引物引物（一小段（一小段RNA） 引物引物RNA3-OH末端末端作為作為DNA合成的起始點(diǎn)合成的起始點(diǎn) 引物酶與多種起始蛋白結(jié)合形成引物酶與多種起始蛋白結(jié)合形成引發(fā)體引發(fā)體 引物酶催化合成引物（引物酶催化合成引物

4、（primer) 第12頁/共73頁 DNA聚合酶的作用特點(diǎn)：聚合酶的作用特點(diǎn)： 1.模板：解開的模板：解開的DNA雙鏈雙鏈 2.催化底物催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合聚合 3.形成形成3,5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 4.新鏈延長方向新鏈延長方向5 / 3 / 5.具核酸外切酶活性具核酸外切酶活性 第13頁/共73頁 原核生物DNA聚合酶 第14頁/共73頁 polpol： 3 355外切酶活性，參與外切酶活性，參與DNADNA修復(fù)校正修復(fù)校正 5 533外切酶、聚合酶活性，外切酶、聚合酶活性， 切除引物切除引物并填補(bǔ)空隙并填補(bǔ)空隙 具有具有切口平移切口平移作用作用 pol

5、 pol ： 無酶無酶、時(shí)起作用時(shí)起作用pol pol ： 復(fù)制延長中復(fù)制延長中真正真正起復(fù)制起復(fù)制作用作用的酶的酶 具具3 3/ /-5-5/ /核酸外切酶活性，校正作用核酸外切酶活性，校正作用 第15頁/共73頁 DNADNA模板指導(dǎo)模板指導(dǎo) 正確選擇堿基配對(duì)正確選擇堿基配對(duì) 校讀功能校讀功能 第16頁/共73頁 通過通過3 3/ /，5 5/ /- -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接連接互補(bǔ)鏈互補(bǔ)鏈中中DNADNA片段片段 不能連接單獨(dú)存在的不能連接單獨(dú)存在的DNADNA或或RNARNA單鏈。單鏈。 第17頁/共73頁 1.模板模板DNA解旋與解鏈，形成復(fù)制叉；解旋與解鏈，形成復(fù)制叉； 2.形成

6、引發(fā)體，合成形成引發(fā)體，合成RNA引物；引物； 3.按按A-T、G-C堿基配對(duì)規(guī)則，合成堿基配對(duì)規(guī)則，合成DNA ； 4.切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段；切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段； 5.DNA連接酶連接封口，形成長鏈連接酶連接封口，形成長鏈DNA； 6. 在在Tus蛋白參與下，終止復(fù)制。蛋白參與下，終止復(fù)制。 (terminus utilization substance) 第18頁/共73頁 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 解鏈酶解鏈酶 5/ 3/ 3/ 5/ 3/ 5/ DNA聚合酶聚合酶III 單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白 DNA聚合酶聚合酶 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈 隨后鏈隨后鏈 DNA連接酶連接酶

7、岡崎片段岡崎片段 引物酶引物酶 第19頁/共73頁 大腸桿菌的復(fù)制起點(diǎn)為大腸桿菌的復(fù)制起點(diǎn)為oriC，是由，是由 245個(gè)堿基對(duì)組成，這些序列在大多數(shù)個(gè)堿基對(duì)組成，這些序列在大多數(shù) 細(xì)菌中是高度保守的，關(guān)鍵序列是細(xì)菌中是高度保守的，關(guān)鍵序列是3個(gè)個(gè) 13bp和和4個(gè)個(gè)9bp的重復(fù)序列。的重復(fù)序列。 DnaA蛋白結(jié)合的蛋白結(jié)合的4個(gè)個(gè)9bp順序順序3個(gè)個(gè)13bp串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列 交感順序交感順序 交感順序交感順序 第20頁/共73頁 第21頁/共73頁 A、20個(gè)各帶個(gè)各帶1個(gè)個(gè)ATP的的 DnaA蛋白蛋白 結(jié)合于結(jié)合于 9bp 順序，使順序，使DNA圍繞著圍繞著 復(fù)合物卷成一圈復(fù)合物卷

8、成一圈 C、在、在DnaC蛋白蛋白 的幫助下的幫助下DnaB蛋蛋 白進(jìn)一步使白進(jìn)一步使DNA解解 螺旋，以備引物和螺旋，以備引物和 DNA的合成的合成 起始復(fù)合起始復(fù)合 物物 開放復(fù)合開放復(fù)合 物物 預(yù)引復(fù)預(yù)引復(fù) 合物合物 引發(fā)復(fù)制引發(fā)復(fù)制 第22頁/共73頁 第23頁/共73頁 第24頁/共73頁 第25頁/共73頁 第26頁/共73頁 第27頁/共73頁 新鏈延伸的速度是新鏈延伸的速度是1000核甘酸核甘酸/秒秒 第28頁/共73頁 第29頁/共73頁 第30頁/共73頁 第31頁/共73頁 第32頁/共73頁 第33頁/共73頁 第34頁/共73頁 第35頁/共73頁 概念：概念：以以R

9、NARNA為模板合成為模板合成DNADNA的過程的過程 酶：酶：逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 依賴依賴RNA的的DNA聚合酶功能聚合酶功能 RNaseH功能（水解功能（水解RNA-DNARNA-DNA雜交鏈雜交鏈） 依賴依賴DNA的的DNA聚合酶功能聚合酶功能 第36頁/共73頁 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - RNaseH - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - cDNAcDNA整合入

10、宿主細(xì)胞整合入宿主細(xì)胞DNADNA分子中分子中 病毒病毒RNARNA-cDNA 雜交體雜交體 cDNA雙股雙股cDNA宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞 DNADNA分子分子 整合了整合了cDNA的宿主的宿主 細(xì)胞細(xì)胞DNA分子分子 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 意義：意義： 對(duì)中心法則的補(bǔ)充對(duì)中心法則的補(bǔ)充 有助于基因工程的實(shí)施有助于基因工程的實(shí)施 第37頁/共73頁 突變突變 自發(fā)突變自發(fā)突變(spontaneous mutation) 人工誘變?nèi)斯ふT變(induced mutation) 第38頁/共73頁 物理因素：物理因素：紫外線、各種輻射紫外線、各種輻射 化學(xué)因素：化學(xué)因素：亞硝酸鹽、烷化劑、芳香烴類亞硝酸鹽、

11、烷化劑、芳香烴類 生物因素：生物因素：RNA病毒等病毒等 第39頁/共73頁 v重排(rearrangement) 第40頁/共73頁 第41頁/共73頁 錯(cuò)配修復(fù) 第42頁/共73頁 紫外輻射紫外輻射 DNA鏈上兩個(gè)胸腺嘧啶殘基間形成二聚體鏈上兩個(gè)胸腺嘧啶殘基間形成二聚體 光修復(fù)酶光修復(fù)酶 第43頁/共73頁 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶 DNApol ，DNA ligase (excision repair) 第44頁/共73頁 (recombinational DNA repair） 第45頁/共73頁 第46頁/共73頁 子 第47頁/共73頁 第48頁/共73頁 DNA 5 G G A G

12、T A C A T G T C 3 （編碼鏈，有意（編碼鏈，有意 義鏈，義鏈，+, ） 3 C C T C A T G T A C A G 5 （模板鏈，反義（模板鏈，反義 鏈鏈-，），） （轉(zhuǎn)錄）（轉(zhuǎn)錄） 5 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA （翻譯）（翻譯） N Ala Val His Val C 多肽多肽 第49頁/共73頁 5/ 3/ 3/ 5/ 不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄：不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄： 1 1、RNARNA分子上只有一條可轉(zhuǎn)錄分子上只有一條可轉(zhuǎn)錄 2 2、模板鏈并不總是在同一單鏈上、模板鏈并不總是在同一單鏈上 RNA合成方向：合成方向：5/3/ 第50頁/共73頁 亞基

13、功能 2 決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄 與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān) 結(jié)合DNA模板 辨認(rèn)起始點(diǎn) 全酶：核心酶（全酶：核心酶（ 2 2 ） + + 起始因子（起始因子（ ） 第51頁/共73頁 類型類型 細(xì)胞內(nèi)定位細(xì)胞內(nèi)定位 催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng)對(duì)鵝膏蕈堿的反應(yīng) 核仁核仁 rRNArRNA前體前體 耐受耐受 核質(zhì)核質(zhì) mRNAmRNA前體前體 極敏感極敏感 核質(zhì)核質(zhì) 5SrRNA tRNA 5SrRNA tRNA 中度敏感中度敏感 第52頁/共73頁 RNA聚合酶的底物（聚合酶的底物（RNA合成的原料）：合成的原料）： ATP、GTP、CTP、UTP 第53頁/共73頁 1. 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始

14、 2、轉(zhuǎn)錄延長、轉(zhuǎn)錄延長 3、轉(zhuǎn)錄終止、轉(zhuǎn)錄終止 （原核生物）（原核生物） 第54頁/共73頁 形成第一個(gè)形成第一個(gè)3 / ，5/-磷酸二酯鍵，磷酸二酯鍵，因子脫離全酶因子脫離全酶 （第一個(gè)核苷酸：（第一個(gè)核苷酸：GTP或或ATP） RNA 聚合酶識(shí)別、結(jié)合啟動(dòng)子聚合酶識(shí)別、結(jié)合啟動(dòng)子 -10核苷酸核苷酸TATAAT（Pribnow 盒）富含盒）富含AT -35核苷酸核苷酸TTGACA 啟啟 動(dòng)動(dòng) 子子 第55頁/共73頁 第56頁/共73頁 核心酶催化，在模板指導(dǎo)下沿核心酶催化，在模板指導(dǎo)下沿5/-3/方向延伸方向延伸RNA鏈鏈 轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡 第57頁/共73頁 3 5 RNA-DNA雜交螺

15、旋雜交螺旋 聚合酶的移動(dòng)方向聚合酶的移動(dòng)方向 新生新生RNA 復(fù)鏈復(fù)鏈 解鏈解鏈 有義鏈有義鏈 模板鏈（反義鏈）模板鏈（反義鏈） 延長部位延長部位 第58頁/共73頁 終止子終止子 非依賴于非依賴于因子的終止子因子的終止子 依賴于依賴于因子的終止子因子的終止子 terminator 第59頁/共73頁 非依賴非依賴因子的終止因子的終止 1、GC豐富，重復(fù)序列豐富，重復(fù)序列 2、形成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu)、形成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu) 第60頁/共73頁 依賴與依賴與因子的終止因子的終止 第61頁/共73頁 第62頁/共73頁 DNA 核核 核糖體核糖體 新生蛋白質(zhì)新生蛋白質(zhì) 真核生物真核生物原核生物原核生物 mRNA前

16、體前體 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn) 加工加工 mRNA mRNA 真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 啟動(dòng)子不同啟動(dòng)子不同 轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同加工修飾不同 第63頁/共73頁 三 轉(zhuǎn)錄后加工 1.rRNA加工 2.tRNA加工 3.mRNA加工 第64頁/共73頁 甲基化作用甲基化作用 專一核酸外切酶專一核酸外切酶 30S前體前體 17S tRNA 25S 專一核酸外切酶專一核酸外切酶 16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA 專一核酸外切酶專一核酸外切酶 第65頁/共73頁 a a、切除、切除tRNAtRNA前體兩端多余的

17、序列：前體兩端多余的序列： 5 5端切除幾到端切除幾到1010個(gè)核苷酸。個(gè)核苷酸。 b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。 c、修飾：形成稀、修飾：形成稀有有堿基如堿基如DH2 。 。 第66頁/共73頁 早轉(zhuǎn)錄本早轉(zhuǎn)錄本 成熟成熟tRNA 加工加工 第67頁/共73頁 1. 轉(zhuǎn)錄過程中的轉(zhuǎn)錄過程中的5/端加帽與端加帽與3/端加尾的修飾端加尾的修飾 mRNA的前體：核內(nèi)不均一的前體：核內(nèi)不均一RNA（hnRNA） 2. 切除內(nèi)含子切除內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子，拼接外顯子(exon) 非編碼序列非編碼序列編碼序列編碼序列 (hetero nuclear RNA)

18、第68頁/共73頁 m7GpppNm poly A 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu) 尾巴結(jié)構(gòu)尾巴結(jié)構(gòu) 第69頁/共73頁 復(fù)制復(fù)制 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 1. 原料原料 dNTP NTP 2. 模板模板 DNA兩條鏈兩條鏈 DNA一條鏈一條鏈 3. 引物引物 需要需要RNA引物引物 不需引物不需引物 4. 新連延伸方向新連延伸方向 53 53 5. 主要酶類主要酶類 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 解旋、解鏈酶類解旋、解鏈酶類 （2） 引物酶引物酶 終止因子終止因子() DNA連接酶連接酶 第70頁/共73頁 復(fù)制過程復(fù)制過程 轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程 1.模板模板DNA解旋與解鏈，解旋與解鏈， 因子辨認(rèn)起始點(diǎn)因子辨認(rèn)起始點(diǎn), 形成復(fù)制叉；形成復(fù)制叉； 帶動(dòng)全酶解開帶動(dòng)全