生物化学-DNA复制、转录、翻译.ppt
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1、遗传信息的传递,DNA、RNA、蛋白质的生物合成,中心法则,第一节 DNA的生物合成 DNA的复制,-概念:,-时期:,以亲代DNA分子为模板,合成子代DNA分子的过程。,-场所:,有丝分裂间期、减数第一次分裂间期,细胞核(主要)、叶绿体、线粒体,-碱基互补配对原则:,AT GC,第一节 DNA的生物合成 DNA的复制,-原料:,四种 dNTP:dATP 、dTTP、dGTP、 dCTP,(dNMP)ndNTP(dNMP)n+l ppi,3, 5-磷酸二酯键,3,5,一、DNA复制的特点,1、半保留复制,3、半不连续复制,2、DNA复制的起点和方向,1、DNA的半保留复制,亲代DNA,子代,子
2、代,(1)“半保留复制假说”的提出: 1953年,Watson & Crick在DNA双螺旋基础上提出。,科学家提出的三种DNA复制模型,(2) “半保留复制假说”的实验证明:,将E.Coli培养在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中生长; 提取其DNA 进行密度梯度离心。 再移至14N培养基中生长; 在不同时期提取DNA,进行密度梯度离心。,Meselson和Stahl 实验,Meselson和Stahl 实验,2、DNA复制的起点和方向,复制的起始点: DNA复制要从DNA分子的特定部位开始。 原核生物中DNA(环形)的复制只有一个起始点。 真核生物染色体DNA(线形)的复制有多个起始点。
3、,DNA的双向复制:,DNA从起始点向两个方向解链,形成两个延伸方向相反的复制叉。,原核生物的双向复制,真核生物的双向复制,3、半不连续复制,体内仅存在5 3的DNA聚合酶; 新链延伸的方向只能是53 。,前导链:以35方向的母链作为模板,新合成的以53为方向连续合成的链。 (复制方向与解链方向一致),随从链(滞后链): 以53方向的母链作为模板,沿53方向合成一些10002000个核苷酸不连续的小片段,由小片段连接成随从链。 (复制方向与解链方向相反),冈崎片段:以53方向的母链作为模板,沿53方向合成的一些10002000个核苷酸不连续的小片段。,半不连续复制:领头链连续复制而随从链不连续
4、复制。,二、参与DNA复制的酶和蛋白质,1、原核生物的DNA聚合酶 2、真核生物的DNA聚合酶 3、解链、解旋酶类 4、DNA拓扑异构酶 5、引发体 6、DNA连接酶,DNA聚合酶 5 3外切酶 3 5外切酶 5 3聚合酶,DNA聚合酶与 5 3聚合酶 3 5外切酶,1、原核生物的DNA聚合酶,DNA聚合酶 DNA 复制的主要酶。 DNA聚合酶用于切除RNA引物, 损伤后修复。 DNA聚合酶只是在无pol I及pol 的情况下才起作用 。,3 5 5 3 外切酶 聚合酶,N,C,5 3 外切酶,小片段,大片段( klenow片段),(常用的工具酶),DNA聚合酶,DNA聚合酶的校对作用,依赖于
5、3个聚合酶的3末端外切酶活性,进行校对和纠错。 多种蛋白质参与,从而保证了复制的准确性。,2、真核细胞的DNA聚合酶,DNApol , DNApo1:延长领头链和随从链; DNApoI:合成RNA引物; DNApol:校读、修复和填补缺口。 DNApol:在没有其他DNApol时发挥催化功能。 DNApo1:催化线粒体DNA的合成。,4、解链、解旋酶类,DNA解链酶 单DNA结合蛋白(SSB),解开DNA双链 每个bp消耗2个ATP 与单链DNA结合,维持单链状态 (“镇纸”) 使其不受核酸酶水解,保持完整性。,拓扑异构酶 转轴酶 拓扑异构酶 旋转酶,切断DNA双螺旋中的一股,张力下降后封闭。
6、 切断DNA双链,使另一双链经过此缺口,再封闭。,4、DNA拓扑异构酶,改变DNA分子构象,理顺DNA链,使复制能顺利进行。,5、引发体,蛋白质 DnaA蛋白 DnaB蛋白 引物酶,结合到DNA双链复制起始部位 解链酶的作用 合成RNA引物,RNA引物的合成和复制的起始必需。,6、DNA连接酶,催化二段DNA链之间3,5 磷酸二酯键的形成,3 OH,5,5,3,O O- P O O-,有缺口的DNA链,DNA连接酶,ATP,AMP+PPi,O O P O O-,5,3,缺口封闭,缺口填补: 连接双股DNA分子中一链的缺口 双链DNA分子中双链的缺口 不能连接二分子单链DNA,DNA连接酶的应用
7、: 1.岗崎片段之间的连接. 2.DNA损伤修复中的连接. 3.一种重要的工具酶: 限制性内切酶切割后形成的粘性末端或平头末端的连接.,三、原核细胞DNA的复制,1、合成所需材料: 模板DNA 原料:合成引物所需NTP 合成DNA所需的dNTP 酶: 2、合成方向:53; 模板链解读方向: 3 5,3、合成步骤:,(1)解旋:由拓扑异构酶解除超螺旋; (2)解链:由DNA解螺旋酶催化,SSB与单链DNA结合,防止双链间氢键再形成; (3)识别起点:由DNA指导的引物酶完成; (4)RNA引物合成:以DNA为模板,在引物酶催化下由DNA转录生成5-10个核糖核苷酸链; (5)DNA链延长:在引物
8、3-OH基上,按碱基互补原则经DNA聚合酶(主要是酶)催化DNA链从53延伸。 前导链为连续的;后滞链为不连续的冈崎片段。,(6)切除引物,补齐缺口:由DNA聚合酶(主要是酶)催化,切去RNA引物;按碱基互补原则,沿53方向,补齐缺口。 (7)连接封口:由DNA连接酶催化,将补齐缺口的3-OH基与下一个冈崎片段的5-P以磷酸二酯键连接起来,最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。 (8)校正并修复DNA:由DNA聚合酶校正并切除错配,再按53方向加上正确核苷酸。,4)母本DNA双链的分离,四、真核细胞DNA的复制:,1、DNA模板上有多个起点,即真核细胞 DNA复制由多个复制子共同完成。,真核
9、生物与原核类似,但更复杂,不同之处:,复制子,2、端粒的复制:,端粒: 线形染色体末端的核苷酸序列。,染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物,去除后留下空隙。留下的空隙如没法填补,细胞染色体DNA将面临复制一次就缩短一些的问题。 事实上染色体虽经多次复制,却不会越来越短的。因为真核生物染色体线性DNA分子末端存在着特殊的结构称为端粒。,端粒酶:催化端粒复制的一种RNA-蛋白质复合物,携带RNA模板(与端粒互补)的逆转录酶。 功能:1)起模板作用; 2)有逆转录酶的作用。,端粒复制:,1)借RNA与末端DNA互补; 2)以酶上RNA为模板合成一段DNA; 3)延长的DNA反折为双链。 是不依
10、赖模板DNA的复制来补偿切除引物引起的末端缩短。,端粒、端粒酶意义,与细胞衰老、凋亡有关; 端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐变短至消失,可导致染色体稳定性下降,导致细胞衰老凋亡。 正常:体细胞端粒酶活性丧失,端粒的长度不断缩短。 异常:肿瘤细胞端粒酶活性恢复,端粒复制,细胞恶性增殖 抑制端粒酶活性可防治肿瘤。,转录的产物:,第二节 RNA的生物合成 转录,转录:DNA指导下的RNA合成。,转录的场所:,信使RNA(mRNA) 核糖体RNA(rRNA) 转运移RNA(tRNA),转录的原料:,(NMP)nNTP(NMP)n+l ppi,四种 NTP:ATP 、UTP、GTP、
11、 CTP,细胞核,均以DNA为模板; 都是生成3,5 磷酸二酯键; 合成的方向都是5 3; 遵从碱基配对规律。,一、转录与DNA复制的相似之处:,复制和转录的区别,二、转录的模板:,模板链 : DNA双链中只一条链可做转录模板,又称为“Watson链”。 编码链: 无转录功能的DNA链,又称为“Crick链” 。 二者可在同一条链上。,转录是以结构基因作为单位的。,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,不对称转录,5 3,3 5,
12、模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,模板链并非永远在同一条单链上。,三、RNA聚合酶,不需引物,在单核苷酸的3-OH上逐个加核苷酸。,(一)原核生物的RNA聚合酶,2,,核心酶,全酶,全酶:具有亚基 核心酶:没有亚基,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,3种: ,(二)真核生物的RNA聚合酶,(一) 原核细胞的转录,四、转录的过程,起始延伸 终止,原核生物一个转录单位称为操纵子,包括若干个结构基因及其上游的调控序列。,1、起始,启动子:与RNA聚合酶结合启动基因转录的DNA序列,为转录开始的位点 (上游的-35序列和-10序列)。,A、全酶与启动子结合; B、DNA局部解开双螺旋;,起始
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