核酸与蛋白质的生物合成.ppt

第十一章核酸与蛋白质的生物合成在细胞内DNA的合成方式有两种。半保留复制具有普遍意义。反转录以RNA为模板，只存在于反转录病毒中。1.DNA半保留复制的理论1953年，Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时曾推测∶DNA复制过程中，首先碱基间的氢键破裂使双链解旋和分开；然后以每一条链为模板在其上合成新的互补链。于是，原来的一个亲代DNA分子变成为核苷酸排列顺序完全相同的两个子代DNA分子，每个子代DNA分子的一条链来自亲代，另一条则是新合成的，这样的复制合成方式称为半保留复制。二、DNA的半保留复制①以四种脱氧核苷三磷酸为底物,称dNTP；②反应需要接受模板的指导；③反应需要有3'-OH的引物存在；④DNA引物的伸长方向是5'-3'；⑤产物DNA的性质与模板相同。参与DNA聚合反应有关的酶和蛋白质共有30多种，其中主要有以下几种。（1）解旋解链酶①拓扑异构酶（解超螺旋酶）：解开DNA超螺旋。②解链酶（解螺旋酶）：解开碱基对之间的氢键，形成2股单链。③单链DNA结合蛋白：结合于单股DNA链，阻止DNA复性。（2）引物酶：合成一小段RNA引物，用于DNA聚合酶延长子链。（3）DNA聚合酶：5´端有有引物的前提下，延长DNA子链。（4）连接酶：在随后连合成过程中，将不连续的DNA子链连接。①拓扑异构酶②解链酶（3）DNA聚合酶1956年，Kornberg等人首先发现了大肠杆菌中的DNA聚合酶。大肠杆菌共有三种不同的DNA聚合酶，它们分别是DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。2.参与DNA复制的酶2.参与DNA复制的酶2.参与DNA复制的酶2.参与DNA复制的酶2.参与DNA复制的酶（4）DNA连接酶该酶可使双链DNA中的一条链上断开的相邻核苷酸间(断口的一端为3‘-OH，另一端为5’-磷酸基)形成3，5-磷酸二酯键。但不能使游离的两条链直接连接起来。动物和噬菌体由ATP供能，细菌由辅酶Ⅰ(NAD)提供。复制子基因组能进行独立复制的单位，复制子一定含有复制起点（origin),可能也有复制终点（terminus),原核生物的DNA是环形的，通常具有一个复制起点，真核生物的DNA是线形的，通常具有多个复制起点。复制方式双向复制：大多数复制从起点开始向连个方向同时复制，有两个复制叉。单向复制：少数复制从起点向一个方向复制，只有一个复制叉。3.复制的起始点和方式3.复制的起始点和方式对称复制:两条链同时进行的复制称为对称复制。不对称复制:若一条链先复制，待一条链复制完成后，另一条链开始复制，这种复制过程称为不对称复制。4.复制过程①转轴酶(又称拓扑异构酶Ⅰ)它能迅速切断双链中的一条链，断链的末端会自动绕螺旋轴旋转，释放因解链造成的正超螺旋张力。超螺旋解除后，该酶可把断口封闭。②旋转酶(又称拓扑异构酶Ⅱ)它能利用其水解ATP提供的能量，将特定部位DNA双链同时切断，并向DNA分子引进负超螺旋，以抵消解链产生的正超螺旋张力，之后再将断口封闭，从而使解链继续进行。原核生物中冈奇片段的长度为1000～2000个核苷酸；真核生物中冈奇片段的长度为200个核苷酸。(3)引物的合成DNA聚合酶Ⅰ有5´→3´外切酶活力，可将RNA引物切除，然后，再以四种dNTP为原料补各缺口(3´-OH端)，再由DNA连接酶将裂缝连接起来。1.复制的起始（1)DNA解旋、解链，形成复制叉：拓扑异构酶、解链酶及单链结合蛋白。（2）RNA引物合成：依赖于单恋模板，由引物酶催化合成一小段RNA引物。（3)特点：原核环形DNA通常只有一个起点，双向复制；真核生物有多个起始点，形成多个复制叉。2.复制的延长（1）子链延长：引物合成后，由聚合酶Ⅲ催化，在引物3´-OH末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷三磷酸。（2）半不连续合成：a.先导链：链的延长方向与解链方向相同，为连续合成。b.滞后链：链的延长方向与解链方向相反，为不连续合成（产生冈崎片段）。4.复制过程总结这是一种特殊的DNA复制方式，主要存在于逆转录病毒中。1.反转录酶的性质除以RNA为模板合成DNA外①以DNA为模板，合成互补的DNA链，形成DNA双螺旋；②具有5'→3'，3'→5'外切酶的活力；③它还有核糖核酸酶H的活力；④专门水解RNA-DNA杂种分子中的RNA。2.反转录过程所有已知的致癌RNA病毒本身都含有反转录酶，该类病毒侵染宿主细胞后，其携带的反转录酶对病毒RNA(正链)进行反转录。过程如下∶①以正链RNA为模板，tRNA为引物，反转录合成负链DNA。②由反转录酶的外切酶活力切除DNA-RNA杂交分子中的正链RNA。③以负链DNA为模板，合成正链DNA，形成的双链DNA称为前病毒。新合成的双链DNA环化、整合到寄主的染色体DNA中。2.反转录过程反转录现象在生物学上的意义①它扩充了遗传信息传递过程中由DN