第三讲DNA和RNA的生物合成.ppt

第三讲 DNA与RNA的生物合成 DNA是贮藏遗传信息的最重要的生物大分子。DNA分子中的核苷酸排列顺序不但决定了胞内所有RNA及蛋白质的基本结构，还通过蛋白质（酶）的功能间接控制了细胞内全部有效成份的生产、运转和功能发挥。贮藏在任何基因中的生物信息都必须首先被转录生成RNA，才能够得到表达。DNA和RNA虽然很相似，只有T或U及核糖的第二位碳原子上有所不同，但它们的生物学活性却很不同。 RNA主要以单链形式存在于生物体内，其高级结构很复杂；RNA既担负着贮藏及转移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。 ??? 蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需要数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内时刻进行着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反应。 DNA代谢 无论是只含有一对染色体的原核细胞还是带有多对染色体的真核细胞，只有整个基因组得到了完整准确的复制，细胞分裂才能顺利发生。所以说，DNA复制的起始，标志了细胞进入一个新的周期。 ㈠、DNA复制 ??? 根据反应阶段和所需的不同酶类，DNA的复制可被分为三个阶段，即复制起始、延伸和终止。每个DNA复制的独立单元被称为复制子（replicon），主要包括复制起始位点（Origine of replication）和终止位点（terminus）。原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点。 ??? 大肠杆菌DNA的复制需要有20种左右的酶和蛋白质因子参与，整个DNA复制机器被称之为DNA replicase system或replisome。 DNA replicase system Helicase，任何DNA在被复制前都必须解开双链，这个过程是由helicase来完成的，它可在ATP的作用下将DNA母链不断解开形成单链。 Topoisomerase，主要功能是消除DNA解链过程中所产生的扭曲力。 DNA结合蛋白，使新解链的DNA保持稳定结构。 Primases，为DNA复制提供RNA引物。 DNA polymerases，合成新生DNA链，切除RNA引物。 DNA Ligases，使新生DNA链上的缺口（3-OH, 5-p）生成磷酸二酯键。 1. DNA复制的起始 ??? 大肠杆菌中的复制起始位点是Ori C，全长245Bp，该序列在所有细菌复制起始位点中都是保守的。 DNA复制起始中的主要步骤a. 大约20个左右的DnaA蛋白首先与OriC中的4个9碱基重复区相结合；b. 识别并使3个13碱基串联重复区DNA形成开环结构；c. DnaB蛋白在DnaC的帮助下与未解链序列结合。每六个DnaB蛋白形成一组并与一条DNA母链结合，可在不同方向同时起始DNA的复制。当细胞中存在足够的SSB和DNA gyrase时，DnaB的解链效率非常高。 ??? 整个DNA复制过程中，只有复制起始受细胞周期的严格调控。 ??? Once in each cell cycle。 DNA甲基化与DNA复制起始密切相关。OriC中有11个GATC回文结构（一般说来，256bp才应有一个GATC重复）。DNA子链被合成后，母链立即被甲基化（称为hemimethylated）。此时，oriC与细胞原生质膜相结合。只有当oriC被从膜上释放出来，子链被Dam甲基化后，才能有效地与DnaA蛋白结合，起始新一轮的DNA复制。复制起始可能还受ATP水解过程调控，因为DnaA只有与ATP相结合时才能与oriC区DNA相结合。 2. DNA子链的延伸 ??? 主要包括两个不同但相互有联系的事件，即前导链和滞后链的合成。由DNA helicase解开双螺旋，由拓朴异构酶消除DNA链上的扭曲力，SSB结合使DNA单链稳定。 ??? 前导链的合成：由DnaG（primase）在复制起始位点附近合成一个10-60 nt的RNA引物，然后由polII把dNTP加到该引物上。??? 滞后链的合成：产生Okazaki fragments，消除RNA引物并由DNA pol I补上这一小段DNA序列，由DNA Ligase把两个片段相连。 3. DNA链的终止 ??? 当子链延伸达到terminus region（ter，带有多个20bp序列）时，DNA复制就终止了。Ter有点像一个陷井（trap），使复制叉只能进入，不能出来。Ter的功能主要是由Ter-Tus复合物（ter utilization substance）来完成的。 4. 真核细胞DNA的复制比大肠杆菌更复杂 真核生物的origin of replication被称为ARS-autonomously replicating