动物生化 第9 章 核酸的生物学功能.ppt

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第九章 核酸的生物学功能 讲授内容 第一节 DNA的生物合成 第二节 RNA的生物合成 第三节 RNA催化活性的发现 第四节 蛋白质的生物合成 第五节 蛋白质的到位 第六节 中心法则 第七节 基因表达的调控 第八节 分子生物学技术 教学目标 了解DNA复制的一般过程,以及原核细胞和真核细胞DNA合成的异同 了解PCR有选择扩增DNA的原理 了解RNA合成涉及的起始、延伸和终止三个过程 掌握核酶的概念 掌握蛋白质合成的一般过程 掌握乳糖操纵子模型 了解几种分子生物学技术过程及原理 第一节 DNA的生物合成 一、 DNA的复制 Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型推测 DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂,两条链分开 然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链 这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA,另一条链是新合成的,这种复制方式为半保留复制 (二) DNA复制开始于特定的起点 复制是从DNA分子上的特定部位开始的,这一部位叫原点 (origin) 从原点开始同时向DNA链的两个方向进行,结果形成一个分叉,称为复制叉(fork) 原核生物与真核生物DNA合成区别 大肠杆菌只有一个复制原点,Q形复制,速率1700bp/s 高等生物有多个复制点,速率只有50bp/s (三) DNA复制中一股链是不连续合成 (四) DNA复制相关的酶和蛋白质 (1) DNA聚合酶 DNA聚合酶I是一个模板指导酶 需要打开的DNA单链作为模板才能合成子链 此酶催化的底物必须是脱氧的核苷5’-三磷酸(dATP、dGTP、dTTP和dCTP) DNA聚合酶Ⅰ 需要引物 DNA聚合酶Ⅰ只能将脱氧核苷酸加于已存在的DNA或RNA链的3’-羟基上,缺少则不能合成 DNA聚合酶还具有水解作用 DNA聚合酶I是一个3’→5’核酸外切酶,又是5’→3’核酸外切酶。这两种酶活性对DNA的复制都是十分重要的 由DNA聚合酶催化的链延长反应 2.引物酶 复制合成先导链或随后链冈崎片段的引物是一段RNA(5-10个核苷酸) 这段RNA由一种特异的RNA聚合酶合成,此酶称为引物酶(Primerase)。 引物及引物酶的作用 已知DNA聚合酶具有3’→5’的外切作用以校对复制中的错误核苷酸。这就决定了它不能从头开始合成。 因此先合成一段低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成,并以核糖核苷酸来标记是“暂时”的。 这种高度精确的安排增加了DNA复制的复杂性,却保证了复制的忠实性。 已知复制的误差率仅为十亿分之一至百亿分之一,即复制十亿到一百亿个碱基才可能出一个差错。 3.DNA连接酶 DNA聚合酶能将脱氧核苷酸加到引物RNA链上并延长,但不能催化两条DNA单链连接起来或把单条DNA链闭合起来。 二、DNA的损伤和修复 保证DNA分子的完整性对于生物是至关重要的 在几亿年进化的过程中产生了对复制过程中偶然发生的错误,进行校正的高效“校正”系统及由于客观因素造成的DNA损伤进行修复的系统。 (一) DNA的损伤 某些化学、物理的因素可引起细胞DNA的损伤(化学结构发生改变) 化学因素种类繁多,机制也很复杂; 物理因素中紫外线的作用机制研究得比较清楚。例如形成胸腺嘧啶二聚体。 此外,DNA的损伤还有碱基可能改变或丢失、骨架中的磷酸二酯键可能断裂,螺旋链可能形成交联等。 胸腺嘧啶二聚体 紫外线引起DNA分子中同一条链上相邻的两个嘧啶核苷酸以共价键连接生成环丁烷结构,即嘧啶二聚体。 最易见的是胸腺嘧啶二聚体。此种二聚体不能容纳在双螺旋结构中,它不能与互补链上的腺嘌呤形成氢键配对,影响DNA的复制和基因表达。 (二) 损伤修复系统 修复保护DNA的正常功能是非常重要的 不论物理因素或化学因素所造成的损伤,只要DNA结构发生改变,就能被修复酶识别,而把不正常的部分切除 光诱导的修复(光修复) 不依赖光的修复(暗修复) 在高等动物体内暗修复代替了光修复。 光修复 光修复也称光复活 它是由可见光(300-400nm)激活光复活酶,该酶能分解胸腺嘧啶二聚体。 已从细菌和动物的细胞中分裂出一种光复活酶。 哺乳动物和人体内缺乏此酶。 暗修复 暗修复通过三种不同的机理来完成修复: 1.切除修复(excison repair) 2.重组修复(recombinational repair) 3.SOS修复(SOS repair) 切除修复 2.重组修复 重组修复是一种复制后修复。 这种修复中含嘧啶二聚体的DNA片段仍可进行复制,但子链中在损伤的对应部位出现缺口。 复制后通过分子内重组或称为姐妹链交换(sister-strand ex

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