核酸的生物学功能资料课件.ppt
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- 核酸 生物学 功能 资料 课件
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1、第第13章章 DNA的生物合成的生物合成复制复制 核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸的水解核酸的水解 核酸核酸低聚核苷酸低聚核苷酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸戊糖戊糖核苷核苷 碱基碱基HCCNHCNCNNHCH嘌嘌 呤呤12 3 456789 嘌呤碱嘌呤碱碱碱 基基CCNHCNCNNHCH腺嘌呤腺嘌呤NH2 CCNCHNCNNHCHO鸟嘌呤鸟嘌呤H2N626嘧啶嘧啶CHNNCHCH123456HC嘧啶碱嘧啶碱24 CCNNCHCHOH胞嘧啶胞嘧啶NH2CHNCNCHCHOHO尿嘧啶尿嘧啶 CHNCNCHCOHO胸腺嘧啶胸腺嘧啶CH324524OHOCHCOHHCOHHCH12345CH2OH核糖核糖D
2、-(直链式直链式)OCCCCOHHHOHOHHH12345HOH2C核糖核糖D-(呋喃式呋喃式)戊戊 糖糖 HHOHOHOHHCHNNCNHCNCC腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷AHOH2CNH2 HHOHOHOHHHOH2COCHCHNNCCNH2胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷C C 核核 苷苷91 核苷酸核苷酸 CCNCHNCNNCHOHHOHHOHHPOHOOH12345OH2CH2NdGMP脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸 CCNHCNCNNCHHOHOHHOHHPOHOOH23451NH2OH2C腺苷酸腺苷酸 核苷酸的磷酸化核苷酸的磷酸化核苷一磷酸核苷一磷酸 (NMP)核苷二磷酸核苷二磷酸 (NDP)核苷三磷酸核苷
3、三磷酸 (NTP)环状腺苷酸环状腺苷酸 (cAMP)PPPATGCATCG12 3412345PPOHPPPOH33335555 20nm 核酸的一般理化性质核酸的一般理化性质 (1 1)DNADNA微溶于水,呈酸性,加碱促进溶解,微溶于水,呈酸性,加碱促进溶解,但不溶于有机溶剂;但不溶于有机溶剂;(2 2)核酸和蛋白质一样具有变性现象;而且变)核酸和蛋白质一样具有变性现象;而且变性性DNADNA,在适当的条件下也可复性;,在适当的条件下也可复性;(3 3)由于核酸组成中的嘌呤、嘧啶碱都具有共)由于核酸组成中的嘌呤、嘧啶碱都具有共轭双键,因此对紫外光有强烈的吸收,核酸溶液在轭双键,因此对紫外光
4、有强烈的吸收,核酸溶液在260nm 260nm 附近有一个最大吸收值;附近有一个最大吸收值;(4 4)DNADNA的变性和复性都是以碱基互补为基础的变性和复性都是以碱基互补为基础的,因此可以进行分子杂交。的,因此可以进行分子杂交。生物遗传信息传递的生物遗传信息传递的中心法则中心法则 中心法则中心法则转录转录RNADNA翻译翻译蛋白质蛋白质逆逆转录转录 简洁明了的表述了生物遗传信息的传递方向简洁明了的表述了生物遗传信息的传递方向Reverse transcription中心法则图示中心法则图示 一、一、DNADNA的生物合成的生物合成 (一)(一)DNADNA的复制方式的复制方式 (二)参与(二
5、)参与DNADNA生物合成的酶生物合成的酶 (三)以(三)以DNADNA为模板合成为模板合成DNADNA的过程的过程 (四)(四)DNADNA损伤与修复损伤与修复 (五)以(五)以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA的过程的过程 半保留复制半保留复制(一)(一)DNA的复制方式的复制方式 DNA DNA子代分子子代分子中一条链完整中一条链完整地来自亲代地来自亲代,另另一条链为完全一条链为完全重新合成,这重新合成,这种复制方式称种复制方式称为为半保留复制半保留复制。半保留复制的意义半保留复制的意义 子代子代 DNA DNA 保留了亲代保留了亲代 DNA DNA 的全部遗传的全部遗传信息,
6、保证了遗传信息的相对稳定,是物信息,保证了遗传信息的相对稳定,是物种稳定性的分子基础。种稳定性的分子基础。(二)参与(二)参与DNADNA生物合成的酶生物合成的酶 1.DNA 1.DNA 聚合酶聚合酶 2.DNA 2.DNA 分子的拓扑学变化和相关酶分子的拓扑学变化和相关酶 3.3.引物酶引物酶 4.DNA 4.DNA 连接酶连接酶 1.DNA 1.DNA聚合酶聚合酶 以以 DNA DNA 聚合酶聚合酶 I I 为代表说明三个酶的为代表说明三个酶的共性共性:(1 1)是一个模板指导酶;)是一个模板指导酶;(2 2)聚合需要引物;)聚合需要引物;(3 3)具有水解作用。)具有水解作用。即需要打开
7、的即需要打开的 DNA DNA 单链作为模板才能单链作为模板才能合成子链。合成子链。底物底物为为 4 4 种脱氧核苷三磷酸(种脱氧核苷三磷酸(dATPdATP、dGTPdGTP、dTTP dTTP 和和 dCTPdCTP)。)。(1)模板指导酶)模板指导酶 DNA DNA 聚合酶聚合酶只能将脱氧核苷酸加于已只能将脱氧核苷酸加于已存在的存在的DNA DNA 或或 RNA RNA 链的链的 3-3-羟基上,否羟基上,否则不能合成。则不能合成。这是一个这是一个耗能反应耗能反应,每合成一个核苷酸,每合成一个核苷酸消耗消耗 2 2 分子分子ATPATP。聚合反应延着。聚合反应延着 5353方向方向进行。
8、进行。(2)需要引物)需要引物 (3 3)具有水解作用)具有水解作用 3 355外切活性外切活性作用:复制作用:复制“校对校对”作用。作用。5353外切活性外切活性作用:从作用:从 55端切去端切去引物引物 RNA RNA 的功能。的功能。大肠杆菌体内各聚合酶作用大肠杆菌体内各聚合酶作用 DNA DNA 聚合酶聚合酶 是复制时的主要聚合是复制时的主要聚合酶;酶;DNA DNA 聚合酶聚合酶 I I 主要负责除去引物并主要负责除去引物并利用脱氧核苷酸填满空隙;利用脱氧核苷酸填满空隙;DNA DNA 聚合酶聚合酶 作用尚不清楚。作用尚不清楚。DNA DNA 聚合酶聚合酶和和 涉及涉及DNADNA错
9、误修复。错误修复。它至少由它至少由 8 8 种亚基组成,种亚基组成,每秒钟聚合每秒钟聚合 1 000 1 000 多个核苷酸。多个核苷酸。许多亚基的功能目前还不清楚,许多亚基的功能目前还不清楚,已知聚合催已知聚合催化活性位于化活性位于亚基亚基;两个两个亚基亚基夹住夹住 DNADNA 模板模板并沿链滑动,从而提高全酶聚合的工作能力;并沿链滑动,从而提高全酶聚合的工作能力;3 355核酸外切酶活性位于核酸外切酶活性位于亚基亚基。聚合酶聚合酶全酶形成一个对称的二聚体,这种全酶形成一个对称的二聚体,这种结构使复制的先导链及随后链在全酶上同时、同结构使复制的先导链及随后链在全酶上同时、同方向合成。方向合
10、成。DNA DNA 聚合酶聚合酶 真核生物的真核生物的 DNA DNA 聚合酶聚合酶 真核生物真核生物 DNA DNA 聚合酶现已发现至少有聚合酶现已发现至少有5 5种,分别称为种,分别称为 DNA-polDNA-pol、。DNA-polDNA-pol和和都是在复制延长中起催都是在复制延长中起催化作用。化作用。DNA-polDNA-pol则与原核生物的则与原核生物的 DNA-pol IDNA-pol I相似,在复制过程中起校读、修复和填补相似,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。缺口的作用。2.DNA 2.DNA 分子的拓扑学变化和相关酶分子的拓扑学变化和相关酶 (1 1)解螺旋酶)解螺
11、旋酶 (2 2)DNA DNA 拓扑异构酶拓扑异构酶 (3 3)单链)单链 DNA DNA 结合蛋白结合蛋白 (1 1)解螺旋酶)解螺旋酶 一种称为一种称为解螺旋酶解螺旋酶或或解螺旋酶解螺旋酶;一种称为一种称为 Rep Rep 蛋白蛋白。(2 2)DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶 真核生物中真核生物中 TopoTopo不需消耗不需消耗 ATPATP,它,它能使负或正超螺旋变为松驰态。能使负或正超螺旋变为松驰态。TopoTopo 的存在需要的存在需要 ATP ATP 供能,原核供能,原核生物中又称生物中又称 DNA DNA 解旋酶(解旋酶(DNA gyraseDNA gyrase)。DNADNA
12、促旋酶促旋酶 (3 3)单链)单链 DNA DNA 结合蛋白结合蛋白 与解开的单链与解开的单链 DNA DNA 结合,结合,防止其重新防止其重新配对形成双链配对形成双链 DNADNA 或被或被核酸酶降解核酸酶降解。所有的所有的 DNA DNA 聚合酶都要求一个有自由聚合酶都要求一个有自由 3 3-OH-OH 的引物来起始的引物来起始 DNA DNA 的合成。的合成。这段这段 RNA RNA 长长 5 510 10 个核苷酸个核苷酸,由一,由一种特异的种特异的 RNA RNA 聚合酶聚合酶合成,此酶称为合成,此酶称为引引物酶(物酶(primeraseprimerase)。3.引物酶引物酶 这与这
13、与 DNA DNA 聚合酶的高度忠实性复制分不开。聚合酶的高度忠实性复制分不开。已知已知 DNADNA聚合酶聚合酶具有具有 3 3 5 5 的外切作用以校对的外切作用以校对复制中的错误核苷酸。也就是说聚合酶在开始形成一个复制中的错误核苷酸。也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前,总先要检查前一个碱基是否正确,新的磷酸二酯键前,总先要检查前一个碱基是否正确,这就决定了它这就决定了它不能从头开始合成不能从头开始合成。因此先合成一段低忠实性的多核苷酸来开始因此先合成一段低忠实性的多核苷酸来开始 DNA DNA 的的合成,并合成,并以核糖核苷酸来标记是以核糖核苷酸来标记是“暂时暂时”的的。这种高
14、度。这种高度精确的安排精确的安排增加了增加了 DNA DNA 复制的复杂性,却保证了复制的复制的复杂性,却保证了复制的忠实性忠实性。已知。已知复制的误差率仅为十亿分之一至百亿分之复制的误差率仅为十亿分之一至百亿分之一一,即复制十亿到一百亿个碱基才可能出一个差错。,即复制十亿到一百亿个碱基才可能出一个差错。引物及引物酶的作用引物及引物酶的作用 催化两条催化两条 DNA DNA 单链连接起来或把单条单链连接起来或把单条 DNA DNA 链链闭合起来。闭合起来。(4)DNA连接酶连接酶 (三)以(三)以DNADNA为模板合成为模板合成DNADNA的过程的过程 1.1.复制的起始复制的起始 2.2.复
15、制的延伸复制的延伸 3.3.复制的终止复制的终止 1.1.复制的起始复制的起始复制原点复制原点 (origin)(1 1)一些相关蛋白与)一些相关蛋白与复制原点复制原点结合,模结合,模板解链,板解链,单链结合蛋白与单链结合蛋白与解链的解链的 DNA DNA 部分部分结合,保持其伸展状态,形成单链模板。结合,保持其伸展状态,形成单链模板。(2 2)接着,)接着,引物酶引物酶结合于单链模板,开结合于单链模板,开始合成一段始合成一段 5 510bp 10bp 的的 RNA RNA 引物引物。2.2.复制的延伸复制的延伸 引物合成后,引物合成后,DNA DNA 聚合聚合 进入复制叉,进入复制叉,在在
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