生物化学--核酸的代谢--课件

第十章第十章 核酸的代谢核酸的代谢一、核酸的酶促降解一、核酸的酶促降解一、核酸的酶促降解一、核酸的酶促降解二、嘌呤和嘧啶的分解二、嘌呤和嘧啶的分解二、嘌呤和嘧啶的分解二、嘌呤和嘧啶的分解三、核苷酸的生物合成三、核苷酸的生物合成三、核苷酸的生物合成三、核苷酸的生物合成四、四、四、四、DNADNADNADNA的生物合成的生物合成的生物合成的生物合成(一一一一)DNA)DNA)DNA)DNA的复制（的复制（的复制（的复制（DNADNADNADNA指导下的指导下的指导下的指导下的DNADNADNADNA合成）合成）合成）合成）(二二二二)逆转录作用（逆转录作用（逆转录作用（逆转录作用（RNARNARNARNA指导下的指导下的指导下的指导下的DNADNADNADNA合成）合成）合成）合成）（三）（三）（三）（三）PCRPCRPCRPCR（聚合酶链式反应）（聚合酶链式反应）（聚合酶链式反应）（聚合酶链式反应）体外合成体外合成体外合成体外合成DNADNADNADNA。（四）（四）（四）（四）DNADNADNADNA损伤与修复损伤与修复损伤与修复损伤与修复五、五、五、五、RNARNARNARNA的生物合成的生物合成的生物合成的生物合成（一）多聚核苷酸磷酸化酶的作用（无模板指导的（一）多聚核苷酸磷酸化酶的作用（无模板指导的（一）多聚核苷酸磷酸化酶的作用（无模板指导的（一）多聚核苷酸磷酸化酶的作用（无模板指导的 RNARNARNARNA合成）合成）合成）合成）（二）转录（二）转录（二）转录（二）转录（DNADNADNADNA指导下的指导下的指导下的指导下的RNARNARNARNA合成）合成）合成）合成）（三）（三）（三）（三）RNARNARNARNA复制（复制（复制（复制（RNARNARNARNA指导下的指导下的指导下的指导下的RNARNARNARNA合成）合成）合成）合成）六、基因、基因组、基因工程六、基因、基因组、基因工程六、基因、基因组、基因工程六、基因、基因组、基因工程1ppt课件第十章 核酸的代谢一、核酸的酶促降解 核酸酶核酸酶（磷酸二脂酶）（磷酸二脂酶）核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶 RNaseRNase（核糖核酸酶类）核糖核酸酶类）DNase（脱氧核糖核酸酶类脱氧核糖核酸酶类）（专一性低，既作用专一性低，既作用RNA也作用也作用DNA）蛇毒磷酸二脂酶蛇毒磷酸二脂酶（35外切酶）外切酶）牛脾磷酸二脂酶牛脾磷酸二脂酶（5 3外切酶）外切酶）牛脾核糖核酸酶牛脾核糖核酸酶 RNaseTRNaseT1 1DNase（牛胰脱氧核牛胰脱氧核糖核酸酶）糖核酸酶）DNase（牛脾脱氧核牛脾脱氧核糖核酸酶）糖核酸酶）限制性内切酶限制性内切酶2ppt课件二、嘌呤和嘧啶的分解（一）嘌呤的分解 1、嘌呤核苷酸降解产生尿酸、嘌呤核苷酸降解产生尿酸 尽管细胞内大多数的嘌呤和嘧啶碱基可以通过补救途径尽管细胞内大多数的嘌呤和嘧啶碱基可以通过补救途径合成相应的核苷酸，也就是说可以回收，但还是有些碱基被合成相应的核苷酸，也就是说可以回收，但还是有些碱基被降解。这些碱基来自过量消化的核苷酸或来自细胞内正常的降解。这些碱基来自过量消化的核苷酸或来自细胞内正常的核酸转换。核酸转换。鸟类、爬行动物和灵长类动物（包括人）可以将鸟类、爬行动物和灵长类动物（包括人）可以将嘌呤核苷酸转换为嘌呤核苷酸转换为尿酸尿酸排泄掉排泄掉。鸟类、爬行动物中的氨基酸鸟类、爬行动物中的氨基酸代谢也可以生成尿酸，但在哺乳动物中，过量的氮是以尿素代谢也可以生成尿酸，但在哺乳动物中，过量的氮是以尿素形式排出的。形式排出的。鸟类和爬行动物缺少进一步降解尿酸的酶，而鸟类和爬行动物缺少进一步降解尿酸的酶，而许多动物还可以进一步将尿酸降解为其它产物。许多动物还可以进一步将尿酸降解为其它产物。3ppt课件 右右 图给出了图给出了AMP和和GMP降解至尿酸的途径。降解至尿酸的途径。AMP和和GMP经水解除去磷酸分经水解除去磷酸分别形成腺苷和鸟苷，腺苷经别形成腺苷和鸟苷，腺苷经腺苷脱氨酶催化脱氨形成次腺苷脱氨酶催化脱氨形成次黄嘌呤核苷，同样黄嘌呤核苷，同样AMP也也可以在可以在AMP脱氨酶的作用脱氨酶的作用下脱氨生成下脱氨生成IMP。IMP水解水解生成次黄嘌呤核苷，次黄嘌生成次黄嘌呤核苷，次黄嘌呤核苷再经磷酸解形成次黄呤核苷再经磷酸解形成次黄嘌呤。鸟苷磷酸解生成鸟嘌嘌呤。鸟苷磷酸解生成鸟嘌呤。这些磷酸解反应（以及呤。这些磷酸解反应（以及几种脱氧核苷的磷酸解）都几种脱氧核苷的磷酸解）都是由嘌呤是由嘌呤-核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶（purine-nucleoside phosphorylase）催化的，生）催化的，生成核糖成核糖1-磷酸（或脱氧核糖磷酸（或脱氧核糖-1-磷酸）和碱基；但腺苷不磷酸）和碱基；但腺苷不是哺乳动物嘌呤是哺乳动物嘌呤-核苷磷酸核苷磷酸化酶的底物。化酶的底物。4ppt课件 痛风痛风是由于尿酸生产过量或尿酸排泄不充分造成堆积引起的一种疾病。血液中的尿酸钠的溶解度很小，当尿酸钠浓度高时，它可在软骨和软组织，特别是在肾脏以及舌和关节处形成结晶（有时与尿酸一起）。在关节处的沉积会引起剧烈的疼痛。引起痛风有几个原因，其中包括次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性的部分缺陷，结果导致嘌呤回收下降，使得嘌呤分解生成更多的尿酸。痛风也可能是由于嘌呤生物合成调控的缺陷引起的。治疗痛风的常用药物之一是与次黄嘌呤结构非常类似的别嘌呤醇，次黄嘌呤的N-7和C-8换个位置就变成了别嘌呤醇。在细胞内别嘌呤醇被转换为羟嘌呤醇，羟嘌呤醇是黄嘌呤脱氢酶的一个很强的抑制剂，服用别嘌呤醇可以防止非正常的高水平的尿酸的形成，因此可以防止尿酸的沉积和肾结石的形成。在用别嘌呤醇治疗期间，次黄嘌呤和黄嘌呤都不会堆积，它们经次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化转换为IMP和黄嘌呤核苷酸，然后形成AMP和GMP。次黄嘌呤和黄嘌呤的溶解度比尿酸钠和尿酸大得多，如果它们不能通过补救途径被重新利用也可经肾脏排泄掉。5ppt课件2 2、大多数动物可以降解尿酸、大多数动物可以降解尿酸 大多数动物可以进一步降解尿酸。大多数动物可以进一步降解尿酸。在尿酸酶的催化下，尿酸分子中的在尿酸酶的催化下，尿酸分子中的嘧啶环开环形成尿囊素、嘧啶环开环形成尿囊素、H2O2和和CO2。尿囊素是大多数哺乳动（不包括人）尿囊素是大多数哺乳动（不包括人）中嘌呤降解的主要终产物。中嘌呤降解的主要终产物。海龟、某些昆虫等动物也排泄尿囊素。某些硬海龟、某些昆虫等动物也排泄尿囊素。某些硬骨鱼具有尿囊素酶活性，尿囊素酶可以催化尿囊素的咪唑环开环生成骨鱼具有尿囊素酶活性，尿囊素酶可以催化尿囊素的咪唑环开环生成尿囊尿囊酸。酸。但这些鱼类不能再降解尿囊酸，而是以尿囊酸作为嘌呤降解的终产物但这些鱼类不能再降解尿囊酸，而是以尿囊酸作为嘌呤降解的终产物排泄。排泄。6ppt课件 大多数鱼、两栖类动物、以及淡水软体动物可以大多数鱼、两栖类动物、以及淡水软体动物可以进一步降解尿囊酸进一步降解尿囊酸。这些动物含有尿囊酸酶，该酶催。这些动物含有尿囊酸酶，该酶催化尿囊酸水解生成一分子的乙醛酸和两分子尿素。所化尿囊酸水解生成一分子的乙醛酸和两分子尿素。所以在这些动物中嘌呤降解氮的以在这些动物中嘌呤降解氮的终产物是尿素终产物是尿素。许多生物，包括植物、海洋甲壳类动物和许多海许多生物，包括植物、海洋甲壳类动物和许多海洋无脊椎动物都能够水解尿素，脲酶催化尿素水解生洋无脊椎动物都能够水解尿素，脲酶催化尿素水解生成成CO2和和NH3。氨对这些生物是没有毒害的。例如植物氨对这些生物是没有毒害的。例如植物通过谷氨酰胺合成酶的作用，氨可以快速地被同化。通过谷氨酰胺合成酶的作用，氨可以快速地被同化。海洋生物，由于有毒的氨是在表面器官（例如鳃）产海洋生物，由于有毒的氨是在表面器官（例如鳃）产生的，所以氨很容易被冲洗掉。生的，所以氨很容易被冲洗掉。7ppt课件8ppt课件(二二)嘧啶的分解嘧啶的分解 产生CO2、NH3、-丙氨酸及氨基异丁酸9ppt课件三、核苷酸的生物合成（一）核苷酸合成的两条基本途径（一）核苷酸合成的两条基本途径 所有生物体和组织都有能力合成嘌呤和嘧啶核苷酸，所有生物体和组织都有能力合成嘌呤和嘧啶核苷酸，反映出这些核苷酸反映出这些核苷酸分子的重要性。核苷酸的杂环碱基环结构的从头合成要消耗大量的分子的重要性。核苷酸的杂环碱基环结构的从头合成要消耗大量的ATP，为，为了保存能量，核苷酸的合成受到严密的调控，为的是与细胞分裂和其它用途了保存能量，核苷酸的合成受到严密的调控，为的是与细胞分裂和其它用途的需要相匹配。由于核苷酸的生物合成与细胞分裂紧密相连，所以，核苷酸的需要相匹配。由于核苷酸的生物合成与细胞分裂紧密相连，所以，核苷酸合成的研究对现代医学具有特别重要的意义，合成的研究对现代医学具有特别重要的意义，一些能够抑制核苷酸生物合成一些能够抑制核苷酸生物合成的合成制剂可以用于癌症的治疗。的合成制剂可以用于癌症的治疗。核苷酸生物合成存在着两条途径，即核苷酸生物合成存在着两条途径，即从头合成途径从头合成途径和和补救途径补救途径。从头合从头合成途径实际上是由简单的前体分子（例如氨基酸、成途径实际上是由简单的前体分子（例如氨基酸、CO2和和NH3等分子）生物等分子）生物合成核苷酸的杂环碱基的途径。补救途径是一条省能的、简单的生物合成核合成核苷酸的杂环碱基的途径。补救途径是一条省能的、简单的生物合成核苷酸途径，苷酸途径，碱基不用从头合成，而是直接利用细胞内或饮食中核苷酸降解生碱基不用从头合成，而是直接利用细胞内或饮食中核苷酸降解生成的完整的嘌呤和嘧啶碱基，该途径实际上是核苷酸降解产物再循环，重新成的完整的嘌呤和嘧啶碱基，该途径实际上是核苷酸降解产物再循环，重新形成核苷酸的过程形成核苷酸的过程。从头合成途径和补救途径在细胞代谢中都很重要。从头合成途径和补救途径在细胞代谢中都很重要。10ppt课件1、核苷酸合成需要磷酸核糖焦磷酸 核苷酸的生物合成都是先合成单磷酸核苷酸，各种嘌呤类核苷酸的前体是次黄嘌呤核苷酸（IMP，或称之肌苷酸）；而各种嘧啶核苷酸则是从尿嘧啶核苷酸（UMP）衍生出来的。IMP是由次黄嘌呤碱基和核糖-5-磷酸组成的；UMP是由尿嘧啶碱基和核糖-5-磷酸组成的，IMP和UMP的从头合成实际上是次黄嘌呤碱基和尿嘧啶碱基的合成，因为这两种核苷酸中都含有核糖-5-磷酸。IMP是在核糖-5-磷酸的基础上合成次黄嘌呤环结构的，而UMP则是先合成尿嘧啶碱基，然后再连接5-磷酸核糖。但无论那种连接方式，使 用 的 都 是核 糖-5-磷 酸的 活 化 形 式5-磷 酸 核 糖 焦 磷 酸（5-phosphoribosyl 1-pyrophosphate（PRPP）。PRPP是在PRPP合成酶催化下由核糖-5-磷酸和ATP合成的（图15.1）。首先核糖-5-磷酸与ATP反应，焦磷酸基团从ATP转移到核糖-5-磷酸的C-1，形成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（P R P P），是-构 型。核 糖-5-磷 酸来 自 戊 糖 磷 酸 途 径。11ppt课件12ppt课件2、从头合成（从无到有）途径（1）嘌呤核苷酸的从头合成）嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸从头合成的最初产物为嘌呤核苷酸从头合成的最初产物为IMP（次黄嘌呤（次黄嘌呤核苷酸或肌苷酸）。核苷酸或肌苷酸）。嘌呤核苷酸从头合成的最初产物是次黄嘌呤核苷酸，其它各种嘌呤核苷酸都是次黄嘌呤核苷酸的衍生物。Buchanan和Greenberg于50年代阐明了次黄嘌呤从头合成的10步反应和每一个中间代谢物的结构。他们使用了从鸽子和鸡的肝脏中纯化的酶，大约用了10年的时间进行中间代谢物的分离和结构确定，证实嘌呤核苷酸从头合成开始于PRPP，产物是次黄嘌呤核苷酸。次黄嘌呤核苷酸（IMP）从头合成途径，共涉及到10步反应，反应所用的酶都存在于胞液中，催化各步反应的酶分别是：谷谷氨氨酰酰胺胺-PRPP转转酰酰胺胺酶酶（Glutamine-PRPP amidotransferase）,甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸合合成成酶酶（glycinamide ribonucleotide synthetase）,甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸转转甲甲酰酰基基酶（酶（glycinamide ribonucleotide transformylase）13ppt课件 甲甲酰酰甘甘氨氨脒脒核核苷苷酸酸合合成成酶酶（formylglycinamidine ribonuleotide synthetase）,氨氨基基咪咪唑唑核核苷苷酸酸合合成成酶酶（aminoimidazole ribonucleotide synthetase）,氨氨基基咪咪唑唑核核苷苷酸酸羧羧化化酶酶（aminoimidazole ribonucleotide carboxylase）,氨氨基基咪咪唑唑琥琥珀珀基基氨氨甲甲酰酰核核苷苷酸酸合合成成酶酶（aminoimidazole succinylocarboxamide ribonucleotide synthetase）,腺腺苷苷琥琥珀珀酸酸裂裂解解酶酶（adenylo-succinate lyase）,氨氨 基基 咪咪 唑唑 氨氨 甲甲 酰酰 核核 苷苷 酸酸 转转 甲甲 酰酰 基基 酶酶（aminoimidazole carboxamide ribonucleotide transformylase），IMP环环化水解酶（化水解酶（IMP cyclohydrolase）。）。14ppt课件IMP从头合成是在从头合成是在PRPP基础上，先后连接上构建嘌呤环结构的原子，次序是：基础上，先后连接上构建嘌呤环结构的原子，次序是：N-9，来自，来自谷氨酰胺谷氨酰胺；C-4、C-5和和N-7，来自，来自甘氨酸甘氨酸；C-8，来自，来自10-甲酰四氢甲酰四氢叶酸叶酸；N-3，来自，来自谷氨酰胺谷氨酰胺；C-6来自来自CO2；N-1，来自，来自天冬氨酸天冬氨酸；C-2，来自，来自10-甲酰四氢叶酸。甲酰四氢叶酸。15ppt课件16ppt课件由由IMPIMP到到GMPGMP、AMPAMPAMP和和 GMP是是次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的衍衍生生物物 合合成成的的次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸可可以以转转换换成成主主要要的的嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸AMP或或GMP（图图15.4）。每每个个转转换换途途径径都都需需要要两两步步酶酶促促反反应应。由由IMP生生物物合合成成AMP的的两两步步反反应应非非常常类类似似于于IMP合合成成中中的的第第7，8步步反反应应。首首先先是是天天冬冬氨氨酸酸的的氨氨基基与与IMP中中的的酮酮基基缩缩合合形形成成腺腺苷苷酸酸琥琥珀珀酸酸，反反应应的的能能量量来来自自GTP，是是由由腺腺苷苷酸酸琥琥珀珀酸酸合合成成酶酶（adenyosuccinatesynthetase）催催化化的的。然然后后腺腺苷苷酸酸琥琥珀珀酸酸在在腺腺苷苷酸酸琥琥珀珀酸酸裂裂解解酶酶的的作作用用下下除除去去延延胡胡索索酸酸，生生成成AMP。这这两两步步反反应应也也类类似似于于尿尿素素循循环环中中精精氨氨酸酸生生物物合合成成所所涉涉及及的的转转胺胺反反应应。17ppt课件18ppt课件（2）嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成的最初产物为嘧啶核苷酸的从头合成的最初产物为UMP。嘧啶核苷酸的从头合成途径比嘌呤从头合成途径简单，并且消耗的ATP少。同位素实验表明嘧啶环中的原子来自三个前体。C-2来自HCO3；N-3来自谷氨酰胺的酰胺基团；其余原子都来自天冬氨酸。19ppt课件20ppt课件 嘧啶核苷酸生物合成也需要PRPP，但并不是象嘌呤合成那样以PRPP作为嘌呤合成的基础，第一步反应就需要它，而是首先合成嘧啶环，然后带有嘧啶环的化合物乳清酸再与PRPP反应形成嘧啶核苷酸。整个嘧啶核苷酸的从头合成途径共涉及6步反应,催 化 各 步 反 应 的 酶 分 别 是：氨氨 甲甲 酰酰 磷磷 酸酸 合合 成成 酶酶（c ca ar rb ba am mo oy yl l p ph ho os sp ph ha at te e s sy yn nt th he et ta as se e）,天天冬冬氨氨酸酸转转氨氨甲甲酰酰酶酶（A AT TC Ca as se e）,二二氢氢乳乳清清酸酸酶酶（d di ih hy yd dr ro oo or ro ot ta as se e）,二二氢氢乳乳清清酸酸脱脱氢氢酶酶（d di ih hy yd dr ro oo or ro ot ta at te e d de eh hy yd dr ro og ge en na as se e）,乳乳清清酸酸磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶（o or ro ot ta at te e p ph ho os sp ph ho or ri ib bo os sy yl l-t tr ra an ns sf fe er ra as se e）,乳乳清清苷苷-5 5-一一磷磷酸酸脱脱羧羧酶酶（o or ro ot ti id di in ne e-5 5-m mo on no op ph ho os sp ph ha at te e），这这些些酶酶都都位位于于胞胞液液中中。21ppt课件由UMP到CTP 由UMP转换成CTP涉及三步反应。首先尿苷酸激酶（uridylate kinase）催化ATP的-磷酸转移给UMP形成UDP，然后核苷二磷酸激酶（nucleoside diphosphate kinase）催化第二个ATP的-磷酸转移给UDP形成UTP，最后CTP合成酶催化来自谷氨酰胺的酰胺氮转移至UTP的C-4，形成CTP。图15.9给出了UTP转换成CTP的反应。CTP合成酶受到反应产物CTP的别构抑制和受到GTP的别构激活。22ppt课件3、补救合成途径（1）嘌呤核苷酸合成的补救途径。由此产生的核苷在适当的磷酸激酶作用下，由ATP供给磷酸基，即形成核苷酸：核苷+ATP 核苷磷酸激酶 核苷酸+ADP在生物体内，除腺苷酸酶外，缺乏其它嘌呤核苷酸的补救合成中，上述途径不很重要。另一更重要的途径，是在核糖磷酸转移酶作用下，嘌呤碱与PRPP合成嘌呤核苷酸，其中AMP的合成由腺嘌呤核糖磷酸转移酶催化，IMP和GMP均是在次黄嘌呤-鸟嘌呤核糖磷酸转移酶催化下合成的。在核苷酸化酶的作用下，各种碱基可与核糖-1-磷酸反应生成核苷酸：碱基+核糖-1-磷酸 核苷+Pi核苷磷酸化酶23ppt课件 腺嘌呤+PRPPAMP+PPi 次黄嘌呤（鸟嘌呤）+PRPPIMP（GMP）+PPiAPRTHGPRT 嘌呤核苷酸的补救合成可以节省能量和一些前体分子 的消耗。此外，某些器官和组织，如脑和骨髓等缺乏有关酶，不能从头合成嘌呤核苷酸，这些组织只能利用红细胞运来的嘌呤碱及核苷，经补救途径合成嘌呤核苷酸。由于基因缺陷而导致HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌症，或称Lesch-Nyhan综合症。（2）嘧啶核苷酸合成的补救途径。嘧啶核苷酸的补救合成主要是由嘧啶核糖磷酸转移酶催化的：嘧啶+PRPP 嘧啶核苷酸+PPi嘧啶核糖磷酸转移酶24ppt课件 胞嘧啶不能直接与PRPP反应生成CMP，但尿苷激酶也能催化胞苷的磷酸化反应。胞嘧啶核苷+ATPUMP+ADP尿苷激酶 脱氧胸苷可通过胸苷激酶生成TMP，但此酶在正常肝中活性很低，再生肝中活性升高，恶性肿瘤中明显升高，并与恶性程度有关。从人红细胞纯化的该酶能利用尿嘧啶、胸腺嘧啶及乳清酸为底物，但对胞嘧啶不起作用。UMP补救合成的另一途径是：尿嘧啶+核糖-1-磷酸 尿嘧啶核苷 UMP尿苷磷酸化酶Pi尿苷激酶ATPADPATPADP25ppt课件4、核苷二磷酸、核苷三磷酸的合成由专一的核苷一磷酸激酶催化下，由ATP提供磷酸基转变成相应的核苷二磷酸，进一步由核苷二磷酸激酶催化下核苷二磷酸转化为三磷酸。通式：（d）NMP（d）NDPATPADP（d）NDP(d)NTP（脱氧）核苷二磷酸 激酶ATPADPdNTP、NTP才是合成DNA、RNA的直接原料。（脱氧）核苷酸激酶26ppt课件5、脱氧核糖核苷酸是通过核糖核苷酸还原合成的。2-脱氧核糖核苷酸是脱氧核糖核苷酸是DNA的构件分子，它是通过核糖核苷的构件分子，它是通过核糖核苷酸还原生成的。在大多数生物中，脱氧还原反应发生在核苷二酸还原生成的。在大多数生物中，脱氧还原反应发生在核苷二磷酸水平。磷酸水平。Peter Reichard等人阐明了复杂的脱氧还原反应系统。等人阐明了复杂的脱氧还原反应系统。所有所有ADP、GDP、CDP和和UDP四种核苷二磷酸都可以在核苷二四种核苷二磷酸都可以在核苷二磷酸还原酶（磷酸还原酶（nucleoside diphosphate reductase）的催化下生成）的催化下生成相应的脱氧核苷二磷酸相应的脱氧核苷二磷酸dADP、dGDP、dCDP和和dUDP。形成的。形成的脱氧核苷二磷酸可以在核苷二磷酸激酶（脱氧核苷二磷酸可以在核苷二磷酸激酶（nucleoside diphosphate kinase）的作用下磷酸化生成核苷三磷酸）的作用下磷酸化生成核苷三磷酸dATP、dGTP、dCTP和和dUTP。下下图图给给出出了了核核糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸还还原原生生成成脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸的的反反应应。NADPH作作为为脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸合合成成的的还还原原力力。电电子子从从NADPH向向还还原原酶酶转转移移需需要要经经过过黄黄素素蛋蛋白白和和硫硫氧氧还还蛋蛋白白的的传传递递。27ppt课件 DNA合成需要的dTMP是由dUMP甲基化形成的。首先dUDP转换为dUMP，有几条途径，一条是在核苷单磷酸激酶（nucleoside monophosphate kinase）的催化下，dUDP 与ADP反应生成dUMP 和ATP。另一条途径是dUDP先形成dUTP，然后水解生成dUMP和P P i。d C M P经脱氨也可以形成d U M P。28ppt课件6、dTMP是由dUMP转化而来。由由dUMP转换为转换为dTMP的反应是由胸苷酸合成酶的反应是由胸苷酸合成酶（thymidylate synthase）催化的。催化的。反应中，反应中，5,10-甲叉四甲叉四氢叶酸提供一碳单位之后，氢叶酸提供一碳单位之后，形成二氢叶酸，二氢叶酸形成二氢叶酸，二氢叶酸经还原变成四氢叶酸，再经还原变成四氢叶酸，再接收丝氨酸提供的一碳单接收丝氨酸提供的一碳单位重新形成位重新形成5,10-甲叉四氢甲叉四氢叶酸叶酸。29ppt课件核苷酸合成小结：核苷酸合成小结：30ppt课件四、DNA的生物合成从中心法则中可看出从中心法则中可看出DNA的两大基本生物学功能的两大基本生物学功能 通过复制在遗传中起传代作用通过复制在遗传中起传代作用 决定着蛋白质的合成决定着蛋白质的合成分子生物学分子生物学中心法则中心法则31ppt课件由中心法则看出DNA生物合成包括：DNA的复制的复制逆转录合成逆转录合成DNA(一)DNA的复制（DNA指导下的DNA合成）DNA是遗传信息分子，是遗传信息分子，DNA分子中特定的核苷酸顺序决定着分子中特定的核苷酸顺序决定着生物体的遗传特征。当一个母细胞在分裂为两个子细胞之前，母生物体的遗传特征。当一个母细胞在分裂为两个子细胞之前，母细胞中的细胞中的DNA必须忠实地被复制，通过复制把亲代的遗传信息传必须忠实地被复制，通过复制把亲代的遗传信息传递给子代从而使子代表现出亲代的遗传性状。递给子代从而使子代表现出亲代的遗传性状。DNA复制（复制（DNA replication）也称之）也称之DNA合成。合成。DNA复制是一个在复制是一个在DNA合成酶合成酶（称之（称之DNA聚合酶）的催化下整个基因组被复制的过程。聚合酶）的催化下整个基因组被复制的过程。DNA合合成所需要的时间和精确性是确保成所需要的时间和精确性是确保DNA复制过程无错误的两个关键复制过程无错误的两个关键的因素。的因素。人的人的3109碱基对大约在碱基对大约在8小时内就可以全部复制完；而小时内就可以全部复制完；而大肠杆菌大约花费大肠杆菌大约花费30分钟也可复制它的分钟也可复制它的5106碱基对。碱基对。32ppt课件 现现在在人人们们从从分分子子水水平平了了解解的的绝绝大大多多数数有有关关DNA复复制制的的信信息息都都是是通通过过研研究究细细菌菌和和病病毒毒的的复复制制获获得得的的。不不过过最最近近通通过过酵酵母母菌菌和和利利用用人人复复制制蛋蛋白白建建立立起起来来的的体体外外DNA复复制制系系统统，人人们们在在了了解解真真核核生生物物DNA合合成成的的调调控控方方面面已已经经取取得得了了重重要要的的进进展展。本本章章以以原原核核生生物物为为例例描描述述DNA复复制制的的生生物物化化学学过过程程，然然后后讨讨论真核生物论真核生物DNA复制。复制。由由于于DNA的的两两条条链链是是互互补补的的，只只要要读读出出其其中中一一条条链链的的碱碱基基序序列列，就就可可确确定定另另一一条条链链的的碱碱基基序序列列。DNA的的两两条条互互补补链链彼彼此此是是靠靠非非共共价价键键反反平平行行连连接接在在一一起起的的，即即一一条条链链是是5-3方方向向，另另一一条条链链就就是是3-5方方向向。碱碱基基的的互互补补法法则则以以及及两两条条链链反反平行连接关系对于了解平行连接关系对于了解DNA的合成是非常重要的。的合成是非常重要的。33ppt课件1、DNA的半保留复制方式 曾曾经经提提出出过过两两种种模模式式来来解解释释一一个个DNA分分子子是是如如何何被被复复制制生生成成了了两两个个子子代代的的DNA分分子子的的。一一种种模模式式是是全全保保留留复复制制（conservative replication）方方式式，即即从从亲亲代代DNA的的两两条条链链复复制制出出一一个个新新的的子子代代DNA。另另一一种种模模式式是是半半保保留留复复制制（semiconservative replication）方方式式，是是 Watson和和Crick 根根据据他他们们自自己己提提出出的的DNA双双螺螺旋旋模模型型提提出出来来的的，即即在在子子代代的的DNA中中，一一条条链链来来自自亲亲代代，另另一一条条链链是是新新合合成成的的。这这两两种种模模式式都都只只是是一一种种假假说说，究究竟竟DNA复复制制采采用用哪哪一一种种模模式式呢呢？激激起起了了很很多多科科学学工工作作者者从从实实验验上上给给以以验验证证。其其中中最最漂漂亮亮的的实实验验当当属属哈哈佛佛大大 学学 生生 物物 系系 教教 授授 Matthew Meselson和和 他他 的的 学学 生生Franklin Stahl的的实实验验，实实验验结结果果于于1958年年发发表表（下下图图）。实验表明实验表明DNA是按半保留方式进行复制的。是按半保留方式进行复制的。34ppt课件DNA的两种复制模式的两种复制模式35ppt课件Meselson-stahl实验实验（a）密度梯度离心的）密度梯度离心的DNA带带 （b）对应于左侧）对应于左侧DNA带的解释带的解释36ppt课件 在在Meselson-Stahl实验中，他们利用不同密度的同位素标记不同的实验中，他们利用不同密度的同位素标记不同的DNA分子来区分亲代分子来区分亲代DNA和新合成的和新合成的DNA。首先使。首先使E.coli在含有唯一氮在含有唯一氮源源15N（15NH4Cl）的培养基中培养，在这样条件下，通过细菌合成的所）的培养基中培养，在这样条件下，通过细菌合成的所有核苷酸都含有有核苷酸都含有15N，具有较高的密度。这些核苷酸都会整合到亲代，具有较高的密度。这些核苷酸都会整合到亲代DNA中。然后将生长在中。然后将生长在15NH4Cl培养基的培养基的E.coli转移到含有唯一氮源，但转移到含有唯一氮源，但密度较低的密度较低的14N（14NH4Cl）培养基中培养。在这种介质中，新合成的核）培养基中培养。在这种介质中，新合成的核苷酸只含有轻的同位素苷酸只含有轻的同位素14N，因此密度较低。如果，因此密度较低。如果DNA 复制是半保留复复制是半保留复制，那么复制一轮后从制，那么复制一轮后从E.coli细胞中分离出的细胞中分离出的DNA分子应当是分子应当是14N和和15N各各占占50的杂化分子（一条的杂化分子（一条15N-DNA链和一条链和一条14N-DNA链），分子的密度链），分子的密度处于处于14N和和15N之间。在含有之间。在含有14N氮源介质中进行半保留复制第二轮产生的氮源介质中进行半保留复制第二轮产生的子代中分离出的子代中分离出的DNA分子中，有一半不含有分子中，有一半不含有15N，表现出低密度；另一半，表现出低密度；另一半是是14N和和15N各占各占50的杂化的杂化DNA分子，表现出中等密度。通过平衡密度分子，表现出中等密度。通过平衡密度梯度离心，不同密度的梯度离心，不同密度的DNA分子可以按照它们在铯盐中的浮力彼此分开，分子可以按照它们在铯盐中的浮力彼此分开，密度高的密度高的DNA分子出现在离心管的低部，密度最低的出现在离心管的上分子出现在离心管的低部，密度最低的出现在离心管的上部，中等密度的位于中部。上图给出的是两轮复制过后的实验结果。部，中等密度的位于中部。上图给出的是两轮复制过后的实验结果。37ppt课件2、DNA的半不连续复制过程 一条一条DNA新链合成新链合成的方向总是从的方向总是从DNA链的链的5端向端向3端端进行。进行。研究证研究证明，明，在在DNA复制叉上一复制叉上一条新链是连续合成的，条新链是连续合成的，称为称为前导链，前导链，它按它按53方向合成。与复制叉的方向合成。与复制叉的前进方向一致。前进方向一致。另一条另一条新链的合成则是不连续新链的合成则是不连续的，的，称为称为滞后链，滞后链，它必它必须以须以53方向合成，故方向合成，故合成方向与复制叉移动合成方向与复制叉移动方向相反。方向相反。前导链和滞后链的合成前导链和滞后链的合成 -半不连续复制过程半不连续复制过程 动画动画38ppt课件3 3、DNADNA复制的起点、终点、方向和速度复制的起点、终点、方向和速度复制子复制子：DNA中能独立进行复制的单位称为复制子。中能独立进行复制的单位称为复制子。复制的起点复制的起点：复制子中控制复制起始的特定位点。原核生物是复制子中控制复制起始的特定位点。原核生物是 约为约为200300bp的特定序列，有蛋白质专一性识别，的特定序列，有蛋白质专一性识别，如大肠杆菌的复制起始点为如大肠杆菌的复制起始点为OriC：245bp。对真核。对真核 生物起始点所知不多。生物起始点所知不多。复制叉：复制叉：DNA复制时，双链打开，复制起点呈叉型称之为复制复制时，双链打开，复制起点呈叉型称之为复制 叉，复制时复制叉向前行进。叉，复制时复制叉向前行进。复制终止点复制终止点：对对E.coli的复制终点已有所了解，终止在距的复制终点已有所了解，终止在距OriC 大约大约270Kb处的终止区，有蛋白质因子识别终处的终止区，有蛋白质因子识别终 止点的特定序列，对其它终止所知不多，一般止点的特定序列，对其它终止所知不多，一般 说终止不需要特定序列和专门的蛋白质因子参说终止不需要特定序列和专门的蛋白质因子参 与。与。39ppt课件复制的方向复制的方向：可以是单向的也可以是双向的。大多数生物的：可以是单向的也可以是双向的。大多数生物的 复制都是双向等速的。但也有双向不等速的复制都是双向等速的。但也有双向不等速的(复复 制叉的移动不对称制叉的移动不对称)，枯草杆菌的两个复制叉就，枯草杆菌的两个复制叉就 是不等速的是不等速的,但以双向等速为主。但以双向等速为主。两种复制模式两种复制模式（a）单向复制模式）单向复制模式（b）大肠杆菌染色）大肠杆菌染色体体DNA双向复制模式双向复制模式动态过程40ppt课件复制的速度复制的速度原核原核：复制叉移动速度约为复制叉移动速度约为105bp/min且第一个且第一个DNA分分子尚未复制完成，第二个分子又在同一位置复制开始。子尚未复制完成，第二个分子又在同一位置复制开始。真核真核：比原核慢，约：比原核慢，约51025103bp/min但由于复制但由于复制子数目多，可达几千个复制子故总的复制速度仍远大子数目多，可达几千个复制子故总的复制速度仍远大于原核生物。于原核生物。41ppt课件4 4、DNADNA复制的几种模型复制的几种模型（1）眼型：眼型：线性DNA双链的复制模型，可以是单起始点也可以 是多起始点。（2）型：型：环行DNA的复制类型可以是双向的也可以是单向的。42ppt课件43ppt课件（3）滚环型：滚环型：切开单链，切开单链，5-端不断端不断地拉开，作为冈崎片地拉开，作为冈崎片段的模板，滚环不断段的模板，滚环不断滚动，可以复制出任滚动，可以复制出任何数目的重复序列。何数目的重复序列。最后可形成双链线形最后可形成双链线形分子，也可形成双链分子，也可形成双链环形分子。环形分子。44ppt课件（4）D环型环型(D-loop)通过通过D环机制环机制 复制复制DNA45ppt课件5 5、DNADNA复制中的酶和因子复制中的酶和因子(1)(1)超螺旋的解开及解链超螺旋的解开及解链 拓扑异构酶（拓扑异构酶（TOP或或TOPO）TOP：将环状双链将环状双链DNA的一条链切开并使螺旋顺松驰方向的一条链切开并使螺旋顺松驰方向转动，然后再将切口连接封闭，每松弛一圈则超螺旋的拧数减转动，然后再将切口连接封闭，每松弛一圈则超螺旋的拧数减少一个，经过连续地进行，最后将超螺旋完全松弛即无超螺旋。少一个，经过连续地进行，最后将超螺旋完全松弛即无超螺旋。TOP（旋转酶）（旋转酶）：可同时切开双链，然后再连接双链封可同时切开双链，然后再连接双链封闭。可以松弛超螺旋也可引入超螺旋（将松弛态变成超螺旋）闭。可以松弛超螺旋也可引入超螺旋（将松弛态变成超螺旋）也可增加负超的拧数，还有环链及解环链，打结或解结的作用也可增加负超的拧数，还有环链及解环链，打结或解结的作用在在DNA复制中，复制中，TOP可松弛超螺旋。可松弛超螺旋。TOP在复制时的两个重要功能：在复制时的两个重要功能：复制开始时，在起始处引入负超螺旋，即拧松双螺旋。这样复制开始时，在起始处引入负超螺旋，即拧松双螺旋。这样才能利用解链酶解开双螺旋。才能利用解链酶解开双螺旋。在在DNA双螺旋解开双螺旋时，在复制叉的前方产生了正超螺双螺旋解开双螺旋时，在复制叉的前方产生了正超螺旋的扭曲，由旋的扭曲，由TOP松开而有利复制叉前进。松开而有利复制叉前进。46ppt课件解链酶（解链酶（DNA解螺旋酶或旋转酶，解螺旋酶或旋转酶，helicase）Helicase在在E.Coli中称中称DnaB蛋白，通过蛋白，通过ATP水解提供能量解开水解提供能量解开双链。双链。DNA结合蛋白结合蛋白（SSB：单链结合蛋白）：单链结合蛋白）：SSB是四聚体，它的是四聚体，它的作用是与分开的两条作用是与分开的两条DNA单链结合，防止它们再配对，从而使复单链结合，防止它们再配对，从而使复制继续进行，但在聚合酶制继续进行，但在聚合酶进行复制前进行复制前DNA必需与必需与SSB分开。分开。（2 2）随从链合成的引发（起始）随从链合成的引发（起始）随从链的随从链的RNA引物的合成称为引发（起始）引物的合成称为引发（起始）,是一个复杂的过程，是一个复杂的过程，有多种蛋白质及酶的参与。有多种蛋白质及酶的参与。引发酶（引物酶）引发酶（引物酶）：大肠杆菌的引发酶又称大肠杆菌的引发酶又称DnaG蛋白。引发蛋白。引发酶是一种特殊的酶是一种特殊的RNA聚合酶，比一般的聚合酶，比一般的RNA聚合酶小，催化聚合酶小，催化RNA短片断的合成作为短片断的合成作为DNA合成的引物。引物一般为合成的引物。引物一般为10至数至数10个碱基个碱基RNA片断。通常第一个碱基（核苷酸为片断。通常第一个碱基（核苷酸为ATP）为）为A。引发前体引发前体47ppt课件引发体引发体：引发酶：引发酶+引发前体引发前体=引发体引发体（3 3）DNADNA链的延长链的延长DNA聚合酶聚合酶a.大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶的基本情况：聚合酶的基本情况：48ppt课件49ppt课件b.DNA聚合酶聚合酶（DNApol ）：是复制的主要酶。）：是复制的主要酶。全全 酶酶DNApol 全酶及亚基：全酶及亚基：50ppt课件51ppt课件52ppt课件全酶中全酶中亚基的作用：亚基的作用：亚基成对相连形成面包圈形结构环绕着DNA像把钳子，这种滑动钳防止DNA聚合酶DNA模板上解离，使复制连续性增加到超过500000。53ppt课件54ppt课件 DNApol 催化前导链及随从链的合成催化前导链及随从链的合成55ppt课件56ppt课件DNADNA的连接酶的连接酶 DNA滞后链合成的最后一步是在一个滞后链合成的最后一步是在一个岗崎片段的岗崎片段的3末端和末端和另一个岗崎片段的另一个岗崎片段的5磷酸基团之间形成一个磷酸二酯键，反应磷酸基团之间形成一个磷酸二酯键，反应是由是由DNA连接酶催化的。连接酶催化的。下图给出了在下图给出了在E.coli连接酶催化下的连接酶催化下的连接机制。连接机制。连接反应可分为连接反应可分为3个步骤：（个步骤：（1）NAD辅酶中腺苷的磷原子辅酶中腺苷的磷原子受到酶活性部位的受到酶活性部位的Lys残基的残基的-氨基的亲核攻击，释放出尼克酰氨基的亲核攻击，释放出尼克酰胺单核苷酸（胺单核苷酸（NMN），生成富有能量的），生成富有能量的AMP-DNA-连接酶中连接酶中间产物，（间产物，（2）DNA游离的游离的5磷酸基团攻击磷酸基团攻击AMP-酶复合物磷酰酶复合物磷酰基，取代酶形成基，取代酶形成ADP-DNA中间产物，（中间产物，（3）激活的）激活的ADP-DNA中间产物的中间产物的5磷酸受到相邻磷酸受到相邻DNA链链3羟基的亲核攻击，导致羟基的亲核攻击，导致AMP被取代，切口缝合。被取代，切口缝合。57ppt课件（4）链的合成终止：）链的合成终止：缺乏了解。缺乏了解。58ppt课件6 6、大肠杆菌、大肠杆菌DNADNA 复制过程复制过程静态图静态图静态图静态图59ppt课件参与参与DNA复制叉移动的蛋白质复制叉移动的蛋白质动动态态过过程程：(1)(2)复复制制60ppt课件7 7、真核生物、真核生物DNADNA复制复制 真核生物染色体一般都比细菌染色体大得多。例如，真核生物染色体一般都比细菌染色体大得多。例如，E.coli基因组是由基因组是由4.6103kb组成的单一染色体，而果蝇组成的单一染色体，而果蝇Drosophila melanogaster的基因组是的基因组是1.65105kb，哺乳动，哺乳动物基因组大约平均为物基因组大约平均为3106kb（单倍体（单倍体DNA含量）。另含量）。另外，真核生物通常含有一个以上的染色体，如果蝇含有外，真核生物通常含有一个以上的染色体，如果蝇含有3对大的和一对小的染色体，而哺乳动物含有的染色体数对大的和一对小的染色体，而哺乳动物含有的染色体数取决于物种，一般在取决于物种，一般在20至至30对染色体之间。虽然，染色对染色体之间。虽然，染色体数目的增加使得基因组更复杂，但体数目的增加使得基因组更复杂，但所有生物中的所有生物中的DNA复制的生物化学机制基本上是类似的。复制的生物化学机制基本上是类似的。例如，真核生物例如，真核生物也象原核生物那样，前导链的合成是连续的，而滞后链也象原核生物那样，前导链的合成是连续的，而滞后链的合成是不连续的，引物合成，岗崎片段合成，引物水的合成是不连续的，引物合成，岗崎片段合成，引物水解后填充与模板链互补的核苷酸等所有的过程都与细菌解后填充与模板链互补的核苷酸等所有的过程都与细菌中的类似。中的类似。但参与但参与DNA复制的酶不象原核生物研究的那复制的酶不象原核生物研究的那么深入。么深入。61ppt课件（1）真核生物）真核生物DNA聚合酶聚合酶62ppt课件真核细胞单一复制叉复制速度比原核慢，但因起点多，总真核细胞单一复制叉复制速度比原核慢，但因起点多，总的的 DNA复制速度比原核快。复制速度比原核快。真核生物所含的真核生物所含的DNA聚合酶种类更多些。聚合酶种类更多些。真核生物复制叉处需要的辅助蛋白不同。真核生物复制叉处需要的辅助蛋白不同。真核生物也象真核生物也象E.coli那样，复制是双向的。但那样，复制是双向的。但E.coli染色体染色体 含有唯一的复制起点，而真核生物染色体存在许多复制起点。含有唯一的复制起点，而真核生物染色体存在许多复制起点。（2）真原核）真原核DNA复制的区别：复制的区别：63ppt课件 果蝇胚胎果蝇胚胎中复制中复制DNA的电子显微镜的电子显微镜照片照片 从图中可从图中可以看到大量的以看到大量的复制叉，左下复制叉，左下角为照片的示角为照片的示意图意图64ppt课件（3）真核生物）真核生物DNA复制的末端复制与端聚酶复制的末端复制与端聚酶 真核生物的染色体线形真核生物的染色体线形DNA与原核生物环状与原核生物环状DNA复复制时还有一个不同之处。真核制时还有一个不同之处。真核生物线形生物线形DNA复制时，随从链复制时，随从链合成的各片段去除引物后，由合成的各片段去除引物后，由于于DNApol作用来填补空隙。作用来填补空隙。但是最后的片段去处引物后，但是最后的片段去处引物后，由于由于DNApol不能催化不能催化35合成反应合成反应，以至于最后的空隙，以至于最后的空隙无法补充，造成了子代无法补充，造成了子代DNA分分子上有一条不完全的子上有一条不完全的5末端，末端，链也因此变短。如此连续的进链也因此变短。如此连续的进行复制后，子代行复制后，子代DNA分子就逐分子就逐渐变短。渐变短。65ppt课件 但但是是，在在正正常常条条件件下下情情况况并并非非如如此此。这这是是由由于于真真核核生生物物线线形形染染色色体体的末端有一种特殊结构，称之为的末端有一种特殊结构，称之为端粒端粒（端区）（端区）。端粒的结构中有核苷酸重端粒的结构中有核苷酸重复序列，端粒有特殊的生物学作用，复序列，端粒有特殊的生物学作用，有端粒酶参与其作用。有端粒酶参与其作用。端端粒粒酶酶是是一一种种由由蛋蛋白白质质和和RNA组组成成的的酶酶，两两者者都都是是酶酶活活性性必必不不可可少少的的组组分分。端端粒粒酶酶可可看看作作是是一一种种反反转转录录酶酶。酶酶 组组 成成 中中 的的R N A可可 以以 作作 为为模模板板，参参与与催催化化合合成成端端粒粒的的DNA片片段段。由由 此此 可可 见见 端端 粒粒 酶酶 催催 化化 合合 成成 端端粒粒在在保保证证染染色色体体复复制制的的完完整整性性上上有有着着重重 要要 意意 义义。端端 粒粒T G链链 的的 合合 成成如右图。如右图。66ppt课件 端粒的端粒的CA链如何合成还不清楚。但富有链如何合成还不清楚。但富有G的序列有一特点，的序列有一特点，它能以非标准的它能以非标准的GG配对而折叠起来，如此为合成端粒的配对而折叠起来，如此为合成端粒的CA互互补链提供了引物，继而进行聚合反应。补链提供了引物，继而进行聚合反应。研究表明：研究表明：端粒的平均长度是随着细胞分裂次数的增加及年龄端粒的平均长度是随着细胞分裂次数的增加及年龄的增长而变短，端粒的增长而变短，端粒DNA逐渐变短甚至消失，就导致染色体稳定性逐渐变短甚至消失，就导致染色体稳定性的下降，这可能是引起衰老的一个重要因素。的下降，这可能是引起衰老的一个重要因素。超链接动画67ppt课件8 8、DNADNA复制的精确性和复制错误校正复制的精确性和复制错误校正 DAN复制的复制的1091010bp才有可能发现一次差错。保真度非常才有可能发现一次差错。保真度非常高，其原因：高，其原因：复制中的校正：复制中的校正：DNA聚合酶聚合酶35外切酶活力。外切酶活力。复制后的二次校正：错配而导致螺旋外部的扭曲，可被识别后复制后的二次校正：错配而导致螺旋外部的扭曲，可被识别后 剪切并修复。剪切并修复。偶尔地错误的偶尔地错误的DNA复制会导致新合成的链与模板链之间的复制会导致新合成的链与模板链之间的一个错误的碱基配对。这样的错误可以通过一个错误的碱基配对。这样的错误可以通过E.coli中的中的3个蛋白质个蛋白质（MutS、MutH和和MutL）校正。但只能校正新合成的）校正。但只能校正新合成的DNA，其，其主要依据是新合成的链中主要依据是新合成的链中GATC序列中的序列中的A（腺苷酸残基）尚未（腺苷酸残基）尚未被甲基化。被甲基化。GATC中中A甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲基化）。基化）和模板链（甲基化）。68ppt课件 这一区别很重要，因为修复酶需要识别两个核苷酸残基中的哪这一区别很重要，因为修复酶需要识别两个核苷酸残基中的哪一个是错配的，否则如果将正确的核苷酸除去就会导致突变。下图一个是错配的，否则如果将正确的核苷酸除去就会导致突变。下图说明了说明了MutS、MutH和和MutL三种蛋白质是如何校正新合成三种蛋白质是如何校正新合成DNA中的中的一个错配错误的。一个错配错误的。由MutH断开69ppt课件(二二)逆转录作用（逆转录作用（RNARNA指导下的指导下的DNADNA合成）合成）1、概念：以以RNA为模板，以为模板，以dNTP为底物合成为底物合成DNA的过程称为的过程称为 逆转录作用。逆转录作用。2、逆转录的发现、存在及意义。发现：发现：1970年年H.Temin和和D.Baltimore各自独立的从肉瘤病毒和大鼠白血各自独立的从肉瘤病毒和大鼠白血 病毒中分离出一种酶，这种酶能用病毒中分离出一种酶，这种酶能用dCTP、dTTP、dATP和和dGTP四种三四种三 磷酸脱氧核苷为底物，合成与病毒磷酸脱氧核苷为底物，合成与病毒RNA碱基序列互补的碱基序列互补的DNA，其作用，其作用 与正常转录相反，称之为与正常转录相反，称之为逆转录酶逆转录酶。存在：存在：反转录酶为病毒所特有，一般称病毒反转录酶。病毒反转录酶反转录酶为病毒所特有，一般称病毒反转录酶。病毒反转录酶 是由是由1个个亚基和亚基和1个个亚基所组成，它除具有反转录作用外还有外切酶亚基所组成，它除具有反转录作用外还有外切酶 的作用。它的作用需要的作用。它的作用需要Mg2+或或Mn2+和引物。过去只在病毒中发现此酶，和引物。过去只在病毒中发现此酶，现在发现它也存在于哺乳类动物胚胎和正在分裂的细胞中。现在发现它也存在于哺乳类动物胚胎和正在分裂的细胞中。意义意义：它扩充了遗传信息传递过程中由它扩充了遗传信息传递过程中由DNARNA中心法则的内容。中心法则的内容。它对致病癌病毒引起癌细胞产生的机制提供了解释。它对致病癌病毒引起癌细胞产生的机制提供了解释。通过反转录通过反转录 成的成的DNA进行测序等。进行测序等。70ppt课件3、反转录酶的活性及催化合成DNADNA的过程71ppt课件4 4、逆转录病毒的生活史、逆转录病毒的生活史 逆逆转转录录病病毒毒的的基基因因组组是是RNA分分子子，在在感感染染期期间间RNA分分子子可可以以拷拷贝贝成成DNA分分子子。DNA立立刻刻被被转转录录生生产产病病毒毒RNA，或或者者与与宿宿主主DNA分分子子结结合合，使使得病毒潜伏于宿主后代中。得病毒潜伏于宿主后代中。下下图图给给出出了了逆逆转转录录病病毒毒生生活活史史中中的的七七个个关关键键过过程程，通通过过逆逆转转录录病病毒毒生生活活史史可可以以看看出出逆逆转转录录酶酶的关键作用：的关键作用：72ppt课件通过胞吞作用逆转录病毒进入宿主细胞，通过胞吞作用逆转录病毒进入宿主细胞，在逆转录病毒携在逆转录病毒携带的逆转录酶的催化下，以逆转录病毒的带的逆转录酶的催化下，以逆转录病毒的RNARNA为模板合成互补为模板合成互补DNADNA（complementary DNA,cDNAcomplementary DNA,cDNA）（）（合成反应用的引物是一个合成反应用的引物是一个与逆转录病毒与逆转录病毒RNA能杂化的能杂化的tRNA分子），分子），形成形成RNA-DNARNA-DNA杂化杂化体，逆转录酶将杂化体中的体，逆转录酶