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1医学生化小结第十章DNA的生物合成一.DNA复制(replication):是指遗传物质的传代,以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。分子基础:碱基互补配对和DNA的二级结构。化学本质:酶促反应。参与物质:酶和蛋白质因子。二.半保留复制是DNA复制的基本特征。1.半保留复制(semi-conservativereplication):DNA生物合成时,母链DNA解开为两股单链,各自作为模板(template)按碱基配对规律,合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA,一股单链从亲代完整地接受过来,另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。2.意义:按半保留复制方式,子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致,即子代保留了亲代的全部遗传信息,体现了遗传的保守性。三.DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制。1.双向复制:原核生物复制时,DNA从起始点(origin)向两个方向解链,形成两个延伸方向相反的复制叉。2.复制子(replicon):真核生物每个染色体有多个起始点,是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。四.DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制。1.DNA复制是有方向性:总是沿着子链的5’--3’方向合成,这种方向的形成取决于DNA聚合酶的聚合活性,在同一个复制叉上只有一个解链方向。2.顺着解链方向生成的子链,复制是连续进行的,这股链称为领头链(leadingstrand)。3.另一股链因为复制的方向与解链方向相反,不能顺着解链方向连续延长,这股不连续复制的链称为随从链(laggingstrand)。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。4.领头链连续复制而随从链不连续复制,就是复制的半不连续性。五.参与DNA复制的物质:底物(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)、聚合酶(依赖DNA的DNA聚合酶,简写为DNA-pol)、模板(解开成单链的DNA母链)、引物(提供3’-OH末端使dNTP可以依次聚合)、其他的酶和蛋白质因子六.核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应,(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi。1.DNA聚合酶(DNA-pol)催化核苷酸之间聚合。活性:3’--5’的聚合活性,核酸外切酶活性(3’--5’外切酶能辨认错配的碱基对,并将其水解;5’--3’外切酶能切除突变的DNA片段)。2.原核生物的DNA聚合酶分为DNA-polⅠ、DNA-polⅡ、DNA-polⅢ三型,都具有5`——3`聚合的活性和3`——5`核酸外切酶的活性。DNA-polⅠ:只能催化延长约20核苷酸左右;对复制中的错误进行校读,对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNA-polⅡ:DNA-polII基因发生突变,细菌依然能存活;在I和III缺失情况下暂时起作用;对模板的要求不高,它参与DNA损伤的应急状态修复。DNA-polⅢ:活性远高于I,是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。3.常见的真核细胞DNA聚合酶有DNA-pol(起始引发,有引物酶活性)、DNA-pol(参与低保真度的复制)、DNA-pol(在线粒体DNA复制中起催化作用)、DNA-pol(延长子链的主要酶,有解螺旋酶活性)、2DNA-pol(在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用)五种。4.核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据。核酸外切酶(exonuclease):能从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶,外切酶是有方向性的。5.DNA复制的保真性至少要依赖三种机制。(遵守严格的碱基配对规律;聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能;复制出错时DNA-pol的及时校读功能)七.复制中的分子解链伴有DNA分子拓扑学变化。1.解螺旋酶(helicase):利用ATP供能,作用于氢键,使DNA双链解开成为两条单链。2.引物酶:依赖DNA的RNA聚合酶在模板的复制起始部位催化NTP的聚合,形成短片段的RNA。这一小段RNA作为复制的引物,提供3’-OH末端,使DNA-pol能够催化dNTP聚合。3.单链DNA结合蛋白(SSB):在复制中维持模板处于单链状态,保护单链的完整。八.DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、理顺DNA链。包括拓扑异构酶Ⅰ、拓扑异构酶Ⅱ,既能水解、又能连接磷酸二酯键。1.拓扑异构酶Ⅰ作用机制:切断DNA双链中一股链,使DNA解链旋转不致打结;适当时候封闭切口,DNA变为松弛状态;反应不需ATP。2.拓扑异构酶Ⅱ作用机制:切断DNA分子两股链,断端通过切口旋转使超螺旋松弛;利用ATP供能,连接断端,DNA分子进入负超螺旋状态。九.DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺口。1.作用方式:连接DNA链3’-OH末端和相邻DNA链5’-P末端,使二者生成磷酸二酯键,从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。2.功能:DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用,在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用,也是基因工程的重要工具酶之一。十.原核生物DNA复制起始:DNA解链形成引发体。1.DNA解开成单链,提供模板:E.coli复制起始点oriC。2.形成引发体,合成引物,提供3’-OH末端:含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。十一.原核生物DNA复制延长:复制的延长指在DNA-pol催化下,dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上,其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。1.领头链的合成:领头链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。2.随从链的合成:33.同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长。十二.原核生物DNA复制终止:切除引物、填补空缺、连接切口。十三.真核生物的DNA生物合成中,细胞能否分裂,决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节,与蛋白激酶活性有关;蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。十四.真核生物复制的起始与原核基本相似。1.真核生物每个染色体有多个起始点,是多复制子复制。复制有时序性,即复制子以分组方式激活而不是同步起动。复制的起始需要DNA-polα(引物酶活性)和polδ(解螺旋酶活性)参与。还需拓扑酶和复制因子(RF)。2.增殖细胞核抗原(PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。PCNA为同源三聚体,具有与E.coliDNA聚合酶Ⅲ的β亚基相同的功能和相似的构象,即形成闭合环形的可滑动DNA夹子,在RFC的作用下PCNA结合于引物-模板链;并且PCNA使polδ获得持续合成能力。PCNA水平也是检验细胞增殖的重要指标。3.细胞能否分裂,决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节,与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。相关的激酶都有调节亚基即细胞周期蛋白(cyclin),和催化亚基即细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)。哺乳类动物细胞内还发现天然抑制CDK的蛋白质,例如锚蛋白(ankynin)是CDK4的特异性抑制物,P21蛋白能抑制多种CDK。锚蛋白和P21蛋白的抑制/活化可使细胞周期开放/关闭,因此被形容为细胞周期的检查点(checkpoint)蛋白。十五.真核生物复制的延长发生DNA聚合酶α/δ转换。DNA-polδ和polα分别兼有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后,DNA-polδ通过PCNA的协同作用,逐步取代polα,在RNA引物的3’-OH基础上连续合成领头链。随从链引物也由polα催化合成。然后由PCNA协同,polδ置换polα,继续合成DNA子链。十六.端粒酶参与解决染色体末端复制问题。1.染色体DNA呈线状,复制在末端停止;复制中岡崎片段的连接,复制子之间的连接;染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物,去除后留下空隙。2.端粒(telomere):指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。其结构特点为:由末端单链DNA序列和蛋白质构成;末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。功能为:维持染色体的稳定性,维持DNA复制的完整性。3.端粒酶(telomerase)由端粒酶RNA(hTR)、端粒酶协同蛋白(hTP1)、端粒酶逆转录酶(hTRT)组成。4.端粒酶的催化延长作用:爬行模型。十七.逆转录病毒细胞内的逆转录现象:RNA模板经逆转录酶生成DNA-RNA杂化双链,接着在RNA酶作用下4生成单链DNA,最后在逆转录酶作用下生成双链DNA。十八.cDNA:为试管内合成,以mRNA为模板,经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。十九.滚环复制(rollingcirclereplication):某些低等生物的复制形式,如X174和M13噬菌体等。二十.D环复制(D-loopreplication):是线粒体DNA的复制形式。二十一.遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变,均可称为突变。在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNAdamage)。1.错配:DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation),包括转换(同型碱基间)和颠换(异型碱基间)。2.缺失:一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。3.插入:原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。4.重排:DNA分子内较大片段的交换。5.框移突变三联体密码的阅读方式改变,造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变,缺失或插入都可导致框移突变。二十二.DNA损伤的修复:1.光修复。2.切除修复:是细胞内最重要和有效的修复机制,主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。3.重组修复:作用于单链4.SOS修复:当DNA损伤广泛难以继续复制时,由此而诱发出一系列复杂的反应。在E.coli,各种与修复有关的基因,组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。这种修复特异性低,对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复,复制如能继续,细胞是可存活的;然而DNA保留的错误较多,导致较广泛、长期的突变。第十一章RNA的生物合成一.中心法则(TheCentralDogma):是指遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质,即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA,即完成DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。在某些病毒中的RNA自我复制和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程是对中心法则的补充。二.转录(transcription):生物体以DNA为模板合成RNA的过程。1.RNA合成有转录与RNA复制两种形式。2.与复制相同处:酶促的核苷酸聚合过程,以DNA为模板,依赖DNA的RNA聚合酶,产物是磷酸二酯键连接的核苷酸链,都从5`-3`方向合成新链,遵从碱基配对规律。3.与复制不同处:模板(不对称转录)、产物、配对、原料(NTP)、酶(RNA-pol)。三.原核生物的转录模板。1.结构基因(structuralgene):DNA分子上转录出RNA的区段。2.不对称转录(asymmetrictranscription):在DNA分子双链上某一区段,一股链用作模板指引转录,另一股链不转录;模板链并非永远在同一条单链上。3.转录是有方向性的,按照产物链的5`向3`方向延长。4.DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链,称为模板链(templatestrand),也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand),也称为反义链或Crick链。5四.RNA聚合酶能直接启动RNA链的合成。1.DNA依赖的RNA聚合酶催化合成RNA,RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成相似,(NMP)n+NTP→(NMP)n+1+PPi。2.RNA聚合酶通过在RNA的3’-羟基端加入核苷酸延长RNA链,以5’到3’方向合成RNA。3.DN
本文标题:医学生物化学小结2
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