核酸的生物合成

1、遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ): :dna遺傳信息遺傳信息: :dna分子中堿基或核苷酸的排列順序分子中堿基或核苷酸的排列順序所謂所謂基因基因: :是指攜帶有是指攜帶有遺傳信息遺傳信息的的dna或或rna序列序列 現(xiàn)已證明，體內(nèi)蛋白質(zhì)分子合成時其現(xiàn)已證明，體內(nèi)蛋白質(zhì)分子合成時其氨基酸的排列氨基酸的排列順序順序最終最終由由dna分子中的核苷酸順序所決定分子中的核苷酸順序所決定。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述這一功能的體現(xiàn)，遵循這一功能的體現(xiàn)，遵循中心法則中心法則遺傳信息傳遞的中心法則遺傳信息傳遞的中心法則（重點）（重點）復制復制rnadna蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯揭開了遺傳信息傳遞的奧秘揭開了

2、遺傳信息傳遞的奧秘復制復制：遺傳信息從親代傳遞到子代：遺傳信息從親代傳遞到子代dna分子的過程分子的過程轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：以：以dna分子為模板，在細胞核內(nèi)合成與其結(jié)構(gòu)相應(yīng)的分子為模板，在細胞核內(nèi)合成與其結(jié)構(gòu)相應(yīng)的rna分子，將分子，將dna的遺傳信息抄錄到的遺傳信息抄錄到mrna分子中。（堿基互補配對原分子中。（堿基互補配對原則）則）翻譯翻譯：以：以mrna為模板，以三個鄰近堿基序列決定一種氨基酸的遺為模板，以三個鄰近堿基序列決定一種氨基酸的遺傳密碼子形式，決定蛋白質(zhì)合成時氨基酸的序列。傳密碼子形式，決定蛋白質(zhì)合成時氨基酸的序列。遺傳信息通過復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，最終傳遞給蛋白質(zhì)的規(guī)遺傳信息通過復制、轉(zhuǎn)

3、錄和翻譯，最終傳遞給蛋白質(zhì)的規(guī)律，即被稱作律，即被稱作中心法則中心法則。 逆（反向）轉(zhuǎn)錄逆（反向）轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復制復制rnadna蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄對中心法則的補充對中心法則的補充所謂逆轉(zhuǎn)錄：是指在所謂逆轉(zhuǎn)錄：是指在逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下以的作用下以rna為模板為模板合成合成dna的的過程。過程。 病毒病毒rna逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶rna（被水解）（被水解）單鏈單鏈dna(模板）模板）rna-dna雜交體雜交體復制復制雙鏈雙鏈dna整合入整合入宿主細宿主細胞基因胞基因如人免疫缺損病毒（如人免疫缺損病毒（hivhiv）就是一種）就是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒，它感染人的，它感染人的t

4、t淋巴細胞，導致人體免疫缺陷，引起艾滋?。馨图毎瑢е氯梭w免疫缺陷，引起艾滋?。╝idsaids）。）。第二節(jié)第二節(jié) dna的生物合成的生物合成 dna究竟是究竟是如何復制如何復制的？的？換言之，遺傳信息從上一代傳遞到下一代是如何開始的？換言之，遺傳信息從上一代傳遞到下一代是如何開始的？j. watson j. watson 和和 f. crick在在提出提出dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)學說時推分子雙螺旋結(jié)構(gòu)學說時推測過測過dna的的復制（即復制（即dna復制復制假說）。假說）。dna復制假說復制假說：在：在dna復制過程中，雙螺旋復制過程中，雙螺旋dna的的兩兩條鏈相分離條鏈相分離，并以每條，并以

5、每條dna鏈為鏈為模板模板，利用細胞中的，利用細胞中的脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸( (dntp) )作為作為底物底物，按照，按照堿基互補的原堿基互補的原則則，分別，分別合成另一條合成另一條dna, ,從而形成結(jié)構(gòu)相同的兩個子從而形成結(jié)構(gòu)相同的兩個子代代dna雙螺旋分子。雙螺旋分子。思考思考, ,我們已經(jīng)知道的我們已經(jīng)知道的dna復制現(xiàn)象復制現(xiàn)象一、一、dna的復制的復制1. 1.dna復制是半保留復制復制是半保留復制含義：新合成的含義：新合成的dna分子鏈中，一條鏈來自分子鏈中，一條鏈來自親代親代dnadna，而另一條鏈則是新合成的。，而另一條鏈則是新合成的。（一）（一）dna復制的特征復制

6、的特征為什么是半保留復制？為什么是半保留復制？其它其它可能可能的復制方式：的復制方式：全保留式或散布式全保留式或散布式。全保留式：全保留式：即恢復原來的即恢復原來的dna雙螺旋，并產(chǎn)生一個新的子代雙螺旋，并產(chǎn)生一個新的子代dna雙螺雙螺旋。旋。散布式：散布式：即復制模板鏈被分成許多小片段，散布于子代即復制模板鏈被分成許多小片段，散布于子代dna中。中。1958 meselson and stahl密度梯度實驗密度梯度實驗 實驗結(jié)果支持實驗結(jié)果支持半保留復制半保留復制方式方式培養(yǎng)于普培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液通培養(yǎng)液含含15n-dna的細菌的細菌 第一代第一代繼續(xù)培養(yǎng)于繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液普通培養(yǎng)液 第二

7、代第二代細菌的細菌的dna雙鏈雙鏈（粗線代表含（粗線代表含15n)(細線代表含細線代表含14n)梯度離心結(jié)果梯度離心結(jié)果普通普通dna沉降位置沉降位置重重dna沉降位置沉降位置dna半保留復制的意義半保留復制的意義 能充分保證能充分保證dna代謝代謝穩(wěn)定性穩(wěn)定性與復制與復制忠實性忠實性; ;經(jīng)過許多代的復制，經(jīng)過許多代的復制，dna分子上的遺傳信息分子上的遺傳信息仍可仍可準確地傳遞給后代準確地傳遞給后代。2.dna復制具有特定的起始點復制具有特定的起始點 dna復制是從復制起始位點開始向兩個方向復制是從復制起始位點開始向兩個方向進行的進行的雙向復制雙向復制 。復制叉復制叉復制泡復制泡3. 3.

8、dna的半不連續(xù)復制的半不連續(xù)復制dna分子的兩條鏈反向平行；分子的兩條鏈反向平行；即一條鏈是即一條鏈是35 ，另一條鏈是，另一條鏈是5 3 ；而所有已知而所有已知dna聚合酶的聚合酶的合成方向都是合成方向都是5 3 。實際實際dna復制中，如何實現(xiàn)齊頭并進的合成？復制中，如何實現(xiàn)齊頭并進的合成？3 5 3 5 3 5 前導鏈前導鏈(leading strand)后隨鏈后隨鏈(lagging strand)解鏈方向解鏈方向?qū)槠螌槠? 3 3 5 dna復制叉復制叉前導鏈前導鏈: 一條鏈（一條鏈（ 35 ）的合成方向和復制叉前進方向相同，）的合成方向和復制叉前進方向相同，可以可以連續(xù)復制

9、連續(xù)復制合成的新鏈。合成的新鏈。后隨鏈后隨鏈:另一條鏈的合成方向與復制叉前進方向相反，另一條鏈的合成方向與復制叉前進方向相反，不能連續(xù)不能連續(xù)復制復制，只能分成若干小片段分別合成，然后連接起來形，只能分成若干小片段分別合成，然后連接起來形成新鏈。后隨鏈中的小片段稱為成新鏈。后隨鏈中的小片段稱為岡崎片段岡崎片段。3. 3.dna的半不連續(xù)復制的半不連續(xù)復制dna分子的兩條鏈反向平行；分子的兩條鏈反向平行；即一條鏈是即一條鏈是35 ，另一條鏈是，另一條鏈是5 3 ；而所有已知而所有已知dna聚合酶的聚合酶的合成方向都是合成方向都是5 3 。實際實際dna復制中，如何實現(xiàn)齊頭并進的合成？復制中，如何

10、實現(xiàn)齊頭并進的合成？前導鏈連續(xù)復制而后隨鏈不連續(xù)復制，即前導鏈連續(xù)復制而后隨鏈不連續(xù)復制，即dna半半不連續(xù)不連續(xù)復制。復制。（二）參與（二）參與dna復制的酶類和復制的條件復制的酶類和復制的條件1. dna復制的條件（或復制體系）復制的條件（或復制體系） v底物底物 dntp(datp,dgtp,dctp,dttp)v模板單鏈的模板單鏈的dna母鏈母鏈v引物寡核苷酸引物（引物寡核苷酸引物（rna) )v其他酶和蛋白質(zhì)因子其他酶和蛋白質(zhì)因子 dna聚合酶（聚合酶（dna指導的指導的dnadna的聚合酶的聚合酶) ) 引物酶或引物酶或rna聚合酶（引發(fā)酶）聚合酶（引發(fā)酶） 解螺旋酶解螺旋酶 dn

11、a旋轉(zhuǎn)酶（拓撲異構(gòu)酶）旋轉(zhuǎn)酶（拓撲異構(gòu)酶） 單鏈單鏈dna結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 dna連接酶連接酶2.參與參與dna復制的酶類復制的酶類dna復制速度甚快，復制高效率和高度忠實性，復制速度甚快，復制高效率和高度忠實性，都是由于許多都是由于許多酶參與了復制過程酶參與了復制過程。主要有：主要有：dna聚合酶、聚合酶、 引物酶、參與引物酶、參與dna解解旋、解鏈的酶、旋、解鏈的酶、 單鏈結(jié)合酶、單鏈結(jié)合酶、 dna連接酶連接酶1）dna聚合反應(yīng)與聚合反應(yīng)與dna聚合酶聚合酶（dna polymerase)定義：在聚合過程中，能夠催化四種定義：在聚合過程中，能夠催化四種dntp通過與模板通過與模板鏈的堿基

12、互補配對，合成新的對應(yīng)鏈的堿基互補配對，合成新的對應(yīng)dna鏈。鏈。n n1 1datpdatpn n2 2dgtpdgtpn n1 1dttpdttpn n2 2dctpdctp+ +dnadna聚合酶聚合酶dnadnamg2mg2+ +, ,引物引物dampdampdgmpdgmpdtmpdtmpdcmpdcmpdnadna+ +2(n2(n1 1+n+n2 2)ppi)ppi2n2n1 1+2n+2n2 2以四種脫氧核糖核苷酸為以四種脫氧核糖核苷酸為底物底物dna聚合酶的特點聚合酶的特點分別是：分別是：d datp, dgtp, dctp, dttp dna聚合酶能夠區(qū)分聚合酶能夠區(qū)分rn

13、tp(核糖核苷酸）和核糖核苷酸）和dntp，dna聚合酶的活性中心對聚合酶的活性中心對rntp有空間排斥作用。有空間排斥作用。rntp的分子中又的分子中又2 -oh存在，產(chǎn)生空間位阻，影響催化存在，產(chǎn)生空間位阻，影響催化反應(yīng)需要接受反應(yīng)需要接受模板鏈模板鏈的指導的指導即母鏈，單鏈即母鏈，單鏈dna反應(yīng)反應(yīng)不能自行從頭合成不能自行從頭合成dna鏈鏈( () )必須有一條必須有一條rna鏈作為引物鏈作為引物，催化此引物催化此引物3 -oh端與端與dntp 5 -ppi作用，作用，形成形成3 ，5 -磷酸二酯鍵，從而逐步延長磷酸二酯鍵，從而逐步延長dna鏈。鏈。即從即從5 端開始向端開始向3 端的方

14、向進行端的方向進行dna鏈的合成具有方向性鏈的合成具有方向性( () )原核、真核細胞原核、真核細胞dna聚合酶的類型和功能聚合酶的類型和功能tls1 rev 1tls，體細胞高變，體細胞高變1pol 相對準確的相對準確的tls（穿越環(huán)丁烷二聚體）（穿越環(huán)丁烷二聚體）1pol tls1pol 體細胞高變（體細胞高變（somatic hypermutation）1pol 減數(shù)分裂相關(guān)的減數(shù)分裂相關(guān)的dna損傷修復損傷修復1pol tls1pol dna交聯(lián)損傷修復交聯(lián)損傷修復1pol dna復制，核苷酸切除修復，堿基切除修復復制，核苷酸切除修復，堿基切除修復4pol dna復制，核苷酸切除修復，

15、堿基切除修復復制，核苷酸切除修復，堿基切除修復23pol 線粒體線粒體dna復制和損傷修復復制和損傷修復3pol 堿基切除修復堿基切除修復1pol 合成引物合成引物4pol 功能功能亞基數(shù)目亞基數(shù)目真核生物真核生物tls（translesion synthesis）3pol (umuc, umud)dna損傷修復，穿越損傷合成（損傷修復，穿越損傷合成（tls）1pol (din b)染色體染色體dna復制復制9pol 全酶全酶染色體染色體dna復制復制3pol 核心酶核心酶dna損傷修復損傷修復1pol 去除去除rna引物，引物，dna損傷修復損傷修復1pol 功能功能亞基數(shù)目亞基數(shù)目原核生物

16、（原核生物（e. coli）2 2）引物酶）引物酶定義：催化定義：催化rna引物合成的酶稱為引物酶引物合成的酶稱為引物酶意義：意義：dna聚合酶聚合酶不能自行從頭不能自行從頭以以2 2個游離的單脫氧核苷個游離的單脫氧核苷酸為起點合成酸為起點合成dna鏈；鏈；因此，首先需要合成一小段多核苷酸作為因此，首先需要合成一小段多核苷酸作為引物引物（primer)這段是這段是rna鏈片斷鏈片斷，主要為，主要為dna鏈合成提供鏈合成提供自由自由3 -oh末端末端。3 3）參與）參與dna解旋、解鏈的酶及蛋白質(zhì)因子解旋、解鏈的酶及蛋白質(zhì)因子解螺旋酶解螺旋酶定義：定義：解開解開dna雙鏈間的氫鍵雙鏈間的氫鍵，使

17、其稱為單鏈，使其稱為單鏈的酶，或稱解鏈酶。的酶，或稱解鏈酶。特點：需要水解特點：需要水解atp提供能量提供能量拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶由于由于dna復制前方形成超螺旋結(jié)構(gòu)，阻礙了復制前方形成超螺旋結(jié)構(gòu)，阻礙了dna的解旋、解鏈；的解旋、解鏈；因此，需要不斷松弛因此，需要不斷松弛dna模板的超螺旋結(jié)構(gòu)。模板的超螺旋結(jié)構(gòu)。定義：定義：松弛松弛dna超螺旋結(jié)構(gòu)的酶超螺旋結(jié)構(gòu)的酶，稱為拓撲異，稱為拓撲異構(gòu)酶。分為構(gòu)酶。分為型和型和型。型。dna拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶型通過形成短暫的型通過形成短暫的單鏈裂解單鏈裂解- -結(jié)合結(jié)合循環(huán)循環(huán)，催化，催化dna復制的拓撲異構(gòu)狀態(tài)的變化；復制的拓撲異構(gòu)狀態(tài)的變化；特點

18、：剪切一條鏈，不需要特點：剪切一條鏈，不需要atp拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶型型通過引起瞬間通過引起瞬間雙鏈酶橋雙鏈酶橋的斷裂的斷裂，然后打通和再，然后打通和再封閉，以改變封閉，以改變dnadna的拓的拓撲狀態(tài)。撲狀態(tài)。特點：剪切兩條鏈，需特點：剪切兩條鏈，需要要atp4 4）單鏈結(jié)合酶）單鏈結(jié)合酶定義定義：結(jié)合于因：結(jié)合于因dna雙鏈打開而形成的單股雙鏈打開而形成的單股dna鏈鏈上的酶，稱為單鏈機結(jié)合酶（上的酶，稱為單鏈機結(jié)合酶（dna結(jié)合蛋白）。結(jié)合蛋白）。意義意義：維持模板鏈處于單鏈狀態(tài)；：維持模板鏈處于單鏈狀態(tài)； 保護單股保護單股dna鏈不被核酸酶水解。鏈不被核酸酶水解。5 5）dna連接酶

19、連接酶dna連接酶，連接酶，即連接兩個岡崎片段即連接兩個岡崎片段；一片段一片段dna鏈上脫氧核苷酸的鏈上脫氧核苷酸的3 3 羥基和相鄰另一片段羥基和相鄰另一片段dna鏈上脫氧核苷酸的鏈上脫氧核苷酸的5 5 磷酸基團，形成磷酸基團，形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵，從而把，從而把兩個片段的兩個片段的dna鏈連接起來。鏈連接起來。5 3 5 3 5 3 5 3 p hodna連接酶連接酶atpadp形成形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵根據(jù)目前的知識，可將根據(jù)目前的知識，可將dna復制的過程大體復制的過程大體分為三個階段：分為三個階段：起始、延伸和終止起始、延伸和終止。1. 1.復制的起始復制的起始dna合成的起始

20、包括：合成的起始包括：起點的識別、模板起點的識別、模板dna超螺旋及雙螺旋超螺旋及雙螺旋的解除、引物的合成的解除、引物的合成復制的起始復制的起始（三）（三）dna的復制過程的復制過程辨認起點辨認起點dna復制有復制有固定的起點固定的起點（origin, ori)，即，即復制起點的一段特殊復制起點的一段特殊dna序列。序列。區(qū)別區(qū)別：原核細胞中只有一個復制起點，：原核細胞中只有一個復制起點，而真核細胞而真核細胞dna雙鏈有多個復制起點。雙鏈有多個復制起點。e.coli 復制起始點復制起始點 oric復制的起始復制的起始辨認起點辨認起點 (舉例）舉例）e.coli 復制起始點復制起始點 oric

21、gattntttattt gatctnttntatt gatctcttattag 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 tgtggatta-ttatacaca-tttggataa-ttatccaca58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 同向重復序列同向重復序列 反向重復序列反向重復序列5 3 5 3 富含富含a、t辨認起點辨認起點復制的起始復制的起始 辨認起點辨認起點（舉例，特點）（舉例，特點）復制起點的一般特征復制起點的一般特征: 由由多個獨特的短重復序列多個獨特的短重復序列組成。組

22、成。 短重復序列能夠被酶識別并結(jié)合。短重復序列能夠被酶識別并結(jié)合。 一般一般富含富含a、t，利于雙螺旋，利于雙螺旋dna解旋，解旋，以產(chǎn)生單鏈以產(chǎn)生單鏈dna復制模板。復制模板。模板模板dna解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu)需要的酶：需要的酶：解螺旋酶、拓撲異構(gòu)酶和解螺旋酶、拓撲異構(gòu)酶和dna結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白復制的起始復制的起始 辨認起點辨認起點（舉例，特點）（舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu) （復制叉）（復制叉）詳細作用過程詳細作用過程經(jīng)松弛經(jīng)松弛dna超螺旋結(jié)構(gòu)后，解開一段雙鏈，并超螺旋結(jié)構(gòu)后，解開一段雙鏈，并由由dna結(jié)合蛋白保護和穩(wěn)定結(jié)合蛋白保護和穩(wěn)定dna單鏈，形成復單鏈，形成復制點，又

23、稱為制點，又稱為復制叉。復制叉。復制的起始復制的起始 辨認起點辨認起點（舉例，特點）（舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu) （復制叉）（復制叉）引物引物rna的合成的合成需要的酶：需要的酶：引物酶引物酶合成過程：合成過程：當兩股單鏈暴露出足夠數(shù)量堿基對時，引當兩股單鏈暴露出足夠數(shù)量堿基對時，引物酶發(fā)揮作用。物酶發(fā)揮作用。引物酶能識別復制起點引物酶能識別復制起點，并以四種核，并以四種核糖核苷酸為原料，以解開的一段糖核苷酸為原料，以解開的一段dna鏈為模板，按堿鏈為模板，按堿基配對規(guī)律，基配對規(guī)律，從從5 3 方向合成引物方向合成引物rna片段片段。主要作用：提供了引物主要作用：提供了引物3 -o

24、h末端末端復制的起始復制的起始 引物合成引物合成 辨認起點辨認起點（舉例，特點）（舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu) （復制叉）（復制叉）為什么需要有為什么需要有rna引物來引發(fā)引物來引發(fā)dna復制呢復制呢?復制的起始復制的起始這可能為盡量這可能為盡量減少減少dna復制起始處的突變復制起始處的突變有關(guān)。有關(guān)。dna復制復制開始處的幾個核苷酸最容易出現(xiàn)差錯開始處的幾個核苷酸最容易出現(xiàn)差錯，因此，因此，用用rna引物即使出現(xiàn)差錯最后也要被引物即使出現(xiàn)差錯最后也要被dnadna聚合酶聚合酶切除，切除，提高了提高了dna復制的準確性。復制的準確性。 引物合成引物合成 辨認起點辨認起點（舉例，特點）（

25、舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu) （復制叉）（復制叉）2. 2.復制的延伸復制的延伸需要的酶：需要的酶：dna聚合酶聚合酶（真核細胞為（真核細胞為dna pol ）半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制前導鏈前導鏈隨從鏈隨從鏈如何保持前導鏈與隨后鏈合成的協(xié)調(diào)一致如何保持前導鏈與隨后鏈合成的協(xié)調(diào)一致？突環(huán)突環(huán)復制的起始復制的起始復制的延伸復制的延伸 引物合成引物合成 辨認起點辨認起點（舉例，特點）（舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu) （復制叉）（復制叉）3. 3.復制的終止（完整復制的終止（完整dna鏈鏈的形成）的形成）復制的起始復制的起始復制的延伸復制的延伸復制的終止復制的終止辨認起點辨認起點（舉例，

26、特點）（舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu)（復制叉）（復制叉）引物合成引物合成1 1）水解引物及填補空隙）水解引物及填補空隙 岡崎片段合成后，由岡崎片段合成后，由dna pol( (真核細胞可能真核細胞可能是是dna聚合酶聚合酶 ) )水解去除水解去除rna引物引物，并，并填補填補留下留下的的空隙空隙(5 3)聚合。聚合。 3. 3.復制的終止（完整復制的終止（完整dna鏈鏈的形成）的形成）復制的起始復制的起始復制的延伸復制的延伸復制的終止復制的終止辨認起點辨認起點（舉例，特點）（舉例，特點）解除高級結(jié)構(gòu)解除高級結(jié)構(gòu)（復制叉）（復制叉）引物合成引物合成2 2）完整雙鏈）完整雙鏈dna分子的形

27、成分子的形成 填補空隙后，填補空隙后，dna片段與片段之間還有一個缺片段與片段之間還有一個缺口口( (一個一個3,5-磷酸二酯鍵的長度磷酸二酯鍵的長度), ), 由由dna連接酶連接酶催催化連接成完整的鏈，從而產(chǎn)生化連接成完整的鏈，從而產(chǎn)生完整的雙鏈完整的雙鏈dna分分子子。前導鏈前導鏈產(chǎn)生完整產(chǎn)生完整的子染色單體。的子染色單體。后隨鏈后隨鏈3 3 端留下端留下縮短的未復制的縮短的未復制的ssdna區(qū)區(qū)。破壞了遺傳破壞了遺傳信息的完整信息的完整如何保證染色體的穩(wěn)定性？如何保證染色體的穩(wěn)定性？端粒酶端粒酶dna復制的全過程復制的全過程小結(jié)小結(jié)包括三個階段包括三個階段起始、延伸、終止起始、延伸、終

28、止起始起始復制起點；復制起點；解除模板解除模板dna超螺旋及雙螺旋；超螺旋及雙螺旋；引物合成；引物合成；延伸延伸岡崎片斷、岡崎片斷、半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制終止終止引物水解，連接引物水解，連接dna片段片段觀看觀看dna復制動畫復制動畫dna復制的精確性（高保真復制）復制的精確性（高保真復制） dna復制必須具有復制必須具有高度精確性高度精確性，在大腸桿菌的細，在大腸桿菌的細胞胞dna復制中其復制中其錯誤率約為錯誤率約為1/101/109 91/101/101010，即每即每10109 910101010個核苷酸才出現(xiàn)一個錯誤，也就是大腸桿菌染色體個核苷酸才出現(xiàn)一個錯誤，也就是大腸桿菌染色體d

29、na復制復制100010001000010000次才出現(xiàn)一個核苷酸的錯誤。次才出現(xiàn)一個核苷酸的錯誤。這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)：這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)：1 1、堿基的配對規(guī)律：、堿基的配對規(guī)律：摸板鏈與新生鏈之間的堿基配摸板鏈與新生鏈之間的堿基配對保證堿基配錯幾率約為對保證堿基配錯幾率約為1/101/104 41/101/105 5。2 2、dna聚合酶的校對功能，聚合酶的校對功能，使堿基的錯配幾率又降使堿基的錯配幾率又降低低10010010001000倍。倍。3 3、dna的損傷修復系統(tǒng)。的損傷修復系統(tǒng)。主要因素：主要因素：（四）（四）dna的突變的突變它是指在各

30、種因素作用下，它是指在各種因素作用下，dna分子中的堿基或片斷分子中的堿基或片斷發(fā)生改變發(fā)生改變，通過，通過dna的復制遺傳給后代，表現(xiàn)出異常的復制遺傳給后代，表現(xiàn)出異常的遺傳特征。的遺傳特征。dna的突變形式主要有：的突變形式主要有： 一個或幾個堿基對被置換；一個或幾個堿基對被置換； 插入一個或幾個堿基對；插入一個或幾個堿基對； 一個或多個堿基對缺失。一個或多個堿基對缺失。（五）（五）dna的損傷與修復的損傷與修復1.dna的損傷的損傷 定義：定義： 生物體受某些理化和生物等外源性因素或機生物體受某些理化和生物等外源性因素或機體內(nèi)環(huán)境改變的影響，引起體內(nèi)環(huán)境改變的影響，引起dna分子結(jié)構(gòu)的任

31、分子結(jié)構(gòu)的任何異常改變何異常改變稱為稱為dna損傷，從而造成突變。損傷，從而造成突變。影響因素：影響因素： 自發(fā)突變、化學因素、物理因素或病毒自發(fā)突變、化學因素、物理因素或病毒例如：電離輻射、紫外線、化學誘變劑例如：電離輻射、紫外線、化學誘變劑常見常見dna損傷損傷：堿基丟失、堿基變化、錯誤的堿基、：堿基丟失、堿基變化、錯誤的堿基、缺失或插入、嘧啶二聚體、鏈斷裂、鏈交聯(lián)缺失或插入、嘧啶二聚體、鏈斷裂、鏈交聯(lián)2. dna的修復的修復光修復光修復: :可見光（可見光（400nm）能激活細胞內(nèi)的光裂合酶，將）能激活細胞內(nèi)的光裂合酶，將dna中因紫外線照射而形成的嘧啶二聚體分解。中因紫外線照射而形成的

32、嘧啶二聚體分解。tt光復活酶光復活酶（可見光可見光）t + t這種修復方式雖然普遍，但主要是低等生物的這種修復方式雖然普遍，但主要是低等生物的dnadna損傷修復的方式。損傷修復的方式。 切除修復：切除修復：特異性核酸內(nèi)切酶特異性核酸內(nèi)切酶dna聚合酶聚合酶dna連接酶連接酶5533553355335533識別損傷部位，并將該處損傷的識別損傷部位，并將該處損傷的dna單鏈切斷單鏈切斷以另一條以另一條dna鏈為模板鏈為模板第三節(jié)第三節(jié) rna的生物合成的生物合成rna的生物合成主要分為的生物合成主要分為轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄和和自我復制自我復制兩種形式兩種形式 體內(nèi)體內(nèi)rna合成的主要方式合成的主要方式 以以

33、dna分子為模板合成出分子為模板合成出rna分子的過程稱為轉(zhuǎn)錄。分子的過程稱為轉(zhuǎn)錄。 自我復制：一些自我復制：一些rna病毒以病毒以rna模板合成模板合成rna。一、一、rna的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄首先，認識首先，認識rna轉(zhuǎn)錄體系轉(zhuǎn)錄體系包括：包括：dna模板模板四種核糖核苷酸（四種核糖核苷酸（ntp）rna聚合酶聚合酶某些蛋白質(zhì)因子及必要的無機離子某些蛋白質(zhì)因子及必要的無機離子（一）（一）rna轉(zhuǎn)錄的特征轉(zhuǎn)錄的特征以以dna一條鏈的片斷為模板一條鏈的片斷為模板 稱為稱為模板鏈模板鏈 1.模板模板另一條鏈稱為編碼鏈另一條鏈稱為編碼鏈轉(zhuǎn)錄的不對稱性轉(zhuǎn)錄的不對稱性 5 cgctatagcgttt 3 dn

34、a編碼鏈編碼鏈3 gcgatatcgcaaa 5 dna模板鏈模板鏈5 cgcuauagcguuu 3 rna轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)錄物模板鏈并非永遠在同一條單鏈上模板鏈并非永遠在同一條單鏈上2.參與轉(zhuǎn)錄的酶參與轉(zhuǎn)錄的酶原核生物只有原核生物只有1種種rna聚合酶聚合酶真核生物具有真核生物具有3種不同的種不同的rna聚合酶，聚合酶，rna聚合酶聚合酶 、rna聚合酶聚合酶 和和rna聚合酶聚合酶以大腸桿菌以大腸桿菌rna聚合酶為例聚合酶為例核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) rna聚合酶是多亞基酶聚合酶是多亞基酶大腸桿菌大腸桿菌rna聚合酶聚合酶 亞基能特異性地識別亞基

35、能特異性地識別dna模板鏈上的起始部位。模板鏈上的起始部位。3.rna轉(zhuǎn)錄的方向轉(zhuǎn)錄的方向 rna聚合酶通過在聚合酶通過在rna的的3 -羥基端加入核苷酸延長羥基端加入核苷酸延長rna鏈，以鏈，以5 到到3 方向方向合成合成rna。4.其它特征其它特征 rna聚合酶聚合酶不需要引物不需要引物就能直接啟動就能直接啟動rna鏈的延長。鏈的延長。 在在rna合成中會形成合成中會形成rna-dna雜合雙螺旋雜合雙螺旋和和轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡的的特殊結(jié)構(gòu)。特殊結(jié)構(gòu)。 rna聚合酶向前移動時，聚合酶向前移動時，dna雙螺旋伴有拓撲學的結(jié)雙螺旋伴有拓撲學的結(jié)構(gòu)變化。構(gòu)變化。 rna聚合酶和聚合酶和dna的特殊序列的

36、特殊序列啟動子結(jié)合后，就能啟動啟動子結(jié)合后，就能啟動rna合成。合成。e. coli的的rna聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程聚合酶催化的轉(zhuǎn)錄過程dna復制特征和復制特征和rna轉(zhuǎn)錄特征的比較轉(zhuǎn)錄特征的比較dna復制復制rna轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄模板模板兩條單鏈均復制兩條單鏈均復制模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）模板鏈轉(zhuǎn)錄（不對稱轉(zhuǎn)錄）原料原料 4種脫氧核糖核苷酸種脫氧核糖核苷酸4種核糖核苷酸種核糖核苷酸酶酶dna聚合酶聚合酶rna聚合酶聚合酶產(chǎn)物產(chǎn)物子代雙鏈子代雙鏈dna（半保留復制（半保留復制)mrna, trna，rrna配對配對a-t, g-ca-u, t-a, g-c（二）轉(zhuǎn)錄的過程（二）轉(zhuǎn)錄的過程rna轉(zhuǎn)錄過程可

37、分為轉(zhuǎn)錄過程可分為起始、延伸、終止起始、延伸、終止三個階段三個階段 1.起始起始包括四個方面包括四個方面亞基亞基起著識別起著識別dna分子上起始信號的作用分子上起始信號的作用 識別啟動子識別啟動子rna聚合酶結(jié)合模板聚合酶結(jié)合模板dna的部位，稱為的部位，稱為啟動子啟動子(promoter)。 生成封閉型啟動子復合物生成封閉型啟動子復合物 得到開放型的啟動子復合物得到開放型的啟動子復合物 亞基被釋放脫離核心酶亞基被釋放脫離核心酶 dna構(gòu)象活化構(gòu)象活化 解開解開dna雙鏈，識別其中的模板鏈雙鏈，識別其中的模板鏈 該部位應(yīng)該富含該部位應(yīng)該富含a-t堿基對，有利于堿基對，有利于dna解鏈解鏈 動畫

38、演示轉(zhuǎn)錄啟動過程. 形成閉合啟動子復合體形成閉合啟動子復合體形成開放啟動子復合體形成開放啟動子復合體rna聚合酶識別結(jié)合啟動子聚合酶識別結(jié)合啟動子轉(zhuǎn)錄開始轉(zhuǎn)錄開始啟動子清除啟動子清除 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 延延 伸伸5335-35 -10 +1 另外：另外：在起始位點的全酶結(jié)合第一個三磷酸核苷常是在起始位點的全酶結(jié)合第一個三磷酸核苷常是gtp或或atp。形成的啟動子、全酶和三磷酸核苷復合物稱為形成的啟動子、全酶和三磷酸核苷復合物稱為三元起始復合物三元起始復合物。第一個核苷酸摻入的位置稱。第一個核苷酸摻入的位置稱為為轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點。53 2.延伸延伸 核心酶沿模板移動，并按模板序列選擇下一個核苷酸，將核核心酶沿模板移動，并按模板序列選擇下一個核苷酸，將核苷酸加到生長苷酸加到生長的的rna鏈鏈3-oh端，催化形成磷酸二酯鍵。端，催化形成磷酸二酯鍵。 rna-dna的雜交區(qū)的雜交區(qū) 53 雜交區(qū)結(jié)合不太牢固，解鏈后，雜交區(qū)結(jié)合不太牢固，解鏈后，dna又恢復雙螺旋結(jié)構(gòu)又恢復雙螺旋結(jié)構(gòu) 3.終止終止 在在dna分子上有引起終止