生物化學(xué)第十二章 核酸的生物合成

1、核苷酸核苷酸磷酸磷酸戊糖戊糖( (核糖、脫氧核糖核糖、脫氧核糖) )堿基（堿基（a、g、c、t / u） 核酸（核酸（dna和和rna）是一種線性多聚核）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。 dna是基因遺傳與表達(dá)的載體，是生物的主是基因遺傳與表達(dá)的載體，是生物的主要遺傳物質(zhì)。要遺傳物質(zhì)。 dna的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指脫氧核苷酸之間的連接方是指脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序。連接方式：式和排列順序。連接方式： 3，5-磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。1953年，年，watson和和 crick 提出了提出了著名的著名的dna雙螺雙螺旋結(jié)構(gòu)模型旋結(jié)構(gòu)模型

2、。 rna是是dna的局部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，的局部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，rna為單鏈分子，為單鏈分子，以以3，5-磷酸二酯鍵相連。磷酸二酯鍵相連。 根據(jù)根據(jù)rna的功能，可以分為的功能，可以分為mrna 、trna 和和 rrna 三種。三種。 mrna: 編碼氨基酸編碼氨基酸 t rna: 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸 r rna: 構(gòu)成蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所（核糖體）構(gòu)成蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所（核糖體）復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制 1958年年crick提出提出中心法則中心法則(central dogma)，1971年完善。年完善。中心法則揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的傳遞方向。中心法則揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的傳遞方向。

3、遺傳信息的傳遞包括：遺傳信息的傳遞包括：1. 復(fù)制復(fù)制(replication)：以原以原dna分子為模板，合成分子為模板，合成出相同出相同dna分子的過程。分子的過程。2. 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(transcription)：生物的遺傳信息從：生物的遺傳信息從dna傳傳遞給遞給mrna的過程。的過程。3. 翻譯翻譯(translation)：根據(jù)：根據(jù)mrna鏈上的遺傳信息鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程。合成蛋白質(zhì)的過程。 核酸的生物合成包括：核酸的生物合成包括： dna的生物合成：的生物合成：dna復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄 rna的生物合成：轉(zhuǎn)錄和的生物合成：轉(zhuǎn)錄和rna復(fù)制復(fù)制第一節(jié)第一節(jié) dna的

4、生物合成的生物合成 1953年，年，watson和和crick在提出在提出dna雙螺雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)就推測(cè)旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)就推測(cè)dna可能按照半保留可能按照半保留機(jī)制進(jìn)行自我復(fù)制。機(jī)制進(jìn)行自我復(fù)制。一、一、dna的復(fù)制的復(fù)制 、dna的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制半保留復(fù)制半保留復(fù)制（semiconservative replication） 在復(fù)制過程中，首先親代雙鏈解開，然后每條鏈在復(fù)制過程中，首先親代雙鏈解開，然后每條鏈作為模板，在其上合成互補(bǔ)的子代鏈，結(jié)果新形成作為模板，在其上合成互補(bǔ)的子代鏈，結(jié)果新形成的兩個(gè)子代的兩個(gè)子代dna與親代與親代dna分子的堿基順序完全分子的堿基順序完全一樣，而且每

5、個(gè)子代一樣，而且每個(gè)子代dna分子中有分子中有一條鏈完全來一條鏈完全來自親代自親代dna，另一條是新合成的，另一條是新合成的。 1958年，年，meselson和和stahl用用15n標(biāo)記標(biāo)記e.coli. dna，用密度梯，用密度梯度離心試驗(yàn)證明度離心試驗(yàn)證明了了dna的復(fù)制是的復(fù)制是半保留復(fù)制。半保留復(fù)制。 半保留復(fù)制具有重要的生物學(xué)意義半保留復(fù)制具有重要的生物學(xué)意義，dna分子分子以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，親代以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，親代dna分子中的一條分子中的一條鏈保留在子代鏈保留在子代dna分子中，可使遺傳信息準(zhǔn)確的分子中，可使遺傳信息準(zhǔn)確的傳遞給子代細(xì)胞，保持其相對(duì)穩(wěn)定性而不致發(fā)生傳遞

6、給子代細(xì)胞，保持其相對(duì)穩(wěn)定性而不致發(fā)生進(jìn)化上不能忍受的變化進(jìn)化上不能忍受的變化。 dna聚合酶聚合酶 dna模板（反轉(zhuǎn)錄時(shí)用模板（反轉(zhuǎn)錄時(shí)用rna模板）模板） 引物（引物（dna或或rna，提供游離，提供游離3-oh） 4種種dntp mg2+ 、大腸桿菌、大腸桿菌dna聚合酶及其它復(fù)制相關(guān)的蛋白聚合酶及其它復(fù)制相關(guān)的蛋白 1. dna聚合發(fā)生的條件聚合發(fā)生的條件 目前已發(fā)現(xiàn)目前已發(fā)現(xiàn)30多種酶及蛋白質(zhì)因子參與多種酶及蛋白質(zhì)因子參與dna復(fù)復(fù)制，制，dna生物合成方向?yàn)樯锖铣煞较驗(yàn)?3 。n1datp + n2dgtp + n3dctp + n4dttpdna +（n1+n2+n3+n4）p

7、pi模板模板dnamg2+dna聚合酶聚合酶 2. 原核生物原核生物dna聚合酶的種類聚合酶的種類 dna聚合酶聚合酶 5， 3， 聚合酶活性聚合酶活性：只能將脫氧核苷酸加于已存只能將脫氧核苷酸加于已存在的在的dna或或rna鏈的鏈的3 -oh 上，不是主要的聚合酶。上，不是主要的聚合酶。 3， 5， 外切酶活性外切酶活性：只對(duì)單鏈，起校對(duì)功能。只對(duì)單鏈，起校對(duì)功能。 5， 3， 外切酶活性外切酶活性：對(duì)雙鏈，損傷修復(fù)作用，及對(duì)雙鏈，損傷修復(fù)作用，及切除切除rna引物并填補(bǔ)其留下的缺口。引物并填補(bǔ)其留下的缺口。 單體酶，分子量單體酶，分子量109kd，含一個(gè)，含一個(gè)zn2+ ，催化活性：，催化

8、活性： 5 3 聚合酶聚合酶模板鏈模板鏈新生鏈新生鏈c (unable to pair with a)c removed 3 5 外切酶活性外切酶活性 5， 3， 外切酶活性外切酶活性arthur kornberg won the 1959 nobel prize in medicine for his discovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid (before watson and crick won theirs!) dna聚合酶聚合酶（含量很少，忽略不計(jì)）（含量很少，忽略不

9、計(jì)） 單體酶，分子量單體酶，分子量120kd。催化活性：。催化活性： 53聚聚合合(活性很低活性很低) ； 3 5 外切。外切。 寡聚酶，全酶由寡聚酶，全酶由10種共種共22個(gè)亞基組成，個(gè)亞基組成，、和和三種亞基組成核心酶。催化活性：三種亞基組成核心酶。催化活性： 5 3 聚合酶活性聚合酶活性：是主要的聚合酶是主要的聚合酶 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性 dna聚合酶聚合酶（主要作用的聚合酶）（主要作用的聚合酶）原核生物原核生物dna-pol dna-pol dna-pol 功能功能 5 3 聚合活性聚合活性+ 3 5 外切酶活性外切酶活性+ 5 3 外切酶活性外切

10、酶活性+-+分子量分子量109 000120 000140 000每個(gè)菌體中所含每個(gè)菌體中所含的酶分子數(shù)的酶分子數(shù)4004020聚合速率（核苷酸數(shù)聚合速率（核苷酸數(shù)/分分/酶）酶）100060 0003. 其它主要蛋白其它主要蛋白 dna旋轉(zhuǎn)酶（旋轉(zhuǎn)酶（gyrase）（剪斷一小段再連接起來）（剪斷一小段再連接起來） 又稱拓?fù)洚悩?gòu)酶，有內(nèi)切酶和連接酶活力，使又稱拓?fù)洚悩?gòu)酶，有內(nèi)切酶和連接酶活力，使dna正超螺旋的緊張狀態(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。正超螺旋的緊張狀態(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。 解鏈酶（解鏈酶（helicase）（解開氫鍵，）（解開氫鍵，） 使使dna雙螺旋結(jié)構(gòu)變成單鏈雙螺旋結(jié)構(gòu)變成單鏈 單鏈結(jié)合蛋白（單鏈

11、結(jié)合蛋白（ssb） 結(jié)合在單鏈上，防止解開的單鏈結(jié)合在單鏈上，防止解開的單鏈dna重新形成重新形成雙鏈。雙鏈。 引物酶（引物酶（primerase） 以以dna為模板，以為模板，以4種核糖核苷酸（種核糖核苷酸（ntp）為底物，合成一小段為底物，合成一小段rna作為作為dna復(fù)制的復(fù)制的引物。引物。引物的引物的3-oh端端是是dna聚合酶發(fā)揮活聚合酶發(fā)揮活性所必需的。性所必需的。 催化催化dna雙鏈雙鏈中的一條單鏈切中的一條單鏈切口處游離的口處游離的3-oh末端和末端和5磷酸基末磷酸基末端形成端形成 3,5 - 磷酸磷酸二酯鍵。二酯鍵。 dna連接酶（連接酶（ligase）4. 原核生物原核生物

12、dna復(fù)制過程復(fù)制過程 dna復(fù)制的起始復(fù)制的起始 大腸桿菌復(fù)制原點(diǎn)起始復(fù)制所需蛋白質(zhì)：大腸桿菌復(fù)制原點(diǎn)起始復(fù)制所需蛋白質(zhì)： dnaa 在原點(diǎn)處打開雙螺旋在原點(diǎn)處打開雙螺旋 dnab 使使dna解旋解旋 引物酶引物酶 合成合成rna引物引物 ssb 結(jié)合單鏈結(jié)合單鏈dna 旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶 松馳松馳dna扭曲應(yīng)力扭曲應(yīng)力 20個(gè)個(gè)dnaa結(jié)合在結(jié)合在四組四組9bp重復(fù)區(qū)，形重復(fù)區(qū)，形成起始復(fù)合物，成起始復(fù)合物，dna環(huán)繞此復(fù)合物。三組環(huán)繞此復(fù)合物。三組13bp重復(fù)區(qū)依次變性，重復(fù)區(qū)依次變性，產(chǎn)生開放型復(fù)合物。產(chǎn)生開放型復(fù)合物。dnab（在（在dnac協(xié)助協(xié)助下）與開放復(fù)合物結(jié)下）與開放復(fù)合物結(jié)合，

13、進(jìn)一步解鏈。合，進(jìn)一步解鏈。 dna的復(fù)制只能從一個(gè)特定位點(diǎn)開始，稱為的復(fù)制只能從一個(gè)特定位點(diǎn)開始，稱為原原點(diǎn)（點(diǎn)（origin），從原點(diǎn)開始同時(shí)向從原點(diǎn)開始同時(shí)向dna鏈的兩個(gè)方鏈的兩個(gè)方向進(jìn)行，在復(fù)制的部分同時(shí)進(jìn)行解鏈與合成，結(jié)果向進(jìn)行，在復(fù)制的部分同時(shí)進(jìn)行解鏈與合成，結(jié)果形成一個(gè)分叉，稱為形成一個(gè)分叉，稱為復(fù)制叉（復(fù)制叉（replication fork），又稱又稱復(fù)制眼（復(fù)制眼（replication eye）。 dna復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制的延長(zhǎng) 滯后鏈合成的模板形成環(huán)，復(fù)制叉上的二聚滯后鏈合成的模板形成環(huán)，復(fù)制叉上的二聚體體dna聚合酶聚合酶全酶同時(shí)合成兩條子鏈。全酶同時(shí)合成兩條子鏈。前導(dǎo)

14、鏈前導(dǎo)鏈 (leading strand): 以親代以親代3 5 鏈為模板，子代能鏈為模板，子代能 連續(xù)合成。連續(xù)合成。滯后鏈滯后鏈 (lagging strand): 以以5 3為模板，不能連續(xù)合成。為模板，不能連續(xù)合成。岡崎片段岡崎片段 (okazaki fragment): 滯后鏈上的小片段。滯后鏈上的小片段。 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制（semidiscontinuous replication）：）：dna復(fù)制過程中，新生的復(fù)制過程中，新生的dna鏈一條按鏈一條按5 3 方向（與復(fù)方向（與復(fù)制叉移動(dòng)方向一致）制叉移動(dòng)方向一致）連續(xù)連續(xù)合成，另一條按合成，另一條按5 3 方向方向（與復(fù)制

15、叉移動(dòng)方向相反）（與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反）不連續(xù)不連續(xù)合成。合成。4. dna聚合酶聚合酶1. 解鏈酶解鏈酶2. 單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈岡崎片段岡崎片段3. 引物酶引物酶5. 聚合酶聚合酶6. 連接酶連接酶復(fù)制叉復(fù)制叉引物引物 dna復(fù)制的終止復(fù)制的終止大腸桿菌環(huán)狀大腸桿菌環(huán)狀dna復(fù)制叉相遇即終止復(fù)制叉相遇即終止 dna旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶引入負(fù)超螺旋，消除復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶引入負(fù)超螺旋，消除復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶來的扭曲張力。來的扭曲張力。 dna解鏈酶解鏈酶解開雙鏈解開雙鏈dna。 ssb結(jié)合于結(jié)合于dna單鏈。單鏈。 dna引物酶引物酶(在引發(fā)體中在引發(fā)體中)合成合成rna引物。引物。 dna

16、 聚合酶聚合酶在兩條新生鏈上合成在兩條新生鏈上合成dna。 dna 聚合酶聚合酶切除切除rna引物，并補(bǔ)上引物，并補(bǔ)上dna。 dna ligase連接一個(gè)岡崎片段。連接一個(gè)岡崎片段。小小 結(jié)結(jié) 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄（reverse transcription）：以）：以rna為模板為模板合成合成dna的過程，與通常轉(zhuǎn)錄過程中遺傳信息流從的過程，與通常轉(zhuǎn)錄過程中遺傳信息流從dna到到rna的方向相反。的方向相反。二、逆轉(zhuǎn)錄作用二、逆轉(zhuǎn)錄作用 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase）：催化逆轉(zhuǎn)）：催化逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的酶。錄反應(yīng)的酶。 許多具有許多具有rna基因組的病毒含有這種酶，故這類

17、基因組的病毒含有這種酶，故這類病毒又稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒（病毒又稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）。它們多是致）。它們多是致癌病毒。癌病毒。逆轉(zhuǎn)錄酶具有逆轉(zhuǎn)錄酶具有3種活性：種活性： 依賴依賴rna的的dna聚合酶活性聚合酶活性 rnase h（核糖核酸酶（核糖核酸酶h）活性）活性 依賴依賴dna的的dna聚合酶活性聚合酶活性cdna 反轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌反轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌rna病毒中，它的存病毒中，它的存在與在與rna病毒引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。病毒引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。 艾滋病毒（艾滋病毒（aids） 人類免疫缺陷病毒（人類免疫缺陷病毒（hiv），也是一種反轉(zhuǎn)錄），也是一種反轉(zhuǎn)錄病毒，主

18、要感染病毒，主要感染t4淋巴細(xì)胞和淋巴細(xì)胞和b淋巴細(xì)胞。淋巴細(xì)胞。 一些物理化學(xué)因子如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘一些物理化學(xué)因子如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑均可引起變劑均可引起dna損傷，破壞其結(jié)構(gòu)與功能。然而損傷，破壞其結(jié)構(gòu)與功能。然而在一定條件下，生物機(jī)體能使這種損傷得到修復(fù)。在一定條件下，生物機(jī)體能使這種損傷得到修復(fù)。 三、三、dna的損傷、修復(fù)和突變的損傷、修復(fù)和突變 紫外線紫外線可使可使dna分子中同一條鏈上兩個(gè)相鄰的分子中同一條鏈上兩個(gè)相鄰的胸腺嘧啶堿基之間形成胸腺嘧啶堿基之間形成二聚體（二聚體（tt），兩個(gè)，兩個(gè)t以共以共價(jià)鍵形成環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)。價(jià)鍵形成環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)。ct、cc間也可形

19、成少量二間也可形成少量二聚體（聚體（ct、cc），使復(fù)制、轉(zhuǎn)錄受阻。），使復(fù)制、轉(zhuǎn)錄受阻。、dna損傷損傷、dna修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)系統(tǒng) 細(xì)胞內(nèi)具有一系列起修復(fù)作用的酶系統(tǒng)，可以細(xì)胞內(nèi)具有一系列起修復(fù)作用的酶系統(tǒng)，可以除去除去dna上的損傷，恢復(fù)上的損傷，恢復(fù)dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)。目的雙螺旋結(jié)構(gòu)。目前已知有前已知有4種酶修復(fù)系統(tǒng)：種酶修復(fù)系統(tǒng)：光復(fù)活、切除修復(fù)、光復(fù)活、切除修復(fù)、重組修復(fù)、重組修復(fù)、sos 修復(fù)修復(fù)，后三種不需要光，又稱為，后三種不需要光，又稱為暗修復(fù)。暗修復(fù)。1. 光復(fù)活光復(fù)活 可見光可見光（400500 nm）可激活）可激活光裂合酶，光裂合酶，此酶能分解此酶能分解由于紫外線由于紫外

20、線形成的嘧啶形成的嘧啶二聚體。二聚體。2. 切除修復(fù)切除修復(fù)切開切開切除切除修復(fù)修復(fù)連接連接3. 重組修復(fù)重組修復(fù) 切除修復(fù)發(fā)生在切除修復(fù)發(fā)生在dna復(fù)制之前，而復(fù)制之前，而當(dāng)當(dāng)dna發(fā)動(dòng)復(fù)制時(shí)發(fā)動(dòng)復(fù)制時(shí)尚未修復(fù)的損傷部尚未修復(fù)的損傷部位，可以先復(fù)制，位，可以先復(fù)制，再重組修復(fù)。再重組修復(fù)。4. sos 修復(fù)修復(fù) 避免差錯(cuò)的修復(fù)（避免差錯(cuò)的修復(fù)（error free repair）：光復(fù)合、）：光復(fù)合、切除修復(fù)及重組修復(fù)對(duì)切除修復(fù)及重組修復(fù)對(duì)dna損傷的修復(fù)都不導(dǎo)致?lián)p傷的修復(fù)都不導(dǎo)致dna突變。突變。 傾向差錯(cuò)的修復(fù)（傾向差錯(cuò)的修復(fù)（error prone repair）：）：sos修復(fù)。在修

21、復(fù)。在dna損傷后，損傷后，dna復(fù)制過程以脫氧核苷復(fù)制過程以脫氧核苷酸的聚合發(fā)生差錯(cuò)為代價(jià)，強(qiáng)行合成完整子代鏈酸的聚合發(fā)生差錯(cuò)為代價(jià)，強(qiáng)行合成完整子代鏈的一種挽救性修復(fù)。的一種挽救性修復(fù)。 光復(fù)合是利用光能，其余均利用光復(fù)合是利用光能，其余均利用atp水解所釋水解所釋放的能量。放的能量。 光復(fù)合和切除修復(fù)是修復(fù)模板鏈；重組修復(fù)不光復(fù)合和切除修復(fù)是修復(fù)模板鏈；重組修復(fù)不是對(duì)損傷鏈直接修復(fù)，而是形成一條新的正常模是對(duì)損傷鏈直接修復(fù)，而是形成一條新的正常模板鏈。板鏈。 sos修復(fù)是導(dǎo)致突變的修復(fù)。修復(fù)是導(dǎo)致突變的修復(fù)。、dna突變突變 不能修復(fù)的損傷或修復(fù)過程帶來的差錯(cuò)，將不能修復(fù)的損傷或修復(fù)過程

22、帶來的差錯(cuò)，將引起引起dna序列的永久性改變。序列的永久性改變。 突變有三種形式：置換、插入、缺失突變有三種形式：置換、插入、缺失dna復(fù)制的真實(shí)性？復(fù)制的真實(shí)性？ 生物體生物體dna復(fù)制具有高度真實(shí)性，復(fù)制復(fù)制具有高度真實(shí)性，復(fù)制108-1010堿基對(duì)，只有一個(gè)錯(cuò)誤堿基。堿基對(duì)，只有一個(gè)錯(cuò)誤堿基。 聚合酶反應(yīng)本身具有超常的忠實(shí)性聚合酶反應(yīng)本身具有超常的忠實(shí)性 聚合酶聚合酶、的的3 5外切酶功能外切酶功能 dntp的平衡的平衡 dna的損傷修復(fù)系統(tǒng)的損傷修復(fù)系統(tǒng) rna引物的使用引物的使用第二節(jié)第二節(jié) rna的生物合成的生物合成 rna的生物合成包括的生物合成包括轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄和和rna的復(fù)制的復(fù)制

23、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制 細(xì)胞內(nèi)的各類細(xì)胞內(nèi)的各類rna，包括，包括mrna、rrna和和trna，都是以，都是以dna為模板，在為模板，在rna聚合聚合酶的催化下合成的。酶的催化下合成的。 此外，除逆轉(zhuǎn)錄病毒，其它的此外，除逆轉(zhuǎn)錄病毒，其它的rna病毒病毒均以均以rna為模板進(jìn)行復(fù)制。為模板進(jìn)行復(fù)制。一、轉(zhuǎn)錄一、轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（transcription）：以一段：以一段dna的遺的遺傳信息為模板，在傳信息為模板，在rna聚合酶作用下，合聚合酶作用下，合成出對(duì)應(yīng)的成出對(duì)應(yīng)的rna的過程，或在的過程，或在dna指導(dǎo)下指導(dǎo)下合成合成rna。轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位：rna的轉(zhuǎn)錄是從的轉(zhuǎn)錄是從dna反義鏈上的一個(gè)

24、反義鏈上的一個(gè)特定位點(diǎn)開始，延伸到另一個(gè)位點(diǎn)處終止，此轉(zhuǎn)錄特定位點(diǎn)開始，延伸到另一個(gè)位點(diǎn)處終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為轉(zhuǎn)錄單位。區(qū)域稱為轉(zhuǎn)錄單位。 一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可以是一個(gè)基因（真核），也可一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可以是一個(gè)基因（真核），也可以是多個(gè)基因（原核）。以是多個(gè)基因（原核）。 轉(zhuǎn)錄單位的起點(diǎn)核苷酸為轉(zhuǎn)錄單位的起點(diǎn)核苷酸為+1，起點(diǎn)右邊為下游，起點(diǎn)右邊為下游（轉(zhuǎn)錄區(qū)）；轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)左側(cè)為上游，用負(fù)數(shù)表示：（轉(zhuǎn)錄區(qū)）；轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)左側(cè)為上游，用負(fù)數(shù)表示：-1，-2，-3反義鏈反義鏈（antisense strand）：轉(zhuǎn)錄的模板鏈，轉(zhuǎn)錄的模板鏈， 也可也可表示為負(fù)（表示為負(fù)（- -）鏈。）鏈。 正義鏈正義鏈（sens

25、e strand）：編碼鏈編碼鏈 ，也可表示也可表示 為正（為正（+ +）鏈）鏈（- -）（+ +） rna的轉(zhuǎn)錄只涉及的轉(zhuǎn)錄只涉及dna一條鏈的某一區(qū)段，一條鏈的某一區(qū)段，故又叫故又叫不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。rna合成的反應(yīng)基本特征：合成的反應(yīng)基本特征： rna聚合酶聚合酶 底物：底物：ntp（atp、gtp、ctp、utp） dna模板模板 不需要引物不需要引物 rna鏈生長(zhǎng)方向：鏈生長(zhǎng)方向：53 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與dna復(fù)制的異同：復(fù)制的異同：相異：相異： 復(fù)制需要引物，轉(zhuǎn)錄不需引物。復(fù)制需要引物，轉(zhuǎn)錄不需引物。 轉(zhuǎn)錄時(shí)，模板轉(zhuǎn)錄時(shí)，模板dna的信息全保留，復(fù)的信息全保留，復(fù)制時(shí)模板信息是半保

26、留。制時(shí)模板信息是半保留。 轉(zhuǎn)錄時(shí)，轉(zhuǎn)錄時(shí)，rna聚合酶只有聚合酶只有53聚合聚合作用，無作用，無53及及35外切活性。外切活性。相同：相同：新鏈延伸方向新鏈延伸方向53；延長(zhǎng)時(shí)；延長(zhǎng)時(shí)3,5-磷酸二磷酸二酯鍵相連；焦磷酸水解放出能量推動(dòng)合成反應(yīng)。酯鍵相連；焦磷酸水解放出能量推動(dòng)合成反應(yīng)。、原核生物、原核生物rna聚合酶的結(jié)構(gòu)與特性聚合酶的結(jié)構(gòu)與特性 大腸桿菌大腸桿菌 rna聚合酶全酶（聚合酶全酶（holoenzyme）分子）分子量量50萬萬da，由五個(gè)亞基組成，由五個(gè)亞基組成， a a2bbbb s s ，另有兩個(gè)，另有兩個(gè)zn2+。 無無亞基的酶叫亞基的酶叫核心酶核心酶，核心酶只能使已開始

27、合，核心酶只能使已開始合成的成的rna鏈延長(zhǎng)，而不具備起始合成活性，加入鏈延長(zhǎng)，而不具備起始合成活性，加入亞基后，全酶才具有起始合成亞基后，全酶才具有起始合成rna的能力，因此，的能力，因此，亞基稱為起始因子亞基稱為起始因子。與與dna上啟動(dòng)子結(jié)合上啟動(dòng)子結(jié)合催化中心催化中心起始識(shí)別因子起始識(shí)別因子；一個(gè)細(xì)胞的一個(gè)細(xì)胞的因子的因子的匹配決定著哪些基匹配決定著哪些基因被轉(zhuǎn)錄因被轉(zhuǎn)錄 rna聚合酶沒有校對(duì)功能，即沒有聚合酶沒有校對(duì)功能，即沒有53及及35外切活性，因此，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的序列忠實(shí)性大外切活性，因此，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的序列忠實(shí)性大大低于復(fù)制（大低于復(fù)制（104）。）。 但由于基因的重復(fù)轉(zhuǎn)錄，且遺傳密

28、碼的簡(jiǎn)并性。但由于基因的重復(fù)轉(zhuǎn)錄，且遺傳密碼的簡(jiǎn)并性。所以所以rna合成的低忠實(shí)性是可以容忍的。合成的低忠實(shí)性是可以容忍的。基因的重復(fù)轉(zhuǎn)錄基因的重復(fù)轉(zhuǎn)錄、原核生物、原核生物rna的合成過程的合成過程 轉(zhuǎn)錄的起始由轉(zhuǎn)錄的起始由dna上的啟動(dòng)子區(qū)控制，轉(zhuǎn)錄的上的啟動(dòng)子區(qū)控制，轉(zhuǎn)錄的終止由終止由dna上的終止子控制，轉(zhuǎn)錄是通過上的終止子控制，轉(zhuǎn)錄是通過dna指指導(dǎo)的導(dǎo)的rna聚合酶來實(shí)現(xiàn)的。聚合酶來實(shí)現(xiàn)的。啟動(dòng)子啟動(dòng)子（promoter）：rna聚合酶識(shí)別、結(jié)合并開聚合酶識(shí)別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄所必需的一段始轉(zhuǎn)錄所必需的一段dna序列。序列。-35序列序列-10序列序列(pribnow box)1. 亞

29、基使亞基使rna聚合酶識(shí)別啟動(dòng)子聚合酶識(shí)別啟動(dòng)子-35序列提供序列提供rna聚合酶識(shí)別信號(hào)聚合酶識(shí)別信號(hào)-10序列有助于序列有助于dna局部雙鏈解開局部雙鏈解開 起始過程中，起始過程中，因子起關(guān)鍵作因子起關(guān)鍵作用，它能使聚合用，它能使聚合酶迅速地與酶迅速地與dna的啟動(dòng)子結(jié)合。的啟動(dòng)子結(jié)合。開放復(fù)合物開放復(fù)合物2. 轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始 轉(zhuǎn)錄起始后，轉(zhuǎn)錄起始后，亞亞基釋放，離開核心酶，基釋放，離開核心酶，使核心酶的使核心酶的亞基構(gòu)亞基構(gòu)象變化，與象變化，與dna模板模板親和力下降，在親和力下降，在dna上移動(dòng)速度加快，使上移動(dòng)速度加快，使rna鏈不斷延長(zhǎng)。鏈不斷延長(zhǎng)。3. 轉(zhuǎn)錄鏈的延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄鏈的

30、延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋4. 轉(zhuǎn)錄鏈的終止轉(zhuǎn)錄鏈的終止 許多轉(zhuǎn)錄過程可被基因末端的一段特異的堿基許多轉(zhuǎn)錄過程可被基因末端的一段特異的堿基序列所終止。序列所終止。提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的dna序列稱為序列稱為終止子（終止子（terminator）。 所有原核生物的終止子在終止點(diǎn)之前都有一個(gè)所有原核生物的終止子在終止點(diǎn)之前都有一個(gè)回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)，它轉(zhuǎn)錄出來的，它轉(zhuǎn)錄出來的rna可以形成一個(gè)頸環(huán)可以形成一個(gè)頸環(huán)式的發(fā)夾結(jié)構(gòu)。式的發(fā)夾結(jié)構(gòu)。發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)十字形結(jié)構(gòu)十字形結(jié)構(gòu) 不依賴于不依賴于的終止子的終止子（簡(jiǎn)單終止子）（簡(jiǎn)單終止子） 簡(jiǎn)

31、單終止子除具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)外，在終止點(diǎn)前有簡(jiǎn)單終止子除具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)外，在終止點(diǎn)前有一寡聚一寡聚u序列；回文對(duì)稱區(qū)通常有一段富含序列；回文對(duì)稱區(qū)通常有一段富含gc的的序列。序列。rna的終止有兩種方式：的終止有兩種方式： 依賴依賴的終止子的終止子 依賴依賴的終止子，必需在的終止子，必需在因子存在時(shí)，才發(fā)生因子存在時(shí)，才發(fā)生終止作用。終止作用。因子又稱因子又稱終止因子終止因子，可水解三磷酸核，可水解三磷酸核苷。苷。回文序列回文序列莖環(huán)結(jié)構(gòu)莖環(huán)結(jié)構(gòu)寡聚寡聚u序列序列不不依依賴賴于于的的終終止止子子依依賴賴的的終終止止子子轉(zhuǎn)錄終止后，轉(zhuǎn)錄終止后，rna聚合酶從聚合酶從dna鏈上脫離下來。鏈上脫離下來。、真核