核酸及蛋白質(zhì)的生物合成

1、核酸及蛋白質(zhì)的生物合成第1頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四10.1 DNA的生物合成10.2 RNA的生物合成10.3 蛋白質(zhì)的生物合成第2頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 生物親代與子代之間，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上常常相似，這就是遺傳現(xiàn)象。 生物的遺傳特性，使生物界的物種能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。 根據(jù)現(xiàn)代細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)的研究得知，控制生物性狀的主要遺傳物質(zhì)是脫氧核糖核酸（DNA）。金絲猴的后代仍然是金絲猴牛的后代仍然是牛生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)都有它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？第3頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四

2、 DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)。生物機(jī)體的遺傳信息以密碼的形式編碼再DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。并通過(guò)DNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)（中心法則）。以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)相似的遺傳性狀。中心法則 (Crick,1958) 第4頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四轉(zhuǎn)錄在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA的過(guò)程。復(fù)制遺傳物質(zhì)從親代DNA傳遞到子代DNA分子上，合成出與原來(lái)DNA相同分子的過(guò)程。翻譯在RNA的指導(dǎo)下，根據(jù)核酸鏈上每三個(gè)核苷酸決定一個(gè)氨基酸的三聯(lián)體密碼規(guī)則，合

3、成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)肽鏈的過(guò)程。Reverse transcription第5頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四10.1 DNA的生物合成 復(fù)制過(guò)程可分為：起始、延長(zhǎng)和終止3個(gè)階段。一、DNA的半保留復(fù)制 通過(guò)堿基配對(duì)(A-T,C-G),兩條鏈連在一起，成為互補(bǔ)鏈。一條鏈上核苷酸排列順序決定了另一條鏈上的核苷酸排列順序，每一條鏈都含有合成它的互補(bǔ)鏈所必需的全部遺傳信息。第6頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 DNA復(fù)制過(guò)程中，首先堿基間氫鍵斷裂并使雙鏈解旋和分開，然后每條鏈可作為模板在其上合成新的互補(bǔ)連，新形成的兩個(gè)DNA分子與原來(lái)DN

4、A分子的堿基順序完全一樣。在此過(guò)程中，每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈子是新合成的。這種方式稱為半保留復(fù)制。 第7頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第8頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四DNA復(fù)制第9頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（一）半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù) 1958年，Messelson 和 Stahl用實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)。細(xì)菌可利用NH4Cl作氮源合成DNA。 普通DNA的沉降位置含15N-DNA 的細(xì)菌第一代第二代培養(yǎng)于含14N-DNA的普通培養(yǎng)液重DNA的沉降位置細(xì)菌的DNA雙鏈含15N-DNA鏈含14N-

5、DNA鏈密度梯度離心結(jié)果普通DNA的沉降位置第10頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:子一代DNA雙鏈中有一股是15N單鏈，而另一股是14N單鏈，前者是從親代接受和保留下來(lái)的，后者則是完全新合成的。（二）半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義： 按半保留復(fù)制的方式，子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)在親代與子代之間DNA堿基序列的一致性上。體現(xiàn)了遺傳過(guò)程的相對(duì)保守性（不是絕對(duì)的）。是物種穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)。A TG CA TA TC GA TG CA TA TC GA TG CA TA TC G親鏈子鏈子鏈親鏈第11頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分

6、，星期四二、DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方式 復(fù)制子基因組能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位。 每個(gè)復(fù)制子都含有控制復(fù)制起始的起點(diǎn)（富含A、T區(qū)），可能還有終止復(fù)制的終點(diǎn)。復(fù)制是在起始階段進(jìn)行控制的，一旦復(fù)制開始，它既繼續(xù)下去，直到整個(gè)復(fù)制子完成復(fù)制。J.Cairns（1963年）第12頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 Direction of DNA replication 原核生物的染色體和質(zhì)粒，真核生物的細(xì)胞器DNA都是環(huán)狀的雙鏈分子，都在一個(gè)固定的起點(diǎn) 開始復(fù)制，復(fù)制的方向是雙向的。即形成2個(gè)復(fù)制叉。第13頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四復(fù)制叉親代鏈分開及新

7、生DNA開始復(fù)制處形成的Y形結(jié)構(gòu)。細(xì)菌DNA復(fù)制叉移動(dòng)的 速度大約50000bp/min，真核生物 染色體DNA復(fù)制叉移動(dòng)的 速度大約10003000bp/min，高等真核生物一般復(fù)制子為100200kb。第14頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四DNA新起始方式（de novo initiation）復(fù)制的基本模式Parental D.S,DNAUnwinding proteinRNA polymerase Primase DNA polymerase leading Strand lagging StrandElongation of lag.& lea. stran

8、ds DNA polymerase Poly(dNt) ligase Replication loop RNA primerRNA-primed DNA pieces (1kb)Continuous 5 to 3 in Leading S.Discontinuous 3 to 5 in lagging S.Two long DNA piecesMany shorter DNA pieces (1-2 kb) Repair & filling in 5 to 3Bidirectional lengthening of new stands眼形結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23

9、點(diǎn)7分，星期四三、原核生物DNA復(fù)制的酶學(xué)DNA復(fù)制所需的物質(zhì)及作用1、底物：dNDP 。2、聚合酶：依賴DNA的DNA聚合酶，簡(jiǎn)稱DNA-pol。3、模板：解開成單鏈的DNA母鏈。4、引物：提供3-OH末端，使dNDP可以依次聚合。5、其他酶和蛋白因子（如：引物酶、解旋酶、DNA連接酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白等）。第16頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（一）復(fù)制中解鏈和DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化拓?fù)湮矬w或圖像做彈性位移而又保持物體不變的性質(zhì)。核酸的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)核酸分子結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。共同起解開、理順DNA鏈，維持DNA在一定時(shí)間內(nèi)處于單鏈狀態(tài)的作用。解螺旋酶（DNA

10、helicase) 解開雙鏈。同樣功能的還有Rep蛋白。 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（Top I 、Top II）改變DNA分子拓 撲構(gòu)象。 單鏈DNA結(jié)合酶 （SSB) 維持模板的單鏈狀態(tài)并保持單鏈的完整。解旋、解鏈酶Top ICut D.S. DNAATPLigateTop IITop I在DNA的一股鏈上產(chǎn)生缺口，使另一條鏈得以穿越。Top II則在DNA的雙鏈上產(chǎn)生缺口，使另一雙鏈DNA片段得以穿越。第17頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（二）引物酶（Primase)和引發(fā)體(Primosome) 引物酶(Dna G )：催化引物合成的一種RNA聚合酶。 引物酶在模板的

11、復(fù)制起始部位催化互補(bǔ)堿基的聚合，形成短片斷的RNA。引物酶和解螺旋酶共同起作用。 引發(fā)體： Dna A 蛋白、 Dna B蛋白 、Dna G 蛋白、 Dna C及其他復(fù)制因子，一起形成復(fù)合體，結(jié)合引物酶，形成較大的聚合體，再結(jié)合到模板DNA上。 引發(fā)體的下游解開雙鏈，再由引物酶催化引物的合成。解螺旋辨認(rèn)起點(diǎn)引物酶第18頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四Primosome （consists of six proteins） PriA (dual role) displace SSB from S.S DNA and helicase DnaT required at p

12、repriming stage DnaB is central component, action with DnaC DnaC is central component, action with DnaB PriB function is unknown PriC function is unknown DnaG primase第19頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（三）DNA聚合反應(yīng)和聚合酶1、DNA聚合反應(yīng) Kornberg(1956)發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶。該酶可催化4種脫氧核糖核苷三磷酸合成DNA。脫氧核糖核苷酸被加到DNA鏈的末端，同時(shí)釋放出無(wú)機(jī)焦磷酸。（dN

13、MP)n + dNTP (dNMP)n+1 + ppi DNA 延長(zhǎng)了的DNA 第20頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 反應(yīng)需要接受模板的指導(dǎo) 引物：反應(yīng)需要有引物3羥基存在。 底物：4種脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP） 產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同。 復(fù)制在5-3方向延伸DNA聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn):第21頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四2、DNA聚合酶(DNA pol)DNA聚合酶(pol-,Konberg)：由一條單一多肽鏈組成 ，分子形狀呈球體。當(dāng)有底物和模板存在時(shí)，可使脫氧核糖核苷酸逐個(gè)加到具有3-OH末端的多核苷酸鏈上。和其他的DNA聚合酶

14、一樣，只能延長(zhǎng)多核苷酸鏈，即要有引物的存在。而不能從無(wú)到有開始DNA鏈的合成。 可催化的反應(yīng)：A:核苷酸聚合反應(yīng)，使DNA鏈延5 3方向延長(zhǎng)（聚合酶活性填補(bǔ)缺口）。B:由3端水解DNA 。（3 5核酸外切酶活性校正錯(cuò)誤）。C:由5端水解DNA 。（5 3核酸外切酶活性切除引物）。D:由3端使DNA鏈發(fā)生焦磷酸解。E:無(wú)機(jī)焦磷酸鹽與脫氧核糖核苷三磷酸之間的焦磷酸基交換。 每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞約有400個(gè)分子的DNA聚合酶。 DNA聚合酶不是復(fù)制酶，而是修復(fù)酶，起著去除RNA引物的作用，只是參與局部修復(fù)。（ DNA聚合酶 、）第22頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（2）DNA

15、聚合酶（ pol- ）, DNA聚合酶 為多亞基酶。作用：A:從5 3方向合成DNA，并需要帶有缺口的雙鏈DNA作為模板，缺口不能過(guò)大。B: 3 5核酸外切酶活性，但無(wú)5 3 核酸外切酶活性。 不是復(fù)制酶，而是修復(fù)酶。 每分子每分鐘催化2400個(gè)dNTP的聚合。 每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞約有100個(gè)分子DNA聚合酶 。第23頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（3）DNA聚合酶（pol- ）DNA聚合酶為多亞基（10種）組成的蛋白質(zhì)，其全酶由、10種亞基組成。是DNA的復(fù)制酶。 每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞約有10-20個(gè)分子DNA聚合酶。 作用：其性能與DNA聚合酶相似。A:需要模板，以d

16、NTP為底物，需要有引物的存在，從5 3方向合成DNA。B:具有3 5核酸外切酶活性，但無(wú)5 3核酸外切酶活性。C：多亞基酶。第24頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四pol- 異二聚體結(jié)構(gòu)核心酶DNA聚合酶全酶亞基組成亞基亞基數(shù)亞基功能2聚合活性。催化從5 3方向合成DNA。235外切酶活性，校對(duì)功能 核心酶2組建核心酶2核心酶二聚化2依賴DNA的ATP酶，形成復(fù)合物1可與亞基結(jié)合，形成復(fù)合物1形成復(fù)合物1形成復(fù)合物1形成復(fù)合物4兩個(gè)亞基形成滑動(dòng)夾子，以提高酶的持續(xù)合成能力。夾子裝配器第25頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四pol- 異二聚體結(jié)構(gòu)

17、第26頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四亞基由兩個(gè)形成夾子結(jié)構(gòu)第27頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（4）DNA聚合酶和DNA聚合酶 涉及DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)。使修復(fù)缺乏準(zhǔn)確率。 DNA受到較嚴(yán)重的損傷時(shí)，即可誘導(dǎo)產(chǎn)生這兩種酶。第28頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 DNA聚合酶 酶作 用DNA聚合酶不能從無(wú)到有開始DNA合成，要有引物鏈。5 3聚合酶及外切酶作用，3 5外切酶酶作用，可校正/修復(fù)DNA鏈，還可切除引物。DNA聚合酶5 3聚合酶及3 5外切酶酶作用，可校正/修復(fù)DNA鏈。DNA聚合酶與酶作用類似，酶活高

18、，是主要的鏈延伸酶（聚合酶 replicase）。DNA聚合酶涉及DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)。DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，可誘導(dǎo)產(chǎn)生，使修復(fù)缺乏準(zhǔn)確性。DNA聚合酶同上。第29頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第30頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第31頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（四）DNA連接酶DNA聚合酶只能催化DNA鏈的延長(zhǎng)反應(yīng)，不能使鏈之間連接。DNA連接酶催化雙鏈DNA切口處的5磷酸基和3羥基生成磷酸二 酯鍵。 DNA連接酶在DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組等過(guò)程均起重要的作用。反應(yīng)分三步進(jìn)行：第一步：NAD或ATP+DN

19、A連接酶 酶-AMP復(fù)合物第二步：酶將AMP轉(zhuǎn)移給DNA切口處的5磷酸，形成AMP-DNA。 第三步：通過(guò)相鄰鏈的3-OH對(duì)活化的磷原子發(fā)生親核攻擊， 生成3 ，5磷酸二酯鍵。同時(shí)釋放出AMP。Nick：指斷裂的磷酸二酯鍵。Gap：指缺失核苷酸第32頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四四、原核生物DNA生物合成過(guò)程Top I , Top II Helicase (rep protein) Single Strand Binding protein (SSB)Helix destabilizing protein (HDP)DnaB priteinDnaC protein

20、Primase Ung-ase DNA Polymerase III DNA Polymerase I Ligasefor primosome復(fù)制體進(jìn)化中形成了活的多酶復(fù)合體 replisome第33頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四包括起始、延伸和終止三個(gè)階段。1、起始階段 復(fù)制的起始階段主要是引發(fā)體的形成。(1)Dna A蛋白識(shí)別并結(jié)合于起始點(diǎn)ori C。(2)Dna 、Pri A、引物酶等相繼結(jié)合，組成復(fù)制引發(fā)體。（3）拓?fù)洚悩?gòu)酶引入負(fù)超螺旋，促進(jìn)Dna A的結(jié)合，同時(shí)消除扭曲張力。（）聚合酶結(jié)合到模板上，在引物的后面合成新的鏈。解螺旋水解ATP推動(dòng)DNA解鏈合成

21、引物第34頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四半不連續(xù)復(fù)制：在復(fù)制叉上前導(dǎo)鏈連續(xù)合成子代鏈，而滯后鏈不連續(xù)合成子代鏈。2、延伸階段前導(dǎo)鏈以走向3 5的親代鏈為模板，連續(xù)合成子代鏈。滯后鏈以走向5 3的親代鏈為模板，不連續(xù)合成子代鏈。岡崎片斷滯后鏈側(cè)的較小的DNA片斷。 每一個(gè)復(fù)制叉上只有一個(gè)DNA聚合酶全酶的二聚體。同時(shí)在前導(dǎo)鏈和滯后鏈上完成復(fù)制任務(wù)。第35頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（滯后鏈）（前導(dǎo)鏈）DNA生物合成過(guò)程單鏈DNA結(jié)合蛋白（DNA聚合酶）（DNA聚合酶）第36頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四DNA生

22、物合成過(guò)程（DNA聚合酶）(DNA引物酶)（岡崎片斷)（RNA引物）（解螺旋酶）（DNA聚合酶）（滯后模板）復(fù)制叉上蛋白質(zhì)的協(xié)作（前導(dǎo)模板）第37頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四兩個(gè)復(fù)制叉在ori C 約180度的對(duì)面相遇，在這一區(qū)域有幾個(gè)終止子的位點(diǎn)，它們與tus基因產(chǎn)物即Dna 解旋酶的抑制劑結(jié)合，從而阻止復(fù)制叉的前進(jìn)。復(fù)制終止后，由DNA聚合酶填補(bǔ)空隙，最后由連接酶封口。3、復(fù)制的終止第38頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四DNA復(fù)制的要點(diǎn)是：1）在復(fù)制開始階段，DNA的雙螺旋拆分成兩條單鏈。第39頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，

23、23點(diǎn)7分，星期四2）以DNA單鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則, 在DNA聚合酶催化下，合成與模板DNA完全互補(bǔ)的新鏈，并形成一個(gè)新的DNA分子。第40頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四3) 通過(guò)DNA復(fù)制形成的新DNA分子, 與原來(lái)的DNA分子完全相同。 經(jīng)過(guò)一個(gè) 復(fù)制周期后，子代DNA分子的兩條鏈中，一條來(lái)自親代DNA分子，另一條是新合成的，所以又稱為半保留復(fù)制。第41頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四五、真核生物DNA的復(fù)制合成真核DNA的合成的基本過(guò)程類似于原核DNA，不同之處： 復(fù)制速度慢，多復(fù)制起點(diǎn)。 全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始

24、復(fù)制。 至少有五種聚合酶。DNA聚合酶（）DNA聚合酶（）DNA聚合酶（M)DNA聚合酶（）DNA聚合酶 （）亞基數(shù)41221分子量（KD)25036-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核引物合成酶活性35外切活性+功能引物合成修復(fù)線粒體DNA合成核DNA合成修復(fù)第42頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第43頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四端粒的復(fù)制依賴于端粒酶。端粒-每一線性DNA末端含有多拷貝的富含G的六核苷酸重復(fù)序列。 真核生物染色體 DNA末端補(bǔ)齊模式 端粒的發(fā)現(xiàn) 1938 Muller X-ray 四膜蟲Drosop

25、hila 末端極少發(fā)生缺失和倒位推測(cè)染色體兩端存在特殊結(jié)構(gòu)，使染色體趨于穩(wěn)定.并定名為Telomere 1938 B.McClintock 頂端缺失染色體易于融合，而正常染色體不易連接。 推測(cè)染色體末端具有特殊端粒結(jié)構(gòu)。1970s 分子生物學(xué)發(fā)展 端粒研究獲得突破第44頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 端粒DNA (Telomer) TTGGGG(T2G4)序列高度重復(fù)的末端 5 TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG 3 (rich G chain) 3 AACCCC AACCCC AACCCC 5 (rich C chain) 1985. Carol G

26、reider & Blackburn, 1986. Gottchling 尖毛蟲 telomere binding protein 1 55kd telomere binding protein 2 26 kd四膜蟲 telomerase 將T2G4 末端重復(fù)延伸 游撲蟲 Telomerase = RNA CAAAACCCC 鏈 + 末端結(jié)合蛋白 （TBP） + 100 bp telomere第45頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 長(zhǎng) 短細(xì)胞分裂次數(shù)與端粒長(zhǎng)短呈正比細(xì)胞分裂端粒閾值端粒長(zhǎng)短端粒酶活 Harley (1989)端粒的重復(fù)片段為探針檢測(cè) 胎兒細(xì)胞株嬰兒細(xì)胞

27、株青年細(xì)胞株老年細(xì)胞株年齡小 大端粒長(zhǎng)度早老性侏儒癥的端粒明顯較正常人短“多莉”的衰老研究端粒（記時(shí)器）丟失的速率/ 年，預(yù)測(cè)人類的壽命 XX XY why?PCD機(jī)制、癌細(xì)胞的無(wú)限繁殖第46頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四六、DNA的損傷及其修復(fù) DNA的損傷形式包括：堿基修飾、堿基改變、核苷酸刪除和插入、DNA鏈的交聯(lián)、磷酸二酯鍵骨架的斷裂。 損傷可造成突變或致死 。 許多DNA損傷可修復(fù)。 只有逃過(guò)修復(fù)的損傷才會(huì)造成突變。 突變（mutation）：指一種遺傳狀態(tài)，可以通過(guò)復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變。 攜帶突變基因的生物稱為突變體。 未突變的稱為野生

28、型。DNA是細(xì)胞內(nèi)唯一可以修復(fù)的大分子。第47頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（一）誘發(fā)突變的原因物理（紫外、高能射線、電離輻射）化學(xué)（烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類似物）生物因素（堿基對(duì)置換、堿基的插入/ 缺失造成移碼）第48頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四光聚合反應(yīng) 胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發(fā)生二聚加成反應(yīng)： 在DNA分子中，如果兩個(gè)胸腺嘧啶堿基相鄰，在紫外光照射下，可能發(fā)生上述聚合反應(yīng)，其結(jié)果是破壞了正常復(fù)制或轉(zhuǎn)錄。物理因素第49頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四當(dāng)DNA受到大劑量紫外線（波長(zhǎng)260nm附近

29、）照射時(shí)，可引起DNA鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基共價(jià)聚合，形成二聚體，例如嘧啶二聚體（TT二聚體）。第50頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 化學(xué)因素化學(xué)因素是引起DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的最常見因素，主要包括：烷基化試劑，亞硝酸鹽以及堿基類似物等。烷基化試劑能夠與DNA分子中的氨基或氧作用，生成烷基化DNA。除了堿基上有多個(gè)位置可被烷基化外，DNA鏈上磷酸二酯鍵中的氧也容易被烷基化，從而導(dǎo)致DNA鏈的斷裂。第51頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四烷基化反應(yīng)由于含氧堿基存在酮式和烯醇式的互變異構(gòu)，烯醇式中的羥基可以被烷基化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的烯醇醚。鳥嘌呤核苷烷基

30、化形成6-甲氧基鳥嘌呤核苷后，不再與C配對(duì)，而與T配對(duì)。這種情況將引起DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及信息表達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤。第52頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四環(huán)外氨基的反應(yīng) 環(huán)外氨基在適當(dāng)條件下，也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下，可以形成重氮鹽，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ず塑?。因此生物體內(nèi)亞硝酸的存在有可能改變DNA的堿基組成。腺嘌呤核苷和鳥嘌呤核苷也能發(fā)生類似的反應(yīng)，分別形成次黃嘌呤核苷（I）和黃嘌呤核苷（X）。這種變化，將影響或改變堿基形成氫鍵的能力和方向，導(dǎo)致DNA復(fù)制錯(cuò)誤，是引起基因突變的重要原因之一。第53頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四堿基類

31、似物是一類結(jié)構(gòu)與核酸堿基相似的人工合成或天然化合物，由于它們的結(jié)構(gòu)與核酸的堿基相似，當(dāng)這些物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后能夠摻入到DNA鏈中，干擾DNA的正常復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。常見的有堿基衍生物及稠環(huán)、稠雜環(huán)類化合物。例如5-溴尿嘧啶（5-BU），它與胸腺嘧啶堿基的結(jié)構(gòu)相似，能取代T與A配對(duì)。又如一種稱為二惡英的含氯芳香雜三環(huán)化合物（2,3,7,8-四氯-二苯-二惡英，簡(jiǎn)稱TCDD），是一種具有強(qiáng)烈致癌和致畸物質(zhì)。它能夠進(jìn)入細(xì)胞并與DNA結(jié)合，導(dǎo)致DNA復(fù)制發(fā)生錯(cuò)誤，從而可能誘發(fā)癌變。第54頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（二）突變分子改變的類型措配、缺失、插入、重排。堿基順序顛倒，如TA

32、被顛倒成AT第55頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四某個(gè)堿基被調(diào)換，如AT換成GC（二）突變分子改變的類型第56頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下，可以形成重氮鹽，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ず塑铡Ｒ虼松矬w內(nèi)亞硝酸的存在有可能改變DNA的堿基組成。（二）突變分子改變的類型第57頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四少了或多了一對(duì)或幾對(duì)堿基，例如：5 ATGGCTATGC 3 變成 5 ATGGTATGC 3 3 TACCGATACG 5 3 TACCATACG 5（二）突變分子改變的類型第58頁(yè)，共167頁(yè)，202

33、2年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四遺傳變異的化學(xué)本質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)的改變將導(dǎo)致相應(yīng)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)（氨基酸順序）的變化，從而引起生物特征或性狀發(fā)生變異。所以，一切生物的變異和進(jìn)化都可以認(rèn)為是由于DNA結(jié)構(gòu)的改變而引起蛋白質(zhì)組成和性質(zhì)變化的結(jié)果。第59頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（三）DNA損傷的修復(fù)DNA修復(fù)指針對(duì)已發(fā)生了的缺陷而實(shí)行的補(bǔ)救機(jī)制，主要有光修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)。1、光修復(fù)（photoreactivation）可見光（最有效波長(zhǎng)400nm）激活生物界廣泛分布（高等哺乳動(dòng)物除外）的光復(fù)活酶，該酶分解嘧啶二聚體。是一種高度專一的修復(fù)形式，只分解

34、由于UV照射而形成的嘧啶二聚體。光修復(fù)酶第60頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第61頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四2、切除修復(fù)（excision repair）是細(xì)胞內(nèi)最重要的修復(fù)機(jī)制在一系列酶（DNA聚合酶、連接酶、解旋酶）的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。這是一種比較普遍的修復(fù)機(jī)制。細(xì)胞的修復(fù)功能對(duì)于保護(hù)遺傳物質(zhì)DNA不受破壞有重要意義。第62頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四3、重組修復(fù)（recombination repair）又稱復(fù)制

35、后修復(fù)（postreplication repair）受損傷的DNA在進(jìn)行復(fù)制時(shí)，跳過(guò)損傷部位，在子代DNA鏈與損傷相對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。通過(guò)分子間重組，從完整的母鏈上將相應(yīng)的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用合成的多核苷酸來(lái)補(bǔ)上母鏈的空缺，此過(guò)程即重復(fù)修復(fù)。并非完全校正。第63頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四4、SOS修復(fù) 指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，又稱傾錯(cuò)性修復(fù)（Error-Prone Repair ）。第64頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，2

36、3點(diǎn)7分，星期四基因重組與DNA克?。ɑ蚬こ蹋┫拗菩詢?nèi)切酶 能識(shí)別DNA特定核苷酸序列的核酸內(nèi)切酶分布：主要在微生物中。特點(diǎn)：特異性，即識(shí)別特定核苷酸序列， 切割特定切點(diǎn)。結(jié)果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補(bǔ)配對(duì)）。舉例：大腸桿菌的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開。第65頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點(diǎn)上將DNA 分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有400500多種。第66頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四運(yùn)載體種類：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。質(zhì)粒的特點(diǎn):細(xì)胞染色體外能自主復(fù) 制的

37、小型環(huán)狀 DNA分子；質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體；最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒；存在于許多細(xì)菌及酵母菌等生物中；質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響；質(zhì)粒的復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)完成。第67頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 DNA重組與克隆從細(xì)胞中分離出DNA限制酶截取DNA片斷分離大腸桿菌中的質(zhì)粒 DNA重組用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因重組體的篩選第68頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四PCR(polymerase Chain reaction)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR也稱體外酶促基因擴(kuò)增，原理類似天然DNA復(fù)制。靶DNA分子變性后解鏈

38、，兩條單鏈DNA分別與兩條引物互補(bǔ)結(jié)合，在4種dNTP存在和合適和條件下，由耐熱的Taq DNA聚合酶催化引物由5 3 擴(kuò)增延伸，形成兩條新的雙鏈DNA分子，并作為下一循環(huán)的模板。每經(jīng)過(guò)一個(gè)變性、復(fù)性、延伸循環(huán)，模板DNA增加一倍。經(jīng)過(guò)3050個(gè)循環(huán)，可使原DNA量增加106109倍。PCR的主要步驟： 模板DNA的變性 一般選用95左右1min，使DNA 雙鏈解為單鏈 復(fù)性 按引物實(shí)際情況確定適當(dāng)溫度，時(shí)間一般30s至1.5min 延伸 一般72 1min 循環(huán)數(shù) 按初始模板濃度確定，一般2545之間第69頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第70頁(yè)，共167頁(yè)，202

39、2年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四PCR的引物設(shè)計(jì) PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的特異性主要由引物決定，引物的設(shè)計(jì)是PCR成功的關(guān)鍵， 引物位置和產(chǎn)物長(zhǎng)度 根據(jù)不同目的和要求確定，長(zhǎng)度一般在200800bp之間 引物的長(zhǎng)度 一般為1825bp 末端核苷酸 3端不得有任何修飾 GC含量和Tm值 一般在4060%之間，兩條相差23 第71頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四10.2 RNA的生物合成 DNA攜帶的遺傳信息傳遞給RNA分子的過(guò)程稱轉(zhuǎn)錄（transcription ）。 在生物界，RNA合成有兩種方式：一是DNA指導(dǎo)的RNA合成，此為生物體內(nèi)的主要合成方式。另一種是RNA指導(dǎo)

40、的RNA合成，此種方式常見于病毒。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本是RNA前體（RNA precursor），需經(jīng)加工過(guò)程（processing）方具有生物學(xué)活性。 第72頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四一、原核生物中的基因轉(zhuǎn)錄第73頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第74頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四合成方向： 53從頭合成。連接方式： 3 , 5磷酸二酯鍵。 5-末端的起始核苷酸常為GTP或ATP。合成過(guò)程:連續(xù)轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄-DNA片段轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙鏈DNA中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板，這種轉(zhuǎn)錄方式稱作不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄。模板鏈(

41、template strand)及反義鏈(antisense strand):指導(dǎo)RNA合成的DNA鏈為模板鏈，又稱反義鏈。編碼鏈(coding strand)及有義鏈(sense strand)：不作為轉(zhuǎn)錄的另一條DNA鏈為編碼鏈，又稱有義鏈。由于基因分布于不同的DNA單鏈中，即某條DNA單鏈對(duì)某個(gè)基因是模板鏈，而對(duì)另一個(gè)基因則是編碼鏈。原料：四種三磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中變?yōu)閁。轉(zhuǎn)錄基本特點(diǎn)第75頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第76頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第77頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分

42、，星期四調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因lacZlacYlacACAPcAMPCAP-cAMP復(fù)合物mRNA+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透過(guò)酶-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶酶 “轉(zhuǎn)錄單位”（transcriptionunit）：以操縱子（operon）為轉(zhuǎn)錄的功能單位,結(jié)構(gòu)上包括四個(gè)功能區(qū)：多順反子（結(jié)構(gòu)基因區(qū)）、啟動(dòng)子、操作子、終止子和調(diào)節(jié)基因。第78頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四識(shí)別解鏈起始延伸終止終止位點(diǎn)起始位點(diǎn)第79頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 大腸桿菌的RNA聚合酶 全酶由5種亞基2 組成。因子與其它部分的結(jié)合不是十分緊密，它易于與2分離。 沒有亞

43、基的酶稱為核心酶只催化鏈的延長(zhǎng)，對(duì)起始無(wú)作用。 只有全酶能夠找到轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)并起始。 五種亞基的功能分別為： 亞基：與啟動(dòng)子結(jié)合功能，決定轉(zhuǎn)錄的基因類型。 亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵，參與轉(zhuǎn)錄的全過(guò)程。 亞基：在全酶中存在，功能不清楚。 亞基：與DNA模板結(jié)合功能。參與轉(zhuǎn)錄的全過(guò)程。 亞基：識(shí)別起始位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)時(shí)脫落。 1. 啟動(dòng)子和起始第80頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第81頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第82頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 啟動(dòng)子是基因起始處的DNA序列。 識(shí)別正

44、確的啟動(dòng)位點(diǎn)，啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)至少由三部分組成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào)；-10序列是酶的緊密結(jié)合位點(diǎn)（富含AT堿基，利于雙鏈打開）；第三部分是RNA合成的起始點(diǎn)。 解旋從RNA聚合酶結(jié)合的啟動(dòng)子部位開始，然后從起始位點(diǎn)的核苷酸處起始RNA鏈的合成。第一位點(diǎn)被定義為基因序列的+1位置。53+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列 Sextama 框 10序列Pribnow框+1對(duì)解旋很重要最保守第83頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四2. 轉(zhuǎn)錄起始 加入的第一個(gè)核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的啟動(dòng)子、全酶和核苷三磷酸

45、復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物，第一個(gè)核苷三磷酸一旦摻入到轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)， 亞基就會(huì)被釋放脫離核心酶。-35-10pppG 或 pppA5533模板鏈E第84頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四3.鏈的延伸 以NTP為原料和能量,DNA模板鏈為模板，靠核心酶的催化，核苷酸間通過(guò)3,5-磷酸二酯鍵成核糖核酸鏈(RNA)。轉(zhuǎn)錄的第一個(gè)核苷酸總是pppG或pppA。第85頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四4. 轉(zhuǎn)錄終止 轉(zhuǎn)錄終止在特殊的終止子序列。轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)分兩類：一類是不依賴因子(即蛋白)，另一類是依賴因子。 不依賴于因子的這一類，其DNA鏈的3 端附近有富含

46、GC的回文區(qū)域和隨后的一段富含AT的序列。當(dāng)以這段終止信號(hào)為模板轉(zhuǎn)錄出的RNA即形成具有莖環(huán)的發(fā)夾形結(jié)構(gòu)(hairpin structure)，其3 端含有一串UUUU的尾巴（圖8.40），這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)阻礙了聚合酶的進(jìn)一步延伸，RNA鏈的合成即終止。 第86頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 另一類依賴因子的終止，其DNA鏈的3端附近的回文序列沒有富含G-C堿基的區(qū)域，后面也沒有連續(xù)的A存在，需因子的參與才能完成鏈的終止。因子是由基因編碼的相對(duì)分子質(zhì)量為55 000的蛋白質(zhì)。現(xiàn)在一般認(rèn)為因子是與正在合成的RNA鏈相結(jié)合，并利用水解ATP或其他核苷三磷酸釋出的能量從5 -

47、3 端移動(dòng)，當(dāng)聚合酶遇到終止信號(hào)時(shí)，聚合酶移動(dòng)速度減慢，因子就很快追趕上來(lái)，使轉(zhuǎn)錄終止，釋放RNA，并使RNA聚合酶與因子一起從DNA上脫落下來(lái)。 第87頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四二、真核生物的轉(zhuǎn)錄作用酶類分布產(chǎn) 物活性分子量(KDa)反應(yīng)條件核仁rRNA（5.8S、18S、28S ）5070500低離子強(qiáng)度要求Mg2+或Mn2+核質(zhì)mRNA、snRNA2040700高離子強(qiáng)度核質(zhì)tRNA、5SrRNA、snRNA、7sRNA10700高M(jìn)n2+濃度1.真核RNA聚合酶2. 轉(zhuǎn)錄 真核RNA轉(zhuǎn)錄基本過(guò)程與原核類似，但其產(chǎn)生的mRNA為“單順反子”，只編碼一條肽鏈

48、。第88頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（成熟過(guò)程） 在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄物（primary transcript）往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5和3末端的切除和特殊結(jié)構(gòu)的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過(guò)程，才轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓腞NA分子。此過(guò)程總稱為RNA的成熟或稱為RNA的轉(zhuǎn)錄后加工。 原核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需要加工，轉(zhuǎn)錄的同時(shí)即進(jìn)行翻譯（半壽期短）。rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體的加工真核mRNA前體的加工 第89頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四rRNA前體的加工rRNA基因之間以

49、縱向串聯(lián)的方式重復(fù)排列。加工過(guò)程： 1、剪切作用：需核酸酶參與。 2、甲基化修飾：修飾在堿基上。 3、自我剪接：一種核酶的作用。原核rRNA加工：rRNA含非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，其產(chǎn)物中含tRNA 真核rRNA加工： 1.5S自成體系加工少無(wú)修飾和剪接。2.45S加工中含剪切和甲基化修飾，需核酸酶。第90頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四tRNA前體的加工tRNA前體在tRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNA分子 3末端加上CCA堿基的修飾：甲基化、脫氨和還原作用第91頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第92頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日

50、，23點(diǎn)7分，星期四 真核mRNA前體的加工剪接（Splicing） 去除內(nèi)含子，連接外顯子5帽端結(jié)構(gòu)的生成（ 5 端加7-甲基化鳥苷，防止外切酶的 攻擊）3端多聚A（polyA）的附加第93頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四第94頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四RNA的復(fù)制合成（RNA指導(dǎo)的RNA合成）噬菌體Q的RNA復(fù)制兩階段（1）其單鏈RNA可充當(dāng)mRNA，利用寄主中的核糖體合成外殼蛋白和RNA復(fù)制酶的亞基。（2）復(fù)制酶的亞基可與來(lái)自寄主細(xì)胞的亞基自動(dòng)裝配成RNA復(fù)制酶，可進(jìn)行RNA的復(fù)制，以分子中單鏈RNA為模板（正鏈），復(fù)制出一條新的

51、RNA鏈（負(fù)鏈），再?gòu)?fù)制出正鏈，與外殼蛋白組裝成新的噬菌體顆粒。某些RNA病毒可以以自身RNA為模板進(jìn)行復(fù)制。不同的RNA病毒復(fù)制方式不同5 RNA-5 3 3 RNA+釋放釋放35 3 3 5 5 RNA+RNA+RNA-RNA-及 RNA+的合成方向均為5 3第95頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四核酶 1982年Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體自我剪接作用，RNA有催化作用;1983年發(fā)現(xiàn)RNase P中的RNA可催化tRNA前體的加工。核酶自我切割區(qū)內(nèi)有錘頭結(jié)構(gòu)（hammer-head structure），其中的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：（1）三個(gè)莖區(qū)形成局部的雙鏈結(jié)構(gòu)；其中

52、含13個(gè)保守的核苷酸，N代表任何核苷酸。（2）圖中的箭頭表示自我切割位點(diǎn)，位于GUX的X外側(cè)，X可表示為C、U或A，不能是G。 核酶的生物學(xué)意義 1.RNA為生物催化劑，具有重要生物學(xué)意義。2.打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念。3.在生命起源問題上，為先有核酸提供了依據(jù)。4.為治療破壞有害基因，腫瘤等疾病提供手段。第96頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式基因表達(dá)調(diào)控概述原核生物以操縱子為單元進(jìn)行表達(dá)和調(diào)控，特異的阻遏蛋白是控制原核啟動(dòng)序列活性的重要因素。 乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制第97頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星

53、期四I調(diào)節(jié)基因P啟動(dòng)子O操作子（操作基因）Z、Y、A三種結(jié)構(gòu)基因第98頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié) 當(dāng)無(wú)誘導(dǎo)物乳糖存在時(shí)，調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白（repressor protein）處于活性狀態(tài)，阻止RNA聚合酶與啟動(dòng)基因的結(jié)合，則無(wú)法啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 當(dāng)有乳糖存在時(shí)，lac操縱子（元）即可被誘導(dǎo)。乳糖進(jìn)入細(xì)胞，經(jīng)半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴樘?。后者作為一種誘導(dǎo)劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導(dǎo)致阻遏蛋白與O序列解離、轉(zhuǎn)錄發(fā)生。 異丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是一種作用極強(qiáng)的誘導(dǎo)劑，不被細(xì)菌代謝而十分穩(wěn)定，因此被實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。 CAP（代謝產(chǎn)物活化

54、蛋白）的正性調(diào)節(jié) 當(dāng)沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時(shí)，cAMP與CAP結(jié)合，這時(shí)CAP結(jié)合在lac啟動(dòng)序列附近的CAP位點(diǎn)，可刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性。葡萄糖的分解代謝產(chǎn)物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活性并活化磷酸二酯酶，從而降低了cAMP的濃度，CAP不能被活化形成CAPcAMP復(fù)合物，則不能轉(zhuǎn)錄。第99頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四lac阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)與CAP正性調(diào)節(jié)兩種機(jī)制協(xié)調(diào)合作：當(dāng)Lac阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；但是如果沒有CAP存在來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，即使阻遏蛋白從操縱序列上解聚仍幾無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。 lac操縱子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。

55、第100頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四10.3 蛋白質(zhì)的生物合成Reverse transcription遺傳信息第101頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過(guò)程叫做翻譯。合成體系：20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和因子,以及無(wú)機(jī)離子、ATP 、GTP 合成方向：NC端。 翻譯過(guò)程分為：起始、延長(zhǎng)、終止3個(gè)階段。真核細(xì)胞第102頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四一、遺傳密碼密碼子（Codon）或三聯(lián)體密碼為

56、一個(gè)氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個(gè)核苷酸單位。遺傳密碼規(guī)定著多肽鏈氨基酸序列的mRNA 上核苷酸序列。（一）遺傳密碼是三聯(lián)體密碼起始密碼子：AUG，編碼甲硫氨酸。終止密碼子：UAG、UGA、UAA，不編碼氨基酸。第103頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四密碼子的發(fā)現(xiàn) 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法人工合成僅由一種核苷酸組成的多聚核苷酸，推測(cè)由哪一種氨基酸合成的多肽核糖體結(jié)合試驗(yàn) 1965年，Nirenberg用poly u加入C14標(biāo)記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。第104頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23

57、點(diǎn)7分，星期四（二）遺傳密碼子的特點(diǎn)：1、無(wú)標(biāo)點(diǎn)、不重疊 每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸。2、簡(jiǎn)并(degeneracy) 和擺動(dòng) 43=64種密碼子決定20種氨基酸。幾種密碼子對(duì)應(yīng)于同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子。密碼子的第三個(gè)位置稱為擺動(dòng)位置。3、普遍性 絕大多數(shù)密碼子對(duì)各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外。4、終止密碼子 UAG、UAA、UGA。5、起始密碼子 AUG（真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met）。第105頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四6、閱讀框架閱讀框架1 53閱讀框架2 5U U A U G A G C

58、 G C U A A A ULeu 終止 Ala Leu AsnU U A U G A G C G C U A A A U Tyr Glu Arg 終止U U A U G A G C G C U A A A U Met Ser Ala Lys3閱讀框架3 533種可能的閱讀框架起始密碼子第106頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四遺傳密碼第107頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四 以mRNA為模板，氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNA為原料，GTP、ATP供能，在核糖體中完成。3個(gè)階段：起始、延長(zhǎng)、終止。（二）氨酰tRNA的合成 tRNA在氨基酰-tRN

59、A 合成酶的幫助下，能夠識(shí)別相應(yīng)的氨基酸，并通過(guò)tRNA氨基酸臂的 3-OH 與氨基酸的羧基形成活化酯氨基酰-tRNA。 氨基酰-tRNA的形成是一個(gè)兩步反應(yīng)過(guò)程：第一步是氨基酸與 ATP 作用, 形成氨基酰腺嘌呤核苷酸； 第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到 tRNA 的 3-OH 端上, 形成氨基酰-tRNA。二、蛋白質(zhì)合成-翻譯（一）概述第108頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四氨基酸活化圖示第109頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四氨基酸活化的總反應(yīng)式是： 氨基酰-tRNA 合成酶氨基酸 + ATP + tRNA + H2O 氨基酰-tRNA + AM

60、P + PPi每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA 合成酶。它既催化氨基酸與 ATP 的作用, 也催化氨基酰基轉(zhuǎn)移到 tRNA。氨基酰-tRNA 合成酶具有高度的專一性。 每一種氨基酰-tRNA 合成酶只能識(shí)別一種相應(yīng)的 tRNA。 tRNA 分子能接受相應(yīng)的氨基酸, 決定于它特有的堿基順序, 而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA 合成酶所識(shí)別。第110頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四氨基酸的活化第111頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，23點(diǎn)7分，星期四（三）參與蛋白質(zhì)合成的三類RNA及核糖體1.rRNA 與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核糖體蛋白質(zhì)合成“工廠” 核糖