核酸和蛋白質(zhì)的生物合成-醫(yī)學(xué)知識(shí)培訓(xùn)課件

1、核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 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？2核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 生物親代與子代之間，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上 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

2、。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) 3核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 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，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)肽鏈的過(guò)程。Reverse transcription4核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)

3、知識(shí)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。5核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)10.1 DNA的生物合成 復(fù)制過(guò)程可分為：起始、延 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(kāi)，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)DNA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)

4、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。 6核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 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(kāi)7核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)7核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)DNA復(fù)制8核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)DNA復(fù)制8核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（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-DNA鏈密

5、度梯度離心結(jié)果普通DNA的沉降位置9核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（一）半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù) 1958年，Messels 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10核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 實(shí)驗(yàn)

6、結(jié)果表明:子一代DNA雙鏈中有一股是15N單鏈，而二、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(kāi)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）11核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)二、DNA復(fù)制的起點(diǎn)和方式 復(fù)制子基因組能 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(kāi)始復(fù)制，復(fù)制的方向是雙向的。即形成2個(gè)復(fù)制叉。12核酸和蛋白質(zhì)的生物合成

7、醫(yī)學(xué)知識(shí) Direction of DNA replicatio復(fù)制叉親代鏈分開(kāi)及新生DNA開(kāi)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。13核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)復(fù)制叉親代鏈分開(kāi)及新生DNA開(kāi)始復(fù)制處形成的Y形結(jié)構(gòu)。細(xì)菌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 le

8、ading Strand lagging StrandElongation of lag.& lea. strands 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 3Bidirection

9、al lengthening of new stands眼形結(jié)構(gòu)14核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)DNA新起始方式（de novo initiation）復(fù)制三、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(kāi)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）。15核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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（一）復(fù)制中解鏈和DNA分子拓?fù)?/p>

10、學(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(kāi)、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 helicase) 解開(kāi)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。16核酸和蛋白質(zhì)的生

11、物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（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（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(kāi)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17核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（二）引物酶（Primase)和引發(fā)體(P

12、rimosome)Primosome （consists of six proteins） PriA (dual role) displace SSB from S.S DNA and helicase DnaT required at prepriming stage DnaB is central component, action with DnaC DnaC is central component, action with DnaB PriB function is unknown PriC function is unknown DnaG primase18核酸和蛋白質(zhì)的生物合成

13、醫(yī)學(xué)知識(shí)Primosome （consists of six pro（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。（dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + ppi DNA 延長(zhǎng)了的DNA 19核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（三）DNA聚合反應(yīng)和聚合酶（dNMP)n + dNTP 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DN

14、A聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn):20核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 反應(yīng)需要接受模板的指導(dǎo)DNA聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn):20核酸和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(kāi)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

15、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 、）21核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)2、DNA聚合酶(DNA pol)DNA聚合酶(pol-（2）DNA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240

16、0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 。22核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（2）DNA聚合酶（ pol- ）,22核酸和蛋白質(zhì)的生（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dNTP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。23核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（3）DNA聚合酶（pol- ）DNA聚合酶為多亞基

17、（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24核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)pol- 異二聚體結(jié)構(gòu)核心酶DNA聚合酶全酶亞基組成亞pol- 異二聚體結(jié)構(gòu)25核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)pol- 異二聚體結(jié)構(gòu)25核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知亞基由兩個(gè)形成夾子結(jié)構(gòu)26核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)亞基由兩個(gè)形

18、成夾子結(jié)構(gòu)26核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（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。27核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（4）DNA聚合酶和DNA聚合酶 涉及DNA的錯(cuò)誤 DNA聚合酶 酶作 用DNA聚合酶不能從無(wú)到有開(kāi)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，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

19、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。28核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) DNA聚合酶 酶作 用DNA聚合酶不能29核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)29核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)30核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)30核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（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+DNA連接酶 酶-AMP復(fù)合物第二步：酶將AMP轉(zhuǎn)移給DN

20、A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31核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（四）DNA連接酶DNA聚合酶只能催化DNA鏈的延長(zhǎng)反應(yīng)，不四、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 Primase Ung

21、-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 replisome32核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)四、原核生物DNA生物合成過(guò)程Top I , Top 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

22、合成引物33核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)包括起始、延伸和終止三個(gè)階段。1、起始階段(1)Dna A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)。34核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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)（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）35核

23、酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（滯后鏈）（前導(dǎo)鏈）DNA生物合成過(guò)程單鏈DNA結(jié)合蛋白（DDNA生物合成過(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）36核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)DNA生物合成過(guò)程（DNA聚合酶）(DNA引物酶)（岡崎片斷兩個(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37核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)兩個(gè)復(fù)制叉在o

24、ri C 約180度的對(duì)面相遇，在這一區(qū)域有幾DNA復(fù)制的要點(diǎn)是：1）在復(fù)制開(kāi)始階段，DNA的雙螺旋拆分成兩條單鏈。38核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)38核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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。39核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)2）以DNA單鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則, 在DNA聚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。4

25、0核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)3) 通過(guò)DNA復(fù)制形成的新DNA分子, 與原來(lái)的DNA分子五、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(kāi)始復(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)41核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)五、真核生物DNA的復(fù)制合成真核DNA的合成的基

26、本過(guò)程類似于42核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)42核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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(chóng)Drosophila 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43核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)端粒的復(fù)制依賴于端粒酶。

27、真核生物染色體 DNA末端補(bǔ)齊 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 Greider & Blackburn, 1986. Gottchling 尖毛蟲(chóng) telomere binding protein 1 55kd telomere binding protein 2 26 kd四膜蟲(chóng) telomerase 將T2G4 末端重復(fù)延伸 游撲蟲(chóng) Telomerase =

28、 RNA CAAAACCCC 鏈 + 末端結(jié)合蛋白 （TBP） + 100 bp telomere44核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 端粒DNA (Telomer) TTGGGG(T2G 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45核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 長(zhǎng) 短細(xì)胞分裂次數(shù)與端粒長(zhǎng)短呈正比細(xì)胞分裂端六、

29、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。 未突變的稱為野生型。DNA是細(xì)胞內(nèi)唯一可以修復(fù)的大分子。46核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)六、DNA的損傷及其修復(fù) DNA的損傷形式包括：堿基（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/

30、 缺失造成移碼）47核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（一）誘發(fā)突變的原因47核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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48核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)光聚合反應(yīng) 胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發(fā)生二聚加成反當(dāng)DNA受到大劑量紫外線（波長(zhǎng)260nm附近）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）。49核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)當(dāng)DNA受到大劑量紫外線（波長(zhǎng)260nm

31、附近）照射時(shí)，可引起 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(jiàn)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。50核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 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(jiàn)因素，主烷基化反應(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(niǎo)嘌呤核苷烷基化形成6-甲氧基鳥(niǎo)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。5

32、1核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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(niǎo)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。52核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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)堿基類似物是一類結(jié)構(gòu)與核酸堿基相似的人工合成或天然化合物

33、，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(jiàn)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。53核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)堿基類似物是一類結(jié)構(gòu)與核酸堿基相似的人工合成或天然化合物，由（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被顛倒成AT54核

34、酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（二）突變分子改變的類型措配、缺失、插入、重排。堿基順序顛倒某個(gè)堿基被調(diào)換，如AT換成GC（二）突變分子改變的類型55核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)某個(gè)堿基被調(diào)換，如AT換成GC（二）突變分子改變的類型55核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56核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下，可以形成重氮鹽，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ず塑丈倭嘶蚨嗔艘粚?duì)或幾對(duì)堿基，例如：5 ATGGCTATGC 3 變成 5 ATGGTATGC 3 3 TACCGATACG 5

35、3 TACCATACG 5（二）突變分子改變的類型57核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)少了或多了一對(duì)或幾對(duì)堿基，例如：（二）突變分子改變的類型57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。58核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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)（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)（photoreactivat

36、ion）可見(jiàn)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，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚體。光修復(fù)酶59核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（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)60核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)60核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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

37、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。61核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)2、切除修復(fù)（excision repair）是細(xì)胞內(nèi)最重要3、重組修復(fù)（recombination repair）又稱復(fù)制后修復(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。62核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)3、重組修復(fù)（recombination repair）又稱4、SOS修復(fù) 指D

38、NA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 ）。63核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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)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(kāi)。64核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)基因重組與DNA克

39、?。ɑ蚬こ蹋┫拗菩詢?nèi)切酶分布：主要在微生一種限制酶只能識(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。65核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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。66核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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):66核酸

40、和 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67核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) DNA重組與克隆從細(xì)胞中分離出DNA限制酶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，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

41、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68核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)PCR(polymerase Chain reaction)69核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)69核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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20

42、0800bp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 70核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)PCR的引物設(shè)計(jì)70核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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)的RNA合成，此種方式常見(jiàn)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。 71

43、核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)10.2 RNA的生物合成 DNA攜帶的遺傳信息傳遞一、原核生物中的基因轉(zhuǎn)錄72核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)一、原核生物中的基因轉(zhuǎn)錄72核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)73核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)73核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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(template strand)及反義鏈(antisense strand):指導(dǎo)RNA合成的

44、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)74核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)合成方向： 53從頭合成。轉(zhuǎn)錄基本特點(diǎn)74核酸和蛋白質(zhì)75核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)75核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)76核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)76核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因lacZlacYlac

45、ACAPcAMPCAP-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?lè)醋樱ńY(jié)構(gòu)基因區(qū)）、啟動(dòng)子、操作子、終止子和調(diào)節(jié)基因。77核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱lacZlacYlacACAPcAMPCA識(shí)別解鏈起始延伸終止終止位點(diǎn)起始位點(diǎn)78核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)識(shí)別終止位點(diǎn)起始位點(diǎn)78核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 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。

46、 沒(méi)有亞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79核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 大腸桿菌的RNA聚合酶 1. 啟動(dòng)子和起始79核酸80核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)80核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)81核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)81核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)

47、學(xué)知識(shí) 啟動(dòng)子是基因起始處的DNA序列。 識(shí)別正確的啟動(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(kāi)）；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(kāi)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82核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 啟動(dòng)子是基因起始處的DNA序列。53+1AA2. 轉(zhuǎn)錄起始 加入的第

48、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E83核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)2. 轉(zhuǎn)錄起始-35-10pppG 或 pppA5533.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。84核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)3.鏈的延伸84核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)4. 轉(zhuǎn)錄終止 轉(zhuǎn)錄終止在特殊的終止子序列。轉(zhuǎn)錄終

49、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。 85核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)4. 轉(zhuǎn)錄終止 轉(zhuǎn)錄終止在特殊的終止子序列。轉(zhuǎn) 另一類依賴因子的終止，其DNA鏈的3端附近的回文序列沒(méi)有富含G-C堿基的區(qū)域，后面也沒(méi)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

50、對(duì)分子質(zhì)量為55 000的蛋白質(zhì)?，F(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 -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)。 86核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 另一類依賴因子的終止，其DNA鏈的3端附近二、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、7

51、sRNA10700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?lè)醋印?，只編碼一條肽鏈。87核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)二、真核生物的轉(zhuǎn)錄作用酶類分布產(chǎn) 物活性分子量(KD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

52、）。rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體的加工真核mRNA前體的加工 88核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的“加工”（成熟過(guò)程） 在細(xì)胞內(nèi)，由RNA聚合rRNA前體的加工rRNA基因之間以縱向串聯(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。89核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)rRNA前體的加工89核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)tRNA前體的加工t

53、RNA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90核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)tRNA前體的加工90核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)91核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)91核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 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(niǎo)苷，防止外切酶的 攻擊）3端多聚A（polyA）的附加92核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí) 真核mRNA前體的加工剪接（Splicing） 去除內(nèi)含子93核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)93核酸和蛋白質(zhì)的生物合成

54、 醫(yī)學(xué)知識(shí)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5 394核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)RN

55、A的復(fù)制合成（RNA指導(dǎo)的RNA合成）噬菌體Q的RNA核酶 1982年Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)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(wèn)題上，為先有核酸提供了依據(jù)。4.為治

56、療破壞有害基因，腫瘤等疾病提供手段。95核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)核酶 1982年Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)rRNA前體自我剪接作用，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96核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式基因表達(dá)調(diào)控概述96核酸和蛋白質(zhì)的生物合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97核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)I調(diào)節(jié)基因97核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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

57、（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)物活化蛋白）的正性調(diào)節(jié) 當(dāng)沒(méi)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

58、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。98核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)98核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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(méi)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。 99核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)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)L10.3 蛋白質(zhì)的生物合成Reverse transcription遺

59、傳信息100核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)10.3 蛋白質(zhì)的生物合成Reverse 遺傳信息100核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101核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)基因的遺傳信息在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRN一、遺傳密碼密碼子（Codon）或三聯(lián)體密碼為一個(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

60、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。102核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)一、遺傳密碼密碼子（Codon）或三聯(lián)體密碼為一個(gè)氨基酸密碼子的發(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。103核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)密碼子的發(fā)現(xiàn)103核酸和蛋白質(zhì)的生物合成 醫(yī)學(xué)知識(shí)（二）遺傳