第十章 dna、rna的生物合成 課件

核酸的合成核酸的合成1分子生物學(xué)(分子遺傳學(xué))中心法則

反映了從DNARNA蛋白質(zhì)的遺傳信息主流，揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的貯存、傳遞和表達(dá)的規(guī)律。轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)DNA

RNA（病毒）復(fù)制復(fù)制翻譯蛋白質(zhì)（病毒）反轉(zhuǎn)錄分子生物學(xué)(分子遺傳學(xué))中心法則反映了2第一節(jié)DNA的生物合成

DNA→DNADNA復(fù)制

RNA→DNA反轉(zhuǎn)錄兩種方式第一節(jié)DNA的生物合成DNA→DNA3

復(fù)制：以親代DNA或RNA為模板，根據(jù)堿基配對(duì)的原則，在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA或RNA的過程。一、DNA的復(fù)制復(fù)制的方式DNA的半保留復(fù)制復(fù)制：以親代DNA或RNA為模板，一、DNA的復(fù)制復(fù)制的4一、DNA的半保留復(fù)制2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù):1.定義：1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。以親代DNA雙鏈為模板以堿基互補(bǔ)方式合成子代DNA，這樣新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制。第十二章DNA復(fù)制與修復(fù)一、DNA的半保留復(fù)制2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù):1.定義：5DNA半保留復(fù)制DNA的復(fù)制的方式------1958,MesselsonandStahl實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA半保留復(fù)制DNA的復(fù)制的方式------1958,M6細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)含15N-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第一代重DNA普通DNA普通DNADNA半保留復(fù)制的證據(jù)細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)含15N-DNA的細(xì)菌7混合式重DNA普通DNA重DNA第二代半保留式第一代故可排除混合式復(fù)制方式混合式重DNA普通DNA重DNA第二代半保留式第一代故可排除8培養(yǎng)第一代結(jié)果重DNA普通DNA母鏈全保留式半保留式混合式重DNA普通DNA排除全保留式培養(yǎng)第一代結(jié)果重DNA普通DNA母鏈全保留式半保留式混合式重9細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)(紅線的代表含14N)含15N-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代重DNA第一代重DNA普通DNA普通DNADNA半保留復(fù)制的證據(jù)排除混合式Why?細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)(紅線的代表含14N)10第十章dna、rna的生物合成課件11DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。

DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，是保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代必要措施。DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非12必須具備的基本條件

模板：母鏈DNA

原料：dNTP(包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

酶和蛋白質(zhì)因子：

引物：一小段RNA

能量（ATP）及某些無機(jī)離子必須具備的基本條件模板：母鏈DNA13參與DNA復(fù)制的酶類與蛋白質(zhì)因子及其主要作用1.拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase,Topo）

無ATP時(shí)：作用相當(dāng)于TopoⅠ,但切割的是雙鏈DNA某一部位(斷雙鏈)。

有ATP時(shí)：使帶斷口、松弛狀的DNA分子旋緊轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)，再連接斷端。不需耗能(ATP)，切割(斷)雙鏈DNA中的一鏈，松解螺旋,封閉切口。又稱切割封口酶。TopoⅠ的作用TopoⅡ(又稱旋轉(zhuǎn)酶)的作用參與DNA復(fù)制的酶類與蛋白質(zhì)因子及其主要作用1.拓?fù)洚悩?gòu)酶14拓?fù)洚悩?gòu)酶II+ATP拓?fù)洚悩?gòu)酶IDNA的松弛狀態(tài)與超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶II+ATP拓?fù)洚悩?gòu)酶IDNA的松弛狀態(tài)與超螺152.解鏈酶(又稱解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解鏈酶作用：斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵,使DNA雙鏈分離形成“復(fù)制叉”。2.解鏈酶(又稱解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解鏈酶163.單鏈DNA結(jié)合蛋白(DNA結(jié)合蛋白)(singlestrandedDNA-bindingprotein,SSB)作用：防止重新形成雙鏈和防止單鏈模板被核酸酶水解,維持DNA單鏈狀態(tài)和完整性3.單鏈DNA結(jié)合蛋白(DNA結(jié)合蛋白)作用：防止重新形成174.引物酶(Primase)5′3′

5′RNA引物5′5′RNA引物3′RNA的合成：需引物酶，它是一種特殊的RNA聚合酶。

DNA不能從無→有合成，需在一小段RNA基礎(chǔ)上合成DNA4.引物酶(Primase)5′3′5′RNA引物5′5′185.DNA聚合酶（DNApolymerase,DNApol）

即依賴于DNA的DNA聚合酶（DDDP）

原核生物（E.coli）迄今已知只有3種：DNApolⅠ、DNApolⅡ、DNApolⅢ。真核生物

亦發(fā)現(xiàn)有多種DDDP：DDDP、、、、。其性質(zhì)與功能5.DNA聚合酶（DNApolymerase,DN19原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTPdCTPdTTP)需要模板：以DNA為模板鏈，合成子代DNA，模板可以是雙鏈，也可以是單鏈DNA。合成產(chǎn)物與模板互補(bǔ)。需要引物：一小段RNA(或DNA）為引物，在大腸桿菌中，DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物，引物含3’-OH.合成方向：53(一)DNA聚合酶：1956年Kornberg等在大腸桿菌中首先發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶，其后發(fā)現(xiàn)該酶在許多生物中廣泛存在。該酶的催化性質(zhì)如下：原料：四種脫氧核苷三磷酸(一)DNA聚合酶：1956年Ko20大腸桿菌中DNA聚合酶某些性質(zhì)────────────────────────

DNA聚合酶性質(zhì)----------------------------------------------------

ⅠⅡⅢ────────────────────────酶分子/細(xì)胞

400

40

20酶分子量(kd)109901405'→3'聚合功能有有有5'→3'外切酶活性有有

無3'→5'外切酶活性有有有聚合核苷酸數(shù)/分鐘/分子(37℃)10005015000主要功能修復(fù)等修復(fù)作用復(fù)制────────────────────────大腸桿菌中DNA聚合酶某些性質(zhì)21表13-2真核細(xì)胞中DNA聚合酶的性質(zhì)─────────────────────

DNA聚合酶性質(zhì)-------------------------------------------------------

αβγδε─────────────────────分布

細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核分子量(kd)>25036-38160-3001702563’→5’外切酶活性無無有有有5’→3’聚合作用有有有有有主要功能復(fù)制損傷修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制,損傷修復(fù)

(隨從鏈)(領(lǐng)頭鏈)─────────────────────表13-2真核細(xì)胞中DNA聚合酶的性質(zhì)22DDDP5′3′聚合作用示意圖3′模板鏈

5′5′3′DDDP5′3′聚合作用示意圖3′23DDDP的5′3′外切及3′5′外切作用示意圖3′5′外切5′3′外切5′3′CA3′DDDP的5′3′外切及3′5′外切作用示意圖246.DNA連接酶(DNALigase)作用：在有模板指導(dǎo)的條件下，催化2個(gè)DNA片段(兩片段間的距離為1個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵的鍵長(zhǎng))的連接。原理：在一個(gè)DNA片段的3'-OH末端和另一個(gè)DNA片段的5'-P末端形成3',5'-磷酸二酯鍵，從而實(shí)現(xiàn)連接。特點(diǎn)：原核細(xì)胞:需輔助因子NAD+

真核細(xì)胞:不需輔助因子NAD+,但需耗能(ATP)6.DNA連接酶(DNALigase)作用：在有模板25第十章dna、rna的生物合成課件26表13-4

參與DNA復(fù)制的酶及蛋白質(zhì)─────────────────────酶或蛋白質(zhì)

主要作用─────────────────────拓?fù)洚悩?gòu)酶類

克服解鏈時(shí)打結(jié)及纏繞、松馳或引進(jìn)負(fù)超螺旋解鏈酶類

解開DNA雙鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白

維持已解開單鏈DNA的穩(wěn)定引物酶

合成RNA引物DNA聚合酶Ⅲ

DNA復(fù)制DNA聚合酶Ⅰ

水解引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)作用DNA連接酶

催化雙鏈DNA中單鏈缺口的連接─────────────────────表13-4參與DNA復(fù)制的27（五）、參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖（五）、參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖28

DNA的復(fù)制過程

復(fù)制的起始鏈的延長(zhǎng)復(fù)制的終止DNA的復(fù)制過程29復(fù)制的起始1.在拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈DNA結(jié)合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解鏈，形成復(fù)制叉。2.依賴于單鏈模板，由引物酶催化按堿基配對(duì)規(guī)律合成一小段RNA引物(原核細(xì)胞引物長(zhǎng)50-100個(gè)堿基，真核約10個(gè)堿基)。復(fù)制的起始1.在拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈DNA結(jié)合蛋白的30

DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）復(fù)制的終止：復(fù)制的起始1、起始復(fù)合物的形成：稱為引發(fā)2、RNA引物的合成鏈的延伸：DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）復(fù)制的終止：復(fù)制的31第十章dna、rna的生物合成課件32復(fù)制起始階段的特點(diǎn)真核細(xì)胞：具有多個(gè)起始位點(diǎn)原核細(xì)胞：僅有一個(gè)復(fù)制起始位點(diǎn)，但往往是雙向復(fù)制復(fù)制起始階段的特點(diǎn)真核細(xì)胞：具有多個(gè)原核細(xì)胞：僅有一個(gè)復(fù)制33鏈的延長(zhǎng)引物合成后，由DNApolⅢ（真核細(xì)胞為DNA聚合酶或)催化，在引物3'-OH末端逐一添加與模板鏈對(duì)應(yīng)互補(bǔ)的脫氧核苷磷酸,使新合成的鏈不斷延長(zhǎng)。前導(dǎo)鏈:鏈的延長(zhǎng)方向(5'

3')與解鏈方向(復(fù)制叉移動(dòng)方向)相同,為連續(xù)合成。隨從鏈:

鏈的延長(zhǎng)方向(5'3')與解鏈方向(復(fù)制叉移動(dòng)方向)相反，為不連續(xù)合成。分段合成的DNA片段,最初被命名為岡崎片段鏈的延長(zhǎng)引物合成后，由DNApolⅢ（真核細(xì)胞為DNA聚合34IIIIII35三、DNA復(fù)制的半不連續(xù)性前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈：以3’→5’方向的親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。滯后鏈：以5’→3’方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆復(fù)制叉移動(dòng)方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。三、DNA復(fù)制的半不連續(xù)性前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈：以3’36DNA鏈的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種5’-脫氧核苷三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。兩條鏈方向相反。

前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型DNA鏈的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種5’-37復(fù)制的終止1.水解引物及填補(bǔ)空隙岡崎片段合成后，由DNApolⅠ(真核細(xì)胞可能是DNA聚合酶)水解去除RNA引物，并填補(bǔ)留下的空隙(5'3')聚合。2.完整雙鏈DNA分子的形成

填補(bǔ)空隙后，DNA片段與片段之間還有一個(gè)缺口(一個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵的長(zhǎng)度),由DNA連接酶催化連接成完整的鏈，從而產(chǎn)生完整的雙鏈DNA分子。復(fù)制的終止1.水解引物及填補(bǔ)空隙38DNA復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）1、堿基的配對(duì)規(guī)律：摸板鏈與新生鏈之間的堿基配對(duì)保證堿基配錯(cuò)幾率約為1/104～1/105。2、DNA聚合酶的3’→5’外切酶活性的校對(duì)功能，使堿基的錯(cuò)配幾率又降低100～1000倍。3、DNA的損傷修復(fù)系統(tǒng)。DNA復(fù)制必須具有高度精確性，在大腸桿菌的細(xì)胞DNA復(fù)制中其錯(cuò)誤率約為1/109～1/1010，即每109～1010個(gè)核苷酸才出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，也就是大腸桿菌染色體DNA復(fù)制1000～10000次才出現(xiàn)一個(gè)核苷酸的錯(cuò)誤。這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)：DNA復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）1、堿基的配對(duì)規(guī)律：摸板鏈與39二、反轉(zhuǎn)錄

(reversetranscription)概念

以RNA為模板，dNTP為原料，反轉(zhuǎn)錄酶催化，按堿基配對(duì)規(guī)律合成DNA的過程。

反轉(zhuǎn)錄酶,又稱為依賴RNA的DNA聚合酶(RNA-dependentDNApolymerase,RDDP)DNA轉(zhuǎn)錄RNARNA(病毒)反轉(zhuǎn)錄二、反轉(zhuǎn)錄

(reversetranscription)概40....................RDDP引物,4種dNTPRDDPRNaseH4種dNTPRDDP或DDDP病毒RNARNA-DNA雜化分子cDNA前病毒(雙鏈DNA)酶催化反應(yīng)示意圖....................RDDP引物,4種41反向轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌RNA病毒中,其功能可能與病毒的惡性轉(zhuǎn)化作用有關(guān);但它也存在于某些正常細(xì)胞中，在細(xì)胞分化與胚胎發(fā)生中可能起某些作用。反轉(zhuǎn)錄病毒和反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn),提出了一個(gè)重要的醫(yī)學(xué)問題──病毒致癌及癌基因

反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義反向轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌RNA病毒中,42反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義癌基因(oncogene):能在體外引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化,在體內(nèi)誘發(fā)腫瘤的基因.細(xì)胞癌基因(c-onc)或原癌基因(pro-onc):存在于生物正常細(xì)胞基因組中的癌基因.正常情況下基因處于靜止或低表達(dá)的狀態(tài).當(dāng)受到致癌刺激被活化并發(fā)生異常時(shí)則可發(fā)生細(xì)胞癌變.病毒癌基因(v-onc):存在于致瘤病毒中的能使靶細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因.用三個(gè)小寫字母表示癌基因名稱,如myc,fos,ras,src等反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義癌基因(oncogene):能在體外引起細(xì)胞43抑癌基因:是一類抑制細(xì)胞過度生長(zhǎng),增殖從而遏制腫瘤形成的基因.如Rb,P53,P16等癌基因與抑癌基因之間一般處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)是一種反轉(zhuǎn)錄病毒,可引起獲得性免疫缺陷綜合征(AIDS,艾滋病).反轉(zhuǎn)錄酶在基因工程,分子病的基因治療方面也有重要作用.人類免疫缺陷病毒(HIV)反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義抑癌基因:是一類抑制細(xì)胞過度生長(zhǎng),增殖從而遏制腫瘤形成的基44第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)一、DNA的損傷生物體受某些理化和生物等外源性因素或機(jī)體內(nèi)環(huán)境改變的影響，引起DNA分子結(jié)構(gòu)的任何異常改變稱為DNA損傷(DNAdamage)概念第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)一、DNA的損傷45ONHNOCH3RPONHNOCH3RONHNOCH3RPNHNOROCH3UV引起DNA損傷的因素紫外線(常產(chǎn)生嘧啶二聚體)電離輻射(斷磷酸二酯鍵)

物理因素胸腺嘧啶二聚體的產(chǎn)生ONHNOCH3RPONHNOCH3RONHNOCH3RPN46化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CTX)，使鳥嘌呤的

N7烷基化后脫落，成為無鳥嘌呤的位點(diǎn)▲亞硝酸鹽：使堿基脫氨原G-C配對(duì)最終變?yōu)锳-T配對(duì)，導(dǎo)致錯(cuò)配C→UA→IG→X化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CT47COHNCCHCHNOUCONCCHCHNNH2CANNH2NNNNOHNNNIN

OHNNNHH2NGN

OHNNNHHOXCOHNCCHCHNOUCONCCHCHNNH2CANNH248化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CTX)，使鳥嘌呤的

N7烷基化后脫落，成為無鳥嘌呤的位點(diǎn)▲亞硝酸鹽：使堿基脫氨原G-C配對(duì)最終變?yōu)锳-T配對(duì)，導(dǎo)致錯(cuò)配C→UA→IG→X▲絲裂霉素：與DNA共價(jià)連接引起鏈交聯(lián)化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CT49目前多指病毒糖苷鍵自行斷裂；自發(fā)脫氨基作用,CU，AI。生物因素生理因素機(jī)率極低突變(mutation)：有機(jī)體基因組可遺傳的改變，即DNA序列的改變.根據(jù)引發(fā)的原因，可將突變分為：

誘發(fā)突變和自發(fā)突變。目前多指病毒糖苷鍵自行斷裂；自發(fā)脫氨基作用,50

缺失根據(jù)DNA分子的改變，突變可分為4類：點(diǎn)突變顛換：異型堿基間變異,

轉(zhuǎn)換：同型堿基間變異,缺失或插入的堿基數(shù)不是3的整倍數(shù)時(shí)，則引起移碼突變插入倒位(或易位)缺失根據(jù)DNA分子的改變，突變可分為4類：點(diǎn)突變顛換：51基因突變可能出現(xiàn)的后果生物體致死生物體某些功能喪失僅改變基因型，表現(xiàn)型不受影響改變生物物種，出現(xiàn)新的生物特征基因突變可能出現(xiàn)的后果生物體致死52

DNA復(fù)制過程所發(fā)生的突變(堿基配對(duì)錯(cuò)誤)，由核內(nèi)DNA聚合酶Ⅰ以其校讀功能予以糾正.若堿基錯(cuò)配頻頻發(fā)生或損傷范圍大，則需采用以下修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù).二、DNA損傷的修復(fù)DNA復(fù)制過程所發(fā)生的突變(堿基配對(duì)錯(cuò)誤)，由核內(nèi)53TT光復(fù)活酶（可見光）T+TDNA修復(fù)方式1.光修復(fù):2.切除修復(fù)：由3種酶共同參與完成。特異性核酸內(nèi)切酶DNApolIDNA連接酶5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'TT光復(fù)活酶（可見光）T+TDNA修復(fù)方式1.光修復(fù):545'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'復(fù)制重組DDDPIDNA連接酶重組修復(fù)過程3.重組修復(fù)：亦稱復(fù)制后修復(fù)5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'554.SOS修復(fù)：DNA分子受到較大范圍的損傷，細(xì)胞對(duì)危急狀態(tài)所作出的反應(yīng)。機(jī)制引起DNA較長(zhǎng)期的、廣泛的突變。SOS調(diào)節(jié)網(wǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的DNA聚合酶特異性低，識(shí)別堿基能力差,使修復(fù)部位仍存在較多錯(cuò)配的堿基，但細(xì)胞能繼續(xù)生存。后果4.SOS修復(fù)：DNA分子受到較大范圍的損傷，細(xì)胞對(duì)危急狀56第二節(jié)RNA的生物合成

DNA→RNA轉(zhuǎn)錄

RNA→RNARNA復(fù)制兩種方式存在于絕大多數(shù)生物體存在于某些病毒體內(nèi)第二節(jié)RNA的生物合成DNA→RNA57一、轉(zhuǎn)錄（一）概念在DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化下，以DNA的模板鏈為模板，4種NTP為原料，按堿基配對(duì)規(guī)律(T-A,A-U,G-C)合成一條與模板鏈互補(bǔ)的RNA鏈的過程。一、轉(zhuǎn)錄（一）概念在DNA指導(dǎo)的RNA聚58⒈RNA聚合酶常稱為轉(zhuǎn)錄酶(transcriptase)其全稱為：DNA依賴的RNA聚合酶(DNA-dependentRNApolymerase,DDRP)▲

E.Coli的DDRP由5個(gè)亞基組成（二）參與轉(zhuǎn)錄的酶和有關(guān)因子+σ因子α2ββ'(核心酶)σα2ββ'(全酶)表13-6大腸桿菌RNA聚合酶亞基組成及其功能────────────────────────類型亞基/酶分子主要功能────────────────────────

α2決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄β1參與轉(zhuǎn)錄的全過程β'

1與模板DNA結(jié)合被利福平

σ1識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)被利福霉素────────────────────────⒈RNA聚合酶常稱為轉(zhuǎn)錄酶(transcriptase)其59核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzym60RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合61真核生物DDRP的種類與功能種類存在部位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁45SrRNA不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)hnRNA和snRNA極敏感RNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)tRNA和5S-rRNA中度敏感DDRP無3’→5’外切酶活性,有什么結(jié)果?真核生物DDRP的種類與功能種類62RNA聚合酶的主要功能能識(shí)別并結(jié)合于DNA模板的啟動(dòng)子部位（真核生物還需要轉(zhuǎn)錄因子的幫助）解開轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游一小段(約17bp)DNA雙螺旋，產(chǎn)生單鏈模板;不需引物，催化形成第一個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵，沿5'→3'方向延伸RNA鏈能識(shí)別DNA模板上的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)(依賴于σ因子)在基因表達(dá)中，參與轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控RNA聚合酶的主要功能能識(shí)別并結(jié)合于DNA模板的啟動(dòng)子部位（63⒉ρ因子(Rhofactor)功能(1)能幫助DDRP識(shí)別終止信號(hào)并停止轉(zhuǎn)錄(2)具有ATP酶和解鏈酶活性，使RNA-DNA雜化分子解鏈，從而釋放轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA分子⒉ρ因子(Rhofactor)功能(1)能幫助D643.轉(zhuǎn)錄的DNA模板細(xì)胞內(nèi)DNA不是其全長(zhǎng)都可作為轉(zhuǎn)錄模板DNA雙鏈中，可作為模板轉(zhuǎn)錄成RNA的一條鏈，稱為模板鏈(或反意義鏈)同一DNA雙鏈中與模板鏈相對(duì)(互補(bǔ))的一條鏈稱為編碼鏈(或有意義鏈)，可見轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱的模板鏈=反意義鏈=負(fù)鏈編碼鏈=有意義鏈=正鏈3.轉(zhuǎn)錄的DNA模板細(xì)胞內(nèi)DNA不是其全長(zhǎng)都可作為轉(zhuǎn)錄模65為何稱模板鏈為反意義鏈，編碼鏈為有意義鏈？可從下圖理解：

５'

…GCAGTACATGTC…3'

編碼鏈3'…CGTCATGTACAG…５'

模板鏈DNA轉(zhuǎn)錄５'…GCAGUACAUGUC…3'

mRNA翻譯N…丙－纈－組－纈…C肽比較編碼鏈和RNA鏈的堿基序列可見，除了以Ｕ代Ｔ外，其余均一致。基因組序列均以編碼鏈(正鏈)表示.為何稱模板鏈為反意義鏈，編碼鏈為有意義鏈？可從下圖理解：66不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄的兩方面含義：5'

3'

3'

5'

模板鏈（含結(jié)構(gòu)基因）編碼鏈DNA分子上的一條鏈可轉(zhuǎn)錄，另一條不轉(zhuǎn)錄模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一單鏈上不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄的兩方面含義：5'3'3'5'模671.啟動(dòng)子（promoter）RNA聚合酶與模板DNA結(jié)合的特定部位，是基因轉(zhuǎn)錄的開始部位。一般可分為兩類DDRP能直接識(shí)別的啟動(dòng)子需蛋白質(zhì)輔助因子的幫助，DDRP才能識(shí)別的啟動(dòng)子（四）啟動(dòng)子及終止信號(hào)確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地起始的DNA序列1.啟動(dòng)子（promoter）RNA聚合酶與模板DNA結(jié)68原核生物啟動(dòng)子的3個(gè)功能部位轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn),常標(biāo)以+1,第1個(gè)核苷酸為嘌呤核苷酸(A或G).上游或下游,+或-表示結(jié)合部位,長(zhǎng)度為7bp,位于-10bp處,有一共有序列(-TATAAT-,Pribnow盒)RNA聚合酶的識(shí)別部位,由約6bp,位于-35bp,

也有共有序列(-TTGACA-)原核生物啟動(dòng)子的3個(gè)功能部位轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn),常標(biāo)以+1,第1個(gè)69編碼鏈5'

3'啟動(dòng)子5'

MeGPPPRNA產(chǎn)物原核生物啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始部位+1基因轉(zhuǎn)錄區(qū)-10區(qū)TATAATPribnow盒結(jié)合部位TGTTGACA-35區(qū)識(shí)別部位DNA模板鏈3'

5'編碼鏈5'3'啟動(dòng)子5'MeGPPPRNA產(chǎn)物原70編碼鏈5'

3'DNA模板鏈3'

5'CCAATCAAT盒-70真核生物啟動(dòng)子RNA產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄起始部位+1基因轉(zhuǎn)錄區(qū)TATATATA盒-25Hogness盒結(jié)合部位GAGCCACCCGC盒(少數(shù))編碼鏈5'3'DNA模板鏈3'5'CCAAT712.終止信號(hào)(終止子)DNA分子中決定RNA聚合酶終止轉(zhuǎn)錄的特定堿基序列。原核生物終止信號(hào)堿基組成特點(diǎn)有反向重復(fù)序列決定轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的回折形成莖-環(huán)(或稱發(fā)夾)結(jié)構(gòu)AT富集區(qū)GC富集區(qū)2.終止信號(hào)(終止子)DNA分子中決定RNA聚合酶終止轉(zhuǎn)錄72反向重復(fù)序列AT富集區(qū)GC富集區(qū)一般認(rèn)為由終止子引導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄終止是不依賴ρ因子的反向重復(fù)序列AT富集區(qū)GC富集區(qū)一般認(rèn)為由終止子引導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄終73(五)轉(zhuǎn)錄過程起始延長(zhǎng)終止(以大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄為例）(五)轉(zhuǎn)錄過程起始(以大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄為例）741.轉(zhuǎn)錄起始形成轉(zhuǎn)錄空泡（DNA解鏈長(zhǎng)約20bp)DDRP(σ亞基)辨認(rèn)并結(jié)合于啟動(dòng)子部位由DDRP催化，頭2個(gè)NTP直接在起始點(diǎn)形成第一個(gè)磷酸二酯鍵(不需引物，由模板指導(dǎo)),形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物σ亞基脫落（參與下一輪轉(zhuǎn)錄）由核心酶(α2ββ')催化鏈的延伸第一個(gè)總是GTP全酶(σα2ββ')-DNA模板(啟動(dòng)子)-pppGpN'-OH1.轉(zhuǎn)錄起始形成轉(zhuǎn)錄空泡（DNA解鏈長(zhǎng)約20bp)DDRP753'5'DNA5'3'DNA起始點(diǎn)RNA聚合酶pppGpppN'pppN''5'pppGpN'轉(zhuǎn)錄起始時(shí)pppGpN-OH的生成CN3'5'模板鏈`CN3'5'模板鏈進(jìn)一步延長(zhǎng)起始3'5'DNA5'3'DNA起始點(diǎn)RNA聚合酶pp762.鏈的延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄起始時(shí)形成的“轉(zhuǎn)錄泡”仍保留RNA鏈的延長(zhǎng)由核心酶催化核心酶沿模板鏈3'→5'方向移動(dòng)，RNA鏈按堿基配對(duì)規(guī)律沿5'→3'方向延伸新生鏈與模板鏈形成雜化雙鏈(該雜化分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，RNA鏈游離后，DNA雙鏈重新形成)隨“轉(zhuǎn)錄泡”和DDRP不斷移動(dòng)(單鏈模板不斷暴露)，轉(zhuǎn)錄連續(xù)不斷地進(jìn)行

要點(diǎn)

2.鏈的延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄起始時(shí)形成的“轉(zhuǎn)錄泡”仍保留要77第十章dna、rna的生物合成課件783.轉(zhuǎn)錄終止依賴因子的終止不依賴于因子的終止依賴因子的終止作用機(jī)理3.轉(zhuǎn)錄終止依賴因子的終止依賴因子的79

作用機(jī)理：終止信號(hào)區(qū)特殊堿基序列決定RNA形成發(fā)夾形二級(jí)結(jié)構(gòu)，這是阻止轉(zhuǎn)錄繼續(xù)向下游推進(jìn)的關(guān)鍵；

RNA-DNA雜化雙鏈不穩(wěn)定因素：

DNA復(fù)性，RNA自身形成雙鏈；

RNA3'端，連續(xù)多個(gè)不穩(wěn)定的rU：dA堿基配對(duì)，使轉(zhuǎn)錄復(fù)合體解體。

不依賴因子的終止作用機(jī)理：終止信號(hào)區(qū)特殊堿基不依賴因子的終止80RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGA81莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG5335RNA-pol莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)理使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；5′82轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄過程83二、真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾二、真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾84幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修飾(modification)4.添加(addition)幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(85一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾修飾

5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾修飾5端形86帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)875pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶

Pi5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸88（二）mRNA內(nèi)含子的剪接

1.hnRNA和snRNA核內(nèi)的初級(jí)mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)snRNA(smallnuclearRNA)

核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體（剪接體,splicesome）snRNA（二）mRNA內(nèi)含子的剪接核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體s89真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。2.斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)90外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子91雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾目錄雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRN92雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄933.內(nèi)含子的分類根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子分為4類。I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因；II：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA；III：是常見的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mRNA基因有此類內(nèi)含子；IV：是tRNA基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過程需酶及ATP。3.內(nèi)含子的分類根據(jù)基因的類型和剪接的方式，通常把內(nèi)含子944.mRNA的剪接——套索剪接模式(1)內(nèi)含子兩端的序列：5’GU┄AG3’5’GU可結(jié)合U1-snRNA分支點(diǎn)A可結(jié)合U2-snRNA(2)U1-snRNA,U2-snRNA等形成并接體將內(nèi)含子切除4.mRNA的剪接——套索剪接模式95第十章dna、rna的生物合成課件96（三）mRNA編輯(mRNAediting)

（三）mRNA編輯(mRNAediting)97?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。人類apoB基因mRNA（14500個(gè)核苷酸）肝臟apoB100（分子量為500000）腸道細(xì)胞apoB48（分子量為240000）mRNA編輯?RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工，是可有98二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）剪接和剪切（二）3’端添加CCA（三）化學(xué)修飾

二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）剪接和剪切99RNAaseP、內(nèi)切酶（一）剪接和剪切RNAaseP、內(nèi)切酶（一）剪接和剪切100第十章dna、rna的生物合成課件101（三）化學(xué)修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）（三）化學(xué)修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU（3）核102三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNArDNA內(nèi)含子內(nèi)含子28S5.8S18S三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄45S-rRNA剪接18S103核酸的合成核酸的合成104分子生物學(xué)(分子遺傳學(xué))中心法則

反映了從DNARNA蛋白質(zhì)的遺傳信息主流，揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的貯存、傳遞和表達(dá)的規(guī)律。轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)DNA

RNA（病毒）復(fù)制復(fù)制翻譯蛋白質(zhì)（病毒）反轉(zhuǎn)錄分子生物學(xué)(分子遺傳學(xué))中心法則反映了105第一節(jié)DNA的生物合成

DNA→DNADNA復(fù)制

RNA→DNA反轉(zhuǎn)錄兩種方式第一節(jié)DNA的生物合成DNA→DNA106

復(fù)制：以親代DNA或RNA為模板，根據(jù)堿基配對(duì)的原則，在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA或RNA的過程。一、DNA的復(fù)制復(fù)制的方式DNA的半保留復(fù)制復(fù)制：以親代DNA或RNA為模板，一、DNA的復(fù)制復(fù)制的107一、DNA的半保留復(fù)制2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù):1.定義：1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。以親代DNA雙鏈為模板以堿基互補(bǔ)方式合成子代DNA，這樣新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制。第十二章DNA復(fù)制與修復(fù)一、DNA的半保留復(fù)制2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù):1.定義：108DNA半保留復(fù)制DNA的復(fù)制的方式------1958,MesselsonandStahl實(shí)驗(yàn)證實(shí)DNA半保留復(fù)制DNA的復(fù)制的方式------1958,M109細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)含15N-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第一代重DNA普通DNA普通DNADNA半保留復(fù)制的證據(jù)細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)含15N-DNA的細(xì)菌110混合式重DNA普通DNA重DNA第二代半保留式第一代故可排除混合式復(fù)制方式混合式重DNA普通DNA重DNA第二代半保留式第一代故可排除111培養(yǎng)第一代結(jié)果重DNA普通DNA母鏈全保留式半保留式混合式重DNA普通DNA排除全保留式培養(yǎng)第一代結(jié)果重DNA普通DNA母鏈全保留式半保留式混合式重112細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)(紅線的代表含14N)含15N-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代重DNA第一代重DNA普通DNA普通DNADNA半保留復(fù)制的證據(jù)排除混合式Why?細(xì)菌的DNA雙鏈(藍(lán)線的代表含15N)(紅線的代表含14N)113第十章dna、rna的生物合成課件114DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。

DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，是保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代必要措施。DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非115必須具備的基本條件

模板：母鏈DNA

原料：dNTP(包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

酶和蛋白質(zhì)因子：

引物：一小段RNA

能量（ATP）及某些無機(jī)離子必須具備的基本條件模板：母鏈DNA116參與DNA復(fù)制的酶類與蛋白質(zhì)因子及其主要作用1.拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase,Topo）

無ATP時(shí)：作用相當(dāng)于TopoⅠ,但切割的是雙鏈DNA某一部位(斷雙鏈)。

有ATP時(shí)：使帶斷口、松弛狀的DNA分子旋緊轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)，再連接斷端。不需耗能(ATP)，切割(斷)雙鏈DNA中的一鏈，松解螺旋,封閉切口。又稱切割封口酶。TopoⅠ的作用TopoⅡ(又稱旋轉(zhuǎn)酶)的作用參與DNA復(fù)制的酶類與蛋白質(zhì)因子及其主要作用1.拓?fù)洚悩?gòu)酶117拓?fù)洚悩?gòu)酶II+ATP拓?fù)洚悩?gòu)酶IDNA的松弛狀態(tài)與超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶II+ATP拓?fù)洚悩?gòu)酶IDNA的松弛狀態(tài)與超螺1182.解鏈酶(又稱解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解鏈酶作用：斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵,使DNA雙鏈分離形成“復(fù)制叉”。2.解鏈酶(又稱解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解鏈酶1193.單鏈DNA結(jié)合蛋白(DNA結(jié)合蛋白)(singlestrandedDNA-bindingprotein,SSB)作用：防止重新形成雙鏈和防止單鏈模板被核酸酶水解,維持DNA單鏈狀態(tài)和完整性3.單鏈DNA結(jié)合蛋白(DNA結(jié)合蛋白)作用：防止重新形成1204.引物酶(Primase)5′3′

5′RNA引物5′5′RNA引物3′RNA的合成：需引物酶，它是一種特殊的RNA聚合酶。

DNA不能從無→有合成，需在一小段RNA基礎(chǔ)上合成DNA4.引物酶(Primase)5′3′5′RNA引物5′5′1215.DNA聚合酶（DNApolymerase,DNApol）

即依賴于DNA的DNA聚合酶（DDDP）

原核生物（E.coli）迄今已知只有3種：DNApolⅠ、DNApolⅡ、DNApolⅢ。真核生物

亦發(fā)現(xiàn)有多種DDDP：DDDP、、、、。其性質(zhì)與功能5.DNA聚合酶（DNApolymerase,DN122原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTPdCTPdTTP)需要模板：以DNA為模板鏈，合成子代DNA，模板可以是雙鏈，也可以是單鏈DNA。合成產(chǎn)物與模板互補(bǔ)。需要引物：一小段RNA(或DNA）為引物，在大腸桿菌中，DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物，引物含3’-OH.合成方向：53(一)DNA聚合酶：1956年Kornberg等在大腸桿菌中首先發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶，其后發(fā)現(xiàn)該酶在許多生物中廣泛存在。該酶的催化性質(zhì)如下：原料：四種脫氧核苷三磷酸(一)DNA聚合酶：1956年Ko123大腸桿菌中DNA聚合酶某些性質(zhì)────────────────────────

DNA聚合酶性質(zhì)----------------------------------------------------

ⅠⅡⅢ────────────────────────酶分子/細(xì)胞

400

40

20酶分子量(kd)109901405'→3'聚合功能有有有5'→3'外切酶活性有有

無3'→5'外切酶活性有有有聚合核苷酸數(shù)/分鐘/分子(37℃)10005015000主要功能修復(fù)等修復(fù)作用復(fù)制────────────────────────大腸桿菌中DNA聚合酶某些性質(zhì)124表13-2真核細(xì)胞中DNA聚合酶的性質(zhì)─────────────────────

DNA聚合酶性質(zhì)-------------------------------------------------------

αβγδε─────────────────────分布

細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核分子量(kd)>25036-38160-3001702563’→5’外切酶活性無無有有有5’→3’聚合作用有有有有有主要功能復(fù)制損傷修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制,損傷修復(fù)

(隨從鏈)(領(lǐng)頭鏈)─────────────────────表13-2真核細(xì)胞中DNA聚合酶的性質(zhì)125DDDP5′3′聚合作用示意圖3′模板鏈

5′5′3′DDDP5′3′聚合作用示意圖3′126DDDP的5′3′外切及3′5′外切作用示意圖3′5′外切5′3′外切5′3′CA3′DDDP的5′3′外切及3′5′外切作用示意圖1276.DNA連接酶(DNALigase)作用：在有模板指導(dǎo)的條件下，催化2個(gè)DNA片段(兩片段間的距離為1個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵的鍵長(zhǎng))的連接。原理：在一個(gè)DNA片段的3'-OH末端和另一個(gè)DNA片段的5'-P末端形成3',5'-磷酸二酯鍵，從而實(shí)現(xiàn)連接。特點(diǎn)：原核細(xì)胞:需輔助因子NAD+

真核細(xì)胞:不需輔助因子NAD+,但需耗能(ATP)6.DNA連接酶(DNALigase)作用：在有模板128第十章dna、rna的生物合成課件129表13-4

參與DNA復(fù)制的酶及蛋白質(zhì)─────────────────────酶或蛋白質(zhì)

主要作用─────────────────────拓?fù)洚悩?gòu)酶類

克服解鏈時(shí)打結(jié)及纏繞、松馳或引進(jìn)負(fù)超螺旋解鏈酶類

解開DNA雙鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白

維持已解開單鏈DNA的穩(wěn)定引物酶

合成RNA引物DNA聚合酶Ⅲ

DNA復(fù)制DNA聚合酶Ⅰ

水解引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)作用DNA連接酶

催化雙鏈DNA中單鏈缺口的連接─────────────────────表13-4參與DNA復(fù)制的130（五）、參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖（五）、參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖131

DNA的復(fù)制過程

復(fù)制的起始鏈的延長(zhǎng)復(fù)制的終止DNA的復(fù)制過程132復(fù)制的起始1.在拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈DNA結(jié)合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解鏈，形成復(fù)制叉。2.依賴于單鏈模板，由引物酶催化按堿基配對(duì)規(guī)律合成一小段RNA引物(原核細(xì)胞引物長(zhǎng)50-100個(gè)堿基，真核約10個(gè)堿基)。復(fù)制的起始1.在拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈DNA結(jié)合蛋白的133

DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）復(fù)制的終止：復(fù)制的起始1、起始復(fù)合物的形成：稱為引發(fā)2、RNA引物的合成鏈的延伸：DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）復(fù)制的終止：復(fù)制的134第十章dna、rna的生物合成課件135復(fù)制起始階段的特點(diǎn)真核細(xì)胞：具有多個(gè)起始位點(diǎn)原核細(xì)胞：僅有一個(gè)復(fù)制起始位點(diǎn)，但往往是雙向復(fù)制復(fù)制起始階段的特點(diǎn)真核細(xì)胞：具有多個(gè)原核細(xì)胞：僅有一個(gè)復(fù)制136鏈的延長(zhǎng)引物合成后，由DNApolⅢ（真核細(xì)胞為DNA聚合酶或)催化，在引物3'-OH末端逐一添加與模板鏈對(duì)應(yīng)互補(bǔ)的脫氧核苷磷酸,使新合成的鏈不斷延長(zhǎng)。前導(dǎo)鏈:鏈的延長(zhǎng)方向(5'

3')與解鏈方向(復(fù)制叉移動(dòng)方向)相同,為連續(xù)合成。隨從鏈:

鏈的延長(zhǎng)方向(5'3')與解鏈方向(復(fù)制叉移動(dòng)方向)相反，為不連續(xù)合成。分段合成的DNA片段,最初被命名為岡崎片段鏈的延長(zhǎng)引物合成后，由DNApolⅢ（真核細(xì)胞為DNA聚合137IIIIII138三、DNA復(fù)制的半不連續(xù)性前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈：以3’→5’方向的親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。滯后鏈：以5’→3’方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆復(fù)制叉移動(dòng)方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。三、DNA復(fù)制的半不連續(xù)性前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈：以3’139DNA鏈的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種5’-脫氧核苷三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。兩條鏈方向相反。

前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型DNA鏈的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種5’-140復(fù)制的終止1.水解引物及填補(bǔ)空隙岡崎片段合成后，由DNApolⅠ(真核細(xì)胞可能是DNA聚合酶)水解去除RNA引物，并填補(bǔ)留下的空隙(5'3')聚合。2.完整雙鏈DNA分子的形成

填補(bǔ)空隙后，DNA片段與片段之間還有一個(gè)缺口(一個(gè)3',5'-磷酸二酯鍵的長(zhǎng)度),由DNA連接酶催化連接成完整的鏈，從而產(chǎn)生完整的雙鏈DNA分子。復(fù)制的終止1.水解引物及填補(bǔ)空隙141DNA復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）1、堿基的配對(duì)規(guī)律：摸板鏈與新生鏈之間的堿基配對(duì)保證堿基配錯(cuò)幾率約為1/104～1/105。2、DNA聚合酶的3’→5’外切酶活性的校對(duì)功能，使堿基的錯(cuò)配幾率又降低100～1000倍。3、DNA的損傷修復(fù)系統(tǒng)。DNA復(fù)制必須具有高度精確性，在大腸桿菌的細(xì)胞DNA復(fù)制中其錯(cuò)誤率約為1/109～1/1010，即每109～1010個(gè)核苷酸才出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，也就是大腸桿菌染色體DNA復(fù)制1000～10000次才出現(xiàn)一個(gè)核苷酸的錯(cuò)誤。這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)：DNA復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）1、堿基的配對(duì)規(guī)律：摸板鏈與142二、反轉(zhuǎn)錄

(reversetranscription)概念

以RNA為模板，dNTP為原料，反轉(zhuǎn)錄酶催化，按堿基配對(duì)規(guī)律合成DNA的過程。

反轉(zhuǎn)錄酶,又稱為依賴RNA的DNA聚合酶(RNA-dependentDNApolymerase,RDDP)DNA轉(zhuǎn)錄RNARNA(病毒)反轉(zhuǎn)錄二、反轉(zhuǎn)錄

(reversetranscription)概143....................RDDP引物,4種dNTPRDDPRNaseH4種dNTPRDDP或DDDP病毒RNARNA-DNA雜化分子cDNA前病毒(雙鏈DNA)酶催化反應(yīng)示意圖....................RDDP引物,4種144反向轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌RNA病毒中,其功能可能與病毒的惡性轉(zhuǎn)化作用有關(guān);但它也存在于某些正常細(xì)胞中，在細(xì)胞分化與胚胎發(fā)生中可能起某些作用。反轉(zhuǎn)錄病毒和反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn),提出了一個(gè)重要的醫(yī)學(xué)問題──病毒致癌及癌基因

反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義反向轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌RNA病毒中,145反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義癌基因(oncogene):能在體外引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化,在體內(nèi)誘發(fā)腫瘤的基因.細(xì)胞癌基因(c-onc)或原癌基因(pro-onc):存在于生物正常細(xì)胞基因組中的癌基因.正常情況下基因處于靜止或低表達(dá)的狀態(tài).當(dāng)受到致癌刺激被活化并發(fā)生異常時(shí)則可發(fā)生細(xì)胞癌變.病毒癌基因(v-onc):存在于致瘤病毒中的能使靶細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因.用三個(gè)小寫字母表示癌基因名稱,如myc,fos,ras,src等反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義癌基因(oncogene):能在體外引起細(xì)胞146抑癌基因:是一類抑制細(xì)胞過度生長(zhǎng),增殖從而遏制腫瘤形成的基因.如Rb,P53,P16等癌基因與抑癌基因之間一般處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)是一種反轉(zhuǎn)錄病毒,可引起獲得性免疫缺陷綜合征(AIDS,艾滋病).反轉(zhuǎn)錄酶在基因工程,分子病的基因治療方面也有重要作用.人類免疫缺陷病毒(HIV)反轉(zhuǎn)錄的醫(yī)學(xué)意義抑癌基因:是一類抑制細(xì)胞過度生長(zhǎng),增殖從而遏制腫瘤形成的基147第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)一、DNA的損傷生物體受某些理化和生物等外源性因素或機(jī)體內(nèi)環(huán)境改變的影響，引起DNA分子結(jié)構(gòu)的任何異常改變稱為DNA損傷(DNAdamage)概念第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)一、DNA的損傷148ONHNOCH3RPONHNOCH3RONHNOCH3RPNHNOROCH3UV引起DNA損傷的因素紫外線(常產(chǎn)生嘧啶二聚體)電離輻射(斷磷酸二酯鍵)

物理因素胸腺嘧啶二聚體的產(chǎn)生ONHNOCH3RPONHNOCH3RONHNOCH3RPN149化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CTX)，使鳥嘌呤的

N7烷基化后脫落，成為無鳥嘌呤的位點(diǎn)▲亞硝酸鹽：使堿基脫氨原G-C配對(duì)最終變?yōu)锳-T配對(duì)，導(dǎo)致錯(cuò)配C→UA→IG→X化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CT150COHNCCHCHNOUCONCCHCHNNH2CANNH2NNNNOHNNNIN

OHNNNHH2NGN

OHNNNHHOXCOHNCCHCHNOUCONCCHCHNNH2CANNH2151化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CTX)，使鳥嘌呤的

N7烷基化后脫落，成為無鳥嘌呤的位點(diǎn)▲亞硝酸鹽：使堿基脫氨原G-C配對(duì)最終變?yōu)锳-T配對(duì)，導(dǎo)致錯(cuò)配C→UA→IG→X▲絲裂霉素：與DNA共價(jià)連接引起鏈交聯(lián)化學(xué)因素：均能干擾復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能▲烷化劑：(如氮芥類,CT152目前多指病毒糖苷鍵自行斷裂；自發(fā)脫氨基作用,CU，AI。生物因素生理因素機(jī)率極低突變(mutation)：有機(jī)體基因組可遺傳的改變，即DNA序列的改變.根據(jù)引發(fā)的原因，可將突變分為：

誘發(fā)突變和自發(fā)突變。目前多指病毒糖苷鍵自行斷裂；自發(fā)脫氨基作用,153

缺失根據(jù)DNA分子的改變，突變可分為4類：點(diǎn)突變顛換：異型堿基間變異,

轉(zhuǎn)換：同型堿基間變異,缺失或插入的堿基數(shù)不是3的整倍數(shù)時(shí)，則引起移碼突變插入倒位(或易位)缺失根據(jù)DNA分子的改變，突變可分為4類：點(diǎn)突變顛換：154基因突變可能出現(xiàn)的后果生物體致死生物體某些功能喪失僅改變基因型，表現(xiàn)型不受影響改變生物物種，出現(xiàn)新的生物特征基因突變可能出現(xiàn)的后果生物體致死155

DNA復(fù)制過程所發(fā)生的突變(堿基配對(duì)錯(cuò)誤)，由核內(nèi)DNA聚合酶Ⅰ以其校讀功能予以糾正.若堿基錯(cuò)配頻頻發(fā)生或損傷范圍大，則需采用以下修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù).二、DNA損傷的修復(fù)DNA復(fù)制過程所發(fā)生的突變(堿基配對(duì)錯(cuò)誤)，由核內(nèi)156TT光復(fù)活酶（可見光）T+TDNA修復(fù)方式1.光修復(fù):2.切除修復(fù)：由3種酶共同參與完成。特異性核酸內(nèi)切酶DNApolIDNA連接酶5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'TT光復(fù)活酶（可見光）T+TDNA修復(fù)方式1.光修復(fù):1575'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'復(fù)制重組DDDPIDNA連接酶重組修復(fù)過程3.重組修復(fù)：亦稱復(fù)制后修復(fù)5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'5'5'3'3'1584.SOS修復(fù)：DNA分子受到較大范圍的損傷，細(xì)胞對(duì)危急狀態(tài)所作出的反應(yīng)。機(jī)制引起DNA較長(zhǎng)期的、廣泛的突變。SOS調(diào)節(jié)網(wǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的DNA聚合酶特異性低，識(shí)別堿基能力差,使修復(fù)部位仍存在較多錯(cuò)配的堿基，但細(xì)胞能繼續(xù)生存。后果4.SOS修復(fù)：DNA分子受到較大范圍的損傷，細(xì)胞對(duì)危急狀159第二節(jié)RNA的生物合成

DNA→RNA轉(zhuǎn)錄

RNA→RNARNA復(fù)制兩種方式存在于絕大多數(shù)生物體存在于某些病毒體內(nèi)第二節(jié)RNA的生物合成DNA→RNA160一、轉(zhuǎn)錄（一）概念在DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化下，以DNA的模板鏈為模板，4種NTP為原料，按堿基配對(duì)規(guī)律(T-A,A-U,G-C)合成一條與模板鏈互補(bǔ)的RNA鏈的過程。一、轉(zhuǎn)錄（一）概念在DNA指導(dǎo)的RNA聚161⒈RNA聚合酶常稱為轉(zhuǎn)錄酶(transcriptase)其全稱為：DNA依賴的RNA聚