核酸的生物合成課件

核酸的生物合成

本章重點(diǎn)介紹遺傳中心法則和DNA、RNA的生物合成，對(duì)基因工程作一般介紹。

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DNA是絕大多數(shù)生物體遺傳信息的載體，繼1953年Watson&Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，1958年，Crick提出了“中心法則”(Centraldogma)揭示了遺傳信息的傳遞規(guī)律。遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲(chǔ)存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，通過(guò)DNA復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，這些遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過(guò)翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補(bǔ)充。

中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了深刻的革命。目錄第四節(jié)基因工程及分子生物學(xué)技術(shù)簡(jiǎn)介第一節(jié)DNA的生物合成第二節(jié)RNA的生物合成第三節(jié)核酸合成的抑制劑一、DNA的半保留復(fù)制

1、概念和實(shí)驗(yàn)依據(jù)

2、原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

3、原核細(xì)胞DNA的復(fù)制的起始點(diǎn)和方式5、DNA復(fù)制的忠實(shí)性6、真核細(xì)胞DNA的復(fù)制

4、原核細(xì)胞DNA的復(fù)制過(guò)程（半不連續(xù)復(fù)制）DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時(shí)，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補(bǔ)的原則合成兩條與模板鏈互補(bǔ)的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個(gè)DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來(lái)自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。

原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)

：?jiǎn)?dòng)RNA引物鏈的合成。(3）DNA連接酶（DNAligase）（4）DNA解鏈酶(DNAhelicase)(5）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：結(jié)合在解開的DNA單鏈上，防止重新形成雙螺旋。(6）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能迅速將DNA超螺旋或雙螺旋緊張狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物復(fù)制的忠實(shí)性

DNA復(fù)制過(guò)程是一個(gè)高度精確的過(guò)程，據(jù)估計(jì)，大腸桿菌DNA復(fù)制109-1010堿基對(duì)僅出現(xiàn)一個(gè)誤差，保證復(fù)制忠實(shí)性的原因主要有以下三點(diǎn):a、DNA聚合酶的高度專一性（嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)原則）b、DNA聚合酶的校對(duì)功能（錯(cuò)配堿基被3’-5’外切酶切除）c、起始時(shí)以RNA作為引物連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋PPi或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈大腸桿菌復(fù)制起點(diǎn)成串排列的重復(fù)序列

GATCTNTTNTTT成串排列的三個(gè)13bp序列共有序列共有序列TTATCCACADnaA蛋白結(jié)合位點(diǎn)四個(gè)9bp序列DnaADnaB(解螺旋酶)SSB大腸桿菌DNA復(fù)制起點(diǎn)在起始階段的結(jié)構(gòu)模型原核細(xì)胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過(guò)程

復(fù)制叉的移動(dòng)方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的合成與延長(zhǎng)DNA鏈合成的終止5′RNA引物3′3′DNA連接酶DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶PolIIIPolIII延長(zhǎng)因子DNA聚合酶Ⅲ二聚體DNA聚合酶催化的鏈延長(zhǎng)反應(yīng)3′5′模板鏈5′RNA引物子鏈3′3′5′5′3′3′5′5′3′DNA聚合酶的3-5外切酶水解位點(diǎn)3′3′5′5′錯(cuò)配堿基3′-5′核酸外切酶水解位點(diǎn)復(fù)制叉處前導(dǎo)鏈和隨后鏈同時(shí)合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引物體引物體解旋酶解旋酶DNA聚合酶的校對(duì)功能聚合酶錯(cuò)配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯(cuò)配核苷酸真核細(xì)胞DNA復(fù)制的特點(diǎn)多個(gè)起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)端粒（telemere）復(fù)制端粒酶（telomerase）DNA復(fù)制需要引物，但在線形DNA分子末端不可能通過(guò)正常的機(jī)制在引物被降解后合成相應(yīng)的片段.如果沒(méi)有特殊的機(jī)制合成末端序列，染色體就會(huì)在細(xì)胞傳代中變得越來(lái)越短。這一難題是通過(guò)端粒酶的發(fā)現(xiàn)才得到了澄清，端粒酶是一種含RNA的蛋白復(fù)合物，實(shí)質(zhì)上是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它能催化互補(bǔ)于RNA模板的DNA片段的合成，使復(fù)制以后的線形DNA分子的末端保持不變。

初步研究表明，人體中生殖細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度保持不變，而體細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度則隨個(gè)體的老化而逐步縮短。對(duì)此的一個(gè)推論是：人的生殖細(xì)胞具端粒酶的活力，體細(xì)胞則否。這一問(wèn)題的解決無(wú)疑會(huì)有助于對(duì)生命衰老的認(rèn)識(shí)。5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較二、逆轉(zhuǎn)錄作用1、概念2、逆轉(zhuǎn)錄酶3、病毒逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程4、逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義擴(kuò)充了中心法則有助于對(duì)病毒致癌機(jī)制的了解與真核細(xì)胞分裂和胚胎發(fā)育有關(guān)逆轉(zhuǎn)錄酶是分子生物學(xué)重要工具酶三種功能依賴DNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶活力依賴RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力

以RNA為模板合成DNA，這與通常轉(zhuǎn)錄過(guò)程中遺傳信息從DNA到RNA的方向相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄作用。

三、DNA的突變

DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導(dǎo)致DNA的復(fù)制以及后來(lái)的轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為DNA的突變。它包括由于DNA損傷和錯(cuò)配得不到修復(fù)而引起的突變，以及由于不同DNA分子之間的交換而引起的遺傳重組。二、誘變劑的作用堿基類似物(baseanalog)

堿基修飾劑(basemodifier)嵌入染料(intercalationdye)

紫外線(ultraviolet)和電離輻射(ionizingradiation)一、突變的類型

堿基對(duì)的置換(substitution)

移碼突變(framesshiftmutation)

DNA突變的類型

-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換

-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A

-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T野生型基因

-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-

-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換堿基對(duì)的置換(substitution)移碼突變(framesshiftmutation)四、DNA的損傷與修復(fù)

某些物理化學(xué)因子，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機(jī)理是作用于DNA，造成DNA結(jié)構(gòu)和功能的破壞，稱為DNA的損傷.DNA的修復(fù)主要有以下類型:暗修復(fù)（4）誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）（1）光裂合酶修復(fù)活（2）切除修復(fù)（3）重組修復(fù)

DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯(cuò)配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶插入酶堿基取代DNA的重組修復(fù)胸腺嘧啶二聚體復(fù)制核酸酶及重組蛋白修復(fù)復(fù)制DNA聚合酶DNA連接酶重組SOS反應(yīng)的機(jī)制靶基因表達(dá)lexA靶基因表達(dá)但產(chǎn)物被分解recA大量表達(dá)RecA促使分解LexA未誘導(dǎo)的細(xì)胞誘導(dǎo)的細(xì)胞靶基因lexA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏recA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏（40個(gè)不同的位點(diǎn)被阻遏）LexA(阻遏物)RecA(輔蛋白酶)單鏈DNAATP第二節(jié)

RNA的生物合成一、DNA指導(dǎo)下RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）二、RNA指導(dǎo)下RNA的合成(RNA的復(fù)制)三、RNA和DNA合成比較一、DNA指導(dǎo)下RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）1、概念及DNA的有義鏈和反義鏈2、RNA聚合酶及催化反應(yīng)3、RNA合成過(guò)程4、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工5、真核生物的RNA合成轉(zhuǎn)錄的概念和DNA的有義鏈和反義鏈

轉(zhuǎn)錄是在DNA的指導(dǎo)下的RNA聚合酶的催化下，按照鹼基配對(duì)的原則，以四種核苷酸為原料合成一條與模板DNA互補(bǔ)的RNA的過(guò)程。RNA的轉(zhuǎn)錄從DNA模板的特定位點(diǎn)開始，并在一定的位點(diǎn)終止。此轉(zhuǎn)錄區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)轉(zhuǎn)錄單位。

啟動(dòng)子（promoter)

終止子(terminator)模板鏈（templattestrand）反意義鏈(antisensestrand)有意義鏈(sensestrand)非信息區(qū)DNA5′5′3′3′大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——起始和催化聚合反應(yīng)α——？全酶(αββ)RNA聚合酶催化的反應(yīng)ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNARNA合成過(guò)程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長(zhǎng)階段53RNA

啟動(dòng)子（promoter)

終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553離開RNA鏈的延伸圖解3′3′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動(dòng)方向新生RNA復(fù)鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長(zhǎng)部位原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸內(nèi)切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：5’—端切除幾到10個(gè)核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示異構(gòu)化酶的作用

真核細(xì)胞mRNA的加工5′

“帽子”PolyA

3′

順?lè)醋?cistron)

m7G-5′ppp-N-3′pAAAAAAA-OH5′端接上一個(gè)“帽子”(CAP)結(jié)構(gòu)3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化剪接：剪去內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(extron)酵母酪氨酸t(yī)RNA前體的加工早轉(zhuǎn)錄本成熟tRNA加工真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別

DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運(yùn)加工mRNAmRNA

真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域RNA聚合酶不相同啟動(dòng)子不同轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同噬菌體Q的合成

A.負(fù)鏈的合成B.正鏈的合成病毒的正鏈復(fù)制中間體復(fù)制中間體新合成的正鏈新合成的負(fù)鏈負(fù)鏈第三節(jié)核酸合成的抑制劑核苷酸合成抑制劑氨基酸類似物葉酸類似物堿基和核苷酸類似物嵌合劑烷化劑

與DNA模板結(jié)合的抑制劑

作用于DNA聚合酶或RNA集合酶的抑制劑抗菌素:如利福平、曲張霉素有機(jī)化合物：如磷羧基乙酸第四節(jié)基因工程及分子生物學(xué)技術(shù)簡(jiǎn)介

一、基因工程二、體細(xì)胞克隆技術(shù)三、聚合酶鍵式反應(yīng)（polymerasechainreaction,PCR）一、基因工程簡(jiǎn)介

基因工程亦稱遺傳工程，即利用DNA重組技術(shù)的方法，把DNA作為組件，在細(xì)胞外將一種外源DNA（目的基因）和載體DNA重新組合連接（重組），最后將重組體轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞，使外源基因DNA在宿主細(xì)胞中，隨細(xì)胞的繁殖而增殖（cloning，克?。蜃詈蟮玫奖磉_(dá)，最終獲得基因表達(dá)產(chǎn)物或改變生物原有的遺傳性狀。

基因工程的操作技術(shù)

基因工程的應(yīng)用與前景基因工程的操作技術(shù)

ForeignDNAtobeinsertedPlansmidvectorJoiningRecombinantDNAmoleculeIntroductionintohostcellsbytransformationofviralinfection

HostchromatemeSlectionforcellscoteiningarecombinantDNAmoleculeCloning+1、體外基因重組

目的基因的制備

載體的構(gòu)建：質(zhì)?；蚴删w