分子生物學(xué)-核酸分子-課件

第二章核酸分子1ppt課件第二章核酸分子1ppt課件1本章內(nèi)容第一節(jié)核酸結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)核酸基因第三節(jié)核酸生物合成第四節(jié)核酸基因表達(dá)調(diào)控2ppt課件本章內(nèi)容第一節(jié)核酸結(jié)構(gòu)與功能2ppt課件2精品資料精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”分子生物學(xué)--核酸分子--ppt課件4/核酸領(lǐng)域的權(quán)威刊物第一節(jié)核酸結(jié)構(gòu)與功能5ppt課件/5一、核酸的概念和重要性核酸是含磷的生物大分子，負(fù)責(zé)遺傳信息的傳遞表達(dá)及某些其他功能。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，開辟了生命科學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。6ppt課件一、核酸的概念和重要性核酸是含磷的生物大分子，負(fù)責(zé)遺傳信6DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)1950年Chargaff的當(dāng)量規(guī)律。1952年R.Franklin和Wilkins一張清晰的DNA結(jié)晶X衍射照片。7ppt課件DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)7ppt課件7二、核酸的組成成分核酸核苷酸核苷磷酸堿基(嘌呤,嘧啶)戊糖(核糖,脫氧核糖)8ppt課件二、核酸的組成成分核酸核苷酸核苷磷酸堿基(嘌呤,嘧啶)戊糖(8DNA的結(jié)構(gòu)9ppt課件DNA的結(jié)構(gòu)9ppt課件9Pentosesinnucleicacids10ppt課件Pentosesinnucleicacids10ppt10NNNNNH2HHANHNNNH2NHOGNNH2ONHCNOOHNHCH2TNOOHNHUNNNNNH2HHANHNNNH2NHOGNNH2ONHC11ppt課件NNNNNH2HHANHNNNH2NHOGNNH2ONHCN11核酸分子中堿基的結(jié)構(gòu)12ppt課件12ppt課件12AGCU

+ribosenucleoside+HPO42-nucleotideRNAAGCT+D-ribosenucleoside+HPO42-nucleotideDNAMoleculeformationofRNAandDNA13ppt課件AGCU+ribosenucleoside+HPO413nucleicacidspentosesbasesRNAriboseA,G,C,UDNAdeoxyriboseA,G,C,TRNA與DNA的區(qū)別問題：核酸中包含核糖或脫氧核糖，為何進(jìn)化中沒有選擇葡萄糖？14ppt課件nucleicacidspentosesbasesRNAr14ATP-----生物體的速效能源演繹出細(xì)胞內(nèi)磷酸化的普遍性高能磷酸鍵15ppt課件ATP-----生物體的速效能源演繹出細(xì)胞內(nèi)磷酸化的普遍性高15三、DNA的結(jié)構(gòu)核苷酸之間以磷酸二酯鍵相連兩條鏈反向平行堿基之間以氫鍵相連,A與T形成2個(gè)氫鍵,G與C形成3個(gè)氫鍵16ppt課件三、DNA的結(jié)構(gòu)核苷酸之間以磷酸二酯鍵相連16ppt課件16(一)DNA的一級結(jié)構(gòu)核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接17ppt課件(一)DNA的一級結(jié)構(gòu)核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接117(二)DNA的二級結(jié)構(gòu)18ppt課件(二)DNA的二級結(jié)構(gòu)18ppt課件181.雙螺旋結(jié)構(gòu)的依據(jù)Wilkins和Franklin發(fā)現(xiàn)不同來源的DNA纖維具有相似的X射線衍射圖譜,表明DNA具有共同的分子模型Chargaff用層析法證明的堿基成對規(guī)律DNA的磷酸基可以滴定,而嘌呤和嘧啶不能滴定,說明它們由氫鍵連接19ppt課件1.雙螺旋結(jié)構(gòu)的依據(jù)19ppt課件19JWatson(1928—)FCrick(1916—)各種試驗(yàn)證據(jù)堆集，雙螺旋結(jié)構(gòu)呼之欲出，兩位勤于思考的科學(xué)家幸運(yùn)摘取科學(xué)明珠20ppt課件JWatson(1928—)FCrick2021ppt課件21ppt課件21Watson、Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)22ppt課件Watson、Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)22ppt課件22OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH2OPOHOOTO-CH2OPOHO要點(diǎn)一單核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成長鏈多核苷酸2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)23ppt課件OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH223兩條多核苷酸鏈反向平行纏繞形成雙股螺旋要點(diǎn)二24ppt課件兩條多核苷酸鏈反向平行纏繞形成雙股螺旋要點(diǎn)二24ppt課件24OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH2OPOHOOTO-CH2OPOHO3’5’OOOOHOPH2CTOOOOHOPH2CCOOOOHOPH2CGOO-OOOHOPH2CA5’3’25ppt課件OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH225要點(diǎn)三兩條鏈上A與T配對，G和C配對維持堿基之間配對的作用力是氫鍵26ppt課件要點(diǎn)三兩條鏈上A與T配對，G和C配對維持堿基之間配對的作用力26OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH2OPOHOOTO-CH2OPOHOOOOOHOPH2CTOOOOHOPH2CCOOOOHOPH2CGOO-OOOHOPH2CA27ppt課件OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH227OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH2OPOHOOTO-CH2OPOHOOOOOHOPH2CTOOOOHOPH2CCOOOOHOPH2CGOO-OOOHOPH2CA解鏈溫度Tm與GC含量成正比28ppt課件OAOCH2OPO-OHOOGOCH2OPOHOOCOCH228核酸為何沒有選擇6碳糖，而選擇了5碳糖？29ppt課件核酸為何沒有選擇6碳糖，29ppt課件29J.Am.Chem.Soc.,2006,128(33),pp10847–10856美國田納西州范德堡大學(xué)生物化學(xué)家MartinEgli博士核酸為何沒有選擇6碳糖，而選擇了5碳糖？AnexperimentalrationalizationofthestructuretypeencounteredinDNAandRNAbysystematicallyinvestigatingthechemicalandphysicalpropertiesofalternativenucleicacidshasidentifiedsystemswithavarietyofsugar?phosphatebackbonesthatarecapableofWatson?Crickbasepairingandinsomecasescross-pairingwiththenaturalnucleicacids.Theearliestamongthemodelsystemstestedtodate,(4‘→6‘)-linkedoligo(2‘,3‘-dideoxy-β-d-glucopyranosyl)nucleotidesorhomo-DNA,showsstableself-pairing,butthepairingrulesforthefournaturalbasesarenotthesameasthoseinDNA.However,acompleteinterpretationandunderstandingofthepropertiesofthehexapyranosyl(4‘→6‘)familyofnucleicacidshasbeenimpededuntilnowbythelackofdetailed3D-structuraldata.Wehavedeterminedthecrystalstructureofahomo-DNAoctamer.Itrevealsaweaklytwistedright-handedduplexwithastronginclinationbetweenthehexose?phosphatebackbonesandbase-pairaxes,andhighlyirregularvaluesforhelicalriseandtwistatindividualbasesteps.Thestructureallowsarationalizationoftheinabilityofallo-,altro-,andglucopyranosyl-basedoligonucleotidestoformstablepairingsystems.30ppt課件J.Am.Chem.Soc.,2006,128(30核苷酸之間以磷酸二酯鍵相連兩條鏈反向平行堿基之間以氫鍵相連,A與T形成2個(gè)氫鍵,G與C形成3個(gè)氫鍵31ppt課件核苷酸之間以磷酸二酯鍵相連31ppt課件31(三)

DNA分子三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)原核生物:在雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)盤曲,形成超螺旋(supercoil)體積進(jìn)一步壓縮.真核生物:

DNA的三級結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的結(jié)合有關(guān).與DNA相結(jié)合的蛋白質(zhì)有組蛋白、和非組蛋白.組蛋白有H1、H2A、H2B、H3和H4等.它們相互聚合并與DNA結(jié)合,形成串珠狀結(jié)構(gòu),即高等生物染色質(zhì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu).串珠狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步卷曲折疊形成染色單體.32ppt課件(三)DNA分子三級結(jié)構(gòu)原核生物:真核生物:32ppt課件32ChromosomeChromosomeinmetaphasex5Chromatinfiber(30nmindiameter)x40Solenoid(6nucleosomesperturn)x6Mucleosomex7Histones7x6x40x5=8400!!!33ppt課件ChromosomeChromosomeinmetaph3334ppt課件34ppt課件34端粒與端粒酶端粒:線狀染色體末端的DNA重復(fù)序列，在正常人體細(xì)胞中，可隨著細(xì)胞分裂而逐漸縮短。端粒酶:一種反轉(zhuǎn)錄酶，由蛋白質(zhì)和RNA兩部分組成核糖蛋白復(fù)合體，其中RNA是一段模板序列，指導(dǎo)合成端粒DNA的重復(fù)序列片段。

端粒酶35ppt課件端粒與端粒酶端粒:線狀染色體末端的DNA重復(fù)序列，在正常人體352009年度諾貝爾獎(jiǎng)：端粒酶的發(fā)現(xiàn)

2009年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)給三位美國科學(xué)家伊麗莎白.布蘭克波恩(ElizabethH.Blackburn)、卡羅爾.格雷德(CarolW.Greider)以及杰克.紹斯塔克(JackW.Szostak)共同獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)。他們發(fā)現(xiàn)了由染色體根冠制造的端粒酶(telomerase)，這種染色體的自然脫落物將引發(fā)衰老和癌癥。36ppt課件2009年度諾貝爾獎(jiǎng)：端粒酶的發(fā)現(xiàn)

2009年度諾貝爾生36四、DNA研究---史海鉤沉37ppt課件四、DNA研究---史海鉤沉37ppt課件37DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是一場科學(xué)競爭，各路英豪逐鹿中原，博采眾長的Watson和Crick贏得了勝利38ppt課件DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)38ppt課件38MWilkins(1916—)

他與watson和crick共同獲得諾貝爾獎(jiǎng)39ppt課件MWilkins(1916—)他與watson39拍攝了高質(zhì)量的衍射照片，但與諾貝爾獎(jiǎng)無緣，且又英年早逝，令人惋惜！許多學(xué)者撰文紀(jì)念這位女科學(xué)家！英年早逝的RFranklin(1920—1958)40ppt課件拍攝了高質(zhì)量的衍射照片，但與諾貝爾獎(jiǎng)無緣，且又英年早逝，令人40Franklin拍攝的DNA晶體照片為雙螺旋結(jié)構(gòu)起到了決定性作用,但“科學(xué)玫瑰”沒等分享榮耀就已凋謝。Franklin生于倫敦富有猶太家庭，早年畢業(yè)于劍橋大學(xué)。Wilkins不喜歡她進(jìn)入自己的研究領(lǐng)域，但研究又離不開她。他把她看做副手，她卻認(rèn)為地位同等，兩人私交惡劣。當(dāng)時(shí)劍橋?qū)ε茖W(xué)家歧視，甚至不準(zhǔn)女性在高級休息室里用午餐。1962年，當(dāng)Watson、Crick和Wilkins共同分享諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，F(xiàn)ranklin已經(jīng)因長期接觸放射性物質(zhì)而患乳腺癌英年早逝。41ppt課件Franklin拍攝的DNA晶體照片為雙螺旋結(jié)構(gòu)起到41EChargaff(1905—2002)未獲諾獎(jiǎng)，但其貢獻(xiàn)非常大G＝CA＋G＝T＋CChagaff’slawA＝T42ppt課件EChargaff(1905—2002)未獲諾獎(jiǎng)，但其貢42科學(xué)需要執(zhí)著---鍥而不舍，水滴石穿科學(xué)需要積累---匯滴水以成江河科學(xué)需要合作---集思廣益，眾志成城科學(xué)需要運(yùn)氣---運(yùn)氣只垂青于有準(zhǔn)備的人DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的科學(xué)啟示43ppt課件科學(xué)需要執(zhí)著---鍥而不舍，水滴石穿科學(xué)需要積累---431953年4月25日，《Nature》周刊發(fā)表了這篇僅有900多字的文章：DNA的分子結(jié)構(gòu)：DNA是一個(gè)長長的雙鏈分子，由兩條同軸反向相互纏繞的多核苷酸鏈組成，外側(cè)是由脫氧核糖和磷酸根組成的分子骨架，中間是由互補(bǔ)的堿基對組成的階梯，堿基配對方式是A配T，C配G；堿基對間距為0.34納米，每10個(gè)堿基對形成一個(gè)螺旋周期，螺旋直徑為1納米。這個(gè)模型既能從螺旋性、分子直徑、堿基對的幾何學(xué)尺度等方面闡明X射線衍射圖像，又能以堿基專一性互補(bǔ)配對來解釋查伽夫當(dāng)量定律44ppt課件1953年4月25日，《Nature》周刊發(fā)表了這篇僅44Nature171,737-734(1953)(C)MacmillanPublishersLtd.MolecularstructureofNucleicAcidsWATSON,J.D.&CRICK,F.H.C.MedicalResearchCouncilUnitfortheStudyofMolecularStructureofBiologicalSystems,CavendishLaboratory,Cambridge.

AStructureforDeoxyriboseNucleicAcidWewishtosuggestastructureforthesaltofdeoxyribosenucleicacid(D.N.A.).Thisstructurehasnovelfeatureswhichareofconsiderablebiologicalinterest.Figure1Thisfigureispurelydiagrammatic.Thetworibbonssymbolizethetwophophate-sugarchains,andthehorizonalrodsthepairsofbasesholdingthechainstogether.Theverticallinemarksthefibreaxis.45ppt課件Nature171,737-734(1953)(C)45

DNA雙螺旋不僅外形美，而且具內(nèi)在的科學(xué)美。

科學(xué)美的體現(xiàn)：第一，堿基配對專一性保證了復(fù)制的高度精確性；第二，就一條鏈而言，模型并不限制堿基排列順序，這保證了DNA可以負(fù)載無窮多樣的遺傳信息。這充分體現(xiàn)了基因的屬性：變異的多樣性和復(fù)制的高度精確性。

1962年，沃森、克里克因發(fā)現(xiàn)DNA分子結(jié)構(gòu)，與改進(jìn)了X射線衍射技術(shù)的威爾金斯一起獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)。

46ppt課件DNA雙螺旋不僅外形美，而且具內(nèi)在的科學(xué)美。46p46沃森和克里克為什么會(huì)成功？

X射線衍射分析技術(shù)——不如威爾金斯和富蘭克林；結(jié)構(gòu)化學(xué)知識——更比不上萊納斯.鮑林。兩位靠合作取勝，靠博采眾長。他們將物理和化學(xué)的研究對象放到生物學(xué)背景中考慮，時(shí)刻牢記DNA是遺傳物質(zhì)，搞清DNA分子結(jié)構(gòu)，就是闡明基因的自體催化和異體催化。迄今為止，搞清楚結(jié)構(gòu)的大分子很多，結(jié)構(gòu)之復(fù)雜大大超出雙螺旋模型，有不少也得了諾貝爾獎(jiǎng)，但全世界唯獨(dú)把1953年4月25日來紀(jì)念，并把2003年4月25日定為國際DNA日，因?yàn)檫@個(gè)模型揭示了生命的分子本質(zhì)！47ppt課件沃森和克里克為什么會(huì)成功？

X射線衍射分析技術(shù)——不47DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)已成經(jīng)典科學(xué)競爭已塵埃落定舊時(shí)代的終結(jié)了生命科學(xué)新時(shí)代已經(jīng)來臨！

48ppt課件DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)已成經(jīng)典48ppt課件48DNA雙螺旋的構(gòu)象類型B-DNA：92%相對濕度，接近細(xì)胞內(nèi)的DNA構(gòu)象，與Watson和Crick提出的模型相似。A-DNA：75%相對濕度，與溶液中DNA-RNA雜交分子的構(gòu)象相似，推測轉(zhuǎn)錄時(shí)發(fā)生B→A。其堿基平面傾斜20°，螺距與每一轉(zhuǎn)堿基對數(shù)目都有變化。Z-DNA：主鏈呈鋸齒型左向盤繞，直徑約1.8nm，螺距4.5nm，每一轉(zhuǎn)含12個(gè)bp，只有小溝。B-DNA與Z-DNA的相互轉(zhuǎn)換可能和基因的調(diào)控有關(guān)。49ppt課件DNA雙螺旋的構(gòu)象類型B-DNA：92%相對濕度，接近細(xì)胞內(nèi)4950ppt課件50ppt課件5051ppt課件51ppt課件5152ppt課件52ppt課件52DNA的硫修飾（DNA磷硫酰化）鄧子新院士LianrongWang,ShiChen,TiegangXu,KoliTaghizadeh,JohnSWishnok,XiufenZhou,DelinYou,ZixinDeng,PeterCDedon.PhosphorothioationofDNAinbacteriabydndgenes.NatureChemicalBiology,2007,3,709-710

ModificationsofthecanonicalstructuresofDNAandRNAplaycriticalrolesincellphysiology,DNAreplication,transcriptionandtranslationinallorganisms.WenowreportthatbacterialdndgeneclustersincorporatesulfurintotheDNAbackboneasasequence-selective,stereospecificphosphorothioatemodification.Toourknowledge,unlikeanyotherDNAorRNAmodificationsystems,DNAphosphorothioationbydndgeneclustersisthefirstphysiologicalmodificationdescribedontheDNAbackbone.53ppt課件DNA的硫修飾（DNA磷硫?；┼囎有略菏縇53五、RNA的結(jié)構(gòu)與功能（1）tRNA二級結(jié)構(gòu)

——三葉草54ppt課件五、RNA的結(jié)構(gòu)與功能（1）tRNA二級結(jié)構(gòu)

——54tRNA

L形三級結(jié)構(gòu)55ppt課件tRNA

L形三級結(jié)構(gòu)55ppt課件55（2）rRNA核糖體由40%蛋白質(zhì)和60%的rRNA組成，rRNA占細(xì)胞總RNA的80%。原核生物真核生物核糖體rRNA核糖體rRNA70S30S16S，5S，23S50S80S40S18S,5S,5.8S,28S60S56ppt課件（2）rRNA核糖體由40%蛋白質(zhì)和60%的rRNA組5657ppt課件57ppt課件572009年度諾貝爾獎(jiǎng)：核糖體結(jié)構(gòu)2009年10月7日宣布，英國科學(xué)家萬卡特拉曼-萊馬克里斯南、美國科學(xué)家托馬斯-施泰茨和以色列科學(xué)家阿達(dá)-約納特3人共同獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，其中約納特是自1964年以來首位獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的女科學(xué)家。他們將平分諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)金1000萬瑞典克朗（約合140萬美元）。58ppt課件2009年度諾貝爾獎(jiǎng)：核糖體結(jié)構(gòu)58ppt課件58（3）mRNA和hnRNAmRNA:占細(xì)胞總RNA的3~5%,壽命很短。hnRNA：真核生物mRNA的前體在核內(nèi)，分子大小極不均一。hnRNA被加工為成熟mRNA后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。59ppt課件（3）mRNA和hnRNAmRNA:占細(xì)胞總RNA的3~5%59（4）ncRNA非編碼RNAmiRNAsiRNApiRNApiRNA最早是2006年來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室的格雷格?漢農(nóng)研究小組和紐約洛克菲勒大學(xué)的托馬斯研究小組在對老鼠睪丸中的所有RNA編碼時(shí)發(fā)現(xiàn)的?？茖W(xué)家們當(dāng)時(shí)在對無脊椎動(dòng)物和小鼠中對精子細(xì)胞發(fā)育過程中起重要作用的Piwi蛋白進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)上附著了一類新的RNA，因此將這類新RNA命名為“PIWI互動(dòng)RNA”（簡稱piRNAs）。而幾乎在同時(shí)，來自波士頓的羅伯特?金斯頓和他的同事們也在大鼠的睪丸提取物中發(fā)現(xiàn)了piRNA。比起已發(fā)現(xiàn)的其他小分子RNA，30個(gè)核苷酸左右的piRNA要稍長。格雷格?漢農(nóng)等發(fā)現(xiàn)piRNA大小約為29—30個(gè)核苷酸，而托馬斯等人的結(jié)果稍有出入，在26—31個(gè)核苷酸左右。piRNA的發(fā)現(xiàn)被美國《科學(xué)》（Science）雜志評為了2006年十大科學(xué)進(jìn)展之一。近年來隨著針對piRNA信號研究的深入展開，科學(xué)家們普遍認(rèn)為piRNA途徑可能是動(dòng)物生殖細(xì)胞進(jìn)化獲得的一個(gè)獨(dú)特的對抗外來入侵遺傳元件、維持自身基因組穩(wěn)定和完整的作用通路，推測piRNA可能在表觀遺傳水平和轉(zhuǎn)錄后水平沉默轉(zhuǎn)座子、逆轉(zhuǎn)座子等DNA移動(dòng)元件。AravinAAetal.DevelopmentallyRegulatedpiRNAClustersImplicateMILIinTransposonControl.Science,2007;316:744-747.ChambeyronSetal.piRNA-mediatednuclearaccumulationofretrotransposontranscriptsintheDrosophilafemalegermline.PNAS,2008;105:14964-14969.OhnishiYetal.SmallRNAclasstransitionfromsiRNA/piRNAtomiRNAduringpre-implantationmousedevelopment.NucleicAcidsRes.,2010,38:5141-5151.60ppt課件（4）ncRNA非編碼RNA60ppt課件60（5）RNA的其他功能核酶：具有催化作用的RNA,大部分參加RNA的加工和成熟,有的可催化C-N鍵的合成問題：某些RNA具有催化功能，表明在蛋白質(zhì)出現(xiàn)之前，已經(jīng)有RNA在執(zhí)行催化功能？61ppt課件（5）RNA的其他功能核酶：具有催化作用的RNA,大部分參61六、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性堿基對間的氫鍵堿基堆積力環(huán)境中的正離子DNA或RNA中的磷酸基在不與正離子結(jié)合狀態(tài)下有靜電斥力。環(huán)境中的Na+，K+等離子，原核細(xì)胞內(nèi)帶正電荷的多胺類，真核細(xì)胞帶正電荷的組蛋白，均可與磷酸基團(tuán)結(jié)合，消除靜電斥力。62ppt課件六、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性堿基對間的氫鍵62ppt課件62七、核酸的性質(zhì)一般理化性質(zhì)（略）核酸的紫外吸收性質(zhì)：嘌呤和嘧啶環(huán)的共軛體系強(qiáng)烈吸收260~290nm波段紫外光，260nm為最高吸收峰。DNA的變性和復(fù)性63ppt課件七、核酸的性質(zhì)一般理化性質(zhì)（略）63ppt課件63（1）核酸的變性變性的概念：雙螺旋氫鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞，形成單鏈無規(guī)則狀態(tài)的過程。變性后，紫外吸收增加，叫做增色效應(yīng)。熱變性和Tm：DNA紫外吸收增加量達(dá)最大增量1/2時(shí)的溶解溫度，稱解鏈溫度。影響Tm的因素：G-C含量:（G+C）%=(Tm-69.3)×2.44溶液離子強(qiáng)度溶液pH值變性劑64ppt課件（1）核酸的變性變性的概念：雙螺旋氫鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞，形64(2)核酸的復(fù)性復(fù)性的過程:兩條單鏈重新形成完整的雙鏈分子。影響復(fù)性的因素65ppt課件(2)核酸的復(fù)性復(fù)性的過程:兩條單鏈重新形成完整的雙鏈65DNA的變性與復(fù)性高溫變性緩慢冷卻急速冷卻熱復(fù)性復(fù)性失敗66ppt課件DNA的變性與復(fù)性高溫變性緩慢冷卻急速冷卻熱復(fù)性復(fù)性失66(4)核酸的序列測定Sanger的酶法Gilbert的化學(xué)法檢索核酸序列的方法：輸入存取號Accessno.Http：//67ppt課件(4)核酸的序列測定Sanger的酶法檢索核酸序列的方法：輸67第三節(jié)DNA、基因和基因組基因的概念（內(nèi)含子，外顯子，單順反子，多順反子，轉(zhuǎn)座因子）中心法則核糖體RNA(rRNA)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)信使RNA(tRNA)原核生物基因組的特點(diǎn)真核生物基因組的特點(diǎn)基因突變68ppt課件第三節(jié)DNA、基因和基因組基因的概念（內(nèi)含子，外顯子，68一、基因的概念概念：具有編碼蛋白質(zhì)的DNA或RNA序列內(nèi)含子：不轉(zhuǎn)錄為mRNA,但可能翻譯為小RNA外顯子：轉(zhuǎn)錄為mRNA并且翻譯為肽鏈單順反子:1個(gè)基因轉(zhuǎn)錄為1條mRNA，編碼1條多肽鏈多順反子：原核生物幾個(gè)基因轉(zhuǎn)錄到1條mRNA中轉(zhuǎn)座因子:可以跳躍的核酸序列69ppt課件一、基因的概念概念：具有編碼蛋白質(zhì)的DNA或RNA序列69p69跳躍基因1950年，B.McClintock發(fā)現(xiàn)玉米中的Ac-Ds系統(tǒng)，30年后獲得諾貝爾獎(jiǎng)70ppt課件跳躍基因1950年，B.McClintock發(fā)現(xiàn)玉米中的A70芭芭拉·麥克林托克(McClintockB,1902～1992)是20世紀(jì)最具傳奇經(jīng)歷的女科學(xué)家，她在玉米中發(fā)現(xiàn)了“會(huì)跳舞”基因。1983年，瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)金評定委員會(huì)終于把這一年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了這位81歲高齡、不屈不撓的女科學(xué)家，麥克林托克也由此成為遺傳學(xué)領(lǐng)域第一位獨(dú)立獲得諾貝爾獎(jiǎng)的女科學(xué)家。面對遲到的榮譽(yù)，麥克林托克深感欣慰。1992年9月2日，麥克林托克在冷泉港去世，終年90歲。71ppt課件芭芭拉·麥克林托克(McClintockB,1902～1971轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子關(guān)鍵不是跳躍，而是它受環(huán)境條件誘導(dǎo)72ppt課件轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子關(guān)鍵不是跳躍，而是它受環(huán)境條件誘導(dǎo)72ppt72轉(zhuǎn)座帶來的基因重排73ppt課件轉(zhuǎn)座帶來的基因重排73ppt課件73轉(zhuǎn)座子的遺傳學(xué)效應(yīng)引起插入突變。插入位置上出現(xiàn)新基因。原來位置上保持或切離著原有的轉(zhuǎn)座子。造成插入位置上受體DNA形成正向重復(fù)序列。調(diào)節(jié)基因活動(dòng)的開關(guān)。增加同源序列。74ppt課件轉(zhuǎn)座子的遺傳學(xué)效應(yīng)引起插入突變。74ppt課件74經(jīng)典遺傳學(xué)三杰75ppt課件經(jīng)典遺傳學(xué)三杰75ppt課件75

DNAReplicationRNAReplicationReverseTranscriptionProteinTranslationTranscription二、中心法則76ppt課件DNAReplicationRNAReplicationR76遺傳信息的傳遞與表達(dá)77ppt課件遺傳信息的傳遞與表達(dá)77ppt課件77TACTTTAAAGTATranscription-TheProductionofmRNARNAPolymerasebeginstowork!!StartHere!!AUUGGAAAAAAAStopHere!!78ppt課件TACTTTAAAGTATranscription-The78TACTTTAAAGTA79ppt課件TACTTTAAAGTA79ppt課件79mRNAmovesoutofthenucleustoRoughEndoplasmicReticulumRoughERNuclearMembraneRibosomesmRNA80ppt課件mRNAmovesoutoftheRoughER80AAAGUATranslation-ProteinSynthesisCodonCodonUUUtRNAAntiCodonUACtRNAMethionineUUUtRNAPhenylalanine81ppt課件AAAGUATranslation-ProteinSy81Polypeptideformationviapeptidebonds.Translation-ProteinSynthesisRibosome(s)movealongmRNA.tRNAcarriersaminoacidsforbuildingpolypeptide.tRNAdropsawayfromribosome/mRNAonceamino-aciditcarriesisjoinedontothegrowingpolypeptideviapeptidebonds.82ppt課件PolypeptideformationTranslat82Primary,Secondary,TertiaryandQuaternaryStructure-ProteinSynthesisPrimarySecondaryTertiaryUnfoldedsinglepolypeptidestrandFoldedsinglepolypeptidestrand-Secondary&TertiarySeveralpolypeptidestrandsQuaternary83ppt課件Primary,Secondary,Tertiarya83三、原核生物基因組的特點(diǎn)除調(diào)節(jié)序列和信號序列外,DNA的大部分為編碼蛋白的結(jié)構(gòu)基因,每個(gè)基因只出現(xiàn)1次或幾次。而許多真核基因?yàn)槎嗫截?。功能相關(guān)的基因常串聯(lián)在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一mRNA中（多順反子）。真核生物很少見（單順反子）?；蛑丿B現(xiàn)象。84ppt課件三、原核生物基因組的特點(diǎn)除調(diào)節(jié)序列和信號序列外,DNA的大部84基因重疊（Overlap)85ppt課件基因重疊（Overlap)85ppt課件85基因重疊的方式包含首尾重疊三個(gè)基因的三重重疊反向重疊操縱子重疊86ppt課件基因重疊的方式包含86ppt課件86四、真核生物基因組的特點(diǎn)有重復(fù)序列單拷貝序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列有斷裂基因87ppt課件四、真核生物基因組的特點(diǎn)有重復(fù)序列87ppt課件87斷裂基因（SpliteGene）70年代由R.J.Roberts和P.A.Sharp首先報(bào)道10S

珠蛋白前體RNA以及其15S

珠蛋白mRNA與小鼠

珠蛋白基因雜交形成R環(huán)的電鏡圖88ppt課件斷裂基因（SpliteGene）70年代由R.J.88問題：已知mRNA和其所在的基因組DNA,如何得知是否為斷裂基因？序列比對軟件（sequencealighment)分子雜交(molecularhybridization)89ppt課件問題：已知mRNA和其所在的基因組DNA,如何得知是否為斷裂89Intron，Extron卵清蛋白基因及其與mRNA或cDNA的雜交圖1978年，Gilbert提出內(nèi)含子、外顯子概念。90ppt課件Intron，Extron卵清蛋白基因及其與mRNA或cDN9091ppt課件91ppt課件91mRNA剪切加帽加尾去除內(nèi)含子的順序92ppt課件mRNA剪切加帽加尾去除內(nèi)含子的順序92ppt課件92五、基因組93ppt課件五、基因組93ppt課件93GenomeResearch,IF=13.5994ppt課件GenomeResearch,IF=13.5994ppt9495ppt課件95ppt課件95人類基因組的進(jìn)化人與黑猩猩基因組的比較研究96ppt課件人類基因組的進(jìn)化96ppt課件9697ppt課件97ppt課件97EvolutionaryrelationshipsrevealedbyRNAandDNAsequencesevolutionarytreeplantanimalprokaryoteseukaryotesprokaryotes,protists,plants,fungi,animal

NormanPaceScience(276)199798ppt課件Evolutionaryrelationshipsrev98美國科學(xué)家通過將人類基因組分成數(shù)百萬個(gè)片段并重新排列組合，成功描繪出清晰度和分辨率最高的基因組三維圖像99ppt課件美國科學(xué)家通過將人類基因組分成數(shù)百萬個(gè)片段并重新排列組合，成99宏基因組（metagenome）難培養(yǎng)微生物從土壤中直接分離核酸，構(gòu)建載體，表達(dá)后進(jìn)行篩選例如：對硝化作用的研究，以往認(rèn)為主要是硝化細(xì)菌起作用，用該方法研究發(fā)現(xiàn)，起主要作用的是古菌LeiningerS,UrichT,SchloterM,etal.Archaeapredominateamongammonia-oxidizingprokaryotesinsoils.Nature,2006,442,806-809.100ppt課件宏基因組（metagenome）難培養(yǎng)微生物100ppt課件100六、基因突變以突變研究基因的結(jié)構(gòu)與功能101ppt課件六、基因突變以突變研究基因的結(jié)構(gòu)與功能101ppt課件1011、基因突變的概念和特征概念及其類別1概念Mutations:AreheritablechangesinbasesequencesthatmodifytheinformationcontentofDNA.2類別*根據(jù)基因突變的起源a自發(fā)突變spontaneousmutationb誘發(fā)突變inducedmutation*根據(jù)突變后不同的表現(xiàn)型改變a可見突變b條件致死突變c致死突變d生化突變

102ppt課件1、基因突變的概念和特征概念及其類別102ppt課件102突變的DNA變化點(diǎn)突變堿基替換轉(zhuǎn)換：嘌呤與嘌呤，嘧啶與嘧啶（多見）顛換：嘌呤與嘧啶（少見）移碼突變插入、丟失1－2個(gè)堿基缺失突變?nèi)笔Т笃蜠NA103ppt課件突變的DNA變化點(diǎn)突變堿基替換103ppt課件103突變的DNA變化104ppt課件突變的DNA變化104ppt課件1042、基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變DNA復(fù)制錯(cuò)誤自發(fā)損傷非對等交換轉(zhuǎn)座子105ppt課件2、基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變105ppt課件105不對等交換和轉(zhuǎn)座106ppt課件不對等交換和轉(zhuǎn)座106ppt課件106物理學(xué)效應(yīng)：電離和激發(fā)的直接作用電離輻射對遺傳物質(zhì)的作用化學(xué)效應(yīng)：(間接)107ppt課件物理學(xué)效應(yīng)：電離和激發(fā)的直接作用107紫外線的堿基損害108ppt課件紫外線的堿基損害108ppt課件108輻射引起DNA分子結(jié)構(gòu)的多種變化109ppt課件輻射引起DNA分子結(jié)構(gòu)的多種變化109ppt課件109移碼突變110ppt課件移碼突變110ppt課件1103、DNA損傷修復(fù)光復(fù)活酶修復(fù)Photoreactivation波長400nm可見光激活SCI刊物DNARepair,IF=4.293111ppt課件3、DNA損傷修復(fù)光復(fù)活酶修復(fù)SCI刊物111ppt課件111Excisionrepair切除修復(fù)112ppt課件Excisionrepair切除修復(fù)112ppt課件112recombinationrepair重組修復(fù)113ppt課件recombinationrepair重組修復(fù)113ppt113復(fù)制含有嘧啶二聚體或其它結(jié)構(gòu)損傷的DNA，但當(dāng)復(fù)制到損傷的部位時(shí)，子代DNA鏈中與損傷部位相對應(yīng)的部位出現(xiàn)缺口，新合成的子鏈比未損傷的DNA鏈要短一些。完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，缺口由母鏈來的核苷酸片段彌補(bǔ)。合成重組后，母鏈中的缺口通過DNA多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由連接酶使新片段與舊鏈聯(lián)結(jié)，重組修復(fù)完成。114ppt課件復(fù)制含有嘧啶二聚體或其它結(jié)構(gòu)損傷的DNA，但當(dāng)復(fù)制到損傷的部114SOS修復(fù)SOS修復(fù)系統(tǒng)是一種旁路修復(fù)系統(tǒng)。錯(cuò)誤修復(fù)引起的突變誘變劑啟動(dòng)復(fù)制后修復(fù)體系。SOS修復(fù)與錯(cuò)誤修復(fù)115ppt課件SOS修復(fù)SOS修復(fù)與錯(cuò)誤修復(fù)115ppt課件1154、突變技術(shù)的應(yīng)用(1)研究基因結(jié)構(gòu)和功能(2)微生物育種隨機(jī)突變(randommutagenesis)定點(diǎn)突變(site-directedmutagenesis)

PCR技術(shù)用于定點(diǎn)突變116ppt課件4、突變技術(shù)的應(yīng)用(1)研究基因結(jié)構(gòu)和功能116ppt課件116基于PCR技術(shù)的定點(diǎn)突變1.分析基因序列2.設(shè)計(jì)引物，該引物與原來基因的序列有所差異3.PCR擴(kuò)增幾輪即得到突變的基因117ppt課件基于PCR技術(shù)的定點(diǎn)突變1.分析基因序列117ppt課件117誘變育種依賴于高通量篩選，如果基因沒有突變，性狀可能回復(fù)原狀，究其原因——只是基因表達(dá)豐度的暫時(shí)改變118ppt課件誘變育種118ppt課件118不依賴高通量篩選(highthroughputscreen)的微生物染色體規(guī)模定向育種特別針對已經(jīng)測序且基礎(chǔ)研究好的模式生物(1)計(jì)算模擬(2)規(guī)?；脑旎蚪M——Red同源重組系統(tǒng)Datta,S,etal.IdentificationandanalysisofrecombineeringfunctionsfromGram-negativeandGram-positivebacteriaandtheirphages.PNAS,

2008,105:1626-1631EllisHM,etal.Highefficiencymutagenesis,repair,andengineeringofchromosomalDNAusingsingle-strandedoligonucleotides.PNAS,

2001,98:6742-6746.119ppt課件不依賴高通量篩選(highthroughputscree119(一)半保留復(fù)制：DNA雙鏈解開，各自作為模板指導(dǎo)子代合成新鏈。子代DNA雙鏈中,一股單鏈來自親代，另一股單鏈則是重新合成的(semiconservativereplication)核酸的生物合成120ppt課件(一)半保留復(fù)制：DNA雙鏈解開，各自作為模板指導(dǎo)子代合成120半保留復(fù)制121ppt課件半保留復(fù)制121ppt課件121半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)122ppt課件半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)122ppt課件122半保留復(fù)制的意義DNA的半保留復(fù)制保證了DNA的穩(wěn)定性，雖經(jīng)多代復(fù)制，但DNA多核苷酸鏈仍可保持相對保守性。遺傳的保守性是相對的，而不是絕對的,自然界還存在著普遍的變異現(xiàn)象。

123ppt課件半保留復(fù)制的意義DNA的半保留復(fù)制保證了DNA的穩(wěn)定性，雖經(jīng)123(二)DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向124ppt課件(二)DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向124ppt課件124復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制子是兩個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)之間的DNA片段；黑色的倒三角形代表復(fù)制起始點(diǎn)125ppt課件復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制子是兩個(gè)復(fù)125(二)DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向DNA復(fù)制始于固定起始點(diǎn),真核生物有多個(gè)起始點(diǎn)。采用放射自顯影技術(shù)126ppt課件(二)DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向DNA復(fù)制始于固定起始點(diǎn),真126雙向復(fù)制單向復(fù)制127ppt課件雙向復(fù)制單向復(fù)制127ppt課件127復(fù)制叉半不連續(xù)復(fù)制為什么不能進(jìn)行連續(xù)復(fù)制？為什么DNA復(fù)制時(shí)的引物是RNA而不是DNA?128ppt課件復(fù)制叉半不連續(xù)復(fù)制為什么不能進(jìn)行連續(xù)復(fù)制？128ppt課件128(三)原核細(xì)胞DNA的復(fù)制

（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）DNA聚合酶Ⅰ：催化5’→3’DNA鏈的延長，也催化DNA的水解（從3’→5’或5’→3’外切酶作用）DNA聚合酶Ⅱ：活力很低，無5’→3’外切酶活力DNA聚合酶Ⅲ：活力很高，DNA延伸的主要酶129ppt課件(三)原核細(xì)胞DNA的復(fù)制

（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）D129雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈，后隨鏈岡崎片段的RNA引物DNA連接酶母本DNA雙鏈的分離DNA聚合酶的校對作用130ppt課件雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制130ppt課130131ppt課件131ppt課件131(四)真核細(xì)胞DNA的復(fù)制

（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）多個(gè)復(fù)制起點(diǎn),多復(fù)制子至少5種DNA聚合酶:α、β、γ、δ和ε。5’→3’聚合酶活力端粒的復(fù)制：線性染色體末端DNA稱為端粒。端粒復(fù)制由端粒酶催化。

2009年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)132ppt課件(四)真核細(xì)胞DNA的復(fù)制

（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）多個(gè)132DNA復(fù)制的基本特點(diǎn)復(fù)制是半保留的復(fù)制起始于細(xì)菌或病毒的特定位置，真核生物有多個(gè)起始點(diǎn)單向復(fù)制，或雙向復(fù)制DNA鏈從5’端向3’端延伸復(fù)制是半不連續(xù)的，前導(dǎo)鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，后隨鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成的，既先合成岡崎片段，再連接構(gòu)成后隨鏈。岡崎片段的合成始于一小段RNA引物，RNA引物以后被酶切除，脫氧核苷酸補(bǔ)齊復(fù)制有多種機(jī)制133ppt課件DNA復(fù)制的基本特點(diǎn)復(fù)制是半保留的133ppt課件133（五）反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)的DNA合成）反轉(zhuǎn)錄酶病毒為何可怕？反轉(zhuǎn)錄在基因工程中的應(yīng)用

cDNA文庫提取總RNA→純化出mRNA→逆轉(zhuǎn)錄酶合成第一鏈→第二鏈→與載體連接→轉(zhuǎn)化宿主菌134ppt課件（五）反轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)的DNA合成）反轉(zhuǎn)錄酶病毒134逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)涉及3項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)

欲說還休的故事135ppt課件逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)涉及3項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)

欲說還休的故事135ppt135逆轉(zhuǎn)錄與3項(xiàng)諾獎(jiǎng)1966年，勞斯，諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1975年，蒂明、巴爾的摩和杜爾貝科一起獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。1989年，畢曉普，瓦穆斯，諾貝爾獎(jiǎng)136ppt課件逆轉(zhuǎn)錄與3項(xiàng)諾獎(jiǎng)1966年，勞斯，諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1361361910年洛克菲勒研究院勞斯（Rous）發(fā)現(xiàn)，雞肉瘤（一種癌）細(xì)胞裂解物在通過除菌濾器后，注射正常雞，引起肉瘤，首次提出雞肉瘤由病毒引起（勞斯肉瘤病毒RSV），認(rèn)為病毒造成癌癥，是癌的病毒理論的開始。二戰(zhàn)期間，波蘭科學(xué)家格羅斯（Gross）來到美國，他將小鼠白血病細(xì)胞中一種病毒注射正常小鼠，引起白血病，從而確認(rèn)病毒引起癌癥。1958年，斯圖爾特（Stewart）和埃迪（Eddy）將病毒注射小鼠，引起多種組織器官的腫瘤，把該病毒稱為多瘤病毒。一種病毒可以引起不同的腫瘤，表明存在一種共同的病毒致癌機(jī)制。137ppt課件1910年洛克菲勒研究院勞斯（Rous）發(fā)現(xiàn)，雞肉瘤（一種癌13750年代末60年代初癌病毒是研究熱點(diǎn)。美國杜爾貝科（Dulbecco）是領(lǐng)軍人物。美國國家癌癥研究所所長勞希爾（Rauscher）斷言：“癌由病毒引起，如果能夠分離并弄清病毒的致癌機(jī)制，就可解決癌的問題。我們將在2年內(nèi)做到。”1964年，“病毒癌計(jì)劃”在國會(huì)通過，獲得大量撥款。至此，病毒致癌理論被廣泛接受，1966年，85歲的勞斯獲諾貝爾獎(jiǎng)。138ppt課件50年代末60年代初癌病毒是研究熱點(diǎn)。美國杜爾貝科（Du138

勞斯肉瘤病毒（RSV）屬于RNA病毒，杜爾貝科實(shí)驗(yàn)室博士生蒂明（Temin）發(fā)現(xiàn)，RSV將遺傳信息傳遞給正常細(xì)胞，使其具有惡性表型。RSV的遺傳信息（RNA）可以傳給正常細(xì)胞的DNA從而改變細(xì)胞遺傳性狀？1957年Crick提出中心法則：DNA——mRNA——蛋白質(zhì)。蒂明認(rèn)為：在感染的細(xì)胞內(nèi)，以RSV為模版先合成一個(gè)“DNA中間體”（又稱前病毒，provirus），然后整合到細(xì)胞DNA中，從而永久改變感染細(xì)胞的遺傳特性（癌變）。139ppt課件勞斯肉瘤病毒（RSV）屬于RNA病毒，杜爾貝科實(shí)驗(yàn)室博士139

RNA反向傳給DNA？這在當(dāng)時(shí)是十分荒謬的。但蒂明沒有屈從權(quán)威，此后10年中，他堅(jiān)持用實(shí)驗(yàn)證明自己的理論，并在學(xué)術(shù)會(huì)議宣傳此觀點(diǎn)，但招致冷嘲熱諷。要證明以RSV的RNA為模版合成“DNA中間體”，關(guān)鍵是要找到以RNA為模版的DNA聚合酶。1969年，日本學(xué)者里子水谷來到他實(shí)驗(yàn)室，此人擅長動(dòng)手，年輕。按蒂明的設(shè)計(jì)，開始尋找“逆轉(zhuǎn)錄酶”。140ppt課件RNA反向傳給DNA？這在當(dāng)時(shí)是十分荒謬的。140ppt140

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡單而巧妙：他們將A、T、C、G四種脫氧核苷酸，與破壞了外殼的RSV一起在體外40℃下溫育，獲得了一種新的大分子，它不能被RNA酶破壞，但卻能被DNA酶分解，證明此新大分子是DNA。如果用RNA酶預(yù)先破壞RSV的RNA，則不能獲得這種大分子，表明該DNA以RSV的RNA為模版合成的。該實(shí)驗(yàn)證明RSV中存在著依賴于RNA的DNA聚合酶，即逆轉(zhuǎn)錄酶。麻省理工學(xué)院的巴爾的摩（Baltimore）同時(shí)也證明了逆轉(zhuǎn)錄酶的存在。逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象修正了“中心法規(guī)”。1975年，蒂明、巴爾的摩和杜爾貝科一起獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。141ppt課件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡單而巧妙：他們將A、T、C、G四種141

當(dāng)1975年36歲的蒂明和32歲的巴爾的摩領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)，美國加州大學(xué)舊金山分校34歲的年輕病毒學(xué)家畢曉普（Bishop）卻懊惱不已。早在1969年他已意識到蒂明“前病毒理論”是正確的，并進(jìn)行了研究，但因受到資深同事規(guī)勸而放棄了?！澳孓D(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)給我當(dāng)頭一棒。自然界的大秘密本來可能由我揭示，但卻失之交臂?！碑厱云諞]有沉淪，他懂得，逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)只是揭示了RNA病毒的復(fù)制方式，并未闡明RSV的致癌機(jī)理?！拔覟槲业氖《y過，但我又很興奮。因?yàn)槟孓D(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)為揭示RSV致癌機(jī)理提供了新途徑”。畢曉普和同事瓦穆斯（Vamus）最終發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞癌基因（原癌基因）創(chuàng)立了癌基因理論。畢曉普和瓦穆斯1989年登上了斯德哥爾摩的領(lǐng)獎(jiǎng)臺。比1975年晚了14年。142ppt課件當(dāng)1975年36歲的蒂明和32歲的巴爾的摩領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)，美國加142（六）DNA的損傷與修復(fù)一些理化因素可使DNA損傷，引起生物突變或致死。紫外照射可使DNA形成胸腺嘧啶二聚體，使DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄受到阻礙光修復(fù)機(jī)制：光復(fù)活酶可分解嘧啶二聚體143ppt課件（六）DNA的損傷與修復(fù)一些理化因素可使DNA損傷，引起生物143（七）細(xì)菌的限制-修飾系統(tǒng)限制性內(nèi)切酶——生物的自我保護(hù)機(jī)制定義識別位點(diǎn)：回文結(jié)構(gòu)酶切結(jié)果：平末端、粘末端修飾甲基化酶:阻止限制性內(nèi)切酶進(jìn)行切割144ppt課件（七）細(xì)菌的限制-修飾系統(tǒng)限制性內(nèi)切酶——生物的自我保護(hù)機(jī)制1441.限制性內(nèi)切酶種類及特性上海自來水來自海上黃山落葉松葉落山黃識別序列回文結(jié)構(gòu)145ppt課件1.限制性內(nèi)切酶上海自來水來自海上黃山落葉松葉落山黃識別序列145限制性內(nèi)切酶的剪切方式146ppt課件限制性內(nèi)切酶的剪切方式146ppt課件146二、RNA的生物合成（一）RNA聚合酶

（二）RNA的轉(zhuǎn)錄過程

（三）轉(zhuǎn)錄后加工

（四）RNA的復(fù)制

147ppt課件二、RNA的生物合成（一）RNA聚合酶

147ppt課件147概念轉(zhuǎn)錄：以DNA的一條鏈為模板，在RNA聚合酶催化下，按照堿基配對原則，合成與DNA鏈互補(bǔ)的RNA鏈。以四種核糖核苷三磷酸酸（NTP）為底物，以3,5

-磷酸二酯鍵相連接。轉(zhuǎn)錄的不對稱性：在RNA合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄不對稱性。在RNA的轉(zhuǎn)錄中，用作模板的DNA鏈稱為模板鏈。在RNA的轉(zhuǎn)錄中，不作為模板的DNA鏈稱為編碼鏈。148ppt課件概念148ppt課件1481961年Jacob和Monod提出信使RNA的概念。

單順反子：一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄為1條mRNA，編碼1條多肽鏈

多順反子：原核細(xì)胞中多個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)錄為1條mRNA，編碼多條多肽鏈

149ppt課件149ppt課件149多順反子mRNA間隔區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，可能調(diào)節(jié)翻譯的速度。真核生物mRNA為單順反子，5’端有一“帽子”結(jié)構(gòu)，3’端為PolyA尾巴，都是不翻譯區(qū)。

150ppt課件多順反子mRNA間隔區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，可能調(diào)節(jié)翻譯的速度。150150RNA聚合酶：大腸桿菌的RNA聚合酶全酶由5種亞基α2ββ’

σ

組成，σ因子與其它亞基結(jié)合不緊密，它易于與β’βα2分離，沒有σ、

亞基的酶稱為核心酶——只催化鏈的延長，對起始無作用。五種亞基的功能分別為：

α亞基：與啟動(dòng)子結(jié)合功能。

β亞基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯鍵。

亞基：在全酶中存在，功能不清楚。

β’亞基：與DNA模板結(jié)合功能。

σ亞基：識別起始位點(diǎn)。（一）RNA聚合酶151ppt課件RNA聚合酶：大腸桿菌的RNA聚合酶全酶由5種亞基α2ββ’151+大腸桿菌RNA聚合酶αβσαβ’ω核心酶全酶152ppt課件+大腸桿菌RNA聚合酶αβσαβ’ω核心酶全酶152ppt課152參考文獻(xiàn)HalAlperetal.Engineeringyeasttranscriptionmachineryforimprovedethanoltolerenceandproduction.Science,2006,314,1565-1568全局調(diào)控原理:Sigma亞基由其基因編碼，克隆其基因，用易錯(cuò)PCR方法建立其文庫，將這些文庫與載體連接，轉(zhuǎn)化宿主菌，翻譯為大量的Sigma亞基，這些亞基與基因組中許多啟動(dòng)子結(jié)合，由于結(jié)合的親疏程度不同，造成轉(zhuǎn)錄重排（reprogramming）→代謝流量重排→產(chǎn)量改變篩選高產(chǎn)菌153ppt課件參考文獻(xiàn)HalAlperetal.Engin153

真核細(xì)胞的RNA聚合酶酶類分布產(chǎn)物α-鵝膏蕈堿對酶的作用分子量反應(yīng)條件ⅡIⅢ核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA5SrRNA不抑制低濃度抑制高濃度抑制500000~700000~700000_低離子強(qiáng)度,要求Mg2+或Mn2+高離子強(qiáng)度高M(jìn)n2+濃度154ppt課件真核細(xì)胞的RNA聚合酶酶類分布產(chǎn)物α-鵝膏蕈堿分子量反應(yīng)154RNA聚合酶的特點(diǎn)：1、反應(yīng)底物：NTP，DNA為模板、Mg2+促進(jìn)聚合反應(yīng)。RNA聚合酶不需要引物，合成方向5

3

。2、真核生物與原核生物的RNA聚合酶結(jié)構(gòu)不同3、利福平抑制原核生物RNA聚合酶活性；

α-鵝膏蕈堿抑制真核生物RNA聚合酶活性。155ppt課件RNA聚合酶的特點(diǎn)：1、反應(yīng)底物：NTP，DNA為模板、Mg155以大腸桿菌為例起始位點(diǎn)的識別轉(zhuǎn)錄起始鏈的延伸轉(zhuǎn)錄終止（二）RNA的轉(zhuǎn)錄過程156ppt課件以大腸桿菌為例（二）RNA的轉(zhuǎn)錄過程156ppt課件156（1）起始位點(diǎn)的識別

RNA的合成不需要引物。σ亞基識別DNA分子上的起始信號。體外實(shí)驗(yàn)證明，不含σ亞基的核心酶會(huì)隨機(jī)地在基因的兩條鏈上啟動(dòng)，而有σ亞基時(shí)就會(huì)選擇正確的起點(diǎn)。（啟動(dòng)子——指RNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列）啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)至少由三部分構(gòu)成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶識別的信號；-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)。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)5’3’3’5’35序列

Sextama框10序列Pribnow框157ppt課件（1）起始位點(diǎn)的識別RNA的合成不需要引物。157（2）轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶全酶掃描解鏈區(qū)，找到起始點(diǎn)，然后結(jié)合第一個(gè)核苷三磷酸。加入的第一個(gè)核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。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)，σ亞基就會(huì)被釋放脫離核心酶。

因子僅與起始有關(guān)，RNA的合成一旦開始，便被釋放

E-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板鏈158ppt課件（2）轉(zhuǎn)錄起始RNA聚合酶全酶掃描解鏈區(qū)，找到158（3）RNA鏈的延伸DNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象變化，核心酶與DNA結(jié)合比較松弛，可沿DNA模板移動(dòng)，并按模板順序選擇下一個(gè)核苷酸，將核苷三磷酸加到生長的RNA鏈的3’-OH端，催化形成磷酸二酯鍵。轉(zhuǎn)錄延伸方向從5’

3’159ppt課件（3）RNA鏈的延伸DNA分子和酶分子發(fā)生構(gòu)象變化，核心酶與159（4）轉(zhuǎn)錄終止

在DNA分子上（基因末端）提供轉(zhuǎn)錄停止信號的DNA序列稱為終止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并釋放出RNA。

需要ρ因子（終止因子，協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號）幫助，ρ因子能與RNA聚合酶結(jié)合但不是酶的組分，它阻止RNA聚合酶向前移動(dòng)，終止轉(zhuǎn)錄，并釋放出已轉(zhuǎn)錄完成的RNA鏈。不依賴ρ因子。強(qiáng)終止子序列有兩個(gè)明顯特征：(1)在終止點(diǎn)之前具有一段富含G-C的回文區(qū)域。(2)轉(zhuǎn)錄的RNA鏈的末端為一連串U（連續(xù)6個(gè)）。弱終止子：缺少回文結(jié)構(gòu)強(qiáng)終止子：有回文結(jié)構(gòu)160ppt課件（4）轉(zhuǎn)錄終止在DNA分子上（基因末端）提供轉(zhuǎn)160新合成的RNA分子中典型的回文結(jié)構(gòu)（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）161ppt課件新合成的RNA分子中161ppt課件161有些終止子的作用可被特異的因子所阻止，使酶得以越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，稱為通讀（readthrough）

能夠引起抗終止作用的蛋白質(zhì)稱為抗終止因子（antiterminationfactors）162ppt課件有些終止子的作用可被特異的因子所阻止，使酶得以越過終止子繼續(xù)162163ppt課件163ppt課件163164ppt課件164ppt課件164潛移默化父子登科

斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的RogerKornberg（羅杰·科恩伯格），因研究轉(zhuǎn)錄獲得2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。其父AuthorKornberg（阿瑟·科恩伯格）因?yàn)檠芯繌?fù)制過程的DNA聚合酶I，于1959年獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)年僅12歲的他觀摩了其父登臺領(lǐng)獎(jiǎng)，在頒獎(jiǎng)大廳留下了父子同臺紀(jì)念照片。老Kornberg的言傳身教發(fā)揮了激勵(lì)作用。RogerKornberg受到熏陶，醉心于真核基因的轉(zhuǎn)錄研究，闡述了基因信息是如何從DNA被轉(zhuǎn)錄至mRNA，而mRNA將信息帶出細(xì)胞核，用于指示蛋白質(zhì)合成。父子兩代獻(xiàn)身科學(xué)的精神值得我們崇敬和學(xué)習(xí)。165ppt課件潛移默化父子登科斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的RogerK165阿瑟·科恩伯格(ArthurKornberg,1918-2007)1956年發(fā)表論文《脫氧核糖核酸的酶促合成》，他因此于1959年獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)2007年10月26日阿瑟·科恩伯格病逝,享年89歲

166ppt課件阿瑟·科恩伯格(ArthurKornberg,1918-2166阿瑟.科恩伯格主要專著：《DNA合成》（1974）；《DNA復(fù)制》（1980）；《DNA復(fù)制-增補(bǔ)版》（1982）；《DNA復(fù)制-第2版》（1992）；《黃金螺旋：走進(jìn)生物技術(shù)的探險(xiǎn)之路》（1995）。1989年，他出版了自傳《為了對酶的愛:一個(gè)生物化學(xué)家的畢生探索之路》。(1)科恩伯格父子是諾獎(jiǎng)歷史上第6個(gè)演繹奇跡的家族(2)1981年瑞典科學(xué)家凱姆.西格巴恩分享當(dāng)年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；而他父親卡爾.西格巴恩曾獲得了1924年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。(3)最早的奇跡則在90年前：亨利.布拉格和勞倫斯.布拉格父子分享了1915年的物理學(xué)獎(jiǎng)。(4)另外三對父子分別是：湯姆遜父子——分別于1906年、1937年獲得物理學(xué)獎(jiǎng)，(5)奧伊勒父子——分別于1929年獲得化學(xué)獎(jiǎng)、1970年獲得生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，(6)玻爾父子——分別于1922年、1975年獲得物理學(xué)獎(jiǎng)。

167ppt課件阿瑟.科恩伯格主要專著：《DNA合成》（1974）；《DNA167RNA生物合成的抑制劑1）嘌呤和