核酸的生物合成課件

17核酸合成第十七章核酸的生物合成17核酸合成DNA↓DNA→RNA→蛋白質(zhì)→性狀←↓RNA中心法則復(fù)制

轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制

翻譯17核酸合成一、半保留復(fù)制（掌握）據(jù)Watson,Crick推測。

子代DNA分子的一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻摹?958年Meselson和Stahl用15N標(biāo)記DNA試驗證明試驗用氮源為H415NCl的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌12代后轉(zhuǎn)入H4NCl培養(yǎng)基培養(yǎng)，定時分離DNA氯化銫密度梯度離心第一節(jié)DNA的復(fù)制17核酸合成0代1代2代對照15N15N14N14N15N14N17核酸合成二、復(fù)制起點、方式等概念（掌握）

復(fù)制子

能獨立進行復(fù)制的DNA片段。復(fù)制起點控制復(fù)制起始的DNA片段。

復(fù)制方向復(fù)制叉前移方向。

復(fù)制方式從復(fù)制起點開始向一端復(fù)制，叫單向復(fù)制。從復(fù)制起點開始向兩端復(fù)制，叫雙向復(fù)制。兩鏈同時復(fù)制，叫對稱復(fù)制。

兩鏈不同時（一前一后）復(fù)制，叫不對稱復(fù)制。

復(fù)制叉

兩鏈局部解開后形成的Y（丫）字狀結(jié)構(gòu)。17核酸合成

單向復(fù)制

終點

復(fù)制子

復(fù)制眼

復(fù)制叉→

起點

17核酸合成

雙向復(fù)制

起點

終點

終點

復(fù)制叉→←復(fù)制叉

復(fù)制子

復(fù)制子

復(fù)制眼17核酸合成單鏈環(huán)狀DNA主要采用滾環(huán)式復(fù)制5′3′5′3′5′17核酸合成θ型17核酸合成單向復(fù)制i雙向復(fù)制觀察到的放射自顯影圖象17核酸合成真核生物DNA的多起點雙向復(fù)制17核酸合成三、原核細胞DNA復(fù)制有關(guān)酶類（重點）（一）DNA聚合酶（Pol）（dNMP）n+dNTPMg2+（dNMP）n+1+PPi2、特點（1）底物是dNTP（2）需模板。（單鏈DNA，方向3′→5′。）（3）需引物3′-OH。（4）新鏈合成方向是5′→3′。1、反應(yīng)（5）產(chǎn)物與母DNA分子相同。

或者新合成的鏈與模板鏈互補。17核酸合成OH+OHPPPPPPPPP17核酸合成

3、酶功能多個功能a聚合功能合成新鏈b3′→5′外切功能校對c5′→3′外切功能

切除引物17核酸合成4、大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶ⅠⅡⅢⅣⅤ結(jié)構(gòu)基因polApolBpolCdinBumuC/D

亞基數(shù)1≥7≥10相對分子質(zhì)量103000880008300003′外切功能＋＋＋5′外切功能＋聚合速度（個1000～1200240015000～60000持續(xù)合成能力3～2001500≥500000功能切引物、修復(fù)修復(fù)復(fù)制SOS修復(fù)17核酸合成（二）DNA連接酶1、反應(yīng)===-===→=======T4連接酶也可==＋==→====2、能量原核NAD＋真核、噬菌體ATP3、過程

連接酶＋ATP/NAD→AMP-連接酶′

＋PPi/NMP

AMP-連接酶′

＋

5′——→AMP

5′——＋連接酶

——3′＋AMP

5′——→————＋AMP

4、功能

在復(fù)制、修復(fù)、重組中均起重要作用17核酸合成（三）引物（合成）酶合成引物

除底物是核苷三磷酸、不需引物外，同DNA聚合酶與轉(zhuǎn)錄酶區(qū)別：在DNA單鏈上合成10核苷酸。（四）解鏈酶（解螺旋酶、DnaB）破壞氫鍵，解開雙螺旋。（五）拓撲異構(gòu)酶Ⅰ切1不需ATP用于復(fù)制或轉(zhuǎn)錄Ⅱ切2需ATP用于復(fù)制（六）單鏈結(jié)合蛋白與單鏈結(jié)合，穩(wěn)定單鏈區(qū)17核酸合成17核酸合成四、復(fù)制過程（重點、難點）（一）起始主要反應(yīng)：由DnaA識別起點并解開3個；由DnaB(C助之）解鏈擴大單鏈區(qū)；由拓撲異構(gòu)酶消除超螺旋；由單鏈結(jié)合蛋白穩(wěn)定單鏈區(qū)；形成復(fù)制叉由引物酶在起點合成引物。17核酸合成※＃起點終點DnaADnaADnaBDnaB拓撲酶拓撲酶SSBSSBDnaBDnaB拓撲酶拓撲酶SSBSSB17核酸合成（二）延伸主要反應(yīng)：

聚合酶Ⅲ在引物3′端緊隨復(fù)制叉連續(xù)合成前導(dǎo)鏈；解鏈繼續(xù)至適當(dāng)位置，反向合成滯后鏈引物，聚合酶Ⅲ在引物3′端反向合成岡崎片段，如此反復(fù)斷續(xù)合成；岡崎片段合成至前一個引物5′端，由聚合酶Ⅰ切除引物并填補。

由連接酶連接相鄰的岡崎片段；

直至復(fù)制叉前移至終點（終止子）。17核酸合成引物前導(dǎo)鏈適當(dāng)位置岡崎片段適當(dāng)位置半不連續(xù)合成半保留復(fù)制滯后鏈17核酸合成17核酸合成引物前導(dǎo)鏈岡崎片段聚合酶Ⅲ聚合酶Ⅰ連接酶DnaB拓撲酶SSBSSB引物酶17核酸合成（三）終止主要反應(yīng)：兩鏈解開，由聚合酶Ⅰ填補空缺；連接酶連接。終止子上結(jié)合有相關(guān)蛋白質(zhì)，阻止復(fù)制叉繼續(xù)前移。若是單向復(fù)制，則無終止子，轉(zhuǎn)一圈即可。17核酸合成聚合酶Ⅰ連接酶17核酸合成五、真核DNA復(fù)制特點（重點）鏈狀DNA1、起點多2、雙向復(fù)制3、岡崎片段小4、聚合速度慢5、聚合酶不同6、終止不明顯7、末端復(fù)制復(fù)雜17核酸合成

動物DNA聚合酶（P425表5）

α/Ⅰβ/Ⅳγ/Mδ/Ⅲε/Ⅱ定位核核線粒體核核亞基數(shù)4122≥1外切活性無無3′3′3′引物合成有活性無無無無持續(xù)能力中低高有PCNA時高高抑制劑

蚜腸霉素雙脫氧TTP雙脫氧TTP蚜腸霉素蚜腸霉素功能合成引物修復(fù)復(fù)制復(fù)制修復(fù)17核酸合成細菌和真核復(fù)制酶比較（P426表6）

組成細菌真核

復(fù)制酶聚合酶Ⅲ聚合酶αδ

進行性因子β夾子PCNA

定位因子γ復(fù)合物RF-C

引物合成酶引物酶聚合酶α

去除引物聚合酶ⅠRNaseH1/MF-1

滯后鏈修復(fù)聚合酶Ⅰ連接酶聚合酶ε連接酶Ⅰ

解螺旋酶DnaBT抗原

消除張力拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶

單鏈結(jié)合SSBRP-A17核酸合成端粒

線性DNA分子末端的特殊結(jié)構(gòu)，由許多重復(fù)的短序列組成，富含GC對。

如四膜蟲為TTGGG或GGGTTG;

人為TTAGGG。

端粒酶

含有與端?；パa的RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。（RNA長約150個）

作用：延長端粒

分布：生殖細胞和癌細胞

端粒功能

穩(wěn)定末端結(jié)構(gòu)，輔助末端復(fù)制17核酸合成生物細胞DNA復(fù)制分子機制的基本特點1、復(fù)制是半保留式的2、復(fù)制起始于特定位置，真核有多個3、復(fù)制可單向，可雙向4、新鏈延長方向為5′→3′，每次增加一個核苷酸5、復(fù)制是半不連續(xù)的6、需引物，后被切去17核酸合成

DNA損傷

一些理化生等因素引起的DNA一級結(jié)構(gòu)改變。

理紫外線、電離輻射等化堿基類似物、堿基修飾劑、嵌入染料等5-BrU烷化劑、亞硝酸吖啶生堿基錯配、DNA重組、病毒整合等DNA損傷修復(fù)

DNA損傷通過一定作用復(fù)原或基本復(fù)原的過程。

突變DNA損傷未能復(fù)原引起細胞遺傳性狀改變。第二節(jié)DNA損傷、修復(fù)與突變17核酸合成

一、修復(fù)（熟悉）

（一）錯配修復(fù)

定義與GATC序列相關(guān)的針對錯配核苷酸的切除修復(fù)。過程Muts二聚體找到錯配點，Mutl二聚體與之結(jié)合，DNA在聚合體移動至GATC序列，使錯配段成環(huán)，MutH在GATC向5′端切開，切除錯配鏈，由聚合酶Ⅲ填補，連接酶連接。

特點（與切除修復(fù)之異）與GATC序列有關(guān)切除片段大由聚合酶Ⅲ填補17核酸合成

○Muts

Mutl

GATC

MutH（內(nèi)切酶）

核酸外切酶Ⅰ/Ⅹ

核酸外切酶Ⅶ/RecJ

3′

5′

5′

3′17核酸合成

（二）直接修復(fù)

定義光復(fù)活酶利用可見光對紫外線引起的嘧啶二聚體的修復(fù)過程。又叫光復(fù)活、光修復(fù)過程光復(fù)活酶找到嘧啶二聚體與之結(jié)合，

利用可見光能量使之解聚。

特點

需光照只能修復(fù)紫外線引起的嘧啶二聚體17核酸合成

（三）切除修復(fù)

定義

在多種酶作用下，將損傷部分切除，并以完整鏈為模板重新合成的過程。過程內(nèi)切酶在損傷端切一口，外切酶切除損傷段（或無此步），聚合酶補之（或邊切邊補），連解酶連之。

特點

需多種酶，且都是復(fù)制酶類；可修復(fù)各種損傷。17核酸合成

（四）重組修復(fù)

定義DNA復(fù)制時，損傷段不復(fù)制形成空缺，復(fù)制完成后與完好鏈交換，完好鏈再修補的修復(fù)過程過程重組，修復(fù)。

特點

損傷并未除去，但被稀釋。17核酸合成5′5′5′重組修復(fù)5′復(fù)制17核酸合成

（五）誘導(dǎo)修復(fù)

定義

由SOS反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶對DNA損傷的修復(fù)過程過程復(fù)制至損傷部位后，誘導(dǎo)產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，無校對復(fù)制。

特點

復(fù)制后可能有差錯。

易錯修復(fù)、差錯傾向修復(fù)。

其它稱無差錯傾向修復(fù)、避免差錯的修復(fù)

前途有三對錯突變死亡17核酸合成

SOS反應(yīng)引起DNA損傷的因素導(dǎo)致的細胞一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，也叫應(yīng)急反應(yīng)，包括誘導(dǎo)修復(fù)

修復(fù)成功

誘變效應(yīng)

修復(fù)失敗

細胞分裂抑制

防止產(chǎn)生無DNA的細胞

溶源性細胞釋放原病毒

SOS反應(yīng)意義提高修復(fù)酶的合成速度，加強無差錯修復(fù)能力；誘導(dǎo)新的修復(fù)酶，進行差錯修復(fù)。結(jié)果提高細胞存活率。它是生物在不利環(huán)境中求得生存的一種基本功能。17核酸合成

二、突變（熟悉）DNA數(shù)目和一級結(jié)構(gòu)變化引起的生物遺傳性狀改變。

涉及一個基因，叫基因突變。

涉及若干基因，叫染色體畸變?；蛲蛔兓騼?nèi)部核苷酸順序改變引起的遺傳性狀改變。

點突變堿基置換（互變異構(gòu)、堿基修飾等）

移碼突變加減一兩個核苷酸

染色體畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)或數(shù)目異常引起的遺傳性狀的改變。結(jié)構(gòu)缺失、重復(fù)、倒位、易位數(shù)目非整倍缺一條、I條；多一條、I條等整倍單倍體、三倍體、四……17核酸合成

DNA指導(dǎo)的RNA合成過程。

遺傳信息從DNA分子轉(zhuǎn)移到RNA分子的過程。

一、RNA聚核酶（轉(zhuǎn)錄酶）（掌握）

1、作用

nNTP＋模板→RNA＋模板＋（n－1）PPi

模板雙鏈DNA優(yōu)于單鏈只有一條鏈可轉(zhuǎn)錄（模板鏈、負（－）鏈）

DNA分子上的一個片段（轉(zhuǎn)錄單位）閱讀方向3′→5′。

反應(yīng)機制除底物為NTP、不需引物和解鏈酶外，同復(fù)制酶第三節(jié)轉(zhuǎn)錄17核酸合成2、性質(zhì)原核生物轉(zhuǎn)錄酶由五個亞基組成全酶：ααββ′σ和ω、Zn亞基基因亞基數(shù)功能αrpoA2裝配酶、與啟動子上游元件和活化因子結(jié)合βrpoB1催化中心β′rpoC1與模板結(jié)合σrpoD1識別啟動子、促轉(zhuǎn)錄起始ω1未知Zn與β′結(jié)合17核酸合成

酶功能對鵝膏堿

Ⅰ轉(zhuǎn)錄rRNA不敏感

Ⅱ轉(zhuǎn)錄mRNA和核內(nèi)小RNA敏感

Ⅲ轉(zhuǎn)錄tRNA、5SRNA等中等敏感真核生物轉(zhuǎn)錄酶有多種。17核酸合成二、啟動子和轉(zhuǎn)錄因子（熟悉）啟動子RNA聚合酶識別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。轉(zhuǎn)錄因子

RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄需要的輔助因子。

（一）原核啟動子為從轉(zhuǎn)錄起點－1到－40的序列。其中含有兩個保守序列，－10序列和－35序列。TTGACATATAAT

－35序列－10序列上游－n起點1下游n

或識別區(qū)或Pribmow框作用

σ的識別信號開始解鏈開始轉(zhuǎn)錄17核酸合成

（二）真核啟動子1、類別Ⅰ啟動子為RNA聚合酶Ⅰ啟動子

－187－107－45起點20

上游控制元件核心啟動子上游控制元件由USF（上游結(jié)合因子）1識別并結(jié)合，然后SL1（選擇性因子）結(jié)合，復(fù)合因子移到起點介導(dǎo)聚合酶Ⅰ結(jié)合。USF1SL117核酸合成2、類別Ⅱ啟動子為RNA聚合酶Ⅱ啟動子

不定－30－25－4起點3

上游元件（應(yīng)答元件）基本啟動子起始子基本啟動子又叫TATA框、Goldberg-Hognessk框功能促進轉(zhuǎn)錄

（激活轉(zhuǎn)錄）

酶定位、解鏈

開始轉(zhuǎn)錄識別上游因子或轉(zhuǎn)錄輔助因子轉(zhuǎn)錄激活因子通用轉(zhuǎn)錄因子17核酸合成3、類別Ⅲ啟動子為RNA聚合酶Ⅲ啟動子

－55起點80

在80～－55有框架A、中間元件、框架C等三個功能序列識別TFⅢA、B、C（聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄因子）17核酸合成三、終止子和終止因子（熟悉）終止子提供轉(zhuǎn)錄終止信號的一段DNA序列。終止因子

協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的輔助因子。

抗終止因子

具有阻止轉(zhuǎn)錄終止作用的蛋白質(zhì)。通讀

由于抗終止因子的作用使轉(zhuǎn)錄越過終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。

原核終止子

1、不依賴rho（ρ）的終止子（簡單終止子）

2、依賴rho（ρ）的終止子17核酸合成…TTAG…CTAA……AATC…GATT……AAUC…GAUU…/…TTAG…CUAA…

回文結(jié)構(gòu)反向閱讀順序相同的DNA片段

回文結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)17核酸合成

富含GC區(qū)UUUUUU…非富含GC區(qū)不依賴rho的終止子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

依賴rho的終止子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物

由UUUUUU提供終止信號

由rho

促使聚合酶脫離模板17核酸合成四、轉(zhuǎn)錄過程（掌握）1、識別

由σ等因子識別啟動子并引導(dǎo)RNA聚合酶與之結(jié)合并解鏈。

－35序列－10序列起點

或識別區(qū)或Pribmow框

σ的識別信號開始解鏈開始轉(zhuǎn)錄TTGACATATAAT17核酸合成2、起始

依賴模板鏈確定底物，后者5′三磷酸與前者3′羥基脫焦磷酸，通過3′,5′磷酸二酯鍵連接2～9個，σ因子脫離。

C

A

TCGPPPUUPPPP17核酸合成U

GPPPPAPGPUPAPUPTA3、延伸

核心酶沿模板鏈3′→5′方向依上述原則繼續(xù)向前合成RNA鏈（方向5′→3′，步伐：一步一個核苷酸），至終止子合成。17核酸合成4、終止

終止子轉(zhuǎn)錄后，在終止因子協(xié)助下識別終止信號，轉(zhuǎn)錄停止，釋放原初轉(zhuǎn)錄物（新生RNA），DNA復(fù)原。

UGPPPPAPGPUPAPUPTAU

GPPPPAPGPUPAPUP17核酸合成17核酸合成五、轉(zhuǎn)錄后加工（熟悉）原初轉(zhuǎn)錄物轉(zhuǎn)化為成熟RNA的過程。又叫RNA的成熟主要方式有：切除、連接、修飾。17核酸合成（一）rRNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工原核細胞30S前體17S25S16S23S5S真核細胞45S前體18S28S5.8S先甲基化、再RNase內(nèi)切、再外切酶修剪基本同原核。5S在tRNA基因族。17核酸合成（二）tRNA前體的加工原核1、內(nèi)切（RNaseP切5′端，RNaseF切3′端）2、修剪（RNaseD從3′端切至CCA）3、加CCA（不需模板，部分）4、修飾（產(chǎn)生稀有堿基）

真核1、內(nèi)切（不需為單個前體4.5S）2、修剪（內(nèi)、外切酶）3、加CCA（不需模板。所有）4、修飾（產(chǎn)生稀有堿基）17核酸合成（三）mRNA前體的加工原核多順反子RNA。多數(shù)不需加工直接翻譯，少數(shù)切成單順反子后翻譯。真核單順反子RNA。稱為核內(nèi)不均一RNA加工方式有1、加帽子2、接尾巴3、甲基化4、拼接17核酸合成1、加帽子PPPNNRNA解Pi,與GTP脫PPi，給G甲基化，得0型帽子，依次…2、接尾巴由多聚腺苷酸聚合酶完成，連20～200個。3、甲基化有些有。4、拼接指除去內(nèi)含子，使外顯子成為連續(xù)序列的過程。一般由核內(nèi)小RNA與內(nèi)含子末端配對，形成環(huán)突，使相鄰?fù)怙@子接近，然后內(nèi)切、連接。17核酸合成

核內(nèi)小RNAUUUCCC

內(nèi)含子

外顯子

外顯子GGGAAA17核酸合成一、RNA復(fù)制（熟悉）1、定義2、酶RNA依賴的RNA聚合酶3、病毒RNA復(fù)制方式（1）含正鏈RNA如噬菌體Qβ。

正鏈→復(fù)制酶

－－－－→負鏈→正鏈↓病毒粒子蛋白質(zhì)第四節(jié)RNA指導(dǎo)的核酸合成17核酸合成（2）含負鏈及復(fù)制酶如狂犬病病毒負鏈－→正鏈－→負鏈－→蛋白質(zhì)病毒粒子（3）含雙鏈及復(fù)制酶如呼腸孤病毒雙鏈－→正鏈－→雙鏈－→蛋白質(zhì)病毒粒子“轉(zhuǎn)錄”

（4）含正鏈及逆轉(zhuǎn)錄酶如各種致癌病毒、艾滋病病毒乙型肝炎病毒等17核酸合成二、逆轉(zhuǎn)錄（熟悉）1、定義2、酶逆轉(zhuǎn)錄酶多種功能依賴RNA的DNA聚合活力核酸酶H活力依賴DNA的DNA聚合活力反應(yīng)性質(zhì)除模板外，同復(fù)制酶結(jié)構(gòu)特點2個亞基。17核酸合成3、過程（簡）

RNA→RNA·DNA→cDNA→cDND·DNA詳過程見P496圖36

R

U5

PB

gagpolenv

U3

R

AntRNA聚合負鏈依賴RNA的DNA聚合活力水解核酸酶H活力R′

R

U5

PB

gagpolenv

U3

R

An17核酸合成R-R′配對轉(zhuǎn)換模板（跳躍）（第一次）R′聚合負鏈依賴RNA的DNA聚合活力R′PB

gagpolenv

U3

R

AnR′17核酸合成水解核酸酶H活力聚合正鏈依賴DNA的DNA聚合活力水解核酸酶H活力R′17核酸合成PB-PB′配對轉(zhuǎn)換模板（跳躍）（第二次）聚合負鏈依賴DNA的DNA聚合活力聚合正鏈依賴DNA的DNA聚合活力17核酸合成17核酸合成

從中可見：三個功能不是依次，而是交替進行

（聚負-水解-聚負-水解-聚正-水解-聚負、聚正）功能1的引物是5′端附近的tRNA

（分3次進行，跳躍2次）功能3的引物是RNA

（分2次進行）4、逆轉(zhuǎn)錄病毒繁殖過程被膜與寄主細胞膜融合，核衣殼進入，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄得cDNA，在整合酶作用下整合到寄主染色體中（稱之為原病毒），隨寄主細胞分裂而增殖。當(dāng)受外界刺激時，轉(zhuǎn)錄病毒RNA、翻譯病毒蛋白質(zhì)，經(jīng)組裝