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1、第十四章第十四章 核酸的生物合成核酸的生物合成nucleic acid biosynthesisnucleic acid biosynthesis本章主要内容本章主要内容DNA的生物合成的生物合成RNA的生物合成的生物合成第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成中心法那么中心法那么 central dogma遗传信息传送方向的规律遗传信息传送方向的规律基因表达：基因表达：是指将遗传信息由是指将遗传信息由DNA转录为转录为RNA、再翻译成蛋白质的过程、再翻译成蛋白质的过程半保管复制半保管复制复制起始点复制起始点ori)双向复制双向复制半不延续复制半不延续复制一、复制一、复制replication
2、一一DNA复制的根本原那么复制的根本原那么半保管复制半保管复制semiconservative replicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC亲代亲代子代子代DNA半保管复制的实验半保管复制的实验 从复制起始点向从复制起始点向2个方向进展双向复制个方向进展双向复制双向复制双向复制半不延续复制半不延续复制semidiscontinous replication)冈崎片段冈崎片段二参与二参与DNA复制的主要酶类复制的主要酶类1.解旋、解链酶类解旋、解链酶类2.DNA拓扑异构酶拓扑异构酶3.解链酶解链酶4.单链结合蛋
3、白单链结合蛋白5.引物酶引物酶6.DNA聚合酶聚合酶7.DNA衔接酶衔接酶1、解旋、解链酶类、解旋、解链酶类 解链酶解链酶(helicase)解开解开DNADNA双链中氢键，耗费双链中氢键，耗费ATPATP 单链结合蛋白单链结合蛋白single-stranded DNA-binding protein与单链与单链DNADNA结合，坚持模板处于单链形状，结合，坚持模板处于单链形状，维护复制中的维护复制中的DNADNA单链不被核酸酶降解。单链不被核酸酶降解。 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶topoisomerase)复制前：松弛复制前：松弛DNADNA超螺旋，抑制扭结景象超螺旋，抑制扭结景象复制后：复
4、制后：TopoIITopoII作用下，重新引入超螺旋需作用下，重新引入超螺旋需ATPATP供能供能解链酶解链酶 DNADNA拓朴异构酶拓朴异构酶 单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白 SSB SSB解开、理顺解开、理顺 DNA DNA链、维持链、维持DNADNA单链状单链状2、引物酶、引物酶(primase)DNA聚合聚合酶酶合成新合成新DNA时时需求引物需求引物 一小段一小段RNA 引物引物RNA3-OH末端作末端作为为DNA合成的起始点合成的起始点引物引物酶酶与多种起始蛋白与多种起始蛋白结结合构成引合构成引发发体体引物引物酶酶催化合成引物催化合成引物 primer)3、DNA聚合酶聚合酶D
5、NA polymerase)DNA聚合聚合酶酶的作用特点：的作用特点：模板：解开的模板：解开的DNA双双链链催化底物催化底物 dATP、dGTP、dCTP、dTTP 聚合聚合构成构成3,5磷酸二磷酸二酯键酯键新新链链延伸方向延伸方向5 / 3 /具核酸外切具核酸外切酶酶活性活性原核原核DNA聚合酶聚合酶polpol： 35 35外切外切酶活性，参与活性，参与DNADNA修复校正修复校正 53 53外切外切酶、聚合、聚合酶活性，活性， 切除引物并填切除引物并填补空隙空隙 具有切口平移作用具有切口平移作用pol pol ：生理功能尚不清楚，无生理功能尚不清楚，无酶、时起作用起作用pol pol ：
6、复制延伸中真正起复制造用的酶复制延伸中真正起复制造用的酶具具3/-5/3/-5/核酸外切酶活性，校正作用核酸外切酶活性，校正作用DNA复制高保真性的机制复制高保真性的机制 DNA DNA模板指点模板指点 正确选择碱基配对正确选择碱基配对 校读功能校读功能4、DNA衔接酶衔接酶(DNA ligase) 经过3/3/，5/-5/-磷酸二磷酸二酯键衔接互接互补链中中DNADNA片段片段 不能不能衔接接单独存在的独存在的DNADNA或或RNARNA单链。三三DNA的复制过程的复制过程1.模板模板DNA解旋与解解旋与解链，构成复制叉；，构成复制叉；2.构成引构成引发体，合成体，合成RNA引物；引物；3.
7、按按A=T、G=C碱基配碱基配对规那么，合成那么，合成DNA；4.切除引物、填切除引物、填补空隙、构成空隙、构成冈崎片段；崎片段；5.DNA衔接接酶衔接封口，形生接封口，形生长链DNA；6.6. 在在Tus蛋白参与下，蛋白参与下，终止复制。止复制。(terminus utilization substance)DNA复制表示图复制表示图拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶5/ 3/3/ 5/ 3/ 5/DNA聚合聚合酶酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合聚合酶酶前导链前导链 随后链随后链DNA衔接酶衔接酶冈崎片段冈崎片段引物酶引物酶二、逆转录二、逆转录(reverse transcription)
8、概念：以概念：以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA的过程的过程酶：逆转录酶酶：逆转录酶 依赖依赖RNA的的DNA聚合酶功能聚合酶功能 RNaseH功能水解功能水解RNA-DNA杂交链杂交链 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶功能聚合酶功能逆转录酶逆转录酶-RNaseH-+-cDNAcDNA整合整合入宿主细入宿主细胞胞DNADNA分子分子中中病毒病毒RNARNA-cDNA 杂交体杂交体cDNA双股双股cDNA宿主细胞宿主细胞DNADNA分子分子整合了整合了cDNA的宿主的宿主细胞细胞DNA分子分子逆转逆转录酶录酶意意义： 对中心法那么的中心法那么的补充充 有助于基因工程的有助于基因工程的实
9、施施 逆转录过程逆转录过程HIV生活史生活史三、三、DNA复制与端粒、端粒酶复制与端粒、端粒酶端粒端粒: 是由蛋白质和是由蛋白质和DNA严密结合的构造严密结合的构造端粒酶端粒酶: 是一种本身携带模板是一种本身携带模板RNA的逆转录酶的逆转录酶端粒酶特殊的生物学功能：端粒酶特殊的生物学功能：1. 端粒酶活性与遗传信息的稳定性；端粒酶活性与遗传信息的稳定性；2. 端粒酶活性与细胞衰老；端粒酶活性与细胞衰老；3. 端粒酶活性与肿瘤端粒酶活性与肿瘤(telomere、telomerase)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-CUAGCC
10、AAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT 3-G-OH(3)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-Further polymerization端端粒粒酶合合成成端端粒粒的的爬爬行行方方式式四、四、DNA损伤突变与修复损伤突变与修复突变突变自发突变自发突变(spontaneous mutation)人工诱变人工诱变(induced mutation)一引起突变的要素一引起突变的要素物理要素：紫外线、各种辐射物理要素：紫外线、各种辐射化学要素：化学要素：亚硝酸硝酸盐、烷化化
11、剂、芳香、芳香烃类生物要素：生物要素：RNA病毒等病毒等 二突变的类型二突变的类型v点突变点突变(point mutation) 错配错配v转换转换(transition) ：A G 或或 C T v颠换颠换 (transversion)：嘌呤碱：嘌呤碱 嘧啶嘧啶碱碱v框移突变框移突变(frameshift mutation)v缺失、插入缺失、插入1个碱基个碱基v重排重排(rearrangement)血红蛋白中遗传信息的异常血红蛋白中遗传信息的异常正常正常DNA TGTGGG CTTCTTTTTmRNA ACACCCGAAGAA AAAHbA（链）链）（氨基末端）（氨基末端）苏苏脯脯谷谷6谷谷
12、 赖赖异常异常DNA TGTGGG CATCTTTTTmRNA ACACCCGUAGAA AAAHbS（链）链）（氨基末端）（氨基末端）苏苏脯脯缬缬6谷谷 赖赖镰刀形红细胞性贫血镰刀形红细胞性贫血HbA与与HbS比较比较由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型三三DNA的损伤修复的损伤修复光复活光复活切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复光修复光修复(photoreactivation)紫外辐射紫外辐射DNA链上两个胸腺嘧啶链上两个胸腺嘧啶残基间构成二聚体残基间构成二聚体光修复酶光修复酶切除修复切除修复核酸内切酶核酸内切酶DNApol ，DNA liga
13、se(excision repair)重组修复重组修复(recombinational DNA repair第二节第二节 RNA的生物合成转录的生物合成转录(transcription)一、参与转录的主要物质一、参与转录的主要物质v转录模板转录模板vRNA聚合酶聚合酶v底物底物v终止因子终止因子一转录模板一转录模板v转录的模板：转录的模板：DNADNA双链中的一条双链中的一条v模板链：模板链：DNADNA双链中具有转录功能的一条链双链中具有转录功能的一条链template strandtemplate strandv编码链：储存有遗传信息与模板链互补的一条链编码链：储存有遗传信息与模板链互补的
14、一条链coding strandcoding strand5/3/3/5/不对称转录：不对称转录： 1 1、RNARNA分子上只需一条可转录分子上只需一条可转录 2 2、模板链并不总是在同一单链上、模板链并不总是在同一单链上RNA合成方向：合成方向：5/3/不对称转录不对称转录asymmetric transcriptionDNA 5G G A G T A C A T G T C 3 编码链编码链，+, 3C C T C A U G U A C A G 5 模板模板链链，-， 转录转录 5 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA 翻翻译译 N Ala Val His Va
15、l C 多多肽肽 二二RNA聚合聚合酶原核原核细胞胞(RNA polymerase) 亚基亚基 功能功能2 2 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 与转录全过程有关与转录全过程有关 结合结合DNA模板模板 辨认起始点辨认起始点全全酶：中心：中心酶 2 + 起始因子起始因子 类型型 细胞内定位胞内定位 催化催化转录产物物 对鹅膏蕈碱的反响膏蕈碱的反响 核仁核仁 rRNA前体前体 耐受耐受 核核质 mRNA前体前体 极敏感极敏感 核核质 5SrRNA tRNA 中度敏感中度敏感二二RNA聚合聚合酶真核真核细胞胞三底物三底物RNA聚合酶的底物聚合酶的底物RNA合成的原料：合成的原料： ATP、GT
16、P、CTP、UTP二、转录过程二、转录过程1. 转录起始转录起始2、转录延伸、转录延伸3、转录终止、转录终止原核生物原核生物构成第一个构成第一个3 / ，5/-磷酸二磷酸二酯键，因子脱离全因子脱离全酶第一个核苷酸：第一个核苷酸：GTP或或ATPRNA 聚合聚合酶酶识别识别、结结合启合启动动子子-10核苷酸核苷酸TATAATPribnow 盒富含盒富含AT-35核苷酸核苷酸TTGACA启启动动子子1. 转录起始转录起始(transcription initiation)转录起始动画转录起始动画中心酶催化，在模板指点下沿中心酶催化，在模板指点下沿5/-3/方向延伸方向延伸RNA链链2、转录延伸、转
17、录延伸(transcription elongation)转录空泡转录空泡终止子终止子非依非依赖于于因子的因子的终止子止子依依赖于于因子的因子的终止子止子terminator3、转录终止、转录终止transcription termination非依非依赖因子的因子的终止止1、GC丰富，反复序列丰富，反复序列2、构成、构成发夹样构造构造依依赖与与因子的因子的终止止转录全过程转录全过程真核细胞真核细胞mRNA前体的加工前体的加工1. 转录过程中的转录过程中的5/端加帽与端加帽与3/端加尾的修饰端加尾的修饰mRNA的前体：核内不均一的前体：核内不均一RNAhnRNA2. 切除内含子切除内含子(in
18、tron)，拼接外显子，拼接外显子(exon)非编码序列非编码序列编码序列编码序列(hetero nuclear RNA)m7GpppNmpoly A帽子构造帽子构造尾巴构造尾巴构造 DNA和和RNA生物合成的比较生物合成的比较(1) 复制复制 转录1. 原料原料 dNTP NTP2. 模板模板 DNA两条两条链 DNA一条一条链3. 引物引物 需求需求RNA引物引物 不需引物不需引物4. 新新连延伸方向延伸方向 53 535. 主要主要酶类 DNA聚合聚合酶 RNA聚合聚合酶 解旋、解解旋、解链酶类 2 引物引物酶 终止因子止因子() DNA衔接接酶DNA和和RNA生物合成的比较生物合成的比
19、较(2) 复制复制过程程 转录过程程模板模板DNA解旋与解解旋与解链， 因子因子识别起始点起始点, 构成复制叉；构成复制叉； 带动全全酶解开解开DNA双双链,构成引构成引发体，体， 促使促使转录起起动； 合成合成RNA引物；引物； 因子随之零落下来；因子随之零落下来；3. 按按A=T、G=C碱基配碱基配对 在中心在中心酶催化下催化下, 规那么，合成那么，合成DNA； 使使RNA链不断延伸；不断延伸；切除引物、填切除引物、填补空隙、空隙、 因子因子终止止链延伸。延伸。 构成构成冈崎片段；崎片段；DNA衔接接酶衔接封口，接封口， 形生形生长链DNA；6. 在在Tus蛋白参与下，蛋白参与下， 终止复
20、制止复制课课堂堂练习练习基因表达包括以下基因表达包括以下过过程程复制复制 B. 转录转录 C. 翻翻译译逆逆转录转录 E. 以上都是以上都是DNA的半保管复制包括以下要点的半保管复制包括以下要点亲亲代代DNA部分解开部分解开为为两条两条单链单链以其中一条以其中一条单链为单链为模板模板C. 严厉严厉遵守遵守G C 、A = U碱基配碱基配对对法那么法那么合成的子代合成的子代DNA中，只需一条中，只需一条链链是新合成的是新合成的E. 子代子代DNA中只需一条中只需一条链链的碱基的碱基陈陈列列顺顺序与序与亲亲代完全一代完全一样样3.DNA复制过程中发生以下酶促反响4.解链酶将DNA双链部分解开为两条
21、单链5.B. 引物酶催化合成RNA引物6.C. DNA Pol 催化合成DNA7.D. DNA Pol 切除引物、填补空隙8.E. DNA衔接酶将冈崎片断衔接生长链DNA9.4. 文献刊登的基因序列，通常指的是10.模板链 B. 编码链 C. DNA两条链11.mRNA E. 领头链 12.5. 识别转录起始位点的是13. 亚基 B. 因子 C. 亚基 14. D. 亚基 E. 中心酶6.DNA Pol 具有以下功能，错误的选项是7.A. 当复制发生错误时， 发扬校读正作用8.B. 在复制过程中，发扬切除引物，填补空隙作用9.C. DNA损伤时，可以发扬切除并修补损伤DNA的作用10.D. 在体外，具有“切口平移作用11.E. DNA Pol具有53、 35外切酶活性12. 和53、 35聚合酶活性13.7.镰刀型红细胞贫血是由于珠蛋白基因发生以下突变14.点突变 B. 碱基缺失15.C. 碱基插入 D. 框移突变16.E. 胸腺嘧啶T被颠换为腺嘌呤A)
