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1、第十章第十章核酸的生物合成核酸的生物合成第一节第一节DNA的生物合成的生物合成第二节第二节RNA的生物合成的生物合成核酸的生物合成最新遗传信息传递的遗传信息传递的中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA生生物物的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的形形式式储储存存在在DNA分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序。在在细细胞胞分分裂裂的的过过程程中中，通通过过DNA复复制制把把亲亲代代细细胞胞所所含含的的遗遗传传信信息息忠忠实实地地传传递递给给两两个个子子代代细细胞胞。在在子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这
2、些些遗遗传传信信息息通通过过转转录录传传递递给给RNA，再再由由RNA通通过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上的的氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各各种种各各样样的的生生物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲亲代代相相似似的的遗遗传传特特征征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNA病病毒毒能能以以自自己己的的RNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNA，还还有有一一些些RNA病病毒毒能能以以其其RNA为为模模板板合合成成DNA，称称为为逆逆转录转录这是中心法则的补充。这是中心法则的补充。 中中心心
3、法法则则总总结结了了生生物物体体内内遗遗传传信信息息的的流流动动规规律律，揭揭示示遗遗传传的的分分子子基基础础，不不仅仅使使人人们们对对细细胞胞的的生生长长、发发育育、遗遗传传、变变异异等等生生命命现现象象有有了了更更深深刻刻的的认认识识，而而且且以以这这方方面面的的理理论论和和技技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。核酸的生物合成最新一、一、DNADNA半保留复制（半保留复制（semiconservative replicationsemiconservative replication）（一）概念（一）概念
4、1953年年Watson和和Crick在在DNA双螺旋结构的双螺旋结构的基础上提出了基础上提出了DNA半保留复制假说。半保留复制假说。在复制过程中，双螺旋在复制过程中，双螺旋DNA分子的两条多核分子的两条多核苷酸链首先碱基间氢键断裂局部解开为单链，苷酸链首先碱基间氢键断裂局部解开为单链，然后按碱基配对的方式以每条单链分别作为模然后按碱基配对的方式以每条单链分别作为模板各自合成一条同自己有互补碱基的新链，这板各自合成一条同自己有互补碱基的新链，这样形成了与亲代双链样形成了与亲代双链DNA遗传信息完全相同的遗传信息完全相同的两个子代新两个子代新DNA分子。每个子代分子。每个子代DNA分子的两分子的
5、两条核苷酸链中，一条来自亲代条核苷酸链中，一条来自亲代DNA，另一条是，另一条是新合成的。这种复制方式称为半保留复制。新合成的。这种复制方式称为半保留复制。核酸的生物合成最新DNA的半保留复制的半保留复制的概念的概念 DNA在复制时，两条在复制时，两条链解开分别作为模板，在链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新板链互补的新链，以组成新的的DNA分子。这样新形成分子。这样新形成的两个的两个DNA分子与亲代分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全分子的碱基顺序完全一样。由于子代一样。由于子代DNA分子分子中
6、一条链来自亲代，另一条中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制式称为半保留复制。核酸的生物合成最新DNA的半保留复制实验依据 19581958年年Meselson & Meselson & stahlstahl用同位素示踪用同位素示踪标记加密度梯度离心标记加密度梯度离心技术技术实验实验, ,证明了证明了DNADNA是采取半保留的方式是采取半保留的方式进行复制进行复制.15N DNA14N- 15N DNA14N DNA14N- 15N DNA核酸的生物合成最新复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图(Caims实验实验
7、) 将将3H-胸苷标记大肠杆菌胸苷标记大肠杆菌DNA，经过，经过近两代近两代的时间，的时间，3H-胸苷掺入大肠杆菌胸苷掺入大肠杆菌DNA 。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体DNA释放出来，释放出来，放射自显影，得到上图。非复制部分（放射自显影，得到上图。非复制部分（C）银粒子密度较低，由一股放射性链）银粒子密度较低，由一股放射性链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中一条双链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中一条双链（ B ）仅有一股链是标记的，另外一股双链（）仅有一股链是标记的，另外
8、一股双链（ A ）的两股链都是标记的，银）的两股链都是标记的，银粒子密度为前二者的两倍。染色体全长约为粒子密度为前二者的两倍。染色体全长约为1100微米。微米。ABC环状环状DNA的复制的复制 ABC核酸的生物合成最新（三）（三）DNA的半不连续复制的半不连续复制1968年年ROkazaki提出。提出。DNA在半保留复在半保留复制过程中产生的两条子链，一条链连续合成的制过程中产生的两条子链，一条链连续合成的子链称前导链，另一条不连续合成的子链称后子链称前导链，另一条不连续合成的子链称后随链。两条链的合成方向都是随链。两条链的合成方向都是53。实际上。实际上半不连续复制学说是半保留复制的补充。半
9、不连续复制学说是半保留复制的补充。核酸的生物合成最新冈崎片段：DNA半不连续复制时，合成的一些短的不连续的DNA片段称。原核细胞约含1000-2000 nt；真原核细胞约含100-200 nt。核酸的生物合成最新（四）原核细胞（四）原核细胞DNA的复制过程的复制过程-E.coli1.与复制有关的酶和蛋白质（1）DNA聚合酶1956年Kornberg等首先从E.coli分离出主要功能：53方向聚合作用，需RNA引物，活力低。单链球状蛋白，含锌，每秒可聚合10个碱基。53方向聚合的5个特点。具35外切酶（校正）和53外切酶（切除引物）的能力。对DNA损伤进行修复以及在DNA复制过程中填补引物RNA
10、被切除后的空隙。核酸的生物合成最新（2）DNA聚合酶和1969年PDelucia与JCairns发现一株大肠杆菌变异株的DNA聚合酶活力极低，但能以仍能以正常速度合成DNA。因此，怀疑DNA聚合酶是否在体内负责DNA的复制。1970-1971年Kornberg和Gefter先后从大肠杆菌分离出另外两种DNA聚合酶，分别命名为DNA聚合酶和。核酸的生物合成最新的主要功能：53聚合作用，活力低，作用不清楚；具35外切酶的能力，无53外切酶的能力。的主要功能：53聚合作用，活力强，起主要作用。具35外切酶的能力，无53外切酶的能力。核酸的生物合成最新（3）DNA连接酶DNA连接酶是指催化一个DNA链
11、的5-磷酸根与另一个DNA链的3-羟基形成磷酸二酯键的酶，但是这两条链必需都同个互补链结合，而且必需是相邻的。反应需要供给能量，细菌连接酶以NAD+为能量来源，动物细胞和某些噬菌体以ATP为能量来源。核酸的生物合成最新作用特点：连接缺口；两条链的5-P和3-OH相邻；它们有一共同的互补链；需要能量：细菌，NAD+；动物细胞和某些噬菌体，ATP；主要功能：连接缺口，在DNA复制、修复、重组中均起重要作用。核酸的生物合成最新核酸的生物合成最新（4）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶主要分为两类：拓扑异构酶I和拓扑异构酶。 拓扑异构酶I：主要集中在活性转录区，同转录相关，可以使双链DNA分子中的一条链发生断
12、裂和再次连接，反应不需要能量的供给； 拓扑异构酶 ：主要分布在染色质骨架蛋白和核基质部位，同复制有关，能使DNA两条链同时发生断裂和再次连接，需要ATP提供能量，它们之间的协同作用控制着DNA拓扑结构的改变。核酸的生物合成最新（5）DNA解旋酶作用：解开DNA双螺旋，使链间氢键断裂；（6）引发酶或引物酶作用：合成一段RNA引物，辨认起始点；（7）单链结合蛋白（SSB）作用：SSB在原核细胞和真核细胞中均有发现，它能与被解链酶解开的DNA单链紧密结合，并维持其单链状态，以利于单链的模板作用。核酸的生物合成最新（8）引发体蛋白质DNA的复制是一个极其复杂的过程，引物酶还必须要形成复杂的引发体（pr
13、imosome）后才能引发DNA的合成。引发体的重要组成部分引发前体（preprimosome）是由6种蛋白质即dnaB、dnaC、PriA、PriB、PriC和DnaT共同组成的。引发前体在单链结合蛋白SSB的作用下和模板相结合形成中间体结构，再与RNA引物合成酶（引发酶）相结合，组装成完整的引发体。完整的引发体可以在模板上沿模板链53方向进行滑动，移动到一定位置上，依靠dnaB蛋白识别复制的起始点，即可以引发RNA引物的合成。核酸的生物合成最新2.复制过程（1）DNA复制的起始DNA复制的起始点和方向首先，引发酶在DNA模板上辨认出复制的起始点，由此启动引物RNA的合成。大肠杆菌只有一个起
14、始点，而真核生物DNA有多个起始点。DNA复制的方向可以是单向的，也可以是双向的。其证据来自放射自显影技术或电子显微镜观察。实验证明，大肠杆菌及大多数生物染色体DNA复制是双向进行的，出现“”结构。核酸的生物合成最新模板DNA双链的分离辨认起始点后，在DNA拓扑异构酶、DNA解旋酶及单链结合蛋白的作用下，DNA双链松开，能量由ATP提供。其双链松开后形成复制叉。引物RNA的合成DNA双链解开后，以其单链为模板，在引发酶和引发体蛋白质蛋白质的共同作用下，合成一段RNA，其合成方向53。在细菌中RNA引物由50-100个核苷酸组成，哺乳动物则少至10个核苷酸。核酸的生物合成最新核酸的生物合成最新（
15、2）DNA复制的延长RNA引物合成后，按照模板链上35方向，在DNA聚合酶的催化下，以dNTP作为底物，在引物3-OH端不断掺入相应的脱氧核苷酸（每掺入1个核苷酸，从底物dNTP上切下一个焦磷酸），新链不间断地延长。前导链连续复制在引物、底物及DNA聚合酶的作用下，以35DNA单链为模板，按53方向连续合成新的DNA链。核酸的生物合成最新核酸的生物合成最新后随链的不连续复制新的35链是不连续合成的。先按53方向（与复制叉移动方向相反），在引物、底物及DNA聚合酶的作用下合成若干冈崎片段。然后通过DNA聚合酶I的53外切酶活性将RNA引物上的核苷酸单位逐个除去。每个核苷酸单位被切除后立即被与模板
16、链相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上。是利用前面的冈崎片段作为引物通过DNA聚合酶I的聚合酶活性完成的。最后，DNA连接酶通过磷酸二酯键将2个片段连接起来，并封闭缺口，使其成为完整的滞后链。核酸的生物合成最新DNA聚合酶的“校对”作用DNA聚合酶的35外切酶活性是校对新生DNA链和改正聚合酶活性所造成“错配“的一种于段，当因聚合酶活性的作用插入一个错配的核苷酸时，酶能识别这种“失误“并立即从新DNA链的3端除掉所错配的核苷酸。然后再按53力向和正常复制的过程在新生DNA链的3端加上正确的核苷酸。所以当复制叉沿模板链移动时，所加入的每个脱氧核苷酸单位都将受到检查。DNA聚合酶的校正功十分有效，其准
17、确率达到每聚合104个核苷酸单位至多出现一个错配的核苷酸。核酸的生物合成最新（3）DNA复制的终止DNA复制的终止（termination）随DNA分子的形状不同而有差异。对线性DNA分子来说，当复制叉到达分子末端时，复制即终止。环状环状DNA：复制情况多数为定点、双向、对称、等速的方式复制，其复制终点一般距起点180bp左右，两个复制叉在此处相遇，合成即告终止。两个复制叉可能同时到达一个特定部位，也可能其中一个复制叉先到达此处停止，“等待”另一个移动较慢的复制叉，先行到达的复制叉不会越过这一特定部位继续复制，这意味着此处有一个特异的终止信号。核酸的生物合成最新大肠杆菌有6个终止子（termi
18、nator）位点，分别称为terAterF。与ter结合的蛋白质称为Tus蛋白（terminusutilizationsubstance）。Tus蛋白可识别并结合于终止位点的20bp共有序列，具有反解旋酶（contra-helicase）活性，能阻止DnaB蛋白的解旋作用，从而抑制复制叉的前进，促使复制的终止。Tus-ter复合物只阻止一个方向的复制叉前进，即不让对侧复制叉超过终点后过量复制。DNA复制完成后，又可在拓扑导构酶的作用下，将DNA分子引入超螺旋结构，进行进一步的装配。核酸的生物合成最新（五）真核细胞（五）真核细胞DNA的复制过程的复制过程1.与复制有关的酶至少有5种：细胞核，53
19、聚合作用（相当于DNA聚合酶），延长后随链，引发酶，有35外切酶活性。：细胞核，53聚合作用，修复：细胞核，53聚合作用，延长前导链，解旋酶作用，有35外切酶活性。：线粒体，线粒体DNA复制：细胞核，修复核酸的生物合成最新2.复制过程(与原核细胞的区别)真核细胞DNA复制的基本过程可能十分相似于原核细胞DNA的复制。但两者相比，主要有下列不同之处：（1）过程复杂。起始点多，双向复制；冈崎片段的长度比原核短。（2）复制总速度快，但复制叉移动较慢。真核生物复制叉每分钟移动约13kbp，而细菌约为50kbp。（3）不能连续发动复制。一个起始点从开始复制起，在全部复制完成之前，该起始点不再重新开始复制
20、，但原核细胞中，起始点可以连续发动复制。（4）与原核细胞DNA聚合酶是有差别的。（5）真核细胞DNA比原核细胞DNA大得多，且与组蛋白结合形成染色体。（6）端粒的复制端粒酶。核酸的生物合成最新二、二、DNA的损伤修复的损伤修复细胞具有一系列机制，能在一定条件下使细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的损伤得到修复。其中了解最清楚的由的损伤得到修复。其中了解最清楚的由紫外光照射而引起紫外光照射而引起DNA破坏的修复机制。破坏的修复机制。（一）嘧啶二聚体的形成（一）嘧啶二聚体的形成紫外光照射可以使紫外光照射可以使DNA链中相邻的嘧啶形成链中相邻的嘧啶形成一个环形丁烷，主要产生胸腺嘧啶二聚体。二
21、一个环形丁烷，主要产生胸腺嘧啶二聚体。二聚体的形成使聚体的形成使DNA的复制和转录功能受到阻的复制和转录功能受到阻碍，因而必须除去。碍，因而必须除去。（二）修复机制（二）修复机制核酸的生物合成最新1.光复活修复光复活机制是可见光激活了光复活酶，使之能分解由于紫外光照射而产生的胸腺嘧啶二聚体。光复活酶的专一性较高(只作用于因紫外光射而形成的胸腺嘧啶二聚体)，它的分布很广。从单细胞生物一直到鸟类都有，但在高等哺乳动物中不存在。核酸的生物合成最新嘧啶二聚体紫外光损伤DNA的暗修复过程核酸的生物合成最新2.切除修复复制前修复切除修复（excisonrepair）：是在一系列酶的作用下，将DNA分子中受
22、损伤部分切除，并以切除的受损伤部位所对应的互补链为模板，重新合成出被切去的部分，然后使DNA再恢复正常结构的过程。根据切除部位的不同，可分核苷酸切除修复（nucleotideexcisonrepair，NER）和碱基切除修复（baseexcisonrepair，BER）两种类型。参与切除修复的酶主要有特异的核酸内切酶、外切酶、聚合酶和连接酶，主要步骤如下：核酸的生物合成最新（1）专一的内切酶内切酶在靠近二聚体处切断单链DNA；（2）DNA聚合酶利用完整的互补链为模板，在断口处进行局部的修复合成；（3）5核酸外切酶切除含嘧啶二聚体的寡核苷酸片段；（4）连接酶将新合成的DNA链与原来的DNA链连接
23、在一起。按上述顺序进行的修复为“先补后切”，也可以“先切后补”，即（2）和（3）颠倒。这种修复机制也称为切除修复，是比较普遍的一种修复机制，对多种损伤均能起修复作用。核酸的生物合成最新3.重组修复复制后修复当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位也可以先复制再修复。例如，含有嘧啶二聚体、烷基化引起的交联和其他结构损伤的DNA仍然可以进行复制，但是复制酶系在损伤部位无法通过碱基配对合成子代DNA链，它就跳过损伤部位，在下一个冈崎片段的起始位置或前导链的相应位置上重新合成引物和DNA链，结果使子代链在损伤相对应处留下缺口。这种遗传信息有缺损的子代DNA分子可通过遗传重组加以弥补，即从完整的母链上将相应
24、核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列补上母链的空缺，此过程称为重组修复（recombinationrepairing）。因为发生在复制之后，又称为复制后修复（postreplicationrepair）。核酸的生物合成最新在这个过程中，需要激活一种关键酶，即由recA基因编码的RecA蛋白蛋白。RecA蛋白结合在子链的空缺处，引发对侧正常模板链与子链重组，从而将子链修复成完整子链。模板链上留下的空缺由DNA聚合酶I合成DNA片段填补，最后由连接酶连接，使模板链重新成为一条完整的DNA链。通过重组过程后，DNA损伤可能仍保存下来，但随着多次复制及重组修复，损伤链所占比例越来越少，不影
25、响细胞的正常功能。核酸的生物合成最新图16-15重组修复的过程X表示DNA链受损伤的部位。虚线表示通过复制新合成的DNA链。锯齿线表示重组后缺口处再合成的DNA链。核酸的生物合成最新4.诱导修复与应急反应光复活修复、切除修复、重组修复可不经诱导而发生，但许多能引起DNA损伤或抑制复制的处理均能产生一系列复杂的诱导反应，称为应急反应。图16-16SOS反应的机制核酸的生物合成最新三、三、RNA指导下的指导下的DNA的合成的合成1970年H.Temin和D.Baltimore同时分别从鸟类劳氏肉瘤病毒和小鼠白血病病毒中分离出RNA指导的DNA聚合酶。这个酶以4种脱氧核苷三磷酸为底物，能生成与病毒R
26、NA(模板)碱基序列互补的DNA。由于它催化遗传信息从RNA流向DNA，与转录作用正好相反。故称为逆转录酶或反转录酶。病毒感染细胞后通过逆转录酶生成与病毒RNA碱基序列互补的DNA，并整合到宿主细胞的染色体DNA中。RNARNA-DNAdsDNA核酸的生物合成最新逆转录酶是一种多功能酶，它除了具有以RNA为模板的DNA聚合酶和以DNA为模板的DNA聚合酶活性外，还兼有RNaseH、DNA内切酶、DNA拓扑异构酶、DNA解链酶和tRNA结合酶的活性。逆转录酶不具有35外切酶活性，所以它不具有校对功能，合成时具有较高的错误率，这可能是逆转录的瘤病毒较快出现变异新病毒株的原因。核酸的生物合成最新逆转
27、录酶的发现重要意义：（1）在理论上，补充和丰富了中心法则。（2）逆转录的发现及其过程的研究不仅有助于对RNA病毒致癌机制的了解，而且可以指导肿瘤的防治和药物设计。（3）逆转录酶在基因工程上应用广泛。核酸的生物合成最新第二节第二节RNA的生物合成的生物合成核酸的生物合成最新第二节第二节RNA的生物合成的生物合成一、一、DNA指导下的指导下的RNA合成合成转录转录（一）定义DNA分子中的遗传信息转移RNA分子中的过程称为转录。转录产物：mRNA、rRNA、tRNA原核细胞的mRNA为单顺反子或多顺反子真核细胞的mRNA为单顺反子模板链（无义链、反义链）：能转录的DNA链称非模板链（有义链、正义链、
28、编码链）：起调节作用的DNA链称转录：某一条链的某一段复制：完整的两条链核酸的生物合成最新（二）原核细胞的转录1.RNA聚合酶早在1959年，已从细菌、动物和植物中发现了RNA聚合酶。1960年Weiss和Hurwitz分别从细菌和动物中分离了一种DNA指导下的RNA聚合酶（DNA-directed RNA polymerase）。（1）作用DNA模板4种NTP为底物及镁离子聚合作用53不需要引物，无校正功能核酸的生物合成最新（2）组成全酶（2），其中2称核心酶，具催化活性可使合成的RNA链延长。因子识别起始点，一旦合成起始，即释放出来；：起始作用，催化部位；：结合DNA；：与启动子结合。核酸
29、的生物合成最新2.转录过程（1）起始RNA聚合酶首先与模板DNA的特定部位即启动子的某一部位结合。启动子是指RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一段DNA序列。原核细胞的启动子约含40-60个bp。启动子区域有三个功能部位：起始部位Pribnow框识别部位。核酸的生物合成最新起始部位：此处有与转录生成的RNA链中第一个核苷酸互补的碱基对；Pribnow框：在转录起始上游-10bp处有一富含A-Tbp的TATAAT序列；识别部位：其位置在-35bp附近，序列特征为TTGACA，这是RNA聚合酶初始识别部位。核酸的生物合成最新（2）延长从起始到延伸的转变过程，包括因子由缔合向解离的转变。DNA分子
30、和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿DNA模板链的35方向按碱基配对原则生成53的RNA产物。RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链（转录泡），长度约17个bp，使模板链暴露出来。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区。随着聚合反应进行，转录泡前方的DNA解旋、解链，转录的RNA向3方向延伸，即与DNA模板链形成的8bp长的DNA-RNA杂交体也向前方移动；转录泡后方的DNA两条单链迅速恢复为双链螺旋构象。所以，随着RNA聚合酶的
31、移动，酶和转录泡前方的DNA解旋、解链，后方DNA恢复螺旋连续进行，贯穿于延长过程的始终。核酸的生物合成最新（3）终止：当核心酶沿DNA模板35方向移动到终止信号区域时转录就终止。提供终止信号的DNA序列称终止子。转录终止信号：不依赖因子：回文结构，富含G-C碱基，回文后有寡聚尿苷，形成具茎环的发夹形结构。依赖因子：回文结构，无富含G-C碱基，也无寡聚尿苷。因子参与终止。核酸的生物合成最新3.转录后的修饰加工rRNA：30SrRNA前体先在特定碱基处甲基化，然后断裂产生17S和25SrRNA中间产物。中间产物再通过核酸酶的作用除去一些核苷酸残基，才生成原核生物特有的16S和23SrRNA。5S
32、rRNA是从30SrRNA前体的3端分离的。17S16SrRNA30S25S23SrRNA小碎片5SrRNA核酸的生物合成最新tRNA：其加工包括：a.5和3端多余核苷酸的除去；b.3端添加CCAOH序列，由核苷酸基转移酶催化；c.碱基的特征性修饰。如甲基化、脱氨和还原作用。mRNA：在原核生物中转录翻译相随进行，多基因的mRNA生成后，绝大部分直接作为模板去翻译各个基因所编码的蛋白质，不再需要加工。核酸的生物合成最新（三）真核细胞的转录1.RNA聚合酶：核仁，合成rRNA(5.8S、18S、28S)：核质，合成mRNA：核质，合成tRNA和5SRNA2.转录过程（略）3.转录后的修饰加工核酸
33、的生物合成最新rRNA：在真核细胞中rRNA的转录后加工与原核细胞类似，但更为复杂。rRNA在核仁中合成，生成一个更大45S前体rRNA。45SrRNA前体约含14000个核苷酸残基，加工的第一步是其中100多个核苷酸残基被甲基化，其中多数残基的甲基化部位是其核糖部分的2-OH。甲基化的45SrRNA前体再进行一系列的酶促分解后产生真核生物核糖休特有的18S、28S和5.8SrRNA。真核生物5SrRNA的生成通过另外的途径。真核生物5SrRNA的生成通过另外的途径。核酸的生物合成最新tRNA：由RNA聚合酶转录，加工与原核相似，但3端的CCA都是后加的，还有2-O-甲基核糖。mRNA：真核生
34、物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位，但有内含子，需切除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体，而且很不均一,称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工过程包括：a.5端加帽子（m7Gppp）；b.3端加多聚腺苷酸尾；c.mRNA前体的剪接。核酸的生物合成最新二、二、RNA指导下的指导下的RNA的合成的合成RNA的复制的复制某些RNA病毒如f2、MS2、R17和Q能以RNA作模板复制出病毒RNA分子，这种RNA指导下的RNA合成又称之为RNA的复制。三、非编码三、非编码RNA着重介绍目前非编码着重介绍目前非编码RNA领域研究的两个热领域研究的两个热点问题：非编码小分子点问题：非编码小分
35、子RNA（microRNA）和和RNA干扰（干扰（RNAinterference，RNAi）（一）小分子（一）小分子RNA核酸的生物合成最新1.MicroRNAMicroRNA是一种大小约21-23个碱基的单链小分子RNA，是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶（RNAase家族中对双链RNA具有特异性的酶）加工后生成的。最早被发现的两个microRNAlin-4和let-7被认为是通过不完全互补结合到目标靶mRNA3非编码区端，以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制，进而抑制蛋白质合成，阻断mRNA的翻译。核酸的生物合成最新2.小分子干扰RNA（siRNA）是另一
36、种小RNA分子，也是由Dicer酶加工而成。可以激发与之互补的目标mRNA的沉默。（二）（二）RNA干扰（干扰（RNAi）1.RNAi的概念RNAi是指通过反义RNA与正义RNA形成双链RNA特异性地抑制靶基因的转录后表达的现象，它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA（正义RNA和反义RNA），从而诱导内源靶基因的mRNA降解,达到阻止基因表达的目的。核酸的生物合成最新2.RNAi的作用机制RNAi的作用机制包括转录沉默机制、转录后沉默机制和翻译机制。（1）转录沉默（Transcriptionalgenesilencing，TGS）机制（2）转录后沉默（Post-transcri
37、ptionalgenesilencing，PTGS）机制核酸的生物合成最新（3）翻译抑制机制RNAi的这种作用方式也是作用于转录后形成的mRNA，它在调节细胞内基因表达与自身发育方面起着重要的作用。首先细胞内源基因转录成原始microRNA，之后在Droslta酶催化下产生microRNA的前体（premicroRNA），microRNA前体接下来从细胞核转运至细胞质中，细胞质中的microRNA前体再在Dicer酶和ATP的共同作用下组装成核糖核蛋白复合体。这个复合体经不完全配对方式与特定mRNA的3非翻译序列结合，阻止mRNA的翻译。核酸的生物合成最新3.RNAi的生物学意义RNAi是生物
38、体在进化中形成的一种内在基因表达的调控机制。就目前的研究来看，RNAi的生物学意义主要体现在以下一些几个方面：（1）病毒防御。RNAi在生物体抵御外来病毒的入侵方面有着重要的作用。（2）抑制转座子的转座，保护基因组的完整性。RNAi可以介导组蛋白的甲基化，从而保持着丝粒区的异染色质状态，从而保护基因组的完整性。核酸的生物合成最新（3）调节基因表达。实验结果表明，广泛存在于生物内的内源siRNA可以通过调节染色质的凝集而调节基因表达，而dsRNA可以通过与启动子结合使其发生甲基化而导致基因沉默。（4）清除畸变的RNA。细胞内的畸变RNA可以进入RNAi途径被降解。（5）参与基因组重排。这一过程可
39、能与重组区域组蛋白的甲基化有关。核酸的生物合成最新四、核酸生物合成的抑制剂四、核酸生物合成的抑制剂某些核酸代谢的拮抗物和抗生素可抑制核苷酸或核酸的合成，因而可以用以治疗疾病（特别是作抗肿瘤和抗病毒的药物），也可以用于核酸的研究。按照这些抑制剂的作用性质不同，可分为三类:（1）核苷酸合成抑制剂；（2）与DNA结合而改变模板功能的抑制剂；（3）RNA聚合酶的抑制剂。核酸的生物合成最新（一）核苷酸合成的抑制剂（一）核苷酸合成的抑制剂这类抑制剂结构上类似于核苷酸合成的底物或者中间化合物即“抗代谢物”。不但可以抑制核苷酸的合成，还能掺入核酸分子中去，形成异常的DNA和RNA，从而影响核酸功能。主要包括：
40、（1）氨基酸类似物，（2）叶酸类似物，(3)嘌呤和嘧啶类似物。如6-巯基嘌呤、6-硫鸟嘌呤、2,6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤、5-氟尿嘧啶、6-氮尿嘧啶等，其中的一些碱基类似物进入体内后需转变成相应的核苷酸，才表现出抑制作用。核酸的生物合成最新（二）与（二）与DNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂这类抑制剂能与DNA模板非特异性结合，使DNA失去模板功能，从而抑制其复制和转录。按其作用方式可分为：1.放线菌素D类：放线菌素D对真核、原核细胞都起作用，有抗菌和抗癌作用。它可与DNA形成非共价复合物，使其多肽部分在DNA的“浅沟”上如同阻遏蛋白一样，抑制DNA的转录和复制。属于此类机理的抑制剂还有
41、色霉素A3、橄榄霉素、光神霉素等抗生素。核酸的生物合成最新2.烷化剂主要包括氮芥、磺酸酯、氮丙啶、乙撑亚胺等。它们带有活性烷基，可以使DNA烷基化。烷化位点多为鸟嘌呤N7，腺嘌呤N1、N3、N7，胞嘧啶N1。烷基化后的碱基易被水解下来，留下的空隙可干扰DNA复制或引起错误碱基掺入。带有双功能基团的烷化剂，可同时与DNA两条链结合，使双链DNA交联，从而失去模板功能。所以烷化剂亦称DNA反应剂，可使DNA变性破坏，从而阻滞细胞分裂增殖过程，导致肿瘤细胞死亡，常作为抗肿瘤的药物。核酸的生物合成最新3.嵌入染料嵌入染料是一类可以嵌入DNA堆积碱基之间的一类扁平芳香族染料。插入DNA后，使其在复制时缺失或增添一个核苷酸，从而导致移码突变，并能抑制RNA链的合成起始及质粒的复制。此类抑制剂主要有溴化乙锭、原黄素、吖啶黄、吖啶橙等。4.RNA聚合酶的抑制剂此类抑制剂直接作用于RNA聚合酶，主要包括：（1）利福平及其衍生物。特异地抑制细菌RNA聚合酶的活性，可以强烈抑制革兰氏阳性菌和结核杆菌的生长，它主要抑制RNA合成的起始。（2）利链菌素，能与细菌RNA聚合酶亚基结合，抑制转录过程中链的延长。（3）-鹅膏蕈碱，其主要抑制真核RNA聚合酶和，对细菌的RNA聚合酶抑制作用极小。核酸的生物合成最新
