生物化学基础第9章2核酸代谢课件

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1、第九章第九章 核酸代谢核酸代谢Metabolism of Nucleotides 第四节第四节 DNA的生物合成的生物合成 Biosynthesis of DNA重点内容重点内容DNA的半保留复制的半保留复制DNA的合成的合成过过程程冈冈崎片段崎片段相关概念相关概念基本知识体系基本知识体系l基因：基因：合成有功能合成有功能蛋白蛋白质质多多肽链肽链或或RNA所必需的全部所必需的全部核苷酸序列。一般是核苷酸序列。一般是DNA序列序列或或RNA（RNA病毒病毒）l基因基因组组：一种生物体中的整套：一种生物体中的整套遗传遗传信息，一般信息，一般为为一个一个受精卵或一个体受精卵或一个体细细胞的胞的细细胞

2、核中所有胞核中所有DNA分子的分子的总总和和l 顺顺反子（反子（cistron)与基因相通与基因相通，通常一个，通常一个顺顺反子即一个反子即一个基因；定基因；定义为义为：编码单编码单条多条多肽链肽链的一个的一个遗传遗传功能功能单单位，位，即即转录单转录单位。位。l原核生物多原核生物多顺顺反子反子，一条，一条mRNA链编码链编码几种功能相关几种功能相关联联的蛋白的蛋白质质；（相反真核生物；（相反真核生物单顺单顺反子）反子）内含子与外显子内含子与外显子外外显显子子(exon)：编码编码序列序列内合子内合子(intron)：插入外：插入外显显子之子之间间非非编码编码序列序列5-端和端和3-端端非翻非

3、翻译译区区(UTR) 一、一、DNA的半保留复制的半保留复制l 半保留复制提出的半保留复制提出的实验实验依据：依据：1.Meselson和和Stahl （1958） 15NH4Cl标记标记 Ecoli DNA同位同位素素标记标记技技术术2.（15N14N）DNA的的密度梯度离心技密度梯度离心技术术3. Cairna(1963) 利用利用放射性自放射性自显显影影，观观察到察到Ecoli 染色体染色体DNA复制中复制中间过间过程程4. 细细菌培养技菌培养技术术5. DNA提取技提取技术术等等1.Chargaff（1950）提出）提出DNA碱基碱基组组成的成的规规律律2.Watson和和Crick（

4、 1953）提出提出DNA双螺旋双螺旋结结构模型，构模型，并推并推测测DNA的半保留复制的半保留复制半保留复制提出的理论依据半保留复制提出的理论依据The Replication of DNA in Escherichia coli . Matthew Meselson & Franklin Stahl Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1958 , 44: 671-682二、二、 DNA半保留复制的定义半保留复制的定义定义：定义： 指遗传物质传代过程中，以母指遗传物质传代过程中，以母链链DNA为模板，按碱基

5、互补配对原为模板，按碱基互补配对原则指导则指导DN A新链的合成，子链新链的合成，子链DNA碱基序列与亲代分子完全一样，碱基序列与亲代分子完全一样，但但一条链来自亲代的一条链来自亲代的DNA链链，另一，另一条链是条链是新合成的链。新合成的链。相对的遗传保守相对的遗传保守绝对的遗传变异绝对的遗传变异DNA半保留复制的特点半保留复制的特点1.亲亲代代DNA两条两条链链均可均可为为模板模板2.方向：方向：5到到3的方向合成新的方向合成新链链3.复制复制过过程是双向程是双向进进行行4.速度：非常迅速速度：非常迅速5.需需DNA或或RNA引物引物6.合成合成过过程是半不程是半不连续连续的的7.DNA由拓

6、扑异构由拓扑异构酶酶催化局部解旋催化局部解旋8.真核真核线线性性DNA末端（端粒）的复制需端粒末端（端粒）的复制需端粒酶酶参与参与三、三、DNA的复制酶之一的复制酶之一 聚合聚合酶酶：以以DNA为为模板，催化新模板，催化新链链3,5-磷酸二磷酸二酯酯键键的生成的生成（1）原核生物）原核生物DNA聚合聚合酶有三有三类：DNA聚合聚合酶I、聚合聚合酶II、聚合聚合酶III（pol I、II、III ） 1955年，年，Kornberg 大大肠肠肝菌肝菌 中中发现发现 DNA polymerase I， 获诺贝获诺贝尔尔奖奖。DNA polymerase Il功能功能 1.5- 3聚合聚合酶酶、 5

7、- 3外切外切酶酶、3- 5外切外切酶酶2.DNA损伤损伤的修复的修复3.DNA复制复制过过程中程中RNA引物切除后，空隙的填充引物切除后，空隙的填充l结结构构1.单链单链多多肽肽、球蛋白、球蛋白2.分子量分子量103 103D a3.含含锌锌原子原子l DNA pol II 与聚合酶I 相似，确切作用不详1970年，德国Rolf Knippers发现l DNA pol III 1.结构：10种不同亚基组成，呈不对称二聚体2.分子量：900 103D a3.功能：与DNA复制有关lDNA pol IV 和 pol V（ 1999) DNA修复有关DNA polymerase 家族家族聚合酶活性

8、中心锌指模型聚合酶活性中心锌指模型DNA Polymerase II 蓝蓝色区域色区域 DNA polymeraseIII 的的亚亚基基DNA Polymerase III -SubunitDNA Polymerase III DNA Polymerase III 异二聚体异二聚体结结构构三、三、DNA的复制酶之二的复制酶之二 真核生物真核生物DNA聚合酶聚合酶类别、细胞定位、性质及功能类别、细胞定位、性质及功能DNA聚合酶聚合酶PolPolPolPolPolPol、Pol与与Pol相对分子量相对分子量KD 2503638160300170256细胞内定位细胞内定位细胞核细胞核细胞核细胞核线粒

9、体线粒体细胞核细胞核细胞核细胞核相关酶活性相关酶活性53聚合酶聚合酶有有有有有有有有有有35外切酶外切酶无无无无有有有有有有引发酶引发酶有有无无无无无无无无功能功能引物合引物合成成碱基切碱基切除修复除修复线粒体线粒体DNA合成合成DNA复复制酶制酶修复修复不清楚或损伤旁不清楚或损伤旁路修复路修复三、三、DNA的复制酶之三的复制酶之三引物酶引物酶名称：引发酶（引物酶）名称：引发酶（引物酶）功能：负责合成约功能：负责合成约10个核苷酸的个核苷酸的RNA引物。引物。底物：核苷三磷酸底物：核苷三磷酸结构：引发酶与结构：引发酶与DNA聚合酶聚合酶 形成复合体。形成复合体。能量：能量：NTP三、三、DNA

10、的复制酶之四的复制酶之四连接连接酶酶名称：名称：连连接接酶酶（DNA ligase）1967年年发现发现功能：功能：将双将双链链DNA的的单链单链切口形成切口形成3 - 5磷酸二磷酸二酯键酯键能量：消耗能量：消耗细细菌菌连连接接酶酶以以NADH为为供能者；高等供能者；高等动动物和噬菌体以物和噬菌体以ATP为为供能者供能者名称：名称：topoisomerase核酸拓扑原因：核酸拓扑原因：DNA复制复制过过程，由于超螺旋的存在，程，由于超螺旋的存在，结结构构紧紧密；解密；解链过链过程，程，产产生生过过度度拧紧拧紧、打、打结结、缠绕缠绕、连环连环等等功能：松弛超螺旋、克服复制、合成功能：松弛超螺旋、

11、克服复制、合成过过程中程中产产生的扭曲生的扭曲张张力力 类类似核酸内切似核酸内切酶酶和和连连接接酶酶的的联联合作用合作用类类型：型： 型拓扑异构型拓扑异构酶酶：切割：切割DNA双双链链中的一股，并适中的一股，并适时连时连 接，不需接，不需ATP，不形成超螺旋，参与复制和，不形成超螺旋，参与复制和转录转录 型拓扑异构型拓扑异构酶酶（解旋（解旋酶酶）：切割）：切割DNA双双链链，并适，并适时时连连接，接， 不需不需ATP时时，松，松驰负驰负超螺旋；需超螺旋；需ATP时时，引入，引入负负超超三、三、DNA的复制酶之五的复制酶之五 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶l 拓扑原因拓扑原因l拓扑异构

12、拓扑异构酶酶的作用的作用拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用三、三、DNA的复制酶之六的复制酶之六 解旋酶解旋酶名称：解螺旋名称：解螺旋酶酶（helicase）功能：复制叉年解开小段双功能：复制叉年解开小段双链链DNA形成形成单链单链，利，利于于DNA合成合成能量：需要消耗能量：需要消耗三、三、DNA复制之七复制之七 单链结合蛋白单链结合蛋白 名称：名称：单链单链DNA结结合蛋白（合蛋白（single- strand DNA binding protein,SSB） 功能：与功能：与单链单链DNA结结合，阻止已解合，阻止已解链链DNA重新形重新形成双成双链链，保，保护护核酸不被降解核酸不被降解 结

13、结构：四聚体蛋白构：四聚体蛋白八、复制因子八、复制因子C（RFC） 一一种种装装载载因因子子，作作为为DNA聚聚合合酶酶和和之之间间的的连连系系物物或或纽带纽带，有助于前，有助于前导链导链和后随和后随链链的同的同时时合成。合成。九、核酸九、核酸酶酶H（RNaseH）和盖内切核酸）和盖内切核酸酶酶（FEN1） 参参与与去去除除RNA引引物物的的作作用用。 RNaseH降降解解RNA引引物物，留留下下一一个个核核苷苷酸酸连连在在冈冈崎崎片片段段的的末末端端，由由FEN1完完成成去去除最后一个核苷酸。除最后一个核苷酸。三、三、DNADNA复制之其他复制之其他四、四、DNA复制有关复制有关酶酶及蛋白因

14、子及蛋白因子原核生物复制体系的组分原核生物复制体系的组分模板模板亲代双链亲代双链DNA，需解旋，需解旋底物底物dATP、dGTP、dCTP、dTTP引物引物提供提供3-OH多种酶多种酶拓扑异构酶、引物酶、拓扑异构酶、引物酶、DNA聚合酶、解螺旋酶、聚合酶、解螺旋酶、DNA连接酶连接酶多种蛋白因子多种蛋白因子单链单链DNA结合蛋白、复制蛋白结合蛋白、复制蛋白A、复制因子、复制因子C及镁离子及镁离子酶酶及有关蛋白因子及有关蛋白因子功功 能能DNA聚合聚合酶酶/引引发发酶酶引引发发及后随及后随链链的部分合成的部分合成DNA聚合聚合酶酶主要的主要的DNA复制复制酶酶拓扑异构拓扑异构酶酶松弛松弛DNA超

15、螺旋，有利于复制超螺旋，有利于复制解螺旋解螺旋酶酶解开解开DNA双螺旋双螺旋单链单链DNA结结合蛋白及复制蛋白合蛋白及复制蛋白A与与单链单链DNA结结合，防止再形成双合，防止再形成双链链复制因子复制因子C（RFC）参与滑参与滑动夹动夹子的装配子的装配增殖增殖细细胞核抗原（胞核抗原（PCNA）滑滑动夹动夹，与合成的，与合成的连续连续性有关性有关核酸核酸酶酶H（RNaseH）去除去除RNA引物引物盖内切核酸盖内切核酸酶酶I去除去除RNA引物的最后一个核苷酸引物的最后一个核苷酸DNA连连接接酶酶连连接接冈冈崎片段及参与修复崎片段及参与修复真核生物真核生物DNA复制体系复制体系相关概念相关概念 双向复

16、制双向复制(bidirectional replication)：原核生物：原核生物DNA复制是复制是从一个起始点开始，同从一个起始点开始，同时时向两个方向向两个方向进进行。行。 复制起点复制起点(origin)：含有：含有100200个碱基个碱基对对的一段的一段DNA。 原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体DNA有多个有多个复制起始点。新复制起始点。新链链增增长长的方向的方向:53 复制子复制子(replicon)：两个起始点之：两个起始点之间间的的DNA片段。人的基因片段。人的基因组组可能有可能有104105个复制子个复制子 复制叉复制叉(

17、replication fork): 复制复制时时双双链链打开，分开成两股，打开，分开成两股，新新链链沿着沿着张张开的模板生成，复制中形成的开的模板生成，复制中形成的这这种种Y字形字形结结构构真核生物复制起点真核生物复制起点五、五、DNA复制过程复制过程三个三个阶阶段段: 1.起始起始 (Initiation ）2.延伸延伸（ Elongation ）3.终终止止（ Termination ）1 1 起始过程起始过程DnaA蛋白蛋白辨认辨认并结合起始位点并结合起始位点防止螺旋回复防止螺旋回复单链结合蛋白单链结合蛋白解链酶、拓扑异构酶解链酶、拓扑异构酶引物合成引物合成引物酶引物酶DNA解链解链起

18、始点起始点oriC的确定的确定复制体的形成复制体的形成连接酶连接酶 Dna A识别识别起始点起始点 Dna B和和Dna C（协协助解开助解开DNA双双链链）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物酶SSB3535引发体和引物引发体和引物复制体复制体2 延伸过程延伸过程过程描述：过程描述：DNA聚合酶催化下，解开的聚合酶催化下，解开的DNA单链为模板，单链为模板，四种四种dNTP为原料，新进入的为原料，新进入的 dNTP 与引物与引物 3OH形成磷形成磷酸二酯键，由酸二酯键，由5向向3方向延长子链。方向延长子链。延伸过程：半不连续复制延伸过程：半不连续复制原因：原因： DNA两条链为反向平行，分别称为前

19、导链（两条链为反向平行，分别称为前导链（DNA 链链3 到到5 ）和随从链和随从链 ，DNA聚合酶的合成方向聚合酶的合成方向5- 3 。 半不连接复制半不连接复制定义定义：随从链的延伸方向与复制叉方向相反，：随从链的延伸方向与复制叉方向相反，先合成小片段然后再在连接酶的作用下连成完整先合成小片段然后再在连接酶的作用下连成完整DNA大分大分子。子。 领头链领头链 (leading strand)顺着解链方向生成的子链，复制连续进行，得到连续子链。顺着解链方向生成的子链，复制连续进行，得到连续子链。引物引物随从随从链链 (lagging strand) 复制方向与解链方向相反，须解开足够长度模板链

20、才能继续复制，得复制方向与解链方向相反，须解开足够长度模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片段所组成。到的子链由不连续的片段所组成。冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段（Okazakifragment）1968年年冈冈崎（日本崎（日本 ）利用）利用电镜电镜及放射自及放射自显显影技影技术术，观观察到察到DNA复制中出复制中出现现一些不一些不连连续续的片段，将的片段，将这这些不些不连续连续的片段称的片段称为冈为冈崎崎片段。片段。原核生物的原核生物的冈冈崎片段崎片段为为10002000个核苷个核苷酸，相当于一个酸，相当于一个顺顺反子（反子（cistron），即基），即基因的大小；真核生物因的大小；真

21、核生物长长度度约约100200个核个核苷酸，相当于一个核小体苷酸，相当于一个核小体 DNA大小。大小。 半不半不连续连续复制复制（semidiscontinuous replicaton)3 终止过程终止过程 原核生物原核生物 环状环状DNA双向复制，复制片段在复制终止点汇合双向复制，复制片段在复制终止点汇合 冈崎片段由冈崎片段由DNA聚合酶聚合酶I切除引物，由切除引物，由DNA连接酶连接连接酶连接 真核生物真核生物 染色体染色体DNA呈线性复制，多复制点，复制在末端停止。呈线性复制，多复制点，复制在末端停止。 冈崎片段冈崎片段RNA引物水解：由引物水解：由RNase H降解降解RNA引物，留

22、引物，留下单个核糖由盖内切核酸酶除去下单个核糖由盖内切核酸酶除去 DNA大分子的形成：大分子的形成：DNA连接酶将相邻连接酶将相邻DNA片段连接片段连接形成大分子形成大分子DNA链链DNA复制特点及其他复制特点及其他1.严严格遵守碱基配格遵守碱基配对对原原则则2.复制具有高度保真性复制具有高度保真性3.DNA聚合聚合酶酶对对碱基具有碱基具有选择选择性性4.DNA聚合聚合酶酶对对复制复制过过程具有校程具有校读读功能功能5.细细胞自我修复系胞自我修复系统统（碱基（碱基错错配概率配概率10-1010-8 ）真核与真核与原核原核DNA复制比较复制比较1.真核真核DNA复制过程更加复杂复制过程更加复杂2

23、.多复制起点、多蛋白因子（增殖细胞核抗原等）多复制起点、多蛋白因子（增殖细胞核抗原等）3. ORC序列辨认起始点：此序列含有序列辨认起始点：此序列含有11个核苷酸组成的个核苷酸组成的保守序列：保守序列：A（T）TTTATA（G）TTTA（T）4.RNA引物（约引物（约10个核苷酸）形成后，再形成个核苷酸）形成后，再形成1530个个核苷酸的核苷酸的DNA起始片段起始片段真核与真核与原核原核DNA复制比较复制比较5.存在端粒存在端粒(telomere)结构结构 定义：真核生物染色体线性定义：真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。分子末端的结构。 结构：由末端单链结构：由末端单链DNA序列和蛋白质

24、构成；末端序列和蛋白质构成；末端DNA序序列是多次重复的富含列是多次重复的富含T、G碱基的短碱基的短 序列。序列。 功能：维持染色体的稳定性和功能：维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性复制的完整性6.6.端粒酶端粒酶(telomerase)催化的延伸催化的延伸爬行过程爬行过程 参与蛋白：端粒酶模板、端粒酶协同蛋白参与蛋白：端粒酶模板、端粒酶协同蛋白 端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶端粒端粒DNA结构及复制结构及复制端粒结构端粒结构端粒重复序列端粒重复序列3端端端粒复制过程端粒复制过程端粒酶及复制过程端粒酶及复制过程功能：功能：端粒端粒酶酶含有与端粒含有与端粒DNA互互补补的序列，并具的序列，并具

25、有逆有逆转录转录酶酶的性的性质质。端粒。端粒酶酶负责负责端粒端粒DNA合成。合成。六、六、线线粒体粒体DNA复制复制-D环环复制复制l 线线粒体粒体DNA有两个复制起点。第二个复制起点开始有两个复制起点。第二个复制起点开始复制复制时时，第一个复制起点已复制至全，第一个复制起点已复制至全环环DNA的的2/3 ，并，并将外将外环环取代出来，复制取代出来，复制过过程不程不对对称。称。电镜电镜下下观观察此察此结结构似构似D形，称形，称D环环复制。复制。七、逆转录过程七、逆转录过程定义：以定义：以RNA为模板，按照为模板，按照RNA中的核苷酸顺序，中的核苷酸顺序，在逆转录酶的催化下合成在逆转录酶的催化下

26、合成DNA的过程。的过程。 合成合成序列称为序列称为cDNA（互补（互补DNA）发现历史：发现历史：1970年，美国年，美国Temin与与Baltimore 在鸡肉瘤和小鼠白在鸡肉瘤和小鼠白血病病毒等血病病毒等RNA肿瘤病毒中发现肿瘤病毒中发现逆转录酶，并发展了中心法则。逆转录酶，并发展了中心法则。于于1975年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。 逆逆转录转录酶酶功能：功能：1. 以以RNA为为模板或以模板或以DNA为为模板的模板的DNA聚合聚合酶酶活性活性2. 核糖核酸核糖核酸酶酶H（RNaseH）活性：水解模板）活性：水解模板RNA3. DNA内切内切酶酶、拓扑异构、拓扑异构酶酶、解、解链链酶

27、酶和和tRNA结结合的合的活性活性需要引物：需要引物：1.细细胞内合成胞内合成时时需宿主需宿主细细胞多聚胞多聚dT作作为为引物引物2.体外合成可人工合成引物体外合成可人工合成引物逆转录研究的意义逆转录研究的意义 逆转录酶和机制的发现，是分子生物学研究中逆转录酶和机制的发现，是分子生物学研究中的重大发现。的重大发现。 逆转录现象说明：至少在某些生物，逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同样同样兼有遗传信息传代与表达功能。兼有遗传信息传代与表达功能。 分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为基因工程目的基因的重要方法之一

28、，此法称为cDNA法。法。 八、八、DNA的的损伤损伤与修复与修复1、DNA损伤定义：损伤定义： 某些理化因素作用下，某些理化因素作用下，DNA结构发生的任何形式改变都结构发生的任何形式改变都 注意区别：突变、进化、淘汰。注意区别：突变、进化、淘汰。 2、DNA损伤的类型损伤的类型 碱基对的更换、碱基的缺失、插入、碱基对的更换、碱基的缺失、插入、DNA链的断裂、链链的断裂、链内或链间的交联、倒位等。内或链间的交联、倒位等。3 3、造成损伤的因素、造成损伤的因素 外因：紫外线、电离、碱基类似物、修饰剂化学诱变剂等外因：紫外线、电离、碱基类似物、修饰剂化学诱变剂等 内因：自发脱碱基、自发脱氨基、复

29、制错配等内因：自发脱碱基、自发脱氨基、复制错配等 。（一）突变是生物进化与分化的分子基础（一）突变是生物进化与分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变形成形成DNA多样性多样性（三）突变是某些疾病的发病基础（三）突变是某些疾病的发病基础（四）突变导致死亡（四）突变导致死亡DNADNA损伤损伤突变的意义突变的意义射线与各种辐射射线与各种辐射 化学因素化学因素造造成成DNA损伤的因素损伤的因素5-FU 6-MP等碱基类似物；等碱基类似物；羟胺类；羟胺类；过氧化物、含巯基化合物等；过氧化物、含巯基化合物等；脱氨剂和烷基化试剂：脱氨剂和烷基化试剂：如亚硝酸类、硫酸二甲酯、如亚硝酸

30、类、硫酸二甲酯、 苯并芘、氮芥类等苯并芘、氮芥类等DNA损伤损伤的修复的修复一定条件下，一定条件下，损伤损伤的的DNA分子恢复正常的分子恢复正常的过过程。程。修复方式：修复方式：1.直接修复直接修复2.错错配修复配修复3.切除修复切除修复4.重重组组修复修复5.应应急反急反应应（SOS）和易）和易错错修复修复利用外条件、酶简单地逆转利用外条件、酶简单地逆转DNA的损伤的损伤光修复酶光修复酶(photolyase) UV直接修复直接修复300600nm切除修复切除修复最普遍的修复方式最普遍的修复方式 需要需要DNA特异内切特异内切酶酶、核酸外切、核酸外切酶酶、糖苷、糖苷酶酶、DNA聚合聚合酶酶和

31、和DNA连连接接酶酶等参与。包括等参与。包括单单个核苷酸切除和核苷酸片段切个核苷酸切除和核苷酸片段切除修复。除修复。 重组修复重组修复DNA-pol3 555553RecA5553 5replication53555DNA-Pol DNA-Pol DNA-ligaseDNA-ligase355RecBRecB、C CRec ARec A 第一次复制：第一次复制： DNA链损伤部位可能被切除，也可能未被切除。链损伤部位可能被切除，也可能未被切除。 第二次复制：如果损伤留在母链上，复制经过损伤部位时所产生的缺口第二次复制：如果损伤留在母链上，复制经过损伤部位时所产生的缺口还需通过同样的重组过程来弥

32、补，直至损伤被切除修复所消除还需通过同样的重组过程来弥补，直至损伤被切除修复所消除 多次复制：若干代后，即使损伤未从亲代链中除去，在后代细胞中已被多次复制：若干代后，即使损伤未从亲代链中除去，在后代细胞中已被稀释，消除了损伤的影响。稀释，消除了损伤的影响。SOS修复修复诱导诱导修复修复定定义义：DNA损损伤伤广广泛泛难难复复制制，由由此此而诱发出一系列复杂的反应。而诱发出一系列复杂的反应。在在E. coli，各各种种与与修修复复有有关关的的基基因因，组组成成一一个个称称为为调调节节子子(regulon)的的网网络式调控系统。络式调控系统。特特点点：修修复复特特异异性性低低，对对碱碱基基的的识识

33、别、选择能力差。别、选择能力差。通通过过SOS修修复复，复复制制如如能能继继续续，细细胞胞可可存存活活。然然而而DNA保保留留的的错错误误较较多，导致较广泛、长期的突变。多，导致较广泛、长期的突变。第五节第五节 RNA的生物合成的生物合成 RNA Transcription重点内容重点内容DNA指指导导下下RNA的合成的合成（转录转录）RNA转录转录后加工后加工RNA指指导导下下RNA的合成的合成(RNA的复制的复制)核酸生物合成的抑制核酸生物合成的抑制剂剂一、一、DNA指指导导下下RNA的合成的合成一、一、又称为转录又称为转录：是指在 DNA一条链为模板情况下，在RNA聚合酶催化下，按照碱基

34、配对原则，以四种核糖核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程。转录单位：转录单位：从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止的转录区域。相关知识点相关知识点结构基因：结构基因：DNA分子中可转录出RNA的区段不对称转录：不对称转录：不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并非固定在某一股链上。模板链：模板链： Watson (W) 链、负链、反意义链编码链：编码链：与模板链互补的DNA链，Crick(C) 链、正链、有意义链 启动子启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)模板链（模板链（templatte strand） 反意义链反意义链(antisen

35、se strand)有意义链有意义链(sense strand)DNADNA5533二、参与转录的酶二、参与转录的酶RNA聚合酶(RNA pol)：依赖DNA的RNA聚合酶，亦称为DNA指导的RNA聚合酶原核生物原核生物 结构：五种亚基2组成，含2个Zn原子功能：催化mRNA、r RNA、tRNA等的合成真核生物真核生物结构:由4-6种亚基组成，含Zn2+分类：RNA聚合酶聚合酶I（ 催化催化r RNA 前体的转录）；前体的转录）； RNA聚聚合酶合酶II （ 催化催化mRNA 前体的转录）；前体的转录）；RNA聚合酶聚合酶III （ 催催化小分子量化小分子量RNA 的转录）的转录）大大肠肠杆

36、菌杆菌RNA聚合聚合酶酶 E.coli RNA Polymerase2个个亚基，参与亚基，参与RNA核心核心酶的组装；参与全酶和启动酶的组装；参与全酶和启动子的牢固结合子的牢固结合亚基亚基 RNA聚合酶的催化中聚合酶的催化中心，可能含有两个结构域心，可能含有两个结构域, 分分别负责转录的起始和延伸。别负责转录的起始和延伸。亚基亚基 RNA聚合酶的催化中心，聚合酶的催化中心，负责核心酶与模板负责核心酶与模板DNA的结合。的结合。因子因子 启动子识别中启动子识别中 起关键性的作用；数起关键性的作用；数量只有核心酶的量只有核心酶的30%。真核生物真核生物RNA聚合聚合酶酶 RNA聚合酶聚合酶DNA聚

37、合酶的比较聚合酶的比较三、转录过程三、转录过程1、过程分为、过程分为起始、延伸和终止起始、延伸和终止三个三个2、操纵子（转录单位）：从起始位点（启动子）至终止位、操纵子（转录单位）：从起始位点（启动子）至终止位点（终止子）的整个转录区段点（终止子）的整个转录区段3、启动子（、启动子（promoters）：）：可被可被RNA聚合酶识别、结合并聚合酶识别、结合并启动启动RNA转录的特定转录的特定DNA序列。序列。 原核生物启动子约由原核生物启动子约由40个核苷酸序列组成。分三个区：起个核苷酸序列组成。分三个区：起始识别区（始识别区（-35 个核苷酸个核苷酸 识别识别RNA聚合酶）、牢固结合区聚合酶

38、）、牢固结合区（-10 个核苷酸个核苷酸 DNA双链局部解旋）双链局部解旋） 、转录起始区、转录起始区原核生物启原核生物启动动子子 上游上游 下游下游 存在两个共同顺序：存在两个共同顺序：1. -25 区区 TATA 盒盒，又又称称为为 Hogness盒盒，由由A、T 碱碱基基所所组组成成，其其功功能能与与聚聚合合酶酶的的定定位位有有关关，DNA 双双链链在此解开，并决定在此解开，并决定转录转录的起始位点。的起始位点。2.-75区区 CAAT盒盒，一一致致序序列列为为GGTCAATCT，CAAT 盒与盒与转录转录的起始的起始频频率有关。率有关。3.真真核核生生物物基基因因组组中中还还有有一一个

39、个增增强强子子（enhancer）序列，它能极大地促序列，它能极大地促进进启启动动子的子的转录转录活性。活性。真核生物的启动子真核生物的启动子真核生物启动子真核生物启动子转录过程（原核生物）转录过程（原核生物）过程一：识别过程一：识别因因子子识识别别转转录录起起始始点点，酶酶与与该该区区结结合合后后，即即滑滑动至动至-10区，区，DNA双链解开，启动转录。双链解开，启动转录。 过过程程二二：起起始始（启启动动物物、全全酶酶和和核核苷苷三三磷磷酸酸三三元复合物的形成）元复合物的形成） 起起始始位位点点，全全酶酶结结合合第第一一个个核核苷苷三三磷磷酸酸GTP或或ATP，并并催催化化其其与与另另外外

40、一一个个三三磷磷酸酸核核苷苷聚聚合合，形形成第一个成第一个3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。 过程三：延伸（过程三：延伸（ RNA-DNA杂交）杂交） RNARNA聚聚合合酶酶继继续续沿沿DNADNA链链移移动动，按按照照碱碱基基互互补补原原则则，不不断断聚聚合合RNARNA。合合成成约约1010个个碱碱基基， 解解离离，陆陆续续形形成成RNA-DNA杂杂交区交区过程四：终止过程四：终止 由由终止因子终止因子(因子因子)识别特异的终止信号，并促使识别特异的终止信号，并促使RNA的的释放；或者不依赖释放；或者不依赖 因子，转录终止点处存在相连的富含因子，转录终止点处存在相连的富含GC和和AT的寡聚

41、的寡聚U及发夹形的二级结构，引起及发夹形的二级结构，引起RNA聚合酶变构及聚合酶变构及移动停止，导致移动停止，导致RNA转录的终止。转录的终止。终止因子及终止因子及因子因子l协助协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）称为聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）称为终终止因子止因子 (termination factor)。l 存在两种终止机制：依赖存在两种终止机制：依赖因子与不依赖因子与不依赖因子因子l 因子因子是是RNA聚合酶的一种聚合酶的一种 重要的蛋白质辅助因子。催化重要的蛋白质辅助因子。催化 解开解开DNA-DNA和和RNA-DNA 双螺旋结构。双螺旋结构。大肠杆菌两类终止子结

42、构大肠杆菌两类终止子结构不依赖不依赖 因子因子依赖依赖 因子因子G-C区区U区区真核生物和原核生物转录的区别真核生物和原核生物转录的区别1.真核生物中转录与复制在不同的区域真核生物中转录与复制在不同的区域2.RNA聚合酶不相同聚合酶不相同3.启动子不同启动子不同4.转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同四、四、RNA转录转录后的加工后的加工1.剪切：去除不需要的部位。如：除去内含子剪切：去除不需要的部位。如：除去内含子转录来的序列；转录来的序列；2.剪接：将成簇排列的基因转录产物切开。如：剪接：将成簇排列的基因转录产物切开。如：核内不均一核内不均一RNA的降解与修饰；的降解与修饰；3.修饰

43、：核糖或碱在的修饰。如甲基化、羟基修饰：核糖或碱在的修饰。如甲基化、羟基化等。化等。真核真核细细胞胞mRNA的加工的加工5 帽子帽子PolyA 3 AAAAAAA-OH1.剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)2.5端接上端接上 帽子结构帽子结构3.3端添加端添加PolyA尾巴结构尾巴结构,由由RNA末端核苷酸转移酶催化末端核苷酸转移酶催化RNA的拼接的拼接 RNA转录的抑制作用转录的抑制作用RNA的转录抑制剂之一的转录抑制剂之一嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物:RNA的转录抑制剂之二模板功能抑制物的转录抑制剂之二模板功能抑制物 1）烷烷化化剂剂

44、：氮芥、磺酸：氮芥、磺酸酯酯、氮丙、氮丙啶啶、乙撑、乙撑亚亚胺等胺等 2 ）放）放线线菌素菌素 3）嵌入染料：溴化乙）嵌入染料：溴化乙锭锭等等RNA的转录抑制剂之三的转录抑制剂之三RNA聚合酶的抑制物聚合酶的抑制物 1）利福平霉素：利福平利福平霉素：利福平 2）链链霉素霉素 3）-鹅鹅膏蕈碱膏蕈碱 4）放）放线线菌素菌素复习及作业复习及作业 名名词词解解释释基因，中心法则，半保留复制，半不连续复制复制子，双向复制，冈崎片段，端粒酶，逆转录1. DNA复制有哪些特点？2. DNA的复制过程3. 参与复制起始的各种酶及其功能4. 简述DNA损伤的修复机制DNA和和RNA合成的比较合成的比较名词解释名词解释转录、不对称转录、 RNA聚合酶核心酶、转录启动子、外显子、. 内含于、核酶1.复制与转录过程的异同点。2.原核生物RNA聚合酶各亚基在转录中的作用。3.为何说RNA转录为不对称转录?4.比较真核生物RNA聚合酶的不同点。 复习与作业复习与作业