核酸生物合成(3)課件

1、關(guān)于核酸的生物合成 (3)2022/9/201第一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲(chǔ)存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過程中，通過DNA復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在子代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使子代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA；還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA（逆轉(zhuǎn)錄），這是中心法則的補(bǔ)充。第二張

2、，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)。不僅使人們對(duì)細(xì)胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)。而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。 蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA中心法則第三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一章 核酸的生物合成第一節(jié) DNA的生物合成第二節(jié) RNA的生物合成第三節(jié) 基因工程及分子 生物學(xué)技術(shù)簡介 第四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) DNA的生物合成 DNA的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的DNA合成） 逆轉(zhuǎn)錄（RNA指導(dǎo)下的DN

3、A的合成） DNA突變 DNA的損傷與修復(fù)第五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一、DNA的半保留復(fù)制 （Semi-Conservation Replication） 概念和實(shí)驗(yàn)證據(jù)DNA的復(fù)制的起點(diǎn)和方向與DNA復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子 DNA的半不連續(xù)復(fù)制 E.coli.DNA復(fù)制過程 真核生物DNA的復(fù)制第六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）概念和實(shí)驗(yàn)證據(jù)復(fù)制時(shí)，親代DNA雙螺旋解開，然后以每條鏈為模板，按堿基互補(bǔ)原則合成與模板鏈互補(bǔ)的新鏈。結(jié)果新形成的兩個(gè)子代DNA雙螺旋分子中有一條鏈來自親代，另一條是新合成的，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。 概念子代DNA雙螺旋與

4、親代DNA的堿基順序完全一樣第七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。細(xì)胞培養(yǎng)在15N標(biāo)記培養(yǎng)基中（連續(xù)培養(yǎng)12代，使所有DNA分子均標(biāo)記上15N）轉(zhuǎn)入正常N源（14N）培養(yǎng)基中分離各代DNA, 分析其浮力密度第八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 CsCL密度梯度離心 浮力密度 15NDNA 1.742g/ml 14NDNA 1.710g/ml第九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性

5、。因?yàn)榻?jīng)過多代復(fù)制，DNA的多核苷酸鏈仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。從而保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。 第十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） 復(fù)制起點(diǎn)、方向和方式1、復(fù)制起點(diǎn)（origin ， ori或 o ， 復(fù)制原點(diǎn)） 原核生物染色體DNA ：單復(fù)制起點(diǎn) 整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位 真核生物染色體DNA : 多復(fù)制起點(diǎn) 一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位復(fù)制起點(diǎn)：復(fù)制開始處DNA分子的特定位置復(fù)制子(Replicon)（復(fù)制單位 ）：從一個(gè)起點(diǎn)到一個(gè)終點(diǎn)所包含的DNA區(qū)域許多生物的復(fù)制起點(diǎn)都是富含A、T的區(qū)段第十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2

6、、復(fù)制方向及方式大多數(shù)是雙向的，形成兩個(gè)復(fù)制叉；復(fù)制叉（Replication fork）：染色體中參與復(fù)制的活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn) .復(fù)制叉上分布著許多與復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子真核染色體DNA 線環(huán)狀雙鏈E .coli染色體DNA 環(huán)狀雙鏈 復(fù)制眼（replication eye）：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛第十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)制過程中SV40 DNA分子的電鏡照片第十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月目前已發(fā)現(xiàn)30多種酶及蛋白質(zhì)因子參與DNA復(fù)制（三）與DNA復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子（1）DNA聚合酶(DNA p

7、olymerases)（2）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome) （3）DNA連接酶（DNA ligase）（4）解螺旋酶(DNA helicase) (5） DNA旋轉(zhuǎn)酶 （gyrase） (6）單鏈結(jié)合蛋白(single-strand binding protein, SSB)第十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Nucleophilic attackThe most accurate type of enzyme. DNA聚合酶 DNA模板(反轉(zhuǎn)錄時(shí)用RNA模板)引物 (RNA 、 DNA, 3，-羥基) 4種dNTP Mg2+1、 DNA聚合酶和DNA的聚合

8、反應(yīng)鏈生長方向5， 3，第十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)主要有三種DNA聚合酶，分別為： DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 E.coli DNA聚合酶第十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 亞基數(shù)目 1（單體酶） 多亞基酶 多亞基酶53聚合活性 + 中 + 很低 + 很高35外切活性 + + +53外切活性 + +第十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月53聚合酶活性DNApol 復(fù)制中新鏈的延長子鏈DNA延伸方向只能是5 3第十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3355錯(cuò)配堿基3-

9、5核酸外切酶水解位點(diǎn)3 5外切酶活性切除單鏈DNA 3-末端核苷酸，而對(duì)雙鏈DNA不起作用聚合過程中，若新加入的核苷酸不對(duì)，DNApol 35外切酶的活性可將其除去（校對(duì)功能，提高DNA復(fù)制保真性）。第十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5 3外切酶活性 從雙鏈DNA一條鏈的5末端開始水解下單核苷酸或寡核苷酸。DNApol切除RNA引物（ 53 外切酶活性） 填補(bǔ)其留下的空隙（ 53 聚合酶活性）第二十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA復(fù)制時(shí)53 外切酶活性切除RNA引物， 53 聚合酶活性填補(bǔ)其留下的空隙;DNA損傷修復(fù)；D

10、NA損傷修復(fù)(紫外光引起)DNA 復(fù)制的主要酶53 聚合活性催化鏈的延長35外切酶活性的校對(duì)功能第二十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA聚合酶全酶由10種亞基組成，分子量830KD ; 第二十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月、和三種亞基組成核心酶,核心酶形成二聚體-亞基猶如一個(gè)夾子夾住DNA分子，并向前滑動(dòng)，使DNA聚合酶在完成復(fù)制前不再脫離DNA第二十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2、 DNA連接酶（ligase） 所需條件： a、 DNA雙鏈切口的 3OH 和 5P 相鄰 b、 切口各自堿基處于配對(duì)狀態(tài) c、 需要能量 原核（NAD） 真核（ATP

11、）第二十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月酶-AMPAMP-P-5-DNA第二十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(四)DNA的半不連續(xù)復(fù)制3535問題的提出： 5 3鏈?zhǔn)侨绾巫鳛槟０鍙?fù)制 ?1968年岡崎提出DNA不連續(xù)復(fù)制模型 第二十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3535 前導(dǎo)鏈（leading strand）：DNA復(fù)制時(shí)，與復(fù)制叉向前移動(dòng)的方向一致，一條模板鏈?zhǔn)? 5走向，與之互補(bǔ)的新鏈能以5 3的方向連續(xù)合成。 滯后鏈（lagging strand）：另一條模板鏈?zhǔn)? 3走向，與其互補(bǔ)的新鏈也是5 3方向合成，但與復(fù)制叉移動(dòng)方向正好相反，所以隨復(fù)制叉

12、的移動(dòng)，形成許多不連續(xù)的片段，最后連成一條完整的DNA鏈。岡崎片段(Okazaki fragment): DNA復(fù)制不連續(xù)合成 鏈中形成的短DNA片段，每個(gè)岡崎片段的合成也都需要引物。 半不連續(xù)復(fù)制第二十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月岡崎片段合成后由DNA聚合酶切除RNA引物并催化合成一段DNA填補(bǔ)留下的空隙。再由DNA連接酶把他們連成一條完整的子代鏈，稱為滯后鏈。第二十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(五)E.coli.染色體DNA復(fù)制過程 起 始 延 伸 終 止第二十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1、起始大腸桿菌復(fù)制的起點(diǎn)由245個(gè)bp構(gòu)成，其序列很

13、保守，有兩組短的重復(fù)： 3個(gè)13 bp的序列和4個(gè)9 bp的序列第三十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月涉及主要酶系第三十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月20個(gè)DnaA結(jié)合在四組9bp重復(fù)區(qū)，形成起始復(fù)合物，DNA環(huán)繞此復(fù)合物。三組13bp重復(fù)區(qū)依次變性，產(chǎn)生開放型復(fù)合物。DnaB（解螺旋酶）在DnaC協(xié)助下與開放復(fù)合物結(jié)合，進(jìn)一步解鏈。解鏈時(shí)帶來的扭曲張力還需DNA旋轉(zhuǎn)酶（屬DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶）引入負(fù)超螺旋消除。第三十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月單鏈結(jié)合蛋白( SSB）結(jié)合在單鏈區(qū)，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈DNA不被核酸酶降解引發(fā)體：引物合成酶與各種蛋白質(zhì)因子構(gòu)成

14、的復(fù)合體（引發(fā)體），以DNA為模板合成RNA引物（ 6-10個(gè)堿基）第三十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2、延伸前導(dǎo)鏈只需要一個(gè)RNA引物，隨后鏈的每一個(gè)岡崎片段都需要一個(gè)RNA引物鏈的延長反應(yīng)由DNA pol.催化。復(fù)制體：在DNA合成的生長點(diǎn)（既復(fù)制叉上）分布著許多與復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子，它們在DNA的模板鏈形成離散的復(fù)合物，彼此配合進(jìn)行高度精確的復(fù)制。第三十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)制體沿著復(fù)制叉方向前進(jìn)，同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。一分子的 DNA pol III. 協(xié)同合成前導(dǎo)鏈和滯后鏈，因此滯后鏈必須繞成一個(gè)突環(huán)。5335第三十五張，PPT共九

15、十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3、DNA合成的終止EE.coli 有兩個(gè)終止區(qū)域，分別結(jié)合專一性的終 止蛋白 tus 序列一：terE terD terA 序列二：terF terB terC第三十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月每個(gè)區(qū)域只對(duì)一個(gè)方向的復(fù)制叉起作用每次復(fù)制時(shí)只使用一個(gè)終止位點(diǎn)終止蛋白通過抑制DNA解旋酶而發(fā)揮終止作用第三十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月兩個(gè)復(fù)制叉在終止區(qū)相遇而停止復(fù)制，復(fù)制體解體，期間大約有50-100 bp未被復(fù)制。其后兩條親代鏈解開，同過修復(fù)方式填補(bǔ)空缺，此時(shí)兩環(huán)狀染色體互相纏繞，成為連鎖體由拓?fù)洚悩?gòu)酶切開，再連接，使兩個(gè)連鎖的DNA

16、雙鏈彼此分開第三十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA解螺旋酶解開雙鏈DNA。 SSB結(jié)合于DNA單鏈。 DNA旋轉(zhuǎn)酶引入負(fù)超螺旋，消除復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶來的扭曲張力。 DNA引物酶(在引發(fā)體中)合成RNA引物。 DNA pol.在兩條新生鏈上合成DNA。 DNA pol切除RNA引物，并補(bǔ)上DNA。 DNA ligase連接一個(gè)岡崎片段。小 結(jié)第三十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（六）真核生物染色體DNA的復(fù)制 真核和原核DNA復(fù)制比較、 、 、 、 負(fù)責(zé)核DNA的復(fù)制負(fù)責(zé)線粒體DNA的復(fù)制第四十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物染色體DNA復(fù)制過程

17、中 組蛋白的裝配核小體的結(jié)構(gòu)（200bp左右）在真核生物的復(fù)制子上，親代染色體的核小體被逐個(gè)打開，組蛋白以完整的八聚體形式直接轉(zhuǎn)移到子代DNA的前導(dǎo)鏈上，新合成的組蛋白與后隨鏈組裝成核小體。因此，DNA的復(fù)制是半保留的，而組蛋白則是全保留的。第四十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物染色體DNA末端復(fù)制的問題真核生物線狀染色體在復(fù)制最后，5 末端RNA引物被切除后，無法向原核那樣填補(bǔ)空缺，如果沒有特殊的機(jī)制合成末端序列，將造成5末端序列縮短，染色體就會(huì)在細(xì)胞傳代中變得越來越短。通過端粒酶催化形成端粒結(jié)構(gòu)來解決解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶IS

18、SB335355RNA引物第四十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒酶:含有RNA和蛋白質(zhì)（起DNA聚合酶的作用）兩種組分，RNA分子約150bp，含有于重復(fù)端粒結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的一個(gè)片段，可作為端粒鏈合成的模板。端粒（telomeres） ：是真核細(xì)胞染色體末端所特有的結(jié)構(gòu)，有許多串（1000串或更多）短的重復(fù)序列組成，通常3末端鏈?zhǔn)歉缓珿的短序列第四十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒（telomeres） ：是真核細(xì)胞染色體末端所特有的結(jié)構(gòu)，有許多串（1000串或更多）短的重復(fù)序列組成，通常3末端鏈?zhǔn)歉缓珿的短序列，如人是TTAGGG，而且該鏈具有12-16個(gè)核苷酸的單

19、鏈突出端，可作為隨后鏈最后一個(gè)岡崎片段的引物模板。功能：保證線性DNA的完整復(fù)制保護(hù)染色體末端決定細(xì)胞壽命553353AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶第四十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒酶（telomerase）：端粒末端的重復(fù)序列是通過端粒酶將其加到染色體末端。端粒酶含有RNA和蛋白質(zhì)（起DNA聚合酶的作用）兩種組分，RNA分子約150bp，含有與重復(fù)端粒結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的一個(gè)片段，可作為端粒鏈合成的模板。端粒酶可通過5端于染色體的3端互補(bǔ)結(jié)合，以自身為模板使DNA3末端延伸，合成一個(gè)重復(fù)單位后，再向前移動(dòng)一個(gè)單位。端粒的3末端又可回折，作為引物，合成其互補(bǔ)鏈。端粒酶類

20、似于逆轉(zhuǎn)錄酶，它只合成與酶自身的RNA模板互補(bǔ)的DNA片段。動(dòng)物的生殖細(xì)胞中由于端粒酶的存在，端粒一直保持一定的長度。但體細(xì)胞隨著分化而失去端粒酶活性，這樣細(xì)胞連續(xù)分裂，使端粒不斷縮短一定程度時(shí)，細(xì)胞就停止生長。惡性腫瘤細(xì)胞端粒酶表達(dá)多。第四十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒合成的一種模型35TTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAA35TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT35AATTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG 整合和雜交移位和再雜交端粒合成的

21、完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT53nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTCCCCT nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTAAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT n進(jìn)一步加工繼續(xù)延伸第四十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的半保留復(fù)制概念和實(shí)驗(yàn)證據(jù)DNA的復(fù)制的起點(diǎn)和方向與DNA復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子 DNA的半不連續(xù)復(fù)制 E.coli. DNA復(fù)制過程真核生物DNA的復(fù)制小結(jié)第四十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二、RNA指導(dǎo)的DNA合成 （逆轉(zhuǎn)錄）

22、逆轉(zhuǎn)錄（reverse transcription）：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成DNA的過程。第四十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1970年，Temin 和Baltimore分別從勞氏肉瘤病毒和鼠白血病病毒(致癌RNA病毒)中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。所有已知的致癌RNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶，因此被稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）逆轉(zhuǎn)錄酶催化RNA指導(dǎo)的DNA的合成需要：模板：RNA引物：RNA或DNA底物：dNTP二價(jià)陽離子：Mg2+或Mn2+ 沿5 3方向合成DNA（一）逆轉(zhuǎn)錄酶 第四十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力（以R

23、NA為模板，合成一條互補(bǔ)的DNA，形成RNADNA雜種分子）。（2）RNase H酶活力，水解RNADNA雜種分子中的RNA，可沿35和53兩個(gè)方向起外切酶作用。（3）DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力。具有三種酶活力第五十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）病毒粒子侵染宿主細(xì)胞，病毒RNA和逆轉(zhuǎn)錄酶一起進(jìn)入細(xì)胞。（2)RNA被逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA （cDNA），進(jìn)入細(xì)胞核。(RNA5端帶有1分子的宿主tRNA，作為逆轉(zhuǎn)錄時(shí)的引物。（3）逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA整合到宿主染色體DNA中（前病毒） 。（4）前病毒DNA隨宿主染色體DNA進(jìn)行復(fù)制，轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生基因組RNA(mRNA)，翻譯出病毒蛋白（

24、病毒RNA 無翻譯活性）。（5）基因組RNA和病毒蛋白在胞質(zhì)中組裝成新病毒粒子，轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜，通過出芽方式釋放新病毒粒子。(二) 逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期第五十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA衣殼被膜逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯整合入宿主細(xì)胞染色體DNA進(jìn)入細(xì)胞丟失被膜丟失衣殼逆轉(zhuǎn)錄RNARNAcDNA衣殼蛋白被膜蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶(二) 逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期當(dāng)致癌RNA病毒侵染宿主細(xì)胞時(shí)，病毒RNA及逆轉(zhuǎn)錄酶一起進(jìn)入宿主細(xì)胞，病毒自身帶入的逆轉(zhuǎn)錄酶使RNA逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA。第五十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月依賴RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依賴DNA的DNA聚合酶（三）逆轉(zhuǎn)

25、錄過程以病毒（+）RNA為模板，合成互補(bǔ)的（-）DNA。切除RNADNA雜種分子中的RNA以（-）DNA鏈為模板，合成（+）DNA鏈第五十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、DNA的突變 概念： DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導(dǎo)致DNA的復(fù)制以及后來的轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為DNA的突變。產(chǎn)生：DNA在復(fù)制中可能產(chǎn)生錯(cuò)配，但自然條件下發(fā)生的突變率非常低某些物理化學(xué)因素，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑（烷化劑、堿基類似物）等第五十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 突變的類型 堿基對(duì)的置換(substitution)轉(zhuǎn)換：

26、兩種嘌呤或兩種嘧啶之間互換（常見）顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤之間互換 移碼突變(frames shift mutation)第五十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換 -T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G

27、-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換堿基對(duì)的置換(substitution)移碼突變(framesshift mutation)第五十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月四、DNA的損傷與修復(fù)在一定條件下，生物體能使DNA的損傷得到修復(fù):暗修復(fù)（1）光裂合酶修復(fù)（2）切除修復(fù)（3）重組修復(fù) （4）誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）第五十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月光復(fù)合酶特異地和嘧啶二聚體結(jié)合DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)酶被可見光激活修復(fù)后酶被釋放第五十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月切除修復(fù)一般DNA的兩條鏈只有一條

28、受損傷，在一系列酶的作用下可將損傷部分切除，根據(jù)互補(bǔ)鏈的序列對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。第五十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA的重組修復(fù)是復(fù)制后的修復(fù)DNA鏈的損傷并未除去胸腺嘧啶二聚體第六十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月SOS修復(fù)為DNA的損傷所誘導(dǎo)，而產(chǎn)生缺乏校對(duì)功能的DNA聚合酶，它能在DNA損傷部位進(jìn)行復(fù)制而避免了死亡，可是卻帶來了高的突變率，這屬于傾向差錯(cuò)的修復(fù)。第六十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) RNA的生物合成第六十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄（transcription）：以一段DNA的遺傳信息為模板，在RNA聚合酶作

29、用下，合成出對(duì)應(yīng)的RNA的過程，或在DNA指導(dǎo)下合成RNA。轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對(duì)稱性。反義鏈（非編碼鏈，負(fù)鏈）：在RNA的轉(zhuǎn)錄中，用作模板的DNA鏈稱為反義鏈。有義鏈（編碼鏈，正鏈）在RNA的轉(zhuǎn)錄中，不作為模板的DNA鏈稱為有義鏈。一、DNA指導(dǎo)的RNA合成（轉(zhuǎn)錄）第六十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：mRNA、rRNA、 tRNA、小RNA基因表達(dá)的產(chǎn)物是RNA和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄起始于DNA模板的一個(gè)特定位點(diǎn)，并在另一位點(diǎn)終止，此轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可以是一個(gè)基因（真核）單順反子mRNA

30、 ，也可以是多個(gè)基因（原核）多順反子mRNA 。第六十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA合成的基本特征：底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）RNA鏈生長方向：53不需引物需DNA模板（一）RNA聚合酶第六十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 RNA聚合酶催化的反應(yīng)ACGACGUU模板DNA5353新合成RNA第六十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月E.coli和其它原核細(xì)胞一樣，只有一種RNA聚合酶，合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。E.coli RNA聚合酶全酶分子量46萬Da，由六個(gè)亞基組成，2 ，另有兩個(gè)Zn2+。無亞基的酶叫核

31、心酶，核心酶只能使已開始合成的RNA鏈延長，而不具備起始合成活性，加入亞基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，亞基稱為起始因子。E.coli RNA聚合酶（原核）第六十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） E.coli轉(zhuǎn)錄過程 轉(zhuǎn)錄起始 鏈的延伸 轉(zhuǎn)錄終止第六十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 RNA的合成不需要引物。由RNA聚合酶亞基識(shí)別DNA分子上的起始信號(hào)（啟動(dòng)子） 啟動(dòng)子（Promoter）: 指RNA聚合酶能識(shí)別、結(jié)合和開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列，原核生物的啟動(dòng)子約含40-60個(gè)堿基對(duì)。1、轉(zhuǎn)錄起始第六十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月53T

32、 原核生物啟動(dòng)子三個(gè)功能部位3編碼鏈TATA框（Pribnow框）Sextama框轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)RNA聚合酶識(shí)別信號(hào)有助于DNA 雙鏈解開第七十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶全酶通過亞基識(shí)別啟動(dòng)子并與之結(jié)合誘導(dǎo)富含AT的 -10區(qū)解鏈，然后進(jìn)一步擴(kuò)大成17個(gè)核苷酸長度的泡狀物，RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄。RNA聚合酶全酶掃描解鏈區(qū)，找到起始點(diǎn)，不需要引物，然后根據(jù)模板鏈的堿基序列選擇第1 個(gè)和第2個(gè)核苷酸，合成第1個(gè)磷酸二酯鍵。RNA鏈大多以pppA或pppG開始，占90%。這時(shí)所形成的啟動(dòng)子、全酶和RNA鏈的復(fù)合物稱為三元起始復(fù)合物。第七十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022

33、年6月三元復(fù)合物形成后，亞基就會(huì)被釋放脫離核心酶。第七十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2、RNA鏈 的延伸核心酶構(gòu)象改變，與DNA結(jié)合比較松弛，可沿DNA模板3 5方向移動(dòng)，繼續(xù)解開雙連，并按模板順序選擇下一個(gè)核苷酸，將核苷三磷酸加到前一個(gè)的3-OH端，故轉(zhuǎn)錄方向從5 3。新合成的RNA與模板鏈形成RNA-DNA雜交區(qū)。第七十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3、轉(zhuǎn)錄終止終止轉(zhuǎn)錄的特殊堿基順序終止子（terminators）DNA的終止子可被RNA聚合酶本身或其終止因子識(shí)別。使RNA聚合酶停止合成RNA并釋放出RNA。終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識(shí)別終止子的蛋白質(zhì)輔助因子

34、， 如因子。大腸桿菌有兩類終止子：（1）不依賴于因子的終止子（2）依賴因子的終止子第七十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月不依賴于因子的終止子有2個(gè)特征： 在DNA中有在終止點(diǎn)之前都有一個(gè)回文結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)錄本形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，且柄部富含GC堿基對(duì)。 大約有6 個(gè)連續(xù)的As，它轉(zhuǎn)錄成Us。模板鏈5335富含AT區(qū)CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTGGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAA回文結(jié)構(gòu)富含GC區(qū)轉(zhuǎn)錄方向第七十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月寡聚U序列可能提供信號(hào)使RNA聚合酶脫離模板。依賴的終止子，必需在因子存在時(shí)，才

35、發(fā)生終止作用。終止點(diǎn)前無寡聚U序列，回文對(duì)稱區(qū)不富含GC。第七十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA合成過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長階段53RNA 啟動(dòng)子（promoter) 終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553離開第七十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基本原則與原核相似，但真核基因的轉(zhuǎn)錄更復(fù)雜。RNA聚合酶不相同啟動(dòng)子有三類，分別由RNA聚合酶I、II、III進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。真核生物的啟動(dòng)子由轉(zhuǎn)錄因子，而不是RNA聚合酶識(shí)別，轉(zhuǎn)錄因子：RNA聚合酶在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí)

36、，常需要一些輔助因子（蛋白質(zhì)）參與作用，此類蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子。多種轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶在起點(diǎn)形成前起始復(fù)合物，起始轉(zhuǎn)錄。（三）真核生物的轉(zhuǎn)錄第七十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月產(chǎn)物-鵝膏蕈堿對(duì)酶的作用酶類分布反應(yīng)條件I核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNAmRNAtRNA不抑制低濃度抑制高濃度抑制低離子強(qiáng)度,要求Mg2+或Mn2+高離子強(qiáng)度高M(jìn)n2+濃度分子量都在50萬左右 真核生物RNA聚合酶第八十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的異同：相同：要有模板，新鏈延伸方向53，堿基的加入嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)原則。相異：復(fù)制需要引物，轉(zhuǎn)錄不需引物。轉(zhuǎn)錄時(shí)，模板DNA的信息全保

37、留，復(fù)制時(shí)模板信息是半保留。轉(zhuǎn)錄時(shí)，RNA聚合酶只有53聚合作用，無53及35外切活性。相同：要有模板，新鏈延伸方向53，堿基的加入嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)原則。轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的比較第八十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA合成RNA合成合成部位細(xì)胞核核仁：rRNA核質(zhì)：mRNA、tRNA底物脫氧核苷三磷酸核苷三磷酸模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈酶DNA聚合酶RNA聚合酶引物RNA做引物不需要引物鏈延長方向5-35-3合成方式半保留復(fù)制全保留轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物雙鏈DNA單鏈RNADNA和RNA合成的比較相異：第八十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）RNA生物合成的抑制劑RNA聚

38、合酶的抑制物利福霉素和利鏈菌素（原核）、 -鵝膏蕈堿（真核）嘌呤和嘧啶類似物6-巰基嘌呤、8-氮鳥嘌呤、5-氟尿嘧啶 、6-氮尿嘧啶等 可通過抑制核苷酸的合成，抑制 RNA生物合成DNA模板功能的抑制劑烷化劑、放線菌素D、 嵌入染料（溴化乙錠、吖啶類染料） 能與DNA結(jié)合，使DNA失去模板功能，從而抑制其復(fù)制與轉(zhuǎn)錄第八十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，要經(jīng)過剪切、修飾、拼接等過程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的RNA分子，此過程稱RNA轉(zhuǎn)錄后的加工。（五）RNA轉(zhuǎn)錄后的加工第八十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1, 2 and 3 is RNase I

39、II, RNase P, and RNase E甲基化切割 原核生物rRNA前體的加工（E.coli）原核生物rRNA基因與某些tRNA基因組成混合操縱子第八十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物tRNA前體的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列： 5端切除幾到10個(gè)核苷酸。b、末端添加：3-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸內(nèi)切酶的作用 表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用 表示核酸外切酶的作用 表示異構(gòu)化酶的作用 a. 核酸內(nèi)切酶(RNAaseP、RNAaseF)在tRN

40、A兩端切斷。b. 核酸外切酶(RNAaseD)從3端逐個(gè)切去附加序列。c. 在tRNA3端加上-CCA-OH:tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶d. 核苷的修飾（修飾酶）：甲基化酶 / S-腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。tRNA基因大多成簇存在，或與rRNA基因，或與蛋白質(zhì)基因組成混合操縱子。第八十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物mRNA前體的加工多數(shù)真核基因是不連續(xù)的 a. 5末端形成帽子結(jié)構(gòu) b. 3末端加上polyA d.內(nèi)含子切除（RNA的拼接）細(xì)菌mRNA一般不需加工，一經(jīng)轉(zhuǎn)錄，即可直接進(jìn)行翻譯。第八十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月有些RNA病毒，進(jìn)入寄主細(xì)胞后，借助復(fù)制酶而進(jìn)行RNA的復(fù)制。RNA復(fù)制酶的模板特異性很強(qiáng)，只識(shí)別病毒自身的RNA，它以病毒RNA為模板，合成與模板性質(zhì)相同的RNA。二、RNA的復(fù)制第八十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 不同RNA病毒合成mRNA的 途徑可以分4類逆轉(zhuǎn)錄病毒噬菌體Q狂犬病毒（帶有復(fù)制酶）呼腸孤病毒（帶有復(fù)制酶）逆轉(zhuǎn)錄酶第八十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1、正鏈RNA病毒（mRNA）：噬菌體Q、灰質(zhì)炎病毒等。進(jìn)入寄主細(xì)胞后，利用寄主的翻譯系統(tǒng)，首先合成復(fù)制酶及