第十一章核酸的生物合成

第十一章核酸的生物合成第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四DNA的復制（以DNA為模板合成DNA）RNA的轉錄（以DNA為模板合成RNA）RNA的逆轉錄（以RNA為模板合成DNA）RNA的復制（以RNA為模板合成RNA）第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四概念:復制(replication)：指以親代DNA分子為模板合成出子代DNA分子的過程。轉錄(transcription)：以DNA分子為模板合成出與其核苷酸順序相對應的RNA的過程。第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四反轉錄(reversetranscription)：以RNA為模板將遺傳信息傳給DNA的過程。第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四人體體細胞23對染色體各有一半來自于父母核酸——DNA、RNA

提問：二者區(qū)別？

堿基（A、G、C、T——A、G、C、U）

戊糖（脫氧核糖——核糖）第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四DNA合成——復制體細胞染色體有絲分裂第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)DNA的生物合成機制——半保留復制12保留了一半父代DNA成份父代DNA半保留復制子代DNA第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四半保留復制假說的提出：

1953年，Watson&Crick在DNA雙螺旋基礎上提出。1957年，MathewMeselson與FranklinStahl設計實驗證實。第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四實驗證明：方法：

將E.Coli培養(yǎng)在以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)基中生長；提取其DNA；進行氯化銫密度梯度離心。再移至14N培養(yǎng)基中生長、提取DNA、離心分析。第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四結果：

證實了DNA復制時，親代分子分為二個亞單位（兩條鏈），分別構成子代分子的一半，且經過多代仍保持完整性。第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四意義：1）半保留復制保證了遺傳的穩(wěn)定性；2）DNA是處于不斷變異和發(fā)展之中。ＤＮＡ復制第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四1.旋轉酶解開超螺旋。1.1過程完成復制后的染色體子代細胞中的一條染色體旋轉酶第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四2.解螺旋酶在起點雙向打開螺旋復制起始處的DNA片段起點復制叉解螺旋酶——解開雙鏈第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四解螺旋酶3.DNA結合蛋白與單鏈結合并向前移動DNA結合蛋白起點提問：DNA結合蛋白的作用？ATGC防止單鏈復合第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四起點ATCCATT小段RNA引物U磷酸核糖RNA聚合酶4.RNA聚合酶催化起點處通過堿基互補連接引物RNA鏈。作用——確定起始部位，引導復制開始。3`OH5`PiPiPi3`OH5`PiPiPi3`OH5`PiPiPiA—U

G—C第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.新鏈5`→3`延長（復制DNA）5.引物3`連接dXTP第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四E.COLi的DNA聚合酶

功能ⅠⅡⅢ5’→3’聚合作用+++5’→3’外切酴作用+－－3’→5’外切酶作用+++聚合核苷酸數/min600309000分子數/細胞40010010*DNApolⅢ主要負貢DNA鏈延伸。第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四開鏈方向起點新鏈5｀新鏈3｀新鏈3｀新鏈5｀

？

？父代DNA—兩鏈方向相反

！必然無法連續(xù)復制開鏈方向第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四7.均以5｀→3｀方向形成前導鏈和滯后鏈由岡崎片段連接成的新DNA鏈稱滯后鏈。與復制叉移動方向相同，可以一直復制到底的新DNA鏈稱前導鏈。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四5`3`5`8.切除引物，補缺。3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`3`DNA聚合酶3`→5`核酸外切連接酶連接酶連接缺口切除引物、切除配錯dXTP新鏈第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四3`5`5`3`5`3`第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四前導鏈連續(xù)復制滯后鏈不連續(xù)復制DNA復制為5`→3`半不連續(xù)復制。第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四半保留——復制結果半不連續(xù)——復制過程第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四為什么進化出如此復雜的復制機制呢？在RNA的監(jiān)控下保持DNA復制的高度忠實性用RNA引物控制起始，同時充分發(fā)揮了DNA聚合酶的糾錯能力。第二節(jié)DNA的損傷和修復損傷——結構破壞、功能破壞提問：哪些因素會引起DNA損傷？環(huán)境污染物———物理因素（紫外線、（電離、核）輻射）、化學誘變劑、病毒雜合等。后果——癌癥、畸形、遺傳病等等第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四2.1修復機制1.光復活TT紫外線(260nm)T(胸腺嘧啶）二聚體雙鍵打開第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四紫外光T-T二聚體可見光激活該酶只有高等哺乳動物該功能退化掉了。例對細菌紫外誘變或殺滅時盡量保持暗環(huán)境。光復活酶結合于損傷部位第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四2.切除修復核酸酶DNA聚合酶DNA連接酶屬于復制前的修復。第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四3.重組修復復制同時的修復*復制DNA聚合酶、連接酶補缺提問：原損傷部位沒有修復，對后代影響大嗎？在后代中只有一個個體含有該條DNA，后代越多，影響比例越小，等于消除影響。第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四****4.SOS修復SOS—求救信號DNA損傷嚴重，復制受到抑制，前幾種方法難以奏效時：誘導校對能力差的DNA聚合酶形成，局部“亂配”********進化、變種、癌癥、誘變育種等等都是基于這一機理。為了生存——變。第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

真核細胞DNA的復制：

（DNA指導的DNA合成）真核生物與原核類似，但更復雜，不同之處：（一）DNA模板上有多個起點，即真核細胞DNA復制由多個復制子共同完成。第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

（二）有5種DNA聚合酶，

各具功能：復制DNA：

α→后滯鏈；

δ→前導鏈；修復DNA：

β、ε；復制線粒體DNA：

γ；引物合成：α。第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)細菌的限制性核酸內切酶和基因重組3.1細菌的限制性核酸內切酶DNA普通內切酶DNA細菌限制性內切酶GAATTCCTTAAG在特定部位實施內切。粘性末端被核酸外切酶降解細菌自身DNA甲基保護GAATTCCTTAAGCH3CH3不工作這種限制性核酸內切酶有何用呢？打擊入侵的敵人第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四噬菌體入侵噬菌體DNA若專一序列點無甲基保護，將被降解。第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四應用——生化工具DNA切割→測序基因重組3.2基因測序原理：PCR（基因擴增）＋復制（放射性dDNA終止符）＋熒光測序第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四PCR—聚合鏈式反應用色譜技術分純在很短的時間內將DNA樣品呈2n大量復制第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四復制（放射性dRNA終止符）＋熒光測序第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四3.3天然重組與基因重組天然重組包括同源、異源重組同源重組—父母DNA重組減數分裂第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四溶原細菌人類病毒與之類似DNA復制轉錄翻譯溶解釋放異源重組

第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四應用基因重組——不同來源的DNA按人的設計和干預下定向拼接、組合。特殊基因（多肽激素、抗生素、酶、藥物蛋白）重組入蛋白產品工程菌（如大腸桿菌）第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四特殊基因超級細菌如超級除油菌超級植物“侏羅紀公園”中的恐龍抗病蟲、抗旱、帶顏色等等基因治療、基因武器重組入第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四細菌染色體質粒易于分離、測序，天然可轉移，不被輕易降解，常作為重組的載體過程舉例——超級細菌都是DNA第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

重組質粒DNA

限制性核酸內切酶處理

有的片段中具有目的基因

植入

供體細胞染色體DNA

載體質粒環(huán)狀DNA限制性核酸內切酶處理

DNA連接酶催化兩類DNA片段拼接受體細菌

研磨、超聲波等

方法破碎細胞供體細胞

篩選出重組細菌？帶有粘性末端的DNA片段各種細菌第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四注射法開門法（如電擊、化學藥劑）病毒法第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四1um重組基因片段基因槍黃金子彈靶細胞基因槍法——動植物細胞基因重組第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四在特殊培養(yǎng)基上（如含有青霉素）篩選目的細菌質粒上具有抗性基因如抵抗青霉素長出必然是重組成功的細菌篩選第46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)RNA的生物合成轉錄——以DNA為模板，按堿基配對原則（dA-U、dT-A、dG-C、dC-G)合成RNA鏈。4.1過程DNA復制RNA轉錄第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四兩條鏈都是模板鏈嗎？第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四不對稱轉錄——只能以雙鏈中固定的一條鏈（模板鏈）為模板轉錄RNA開始1.RNA聚合酶延DNA鏈移動，識別轉錄起點（啟動子）(啟動子)打開螺旋，形成聚合酶-DNA-RNA復合體。第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四2.復合體甩掉δ亞基，隨RNA聚合酶移動連續(xù)5`→3`轉錄RNA鏈。17bp螺旋解開長度12bpDNA-RNA復合體長度3.DNA螺旋前開、后合,RNA長長，不斷脫離DNA。(終止子)4.識別終止信號（終止子），結束轉錄，各自分離。第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四真核生物1基因→1RNA第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四基因假基因基因外區(qū)域Extron外顯子——轉錄為RNAIntron內含子——不轉錄為RNA第52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四基因中的外顯子轉錄提問：如何實現(xiàn)跨越內含子轉錄外顯子區(qū)呢？繞環(huán)閉合內含子區(qū)域。第53頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四加工——使粗品RNA（沒有功能）→成品方法——剪切、拼接，修飾，添加甲基（rRNA)（剪切、拼接針對個別沒能避免內含子轉錄的RNA）4.2轉錄產物的“加工”粗品RNA