核酸的生物合成2学习教案

会计学1核酸的生物核酸的生物(shngw)合成合成2第一页，共39页。2 第一节第一节 DNA DNA的生物合成的生物合成(hchng)(hchng)（复制）复制）复复制制蛋白质蛋白质 转录转录逆转录逆转录 翻译翻译DNADNARNARNA 遗传信息传递遗传信息传递(chund)的的“中中心法则心法则”基因基因(jyn)、基因、基因(jyn)组、基因组、基因(jyn)表达表达（亲代（亲代 子代）子代）第1页/共38页第二页，共39页。3 G A T A C C T A G A T A C C T A T GT G G A T A C G A T A C G A T G A T A CA C第2页/共38页第三页，共39页。4 Meselson MeselsonStahl experimentStahl experiment 半保留半保留(boli)复制证据复制证据第3页/共38页第四页，共39页。5Replication fork 5335（复制的基本原则）（复制的基本原则）1. 1. 半保留半保留(boli)(boli)复制复制2 2、复制起始点（、复制起始点（oriori） 3 3、双向复制、双向复制4 4、半不连续复制、半不连续复制 OriOri领头领头(ln tu)链链冈崎片段冈崎片段随从随从(sucng)链链5 3 （刚合成的一段一段的刚合成的一段一段的DNADNA片断片断）第4页/共38页第五页，共39页。6 DNA DNA拓扑拓扑(tu p)(tu p)异构酶（异构酶（ 拓扑拓扑(tu (tu p)p)酶，酶，Topo Topo ）第5页/共38页第六页，共39页。7第6页/共38页第七页，共39页。8第7页/共38页第八页，共39页。9 3 3种种DNADNA聚合酶的特性：聚合酶的特性：（1 1） DNA DNA聚合酶聚合酶（Pol.Pol.）是多功能性酶）是多功能性酶 依赖其依赖其5353外切外切(wi qi)(wi qi)酶和酶和5353聚合聚合酶活性，切除酶活性，切除RNARNA引引 物，填补空隙；物，填补空隙； DNA DNA损伤时，起切除及修复损伤损伤时，起切除及修复损伤DNADNA的作用；的作用； 在体外，具有在体外，具有“切口平移切口平移”作用；作用； 33Pol Pol 的缺口的缺口(quku)(quku)平移平移小结：小结： DNA Pol 呈多功能性，不仅具有催化呈多功能性，不仅具有催化DNA合成合成(hchng)活活性，还具有校正错误、切除引物、填补空隙、修复损伤性，还具有校正错误、切除引物、填补空隙、修复损伤DNA等作用等作用。第8页/共38页第九页，共39页。10（2 2）DNADNA聚合酶聚合酶（Pol.Pol.） 是主要的复制酶。是主要的复制酶。（3 3）DNADNA聚合酶聚合酶（Pol.Pol.） （不详）（不详）DNADNA连接连接(linji)(linji)酶酶 将刚合成的、一段一段的将刚合成的、一段一段的DNADNA片段连接片段连接(linji)(linji)成长链。成长链。 其它其它 1 1） 原料原料 （底物）（底物） 4 4种三磷酸脱氧核苷（种三磷酸脱氧核苷（dNTPdNTP）2 2） 模板模板 以以DNADNA两条链为模板两条链为模板第9页/共38页第十页，共39页。113355领头(ln tu)链 随从(sucng)链 解链方向(fngxing)聚合酶引物酶 引物 SSB冈崎片段 连接酶解链酶 拓扑酶 （三）（三） DNADNA复制过程（复制过程（示意图示意图） 53 聚合酶聚合酶（切除引物，填补空隙切除引物，填补空隙）引发体引发体第10页/共38页第十一页，共39页。12（三）（三） DNA DNA复制过程（要点复制过程（要点(yodin)(yodin)） 模板模板DNADNA解旋与解链，形成复制叉；解旋与解链，形成复制叉； 形成引发体，合成形成引发体，合成RNARNA引物；引物； 按按A=TA=T、G=CG=C碱基配对规则，合成碱基配对规则，合成DNADNA； 切除引物、填补空隙、形成冈崎片段；切除引物、填补空隙、形成冈崎片段； DNA DNA连接酶连接封口，形成长链连接酶连接封口，形成长链DNADNA；6. 6. 在在TusTus蛋白参与下，终止复制。蛋白参与下，终止复制。第11页/共38页第十二页，共39页。13 逆转录酶至少具有以下逆转录酶至少具有以下3 3种酶活性：种酶活性： RNA RNA指导指导(zhdo)(zhdo)下的下的DNADNA聚合酶活性（逆转录酶）；聚合酶活性（逆转录酶）； 水解水解RNARNA（RNA-DNARNA-DNA杂交链）的酶活性（杂交链）的酶活性（RNase H RNase H 活性活性 ) )； DNA DNA指导指导(zhdo)(zhdo)的的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 整合到宿主细胞整合到宿主细胞(xbo)染色体中染色体中、表达病毒蛋白、表达病毒蛋白。 RNA RNA-DNA DNA cDNARTRTRT第12页/共38页第十三页，共39页。14 逆转录酶是分子生物学中一类逆转录酶是分子生物学中一类(y li)重要的工具重要的工具酶酶制备多肽类产品制备多肽类产品 IL-2（133aa） 根据根据3个碱基代表个碱基代表1个个aa原则原则 推测、并体外合成推测、并体外合成mRNA cDNA 整合到整合到 E.coli中中 表达表达IL-2产品；产品；建立建立cDNA文库文库 从真核细胞分离总从真核细胞分离总 mRNA cDNA 将将其插其插入载体内，构成重组入载体内，构成重组DNA 转化转化 E.coli 得到克得到克隆（即为隆（即为cDNA文库）文库） 逆转录酶逆转录酶 基因治疗基因治疗 cDNA探针探针(tn zhn) 基因诊断基因诊断 逆转录酶逆转录酶第13页/共38页第十四页，共39页。15三. DNA复制与端粒、端粒酶四. DNA复制时，由于受DNA聚合酶特性限制，子代DNA链的最后(zuhu)一个片断去除引物后，无法填补空隙，易造成子代DNA链的缩短。端粒端粒: : 位于真核生物位于真核生物(shngw)(shngw)染色体末端（一条链的染色体末端（一条链的3 3-OH-OH），由蛋白），由蛋白质和质和DNADNA（人类：（人类：“TTAGGG”“TTAGGG”重复序列）紧密结合的结构。重复序列）紧密结合的结构。端粒功能：端粒功能： 避免染色体避免染色体DNADNA链的缩短；防止染色体的融合链的缩短；防止染色体的融合(rngh)(rngh)或降解；维持染色体结构的稳定性和完或降解；维持染色体结构的稳定性和完整性。整性。第14页/共38页第十五页，共39页。16 端粒酶端粒酶: : 是一种是一种(y zhn)(y zhn)自身携带自身携带RNARNA模板的逆转录酶，可模板的逆转录酶，可以催化合成端粒以催化合成端粒DNADNA（TTAGGGTTAGGG重复序列）。重复序列）。 端粒酶特殊的生物学功能：端粒酶特殊的生物学功能： 1 1） 端粒酶活性提高端粒酶活性提高端粒序列延长端粒序列延长遗传信息稳定性增遗传信息稳定性增高；高； 2 2） 活化端粒酶活化端粒酶端粒端粒DNADNA序列延长序列延长细胞分裂旺盛细胞分裂旺盛细细胞寿胞寿 命延长；命延长； 3 3） 抑制端粒酶活性抑制端粒酶活性可以限制转化细胞生长可以限制转化细胞生长抑制肿瘤抑制肿瘤的形的形 成。成。第15页/共38页第十六页，共39页。17CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT 3-G-OH(3)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-Further polymerization端粒酶合成端粒酶合成(hchng)端粒的端粒的爬行模式爬行模式第16页/共38页第十七页，共39页。18 自发突变自发突变(tbin); (tbin); 诱发突变诱发突变(tbin)(tbin)；（一）引起突变（一）引起突变(tbin)(tbin)的因素的因素 （大剂量紫外线照射，电离辐射，化学诱变剂：亚硝胺类、多环芳香（大剂量紫外线照射，电离辐射，化学诱变剂：亚硝胺类、多环芳香烃等）烃等）（二）（二） 基因突变基因突变(tbin)(tbin)的类型的类型 点突变点突变(tbin)(tbin)（碱基置换）（碱基置换） 转换转换: A : A G G 或或 C C T T ； 颠换颠换 : : 嘌呤碱嘌呤碱 嘧啶碱嘧啶碱第17页/共38页第十八页，共39页。192.2. 框移突变框移突变3.3. 缺失缺失(qu sh) (qu sh) 或插入或插入1 1个碱基个碱基A AU缬缬第18页/共38页第十九页，共39页。20 图14-14 由基因重排引起的两种地中海贫血基因型 1 2 位于11号染色体的Hb基因家族 1 2 1 2 N C 1 2 N C 1 2 1 2 3. 3. 基因基因(jyn)(jyn)重排重排第19页/共38页第二十页，共39页。21（三）损伤（三）损伤(snshng)DNA(snshng)DNA的修复的修复1. 1. 光复活光复活 光修复光修复(xif)酶酶第20页/共38页第二十一页，共39页。222.切除切除(qich)修复修复连接连接(linji)(DNA Pol )(DNA Pol )第21页/共38页第二十二页，共39页。23复制(fzh)重组(zhn z)再合成(hchng)3.重组修复重组修复第22页/共38页第二十三页，共39页。244.4. SOS SOS修复修复 5.5. 当当DNADNA广泛损伤、难以修广泛损伤、难以修复时，复时，6.6. 诱导产生一类特异性低、选择碱基能诱导产生一类特异性低、选择碱基能力差的力差的DNADNA聚合酶，进行聚合酶，进行(jnxng)(jnxng)错误复错误复制制应急修复（应急修复（SOSSOS修复）修复）第23页/共38页第二十四页，共39页。25第二节第二节 RNA RNA的生物合成的生物合成(hchng)(hchng)（转录）（转录） 一、参加一、参加(cnji)(cnji)转录的主要物质转录的主要物质（一）模板：（一）模板： ( (以以DNADNA的一条链为模板的一条链为模板) ) DNA 5DNA 5 G G A G T A C A T G T C 3G G A G T A C A T G T C 3（编码链，（编码链，+ + ） 3 3 C C T C A U G U A C A G 5C C T C A U G U A C A G 5（模板链，（模板链，- - ） （转录）（转录） 5 5 G G A G U A C A U G U C 3 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA mRNA （翻译）（翻译） N Ala Val His Val C N Ala Val His Val C 多肽链多肽链 第24页/共38页第二十五页，共39页。26（二）（二） RNA RNA聚合酶聚合酶 (E.coli ) (E.coli ) 因子：因子： 辨认转录起始点，并与之结合，带辨认转录起始点，并与之结合，带 动全酶解开双链，促进动全酶解开双链，促进(cjn)(cjn)转录启动转录启动; ; RNA RNA 聚聚 合合 酶酶 （22） 2 2（核心酶）：（核心酶）： 延着模板链延着模板链3 53 5滑动，按滑动，按A-UA-U、 C-G C-G碱基配对规则，碱基配对规则， 催化合成催化合成5 35 3 方向的方向的RNARNA链。链。 第25页/共38页第二十六页，共39页。27 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶有聚合酶有、 3 3种种 RNA Pol RNA Pol 存在于核仁存在于核仁(h rn),(h rn),催化大分子催化大分子rRNArRNA的合成的合成; ;RNA Pol RNA Pol 存在于核质存在于核质, ,催化催化tRNAtRNA和小分子和小分子 rRNA rRNA的合成的合成; ;RNA Pol RNA Pol 存在于核质存在于核质, ,催化催化hnRNA(mRNAhnRNA(mRNA前体分子前体分子) )的合的合成。成。 hnRNA mRNA hnRNA mRNA加工加工(ji gng)第26页/共38页第二十七页，共39页。28第27页/共38页第二十八页，共39页。29 因子辨认转录起始点，带动全酶与启动序列因子辨认转录起始点，带动全酶与启动序列(xli)（10 35bp）结合，促使双链局部解开，启动转录结合，促使双链局部解开，启动转录 。二、二、RNA的转录过程的转录过程 （一）转录过程（一）转录过程 1. RNA聚合酶辨认和结合聚合酶辨认和结合(jih)模板（起始阶段）模板（起始阶段） （一旦转录（一旦转录(zhun l)启动，启动， 因子脱落下因子脱落下来）来）结合结合启动序列启动序列转录起始点转录起始点（PribnowPribnow盒）盒）0第28页/共38页第二十九页，共39页。30 真核生物(shngw)转录启动子(25 30bp)(-30 -110bp)转录转录(zhun l)起始点起始点第29页/共38页第三十页，共39页。31模板模板(mbn)链链RNA polymerase转录转录(zhun l)空泡空泡2. 2. 延伸阶段延伸阶段 由核心酶沿着模板由核心酶沿着模板(mbn)(mbn)链链3 35 5方向滑动方向滑动，按，按A=UA=U、GCGC 碱基配对规则，合成碱基配对规则，合成5 5 3 3方向的方向的RNARNA链。链。 第30页/共38页第三十一页，共39页。323.3. 终止阶段终止阶段4.4. 1 1） 形成发夹结构，终止转录；形成发夹结构，终止转录；5.5. 2 2） 识别识别(shbi)(shbi)、并结合终止信号区，终、并结合终止信号区，终止转录止转录第31页/共38页第三十二页，共39页。33原核生物原核生物(shngw)： 转录产物不需加工；转录产物不需加工；真核生物真核生物(shngw)： 转录产物需要加工转录产物需要加工mRNA剪接剪接(jinji)（切除内含子、连接外显子）（切除内含子、连接外显子）tRNA 碱基修饰碱基修饰rRNA 与蛋白质结合，形成核糖体与蛋白质结合，形成核糖体5端加帽端加帽3端加尾端加尾包括包括(boku)：第32页/共38页第三十三页，共39页。34 DNA和和RNA生物合成的比较生物合成的比较(1) 复制复制 转录转录(zhun l)1. 原料原料 dNTP NTP2. 模板模板 DNA两条链两条链 DNA一条链一条链3. 引物引物 需要需要RNA引物引物 不需引物不需引物4. 新连延伸方向新连延伸方向 53 535. 主要酶类主要酶类 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 解旋、解链酶类解旋、解链酶类 （2） 引物酶引物酶 终止因子终止因子() DNA连接酶连接酶第33页/共38页第三十四页，共39页。35 DNA和和RNA生物合成的比较生物合成的比较(2) 复制过程复制过程 转录过程转录过程 模板模板DNA解旋与解链，解旋与解链， 因子辨认起始点因子辨认起始点, 形成复制叉；形成复制叉； 带动全酶解开带动全酶解开DNA双链双链, 形成引发体，形成引发体， 促使转录起动；促使转录起动； 合成合成RNA引物；引物； 因子随之脱落下来；因子随之脱落下来；3. 按按A=T、G=C碱基配对碱基配对 在核心酶催化下在核心酶催化下, 规则，合成规则，合成DNA； 使使RNA链不断延长；链不断延长；切除引物、填补空隙、切除引物、填补空隙、 因子终止因子终止(zhngzh)链延链延长。长。 形成冈崎片段；形成冈崎片段；DNA连接酶连接封口，形成长链连接酶连接封口，形成长链DNA；6. 在在Tus蛋白参与下，终止蛋白参与下，终止(zhngzh)复制复制第34页/共38页第三十五页，共39页。36核酸的生物合成课堂练习核酸的生物合成课堂练习基因表达包括基因表达包括(boku)下列过程下列过程复制复制 B. 转录转录 C. 翻译翻译逆转录逆转录 E. 以上都是以上都是DNA的半保留复制包括的半保留复制包括(boku)下列要点下列要点亲代亲代DNA局部解开为两条单链局部解开为两条单链以其中一条单链为模板以其中一条单链为模板C. 严格遵守严格遵守G C 、A = U碱基配对法则碱基配对法则合成的子代合成的子代DNA中，只有一条链是新合成的中，只有一条链是新合成的E. 子代子代DNA中只有一条链的碱基排列顺序与亲代完中只有一条链的碱基排列顺序与亲代完全一样全一样第35页/共38页第三十六页，共39页。373. DNA复制过程中发生下列酶促反应4. 解链酶将DNA双链局部解开为两条单链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连接酶将冈崎片断连接成长链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. 辨认转录起始(q sh)位点的是13. 亚基 B. 因子 C. 亚基 14. D. 亚基 E. 核心酶第36页/共38页第三十七页，共39页。386. DNA Pol 具有下列功能，错误的是7. A. 当复制发生错误时， 发挥校读（正）作用8. B. 在复制过程中，发挥切除引物，填补空隙作用9. C. DNA损伤时，可以发挥切除并修补损伤DNA的作用10.D. 在体外，具有“切口(qi ku)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下列突变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)第37页/共38页第三十八页，共39页。39感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第38页/共38页第三十九页，共39页。