核酸合成主题医学知识培训ppt课件

核酸合成主题医学知识核酸合成主题医学知识1目目 录录第四节第四节 基因工程及分子生物学技术简介基因工程及分子生物学技术简介第一节第一节 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第三节第三节 核酸合成的抑制剂核酸合成的抑制剂核酸合成主题医学知识2目 录第四节 基因工程及分子生物学技术简第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成一、DNA的复制的复制（DNA指导下的指导下的DNA合成合成）三、DNA突变突变四、DNA的损伤与修复的损伤与修复二、逆转录作用逆转录作用（RNA指导下的指导下的DNA的合成）的合成）核酸合成主题医学知识3第一节 DNA的生物合成一、DNA的复制（DNA指导下的一、一、DNA的半保留复制的半保留复制1、概念和概念和实验依据实验依据 2、原核生物原核生物DNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类 3、原核细胞原核细胞DNA的复制的起始点和方式的复制的起始点和方式5、DNA复制的忠实性复制的忠实性6、真核细胞真核细胞DNA的复制的复制 4、原核细胞原核细胞DNA的复制过程的复制过程（半不连续复制）（半不连续复制）核酸合成主题医学知识4一、DNA的半保留复制1、概念和实验依据 2、原核生物DNDNA的半保留复制的的半保留复制的概念概念 DNADNA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DNADNA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基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组模板链互补的新链，以组成新的成新的DNADNA分子。这样新分子。这样新形成的两个形成的两个DNADNA分子与亲分子与亲代代DNADNA分子的碱基顺序完分子的碱基顺序完全一样。由于子代全一样。由于子代DNADNA分分子中一条链来自亲代，另子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制复制方式称为半保留复制。核酸合成主题医学知识5DNA的半保留复制的概念 DNA在复制时，两条DNA的半的半保留保留复制复制实验实验依据依据 19581958年年Meselson Meselson&stahl&stahl用同位素用同位素示踪标记加密度示踪标记加密度梯度离心技术梯度离心技术实实验验,证明了证明了DNADNA是是采取半保留的方采取半保留的方式进行复制式进行复制.15N DNA14N-15N DNA14N DNA14N-15N DNA核酸合成主题医学知识6DNA的半保留复制实验依据 1958年Meselson二、二、DNA复制的起始点和方向复制的起始点和方向起始点含起始点含100100200pb200pb，能被特殊的蛋白质，能被特殊的蛋白质识别。识别。复制方向有单方向和双方向。复制方向有单方向和双方向。通常细菌、病毒、线粒体的通常细菌、病毒、线粒体的DNADNA分子，只有分子，只有一个复制起点，复制时一个一个复制起点，复制时一个DNADNA是以一个复是以一个复制单位（复制子）完成复制。制单位（复制子）完成复制。真核细胞一个真核细胞一个DNADNA分子上有多个复制起点，分子上有多个复制起点，双向复制，也就是说一个双向复制，也就是说一个DNADNA分子上有多个分子上有多个复制单位。复制单位。核酸合成主题医学知识7二、DNA复制的起始点和方向起始点含100200pb，能被大肠杆菌大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTT成串排列的成串排列的三个三个13bp序列序列共有序列共有序列共有序列共有序列TTATCCACA DnaA蛋白结合位点蛋白结合位点四个四个9bp序列序列DnaADnaB(解螺旋酶解螺旋酶)SSB大肠杆菌大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型复制起点在起始阶段的结构模型起始起始核酸合成主题医学知识8大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTTDNA复制的方向复制的方向环状环状 DNA复制时复制时所形成的所形成的结构结构起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点起始点起始点起始点起始点起始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向复制单向复制双向复制双向复制核酸合成主题医学知识9DNA复制的方向环状 DNA复制时所形成的结构起始点复制叉原核生物原核生物原核生物原核生物DNADNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类（1 1）DNADNA聚合酶聚合酶(DNA(DNA polymetases)polymetases)（2 2）引物酶）引物酶(peimase)(peimase)和引发体和引发体(primosome)(primosome)：启动：启动RNARNA引物链的合成。引物链的合成。(3(3）DNADNA连接酶连接酶（DNA ligaseDNA ligase）(4)(4)解链酶解链酶(DNA(DNA helicase)helicase):水解水解ATPATP，使，使DNADNA双链打开。双链打开。解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引物酶和引发体引发体DNA聚聚合酶合酶ISSB335355RNA引物引物核酸合成主题医学知识10原核生物DNA聚合反应有关的酶类（1）DNA聚合酶(DNA(5(5）单链结合蛋白）单链结合蛋白(single-strand(single-strand binding protein,SSB)binding protein,SSB)：结合在解开的：结合在解开的DNADNA单链上，防止重新形成双螺旋。单链上，防止重新形成双螺旋。(6(6）拓扑异构酶）拓扑异构酶(topoisomerase):(topoisomerase):兼具兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将内切酶和连接酶活力，能迅速将DNADNA超螺超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。于解链。拓扑异构酶拓扑异构酶I:I:使双链使双链DNADNA中一条链断裂，中一条链断裂，减少负超螺旋减少负超螺旋 拓扑异构酶拓扑异构酶IIII:使双链使双链DNADNA中两条链断裂，中两条链断裂，引入负超螺旋引入负超螺旋核酸合成主题医学知识11(5）单链结合蛋白(single-strand bindi大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用活性活性（370C每个酶分子每分钟聚合的核苷酸数）每个酶分子每分钟聚合的核苷酸数）主要功能主要功能DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶（复合物）（复合物）109，000400+600切除引物切除引物补缺补缺校校正正120，000100+-30校正校正400，00010-20+9000聚合聚合比较项目比较项目核酸合成主题医学知识12大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA分子量DNADNA聚合酶DNA聚合酶聚合酶全酶全酶 核心酶Pol IIIPol III延长因子识别引物并使DNA与引物结合DNADNA聚合酶聚合酶二聚体二聚体聚合校正核酸合成主题医学知识13DNA聚合酶全酶核心酶Pol IIIPDNA聚合酶催化的链延长反应35模板链5RNA引物引物子链335533553核酸合成主题医学知识14DNA聚合酶催化的链延长反应35模板链5RNA引物子链DNADNA聚合酶的聚合酶的3 3-5-5 外切酶水解位外切酶水解位点点3355错配碱基错配碱基3-5核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点核酸合成主题医学知识15DNA聚合酶的3-5 外切酶水解位点3355错DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能5-5-核酸核酸外切酶外切酶3-3-核酸核酸外切酶外切酶裂缝裂缝聚合中心聚合中心裂缝内部裂缝内部核酸合成主题医学知识16DNA聚合酶的校对功能5-核酸外切酶3-核酸外切酶裂缝DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能聚合酶聚合酶错配硷基错配硷基复制方向复制方向正正 确确核苷酸核苷酸555555333333切除错配切除错配核苷酸核苷酸核酸合成主题医学知识17DNA聚合酶的校对功能聚合酶错配硷基复制方向正 确核苷酸5核酸合成主题医学知识18核酸合成主题医学知识18原核细胞原核细胞DNADNA的半不连续复的半不连续复制复制过程制复制过程复制叉的复制叉的移动方向移动方向解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物体引物体DNA聚聚合酶合酶ISSB335前导链前导链随后链随后链35复制的起始复制的起始DNADNA链的合链的合成与延长成与延长DNADNA链合链合成的终止成的终止5RNA引物引物33DNA连连接酶接酶核酸合成主题医学知识19原核细胞DNA的半不连续复制复制过程复制叉的移动方向解旋酶复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型聚合酶聚合酶III全酶全酶引物引物聚合酶聚合酶III全酶全酶引物引物引物体引物体引物体引物体解旋酶解旋酶解旋酶解旋酶核酸合成主题医学知识20复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型聚合酶III全酶引物连连接接酶酶连连接接切切口口Mg2+连接酶连接酶ATP或或NADPPi或或NMNATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPTGGP缺口33555533模板链模板链模板链模板链核酸合成主题医学知识21连接酶连接切口Mg2+连接酶ATP或NADPPi或NMNA复制的忠实性 DNADNA复制过程是一个高度精确的过程，复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌据估计，大肠杆菌DNADNA复制复制10109 9-10-101010碱基对仅碱基对仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点有以下三点:a a、DNADNA聚合酶的高度专一性（严格遵循聚合酶的高度专一性（严格遵循 碱基配对原则）碱基配对原则）b b、DNADNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能（错配碱基被（错配碱基被3-3-55 外切酶切除）外切酶切除）c c、起始时以、起始时以RNARNA作为引物作为引物核酸合成主题医学知识22复制的忠实性 DNA复制过程是一个高度精确的起始时以起始时以RNARNA作为引物的作用作为引物的作用 DNADNA复制为什么要合成一个复制为什么要合成一个RNARNA引物，而后又把这个引引物，而后又把这个引物消除呢？这是保证物消除呢？这是保证DNADNA聚合过程高度精确的又一措施。已聚合过程高度精确的又一措施。已知知DNA DNA 聚合酶具有聚合酶具有3 35 5 外切酶功能校对复制过程中的核外切酶功能校对复制过程中的核苷酸苷酸，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNADNA的合的合成，并以核糖核苷酸来表示是成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时暂时”的，当的，当DNADNA开始聚合开始聚合以后再以以后再以5 53 3 外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。苷酸取而代之，确保复制的忠实性。核酸合成主题医学知识23起始时以RNA作为引物的作用 DNA复制为什真核细胞真核细胞DNA复制的特点复制的特点 多个起点复制多个起点复制起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点端粒（端粒（telemeretelemere）复制）复制DNADNA聚合酶：至少有聚合酶：至少有5 5种。种。、核酸合成主题医学知识24真核细胞DNA复制的特点 多个起点复制起点起点起点起点起点真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 分子量分子量亚基数亚基数细胞内分布细胞内分布酶活力百分比酶活力百分比外切酶活力外切酶活力功能功能合成后随链、合成后随链、具引发酶活性具引发酶活性DNA聚合酶聚合酶 165-175，000多个多个细胞核细胞核80%无无150，000一个一个线粒体线粒体2 15%无无-400，000二个二个细胞核细胞核+10 25%3-5 外切外切酶酶合成前导链合成前导链具解旋酶活性具解旋酶活性DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 43，000一个一个细胞核细胞核10 15%无无修复修复核酸合成主题医学知识25真核生物的DNA聚合酶DNA分子量DNA165-175，00端粒酶端粒酶（telomerase）DNA复制需要引物，但在线形复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能通分子末端不可能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没有如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复合物，实质上是一种的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于逆转录酶，它能催化互补于RNA模板的模板的DNA片段的合成，片段的合成，使复制以后的线形使复制以后的线形DNA分子的末端保持不变。分子的末端保持不变。初步研究表明，人体中生殖细胞的端初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决无疑力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生命衰老的认识会有助于对生命衰老的认识。53AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶核酸合成主题医学知识26端粒酶（telomerase）DNA复制需要引物端粒合成的一种模型端粒合成的一种模型35TTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAA35TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT35AATTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG 整合和整合和杂交杂交移位和移位和再杂交再杂交端粒合成的完成端粒合成的完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT53nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTCCCCT nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTAAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT n进一步加工进一步加工继续继续延伸延伸核酸合成主题医学知识27端粒合成的一种模型3553AAAACCCCAAAAC真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较核酸合成主题医学知识28真核和原核DNA细胞复制比较核酸合成主题医学知识28二、逆二、逆 转转 录录 作作 用用1 1、概念、概念2、逆转录酶、逆转录酶3、病毒逆转录过程病毒逆转录过程4 4、逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义扩充了中心法则扩充了中心法则有助于对病毒致癌机制的了解有助于对病毒致癌机制的了解与真核细胞分裂和胚胎发育有关与真核细胞分裂和胚胎发育有关逆转录酶是分子生物学重要工具酶逆转录酶是分子生物学重要工具酶三种功能三种功能依赖依赖DNA指导下的指导下的DNA聚合酶活力聚合酶活力依赖依赖RNA的的DNA聚合酶活力聚合酶活力核糖核酸酶核糖核酸酶H活力活力 以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这，这与通常转录过程中遗传信息与通常转录过程中遗传信息从从DNADNA到到RNARNA的方向相反，故的方向相反，故称为逆转录作用。称为逆转录作用。核酸合成主题医学知识29二、逆 转 录 作 用1、概念2、逆转录酶3、病毒逆转录过程逆转录过程中逆转录过程中cDNA的合成的合成依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸核糖核酸酶酶H活力活力依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶核酸合成主题医学知识30逆转录过程中cDNA的合成依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸逆逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期生活周期RNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录酶录酶转录转录转译转译整合入宿主细胞染色体整合入宿主细胞染色体DNA进入细胞进入细胞丢失被膜丢失被膜丢失衣壳丢失衣壳逆转录逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋衣壳蛋白白被膜蛋被膜蛋白白逆转录逆转录酶酶核酸合成主题医学知识31逆逆转录病毒的生活周期生活周期RNA衣壳被膜逆转录酶转录转 三、三、DNADNA的突变的突变 DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致DNA的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称为特性，称为DNA的突变。它包括由于的突变。它包括由于DNA损伤和错配得不到修复而引损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同起的突变，以及由于不同DNA分子之间的交换而引起的遗传重组。分子之间的交换而引起的遗传重组。二、二、诱变剂的作用诱变剂的作用 碱基类似物碱基类似物(base analog)碱基修饰剂碱基修饰剂(base modifier)嵌入染料嵌入染料(intercalation dye)紫外线紫外线(ultraviolet)和电离辐射和电离辐射(ionizing radiation)一、一、突变的类型突变的类型 碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation)核酸合成主题医学知识32 三、DNA的突变 DNA分子中的核苷酸序列发生突 DNA突变突变的类型的类型-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换转换-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-缺失缺失T野生型基因野生型基因-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-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation)核酸合成主题医学知识33 DNA突变的类型-T-C-G-G-C-T-G-T-A-四、四、DNA的损伤与修复的损伤与修复 某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于用于DNA，造成，造成DNA结构和功能的破坏，称为结构和功能的破坏，称为DNA的损的损伤伤.DNA的修复主要有以下类型的修复主要有以下类型:暗修复暗修复（4）诱导修复诱导修复（SOS修复）修复）（1）光裂合酶修复活光裂合酶修复活（2）切除修复切除修复（3）重组修复重组修复 核酸合成主题医学知识34四、DNA的损伤与修复 某些物理化学因子，如紫DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复1、形成嘧啶二聚体、形成嘧啶二聚体2、光复合酶结合于、光复合酶结合于损伤部位损伤部位3、酶被可见光激活、酶被可见光激活4、修复后酶被释放、修复后酶被释放核酸合成主题医学知识35DNA紫外线损伤的光裂合酶修复1、形成嘧啶二聚体2、光复合酶DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开 核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶AP核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基碱基取代取代核酸合成主题医学知识36DNA的损伤和切除修复碱基丢失碱基缺陷或错配结构缺陷切开核酸DNA的重组修复的重组修复胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体二聚体复制复制核酸酶及核酸酶及重组蛋白重组蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶重组重组核酸合成主题医学知识37DNA的重组修复胸腺嘧啶二聚体复制核酸酶及重组蛋白修复复制DSOS反应的机制反应的机制靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量表达大量表达RecA促使促使分解分解LexA未诱导的细胞未诱导的细胞诱导的细胞诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物)RecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)单链单链DNAATP核酸合成主题医学知识38SOS反应的机制靶基因表达lexA靶基因表达recA大量表达第二节第二节 RNA的生物合成的生物合成一、一、一、一、DNADNA指导下指导下指导下指导下RNARNA的合成（转录）的合成（转录）的合成（转录）的合成（转录）二、二、二、二、RNARNA指导下指导下指导下指导下RNARNA的合成的合成的合成的合成(RNA(RNA的复制的复制的复制的复制)三、三、三、三、RNARNA和和和和DNADNA合成比较合成比较合成比较合成比较核酸合成主题医学知识39第二节 RNA的生物合成一、DNA指导下RNA的合成（转录一、一、DNA指导下指导下RNA的合成（转录）的合成（转录）1、概念概念及及DNA的有义链和反义链的有义链和反义链2、RNA聚合酶及催化反应聚合酶及催化反应3 3、RNARNA合成过程合成过程4 4、RNARNA转录后的加工转录后的加工5 5、真核生物的、真核生物的RNA合成合成核酸合成主题医学知识40一、DNA指导下RNA的合成（转录）1、概念及DNA的有义链转录的概念和转录的概念和DNA的有义链和反义链的有义链和反义链 转录是在转录是在 DNADNA的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶的催化下，聚合酶的催化下，按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成按照硷基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板一条与模板DNADNA互补的互补的RNARNA 的过程。的过程。RNARNA的转录从的转录从DNADNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。此转录区域为一个转录单位。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(antisense strand)编码链编码链有意义链有意义链(sense strand)非信息区非信息区DNADNA5533核酸合成主题医学知识41转录的概念和DNA的有义链和反义链 转录是在 DNA的原核生物启动子的结构（+）链 有意义链 编码链（-）链 无意义链 模板链 转录形成的mRNA与编码链（有意义链）相同Pribnow框(盒）核酸合成主题医学知识42原核生物启动子的结构（+）链 有意义链 编码链大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应起始和催化聚合反应？全酶全酶()核酸合成主题医学知识43大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶(2RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGACGUU模板模板DNA5353新合成新合成RNA核酸合成主题医学知识44RNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA535RNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开核酸合成主题医学知识45RNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解RNA链的延伸图解链的延伸图解33RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位核酸合成主题医学知识46RNA链的延伸图解33RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用甲基化作用专一核酸内切酶专一核酸内切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸外切酶专一核酸外切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸外切酶专一核酸外切酶核酸合成主题医学知识47原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用30S前体17StRtRNA前体分子的加工a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列：5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有碱基如有碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 核酸合成主题医学知识48tRNA前体分子的加工a、切除tRNA前体两端多余的序列：b酵母酪氨酸酵母酪氨酸tRNA前体的加工前体的加工早转录本早转录本成熟成熟tRNA加工加工核酸合成主题医学知识49酵母酪氨酸tRNA前体的加工早转录本成熟tRNA加工核酸合成真核细胞真核细胞mRNAmRNA的加工的加工5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron )m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)”(CAP)结构结构 3 3端添加端添加PolyA“PolyA“尾巴尾巴”,”,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催末端核苷酸转移酶催化化 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)(extron)核酸合成主题医学知识50真核细胞mRNA的加工5“帽子”PolyA 3 顺反子真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破坏免遭核酸酶的破坏使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合并开始能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。Poly(A)Poly(A)Poly(A)Poly(A)尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞由细胞核进入细胞质所必需的形式质所必需的形式它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞在细胞质中的稳定性质中的稳定性AAAAAAA-OH核酸合成主题医学知识51真核细胞mRNA的结构特点5“帽子”PolyA 3 真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别DNA核核核糖体核糖体新生蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA 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 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同核酸合成主题医学知识52真核生物和原核生物转录的差别DNA核核糖体新生蛋白质真核生噬菌体噬菌体Q 的合成的合成A.负链的合成负链的合成B.正链的合成正链的合成病毒的正链病毒的正链复制中间体复制中间体复制中间体复制中间体新合成的正链新合成的正链新合成的负链新合成的负链负链负链核酸合成主题医学知识53噬菌体Q的合成A.负链的合成B.正链的合成病毒的正链核酸合成主题医学知识培训ppt课件54a a、操纵子、操纵子基因表达的协同单位基因表达的协同单位操纵操纵子子结构基因（编码蛋白质，结构基因（编码蛋白质，S）控制部位控制部位操纵基因（操纵基因（operator,O）启动子（启动子（premotor,P）b、酶合成的、酶合成的诱导和阻遏诱导和阻遏原核生物酶合成调节的遗传机制原核生物酶合成调节的遗传机制原核生物酶合成调节的遗传机制原核生物酶合成调节的遗传机制操纵子学说实例：诱导型操纵子实例：诱导型操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子 阻遏型操纵子阻遏型操纵子 色氨酸操纵子（自学）色氨酸操纵子（自学）核酸合成主题医学知识55a、操纵子基因表达的协同单位操纵子结构基因（编码蛋白质，酶的诱导和阻遏操纵子模型酶的诱导和阻遏操纵子模型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋阻遏蛋白白(有活有活性性)阻遏蛋白阻挡操纵基阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达因结构基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表结构基因可以表达达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表结构基因不表达达代谢产物代谢产物核酸合成主题医学知识56酶的诱导和阻遏操纵子模型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCAPOCAP结结合部位合部位 RNA聚合酶聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑抑制制激激活活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活状态呈失活状态核酸合成主题医学知识57乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNA真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子 转录因子的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录核酸合成主题医学知识58真核生物基因表达调控DNA转录初产物RNAmRNA蛋白质前体第三节第三节 核酸合成的抑制剂核酸合成的抑制剂 核苷酸合成抑制剂核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物氨基酸类似物 叶酸类似物叶酸类似物 碱基和核苷酸类似物碱基和核苷酸类似物嵌合剂嵌合剂 烷化剂烷化剂 与与DNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂 作用于作用于DNA聚合酶或聚合酶或RNA集合酶的抑制剂集合酶的抑制剂抗菌素抗菌素:如利福平、曲张霉素如利福平、曲张霉素有机化合物：如磷羧基乙酸有机化合物：如磷羧基乙酸核酸合成主题医学知识59第三节 核酸合成的抑制剂 核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物嵌第四节第四节 基因工程及分子生物学基因工程及分子生物学 技术简介技术简介一、一、基因工程基因工程二、二、体细胞克隆技术体细胞克隆技术三、三、聚合酶键式反应聚合酶键式反应（polymerase chain reaction,PCR）核酸合成主题医学知识60第四节 基因工程及分子生物学 技术简介一、基因工程一、基因工程简介一、基因工程简介 基因工程亦称遗传工程，即利用基因工程亦称遗传工程，即利用DNA重组重组技术的方法，把技术的方法，把DNA作为组件，在细胞外将一种外源作为组件，在细胞外将一种外源DNA（目的基因）和载体（目的基因）和载体DNA重新组合连接（重新组合连接（重组重组），最后将重组体转入宿主细胞，使），最后将重组体转入宿主细胞，使外源基因外源基因DNA在宿主细胞中，随细胞的繁殖而增殖（在宿主细胞中，随细胞的繁殖而增殖（cloning，克隆克隆），或最后得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物），或最后得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的遗传性状。原有的遗传性状。基因工程的操作技术基因工程的操作技术 基因工程的应用与前景基因工程的应用与前景核酸合成主题医学知识61一、基因工程简介 基因工程亦称遗传工程，即基因工程的基因工程的操作技术操作技术Foreign DNA to be insertedPlansmid vectorJoiningRecombinant DNA moleculeIntroduction into host cells by transformation of viral infection Host chromatemeSlection for cells coteining a recombinant DNA moleculeCloning+1、体外基因重组、体外基因重组 目的基因的制备目的基因的制备 载体的构建：质粒或载体的构建：质粒或噬菌体噬菌体 目的基因与载体重组目的基因与载体重组2、重组体重组体DNA的转的转化增殖和表达化增殖和表达 转化转化 筛选筛选 增殖和基因表达增殖和基因表达核酸合成主题医学知识62基因工程的操作技术Foreign DNA to be i 大白鼠的生长激素基因插入到一个质粒中去，在金大白鼠的生长激素基因插入到一个质粒中去，在金属巯基蛋白启动子旁边，这个启动子被金属镉所活化属巯基蛋白启动子旁边，这个启动子被金属镉所活化核酸合成主题医学知识63 大白鼠的生长激素基因插入到一个质粒中去，在金属 三、三、PCR技术技术原理示意图原理示意图靶序列靶序列变性和引变性和引物复姓物复姓循环循环1循环循环2循环循环3变性和引变性和引物复姓物复姓链延伸链延伸Tag酶酶链延伸链延伸核酸合成主题医学知识64 DNA和和RNA合成的比较合成的比较核酸合成主题医学知识65DNA和RNA合成的比较核酸合成主题医学知识65基因工程的应用和前景基因工程的应用和前景 建立基因文库。基因文库的建立有利于研究建立基因文库。基因文库的建立有利于研究基因结构、基因表达调控机制、个体发育和繁基因结构、基因表达调控机制、个体发育和繁殖的机理、疾病发病机制等，最终将导致遗传殖的机理、疾病发病机制等，最终将导致遗传育种、疾病基因治疗发生革命性进步。育种、疾病基因治疗发生革命性进步。生产某些珍贵的生化药物，如干扰素、胰岛生产某些珍贵的生化药物，如干扰素、胰岛素、生长激素等。素、生长激素等。改造生物原有性状，培育出人类需要的新物改造生物原有性状，培育出人类需要的新物种。种。核酸合成主题医学知识66基因工程的应用和前景 建立基因文库。基因文库的建立有利于研克隆羊多利的诞生克隆羊多利的诞生胚胎羊胚胎羊乳腺上皮细胞乳腺上皮细胞（提供（提供DNA）母羊母羊除去细胞核的卵除去细胞核的卵母细胞（受体）母细胞（受体）体外融合体外融合植入受体母羊植入受体母羊核酸合成主题医学知识67克隆羊多利的诞生胚胎羊乳腺上皮细胞（提供DNA）母羊除去细胞问答题问答题 1、比较、比较DNA复制与复制与RNA转录的异同。转录的异同。2、比较、比较DNA聚合酶与聚合酶与RNA聚合酶催化作用的异同。聚合酶催化作用的异同。3、DNA复制的高度准确性是通过什么来实现的？复制的高度准确性是通过什么来实现的？4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？5、何谓基因工程？简述其基本理论、基本过程及应用价值、何谓基因工程？简述其基本理论、基本过程及应用价值名词解释名词解释中心法则中心法则 半保留复制半保留复制 转录转录 反转录翻译反转录翻译有意义链反意义链内含子外显子有意义链反意义链内含子外显子冈崎片段冈崎片段 突变突变 核酸合成主题医学知识68问答题 1、比较DNA复制与RNA转录的异同。核酸合成主题医