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1、核酸的生物合成核酸的生物合成(6)第1页，此课件共137页哦本章主要内容本章主要内容DNA的生物合成的生物合成RNA的生物合成的生物合成第2页，此课件共137页哦基基 因因 (gene)：为蛋白质或为蛋白质或RNA编码的编码的DNA功能片段，是功能片段，是以碱基排列顺序的方式储存的遗传信息以碱基排列顺序的方式储存的遗传信息。基基 因因 组组（genome)：某一物种拥有的全部遗传物质某一物种拥有的全部遗传物质，从分子，从分子意义上说，是指全部意义上说，是指全部DNA序列。序列。第3页，此课件共137页哦转录转录：遗传信息从：遗传信息从 DNA传递给传递给mRNA的过程。的过程。基因表达：基因表
2、达：是指将遗传信息由是指将遗传信息由DNA转录转录为为RNA、再再翻译翻译成蛋白质。成蛋白质。翻译翻译：mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程。链上的遗传信息合成蛋白质的过程。第4页，此课件共137页哦中心法则中心法则（central dogmacentral dogma）1958年年Crick将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则。第5页，此课件共137页哦主要内容主要内容 DNA的生物合成的生物合成 复制复制 RNA的生物合成的生物合成 转录转录 第6页，此课件共137页哦第一节第一节 复制的基本规律复制的基本规律第7页，此课件共137页哦 半保留
3、复制半保留复制 复制起始点复制起始点 双向复制双向复制 半不连续复制半不连续复制DNA复制的基本原则复制的基本原则第8页，此课件共137页哦 DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。一一 半保留复制的概念半保留复制的概念第9页，此课件共137页哦半保留复制半保留复制semiconservative replicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGT
4、CTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC亲代亲代子代子代第10页，此课件共137页哦A TG CC GT A亲代DNATCGAA G C TA G C TTCGA子代DNA第11页，此课件共137页哦DNA半保留复制实验半保留复制实验 含含N15-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果第12页，此课件共137页哦DNA半保留复制的实验半保留复制的实验第13页，此课件共137页哦按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代
5、保留了亲代，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但，但不是绝对的不是绝对的。第14页，此课件共137页哦二、复制的起始点和方向二、复制的起始点和方向 复制起始点复制起始点：染色体上固定的位置，由染色体上固定的位置，由100100200200个碱基对组成的一段个碱基对组成的一段DNADNA。方向方向：单向或双向复制单向或双向复制 复制时，复制时，DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸相反从起始点向两个方向解链，形成两个延伸相反的复制叉的
6、复制叉 第15页，此课件共137页哦 复制时双链打开，分开成两股，各自作复制时双链打开，分开成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的为模板，子链沿模板延长所形成的Y字形的字形的结构称为结构称为复制叉。复制叉。35535353复复制制方方向向第16页，此课件共137页哦原核生物：原核生物：基因组是环状基因组是环状DNADNA：只有一只有一个复制起始点个复制起始点DNADNA被描述为被描述为眼睛眼睛状。为说明状。为说明方便而做的图为方便而做的图为 形。形。复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象 第17页，此课件共137页哦oriC第18页，此课件共137页哦真核生物：真核生物：染色体染色
7、体DNA有有多个复制起始点多个复制起始点。两个起始点之间的两个起始点之间的DNA片段称为片段称为复制子复制子。复制子是独立完成复制的功能单位。复制子是独立完成复制的功能单位。第19页，此课件共137页哦真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉第20页，此课件共137页哦真核生物的多复制子复制电镜图真核生物的多复制子复制电镜图第21页，此课件共137页哦三、半不连续复制（三、半不连续复制（semidiscontinous replication)冈崎片段冈崎片段第22页，此课件共137页哦3 5 3 5 3 5 3 5 解链方向解链方向领头链领头链(leadi
8、ng strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 第23页，此课件共137页哦 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的这股顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的这股链称为链称为前导链前导链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随后随链链。领头链连续复制而随从链不连续复制领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的，就是复制的半不连续性半不连续性。第24页，此课件共137页哦冈崎片段：冈崎片段：1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射年
9、日本生化学者冈崎用电镜及放射自显影技术，观察到自显影技术，观察到DNA复制中出现复制中出现一些一些不连续的片段不连续的片段，将这些不连续的片，将这些不连续的片段称为段称为冈崎片段冈崎片段。原核生物原核生物:10002000个核苷酸个核苷酸 真核生物真核生物:100200个核苷酸个核苷酸第25页，此课件共137页哦半不连续复制动画半不连续复制动画第26页，此课件共137页哦 DNA复制的酶学复制的酶学The Enzymology of DNA Replication 第二节第二节第27页，此课件共137页哦DNA复制的体系复制的体系 底物底物:dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)聚
10、合酶聚合酶:依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-pol)模板模板:解开成单链的解开成单链的DNA母链母链 引物引物:提供提供3-OH末端的末端的RNA短片断短片断 其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子:拓扑异构酶、解螺旋酶、单拓扑异构酶、解螺旋酶、单链链DNA结合蛋白、引物酶、连接酶结合蛋白、引物酶、连接酶第28页，此课件共137页哦 一、一、复制的化学反应复制的化学反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 第29页，此课件共137页哦聚合反应的特点聚合反应的特点DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板；新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 3 方向进行方向进
11、行。第30页，此课件共137页哦二、二、DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1.53 的聚合活性的聚合活性 2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性第31页，此课件共137页哦 1959 年获诺贝尔生理学或医学奖年获诺贝尔生理学或医学奖 奥乔亚奥乔亚 科恩伯格科恩伯格 Severo Ochoa Arthur Kornberg第32页，此课件共137页哦聚合反应机理聚合反应机理3 5 3 5 第33页，此课件共137页哦 聚合反应的特点聚合反应的特点 以单链以单链DNA为模板为
12、模板 以以dNTP为原料为原料 引物提供引物提供3-OH 聚合方向为聚合方向为5 3 遵守碱基互补规律遵守碱基互补规律第34页，此课件共137页哦5 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除引物和突变的能切除引物和突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 第35页，此课件共137页哦第36页，此课件共137页哦（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶 DNA-
13、pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 第37页，此课件共137页哦催化催化DNA聚聚合合参与参与DNADNA损伤损伤的应急状态修复的应急状态修复校读、修复合成校读、修复合成、切除引物填补、切除引物填补空隙空隙功能功能2040400分子数分子数/细胞细胞1011亚基数亚基数+5 外切酶活性外切酶活性+5 外切酶活性外切酶活性+5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE.Coli中的中的DNA聚合酶聚合酶第38页，此课件共137页哦功能功能：校读，校读，去除去除RNA引物，填补空隙，参与引物，填补空隙，参与DNA损伤修复损伤修复。DNA-pol
14、 第39页，此课件共137页哦DNA聚合酶聚合酶II(DNA-pol II)具有具有53的聚合酶活性。的聚合酶活性。只是在无只是在无pol及及pol的情况下暂时的情况下暂时 起作用。起作用。对模板的特异性不高对模板的特异性不高,参与参与DNA损伤损伤 的应急状态修复。的应急状态修复。第40页，此课件共137页哦DNA聚合酶聚合酶III (DNA-pol III)是复制延长中真正起催化作用的酶是复制延长中真正起催化作用的酶。由由10种亚基组成不对称的聚合体。种亚基组成不对称的聚合体。，亚基亚基组成组成核心酶核心酶，亚基具有亚基具有53的聚合活性的聚合活性，亚基具有亚基具有35外切外切酶活性，酶活
15、性，亚基可能起组装作用。亚基可能起组装作用。第41页，此课件共137页哦 亚基亚基(DNA夹子夹子)能夹稳模板链，负责酶能夹稳模板链，负责酶沿沿DNA模板滑动的作用。模板滑动的作用。其余亚基统称为其余亚基统称为-复合物复合物,是是DNA夹子加夹子加载蛋白载蛋白。第42页，此课件共137页哦DNA-pol 第43页，此课件共137页哦第44页，此课件共137页哦（二）（二）真核真核生物的生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。复制的主要酶复制的主要酶，有解螺旋酶活性。，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。参与低保真度的复制。在复制过程中起在复制过程
16、中起校读、修复和填补缺口校读、修复和填补缺口的作的作用。用。在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 第45页，此课件共137页哦三、复制保真性的酶学依据三、复制保真性的酶学依据复制按照复制按照碱基配对规律碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。代的基本原理。复制保真性的酶学机制：复制保真性的酶学机制：（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和即时校读的核酸外切酶活性和即时校读（二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择第46页，此课件共137页哦（一）（一）DNA-
17、pol的核酸外切酶活性和即时校读的核酸外切酶活性和即时校读第47页，此课件共137页哦1.遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时复制出错时DNA-pol的即时校读功能。的即时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制复制的保真性至少要依赖三种机制（二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择第48页，此课件共137页哦四、复制中的分子解链及四、复制中的分子解链及DNA 分子拓扑学变化分子拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把把DNA解成单链
18、，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。第49页，此课件共137页哦（一）（一）解螺旋酶、引物酶和单链解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶(gyrA,B)稳定已解开的单链稳定已解开的单链单链单链DNA结合蛋白结合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG(dnaG)运送和协同运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB(dnaB)辨认起始点辨认起始点DnaA(dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）通用名通用名功能功能原核生物复制起始的相关蛋白质原核生物复制起始的相关蛋白质第50页，此
19、课件共137页哦 解螺旋酶解螺旋酶(helicase)又称解链酶或又称解链酶或rep蛋白蛋白 利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双链双链解开成为两条解开成为两条单链单链。每解开一对碱基，需消耗每解开一对碱基，需消耗2分子分子ATP。Dna BDna C解链方向解链方向第51页，此课件共137页哦 单链单链DNA结合蛋白结合蛋白 (single stranded DNA binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整性。在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整性。第52页，此课件共137页哦解链过程中，解链过程中，DNA分子会过
20、度拧紧、打结、缠绕、连分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。环等现象。（二）（二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA旋转酶）旋转酶）第53页，此课件共137页哦 拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键克服解链过程中的打结、缠绕现象克服解链过程中的打结、缠绕现象 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶 分分 类类第54页，此课件共137页哦拓扑异构拓扑异构酶酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓
21、扑异构拓扑异构酶酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过切口旋链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端，DNA分子进分子进入负超螺旋状态。（主要）入负超螺旋状态。（主要）作用机制作用机制 第55页，此课件共137页哦解旋解链酶类的作用解旋解链酶类的作用第56页，此课件共137页哦解链酶解链酶 DNADNA拓朴异构酶拓朴异构酶 单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白 SSBSSB解开解开、理顺理顺 DNADNA链、维持链、维持DNADNA单链单链状状第57页，此课件共137页哦（三）（三）引物酶引物酶(primase)依赖依赖DNA的的RN
22、A聚合酶。聚合酶。可以催化游离可以催化游离NTP聚合。聚合。催化催化RNA引物的生成。引物的生成。第58页，此课件共137页哦五、五、DNA连接酶连接酶连接连接DNA链链3-OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5-P末端，使二者生成末端，使二者生成磷酸二酯键磷酸二酯键，从而把两段相邻，从而把两段相邻的的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。第59页，此课件共137页哦POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATP（NAD+）AMP5353第60页，此课件共137页哦在复制中起接合在复制中起接合双链中单链缺口双链中单链缺口的作用。的作用。在在DNA修复、重组及剪接中也
23、起缝合缺口作用。修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。是基因工程的重要工具酶之一。DNA连接酶的功能连接酶的功能第61页，此课件共137页哦第62页，此课件共137页哦DNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication第三节第三节第63页，此课件共137页哦（一）复制的起始（一）复制的起始需要解决两个问题：需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供合成引物，提供3-OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNA生物合成生物合成 第64页，此课件共137页哦DNA解成单链解成单链
24、 由由拓扑异构酶拓扑异构酶松弛超螺旋，松弛超螺旋，解螺旋酶解螺旋酶 解开双链，解开双链，SSB结合到单链上使其稳定。结合到单链上使其稳定。第65页，此课件共137页哦3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶第66页，此课件共137页哦 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引引物物酶酶SSB3 5 3 5 引物体和引物引物体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起复制起始区域的复合结构称为始区域的复合结构称为引物体引物体。第67页，此课件共137页哦D
25、NA复制示意图复制示意图拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶聚合酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶前导链前导链 随后链随后链DNA连接酶连接酶冈崎片段冈崎片段引物酶引物酶第68页，此课件共137页哦（二）复制的延长（二）复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成化学本质是磷酸二酯键的不断生成。第69页，此课件共137页哦 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCT
26、POH 3 3DNA-pol第70页，此课件共137页哦领头链的合成领头链的合成第71页，此课件共137页哦随从链的合成随从链的合成第72页，此课件共137页哦复复制制过过程程简简图图第73页，此课件共137页哦 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在，双向复制的复制片段在复制的终止点复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。E.colioriter8232 ori terSV40500（三）复制的终止（三）复制的终止第74页，此课件共137页哦5 5 5 DNA-pol OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP AMP+PPi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链
27、上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接第75页，此课件共137页哦第76页，此课件共137页哦DNA的复制过程的复制过程模板模板DNA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RNA引物；引物；按按A=T、G=C碱基配对规则，合成碱基配对规则，合成DNA；切除引物、填补空隙切除引物、填补空隙:端粒和端粒酶端粒和端粒酶；DNA连接酶连接封口，形成长链连接酶连接封口，形成长链DNA；第77页，此课件共137页哦逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways
28、第四节第四节第78页，此课件共137页哦逆转录逆转录(reverse transcription)在逆转录酶的催化下，以在逆转录酶的催化下，以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程，又称反转录。的过程，又称反转录。逆转录逆转录酶酶一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶 第79页，此课件共137页哦逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)从从RNA病毒中发现，能催化以病毒中发现，能催化以RNA为模板合成双链为模板合成双链DNA的酶，全称为的酶，全称为依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶。有三种活性：有三种活性：RNA指导的指导的DNA聚合活性聚合活性 核糖核酸酶（
29、核糖核酸酶（RNase）H活性：活性：即沿即沿35和和53起核酸起核酸外切酶的作用外切酶的作用（专门水解（专门水解RNA-DNA杂交链）杂交链）DNA指导的指导的DNA聚合活性聚合活性第80页，此课件共137页哦逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂杂化双链化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA第81页，此课件共137页哦第五节第五节 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage(Mutation)and Repair 突变突变 (mutation)：是由遗传物质结构改变而引起的是由遗传
30、物质结构改变而引起的遗传信息的改变。从分子水平来看，遗传信息的改变。从分子水平来看，突变就是突变就是DNA分子上碱基的改变分子上碱基的改变。DNA损伤损伤(DNA damage)：泛指一切泛指一切DNA结构和结构和功能的变化。包括各种突变类型、碱基的损伤和功能的变化。包括各种突变类型、碱基的损伤和DNA链的断裂。链的断裂。第82页，此课件共137页哦一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、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（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础第83页，此
31、课件共137页哦二、引发突变的因素二、引发突变的因素 自发性自发性:自然错配率约为自然错配率约为10-910-10 左右。左右。物理因素物理因素:如如UV(ultra violet)、各种辐射。、各种辐射。化学因素化学因素:烷化剂、碱基类似物、以及其他一些人烷化剂、碱基类似物、以及其他一些人工合成或环境中存在的化学物质，这些诱发突变的化工合成或环境中存在的化学物质，这些诱发突变的化学物质学物质,称为致癌剂。称为致癌剂。生物因素生物因素:抗菌素类、黄曲霉素和病毒等。抗菌素类、黄曲霉素和病毒等。第84页，此课件共137页哦物理因素物理因素第85页，此课件共137页哦化学因素化学因素常见的化学诱变剂
32、常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA 5-BU G-A-T-G-C-羟胺类（羟胺类（NH2OH）T C-T-A-C-G-亚硝酸盐（亚硝酸盐（NO2）C U-G-C-A-T-烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G第86页，此课件共137页哦四、四、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing)：是对已发生分子改变的补偿措是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。施，使其回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repairing)切除修复切除修复(e
33、xcision repairing)修复的主要类型修复的主要类型第87页，此课件共137页哦（一）光修复（一）光修复光裂合酶光裂合酶损伤：损伤：DNA经紫外线照射后形成嘧啶二聚体经紫外线照射后形成嘧啶二聚体修复：光裂合酶专一性的识别二聚体，形成酶修复：光裂合酶专一性的识别二聚体，形成酶-DNA复合物复合物光裂光裂合酶被可见光激活、利用可见光提供的能量使二聚体解聚成合酶被可见光激活、利用可见光提供的能量使二聚体解聚成单体单体修复后释放酶，完成修复。修复后释放酶，完成修复。第88页，此课件共137页哦（二）切除修复（二）切除修复1、核苷酸切除修复：、核苷酸切除修复：是细是细胞内最重要和有效的修复机
34、制胞内最重要和有效的修复机制，主要由，主要由DNA-pol和连接酶完和连接酶完成。成。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶NAD+E.coli的切除的切除修复机制修复机制大肠杆菌的切除酶（内大肠杆菌的切除酶（内切）切）2、碱基切除修复：、碱基切除修复：修复单修复单个碱基缺陷的损伤个碱基缺陷的损伤第89页，此课件共137页哦DNADNA复制的忠实性的保证机制：复制的忠实性的保证机制：1 1、DNADNA聚合酶的选择作用聚合酶的选择作用2 2、DNADNA聚合酶的核对功能聚合酶的核对功能3 3、RNARNA引物的合成与切除引物的合成与切除4 4、错配修复、错配修
35、复5 5、利用核苷酸合成的调节机制保持细胞内四种脱氧核、利用核苷酸合成的调节机制保持细胞内四种脱氧核苷酸浓度的平衡苷酸浓度的平衡第90页，此课件共137页哦基因克隆 克隆：克隆：一个共同前体通过无性繁殖而形成的一群基因结构相同的细胞或个体。DNA克隆：克隆：应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传物质同源或异源、原核或真核、天然或人工的DNA与载体DNA相结合成一具有自我复制能力的DNA分子复制子，继而通过转化或转染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增、提取获得大量同一DNA分子，即DNA克隆。PCR：聚合酶链式反应，是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,由高温变性、低温退火（
36、复性）及适温延伸等几步反应组成一个周期,循环进行 基因克隆的基本原理：基因克隆的基本原理：一个基因反复扩增后产生的多个拷贝第91页，此课件共137页哦 RNA 生物合成生物合成(转录转录)第六节第六节第92页，此课件共137页哦转录（转录（transcription）生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程。转录转录RNADNA 第93页，此课件共137页哦 转录与复制的相似点：转录与复制的相似点：1.1.模板均为模板均为DNADNA；2.2.都遵循碱基互补配对的原则；都遵循碱基互补配对的原则；3.3.延长机理都是形成磷酸二酯键；延长机理都是形成磷酸二酯键；方向均为方向均为
37、53;53;4.4.均在细胞核中进行。均在细胞核中进行。第94页，此课件共137页哦 转录和复制的区别转录和复制的区别复制复制转录转录模板模板DNA双双链链DNA的的一条一条链链原料原料dNTP(N=A、G、C、T)NTP(N=A、G、C、U)引物引物需要需要不不需要需要酶酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶产物产物DNARNA配对配对A-T、G-CA-U、G-C复制方式复制方式半保留半保留全保留（全保留（DNA仍恢复原仍恢复原来的双链）来的双链）区域区域全部染色体全部染色体DNA，产生完，产生完全相同的子代全相同的子代DNA分子分子不是全部的不是全部的DNA，选择，选择转录转录第95页，此
38、课件共137页哦参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板模板:DNA酶酶:RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase,RNA-pol）其他蛋白质因子其他蛋白质因子第96页，此课件共137页哦 一、转录模板一、转录模板5335能转录出能转录出RNA的的DNA区段区段模板链模板链(template strand)编码链编码链(coding strand)结构基因（structural gene）第97页，此课件共137页哦 双链双链DNA分子中分子中能作为模板转录出能作为模板转录出RNA的那条链，称为的那条链，称为模板链模板链。又叫有义。又叫有义链
39、。链。另一条互补链称为另一条互补链称为编码链编码链，又叫反，又叫反义链。对转录起调节作用。义链。对转录起调节作用。第98页，此课件共137页哦 转录产物转录产物RNA的碱基序列，除了的碱基序列，除了 T 变变U 外，外，其余与编码链相同其余与编码链相同。G C A G T A C A T G T C533C G T C A T G T A C A G5DNA模板链编码链转录RNAG C A G U A C A U G U C53第99页，此课件共137页哦 不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)在在DNA分子双链上分子双链上某一区段某一区段，一股链，一股链可转
40、录，另一股链不转录；可转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一单链上。模板链并非永远在同一单链上。第100页，此课件共137页哦 二、二、RNA聚合酶（聚合酶（DDRP）1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶E.coli的的RNA聚合酶是由四种亚基组聚合酶是由四种亚基组成的六聚体（成的六聚体（2 ）核心酶（core enzyme）全酶（holoenzyme）2 第101页，此课件共137页哦 E.coli RNA聚合酶组分聚合酶组分亚基亚基分子量分子量功功 能能 3651236512决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 150618150618催化功能催化功能 155613155613结
41、合结合DNADNA模板模板 7026370263辨认起始点辨认起始点终止转录终止转录第102页，此课件共137页哦 其他原核生物的其他原核生物的RNA聚合酶，在结构、聚合酶，在结构、组成、功能上均与组成、功能上均与E.coli相似。相似。原核生物的原核生物的 RNA聚合酶都受一类抗聚合酶都受一类抗结核药结核药利福平利福平或或利福霉素利福霉素的特异性抑制。的特异性抑制。这类药物能与这类药物能与RNA聚合酶的聚合酶的 亚基特异结亚基特异结合，从而影响酶的活性。合，从而影响酶的活性。第103页，此课件共137页哦RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 第104页，此课件共13
42、7页哦 2.2.真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶种类种类IIIIII转录产物转录产物rRNAmRNA5S-RNAtRNA,第105页，此课件共137页哦 RNA聚合酶聚合酶、都由多个都由多个亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。亚基组成。有些亚基是三种酶所共有。这些聚合酶都有类似这些聚合酶都有类似 的起始因子和的起始因子和与与E.coli RNAE.coli RNA聚合酶类似的聚合酶类似的RNARNA链延伸链延伸方式。方式。对对DNADNA的终止子所知甚少。的终止子所知甚少。第106页，此课件共137页哦 三、酶与模板的辨认结合三、酶与模板的辨认结合 RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板
43、DNA的部位称为的部位称为启动子启动子(promoter)。是调控转录的关键部位。是调控转录的关键部位。5335调控序列结构基因启动子RNA-pol第107页，此课件共137页哦四、转录过程四、转录过程（The Process of Transcription)分为三个阶段：分为三个阶段：起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)第108页，此课件共137页哦A、原核生物的转录过程、原核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始 1.RNA聚合酶结合在转录模板的起始区聚合酶结合在转录模板的起始区域。域。2.DNA双链解开，以一条链为模板，
44、合双链解开，以一条链为模板，合成第一个磷酸二酯键。成第一个磷酸二酯键。第109页，此课件共137页哦2.DNA双链解开。双链解开。1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板结合。与模板结合。3.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。成转录起始复合物。5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +PPi转录起始过程转录起始过程第110页，此课件共137页哦 RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物第111页，此课件共137页哦（二）转录延长（二）转录延长1.亚基脱落，亚基脱落，RNAp
45、ol聚合酶核心酶变构聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链不断延长。不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi第112页，此课件共137页哦 第113页，此课件共137页哦 第114页，此课件共137页哦 转录的起始及延长过程转录的起始及延长过程 第115页，此课件共137页哦(三三)转录终止转录终止RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下模板上停顿下来，转录产物来，转录产物RNA链从转录复合物上脱链从转录复合物上脱落下来。落下来。依赖依赖Rho()因子的转
46、录终止因子的转录终止第116页，此课件共137页哦 B、真核生物的转录后修饰、真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification一、一、mRNA的转录后加工的转录后加工(一一)首尾的修饰首尾的修饰1.5-端加帽端加帽:m7GpppG(甲基双鸟苷三磷酸甲基双鸟苷三磷酸)2.3-端加尾端加尾：多聚腺苷酸多聚腺苷酸(poly A)聚合酶催化聚合酶催化第117页，此课件共137页哦帽子结构帽子结构第118页，此课件共137页哦5 pppGp5 GpppGppppG PPi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽子结构的生成帽子结构的生
47、成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi第119页，此课件共137页哦加帽过程加帽过程第120页，此课件共137页哦加尾 大多数真核细胞mRNA的3 3-端有端有20-20020-200个腺苷酸残基组个腺苷酸残基组成的成的poly(A)poly(A)尾。尾。是通过多聚腺苷酸聚合酶和多种蛋白因子对初级转是通过多聚腺苷酸聚合酶和多种蛋白因子对初级转录产物进行剪切后再添加上去的。录产物进行剪切后再添加上去的。功能：防止核酸外切酶的作用，并稳定整个功能：防止核酸外切酶的作用，并稳定整个mRNAmRNA分分子子第121页，此课件共137页哦（二）（二）mRNA的剪接的剪接hnRNA在真核生物中，最初转录生成的R
48、NA称为不均不均一核一核RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)。许多极长许多极长RNA分子构成的混合物。分子构成的混合物。是细胞质是细胞质mRNA的前体。的前体。第122页，此课件共137页哦真核生物结构基因，由若干个编码区和非编真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splite gene)非编码区非编码区 AG编码区
49、编码区17ABCDEFGL12345677 700 bp第123页，此课件共137页哦2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而隔断基因的线性表达而在剪接过程中在剪接过程中被除去的核酸序列被除去的核酸序列。第124页，此课件共137页哦鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图第125页，此课件共137页哦鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的
50、mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰第126页，此课件共137页哦 Unit of transcription in a DNA strandTranscript modification35第127页，此课件共137页哦3.mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。第128页，此课件共137页哦 第129页，此课件共137页哦 二次转酯反应二次转酯反应第130页，此课件共137页哦内部甲基化 主要在腺嘌呤A6位点上进行甲基的转移，产生6N-甲基腺嘌呤。第131页，此课件共137页哦二、二、tRNA的转录后