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1、关于核酸的生物合成(10)第1页，讲稿共96张，创作于星期二蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA中心法中心法则则示意示意图图？第2页，讲稿共96张，创作于星期二中心法中心法则则大大多多数数生生物物的的遗遗传传物物质质DNADNA和和某某些些病病毒毒的的遗遗传传物物质质RNARNA，通通过过复复制制把把亲亲代代的的遗遗传传信信息息传传递递到到子子代代。DNADNA中中的的遗遗传传信信息息还还可可以以传传递递到到RNARNA中中（转转录录），并并通通过过RNARNA再再传传递递到到蛋蛋白白质质中中（翻翻译译）。在在个个别别生生物物中中遗遗传传信信息息可可以由以由RN
2、ARNA传递传递到到DNADNA，即反，即反转录转录。第3页，讲稿共96张，创作于星期二第十四章第十四章 核酸的生物合成核酸的生物合成第4页，讲稿共96张，创作于星期二基本要求：基本要求：（1）掌握中心法则、DNA复制的基本过程及参与的酶和蛋白、逆转录、RNA的转录及其加工、DNA重组技术和PCR技术（2）理解原核与真核生物DNA复制的差异、核酸合成的抑制剂（3）了解RNA的复制、突变和修复的种类、基因工程的应用教学重点及教学重点及难难点：点：（1）DNA复制的基本过程及忠实性的保证、逆转录、RNA的转录及其加工（2）DNA的重组技术第5页，讲稿共96张，创作于星期二一、一、DNADNA的生物
3、合成的生物合成1.DNA1.DNA的复制的复制2.2.反反转录转录作用作用3.DNA3.DNA的的损伤损伤、修复与突、修复与突变变蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA第6页，讲稿共96张，创作于星期二1.DNA1.DNA的复制的复制基基因因组组（genomegenome）：含含有有一一个个生生物物体体生生存存、发发育育、活活动动和和繁繁殖殖所所需要的全部需要的全部遗传遗传信息的整套信息的整套DNADNA（部分病毒是（部分病毒是RNARNA）。）。DNADNA复复制制(replication)(replication)：在在亲亲代代双双链链DNADNA分分子子每每
4、一一条条链链上上按按碱碱基基互互补补配配对对而而准准确确地地合合成成一一条条新新的的互互补补链链，结结果果生生成成两两个个与与亲亲代代链链相同相同DNADNA双双链链的的过过程。程。第7页，讲稿共96张，创作于星期二1.1DNA1.1DNA半保留复制半保留复制复复制制过过程程中中双双螺螺旋旋解解旋旋并并分分开开，然然后后以以每每条条链链为为模模板板，按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则，由由DNADNA聚聚合合酶酶催催化化合合成成新新的的互互补补链链，结结果果由由一一条条链链成成为为互互补补的的两两条条链链，新新形形成成的的两两个个DNADNA分分子子与与原原来来DNADNA分分子子的的碱碱基
5、基序序列列完全相同。完全相同。由由于于每每个个子子代代DNADNA的的一一条条链链来来自自亲亲代代DNADNA，另另一一条条链链则则是是新新合合成成的的，这这种种复复制制方方式式称称为为半保留复制。半保留复制。第8页，讲稿共96张，创作于星期二MeselsonMeselson&StahlStahl1951958 8年年利利用用同同位位素素1515N N标标记记的的大大肠肠杆杆菌菌DNADNA首首先先证实证实。DNADNA的半保留复制使生物的的半保留复制使生物的遗传遗传特性保持特性保持稳稳定性。定性。DNADNA的半保留复制的的半保留复制的证证据据第9页，讲稿共96张，创作于星期二1.2DNA1
6、.2DNA半不半不连续连续复制复制复制叉复制叉前前导链导链、后随、后随链链冈冈崎片段崎片段在在DNADNA复复制制过过程程中中，前前导导链链的的连连续续复复制制和和滞滞后后链链的的不不连连续续复复制制，称称为为DNADNA的半不的半不连续连续复制复制。第10页，讲稿共96张，创作于星期二第11页，讲稿共96张，创作于星期二1.31.3大大肠肠杆菌杆菌DNADNA复制的复制的酶酶及相关因子及相关因子DNADNA复制需要：复制需要：DNADNA模板，四种模板，四种dNTPdNTP，离子，离子环环境，境，酶酶，相关，相关因子。因子。(1)DNA(1)DNA聚合聚合酶酶(DNAPolymerases)
7、(DNAPolymerases)DNADNA聚合聚合酶酶的性的性质质：以以dNTPdNTP为为前体催化合成前体催化合成DNADNA；需要模板和引物的存在；需要模板和引物的存在；不能起始合成新的不能起始合成新的DNADNA链链；催化催化dNTPdNTP加到生加到生长长中中DNADNA链链的的3 3-OH-OH末端；末端；催化催化DNADNA合成的方向是合成的方向是5 53 3。第12页，讲稿共96张，创作于星期二模板模板链链引物引物链链（提供一个（提供一个自由的自由的3 3-OH-OH）碱基互碱基互补补第13页，讲稿共96张，创作于星期二大大肠肠杆菌杆菌DNADNA聚合聚合酶酶19561956年
8、年ArthurArthurKornbergKornberg发发现现（19591959年年获获诺诺贝贝尔尔奖奖）100100公公 斤斤 细细 菌菌 中中 得得 到到 0.50.5克克 纯纯 酶酶。故故 称称KornbergKornberg酶酶。全全酶酶:单单链链多多肽肽；109kD109kD；含含1 1个个ZnZn2+2+；枯枯草草杆杆菌菌蛋蛋白白酶酶处处理理可可分分解解为为 1 1大大（KlenowKlenowfragmentfragment）和）和1 1小两个片段。小两个片段。大片段（大片段（C C端）：具有端）：具有5 53 3聚合聚合酶酶活力活力 335 5外切外切酶酶活力活力小片段（小
9、片段（N N端）：具有端）：具有5 53 3外切外切酶酶活力活力第14页，讲稿共96张，创作于星期二DNApolDNApol不是不是大大肠肠杆菌中杆菌中DNADNA复制的主要复制的主要酶酶。a.a.体体内内DNADNA合合成成速速率率比比纯纯化化的的DNADNApolpol催催化化dNTPdNTP掺掺入入速速率率(667nt/min)(667nt/min)高高2020倍；倍；b.b.大大肠肠杆杆菌菌的的一一个个突突变变株株中中，DNADNApolpol活活力力正正常常，但但染染色体色体DNADNA复制不正常；复制不正常；c.c.在在一一些些突突变变株株中中,DNA,DNApolpol活活力力只
10、只是是野野生生型型的的1%1%，但但DNADNA复复制制正正常常,而而此此突突变变株株对对辐辐射射和和化化学学诱诱变变剂剂却却高高度度敏敏感。感。DNApolDNApol在在DNADNA损伤损伤修复和切除修复和切除RNARNA引物中引物中发挥发挥作用。作用。第15页，讲稿共96张，创作于星期二19701970年年发发现现DNADNApolpol。MWMW：120KD120KD，DNApolDNApol具具5 53 3聚合活性，聚合活性，仅为仅为DNApolDNApol的的5%5%。DNApolDNApol具具3 35 5外外切切酶酶活活性性，但但无无5 53 3外外切切酶酶活性。活性。DNAp
11、olDNApol缺陷的大缺陷的大肠肠杆菌突杆菌突变变株的株的DNADNA复制正常。复制正常。表表明明DNADNApolpol不不是是DNADNA复复制制的的主主要要酶酶，它它可可能能在在DNADNA损损伤伤修复中起一定作用。修复中起一定作用。大大肠肠杆菌杆菌DNADNA聚合聚合酶酶第16页，讲稿共96张，创作于星期二DNADNApolpol至至少少以以1010种种亚亚基基组组成成的的复复合合物物形形态态存存在在。全全酶酶形形成成一一个个非非对对称称的的二二聚聚体体，含含两两个个核核心心酶酶，这这种种结结构可使两条新合成的构可使两条新合成的DNADNA链链一同被复制。一同被复制。催化催化dNTP
12、dNTP掺掺入入DNADNA链链速率是速率是DNApolDNApol的的1515倍。倍。其其 中中,三三 个个 亚亚 基基 构构 成成 核核 心心 聚聚 合合 酶酶(core(corepolymerase)polymerase)。DNADNApolpol 具具有有5 53 3聚聚合合酶酶活活性性、3 35 5核核酸酸外切外切酶酶活性活性(亚亚基基)，但，但无无5 53 3外切外切酶酶活性。活性。DNApolDNApol才是大才是大肠肠杆菌杆菌DNADNA复制的关复制的关键键酶酶。大大肠肠杆菌杆菌DNADNA聚合聚合酶酶第17页，讲稿共96张，创作于星期二大大肠肠杆菌三种杆菌三种DNADNA聚合
13、聚合酶酶的比的比较较polIpolIpolIIpolIIpolIIIpolIII分子量分子量103Kd103Kd88Kd88Kd830Kd830Kd每个每个细细胞的分子数胞的分子数40040010010010201020生物学活性生物学活性1 10.050.0515155533聚合聚合酶酶活性活性3355外切外切酶酶活性活性5533外切外切酶酶活性活性功能功能校正，修复，校正，修复，去除去除RNARNA引物引物修复修复复制复制（5533聚聚合作用）合作用）第18页，讲稿共96张，创作于星期二引引物物酶酶（又又称称DnaGDnaG蛋蛋白白）作作用用：以以单单链链DNADNA为为模模板板，利利用用
14、核糖核苷酸合成核糖核苷酸合成RNARNA作作为为DNADNA合成的引物。合成的引物。大大肠肠杆杆菌菌引引物物酶酶：由由大大肠肠杆杆菌菌的的dnaGdnaG基基因因编编码码的的1 1条条多多肽肽链链，MWMW：60KD60KD，50-10050-100分子分子/细细胞。胞。引引物物酶酶与与DnaBDnaB、DnaCDnaC、DnaTDnaT、PriAPriA、PriBPriB、PriCPriC等等蛋蛋白白组组成引成引发发体才有活性，体才有活性，这这种复合体称种复合体称为为引引发发体。体。(2)(2)引物引物酶酶(Primase)(Primase)和引和引发发体体(primosome)(primo
15、some)第19页，讲稿共96张，创作于星期二DNADNA连连接接酶酶催化双催化双链链DNADNA中一条中一条链链上的断点的共价上的断点的共价连连接（磷接（磷酸二酸二酯键酯键的形成）。的形成）。借助借助ATPATP（真核（真核细细胞）或胞）或NAD+NAD+（大（大肠肠杆菌）水解提供能量。杆菌）水解提供能量。两条两条链链必必须须与同一条互与同一条互补链补链配配对结对结合，而且断点上的合，而且断点上的3 3-OH-OH和和5 5-磷磷酰酰基必基必须须相相邻邻。DNADNA连连接接酶酶催化反催化反应应可逆。逆反可逆。逆反应应使共价使共价闭环闭环超螺旋超螺旋DNADNA产产生有缺口生有缺口DNA-D
16、NA-腺苷酸，生成松弛腺苷酸，生成松弛闭环闭环DNADNA。连连接接酶酶在在DNADNA复制、修复、重复制、修复、重组组中起重要作用，中起重要作用，连连接接酶酶有缺陷的突有缺陷的突变变株不能株不能进进行行DNADNA复制、修复和重复制、修复和重组组。（3 3）DNADNA连连接接酶酶(DNAligase)(DNAligase)第20页，讲稿共96张，创作于星期二(4(4）DNADNA解旋解旋酶酶（HelicaseHelicase）一一般般通通过过水水解解ATPATP提提供供能能量量将将DNADNA两两条条链链沿沿5 53 3方方向向打开打开(一般与一般与单链结单链结合合)。复制叉复制叉第21页
17、，讲稿共96张，创作于星期二（5 5）单链结单链结合蛋白合蛋白SSBSSB解解旋旋酶酶沿沿复复制制叉叉方方向向推推进进产产生生一一段段单单链链区区,细细胞胞内内有有大大量量ssDNAssDNA结结合合蛋蛋白白(single(single strandstrand DNADNA bindingbindingprotein,protein,SSB)SSB)，这这类类单单链链结结合合蛋蛋白白结结合合到到由由解解螺螺旋旋酶酶解解链链作用而形成的作用而形成的单链单链DNADNA上，使其上，使其稳稳定下来。定下来。第22页，讲稿共96张，创作于星期二（6 6）拓扑异构）拓扑异构酶酶（DNATopoisom
18、eraseDNATopoisomerase）型型拓拓扑扑异异构构酶酶通通过过断断裂裂和和连连接接两两条条DNADNA链链而而改改变变DNADNA双螺旋双螺旋结结构，构，该过该过程需要水解程需要水解ATPATP功能。功能。型型拓拓扑扑异异构构酶酶通通过过断断裂裂和和连连接接双双链链DNADNA中中的的一一条条链链而改而改变变DNADNA的超螺旋的超螺旋结结构，构，该该反反应应不需要不需要ATPATP功能。功能。第23页，讲稿共96张，创作于星期二DNA双链双链 5 3 5 3DNADNA复制有关的复制有关的酶酶和蛋白和蛋白质质拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚
19、合酶引物酶与引发体引物酶与引发体DNA连接酶连接酶引物引物第24页，讲稿共96张，创作于星期二拓扑异构酶拓扑异构酶与与DNA双链双链结合，解开结合，解开超螺旋。超螺旋。5 3 5 3DNADNA复制有关的复制有关的酶酶和蛋白和蛋白质质拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶引物引物引物酶与引发体引物酶与引发体第25页，讲稿共96张，创作于星期二拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶引物引物解旋酶解开解旋酶解开DNA双螺旋双螺旋 5 3 5 3DNADNA复制有关的复制有关的酶酶和蛋白和蛋白
20、质质引物酶与引发体引物酶与引发体第26页，讲稿共96张，创作于星期二单链结合蛋白单链结合蛋白防止复螺旋防止复螺旋 5 3 5 3DNADNA复制有关的复制有关的酶酶和蛋白和蛋白质质拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶引物引物引物酶与引发体引物酶与引发体第27页，讲稿共96张，创作于星期二引物酶合成引物引物酶合成引物 5 3 5 3DNADNA复制有关的复制有关的酶酶和蛋白和蛋白质质拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶引物引物引物酶与引发体引物酶与引发体第28页，讲稿共96张，创作于星
21、期二 5 3 5 3DNADNA复制有关的复制有关的酶酶和蛋白和蛋白质质拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶引物引物引物酶与引发体引物酶与引发体第29页，讲稿共96张，创作于星期二1.41.4原核生物的原核生物的DNADNA复制复制DNADNA复制的起始；复制的起始；DNADNA链链的延的延长长；DNADNA复制的复制的终终止止第30页，讲稿共96张，创作于星期二第31页，讲稿共96张，创作于星期二1.4.11.4.1复制的起始复制的起始复制起点（复制起点（OriginofreplicationOriginofreplication，Or
22、iOri）复制泡（复制泡（replicationbubblereplicationbubble）复制叉（复制叉（ReplicationforkReplicationfork）复制子（复制子（Replicon,Replicon,复制复制单单元）元）DNADNA复制的功能复制的功能单单位，一个位，一个复制子只含一个复制子只含一个专专一复制起点和复制一复制起点和复制结结束的束的终终点。一个完点。一个完整的复制子在一个整的复制子在一个细细胞周期中只复制一次。胞周期中只复制一次。细细菌病毒和菌病毒和线线粒体只有粒体只有单单一复制子。真核生物染色体一复制子。真核生物染色体则则有多个复制子有多个复制子组组成
23、。成。第32页，讲稿共96张，创作于星期二第33页，讲稿共96张，创作于星期二大大肠肠杆杆菌菌复复制制的的起起点点由由245245个个bpbp构构成成，其其序序列很保守，有两列很保守，有两组组短的重复：短的重复：3 3个个13bp13bp的序列和的序列和4 4个个9bp9bp的序列的序列第34页，讲稿共96张，创作于星期二2020个个DnaADnaA结结合合在在四四组组9bp9bp重重复复区区，形形成成起起始始复复合合物物，DNADNA环绕环绕此复合物。此复合物。三三组组13bp13bp重重复复区区依依次次变变性性，产产生开放型复合物。生开放型复合物。解解螺螺旋旋酶酶（DnaBDnaB）在在D
24、naCDnaC协协助助下下与与开开放放复复合合物物结结合合，进进一步解一步解链链。解解链链时时带带来来的的扭扭曲曲张张力力还还需需DNADNA旋旋转转酶酶（属属DNADNA拓拓扑扑异异构构酶酶）引入）引入负负超螺旋消除。超螺旋消除。第35页，讲稿共96张，创作于星期二单单链链结结合合蛋蛋白白(SSBSSB）结结合合在在单单链链区区，阻阻止止复复性性和和保保护护单链单链DNADNA不被核酸不被核酸酶酶降解。降解。引引物物合合成成酶酶（DanGDanG）催催化化合合成最初的成最初的RNARNA引物。引物。引引发发体体：引引物物合合成成酶酶与与各各种种蛋蛋白白质质因因子子构构成成的的复复合合体体（引
25、引发发体体），以以DNADNA为为模模板板合成合成RNARNA引物（引物（6-106-10个碱基）。个碱基）。第36页，讲稿共96张，创作于星期二复制叉拓扑异构酶解螺旋酶引物引物单链结合蛋白（SSB)引物合成酶引物引物在在DNADNA聚聚合合酶酶IIIIII的的催催化化下下，以以脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸为为底底物物，在在RNARNA引引物物的的3 3端端加加上上脱脱氧氧核糖核苷酸。核糖核苷酸。1.4.2DNA1.4.2DNA链链的延伸的延伸第37页，讲稿共96张，创作于星期二DNADNA链链的延伸的延伸以以复复制制叉叉向向前前移移动动的的方方向向为为标标准准，一一条条模模板板链链是是3 3
26、 55走走向向，与与之之互互补补的的DNADNA能能以以5 5 3 3 的的方方向向连连续续合合成成，称称为为前导链（领头链）。前导链（领头链）。另另一一条条模模板板链链是是5 5 3 3 走走向向，与与其其互互补补的的DNADNA也也是是5 5 3 3 方方向向合合成成，与与复复制制叉叉移移动动方方向向正正好好相相反反，随随复复制制叉叉的的移移动动，形形成成许许多多不不连连续续的的片片断断，称称为为冈冈崎崎片片断断。每每个个冈冈崎崎片片段段的合成也都需要引物。的合成也都需要引物。第38页，讲稿共96张，创作于星期二复复制制体体沿沿着着复复制制叉叉方方向向前前进进，同同时时进进行行前前导导链链
27、和和滞滞后后链链的合成。的合成。一一分分子子的的 DNADNApolpolIII.III.协协同同合合成成前前导导链链和和滞滞后后链链，因因此此滞滞后后链链必必须须绕绕成成一一个突个突环环。5 53 33 35 5第39页，讲稿共96张，创作于星期二EE.coliE.coli有两个有两个终终止区域，分止区域，分别结别结合合专专一性的一性的终终止蛋白止蛋白-tustus，识别识别序列一：序列一：terEterDterAterEterDterA序列二：序列二：terFterBterCterFterBterC共共6 6个个终终止位点。止位点。1.4.3DNA1.4.3DNA合成的合成的终终止止第40
28、页，讲稿共96张，创作于星期二每个区域只对一个方向的复制叉起作用TusTus蛋白蛋白-ter-ter复合物阻止一个方向复合物阻止一个方向的复制叉前移的复制叉前移(通过抑制DNA解旋酶而发挥终止作用)第41页，讲稿共96张，创作于星期二终终止止两个复制叉向前移两个复制叉向前移动动，最后在，最后在终终止区相遇并停止复制，止区相遇并停止复制，由由DNADNA聚合聚合酶酶填填补补空隙，最后由空隙，最后由连连接接酶酶封口。封口。结结果形成果形成两个两个DNADNA双股螺旋分子。双股螺旋分子。第42页，讲稿共96张，创作于星期二原核原核细细胞胞DNADNA的半不的半不连续连续复制复制复制复制过过程程复制叉
29、的移复制叉的移动方向动方向拓扑异构酶拓扑异构酶DNA聚合聚合酶酶III解旋酶解旋酶RNA引物引物引发体引发体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链链的合的合成与延成与延长长DNADNA链链合成合成的的终终止止5RNA引物引物33DNA连连接酶接酶第43页，讲稿共96张，创作于星期二DNADNA聚合聚合酶酶的的5 5-3-3聚合聚合酶酶活性部位活性部位对对底物有底物有选择选择作用（区分作用（区分NTPNTP和和dNTPdNTP）；）；具有具有3 35 5外切外切酶酶活性的活性的DNADNA聚合聚合酶酶是保是保证证DNADNA复制真复制真实实
30、性的主要因素；性的主要因素；复制复制时时使用使用RNARNA引物而不是引物而不是DNADNA引物；引物；具有多种修复被具有多种修复被损损坏的坏的DNADNA的机制。的机制。1.4.4DNA1.4.4DNA复制具有高度保真性复制具有高度保真性第44页，讲稿共96张，创作于星期二1.51.5真核真核细细胞的胞的DNADNA复制复制真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。冈冈崎片段崎片段长约长约200bp200bp。真核生物真核生物DNADNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。真真核核生生物物染染色色体体在在全全部
31、部复复制制完完之之前前起起点点不不再再重重新新开开始始复复制制；而而在在快快速速生生长长的的原原核核中中，起起点点可可以以连连续续发发动动复复制制。真真核核生生物物快速生快速生长时长时，往往采用更多的复制起点。，往往采用更多的复制起点。真核生物有多种真核生物有多种DNADNA聚合聚合酶酶。真核生物真核生物线线性染色体两端有性染色体两端有端粒端粒结结构。构。第45页，讲稿共96张，创作于星期二1.5.11.5.1染色体复制染色体复制真核生物每一个染色体皆含有真核生物每一个染色体皆含有多个复制子多个复制子(replicon).(replicon).复制叉前复制叉前进进的速度大的速度大约约只有大只有
32、大肠肠杆菌的十分之一。杆菌的十分之一。第46页，讲稿共96张，创作于星期二真核真核细细胞的胞的DNADNA聚合聚合酶酶引物引物合成合成修复修复作用作用线线粒体粒体DNADNA的复制的复制核核DNADNA的复制的复制修复修复作用作用第47页，讲稿共96张，创作于星期二1.5.21.5.2端粒的复制端粒的复制真真核核生生物物线线状状染染色色体体在在复复制制最最后后，5 5末末端端RNARNA引引物物被被切切除除后后，无无法法向向原原核核那那样样填填补补空空缺缺，如如果果没没有有特特殊殊的的机机制制合合成成末末端端序序列列，将将造造成成55末端序列末端序列缩缩短，染色体就会在短，染色体就会在细细胞胞
33、传传代中代中变变得越来越短。得越来越短。端端粒粒（telomeretelomere）：指指真真核核细细胞胞线线状状染染色色体体末末端端的的DNADNA重重复复序序列列及相关蛋白及相关蛋白组组成的复合物。成的复合物。端端粒粒酶酶（telomerasetelomerase）：由由RNARNA和和蛋蛋白白质质组组成成的的一一个个复复合合物物，以以端端粒粒酶酶中中的的RNARNA（有有特特殊殊的的序序列列）为为模模板板，通通过过反反转转录录合合成成端端粒粒DNADNA。第48页，讲稿共96张，创作于星期二端粒有两种功能：端粒有两种功能：维维持染色体的完整性。若无端粒，两个染色体末端很持染色体的完整性。
34、若无端粒，两个染色体末端很可能融合一起。可能融合一起。解决末端复制解决末端复制问题问题。端粒。端粒酶酶能与端粒作用，延伸其能与端粒作用，延伸其长长度。度。第49页，讲稿共96张，创作于星期二19861986年，年，HowardCookeHowardCooke首先注意到，端粒的首先注意到，端粒的长长度在体度在体细细胞内比在生殖胞内比在生殖细细胞内短。胞内短。进进一步的研究一步的研究发现发现，端粒，端粒酶酶活性在生殖活性在生殖细细胞内胞内经经常常被表被表现现出来，所以端粒的出来，所以端粒的长长度一直保持在度一直保持在15kb15kb右。右。端粒端粒酶酶与老化与老化大多数体大多数体细细胞不制造端粒胞
35、不制造端粒酶酶，每次分裂后端粒就，每次分裂后端粒就变变短短(大大约约100bp)100bp)。当端粒比正常当端粒比正常长长度短数千个碱基度短数千个碱基对对，细细胞就不再分裂。所胞就不再分裂。所以端粒以端粒变变短是一种老化的象征。已短是一种老化的象征。已经经有有实验证实验证明，将端粒明，将端粒酶酶加加进进体体细细胞，可以增加体胞，可以增加体细细胞分裂的次数。胞分裂的次数。癌癌细细胞的端粒胞的端粒酶酶活性很活性很强强。端粒端粒酶酶可被可被应应用到与老化相关的疾病。用到与老化相关的疾病。第50页，讲稿共96张，创作于星期二卡卡罗罗尔尔格雷德格雷德（CarolGreiderCarolGreider）杰
36、克杰克绍绍斯塔克斯塔克（JackSzostakJackSzostak）伊伊丽丽莎白莎白布莱克本布莱克本（ElizabethBlackburnElizabethBlackburn）端粒和端粒端粒和端粒酶酶的的发现发现共共获获20092009年年诺贝诺贝生理医学生理医学奖奖第51页，讲稿共96张，创作于星期二2.2.反反转录转录作用作用以以RNARNA为为模模板板，按按照照RNARNA中中的的核核苷苷酸酸顺顺序序合合成成DNADNA称称为为逆逆转转录录，由，由反反转录转录酶酶催化催化进进行。行。19701970年年TeminTemin和和BaltimoreBaltimore同同时时分分别别从从劳劳
37、氏氏肉肉瘤瘤病病毒毒和和小小白白鼠鼠白白血血病病病病毒毒等等致致病病RNARNA病病毒毒中中分分离离出出逆逆转转录录酶酶，迄迄今今已已知的致癌知的致癌RNARNA病毒都含有逆病毒都含有逆转录转录酶酶。后后来来在在胚胚胎胎细细胞胞和和正正常常细细胞胞中中也也分分离离得得到到了了这这种种酶酶，反反转录转录酶酶的的发现发现使中心法使中心法则则更完善。更完善。复制复制DNA转录转录反反转录转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质第52页，讲稿共96张，创作于星期二19621962年年HowardHowardTeminTemin提提出出假假设设。他他认认为为致致癌癌RNARNA病病毒毒含含有有一一种种能能将将RN
38、ARNA转录转录成成DNADNA的的酶酶。19701970年年TeminTemin和和DavidDavidBaltimoreBaltimore证证实实了了致致癌癌RNARNA病病毒毒中中有有这这种种酶酶的的存存在，因此在，因此Temin1975Temin1975年年获诺贝获诺贝尔尔奖奖。第53页，讲稿共96张，创作于星期二多功能的反多功能的反转录转录酶酶：依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸酶核糖核酸酶HDNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶第54页，讲稿共96张，创作于星期二RNA进入细胞进入细胞逆转录逆转录RNA整合入宿主细胞染色体整合入宿主细胞染色体DNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录
39、酶录酶丢失被膜丢失被膜丢失衣壳丢失衣壳RNAcDNA逆逆转录转录病毒的生活周期病毒的生活周期当致癌RNA病毒侵染宿主细胞时，病毒RNA及逆转录酶一起进入宿主细胞，病毒自身带入的逆转录酶使RNA逆转录成双链DNA。转录转录转译转译衣壳蛋白衣壳蛋白被膜蛋白被膜蛋白逆转录酶逆转录酶病毒粒子病毒粒子第55页，讲稿共96张，创作于星期二3.DNA3.DNA损伤损伤、修复和突、修复和突变变3.1DNA3.1DNA的的损伤损伤与修复与修复DNADNA分子的自分子的自发发性性损伤损伤(体内体内)DNADNA复制中的复制中的错误错误DNADNA的自的自发发性化学性化学变变化化物理因素引起的物理因素引起的DNAD
40、NA损伤损伤（外界）（外界）紫外紫外线线引起的引起的DNADNA损伤损伤电电离离辐辐射引起的射引起的DNADNA损伤损伤化学因素引起的化学因素引起的DNADNA损伤损伤（外界）（外界）烷烷化化剂对剂对DNADNA的的损伤损伤碱基碱基类类似物、修似物、修饰剂对饰剂对DNADNA的的损伤损伤第56页，讲稿共96张，创作于星期二嘧啶二聚体的修复嘧啶二聚体的修复第57页，讲稿共96张，创作于星期二（1 1）光裂和）光裂和酶酶修复作用修复作用:形成形成酶酶DNADNA复合物：复合物：光复合光复合酶酶结结合于合于损伤损伤部位部位酶酶被可被可见见光所激活光所激活修复后修复后释释放放酶酶53 5 3h 第58
41、页，讲稿共96张，创作于星期二（2 2）切除修复）切除修复:第59页，讲稿共96张，创作于星期二（3 3）重）重组组修复（复制中）修复（复制中）:第60页，讲稿共96张，创作于星期二3.2DNA3.2DNA突突变变DNADNA分分子子中中的的核核苷苷酸酸序序列列发发生生突突然然而而稳稳定定的的改改变变，从从而而导导致致DNADNA的的复复制制以以及及后后来来的的转转录录和和翻翻译译产产物物随随之之发发生生变变化化，表表现现出出异异常常的的遗遗传传特性，称特性，称为为DNADNA的突的突变变。DNADNA在在复复制制的的保保真真度度很很高高，只只有有1010-10-10-10-10-9-9自自的
42、的错错配配率率，所所以以说说自然条件下自然条件下发发生的突生的突变变率非常低（自率非常低（自发发突突变变）。）。某某些些物物理理化化学学因因素素，如如紫紫外外线线、电电离离辐辐射射和和化化学学诱诱变变剂剂（烷烷化化剂剂、碱碱基基类类似似物物、嵌嵌入入染染料料）等等，可可引引起起突突变变（诱诱发发突突变变）。）。第61页，讲稿共96张，创作于星期二转换转换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-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换/点突变点突变-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C
43、-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-插入或缺失非插入或缺失非3 3个碱基个碱基-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移码突变移码突变第62页，讲稿共96张，创作于星期二二、二、RNARNA的生物合成的生物合成蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA中心法中心法则则示意示意图图？第63页，讲稿共96张，创作于星期二转转录录是是在在DNADNA指指导导的的R
44、NARNA聚聚合合酶酶催催化化下下，按按照照碱碱基基互互补补配配对对的的原原则则，以以4 4种种NTPNTP为为底底物物，不不需需要要引引物物，连连续续合合成出一条与成出一条与DNADNA一条一条链链互互补补的的RNARNA的的过过程。程。转转录录起起始始于于DNADNA的的特特定定位位点点，并并在在一一定定位位点点处处终终止止，此此转录转录区域称区域称为转录单为转录单位。位。转录转录方向方向-5-5-3-3转录转录起始起始-启启动动子区控制子区控制转录终转录终止止-终终止子区控制止子区控制1.1.转录转录(transcription)(transcription)第64页，讲稿共96张，创作
45、于星期二第65页，讲稿共96张，创作于星期二模板模板链链/反反义链义链/负负（-）链链编码链编码链/有有义链义链/正（正（+）链链编码链编码链上上转录转录起点起点标记为标记为+1+1，上游，上游标记为负标记为负，下游，下游标记为标记为正正1.11.1不不对对称称转录转录第66页，讲稿共96张，创作于星期二1.2RNA1.2RNA聚合聚合酶酶第67页，讲稿共96张，创作于星期二大大肠肠杆杆菌菌的的RNARNA聚聚合合酶酶结结构构复复杂杂,全全酶酶由由5 5个个亚亚基基构构成成2 2 ，还还含有两个含有两个ZnZn2+2+。2 2为为核心核心酶酶。NTPNTP结合部位结合部位DNADNA模板模板结
46、合部位结合部位亚基结合位点亚基结合位点带带领领核核心心酶酶识识别别启启动动子子可能参与各亚基组装可能参与各亚基组装成成RNARNA聚合酶聚合酶第68页，讲稿共96张，创作于星期二1.31.3转录过转录过程程转录过转录过程分程分为为起始、延伸、起始、延伸、终终止。止。第69页，讲稿共96张，创作于星期二识别识别：RNARNA聚合聚合酶酶与启与启动动子的子的结结合，合，DNADNA链链的局部打开。的局部打开。起始：起始：DNADNA模板和模板和RNARNA碱基配碱基配对对第一个核苷酸通常是第一个核苷酸通常是ATPATP或或GTPGTPRNARNA合成的起始合成的起始第70页，讲稿共96张，创作于星
47、期二第71页，讲稿共96张，创作于星期二RNARNA链链的延伸的延伸RNARNA聚合聚合酶酶是沿是沿DNADNA链链 3 35 5方向移方向移动动RNARNA链链合成方向也是合成方向也是 5 53 3RNARNA聚合聚合酶酶缺乏核酸外切缺乏核酸外切酶酶活性，即缺乏校活性，即缺乏校对对功能功能第72页，讲稿共96张，创作于星期二RNARNA合成的合成的终终止止基因基因转录终转录终点点-终终止子止子(terminator)(terminator)终终止子是基因末端止子是基因末端终终止止转录转录的特殊信号序列。的特殊信号序列。RNARNA聚合聚合酶酶和新合成的和新合成的RNARNA从从DNADNA上
48、脱落。上脱落。第73页，讲稿共96张，创作于星期二不依不依赖赖于蛋白于蛋白质质因子而因子而实现实现的的终终止作用，核心止作用，核心酶酶本身本身即可即可终终止止转录转录；依依赖赖蛋白蛋白质辅质辅因子因子(称称为释为释放因子，即放因子，即因子因子)才能才能实现实现终终止作用。止作用。原核生物的原核生物的转录终转录终止子有两种止子有两种类类型：型：第74页，讲稿共96张，创作于星期二不依不依赖赖因子的因子的终终止止不不依依赖赖因因子子的的终终止止子子(强强终终止止子子)有有一一富富含含G-CG-C的的二重二重对对称区，其下游有称区，其下游有6 68 8个个T T；由由这这段段DNADNA转转录录产产
49、生生RNARNA容容易易形形成成发发荚荚结结构构；并并导导致致转转录录3 3端端为为寡聚寡聚U U。这这两种两种结结构特征决定了构特征决定了转录转录的的终终止。止。第75页，讲稿共96张，创作于星期二不依不依赖赖因子的因子的终终止止第76页，讲稿共96张，创作于星期二依依赖赖因子的因子的终终止止依依赖赖因子的因子的终终止子止子(弱弱终终止子止子)中中G-CG-C碱基碱基对对含量含量较较少，少，转录转录生成的生成的RNARNA也可形成二也可形成二级结级结构构为发夹结为发夹结构，构，这样这样的的结结构可能阻碍了构可能阻碍了RNARNA聚合聚合酶酶进进一步一步发挥发挥作用。无寡聚作用。无寡聚U U。
50、第77页，讲稿共96张，创作于星期二第78页，讲稿共96张，创作于星期二1.4RNA1.4RNA的的转录转录后加工后加工第79页，讲稿共96张，创作于星期二第80页，讲稿共96张，创作于星期二1.51.5真核生物中的真核生物中的转录转录真核生物中真核生物中转录转录与翻与翻译处译处在在不同的区域在在不同的区域真核生物有多种真核生物有多种RNARNA聚合聚合酶酶真核生物启真核生物启动动子与原核生物不同子与原核生物不同转录转录后加工修后加工修饰饰不同不同第81页，讲稿共96张，创作于星期二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mRN