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1、Biosynthesis of nucleic acid第十二章第十二章核酸的生物合成核酸的生物合成分子生物学分子生物学(分子遗传学分子遗传学)中心法则中心法则 反映了从反映了从DNARNA蛋白质的遗传信蛋白质的遗传信息主息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律。存、传递和表达的规律。转录转录RNA翻翻译译蛋白蛋白质质DNA RNA（病毒）（病毒）复制复制翻翻译译 蛋白蛋白质质（病毒）（病毒）反反转录转录复制复制ATGC第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成Biosynthesis of DNA&DNADNA DNA复制复制&RNADNA 反转录反
2、转录两种方式两种方式一、一、DNADNA的复制的复制&基本概念基本概念 以参与反应的以参与反应的要素进行定义要素进行定义&必须具备的基本条件必须具备的基本条件 模板模板：母链：母链DNADNA 原料原料：dNTPdNTP(包括包括dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP)酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子：引物引物：一小段：一小段RNA RNA 能量能量（ATPATP）及某些）及某些无机离子无机离子DNA的复制的方式的复制的方式-1958,Messelson and Stahl实验证实实验证实DNA半保留复制半保留复制 Watson 和和Crick 提出的提出的DNA
3、双螺旋复制模型双螺旋复制模型含含15N-DNA的的细细菌菌培养于普培养于普通培养液通培养液第一代第一代重重DNA普通普通DNA普通普通DNA细细菌的菌的DNA双双链链(黄黄线线的代表含的代表含15N)DNA半保留复制的证据半保留复制的证据 可排除全保留式可排除全保留式Why?母母链链全保留式全保留式半保留式半保留式混合式混合式重重DNA普通普通DNA排除全保留式排除全保留式培养第一代结果培养第一代结果重重DNA普通普通DNA参与参与DNADNA复制的酶类与复制的酶类与蛋白质因子及其主要作用蛋白质因子及其主要作用1.拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）无无ATPATP时时：作用相当
4、于：作用相当于Topo,Topo,但切割的是但切割的是双链双链DNADNA某一部位某一部位(断双链断双链)。有有ATPATP时时：使带断口、松弛状的：使带断口、松弛状的DNADNA分子旋紧分子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。转变成负超螺旋结构，再连接断端。不需耗能不需耗能(ATP)(ATP)，切割，切割(断断)双链双链DNADNA中的中的一链一链，松解螺旋松解螺旋,封闭切口。又称封闭切口。又称切割封口酶。切割封口酶。TopoTopo的作用的作用 Topo(Topo(又称旋转酶又称旋转酶)的作用的作用 2.解链酶解链酶(又称又称解螺旋酶或螺旋酶解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解链酶 作用
5、：作用：断裂互补碱基间的氢键断裂互补碱基间的氢键,使使DNA双双链分离形成链分离形成“复制叉复制叉”。具有这种功能的是一。具有这种功能的是一类酶类酶如复制蛋白如复制蛋白(rep蛋白蛋白)、解链酶、解链酶II等等。3.3.单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(DNA(DNA结合蛋白结合蛋白)(single stranded DNA-binding protein,SSB)作用作用：防止重新形成双防止重新形成双 链和防止单链模板链和防止单链模板被核酸酶水解被核酸酶水解,维持维持DNADNA单链状态和完整性单链状态和完整性.4.引物酶引物酶(Primase)RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊的合成
6、：需引物酶，它是一种特殊的的RNA聚合酶。聚合酶。DNA不能从无不能从无有合成，需在一小有合成，需在一小段段RNA基基础础上合成上合成DNA5 3 55 53y原核生物原核生物（）迄今已知只有）迄今已知只有3种：种：DNA pol、DNA pol、DNA pol。y真核生物真核生物 亦发现有多种亦发现有多种DDDP：DDDP 、。y其性质与功能其性质与功能 见表见表12-1 P293 和表和表12-2 P297 5.DNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase,DNA pol）即依赖于即依赖于DNA的的DNA聚合酶（聚合酶（DDDP）3 模板链模板链 5 DDDP 53聚合作用示意图聚合作
7、用示意图 536.DNA连接酶连接酶(DNA Ligase)作用：作用：在有模板指导的条件下，催化在有模板指导的条件下，催化2 2个个 DNA DNA片段片段(两片段间的距离为两片段间的距离为1 1个个3,3,5-5-磷酸二酯键的键长磷酸二酯键的键长)的连接。的连接。原理：在一个原理：在一个DNADNA片段的片段的3-OH3-OH末端和另末端和另 一个一个DNADNA片段的片段的5-P5-P末端形成末端形成3,3,5-5-磷酸二酯键，从而实现连接。磷酸二酯键，从而实现连接。特点：特点：原核细胞原核细胞:需辅助因子需辅助因子NADNAD+真核细胞真核细胞:不需辅助因子不需辅助因子NADNAD+,
8、但需但需 耗能耗能(ATP)(ATP)参与参与DNA复制的酶及蛋白质复制的酶及蛋白质 酶或蛋白质酶或蛋白质 主要作用主要作用 拓扑异构酶类拓扑异构酶类 克服解链时打结及缠绕、松驰或引克服解链时打结及缠绕、松驰或引 进负超螺旋进负超螺旋 解链酶类解链酶类 解开解开DNA双链双链 单链单链DNA结合蛋白结合蛋白 维持已解开单链维持已解开单链DNA的稳定的稳定 引物酶引物酶 合成合成RNA引物引物 DNA聚合酶聚合酶 DNA复制复制 DNA聚合酶聚合酶 水解引物、填补空隙、修复作用水解引物、填补空隙、修复作用 DNA连接酶连接酶 催化双链催化双链DNA中单链缺口的连接中单链缺口的连接 DNA的复制过
9、程的复制过程 复制的起始复制的起始 链的延长链的延长 复制的终止复制的终止复制的起始复制的起始1.1.在拓扑异构酶、解链酶及单链在拓扑异构酶、解链酶及单链DNADNA 结合蛋白的共同作用下，结合蛋白的共同作用下，DNADNA解旋、解旋、解链，解链，形成复制叉形成复制叉。2.2.依赖于单链模板，由引物酶催化按依赖于单链模板，由引物酶催化按 碱基配对规律碱基配对规律合成合成一小段一小段RNARNA引物引物(原原核细胞引物长核细胞引物长50-10050-100个碱基，真核约个碱基，真核约1010个碱基个碱基)。复制起始阶段的特点真核细胞真核细胞：具有多个具有多个 起始位点起始位点原核细胞原核细胞：仅
10、仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制有一个复制起始位点，但往往是双向复制链的延长链的延长n引物合成后，由引物合成后，由DNA DNA polpol（真核细胞为（真核细胞为DNADNA聚聚合酶合酶 或或)催化，在引物催化，在引物3 3-OH-OH末端逐一添加与末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸模板链对应互补的脱氧核苷磷酸,使新合成的链使新合成的链不断延长。不断延长。领头链领头链:链的链的延长方向延长方向(5(53 3)与与解链方向解链方向(复复制叉移动方向制叉移动方向)相同相同,为连续合成为连续合成。随从链随从链:链的链的延长方向延长方向(5(53 3)与与解链方向解链方向(复复制叉移
11、动方向制叉移动方向)相反，相反，为不连续合成。为不连续合成。n分段合成的分段合成的DNADNA片段片段,最初被命名为最初被命名为冈崎片段冈崎片段复制的终止复制的终止1.1.水解引物及填补空隙水解引物及填补空隙 冈崎片段合成后，由冈崎片段合成后，由DNA pol(DNA pol(真核细胞真核细胞可能是可能是DNADNA聚合酶聚合酶)水解去除水解去除RNARNA引物引物，并，并填补填补留下的留下的空隙空隙(5(5 3 3)聚合。聚合。2.2.完整双链完整双链DNADNA分子的形成分子的形成 填补空隙后，填补空隙后，DNADNA片段与片段之间还有一片段与片段之间还有一个缺口个缺口(一个一个3 3,5
12、 5-磷酸二酯键的长度磷酸二酯键的长度),),由由DNADNA连接酶连接酶催化连接成完整的链，从而产生催化连接成完整的链，从而产生完完整的双链整的双链DNADNA分子分子。二、反转录二、反转录(reverse transcription)概念概念 以以RNARNA为模板，为模板，dNTPdNTP为原料，反转录酶为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成催化，按碱基配对规律合成DNADNA的过程。的过程。反转录酶反转录酶,又称为又称为依赖依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶聚合酶(RNA-dependent DNA polymerase,RDDP)DNADNA转录转录 RNARNARNA(RNA
13、(病毒病毒).RDDP引物引物,4种种dNTPRDDPRNase H4种种dNTPRDDP或或DDDP病毒病毒RNARNA-DNA 杂杂化分子化分子cDNA前病毒前病毒(双双链链DNA)酶酶催化反催化反应应示意示意图图 反反向向转转录录酶酶存存在在于于所所有有致致癌癌RNARNA病病毒毒中中,其其功功能能可可能能与与病病毒毒的的恶恶性性转转化化作作用用有有关关;但它也存在于但它也存在于某些正常某些正常细细胞胞中，在中，在细细胞分化与胚胎胞分化与胚胎发发生中可能起某些作用。生中可能起某些作用。反反转转录录病病毒毒和和反反转转录录酶酶的的发发现现,提提出出了了一一个个重重要要的的医医学学问问题题病
14、病毒毒致致癌癌及及癌癌基基因。因。反反转录转录的医学意的医学意义义反反转录转录的医学意的医学意义义癌基因癌基因(oncogene):(oncogene):能在体外引起细胞恶性转化能在体外引起细胞恶性转化,在体内诱发肿瘤的基因在体内诱发肿瘤的基因.细胞癌基因细胞癌基因(c-onc)(c-onc)或原癌基因或原癌基因(pro-onc):(pro-onc):存在存在于生物正常细胞基因组中的癌基因于生物正常细胞基因组中的癌基因.正常情况下正常情况下基因处于静止或低表达的状态基因处于静止或低表达的状态.当受到致癌刺激当受到致癌刺激被活化并发生异常被活化并发生异常时则可发生细胞癌变时则可发生细胞癌变.病毒
15、癌基因病毒癌基因(v-onc)(v-onc):存在于致瘤病毒中的能使存在于致瘤病毒中的能使靶靶细细胞胞发发生生恶恶性性转转化的基因化的基因.用三个小写字母表示癌基因名称用三个小写字母表示癌基因名称,如如myc,fos,ras,src等等抑癌基因抑癌基因:是一类抑制细胞过度生长是一类抑制细胞过度生长,增殖从而增殖从而遏制肿瘤形成的基因遏制肿瘤形成的基因.如如Rb,P53,P16Rb,P53,P16等等癌基因与抑癌基因之癌基因与抑癌基因之间间一般一般处处于于动态动态平衡状平衡状态态是一种是一种反转录病毒反转录病毒,可引起获得性免疫缺陷综可引起获得性免疫缺陷综合征合征(AIDS,(AIDS,艾滋病艾
16、滋病).).反反转录转录酶酶在在基因工程基因工程,分子病的分子病的基因治基因治疗疗方面也方面也有重要作用有重要作用.人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒(HIV)(HIV)反反转录转录的医学意的医学意义义 DNA DNA的的损伤损伤与修复与修复一、一、DNADNA损伤损伤 (DNA damage)生物体受某些理化和生物等外源性生物体受某些理化和生物等外源性因素或机体内因素或机体内环环境改境改变变的影响，引起的影响，引起DNADNA分子分子结结构的任何异常改构的任何异常改变变称称为为DNADNA损伤损伤概念概念O N H N O C H 3 R P O N H N O C H 3 R O N H N
17、 O C H 3 R P N H N O R O C H 3 UV引起引起DNADNA损伤损伤的因素的因素紫外紫外线线(常常产产生生嘧啶嘧啶二聚体二聚体)电电离离辐辐射射(断磷酸二断磷酸二酯键酯键)物理因素物理因素胸腺胸腺嘧啶嘧啶二聚体的二聚体的产产生生化学因素：化学因素：均能干均能干扰扰复制与复制与转录转录功能功能烷烷化化剂剂：(如氮芥如氮芥类类,CTX),CTX)，使，使鸟鸟嘌嘌呤的呤的 N N7 7烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点亚亚硝酸硝酸盐盐：使碱基脱氨使碱基脱氨原原G-CG-C配配对对最最终变为终变为A-TA-T配配对对，导导致致错错配配CCU UA
18、AI IGGX X丝丝裂霉素：裂霉素：与与DNADNA共价共价连连接引起接引起链链交交联联C O HN C CHCHNOUC O N C CHCHNNH2 CANNH2 NNNNOHNNNI（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）N OHNNNHH2NGN OHNNNH HOX（黄嘌呤）（黄嘌呤）NOHNNNI（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）糖苷糖苷键键自行断裂；自自行断裂；自发发脱氨基作用脱氨基作用,C,CU U，A AI I。生物因素：生物因素：目前多指目前多指病毒病毒生理因素：生理因素：机率极低机率极低突突变变(mutation)(mutation)：有机体基因：有机体基因组组可可遗传遗传的的改改变变，即，即D
19、NADNA序列的改序列的改变变.根据引根据引发发的的原因原因，可将突，可将突变变分分为为：诱发诱发突突变变和和自自发发突突变变。缺失缺失根据根据 DNA分子的改分子的改变变，突，突变变可分可分为为4类类：点突点突变变颠换颠换：异型碱基异型碱基间变间变异异,Pu Py 转换转换：同型碱基同型碱基间变间变异异,Pu Pu Py Py缺失或插入的碱基数不是缺失或插入的碱基数不是3的整的整倍数倍数时时，则则引起引起移移码码突突变变插入插入倒位倒位(或易位或易位)转换转换：同型碱基同型碱基间变间变异异,Pu Pu Py Py 转换转换：同型碱基同型碱基间变间变异异,Pu Pu Py Py 转换转换：同型
20、碱基同型碱基间变间变异异,Pu Pu Py Py 转换转换：同型碱基同型碱基间变间变异异,Pu Pu Py Py 转换转换：同型碱基同型碱基间变间变异异,Pu Pu Py Py基因突基因突变变可能出可能出现现的后果的后果生物体致死生物体致死生物体某些功能生物体某些功能丧丧失失仅仅改改变变基因型，表基因型，表现现型不受影响型不受影响改改变变生物物种，出生物物种，出现现新的生物特征新的生物特征t DNADNA复制复制过过程所程所发发生的突生的突变变(碱基配碱基配对对错误错误)，由核内，由核内DNADNA聚合聚合酶酶以其以其校校读读功功能能予以予以纠纠正正.u 若碱基若碱基错错配配频频发频频发生生或
21、或损伤损伤范范围围大大，则则需采用需采用以下修复方式以下修复方式进进行修复行修复.二、二、DNADNA损伤损伤的修复的修复TTTT光复活光复活酶酶（可可见见光光）T+TT+TDNADNA修复方式修复方式1.1.光修复光修复:2.2.切除修复切除修复：由：由3 3种种酶酶共同参与完成。共同参与完成。特异性核酸内切酶特异性核酸内切酶DNA pol IDNA连接酶连接酶55335533553355335335533553355335533553355335复制复制重组重组DDDP IDNA连接酶连接酶过程过程3.重重组组修复修复：亦称：亦称复制后修复复制后修复4.SOS修复修复：DNA分子受到分子受
22、到较较大范大范围围的的损损伤伤，细细胞胞对对危急状危急状态态所作出的反所作出的反应应。机制机制 引起引起DNA较长较长期的、广泛的突期的、广泛的突变变。SOS调节调节网网诱导产诱导产生的生的DNA聚合聚合酶酶特异性特异性低，低，识别识别碱基能力差碱基能力差,使修复部位仍存在使修复部位仍存在较较多多错错配的碱基，但配的碱基，但细细胞能胞能继续继续生存。生存。后果后果第二节第二节RNARNA的生物合成的生物合成（Biosynthesis of RNA）n n转录转录（transcription）生物体以生物体以DNA的一条链的一条链为模板，以为模板，以NTP为原料合成为原料合成RNA的过程的过程转
23、录转录RNADNA 复制和转录的区别复制和转录的区别 转录的模板和酶转录的模板和酶n n转录以在转录以在DNA的一条链为模板，另一条链的一条链为模板，另一条链为编码链（不转录），这样模板链不总在为编码链（不转录），这样模板链不总在同一条链上，这种转录方式称为同一条链上，这种转录方式称为不对称转不对称转录录 n nDNA双链中按碱基配对规律能指引转录生双链中按碱基配对规律能指引转录生成成RNA的一股单链，称为的一股单链，称为模板链模板链，也称作，也称作有有意义链意义链或或Watson链链。相对的另一股单链。相对的另一股单链是是编码链编码链，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链5GCAGT
24、ACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶（一）原核生物的（一）原核生物的RNA聚合酶聚合酶核心酶核心酶全酶全酶 转录起始转录起始转录延长阶段转录延长阶段亚基脱落亚基脱落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（二）真核生物的（二）真核生物的RNA聚合酶聚合酶
25、 模板与酶的辨认结合模板与酶的辨认结合n n原核生物一个转录区段可视为一个转录单原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为位，称为操纵子操纵子，包括若干个，包括若干个结构基因结构基因及及其上游的其上游的调控序列调控序列5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位，称为的部位，称为启动子启动子开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列
26、原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点辨认位点5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 转录过程转录过程一、原核生物的转录过程一、原核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始1.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板结合与模板结合-35区，区，酶移向酶移向10区，跨入转录起始点区，跨入转录起始点 2.DNA双链解开，双链解开，20bp以下，通常是（以下，通常是（171）bp转录起始过程转录起始过程3.3.在在RNARNA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 5-端端GTPGTP、ATPATP）RN
27、Apol(RNApol(2 2)-DNA-pppGpN-)-DNA-pppGpN-OH 3OH 3 亚基脱落，进入延长阶段亚基脱落，进入延长阶段转录起始复合物转录起始复合物:5 5-pppG-OH+-pppG-OH+NTP NTP 5 5-pppGp-pppGpN N -OH3-OH3 +ppi+ppi（二）转录延长（二）转录延长1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol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+
28、1 +PPi 3.转录空泡转录空泡 DNA/DNADNA/RNA G-CA-TA-U转录空泡转录空泡：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNA RNADNA/DNADNA/RNAG-CA-TA-U5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶5 3 n n依赖依赖Rho()因子因子的转录终止的转录终止n n非依赖非依赖Rho因子因子的转录终止的转录终止（三）转录终止（三）转录终止指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，转转录录产产物物RNA链链从从转转录录复复合合物物上上脱脱落落下来。下来。分
29、类分类ATP1.1.依赖依赖 Rho Rho因子的转录终止因子的转录终止2.非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出的碱基序列，转录出RNA后，后，RNA产物产物形成特殊的结构形成特殊的结构来终止转录。来终止转录。5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGAT
30、GGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.茎环茎环/发夹结构发夹结构UUUU.UUUU.UUUU.UUUU.茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5pppG5 3 3 5 RNA-pol二、真核生物的转录过程二、真核生物的转录过程（一）转录起始（一）转录起始 真真核核生生物物的的转转录录起起始始上上游游区区段段比比原原核核生生物物多多样样化化，转转录录起起始始时时，RNA-polRNA-pol不不直直接接结
31、结合合模模板板，其其起起始始过过程比原核生物复杂。程比原核生物复杂。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)1.1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体2.2.转录因子转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游能直接、间接辨认和结合转录上游区段区段DNADNA的蛋白质，现已发现数百种，的蛋白质，现已发现数百种，统称为统称为反式作用因子反式
32、作用因子反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNARNA聚合酶的，则称为聚合酶的，则称为转录因子转录因子(TF)(TF)参与参与RNA-pol转录的转录的TF 3.3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,PIC)真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直分子直接结合，而需依靠众多的接结合，而需依靠众多的转录因子转录因子。POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，
33、TFH使使CTD磷酸化磷酸化4.拼板理论拼板理论(piecing theory)一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个转录因子。转录因子之间互相结合，个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。转录相应的基因。（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因物大致相似，但因有核膜相隔有核膜相隔，没有，没有转录与翻译同步的现象。转录与翻译同步的现象。RNA-polRNA-pol前移处处都
34、遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到转录延长过程中可以观察到核小核小体移位和解聚体移位和解聚现象。现象。5-AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGUGUGRNA-pol-AATAAA-GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA（三）转录终止（三）转录终止 和转录后修饰密切相关和转录后修饰密切相关一、真核生物一、真核生物mRNA的转录后加工的转录后加工（一）首、尾的修饰（一）首、尾的修饰 5 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp)3 3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(
35、poly A tail)真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基化酶甲基化酶帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi帽子结构（二）（二）mRNA的剪接的剪接1.hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为称为杂化核杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核蛋白体小分子核糖核蛋白体（snRNP）RNARNA剪接场所剪接场所snRNA真核生物结构基因，由若干个编码区
36、和非真核生物结构基因，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编码区再连接后，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。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区CABD2.2.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在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟现，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
37、在剪接过程隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列中被除去的核酸序列鸡卵清蛋鸡卵清蛋白基因白基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的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DNAmRNA3.3.内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为内含子分为4 4类类 I I：主主要要存存在在于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体及及某某些些低低等等真真核生物的核生物的rRNA基因；基因；IIII：也也发发现现于于线线粒粒
38、体体、叶叶绿绿体体，转转录录产产物物是是mRNA；IIIIII：是是常常见见的的形形成成套套索索结结构构后后剪剪接接，大大多多数数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子；IVIV：是是tRNA基基因因及及其其初初级级转转录录产产物物中中的的内内含含子，剪接过程需酶及子，剪接过程需酶及ATP。4.4.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。snRNP与与hnRNA结合成为剪接体结合成为剪接体UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OH
39、GpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工也称为分化加工5.mRNA的编辑的编辑(mRNA editing)人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 0
40、00）mRNA编辑编辑二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNaseP、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU（4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U 11OHOCH2OHOHNNOO三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rR
41、NArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S45S-rRNA具有酶促活性的具有酶促活性的RNA称为核酶称为核酶四、核酶四、核酶(ribozyme)核酶作用的基础核酶作用的基础锤头结构锤头结构底物部分底物部分通常为通常为6060个核苷酸左右个核苷酸左右同同一一分分子子上上包包括括有有催催化化部份和底物部份部份和底物部份 催催化化部部份份和和底底物物部部份份组组成锤头结构成锤头结构 核酶研究的意义核酶研究的意义n n核酶的发现，对中心法则作了重要核酶的发现，对中心法则作了重要补充；补充；n n核酶的发现是对传统酶学的挑战；核酶的发现是对传统酶学的挑战；n n利用核酶的结构设计合成人工核酶利用核酶的结构设计合成人工核酶 人工设计的核酶人工设计的核酶粗线粗线表示合成的核酸分子表示合成的核酸分子细线表示天然的核酸分子细线表示天然的核酸分子X X 表示一致性序列表示一致性序列箭头表示切断点箭头表示切断点