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1、会计学1核酸的生物核酸的生物(shngw)合成合成第一页，共73页。中心法则中心法则(zhn xn f z)(zhn xn f z)n n生物的遗传信息从生物的遗传信息从 DNA DNA传递给传递给n n mRNA mRNA的过程称为转录。根据的过程称为转录。根据n n mRNA mRNA链上的遗传信息合成蛋链上的遗传信息合成蛋n n 白质的过程，被称为翻译和白质的过程，被称为翻译和n n 表达。表达。19581958年年CrickCrick将生物将生物n n 遗遗传传信信息息的的这这种种传传递递方方式式(fngsh)(fngsh)称称为为中心法则。中心法则。第1页/共72页第二页，共73页。
2、Reverse transcription第2页/共72页第三页，共73页。第一节第一节 DNA的生物的生物(shngw)合成合成一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制(fzh)(fzh)复制复制(fzh)(fzh)时期时期 1.半保留半保留(boli)复制的证明复制的证明第3页/共72页第四页，共73页。DNA半保留复制(fzh)的证据二：未复制未复制(fzh)的的DNA已复制已复制(fzh)的的DNA已复制的已复制的DNA第4页/共72页第五页，共73页。2.DNA2.DNA生物合成生物合成(hchng)(hchng)的基本问题的基本问题l 模板模板l 引物引物l dNTP dNTP
3、l DNA DNA聚合酶聚合酶l Mg2 Mg2l在在5-35-3方向方向(fngxing)(fngxing)延伸延伸二、原核细胞二、原核细胞DNADNA的复制的复制(fzh)(fzh)合成合成 1.1.原核原核DNADNA聚合酶聚合酶2.2.复制的复杂性复制的复杂性 第5页/共72页第六页，共73页。l 复制方向：复制方向：单起点、双向或单向复制单起点、双向或单向复制l 引物（引物（primerprimer）及引物酶）及引物酶(primase)(primase)l 引物的切除与连接引物的切除与连接 5 53 3外切酶外切酶 切除引物切除引物 （DNADNA聚合酶聚合酶）DNADNA连接酶连接
4、酶 （大肠杆菌（大肠杆菌DNADNA连接酶连接酶/T/T4 4连接酶）连接酶）l 复制的起始复制的起始 辨识起点（富含辨识起点（富含ATAT区）区）解旋（拓扑异构酶）解旋（拓扑异构酶）解链解链 单链结合蛋白（单链结合蛋白（SSBSSB）第6页/共72页第七页，共73页。第7页/共72页第八页，共73页。第8页/共72页第九页，共73页。第9页/共72页第十页，共73页。5533第10页/共72页第十一页，共73页。l 冈崎片段与半不连续冈崎片段与半不连续(linx)(linx)复制（复制（okazaki 1968okazaki 1968年）年）第11页/共72页第十二页，共73页。第12页/共
5、72页第十三页，共73页。第13页/共72页第十四页，共73页。2.DNA复复制制(fzh)的的延延伸伸第14页/共72页第十五页，共73页。三、真核三、真核DNADNA的复制的复制(fzh)(fzh)合合成成 真核真核DNADNA的合成的基本过程类似于原核的合成的基本过程类似于原核DNADNA，不同之处：不同之处：多复制起点多复制起点(qdin)(qdin)至少有五种聚合酶至少有五种聚合酶 端粒的复制依赖于端粒酶端粒的复制依赖于端粒酶真核生物真核生物(shngw)DNA聚合酶聚合酶亚基数44425分子量（KD)25036-38160-300170256细胞内定位核核线粒体核核53聚合活性35
6、外切活性功能复制、引发修复复制复制复制第15页/共72页第十六页，共73页。第16页/共72页第十七页，共73页。DNADNA复制复制(fzh)(fzh)过程过程第17页/共72页第十八页，共73页。真核生物真核生物(shngw)DNA(shngw)DNA复制叉结构示意图复制叉结构示意图第18页/共72页第十九页，共73页。真核生物的端粒和端粒酶真核生物的端粒和端粒酶端粒端粒(telomere)是真核生物染色体线性是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构分子末端的结构 富含富含GC的重复序列的重复序列人：人：(TTAGGG)n端粒酶端粒酶(telomerase)RNA-蛋白质复合物蛋白质复合物
7、 既有模板，又有逆转录酶既有模板，又有逆转录酶以自身以自身(zshn)的的RNA为模板延长为模板延长DNA单单链，然后反折为双链链，然后反折为双链,爬行模式爬行模式端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关第19页/共72页第二十页，共73页。第20页/共72页第二十一页，共73页。四、反转录四、反转录(zhun l)(zhun l)作用（作用（RNARNA指导下的指导下的DNADNA合成）合成）1970 1970年，年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore在致癌在致癌RNARNA病毒病毒(bngd)(bngd)中发现了反转录酶（中发现了反
8、转录酶（Reverse TranscriptaseReverse Transcriptase）1.DNA 1.DNA聚合酶特性聚合酶特性 需引物（需引物（tRNAtRNA）、）、dNTPdNTP、模板（、模板（RNARNA、DNADNA）、）、5-35-3方向聚合方向聚合 2.2.杂交分子杂交分子H H键断开键断开 常由核糖核苷酶常由核糖核苷酶H H（RNAase HRNAase H）专一切除）专一切除RNA-DNARNA-DNA分子中的分子中的RNA,RNA,全部或部分去除全部或部分去除RNARNA 3.3.前病毒前病毒DNADNA 合成合成(hchng)(hchng)的的DNADNA链称负
9、链链称负链,然后由依赖然后由依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶催化下聚合酶催化下,以负链为模板合以负链为模板合成成(hchng)(hchng)一正链这样形成的一正链这样形成的DNADNA称前病毒称前病毒DNA,DNA,前病毒前病毒DNADNA可嵌入宿主细胞可嵌入宿主细胞DNADNA中中(称整合称整合)或潜伏于宿主细胞用其负链或潜伏于宿主细胞用其负链(依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶)出出RNA,RNA,合成合成(hchng)(hchng)外壳蛋白外壳蛋白.1.1第21页/共72页第二十二页，共73页。第22页/共72页第二十三页，共73页。五、五、DNA的损伤的损伤(sns
10、hng)与修复与修复1.DNA1.DNA1.DNA1.DNA的损伤与突变的损伤与突变的损伤与突变的损伤与突变 损伤可造成突变或致死损伤可造成突变或致死损伤可造成突变或致死损伤可造成突变或致死 突变（突变（突变（突变（mutationmutationmutationmutation）：指一种遗传状态，可以）：指一种遗传状态，可以）：指一种遗传状态，可以）：指一种遗传状态，可以(ky)(ky)(ky)(ky)通过复制而遗传的通过复制而遗传的通过复制而遗传的通过复制而遗传的DNADNADNADNA结构的任何永久性改变。携带突结构的任何永久性改变。携带突结构的任何永久性改变。携带突结构的任何永久性改变
11、。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。损伤原因损伤原因损伤原因损伤原因物理（紫外（见下页）、高能射线、电离辐射）物理（紫外（见下页）、高能射线、电离辐射）物理（紫外（见下页）、高能射线、电离辐射）物理（紫外（见下页）、高能射线、电离辐射）化学（烷基化试剂、亚硝酸盐、碱基类似物）化学（烷基化试剂、亚硝酸盐、碱基类似物）化学（烷基化试剂、亚硝酸盐、碱基类似物）化学（烷基化试剂、亚硝酸盐、碱基类似物）生物因素（碱基对置换、碱基的插入生物因素（碱基对置换、碱
12、基的插入生物因素（碱基对置换、碱基的插入生物因素（碱基对置换、碱基的插入/缺失造成移码）缺失造成移码）缺失造成移码）缺失造成移码）第23页/共72页第二十四页，共73页。l当当DNADNA受到大剂量紫外线（波长受到大剂量紫外线（波长260nm260nm附近）照射时，可引起附近）照射时，可引起DNADNA链上相邻的两个链上相邻的两个(lin(lin)嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，例如嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，例如TTTT二聚体。二聚体。第24页/共72页第二十五页，共73页。2.DNA损伤损伤(snshng)修复修复n n光复活光复活n n切除修复切除修复(xif)n n重组修复重组修复(x
13、if)n nSOS修复修复(xif)第25页/共72页第二十六页，共73页。GATCCTAGCH3AGATCCTAGGATCCTAGGATCCTCGGCGAGC1.错配修复机制错配修复机制(jzh)GATC第26页/共72页第二十七页，共73页。光复活（光复活（photoreactivation）n n可见光（最有效波长400nm）激活生物界广泛分布（高等(godng)哺乳动物除外）的光复活酶，该酶分解嘧啶二聚体。n n是一种高度专一的修复形式，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚体。第27页/共72页第二十八页，共73页。切除切除(qich)修复（修复（excision repair）n n即
14、在一系列酶的作用下，将即在一系列酶的作用下，将DNADNA分子中受损伤的部分切分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的那一段为除掉，并以完整的那一段为模板，合成出切去的部分，模板，合成出切去的部分，从而从而(cng r)(cng r)使使DNADNA恢复正恢复正常。这是一种比较普遍的修常。这是一种比较普遍的修复机制。复机制。n n细胞的修复功能对于保护遗细胞的修复功能对于保护遗传物质传物质DNADNA不受破坏有重要不受破坏有重要意义。意义。第28页/共72页第二十九页，共73页。重组重组(zhn z)修复（修复（recombination repair）n n又称复制后修复又称复制后修复（post
15、replication repairpostreplication repair）n n受损伤的受损伤的DNADNA在进行复制时，跳在进行复制时，跳过损伤部位，在子代过损伤部位，在子代DNADNA链与损链与损伤相对应部位出现缺口。通过伤相对应部位出现缺口。通过分子间重组，从完整的母链上分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至子将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再用合成的链的缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上母链的空缺，多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即重复此过程即重复(chngf)(chngf)修复。修复。并非完全校正。并非完全校正。第29页/共72页第三十页，共73页。S
16、OSSOS修复修复(xif)(xif)n n指指DNADNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种一种DNADNA修复方式，修复结果修复方式，修复结果(ji gu)(ji gu)只是能维持基只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，又称倾错性修复（多，又称倾错性修复（Error-Prone Repair Error-Prone Repair）。）。第30页/共72页第三十一页，共73页。3.3.基因重组基因重组(zhn z)(zhn z)与与DNADNA克隆（基克隆（基因工程）因工程
17、）n n限制性内切酶限制性内切酶n n 能识别能识别DNA特定特定(tdng)核苷酸序列核苷酸序列的核酸内切酶的核酸内切酶分布：主要在微生物中。特点(tdin)：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。第31页/共72页第三十二页，共73页。vv一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割的切割的切割的切割(qig)(qig)(qig
18、)(qig)点上将点上将点上将点上将DNA DNA DNA DNA 分子切断。目前已发现的限制酶分子切断。目前已发现的限制酶分子切断。目前已发现的限制酶分子切断。目前已发现的限制酶有有有有400400400400500500500500多种。多种。多种。多种。第32页/共72页第三十三页，共73页。运载体种类运载体种类(zhngli)：质粒、噬菌体和动植：质粒、噬菌体和动植物病毒。物病毒。质粒的特点质粒的特点质粒的特点质粒的特点:细胞染色体外能自主复细胞染色体外能自主复细胞染色体外能自主复细胞染色体外能自主复 制的小型环状制的小型环状制的小型环状制的小型环状 DNADNADNADNA分子；分子
19、；分子；分子；质粒是基因工程中最常用的运载体；质粒是基因工程中最常用的运载体；质粒是基因工程中最常用的运载体；质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；存在于许多细菌存在于许多细菌存在于许多细菌存在于许多细菌(xjn)(xjn)(xjn)(xjn)及酵母菌等生物中；及酵母菌等生物中；及酵母菌等生物中；及酵母菌等生物中；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。质粒的复制只能在宿主细胞内
20、完成。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。第33页/共72页第三十四页，共73页。l l DNA DNA重组重组(zhn(zhn z)z)与克隆与克隆从细胞从细胞从细胞从细胞(xbo)(xbo)(xbo)(xbo)中分中分中分中分离出离出离出离出DNADNADNADNA限制酶截取限制酶截取限制酶截取限制酶截取DNADNADNADNA片断片断片断片断分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒 DNA DNA DNA DNA重组重组重组重组用重组质粒用重组质粒用重组质粒用重组质粒转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌培养大
21、肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因重组体的筛选重组体的筛选重组体的筛选重组体的筛选第34页/共72页第三十五页，共73页。PCR(polymerase Chain PCR(polymerase Chain reaction)reaction)聚合酶链式反应聚合酶链式反应聚合酶链式反应聚合酶链式反应(lin sh f(lin sh f n n yng)yng)PCRPCR也称体外酶促基因扩增，原理类似天然也称体外酶促基因扩增，原理类似天然DNADNA复制。靶复制。靶DNADNA分子变性后解链，两条单链分子变性后解链，两条单链DNADNA分别
22、与两条引物互补结合，分别与两条引物互补结合，在在4 4种种dNTPdNTP存在和合适和条件下，由耐热的存在和合适和条件下，由耐热的Taq DNATaq DNA聚合酶聚合酶催化催化(cu hu)(cu hu)引物由引物由5 5 3 3 扩增延伸，形成两条新的扩增延伸，形成两条新的双链双链DNADNA分子，并作为下一循环的模板。每经过一个变性、分子，并作为下一循环的模板。每经过一个变性、复性、延伸循环，模板复性、延伸循环，模板DNADNA增加一倍。经过增加一倍。经过30305050个循环，个循环，可使原可使原DNADNA量增加量增加106106109109倍。倍。PCRPCRPCRPCR的主要步骤
23、：的主要步骤：的主要步骤：的主要步骤：模板模板模板模板DNADNADNADNA的变性的变性的变性的变性(binxng)(binxng)(binxng)(binxng)一般选用一般选用一般选用一般选用95959595左右左右左右左右1min1min1min1min，使，使，使，使DNA DNA DNA DNA 双链解为单链双链解为单链双链解为单链双链解为单链 复性复性复性复性 按引物实际情况确定适当温度，时间一般按引物实际情况确定适当温度，时间一般按引物实际情况确定适当温度，时间一般按引物实际情况确定适当温度，时间一般30s30s30s30s至至至至1.5min1.5min1.5min1.5mi
24、n 延伸延伸延伸延伸 一般一般一般一般72 1min72 1min72 1min72 1min 循环数循环数循环数循环数 按初始模板浓度确定，一般按初始模板浓度确定，一般按初始模板浓度确定，一般按初始模板浓度确定，一般2525252545454545之间之间之间之间第35页/共72页第三十六页，共73页。第36页/共72页第三十七页，共73页。PCRPCR的引物设计的引物设计 PCR PCR扩增产物的特异性主要由引物决扩增产物的特异性主要由引物决定，引物的设计是定，引物的设计是PCRPCR成功的关键，成功的关键，引物位置和产物长度引物位置和产物长度(chngd)(chngd)根据不同目的和要求
25、确定，长度根据不同目的和要求确定，长度(chngd)(chngd)一般在一般在200200800bp800bp之间之间 引物的长度引物的长度(chngd)(chngd)一般为一般为181825bp25bp 末端核苷酸末端核苷酸 3 3端不得有任何修饰端不得有任何修饰 G GC C含量和含量和TmTm值值 一般在一般在404060%60%之间，两条相差之间，两条相差2 23 3 第37页/共72页第三十八页，共73页。第二节第二节 RNA RNA的生物的生物(shngw)(shngw)合合成成DNADNA携带的遗传信息（基因）传递给携带的遗传信息（基因）传递给RNARNA分子的过分子的过程称转录
26、（程称转录（transcription transcription）。）。在生物界，在生物界，RNARNA合成有两种方式：一是合成有两种方式：一是DNADNA指导指导的的RNARNA合成，此为生物体内的主要合成方式。另合成，此为生物体内的主要合成方式。另一种是一种是RNARNA指导的指导的RNARNA合成，此种方式常见于病毒。合成，此种方式常见于病毒。转录产生转录产生(chnshng)(chnshng)的初级转录本是的初级转录本是RNARNA前体前体（RNA precursorRNA precursor），需经加工过程），需经加工过程（processingprocessing）方具有生物学活性
27、。）方具有生物学活性。第38页/共72页第三十九页，共73页。反应体系：反应体系：DNA模板模板,NTP,酶，酶，Mg2+,Mn2+，合成方向，合成方向 53。连接方式。连接方式-3,5磷酸二酯键。磷酸二酯键。转录特点：不对称转录特点：不对称(duchn)转录转录-DNA片段转录时，双链片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称(duchn)转录。转录。模板链模板链(template strand)及反意义链及反意义链(antisense strand):指导指导RNA合成的合成的DNA链为模板链，又称反意义链。链
28、为模板链，又称反意义链。编码链编码链(coding strand)及有意义链及有意义链(sense strand)：不作为转：不作为转录的另一条录的另一条DNA链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于链为编码链，又称有意义链。由于基因分布于不同的不同的DNA单链中，即某条单链中，即某条DNA单链对某个基因是模板链，而单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。对另一个基因则是编码链。原料：四种磷酸核苷原料：四种磷酸核苷NTP,DNA中的中的T在在RNA合成中变为合成中变为U 合成过程合成过程:连续，连续，方向：方向：53从头合成从头合成,5末端的起始核苷酸常为末端的起始核苷酸常为GTP或
29、或ATP一、转录基本一、转录基本(jbn)(jbn)特点特点第39页/共72页第四十页，共73页。第40页/共72页第四十一页，共73页。第41页/共72页第四十二页，共73页。n n不对称转录不对称转录n n“转录单位转录单位”（transcription unittranscription unit）n n 以操纵子（以操纵子（operonoperon）为转录的功能单位）为转录的功能单位,结构上结构上包括四个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动包括四个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、操作(cozu)(cozu)子、终止子和调节基因。子、终止子和调节基因。n n原核原核RNA
30、RNA聚合酶聚合酶n n转录过程转录过程二、原核细胞二、原核细胞RNARNA转录合成转录合成(hchng)(hchng)特点特点第42页/共72页第四十三页，共73页。调节基因调节基因启动子启动子操纵操纵基因基因lacZ lacYlacACAPcAMPCAP-cAMPCAP-cAMP复合物复合物mRNAmRNA+-半乳糖苷酶-半乳糖苷透过酶-半乳糖苷乙酰基转移酶酶forwardforward第43页/共72页第四十四页，共73页。大肠杆菌的大肠杆菌的RNARNA聚合酶聚合酶 全酶由全酶由5 5种亚基种亚基22 组成，组成，因子与其它因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与部分的结合不是十分紧
31、密，它易于与22分离，没分离，没有有、亚基的酶称为核心酶亚基的酶称为核心酶只催化链的延长，对只催化链的延长，对起始起始(q sh)(q sh)无作用。无作用。五种亚基的功能分别为：五种亚基的功能分别为：亚基：与启动子结合功能。亚基：与启动子结合功能。亚基：含催化部位，起催化作用，催化形亚基：含催化部位，起催化作用，催化形 成磷酸二酯成磷酸二酯键。键。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：与亚基：与DNADNA模板结合功能。模板结合功能。亚基：识别起始亚基：识别起始(q sh)(q sh)位点。位点。第44页/共72页第四十五页，共73页。识别识别解链解链起始起始
32、(q sh)延伸延伸终止终止第45页/共72页第四十六页，共73页。1.1.1.1.起始位点的识别起始位点的识别起始位点的识别起始位点的识别 识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部分组成：组成：组成：组成：-35-35-35-35序列提供了序列提供了序列提供了序列提供了RNARNARNARNA聚合酶全酶识别的信号聚合酶全酶识别的信号聚合酶全酶识别的信号聚合酶全酶识别的信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)；-10-10-10-10序列是酶的紧密结
33、合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含ATATATAT碱基，碱基，碱基，碱基，利于双链打开）；第三部分是利于双链打开）；第三部分是利于双链打开）；第三部分是利于双链打开）；第三部分是RNARNARNARNA合成的起始点。合成的起始点。合成的起始点。合成的起始点。35+1转录起始点转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框2.2.2.2.转录起始转录起始转录起始转录起始 加入的第一个核苷三磷酸常是加入的第一个核苷三磷酸常是加入的第一个核苷三磷酸常是加入的
34、第一个核苷三磷酸常是GTPGTPGTPGTP或或或或ATPATPATPATP。所形成的启动子、全酶和核苷三磷。所形成的启动子、全酶和核苷三磷。所形成的启动子、全酶和核苷三磷。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，亚基就会被释放亚基就会被释放亚基就会被释放亚基就会被释放(shfng)(shfng)(shfng)(shfng)脱离核心酶。脱离核心
35、酶。脱离核心酶。脱离核心酶。第46页/共72页第四十七页，共73页。-35-10pppG或pppA5 55 53 33 3模板链模板链E 3.3.链的延伸链的延伸 以以NTPNTP为原料和能量为原料和能量,DNA,DNA模板模板(mbn)(mbn)链为模板链为模板(mbn)(mbn)，靠核心酶的催化，核苷酸间通过，靠核心酶的催化，核苷酸间通过3,5-3,5-磷酸二酯键成核糖核酸链磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)(RNA)第47页/共72页第四十八页，共73页。4.4.4.4.转录转录转录转录(zhun l)(zhun l)(zhun l)(zhun l)终止终止终止终止 转录转录转录转录(zh
36、un l)(zhun l)(zhun l)(zhun l)终止信号有两种情况终止信号有两种情况终止信号有两种情况终止信号有两种情况 弱终止子：依赖弱终止子：依赖弱终止子：依赖弱终止子：依赖因子（终止因子，因子（终止因子，因子（终止因子，因子（终止因子，terminatorsterminatorsterminatorsterminators）的）的）的）的终止终止终止终止 NusA NusA NusA NusA蛋白识别蛋白识别蛋白识别蛋白识别DNADNADNADNA链上的终止信号，在链上的终止信号，在链上的终止信号，在链上的终止信号，在因子帮助终止。因子帮助终止。因子帮助终止。因子帮助终止。强终
37、止子：（强终止子：（强终止子：（强终止子：（1 1 1 1）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含G-CG-CG-CG-C的的的的回文区域。（回文区域。（回文区域。（回文区域。（2 2 2 2）富含）富含）富含）富含G-CG-CG-CG-C的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的dAdAdAdA碱基碱基碱基碱基序列，它们转录序列，它们转录序列，它们转录序列，它们转录(zhun l)(zhun l)(zhun l)(zhun l)的的的的RNARNARNARNA链的末端为一连串链的末端为一连串
38、链的末端为一连串链的末端为一连串U U U U（连续（连续（连续（连续6 6 6 6个）。个）。个）。个）。第48页/共72页第四十九页，共73页。三、真核生物的转录三、真核生物的转录(zhun l)作用作用酶类分布产物活性分子量(KDa)反应条件核仁核质核质rRNA（5.8S、18S、28S）mRNAtRNA、5SrRNA5070204010500700700低离子强度要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度1.1.真核真核RNARNA聚合酶聚合酶2.2.转录转录 真核真核RNARNA转录基本过程与原核类似，但其产生的转录基本过程与原核类似，但其产生的mRNAmRNA为为“单顺反子单顺
39、反子”，只编码，只编码(bin m)(bin m)一条肽链。一条肽链。第49页/共72页第五十页，共73页。四、转录四、转录(zhun l)过程的选择过程的选择性抑制剂性抑制剂 放线菌素放线菌素D D利福平利福平鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱原核原核抑制抑制抑制抑制不抑制不抑制真核真核抑制抑制不抑制不抑制抑制抑制RNARNA聚合酶聚合酶第50页/共72页第五十一页，共73页。五、转录五、转录(zhun l)产物的产物的“加工加工”（成熟（成熟过程）过程）在细胞内，由在细胞内，由RNARNA聚合酶合成的原初转录物（聚合酶合成的原初转录物（primary primary transcripttranscript
40、）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、5 5和和3 3末末端的切除和特殊结构端的切除和特殊结构(jigu)(jigu)的形成、核苷的修饰、以及拼接的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的和编辑等过程，才转变为成熟的RNARNA分子。此过程总称为分子。此过程总称为RNARNA的的成熟或称为成熟或称为RNARNA的转录后加工。的转录后加工。原核生物的原核生物的mRNAmRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。翻译（半寿期短）。rRNA前体的转录前体的转录(zhun l)后加工后加工tR
41、NA前体的加工前体的加工真核真核mRNA前体的加工前体的加工 第51页/共72页第五十二页，共73页。n nrRNArRNA前体的加工前体的加工n nrRNArRNA基因之间以纵向基因之间以纵向(zn xin)(zn xin)串联的串联的方式重复排列。方式重复排列。n n加工过程：加工过程：n n 1 1、剪切作用：需核酸酶参与。、剪切作用：需核酸酶参与。2 2、甲基化修饰：修饰在碱基上。、甲基化修饰：修饰在碱基上。3 3、自我剪接：一种核酶的作用。、自我剪接：一种核酶的作用。原核原核rRNArRNA加工：加工：rRNArRNA含非转录的间含非转录的间隔区，其产物中含隔区，其产物中含tRNAt
42、RNAn n 真核真核rRNArRNA加工：加工：n n 1.5S 1.5S自成体系加工少无修饰和剪接。自成体系加工少无修饰和剪接。2.45S2.45S加工中含剪切和甲基化修饰，加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶。需核酸酶。第52页/共72页第五十三页，共73页。大肠杆菌(d chn n jn)rRNA前体加工真核生物(shngw)rRNA前体加工第53页/共72页第五十四页，共73页。n ntRNAtRNA前体的加工前体的加工n ntRNAtRNA前体在前体在tRNAtRNA剪切酶的作用下，切成剪切酶的作用下，切成一定在小的一定在小的tRNAtRNA分子分子(fnz)(fnz)n n n n
43、33末端加上末端加上CCACCAn n碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用碱基的修饰：甲基化、脱氨和还原作用第54页/共72页第五十五页，共73页。第55页/共72页第五十六页，共73页。l 真核真核mRNAmRNA前体的加工前体的加工(ji gng)(ji gng)n n剪接（剪接（剪接（剪接（SplicingSplicingSplicingSplicing）去除去除去除去除(q ch)(q ch)(q ch)(q ch)内含子，连接外显子内含子，连接外显子内含子，连接外显子内含子，连接外显子n n5555帽端结构的生成（如图）帽端结构的生成（如图）帽端结构的生成（如图）帽端结构的生成（如图）
44、n n3333端多聚端多聚端多聚端多聚A A A A（polyApolyApolyApolyA）的附加）的附加）的附加）的附加第56页/共72页第五十七页，共73页。第57页/共72页第五十八页，共73页。六、六、RNARNA的复制的复制(fzh)(fzh)合成（合成（RNARNA指导的指导的RNARNA合成）合成）v噬菌体噬菌体QQ的的RNARNA复制两阶段复制两阶段v（1 1）其单链）其单链RNARNA可充当可充当mRNAmRNA，利用寄主中的核糖体合成外壳，利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白蛋白(dnbi)(dnbi)和和RNARNA复制酶的复制酶的亚基。亚基。v（2 2）复制酶的）复制酶的
45、亚基可与来自寄主细胞的亚基亚基可与来自寄主细胞的亚基自动自动装配成装配成RNARNA复制酶，可进行复制酶，可进行RNARNA的复制，以分子中单链的复制，以分子中单链RNARNA为为模板（正链），复制出一条新的模板（正链），复制出一条新的RNARNA链（负链），再复制出链（负链），再复制出正链，与外壳蛋白正链，与外壳蛋白(dnbi)(dnbi)组装成新的噬菌体颗粒。组装成新的噬菌体颗粒。v某些某些RNARNA病毒可以以自身病毒可以以自身RNARNA为模板为模板(mbn)(mbn)进行复制。进行复制。v不同的不同的RNARNA病毒复制方式不同病毒复制方式不同5 RNA-5 3 3 RNA+释放释放
46、释放释放35 3 3 5 5 RNA+RNA+RNA-vRNA-及及 RNA+的合成方向均为的合成方向均为5 3第58页/共72页第五十九页，共73页。核酶核酶 n n19821982年年CechCech发现四膜虫发现四膜虫rRNArRNA前体自我剪接作用，前体自我剪接作用，RNARNA有催化作用有催化作用;1983;1983年发现年发现RNase PRNase P中的中的RNARNA可催化可催化tRNAtRNA前体的加工。前体的加工。n n核酶我切割区内有锤头结构（核酶我切割区内有锤头结构（hammer-head structurehammer-head structure），其中），其中的
47、结构特点是：的结构特点是：（1 1）三个茎区形成局部的双链结构；其中含）三个茎区形成局部的双链结构；其中含1313个保守个保守的核苷酸，的核苷酸，N N代表任何核苷酸。代表任何核苷酸。（2 2）图中的箭头表示自我切割位点，位于）图中的箭头表示自我切割位点，位于GUXGUX的的X X外侧，外侧，X X可表示为可表示为C C、U U或或A A，不能是，不能是G G。n n核酶的生物学意义核酶的生物学意义n n 1.RNA 1.RNA为生物催化剂，具有重要为生物催化剂，具有重要(zhngyo)(zhngyo)生物学意义。生物学意义。2.2.打破了酶是蛋白质的传统观念。打破了酶是蛋白质的传统观念。3.
48、3.在生命起源问题上，为先有核酸提供了依据。在生命起源问题上，为先有核酸提供了依据。4.4.为治疗破坏有害基因，肿瘤等疾病提供手段。为治疗破坏有害基因，肿瘤等疾病提供手段。第59页/共72页第六十页，共73页。七、基因表达七、基因表达(biod)转录调转录调控方式控方式n n基因表达调控概述基因表达调控概述n n原核生物以操纵子为单元进行表达和调控，特异原核生物以操纵子为单元进行表达和调控，特异(ty)的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要因素。要因素。n n 乳糖操纵子的调节机制乳糖操纵子的调节机制n n色氨酸操纵子的调节机制色氨酸操纵子的调节机制第60页
49、/共72页第六十一页，共73页。I I调节基因调节基因P P启动子启动子O O操作操作(cozu)(cozu)子子（操作（操作(cozu)(cozu)基因）基因）Z Z、Y Y、A A三种三种结构基因结构基因第61页/共72页第六十二页，共73页。n n阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节n n 当无诱导物乳糖存在时，调节基因编当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白（码的阻遏蛋白（repressor protein）处于活性）处于活性状态，阻止状态，阻止RNA聚合酶与启动基因的结合，聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。则无法启动转录。n n 当有乳糖存在时，当有乳糖存在时，lac操纵
50、子（元）即可被操纵子（元）即可被诱导。乳糖进入细胞，经诱导。乳糖进入细胞，经半乳糖苷酶催化半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与蛋白与O序列解离、转录发生。序列解离、转录发生。n n 异丙基硫代半乳糖苷（异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是一种作用）是一种作用极强的诱导剂，不被细菌代谢极强的诱导剂，不被细菌代谢(dixi)而十而十分稳定，因此被实验室广泛应用。分稳定，因此被实验室广泛应用。n n CAP（代谢（代谢(dixi)产物活化蛋白）的正性产物活化蛋白）的正性