j核酸的生物合成

遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過程中，通過DNA復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補(bǔ)充。

中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細(xì)胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。目錄第四節(jié)

基因工程及分子生物學(xué)技術(shù)簡介第一節(jié)

DNA的生物合成第二節(jié)

RNA的生物合成第三節(jié)

核酸合成的抑制劑第一節(jié)DNA的生物合成

一、DNA的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）三、DNA突變四、DNA的損傷與修復(fù)二、逆轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)下的DNA的合成）一、DNA的半保留復(fù)制

1、概念和實(shí)驗(yàn)依據(jù)

2、原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

3、原核細(xì)胞DNA的復(fù)制的起始點(diǎn)和方式5、DNA復(fù)制的忠實(shí)性6、真核細(xì)胞DNA的復(fù)制

4、原核細(xì)胞DNA的復(fù)制過程（半不連續(xù)復(fù)制）DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補(bǔ)的原則合成兩條與模板鏈互補(bǔ)的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。

原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNApolymetases)（2）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)：啟動RNA引物鏈的合成。

(3）DNA連接酶（DNAligase）（4）DNA解鏈酶(DNAhelicase)(5）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：結(jié)合在解開的DNA單鏈上，防止重新形成雙螺旋。

(6）拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能迅速將DNA超螺旋或雙螺旋緊張狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物復(fù)制的忠實(shí)性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計(jì)，大腸桿菌DNA復(fù)制109-1010堿基對僅出現(xiàn)一個誤差，保證復(fù)制忠實(shí)性的原因主要有以下三點(diǎn):a、DNA聚合酶的高度專一性（嚴(yán)格遵循堿基配對原則）b、DNA聚合酶的校對功能（錯配堿基被3’-5’

外切酶切除）c、起始時以RNA作為引物DNA的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)依據(jù)

1958年Meselson&stahl用同位素示蹤標(biāo)記加密度梯度離心技術(shù)實(shí)驗(yàn),證明了DNA是采取半保留的方式進(jìn)行復(fù)制.[15N]DNA[14N-15N]DNA[14N]DNA[14N-15N]DNA連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋PPi或NMNATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈大腸桿菌復(fù)制起點(diǎn)成串排列的重復(fù)序列

GATCTNTTNTTT成串排列的三個13bp序列共有序列共有序列TTATCCACA

DnaA蛋白結(jié)合位點(diǎn)四個9bp序列DnaB(解螺旋酶)SSB大腸桿菌DNA復(fù)制起點(diǎn)在起始階段的結(jié)構(gòu)模型DNA復(fù)制的方式環(huán)狀

DNA復(fù)制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始點(diǎn)復(fù)制叉的推進(jìn)復(fù)制叉起始點(diǎn)起始點(diǎn)起始點(diǎn)復(fù)制叉復(fù)制叉未復(fù)制DNA單向復(fù)制雙向復(fù)制原核細(xì)胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的合成與延長DNA鏈合成的終止5′RNA引物3′3′DNA連接酶DNA聚合酶Ⅲ全酶核心酶延長因子DNA聚合酶Ⅲ二聚體DNA聚合酶催化的鏈延長反應(yīng)3′5′模板鏈5′RNA引物子鏈3′3′5′5′3′3′5′5′3′大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細(xì)胞的分子統(tǒng)計(jì)數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶Ⅲ（復(fù)合物）109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項(xiàng)目DNA聚合酶的3-5

外切酶水解位點(diǎn)3′3′5′5′錯配堿基3′-5′核酸外切酶水解位點(diǎn)復(fù)制叉處前導(dǎo)鏈和隨后鏈同時合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引物體引物體解旋酶解旋酶DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯配核苷酸真核細(xì)胞DNA復(fù)制的特點(diǎn)多個起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)起點(diǎn)端粒（telemere）復(fù)制端粒酶（telomerase）DNA復(fù)制需要引物，但在線形DNA分子末端不可能通過正常的機(jī)制在引物被降解后合成相應(yīng)的片段.如果沒有特殊的機(jī)制合成末端序列，染色體就會在細(xì)胞傳代中變得越來越短。這一難題是通過端粒酶的發(fā)現(xiàn)才得到了澄清，端粒酶是一種含RNA的蛋白復(fù)合物，實(shí)質(zhì)上是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它能催化互補(bǔ)于RNA模板的DNA片段的合成，使復(fù)制以后的線形DNA分子的末端保持不變。

初步研究表明，人體中生殖細(xì)胞的端粒長度保持不變，而體細(xì)胞的端粒長度則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一個推論是：人的生殖細(xì)胞具端粒酶的活力，體細(xì)胞則否。這一問題的解決無疑會有助于對生命衰老的認(rèn)識。5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒合成的一種模型3′5′TTTTGGGGTTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAAA3′5′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT3′5′AATTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG整合和雜交移位和再雜交端粒合成的完成TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTT5′3′nAA3′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGT5′3′TTCCCCTnAA3′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGT5′3′TTAAAACCCCAAAACCCCAAAACCCCTn進(jìn)一步加工繼續(xù)延伸真核和原核DNA細(xì)胞復(fù)制比較二、逆轉(zhuǎn)錄作用1、概念2、逆轉(zhuǎn)錄酶3、病毒逆轉(zhuǎn)錄過程4、逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義擴(kuò)充了中心法則有助于對病毒致癌機(jī)制的了解與真核細(xì)胞分裂和胚胎發(fā)育有關(guān)逆轉(zhuǎn)錄酶是分子生物學(xué)重要工具酶三種功能依賴DNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶活力依賴RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力

以RNA為模板合成DNA，這與通常轉(zhuǎn)錄過程中遺傳信息從DNA到RNA的方向相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄作用。逆轉(zhuǎn)錄過程中cDNA的合成

依賴RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依賴DNA的DNA聚合酶逆逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期

生活周期RNA衣殼被膜逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯整合入宿主細(xì)胞染色體DNA進(jìn)入細(xì)胞丟失被膜丟失衣殼逆轉(zhuǎn)錄RNARNAcDNA衣殼蛋白被膜蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶

三、DNA的突變

DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導(dǎo)致DNA的復(fù)制以及后來的轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為DNA的突變。它包括由于DNA損傷和錯配得不到修復(fù)而引起的突變，以及由于不同DNA分子之間的交換而引起的遺傳重組。二、誘變劑的作用堿基類似物(baseanalog)

堿基修飾劑(basemodifier)嵌入染料(intercalationdye)

紫外線(ultraviolet)和電離輻射(ionizingradiation)一、突變的類型

堿基對的置換(substitution)

移碼突變(framesshiftmutation)

DNA突變的類型

-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換

-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A

-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T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-顛換堿基對的置換(substitution)移碼突變(framesshiftmutation)四、DNA的損傷與修復(fù)

某些物理化學(xué)因子，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機(jī)理是作用于DNA，造成DNA結(jié)構(gòu)和功能的破壞，稱為DNA的損傷.DNA的修復(fù)主要有以下類型:暗修復(fù)（4）誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）（1）光裂合酶修復(fù)活（2）切除修復(fù)（3）重組修復(fù)

DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶插入酶堿基取代DNA的重組修復(fù)胸腺嘧啶二聚體復(fù)制核酸酶及重組蛋白修復(fù)復(fù)制DNA聚合酶DNA連接酶重組SOS反應(yīng)的機(jī)制靶基因表達(dá)lexA靶基因表達(dá)但產(chǎn)物被分解recA大量表達(dá)RecA促使分解LexA未誘導(dǎo)的細(xì)胞誘導(dǎo)的細(xì)胞靶基因lexA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏recA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏（40個不同的位點(diǎn)被阻遏）LexA(阻遏物)

RecA(輔蛋白酶)單鏈DNAATP第二節(jié)

RNA的生物合成一、DNA指導(dǎo)下RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）二、RNA指導(dǎo)下RNA的合成(RNA的復(fù)制)三、RNA和DNA合成比較一、DNA指導(dǎo)下RNA的合成（轉(zhuǎn)錄）1、概念及DNA的有義鏈和反義鏈2、RNA聚合酶及催化反應(yīng)3、RNA合成過程4、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工5、真核生物的RNA合成轉(zhuǎn)錄的概念和DNA的有義鏈和反義鏈

轉(zhuǎn)錄是在DNA的指導(dǎo)下的RNA聚合酶的催化下，按照鹼基配對的原則，以四種核苷酸為原料合成一條與模板DNA互補(bǔ)的RNA

的過程。RNA的轉(zhuǎn)錄從DNA模板的特定位點(diǎn)開始，并在一定的位點(diǎn)終止。此轉(zhuǎn)錄區(qū)域?yàn)橐粋€轉(zhuǎn)錄單位。

啟動子（promoter)

終止子(terminator)模板鏈（templattestrand）反意義鏈(antisensestrand)有意義鏈(sensestrand)非信息區(qū)DNA5′5′3′3′大腸桿菌RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)示意圖核心酶(α2ββw)起始因子β——和模板DNA結(jié)合β——起始和催化聚合反應(yīng)α——與啟動子結(jié)合全酶(α2ββw)RNA聚合酶催化的反應(yīng)ACGACGUU模板DNA5′3′5′3′新合成RNARNA合成過程起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區(qū)到達(dá)基因終點(diǎn)延長階段53RNA

啟動子（promoter)

終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553離開RNA鏈的延伸圖解3′3′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復(fù)鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長部位原核生物中rRNA前體的加工

甲基化作用專一核酸內(nèi)切酶30S前體17StRNA25S專一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA專一核酸外切酶tRNA前體分子的加工a、切除tRNA前體兩端多余的序列：

5’—端切除幾到10個核苷酸。b、末端添加：3’-端添加CCA序列。c、修飾：形成稀有堿基如DH2。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸內(nèi)切酶的作用表示核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用表示核酸外切酶的作用

表示異構(gòu)化酶的作用

真核細(xì)胞mRNA的加工5′

“帽子”PolyA

3′

順反子(cistron)

m7G-5′ppp-N-3′pAAAAAAA-OH5′端接上一個“帽子”(CAP)結(jié)構(gòu)

3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化剪接：剪去內(nèi)含子(intron)，拼接外顯子(extron)酵母酪氨酸t(yī)RNA前體的加工早轉(zhuǎn)錄本成熟tRNA加工真核生物和原核生物轉(zhuǎn)錄的差別

DNA核核糖體新生蛋白質(zhì)真核生物原核生物mRNA前體轉(zhuǎn)運(yùn)加工mRNAmRNA

真核生物中轉(zhuǎn)錄與復(fù)制在不同的區(qū)域

RNA聚合酶不相同啟動子不同轉(zhuǎn)錄后RNA加工修飾不同噬菌體Q的合成

A.負(fù)鏈的合成B.正鏈的合成病毒的正鏈復(fù)制中間體復(fù)制中間體新合成的正鏈新合成的負(fù)鏈負(fù)鏈第三節(jié)核酸合成的抑制劑核苷酸合成抑制劑氨基酸類似物葉酸類似物堿基和核苷酸類似物嵌合劑烷化劑與DNA模板結(jié)合的抑制劑作用于DNA聚合酶或RNA集合酶的抑制劑抗菌素:如利福平、曲張霉素有機(jī)化合物：如磷羧基乙酸第四節(jié)基因工程及分子生物學(xué)技術(shù)簡介

一、基因工程二、體細(xì)胞克隆技術(shù)三、聚合酶鍵式反應(yīng)（polymerasechainreaction,PCR）一、基因工程簡介

基因工程亦稱遺傳工程，即利用DNA重組技術(shù)的方法，把DNA作為組件，在細(xì)胞外將一種外源DNA（目的基因）和載體DNA重新組合連接（重組），最后將重組體轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞，使外源基因DNA在宿主細(xì)胞中，隨細(xì)胞的繁殖而增殖（cloning，克隆），或最后得到表達(dá)，最終獲得基因表達(dá)產(chǎn)物或改變生物原有的遺傳性狀。

基因工程的操作技術(shù)

基因工程的應(yīng)用與前景基因工程的操作技術(shù)

ForeignDNAtobeinsertedPlansmidvectorJoiningRecombinantDNAmoleculeIntroductionintohostcellsbytransformationofviralinfection

HostchromatemeSlectionforcellscoteiningarecombinantDNAmoleculeCloning+1、體外基因重組

目的基因的制備

載體的構(gòu)建：質(zhì)粒或噬菌體目的基因與載體重組2、重組體DNA的轉(zhuǎn)化增殖和表達(dá)

轉(zhuǎn)化篩選

增殖和基因表達(dá)

大白鼠的生長激素基因插入到一個質(zhì)粒中去，在金屬巰基蛋白啟動子旁邊，這個啟動子被金屬鎘所活化

三、PCR技術(shù)原理示意圖

靶序列變性和引物復(fù)姓循環(huán)1循環(huán)2循環(huán)3變性和引物復(fù)姓鏈延伸Tag酶鏈延伸DNA和RNA合成的比較基因工程的應(yīng)用和前景建立基因文庫?；蛭膸斓慕⒂欣谘芯炕蚪Y(jié)構(gòu)、基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制、個體發(fā)育和繁殖的機(jī)理、疾病發(fā)病機(jī)制等，最終將導(dǎo)致遺傳育種、疾病基因治療發(fā)生革命性進(jìn)步。生產(chǎn)某些珍貴的生化藥物，如干擾素、胰島素、生長激素等。改造生物原有性狀，培育出人類需要的新物種?？寺⊙蚨嗬恼Q生胚胎羊乳腺上皮細(xì)胞（提供DNA）母羊除去細(xì)胞核的卵母細(xì)胞（受體）體外融合植入受體母羊問答題1、比較DNA復(fù)制與RNA轉(zhuǎn)錄的異同。

2、比較DNA聚合酶與RNA聚合酶催化作用的異同。3、DNA復(fù)制的高度準(zhǔn)確性是通過什么來實(shí)現(xiàn)的？4、肽鏈合成后的加工處理主要有哪些方式？5、何謂基因工程？簡述其基本理論、基本過程及應(yīng)用價值名詞解釋中心法則半保留復(fù)制轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄翻譯有意義鏈反意義鏈內(nèi)含子外顯子岡崎片段突變思考題：1、經(jīng)過哪些酶逐步催化，核酸降解為磷酸、戊糖和堿基。2、對比嘌吟與嘧啶從頭合成的異同點(diǎn)。3、嘌吟環(huán)與嘧啶環(huán)中的原子各來自哪些化合物。4、對比復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)。5、簡述DNA復(fù)制的過程。6、簡述RNA轉(zhuǎn)錄的過程。7、DNA聚合酶I的主要作用是什么？8、解釋名詞：中心法則、基因工程、核心酶、啟動子、外顯子、終止子。9、對比名詞：（1）半保留復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制；（2）轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄、不對稱轉(zhuǎn)錄；（3）DNA聚合酶、DNA連接酶、RNA聚合酶一、填空題：1、核酸酶按作用位置分為（）和（）。2、核苷酸在核苷酸酶的作用下降解為（）和（）。3、嘧啶核苷酸合成是先形成（）環(huán)，再添上（），形成中間產(chǎn)物（）。4、逆轉(zhuǎn)錄是以（）為模板合成（）。5、復(fù)制過程是DNA聚合酶（）起作用。6、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄新鏈合成的方向是（）。7、嘌呤環(huán)上各原子來源于（）物質(zhì)。8、原核細(xì)胞rRNA加工中的16SrRNA與核糖體蛋白質(zhì)組成核糖體中的（）S小亞基。二、判斷題