核酸的生物合成專業(yè)知識培訓

核酸的生物合成專業(yè)知識培訓核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第1頁本章主要內容DNA生物合成RNA生物合成核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第2頁第一節(jié)DNA生物合成核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第3頁中心法則（centraldogma）遺傳信息傳遞方向規(guī)律基因表示：是指將遺傳信息由DNA轉錄為RNA、再翻譯成蛋白質過程核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第4頁半保留復制復制起始點（ori)雙向復制半不連續(xù)復制一、復制（replication）（一）DNA復制基礎標準核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第5頁半保留復制

semiconservativereplicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC親代子代核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第6頁DNA半保留復制試驗核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第7頁從復制起始點向2個方向進行雙向復制雙向復制核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第8頁半不連續(xù)復制（semidiscontinousreplication)岡崎片段核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第9頁（二）參加DNA復制主要酶類解旋、解鏈酶類DNA拓撲異構酶解鏈酶單鏈結合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA連接酶核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第10頁1、解旋、解鏈酶類解鏈酶(helicase)解開DNA雙鏈中氫鍵，消耗ATP單鏈結合蛋白（single-strandedDNA-bindingprotein）與單鏈DNA結合，保持模板處于單鏈狀態(tài)，保護復制中DNA單鏈不被核酸酶降解。DNA拓撲異構酶（topoisomerase)復制前：松弛DNA超螺旋，克服扭結現(xiàn)象復制后：TopoII作用下，重新引入超螺旋（需ATP供能）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第11頁核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第12頁解鏈酶DNA拓樸異構酶單鏈DNA結合蛋白

SSB解開、理順

DNA鏈、維持DNA單鏈狀核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第13頁2、引物酶(primase)DNA聚合酶合成新DNA時需要引物（一小段RNA）引物RNA3’-OH末端作為DNA合成起始點引物酶與各種起始蛋白結合形成引發(fā)體引物酶催化合成引物（primer)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第14頁3、DNA聚合酶（DNApolymerase)DNA聚合酶作用特點：模板：解開DNA雙鏈催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合形成3′,5′磷酸二酯鍵新鏈延長方向5/→3/具核酸外切酶活性核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第15頁原核DNA聚合酶①polⅠ：3′→5′外切酶活性，參加DNA修復校正5′→3′外切酶、聚合酶活性，

切除引物并填補空隙含有切口平移作用②polⅡ：生理功效尚不清楚，無酶Ⅰ、Ⅱ時起作用③polⅢ：復制延長中真正起復制作用酶具3/-5/核酸外切酶活性，校正作用核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第16頁DNA復制高保真性機制

DNA模板指導正確選擇堿基配對校讀功效核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第17頁4、DNA連接酶(DNAligase)經(jīng)過3/，5/-磷酸二酯鍵連接互補鏈中DNA片段不能連接單獨存在DNA或RNA單鏈。核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第18頁（三）DNA復制過程模板DNA解旋與解鏈，形成復制叉；形成引發(fā)體，合成RNA引物；按A=T、G=C堿基配對規(guī)則，合成DNA；切除引物、填補空隙、形成岡崎片段；DNA連接酶連接封口，形成長鏈DNA；6.在Tus蛋白參加下，終止復制。(terminusutilizationsubstance)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第19頁DNA復制示意圖拓撲異構酶解鏈酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶Ⅲ單鏈結合蛋白DNA聚合酶Ⅰ前導鏈隨即鏈DNA連接酶岡崎片段引物酶核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第20頁二、逆轉錄(reversetranscription)概念：以RNA為模板合成DNA過程酶：逆轉錄酶依賴RNADNA聚合酶功效RNaseH功效（水解RNA-DNA雜交鏈）依賴DNADNA聚合酶功效核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第21頁逆轉錄酶----------------------------------------RNaseH----------------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------cDNA整合入宿主細胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA

雜交體cDNA雙股cDNA宿主細胞DNA分子整合了cDNA宿主細胞DNA分子逆轉錄酶意義：對中心法則補充有利于基因工程實施逆轉錄過程核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第22頁HIV生活史核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第23頁三、DNA復制與端粒、端粒酶端粒:

是由蛋白質和DNA緊密結合結構端粒酶:

是一個本身攜帶模板RNA逆轉錄酶端粒酶特殊生物學功效：1.端粒酶活性與遺傳信息穩(wěn)定性；2.端粒酶活性與細胞衰老；3.端粒酶活性與腫瘤(telomere、telomerase)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第24頁CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTG-OH(3’)3’----CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT3’----G-OH(3’)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA3’5’DNA5’----TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3’)3’----Furtherpolymerization端粒酶合成端粒爬行模式核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第25頁四、DNA損傷（突變）與修復突變自發(fā)突變(spontaneousmutation)人工誘變(inducedmutation)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第26頁（一）引發(fā)突變原因物理原因：紫外線、各種輻射化學原因：亞硝酸鹽、烷化劑、芳香烴類生物原因：RNA病毒等核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第27頁（二）突變類型點突變(pointmutation)（錯配）轉換(transition)：AG或CT

顛換(transversion)：嘌呤堿嘧啶堿框移突變(frameshiftmutation)缺失、插入1個堿基重排(rearrangement)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第28頁血紅蛋白中遺傳信息異常正常DNA…TGTGGGCTTCTTTTT…mRNA…ACACCCGAAGAAAAA…HbA（β鏈）（氨基末端）蘇脯谷6谷賴異常DNA…TGTGGGCATCTTTTT…mRNA…ACACCCGUAGAAAAA…HbS（β鏈）（氨基末端）蘇脯纈6谷賴鐮刀形紅細胞性貧血核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第29頁HbA與HbS比較核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第30頁由基因重排引發(fā)兩種地中海貧血基因型核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第31頁（三）DNA損傷修復光復活切除修復重組修復SOS修復核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第32頁光修復(photoreactivation)紫外輻射DNA鏈上兩個胸腺嘧啶殘基間形成二聚體光修復酶核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第33頁切除修復核酸內切酶DNApolⅠ，DNAligase(excisionrepair)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第34頁重組修復(recombinationalDNArepair）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第35頁第二節(jié)RNA生物合成（轉錄）(transcription)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第36頁一、參加轉錄主要物質轉錄模板RNA聚合酶底物終止因子核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第37頁（一）轉錄模板轉錄模板：DNA雙鏈中一條模板鏈：DNA雙鏈中含有轉錄功效一條鏈（templatestrand）編碼鏈：貯存有遺傳信息與模板鏈互補一條鏈（codingstrand）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第38頁5/3/3/5/不對稱轉錄：1、RNA分子上只有一條可轉錄2、模板鏈并不總是在同一單鏈上RNA合成方向：5/→3/不對稱轉錄（asymmetrictranscription）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第39頁DNA5′……GGAGTACATGTC…3′（編碼鏈，+,）

3′……CCTCAUGUACAG…5′（模板鏈，-，）↓（轉錄）5′……GGAGUACAUGUC……3′

mRNA

↓（翻譯）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第40頁（二）RNA聚合酶——原核細胞

(RNApolymerase)亞基功效2決定哪些基因被轉錄與轉錄全過程相關′結合DNA模板識別起始點全酶：關鍵酶（2′）+起始因子（）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第41頁類型細胞內定位催化轉錄產(chǎn)物對鵝膏蕈堿反應Ⅰ

核仁rRNA前體耐受Ⅱ

核質mRNA前體極敏感Ⅲ

核質5SrRNAtRNA中度敏感（二）RNA聚合酶——真核細胞核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第42頁（三）底物RNA聚合酶底物（RNA合成原料）：ATP、GTP、CTP、UTP核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第43頁二、轉錄過程轉錄起始2、轉錄延長3、轉錄終止（原核生物）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第44頁②形成第一個3/，5/-磷酸二酯鍵，σ因子脫離全酶（第一個核苷酸：GTP或ATP）①RNA聚合酶識別、結合開啟子-10核苷酸——TATAAT（Pribnow盒）富含AT-35核苷酸——TTGACA開啟子轉錄起始(transcriptioninitiation)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第45頁轉錄起始動畫核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第46頁關鍵酶催化，在模板指導下沿5/-3/方向延伸RNA鏈2、轉錄延長(transcriptionelongation)轉錄空泡核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第47頁終止子非依賴于ρ因子終止子依賴于ρ因子終止子terminator3、轉錄終止（transcriptiontermination）核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第48頁非依賴ρ因子終止1、GC豐富，重復序列2、形成發(fā)夾樣結構核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第49頁依賴與ρ因子終止核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第50頁轉錄全過程核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第51頁真核細胞mRNA前體加工轉錄過程中5/端加帽與3/端加尾修飾mRNA前體：核內不均一RNA（hnRNA）2.切除內含子(intron)，拼接外顯子(exon)非編碼序列編碼序列(hetero–nuclearRNA)核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第52頁m7GpppNmpolyA帽子結構尾巴結構核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第53頁

DNA和RNA生物合成比較(1)

復制轉錄1.原料

dNTPNTP2.模板

DNA兩條鏈DNA一條鏈3.引物

需要RNA引物不需引物4.新連延伸方向

5ˊ→3ˊ5ˊ→3ˊ5.主要酶類

DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解鏈酶類（α2ββˊσ）

引物酶終止因子(ρ)DNA連接酶核酸的生物合成專業(yè)知識培訓第54頁DNA和RNA生物合成比較(2)

復制過程轉錄過程模板DNA解旋與解鏈，σ因子識別起始點,

形成復制叉；帶動全酶解開DNA雙鏈,形成引發(fā)體，促使轉錄起動；合成RNA引物；σ因子隨之脫落下來；3.按A=T、G=C堿基配對在關鍵酶催化下,規(guī)則，合成DNA；