1、第九章第九章 核酸代谢核酸代谢Metabolism of Nucleotides 第四节第四节 DNA的生物合成的生物合成 Biosynthesis of DNA重点内容重点内容 DNA的半保留复制的半保留复制 DNA的合成过程的合成过程 冈崎片段冈崎片段 相关概念相关概念基本知识体系基本知识体系l 基因：基因：合成有功能合成有功能蛋白质多肽链蛋白质多肽链或或RNA所必需的全部所必需的全部核苷酸序列。一般是核苷酸序列。一般是DNA序列序列或或RNA（RNA病毒病毒）l 基因组：一种生物体中的整套遗传信息，一般为一个基因组：一种生物体中的整套遗传信息，一般为一个受精卵或一个体细胞的细胞核中所有受
2、精卵或一个体细胞的细胞核中所有DNA分子的总和分子的总和l 顺反子（顺反子（cistron)与基因相通与基因相通，通常一个顺反子即一，通常一个顺反子即一个基因；定义为：编码单条多肽链的一个遗传功能单个基因；定义为：编码单条多肽链的一个遗传功能单位，即转录单位。位，即转录单位。l 原核生物多顺反子原核生物多顺反子，一条，一条mRNA链编码几种功能相关链编码几种功能相关联的蛋白质；（相反真核生物单顺反子）联的蛋白质；（相反真核生物单顺反子）内含子与外显子内含子与外显子 外显子外显子(exon)：编码序列编码序列 内合子内合子(intron)：插入外显子之间：插入外显子之间非编码序列非编码序列 5-
3、端和端和3-端端非翻译区非翻译区(UTR) 一、一、DNA的半保留复制的半保留复制l 半保留复制提出的实验依据：半保留复制提出的实验依据：1.Meselson和和Stahl （1958） 15NH4Cl标记标记 Ecoli DNA同位同位素标记技术素标记技术2.（15N14N）DNA的的密度梯度离心技术密度梯度离心技术3. Cairna(1963) 利用利用放射性自显影放射性自显影，观察到，观察到Ecoli 染色体染色体DNA复制中间过程复制中间过程4. 细菌培养技术细菌培养技术5. DNA提取技术等提取技术等1. Chargaff（1950）提出）提出DNA碱基组成的规律碱基组成的规律2.
4、Watson和和Crick（ 1953）提出提出DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型，并推测，并推测DNA的半保留复的半保留复制制半保留复制提出的理论依据半保留复制提出的理论依据The Replication of DNA in Escherichia coli . Matthew Meselson & Franklin Stahl Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1958 , 44: 671-682二、二、 DNA半保留复制的定义半保留复制的定义定义：定义： 指遗传物质传代过程中，以母指遗传物质传代过程中，
5、以母链链DNA为模板，按碱基互补配对原为模板，按碱基互补配对原则指导则指导DN A新链的合成，子链新链的合成，子链DNA碱基序列与亲代分子完全一样碱基序列与亲代分子完全一样，但，但一条链来自亲代的一条链来自亲代的DNA链链，另，另一条链是一条链是新合成的链。新合成的链。相对的遗传保守相对的遗传保守绝对的遗传变异绝对的遗传变异DNA半保留复制的特点半保留复制的特点1.亲代亲代DNA两条链均可为模板两条链均可为模板2.方向：方向：5到到3的方向合成新链的方向合成新链3.复制过程是双向进行复制过程是双向进行4.速度：非常迅速速度：非常迅速5.需需DNA或或RNA引物引物6.合成过程是半不连续的合成过
6、程是半不连续的7.DNA由拓扑异构酶催化局部解旋由拓扑异构酶催化局部解旋8.真核线性真核线性DNA末端（端粒）的复制需端粒酶参与末端（端粒）的复制需端粒酶参与三、三、DNA的复制酶之一的复制酶之一 聚合酶：聚合酶：以以DNA为模板，催化新链为模板，催化新链3 ,5 -磷酸二酯磷酸二酯键的生成键的生成（1）原核生物）原核生物DNA聚合酶有三类：聚合酶有三类：DNA聚合酶聚合酶I、聚合酶聚合酶II、聚合酶聚合酶III（pol I、II、III ） 1955年，年，Kornberg 大肠肝菌大肠肝菌 中发现中发现 DNA polymerase I， 获诺贝尔奖。获诺贝尔奖。DNA polymeras
7、e Il 功能功能 1. 5 - 3 聚合酶、聚合酶、 5 - 3 外切酶、外切酶、3 - 5 外切酶外切酶2. DNA损伤的修复损伤的修复3. DNA复制过程中复制过程中RNA引物切除后，空隙的填充引物切除后，空隙的填充l 结构结构1. 单链多肽、球蛋白单链多肽、球蛋白2. 分子量分子量103 103D a3. 含锌原子含锌原子l DNA pol II 与聚合酶I 相似，确切作用不详1970年，德国Rolf Knippers发现l DNA pol III 1. 结构：10种不同亚基组成，呈不对称二聚体2. 分子量：900 103D a3. 功能：与DNA复制有关l DNA pol IV 和
8、pol V（ 1999) DNA修复有关DNA polymerase 家族家族聚合酶活性中心锌指模型聚合酶活性中心锌指模型DNA Polymerase II 蓝色区域蓝色区域 DNA polymeraseIII 的亚基的亚基DNA Polymerase III -SubunitDNA Polymerase III DNA Polymerase III 异二聚体结构异二聚体结构三、三、DNA的复制酶之二的复制酶之二 真核生物真核生物DNA聚合酶聚合酶类别、细胞定位、性质及功能类别、细胞定位、性质及功能DNA聚合酶聚合酶PolPolPolPolPolPol、Pol与与Pol相对分子量相对分子量KD
9、 2503638160300170256细胞内定位细胞内定位细胞核细胞核细胞核细胞核线粒体线粒体细胞核细胞核细胞核细胞核相关酶活性相关酶活性5 3 聚合酶聚合酶有有有有有有有有有有3 5 外切酶外切酶无无无无有有有有有有引发酶引发酶有有无无无无无无无无功能功能引物合引物合成成碱基切碱基切除修复除修复线粒体线粒体DNA合成合成DNA复复制酶制酶修复修复不清楚或损伤旁不清楚或损伤旁路修复路修复三、三、DNA的复制酶之三的复制酶之三引物酶引物酶名称：引发酶（引物酶）名称：引发酶（引物酶）功能：负责合成约功能：负责合成约10个核苷酸的个核苷酸的RNA引物。引物。底物：核苷三磷酸底物：核苷三磷酸结构：引
10、发酶与结构：引发酶与DNA聚合酶聚合酶 形成复合体。形成复合体。能量：能量：NTP三、三、DNA的复制酶之四的复制酶之四连接连接酶酶名称：连接酶（名称：连接酶（DNA ligase）1967年发现年发现功能：功能：将双链将双链DNA的单链切口形成的单链切口形成3 - 5磷酸二酯键磷酸二酯键能量：消耗能量：消耗细菌连接酶以细菌连接酶以NADH为供能者；高等动物和噬菌体以为供能者；高等动物和噬菌体以ATP为供能者为供能者名称：名称：topoisomerase核酸拓扑原因：核酸拓扑原因：DNA复制过程，由于超螺旋的存在，结构紧复制过程，由于超螺旋的存在，结构紧密；解链过程，产生过度拧紧、打结、缠绕、
11、连环等密；解链过程，产生过度拧紧、打结、缠绕、连环等功能：松弛超螺旋、克服复制、合成过程中产生的扭曲张力功能：松弛超螺旋、克服复制、合成过程中产生的扭曲张力 类似核酸内切酶和连接酶的联合作用类似核酸内切酶和连接酶的联合作用类型：类型： 型拓扑异构酶：切割型拓扑异构酶：切割DNA双链中的一股，并适时连双链中的一股，并适时连 接，不需接，不需ATP，不形成超螺旋，参与复制和转录，不形成超螺旋，参与复制和转录 型拓扑异构酶（解旋酶）：切割型拓扑异构酶（解旋酶）：切割DNA双链，并适时双链，并适时连接，连接， 不需不需ATP时，松驰负超螺旋；需时，松驰负超螺旋；需ATP时，引入负超时，引入负超三、三、
12、DNA的复制酶之五的复制酶之五 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶l 拓扑原因拓扑原因l拓扑异构拓扑异构酶酶的作用的作用拓扑异构酶拓扑异构酶的作用的作用三、三、DNA的复制酶之六的复制酶之六 解旋酶解旋酶名称：解螺旋酶（名称：解螺旋酶（helicase）功能：复制叉年解开小段双链功能：复制叉年解开小段双链DNA形成单链，利形成单链，利于于DNA合成合成能量：需要消耗能量：需要消耗三、三、DNA复制之七复制之七 单链结合蛋白单链结合蛋白 名称：单链名称：单链DNA结合蛋白（结合蛋白（single- strand DNA binding protein,SSB） 功能：与单链功能：与单链DN
13、A结合，阻止已解链结合，阻止已解链DNA重新形重新形成双链，保护核酸不被降解成双链，保护核酸不被降解 结构：四聚体蛋白结构：四聚体蛋白八、复制因子八、复制因子C（RFC） 一种装载因子，作为一种装载因子，作为DNA聚合酶聚合酶和和之间的连系物或之间的连系物或纽带，有助于前导链和后随链的同时合成。纽带，有助于前导链和后随链的同时合成。九、核酸酶九、核酸酶H（RNaseH）和盖内切核酸酶（）和盖内切核酸酶（FEN1） 参与去除参与去除RNA引物的作用。引物的作用。 RNaseH降解降解RNA引物引物，留下一个核苷酸连在冈崎片段的末端，由，留下一个核苷酸连在冈崎片段的末端，由FEN1完成完成去除最后
14、一个核苷酸。去除最后一个核苷酸。三、三、DNADNA复制之其他复制之其他四、四、DNA复制有关酶及蛋白因子复制有关酶及蛋白因子原核生物复制体系的组分原核生物复制体系的组分模板模板亲代双链亲代双链DNA，需解旋，需解旋底物底物dATP、dGTP、dCTP、dTTP引物引物提供提供3-OH多种酶多种酶拓扑异构酶、引物酶、拓扑异构酶、引物酶、DNA聚合酶、解螺旋酶、聚合酶、解螺旋酶、DNA连接酶连接酶多种蛋白因子多种蛋白因子单链单链DNA结合蛋白、复制蛋白结合蛋白、复制蛋白A、复制因子、复制因子C及镁离子及镁离子酶及有关蛋白因子酶及有关蛋白因子功功 能能DNA聚合酶聚合酶/引发酶引发酶引发及后随链的
15、部分合成引发及后随链的部分合成DNA聚合酶聚合酶主要的主要的DNA复制酶复制酶拓扑异构酶拓扑异构酶松弛松弛DNA超螺旋，有利于复制超螺旋，有利于复制解螺旋酶解螺旋酶解开解开DNA双螺旋双螺旋单链单链DNA结合蛋白及复制蛋白结合蛋白及复制蛋白A与单链与单链DNA结合，防止再形成双链结合，防止再形成双链复制因子复制因子C（RFC）参与滑动夹子的装配参与滑动夹子的装配增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA）滑动夹，与合成的连续性有关滑动夹，与合成的连续性有关核酸酶核酸酶H（RNaseH）去除去除RNA引物引物盖内切核酸酶盖内切核酸酶I去除去除RNA引物的最后一个核苷酸引物的最后一个核苷酸DNA连接
16、酶连接酶连接冈崎片段及参与修复连接冈崎片段及参与修复真核生物真核生物DNA复制体系复制体系相关概念相关概念 双向复制双向复制(bidirectional replication)：原核生物：原核生物DNA复制是复制是从一个起始点开始，同时向两个方向进行。从一个起始点开始，同时向两个方向进行。 复制起点复制起点(origin)：含有：含有100200个碱基对的一段个碱基对的一段DNA。 原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体DNA有多个有多个复制起始点。新链增长的方向复制起始点。新链增长的方向:5 3 复制子复制子(replicon)：两个起始点之间
17、的：两个起始点之间的DNA片段。人的基片段。人的基因组可能有因组可能有104105个复制子个复制子 复制叉复制叉( replication fork): 复制时双链打开，分开成两股，复制时双链打开，分开成两股，新链沿着张开的模板生成，复制中形成的这种新链沿着张开的模板生成，复制中形成的这种Y字形结构字形结构真核生物复制起点真核生物复制起点五、五、DNA复制过程复制过程三个阶段三个阶段: 1. 起始起始 (Initiation ）2. 延伸延伸（ Elongation ）3. 终止终止（ Termination ）1 1 起始过程起始过程DnaA蛋白蛋白辨认辨认并结合起始位点并结合起始位点防止螺
18、旋回复防止螺旋回复单链结合蛋白单链结合蛋白解链酶、拓扑异构酶解链酶、拓扑异构酶引物合成引物合成引物酶引物酶DNA解链解链起始点起始点oriC的确定的确定复制体的形成复制体的形成连接酶连接酶 Dna A识别识别起始点起始点 Dna B和和Dna C（协助解开（协助解开DNA双链）双链）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物酶SSB3535引发体和引物引发体和引物复制体复制体2 延伸过程延伸过程过程描述：过程描述：DNA聚合酶催化下，解开的聚合酶催化下，解开的DNA单链为模板，单链为模板，四种四种dNTP为原料，新进入的为原料，新进入的 dNTP 与引物与引物 3 OH形成形成磷酸二酯键，由磷酸二酯键，由
19、5 向向3 方向延长子链。方向延长子链。延伸过程：半不连续复制延伸过程：半不连续复制原因：原因： DNA两条链为反向平行，分别称为前导链（两条链为反向平行，分别称为前导链（DNA 链链3 到到5 ）和随从链和随从链 ，DNA聚合酶的合成方向聚合酶的合成方向5 - 3 。 半不连接复制半不连接复制定义定义：随从链的延伸方向与复制叉方向相反，：随从链的延伸方向与复制叉方向相反，先合成小片段然后再在连接酶的作用下连成完整先合成小片段然后再在连接酶的作用下连成完整DNA大分大分子子。 领头链领头链 (leading strand)顺着解链方向生成的子链，复制连续进行，得到连续子链。顺着解链方向生成的子
20、链，复制连续进行，得到连续子链。引物引物随从随从链链 (lagging strand) 复制方向与解链方向相反，须解开足够长度模板链才能继续复制，复制方向与解链方向相反，须解开足够长度模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片段所组成。得到的子链由不连续的片段所组成。冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段（Okazakifragment） 1968年冈崎（日本年冈崎（日本 ）利用电镜及放射自）利用电镜及放射自显影技术，观察到显影技术，观察到DNA复制中出现一些不复制中出现一些不连续的片段，将这些不连续的片段称为冈连续的片段，将这些不连续的片段称为冈崎片段。崎片段。 原核生物的冈崎片段为原核生物的冈崎
21、片段为10002000个核苷个核苷酸，相当于一个顺反子（酸，相当于一个顺反子（cistron），即基），即基因的大小；真核生物长度约因的大小；真核生物长度约100200个核个核苷酸，相当于一个核小体苷酸，相当于一个核小体 DNA大小。大小。 半不连续复制半不连续复制（semidiscontinuous replicaton)3 终止过程终止过程 原核生物原核生物 环状环状DNA双向复制，复制片段在复制终止点汇合双向复制，复制片段在复制终止点汇合 冈崎片段由冈崎片段由DNA聚合酶聚合酶I切除引物，由切除引物，由DNA连接酶连接连接酶连接 真核生物真核生物 染色体染色体DNA呈线性复制，多复制点，
22、复制在末端停止。呈线性复制，多复制点，复制在末端停止。 冈崎片段冈崎片段RNA引物水解：由引物水解：由RNase H降解降解RNA引物，留引物，留下单个核糖由盖内切核酸酶除去下单个核糖由盖内切核酸酶除去 DNA大分子的形成：大分子的形成：DNA连接酶将相邻连接酶将相邻DNA片段连接片段连接形成大分子形成大分子DNA链链DNA复制特点及其他复制特点及其他1.严格遵守碱基配对原则严格遵守碱基配对原则2.复制具有高度保真性复制具有高度保真性3.DNA聚合酶对碱基具有选择性聚合酶对碱基具有选择性4.DNA聚合酶对复制过程具有校读功能聚合酶对复制过程具有校读功能5.细胞自我修复系统（碱基错配概率细胞自我
23、修复系统（碱基错配概率10-1010-8 ）真核与真核与原核原核DNA复制比较复制比较1. 真核真核DNA复制过程更加复杂复制过程更加复杂2. 多复制起点、多蛋白因子（增殖细胞核抗原等）多复制起点、多蛋白因子（增殖细胞核抗原等）3. ORC序列辨认起始点：此序列含有序列辨认起始点：此序列含有11个核苷酸组成个核苷酸组成的保守序列：的保守序列：A（T）TTTATA（G）TTTA（T）4. RNA引物（约引物（约10个核苷酸）形成后，再形成个核苷酸）形成后，再形成1530个个核苷酸的核苷酸的DNA起始片段起始片段真核与真核与原核原核DNA复制比较复制比较5. 存在端粒存在端粒(telomere)结
24、构结构 定义：真核生物染色体线性定义：真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。分子末端的结构。 结构：由末端单链结构：由末端单链DNA序列和蛋白质构成；末端序列和蛋白质构成；末端DNA序序列是多次重复的富含列是多次重复的富含T、G碱基的短碱基的短 序列。序列。 功能：维持染色体的稳定性和功能：维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性复制的完整性6.6. 端粒酶端粒酶(telomerase)催化的延伸催化的延伸爬行过程爬行过程 参与蛋白：端粒酶模板、端粒酶协同蛋白参与蛋白：端粒酶模板、端粒酶协同蛋白 端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶端粒端粒DNA结构及复制结构及复制端粒结构端粒结构端粒重复序列端粒重复
25、序列3 端端端粒复制过程端粒复制过程端粒酶及复制过程端粒酶及复制过程功能：功能：端粒酶含有与端粒端粒酶含有与端粒DNA互补的序列，并具互补的序列，并具有逆转录酶的性质。端有逆转录酶的性质。端粒酶负责端粒粒酶负责端粒DNA合成合成。六、线粒体六、线粒体DNA复制复制-D环复制环复制l 线粒体线粒体DNA有两个复制起点。第二个复制起点开始有两个复制起点。第二个复制起点开始复制时，第一个复制起点已复制至全环复制时，第一个复制起点已复制至全环DNA的的2/3 ，并将外环取代出来，复制过程不对称。电镜下观察此并将外环取代出来，复制过程不对称。电镜下观察此结构似结构似D形，称形，称D环复制。环复制。七、逆
26、转录过程七、逆转录过程定义：以定义：以RNA为模板，按照为模板，按照RNA中的核苷酸顺序中的核苷酸顺序，在逆转录酶的催化下合成在逆转录酶的催化下合成DNA的过程。的过程。 合合成序列称为成序列称为cDNA（互补（互补DNA）发现历史：发现历史：1970年，美国年，美国Temin与与Baltimore 在鸡肉瘤和小鼠白在鸡肉瘤和小鼠白血病病毒等血病病毒等RNA肿瘤病毒中发现肿瘤病毒中发现逆转录酶，并发展了中心法则。逆转录酶，并发展了中心法则。于于1975年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。 逆转录酶逆转录酶功能：功能：1. 以以RNA为模板或以为模板或以DNA为模板的为模板的DNA聚合酶活性聚合酶活
27、性2. 核糖核酸酶核糖核酸酶H（RNaseH）活性：水解模板）活性：水解模板RNA3. DNA内切酶、拓扑异构酶、解链酶和内切酶、拓扑异构酶、解链酶和tRNA结合的结合的活性活性需要引物：需要引物：1.细胞内合成时需宿主细胞多聚细胞内合成时需宿主细胞多聚dT作为引物作为引物2.体外合成可人工合成引物体外合成可人工合成引物逆转录研究的意义逆转录研究的意义 逆转录酶和机制的发现，是分子生物学研究中逆转录酶和机制的发现，是分子生物学研究中的重大发现。的重大发现。 逆转录现象说明：至少在某些生物，逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同样同样兼有遗传信息传代与表达功能。兼有遗传信息传代与表达功能。 分
28、子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。法。 八、八、DNA的损伤与修复的损伤与修复1、DNA损伤定义：损伤定义： 某些理化因素作用下，某些理化因素作用下，DNA结构发生的任何形式改变都结构发生的任何形式改变都 注意区别：突变、进化、淘汰。注意区别：突变、进化、淘汰。 2、DNA损伤的类型损伤的类型 碱基对的更换、碱基的缺失、插入、碱基对的更换、碱基的缺失、插入、DNA链的断裂、链链的断裂、链内或链间的交联、倒位等。内或链间的交联、倒位等。3 3、造成损伤的因素、造成损
29、伤的因素 外因：紫外线、电离、碱基类似物、修饰剂化学诱变剂等外因：紫外线、电离、碱基类似物、修饰剂化学诱变剂等 内因：自发脱碱基、自发脱氨基、复制错配等内因：自发脱碱基、自发脱氨基、复制错配等 。（一）突变是生物进化与分化的分子基础（一）突变是生物进化与分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变形成形成DNA多样性多样性（三）突变是某些疾病的发病基础（三）突变是某些疾病的发病基础（四）突变导致死亡（四）突变导致死亡DNADNA损伤损伤突变的意义突变的意义射线与各种辐射射线与各种辐射 化学因素化学因素造造成成DNA损伤的因素损伤的因素5-FU 6-MP等碱基类似物；等碱基类似
30、物；羟胺类；羟胺类；过氧化物、含巯基化合物等；过氧化物、含巯基化合物等；脱氨剂和烷基化试剂：脱氨剂和烷基化试剂：如亚硝酸类、硫酸二甲酯、如亚硝酸类、硫酸二甲酯、 苯并芘、氮芥类等苯并芘、氮芥类等DNA损伤的修复损伤的修复一定条件下，损伤的一定条件下，损伤的DNA分子恢复正常的过程。分子恢复正常的过程。修复方式：修复方式：1. 直接修复直接修复2. 错配修复错配修复3. 切除修复切除修复4. 重组修复重组修复5. 应急反应（应急反应（SOS）和易错修复）和易错修复利用外条件、酶简单地逆转利用外条件、酶简单地逆转DNA的损伤的损伤光修复酶光修复酶(photolyase) UV直接修复直接修复300
31、600nm切除修复切除修复最普遍的修复方最普遍的修复方式式 需要需要DNA特异内切酶、核酸外切酶、糖苷酶、特异内切酶、核酸外切酶、糖苷酶、DNA聚合酶聚合酶和和DNA连接酶等参与。包括单个核苷酸切除和核苷酸片段切连接酶等参与。包括单个核苷酸切除和核苷酸片段切除修复。除修复。 重组修复重组修复DNA-pol3 555553RecA5553 5replication53555DNA-Pol DNA-Pol DNA-ligaseDNA-ligase355RecBRecB、C CRec ARec A 第一次复制：第一次复制： DNA链损伤部位可能被切除，也可能未被切除。链损伤部位可能被切除，也可能未被
32、切除。 第二次复制：如果损伤留在母链上，复制经过损伤部位时所产生的缺口第二次复制：如果损伤留在母链上，复制经过损伤部位时所产生的缺口还需通过同样的重组过程来弥补，直至损伤被切除修复所消除还需通过同样的重组过程来弥补，直至损伤被切除修复所消除 多次复制：若干代后，即使损伤未从亲代链中除去，在后代细胞中已被多次复制：若干代后，即使损伤未从亲代链中除去，在后代细胞中已被稀释，消除了损伤的影响。稀释，消除了损伤的影响。SOS修复修复诱导修复诱导修复 定义：定义：DNA损伤广泛难复制，由此损伤广泛难复制，由此而诱发出一系列复杂的反应。而诱发出一系列复杂的反应。 在在E. coli，各种与修复有关的基因，
33、各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子，组成一个称为调节子(regulon)的的网络式调控系统。网络式调控系统。 特点：修复特异性低，对碱基的识特点：修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。别、选择能力差。 通过通过SOS修复，复制如能继续，细修复，复制如能继续，细胞可存活。然而胞可存活。然而DNA保留的错误较保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。多，导致较广泛、长期的突变。第五节第五节 RNA的生物合成的生物合成 RNA Transcription重点内容重点内容 DNA指导下指导下RNA的合成的合成（转录）（转录） RNA转录后加工转录后加工 RNA指导下指导下RNA的合成的合成(RN
34、A的复制的复制) 核酸生物合成的抑制剂核酸生物合成的抑制剂一、一、DNA指导下指导下RNA的合成的合成一、一、又称为转录又称为转录：是指在 DNA一条链为模板情况下，在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，以四种核糖核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程。转录单位：转录单位：从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止的转录区域。相关知识点相关知识点结构基因：结构基因：DNA分子中可转录出RNA的区段不对称转录：不对称转录：不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并非固定在某一股链上。模板链：模板链： Watson (W) 链、负链、反意义链编码链：编码链：与模板链互补的DNA
35、链，Crick(C) 链、正链、有意义链 启动子启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)模板链（模板链（templatte strand） 反意义链反意义链(antisense strand)有意义链有意义链(sense strand)5533二、参与转录的酶二、参与转录的酶RNA聚合酶(RNA pol)：依赖DNA的RNA聚合酶，亦称为DNA指导的RNA聚合酶原核生物原核生物 结构：五种亚基2组成，含2个Zn原子功能：催化mRNA、r RNA、tRNA等的合成真核生物真核生物结构:由4-6种亚基组成，含Zn2+分类：RNA聚合酶聚合酶I（ 催化催化r RNA 前体的转
36、录）；前体的转录）； RNA聚聚合酶合酶II （ 催化催化mRNA 前体的转录）；前体的转录）；RNA聚合酶聚合酶III （ 催催化小分子量化小分子量RNA 的转录）的转录）大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶 E.coli RNA Polymerase2个个亚基，参与亚基，参与RNA核心核心酶的组装；参与全酶和启动酶的组装；参与全酶和启动子的牢固结合子的牢固结合亚基亚基 RNA聚合酶的催化中聚合酶的催化中心，可能含有两个结构域心，可能含有两个结构域, 分别负责转录的起始和延伸。分别负责转录的起始和延伸。亚基亚基 RNA聚合酶的催化中心，聚合酶的催化中心，负责核心酶与模板负责核心酶与模板DNA的
37、结合。的结合。因子因子 启动子识别中启动子识别中 起关键性的作用；数起关键性的作用；数量只有核心酶的量只有核心酶的30%。真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的比较聚合酶的比较三、转录过程三、转录过程1、过程分为、过程分为起始、延伸和终止起始、延伸和终止三个三个2、操纵子（转录单位）：从起始位点（启动子）至终止位、操纵子（转录单位）：从起始位点（启动子）至终止位点（终止子）的整个转录区段点（终止子）的整个转录区段3、启动子（、启动子（promoters）：）：可被可被RNA聚合酶识别、结合并启聚合酶识别、结合并启动动RNA转录的特定转录的特定DNA序列。序列。 原
38、核生物启动子约由原核生物启动子约由40个核苷酸序列组成。分三个区：起个核苷酸序列组成。分三个区：起始识别区（始识别区（-35 个核苷酸个核苷酸 识别识别RNA聚合酶）、牢固结合区聚合酶）、牢固结合区（-10 个核苷酸个核苷酸 DNA双链局部解旋）双链局部解旋） 、转录起始区、转录起始区原核生物启动子原核生物启动子 上游上游 下游下游 存在存在两个两个共同顺序共同顺序：1. -25 区区 TATA 盒盒，又称为，又称为 Hogness盒盒，由，由A、T 碱基所组成，其功能与聚合酶的定位有关，碱基所组成，其功能与聚合酶的定位有关，DNA 双链在此解开，并决定转录的起始位点。双链在此解开，并决定转录
39、的起始位点。2. -75区区 CAAT盒盒，一致序列，一致序列为为GGTCAATCT，CAAT 盒与转录的起始频率有关。盒与转录的起始频率有关。3. 真核生物真核生物基因组中还有一基因组中还有一个增强子个增强子（enhancer）序列序列，它能极大地促进启动子的转录活性。，它能极大地促进启动子的转录活性。真核生物的启动子真核生物的启动子真核生物启动子真核生物启动子转录过程（原核生物）转录过程（原核生物）过程一：识别过程一：识别因子识别转录起始点，酶与该区结合后，即滑因子识别转录起始点，酶与该区结合后，即滑动至动至-10区，区，DNA双链解开，启动转录。双链解开，启动转录。 过程二：起始（启动物
40、、全酶和核苷三磷酸三过程二：起始（启动物、全酶和核苷三磷酸三元复合物的形成）元复合物的形成） 起始位点，全酶结合第一个核苷三磷酸起始位点，全酶结合第一个核苷三磷酸GTP或或ATP，并催化其与另外一个三磷酸核苷聚合，并催化其与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个形成第一个3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。 过程三：延伸（过程三：延伸（ RNA-DNA杂交）杂交） RNARNA聚合酶继续沿聚合酶继续沿DNADNA链移动，按照碱基互补原则，不断链移动，按照碱基互补原则，不断聚合聚合RNARNA。合成约。合成约1010个碱基，个碱基， 解离，陆续解离，陆续形成形成RNA-DNA杂交区杂交区过程四：终止过程
41、四：终止 由由终止因子终止因子(因子因子)识别特异的终止信号，并促使识别特异的终止信号，并促使RNA的的释放；或者不依赖释放；或者不依赖 因子，转录终止点处存在相连的富含因子，转录终止点处存在相连的富含GC和和AT的寡聚的寡聚U及发夹形的二级结构，引起及发夹形的二级结构，引起RNA聚合酶变聚合酶变构及移动停止，导致构及移动停止，导致RNA转录的终止。转录的终止。终止因子及终止因子及因子因子l协助协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）称为聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）称为终终止因子止因子 (termination factor)。l 存在两种终止机制：依赖存在两种终止机制：依赖
42、因子与不依赖因子与不依赖因子因子l 因子因子是是RNA聚合酶的一种聚合酶的一种 重要的蛋白质辅助因子。催化重要的蛋白质辅助因子。催化 解开解开DNA-DNA和和RNA-DNA 双螺旋结构。双螺旋结构。大肠杆菌两类终止子结构大肠杆菌两类终止子结构不依赖不依赖 因子因子依赖依赖 因子因子G-C区区U区区真核生物和原核生物转录的区别真核生物和原核生物转录的区别1. 真核生物中转录与复制在不同的区域真核生物中转录与复制在不同的区域2. RNA聚合酶不相同聚合酶不相同3. 启动子不同启动子不同4. 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同四、四、RNA转录后的加工转录后的加工1. 剪切：去除不需要的部
43、位。如：除去内含子剪切：去除不需要的部位。如：除去内含子转录来的序列；转录来的序列；2. 剪接：将成簇排列的基因转录产物切开。如：剪接：将成簇排列的基因转录产物切开。如：核内不均一核内不均一RNA的降解与修饰；的降解与修饰；3. 修饰：核糖或碱在的修饰。如甲基化、羟基修饰：核糖或碱在的修饰。如甲基化、羟基化等。化等。真核细胞真核细胞mRNA的加工的加工5 帽子帽子PolyA 3 AAAAAAA-OH1.剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)2.5端接上端接上 帽子结构帽子结构3.3端添加端添加PolyA尾巴结构尾巴结构,由由RNA末端核苷酸转移酶
44、催化末端核苷酸转移酶催化RNA的拼接的拼接 RNA转录的抑制作用转录的抑制作用RNA的转录抑制剂之一的转录抑制剂之一嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物:RNA的转录抑制剂之二模板功能抑制物的转录抑制剂之二模板功能抑制物 1）烷化剂：氮芥、磺酸酯、氮丙啶、乙撑亚胺等）烷化剂：氮芥、磺酸酯、氮丙啶、乙撑亚胺等 2 ）放线菌素）放线菌素 3）嵌入染料：溴化乙锭等）嵌入染料：溴化乙锭等RNA的转录抑制剂之三的转录抑制剂之三RNA聚合酶的抑制物聚合酶的抑制物 1）利福平霉素：利福平利福平霉素：利福平 2）链霉素）链霉素 3）-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 4）放线菌素）放线菌素复习及作业复习及作业 名词解释名词解释基因，中心法则，半保留复制，半不连续复制复制子，双向复制，冈崎片段，端粒酶，逆转录1. DNA复制有哪些特点？2. DNA的复制过程3. 参与复制起始的各种酶及其功能4. 简述DNA损伤的修复机制DNA和和RNA合成的比较合成的比较名词解释名词解释转录、不对称转录、 RNA聚合酶核心酶、转录启动子、外显子、. 内含于、核酶1.复制与转录过程的异同点。2.原核生物RNA聚合酶各亚基在转录中的作用。3.为何说RNA转录为不对称转录?4.比较真核生物RNA聚合酶的不同点。 复习与作业复习与作业
