核酸生物合成

1、 第十四章第十四章 核酸的生物合成核酸的生物合成 教學基本要求教學基本要求 1. 1.生物體內遺傳信息是如何進行傳遞的生物體內遺傳信息是如何進行傳遞的? ? 2. 2.DNADNA的生物合成主要分為哪幾個階段的生物合成主要分為哪幾個階段? ?需要哪些酶需要哪些酶 的參與，這些酶具有哪些重要特點？的參與，這些酶具有哪些重要特點？ 3. 3.DNADNA的生物合成具有哪些重要特點？的生物合成具有哪些重要特點？ 4. 4.什么是逆轉錄？基本過程如何？什么是逆轉錄？基本過程如何？ 5. 5.什么是轉錄作用？轉錄作用分為哪幾個階段？轉什么是轉錄作用？轉錄作用分為哪幾個階段？轉 錄作用與錄作用與DNADN

2、A生物合成相比具有哪些異同點？生物合成相比具有哪些異同點？ 6. 6.什么是什么是RNARNA的合成后加工？主要包括哪些變化？的合成后加工？主要包括哪些變化？ 7. 7.什么是半保留復制、半不連續(xù)復制、轉錄？什么是半保留復制、半不連續(xù)復制、轉錄？ 蛋白質蛋白質 翻譯翻譯 轉錄轉錄 逆轉錄逆轉錄 復制復制 復制復制 DNA RNA 生物的遺傳信息以密碼的形式生物的遺傳信息以密碼的形式 儲存在儲存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定分子上，表現(xiàn)為特定 的核苷酸排列順序。在細胞分裂的核苷酸排列順序。在細胞分裂 的過程中，通過的過程中，通過DNA復制復制把親代把親代 細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞細胞所含的遺傳信

3、息忠實地傳遞 給兩個子代細胞。在子代細胞的給兩個子代細胞。在子代細胞的 生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息 通過通過轉錄轉錄傳遞給傳遞給RNA，再由再由RNA 通過通過翻譯翻譯轉變成相應的蛋白質多轉變成相應的蛋白質多 肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋 白質執(zhí)行各種各樣的生物學功能白質執(zhí)行各種各樣的生物學功能 ，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺 傳特征。傳特征。 遺傳信息傳遞的 中心法則 后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞中一些后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞中一些RNA病毒能以自己病毒能以自己 的的RNA為模板復制出新的病毒為模板復制出新的

4、病毒RNA，還有一些，還有一些RNA病毒病毒 能以其能以其RNA為模板合成為模板合成DNA，稱為，稱為逆轉錄逆轉錄這是中心法則這是中心法則 的補充。的補充。 中心法則總結了生物體內遺傳信息的流動規(guī)律，中心法則總結了生物體內遺傳信息的流動規(guī)律， 揭示遺傳的分子基礎，不僅使人們對細胞的揭示遺傳的分子基礎，不僅使人們對細胞的 生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更 深刻的認識，而且以這方面的理論和技術為深刻的認識，而且以這方面的理論和技術為 基礎發(fā)展了基因工程，給人類的生產和生活基礎發(fā)展了基因工程，給人類的生產和生活 帶來了深刻的革命。帶來了深刻的革命。 二、二

5、、DNADNA的生物合成的生物合成 （一）半保留復制（一）半保留復制 DNADNA分子是生物體內遺傳信息的原初載體，在其合成分子是生物體內遺傳信息的原初載體，在其合成 中所需要的信息只能來自于自身，即本身的結構。中所需要的信息只能來自于自身，即本身的結構。 15 NH4 14 4 CI 圖圖9-2 9-2 DNADNA復制方式假說復制方式假說 1958 1958年用年用MeselsonMeselson StahlStahl用實驗的方法首次證明用實驗的方法首次證明 了了DNADNA的半保留復制方式。的半保留復制方式。 E.Coli1515NH NH4 4CICI培養(yǎng)多代培養(yǎng)多代 1414NH N

6、H4 4CICI培養(yǎng)培養(yǎng) 圖圖9-3 9-3 密度梯度離心法示意圖。密度梯度離心法示意圖。 分離分離DNADNA，密度離心法測定密度離心法測定DNADNA的密度。的密度。 14N-15N 15N14N 14N-15N 14N 14N 14N-15N 圖9-4 Meselson Stahl實驗結果及解釋 半保留復制的生物學意義：由于在新合成的雙鏈半保留復制的生物學意義：由于在新合成的雙鏈DNADNA 中總有一條鏈來自于親代，有利于維持遺傳物質的相對中總有一條鏈來自于親代，有利于維持遺傳物質的相對 穩(wěn)定。穩(wěn)定。 （二）（二）DNADNA復制的起點和方式復制的起點和方式 DNA DNA分子中能夠進行

7、獨立復制的單位稱為復制子分子中能夠進行獨立復制的單位稱為復制子 （repliconreplicon）。）。每個復制子都含有控制復制的起點每個復制子都含有控制復制的起點 （originorigin）和終點（和終點（terminusterminus）,DNA,DNA復制的控制是在起復制的控制是在起 始階段進行的，一旦復制開始，它將一直進行到底。始階段進行的，一旦復制開始，它將一直進行到底。 （1 1）單向、雙向復制）單向、雙向復制 a.a.雙向復制（雙向復制（bidirectionalbidirectional），），向起點的兩側進行向起點的兩側進行 復制，形成兩個復制叉或兩個生長點。復制，形成兩

8、個復制叉或兩個生長點。 b.b.單向復制（單向復制（unidirectionalunidirectional）, ,向起點的一側進行向起點的一側進行 復制，形成一個復制叉或兩個生長點。復制，形成一個復制叉或兩個生長點。 圖圖9-6 9-6 DNADNA復制的方式（單向復制、雙向復制）復制的方式（單向復制、雙向復制） DNADNA復制有些是對稱的，兩條鏈以相同的速率同時復制有些是對稱的，兩條鏈以相同的速率同時 進行復制，也有不對稱的，一條鏈開始復制一段時間進行復制，也有不對稱的，一條鏈開始復制一段時間 后再開始另一條鏈的復制。后再開始另一條鏈的復制。 （2 2）復制方式復制方式 不同生物不同生物

9、DNADNA復制的方式有較大不同，尤其是低等復制的方式有較大不同，尤其是低等 生物，概括起來包括直線雙向、多點雙向、生物，概括起來包括直線雙向、多點雙向、 形雙向、形雙向、 形單向、滾動環(huán)、形單向、滾動環(huán)、D-D-環(huán)及環(huán)及2 2D D環(huán)七環(huán)七種類型。種類型。 圖圖9-7 DNA復制的不同方式示意圖（一）復制的不同方式示意圖（一） 圖圖9-8 DNA復制的不同方式示意圖（二）復制的不同方式示意圖（二） （三）參與（三）參與DNADNA復制的酶和蛋白因子復制的酶和蛋白因子 1.1.DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA PolymeraseDNA Polymerase） （1 1）原核細胞中的原核細胞

10、中的DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶I I Kornberg Kornberg于于19561956年在年在E.coliE.coli中發(fā)現(xiàn)的，中發(fā)現(xiàn)的，M.W 109000M.W 109000， 一條多肽，一條多肽，10001000AAAA組成，活性部位有一個組成，活性部位有一個ZnZn2+ 2+, ,是一個多 是一個多 功能酶功能酶。 a 5a 5 33聚合酶活性聚合酶活性 按照模板按照模板DNADNA所規(guī)定的核苷酸順序，將其通過所規(guī)定的核苷酸順序，將其通過5 5 ，3 3 磷酸二酯鍵彼此連接起來的酶活性。磷酸二酯鍵彼此連接起來的酶活性。 b 5b 5 33外切酶活性（引物切

11、除）外切酶活性（引物切除） c 3c 3 55外切酶活性（校正功能）外切酶活性（校正功能） 功能：參與功能：參與DNADNA復制及復制及DNADNA的損傷修復的損傷修復 特特 性性DDDPIDDDPIDDDPIIDDDPIIDDDPIIIDDDPIII 5 5 33的聚合酶活性的聚合酶活性 5 5 33的外切酶活性的外切酶活性 3 3 55的外切酶活性的外切酶活性 每個細胞中分子數(shù)每個細胞中分子數(shù) 酶相對活力酶相對活力 功能功能 + + + + + + 400400 10001000 復制、修復復制、修復 + + - - + + 100100 5050 損傷修復損傷修復 + + - - + +

12、 1010 5000050000 延長作用延長作用 DDDPIDDDPI、DDDPIIDDDPII、DDDPIIIDDDPIII特性比較特性比較 DNA聚合酶全酶 核心酶 Pol III Pol III 延長因子 DNADNA聚合酶聚合酶二聚體二聚體 圖9-11 DNA聚合酶聚合酶 III 滑動夾子結構滑動夾子結構 (a)末端俯視圖 (b)側視圖 （2 2）真核細胞中的）真核細胞中的DDDPDDDP 真核細胞中的真核細胞中的DDDPDDDP共有四種，分別是共有四種，分別是DDDPDDDP 、DDDPDDDP 、 DDDPDDDP 、 DDDP DDDP 。 DDDP DDDP DNA DNA復

13、制期活性最高，可能與復制期活性最高，可能與DNADNA復制有關復制有關 DDDPDDDP 細胞各時期變化不大，與細胞各時期變化不大，與DNADNA的損傷修復有關的損傷修復有關 DDDPDDDP 與線粒體與線粒體DNADNA復制有關復制有關 DDDPDDDP 功能仍不太清楚功能仍不太清楚 真核細胞中的真核細胞中的DDDPDDDP一般沒有一般沒有3 3 55的外切酶活性，因的外切酶活性，因 此推測可能有專門的酶完成校正作用。此推測可能有專門的酶完成校正作用。 2.2.引物酶和引物體引物酶和引物體 E.coliE.coli的引物酶由一條多肽鏈構成，的引物酶由一條多肽鏈構成，6060KDKD，單獨存在

14、單獨存在 是沒有作用，只有與是沒有作用，只有與DnaBDnaB、DnaCDnaC、 DnaTDnaT等蛋白組成一個等蛋白組成一個 復合體時，才能催化小分子復合體時，才能催化小分子RNARNA的合成，其中，的合成，其中，DnaBDnaB與起與起 始位點的識別有關。始位點的識別有關。 3.3.DNADNA連接酶連接酶 DNADNA連接酶是將一個連接酶是將一個DNADNA單鏈的單鏈的5-5-磷酸基團與另一個磷酸基團與另一個 DNADNA單鏈的單鏈的3-3-OHOH端以端以3 3，5-5-磷酸二酯鍵相連接起來的一種磷酸二酯鍵相連接起來的一種 酶。酶。DNADNA的連接是一個耗能反應。真核細胞由的連接是

15、一個耗能反應。真核細胞由ATPATP供能，原供能，原 核細胞由核細胞由NADNAD+ +供能。供能。 3 5 5 3 P HO3 5 5 3 ATP ADP + PPi 圖9-12 DNA連接酶作用示意圖連接酶作用示意圖 功能功能（1 1）參加參加DNADNA損傷修復，將斷開的損傷修復，將斷開的DNADNA單鏈重新單鏈重新 連接起來；（連接起來；（2 2）參加）參加DNADNA復制，將新合成的復制，將新合成的DNADNA片段連接片段連接 起來形成完整的起來形成完整的DNADNA單鏈；（單鏈；（3 3）線狀）線狀DNADNA首尾相接形成環(huán)首尾相接形成環(huán) 狀狀DNADNA。 4.4.解鏈酶解鏈酶(

16、DNA解螺旋酶解螺旋酶) 解鏈酶是在消耗解鏈酶是在消耗ATP的條件下，將雙鏈的條件下，將雙鏈DNA解開形成解開形成 單鏈的酶類。單鏈的酶類。E. coli中的解鏈酶有兩類，一類結合在滯中的解鏈酶有兩類，一類結合在滯 后鏈的模板上，沿后鏈的模板上，沿53方向移動，另一類結合在前導方向移動，另一類結合在前導 鏈的模板鏈上，沿鏈的模板鏈上，沿35方向移動。方向移動。 5. DNA拓撲異構酶（拓撲異構酶（DNA旋轉酶）旋轉酶） DNADNA拓撲異構酶是一類負責將超螺旋拓撲異構酶是一類負責將超螺旋DNADNA變成松弛態(tài)變成松弛態(tài)DNADNA 或其逆向變化的一類酶。該類酶同時具有內切酶及連接酶或其逆向變化

17、的一類酶。該類酶同時具有內切酶及連接酶 功能。功能。 DNADNA拓撲異構酶拓撲異構酶I I 通過將一條通過將一條DNADNA雙鏈中的一條鏈切斷，雙鏈中的一條鏈切斷， 使其繞另一條鏈旋轉，然后重新連接起來的方式，將超螺使其繞另一條鏈旋轉，然后重新連接起來的方式，將超螺 旋解除。該酶也可以在由旋解除。該酶也可以在由ATPATP供能的條件下，將雙螺旋變供能的條件下，將雙螺旋變 成超螺旋。成超螺旋。 DNADNA拓撲異構酶拓撲異構酶II II 負責將完成復制后成互鎖負責將完成復制后成互鎖 狀的兩個環(huán)狀狀的兩個環(huán)狀DNADNA相互解開（同時斷開雙鏈）。相互解開（同時斷開雙鏈）。 6.6.單鏈結合蛋白（

18、單鏈結合蛋白（SSBSSB）: :結合在解開的結合在解開的DNADNA單鏈上，單鏈上， 防止重新形成雙螺旋。防止重新形成雙螺旋。 + + 圖9-13 DNA拓樸異構酶作用示意圖拓樸異構酶作用示意圖 解旋酶解旋酶 DNA聚合酶聚合酶 III 解解鏈酶鏈酶 RNA引物引物 引物酶和引發(fā)引物酶和引發(fā) 體體 DNA聚合聚合 酶酶I SSB 3 3 5 3 5 5 RNA引物引物 ( (四四) )原核生物原核生物DNADNA的復制過程的復制過程 n1dATP + n 2dGTP + n3 dCTP + n 4dTTP DNA + ( n 1 + n2 + n3 +n4)PPi DNA聚合酶 DNA模板、

19、Mg 2+ DNADNA單鏈模板、引物合成酶、單鏈模板、引物合成酶、DNADNA聚合酶、連接酶等多聚合酶、連接酶等多 種酶或蛋白質因子的參與。種酶或蛋白質因子的參與。 DNADNA的復制過程包括起始、延長、終止三個階段。的復制過程包括起始、延長、終止三個階段。 起始起始 a.a.起始位點的結構起始位點的結構 大腸桿菌大腸桿菌DNA復制的起點稱為復制的起點稱為ori C，由由245個堿基個堿基 構成，關鍵是兩組短的重復序列，這些序列在細菌中高度構成，關鍵是兩組短的重復序列，這些序列在細菌中高度 保守。保守。 b. b.起始的過程起始的過程 DNA DNA復制開始時，大約復制開始時，大約20-40

20、20-40個個DnaDna A A蛋白各自攜帶蛋白各自攜帶 一個一個ATPATP結合在起始位點處，并聚集在一起，結合在起始位點處，并聚集在一起，DNADNA纏繞其纏繞其 上形成起始復合物。上形成起始復合物。HUHU是細胞類組蛋白，可與是細胞類組蛋白，可與DNADNA鏈結鏈結 合，促使雙鏈合，促使雙鏈DNADNA彎曲，受其影響，鄰近三組富含彎曲，受其影響，鄰近三組富含ATAT的的 序列變性，形成開鏈復合物，隨后序列變性，形成開鏈復合物，隨后DnaDna B B六聚體在六聚體在DnaDna C C 蛋白的幫助下，結合于解鏈區(qū)，并沿蛋白的幫助下，結合于解鏈區(qū)，并沿DNADNA鏈的鏈的5-35-3方方

21、 向移動，形成前引發(fā)復合物。向移動，形成前引發(fā)復合物。 圖圖9-14 DNA復制的起始過程示意圖復制的起始過程示意圖 延長延長 DNADNA復制中與延長有關的酶主要有三種：復制中與延長有關的酶主要有三種： DNADNA拓樸拓樸 異構酶使超螺旋變成雙螺旋，異構酶使超螺旋變成雙螺旋，DNADNA解螺旋酶（解鏈酶）解螺旋酶（解鏈酶） 雙鏈雙鏈DNADNA解鏈形成局部單鏈，解鏈形成局部單鏈，SSBSSB蛋白穩(wěn)定解開的蛋白穩(wěn)定解開的DNADNA單單 鏈。鏈。 DNA DNA前導鏈的合成開始于由引物酶合成的一段前導鏈的合成開始于由引物酶合成的一段RNARNA 小片段，在小片段，在DNADNA聚合酶聚合酶I

22、IIIII的催化下，按照從的催化下，按照從5353 的方向，將與模板的方向，將與模板DNADNA對應的脫氧核苷酸不斷加到引物對應的脫氧核苷酸不斷加到引物 RNARNA或前面合成的或前面合成的DNADNA片段的片段的3-3-OHOH上，直到合成結束。上，直到合成結束。 隨后鏈的合成是以合成岡崎片段的方式完成的，隨后鏈的合成是以合成岡崎片段的方式完成的， 首先合成首先合成RNARNA引物，隨后在引物，隨后在DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII的催化下，將的催化下，將 脫氧核苷酸依次以脫氧核苷酸依次以3 3，5-5-磷酸二酯鍵的形式連接到磷酸二酯鍵的形式連接到RNARNA 引物或前面合成的引物或前面

23、合成的DNADNA片段的片段的3-3-OHOH，使其不斷延長。使其不斷延長。 半不連續(xù)復制、前導鏈、隨后鏈、岡崎片段半不連續(xù)復制、前導鏈、隨后鏈、岡崎片段 DNA DNA雙鏈在復制時，雙鏈解開，每一條鏈各自作為一雙鏈在復制時，雙鏈解開，每一條鏈各自作為一 個模板進行個模板進行DNADNA的復制，其中，沿的復制，其中，沿3535模板鏈合成的模板鏈合成的 DNADNA單鏈是按照連續(xù)的方式合成，而沿單鏈是按照連續(xù)的方式合成，而沿5353模板鏈合模板鏈合 成的成的DNADNA單鏈則是按照不連續(xù)的方式合成的，這種復制方單鏈則是按照不連續(xù)的方式合成的，這種復制方 式稱為半不連續(xù)復制。式稱為半不連續(xù)復制。

24、DNADNA復制中，以連續(xù)方式合成的復制中，以連續(xù)方式合成的DNADNA單鏈稱前導鏈（領單鏈稱前導鏈（領 頭鏈）；按不連續(xù)方式合成的頭鏈）；按不連續(xù)方式合成的DNADNA單鏈稱隨后鏈（滯后單鏈稱隨后鏈（滯后 鏈）；在隨后鏈合成中依次合成的核酸小片段稱岡奇片段。鏈）；在隨后鏈合成中依次合成的核酸小片段稱岡奇片段。 圖圖9-9 DNA復制叉及半不連續(xù)復制示意圖復制叉及半不連續(xù)復制示意圖 圖9-15 DNA復制的延長作用復制的延長作用 圖9-16 前導鏈和隨后鏈的合成前導鏈和隨后鏈的合成 終止終止 當后面一個當后面一個DNADNA片段的合成進行到與它前面的一個片段的合成進行到與它前面的一個 岡崎片段

25、的岡崎片段的RNARNA引物相接時，延長作用停止。引物相接時，延長作用停止。 DDDPIDDDPI引物切除。引物切除。 DDDPIDDDPI聚合酶活性填補缺口。聚合酶活性填補缺口。 DNADNA連接酶將連接酶將DNADNA片段連接起來，形成完整的片段連接起來，形成完整的DNADNA 分子。分子。 DNA replicat Animation 圖圖9-17 DNA復制的終止過程復制的終止過程 DNA復制過程是一個高度精確的過程，復制過程是一個高度精確的過程， 據估計，大腸桿菌據估計，大腸桿菌DNA復制復制109-1010堿基對僅堿基對僅 出現(xiàn)一個誤差，保證復制忠實性的原因主要出現(xiàn)一個誤差，保證復

26、制忠實性的原因主要 有以下三點有以下三點: a、DNA聚合酶的高度專一性（嚴格遵循聚合酶的高度專一性（嚴格遵循 堿基配對原則）堿基配對原則） b、DNA聚合酶的校對功能聚合酶的校對功能（錯配堿基被（錯配堿基被3-5 外切酶切除）外切酶切除） c、起始時以起始時以RNA作為引物作為引物 真核細胞DNA復制的特點 多個起點復制多個起點復制 起起 點點 起起 點點 起起 點點 起起 點點 起起 點點 起起 點點 端端粒（粒（telemeretelemere）復制復制 端粒酶（telomerase） DNADNA復制需要引物，但在線形復制需要引物，但在線形DNADNA分子末端不可能通過正分子末端不可能

27、通過正 常的機制在引物被降解后合成相應的片段常的機制在引物被降解后合成相應的片段. .如果沒有特殊的如果沒有特殊的 機制合成末端序列，染色體就會在細胞傳代中變得越來越短機制合成末端序列，染色體就會在細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。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 種含種含RNARNA的蛋白復合物，實質上是一種逆轉錄酶，它能催化的蛋白復合物，實質上是一種逆轉錄酶，它能催化 互補于互補于RNARNA模板的模板的DNADNA片段的合成，使復制以后的線形片段的合成，使復制以后的線形DNADNA分分 子的末端保持不變。子的末端保持不變。 初

28、步研究表明，人體中生殖細胞的端初步研究表明，人體中生殖細胞的端 粒長度保持不變，而體細胞的端粒長度粒長度保持不變，而體細胞的端粒長度 則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一 個推論是：人的生殖細胞具端粒酶的活個推論是：人的生殖細胞具端粒酶的活 力，體細胞則否。這一問題的解決無疑力，體細胞則否。這一問題的解決無疑 會有助于對生命衰老的認識會有助于對生命衰老的認識。 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A 端粒酶端粒酶 端粒合成的一種模型 3 5 TTTTGGGGTTTTG 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A AA 3 5 TTTT

29、GGGGTTTTGGGGTTTTG 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A AA T T G G G T G G G T 3 5 AA TTTTG 5 3 AAAACCCCAAAACCC C C C A GTTTTG 整合和整合和 雜交雜交 移位和移位和 再雜交再雜交 端粒合成的完成端粒合成的完成 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT 5 3 n AA 3 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5 3 T T CCCCT n AA3 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5 3 T T AAAACCCC AAAACCC

30、C AAAACCCCT n 進一步加工進一步加工 繼續(xù)繼續(xù) 延伸延伸 真核和原核DNA細胞復制比較 1 1、概念、概念 2 2、反轉錄酶、反轉錄酶 3 3、病毒逆轉錄過程病毒逆轉錄過程 4 4、反轉錄的生物學意義、反轉錄的生物學意義 擴充了中心法則擴充了中心法則 有助于對病毒致癌機制的了解有助于對病毒致癌機制的了解 與真核細胞分裂和胚胎發(fā)育有關與真核細胞分裂和胚胎發(fā)育有關 逆轉錄酶是分子生物學重要工具酶逆轉錄酶是分子生物學重要工具酶 三種功能三種功能 依賴依賴DNADNA指導下的指導下的DNADNA聚合酶活力聚合酶活力 依賴依賴RNARNA的的DNADNA聚合酶活力聚合酶活力 核糖核酸酶核糖核

31、酸酶H H活力活力 以以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA，這這 與通常轉錄過程中遺傳信息與通常轉錄過程中遺傳信息 從從DNADNA到到RNARNA的方向相反，故的方向相反，故 稱為逆轉錄作用。稱為逆轉錄作用。 逆轉錄過程中cDNA的合成 依賴依賴RNA的的 DNA聚合酶聚合酶 核糖核酸酶核糖核酸酶 H活力活力 依賴依賴DNA的的 DNA聚合酶聚合酶 逆逆逆轉錄病毒的生活周期 RNA 衣殼衣殼 被膜被膜 逆轉逆轉 錄酶錄酶 轉錄轉錄 轉譯轉譯 整合入宿主細胞染色體整合入宿主細胞染色體DNA 進入細胞進入細胞 丟失被膜丟失被膜 丟失衣殼丟失衣殼 逆轉錄逆轉錄 RNA RNA cDNA

32、衣殼蛋衣殼蛋 白白 被膜蛋被膜蛋 白白 逆轉錄逆轉錄 酶酶 （七）（七）DNADNA損傷與修復損傷與修復 由于受紫外線輻射、電離輻射等物理因素及亞硝酸、由于受紫外線輻射、電離輻射等物理因素及亞硝酸、 羥胺、烷化劑等化學因素的影響，羥胺、烷化劑等化學因素的影響，DNADNA分子的核苷酸組分子的核苷酸組 成或結構發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為成或結構發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為DNADNA的損傷的損傷。 突變的類型：（突變的類型：（1 1）轉換（）轉換（2 2）顛換（）顛換（3 3）插入（）插入（4 4） 缺失缺失 DNADNA損傷的修復方式有光復活、切除修復、重組修損傷的修復方式有光復活、切除修復、重組修 復

33、及復及SOSSOS修復。修復。 1. 1.光復活修復光復活修復 光復活修復系統(tǒng)是生物體內專一性修復紫外線造成光復活修復系統(tǒng)是生物體內專一性修復紫外線造成 的嘧啶二聚體損傷的一種修復機制。光復活酶可以自發(fā)的嘧啶二聚體損傷的一種修復機制。光復活酶可以自發(fā) 地尋找到損傷部位，并與之結合，隨后利用光的能量，地尋找到損傷部位，并與之結合，隨后利用光的能量， 將嘧啶二聚體損傷部位修復。將嘧啶二聚體損傷部位修復。 1、形成嘧啶二聚體、形成嘧啶二聚體 2、光復合酶結合于、光復合酶結合于 損傷部位損傷部位 3、酶被可見光激活、酶被可見光激活 4、修復后酶被釋放、修復后酶被釋放 DNA的損傷和切除修復 堿基丟失堿

34、基丟失堿基缺陷或錯配堿基缺陷或錯配 結構缺陷結構缺陷 切開切開 核酸內切酶核酸內切酶 核酸外切酶核酸外切酶切除切除 DNA聚合酶聚合酶 DNA連接連接酶酶 AP核酸內切酶核酸內切酶 核酸外切酶核酸外切酶 切開切開 切除切除 修復修復 連接連接 糖苷酶糖苷酶 插入酶插入酶 堿基取堿基取 代代 DNA的重組修復 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 二聚體二聚體 復制復制 核酸酶及核酸酶及 重組蛋白重組蛋白 修復復制修復復制 DNA聚合酶聚合酶 DNA連接酶連接酶 重組重組 SOS反應的機 制 靶基因表達靶基因表達lexA靶基因表達靶基因表達 但產物被分解但產物被分解 recA大量表達大量表達 RecA促使促使 分解

35、分解LexA 未誘導的細胞未誘導的細胞 誘導的細胞誘導的細胞 靶基因靶基因 lexA基因被基因被LexA 蛋白質部分阻遏蛋白質部分阻遏 recA基因被基因被LexA 蛋白質部分阻遏蛋白質部分阻遏 （40個不同的位點被阻遏）個不同的位點被阻遏） LexA(阻遏物阻遏物) RecA(輔蛋白酶輔蛋白酶) 單鏈單鏈DNA ATP 二、二、RNARNA的生物合成的生物合成 生物體內生物體內RNARNA的生物合成根據模板及具體合成方式的生物合成根據模板及具體合成方式 的不同分為轉錄和復制兩種方式。的不同分為轉錄和復制兩種方式。 （一）（一）DNADNA指導下的指導下的RNARNA的生物合成（轉錄作用的生物

36、合成（轉錄作用） 轉錄是指以轉錄是指以DNADNA單鏈為模板合成單鏈為模板合成RNARNA的化學過程。除的化學過程。除 極少數(shù)生物細胞之外，生物體的極少數(shù)生物細胞之外，生物體的mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA都是都是 通過轉錄作用形成的。催化轉錄作用的酶稱為通過轉錄作用形成的。催化轉錄作用的酶稱為RNARNA聚合酶。聚合酶。 n1ATP + n 2 GTP+ n 3 CTP+ n 4 UTP RNA + (n 1 +n2+n3 +n4)PPi RNA引物 Mg2+ 或Mn2+ RNARNA與與DNADNA的生物合成有一些重要區(qū)別，主要表現(xiàn)在的生物合成有一些重要區(qū)別，主要表現(xiàn)

37、在: : （1 1）原料不同。）原料不同。 （2 2）堿基配對方式不同。）堿基配對方式不同。 （3 3）模板不同，轉錄作用是以）模板不同，轉錄作用是以DNADNA雙鏈中某一條單鏈雙鏈中某一條單鏈 的某一個片段為模板進行合成的，因此稱為不對稱轉錄，的某一個片段為模板進行合成的，因此稱為不對稱轉錄， 其中能夠指導其中能夠指導RNARNA生物合成的生物合成的DNADNA單鏈稱為無意義鏈（模單鏈稱為無意義鏈（模 板鏈），另外的一條鏈稱為有意義鏈（編碼鏈）。板鏈），另外的一條鏈稱為有意義鏈（編碼鏈）。 （4 4）催化反應的酶不同。）催化反應的酶不同。 1. 1.RNARNA聚合酶聚合酶 E.coliE.

38、coli的的E E，M.W 480000-500000M.W 480000-500000，在在6 6M M的脲中可以的脲中可以 解離成解離成 、 、 、 及及 五五種亞基。全酶由兩個種亞基。全酶由兩個 亞基、亞基、 一個一個 亞基、一個亞基、一個 亞基、一個亞基、一個 亞基及一個亞基及一個 因子構成，因子構成， 其中除其中除 因子外，其它五個亞基結合緊密稱為核心酶。因子外，其它五個亞基結合緊密稱為核心酶。 大腸桿菌大腸桿菌RNARNA聚合酶的結構示意圖聚合酶的結構示意圖 核心酶核心酶( (2 2 ) ) 起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA結合結合 起始和催化聚合反應起始和催化聚合反應

39、？ 全酶全酶( ( ) ) 研究結果表明，研究結果表明，RNARNA聚合酶中每種亞基均有其特殊功聚合酶中每種亞基均有其特殊功 能。能。 - -因子與轉錄啟始位點的識別有關，它可以特異性因子與轉錄啟始位點的識別有關，它可以特異性 地識別啟始信號，并指導地識別啟始信號，并指導RNARNA聚合酶與之結合。聚合酶與之結合。 - -亞基是酶的催化作用核心，上面有抗生素利福平亞基是酶的催化作用核心，上面有抗生素利福平 的結合位點。的結合位點。 -亞基由許多堿性氨基酸構成，在酶與模板亞基由許多堿性氨基酸構成，在酶與模板DNADNA的的 結合中起重要作用。結合中起重要作用。 - -亞基則與酶和啟始位點的結合有

40、關。亞基則與酶和啟始位點的結合有關。 真核生物體內真核生物體內RNARNA聚合酶有三種，分別是聚合酶有三種，分別是RNARNA聚合酶聚合酶I I、 IIII、IIIIII，其中，其中，RNARNA聚合酶聚合酶I I與與rRNArRNA前體合成有關，前體合成有關，RNARNA 聚合酶聚合酶IIII與與mRNAmRNA前體合成有關，前體合成有關，RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII則與則與tRNAtRNA 前體合成有關前體合成有關, ,結構也有不同。結構也有不同。 RNA聚合酶催化的反應 A C G A C G U U 模板模板DNA 5 3 5 3 新新合成合成RNA RNARNA合成過程合成過

41、程 起始起始 雙鏈雙鏈DNA 局部解開局部解開 磷酸二酯磷酸二酯 鍵形成鍵形成 終止階段終止階段 解鏈區(qū)到達解鏈區(qū)到達 基因終點基因終點 延長階段延長階段 5 3 RNA 啟動子（啟動子（ promoter) 終止子終止子 (terminator) 5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 離開離開 RNA鏈的延伸圖解 3 3 RNA-DNA雜交螺旋雜交螺旋 聚合酶的移動方向聚合酶的移動方向 新生新生RNA 復鏈復鏈 解鏈解鏈 有義鏈有義鏈 模板鏈（反義鏈）模板鏈（反義鏈） 延長部位延長部位 (4) (4)終止終止 當轉錄進行到終止位點時，當轉錄進行到終止位點時，RNARNA的延長作

42、用停止。最的延長作用停止。最 簡單的終止信號是一段富含簡單的終止信號是一段富含GCGC的回文區(qū)域及隨后的一段的回文區(qū)域及隨后的一段ATAT 序列。對應于此區(qū)段的序列。對應于此區(qū)段的RNARNA可以形成一個富含可以形成一個富含GCGC堿基對的堿基對的 發(fā)夾結構及一段富含發(fā)夾結構及一段富含UAUA的區(qū)段，由于的區(qū)段，由于U-AU-A堿基對間的作用堿基對間的作用 力弱，有利于力弱，有利于RNARNA鏈從模板上解離，終止其合成鏈從模板上解離，終止其合成 。對于沒。對于沒 有這種結構的有這種結構的RNARNA合成的終止，需要借助于專門的終止因合成的終止，需要借助于專門的終止因 子子 的作用，的作用， 因

43、子可以與因子可以與RNARNA聚合酶結合，使聚合酶活性聚合酶結合，使聚合酶活性 轉變成水解酶活性，使轉變成水解酶活性，使RNARNA鏈從模板上釋放，終止合成鏈從模板上釋放，終止合成 。 圖圖9-31 RNA生物合成的終止生物合成的終止 3. 3.真核生物的轉錄作用真核生物的轉錄作用 (1) (1)轉錄酶類不同。轉錄酶類不同。 (2) (2)啟動子種類不同，啟動子種類不同，RDDPRDDP在起始部位的在起始部位的5-5-端，端， RDDPRDDP是多啟動子，是多啟動子，RDDPRDDP是內部啟動子。是內部啟動子。 (3) (3)轉錄的過程雖然也可以分為三個或四個階段，但轉錄的過程雖然也可以分為三

44、個或四個階段，但 具體情況要比原核復雜得多。具體情況要比原核復雜得多。 4.4.RNARNA的轉錄后加工的轉錄后加工 剛轉錄形成的剛轉錄形成的RNARNA分子往往還需要經過進一步的加工分子往往還需要經過進一步的加工 修飾才能形成有活性的修飾才能形成有活性的RNARNA。這個過程稱為轉錄后加工。這個過程稱為轉錄后加工。 RNARNA的轉錄后加工一般包括外顯子的剪接、核苷酸修飾、的轉錄后加工一般包括外顯子的剪接、核苷酸修飾、 RNARNA編輯及必須基團的添加四種方式。編輯及必須基團的添加四種方式。 （1 1）mRNAmRNA合成后加工合成后加工 5-5-端合成帽子結構端合成帽子結構 真核生物成熟的

45、真核生物成熟的mRNAmRNA其其 5-5-端均有端均有7-7-甲基三磷酸鳥苷甲基三磷酸鳥苷( (m m7 7G G5 5ppp ppp5 5N N) )結構（帽 結構（帽 子結構）。子結構）。 3-OH3-OH端形成端形成PolyAPolyA尾巴尾巴 催化此反應的酶是多聚催化此反應的酶是多聚 腺苷酸聚合酶。腺苷酸聚合酶。 某些核苷酸的甲基化修飾。某些核苷酸的甲基化修飾。 內含子的切除內含子的切除 mRNAmRNA前體中的內含子（不具編碼前體中的內含子（不具編碼 意義的核苷酸序列）被切除除去。意義的核苷酸序列）被切除除去。 圖圖9-31 真核細胞真核細胞mRNA的的“帽子帽子”結構結構 內含子的準確剪接與內含子的典型結構有關，內內含子的準確剪接與內含子的典型結構有關，內 含子總以含子總以GUGU開始，以開始，以AGAG結束，在內含子結束，在內含子3-3-端附近有端附近有 一段一段1010個左右的嘧啶核苷酸序列，在距個左右的嘧啶核苷酸序列，在距3-3-端端20-2520-25個個