核酸的生物合成2學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1核酸的生物核酸的生物(shngw)合成合成2第一頁(yè)，共39頁(yè)。2 第一節(jié)第一節(jié) DNA DNA的生物合成的生物合成(hchng)(hchng)（復(fù)制）復(fù)制）復(fù)復(fù)制制蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 翻譯翻譯DNADNARNARNA 遺傳信息傳遞遺傳信息傳遞(chund)的的“中中心法則心法則”基因基因(jyn)、基因、基因(jyn)組、基因組、基因(jyn)表達(dá)表達(dá)（親代（親代 子代）子代）第1頁(yè)/共38頁(yè)第二頁(yè)，共39頁(yè)。3 G A T A C C T A G A T A C C T A T GT G G A T A C G A T A C G A T G A T A CA C第2

2、頁(yè)/共38頁(yè)第三頁(yè)，共39頁(yè)。4 Meselson MeselsonStahl experimentStahl experiment 半保留半保留(boli)復(fù)制證據(jù)復(fù)制證據(jù)第3頁(yè)/共38頁(yè)第四頁(yè)，共39頁(yè)。5Replication fork 5335（復(fù)制的基本原則）（復(fù)制的基本原則）1. 1. 半保留半保留(boli)(boli)復(fù)制復(fù)制2 2、復(fù)制起始點(diǎn)（、復(fù)制起始點(diǎn)（oriori） 3 3、雙向復(fù)制、雙向復(fù)制4 4、半不連續(xù)復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制 OriOri領(lǐng)頭領(lǐng)頭(ln tu)鏈鏈岡崎片段岡崎片段隨從隨從(sucng)鏈鏈5 3 （剛合成的一段一段的剛合成的一段一段的DNADNA片斷片

3、斷）第4頁(yè)/共38頁(yè)第五頁(yè)，共39頁(yè)。6 DNA DNA拓?fù)渫負(fù)?tu p)(tu p)異構(gòu)酶（異構(gòu)酶（ 拓?fù)渫負(fù)?tu (tu p)p)酶，酶，Topo Topo ）第5頁(yè)/共38頁(yè)第六頁(yè)，共39頁(yè)。7第6頁(yè)/共38頁(yè)第七頁(yè)，共39頁(yè)。8 第7頁(yè)/共38頁(yè)第八頁(yè)，共39頁(yè)。9 3 3種種DNADNA聚合酶的特性：聚合酶的特性：（1 1） DNA DNA聚合酶聚合酶（Pol.Pol.）是多功能性酶）是多功能性酶 依賴(lài)其依賴(lài)其5 533外切外切(wi qi)(wi qi)酶和酶和5 533聚合酶活聚合酶活性，切除性，切除RNARNA引引 物，填補(bǔ)空隙；物，填補(bǔ)空隙； DNA DNA損傷時(shí)，起切除

4、及修復(fù)損傷損傷時(shí)，起切除及修復(fù)損傷DNADNA的作用；的作用； 在體外，具有在體外，具有“切口平移切口平移”作用；作用； 33Pol Pol 的缺口的缺口(quku)(quku)平移平移小結(jié)：小結(jié)： DNA Pol 呈多功能性，不僅具有催化呈多功能性，不僅具有催化DNA合成合成(hchng)活活性，還具有校正錯(cuò)誤、切除引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)損傷性，還具有校正錯(cuò)誤、切除引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)損傷DNA等作用等作用。第8頁(yè)/共38頁(yè)第九頁(yè)，共39頁(yè)。10（2 2）DNADNA聚合酶聚合酶（Pol.Pol.） 是主要的復(fù)制酶。是主要的復(fù)制酶。（3 3）DNADNA聚合酶聚合酶（Pol.Pol.） （不詳

5、）（不詳）DNADNA連接連接(linji)(linji)酶酶 將剛合成的、一段一段的將剛合成的、一段一段的DNADNA片段連接片段連接(linji)(linji)成長(zhǎng)鏈。成長(zhǎng)鏈。 其它其它 1 1） 原料原料 （底物）（底物） 4 4種三磷酸脫氧核苷（種三磷酸脫氧核苷（dNTPdNTP）2 2） 模板模板 以以DNADNA兩條鏈為模板兩條鏈為模板第9頁(yè)/共38頁(yè)第十頁(yè)，共39頁(yè)。113355領(lǐng)頭(ln tu)鏈 隨從(sucng)鏈 解鏈方向(fngxing)聚合酶引物酶 引物 SSB岡崎片段 連接酶解鏈酶 拓?fù)涿?（三）（三） DNADNA復(fù)制過(guò)程（復(fù)制過(guò)程（示意圖示意圖） 53 聚合酶聚

6、合酶（切除引物，填補(bǔ)空隙切除引物，填補(bǔ)空隙）引發(fā)體引發(fā)體第10頁(yè)/共38頁(yè)第十一頁(yè)，共39頁(yè)。12（三）（三） DNA DNA復(fù)制過(guò)程（要點(diǎn)復(fù)制過(guò)程（要點(diǎn)(yodin)(yodin)） 模板模板DNADNA解旋與解鏈，形成復(fù)制叉；解旋與解鏈，形成復(fù)制叉； 形成引發(fā)體，合成形成引發(fā)體，合成RNARNA引物；引物； 按按A=TA=T、G=CG=C堿基配對(duì)規(guī)則，合成堿基配對(duì)規(guī)則，合成DNADNA； 切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段；切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段； DNA DNA連接酶連接封口，形成長(zhǎng)鏈連接酶連接封口，形成長(zhǎng)鏈DNADNA；6. 6. 在在TusTus蛋白參與下，終止復(fù)制。蛋白參與

7、下，終止復(fù)制。第11頁(yè)/共38頁(yè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。13 逆轉(zhuǎn)錄酶至少具有以下逆轉(zhuǎn)錄酶至少具有以下3 3種酶活性：種酶活性： RNA RNA指導(dǎo)指導(dǎo)(zhdo)(zhdo)下的下的DNADNA聚合酶活性（逆轉(zhuǎn)錄酶）；聚合酶活性（逆轉(zhuǎn)錄酶）； 水解水解RNARNA（RNA-DNARNA-DNA雜交鏈）的酶活性（雜交鏈）的酶活性（RNase H RNase H 活性活性 ) )； DNA DNA指導(dǎo)指導(dǎo)(zhdo)(zhdo)的的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 整合到宿主細(xì)胞整合到宿主細(xì)胞(xbo)染色體中染色體中、表達(dá)病毒蛋白、表達(dá)病毒蛋白。 RNA RNA-DNA DNA cDNARTRTR

8、T第12頁(yè)/共38頁(yè)第十三頁(yè)，共39頁(yè)。14 逆轉(zhuǎn)錄酶是分子生物學(xué)中一類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶是分子生物學(xué)中一類(lèi)(y li)重要的工具重要的工具酶酶制備多肽類(lèi)產(chǎn)品制備多肽類(lèi)產(chǎn)品 IL-2（133aa） 根據(jù)根據(jù)3個(gè)堿基代表個(gè)堿基代表1個(gè)個(gè)aa原則原則 推測(cè)、并體外合成推測(cè)、并體外合成mRNA cDNA 整合到整合到 E.coli中中 表達(dá)表達(dá)IL-2產(chǎn)品；產(chǎn)品；建立建立cDNA文庫(kù)文庫(kù) 從真核細(xì)胞分離總從真核細(xì)胞分離總 mRNA cDNA 將將其插其插入載體內(nèi)，構(gòu)成重組入載體內(nèi)，構(gòu)成重組DNA 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 E.coli 得到克得到克?。礊槁。礊閏DNA文庫(kù)）文庫(kù)） 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 基因治療基因治療 cD

9、NA探針探針(tn zhn) 基因診斷基因診斷 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶第13頁(yè)/共38頁(yè)第十四頁(yè)，共39頁(yè)。15三. DNA復(fù)制與端粒、端粒酶四. DNA復(fù)制時(shí)，由于受DNA聚合酶特性限制，子代DNA鏈的最后(zuhu)一個(gè)片斷去除引物后，無(wú)法填補(bǔ)空隙，易造成子代DNA鏈的縮短。端粒端粒: : 位于真核生物位于真核生物(shngw)(shngw)染色體末端（一條鏈的染色體末端（一條鏈的3 3-OH-OH），由蛋），由蛋白質(zhì)和白質(zhì)和DNADNA（人類(lèi)：（人類(lèi)：“TTAGGG”“TTAGGG”重復(fù)序列）緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)。重復(fù)序列）緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)。端粒功能：端粒功能： 避免染色體避免染色體DNADNA鏈的縮

10、短；防止染色體的融合鏈的縮短；防止染色體的融合(rngh)(rngh)或降解；維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和或降解；維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性。完整性。第14頁(yè)/共38頁(yè)第十五頁(yè)，共39頁(yè)。16 端粒酶端粒酶: : 是一種是一種(y zhn(y zhn) )自身攜帶自身攜帶RNARNA模板的逆轉(zhuǎn)錄酶，模板的逆轉(zhuǎn)錄酶，可以催化合成端?？梢源呋铣啥肆NADNA（TTAGGGTTAGGG重復(fù)序列）。重復(fù)序列）。 端粒酶特殊的生物學(xué)功能：端粒酶特殊的生物學(xué)功能： 1 1） 端粒酶活性提高端粒酶活性提高端粒序列延長(zhǎng)端粒序列延長(zhǎng)遺傳信息穩(wěn)定性增遺傳信息穩(wěn)定性增高；高； 2 2） 活化端粒酶活化端粒酶端粒

11、端粒DNADNA序列延長(zhǎng)序列延長(zhǎng)細(xì)胞分裂旺盛細(xì)胞分裂旺盛細(xì)細(xì)胞壽胞壽 命延長(zhǎng)；命延長(zhǎng)； 3 3） 抑制端粒酶活性抑制端粒酶活性可以限制轉(zhuǎn)化細(xì)胞生長(zhǎng)可以限制轉(zhuǎn)化細(xì)胞生長(zhǎng)抑制腫瘤抑制腫瘤的形的形 成。成。第15頁(yè)/共38頁(yè)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。17CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTT 3-G-OH(3)CUAGCCAAAACCCCAAAACAAA35DNA5-TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG-OH(3) 3-Further po

12、lymerization端粒酶合成端粒酶合成(hchng)端粒的端粒的爬行模式爬行模式第16頁(yè)/共38頁(yè)第十七頁(yè)，共39頁(yè)。18 自發(fā)突變自發(fā)突變(tbin); (tbin); 誘發(fā)突變誘發(fā)突變(tbin)(tbin)；（一）引起突變（一）引起突變(tbin)(tbin)的因素的因素 （大劑量紫外線照射，電離輻射，化學(xué)誘變劑：亞硝胺類(lèi)、多環(huán)芳香（大劑量紫外線照射，電離輻射，化學(xué)誘變劑：亞硝胺類(lèi)、多環(huán)芳香烴等）烴等）（二）（二） 基因突變基因突變(tbin)(tbin)的類(lèi)型的類(lèi)型 點(diǎn)突變點(diǎn)突變(tbin)(tbin)（堿基置換）（堿基置換） 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換: A : A G G 或或 C C T T

13、 ； 顛換顛換 : : 嘌呤堿嘌呤堿 嘧啶堿嘧啶堿第17頁(yè)/共38頁(yè)第十八頁(yè)，共39頁(yè)。192.2. 框移突變框移突變3.3. 缺失缺失(qu sh) (qu sh) 或插入或插入1 1個(gè)堿基個(gè)堿基A AU纈纈第18頁(yè)/共38頁(yè)第十九頁(yè)，共39頁(yè)。20 圖14-14 由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型 1 2 位于11號(hào)染色體的Hb基因家族 1 2 1 2 N C 1 2 N C 1 2 1 2 3. 3. 基因基因(jyn)(jyn)重排重排第19頁(yè)/共38頁(yè)第二十頁(yè)，共39頁(yè)。21（三）損傷（三）損傷(snshng)DNA(snshng)DNA的修復(fù)的修復(fù)1. 1. 光復(fù)活光復(fù)活 光修復(fù)

14、光修復(fù)(xif)酶酶第20頁(yè)/共38頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。222.切除切除(qich)修復(fù)修復(fù)連接連接(linji)(DNA Pol )(DNA Pol )第21頁(yè)/共38頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。23復(fù)制(fzh)重組(zhn z)再合成(hchng)3.重組修復(fù)重組修復(fù)第22頁(yè)/共38頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。244.4. SOS SOS修復(fù)修復(fù) 5.5. 當(dāng)當(dāng)DNADNA廣泛損傷、難以修廣泛損傷、難以修復(fù)時(shí)，復(fù)時(shí)，6.6. 誘導(dǎo)產(chǎn)生一類(lèi)特異性低、選擇堿基能誘導(dǎo)產(chǎn)生一類(lèi)特異性低、選擇堿基能力差的力差的DNADNA聚合酶，進(jìn)行聚合酶，進(jìn)行(jnxng)(jnxng)錯(cuò)誤錯(cuò)誤復(fù)制復(fù)制應(yīng)急修復(fù)（應(yīng)

15、急修復(fù)（SOSSOS修復(fù)）修復(fù)）第23頁(yè)/共38頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。25第二節(jié)第二節(jié) RNA RNA的生物合成的生物合成(hchng)(hchng)（轉(zhuǎn)錄）（轉(zhuǎn)錄） 一、參加一、參加(cnji)(cnji)轉(zhuǎn)錄的主要物質(zhì)轉(zhuǎn)錄的主要物質(zhì)（一）模板：（一）模板： ( (以以DNADNA的一條鏈為模板的一條鏈為模板) ) DNA 5DNA 5 G G A G T A C A T G T C 3G G A G T A C A T G T C 3 （編碼鏈，（編碼鏈，+ + ） 3 3 C C T C A U G U A C A G 5C C T C A U G U A C A G 5 （模板鏈，（

16、模板鏈，- - ） （轉(zhuǎn)錄）（轉(zhuǎn)錄） 5 5 G G A G U A C A U G U C 3 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA mRNA （翻譯）（翻譯） N Ala Val His Val C N Ala Val His Val C 多肽鏈多肽鏈 第24頁(yè)/共38頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。26（二）（二） RNA RNA聚合酶聚合酶 (E.coli ) (E.coli ) 因子：因子： 辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，并與之結(jié)合，帶辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，并與之結(jié)合，帶 動(dòng)全酶解開(kāi)雙鏈，促進(jìn)動(dòng)全酶解開(kāi)雙鏈，促進(jìn)(cjn)(cjn)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng); ; RNA RNA 聚聚 合合 酶酶

17、 （22） 2 2（核心酶）：（核心酶）： 延著模板鏈延著模板鏈3 53 5滑動(dòng)，按滑動(dòng)，按A-UA-U、 C-G C-G堿基配對(duì)規(guī)則，堿基配對(duì)規(guī)則， 催化合成催化合成5 35 3 方向的方向的RNARNA鏈。鏈。 第25頁(yè)/共38頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。27 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶有聚合酶有、 3 3種種 RNA Pol RNA Pol 存在于核仁存在于核仁(h rn),(h rn),催化大分子催化大分子rRNArRNA的合成的合成; ;RNA Pol RNA Pol 存在于核質(zhì)存在于核質(zhì), ,催化催化tRNAtRNA和小分子和小分子 rRNA rRNA的合成的合成; ;RN

18、A Pol RNA Pol 存在于核質(zhì)存在于核質(zhì), ,催化催化hnRNA(mRNAhnRNA(mRNA前體分子前體分子) )的合的合成。成。 hnRNA mRNA hnRNA mRNA加工加工(ji gng)第26頁(yè)/共38頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。28第27頁(yè)/共38頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。29 因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，帶動(dòng)全酶與啟動(dòng)序列因子辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，帶動(dòng)全酶與啟動(dòng)序列(xli)（10 35bp）結(jié)合，促使雙鏈局部解開(kāi)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄結(jié)合，促使雙鏈局部解開(kāi)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 。二、二、RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 （一）轉(zhuǎn)錄過(guò)程（一）轉(zhuǎn)錄過(guò)程 1. RNA聚合酶辨認(rèn)和結(jié)合聚合酶辨認(rèn)和結(jié)合(jih)模板（起始

19、階段）模板（起始階段） （一旦轉(zhuǎn)錄（一旦轉(zhuǎn)錄(zhun l)啟動(dòng)，啟動(dòng)， 因子脫落下因子脫落下來(lái)）來(lái)）結(jié)合結(jié)合啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（PribnowPribnow盒）盒）0第28頁(yè)/共38頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。30 真核生物(shngw)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子(25 30bp)(-30 -110bp)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)起始點(diǎn)起始點(diǎn)第29頁(yè)/共38頁(yè)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。31模板模板(mbn)鏈鏈RNA polymerase轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)空泡空泡2. 2. 延伸階段延伸階段 由核心酶沿著模板由核心酶沿著模板(mbn)(mbn)鏈鏈3 35 5方向滑方向滑動(dòng)，按動(dòng)，按A=UA=U

20、、GCGC 堿基配對(duì)規(guī)則，合成堿基配對(duì)規(guī)則，合成5 5 3 3方向的方向的RNARNA鏈。鏈。 第30頁(yè)/共38頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。323.3. 終止階段終止階段4.4. 1 1） 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，終止轉(zhuǎn)錄；形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，終止轉(zhuǎn)錄；5.5. 2 2） 識(shí)別識(shí)別(shbi)(shbi)、并結(jié)合終止信號(hào)區(qū)，、并結(jié)合終止信號(hào)區(qū)，終止轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄第31頁(yè)/共38頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。33原核生物原核生物(shngw)： 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不需加工；轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不需加工；真核生物真核生物(shngw)： 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物需要加工轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物需要加工mRNA剪接剪接(jinji)（切除內(nèi)含子、連接外顯子）（切除內(nèi)含子、連接外顯

21、子）tRNA 堿基修飾堿基修飾rRNA 與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成核糖體與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成核糖體5端加帽端加帽3端加尾端加尾包括包括(boku)：第32頁(yè)/共38頁(yè)第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。34 DNA和和RNA生物合成的比較生物合成的比較(1) 復(fù)制復(fù)制 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)1. 原料原料 dNTP NTP2. 模板模板 DNA兩條鏈兩條鏈 DNA一條鏈一條鏈3. 引物引物 需要需要RNA引物引物 不需引物不需引物4. 新連延伸方向新連延伸方向 53 535. 主要酶類(lèi)主要酶類(lèi) DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 解旋、解鏈酶類(lèi)解旋、解鏈酶類(lèi) （2） 引物酶引物酶 終止因子終止因子() DNA連

22、接酶連接酶第33頁(yè)/共38頁(yè)第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。35 DNA和和RNA生物合成的比較生物合成的比較(2) 復(fù)制過(guò)程復(fù)制過(guò)程 轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程 模板模板DNA解旋與解鏈，解旋與解鏈， 因子辨認(rèn)起始點(diǎn)因子辨認(rèn)起始點(diǎn), 形成復(fù)制叉；形成復(fù)制叉； 帶動(dòng)全酶解開(kāi)帶動(dòng)全酶解開(kāi)DNA雙鏈雙鏈, 形成引發(fā)體，形成引發(fā)體， 促使轉(zhuǎn)錄起動(dòng)；促使轉(zhuǎn)錄起動(dòng)； 合成合成RNA引物；引物； 因子隨之脫落下來(lái)；因子隨之脫落下來(lái)；3. 按按A=T、G=C堿基配對(duì)堿基配對(duì) 在核心酶催化下在核心酶催化下, 規(guī)則，合成規(guī)則，合成DNA； 使使RNA鏈不斷延長(zhǎng)；鏈不斷延長(zhǎng)；切除引物、填補(bǔ)空隙、切除引物、填補(bǔ)空隙、 因子終止因子終止(zhngzh)鏈延鏈延長(zhǎng)。長(zhǎng)。 形成岡崎片段；形成岡崎片段；DNA連接酶連接封口，形成長(zhǎng)鏈連接酶連接封口，形成長(zhǎng)鏈DNA；6. 在在Tus蛋白參與下，終止蛋白參與下，終止(zhngzh)復(fù)制復(fù)制第34頁(yè)/共38頁(yè)第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。36核酸的生物合成課堂練習(xí)核酸的生物合成課堂練習(xí)基因表達(dá)包括基因表達(dá)包括(boku)下列過(guò)程下列過(guò)程復(fù)制復(fù)制 B. 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 C. 翻譯翻譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 E. 以上都是以上都是DNA的半保留復(fù)制包括的半保留復(fù)制包括(boku)下列要點(diǎn)下列要點(diǎn)親代親代DNA局