核酸生物合成(3)課件

1、關于核酸的生物合成 (3)2022/9/201第一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月中心法則蛋白質(zhì)翻譯轉錄逆轉錄復制復制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。在細胞分裂的過程中，通過DNA復制把親代細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在子代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自DNA轉錄給RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使子代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復制出新的病毒RNA；還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA（逆轉錄），這是中心法則的補充。第二張

2、，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月中心法則總結了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎。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(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。 蛋白質(zhì)翻譯轉錄逆轉錄復制復制DNARNA中心法則第三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一章 核酸的生物合成第一節(jié) DNA的生物合成第二節(jié) RNA的生物合成第三節(jié) 基因工程及分子 生物學技術簡介 第四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) DNA的生物合成 DNA的復制（DNA指導下的DNA合成） 逆轉錄（RNA指導下的DN

3、A的合成） DNA突變 DNA的損傷與修復第五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一、DNA的半保留復制 （Semi-Conservation Replication） 概念和實驗證據(jù)DNA的復制的起點和方向與DNA復制有關的酶及蛋白質(zhì)因子 DNA的半不連續(xù)復制 E.coli.DNA復制過程 真核生物DNA的復制第六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）概念和實驗證據(jù)復制時，親代DNA雙螺旋解開，然后以每條鏈為模板，按堿基互補原則合成與模板鏈互補的新鏈。結果新形成的兩個子代DNA雙螺旋分子中有一條鏈來自親代，另一條是新合成的，這種復制方式稱為半保留復制。 概念子代DNA雙螺旋與

4、親代DNA的堿基順序完全一樣第七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月半保留復制的實驗證據(jù)1958年Meselson和Stahl用同位素15N標記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復制。細胞培養(yǎng)在15N標記培養(yǎng)基中（連續(xù)培養(yǎng)12代，使所有DNA分子均標記上15N）轉入正常N源（14N）培養(yǎng)基中分離各代DNA, 分析其浮力密度第八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 CsCL密度梯度離心 浮力密度 15NDNA 1.742g/ml 14NDNA 1.710g/ml第九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA半保留復制的生物學意義DNA的半保留復制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性

5、。因為經(jīng)過多代復制，DNA的多核苷酸鏈仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。從而保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。 第十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） 復制起點、方向和方式1、復制起點（origin ， ori或 o ， 復制原點） 原核生物染色體DNA ：單復制起點 整個染色體只有一個復制單位 真核生物染色體DNA : 多復制起點 一個genome中有多個復制單位復制起點：復制開始處DNA分子的特定位置復制子(Replicon)（復制單位 ）：從一個起點到一個終點所包含的DNA區(qū)域許多生物的復制起點都是富含A、T的區(qū)段第十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2

6、、復制方向及方式大多數(shù)是雙向的，形成兩個復制叉；復制叉（Replication fork）：染色體中參與復制的活性區(qū)域，即復制正在發(fā)生的位點 .復制叉上分布著許多與復制有關的酶和輔助因子真核染色體DNA 線環(huán)狀雙鏈E .coli染色體DNA 環(huán)狀雙鏈 復制眼（replication eye）：電子顯微鏡下觀察正在復制的DNA，復制的區(qū)域形如一只眼睛第十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月復制過程中SV40 DNA分子的電鏡照片第十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月目前已發(fā)現(xiàn)30多種酶及蛋白質(zhì)因子參與DNA復制（三）與DNA復制有關的酶及蛋白質(zhì)因子（1）DNA聚合酶(DNA p

7、olymerases)（2）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome) （3）DNA連接酶（DNA ligase）（4）解螺旋酶(DNA helicase) (5） DNA旋轉酶 （gyrase） (6）單鏈結合蛋白(single-strand binding protein, SSB)第十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月Nucleophilic attackThe most accurate type of enzyme. DNA聚合酶 DNA模板(反轉錄時用RNA模板)引物 (RNA 、 DNA, 3，-羥基) 4種dNTP Mg2+1、 DNA聚合酶和DNA的聚合

8、反應鏈生長方向5， 3，第十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)主要有三種DNA聚合酶，分別為： DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 E.coli DNA聚合酶第十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 亞基數(shù)目 1（單體酶） 多亞基酶 多亞基酶53聚合活性 + 中 + 很低 + 很高35外切活性 + + +53外切活性 + +第十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月53聚合酶活性DNApol 復制中新鏈的延長子鏈DNA延伸方向只能是5 3第十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3355錯配堿基3-

9、5核酸外切酶水解位點3 5外切酶活性切除單鏈DNA 3-末端核苷酸，而對雙鏈DNA不起作用聚合過程中，若新加入的核苷酸不對，DNApol 35外切酶的活性可將其除去（校對功能，提高DNA復制保真性）。第十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5 3外切酶活性 從雙鏈DNA一條鏈的5末端開始水解下單核苷酸或寡核苷酸。DNApol切除RNA引物（ 53 外切酶活性） 填補其留下的空隙（ 53 聚合酶活性）第二十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA復制時53 外切酶活性切除RNA引物， 53 聚合酶活性填補其留下的空隙;DNA損傷修復；D

10、NA損傷修復(紫外光引起)DNA 復制的主要酶53 聚合活性催化鏈的延長35外切酶活性的校對功能第二十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA聚合酶全酶由10種亞基組成，分子量830KD ; 第二十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月、和三種亞基組成核心酶,核心酶形成二聚體-亞基猶如一個夾子夾住DNA分子，并向前滑動，使DNA聚合酶在完成復制前不再脫離DNA第二十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2、 DNA連接酶（ligase） 所需條件： a、 DNA雙鏈切口的 3OH 和 5P 相鄰 b、 切口各自堿基處于配對狀態(tài) c、 需要能量 原核（NAD） 真核（ATP

11、）第二十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月酶-AMPAMP-P-5-DNA第二十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(四)DNA的半不連續(xù)復制3535問題的提出： 5 3鏈是如何作為模板復制 ?1968年岡崎提出DNA不連續(xù)復制模型 第二十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3535 前導鏈（leading strand）：DNA復制時，與復制叉向前移動的方向一致，一條模板鏈是3 5走向，與之互補的新鏈能以5 3的方向連續(xù)合成。 滯后鏈（lagging strand）：另一條模板鏈是5 3走向，與其互補的新鏈也是5 3方向合成，但與復制叉移動方向正好相反，所以隨復制叉

12、的移動，形成許多不連續(xù)的片段，最后連成一條完整的DNA鏈。岡崎片段(Okazaki fragment): DNA復制不連續(xù)合成 鏈中形成的短DNA片段，每個岡崎片段的合成也都需要引物。 半不連續(xù)復制第二十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月岡崎片段合成后由DNA聚合酶切除RNA引物并催化合成一段DNA填補留下的空隙。再由DNA連接酶把他們連成一條完整的子代鏈，稱為滯后鏈。第二十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(五)E.coli.染色體DNA復制過程 起 始 延 伸 終 止第二十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1、起始大腸桿菌復制的起點由245個bp構成，其序列很

13、保守，有兩組短的重復： 3個13 bp的序列和4個9 bp的序列第三十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月涉及主要酶系第三十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月20個DnaA結合在四組9bp重復區(qū)，形成起始復合物，DNA環(huán)繞此復合物。三組13bp重復區(qū)依次變性，產(chǎn)生開放型復合物。DnaB（解螺旋酶）在DnaC協(xié)助下與開放復合物結合，進一步解鏈。解鏈時帶來的扭曲張力還需DNA旋轉酶（屬DNA拓撲異構酶）引入負超螺旋消除。第三十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月單鏈結合蛋白( SSB）結合在單鏈區(qū)，阻止復性和保護單鏈DNA不被核酸酶降解引發(fā)體：引物合成酶與各種蛋白質(zhì)因子構成

14、的復合體（引發(fā)體），以DNA為模板合成RNA引物（ 6-10個堿基）第三十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2、延伸前導鏈只需要一個RNA引物，隨后鏈的每一個岡崎片段都需要一個RNA引物鏈的延長反應由DNA pol.催化。復制體：在DNA合成的生長點（既復制叉上）分布著許多與復制有關的酶和輔助因子，它們在DNA的模板鏈形成離散的復合物，彼此配合進行高度精確的復制。第三十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月復制體沿著復制叉方向前進，同時進行前導鏈和滯后鏈的合成。一分子的 DNA pol III. 協(xié)同合成前導鏈和滯后鏈，因此滯后鏈必須繞成一個突環(huán)。5335第三十五張，PPT共九

15、十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3、DNA合成的終止EE.coli 有兩個終止區(qū)域，分別結合專一性的終 止蛋白 tus 序列一：terE terD terA 序列二：terF terB terC第三十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月每個區(qū)域只對一個方向的復制叉起作用每次復制時只使用一個終止位點終止蛋白通過抑制DNA解旋酶而發(fā)揮終止作用第三十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月兩個復制叉在終止區(qū)相遇而停止復制，復制體解體，期間大約有50-100 bp未被復制。其后兩條親代鏈解開，同過修復方式填補空缺，此時兩環(huán)狀染色體互相纏繞，成為連鎖體由拓撲異構酶切開，再連接，使兩個連鎖的DNA

16、雙鏈彼此分開第三十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA解螺旋酶解開雙鏈DNA。 SSB結合于DNA單鏈。 DNA旋轉酶引入負超螺旋，消除復制叉前進時帶來的扭曲張力。 DNA引物酶(在引發(fā)體中)合成RNA引物。 DNA pol.在兩條新生鏈上合成DNA。 DNA pol切除RNA引物，并補上DNA。 DNA ligase連接一個岡崎片段。小 結第三十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（六）真核生物染色體DNA的復制 真核和原核DNA復制比較、 、 、 、 負責核DNA的復制負責線粒體DNA的復制第四十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物染色體DNA復制過程

17、中 組蛋白的裝配核小體的結構（200bp左右）在真核生物的復制子上，親代染色體的核小體被逐個打開，組蛋白以完整的八聚體形式直接轉移到子代DNA的前導鏈上，新合成的組蛋白與后隨鏈組裝成核小體。因此，DNA的復制是半保留的，而組蛋白則是全保留的。第四十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物染色體DNA末端復制的問題真核生物線狀染色體在復制最后，5 末端RNA引物被切除后，無法向原核那樣填補空缺，如果沒有特殊的機制合成末端序列，將造成5末端序列縮短，染色體就會在細胞傳代中變得越來越短。通過端粒酶催化形成端粒結構來解決解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶IS

18、SB335355RNA引物第四十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒酶:含有RNA和蛋白質(zhì)（起DNA聚合酶的作用）兩種組分，RNA分子約150bp，含有于重復端粒結構互補的一個片段，可作為端粒鏈合成的模板。端粒（telomeres） ：是真核細胞染色體末端所特有的結構，有許多串（1000串或更多）短的重復序列組成，通常3末端鏈是富含G的短序列第四十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒（telomeres） ：是真核細胞染色體末端所特有的結構，有許多串（1000串或更多）短的重復序列組成，通常3末端鏈是富含G的短序列，如人是TTAGGG，而且該鏈具有12-16個核苷酸的單

19、鏈突出端，可作為隨后鏈最后一個岡崎片段的引物模板。功能：保證線性DNA的完整復制保護染色體末端決定細胞壽命553353AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶第四十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒酶（telomerase）：端粒末端的重復序列是通過端粒酶將其加到染色體末端。端粒酶含有RNA和蛋白質(zhì)（起DNA聚合酶的作用）兩種組分，RNA分子約150bp，含有與重復端粒結構互補的一個片段，可作為端粒鏈合成的模板。端粒酶可通過5端于染色體的3端互補結合，以自身為模板使DNA3末端延伸，合成一個重復單位后，再向前移動一個單位。端粒的3末端又可回折，作為引物，合成其互補鏈。端粒酶類

20、似于逆轉錄酶，它只合成與酶自身的RNA模板互補的DNA片段。動物的生殖細胞中由于端粒酶的存在，端粒一直保持一定的長度。但體細胞隨著分化而失去端粒酶活性，這樣細胞連續(xù)分裂，使端粒不斷縮短一定程度時，細胞就停止生長。惡性腫瘤細胞端粒酶表達多。第四十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月端粒合成的一種模型35TTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAA35TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT35AATTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG 整合和雜交移位和再雜交端粒合成的

21、完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT53nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTCCCCT nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTAAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT n進一步加工繼續(xù)延伸第四十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的半保留復制概念和實驗證據(jù)DNA的復制的起點和方向與DNA復制有關的酶及蛋白質(zhì)因子 DNA的半不連續(xù)復制 E.coli. DNA復制過程真核生物DNA的復制小結第四十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二、RNA指導的DNA合成 （逆轉錄）

22、逆轉錄（reverse transcription）：以RNA為模板，在逆轉錄酶的作用下，生成DNA的過程。第四十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1970年，Temin 和Baltimore分別從勞氏肉瘤病毒和鼠白血病病毒(致癌RNA病毒)中發(fā)現(xiàn)逆轉錄酶。所有已知的致癌RNA病毒都含有逆轉錄酶，因此被稱為逆轉錄病毒（retrovirus）逆轉錄酶催化RNA指導的DNA的合成需要：模板：RNA引物：RNA或DNA底物：dNTP二價陽離子：Mg2+或Mn2+ 沿5 3方向合成DNA（一）逆轉錄酶 第四十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）RNA指導的DNA聚合酶活力（以R

23、NA為模板，合成一條互補的DNA，形成RNADNA雜種分子）。（2）RNase H酶活力，水解RNADNA雜種分子中的RNA，可沿35和53兩個方向起外切酶作用。（3）DNA指導的DNA聚合酶活力。具有三種酶活力第五十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）病毒粒子侵染宿主細胞，病毒RNA和逆轉錄酶一起進入細胞。（2)RNA被逆轉錄成雙鏈DNA （cDNA），進入細胞核。(RNA5端帶有1分子的宿主tRNA，作為逆轉錄時的引物。（3）逆轉錄病毒的DNA整合到宿主染色體DNA中（前病毒） 。（4）前病毒DNA隨宿主染色體DNA進行復制，轉錄,產(chǎn)生基因組RNA(mRNA)，翻譯出病毒蛋白（

24、病毒RNA 無翻譯活性）。（5）基因組RNA和病毒蛋白在胞質(zhì)中組裝成新病毒粒子，轉移到質(zhì)膜，通過出芽方式釋放新病毒粒子。(二) 逆轉錄病毒的生活周期第五十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA衣殼被膜逆轉錄酶轉錄轉譯整合入宿主細胞染色體DNA進入細胞丟失被膜丟失衣殼逆轉錄RNARNAcDNA衣殼蛋白被膜蛋白逆轉錄酶(二) 逆轉錄病毒的生活周期當致癌RNA病毒侵染宿主細胞時，病毒RNA及逆轉錄酶一起進入宿主細胞，病毒自身帶入的逆轉錄酶使RNA逆轉錄成雙鏈DNA。第五十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月依賴RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依賴DNA的DNA聚合酶（三）逆轉

25、錄過程以病毒（+）RNA為模板，合成互補的（-）DNA。切除RNADNA雜種分子中的RNA以（-）DNA鏈為模板，合成（+）DNA鏈第五十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、DNA的突變 概念： DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導致DNA的復制以及后來的轉錄和翻譯產(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。產(chǎn)生：DNA在復制中可能產(chǎn)生錯配，但自然條件下發(fā)生的突變率非常低某些物理化學因素，如紫外線、電離輻射和化學誘變劑（烷化劑、堿基類似物）等第五十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 突變的類型 堿基對的置換(substitution)轉換：

26、兩種嘌呤或兩種嘧啶之間互換（常見）顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤之間互換 移碼突變(frames shift mutation)第五十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉換 -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

27、-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(framesshift mutation)第五十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月四、DNA的損傷與修復在一定條件下，生物體能使DNA的損傷得到修復:暗修復（1）光裂合酶修復（2）切除修復（3）重組修復 （4）誘導修復（SOS修復）第五十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月光復合酶特異地和嘧啶二聚體結合DNA紫外線損傷的光裂合酶修復酶被可見光激活修復后酶被釋放第五十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月切除修復一般DNA的兩條鏈只有一條

28、受損傷，在一系列酶的作用下可將損傷部分切除，根據(jù)互補鏈的序列對其進行修復。第五十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA的重組修復是復制后的修復DNA鏈的損傷并未除去胸腺嘧啶二聚體第六十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月SOS修復為DNA的損傷所誘導，而產(chǎn)生缺乏校對功能的DNA聚合酶，它能在DNA損傷部位進行復制而避免了死亡，可是卻帶來了高的突變率，這屬于傾向差錯的修復。第六十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) RNA的生物合成第六十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉錄（transcription）：以一段DNA的遺傳信息為模板，在RNA聚合酶作

29、用下，合成出對應的RNA的過程，或在DNA指導下合成RNA。轉錄的不對稱性：在RNA的合成中，DNA的二條鏈中僅有一條鏈可作為轉錄的模板，稱為轉錄的不對稱性。反義鏈（非編碼鏈，負鏈）：在RNA的轉錄中，用作模板的DNA鏈稱為反義鏈。有義鏈（編碼鏈，正鏈）在RNA的轉錄中，不作為模板的DNA鏈稱為有義鏈。一、DNA指導的RNA合成（轉錄）第六十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉錄產(chǎn)物：mRNA、rRNA、 tRNA、小RNA基因表達的產(chǎn)物是RNA和蛋白質(zhì)轉錄起始于DNA模板的一個特定位點，并在另一位點終止，此轉錄區(qū)域稱為一個轉錄單位。一個轉錄單位可以是一個基因（真核）單順反子mRNA

30、 ，也可以是多個基因（原核）多順反子mRNA 。第六十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA合成的基本特征：底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）RNA鏈生長方向：53不需引物需DNA模板（一）RNA聚合酶第六十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 RNA聚合酶催化的反應ACGACGUU模板DNA5353新合成RNA第六十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月E.coli和其它原核細胞一樣，只有一種RNA聚合酶，合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。E.coli RNA聚合酶全酶分子量46萬Da，由六個亞基組成，2 ，另有兩個Zn2+。無亞基的酶叫核

31、心酶，核心酶只能使已開始合成的RNA鏈延長，而不具備起始合成活性，加入亞基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，亞基稱為起始因子。E.coli RNA聚合酶（原核）第六十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） E.coli轉錄過程 轉錄起始 鏈的延伸 轉錄終止第六十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 RNA的合成不需要引物。由RNA聚合酶亞基識別DNA分子上的起始信號（啟動子） 啟動子（Promoter）: 指RNA聚合酶能識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列，原核生物的啟動子約含40-60個堿基對。1、轉錄起始第六十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月53T

32、 原核生物啟動子三個功能部位3編碼鏈TATA框（Pribnow框）Sextama框轉錄起始點RNA聚合酶識別信號有助于DNA 雙鏈解開第七十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶全酶通過亞基識別啟動子并與之結合誘導富含AT的 -10區(qū)解鏈，然后進一步擴大成17個核苷酸長度的泡狀物，RNA聚合酶開始轉錄。RNA聚合酶全酶掃描解鏈區(qū)，找到起始點，不需要引物，然后根據(jù)模板鏈的堿基序列選擇第1 個和第2個核苷酸，合成第1個磷酸二酯鍵。RNA鏈大多以pppA或pppG開始，占90%。這時所形成的啟動子、全酶和RNA鏈的復合物稱為三元起始復合物。第七十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022

33、年6月三元復合物形成后，亞基就會被釋放脫離核心酶。第七十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2、RNA鏈 的延伸核心酶構象改變，與DNA結合比較松弛，可沿DNA模板3 5方向移動，繼續(xù)解開雙連，并按模板順序選擇下一個核苷酸，將核苷三磷酸加到前一個的3-OH端，故轉錄方向從5 3。新合成的RNA與模板鏈形成RNA-DNA雜交區(qū)。第七十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3、轉錄終止終止轉錄的特殊堿基順序終止子（terminators）DNA的終止子可被RNA聚合酶本身或其終止因子識別。使RNA聚合酶停止合成RNA并釋放出RNA。終止因子：協(xié)助RNA聚合酶識別終止子的蛋白質(zhì)輔助因子

34、， 如因子。大腸桿菌有兩類終止子：（1）不依賴于因子的終止子（2）依賴因子的終止子第七十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月不依賴于因子的終止子有2個特征： 在DNA中有在終止點之前都有一個回文結構，其轉錄本形成發(fā)卡結構，且柄部富含GC堿基對。 大約有6 個連續(xù)的As，它轉錄成Us。模板鏈5335富含AT區(qū)CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTGGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAA回文結構富含GC區(qū)轉錄方向第七十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月寡聚U序列可能提供信號使RNA聚合酶脫離模板。依賴的終止子，必需在因子存在時，才

35、發(fā)生終止作用。終止點前無寡聚U序列，回文對稱區(qū)不富含GC。第七十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA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)到達基因終點延長階段53RNA 啟動子（promoter) 終止子(terminator)5RNA聚合酶5353553離開第七十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基本原則與原核相似，但真核基因的轉錄更復雜。RNA聚合酶不相同啟動子有三類，分別由RNA聚合酶I、II、III進行轉錄。真核生物的啟動子由轉錄因子，而不是RNA聚合酶識別，轉錄因子：RNA聚合酶在進行轉錄時

36、，常需要一些輔助因子（蛋白質(zhì)）參與作用，此類蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為轉錄因子。多種轉錄因子和RNA聚合酶在起點形成前起始復合物，起始轉錄。（三）真核生物的轉錄第七十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月產(chǎn)物-鵝膏蕈堿對酶的作用酶類分布反應條件I核仁核質(zhì)核質(zhì)rRNAmRNAtRNA不抑制低濃度抑制高濃度抑制低離子強度,要求Mg2+或Mn2+高離子強度高Mn2+濃度分子量都在50萬左右 真核生物RNA聚合酶第八十張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉錄與DNA復制的異同：相同：要有模板，新鏈延伸方向53，堿基的加入嚴格遵循堿基配對原則。相異：復制需要引物，轉錄不需引物。轉錄時，模板DNA的信息全保

37、留，復制時模板信息是半保留。轉錄時，RNA聚合酶只有53聚合作用，無53及35外切活性。相同：要有模板，新鏈延伸方向53，堿基的加入嚴格遵循堿基配對原則。轉錄與DNA復制的比較第八十一張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA合成RNA合成合成部位細胞核核仁：rRNA核質(zhì)：mRNA、tRNA底物脫氧核苷三磷酸核苷三磷酸模板DNA的兩條鏈DNA的一條鏈酶DNA聚合酶RNA聚合酶引物RNA做引物不需要引物鏈延長方向5-35-3合成方式半保留復制全保留轉錄產(chǎn)物雙鏈DNA單鏈RNADNA和RNA合成的比較相異：第八十二張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）RNA生物合成的抑制劑RNA聚

38、合酶的抑制物利福霉素和利鏈菌素（原核）、 -鵝膏蕈堿（真核）嘌呤和嘧啶類似物6-巰基嘌呤、8-氮鳥嘌呤、5-氟尿嘧啶 、6-氮尿嘧啶等 可通過抑制核苷酸的合成，抑制 RNA生物合成DNA模板功能的抑制劑烷化劑、放線菌素D、 嵌入染料（溴化乙錠、吖啶類染料） 能與DNA結合，使DNA失去模板功能，從而抑制其復制與轉錄第八十三張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶合成的原初轉錄產(chǎn)物，要經(jīng)過剪切、修飾、拼接等過程，才能轉變成成熟的RNA分子，此過程稱RNA轉錄后的加工。（五）RNA轉錄后的加工第八十四張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1, 2 and 3 is RNase I

39、II, RNase P, and RNase E甲基化切割 原核生物rRNA前體的加工（E.coli）原核生物rRNA基因與某些tRNA基因組成混合操縱子第八十五張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物tRNA前體的加工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 表示核苷酸轉移酶的作用 表示核酸外切酶的作用 表示異構化酶的作用 a. 核酸內(nèi)切酶(RNAaseP、RNAaseF)在tRN

40、A兩端切斷。b. 核酸外切酶(RNAaseD)從3端逐個切去附加序列。c. 在tRNA3端加上-CCA-OH:tRNA核苷酸轉移酶d. 核苷的修飾（修飾酶）：甲基化酶 / S-腺苷蛋氨酸（SAM），假尿苷合成酶。tRNA基因大多成簇存在，或與rRNA基因，或與蛋白質(zhì)基因組成混合操縱子。第八十六張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物mRNA前體的加工多數(shù)真核基因是不連續(xù)的 a. 5末端形成帽子結構 b. 3末端加上polyA d.內(nèi)含子切除（RNA的拼接）細菌mRNA一般不需加工，一經(jīng)轉錄，即可直接進行翻譯。第八十七張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月有些RNA病毒，進入寄主細胞后，借助復制酶而進行RNA的復制。RNA復制酶的模板特異性很強，只識別病毒自身的RNA，它以病毒RNA為模板，合成與模板性質(zhì)相同的RNA。二、RNA的復制第八十八張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 不同RNA病毒合成mRNA的 途徑可以分4類逆轉錄病毒噬菌體Q狂犬病毒（帶有復制酶）呼腸孤病毒（帶有復制酶）逆轉錄酶第八十九張，PPT共九十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1、正鏈RNA病毒（mRNA）：噬菌體Q、灰質(zhì)炎病毒等。進入寄主細胞后，利用寄主的翻譯系統(tǒng)，首先合成復制酶及