核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)

核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第1頁(yè)本章主要內(nèi)容DNA生物合成RNA生物合成核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第2頁(yè)第一節(jié)DNA生物合成核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第3頁(yè)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(zhuǎn)錄為RNA、再翻譯成蛋白質(zhì)過(guò)程核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第4頁(yè)半保留復(fù)制復(fù)制起始點(diǎn)（ori)雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制一、復(fù)制（replication）（一）DNA復(fù)制基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第5頁(yè)半保留復(fù)制

semiconservativereplicationAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC親代子代核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第6頁(yè)DNA半保留復(fù)制試驗(yàn)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第7頁(yè)從復(fù)制起始點(diǎn)向2個(gè)方向進(jìn)行雙向復(fù)制雙向復(fù)制核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第8頁(yè)半不連續(xù)復(fù)制（semidiscontinousreplication)岡崎片段核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第9頁(yè)（二）參加DNA復(fù)制主要酶類(lèi)解旋、解鏈酶類(lèi)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白引物酶DNA聚合酶DNA連接酶核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第10頁(yè)1、解旋、解鏈酶類(lèi)解鏈酶(helicase)解開(kāi)DNA雙鏈中氫鍵，消耗ATP單鏈結(jié)合蛋白（single-strandedDNA-bindingprotein）與單鏈DNA結(jié)合，保持模板處于單鏈狀態(tài)，保護(hù)復(fù)制中DNA單鏈不被核酸酶降解。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase)復(fù)制前：松弛DNA超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象復(fù)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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第11頁(yè)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第12頁(yè)解鏈酶DNA拓樸異構(gòu)酶單鏈DNA結(jié)合蛋白

SSB解開(kāi)、理順

DNA鏈、維持DNA單鏈狀核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第13頁(yè)2、引物酶(primase)DNA聚合酶合成新DNA時(shí)需要引物（一小段RNA）引物RNA3’-OH末端作為DNA合成起始點(diǎn)引物酶與各種起始蛋白結(jié)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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第14頁(yè)3、DNA聚合酶（DNApolymerase)DNA聚合酶作用特點(diǎn)：模板：解開(kāi)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(zhǎng)方向5/→3/具核酸外切酶活性核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第15頁(yè)原核DNA聚合酶①polⅠ：3′→5′外切酶活性，參加DNA修復(fù)校正5′→3′外切酶、聚合酶活性，

切除引物并填補(bǔ)空隙含有切口平移作用②polⅡ：生理功效尚不清楚，無(wú)酶Ⅰ、Ⅱ時(shí)起作用③polⅢ：復(fù)制延長(zhǎng)中真正起復(fù)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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第16頁(yè)DNA復(fù)制高保真性機(jī)制

DNA模板指導(dǎo)正確選擇堿基配對(duì)校讀功效核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第17頁(yè)4、DNA連接酶(DNAligase)經(jīng)過(guò)3/，5/-磷酸二酯鍵連接互補(bǔ)鏈中DNA片段不能連接單獨(dú)存在DNA或RNA單鏈。核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第18頁(yè)（三）DNA復(fù)制過(guò)程模板DNA解旋與解鏈，形成復(fù)制叉；形成引發(fā)體，合成RNA引物；按A=T、G=C堿基配對(duì)規(guī)則，合成DNA；切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段；DNA連接酶連接封口，形成長(zhǎng)鏈DNA；6.在Tus蛋白參加下，終止復(fù)制。(terminusutilizationsubstance)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第19頁(yè)DNA復(fù)制示意圖拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶Ⅲ單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶Ⅰ前導(dǎo)鏈隨即鏈DNA連接酶岡崎片段引物酶核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第20頁(yè)二、逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)概念：以RNA為模板合成DNA過(guò)程酶：逆轉(zhuǎn)錄酶依賴(lài)RNADNA聚合酶功效RNaseH功效（水解RNA-DNA雜交鏈）依賴(lài)DNADNA聚合酶功效核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第21頁(yè)逆轉(zhuǎn)錄酶----------------------------------------RNaseH----------------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------cDNA整合入宿主細(xì)胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA

雜交體cDNA雙股cDNA宿主細(xì)胞DNA分子整合了cDNA宿主細(xì)胞DNA分子逆轉(zhuǎn)錄酶意義：對(duì)中心法則補(bǔ)充有利于基因工程實(shí)施逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第22頁(yè)HIV生活史核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第23頁(yè)三、DNA復(fù)制與端粒、端粒酶端粒:

是由蛋白質(zhì)和DNA緊密結(jié)合結(jié)構(gòu)端粒酶:

是一個(gè)本身攜帶模板RNA逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶特殊生物學(xué)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(xì)胞衰老；3.端粒酶活性與腫瘤(telomere、telomerase)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第24頁(yè)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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第25頁(yè)四、DNA損傷（突變）與修復(fù)突變自發(fā)突變(spontaneousmutation)人工誘變(inducedmutation)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第26頁(yè)（一）引發(fā)突變?cè)蛭锢碓颍鹤贤饩€、各種輻射化學(xué)原因：亞硝酸鹽、烷化劑、芳香烴類(lèi)生物原因：RNA病毒等核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第27頁(yè)（二）突變類(lèi)型點(diǎn)突變(pointmutation)（錯(cuò)配）轉(zhuǎn)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(gè)堿基重排(rearrangement)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第28頁(yè)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(lài)異常DNA…TGTGGGCATCTTTTT…mRNA…ACACCCGUAGAAAAA…HbS（β鏈）（氨基末端）蘇脯纈6谷賴(lài)鐮刀形紅細(xì)胞性貧血核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第29頁(yè)HbA與HbS比較核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第30頁(yè)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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第31頁(yè)（三）DNA損傷修復(fù)光復(fù)活切除修復(fù)重組修復(fù)SOS修復(fù)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第32頁(yè)光修復(fù)(photoreactivation)紫外輻射DNA鏈上兩個(gè)胸腺嘧啶殘基間形成二聚體光修復(fù)酶核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第33頁(yè)切除修復(fù)核酸內(nèi)切酶DNApolⅠ，DNAligase(excisionrepair)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第34頁(yè)重組修復(fù)(recombinationalDNArepair）核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第35頁(yè)第二節(jié)RNA生物合成（轉(zhuǎn)錄）(transcription)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第36頁(yè)一、參加轉(zhuǎn)錄主要物質(zhì)轉(zhuǎn)錄模板RNA聚合酶底物終止因子核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第37頁(yè)（一）轉(zhuǎn)錄模板轉(zhuǎn)錄模板：DNA雙鏈中一條模板鏈：DNA雙鏈中含有轉(zhuǎn)錄功效一條鏈（templatestrand）編碼鏈：貯存有遺傳信息與模板鏈互補(bǔ)一條鏈（codingstrand）核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第38頁(yè)5/3/3/5/不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄：1、RNA分子上只有一條可轉(zhuǎn)錄2、模板鏈并不總是在同一單鏈上RNA合成方向：5/→3/不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄（asymmetrictranscription）核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第39頁(yè)DNA5′……GGAGTACATGTC…3′（編碼鏈，+,）

3′……CCTCAUGUACAG…5′（模板鏈，-，）↓（轉(zhuǎn)錄）5′……GGAGUACAUGUC……3′

mRNA

↓（翻譯）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第40頁(yè)（二）RNA聚合酶——原核細(xì)胞

(RNApolymerase)亞基功效2決定哪些基因被轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄全過(guò)程相關(guān)′結(jié)合DNA模板識(shí)別起始點(diǎn)全酶：關(guān)鍵酶（2′）+起始因子（）核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第41頁(yè)類(lèi)型細(xì)胞內(nèi)定位催化轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物對(duì)鵝膏蕈堿反應(yīng)Ⅰ

核仁rRNA前體耐受Ⅱ

核質(zhì)mRNA前體極敏感Ⅲ

核質(zhì)5SrRNAtRNA中度敏感（二）RNA聚合酶——真核細(xì)胞核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第42頁(yè)（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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第43頁(yè)二、轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄起始2、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)3、轉(zhuǎn)錄終止（原核生物）核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第44頁(yè)②形成第一個(gè)3/，5/-磷酸二酯鍵，σ因子脫離全酶（第一個(gè)核苷酸：GTP或ATP）①RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合開(kāi)啟子-10核苷酸——TATAAT（Pribnow盒）富含AT-35核苷酸——TTGACA開(kāi)啟子轉(zhuǎn)錄起始(transcriptioninitiation)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第45頁(yè)轉(zhuǎn)錄起始動(dòng)畫(huà)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第46頁(yè)關(guān)鍵酶催化，在模板指導(dǎo)下沿5/-3/方向延伸RNA鏈2、轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)(transcriptionelongation)轉(zhuǎn)錄空泡核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第47頁(yè)終止子非依賴(lài)于ρ因子終止子依賴(lài)于ρ因子終止子terminator3、轉(zhuǎn)錄終止（transcriptiontermination）核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第48頁(yè)非依賴(lài)ρ因子終止1、GC豐富，重復(fù)序列2、形成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第49頁(yè)依賴(lài)與ρ因子終止核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第50頁(yè)轉(zhuǎn)錄全過(guò)程核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第51頁(yè)真核細(xì)胞mRNA前體加工轉(zhuǎn)錄過(guò)程中5/端加帽與3/端加尾修飾mRNA前體：核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）2.切除內(nèi)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(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第52頁(yè)m7GpppNmpolyA帽子結(jié)構(gòu)尾巴結(jié)構(gòu)核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第53頁(yè)

DNA和RNA生物合成比較(1)

復(fù)制轉(zhuǎn)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(lèi)

DNA聚合酶RNA聚合酶解旋、解鏈酶類(lèi)（α2ββˊσ）

引物酶終止因子(ρ)DNA連接酶核酸的生物合成專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)第54頁(yè)DNA和RNA生物合成比較(2)

復(fù)制過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程模板DNA解旋與解鏈，σ因子識(shí)別起始點(diǎn),

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