核酸的合成.ppt

现在学习的是第1页，共60页1.1.光复活光复活NNOCH3ONNOOCH3PNNOCH3ONNOOCH3PT(胸腺嘧啶）二聚体胸腺嘧啶）二聚体现在学习的是第2页，共60页只有高等哺乳动物该功能退化掉了。只有高等哺乳动物该功能退化掉了。例例 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。现在学习的是第3页，共60页2.切除修复切除修复现在学习的是第4页，共60页复制同时的修复复制同时的修复*在后代中只有一个个体含有该条在后代中只有一个个体含有该条DNA，后代越多，后代越多，影响比例越小，等于消除影响。影响比例越小，等于消除影响。现在学习的是第5页，共60页（四）（四）SOS修复修复当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。系列复杂的反应。在在E.coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为，各种与修复有关的基因，组成一个称为调调节子节子(regulon)的网络式调控系统。加强切除修复和的网络式调控系统。加强切除修复和重组修复的能力。重组修复的能力。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。现在学习的是第6页，共60页用用色色谱谱技技术术分分纯纯在很短的时间内将在很短的时间内将DNA样品呈样品呈2n大量复制大量复制现在学习的是第7页，共60页聚合链式反应（聚合链式反应（polymerase polymerase chain reactionchain reaction，PCRPCR）是一种体）是一种体外模拟自然外模拟自然DNA DNA 复制过程的核酸复制过程的核酸扩增技术，即无细胞分子克隆技术。扩增技术，即无细胞分子克隆技术。现在学习的是第8页，共60页PCR PCR 技术由技术由MullisMullis于于19851985年发明。它以年发明。它以待扩增的两条待扩增的两条DNADNA链为模板，由一对人工链为模板，由一对人工合成的寡聚核苷酸引物介导，通过合成的寡聚核苷酸引物介导，通过DNADNA聚聚合酶酶促反应，快速体外扩增特异的合酶酶促反应，快速体外扩增特异的DNADNA序列。序列。PCRPCR技术中每轮循环包括变性、复性和延技术中每轮循环包括变性、复性和延伸伸3 3个阶段，约经过个阶段，约经过3030轮循环就可迅速将轮循环就可迅速将待扩增的待扩增的DNADNA扩增数百万倍。扩增数百万倍。现在学习的是第9页，共60页由于由于PCR PCR 技术具有操作简单、快速、特异技术具有操作简单、快速、特异和灵敏的特点，被认为是本世纪核酸分子生和灵敏的特点，被认为是本世纪核酸分子生物学研究领域的最重要的发明之一。物学研究领域的最重要的发明之一。目前，目前，PCRPCR技术已广泛应用于生物学的技术已广泛应用于生物学的各个领域，如基因工程、各个领域，如基因工程、DNADNA测序、任遗测序、任遗传病的分类鉴定和诊断、肿瘤发生、诊断传病的分类鉴定和诊断、肿瘤发生、诊断和治疗以及翻译学等。和治疗以及翻译学等。现在学习的是第10页，共60页转录转录以以DNADNA为模板，按碱基配对原则为模板，按碱基配对原则（dAdA-U-U、dTdT-A-A、dGdG-C-C、dCdC-G)-G)合成合成RNARNA链。链。4.14.1过程过程现在学习的是第11页，共60页现在学习的是第12页，共60页我们将用作我们将用作RNA合成的模板的链叫做合成的模板的链叫做反反义链义链；另一条不做模板的链叫；另一条不做模板的链叫有义链有义链。RNA为全保为全保留留 如果如果DNA的两条链均作为的两条链均作为RNA模板，则每个基因必将产生两条互模板，则每个基因必将产生两条互补的补的RNA。而遗传学证明每个基因只合成了一条。而遗传学证明每个基因只合成了一条RNA链。即使合链。即使合成两条成两条RNA链，其中也只有一条有功能。事实上，在活体内链，其中也只有一条有功能。事实上，在活体内只存在只存在这两条这两条RNA链中的一条链中的一条。如将双链如将双链DNA加热使之变性，再加入以此加热使之变性，再加入以此DNA为模板所合为模板所合成的单链成的单链RNA，进行退火。结果除复性的，进行退火。结果除复性的DNA双螺旋外，还双螺旋外，还形成了形成了DNA-RNA杂种分子杂种分子。结果表明。结果表明只有一条只有一条DNA链被转录链被转录。2.2.转录的方式转录的方式一一.概论概论现在学习的是第13页，共60页转录开始转录开始不需要引物，链的延长方向也是不需要引物，链的延长方向也是 5 35 3RNARNA聚合酶对利福平敏感聚合酶对利福平敏感现在学习的是第14页，共60页2.2.转录的方式转录的方式一一.概论概论现在学习的是第15页，共60页1.1.转录的酶转录的酶亚基组成：亚基组成：a a2 2bbbbws ws=a a2 2bbbbw w+s s 全酶全酶 核心酶核心酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 a a亚基亚基 解开前方的解开前方的DNADNA双螺旋、恢复后面的双螺旋、恢复后面的DNADNA双螺旋双螺旋b b亚基亚基 催化磷酸二酯键的形成催化磷酸二酯键的形成b b亚基亚基 与与DNADNA的非模板链结合的非模板链结合 二二.原核生物转录原核生物转录现在学习的是第16页，共60页亚基组成：亚基组成：a a2 2bbbbws ws=a a2 2bbbbw w+s s 全酶全酶 核心酶核心酶 核心酶：核心酶：解开前方的解开前方的DNADNA双螺旋、双螺旋、RNARNA链的延伸、恢复后链的延伸、恢复后面的面的DNADNA双螺旋双螺旋s s亚基：亚基：识别启动子，起始转录。识别启动子，起始转录。亚基和其他肽亚基和其他肽链的结合不很牢固，易脱离全酶。链的结合不很牢固，易脱离全酶。此外，每个此外，每个RNARNA聚合酶还含有聚合酶还含有2 2个个ZnZn离子。离子。1.1.转录的酶转录的酶二二.原核生物转录原核生物转录现在学习的是第17页，共60页现在学习的是第18页，共60页 DNADNA上存在着转录的起始信号，它是特殊的核苷酸上存在着转录的起始信号，它是特殊的核苷酸序列，称为序列，称为启动子（启动子（promoterpromoter）。转录是由。转录是由RNARNA聚合酶聚合酶全酶结合于启动子而被启动的。全酶结合于启动子而被启动的。2.2.转录过程转录过程-转录启动转录启动二二.原核生物转录原核生物转录现在学习的是第19页，共60页The nucleotide sequences of representative E.coli promoters 2.2.转录过程转录过程-转录启动转录启动二二.原核生物转录原核生物转录现在学习的是第20页，共60页-35序列是RNA聚合酶全酶的识别位点，对全酶有很高的亲和性。如果-35序列发生突变或缺失，将大大降低对全酶的亲和性，即降低RNA聚合酶与启动子的结合速度，但不影响转录起始位点附近DNA 双链的解开。现在学习的是第21页，共60页-10序列又称为Pribnow盒，或TATA盒，是 RNA聚合酶全酶的紧密结合位点。-10序列的突变不影响RNA聚合酶与启动子结合的速度，但会降低双链解开的速度。TATA盒决定着转录的方向。现在学习的是第22页，共60页 聚合酶全酶上的聚合酶全酶上的s s因子能识别启动子，因子能识别启动子，并识别有义链，从而使全酶定位到启动子并识别有义链，从而使全酶定位到启动子部位。部位。二二.原核生物转录原核生物转录2.2.转录过程转录过程-转录启动转录启动现在学习的是第23页，共60页可见，-35序列提供RNA聚合酶识别的信号，-10序列则有助于DNA局部双链的解开，两者共同决定了启动子的强度，也调控了转录的速度和RNA分子数。因此，-10和-35序列都很重要。同时有研究表明：离开共同顺序较远的启动子的活性亦较弱；破坏启动子功能的突变中有75%都是改变了共同顺序中的碱基，其余25%亦为离共同顺序较近顺序中的碱基的改变。现在学习的是第24页，共60页原核生物启动子的序列长约20200bp不等。E.coli典型的启动子结构（80bp）如下：原核生物亦有少数启动子缺乏这两个序列（-35和-10)之一。在这种情况下，RNA聚合酶往往不能单独识别这种启动子，而需要有辅助蛋白质的帮助。结合位点结合位点TGTTGACATATAAT起始位点起始位点1018bp58bp-35序列序列-10序列序列CAP-cAMP现在学习的是第25页，共60页1.RNA聚合酶延聚合酶延DNA链移动，识别转录起点链移动，识别转录起点（启动子（启动子）打开螺旋，打开螺旋，形成聚合酶形成聚合酶-DNA-RNA复合体。复合体。现在学习的是第26页，共60页2.2.复合体甩掉复合体甩掉亚基，随亚基，随RNARNA聚合酶移聚合酶移动动连续连续5353转录转录RNARNA链。链。螺旋解开长度螺旋解开长度 DNA-RNA复合体长度复合体长度现在学习的是第27页，共60页 由全酶在启动子附近将由全酶在启动子附近将DNADNA局部解链，约解开局部解链，约解开1717个碱基对。（酶与启动子结合的部位是个碱基对。（酶与启动子结合的部位是ATAT富集区富集区，有利于解链），有利于解链）第一个核苷三磷酸第一个核苷三磷酸(常常是常常是GTPGTP或或ATP)ATP)结合到全结合到全酶上，形成酶上，形成“启动子启动子-全酶全酶-核苷三磷酸核苷三磷酸”三元起三元起始复合物。始复合物。第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的3 3羟基上，形成了第一个磷酸二酯键。羟基上，形成了第一个磷酸二酯键。s s因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶。因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶。二二.原核生物转录原核生物转录2.2.转录过程转录过程-转录启动转录启动现在学习的是第28页，共60页 当当s s因子从核心酶上脱落后，核心酶与因子从核心酶上脱落后，核心酶与DNA链的链的结合变得疏松结合变得疏松(依靠其蛋白质的碱性与酸性核酸之依靠其蛋白质的碱性与酸性核酸之间的非特异性的静电引力间的非特异性的静电引力)，可以在模板链上滑动，可以在模板链上滑动，方向为，方向为DNA模板链的模板链的 3 5，同时将核苷酸逐，同时将核苷酸逐个加到个加到RNA链的链的3-OH端，使端，使RNA链以链以 5 3方方向延伸。向延伸。二二.原核生物转录原核生物转录2.2.转录过程转录过程-链的延伸链的延伸现在学习的是第29页，共60页 DNA上的解螺旋区：在上的解螺旋区：在RNA链链延伸的同延伸的同时时，RNA聚聚合合酶继续酶继续解开它前方的解开它前方的DNA双螺旋，暴露出新的模板双螺旋，暴露出新的模板链链，而后面被解开的两条，而后面被解开的两条DNA单链单链又重新形成双螺又重新形成双螺旋，旋，DNA上的解螺旋区保持上的解螺旋区保持约约17个碱基个碱基对对的的长长度。度。二二.原核生物转录原核生物转录2.2.转录过程转录过程-链的延伸链的延伸现在学习的是第30页，共60页 RNA-DNA杂交区：刚合成出来的杂交区：刚合成出来的RNA链与解开的链与解开的DNA模板链之间可形成一小段模板链之间可形成一小段RNA-DNA杂交区。随着核心酶的移杂交区。随着核心酶的移动，动，RNA链不断地延伸，杂交区也往前延伸，但后面的杂交区随链不断地延伸，杂交区也往前延伸，但后面的杂交区随着着DNA双螺旋的回复，双螺旋的回复，RNA链逐渐被置换出来，因此，杂交区链逐渐被置换出来，因此，杂交区也保持着固定一小段。也保持着固定一小段。二二.原核生物转录原核生物转录2.2.转录过程转录过程-链的延伸链的延伸现在学习的是第31页，共60页 DNA DNA分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷酸序列，称为酸序列，称为终止子终止子。核心酶能识别终止子，停止转录。核心酶能识别终止子，停止转录。这一过程有时需要一种蛋白质这一过程有时需要一种蛋白质 因子的帮助（当因子的帮助（当终止信号较弱时）；有时不需要（当终止信号较终止信号较弱时）；有时不需要（当终止信号较强时）终止区的碱基可形成特殊的结构强时）终止区的碱基可形成特殊的结构-回文结回文结构，形成茎环结构和一串寡聚构，形成茎环结构和一串寡聚U U。核心酶释放出核心酶释放出RNARNA，自己也离开，自己也离开DNADNA。DNADNA上的解链区重新形成双螺旋。上的解链区重新形成双螺旋。二二.原核生物转录原核生物转录2.2.转录过程转录过程-终止终止现在学习的是第32页，共60页现在学习的是第33页，共60页DNA链的3-端附近有回文结构回文结构，富含G-C碱基，随后紧密相连的是A-T碱基，当以这段终止信号为模板转录出的RNA即形成具有茎环的发夹形结构，其3-端含有一串UUUU的尾巴，这发夹结构阻碍了聚合酶的进一步延伸，RNA链的合成即终止，寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。现在学习的是第34页，共60页细菌只有一种RNA聚合酶，它完成细胞中所有RNA的合成。真核细胞的转录机构更加复杂。真核细胞核内产生三种RNA聚合酶，位于不同的部位，且均有复杂的亚基结构。每种酶负责不同种类基因的转录。它们的一般性质见下表。真核生物的转录真核生物的转录现在学习的是第35页，共60页酶酶位置位置产物产物活性比较活性比较对对-鹅膏蕈碱的敏感性鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶聚合酶核仁核仁rRNA50-70%不敏感不敏感RNA聚合酶聚合酶核浆核浆hnRNA20-40%敏感敏感RNA聚合酶聚合酶核浆核浆tRNA10%介于酶介于酶和酶和酶之间之间现在学习的是第36页，共60页RNA聚合酶的活性最显著。位于核仁中，负责转录rRNA基因(rDNA)，细胞内的RNA绝大部分是rRNA。其活性不被-鹅膏蕈碱所抑制。RNA聚合酶又称蛋白质基因启动子或型启动子。该启动子有四个区域对转录起始和活性起着调控作用，是真核基因转录不可缺少的。现在学习的是第37页，共60页 转录起始位点：其碱基大多为A，两侧各有若干个嘧啶核苷酸(Inr序列），该序列对启动子的强度和确定起始位点方面都是必要的。现在学习的是第38页，共60页 TATA盒：位于-25-30bp左右，是核心序列，又称Hogness box。其共有序列：T85A97T93A85(A63/T37)A83(A50/T37)基本上由AT组成，极少数启动子中有GCbp。现在学习的是第39页，共60页 TATA盒的作用在于决定转录的起点，序列的改变会使转录位点偏移；缺失TATA盒，转录将在许多位点上开始。TATA盒决定转录的效率：如鸡蛋清蛋白基因启动子的TATA变为TAGA后，转录效率大大下降；兔珠蛋白中TATA盒是ATAAAA，人工突变为ATGTAA后，转录效率下降80%；现在学习的是第40页，共60页 上游调控区（UPE）：真核型启动子上游具有多种调控元件：CAAT盒：转录起始位点上游70-80bp处的CAAT顺序。他们是转录调控因子结合的位点，影响着转录活化和频率。现在学习的是第41页，共60页 远端调控区：在真核生物中，有些基因的启动子远上游区域（-100bp以上）可大大增强启动子的活性，这种序列称为增强子。现在学习的是第42页，共60页RNA聚合酶负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。聚合酶对-鹅膏蕈碱的反应则不尽相同：在动物细胞中聚合酶可被高浓度-鹅膏蕈碱所抑制，而在酵母和昆虫细胞中则不会被抑制。现在学习的是第43页，共60页 真核生物转录的终止信号和机制了解很少，其主要原因在于大多数RNA在转录后很快进行加工，难确定原初的3-端。现在学习的是第44页，共60页二、转录后加工二、转录后加工（一）（一）真核生物真核生物mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工1 1、首、尾的修饰首、尾的修饰 5-5-端帽子结构的形端帽子结构的形(m(m7 7GpppG)GpppG)3-3-端端 poly Apoly A尾巴的生成尾巴的生成 RNARNA的生物合成与加工的生物合成与加工现在学习的是第45页，共60页1、转录合成的、转录合成的RNA,叫原初转录产物，原初叫原初转录产物，原初RNA经过一定程度经过一定程度的加工和修饰，才能变为成熟的的加工和修饰，才能变为成熟的mRNA.。mRNA作为蛋白质的作为蛋白质的合成模板合成模板,一个一个mRNA可以为一条多肽链编码可以为一条多肽链编码,也可为多条多肽链也可为多条多肽链编码，为一条多肽链编码的编码，为一条多肽链编码的mRNA叫叫单顺反子单顺反子,为二条或多条多肽为二条或多条多肽链编码的为链编码的为多顺反子。多顺反子。现在学习的是第46页，共60页2、真核细胞的mRNA为单顺反子,因为真核细胞功能相关的基因不连在一起形成操纵子,不产生多顺反子.原核细胞的mRNA结构简单,由于功能相近的基因连在一起形成操纵子一块转录,产生多顺反子.3、原核生物的mRNA除少数外，一般不进行加工，转录和翻译可同时进行。但rRNA和tRNA需经过加工才能形成活性RNA；真核生物的mRNA、rRNA和tRNA都需要加工现在学习的是第47页，共60页（一）真核生物mRNA前体的一般加工：1、真核细胞mRNA的原初转录产物是分子量极大的前体,在核内加工过程中形成大小不等的中间物,称为核内不均一RNA(hnRNA),有一小部分经进一步加工成为成熟的mRNA2、把hnRNA加工为成熟mRNA的过程包括：（1）/-端形成帽子(保护mRNA不被5/-核酸外切酶降解)（2）3/-端形成多聚腺苷酸的尾巴,尾巴不能阻止3/-核酸外切酶的降解作用,尾巴越长,3/-核酸外切酶作用的时间越长,mRNA的寿命越长.（3）剪去内含子转录的mRNA片段,把外显子转录的mRNA连接起来.（4）链内部核苷被甲基化现在学习的是第48页，共60页（1 1）5/-5/-加帽加帽真核生物mRNA5/-端都有帽子，在hnRNA分子中就有帽子结构，在hnRNA分子的5/-端为三磷酸嘌呤核苷；转录起始后不久在RNA三磷酸酯酶的催化下从5/-端脱去一个磷酸，然后在mRNA鸟苷酰转移酶催化下，与GTP反应生成5/,5/-三磷酸相连的键，并释放出焦磷酸；最后在甲基转移酶催化下，以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供甲基进行甲基化，产生帽子结构现在学习的是第49页，共60页5/-帽子的功能：确切功能不十分清楚，推测它可能在翻译过程中被识别和对mRNA起稳定作用。现在学习的是第50页，共60页（2）真核细胞真核细胞mRNA3/-mRNA3/-加尾加尾真核细胞mRNA的3/-端通常都有20200个腺苷酸残基构成的多聚腺苷酸的尾巴结构，核内的hnRNA3/-端也有多聚腺苷酸形成的尾巴，hnRNA的尾巴比mRNA的尾巴略长，平均为150200个腺苷酸残基。尾巴是通过酶和蛋白因子对初级转录产物进行切割后再添加上去的。真核细胞和病毒的mRNA的3/端存在加尾信号AAUAAA（高度保守）现在学习的是第51页，共60页（3）剪去内含子，连接外显子剪去内含子，连接外显子真核生物的基因是断裂基因，但也有少数编码蛋白质的基因及tRNA和rRNA基因是连续的。断裂基因的外显子和内含子一起转录，转录产物经过剪接除去内含子部分，将外显子链接起来。内含子：真核细胞基因中的不编码序列外显子：真核细胞基因中的编码序列现在学习的是第52页，共60页现在学习的是第53页，共60页1 1、（山东大学、（山东大学 01 01 年年 ）有关）有关DNA DNA 复制复制的说明中，错误的是（的说明中，错误的是（）A A、半保留复制、半保留复制 B B、半不连续、半不连续复制复制C C、一般是定点开始双向等速复制、一般是定点开始双向等速复制D D、复制沿模板、复制沿模板5 5到到3 3 方向进行方向进行现在学习的是第54页，共60页以RNA为模板，即按照RNA中核尊酸顺序合成DNA（称逆转录）此过程中需要的酶是。ADNA指导的DNA聚合酶 BRNA指导的RNA聚合酶CRNA指导的DNA聚合酶 DDNA指导的RNA聚合酶 现在学习的是第55页，共60页逆转录酶是()聚合酶。A以DNA为模板的RNA B以RNA为模板的DNA C.以RNA为模板的RNA D以DNA为模板的DNA现在学习的是第56页，共60页2 2、（中国科学院、（中国科学院0202年）在年）在DNA DNA 损伤修损伤修复中，哪一种修复可能导致高的变异复中，哪一种修复可能导致高的变异率（率（）A A、光修复、光修复 B B、切除修复、切除修复 C C、重组修复、重组修复 D D、诱导修复、诱导修复现在学习的是第57页，共60页下列关于DNA复制，说法正确的是：A按 35方向进行 B需要DNA聚合酶C需要DNA连接酶的作用 D需要4种dNMP的参与 现在学习的是第58页，共60页现在学习的是第59页，共60页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第60页，共60页