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关于分子生物学基础关于分子生物学基础知识知识第1页，讲稿共95张，创作于星期日一、核酸分子的基本组成一、核酸分子的基本组成(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸核苷酸核苷酸核苷核苷碱基碱基磷酸磷酸戊糖戊糖核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶第2页，讲稿共95张，创作于星期日(一一)碱碱 基基1 1、特性：、特性：共轭性分子结构，共轭双键，共轭性分子结构，共轭双键，260nm260nm处有最大吸收处有最大吸收嘌呤嘌呤(purine)弱碱性，低弱碱性，低PHPH值时可接受质子值时可接受质子嘧啶嘧啶(pyrimidine)碱基间存在疏水堆积力碱基间存在疏水堆积力第3页，讲稿共95张，创作于星期日2 2、种类和结构：、种类和结构：嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)第4页，讲稿共95张，创作于星期日嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)第5页，讲稿共95张，创作于星期日(二二)戊戊 糖糖（构成（构成DNA）2 2、脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)（构成（构成RNA）123451 1、核糖核糖(ribose)2 2OH OH 亲水极性集团亲水极性集团 易水解易水解 易受攻击易受攻击RNARNA不稳定性不稳定性无无2 2OHOH，DNADNA相对稳定相对稳定第6页，讲稿共95张，创作于星期日(三三)核核 苷苷戊糖戊糖C1C1嘌呤嘌呤N9N9嘧啶嘧啶N1N1糖苷键糖苷键/糖甙键糖甙键核糖核苷核糖核苷脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷11第7页，讲稿共95张，创作于星期日(四四)核苷酸核苷酸1 1、核苷酸、核苷酸 核苷核苷+磷酸磷酸 磷酸酯键磷酸酯键 戊糖戊糖+碱基碱基+磷酸磷酸第8页，讲稿共95张，创作于星期日2 2、游离核苷酸、游离核苷酸ADPATPAMP第9页，讲稿共95张，创作于星期日(五五)核酸的一级结构核酸的一级结构1 1、定义、定义核酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以以也也称称为为碱碱基序列基序列。55端端3端端CGA2 2、核苷酸链的方向性：、核苷酸链的方向性：PO4OH55端端33端端第10页，讲稿共95张，创作于星期日3 3、一级结构的表示方法、一级结构的表示方法 结构式结构式/线条式线条式/字母式字母式A G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 55端端3端端CGA磷酸基团磷酸基团3535磷酸二酯键磷酸二酯键羟基羟基第11页，讲稿共95张，创作于星期日DNA一级结构的基本特点一级结构的基本特点4种种dNTP以以3、5磷酸二酯键相连构成一个磷酸二酯键相连构成一个没有分枝的线性大分子。它们的两个末端分别没有分枝的线性大分子。它们的两个末端分别称称5末端（游离磷酸基）和末端（游离磷酸基）和3末端（游离羟基）末端（游离羟基）。第12页，讲稿共95张，创作于星期日思考题：思考题：ATGGTTAGATGGTTAG的互补序列：的互补序列：A A、TACCGAATCTACCGAATC B B、CTAAGCCATCTAAGCCATATGGTTAGATGGTTAG的反向互补序列：的反向互补序列：A A、CTAACCATCTAACCAT第13页，讲稿共95张，创作于星期日(六六)DNA与与RNA在组成上的区别在组成上的区别DNARNA碱基碱基 AGCT AGCU戊糖戊糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖结构结构 双链双链 大多单链，局部双链大多单链，局部双链配对配对 AT AU G C G C 第14页，讲稿共95张，创作于星期日二、二、DNA的空间结构的空间结构(一一)DNA的二级结构的二级结构 双螺旋结构双螺旋结构第15页，讲稿共95张，创作于星期日1 1、特征、特征反向平行的双螺旋反向平行的双螺旋a.a.反向平行反向平行b.b.配对规律配对规律c.c.疏水碱基平面处于内侧，亲水戊糖疏水碱基平面处于内侧，亲水戊糖与磷酸骨架处于外测与磷酸骨架处于外测第16页，讲稿共95张，创作于星期日第17页，讲稿共95张，创作于星期日右手螺旋右手螺旋a.a.右手螺旋右手螺旋b.b.每周每周1010个碱基，每对碱基个碱基，每对碱基3636，碱基平面距离，碱基平面距离0.34nm0.34nmc.c.存在大沟、小沟存在大沟、小沟(大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。槽和较小沟槽。)稳定因素稳定因素a.a.横向：氢键横向：氢键b.b.纵向：碱基疏水堆积力纵向：碱基疏水堆积力第18页，讲稿共95张，创作于星期日2 2、双螺旋结构的多样性、双螺旋结构的多样性ABZ第19页，讲稿共95张，创作于星期日Z-DNA是比较特殊的，它与其他是比较特殊的，它与其他DNA不同之处在于不同之处在于它是在减数第一次分裂前期中的偶线期产生的，约占它是在减数第一次分裂前期中的偶线期产生的，约占DNA总量的总量的0.3%。当一段当一段Z-DNA形成时，其两端必为形成时，其两端必为B-Z相互结合型态，相互结合型态，形成与形成与B-DNA的接口。的接口。Z-DNA能够与能够与B-DNA构成相互结合型态，这种结构构成相互结合型态，这种结构会使一对碱基突出于双螺旋之外。会使一对碱基突出于双螺旋之外。第20页，讲稿共95张，创作于星期日ABZB-DNA第21页，讲稿共95张，创作于星期日(二二)DNA)DNA的三级结构的三级结构 超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix(superhelix 或或supercoil)supercoil)DNADNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 第22页，讲稿共95张，创作于星期日第23页，讲稿共95张，创作于星期日多级螺旋模型多级螺旋模型压缩倍数压缩倍数 7 6 40 5 （8400）DNA 核小体核小体 螺线管螺线管 超螺线管超螺线管 染色单体染色单体 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一级包装一级包装 二级包装二级包装 三级包装三级包装 四级包装四级包装第24页，讲稿共95张，创作于星期日三、三、DNA的功能的功能(一一)DNA的基本功能的基本功能:1.1.以基因的形式荷载遗传信息，作为基因复制的模板，是生命遗传以基因的形式荷载遗传信息，作为基因复制的模板，是生命遗传的物质基础。的物质基础。2.2.是转录的模板，是个体生命活动的信息基础。是转录的模板，是个体生命活动的信息基础。(二二)基本概念基本概念:1.1.基因基因(gene)(gene)：携带遗传信息的：携带遗传信息的一段特定的核苷酸序列一段特定的核苷酸序列，可自我复制，可自我复制并指导转录。并指导转录。2.2.基因组基因组(genomic)(genomic)：一个生物体所包含的全部遗传信息的总和，：一个生物体所包含的全部遗传信息的总和，即全部即全部DNADNA序列。序列。3.3.遗传密码遗传密码(genetic code)(genetic code)：DNADNA碱基序列与蛋白质的氨基酸序列碱基序列与蛋白质的氨基酸序列之间存在的对应关系。之间存在的对应关系。起始密码起始密码(ATG)(ATG)AUG AUG 终止密码：终止密码：UAA UAG UAA UAG UGAUGA第25页，讲稿共95张，创作于星期日四、四、RNA的结构的结构(一一)RNA的结构特征的结构特征:1.1.组成：核糖组成：核糖 碱基碱基A U C GA U C G2.2.单链，局部形成双链。单链，局部形成双链。3.3.含稀有碱基较多含稀有碱基较多DHU(DHU(二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶)，T T（假尿嘧啶），甲基（假尿嘧啶），甲基化，甲羟化，乙酰化等化，甲羟化，乙酰化等第26页，讲稿共95张，创作于星期日(二二)RNA的种类的种类:1、参与基因表达的、参与基因表达的RNA信使信使RNA（mRNA）：遗传信息的传递，翻译模板）：遗传信息的传递，翻译模板转运转运RNA（tRNA）：氨基酸载体）：氨基酸载体核糖体核糖体RNA（rRNA）：提供蛋白质合成的场所）：提供蛋白质合成的场所2、核不均一、核不均一RNA（hnRNA）:mRNA的前体的前体3、核内小、核内小RNA（snRNA）：参与）：参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运4、核仁小核仁小RNA（snoRNA）：参与）：参与rRNA的加工修饰的加工修饰 5、胞质小、胞质小RNA（hnRNA）:运输新合成的运输新合成的Pr到高尔基体加工到高尔基体加工6、小片段干扰、小片段干扰RNA（siRNA）：诱发外源）：诱发外源mRNA的降解的降解第27页，讲稿共95张，创作于星期日(三三)mRNA含量最少含量最少种类繁多种类繁多半衰期最短半衰期最短原核生物原核生物mRNA为为多顺反子多顺反子 真核生物真核生物mRNA为为单顺反子单顺反子1、mRNA的特征：的特征：第28页，讲稿共95张，创作于星期日2、真核生物、真核生物mRNA的帽子结构：的帽子结构：类型类型 m7G 5ppp 5 Np (O型型)m7G 5ppp 5 NmpNp (I型型)m7G 5ppp 5 NmpNmpNp(II型型)第29页，讲稿共95张，创作于星期日Humanwildp16mRNACtcctccgagcactcgctcacggcgtccccttgcctggaaagataccgcggtccctccagaggatttgagggacagggtcggagggggctcttccgccagcaccggaggaagaaagaggaggggctggctggtcaccagagggtggggcggaccgcgtgcgctcggcggctgcggagagggggagagcaggcagcgggcggcggggagcagcatggagccggcggcggggagcagcatggagccttcggctgactggctggccacggccgcggcccggggtcgggtagaggaggtgcgggcgctgctggaggcgggggcgctgcccaacgcaccgaatagttacggtcggaggccgatccaggtcatgatgatgggcagcgcccgagtggcggagctgctgctgctccacggcgcggagcccaactgcgccgaccccgccactctcacccgacccgtgcacgacgctgcccgggagggcttcctggacacgctggtggtgctgcaccgggccggggcgcggctggacgtgcgcgatgcctggggccgtctgcccgtggacctggctgaggagctgggccatcgcgatgtcgcacggtacctgcgcgcggctgcggggggcaccagaggcagtaaccatgcccgcatagatgccgcggaaggtccctcagacatccccgattgaaagaaccagagaggctctgagaaacctcgggaaacttagatcatcagtcaccgaaggtcctacagggccacaactgcccccgccacaacccaccccgctttcgtagttttcatttagaaaatagagcttttaaaaatgtcctgccttttaacgtagatatatgccttcccccactaccgtaaatgtccatttatatcattttttatatattcttataaaaatgtaaaaaagaaaaacaccgcttctgccttttcactgtgttggagttttctggagtgagcactcacgccctaagcgcacattcatgtgggcatttcttgcgagcctcgcagcctccggaagctgtcgacttcatgacaagcattttgtgaactagggaagctcaggggggttactggcttctcttgagtcacactgctagcaaatggcagaaccaaagctcaaataaaaataaaataattttcattcattcactca第30页，讲稿共95张，创作于星期日功能功能a、稳定、稳定mRNAb、有利于、有利于mRNA由核内到胞浆的转位由核内到胞浆的转位c、有利于与核糖体蛋白的结合、与翻译起始蛋白的结合、有利于与核糖体蛋白的结合、与翻译起始蛋白的结合3、真核生物、真核生物mRNA的的3poly（A）尾巴：）尾巴：结构：结构：200多个串联的聚合腺苷酸，多个串联的聚合腺苷酸，poly（A）长则半衰期长）长则半衰期长功能：功能：a、稳定、稳定mRNA模板模板 b、有利于从核内到胞浆的转运、有利于从核内到胞浆的转运第31页，讲稿共95张，创作于星期日4、真核生物、真核生物mRNA的的5非翻译区，非翻译区，3非翻译区：非翻译区：hnRNA（胞核）（胞核）内含子内含子(intron)mRNA（胞液）（胞液）外显子外显子(exon)DNA（胞核）（胞核）protein5mG3poly（A）第32页，讲稿共95张，创作于星期日1、原核细胞和真核细胞的核糖体组成、原核细胞和真核细胞的核糖体组成原核细胞真核细胞(哺乳动物细胞)沉降常数近似分子量沉降常数近似分子量核蛋白体70S2.710680S4.6106小亚基30S0.910640S1.5106rRNA16S0.610618S0.7106蛋白质21种0.3106约30种0.78106大亚基50S2.010660S3.0106rRNA23S1.210628S1.71065.8S4.01045S3.21045S3.2104蛋白质34种0.7106约50种1.37104(四四)rRNA第33页，讲稿共95张，创作于星期日第34页，讲稿共95张，创作于星期日2、rRNA的特征：的特征：分子量最大，含量最多占分子量最大，含量最多占RNA的的80 一级结构较保守，代谢稳定一级结构较保守，代谢稳定 含甲基化碱基较多，利于与蛋白质结合含甲基化碱基较多，利于与蛋白质结合 含有许多基环结构，存在大量氢键含有许多基环结构，存在大量氢键3、rRNA的二级结构的二级结构 基基/茎环结构茎环结构大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌16S rRNA16S rRNA16S rRNA16S rRNA的二级结构的二级结构的二级结构的二级结构第35页，讲稿共95张，创作于星期日2、rRNA的功能：的功能：在翻译的各阶段均与在翻译的各阶段均与tRNA、rRNA相互作用。相互作用。小亚基上有帽结合蛋白的识别位点，识别小亚基上有帽结合蛋白的识别位点，识别mRNA的帽子结构的帽子结构(五五)tRNA1、一级结构：、一级结构：分子量最小分子量最小含有稀有碱基最多含有稀有碱基最多20个核苷酸是保守的，个核苷酸是保守的，10个核苷酸是恒定的个核苷酸是恒定的空间结构相似空间结构相似3端端CCAOH第36页，讲稿共95张，创作于星期日2、空间结构：、空间结构：二级结构二级结构三叶草结构三叶草结构携带氨基酸携带氨基酸辨认并结合氨基酰辨认并结合氨基酰tRNA合成酶合成酶识别识别mRNA上的密码上的密码识别并结合识别并结合核蛋白体核蛋白体氨基酸臂氨基酸臂DHU臂臂反密码臂反密码臂可变臂可变臂T C臂臂第37页，讲稿共95张，创作于星期日 tRNA的三级结构的三级结构倒倒L形结构形结构第38页，讲稿共95张，创作于星期日五、核酸的理化性质及应用五、核酸的理化性质及应用(一一)一般理化性质一般理化性质1、粘度、粘度 DNA RNA2、沉降系数、沉降系数 DNA RNA3、酸碱性质、酸碱性质 DNA PI 44.5，PH 4.0 11.0 稳定，稳定，提取提取pH8.0 RNA PI 22.5 提取提取pH4.5左右，混有很少左右，混有很少DNA污染污染第39页，讲稿共95张，创作于星期日(二二)紫外吸收特征紫外吸收特征1、碱基的行为表现、碱基的行为表现 共轭双剑在共轭双剑在260nm有最大吸收有最大吸收第40页，讲稿共95张，创作于星期日2、应用、应用 测定浓度测定浓度 OD260=1.0 相当于双链相当于双链DNA 50g/ml 单链单链DNA（或（或RNA）40g/ml 寡核苷酸寡核苷酸 20g/ml 判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度 DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8 RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0 测定是否变性测定是否变性 DNA完全变性完全变性 增加增加 2540 RNA变性变性 增加增加 1.1左右左右第41页，讲稿共95张，创作于星期日(三三)变性和复性变性和复性1、定义：通过加热、化学因素（尿素或者甲酰胺）等外力作用、定义：通过加热、化学因素（尿素或者甲酰胺）等外力作用DNA解螺旋，由双链变成单链称为解螺旋，由双链变成单链称为DNA变性。变性。2、变性因素：、变性因素：加热加热 强酸强碱强酸强碱 有机溶剂有机溶剂3、变性后理化性质的改变、变性后理化性质的改变 增色效应增色效应碱基暴露碱基暴露 Tm值：值：DNA在加热变性过程中紫外吸收达最大值一半时的温度。在加热变性过程中紫外吸收达最大值一半时的温度。沉降系数增加沉降系数增加 粘度下降粘度下降第42页，讲稿共95张，创作于星期日第43页，讲稿共95张，创作于星期日4 4、复性：变性的、复性：变性的DNADNA在适当的温度、一定离子强度条件下，给以足够的在适当的温度、一定离子强度条件下，给以足够的时间重新缔合形成双螺旋的过程，称为复性。时间重新缔合形成双螺旋的过程，称为复性。5 5、影响复性的因素：、影响复性的因素：TT：Tm Tm 20202626 离子强度：降低带同种电荷单链间的排斥离子强度：降低带同种电荷单链间的排斥 DNADNA浓度浓度 DNA DNA复杂程度复杂程度6 6、分子杂交：不同来源的具有互补序列的两条核酸单链，在一定条、分子杂交：不同来源的具有互补序列的两条核酸单链，在一定条件下可以按碱基互补原则形成双链的过程。件下可以按碱基互补原则形成双链的过程。第44页，讲稿共95张，创作于星期日六、遗传中心法则六、遗传中心法则转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译DNADNARNARNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质逆转录逆转录逆转录逆转录基因基因基因基因表型表型表型表型控制控制控制控制第45页，讲稿共95张，创作于星期日基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。白质分子的过程。基因表达基因表达(gene expression)translationDNADNAmRNAmRNAproteintranscriptionDNARNARNAtranscriptionDNADNA无组织特异性无组织特异性无组织特异性无组织特异性基因表达有组织特异性基因表达有组织特异性第46页，讲稿共95张，创作于星期日核酸生物合成的一般规律核酸生物合成的一般规律1按照碱基互补配对原则，以按照碱基互补配对原则，以DNA为模板，逆转录以为模板，逆转录以RNA为模板为模板253方向，通过磷酸二酯键连接方向，通过磷酸二酯键连接3特异的聚合酶催化特异的聚合酶催化4聚合酶的底物核苷酸要求是聚合酶的底物核苷酸要求是5核糖或脱氧核糖核糖或脱氧核糖5RNA聚合酶进行聚合反应时，可从头合成聚合酶进行聚合反应时，可从头合成RNADNA聚合酶进行聚合反应时，要有聚合酶进行聚合反应时，要有3-OH末端末端第47页，讲稿共95张，创作于星期日(一一)DNA的复制的复制复制复制(replication)是指遗传物质的传代，以亲代是指遗传物质的传代，以亲代DNA为模板，以为模板，以dNTP为原料，按照碱为原料，按照碱基互补原则合成子链基互补原则合成子链DNA的过程的过程。第48页，讲稿共95张，创作于星期日15N链链14N链链重氮环境重氮环境15N轻氮环境轻氮环境14N第49页，讲稿共95张，创作于星期日3 5 3 5 解链方向解链方向35335领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)第50页，讲稿共95张，创作于星期日1 1、复制的方式：、复制的方式：母链双螺旋解链，以母链的两条单链为模板，母链双螺旋解链，以母链的两条单链为模板，半保留复半保留复制制以四种以四种dNTP为原料为原料碱基互补配对规律碱基互补配对规律子代子代DNA双链与母链碱基序列一致双链与母链碱基序列一致5 3方向，通过磷酸二酯键连接方向，通过磷酸二酯键连接第51页，讲稿共95张，创作于星期日2 2、复制的条件：、复制的条件：substrate:dATP,dGTP,dCTP,dTTPtemplate:解开成单链的解开成单链的DNA母链模板母链模板primer:提供提供3-OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合enzyme：a、DNA聚合酶聚合酶 b、DNA连接酶连接酶 c、引物酶引物酶 d、解螺旋酶和拓扑异构酶解螺旋酶和拓扑异构酶第52页，讲稿共95张，创作于星期日DNADNA拓扑异构拓扑异构：是指：是指DNA DNA 分子在双螺旋的基础上更分子在双螺旋的基础上更高层次的结构紧张状态与松弛状态，即超螺旋状高层次的结构紧张状态与松弛状态，即超螺旋状态与解旋状态之间的相互转换过程。态与解旋状态之间的相互转换过程。特点特点：这过程不发生碱基组成或顺序的任何改变。：这过程不发生碱基组成或顺序的任何改变。作用作用：超螺旋的解旋是复制或转录前的必要准备，：超螺旋的解旋是复制或转录前的必要准备，除了缓解张力以利于复制或转录过程的正常进行除了缓解张力以利于复制或转录过程的正常进行外，更重要的是暴露外，更重要的是暴露DNA DNA 分子中的结合位点，使分子中的结合位点，使参与复制或转录的各种调控蛋白发挥作用。参与复制或转录的各种调控蛋白发挥作用。第53页，讲稿共95张，创作于星期日解旋、解链酶类解旋、解链酶类：拓扑异构酶：拓扑异构酶：型不耗能，切断型不耗能，切断DNA双链中的一双链中的一条，解除张力后封闭切口；条，解除张力后封闭切口；型耗能切断型耗能切断DNA双双链后封闭切口。链后封闭切口。解旋酶：解旋酶：在复制叉处解开双螺旋。移动方向可不同。在复制叉处解开双螺旋。移动方向可不同。单链结合蛋白：单链结合蛋白：结合结合DNA单链，保护单链的完整性。单链，保护单链的完整性。第54页，讲稿共95张，创作于星期日DNA聚合酶聚合酶原核生物原核生物：DNApol：单一肽链构成的大分子，只能连续延长单一肽链构成的大分子，只能连续延长20个个核苷酸。核苷酸。主要参与主要参与DNA的损伤修复和对空隙进行填补。的损伤修复和对空隙进行填补。具有三具有三种活性：种活性：53的聚合活性的聚合活性;3 5的外切活性；的外切活性；5 3外切外切活性活性以枯草杆菌蛋白酶或胰蛋白酶处理，以枯草杆菌蛋白酶或胰蛋白酶处理，DNApol裂解为两个裂解为两个活性片段，较大的活性片段，较大的C端称端称Klenow片段片段DNApol：只有只有3 5的外切活性何的外切活性何DNA聚合活性，在紧聚合活性，在紧急修复中起作用急修复中起作用。DNApo:真正催化核酸合成的酶，具有真正催化核酸合成的酶，具有5 3聚合活性和聚合活性和3 5外切活性外切活性第55页，讲稿共95张，创作于星期日5 3DNA5 3DNA聚合酶活聚合酶活性性第56页，讲稿共95张，创作于星期日3 53 5外切活性外切活性第57页，讲稿共95张，创作于星期日5 3 5 3 外切活性外切活性第58页，讲稿共95张，创作于星期日引物酶：引物酶：以以DNADNA为模板催化一小段引物为模板催化一小段引物RNARNA合成的酶合成的酶连接酶：连接酶：连接两条连接两条DNADNA双链上的缺口形成磷酸二酯键，双链上的缺口形成磷酸二酯键，不能连接两条单链不能连接两条单链DNADNA端粒酶：端粒酶：真核细胞染色体真核细胞染色体DNADNA是线性的，它的是线性的，它的33端有特殊端有特殊序列，被称为端粒，该序列是线性序列，被称为端粒，该序列是线性DNADNA末端复制所必需的。端末端复制所必需的。端粒酶是一个蛋白质与粒酶是一个蛋白质与RNARNA组成的核糖核蛋白组成的核糖核蛋白 ，有逆转录酶的，有逆转录酶的性质，能够利用自己的性质，能够利用自己的RNARNA成分作为模板，与端粒配合合成成分作为模板，与端粒配合合成线性线性DNADNA的末端。以保证真核细胞染色体的末端。以保证真核细胞染色体DNADNA的复制得以的复制得以完成。完成。第59页，讲稿共95张，创作于星期日端粒（端粒（TelomereTelomere）是真核细胞染色体末端的特殊结构是真核细胞染色体末端的特殊结构.人人端粒是由端粒是由6 6个碱基重复序列个碱基重复序列(TTAGGG)(TTAGGG)和结合蛋白组成。和结合蛋白组成。端粒有重要的生物学功能端粒有重要的生物学功能,可稳定染色体的功能可稳定染色体的功能,防止防止染色体染色体DNADNA降解、末端融合降解、末端融合,保护染色体结构基因保护染色体结构基因,调节正调节正常细胞生长。正常细胞由于线性常细胞生长。正常细胞由于线性DNADNA复制复制55末端消失末端消失,随体随体细胞不断增殖细胞不断增殖,端粒逐渐缩短端粒逐渐缩短,当细胞端粒缩至一定程当细胞端粒缩至一定程度度,细胞停止分裂细胞停止分裂,处于静止状态处于静止状态.故有人称端粒为正常故有人称端粒为正常细胞的细胞的“分裂钟分裂钟”(Mistosis clock)(Mistosis clock)，端粒长短和，端粒长短和稳定性决定了细胞寿命，并与细胞衰老和癌变密切相关。稳定性决定了细胞寿命，并与细胞衰老和癌变密切相关。体内体内DNADNA复制是以一段由复制是以一段由RNARNA聚合酶合成的小片段为引物的聚合酶合成的小片段为引物的.复制结束复制结束后，该引物被切除。因此，每复制一次，都要比母链就缩短一节。但是会后，该引物被切除。因此，每复制一次，都要比母链就缩短一节。但是会不会缩短到没有呢？不会缩短到没有呢？第60页，讲稿共95张，创作于星期日端粒酶端粒酶(Telomerase)(Telomerase)是使端粒延伸的反转录是使端粒延伸的反转录DNADNA合成酶。是合成酶。是个由个由RNARNA和蛋白质组成的核糖核酸和蛋白质组成的核糖核酸-蛋白复合物。其蛋白复合物。其RNARNA组组分为模板分为模板,蛋白组分具有催化活性蛋白组分具有催化活性,以端粒以端粒33末端为引末端为引物物,合成端粒重复序列。端粒酶的活性在真核细胞中可合成端粒重复序列。端粒酶的活性在真核细胞中可检测到，其功能是合成染色体末端的端粒，使因每次细检测到，其功能是合成染色体末端的端粒，使因每次细胞分裂而逐渐缩短的端粒长度得以补偿，进而稳定端粒胞分裂而逐渐缩短的端粒长度得以补偿，进而稳定端粒长度。主要特征是用它自身携带的长度。主要特征是用它自身携带的RNARNA作模板，通过逆作模板，通过逆转录合成转录合成DNADNA。第61页，讲稿共95张，创作于星期日 Dna A Dna B Dna CDNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复复制起始区域的复合结构称为引发体。制起始区域的复合结构称为引发体。第62页，讲稿共95张，创作于星期日DnaA1)在在DNA复制过程中，识别起点序列，复制过程中，识别起点序列，并在起点特异位置解开双链的一种蛋白质。并在起点特异位置解开双链的一种蛋白质。2)DNA复制起点上有四个复制起点上有四个9bp的重复序的重复序列，为列，为DnaA蛋白的结合位点。蛋白的结合位点。3)DNA缠绕其上，形成起始复合物缠绕其上，形成起始复合物（initialcomplex）。）。第63页，讲稿共95张，创作于星期日解链过程中正、负超螺旋的形成解链过程中正、负超螺旋的形成第64页，讲稿共95张，创作于星期日复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制复制的高保真性复制的高保真性双向复制双向复制半不连续复制半不连续复制复制起始点具有特殊的序列复制起始点具有特殊的序列形成复制叉结构形成复制叉结构需要需要RNA引物引物3 3、复制的基本规律：、复制的基本规律：第65页，讲稿共95张，创作于星期日(二二)DNA的损伤与修复的损伤与修复1 1、引起突变的因素：、引起突变的因素：物理因素物理因素 紫外线照射紫外线照射 电离辐射电离辐射化学因素化学因素 稠环芳香烃稠环芳香烃 黄曲霉素黄曲霉素B 亚硝酸盐亚硝酸盐生物因素生物因素 碱基错配碱基错配 UV第66页，讲稿共95张，创作于星期日2、DNA损伤修复：损伤修复：光修复光修复光修复酶光修复酶UVUvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATP切除修复切除修复第67页，讲稿共95张，创作于星期日重组修复重组修复第68页，讲稿共95张，创作于星期日 SOS修复修复 当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列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，形成网络式调控系统。这种修复特异性低，复杂的反应，形成网络式调控系统。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。对碱基的识别、选择能力差。第69页，讲稿共95张，创作于星期日(三三)转录转录转录转录(transcription)生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程。mRNA把遗传信息从染色体内贮存的状态转送至胞质，把遗传信息从染色体内贮存的状态转送至胞质，作为蛋白质合成的直接模板。作为蛋白质合成的直接模板。转录转录RNADNA 第70页，讲稿共95张，创作于星期日1 1、方式：、方式：不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。底物底物4种种NTP5 3方向，通过磷酸二酯键连接方向，通过磷酸二酯键连接第71页，讲稿共95张，创作于星期日5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链、有义链、正链编码链、有义链、正链or Crick链链模板链、无义链、负链模板链、无义链、负链 or Watson链链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译5 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向第72页，讲稿共95张，创作于星期日基因文库基因文库www.ncbi.nlm.nih.govDDBJ（DNA Data Bank of Japan）EMBL（The European Molecular Biology Laboratory）第73页，讲稿共95张，创作于星期日2 2、酶、酶 RNARNA聚合酶聚合酶（无外切酶活性，不能纠错）（无外切酶活性，不能纠错）E.Coli 4种亚基构成的五聚体（种亚基构成的五聚体（2）：决定哪些基因被转录：决定哪些基因被转录：催化功能，结合底物：催化功能，结合底物NTP，并形成磷酸二酯键。，并形成磷酸二酯键。：结合：结合DNA模板，参与转录的全过程。模板，参与转录的全过程。：辨认起始点，：辨认起始点，70是典型的辨认转录起始点蛋白。是典型的辨认转录起始点蛋白。第74页，讲稿共95张，创作于星期日核心酶核心酶 core enzymecore enzyme全酶全酶 holoenzymeholoenzyme 第75页，讲稿共95张，创作于星期日起始：起始：RNARNA聚合酶全酶在转录起始区聚合酶全酶在转录起始区（启动子）（启动子）的结合的结合 -35RNARNA聚合酶识别聚合酶识别部位部位RNARNA聚合酶结合部位聚合酶结合部位-10-10原核生物转录起始原核生物转录起始3 3、转录过程、转录过程第76页，讲稿共95张，创作于星期日（一一）原核生物的转录起始原核生物的转录起始2 2 DNADNA双链解开双链解开 ,形成形成转录空泡转录空泡1 1 RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶 (2 2 )与模板结合与模板结合 3 3 在在RNARNA聚合酶作用下聚合酶作用下 发生第一次聚合反应发生第一次聚合反应 5-pppGpN OH+ppiRNApol-DNA-pppGpN-OH pppGNTPpppGpN-OHppi起始复合物起始复合物:5-pppG-OH +NTP第77页，讲稿共95张，创作于星期日转录起始需解决转录起始需解决两个问题两个问题：1 1、RNARNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域区域2 2、DNADNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模双链解开，使其中的一条链作为转录的模板板第78页，讲稿共95张，创作于星期日 延伸延伸5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNARNA聚合酶聚合酶第79页，讲稿共95张，创作于星期日转录延长转录延长1 1、亚基脱落，亚基脱落，RNA pol RNA pol 聚合酶聚合酶核心酶核心酶变构，变构，与模板结合松弛，沿着与模板结合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2 2 、在、在核心酶核心酶作用下，作用下，NTPNTP不断聚合，不断聚合，RNARNA链链 不不 断延长。断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi第80页，讲稿共95张，创作于星期日转录终止转录终止-RNA-RNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板模板 上停止前进，上停止前进，转录产物转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来链从转录复合物上脱落下来原核生物的转录终止原核生物的转录终止1、依赖依赖 因子（因子（Rho)的转录终止的转录终止2、不依赖不依赖 因子因子的转录终止的转录终止 DNADNA模板上靠近终止处，有些模板上靠近终止处，有些特殊的特殊的碱基序列碱基序列，转录出，转录出RNARNA后，后，RNARNA产物形成产物形成特殊的结构特殊的结构来终止转录。来终止转录。第81页，讲稿共95张，创作于星期日 终止终止依赖依赖Rho因子因子(因子因子)的转录终止的转录终止A T P第82页，讲稿共95张，创作于星期日TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT DNA或或UUUU UUUU 茎环结构茎环结构RNA第83页，讲稿共95张，创作于星期日5pppG5 3 3 5 RNA-pol非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止茎环结构使转录终止：茎环结构使转录终止：1 1，使，使RNARNA聚合酶变构聚合酶变构2 2，使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNARNA产物释放产物释放第84页，讲稿共95张，创作于星期日几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式 ：1、剪、剪 接接 (splice)2、剪、剪 切切 (clavage)3、碱、碱 基基 修修 饰饰4、添、添 加加转录后修饰（真核生物）转录后修饰（真核生物）第85页，讲稿共95张，创作于星期日一、一、mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工（一一）首、尾的修饰首、尾的修饰1 1、5 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构2 2、3 3 端加上端加上 聚腺苷酸聚腺苷酸（polApolA）尾巴