DNA、RNA的生物合成.ppt

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1、核核酸酸的的合合成成分子生物学分子生物学(分子遗传学分子遗传学)中心法则中心法则 反映了从反映了从DNADNARNARNA蛋白质的遗传信息主蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律表达的规律。转录RNA翻翻译蛋白蛋白质DNA RNA（病毒）病毒）复制复制复制复制翻翻译 蛋白蛋白质（病毒）（病毒）反反转录第一节 DNA的生物合成&DNADNA DNA复制复制&RNADNA 反转录反转录两种方式两种方式 复制：复制：以亲代以亲代DNADNA或或RNARNA为模板，为模板，根据根据碱基配对的原则碱基配对的原则，在一系列酶，在一系列酶

2、的作用下，生成与亲代相同的子代的作用下，生成与亲代相同的子代DNADNA或或RNARNA的过程。的过程。一、DNA的复制复制的方式DNADNA的半保留复制的半保留复制一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制2.2.半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据:1.1.定义：定义：1958 1958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素1515N N标记标记大大肠杆菌肠杆菌DNADNA,首先证明了首先证明了DNADNA的半保留复制。的半保留复制。以以亲代亲代DNADNA双链双链为模板以为模板以碱基互补碱基互补方式合成子方式合成子代代DNADNA，这样新形成的

3、子代这样新形成的子代DNADNA中，一条链来自亲中，一条链来自亲代代DNADNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫式叫半保留复制半保留复制。DNA半保留复制半保留复制DNA的复制的方式-1958,Messelson and Stahl实验证实实验证实细菌的菌的DNA双双链(蓝线的代表含的代表含15N)含含15N-DNA的的细菌菌培养于普培养于普通培养液通培养液第一代第一代重重DNA普通普通DNA普通普通DNADNA半保留复制的半保留复制的证据据混合式混合式重重DNA普通普通DNA重重DNA第二代第二代半保留式半保留式第一代第一代故可排除混合式复制方式故可

4、排除混合式复制方式培养第一代培养第一代结果结果重重DNA普通普通DNA母链母链全保留式全保留式半保留式半保留式混合式混合式重重DNA普通普通DNA排除全保留式排除全保留式细菌的菌的DNA双双链(蓝线的代表含的代表含15N)(红线的代表含的代表含14N)含含15N-DNA的的细菌菌培养于普培养于普通培养液通培养液继续培养于培养于 普通培养液普通培养液第二代第二代重重DNA第一代第一代重重DNA普通普通DNA普通普通DNADNA半保留复制的半保留复制的证据据排除混合式排除混合式Why?DNADNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义：DNADNA在代谢上的稳定性并非指在代谢上的稳定性

5、并非指DNADNA是一种惰性物质是一种惰性物质。DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上在代谢上的的稳定性稳定性，是是保证亲代的遗传信息稳保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。定地传递给后代必要措施。&必须具备的基本条件 模板模板：母链：母链DNA 原料原料：dNTP(包括包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子：引物引物：一小段：一小段RNA 能量能量（ATP）及某些及某些无机离子无机离子参与DNA复制的酶类与蛋白质因子及其主要作用1.拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）无无ATP时时：作用相当于：作用相当于Topo

6、,但切割的但切割的是是双链双链DNA某一部位某一部位(断双链断双链)。有有ATP时时：使带断口、松弛状的：使带断口、松弛状的DNA分分子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。不需耗能不需耗能(ATP)，切割切割(断断)双链双链DNA中的中的一链一链，松解螺旋，松解螺旋,封闭切口。封闭切口。又称又称切割封口酶切割封口酶。Topo 的作用的作用Topo(又称旋转酶又称旋转酶)的作用的作用拓扑异拓扑异 构酶构酶II+ATP拓扑异拓扑异 构酶构酶IDNA的松弛状态与超螺旋的松弛状态与超螺旋2.解链酶解链酶(又称又称解螺旋酶或螺旋酶解螺旋酶或螺旋酶,helicase)

7、解链酶作用作用：断裂互补碱基间的氢键：断裂互补碱基间的氢键,使使DNADNA双链分离形成双链分离形成“复制叉复制叉”。3.单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(DNA结合蛋白结合蛋白)(single stranded DNA-binding protein,SSB)作用作用：防止重新形成双防止重新形成双 链和防止单链模板链和防止单链模板被核酸酶水解被核酸酶水解,维持维持DNA单链状态和完整性单链状态和完整性 4.引物酶(Primase)53 5RNA引物引物55RNA引物引物3RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊的合成：需引物酶，它是一种特殊的的RNA聚合酶。聚合酶。DNA不能从无不能从无有合成，需

8、在一小段有合成，需在一小段RNA基基础上合成上合成DNA5.DNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase,DNA pol）即依赖于即依赖于DNA的的DNA聚合酶（聚合酶（DDDP）y原核生物原核生物（E.coli）迄今已知只有迄今已知只有3种：种：DNA pol、DNA pol、DNA pol。y真核生物真核生物 亦发现有多种亦发现有多种DDDP：DDDP、。y其性质与功能其性质与功能n原料原料：四种脱氧核苷三磷酸四种脱氧核苷三磷酸 （dATPdATP、dGTPdGTP dCTPdCTP dTTPdTTP)n需要需要模板模板：以以DNADNA为模板链，合成子代为模板链，合成子代DNADNA

9、，模板可模板可以是双链，也可以是单链以是双链，也可以是单链DNADNA。合成产物与模板互补。合成产物与模板互补。n 需要需要引物引物：一小段一小段RNA(RNA(或或DNADNA）为引物，在大肠杆为引物，在大肠杆 菌中，菌中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作为引物链作为引物，引物含，引物含3 3-OHOH.n合成方向：合成方向：5 5 3 3 (一一)DNADNA聚合酶：聚合酶：19561956年年KornbergKornberg等在大肠杆菌中等在大肠杆菌中首先发现首先发现DNADNA聚合酶，其后发现该酶在许多生物中广聚合酶，其后发现该酶在许多生物中广泛存在。泛存在。该

10、酶的催化性质如下：该酶的催化性质如下：大大肠杆菌中杆菌中DNA聚合聚合酶某些性某些性质 DNA聚合聚合酶 性性 质 -酶分子分子/细胞胞 400 40 20 酶分子量分子量(kd)109 90 140 5 3 聚合功能聚合功能 有有 有有 有有 5 3 外切外切酶活性活性 有有 有有 无无 3 5 外切外切酶活性活性 有有 有有 有有 聚合核苷酸数聚合核苷酸数/分分钟/分子分子(37)1000 50 15000 主要功能主要功能 修复等修复等 修复作用修复作用 复制复制 表13-2 真核细胞中真核细胞中DNA聚合酶的性质聚合酶的性质 DNA聚合酶聚合酶 性质性质 -分布分布 细胞核细胞核 细胞

11、核细胞核 线粒体线粒体 细胞核细胞核 细胞核细胞核 分子量分子量(kd)250 36-38 160-300 170 256 3 5外切酶活性外切酶活性 无无 无无 有有 有有 有有 5 3聚合作用聚合作用 有有 有有 有有 有有 有有 主要功能主要功能 复制复制 损伤修复损伤修复 复制复制 复制复制 复制复制,损伤修损伤修复复 (随从链随从链)(领头链领头链)DDDP 53聚合作用示意聚合作用示意图3 模板模板链 5 53DDDP 的的 53外切及外切及35外切外切作用示意作用示意图35外切外切5 3外切外切53CA36.DNA连接酶连接酶(DNA Ligase)作用：在有模板指导的条件下，催

12、化2个DNA片段(两片段间的距离为1个3,5-磷酸二酯键的键长)的连接。原理：在一个DNA片段的3-OH末端和另一个DNA片段的5-P末端形成3,5-磷酸二酯键，从而实现连接。特点：原核细胞:需辅助因子NAD+真核细胞:不需辅助因子NAD+,但需耗能(ATP)表表13-4 参与参与DNA复制的复制的酶及蛋白及蛋白质 酶或蛋白或蛋白质 主要作用主要作用 拓扑异构拓扑异构酶类 克服解克服解链时打打结及及缠绕、松、松驰或引或引 进负超螺旋超螺旋 解解链酶类 解开解开DNA双双链 单链DNA结合蛋白合蛋白 维持已解开持已解开单链DNA的的稳定定 引物引物酶 合成合成RNA引物引物 DNA聚合聚合酶 D

13、NA复制复制 DNA聚合聚合酶 水解引物、填水解引物、填补空隙、修复作用空隙、修复作用 DNA连接接酶 催化双催化双链DNA中中单链缺口的缺口的连接接（五）、参（五）、参与与DNA复制复制的酶与蛋白的酶与蛋白因子总览图因子总览图 DNA的复制过程 复制的起始 链的延长 复制的终止复制的起始1.在拓扑异构酶、解链酶及单链DNA 结合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解链，形成复制叉。2.依赖于单链模板，由引物酶催化按碱基配对规律合成一小段RNA引物(原核细胞引物长50-100个碱基，真核约10个碱基)。DNADNA的复制过程的复制过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）复制的终止复制的终止：复制的

14、起始复制的起始1 1、起始复合物的形成：称为引发、起始复合物的形成：称为引发2 2、RNARNA引物的合成引物的合成 链的延伸链的延伸：复制起始阶段的特点真核细胞真核细胞：具有多个具有多个 起始位点起始位点原核细胞原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制链的延长n引物合成后，由引物合成后，由DNA pol（真核细胞真核细胞为为DNA聚合酶聚合酶 或或)催化，在引物催化，在引物3-OH末端逐一添加与模板链对应互补的末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。使新合成的链不断延长。前导链前导链:链的链的延长方向延长方向

15、(5 3)与与解链方向解链方向(复复制叉移动方向制叉移动方向)相同相同,为为连续连续合成。合成。随从链随从链:链的链的延长方向延长方向(53)与与解链方向解链方向(复复制叉移动方向制叉移动方向)相反相反，为，为不连续不连续合成。合成。n分段合成的分段合成的DNA片段片段,最初被命名为最初被命名为冈冈崎片段崎片段III三、三、DNADNA复制的半不连续性复制的半不连续性前导链前导链滞后链滞后链冈崎片段冈崎片段前导链：前导链：以以3 5 方向的亲方向的亲代链为模板连续合成的子代链。代链为模板连续合成的子代链。滞后链：滞后链：以以5 3方向的亲方向的亲代链为模板的子代链先逆复制代链为模板的子代链先逆

16、复制叉移动方向合成冈崎片段，再叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。连接成滞后链。DNA DNA链的延伸链的延伸 在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，的催化下，以四种以四种5-5-脱氧核苷三磷脱氧核苷三磷酸为底物，在酸为底物，在RNARNA引物的引物的33端以磷酸二酯键连接上端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。焦磷酸。DNADNA链的延伸同时链的延伸同时进行前导链和滞后链的合进行前导链和滞后链的合成。两条链方向相反。成。两条链方向相反。前导链前导链 滞后链滞后链 冈崎片段冈崎片段 半不连续复制半不连续复制冈崎模型冈崎模型复制的终止复制的终止1.1.水解引

17、物及填补空隙水解引物及填补空隙 冈崎片段合成后，由冈崎片段合成后，由DNA pol(真核细胞真核细胞可能是可能是DNA聚合酶聚合酶)水解去除水解去除RNA引物引物，并并填补填补留下的留下的空隙空隙(5 3)聚合。聚合。2.2.完整双链完整双链DNADNA分子的形成分子的形成 填补空隙后，填补空隙后，DNA片段与片段之间还有一片段与片段之间还有一个缺口个缺口(一个一个3,5-磷酸二酯键的长度磷酸二酯键的长度),由由DNA连接酶连接酶催化连接成完整的链，从而产催化连接成完整的链，从而产生生完整的双链完整的双链DNA分子分子。DNADNA复制的精确性（高保真复制）复制的精确性（高保真复制）1 1、碱

18、基的配对规律：、碱基的配对规律：摸板链与新生链之间的碱基配摸板链与新生链之间的碱基配对保证碱基配错几率约为对保证碱基配错几率约为1/101/104 41/101/105 5。2 2、DNADNA聚合酶的聚合酶的3535外切酶活性的校对功能，外切酶活性的校对功能，使使碱基的错配几率又降低碱基的错配几率又降低10010010001000倍。倍。3 3、DNADNA的损伤修复系统。的损伤修复系统。DNA DNA复制必须具有复制必须具有高度精确性高度精确性，在大肠杆菌的细胞，在大肠杆菌的细胞DNADNA复制中其复制中其错误率约为错误率约为1/101/109 91/101/101010，即每即每1010

19、9 910101010个核苷酸才出现一个错误，也就是大肠杆菌染色个核苷酸才出现一个错误，也就是大肠杆菌染色体体DNADNA复制复制100010001000010000次才出现一个核苷酸的错误。次才出现一个核苷酸的错误。这么高的精确性的保证主要与下列因素有关：这么高的精确性的保证主要与下列因素有关：二、反转录(reverse transcription)reverse transcription)概念概念 以以RNA为模板，为模板，dNTP为原料，反转录酶为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成催化，按碱基配对规律合成DNA的过程。的过程。反转录酶反转录酶,又称为又称为依赖依赖RNA的的DNA聚

20、合酶聚合酶(RNA-dependent DNA polymerase,RDDP)DNA转录转录RNARNA(病毒病毒)反转录反转录.RDDP引物引物,4种种dNTPRDDPRNase H4种种dNTPRDDP或或DDDP病毒病毒RNARNA-DNA 杂化分子化分子cDNA前病毒前病毒(双双链DNA)酶催化反催化反应示意示意图 反反向向转录酶存存在在于于所所有有致致癌癌RNA病病毒毒中中,其其功功能能可可能能与与病病毒毒的的恶性性转化化作作用用有关有关;但它也存在于但它也存在于某些正常某些正常细胞胞中，在中，在细胞分化胞分化与胚胎与胚胎发生中可能起某些作用。生中可能起某些作用。反反转录病病毒毒和

21、和反反转录酶的的发现,提提出出了了一一个个重要的医学重要的医学问题病毒致癌及癌基因病毒致癌及癌基因 反反转录的医学意的医学意义反反转录的医学意的医学意义癌基因癌基因(oncogene):能在体外引起细胞恶性能在体外引起细胞恶性转化转化,在体内诱发肿瘤的基因在体内诱发肿瘤的基因.细胞癌基因细胞癌基因(c-onc)或原癌基因或原癌基因(pro-onc):存在于生物正常细胞基因组中的癌基因存在于生物正常细胞基因组中的癌基因.正正常情况下常情况下基因处于静止或低表达的状态基因处于静止或低表达的状态.当当受到致癌刺激受到致癌刺激被活化并发生异常被活化并发生异常时则可发生时则可发生细胞癌变细胞癌变.病毒癌

22、基因病毒癌基因(v-onc):存在于致瘤病毒中的能存在于致瘤病毒中的能使靶使靶细胞胞发生生恶性性转化的基因化的基因.用三个小写字母表示癌基因名称用三个小写字母表示癌基因名称,如如myc,fos,ras,src等等抑癌基因抑癌基因:是一类抑制细胞过度生长是一类抑制细胞过度生长,增殖增殖从而遏制肿瘤形成的基因从而遏制肿瘤形成的基因.如如Rb,P53,P16等等癌基因与抑癌基因之间一般处于动态平衡状态癌基因与抑癌基因之间一般处于动态平衡状态是一种是一种反转录病毒反转录病毒,可引起获得性免疫缺陷可引起获得性免疫缺陷综合征综合征(AIDS,艾滋病艾滋病).反转录酶在反转录酶在基因工程基因工程,分子病的分

23、子病的基因治疗基因治疗方面方面也有重要作用也有重要作用.人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒(HIV)反转录的医学意义反转录的医学意义第二第二节 DNA的的损伤与修复与修复一、一、DNA的的损伤 生物体受某些理化和生物等外源性生物体受某些理化和生物等外源性因素或机体内因素或机体内环境改境改变的影响，引起的影响，引起DNA分子分子结构的任何异常改构的任何异常改变称称为DNA损伤(DNA damage)概念概念ONHNOCH3RPONHNOCH3RONHNOCH3RPNHNOROCH3UV引起引起DNA损伤的因素的因素紫外紫外线(常常产生生嘧啶二聚体二聚体)电离离辐射射(断磷酸二断磷酸二酯键)物理因素

24、物理因素胸腺胸腺嘧啶二聚体的二聚体的产生生化学因素：化学因素：均能干均能干扰复制与复制与转录功能功能烷化化剂：(如氮芥如氮芥类,CTX)，使使鸟嘌呤的呤的 N7烷基化后脱落，成基化后脱落，成为无无鸟嘌呤的位点呤的位点亚硝酸硝酸盐：使碱基脱氨：使碱基脱氨原原G-C配配对最最终变为A-T配配对，导致致错配配CUAIGXCOHNCCHCHNOUCONCCHCHNNH2CANNH2NNNNOHNNNIN OHNNNHH2NGN OHNNNHHOX化学因素：化学因素：均能干均能干扰复制与复制与转录功能功能烷化化剂：(如氮芥如氮芥类,CTX)，使使鸟嘌呤的呤的 N7烷基化后脱落，成基化后脱落，成为无无鸟嘌

25、呤的位点呤的位点亚硝酸硝酸盐：使碱基脱氨：使碱基脱氨原原G-C配配对最最终变为A-T配配对，导致致错配配CUAIGX丝裂霉素：裂霉素：与与DNA共价共价连接引起接引起链交交联 目前多指目前多指病毒病毒糖苷糖苷键自行断裂；自自行断裂；自发脱氨基作用脱氨基作用,CU，AI。生物因素生物因素生理因素生理因素 机率极低机率极低突突变(mutation)：有机体基因有机体基因组可可遗传的的改改变，即，即DNA序列的改序列的改变.根据引根据引发的的原因原因，可将突，可将突变分分为：诱发突突变和和自自发突突变。缺失缺失根据根据 DNA分子的改分子的改变，突，突变可分可分为4类：点突点突变颠换：异型碱基：异型

26、碱基间变异异,转换：同型碱基：同型碱基间变异异,缺失或插入的碱基数不是缺失或插入的碱基数不是3的整的整倍数倍数时，则引起引起移移码突突变插入插入倒位倒位(或易位或易位)基因突基因突变可能出可能出现的后果的后果生物体致死生物体致死 生物体某些功能生物体某些功能丧失失 仅改改变基因型，表基因型，表现型不受影响型不受影响 改改变生物物种，出生物物种，出现新的生物特征新的生物特征t DNA复制复制过程所程所发生的突生的突变(碱基配碱基配对错误)，由核内，由核内DNA聚合聚合酶以其以其校校读功能功能予以予以纠正正.u 若碱基若碱基错配配频频发生生或或损伤范范围大大，则需采用需采用以下修复方式以下修复方式

27、进行修复行修复.二、二、DNA损伤的修复的修复TT光复活光复活酶（可可见光光）T+TDNA修复方式修复方式1.光修复光修复:2.切除修复切除修复：由：由3种种酶共同参与完成。共同参与完成。特异性核酸内切酶特异性核酸内切酶DNA pol IDNA连接酶连接酶55335533553355335335533553355335533553355335复制复制重组重组DDDP IDNA连接酶连接酶重组修复过程重组修复过程3.重重组修复修复：亦称：亦称复制后修复复制后修复4.SOS修复修复：DNA分子受到分子受到较大范大范围的的损伤，细胞胞对危急状危急状态所作出的反所作出的反应。机制机制 引起引起DNA较

28、长期的、广泛的突期的、广泛的突变。SOS调节网网诱导产生的生的DNA聚合聚合酶特异性特异性低，低，识别碱基能力差碱基能力差,使修复部位仍存在使修复部位仍存在较多多错配的碱基，但配的碱基，但细胞能胞能继续生存。生存。后果后果第二节 RNA的生物合成&DNARNA 转录转录&RNARNA RNA复制复制两种方式两种方式存在于存在于绝大多数生物体大多数生物体存在于某些病毒体内存在于某些病毒体内一、一、转 录（一）概念（一）概念 在在DNA指指导的的RNA聚合聚合酶催化下，以催化下，以DNA的模板的模板链为模板模板，4种种NTP为原料原料，按，按碱基配碱基配对规律律(T-A,A-U,G-C)合成一条合

29、成一条与模与模板板链互互补的的RNA链的的过程程。RNA聚合酶聚合酶常称为转录酶常称为转录酶(transcriptase)其全称为其全称为：DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase ,DDRP)E.Coli的的DDRP 由由 5 个亚基组成个亚基组成（二）参与转录的酶和有关因子（二）参与转录的酶和有关因子+因子因子2(核心酶核心酶)2(全酶全酶)表表13-6 大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶亚基组成及其功能聚合酶亚基组成及其功能 类型类型 亚基亚基/酶分子酶分子 主主 要要 功功 能能 2 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 1 参与转录的全

30、过程参与转录的全过程 1 与模板与模板DNA结合结合 被被利福平利福平 1 识别转录起始点识别转录起始点 被被利福霉素利福霉素核心酶核心酶(core enzyme)core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 真核生物真核生物DDRP的种的种类与功能与功能 种种类 存在部位存在部位 转录产物物 对鹅膏蕈碱膏蕈碱 的敏感性的敏感性RNA聚合聚合酶 核仁核仁 45S rRNA 不不敏感敏感 RNA聚合聚合酶 核核质 hnRNA和和snRNA 极极敏感敏感 RNA聚合聚合酶 核核质 tRNA和和5S-rRNA 中度中度敏感敏感

31、 DDRP无无3 5外切外切酶活性活性,有什么有什么结果果?RNA聚合聚合酶的主要功能的主要功能能能识别并并结合合于于DNA模板的模板的启启动子子部位部位（真核生物（真核生物还需要需要转录因子的帮助）因子的帮助）解开解开转录起始点下游一小段起始点下游一小段(约 17bp)DNA双螺旋，双螺旋，产生生单链模板模板;不需引物不需引物，催化形成第一个，催化形成第一个3,5-磷酸二磷酸二酯键，沿，沿 53方向延伸方向延伸RNA链 能能识别DNA模板上的模板上的转录终止信号止信号(依依赖于于因子因子)在基因表达中，参与在基因表达中，参与转录水平的水平的调控控 因子因子(Rho factor)功能功能 (

32、1)能帮助能帮助 DDRP识别终止信号并停止止信号并停止转录 (2)具有具有ATP酶和解和解链酶活性，使活性，使RNA-DNA杂化分子解化分子解链，从而，从而释放放转录产物物RNA分子分子3.转录的的DNA模板模板细胞内胞内DNA不是其全不是其全长都可作都可作为转录模模板板 DNA双双链中，可作中，可作为模板模板转录成成 RNA 的一条的一条链，称，称为模板模板链(或反意或反意义链)同一同一DNA双双链中与模板中与模板链相相对(互互补)的的一条一条链称称为编码链(或有意或有意义链)，可，可见转录是不是不对称的称的 模板模板链=反意反意义链=负链 编码链=有意有意义链=正正链为何称模板何称模板链

33、为反意反意义链，编码链为有意有意义链？可从下可从下图理解：理解：GCA GTA CAT GTC 3 编码链3 CGT CAT GTA CAG 模板模板链DNA转录 GCA GUA CAU GUC 3 mRNA翻翻译N 丙丙 缬 组 缬 C 肽 比比较编码链和和 RNA 链的碱基序列可的碱基序列可见，除了以，除了以代外，其余均一致。基因代外，其余均一致。基因组序列均以序列均以编码链(正正链)表示表示.不不对称称转录的两方面含的两方面含义：5 3 3 5 模板模板链（含（含结构基因）构基因）编码链DNA 分子上的一条分子上的一条链可可转录，另一条，另一条不不转录 模板模板链并非永并非永远在同一在同

34、一单链上上 1.启动子（启动子（promoter）RNA 聚合聚合酶与模板与模板DNA结合的特定部位，是基合的特定部位，是基因因转录的开始部位。的开始部位。一般可一般可分分为 两两类DDRP 能直接能直接识别的启的启动子子需蛋白需蛋白质辅助因子的帮助，助因子的帮助，DDRP 才才能能识别的启的启动子子（四）启（四）启动子及子及终止信号止信号确保确保转录精确而有效地起始的精确而有效地起始的DNA 序列序列 原核生物启动子的原核生物启动子的3个功能部位个功能部位转录起始点起始点,常常标以以+1,第第1个核苷酸个核苷酸为嘌呤核苷酸呤核苷酸(A或或G).上游或下游上游或下游,+或或-表示表示 结合部位

35、合部位,长度度为7bp,位于位于-10bp处,有一有一共有序列共有序列(-TATAAT-,Pribnow盒盒)RNA聚合聚合酶的的识别部位部位,由由约6bp,位于位于-35bp,也有也有共有序列共有序列(-TTGACA-)编码链 5 3 启启动子子5 MeGPPPRNA产物物原核生物启原核生物启动子子转录起始部位起始部位+1基因基因转录区区-10区区TATAAT Pribnow 盒盒结合部位合部位TGTTGACA-35区区识别部位部位DNA模板模板链 3 5 编码链 5 3 DNA模板模板链 3 5 CCAAT CAAT盒盒-70真核生物启真核生物启动子子RNA产物物转录起始部位起始部位+1基

36、因基因 转录区区TATA TATA盒盒-25Hogness盒盒结合部位合部位GAGCCACCCGC盒盒(少数少数)2.终止信号终止信号(终止子终止子)DNA分子中决定分子中决定RNA聚合酶终止转录聚合酶终止转录的特定碱基序列。的特定碱基序列。原核生物终止信号碱基组成特点原核生物终止信号碱基组成特点有反向重复序列有反向重复序列决定转录产物的回折形决定转录产物的回折形成茎成茎-环环(或称发夹或称发夹)结结构构AT富集区富集区GC富集区富集区反向重复序列反向重复序列AT富集区富集区GC富集区富集区一般一般认为由由终止子止子引引导的的转录终止是止是不依不依赖因子的因子的(五五)转录过程程起始起始 延长

37、延长 终止终止(以大以大肠杆菌的杆菌的转录为例）例）1.转录起始起始形成形成转录空泡空泡（DNA解解链长约20bp)DDRP(亚基基)辨辨认并并结合于启合于启动子部位子部位由由DDRP催化，催化，头2 个个NTP直接在起始点形成直接在起始点形成 第一个第一个磷酸二磷酸二酯键(不需引物，由模板指不需引物，由模板指导),形形成成转录起始复合物起始复合物亚基脱落（参与下一基脱落（参与下一轮转录）由核心由核心酶(2)催化催化链的延伸的延伸第第一一个个总是是GTP全全酶(2)-DNA模板模板(启启动子子)-pppGpN-OH3 5 DNA5 3 DNA起始点起始点RNA聚合聚合酶 pppGpppNppp

38、N5pppGpN转录起始起始时pppGpN-OH的生成的生成CN3 5 模板模板链CN3 5 模板模板链进一步延一步延长起始起始2.链的延的延长转录起始起始时形成的形成的“转录泡泡”仍保留仍保留 RNA链的延的延长由核心由核心酶催化催化 核心核心酶沿模板沿模板链35方向移方向移动，RNA链按碱基配按碱基配对规律律沿沿53方向延伸方向延伸 新生新生链与模板与模板链形成形成杂化双化双链(该杂化分子化分子结构不构不稳定，定，RNA链游离后，游离后，DNA双双链重重新形成新形成)随随“转录泡泡”和和DDRP不断移不断移动(单链模板不断模板不断暴露暴露)，转录连续不断地不断地进行行 要要 点点 3.转录

39、终止止依依赖 因子的因子的终止止 不依不依赖于于 因子的因子的终止止依依赖 因子的因子的 终止作用机理止作用机理l 作用机理作用机理：终止信号区特殊碱基止信号区特殊碱基 序列决定序列决定RNA形成形成发夹形二形二级结构，构，这是阻止是阻止转录继续向下游推向下游推进的关的关键；l RNA-DNA杂化双化双链不不稳定因素定因素：DNA复性，复性，RNA自身形成双自身形成双链；RNA3端，端，连续多个不多个不稳定的定的rU：dA 碱基配碱基配对，使，使转录复合体解体复合体解体。不依不依赖因子的因子的终止止RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAG

40、TCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3茎环茎环(stem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构结构茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5pppG5 3 3 5 RNA-pol转录过程程二、真核生物的转录后修饰二、真核生物的转录后修饰几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(

41、cleavage)3.修饰修饰(modification)4.添加添加(addition)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾修饰（一）首、尾修饰 5 端形成端形成 帽子结构帽子结构(m7GpppGp)3 端加上端加上多聚腺苷酸尾巴多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)帽子结构帽子结构5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi（二）（二）mRNA内含子的剪接内含子的剪接 1.hnRNA 和和 snRNA 核内的初级核内的初级mRNA称为杂化核称为杂化核R

42、NA(hetero-nuclear RNA,hnRNA)snRNA(small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体（剪接体（剪接体,splicesome）snRNA真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。2.断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区编码区 A、B、C

43、、D非编码区非编码区 外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟并表达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰目目 录录鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA目目 录录3.内含子的分

44、类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为子分为4 4类。类。I I：主主要要存存在在于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体及及某某些些低低等等真真核生物的核生物的 rRNA基因；基因；II II：也也发发现现于于线线粒粒体体、叶叶绿绿体体，转转录录产产物物是是mRNA；IIIIII：是是常常见见的的形形成成套套索索结结构构后后剪剪接接，大大多多数数mRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子；IVIV：是是tRNA基基因因及及其其初初级级转转录录产产物物中中的的内内含含子，剪接过程需酶及子，剪接过程需酶及ATP。4.mRNA的剪接的剪接 套索剪接

45、模式套索剪接模式(1)内含子两端的序列：内含子两端的序列：5GU AG 35GU可结合可结合U1-snRNA分支点分支点A可结合可结合U2-snRNA(2)U1-snRNA,U2-snRNA等形成并接体等形成并接体将内含子切除将内含子切除（三）（三）mRNA编辑编辑(mRNA editing)RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工化加工(differential RNA processing)。人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏

46、apo B100（分子量为分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为分子量为240 000）mRNA编辑编辑二、tRNA的转录后加工（一）剪接和剪切（一）剪接和剪切（二）（二）3端添加端添加CCA（三）化学修饰三）化学修饰 RNAaseP、内切酶内切酶（一）剪接和剪切（一）剪接和剪切（三）化学修饰（三）化学修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三、rRNA的转录后加工转录转录45S-rRNA剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S