1、第一節(jié) DNA的生物合成 一、DNA復(fù)制 二、 DNA的損傷與修復(fù) 三、反轉(zhuǎn)錄 第二節(jié) RNA的生物合成 一、不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄 二、RNA轉(zhuǎn)錄的體系 三、RNA轉(zhuǎn)錄的過(guò)程 四、轉(zhuǎn)錄后加工,目 錄,本章節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo),1、DNA復(fù)制特點(diǎn)、體系 2、RNA轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)、體系 3、反轉(zhuǎn)錄概念,1、DNA復(fù)制過(guò)程 2、DNA的損傷與修復(fù) 3、RNA轉(zhuǎn)錄終止方式,1、RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程 2、反轉(zhuǎn)錄酶,學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握,熟悉,了解,19世紀(jì)40年代，英國(guó)亞歷山大德麗那維多利亞女王生下了四男五女共9個(gè)孩子，其中有3個(gè)男孩患有血友病，好在五個(gè)女兒都健康。而五個(gè)女兒嫁到歐洲的其它王室后，她們的小王子卻有很多都患上了血友病。 試問(wèn)

2、：血友病是從維多利亞女王是如何傳給她的兒子以及外孫的？,導(dǎo)入情景,分子生物學(xué)(分子遺傳學(xué))中心法則,反映了從DNA-RNA-蛋白質(zhì)的遺傳信息主流，揭示了生物體內(nèi)遺傳信息的貯存、傳遞和表達(dá)的規(guī)律。,轉(zhuǎn)錄,RNA,翻譯,蛋白質(zhì),DNA,RNA （病毒）,復(fù)制,復(fù)制,翻譯,蛋白質(zhì) （病毒）,反轉(zhuǎn)錄,第一節(jié) DNA的生物合成,DNA Biosynthesis,第一節(jié) DNA的生物合成,復(fù)制的特點(diǎn) 復(fù)制體系 復(fù)制過(guò)程 DNA損傷（突變）與修復(fù) 反轉(zhuǎn)錄,復(fù)制(replication) 是指遺傳物質(zhì)的傳代，以親代DNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成子代DNA的過(guò)程。,復(fù)制定義,一、DNA復(fù)制,（一）DNA

3、復(fù)制特點(diǎn),DNA的半保留復(fù)制：,DNA復(fù)制中，每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制的方式稱(chēng)為半保留復(fù)制。,一、DNA復(fù)制,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,T C C A T G A C,A G G T A C T G,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,A G G T A C

4、 T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,+,母鏈DNA,復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制叉,子代DNA,按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。,半保留復(fù)制的意義:,遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。,2. DNA的半不連續(xù)復(fù)制 DNA復(fù)制中一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，而另一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的合成的，這種復(fù)制方式叫做半不連續(xù)復(fù)制 。,順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱(chēng)為領(lǐng)頭鏈(leading strand) 。 另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解

5、鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱(chēng)為隨從鏈(lagging strand) 。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱(chēng)為岡崎片段(okazaki fragment)。 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。,1. 模板 親代DNA分子 2. 底物 四種三磷酸脫氧核苷酸（dNTP） 3. 能量 ATP 4. 引物 為DNA聚合酶提供3 -OH末端的短片段RNA， 使dNTP可以依次聚合,5. 酶類(lèi)及蛋白因子,（1）解旋解鏈酶類(lèi) （2）引物酶 （3）SSB （4） DNA聚合酶 （5）DNA連接酶,(1)解螺旋酶與拓?fù)洚悩?gòu)酶 解螺旋酶：利用ATP供能，打開(kāi)氫鍵，使DNA雙 鏈解開(kāi)成為 兩條單鏈。

6、,(2)引物酶 復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶。 (3)單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB) 維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。,拓?fù)洚悩?gòu)酶 切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。,拓?fù)洚悩?gòu)酶 切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能連接斷端， DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。,DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶：理順DNA鏈，改變超螺旋狀態(tài)的酶 分為I型和II型。,(4)DNA聚合酶,全稱(chēng)為依賴(lài)DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)，簡(jiǎn)稱(chēng)DNA-pol。,真核生物的DNA聚合酶五種

7、：、,大腸桿菌E.coli中的三種DNA聚合酶,DNA-pol ,DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。,功能：是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。,DNA-pol ,真核生物DNA聚合酶,+,+,+,-,-,3,5,外切酶活性,5,3,聚合活性,250,170,160300,-,pol,功能,+,+,+,-,-,3,5,5,3,聚合活性,3638,300,分子大?。▁ 103),DNA,-,pol,+,+,+,+,+,細(xì)胞內(nèi)定位,核,核,核,核,線(xiàn)粒體,引發(fā),修復(fù),復(fù)制,復(fù)制,修復(fù),（引物酶， DNA聚合酶）,（鏈的延伸 填補(bǔ)空隙）,(5)DN

8、A連接酶 連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。,（三）DNA復(fù)制的過(guò)程,2.復(fù)制的延長(zhǎng),1.復(fù)制的起始,3.復(fù)制的終止,1.復(fù)制的起始 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶和解旋酶在DNA復(fù)制起始部位解開(kāi)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)，使DNA雙鏈形成局部的DNA單鏈，然后形成復(fù)制叉。當(dāng)兩股單鏈暴露出足夠數(shù)量堿基對(duì)時(shí)，引物酶識(shí)別起始部位，并以解開(kāi)的一段DNA鏈為模板，按堿基配對(duì)規(guī)律，從5 3 方向合成引物RNA片段，引物的生成標(biāo)志著復(fù)制的正式開(kāi)始。,2.復(fù)制的延長(zhǎng),催化酶：DNA聚合酶 原料：dNTP 模板：DNA的兩條鏈 方向：5 3 方式：半不

9、連續(xù)復(fù)制,DNA的兩條鏈反向平行，而DNA聚合酶的合成方向都是 5 3 。 3 5 走向的模板鏈，其上的DNA合成與解鏈方向相同，可以連續(xù)合成，稱(chēng)為前導(dǎo)鏈。 另一條5 3 走向的模板鏈，其上合成DNA鏈與解鏈方向正好相反，故不能連續(xù)進(jìn)行，稱(chēng)為隨從鏈。 隨從鏈上形成許多不連續(xù)片段，稱(chēng)為岡崎片段。,半不連續(xù)復(fù)制,領(lǐng)頭鏈的合成,（1）領(lǐng)頭鏈的延長(zhǎng),領(lǐng)頭鏈沿著5 3 方向可以連續(xù)的延長(zhǎng)。,（2）隨從鏈的延長(zhǎng),3.復(fù)制的終止,（1） DNA聚合酶I切除引物并填補(bǔ)空隙。 （2） DNA連接酶連接缺口生成子代DNA。,隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接,（一）DNA損傷的因素 1. 物理因素 常見(jiàn)的有紫外線(xiàn)和各種電

10、離輻射。 2. 化學(xué)因素 化學(xué)誘變劑等 3. 生物因素 如反轉(zhuǎn)錄病毒等 4. 自發(fā)因素,一、DNA的損傷修復(fù),（1）DNA損傷范圍部位不同能導(dǎo)致不同程 度后果，如表現(xiàn)出基因多態(tài)性、導(dǎo)致 遺傳性疾病甚至個(gè)體死亡。 （2）進(jìn)化,1.后果,（二）DNA損傷的后果與類(lèi)型,2. DNA損傷的類(lèi)型包括如下幾種： 點(diǎn)突變 指DNA鏈上單一堿基的變異。 缺失 指DNA鏈上一個(gè)或一段核苷酸的消失。 插入 指原來(lái)不存在的一個(gè)堿基或一段核苷酸 鏈插入到DNA分子中。 重排 指DNA分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換。,1. 光修復(fù) 光修復(fù)過(guò)程是通過(guò)光修復(fù)酶催化完成，僅需 300-600nm波長(zhǎng)照射即可活化，此方法普遍存 在于

11、各種生物體中。,（三）DNA損傷的修復(fù),人類(lèi)著色性干皮病 人類(lèi)著色性干皮?。▁eroderma pigmentosum, XP）是一種罕見(jiàn)的常染色體隱性遺傳病，患者主要的臨床表現(xiàn)為皮膚對(duì)日光，特別是紫外線(xiàn)高度敏感，暴露部位皮膚出現(xiàn)色素沉著、干燥、角化、萎縮及癌變等，其皮膚和眼部腫瘤的發(fā)生率是正常人的1000倍。XP是由于患者對(duì)紫外線(xiàn)照射造成的核苷酸損傷切除修復(fù)缺陷所致，該病具有多型性，且各型之間互補(bǔ)。目前為止已發(fā)現(xiàn)了7種互補(bǔ)型和1種變異型。,2. 切除修復(fù) 細(xì)胞內(nèi)最重要和有效 的修復(fù)方式。 過(guò)程包括識(shí)別、切除、 填補(bǔ)和連接幾個(gè)步驟。,3. 重組修復(fù) RecA蛋白結(jié)合在子鏈的空缺處，引發(fā)對(duì)側(cè)正常

12、模板鏈與子鏈重組，將子鏈修復(fù)成完整的子鏈，對(duì)側(cè)正常模板鏈上留下的空缺由DNA聚合酶合成DNA片段填補(bǔ)，最后由連接酶連接，使模板鏈重新成為一條完整的DNA鏈。,反轉(zhuǎn)錄概念：某些病毒如RNA病毒，其遺傳信息則儲(chǔ)存在RNA分子中，RNA病毒能以RNA為模板合成DNA，或逆轉(zhuǎn)錄。 催化逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶，又稱(chēng)依賴(lài)RNA的DNA聚合酶,（一）概念與反轉(zhuǎn)錄酶,三、反轉(zhuǎn)錄,逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn) 1910年，美國(guó)病理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了病毒可以致癌后，人們開(kāi)始深入探索病毒轉(zhuǎn)化的機(jī)制。1956年，Termin提出前病毒假說(shuō)，指出RNA病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，首先將RNA復(fù)制DNA（此時(shí)成為前病毒），然后病毒DNA與宿主細(xì)胞發(fā)生

13、整合形成宿主的一部分，而增殖由病毒DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄過(guò)程完成。但這一假說(shuō)違反了1958年提出的中心法則，而被多數(shù)人拒絕。直至1970年，Termin和助手Rous從肉瘤病毒中分離得到了一種RNA依賴(lài)的DNA聚合酶，與此同時(shí)，麻省理工學(xué)院的David Baltimore也從小鼠白血病病毒中分離得到了這種酶，才證明了前病毒假說(shuō)的正確性，逆轉(zhuǎn)錄得到認(rèn)可，中心法則被重新修正。,（二）反轉(zhuǎn)錄的意義 1.補(bǔ)充和發(fā)展了中心法則 2.對(duì)反轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒致癌理論。 3.在基因工程中，可利用反轉(zhuǎn)錄酶將mRNA逆轉(zhuǎn) 錄形成cDNA，以獲得目的基因。,人類(lèi)免疫缺陷病毒 人類(lèi)免疫缺陷病毒（human immun

14、odeficiency virus，HIV）是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，HIV-1的反轉(zhuǎn)錄酶分子有兩個(gè)亞基（51 000和66 000），其中p66亞基有兩個(gè)關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)域，分別具有DNA聚合活性和RNA降解活性，該酶能以RNA為模板合成DNA，并能降解RNA模板，合成的DNA單鏈能以自身為模板合成另外一條單鏈，形成完整的雙鏈DNA.，并能插入到人類(lèi)細(xì)胞的基因組中，隨細(xì)胞分裂而分裂。,第二節(jié) RNA的生物合成,RNA Biosynthesis,一、不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄 二、RNA轉(zhuǎn)錄的體系 三、RNA轉(zhuǎn)錄的過(guò)程 三、轉(zhuǎn)錄后加工,第二節(jié) RNA的生物合成,RNA轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄,在雙鏈DNA分子中，各結(jié)構(gòu)基因的模

15、板鏈位于同一DNA分子的不同單鏈上，而RNA鏈的合成方向始終是5 3 方向，因此位于同一DNA分子不同的結(jié)構(gòu)基因，其RNA轉(zhuǎn)錄方向不同。,一、不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄,1. 模板 DNA 2. 底物 四種三磷酸核糖核苷（NTP） 3. RNA聚合酶 (1) 原核生物只有一種RNA聚合酶 (2) 真核生物已發(fā)現(xiàn)有三種RNA聚合酶 4. 其它酶和蛋白因子,二、RNA轉(zhuǎn)錄的體系,原核生物的RNA聚合酶,真核生物的RNA聚合酶,（一）轉(zhuǎn)錄起始 RNA聚合酶因子辨認(rèn)并結(jié)合啟動(dòng)子，形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，從而開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄幾個(gè)核苷酸后，因子脫離轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，后者離開(kāi)啟動(dòng)子，起始階段結(jié)束。,三、 RNA轉(zhuǎn)錄的過(guò)程,RNA鏈的延長(zhǎng)反

16、應(yīng)由核心酶催化。核心酶沿模板DNA鏈以3 5 方向滑動(dòng)，邊解鏈邊合成新RNA鏈。DNA鏈在核心酶經(jīng)過(guò)后，即恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，新生成的RNA單鏈伸出DNA雙鏈之外。,（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng),RNA鏈的合成方向：從5 3 方向,當(dāng)RNA鏈延伸至轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)錄泡瓦解，DNA恢復(fù)成雙鏈，RNA聚合酶與RNA鏈都被從模板上釋放出來(lái)，這就是轉(zhuǎn)錄的終止。,原核生物的轉(zhuǎn)錄終止有兩種類(lèi)型： 不依賴(lài)于因子的轉(zhuǎn)錄終止（強(qiáng)終止子） 2. 依賴(lài)于因子的轉(zhuǎn)錄終止,（三）轉(zhuǎn)錄終止,1.非依賴(lài)因子的轉(zhuǎn)錄終止 DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，可 轉(zhuǎn)錄出具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的RNA，來(lái)終止轉(zhuǎn)錄。,2.依賴(lài) (Rho)因子的轉(zhuǎn)錄終止 因子以六聚體形式存在，