生物化学第七章

1、主要内容主要内容 第一第一节节 DNA的生物合成的生物合成 第二第二节节 RNA的生物合成的生物合成 第三第三节节 基因工程基因工程简简介介 第一节第一节 DNADNA的生物合成的生物合成 核酸的化学组成核酸的化学组成 DNA单链的延伸单链的延伸 5 3 端端 DNA 转录转录 翻译翻译 复制复制 逆转录逆转录 RNA复制复制 RNA蛋白质蛋白质 为什么子女与父母非常相象？为什么子女与父母非常相象？ 基因就是指基因就是指DNADNA中能编码蛋白质和功能中能编码蛋白质和功能 RNARNA的特定核苷酸序列。的特定核苷酸序列。 DNA的生物合成 & DNADNA DNADNA复制复制 & RNADN

2、A 反转录反转录 两种方式两种方式 复制部位：复制部位： 真核生物：真核生物：细胞核细胞核 原核生物：原核生物：细胞质的核质区细胞质的核质区 DNA复制复制 一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制 1.1.定义：定义： 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方式合成 子代子代DNADNA，这样新形成的子代，这样新形成的子代DNADNA中，一条链来中，一条链来 自亲代自亲代DNADNA，而另一条链则是新合成的，这种，而另一条链则是新合成的，这种 复制方式叫复制方式叫半保留复制。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.底物底

3、物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP) 2.聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶I 、II、III 3.模板模板单链的单链的DNA母链母链 4.引物引物寡核苷酸引物（寡核苷酸引物（RNA) 5.其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，解链酶，解旋酶， 单链结合蛋白，连接酶单链结合蛋白，连接酶 n1d ATP n2d CTP n3d GTP n4d TTP DNA聚合酶聚合酶 DNA模板模板 DNA+（n1+n2+n3+n4) )PPi PPiPPi随即被焦磷酸酶水解，从而推动随即被焦磷酸酶水解，从而推动 聚合反应的进行。聚合反应的进行。 ( (一一) ) 复制的反应复

4、制的反应 DNA聚合酶聚合酶 催化活性催化活性 功功 能能 5353 聚合聚合 35 35 核酸外切核酸外切 5353 核酸外核酸外 切切 原原 核核 生生 物物 DNADNA聚合聚合 酶酶 切去引物切去引物RNARNA，补上，补上 正确的正确的DNADNA片段片段 负责负责DNADNA的损伤修复的损伤修复 DNADNA聚合聚合 酶酶 与修复有关与修复有关(活性低活性低) DNADNA聚合聚合 酶酶 负责链的延长负责链的延长 (活性高活性高) ( (二二) )参与复制的酶和蛋白质参与复制的酶和蛋白质 1. DNA聚合酶(DNA polymease) DNA聚合酶聚合酶 催化活性催化活性 功功

5、能能 5353 聚合聚合 3535 核酸外切核酸外切 5353 核酸外切核酸外切 真真 核核 生生 物物 DNADNA聚合聚合 酶酶a a 切去引物切去引物RNARNA，补上，补上 正确的正确的DNADNA片段片段 DNADNA聚合聚合 酶酶b b DNADNA聚合聚合 酶酶g g 负责链的延长负责链的延长 DNADNA聚合聚合 酶酶d d负责先导链的延长负责先导链的延长 （一）（一）DNA聚合酶的活性聚合酶的活性 5 5至至33的聚合活性的聚合活性 5 35 3方向方向（链的延长）（链的延长） 核酸核酸 外切酶活性外切酶活性 5 35 3外切酶活性外切酶活性 3 53 5外切酶活性外切酶活性

6、 5至至3的聚合活性（的聚合活性（ 5 3 ） pp pp p ppPPP OH OH OH 5 5 PPi N1N2 N3 N1N2N3 5 3 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 35外切酶活性外切酶活性 53外切酶活性外切酶活性 5 3 3 5 35外切酶活性 53外切酶活性 （切除错配的核苷酸，具有校对功能）（切除错配的核苷酸，具有校对功能） 3535核酸外切核酸外切 DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能 聚合酶聚合酶 错配硷基错配硷基 复制方向复制方向 正正 确确 核苷酸核苷酸 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 切除错配切除错配 核苷酸核苷酸 5353核酸外切核酸外切

7、（作用于双链（作用于双链DNA的碱基配对的碱基配对 部分，在部分，在5端切下单（寡）核端切下单（寡）核 苷酸，苷酸，DNA损伤修复和切除损伤修复和切除 RNA引物引物 ） 合成合成RNARNA引物，又叫引物，又叫引物合成酶引物合成酶、引发酶。、引发酶。 2 2. 引物酶引物酶(primer) 它以单链它以单链DNADNA为模板，以为模板，以ATPATP、GTPGTP、CTPCTP 、UTPUTP为原料，从为原料，从5 5 33 方向合成出方向合成出RNARNA片段，片段， 即引物。即引物。 3. DNA连结酶 (DNA ligase) 催化催化DNADNA双链中一条链上的缺口（双链中一条链上的

8、缺口（3-OH 3-OH 与它下游相邻的核苷酸的与它下游相邻的核苷酸的 5-5-磷酸之间）共磷酸之间）共 价连结（形成磷酸二酯键）。价连结（形成磷酸二酯键）。 连结过程需要能量，连结过程需要能量，E.coliE.coli 和某些和某些细菌细菌 中由中由NADNAD+ +提供；提供；动物细胞由动物细胞由ATPATP提供。提供。 4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质 解螺旋酶解螺旋酶(helicase)(helicase)： 将将DNADNA的两条链打开。每解开一对碱基需要的两条链打开。每解开一对碱基需要 水解水解2 2分子分子ATPATP。方向为。方向为5 5-3-3，大肠杆菌中的，大肠杆菌中的

9、 解螺旋酶又叫解螺旋酶又叫reprep蛋白，但蛋白，但方向为方向为3 3-5-5 。 单链结合蛋白单链结合蛋白(SSBP)(SSBP)： 与解链后的与解链后的DNADNA单链结合，阻止其再次形单链结合，阻止其再次形 成双螺旋。大肠杆菌成双螺旋。大肠杆菌SSBSSB为为177 aa177 aa多肽，以四多肽，以四 聚体形式存在，与聚体形式存在，与3232个个bp DNAbp DNA区相结合，结区相结合，结 合后的合后的DNA DNA 分子僵硬，不易弯曲，有利于单分子僵硬，不易弯曲，有利于单 链链DNADNA分子的稳定，避免核酸酶进攻；同时降分子的稳定，避免核酸酶进攻；同时降 低了低了TmTm值，

10、进一步促进值，进一步促进DNADNA的解链。的解链。 旋转酶旋转酶( (gyrase,untwisting protein) )： 催化催化DNADNA的拓扑连环数发生变化。的拓扑连环数发生变化。 可分为可分为拓扑异构酶拓扑异构酶和拓扑异构酶和拓扑异构酶。 型酶可减少负超螺旋；型酶可减少负超螺旋；型酶可引入负超型酶可引入负超 螺旋（此时需要螺旋（此时需要ATPATP提供能量）。具有内切酶提供能量）。具有内切酶 和连接酶活力，参与和连接酶活力，参与DNADNA复制前双螺旋的松弛复制前双螺旋的松弛 及复制后超螺旋的再恢复。及复制后超螺旋的再恢复。 （一）（一） 复制的起始复制的起始 （二）（二）

11、复制的延伸复制的延伸 （三）（三） 复制的终止复制的终止 复制从特定的位点开始，这一位置叫复制从特定的位点开始，这一位置叫复制原点复制原点。 原核生物的原核生物的DNADNA上一般只有一个复制原点，但在上一般只有一个复制原点，但在 迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启 动第二轮复制；动第二轮复制； 真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制 过程。过程。 1. 复制的启动复制的启动 复制过程的调控主要取决于复制启动的复制过程的调控主要取决于复制启动的 频率，而频率，而DNADNA延长的速度大体上是

12、恒定的。延长的速度大体上是恒定的。 由于真核生物在多位点上启动复制，所以尽由于真核生物在多位点上启动复制，所以尽 管其管其DNADNA比原核生物比原核生物DNADNA大得多，但复制的总大得多，但复制的总 速度反而比原核生物快。速度反而比原核生物快。 DNADNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点的复制是由引发体识别并结合于复制原点 而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十分明了而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十分明了 。 1. DNA复制的起点复制的起点 原核生物从一个固定的原核生物从一个固定的 起始点开始，同时向两个方向进行的，称起始点开始，同时向两个方向进行的，称 为为双向复制双向复制

13、 起点起点 起点 复制复制 原核生物原核生物DNA的复制的复制 （一）（一） 复制的起始复制的起始 2. 复制眼的形成复制眼的形成 由于复制原点都是在由于复制原点都是在DNADNA分子的内部，而分子的内部，而 不是在末端，所以当复制启动后需要在复制原不是在末端，所以当复制启动后需要在复制原 点处将点处将DNADNA双螺旋局部解链，形成双螺旋局部解链，形成“眼状眼状”结结 构构 复制眼复制眼。 复制眼的结构：复制眼的结构： 复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为 复制叉复制叉。 (b) 复制叉 双向复制 起点 复制叉起点 (a) 单向复制 复制叉 2.复制叉的形

14、成复制叉的形成 复制叉复制叉-复制复制 开始后由于开始后由于 DNA双链解开，双链解开， 在两股单链上在两股单链上 进行复制，形进行复制，形 成在显微镜下成在显微镜下 可看到的叉状可看到的叉状 结构。结构。 拓扑异构酶 解链酶 单链结合蛋白 DNA聚合酶 引物酶及引发体 DNA连接酶 引物 领头链 随从链 冈崎片段 5 5 33 3. 起始的过程起始的过程 打开打开DNA超螺链超螺链 打开双螺旋打开双螺旋 防止复螺旋防止复螺旋 单链结合蛋白单链结合蛋白 解链酶解链酶 引物复合体引物复合体 引物酶引物酶 拓扑异构酶拓扑异构酶 合成合成 复制叉的推进复制叉的推进 (1) 复制叉推进的方式复制叉推进

15、的方式 随着复制叉的推进，两条新链的合成方向是不同的：随着复制叉的推进，两条新链的合成方向是不同的： 一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成 能连续进行，称为能连续进行，称为前导链；前导链； 3 冈崎片段 5 5 5 3 5 3 前导链 另一条链延伸的方向与复制叉前进的另一条链延伸的方向与复制叉前进的 方向相反，它显然不能被连续合成，需要复制方向相反，它显然不能被连续合成，需要复制 叉推进了一定的长度，有了一段叉推进了一定的长度，有了一段DNADNA单链后，单链后， 才能以此为模板合成一个片段。因此这条新链才能以此为模板合成一个片段。因

16、此这条新链 的合成是不连续的，而且总晚于先导链，所以的合成是不连续的，而且总晚于先导链，所以 称为称为随后链。随后链。 这种前导链连续合成，随后链断续合成的这种前导链连续合成，随后链断续合成的 方式，称为方式，称为半不连续复制半不连续复制。 随后链中合成的多个随后链中合成的多个DNA片段，称为片段，称为冈崎冈崎 片 段片 段 。 冈 崎 片 段 的 长 度 原 核 细 胞 中 约。 冈 崎 片 段 的 长 度 原 核 细 胞 中 约 10002000个核苷酸，真核细胞中约个核苷酸，真核细胞中约 100200个核苷酸。个核苷酸。 半不连续复制半不连续复制 领头链领头链 随从链随从链 冈崎片段冈崎

17、片段 5 3 5 3 半不连续复制半不连续复制 DNA复复 制时制时,一条链是连续的一条链是连续的,另另 一条链是不连续的一条链是不连续的,称为称为 半半不连续复制不连续复制。 3 35 5 3 35 5 3 35 5 DNA连接酶 3 35 5 DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 5 3 3 5 2. 2. 冈崎片段冈崎片段 冈崎片段冈崎片段 冈崎冈崎 用电子显微镜看到用电子显微镜看到 了了DNA复制过程复制过程 中出现一些不连续中出现一些不连续 片段，这些不连续片段，这些不连续 片段只存在与片段只存在与 DNA复制叉上其复制叉上其 中的一股。后来就中的一股。后来就 把这些不连续的片把这

18、些不连续的片 段称为段称为冈崎片段冈崎片段。 DNA连接酶 4.4.复制的结束复制的结束 复制的终止没有特殊的信号复制的终止没有特殊的信号 原核生物中：原核生物中： 其环状的其环状的DNA从从 单点开始双向复制单点开始双向复制 ，当两个复制叉在，当两个复制叉在 复制原点的对面处复制原点的对面处 相遇并合并时，结相遇并合并时，结 束复制，形成两个束复制，形成两个 环状环状DNA分子。分子。 染色体单体 Tus C E D A C B F G 三三 复制的终止复制的终止 复制的终止没有特殊的信号复制的终止没有特殊的信号 真核生物中真核生物中： 其线状的其线状的DNA上有多个复制原点，因此形成上有多

19、个复制原点，因此形成 多个复制眼，复制叉的推进使复制眼增大，多个复制眼，复制叉的推进使复制眼增大， 直至各个复制眼融合，复制终止，形成两个直至各个复制眼融合，复制终止，形成两个 线状线状DNA分子。分子。 DNADNA复制的忠实性复制的忠实性 差错率为差错率为10-9-10-10 1. 新合成的子链与母链之间碱基配对严格性新合成的子链与母链之间碱基配对严格性 2. 使用引物使用引物RNA 3. DNA聚合酶对底物专一性聚合酶对底物专一性 4. DNA聚合酶的校对作用聚合酶的校对作用 5. DNA修复机制修复机制 1 1、概念、概念 2、逆转录酶、逆转录酶 3、病毒逆转录过程病毒逆转录过程 4

20、4、逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义 扩充了中心法则扩充了中心法则 有助于对病毒致癌机制的了解有助于对病毒致癌机制的了解 与真核细胞分裂和胚胎发育有关与真核细胞分裂和胚胎发育有关 逆转录酶是分子生物学重要工具酶逆转录酶是分子生物学重要工具酶 三种功能三种功能 依赖依赖DNA指导下的指导下的DNA聚合酶活力聚合酶活力 依赖依赖RNA的的DNA聚合酶活力聚合酶活力 核糖核酸酶核糖核酸酶H活力活力 以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这，这 与通常转录过程中遗传信息与通常转录过程中遗传信息 从从DNADNA到到RNARNA的方向相反，故的方向相反，故 称为逆转录作用。称为逆转录作用

21、。 DNA分子的完整性对细胞至关重要，这一点分子的完整性对细胞至关重要，这一点 是其它生物分子无法比拟的。在生物的进化中，是其它生物分子无法比拟的。在生物的进化中， DNA复制中可因复制中可因DNA聚合酶催化作用引发出偶然聚合酶催化作用引发出偶然 的错误。环境因素（的错误。环境因素（如辐射、紫外光照射、化学诱如辐射、紫外光照射、化学诱 变物等变物等）也可引起）也可引起DNA序列上的错误，这些错误序列上的错误，这些错误 若不能予以改正而保留下来，会直接影响机体的生若不能予以改正而保留下来，会直接影响机体的生 理功能，以致影响到后代的正常生长和发育。但是理功能，以致影响到后代的正常生长和发育。但是

22、 ，生物体内存在有效的修复（，生物体内存在有效的修复（repair）体系，保证）体系，保证 了了DNA复制的高度精确性。复制的高度精确性。 1. DNA1. DNA损伤的原因损伤的原因 v 外环境中的射线外环境中的射线：X-射线、紫外线等射线、紫外线等 高剂量的紫外辐射使高剂量的紫外辐射使DNA链上邻链上邻 近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生 成二聚体；此外还有成二聚体；此外还有脱嘌呤作用和脱脱嘌呤作用和脱 氨基作用氨基作用. . 2. 修复 所有细胞对所有细胞对DNA的损伤都有一定的修复能力，的损伤都有一定的修复能力， 以恢复正常的以恢复正常的DNA结构。结构。

23、 修复的方式：光修复、切除修复、重组修复、修复的方式：光修复、切除修复、重组修复、SOS修复修复 (1) 光修复光修复 由由DNA光裂合酶（光裂合酶（photolyase）催化。该酶需要催化。该酶需要 光光（400 700 nm）才能激活，它能切除嘧啶二聚体才能激活，它能切除嘧啶二聚体 之间的连键之间的连键(C-C键键)，从而修复由紫外照射而造成的，从而修复由紫外照射而造成的 损伤。损伤。 DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复 1、形成嘧啶二聚体、形成嘧啶二聚体 2、光复合酶结合于、光复合酶结合于 损伤部位损伤部位 3、酶被可见光激活、酶被可见光激活 4、修复后酶被释放、修复

24、后酶被释放 (2) 切除修复切除修复 (2) 切除修复切除修复 修复机制修复机制: 其过程是：切其过程是：切补补切切缝缝 由专一性核酸内切酶催化，在离损伤处附近切断由专一性核酸内切酶催化，在离损伤处附近切断 由由DNA聚合酶在断口处进行聚合酶在断口处进行DNA合成合成 由由5核酸外切酶将损伤部位切掉核酸外切酶将损伤部位切掉 由连接酶将新合成的由连接酶将新合成的DNA链与原来的链连接链与原来的链连接 (3) SOS修复修复 细胞在紧急状态下，能细胞在紧急状态下，能诱导产生缺乏校对功诱导产生缺乏校对功 能的能的DNA聚合酶聚合酶，它能在，它能在DNA的损伤部位进行复的损伤部位进行复 制，从而避免了

25、死亡，但产生很高的变异率。制，从而避免了死亡，但产生很高的变异率。 (3) SOS修复修复 (4) 重组修复重组修复 损伤并未消除损伤并未消除 ，但被，但被“稀释稀释 ”了。了。 (4) 重组修复重组修复 DNADNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳分子中的核苷酸序列发生突然而稳 定的改变，从而导致定的改变，从而导致DNADNA的复制以及后来的的复制以及后来的 转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常 的遗传特性，的遗传特性，称为称为DNADNA的突变的突变。它包括由于。它包括由于 DNADNA损伤和错配得不到修复而引起的突变，损伤和错配得不到修复而引起的突变

26、， 以及由于不同以及由于不同DNADNA分子之间的交换而引起的分子之间的交换而引起的 遗传重组。遗传重组。 六六 DNADNA突变突变 1. 类型 (1)(1)置换置换(replacement)(replacement) A A 转换转换(transition)-(transition)-同类碱基之间的置换同类碱基之间的置换 B B 颠换颠换(tansversion)-(tansversion)-异类碱基之间的置换异类碱基之间的置换 (2)(2)插入插入(insertion)-(insertion)-DNADNA链中插入一个或链中插入一个或 几个碱基对，导致遗传密码阅读框的改几个碱基对，导致遗

27、传密码阅读框的改 变，称为移码突变。变，称为移码突变。 (3)(3)缺失缺失(deletion)-(deletion)-DNADNA链丢失一个或几个链丢失一个或几个 碱基对后造成导致遗传密码阅读框的改碱基对后造成导致遗传密码阅读框的改 变，称为移码突变。变，称为移码突变。 第二节第二节 RNARNA的生物合成的生物合成 n1 ATP n2 CTP n3 GTP n4 UTP RNA聚合酶聚合酶 DNA模板模板 RNA+（n1+n2+n3+n4) )PPi 转录转录 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 a

28、 a亚基亚基 解开前方的解开前方的DNADNA双螺旋、恢复双螺旋、恢复 后面的后面的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 我们将用作我们将用作RNARNA合成的模板的链叫合成的模板的链叫 做做反义链反义链；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。RNARNA 为全保留为全保留 2.2. 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 3 3.3. RNARNA聚合酶对利福平敏感聚合酶对利福平敏感

29、转录特点：转录特点： 对于整个对于整个DNADNA双链，每条链上有的区段用作有双链，每条链上有的区段用作有 义链，有的区段用作反义链。所以，具有相对意义义链，有的区段用作反义链。所以，具有相对意义 。 DNADNA上存在着转录的起始信号，它是特殊的核上存在着转录的起始信号，它是特殊的核 苷酸序列，称为苷酸序列，称为启动子（启动子（promoterpromoter）。）。转录是由转录是由 RNARNA聚合酶全酶结合于启动子而被启动的。聚合酶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 由由RNARNA聚合酶识别、结合并确定转录起聚合酶识别、结合并确定转录起 始位点

30、的特定序列称为始位点的特定序列称为启动子启动子，一般位于，一般位于 转录起点的上游，约包含转录起点的上游，约包含4040个碱基对。个碱基对。 全酶可通过扩散与全酶可通过扩散与DNADNA任意部位结合（松任意部位结合（松 散、可逆），全酶不断改变与散、可逆），全酶不断改变与DNADNA的结合部位，的结合部位， 直到遇到启动子序列，并结合到启动子上直到遇到启动子序列，并结合到启动子上 （紧密），（紧密），DNADNA双链局部解开，仅发生在与双链局部解开，仅发生在与 RNARNA聚合酶结合的部位，形成的解链区称为聚合酶结合的部位，形成的解链区称为转转 录泡录泡。 s s因子识别因子识别。 聚合酶全酶

31、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，并识别有义链，从而使全酶定位到启动 子部位。子部位。 2.2.转录过程转录过程- -转录启动转录启动 RNA RNA聚合酶首先与识别聚合酶首先与识别-35-35顺序，并与顺序，并与DNADNA 结合成不稳定的复合物，然后酶沿着结合成不稳定的复合物，然后酶沿着DNADNA滑滑 动，进入动，进入-10-10顺序，形成开放的启动子复合顺序，形成开放的启动子复合 物，物，DNADNA局部解链。酶进一步滑向转录起点，局部解链。酶进一步滑向转录起点， 并引入第一个并引入第一个NTPNTP，启动，启动RNARNA

32、合成。合成。 RNA链的延伸图解链的延伸图解 3 5 RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋 聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向 新生新生RNA 复链复链 解链解链 有义链有义链 模板链（反义链）模板链（反义链） 延长部位延长部位 DNA上的解螺旋区：上的解螺旋区：在在RNA链链延伸的同延伸的同时时， ， RNA聚合聚合酶继续酶继续解开它前方的解开它前方的DNA双螺旋，暴双螺旋，暴 露出新的模板露出新的模板链链，而后面被解开的两条，而后面被解开的两条DNA单单 链链又重新形成双螺旋，又重新形成双螺旋，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。 RNA-DNA RNA

33、-DNA杂交区：刚合成出来的杂交区：刚合成出来的RNARNA链与解开的链与解开的DNADNA 模板链之间可形成一小段模板链之间可形成一小段RNA-DNARNA-DNA杂交区。随着核心酶杂交区。随着核心酶 的移动，的移动，RNARNA链不断地延伸，杂交区也往前延伸，但后链不断地延伸，杂交区也往前延伸，但后 面的杂交区随着面的杂交区随着DNADNA双螺旋的回复，双螺旋的回复，RNARNA链逐渐被置换链逐渐被置换 出来，因此，杂交区也保持着固定一小段。出来，因此，杂交区也保持着固定一小段。 DNADNA分子上有终止转录的特殊信号，也是特定分子上有终止转录的特殊信号，也是特定 的核苷酸序列，称为的核苷

34、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 因子的因子的 帮助（当终止信号较弱时）；有时不需要（当帮助（当终止信号较弱时）；有时不需要（当 终止信号较强时）。终止信号较强时）。 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。 2.2.转录过程转录过程- -终止终止 RNARNA合成过程合成过程 起始起始 双链双链DNA 局部解开局部解开 磷酸二酯磷酸二酯 键形成键形成 终止阶段终止阶段 解链区到达解链区

35、到达 基因终点基因终点 延长阶段延长阶段 5 3 s s RNA 启动子（启动子（ promoter) 终止子终止子 (terminator) 5 s s RNA聚合酶聚合酶 s s 5 s s 3 5 3 5 5 3 离开离开 甲基化作用甲基化作用 专一核酸内切酶专一核酸内切酶 30S前体前体 17S tRNA 25S 专一核酸外切酶专一核酸外切酶 16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA 专一核酸外切酶专一核酸外切酶 a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列： 5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。 b、末端添加：、末端添加：3

36、-端添加端添加CCA序列。序列。 c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。 。 RNAaseP RNAaseFRNAaseP RNAaseF RNAaseD RNAaseD A C C 表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别 DNA 核核 核糖体核糖体 新生蛋白质新生蛋白质 真核生物真核生物原核生物原核生物 mRNA前体前体 转运转运 加工加工 mRNA mRNA 真核生物中转录与翻译在不同的区

37、域真核生物中转录与翻译在不同的区域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同 真核细胞真核细胞mRNAmRNA的加工的加工 5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron ) m7G-5 ppp-N-3 p AAAAAAA-OH 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”, ,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催化末端核苷酸转移酶催化 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)(extron)

38、第三节第三节 核酸合成的抑制剂核酸合成的抑制剂 核苷酸合成抑制剂核苷酸合成抑制剂 结构上类似于核苷酸合成代谢底物或中间产物的结构上类似于核苷酸合成代谢底物或中间产物的 化合物化合物 氨基酸类似物氨基酸类似物 叶酸类似物叶酸类似物 碱基和核苷酸类似物碱基和核苷酸类似物 与与DNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂 此类抑制剂能与此类抑制剂能与DNADNA结合，使结合，使DNADNA失去模板功能失去模板功能 ，从而抑制其转录和复制，按作用方式分类：，从而抑制其转录和复制，按作用方式分类： 嵌合剂嵌合剂 烷化剂烷化剂 作用于作用于DNA聚合酶或聚合酶或RNA集合酶的抑制剂集合酶的抑制剂 此类抑制剂直接

39、作用于此类抑制剂直接作用于DNADNA聚合酶或聚合酶或RNARNA聚合酶聚合酶 抗菌素抗菌素:如利福平、曲张霉素如利福平、曲张霉素 有机化合物：如磷羧基乙酸有机化合物：如磷羧基乙酸 第四节第四节 基因工程及分子生物学基因工程及分子生物学 技术简介技术简介 一、一、基因工程基因工程 二、二、体细胞克隆技术体细胞克隆技术 三、三、聚合酶键式反应聚合酶键式反应（polymerase chain reaction, PCR） 一、基因工程简介一、基因工程简介 基因工程亦称遗传工程，即利用基因工程亦称遗传工程，即利用DNA重组技术的方法，把重组技术的方法，把 DNA作为组件，在细胞外将一种外源作为组件，

40、在细胞外将一种外源DNA（目的基因）和载体（目的基因）和载体 DNA重新组合连接（重组），最后将重组体转入宿主细胞，使外重新组合连接（重组），最后将重组体转入宿主细胞，使外 源基因源基因DNA在宿主细胞中，随细胞的繁殖而增殖（在宿主细胞中，随细胞的繁殖而增殖（cloning，克隆，克隆 ），或最后得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的），或最后得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的 遗传性状。遗传性状。 基因工程的操作技术基因工程的操作技术 基因工程的应用与前景基因工程的应用与前景 基因工程的基因工程的 操作技术操作技术 Foreign DNA to be insertedPl

41、ansmid vector Joining Recombinant DNA molecule Introduction into host cells by transformation of viral infection Host chromateme Slection for cells coteining a recombinant DNA molecule Cloning + 1、体外基因重组、体外基因重组 目的基因的制备目的基因的制备 载体的构建：质粒或载体的构建：质粒或 噬菌体噬菌体 目的基因与载体重组目的基因与载体重组 2、重组体重组体DNA的转的转 化增殖和表达化增殖和表达

42、转化转化 筛选筛选 增殖和基因表达增殖和基因表达 方法一：直接从细胞中分离出染色体，再用工具酶方法一：直接从细胞中分离出染色体，再用工具酶 切下所需要的切下所需要的DNA片段。片段。 方法二：合成所需要的目的基因方法二：合成所需要的目的基因 按照设定的碱基序列用化学的方法人工合按照设定的碱基序列用化学的方法人工合 成所需基因成所需基因 PCR（聚合酶链反应（聚合酶链反应） 1985年，美国PE-Cetus公司的Mullis等人发明了 聚合酶链反应（PCR） 基本原理是在试管中模拟细胞内的DNA复制 最初采用E-coli DNA聚合酶进行PCR，由于该酶 不耐热，使这一过程耗时，费力，且易出错

43、耐热DNA聚合酶的应用使得PCR能高效率的进行， 随后PE-Cetus公司推出了第一台PCR自动化热循 环仪 1993年，Mullis等因此项技术获诺贝尔化学奖 PCR技术简史 标准的标准的PCR过程分为三步：过程分为三步： 1.DNA变性变性（90-96）：双链）：双链DNA模板在热作模板在热作 用下，用下， 氢键断裂，形成单链氢键断裂，形成单链DNA 2.退火退火（25-65）：系统温度降低，引物与）：系统温度降低，引物与DNA 模板结合，形成局部双链。模板结合，形成局部双链。 3.延伸延伸（70-75）：在）：在Taq酶（在酶（在72左右最佳左右最佳 的活性）的作用下，以的活性）的作用下

44、，以dNTP为原料，从引物的为原料，从引物的5 端端3端延伸，合成与模板互补的端延伸，合成与模板互补的DNA链。链。 每一循环经过变性、退火和延伸，每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量既增加含量既增加 一倍。一倍。 三、三、PCR技术技术原理原理示意图示意图 靶序列靶序列 变性和引变性和引 物复物复性性 循环循环1 循环循环2 循环循环3 变性和引变性和引 物复姓物复姓 链延伸链延伸 Tag酶酶 链延伸链延伸 基因工程的应用和前景基因工程的应用和前景 建立基因文库。基因文库的建立有利于研究建立基因文库。基因文库的建立有利于研究 基因结构、基因表达调控机制、个体发育和繁基因结构、基因表达调控机制、个体发育和繁 殖的机理、疾病发病机制等，最终将导致遗传殖的机理、疾病发病机制等，最终将导致遗传 育种、疾病基因治疗发生革命性进步。育种、疾病基因治疗发生革命性进步。 生产某些珍贵的生化药物，如干扰素、胰岛生产某些珍贵的生化药物，如干扰素、胰岛 素、生长激素等。素、生长激素等。 改造生物原有性状，培育出人类需要的新物种。改造生物原有性状，培育出人类需要的新物种。 DNA 转录转录 翻译翻译 复制复制 逆转录逆转录 RNA复制复制 RNA蛋白质蛋白质 为什么子女与父母非常相象？为什么子女与父母非常相象？ 基因就是指基因就是指