核酸生物合成

1、第十章 核酸的生物合成第一节 DNA的生物合成生物体内的合成主要包括三个方面：生物体内的合成主要包括三个方面： 1.1.在细胞周期的在细胞周期的S S期进行的期进行的DNADNA复制，亲代细胞通过复制，亲代细胞通过DNADNA自身复制将遗传信息传给子代；自身复制将遗传信息传给子代； 2.2.当体内当体内DNADNA受到某些损伤时，可以进行修复；受到某些损伤时，可以进行修复； 3.3.在某些病毒中存在的以在某些病毒中存在的以RNARNA为模板的为模板的DNADNA合成。合成。一、参与DNA复制的酶及蛋白因子（一）（一） DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymeraseDNA polyme

2、rase） 以以dNTPdNTP为底物，以为底物，以DNADNA为模板，需要一段引物，为模板，需要一段引物，从从引物的引物的3-OH3-OH末端合成末端合成DNADNA新链。新链。 三种大肠杆菌三种大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶1. DNA1. DNA聚合酶聚合酶I(1956,Arthur Kornberg)I(1956,Arthur Kornberg)外切酶活性：外切酶活性：3 53 5外切活性具有校正作用；外切活性具有校正作用； 5 35 3切除引物和切除引物和DNADNA损伤的修复；损伤的修复；聚合作用：聚合作用：合成速度较慢，每秒合成速度较慢，每秒1010个核苷酸，而且个核苷酸，而且

3、新新链长链长2020个核苷酸后，酶即脱离模板。个核苷酸后，酶即脱离模板。枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶68 kDa35 kDa大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶（修复酶）（修复酶） 大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶不具有不具有5 5-3-3外切活性外切活性聚合酶聚合酶补补大大缺口；聚合酶缺口；聚合酶补补小小缺口缺口2. DNA2. DNA聚合酶聚合酶 外切酶活性：外切酶活性：3 53 5外切活性外切活性 聚合作用：聚合作用： 5 35 3补小缺口（补小缺口（10010-3mol/L抑制（不敏抑制（不敏感）感）（B（B酶）酶）不均一RNA不均一RNA聚合酶聚合酶核质核质HnRNA10

4、-9-10-10mol/L抑制（高抑制（高度敏感）度敏感）（C（C酶）酶）小分子RNA小分子RNA聚合酶聚合酶核质核质5SRNA、tRNA1010-5-5-10-10-4-4mol/L抑制mol/L抑制（中度敏感）（中度敏感）二、转录的过程 1. 1. 起始位点的识别起始位点的识别 识别正确的启动位点，识别正确的启动位点，启动子的结构至少由三部启动子的结构至少由三部分组成：分组成：-35-35序列提供了序列提供了RNARNA聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；- -1010序列是酶的紧密结合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含ATAT碱基，利于双链打碱基，利于双链打开）；第三部分是开

5、）；第三部分是RNARNA合成的起始点。合成的起始点。35+1转录起始点转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框 加入的第一个核苷三磷酸常是加入的第一个核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP。所形成的。所形成的启动子、全酶和启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，到转录起始点， 亚基就会被释放脱离核心酶。亚基就会被释放脱离核心酶。-35-10pppG或pppA5 55 53 33 3模板链E 3.

6、3.链的延伸链的延伸 以以NTPNTP为原料和能量为原料和能量,DNA,DNA模板链为模板，模板链为模板，靠核心酶的催化，靠核心酶的催化，核苷酸间通过核苷酸间通过3 3 ,5,5 - -磷酸二酯键成核糖核酸链磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)(RNA)4. 4. 转录终止转录终止 转转录终止信号有两种情况录终止信号有两种情况 弱终止子：弱终止子：依赖依赖因子（终止因子，因子（终止因子，terminators）的终止的终止 NusANusA蛋白识别蛋白识别DNADNA链上的终止信号，在链上的终止信号，在因子帮助终因子帮助终止。止。 强终止子：强终止子：（ 1 1 ）在终止点之前具有一段富含）在终止

7、点之前具有一段富含G-CG-C的的回文区域。（回文区域。（2 2）富含）富含G-CG-C的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的dAdA碱碱基序列，它们转录的基序列，它们转录的RNARNA链的末端为一连串链的末端为一连串U U（连续（连续6 6个）个）。 三、三、RNARNA转录后加工转录后加工1.rRNA 1.rRNA 的转录后加工的转录后加工 rRNArRNA基因转录原初产物基因转录原初产物 原核生物：原核生物：30S30S 哺乳动物：哺乳动物：45S45S5s rRNA5.8s rRNA28s rRNA有关有关PrPr核糖体大亚基核糖体大亚基18s rRNA有关有关PrPr核糖体小亚基核

8、糖体小亚基成熟核糖体成熟核糖体进入细胞质进入细胞质RNAaseRNAase2.tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工原核生物原核生物核酸核酸内切酶内切酶在在tRNAtRNA分子两端切断分子两端切断核酸核酸外切酶外切酶在在3 3端进行修剪端进行修剪在在tRNA 3tRNA 3端加端加-CCAOH-CCAOH核苷的核苷的修饰修饰甲基化（供体：甲基化（供体：S-S-腺苷蛋氨酸）腺苷蛋氨酸） RNARNA核酸内切酶核酸内切酶识别的是加工部位的空间结构识别的是加工部位的空间结构RNase PRNase P：切断：切断tRNA5tRNA5端端5 5端成熟酶端成熟酶RNase FRNase F：切断：切断

9、tRNAtRNA靠近靠近3 3端端RNase DRNase D：从：从3 3端逐个切去附加序列端逐个切去附加序列 识别整个识别整个tRNAtRNA的结构，是的结构，是3 3端成熟端成熟酶酶3.mRNA3.mRNA的加工与成熟的加工与成熟原核生物原核生物mRNAmRNA合成的特点合成的特点多顺反子转录多顺反子转录几个结构基因在一条几个结构基因在一条mRNAmRNA链上链上转录与翻译相偶联转录与翻译相偶联大多无需加工、直接翻译大多无需加工、直接翻译 mRNAmRNA寿命较短寿命较短真核生物真核生物mRNAmRNA合成的特点合成的特点单顺反子转录单顺反子转录转录在核内，翻译在细胞质中转录在核内，翻译

10、在细胞质中需加工才能需加工才能翻译翻译 mRNAmRNA寿命较长寿命较长帽子和尾结构帽子和尾结构四、基因表达转录调控方式 基因表达调控概述基因表达调控概述 原核生物以操纵子为单元进行表达和调控，特原核生物以操纵子为单元进行表达和调控，特异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要异的阻遏蛋白是控制原核启动序列活性的重要因素。因素。 乳糖操纵子的调节机制乳糖操纵子的调节机制 色氨酸操纵子的调节机制色氨酸操纵子的调节机制I I调节基因调节基因P P启动子启动子O O操作子（操作基操作子（操作基因）因）Z Z、Y Y、A A三种结构三种结构基因基因 阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节 当无诱导物乳糖存

11、在时，调节基因编码的阻遏当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白（蛋白（repressor proteinrepressor protein）处于活性状态，阻止）处于活性状态，阻止RNARNA聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。 当有乳糖存在时，当有乳糖存在时，laclac操纵子（元）即可被诱导。乳操纵子（元）即可被诱导。乳糖进入细胞，经糖进入细胞，经半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与化，导致阻遏蛋白与O O

12、序列解离、转录发生。序列解离、转录发生。 异丙基硫代半乳糖苷（异丙基硫代半乳糖苷（IPTGIPTG）是一种作用极强的）是一种作用极强的诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被实验室广泛诱导剂，不被细菌代谢而十分稳定，因此被实验室广泛应用。应用。 CAPCAP（代谢产物活化蛋白）的（代谢产物活化蛋白）的正性调节正性调节 当没有葡萄糖及当没有葡萄糖及cAMPcAMP浓度较高时，浓度较高时，cAMPcAMP与与CAPCAP结合，结合，这时这时CAPCAP结合在结合在laclac启动序列附近的启动序列附近的CAPCAP位点，可刺激位点，可刺激RNARNA转录活性。葡萄糖的分解代谢产物能抑制腺苷酸环转录活

13、性。葡萄糖的分解代谢产物能抑制腺苷酸环化酶活性并活化磷酸二酯酶，从而降低了化酶活性并活化磷酸二酯酶，从而降低了cAMPcAMP的浓度，的浓度，CAPCAP不能被活化形成不能被活化形成CAPCAPcAMPcAMP复合物，则不能转录。复合物，则不能转录。 laclac阻遏蛋白负性调节与阻遏蛋白负性调节与CAPCAP正性调节两种机制协调正性调节两种机制协调合作：当合作：当LacLac阻遏蛋白封闭转录时，阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系统不对该系统不能发挥作用；但是如果没有能发挥作用；但是如果没有CAPCAP存在来加强转录活性，存在来加强转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚仍几无转录活性。即使

14、阻遏蛋白从操纵序列上解聚仍几无转录活性。 laclac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖。葡萄糖。 调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物trp阻遏蛋白原阻遏蛋白原l 调节基因编码的阻遏蛋白原不与操作基因结合，结构基因转调节基因编码的阻遏蛋白原不与操作基因结合，结构基因转录。录。Trp或或TrpRNA与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达。操纵基因结合，结构基因不能表达。阻遏物调节机

15、制阻遏物调节机制衰减子调节机制衰减子调节机制衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，衰减子：在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫衰减子子是一种位于结构基因上游前导区的终止子。是一种位于结构基因上游前导区的终止子。1. 1. 生物遗传信息传递的中心法则中不包括生物遗传信息传递的中心法则中不包括A. DNA DNA B. DNA RNAA. DNA DNA B. DNA RNAC. RNA DNA D. RNA RNAC. RNA DNA D. RNA RNAE. E. 蛋白质蛋白质 RNARNA2.2.生物遗

16、传信息传递的中心法则是生物遗传信息传递的中心法则是A.A.以以DNADNA为中心为中心 B.B.以以RNARNA为中心为中心 C.C.以蛋白质为中心以蛋白质为中心 D.D.以转录为中心以转录为中心 E.E.以为复制中心以为复制中心 3 3关于关于DNADNA合成的叙述，正确的是合成的叙述，正确的是A.A. DNADNA的生物合成即半保留复制的生物合成即半保留复制 B. DNAB. DNA的生物合成必须以的生物合成必须以DNADNA为模板为模板C. DNAC. DNA的生物合成必须以的生物合成必须以DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶催化聚合酶催化 D. DNAD. DNA的生物合成是半不

17、连续复制的生物合成是半不连续复制E. DNAE. DNA的生物合成包括的生物合成包括DNADNA的半保留复制、的半保留复制、 DNADNA修复修复合成和反转录合成和反转录4. 4. 真核细胞中真核细胞中DNADNA的复制是在哪个部位进行的的复制是在哪个部位进行的A. A. 核蛋白体核蛋白体 B. B. 线粒体线粒体 C. C. 细胞核细胞核 D. D. 微粒体微粒体 E. E. 细胞浆细胞浆5.5.关于关于DNADNA半不连续合成叙述，错误的是半不连续合成叙述，错误的是A.A. 前导链是连续合成的前导链是连续合成的 B. B. 后随链是不连续合成的后随链是不连续合成的 C. C. 后随链的合成

18、方向是后随链的合成方向是3 5 3 5 ，前导链是，前导链是5 5 3 3D. D. 不连续合成的片段是冈崎片段不连续合成的片段是冈崎片段 E. E. 后随链的合成滞后于前导链后随链的合成滞后于前导链6.6.关于关于DNADNA复制的叙述，错误的是复制的叙述，错误的是A.A. 是半保留复制是半保留复制 B. B. 合成方向以合成方向以5 3 5 3 C. C. 以四种以四种dNTPdNTP为原料为原料 D. D. 是半不连续复制是半不连续复制7. DNA7. DNA复制的引物是复制的引物是A. A. 以以DNA DNA 为模板合成的为模板合成的DNA DNA 片段片段 B. B. 以以RNAR

19、NA为模板合成的为模板合成的DNA DNA 片段片段C. C. 以以DNA DNA 的一个基因为模板合成的的一个基因为模板合成的RNA RNA 片段片段 D. D. 以复制起始处以复制起始处DNA DNA 为模板合成的为模板合成的RNARNA短片段短片段E. E. 引物存在于复制完成的片段中引物存在于复制完成的片段中8.8.大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶A.A. 具有具有3 3 5 5核酸外切酶活性核酸外切酶活性 B. B. 具有具有3 53 5聚合酶活性聚合酶活性C. C. 不需引物不需引物 D. D. 可催化可催化2 2个游离的个游离的dNTPdNTP以以3 5 -3 5 -磷酸

20、二酯键相连磷酸二酯键相连E. E. 需四种需四种NTPNTP为底物为底物9.9.关于关于DNADNA复制的需要：解链酶复制的需要：解链酶 引物酶引物酶 DNADNA聚合酶聚合酶拓扑异构酶连接酶作用顺序为拓扑异构酶连接酶作用顺序为A. 1A. 1， 2 2， 3 3， 4 4，5 B. 45 B. 4，1 1，2 2，3 3，5 5 C. 1C. 1， 4 4， 3 3， 2 2，5 D. 35 D. 3，4 4，1 1，2 2，5 5 E. 1E. 1， 4 4， 2 2， 3 3，5 5 10.10.生物遗传信息传递的中心法则中尚无证据的是生物遗传信息传递的中心法则中尚无证据的是A. RNA

21、 A. RNA 蛋白质蛋白质 B. DNA RNAB. DNA RNAC. RNA DNA D. RNA C. RNA DNA D. RNA RNARNAE. E. 蛋白质蛋白质 RNARNA11.RNA11.RNA编辑的方向是编辑的方向是A. 3A. 3 5 5 B. C N B. C N C. N C D. 5C. N C D. 5 3 3 E. E. 以上方向都不对以上方向都不对12.12.识别转录起始点的是识别转录起始点的是A. A. 因子因子B. B. 核心酶核心酶 C. RNAC. RNA聚合酶的聚合酶的因子因子D. RNAD. RNA聚合酶的聚合酶的亚基亚基E. RNAE. RN

22、A聚合酶的聚合酶的亚基亚基13. RNA13. RNA转录过程是转录过程是A. A. 解链、引发、链的延长和终止解链、引发、链的延长和终止 B. B. 转录的起始、延长和终止转录的起始、延长和终止 C. C. 核蛋白体循环的启动、肽链的延长和终止核蛋白体循环的启动、肽链的延长和终止D. RNAD. RNA的剪切和剪接，末端添加核苷酸、修饰及的剪切和剪接，末端添加核苷酸、修饰及RNARNA编辑编辑 E. E. 以上都不是以上都不是14.DNA14.DNA上某段碱基顺序为：上某段碱基顺序为：5 5-ACTAGTCAG-3-ACTAGTCAG-3转录转录mRNAmRNA相相应的碱基顺序是应的碱基顺序

23、是A. 5A. 5-TGATCAGTC-3-TGATCAGTC-3 B. 5 B. 5-UGAUCAGUC-3-UGAUCAGUC-3 C. 5C. 5-CUGACUAGU-3-CUGACUAGU-3 D. 5 D. 5-CTGACTAGT-3-CTGACTAGT-3 E. 5E. 5-CAGCUGACU-3-CAGCUGACU-3 15.15.催化真核催化真核mRNAmRNA转录的酶是转录的酶是A. RNAA. RNA复制酶复制酶B. DNAB. DNA聚合酶聚合酶I IC. RNAC. RNA聚合酶聚合酶IIIID. RNAD. RNA聚合酶聚合酶IIIIIIE. MtRNAE. MtRN

24、A聚合酶聚合酶本章小结 1. DNA1. DNA复制的特点。复制的特点。 2. 2. 参与复制的酶。参与复制的酶。 3. 3. 复制的过程及损伤与修复。复制的过程及损伤与修复。 4. RNA4. RNA转录的特点、过程及产物的加工。转录的特点、过程及产物的加工。 5. 5. 基因表达转录调控方式。基因表达转录调控方式。 亚基有亚基有5 35 3外聚合活性外聚合活性 亚基有亚基有3 53 5外切活性外切活性 亚基刺激亚基刺激外切活性外切活性组成核心酶 损伤可造成突变或致死损伤可造成突变或致死 突变（突变（mutation）：指一种遗传状态，可以通指一种遗传状态，可以通过复制而遗传的过复制而遗传的

25、DNA结构的任何永久性改变。携结构的任何永久性改变。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。生型。切除修复（excision repair） 即在一系列酶的作用下，即在一系列酶的作用下，将将DNADNA分子中受损伤的部分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的那分切除掉，并以完整的那一段为模板，合成出切去一段为模板，合成出切去的部分，从而使的部分，从而使DNADNA恢复恢复正常。这是一种比较普遍正常。这是一种比较普遍的修复机制。的修复机制。 细胞的修复功能对于保护细胞的修复功能对于保护遗传物质遗传物质DNADNA不受破坏有不受破坏有重要意义。重要意

26、义。一、催化RNA合成的酶1. 大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶聚合酶全酶全酶= 2 核心酶核心酶= 2 识别识别DNADNA链上合成链上合成RNARNA的起始信号，的起始信号，开始合成开始合成RNA链时，链时，必必须有须有因子，一旦合成开始以因子，一旦合成开始以 后，后， 因子释放出来。因子释放出来。参与酶与底物的结合，以及与参与酶与底物的结合，以及与因子和核心因子和核心 酶的结合。酶的结合。 参与参与因子和核心酶的结合，并参与因子和核心酶的结合，并参与RNA合成的引发、合成的引发、 延伸。延伸。 与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关。与模板的结合、酶的滑动以及碱基识别有关。2. 真核细胞真核细胞RNARNA聚合酶聚合酶在在DEAE-SephadexDEAE-Sephadex柱上的洗脱次序称为柱上的洗脱次序称为酶酶、IIII、，基于对鹅膏覃碱的敏感