核酸的生物合成专题知识讲座

核酸的生物合成专题知识讲座核酸的生物合成专题知识讲座第1页2

DNA是生物遗传主要物质基础，生物机体遗传信息以密码形式编码在DNA分子上，表现为特定核苷酸排列次序，并经过DNA复制由亲代传递给子代。在后代生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异蛋白质，以执行各种生命功效，使后代表现出与亲代相同遗传性状。中心法则1964-1970劳氏肉瘤病毒遗传方式致癌RNA病毒、植物RNA病毒病毒（复制）复制

转录DNARNA蛋白质翻译

逆转录1958年，遗传信息单向遗传信息传递核酸的生物合成专题知识讲座第2页3自我复制转录反转录自我复制翻译蛋白质核酸的生物合成专题知识讲座第3页4

复制：亲代DNA或RNA在一系列酶作用下，生成与亲代相同子代DNA或RNA过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对标准将其所含遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补RNA过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA密码解读成蛋白质AA次序过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶作用下，生成DNA过程。Reversetranscription核酸的生物合成专题知识讲座第4页5第一节DNA生物合成

DNA复制（DNA指导下DNA合成）逆转录（RNA指导下DNA合成）

DNA突变

DNA损伤与修复(修复合成)核酸的生物合成专题知识讲座第5页6一、DNA半保留复制(一)定义和试验证据：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成，这种复制方式叫半保留复制。半保留复制试验证据:1958年Meselson和Stahl用同位素15N标识大肠杆菌DNA,首先证实了DNA半保留复制。核酸的生物合成专题知识讲座第6页7DNA半保留复制生物学意义：DNA半保留复制表明DNA在代谢上稳定性，确保亲代遗传信息稳定地传递给后代。

DNA在代谢上稳定性并非指DNA是一个惰性物质:在细胞内外各种物化因子均可造成DNA损伤，需要修复；在复制和转录过程中DNA会发生损耗，必须进行更新；在发育和进化过程中DNA可能进行修饰、删除、扩增和重排；在进化角度上，DNA更是处于不停变异和发展中。核酸的生物合成专题知识讲座第7页8（二）复制起点、方向和方式1、复制起点（origin，ori或o，复制原点）复制起点：复制开始处DNA分子特定位置.复制子(Replicon)（复制单位）：从一个起点到一个终点所包含DNA区域，是基因组独立进行复制单位。核酸的生物合成专题知识讲座第8页9原核生物染色体和质粒、真核生物细胞器DNA是环状双链分子，它们都只有一个固定复制起点，都是单复制子。真核生物染色体DNA是线形双链分子：有多个复制起点，是多复制子，每个复制子约有100-200Kbp。人体细胞平均每个染色体含有1000个复制子。

病毒DNA各种多样，环状或线形，双链或单链，但都是单复制子。许多生物复制起点都是富含A、T区段。核酸的生物合成专题知识讲座第9页102、复制方向及方式复制叉（Replicationfork）：DNA复制进行时，在眼两侧出现两个叉子状生长点(growthpoint)，叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制相关酶和蛋白因子，它们组成复合物称为复制体（replisome）大多数复制是双向，形成两个复制叉；真核染色体DNA

线环状双链E.coli染色体DNA

环状双链

复制眼（replicationeye）：电子显微镜下观察正在复制DNA，复制区域形如一只眼睛.核酸的生物合成专题知识讲座第10页11（三）与DNA复制相关酶和蛋白质1、DNA聚合酶2、拓扑异构酶3、DNA解旋酶4、单链结合蛋白5、引发酶及引发体6、DNA连接酶当前已发觉30各种酶及蛋白质因子参加DNA复制核酸的生物合成专题知识讲座第11页121、DNA聚合酶（1）反应需要有模板指导；（2）4种dNTP为底物，需要引物，需要有3

-OH存在；（3）合成方向为5

3

（4）需要Mg2+催化反应特点：核酸的生物合成专题知识讲座第12页13核酸的生物合成专题知识讲座第13页14在大肠杆菌中发觉主要有三种DNA聚合酶，分别为：

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ

E.coliDNA聚合酶DNA聚合酶IV和V：1999年发觉，当DNA严重损伤时，诱导产生。核酸的生物合成专题知识讲座第14页15

DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ

亚基数目1（单体酶）多亚基酶多亚基酶5′→3′聚合活性

+中+很低+很高3′

→5′外切活性

+++5′

→3′外切活性

+—

—主要是对DNA损伤修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下空隙。修复紫外光引起DNA损伤。DNA复制主要聚合酶，还含有3′-5′

外切酶校对功效，提升DNA复制保真性。核酸的生物合成专题知识讲座第15页16DNA聚合酶Ⅲ是原核生物DNA复制主要聚合酶，该酶由10种亚基组成，其中、、形成全酶关键酶。含有5

3

DNA聚合酶活性（亚基，速率高）；含有3

5

外切酶（亚基）校对功效，提升DNA复制保真性。亚基象夹子一样夹住DNA,使聚合酶在完成复制前不会脱离DNA分子。核酸的生物合成专题知识讲座第16页17拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录相关。

拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连接。当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量，同复制相关。二者共同控制DNA拓扑结构。2.拓扑异构酶：催化DNA拓扑链环数发生改变酶，在DNA重组修复和其它转变方面起主要作用。除链环数不一样外其它性质均相同DNA分子称为拓扑异构体，引发拓扑异构体反应酶称为拓扑异构酶.核酸的生物合成专题知识讲座第17页183、解螺旋酶（解链酶）：经过水解ATP将DNA两条链打开。E.coli中rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。每解开一对碱基需要水解2个ATP分子。4、单链结合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)：稳定已被解开DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。核酸的生物合成专题知识讲座第18页195、引发酶及引发体引发前体:它由各种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n′、n′′

和i组成。引发酶：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA引物（Primer)。实质是以DNA为模板RNA聚合酶。引发前体再与引发酶结合组装成引发体。引发体能够沿模板链5’

3’方向移动,含有识别合成起始位点功效，移动到一定位置上即可引发RNA引物合成。核酸的生物合成专题知识讲座第19页20DNA中一条链有切口，切口一端是3′-OH，另一端是5′-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，使切口连接。不能将两条游离DNA单链连接起来。3′5′3′5′OHP6、DNA连接酶DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起主要作用。

核酸的生物合成专题知识讲座第20页21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DNA双链′5′3′5′3DNA复制相关酶和蛋白质核酸的生物合成专题知识讲座第21页22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连接酶引物拓扑异构酶与DNA双链结合，解开超螺旋。′5′3′5′3DNA复制相关酶和蛋白质核酸的生物合成专题知识讲座第22页23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连接酶引物解链酶解开DNA双螺旋′5′3′5′3DNA复制相关酶和蛋白质核酸的生物合成专题知识讲座第23页24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连接酶引物单链结合蛋白预防复螺旋′5′3′5′3DNA复制相关酶和蛋白质核酸的生物合成专题知识讲座第24页25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连接酶引物引物酶合成引物′5′3′5′3DNA复制相关酶和蛋白质核酸的生物合成专题知识讲座第25页26(四)

DNA半不连续复制

1968年由冈崎经过试验证实

DNA复制是半不连续核酸的生物合成专题知识讲座第26页271、冈崎片段发觉（1968）：同位素试验，3HdT

短时间内为DNA小片段

一段时间后检测到DNA大片段。当用DNA连接酶变异株时，检测到大量DNA片段积累——证实DNA复制中有小片段合成。核酸的生物合成专题知识讲座第27页28领头链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动方向一致并连续合成链（前导链）。随即链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动方向相反，形成许多不连续片段，最终再连成一条完整DNA链（滞后链）。这些不连续片断，称为冈崎片断。每个冈崎片段合成也都需要引物。冈崎片段：真核生物中100-200个核苷酸（核小体DNA单位）。原核生物中1000-个核苷酸。半不连续复制（semidiscontinuousreplication）—在DNA复制时，领头链是连续合成,而随即链合成是不连续，这种复制方式称为半不连续复制。

核酸的生物合成专题知识讲座第28页293‘5‘3‘5‘2、半不连续复制核酸的生物合成专题知识讲座第29页30冈崎片段合成后由DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物并催化合成一段DNA填补留下空隙。再由DNA连接酶把他们连成一条完整子代链，称为滞后链。核酸的生物合成专题知识讲座第30页31(五)

E.coli.染色体DNA复制过程

起始延伸终止核酸的生物合成专题知识讲座第31页32解链引发延长复制起点RNA前体1、复制起始核酸的生物合成专题知识讲座第32页33大肠杆菌复制起点由245个bp组成，称为

OriC,其序列很保守，有两组短重复：

3个13bp序列和4个9bp序列核酸的生物合成专题知识讲座第33页34复制叉拓扑异构酶解螺旋酶引物单链结合蛋白（SSB)引物合成酶引物在DNA复制原点，双股螺旋解开，成单链状态，分别作为模板，合成其互补单链。解链核酸的生物合成专题知识讲座第34页35

引发体在复制叉上移动，识别合成起始位点，引发RNA引物合成。领头链先引发开始合成，以原来一条DNA单链为模板（3’

5’),按5’

3’方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后，随即链也开始合成其引物。在引物3’端为游离羟基。复制叉拓扑异构酶解螺旋酶引物单链结合蛋白（SSB)引物合成酶引物RNA引物合成DnaB蛋白活化引物合成酶。引物长度约为几个至10个核苷酸，与复制叉移动方向相同，（引物酶底物是核苷三磷酸）5’端含3个磷酸残基，核酸的生物合成专题知识讲座第35页36大肠杆菌复制原点起始复制所需蛋白质SSB解链酶引物引物酶拓扑异构酶打开DNA超螺链打开双螺旋

合成预防复螺旋核酸的生物合成专题知识讲座第36页37复制叉拓扑异构酶解螺旋酶引物单链结合蛋白（SSB)引物合成酶引物在DNA聚合酶Ш催化下，以脱氧核糖核苷酸为底物，在RNA引物3′端加上脱氧核糖核苷酸。

2、DNA链延伸核酸的生物合成专题知识讲座第37页38DNA链延伸以复制叉向前移动方向为标准，一条模板链是3′5′走向，与之互补DNA能以5′3′方向连续合成，称为前导链（领头链）。另一条模板链是5′3′走向，与其互补DNA也是5′3′方向合成，与复制叉移动方向恰好相反，随复制叉移动，形成许多不连续片断，称为冈崎片断。每个冈崎片段合成也都需要引物。核酸的生物合成专题知识讲座第38页39延伸前导链只需要一个RNA引物，随即链每一个冈崎片段都需要一个RNA引物。链延长反应由DNA聚合酶Ⅲ催化。复制体：在DNA合成生长点（既复制叉上）分布着许多与复制相关酶和辅助因子，它们在DNA模板链形成离散复合物，彼此配合进行高度准确复制。核酸的生物合成专题知识讲座第39页40α、ε和θ三种亚基组成关键酶,关键酶形成二聚体β-亚基如同一个夹子夹住DNA分子，并向前滑动，使DNA聚合酶在完成复制前不再脱离DNA核酸的生物合成专题知识讲座第40页41复制体沿着复制叉方向前进，同时进行前导链和滞后链合成。5’3’3’5’核酸的生物合成专题知识讲座第41页423、DNA合成终止E

E.coli有两个终止区域，分别结合专一性终

止蛋白——tus

序列一：terEterDterA

序列二：terFterBterC共6个终止位点。核酸的生物合成专题知识讲座第42页每个区域只对一个方向复制叉起作用Tus蛋白-ter复合物阻止一个方向复制叉前移(经过抑制DNA解旋酶而发挥终止作用)核酸的生物合成专题知识讲座第43页44终止两个复制叉向前移动，最终在终止区相遇并停顿复制，由DNA聚合酶Ⅰ填补空隙，最终由连接酶封口。结果形成两个DNA双股螺旋分子。核酸的生物合成专题知识讲座第44页45原核细胞DNA半不连续复制过程复制叉移动方向解旋酶DNA聚合酶III解链酶RNA引物引物体DNA聚合酶ISSB3´3´5´前导链随即链3´5´复制起始DNA链合成与延长DNA链合成终止5´RNA引物3´3´DNA连接酶核酸的生物合成专题知识讲座第45页46(六)确保DNA复制忠实性机制1、采取DNA聚合酶催化聚合反应；2、依赖DNA聚合酶核酸外切酶活性；3、使用RNA引物；4、依赖核苷酸代谢库调整系统(确保dNTP正常水平),各种修复系统．核酸的生物合成专题知识讲座第46页47（七）真核生物染色体DNA复制

1、真核和原核DNA复制比较α、β

、γ

、δ、εδ负责核DNA复制γ负责线粒体DNA复制较慢较快核酸的生物合成专题知识讲座第47页48

在真核细胞内有五种DNA聚合酶（与细菌DNA聚合酶性质基础相同：底物、模板、引物、方向）

α

β

γ

δ

ε定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3

-5

外切--+++酶活性功效引物合成修复作用线粒体DNA复制核DNA复制修复作用核酸的生物合成专题知识讲座第48页492、真核生物中DNA复制特点1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。2、冈崎片段长约200bp.3、真核生物DNA复制速度比原核慢。4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长原核中，起点能够连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采取更多复制起点。5、真核生物有各种DNA聚合酶。6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，预防染色体间末端连接。由端粒酶负责新合成链5

端RNA引物切除后填补，以保持端粒一定长度。核酸的生物合成专题知识讲座第49页503、真核生物染色体DNA末端复制问题

真核生物线状染色体在复制最终，5′末端RNA引物被切除后，无法向原核那样填补空缺，假如没有特殊机制合成末端序列，将造成5′末端序列缩短，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。经过端粒酶催化形成端粒结构来处理原核生物染色体DNA是环状，其随即链5‘最末端冈崎片断RNA引物被切除后可借助另半圈DNA链向前延伸来填补，核酸的生物合成专题知识讲座第50页51复制叉复制叉终止区

端粒结构3

5

3

5

端粒结构端粒酶是含RNA逆转录酶端粒酶与细胞老化相关端粒（telomeres）：是真核细胞染色体末端所特有结构，有许多串（1000串或更多）短重复序列组成，通常3′末端链是富含G短序列。端粒酶:含有RNA和蛋白质（起DNA聚合酶作用）两种组分，RNA分子约150bP，含有与重复端粒结构互补一个片断，可作为端粒链合成模板。核酸的生物合成专题知识讲座第51页52（八）、DNA复制其它方式大肠杆菌双链环状DNA复制（一个复制起点，双向复制）真核细胞线状染色体DNA复制方式（多个复制起点，双向复制）单向滚环式复制（噬菌体

X174DNA—单链环状）3

切开正链，以负链为模板开始复制核酸的生物合成专题知识讲座第52页53（一）定义:以RNA为模板，按照RNA中核苷酸次序合成DNA称为逆转录，由逆转录酶催化进行。

1970年Temin和Baltimore同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病RNA病毒中分离出逆转录酶，迄今已知致癌RNA病毒都含有逆转录酶。

二、逆转录（reversetranscription）核酸的生物合成专题知识讲座第53页54HIV复制核酸的生物合成专题知识讲座第54页55（二）病毒RNA逆转录过程

（以前病毒cDNA形式整合到宿主细胞DNA中,随细胞增殖而传给子代，引发细胞恶性转化）

病毒RNA

RNA-DNA杂交分子双链DNA（前病毒cDNA）

逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿5’

3’方向合成DNA，并要求有引物存在，还要求Mn2+、Mg2+。+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+3

5

逆转录酶逆转录酶核酸的生物合成专题知识讲座第55页56逆转录酶是多功效酶，兼有3种酶活性：

RNA指导DNA聚合酶活性

DNA指导DNA聚合酶活性核糖核酸酶H活性，专一水解RNA-DNA杂交分子中RNA，可沿5’

3’和3’

5’两个方向起核酸外切酶作用。核酸的生物合成专题知识讲座第56页57RNA进入细胞逆转录RNA整合入宿主细胞染色体DNA衣壳被膜逆转录酶丢失被膜丢失衣壳RNAcDNA(三)

逆转录病毒生活周期当致癌RNA病毒侵染宿主细胞时，病毒RNA及逆转录酶一起进入宿主细胞，病毒本身带入逆转录酶使RNA逆转录成双链DNA。转录转译衣壳蛋白被膜蛋白逆转录酶病毒粒子核酸的生物合成专题知识讲座第57页58(四)逆转录酶发觉理论和实践意义：不能把“中心法则”绝对化，遗传信息也能够从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学研究，为肿瘤防治提供了新线索。当前逆转录酶已经成为研究这些学科工具。1983年，发觉人类免疫缺点病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,是一类逆转录病毒，感染T淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引发艾滋病（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS——取得性免疫缺点综合症）。核酸的生物合成专题知识讲座第58页59

三、DNA突变

概念：DNA分子中核苷酸序列发生突然而稳定改变，从而造成DNA复制以及以后转录和翻译产物随之发生改变，表现出异常遗传特征，称为DNA突变。产生：DNA在复制中可能产生错配，但自然条件下发生突变率非常低。一些物理化学原因，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂（烷化剂、碱基类似物、嵌入染料）等。核酸的生物合成专题知识讲座第59页60自然条件下发生突变称为自然突变，突变率非常低，能提升突变物理或化学因子称为诱变剂。碱基类似物(baseanalog）：5-溴尿嘧啶

碱基修饰剂(basemodifier)：亚硝酸

嵌入染料(intercalationdye)：吖啶橙、溴化乙锭

紫外线(ultraviolet)和电离辐射(ionizingradiation)核酸的生物合成专题知识讲座第60页61

突变类型

（一）碱基置换

DNA分子上碱基错配称点突变(pointmutation)。

1.转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。

2.颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。

（二）移码突变(framesshiftmutation)核酸的生物合成专题知识讲座第61页正常人HbAβ链第六位是Glu，而病人（HbS)则被Val取代（遗传密码由CTT→CAT)。每种蛋白质分子都含有特定结构来行使特定功效，即使是一级结构个别AA改变也能引发功效改变或丧失。核酸的生物合成专题知识讲座第62页63（二）移码突变

由插入或缺失单个或2个碱基而改变整个基因序列、阅读框架突变，称为移码突变。谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C核酸的生物合成专题知识讲座第63页64（三）重组(recombination)

DNA分子内较大片段交换，称为重组或重排。核酸的生物合成专题知识讲座第64页65四、DNA损伤与修复在一定条件下，生物体能使DNA损伤得到修复:暗修复（1）光裂合酶修复（2）切除修复（3）重组修复（4）诱导修复（SOS修复）（5）错配修复核酸的生物合成专题知识讲座第65页66光复合酶特异地和嘧啶二聚体结合（1）DNA紫外线损伤光裂合酶修复

（光复活作用—直接修复）酶被可见光激活解聚二聚体后酶被释放核酸的生物合成专题知识讲座第66页67

（2）切除修复普通DNA两条链只有一条受损伤，在一系列酶作用下可将损伤个别切除，依据互补链序列对其进行修复。核酸的生物合成专题知识讲座第67页68切除修复(excisionrepairing)核酸的生物合成专题知识讲座第68页69

DNA重组修复是复制后修复DNA链损伤并未除去一直只存在母链上！！若干代后相当于被稀释。胸腺嘧啶二聚体核酸的生物合成专题知识讲座第69页70

SOS修复

为DNA损伤所诱导，而产生缺乏校对功效DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而防止了死亡，可是却带来了高突变率（所以会有2种结果：修复或变异（进化），这属于倾向差错修复。核酸的生物合成专题知识讲座第70页71

错配修复

DNA在复制中发生错配，假如新合成链被校对，基因编码信息可得到恢复；但假如模板链被校对，突变就被固定。

生物体内存在错配修复系统：能够识别“新”

“旧”链！(依据甲基化)

核酸的生物合成专题知识讲座第71页72DNA合成方式：DNA复制：以DNA为模板合成DNA。逆转录：以RNA为模板合成DNA。修复合成（DNA聚合酶I、连接酶、修复酶系统等）核酸的生物合成专题知识讲座第72页73第二节RNA生物合成一、转录（一）概念转录（transcription）：以DNA一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对标准，合成一条与DNA链一定区段互补RNA链过程称为转录。转录不对称性(asymmetric

transcription)：在RNA合成中，DNA二条链中仅有一条链可作为转录模板，称为转录不对称性。反义链（无意义链，负链）：在RNA转录中，用作模板DNA链称为反义链。有义链（编码链，正链）在RNA转录中，不作为模板DNA链称为有义链。核酸的生物合成专题知识讲座第73页74核酸的生物合成专题知识讲座第74页75转录产物：mRNA、rRNA、tRNA、各种小RNA基因表示产物:RNA和蛋白质转录起始于DNA模板一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。一个转录单位能够是一个基因（真核）——单顺反子mRNA，也能够是多个基因（原核）——多顺反子mRNA。核酸的生物合成专题知识讲座第75页76（二）原核生物转录1.E.coli

RNA聚合酶：大肠杆菌RNA聚合酶只有一个,全酶由5种亚基α2ββ’

σ

组成，另有两个Zn2+

σ因子与其它个别结合不是十分紧密，它易与α2ββ’

分离，没有σ、

亚基酶称为关键酶——只催化链延长，对起始无作用。五种亚基功效分别为：

α亚基：与开启子结合功效。

β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。

亚基：在全酶中存在，功效不清楚。

β’亚基：与DNA模板结合功效。

σ亚基：识别起始位点。

核酸的生物合成专题知识讲座第76页77E.coli

RNA聚合酶特点：

反应底物：NTP(ATP/GTP/UTP/CTP)，

DNA为模板、Mg2+促进聚合反应。

RNA聚合酶不需要引物，合成方向5

3

。核酸的生物合成专题知识讲座第77页782.E.coliRNA转录过程：

起始位点识别

转录起始链延伸转录终止核酸的生物合成专题知识讲座第78页79（1）起始位点识别

RNA合成不需要引物。体外试验证实，不含σ亚基关键酶会随机地在一个基因两条链上开启，当有σ亚基时就会选择正确起点。σ亚基起着识别DNA分子上起始信号（开启子——指RNA聚合酶识别、结合和开始转录一段DNA序列）作用。开启子结构最少由三个别组成：-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别信号；-10序列是酶紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三个别是RNA合成起始点。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点5’3’3’5’35序列

Sextama框10序列Pribnow框核酸的生物合成专题知识讲座第79页80（2）转录起始

RNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP，极少是CTP，不用UTP。完成最初几个（2-9）核苷酸连接后，σ亚基就会被释放脱离关键酶。所形成开启子、全酶和RNA链复合物称为三元起始复合物。

因子仅与起始相关，RNA合成一旦开始，便被释放

E-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板链核酸的生物合成专题知识讲座第80页81（3）RNA链延伸DNA分子和酶分子发生构象改变，关键酶与DNA结合比较松弛，可沿DNA模板移动，并按模板次序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长RNA链3’-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5

3

转录泡RNA聚合酶DNA模板RNA

核酸的生物合成专题知识讲座第81页82

RNA聚合酶催化反应ACGACGUU模板DNA5´3´5´3´新合成RNA核酸的生物合成专题知识讲座第82页83（4）转录终止（终止子和终止因子）

在DNA分子上（基因末端）提供转录停顿信号DNA序列称为终止子（terminators),它能使RNA聚合酶停顿合成RNA并释放出RNA。终止因子，帮助RNA聚合酶识别终止信号辅助因子（蛋白质）。终止因子ρ因子能与RNA聚合酶结合但不是酶组分，它作用是阻止RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成RNA链。大肠杆菌有两类终止子：（1）不依赖于ρ因子终止子（强）（2）依赖ρ因子终止子（弱终止子）核酸的生物合成专题知识讲座第83页84不依赖于ρ因子终止子有2个特征（强终止子）

①在DNA中，在转录单位终点之前都有一个回文结构，其转录本形成发卡结构，且柄部富含G

C碱基对。②终点前大约有6个连续A，它转录成U。模板链5

3

3

5

富含AT区CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTGGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAA回文结构富含GC区转录方向核酸的生物合成专题知识讲座第84页85寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。依赖ρ终止子，必需在ρ因子存在时，才发生终止作用。终止点前无寡聚U序列，回文对称区不富含GC。核酸的生物合成专题知识讲座第85页86

有些终止子作用可被特异因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通读（readthrough）能够引发抗终止作用蛋白质称为抗终止因子（antiterminationfactors）

因子是一个碱性蛋白,三个二聚体组成.与合成RNA结合,移动到终止信号,再与RNA聚合酶结合,使之离开模板.核酸的生物合成专题知识讲座第86页87RNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区抵达基因终点延长阶段5

3

RNA

开启子（promoter)

终止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

离开转录泡核酸的生物合成专题知识讲座第87页88基础标准与原核相同，但真核基因转录更复杂，RNA聚合酶不相同开启子有三类，分别由RNA聚合酶I、II、III进行转录。真核生物开启子由转录因子，而不是RNA聚合酶识别（没有对应因子）转录因子：RNA聚合酶在进行转录时，常需要一些辅助因子（蛋白质）参加作用，这类蛋白质统称为转录因子。各种转录因子和RNA聚合酶在起点形成前起始复合物，起始转录。（三）真核生物转录核酸的生物合成专题知识讲座第88页89分子量都在50万左右

真核生物RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶类型部位转录产物对鹅膏蕈碱敏感度Ⅰ核仁rRNA前体

不敏感Ⅱ核质mRNA前体,snRNA高度敏感Ⅲ核质tRNA,5SrRNA中度敏感

和小RNA前体核酸的生物合成专题知识讲座第89页90二、RNA生物合成抑制剂1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成碱基类似物能够抑制和干扰核酸合成。如6-巯基嘌呤作为代谢拮抗物抑制合成酶类或直接掺到核酸分子中，形成异常RNA或DNA。5-氟尿嘧啶核酸的生物合成专题知识讲座第90页912、DNA模板功效抑制物：能够与DNA模板结合，抑制其复制和转录（1）烷化剂：使DNA发生烷基化，易引发嘌呤水解，在DNA上留下空隙干扰复制或转录；或引发碱基错配。（2）放线菌素：放线菌素D与DNA形成非共价复合物，抑制其模板功效（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。（3）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻碱基对之间，普通含有芳香族发色团。吖啶类染料；溴化乙锭（EB）。EB是一个高灵敏荧光试剂，常见来检测DNA和RNA。与DNA结合后抑制其复制和转录。核酸的生物合成专题知识讲座第91页923、RNA聚合酶抑制物（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平能够高效抑制结核杆菌，杀死麻疯杆菌。（2）利链霉素：与细菌RNA聚合酶

亚基结合，抑制转录过程中RNA链延长反应。（3）

-鹅膏蕈碱：主要抑制真核RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ，对细菌RNA聚合酶作用极小。核酸的生物合成专题知识讲座第92页93

三、RNA转录后加工(post-transcriptionalprocessing)

在细胞内，由RNA聚合酶合成原初转录物（primarytranscript）往往需要一系列改变，包含链裂解、核苷修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟RNA分子。此过程总称为RNA成熟或称为RNA转录后加工。核酸的生物合成专题知识讲座第93页941、mRNA前体加工（真核）：

原核生物mRNA转录后普通不需要加工，转录同时即进行翻译（半寿期短）。亦有少数多顺反子mRNA需要核酸酶切成小单位，然后再翻译。

真核生物mRNA（半寿期较长）原初转录物很大，在加工过程中形成许多分子大小不等中间物，它们被称为核内不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)，其中大约25%需要深入进行加工修饰转化为mRNA。核酸的生物合成专题知识讲座第94页95

mRNA前体加工包含：（1）3’端添加polyA“尾巴”；（2）5’端连接“帽子”结构（m7G5

ppp5

NmpNp-）；（3）hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（DNA上编码序列）转录序列拼接上(真核生物普通为不连续基因)。（4）分子内部核苷酸甲基化修饰。核酸的生物合成专题知识讲座第95页96核酸的生物合成专题知识讲座第96页97

2、tRNA前体加工：原核与真核生物tRNA转录后都需要加工。包含：（1）由核酸内切酶切除前体上3

和5

端上多出核苷酸；（2）由核酸外切酶逐一在3

切去附加序列，进行修剪。（3）3

端添加CCAOH序列，由核苷酸转移酶催化。（接收活化AA）（4）对核苷一些特定碱基和戊糖进行修饰。

核酸的生物合成专题知识讲座第97页98核酸的生物合成专题知识讲座第98页99

原核与真核生物rRNA转录后也都需要进行加工。原核：刚转录rRNA为30S，先在特定碱基上进行甲基化（核糖2

-羟基）修饰，后逐步裂解（核酸酶切割）。真核：45S（哺乳动物）、38S（果蝇）、37S（酵母）P16P23P516S23S5S（普通不含甲基化）28S18S5.8S3、rRNA前体加工：45S或38S37S26S17S5.8SrRNA原初转录物30S研究四膜虫rRNA前体拼接时发觉ribozyme核酸的生物合成专题知识讲座第99页100核酸的生物合成专题知识讲座第100页101四、转录和复制区分(概念)二者酶系不一样：转录需要RNA聚合酶；复制需要DNA聚合酶。底物、产物不一样：转录以核苷三磷酸为底物，产物为核糖核酸；复制以脱氧核苷三磷酸为底物，产物为脱氧核糖核酸；在RNA中U代替T与A配对;转录产物是rRNA,tRNA,mRNA等.转录通常只发生在DNA一条链上，称为不对称转录，被转录链为模板链或负（-）链，另一条链为编码链或正链（+）；而复制以DNA两条链为模板进行。转录（RNA合成）不需要引物，而复制需要引物。核酸的生物合成专题知识讲座第101页102两个阶段（1）其单链RNA可充当mRNA，利用寄主中核糖体合成外壳蛋白和复制酶β亚基。（2）复制酶β亚基可与来自寄主细胞亚基α

δ自动装配成RNA复制酶，可进行RNA复制，以分子中单链RNA为模板（正链），复制出一条新RNA链（负链），再复制出正链，与外壳蛋白组装成新噬菌体颗粒。

五、RNA复制（噬菌体Qβ和灰质炎病毒）一些RNA病毒能够以本身RNA为模板进行复制。5

RNA-5

3

3

RNA+释放释放3

5

3

3

5

5

RNA+RNA+RNA-RNA-及

RNA+合成方向均为5‘3’不一样RNA病毒复制方式不一样。核酸的生物合成专题知识讲座第102页103病毒RNA复制主要方式单链（+）RNA病毒复制方式（噬菌体Qβ和灰质炎病毒）(只含病毒正链RNA)

单链（-）RNA病毒复制方式（狂犬病毒）(病毒负链RNA+复制酶)；双链RNA病毒复制方式（呼肠狐病毒）(双链RNA+复制酶)；致癌RNA