第十四章核酸的生物合成.ppt

1、1,第十四章 核酸的生物合成,第一节 DNA的生物合成 第二节 RNA的生物合成,2,DNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。,中 心 法 则,1964-1970 劳氏肉瘤病毒的 遗传方式 致癌RNA病毒、植物RNA病毒,1958年，遗传信息的单向,遗传信息的传递,3,4,复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。

2、转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所 含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。 翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。 逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。,5,第一节 DNA的生物合成,DNA的复制（DNA指导下的DNA合成） 逆转录（RNA指导下的DNA的合成） DNA 突变 DNA的损伤与修复(修复合成),6,一、DNA的半保留复制 (一) 定义和实验证据：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。,半保留

3、复制的实验证据: 1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。,7,DNA的半保留复制的生物学意义：,DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。 DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物质:在细胞内外各种物化因子均可导致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；在进化的角度上，DNA更是处在不断的变异和发展中。,8,（二） 复制起点、方向和方式,1、复制起点（origin ， ori或 o ， 复制原点）,

4、复制起点：复制开始处DNA分子的特定位置. 复制子(Replicon)（复制单位 ）：从一个起点到一个终点所包含的DNA区域，是基因组独立进行复制的单位。,9,原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器DNA是环状双链分子，它们都只有一个固定的复制起点，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100-200 Kbp。人体细胞平均每个染色体含有1000个复制子。 病毒DNA多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是单复制子。 许多生物的复制起点都是富含A、T的区段。,10,2、复制方向及方式,复制叉（Replication fork）：DNA复制

5、进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growth point)，叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复制体（replisome） 大多数复制是双向的，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（replication eye）：电子显微镜下观察正在复制的DNA，复制的区域形如一只眼睛.,11,（三）与DNA复制有关的酶和蛋白质,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 目前已发现30多种酶及蛋白质因子参与DNA复制,12,1、

6、DNA聚合酶,（1）反应需要有模板的指导； （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+,催化反应的特点：,13,14,在大肠杆菌中发现主要有三种DNA聚合酶，分别为： DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶,E.coli DNA聚合酶,DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重损伤 时，诱导产生。,15,DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 亚基数目 1（单体酶） 多亚基酶 多亚基酶 53 聚合活性 + 中 + 很低 + 很高 3 5 外切活性 + + + 5 3 外切活性 + ,16,DNA聚合酶,是原核生物DNA复制的

7、主要聚合酶，该酶由10种亚基组成，其中、形成全酶的核心酶。具有5 3 DNA聚合酶活性（ 亚基，速率高）； 具有3 5外切酶（亚基）的校对功能，提高DNA复制的保真性。 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。,17,拓扑异构酶：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，同转录有关。,拓扑异构酶：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，同复制有关。 二者共同控制DNA的拓扑结构。,2. 拓扑异构酶： 催化DNA的拓扑链环数发生变化的酶，在DNA重组修复和其他转变方面起重要作用。 除链环数不同

8、外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶.,18,3、解螺旋酶 （解链酶）：通过水解ATP将DNA两条链打开。E.coli中的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-strand binding protein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。,19,5、引发酶及引发体,引发前体:它由多种蛋白质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的引物（Primer

9、)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。引发前体再与引发酶结合组装成引发体。,引发体可以沿模板链53方向移动,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。,20,DNA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。不能将两条游离的DNA单链连接起来。,6、 DNA连接酶,DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用。,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,DNA复制有关的酶和蛋白质,22,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,

10、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。,DNA复制有关的酶和蛋白质,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,DNA复制有关的酶和蛋白质,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,单链结合蛋白防止复螺旋,DNA复制有关的酶和蛋白质,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,DNA复制有关的酶和蛋白质,26,(四) DNA的半不连续复制,1968年由冈崎通过实验证明 D

11、NA复制是半不连续的,27,1、冈崎片段的发现（1968）： 同位素实验，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连接酶的变异株时，检测到大量DNA片段的积累证明DNA复制中有小片段合成。,28,领头链在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链（前导链）。 随后链在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链（滞后链）。这些不连续的片断，称为冈崎片断。每个冈崎片段的合成也都需要引物。 冈崎片段：真核生物中100-200个核苷酸（核小体的DNA单位）。原核生物中1000-2000个核苷酸。 半

12、不连续复制（semidiscontinuous replication）在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。,29,2、半不连续复制,30,冈崎片段合成后由DNA聚合酶切除RNA引物并催化合成一段DNA填补留下的空隙。 再由DNA连接酶把他们连成一条完整的子代链，称为滞后链。,31,(五)E.coli.染色体DNA复制过程,起 始 延 伸 终 止,32,1、复制的起始,33,大肠杆菌复制的起点由245个bp构成，称为 OriC, 其序列很保守，有两组短的重复： 3个13 bp的序列和4个9 bp的序列,34,在DNA的复制原点，双股螺旋解

13、开，成单链状态，分别作为模板，合成其互补单链。,解链,35,引发体在复制叉上移动，识别合成的起始位点， 引发RNA引物的合成。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的方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。在引物的3端为游离的羟基。,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，与复制叉移动的方向相同， （引物酶的底物是核苷三磷酸） 5端含3个磷酸残基，,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,37,在DNA聚合酶的催化下，以脱氧核糖核苷酸为底物，在RNA引物的3

14、端加上脱氧核糖核苷酸。,2、DNA链的延伸,38,DNA链的延伸,39,延 伸,前导链只需要一个RNA引物，随后链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物。 链的延长反应由DNA聚合酶催化。 复制体：在DNA合成的生长点（既复制叉上）分布着许多与复制有关的酶和辅助因子，它们在DNA的模板链形成离散的复合物，彼此配合进行高度精确的复制。,40,、和三种亚基组成核心酶,核心酶形成二聚体 -亚基犹如一个夹子夹住DNA分子，并向前滑动，使DNA聚合酶在完成复制前不再脱离DNA,41,复制体沿着复制叉方向前进，同时进行前导链和滞后链的合成。,42,3、DNA合成的终止,E.coli 有两个终止区域，分别结合

15、专一性的终 止蛋白 tus 序列一：terE terD terA 序列二：terF terB terC 共6个终止位点。,每个区域只对一个方向的复制叉起作用 Tus蛋白-ter复合物阻止一个方向的复制叉前移(通过抑制DNA解旋酶而发挥终止作用),44,终 止,两个复制叉向前移动，最后在终止区相遇并停止复制，由DNA聚合酶填补空隙，最后由连接酶封口。结果形成两个DNA双股螺旋分子。,45,原核细胞DNA的半不连续复制过程,复制叉的移动方向,3,5,3,5,46,(六) 确保DNA复制忠实性的机制,1、采用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、

16、依赖核苷酸代谢库调节系统(保证dNTP的正常水平),多种修复系统,47,（七）真核生物染色体DNA的复制,1、真核和原核DNA复制比较,、 、 、 、 负责核DNA的复制 负责线粒体DNA的复制,较慢,较快,48,在真核细胞内有五种DNA聚合酶 （与细菌DNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向） 定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核 3-5 外切 - - + + + 酶活性 功能,引物 合成,修复 作用,线粒体DNA 的复制,核DNA 的复制,修复 作用,49,2、真核生物中DNA的复制特点,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

17、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；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。 5、真核生物有多种DNA聚合酶。 6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新合成链5端RNA引物切除后的填补，以保持端粒的一定长度。,50,3、真核生物染色体DNA末端复制的问题,真核生物线状染色体在复制最后，5末端RNA引物被切除后，无法向原核那样填补空缺，如果没有特殊的机制合成末端序列，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。 通过端粒酶催化

18、形成端粒结构来解决,原核生物染色体DNA是环状的，其随后链的5最末端冈崎片断的RNA引物被切除后可借助另半圈DNA链向前延伸来填补，,51,端粒酶是含RNA的逆转录酶,端粒酶与细胞老化有关,端粒（telomeres） ：是真核细胞染色体末端所特有的结构，有许多串（1000串或更多）短的重复序列组成，通常3末端链是富含G的短序列。,端粒酶:含有RNA和蛋白质（起DNA聚合酶的作用）两种组分，RNA分子约150 bP，含有与重复端粒结构互补的一个片断，可作为端粒链合成的模板。,52,（八）、DNA复制的其它方式,大肠杆菌双链环状DNA的复制（一个复制起点，双向复制） 真核细胞线状染色体DNA的复制

19、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）,切开正链，以负链 为模板开始复制,53,（一）定义:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成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，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶。,二、逆转录（reverse transcription）,54,HIV的复制,55,（二）病毒RNA的逆转录过程 （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，引起细胞恶性转化） 病毒RNA RNA-DNA

20、杂交分子 双链DNA（前病毒cDNA）,逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿53方向合成DNA，并要求有引物存在，还要求Mn2+、Mg2+。,56,逆转录酶是多功能酶，兼有3种酶的活性： RNA指导的DNA聚合酶活性 DNA指导的DNA聚合酶活性 核糖核酸酶H的活性，专一水解RNA-DNA杂交分子中的RNA，可沿53和3 5两个方向起核酸外切酶的作用。,57,RNA,进入细胞,逆转录,RNA,(三) 逆转录病毒的生活周期,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，病毒自身带入的逆转录酶使RNA逆转录成双链DNA。,58,(四) 逆转录酶发现的理论和实践意义： 不能把“中

21、心法则”绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。,1983年，发现人类免疫缺陷病毒（human immune deficience virus,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，引起艾滋病（ acquired immunodeficiency syndrome,AIDS获得性免疫缺陷综合症）。,59,三、DNA的突变,概念： DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致DNA的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出

22、异常的遗传特性，称为DNA的突变。 产生： DNA在复制中可能产生错配，但自然条件下发生的突变率非常低。 某些物理化学因素，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。,60,自然条件下发生的突变称为自然突变，突变率非常低，能提高突变的物理或化学因子称为诱变剂。 碱基类似物(base analog）：5-溴尿嘧啶 碱基修饰剂(base modifier)：亚硝酸 嵌入染料(intercalation dye) ：吖啶橙、溴化乙锭 紫外线(ultraviolet)和电离辐射(ionizing radiation),61,突变的类型,（一）碱基置换 DNA分子上的碱基错配称点

23、突变(point mutation)。 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(framesshift mutation),正常人的HbA的链第六位是Glu，而病人（HbS)则被Val取代（遗传密码由CTTCAT)。,每种蛋白质分子都具有特定的结构来行使特定的功能，即使是一级结构个别AA的变化也能引起功能的改变或丧失。,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、阅读框架的突变，称为移码突变。,64,（三）重组(recombination) DNA分子内较大片段的交

24、换，称为重组或重排。,65,四、DNA的损伤与修复,在一定条件下，生物体能使DNA的损伤得到修复:,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,66,光复合酶特异地和嘧啶二聚体结合,（1）DNA紫外线损伤的光裂合酶修复（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,67,（2）切除修复,一般DNA的两条链只有一条受损伤，在一系列酶的作用下可将损伤部分切除，根据互补链的序列对其进行修复。,68,切除修复(excision repairing),69,DNA的重组修复,是复制后的修复 DNA链的损伤并未除去 一直只存在母链

25、上！若干 代后相当于被稀释。,胸腺嘧啶二聚体,70,SOS修复,为DNA的损伤所诱导，而产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率（所以会有2种结果：修复或变异（进化） ，这属于倾向差错的修复。,71,错 配 修 复DNA在复制中发生错配，如果新合成的链被校对，基因编码信息可得到恢复；但如果模板链被校对，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),72,DNA的合成方式：,DNA的复制：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）,7

26、3,第二节 RNA的生物合成,一、转录 （一）概念 转录（transcription）：以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程称为转录。 转录的不对称性(asymmetric transcription)：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。 反义链（无意义链，负链）：在RNA的转录中，用作模板的DNA链称为反义链。 有义链（编码链，正链）在RNA的转录中，不作为模板的DNA链称为有义链。,74,75,转录产物：mRNA 、rRNA、 tRNA、各种小RNA 基因表达的产物:R

27、NA和蛋白质 转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。 一个转录单位可以是一个基因（真核）单顺反子mRNA ，也可以是多个基因（原核）多顺反子mRNA 。,76,（二） 原核生物的转录 1.E.coli RNA聚合酶：大肠杆菌的RNA聚合酶只有一种, 全酶由5种亚基2 组成，另有两个Zn2+ 因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易与2 分离，没有、 亚基的酶称为核心酶只催化链的 延长，对起始无作用。 五种亚基的功能分别为： 亚基：与启动子结合功能。 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，功能不清楚。 亚基：与DNA模板

28、结合功能。 亚基：识别起始位点。,77,E.coli RNA聚合酶的特点：,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53 。,78,2. E.coli RNA的转录过程： 起始位点的识别 转录起始 链的延伸 转录终止,79,（1）起始位点的识别,RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有亚基时就会选择正确的起点。 亚基起着识别DNA分子上的起始信号（启动子指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列）的作用。启动子的结构至少由三部分组成：-35序列提供了R

29、NA聚合酶全酶识别的信号；-10序列是酶的紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）；第三部分是RNA合成的起始点。,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。加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP，很少是CTP，不用UTP。完成最初的几个（2-9）核苷酸连接后，亚基就会被释放脱离核心酶。 所形成的启动子、全酶和RNA链复合物称为三元起始复合物。,因子仅与起始 有关，RNA的合 成一旦开始， 便被释放,81,（3）RNA链的延伸,DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA结合比较松弛，可沿DNA模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷

30、三磷酸加到生长的RNA链的3-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5 3,82,RNA聚合酶催化的反应,A,C,G,A,C,G,U,U,模板DNA,5,3,新合成RNA,83,（4）转录终止（终止子和终止因子）,在DNA分子上（基因末端）提供转录停止信号的DNA序列称为终止子（terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。,终止因子，协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。终止因子因子能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分，它的作用是阻止RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。,大肠杆菌有两类终止子： （1）不依赖于因子的终止子

31、（强） （2）依赖因子的终止子（弱终止子）,84,不依赖于因子的终止子有2个特征（强终止子） 在DNA中，在转录单位的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GC碱基对。 终点前大约有6 个连续的A，它转录成U。,85,寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。,依赖的终止子，必需在因子存在时，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。,86,有些终止子的作用可被特异的因子所阻止，使酶得以越过终止子继续转录，称为通读（readthrough）,能够引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子（antitermination factors）,因子是一个碱性的蛋白

32、,三个二聚体组成.与合成的RNA结合,移动到终止信号,再与RNA聚合酶结合,使之离开模板.,87,RNA合成过程,起始,双链DNA局部解开,磷酸二酯键形成,终止阶段,解链区到达基因终点,延长阶段,RNA,启动子（promoter),终止子(terminator),88,基本原则与原核相似，但真核基因的转录更复杂， RNA聚合酶不相同 启动子有三类，分别由RNA聚合酶I、II、III进行转录。 真核生物的启动子由转录因子，而不是RNA聚合酶识别（没有对应的因子） 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）参与作用，此类蛋白质统称为转录因子。 多种转录因子和RNA聚合酶在起点

33、形成前起始复合物，起始转录。,（三）真核生物的转录,89,分子量都在50万左右,真核生物RNA聚合酶,90,二、RNA生物合成的抑制剂,1、嘌呤和嘧啶类似物：人工合成的碱基类似物能够抑制和干扰核酸的合成。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,91,2、DNA模板功能的抑制物：可以与DNA模板结合，抑制其复制和转录,（1）烷化剂：使DNA发生烷基化，易引起嘌呤的水解，在DNA上留下空隙干扰复制或转录；或引起碱基错配。 （2）放线菌素：放线菌素D与DNA形成非共价的复合物，抑制其模板功能（低浓度抑制转录，较高浓度抑制复制）。 （3

34、）嵌入染料：可插入双链DNA分子相邻的碱基对之间，一般具有芳香族发色团。吖啶类染料；溴化乙锭（EB）。EB是一种高灵敏的荧光试剂，常用来检测DNA和RNA。与DNA结合后抑制其复制和转录。,92,3、RNA聚合酶抑制物,（1）利福霉素：抑制细菌RNA聚合酶活性。利福平可以高效抑制结核杆菌，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链的延长反应。 （3）-鹅膏蕈碱：主要抑制真核RNA聚合酶和，对细菌的RNA聚合酶作用极小。,93,三、RNA的转录后加工(post-transcriptional processing) 在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物

35、（primary transcript）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。,94,1、mRNA前体的加工（真核）： 原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。亦有少数多顺反子的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的中间物，它们被称为核内不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)，其中大约25%需要进一步进行加工修饰转化为mRNA。,

36、95,mRNA前体的加工包括： （1）3端添加polyA “尾巴”； （2）5端连接“帽子”结构（m7G5ppp5NmpNp-）； （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上的编码序列）转录序列拼接上(真核生物一般为不连续基因)。 （4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。,96,97,2、tRNA前体的加工： 原核与真核生物的tRNA转录后都需要加工。包括： （1）由核酸内切酶切除前体上3和5端上多余的核苷酸； （2）由核酸外切酶逐个在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。 （接受活化AA） （4）对核苷的一些特定

37、的碱基和戊糖进行修饰。,98,99,原核与真核生物的rRNA转录后也都需要进行加工。 原核：刚转录的rRNA为30S，先在特定的碱基上进行甲基化（核糖2-羟基）修饰，后逐步裂解（核酸酶的切割）。 真核：45S（哺乳动物）、38S（果蝇）、37S（酵母）,P16,P23,P5,16S,23S,5S（一般不含甲基化）,28S,18S,5.8S,3、 rRNA前体的加工：,45S 或38S,37S,26S 17S 5.8S,rRNA原初 转录物30S,研究四膜虫rRNA前体的拼接时发现ribozyme,100,101,四、转录和复制的区别(概念),二者酶系不同：转录需要RNA聚合酶；复制需要DNA聚

38、合酶。 底物、产物不同：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的一条链上，称为不对称转录，被转录的链为模板链或负（-）链，另一条链为编码链或正链（+）；而复制以DNA的两条链为模板进行的。 转录（RNA的合成）不需要引物，而复制需要引物。,102,两个阶段 （1）其单链RNA可充当mRNA，利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白和复制酶的亚基。 （2）复制酶的亚基可与来自寄主细胞的亚基自动装配成RNA复制酶，可进行RNA的复制，以分子中单链RNA为模板（正链

39、），复制出一条新的RNA链（负链），再复制出正链，与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。,五、RNA的复制（噬菌体Q和灰质炎病毒）,某些RNA病毒可以以自身RNA为模板进行复制。,不同的RNA病毒复制方式不同。,103,病毒RNA复制的主要方式,单链（+）RNA病毒的复制方式（噬菌体Q和灰质炎病毒）(只含病毒正链RNA) 单链（-）RNA病毒的复制方式（狂犬病毒）(病毒负链RNA+复制酶)； 双链RNA病毒的复制方式（呼肠狐病毒）(双链RNA+复制酶)； 致癌RNA病毒,104,不同RNA病毒合成mRNA的 途径可以分4类,逆转录病毒,噬菌体Q,狂犬病毒（带有复制酶）,呼肠孤病毒 （带有复制酶）,逆转录酶,105,RNA的合成：,转录 逆转录（致癌R