生物化学课件：第十章 核酸的生物合成

1、 核酸的生物合成核酸的生物合成第一节第一节DNADNA的生物合成（复制）的生物合成（复制）第二节第二节RNARNA的生物合成（转录）的生物合成（转录）2021-10-262教学大纲了解:真核细胞与原核细胞DNA复制的不同：DNA损伤的类型及损伤后的修复；原核生物转录的基本过程；转录后加工、反转录和核酶的概念；RNA干扰技术及基因治疗相关内容干扰技术及基因治疗相关内容(加加)掌握：DNA合成的方式-半保留复制；合成特点：半不连续复制； DNA复制的过程所需要的物质(酶，尤其是原核生物-大肠杆菌DNA聚合酶的种类及作用，掌握其他(复制所需要的)酶或蛋白需要名称及种类，了解其功能)；掌握原核生物转录

2、的基本过程、概念和特点； 重点、难点：DNA合成的方式半保留复制；DNA复制的过程(前导链与滞后链的合成异同点及所需要的酶)；掌握转录与复制的异同点。RNA剪接及加工过程剪接及加工过程(以前是了解内容以前是了解内容)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DNA中能编码蛋白质和功能中能编码蛋白质和功能RNA的特定核苷酸序列。的特定核苷酸序列。一、一、DNA复制方式复制方式二、参与二、参与DNA复制的因子复制的因子三、三、DNA复制过程复制过程四、逆转录四、逆转录五、五、DNA损伤的修复损伤

3、的修复单击画面继续一、一、DNADNA的复制方式的复制方式单击画面继续 半保留复制半保留复制(semiconservative replication)-在在 DNA复制过程复制过程中，双螺旋结构解开而成为单链，中，双螺旋结构解开而成为单链，分别以分别以DNA双螺旋中的一条链为双螺旋中的一条链为模板，按碱基互补配对的原则合模板，按碱基互补配对的原则合成两条新的互补链。这样新合成成两条新的互补链。这样新合成的的DNA双链中一股单链是从亲代双链中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链完整地接受过来的，另一股单链完全重新合成。完全重新合成。DNA半保留复制的证据半保留复制的证据第一代第二代细菌

4、（含15N-DNA)普通DNA普通DNA重DNA 重DNA普通培养基普通培养基细菌DNA双链密度梯度离心15N-DNA14N-DNA2021-10-267几个相关概念：几个相关概念：1. 复制起始点复制起始点 (origin, ori) 原核生物只有一个复制起始点；原核生物只有一个复制起始点；真核生物染色体真核生物染色体DNA有多个复制起始有多个复制起始 点，同时形成多个复制单位，点，同时形成多个复制单位， 两个起始点两个起始点 之间的之间的DNA片段称为片段称为复制子复制子(replicon)。2021-10-268 2021-10-2692. 复制叉复制叉 (replication for

5、k) 复制时双链打开，分开成两股，新链复制时双链打开，分开成两股，新链沿沿着张开的模板生成，复制中形成的这种着张开的模板生成，复制中形成的这种Y字形的结构称为字形的结构称为复制叉复制叉。35535353复制方向二、二、 原核生物原核生物DNA复制的参与因子复制的参与因子1.底物底物 dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP)2.聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶I 、II、III3.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（一）

6、一）DNA聚合酶的活性聚合酶的活性 5至至3的聚合活性的聚合活性 5 3方向方向 核酸核酸 外切酶活性外切酶活性 5 3外切酶活性外切酶活性 3 5外切酶活性外切酶活性 5至至3的聚合活性（的聚合活性（ 5 3 ）pp pp pppPPPO HOHO H55PPiN1N2N3N1N2N3533 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533535外切酶活性53外切酶活性2021-10-2614大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶全酶的结构和功能全酶的结构和功能 延长因子延长因子DNADNA聚合酶聚合酶 两个两个 亚基夹住亚基夹住DNADNADNADNA聚合

7、酶聚合酶异二聚体异二聚体核心酶核心酶校对校对引物的结引物的结合和识别合和识别促使核心促使核心酶二聚化酶二聚化（二）二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(解旋酶）解旋酶）v既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键v拓扑酶拓扑酶 切断切断DNA双链中的一股双链中的一股v拓扑酶拓扑酶 切断切断DNA双链双链 （三）解链酶（三）解链酶使复制差前方的双链截开一小段使复制差前方的双链截开一小段（四）单链（四）单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB）v维持模板处于单链状态维持模板处于单链状态;保护单链的完整保护单链的完整(五五)引物酶引物酶v是是RNA聚合酶，合成一段聚合酶，合成一段

8、RNA引物引物（六）（六） DNA连接酶（连接酶（ligase）v催化两段催化两段DNA之间的连接之间的连接35535353HOP DNA ligaseNADATPNMNAMP+PPi+POHP5533+53DNAligaseOOHPOOO-OOHPOOOPP-PPi（一）（一） 复制的起始复制的起始 （二）（二） 复制的延伸复制的延伸 （三）（三） 复制的终止复制的终止 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

9、）（一） 复制的起始复制的起始 2.复制叉的形成复制叉的形成 复制叉复制叉-复制开始复制开始后由于后由于DNA双链解双链解开，在两股单链上开，在两股单链上进行复制，形成在进行复制，形成在显微镜下可看到的显微镜下可看到的叉状结构。叉状结构。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55333.起始的过程起始的过程打开打开DNA超螺旋超螺旋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引物复合体体引物酶引物酶拓扑异构酶拓扑异构酶合成合成DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白

10、单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA双链双链5353拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶与与DNA双链双链结合，解开结合，解开超螺旋。超螺旋。5353拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程解链酶解开解链酶解开DNA双螺旋双螺旋5353拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋

11、白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物单链结合蛋白防单链结合蛋白防止复螺旋止复螺旋5 35 3DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程引物酶合成引物引物酶合成引物5353二、二、DNA复制的延伸复制的延伸1. DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的到引物的3-OH上，开始新生链的合成过程。上，开始新生链的合成过程。AG T AC T A A T DN

12、A DNA 聚合酶聚合酶ACGACGTT引物引物AG T AC T A A T AGCGACGGTTT T 组成组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTTTA引物引物AG T AC T A A T GCGACGTTGTTA引物引物AG T AC T A A T GCGACGTGTTAA引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTAA T引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTAA TA引物引物AG T AC T A A T GCGCGGTTAA

13、 TA T引物引物AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T C引物引物AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T CDNADNA模板链模板链DNA新链新链引物引物335533553355DNA连接酶3355DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶53352. 冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段 冈崎用电冈崎用电子显微镜看到了子显微镜看到了DNA复制过程中出现一些复制过程中出现一些不连续片段，这些不不连续片段，这些不连续片段只存在与连续片段只存在与DNA复制叉上其中的复制叉上其中的一股。后来就把这些一股。后来就把这些不连续的片段称为不连续的片段称为冈冈崎片段崎片段

14、。DNA连接酶3.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片段 5 3 5 3半不连续复制半不连续复制 DNA复制复制时时,一条链是连续的一条链是连续的,另一另一条链是不连续的条链是不连续的,称为半称为半不连续复制不连续复制。三三 复制的终止复制的终止复制有终止信号复制有终止信号 pol 5 3外切酶活性外切酶活性水解引物水解引物 pol聚合活性聚合活性填补空隙填补空隙 DNA连接酶连接酶连接缺口连接缺口。2021-10-2639大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5 -3 聚合酶作用聚合酶

15、作用3 -5 核酸核酸外切酶作用外切酶作用5 -3 核酸核酸外切酶作用外切酶作用转化率转化率DNA聚合酶聚合酶109，000400+1120，000100+-0 .05400，00010-20+-50比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶III切除引物切除引物修复修复修复修复复制复制功能功能 1999年发现聚合酶年发现聚合酶 和和，它们涉及，它们涉及DNA的错误倾向修的错误倾向修复（复（errooune repair）2021-10-2640DNA忠实性的保障忠实性的保障1 1、碱基的配对规律：、碱基的配对规律：模板链与新生链之间的碱模板链与新生链之间的碱基配对保证碱基配错几率约为基配对保证碱基配

16、错几率约为1/101/104 41/101/105 5。2 2、DNADNA聚合酶的聚合酶的3535外切酶活性的校对功外切酶活性的校对功能，能，使碱基的错配几率又降低使碱基的错配几率又降低10010010001000倍。倍。3 3、复制中的即时校读功能。、复制中的即时校读功能。4 起始时以起始时以RNA作为引物作为引物5 DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被聚合酶的校对功能（错配碱基被3-5 外切酶切外切酶切除）除）2021-10-2641DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能5 5 - -核酸核酸外切酶外切酶3 3 - -核酸核酸外切酶外切酶裂缝裂缝聚合中心聚合中心裂缝内部裂缝内部2021-1

17、0-2642DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能聚合酶聚合酶错配碱基错配碱基复制方向复制方向正正 确核确核苷酸苷酸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2021-10-2643起始时以起始时以RNARNA作为引物的作用作为引物的作用 DNA复制为什么要合成一个复制为什么要合成一个RNA引物，而后又把这个引物引物，而后又把这个引物消除呢？这是保证消除呢？这是保证DNA聚合过程高度精确的又一措施。已知聚合过程高度精确的又一措施。已知DNA 聚合酶具有聚合酶具有35 外切酶功能校对复制过程中的核苷酸外切酶功能校对复制过程中的核苷酸，也，也就是说聚合酶在开始形成

18、一个新的磷酸二酯键前，总是检查就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前前一个碱基一个碱基是否正确，这就是否正确，这就决定了它不能从头开始合成决定了它不能从头开始合成。因此先。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成，并以核糖核的合成，并以核糖核苷酸来表示是苷酸来表示是“暂时暂时”的，当的，当DNA开始聚合以后再以开始聚合以后再以53 外切外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。的忠实性。领头链领头链随从链随从链冈崎片段冈崎片段 5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异

19、构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物课堂小结课堂小结2021-10-2645三、真核三、真核DNADNA的复制合成的复制合成真核真核DNADNA的合成的基本过程类似于原核的合成的基本过程类似于原核DNADNA，不同之处：，不同之处：l 多复制起点多复制起点l 至少有五种聚合酶至少有五种聚合酶l 端粒的复制依赖于端粒酶端粒的复制依赖于端粒酶真核生物真核生物DNA聚合酶聚合酶亚基数亚基数44425分子量（分子量（KD)25036-38160-300170256细胞内定位细胞内定位核核核核线粒体线粒体核核核核53聚合活性聚合

20、活性35外切活性外切活性功能功能复制、引发复制、引发修复修复复制复制复制复制复制复制2021-10-26462021-10-2647DNADNA复制过程复制过程2021-10-2648真核生物真核生物DNADNA复制叉结构示意图复制叉结构示意图四、逆转录四、逆转录1、逆转录：是以、逆转录：是以RNA为模板合成为模板合成DNA的的过程。过程。2、逆转录酶：是一种以、逆转录酶：是一种以RNA为模为模板的板的DNA聚合酶。聚合酶。 没有没有3 - 5外切酶的活性，外切酶的活性，所以没有校对功能，逆转录的错配率高。所以没有校对功能，逆转录的错配率高。2021-10-2650端粒酶（端粒酶（telome

21、rase） DNA复制需要引物，但在线形复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能通过正常分子末端不可能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没有特殊的机制合成如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于RNA模板的模板的DNA片段的合成，使复制以后的线形片段的合成，使复

22、制以后的线形DNA分子的末端保持不变。分子的末端保持不变。 初步研究表明，人体中生殖细胞的端初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决无疑力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生命衰老的认识会有助于对生命衰老的认识。5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶2021-10-2651端粒合成的一种模型端粒合成的一种模型3 5 TTTTGGGGTTTTG5

23、 3 AAAACCCCAAAACCCCCCAAA3 5 TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT3 5 AATTTTG5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG 整合和整合和杂交杂交移位和移位和再杂交再杂交端粒合成的完成端粒合成的完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT5 3 nAA3 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5 3 TTCCCCT nAA3 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5 3 TTAAAACCCC AAAACCCC AAAAC

24、CCCT n进一步加工进一步加工继续继续延伸延伸2021-10-2652真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较2021-10-2653五、五、 DNA的损伤修复的损伤修复突变突变可分为：可分为： 自发突变、人工诱变自发突变、人工诱变 突变的意义突变的意义 突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础 只有基因型改变的突变只有基因型改变的突变 致死性的突变致死性的突变 突变是某些疾病的发病基础突变是某些疾病的发病基础DNA 的损伤的损伤也称突变也称突变，是指是指DNA分子上分子上 碱基的改变。碱基的改变。2021-10-2654二、引发突变的因素二、引发突变的因素 诱变因素

25、突变类型物理因素 紫外线照射 形成胸腺嘧啶二聚体 离子辐射 打断DNA分子上的共价键化学因素 5-溴尿嘧啶(5-BU) 5-BU取代A，并异构成G，结果是A-T配对变 为G-T配对，最后变为C-G配对 羟胺 转换T为C，结果是A-T配对改为C-G配对 亚硝酸盐 使C脱氨成U，原G-C配对变为G-U配对，最 后使G-C变为A-T 氮芥类 使G的N-7烷化后除去，成为无鸟嘌呤的链生物因素 肿瘤病毒 插入宿主细胞基因组中，引起细胞癌变诱变因素及突变类型诱变因素及突变类型2021-10-2655 三三、突变分子改变的类型突变分子改变的类型错配 （点突变） 一个碱基改变缺失、插入和框移突变 片段插入或缺

26、失重排 较大片段重组或重排2021-10-2656 四、四、 损伤的修复损伤的修复损伤损伤-复制过程中发生的复制过程中发生的DNA突变突变 光修复光修复 切除修复切除修复 重组修复重组修复 SOS修复修复2021-10-2657 （一）光修复一）光修复 紫外光照射可使相邻的两个紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体形成二聚体 光修复酶光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢完全恢复正常。光修复酶的激活需复正常。光修复酶的激活需300-600m波长的光。波长的光。NNCH3OORHPHROOCH3NNNNCH3OORHHNNCH3OORPUVTT光修复酶2021-

27、10-2658 （二）切除修复（二）切除修复 参与的酶有参与的酶有 核酸内切酶核酸内切酶，pol, DNA连接酶连接酶特异核酸内切酶pol DNA连接酶2021-10-2659 （三）重组修复（三）重组修复 重组蛋白RecA，pol，连接酶参与 损伤会保留下去2021-10-2660 （四）（四）SOS修复修复 DNA损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续。通过通过SOS修复，修复，复制有可能继续，细胞复制有可能继续，细胞 有可能存活，但有可能存活，但SOS修复机制修复机制的特异性低，的特异性低， 对碱基的识别、选择能力差、错误多。对碱基的识别、选择能力差、错误多。第二节第二节 R

28、NARNA的生物合成的生物合成定义定义：RNA的生物合成就是转录，即以的生物合成就是转录，即以 DNA为模板，在依赖于为模板，在依赖于DNA的的RNA聚合酶聚合酶 的催化下，以的催化下，以4种种NTP（ATP、CTP、GTP 和和UTP为原料，合成为原料，合成RNA的过程。的过程。合成部位合成部位：细胞核：细胞核合成原料合成原料：四种：四种NTP2021-10-2662转录特点：转录特点：1、转录单位：启动子、转录单位：启动子 终止子终止子2、不对称转录：两条、不对称转录：两条DNA链不同时进行转录链不同时进行转录的现象。的现象。 编码链或有意义链；模板链或反意义链编码链或有意义链；模板链或反

29、意义链 3、RNA聚合酶：聚合酶： 全酶：有全酶：有 5个亚基组成个亚基组成 作用识别启动子，引发作用识别启动子，引发RNA的的 合成。合成。 核心酶：不含核心酶：不含亚基，延长亚基，延长RNA链链2021-10-2663( (二二) )转录过程转录过程1.1.起始起始2021-10-26642021-10-26652.2.延长延长因子循环因子循环2021-10-2666 3.终止终止不依赖不依赖r r - -因子的终止子：因子的终止子：2021-10-2667依赖依赖r r - -因子的终因子的终止子的终止反应：止子的终止反应： r r - -因子：因子：含四聚体的含四聚体的寡聚蛋白寡聚蛋白

30、，具有依赖，具有依赖RNARNA的的NTPNTP酶酶活性，它结活性，它结合于新生合于新生RNARNA上，借助上，借助于水解于水解NTPNTP产生能量推产生能量推动动RNARNA聚合酶向前移动，聚合酶向前移动，当酶遭遇当酶遭遇终止子终止子时暂停时暂停前进，前进，r r - -因子追上酶，因子追上酶，与酶相互作用释放与酶相互作用释放RNARNA。还具有还具有RNA-DNARNA-DNA解螺旋解螺旋酶酶活性。活性。2021-10-2668转录过程：转录过程：转录的起始转录的起始： RNA的延长：的延长：5 3 识别识别解链解链磷酸二酯键的形成磷酸二酯键的形成（ATP、GTP）转录的终止：转录的终止：

31、遇到终止子，遇到终止子，RNA链停止延长，核心酶链停止延长，核心酶脱离，新脱离，新RNA释放。释放。AG T AC T A A T DNADNA的的一条链一条链AGCUGACGGUUU游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸 (原料）原料）DNA DNA 解旋，以一条链为模板合成解旋，以一条链为模板合成RNARNA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T AGCUGACGGUUU DNADNA与与RNARNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：AUAU； TA TA； CG CG； GC GCRNA RNA 聚合酶聚合酶细胞核中细胞核中AG T AC T A A T AGCGACGGUUU U 组成

32、组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来的核糖核苷酸一个个连接起来细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGGUUU UA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGUUGU UA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGUGU UAA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA U细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA UA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGCGGU UAA UA U细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U

33、 C细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U CDNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上mmRNARNADNADNA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质UCAUG A UUAmRNAAG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质

34、 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质UCAUG A UUAmRNA2021-10-2685DNA和和RNA合成的比较合成的比较2021-10-2686第三节第三节RNA转录后的加工转录后的加工原核生物原核生物RNA的加工的加工真核生物真核生物RNA的加工的加工2021-10-2687转录后加工：转录后加工：指在细胞内，由指在细胞内，由RNARNA聚合酶合成的初始转录聚合酶合成的初始转录产物需要经过一系列的变化才能转变为成熟产物需要经过一系列的变化才能转变为成熟的的RNARNA分子的过程。分子的过程。2021-10-2688（一）、（一）、rRNArRNA前体的加工

35、前体的加工甲基化甲基化6500个核苷酸个核苷酸核酸内切酶核酸内切酶RNase、P核酸外切酶核酸外切酶一、原核生物一、原核生物RNA的加工的加工2021-10-2689（二）（二） tRNAtRNA的加工的加工2021-10-2690三、真核生物三、真核生物RNARNA的一般加工的一般加工 转录初始产物（转录初始产物（hnRNAhnRNA）（一）（一）mRNAmRNA前体的加工前体的加工2021-10-2691真核真核mRNAmRNA前体的加工步骤前体的加工步骤: :（1 1）hnRNAhnRNA被剪接被剪接，把内含子（，把内含子（DNADNA上非编码序列）上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（

36、转录序列剪掉，把外显子（DNADNA上的编码序列）转录上的编码序列）转录序列）拼接上，真核生物一般为不连续基因。序列）拼接上，真核生物一般为不连续基因。加工包括：加工包括：（4 4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。分子内部的核苷酸甲基化修饰。（3 3）55端连接端连接“帽子帽子”结构（结构（m m7 7G G5 5 pppppp5 5 NmpNp-NmpNp-）；）；（2 2）33端添加端添加polyApolyA “ “尾巴尾巴”；2021-10-26922021-10-2693真核真核mRNA的的5“帽子帽子”加加工工2021-10-2694多聚腺苷酸聚合酶多聚腺苷酸聚合酶 真核生物真核生物mR

37、NAmRNA3 3-“-“尾巴尾巴”的的加工加工内切酶内切酶加尾信号加尾信号2021-10-2695因发现断裂基因而获因发现断裂基因而获1993年诺年诺贝尔生理学奖的贝尔生理学奖的Richard J Robert and Phllip A Sharp2021-10-2696（二）真核（二）真核rRNArRNA前体的加工前体的加工2021-10-2697四、四、RNARNA的拼接机理的拼接机理 大多真核生物基因是大多真核生物基因是断裂基因断裂基因，即含有，即含有内含子内含子。断裂基因的转录产物必需通过断裂基因的转录产物必需通过拼接拼接，去除插入部分，去除插入部分（内含子（内含子, ,intron

38、intron），），使使编码区编码区（外显子（外显子, ,exonexon）成成为连续序列。这是基因表达的重要环节。内含子的为连续序列。这是基因表达的重要环节。内含子的结构多种多样，拼接机制也是多种多样的。结构多种多样，拼接机制也是多种多样的。RNARNA的拼接方式的拼接方式类型类型内含子的自我拼接：内含子的自我拼接：核酶的作用核酶的作用类型类型内含子的自我拼接：内含子的自我拼接：核酶的作用核酶的作用hnRNAhnRNA的拼接：的拼接：核内小核内小RNA(SnRNARNA(SnRNA) )与蛋与蛋白质组成核糖核蛋白体白质组成核糖核蛋白体（snRNPsnRNP）的作的作用用(类型类型内含子的切除

39、）。内含子的切除）。核核tRNAtRNA的拼接：的拼接：酶促拼接酶促拼接2021-10-2698 核酶的发现：核酶的发现： 19811981年年CechCech T T在研究在研究四膜虫四膜虫( (TetrahymenaTetrahymena thermophilathermophila) ) rRNArRNA前体拼接过程中发现，此类的拼前体拼接过程中发现，此类的拼接无需接无需蛋白质的酶蛋白质的酶参与作用，它可自我催化完成。参与作用，它可自我催化完成。CechCech称具有催化功能的称具有催化功能的RNARNA为为核酶核酶（ribozymeribozyme）。）。19891989年年cechc

40、ech T T和和Altman SAltman S共同获诺贝尔化学奖，共同获诺贝尔化学奖，Altman SAltman S的贡献是发现的贡献是发现RnaseRnase P P中的中的M1RNAM1RNA单独也具有单独也具有催化功能催化功能 。核酶的发现核酶的发现改变了酶的化学本质是蛋白质改变了酶的化学本质是蛋白质的传统观念，被认为是近二十年来生物化学领域中的传统观念，被认为是近二十年来生物化学领域中最最令人鼓舞的成就之一。令人鼓舞的成就之一。2021-10-2699The M1 RNAin ribonucleaseP is catalyticThe intron inthe pre-rRNA

41、ofTetrahemena is self-spliced 因发现核酶而获诺贝因发现核酶而获诺贝尔奖的两位科学家：尔奖的两位科学家：2021-10-26100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）2021-10-26101一、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，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