动物生化第九章 核酸的生物学功能课件

第九章核酸的生物学功能动物生化第九章核酸的生物学功能1讲授内容第一节

DNA的生物合成第二节

RNA的生物合成第三节

RNA催化活性的发现第四节蛋白质的生物合成第五节蛋白质的到位第六节中心法则第七节基因表达的调控第八节分子生物学技术动物生化第九章核酸的生物学功能1教学目标了解DNA复制的一般过程，以及原核细胞和真核细胞DNA合成的异同了解PCR有选择扩增DNA的原理了解RNA合成涉及的起始、延伸和终止三个过程掌握核酶的概念掌握蛋白质合成的一般过程掌握乳糖操纵子模型了解几种分子生物学技术过程及原理动物生化第九章核酸的生物学功能1第一节DNA的生物合成动物生化第九章核酸的生物学功能1一、DNA的复制Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型推测DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂，两条链分开然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制

动物生化第九章核酸的生物学功能1半保留复制A=TG=C动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA合成的同位素示踪实验1958，Meselson和Stahl大肠杆菌15NH4CI为唯一氮源的培养液中生长若干代被15N标记的大肠杆菌转入14NH4CI为唯一氮源的培养液中完成第一代和第二代繁殖时，

分离DNA，密度梯度超速离心被15N标记的亲代双链DNA（记作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N密度小，在上部；15N/14N在15N/15N和14N/14N之间（一）DNA的半保留复制动物生化第九章核酸的生物学功能1（二） DNA复制开始于特定的起点复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫原点（origin）从原点开始同时向DNA链的两个方向进行，结果形成一个分叉，称为复制叉（fork）动物生化第九章核酸的生物学功能1原核生物与真核生物DNA合成区别大肠杆菌只有一个复制原点，Q形复制，速率1700bp/s高等生物有多个复制点，速率只有50bp/s动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA的复制总是由5`向3`方向进行前导链(leadingstrand)以3‘→5’方向的母链为模板，连续复制合成的一条5‘→3’方向的链随后链另一条母链DNA是5‘→3’方向，它作为模板时，复制合成许多条不连续的5‘→3’方向的短链（三） DNA复制中一股链是不连续合成动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA复制的过程动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1（四） DNA复制相关的酶和蛋白质动物生化第九章核酸的生物学功能1（1）DNA聚合酶DNA聚合酶I是一个模板指导酶需要打开的DNA单链作为模板才能合成子链此酶催化的底物必须是脱氧的核苷5’-三磷酸（dATP、dGTP、dTTP和dCTP）DNA聚合酶Ⅰ需要引物DNA聚合酶Ⅰ只能将脱氧核苷酸加于已存在的DNA或RNA链的3’-羟基上，缺少则不能合成DNA聚合酶还具有水解作用DNA聚合酶I是一个3’→5’核酸外切酶，又是5’→3’核酸外切酶。这两种酶活性对DNA的复制都是十分重要的动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1由DNA聚合酶催化的链延长反应动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能12．引物酶复制合成先导链或随后链冈崎片段的引物是一段RNA（5-10个核苷酸）这段RNA由一种特异的RNA聚合酶合成，此酶称为引物酶（Primerase）。动物生化第九章核酸的生物学功能1引物及引物酶的作用已知DNA聚合酶具有3’→5’的外切作用以校对复制中的错误核苷酸。这就决定了它不能从头开始合成。因此先合成一段低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成，并以核糖核苷酸来标记是“暂时”的。这种高度精确的安排增加了DNA复制的复杂性，却保证了复制的忠实性。已知复制的误差率仅为十亿分之一至百亿分之一，即复制十亿到一百亿个碱基才可能出一个差错。动物生化第九章核酸的生物学功能13.DNA连接酶DNA聚合酶能将脱氧核苷酸加到引物RNA链上并延长，但不能催化两条DNA单链连接起来或把单条DNA链闭合起来。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1二、DNA的损伤和修复保证DNA分子的完整性对于生物是至关重要的在几亿年进化的过程中产生了对复制过程中偶然发生的错误，进行校正的高效“校正”系统及由于客观因素造成的DNA损伤进行修复的系统。动物生化第九章核酸的生物学功能1

（一）DNA的损伤某些化学、物理的因素可引起细胞DNA的损伤（化学结构发生改变）化学因素种类繁多，机制也很复杂；物理因素中紫外线的作用机制研究得比较清楚。例如形成胸腺嘧啶二聚体。此外，DNA的损伤还有碱基可能改变或丢失、骨架中的磷酸二酯键可能断裂，螺旋链可能形成交联等。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1胸腺嘧啶二聚体紫外线引起DNA分子中同一条链上相邻的两个嘧啶核苷酸以共价键连接生成环丁烷结构，即嘧啶二聚体。最易见的是胸腺嘧啶二聚体。此种二聚体不能容纳在双螺旋结构中，它不能与互补链上的腺嘌呤形成氢键配对，影响DNA的复制和基因表达。动物生化第九章核酸的生物学功能1（二）损伤修复系统修复保护DNA的正常功能是非常重要的不论物理因素或化学因素所造成的损伤，只要DNA结构发生改变，就能被修复酶识别，而把不正常的部分切除光诱导的修复（光修复）不依赖光的修复（暗修复）在高等动物体内暗修复代替了光修复。动物生化第九章核酸的生物学功能1光修复光修复也称光复活它是由可见光（300-400nm）激活光复活酶，该酶能分解胸腺嘧啶二聚体。已从细菌和动物的细胞中分裂出一种光复活酶。哺乳动物和人体内缺乏此酶。动物生化第九章核酸的生物学功能1暗修复暗修复通过三种不同的机理来完成修复：1．切除修复（excisonrepair）2．重组修复（recombinationalrepair）3．SOS修复（SOSrepair）动物生化第九章核酸的生物学功能1切除修复

动物生化第九章核酸的生物学功能12．重组修复重组修复是一种复制后修复。这种修复中含嘧啶二聚体的DNA片段仍可进行复制，但子链中在损伤的对应部位出现缺口。复制后通过分子内重组或称为姐妹链交换（sister-strandexchange），从完整的亲代链上把相应碱基顺序的片段移至子代链缺口处，使之成为完整的分子。亲链上的缺口由聚合酶I和连接酶填补完整，这就称为重组修复。动物生化第九章核酸的生物学功能1重组修复的结果在重组修复过程中亲代链上的嘧啶二聚体并未消除，因此在进行第二次复制时子代链中仍会出现缺口，还需通过重组修复来弥补。但随着复制的不断进行，代数增多之后，虽然亲代链中的嘧啶二聚体仍然存在，而损伤的这一条DNA链却逐渐被稀释，最后对正常生理过程没有影响，损伤也就得到了修复。动物生化第九章核酸的生物学功能13．SOS修复

这种修复是允许子链DNA复制合成时越过亲链上受损伤的片段而不形成缺口，称为旁路系统（bypasssystem）。这种修复以牺牲复制的忠实性为代价。例如修复嘧啶二聚体时，SOS系统被激活后，就沿复制叉前进合成子链，但在损伤对应部位随机放上两个腺嘌呤或其它错误核苷酸，子链虽合成但可能含有碱基错误。SOS修复的详细机理还不十分清楚。动物生化第九章核酸的生物学功能1三、RNA指导下的DNA合成20世纪70年代从一些含RNA的肿瘤病毒如鸟类成髓细胞白血病病毒和劳氏肉瘤病毒中分离到一种独特的RNA指导的RNA聚合酶由于它以RNA为模板合成DNA，故此称为反转录酶（reversetranscriptase）动物生化第九章核酸的生物学功能1

反转录酶

反转录酶以病毒RNA为模板，在引物参与下以四种dNTP为底物，按5’→3’方向催化合成一条与模板RNA互补的RNA-DNA杂交链，其中的DNA链称为互补DNA链（cDNA）。然后再以新合成的RNA链为模板，合成另一条互补的DNA链，形成双链的DNA分子。新合成的双链DNA分子可以进入宿主细胞核，并整合到宿主的DNA中，随宿主DNA一起复制传递给子代细胞。在某些条件下此潜伏的DNA可以活跃起来转录出病毒RNA而使病毒繁殖。在另外一些条件下它也可以引起宿主细胞发生癌变。动物生化第九章核酸的生物学功能1

逆转录病毒的生活周期动物生化第九章核酸的生物学功能1四、多聚酶链式反应（PCR）

多聚酶链式反应（PCR，Polymerasechainreaction），是20世纪80年代末发展起来的一种快速的DNA特定片段体外合成扩增的方法。动物生化第九章核酸的生物学功能1PCR反应的步骤⑴在微量离心管中，加入适量的缓冲液，微量的模板DNA，人工合成的两个DNA引物，四种脱氧单核苷酸（dNTP），一种耐热的多聚酶和Mg2+。⑵将上述溶液加热，使模板DNA在高温下（如95℃）变性，双链解开为两条单链；⑶然后降低反应温度，使两条引物在低温下（37℃）分别与两条模板互补退火，形成局部双链；⑷再升高反应温度至中温（72℃），此时多聚酶以dNTP为原料，以两引物为复制的起点，在两条模板上合成新的DNA子链。⑸如此重复改变反应温度，即高温变性、低温退火和中温延伸三个阶段。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1PCR反应的结果以三次改变温度为一个循环，每一次循环就使欲扩增的DNA区段的拷贝数放大一倍即第一次循环，每条模板双链DNA变为2条；第二次循环，则变为4条；第三次循环，变成8条……以几何级数扩增下去。一般样品经30次循环．最终使特定DNA片段放大了数百万倍。动物生化第九章核酸的生物学功能1PCR的特点（1）对DNA模板要求不高，纯度要求不严，用量很低，DNA分子量的长度仅为几百个bp，只要含有未损伤的需要扩增的片段即可。

（2）引物设计十分重要，它决定了PCR扩增片段的大小及特异性。引物的设计是按需要及引物设计原则进行的。现在已有DNA合成仪，设计好的引物能很快合成。（3）需要一个耐热的DNA聚合酶。发现了TaqDNA聚合酶，PCR才进入实用阶段。PCR技术现已成为分子生物学、医学、生物工程、法医学及考古学等领域不可缺少的工具。动物生化第九章核酸的生物学功能1PCR技术的应用PCR技术可以广泛应用于科研和实际检测中，用于DNA研究、序列分析、测定基因表达，从cDNA可放大特定克隆、构建基因图、进化分析、生物证据分析和医学研究与临床检验等。动物生化第九章核酸的生物学功能1五、DNA核苷酸顺序测定DNA顺序测定技术有A.Maxam和W.Gilbert提出的化学裂解法和1978年F.Sanger提出的双脱氧核苷酸末端终止法。以Sanger法最适用。动物生化第九章核酸的生物学功能1Sanger法的程序Sanger法最突出的特点是在PCR反应中加入一种2’，3’-二脱氧核苷三磷酸（ddNTP），整个测定的程序如下：将被测DNA制成单链模板。分别加入4个反应管中。并在每个管中加入引物、DNA聚合酶和4种dNTP（其中一种为32P标记）。然后在4个管中分别加入ddTTP、ddCTP、ddGTP和ddATP。然后进行保温反应。由于双脱氧的ddNTP比正常的dNTP少了3’-羟基，当它在DNA聚合酶作用下掺入到正在延伸的DNA链时，因ddNTP不含3’-羟基，于是就阻止了其它dNTP的继续掺入，起了特异性终止剂的作用。动物生化第九章核酸的生物学功能12’，3’-二脱氧核苷三磷酸结构图动物生化第九章核酸的生物学功能1Sanger法的结果分析反应结束后在4个管中分别形成一些全部具有相同5’-引物端、和分别以ddT、ddC、ddG、ddA残基为3’-端结尾的一系列长短不一的混合物。每种混合物经变性聚丙烯酰胺电泳分离及放射自显影，可见4种混合物形成不同的电泳迁移条带。每一条带都代表着一段以ddNTP终止的片段。只要按照电泳条带出现的先后次序即可读出被测DNA的顺序。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1第二节RNA的生物合成动物生化第九章核酸的生物学功能1

一、转录整个生物体所有的遗传信息，都编码在每个细胞的DNA分子中。DNA是通过转录（transcription），将遗传信息转移到RNA分子上。转录就是以DNA为模板合成RNA的过程。动物生化第九章核酸的生物学功能1（一）DNA的大小与基因在整个DNA的分子上分布着许多特殊的片段。在这些片段中有些是为一种或几种蛋白质的全部氨基酸编码的核苷酸顺序，称为基因（gene），也称为顺反子或多顺反子。通常也把这些编码蛋白质的基因片段称为结构基因。在DNA分子上还有些片段是为rRNA和tRNA编码的核苷酸，这些片段有时也称为基因。有些DNA片段，不编码基因而是一些不被转录的调控区，它们具有主宰基因转录和表达的功能，是基因不可缺少的部分。动物生化第九章核酸的生物学功能1重复基因DNA中有些基因是重复的，称为重复基因。原核生物中的重复基因数较少，真核生物中重复基因则很丰富如酵母的tRNA基因为每一种不同的tRNA编码的基因平均达10个重复基因这种多重复基因的现象，是为适应细胞的分裂和增殖的需要。动物生化第九章核酸的生物学功能1基因重叠DNA分子中的基因的组合也很不相同在一些病毒中存在基因重叠的现象，如大肠杆菌噬菌体ΦΧ174DNA序列中基因排列。动物生化第九章核酸的生物学功能1不连续基因真核生物的许多基因是不连续的，即一个完整的基因被一个或更多个插入的片段所间隔。把这些插入而不编码的序列称为内含子（intron），把被间隔的编码蛋白质的基因部分称为外显子（exno）。转录出来的所有RNA都必须经过加工，除去其中的内含子并经复杂的修饰才能成为成熟的各种RNA，其中的mRNA才能成为合成蛋白质的模板。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1（二）双链DNA中仅有一段被转录基因中仅一股链被转录。现在把被转录的一股链称为模板链，另一股链称为编码链。mRNA与模板链是互补的。mRNA的核苷酸顺序则与编码链完全相同，只是其中以U代替了T。因此，mRNA的遗传信息与编码链相同，代表了基因的编码顺序。动物生化第九章核酸的生物学功能1（三）RNA聚合酶基因的转录是由RNA聚合酶（RNApolymerase）催化。RNA聚合酶催化底物合成时是形成磷酸二酯键。合成的方向是5’→3’：即RNA聚合酶是沿着模板链的3’→5’方向移动。RNA聚合酶的条件模板，双链DNA或单链DNA均可作模板。活化的底物，需要4种三磷酸的核苷酸：ATP，GTP、UTP及CTP为反应底物。二价金属离子，主要是Mg2+和Mn2+。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1RNA聚合酶的结构组成大肠杆菌的RNA聚合酶是一个非常大的（450KD）极其复杂的酶分子。它由4种亚基组成。整个酶的亚基组成是α2ββ’σ，称为全酶。没有σ亚基的RNA聚合酶称为核心酶（α2ββ′）。RNA聚合酶中各亚基的作用σ亚基激活RNA聚合酶使之识别转录起始点的序列，并参与解开DNA双链，找到模板链。当转录开始合成RNA链后，σ亚基就从全酶中解离下来。解离下来的σ亚基可与另一核心酶连接，开始另一轮的转录。核心酶继续对DNA模板转录。全酶的作用是识别起始，而核心酶的作用是延长及辨认转录终止。动物生化第九章核酸的生物学功能1（四）DNA模板上的启动子概念转录起始于RNA聚合酶结合在被转录的DNA区段上。结合的特定部位称为启动子（promoter）。它是20至200个碱基的特定顺序。习惯上将+1以下的转录方向称“下游”，-1以上称“上游”，启动子在上游区。现在发现原核生物的启动子顺序中存在两个共同的顺序，即-10顺序，也称为Pribnow顺序（pribnowbox）和-35顺序。动物生化第九章核酸的生物学功能1

启动子中不同顺序的作用-10顺序-10的基本顺序是TATAATG。-10顺序被看作是双螺旋打开形成开放启动复合物的区域。-35顺序典型的情况下含有9个碱基，被认为是酶结合的起始部位。启动子常以单位时间内合成RNA分子数的多少分为强启动子和弱启动子。据认为强弱之间的区别就存在于-35的结构中。动物生化第九章核酸的生物学功能1启动子处的反应聚合酶含有两个核苷酸结合位点，称为起始部位和延伸部位。起始部位结合三磷酸嘌呤核苷酸ATP或GTP。转录与复制不同，不需要引物，因而合成的RNA第一个核苷酸常常是pppA或pppG。动物生化第九章核酸的生物学功能1（五）延长在转录鼓泡上进行转录泡是一个含有核心酶、DNA和新生RNA的区域，在这个区域里含有一段解链的DNA“泡”，所以称为转录泡（transcriptionbubble）。在“泡”里新合成的RNA与模板DNA链形成一杂交的双螺旋。此段双螺旋长约12bp，相当于A型DNA螺旋的一转。在“泡”里核心酶始终与DNA的另一链（编码链）结合，使DNA中约有17个bp被解开。延长速率大约是每秒钟50个核苷酸，转录鼓泡移动170nm的距离。动物生化第九章核酸的生物学功能1RNA-DNA杂交链的长度在RNA聚合酶沿着DNA模板移动的整个过程中形成的RNA-DNA杂交链的长度及DNA未解开的区域长度均保持不变。杂交双链12bp的长度恰好短于双螺旋完整的一转，当形成完整的一转前，RNA因弯曲很厉害即离开了DNA模板，防止了RNA5’-末端与DNA相互缠绕打结。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1转录的错误频率RNA聚合酶没有核酸外切酶活性，不能对进入RNA链的核苷酸进行校正，所以转录的错误频率是每104或105中有一个错误，是DNA复制中错误的105倍。这种准确性虽很低，但由于RNA的转录产物很多，极少数有缺陷的转录产物大概不会产生有害的影响。动物生化第九章核酸的生物学功能1（六）转录终止转录有终止点，转录终止出现在DNA分子内特定的碱基顺序上。细菌及病毒DNA的终止顺序分析证明，它们有明显的特点。富含GC，转录产物极易形成二重对称性（dyadsymmetry）结构，紧接GC之后有一串A。按此模板转录出来的RNA极易自身互补，形成发夹状结构新生的RNA链却以几个U残基而结束。当RNA聚合酶遇到这种结构特点时就会停止下来。动物生化第九章核酸的生物学功能1二、RNA转录后的加工成熟 1.原核生物的mRNA成熟过程

2.原核生物的tRNA成熟过程

3.原核生物的rRNA成熟过程动物生化第九章核酸的生物学功能11.原核生物的mRNA成熟过程原核生物的mRNA通常不用修饰，因生成的mRNA高度不稳定，当它们的3’末端合成尚未完成时，mRNA的5’末端已经开始降解。mRNA的转录和翻译是同步发生的，mRNA仅仅合成一部分时，翻译就开始了，翻译结束，mRNA就开始降解。动物生化第九章核酸的生物学功能12.原核生物的tRNA成熟过程tRNA的成熟过程较为复杂，包括切割与核苷酸的修饰。多数tRNA的前体约比成熟分子大20％，在5’和3’端都含有多余的顺序。这些多余顺序由特异的核酸酶RNaseP及RnaseQ（或RNaseⅢ）分别在5’和3’端进行切割。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1稀有碱基稀有碱基的形成是在转录后与切割同时完成的。碱基的修饰是由酶催化的如甲基化酶，该酶能将甲基引入tRNA核苷酸的不同位置。动物生化第九章核酸的生物学功能13.原核生物的rRNA成熟过程大肠杆菌的rRNA是由三种rRNA丛集在一起形成一个转录单位，彼此由间隙区（内含子）分隔开来。在间隙区中还存在着tRNA。这些rRNA和tRNA基因同时转录，形成一个长的RNA分子。在原核生物中，加工修饰与转录是同时进行的，因此在细胞内从来不存在完整的前体分子。动物生化第九章核酸的生物学功能1由16sRNA、tRNA谷、23sRNA、5sRNA和tRNA色以及在远端的另一个tRNA天冬等组成动物生化第九章核酸的生物学功能1

三、真核生物中的转录

真核生物中的转录比原核生物复杂，其主要差别如下：

1．真核生物中转录与翻译处在不同的区域

2．RNA聚合酶不相同

3．启动子不同

4．转录后RNA加工修饰不同动物生化第九章核酸的生物学功能11．真核生物中转录与翻译处在不同的区域在原核生物中mRNA的转录与翻译几乎是同步发生的。而真核生物，转录是发生在细胞核内，翻译则在核外进行。转录合成的RNA必须穿出核膜才发挥作用。这种转录和翻译在空间上和时间上的分隔使得真核生物能够以精巧的方式进行RNA的加工、修饰、拼接，增强了真核生物对基因转录和翻译的调控。动物生化第九章核酸的生物学功能12．RNA聚合酶不相同原核生物中RNA由一种聚合酶合成。在真核生物中则有三种类型的RNA聚合酶。动物生化第九章核酸的生物学功能13．启动子不同已知真核生物的启动子与原核生物的很相似，也位于转录起始部位的5’端，但存在着几个重要的区域。如距起始部位最近的一个是在-25处，称为TATA盒（Hogness盒），与原核的-10顺序（TATAAT）极为相似。它是启动子活性所必需的。此外在-40和-110之间还有更多的影响启动的碱基。具体的生物学功能尚在研究中。动物生化第九章核酸的生物学功能14．转录后RNA加工修饰不同（1）mRNA加“帽子”和“尾巴”的修饰（2）mRNA的剪切加工（3）rRNA的剪切加工（4）tRNA的剪切加工动物生化第九章核酸的生物学功能1（1）mRNA加“帽子”和“尾巴”的修饰原核生物的只有几秒钟。而且不用加工修饰。真核生物mRNA分子的寿命较长，有的可达几小时，真核生物的mRNA在5’和3’两个末端都要受到修饰。5’末端要形成一种称作帽子（cap）的复杂结构。动物生化第九章核酸的生物学功能1帽子在mRNA5’末端连接一个7-甲基的鸟苷。连接帽子的头两个核苷酸的核糖也被不同程度的甲基化。动物生化第九章核酸的生物学功能1mRNA3’末端的poly（A）结构在mRNA3’末端则要加上一段多聚腺嘌呤核苷酸poly（A）:（AAAAAAAAA-------）的顺序，长度可达20至200个核苷酸。动物生化第九章核酸的生物学功能1真核生物中mRNA的加“帽子”和“尾巴”的生物学意义真核生物中mRNA的加“帽子”和“尾巴”的生物学意义尚不十分清楚。添加帽子发生在mRNA合成起始不久，其功能也许是保护mRNA免受核酸酶降解，以及为蛋白质合成机器（核糖体）提供识别特征。加“尾巴”可能增加mRNA的稳定性，并对mRNA附着于细胞的内膜上也可能有作用。动物生化第九章核酸的生物学功能1（2）mRNA的剪切加工真核生物每种mRNA分子内部含有数目变化很大的内含子。最少的是2个，最多的例如α-胶原蛋白在转录单位中含52个内含子之多。这些内含子广泛地分布于mRNA的前体分子中，长短各不相同，但都比外显子长。真核生物mRNA前体物的剪切加工，包括内含子的剪除及留下的片段拼接成成熟mRNA等过程，称为RNA剪接（RNASplicing）。剪接是在核内进行，而且是在加上“帽子”和接上“尾巴”之后。整个剪接过程完成之后，5’端的“帽子”和3’端的“尾巴”并不丢失。动物生化第九章核酸的生物学功能1原核生物真核生物动物生化第九章核酸的生物学功能1核不均一RNA在细胞内任何时候都存在着大量正在加工似乎无用的RNA分子。这些分子总称为核不均一RNA〔hnRNA〕。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1（3）rRNA的剪切加工在典型动物细胞的核仁中有一段几百个拷贝的DNA顺序（核糖体DNA或rDNA）编码18s，5.8s和28srRNA分子。5srRNA基因位于核仁之外，处在另一个转录单位中，基因长24000个拷贝。所有的rRNA转录物都需要加工，过程与原核相似，即剪切5’和3’末端和切除转录物中不需要的区域。动物生化第九章核酸的生物学功能1（4）tRNA的剪切加工真核生物的tRNA也是一个大转录物（tRNA前体转录物），这些转录物可能含有一个或多个tRNA的顺序。成熟的tRNA也是在转录后经剪切加工而成。动物生化第九章核酸的生物学功能1第三节催化活性RNA的发现动物生化第九章核酸的生物学功能1一、T．Cech的发现1982年塞克（T．Cech）及其同事在用四膜虫（Tetrahymena）研究rRNA剪接的过程中引出了一个非常出人意料的发现。动物生化第九章核酸的生物学功能1四膜虫核糖体RNA的前体长4.6kb，必须除去一段414bp的内含子，才能产生成熟的26srRNA。塞克（T．Cech）及其同事发现只需核苷酸存在下，RNA就能剪接自身或自我剪切（self-splicing）。即RNA分子本身具有高度的专一性和催化活性。动物生化第九章核酸的生物学功能1其它催化活性RNA的发现对大肠杆菌核糖核酸酶P（RnaseP）的研究真核的酵母和真菌的线粒体中的发现对核糖体大亚基的研究动物生化第九章核酸的生物学功能1早期RNA世界在DNA和蛋白质出现之前，生命进化的早期存在着一个RNA的世界。这些RNA分子集信息编码和催化功能于一身;经过亿万年的衍变进化，开始合成蛋白质，由于蛋白质有20种氨基酸的多侧链，比RNA的4个碱基更为多样性，于是逐步替代RNA形成催化活性更高的酶；由RNA衍变，出现反转录开始形成DNA。由于DNA的双螺旋比单链的RNA更稳定，因此替代RNA成为遗传信息稳定的贮藏所，成为今天专管遗传信息编码的载体。动物生化第九章核酸的生物学功能1第四节蛋白质的生物合成动物生化第九章核酸的生物学功能1蛋白质的生物合成概述生物体每个蛋白质的生物合成都受DNA的指导，但贮存遗传信息的DNA并非蛋白质合成的直接模板，而是转录了遗传信息的mRNA。以mRNA为模板合成蛋白的过程称为翻译（translation）或称为表达（expression）。动物生化第九章核酸的生物学功能1遗传信息是如何储藏在4种核苷酸中的？如何破译遗传密码？一、遗传密码数学家、物理学家——逻辑运算或推导分子生物学家——？动物生化第九章核酸的生物学功能1遗传密码的破译1955年纽约大学Grunberg-Manago用将核苷酸连接起来的酶形成RNA聚合体

A连接成多聚A（polyA，A-A-A-A-A-A-A）polyCpolyGpolyUpolyAU问题：什么样的核苷酸组合可以被翻译成多肽片段？1960年德国人31岁Matthei和美国国家健康研究所33岁的Nirenberg将ATP和游离的氨基酸加入到从细胞中提取的核糖体、核酸和酶的混合物中在试管中合成多肽问题：哪一种RNA可促进多肽的合成？动物生化第九章核酸的生物学功能1在试管中加入了ATP、游离的氨基酸、酶和核糖体及核糖体RNA——没有蛋白质的合成问题：需要其他带有遗传信息的RNA？

MarianneGrunberg-Manago方法人工合成RNA加入不同的酶、核糖体、ATP、氨基酸加入polyU、polyA、polyAUpolyU产生了许多蛋白质问题：polyU主要利用了哪些氨基酸呢？动物生化第九章核酸的生物学功能1不同的氨基酸分别加入到polyU试管系统中5天通宵达旦星期六早晨，熬红了眼的Matthei得到了答案：polyU合成的肽链全部是苯丙氨酸（Phe）世界上破译第一个遗传密码的人问题：几个U决定一个苯丙氨酸的合成？动物生化第九章核酸的生物学功能1Nirenberg莫斯科第五届国际生物化学大会

不善于推销自己小组会上Meselson认为非同小可全体大会上重新做学术报告问题：几个U决定一个苯丙氨酸的合成？Nirenberg全力组织其他遗传密码的破译Nirenberg发现并定义了3个核苷酸为一个密码子决定一个氨基酸的翻译Khorana按需要连接任意核苷酸ACACACACACACACthr-his-thr-his链ACA——苏氨酸的密码子CAC——组氨酸的密码子动物生化第九章核酸的生物学功能11966年，Nirenberg和Khorana全部遗传密码字典64个密码子61个负责20种氨基酸翻译，3个终止密码子Nirenberg和Khorana

1968年诺贝尔奖动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1遗传密码遗传密码DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中的氨基酸序列之间的对应关系称为。密码子DNA（或mRNA）上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸,这3个核苷酸就称为密码子动物生化第九章核酸的生物学功能1（二）遗传密码的主要特征1.密码子高度简并

2.密码的通用性

3.遗传密码的变异性

4.重叠基因与重叠密码动物生化第九章核酸的生物学功能1二、解码系统氨基酸与tRNA分子的连接，也称为氨基酸的活化密码子一反密码子的相互作用

反密码子3’-X’-Y’-Z’-5’

密码子5’-X-Y-Z-3’摆动假说前两个碱基对是标准型的碱基互补，以保证结合有最大限度的稳定性，第三个碱基则要求不那么严格，可以允许结构上有小小的波动（即摆动）。在Holley测定的酵母tRNAAla顺序中发现反密码子是TGC，它可以识别丙氨酸的同义密码子GCU、GCC、GCA。氨基酸+tRNA+ATP氨基酰-tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶动物生化第九章核酸的生物学功能1三、核糖体核糖体（ribosome）是蛋白质合成的主要场所。它含有蛋白质合成中所需要的多种酶活性，能将mRNA分子的碱基顺序翻译成氨基酸顺序。动物生化第九章核酸的生物学功能1

（一）核糖体的化学组成

动物生化第九章核酸的生物学功能1真核生物核糖体真核生物的核糖体大约是80s40s亚基18srRNA约30种蛋白质60s亚基5s、5.8s、28srRNA50种蛋白质动物生化第九章核酸的生物学功能1（二）核糖体的结构与功能核糖体的结构至少要满足如下的部位：容纳mRNA的部位，结合氨基酰-tRNA的部位（称A-位点），结合肽基-tRNA的部位（称P-位点），形成肽键的部位（转肽酶中心）。识别并结合mRNA上特异的起始部位，能沿mRNA移动以“解读”全部信息，在翻译结束后肽链脱落掉下等功能。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1（三）多核糖体

蛋白质合成过程中一个mRNA的分子上不止结合一个核糖体而是一群核糖体，称多核糖体（polysome）。

多个核糖体同时翻译一个mRNA分子，这显著提高了mRNA的利用率。一条mRNA的最大利用率可达每80个核苷酸结合一个核糖体。合成的多肽释放后，核糖体即解离成30s和50s亚基。动物生化第九章核酸的生物学功能1四、蛋白质合成的过程

（一）翻译起始（二）肽链延长（三）肽链合成终止三个阶段动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1（一）翻译起始大肠杆菌内蛋白质合成的起始，是从核糖体小亚基30s与fMet-tRNAfmet及一个mRNA分子起始因子参与下形成起始复合物开始。最终形成70s的起始复合物，完成翻译起始阶段。动物生化第九章核酸的生物学功能1fMet-tRNAfMet大肠杆菌蛋白质合成的第一个氨基酸都是甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。Met的甲酰化是在Met-tRNAfMet合成后，由转甲酰基酶催化，从N-9-甲酰四氢叶酸（fTHF）上将甲酰基转移到甲硫氨酸的NH3+基上形成。但转甲酰酶不会催化组成肽链中的甲硫氨酸甲酰化。动物生化第九章核酸的生物学功能1翻译起始信号作为起始密码子的AUG通常离mRNA5’-末端约20-30个碱基，在这段前导顺序中，具有一段特殊顺序AGGAGGU，位于起始AUG之前的固定的位置上，称为S.D序列核糖体小亚基30s内的16srRNA3’-末端有顺序5’-PyACCUCCUUA-3’，Py可以是任何嘧啶核苷酸。于是这段顺序即与mRNA前导顺序中的AGGAGGA能形成稳定的碱基对。动物生化第九章核酸的生物学功能1翻译起始信号示意图动物生化第九章核酸的生物学功能1mRNA翻译的方向翻译的方向是沿mRNA的5’→3’方向进行。所以，在大肠杆菌中，当mRNA的5’端刚转录合成后不久就与核糖体结合开始翻译。动物生化第九章核酸的生物学功能1（二）肽链延长蛋白质合成的肽链延长阶段包括进位肽键形成移位动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能11．进位动物生化第九章核酸的生物学功能12．肽链形成动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能13.移位动物生化第九章核酸的生物学功能1（三）肽链合成的终止当70s移位至A位出现终止密码子时，就没有氨基酰-tRNA再进入A位点，肽链延长停止。终止过程是由释放因子（releasefactor，RF）参与下完成的，使P位上的肽链转移至水中，形成游离肽链，同时70s释放出50s核糖体亚基。此时，另一个被称为核糖体释放因子（ribosomereleasingfactor，RR）的成分参与使30s与mRNA分开。脱去肽链的tRNA与终止因子也离开。分离后的50s、30s又可为合成另一条肽链所用。动物生化第九章核酸的生物学功能1蛋白质的合成过程动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1五.真核生物的蛋白质合成

真核生物中蛋白质合成的基本过程与原核生物中类似。只是真核生物蛋白质合成时参与的蛋白组分较多，有些步骤更为复杂。动物生化第九章核酸的生物学功能1六.蛋白质的加工从mRNA翻译得到的蛋白质多数是没有生物活性的初级产物。只有经翻译后的加工过程才能成为有活性的终产物。加工包括修饰折叠动物生化第九章核酸的生物学功能1蛋白质的折叠助折叠蛋白酶二硫键异构酶加速蛋白质中形成正确的二硫键肽酰脯酰顺反异构酶催化肽脯氨酰之间肽键的旋转反应，从而加速蛋白质的折叠过程分子伴侣能帮助新生肽链正确组装，成熟，自身却不是终产物分子成分的蛋白质动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1（二）蛋白质的修饰（1）N-端修饰除去甲酰基，多数情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去（2）多肽链的水解切除水解切除多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。（3）氨基酸侧链的修饰氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化、二硫键的形成等（4）糖基化修饰糖糖基化是多种多样的，可以在同一肽链上的同一位点连接上不同的寡糖，也可以在不同位点上连接寡糖。糖基化是在酶催化下进行的。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1第五节蛋白质的到位动物生化第九章核酸的生物学功能1蛋白质到位的机制信号肽除了少数蛋白外，几乎所有分泌蛋白都在N-末端含有一段信号序列（Signalsequences）或称为信号肽。信号识别蛋白（SRP）能识别正在合成多肽并将要通过内质网膜的核糖体，与信号肽相结合，形成SRP-信号肽-核糖体复合物，并暂时停止多肽链的合成。随即SRP将复合体从细胞质引向内质网膜。停靠蛋白（DP）膜上SRP的受体，与复合体相结合，释放出SRP。通过一个依赖GTP的过程，内质网膜被打开一个通道，信号肽穿过膜与膜内另一受体SSR（SSR）相结合核糖体上暂时停止的多肽链又恢复合成延长。这样新生的肽链就尾随信号肽穿过膜延伸进入内质网。进入内质网的信号肽在蛋白质肽链合成完成之前，即由内质网内的信号肽酶切除。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1第六节中心法则

动物生化第九章核酸的生物学功能1第七节基因表达调控动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA转录和RNA翻译，即遗传信息从基因流向RNA又流向蛋白质的过程总称为基因表达基因表达可以在不同的水平上进行调控，如控制基因的开启、关闭和活性的大小，影响和控制转录和翻译等都属于基因表达的调控在高度复杂的生物细胞及其多种多样的代谢过程中，基因的表达是高度有序的。一、原核生物基因的表达和调控动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1乳糖操纵子学说乳糖进入肠道后，大肠杆菌会立刻制造出一些特殊的酶，其中最主要的为b-半乳糖苷酶，来吸收和利用作为细胞能源的乳糖。法国科学家Monod和Jacob发现，大肠杆菌在不含乳糖的葡萄糖培养基中不会分泌b-半乳糖苷酶；相反，含有乳糖时，会合成b-半乳糖苷酶，使乳糖水解。经过一系列的实验后，他们又发现，大肠杆菌在没有乳糖的环境中不产生编码b-半乳糖苷酶的mRNA。1961年，他们提出了一种模型即乳糖操纵子学说。动物生化第九章核酸的生物学功能1乳糖操纵子结构基因编码b-半乳糖苷酶（Z）、透性酶（Y）和硫半乳糖苷乙酰转移酶（A）的基因。操纵子包括启动子、操纵基因和结构基因调节基因、阻遏蛋白乳糖+阻遏蛋白，改变阻遏蛋白的形状动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1第八节分子生物学技术动物生化第九章核酸的生物学功能1分子生物学技术概念以DNA和RNA的体外操作为核心建立的一系列试验技术包括DNA和RNA的分离制备基因的分离核苷酸的顺序分析分子杂交DNA重组转基因技术克隆技术DNA指纹技术动物生化第九章核酸的生物学功能1一、DNA重组技术动物生化第九章核酸的生物学功能1概述DNA重组技术（recombinantDNAtechniques）运用多种限制性内切酶和DNA连接酶等，把DNA作为组件，在体外将一种DNA和载体DNA重新组合，转入宿主体内，使外源基因表达，最终改变生物原有遗传性状的综合技术由于这项技术是按照人们预先设计的方案，实现体外基因改造，最后使生物的遗传性状获得改变，故又称为“遗传工程（geneticengineering）”或“基因工程（geneengineering）”、“分子克隆（molecularcloning）”。基因工程是采用分子生物学、核酸生物化学以及微生物遗传学的现代方法和手段建立起来的综合技术。基因工程技术的建立，使所有实验生物学领域产生巨大变革。动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA重组技术发展1970年，Smith等人从细菌中分离出的一种限制性酶，酶切病毒DNA分子，标志着DNA重组时代的开始。1972年，Berg等用限制性酶分别酶切猿猴病毒和l噬菌体DNA，将两种DNA分子用连接酶连接起来

，得到新的DNA分子。1973年，Cohen等进一步将酶切后的DNA分子与质粒DNA连接起来，并将重组质粒转入E.cloi细胞中。动物生化第九章核酸的生物学功能1（一）DNA重组技术基础核酸的制备关键在于对核酸酶的抑制DNA制备操作相对简单很难获得完整的DNA大分子RNA制备难度较大动物生化第九章核酸的生物学功能12.限制性内切核酸酶概念一种水解DNA的磷酸二脂酶，遗传工程中重要工具——生命的手术刀。这种酶能识别双链DNA分子中一段特异的核苷酸序列，在这一段序列内将双链DNA分子切断。细菌细胞中存在限制/修饰系统限制：降解外源DNA，防御异源遗传信息进入的手段修饰：修饰外源DNA片段后，保留在新细胞中。动物生化第九章核酸的生物学功能1限制性内切酶的类别第Ⅰ类酶每隔一段DNA序列随机切割双链DNA分子，没有序列特异性,酶切位点不定。如EcoB(大肠杆菌B株)、EcoK(大肠杆菌K株)分子量较大(约300000)，作用时需ATP、Mg++等辅助因子。第Ⅱ类酶能识别一段特异的DNA序列，准确地酶切双链DNA的特异序列。如EcoRI(大肠杆菌)、HindⅢ(嗜血杆菌)，分子量较小(约20000-100000)，作用时需Mg2+存在。动物生化第九章核酸的生物学功能1第Ⅱ类酶特点：(1)切割产生平末端(bluntends)如SmaⅠ：动物生化第九章核酸的生物学功能1(2)有的产生粘性末端从两个方向阅读而序列相同的序列。识别特定碱基顺序，为回文对称序列,又称反向重复序列：如EcoRⅠ：动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能13.载体载体（vector）能将外源基因DNA带入宿主细胞，并复制或最终使外源基因DNA表达的自主DNA。将“目的”基因导入受体细胞的运载工具。类型质粒、噬菌体、病毒、细菌或酵母菌人工染色体等。动物生化第九章核酸的生物学功能1细菌质粒概念质粒是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、能自我复制、易分离和导入的环状双链DNA分子。质粒能从细菌中提取出来，又能转入细菌，这个过程称为转化。质粒具有重组表型检测标记，检测是否携带外源DNA片段。动物生化第九章核酸的生物学功能14.宿主细胞概念可使外源基因得以增殖和表达的活细胞类型细菌、酵母、真菌、各种真核细胞、受精卵动物生化第九章核酸的生物学功能1

（二）DNA重组的基本过程目的基因的获得准备基因，载体和工具酶等。重组目的基因与载体结合形成重组DNA分子。转化重组DNA分子引入受体细胞，并克隆。分离、鉴定筛选目的基因在受体细胞能够正确表达的无性繁殖系。动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA重组技术说明不同来源、无关的基因在实验室中可以按人的愿望进行重组构建。重组的外源基因引入另一种生物细胞后，可以被增殖并保持原有的遗传性状，在新的环境中转录和翻译。使宿主的遗传性状按照设计的路线发生永久性的改变动物生化第九章核酸的生物学功能1二、转基因技术1982年Palmiter等人，首次将大鼠的生长激素基因放在小鼠金属巯基蛋白启动子之后，显微注射入小鼠受精卵，获得“超级属”。具有生长激素的转基因鼠动物生化第九章核酸的生物学功能1转基因的方法和技术：动物生化第九章核酸的生物学功能11982年，美国食品卫生和医药管理局批准，用基因工程在细菌中生产人的胰岛素投放市场。1985年，转基因植物获得成功。1994年，延熟保鲜的转基因番茄商品生产。1996年，克隆羊诞生。动物生化第九章核酸的生物学功能11996年全世界转基因植物种植面积为170万公顷，1997年为1100万公顷，1998年为2780万公顷，1999年达到3990万公顷，2000年达到4420万公顷，2001年达到5260万公顷，2002年达到5000万公顷。动物生化第九章核酸的生物学功能1转基因动物:与转基因植物相比，转基因动物的发展要慢些。转基因动物：目的基因+载体

重组DNA

微量注射法将重组DNA导入受体合子细胞核中

遗传转化。如：利用转基因羊，大量表达人类的抗胰蛋白酶。(Wilmut等，Nature385,1997)动物生化第九章核酸的生物学功能1受精卵细胞注射法转基因牛：受精卵注射法动物生化第九章核酸的生物学功能1人类生长激素转基因猪同胞鼠对照转移有人类生长激素转基因鼠动物生化第九章核酸的生物学功能1三、体细胞克隆技术概念由体细胞核在卵细胞中无性繁殖而成的动物可分泌人类生长因子Ⅸ的转基因克隆羊“Dolly”(Wilmut等，Nature385,1997)动物生化第九章核酸的生物学功能1动物生化第九章核酸的生物学功能1四、DNA指纹——分子遗传标记限制性片段长度多态性，RFLP（restrictionfragmentlengthpolymorphism）酶切-电泳-探针southern杂交-放射性自显影只能检测一个位点，操作复杂，费时、成本高，对模板要求大可变串联重复序列，TRS（tandemrepeatedsequence）小卫星9~70bp酶切-电泳-探针southern杂交-放射性自显影——DNA指纹图谱（fingerprinting,DFP）多态检测率高，共显性，高度特异性技术复杂，成本高，有时谱带过于复杂微卫星2~6bp引物设计-PCR-聚丙烯酰胺凝胶电泳分布均匀，多态信息丰富，共显性，稳定性好，可比性强，分析易自动化须事先了解微卫星两侧序列才能设计引物动物生化第九章核酸的生物学功能1随机扩增多态性DNA，RAPD（randomamplifiedpolymorphism）随机引物-PCR-凝胶电泳引物随机合成，快捷简便，经济，模板量少多态信息中等重复性差，呈显隐性遗传，无法区分杂合子和显性纯合子扩增片段长度多态性，AFLP（amplifiedfragmentlengthpolymorphism）酶切-接头-PCR-凝胶电泳克服了RFLP技术复杂，RADP稳定性差、标记显隐性遗传的缺点大部分标记呈显性遗传，成本较高动物生化第九章核酸的生物学功能1应用个体及亲缘关系的鉴定DNA指纹：亲子鉴定微卫星：亲缘鉴定AFPL：品种鉴定种质资源的遗传评估，检测，保护和利用基因定位与遗传图谱的构建标记辅助选择（Marker-assistedselection,MAS）动物生化第九章核酸的生物学功能1不同产地白花蛇舌草DNA指纹图谱PrimerBA0162：

GGAGGAGAGG1福建宁化2福建沙县3福建武平4福建省5广西邕宁6广西省7广东省8广东龙门9广东省10广东省11湖南省12云南昆明13湖北省(伪品)14广西省(伪品)1234567M891011121314M白花蛇舌草DNA指纹图谱研究动物生化第九章核酸的生物学功能1五、核酸分子杂交Southern杂交分析由英国的Southern发明(1975)，一种将琼脂糖中的DNA转移到尼龙膜,进行DNA分子杂交分析的方法。筛选基因库得到阳性克隆后,将限制性酶酶切与Southern杂交结合,绘制限制性酶图谱。Northern杂交分析：与Sorthern杂交相同的原理和程序。用于分析克隆的基因在某一细胞或组织的转录水平，检测mRNA的存在。Western杂交分析用于蛋白质的分析动物生化第九章核酸的生物学功能1遗传疾病诊断

利用PCR技术或者分子杂交技术进行遗传疾病诊断，是直接从DNA即基因水平进行诊断，准确度高，速度快。动物生化第九章核酸的生物学功能1六、基因治疗

利用基因工程技术，将特异基因导入并整合到有遗传缺陷患者的基因组中，治疗遗传疾病，通常叫做基因治疗(genetherapy)。方法：利用减毒的病毒DNA作载体(retrovirusDNA)

构建重组DNA分子

用病毒包装物包装后形成的减毒病毒感染患者的细胞

将正常基因整合到染色体上。动物生化第九章核酸的生物学功能1

用漠洛尼氏鼠白血病病毒(MLV)改造而成的retrovirus载体，已用于治疗严重综合免疫缺陷(SCID)。SCID是由于腺苷脱氢酶基因(adenosinedeaminase，ADA)突变引起的，患者无任何免疫功能。方法：将ADA基因导入到MLVretrovirus载体中

取代该病毒DNA中的三个基因结构(gag、pol、env)

将重组后的病毒去感染T细胞，使ADA基因整合到T细胞的染色体中

实现基因治疗的目的。动物生化第九章核酸的生物学功能12000年法国Fischer用该方法治愈患有SCID遗传病的两个婴儿(8个月和11个月)。这一工作被认为是20世纪人类基因治疗上的重大突破。动物生化第九章核酸的生物学功能1七、DNA芯片(DNAchips)核酸分子杂交的原理和方法+半导体技术结合

发展形成的一门新技术。这一技术可使许多分子杂交反应同时进行。

DNA芯片技术：在面积不大(如2cm２)的基片表面分成不同小格

有序地点阵排列于一定位置可寻址的核苷酸分子

将待分析核苷酸分子标记(如用荧光)，变性成单链与芯片上序列相同的核苷酸分子杂交

与芯片上序列不同的核酸分子被洗掉

利用高精度的激光扫描仪记录分子已杂交的荧光信号

计算机软件分析。动物生化第九章核酸的生物学功能1DNA芯片的基片：玻璃、硅片或尼龙等。应用领域：基因多态性检测（如单核苷酸多态性筛选singlenucleotidePolymorphisms，SNPs)；基因表达分析（不同细胞和不同组织的RNA群体比较）；

克隆选择及文库筛选（如cDNA文库）；基因突变检测及遗传病和肿瘤的诊断等。动物生化第九章核酸的生物学功能1名词术语半保留复制(semiconservativereplication)：

DNA复制的一种方式。每条链都可用作合成互补链的模板，合成出两分子的双链DNA，每个分子都是由一条亲代链和一条新合成的链组成。

复制叉（replicationforks）：

Y字型结构，在复制叉处作为模板的双链DNA解旋，同时合成新的DNA链。

动物生化第九章核酸的生物学功能1前导链（leadingstrand）：

与复制叉移动的方向一致，通过连续地5ˊ→3ˊ聚合合成的新的DNA链。

滞后链（laggingstrand）：

与复制叉移动的方向相反，通过不连续地5ˊ→3ˊ聚合合成的新的DNA链。

冈崎片段(Okazakifragments)：

相对比较短的DNA链（大约1000核苷酸残基），是在DNA的滞后链的不连续合成期间生成的片段，这是ReijiOkazaki在DNA合成实验中添加放

射性的脱氧核苷酸前体观察到的。

动物生化第九章核酸的生物学功能1单链结合蛋白（SSB，single-strandbindingprotein）:一种与单链DNA结合紧密的蛋白质，它的结合可以防止复制叉处的单链DNA本身重新折叠回双链区。遗传学中心法则（geneticcentraldogma）:

描述从一个基因到相应蛋白质的信息流的途径。遗传信息贮存在DNA中，DNA被复制传给子代细胞，信息被拷贝或由DNA被转录成RNA，然后RNA被翻译成多肽链。不过由于逆转录酶的发现，也可以以RNA为模板合成DNA。

转录（transcription）:

在由RNA聚合酶和辅助因子组成的转录复合体的催化下，从双链DNA分子中拷贝生物信息生成单一一条RNA链的过程。

动物生化第九章核酸的生物学功能1模板链(templatestrand)：

可作为模板转录为RNA的那条链，该链与转录的RNA碱基互补（A-U,G-C）。在转录过程中，RNA聚合酶与模板链结合，并沿着模板链的3ˊ→5ˊ方向移动，按照5ˊ→3ˊ方向催化RNA的合成。

编码链（codingstrand）：

双链DNA中，不能进行转录的那条DNA链,该链的核苷酸序列与转录生成的RNA的序列一致（在RNA中是以U取代了DNA中的T）。

核心酶(coreenzyme)：

大肠杆菌的RNA聚合酶全酶由五个亚基（α2ββ'δ）组成，没有δ亚基的酶叫核心酶。核心酶只能使已开始合成的RNA链延长，但不具有起始合成RNA的能力，必需加入δ亚基才表现出全部聚合酶的活性。

动物生化第九章核酸的生物学功能1RNA聚合酶(RNApolymerase)：

以一条DNA链或RNA为模板催化由核苷-5ˊ-三磷酸合成RNA的酶。

启动子（promoter）:DNA分子中RNA聚合酶能够结合并导致转录起始的序列。

内含子（introns）：

在转录后的加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列。术语内含子也指编码相应RNA内含子的DNA中的区域。

动物生化第九章核酸的生物学功能1外显子（exons）：

既存在于最初的转录产物中，也存在于成熟的RNA分子中的核苷酸序列。术语外显子也指编码相应RNA外显子的DNA中的区域。

终止因子(terminationfactors)：

协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（蛋白质）。核酶（ribozymes）：具有象酶那样催化功能的RNA分子。

动物生化第九章核酸的生物学功能1翻译（translation）：

在蛋白质合成期间将存在于mRNA上代表一个多肽链的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程。

遗传密码（geneticcode）:

核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。连续的3个核苷酸残基序列为一个密码，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由64个密码组成的，几乎为所有生物通用。

起始密码（iniationcodon）：

指定蛋白质合成起始位点的密码。最常见的起始密码是蛋氨酸密码：AUG。

终止密码（terminationcodon）：

任何tRNA分子都不能正常识别的、但可被特殊蛋白结合并引起新合成的肽链从翻译机器上释放的密码。存在三个终止密码：UAG，UAA和UGA。

动物生化第九章核酸的生物学功能1密码子(codon)：

mRNA（或DNA）上的三联体核苷酸残基序列，该序列编码着一个指定的氨基酸，tRNA的反密码子与mRNA的密码子互补。

反密码子（