第十二章 核酸的生物合成
——生命的起点
DNA的 复制 (以 DNA为模板合成 DNA)
RNA的 转录 (以 DNA为模板合成 RNA)
RNA的 逆转录 (以 RNA为模板合成 DNA)
RNA的 复制 (以 RNA为模板合成 RNA)
人体体细胞
23对 染色体
各有一半来自于父母
核酸 ——DNA,RNA
提问,二者区别?
碱基( A,G,C,T——A,G,C,U)
戊糖(脱氧核糖 ——核糖)
DNA合成 ——复制体细胞染色体有丝分裂
第一节 DNA的生物合成
机制 ——半保留复制
1
2
保留了一半父代 DNA成份父 代 DNA
半保留复制子 代 DNA
1.旋转酶解开 超螺旋 。
1.1过程 完成复制后的染色体 子代细胞中的一条染色体旋转酶
2.解螺旋酶 在起点 双向 打开 螺旋复制起始处的
DNA片段起点复制叉解螺旋酶 ——解开双链解螺旋酶
3.DNA结合蛋白 与单链结合并向前移动
DNA结合蛋白起点提问,DNA结合蛋白的作用?
A T
G C
防止单链复合起点
A
T
C
C
A
T
T
小段 RNA引物
U
磷酸核糖
RNA聚合酶
4.RNA聚合酶 催化起点处通过碱基互补 连接引物 RNA链。
作用 ——确定起始部位,引导复制开始。
3`OH
5`PiPiPi
3`OH
5`PiPiPi
3`OH
5`PiPiPi
为什么不能直接连接 DNA? RNA是真正的细胞主人
A—U G—C
6.新链 5`→3` 延长 (复制 DNA)
5.引物 3`连接 dXTP
开链方向起点新链 5`
新链 3`
新链
3`
新链 5`
??
父代 DNA—两链方向相反
!
必然无法连续复制开链方向
7.均以 5` → 3`方向形成前导链和滞后链由 冈崎片段 连接成的新 DNA链称 滞后链 。
与 复制叉 移动方向相同,可以一直复制到底的新 DNA链称 前导链 。
5`
3`
5`
8.切除引物,补缺。
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
DNA聚合酶 3`→5` 核酸外切连接酶 连接酶连接缺口切除引物,切除配错 dXTP
新链
3`5`
5`3` 5`3`
前导链 连续复制滞后链 不连续复制
DNA复制为 5`→3` 半不连续 复制。
半保留 ——复制结果半不连续 ——复制过程为什么进化出如此复杂的复制机制呢?
在 RNA的监控下保持 DNA复制的高度忠实性
用 RNA引物控制起始,同时充分发挥了 DNA聚合酶的纠错能力。
第二节 DNA的损伤和修复
损伤 ——结构破坏、功能破坏
提问,哪些因素会引起 DNA损伤?
环境污染物 ———物理因素(紫外线、(电离、核)辐射)、化学诱变剂、病毒杂合等。
后果 ——癌症、畸形、遗传病等等
…… 如 经 DNA修复后有缺陷,DNA
就会发生突变 ……… 发展成癌细胞
2.1修复机制
1.光复活
N
NO
CH
3
O
N
N
O
O
CH
3
P
T T
紫外线 (260nm)
N
NO
CH
3
O
N
N
O
O
CH
3
P
T(胸腺嘧啶)二聚体双键打开紫外光
T-T二聚体可见光激活该 酶只有高等哺乳动物该功能退化掉了。
例 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。
光复活酶结合于损伤部位
2.切除修复核酸酶 DNA聚合酶DNA连接酶属于复制前的修复。
3.重组修复
复制同时的修复
*
复制
DNA聚合酶、连接酶补缺提问,原损伤部位没有修复,对后代影响大吗?
在后代中只有一个个体含有该条 DNA,后代越多,影响比例越小,等于消除影响。
*
*
*
*
4.SOS修复
SOS—求救信号
DNA损伤严重,复制受到抑制,前几种方法难以奏效时:
诱导校对能力差的 DNA聚合酶形成,局部“乱配”
*
*
*
*
进化、变种、癌症、诱变育种等等都是基于这一机理。
为了生存 ——变 。
第三节 细菌的限制性核酸内切酶和基因重组
3.1 细菌的限制性核酸内切酶
DNA
普通内切酶细菌限制性内切酶
G A AT T C
C T TA A G
在特定部位实施内切。
粘性末端被 核酸外切酶 降解细菌自身 DNA甲基保护 CH3
CH3 不工作这种 限制性核酸内切酶 有何用呢?
打击入侵的敌人噬菌体入侵 噬菌体 DNA
若 专一序列点无甲基保护,将被降解。
应用 ——生化工具
DNA切割 → 测序基因重组
3.2 基因测序原理,PCR( 基因扩增 )+复制( 放射性 dDNA终止符 ) +荧光测序
PCR—聚合链式反应
用色谱技术分纯在很短的时间内将 DNA样品呈 2n大量复制复制( 放射性 dRNA终止符 )+荧光测序
3.3 天然重组与基因重组天然重组包括 同源、异源 重组同源 重组 —父母 DNA重组减数分裂溶原细菌人类病毒与之类似 DNA复制转录翻译溶解释放异源 重组
应用基因重组 ——不同来源的 DNA按人的设计和干预下定向拼接,组合 。
特殊基因
(多肽激素、
抗生素、酶、
药物蛋白)
重组入 蛋白产品工程菌(如大肠杆菌)
特殊基因超级细菌如 超级除油菌超级植物
“侏罗纪公园” 中的恐龙抗病虫、抗旱、带颜色等等基因治疗、基因武器重组入细菌染色体质粒易于分离、测序,
天然可转移,不被轻易降解,常作为重组的载体过程举例 ——超级细菌都是 DNA
重组质粒 DNA
限制性核酸内切酶处理有的片段中具有目的基因植入供体细胞染色体
DNA
载体质粒环状 DNA
限制性核酸内切酶处理 DNA 连接酶 催化两类 DNA 片段 拼接受体细菌研磨、超声波等方法破碎细胞供体细胞筛选出重组细菌
?
带有粘性末端的 DNA 片段各种细菌注射法 开门法
( 如电击、化学药剂 )
病毒法
1um
重组基因片段基因枪黄金 子弹靶细胞基因枪法
——动植物细胞基因重组在特殊培养基上
( 如含有青霉素 )
筛选目的细菌质粒上具有 抗性基因如抵抗青霉素长出必然是重组成功的细菌筛选第四节 RNA的生物合成
转录 ——以 DNA为模板,按碱基配对原则 ( dA-U、
dT-A,dG-C,dC-G)合成 RNA链。
4.1过程
DNA复制 RNA
转录两条链都是模板链吗?
不对称转录 —— 只能以双链中 固定的一条链 (模板链)
为模板转录 RNA
开始
1.RNA聚合酶延 DNA链移动,识别转录起点 (启动子)
(启动子 )
打开螺旋,形成聚合酶 -DNA-RNA复合体。
2.复合体甩掉 δ亚基,随 RNA聚合酶移动 连续 5`→ 3`转录 RNA链。
17bp 螺旋解开长度
12bp DNA-RNA复合体长度
3.DNA螺旋 前开,后合,RNA长长,不断脱离 DNA。
(终止子 )
4.识别终止信号(终止子),结束转录,各自分离。
真核生物 1基因 → 1RNA
基因 假基因 基因外区域
Extron 外显 子 ——转录为 RNA
Intron 内含 子 ——不 转录为 RNA
基因中的外显子转录提问,如何实现跨越内含子转录外显子区呢?
绕环闭合内含子区域。
加工 ——使 粗品 RNA (没有功能) → 成品
方法 ——剪切、拼接,修饰,添加甲基( rRNA)
(剪切、拼接针对个别没能避免内含子转录的 RNA)
4.2转录产物的,加工” 粗品 RNA
5`加帽子
3`加尾巴剪切
(内含子对应部分 ),
拼接
(外显子对应部分 )
成熟的 mRNA
RNA
穿出细胞核,
指导蛋白质合成转录翻译第五节 逆转录 ( RNA指导的 DNA合成)
某些病毒的生存方式。
如 HIV病毒、致癌病毒胞膜蛋白双分子层衣壳蛋白RNA
(病毒基因)
破坏免疫识别机制,引起免疫系统失效!
逆转录酶辅助 T细胞 -给病原体加识别标记的血液细胞逆转录病毒 DNA单链单链病毒 DNA复制互补链异源重组病毒 RNA转录免疫系统的敌我识别机制失效!
切割形成病毒蛋白组合成新病毒并攻击下一个目标指导形成病毒蛋白原链治疗原理(鸡尾酒疗法)
阻止 逆转录
DNA
阻止 病毒蛋白原切割
洁身自好预防为主第六节 RNA的复制
个别噬菌体 RNA病毒进入宿主细胞后,RNA以自身为模板,两次复制,形成病毒 RNA
病毒 RNA
RNA互补链新病毒 RNA
复制复制翻译病毒蛋白
RNA复制酶组装成新病毒
DNA复制 RNA
转录蛋白质翻译第十三章 蛋白质的复制逆转录复制中心法则重点
——生命的起点
DNA的 复制 (以 DNA为模板合成 DNA)
RNA的 转录 (以 DNA为模板合成 RNA)
RNA的 逆转录 (以 RNA为模板合成 DNA)
RNA的 复制 (以 RNA为模板合成 RNA)
人体体细胞
23对 染色体
各有一半来自于父母
核酸 ——DNA,RNA
提问,二者区别?
碱基( A,G,C,T——A,G,C,U)
戊糖(脱氧核糖 ——核糖)
DNA合成 ——复制体细胞染色体有丝分裂
第一节 DNA的生物合成
机制 ——半保留复制
1
2
保留了一半父代 DNA成份父 代 DNA
半保留复制子 代 DNA
1.旋转酶解开 超螺旋 。
1.1过程 完成复制后的染色体 子代细胞中的一条染色体旋转酶
2.解螺旋酶 在起点 双向 打开 螺旋复制起始处的
DNA片段起点复制叉解螺旋酶 ——解开双链解螺旋酶
3.DNA结合蛋白 与单链结合并向前移动
DNA结合蛋白起点提问,DNA结合蛋白的作用?
A T
G C
防止单链复合起点
A
T
C
C
A
T
T
小段 RNA引物
U
磷酸核糖
RNA聚合酶
4.RNA聚合酶 催化起点处通过碱基互补 连接引物 RNA链。
作用 ——确定起始部位,引导复制开始。
3`OH
5`PiPiPi
3`OH
5`PiPiPi
3`OH
5`PiPiPi
为什么不能直接连接 DNA? RNA是真正的细胞主人
A—U G—C
6.新链 5`→3` 延长 (复制 DNA)
5.引物 3`连接 dXTP
开链方向起点新链 5`
新链 3`
新链
3`
新链 5`
??
父代 DNA—两链方向相反
!
必然无法连续复制开链方向
7.均以 5` → 3`方向形成前导链和滞后链由 冈崎片段 连接成的新 DNA链称 滞后链 。
与 复制叉 移动方向相同,可以一直复制到底的新 DNA链称 前导链 。
5`
3`
5`
8.切除引物,补缺。
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
3`3`
DNA聚合酶 3`→5` 核酸外切连接酶 连接酶连接缺口切除引物,切除配错 dXTP
新链
3`5`
5`3` 5`3`
前导链 连续复制滞后链 不连续复制
DNA复制为 5`→3` 半不连续 复制。
半保留 ——复制结果半不连续 ——复制过程为什么进化出如此复杂的复制机制呢?
在 RNA的监控下保持 DNA复制的高度忠实性
用 RNA引物控制起始,同时充分发挥了 DNA聚合酶的纠错能力。
第二节 DNA的损伤和修复
损伤 ——结构破坏、功能破坏
提问,哪些因素会引起 DNA损伤?
环境污染物 ———物理因素(紫外线、(电离、核)辐射)、化学诱变剂、病毒杂合等。
后果 ——癌症、畸形、遗传病等等
…… 如 经 DNA修复后有缺陷,DNA
就会发生突变 ……… 发展成癌细胞
2.1修复机制
1.光复活
N
NO
CH
3
O
N
N
O
O
CH
3
P
T T
紫外线 (260nm)
N
NO
CH
3
O
N
N
O
O
CH
3
P
T(胸腺嘧啶)二聚体双键打开紫外光
T-T二聚体可见光激活该 酶只有高等哺乳动物该功能退化掉了。
例 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。
光复活酶结合于损伤部位
2.切除修复核酸酶 DNA聚合酶DNA连接酶属于复制前的修复。
3.重组修复
复制同时的修复
*
复制
DNA聚合酶、连接酶补缺提问,原损伤部位没有修复,对后代影响大吗?
在后代中只有一个个体含有该条 DNA,后代越多,影响比例越小,等于消除影响。
*
*
*
*
4.SOS修复
SOS—求救信号
DNA损伤严重,复制受到抑制,前几种方法难以奏效时:
诱导校对能力差的 DNA聚合酶形成,局部“乱配”
*
*
*
*
进化、变种、癌症、诱变育种等等都是基于这一机理。
为了生存 ——变 。
第三节 细菌的限制性核酸内切酶和基因重组
3.1 细菌的限制性核酸内切酶
DNA
普通内切酶细菌限制性内切酶
G A AT T C
C T TA A G
在特定部位实施内切。
粘性末端被 核酸外切酶 降解细菌自身 DNA甲基保护 CH3
CH3 不工作这种 限制性核酸内切酶 有何用呢?
打击入侵的敌人噬菌体入侵 噬菌体 DNA
若 专一序列点无甲基保护,将被降解。
应用 ——生化工具
DNA切割 → 测序基因重组
3.2 基因测序原理,PCR( 基因扩增 )+复制( 放射性 dDNA终止符 ) +荧光测序
PCR—聚合链式反应
用色谱技术分纯在很短的时间内将 DNA样品呈 2n大量复制复制( 放射性 dRNA终止符 )+荧光测序
3.3 天然重组与基因重组天然重组包括 同源、异源 重组同源 重组 —父母 DNA重组减数分裂溶原细菌人类病毒与之类似 DNA复制转录翻译溶解释放异源 重组
应用基因重组 ——不同来源的 DNA按人的设计和干预下定向拼接,组合 。
特殊基因
(多肽激素、
抗生素、酶、
药物蛋白)
重组入 蛋白产品工程菌(如大肠杆菌)
特殊基因超级细菌如 超级除油菌超级植物
“侏罗纪公园” 中的恐龙抗病虫、抗旱、带颜色等等基因治疗、基因武器重组入细菌染色体质粒易于分离、测序,
天然可转移,不被轻易降解,常作为重组的载体过程举例 ——超级细菌都是 DNA
重组质粒 DNA
限制性核酸内切酶处理有的片段中具有目的基因植入供体细胞染色体
DNA
载体质粒环状 DNA
限制性核酸内切酶处理 DNA 连接酶 催化两类 DNA 片段 拼接受体细菌研磨、超声波等方法破碎细胞供体细胞筛选出重组细菌
?
带有粘性末端的 DNA 片段各种细菌注射法 开门法
( 如电击、化学药剂 )
病毒法
1um
重组基因片段基因枪黄金 子弹靶细胞基因枪法
——动植物细胞基因重组在特殊培养基上
( 如含有青霉素 )
筛选目的细菌质粒上具有 抗性基因如抵抗青霉素长出必然是重组成功的细菌筛选第四节 RNA的生物合成
转录 ——以 DNA为模板,按碱基配对原则 ( dA-U、
dT-A,dG-C,dC-G)合成 RNA链。
4.1过程
DNA复制 RNA
转录两条链都是模板链吗?
不对称转录 —— 只能以双链中 固定的一条链 (模板链)
为模板转录 RNA
开始
1.RNA聚合酶延 DNA链移动,识别转录起点 (启动子)
(启动子 )
打开螺旋,形成聚合酶 -DNA-RNA复合体。
2.复合体甩掉 δ亚基,随 RNA聚合酶移动 连续 5`→ 3`转录 RNA链。
17bp 螺旋解开长度
12bp DNA-RNA复合体长度
3.DNA螺旋 前开,后合,RNA长长,不断脱离 DNA。
(终止子 )
4.识别终止信号(终止子),结束转录,各自分离。
真核生物 1基因 → 1RNA
基因 假基因 基因外区域
Extron 外显 子 ——转录为 RNA
Intron 内含 子 ——不 转录为 RNA
基因中的外显子转录提问,如何实现跨越内含子转录外显子区呢?
绕环闭合内含子区域。
加工 ——使 粗品 RNA (没有功能) → 成品
方法 ——剪切、拼接,修饰,添加甲基( rRNA)
(剪切、拼接针对个别没能避免内含子转录的 RNA)
4.2转录产物的,加工” 粗品 RNA
5`加帽子
3`加尾巴剪切
(内含子对应部分 ),
拼接
(外显子对应部分 )
成熟的 mRNA
RNA
穿出细胞核,
指导蛋白质合成转录翻译第五节 逆转录 ( RNA指导的 DNA合成)
某些病毒的生存方式。
如 HIV病毒、致癌病毒胞膜蛋白双分子层衣壳蛋白RNA
(病毒基因)
破坏免疫识别机制,引起免疫系统失效!
逆转录酶辅助 T细胞 -给病原体加识别标记的血液细胞逆转录病毒 DNA单链单链病毒 DNA复制互补链异源重组病毒 RNA转录免疫系统的敌我识别机制失效!
切割形成病毒蛋白组合成新病毒并攻击下一个目标指导形成病毒蛋白原链治疗原理(鸡尾酒疗法)
阻止 逆转录
DNA
阻止 病毒蛋白原切割
洁身自好预防为主第六节 RNA的复制
个别噬菌体 RNA病毒进入宿主细胞后,RNA以自身为模板,两次复制,形成病毒 RNA
病毒 RNA
RNA互补链新病毒 RNA
复制复制翻译病毒蛋白
RNA复制酶组装成新病毒
DNA复制 RNA
转录蛋白质翻译第十三章 蛋白质的复制逆转录复制中心法则重点