核酸代谢ppt课件.ppt

1,第七章 核酸代谢,第一节 核酸降解和核苷酸代谢第二节 DNA的生物合成第三节 RNA的生物合成第四节 核酸代谢的调节,2,1,2,第一节 核酸降解和核苷酸代谢,一、核酸和核苷酸的分解代谢,二、核苷酸的合成代谢,3,一、核酸和核苷酸的分解代谢,1、核酸的解聚作用2、核苷酸的降解3、嘌呤的分解4、嘧啶的分解,4,1、核酸的解聚作用,核苷,核酸,核苷酸,碱基,许多个,戊糖,磷酸,5,1、核酸的解聚作用,核糖核酸酶与脱氧核糖核酸酶 核酸内切酶与核酸外切酶 限制性核酸内切酶,6,2、核苷酸的降解,核苷,碱基,戊糖,磷酸,各种单核苷酸受细胞内磷酸单酯酶或核苷酸酶的水解作用成为核苷和磷酸,7,2、核苷酸的降解,核苷,碱基,戊糖,磷酸,非特异性的磷酸单酯酶，其水解位点可以是核苷的2、3或5 特异性强的磷酸单酯酶只能水解3-或5-核苷酸磷酸,8,2、核苷酸的降解,碱基,戊糖,核苷酶按底物不同可分为嘌呤核苷酶和嘧啶核苷酶 按催化反应的不同可以分为核苷磷酸化酶和核苷水解酶,9,2、核苷酸的降解,碱基,戊糖,10,腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤(Xan)H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素+乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3+2CO2,（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）,（灵长类以外的哺乳动物）,（植物）,（鱼类、两栖类）,（海洋无脊椎动物）,腺嘌呤脱氨酶,鸟嘌呤脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,尿酸氧化酶,尿囊素酶,尿囊酸酶,脲酶,3、嘌呤的分解,11,（1）鸟嘌呤的分解,鸟嘌呤酶,黄嘌呤氧化酶,鸟嘌呤,黄嘌呤,尿酸,（2）腺嘌呤的分解,腺苷脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,尿酸,腺苷,黄嘌呤,腺苷酸脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,尿酸,腺苷酸,黄嘌呤,3、嘌呤的分解,12,腺嘌呤,鸟嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,3、嘌呤的分解,13,腺苷,肌（次黄）苷,腺苷脱氨酶,H2O,NH3,嘌呤核苷磷酸化酶,Pi,磷酸核糖,次黄嘌呤,3、嘌呤的分解,14,鸟苷,嘌呤核苷磷酸化酶,Pi,磷酸核糖,鸟嘌呤,3、嘌呤的分解,15,腺嘌呤,鸟嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,腺嘌呤脱氨酶 H2O,NH3,鸟嘌呤脱氨酶 H2O,NH3,3、嘌呤的分解,16,黄嘌呤,黄嘌呤氧化酶,H2O O2,H2O2,尿酸,尿酸氧化酶,2H2O O2,H2O2CO2,尿囊素,3、嘌呤的分解,17,尿囊素酶 H2O,尿囊素,尿囊酸,尿囊酸酶 H2O,尿素,乙醛酸,尿酶2H2O,4NH3,2CO2,3、嘌呤的分解,18,尿酸是人、猿及鸟类等体内嘌呤代谢的最终产物。尿酸因动物的种类而异可进一步分解，成为尿囊素、尿素、乙醛酸及NH3和CO2。,尿酸,尿囊素,尿素乙醛酸,NH3和CO2,尿酸酶,尿囊酶,（非灵长类的哺乳类）,（鱼类、两栖类）,尿酶,H2O,（甲壳类）,3、嘌呤的分解,19,尿素,乙醛酸,腺苷酸,次黄苷酸,腺苷,腺嘌呤,次黄苷,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸,尿囊素,黄嘌呤,尿囊酸,鸟嘌呤,3、嘌呤的分解,20,胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)二氢尿嘧啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O-丙氨酸-脲基丙酸 H2O 胸腺嘧啶(T)二氢胸腺嘧啶 NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O-氨基异丁酸-脲基异丁酸 H2O,胞嘧啶脱氨酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,NH3+CO2+,NH3+CO2+,4、嘧啶的分解,21,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶,4、嘧啶的分解,22,二氢尿嘧啶脱氢酶,NADPH,NADP+H+,尿嘧啶,5,6二氢尿嘧啶,二氢嘧啶水化酶,H2O,-脲基丙酸,-丙氨酸,脲基丙酸酶,H2O,4、嘧啶的分解,23,二氢尿嘧啶脱氢酶,NADPH,NADP+H+,二氢嘧啶水化酶,H2O,脲基丙酸酶,H2O,胸腺嘧啶,5,6二氢胸腺嘧啶,-脲异丁酸,-氨基异丁酸,4、嘧啶的分解,24,尿嘧啶与胸腺嘧啶 二氢衍生物-脲基丙氨酸及-脲基异丁酸-丙氨酸及-异丁酸+CO2+NH3胞嘧啶具有氨基，所以要先在胞嘧啶脱氨酶的作用下水解脱氨基 胞嘧啶+H2O尿嘧啶+NH3,4、嘧啶的分解,25,二、核苷酸的合成代谢,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成3、脱氧核糖核苷酸的生物合成4、核糖三磷酸和胸苷酸的生物合成,26,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,从头合成：以氨基酸等简单物质为原料从头合成核苷酸。补救途径：以现有的碱基和核苷为原料合成核苷酸。,27,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,N1,C2,N3,6C,5C,4C,N7,N9,C8,28,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,（1）嘌呤核苷酸的从头合成（2）嘌呤核苷酸的补救合成（3）嘌呤核苷酸的相互转变,29,PRPP合成酶,5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的合成,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,30,谷氨酰胺PRPP酰胺基转移酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,9,31,磷酸核糖甘氨酰胺合成酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,4,5,7,9,32,磷酸核糖甘氨酰胺转甲酰基酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,8,9,4,5,7,33,磷酸核糖甲酰甘氨咪唑合成酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,3,8,9,4,5,7,34,磷酸核糖氨基咪唑合成酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,3,8,9,4,5,7,35,磷酸核糖氨基咪唑羧化酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,3,8,9,4,5,7,6,36,磷酸核糖氨基咪唑-琥珀酸-甲酰胺合成酶,3,8,9,4,5,7,1,6,37,腺苷酸-琥珀酸裂解酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,3,8,9,4,5,7,1,6,38,磷酸核糖氨基咪唑甲酰胺转甲酰基酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,3,8,9,4,5,7,1,6,2,39,IMP-环化水解酶,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,3,8,9,4,5,7,1,6,2,40,AMP和GMP的合成,（1）嘌呤核苷酸的从头合成,41,（2）嘌呤核苷酸的补救合成,42,（3）嘌呤核苷酸的相互转变,43,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,44,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,（1）嘧啶核苷酸的从头合成（2）嘧啶核苷酸的补救合成,45,嘧啶核苷酸的从头合成,氨甲酰磷酸合成酶,Asp-氨甲酰基转移酶,二氢乳清酸酶,乳清酸脱氢酶,（1）嘧啶核苷酸的从头合成,46,乳清酸磷酸核糖基转移酶,乳清核苷酸脱羧酶,（1）嘧啶核苷酸的从头合成,47,（2）嘧啶核苷酸的补救合成,48,3、脱氧核糖核苷酸的生物合成,49,4、核糖三磷酸的生物合成,核苷酸不直接参加核酸的生物合成而是先转化成相应的核苷三磷酸后再参入DNA或RNA(d)NMP+ATP(d)NDP+ADP ATP作为磷酸的供体，催化酶为（脱氧）腺苷酸激酶，此酶对核糖没有专一性，而对碱基有专一性(d)NDP+ATP(d)NTP+ADP 催化酶为一种激酶，它没有专一性,50,1,2,第二节 DNA的生物合成,一、DNA的复制,二、DNA的损伤与修复,3,三、逆转录,51,一、DNA的复制,1、半保留复制2、复制的起点和方式3、参与DNA复制的酶和蛋白因子4、DNA的半不连续复制5、原核生物DNA复制的特点6、真核生物DNA复制的特点,52,1、半保留复制,定义：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 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,复制,53,亲代,第一代,第二代,15NDNA,14N-15NDNA,14NDNA,实验证明,54,2、复制的起点和方式,复制叉：DNA复制进行时，在复制眼中发生的DNA合成反应的分支点 复制子：在DNA复制原点的控制下能够独立进行DNA复制的单位。一个复制子可以有一个或两个复制叉 复制方向：单向和双向,55,起点,起点,起点,起点,起点,未复制DNA,单向复制,双向复制,复制叉,复制叉,复制叉,56,2、复制的起点和方式,真核细胞染色体的复制,57,3、参与DNA复制的酶和蛋白因子,（1）DNA聚合酶（2）DNA连接酶（3）与解除DNA高级结构相关的酶及蛋白因子（4）引发体,58,以DNA为模板合成DNA的酶。催化DNA新链合成时需有4种dNTP作为底物，还需Mg2+、DNA模板及与模板DNA互补的一小段多核苷酸引物。有DNA聚合酶I、II、III、IV、V。,（1）DNA聚合酶,59,DNA聚合酶IDNA聚合酶IIDNA聚合酶III真核细胞的DNA聚合酶,（1）DNA聚合酶,60,1956年，A.Kornberg发现 分子量为109,000，由一条单一多肽链组成，多肽链中含有一个锌原子 大肠杆菌有400个,DNA聚合酶I,61,53方向聚合作用 35核酸外切作用 53核酸外切作用,DNA聚合酶I,62,活性部位在肽段上的分布：,53外切,35外切,53聚合,蛋白酶,N,C,小片段，3500,Klenow片段，6800,DNA聚合酶I,63,由10个亚基组成的蛋白质，其中、组成的部分叫核心酶，核心酶与其它亚基组成全酶。亚基具有5-3 聚合酶作用 亚基3-5外切酶活性 亚基组建复制起始复合物,DNA聚合酶II,64,大肠杆菌有10个 聚合酶活性比DNA聚合酶I高15倍 现在认为它是E.coli细胞内真正负责重新合成DNA的复制酶,DNA聚合酶III,65,DNA聚合酶全酶,DNA聚合酶二聚体,66,DNA聚合酶催化的链延长反应,子链,67,DNA聚合酶的校对功能,聚合酶,错配碱基,复制方向,正 确核苷酸,5,5,5,3,3,3,切除错配核苷酸,68,DNA聚合酶I、II 和III的不同点,69,真核细胞有5种DNA聚合酶：DNA聚合酶：引物酶活性DNA聚合酶：修饰作用DNA聚合酶：线粒体DNA的复制DNA聚合酶：具有5-3 聚合酶作用和3-5外切酶活性；合成前导链和滞后链DNA聚合酶：DNA修复,真核细胞的DNA聚合酶,70,是指催化双链DNA切口处的5-磷酸基和3-羟基之间形成磷酸二酯键的酶，连接反应需要供给能量，主要以ATP作为能量来源。,DNA连接酶,（2）DNA连接酶,71,（2）DNA连接酶,3,P,T,A,OH,5,3,P,C,A,P,P,A,T,G,T,3,5,P,ATP,AMP+PPi,Mg2+,连接酶,P,T,A,5,3,P,C,A,P,P,A,T,G,T,3,5,P,72,DNA解旋酶：催化DNA双螺旋分开成为两条链的酶。DNA拓扑异构酶：能够催化DNA链的断裂和结合，从而控制DNA 的拓扑状态。SSBs（单链结合蛋白）：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。,（3）与解除DNA高级结构相 关的酶及蛋白因子,73,引发体：是DNA复制开始所必须的，由多种蛋白质及酶组成的复合物 DnaA：能结合于DNA复制起始部位 DnaB：具有解链酶的作用 DnaC：能结合于DNA复制起始部位，解开DNA双链 引物酶：DNA合成时候所需的引物,（4）引发体,74,4、DNA的半不连续复制,定义：两条DNA链同时作为模板进行复制时，一条链（35）的复制是连续的，另一条链（53）的复制是不连续的。前导链和滞后链：DNA聚合酶只能催化DNA链从53方向合成，因此新生DNA链先按53方向连续合成一条链，这一条链叫前导链，不连续合成的另一条链叫滞后链。Okazaki（冈崎）片断：半不连续复制过程中出现的1000个左右核苷酸的DNA小片段。,75,4、DNA的半不连续复制,复制叉,76,4、DNA的半不连续复制,77,4、DNA的半不连续复制,RNA引物：DNA复制时，除了需要DNA聚合酶、模板和4种核苷酸底物及其它所需的小分子外，还需要一段RNA作为引物，在其3末端合成DNA新链。RNA引物的合成：是在DNA模板链的一定部位合成并互补于DNA链，合成方向也是53。催化该反应的酶称为引物合成酶。引物的长度通常为1530个核苷酸。,78,4、DNA的半不连续复制,Arthur Kornberg wonthe 1959 Nobel Prizein Medicine for hisdiscovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid(before Watson and Crick won theirs!)The biologic synthesis of deoxyribonucleic acid,79,4、DNA的半不连续复制,在多种蛋白质和酶的参与下，双链解开形成复制叉在一系列酶的作用下，DNA双螺旋解开形成两股单链进行复制两股单链分别在复制叉处按碱基配对原则进行反向平行复制，一条沿53方向连续进行复制，而另一条则经形成冈崎片段进行不连续复制冈崎片段经DNA连接酶形成一条连续的DNA链,DNA的复制步骤,80,4、DNA的半不连续复制,81,5,3,复制叉的移动方向,ATP,ADPPi,DNA旋转酶,解旋酶,SSB,引物体,RNA引物,DNA聚合酶III复合物,DNA聚合酶III在RNA引物上开始作用,DNA聚合酶I,RNA引物的去处和被脱氧核苷酸取代,被DNA连接酶拼接,3,5,3,5,前导链,滞后链,SSB,82,5、原核生物DNA复制的特点,方式（或Cairns方式）：大肠杆菌 滚动环式：病毒 取代环或D-环式：线粒体DNA的复制 单个复制起始点，单个复制子,复制方式,83,6、真核生物DNA复制的特点,真核生物有多个复制起始点和复制子 真核生物的复制子从开始复制后一直复制到结束，期间不再重新开始 真核和原核生物DNA聚合酶不一样 真核生物复制时，首先DNA与组蛋白解开，复制完成后重新组装核小体 引物及冈崎片段的长度均比原核细胞短,84,真核细胞DNA复制的特点,多个起点复制,85,PCR,聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增。PCR又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。特点：特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等。应用范围：不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究，还可用于疾病的诊断或任何有DNA，RNA的地方。,86,PCR,模板DNA的变性：模板DNA经加热至94左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至4060左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；,工作原理,87,PCR,引物的延伸：DNA模板引物结合物在DNA聚合酶的作用下，于72左右，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。重复循环变性退火延伸三过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需24分钟，23小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。,88,PCR,引物 酶 dNTP 模板 Mg2+,89,引物设计,引物长度：15-30bp，常用为20bp左右。引物碱基：G+C含量以40-60%为宜，G+C太少扩增效果不佳，G+C过多易出现非特异条带。ATGC最好随机分布，避免5个以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。避免引物内部出现二级结构，避免两条引物间互补，特别是3端的互补，否则会形成引物二聚体，产生非特异的扩增条带。引物中有或能加上合适的酶切位点，被扩增的靶序列最好有适宜的酶切位点，这对酶切分析或分子克隆很有好处。引物的特异性：引物应与核酸序列数据库的其它序列无明显同源性。,DNAMAN DNAClub Oligo Primer,PCR反应体系,92,PCR反应条件,第一阶段：94 预变性4 min 第二阶段：94 变性40 S 退火温度 30S 72 延伸 1-2 min 第三阶段：72 延伸10 min，使引物延伸完全，并使单链产物退火成双链 第四阶段：4 保存,（2535）,16S rRNA扩增电泳图,M 1 2 3 4,磷脂酶B的PCR扩增产物,94,二、DNA的损伤与修复,1、DNA的损伤突变,2、DNA的修复,95,1、DNA的损伤突变,点突变：DNA分子上一个碱基的变异。缺失：一个碱基或一段核苷酸链乃至整个基因，从DNA大分子上丢失。插入：一个原来没有的碱基或一段核苷酸序列插入到DNA大分子中去，引起移码突变，影响三联体密码的阅读方式。,96,DNA突变的类型,野生型基因,碱基对的置换（substitution）,移码突变（frameshift mutation）,97,三、逆转录,1、逆转录酶及其催化特性2、逆转录过程3、cDNA文库,98,1、逆转录酶及其催化特性,逆转录：逆转录酶催化的反应，即以RNA为模板合成DNA的过程称为逆转录逆转录酶逆转录病毒：需在逆转录酶的作用下首先将RNA转变为cDNA，再在DNA复制、转录、翻译等蛋白酶作用下扩增的一类病毒。,99,1、逆转录酶及其催化特性,RNA,3,5,依赖于RNA的DNA聚合酶,RNA,3,5,核糖核酸酶H,5,3,5,3,cDNA,依赖DNA的DNA聚合酶,cDNA,杂交分子,3,5,5,3,双链DNA,新合成的双链DNA整合到寄主染色体DNA中,100,2、逆转录过程,101,3、cDNA文库,是以特定的组织或细胞mRNA为模板，逆转录形成的互补DNA（cDNA）与适当的载体（常用噬菌体或质粒载体）连接后转化受体菌形成重组DNA克隆群，这样包含着细胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合称为该组织或细胞的cDNA文库。cDNA文库特异地反映某种组织或细胞中，在特定发育阶段表达的蛋白质的编码基因，因此cDNA文库具有组织或细胞特异性。,102,3、cDNA文库,103,1,2,第三节 RNA的生物合成,一、催化RNA合成的模板和酶,二、转录过程,4,3,三、转录后修饰加工,四、RNA的复制,104,一、催化RNA合成的模板和酶,1、转录模板2、RNA聚合酶3、RNA复制酶4、多核苷酸磷酸化酶5、模板与酶的辨认结合,105,1、转录模板,反义链（模板链、负链、非敏感链、非编码链）：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、敏感链）：在RNA的转录中，不作为模板的DNA链称为有义链,106,2、RNA聚合酶,以DNA为模板，以4种核苷三磷酸（NTP）为底物，在二价阳离子参与下催化合成RNA的酶。又称为依赖DNA的RNA聚合酶。,107,2、RNA聚合酶,大肠杆菌的RNA聚合酶，其相对分子质量约为465 000，由4种亚基、和（sigma）组成的五聚体（2）,+,108,A,C,P,T,P,C,P,G,A,P,P-P-P,OH,5,3,C,P,G,P,P,P,P,OH,U,DNA指导下的RNA合成,109,2、RNA聚合酶,真核生物的RNA聚合酶：,110,3、RNA复制酶,依赖于RNA的RNA聚合酶，以RNA为模板，以4种核苷三磷酸为底物，合成RNA分子。RNA复制酶包括4个亚基，3个亚基来自宿主细胞，1个亚基在噬菌体感染过程中产生。不仅存在于被噬菌体感染的细菌体内，而且也存在于被RNA病毒感染的高等动物和植物体内。,111,4、多核苷酸磷酸化酶,催化在体外合成多核苷酸的酶，不需任何模板。广泛存在于微生物体内，催化以核苷二磷酸为底物的多核苷酸合成反应。人们推断该酶在生物体内的功能是催化RNA分解为核苷二磷酸，而不是合成RNA。,112,5、模板与酶的辨认结合,操纵子：包括若干结构基因及其上游的调控序列 启动子：与RNA聚合酶相结合的区域，也是控制转录的关键部位,TTGACA,AACTGT,TATAAT,ATATTA,35（识别位）,10（Pribnow框）1,起始部位,DNA,5,3,原核生物启动子结构,113,二、转录过程,1、转录起始2、转录延长3、转录终止,114,1、转录起始,（1）原核生物的转录起始,（2）真核生物的转录起始,115,原核生物依靠因子辨认转录起始点，被辨认的DNA区段就是处在-35区的TTGACA序列。,（1）原核生物的转录起始,116,真核生物RNA聚合酶辨认转录起始区上游的DNA序列，生成起始复合物。起始点上游大多有共同的5-TATA序列，称为Hogness盒或TATA盒。,AATAA,GCGC-CAAT-TATA-ATG,切离加尾,真正终止点,翻译起始,转录起始,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,内含子,外显子,（2）真核生物的转录起始,117,2、转录延长,原核和真核生物的转录延长过程没有显著区别，只是RNA聚合酶的不同。,5,3,mRNA,5,3,5,118,3、转录终止,（1）原核生物的转录终止,（2）真核生物的转录终止,119,依赖因子的转录终止,（1）原核生物的转录终止,120,不依赖因子的转录终止,（1）原核生物 的转录终止,121,在模板链读码框架的3端之后，常有一组共同序列AATAAA，在下游还有相当多的CT序列，这些序列称为转录终止的修饰点。越过转录修饰点后，mRNA在修饰点处被切断，随即加上polyA尾及5-帽子结构。,（2）真核生物的转录终止,122,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),123,RNA链的延伸图解,3,3,RNA-DNA杂交螺旋,聚合酶的移动方向,新生RNA,复链,解链,124,三、转录后修饰加工,1、真核生物mRNA的转录后加工2、真核生物tRNA的转录后加工3、真核生物rRNA的转录后加工,125,1、真核生物mRNA的转录后加工,（1）首、尾的修饰,5 m7GpppNp3,5 m7GpppNmp3,Pi,甲基化酶,5 pppNp3,SAM,磷酸酶,5 ppNp3,5 GpppNp3,新生的mRNA,鸟苷酸转移酶,126,GppG,GppG,1、真核生物mRNA的转录后加工,（2）mRNA的剪接,AAAAAA,GppG,AAAAAA,AAAAAA,5,3,5,5,3,3,1,2,3,4,5,127,卵清蛋白基因产生mRNA的过程：,转录,1 2 3 4 5 6 7,A B C D E F G,卵清蛋白基因(7700个核苷酸),1 2 3 4 5 6 7,A B C D E F G,L,L,5,3,加帽子和尾巴,1 2 3 4 5 6 7,A B C D E F G,L,5,3,内含子RNA的除去 和拼接作用,12345 6 7,L,CAP,PolyA尾,成熟的mRNA,1872个核苷酸,128,1、真核生物mRNA的转录后加工,129,2、真核生物tRNA的转录后加工,由RNaseP（核酸内切酶）作用，从5末端切除多余的核苷酸由RNaseD（核酸外切酶）作用，从3末端切除多余的核苷酸在tRNA核苷酰转移酶的作用下，完成3末端添加-CCA-序列由核酸内切酶和连接酶共同完成剪接反应完成碱基的甲基化、还原反应、脱氨基反应等化学修饰过程,130,2、真核生物tRNA的转录后加工,tRNA的生成,细胞核,核仁,细胞质,tRNA基因,转录,5,切断,tRNA前体,nCH3假尿苷生成,tRNA,131,酵母酪氨酸tRNA前体的加工,早转录本,成熟tRNA,加工,132,3、真核生物rRNA的转录后加工,18S,28S,5.8S,18S rRNA,5.8S和28S rRNA,1,2,3,4,转录,剪接,内含子,133,3、真核生物rRNA的转录后加工,18S,5.8S,28S,45S,甲基化作用,核酸内切酶,18S RNA,5.8S RNA,28S RNA,真核生物rRNA前体的加工,134,真核生物rRNA的生成与成熟,45S 5S,41S32S 5S 20S,32S 5S,细胞核,核仁,细胞质,28S 5.8S,18S,5S,28S 5.8S,18S,核蛋白体,135,P16S,P23S,P5S,16S,23S,5S,细菌rRNA的形成,136,四、RNA的复制,1、单链RNA病毒的复制2、双链RNA病毒的复制,137,1、单链RNA病毒的复制,ssRNA病毒：一旦病毒颗粒中的RNA进入寄主细胞，就直接作为mRNA，翻译出所编码的蛋白质，其中包括衣壳蛋白和病毒的RNA聚合酶。例如脊髓灰质炎病毒、鼻病毒、烟草花叶病毒。,138,1、单链RNA病毒的复制,病毒正链（具mRNA功能）,pppG,5,3,OH,5,5,3,OH,复制中间体,5,3,3,新合成的负链,病毒正链为模板,复制酶,5,139,1、单链RNA病毒的复制,ssRNA病毒：其复制是以ssRNA为负链，侵入寄主后不能直接作为mRNA，而是先以负链RNA为模板由转录酶转录出与负链RNA互补的RNA，再以这个互补RNA作为mRNA，翻译出遗传密码所决定的蛋白质。例如流感病毒、莴苣坏死黄化病毒等。,140,2、双链RNA病毒的复制,病毒RNA聚合酶的作用下病毒基因组转录正链RNA，自髓核逸出。它们既能作为mRNA，又能作为病毒基因组的模板。mRNA翻译结构蛋白，装配内层衣壳后，再合成负链RNA。正链RNA进入，与之形成双链RNA。然后又重复上述过程，最后获得了外层衣壳。,141,142,1,2,第四节 核酸代谢的调节,一、原核生物基因的转录调控,4,3,二、真核生物基因的转录调控,143,一、原核生物基因的转录调控,1、操纵子的概念和结构2、乳糖操纵子3、色氨酸操纵子,144,1、操纵子的概念和结构,操纵子：原核生物基因表达调控的功能单位，由启动子、调节基因、操纵基因和一个或多个功能相关的结构基因组成。,145,2、乳糖操纵子,大肠杆菌的乳糖操纵子是第一个被发现的操纵子。,调控区,结构基因,操纵基因,启动子,CAP结合位点,调节基因,半乳糖透性酶,-半乳糖苷乙酰基转移酶,半乳糖苷酶,R,P,O,Z,A,Y,146,2、乳糖操纵子,乳糖操纵子在阻遏状态示意图（无乳糖存在）,R P O Z Y A,调节基因,启动子,操纵基因与阻遏蛋白复合物,操纵子,mRNA,阻遏蛋白,阻遏蛋白,结构基因,阻遏蛋白与操纵基因结合阻止结构基因转录,147,2、乳糖操纵子,乳糖操纵子在诱导状态示意图（有乳糖）,R P O Z Y A,mRNA,诱导物-阻遏蛋白复合物，阻遏蛋白失活,阻遏蛋白,诱导物,lacmRNA,-半乳糖苷酶,-半乳糖苷透性酶,-半乳糖苷转乙酰基酶,乳糖代谢诱导酶,148,3、色氨酸操纵子,R P O L a E D C B A,调节基因,启动子,操纵基因,结构基因,衰减子,前导序列,149,3、色氨酸操纵子,色氨酸操纵子可阻遏调控系统（无色氨酸）,R P O E D C B A,调节基因,启动子,操纵基因,结构基因,阻遏mRNA,无活性阻遏蛋白,酶蛋白，催化合成色氨酸,转录,翻译,150,3.色氨酸操纵子,色氨酸操纵子可阻遏调控系统（有色氨酸）,R P O E D C B A,调节基因,启动子,操纵基因,结构基因,阻遏mRNA,无活性阻遏蛋白,无转录发生,辅阻遏物（色氨酸）,活性阻遏蛋白,151,二、真核生物基因的转录调控,转录水平的调控前体mRNA的加工mRNA的穿核膜运输调控细胞质mRNA的稳定性调节mRNA的选择性翻译蛋白质产物的修饰、折叠和活化,152,三、真核生物基因的转录调控,转录水平的调控特点：1、顺式作用元件 2、反式作用因子,153,1、顺式作用元件,定义：指对基因表达有调节作用的DNA序列，这些序列自身不编码蛋白质，但是能够影响其后面的结构基因的转录。分类：启动子（promoter）增强子（enhancer）沉默子（silencer）,154,1、顺式作用元件,启动子：真核基因启动子是在基因转录起始位点（+1）及其5上游近端大约100200 bp以内的一组具有独立功能的DNA序列，是决定转录起始点和转录频率的关键元件。真核基因启动子有四个序列元件，从结构基因一侧开始依次是：转录起点、TATA盒、CAAT盒和GC盒。,155,1、顺式作用元件,增强子：指远离转录起始点、决定基因表达的时间和空间特异性、具有增强启动子转录活性的DNA序列。显著特点：增强子与启动子的相对位置无关，无论在启动子的上游或是下游，都能对其起作用。增强子无方向性，从53或由35均可对启动子表现出增强效应。,156,1、顺式作用元件,沉默子：是指某些真核基因内含有的负性调节元件，当它与反式作用因子结合时，对基因转录起阻遏作用。它们不受距离和方向的限制，并可对异源基因的表达起作用。,157,2、反式作用因子,定义：指能直接或间接地识别并结合在各顺式作用元件上，参与调控靶基因转录效率的一组蛋白质。分类：通用或基本转录因子 特异性转录因子,158,2、反式作用因子,通用或基本转录因子,是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定转录生成何种RNA（tRNA、rRNA或mRNA）。通用转录因子一般结合在TATA盒和转录起始点，与RNA聚合酶一起形成转录起始复合物。,159,2、反式作用因子,特异性转录因子：是个别基因转录所必需的转录因子，决定该基因表达的时间和空间特异性。转录激活因子：通常是一些增强子结合蛋白。转录抑制因子：是沉默子结合蛋白。,总 结,从头合成、补救途径、半保留复制、操纵子DNA半不连续复制的步骤？RNA合成的基本过程？乳糖操纵子和色氨酸操纵子作用方式的异同？,