核苷酸代谢和核酸生物合成课件.ppt

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1、核苷酸代谢,第一节 核酸及核苷酸的分解代谢一、核酸酶促降解（一）核酸酶促降解的含义：核酸在核酸酶的催化下，使连接核苷酸之间的磷酸二酯键水解，生成核苷酸的过程为核酸的酶促降解。,（二）、核酸酶的种类,1、根据所作用的底物分（1）核糖核酸酶（RNase）:专一性水解RNA（2）脱氧核糖核酸酶（DNase）：专一性水解DNA2、根据所作用的部位分（1）核酸内切酶：水解核酸分子内部的磷酸二酯键。（2）核酸外切酶：从核酸分子的一端逐个地水解单核苷酸。（3）限制性内切酶：具高度特异性。只能识别DNA的特定核苷酸序列，并在特定部位切断DNA链，使DNA产生双链裂口。,(三）核酸及核苷酸的降解,核酸,核酸酶,

2、磷酸单脂酶,核苷,嘧啶（嘌呤）,核糖（脱氧核糖）,核苷酶,核苷磷酸化酶,嘧啶（嘌呤）,核糖-1-磷酸,脱氧核糖-1-磷酸,核糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径,醛缩酶,乙醛,甘油醛-3-磷酸,单核苷酸,二、嘌呤的分解代谢,（一）、嘌呤的分解 1、嘌呤的分解可在核苷酸水平、核苷水平、碱基水平完成脱氨而达到降解。脱氨 脱氨1、核苷酸水平的降解：腺苷酸 次黄苷酸 黄苷酸 鸟氨酸 脱氨 脱氨2、核苷水平的降解：腺苷 次黄苷 黄苷 鸟苷 脱氨 脱氨3、碱基水平的降解 腺嘌呤 次黄嘌呤 黄嘌呤 鸟嘌呤 尿酸,2、嘌呤分解的终产物不同,（1）人类、灵长类、鸟类、爬虫类及大多数昆虫体内缺乏尿酸氧化酶，不能将尿酸进一步

3、，故其嘌呤的最终产物为尿酸；（2）除人和猿以外的哺乳动物、双翅目昆虫以及腹足类动物体内存在尿酸酶可将尿酸氧化为尿囊素，故其嘌呤的最终产物为尿囊素；（3）某些硬骨鱼类的体内含尿囊素酶能水解尿囊素生成尿囊酸，故其嘌呤的最终产物为尿囊酸；（4）大多数鱼类、两栖类体内含有尿囊酸酶能将尿囊酸水解为尿素.,腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 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,植物,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,

4、尿囊素酶,尿囊酸酶,脲酶,三、嘧啶的分解 胞嘧啶 尿嘧啶 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 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+,第二节、核苷酸的合成代谢,一、核苷酸合成的基本途径（一）“从头合成途径”或从“无到有途径”。生物体利用某些氨基酸、磷酸核糖、二氧化碳和氮等较简单的化合物合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸的合成过程为“从头合成途径”。这样的合

5、成途径几乎存在于所有的生物体内，它不经过碱基、核苷的中间阶段。主要在肝组织中进行。（二）补救途径：一般将生物体内由碱基或核苷合成核苷酸的途径为补救途径。脑、骨髓只能进行补救合成。,二、嘌呤核苷酸的合成,1、从头合成途径（1）嘌呤环中各个原子的来源,（2）嘌呤核苷酸的合成,或碳酸氢盐,5-磷酸核糖焦磷酸,5-磷酸核糖胺,甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪唑核苷酸,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧核苷酸,IMP的 生物合成,5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸（IMP）,甲酰THFA,

6、延胡索酸,第二阶段：生成腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）,IMP转变为GMP和AMP,嘌呤核苷酸合成特点,先形成IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后在单磷酸的水平上转变成AMP、GMP。IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP（5-磷酸核糖焦磷酸），催化该反应的酶是PRPP合成酶。PRPP为合成的起始物质。嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2 提供N和C，合成时先形成右环（五员环），再形成左环（六员环）。四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体,嘌呤核苷酸合成补救途径（自学）,磷酸核糖转移酶,嘌呤+PRPP,A（G）MP+

7、PPi,嘌呤+1-P-核糖,嘌呤核苷,A(G)MP,ATP ADP,嘌呤核苷酸合成补救途径,三、嘧啶核苷酸的合成,嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸（由谷氨酰胺和CO2合成）和天冬氨酸合成。,氨甲酰磷酸,天冬氨酸,尿嘧啶核苷酸的合成（三个阶段）：,1、以CO2和谷氨酰胺为原料合成氨基甲酰磷酸 2、氨基甲酰磷酸和天门冬氨酸缩合生成氨基甲酰天冬氨酸。3、乳清酸接受PRPP的5磷酸核糖生成乳清酸核苷酸，并进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸。,激酶,天冬氨酸,氨甲酰磷酸,氨甲酰天冬氨酸,二氢乳清酸,转氨甲酰酶,二氢乳清酸酶,二氢乳清酸脱氢酶,乳清酸,乳清苷酸,尿嘧啶核苷酸,谷氨酸,谷氨酰胺,焦磷酸化酶,脱羧酶,

8、激酶,CTP合成酶,嘧啶核苷酸合成特点,其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成嘧啶环，再与核糖磷酸焦磷酸（PRPP）结合形成 UMP，其关键的中间产物是乳清酸。胞苷酸则由尿苷酸在三磷酸的水平上转变而来。,四、核苷酸转化成核苷三磷酸,(脱氧)核苷酸激酶（d）NMP+ATP（d）NDP+ADP 激酶（d）NDP+ATP（d）NTP+ADP,核糖核苷酸的还原反应,核糖核苷酸还原酶,五、脱氧核糖核苷酸的合成,六、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,NADPH+H+Ser（丝氨酸）,NADP+Gly,N5、N10CH2 FH4 FH2,二氢叶酸还原酶,Ser羟甲基转移酶,

9、O,N,HN,O,dR-P,CH3,O,N,HN,O,dR-P,ATP+CO2+谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酸天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP+5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,七、从头合成的调节,八、核苷酸从头合成的抗代谢物,嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：可抑制AMP、GMP的生成 谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺参与的反应 叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP合成中有四氢叶酸参与的反应,嘧啶类似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),第十二章核酸的生物合成,第一节 DNA的生物合成学习三个问题：DNA的复制方式DN

10、A的复制的机制DNA的损伤与修复,一、DNA的复制方式半保留复制,（一）概念：每个子代DNA分子的一条链来自亲代的DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为DNA的半保留复制。半保留复制的假说是1953年沃森和克里克在DNA双螺旋结构的基础上提出的。,（二）DNA半保留复制的证据,1958年Meselson（麦尔逊）和Stahl（斯坦赫）首次用实验成功地证明了DNA的半保留复制,亲代DNA（15N15N）,子一代DNA（15N14N）,子二代DNA(15N14N，14N14N 1:1),子三代DNA(15N14N，14N14N 1:3),子四代DNA(15N14N，14N14N 1:7),亲代

11、DNA与子二代DNA的混合物,亲代DNA与子四代DNA的混合物,居中,重,轻,0,1,2,3,4,（三）DNA复制的必备条件,底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)聚合酶 DNA聚合酶（DNA依赖的DNA聚合酶)模板单链的DNA母链引物寡核苷酸引物（RNA)其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶,1、DNA聚合酶 DNA聚合酶是机体内以脱氧核苷三磷酸为底物催化合成DNA的一类酶。,DNA模板,引物 Mg2+,四种脱氧核苷三磷酸,催化作用所需要的条件,原核生物DNA聚合酶,DNA聚合酶：聚合作用：使DNA链按53方向延长。校对作用：具有沿3 5或5 3的外切酶

12、的作用。DNA聚合酶：聚合作用活力较低。仅有35的外切酶的作用。DNA聚合酶：聚合和校对作用是三种聚合酶中活力最高的一种。结论：三种聚合酶均具有聚合和校对的作用。而且具有方向性。,真核细胞DNA聚合酶,在高等真核细胞已分离到的DNA聚合酶有三种、。真核细胞DNA聚合酶与细菌DNA聚合酶的性质相似，聚合反应所需的条件也完全一样，所不同的是在真核细胞中的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶作用。（只有聚合作用）,2、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，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，而使切口连接。但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。

13、,3、引发酶,促进引物合成的酶为引发酶。如以RNA片段为引物，则促进RNA片段合成的引发酶为RNA聚合酶。,4、复制中解链必需因子,（1）单链结合蛋白（SSB）作用：与单链结合，保护复制中的DNA单链部分不被核酸酶降解；刺激同源聚合酶的活力。（2）解链酶（解双螺旋酶）解链，为SSB提供可结合的单链区。（3）DNA拓扑异构酶(解旋酶）既能水解，又能连接磷酸二酯键 拓扑酶 切断DNA双链中的一股 拓扑酶 切断DNA双链,（四）DNA复制的起始点和复制方向,1、起始点和复制叉起始点是含有100200个碱基对的一段DNA。为DNA复制的起始部位。复制叉：在DNA复制前，DNA的两条链在起始点分开形成在

14、显微镜下可看到的叉状结构，称为复制叉。随着复制叉的移动完成DNA的复制 2、复制方向：单向复制和双向复制,3、环状DNA（大肠杆菌）的复制方向及复制特点,多以Q式方式复制。单向复制：复制叉从起始点向一个方向移动，随着复制叉的移动完成复制。双向复制：复制时首先在起始点裂开，复制叉从起始点开始向两个相反方向移动直到两个复制叉相遇。复制特点：在迅速生长的原核生物中，第一个染色体DNA分子复制尚未完成，第二个DNA分子就在同一个起始点上开始复制，其复制叉移动的速度是相当快的，每分钟约为105个碱基对。,单向复制,i,双向复制,观察到的放射自显影图象,4、真核生物线状DNA的复制方向及复制特点,特点：染

15、色体不同位置上有多个起始点；从这些起始点开始向相反的方向复制（双向复制），就形成多个复制泡；复制叉移动的速度较慢5x1025x103碱基对，但由于同时起作用的复制叉数目很大，所以真核生物染色体DNA复制的总速度比原核生物还快。,DNA的双向复制,二、DNA复制的机制半不连续复制半不连续复制的发现,1968日本学者冈崎：同位素实验，用含3H的dT标记用T4噬菌体感染的大肠杆菌 短时间内分离的DNA均为DNA小片段一段时间后检测到 DNA大片段。当用DNA连接酶的缺失的变异株时，检测到大量DNA片段的积累。证明DNA复制中有小片段合成。测定DNA小片段，远远大于合成DNA的一半。似乎两条链都是不连

16、续合成的，后发现是由于U替代dT渗入DNA中，而被尿嘧啶-N-糖基酶切除所致。在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突变植株中，DNA的U不再被切除，则检测到一半3H标记出现在小片段（冈崎片段）中。,（二）半不连续复制,1、含义:DNA在复制时，由双链分开的两条模板链上，两条新链是按53方向合成，其中一条链是连续合成的，另一条链则是先合成短的片段（冈崎片段），然后再将片段连接起来形成新链，这个复制过程为半不连续复制。,DNA复制的半不连续性,前导链,滞后链,冈崎片段,前导链：以3 5 方向的亲代链为模板连续合成的子代链。,滞后链：以5 3方向的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞

17、后链。,参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图,2、DNA 复 制 的 过 程,（1）合成起始 引发,在病毒、细菌、真核细胞中DNA的复制过程大同小异。大致可包括下列几个过程：辨认起始点 即由引发酶（RNA聚合酶）识别DNA模板上复制的起点由此启动开始合成引物。,3,5,5,3,起始点,RNA聚合酶（引发酶）,模板DNA局部解曲解链,解曲酶、旋转酶与复制起始部位的模板结合，使这部分DNA发生局部解曲和解链作用，这样一段DNA链上的碱基暴露出来，与此同时SSB结合于已解开的链上。,5,3,3,5,SSB,解曲酶,旋转酶,RNA引物的生成,即分别以两条DNA链作模板，由RNA聚合酶催化合成RNA引物。

18、,引物,5,5,3,3,（2）DNA片段的合成及链的延伸,在RNA引物上由DNA聚合酶（真核生物为）催化，按照模板3 5链上的顺序，在引物3OH端接上相应的核苷酸。新链的合成按53方向进行（即前导链的合成）。与此同时与另一条链53为模板，合成冈崎片段，每一个冈崎片段5末端带一个引物，这条链为滞后链。,5,5,3,3,前导链,滞后链（岗崎片段）,（3）合成终止,引物的切除 被特异核酸酶切除空缺部位的填补与连接由DNA聚合酶催化DNA片段合成，以补充核苷酸数，最后由连接酶将片段连接起来，从而形成两条连续的新链。,引物的切除 被特异核酸酶切除,5,5,3,3,前导链,滞后链（岗崎片段）,合成终止（一

19、个复制子合成终止）,5,5,3,3,前导链,滞后链（岗崎片段）,终点,5、真核生物中DNA复制的特点,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（基因组能独立进行复制的单位为复制子）。2、冈崎片段长约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5RNA引物切除后的填补，亦保持端粒的一定长度。,总结：,1、DNA的

20、复制方式：半保留复制。2、复制时有固定的起始点。细菌或病毒复制时起始于一个固定的位点，真核生物染色体DNA复制有多处起始点。3、复制方向：双向或单向。多数是双向的。双向复制时两个复制叉移动的速度不一定相同。4、复制的速度取决于起始。5、复制链延长的方向：每条链都由5端向3端延长。,6、复制的过程是半不连续的，前导链是连续合成的，滞后链是不连续合成的。相邻近的DNA片段由连接酶催化连接成新链。7、DNA复制是在RNA引物上起始的。前导链只需一个引物，滞后链每合成一个冈崎片段需要一个引物。RNA引物以后被酶切除。8、复制有多种机制。即使在同一细胞里，可能因环境、温度、营养条件、酶的丰富程度、dNT

21、P供应是否平衡，模板是否被外界因素损伤等不同。复制也可以采取不同的方式。9、生物系统的遗传信息主要是贮存在DNA分子中，表现为特异的核苷酸顺序。,三、DNA的损伤与修复,（一）DNA的损伤：DNA在某些因素的作用下引起不同程度的双螺旋结构的破坏为DNA的损伤。,引起DNA损伤的因素,生物因素,物理因素,化学因素,如：紫外线 电离辐射等,如：化学诱变剂,破坏的部位,DNA的碱基,糖或是磷酸二酯键,损伤的结果：造成结构与功能的破坏，进而引起突变，甚至导致生物的死亡。,（二）DNA的修复,修复系统,错配修复,直接修复,切除修复：发生在DNA复制之前,重组修复：修复发生在DNA复制之后,易错修复,如：

22、光复活修复,1、光复活修复的机制,二聚体,光复活酶,光,1、损伤,2、形成酶DNA复合物,3、吸收可见光,4、酶释放,2、切除修复,切断,修复,切除,缝合,内切酶,外切酶,连接酶,3、重组修复,5,重组,修复,补充内容,出错的DNA母链,同源DNA母链,再合成的序列,受损部位,重组部分,第二节 RNA的生物合成,一、转录（一）何谓转录 根据DNA中含有的信息，进行碱基配对而复制成一条核糖核苷酸的互补顺序RNA链的过程。或者说DNA分子中遗传信息转移到RNA分子的过程。更具体地说转录是以DNA为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。,（二）转录的条件,1、转录

23、模板：在RNA的合成中，DNA的两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。2原料。需要有三磷酸核糖核苷作为原料，NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）3转录酶。原核细胞的酶分布在胞液，转录在胞液中进行，真核细胞的酶存在于胞核，反应在胞核中进行。,（三）RNA聚合酶,RNA聚合酶有原核细胞和真核细胞两种。1、原核细胞RNA聚合酶（目前以大肠杆菌的RNA聚合酶研究的最清楚）核心酶和因子组成全酶。可表示为。核心酶有4个亚基，两个相同的亚基，两个不同的、亚基。核心酶可催化各个核苷酸之间形成3，5-磷酸二酯键，使RNA延长。,大肠杆菌的RNA聚合酶,大肠杆菌RNA聚合酶各亚基 的性质与功

24、能,亚基 Mr 亚基数目 功能 40,OOO 2 酶的装配，与启动子上游 元件和活化因子结合 155,000 1 结合核苷酸底物，催化磷 酸二酯键形成 160,000 1 与模板结合 32,OOO-92，000 1 识别启动子，促进转录的起始 9,OOO 1 未知,注：存在于全酶制剂中，核心酶没有,2、真核生物RNA聚合酶,有三种；分别为I、II、III。RNA聚合酶I：存在于核仁，催化rRNA前体的合成。RNA聚合酶II：存在于核质，催化mRNA前体的合成。RNA聚合酶III：存在于核质，催化tRNA前体的合成。,酶类,分布,产物,-鹅膏蕈碱对酶的作用,分子量,反应条件,I,核仁,核质,核质

25、,rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNA,mRNA snRNA,tRNA 5SrRNA,不抑制,低浓度抑制,高浓度抑制,500000700000,700 000,_,低离子强度,要求Mg2+或Mn2+,高离子强度,高Mn2+浓度,真核细胞的RNA聚合酶,同样，真核RNA聚合酶无校对功能。,3、RNA聚合酶的特点：,反应底物：NTP，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。真核生物与原核生物的RNA聚合酶结构不同。RNA聚合酶表现其活性需要DNA模板，天然（双链）DNA作为模板比变性（单链）DNA更为有效。RNA聚合酶能局部解开的两条链。,（四）

26、转录过程（以大肠杆菌为例）,起始位点的识别 转录起始 链的延伸 转录终止,1、起始位点的识别,RNA的合成不需要引物。体外实验证明，不含因子的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有因子时就会选择正确的起点。证明因子具有识别DNA分子上的起始信号或启动子的作用。,启动子指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它是起始阶段所需的全部DNA序列启动子的结构至少由三部分组成：-35序列提供了RNA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,通常将转录单位起点的核苷酸为+1，转录起点的左侧为上游，用负的数码表示，起点右侧

27、为下游，即转录区。,2、转录起始：三元起始复合物生成,RNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点（第一个核苷三磷酸掺入的位置为转录起始点），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。形成启动子、全酶和核苷三磷酸复合物（称为三元起始复合物）。第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，亚基就会被释放脱离核心酶。（请看下图）,因子仅与起始有关，RNA的合成一旦开始，便被释放,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，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3-OH端，催化形成

28、磷酸二酯键。转录延伸方向从5 3,、转录终止,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。,（1）由DNA的终止信号作用而发生合成终止。,当RNA聚合酶移动到模板DNA特定的核苷酸序列时合成即告终止。这一特定的核苷酸序列为终止信号或终止位点。这一合成终止与蛋白质无关，仅由这个部位的特殊结构决定的。,（2）由蛋白质因子引起的合成终止。,这种合成终止需要一种特殊的蛋白因子因子。在大肠杆菌和某些噬菌体的DNA上存在着因子结合位点，当与RNA聚合酶结合的因子与位点结合时，合成终止。最后形成成熟的mRNA或各

29、种RNA的前体。经转录后仍以全保留的方式保持双螺旋结构。,转录与DNA复制的比较：,相同点,都需要模板,合成方向都是53,都以三磷酸核苷酸为底物（NTP或dNTP）,转录与DNA复制的不同点,1、转录不需引物；2、转录并不是DNA的全部转录，只是DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子）进行转录；3、在体内双链DNA中只有一条链具有转录活性称为模板链（或负链）；对应的链无转录活性称为编码链（或正链）。4、一条链上具有某些基因的模板链和另一些基因的编码链。5、哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。6、RNA聚合酶无校对功能。,复习：1、何谓RNA转录？2、RNA的转录是怎样完成的？

30、3、RNA转录与DNA复制有哪些不同？,转录是根据DNA中含有的信息，进行碱基配对而复制成一条核糖核苷酸的互补顺序RNA链的过程。或者说DNA分子中遗传信息转移到RNA分子的过程。更具体地说转录是以DNA为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。,起始位点的识别 转录起始 链的延伸 转录终止,1、转录不需引物；2、转录并不是DNA的全部转录，只是DNA分子中的 一个片段（称为转录单位或操纵子）进行转录；3、在体内双链DNA中只有一条链具有转录活性称为模板链（或负链）；对应的链无转录活性称为编码链（或正链）。4、一条链上具有某些基因的模板链和另一些基因的编码链。

31、5、哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。6、RNA聚合酶无校对功能。,（五）rRNA、tRNA、mRNA的合成（转录后的加工）,在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物（primary transcript）往往需要一系列的变化，包括链的裂解、5和3末端的切除和特殊结构的形成、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。,、核糖体RNA（rRNA）转录后的加工,（1）原核生物中rRNA前体的加工 原核生物刚转录的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）。,16S,t

32、RNA,23S,5S,甲基化,切割,16SrRNA前体p16,23SrRNA前体p23,5SrRNA前体p5,16SrRNA,23SrRNA,5SrRNA,tRNA,（2）真核生物rRNA前体的加工,甲基化和酶切,28S,18S,5.8S,45S或38S,37S,26S17S5.8S,在真核生物中存在的5SrRNA是通过另外途径生成的。,、tRNA前体的加工,（1）断裂和修剪：即tRNA前体中的多余的核苷酸被高度专一的酶切除，产生与成熟tRNA分子同样长短的核苷酸链。（2）修饰：即通过修饰酶的作用，在tRNA特定的位置上产生修饰成分，最后生成具有生物功能的成熟的tRNA。修饰作用主要是甲基化，

33、脱氨和还原作用等。,、mRNA转录后的加工*,（1）原核生物mRNA合成的特点：在转录的过程中，常常是几个结构基因（决定蛋白质结构的基因）转录在一条mRNA链上，这种转录为多顺子转录（多顺子：为两条或更多条多肽链编码的mRNA为多顺子）。转录和翻译相偶联,（2）真核生物mRNA转录后的加工真核生物mRNA的合成，一般是单顺反子转录（即一个结构基因转录在一个mRNA分子上）；转录在核内，翻译在胞浆内。二者不相偶联。转录后mRNA的前体是不均一核糖核酸RNA（hnRNA）需要进一步进行加工修饰转化为mRNA。,加工包括：（1）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（

34、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)。（2）3 端添加polyA“尾巴”；（3）5端连接“帽子”结构（帽子是通过三磷酸键连接在mRNA5端核苷酸残基上的7-甲基鸟苷）；（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。,二、转录过程的选择性抑制,1、抗菌素放线菌素D：为原核生物和真核生物中RNA聚合酶的专一抑制剂。抑制完整细胞和细胞提取物二者中新生成RNA链的延长。2、利福平：抑制原核生物RNA的合成。3、-鹅膏蕈碱：通过RNA聚合酶阻断真核生物细胞,RNA生物合成总结,1、转录是DNA分子中遗传信息转移到RNA分子的过程。更具体地说转录是以DNA为模板，在DNA指导的RNA聚合酶催

35、化下，由四种核苷三磷酸合成RNA的过程。2、转录不需引物；转录具有选择性和不对称性。3、RNA聚合酶只有聚合功能而无校对功能。,4、转录过程包括起始位点的识别，转录起始，链的延伸，转录终止。5、起始阶段所需的全部DNA序列为启动子。它是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。因子具有识别DNA分子上的起始信号或启动子的作用。6、启动子、全酶和核苷三磷酸复合物（称为三元起始复合物）的形成称为转录起始。,7、RNA链在RNA聚合酶的催化下按5-3方向的延伸。8、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

36、释放出RNA。9、蛋白质因子可引起的合成终止10、rRNA、tRNA、mRNA的合成后，除原核生物的mRNA外，其它RNA均需转录后的加工。,第三节、反转录作用（逆转录）,定义:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程称为逆转录，由逆转录酶催化进行。迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶。,病毒RNA的逆转录过程（以前病毒形式引起整合到宿主细胞DNA中而使细胞恶性转化）单链病毒RNA RNA-DNA杂交分子 双链DNA（前病毒）,逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿53方向合成DNA，并要求短链RNA作引物。,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 DN

37、A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。,cDNA(complementary DNA)：几乎所有真核生物mRNA分子的3末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时，mRNA就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNA，称为cDNA。,逆转录酶发现的理论和实践意义：,不能把“中心法则”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）,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）,