12 第十一章 核酸的生物合成－生命的起点.ppt

第1页：第十一章核酸的生物合成封面

第十一章核酸的生物合成——生命的起点

第2页：DNA的复制

• 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）

第3页：复制概念

• 概念:
• 复制(replication)：指以亲代DNA分子为模板合成出子代DNA分子的过程。
• 转录(transcription)：以DNA分子为模板合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。

第4页：反转录

• 反转录(reverse transcription)：
• 以RNA为模板将遗传信息传给DNA的过程。

第5页：人体体细胞23对染色体

• 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）

第6页：DNA合成

DNA合成——复制体细胞染色体有丝分裂

第7页：第一节DNA的生物合成

• 第一节DNA的生物合成
• 机制——半保留复制12保留了一半父代DNA成份父代DNA半保留复制子代DNA

第8页：半保留复制假说的提出

半保留复制假说的提出1953年，Watson & Crick在DNA双螺旋基础上提出。1957年，Mathew Meselson与Franklin Stahl设计实验证实。

第9页：实验证明

实验证明方法：将E.Coli培养在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中生长；提取其DNA ；进行氯化铯密度梯度离心。再移至14N培养基中生长、提取DNA、离心分析。

第10页：半保留复制的实验结论

结果：证实了DNA复制时，亲代分子分为二个亚单位（两条链），分别构成子代分子的一半，且经过多代仍保持完整性。

第11页：半保留复制的意义

意义

1）半保留复制保证了遗传的稳定性；2）DNA是处于不断变异和发展之中。ＤＮＡ复制

第12页：旋转酶解开超螺旋

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

第13页：解螺旋酶

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

第14页：解螺旋酶

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？ATGC防止单链复合

第15页：复制起点与RNA引物

起点ATCCATT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`OH5`PiPiPi3`OH5`PiPiPi3`OH5`PiPiPiA—UG—C

第16页：新链

6.新链5`→3`延长（复制DNA）5.引物3`连接dXTP

第17页：的DNA聚合酶功能Ⅰ

E.COLi的DNA聚合酶功能Ⅰ Ⅱ Ⅲ5’→3’聚合作用+ + +5’→3’外切酴作用+ －－3’→5’外切酶作用+ + +聚合核苷酸数/min 600 30 9000分子数/细胞400 100 10*DNApolⅢ主要负贡DNA链延伸。

第18页：开链方向起点新链

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

第19页：均以

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。

第20页：

第21页：DNA的生物合成

3`5`5`3`5`3`

第22页：前导链连续复制滞后链不连续复制DNA复制

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。

第23页：半保留

半保留——复制结果半不连续——复制过程

第24页：为什么进化出如此复杂

• 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

第25页：修复机制

• 2.1修复机制
• 1.光复活T T紫外线(260nm)T(胸腺嘧啶）二聚体双键打开

第26页：紫外光T-T二聚体可见光激活该酶只

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

第27页：切除修复核酸酶DNA聚合酶DNA连接酶属

2.切除修复核酸酶DNA聚合酶DNA连接酶属于复制前的修复。

第28页：重组修复

• 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。

第29页：DNA损伤的修复

• ****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30页：真核细胞DNA的复制

• 真核细胞DNA的复制：（DNA指导的DNA合成）
• 真核生物与原核类似，但更复杂，不同之处：（一）DNA模板上有多个起点，即真核细胞DNA复制由多个复制子共同完成。

第31页：有5种DNA聚合酶

• （二）有5种DNA聚合酶，各具功能：
• 复制DNA：α→后滞链；δ→前导链；
• 修复DNA：β、ε；
• 复制线粒体DNA：γ；
• 引物合成：α。

第32页：第三节限制性核酸内切酶与基因重组

• 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DNA细菌限制性内切酶GAATTCCTTAAG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GAATTCCTTAAGCH3CH3不工作这种限制性核酸内切酶有何用呢？打击入侵的敌人

第33页：噬菌体入侵噬菌体DNA若专一序列点无甲基

噬菌体入侵噬菌体DNA若专一序列点无甲基保护，将被降解。

第34页：限制性内切酶的应用

• 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

第35页：PCR

• 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

第36页：基因测序中的复制原理

复制（放射性dRNA终止符）＋荧光测序

第37页：天然重组

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

第38页：溶原细菌

溶原细菌

第39页：应用基因重组

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）

第40页：

第41页：

第42页：细菌染色体质粒易于分离

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

第43页：重组质粒DNA限制性核酸内切酶处理

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

第44页：注射法开门法

注射法开门法（如电击、化学药剂）病毒法

第45页：um重组基因片段基因枪黄金子弹靶细胞基因

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

第46页：在特殊培养基上

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47页：第四节RNA的生物合成

• 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

第48页：两条链都是模板链吗

两条链都是模板链吗？

第49页：不对称转录

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。

第50页：复合体甩掉δ亚基

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12bpDNA-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。

第51页：真核生物1基因

真核生物1基因→1

第52页：基因假基因基因外区域

基因假基因基因外区域Extron外显子——转录为RNAIntron内含子——不转录为

第53页：基因中的外显子转录提问

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。

第54页：转录产物的加工

• 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RNA5`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m

第55页：RNA穿出细胞核

RNA穿出细胞核指导蛋白质合成转录翻译

第56页：第五节逆转录

• 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

第57页：逆转录病毒DNA单链

逆转录病毒DNA单链

第58页：单链病毒DNA复制互补链异源重组病毒RN

单链病毒DNA复制互补链异源重组病毒RNA转录

第59页：免疫系统

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

第60页：

第61页：第六节RNA的复制

• 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RNARNA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

第62页：DNA复制RNA转录蛋白质翻译逆转录复制

DNA复制RNA转录蛋白质翻译逆转录复制中心法则重点