核酸的生物合成(6).ppt

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录,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,中心法则,第十一章,核酸的生物合成,(N,ucleic acid,Biosynthesis),第一节,DNA,的复制,第二节,RNA,的生物合成,第一节,DNA,的生物合成,(,复制,),DNA Biosynthesis，Replication,一、DNA复制的基本规律,二、DNA复制的酶学,三、DNA生物合成过程,四、逆转录,五、DNA损伤与修复,一、复制的基本规律,复制(,replication),是指遗传物质的传代，以母链,DNA,为模板合成子链,DNA,的过程。,复制,亲代DNA,子代DNA,复制的化学反应,(dNMP),n,+,dNTP (dNMP),n+1,+,PPi,（一）、半保留复制,(semiconservative replication),（二）、双向复制,(bidirectional replication),（三）、半不连续复制 (semi-discontinuous replication),（一）半保留复制(semiconservative replication),1、,概念：,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板，按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整接受过来，另一股单链则完全重新合成，两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致，这种复制方式为半保留复制。,2、实验依据：,密度梯度实验,（,Meselson and Stahl）,密度梯度实验,实验结果支持,半保留复制,的设想,含重氮-DNA的细菌,培养于普通培养液,第一代,继续培养于普通培养液,第二代,梯度离心结果,重DNA,普通 DNA,3、生物学意义：,（1）、,保证遗传信传递的忠实性,（2）、,遗传和变异的统一,复制时，DNA从,起始点(origin),向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为,双向复制,。,复制中的放射自显影图象,（二）、双向复制,(bidirectional replication),A.环状双链DNA及复制起始点,B.复制中的两个复制叉,C.复制接近终止点(termination,ter),ori,ter,A B C,原核生物DNA双向复制,5,3,ori,ori,ori,ori,5,3,5,5,3,3,5,5,3,复制子,3,真核生物DNA多复制子复制,（三）、半不连续复制,(semi-discontinuous replication),顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为,领头链,。,复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为,随从链,。复制中的不连续片段称为,岡崎片段,(okazaki fragment)。,3,5,3,5,解链方向,3,5,3,3,5,领头链,(leading strand),随从链,(lagging strand),岡崎片段,(okazaki fragment),3,5,3,5,解链方向,3,5,3,3,5,领头链,(leading strand),随从链,(lagging strand),领头链连续,复制而,随从链不连续,复制,复制的半不连续性,二、,DNA,复制的酶学,The Enzymology of DNA Replication,参与DNA复制的物质,模板,(template):,解开成,单链的DNA,母链,底物,(,substrate,),:,dNTP,(,d,ATP,dGTP,dCTP,dTTP),引物,(primer):,提供3,-OH,末端使dNTP可以依次聚合,聚合酶,(polymerase):,依赖DNA的DNA聚合酶,，简写 为 DNA-pol,其他的酶和蛋白质因子,复制的化学反应,(dNMP),n,+,dNTP (dNMP),n+1,+,PPi,5,3,C,G,A,（一）、解螺旋酶,(,helicase),利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链,（二）、单链DNA结合蛋白,(single stranded DNA binding protein,SSB,),复制中维持模板处于单链状态并保护单链完整,10,8,局部解链后,（三）、DNA拓扑异构酶,(DNA topoisomerase),解链过程中正超螺旋的形成,拓扑异构酶作用特点,既能水解、又能连接磷酸二酯键,拓扑异构酶,拓扑异构酶,分 类,拓扑异构酶,切断,DNA,双链中,一股,链，使,DNA,解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，,DNA,变为松弛状态,。,反应,不需,ATP,。,拓扑异构酶,切断DNA分子,两股,链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛，不需要ATP。,利用,ATP,供能，DNA分子进入负超螺旋状态，连接断端。,作用机制,（四）、引物酶(primase)：,由Ecoli dnaG编码,特殊的RNA 聚合酶,复制起始时催化生成RNA引物的酶,（五）、,DNA,聚合酶,全称：,依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase),简称：,DNA-pol,活性：,1,.,5,3,的聚合活性：以DNA为模板合成DNA,2.核酸外切酶活性：,5,3,3,5,5 A G C T T C A G G A T,A,3,|,3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5,3,5,外切酶活性,5,3,外切酶活性,切除引物和突变的 DNA片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,核酸外切酶活性,1、原核生物的,DNA,聚合酶,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,功能,：,5,3,聚合酶活性、,5,3,和,3,5,外切酶活性,复制中的,错误校读,，复制和修复中的,空隙填补,。,DNA-pol ,（109kD）,323个氨基酸,小片段,5,核酸外切酶活性,大片段/Klenow 片段,604个氨基酸,DNA聚合酶活性,5,核酸外切酶活性,N 端,C 端,木瓜蛋白酶,DNA-pol ,Klenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。,5,核酸外切酶活性,即时校读,5,3,聚合酶活性,即时校读,DNA pol:,53聚合活性和53外切酶活性,缺刻平移,(nick translation),DNA-pol,（120kD）,DNA-pol II,基因发生突变，细菌依然能存活。,它可能参与,DNA,损伤的,应急状态修复,。,功能：,原核生物复制延长中,真正起催化作用的酶,DNA-pol ,(250kD),为核心酶,：,：5,3,聚合活性,：3,5,外切酶活性,：维系,二聚体作用,：夹稳模板链并使酶沿模板滑动,复合物：促进全酶组装到模板上，增强核心酶的活性,原核生物的,DNA,聚合酶,2、真核生物的DNA聚合酶,DNA-pol,起始引发，有,引物酶,活性。,复制,的主要酶，兼有,解螺旋酶活性,。,参与低保真度的复制。,在复制过程中起,校读、修复和填补空隙,的作用（DNA-pol,),。,在,线粒体DNA,复制中起催化作用。,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,真核生物的DNA聚合酶,目 录,HO,5,3,3,5,DNA连接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,六、,DNA,连接酶,1.断端的,3,-OH,末端，,5,-P,末端,2.连接的是双链中的单链,缺口,3.需要ATP,DNA连接酶作用条件：,复制中起最后,接合缺口,作用。,DNA修复、重组及剪接中起,缝合缺口,作用。,基因工程的重要,工具酶,之一。,DNA连接酶,功能,三、,DNA,生物合成过程,The Process of DNA Replication,（一）、原核生物的DNA生物合成,1、复制的起始：,需要解决两个问题：,1,.,DNA解开成单链，提供模板。,2.合成引物，提供3,-OH末端。,复制,E.coli复制起始点 oriC,GATTNTTTATTT,GATCTNTTNTATT,GATCTCTTATTAG,1 13 17 29 32 44,TGTGGATTA-,-TTATACACA-,-,TTTGGATAA-,-,TTATCCACA,58 66 166 174 201 209 237 245,串联重复序列,反向重复序列,5,3,5,3,（1）,.,DNA解链:有固定的复制起点OriC,反向重复序列,复制叉,DNA双链解开分成两股，各自作为模板进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构。,复制叉的形成,Dna B,、,Dna C,Dna A,3,5,3,5,3,5,3,5,引物,是由引物酶催化合成的短链,RNA,分子。,引物,3,HO,5,引物酶,Dna B,、,Dna C,DNA拓扑异构酶,SSB,含有解螺旋酶(,Dna B),、DnaC、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为,引发体,。,（2）.引发体和引物,（3）、起始的过程,辨认并结合起始位点,打开双螺旋,防止复螺旋,单链结合蛋白,解链酶,引物,引物酶,DnaA,合成,2、复制的延长,复制的延长指在,DNA-pol,催化下，,dNTP,以,dNMP,的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是,磷酸二酯键,的不断生成。,5,3,5,dATP,dGTP,dTTP,dCTP,dTTP,dGTP,dATP,dCTP,OH 3,3,DNA-pol,（1）、领头链的合成,领头链：,顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。,（2）.随从链的合成,随从链：,复制方向与解链方向相反，为不连续复制，这股不连续复制的链称为随从链。,复制中位于随从链上的不连续片段称为,岡崎片段,(okazaki fragment)。,复 制 过 程 动 画,原核生物基因是,环状DNA,，双向复制的复制片段在复制的,终止点(ter)处汇合,。,ori,ter,E.coli,82,32,ori,ter,SV40,50,0,3、复制的终止,5,5,5,RNA酶,OH,P,5,DNA-pol,dNTP,5,5,P,ATP,ADP+Pi,5,5,DNA连接酶,随从链上不连续性片段的连接,哺乳动物的细胞周期,DNA合成期,G,1,G,2,S,M,（二）、真核生物的,DNA,生物合成,细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。,多复制子,复制子(replicon)：,相邻两个复制起点之间的距离。复制子是独立完成复制的功能单位。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。,1、复制的起始,参与者：,DNA-pol,(引物酶活性),pol,(聚合酶、解螺旋酶活性),拓扑酶,复制因子,(replication factor,RF),增殖细胞核抗原,(proliferation cell nuclear antigen,PCNA),(相当于原核生物DNA-pol,亚基，在复制起始和延长中起关键作用),3,5,5,3,领头链,3,5,3,5,亲代DNA,随从链,引物,核小体,2、复制的延长,DNA-pol DNA-pol,染色体DNA呈线状，复制在末端停止。,染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。,3、复制的终止,5,3,3,5,5,3,3,5,+,5,3,3,3,3,5,5,端粒(telomere),指真核生物染色体线性,DNA,分子末端的结构。,功能,维持染色体的稳定性,维持,DNA,复制的完整性,生命的时钟,结构特点:,由末端,单链DNA,序列和,蛋白质,构成。,末端DNA序列是多次重复的富含,T、G,碱基的短 序列。,TTTT,GGGG,TTTT,GGGG,端粒酶的催化延长作用,爬行模型,端粒酶,(telomerase),端粒酶RNA,(human telomerase RNA,hTR),模板,端粒酶协同蛋白,(human telomerase associated,protein 1,hTP1),端粒酶逆转录酶,(human telomerase reverse transcriptase,hTRT),端粒酶的催化延长作用,爬行模型,DNA聚合酶复制子链,目 录,进一步加工,1.亲代DNA为模板，严格遵守碱基配对规律；,2.复制延长时聚合酶对碱基的选择功能；,3.复制出错时DNA-pol的即时校读功能；,4.错配修复机制,DNA复制具有保真性,至少要依赖三种机制：,四、,逆转录和其他复制方式,Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways,（一）、概念,逆转录指遗传信息从RNA流向DNA，是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链。,RNA,DNA,逆转录酶,（二）、逆转录酶(reverse transcriptase),催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA,病毒中都含有此酶。,具有三种酶活性：,RNA指导的DNA聚合酶,RNA酶,DNA指导的DNA聚合酶,RNA 模板,逆转录酶,DNA,-RNA,杂化双链,RNA酶,单链,DNA,逆转录酶,双链,DNA,（三）、逆转录过程,逆转录酶,A AA A,T T T T,AAAA,SI核酸酶,DNA,聚合酶,碱水解,T T T T,获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为,cDNA,法。,以,mRNA,为模板，经逆转录合成的与,mRNA,碱基序列互补的,DNA,链。,试管内合成,cDNA,cDNA,complementary DNA,cDNA,（四）、逆转录研究的意义,逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。,至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。,逆转录病毒的研究，拓宽了病毒致癌理论。,（五）、滚环复制和D环复制,原核生物：,复制,滚环复制（单链DNA病毒）,真核生物：多个复制起点,D环复制（线粒体）,3,-OH,5,-P,5,5,5,3,3,3,3,5,滚环复制,5,5,3,3,5,dNTP,DNA-pol,D环复制(D-loop replication),线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。,五、DNA,损伤（突变）与修复,DNA Damage(Mutation)and Repair,遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为,突变。,在复制过程中发生的DNA突变称为,DNA损伤(DNA damage),。,从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。,（一）、突变的意义,1、突变是进化、分化的分子基础,2、突变导致基因型改变,3、突变导致死亡,4、突变是某些疾病的发病基础,（二）、引发突变的因素,物理因素,紫外线(ultra violet,UV)、各种辐射,UV,化学因素,（三）、突变的分子改变类型,错配(mismatch),缺失(deletion),插入(insertion),重排(rearrangement),框移,(frame-shift),DNA分子上的碱基错配称,点突变(point mutation),。,发生在同型碱基之间，即,嘌呤,代替另一,嘌呤,，或,嘧啶,代替另一,嘧啶,。,（1）转换,发生在异型碱基之间，即,嘌呤,变,嘧啶,或嘧啶变嘌呤。,（,2）,颠换,1、错配,镰形红细胞贫血病人Hb(HbS),亚基,N,-val,his,leu,thr,pro,val,glu,C,肽链,C,A,C G,T,G,基因,正常成人Hb(HbA),亚基,N,-val,his,leu,thr,pro,glu,glu,C,肽链,C,T,C G,A,G,基因,2、缺失,、,插入,和框移,缺失：,一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。,插入：,原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。,框移突变,是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。,缺失或插入都可导致,框移突变,。,谷 酪 蛋 丝,5 ,G,C,A,G U A,C A U,G U C,丙 缬 组 缬,正常,5 ,G A G,U A C,A U G,U C,缺失,C,缺失引起框移突变,3、重排,DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。,由基因重排引起的两种地中海贫血基因型,目 录,（四）、,DNA,损伤的修复,修复(repairing,),是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。,光修复(light repairing),切除修复(excision repairing),重组修复(recombination repairing),SOS修复,修复的主要类型,1、光修复,光修复酶,(photolyase),UV,UvrA,UvrB,UvrC,OH,P,DNA聚合酶,OH,P,2、切除修复,是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由,DNA-pol,和连接酶完成。,DNA连接酶,ATP,E.coli的切除修复机制,切 除 修 复 动 画,3、重组修复,4、SOS,修复,当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。,在E.coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为,调节子(regulon),的网络式调控系统。,这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。,附 录,催化DNA聚合,参与DNA损伤的应急状态修复,修复合成、切除引物、填补空隙,功能,20,40,400,分子数/细胞,10,1,1,亚基数,+,-,+,5,外切酶活性,+,+,+,5,外切酶活性,+,+,+,5,聚合酶活性,pol III,pol II,pol I,E.Coli,中的,DNA,聚合酶,RNA,的生物合成,（,转录,）,RNA Biosynthesis,Transcription,第二节,本节内容,一、转录的酶和模板,二、转录过程,三、真核生物的转录后修饰,转录,(transcription),生物体以,DNA,为模板合成,RNA,的过程。,转录,RNA,DNA,复制和转录的区别,参与转录的物质,原料:,NTP(ATP,UTP,GTP,CTP),模板:,单链,DNA,酶:,RNA,聚合酶,(RNA polymerase,RNA-pol),其他蛋白质因子,一、模板和酶,Templates and Enzymes,（一）、转录模板,1、,不对称转录,(asymmetric transcription),（,1）.,结构基因(structural gene):,DNA分子上转录出RNA的区段。,（2）.,模板链(template strand):,DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，也称作,有,意义链,或,Watson链,。,编码链(coding strand):,DNA双链中与模板链相对的单链，不进行转录，也称为,反义链,或,Crick链,。,5,GCAGTACATGTC,3,3,c g t g a t g t a c a g,5,5,GCAGUACAUGUC,3,N,Ala,Val,His,Val,C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,5,3,3,5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,转录方向,转录方向,2、不对称转录含义,在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录,模板链并非永远在同一条单链上。,（二）、RNA聚合酶,1、原核生物的,RNA,聚合酶,原核生物的,RNA,聚合酶,核心酶(core enzyme),全酶(holoenzyme),RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,2、真核生物的,RNA,聚合酶,（三）、模板与酶的辨认、结合,原核生物一个转录单位可视为一个转录单位，称为,操纵子(operon),，包括若干个,结构基因,及其上游(upstream)的,调控序列,。,5,3,3,5,结构基因,调控序列,RNA-pol,与RNA聚合酶结合启动基因转录的DNA序列，称为,启动子(,promoter),。,RNA聚合酶保护法,目 录,开始转录,T T G A C A,A A C T G T,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T,Pu A T A T T A Py,-10 区,1,-30,-50,10,-10,-40,-20,5,3,3,5,原核生物启动子保守序列,RNA-pol辨认位点,(recognition site),5,5,RNA聚合酶保护区,结构基因,3,3,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,增强子,顺式作用元件,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,转录起始,真核生物启动子保守序列,二、转录过程,The Process of Transcription,（一）、原核生物的转录过程,（二）、真核生物的转录过程,1、转录起始,（1）、RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。,（2）、DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,（一）、原核生物的转录过程,转录起始需解决的问题：,（2）.DNA双链解开,（1）.RNA聚合酶全酶(,2,)与模板结合,（3）.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物,RNApol(,2,)-DNA-pppGpN-OH 3,转录起始复合物:,5,-pppG-OH +,NTP,5,-pppGp,N,-OH 3,+ppi,转录起始过程,2、转录延长,（1）.,亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，沿着DNA模板前移；,（,2）.在,核心酶,作用下，,NTP,不断聚合，RNA链不断延长。,(NMP),n,+,NTP,(NMP),n+1,+,PPi,转录空泡,(transcription bubble)：,RNA-pol(,核心酶),DNA,RNA,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,依赖Rho(,)因子的转录终止,非依赖Rho因子的转录终止,3、转录终止,指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,分类,A T P,（1）.依赖 Rho因子的转录终止,（2）.非依赖 Rho因子的转录终止,DNA,模板上靠近终止区，有些特殊的碱基序列，转录出,RNA,后，,RNA,产物形成特殊的结构来终止转录。,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU,.3,5UUG,CAGCCUGA,CAAA,UCAGGCUG,AUGGCUGGUGACUUUUU,AGUC,ACCA,GCCU,UUUU,.3,RNA,5,TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT,.3,DNA,UUUU,.,UUUU,.,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAU,GGCUGGUGACU,UUUU,AGUCACCAGCC,UUUUU,.3,茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构,茎环结构使转录终止的机理,使RNA聚合酶变构，转录停顿；,使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。,5pppG,5,3,3,5,RNA-pol,（二）、真核生物的转录,（一）转录起始,转录起始时，,RNA-pol,不直接结合模板。,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件,(cis-acting element),1.,转录起始前的上游区段,AATAAA,切离加尾,转录终止点,修饰点,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,OCT-1：ATTTGCAT,八聚体,顺式作用元件(cis-acting element),：,可影响自身基因表达活性的DNA序列。,反式作用因子(trans-acting factors)：,能直接或间接辨认、结合顺式作用元件并反式激活另一基因转录的蛋白质，统称为,反式作用因子,。,2.,转录因子,反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为,转录因子(transcriptional factors,TF),。,锌指(zinc finger),C Cys,H His,常结合GC盒,Zn,Cys,His,参与,RNA-pol,转录的,TF,3.,转录起始前复合物,(pre-initiation complex,PIC),真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。,POL-,TFF,A,B,由RNA-Pol 催化转录的PIC,Pol-,TFF,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,CTD-,P,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化,4.,拼板理论,(piecing theory),一个真核生物基因的转录需要3至5个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。,（二）转录延长,真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。,RNA-pol,前移处处都遇上核小体。,转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。,RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,转录方向,5,-AAUAAA-,5,-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3,mRNA,（三）转录终止,和转录后修饰密切相关,三、真核生物的转录后修饰,Post-transcriptional Modification,（一）、真核生物,mRNA,的转录后加工,1、首、尾的修饰,5,端形成,帽子结构(,m7,GpppGp),3,端加上,多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),帽子结构,5 pppG,5 GpppG,pppG,pi,鸟苷酸转移酶,5,m,7,GpppG,甲基转移酶,SAM,帽子结构的生成,5 pG,磷酸酶,PPi,帽子结构,2、mRNA,的剪接,（1）.,hnRNA,和,snRNA,核内的初级mRNA称为,杂化核RNA(hetero-nuclear RNA,hnRNA),snRNA(small nuclear RNA),核内的蛋白质,小分子核糖核蛋白体,（snRNP）,snRNA,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,断裂基因,(splite gene),C,A,B,D,编码区 A、B、C、D,非编码区,（2）.外显子(exon)和内含子（intron),外显子,在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。,内含子,隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA,剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,目 录,（3）.内含子的分类,根据基因,类型,和,剪接方式,，内含子分4类：,I：,线粒体、叶绿体及低等真核生物,rRNA,基因,；,II：,线粒体、叶绿体,mRNA,基因,；,III：,是常见的形成套索结构后剪接，大多数,mRNA,基因,有此类内含子；,IV：,tRNA,基因,，剪接过程需酶及,ATP,。,（4）.mRNA的剪接,除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,snRNP,与,hnRNA,结合成为,剪接体,UACUACA-AG,UG,U4,U5,U6,E1,E2,U1,U2,UACUACA-AG,UG,U6,E1,E2,U1、U4、U5,pG-OH,(,ppG-OH,pppG-OH,),U,-,OH,GpU,pGpA,第一次转酯反应,第二次转酯反应,UpA,GpU,外显子1,内含子,外显子2,G-,OH,UpU,pGpA,剪接过程的二次转酯反应,(twice transesterification),RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工(differential RNA processing)。,（5）.mRNA的编辑,(mRNA editing),人类apo B基因,mRNA（14500个核苷酸）,肝脏,apo B100,（分子量为500 000）,肠道细胞,apo B48,（分子量为240 000）,mRNA编辑,（二）、,tRNA,的转录后加工,tRNA,前体,RNA pol,TGGCNNAGTGC,GGTTCGANNCC,DNA,RNAaseP、内切酶,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,（2）还原反应,如：U,DHU,（3）核苷内的转位反应,如：U,（4）脱氨反应,如：A,I,如：A,A,m,（1）甲基化,（1）,（1）,（3）,（2）,（4）,3、rRNA的转录后加工,转录,45S-rRNA,剪接,18S-rRNA,5.8S,和,28S-rRNA,rDNA,内含子,内含子,28S,5.8S,18S,（四）、核 酶,具有酶促活性的,RNA,称为核酶。,核酶(ribozyme),四膜虫rRNA内含子的二级结构,四膜虫rRNA的剪接采用,自我剪接,方式,5,-端核苷酸序列,最简单的核酶二级结构,槌头状结构,(hammerhead structure),底物部分,通常为60个核苷酸左右,同一分子上包括有催化部份和底物部份,催化部份和底物部份组成锤头结构,除rRNA外，tRNA、mRNA,的加工也可采用自我剪接方式。,核酶研究的意义,核酶的发现，对中心法则作了重要补充；,核酶的发现是对传统酶学的挑战；,利用核酶的结构设计合成人工核酶。,人工设计的核酶,粗线表示合成的核酸分子,细线表示天然的核酸分子,X 表示一致性序列,箭头表示切断点,本章思考题,1.名词解释,生物化学.静态生化.动态生化.构件分子.生物大分子,2.生物化学发展分为几个阶段?,3.你了解哪些重大生化成就?,4.生命是怎样形成的?,5.生物化学研究哪些内容?,