第七章第七章 遗传信息的传递遗传信息的传递复制、转录、翻译复制、转录、翻译1DNARNA蛋白质蛋白质复制复制转录转录反转录反转录翻译翻译遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则Central dogmaCentral dogma23遗传信息传递的中心法则概述遗传信息传递的中心法则概述 生生物物的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的形形式式储储存存在在DNADNA分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序。在在细细胞胞分分裂裂的的过过程程中中，通通过过DNADNA复复制制把把亲亲代代细细胞胞所所含含的的遗遗传传信信息息忠忠实实地地传传递递给给两两个个子子代代细细胞胞。在在子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这些些遗遗传传信信息息通通过过转转录录传传递递给给RNARNA，再再由由RNARNA通通过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上的的氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各各种种各各样样的的生生物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲亲代代相相似似的的遗遗传传特特征征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNARNA病病毒毒能能以以自自己己的的RNARNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNARNA，还还有有一一些些RNARNA病病毒毒能能以以其其RNARNA为为模模板板合合成成DNADNA，称称为为逆逆转转录这是中心法则的补充。录这是中心法则的补充。4 中中心心法法则则总总结结了了生生物物体体内内遗遗传传信信息息的的流流动动规规律律，揭揭示示遗遗传传的的分分子子基基础础，不不仅仅使使人人们们对对细细胞胞的的生生长长、发发育育、遗遗传传、变变异异等等生生命命现现象象有有了了更更深深刻刻的的认认识识，而而且且以以这这方方面面的的理理论论和和技技术术为为基基础础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则5第一部分第一部分 DNA DNA的生物合成的生物合成第二部分第二部分 RNA RNA的生物合成的生物合成第三部分第三部分 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成vDNADNA为遗传信息的储存者为遗传信息的储存者vRNARNA为遗传信息的传递者为遗传信息的传递者v蛋白质为遗传信息的体现者蛋白质为遗传信息的体现者6n原核生物每个细胞中只含有一个染色体，真核生原核生物每个细胞中只含有一个染色体，真核生物每个细胞含有多个染色体。染色体物每个细胞含有多个染色体。染色体DNADNA的复制与的复制与细胞分裂在密切的相互联系。一旦复制完成，就细胞分裂在密切的相互联系。一旦复制完成，就可发动细胞分裂，细胞分裂结束后又可开始新的可发动细胞分裂，细胞分裂结束后又可开始新的一轮一轮DNADNA复制。复制。n细胞内存在极为复杂的系统，以确保细胞内存在极为复杂的系统，以确保DNADNA复制的正复制的正确性，并纠正可能出现的误差。确性，并纠正可能出现的误差。第一部分第一部分 DNA的生物合成的生物合成71 DNA1 DNA的半保留复制的半保留复制2 DNA2 DNA复制的起点和方向复制的起点和方向3 3 原核细胞的原核细胞的DNADNA复制复制4 4 真核细胞的真核细胞的DNADNA复制复制5 5 反转录作用反转录作用6 6 损伤和修复损伤和修复7 7 细菌的限制和修饰系统细菌的限制和修饰系统8 8 基因重组和克隆基因重组和克隆9 9 聚合酶链式反应技术与聚合酶链式反应技术与DNADNA扩增扩增8nDNADNA的每一条链都含有合成它的互补链所必需的全的每一条链都含有合成它的互补链所必需的全部遗传信息。部遗传信息。nDNADNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNADNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新的板链互补的新链，以组成新的DNADNA分子。这样新形分子。这样新形成的两个成的两个DNADNA分子与亲代分子与亲代DNADNA分子的碱基顺序完全分子的碱基顺序完全一样。一样。1.1 DNA1.1 DNA的半保留复制的概念的半保留复制的概念9由由于于子子代代DNADNA分分子子中中一一条条链链来来自自亲亲代代，另另一一条条链链是是新新合合成成的的，这这种种复复制制方方 式式 称称 为为 半半 保保 留留 复复 制制(semiconservation (semiconservation replication)replication) 。10AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中复制过程中子代子代DNA 11如何证明？如何证明？ 全保留式全保留式复制可能的几种方式复制可能的几种方式半保留式半保留式混合式混合式12DNA以以半半保保留留方方式式进进行行复复制制，是是在在1958年年由由M. Meselson 和和 F. Stahl 所所完完成成的的实实验验所证明。所证明。该实验首先将大肠杆菌在含该实验首先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养约十五代，的培养基中培养约十五代，使其使其DNA中的碱基氮均转变为中的碱基氮均转变为15N。然后将大肠杆菌移至只。然后将大肠杆菌移至只含含14N的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNA，作密度梯度离心，将具有不同密度的，作密度梯度离心，将具有不同密度的DNA分离开。分离开。Matthew S. MeselsonFranklin William Stahl 1.2 1.2 半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据13密度梯度实验密度梯度实验实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想的设想14按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNADNA与与亲亲代代DNADNA的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传传信信息息，体体现现了了遗遗传传的的保保守守性性。 DNADNA的的半半保保留留复复制制表表明明DNADNA在在代代谢谢上上的的稳稳定定性性，是是保保证证亲亲代代的的遗遗传信息稳定地传递给后代必要措施。传信息稳定地传递给后代必要措施。1.3 1.3 半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。但不是绝对的。15n复制起始点复制起始点： DNADNA复制要从复制要从DNADNA分子的特定部位开始，此部位称分子的特定部位开始，此部位称复制起始点。复制起始点。n复制子复制子(Replicon)(Replicon) 基基因因组组能能独独立立进进行行复复制制的的单单位位称称为为复复制制子子，每每个个复复制子都含有一个复制起点。制子都含有一个复制起点。它是复制的功能单位。它是复制的功能单位。2 DNA2 DNA复制的起点和方向复制的起点和方向2.1 2.1 概述概述16 在复制的起始点处，在复制的起始点处，DNADNA双链部分解开为单链，双链部分解开为单链，形成叉子形状称形成叉子形状称复制叉复制叉（replication forkreplication fork）。）。172.2 DNA2.2 DNA复制的起点和方向的类型复制的起点和方向的类型1) 1) 两个起点，两个生长端的相向复制两个起点，两个生长端的相向复制 DNADNA每每条条链链有有1 1个个复复制制起起点点，分分别别合合成成1 1条条新新DNADNA，两两条条新新链链相相向向合合成成，每每个个生生长长点点只只有有1 1条条链链合合成成，这种方式存在于线性这种方式存在于线性DNADNA病毒。病毒。2) 12) 1个起点，个起点，1 1个复制区的单向复制个复制区的单向复制 DNADNA两两条条链链的的复复制制起起始始点点在在同同一一位位置置，复复制制向向一一个个方方向向运运动动，两两条条DNADNA链链均均被被复复制制，这这种种方方式式偶偶见见于一些环形于一些环形DNADNA的复制。的复制。3) 13) 1个起点，两个复制区的双向复制个起点，两个复制区的双向复制 这种这种DNADNA复制方式最为普遍，复制起始于复制方式最为普遍，复制起始于1 1个位点，个位点，形成两个复制区向相反方向运动，在每个复制区两形成两个复制区向相反方向运动，在每个复制区两条条DNADNA链均被复制。链均被复制。18DNADNA复制的起点和方向示意图复制的起点和方向示意图19l原核细胞原核细胞DNADNA复制只有一个复制起始区，因此它只有一复制只有一个复制起始区，因此它只有一个复制子。通常细菌、病毒和线粒体的个复制子。通常细菌、病毒和线粒体的DNADNA分子都是作分子都是作为单个复制子完成复制的。为单个复制子完成复制的。l真真核核生生物物的的染染色色体体DNADNA是是线线形形双双链链分分子子，含含有有许许多多复复制制起起点点，因因此此是是多多复复制制子子，每每个个复复制制子子约约有有100-200Kbp100-200Kbp。人体细胞平均每个染色体含有人体细胞平均每个染色体含有10001000个复制子个复制子l病毒病毒DNADNA多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是单复制子。单复制子。 20E.ColiE.Coli DNA DNA复制起点的复制起点的gene mappinggene mapping21E.ColiE.Coli染色体染色体DNADNA复制复制: : 复制时有一个复制复制时有一个复制起点，双向展开，形成起点，双向展开，形成状中间物，直至两个状中间物，直至两个复制叉相遇，这种复制称复制叉相遇，这种复制称复制。复制。 22亲亲代代双双链链（或或单单链链）DNADNA的的一一条条链链在在DNADNA复复制制起起点点处处被被切切开开，其其55端端游游离离出出来来。DNADNA聚聚合合酶酶便便可可以以将将脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸聚聚合合在在3-OH3-OH端端。当当复复制制向向前前进进行行时时，亲亲代代DNADNA上上被被切切断断的的55端端继继续续游游离离下下来来，并并且且很很快快被被单单链链结结合合蛋蛋白白所所结结合合。因因为为55端端从从环环上上向向下下解解链链的的同同时时伴伴有有环环状状双双链链DNADNA环环绕绕其其轴轴不不断断的的旋旋转转，而而且且以以3-OH3-OH端端（+ +）为为引引物物的的DNADNA生生长长链链则则不不断断地地以以另另一一条条环环状状DNADNA链链（- -）为为模模板板向向前前延延伸伸，因因而而称称为滚环为滚环(Rolling circle)(Rolling circle)复制。复制。 噬菌体噬菌体23双双链链环环在在固固定定点点解解开开进进行行复复制制，但但两两条条链链的的合合成成是是高高度度不不对对称称的的，一一条条链链先先复复制制，另另一一条条链链保保持持单单链链而而被被取取代代，在在电电镜镜下下可可以以看看到到呈呈D D环环形形状状。待待一一条条链链复复制制到到一一定定程程度度，露露出出另另一一链链的的复复制制起起点点，另另一一条条链链才才开开始始复复制制。这这表表明明复复制制起起点点是是以以一一条条链链为为摸摸板板起起始始合合成成DNADNA的的一一段段序序列列；两两条条链链的的起起点点并并不不总总在在同同一一点点上上，当当两两条条链链的的起起点点分分开开一一定定距距离离时时就就产生产生D D环（环（D-loopD-loop）复制。）复制。线粒体线粒体243 3 原核细胞的原核细胞的DNADNA复制复制n3.1 3.1 具备的基本条件具备的基本条件n3.2 3.2 参与参与DNADNA复制的酶及蛋白质复制的酶及蛋白质 n3.3 3.3 岡崎片段和半不连续复制岡崎片段和半不连续复制n3.4 3.4 原核生物双链原核生物双链DNADNA复制过程复制过程253.1 3.1 必须具备的基本条件必须具备的基本条件 模板：模板：解开成单链的解开成单链的DNADNA母链母链 原料：原料：底物为底物为dNTPdNTP( (包括包括dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP) ) 聚合酶聚合酶: : 依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶，聚合酶， 引物：一小段引物：一小段RNA ,RNA ,提供提供3 3 -OH-OH末端使末端使dNTPdNTP可以依次可以依次聚合聚合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子263.2.1 DNA3.2.1 DNA聚合酶聚合酶(DNA Polymerase)(DNA Polymerase)共同性质共同性质 11以脱氧核苷酸三磷酸以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)(dNTP)为前体催化合成为前体催化合成DNADNA22需要模板和引物的存在需要模板和引物的存在; ;33不能起始合成新的不能起始合成新的DNADNA链链; ;44催化催化dNTPdNTP加到生长中的加到生长中的DNADNA链的链的3-OH3-OH末端末端; ;55催化催化DNADNA合成的方向是合成的方向是5353。 3.2 3.2 参与参与DNADNA复制的酶及蛋白质复制的酶及蛋白质 DNADNA聚合酶的全称：依赖于聚合酶的全称：依赖于DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶27大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶nE. coli E. coli Has at Least Five DNA PolymerasesHas at Least Five DNA Polymerases分别为分别为DNADNA聚合酶聚合酶I I、IIII、IIIIII、IVIV、V V。2819561956年年KornbergKornberg等在等在E.coliE.coli中发现的第一个中发现的第一个DNADNA聚合酶，聚合酶，是是DNADNA复制研究中的重要里程碑，因此于复制研究中的重要里程碑，因此于19591959年获得诺贝年获得诺贝尔化学奖。尔化学奖。 a) DNA polymerase IDNA polymerase I（pol Ipol I）：）：相对分子量为相对分子量为1030010300，由一条多肽链，由一条多肽链组成，含有一个锌原子，每个大肠组成，含有一个锌原子，每个大肠杆菌细胞约含有杆菌细胞约含有400400个个DNA DNA polymerase I polymerase I 。29功能功能n（1 1）5353聚合作用聚合作用n（2 2）3535核酸外切酶的活性核酸外切酶的活性n（3 3）5353核酸外切酶的活性核酸外切酶的活性n（4 4）焦磷酸解作用）焦磷酸解作用n（5 5）焦磷酸基交换的作用）焦磷酸基交换的作用 因此它属于一种多功能酶因此它属于一种多功能酶30用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶处理用胰蛋白酶或其他蛋白水解酶处理DNA pol IDNA pol I可可以得到两个片段以得到两个片段。大片段：具有聚合酶的活性和大片段：具有聚合酶的活性和3535核酸外切酶的活性，称核酸外切酶的活性，称Klenow Klenow fragmentfragment。是实验室合成。是实验室合成DNADNA，进行分，进行分子生物学研究中常用的工具酶。子生物学研究中常用的工具酶。 小片段：具小片段：具有有5353核酸外切酶核酸外切酶的活性。的活性。 31DNA pol IRNA引物模板链1 1）5353聚聚合作用合作用在引物在引物RNA 3-RNA 3-OHOH末端，以末端，以dNTPdNTP为底物，按模板为底物，按模板DNADNA上的指令由上的指令由DNA polDNA pol逐个逐个将核苷酸加上去，将核苷酸加上去，就是就是DNA polDNA pol的聚合作用。的聚合作用。325 5 至至 3 3 的聚合活性的聚合活性，催化的反应催化的反应： dTTP3(dNMP) n + dNTP (dNMP) n+1 + ppi3 A T G C A A T T G C 5 | | | |5 T A C G ppi T33DNA pol I DNA pol I 5533聚合作用示意聚合作用示意图图3 3 模板模板链链 5 5 5533 DNA pol I 不能不能“从无到有从无到有”，只能从已有的多核，只能从已有的多核苷酸链的苷酸链的3 -OH端延长端延长DNA链，也就是说必须要有链，也就是说必须要有Primer, Primer必须要有一个游离的必须要有一个游离的3 -OH。新链的新链的延长只可沿延长只可沿5 3 方向进行方向进行 。PrimerPrimer-OH-OH34酶酶的的专专一一性性主主要要表表现现为为新新进进入入的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸必必须须与与模模板板DNA配配对对时时才才有有催催化化作作用用。dNTP进进入入结结合合位位点点后后，可可能能使使酶酶的的构构象象发发生生变变化化，促促进进3-OH与与5-PO4结结合合生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键。若若是是错错误误的的核核苷苷酸酸进进入入结结合合位位点点，则则不不能能与与模模板板配配对对，无无法法改变酶的构象而被改变酶的构象而被3-5外切酶活性位点所识别并切除之。外切酶活性位点所识别并切除之。 352）35外切酶活性外切酶活性校对作用校对作用 这种酶活性的主要功能是从这种酶活性的主要功能是从35方向识别和切方向识别和切除不配对的除不配对的DNA生长链末端的核苷酸。对于生长链末端的核苷酸。对于DNA复复制的忠实性极为重要，但对双链不起作用。制的忠实性极为重要，但对双链不起作用。363 3）5353外切酶活性外切酶活性切除修复作用切除修复作用 从从53方方向向水水解解DNA生生长长链链前前方方的的DNA链链，主主要要产产生生5-脱脱氧氧核核苷苷酸酸。这这种种酶酶活活性性在在DNA损损伤伤的的修修复复中中可可能能起起着着重重要要作作用用。对对冈冈崎崎片片段段5末末端端DNA引引物物的的去去除依赖此种外切酶活性。除依赖此种外切酶活性。 375 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 53 3 5 5 外切酶活性外切酶活性 5 5 3 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNA DNA片段片段能辨认错配的碱基对，并将其水解能辨认错配的碱基对，并将其水解核酸外切酶活性核酸外切酶活性 38 Pol 是由一条分子量为是由一条分子量为88Kd的多肽链组成，它的的多肽链组成，它的活性大约只有活性大约只有pol 活性的活性的5%，也要模板和带，也要模板和带3-OH 的的引物，最好的模板是带短的缺口的双链引物，最好的模板是带短的缺口的双链DNA，有有53聚合酶和聚合酶和35核酸外切酶的活性，但没有核酸外切酶的活性，但没有53核酸核酸外切酶的活性，主要用于外切酶的活性，主要用于DNA的修复的修复。 b) Db) DNA Polymerase IINA Polymerase II（DNA pol IIDNA pol II）：）：19701970年和年和19711971年先后分离出年先后分离出pol IIpol II和和pol pol ，39 是由多种蛋白质组成的复合物，每个是由多种蛋白质组成的复合物，每个E. coli约含约含10分子分子DNA pol ，但活性很强，为，但活性很强，为pol 的的15倍，模倍，模板和板和pol 大致相同，除聚合酶活性外，还具有大致相同，除聚合酶活性外，还具有35核酸外切酶核酸外切酶的活性，但无的活性，但无53核酸外切酶的活性，核酸外切酶的活性，DNA pol 是原核细胞是原核细胞DNA复制的主要酶复制的主要酶。这个酶。这个酶的缺陷株往往是致死的。的缺陷株往往是致死的。 c) DNA polymerase c) DNA polymerase (DNA pol ) (DNA pol )：40pol 由由十十种种亚亚基基组组成成不不对对称称异异源源二二聚聚体体结结构构，其其中中 亚亚基基具具有有53聚聚合合DNA的的酶酶活活性性，具具有有复复制制DNA的的功功能能；而而 亚亚基基具具有有35外外切切酶酶的的活活性性，与与DNA复复制制的的校正功能有关。校正功能有关。41大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 II IIDNA聚合酶聚合酶 III III分子量分子量103Kd103Kd88Kd88Kd792Kd792Kd不同种类亚基数目不同种类亚基数目1 1 7 7 10 10聚合速度（核苷酸聚合速度（核苷酸/S/S）16-2016-204040250-1000250-10005353聚合酶活性聚合酶活性3535外切酶活性外切酶活性5353外切酶活性外切酶活性功能功能 校正，修复，校正，修复，去除去除RNARNA引物引物修复修复复制（复制（5353聚合作用）聚合作用）19991999年发现年发现DNA polymeraseIVDNA polymeraseIV和和V V，它们涉及它们涉及DNADNA的错误倾向修复的错误倾向修复42n复复制制时时必必需需解解链链，如如靠靠旋旋转转，则则大大肠肠杆杆菌菌DNADNA要要达达到到每每分分钟钟60006000转转。DNADNA分分子子的的碱碱基基埋埋在在双双螺螺旋旋内内部部，只有把只有把DNADNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。n复制时是用解螺旋酶和拓扑异构酶来解链的。复制时是用解螺旋酶和拓扑异构酶来解链的。3.2.2 3.2.2 解链酶解链酶( (又称解螺旋酶又称解螺旋酶,helicase),helicase)43 利用利用 ATPATP 供能，作用于氢键，供能，作用于氢键， 使使DNADNA双链解开双链解开成为两条单链。成为两条单链。SSBSSBDna BDna C解链方向3.2.2 3.2.2 解链酶解链酶( (又称解螺旋酶又称解螺旋酶,helicase),helicase)44解链酶作用：断裂互补碱基间的氢键作用：断裂互补碱基间的氢键, ,使使DNADNA双链分离形成双链分离形成“复制叉复制叉”。4510 8 局部解链后局部解链后46拓扑异构酶作用特点：拓扑异构酶作用特点： 既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键解解链链过过程程中中，DNA分分子子会会过过度度拧拧紧紧、打打结结、缠缠绕绕、连连环环等等现现象象，均均需需DNA拓拓扑扑异异构构酶酶，改改变变DNA分分子子构象，理顺构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。链，使复制能顺利进行。 分类：分类： 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶3.2.3 3.2.3 拓扑异构酶拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）47拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。DNA拓扑异构酶的作用机制拓扑异构酶的作用机制 483.2.4 单链单链DNA结合蛋白结合蛋白（single strand binding protein, SSB） 螺螺旋旋酶酶沿沿复复制制叉叉方方向向解解开开的的单单链链DNADNA，会会很很快快与与单单链链DNADNA结结合合蛋蛋白白结结合合，防防止止其其重重新新配配对对形形成成双双链链DNADNA或或被被核核酸酸酶酶降降解解。SSBSSB结结合合到到单单链链DNADNA上上后后，使使其其呈呈伸伸展展状状态态，没没有有弯弯曲曲和和结结节节，有有利利于于单单链链DNADNA作作为为模模板板。SSBSSB可可以以重重复复使使用用，当当新新生生的的DNADNA链链合合成成到到某一位置时，该处的某一位置时，该处的SSBSSB便会脱落，并被重复利用。便会脱落，并被重复利用。49 连连接接DNA链链 3 - OH末末端端和和相相邻邻DNA链链5 - P末末端端，使使二二者者生生成成磷磷酸酸酯酯键键 ，从从而而把把两两段段相相邻邻的的DNA链链连连接接成成完整的链。完整的链。ATPOH POH P3.2.5 DNA连接酶连接酶(DNA ligase)功能功能DNA连接酶在复制中起最后连接酶在复制中起最后接合切口的作用接合切口的作用。在在DNA修复、重组及剪接中也起缝合切口作用。修复、重组及剪接中也起缝合切口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。50连连接接酶酶连连接接切切口口MgMg2+2+连接酶连接酶ATPATP或或NADNADAMP+PPiAMP+PPi或或NMN+AMPNMN+AMPATCGP PTTP PP PP PAACCTGAP PACP PP PP PP POHOHTGGATCGP PTTP PP PP PAACCTGAP PACP PP PP PTGGP P切口切口3333555555553333模板链模板链模板链模板链513.2.6 引物酶引物酶(Primase)53 5RNA引物引物55RNA引物引物3 DNA不能从无不能从无有合成，需在一小段有合成，需在一小段RNA引物基引物基础础上合成上合成DNA。RNA引物引物的合成的合成需引物酶，它是一种特殊的需引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶，聚合酶，可合成可合成6-10个碱基的个碱基的RNA引物。引物。52 酶酶或蛋白或蛋白质质 主要作用主要作用 DNADNA聚合聚合酶酶 水解引物、填水解引物、填补补空隙、修复作用空隙、修复作用DNADNA聚合聚合酶酶 DNA DNA复制复制 解解链链酶酶类类 解开解开DNADNA双双链链单链单链DNADNA结结合蛋白合蛋白 维维持已解开持已解开单链单链DNADNA的的稳稳定定拓扑异构拓扑异构酶酶类类 克服解克服解链时链时打打结结及及缠绕缠绕、松、松驰驰或或 引引进负进负超螺旋超螺旋 DNADNA连连接接酶酶 催化双催化双链链DNADNA中中单链单链切口的切口的连连接接引物引物酶酶 合成合成RNARNA引物引物 参与参与DNADNA复制的酶及蛋白质复制的酶及蛋白质 53nDNA分子的两条链是反向平行的分子的两条链是反向平行的3-5 和和5-3，但是复制的方向只能是，但是复制的方向只能是5-354不连续的不连续的滞后链的片段叫作滞后链的片段叫作冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragmentOkazaki fragment）3.3 3.3 岡崎片段和半不连续复制岡崎片段和半不连续复制n在在DNADNA复制时，复制时，1 1条链的合成方向和复条链的合成方向和复制叉的前进方向相同，可连续复制，称制叉的前进方向相同，可连续复制，称为为前导链前导链（leading strandleading strand） ；而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向正好相反，不能连续复制，只能分成几个片正好相反，不能连续复制，只能分成几个片段合成，称为段合成，称为滞后链滞后链（lagging strand)lagging strand)55533 5 3 5 解链方向解链方向复制的半不连续性复制的半不连续性3 5 3 5 解链方向解链方向35335563 5 3 5 解链方向解链方向 复制方向与解链方向相反，须等待解开足复制方向与解链方向相反，须等待解开足够长度的模板链才能继续复制够长度的模板链才能继续复制 ，所得到一条由，所得到一条由不连续片段组成的子链。不连续片段组成的子链。 随从链随从链(lagging strand) (lagging strand) 冈崎片段冈崎片段（ Okazaki fragment Okazaki fragment ） 353355758大肠杆菌大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列复制起点成串排列的重复序列DnaADnaB(解螺旋酶解螺旋酶)SSB大肠杆菌大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型复制起点在起始阶段的结构模型3.4.1 3.4.1 复制的起始复制的起始3.4 3.4 原核生物双链原核生物双链DNADNA复制过程复制过程59nDNA复制的起始阶段，由下列两步构成：复制的起始阶段，由下列两步构成： 1解旋解链，形成复制叉解旋解链，形成复制叉nDnaA蛋蛋白白辨辨认认起起始始点点，由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNA的的超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱基间氢键断裂，形成两条单链碱基间氢键断裂，形成两条单链DNA。n单单链链DNA结结合合蛋蛋白白（SSB）四四聚聚体体结结合合在在两两条条单单链链DNA上上，形形成成复复制制叉叉（replication fork）。602引发体组装和引物合成引发体组装和引物合成n在在E. coli中中，由由解解螺螺旋旋酶酶(DnaB蛋蛋白白) 、DnaC蛋蛋白白(协协助助DnaB)、引引物物酶酶(DnaG蛋蛋白白)和和DNA复制起始区域形成复制起始区域形成引发体引发体(primosome) ；n在在引引物物酶酶的的催催化化下下，以以DNA为为模模板板，合合成成一一段段短短的的RNA片片段段，从从而而获获得得3端端自自由由羟羟基基（3-OH）。）。61引发体的组装引发体的组装Dna ADna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物酶引物酶OHSSB3 5 3 5 62 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-polDNADNA复制的延长过程复制的延长过程63 复制起点解开后形成复制起点解开后形成2 2个复制叉，进行双向复制，前导链个复制叉，进行双向复制，前导链和滞后链的合成都需要和滞后链的合成都需要RNARNA引物，前导链先由引发酶在起点处引物，前导链先由引发酶在起点处合成一段合成一段RNARNA引物，随后引物，随后DNA pol IIIDNA pol III即在引物上加脱氧核苷即在引物上加脱氧核苷酸酸。前导链的合成。前导链的合成与复制叉的移动保持同步与复制叉的移动保持同步。 a) 前前导链的合成导链的合成3.4.2 DNA3.4.2 DNA的延伸的延伸64 后随链的合成是分段进行的，需要不断合成冈崎片段的后随链的合成是分段进行的，需要不断合成冈崎片段的RNARNA引物，然后由引物，然后由DNA pol IIIDNA pol III加入脱氧核苷酸。加入脱氧核苷酸。 b) b) 滞后链的合成滞后链的合成65 滞后链的合成比较复杂，由于滞后链的合成比较复杂，由于DNADNA的两条互补链方向相的两条互补链方向相反，为使滞后链能与前导链被同一个反，为使滞后链能与前导链被同一个DNA pol IIIDNA pol III不对称二不对称二聚体所合成，聚体所合成，后随链必须绕成一个环状后随链必须绕成一个环状（looploop）。）。 后随链后随链前导链前导链66DNADNA聚合酶聚合酶催化先导链和随从链同时合成催化先导链和随从链同时合成67复复制制过过程程简简图图683.4.3 复制的终止复制的终止n在复制过程中形成的在复制过程中形成的RNA引物，需由引物，需由RNA酶酶来水解来水解去除；去除；nRNA引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由DNA聚合酶聚合酶（原（原核生物）或核生物）或DNA聚合酶聚合酶 （真核生物）催化延长缺（真核生物）催化延长缺口处的口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。（1）去除引物，填补缺口）去除引物，填补缺口：（2）连接冈崎片段：）连接冈崎片段：n在在DNA连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯键，连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。长链。 695 5 5 RNA酶酶OH P5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接70n解旋解旋：由：由拓扑异构酶拓扑异构酶解除解除DNA的超螺旋结构。的超螺旋结构。n解链解链：由：由解链酶解链酶使双链使双链DNA解开再由单链结合蛋白解开再由单链结合蛋白与单链结合，防止氢键再形成。与单链结合，防止氢键再形成。n识别起点识别起点：由：由DNA指导的指导的RNA聚合酶即聚合酶即引物酶引物酶完完成。成。n生成引物生成引物：以：以DNA为模板在为模板在引物酶引物酶催化下由催化下由DNA转录成。转录成。nDNA的生成的生成：在：在RNA引物引物3末端上按碱基互补原则末端上按碱基互补原则经经DNA聚合酶聚合酶III催化生成，其催化生成，其3末端与下一个末端与下一个RNA引物引物5末端相连。末端相连。3.4.4 DNA3.4.4 DNA合成步骤总结合成步骤总结71n切除引物切除引物：由：由DNA聚合酶聚合酶I催化切除引物催化切除引物n补齐封口补齐封口：DNA聚合酶聚合酶I利用其利用其DNA聚合酶活性聚合酶活性按碱基互补原则沿按碱基互补原则沿5-3方向填补两个冈崎片段方向填补两个冈崎片段之间的缺口。其之间的缺口。其3末端羟基与下一个末端羟基与下一个DNA片段片段5末端相连磷酸基，在末端相连磷酸基，在DNA连结酶连结酶催化下形成磷催化下形成磷酸二酯键而被连结起来，最终形成酸二酯键而被连结起来，最终形成DNA模板链模板链的完整新的互补链，此部由的完整新的互补链，此部由NAD+供能。供能。72G1G2SM哺乳动物的细胞周期哺乳动物的细胞周期DNA合成合成 (synthesis) 期期4 4 真核细胞真核细胞DNADNA的复制的复制细胞能否分裂，取决于进入细胞能否分裂，取决于进入S期及期及M期这两个关键点。期这两个关键点。G1S及及G2M的调节，与蛋白激酶活性有关。的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。调控作用。734.1 4.1 真核细胞真核细胞DNADNA多个起点复制多个起点复制744.2 真核细胞中真核细胞中DNA聚合酶的性质聚合酶的性质 定位定位细胞核细胞核 细胞核细胞核线粒体线粒体细胞核细胞核细胞核细胞核聚合作用：聚合作用：53 53 外切酶活性外切酶活性3535功能功能复制复制引发引发修复修复线粒体线粒体DNADNA合成合成核核DNADNA合成合成修复修复754.3 真核生物的复制终止真核生物的复制终止1 1，染色体，染色体DNADNA呈线状，复制在末端停止呈线状，复制在末端停止5555水解、聚合、连接水解、聚合、连接55552 2，连接不连续片段，连接不连续片段76n端粒（端粒（telomere）是是指真核生物染色体线指真核生物染色体线性性DNA分子末端的结分子末端的结构部分，通常膨大成构部分，通常膨大成粒状。粒状。4.4 端粒端粒77以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。伊丽莎白伊丽莎白布莱克本布莱克本卡萝尔卡萝尔格雷德格雷德杰克杰克绍斯塔克绍斯塔克78功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点端粒的结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。 末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G、T碱基碱基的短的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG79n线性线性DNA在复制完成后，其末端由于引物在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。的催化下，进行延长反应。端端粒粒酶酶是是一一种种RNA-蛋蛋白白质质复复合合体体，它它可可以以其其RNA为为模模板板，通通过过逆逆 转转 录录 过过 程程 对对 末末 端端DNA链进行延长。链进行延长。端粒酶的分子结构端粒酶的分子结构80端粒酶的爬行模型（动画演示）端粒酶的爬行模型（动画演示）8182端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型83DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链进一步加工进一步加工84真核和原核真核和原核DNADNA细胞复制比较细胞复制比较855 5 反转录反转录(reverse transcription)(reverse transcription)反转录反转录: :以以RNARNA为模板，为模板，dNTPdNTP为原料，反转录酶催化，为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成按碱基配对规律合成DNADNA的过程。的过程。 DNADNA转录转录RNARNARNA(RNA(病毒病毒) )反转录反转录5.1 5.1 概念概念86依赖依赖DNA指导下的指导下的DNA聚合酶活力聚合酶活力依赖依赖RNA的的DNA聚合酶活力聚合酶活力核糖核酸酶核糖核酸酶H活力活力逆转录酶三种功能逆转录酶三种功能5.2 5.2 逆逆转录酶转录酶 ( (依赖依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶聚合酶) )RNA-dependent DNA polymerase, RDDPRNA-dependent DNA polymerase, RDDP87逆转录过程中逆转录过程中cDNA的合成的合成依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸核糖核酸酶酶H活力活力依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶RDDPRDDP催化反催化反应应示意示意图图n反应时模板与引物以氢键相连，在引物反应时模板与引物以氢键相连，在引物3羟基末端开始以羟基末端开始以5-3方向方向进行进行DNA的聚合、延伸。合成的的聚合、延伸。合成的DNA以共价键相以共价键相连，形成连，形成DNA-RNA杂合体杂合体。在。在DNA指导的指导的DNA聚合酶催聚合酶催化下以杂合体中的化下以杂合体中的DNA为模板合成一条为模板合成一条DNA互补链互补链，形成，形成新的新的DNA分子。分子。885.3 5.3 逆转录研究的意义逆转录研究的意义 n逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现，重大发现，扩充了中心法则。扩充了中心法则。n逆转录现象说明：至少在某些生物，逆转录现象说明：至少在某些生物，RNARNA同样兼有同样兼有遗传信息传代与表达功能，与真核细胞分裂和胚遗传信息传代与表达功能，与真核细胞分裂和胚胎发育有关。胎发育有关。n对逆转录病毒的研究，拓宽了对逆转录病毒的研究，拓宽了2020世纪初已注意到世纪初已注意到的病毒致癌理论。的病毒致癌理论。 n逆转录酶是分子生物学重要工具酶。逆转录酶是分子生物学重要工具酶。89n遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为可称为突变突变 mutation）n从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改分子上碱基的改变。变。n在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤（DNA damage）6.1 DNA6.1 DNA的损伤和修复的损伤和修复906.1.1 突变的意义突变的意义（1）突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础 自发突变自发突变/自然突变自然突变 （2）突变导致基因型改变突变导致基因型改变 没有可察觉的表型改变没有可察觉的表型改变 个体之间基因型的差别称为个体之间基因型的差别称为多态性多态性（3）突变导致死亡突变导致死亡（4）突变是某些疾病的发病基础突变是某些疾病的发病基础916.1.2 引发突变的因素引发突变的因素由由紫紫外外线线、电电离离辐辐射射、X射射线线等等引引起起的的DNA损损伤伤。其其中中，X射射线线和和电电离离辐辐射射常常常常引引起起DNA链链的的断断裂裂，而而紫紫外外线线常常常常引引起起嘧嘧啶啶二二聚聚体体的的形形成成，如如TT，TC，CC等等二二聚聚体体。这这些些嘧嘧啶啶二二聚聚体体由由于于形形成成了了共共价价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。 (1) 物理因素物理因素92(2) 化学因素化学因素936.1.3 突变的类型突变的类型(1) 点突变（点突变（point mutation） 指指DNADNA分子上一个碱基的变异分子上一个碱基的变异发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一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。嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘧啶变嘌呤。 颠换颠换94正常成人正常成人Hb (HbA)Hb (HbA)N Npro pro gluglu glu glu C C镰形红细贫血病人镰形红细贫血病人Hb (HbS)Hb (HbS)N N pro pro valval glu glu C CCTCGAGCA ACGTG95(2) 缺失（缺失（deletion）、插入）、插入 ( insertion )缺失缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失大分子上消失插入插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间大分子中间谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 5 G G C C A A G U AG U A C A UC A U G U CG U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 5 G A GG A G U A GU A G A U CA U C U C U C 缺失缺失C插入和缺失引起的突变称为插入和缺失引起的突变称为框移突变框移突变 ( frame-shift mutation ) 96(3) 重排（重排（rearrangement）DNA分子内发生较大片断的交换，也称为重组分子内发生较大片断的交换，也称为重组由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型976.1.4 DNA损伤的修复损伤的修复(repair) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。复为原有的天然状态。光修复光修复(light repair)切除修复切除修复(excision repair)重组修复重组修复(recombination repair)SOS修复修复 修复的主要类型：修复的主要类型：无差错修复无差错修复有差错倾向修复有差错倾向修复98n这这是是一一种种广广泛泛存存在在的的修修复复作作用用，但但哺哺乳乳动动物物细细胞胞缺乏，缺乏，能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。n修复过程由修复过程由光修复酶光修复酶(photolyase)催化完成。催化完成。(1) 光修复（光修复（light repair）光修复酶的光修复酶的分子结构分子结构光光99其修复过程为：其修复过程为：光光修修复复酶酶(photolyase)识识别别嘧嘧啶啶二二聚聚体体并并与与之之结结合合形形成复合物。成复合物。在在300600nm可可见见光光照照射射下下，酶酶获获得得能能量量，将将嘧嘧啶啶二聚体的丁酰环打开。二聚体的丁酰环打开。光修复酶从光修复酶从DNA上解离。上解离。 100n是是修修复复DNA损损伤伤最最为为普普遍遍的的方方式式，可可适适用用于于多多种种DNA损损伤伤的的修修复复。对对多多种种DNA损损伤伤包包括括碱碱基基脱脱落落形形成成的的无无碱碱基基位位点点、嘧嘧啶啶二二聚聚体体、碱碱基基烷烷基基化化、单单链链断断裂裂等等都都能能起起修修复复作作用用。这这种种修修复复方方式式普普遍遍存存在在于于各各种种生生物物细细胞胞中中，也也是是人人体体细细胞胞主主要要的的DNA修复机制。修复机制。 n切切除除修修复复机机制制的的基基本本过过程程是是将将受受损损的的DNA片片段段切切除除，然然后后再再以以对对侧侧链链为为模模板板，重重新新合合成成新新链链进进行行修复。修复。(2) 切除修复切除修复(excision repair)101n这是这是DNA的复制过程的复制过程中所采用的一种有差错中所采用的一种有差错的修复方式。的修复方式。 先复制先复制后修复后修复n修复时，利用重组蛋白修复时，利用重组蛋白RecA的核酸酶活性，的核酸酶活性，将另一股健康亲链与损将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换。伤缺口相互交换。(3) 重组修复重组修复(recombination repair)RecA的分子结构的分子结构102RecARecA重组蛋白修复重组蛋白修复DNADNA示意图示意图又称复制后修复。受损伤的又称复制后修复。受损伤的DNADNA在进行复制时，跳过损伤部位，在进行复制时，跳过损伤部位，在子代在子代DNADNA链与损伤相对应部位链与损伤相对应部位出现缺口。通过分子间重组，从出现缺口。通过分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再片段移至子链的缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上母链的用合成的多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即重复修复。空缺，此过程即重复修复。并非并非完全校正完全校正。重组修复中原损伤没。重组修复中原损伤没有除去，但若干代后可逐渐稀释，有除去，但若干代后可逐渐稀释，消除其影响。消除其影响。103当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出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。一系列复杂的反应。在在E. coli中，各种与修复有关的基因，组成一个中，各种与修复有关的基因，组成一个称为称为调节子调节子(regulon)的网络式调控系统。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。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。突变。(4) SOS修复（修复（SOS Repair）104第二部分第二部分 RNA RNA的生物合成的生物合成n在生物界中，在生物界中，RNA合成有两种方式：合成有两种方式：一是一是DNA指导的指导的RNA合成，也叫转录，此为生物体内合成，也叫转录，此为生物体内的主要合成方式，也是的主要合成方式，也是本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容。另一种是另一种是RNA指导的指导的RNA合成（合成（RNA-dependent RNA synthesis），也叫），也叫RNA复制（复制（RNA replication），由），由RNA依赖的依赖的RNA聚合酶（聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase）催化，常见于病毒）催化，常见于病毒（如（如SARS），是逆转录病毒以外的），是逆转录病毒以外的RNA病毒在宿主细病毒在宿主细胞以病毒的单链胞以病毒的单链RNA为模板合成为模板合成RNA的方式。的方式。105n在在RNA聚聚合合酶酶的的催催化化下下，以以一一段段DNA链链为为模模板板合合成成RNA，从从而而将将DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息传传递递给给RNA的的过过程程称称为为转转录录（transcription）。转录转录RNADNA 转录的概念转录的概念106复制和转录的区别复制和转录的区别 1071 DNA指导的指导的RNA合成合成转录转录n1.1 1.1 参与转录的物质参与转录的物质n1.2 RNA1.2 RNA聚合酶和聚合酶和转录的模板转录的模板n1.3 1.3 原核生物的转录过程原核生物的转录过程n1.4 1.4 真核细胞的转录作用真核细胞的转录作用n1.5 1.5 转录过程中的选择性抑制转录过程中的选择性抑制n1.6 1.6 转录产物的加工转录产物的加工1081.1 1.1 参与转录的物质参与转录的物质原料原料: : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: : DNA酶酶: : RNA聚合酶聚合酶(RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子109nRNA聚合酶能直接启动聚合酶能直接启动RNA链的合成链的合成DNA依赖的依赖的RNA聚合酶催化合成聚合酶催化合成RNARNA合成的化学机制与合成的化学机制与DNA依赖的依赖的DNA聚合聚合酶催化酶催化DNA合成相类似。合成相类似。1.2.1 1.2.1 依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase, DDRP)(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + ppiRNA延长的延长的RNA110nE.ColiE.Coli中中的的RNARNA聚聚合合酶酶由由5 5种种亚亚基基2 2 组组成成全全酶酶（holoenzymeholoenzyme）。其其中中亚亚基基可可以以受受到到利利福福平平或利福霉素抑制。或利福霉素抑制。1.2.2 E.coli RNA1.2.2 E.coli RNA聚合酶各亚基的大小与功能聚合酶各亚基的大小与功能111n没没有有亚亚基基的的酶酶称称为为核核心心酶酶（core core enzymeenzyme），只只催催化化链链的的延延长长；加加入入亚亚基基后后，全全酶酶才才具具有有起起始始合合成成RNARNA的的能能力力，因因此此，亚亚基称为基称为起始因子起始因子。112核心酶核心酶n试管内的核心酶能催化试管内的核心酶能催化RNA的合成的合成试管内含有模板（试管内含有模板（DNA）、核心酶、底物（）、核心酶、底物（NTP）但是没有固定的起始点，也不能区分双链但是没有固定的起始点，也不能区分双链DNA的模板的模板链和编码链链和编码链n活的细胞转录起始需要全酶，但转录进行到延长活的细胞转录起始需要全酶，但转录进行到延长阶段，则仅需要核心酶。阶段，则仅需要核心酶。113亚基亚基n能识别模板上的信息链和启动子，保证转录能从能识别模板上的信息链和启动子，保证转录能从固定的正确位置开始。固定的正确位置开始。n在转录延长时（首个磷酸二酯键形成后）脱落，在转录延长时（首个磷酸二酯键形成后）脱落，可以反复使用，所以与转录延长无关。可以反复使用，所以与转录延长无关。1141.2.3 RNA1.2.3 RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应A AC CG GA AC CG GU UU U模板模板DNADNA5 5 3 3 5 5 3 3 新合成新合成RNARNAn不需引物不需引物，催化形成第一个，催化形成第一个3,5-磷酸二酯键，沿磷酸二酯键，沿 53方向延伸方向延伸RNA链。底物：链。底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）；）；没有校正功能没有校正功能115n能够转录能够转录RNA的那条的那条DNA链称为链称为模板链模板链(template strand) ，也称作，也称作有义链有义链或或Watson链链。 n与模板链互补的另一条与模板链互补的另一条DNA链称为链称为编码链编码链(coding strand)，也称为，也称为反义链反义链或或Crick链链。 模板链模板链编码链编码链5533551.2.4 1.2.4 转录的模板转录的模板1165GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 5编码链编码链模板链模板链mRNA5GCAGUACAUGUC 3转录转录NAla Val His Val C蛋白质蛋白质翻译翻译模板链、编码链与转录及翻译的关系模板链、编码链与转录及翻译的关系1171.2.5 1.2.5 不不对对称称转录转录nDNA片段转录时，双链片段转录时，双链DNA中只有一条链作为转录中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作的模板，这种转录方式称作不对称转录不对称转录。n不对称转录的两方面含义：不对称转录的两方面含义：DNA 分子上的一条链可转录，另一条不转录分子上的一条链可转录，另一条不转录；不同的基因，模板链并非永远在同一单链上不同的基因，模板链并非永远在同一单链上。由。由于基因分布于不同的于基因分布于不同的DNA单链中，即某条单链中，即某条DNA单单链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编链对某个基因是模板链，而对另一个基因则是编码链。码链。细胞内细胞内DNA不是其全长都可作为转录模板。不是其全长都可作为转录模板。1185 5 3 3 3 3 5 5 模板模板链链编码链编码链转录方向转录方向转录方向转录方向1191.3 1.3 原核生物的转录过程原核生物的转录过程nRNA链的转录，起始于链的转录，起始于DNA模板的一个特定位点，模板的一个特定位点，并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。并在另一位点终止，此转录区域称为一个转录单位。一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。多个基因（原核）。n基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段基因的转录是有选择性的，细胞不同生长发育阶段和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。和细胞环境条件的改变，将转录不同的基因。n转录的起始由转录的起始由DNA上的启动子区控制，转录的终止上的启动子区控制，转录的终止由由DNA上的终止子控制，转录是通过上的终止子控制，转录是通过DNA指导的指导的RNA聚合酶来实现的。聚合酶来实现的。1201.3.1 1.3.1 转录起始转录起始转录起始需解决两个问题：转录起始需解决两个问题：1) RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。的起始区域。2) DNA双链解开，使其中的一条链作为转双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。录的模板。121（1 1）启动子（）启动子（promoterpromoter）的概念：）的概念： RNA 聚合酶与模板聚合酶与模板DNA结合的特定部位，是基因转结合的特定部位，是基因转录的开始部位录的开始部位。原核生物启动子的原核生物启动子的3个功能部位个功能部位：1.转录起始点转录起始点, 常标以常标以+1,第第1个核苷酸为嘌呤核苷酸个核苷酸为嘌呤核苷酸(A或或G)，上游或下游，上游或下游, +或或-表示表示 。2.结合部位结合部位, 长度为长度为7bp, -10区区,有一共有序列有一共有序列(-TATAATPu-, 又称又称Pribnow box) 。3.RNA聚合酶的聚合酶的识别部位识别部位, 由约由约6bp, -35区区。122开始转录开始转录(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子的保守序列原核生物启动子的保守序列T T G A C AA A C T G T-35 区区RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site) 5 5 RNA聚合酶结合区聚合酶结合区结构基因结构基因3 3 123RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 1242、DNA局部双链解开，形成局部双链解开，形成开放转录复合体开放转录复合体。1、RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( 2)辨认并结合于启动辨认并结合于启动子部位，形成子部位，形成闭合转录复合体闭合转录复合体。3、在、在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。成转录起始复合物。RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi（2 2）转录的起始过程：）转录的起始过程：125E.ColiE.Coli的转录和延长的转录和延长1261.3.2 1.3.2 转录延长转录延长a) 亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶聚合酶核心酶核心酶变构，与模板变构，与模板结合松弛结合松弛，沿着，沿着DNA模板前移；模板前移；b) 核心酶核心酶沿模板链沿模板链35方向移动，方向移动，在在核心酶核心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链链按碱基配对规律沿按碱基配对规律沿53方向延伸方向延伸 c) “转录泡转录泡”和和DDRP不断移动不断移动(单链模板不断暴露单链模板不断暴露)，转录连续不断地进行。转录连续不断地进行。d) 新生链与模板链形成新生链与模板链形成杂化双链杂化双链，该杂化分子结构，该杂化分子结构不稳定，不稳定，RNA链游离后，链游离后，DNA双链重新形成双链重新形成。 127128原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象同一同一DNA模板多个转录同时进行。模板多个转录同时进行。转录未完成，翻译已进行。转录未完成，翻译已进行。129 当核心酶沿模板当核心酶沿模板35方向移动到终止信号方向移动到终止信号区域时，转录就终止。提供终止信号的区域时，转录就终止。提供终止信号的DNA序列序列称称终止子终止子。1.3.3 1.3.3 链的终止：链的终止：a）依赖）依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止由终止因子（由终止因子（ 因子）识别特异的终止信号，因子）识别特异的终止信号，并促使并促使RNA的释放。的释放。RNA转录合成的终止机制有两种：转录合成的终止机制有两种：b）非依赖）非依赖Rho的转录终止的转录终止130a) 非依赖非依赖 Rho因子的转录终止（因子的转录终止（强终止子）强终止子）DNA模板上靠近终止处，有些模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序特殊的碱基序列列，转录出，转录出RNA后，后，RNA产物形成特殊的发夹形产物形成特殊的发夹形二级结构来终止转录。二级结构来终止转录。 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿； 使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。转录终止的机理转录终止的机理131不依赖于不依赖于因子的终止：这类终止子结构上有因子的终止：这类终止子结构上有2 2个特征个特征（1 1）DNADNA链的链的33端附近有端附近有回文结构回文结构，富含富含G-CG-C碱基碱基，转录而形成的，转录而形成的RNARNA具有具有茎环的发夹形结构（茎环的发夹形结构（hairpin hairpin structurestructure） （2）发夹结构末端紧跟）发夹结构末端紧跟6个个连续的连续的U132133 b) b) 依赖依赖的终止子（弱终止子）的终止子（弱终止子）必需在必需在因子帮助下，因子帮助下，识别识别DNADNA链上的终止信号，才链上的终止信号，才发生终止作用。发生终止作用。因子因子功能：功能： (1) (1)能帮助能帮助DDRPDDRP识别终止信号并停止转录识别终止信号并停止转录 (2) (2)具有具有ATPATP酶和解链酶活性，使酶和解链酶活性，使RNA-DNARNA-DNA杂化分子杂化分子解链，从而释放转录产物解链，从而释放转录产物RNARNA分子分子134n原核生物中的终止因子原核生物中的终止因子 蛋蛋白白是一种六聚体的蛋白质，是一种六聚体的蛋白质，亚基的分子量为亚基的分子量为50kd。n 蛋白蛋白能识别转录终止信号，能识别转录终止信号，并与并与RNA紧密结合，导致紧密结合，导致RNA的释放。的释放。 蛋白蛋白135ATP依赖依赖 Rho Rho因子的转录终止因子的转录终止1361.3.4 RNA1.3.4 RNA转录过程总结转录过程总结nRNA转录由起始、延伸、终止三个阶段组成。转录由起始、延伸、终止三个阶段组成。n起始：起始：RNA聚合酶在聚合酶在亚基的引导下结合于启动亚基的引导下结合于启动子；子；DNA双链局部解开；在模板链上通过碱基配双链局部解开；在模板链上通过碱基配对合成最初对合成最初RNA链。链。n延伸：核心酶沿着延伸：核心酶沿着DNA链由链由3 5的方向移动，的方向移动，RNA链按碱基配对规律沿链按碱基配对规律沿53方向延伸。方向延伸。n转录区间的转录区间的DNA双链解螺旋，而转录完的区间双链解螺旋，而转录完的区间DNA又恢复双螺旋结构。又恢复双螺旋结构。n终止：核心酶到达终止子，终止：核心酶到达终止子，RNA与核心酶从与核心酶从DNA上脱落。上脱落。137相相同同：要要有有模模板板，需需要要解解链链，新新链链延延伸伸方方向向53，碱碱基基的的加加入严格遵循碱基配对原则入严格遵循碱基配对原则。相异：相异：1.复制需要引物，复制需要引物，转录不需引物。转录不需引物。2.不对称转录，转录只涉及不对称转录，转录只涉及DNA分子受限的部分片断。分子受限的部分片断。3.复制是复制是半不连续的，转录是连续的半不连续的，转录是连续的。4.聚合酶不同聚合酶不同: DNA聚合酶；聚合酶；RNA聚合酶聚合酶5.转转录录时时，RNA聚聚合合酶酶只只有有53聚聚合合作作用用，无无外外切切酶酶活活性性。RNA聚合酶聚合酶无校对功能。无校对功能。6.原料原料不同不同:dNTP；NTP7.碱基配对不同碱基配对不同:dA-dT；dA-U8.产物不同产物不同:子代双链子代双链DNA；mRNA,rRNA,tRNA1.3.5 1.3.5 转录与转录与DNADNA复制的异同：复制的异同：138真核细胞真核细胞RNA pol种类较多，根据它们对种类较多，根据它们对-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱的敏感性不同分为的敏感性不同分为RNA pol I 、II 、III，它们是高度，它们是高度分工的，分工的，不同的不同的RNA聚合酶负责合成不同的聚合酶负责合成不同的RNA。 1.4 1.4 真核细胞的转录作用真核细胞的转录作用1.4.1 1.4.1 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶139n不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上不同物种、不同细胞或不同的基因，转录起始点上游可以有不同的游可以有不同的DNA序列，但这些序列都统称为序列，但这些序列都统称为顺顺式作用元件（式作用元件（cis-acting element）。1.4.2 1.4.2 转录起始需要启动子、转录起始需要启动子、RNARNA聚合酶聚合酶和转录因子的参与和转录因子的参与（1）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列）转录起始前的上游区段具有启动子核心序列140典型的真核生物基因上游序列典型的真核生物基因上游序列n顺式作用元件包括顺式作用元件包括启动子、启动子上游元件等启动子、启动子上游元件等近近端调控元件和端调控元件和增强子增强子等远端序列。等远端序列。n起始点上游多数有共同的起始点上游多数有共同的TATA序列序列，称为，称为TATA盒（盒（TATA box）。通常认为这就是）。通常认为这就是启动子的核心启动子的核心序列序列。TATA-3053+1转录起始子转录起始子TATA盒盒调控序列调控序列141n许多许多RNA聚合酶聚合酶识别的启动子具有保守的共有识别的启动子具有保守的共有序列：位于转录起始点附近的序列：位于转录起始点附近的起始子起始子（initiator，Inr）。）。n启动子上游元件启动子上游元件是位于是位于TATA盒上游的盒上游的DNA序列，序列，多在转录起始点多在转录起始点-40-100 nt的位置，比较常见的的位置，比较常见的是是GC盒和盒和CAAT盒。盒。n增强子增强子是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的或远隔特定基因表达的DNA序列。序列。142转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶转录的基因转录的基因及其转录起始上游序列及其转录起始上游序列AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体143n能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋的蛋白质，统称为反式作用因子（白质，统称为反式作用因子（trans-acting factors）。现已发现数百种。）。现已发现数百种。n反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，聚合酶的，则称为转录因子（则称为转录因子（transcriptional factor，TF）。）。（2）转录因子）转录因子144参与参与RNA-pol转录的转录的TF 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（ ） 34（ ）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促进促进RNA-pol结合及作结合及作为其他因子结合的桥梁为其他因子结合的桥梁33TFB稳定稳定TFD-DNA复合物复合物12，19，35TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TAF*结合结合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亚基组成，分子量亚基组成，分子量(kD)转录因子转录因子145n真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。而需依靠众多的转录因子。n一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个转录个转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活因子。转录因子之间互相结合，生成有活性，有专一性的复合物，再与性，有专一性的复合物，再与RNA聚合酶聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。146iPS细胞细胞（inducedpluripotentstemcell）4种干细胞转录因子种干细胞转录因子Oct4、Sox2、Klf4和和c-Myc1472006年日本年日本Shinya Yamanaka在在Cell上首次报道了诱上首次报道了诱导多能干细胞导多能干细胞iPS148149150151152n韩国首尔大学调查委员会公布的最后调查结果。n证实黄禹锡及其研究小组除成功培育出全球首条克隆狗外，其余科研成果均系造假。n伪造包括：2004年论文中所提到的通过人类体细胞克隆早期胚胎而提取的干细胞根本不存在。2005年发表在Science杂志上的论文完全属于造假，将两个干细胞系夸大为11个干细胞系，并且这两个胚胎干细胞也并非体细胞克隆干细胞，而是受精卵胚胎干细胞。1531.5 转录过程中的选择性抑制转录过程中的选择性抑制n原核生物原核生物RNA聚合酶可聚合酶可以被以被利福平利福平抑制，对革兰抑制，对革兰阳性球菌及结核杆菌有很阳性球菌及结核杆菌有很强的抗菌作用。强的抗菌作用。n真核生物真核生物RNA聚合酶根聚合酶根据它们对据它们对-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱（-amanitin）的敏感性）的敏感性RNA聚合酶聚合酶II。鬼笔鹅膏鬼笔鹅膏 1541.6 转录产物的转录产物的加工加工RNA前体前体（初级转录产物，（初级转录产物，primary transcript） 加工加工成熟成熟RNA 各种各种RNA合成时，先以合成时，先以DNA为模板生成分子量为模板生成分子量较大的较大的RNA前体前体(初级转录产物初级转录产物)，然后在专一酶的，然后在专一酶的作用下切除多余的部分，或进行修饰，最后生成有作用下切除多余的部分，或进行修饰，最后生成有活性的活性的成熟成熟RNA，此过程称此过程称RNA转录后的加工。转录后的加工。155几种主要的加工方式几种主要的加工方式1. 剪接剪接(splicing)2. 剪切剪切(cleavage)3. 修饰修饰(modification)4. 添加添加(addition)156n不论原核或真核生物的不论原核或真核生物的rRNAs和和tRNAs都需要转都需要转录后的加工，然后才能成为成熟的录后的加工，然后才能成为成熟的RNA分子。分子。n然而绝大数原核生物的然而绝大数原核生物的mRNA却不需加工，仍为却不需加工，仍为初级转录本的形式。初级转录本的形式。n相反，真核生物从断裂基因产生的相反，真核生物从断裂基因产生的mRNA要经过要经过复杂的加工历程，包括去除内含子的复杂的加工历程，包括去除内含子的剪接反应剪接反应(splicing) 。1571.6.1 rRNA前体的加工：前体的加工：加工过程：加工过程： 1 1、甲基化修饰甲基化修饰：修饰在碱基上。：修饰在碱基上。 2 2、剪切作用剪切作用：需核酸酶参与。：需核酸酶参与。 原核细胞原核细胞rRNA有三种有三种16S、23S和和5SrRNA，这三，这三种种rRNA是是一个转录单位一个转录单位，一起转录的。，一起转录的。158真核细胞有真核细胞有4 4种种rRNArRNA：28S28S、18S18S、5.8S5.8S和和5SrRNA5SrRNA，是两个转，是两个转录单位，录单位，18S18S、5.8S5.8S和和28SrRNA28SrRNA的前体是的前体是45S45S，是一个转录单，是一个转录单位，位，5SrRNA5SrRNA是单独的一个转录单位是单独的一个转录单位。15919个核苷酸个核苷酸四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式的剪接采用自我剪接方式核酶核酶(ribozyme)1601.6.2 tRNA前体的加工过程前体的加工过程tRNA基因由基因由RNA聚合酶聚合酶转录转录。真核真核tRNA前体的剪切、修饰过程与原核相似。前体的剪切、修饰过程与原核相似。（1）剪切剪切（cleavage）和）和剪接剪接（splicing）（2）3端加端加CCA（3）碱基修饰碱基修饰：甲基化、尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶、：甲基化、尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶、脱氨反应，尿苷酸转化为假尿苷酸等。脱氨反应，尿苷酸转化为假尿苷酸等。 161tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA162RNAaseP、内切酶内切酶163tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、连接酶连接酶ADPATP164碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）1651.6.3 真核生物真核生物mRNA前体的加工过程前体的加工过程 n真核生物的真核生物的mRNA前体称为前体称为hnRNA。n原核生物的原核生物的mRNA不需要加工。不需要加工。n真核生物真核生物mRNA的加工包括的加工包括首、尾修饰首、尾修饰和和剪接剪接。166（1）5加帽加帽n大多数真核大多数真核mRNA的的5-末端有末端有7-甲基鸟嘌呤的帽甲基鸟嘌呤的帽子结构，这个加工过程的起始步骤由子结构，这个加工过程的起始步骤由2种酶，种酶，加帽加帽酶酶（capping enzyme）和）和甲基转移酶甲基转移酶（methyltransferase）催化完成。）催化完成。167帽子结构帽子结构1685 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 Pi169帽子结构的意义：帽子结构的意义：n可以使可以使mRNA免遭核酸酶的水解。免遭核酸酶的水解。n也能与帽结合蛋白复合体（也能与帽结合蛋白复合体（cap-binding complex of protein）结合，并参与）结合，并参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成。170（2）3加尾加尾n前体前体mRNA在在3端特异位点断裂并加上多聚腺苷端特异位点断裂并加上多聚腺苷酸尾。酸尾。n尾部修饰是转录终止同时进行的过程。尾部修饰是转录终止同时进行的过程。npolyA的有无与长短，是维持的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板作为翻译模板的活性，以及增加的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。本身稳定性的因素。n一般真核生物在胞浆内出现的一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其，其polyA长长度通常为度通常为100200个核苷酸之间。个核苷酸之间。n前体前体mRNA分子的断裂和加分子的断裂和加polyA尾是多步骤过程。尾是多步骤过程。1713 端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴 (poly A tail)多聚腺苷酸聚合酶多聚腺苷酸聚合酶核酸内切酶核酸内切酶172真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，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，这些基因称为的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因断裂基因(split gene) 。 CABD编码区编码区 A、B、C、D非编码区非编码区（3）剪接）剪接173n外显子外显子（exon or extron）：真核细胞基因）：真核细胞基因DNA中的编码序列，这部分序列可转录为中的编码序列，这部分序列可转录为RNA，并翻，并翻译成蛋白质，也称表达序列。译成蛋白质，也称表达序列。n内含子内含子（intron）：真核细胞基因）：真核细胞基因DNA中的不编中的不编码序列，这部分序列并不编码蛋白质，又称间隔码序列，这部分序列并不编码蛋白质，又称间隔序列或插入序列。序列或插入序列。 n外显子和内含子都被转录在初级转录物（外显子和内含子都被转录在初级转录物（hnRNA or pre-mRNA）中，以后由剪接酶（）中，以后由剪接酶（splicing enzyme）催化剪接）催化剪接去掉内含子去掉内含子，将相邻的，将相邻的外显子外显子连接连接起来，称起来，称剪接剪接（splicing）。）。174鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰175卵清蛋白成熟卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA176mRNA1 872bpABCDEG7 700bpFtranscription卵清蛋白基因177pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反应第一次转酯反应第二次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA剪接过程的二次转酯反应剪接过程的二次转酯反应 (twice transesterification) 178 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工化加工(differential RNA processing)。1.6.4 mRNA的编辑的编辑(mRNA editing) 人类人类apo B基因基因 mRNA（14500个核苷酸）个核苷酸）肝脏肝脏apo B100（分子量为（分子量为500 000）肠道细胞肠道细胞apo B48（分子量为（分子量为240 000）mRNA编辑编辑179 刚才的发言，如刚才的发言，如有不当之处请多指有不当之处请多指正。谢谢大家！正。谢谢大家！180