基因信息傳遞

1、第三篇 基因信息傳遞,中心法則： （The Central Dogma,基因：是為生物活性產(chǎn)物編碼的 DNA 功能片斷, 其產(chǎn)物主要是蛋白質(zhì)及RNA。 復(fù)制（replication） 轉(zhuǎn)錄（transcription） 翻譯（translation） 基因表達(dá)：就是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程,第十章 DNA 的生物合成（復(fù)制,復(fù)制：遺傳信息從親代 DNA 傳遞到 子代 DNA 分子上，稱(chēng)為復(fù)制。 DNA 的生物合成包括三種情況： DNA 復(fù)制 DNA 修復(fù) 逆轉(zhuǎn)錄,第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律,半保留復(fù)制 雙向復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制 高保真性,半保留復(fù)制：復(fù)制時(shí)，母鏈的雙鏈 DNA 解開(kāi)成兩股單鏈，各自作為模 板

2、指導(dǎo)子鏈合成新的互補(bǔ)鏈。 兩個(gè)子代 DNA 分別保留一條親代 DNA 鏈，各自與新合成的互補(bǔ)鏈組 成雙螺旋分子,一、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義,DNA復(fù)制的幾種可能的方式,全保留式,半保留式,混合式,半保留復(fù)制 的試驗(yàn)依據(jù),15N,14N,Messelson 和 Stahl 以試驗(yàn) 證實(shí)了半保留 復(fù)制,子一代,子二代,以15N合成的 DNA 為重鏈 以14N合成的 DNA 為輕鏈,Messelson 和 Stahl 試驗(yàn),半保留復(fù)制的意義,由于 DNA 分子中的堿基互補(bǔ)關(guān)系， 一股鏈可以確定其互補(bǔ)鏈的堿基序 列。按半保留復(fù)制的方式，子代保 留了親代 DNA 的全部遺傳信息,A G A A C

3、T T A G,T C T T G A A T C,A G A A C T T A G,T C T T G A A T C,親代 DNA,子代 DNA,母鏈,母鏈,子鏈,子鏈,通過(guò)半保留復(fù) 制，子代和親 代的 DNA 是 一致的。 因而體現(xiàn)了遺 傳過(guò)程的相對(duì) 保守性,二、雙向復(fù)制,雙向復(fù)制：原核生物從一個(gè)固定 的起始點(diǎn)（ori）開(kāi)始，同時(shí)向兩 個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制，稱(chēng)為雙向復(fù)制,由放射自顯影在電鏡下的 圖像揭示了復(fù)制的過(guò)程,復(fù)制叉：復(fù)制時(shí)雙鏈打開(kāi)，分開(kāi) 成兩股，新鏈沿著張開(kāi)的模板生 成，形成復(fù)制叉。 真核生物的染色體有多個(gè)復(fù)制起 始點(diǎn)。 復(fù)制子：兩個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)之間的 DNA 片段稱(chēng)為復(fù)制子,真核,原

4、核,三、復(fù)制的半不連續(xù)性,岡崎片段（Okazaki fragment,DNA 復(fù)制中，一股鏈?zhǔn)强梢赃B續(xù)進(jìn) 行的，成為領(lǐng)頭鏈。其合成方向與 復(fù)制叉的前進(jìn)方向相同。 另一股鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)復(fù)制，稱(chēng)為隨從 鏈。其合成方向與復(fù)制叉的前進(jìn)方 向相反,第二節(jié) DNA 復(fù)制的酶學(xué),復(fù)制是在酶催化下的核苷酸聚合過(guò)程，需要： 高能底物：dATP, dCTP, dGTP, dTTP 總稱(chēng) dNTP 聚合酶：依賴(lài) DNA 的 DNA 聚合酶（DNA-pol）。 模板：解開(kāi)成單鏈 DNA 的母鏈。 引物：提供 3-OH 末端，使 dNTP 可依次聚合。 其他酶和蛋白因子,一、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng),DNA合成的總反應(yīng)為： dATP

5、 dCTP dGTP (dNMP)n dTTP 分步反應(yīng)可簡(jiǎn)寫(xiě)為： (dNMP)n+ dNTP(dNMP)n+1 +PPi,模板，引物,酶，蛋白因子 Mg+ 等,DNA 聚合的反應(yīng)底物為高能底物,反應(yīng)底物為脫氧三磷酸核苷 dNTP。 堿基：A C G T 脫氧核苷：dA dC dG dT 脫氧一磷酸核苷:dAMP dCMP dGMP dTMP 脫氧三磷酸核苷:dATP dCTP dGTP dTTP,DNA 鏈的合成方向是 53核苷酸之間以磷酸二酯鍵結(jié)合在 DNA 鏈的生成過(guò)程中，需要模板，引物的參與，引物提供3 末端的-OH基，在堿基配對(duì)的原則下，由模板指導(dǎo)進(jìn)行53 的延長(zhǎng),DNA 聚合反應(yīng)

6、1、dNTP 與模板 鏈的堿基互補(bǔ)配對(duì)。 2、聚合鏈的3末端 的羥基攻擊a-磷酸。 3、 a-磷酸與3末端 的羥基形成磷酸二酯鍵，釋放焦磷酸,二、DNA 聚合酶,DNA 聚合酶是依賴(lài) DNA 的 DNA 聚合 酶（DNA-dependent DNA polymerase,原核生物的DNA 聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol Klenow 片段是原核生物 DNA-pol水 解后得到的大片段，具有5 3 聚 合活性和 3 5 外切酶活性,真核生物的DNA聚合酶,3 5外切酶活性 可將復(fù)制過(guò)程中錯(cuò) 配的堿基辨認(rèn)及切 除，再利用5 3 聚合活性補(bǔ)回正確 的堿基，這種功能 稱(chēng)為即時(shí)校

7、讀,三、復(fù)制的保真性,三種機(jī)制確保 DNA 復(fù)制的保真性 1、嚴(yán)格遵守堿基的配對(duì)原則。 2、聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)中對(duì)堿基的選擇 功能。 3、復(fù)制出錯(cuò)時(shí)有即時(shí)的校讀功能,四、復(fù)制中解鏈和DNA分子的拓?fù)鋵W(xué)變化,一）解螺旋酶：將DNA雙螺旋解開(kāi) 成為單鏈。 （二）DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶：松弛調(diào)整超 螺旋。 （三）單鏈 DNA 結(jié)合蛋白（SSB）： 維持復(fù)制中的 DNA 模板處于單鏈狀態(tài),解鏈?zhǔn)且环N高速的 反向旋轉(zhuǎn)，需拓?fù)?酶調(diào)整超螺旋,DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶： 松弛調(diào)整超螺旋,五、DNA 連接酶,連接酶連接雙鏈 DNA 中的單鏈缺口,第三節(jié) DNA 生物合成過(guò)程,拓?fù)洚悩?gòu)酶,DNA單鏈 結(jié)合蛋白,DNA聚合酶

8、,解螺旋酶,DNA生物合成示意圖,參與復(fù)制起始的 蛋白因子依次有： DnaA DnaB（解螺旋酶） DnaC SSB（單鏈 DNA 結(jié)合蛋白） DnaG（引物酶,一、復(fù)制的起始,一）DNA 解成單鏈,雙向復(fù)制：原核生物從一個(gè)固定的起 始點(diǎn)（ori）開(kāi)始，同時(shí)向兩個(gè)方向 進(jìn)行復(fù)制，稱(chēng)為雙向復(fù)制,由放射自顯影在電鏡下的 圖像揭示了復(fù)制的過(guò)程,二）引發(fā)體的形成,引物酶按照 DNA 模板的配對(duì)序列， 催化聚合 NTP 形成 RNA 引物。 引物長(zhǎng)度為十幾到幾十的核苷酸， 合成方向?yàn)?53,引物酶和引發(fā)體,引物酶：一種 RNA 聚合酶。 引物：由引物酶催化聚合的短鏈 RNA 分子，為 DNA 聚合提供

9、3-OH。 引發(fā)體：由引物酶和解螺旋酶等組成， 將 DNA 雙鏈打開(kāi)，合成 RNA 引物， 為 DNA 聚合創(chuàng)造條件,二、復(fù)制的延長(zhǎng),DNA 復(fù)制中，一股鏈?zhǔn)强梢赃B續(xù)進(jìn)行 的，成為領(lǐng)頭鏈。其合成方向與復(fù)制 叉的前進(jìn)方向相同。 另一股鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)復(fù)制，稱(chēng)為隨從鏈。 其合成方向與復(fù)制叉的前進(jìn)方向相反,一）復(fù)制延長(zhǎng)的生化過(guò)程,RNA 引物在復(fù)制過(guò)程中被 DNA所取代,三、復(fù)制的終止,一）原核生物的終止既不連續(xù)片 段的連接。 RNA引物的切除 缺口的填補(bǔ) 缺口的連接 （二）真核生物的端粒和端粒酶,大腸桿菌的基因圖及與復(fù)制有關(guān)的基因,真核生物的DNA復(fù)制,真核生物的 DNA 生物合成在細(xì)胞 周期的合成期

10、（S 期,真核生物的復(fù)制起始,復(fù)制叉：復(fù)制時(shí)雙鏈打開(kāi)，分開(kāi)成兩股， 新鏈沿著張開(kāi)的模板生成，形成復(fù)制叉。 真核生物的染色體有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。 復(fù)制子：兩個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)之間的 DNA 片段稱(chēng)為復(fù)制子,真核,原核,真核生物的復(fù)制 終止和端粒酶,端粒酶催化的爬行模型,爬行模型 作用機(jī)理,第四節(jié) 滾環(huán)復(fù)制,D-環(huán)復(fù)制,線(xiàn)粒體的復(fù)制形式。 兩條鏈各有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，位置不 同,第四節(jié) DNA損傷（突變）與修復(fù),突變：指一個(gè)或多個(gè)脫氧核糖核苷酸的 構(gòu)成、復(fù)制或表性功能的異常變化。即 遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變引起遺傳信息的改變,損傷（突變）與修復(fù),一、突變的意義,突變是進(jìn)化，分化的分子基礎(chǔ) 只有基因型改變的突變 致死性突變 突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ),二、引發(fā)突變的因素,物理和化學(xué)的因素： 紫外線(xiàn) 化學(xué)誘變