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文檔簡介
1、第11章基因信息的傳遞Transfer of genetic information 19:46DNA的生物合成(復(fù)制)DNA Biosynthesis (Replication) 第第 1 1 節(jié)節(jié)19:46復(fù)制復(fù)制( (replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代,以母鏈?zhǔn)侵高z傳物質(zhì)的傳代,以母鏈DNA為模板為模板合成子鏈合成子鏈DNA的過程。的過程。復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNA19:46一、復(fù)制的基本規(guī)律與體系一、復(fù)制的基本規(guī)律與體系(一)(一)DNADNA復(fù)制基本規(guī)律復(fù)制基本規(guī)律19:461、半保留復(fù)制是、半保留復(fù)制是DNA復(fù)制的基本特征復(fù)制的基本特征半保留復(fù)制的概念半保留復(fù)制的
2、概念: : 以以親代親代DNADNA雙鏈雙鏈為模板以為模板以堿基互補(bǔ)堿基互補(bǔ)方式合成子方式合成子代代DNADNA,這樣新形成的子代,這樣新形成的子代DNADNA中,一條鏈來自親中,一條鏈來自親代代DNADNA,而另一條鏈則是新合成的,這種復(fù)制方,而另一條鏈則是新合成的,這種復(fù)制方式叫式叫半保留復(fù)制半保留復(fù)制。19:46AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母
3、鏈DNA復(fù)制過程中形成復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉的復(fù)制叉子代子代DNA19:46DNA半保留復(fù)制的實驗證半保留復(fù)制的實驗證明明19:46DNA的半保留復(fù)制表明的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的在代謝上的穩(wěn)穩(wěn)定性定性,是保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后,是保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代必要措施。代必要措施。半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義: :遺傳的保守性,是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ),遺傳的保守性,是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ),但但不是絕對的不是絕對的。19:462 2、雙向復(fù)制、雙向復(fù)制復(fù)制中的放射自顯影圖像復(fù)制中的放射自顯影圖像19:46A. A. 環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNADNA及復(fù)制起始點及復(fù)制起始點B
4、. B. 復(fù)制中的兩個復(fù)制叉復(fù)制中的兩個復(fù)制叉C. C. 復(fù)制接近終止點復(fù)制接近終止點( (termination, ter) )oriterA B C19:4619:4653oriorioriori535533553復(fù)制子復(fù)制子319:463 3、復(fù)制的半不連續(xù)性、復(fù)制的半不連續(xù)性3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向3 5 3 3 5 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈(leading strand)滯后鏈滯后鏈(lagging strand)19:46 順著解鏈方向生成的子鏈,復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的,順著解鏈方向生成的子鏈,復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的,這股鏈稱為這股鏈稱為前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈( (leading strand) ) 。 復(fù)
5、制的方向與解鏈方向相反,不能順著解鏈方復(fù)制的方向與解鏈方向相反,不能順著解鏈方向連續(xù)延長,這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為向連續(xù)延長,這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為滯后鏈滯后鏈( (lagging strand) ) 。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡岡崎片段崎片段( (okazaki fragment) )。 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制,就是復(fù)領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制,就是復(fù)制的半不連續(xù)性。制的半不連續(xù)性。 19:46參與參與DNA復(fù)制的物質(zhì)復(fù)制的物質(zhì): 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP; 聚合酶聚合酶(polymerase): 依賴
6、依賴DNA的的DNA聚合酶,聚合酶,簡寫為簡寫為 DNA-pol; 模板模板(template): 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈;母鏈; 引物引物(primer): 提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以依次可以依次聚合;聚合; 其他的酶和蛋白質(zhì)因子。其他的酶和蛋白質(zhì)因子。(二)(二)DNADNA復(fù)制的體系復(fù)制的體系19:461 1、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng) (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 19:462、DNA聚合酶聚合酶活性:活性:1. 51. 53 3 的聚合活性的聚合活性2. 2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性19:465 A G C T T
7、 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 外切酶活性外切酶活性: 5 3 外切酶活性外切酶活性:?能切除突變的能切除突變的 DNA片段。片段。能辨認(rèn)錯配的堿基對,并將其水解。能辨認(rèn)錯配的堿基對,并將其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 19:46(1 1)原核生物的)原核生物的DNADNA聚合酶有三種聚合酶有三種 DNA-pol DNA-pol DNA-pol 19:46延長子鏈延長子鏈校讀功能校讀功能DNADNA損傷修復(fù)損傷修復(fù)校讀、修復(fù)合成、校讀、修復(fù)合成、延長岡崎片段、
8、延長岡崎片段、DNA損傷修復(fù)損傷修復(fù)生物學(xué)功能生物學(xué)功能6000100聚合速率聚合速率(核苷數(shù)核苷數(shù)/分)分)250120109分子量分子量+5 外切酶活性外切酶活性+ 5 外切酶活性外切酶活性+5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE. Coli中的中的DNA聚合酶聚合酶19:46(2 2)真核生物)真核生物DNA聚合酶有五種聚合酶有五種DNA-pol 起始引發(fā),有引物酶活性。起始引發(fā),有引物酶活性。延長子鏈的主要酶,有解螺旋酶活性。延長子鏈的主要酶,有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制參與低保真度的復(fù)制 。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺
9、口的作用??诘淖饔?。在線粒體在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。復(fù)制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 19:463.3.引物酶引物酶(primase) : 復(fù)制起始時催化生成復(fù)制起始時催化生成RNA引物的酶。引物的酶。4. 解螺旋酶解螺旋酶(helicase) 利用利用ATP供能,作用于氫鍵,使供能,作用于氫鍵,使DNADNA雙鏈解雙鏈解開成為兩條單鏈。開成為兩條單鏈。19:46 5.DNA5.DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶( (DNA topoisomerase) 拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點既能水解既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵、又能連接磷酸二酯
10、鍵分分 類類 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶19:46拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用的作用切斷切斷DNADNA雙鏈雙鏈中中一股一股鏈,使鏈,使DNADNA解鏈旋轉(zhuǎn)解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié);適不致打結(jié);適當(dāng)時候封閉切當(dāng)時候封閉切口,口,DNADNA變?yōu)樽優(yōu)樗沙跔顟B(tài)松弛狀態(tài)。反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATPATP。19:46拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用的作用切斷切斷DNA分分子子兩股兩股鏈,斷鏈,斷端通過切口旋端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。弛。利用利用ATP供能供能,連接斷端,連接斷端, DNA分子進(jìn)分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀入負(fù)超螺旋狀態(tài)。態(tài)。19:46 6.6.單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 7.7.DN
11、A連接酶連接酶 連接連接DNADNA雙鏈中的單鏈切口雙鏈中的單鏈切口, ,連接連接DNADNA鏈鏈3 -OH末末端和相鄰端和相鄰DNA鏈鏈5 -P末端,使二者生成末端,使二者生成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵,從而把兩段相鄰的從而把兩段相鄰的DNADNA鏈連接成一條完整的鏈鏈連接成一條完整的鏈 。19:46POO-O-OHO5POO-O-O335DNA連接酶連接酶ATP(NAD+)AMP535319:46需要解決兩個問題:需要解決兩個問題: DNA解開成單鏈,提供模板。解開成單鏈,提供模板。 形成引發(fā)體,合成引物,提供形成引發(fā)體,合成引物,提供3 -OH末端。末端。二、二、DNADNA復(fù)制的過程復(fù)制的過
12、程(一)復(fù)制的起始(一)復(fù)制的起始19:46E.coli復(fù)制起始點復(fù)制起始點 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列5 3 5 3 1. DNA解鏈解鏈19:46 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引
13、物酶酶SSB3 5 3 5 2. 引發(fā)體和引物引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。19:463 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短鏈引物是由引物酶催化合成的短鏈RNARNA分子。分子。 引物引物3 HO5引物引物酶酶19:46(二)復(fù)制的延長(二)復(fù)制的延長復(fù)制的延長指在復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下,催化下,dNTP以以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上,的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上,其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。 19
14、:46 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol19:46DNA復(fù)制過程簡圖復(fù)制過程簡圖19:46原核生物基因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNADNA,雙向復(fù)制的復(fù)制片段,雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點在復(fù)制的終止點(ter)(ter)處匯合。處匯合。oriter E.coli8232 ori terSV40500(三)復(fù)制的終止(三)復(fù)制的終止19:465 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接:隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接:19
15、:46三、三、DNADNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù)(一)(一)DNA的損傷的損傷19:461 1、引起、引起DNADNA損傷的因素?fù)p傷的因素 自發(fā)性自發(fā)性: : 自然錯配率約為自然錯配率約為1010-9-91010-10-10 左右。左右。 物理因素物理因素: : 如如UV (ultra violet)UV (ultra violet)、各種輻射。、各種輻射。 化學(xué)因素化學(xué)因素: : 烷化劑、堿基類似物、以及其他一烷化劑、堿基類似物、以及其他一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì),這些誘些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì),這些誘發(fā)突變的化學(xué)物質(zhì)發(fā)突變的化學(xué)物質(zhì), ,稱為致癌劑。稱為致癌劑。 生物因素
16、生物因素: : 抗菌素類、黃曲霉素和病毒等??咕仡?、黃曲霉素和病毒等。19:46物理因素:物理因素:紫外線紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射、各種輻射 UV19:46化學(xué)因素:化學(xué)因素:常見的化學(xué)誘變劑常見的化學(xué)誘變劑化合物類別化合物類別作作 用用 點點分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如:如:5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羥胺類(羥胺類(NH2OH)T C- T - A - C - G -亞硝酸鹽(亞硝酸鹽(NO2)C U- G - C - A - T -烷化劑烷化劑如:氮芥類,如:氮芥類,NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G1
17、9:46錯配錯配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement) 框移框移(frame-shift) 2 2、DNADNA突變的類型突變的類型19:46DNADNA分子上的堿基錯配稱分子上的堿基錯配稱點突變點突變(point mutation)發(fā)生在同型堿基之間,即嘌呤代替發(fā)生在同型堿基之間,即嘌呤代替另一嘌呤,或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤,或嘧啶代替另一嘧啶。 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間,即嘌呤變嘧發(fā)生在異型堿基之間,即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。啶或嘧啶變嘌呤。 顛換顛換(1 1)錯配)錯配點突變發(fā)生在基因的編碼區(qū),可
18、導(dǎo)致氨基酸改變。點突變發(fā)生在基因的編碼區(qū),可導(dǎo)致氨基酸改變。 19:46(2 2)缺失、插入和框移)缺失、插入和框移缺失:缺失:一個堿基或一段核苷酸鏈從一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消。大分子上消。插入:插入:原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNADNA大分子中間。大分子中間。框移突變框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變,造成蛋是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變,造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 缺失或插入都可導(dǎo)致缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變框移突變。19:46(3 3)重組或重排常可引起遺傳、腫瘤等疾病)重組或重排???/p>
19、引起遺傳、腫瘤等疾病 DNADNA分子內(nèi)較大片段的交換,稱為重組或重排。分子內(nèi)較大片段的交換,稱為重組或重排。 移位的移位的DNADNA可以在新位點上顛倒方向反置(倒位可以在新位點上顛倒方向反置(倒位),也可以在染色體之間發(fā)生交換重組。),也可以在染色體之間發(fā)生交換重組。 19:463 3、突變的后果、突變的后果(1 1)突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ))突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)(2 2)突變導(dǎo)致基因型改變)突變導(dǎo)致基因型改變(3 3)突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ))突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)(4 4)突變導(dǎo)致死亡)突變導(dǎo)致死亡19:46(二)(二)DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)修復(fù)修復(fù)( (repairin
20、g) ) 是對已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施,使其回復(fù)是對已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施,使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)光修復(fù)( (light repairing) )切除修復(fù)切除修復(fù)( (excision repairing) )重組修復(fù)重組修復(fù)( (recombination repairing)SOS修復(fù)修復(fù) 修復(fù)的主要類型修復(fù)的主要類型19:461.1.光修復(fù)光修復(fù)19:46 2. 2.切除修復(fù)切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)最重要和是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制,主要有效的修復(fù)機(jī)制,主要由由DNA-pol和連接酶和連接酶完成。完成。E.coli的切除的切除修復(fù)機(jī)制修復(fù)機(jī)制目目 錄錄19:46
21、3.3.重組修復(fù)重組修復(fù)19:464.4.SOS修復(fù)修復(fù)當(dāng)當(dāng)DNADNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時,由此而誘發(fā)損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時,由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。這種修復(fù)特異性低,對堿基的識別、選擇能這種修復(fù)特異性低,對堿基的識別、選擇能力差。通過力差。通過SOSSOS修復(fù),復(fù)制如能繼續(xù),細(xì)胞是修復(fù),復(fù)制如能繼續(xù),細(xì)胞是可存活的。然而可存活的。然而DNADNA保留的錯誤較多,導(dǎo)致較保留的錯誤較多,導(dǎo)致較廣泛、長期的突變。廣泛、長期的突變。19:461.1.逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 ( (reverse transcription) ) 在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下,以在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下,以RNAR
22、NA為模板合成為模板合成DNADNA的過程,又稱反轉(zhuǎn)錄。的過程,又稱反轉(zhuǎn)錄。 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶四、逆轉(zhuǎn)錄四、逆轉(zhuǎn)錄(一)逆轉(zhuǎn)錄的概念(一)逆轉(zhuǎn)錄的概念19:462.2.逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 ( (reverse transcriptase) ) 從從RNA病毒中發(fā)現(xiàn),能催化以病毒中發(fā)現(xiàn),能催化以RNA為模板合成雙為模板合成雙鏈鏈DNA的酶,全稱為依賴的酶,全稱為依賴RNA的的DNA聚合酶。聚合酶。有三種活性:有三種活性:RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合活性聚合活性 RNase H活性活性 DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合活性聚合活性19:461.1.逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象
23、RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA 雜雜化雙鏈化雙鏈RNA酶酶單鏈單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA(二)逆轉(zhuǎn)錄過程(二)逆轉(zhuǎn)錄過程19:46分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶,作為獲取基因工程目轉(zhuǎn)錄酶,作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一,此法的基因的重要方法之一,此法稱為稱為cDNA法。法。 以以mRNA為模板,經(jīng)逆轉(zhuǎn)為模板,經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與錄合成的與mRNA堿基序列互堿基序列互補(bǔ)的補(bǔ)的DNADNA鏈。鏈。 2.試管內(nèi)合成試管內(nèi)合成cDNA:cDNA complementary DNA 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 A AA A T T T TAAAASI核酸酶核酸
24、酶 DNA聚合酶聚合酶堿水解堿水解 T T T T19:46(三)逆轉(zhuǎn)錄研究的意義(三)逆轉(zhuǎn)錄研究的意義 逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象,是分子生物學(xué)研究中逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象,是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。的重大發(fā)現(xiàn)。 逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明:至少在某些生物,逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明:至少在某些生物,RNA同同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究,拓寬了對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究,拓寬了2020世紀(jì)初已注意世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。到的病毒致癌理論。 19:46RNA的生物合成的生物合成( (轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄) )RNA Biosynthesis (Transcription) 第第 2
25、2 節(jié)節(jié)19:46轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 ( (transcription) ) 是是生物體以生物體以DNADNA為為模板合成模板合成RNARNA的過程的過程 。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄RNADNA 19:46轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別 19:461 1、轉(zhuǎn)錄模板、轉(zhuǎn)錄模板 DNADNA分子上轉(zhuǎn)錄出分子上轉(zhuǎn)錄出RNARNA的區(qū)段,稱為的區(qū)段,稱為結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因( (structural gene) )。 DNADNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNARNA的的一股單鏈,稱為一股單鏈,稱為模板鏈模板鏈( (template strand) ),也稱,也稱作作有意義鏈有意義鏈或或Watson鏈
26、鏈。相對的另一股單鏈?zhǔn)?。相對的另一股單鏈?zhǔn)蔷幘幋a鏈碼鏈( (coding strand) ),也稱為,也稱為反義鏈反義鏈或或CrickCrick鏈鏈。 一、一、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的基本規(guī)律與體系的基本規(guī)律與體系(一)(一)不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄19:46不對稱轉(zhuǎn)錄不對稱轉(zhuǎn)錄19:46(二)(二)轉(zhuǎn)錄的體系轉(zhuǎn)錄的體系1 1、原料:、原料: 4種核糖核苷酸(種核糖核苷酸(ATP、GTP、UTP和和CTP) ,Mg2+和和Mn2+ 2 2、模板、模板3 3、RNA聚合酶聚合酶4 4、其他酶和蛋白因子其他酶和蛋白因子19:46原核生物原核生物R RNA聚合酶組分及功能聚合酶組分及功能19:46核心酶核心酶 (co
27、re enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 19:46RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合 19:46真核生物RNA聚合酶種類、分布及功能19:46二、二、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的過程(的過程(原核生物的轉(zhuǎn)錄過程原核生物的轉(zhuǎn)錄過程)分為三個階段分為三個階段: : 起始起始( (initiation) ) 延長延長( (elongation) ) 終止終止( (termination)19:46(一)轉(zhuǎn)錄起始(一)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題:轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題:RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。起始區(qū)域。1. DNA雙
28、鏈解開,使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄雙鏈解開,使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。的模板。19:462. DNA2. DNA雙鏈解開雙鏈解開1. RNA1. RNA聚合酶全酶聚合酶全酶( ( 2) )與模板結(jié)合與模板結(jié)合 3. 3. 在在RNARNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng),形聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng),形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物: :5 -pppG -OH + NTP 5 -pppGpN - OH 3 + ppi轉(zhuǎn)錄起始過程轉(zhuǎn)錄起始過程19:461. 亞基脫落,亞基脫落,RNApol聚合酶核心
29、酶變構(gòu),與模聚合酶核心酶變構(gòu),與模板結(jié)合松弛,沿著板結(jié)合松弛,沿著DNA模板前移;模板前移; 2. 在在核心酶核心酶作用下,作用下,NTP不斷聚合,不斷聚合,RNA鏈不斷鏈不斷延長。延長。(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi(二)轉(zhuǎn)錄的延長(二)轉(zhuǎn)錄的延長19:46 19:46指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停頓下來不模板上停頓下來不再前進(jìn),轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物再前進(jìn),轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。落下來。 分類分類(三)轉(zhuǎn)錄的終止(三)轉(zhuǎn)錄的終止19:461.1.不依賴不依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止終止區(qū)富含終止區(qū)富含GCGC堿基重復(fù)序
30、列,使新合成堿基重復(fù)序列,使新合成的的RNARNA鏈形成發(fā)夾結(jié)構(gòu),阻止鏈形成發(fā)夾結(jié)構(gòu),阻止RNARNA聚合酶的聚合酶的滑動,滑動,RNARNA鏈的延伸即終止鏈的延伸即終止 。19:465UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT. 3 DNA UUUU. UUUU.5UUGC
31、AGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU. 3近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾近終止區(qū)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是非依賴是非依賴因子終止的普遍現(xiàn)象。因子終止的普遍現(xiàn)象。 19:46 2. 2. 依賴依賴 Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止19:46 19:46(一)(一)mRNA的加工修飾的加工修飾1.1.前體前體mRNA在在5-末端加入末端加入“帽帽”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5-末端有末端有7-7-甲基鳥嘌呤的甲基鳥嘌呤的帽結(jié)構(gòu)。帽結(jié)構(gòu)。這個真核這個真核mRNAmRNA加工過程的起始步驟由兩種酶,加工
32、過程的起始步驟由兩種酶,加帽酶加帽酶和和甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶催化完成。催化完成。 三、三、轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后的加工修飾的加工修飾19:46帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)19:46帽子結(jié)構(gòu)的意義:帽子結(jié)構(gòu)的意義:19:462. 2. 3端加上聚腺苷酸尾巴端加上聚腺苷酸尾巴19:46真核生物結(jié)構(gòu)基因,由若干個編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因,由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成,去除非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成,去除非編碼區(qū)再連接后,可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成編碼區(qū)再連接后,可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì),這些基因稱為斷裂基因。的完整蛋白質(zhì),這些基因稱為斷裂基因。 (1 1)斷裂基因)斷裂基因( (
33、splite gene) )3. 3. hnRNA剪接剪接19:46(2 2) 外顯子外顯子( (exon) )和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) (intron) 外顯子:外顯子:在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn),并表達(dá)為成熟現(xiàn),并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子:內(nèi)含子:隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過程中被除去的核酸序列。中被除去的核酸序列。 19:46雞卵清蛋白雞卵清蛋白斷裂基因斷裂基因hnRNA首、尾修飾首、尾修飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA雞雞卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄、錄、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后修修
34、飾飾19:464. 4. 化學(xué)修飾化學(xué)修飾5. 5. RNA的編輯的編輯19:46tRNA前體前體RNA pol TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA(二)(二)tRNA轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后的加工修飾的加工修飾19:46RNAaseP、內(nèi)切酶內(nèi)切酶19:46tRNA核苷酸核苷酸轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶19:46堿基修飾堿基修飾(2)還原反應(yīng))還原反應(yīng) 如:如:U DHU (3)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng))核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如:如:U (4)脫氨反應(yīng))脫氨反應(yīng) 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)19:46(三)(三)rRNA轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后的加工修
35、飾的加工修飾19:46蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的生物合成的生物合成( (翻譯翻譯) )Protein Biosynthesis (Translation)第第 3 3 節(jié)節(jié)19:46 19:46參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括l 三種三種RNAmRNA(messenger RNA, 信使信使RNA)rRNA(ribosomal RNA, 核蛋白體核蛋白體RNA)tRNA(transfer RNA, 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA)一、一、蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系19:461.m1.mRNA(一)(一)RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用在蛋白質(zhì)生物合成中的作用19:46 遺傳學(xué)將編碼一個多肽
36、的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子順反子(cistron)。)。 原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位,轉(zhuǎn)錄生成的位,轉(zhuǎn)錄生成的mRNAmRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì),為白質(zhì),為多順反子多順反子(polycistron)。)。 真核生物一個真核生物一個mRNAmRNA只編碼一種蛋白質(zhì),為只編碼一種蛋白質(zhì),為單順單順反子反子(single cistron)。)。19:46mRNA結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖19:46 mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向,由方向,由AUG開開始
37、,每始,每3個核苷酸為一組,決定肽鏈上某一個核苷酸為一組,決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號,個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號,稱為稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA,UAG,UGA 19:46遺遺傳傳密密碼碼表表19:461.1.簡并性簡并性u遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點遺傳密碼中,除色氨酸和甲硫氨酸僅有遺傳密碼中,除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外,其余氨基酸有一個密碼子外,其余氨基酸有2424個或多至個或多至6 6個密碼
38、子為之編碼。個密碼子為之編碼。19:46AlaThr19:462.2.連續(xù)性連續(xù)性編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀,密碼間既無間隔也無重疊。續(xù)閱讀,密碼間既無間隔也無重疊。 基因損傷引起基因損傷引起mRNAmRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失,可能導(dǎo)致框移突變。入或缺失,可能導(dǎo)致框移突變。 19:463.3.擺動性擺動性tRNA上反密碼子的上反密碼子的第第1 1位位堿基與堿基與mRNA密碼密碼子的子的第第3 3位位堿基配對時,可以在一定范圍內(nèi)變動,堿基配對時,可以在一定范圍內(nèi)變動,即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律,這一現(xiàn)象稱為
39、即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律,這一現(xiàn)象稱為擺動擺動性性。密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象19:46擺動配對擺動配對U19:464.4.通用性通用性19:465.5.方向性方向性19:46反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂tRNA在翻譯過程在翻譯過程中起中起接合體(接合體(adaptor)作用,作用,又是又是氨基酸的運氨基酸的運載體。載體。2.t2.tRNA與氨基酸活化與氨基酸活化19:46(1 1)起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰- -tRNA19:46氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(2
40、2) 氨基酸的活化氨基酸的活化19:463.3.核蛋白體是多肽鏈合成的場所核蛋白體是多肽鏈合成的場所19:46原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式P位:肽酰位位:肽酰位(peptidyl site)A位:氨基酰位位:氨基酰位(aminoacyl site)E位:排出位位:排出位(exit site)19:46(二)(二)參與蛋白質(zhì)合成的原料參與蛋白質(zhì)合成的原料 20 20種編碼氨基酸。種編碼氨基酸。 三種三種RNAATP或或GTP提供能源提供能源Mg2+和和K+19:46(三)(三)參與蛋白質(zhì)合成的酶類參與蛋白質(zhì)合成的酶類1.1.氨基酰氨基酰- -tRNA合成酶合成酶19:462.2.轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶 存在于核糖體大亞基上,是組成核糖體的存在于核糖體大亞基上,是組成核糖體的蛋白質(zhì)成分之一,作用是使蛋白質(zhì)成分之一,作用是使“P”P”位上肽?;簧想孽;? -tRNAtRNA的肽酰基轉(zhuǎn)移至的肽?;D(zhuǎn)移至“A”A”位氨基酰位氨基酰-tRNA-tRNA的氨的氨基上,使?;c氨基結(jié)合形成肽鍵,延長肽鏈基上,使?;c氨基結(jié)合形成肽鍵,延長肽鏈。 19:463.3.轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶 轉(zhuǎn)位酶能結(jié)合水解轉(zhuǎn)位酶能結(jié)合水解1 1分子分子GTP,催化核,催化核蛋白體向蛋白體向mRNA核
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