第3篇基因信息的傳遞

1、第3篇基因信息的傳遞DNADNAmRNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄 復制 以DNA為模板，指導DNA合成的過程 酶：DNA指導的DNA聚合酶（DDDP） 原料: dNTP基因遺傳基因表達 轉錄 以DNA為模板，指導RNA合成的過程 酶：DNA指導的RNA聚合酶（DDRP） 原料：NTP 遺傳信息傳遞的中心法則第十章 DNA的生物合成（復制）教學要求:掌握生物信息傳遞中DNA合成的基本過程，包括復制體系、酶、復制起始、延伸、終止以及逆轉錄的過程，了解DNA損傷與修復。 復制第十章 DNA的生物合成（復制）第一節(jié) 復制的基本規(guī)律第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化第三節(jié) DNA生物合成過程第四節(jié) 逆

2、轉錄和其他復制方式第五節(jié) DNA損傷（突變）與修復小結復制（replication）：以親代DNA為模板，合成出完全相同的子代DNA的過程。第一節(jié)1一、半保留復制的實驗依據和意義 第一節(jié) 復制的基本規(guī)律半保留復制：復制生成的子代DNA中，一條鏈來自親代，另一條為新合成。這種子代DNA分子中總是保留一條鏈來自親代DNA的復制稱為半保留復制。第一節(jié)2一、半保留復制的實驗依據和意義AGAACTTCTTGAAGAACTTCTTGATCTTGAAGAACT親代DNA子代DNA 第一節(jié) 復制的基本規(guī)律原核生物從一個固定的起始點開始，同時向兩個方向進行復制，稱為雙向復制。二、雙向復制 第一節(jié) 復制的基本規(guī)律

3、第一節(jié)1二、雙向復制真核細胞染色體比較復雜，可能有多個復制起點，同時形成多個復制單位 第一節(jié) 復制的基本規(guī)律第一節(jié)1三、復制的半不連續(xù)性 第一節(jié) 復制的基本規(guī)律第二節(jié)1DNA復制所需條件： 1、底物：四種dNTP 2、依賴DNA的聚合酶(DNA-pol) 3、模板 4、引物 5、其它酶和蛋白質因子第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 第二節(jié)2一、復制的化學反應二、DNA聚合酶（DNA-pol）三、復制保真性的酶學依據四、復制中解鏈和DNA分子拓撲學變化五、DNA連接酶第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化復制的化學反應一、復制的化學反應第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 5 3 聚合活性一、復

4、制的化學反應核苷酸鏈磷酸二酯鍵核苷酸連接成的核酸（片段）第二節(jié)2二、DNA聚合酶（DNA-pol） 原核生物的DNA聚合酶 真核生物的DNA聚合酶第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 原核DNA聚合酶原核生物的DNA聚合酶DNA-pol I、DNA-pol II、DNA-pol III個數比=400：40：20/細胞。DNA-pol I：只能催化延長約20個核苷酸左右，不是真正催化復制延長的酶，主要是進行校讀，填補空隙。DNA-pol II：只在無pol I 及pol III時起作用。DNA-pol III：復制延長中真正催化新鏈核苷酸聚合的酶。比活性比pol I 大10倍以上，每分鐘能催化對

5、達105個核苷酸的聚合。第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 DNA聚合酶III核心酶兼有核苷酸的聚合和核酸鏈的35外切酶活性。亞基起著夾住模板鏈并使酶沿模板鏈滑動的作用DNA聚合酶III第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 真核生物聚合酶有DNA-pol 、 5種。 真核生物的DNA聚合酶DNA-pol 和在復制延長中起作用， DNA-pol 延長領頭鏈，而pol 延長隨從鏈。DNA-pol 在復制過程中起校讀、修復和填補缺口的作用。DNA-pol 在沒有其它DNA-pol時才發(fā)揮作用。DNA-pol 在線粒體內起作用。第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 第二節(jié)2三、復制保真性的酶學依據

6、核酸外切酶活性和校讀 復制的保真性和堿基選擇 第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 原核生物DDDPDNA聚合酶主要功能 聚合作用：填充后隨鏈中岡崎片段之間的間隙； 53外切酶活性切除引物或損傷部分； 35外切酶活性有“校對”作用。三、復制保真性的酶學依據第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 DNA-pol II也有這三種作用。DNA聚合酶是復制時起主要作用的酶同時也有35核酸外切酶活性，保證DNA復制的真實性。 35外切酶活性 53外切酶活性 核酸外切酶活性和校讀DNA聚合酶I校讀 核酸外切酶活性和校讀第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 復制的保真性 復制的保真性和堿基選擇至少依賴三種機制

7、：1、嚴格的堿基配對規(guī)律；2、聚合酶在復制延長中對堿基的選擇功能；3、復制出錯時有即時的校讀功能。第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 解螺旋酶四、復制中的解鏈和DNA分子拓樸學變化第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 解螺旋酶、引物酶和 單鏈DNA結合蛋白 DNA拓撲異構酶解螺旋酶解螺旋酶在復制中的解鏈作用DnaB蛋白第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 解螺旋酶 領頭鏈 rep蛋白 Dna B 隨從鏈 解鏈酶DNA拓撲異構酶(解旋酶）既能水解，又能連接磷酸二酯鍵拓撲酶 切斷DNA雙鏈中的一股拓撲酶 切斷DNA雙鏈 單鏈DNA結合蛋白（SSB）維持模板處于單鏈狀態(tài)保護單鏈的完整引物酶引物酶在

8、DNA復制中的作用 復制起始時引物酶與解螺旋酶（DnaB蛋白）共同起作用。DnaB蛋白DnaA蛋白(辨認起始點)DnaC蛋白(輔助解螺旋酶解鏈) 引發(fā)體的下游解開雙鏈，再由引物酶催化引物的合成。第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 引發(fā)體（primosome）復合體引物酶模板DNA單鏈結合蛋白單鏈DNA結合蛋白在復制中的作用第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 拓撲異構酶拓撲異構酶在復制中的解螺旋作用拓撲異構酶I：切斷DNA雙鏈中的一股，使DNA解鏈旋轉不打結，適當時候又把切口封閉，使DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應不需ATP。拓撲異構酶II：在無ATP時，切斷處于超螺旋狀態(tài)的DNA分子雙鏈某一部位，

9、斷端通過切口使超螺旋松弛；在有ATP時，斷端在拓撲酶催化下恢復連接松弛狀態(tài)的DNA又進入負超螺旋狀態(tài)。拓撲酶對DNA分子的作用是既能水解，又能連接磷酸二酯鍵。第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 DNA連接酶五、DNA連接酶在復制中的作用第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 三種酶催化磷酸二酯鍵比較三種酶催化生成磷酸二酯鍵的比較 提供核糖3-OH 提供5-P 結果DNA聚合酶 引物或延長 游離dNTP （dNMP）n+1 中的新鏈 去PPi連接酶 復制中不連續(xù) 不連續(xù)連續(xù)鏈 的兩條單鏈拓撲酶 切斷、整理后 改變拓撲狀態(tài) 的兩鏈第二節(jié) DNA復制的酶學和拓樸學變化 第三節(jié)第三節(jié) DNA 生物合成

10、過程一、復制的起始 DNA解鏈 引發(fā)體和引物二、復制的延長 復制延長的生化過程 復制的半不連續(xù)性和岡崎片段 滾環(huán)復制三、復制的終止 原核生物復制終止及不連續(xù)片段連接 真核生物的端粒和端粒酶原核DNA解成單鏈雙向復制復制叉復制子DNA解成單鏈第三節(jié) DNA 生物合成過程雙向復制原核生物DNA的雙向復制第三節(jié) DNA 生物合成過程復制子復制子第三節(jié) DNA 生物合成過程復制起始點復制起始點第三節(jié) DNA 生物合成過程E.coli復制起始點oriC跨度為245bp，包含有三組串聯重復序列和兩對反向重復序列引發(fā)體和引物復制中引物-短鏈RNA引物酶 5到3合成RNA引物（約10bp）引物酶進入，加上解螺

11、旋酶、DnaC蛋白、引物酶（DnaG蛋白）和DNA的起始復制區(qū)域形成引發(fā)體。DNA聚合酶 由其亞單位辨認引物，新鏈的第一個脫氧核苷酸與引物的3-OH形成磷酸二酯鍵，開始復制拓撲異構酶 松弛螺旋。 引發(fā)體的生成1引發(fā)體的生成第三節(jié) DNA 生物合成過程引發(fā)體的生成2引發(fā)體的生成第三節(jié) DNA 生物合成過程引發(fā)體的生成3引發(fā)體的生成第三節(jié) DNA 生物合成過程參與復制起始的蛋白質參與復制起始的各種蛋白質 名 稱 功 能DnaA蛋白 辨認起始點解螺旋酶（DnaB蛋白， 解開DNA雙鏈 rep蛋白）DnaC蛋白 協(xié)助解螺旋酶引物酶（DnaG蛋白） 催化RNA引物生成SSB 穩(wěn)定解開的單鏈拓撲異構酶 理

12、順DNA鏈oriC（245bp的DNA組分） E.coli的復制起始點第三節(jié) DNA 生物合成過程復制延長3AAGACCTATT55TTCTGGATAA3復制的延長隨從鏈前導鏈岡崎片段第三節(jié) DNA 生物合成過程復制的延長原核生物為pol 真核生物為DNA 聚合酶和，其中與隨從鏈的合成有關，與領頭鏈的合成有關復制延長的生化過程原核 生物復制延長的速度很快，真核生物復制有多個復制起點，復制的半不連續(xù)性和岡崎片段領頭鏈是連續(xù)合成的，而隨從鏈則是不連續(xù)合成岡崎片段 DNA復制過程中出現一些不連續(xù)片段第三節(jié) DNA 生物合成過程復制的延長同一復制叉上，領頭鏈與隨從鏈的延長不同步，但由同一DNA聚合酶催

13、化。RNA引物取代復制的終止第三節(jié) DNA 生物合成過程原核生物復制終止及不連續(xù)片段連接復制有終止點領頭鏈是不間斷延長的，隨從鏈是 生成一個個的岡崎片段，最后連接成一條完整的DNA鏈。pol 5 3外切酶活性水解引物pol聚合活性填補空隙DNA連接酶連接缺口。RNA引物取代復制的終止第三節(jié) DNA 生物合成過程真核生物的端粒和端粒酶端粒(telomere) 是真核生物染色體線性DNA分子末端的結構 富含GC的重復序列人：(TTAGGG)n端粒酶(telomerase)RNA-蛋白質復合物 既有模板，又有逆轉錄酶以自身的RNA為模板延長DNA單鏈，然后反折為雙鏈, 爬行模式端粒酶與生物體的衰老、

14、腫瘤的發(fā)生有關第三節(jié) DNA 生物合成過程端粒端粒和端粒酶第三節(jié) DNA 生物合成過程爬行模式復制過程中各酶和蛋白質因子的作用復制的過程模板 DNA 先解鏈解旋引物酶作用，以NTP為原料合成RNA引物dNTP存在下由DNA聚合酶催化，在RNA引物基礎上合成DNA新鏈DNA 聚合酶外切作用切除引物(空缺部位再由該酶發(fā)揮填補作用)DNA 連接酶連接岡崎片段形成完整的DNA 分子( 解鏈酶、解旋酶和單鏈結合蛋白）（ 引物酶、NTP ）（ DNA聚合酶 、dNTP ）（ DNA 聚合酶、 dNTP ）（ DNA 連接酶 ）參與的物質第五節(jié)第四節(jié) 逆轉錄和其他復制方式 逆轉錄：以RNA分子為模板合成DN

15、A分子的過程。逆轉錄酶：以單鏈RNA為模板合成DNA的酶。此酶有三種活性（作用）：（1）它能以（+）RNA為模板，反向轉錄出（）DNA，形成異質雙鏈。（2）它能水解異質雙鏈中的RNA，起到RNA水解酶的作用。（3）它能以（）DNA為模板合成（+）DNA，產生一個雙鏈的DNA分子。逆轉錄過程逆轉錄過程第四節(jié) 逆轉錄和其他復制方式 反轉錄流程轉錄逆轉錄酶活性： 以RNA為模板催化DNA合成； 水解雜化雙鏈的RNA 以DNA為模板催化DNA的合成（+）RNA RNA模板（+）RNA（）DNA 雜化雙鏈（）DNA 單鏈DNA （）DNA （+）DNA 整合到宿主細胞染色體中（+）RNA子鏈m RNA反

16、轉錄流程逆轉錄特點： 從RNADNA的反向轉錄過程； DNA中間產物必須結合到宿主細胞染色體中。 （大部分逆轉錄病毒都會引起腫瘤）三、滾環(huán)復制和D環(huán)復制滾環(huán)復制低等生物如質粒，復制時采用滾環(huán)復制。環(huán)狀DNA雙鏈一股先開一個缺口，5端向外伸展，兩股鏈均直接作為模板，無需另外合成引物。三、滾環(huán)復制和D環(huán)復制滾環(huán)復制三、滾環(huán)復制和D環(huán)復制第四節(jié) 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復 突變（mutation）：一些物理化學因子使DNA分子上一個或多個脫氧核糖核苷酸的構成、復制或表型功能的異常變化，這種現象也稱為DNA損傷（DNA damage）。一、突變的意義二、引發(fā)突變的因素三、突變的分子改變類型四、DN

17、A損傷的修復突變的意義一、突變的意義（一）突變是進化、分化的分子基礎（二）只有基因型改變的突變（三）致死性的突變（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復 引發(fā)突變的因素二、引發(fā)突變的因素1、物理因素：2、化學因素： 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復 誘變因素及突變類型突變類型三、突變的分子改變類型（一）錯配（點突變）（二）缺失、插入和框移（三）重排 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復 鐮性細胞病發(fā)病機理圖不間隔性密碼子的不間隔性：在mRNA分子上兩個相鄰的密碼子之間沒有任何核苷酸的間隔，即正確翻譯時，必須從某一特定的起點開始，連續(xù)地一個密碼子挨著一個密碼子“閱讀翻譯”下去，直到終止密碼子。5 -AUGCUACACGCUCUAUACUAG -3 一般相鄰密碼子中的核苷酸不能重復使用。如果在mRNA分子中插入或減去某一個核苷酸，就會使這一核苷酸以后的“閱讀”發(fā)生錯誤，合成多肽鏈中所代表的氨基酸也不一樣，稱之為移碼突變。5 -AUGCUACCACGCUCUAUACUAG -35 -AUGCUAACGCUCUAUACUAG -3損傷修復四、DNA損傷的修復