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1、第一节DNA的生物合成一 DNA复制二 DNA的损伤与修复三 反转录第二节RNA的生物合成一 不对称转录二 RNA转录的体系三 RNA转录的过程四 转录后加工 目录 1 本章节学习目标 1 DNA复制特点 体系2 RNA转录特点 体系3 反转录概念 1 DNA复制过程2 DNA的损伤与修复3 RNA转录终止方式 1 RNA的转录过程2 反转录酶 学习目标 掌握 熟悉 了解 2 19世纪40年代 英国亚历山大 德丽那 维多利亚女王生下了四男五女共9个孩子 其中有3个男孩患有血友病 好在五个女儿都健康 而五个女儿嫁到欧洲的其它王室后 她们的小王子却有很多都患上了血友病 试问 血友病是从维多利亚女王
2、是如何传给她的儿子以及外孙的 导入情景 3 分子生物学 分子遗传学 中心法则 反映了从DNA RNA 蛋白质的遗传信息主流 揭示了生物体内遗传信息的贮存 传递和表达的规律 转录 RNA 翻译 蛋白质 DNA RNA 病毒 复制 复制 翻译 蛋白质 病毒 反转录 4 第一节DNA的生物合成 DNABiosynthesis 5 第一节DNA的生物合成 复制的特点复制体系复制过程DNA损伤 突变 与修复反转录 6 复制 replication 是指遗传物质的传代 以亲代DNA为模板 按照碱基互补配对原则合成子代DNA的过程 复制定义 一 DNA复制 7 一 DNA复制特点 DNA的半保留复制 DNA
3、复制中 每个子代分子的一条链来自亲代DNA 而另一条链则是新合成的 这种复制的方式称为半保留复制 一 DNA复制 8 AGGTACTGCCACTGG TCCATGACGGTGACC CCACTGG GGTGACC AGGTACTG TCCATGAC TCCATGAC AGGTACTG AGGTACTGCCACTGG TCCATGACGGTGACC AGGTACTGCCACTGG TCCATGACGGTGACC 母链DNA 复制过程中形成的复制叉 子代DNA 9 按半保留复制方式 子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致 即子代保留了亲代的全部遗传信息 体现了遗传的保守性 半保留复制的意义 遗传的保
4、守性 是物种稳定性的分子基础 但不是绝对的 10 2 DNA的半不连续复制DNA复制中一条链是连续合成的 而另一条链是不连续的合成的 这种复制方式叫做半不连续复制 11 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 leadingstrand 另一股链因为复制的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 laggingstrand 复制中的不连续片段称为岡崎片段 okazakifragment 领头链连续复制 而随从链不连续复制 就是复制的半不连续性 12 1 模板亲代DNA分子2 底物四种三磷酸脱氧核苷酸 dNTP 3 能量ATP4 引物为DNA
5、聚合酶提供3 OH末端的短片段RNA 使dNTP可以依次聚合 5 酶类及蛋白因子 1 解旋解链酶类 2 引物酶 3 SSB 4 DNA聚合酶 5 DNA连接酶 13 1 解螺旋酶与拓扑异构酶解螺旋酶 利用ATP供能 打开氢键 使DNA双链解开成为两条单链 2 引物酶复制起始时催化生成RNA引物的酶 3 单链DNA结合蛋白 SSB 维持模板处于单链状态并保护单链的完整 14 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 利用ATP供能连接断端 DNA分子进入负超螺
6、旋状态 DNA拓扑异构酶 理顺DNA链 改变超螺旋状态的酶分为I型和II型 15 4 DNA聚合酶 全称为依赖DNA的DNA聚合酶 DNA dependentDNApolymerase 简称DNA pol 真核生物的DNA聚合酶五种 16 大肠杆菌E coli中的三种DNA聚合酶 17 DNA pol DNA polII基因发生突变 细菌依然能存活 它参与DNA损伤的应急状态修复 功能 是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶 DNA pol 18 真核生物DNA聚合酶 3 5 外切酶活性 5 3 聚合活性 250 170 160 300 pol 功能 3 5 5 3 聚合活性 36 38 30
7、0 分子大小 x103 DNA pol 细胞内定位 核 核 核 核 线粒体 引发 修复 复制 复制 修复 引物酶 DNA聚合酶 链的延伸填补空隙 19 5 DNA连接酶连接DNA链3 OH末端和相邻DNA链5 P末端 使二者生成磷酸二酯键 从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链 20 三 DNA复制的过程 2 复制的延长 1 复制的起始 3 复制的终止 21 1 复制的起始DNA拓扑异构酶和解旋酶在DNA复制起始部位解开DNA超螺旋结构 使DNA双链形成局部的DNA单链 然后形成复制叉 当两股单链暴露出足够数量碱基对时 引物酶识别起始部位 并以解开的一段DNA链为模板 按碱基配对规律 从5
8、 3 方向合成引物RNA片段 引物的生成标志着复制的正式开始 22 2 复制的延长 催化酶 DNA聚合酶原料 dNTP模板 DNA的两条链方向 5 3 方式 半不连续复制 23 DNA的两条链反向平行 而DNA聚合酶的合成方向都是5 3 3 5 走向的模板链 其上的DNA合成与解链方向相同 可以连续合成 称为前导链 另一条5 3 走向的模板链 其上合成DNA链与解链方向正好相反 故不能连续进行 称为随从链 随从链上形成许多不连续片段 称为冈崎片段 半不连续复制 24 领头链的合成 1 领头链的延长 领头链沿着5 3 方向可以连续的延长 25 2 随从链的延长 26 3 复制的终止 1 DNA聚
9、合酶I切除引物并填补空隙 2 DNA连接酶连接缺口生成子代DNA 27 随从链上不连续性片段的连接 28 一 DNA损伤的因素1 物理因素常见的有紫外线和各种电离辐射 2 化学因素化学诱变剂等3 生物因素如反转录病毒等4 自发因素 一 DNA的损伤修复 29 1 DNA损伤范围部位不同能导致不同程度后果 如表现出基因多态性 导致遗传性疾病甚至个体死亡 2 进化 1 后果 二 DNA损伤的后果与类型 30 2 DNA损伤的类型包括如下几种 点突变指DNA链上单一碱基的变异 缺失指DNA链上一个或一段核苷酸的消失 插入指原来不存在的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA分子中 重排指DNA分子内发生较
10、大片段的交换 31 1 光修复光修复过程是通过光修复酶催化完成 仅需300 600nm波长照射即可活化 此方法普遍存在于各种生物体中 三 DNA损伤的修复 32 人类着色性干皮病人类着色性干皮病 xerodermapigmentosum XP 是一种罕见的常染色体隐性遗传病 患者主要的临床表现为皮肤对日光 特别是紫外线高度敏感 暴露部位皮肤出现色素沉着 干燥 角化 萎缩及癌变等 其皮肤和眼部肿瘤的发生率是正常人的1000倍 XP是由于患者对紫外线照射造成的核苷酸损伤切除修复缺陷所致 该病具有多型性 且各型之间互补 目前为止已发现了7种互补型和1种变异型 33 2 切除修复细胞内最重要和有效的修
11、复方式 过程包括识别 切除 填补和连接几个步骤 34 3 重组修复RecA蛋白结合在子链的空缺处 引发对侧正常模板链与子链重组 将子链修复成完整的子链 对侧正常模板链上留下的空缺由DNA聚合酶 合成DNA片段填补 最后由连接酶连接 使模板链重新成为一条完整的DNA链 35 反转录概念 某些病毒如RNA病毒 其遗传信息则储存在RNA分子中 RNA病毒能以RNA为模板合成DNA 或逆转录 催化逆转录反应的酶是逆转录酶 又称依赖RNA的DNA聚合酶 一 概念与反转录酶 三 反转录 36 逆转录的发现1910年 美国病理学家发现了病毒可以致癌后 人们开始深入探索病毒转化的机制 1956年 Termin
12、提出前病毒假说 指出RNA病毒进入宿主细胞后 首先将RNA复制DNA 此时成为前病毒 然后病毒DNA与宿主细胞发生整合形成宿主的一部分 而增殖由病毒DNA通过转录过程完成 但这一假说违反了1958年提出的中心法则 而被多数人拒绝 直至1970年 Termin和助手Rous从肉瘤病毒中分离得到了一种RNA依赖的DNA聚合酶 与此同时 麻省理工学院的DavidBaltimore也从小鼠白血病病毒中分离得到了这种酶 才证明了前病毒假说的正确性 逆转录得到认可 中心法则被重新修正 37 二 反转录的意义1 补充和发展了中心法则2 对反转录病毒的研究 拓宽了病毒致癌理论 3 在基因工程中 可利用反转录酶
13、将mRNA逆转录形成cDNA 以获得目的基因 38 人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒 humanimmunodeficiencyvirus HIV 是一种逆转录病毒 HIV 1的反转录酶分子有两个亚基 51000和66000 其中p66亚基有两个关键性结构域 分别具有DNA聚合活性和RNA降解活性 该酶能以RNA为模板合成DNA 并能降解RNA模板 合成的DNA单链能以自身为模板合成另外一条单链 形成完整的双链DNA 并能插入到人类细胞的基因组中 随细胞分裂而分裂 39 第二节RNA的生物合成 RNABiosynthesis 40 一 不对称转录二 RNA转录的体系三 RNA转录的过程三 转录
14、后加工 第二节RNA的生物合成 41 RNA转录的特点 不对称转录 在双链DNA分子中 各结构基因的模板链位于同一DNA分子的不同单链上 而RNA链的合成方向始终是5 3 方向 因此位于同一DNA分子不同的结构基因 其RNA转录方向不同 一 不对称转录 42 1 模板DNA2 底物四种三磷酸核糖核苷 NTP 3 RNA聚合酶 1 原核生物只有一种RNA聚合酶 2 真核生物已发现有三种RNA聚合酶4 其它酶和蛋白因子 二 RNA转录的体系 43 原核生物的RNA聚合酶 44 真核生物的RNA聚合酶 45 一 转录起始RNA聚合酶 因子辨认并结合启动子 形成转录复合体 从而开始转录 转录几个核苷酸
15、后 因子脱离转录复合体 后者离开启动子 起始阶段结束 三 RNA转录的过程 46 RNA链的延长反应由核心酶催化 核心酶沿模板DNA链以3 5 方向滑动 边解链边合成新RNA链 DNA链在核心酶经过后 即恢复双螺旋结构 新生成的RNA单链伸出DNA双链之外 二 转录延长 RNA链的合成方向 从5 3 方向 47 当RNA链延伸至转录终止位点时 转录泡瓦解 DNA恢复成双链 RNA聚合酶与RNA链都被从模板上释放出来 这就是转录的终止 原核生物的转录终止有两种类型 不依赖于 因子的转录终止 强终止子 2 依赖于 因子的转录终止 三 转录终止 48 1 非依赖 因子的转录终止DNA模板上靠近终止处
16、 有些特殊的碱基序列 可转录出具有茎环结构的RNA 来终止转录 49 2 依赖 Rho 因子的转录终止 因子以六聚体形式存在 协助RNA pol识别终止信号 与转录产物结合 RNA和RNA pol一起从模板上脱落 50 一 mRNA的转录后加工1 5 端加帽2 3 端加多聚腺苷酸尾3 mRNA的剪接 四 转录后加工 51 mRNA的剪接 1 断裂基因 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 称为断裂基因 2 外显子 exon 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 3 内含子 intron 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列 52
