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1、金华职业技术学院 何国产,单元5 遗传信息的传递与表达,金华职业技术学院 何国产,分子生物学中心法则, DNADNARNA蛋白质 RNA 复制： DNADNA 转录： DNARNA 翻译： RNA蛋白质 反转录： RNADNA,金华职业技术学院 何国产,第一节 DNA生物合成,一、DNA复制 二、反转录 三、DNA损伤与修复,金华职业技术学院 何国产,一、DNA复制,（一）概念 （二）部位 （三）方式 （四）条件 （五）过程 （六）特点 （七）意义,金华职业技术学院 何国产,一. DNA复制,（一）概念：复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。,金华职业技术学院 何国产,DNA半保留复
2、制示意图,金华职业技术学院 何国产,一、DNA复制 （二）部位:细胞核,金华职业技术学院 何国产,DNA复制 (三)方式-半保留复制,1.概念：DNA合成时，以亲代DNA解开的两股单链为模板，按碱基配对规律，合成子代DNA的过程。子代DNA，一股单链来源于亲代，另一股单链为新合成。子代和亲代的DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。,金华职业技术学院 何国产,(1)密度梯度实验,实验结果支持半保留复制的设想。,含重氮-DNA的细菌,第一代,第二代,梯度离心结果,2.半保留复制的实验依据和意义,金华职业技术学院 何国产,(2)子链继承母链遗传信息的几种可能方式,按半保留复制方式，子代DN
3、A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。是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。,(3)半保留复制的意义,金华职业技术学院 何国产,(四)条件-DNA复制,1.模板 2.原料 3.引物 4.酶类,金华职业技术学院 何国产,DNA复制是模板依赖性的，必须要以亲代DNA链作为模板。亲代DNA的两股链解开后，可分别作为模板进行复制。,1.模板(template),金华职业技术学院 何国产,以四种三磷酸脱氧核糖核苷酸(deoxynucleotide triphosphate)为原料，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。,2.原料（底物）(substrate
4、),金华职业技术学院 何国产,引物是一段 RNA短链，提供自由的3-OH，使子代DNA链能够开始聚合。 由引物酶以亲代DNA为模板合成。,3.引物(primer),金华职业技术学院 何国产,(四)条件-DNA复制,4.酶类 (1) DNA聚合酶 (2) 引物酶 (3) 解链酶 (4) 拓扑异构酶 (5) 单链结合蛋白 (6) DNA连接酶,金华职业技术学院 何国产,(1).DNA聚合酶,DNA聚合酶全称为依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)，简称DNA-pol。是催化底物dNTP聚合为新生的DNA链的酶. 活性：1. 53 的聚合酶活性，从53
5、 方向延长DNA片段 2. 核酸外切酶活性,4.参与DNA复制的酶类,金华职业技术学院 何国产,3 5外切酶活性,5 3外切酶活性,?,能切除突变的 DNA片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,DNA聚合酶的核酸外切酶活性,金华职业技术学院 何国产,在原核生物中，目前发现的DNA聚合酶有三种，分别命名为DNA聚合酶（pol ），DNA聚合酶（pol ），DNA聚合酶（pol ）。 参与DNA复制的主要是pol 和pol 。,种类和生理功能：,金华职业技术学院 何国产,大肠杆菌E.coli中的三种DNA聚合酶,金华职业技术学院 何国产,真核生物DNA聚合酶,金华职业技术学院 何国产,本质是一
6、种RNA聚合酶，复制是在RNA引物的基础上添加脱氧核苷酸进行聚合的。,（2）引物酶,金华职业技术学院 何国产,解链酶又称解螺旋酶，是一类促进DNA双链分离的酶。 每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。,（3）解链酶,金华职业技术学院 何国产,(4)DNA拓扑异构酶,能够改变DNA分子拓扑构象的酶，能在复制过程中和复制完成后消除或引入超螺旋构象的酶。,金华职业技术学院 何国产,DNA复制过程中正超螺旋的形成,金华职业技术学院 何国产,解链过程中正超螺旋的形成,金华职业技术学院 何国产,DNA拓扑异构酶的作用机制,金华职业技术学院 何国产,单链DNA结合蛋白（single strand bindin
7、g protein, SSB），能够与单链DNA结合的蛋白质因子。使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，便于其作为模板复制子代DNA；,（5）单链DNA结合蛋白,金华职业技术学院 何国产,DNA连接酶(DNA ligase)可催化以氢键结合于DNA模板上的两段DNA片段之间以磷酸二酯键连接。从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。,（6） DNA连接酶,金华职业技术学院 何国产,(一)、复制的起始,(二)、复制的延长,(三)、复制的终止,五.DNA复制的过程,金华职业技术学院 何国产,DNA复制的过程,1.复制的起始,需要解决两个问题,DNA解开成单链，提供模板。,合成引物，提供3-OH
8、末端。,原核生物的DNA生物合成,金华职业技术学院 何国产,E.coli复制起始点 oriC,(1). DNA解链的起始点,金华职业技术学院 何国产,Dna A,Dna B、 Dna C,DNA拓扑异构酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,(2). 引发体和引物,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。,金华职业技术学院 何国产,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,引物酶,引物酶催化引物合成,金华职业技术学院 何国产,OH 3,3,复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是
9、磷酸二酯键的不断生成。,2.复制的延长,金华职业技术学院 何国产,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。,金华职业技术学院 何国产,(2).随从链的延长,金华职业技术学院 何国产,复制简图,金华职业技术学院 何国产,DNA聚合酶只能以53方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须是35。,半不连续复制,以35方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，这一条链被称为前导链。 以53方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连续的，这条链被称为滞后链。 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。,金华职业技术学院 何国产
10、,前导链 (leading strand),滞后链 (lagging strand),DNA的半不连续复制,金华职业技术学院 何国产,(1).原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。,3.复制的终止,金华职业技术学院 何国产,(2).随从链上不连续性片段的连接,金华职业技术学院 何国产,（六）特点 半保留复制的特点:准确性、保真性；对称性；方向性53。,金华职业技术学院 何国产,半保留复制是细胞分裂、生物生长、繁殖的物质基础。,（七）意义,金华职业技术学院 何国产,第一节 DNA生物合成 二.反转录,(一)概念:以RNA为模板合成DNA的过程即遗传信息可从R
11、NA传递到DNA的过程 (二)条件:RNA模板、dNTP原料、反转录酶 (三)过程:反应过程先以单链RNA为模板，以dNTP为原料，催化合成一条单链互补DNA(cDNA)。产物与模板生成RNA-DNA杂化双链，杂化双链中的RNA被水解后，再以新合成的单链DNA为模板，催化合成第二条单链DNA。,金华职业技术学院 何国产,逆转录,金华职业技术学院 何国产,三.DNA损伤与修复,(一) DNA损伤 1.概念:DNA一级结构的改变 2.引起损伤的因素:物理、化学、生物因素 3.损伤的类型：突变、缺失、插入、重排,金华职业技术学院 何国产,(二)、DNA损伤的修复,修复(repairing) ：是对已
12、发生分子改变的补偿措施，使其回复原有的天然状态,金华职业技术学院 何国产,金华职业技术学院 何国产,2.切除修复,是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-pol和连接酶完成。,E.coli的切除修复机制,金华职业技术学院 何国产,3.重组修复,4.SOS修复,1.当DNA损伤难以复制时，而诱发出一系列复杂的反应。 2.在E. coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。 3.这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞可存活。但DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。,金华职业技术学院 何国产,第二节 RN
13、A生物合成,一.概念 二.部位 三.方式 四.条件 五.过程 六.转录后的加工修饰,金华职业技术学院 何国产,第二节 RNA生物合成,一.概念: 转录是指以DNA为模板合成RNA的过程 二.部位:细胞核 三.方式:不对称转录,金华职业技术学院 何国产,四、 RNA转录的条件,(一)模板,结构基因双链中的一股链。,(二)原料,4种核糖核苷酸：ATP、UTP、GTP、CTP。,(三)RNA聚合酶,1.原核生物的RNA聚合酶,金华职业技术学院 何国产,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,DNA,原核生物的RNA聚合酶,金华职业技术学院 何国产,2.真核生物的RNA聚合酶,RNA转录时除需以上物质外，
14、还需要一些蛋白因子参与。如原核生物使转录过程终止因子。真核生物聚合酶启动转录时的转录因子。,(四)蛋白因子,金华职业技术学院 何国产,第二节 RNA生物合成,五.转录的过程 （一）起始 （二）延长 （三）终止,金华职业技术学院 何国产,转录过程,(一)转录起始,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的起始区域。 (2)DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,原核生物的转录过程,金华职业技术学院 何国产,(2) DNA双链解开。,(1) RNA聚合酶全酶(2)与模板保守序列结合。,(3) 在RNA-pol作用下形成转录起始复合物。,RNApol (2) - D
15、NA - pppGpN- OH 3,(4)转录起始复合物:,2. 转录起始过程,原核生物启动子的保守序列,金华职业技术学院 何国产,(二)转录延长,1. 亚基脱落，RNApol核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板推进，NTP不断聚合RNA链不断延长。,(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol (核心酶) DNA RNA,金华职业技术学院 何国产,2.原核生物转录过程中的羽毛状现象,转录延长,金华职业技术学院 何国产,1.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
16、信号，与转录产物结合，RNA和RNA-pol一起从模板上脱落。,(三)转录终止,金华职业技术学院 何国产,2.非依赖因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处，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。,金华职业技术学院 何国产,六、转录后的加工修饰,主要的修饰方式有剪接、剪切、修饰、添加。,剪切(cleavage),剪接(splicing),金华职业技术学院 何国产,（一）mRNA的加工修饰 （二）tRNA的加工修饰 （三）rRNA的加工修饰,真核生物转录后的加工,金华职业技术学院 何国产,(一) 真核生物mRNA的转录后加工,1. 5端加帽 (m7GpppNm)。 3端接尾(poly A tail)。,金华职业技术学院 何国产,3.mRNA的剪接
