第三章遗传信息传递汇总..ppt

第三章 遗传信息的传递,第一节 DNA的复制 一 DNA复制的基本规律 （一）DNA半保留复制 在真核生物和原核生物中DNA的复制模式为半保留的 DNA半保留复制：DNA复制时，旧的双链解开，分别以两条旧链为模板合成新的DNA双链，每条新合成的双链中含有一条新链和一条旧链二） DNA的半不连续复制,DNA双链的极性相反，两条链均按5’ →3’方向复制，因此，在DNA复制时，随双链逐步解旋，一条链按5’ →3’连续合成，另一条链按5’ →3’不连续合成，称为半不连续（semidiscontinuous） 连续合成的链比不连续的链的合成超前一步，故前者称为先导链（leading strand），后者称为后滞链（lagging strand）后滞链形成的不连续的DNA片段称为冈崎片段（ Okazaki fragment）二 DNA复制酶和相关蛋白,（一）DNA聚合酶 1 原核生物的DNA聚合酶 大肠杆菌DNA聚合酶DNA Polymerases DNA Polymerases Ⅰ，DNA的修复 DNA Polymerases Ⅱ，功能不清楚 DNA Polymerases Ⅲ ，DNA的复制,DNA聚合酶Ⅰ（Pol Ⅰ）,1 具有5‘-3’聚合酶活性，催化脱氧核苷酸聚合作用。

2 具有 3‘-5’核酸外切酶活性，校正机制(proofreading)由游离3‘-OH核苷酸激活，错配的碱基被切除 3 具有5‘-3’核酸外切酶活性，作用于具有切口的双螺旋DNA，并在切口以外的配对区切割，使5‘-端DNA链降解为单核苷酸或寡核苷酸DNA聚合酶Ⅲ（ Pol Ⅲ）,是主要的聚合酶，细胞中以多亚基复合物形式存在，称为DNA聚合酶Ⅲ全酶（DNA polymerase Ⅲ，holoenzyme） Pol Ⅲ核心酶（core enzyme）由αεθ三个亚基组成，与聚合作用有关，其中α 为基因polC的产物，具有聚合酶活性， ε 为基因dnaQ的产物，具3‘-5’核酸外切酶活性 θ 亚基功能不清楚 不具有5‘-3’的核酸外切酶活性2 真核生物的DNA聚合酶,真核的DNA聚合酶有α、β、γ、δ和ε五种 DNApol α含有180kDa的催化亚基和一个小亚基，小亚基含有两个小蛋白（60kDa和50kDa），具引发酶活性，后滞链DNA合成 DNApol δ含有两个亚基（125kDa和25kDa），先导链DNA合成，并具3‘-5’外切酶活性聚合作用需要分裂细胞核抗原（proliferating cellnucleus antigen PCNA）参与。

PCNA可增加DNApol δ与模板/引物的相互作用，使pol δ持续性增加二）相关酶与蛋白质,1 解螺旋酶(helicase) :又称解链酶，利用ATP水解的能量使DNA双链的氢键解开，并在DNA链上沿一定方向移动 2 单链结合蛋白(Single strand DNA binding protein, SSB) ，又称双螺旋稳定蛋白（helix destabilizing protein） 结合于解旋的DNA单链上，防止单链水解或重新形成双螺旋SSB与DNA的结合具有协同性（cooperativity），第一个SSB与DNA结合，是第二个SSB与DNA的结合更容易相关酶与蛋白质,3 引物酶（primerase）：催化RNA引物合成的酶一般为3-5个碱基 DNA的复制以RNA为引物，随模板特定序列上RNA的合成而开始 4 旋转酶（拓扑异构酶Ⅱ） ：DNA复制过程中，随双螺旋的解链，在复制叉处产生张力，对于闭合环行DNA分子中形成正超螺旋，不利于复制，拓扑异构酶Ⅱ的参与，解除正超螺旋，引入负超螺旋，有利于DNA复制相关酶与蛋白质,5 DNA连接酶：DNA后随链的冈崎片段形成后，5‘端RNA引物被DNA聚合酶Ⅰ5‘→3’外切酶降解，通过切口移位形成DNA片段而填充，最后形成3’-羟基和5‘-磷酰基的缺口，由DNA连接酶（DNA ligase）封闭 DNA ligase的连接作用要求单链切口必须是3’-羟基和5‘-磷酰基，利用ATP或NAD+中磷酸酐键形成磷酸二酯键。

三 DNA复制的一般过程,（一）DNA的复制的起始 DNA是从一个起始位点开始复制的，复制 的调控就是复制起始的调控一旦复制开始，就一定要完成，达到复制子的终点 DNA复制从特定起始位点（原点origin）开始，多种起始蛋白结合到复制起始点，形成前复制复合体，并与DNA解链酶结合，解开DNA双链，形成复制泡，产生扩展方向相反的两个复制叉（replication fork）接着DNA引发酶结合，形成引发体引发酶催化合成RNA引物，随引发体移动，在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补原则在引物上加上碱基其余的复制蛋白因子和酶在第二个复制叉形成复合体，使DNA子链从复制起点向两个方向延伸 （二）DNA复制的延伸 复制起始后，拓扑异构酶解旋 产生负超螺旋，解旋酶解开双链，SSB结合于双链上，复制叉移动，聚合酶以两条单链为模板，以5‘→3’方向合成新链 链的合成方向与复制叉移动的方向相同的为先导链（leading strand），相反的是后滞链（loggong strand）先导链有DNA polⅢ在RNA引物的3‘-OH连续延伸至结束 后滞链有PriA、B、C、DnaB、C、T及引发酶结合形成引发体，合成2-5nt的RNA引物， DNA polⅢ在RNA引物的3‘-OH延伸形成冈崎片段， DNA polⅠ 5‘→3’外切酶活性切除引物，并从冈崎片段 3’端合成DNA片段填补空缺。

相连片段的缺刻由连接酶封闭，完成半不连续复制四、原核和真核生物DNA复制特点,原核生物只有一个复制起点，真核生物有多个复制起点 从复制起点到两边的复制终点之间的一端DNA称为复制子（replicon）或一个复制单元（replication unit） 真核生物是多复制子，原核生物是单复制子 原核生物个复制子的复制速度快，冈崎片段长；真核生物复制子的复制速度慢，冈崎片段段但整个染色体的复制真核生物并不比原核生物慢真核生物多复制子,,复制方式,原核生物染色体和质粒DNA是环状分子，只有一个复制子，复制方式多样 θ型复制（ θ-type relication）—等速双向复制，大肠杆菌DNA复制 滚环式复制（rolling circle replication）—单向复制：许多病毒、细菌F因子及真核生物rRNA基因 哺乳动物线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA） 是环状DNA分子，D环复制（D-loop replication）—不等速双向复制，θ复制,,滚环复制,,,D环复制,真核生物端粒的复制,真核生物染色体DNA为线性分子，，复制结束后新链5`端的引物被切除后，由于没有3`羟基而无法填补。

这个空缺被端粒酶（telomerase）催化形成端粒而补充 端粒（telimere）是真核生物染色体两段的一种短片段重复序列单链末段，能形成特殊的发夹结构，不被外切核酸酶和内切核酸没识别 四膜虫端粒的重复序列为GGGGTT 锥虫端粒的重复序列为CCCTAA第二节 DNA转录,转录：以DNA为模板合成RNA的过程 一 基本特征（转录与复制的不同）； 1 在不同时期、不同组织和器官的细胞基因组只有部分基因转录所有基因都复制） 2 DNA双链只有一条作为模板转录，作为转录模板的DNA单链为模板链（template strand）或反义链（antisense strand）不作为模板的链与mRNA具有相同序列的DNA单链为有意义链（sense strand）或编码链（coding strand） DNA复制以两条链为模板）3 转录的起始不需要引物，复制需要引物 4 转录的底物是4种核糖核苷酸（rRNA）ATP、GTP、CTP、UTP复制的底物是脱氧核糖核苷酸（dRNA），d ATP 、 dGTP、dCTP、dUTP 5 RNA合成依赖RNA聚合酶，DNA复制需要DNA聚合酶 6 RNA-DNA杂交双链不稳定，合成后不断从DNA模板链上游离出来。

DNA新旧链形成稳定的双螺旋结构 7 真核生物和rRNA、tRNA基因转录的初级转录物（primary transcripts）需要加工后，才能成为具有生物功能的成熟RNA分子二 、RNA聚合酶,1、大肠杆菌RNA聚合酶 全酶480kD，含有4种不同的多肽链(β'，β，α2，ω，σ) 在大肠杆菌的RNA聚合酶中，σ因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与β’βα2分离，后者称为核心酶核心酶加上σ因子成为完整的酶---全酶全酶对转录的起始是必需的2 真核生物的转录,真核生物有三种RNA聚合酶和三种启动子原核生物只有一种聚合酶和启动子 真核生物转录的基本模式是辅助因子与酶结合，识别启动子，酶进行转录 RNA聚合酶I：合成28S，18S，5.8S rRNA前体 RNA聚合酶II：合成,mRNA,一些小分子RNA (snRNA)前体 RNA聚合酶III：合成tRNA、5srRNA以及一些snRNA前体,,RNA pol II,RNA pol II有2个大亚基，若干小亚基组成最大亚基的C末端结构域有一个羧基末端功能区（carboxy-terminal domain ，CTD）含有多个重复序列： Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser Ser或Thr残基高度磷酸化 CTD的重复数很重要，减少一半会致死。

三、基因转录的一般过程,转录包括转录的起始、RNA链的延伸和终止原核生物只有一种RNA聚合酶，负责转录的起始及延伸，不需要蛋白因子参与原核生物的启动子的保守序列为-10和-35区 真核生物除有三种RNA聚合酶，还有许多蛋白质因子介入启动涉及TATA框，CAAT框和GC框及增强子等相关元件 真核与原核的转录过程相似以原核的转录过程为例RNA合成的起始,1 核心酶在σ因子参与下模板DNA结合，生成非专一的，不稳定复合物在模板上移动 2 全酶识别模板的启动子，并与之结合，形成“封闭的酶-启动子二元复合物” （Closed binary complex） 3 全酶紧密的结合在启动子-10序列，模板DNA局部变形解链，形成“开放的酶-启动子二元复合物”（Open binary complex） 4 酶移动到转录起始点，开始转录起始成功后，酶释放σ因子，形成酶-启动子-rNTP三元复合物（ternary complex），酶在模板链上移动，RNA链延伸合成第10个碱基RNA链大多以pppA或pppG开始，占90%RNA链的延伸,一般RNA开始合成后，σ因子与核心酶脱离，由核心酶独立完成RNA链的延长。

当酶前进时，DNA被RNA聚合酶解链，保持17bp的解链区，RNA与DNA形成12pb的杂交链，随RNA聚合酶转录移动，RNA链游离出来，DNA链又复链RNA合成的终止,终止子（terminator） ：DNA中的转录终止信号，导致在DNA模板上特定位点终止RNA的合成，转录复合物解体和释放出RNA 聚合酶和RNA分子 强终止子：又称内部终止子（intrinsic terminators），不需要任何其他因子帮助就可终止核心酶的转录 有对称回文序列，形成的发卡结构富含GC碱基对，使茎环不易打开 3‘端约有6 个连续的Us弱终止子,弱终止子：又称ρ依赖性终止子（Rho-dependent terminators），需要一种蛋白因子ρ（rho factor）帮助才能终止转录 ρ因子能识别转录终止位点前不连续区域（约50~90nt），富含C，缺乏G；随富C贫G区域长度的增加， ρ-依赖性终止子效率增加 ρ因子是噬菌体基因组编码蛋白因子， 。