DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄

1、DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄1DNA的復(fù)制過程中心法則中心法則的主要內(nèi)容中心法則的補(bǔ)充和再思考逆轉(zhuǎn)錄RNA模板蛋白質(zhì)的自身構(gòu)象調(diào)控DNA的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)證據(jù)15N標(biāo)記DNA的復(fù)制正在復(fù)制的DNA觀察半保留復(fù)制的定義DNA復(fù)制過程中，雙鏈解開成兩條單鏈，然后分別以兩條單鏈為模板在DNA聚合酶催化下，合成兩條與模板互補(bǔ)的單鏈，新合成單鏈與模板鏈相互配對(duì)形成DNA雙螺旋分子，子代DNA含有一條親代DNA鏈和一條新合成鏈，稱半保留復(fù)制2DNA復(fù)制的起始和復(fù)制方向復(fù)制子基因組中獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的最小單位，稱復(fù)制子一個(gè)復(fù)制子應(yīng)包含復(fù)制起點(diǎn)、復(fù)制終點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)DNA上的特定序列，一般含較多的A/T對(duì)，反向重復(fù)，具有進(jìn)化保守

2、性有特殊的蛋白質(zhì)識(shí)別起始序列一般原核生物只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，而真核生物的染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)對(duì)于原核生物的質(zhì)粒，復(fù)制起點(diǎn)的性質(zhì)與其拷貝數(shù)相關(guān)復(fù)制方向大多數(shù)生物的復(fù)制是雙向的，接近對(duì)稱的現(xiàn)在認(rèn)為應(yīng)該存在復(fù)制終點(diǎn)3DNA復(fù)制的一般過程DNA雙螺旋的打開拓?fù)洚悩?gòu)酶解除DNA的超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶I，斷裂并重連接一條DNA單鏈，不消耗ATP拓?fù)洚悩?gòu)酶II，斷裂并重連接兩條DNA單鏈，在引入超螺旋時(shí)耗能DNA解旋酶將DNA雙鏈打開每解開1對(duì)堿基需要水解2ATP解旋酶的ATP酶活性必須有DNA單鏈的存在轉(zhuǎn)錄激活作用在復(fù)制開始前由RNA聚合酶，合成一小段RNA分子作用主要在于分離DNA雙鏈少數(shù)情況，這段分子可以加

3、成后形成復(fù)制引物（ColE質(zhì)粒）單鏈DNA與單鏈結(jié)合蛋白（SSB）作用，避免重新閉合或酶解不能幫助解旋原核SSB有協(xié)同效應(yīng)，真核一般沒有4DNA復(fù)制的引發(fā)參與復(fù)制引發(fā)體形成的蛋白因子DNA解鏈所需的因子（前述）i 蛋白、n、n、n蛋白dnaB、dnaC蛋白引發(fā)酶（引物合成酶）引發(fā)過程n、n、n蛋白與DNA單鏈結(jié)合dnaB與6個(gè)dnaC組成復(fù)合體復(fù)合體通過 i 蛋白與n、n、n蛋白組成引發(fā)前體引發(fā)前體與引發(fā)酶組成引發(fā)體引發(fā)體沿模板鏈5 3 移動(dòng)移動(dòng)到一定位置，即開始合成RNA引物，一般幾個(gè)到十幾個(gè)核苷酸，合成方向也是5 3 隨著復(fù)制體的移動(dòng)，新的DNA雙鏈產(chǎn)生，形成復(fù)制叉結(jié)構(gòu)，雙向復(fù)制的復(fù)制叉，

4、形成大致對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。5DNA的半不連續(xù)復(fù)制新生成DNA的合成方向始終是53的，DNA的雙鏈卻是反向平行的，這就產(chǎn)生了其中一條DNA單鏈的復(fù)制方向與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反的問題實(shí)驗(yàn)證明：復(fù)制方向與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反的DNA單鏈，并不是連續(xù)合成的，而是先形成一些小的、不連續(xù)的DNA片斷，再通過DNA連接酶連接起來。這些片斷稱為岡崎片斷，這樣的復(fù)制方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。連續(xù)合成的DNA鏈一般稱前導(dǎo)鏈，不連續(xù)合成的DNA鏈稱滯后鏈。岡崎片斷產(chǎn)生的原因引發(fā)體先在前導(dǎo)鏈上合成一段引物，后轉(zhuǎn)移到滯后鏈復(fù)制叉移動(dòng)一段距離后，在滯后鏈模板上的引物酶合成出引物，DNA聚合酶結(jié)合，開始延伸DNA，由于方向與復(fù)制叉移動(dòng)方

5、向相反，延伸一段距離后， DNA聚合酶與DNA分離。由于復(fù)制叉不斷移動(dòng)，滯后鏈不斷合成引物，上述過程不斷重復(fù)，形成岡崎片斷原核岡崎片斷一般10002000bp、真核岡崎片斷一般100-200bp6DNA聚合酶大腸桿菌一般有3種DNA聚合酶，分別稱為DNA聚合酶I、II、III，分別行使不同的功能，DNA的復(fù)制主要由DNA聚合酶III催化DNA聚合酶I：多功能酶，需Mg2+、Zn2+5 3核苷酸聚合作用，以四種脫氧核苷三磷酸為原料，需要單鏈模板，必須有引物游離3-OH存在3 5核酸外切酶作用， 校對(duì)作用。3 5焦磷酸解作用5 3核酸外切酶作用。切除引物、損傷修復(fù)磷酸鹽與焦磷酸基的交換DNA聚合酶

6、III7種亞基構(gòu)成全酶功能與DNA聚合酶I相似，但活性更高亞基為催化亞基，亞基具有校對(duì)功能，、 、構(gòu)成核心酶亞基為引物識(shí)別和模板定位亞基，全酶結(jié)合后釋放亞基使酶可以利用長(zhǎng)的DNA單鏈、亞基稱為延長(zhǎng)因子7DNA聚合酶II沒有5 3核酸外切酶作用其他參與DNA復(fù)制的酶DNA連接酶：催化相鄰的核苷酸之間3，5磷酸二酯鍵的形成，以NADH或ATP供能尿嘧啶糖苷酶、dUTP酶、AP核酸內(nèi)切酶DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性的保障DNA聚合酶的校對(duì)作用引物的切除和空缺修補(bǔ)未配對(duì)單鏈的切除真核DNA復(fù)制與原核的對(duì)比五種DNA聚合酶：、。 相當(dāng)于原核的聚合酶III, 在DNA的延伸中起作用。核小體的“全保留復(fù)制”：前導(dǎo)鏈保

7、有全部的原核小體，滯后鏈則全部重新合成末端問題：端粒8其他DNA復(fù)制方式滾環(huán)復(fù)制：?jiǎn)蜗驈?fù)制的一種特殊形式單鏈開環(huán)開環(huán)后，5端游離，或固定在膜上以完整的環(huán)DNA為模板，在單鏈DNA的3-OH端延伸，推動(dòng)環(huán)一邊滾動(dòng)一邊分離出線狀的DNA單鏈，直到重新合成出完整的DNA分子線狀DNA單鏈再復(fù)制環(huán)化多重DNA復(fù)制一次復(fù)制結(jié)束前，下一次復(fù)制即開始逆轉(zhuǎn)錄過程定義：由逆轉(zhuǎn)錄酶催化，以RNA為模板合成DNA的過程，是遺傳信息由RNA傳遞到DNA的過程某些致癌的RNA病毒、HIV病毒、乙肝病毒有逆轉(zhuǎn)錄酶活性9逆轉(zhuǎn)錄酶以四種脫氧核苷酸為底物，以RNA為模板在有引物存在的前提下，聚合形成DNA，需要Mg 2+、Mn

8、 2+引物可以是寡聚核糖核酸，也可以是寡聚脫氧核糖核酸，長(zhǎng)度4bp是多功能酶以RNA為模板，聚合形成DNA以DNA為模板，聚合形成DNA切除DNA-RNA雜合分子中的RNA分子逆轉(zhuǎn)錄過程病毒的RNA分子類似于真核mRNA的結(jié)構(gòu)一般攜帶一分子宿主的tRNA分子作為引物以病毒的RNA分子為模板合成DNA分子，形成雜合分子降解RNA分子，再以DNA分子為模板復(fù)制，形成DNA雙鏈環(huán)化進(jìn)入細(xì)胞核，并整合到宿主的基因組中，進(jìn)行表達(dá)10逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義中心法則的重要補(bǔ)充致癌病毒的復(fù)制方式，對(duì)于相應(yīng)的疾病的治療有指導(dǎo)意義基因工程中遺傳信息的重要獲得方式基因治療的重要工具生物進(jìn)化研究的突破DNA復(fù)制的調(diào)控順式

9、調(diào)控作用DNA序列的調(diào)控作用反式調(diào)控作用蛋白因子的調(diào)控作用11DNA的轉(zhuǎn)錄過程原核生物的轉(zhuǎn)錄作用RNA聚合酶多亞基酶：、無需引物存在可轉(zhuǎn)錄mRNA、tRNA、rRNA轉(zhuǎn)錄起始啟動(dòng)子：RNA聚合酶識(shí)別，結(jié)合，并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列-35序列：TTGACA, 識(shí)別、結(jié)合部位-10序列：TATAAT, DNA局部解鏈部位轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄因子：參與轉(zhuǎn)錄的蛋白因子轉(zhuǎn)錄促進(jìn)因子阻遏蛋白12RNA的延伸生成的RNA鏈先與DNA鏈結(jié)合形成雜合雙鏈游離出RNA單鏈可以內(nèi)部配對(duì)形成一定的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄的終止終止子：提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列，終點(diǎn)前一般有一段回文序列，轉(zhuǎn)錄后形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)不依賴于rho因子的終止子：形成

10、發(fā)夾結(jié)構(gòu)，回文對(duì)稱序列有一段富含G/C對(duì)的序列，終點(diǎn)前轉(zhuǎn)錄形成有富含U的序列依賴于rho因子的終止子：沒有富含G/C對(duì)的序列，也沒有富含U的序列，由于發(fā)夾結(jié)構(gòu)的存在，使RNA聚合酶的移動(dòng)速度下降， rho因子追趕上RNA聚合酶，引發(fā)終止過程終止因子rho因子：幫助RNA聚合酶與DNA分離，幫助RNA釋放NUS因子： NusA抗終止作用13真核生物的轉(zhuǎn)錄作用RNA聚合酶：三種RNA聚合酶I：轉(zhuǎn)錄45S rRNA(5.8S, 18S, 28S)RNA聚合酶II：轉(zhuǎn)錄hnRNA ，SnRNARNA聚合酶III：轉(zhuǎn)錄tRNA、5s rRNA真核啟動(dòng)子Hogness框（TATA框）：-25-30，一般7

11、bp，幾乎全部由T/A構(gòu)成CAAT框：-75位，9bp，GGTCAATCTGC框：更上游，GGGCGG，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合部位真核轉(zhuǎn)錄因子以非組蛋白的形式與染色質(zhì)結(jié)合形成不同的功能相應(yīng)元件核質(zhì)因子、核功能蛋白14轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)控制原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控操縱子模型：操縱子是由功能上相互關(guān)聯(lián)的基因和基因表達(dá)控制結(jié)構(gòu)組成的基因結(jié)構(gòu)單位，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝過程調(diào)節(jié)控制，以乳糖操縱子為例：結(jié)構(gòu)基因：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶，-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶操縱基因：可以和阻遏蛋白可逆的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，與結(jié)構(gòu)基因構(gòu)成操縱子調(diào)節(jié)基因：可以表達(dá)出阻遏蛋白參與操縱子的調(diào)控操縱子的調(diào)節(jié)過程當(dāng)沒有乳糖分子存在的時(shí)候，阻遏蛋白與

12、操縱基因結(jié)合，阻止乳糖操縱子表達(dá)一旦有一定濃度的乳糖分子存在，則乳糖分子與阻遏蛋白結(jié)合使阻遏蛋白變構(gòu)，從操縱基因上分離，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)，乳糖分解乳糖被利用而濃度下降，阻遏蛋白重新與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因停止表達(dá)誘導(dǎo)型操縱子和阻遏型操縱子色氨酸操縱子15原核轉(zhuǎn)錄的其他調(diào)控方式降解物阻遏衰減作用時(shí)序控制真核生物轉(zhuǎn)錄的調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)錄中作用核小體結(jié)構(gòu)高表達(dá)活性DNA轉(zhuǎn)錄因子的作用增強(qiáng)子真核生物或病毒染色體，有一些DNA序列，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起增強(qiáng)作用，有時(shí)甚至是必不可少的，稱為增強(qiáng)子增強(qiáng)子與效應(yīng)基因之間可以有很遠(yuǎn)的距離，可以在效應(yīng)基因的上游或下游，但一般只作用于同一條DNA分子上的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的抑制物放線

13、菌素D利福平：原核-鵝膏蕈堿：真核16RNA轉(zhuǎn)錄后的加工rRNA的加工原核rRNA的加工30 S rRNA前體的甲基化30 S rRNA前體17 S、25 S中間物和一個(gè)tRNA分子17 S、25 S中間物16 S、23 S rRNA5 S rRNA, 來自于30 S rRNA前體的3端真核rRNA的加工45 S rRNA前體的甲基化切除間隔生成18 S、28 S、5.8 S rRNAtRNA的加工原核tRNA的加工裁切去3-端附加順序加上3-端CCA內(nèi)部堿基修飾17真核tRNA的加工切去5，3 端附加序列逐個(gè)加上3 端CCA核苷酸修飾2-O-甲基核糖真核mRNA的加工5端帽子的加工hnRNA

14、 5 端的三磷酸嘌呤核苷脫磷酸與GTP生成5，5三磷酸連接以S-腺苷酰甲硫氨酸提供甲基，實(shí)現(xiàn)甲基化3端polyA的加工切去原3端片斷多聚腺苷酸聚合酶催化形成polyA尾內(nèi)含子切除在snRNA輔助形成剪接體：U1U6內(nèi)含子“套索支序列”：CURAY5-剪接點(diǎn)磷酸基團(tuán)與“套索支序列”中A的2-羥基形成2，5-磷酸二酯鍵同時(shí)釋放5的外顯子18外顯子1的3-OH與外顯子5-磷酸基團(tuán)形成3，5-磷酸二酯鍵套索內(nèi)含子釋放19202122232425262728(DnaB)2930313233Sliding clamp subunits3 5 exonucleasesubunitsClamp loader34353637腺嘌呤腺嘌呤383940414243PromoterspecificityEnzyme assembly,promoter recognition,activator binding