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(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄 復(fù)制 以DNA為模板，指導(dǎo)DNA合成的過程 酶：DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶（DDDP） 原料: dNTP基因遺傳基因表達(dá) 轉(zhuǎn)錄 以DNA為模板，指導(dǎo)RNA合成的過程 酶：DNA指導(dǎo)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(fù)制）教學(xué)要求:掌握生物信息傳遞中DNA合成的基本過程，包括復(fù)制體系、酶、復(fù)制起始、延伸、終止以及逆轉(zhuǎn)錄的過程，了解DNA損傷與修復(fù)。 復(fù)制第十章 DNA的生物合成（復(fù)制）第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化第三節(jié) DNA生物合成過程第四節(jié) 逆

2、轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式第五節(jié) DNA損傷（突變）與修復(fù)小結(jié)復(fù)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(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義 第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律半保留復(fù)制：復(fù)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(fù)制稱為半保留復(fù)制。第一節(jié)2一、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義AGAACTTCTTGAAGAACTTCTTGATCTTGAAGAACT親代DNA子代DNA 第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律原核生物從一個(gè)固定的起始點(diǎn)開始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制，稱為雙向復(fù)制。二、雙向復(fù)制 第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律

3、第一節(jié)1二、雙向復(fù)制真核細(xì)胞染色體比較復(fù)雜，可能有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，同時(shí)形成多個(gè)復(fù)制單位 第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律第一節(jié)1三、復(fù)制的半不連續(xù)性 第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律第二節(jié)1DNA復(fù)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(zhì)因子第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 第二節(jié)2一、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)二、DNA聚合酶（DNA-pol）三、復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)四、復(fù)制中解鏈和DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化五、DNA連接酶第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)一、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 5 3 聚合活性一、復(fù)

4、制的化學(xué)反應(yīng)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(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)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(gè)數(shù)比=400：40：20/細(xì)胞。DNA-pol I：只能催化延長約20個(gè)核苷酸左右，不是真正催化復(fù)制延長的酶，主要是進(jìn)行校讀，填補(bǔ)空隙。DNA-pol II：只在無pol I 及pol III時(shí)起作用。DNA-pol III：復(fù)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(dá)105個(gè)核苷酸的聚合。第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)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(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)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(fù)制延長中起作用， DNA-pol 延長領(lǐng)頭鏈，而pol 延長隨從鏈。DNA-pol 在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。DNA-pol 在沒有其它DNA-pol時(shí)才發(fā)揮作用。DNA-pol 在線粒體內(nèi)起作用。第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 第二節(jié)2三、復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)

6、核酸外切酶活性和校讀 復(fù)制的保真性和堿基選擇 第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)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(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 DNA-pol II也有這三種作用。DNA聚合酶是復(fù)制時(shí)起主要作用的酶同時(shí)也有35核酸外切酶活性，保證DNA復(fù)制的真實(shí)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(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 復(fù)制的保真性 復(fù)制的保真性和堿基選擇至少依賴三種機(jī)制

7、：1、嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；2、聚合酶在復(fù)制延長中對堿基的選擇功能；3、復(fù)制出錯時(shí)有即時(shí)的校讀功能。第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 解螺旋酶四、復(fù)制中的解鏈和DNA分子拓樸學(xué)變化第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 解螺旋酶、引物酶和 單鏈DNA結(jié)合蛋白 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解螺旋酶解螺旋酶在復(fù)制中的解鏈作用DnaB蛋白第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 解螺旋酶 領(lǐng)頭鏈 rep蛋白 Dna B 隨從鏈 解鏈酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(解旋酶）既能水解，又能連接磷酸二酯鍵拓?fù)涿?切斷DNA雙鏈中的一股拓?fù)涿?切斷DNA雙鏈 單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）維持模板處于單鏈狀態(tài)保護(hù)單鏈的完整引物酶引物酶在

8、DNA復(fù)制中的作用 復(fù)制起始時(shí)引物酶與解螺旋酶（DnaB蛋白）共同起作用。DnaB蛋白DnaA蛋白(辨認(rèn)起始點(diǎn))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(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 引發(fā)體（primosome）復(fù)合體引物酶模板DNA單鏈結(jié)合蛋白單鏈DNA結(jié)合蛋白在復(fù)制中的作用第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶在復(fù)制中的解螺旋作用拓?fù)洚悩?gòu)酶I：切斷DNA雙鏈中的一股，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不打結(jié)，適當(dāng)時(shí)候又把切口封閉，使DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶II：在無ATP時(shí)，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(shí)，斷端在拓?fù)涿复呋禄謴?fù)連接松弛狀態(tài)的DNA又進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。拓?fù)涿笇NA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(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 DNA連接酶五、DNA連接酶在復(fù)制中的作用第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)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(jié)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(fù)制中不連續(xù) 不連續(xù)連續(xù)鏈 的兩條單鏈拓?fù)涿?切斷、整理后 改變拓?fù)錉顟B(tài) 的兩鏈第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓樸學(xué)變化 第三節(jié)第三節(jié) DNA 生物合成

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

11、旋酶、DnaC蛋白、引物酶（DnaG蛋白）和DNA的起始復(fù)制區(qū)域形成引發(fā)體。DNA聚合酶 由其亞單位辨認(rèn)引物，新鏈的第一個(gè)脫氧核苷酸與引物的3-OH形成磷酸二酯鍵，開始復(fù)制拓?fù)洚悩?gòu)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(fù)制起始的蛋白質(zhì)參與復(fù)制起始的各種蛋白質(zhì) 名 稱 功 能DnaA蛋白 辨認(rèn)起始點(diǎn)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?fù)洚悩?gòu)酶 理

12、順DNA鏈oriC（245bp的DNA組分） E.coli的復(fù)制起始點(diǎn)第三節(jié) DNA 生物合成過程復(fù)制延長3AAGACCTATT55TTCTGGATAA3復(fù)制的延長隨從鏈前導(dǎo)鏈岡崎片段第三節(jié) DNA 生物合成過程復(fù)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(guān)，與領(lǐng)頭鏈的合成有關(guān)復(fù)制延長的生化過程原核 生物復(fù)制延長的速度很快，真核生物復(fù)制有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制的半不連續(xù)性和岡崎片段領(lǐng)頭鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，而隨從鏈則是不連續(xù)合成岡崎片段 DNA復(fù)制過程中出現(xiàn)一些不連續(xù)片段第三節(jié) DNA 生物合成過程復(fù)制的延長同一復(fù)制叉上，領(lǐng)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(fù)制的終止第三節(jié) DNA 生物合成過程原核生物復(fù)制終止及不連續(xù)片段連接復(fù)制有終止點(diǎn)領(lǐng)頭鏈?zhǔn)遣婚g斷延長的，隨從鏈?zhǔn)?生成一個(gè)個(gè)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(bǔ)空隙DNA連接酶連接缺口。RNA引物取代復(fù)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(jié)構(gòu) 富含GC的重復(fù)序列人：(TTAGGG)n端粒酶(telomerase)RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物 既有模板，又有逆轉(zhuǎn)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(guān)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(fù)制過程中各酶和蛋白質(zhì)因子的作用復(fù)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(chǔ)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(bǔ)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(jié)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(zhì)第五節(jié)第四節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式 逆轉(zhuǎn)錄：以RNA分子為模板合成DN

15、A分子的過程。逆轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄出（）DNA，形成異質(zhì)雙鏈。（2）它能水解異質(zhì)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(chǎn)生一個(gè)雙鏈的DNA分子。逆轉(zhuǎn)錄過程逆轉(zhuǎn)錄過程第四節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式 反轉(zhuǎn)錄流程轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)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(xì)胞染色體中（+）RNA子鏈m RNA反

16、轉(zhuǎn)錄流程逆轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)： 從RNADNA的反向轉(zhuǎn)錄過程； DNA中間產(chǎn)物必須結(jié)合到宿主細(xì)胞染色體中。 （大部分逆轉(zhuǎn)錄病毒都會引起腫瘤）三、滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制低等生物如質(zhì)粒，復(fù)制時(shí)采用滾環(huán)復(fù)制。環(huán)狀DNA雙鏈一股先開一個(gè)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(fù)制和D環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制三、滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制第四節(jié) 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復(fù) 突變（mutation）：一些物理化學(xué)因子使DNA分子上一個(gè)或多個(gè)脫氧核糖核苷酸的構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，這種現(xiàn)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(fù)突變的意義一、突變的意義（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（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(chǔ) 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復(fù) 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(xué)因素： 第五節(jié) DNA損傷或突變與修復(fù) 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(diǎn)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(fù) 鐮性細(xì)胞病發(fā)病機(jī)理圖不間隔性密碼子的不間隔性：在mRNA分子上兩個(gè)相鄰的密碼子之間沒有任何核苷酸的間隔，即正確翻譯時(shí)，必須從某一特定的起點(diǎn)開始，連續(xù)地一個(gè)密碼子挨著一個(gè)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(fù)使用。如果在mRNA分子中插入或減去某一個(gè)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(fù)四、DNA損傷的修復(fù)