基因信息的傳遞課件

第十二章基因信息的傳遞第一節(jié)DNA的生物合成*

第二節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄*

第三節(jié)翻譯—蛋白質(zhì)的生物合成*第十二章基因信息的傳遞課件11、DNA半保留復(fù)制半保留復(fù)制：在復(fù)制過(guò)程中，首先親代雙鏈解開，然后以每條鏈作為模板，在其上合成互補(bǔ)的子代鏈，結(jié)果每個(gè)子代DNA分子中有一條鏈完全來(lái)自親代DNA，另一條是新合成的。

1953年，Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)就推測(cè)DNA可能按照半保留機(jī)制進(jìn)行自我復(fù)制。第一節(jié)DNA的生物合成一、DNA指導(dǎo)的DNA的生物合成——DNA復(fù)制（一）DNA復(fù)制的機(jī)制1、DNA半保留復(fù)制半保留復(fù)制：在復(fù)制過(guò)程中，首先親代215N標(biāo)記的E.coli.DNA密度梯度離心試驗(yàn)Meselson和Stahl，1958年15N標(biāo)記的E.coli.DNA密度梯度離心試驗(yàn)3

2、半不連續(xù)復(fù)制

DNA聚合酶催化的方向是5，→3，。前導(dǎo)鏈：滯后鏈：

1968年，發(fā)現(xiàn)岡崎片段

2、半不連續(xù)復(fù)制4（二）參與DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)1、

DNA聚合酶

（1）聚合作用

（2）3‘→5’外切酶活性

（3）5’→3‘外切酶活性（二）參與DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)52、

解螺旋酶大腸桿菌的解螺旋酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與rep蛋白共同作用，將DNA兩條鏈解開。解螺旋酶I、II、III沿著模板鏈的5’→3’方向隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)，而rep蛋白則在另一條模板鏈上沿3’→5’方向移動(dòng)。3、

單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）復(fù)制叉上的解螺旋酶，沿雙鏈DNA前進(jìn)，產(chǎn)生單鏈區(qū)，大量的單鏈DNA結(jié)合蛋白與單鏈區(qū)結(jié)合，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈DNA不被核酸酶降解。2、解螺旋酶64、拓?fù)洚悩?gòu)酶（或稱旋轉(zhuǎn)酶）屬DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ，可引入負(fù)超螺旋，消除復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶來(lái)的扭曲張力。拓?fù)洚悩?gòu)酶分兩類：I和II，廣泛存在于原核生物和真核生物。(1)拓?fù)洚悩?gòu)酶I使DNA的一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，反應(yīng)無(wú)須供給能量，主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，與轉(zhuǎn)錄有關(guān)。(2)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ使DNA的兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，當(dāng)它引入超螺旋時(shí)需要由ATP供給能量。分布在染色質(zhì)骨架蛋白和核基質(zhì)部，與復(fù)制有關(guān)。4、拓?fù)洚悩?gòu)酶（或稱旋轉(zhuǎn)酶）75、

DNA連接酶連接雙鏈DNA上的切口。大腸桿菌連接酶只能在模板上連接DNA缺口。T4DNA連接酶即可連接粘性末端的DNA，又可連接平齊末端的雙鏈DNA。E.coli.和其它細(xì)菌的DNA連接酶以NAD為能源，動(dòng)物細(xì)胞和噬菌體DNA連接酶以ATP為能源。5、DNA連接酶86、

RNA引物和引發(fā)酶細(xì)胞內(nèi)，DNA的復(fù)制需要引物（DNA或RNA），引物酶或RNA聚合酶可合成6-10個(gè)堿基的RNA引物。DNA復(fù)制為什么要用RNA引物？（為什么DNA聚合酶要用引物，RNA聚合酶不需要引物？）⑴從模板復(fù)制最初幾個(gè)核酸時(shí)，堿基堆集力和氫鍵都較弱，易發(fā)生錯(cuò)配⑵新復(fù)制的最初幾個(gè)核苷酸，沒(méi)有與模板形成穩(wěn)定雙鏈，DNA聚合酶的5，→3，校對(duì)功能難發(fā)揮作用。6、RNA引物和引發(fā)酶9（三）DNA復(fù)制過(guò)程（三）DNA復(fù)制過(guò)程10

1、起始（1）復(fù)制的起始點(diǎn)和方向復(fù)制起點(diǎn)是以一條鏈為模板起始DNA合成的一段序列。有時(shí)，兩條鏈的復(fù)制起點(diǎn)并不在同一點(diǎn)上（不對(duì)稱復(fù)制，如D環(huán)復(fù)制）。多數(shù)生物的復(fù)制起點(diǎn)，都是DNA呼吸作用強(qiáng)烈的區(qū)段，即經(jīng)常開放的區(qū)段，富含A.T，而且可能含有大量的反向重復(fù)和保守序列。1、起始11環(huán)狀DNA復(fù)制起點(diǎn)環(huán)狀DNA復(fù)制起點(diǎn)12（2）DNA復(fù)制的起始

引發(fā)：當(dāng)DNA的雙螺旋解開后，合成RNA引物的過(guò)程。

引發(fā)體：引物合成酶與各種蛋白質(zhì)因子（dnaB、dnaC、n、n＇n＇＇I）構(gòu)成的復(fù)合體，負(fù)責(zé)RNA引物的合成。引發(fā)體沿著模板鏈5’→3’方向移動(dòng)（與岡崎片段合成的方向正好相反，而與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相同），移到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。

E.coli.DNA復(fù)制原點(diǎn)oriC，由245bp組成，三組13bp重復(fù)序列（近5’端處），四組9bp重復(fù)序列（另一端處）。（2）DNA復(fù)制的起始13

2、復(fù)制的延長(zhǎng)前導(dǎo)鏈只需要一個(gè)RNA引物，后隨鏈的每一個(gè)岡崎片段都需要一個(gè)RNA引物，鏈的延長(zhǎng)反應(yīng)由DNApol.Ⅲ催化。

復(fù)制體：在DNA合成的生長(zhǎng)點(diǎn)（既復(fù)制叉上）分布著許多與復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子，它們?cè)贒NA的模板鏈形成離散的復(fù)合物，彼此配合進(jìn)行高度精確的復(fù)制，稱為復(fù)制體。復(fù)制體沿著復(fù)制叉方向前進(jìn)就合成DNA。2、復(fù)制的延長(zhǎng)143、復(fù)制的終止RNA引物的切除及缺口補(bǔ)齊：DNApolⅠ的5，→3，外切活力，切除RNA引物。DNApolⅠ的5，→3，合成活性補(bǔ)齊缺口。DNA切口的連接：DNAligase，動(dòng)物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。DNA合成的終止：環(huán)狀DNA、線性DNA，復(fù)制叉相遇即終止。

3、復(fù)制的終止15（四）真核生物DNA復(fù)制的特殊規(guī)律

1、復(fù)制起點(diǎn)和單位

真核生物染色體DNA是多復(fù)制子，有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，可以多點(diǎn)起始，分段進(jìn)行復(fù)制。每個(gè)復(fù)制子大多在100-200bp之間，比細(xì)菌染色體DNA（單復(fù)制子）小得多。試驗(yàn)證據(jù)：5-氟脫氧胞苷標(biāo)記

（四）真核生物DNA復(fù)制的特殊規(guī)律16

真核生物DNA復(fù)制叉移動(dòng)的速度此原核的慢，如哺乳動(dòng)物復(fù)制叉移動(dòng)的速度每分鐘1-3Kb，細(xì)菌每分鐘5Kb。真核生物染色體全部復(fù)制完成前，起點(diǎn)不再?gòu)男麻_始復(fù)制。而在快速生長(zhǎng)的原核生物中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物在快速生長(zhǎng)時(shí)，可采用更多的復(fù)制起點(diǎn)同時(shí)復(fù)制。如黑腹果蠅，早期胚胎細(xì)胞中相鄰復(fù)制起點(diǎn)的平均距離為7.9kb，而在培養(yǎng)的成體細(xì)胞中，平均距離為40kb，成體細(xì)胞只利用一部分復(fù)制起點(diǎn)。真核生物DNA復(fù)制叉移動(dòng)的速度此原核的慢，172、真核生物的染色體在全部復(fù)制完成前，各起始點(diǎn)上不能開始下一輪的DNA復(fù)制。在原核生物中，在起始點(diǎn)上可以連續(xù)地開始新的DNA復(fù)制。2、真核生物的染色體在全部復(fù)制完成前，各起始點(diǎn)上不能183、復(fù)制過(guò)程中組蛋白的裝配

核小體的結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)證據(jù)：環(huán)己酮亞胺抑制組蛋白合成，電子顯微鏡下觀察3、復(fù)制過(guò)程中組蛋白的裝配19二、RNA指導(dǎo)的DNA的生物合成——逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板，合成DNA。與通常轉(zhuǎn)錄過(guò)程中遺傳信息流從DNA到RNA的方向相反。

二、RNA指導(dǎo)的DNA的生物合成——逆轉(zhuǎn)錄20(一)逆轉(zhuǎn)錄酶由一個(gè)α亞基和一個(gè)β亞基組成，含有Zn2+，具有三種酶活力。

1、RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力（以RNA為模板，合成一條互補(bǔ)的DNA，形成RNA—DNA雜種分子）。

2、RNaseH酶活力，水解RNA—DNA雜種分子中的RNA，可沿3’→5’和5’→3’兩個(gè)方向起外切酶作用。

3、DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力。

模板：RNA或DNA以自身病毒類型的RNA為模板時(shí)，該酶的反轉(zhuǎn)錄活力最大，但是帶有適當(dāng)引物的任何種類的RNA都能作為合成DNA的模板。

引物：RNA或DNA

底物：dNTP

二價(jià)陽(yáng)離子：Mg2+或Mn2+真核mRNA3’端有polyA，加入oligodT后，可以作為逆轉(zhuǎn)錄酶的模板，合成cDNA。(一)逆轉(zhuǎn)錄酶21三、

DNA的損傷及修復(fù)1、DNA的損傷

一些物理化學(xué)因子如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑均可引起DNA損傷，破壞其結(jié)構(gòu)與功能。然而在一定條件下，生物機(jī)體能使這種損傷得到修復(fù)。紫外線可使DNA分子中同一條鏈上兩個(gè)相鄰的胸腺嘧啶堿基之間形成二聚體（TT），兩個(gè)T以共價(jià)鍵形成環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)。CT、CC間也可形成少量二聚體（CT、CC），使復(fù)制、轉(zhuǎn)錄受阻。

2、DNA的修復(fù)細(xì)胞內(nèi)具有一系列起修復(fù)作用的酶系統(tǒng)，可以除去DNA上的損傷，恢復(fù)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。目前已知有4種酶修復(fù)系統(tǒng)：光復(fù)活、切除修復(fù)、重組修復(fù)、SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)，后三種不需要光，又稱為暗修復(fù)。三、DNA的損傷及修復(fù)22（1）光修復(fù)1949年已發(fā)現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象，可見(jiàn)光（最有效400nm）可激活光復(fù)活酶，此酶能分解由于紫外線形成的嘧啶二聚體。高等哺乳動(dòng)物沒(méi)有此酶。

（1）光修復(fù)23（2）切除修復(fù)

在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除，并以完整的那一條鏈為模板，合成出切去部分，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。①特異性核酸內(nèi)切酶識(shí)別嘧啶二聚體部位，在嘧啶二聚體5’端鄰近處切開，在DNA單鏈上形成一缺口。②DNA聚合酶Ⅰ以未損傷鏈為模板，按5’→3’方向進(jìn)行修補(bǔ)。③DNA聚合酶Ⅰ發(fā)揮外切酶作用，按5’→3’方向切除嘧啶二聚體損傷處。④DNA連接酶連接。

（2）切除修復(fù)24第十二章基因信息的傳遞課件25第二節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄*

RNA轉(zhuǎn)錄:以一段DNA的遺傳信息為模板，在RNA聚合酶作用下，合成出對(duì)應(yīng)的RNA的過(guò)程，或在DNA指導(dǎo)下合成RNA。

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：mRNA、rRNA、tRNA、小RNA除某些病毒基因組RNA外，絕大多數(shù)RNA分子都來(lái)自DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。

DNA正鏈：與mRNA序列相同的DNA鏈。DNA負(fù)鏈：與正鏈互補(bǔ)的DNA鏈。轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。第二節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄*26一、催化RNA合成的酶1、RNA聚合酶RNA合成的基本特征①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）②RNA鏈生長(zhǎng)方向：5’→3’③不需引物④需DNA模板

一、催化RNA合成的酶27(1)原核細(xì)胞聚合酶

E.coli和其它原核細(xì)胞一樣，只有一種RNA聚合酶，合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。E.coliRNA聚合酶全酶由六個(gè)亞基組成，α2ββ’σω，另有兩個(gè)Zn2+。無(wú)σ亞基的酶叫核心酶，核心酶只能使已開始合成的RNA鏈延長(zhǎng)，而不具備起始合成活性，加入σ亞基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亞基稱為起始因子。E.coliRNA聚合酶各亞基的大小與功能：(1)原核細(xì)胞聚合酶E.coliRNA聚合酶各亞基的大28(2)真核細(xì)胞RNA聚合酶真核生物的轉(zhuǎn)錄機(jī)制要復(fù)雜得多，有三種細(xì)胞核內(nèi)的RNA聚合酶：

除了細(xì)胞核RNA聚合酶外，還分離到線粒體和葉綠體RNA聚合酶，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能轉(zhuǎn)錄所有種類的RNA，類似于細(xì)菌RNA聚合酶。(2)真核細(xì)胞RNA聚合酶29二、轉(zhuǎn)錄的過(guò)程二、轉(zhuǎn)錄的過(guò)程301、轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄是從DNA模板上特定的部位開始的,這一部位稱為啟動(dòng)子.RNA聚合酶結(jié)合到DNA雙鏈的啟動(dòng)子上，局部解開雙螺旋，第一個(gè)核苷酸(通常為GTP或ATP)結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，即開始RNA鏈的延伸。起始過(guò)程中，σ因子起關(guān)鍵作用，它能使聚合酶迅速地與DNA的啟動(dòng)子結(jié)合，σ亞基與β’結(jié)合時(shí)，β’亞基的構(gòu)象有利于核心酶與啟動(dòng)子緊密結(jié)合，轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基便從全酶中解離出來(lái)。然后nusA亞基結(jié)合到核心酶上，由nusA亞基識(shí)別序列序列。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是+1，上游是-1。1、轉(zhuǎn)錄的起始31第十二章基因信息的傳遞課件322、鏈的延伸轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基釋放，離開核心酶，nusA亞基結(jié)合到核心酶上,使核心酶的β’亞基構(gòu)象變化，與DNA模板親和力下降，在DNA上移動(dòng)速度加快，由nusA亞基識(shí)別序列序列,使RNA鏈不斷延長(zhǎng)。

3、轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶到達(dá)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)時(shí)，在終止輔助因子的作用下下，聚合反應(yīng)停止，RNA鏈和聚合酶脫離DNA模板鏈，nusA又被σ亞基所取代。。由此形成RNA聚合酶起始復(fù)合物與終止復(fù)合物兩種形式的循環(huán)。2、鏈的延伸33三、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，要經(jīng)過(guò)剪切、修

飾、拼接等過(guò)程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的RNA分子，此過(guò)程稱RNA轉(zhuǎn)錄后的加工。三、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾341、真核生物mRNA前體的加工mRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過(guò)程中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。其中，約有25%可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA。hnRNA半壽期很短，比細(xì)胞質(zhì)中的mRNA更不穩(wěn)定，一般在幾分鐘至1小時(shí)。而細(xì)胞質(zhì)mRNA的半壽期為1-10小時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞mRNA最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)年。hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工過(guò)程主要包括：a.5’末端形成帽子結(jié)構(gòu)b.3’末端切斷并加上polyAc.剪接除去內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的序列,拼接外顯子.

1、真核生物mRNA前體的加工35第十二章基因信息的傳遞課件36（1）戴帽加尾參與的酶:RNA三磷酸酶，mRNA鳥苷酰轉(zhuǎn)移酶，mRNA（鳥嘌呤-7）甲基轉(zhuǎn)移酶，mRNA（核苷-2’）甲基轉(zhuǎn)移酶。

5’帽子的功能a.保護(hù)mRNA，避免5’端受核酸外切酶的降解b.在翻譯過(guò)程中起信號(hào)識(shí)別作用，協(xié)助核糖體與mRNA結(jié)合，使翻譯從AUG開始。。（1）戴帽加尾37

加尾:hnRNA鏈由RNAaseⅢ切斷，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA，ATP為供體。加尾信號(hào)：AATAAA、YGTGTGYY（Y為嘧啶）。核內(nèi)hnRNA的3’端也有多聚腺苷酸，表明加尾過(guò)程早在核內(nèi)已經(jīng)完成。hnRNA中的poly（A）比mRNA略長(zhǎng)，平均150-200nt。

polyA的功能:a.防止核酸外切酶對(duì)mRNA信息序列的降解，起緩沖作用。b.與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)。

38（2）拼接多數(shù)真核基因是斷裂基因，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過(guò)拼接，去除內(nèi)含子，使編碼區(qū)（外顯子）成為連續(xù)序列。有些內(nèi)含子可以催化自身的拼接,有些內(nèi)含子需要在有關(guān)酶的作用下才能拼接。2、真核tRNA前體的加工真核tRNA前體的剪切、修飾過(guò)程與原核相似。（2）拼接393、核糖體RNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工

細(xì)菌中的30rRNA前體經(jīng)過(guò)多種酶的作用才成為成熟的rRNA。3、核糖體RNA前體的轉(zhuǎn)錄后加工40

rRNA在成熟過(guò)程中可被甲基化，位點(diǎn)主要在核糖2’-OH上。真核rRNA甲基化程度比原核的高，約1-2%的核苷酸被甲基化。

真核生物的核仁是rRNA合成、加工和裝配成核糖體的場(chǎng)所，大、小亞基分別組裝后，通過(guò)核孔轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)中參與核糖體循環(huán)。*rRNA在成熟過(guò)程中可被甲基化，位點(diǎn)主要在核糖2’-41第三節(jié)翻譯——蛋白質(zhì)的生物合成一、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)1、mRNA是遺傳信息的載體（1）密碼的連續(xù)性（2）密碼的簡(jiǎn)并性（3）密碼的通用性（4）密碼的不重疊性（5）終止密碼與起始密碼2、tRNA是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的工具3、核糖體是肽鏈合成的分子“機(jī)器”第三節(jié)翻譯——蛋白質(zhì)的生物合成42二、蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)制1、蛋白質(zhì)合成的方向2、氨基酸的活化3、蛋白質(zhì)合成的過(guò)程（1）蛋白質(zhì)合成的起始

二、蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)制43（2）肽鏈的延伸

①結(jié)合②轉(zhuǎn)肽③移位④脫落（2）肽鏈的延伸44第十二章基因信息的傳遞課件45（3）肽鏈的終止與釋放（4）多聚核糖體（3）肽鏈的終止與釋放46（5）真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)（5）真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)47

4、翻譯后加工

（1）N-端Met或fMet的除去（2）二硫鍵的形成（3）氨基酸側(cè)鏈的特殊修飾（4）輔基連接與亞基聚合（5）水解切除*

48第十二章基因信息的傳遞第一節(jié)DNA的生物合成*

第二節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄*

第三節(jié)翻譯—蛋白質(zhì)的生物合成*第十二章基因信息的傳遞課件491、DNA半保留復(fù)制半保留復(fù)制：在復(fù)制過(guò)程中，首先親代雙鏈解開，然后以每條鏈作為模板，在其上合成互補(bǔ)的子代鏈，結(jié)果每個(gè)子代DNA分子中有一條鏈完全來(lái)自親代DNA，另一條是新合成的。

1953年，Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)就推測(cè)DNA可能按照半保留機(jī)制進(jìn)行自我復(fù)制。第一節(jié)DNA的生物合成一、DNA指導(dǎo)的DNA的生物合成——DNA復(fù)制（一）DNA復(fù)制的機(jī)制1、DNA半保留復(fù)制半保留復(fù)制：在復(fù)制過(guò)程中，首先親代5015N標(biāo)記的E.coli.DNA密度梯度離心試驗(yàn)Meselson和Stahl，1958年15N標(biāo)記的E.coli.DNA密度梯度離心試驗(yàn)51

2、半不連續(xù)復(fù)制

DNA聚合酶催化的方向是5，→3，。前導(dǎo)鏈：滯后鏈：

1968年，發(fā)現(xiàn)岡崎片段

2、半不連續(xù)復(fù)制52（二）參與DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)1、

DNA聚合酶

（1）聚合作用

（2）3‘→5’外切酶活性

（3）5’→3‘外切酶活性（二）參與DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)532、

解螺旋酶大腸桿菌的解螺旋酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與rep蛋白共同作用，將DNA兩條鏈解開。解螺旋酶I、II、III沿著模板鏈的5’→3’方向隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)，而rep蛋白則在另一條模板鏈上沿3’→5’方向移動(dòng)。3、

單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）復(fù)制叉上的解螺旋酶，沿雙鏈DNA前進(jìn)，產(chǎn)生單鏈區(qū)，大量的單鏈DNA結(jié)合蛋白與單鏈區(qū)結(jié)合，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈DNA不被核酸酶降解。2、解螺旋酶544、拓?fù)洚悩?gòu)酶（或稱旋轉(zhuǎn)酶）屬DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ，可引入負(fù)超螺旋，消除復(fù)制叉前進(jìn)時(shí)帶來(lái)的扭曲張力。拓?fù)洚悩?gòu)酶分兩類：I和II，廣泛存在于原核生物和真核生物。(1)拓?fù)洚悩?gòu)酶I使DNA的一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，反應(yīng)無(wú)須供給能量，主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，與轉(zhuǎn)錄有關(guān)。(2)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ使DNA的兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，當(dāng)它引入超螺旋時(shí)需要由ATP供給能量。分布在染色質(zhì)骨架蛋白和核基質(zhì)部，與復(fù)制有關(guān)。4、拓?fù)洚悩?gòu)酶（或稱旋轉(zhuǎn)酶）555、

DNA連接酶連接雙鏈DNA上的切口。大腸桿菌連接酶只能在模板上連接DNA缺口。T4DNA連接酶即可連接粘性末端的DNA，又可連接平齊末端的雙鏈DNA。E.coli.和其它細(xì)菌的DNA連接酶以NAD為能源，動(dòng)物細(xì)胞和噬菌體DNA連接酶以ATP為能源。5、DNA連接酶566、

RNA引物和引發(fā)酶細(xì)胞內(nèi)，DNA的復(fù)制需要引物（DNA或RNA），引物酶或RNA聚合酶可合成6-10個(gè)堿基的RNA引物。DNA復(fù)制為什么要用RNA引物？（為什么DNA聚合酶要用引物，RNA聚合酶不需要引物？）⑴從模板復(fù)制最初幾個(gè)核酸時(shí)，堿基堆集力和氫鍵都較弱，易發(fā)生錯(cuò)配⑵新復(fù)制的最初幾個(gè)核苷酸，沒(méi)有與模板形成穩(wěn)定雙鏈，DNA聚合酶的5，→3，校對(duì)功能難發(fā)揮作用。6、RNA引物和引發(fā)酶57（三）DNA復(fù)制過(guò)程（三）DNA復(fù)制過(guò)程58

1、起始（1）復(fù)制的起始點(diǎn)和方向復(fù)制起點(diǎn)是以一條鏈為模板起始DNA合成的一段序列。有時(shí)，兩條鏈的復(fù)制起點(diǎn)并不在同一點(diǎn)上（不對(duì)稱復(fù)制，如D環(huán)復(fù)制）。多數(shù)生物的復(fù)制起點(diǎn)，都是DNA呼吸作用強(qiáng)烈的區(qū)段，即經(jīng)常開放的區(qū)段，富含A.T，而且可能含有大量的反向重復(fù)和保守序列。1、起始59環(huán)狀DNA復(fù)制起點(diǎn)環(huán)狀DNA復(fù)制起點(diǎn)60（2）DNA復(fù)制的起始

引發(fā)：當(dāng)DNA的雙螺旋解開后，合成RNA引物的過(guò)程。

引發(fā)體：引物合成酶與各種蛋白質(zhì)因子（dnaB、dnaC、n、n＇n＇＇I）構(gòu)成的復(fù)合體，負(fù)責(zé)RNA引物的合成。引發(fā)體沿著模板鏈5’→3’方向移動(dòng)（與岡崎片段合成的方向正好相反，而與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相同），移到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。

E.coli.DNA復(fù)制原點(diǎn)oriC，由245bp組成，三組13bp重復(fù)序列（近5’端處），四組9bp重復(fù)序列（另一端處）。（2）DNA復(fù)制的起始61

2、復(fù)制的延長(zhǎng)前導(dǎo)鏈只需要一個(gè)RNA引物，后隨鏈的每一個(gè)岡崎片段都需要一個(gè)RNA引物，鏈的延長(zhǎng)反應(yīng)由DNApol.Ⅲ催化。

復(fù)制體：在DNA合成的生長(zhǎng)點(diǎn)（既復(fù)制叉上）分布著許多與復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子，它們?cè)贒NA的模板鏈形成離散的復(fù)合物，彼此配合進(jìn)行高度精確的復(fù)制，稱為復(fù)制體。復(fù)制體沿著復(fù)制叉方向前進(jìn)就合成DNA。2、復(fù)制的延長(zhǎng)623、復(fù)制的終止RNA引物的切除及缺口補(bǔ)齊：DNApolⅠ的5，→3，外切活力，切除RNA引物。DNApolⅠ的5，→3，合成活性補(bǔ)齊缺口。DNA切口的連接：DNAligase，動(dòng)物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。DNA合成的終止：環(huán)狀DNA、線性DNA，復(fù)制叉相遇即終止。

3、復(fù)制的終止63（四）真核生物DNA復(fù)制的特殊規(guī)律

1、復(fù)制起點(diǎn)和單位

真核生物染色體DNA是多復(fù)制子，有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，可以多點(diǎn)起始，分段進(jìn)行復(fù)制。每個(gè)復(fù)制子大多在100-200bp之間，比細(xì)菌染色體DNA（單復(fù)制子）小得多。試驗(yàn)證據(jù)：5-氟脫氧胞苷標(biāo)記

（四）真核生物DNA復(fù)制的特殊規(guī)律64

真核生物DNA復(fù)制叉移動(dòng)的速度此原核的慢，如哺乳動(dòng)物復(fù)制叉移動(dòng)的速度每分鐘1-3Kb，細(xì)菌每分鐘5Kb。真核生物染色體全部復(fù)制完成前，起點(diǎn)不再?gòu)男麻_始復(fù)制。而在快速生長(zhǎng)的原核生物中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物在快速生長(zhǎng)時(shí)，可采用更多的復(fù)制起點(diǎn)同時(shí)復(fù)制。如黑腹果蠅，早期胚胎細(xì)胞中相鄰復(fù)制起點(diǎn)的平均距離為7.9kb，而在培養(yǎng)的成體細(xì)胞中，平均距離為40kb，成體細(xì)胞只利用一部分復(fù)制起點(diǎn)。真核生物DNA復(fù)制叉移動(dòng)的速度此原核的慢，652、真核生物的染色體在全部復(fù)制完成前，各起始點(diǎn)上不能開始下一輪的DNA復(fù)制。在原核生物中，在起始點(diǎn)上可以連續(xù)地開始新的DNA復(fù)制。2、真核生物的染色體在全部復(fù)制完成前，各起始點(diǎn)上不能663、復(fù)制過(guò)程中組蛋白的裝配

核小體的結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)證據(jù)：環(huán)己酮亞胺抑制組蛋白合成，電子顯微鏡下觀察3、復(fù)制過(guò)程中組蛋白的裝配67二、RNA指導(dǎo)的DNA的生物合成——逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板，合成DNA。與通常轉(zhuǎn)錄過(guò)程中遺傳信息流從DNA到RNA的方向相反。

二、RNA指導(dǎo)的DNA的生物合成——逆轉(zhuǎn)錄68(一)逆轉(zhuǎn)錄酶由一個(gè)α亞基和一個(gè)β亞基組成，含有Zn2+，具有三種酶活力。

1、RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力（以RNA為模板，合成一條互補(bǔ)的DNA，形成RNA—DNA雜種分子）。

2、RNaseH酶活力，水解RNA—DNA雜種分子中的RNA，可沿3’→5’和5’→3’兩個(gè)方向起外切酶作用。

3、DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力。

模板：RNA或DNA以自身病毒類型的RNA為模板時(shí)，該酶的反轉(zhuǎn)錄活力最大，但是帶有適當(dāng)引物的任何種類的RNA都能作為合成DNA的模板。

引物：RNA或DNA

底物：dNTP

二價(jià)陽(yáng)離子：Mg2+或Mn2+真核mRNA3’端有polyA，加入oligodT后，可以作為逆轉(zhuǎn)錄酶的模板，合成cDNA。(一)逆轉(zhuǎn)錄酶69三、

DNA的損傷及修復(fù)1、DNA的損傷

一些物理化學(xué)因子如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑均可引起DNA損傷，破壞其結(jié)構(gòu)與功能。然而在一定條件下，生物機(jī)體能使這種損傷得到修復(fù)。紫外線可使DNA分子中同一條鏈上兩個(gè)相鄰的胸腺嘧啶堿基之間形成二聚體（TT），兩個(gè)T以共價(jià)鍵形成環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)。CT、CC間也可形成少量二聚體（CT、CC），使復(fù)制、轉(zhuǎn)錄受阻。

2、DNA的修復(fù)細(xì)胞內(nèi)具有一系列起修復(fù)作用的酶系統(tǒng)，可以除去DNA上的損傷，恢復(fù)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。目前已知有4種酶修復(fù)系統(tǒng)：光復(fù)活、切除修復(fù)、重組修復(fù)、SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)，后三種不需要光，又稱為暗修復(fù)。三、DNA的損傷及修復(fù)70（1）光修復(fù)1949年已發(fā)現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象，可見(jiàn)光（最有效400nm）可激活光復(fù)活酶，此酶能分解由于紫外線形成的嘧啶二聚體。高等哺乳動(dòng)物沒(méi)有此酶。

（1）光修復(fù)71（2）切除修復(fù)

在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除，并以完整的那一條鏈為模板，合成出切去部分，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。①特異性核酸內(nèi)切酶識(shí)別嘧啶二聚體部位，在嘧啶二聚體5’端鄰近處切開，在DNA單鏈上形成一缺口。②DNA聚合酶Ⅰ以未損傷鏈為模板，按5’→3’方向進(jìn)行修補(bǔ)。③DNA聚合酶Ⅰ發(fā)揮外切酶作用，按5’→3’方向切除嘧啶二聚體損傷處。④DNA連接酶連接。

（2）切除修復(fù)72第十二章基因信息的傳遞課件73第二節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄*

RNA轉(zhuǎn)錄:以一段DNA的遺傳信息為模板，在RNA聚合酶作用下，合成出對(duì)應(yīng)的RNA的過(guò)程，或在DNA指導(dǎo)下合成RNA。

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：mRNA、rRNA、tRNA、小RNA除某些病毒基因組RNA外，絕大多數(shù)RNA分子都來(lái)自DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物。

DNA正鏈：與mRNA序列相同的DNA鏈。DNA負(fù)鏈：與正鏈互補(bǔ)的DNA鏈。轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。第二節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄*74一、催化RNA合成的酶1、RNA聚合酶RNA合成的基本特征①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）②RNA鏈生長(zhǎng)方向：5’→3’③不需引物④需DNA模板

一、催化RNA合成的酶75(1)原核細(xì)胞聚合酶

E.coli和其它原核細(xì)胞一樣，只有一種RNA聚合酶，合成各種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。E.coliRNA聚合酶全酶由六個(gè)亞基組成，α2ββ’σω，另有兩個(gè)Zn2+。無(wú)σ亞基的酶叫核心酶，核心酶只能使已開始合成的RNA鏈延長(zhǎng)，而不具備起始合成活性，加入σ亞基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亞基稱為起始因子。E.coliRNA聚合酶各亞基的大小與功能：(1)原核細(xì)胞聚合酶E.coliRNA聚合酶各亞基的大76(2)真核細(xì)胞RNA聚合酶真核生物的轉(zhuǎn)錄機(jī)制要復(fù)雜得多，有三種細(xì)胞核內(nèi)的RNA聚合酶：

除了細(xì)胞核RNA聚合酶外，還分離到線粒體和葉綠體RNA聚合酶，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能轉(zhuǎn)錄所有種類的RNA，類似于細(xì)菌RNA聚合酶。(2)真核細(xì)胞RNA聚合酶77二、轉(zhuǎn)錄的過(guò)程二、轉(zhuǎn)錄的過(guò)程781、轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄是從DNA模板上特定的部位開始的,這一部位稱為啟動(dòng)子.RNA聚合酶結(jié)合到DNA雙鏈的啟動(dòng)子上，局部解開雙螺旋，第一個(gè)核苷酸(通常為GTP或ATP)結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，即開始RNA鏈的延伸。起始過(guò)程中，σ因子起關(guān)鍵作用，它能使聚合酶迅速地與DNA的啟動(dòng)子結(jié)合，σ亞基與β’結(jié)合時(shí)，β’亞基的構(gòu)象有利于核心酶與啟動(dòng)子緊密結(jié)合，轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基便從全酶中解離出來(lái)。然后nusA亞基結(jié)合到核心酶上，由nusA亞基識(shí)別序列序列。轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)是+1，上游是-1。1、轉(zhuǎn)錄的起始79第十二章基因信息的傳遞課件802、鏈的延伸轉(zhuǎn)錄起始后，σ亞基釋放，離開核心酶，nusA亞基結(jié)合到核心酶上,使核心酶的β’亞基構(gòu)象變化，與DNA模板親和力下降，在DNA上移動(dòng)速度加快，由nusA亞基識(shí)別序列序列,使RNA鏈不斷延長(zhǎng)。

3、轉(zhuǎn)錄的終止RNA聚合酶到達(dá)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)時(shí)，在終止輔助因子的作用下下，聚合反應(yīng)停止，RNA鏈和聚合酶脫離DNA模板鏈，nusA又被σ亞基所取代。。由此形成RNA聚合酶起始復(fù)合物與終止復(fù)合物兩種形式的循環(huán)。2、鏈的延伸81三、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾RNA聚合酶合成的原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，要經(jīng)過(guò)剪切、修

飾、拼接等過(guò)程，才能轉(zhuǎn)變成成熟的RNA分子，此過(guò)程稱RNA轉(zhuǎn)錄后的加工。三、RNA轉(zhuǎn)錄后的加工修飾821、真核生物mRNA前體的加工mRNA原初轉(zhuǎn)錄物是分子量很大的前體，在核內(nèi)加工過(guò)程中形成分子大小不等的中間產(chǎn)物，它們被稱為核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。其中，約有25%可轉(zhuǎn)變成成熟的mRNA。hnRNA半壽期很短，比細(xì)胞質(zhì)中的mRNA更不穩(wěn)定，一般在幾分鐘至1小時(shí)。而細(xì)胞質(zhì)mRNA的半壽期