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第十单元 遗传信息的传递与表达

第十单元 遗传信息的传递与表达. 学习目标. 掌握 ： DNA 复制的过程、 RNA 转录过程、 蛋白质的生物合成过程 熟悉 ： DNA 复制的酶、三种 RNA 在蛋白质生物合成中的作用 了解： DNA 的修复、转录后的加工和修饰、蛋白质生物合成与医学的关系. 分子生物学(分子遗传学)中心法则. 反映了从 DNA  RNA  蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律 。. 转录. 翻译. 复制. DNA. RNA. 蛋白质. 反转录. 蛋白质 （病毒）. 翻译. 复制. RNA （ 病毒）.

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第十单元 遗传信息的传递与表达

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  1. 第十单元遗传信息的传递与表达

  2. 学习目标 • 掌握：DNA复制的过程、RNA转录过程、蛋白质的生物合成过程 • 熟悉： DNA复制的酶、三种RNA在蛋白质生物合成中的作用 • 了解： DNA的修复、转录后的加工和修饰、蛋白质生物合成与医学的关系

  3. 分子生物学(分子遗传学)中心法则 反映了从DNARNA蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律。 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 反转录 蛋白质 （病毒） 翻译 复制 RNA （病毒）

  4. 第一节 DNA的生物合成

  5. 两种方式 • DNA→DNA DNA复制 • RNA→DNA 反转录

  6. 一、 DNA的复制 复制：以亲代DNA为模板，根据碱基配对的原则，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA的过程。 复制的方式 DNA的半保留复制

  7. 复制 • 是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。 复制 亲代DNA 子代DNA

  8. DNA的复制的方式------ DNA半保留复制

  9. 以亲代DNA双链为模板以碱基互补方式合成子代DNA，这样新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制

  10. 含重氮-DNA的细菌 培养于普通培养液 继续培养于普通培养液 • 密度梯度实验 梯度离心结果 第一代 第二代 ——实验结果支持半保留复制的设想

  11. （二）参与DNA复制的酶类 与蛋白质因子及其主要作用 • 必须具备的基本条件 模板：母链DNA 原料：dNTP (包括dATP、dGTP、 dCTP、dTTP) 酶和蛋白质因子： 引物：一小段RNA 能量（ATP）及某些无机离子

  12. 拓扑异构酶 TopoⅠ 的作用 不需耗能(ATP)，切割(断)双链DNA中 的一链，松解螺旋, 封闭切口。又称 切割封口酶。

  13. TopoⅡ(又称旋转酶)的作用 • 无ATP时：作用相当于TopoⅠ,但切割的是双链DNA某一部位(断双链)。 • 有ATP时：使带断口、松弛状的DNA分子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。

  14. 解链酶 解链酶(又称解螺旋酶或螺旋酶 ) 作用：断裂互补碱基间的氢键,使DNA双链分离形成“复制叉”。

  15. 3. 单链DNA结合蛋白(DNA结合蛋白) 作用：防止重新形成双 链和防止单链模板被核酸酶水解,维持DNA单链状态和完整性

  16. 5´ 3´ 5´ RNA引物 3´ RNA引物 5´ 5´ 引物酶 DNA不能从无→有合成，需在一小段RNA基础上合成DNA 需引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶。

  17. 5. DNA聚合酶（DNA pol） 即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP） • 原核生物迄今已知只有3种：DNA polⅠ、 DNA polⅡ、 DNA polⅢ。 • 真核生物亦发现有多种DDDP：DDDP、、、、 。

  18. 3´ 5´ 3´ 5 3´ 5´ 3 5´ 三、复制的半不连续性 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。 3 领头链连续复制， 随从链不连续复制， 这就是复制的半不连续性 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。 领头链 解链方向 随从链 冈崎片段 DNA的两股单链走向相反，一股为5’至3’，另一股（互补链）为3’至5’。复制叉上两股母链也是走向相反。 子链沿母链模板复制，只能从5’向3’延伸。 同一个复制叉上只能有一个解链方向。 复制中的不连续片段称为岡崎片段。 5

  19. DNA聚合酶： 在大肠杆菌中首先发现DNA聚合酶，其后发现该酶在许多生物中广泛存在。 该酶的催化性质如下： 原料：四种脱氧核苷三磷酸 （dATP、dGTP dCTP dTTP) 需要模板：以DNA为模板链，合成子代DNA，合成产物与模板互补。 • 需要引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆 菌中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物，引物含 3’ -OH. • 合成方向：5   3 

  20. 3´ 模板链 5 ´ 5´ 3´ DDDP 5´3´聚合作用示意图

  21. 5´ 3´外切 3´5´外切 5´ 3´ C A 3´ DDDP 的 5´3´外切及3´5´外切作用示意图

  22. DNA连接酶 作用：在有模板指导的条件下，催化2个 DNA片段(两片段间的距离为1个3‘ ,5’– 磷酸二酯键的键长)的连接。 原理：在一个DNA片段的3‘ -OH末端和另一 个DNA片段的5‘-P末端形成3’,5‘-磷酸二酯 键，从而实现连接。

  23. 参与DNA复制的酶及蛋白质 ───────────────────── 酶或蛋白质主要作用 ───────────────────── 拓扑异构酶类克服解链时打结及缠绕、松驰或引 进负超螺旋 解链酶类解开DNA双链 单链DNA结合蛋白维持已解开单链DNA的稳定 引物酶合成RNA引物 DNA聚合酶ⅢDNA复制 DNA聚合酶Ⅰ水解引物、填补空隙、修复作用 DNA连接酶催化双链DNA中单链缺口的连接 ─────────────────────

  24. DNA的复制过程 • 复制的起始 • 链的延长 • 复制的终止

  25. 复制的起始 1.在拓扑异构酶、解链酶及单链DNA 结合蛋白的共同作用下，DNA解旋、解链，形成复制叉。 2.依赖于单链模板，由引物酶催化按碱基配对规律合成一小段RNA引物(原核细胞引物长50-100个碱基，真核约10个碱基)。

  26. 复制起始阶段的特点 原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制

  27. 链的延长 • 引物合成后，由DNA polⅢ（真核细胞为DNA聚合酶或)催化，在引物3'-OH末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸,使新合成的链不断延长。 • 领头链:链的延长方向(5' 3')与解链方向(复制叉移动方向)相同, 为连续合成。 • 随从链:链的延长方向(5'3')与解链方向(复制叉移动方向)相反，为不连续合成。 • 分段合成的DNA片段, 最初被命名为冈崎片段

  28. 3′ DnaG DnaB.C 5′ 形成引发体 3′ -OH ATP ADP+Pi 5′ 复制的过程 单链DNA结合蛋白 DNA-PolⅢ 拓扑异构酶 解螺旋酶 DNA连接酶

  29. 复制的终止 1.水解引物及填补空隙 冈崎片段合成后，由DNA polⅠ(真核细胞可 能是DNA聚合酶)水解去除RNA引物，并填补留 下的空隙(5' 3')聚合 2.完整双链DNA分子的形成 填补空隙后，DNA片段与片段之间还有一个缺 口(一个3‘,5’-磷酸二酯键的长度), 由DNA连接酶 催化连接成完整的链，从而产生完整的双链DNA 分子

  30. 三、DNA的修复合成

  31. （一）、DNA的损伤 概念 生物体受某些理化和生物等外源性因素或机体内环境改变的影响，引起DNA分子结构的任何异常改变称为DNA损伤

  32. 引起DNA损伤的因素 O H O H N N R N O R N O C H 3 C H 3 P P O C H H 3 N R N O R N O N H C H O 3 物理因素 紫外线(常产生嘧啶二聚体) 电离辐射(断磷酸二酯键) UV 胸腺嘧啶二聚体的产生

  33. 化学因素：均能干扰复制与转录功能 ▲烷化剂：(如氮芥类, CTX)，使鸟嘌呤的 N7烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点 C→U A→I ▲亚硝酸盐：使碱基脱氨 G→X 原G-C配对最终变为A-T配对，导致错配

  34. 转录 反转录 三、逆转录 概念 以RNA为模板，dNTP为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成DNA的过程。 反转录酶, 又称为依赖RNA的DNA聚合酶 RNA DNA RNA(病毒)

  35. 反转录的医学意义 反向转录酶存在于所有致癌RNA病毒中, 其功能可能与病毒的恶性转化作用有关; 但它也存在于某些正常细胞中，在细胞分化与胚胎发生中可能起某些作用。 反转录病毒和反转录酶的发现, 提出了一个重要的医学问题──病毒致癌及癌基因

  36. 目前多指病毒 生物因素 生理因素 机率极低 糖苷键自行断裂；自发脱氨基作用, CU，AI。 突变：有机体基因组可遗传的改变，即DNA序列的改变. 根据引发的原因，可将突变分为： 诱发突变和自发突变。

  37. 颠换：异型碱基间变异, 转换：同型碱基间变异, 根据 DNA分子的改变，突变可分为4类： 点突变 缺失 缺失或插入的碱基数不是3的整倍数时，则引起移码突变 插入 倒位(或易位)

  38. DNA损伤的修复 • DNA复制过程所发生的突变(碱基配对错误)，由核内DNA聚合酶Ⅰ以其校读功能予以纠正. • 若碱基错配频频发生或损伤范围大，则需采用以下修复方式进行修复.

  39. DNA修复方式 光复活酶 TT （可见光） 3' 5' 3' 5' 特异性核酸内切酶 5' 3' 3' 5' 5' 3' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 1. 光修复: T + T 2.切除修复：由3种酶共同参与完成。 DNA pol I DNA连接酶

  40. 3.重组修复：亦称复制后修复 3' 3' 5' 5' 3' 5' 3' 5' 5' 3' 3' 5' 3' 5' 复制 重组 DDDP I DNA连接酶 5' 5' 3' 3' 5' 3' 5' 5' 3' 3' 3' 5' 3' 5' 重组修复过程

  41. 第二节 RNA的生物合成 两种方式 • DNA→RNA 转录 存在于绝大多数生物体 • RNA→RNA RNA复制 存在于某些病毒体内

  42. 一、转 录 （一）概念 在DNA指导的RNA聚合酶催化下，以DNA的模板链为模板，4种NTP为原料，按碱基配对规律(T-A,A-U,G-C)合成一条与模板链互补的RNA链的过程。

  43. （二）参与转录的酶和有关因子 β'1 与模板DNA结合 被利福平 σ 1 识别转录起始点 被利福霉素──────────────────────── ⒈ RNA聚合酶 常称为转录酶 其全称为 ：DNA依赖的RNA聚合酶 由 5 个亚基组成 σα2ββ'(全酶) α2ββ'(核心酶) +σ因子 大肠杆菌RNA聚合酶亚基组成及其功能 ──────────────────────── 类型 亚基/酶分子 主 要 功 能 ──────────────────────── α 2 决定哪些基因被转录 β 1 参与转录的全过程

  44. RNA聚合酶的主要功能 能识别并结合于DNA模板的启动子部位 解开转录起始点下游一小段DNA双螺旋，产生单链模板; 不需引物，催化形成第一个3',5'-磷酸二酯键，沿 5'→3'方向延伸RNA链 能识别DNA模板上的转录终止信号(依赖于σ因子) 在基因表达中，参与转录水平的调控

  45. ρ因子 功能 (1)能帮助 DDRP识别终止信号并停止转录 (2)具有ATP酶和解链酶活性，使RNA-DNA杂化分子解链，从而释放转录产物RNA分子

  46. 5 ' 3 ' 5 ' 3 ' 不对称转录的两方面含义 ： • DNA 分子上的一条链可转录时，另一条不转录 • 模板链并非永远在同一单链上 模板链（含结构基因） 编码链

  47. （四）启动子及终止信号 1. 启动子 确保转录精确而有效地起始的DNA 序列 RNA 聚合酶与模板DNA结合的特定部位，是基因转录的开始部位。

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