1、主要内容主要内容 DNA的生物合成的生物合成 RNA的生物合成的生物合成 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 基因表达调控基因表达调控第一页，共131页。分子生物学分子生物学(分子遗传学分子遗传学)中心法则中心法则 反映了从反映了从DNADNARNARNA蛋白质的遗传信息主流，蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律规律。转录转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质DNA RNA（病毒）病毒）复制复制复制复制翻译翻译 蛋白质蛋白质（病毒）（病毒）反转录反转录第二页，共131页。第二节第二节DNA的生物合成的生物合成第三页，共131页。&
2、DNADNA DNA复制复制&RNADNA 反转录反转录两种方式两种方式第四页，共131页。复制：复制：以亲代以亲代DNADNA或或RNARNA为模板，为模板，根据根据碱基配对的原则碱基配对的原则，在一系列酶的，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代作用下，生成与亲代相同的子代DNADNA或或RNARNA的过程。的过程。一、DNA的复制复制的方式DNADNA的半保留复制的半保留复制第五页，共131页。(一一)DNA)DNA的半保留复制的半保留复制2.2.半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据:1.1.定义：定义：1958 1958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl
3、用同位素用同位素1515N N标记标记大肠杆大肠杆菌菌DNADNA,首先证明了首先证明了DNADNA的半保留复制。的半保留复制。以以亲代亲代DNADNA双链双链为模板以为模板以碱基互补碱基互补方式合成子代方式合成子代DNADNA，这样新形成的子代这样新形成的子代DNADNA中，一条链来自亲代中，一条链来自亲代DNADNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半半保留复制保留复制。第六页，共131页。DNA半保留复制半保留复制DNA的复制的方式-1958,Messelson and Stahl实验证实实验证实第七页，共131页。细菌的细菌的DNA双链双链(
4、蓝蓝线的代表含线的代表含15N)含含15N-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 重重DNA普通普通DNA普通普通DNADNA半保留复制的证据半保留复制的证据重重DNA第二代第二代第一代第一代第八页，共131页。第九页，共131页。DNADNA的半保留复制的生物学意义：的半保留复制的生物学意义：DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上的在代谢上的稳定性稳定性，是，是保证亲代的遗传信息稳定地传保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。递给后代必要措施。第十页，共131页。&必须具备的基本条件 模板模板：母链：母链DNA 原料原料：dNTP(包括包括dATP
5、、dGTP、dCTP、dTTP)酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子：引物引物：一小段：一小段RNA 能量能量（ATP）及某些及某些无机离子无机离子第十一页，共131页。参与DNA复制的酶类与蛋白质因子及其主要作用1.拓扑异构酶（topoisomerase,Topo）无无ATP时时：作用相当于：作用相当于Topo,但切割的但切割的是是双链双链DNA某一部位某一部位(断双链断双链)。有有ATP时时：使带断口、松弛状的：使带断口、松弛状的DNA分子分子旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。不需耗能不需耗能(ATP)，切割切割(断断)双双链链DNA中的中的一链一链，松解螺旋
6、，松解螺旋,封闭切口。又称封闭切口。又称切割封口酶切割封口酶。Topo 的作用的作用Topo(又称旋转酶又称旋转酶)的作用的作用第十二页，共131页。2.解链酶解链酶(又称又称解螺旋酶或螺旋酶解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解链酶作用作用：断裂互补碱基间的氢键：断裂互补碱基间的氢键,使使DNADNA双链分离形成双链分离形成“复制叉复制叉”。第十三页，共131页。ABC拓扑异拓扑异 构酶构酶II+ATP拓扑异拓扑异 构酶构酶IDNA的松弛状态与超螺旋的松弛状态与超螺旋第十四页，共131页。3.单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(DNA结合蛋白结合蛋白)(single stranded DNA-b
7、inding protein,SSB)作用作用：防止重新形成双防止重新形成双 链和防止单链模板被链和防止单链模板被核酸酶水解核酸酶水解,维持维持DNA单链状态和完整性单链状态和完整性 第十五页，共131页。4.引物酶(Primase)53 5RNA引物引物55RNA引物引物3RNA的合成：需引物酶，它是一种特殊的的合成：需引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶。聚合酶。DNA不能从无不能从无有合成，需在一小段有合成，需在一小段RNA基础上合成基础上合成DNA第十六页，共131页。5.DNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase,DNA pol）即依赖于即依赖于DNA的的DNA聚合酶（聚合酶（D
8、DDP）y原核生物原核生物（E.coli）迄今已知只有迄今已知只有3种：种：DNA pol、DNA pol、DNA pol。y真核生物真核生物 亦发现有多种亦发现有多种DDDP：DDDP、。y其性质与功能其性质与功能 见表见表13-1和表和表13-2第十七页，共131页。n原料：原料：四种脱氧核苷三磷酸四种脱氧核苷三磷酸 （dATPdATP、dGTP dCTP dTTP)dGTP dCTP dTTP)n需要模板：需要模板：以以DNADNA为模板链，合成子代为模板链，合成子代DNADNA，模板可以模板可以是双链，也可以是单链是双链，也可以是单链DNADNA。合成产物与模板互补。合成产物与模板互补
9、。n 需要引物：需要引物：一小段一小段RNA(RNA(或或DNADNA）为引物，在大肠杆为引物，在大肠杆 菌中，菌中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作为引物，引物含链作为引物，引物含3-3-OH.OH.n合成方向：合成方向：5 5 3 3 (一一)DNADNA聚合酶：聚合酶：19561956年年KornbergKornberg等在大肠杆菌中首先等在大肠杆菌中首先发现发现DNADNA聚合酶，其后发现该酶在许多生物中广泛存在。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：该酶的催化性质如下：第十八页，共131页。表表13-1 大肠杆菌中大肠杆菌中DNA聚合酶
10、某些性质聚合酶某些性质 DNA聚合酶聚合酶 性性 质质 -酶分子酶分子/细胞细胞 400 40 20 酶分子量酶分子量(kd)109 90 140 5 3 聚合功能聚合功能 有有 有有 有有 5 3 外切酶活性外切酶活性 有有 有有 无无 3 5 外切酶活性外切酶活性 有有 有有 有有 聚合核苷酸数聚合核苷酸数/分钟分钟/分子分子(37)1000 50 15000 主要功能主要功能 修复等修复等 修复作用修复作用 复制复制 第十九页，共131页。表13-2 真核细胞中真核细胞中DNA聚合酶的性质聚合酶的性质 DNA聚合酶聚合酶 性质性质 -分布分布 细胞核细胞核 细胞核细胞核 线粒体线粒体 细
11、胞核细胞核 细胞核细胞核 分子量分子量(kd)250 36-38 160-300 170 256 3 5外切酶活性外切酶活性 无无 无无 有有 有有 有有 5 3聚合作用聚合作用 有有 有有 有有 有有 有有 主要功能主要功能 复制复制 损伤修复损伤修复 复制复制 复制复制 复制复制,损伤修复损伤修复 (随从链随从链)(领头链领头链)第二十页，共131页。DDDP 53聚合作用示意图聚合作用示意图3 模板链模板链 5 53第二十一页，共131页。DDDP 的的 53外切及外切及35外切外切作用示意图作用示意图35外切外切5 3外切外切53CA3第二十二页，共131页。6.DNA连接酶连接酶(D
12、NA Ligase)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。特点：原核细胞:需辅助因子NAD+真核细胞:不需辅助因子NAD+,但需耗能(ATP)第二十三页，共131页。第二十四页，共131页。表表13-4 参与参与DNA复制的酶及蛋白质复制的酶及蛋白质 酶或蛋白质酶或蛋白质 主要作用主要作用 拓扑异构酶类拓扑异构酶类 克服解链时打结及缠绕、松驰或引克服解链时打结及缠绕、松驰或引 进负超螺旋进负超螺旋 解链酶类解链酶类 解开解开DN
13、A双链双链 单链单链DNA结合蛋白结合蛋白 维持已解开单链维持已解开单链DNA的稳定的稳定 引物酶引物酶 合成合成RNA引物引物 DNA聚合酶聚合酶 DNA复制复制 DNA聚合酶聚合酶 水解引物、填补空隙、修复作用水解引物、填补空隙、修复作用 DNA连接酶连接酶 催化双链催化双链DNA中单链缺口的连接中单链缺口的连接 第二十五页，共131页。（五）、参与（五）、参与DNA复制的复制的酶与蛋白因酶与蛋白因子总览图子总览图第二十六页，共131页。DNA的复制过程 复制的起始 链的延长 复制的终止第二十七页，共131页。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
14、、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)。第二十八页，共131页。DNADNA的复制过程的复制过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）复制的终止复制的终止：复制的起始复制的起始1 1、起始复合物的形成：称为引发、起始复合物的形成：称为引发2 2、RNARNA引物的合成引物的合成 链的延伸：链的延伸：第二十九页，共131页。第三十页，共131页。复制起始阶段的特点真核细胞真核细胞：具有多个具有多个 起始位点起始位点原核细胞原核细胞：仅有一个复制起始位点，但往往是双向复制仅有一个复制起始位点，但往
15、往是双向复制第三十一页，共131页。链的延长n引物合成后，由引物合成后，由DNA pol（真核细胞为真核细胞为DNA聚合酶聚合酶 或或)催化，在引物催化，在引物3-OH末末端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷端逐一添加与模板链对应互补的脱氧核苷磷酸磷酸,使新合成的链不断延长。使新合成的链不断延长。领头链领头链:链的链的延长方向延长方向(5 3)与与解链方向解链方向(复制叉复制叉移动方向移动方向)相同相同,为为连续连续合成。合成。随从链随从链:链的链的延长方向延长方向(53)与与解链方向解链方向(复制叉复制叉移动方向移动方向)相反相反，为，为不连续不连续合成。合成。n分段合成的分段合成的DNA片
16、段片段,最初被命名为最初被命名为冈冈崎片段崎片段第三十二页，共131页。或领头链或领头链III第三十三页，共131页。三、三、DNADNA复制的半不连续性复制的半不连续性前导链前导链滞后链滞后链冈崎片段冈崎片段前导链：前导链：以以3 5 方向的亲方向的亲代链为模板连续合成的子代链。代链为模板连续合成的子代链。滞后链：滞后链：以以5 3方向的方向的亲代链为模板的子代链先逆复制亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。接成滞后链。第三十四页，共131页。DNA DNA链的延伸链的延伸 在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，的催化下，以四种以四种
17、5-5-脱氧核苷三磷酸脱氧核苷三磷酸为底物，在为底物，在RNARNA引物的引物的33端端以磷酸二酯键连接上脱氧以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷核糖核苷酸并释放出焦磷酸。酸。DNADNA链的延伸同时进行前链的延伸同时进行前导链和滞后链的合成。两条链导链和滞后链的合成。两条链方向相反。方向相反。前导链前导链 滞后链滞后链 冈崎片段冈崎片段 半不连续复制半不连续复制冈崎模型冈崎模型第三十五页，共131页。复制的终止复制的终止1.1.水解引物及填补空隙水解引物及填补空隙 冈崎片段合成后，由冈崎片段合成后，由DNA pol(真核细胞可真核细胞可能是能是DNA聚合酶聚合酶)水解去除水解去除RN
18、A引物引物，并，并填填补补留下的留下的空隙空隙(5 3)聚合。聚合。2.2.完整双链完整双链DNADNA分子的形成分子的形成 填补空隙后，填补空隙后，DNA片段与片段之间还有一个缺片段与片段之间还有一个缺口口(一个一个3,5-磷酸二酯键的长度磷酸二酯键的长度),由由DNA连接连接酶酶催化连接成完整的链，从而产生催化连接成完整的链，从而产生完整的双完整的双链链DNA分子分子。第三十六页，共131页。DNADNA复制的精确性（高保真复制）复制的精确性（高保真复制）1 1、碱基的配对规律：、碱基的配对规律：摸板链与新生链之间的碱基配对摸板链与新生链之间的碱基配对保证碱基配错几率约为保证碱基配错几率约
19、为1/101/104 41/101/105 5。2 2、DNADNA聚合酶的聚合酶的3535外切酶活性的校对功能，外切酶活性的校对功能，使碱使碱基的错配几率又降低基的错配几率又降低10010010001000倍。倍。3 3、DNADNA的损伤修复系统。的损伤修复系统。DNA DNA复制必须具有复制必须具有高度精确性高度精确性，在大肠杆菌的细胞，在大肠杆菌的细胞DNADNA复制中其复制中其错误率约为错误率约为1/101/109 91/101/101010，即每即每10109 910101010个个核苷酸才出现一个错误，也就是大肠杆菌染色体核苷酸才出现一个错误，也就是大肠杆菌染色体DNADNA复制
20、复制100010001000010000次才出现一个核苷酸的错误。这么高的精次才出现一个核苷酸的错误。这么高的精确性的保证主要与下列因素有关：确性的保证主要与下列因素有关：第三十七页，共131页。二、DNA的损伤与修复的损伤与修复（一）（一）DNA的损伤的损伤 生物体受某些理化和生物等外源性因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，引起素或机体内环境改变的影响，引起DNA分分子结构的任何异常改变称为子结构的任何异常改变称为DNA损伤损伤(DNA damage)概念概念第三十八页，共131页。ONHNOCH3RPONHNOCH3RONHNOCH3RPNHNOROCH3UV引起引
21、起DNA损伤的因素损伤的因素紫外线紫外线(常产生嘧啶二聚体常产生嘧啶二聚体)电离辐射电离辐射(断磷酸二酯键断磷酸二酯键)物理因素物理因素胸腺嘧啶二聚体的产生胸腺嘧啶二聚体的产生第三十九页，共131页。化学因素：化学因素：均能干扰复制与转录功能均能干扰复制与转录功能烷化剂烷化剂：(如氮芥类如氮芥类,CTX)，使鸟嘌呤的使鸟嘌呤的 N7烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点亚硝酸盐亚硝酸盐：使碱基脱氨：使碱基脱氨原原G-C配对最终变为配对最终变为A-T配对，导致配对，导致错配错配CUAIGX第四十页，共131页。COHNCCHCHNOUCONCCHCHNNH2CANNH2
22、NNNNOHNNNIN OHNNNHH2NGN OHNNNHHOX第四十一页，共131页。化学因素：化学因素：均能干扰复制与转录功能均能干扰复制与转录功能烷化剂烷化剂：(如氮芥类如氮芥类,CTX)，使鸟嘌呤的使鸟嘌呤的 N7烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点亚硝酸盐亚硝酸盐：使碱基脱氨：使碱基脱氨原原G-C配对最终变为配对最终变为A-T配对，导致配对，导致错配错配CUAIGX丝裂霉素：丝裂霉素：与与DNA共价连接引起链交联共价连接引起链交联第四十二页，共131页。目前多指目前多指病毒病毒糖苷键自行断裂；自发脱氨基作用糖苷键自行断裂；自发脱氨基作用,CU，AI。生物
23、因素生物因素生理因素生理因素 机率极低机率极低突变突变(mutation)：有机体基因组可遗传的改有机体基因组可遗传的改变，即变，即DNA序列的改变序列的改变.根据引发的根据引发的原因原因，可将突变分为：，可将突变分为：诱发突变诱发突变和和自发突变自发突变。第四十三页，共131页。缺失缺失根据根据 DNA分子的改变，突变可分为分子的改变，突变可分为4类类：点突变点突变颠换颠换：异型碱基间变异：异型碱基间变异,转换转换：同型碱基间变异：同型碱基间变异,缺失或插入的碱基数不是缺失或插入的碱基数不是3的整的整倍数时，则引起倍数时，则引起移码突变移码突变插入插入倒位倒位(或易位或易位)第四十四页，共1
24、31页。基因突变可能出现的后果基因突变可能出现的后果 生物体致死生物体致死 生物体某些功能丧失生物体某些功能丧失 仅改变基因型，表现型不受影响仅改变基因型，表现型不受影响 改变生物物种，出现新的生物特征改变生物物种，出现新的生物特征第四十五页，共131页。t DNA复制过程所发生的突变复制过程所发生的突变(碱基配对碱基配对错误错误)，由核内，由核内DNA聚合酶聚合酶以其以其校读功能校读功能予以纠正予以纠正.u 若碱基错配若碱基错配频频发生频频发生或或损伤范围大损伤范围大，则，则需采用需采用以下修复方式以下修复方式进行修复进行修复.（二）（二）DNA损伤的修复损伤的修复第四十六页，共131页。T
25、T光复活酶光复活酶（可见光可见光）T+TDNA修复方式修复方式1.光修复光修复:2.切除修复切除修复：由：由3种种酶酶共同参与完成。共同参与完成。特异性核酸内切酶特异性核酸内切酶DNA pol IDNA连接酶连接酶5533553355335533第四十七页，共131页。5335533553355335533553355335复制复制重组重组DDDP IDNA连连接酶接酶重组修复过程重组修复过程3.重组修复重组修复：亦称：亦称复制后修复复制后修复第四十八页，共131页。4.SOS修复修复：DNA分子受到较大范围的损伤，分子受到较大范围的损伤，细胞对危急状态所作出的反应。细胞对危急状态所作出的反应
26、。机制机制 引起引起DNA较长期的、广泛的突变。较长期的、广泛的突变。SOS调节网诱导产生的调节网诱导产生的DNA聚合酶聚合酶特异性低特异性低，识别碱基能力差，识别碱基能力差,使修复部位仍存在较多错使修复部位仍存在较多错配的碱基，但细胞能继续生存。配的碱基，但细胞能继续生存。后果后果第四十九页，共131页。三、反转录概念概念 以以RNA为模板，为模板，dNTP为原料，反转录酶催为原料，反转录酶催化，按碱基配对规律合成化，按碱基配对规律合成DNA的过程。的过程。反转录酶反转录酶,又称为又称为依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶(RNA-dependent DNA polymerase,RDDP)
27、DNA转录转录RNARNA(病毒病毒)反转录反转录第五十页，共131页。.RDDP引物引物,4种种dNTPRDDPRNase H4种种dNTPRDDP或或DDDP病毒病毒RNARNA-DNA 杂化分子杂化分子cDNA前病毒前病毒(双链双链DNA)酶催化反应示意图酶催化反应示意图第五十一页，共131页。反向转录酶存在于反向转录酶存在于所有致癌所有致癌RNA病毒病毒中中,其功能可能与病毒的恶性转化作用有其功能可能与病毒的恶性转化作用有关关;但它也存在于但它也存在于某些正常细胞某些正常细胞中，在细胞分化中，在细胞分化与胚胎发生中可能起某些作用。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反
28、转录病毒和反转录酶的发现,提出了一个重提出了一个重要的医学问题要的医学问题病毒致癌及癌基因病毒致癌及癌基因 反转录的医学意义反转录的医学意义第五十二页，共131页。反转录的医学意义反转录的医学意义癌基因癌基因(oncogene):能在体外引起细胞恶性转化能在体外引起细胞恶性转化,在体内诱发肿瘤的基因在体内诱发肿瘤的基因.细胞癌基因细胞癌基因(c-onc)或原癌基因或原癌基因(pro-onc):存存在于生物正常细胞基因组中的癌基因在于生物正常细胞基因组中的癌基因.正常情正常情况下况下基因处于静止或低表达的状态基因处于静止或低表达的状态.当受到致当受到致癌刺激癌刺激被活化并发生异常被活化并发生异常
29、时则可发生细胞癌时则可发生细胞癌变变.病毒癌基因病毒癌基因(v-onc):存在于致瘤病毒中的能存在于致瘤病毒中的能使靶细胞发生恶性转化的基因使靶细胞发生恶性转化的基因.用三个小写字母表示癌基因名称用三个小写字母表示癌基因名称,如如myc,fos,ras,src等等第五十三页，共131页。抑癌基因抑癌基因:是一类抑制细胞过度生长是一类抑制细胞过度生长,增殖增殖从而遏制肿瘤形成的基因从而遏制肿瘤形成的基因.如如Rb,P53,P16等等癌基因与抑癌基因之间一般处于动态平衡状态癌基因与抑癌基因之间一般处于动态平衡状态是一种是一种反转录病毒反转录病毒,可引起获得性免疫缺陷综可引起获得性免疫缺陷综合征合征
30、(AIDS,艾滋病艾滋病).反转录酶在反转录酶在基因工程基因工程,分子病的分子病的基因治疗基因治疗方面方面也有重要作用也有重要作用.人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒(HIV)反转录的医学意义反转录的医学意义第五十四页，共131页。第二节第二节RNA的生物合成的生物合成第五十五页，共131页。&DNARNA 转录转录&RNARNA RNA复制复制两种方式两种方式存在于绝大多数生物体存在于绝大多数生物体存在于某些病毒体内存在于某些病毒体内第五十六页，共131页。一、转一、转 录录（一）概念（一）概念 在在DNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶催化下，以催化下，以DNA的模板链为的模板链为模板模板，4
31、种种NTP为为原料原料，按，按碱基配对规律碱基配对规律(T-A,A-U,G-C)合成一条合成一条与模板与模板链互补的链互补的RNA链的过程链的过程。第五十七页，共131页。RNA聚合酶聚合酶常称为转录酶常称为转录酶(transcriptase)其全称为其全称为：DNA依赖的依赖的RNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent RNA polymerase ,DDRP)E.Coli的的DDRP 由由 5 个亚基组成个亚基组成（二）参与转录的酶和有关因子（二）参与转录的酶和有关因子+因子因子2(核心酶核心酶)2(全酶全酶)表表13-6 大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶亚基组成及其功能聚合酶亚基组成及其
32、功能 类型类型 亚基亚基/酶分子酶分子 主主 要要 功功 能能 2 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 1 参与转录的全过程参与转录的全过程 1 与模板与模板DNA结合结合 被被利福平利福平 1 识别转录起始点识别转录起始点 被被利福霉素利福霉素第五十八页，共131页。真核生物真核生物DDRP的种类与功能的种类与功能 种类种类 存在部位存在部位 转录产物转录产物 对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱 的敏感性的敏感性RNA聚合酶聚合酶 核仁核仁 45S rRNA 不不敏感敏感 RNA聚合酶聚合酶 核质核质 hnRNA和和snRNA 极极敏感敏感 RNA聚合酶聚合酶 核质核质 tRNA和和5S-rRNA 中度
33、中度敏感敏感 DDRP无无3 5外切酶活性外切酶活性,有什么结果有什么结果?第五十九页，共131页。RNA聚合酶的主要功能聚合酶的主要功能 能能识别并结合识别并结合于于DNA模板的模板的启动子启动子部位部位（真核生物还需要转录因子的帮助）（真核生物还需要转录因子的帮助）解开转录起始点下游一小段解开转录起始点下游一小段(约约 17bp)DNA双螺旋，产生单链模板双螺旋，产生单链模板;不需引物不需引物，催化形成第一个，催化形成第一个3,5-磷酸二酯键，磷酸二酯键，沿沿 53方向延伸方向延伸RNA链链 能能识别识别DNA模板上的转录模板上的转录终止信号终止信号(依赖于依赖于因子因子)在基因表达中，参
34、与转录水平的调控在基因表达中，参与转录水平的调控第六十页，共131页。因子因子(Rho factor)功能功能 (1)能帮助能帮助 DDRP识别终止信号并停止转录识别终止信号并停止转录 (2)具有具有ATP酶和解链酶活性，使酶和解链酶活性，使RNA-DNA杂杂化分子解链，从而释放转录产物化分子解链，从而释放转录产物RNA分子分子第六十一页，共131页。3.转录的转录的DNA模板模板 细胞内细胞内DNA不是其全长都可作为转录模不是其全长都可作为转录模板板 DNA双链中，可作为模板转录成双链中，可作为模板转录成 RNA 的一条链，称为模板链的一条链，称为模板链(或反意义链或反意义链)同一同一DNA
35、双链中与模板链相对双链中与模板链相对(互补互补)的的一条链称为编码链一条链称为编码链(或有意义链或有意义链)，可见，可见转录是不对称的转录是不对称的 模板链模板链=反意义链反意义链=负链负链 编码链编码链=有意义链有意义链=正链正链第六十二页，共131页。为何称模板链为反意义链为何称模板链为反意义链，编码链为有意义链？，编码链为有意义链？可从下图理解：可从下图理解：GCA GTA CAT GTC 3 编码链编码链3 CGT CAT GTA CAG 模板链模板链DNA转录转录 GCA GUA CAU GUC 3 mRNA翻译翻译N 丙丙 缬缬 组组 缬缬 C 肽肽 比较编码链和比较编码链和 RN
36、A 链的碱基序列可见，除了以链的碱基序列可见，除了以代外，其余均一致。基因组序列均以编码链代外，其余均一致。基因组序列均以编码链(正链正链)表表示示.第六十三页，共131页。不对称转录的两方面含义不对称转录的两方面含义：5 3 3 5 模板链（含结构基因）模板链（含结构基因）编码链编码链 DNA 分子上的一条链可转录，另一条分子上的一条链可转录，另一条不转录不转录 模板链并非永远在同一单链上模板链并非永远在同一单链上 第六十四页，共131页。1.启动子（启动子（promoter）RNA 聚合酶与模板聚合酶与模板DNA结合的特定部位，是基因结合的特定部位，是基因转录的开始部位。转录的开始部位。一
37、般可一般可分为分为 两类两类DDRP 能直接识别的启动子能直接识别的启动子需蛋白质辅助因子的帮助，需蛋白质辅助因子的帮助，DDRP 才才能识别的启动子能识别的启动子（四）启动子及终止信号（四）启动子及终止信号确保转录精确而有效地起始的确保转录精确而有效地起始的DNA 序列序列 第六十五页，共131页。原核生物启动子的原核生物启动子的3个功能部位个功能部位 转录起始点转录起始点,常标以常标以+1,第第1个核苷酸个核苷酸为嘌呤核苷酸为嘌呤核苷酸(A或或G).上游或下游上游或下游,+或或-表示表示 结合部位结合部位,长度为长度为7bp,位于位于-10bp处处,有一有一共有序列共有序列(-TATAAT
38、-,Pribnow盒盒)RNA聚合酶的识别部位聚合酶的识别部位,由约由约6bp,位位于于-35bp,也有也有共有序列共有序列(-TTGACA-)第六十六页，共131页。编码链编码链 5 3 启动子启动子5 MeGPPPRNA产物产物原核生物启动子原核生物启动子转录起始部位转录起始部位+1基因转录区基因转录区-10区区TATAAT Pribnow 盒盒结合部位结合部位TGTTGACA-35区区识别部位识别部位DNA模板链模板链 3 5 第六十七页，共131页。编码链编码链 5 3 DNA模板链模板链 3 5 CCAAT CAAT盒盒-70真核生物启动子真核生物启动子 RNA产物产物转录起始部位转
39、录起始部位+1基因基因 转转录区录区TATA TATA盒盒-25Hogness盒盒结合部位结合部位GAGCCACCCGC盒盒(少数少数)第六十八页，共131页。2.终止信号终止信号(终止子终止子)DNA分子中决定分子中决定RNA聚合酶终止转录的聚合酶终止转录的特定碱基序列。特定碱基序列。原核生物终止信号碱基组成特点原核生物终止信号碱基组成特点有反向重复序列有反向重复序列决定转录产物的回折形成决定转录产物的回折形成茎茎-环环(或称发夹或称发夹)结构结构AT富集区富集区GC富集区富集区第六十九页，共131页。反向重复序列反向重复序列AT富集区富集区GC富集区富集区一般认为由终止子引一般认为由终止子
40、引导的转录终止是导的转录终止是不依不依赖赖因子的因子的第七十页，共131页。(五五)转录过程转录过程起始起始 延长延长 终止终止(以大肠杆菌的转录为例）以大肠杆菌的转录为例）第七十一页，共131页。1.转录起始转录起始形成形成转录空泡转录空泡（DNA解链长约解链长约20bp)DDRP(亚基亚基)辨认并结合于启动子部位辨认并结合于启动子部位由由DDRP催化，催化，头头2 个个NTP直接在起始点形成直接在起始点形成 第一第一个个磷酸二酯键磷酸二酯键(不需引物，由模板指导不需引物，由模板指导),形成形成转录起转录起始复合物始复合物亚基脱落（参与下一轮转录）亚基脱落（参与下一轮转录）由核心酶由核心酶(
41、2)催化链的延伸催化链的延伸第一个总是第一个总是GTP全酶全酶(2)-DNA模板模板(启动子启动子)-pppGpN-OH第七十二页，共131页。3 5 DNA5 3 DNA起始点起始点RNA聚合酶聚合酶 pppGpppNpppN5pppGpN转录起始时转录起始时pppGpN-OH的生成的生成CN3 5 模板链模板链CN3 5 模板链模板链进一步延长进一步延长起始起始第七十三页，共131页。2.链的延长链的延长 转录起始时形成的转录起始时形成的“转录泡转录泡”仍保留仍保留 RNA链的延长由核心酶催化链的延长由核心酶催化 核心酶核心酶沿模板链沿模板链35方向移动，方向移动，RNA链链按碱基配对规律
42、按碱基配对规律沿沿53方向延伸方向延伸 新生链与模板链形成杂化双链新生链与模板链形成杂化双链(该杂化该杂化分子结构不稳定，分子结构不稳定，RNA链游离后，链游离后，DNA双链重新形成双链重新形成)随随“转录泡转录泡”和和DDRP不断移动不断移动(单链模板单链模板不断暴露不断暴露)，转录连续不断地进行，转录连续不断地进行 要要 点点 第七十四页，共131页。3.转录终止转录终止 依赖依赖 因子的终止因子的终止 不依赖于不依赖于 因子的终止因子的终止见前述见前述 因子的因子的功能及右图功能及右图依赖依赖 因子的因子的 终止作用机理终止作用机理第七十五页，共131页。l 作用机理作用机理：终止信号区
43、特殊碱基：终止信号区特殊碱基 序列决定序列决定RNA形成发夹形二级结构，形成发夹形二级结构，这是阻止转录继续向下游推进的关键；这是阻止转录继续向下游推进的关键；l RNA-DNA杂化双链不稳定因素杂化双链不稳定因素：DNA复性，复性，RNA自身形成双链；自身形成双链；RNA3端，连续多个不稳定的端，连续多个不稳定的rU：dA 碱基配对，使转录复合体解体碱基配对，使转录复合体解体。不依赖不依赖因子的终止因子的终止第七十六页，共131页。转录过程转录过程第七十七页，共131页。第五节蛋白质的生物合成第七十八页，共131页。RNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质RNADNA复制复制复制复制反转录反转录转录转
44、录翻译翻译翻译翻译遗传信息传递的遗传信息传递的中心法则中心法则第七十九页，共131页。蛋白质的生物合成体系第八十页，共131页。一、一、mRNA（messenger RNA）蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的直接模板直接模板DNAmRNA蛋白质蛋白质第八十一页，共131页。一、一、mRNA*mRNA分子中分子中每三个相邻碱基每三个相邻碱基组成一个组成一个 密码子，密码子，代表一种代表一种氨基酸氨基酸，或，或起始起始信号，信号，或或终止终止信号。信号。*mRNA上的四种上的四种碱基碱基可组成可组成64(43)个密码子个密码子，其中其中61个代表不同的氨基酸，其余三个个代表不同的氨基酸，其余三个 代
45、表终止信号。代表终止信号。第八十二页，共131页。通用遗传密码子第八十三页，共131页。l 遗传密码的遗传密码的5个特点：个特点：.1.通用性：通用性：从简单生物到人类使用同一套密码子。从简单生物到人类使用同一套密码子。.2.方向性：方向性：mRNA中密码子的阅读方向是中密码子的阅读方向是53。由此可推测所有生物来源于一个共同的祖先。由此可推测所有生物来源于一个共同的祖先。.3.简并性：简并性：除除Met，Trp外，其余氨基酸由外，其余氨基酸由2个以上个以上密码密码子编码。同义密码子子编码。同义密码子（但每一个密码子仅对应一个氨基酸）但每一个密码子仅对应一个氨基酸）生物学意义生物学意义：保证属
46、的稳定性保证属的稳定性。第八十四页，共131页。.4.连续性：连续性：密码子的排列是连续的，不间隔，也不密码子的排列是连续的，不间隔，也不重叠。重叠。5.UCACGACAUAUG.35.UCAGCGACAUAUG.3丝丝精精组组蛋蛋丝丝丙丙苏苏酪酪5.UCAGACAUAUG.3丝丝天天异亮异亮*移码突变移码突变是最严重的突变！是最严重的突变！插入插入缺失缺失第八十五页，共131页。.5.起始起始密码子与密码子与终止终止密码子密码子：起始起始密码子密码子：AUG，GUG，UUC。终止终止密码子密码子：UAA，UGA，UAG。单顺反子：单顺反子：真核真核生物生物中，一条中，一条mRNA链只能链只能
47、为为一一种蛋白质编码种蛋白质编码。多顺反子：多顺反子：原核原核生物生物中，一条中，一条mRNA链往往链往往为功能相关的为功能相关的几几种蛋白质编码种蛋白质编码。第八十六页，共131页。氨基酸臂反密码子环二、二、tRNA（transfer RNA）蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的 “高级搬运工高级搬运工”第八十七页，共131页。l tRNA的功能：的功能：活化活化氨基酸，跨越能障，使肽键的氨基酸，跨越能障，使肽键的 形成变得容易。形成变得容易。特定特定的的tRNA搬运搬运特定特定的氨基酸，的氨基酸，保证了保证了遗传信息传递遗传信息传递的的准确性准确性。将将密码子密码子信息信息转换转换为对应为对应
48、氨基酸氨基酸的符号的符号 接合体，接合器，适配器接合体，接合器，适配器(adaptor)等。等。即即tRNA能与专一的氨基酸结合并识别能与专一的氨基酸结合并识别 mRNA分子上的密码子分子上的密码子.第八十八页，共131页。l tRNA搬运功能的搬运功能的忠实性忠实性是通过以下是通过以下 两条途径实现的：两条途径实现的：tRNA的的反密码子反密码子识别识别mRNA的的密码子密码子。不同的不同的tRNA有不同的碱基组成，并由有不同的碱基组成，并由 不同的不同的氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶识别。识别。既能识别既能识别特异特异的的tRNA，又能识别又能识别特异特异的的氨基酸氨基酸。第八十九页，共
49、131页。l tRNA上的上的反密码子反密码子识别识别mRNA上的上的 密码子密码子遵循遵循不稳定不稳定或或摆动摆动（wobbling）配对配对原则。原则。*一种一种tRNA仅转运一种仅转运一种氨基酸氨基酸，而一种而一种氨基酸氨基酸可由几种可由几种tRNA转运。转运。ACACG5353UGUGUmRNAtRNA反密码环反密码环反密码子的反密码子的第一碱基第一碱基密码子的密码子的第三碱基第三碱基 U A或或G I U,C或或 AG C或或U第九十页，共131页。*在在大肠杆菌大肠杆菌中中,与与Met特异结合的特异结合的tRNA有两种：有两种：tRNAfMet 和和 tRNAMetCH3SCH2C
50、H2CHH2NCOO tRNAfMet转甲酰基酶转甲酰基酶N10-CHO-FH4CH3SCH2CH2CHH-C-HNCOO tRNAfMetO+Met-tRNAMet上的上的Met则则不被甲酰化不被甲酰化！tRNAiMet:真核真核细胞中起始细胞中起始tRNA,不被甲酰化不被甲酰化第九十一页，共131页。三、核糖体（三、核糖体（ribosome）蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的场所场所l 组成、结构与功能特点：组成、结构与功能特点：.1.结构复杂而精密结构复杂而精密 由由3 3种的种的rRNArRNA（占占60%60%左右）左右）及数十种及数十种蛋白质蛋白质组成。组成。.2.rRNA起着起着主
