1、 第三篇第三篇 基因信息的传递基因信息的传递lDNA的生物合成的生物合成(复制复制)lRNA的生物合成的生物合成(转录转录)l蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译翻译)l基因表达调控基因表达调控l基因重组与基因工程基因重组与基因工程中心法则中心法则DNA RNA 蛋白质转录翻译复制逆转录第一节第一节DNA的生物合的生物合成成(复制复制)DNA Biosynthesis，Replication 一一、DNADNA复制的基本规律复制的基本规律 二二、DNADNA复制的酶学复制的酶学 三三、DNADNA生物合成过程生物合成过程 四四、逆转录逆转录 五五、DNADNA损伤与修复损伤与修复复制复制(r
2、eplication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA复制的化学反应复制的化学反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi（一）、半保留复制（一）、半保留复制 (semiconservative replication)（二）、双向复制（二）、双向复制 (bidirectional replication)（三）、半不连续复制（三）、半不连续复制 (semi-discontinuous replication)（一）（一）半保留复制半保留复制(semiconservat
3、ive replication)1 1、概念：概念：DNADNA生物合成时，生物合成时，母链母链DNADNA解开为两股单链，解开为两股单链，各自作为模板，按碱基配各自作为模板，按碱基配对规律，合成与模板互补对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的的子链。子代细胞的DNADNA，一股单链从亲代完整接受一股单链从亲代完整接受过来，另一股单链则完全过来，另一股单链则完全重新合成，两个子细胞的重新合成，两个子细胞的DNADNA都和亲代都和亲代DNADNA碱基序碱基序列一致，这种复制方式为列一致，这种复制方式为半保留复制。半保留复制。2 2、实验依据：实验依据：密度梯度实验密度梯度实验 （Meselso
4、n and Stahl）密度梯度实验密度梯度实验 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想的设想含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果重重DNA普通普通 DNA3 3、生物学意义：、生物学意义：（1 1）、）、保证遗传信传递的忠实性保证遗传信传递的忠实性 （2 2）、）、遗传和变异的统一遗传和变异的统一复制时，复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向两向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为复制叉，称为双向复制双向复
5、制。复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象（二（二）、双向复制）、双向复制(bidirectional replication)A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)oriterA B C原核生物原核生物DNA双向复制双向复制53oriorioriori535533553复制子复制子3真核生物真核生物DNA多复制子复制多复制子复制（三）、半不连续复制（三）、半不连续复制(semi-discontinuous replication)顺着解链方向生成的子链，复制是连续进顺着
6、解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为行的，这股链称为领头链领头链。复制方向与解链方向相反，不能顺着解链复制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方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链随从链。复制中的不连续片段称为。复制中的不连续片段称为岡崎片岡崎片段段(okazaki fragment)。3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(lea
7、ding strand)随从链随从链(lagging strand)领头链连续领头链连续复制而复制而随从链不连续随从链不连续复制复制 复制的半不连续性复制的半不连续性 二、二、DNA复制的酶学复制的酶学The Enzymology of DNA Replication参与参与DNA复制的物质复制的物质 模板模板(template):解开成解开成单链的单链的DNA母链母链底物底物(substrate):dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)引物引物(primer):提供提供3-OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合聚合酶聚合酶(polymerase):依赖依赖DNA的的DN
8、A聚合酶聚合酶，简写，简写 为为 DNA-pol其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子复制的化学反应复制的化学反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 5533CGA（一）、解螺旋酶（一）、解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双链解开双链解开成为两条单链成为两条单链（二）、单链（二）、单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein,SSB)复制中维持模板处于单链状态并保护单链完整复制中维持模板处于单链状态并保护单链完整 1010 8 8 局部解链后局部解链后（三）、（三）
9、、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶 (DNA topoisomerase)解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛，不需要切口旋转使超螺旋松弛，不需要ATP。
10、利用利用ATP供能，供能，DNA分子进入负分子进入负超螺旋状态，连接断端。超螺旋状态，连接断端。作用机制作用机制 （四）、引物酶（四）、引物酶(primase)：由由Ecoli dnaG编码编码 特殊的特殊的RNA 聚合酶聚合酶 复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶引物的酶理理顺顺DNA链链拓拓扑扑异异构构酶酶(gyrA,B)稳稳定定已已解解开开的的单单链链单单链链DNA结结合合蛋蛋白白SSB催催化化RNA引引物物生生成成引引物物酶酶DnaG(dnaG)运运送送和和协协同同DnaBDnaC(dnaC)解解开开DNA双双链链解解螺螺旋旋酶酶DnaB(dnaB)辨辨认认起起始始点点D
11、naA(dnaA)蛋蛋白白质质（基基因因）通通用用名名功功能能原原核核生生物物复复制制起起始始的的相相关关蛋蛋白白质质（五）、（五）、DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1.53 的聚合活性：以的聚合活性：以DNA为模板合成为模板合成DNA 2.核酸外切酶活性：核酸外切酶活性：53 35 5 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶
12、活性切除引物和突变的切除引物和突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 1 1、原核生物的、原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 功能功能：53 聚合酶活性、聚合酶活性、53 和和35 外切酶活性外切酶活性 复制中的复制中的错误校读错误校读，复制和修复中的，复制和修复中的空隙填补空隙填补。DNA-pol （109kD）323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外
13、切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行，进行分子生物学研究中常用的工具酶。分子生物学研究中常用的工具酶。5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性即即时时校校读读5 53 3 聚合酶活性聚合酶活性即即时时校校读读DNA pol:53聚合活性聚合活性和和53外切酶外切酶活性活性缺刻平移缺刻平移(nick translation)DNA-pol （120kD）DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。基因发生突变，细菌依然能存活。它可能参与它可能参与DNA损伤的损伤的应急状态修复应急状态修复。功能：功能：
14、原核生物复制延长中原核生物复制延长中真正起催化作用的酶真正起催化作用的酶 DNA-pol (250kD)原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶可可能能不不可可能能可可能能基基因因突突变变后后的的致致死死性性无无无无有有5 3 核核酸酸外外切切酶酶活活性性20？400分分子子数数/细细胞胞多多亚亚基基不不对对称称二二聚聚体体？单单肽肽链链组组成成250120109分分子子量量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI可可能能不不可可能能可可能能基基因因突突变变后后的的致致死死性性无无无无有有5 3 核核酸酸外外切切酶酶活活性性20？400分分子子数数/细细胞胞多多亚亚基基不不
15、对对称称二二聚聚体体？单单肽肽链链组组成成250120109分分子子量量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI2 2、真核生物的、真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引发，有起始引发，有引物酶引物酶 活性。活性。复制复制的主要酶，兼有的主要酶，兼有解螺旋酶活性解螺旋酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起在复制过程中起校读、修复和填校读、修复和填补空隙补空隙的作用（的作用（DNA-pol)。在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 真核生物的真核生物的
16、DNA聚合酶聚合酶填填补补引引物物空空隙隙，切切除除修修复复，重重组组延延长长子子链链的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性线线粒粒体体DNA复复制制低低保保真真度度的的复复制制起起始始引引发发，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol填填补补引引物物空空隙隙，切切除除修修复复，重重组组延延长长子子链链的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性线线粒粒体体DNA复复制制低低保保真真度度的的复复制制起起始始引引发发，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3
17、5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-polPOO-O-O目目 录录HO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATPADP5353六、六、DNA连接酶连接酶1.断端的断端的3-OH末端，末端，5-P末端末端2.连接的是双链中的单链连接的是双链中的单链缺口缺口3.需要需要ATP DNA连接酶作用条件：连接酶作用条件：复制中起最后复制中起最后接合缺口接合缺口作用。作用。DNADNA修复、重组及剪接中起修复、重组及剪接中起缝合缺口缝合缺口作用。作用。基因工程的重要基因工程的重要工具酶工具酶之一。之
18、一。DNA连接酶连接酶功能功能三、三、DNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication（一）、原核生物的（一）、原核生物的DNADNA生物合成生物合成1 1、复制的起始：、复制的起始：需要解决两个问题：需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供合成引物，提供3-OH末端。末端。起点起点起点复制复制E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA
19、-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3（1 1）.DNADNA解链解链:有固定的复制起点有固定的复制起点OriCOriC复制叉复制叉DNA双双链解开分成两股，链解开分成两股，各自作为模板进各自作为模板进行复制，形成在行复制，形成在显微镜下可看到显微镜下可看到的叉状结构。的叉状结构。复制叉的形成复制叉的形成 Dna B、Dna CDna A3 5 3 5 3 5 3 5 引物引物是由引物酶催化合
20、成的短链是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶 Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶SSB含有解螺旋酶含有解螺旋酶(Dna B)、DnaC、引物酶和、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为复制起始区域的复合结构称为引发体引发体。（2）.引发体和引物引发体和引物（3）、）、起始的过程起始的过程辨认并结合起始位点辨认并结合起始位点打开双螺旋打开双螺旋防止复螺旋防止复螺旋单链结合蛋白单链结合蛋白解链酶解链酶引物引物引物酶引物酶DnaA合成合成2 2、复制的延长、复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方
21、式逐个加入引物或延长的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键磷酸二酯键的的不断生成。不断生成。5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol（1 1）、领头链的合成）、领头链的合成领头链：领头链：顺着解链方向生成的子链，复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。制是连续进行的，这股链称为领头链。（2 2）.随从链的合成随从链的合成随从链：随从链：复制方向与解链方向相反，为不连续复制，这股不连续复复制方向与解链方向相反，为不连续复制，这股不连续复制的链称为随从链。制的链
22、称为随从链。复制中位于随从链上的不连续片段称为复制中位于随从链上的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。复复 制制 过过 程程 动动 画画 原核生物基因是原核生物基因是环状环状DNA，双向复制的复制，双向复制的复制片段在复制的片段在复制的终止点终止点(ter)处汇合处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV405003 3、复制的终止、复制的终止5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-poldNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期D
23、NA合成期合成期G1G2SM（二）、真核生物的（二）、真核生物的DNA生物合成生物合成 细胞能否分裂，决定于进入细胞能否分裂，决定于进入S期及期及M期这两个关期这两个关键点。键点。多复制子多复制子 复制子复制子(replicon)：相邻两个复制起点之间相邻两个复制起点之间的距离。复制子是独立完成复制的功能单位。的距离。复制子是独立完成复制的功能单位。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。不是同步起动。1 1、复制的起始、复制的起始参与者：参与者：DNA-pol (引物酶活性引物酶活性)pol (聚合酶、解螺旋酶活性聚合酶、解螺旋酶活性)拓扑酶
24、拓扑酶 复制因子复制因子(replication factor,RF)增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原 (proliferation cell nuclear antigen,PCNA)(相当于原核生物相当于原核生物DNA-pol 亚基，在复制起始和亚基，在复制起始和延长中起关键作用延长中起关键作用)3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体2 2、复制的延长、复制的延长DNA-pol DNA-pol 染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙
25、。引物，去除后留下空隙。3 3、复制的终止、复制的终止5 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5 端粒端粒(telomere)指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端分子末端的结构。的结构。功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 维持维持DNA复制的完整性复制的完整性生命的时钟生命的时钟 结构特点结构特点:由末端由末端单链单链DNA序列和序列和蛋白质蛋白质构成构成。末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含T、G碱基的短碱基的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型端粒酶端粒酶(t
26、elomerase)端粒酶端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)模板模板 端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1,hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase,hTRT)端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链目目 录录进一步加工进一步加工1.亲代亲代DNA为模板，严格遵守碱基配对规律；为模板，严格遵守碱基配对规律；2.复制延长时聚合酶对碱基的选择功能；复制延长时聚合酶对碱基的
27、选择功能；3.复制出错时复制出错时DNA-pol的即时校读功能；的即时校读功能；4.错配修复机制错配修复机制DNA复制具有保真性复制具有保真性至少要依赖三种机制：至少要依赖三种机制：四、四、逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways（一）、概念（一）、概念 逆转录指遗传信息从逆转录指遗传信息从RNA流向流向DNA，是，是RNA指导下的指导下的DNA合成过合成过程，即以程，即以RNA为模板，四种为模板，四种dNTP为为原料，合成与原料，合成与RNA互补的互补的DNA单链。单链。逆转录酶逆转录酶（
28、二）、逆转录酶（二）、逆转录酶(reverse transcriptase)催化逆转录过程的酶称逆转录酶，催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA病毒中都含有此酶。病毒中都含有此酶。具有三种酶活性：具有三种酶活性：RNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶 RNA酶酶 DNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA（三）、逆转录过程（三）、逆转录过程逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T获取基因工程目的基因获取基因工
29、程目的基因的重要方法之一，此法称为的重要方法之一，此法称为cDNA法。法。以以mRNA为模板，经逆转为模板，经逆转录合成的与录合成的与mRNA碱基序列互碱基序列互补的补的DNA链。链。试管内合成试管内合成cDNAcDNA complementary DNA cDNA（四）、（四）、逆转录研究的意义逆转录研究的意义 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。的重大发现。至少在某些生物，至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代同样兼有遗传信息传代与表达功能。与表达功能。逆转录病毒的研究，拓宽了病毒致癌理论。逆转录病毒的研究，拓宽了病毒致癌理论。3
30、-OH5-P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 dNTPDNA-pol D环复制环复制(D-loop replication)线粒体线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。五、五、DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage(Mutation)and Repair遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为改变，均可称为突变。突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来
31、看，突变就是DNA分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。（一）、突变的意义（一）、突变的意义 1 1、突变是进化、分化的分子基础、突变是进化、分化的分子基础 2 2、突变导致基因型改变、突变导致基因型改变 3 3、突变导致死亡、突变导致死亡 4 4、突变是某些疾病的发病基础、突变是某些疾病的发病基础 （二）、引发突变的因素（二）、引发突变的因素物理因素物理因素 紫外线紫外线(ultra violet,UV)、各种辐射、各种辐射 UV化学因素化学因素常常见见的的化化学学诱诱变变剂剂化化合合物物类类别别作作用用点点分分子子改改变变碱碱基基类类似似物物如如：5-BUA 5-BU G-A-T-G-C-羟
32、羟胺胺类类（NH2OH）T C-T-A-C-G-亚亚硝硝酸酸盐盐（NO2）C U-G-C-A-T-烷烷化化剂剂如如：氮氮芥芥类类，NitrominsG mGG mGDNA缺缺失失G（三）、突变的分子改变类型（三）、突变的分子改变类型错配错配(mismatch)缺失缺失(deletion)插入插入(insertion)重排重排(rearrangement)框移框移(frame-shift)DNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即发生在同型碱基之间，即嘌呤嘌呤代替另一代替另一嘌嘌呤呤，或，或嘧啶嘧啶代替另一代替另一嘧啶嘧啶。（1
33、）转换）转换发生在异型碱基之间，即发生在异型碱基之间，即嘌呤嘌呤变变嘧啶嘧啶或嘧啶变嘌呤。或嘧啶变嘌呤。（2）颠换颠换1 1、错配、错配镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb(HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因2 2、缺失、缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上大分子上消失。消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插
34、入原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到到DNA大分子中间。大分子中间。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变。谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变3 3、重排、重排DNADNA分子内较大片段的交换，称分子内较大片段的交换，称为重组或重排。为重组或重排。由基因重排引起的两种地中海贫血
35、基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目目 录录（四）、（四）、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repairing)切除修复切除修复(excision repairing)重组修复重组修复(recombination repairing)SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型1 1、光修复、光修复光修复酶光修复酶(photolyase)UVUvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHP 2 2、切除修复、切除修复是细
36、胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-pol和连接酶和连接酶完成。完成。DNA连接酶连接酶ATPE.coli的切除的切除修复机制修复机制切切 除除 修修 复复 动动 画画3 3、重组修复、重组修复4、SOS修复修复 当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。发出一系列复杂的反应。在在E.coli，各种与修复有关的基因，组成一个，各种与修复有关的基因，组成一个称为称为调节子调节子(regulon)的网络式调控系统。的网络式调控系统。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能这种修复特异性低，对碱基的识别、
37、选择能力差。通过力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而可存活的。然而DNA保留的错误较多，导致保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。较广泛、长期的突变。附附 录录催化催化DNA聚合聚合参与参与DNA损损伤的应急状伤的应急状态修复态修复修复合成、修复合成、切除引物、切除引物、填补空隙填补空隙功能功能2040400分子数分子数/细胞细胞1011亚基数亚基数+-+5 外切酶活性外切酶活性+5 外切酶活性外切酶活性+5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE.Coli中的中的DNA聚合酶聚合酶目目 录录RNA的生物合成的生物合成（转录转
38、录）RNA Biosynthesis,Transcription第二节第二节目目 录录本本节节内容内容 一一、转录的酶和模板转录的酶和模板 二二、转录过程转录过程 三三、真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰目目 录录转录转录 (transcription)生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 。转录转录RNADNA 目目 录录复制和转录的区别复制和转录的区别 A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配对对mRNA，tRNA，rRNA子子代代双双链链DNA（半半保保留留复复制制）产产物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模
39、板板链链转转录录（不不对对称称转转录录）两两股股链链均均复复制制模模板板转转录录复复制制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配配对对mRNA，tRNA，rRNA子子代代双双链链DNA（半半保保留留复复制制）产产物物RNA聚聚合合酶酶（RNA-pol）DNA聚聚合合酶酶酶酶NTPdNTP原原料料模模板板链链转转录录（不不对对称称转转录录）两两股股链链均均复复制制模模板板转转录录复复制制目目 录录参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:单链单链 DNA酶酶:RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子
40、目目 录录一、模板和酶一、模板和酶Templates and Enzymes目目 录录（一）、转录模板（一）、转录模板 1 1、不对称转录不对称转录(asymmetric transcription)（1）.结构基因结构基因(structural gene):DNA分子上分子上转录出转录出RNA的区段的区段。（2）.模板链模板链(template strand):DNA双链中双链中按碱基配对规律能指引转录生成按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股的一股单链，也称作单链，也称作有有意义链意义链或或Watson链链。编码链编码链(coding strand):DNA双链中与模板双链中与模板链相对
41、的单链，不进行转录，也称为链相对的单链，不进行转录，也称为反义链反义链或或Crick链链。目目 录录5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译目目 录录5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向目目 录录 2 2、不对称转录含义、不对称转录含义 在在DNA分子双链上某一区段，一股链分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录用作模
42、板指引转录，另一股链不转录 模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。目目 录录 （二）、（二）、RNA聚合酶聚合酶1 1、原核生物的、原核生物的RNA聚合酶聚合酶目目 录录 36512 决决定定哪哪些些基基因因被被转转录录 150618 催催化化功功能能 155613 结结合合DNA模模板板 70263 辨辨认认起起始始点点亚亚基基分分子子量量功功 能能原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶目目 录录核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)目目 录录RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 目目 录录2 2、真核生物的、真
43、核生物的RNA聚合酶聚合酶 种种 类类对对 鹅鹅 膏膏 蕈蕈 碱碱的的 反反 应应45S-rRNAhnRNA5S-rRNAtRNAsnRNA耐耐 受受极极 敏敏 感感中中 度度 敏敏 感感转转 录录 产产 物物目目 录录（三）、模板与酶的辨认、结合（三）、模板与酶的辨认、结合原核生物一个转录单位可视为一个转录单原核生物一个转录单位可视为一个转录单位，称为位，称为操纵子操纵子(operon)，包括若干个，包括若干个结构基因结构基因及其上游及其上游(upstream)的的调控序列调控序列。5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol与与RNA聚合酶结合启动基因转录的聚合酶结合启动
44、基因转录的DNA序序列，称为列，称为启动子启动子(promoter)。RNA聚合酶保护法聚合酶保护法目目 录录目目 录录开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点辨认位点(recognition site)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 目目 录录 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件
45、 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列目目 录录二、转录过程二、转录过程The Process of Transcription（一）、原核生物的转录过程（一）、原核生物的转录过程（二）、真核生物的转录过程（二）、真核生物的转录过程目目 录录1 1、转录起始、转录起始（1）、）、RNA聚合酶必须准确地结合在聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。转录模板的起始区域。（2）、）、DNA双链解开，使其中的一条双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。链作为转录的模板。（一）、原核生物的转录过程（一）、原核生物的转录过程转录起始需
46、解决的问题：转录起始需解决的问题：（2）.DNA双链解开双链解开（1）.RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板结合与模板结合 （3）.在在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物应，形成转录起始复合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH +NTP 5-pppGpN-OH 3 +ppi转录起始过程转录起始过程目目 录录2、转录延长、转录延长（1）.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心聚合酶核心酶变构，沿着酶变构，沿着DNA模板前移；模板前移；（2）.在在核心酶核心酶作用下，作用下，N
47、TP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延长。链不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol(核心酶核心酶)DNARNA目目 录录5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶目目 录录依赖依赖Rho()因子的转录终止因子的转录终止非依赖非依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止3 3、转录终止、转录终止指指RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上停顿下模板上停顿下来不再前进，转录产物来不再前进，转录产物RNA链从转录复链从转录复合物上脱落下来。合物上
48、脱落下来。分类分类目目 录录A T P（1）.依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止目目 录录（2）.非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上靠近终止区，有些特殊模板上靠近终止区，有些特殊的碱基序列，转录出的碱基序列，转录出RNA后，后，RNA产物产物形成特殊的结构来终止转录。形成特殊的结构来终止转录。目目 录录5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3 RNA 5 TTGC
49、AGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3 DNA UUUU.UUUU.5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3茎环茎环(stem-loop)/发夹发夹(hairpin)结构结构目目 录录茎环结构使转录终止的机理茎环结构使转录终止的机理 使使RNA聚合酶变构，转录停顿；聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。产物释放。5 pppG5 3 3 5 RNA-pol目目 录录（二）、真核生物的转录（二）、真核生物的转
50、录（一）转录起始（一）转录起始转录起始时，转录起始时，RNA-pol不直接结合模板。不直接结合模板。目目 录录转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体目目 录录顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)：可影可影响自身基因表达活性的响自身基因表达活性的DNA序列。序列。反式作
