第十一章基因信息的傳遞與表達

第一節(jié)DNA的生物合成

基因（gene）:是一段為生物活性物質(zhì)編碼的DNA或RNA序列。基因表達：指基因的轉(zhuǎn)錄或翻譯。其產(chǎn)物既可以是蛋白質(zhì)，也可以是各種RNA。轉(zhuǎn)錄得到的mRNA又可以作為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，此過程稱為翻譯。

概述中心法則及補充基因組（genome）：指細胞或生物體全套染色體中所有的DNA。結(jié)構(gòu)基因：指能轉(zhuǎn)錄出RNA的基因。管家基因：在細胞或生物體中能夠持續(xù)表達，不受時間和空間限制及外界環(huán)境因素干擾的結(jié)構(gòu)基因。DNA的復(fù)制第一節(jié)DNA的生物合成

逆轉(zhuǎn)錄兩種方式

一、DNA的復(fù)制(replication)

以親代DNA為模板，按照堿基互補規(guī)律合成子代DNA分子的過程稱DNA的復(fù)制。dNTP：即dATP、dGTP、dCTP和dTTP（二）復(fù)制的模板

復(fù)制需以DNA單鏈為模板，且模板的方向為3→5′。（一）復(fù)制的原料：DNA復(fù)制時,以親代DNA為模板,按照堿基互補規(guī)律合成新的DNA分子。新合成的DNA分子與親代完全相同,并保留了親代的一半。（三）復(fù)制的方式----半保留復(fù)制

DNA的半保留復(fù)制1．解螺旋酶（helicase）：

DnaB

它能水解DNA兩條鏈間的氫鍵，使DNA局部雙鏈解開，形成兩條單鏈，此過程需要ATP供能。（四）復(fù)制相關(guān)的酶及蛋白因子

拓撲異構(gòu)酶Ⅰ：能切斷DNA一條鏈，理順超螺旋，不需ATP供能；拓撲異構(gòu)酶Ⅱ：可同時切斷兩條DNA鏈，將扭結(jié)、擰轉(zhuǎn)的超螺旋松解，需ATP供能。2．拓撲異構(gòu)酶(toposomerase)

3．DNA單鏈結(jié)合蛋白（SSB）

SSB能與解開的DNA單鏈結(jié)合，穩(wěn)定DNA單鏈，同時保護其免受核酸酶水解。4．引物酶（primase）：DnaG以3′→5′走向DNA單鏈為模板，四種NTP為原料，接照堿基互補規(guī)律（A-U，T-A，C-G）以5′→3′方向合成一段十幾個核苷酸構(gòu)成的RNA引物。該酶不能從頭催化DNA的合成，需要3′→5′走向的DNA單鏈作模板，5′→3′走向的RNA或DNA作為引物，在引物的3'-OH末端后面，沿5′→3′方向，催化脫氧核苷酸之間通過3′，5′-磷酸二鍵聚合形成多核苷酸鏈。

5．DNA聚合酶

（依賴DNA的DNA聚合酶，DNA-pol）DNA聚合酶Ⅰ(DNA-polⅠ):切除引物并填補空隙；校讀作用；損傷修復(fù)DNA聚合酶Ⅱ(DNA-polⅡ):損傷修復(fù)

DNA聚合酶Ⅲ(DNApol-Ⅲ)

：延長子鏈最重要（1）原核生物的DNA聚合酶：三種DNA-pol起始引發(fā)，有引物酶活性DNA-pol參與低保真度的復(fù)制DNA-pol

在線粒體DNA復(fù)制起催化作用DNA-pol

延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol校讀、修復(fù)和填補缺口（2）真核生物的DNA聚合酶：五種

能催化結(jié)合于同一模板DNA上的兩個DNA片段的3′端與5′端之間形成磷酸二酯鍵，從而把復(fù)制過程中隨從鏈形成的多個相鄰的DNA片段連成完整的DNA長鏈。

6.DNA連接酶（DNAligase）HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’具有逆轉(zhuǎn)錄酶的活性，能補全真核生物兩條DNA鏈5’末端切除引物后留下的空缺。組成：端粒酶RNA

端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶7.端粒酶(五)DNA復(fù)制的過程1.復(fù)制的起始2.復(fù)制的延長3.復(fù)制的終止三階段原核生物復(fù)制起始包括：（1）DNA解鏈形成復(fù)制叉解鏈由三種蛋白質(zhì)DnaA、DnaB和DnaC完成，DnaA蛋白識別復(fù)制起始點（oriC）。（2）引發(fā)體形成：DnaG蛋白（引物酶）、DnaB蛋白、DnaC蛋白及DNA復(fù)制起始區(qū)域構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)

（3）引物合成1.復(fù)制的起始3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。

引物3'HO5'引物酶引發(fā)體及復(fù)制叉3.復(fù)制的終止領(lǐng)頭鏈:復(fù)制時連續(xù)合成的鏈。隨從鏈:復(fù)制時不連續(xù)合成的鏈。岡崎片段:復(fù)制中的不連續(xù)片段。模板方向:

3′→5′新鏈延伸方向:5′

→3′2.復(fù)制的延長555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA連接酶

隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接原核細胞DNA的復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的延長DNA鏈終止5′RNA引物3′3′實際上此過程在子鏈延長中已陸續(xù)進行，不必等到最后終止才連接。(六)DNA復(fù)制的特點1.有特定的起始點2.半不連續(xù)復(fù)制3.半保留復(fù)制：遵循堿基互補規(guī)律4.雙向復(fù)制真核生物多復(fù)制起點5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’雙向復(fù)制寫出以下列DNA第一鏈為模板復(fù)制得到的另一條鏈。第一鏈：5′……ATCTCGGTTGACCAGTAG……3′第二鏈：3′……TACAGCCAACTGGTCATC……5′課堂活動1(一)概念:指以RNA為模板合成DNA的過程二、逆轉(zhuǎn)錄cDNA:以RNA為模板合成的DNA具有三種酶活性：

RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶

RNA酶

DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶(二)相關(guān)的酶

-----

逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)

(三)過程RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA

雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄與HIV生活史三、DNA的損傷與修復(fù)DNA損傷(damage)：指DNA分子中堿基結(jié)構(gòu)或排列順序的改變，也稱突變。（一）DNA損傷的因素1．自發(fā)性突變?nèi)鏒NA復(fù)制過程中，由于各種原因?qū)е碌膲A基錯配。2．環(huán)境中物理、化學(xué)和生物學(xué)因素的影響例如:紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射導(dǎo)致嘧啶二聚體。

UV谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變1.直接修復(fù)(光修復(fù),lightrepairing)（二）DNA損傷的修復(fù)

光修復(fù)酶(photolyase)

UV是細胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機制。大腸桿菌主要由UvrA、UvrB和UvrC及DNA-polⅠ和連接酶完成。切除修復(fù)功能障礙導(dǎo)致著色性干皮病。

2.切除修復(fù)UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATPE.Coli的切除修復(fù)機制3.重組修復(fù)(recombinationrepairing)DNA-polⅠ和連接酶完成屬于應(yīng)急修復(fù)，是當DNA損傷廣泛甚至發(fā)生多處損傷，使復(fù)制難以進行時而產(chǎn)生的搶救性修復(fù)。4．SOS修復(fù)1．生物體合成DNA的方式主要有三種：復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄和損傷修復(fù)。2．復(fù)制以dNTP為原料，3′→5′方向單鏈DNA為模板，由DnaA蛋白、DnaB蛋白（解螺旋酶）和DnaC蛋白、拓撲異構(gòu)酶、SSB、引物酶（DnaG蛋白）、DNA聚合酶、連接酶、端粒酶等多種酶和蛋白質(zhì)因子參與，按照堿基互補規(guī)律，合成