第十四章

DNA、RNA和

蛋白質的生物合成現(xiàn)在是1頁\一共有58頁\編輯于星期日復制—以原來的DNA分子為模板，合成出相同分子的過程。轉錄—在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對應的RNA的過程。翻譯—在RNA的控制下，根據(jù)核酸鏈上每三個核苷酸決定一個氨基酸的三聯(lián)體密碼規(guī)則，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質肽鏈的過程?，F(xiàn)在是2頁\一共有58頁\編輯于星期日14.1DNA的復制1953年，Watson和Crick在DNA雙螺旋結構的基礎上提出了半保留復制假說：DNA在復制過程中，首先堿基之間的氫鍵破裂，使兩條鏈解旋并分開，然后以堿基互補的方式，以每條單鏈為模板，按單鏈DNA的核苷酸順序合成子鏈。在此過程中，每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式稱為半保留復制。14.1.1DNA的復制方式—半保留復制現(xiàn)在是3頁\一共有58頁\編輯于星期日Radioisotopelabelin（放射性同位素標記）anddensitygradient（密度梯度離心）centrifugationclearlydistinguishesreplicationsofsemiconservativefromconservative.現(xiàn)在是4頁\一共有58頁\編輯于星期日14.1.2參與DNA復制的酶類和蛋白質因子1.DNA聚合酶（DNA-polymerase）DNA聚合酶能催化四種脫氧核糖核苷三磷酸合成DNA單鏈DNA為模板具有3`-OH末端的低聚多核苷酸為引物Mg2+或Mn2+四種脫氧核苷三磷酸為底物ArthurKornberg阿瑟·科恩伯格現(xiàn)在是5頁\一共有58頁\編輯于星期日①原核細胞的DNA聚合酶DNA聚合酶I（polI）—Kornberg酶

polI是一個多功能酶DNA聚合酶活力：使DNA鏈沿5`-3`方向延伸；現(xiàn)在是6頁\一共有58頁\編輯于星期日DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ）DNA聚合酶活力；3`-5`核酸外切酶活力DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ）DNA聚合酶活力；3`-5`核酸外切酶活力；5`-3`核酸外切酶活力polⅢ現(xiàn)在是7頁\一共有58頁\編輯于星期日大腸桿菌中DNA聚合酶的性質比較polIpolⅡpolIII功能DNA聚合酶5`-3`外切酶3`-5`外切酶++++-++（+）+分子量109000120000140000酶分子數(shù)/細胞40010010-20轉化率10.0550主要功能復制、修復修復復制現(xiàn)在是8頁\一共有58頁\編輯于星期日②真核細胞的DNA聚合酶αβγδ分子量120000-22000045000160000122000分布細胞核細胞核線粒體細胞核酶活力80%10-15%2-15%10-25%核酸外切酶活力無無無3`-5`主要功能復制修復復制（線粒體）？現(xiàn)在是9頁\一共有58頁\編輯于星期日6.連接酶（ligase）催化雙鏈DNA中單鏈缺口部分的3`-OH和它臨近的DNA片段的5`-磷酸基形成3`，5`-磷酸二酯鍵，將兩個DNA片段連接起來。連接反應需要能量（NAD+orATP）。現(xiàn)在是10頁\一共有58頁\編輯于星期日DNA復制體現(xiàn)在是11頁\一共有58頁\編輯于星期日14.1.3DNA的半不連續(xù)復制岡崎提出DNA的不連續(xù)復制模型：3`-5`走向的DNA實際上是由許多5`-3`方向合成的DNA片段連接起來的。Overalldirectionofprogenychaingrowthatareplicatingfork:onein5’3’andtheotherin3’5’direction.Bothdaughterstrandsatthereplicationforkaresynthesizedin5’-3’direction,butone(theleadingstrand)issynthesizedcontinuouslyandtheother(thelaggingstrand)discontinuously(synthesizedinitiallyasOkazakifragments).前導鏈后隨鏈岡崎片段現(xiàn)在是12頁\一共有58頁\編輯于星期日OnlyoneRNAprimerisneededforsynthesizingtheleadingstrand.RNAprimersarerepeatedlyformedbytheprimaseonthelaggingstrand.2.DNA片段的合成和鏈的延伸現(xiàn)在是13頁\一共有58頁\編輯于星期日1.引物酶識別復制起點，引導解螺旋酶到正確位點2.解螺旋酶解開雙螺旋引發(fā)酶解螺旋酶聚合酶修復酶松弛酶單鏈結合蛋白連接酶DNA的復制過程現(xiàn)在是14頁\一共有58頁\編輯于星期日3.DNA聚合酶合成新的DNA鏈4.按堿基互補原理合成DNA鏈5.四種脫氧核苷三磷酸為底物6.釋放焦磷酸現(xiàn)在是15頁\一共有58頁\編輯于星期日7-12.DNA片段的合成和鏈的延伸現(xiàn)在是16頁\一共有58頁\編輯于星期日13.連接酶14.單鏈結合蛋白15.松弛酶16.DNA的復制現(xiàn)在是17頁\一共有58頁\編輯于星期日14.5.1原核生物與真核生物

DNA復制的特點比較1.復制的起點和單位復制單位：復制子，生物體內能獨立行使復制功能，進行獨立復制的DNA單位。①原核生物由一個復制子組成雙向復制大腸桿菌，θ結構ori現(xiàn)在是18頁\一共有58頁\編輯于星期日大腸桿菌：θ結構

單相復制噬菌體Φ×174—滾環(huán)復制現(xiàn)在是19頁\一共有58頁\編輯于星期日②真核生物線形雙鏈DNA，含有多個復制子；雙向復制。復制子2.復制速度3.真核生物的DNA在全部復制完成之前，起點不再重新開始復制；原核生物中，起點可連續(xù)發(fā)動復制現(xiàn)在是20頁\一共有58頁\編輯于星期日14.1.6在RNA指導下的DNA的合成1970年Temin等在致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了一種特殊的DNA聚合酶，該酶以RNA為模板，根據(jù)堿基配對原則，按照RNA的核苷酸順序(其中U與A配對)合成DNA。這一過程與一般遺傳信息流轉錄的方向相反，故稱為反轉錄。反轉錄酶是一種多功能酶：RNA指導的DNA聚合酶活力；核糖核酸酶H的活力：

DNA指導的DNA聚合酶活力現(xiàn)在是21頁\一共有58頁\編輯于星期日反轉錄病毒的生活周期現(xiàn)在是22頁\一共有58頁\編輯于星期日14.2RNA的生物合成

14.2.1轉錄過程轉錄（transcription）——DNA分子中的遺傳信息轉移到RNA分子中的過程?，F(xiàn)在是23頁\一共有58頁\編輯于星期日14.2.1.1RNA聚合酶（RNApolymerase）RNA聚合酶有以下特點：以DNA為模板，也稱為依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP）四種核苷三磷酸為底物需要Mg2+或Mn2+離子RNA鏈的延長方向是5’→3’的連續(xù)合成遵循DNA與RNA之間的堿基配對原則不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以沒有校正功能?，F(xiàn)在是24頁\一共有58頁\編輯于星期日1.細菌RNA聚合酶α：與DNA模板結合，識別堿基β：

催化形成磷酸二酯鍵β`：與DNA模板結合σ：識別起始點全酶：α

2

β

β’σ

核心酶：α

2β

β’現(xiàn)在是25頁\一共有58頁\編輯于星期日2.真核細胞RNA聚合酶類型分布催化轉錄產物對鵝膏蕈堿的敏感性IIIIII核仁核質核質rRNA前體HnRNA（mRNA前體）5SrRNA、tRNA前體不敏感低濃度抑制較高濃度抑制現(xiàn)在是26頁\一共有58頁\編輯于星期日14.2.1.2轉錄過程不對稱轉錄：在DNA的兩條多核苷酸鏈中只有其中一條鏈作為模板，這條鏈叫做模板鏈（templatestrand），又叫做無意義鏈。DNA雙鏈中另一條不做為模板的鏈叫做編碼鏈，又叫做有意義鏈?？煞譃槿齻€階段：合成的起始、鏈的延長和合成的終止1.RNA合成的起始啟動子（promoter）：RNA聚合酶識別、結合并開始轉錄的一段DNA序列?，F(xiàn)在是27頁\一共有58頁\編輯于星期日①原核生物的啟動子-10序列（Pribnow框）：-TATAAT-RNA聚合酶牢固結合的位點，稱為結合位點。-35序列（Sextama框）：-TTGACA-RNA聚合酶初始結合的位點，稱為識別位點。現(xiàn)在是28頁\一共有58頁\編輯于星期日②真核生物的啟動子TATA框（Hogness框）-25~-30左右的序列：TATAA（T）AA（T）決定起始點的選擇CAAT框-75附近：GGC（T）CAATCT控制轉錄起始的頻率現(xiàn)在是29頁\一共有58頁\編輯于星期日2.鏈的延長現(xiàn)在是30頁\一共有58頁\編輯于星期日3.RNA合成的終止終止子（terminator）：提供轉錄終止信號的DNA序列。富含G-C多個U現(xiàn)在是31頁\一共有58頁\編輯于星期日依賴ρ因子的終止子不依賴ρ因子的終止子現(xiàn)在是32頁\一共有58頁\編輯于星期日RNA的合成過程現(xiàn)在是33頁\一共有58頁\編輯于星期日14.2.1.3RNA的轉錄后加工1.rRNA前體的轉錄后加工真核生物甲基化剪切原核生物現(xiàn)在是34頁\一共有58頁\編輯于星期日TheprocessingoftheprimarytRNAtranscriptsincluderemovalofthe5`and3`ends,additionoftheCCAsequenceatthe3`end,modificationofmanybases,andsplicingofintrons(ineukaryoticcells).

2.tRNA前體的轉錄后加工剪切核苷修飾接-CCA剪切現(xiàn)在是35頁\一共有58頁\編輯于星期日3.mRNA前體的轉錄后加工A5`capisaddedtoeukaryoticmRNAsBeforetranscriptionends現(xiàn)在是36頁\一共有58頁\編輯于星期日Apoly(A)tailisusuallyaddedatthe3`endofanmRNAmoleculeviaaprocessingstep.現(xiàn)在是37頁\一共有58頁\編輯于星期日hnRNA（核內不均一RNA）的剪接內含子外顯子現(xiàn)在是38頁\一共有58頁\編輯于星期日mRNA前體的轉錄后加工現(xiàn)在是39頁\一共有58頁\編輯于星期日DNA復制RNA轉錄蛋白質翻譯?逆轉錄復制中心法則現(xiàn)在是40頁\一共有58頁\編輯于星期日14.3蛋白質的生物合成現(xiàn)在是41頁\一共有58頁\編輯于星期日14.3.1RNA在蛋白質生物合成中的作用1.mRNA的功能mRNA帶有由DNA轉錄來的遺傳信息，是蛋白質合成的模板。遺傳密碼（geneticcodes）遺傳密碼：指mRNA中堿基序列和蛋白質中氨基酸序列之間的相互關系。1961年，Brenner和Crick證明：三個相鄰的核苷酸代表一種氨基酸，該三核苷酸序列稱為密碼子（codon），或三聯(lián)密碼（tripletcode）現(xiàn)在是42頁\一共有58頁\編輯于星期日密碼子的重要性質密碼子不重疊；密碼子的簡并性；密碼的通用性；密碼子間無間隔遺傳密碼終止密碼子UAA、UGA、UAG同義密碼子（簡并密碼子）起始密碼子AUG、GUG現(xiàn)在是43頁\一共有58頁\編輯于星期日2.tRNA的功能tRNA起運輸氨基酸的作用反密碼子（anticodon）：tRNA識別mRNA上的密碼子的機構，可根據(jù)堿基配對規(guī)律識別相應的密碼子?，F(xiàn)在是44頁\一共有58頁\編輯于星期日3.rRNA與核糖體

rRNA與多種蛋白質組成核糖體，核糖體是蛋白質合成的加工廠?，F(xiàn)在是45頁\一共有58頁\編輯于星期日Rolesofthe3typesofRNAsintranslationA位點（氨?；稽c）P位點（肽?；稽c）現(xiàn)在是46頁\一共有58頁\編輯于星期日現(xiàn)在是47頁\一共有58頁\編輯于星期日14.3.2蛋白質生物合成過程蛋白質的合成需要近200種生物大分子參與，由ATP、GTP提供能量。蛋白質生物合成方向：由多肽鏈的氨基端開始，向羧基端方向逐步延伸。合成過程分為：氨基酸的活化與轉移——準備階段肽鏈合成的起始肽鏈的延長肽鏈的終止現(xiàn)在是48頁\一共有58頁\編輯于星期日1.氨基酸的活化與轉運AA+tRNA+ATP↓氨酰-tRNA+AMP+PPi細胞質中進行氨酰-tRNA合成酶氨?；佘账屺O↓↘AMPtRNA氨酰-tRNA現(xiàn)在是49頁\一共有58頁\編輯于星期日2.肽鏈合成的起始mRNA上的起始密碼子多為：AUG（決定Met的密碼子）攜帶Met的tRNA有兩種：甲硫氨酸t(yī)RNAm：tRNAmMet甲硫氨酸t(yī)RNAf：tRNAfMet甲酰甲硫氨酰tRNAf甲酰FH4甲?；D移酶蛋白質生物合成：原核細胞以fMet-tRNAf為起點；真核細胞以Met-tRNAm為起點現(xiàn)在是50頁\一共有58頁\編輯于星期日mRNA-30S-IF3復合物↓30S起始復合物（30S-mRNA-fMet-tRNAf-GTP-IF1-IF2）↓70S起始復合物（70S-mRNA-fMet-tRNAf）現(xiàn)在是51頁\一共有58頁\編輯于星期日3肽鏈的延長核糖體中進行延長因子：EF-TuE