《DNA的复制与转录》PPT课件.ppt

DNA的复制与转录,DNA的复制过程,中心法则 中心法则的主要内容 中心法则的补充和再思考 逆转录 RNA模板 蛋白质的自身构象调控 DNA的半保留复制 实验证据 15N标记DNA的复制 正在复制的DNA观察 半保留复制的定义 DNA复制过程中，双链解开成两条单链，然后分别以两条单链为模板在DNA聚合酶催化下，合成两条与模板互补的单链，新合成单链与模板链相互配对形成DNA双螺旋分子，子代DNA含有一条亲代DNA链和一条新合成链，称半保留复制,DNA复制的起始和复制方向 复制子 基因组中独立进行复制的最小单位，称复制子 一个复制子应包含复制起点、复制终点 复制起点 DNA上的特定序列，一般含较多的A/T对，反向重复，具有进化保守性 有特殊的蛋白质识别起始序列 一般原核生物只有一个复制起点，而真核生物的染色体有多个复制起点 对于原核生物的质粒，复制起点的性质与其拷贝数相关 复制方向 大多数生物的复制是双向的，接近对称的 现在认为应该存在复制终点,DNA复制的一般过程 DNA双螺旋的打开 拓扑异构酶解除DNA的超螺旋 拓扑异构酶I，断裂并重连接一条DNA单链，不消耗ATP 拓扑异构酶II，断裂并重连接两条DNA单链，在引入超螺旋时耗能 DNA解旋酶将DNA双链打开 每解开1对碱基需要水解2ATP 解旋酶的ATP酶活性必须有DNA单链的存在 转录激活作用 在复制开始前由RNA聚合酶，合成一小段RNA分子 作用主要在于分离DNA双链 少数情况，这段分子可以加成后形成复制引物（ColE质粒） 单链DNA与单链结合蛋白（SSB）作用，避免重新闭合或酶解 不能帮助解旋 原核SSB有协同效应，真核一般没有,DNA复制的引发 参与复制引发体形成的蛋白因子 DNA解链所需的因子（前述） i 蛋白、n、n、n蛋白 dnaB、dnaC蛋白 引发酶（引物合成酶） 引发过程 n、n、n蛋白与DNA单链结合 dnaB与6个dnaC组成复合体 复合体通过 i 蛋白与n、n、n蛋白组成引发前体 引发前体与引发酶组成引发体 引发体沿模板链5 3 移动 移动到一定位置，即开始合成RNA引物，一般几个到十几个核苷酸，合成方向也是5 3 随着复制体的移动，新的DNA双链产生，形成复制叉结构，双向复制的复制叉，形成大致对称的结构。,DNA的半不连续复制 新生成DNA的合成方向始终是53的，DNA的双链却是反向平行的，这就产生了其中一条DNA单链的复制方向与复制叉移动方向相反的问题 实验证明：复制方向与复制叉移动方向相反的DNA单链，并不是连续合成的，而是先形成一些小的、不连续的DNA片断，再通过DNA连接酶连接起来。这些片断称为冈崎片断，这样的复制方式称为半不连续复制。 连续合成的DNA链一般称前导链，不连续合成的DNA链称滞后链。 冈崎片断产生的原因 引发体先在前导链上合成一段引物，后转移到滞后链 复制叉移动一段距离后，在滞后链模板上的引物酶合成出引物，DNA聚合酶结合，开始延伸DNA，由于方向与复制叉移动方向相反，延伸一段距离后， DNA聚合酶与DNA分离。 由于复制叉不断移动，滞后链不断合成引物，上述过程不断重复，形成冈崎片断 原核冈崎片断一般10002000bp、真核冈崎片断一般100-200bp,DNA聚合酶 大肠杆菌一般有3种DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶I、II、III，分别行使不同的功能，DNA的复制主要由DNA聚合酶III催化 DNA聚合酶I：多功能酶，需Mg2+、Zn2+ 5 3核苷酸聚合作用，以四种脱氧核苷三磷酸为原料，需要单链模板，必须有引物游离3-OH存在 3 5核酸外切酶作用， 校对作用。 3 5焦磷酸解作用 5 3核酸外切酶作用。切除引物、损伤修复 磷酸盐与焦磷酸基的交换 DNA聚合酶III 7种亚基构成全酶 功能与DNA聚合酶I相似，但活性更高 亚基为催化亚基，亚基具有校对功能，、 、构成核心酶 亚基为引物识别和模板定位亚基，全酶结合后释放 亚基使酶可以利用长的DNA单链 、亚基称为延长因子,DNA聚合酶II 没有5 3核酸外切酶作用 其他参与DNA复制的酶 DNA连接酶：催化相邻的核苷酸之间3，5磷酸二酯键的形成，以NADH或ATP供能 尿嘧啶糖苷酶、dUTP酶、AP核酸内切酶 DNA复制的准确性的保障 DNA聚合酶的校对作用 引物的切除和空缺修补 未配对单链的切除 真核DNA复制与原核的对比 五种DNA聚合酶：、。 相当于原核的聚合酶III, 在DNA的延伸中起作用。 核小体的“全保留复制”：前导链保有全部的原核小体，滞后链则全部重新合成 末端问题：端粒,其他DNA复制方式 滚环复制：单向复制的一种特殊形式 单链开环 开环后，5端游离，或固定在膜上 以完整的环DNA为模板，在单链DNA的3-OH端延伸，推动环一边滚动一边分离出线状的DNA单链，直到重新合成出完整的DNA分子 线状DNA单链再复制环化 多重DNA复制 一次复制结束前，下一次复制即开始 逆转录过程 定义： 由逆转录酶催化，以RNA为模板合成DNA的过程，是遗传信息由RNA传递到DNA的过程 某些致癌的RNA病毒、HIV病毒、乙肝病毒有逆转录酶活性,逆转录酶 以四种脱氧核苷酸为底物，以RNA为模板在有引物存在的前提下，聚合形成DNA，需要Mg 2+、Mn 2+ 引物可以是寡聚核糖核酸，也可以是寡聚脱氧核糖核酸，长度4bp 是多功能酶 以RNA为模板，聚合形成DNA 以DNA为模板，聚合形成DNA 切除DNA-RNA杂合分子中的RNA分子 逆转录过程 病毒的RNA分子类似于真核mRNA的结构 一般携带一分子宿主的tRNA分子作为引物 以病毒的RNA分子为模板合成DNA分子，形成杂合分子 降解RNA分子，再以DNA分子为模板复制，形成DNA双链 环化进入细胞核，并整合到宿主的基因组中，进行表达,逆转录的生物学意义 中心法则的重要补充 致癌病毒的复制方式，对于相应的疾病的治疗有指导意义 基因工程中遗传信息的重要获得方式 基因治疗的重要工具 生物进化研究的突破 DNA复制的调控 顺式调控作用 DNA序列的调控作用 反式调控作用 蛋白因子的调控作用,DNA的转录过程,RNA的延伸 生成的RNA链先与DNA链结合形成杂合双链 游离出RNA单链 可以内部配对形成一定的结构 转录的终止 终止子：提供转录停止信号的DNA序列，终点前一般有一段回文序列，转录后形成发夹结构 不依赖于rho因子的终止子：形成发夹结构，回文对称序列有一段富含G/C对的序列，终点前转录形成有富含U的序列 依赖于rho因子的终止子：没有富含G/C对的序列，也没有富含U的序列，由于发夹结构的存在，使RNA聚合酶的移动速度下降， rho因子追赶上RNA聚合酶，引发终止过程 终止因子 rho因子：帮助RNA聚合酶与DNA分离，帮助RNA释放 NUS因子： NusA 抗终止作用,真核生物的转录作用 RNA聚合酶：三种 RNA聚合酶I：转录45S rRNA(5.8S, 18S, 28S) RNA聚合酶II：转录hnRNA ，SnRNA RNA聚合酶III：转录tRNA、5s rRNA 真核启动子 Hogness框（TATA框）：-25-30，一般7bp，几乎全部由T/A构成 CAAT框：-75位，9bp，GGTCAATCT GC框：更上游，GGGCGG，转录因子结合部位 真核转录因子 以非组蛋白的形式与染色质结合 形成不同的功能相应元件 核质因子、核功能蛋白,转录过程的调节控制 原核生物的转录调控 操纵子模型：操纵子是由功能上相互关联的基因和基因表达控制结构组成的基因结构单位，可以实现对代谢过程调节控制，以乳糖操纵子为例： 结构基因：-半乳糖苷酶，-半乳糖苷透性酶，-半乳糖苷转乙酰酶 操纵基因：可以和阻遏蛋白可逆的结合，控制结构基因的表达，与结构基因构成操纵子 调节基因：可以表达出阻遏蛋白参与操纵子的调控 操纵子的调节过程 当没有乳糖分子存在的时候，阻遏蛋白与操纵基因结合，阻止乳糖操纵子表达 一旦有一定浓度的乳糖分子存在，则乳糖分子与阻遏蛋白结合使阻遏蛋白变构，从操纵基因上分离，结构基因表达，乳糖分解 乳糖被利用而浓度下降，阻遏蛋白重新与操纵基因结合，结构基因停止表达 诱导型操纵子和阻遏型操纵子 色氨酸操纵子,原核转录的其他调控方式 降解物阻遏 衰减作用 时序控制 真核生物转录的调控 染色体结构在转录中作用 核小体结构 高表达活性DNA 转录因子的作用 增强子 真核生物或病毒染色体，有一些DNA序列，对基因转录起增强作用，有时甚至是必不可少的，称为增强子 增强子与效应基因之间可以有很远的距离，可以在效应基因的上游或下游，但一般只作用于同一条DNA分子上的启动子 转录的抑制物 放线菌素D 利福平：原核 -鹅膏蕈碱：真核,RNA转录后的加工 rRNA的加工 原核rRNA的加工 30 S rRNA前体的甲基化 30 S rRNA前体17 S、25 S中间物和一个tRNA分子 17 S、25 S中间物16 S、23 S rRNA 5 S rRNA, 来自于30 S rRNA前体的3端 真核rRNA的加工 45 S rRNA前体的甲基化 切除间隔生成18 S、28 S、5.8 S rRNA tRNA的加工 原核tRNA的加工 裁切 去3-端附加顺序 加上3-端CCA 内部碱基修饰,真核tRNA的加工 切去5，3 端附加序列 逐个加上3 端CCA 核苷酸修饰 2-O-甲基核糖 真核mRNA的加工 5端帽子的加工 hnRNA 5 端的三磷酸嘌呤核苷脱磷酸 与GTP生成5，5三磷酸连接 以S-腺苷酰甲硫氨酸提供甲基，实现甲基化 3端polyA的加工 切去原3端片断 多聚腺苷酸聚合酶催化形成polyA尾 内含子切除 在snRNA辅助形成剪接体：U1U6 内含