第十章DNA的生物合成

1、第十章第十章 核酸的生物合成核酸的生物合成Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规律（即中年所提出的遗传信息传递规律（即中心法则）心法则）.第一节第一节 中心法则中心法则中心法则中心法则Crick于于1954年所提出的遗传信息传递规律年所提出的遗传信息传递规律1954年首次年首次提出的提出的“中心法则中心法则” 1970-1980年年的的“中心法则中心法则” 21世纪后修正世纪后修正的的“中心法则中心法则” 第二节 DNA的生物合成 核酸是核酸是生命遗传信息的携带者和传递者生命遗传信息的携带者和传递者生物体内的生物体内的DNADNA合成主要包括三个方面：合成主要包括三个方面：1.1.在细

2、胞周期的在细胞周期的S S期进行的期进行的DNADNA复制，亲代细胞通复制，亲代细胞通过过DNADNA自身复制将遗传信息传给子代；自身复制将遗传信息传给子代；2.2.当体内当体内DNADNA受到某些损伤时，可以进行修复；受到某些损伤时，可以进行修复；3.3.在某些病毒中存在的以在某些病毒中存在的以RNARNA为模板的为模板的DNADNA合成。合成。一、参与DNA复制的酶及蛋白因子（一）（一） DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymerase, DNA polDNA polymerase, DNA pol） 以以dNTPdNTP为底物，以为底物，以DNADNA为模板，需要一段引物，从为模

3、板，需要一段引物，从引物的引物的3-OH3-OH末端合成末端合成DNADNA新链。新链。 三种大肠杆菌三种大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶1. DNA1. DNA聚合酶聚合酶I(1956,Arthur Kornberg)I(1956,Arthur Kornberg)外切酶活性：外切酶活性：3 53 5外切活性具有校正作用；外切活性具有校正作用； 5 35 3切除引物和切除引物和DNADNA损伤的修复；损伤的修复；聚合作用：聚合作用：合成速度较慢，每秒合成速度较慢，每秒1010个核苷酸，而且新个核苷酸，而且新链长链长2020个核苷酸后，酶即脱离模板。个核苷酸后，酶即脱离模板。2. DNA2. D

4、NA聚合酶聚合酶 外切酶活性：外切酶活性：3 53 5外切活性外切活性 聚合作用：聚合作用： 5 35 3补小缺口（补小缺口（10010-3mol/L抑制（不敏抑制（不敏感）感）（B（B酶）酶）不均一RNA不均一RNA聚合酶聚合酶核质核质HnRNA10-9-10-10mol/L抑制（高抑制（高度敏感）度敏感）（C（C酶）酶）小分子RNA小分子RNA聚合酶聚合酶核质核质5SRNA、tRNA1010-5-5-10-10-4-4mol/L抑制mol/L抑制（中度敏感）（中度敏感）二、转录的过程 原核生物的转录起始原核生物的转录起始1. 1. 起始位点的识别起始位点的识别 识别正确的启动位点，识别正确

5、的启动位点，启动子的结构至少由三部分组启动子的结构至少由三部分组成：成：-35-35序列提供了序列提供了RNARNA聚合酶全酶识别的信号；聚合酶全酶识别的信号；-10-10序列是序列是酶的紧密结合位点（富含酶的紧密结合位点（富含ATAT碱基，利于双链打开）；第三碱基，利于双链打开）；第三部分是部分是RNARNA合成的起始点。合成的起始点。35+1转录起始点转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT5335序列序列 Sextama 框框 10序列序列Pribnow框框 加入的第一个核苷三磷酸常是加入的第一个核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP。所形成的。所形成的启动子、全酶

6、和启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，到转录起始点， 亚基就会被释放脱离核心酶。亚基就会被释放脱离核心酶。-35-10pppG或或pppA55553333模板链模板链E 3.3.链的延伸链的延伸 以以NTPNTP为原料和能量为原料和能量,DNA,DNA模板链为模板，模板链为模板，靠核心酶的催靠核心酶的催化，化，核苷酸间通过核苷酸间通过3 3 ,5,5 - -磷酸二酯键成核糖核酸链磷酸二酯键成核糖核酸链(RNA)(RNA)4. 4. 转录终止转录终止 转转录终止信号有两种情况录终止信号

7、有两种情况 弱终止子：弱终止子：依赖依赖因子（终止因子，因子（终止因子，terminators）的终的终止止 NusA NusA蛋白识别蛋白识别DNADNA链上的终止信号，在链上的终止信号，在因子帮助终止。因子帮助终止。 强终止子：强终止子：（ 1 1 ）在终止点之前具有一段富含）在终止点之前具有一段富含G-CG-C的回的回文区域。（文区域。（2 2）富含）富含G-CG-C的区域之后是一连串的的区域之后是一连串的dAdA碱基序列，碱基序列，它们转录的它们转录的RNARNA链的末端为一连串链的末端为一连串U U（连续（连续6 6个）个）。真核生物的起始真核生物的起始较原核生物复杂较原核生物复杂

8、顺式作用元件顺式作用元件 (启动子启动子/增强子增强子) 转录因子转录因子(transcription factor,TF) RNA聚合酶聚合酶所需的转录因子所需的转录因子 -转录因子转录因子 （TF） 启动子启动子 上游启动子元件上游启动子元件(upstream promotor elements,UPE) 增强子增强子：远离转录起始点（：远离转录起始点（130kb） 增强启动子转录活性增强启动子转录活性DNA序列序列 作用与方向、距离无关作用与方向、距离无关 沉默子沉默子：负性调节元件，起阻遏作用：负性调节元件，起阻遏作用 与基因表达调控有关的与基因表达调控有关的DNA非编码序列非编码序列

9、顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)顺式作用元件顺式作用元件增强子增强子反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 概念：为概念：为DNA结合蛋白，可使邻近基因结合蛋白，可使邻近基因 开放（开放（正正调控）或关闭（调控）或关闭（负负调控）调控）特点：特点： 三个功能结构域：三个功能结构域：DNA识别结合域识别结合域 转录活性域转录活性域 结合其他蛋白的结合域结合其他蛋白的结合域 能识别并结合顺式作用元件能识别并结合顺式作用元件(cis-acting element) 正调控与负调控正调控与负调控 三、三、RNARNA转录后加工转录后加工1.r

10、RNA 1.rRNA 的转录后加工的转录后加工 rRNArRNA基因转录原初产物基因转录原初产物 原核生物：原核生物：30S30S 哺乳动物：哺乳动物：45S45S5s rRNA5.8s rRNA28s rRNA有关有关PrPr核糖体大亚基核糖体大亚基18s rRNA有关有关PrPr核糖体小亚基核糖体小亚基成熟核糖体成熟核糖体进入细胞质进入细胞质RNAaseRNAase2.tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工原核生物原核生物核酸核酸内切酶内切酶在在tRNAtRNA分子两端切断分子两端切断核酸核酸外切酶外切酶在在33端进行修剪端进行修剪在在tRNA 3tRNA 3端加端加-CCAOH-CCA

11、OH核苷的核苷的修饰修饰甲基化（供体：甲基化（供体：S-S-腺苷蛋氨酸）腺苷蛋氨酸） RNARNA核酸内切酶核酸内切酶识别的是加工部位的空间结构识别的是加工部位的空间结构RNase PRNase P：切断：切断tRNA5tRNA5端端55端成熟酶端成熟酶RNase FRNase F：切断：切断tRNAtRNA靠近靠近33端端RNase DRNase D：从：从33端逐个切去附加序列端逐个切去附加序列 识别整个识别整个tRNAtRNA的结构，是的结构，是33端成熟酶端成熟酶3.mRNA3.mRNA的加工与成熟的加工与成熟原核生物原核生物mRNAmRNA合成的特点合成的特点多顺反子转录多顺反子转录几个结构基因在一条几个结构基因在一条mRNAmRNA链上链上转录与翻译相偶联转录与翻译相偶联大多无需加工、直接翻译大多无需加工、直接翻译 mRNA mRNA寿命较短寿命较短真核生物真核生物mRNAmRNA合成的特点合成的特点单顺反子转录单顺反子转录转录在核内，翻译在细胞质中转