分子生物学-3

1、第四部分第四部分遗传信息的传递遗传信息的传递DNA 复制和修复复制和修复DNA 半保留复制半保留复制 (semiconservative replication) 当当 DNA 进行复制时，进行复制时，DNA 双双链解开成两条单链，分别作为模链解开成两条单链，分别作为模板合成与之互补的新链。在子代板合成与之互补的新链。在子代 DNA 双链中，一条是来源于亲代双链中，一条是来源于亲代 DNA，另一条完全重新合成。，另一条完全重新合成。AGAACTTTCTTGAA亲代亲代 DNA子代子代 DNA子代子代 DNAAGAACTTTCTTGAAAGAACTTTCTTGAA底物底物 (substrates

2、)：dNTP, N = A, T, C, G模板模板 (templates)：每一条：每一条 DNA 单链单链引物引物 (primers)：RNA 或延长中的或延长中的 DNA 子链，子链，提供提供 3- OH 末端，使末端，使 dNTP 依次聚合依次聚合酶和蛋白质：酶和蛋白质：DNA 聚合酶等聚合酶等参与参与 DNA 合成的物质合成的物质原核生物中原核生物中 DNA 复制的酶类及蛋白因子复制的酶类及蛋白因子DNA 聚合酶聚合酶 I, II, IIIOmega ( ) 蛋白：拓扑异构酶蛋白：拓扑异构酶旋转酶旋转酶 (gyrase)：拓扑异构酶拓扑异构酶Dna A 蛋白：识别复制起始位点蛋白：识

3、别复制起始位点Dna B 蛋白：解旋酶活性蛋白：解旋酶活性Dna C 蛋白：协助解蛋白：协助解旋旋酶酶单链单链 DNA 结合蛋白结合蛋白 (SSB)：结合单链：结合单链 DNA 分子分子DnaG 蛋白：引发酶活性蛋白：引发酶活性DNA 连接酶连接酶大肠杆菌大肠杆菌 DNA 聚合酶聚合酶功能功能DNA pol IDNA pol IIDNA pol IIIDNA pol IVDNA pol V5 3 聚合酶活性聚合酶活性+3 5 外切酶活性外切酶活性+-5 3 外切酶活性外切酶活性+-分子数分子数/细胞细胞 (-SOS)40050 - 7510 - 20150 - 250 15分子数分子数/细胞细

4、胞 (+SOS)400350 - 100010 - 201200 - 2500200生物学功能生物学功能切除引物并切除引物并填补空隙填补空隙;DNA 修复修复DNA修复修复;跨损伤合成跨损伤合成子链子链 DNA合合成成跨损伤合成跨损伤合成跨损伤合成跨损伤合成跨损伤合成跨损伤合成 (Translesion synthesis)：当细胞处于：当细胞处于 SOS 应答生理条件下，应答生理条件下，不具校对功能的不具校对功能的 DNA pol IV 和和 V 能复制带有错误核苷酸的能复制带有错误核苷酸的 DNA。DNA pol I 切除切除 RNA 引物，并填补引物，并填补RNA 引物被切除后所出现的空

5、隙。引物被切除后所出现的空隙。3 5 外切酶活性外切酶活性5 3 聚合酶活性聚合酶活性5 3 外切酶活性外切酶活性DNA-pol I 大片段大片段CNDNA-pol I 小片段小片段蛋白酶蛋白酶大肠杆菌大肠杆菌 DNA-pol I 大片段大片段 (Large fragment) 又称又称 Klenow 片段，只有片段，只有 5 3 聚合酶活性和聚合酶活性和 3 5 外切酶活性。外切酶活性。DNA pol III 合成子链合成子链 DNA 并对合成过程并对合成过程中所掺入的错误碱基进行校对中所掺入的错误碱基进行校对 (proofreading) 。核心酶：核心酶： 亚基催化磷酸二酯键的形成；亚基

6、催化磷酸二酯键的形成； 亚基具有亚基具有 3 5 核酸外切酶核酸外切酶活性，起校对作用；活性，起校对作用； 亚基起稳定结构的作用。亚基起稳定结构的作用。 两个两个 亚基组成滑动夹子，亚基组成滑动夹子，围绕围绕 DNA 双螺旋形成一个双螺旋形成一个环，便于聚合酶沿着环，便于聚合酶沿着 DNA 模板滑动。模板滑动。 DNA 复制起点复制起点 (replication origin) 为复制开始的特定为复制开始的特定 DNA 序列。序列。 细菌基因组细菌基因组有一个复制起点，有一个复制起点， DNA 从复制起点向两个从复制起点向两个方向解链，形成两个复制叉，称为双向复制方向解链，形成两个复制叉，称为

7、双向复制 (bidirectional replication)。DNA 复制起点复制起点解链方向解链方向或复制叉或复制叉移动方向移动方向复制起始点复制起始点 真核生物基因组真核生物基因组的每个染色体有多个复制起点，形的每个染色体有多个复制起点，形成多个复制叉。两个相邻复制起点之间的距离为一个成多个复制叉。两个相邻复制起点之间的距离为一个复制子复制子 (replicon)。原核生物原核生物 DNA 的复制过程的复制过程 1. 复制的起始复制的起始 Dna A 蛋白识别、结合复制起点。蛋白识别、结合复制起点。 解螺旋酶将双链解螺旋酶将双链 DNA 解链成两条单链解链成两条单链 DNA，SSB 与

8、单与单链链 DNA 结合，防止双链结合，防止双链 DNA 的重新形成。的重新形成。2. 引物的形成及子链引物的形成及子链 DNA 的合成的合成 引发酶合成短的引发酶合成短的 RNA 引物；引物； DNA pol III 从引物的从引物的 3-OH 合成合成子链子链 DNA。 3. RNA 引物的去除及冈崎片段的连接引物的去除及冈崎片段的连接 DNA-pol I 除去除去 RNA 引物，并填补空隙；引物，并填补空隙； DNA 连接酶连接相邻的连接酶连接相邻的 DNA 片段。片段。先导链先导链 (leading strand) 顺着解链方向顺着解链方向 (复制叉移动方向复制叉移动方向) 合成的子链

9、为先导合成的子链为先导链，其合成是连续进行的。链，其合成是连续进行的。 随从链随从链 (lagging strand) 复制方向与解链方向相反的子链为复制方向与解链方向相反的子链为随从链随从链 ，其合成，其合成是不连续的，由许多冈崎片段是不连续的，由许多冈崎片段 (1000 - 2000 个核苷酸个核苷酸) 组成。组成。子链子链 DNA 的合成方向：的合成方向： 5 3在随从链上，在随从链上，Dna B (解解螺旋酶螺旋酶) 与与 Dna G (引发引发酶酶) 结合形成复合体。结合形成复合体。4. DNA 复制的终止复制的终止 E. coli 的两个终止区域，分的两个终止区域，分别结合专一性的

10、终止蛋白。别结合专一性的终止蛋白。 序列一：序列一：terE, terD, terA 序列二：序列二：terB, terC E. coli 的的 tus 基因编码终止基因编码终止蛋白蛋白 (Tus)，可抑制解螺旋酶，可抑制解螺旋酶活性。活性。真核生物的细胞周期包括：真核生物的细胞周期包括：G1 期期 (DNA 合成前期合成前期)S 期期 (DNA 合成期合成期) G2 期期 (DNA 合成后期合成后期) M 期期 (有丝分裂期有丝分裂期) 真核生物真核生物染色体染色体 DNA 的复制在的复制在 S 期完成期完成 真核生物真核生物 DNA 复制的有关酶类及蛋白因子复制的有关酶类及蛋白因子 酶及有

11、关蛋白因子酶及有关蛋白因子 功能功能 DNA 聚合酶聚合酶 /引发酶引发酶合成合成 RNA 引物引物DNA 聚合酶聚合酶 DNA 复制主要酶复制主要酶增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原 (PCNA) 滑动夹，与滑动夹，与 DNA 连续合成有关连续合成有关拓扑异构酶拓扑异构酶母链母链 DNA 拓扑异构化拓扑异构化单链单链 DNA 结合蛋白结合蛋白 (SSB)或复制蛋白或复制蛋白 A (RPA) 有解螺旋酶及单链结合作用有解螺旋酶及单链结合作用复制因子复制因子 C (RFC) 参与滑动夹子的装配参与滑动夹子的装配DNA 连接酶连接酶连接冈崎片段及参与修复连接冈崎片段及参与修复核酸酶核酸酶 H (RNas

12、eH)去除去除 RNA 引物引物侧翼核酸内切酶侧翼核酸内切酶 I (FENI) 去除去除 RNA 引物引物 增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原 (proliferating cell nuclear antigen, PCNA) PCNA 为同源三聚体，形成环状的可滑动夹子。为同源三聚体，形成环状的可滑动夹子。 DNA 聚聚合酶合酶 附着于滑动夹子上，附着于滑动夹子上， 沿着沿着 DNA 模板链不断前进。模板链不断前进。PCNA 水平是检测细胞增殖的重要指标。水平是检测细胞增殖的重要指标。功能功能DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 53 聚合酶活性聚合酶活

13、性+53 外切酶活性外切酶活性+35 外切酶活性外切酶活性-+亚基数亚基数44422细胞内定位细胞内定位核核核核线粒体线粒体核核核核在复制中的作用在复制中的作用引发酶活性引发酶活性DNA 修复修复线粒线粒 DNA 复制复制新链合成的新链合成的主要酶，解主要酶，解螺旋酶活性螺旋酶活性复制中的校复制中的校对，添补引对，添补引物空隙，物空隙，DNA 修复修复真核细胞的真核细胞的 DNA 聚合酶聚合酶 端粒是真核生物染色体线性端粒是真核生物染色体线性 DNA 分子末端的结构，由分子末端的结构，由富含富含 T、G 的重复序列组成。的重复序列组成。 人的端粒重复序列为人的端粒重复序列为 5-TTAGGG-

14、3。 每个染色体的每个染色体的 3 端比端比 5 端长，形成单链端长，形成单链 DNA。这一。这一特殊结构可特殊结构可维持维持 DNA 复制的完整性和染色体的稳定性。复制的完整性和染色体的稳定性。(TTAGGG)nTTAGGGTTAGGGTTA 353端粒端粒 (telomeres)(AATCCC)n 5端粒端粒端粒酶又称端粒酶反转录酶端粒酶又称端粒酶反转录酶 (Telomerase reverse transcriptase, TERT) 端粒酶是一种核糖核蛋白，由端粒酶是一种核糖核蛋白，由 RNA 和蛋白质组成。和蛋白质组成。 端粒酶是端粒酶是一种特殊的逆转录酶，以自身的一种特殊的逆转录酶

15、，以自身的 RNA 为模板为模板逆转录合成端粒逆转录合成端粒 DNA，以补偿由除去引物引起的线性染，以补偿由除去引物引起的线性染色体末端的缩短。色体末端的缩短。端粒酶端粒酶 (Telomerase)CCCCAACCCCAACCCC 5“for the discovery of how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase”Elizabeth H. Blackburn University of California San Francisco (USA)Carol W. GreiderJohns Hop

16、kins University School of Medicine (USA) Jack W. Szostak Harvard Medical School; Massachusetts General Hospital; Howard Hughes Medical Institute (USA) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009Roh JI, et al. Clinical implications of antitelomeric drugs with respect to the nontelomeric functions

17、of telomerase in cancer. Onco Targets Ther (2013), 26(6):1161-1166.Wu XQ,et al. Feedback regulation of telomerase reverse transcriptase: New insight into the evolving field of telomerase in cancer. Cell Signal (2013), /10.1016/j.cellsig.2013.08.009. DNA 突变突变 遗传物质结构的改变而引起遗传信息的改变，遗传物质结

18、构的改变而引起遗传信息的改变，称为突变称为突变 (mutation)。 突变是突变是 DNA 分子中碱基的改变。分子中碱基的改变。1. 点突变点突变 DNA 分子中一个碱基的改变称为点突变分子中一个碱基的改变称为点突变 (point mutation)。(1) 转换转换 (transition) 发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，嘧啶发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，嘧啶代替另一嘧啶。代替另一嘧啶。(2) 颠换颠换 (transversion) 发生在异型碱基之间，即嘌呤代替嘧啶或嘧啶代替发生在异型碱基之间，即嘌呤代替嘧啶或嘧啶代替嘌呤。嘌呤。DNA 突变的类型突变的类型正常成人正

19、常成人 Hb (HbA) 亚基亚基肽链肽链 N-Val His Leu Thr Pro Glu Glu C基因基因GAG CTC镰刀型红细胞贫血病人镰刀型红细胞贫血病人 Hb (HbS) 亚基亚基GTGCAC基因基因肽链肽链 N-Val His Leu Thr Pro Val Glu C2. 缺失缺失 (deletion)、插入、插入 (insertion) 和框移和框移 (frame shift) (1) 缺失缺失 一个碱基或一段核苷酸从一个碱基或一段核苷酸从 DNA 分子上消失。分子上消失。(2) 插入插入 一个碱基或一段核苷酸插入到一个碱基或一段核苷酸插入到 DNA 分子中间。分子中间。

20、(3) 缺失和插入均可导致框移突变。缺失和插入均可导致框移突变。正常基因的序列正常基因的序列 5 GCA GTA CAT GAC 3 Ala Val His Val 缺失缺失 C 的序列的序列 5 GAG TAC ATG AC 3 Glu Tyr Met1. 自发性突变自发性突变(1) DNA 复制的错误复制的错误 DNA 聚合酶受到某些因素的影响，错误的碱基没有被聚合酶受到某些因素的影响，错误的碱基没有被及时去除。及时去除。(2) DNA 修复合成出现的错误修复合成出现的错误 DNA 损伤后，参与损伤后，参与 DNA 修复的酶可能发生碱基配对修复的酶可能发生碱基配对错误，造成错误，造成 DN

21、A 突变。突变。(3) 碱基自发改变碱基自发改变 碱基上的氨基碱基上的氨基 (-NH2) 可以互变异构成亚氨基可以互变异构成亚氨基 (=NH)；酮基酮基 (C=O) 也可以互变异构生成烯醇基也可以互变异构生成烯醇基 (-C-OH)。 引发引发 DNA 突变的因素突变的因素2. 环境因素环境因素(1) 物理因素：紫外线物理因素：紫外线 (UV)、各种辐射、各种辐射T-T 二聚体二聚体(2) 化学因素：化学诱变剂化学因素：化学诱变剂5-BU (5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶) 的酮式与腺嘌呤配对，烯醇式与鸟嘌呤配对，的酮式与腺嘌呤配对，烯醇式与鸟嘌呤配对，使使 A-T 变为变为 G-C，相反则可将，相反则可

22、将 G-C 变为变为 A-T。化合物化合物作用位点作用位点DNA分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物 (5-BU)A 5-BU G -A- -G- -T- -C-羟胺类羟胺类T C -T- -C- -A- -G-亚硝酸盐亚硝酸盐C U -G- -A- -C- -T-烷化剂烷化剂 (氮芥类氮芥类)G mGDNA 缺失缺失 G致癌加合物致癌加合物DNA 聚合酶聚合酶用单分子方法观察致癌加合物对用单分子方法观察致癌加合物对 DNA 聚合酶的影响聚合酶的影响致癌加合物与致癌加合物与 DNA 共价结合，导致在共价结合，导致在 DNA 合成时合成时 DNA 聚合酶在加聚合酶在加合物附近频繁掺入错误的核苷酸

23、。合物附近频繁掺入错误的核苷酸。DNA 损伤的修复损伤的修复DNA 修复修复 (DNA repair) 对发生了突变的对发生了突变的 DNA 所进行的补救机制，称为所进行的补救机制，称为 DNA 修复。修复。DNA 修复方式：修复方式： 光复活修复光复活修复 (photoreactivation repair) 切除修复切除修复 (excision repair) 重组修复重组修复 (recombinational repair) SOS 修复修复 (SOS repair)切除修复切除修复 (excision repair) 在一系列酶的作用下，将在一系列酶的作用下，将 DNA 分子中损伤部分

24、分子中损伤部分切除，并以完整的另一条链为模板，修补切除的部切除，并以完整的另一条链为模板，修补切除的部分，使分，使 DNA 恢复正常结构。恢复正常结构。 碱基切除修复碱基切除修复 核苷酸切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复碱基切除修复 DNA 糖基化酶糖基化酶 (DNA glycosylase) 识别、切除受损碱基，产生识别、切除受损碱基，产生 AP 位点位点 (apurinic 或或 apyrimidinic site)； AP 内切酶在内切酶在 AP 位点的位点的 5 端切断端切断磷酸二酯键；磷酸二酯键； AP 裂解酶再切割裂解酶再切割 AP 位点的位点的 3 端；端； 产生的单一核苷酸空隙

25、由产生的单一核苷酸空隙由 DNA 聚聚合酶及合酶及 DNA 连接酶封闭连接酶封闭 。AP 位点位点核苷酸切除修复核苷酸切除修复 切除修复为细胞内最有效切除修复为细胞内最有效的修复方式。的修复方式。人类的人类的核苷酸切除修复：核苷酸切除修复： 通过特异的核酸内切酶识通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；别损伤部位； 由酶复合物在损伤的两边由酶复合物在损伤的两边切除几个核苷酸；切除几个核苷酸； DNA pol 另一条完整的另一条完整的 DNA 链为模板进行修复合成链为模板进行修复合成; DNA 连接酶连接新合成的连接酶连接新合成的 DNA 链与原来链与原来 DNA 链之间链之间的缺口。的缺口。SOS

26、修复修复 (SOS repair) SOS 修复是修复是 DNA 受到严重损伤、细胞处于危急状态受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种时所诱导的一种 DNA 修复方式。修复方式。 SOS 修复的特异性低，对碱基的识别、选择能力差。修复的特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过通过 SOS 修复，复制如能继续，细胞可存活，但修复，复制如能继续，细胞可存活，但 DNA 保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。 E. coli 中各种与修复有关的基因组成一个称为调节子中各种与修复有关的基因组成一个称为调节子 (regulon) 的网络式调控系统。的网络式

27、调控系统。RNA 转录转录转录转录 (transcription) 以以 DNA 单链为模板，单链为模板，NTP 为原料，为原料，在在 DNA 依赖的依赖的 RNA 聚合酶催化下合成聚合酶催化下合成 RNA 链的过程。链的过程。模板：模板：DNA (不对称转录不对称转录)酶：酶：RNA 聚合酶，不需要引物聚合酶，不需要引物原料：原料：NTPs (ATP, UTP, GTP, CTP)方向方向: 5 3产物：产物：mRNA, tRNA, rRNA, 小小 RNARNA 转录的特点转录的特点 DNA 双链中用于指导双链中用于指导 RNA 合成的单链为模板链合成的单链为模板链 (template s

28、trand) 或反意义链或反意义链 (antisense strand)； 与模板链相互补的另一条链为与模板链相互补的另一条链为编码链编码链 (coding strand) 或有或有意义链意义链 (sense strand)，与，与 mRNA 序列相同序列相同 (除除U/T 转换外转换外)。 转录转录翻译翻译5- GCAGTACATGTC - 3编码链编码链 3- CGTCATGTACAG - 5模板链模板链5- GCAGUACAUGUC - 3mRNAN - Ala Val His Val -C 蛋白质蛋白质DNA 模板模板 (template)5533编码链编码链模板链模板链编码链编码链模

29、板链模板链不对称转录不对称转录 (asymmetric transcription) 在在 DNA 双链的某一区段，一条单链可被转录，另双链的某一区段，一条单链可被转录，另一条单链不被转录；模板链并非永远在同一条单链上。一条单链不被转录；模板链并非永远在同一条单链上。 不对称转录不对称转录原核生物原核生物 RNA 聚合酶聚合酶 亚基亚基功能功能 2 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 结合底物，催化磷酸二酯键的形成结合底物，催化磷酸二酯键的形成 结合结合 DNA 模板模板 识别转录起始点识别转录起始点 (延长时脱落延长时脱落)全酶全酶 全酶全酶 (holoenzyme)： 2 因子参与识别特

30、异的启动子。因子参与识别特异的启动子。 核心酶核心酶 (core enzyme)： 2 利福平利福平 (rifampicin) 与与 亚基相结合而抑制酶活性。亚基相结合而抑制酶活性。 核心酶核心酶类型类型转录产物转录产物对鹅膏蕈碱的反应对鹅膏蕈碱的反应 I45S-rRNA 不敏感不敏感 IIhnRNA高度敏感高度敏感 IIItRNA, 5S rRNA,不同物种敏感性不同不同物种敏感性不同snRNA真核生物真核生物 RNA 聚合酶聚合酶 原核生物的转录单位为操纵子原核生物的转录单位为操纵子 (operon)，包括若干，包括若干个结构基因及其上游的调控序列，其中与个结构基因及其上游的调控序列，其中

31、与 RNA 聚合聚合酶结合的部位为启动子酶结合的部位为启动子 (promoter)。53RNA聚合酶聚合酶结构基因结构基因调控序列调控序列原核生物的转录过程原核生物的转录过程1. 转录起始转录起始 (initiation) RNA 聚合酶全酶中的聚合酶全酶中的 因子识别结合启动子的因子识别结合启动子的 -35 区，区，形成闭合转录形成闭合转录起始起始复合物。复合物。 RNA 聚合酶全酶移向聚合酶全酶移向 -10 区，打开约区，打开约 10 bp 的的 DNA 双链，双链，形成形成开放开放转录起始复合物。转录起始复合物。开放开放转录起始复合物转录起始复合物包括包括 RNA 聚合酶全聚合酶全酶、局

32、部解链的酶、局部解链的 DNA。 及起始合成的及起始合成的 2 个核个核苷酸。苷酸。2. 转录延长转录延长 (elongation) 亚基从亚基从转录起始复合物上脱落。转录起始复合物上脱落。 RNA 聚合酶核心酶聚合酶核心酶 ( 2) 催化催化 NTP 的不断聚合，的不断聚合，RNA 不断不断延长延长 (5 3)。 转录复合物：核心酶转录复合物：核心酶-DNA- RNA(NMP)n + NTP(NMP)n+1 + PPi核心酶核心酶 3. 转录终止转录终止 (termination) 依赖依赖 Rho 的转录终止的转录终止 Rho ( ) 因子是由六个相同亚基组成的六聚体，具有因子是由六个相同

33、亚基组成的六聚体，具有 ATP 酶活性和解螺旋酶活性。酶活性和解螺旋酶活性。 非依赖非依赖 Rho 的转录终止的转录终止 RNA 产物的产物的 3 末端具有特殊的碱基序列和茎末端具有特殊的碱基序列和茎-环环二级结构，可阻止二级结构，可阻止 RNA 聚合酶核心酶向下游移动而终聚合酶核心酶向下游移动而终止转录。止转录。1. 转录起始转录起始 多种多种 II 型转录因子型转录因子 (transcription factors II, TFII) 参参与与 RNA pol II 与启动子的结合，形成转录起始复合物。与启动子的结合，形成转录起始复合物。53结构基因结构基因顺式作用元件顺式作用元件- GC

34、GC- CAAT-TATA-TATA boxCAAT boxGC box增强子增强子真核生物启动子真核生物启动子内含子内含子 (intron)外显子外显子 (exon)真核生物真核生物 hnRNA 的转录的转录 转录因子转录因子主要作用主要作用TFII D特异识特异识 TATA boxTFII A稳定稳定 TFII B 和和 TFII D 对启动子的结合对启动子的结合TFII B与与 RNA 聚合酶聚合酶 II 结合结合TFII EATP 酶活性酶活性TFII F解螺旋酶活性解螺旋酶活性TFII H蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使 RNA 聚合酶聚合酶 II 最大亚基的羧最大亚基的羧基末端结构

35、域基末端结构域 (CTD) 磷酸化磷酸化II 型转录因子型转录因子 (TFII)TFII D 的的 TBP 亚基与亚基与 TATA box 结合后，结合后，TFII A 及及 TFII B 相继与相继与 TFII D 结合，结合，TFII F 与与 TFII B 和和 TFII D 结合。结合。RNA pol II 与与 TFII B 结合并进入结合并进入 TATA 区。区。TFII F 的解螺旋酶活性和的解螺旋酶活性和 TFII E 的的 ATP 酶活性协同解开酶活性协同解开 DNA 双链，双链， RNA pol II 催化第一个与第二个催化第一个与第二个 NTP 的聚合反应。的聚合反应。2

36、. 转录延长转录延长磷酸化的磷酸化的 RNA pol II 离开启动子区向下游离开启动子区向下游移动，移动，RNA 链延长。链延长。大多数大多数 TFII 脱离脱离转转录录RNA pol II。FE3. 转录终止和转录终止和 3 端加工端加工转录终止序列：转录终止序列：AAUAAA当当 RNA pol II 合成转录终止合成转录终止序列后，在终止因子的作用序列后，在终止因子的作用下，下，RNA pol II 脱离脱离 DNA 模模板，板，RNA 合成终止。合成终止。 以以 DNA 为模板转录生成的为模板转录生成的 RNA 初级产物需要经过初级产物需要经过一系列变化后才能生成具有生物活性的一系列

37、变化后才能生成具有生物活性的 RNA 分子。分子。这这一系列变化过程称为一系列变化过程称为 RNA 转录后的加工。转录后的加工。 真核生物真核生物 hnRNA 的加工的加工 真核生物真核生物 rRNA 和和 tRNA 的加工的加工 原核生物原核生物 rRNA 的加工的加工RNA 转录后加工转录后加工 (RNA processing)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 蛋白质生物合成，即翻译蛋白质生物合成，即翻译 (translation)，就是用就是用 mRNA 分子中核苷酸序列编码的遗传分子中核苷酸序列编码的遗传信息指导多肽链合成的过程。信息指导多肽链合成的过程。mRNA 是翻译的直接模板是翻

38、译的直接模板(一一) 多顺反子多顺反子 mRNA 与单顺反子与单顺反子 顺反子顺反子 (cistron) 遗传学将编码一条多肽链的遗传单位称为顺反子。遗传学将编码一条多肽链的遗传单位称为顺反子。 多顺反子多顺反子 (polycistron) 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的生成的 mRNA 可编码几种功能相关的多肽链，称为多顺可编码几种功能相关的多肽链，称为多顺反子。反子。 单顺反子单顺反子 (monocistron, single cistron) 真核细胞的每一成熟真核细胞的每一成熟 mRNA 只编码一种多肽链，为单顺只

39、编码一种多肽链，为单顺反子。反子。原核生物原核生物 mRNA真核生物真核生物 mRNA非翻译区非翻译区核糖体结合位点核糖体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子(二二) 遗传密码子遗传密码子 (genetic codon) mRNA 分子中每分子中每 3 个相邻的核苷酸组成个相邻的核苷酸组成 1 个三联体个三联体密码密码 (triplet codon)，编码一个氨基酸或作为多肽链合成，编码一个氨基酸或作为多肽链合成的终止信号。的终止信号。 A, U, C 和和 G 可可组成组成 64 组三联体组三联体密码密码，又称，又称遗传密遗传密码码 (genetic codon)，阅读方向为，阅

40、读方向为 5 3。(1) 有意义密码有意义密码 (61 组组)： 编码编码 20 种氨基酸种氨基酸 AUG 编码甲硫氨酸，可作为编码甲硫氨酸，可作为多肽链合成的起始信号，多肽链合成的起始信号，称为起始称为起始密码密码 (start codon)，(2) 终止终止密码密码 (stop codon) (3 组组)：UAA, UAG 和和 UGA 不编码任何氨基酸不编码任何氨基酸密密码码子子的的第第1个个核核苷苷酸酸密码子的第密码子的第 2个核苷酸个核苷酸遗传密码表遗传密码表第一个第一个核苷酸核苷酸 (5)第三个第三个核苷酸核苷酸 (3)第二核苷酸第二核苷酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨

41、酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸终止密码子终止密码子终止密码子终止密码子组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸半胱氨

42、酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸终止密码子终止密码子色氨酸色氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCUGAGACUCAGUCAGUCAGUCAGUAAUAGUGAAUGmRNA5 非翻译区非翻译区开放阅读框开放阅读框3 非翻译区非翻译区53开放阅读框开放阅读框 (open reading frame, ORF) 从从 mRNA 5 端起始密码子到端起始密码子到 3 端终止密码子之间的端终止密码子之间的核苷酸序列，各密码子连续排列编码一条多肽链，该序核苷酸序列，各密码子连续排列编码一条多肽链

43、，该序列称为开放阅读框。列称为开放阅读框。(三三) 遗传密码的特点遗传密码的特点1. 通用性通用性 (universal) 从最简单的生物到人类都使用同一套遗传密码。从最简单的生物到人类都使用同一套遗传密码。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体有自己的密码系统。叶绿体有自己的密码系统。 2. 方向性方向性 (directionality) 起始密码子总是位于起始密码子总是位于 5 端，终止密码子总是位于端，终止密码子总是位于 3 端，沿端，沿 mRNA 的的 5 3 方向连续阅读。方向连续阅读。 每个密码子的三个核苷酸也从每个密码

44、子的三个核苷酸也从 5 3 方向阅读。方向阅读。3. 连续性连续性 (commaless) 编码多肽链氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，编码多肽链氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。密码间既无间断也无交叉。 碱基的插入和缺失可能导致框移突变碱基的插入和缺失可能导致框移突变 (frame shift)。4. 简并性简并性 (degeneracy) 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象。 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸分别有其余氨基酸分别有 2, 3, 4

45、 甚至甚至 6 个密码子。个密码子。编码相同氨基酸的密码子编码相同氨基酸的密码子为同义密码子。同义密码为同义密码子。同义密码子在不同物种有偏好性，子在不同物种有偏好性，使用频率不同。使用频率不同。摆动配对常发生在反密摆动配对常发生在反密码子的第码子的第 1 位碱基与密位碱基与密码子第码子第 3 位碱基。位碱基。反密码子反密码子密码子密码子5. 摆动性摆动性 (wobble) tRNA 的反密码子通过碱基互补与的反密码子通过碱基互补与 mRNA 上的密码上的密码子反向配对，但反密码子与密码子间不严格遵守常见的子反向配对，但反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。碱基配对规律

46、，称为摆动配对。mRNA 密码子第密码子第 3 位碱基位碱基 A, U, C A, G U, C U GtRNA 反密码子第反密码子第 1 位碱基位碱基 I U G A CtRNA是氨基酸的搬运工具是氨基酸的搬运工具Ser5Tyr5核糖体是蛋白质合成的场所核糖体是蛋白质合成的场所P 位：位： 肽酰位肽酰位 (peptidyl site)，结合肽酰，结合肽酰-tRNAA 位：位： 氨基酰位氨基酰位 (aminoacyl site)，结合氨基酰，结合氨基酰-tRNAE 位：位： 排除位排除位 (exit site)，排出卸载的，排出卸载的 tRNA原核生物的核糖体原核生物的核糖体参与蛋白质合成的酶

47、类参与蛋白质合成的酶类(一一) 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase) 催化催化 tRNA 的的 CCA-OH 3 与氨基酸形成酯键生成氨与氨基酸形成酯键生成氨基酰基酰-tRNA，从而活化氨基酸。，从而活化氨基酸。氨基酸氨基酸 + ATP + tRNA + H2O 氨基酰氨基酰-tRNA + AMP + PPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有高度专一性，合成酶具有高度专一性，能识别氨基酸和与此氨基酸相对应的能识别氨基酸和与此氨基酸相对应的一个或多个一个或多个tRNA 分子。分子。该酶也具有酯酶活性，可以水解错配该酶也具有酯酶活性，可以水解错配的氨基酸，从而使蛋白质的合成具有的氨基酸，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。一定的保真性。(二二) 肽酰转移酶肽酰转移酶 (peptidyl transferase) 在原核生物中，肽酰转移酶是大亚基的在原核生物中，肽酰转移酶是大亚基的 23S rRNA 的成分；的成分； 在真核生物中，该酶是大亚基在真核生物中，该酶是大亚基 28S rRNA 的的成分；成分； 它们均是核酶，催化肽链延长过程中的成肽它们均