基因信息的传递培训课件

基因信息的传递15N标记的E.coli.DNA密度梯度离心试验Meselson和Stahl，1958年2基因信息的传递

2、半不连续复制

DNA聚合酶催化的方向是5，→3，。前导链：滞后链：

1968年，发现冈崎片段

3基因信息的传递（二）参与DNA复制的有关物质1、

DNA聚合酶

（1）聚合作用

（2）3‘→5’外切酶活性

（3）5’→3‘外切酶活性4基因信息的传递2、

解螺旋酶大肠杆菌的解螺旋酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与rep蛋白共同作用，将DNA两条链解开。解螺旋酶I、II、III沿着模板链的5’→3’方向随着复制叉的前进而移动，而rep蛋白则在另一条模板链上沿3’→5’方向移动。3、

单链DNA结合蛋白（SSB）复制叉上的解螺旋酶，沿双链DNA前进，产生单链区，大量的单链DNA结合蛋白与单链区结合，阻止复性和保护单链DNA不被核酸酶降解。5基因信息的传递4、拓扑异构酶（或称旋转酶）属DNA拓扑异构酶Ⅱ，可引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力。拓扑异构酶分两类：I和II，广泛存在于原核生物和真核生物。(1)拓扑异构酶I使DNA的一条链发生断裂和再连接，反应无须供给能量，主要集中在活性转录区，与转录有关。(2)拓扑异构酶Ⅱ使DNA的两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要由ATP供给能量。分布在染色质骨架蛋白和核基质部，与复制有关。6基因信息的传递5、

DNA连接酶连接双链DNA上的切口。大肠杆菌连接酶只能在模板上连接DNA缺口。T4DNA连接酶即可连接粘性末端的DNA，又可连接平齐末端的双链DNA。E.coli.和其它细菌的DNA连接酶以NAD为能源，动物细胞和噬菌体DNA连接酶以ATP为能源。7基因信息的传递6、

RNA引物和引发酶细胞内，DNA的复制需要引物（DNA或RNA），引物酶或RNA聚合酶可合成6-10个碱基的RNA引物。DNA复制为什么要用RNA引物？（为什么DNA聚合酶要用引物，RNA聚合酶不需要引物？）⑴从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配⑵新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的5，→3，校对功能难发挥作用。8基因信息的传递（三）DNA复制过程9基因信息的传递

1、起始（1）复制的起始点和方向复制起点是以一条链为模板起始DNA合成的一段序列。有时，两条链的复制起点并不在同一点上（不对称复制，如D环复制）。多数生物的复制起点，都是DNA呼吸作用强烈的区段，即经常开放的区段，富含A.T，而且可能含有大量的反向重复和保守序列。10基因信息的传递环状DNA复制起点11基因信息的传递（2）DNA复制的起始

引发：当DNA的双螺旋解开后，合成RNA引物的过程。

引发体：引物合成酶与各种蛋白质因子（dnaB、dnaC、n、n＇n＇＇I）构成的复合体，负责RNA引物的合成。引发体沿着模板链5’→3’方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位置上即可引发RNA引物的合成。

E.coli.DNA复制原点oriC，由245bp组成，三组13bp重复序列（近5’端处），四组9bp重复序列（另一端处）。12基因信息的传递

2、复制的延长前导链只需要一个RNA引物，后随链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物，链的延长反应由DNApol.Ⅲ催化。

复制体：在DNA合成的生长点（既复制叉上）分布着许多与复制有关的酶和辅助因子，它们在DNA的模板链形成离散的复合物，彼此配合进行高度精确的复制，称为复制体。复制体沿着复制叉方向前进就合成DNA。13基因信息的传递3、复制的终止RNA引物的切除及缺口补齐：DNApolⅠ的5，→3，外切活力，切除RNA引物。DNApolⅠ的5，→3，合成活性补齐缺口。DNA切口的连接：DNAligase，动物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。DNA合成的终止：环状DNA、线性DNA，复制叉相遇即终止。

14基因信息的传递（四）真核生物DNA复制的特殊规律

1、复制起点和单位

真核生物染色体DNA是多复制子，有多个复制起点，可以多点起始，分段进行复制。每个复制子大多在100-200bp之间，比细菌染色体DNA（单复制子）小得多。试验证据：5-氟脱氧胞苷标记

15基因信息的传递

真核生物DNA复制叉移动的速度此原核的慢，如哺乳动物复制叉移动的速度每分钟1-3Kb，细菌每分钟5Kb。真核生物染色体全部复制完成前，起点不再从新开始复制。而在快速生长的原核生物中，起点可以连续发动复制。真核生物在快速生长时，可采用更多的复制起点同时复制。如黑腹果蝇，早期胚胎细胞中相邻复制起点的平均距离为7.9kb，而在培养的成体细胞中，平均距离为40kb，成体细胞只利用一部分复制起点。16基因信息的传递2、真核生物的染色体在全部复制完成前，各起始点上不能开始下一轮的DNA复制。在原核生物中，在起始点上可以连续地开始新的DNA复制。17基因信息的传递3、复制过程中组蛋白的装配

核小体的结构

试验证据：环己酮亚胺抑制组蛋白合成，电子显微镜下观察18基因信息的传递二、RNA指导的DNA的生物合成——逆转录逆转录:以RNA为模板，合成DNA。与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反。

19基因信息的传递(一)逆转录酶由一个α亚基和一个β亚基组成，含有Zn2+，具有三种酶活力。

1、RNA指导的DNA聚合酶活力（以RNA为模板，合成一条互补的DNA，形成RNA—DNA杂种分子）。

2、RNaseH酶活力，水解RNA—DNA杂种分子中的RNA，可沿3’→5’和5’→3’两个方向起外切酶作用。

3、DNA指导的DNA聚合酶活力。

模板：RNA或DNA以自身病毒类型的RNA为模板时，该酶的反转录活力最大，但是带有适当引物的任何种类的RNA都能作为合成DNA的模板。

引物：RNA或DNA

底物：dNTP

二价阳离子：Mg2+或Mn2+真核mRNA3’端有polyA，加入oligodT后，可以作为逆转录酶的模板，合成cDNA。20基因信息的传递三、

DNA的损伤及修复1、DNA的损伤

一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。

2、DNA的修复细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。目前已知有4种酶修复系统：光复活、切除修复、重组修复、SOS反应诱导的修复，后三种不需要光，又称为暗修复。21基因信息的传递（1）光修复1949年已发现光复活现象，可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。高等哺乳动物没有此酶。

22基因信息的传递（2）切除修复

在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。①特异性核酸内切酶识别嘧啶二聚体部位，在嘧啶二聚体5’端邻近处切开，在DNA单链上形成一缺口。②DNA聚合酶Ⅰ以未损伤链为模板，按5’→3’方向进行修补。③DNA聚合酶Ⅰ发挥外切酶作用，按5’→3’方向切除嘧啶二聚体损伤处。④DNA连接酶连接。

23基因信息的传递24基因信息的传递第二节RNA的转录*

RNA转录:以一段DNA的遗传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下合成RNA。

转录产物：mRNA、rRNA、tRNA、小RNA除某些病毒基因组RNA外，绝大多数RNA分子都来自DNA转录的产物。

DNA正链：与mRNA序列相同的DNA链。DNA负链：与正链互补的DNA链。转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步。25基因信息的传递一、催化RNA合成的酶1、RNA聚合酶RNA合成的基本特征①底物：NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）②RNA链生长方向：5’→3’③不需引物④需DNA模板

26基因信息的传递(1)原核细胞聚合酶

E.coli和其它原核细胞一样，只有一种RNA聚合酶，合成各种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）。E.coliRNA聚合酶全酶由六个亚基组成，α2ββ’σω，另有两个Zn2+。无σ亚基的酶叫核心酶，核心酶只能使已开始合成的RNA链延长，而不具备起始合成活性，加入σ亚基后，全酶才具有起始合成RNA的能力，因此，σ亚基称为起始因子。E.coliRNA聚合酶各亚基的大小与功能：27基因信息的传递(2)真核细胞RNA聚合酶真核生物的转录机制要复杂得多，有三种细胞核内的RNA聚合酶：

除了细胞核RNA聚合酶外，还分离到线粒体和叶绿体RNA聚合酶，它们的结构简单，能转录所有种类的RNA，类似于细菌RNA聚合酶。28基因信息的传递二、转录的过程29基因信息的传递1、转录的起始转录是从DNA模板上特定的部位开始的,这一部位称为启动子.RNA聚合酶结合到DNA双链的启动子上，局部解开双螺旋，第一个核苷酸(通常为GTP或ATP)结合到转录起始位点，即开始RNA链的延伸。起始过程中，σ因子起关键作用，它能使聚合酶迅速地与DNA的启动子结合，σ亚基与β’结合时，β’亚基的构象有利于核心酶与启动子紧密结合，转录起始后，σ亚基便从全酶中解离出来。然后nusA亚基结合到核心酶上，由nusA亚基识别序列序列。转录起点是+1，上游是-1。30基因信息的传递31基因信息的传递2、链的延伸转录起始后，σ亚基释放，离开核心酶，nusA亚基结合到核心酶上,使核心酶的β’亚基构象变化，与DNA模板亲和力下降，在DNA上移动速度加快，由nusA亚基识别序列序列,使RNA链不断延长。

3、转录的终止RNA聚合酶到达转录终止点时，在终止辅助因子的作用下下，聚合反应停止，RNA链和聚合酶脱离DNA模板链，nusA又被σ亚基所取代。。由此形成RNA聚合酶起始复合物与终止复合物两种形式的循环。32基因信息的传递1、真核生物mRNA前体的加工mRNA原初转录物是分子量很大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间产物，它们被称为核内不均一RNA（hnRNA）。其中，约有25%可转变成成熟的mRNA。hnRNA半寿期很短，比细胞质中的mRNA更不稳定，一般在几分钟至1小时。而细胞质mRNA的半寿期为1-10小时，神经细胞mRNA最长可达数年。hnRNA转变成mRNA的加工过程主要包括：a.5’末端形成帽子结构b.3’末端切断并加上polyAc.剪接除去内含子对应的序列,拼接外显子.

34基因信息的传递35基因信息的传递（1）戴帽加尾参与的酶:RNA三磷酸酶，mRNA鸟苷酰转移酶，mRNA（鸟嘌呤-7）甲基转移酶，mRNA（核苷-2’）甲基转移酶。

5’帽子的功能a.保护mRNA，避免5’端受核酸外切酶的降解b.在翻译过程中起信号识别作用，协助核糖体与mRNA结合，使翻译从AUG开始。。36基因信息的传递

加尾:hnRNA链由RNAaseⅢ切断，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上polyA，ATP为供体。加尾信号：AATAAA、YGTGTGYY（Y为嘧啶）。核内hnRNA的3’端也有多聚腺苷酸，表明加尾过程早在核内已经完成。hnRNA中的poly（A）比mRNA略长，平均150-200nt。

polyA的功能:a.防止核酸外切酶对mRNA信息序列的降解，起缓冲作用。b.与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。

37基因信息的传递（2）拼接多数真核基因是断裂基因，其转录产物通过拼接，去除内含子，使编码区（外显子）成为连续序列。有些内含子可以催化自身的拼接,有些内含子需要在有关酶的作用下才能拼接。2、真核tRNA前体的加工真核tRNA前体的剪切、修饰过程与原核相似。38基因信