遗传物质的分子基础课件

第三章遗传物质的分子基础第二节

核酸的分子结构

1、DNA的分子结构2、RNA的分子结构

tRNArRNAmRNA第三节

DNA复制DNA的复制概念DNA复制(replication)：DNA分子在DNA合成酶系的作用下，合成与自身分子结构相同的子代DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA一、DNA复制所需的酶及蛋白质

DNA解旋酶：利用ATP供能，作用于氢键，解开DNA双螺旋链。DNA单链结合蛋白：在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。引物酶：复制起始时催化生成RNA引物的酶。

DNA聚合酶(DNApolymerase,DNA-pol)：原核细胞–DNA聚合酶I、II、III真核细胞–DNA聚合酶α、β、δ、ε。活性：1.5

3

聚合活性2.5

3

核酸外切酶活性3.3

5

核酸外切酶活性(DNA聚合酶I&DNA聚合酶δ)

连接酶：催化相邻DNA片段间的3’-OH与5’-PO4间形成磷酸二酯键，从而使DNA片段连接在一起。DNA连接酶ATPADPHO5’3’5’3’3’5’5’3’端粒酶：在DNA复制终止时发挥作用的一种酶，由RNA与具有反转录酶活性的蛋白质组成。功能：以自带RNA片段为模板，催化补齐DNA端粒末端的重复序列，避免DNA在复制中逐渐缩短。普通的正常细胞中无端粒酶活性。具有反转录酶性质的端粒酶。二、DNA复制的特征1、半保留性复制形成的子代DNA中，一条单链来自亲代模板DNA，另一条单链则为完全重新合成的互补链。这种复制方式称为半保留复制。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

3’5’引物酶两条DNA单链的复制从固定起点开始，向两侧相反方向推进（各自分别沿新合成链的5’

3’方向）。2、双向性复制叉(replicationfork)3、多起点性真核生物DNA复制有多个起始点。习惯上把具有一个DNA复制起点的复制单位称为复制子(replicon)。因此真核生物的DNA复制是多复制子的双向复制，最终互相连接。4、不连续性DNA聚合酶催化DNA链合成方向：5’

3’5’5’3’复制子3’3

5

3

5

解链方向3´5´3´3´5´前导链(leadingstrand)后随链(laggingstrand)RNA引物前导链(leadingstrand)：合成方向同复制叉推进方向一致，连续合成。后随链(laggingstrand)：合成方向同复制叉推进方向相反，短片段、不连续合成。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。

5、不同步性不同复制子在复制时间上存在差异。常染色质复制早于异染色质。复制过程简图引物酶前导链3、1、滚动复制：σ复制

λ噬菌体增殖、真核生物rDNA扩增2、θ-型复制大肠杆菌DNA复制3、线粒体（mtDNA）的D环复制三、环状双链DNA复制方式人mtDNA是一个长为16,569bp的双链闭合环状分子，外环含G较多，称重链(H链)，内环含C较多，称轻链(L链)。mtDNA结构紧凑，没有内含子，唯一的非编码区是D环区，长约1,000bp左右。D环区包括mtDNA重链复制起始点，重轻链转录的启动子。线粒体的H链是12种多肽链、12SrRNA、16SrRNA和14种tRNA的转录模板，L链是1种多肽链和8种tRNA转录的模板。mtDNA的结构特点：第四节RNA的转录与加工转录(transcription)：

以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA

DNA双链中作为转录模板的一股单链称为模板链(templatestrand)，也称作反义链(antisensestrand)。相对的另一股互补单链，其碱基序列与转录产物相同，称为编码链(codingstrand)，也称为有义链。5

3

3

5

模板链编码链编码链模板链转录方向转录方向复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制一、转录的基本过程—起始、延长、终止1.转录的起始原核生物的RNA聚合酶：4种亚基α,β,β’,

。其中

亚基识别转录起始点，称为转录的起始因子。核心酶全酶

真核生物的RNA聚合酶(

3种)：RNA聚合酶I、II、III.亚基种类多，结构复杂。种类IIIIII分布核仁核基质核基质产物45SrRNAhnRNA5SrRNA、tRNA前体对鹅膏蕈碱的反应不敏感极敏感中度敏感启动子(promoter)

：RNA聚合酶开始结合于模板DNA的部位。注意区分：启动子是模板DNA上最开始与RNA聚合酶结合的一段DNA序列；转录的起始因子是RNA聚合酶上的一个蛋白质亚基

。原核细胞中RNA聚合酶结合启动子：TATAATGATATTAC启动子识别部位启动子结合部位(Pribnowbox)转录起始因子

亚基识别启动子识别部位，并介导RNA聚合酶全酶结合于启动子结合部位，从而启动转录。真核细胞中RNA聚合酶结合的启动子：

3种RNA聚合酶分别识别各自的启动子序列。RNA聚合酶II的启动子

TATA框

CAAT框------CAAT-----TATA转录起始点-26~30bp-75bp结构基因RNA聚合酶结合部位，控制转录起始的精确性。与RNA聚合酶结合，控制转录起始的频率。转录因子(transcriptionfactor,TF)：转录过程中与DNA特殊序列结合从而调控转录进程的蛋白质。在真核细胞中，只有当启动子的DNA序列上结合一个或多个特异的DNA结合蛋白时，才成为有功能的启动子，可被聚合酶所识别。

RNA聚合酶—转录因子—启动子真核细胞中RNA聚合酶与启动子的结合需要转录因子参与。转录因子：

TFIIB

TFIIDTFIIE

TFIIS-RNApol-TATA框形成复合物，启动转录。促进转录延伸。2.转录的延伸原核细胞中：转录起始后，

亚基从全酶上脱落，核心酶沿模板链移动，RNA链沿5’

3’方向延长。真核细胞中：转录延长过程与原核细胞大致相似，转录因子TFIIE与TFIIS有促进延长的作用。3.转录的终止RNA聚合酶在DNA模板上移动到终止位点，停止作用，产物RNA链从模板上脱落。

依赖ρ因子的转录终止非依赖ρ

因子的转录终止原核细胞中的转录终止依赖ρ因子的转录终止ρ因子识别DNA上终止序列并与之结合当RANpol移至终止位点，与ρ因子结合RAN链脱离模板，转录终止非依赖ρ

因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物局部形成发夹结构，引起转录终止。5´pppG53

35RNA-pol二、转录后的加工DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structuralgene)。真核细胞的结构基因一般是不连续的，称为断裂基因（splitgene），由编码蛋白质的序列和非编码蛋白质的序列构成。CABD编码区A、B、C、D非编码区外显子(exon)和内含子(intron)外显子断裂基因上可编码蛋白质，表达为成熟RNA的核酸序列。内含子在断裂基因中出现在外显子之间，在剪接过程中被除去的核酸序列，不参与编码蛋白质。1.原核细胞中转录后的加工mRNA：不需剪切加工。

tRNA：切除5’及3’端点附加序列，在3’端附加CCA序列，对特定碱基进行化学修饰。

rRNA：将rRNA

前体剪切成5S、16S、23SrRNA。原核细胞的结构基因是连续的，不含内含子。（1）mRNA前体的加工2.真核细胞中转录后的加工核不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA）成熟的mRNA戴帽剪接加尾戴帽在hnRNA5’端加上帽子结构，即7-甲基鸟嘌呤核苷-5’-三磷酸鸟苷(m7GpppG……)。在hnRNA合成到30个核苷酸时开始形成。作用：封闭hnRNA5’端，稳定hnRNA，防其被降解；为核糖体小亚基识别位点，帮助mRNA与核糖体小亚基结合。鸟苷酸转移酶甲基化酶加尾在3

端加上含100~200个A的多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)。

作用：稳定mRNA,并帮助其由核输出至胞质。AAUAAAAAUAAA剪接切除hnRNA中的内含子，拼接外显子。剪接信号剪接体互相识别保证精确剪接内含子5’端的GC，3’端的AG——剪切位点

内含子3’端上游UACUAAC序列中的A——分支点、交叉点小分子RNA：U1-U6(smallnuclearRNA,snRNA)核内的蛋白质小分子核糖核蛋白颗粒（smallnuclearribonucleoproteinparticle,snRNP）剪接体:U1snRNP、U2snRNP

……U6snRNP剪接过程①

U1snRNP

结合5’剪切位点；U2snRNP

结合分支点。②U4、U5、U6snRNP以复合体形式结合于内含子，形成剪接体。③

分支点上的A向5’端剪接点靠近。④内含子与外显子在5’端剪接点处断开，断开的内含子5’端与A相连，形成套索状结构。⑤5’端外显子的3’-OH与3’端外显子的5’-PO4结合，内含子3’剪切点被切除。⑥剪切体及套索结构脱离，剪接过程结束。剪切过程中需要ATP提供能量。hnRNA的选择性剪接234561234123561（2）rRNA前体的加工转录(RNApolI)45SrRNA前体18SrRNA28SrRNArDNA内含子内含子28S5.8S18S剪接5.8SrRNA5SrRNA（3）tRNA前体的加工tRNA前体RNApolⅢDNARNaseP核酸内切酶前导序列内含子tRNA核苷酸转移酶转运Aa的结合位点其它碱基修饰（三）转录的调节真核细胞中转录调节的主要方式

----基因附近的DNA序列与相关的DNA结合蛋白结合，促进或抑制靶基因的转录。

顺式作用元件（cis-actingelement）：对基因转录有调节活性的DNA序列。

反式作用因子（trans-actingfactor）：与顺式作用元件结合的蛋白质，又称转录因子。顺式作用元件启动子：包括TATA框、CAAT框及GC框（GGGCGG）等；增强子：能增强启动子功能活性、加速基因转录的DNA序列，位置比较自由（可位于基因上下游、或内含子中，距离可远可近）。

由多个增强体组成。沉默子：与增强子作用相反的负性调控元件，阻遏基因转录。转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件(cis-actingelement)转录终止点外显子内含子启动子沉默子反式作用因子通用（基本）转录因子：结合启动子TATA框，帮助RNApol与启动子结合，参与转录启动。在3种RNApol间通用。特定转录因子：与特定顺式作用元件结合，调节特定基因的转录。

转录激活因子：多为增强子结合蛋白；

转录抑制因子：多为沉默子结合蛋白，或通过结合激活因子等抑制基因的表达。反式作用因子在结构上一般具有DNA结合域、转录激活域、其他蛋白结合域三个功能域；DNA结合域以非组蛋白形成不同结构模式：锌指结构(Zincfinger)α螺旋-转角-α螺旋结构(helix-turn-helixmotif)亮氨酸拉链基序(Lencinezippermotif，ZIP)螺旋-环-螺旋结构(helix-loop-helixmotif，HLH)螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链螺旋-转角-螺旋锌指第五节遗传密码与蛋白质合成一、遗传密码的性质：1、43=64密码子20种AA；2、每三个相邻的碱基构成决定一种aa的密码子3、特征：①阅读方向：5’→3’②具有简并性：同义密码子同一种aa可以由两种或两种以上的密码子所决定。起始密码子：AUG

终止密码子：UAA、UGA、UAG③具有通用性：病毒、原核细胞、真核细胞④不重叠、无逗号⑤例外如：线粒体密码（表9-2）二、tRNA与遗传密码1、氨基酸的活化：aa+tRNA+ATP（氨基酰tRNA合成酶）→aa-tRNA+AMP+PPi2、tRNA的种类：起始tRNA延伸tRNA同工tRNA校正tRNA3、tRNA反密码子与mRNA密码子的识别：①aa-tRNA（蛋白质因子作用）→TψCG环与5.8SrRNA分子的互补关系→进入核糖体。②反密码子中第3个摇摆问题。③校正tRNA。1、原核生物70S的核糖体

真核是生物80S的核糖体

三、核糖体的结构与功能

与mRNA的结合位点

与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点——氨酰基位点，又称A位点

与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点——肽酰基位点，又称P位点

肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点——E位点(exitsite)

与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶

(即延伸因子EF-G)的结合位点

与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和终止因子的结合位点2、核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的

结合位点与催化位点：3、蛋白质的合成