21基因分子生物学.ppt

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1、第二十一章,基因的分子生物学,DNA复制DNAreplication,一、DNA的半保留复制（semiconservative）1、半保留模型的提出：1953WatsonPriA(somephage)2.单链结合蛋白（singlestrandbindingprotein,ssb）作用：防止单链退火,DnaB蛋白和SSB蛋白与DNA的结合,返回,3.DNA螺旋酶（DNAgyrase）-拓扑异构酶断裂双链引入负超螺旋（swivelfunction)需要ATP4.引发酶（primase）DnaG(E.coli)引发体Primosome（引发前体primase）5.DNA连接酶（DNAligase）需

2、要能量NAD（E.coli）/ATP（真核）,6.DNA聚合酶（DNApolymerase,Pol）ThreeDNAPolymerases（E.coli）,（1）PolIDNA聚合酶35核酸外切酶（校对）53核酸外切酶（损伤修复、去除引物）缺口填充（大缺口）DNA损伤修复缺刻平移Nicktranslation（去除引物）（2）PolII活性很低，不是DNA复制必需的（3）PolIII35核酸外切酶（校对）亚基DNA聚合酶（必需）亚基（dnaE）缺口填充（小于100bp）,五、RNA引物（RNAprimer）,在聚合酶起作用之前，有一段与一条DNA链配对的短序列(通常是RNA)，提供自由3末端O

3、H，使DNA聚合酶开始合成DNA链，这个多核苷酸链称为引物。它的合成是通过引物酶的作用合成的。,六、DNA复制的三个过程,1、复制的起始2、复制的延伸3、复制的终止,1）辨认起始点，形成单链：DNA进行复制时，首先在拓扑异构酶作用下，使分子的超螺旋构象变化，然后在解旋酶的作用下，解开双链，单链结合蛋白SSB结合于处于单链状态模板链上。2）合成引物：引发酶及其他蛋白加入，形成引发体。引发体中的引发酶催化合成RNA引物，由引物提供3-OH基，使复制开始进行。,1、复制起始,链的延长：按照与模板链碱基配对的原则，在DNA聚合酶III的作用下，将第一个dNTP加到引物的3-OH末端，之后逐个加入脱氧核

4、糖核酸，使链延长。（半不连续复制）DNA聚合酶I的即时校读，,2、复制延伸,DNA复制时滞后链的模板成环模型,3、复制终止,原核生物如E.coli，他的两个复制叉的汇合点就是复制的终点。由PolI切去领头链和随从链中的引物，引物留下的空隙由PolI催化，四种脱氧核糖三磷酸为原料自53方向延长填补。最后，DNA连接酶由ATP供能，将两个不连续片段相邻的5-P和3-OH连接起来，成为连续的子链，复制完成。,拓扑异构酶（旋转酶）-解螺旋酶-单链结合蛋白-引发酶-DNA聚合酶-除去RNA引物的酶DNA连接酶,DNA聚合酶（DNApolymerase)的反应特点：1、以四种脱氧核糖核苷酸作底物。2、反应

5、需要接受模板的指导。3、反应需要有引物3-OH存在。4、DNA链的生长方向为53。5、产物DNA的性质与模板相同。,复制小结:复制叉的三维结构,转录Transcription,中心法则（Crick，1957）DNARNA蛋白质,1、转录起始,启动子,终止子,起点,RNApolymeraseII与DNA上的一段特定序列（启动子，promotor，转录起始位点）结合，在此处解开DNA双链，开始转录。,一、转录过程,2、转录延伸：在RNA聚合酶催化下，按53方向合成5，3-磷酸二酯键。酶-DNA-RNA形成转录复合物。,5,AAA.AAA,TTATTT,AATAAA,GTGCGC,5,3,DNA,转

6、录终止,RNA聚合酶,AAUAAA,RNase,修饰点,hnRNA,真核生物的转录终止及加尾修饰,3、转录终止：RNA聚合酶遇到一段特殊的序列（终止子，terminator），会从基因和RNA分子上脱落下来；转录过程结束。,二、RNA聚合酶,RNA聚合酶（全称依赖DNA的RNA聚合酶，DNA-dependentRNApolymerase,DDRP;亦称转录酶）特点：1、催化53的合成方向2、底物为NTP3、摸板DNA4、不需要引物5、产物是RNA,三、转录的基本特点：,模板底物酶产物配对方向引物,DNA的一条链(不对称转录）NTPRNA聚合酶mRNA,tRNA,rRNA，小RNAA-U,G-C

7、53不需要,四、概念转录(transcription)：以DNA单链为模板，NTP为原料，在依赖DNA的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。,五、转录、复制的不同点,复制转录模板两股链模板链（有意义链）原料dNTPNTP引物需要不需要配对A-T,G-CA-U,G-C聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物半保留DNA三种RNA,（一）真核生物mRNA的转录后的修饰1、加帽（5端）2、加尾polyA（3端）3、剪接断裂基因、外显子和内含子,切除,连接,帽,polyA,六、转录后的修饰,概念：真核生物结构基因含若干个编码区（即外显子）被非编码区（即内含子）互相隔开，但又连续镶嵌而成，故被称为断裂基因。

8、（二）tRNA的转录后加工加工修饰包括：剪接（去除内含子）甲基化（生成甲基嘌呤）还原反应（生成DHU）核苷内转位反应（形成）脱氢反应（产生I）加-CCA-OH,（三）rRNA的转录后加工加工修饰包括：1、原核生物16S23S30S5S2、真核生物18S5.8S45S28S5S,翻译Translation,中心法则（Crick，1957）DNARNA蛋白质,概念：指核酸中储存的遗传信息，通过遗传密码解读的手段转变为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。参与蛋白质生物合成的物质：mRNA模板tRNA运载体核蛋白体装配场所,一、的结构和功能,1、mRNA（信使RNA），mRNA是蛋白质合成的模板2、rRNA

9、（核糖体RNA），它和核糖体蛋白质构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的工厂。核糖体是蛋白质合成的场所。3、tRNA（转运RNA）:tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。,核糖体存在两个重要的tRNA的结合部位（大肠杆菌）P位和A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P：结合起始的氨酰-tRNA和肽基-tRNA，A：结合新掺入的氨酰-tRNA。,2、tRNA:在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。反密码子：tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上。TC环：核糖体识别部位DHU环：氨酰-tRNA合成酶识别部

10、位,TC环,附加环,反密码子环,DHU环,aa接受臂,tRNA有两个关键部位：3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需ATP提供活化氨基酸所需的能量。与mRNA结合部位反密码子部位（tRNA的接头作用）,tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。,二、遗传密码mRNA是翻译直接模板,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码（tripletcode）.,起始密码(initiationcoden):AUG,终止密码(terminationcoden):UAA，

11、UAG，UGA,1、遗传密码的特点：（1）连续性无标点（2）简并性除Trp和Met外，一种氨基酸可有多个密码（2-6个）；且其1，2位碱基大多相同，第三位碱基可不同。例如：SerUCUUCCUCAUCG（3）偏爱性,53,（4）摆动性,tRNA反密码的第一位碱基IUCmRNA密码的第三位碱基A,C,UA,GC,G,U,（5）通用性病毒、原核、真核生物等（6）起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA,Arg,Ile,三、蛋白质的生物合成主要步骤氨基酸的活化肽链合成的起始肽链的延伸肽链合成的终止与释放,1.氨基酸的活化-氨酰-tRNA的形成,氨基酸的活化是指氨基酸与tRNA相连，形成氨酰

12、-tRNA的过程。,氨基酸的活化在细胞质中进行。反应由氨酰-tRNA合成酶（又称氨基酸活化酶）催化。,指核糖体与mRNA及起始氨酰-tRNA结合成起始复合物,分为三步：,(1)核糖体的小亚基30S与mRNA结合,小亚基识别mRNA上翻译的起始信号，并结合在这个部位，它的P位正好落在起始密码子AUG处。形成“小亚基-mRNA”二元复合物。,2.翻译的起始,在翻译的起始阶段，还需有3种蛋白质因子起始因子(IF)的参与，即IF1、IF2、IF3。,起始氨酰-tRNA与mRNA上的起始密码子结合（通过反密码子与密码子之间的碱基互补配对），形成“小亚基mRNAfMet-tRNA”三元复合物,(2)起始氨

13、酰-tRNA结合上去,形成起始复合物，即“核糖体mRNAfMet-tRNA”三元复合物,(3)大亚基结合上去形成70S起始复合物,此时核糖体的P位被起始氨酰-tRNA占据，A位空着，等待能与第二个密码子匹配的氨酰-tRNA进位。,起始复合物的结构：,这一阶段是在fMet（或肽链）的C末端逐个的添加aa，使肽链不断延伸。,每延伸一个aa，需要经历三步：,3.肽链的延长,1）进位与A位处的密码子相对应的aa-tRNA进入核糖体的A位,2）转肽P位tRNA上的甲酰甲硫氨基转移至A位tRNA上的aa的氨基上，形成肽键。,3）移位核糖体在mRNA上向3端移动一个密码子的距离，这样，原P位空载的tRNA离开了核糖体，原A位的肽酰-tRNA落在P位，而A位空了出来。,通过以上三步，完成了氨基酸的一轮添加。,随着核糖体在mRNA上从53方向滑动，新生链从N端C端延伸。mRNA上的核苷酸序列被“翻译”成多肽链上的氨基酸序列,4、肽链合成的终止与释放,四、多肽链合成的速度,蛋白质的生物合成的速度极快。在最适条件下，合成一条含400个氨基酸残基的多肽链大约只要10秒钟。,多核糖体：在一条mRNA链上，可以有多个核糖体同时进行翻译，每个核糖体上都附着一条正在延长的多肽链，越靠近mRNA的3端的核糖体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。,