第十五章-DNA、RNA和蛋白质的生物合成.ppt

第十五章第十五章 DNADNA、RNARNA和和蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成n复制复制以原来的以原来的DNADNA分子为模板，合成出相同分子为模板，合成出相同分子的过程。分子的过程。n转录转录在在DNADNA分子上合成出与其核苷酸顺序相分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的对应的RNARNA的过程。的过程。n翻译翻译在在RNARNA的控制下，根据核酸链上每三个核的控制下，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。1958年年Crick将生物将生物 遗传信息的这种传遗传信息的这种传递方式称为递方式称为中心法则中心法则。15.1 15.1 DNADNA的复制的复制n1953年，Watson和Crick在DNA双螺旋结构的基础上提出了半保留复制假说：nDNA在复制过程中，首先碱基之间的氢键破裂，使两条链解旋并分开，然后以碱基互补的方式，以每条单链为 模板，按单链DNA的核苷酸顺序合成子链。在此过程中，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。n 15.1.1 15.1.1 DNADNA的复制方式的复制方式半保留复制半保留复制1958年年M.Meselson和和F.Stahl Radioisotope labelin（放射性同位素标记）and density gradient（密度梯度离心）centrifugation clearlydistinguishes replications of semiconservative from conservative.一、半保留复制的实验证据一、半保留复制的实验证据二、半保留复制的意义二、半保留复制的意义 DNADNA的半保留复制保证了的半保留复制保证了DNADNA在代谢上的稳定性在代谢上的稳定性，经过许多代的复制，经过许多代的复制，DNADNA多核苷酸链仍可保持完整，多核苷酸链仍可保持完整，这种稳定性体现了这种稳定性体现了DNADNA遗传过程的相对保守性。遗传过程的相对保守性。遗传的保守性是相对的，而不是绝对的。自遗传的保守性是相对的，而不是绝对的。自然界还存在着普遍的变异现象。然界还存在着普遍的变异现象。DNADNA复制时顺着解链方向而生成的子链，复制是连续复制时顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为进行的，这股链称为前导链前导链。另一条子链复制的方向与解。另一条子链复制的方向与解链方向相反，复制是不连续的，称为链方向相反，复制是不连续的，称为随从链随从链。这种复制方。这种复制方式称为式称为半不连续复制半不连续复制。随从链上不连续复制的随从链上不连续复制的DNADNA片段称为片段称为岗崎片段岗崎片段。每一。每一个岗崎片段个岗崎片段5-5-端都带有一个端都带有一个RNARNA引物。引物。三、复制的半不连续性三、复制的半不连续性 随从链复制时必须随从链复制时必须等等待待模板链解开足够长度时，模板链解开足够长度时，才能从才能从5353合成引物合成引物后开始复制。延伸时，又后开始复制。延伸时，又要要等待等待下一段暴露出足够下一段暴露出足够长的模板，才能再次合成长的模板，才能再次合成引物而延长。引物而延长。岗崎片段岗崎片段15.1.2 参与参与DNADNA复制的酶类和蛋白质复制的酶类和蛋白质复制是酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种物质的共同参与：复制是酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种物质的共同参与：底物：底物：dNTPdNTP（dATPdATP、dGTPdGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP）酶：酶：DNADNA聚合酶聚合酶 模板：模板：解开成单链的解开成单链的DNADNA母链母链 引物：引物：RNARNA，提供提供 3-OH3-OH末端末端 其它酶和蛋白质因子：其它酶和蛋白质因子：解螺旋酶、单链结合蛋白、解螺旋酶、单链结合蛋白、拓扑异构酶、引物酶、拓扑异构酶、引物酶、DNADNA连接酶连接酶等等n1.1.DNADNA聚合酶聚合酶（DNA-polymerase）nDNADNA聚合酶能催化四种脱氧核糖核苷三磷酸聚合酶能催化四种脱氧核糖核苷三磷酸合成合成DNADNA单链DNA为模板具有3-OH末端的低聚多核苷酸为引物Mg 2+或Mn 2+四种脱氧核苷三磷酸为底物n 原核细胞原核细胞的的DNA聚合酶聚合酶nDNA聚合酶I（pol I）Kornberg酶n pol I是一个多功能酶是一个多功能酶n DNADNA聚合酶活力聚合酶活力：使：使DNADNA链链沿沿5-35-3方向延伸；方向延伸；n 3-53-5核酸外切酶活力核酸外切酶活力：校：校对功能对功能；n 5-35-3核酸外切酶活力核酸外切酶活力：切：切除引物、嘧啶二聚体，修复；除引物、嘧啶二聚体，修复；n焦磷酸解作用焦磷酸解作用n焦磷酸基交换作用焦磷酸基交换作用Arthur Kornberg3-5核酸外切酶活力5-3核酸外切酶活力nDNA聚合酶聚合酶（pol）nDNA聚合酶活力：需带有缺聚合酶活力：需带有缺口的口的DNA的双链作引物，主的双链作引物，主要参与要参与DNA的修复。的修复。n3-5核酸外切酶活力核酸外切酶活力nDNA聚合聚合酶酶（pol ）n亚基有亚基有DNA聚合酶活力；聚合酶活力；n亚基有亚基有3-5核酸外切酶活力，核酸外切酶活力，起校对作用；起校对作用；n亚基起组建复合物的作用；亚基起组建复合物的作用；DNA聚合酶聚合酶、DNA的错误倾向修复：修复的错误倾向修复：修复缺乏准确性，出现高突变率。缺乏准确性，出现高突变率。pol DNADNA聚合酶聚合酶的的 亚基二聚体亚基二聚体与与DNADNA结合的空间关系结合的空间关系大肠杆菌中大肠杆菌中DNA聚合酶的性质比较聚合酶的性质比较pol Ipol pol III功功能能DNA聚合酶聚合酶5-35-3外切酶外切酶3-53-5外切酶外切酶+分子量分子量109000120000900000酶酶分子数分子数/细胞细胞40010010生物学活性生物学活性10.0515主要功能主要功能切除引物、修复切除引物、修复修复修复复制复制 真核细胞真核细胞的的DNA聚合酶聚合酶分布分布细胞核细胞核细胞核细胞核线粒体线粒体细胞核细胞核细胞核细胞核聚合酶聚合酶活力活力3-53-5外外切酶切酶无无无无有有有有有有功能功能引物合引物合成成修复修复线粒体线粒体复制复制修复修复核核DNADNA合成合成2.DNA 连接酶（连接酶（DNA ligase）连接连接DNADNA链链3-OH3-OH末端和相邻末端和相邻DNADNA链链5-5-P P末端，使二者生成末端，使二者生成3 3，55磷酸二酯键磷酸二酯键，从而把两段相邻的，从而把两段相邻的DNADNA链连成完整的链链连成完整的链3.3.与与DNADNA解旋和解链有关的酶和蛋白质：解旋和解链有关的酶和蛋白质：解螺旋酶（解螺旋酶（helicasehelicase）DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶（DNA DNA topoisomerasetopoisomerase）单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（single stranded DNA single stranded DNA binding proteinbinding protein，SSBSSB）（1）解螺旋酶）解螺旋酶v 解螺旋酶通过水解解螺旋酶通过水解ATPATP供能，供能，使使DNADNA两链间碱基对的氢键断两链间碱基对的氢键断裂，从而解开双链裂，从而解开双链DNADNA。v 解螺旋酶可沿模板随复制叉解螺旋酶可沿模板随复制叉的伸展而移动的伸展而移动（2）单链结合蛋白（）单链结合蛋白（SSB）SSBSSB的作用是与分开的作用是与分开的两条的两条DNADNA单链结合，单链结合，在复制中维持模板处在复制中维持模板处于单链状态并保护单于单链状态并保护单链的完整。链的完整。n拓扑异构酶拓扑异构酶I：切断切断DNADNA双链中的一条链，使双链中的一条链，使DNADNA解旋中不解旋中不致打结，适当时再把切口封闭，反应不耗能。致打结，适当时再把切口封闭，反应不耗能。拓扑异构酶拓扑异构酶II：无无ATPATP时，可切断超螺旋的两条链，使超螺旋时，可切断超螺旋的两条链，使超螺旋松弛，然后再把切口封上。松弛，然后再把切口封上。在利用在利用ATPATP供能情况下，能将复制叉前方产生供能情况下，能将复制叉前方产生的正超螺旋变成负超螺旋。的正超螺旋变成负超螺旋。（3）拓扑异构酶（）拓扑异构酶（I、II）在复制过程中，在复制过程中，DNADNA每复制每复制10bp10bp，复制叉前方的模复制叉前方的模板板DNADNA双螺旋就要绕其长轴旋转一周，产生正超螺旋。双螺旋就要绕其长轴旋转一周，产生正超螺旋。三种酶催化生成磷酸二酯键的比较三种酶催化生成磷酸二酯键的比较 提供核糖提供核糖3-OH 3-OH 结果结果DNADNA聚合酶聚合酶 在引物作用下在引物作用下 （dNMPdNMP）n+1 n+1 延长新链延长新链连接酶连接酶 连接不连续的连接不连续的 不连续不连续连续链连续链 两条单链两条单链 连接双链连接双链DNADNA的单链缺口的单链缺口拓扑酶拓扑酶 切断两链再连接切断两链再连接 改变拓扑状态改变拓扑状态 4.引物酶和引发体引物酶和引发体 引物酶（引物酶（primase）：）：复制是在一段复制是在一段RNARNA引物提供引物提供3 3 OHOH末端末端的的基础上进行的，催化引物合成的是一种基础上进行的，催化引物合成的是一种RNARNA聚合聚合酶，称为引物酶。它与催化转录过程的酶，称为引物酶。它与催化转录过程的RNARNA聚合聚合酶不同。该酶只有和另外酶不同。该酶只有和另外6 6种种引发体蛋白质组成引发体蛋白质组成引发体才能起引发作用。引发体才能起引发作用。15.1.3 15.1.3 DNADNA的复制过程的复制过程n1.1.合成起始合成起始n辨认起始点辨认起始点引物酶引物酶n模板模板DNADNA的解旋和解链的解旋和解链拓扑异构拓扑异构酶、解螺旋酶、酶、解螺旋酶、SSBSSBnRNARNA引物的生成引物的生成RNARNA聚合酶聚合酶n 三个阶段三个阶段：合成起始、：合成起始、DNADNA链的延伸及合成终止。链的延伸及合成终止。(1)(1)复制的起点和方向复制的起点和方向 复制是从复制是从DNADNA分子上的特定部位开始的，这一部分子上的特定部位开始的，这一部位叫做位叫做复制起始点复制起始点(origin of replication)origin of replication)常用常用oriori或或o o表示。表示。原核生物每个原核生物每个DNADNA分子只有分子只有一个一个复制起始点，复制起始点，真核生物真核生物DNADNA分子有分子有多个多个复制起始点。复制起始点。DNADNA复制的方向复制的方向v双向复制双向复制v单向复制单向复制 复制时双链打开成两股单链，形成类似复制时双链打开成两股单链，形成类似Y Y字形字形的结构称为的结构称为复制叉复制叉（replication forkreplication fork）新链延伸方向：新链延伸方向：5 35 3酶或蛋白质酶或蛋白质MrMr（kDkD）亚基亚基数数功能功能SSBSSB75.675.64 4稳定解开的单链稳定解开的单链DnaDna B(B(解旋酶解旋酶)3003006 6利用利用ATPATP水解能量解开链水解能量解开链DNADNADnaGDnaG(引物酶引物酶)60601 1合成合成RNARNA引物引物DNADNA聚合酶聚合酶4004001010合成合成DNADNADNADNA聚合酶聚合酶I I1091091 1修复（填充缺口）切除修复（填充缺口）切除RNARNA引物引物DNADNA连接酶连接酶74741 1共价连接切口共价连接切口拓扑异构酶拓扑异构酶1001004 4松弛负超螺旋松弛负超螺旋拓扑异构酶拓扑异构酶4004004 4引入负超螺旋引入负超螺旋E.coli复制叉的蛋白质复制叉的蛋白质（2）起点的识别和双链的解开）起点的识别和双链的解开 E.coli的复制起的复制起点由点由245个碱基个碱基对组成，称为对组成，称为oriC，起点中有起点中有两个关键序列：两个关键序列：4个个9bp的重复的重复序列序列3个个13 bp的重的重复序列复序列富含富含AT，易于易于解链。解链。复制的起始复制的起始：起始复合物：起始复合物的关键成分是的关键成分是DnaADnaA蛋白蛋白。DnaADnaA蛋白四聚体在蛋白四聚体在ATPATP参与下结合于参与下结合于OriCOriC的的9bp9bp重复顺序结合。然后重复顺序结合。然后DnaBDnaB蛋白四聚体在蛋白四聚体在DnaCDnaC蛋白的参与下和这个区域蛋白的参与下和这个区域结合，结合，DnaBDnaB蛋白是一种蛋白是一种解螺旋酶，使双链解开形解螺旋酶，使双链解开形成复制泡和两个复制叉。成复制泡和两个复制叉。多个多个SSBSSB蛋白同时结合于蛋白同时结合于解开的解开的DNADNA单链部分，单链部分，稳定单链稳定单链DNADNA。其间其间TOPTOP用来消除用来消除DnaDna B B解解螺旋形成的扭曲张力。螺旋形成的扭曲张力。HU类组蛋白类组蛋白酶或蛋白质酶或蛋白质MrMr（k kD D）亚基亚基数数 功能功能SSBSSB75.675.64 4稳定解开的单链稳定解开的单链DnaDna A A50501 1在复制起点特异部位解开双链在复制起点特异部位解开双链DNADNADnaDna C C29291 1传送传送DnaDna B B至解旋的模板至解旋的模板DNADNA上上DnaDna B(B(解旋酶解旋酶)3003006 6利用利用ATPATP水解能量解开链水解能量解开链DNADNAHUHU（类组蛋白）类组蛋白）19192 2促进起始促进起始DnaGDnaG(引物酶引物酶)60601 1合成合成RNARNA引物引物DNADNA聚合酶聚合酶4004001010合成合成DNADNADNADNA聚合酶聚合酶I I1091091 1修复（填充缺口）切除修复（填充缺口）切除RNARNA引物引物拓扑异构酶拓扑异构酶4004004 4引入负超螺旋引入负超螺旋E.coli起点与复制起始有关的酶和蛋白质起点与复制起始有关的酶和蛋白质（3 3）RNARNA引物的合成：引物的合成：DNADNA复制的起始的起始复制的起始的起始阶段需要在引发体阶段需要在引发体（primosomeprimosome）作用下合作用下合成成RNARNA引物。引发体是引物。引发体是由由DnaDna B B、DnaCDnaC、DnaTDnaT、PriAPriA、PriBPriB、PriCPriC与与引引物酶物酶构成的复合体，可构成的复合体，可按按5353方向合成约方向合成约10106060个核酸的个核酸的RNARNA引引物。物。2.链的延长链的延长 dNTPdNTP按按碱基互补配对原则碱基互补配对原则逐个加入而延长逐个加入而延长DNADNA新链，其化学本质是生成新链，其化学本质是生成3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键。催化此反应的酶，在原核生物为催化此反应的酶，在原核生物为DNA-DNA-polpol III III，真真核生物核生物为为DNA-DNA-polpol 和和。新链延伸方向：新链延伸方向：5 35 33.3.复制的终止复制的终止 单向复制的环状单向复制的环状DNADNA分子，其复制的终点就是其原点。双向复制的分子，其复制的终点就是其原点。双向复制的DNADNA环形分子，在两个复制叉相遇时即完成复制。但两个复制叉合成新环形分子，在两个复制叉相遇时即完成复制。但两个复制叉合成新链的速度一旦出现差异，就可能为复制的终止造成麻烦。研究发现，大链的速度一旦出现差异，就可能为复制的终止造成麻烦。研究发现，大肠杆菌的顺时针复制叉有肠杆菌的顺时针复制叉有4 4个连续排列的终止序列（个连续排列的终止序列（TerTer）。）。逆时针复制叉逆时针复制叉有有3 3个连续排列终止序列，当复制叉移动到终止序列处，则结合在个连续排列终止序列，当复制叉移动到终止序列处，则结合在TerTer序列序列上的上的TusTus蛋白（终点利用物质）会阻止复制叉的移动。这样，当一个复制蛋白（终点利用物质）会阻止复制叉的移动。这样，当一个复制叉先期到达终止区时，其复制会停止，待另一个复制叉到达同一位置，叉先期到达终止区时，其复制会停止，待另一个复制叉到达同一位置，两个复制叉相遇，即完成了整个两个复制叉相遇，即完成了整个DNADNA的复制过程。的复制过程。E4.滚环复制（滚环复制（rolling circle replication）某些低等生物或染色体以外的某些低等生物或染色体以外的DNADNA的的复制形式。环状复制形式。环状DNADNA外环打开，伸出环外作母链复制，内环不打开，一边外环打开，伸出环外作母链复制，内环不打开，一边滚动一边复制。最后一个双链环滚动复制成两个双链环。滚动一边复制。最后一个双链环滚动复制成两个双链环。1515.1.4 .1.4 原核生物与真核生物原核生物与真核生物DNADNA复制的特点比较复制的特点比较n1.1.复制的起点和单位复制的起点和单位n复制单位：复制子复制单位：复制子，生物体内能独立行使复制，生物体内能独立行使复制功能，进行独立复制功能，进行独立复制的的DNADNA单位。单位。n 原核生物原核生物n由一个复制子组成由一个复制子组成n双向复制双向复制n大肠杆菌大肠杆菌，结构结构orin 真核生物真核生物n线形双链线形双链DNADNA，含有多个复制子；双向复制含有多个复制子；双向复制。n 2.2.复制的酶不同、速度不同复制的酶不同、速度不同n原核生物原核生物：3 3种，种，DNADNA聚合酶聚合酶 n 真核生物真核生物：5 5种，主要是种，主要是 DNADNA聚合酶聚合酶 3.3.端粒和端粒酶端粒和端粒酶真核生物染色体末端有端粒（真核生物染色体末端有端粒（telomeretelomere），），是由富含是由富含TGTG的重复序列组成的，这些重复的重复序列组成的，这些重复序列的少量丢失不会伤及基因的结构。若序列的少量丢失不会伤及基因的结构。若端粒缩短到一定程度，细胞会停止分裂。端粒缩短到一定程度，细胞会停止分裂。分裂旺盛的细胞存在端粒酶（分裂旺盛的细胞存在端粒酶（telomerasetelomerase），），这种酶的蛋白质部分能以这种酶的蛋白质部分能以RNARNA为模板催化为模板催化合成合成DNADNA链，端粒酶的链，端粒酶的RNARNA部分有一段序部分有一段序列与端粒突出的列与端粒突出的33末端单链区互补，二者末端单链区互补，二者结合后，端粒酶以结合后，端粒酶以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，使端粒使端粒33末端的单链延长。末端的单链延长。高度分化的成熟细胞端粒酶活力较低，高度分化的成熟细胞端粒酶活力较低，端粒的缩短或缺失会导致细胞的衰老和死端粒的缩短或缺失会导致细胞的衰老和死亡。相反，癌细胞的端粒酶活力均会明显亡。相反，癌细胞的端粒酶活力均会明显增高。由此看来，研究端粒酶对于衰老机增高。由此看来，研究端粒酶对于衰老机制的探索有重要意义，同时，也可能为癌制的探索有重要意义，同时，也可能为癌症的治疗提供新途径。症的治疗提供新途径。15.1.5 逆转录逆转录n1970年年Temin等在致癌等在致癌RNA病毒中发现了一种特殊的病毒中发现了一种特殊的DNA聚聚合酶，该酶以合酶，该酶以RNA为模板，根据碱基配对原则，按照为模板，根据碱基配对原则，按照RNA的的核苷酸顺序核苷酸顺序(其中其中U与与A配对配对)合成合成DNA。这一过程与一般遗传这一过程与一般遗传信息流转录的方向相反，故称为信息流转录的方向相反，故称为反转录反转录。n反转录酶反转录酶是一种多功是一种多功能酶：能酶：nRNARNA指导的指导的DNADNA聚聚合酶活力；合酶活力；n核糖核酸酶核糖核酸酶H H的的活力：活力：n DNADNA指导的指导的DNADNA聚聚合酶活力合酶活力反转录的生物学意义反转录的生物学意义补充丰富了中心法则补充丰富了中心法则解释了致癌病毒引起解释了致癌病毒引起癌细胞产生的机制癌细胞产生的机制1515.1.6 .1.6 DNADNA的损伤和修复的损伤和修复n某些理化因素能作用于某些理化因素能作用于DNADNA，造成其结构的损伤和功能的造成其结构的损伤和功能的破坏，引起生物突变和致死破坏，引起生物突变和致死的作用。的作用。n如：紫外线照射引起的辐如：紫外线照射引起的辐射损伤射损伤n使使DNADNA分子中，同一条链上分子中，同一条链上相邻的两个嘧啶之间相邻的两个嘧啶之间的的C-CC-C键相连，形成了二聚体键相连，形成了二聚体。n细胞内的修复系统：n光复活修复光复活修复（photoreactivation repair）n切除修复切除修复（exicision repair）n重组修复重组修复（recombination repair）n错配修复错配修复（mismatch repairmismatch repair）n应急修复应急修复（response repair）SOS修复修复紫外光紫外光紫外光紫外光T-TT-T二聚体二聚体二聚体二聚体可见光激活该可见光激活该可见光激活该可见光激活该酶酶酶酶光复活酶结合于损伤部位光复活酶结合于损伤部位光复活酶结合于损伤部位光复活酶结合于损伤部位n1.1.光复活作用光复活作用（photoreactivationphotoreactivation）n 受紫外线照射的微生物经强烈的可见光照射后，大部受紫外线照射的微生物经强烈的可见光照射后，大部分损伤的细胞可以恢复，为光复活。分损伤的细胞可以恢复，为光复活。核酸酶核酸酶核酸酶核酸酶DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶属于复制前的修复属于复制前的修复n 2.切除修复切除修复（exicision repair）n 在一系列酶作用下，将在一系列酶作用下，将DNA分子中受损伤的部分切分子中受损伤的部分切除，并以完整的那条链为模板，合成切去的部分，使除，并以完整的那条链为模板，合成切去的部分，使DNA恢复正常结构。恢复正常结构。n（1）核苷酸切除修复）核苷酸切除修复n 着色性干皮病：皮肤细胞中缺乏紫外线特异性核酸内切酶，着色性干皮病：皮肤细胞中缺乏紫外线特异性核酸内切酶，对紫外线引起的对紫外线引起的DNA损伤不能修复。损伤不能修复。（2）碱基切除修复碱基切除修复DNA糖基化酶水解碱基糖基化酶水解碱基AP位点：无嘌呤或无嘧啶位点位点：无嘌呤或无嘧啶位点AP内切酶切开切口，内切酶切开切口，外切酶将损伤切除外切酶将损伤切除DNA polymerase I填补缺口，连接酶填补缺口，连接酶将链连接将链连接复制后的修复复制后的修复*复制DNA聚合酶、连接酶补缺聚合酶、连接酶补缺n3.3.重组修复重组修复（recombination repairrecombination repair）4.4.错配修复错配修复 专门用来修复专门用来修复DNADNA复制中复制中新合成链上的错配碱基。新合成链上的错配碱基。大肠杆菌的大肠杆菌的DamDam甲基化酶甲基化酶可以使可以使DNADNA的的5GATC5GATC序列序列中中A A的的N6N6甲基化，新合成的甲基化，新合成的链在短期内未能甲基化，如链在短期内未能甲基化，如果有错配碱基对，则需果有错配碱基对，则需切除切除新合成链的错配区。新合成链的错配区。大肠杆菌参与修复的蛋白质至少有大肠杆菌参与修复的蛋白质至少有1212种。种。过程：首先过程：首先MutSMutS蛋白蛋白识别并结合到识别并结合到错配碱基部位，错配碱基部位，mutLmutL蛋白蛋白与与MutSMutS结结合，使合，使DNADNA形成突环，复合体随形成突环，复合体随ATPATP水解而移动，直至遇到水解而移动，直至遇到GATCGATC序列，随后序列，随后核酸内切酶核酸内切酶MutHMutH结合结合到到MutSLMutSL上，将未甲基化链上，将未甲基化链GATCGATC位点位点G G的的5 5 端切开。端切开。在切除链的过在切除链的过程中，解螺旋酶程中，解螺旋酶、核酸外切酶核酸外切酶和和SSBSSB帮助链的解开，将错配碱基帮助链的解开，将错配碱基切除，最后由聚合酶和连接酶合成切除，最后由聚合酶和连接酶合成新链。新链。*诱导校对能力差的DNA聚合酶形成，局部“乱配”*n 5.5.易错修复易错修复（response repairresponse repair）SOSSOS修复修复n 是细胞是细胞DNADNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的应急效应。况下，为求得生存而出现的应急效应。15.1.7 DNA15.1.7 DNA复制的忠实性复制的忠实性1.DNA聚合酶的选择作用聚合酶的选择作用2.DNA聚合酶的校对作用聚合酶的校对作用3.RNA引物的合成和切除引物的合成和切除4.错配修复错配修复5.利用调控机制保持细胞内利用调控机制保持细胞内4种种dNTP浓度的平衡浓度的平衡15.2 15.2 RNA的生物合成的生物合成 n15.2.1 15.2.1 转录转录n转录转录（transcription）DNA分子中的遗传分子中的遗传信息转移到信息转移到RNARNA分子中的过程。分子中的过程。15.2.1.1 RNA聚合酶聚合酶（RNA polymerase）nRNA聚合酶有以下特点：聚合酶有以下特点：n以以DNA为模板，也称为依赖为模板，也称为依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP）n四种核苷三磷酸为底物四种核苷三磷酸为底物n需要需要Mg2+或或Mn2+离子离子n RNA 链的延长方向是链的延长方向是53的连续合成的连续合成n遵循遵循DNA与与RNA之间的碱基配对原则之间的碱基配对原则n不需要引物。不需要引物。nRNA聚合酶缺乏聚合酶缺乏35外切酶活性，所以没有外切酶活性，所以没有校正功能。校正功能。n1.原核生物RNA聚合酶n 全酶：2 n 核心酶：2 亚基的功能是辨认转录起亚基的功能是辨认转录起始点，转录起始阶段需要始点，转录起始阶段需要全酶。全酶。全酶的组装，识别启动子全酶的组装，识别启动子与起始、催化有关与起始、催化有关结合结合DNADNA模板（开链）模板（开链）辨认起始点辨认起始点不明不明n2.真核细胞RNA聚合酶类型类型分布分布催化转录产物催化转录产物对对鹅膏蕈碱的敏感性鹅膏蕈碱的敏感性I III IIIIIIII核仁核仁核质核质核质核质rRNArRNA前体前体snRNAsnRNA、mRNAmRNA前体前体5 5SrRNASrRNA、tRNAtRNA前体、前体、snRNAsnRNA不不敏感敏感低浓度抑制低浓度抑制较高浓度抑制较高浓度抑制15.2.1.2 15.2.1.2 转录过程转录过程n不对称转录：不对称转录：在在DNADNA的两条多核苷酸链中只有其中一的两条多核苷酸链中只有其中一条链作为模板，这条链叫做条链作为模板，这条链叫做模板链模板链（template strand）。DNADNA双链中另一条不做为模板的链叫做双链中另一条不做为模板的链叫做编编码链码链。n可分为三个阶段：合成的起始、延长和终止可分为三个阶段：合成的起始、延长和终止n1.RNA1.RNA合成的起始合成的起始转录起始不需引物，转录起始不需引物，转录生成的第一个转录生成的第一个核苷酸一般是核苷酸一般是GTPGTP或或ATP,ATP,以以GTPGTP更为更为常见。在合成约常见。在合成约8 8或或9 9个核苷酸后，个核苷酸后，从从全酶上解离下来。全酶上解离下来。n 原核生物的启动子原核生物的启动子nRNARNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段聚合酶识别、结合并开始转录的一段DNADNA序列。序列。n-10序列序列（Pribnow框）：框）：-TATAAT-n RNA聚合酶牢固结合的位点，称为结合位点。聚合酶牢固结合的位点，称为结合位点。n-35序列序列（Sextama框）：框）：-TTGACA-n RNA聚合酶初始结合的位点，称为识别位点。聚合酶初始结合的位点，称为识别位点。起始部位起始部位n 真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶的启动子的启动子 TATA框框（Hogness框）框）n-25-30左右的序列：左右的序列：TATAA（T）AA（T）n决定起始点的选择决定起始点的选择 CAAT框框n-75附近：附近：GGC（T）CAATCT n 控制转录起始的频率控制转录起始的频率增强子：增强子：增加转录的速率增加转录的速率沉默子：沉默子：远距离调节启动子以降低转录速度的远距离调节启动子以降低转录速度的DNA序列。序列。起始部位起始部位n2.2.链的延长链的延长n3.3.RNARNA合成的终止合成的终止n终止子终止子（terminatorterminator）：）：提供转录终止信号的提供转录终止信号的DNADNA序列。序列。富含G-C多个U非依赖非依赖Rho的转录终止的转录终止 RNA产物产物3端往往形成端往往形成茎环结构，该茎环结构，该结构阻碍结构阻碍RNA聚合酶聚合酶前移。前移。茎环结构后有一串寡聚茎环结构后有一串寡聚U。寡聚寡聚U有利于有利于RNA不再依附不再依附DNA模板链而脱出。模板链而脱出。5335n不依赖因子的终止子 依赖依赖RhoRho的转录终止的转录终止因子因子 DNARNARNA聚合酶聚合酶DNA 和和RNA合合成成 的的比比较较15.2.1.3 15.2.1.3 RNARNA的转录后加工的转录后加工mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工rRNArRNA的转录后加工的转录后加工1.5-端帽子的形成端帽子的形成 mRNA的的帽子结构是在帽子结构是在5-端形成的。转录产物第一端形成的。转录产物第一个核苷酸往往是个核苷酸往往是5-三磷酸鸟苷三磷酸鸟苷pppG。mRNA成熟过程中，先由磷酸酶把成熟过程中，先由磷酸酶把5-pppG水解，水解，生成生成5-ppG或或5-pG。然后，然后，5-端与另一三磷酸鸟苷端与另一三磷酸鸟苷（pppG）反应，生成反应，生成三磷酸双鸟苷三磷酸双鸟苷。在甲基化酶的作用下，。在甲基化酶的作用下，第一或第二个鸟嘌呤碱基发生第一或第二个鸟嘌呤碱基发生甲基化甲基化，形成帽子结构。，形成帽子结构。一、一、mRNA的转录后加工的转录后加工加帽、加尾、剪接加帽、加尾、剪接帽子结构的功能：帽子结构的功能：帽子结构是前体帽子结构是前体mRNA在细胞核内的稳定因素，也是在细胞核内的稳定因素，也是mRNA在细胞质内的稳定因素，没有帽子结构的转录产在细胞质内的稳定因素，没有帽子结构的转录产物很快被核酸酶水解。物很快被核酸酶水解。帽子结构可以促进蛋白质生物合成起始复合物的生成，帽子结构可以促进蛋白质生物合成起始复合物的生成，因此提高了翻译强度。因此提高了翻译强度。2.3-端尾巴的形成端尾巴的形成 真核生物的成熟的真核生物的成熟的mRNA 3-端通常都有端通常都有100200个腺个腺苷酸残基，构成苷酸残基，构成多聚腺苷酸（多聚腺苷酸（polyA）尾巴。尾巴。加尾过程是在核内进行的。加工过程先由核酸外切酶加尾过程是在核内进行的。加工过程先由核酸外切酶切去切去3-末端一些过剩的核苷酸，然后由多聚腺苷酸酶催化，末端一些过剩的核苷酸，然后由多聚腺苷酸酶催化，以以ATP为底物，在为底物，在mRNA 3-末端逐个加入腺苷酸，形成末端逐个加入腺苷酸，形成poly尾。尾。3-末端切除信号是末端切除信号是3-端一段保守序列端一段保守序列AAUAAA。polyA尾巴的功能尾巴的功能 mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式由细胞核进入细胞质所必需的形式 大大提高了大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性在细胞质中的稳定性 断裂基因（断裂基因（splite gene）真核生物的结构基因，由若干个真核生物的结构基因，由若干个编码编码 区和非编码区区和非编码区相相互隔开但又连续镶嵌而成，因此称为断裂基因。互隔开但又连续镶嵌而成，因此称为断裂基因。外显子（外显子（exon）结构基因中有表达活性的编码区。结构基因中有表达活性的编码区。内含子（内含子（intron）结构基因中无表达活性的非编码区。结构基因中无表达活性的非编码区。3.mRNA的剪接的剪接剪接是把剪接是把mRNA中的内含子除去，把外显子连接起来。内含子中的内含子除去，把外显子连接起来。内含子弯成套索状，称弯成套索状，称套索套索RNA（lariat RNA），），外显子相互靠近并外显子相互靠近并连接。连接。卵清蛋白基因卵清蛋白基因hnRNA首尾修饰首尾修饰5加冒加冒3加尾加尾套索套索RNA成熟成熟mRNA4.4.内部甲基化内部甲基化RNARNA编辑编辑：mRNAmRNA转录后通过碱基替换、转录后通过碱基替换、缺失或插入，改变和扩大原来模板缺失或插入，改变和扩大原来模板DNADNA的遗的遗传信息，从而表达出不同氨基酸序列的多种传信息，从而表达出不同氨基酸序列的多种蛋白质的过程。蛋白质的过程。真核生物甲基化剪切原核生物二二 rRNArRNA前体的转录后加工前体的转录后加工三、三、tRNAtRNA前体的转录后加工前体的转录后加工剪切核苷修饰接-CCA剪切tRNA转录后加工还包括各种稀有碱基的生成转录后加工还包括各种稀有碱基的生成 甲基化：甲基化：AmA GmG 还原反应：还原反应：UDHU 核苷内的转位反应：核苷内的转位反应：U 脱氨反应：脱氨反应：AI 3-端加上端加上CCA-OH15.2.2 15.2.2 RNARNA的复制的复制n在在某些不含某些不含DNADNA，只含只含RNARNA的病毒和噬菌体中，其的病毒和噬菌体中，其RNARNA既是遗传信息载体，又是信使，在感染寄主时，既是遗传信息载体，又是信使，在感染寄主时，本身要复制。本身要复制。n以以RNARNA为模板合成为模板合成RNARNA ，由由RNARNA复制酶催化，以复制酶催化，以RNARNA为模板，四种核苷三磷酸为底物，也需要为模板，四种核苷三磷酸为底物，也需要MgMg2+2+或或MnMn2+2+15.2.3 15.2.3 转录的抑制剂转录的抑制剂 1.1.嘌呤和嘧啶的类似物嘌呤和嘧啶的类似物：如：如6-6-巯基嘌呤巯基嘌呤在体内可以转变为巯基嘌在体内可以转变为巯基嘌呤核苷酸，阻断嘌呤核苷酸的生物合成，从而抑制转录。呤核苷酸，阻断嘌呤核苷酸的生物合成，从而抑制转录。5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶是尿嘧啶的类似物，可以掺入是尿嘧啶的类似物，可以掺入RNARNA，5-5-氯，氯，5-5-溴，溴，5-5-碘尿嘧啶碘尿嘧啶是胸腺是胸腺嘧啶的类似物，可以掺入嘧啶的类似物，可以掺入DNADNA，并可以引起碱基配对的错误。上述并可以引起碱基配对的错误。上述化合物可作为化合物可作为抗癌药抗癌药使用。使用。2 2.DNA.DNA模板功能的抑制剂模板功能的抑制剂：烷化剂烷化剂可以使可以使DNADNA烷基化，通常有致癌烷基化，通常有致癌作用；作用；放线菌素放线菌素D D可以插入碱基平面之间，抑制转录作用，可以插入碱基平面之间，抑制转录作用，色霉素色霉素A A，橄榄霉素，光神酶素橄榄霉素，光神酶素有类似的作用；嵌入染料如有类似的作用；嵌入染料如吖啶和菲锭吖啶和菲锭可以使可以使DNADNA发生移码突变，抑制复制和转录。发生移码突变，抑制复制和转录。3.3.RNARNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂：利福霉素（或利福平）利福霉素（或利福平），利链霉素利链霉素可以和可以和原核生物原核生物RNARNA聚合酶的聚合酶的 亚基结合，抑制转录，亚基结合，抑制转录，-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱可以抑制可以抑制真核生物的转录。真核生物的转录。15.3 15.3 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成15.3.1 15.3.1 RNARNA在蛋白质生物合成中的作用在蛋白质生物合成中的作用n1.1.mRNAmRNA的功能的功能nmRNAmRNA带有带有由由DNADNA转录来的遗传信息，是蛋转录来的遗传信息，是蛋白质合成的模板。白质合成的模板。n2.2.遗