第15章 基因信息的传递

保守序列： GATCTNTTNTTTT
保守序列： TTATCCACA
2. 复制方式 DNA复制时，从复制起点开始，两条链解开，已解开的两条 链与未解链的双链间形成一个叉子的结构称为复制叉 复制叉。
双向复制：即 形成两个复制 叉或生长点。 单向复制：只 形成一个复制 叉或生长点。
（四）复制过程 1. 模板DNA的解链和解旋
（三）转录后加工 刚转录出的RNA需要经过一系列的变化，包括链的裂解， 5 ′-端与3′-端的切除和特殊结构的形成，核苷的修饰和糖苷 键的改变，以及拼接和编辑等过程，才转变为成熟的RNA分 子，此过程称RNA转录后加工 转录后加工。 1. 原核生物RNA的加工
原核生物 rRNA前体加工
①由核酸内切酶在tRNA两端切断；②由核酸外切酶从3′端逐 个切去附加的顺序，进行修剪；③在tRNA3′端加上-CCAOH； ④核苷酸的修饰和异构化。
由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并 简并，对应于同一 氨基酸的密码子称为同义密码子，AUG和GUG既是甲硫氨酸及缬氨酸的 密码子又是起始密码子。
1. 遗传密码不重叠、无标点 核糖体在阅读密码时必须从起 始密码子开始，按一定的读码 框架连续读下去，直至遇到终 止密码子位置。
2. 密码具有通用性 大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密码， 也就是说遗传密码在很长的进化时期中保持不变。以此这张 密码表是生物界通用的。然而，真核生物线粒体的密码子有 许多不同于通用密码，例如人线粒体中，UGA不是终止码， 而是色氨酸的密码子，AGA，AGG不是精氨酸的密码子， 而是终止密码子，加上通用密码中UAA和UAG，线粒体中 共有四组终止码。内部甲硫氨酸密码子有两个，即AUG和 AUA；而起始甲硫氨酸密码子有四组，即AUN。
（4）hnRNA的拼接 类型Ⅰ自我拼接
类型Ⅱ自我拼接
hnRNA的拼接过程

蛋白质的生物合成即蛋白质的翻译。其后， 须经折叠和修饰才能成为有生物活性的天然 蛋白质。

一、遗传密码
（一）遗传密码及其破译
Nirenberg把多聚（U）作为模板加入到无细胞体系时 发现，新合成的多肽链是多聚苯丙氨酸，确定UUU代表苯丙 氨酸（Phe）。以多聚（C）及多聚（A）做模板得到的分 别是多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。
（三）复制的起始点和方式 1. 复制的起始 复制是在起始阶段进行控制的。DNA一旦复制开始，它即继 续下去，直到整个复制子完成复制。大肠杆菌的复制起点称 为ori C，由245个bp构成，其序列和控制元件在细菌复制起 点中十分保守。关键序列存在两组短的重复：三个13bp的序 列和四个9bp序列。
3×13bp 直接重复序列 Dna 结合位点，4×9bp
（三）细胞的DNA修复系统 1.错配修复 DNA复制后，在短期内新合成 链的GATC序列中的腺嘌呤未被甲 基化，而模板链是被甲基化的。复 制过程发生错配，细胞错配修复系 统能够将未甲基化的链切除，并以 甲基化的模板链进行修复。该过程 需要依赖Mut SL复合物。
2. 直接修复 紫外线照射可以使DNA分子中同一条链 相邻胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体。其他嘧啶 碱基之间也能形成类似的二聚体，但数量较少。 嘧啶二聚体的形成，影响了DNA的双螺旋结 构，使其复制和转录功能均受到阻碍。
二、依赖RNA的DNA的合成 逆转录：以RNA为模板合成DNA，称为逆转录 逆转录。 （一）反转录酶的性质 反转录酶催化DNA合成反应要求有模板和引物，模板和 引物可以是RNA，也可以是DNA。以4种脱氧核苷三磷酸作 为底物，此外还需要2价阳离子（Mg2+和Mn2+），DNA链 的延长方向为5 ′→3′，这些性质都与DNA聚合酶相似。
5. 密码防错系统 密码子结构与氨基酸侧链极性之间也有一定关系。①中间碱 基是U或C，编码的氨基酸是非极性、疏水的和带支链的氨 基酸，或不带电荷具极性侧链的氨基酸。②中间碱基是A或 G，相应的氨基酸常在球蛋白外周，具有亲水性（如，酪氨 酸、精氨酸）。
二、核糖体 核糖体是蛋白质合成的场所。

5. SOS修复 应急反应（SOS response）：许多能造成DNA损伤的处理均 能引起一系列复杂的诱导效应称为应急反应。 SOS反应包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑 制以及溶原性细菌释放的噬菌体等。另外细胞的癌变也可能 与SOS反应有关。

生物体以DNA为模板合成RNA的过程称为转录。
一、依赖DNA的RNA合成 （一）RNA聚合酶（又称转录酶）
编码链（＋链）
模板链（－链）
原核生物的RNA聚合酶由α2ββ′ 构成核心酶，σ为起始因 子，σ因子引导RNA聚合酶稳定地结合到DNA的启动子上， 不同的菌种σ因子的大小差别很大,不同的σ因子可以识别不同 的启动子，β亚基借助疏水作用与DNA结合，β′亚基是碱性 蛋白，借助静电作用与DNA结合，ββ′构成RNA聚合酶的催 化中心，α亚基与启动子上游元件和活化因子结合，促进酶 的装配，ρ因子参与某些基因转录的终止。
3. 切除修复 切除修复，即是在一系列酶的作用下， 将DNA分子中受损部分切除掉，并以完整 的那条链为模板，合成切去的部分，然后 使DNA恢复正常结构的过程。 切除修复包括两个过程：一是由细胞 内特异的酶找到DNA的损伤部位，切除含 有损伤结构的核酸链；二是修复合成并连 接。
4. 重组修复 重组修复又称为“复制后修 复”，它发生在复制之后，机体细 胞对在修复起始尚未修复的DNA损 伤部位可以先复制再修复，即跳过 该损伤部位，在新合成链中留下一 个对应于损伤序列的缺口。该缺口 由DNA重组来修复：先从同源DNA 母链上将相应该核酸序列片段移至 子链缺口处，然后再用新合成的序 列补上母链空缺。
原核生物参与与起始的蛋白质因子有三个：起始因子 (initiation factor，IF) 1、IF2、IF3。 第一步，30S小亚基与翻译起 始因子IF-1，IF-3结合，通过 SD序列与mRNA模板相结合。 第二步，fMet-tRNAfMet在IF-2 的协同下进入小亚基的P位， tRNA上的反密码子与mRNA上 的起始密码子配对。 第三步，带有tRNA，mRNA、 三个翻译起始因子的小亚基复 合物与50S大亚基结合，释放翻 译起始因子。
一、DNA的半保留复制 （一）半保留复制的理论 半保留复制（semiconservative replication）方式，是 Watson和Crick 根据DNA双螺旋模型提出来的，即在 子代的DNA中，一条链来自亲代，另 一条链是新合成的。
（二）参与DNA复制的酶 主要有DNA聚合酶和DNA链接酶。 1. DNA聚合反应 在DNA聚合酶催化下，脱氧 核糖核苷酸被加到已有的核酸链的 游离3 ′-OH上，同时释放出无机聚合酶都只能从引物的3′-OH末端延伸DNA链， 而不能从头合成。复制的引物是由引发酶合成的RNA片段， 长度为几个到十几个核苷酸。 4. 合成的终止 DNA聚合酶Ⅰ以其5 ′→3′外切酶活力将RNA引物切除，引物 切除后，引物切除留下的空缺也由DNA聚合酶Ⅰ从下一个冈 崎片段3′-OH端开始，按模板要求延伸DNA链，将缺口补齐， 再由DNA连接酶将相邻冈崎片段连接起来，形成完整的新链。
（二）反转录过程
三、DNA损伤（突变）修复 （一）引起DNA损伤的因素 1. 物理因素：紫外线、电离辐射； 2. 化学因素：亚硝酸、碱基类似物、烷化剂以及抗生素、 色素和染料。 3. 生物因素：噬菌体和病毒感染，转位因子的作用。
（二）DNA损伤的类型 1. 错配 错配是指DNA分子上的某一碱基发生置换，又称点突变 错配 点突变。 2. 缺失、插入或和移框 移框突变是指三联体密码的阅读方式发生改变。造成蛋白质 氨基酸排列顺序发生改变，致使翻译出不同的蛋白质。 3. 重排 DNA分子较大片段的交换称为重组或重排。
2. 半不连续复制
1968年，冈崎等人发现，以复制叉向前移动的方向为标准，3′→5 ′ 走向的一条模板链，在其上DNA新链能以5 ′→3′连续合成，称先 先 导链；另一条链5 ′→3′走向的模板链在其上新链的合成也是5 ′→3′， 导链 但是与复制叉移动方向相反，且合成出许多不连续的片段，称为 冈崎片段，最后合成一条完整的链，称为后随链 后随链。
2. 大肠杆菌DNA聚合酶 大肠杆菌中有五种不同的DNA聚合酶，它们分别称为DNA 聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。
3. 真核生物DNA聚合酶 真核生物钟存在5种DNA聚合酶，他们分别以α、β、γ、δ、 ξ命名。
哺乳动物的DNA聚合酶
4. DNA连接酶 催化双链DNA粘性末端切口处的5′-磷酸基和3′-羟基生成 磷酸二酯键。细菌的DNA连接酶以NAD为能源，动物细胞 和噬菌体的连接酶以ATP为能源。T4的DNA连接酶可以连接 平末端。
2. 肽链的延伸 原核生物在氨基酸的掺入过程中有3个重复的延伸反应，并 且需要三个延伸因子参与作用（elongation，EF）： 1. 氨酰-tRNA结合到核糖体A位点上； 2. 进行转肽反应； 3. 核糖体沿mRNA移位。

步骤一：在EF-Tu的帮助下 氨酰-tRNA进入核糖体的A 位点；
（2）3 ′-末端的产生和多聚腺苷酸化 hnRNA的3′末端也有多聚腺苷酸，表明加尾过程早在核 内完成。hnRNA中的多聚腺苷酸比mRNA的略长，平均长度 为150~200个核苷酸。靠近末端的AAUAAA为链的切断和多 聚腺苷酸化提供信号，链的切断由RNase Ⅲ催化，多聚腺苷 酸化由多聚腺苷酸聚合酶催化。 （4）mRNA的内部甲基化 真核生物mRNA分子内部主要的甲基化位点是N6-甲基 腺嘌呤（M6A）。这类修饰成分在hnRNA中已经存在。不 过也有一些真核生物细胞和病毒mRNA中并不存在m6A。据 推测，它可能对mRNA前体的加工起识别作用。
（二）转录过程（以原核生物为例） 分起始，延伸和终止三个阶段。 1. 转录起始 转录是从DNA模板特定部位开始的——启动子，是 是 DNA上 控制转录起始的核酸序列。 控制转录起始的核酸序列