生物化学讲义第九章基因信息的传递

第九章基因信息的传递

【目的和要求】

1. 掌握DNA的复制的定义及特征。

2．熟悉参与DNA复制的酶及DNA复制过程。

3．掌握引发DNA损伤的因素和损伤的类型及修复。

4．掌握逆转录的定义，转录的定义及特点。

5．熟悉转录的过程和转录后的加工。

6．掌握参与蛋白质生物合成的物质及遗传密码的定义及特点。

7．掌握；，熟悉蛋白质生物合成的过程

8. 了解蛋白质生物合成与医学的关系

【本章重难点】

1. DNA复制的定义、特征及过程。

2．转录的定义、特点及过程，转录后的加工。

3．遗传密码的定义、特点及三类RNA在蛋白质生物合成中作用。

4．蛋白质生物合成的过程。

学习内容

第一节 DNA的生物合成

第二节 RNA的的生物合成

第三节蛋白质的生物合成

第一节 DNA的生物合成

一、DNA的复制：以亲代DNA为模板合成子代DNA，将遗传信息准确地复制到子代DNA分子上的过程。

遗传中心法则：

复制复制DNA

RNA

转录RNA

蛋白质逆转录

蛋白质

翻译

1．DNA复制的特征（1）半保留复制（2）半不连续复制

（3）有特定的起始点（4）双向复制

2．参与DNA复制的物质

（1）模板：DNA的两股链。

（2）底物：四种dNTP（即dATP、dTTP、dCTP、dGTP）。

（3）引物：RNA.。

（4）DNA聚合酶：真核生物有五种：DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε；

原核生物的DNA聚合酶有：polⅠ、polⅡ、polⅢ三类。

原核生物DNA聚合酶性质和功能比较

polⅠpolⅡpolⅢ

分子量109000 120000

400000

5′→3′聚合作用＋＋

＋

3′→5′核酸外切酶作用＋＋

＋

5′→3′核酸外切酶作用＋－

＋

主要功能校读、填补空隙？

复制酶

切除引物

（5）引物酶：一种RNA聚合酶。能以DNA为模板，识别DNA复制的起始点，催化一段引物RNA的合成。引物以氢键与模板结合。

（6）解链和解旋酶类：

①拓扑异构酶：有内切酶、连接酶功能，分为酶Ⅰ、酶Ⅱ。

酶Ⅰ又称ω蛋白可切开一股链，不需消耗ATP。

酶Ⅱ又称旋转酶在消耗ATP的作用下，可切断双链，且分开双链。

②解链酶解开一个碱基对，消耗2个分子ATP。作用在复制叉处，可沿模板

随复制叉伸展（5′→3′）而移动。

③单链结合蛋白（SSB）稳定解开的单链DNA，阻止复性和保护单链部分

不被核酸酶水解。

（7）DNA连接酶催化以氢键结合于模板DNA的两个DNA片段通过磷酸二

酯键连接起来。在DNA复制、修复和基因工程中起作用。

参加DNA复制酶的主要作用

作用分子量（万）引物酶合成RNA引物 6

解链酶解开DNA双链 6.5

SSB 稳定已解开的单链7.4

拓扑酶Ⅱ克服解链中的打结缠绕40

拓扑转型

拓扑酶Ⅰ切断DNA中的一股链，在解旋中不致打――

结，又可封闭切口，使DNA变为松弛态。

polⅢ真正的‘复制酶’55

polⅠ填补引物遗留空隙10.9

DNA连接酶连接5′－P和3′－OH末端7.4

3．复制的过程

（1）复制的起始

①拓扑异构酶将正超螺旋转变为负超螺旋；解链酶消耗ATP将氢键打断把

DNA由双链变为单链。

②SSB与单链DNA结合，起稳定单链避免核酸酶水解的作用。

③引物酶以解开的DNA单链为模板，以dNTP为原料，按5′→3′方向催

化引物RNA的生成（十几个～数十个核苷酸链等）。随从链不连续，需多次

合成引物。

（2）复制的延长

①在引物RNA上延长DNA链在DNApolⅠ催化下，以四种dNTP为原料、按碱基配对的原则、在引物3′-OH端开始，沿5′→3′方向逐个加入脱氧核苷酸，使DNA链得以延长。

②复制的不连续性模板DNA 的两股单链：一条链的方向与解链方向相同，子链DNA可沿5′→3′方向连续合成，这条链称前导链；而另一条链与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，必须等待模板链解出足够长度，复制才能开始并延长，这些不连续的片断称冈崎片断，这条链称随从链。

（3）复制的终止在DNA合成的片段内，由DNA聚合酶I外切酶活性切除RNA引物，致使各片段之间形成空隙，然后由DNA聚合酶I的聚合酶活性催化填补空隙，最后由DNA连接酶将这些片段再连接起来，成为一条长链。

二、DNA的损伤与修复

1．引发DNA损伤的因素：

（1）紫外线的照射

（2）碱基和核苷酸的类似物的作用

（3）抗菌素及其类似物的作用

2．基因突变的后果及类型

（3）后果：致死；功能缺失；改变基因型；进化

（4）类型：点突变；复突变

3．损伤的修复

（1）光修复（2）切除修复（3）重组修复（4）SOS修复

其中切除修复是人体细胞内DNA的主要修复机制。

三、逆转录

1．概念：逆转录又称为反转录，是RNA指导下的DNA合成作用，即以RNA 为模板，由d NTP聚合生成DNA的作用，遗传信息的流动呈逆方向进行，所以称逆转录作用。在致癌的RNA病毒中，有逆转录酶的存在。

2．逆转录酶有三种作用：RNA指导的DNA合成反应；RNA的水解反应；DNA 指导的DNA合成。

3．逆转录过程：以病毒基因RNA为模板，在反转录酶的作用下，先合成一条与模板RNA互补的DNA单链，产物与模板形成DNA-RNA杂交分子。然后，以新合成的DNA单链为模板，合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子，方向5′