分子生物學(xué)第三章

1、一、DNA復(fù)制,DNA的半保留復(fù)制DNA復(fù)制的主要方式原核生物和真核生物DNA復(fù)制的特點DNA復(fù)制的調(diào)控DNA的修復(fù)1,自學(xué),DNA的轉(zhuǎn)座,“倘若你認(rèn)為自己邁開的步伐是正確的，并且已經(jīng)掌握了專門的知識，那么，任何人都阻撓不了你，..不必去理會人們的非難和評頭品足?！?Barbara McClintock,“如果你能腳踏實地從事研究并如實報告觀察結(jié)果，同時保持健康長壽，那么，你有可能獲諾貝爾獎?！?Barbara McClint

2、ock,1983年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎,,DNA的轉(zhuǎn)座(DNA的移位 transposition),是由可移位因子（transposable element）介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。,,轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）：是存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和移位的基本單位。,在轉(zhuǎn)座過程中，有的轉(zhuǎn)座子會留在原來位置上，在新位點上出現(xiàn)的僅僅是它的拷貝。,在生物體內(nèi)普遍存在,“轉(zhuǎn)座”？就是轉(zhuǎn)座子的移位嗎？,轉(zhuǎn)座子的分類,插入序列（inser

3、tional sequence,IS因子）,復(fù)合型轉(zhuǎn)座子（composite transposon）,最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含任何宿主基因，是細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。,帶IS序列,不帶IS序列,帶有某些抗藥性基因（或其它宿主基因）的轉(zhuǎn)座子，兩翼往往是相同或高度同源的IS序列。,,,TnA家族：不帶IS序列體積龐大（>5Kb）的轉(zhuǎn)座子，帶有β－內(nèi)酰胺酶（AmpR）基因和兩個轉(zhuǎn)座必需基因。,末端常帶有倒置重復(fù)序列,復(fù)制型轉(zhuǎn)座

4、子,轉(zhuǎn)座子的分類(續(xù)),非復(fù)制型轉(zhuǎn)座子,在復(fù)制過程中,整個轉(zhuǎn)座子被復(fù)制,所移動的是原轉(zhuǎn)座子的拷貝,轉(zhuǎn)座酶(transposase)和解離酶(resolvase)分別作用于原始轉(zhuǎn)座子和復(fù)制轉(zhuǎn)座子,如TnA類轉(zhuǎn)座子。,在復(fù)制過程中，原始轉(zhuǎn)座子作為一個可移動的實體直接被移位，如IS序列、Mu、Tn5等。,DNA轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)效應(yīng),1、引起插入突變 各種IS、Tn轉(zhuǎn)座子都可以引起插入突變。2、產(chǎn)生新基因3、產(chǎn)生染色體畸變4、

5、引起生物進(jìn)化,二、從DNA到RNA,RNA轉(zhuǎn)錄的基本過程,RNA鏈合成特點：RNA是按 方向合成，在 催化下，以DNA鏈中的 鏈為模板，以 為原料，根據(jù)堿基配對原則 ，各核苷酸間通過磷酸二酯鍵相連，（需要/不需要）引物的參與，合成的RNA帶有與DNA編碼鏈（有意義鏈）相同的序列

6、（A-U）。,模板識別,轉(zhuǎn)錄起始,轉(zhuǎn)錄延伸,轉(zhuǎn)錄終止,,,,5’→3’,反義,RNA聚合酶,4種核苷三磷酸,T-A、,,A-U、,G-C,模板識別（template recognition）：指RNA聚合酶與啟動子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過程。,Promoter是基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段DNA序列，是基因表達(dá)調(diào)控的上游順式作用元件之一。,直接識別并結(jié)合,轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,RNA聚合酶,,,轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物（preintiation

7、 transcription complex,PIC）,,,開放復(fù)合物：在RNA轉(zhuǎn)錄的模板識別階段，隨著DNA結(jié)構(gòu)變化，聚合酶與啟動子形成的封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變成開放復(fù)合物，此時DNA序列中有一小段雙鏈被解開。,封閉復(fù)合物：在RNA轉(zhuǎn)錄的模板識別階段，聚合酶與啟動子可逆性結(jié)合形成的復(fù)合物，此時DNA處于雙鏈狀態(tài)。,三元復(fù)合物：在RNA轉(zhuǎn)錄的模板識別階段，開放復(fù)合物與最初的2個NTP相結(jié)合并在它們之間形成磷酸二酯鍵后即轉(zhuǎn)變成包括RNA聚合酶、D

8、NA和新生RNA的復(fù)合物。,強(qiáng)啟動子快速/不可逆封閉復(fù)合物 開放復(fù)合物,,,,,模板識別,,轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物,PIC,轉(zhuǎn)錄起始（initiation）,不需要引物,,RNA聚合酶合成9個以上核苷酸并離開啟動子區(qū)，轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸階段。RNA聚合酶通過啟動子的時間代表一個啟動子的強(qiáng)弱。,轉(zhuǎn)錄延伸（elongation）: RNA聚合酶釋放σ因子離開啟動子后，核心酶沿模板DNA鏈移動并使新生RNA鏈不斷伸長的過程。,

9、E.coli. RNA聚合酶50-90個核苷酸/秒,轉(zhuǎn)錄終止（termination）:當(dāng)RNA鏈延伸到轉(zhuǎn)錄終止時，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯鍵，RNA-DNA雜合物分離，轉(zhuǎn)錄泡瓦解，DNA恢復(fù)雙鏈狀態(tài)，而RNA聚合酶和RNA鏈都被從模板上釋放出來。,RNA聚合酶,原核生物,E.coli. RNA聚合酶,2個α亞基,1個β亞基,1個β’亞基,1個ω亞基,1個σ亞基,,,負(fù)責(zé)模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄起始，使酶專一性識別模板上的啟動子。

10、存在多個σ因子，用以識別不同的啟動子。,全酶（holoenzyme）,,,催化核心,,核心酶,,,,與模板DNA、新生RNA鏈及核苷酸底物結(jié)合。,可能與核心酶組裝及啟動子識別有關(guān)，并參與RNA聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。,？,一種RNA聚合酶幾乎合成所有RNA,真核生物,RNA聚合酶I,RNA聚合酶II,RNA聚合酶III,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,rRNA,hnRNA,tRNA、5SrRNA、snRNA,,,,,mRNA,一般由8-16個亞基組成

11、,α-鵝膏覃堿,,低濃度：動植物中，RNA聚合酶II被抑制，RNA聚合酶I沒影響，RNA聚合酶III在各生物中差異大。,高濃度：動物細(xì)胞中抑制轉(zhuǎn)錄，但昆蟲中無影響。,啟動子的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)錄單元（transcription unit）：是一段從啟動子開始至終止子結(jié)束的DNA序列。,你還記得什么是啟動子嗎？,,,,RNA,,,轉(zhuǎn)錄起始位點,在RNA聚合酶與DNA結(jié)合的區(qū)域內(nèi)有一個由6個核苷酸組成的序列，是RNA聚合酶的緊密結(jié)合點，該位點的中央約

12、位于起點上游10bp 處，又稱-10區(qū)。,Pribnow區(qū)（Pribnow box）：,,,在Pribnow box外存在的與RNA聚合酶對啟動子識別有關(guān)的共同序列TTGACA，它位于起點上游35bp處。,-35區(qū)：,原核生物啟動子的特點,-10區(qū)和-35區(qū)是RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合位點，能與σ因子相互識別，具有很高的親和力。,真核生物啟動子的特點,Hogness區(qū)（ Hogness box）,在真核生物中，位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-30—

13、-25bp處存在共同序列TATAAA，也稱TATA區(qū)。,CAAT區(qū)（ CAAT box）,在真核生物中，位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-78—-70bp處存在一段共同序列CCAAT，它與原核生物中-35區(qū)相對應(yīng)。,GC區(qū)、增強(qiáng)子區(qū),將TATA區(qū)上游的保守序列稱為上游啟動子元件（UPE）或上游激活序列（UAS）,,原核與真核生物mRNA的特征比較,原核生物的mRNA,1、半衰期短2、可能以多順反子形式存在3、5’端無帽子結(jié)構(gòu)，3’端沒有或只有較短

14、的polyA結(jié)構(gòu),單順反子mRNA ：只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA。,多順反子mRNA ：編碼多個蛋白質(zhì)的mRNA。,,真核生物的mRNA,1、5’端有“帽子”結(jié)構(gòu)2、3’端有polyA“尾巴”結(jié)構(gòu),帽子結(jié)構(gòu)是GTP和原mRNA5’三磷酸腺苷（或鳥苷）縮合反應(yīng)的產(chǎn)物。,常被甲基化,組蛋白基因,轉(zhuǎn)錄后,真核基因轉(zhuǎn)錄終止位點上游15-30bp處的保守序列AAUAAA,RNA聚合酶II至尾巴下游0.5-2Kb核苷酸處,,“帽子”是什么?

15、 所有真核mRNA都有“尾巴”嗎? “尾巴”是何時產(chǎn)生的？ 什么是加尾和初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物準(zhǔn)確切割所必需的？RNA聚合酶都在“尾巴”終止嗎？,真核生物初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工,DNA轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物— 即mRNA的前體，經(jīng)過 和 ，再經(jīng)過 ，編碼蛋白質(zhì)的外顯子部分就連接成

16、為一個連續(xù)的 ，通過核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，即可作為蛋白質(zhì)合成的模板了。,核不均一RNA（hnRNA）,5’加帽,3’加多聚腺苷酸,RNA的剪接,開放閱讀框（ORF),核酶 (ribozyme),是一類具有催化功能的RNA分子,通過催化靶位點RNA鏈中磷酸二酯鍵的斷裂,特異性剪切底物RNA分子,從而阻斷基因的表達(dá)。,,ribonucleic acid,enzyme,酶不僅是蛋白質(zhì)

17、 T4 RNA、一些植物類病毒和擬病毒也可自我剪接 是繼反轉(zhuǎn)錄之后對中心法則的又一重要修正，說明RNA既是 又是 。,核酶,遺傳物質(zhì),酶,三、從mRNA到蛋白質(zhì),肽鏈的終止及釋放,翻譯的起始,肽鏈的延伸,,,核糖體與mRNA結(jié)合并與氨基酸-tRNA生成起始復(fù)合物,核糖體沿5’端向3’端移動，多肽從N端向C端合成,核糖體從mRNA上解離，準(zhǔn)備

18、新一輪的合成,翻譯的基本過程,將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。,三聯(lián)子密碼(codon)的性質(zhì)起始密碼子(initiation codon)和終止密碼子(termination codon)tRNA的特點比較原核與真核細(xì)胞核糖體的組成核糖體的活性中心信號肽葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)的翻譯后加工抗生素與蛋白質(zhì)合成,UGA,UAG,UAA,AUG

19、,,,,OchreAmberOpal,,自學(xué),氯霉素—可能阻止mRNA與核糖體結(jié)合四環(huán)素類—可能阻止AA-tRNA與核糖體結(jié)合鏈霉素、新霉素、卡那霉素等—可能干擾AA-tRNA與核糖體結(jié)合而產(chǎn)生錯讀,,競爭性抑制劑,,The End of Chapter III,精品課件！,精品課件！,DNA通過復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代；,DNA是遺傳信息的攜帶者,DNA dependent DNA polymerase——DDDPDN