遺傳信息傳遞

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1、第11章遺傳信息的傳遞學習目標2掌握DNA的復制過程。2掌握DNA、RNA和蛋白質(zhì)合成的原料和主要酶類。3掌握遺傳信息的傳遞流程。4理解DNA的修復種類和修復的意義。5理解轉(zhuǎn)錄、翻譯的過程和蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學的關(guān)系。6了解轉(zhuǎn)錄后加工過程和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。DNA是遺傳的主要物質(zhì)，遺傳信息以堿基排列順序的方式貯藏在DNA分子中?；颍╣ene）是編碼生物活性物質(zhì)的DNA片斷。DNA通過復制把遺傳信息由親代傳遞給子代，通過轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞到RNA分子上，后者指導蛋白質(zhì)的生物合成，這一過程稱為翻譯。遺傳信息傳遞的這種

2、規(guī)律稱為中心法則（centraldogma）。70年代Temin和Baltimore分別從致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶，可以RNA為模板指導DNA的合成，遺傳信息的傳遞方向和上述轉(zhuǎn)錄過程相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄（reversetranscription），并發(fā)現(xiàn)某些病毒中的RNA也可以進行復制，這樣就對中心法則提出了補充和修正，修正與補充后的中心法則如圖11-l。DNA為主導的中心法則是單向的信息流，體現(xiàn)了遺傳的保守性；補充修正后的中心法則，使RNA也處于中心地位，預示著RNA可能有更廣泛的功能。2DNA的生物

3、合成（復制）一、DNA的復制（一）DNA復制的方式Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時即推測，在DNA復制過程中，兩條螺旋的多核苷酸鏈之間的氫鍵斷開，然后以每條鏈各作為模板在其上合成新的互補鏈。這樣新形成的兩個子代DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全相同。每個子代DNA分子的一條鏈來自于親代，而另一條鏈則是新合成的產(chǎn)物，這種復制方式稱為半保留復制。1958年經(jīng)Messelson與Stahl實驗證實了Watson和Crick的DNA半保留復制假說。他們將細菌培養(yǎng)在以15NH4Cl為唯一氮

4、源的培養(yǎng)基中，經(jīng)多代培養(yǎng)之后，細胞內(nèi)所有的DNA是含15N的重DNA，其密度比普通14N－DNA的密度大，在密度梯度離心時，15N－DNA形成的區(qū)帶在14N－DNA形成的區(qū)帶下放。然后把含15N的細菌轉(zhuǎn)入14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，讓細胞生長幾代，并在不同時間取樣進行分析。實驗結(jié)果表明，第一代之后，DNA只出現(xiàn)一條區(qū)帶，位于15N－DNA和14N－DNA之間，這條區(qū)帶的DNA是由14N－DNA和15N－DNA組成的。經(jīng)兩代之后，出現(xiàn)二條區(qū)帶，一條為14N－DNA，另一條為14N－15N－DNA。三代后，則14N

5、－DNA分子逐漸增多，而14N－15N－DNA分子不再增加，這些結(jié)果及解釋可用圖11－2來表示，證明DNA的復制是以半保留復制的方式進行的。圖11－2DNA半保留復制的實驗圖解（二）參與DNA復制的酶類復制是在酶催化下的核苷酸聚合過程，需要多種酶和蛋白質(zhì)因子參與。1．DNA聚合酶DNA聚合酶又稱DNA指導的DNA聚合酶（DNAdirectedDNApolymerase,DDDP）。在大腸桿菌提取液中發(fā)現(xiàn)了三種DNA聚合酶，分別稱為DNA聚合酶Ι、Ⅱ、Ⅲ。它們都是以DNA為模板催化DNA合成的酶。DNA聚合

6、酶Ι是一條單鏈多肽，其功能有：①催化DNA沿5’à3’方向延長。②具有3’à5’外切酶的活性。③5’à3’外切酶活性。DNA聚合酶Ⅱ的作用尚不完全清楚。DNA聚合酶Ⅲ是復制時起主要作用的酶，催化反應(yīng)速度最快，每分鐘能催化9000個核苷酸聚合。在大腸桿菌體內(nèi)，大多數(shù)新的DNA鏈的合成都是由聚合酶Ⅲ所催化的。DNA聚合酶Ⅲ也有3’à5’核酸外切酶的活性，能切除錯配的核苷酸。在真核細胞中含有數(shù)種DNA聚合酶，主要有α、β、γ、δ等四種，DNA聚合酶α和δ是DNA復制時起主要作用的酶，DNA聚合酶β有最強的核酸外

7、切酶活性，DNA聚合酶γ存在于線粒體內(nèi)，參與線粒體DNA的復制。2．引物酶引物酶（primase）是一種特殊的RNA聚合酶。在DNA復制過程中，需要合成一小段RNA作為引物（primer），此RNA引物的堿基與DNA模板是互補的。引物酶即催化引物的合成。3．解旋和解鏈酶類細胞內(nèi)DNA復制時必須先解開DNA的超螺旋與雙螺旋結(jié)構(gòu)。解鏈酶、拓撲異構(gòu)酶、單鏈結(jié)合蛋白可完成該作用。4.DNA連接酶催化以氫鍵結(jié)合于模板DNA鏈的兩個DNA片段連接起來，但并沒有連接單獨存在的DNA單鏈的作用。DNA連接酶不但是DNA復

8、制所必需的，而且也是在DNA損傷的修復及重組DNA中不可缺少的酶。（三）DNA的復制過程1．起始DNA復制的起始先要解開DNA雙螺旋，這主要靠解鏈酶和拓撲異構(gòu)酶使DNA先解開一段雙鏈，形成復制點，由于每個復制點的形狀象一個叉子，故稱復制叉（replicationfork）。由于單鏈結(jié)合蛋白的結(jié)合，引物酶以解開DNA雙鏈的一段DNA為模板，以核苷三磷酸為底物，按5’3’方向合成一小段RNA引物（5~100個核苷酸）。引物3’-O