医学遗传学分子基础

1、第三章第三章 遗传的分子基础遗传的分子基础第一节第一节 染色体的化学组成和分子结构染色体的化学组成和分子结构一、染色体的化学组成一、染色体的化学组成染色质染色质d n ad n a蛋蛋 白白 质质少量少量rnarna组组 蛋蛋 白：白：h h1 1、h h2 2a a、h h2 2b b、h h3 3、h h4 4非组蛋白非组蛋白核酸的基本单位核酸的基本单位单核苷酸单核苷酸nucleotidenucleotide戊糖戊糖 脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸含氮有机碱含氮有机碱嘌呤：嘌呤：（碱基）（碱基）（一）（一） dna(deoxyribonucleic acid)dna(deoxyribonucle

2、ic acid)嘧啶：嘧啶：嘧嘧 啶啶嘌嘌 呤呤胞嘧啶胞嘧啶 c ccytosine cytosine 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 t tthyminethymine鸟嘌呤鸟嘌呤 g gguanineguanine腺嘌呤腺嘌呤 a aadenineadenine碱碱 基基核糖核糖脱氧脱氧糖苷键糖苷键核苷核苷酯酯 键键单单 核核 苷苷 酸酸3535磷酸二酯键磷酸二酯键5 5 3 3 （二）组蛋白与非组蛋白（二）组蛋白与非组蛋白 组蛋白：染色体中约组蛋白：染色体中约1/31/3是组蛋白，是组蛋白，已知有已知有5 5种，赖氨酸和精氨酸含量比例不种，赖氨酸和精氨酸含量比例不同为碱性蛋白；同为碱性蛋白；h h1

3、1、h h2 2a a、h h2 2b b、 h h3 3、h h4 4 多多数带正电荷；与数带正电荷；与dnadna构成核小体。构成核小体。 非组蛋白：酸性蛋白，种类很多，有非组蛋白：酸性蛋白，种类很多，有一类小分子与基因调控有关。一类小分子与基因调控有关。（三）（三）dnadna分子中的遗传信息分子中的遗传信息 dnadna的两条多核苷酸链以相反方向的两条多核苷酸链以相反方向缠绕，依赖成对碱基的氢键连接，缠绕，依赖成对碱基的氢键连接，a at t、g g，其互补原则是，其互补原则是dnadna复制，转录，复制，转录，逆转录的分子基础。逆转录的分子基础。 一个一个dnadna上如有上如有n

4、n个核苷酸，其组个核苷酸，其组合几乎为无限：合几乎为无限：4 4n n( (人为人为4 43 310109 9) )，蕴藏，蕴藏大量遗传信息，现已了解，大量遗传信息，现已了解，mrnamrna上每上每三个相邻碱基构成一个密码子。三个相邻碱基构成一个密码子。 dna的双链形成的双链形成u c a g遗遗 传传 密密 码码 表表第一碱基第一碱基(5,)ucag第第 二二 碱碱 基基第三碱基（第三碱基（3，）ucagucagucagucag苯丙氨酸苯丙氨酸 丝氨酸丝氨酸 酪酪 氨氨 酸酸 半胱氨酸半胱氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸 丝氨酸丝氨酸 酪酪 氨氨 酸酸 半胱氨酸半胱氨酸亮亮 氨氨 酸酸 丝氨酸丝氨酸

5、 终止密码终止密码 终止密码终止密码亮亮 氨氨 酸酸 丝氨酸丝氨酸 终止密码终止密码 色色 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 组组 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 组组 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 精精 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 精精 氨氨 酸酸异亮氨酸异亮氨酸 苏氨酸苏氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 丝丝 氨氨 酸酸异亮氨酸异亮氨酸 苏氨酸苏氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 丝丝 氨氨 酸酸异亮氨酸异亮氨酸 苏氨酸苏氨酸 赖赖 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 *+合成起步信号

6、合成起步信号 苏氨酸苏氨酸 赖赖 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸 缬缬 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 甘甘 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 甘甘 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 谷谷 氨氨 酸酸 甘甘 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 谷谷 氨氨 酸酸 甘甘 氨氨 酸酸1.1.基因组基因组狭义：单倍体细胞中的全套染色体狭义：单倍体细胞中的全套染色体（人：（人：2222条常染色体条常染色体+x+x，y+y+线粒体线粒体dnadna）。）。 某物种单倍体细胞所具有的遗传信某物种单倍体细胞所具有的遗传信息的总和。息的总和。广义：一物种的全部遗

7、传物质及其携广义：一物种的全部遗传物质及其携带的遗传信息。带的遗传信息。二、染色体的分子组成二、染色体的分子组成 大小：从几大小：从几kbkb几个几个mbmb；结构特点：结构特点：1 1、非编码序列很少；、非编码序列很少；2 2、编码序列是连续的；、编码序列是连续的；3 3、多数编码序列以操作子的形式排列；、多数编码序列以操作子的形式排列；4 4、细菌染色体具有拟核结构；、细菌染色体具有拟核结构；5 5、从功能上可以把编码序列分为核心基、从功能上可以把编码序列分为核心基因组（因组（core genomecore genome）和附加成分。）和附加成分。2 2、原核生物基因组的基本结构、原核生物

8、基因组的基本结构核心基因组中的编码序列为细菌生活核心基因组中的编码序列为细菌生活周期所必须；周期所必须；附加成分是细菌基因组中一些与细菌附加成分是细菌基因组中一些与细菌生活周期没有关系的编码序列，主要生活周期没有关系的编码序列，主要有毒力岛有毒力岛（pathogenicity islandspathogenicity islands）、）、可移动成分等；可移动成分等；毒力岛：毒力岛： 近年来近年来,随着分子生物学研究的不断深入随着分子生物学研究的不断深入,在细菌学在细菌学领域出现了一些新的概念领域出现了一些新的概念,毒力岛毒力岛(pathogenicity island)为其中之一。为其中之一

9、。,一组编码细菌毒力相关基因的基因簇；一组编码细菌毒力相关基因的基因簇；分子质量比较大长度在分子质量比较大长度在20100 kb；两侧一般具有重复序列和插入元件两侧一般具有重复序列和插入元件,也可以没有；也可以没有；具有附加成分特点（非必需具有附加成分特点（非必需, gc含量，密码使用含量，密码使用频率，不稳定可移动）频率，不稳定可移动）基因产物多为分泌性蛋白或表面蛋白基因产物多为分泌性蛋白或表面蛋白.毒力岛具有以下特点毒力岛具有以下特点:1. 编码细菌毒力基因簇的一个相对分子质量较大的编码细菌毒力基因簇的一个相对分子质量较大的(20100kb左右左右)染色体染色体dna片段；片段；2.一些毒

10、力岛的两侧具有重复序列和插入元件一些毒力岛的两侧具有重复序列和插入元件, 但是也可以没有；但是也可以没有；3.毒力岛往往位于细菌染色体的毒力岛往往位于细菌染色体的trna基因位点内或附近基因位点内或附近, 或者位于与噬菌或者位于与噬菌体整合有关的位点；体整合有关的位点；4.毒力岛毒力岛dna片段的片段的g+c mol % 、密码使用和宿主细菌染色体有明显差、密码使用和宿主细菌染色体有明显差异，异， 有的比宿主细胞的有的比宿主细胞的g+c mol% 明显高，明显高， 有的明显低；有的明显低； 5.毒力岛编码的基因产物许多是分泌性蛋白和细胞表面蛋白毒力岛编码的基因产物许多是分泌性蛋白和细胞表面蛋白

11、, 如溶血素、菌如溶血素、菌毛和血红素结合因子，毛和血红素结合因子， 一些毒力岛编码细菌的分泌系统（如一些毒力岛编码细菌的分泌系统（如型分泌系型分泌系统）、信息传导系统和调节系统；统）、信息传导系统和调节系统； 6. 一种病原菌可以有一个或几个毒力岛；一种病原菌可以有一个或几个毒力岛； 7. 部分学者认为部分学者认为, 细菌的毒力岛应该包括位于噬菌体和质粒上的、与细菌细菌的毒力岛应该包括位于噬菌体和质粒上的、与细菌的毒力有关、其的毒力有关、其g+c百分比和密码使用与宿主细胞明显不同的百分比和密码使用与宿主细胞明显不同的dna片段；片段；8.毒力岛可能与新发现的病原性细菌有关毒力岛可能与新发现的

12、病原性细菌有关; 3 3、质粒、质粒染色体外遗传物质染色体外遗传物质双链双链dnadna分子，几分子，几kbkb几百几百kbkb；位置相对游离；位置相对游离；独立复制（松弛与严谨）；独立复制（松弛与严谨）；携带致育基因和耐药基因；携带致育基因和耐药基因；f f因子（接合性质因子（接合性质粒）粒）质粒的不相容性：在没有选择压力的情况下两质粒的不相容性：在没有选择压力的情况下两种质粒不能共存于同一个宿主细胞内的现象种质粒不能共存于同一个宿主细胞内的现象 断裂基因；断裂基因；主要由大量的非编码序列和少量主要由大量的非编码序列和少量的编码序列构成；的编码序列构成；存在多基因家族。存在多基因家族。含有多

13、种类型的重复序列；含有多种类型的重复序列；4、人类基因组的基本特点、人类基因组的基本特点人类基因组概况人类基因组概况最长的染色体最长的染色体2 2（240 mbp240 mbp）最短的染色体最短的染色体y y（19mbp19mbp）基因最多的染色体基因最多的染色体1 1（24532453）基因最少的染色体基因最少的染色体y y（104104）基因密度最大的染色体基因密度最大的染色体1919（23/mb23/mb）基因密度最小的染色体基因密度最小的染色体1313，y y（5/mb5/mb）重复序列含量最高的染色体重复序列含量最高的染色体1919（57%57%）重复序列含量最低的染色体重复序列含量

14、最低的染色体2 2，8 8，1010，1313，1818（36%36%） 每个基因组（每个基因组（genome)含含3.0109bp, 根据基因组根据基因组dnadna碱基排列顺序重复出现碱基排列顺序重复出现的的 程度不同，把基因组程度不同，把基因组dnadna序列分为序列分为单一序列，重复序列。单一序列，重复序列。基因组基因组dnadna单一序列单一序列（unique sequence）：）：重复序列重复序列（repetitive sequence）：）： 60%65%单拷贝或很少几次的序列单拷贝或很少几次的序列、由由8001000bp组成、结构基因组成、结构基因,一一个基因组中，约有个基因

15、组中，约有10万个结构基万个结构基因因(33.5万万) 30%以上。以上。 dna序列在基因组中有多个拷贝，可序列在基因组中有多个拷贝，可有几十份，几百份，甚至几十万份有几十份，几百份，甚至几十万份有有些重复序列与染色体结构有关，大多些重复序列与染色体结构有关，大多数生物学功能有待进一步研究。数生物学功能有待进一步研究。重复序列重复序列高度重复序列：高度重复序列：中度重复序列：中度重复序列： 由很短的碱基序列组成，由很短的碱基序列组成，长度长度2200bp，重复次数，重复次数106108。一般占一般占dna碱基对的碱基对的10%30%。由一些短的由一些短的dna序列呈串联重复序列呈串联重复排列

16、。排列。 在长度和拷贝数目上有很在长度和拷贝数目上有很大差别。重复次数大差别。重复次数10104,一般占一般占dna碱基对的碱基对的10%,有些中度重复序有些中度重复序列列dna具有编码功能具有编码功能;大多数无编大多数无编码功能，主要是一些分散重复码功能，主要是一些分散重复dna序列序列 .v高度重复序列高度重复序列卫星卫星dnadna 小卫星小卫星dnadna 微卫星微卫星dnadna 回文序列回文序列 卫星卫星dnadna 浮力密度浮力密度主带主带 卫星带卫星带1.701 1.6901.701 1.690吸光度吸光度卫星卫星dnadna小卫星小卫星dnadna指端粒指端粒dnadna和高

17、变小卫星和高变小卫星dnadna两种。两种。a.a.在染色体末端由在染色体末端由6bp6bp序列序列(ttaggg)(ttaggg)重复串重复串联组成的联组成的101015kbdna15kbdna序列称为端粒序列称为端粒dnadna。它是在端粒酶作用下加到染色体末端，它是在端粒酶作用下加到染色体末端，保持染色体的完整性。保持染色体的完整性。b.b.高变小卫星高变小卫星dnadna是由是由9 964bp64bp序列重复串序列重复串联组成的，每个小卫星区重复序列的拷联组成的，每个小卫星区重复序列的拷贝数是高度可变的，因此常用贝数是高度可变的，因此常用dnadna指纹技指纹技术作个体鉴定。术作个体鉴

18、定。 1231/2121122小鼠卫星小鼠卫星dna的的ecorii切割的电泳扫描图切割的电泳扫描图 微卫星微卫星dnadna微卫星微卫星dnadna重复单位序列最短，只有重复单位序列最短，只有1 15bp5bp，串联成簇长度，串联成簇长度5050100bp100bp的微的微卫星序列。卫星序列。人类基因组至少有人类基因组至少有3000030000个不同的微卫个不同的微卫星位点，具高度微卫星多态性，不同星位点，具高度微卫星多态性，不同个体间有明显差别，但在遗传上却是个体间有明显差别，但在遗传上却是高度保守的，因此可作为重要的遗传高度保守的，因此可作为重要的遗传标志，用于基因定位的连锁分析。标志，

19、用于基因定位的连锁分析。 回文序列回文序列是两个顺序相同的互补拷贝在同一条是两个顺序相同的互补拷贝在同一条dna链上反向排列而成的，形成链内链上反向排列而成的，形成链内碱基配对，形成发夹结构。碱基配对，形成发夹结构。5agaccaccagtacaacgttattgtactggaacaag33tctggtggtcatgttgcaataacatgaccttgttc5 t g tc attgtactgg aacaag3 a a c a t g a c c5 agaccag t c a a3tctggt g g t c a t g t t ttgttc5ccagtacaa短分散元件短分散元件(sine

20、s(sines) )：长度：长度300300500bp500bp，散在分，散在分布在基因组中，拷贝数目可达到布在基因组中，拷贝数目可达到10105 5以上，两个以上，两个片段间隔约片段间隔约1000bp1000bp的单拷贝序列的单拷贝序列. . 例如人类例如人类alualu家族，占人类基因组的家族，占人类基因组的3 36 6，由，由300bp300bp构成，构成，在第在第170170位附近都位附近都agctagct顺序，可被内切酶顺序，可被内切酶alualu。重复达重复达30307070万次，平均万次，平均4kbdna4kbdna就有一个就有一个alualu顺顺序。序。长分散元件长分散元件(l

21、ines(lines) )：长度：长度100010007000bp7000bp，重复，重复次数为次数为101010104 4, ,重复序列之间间隔重复序列之间间隔10-30bp10-30bp单拷单拷贝序列。在人类基因组可重复几十次串联在一贝序列。在人类基因组可重复几十次串联在一起形成基因簇有称串联重复基因起形成基因簇有称串联重复基因, ,如如kpnikpni家族。家族。v中度重复序列中度重复序列人类基因组中的散布重复序列人类基因组中的散布重复序列多基因家族多基因家族( (multigeng family) ) 一个祖先基因一个祖先基因(ancestral gene)(ancestral gen

22、e)经过重复和经过重复和变异所形成的一组基因。基因家族也就是变异所形成的一组基因。基因家族也就是称为基因家族。称为基因家族。一类是一个基因的多次拷贝成簇排列一类是一个基因的多次拷贝成簇排列在同一条染色体上，形成一个基因簇在同一条染色体上，形成一个基因簇（gene clustergene cluster） ；另一类是一个多基因家族中的不同成另一类是一个多基因家族中的不同成员成簇分布于几条不同的染色体上，员成簇分布于几条不同的染色体上，这些成员的序列虽然有些不同，但是这些成员的序列虽然有些不同，但是编码一组关系密切的蛋白质。编码一组关系密切的蛋白质。直向同源直向同源（ortholog): :不同物

23、种，甚不同物种，甚 至真核生物与原核生物之至真核生物与原核生物之 间。结构相似、功能相关间。结构相似、功能相关 的基因，起源于同一祖先。的基因，起源于同一祖先。横向同源横向同源（paralog): :同一生物体内。同一生物体内。 结构相似、功能相关的基结构相似、功能相关的基 因，源于基因的复制因，源于基因的复制 。假基因假基因 在多基因家族中，某些成员不产生有功在多基因家族中，某些成员不产生有功能的基因产物，这类基因成为假基因。能的基因产物，这类基因成为假基因。假基因的核苷酸顺序与相应的活性基因假基因的核苷酸顺序与相应的活性基因极为相似，但不能表达，不具有正常功极为相似，但不能表达，不具有正常

24、功能。能。它们与有功能的基因有同源性，起初可它们与有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的基因，以后由于发生突变，能是有功能的基因，以后由于发生突变，失去了活性，变成了无功能的基因。失去了活性，变成了无功能的基因。 gc框：调节转录的活动。框：调节转录的活动。caat框框增强子增强子尾部区尾部区第二节第二节 真核基因的分子结构真核基因的分子结构人类人类 珠蛋白基因结构图珠蛋白基因结构图内含子内含子1（i1）内含子内含子2（i2）外显子外显子 3（e3）105 146外显子外显子 2 （e2）31 1045 3 转录起始点转录起始点 tata框框rna聚合酶结合聚合酶结合决定转录起始点决定转录起

25、始点caat框框rna聚合酶结合聚合酶结合控制转录频率控制转录频率外显子外显子 1 （e1）1 30aataaa 回文顺序回文顺序 结构基因结构基因编编 码码 区区非编码区非编码区调调 控控 区区外显子：具有编码意义外显子：具有编码意义内含子：无编码意义（内含子：无编码意义（ 5gt、 3ag； gt -ag法则）法则）前导区前导区启动子启动子终止子终止子tata框框mrna裂解信号裂解信号(aataaa)回文结构回文结构gc框框 gc框框 转录终止信号转录终止信号5agaccaccagtacaacgttattgtactggaacaag33tctggtggtcatgttgcaataacatga

26、ccttgttc53agaccaccaguacaacguuauuguacuggaacaag5 u g uc auuguacugg aacaag5 a a c a u g a c c3 agacca第 三 节第 三 节 d n ad n a 的 复 制的 复 制 dna dna复制复制(replication ): dna(replication ): dna分子合分子合成一个与自己相同的成一个与自己相同的dnadna分子的过程。其结分子的过程。其结果果dnadna含量增加一倍。含量增加一倍。t ta aa at tg gc cc cg gt ta aa-ta-ta-ta-ta at tc cg

27、 gg gc cg gc ca-ta-tt t a at t a aa a t t c c g gg g c ct t a at t a aaaaac cg gc cttttgcgcg g一一. .半保留复制（半保留复制（semi-conservative replication) ) 解旋解旋2 2条单链条单链c c g gg g c ca a t ta a t taaaac cg gc cttttgcgcg g 分别以分别以2 2条单链为模板按碱条单链为模板按碱基配对原则形成与亲代基配对原则形成与亲代dnadna分子分子相同的两条子链。每条相同的两条子链。每条子链中一条多核苷酸链是亲子链中

28、一条多核苷酸链是亲代代dnadna分子即模板链，另一分子即模板链，另一条是互补合成的。条是互补合成的。a at tg gc ca aa aa a-t-ta-a-t ta at tc cg gc cg gg gc cg gc ca at tt tt ta at tg gc cc cg ga-a-t ta a-t-ta at tc cg gg gc cg gc ca a -t-ta at tg gc ct ta ac cg gt ta aa-ta-ta-ta-ta at tc cg gg gc cg-cg-c二二. dna. dna复制的过程复制的过程复制起点、方式和方向复制起点、方式和方向复制起

29、点（复制起点（origin oriorigin ori或或 o o 复制原复制原点）复制开始处点）复制开始处dnadna分子的特定位置分子的特定位置 原核生物（原核生物（prokaryoteprokaryote）：单复制起点即）：单复制起点即整个染色体只有一个复制单位整个染色体只有一个复制单位 复制子（复制子（repliconreplicon）；）；又称复制单位又称复制单位 或复制元或复制元 真核生物（真核生物（eukaryoteeukaryote）: :多复制起点多复制起点即一个即一个genomegenome中有多个复制单位中有多个复制单位dnadna中含有一定复制起点和复制终点的复制单位中

30、含有一定复制起点和复制终点的复制单位1.31.3万万9090万不等万不等5 3 5 3 复制起始点复制起始点复制体（复制体（replisomereplisome）复制叉处的许多酶）复制叉处的许多酶和蛋白组成的复合体，协同动作合成和蛋白组成的复合体，协同动作合成dnadna复制叉复制叉 富含富含at “at “呼吸作用呼吸作用”十分明显十分明显, ,许多酶的结许多酶的结合位点合位点, , 发夹结构也有同样作用发夹结构也有同样作用 300bp300bp真核生物的复制原点真核生物的复制原点at rich 复制眼（复制眼（replication eyereplication eye）：电子显微）：电子

31、显微镜下观察正在复制的镜下观察正在复制的dnadna，复制的区域形如一只，复制的区域形如一只眼睛眼睛5 3 5 3 5 3 5 3 复制起始点复制起始点复制叉复制叉先导链先导链后导链（延迟链）后导链（延迟链）rna引物引物岗崎片段岗崎片段复制方式复制方式三三.dna.dna复制所需的引物、酶和某些蛋白复制所需的引物、酶和某些蛋白dnadna复制所需的引物复制所需的引物rnarna引物：长度一般为引物：长度一般为4 41212个核苷酸。引物的出个核苷酸。引物的出现可能提高现可能提高dnadna复制的无差错性。复制的无差错性。(1)(1)、引发酶和引发体：引发酶作用：催化、引发酶和引发体：引发酶作

32、用：催化rnarna引物的合成。引发酶催化前要与多种蛋引物的合成。引发酶催化前要与多种蛋白质结合共同构成一个复合体白质结合共同构成一个复合体引发体。引发体。引发体有三种蛋白质引发体有三种蛋白质dnaadnaadnabdnabdnacdnacdnadna复制所需的酶和蛋白质复制所需的酶和蛋白质dnadna复制简单起始过程复制简单起始过程 a a、涉及主要酶系：、涉及主要酶系： dnaadnaa、rnapolrnapol是必不可少的，此外涉及到是必不可少的，此外涉及到 dnabdnab（解旋酶）、（解旋酶）、dnacdnac、huhu、gyrasegyrase、sbsb、 dnagdnag、top

33、top和和 dnapoldnapol 全酶全酶简单步骤：简单步骤：* * 转录激活转录激活* * dnaa dnaa 识别并结合复制起点，识别并结合复制起点，dnabdnabdnacdnac六聚体六聚体与与oricoric 形成预引发体形成预引发体* * dnagdnag加入形成引发体（加入形成引发体（oricoric引发体），合成引引发体），合成引物物rnarna* * 引物合成后，引物合成后，dnapoldnapol 组装到引发的组装到引发的rnarna上，完上，完成复制体的组装成复制体的组装dna双链双链大肠杆菌大肠杆菌dnadna复制的起始复制的起始atp. dnaa300c300c

34、atp300c dnab dnac atp200c(2)(2)、dnadna聚合酶：作用是将脱氧核苷酸连接聚合酶：作用是将脱氧核苷酸连接成成dnadna。聚合反应：聚合反应： 底物底物dntpdntppoly(poly(核苷酸核苷酸)n)n3 3 -oh -oh dntpdntp poly(poly(核苷酸核苷酸)n+1)n+13 3 -oh -oh 2pi2pidnadna聚合酶活性条件模板、引物聚合酶活性条件模板、引物大肠杆菌大肠杆菌 聚合聚合酶酶dnadnadnadna聚合酶聚合酶i idnadna聚合酶聚合酶iiiidnadna聚合酶聚合酶iiiiii：将岗崎片段：将岗崎片段5 5 端

35、上的端上的rnarna引物切除。此外对引物切除。此外对dnadna复制复制起校正作用，并在起校正作用，并在dnadna损伤损伤修复中也起重要作用。修复中也起重要作用。：作用机制不详。：作用机制不详。：dnadna复制所必须的酶，复制所必须的酶， dnadna链的延长，作用除与链的延长，作用除与dnadna聚合酶聚合酶 i i有类似作用有类似作用外，还有一些其它独特的外，还有一些其它独特的机能。机能。dnadna复制校正作用复制校正作用免错机制免错机制改错机制（失配修复机制）改错机制（失配修复机制） 免错机制免错机制: :的代表是与的代表是与dnadna聚合酶连接的核聚合酶连接的核酸外切校对酶。

36、酸外切校对酶。dnadna复制时首先复制时首先dnadna聚合酶进行聚合酶进行“核苷酸选择核苷酸选择”，但并非，但并非100100选择正确，有选择正确，有十万分之一选择错误，核酸外切校对酶可清除十万分之一选择错误，核酸外切校对酶可清除选择错误的核苷酸。如果还有错误级既使用改选择错误的核苷酸。如果还有错误级既使用改错机制。错机制。 改错机制（失配修复机制）：在新合成的改错机制（失配修复机制）：在新合成的核苷酸中找出错配的核苷酸并将其清除。核苷酸中找出错配的核苷酸并将其清除。哺乳动物哺乳动物 聚合酶聚合酶dnadnadnadna聚合酶聚合酶 dnadna聚合酶聚合酶 dnadna聚合酶聚合酶 dn

37、adna聚合酶聚合酶 dnadna聚合酶聚合酶 ：dnadna复制时所需要的酶。复制时所需要的酶。： dnadna损伤修复时起作用。损伤修复时起作用。：存在线粒体，线粒体：存在线粒体，线粒体dnadna复制复制起作用。起作用。：作用机制不详。：作用机制不详。 在复制的在复制的dnadna链中如何辨别亲本链和新合链中如何辨别亲本链和新合成的链。亲本链顺序上甲基化程度较高，新合成的链。亲本链顺序上甲基化程度较高，新合成顺序则无。成顺序则无。延伸过程延伸过程 进入的标志：进入的标志：dnapoldnapol 把第一个核苷把第一个核苷酸加到引物的酸加到引物的3 3 ohoh端端后随链合成的起始（前体片

38、段的起始）后随链合成的起始（前体片段的起始） 后随链的第一个冈崎片段起始于后随链的第一个冈崎片段起始于 先导链进入延伸之后先导链进入延伸之后 x174 phagex174 phage后随链的起始后随链的起始 （负链合成、不连续合成）（负链合成、不连续合成）(3)(3)、dnadna连接酶连接酶: :能催化一段能催化一段dnadna链的链的5 5 磷酸根与另一段磷酸根与另一段dnadna的的3 3 ohoh形成磷酸二酯形成磷酸二酯键，使两段键，使两段dnadna连接起来。此外，在连接起来。此外，在dnadna修复中亦起重要作用。修复中亦起重要作用。(4)(4)、dnadna解链酶：解开解链酶：解

39、开dnadna双链。解链时双链。解链时需需atpatp供能。供能。(5)(5)、单链、单链dnadna结合蛋白（结合蛋白（ssbssb）: :与被解与被解开的开的dnadna单链结合，使其不再缠结而便单链结合，使其不再缠结而便于作模板于作模板去螺旋稳定蛋白（去螺旋稳定蛋白（hdp)hdp)。与复制有关的另外两种酶与复制有关的另外两种酶拓扑异构酶拓扑异构酶端粒酶（端粒末端转移酶）端粒酶（端粒末端转移酶）拓扑异构酶拓扑异构酶i i拓扑异构酶拓扑异构酶iiii：切断：切断dnadna双链中的一双链中的一股股, ,使使dnadna解链旋转时不解链旋转时不致缠结，待张力解除后致缠结，待张力解除后又把切口

40、封闭。又把切口封闭。：稳定螺旋结构；当：稳定螺旋结构；当复制完毕时，使着丝复制完毕时，使着丝粒处连锁着的两个粒处连锁着的两个dnadna分子分离。分子分离。：保证真核细胞内线：保证真核细胞内线性性dnadna的复制进行得的复制进行得彻底和完善。彻底和完善。5 3 3 5 大肠杆菌大肠杆菌 复制叉中各种酶和蛋白质的作用模型复制叉中各种酶和蛋白质的作用模型dna解链酶解链酶解链酶解链酶3 5 解链酶解链酶3 5 引发体引发体引发酶引发酶ssbssbssbssbrna引物聚合酶聚合酶ii3 5 聚合酶聚合酶ii解链酶解链酶3 5 聚合酶聚合酶ii3 ssbssbssbssb5 rna引物引发体引发体

41、引发酶引发酶rna引物ssbssbssbssb聚合酶聚合酶iidna聚合酶聚合酶i和连接酶和连接酶复制终止复制终止1 1、环形、环形dnadna复制的终止复制的终止a a、终止序列、终止序列 e.coli 有两个终止区域，分别结合专一有两个终止区域，分别结合专一性的终止蛋白性的终止蛋白序列一：序列一：tere terd teratere terd tera序列二：序列二：terf terb tercterf terb terc每个区域只对一个方向的复制叉起作用每个区域只对一个方向的复制叉起作用 b b、专一性终止蛋白、专一性终止蛋白 e.coli 中由中由tus gene 编码编码（termi

42、nus utilization substance） 通过抑制通过抑制dnadna螺旋酶而发挥终止作用螺旋酶而发挥终止作用, ,每次复每次复制时只使用一个终止位点制时只使用一个终止位点ter 线性线性dnadna的末端复制的问题的末端复制的问题? ? 环状环状dnadna复制是否存在这样的问题复制是否存在这样的问题, ,为什么为什么? ?线状线状dnadna的复制的复制55末端短缩的解决模式末端短缩的解决模式a a、从开始就采取环化的形式、从开始就采取环化的形式 噬菌体噬菌体b b、象、象t7t7噬菌体一样采取连环分子的形式利噬菌体一样采取连环分子的形式利用自身线性用自身线性dnadna末端的

43、重复序列通过末末端的重复序列通过末端互补形成连环分子端互补形成连环分子c c、最直接的办法引入蛋白质直接从末、最直接的办法引入蛋白质直接从末端起始复制如腺病毒端起始复制如腺病毒2 2、phagephage2929、脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒d d、痘病病毒的末端由发夹结构连接复制完、痘病病毒的末端由发夹结构连接复制完成后错切连接成后错切连接?二聚体二聚体3-ohatcgtagcatcgtagc3-oht7噬噬菌菌体体的的末末端端复复制制专一性核专一性核酸内切酶酸内切酶 腺病毒（腺病毒（adnovirus-2） dna的复制的复制 35937 bp tp c g ir 103-162 ir ;

44、 ir ; 包括包括 50bp50bp的复制原点、富含的复制原点、富含a/ta/t、有一个高、有一个高 度保守的度保守的g gc c对对ptpptp ; ; 末端蛋白的前体末端蛋白的前体 80 kd tp 55 kdssb ; ssb ; 单链单链dnadna结合蛋白结合蛋白 72 kd ad2 dna polymerase ; ad2 dna polymerase ; 140 kd 复制起始复合体复制起始复合体 引发复制引发复制 （不需引物）（不需引物） 避免避免5-end shortent ptp-ser-dcmp cg 过程过程 ssb + atp dna 末端解链末端解链 tp ptp

45、-ser + dctp ptp-ser-dcmp 3 oh腺病毒腺病毒 dna dna 复制起始复制起始girir长的发长的发夹结构夹结构 痘病病毒末端复制的解决方式痘病病毒末端复制的解决方式真核生物染色体真核生物染色体 dnadna末端补齐模式末端补齐模式 (1) 端粒端粒dna (telomer(telomer) ) ttgggg(t2g4)序列高度重复的末端序列高度重复的末端 5 ttggggttggggttggggttgggg 3 (富含富含 g 链链) 3 aacccc aacccc aacccc 5 (富含富含 c 链链) 端粒酶端粒酶（ telomerase）四膜虫：四膜虫：te

46、lomerase 将将t t2 2g g4 4 末端重复延伸末端重复延伸 游扑虫：游扑虫：telomerase = rna caaaacccc链链 + + 末端末端结合蛋白结合蛋白 （tbptbp）端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶a a、核蛋白、核蛋白（ ribonucleoprotein rnp）b b、含约长、含约长150nt150nt的的rnarna，其中含，其中含 1 15 5 拷贝拷贝的的cxaycxay重复序列，是合成端粒重复序列，是合成端粒t t2 2g g4 4的模板的模板c c、延长的、延长的3-t3-t2 2g g4 4端（端（一段一段cdnacdna）作为）作为5-5-端端d

47、nadna合成的模板合成的模板补齐过程补齐过程 通过通过tgtg链的回折形链的回折形成发夹结构（成发夹结构（g gg g氢氢键）尺蠖模键）尺蠖模型型实现端粒酶位实现端粒酶位置的调整置的调整 g g hoogsteen 氢键氢键 三螺旋三螺旋dna g链链 t2g4-ttgggg ttggggttggggttggggttgggg c链链-a2c4- g链链 t2g4-ttgggg t t g g g g t t gc链链-a2c4- aaccccaa g g g g t tgggprimaseaaccccaaccccaaccccaaccccaacccdna polorg链链 t2g4-ttggg

48、g ttggggttggggttggggttgggg c链链-a2c4- 人体细胞通过监测失去的端粒的重复数而计数人体细胞通过监测失去的端粒的重复数而计数细胞分裂次数，当端粒长度下降到细胞分裂次数，当端粒长度下降到某一临界值某一临界值时，细胞终止分裂衰老、死亡时，细胞终止分裂衰老、死亡“多莉多莉”的衰老的衰老研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命 xx xy why?xx xy why?研究推测端粒酶与肿瘤的关系研究推测端粒酶与肿瘤的关系复制忠实性的保证复制忠实性的保证1 1、dnapoldnapol的的3355外切酶活性外切酶活性 2 2、dnapoldnapo

49、l只能从引物的只能从引物的33 端延伸端延伸dnadna（需要需要rnarna引物引物） a a、碱基配对协同性导致最初几个碱基、碱基配对协同性导致最初几个碱基错配率高，且不易校正错配率高，且不易校正 b b、rnarna引物最终被降解而避免错误引物最终被降解而避免错误3 3、后随链的不连续合成、后随链的不连续合成: :因其有利于错因其有利于错配碱基的校正配碱基的校正 第四节第四节 dnadna分子中信息的表达分子中信息的表达 基因表达基因表达: :是指生物体基因组种结构基是指生物体基因组种结构基因所携带的遗传信息经过转录及翻译等一因所携带的遗传信息经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质

50、，进而发挥系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定生物学功能的全过程。其特定生物学功能的全过程。v基因表达产物基因表达产物: :各种各种rna(trnarna(trna、mrnamrna和和rrnarrna) )以及蛋白质、多肽。以及蛋白质、多肽。 一、转录一、转录 转录转录 ：指：指dnadna合成合成rnarna的过程的过程（ dna dna 分子的分子的3 35 5 为模板链也叫反编为模板链也叫反编码链；码链；5 5 3 3 链叫编码链）。链叫编码链）。dnadna复制复制转录转录rnarna翻译翻译蛋白质蛋白质逆转录逆转录转录产物转录产物信息信息rna(mrnarna(mrna) )

51、转运转运rna(trnarna(trna) )核糖体核糖体rna(rrnarna(rrna) )核仁以外的核仁以外的常染色质转常染色质转录的。录的。核仁内的常染核仁内的常染色质转录的。色质转录的。转录的阶段转录的阶段粗转录阶段粗转录阶段加工阶段加工阶段内含子内含子1（i1）内含子内含子2（i2）外显子外显子 3（e3）105 146外显子外显子 2 （e2）31 1045 3 tata框框rna聚合酶结合聚合酶结合决定转录起始点决定转录起始点caat框框rna聚合酶结合聚合酶结合控制转录频率控制转录频率外显子外显子 1 （e1）1 30aataaa 回文顺序回文顺序 内含子内含子1（i1）内含

52、子内含子2（i2）外显子外显子 3（e3）105 146外显子外显子 2 （e2）31 1045 3 外显子外显子 1 （e1）1 30aataaa 回文顺序回文顺序 内含子内含子1（i1）内含子内含子2（i2） 内含子内含子1（i1）内含子内含子2（i2） 内含子内含子1（i1）内含子内含子2（i2） 5 3 外显子外显子 3（e3）105 146外显子外显子 2 （e2）31 104外显子外显子 1 （e1）1 30aataaa回文顺序回文顺序 外显子外显子 3（e3）105 146外显子外显子 2 （e2）31 1045 3 外显子外显子 1 （e1）1 30aataaaaaaaaaaa

53、aaaaamgmgdna转录转录剪剪接接带带帽帽加加尾尾成熟的成熟的mrna hnrna加工加工 ( (一一) )剪接：剪接： 细胞核内小细胞核内小rnarna长约长约250250个核个核苷酸，是所有真核，高度保守的成分，苷酸，是所有真核，高度保守的成分，因富含因富含u u，称，称u u族族rnarna，已知有，已知有u u1 1、u u2 2、u u3 3、u u4 4、u u5 5、u u6 6数种，这些，数种，这些，snrnasnrna与约十种与约十种prpr，结，结合形成合形成snrnpsnrnp，其通过，其通过rnarnarnarna互补，可识互补，可识别内含子中别内含子中rnarn

54、a的特定序列，各种的特定序列，各种snrnpsnrnp在在剪接过程中，形成剪接体，使内含子被切剪接过程中，形成剪接体，使内含子被切掉。掉。uacugace11 30age231 104g uu1/ u23 e231 104i1guuacugacage11 305 u1 u2 u3uacugaagg uce231 104e11 30uacugae11 30age231 104g uc2 2、切除内含子、内含子、切除内含子、内含子55端的外显子和端的外显子和33端的外显子连接起端的外显子连接起来，内含子来，内含子33端剪接部位断裂，将内含子形成的套索式结构切端剪接部位断裂，将内含子形成的套索式结构

55、切掉。掉。1 1、在内含子、在内含子33端端uacugacuacugac中第中第6 6位的位的a a攻击剪接部位，使之断裂，攻击剪接部位，使之断裂，内含子内含子55端端g g断裂后折回，与内含子断裂后折回，与内含子3 3端第端第6 6位位a a经经5522磷酸二磷酸二酯键相连接。酯键相连接。5 5首先，首先，rna5rna5端起始核苷酸的端起始核苷酸的p p与鸟苷三与鸟苷三磷酸形成磷酸形成5 5 5 5 键。键。然后，在乌苷酸然后，在乌苷酸7 7位位n n上甲基化，完成戴帽上甲基化，完成戴帽( (帽帽o)o)在真核生物中、下一个的在真核生物中、下一个的2 2 0 0位甲基位甲基化，形成帽化，形

56、成帽1 1。(二二)戴帽：戴帽：戴帽作用：戴帽作用： (1)(1)戴帽可有效地封闭戴帽可有效地封闭rna5rna5 末端，末端，使它不再接核苷酸。使它不再接核苷酸。 (2)(2)同时可保护同时可保护5 5 末端，使其不受砼酸末端，使其不受砼酸酶和核酸酶的消化作用，从而增加其稳酶和核酸酶的消化作用，从而增加其稳定性。定性。 (3)(3)帽还能被核糖体小亚基识别，促帽还能被核糖体小亚基识别，促使使mrnamrna与核糖体结合。与核糖体结合。( (三三) )加尾：加尾： 在戴帽同时，在戴帽同时，33端在在腺苷酸聚合酶作端在在腺苷酸聚合酶作用下加接一连串用下加接一连串polyapolya，成尾，这过程

57、称多聚，成尾，这过程称多聚腺苷酸化反应。腺苷酸化反应。 多聚腺苷酸化是在多聚腺苷酸化是在aavaaaaavaaa下游开始的，但下游开始的，但在加尾前，需修建在加尾前，需修建33末端，水解掉末端，水解掉10101515个个核苷酸后，再加核苷酸后，再加100100200200个个a a。作用：作用： 可能是使得可能是使得mrna3mrna3末端稳定，不受末端稳定，不受酶的破坏，并可促使酶的破坏，并可促使mrnamrna由核运转到质中。由核运转到质中。二、二、翻译翻译组成性与诱导性组成性与诱导性组成性基因始终表达的基因，如能量代谢；组成性基因始终表达的基因，如能量代谢；诱导性基因诱导表达的基因，如细

58、胞因子诱导性基因诱导表达的基因，如细胞因子正调控和负调控正调控和负调控阻遏：基因表达受到抑制的过程和状态；脱阻阻遏：基因表达受到抑制的过程和状态；脱阻遏被阻遏的基因重新表达。遏被阻遏的基因重新表达。静息：基因长期不表达的状态。静息：基因长期不表达的状态。调控的水平调控的水平转录前，转录水平，转录后转录前，转录水平，转录后第五节第五节 基因的调控基因的调控v基因表达的特异性基因表达的特异性（一）时间特异性（一）时间特异性 往往与细胞或个体的特定分化、发育阶段往往与细胞或个体的特定分化、发育阶段相适应，又称阶段特异性。相适应，又称阶段特异性。（二）空间特异性（二）空间特异性 由细胞在各组织器官的分

59、布差异所决定的，由细胞在各组织器官的分布差异所决定的，故又称为细胞特异性或组织特异性。故又称为细胞特异性或组织特异性。v基因表达的方式基因表达的方式（一）组成性表达（一）组成性表达 管家基因管家基因: :生命全过程都是必需的、且在一生命全过程都是必需的、且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。 组成性基因表达组成性基因表达: :管家基因较少受环境因素管家基因较少受环境因素的影响，在个体发育的任一阶段都能在大多数的影响，在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续表达。细胞中持续表达。诱导表达：特定环境信号刺激下，诱导表达：特定环境信号刺激下，基因

60、表现为开放或增强，表达产基因表现为开放或增强，表达产物增加。物增加。阻遏表达：在特定环境信号刺激阻遏表达：在特定环境信号刺激下，基因被抑制，从而使表达产下，基因被抑制，从而使表达产物减少。物减少。协调表达：在一定机制控制下，协调表达：在一定机制控制下，功能相关的一组基因，协调一致，共同功能相关的一组基因，协调一致，共同表达。表达。一、原核细胞的基因表达调控一、原核细胞的基因表达调控 负调节负调节: :负调节蛋白（阻遏物）将基负调节蛋白（阻遏物）将基因关闭，使其不能转录的调节方式。因关闭，使其不能转录的调节方式。大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子lacz（ 半乳糖苷酶）半乳糖苷酶）3510bp