生物化学 第10章 遗传信息的传递

遗传信息的传递

基因（gene）

DNA分子上为生物活性物质编码的功能片段中心法则（centraldogma）遗传信息传递方向的规律第1节DNA的生物合成

DNA的复制、反转录、修复在新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代，而另一条链则是新合成的产物，这种复制方式称为半保留复制

一、DNA的复制（一）DNA复制的方式半保留复制

semiconservativereplication

AGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC亲代子代（二）参与DNA复制的物质模板亲代DNA的两条单链底物

dATP

、dGTP

、dCTP

、dTTPDNA聚合酶解旋、解链酶类引物酶DNA连接酶解旋、解链酶类解链酶(helicase)解开DNA双链中氢键，消耗ATP单链DNA结合蛋白（single-strandedDNA-bindingprotein）与DNA单链结合，维持复制中模板的单链状态防止核酸酶对DNA单链进行水解，保护单链完整拓扑异构酶（topoisomerase)复制前：松弛DNA超螺旋，克服扭结现象复制后：形成超螺旋（需ATP供能）引物酶(primase)DNA复制时需要合成一小段RNA作为引物（primer)引物酶催化合成引物合成原料：ATP、GTP、CTP、UTP合成方向5’→3’DNA聚合酶（DNApolymerase)DNA聚合酶的作用特点：按碱基互补规律，以5/→3/方向延伸DNA链原核DNA聚合酶①polⅠ：3′→5′外切酶活性，参与DNA修复校正5′→3′外切酶、聚合酶活性，②polⅡ：功能尚不清楚，聚合酶Ⅰ、III缺失时暂时起作用③polⅢ：复制时起主要作用的酶具3/-5/核酸外切酶活性，校正作用真核DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε五种5′→3′聚合活性α兼有引物酶的作用DNA连接酶(DNAligase)连接DNA的3’-OH和另一DNA链的5’-磷酸形成3/，5/-磷酸二酯键（三）DNA的复制过程1、起始阶段形成复制叉引物酶催化合成RNA引物DNA复制示意图拓扑异构酶解链酶5/3/3’5’5’单链DNA结合蛋白引物酶RNA引物5’3’3’（三）DNA的复制过程2、延长阶段A--T、G--C碱基配对规则领头链和随从链冈崎片段DNA复制示意图拓扑异构酶解链酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶Ⅲ单链DNA结合蛋白DNA聚合酶Ⅰ领头链随从链DNA连接酶冈崎片段引物酶RNA引物（三）DNA的复制过程3、终止阶段水解引物DNA连接酶连接缺口二、反转录(reversetranscription)概念：以RNA为模板合成DNA的过程酶：反转录酶

以RNA为模板合成DNA

水解RNA-DNA杂交链以DNA为模板合成DNA反转录酶----------------------------------------RNaseH----------------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------cDNA整合入宿主细胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA

杂交体cDNA双股cDNA宿主细胞DNA分子整合了cDNA的宿主细胞DNA分子反转录酶意义：扩充了中心法则基因工程重要的工具酶反转录过程三、DNA的修复合成

（一）DNA损伤的类型点突变(pointmutation)（碱基错配）转换(transition)：AG或CT

颠换(transversion)：嘌呤碱嘧啶碱移码突变(frameshiftmutation)缺失或插入1个或几个核苷酸二聚体形成（二）DNA损伤的修复光修复切除修复重组修复SOS修复光修复紫外辐射DNA链上两个胸腺嘧啶残基间形成二聚体光修复酶切除修复

主要修复方式核酸内切酶DNApolⅠ，DNAligase重组修复

见于DNA损伤

范围较大时第2节

RNA的生物合成转录

生物体以DNA为模板合成RNA的过程一、参与转录的主要物质模板底物RNA聚合酶终止因子转录模板转录的模板：某条DNA单链中的某一区段模板链：DNA双链中被转录的那条链编码链：与模板链对应的另一条链DNA5´……GGAGTACATGTC…3´（编码链，+,）

3´……CCTCATGTACAG…5´（模板链，-，）↓（转录）5´……GGAGUACAUGUC……3´

mRNA

↓（翻译）

N……Ala…Val…His…Val…C多肽

5/3/3/5/不对称转录：

1、DNA分子上只有一条链可转录2、模板链并非永远在同一条单链上RNA合成方向：5/→3/不对称转录（asymmetrictranscription）底物RNA聚合酶的底物（RNA合成的原料）：

ATP、GTP、CTP、UTPRNA聚合酶全酶=核心酶+σ因子二、转录过程转录起始2、转录延长3、转录终止（原核生物）②催化形成第一个3/，5/-磷酸二酯键（第一个核苷酸总是GTP或ATP）①σ因子识别、结合启动子-10核苷酸——TATAAT（Pribnow盒）富含AT-35核苷酸——TTGACA启动子转录起始(transcriptioninitiation)核心酶催化按碱基互补配对（A-UT-AC-G）原则沿5/-3/方向延伸RNA链2、转录延长(transcriptionelongation)终止不依赖ρ因子的终止依赖ρ因子的终止terminator3、转录终止（transcriptiontermination）不依赖ρ因子的终止1、GC丰富，重复序列2、形成发夹样结构依赖ρ因子的终止三、转录后的加工转录过程中的5/端加帽与3/端加尾的修饰5’端加帽7-甲基鸟苷三磷酸

3’端加尾多聚腺苷酸非均一核RNA（hnRNA）

：转录生成的初级mRNAhnRNA的拼接

切除内含子(intron)，拼接外显子(exon)非编码序列编码序列（一）mRNA转录后的加工（二）tRNA转录后的加工1、剪切2、碱基的化学修饰3、添加氨基酸臂（3’端CCA-OH）（三）rRNA前体的加工

DNA和RNA生物合成的比较

复制转录模板

DNA两条链模板链原料

dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物双链DNAmRNAtRNArRNA配对A-TG-CA-UT-AG-C第3节

蛋白质的生物合成翻译

生物体以mRNA为模板合成蛋白质的过程一、参与蛋白质生物合成的物质RNA(mRNAtRNArRNA）原料：氨基酸酶其他因子（蛋白质因子、ATP和GTP、无机离子）

1、mRNA——翻译的直接模板CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-（一）RNAmRNA分子上沿5/-3/方向，每三个连续的核苷酸组成一个三联体，称密码子或遗传密码共有64种

61种编码20种氨基酸起始密码：AUG

编码甲硫氨酸3种UAA、UAG、UGA终止密码

遗传密码：遗传密码表第一碱基（5/-端）第二碱基第三碱基（3/-端）终止终止**在mRNA起始部位的AUG为起始信号简并性方向性摆动性通用性连续性遗传密码的特点多种密码子编码同一种氨基酸同义密码第1、2位第3位决定密码的特异性摆动方向性：5/——3/摆动性：密码子的第3位和反密码子的第1位不严格互补通用性：适用于所有物种连续性：各密码子连续无中断简并性：摆动性沿5/-3/方向连续阅读插入碱基缺失碱基移码突变连续性：2、tRNA——转运氨基酸的工具Ser5’Tyr5’密码子与反密码子的配对反密码子识别密码子（tRNA）（mRNA）3、核糖体——蛋白质合成的场所rRNA+蛋白质核糖体（核蛋白体）大亚基小亚基小亚基结合mRNAS-D序列5’3’小亚基大亚基P位：结合肽酰-tRNA的部位A位：结合氨基酰-tRNA的部位E位：卸载tRNA的排出部位（二）蛋白质合成的重要酶类氨基酰-tRNA合成酶转肽酶转位酶（三）其他因子其他蛋白质因子：起始因子（IF）延长因子（EF）释放因子（RF）Mg2+、K+等无机离子。能源物质二、蛋白质生物合成的过程mRNA中碱基的排列顺序蛋白质中的氨基酸的排列顺序翻译起始延长终止进位成肽转位

（一）氨基酸的活化氨基酸+ATP+tRNA氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA+AMP+PPi（二）核糖体循环——起始阶段起始复合体大亚基mRNA甲酰甲硫氨酰-tRNA小亚基IF-1，2，3GTP（二）核糖体循环——延长阶段进位成肽转位1、延长因子（EF）、转肽酶、转位酶2、GTP条件：过程：进位

延伸因子（EF）催化

GTP供能成肽转肽酶催化转位转位酶催化（二）核糖体循环——终止阶段A位上出现终止密码（UAA、UAG、UGA），在释放因子（RF）、GTP及转肽酶作用下，多肽链水解（三）蛋白质生物合成后的加工肽链N-端(甲酰甲硫氨酸)的切除个别氨基酸的化学修饰羟基化、甲基化