遗传信息的复制和表达

一、DNA的复制1、DNA聚合酶原核生物中的DNA聚合酶，目前已发现的有3种，即DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ш。实际在DNA复制中起主要作用的是DNA聚合酶Ш；DNA聚合酶Ⅰ主要与DNA的损伤修复有关；DNA聚合酶Ⅱ的作用还不十分清楚。真核生物的DNA聚合酶也有3种，分别为α、β、γ，其中，DNA聚合酶α在DNA复制中起作用，DNA聚合酶β在DNA损伤修复中起作用，DNA聚合酶γ的作用不详。第十二章遗传信息的复制和表达2、DNA复制过程DNA的复制，首先要解开双链，形成局部单链，然后才能以单链为模板，以细胞核中游离的核苷酸为原料，复制新的DNA。复制方式为半保留复制。DNA的半保留复制：在DNA复制过程中，各以双螺旋DNA的其中一条链为模板，新生的互补链和母链构成子代DNA分子，这种复制方式叫半保留复制。（1）原核生物的DNA复制（环状DNA）①

DNA解旋主要需要：单链结合蛋白（SSB蛋白）：使单链比较稳定，便于复制进行DNA解链酶：水解ATP，使DNA双链解开解旋过程：双链DNA拓朴异构酶Ⅰ超螺旋DNA解链酶局部解开双链较稳定的单链SSB蛋白②

冈崎片段和半不连续复制这种复制方式叫半不连续复制，简单地说，它是指先导链的连续复制和滞后链的不连续复制。DNA聚合酶Ш只能从5´3´方向合成核苷酸链。DNA双链解开后，一条链是3´5´方向，以这条链为模板，可以从5´3´连续合成新的DNA链，这条先合成的链叫先导链。但以另一条5´3´方向的链为模板的话，DNA聚合酶Ш就无法从3´5´方向连续合成新链。实际上，DNA聚合酶Ш是先从5´3´方向合成许多小片段，称冈崎片段，然后再由DNA连接酶把这些片段连成一条完整的链。这条新合成的链叫滞后链。③

复制的引发和终止先导链和滞后链的复制，都不能直接由DNA聚合酶来合成，而需要RNA引物。先导链的RNA引物由RNA聚合酶合成，然后在DNA聚合酶Ш的作用下，通过碱基互补配对，合成新的DNA链。而滞后链的RNA引物由引发体形成，然后由DNA聚合酶Ш合成冈崎片段。冈崎片段形成后，RNA酶H切除RNA引物，并由DNA聚合酶Ⅰ填补缺口，再由DNA连接酶将冈崎片段连成一条完整的链。复制的总过程：双链DNA拓朴异构酶Ⅰ超螺旋DNA解链酶单链DNA(与SSB蛋白结合)RNA聚合酶RNA引物DNA聚合酶ШDNA新链(先导链)引发体RNA引物DNA聚合酶Ш冈崎片段RNA酶HRNA引物降解DNA聚合酶Ⅰ补齐缺口DNA新链(滞后链)DNA连接酶（2）真核生物和原核生物DNA复制的区别与联系联系：均为半保留复制和半不连续复制，复制过程及复制过程中所需要的酶都相似。区别：①真核生物的DNA有多个复制起点，而原核生物只有一个复制起点。（真核生物）（原核生物）

②真核生物的DNA只有在第一次复制完成后才能开始第二次复制，而原核生物在第一次复制尚未完成时即可进行第二次复制。二、DNA与Pr合成DNA指导Pr的合成，要经过转录和翻译2个阶段，即DNA先指导合成mRNA，然后再由mRNA指导Pr合成。1、转录概念：以DNA中的一条链为模板，根据碱基互补配对原则，合成mRNA，并把DNA上的遗传信息传给mRNA，这个过程叫转录。在转录时，双链DNA中只有1条链用来指导mRNA的合成，因此就有了编码链和反义链之分。碱基序列除U变成T外，其余和mRNA相同的DNA链。碱基序列与mRNA互补的DNA链，它是mRNA合成的模板。编码链：反义链：（1）RNA聚合酶（RNApol）①原核生物的RNApol识别模板链和转录起始位点2个α亚基1个β亚基1个β´亚基催化转录过程全酶σ因子：核心酶②真核生物的RNApolⅠ：合成rRNAⅡ:合成hnRNA（mRNA前体）Ш：合成tRNA、5SrRNA（2）启动子原核生物的启动子包括3个部分：①

Pribnow框（－10序列）一般为TATAAT，是RNApol的牢固结合位点。②Sextama框（－35序列）一般为TTGACA，是RNApol的初始结合位点，决定启动子的强弱。③

CAP位点位于－35序列的上游，是启动子上与CAP－cAMP复合物结合的位点。（CAP是指cAMP的受体Pr）当CAP－cAMP复合物结合到CAP位点上之后，可使附近的G－C碱基对稳定性降低，并促进－10序列解开双链，有利于转录的进行。CAP位点－35－10＋1＋20mRNA真核生物RNApolⅡ的启动子包括4个部分：①帽子位点：是转录的起始位点，一般为A②

TATA框：－25序列（相当于原核生物的－10序列），一般为TATAATAAT功能与DNA双链的解开有关决定转录起始位置（缺乏时，转录从多个位点开始）③

CAAT框：－75序列（相当于原核生物的－35序列），一般为GGGTCAATCT功能与RNApol的结合有关控制着起始的频率④增强子（促进转录进行）特点：具有远距离效应，无方向性；具有组织特异性和细胞特异性（3）转录的起始和延伸（以原核生物为例）σ因子识别起始位点全酶与－35序列结合封闭的启动子复合物（二元复合物，含RNApol、DNA）复合物由－35向－10移动，使－10序列成为单链开放的启动子复合物（二元复合物，含RNApol、DNA）复合物移到＋1，β亚基催化2个核苷酸形成一个3´－5´磷酸二酯键形成三元复合物（含RNApol、DNA、mRNA）σ因子脱离复合物继续移动，mRNA延伸阶段开始CAP位点－35－10＋1＋20（4）转录的终止所有原核生物转录的终止子之前，都会形成一个回文结构，其碱基序列对称排列（如AAGCGCTT），此处合成的mRNA会形成一个发夹结构：转录的终止子有2类：依赖ρ因子的终止子回文结构下游序列G/C含量低无固定特征不依赖ρ因子的终止子G/C含量高含6～8个A①依赖ρ因子的终止ρ因子是一种NTP酶，在三元复合物的移动过程中会结合到mRNA的5´端，ρ因子水解NTP，并利用水解释放的能量，逐渐向mRNA的3´端移动。当三元复合物到达终止子后，由于mRNA形成发夹结构，因此复合物停止前进，等待ρ因子结合到mRNA的3´－OH上，使三元复合物解体，mRNA和RNApol就与DNA分离开来。三元复合物mRNAρ因子5´RNApolDNA3´②不依赖ρ因子的终止这种终止方式是因为mRNA到达终止位点后，形成了发夹结构和多聚U，使mRNA和DNA之间的结合力减弱（A－U之间的作用力较弱），从而使mRNA从DNA上脱离下来。2、翻译以mRNA为模板的Pr合成过程叫做翻译或转译，其场所是核糖体，原料是aa，能量来源是ATP、GTP。（1）遗传密码mRNA上的遗传信息存在于遗传密码中。经过大量研究发现，遗传密码是三联体密码，即三个核苷酸决定一个aa。遗传密码的特点主要有：①

连续性2个密码子之间没有任何其它核苷酸相隔。②简并性A、U、G、C四种核苷酸，每3个组成一个密码，总共可以有64个密码，但组成生物体的aa只有20种，因此，必然会出现几个密码共同决定一个aa的情况。（遗传密码表）③通用性遗传密码在所有生物中几乎都是通用的，只有个别例外，如：UGA一般是个终止密码子，但在人的线粒体中可编码Try。注意：起始密码子一般为AUG，少数细菌中为GUG；终止密码子为UAA、UAG、UGA。遗传密码中决定aa的主要是前2个碱基，第三个碱基的改变，在很多时候往往不改变aa的种类。（2）Pr的生物合成（以原核生物为例）包括肽链的起始、延伸和终止3个过程。①起始核糖体30S小亚基附着到mRNA的起始密码子处GTP起始因子IF1、IF2、IF3与fMet－tRNA（N－甲酰甲硫氨酰tRNA）结合30S起始复合物50S大亚基GTP水解；IF1、IF2、IF3释放70S核糖体②

延伸核糖体大亚基上有2个tRNA结合位点，即P位点和A位点，起始tRNA，即fMet－tRNA首先与P位点结合，然后：aa－tRNA延伸因子EF－TuGTPaa－tRNA－EF－Tu－GTP复合物aa－tRNA进入A位点GTP水解EF－Tu－GDP释放mRNA肽酰转移酶P位点的aa或肽基与A位点的aa之间形成肽键，同时P位点的tRNA卸载，脱离移位酶GTP核糖体沿mRNA的5´3´方向移动1个密码子的距离，使原来A位点的肽酰tRNA进入P位点，空出A位点准备下一个aa－tRNA的进入。上述过程不断重复，肽链延伸。mRNA肽链5´3´PAPA③

终止当肽链延伸到终止密码子处时，由终止因子RF识别终止密码子，并使肽酰转移酶的活性转变成水解酶活性，使P位点上的肽链不再连接到A位点上的aa上，同时还水解P位点上的肽链与tRNA之间的化学键，使肽链释放。肽链一旦释放，核糖体就从mRNA上脱离，解离成50S和30