第19章 核酸和蛋白质的生物合成

第十一章

基因信息的传递第一节DNA的生物合成（复制）第二节RNA的生物合成（转录）第三节蛋白质的生物合成（翻译）遗传信息传递的中心法则转录翻译复制逆转录RNA复制蛋白质基因就是指DNA中能编码蛋白质和功能RNA的特定核苷酸序列。DNARNA*DNA通过基因表达，决定了蛋白质的结构、功能

*DNA通过复制，将基因信息代代相传

*RNA参与DNA遗传信息的表达*RNA也可作为某些病毒遗传信息的载体第一节DNA的生物合成复制的基本规律复制的酶学和拓扑学变化DNA生物合成过程逆转录和其他复制方式DNA损伤（突变）与修复一、复制的基本规律（一）半保留复制

(semi-conservativereplication)（二）双向复制（bidirectionalreplication）（三）半不连续复制（semi-discontinuousreplication）（四）复制的高保真性（highfidelity）（一）半保留复制1.半保留复制的定义复制时，母链的双链DNA解开成两股单链，各自作为模板指导子代合成新的互补链。子代细胞的DNA双链，其中一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。由于碱基互补，两个子细胞的DNA双链，都和亲代母链DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制（semi-conservativereplication)AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

2.半保留复制的实验依据二2.半保留复制的意义1、使亲代DNA所含的信息以极高的准确度传递给子代DNA分子。2、DNA通过复制和基因表达这两种主要功能，决定了生物的特性和类型并体现了遗传过程的相对保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。（二）双向复制1.双向复制的定义复制时，DNA从起始点（origin）向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制（bidirectionalreplication）

。复制中的放射自显影图象3.真核生物的双向复制真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)

。复制子是独立完成复制的功能单位。（三）复制的半不连续性DNA合成的方向只能是5’→3’。在DNA复制时，1条链的合成方向和复制叉的前进方向相同，可以连续复制，叫作前导链（leadingstrand）；而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向正好相反，不能连续复制，只能分成几个片段（冈崎片段）合成，称之为滞后链（laggingstrand）。前导链连续复制而滞后链不连续复制，就是复制的半不连续复制。3

5

3

5

解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)（四）复制的高保真性DNA复制的精确度极高，误差率很低，以保证物种在维持遗传保守性的同时，还要通过变异不断进化。DNA复制的高度忠实性至少要依赖三种机制：1、遵守严格的碱基配对规律；2、DNA聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能；3、复制出错时，DNA聚合酶的即时校读功能。复制的保真性和碱基选择•DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。二、复制的酶学和拓扑学变化（一）复制的化学反应1.复制的反应体系（1）底物：四种dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP（2）聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶，DNA-pol；（3）模板：指解开成单链的DNA母链；（4）引物：提供3’－OH末端，使dNP可以依次聚合；（5）其他酶和蛋白质因子。2复制的化学反应在聚合酶的作用下，一个核苷酸5′-P和相邻的核苷酸上核糖的3′-OH生成磷酸二酯键而逐一聚合的形成多核苷酸链。（dNMP）n＋dNTP→（dNMP）n+l＋ppiDNA链生成过程，DNA新链生成需引物和模板；只能从5′-端向3＇-端延长。(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

复制的化学反应

（二）参与复制的主要酶类DNA聚合酶解链解旋酶引物酶DNA连接酶1.DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP）缩写：DNA－pol活性：1.5

3

的聚合活性

2.核酸外切酶活性5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´

3

5

外切酶活性

5

3

外切酶活性?能切除RNA引物和突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性（1）原核生物的DNA聚合酶DNA-polIDNA-polIIDNA-polⅢDNA聚合酶Ⅰ①结构特点单一多肽链，从N端到C端有3个酶促活性结构域依次排列：5′→3′外切酶、3′→5′外切酶和DNA聚合酶。DNAPolI在蛋白酶的作用下，可分为大、小两个片段。小片段具有5＇→3＇外切酶活性。大片段（又称为Klenow片段）具有聚合酶活性及3′→5′外切酶活性，它对核酸技术十分有用。323个氨基酸小片段5

核酸外切酶活性大片段/Klenow片段604个氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

1）5′→3′聚合酶的活性：对复制和修复中出现的空隙进行填补。2）3′→5′外切酶活性：对复制中错误进行即时校读，保证复制的准确性。3）5′→3′外切酶活性：可去除RNA引物和突变碱基。②DNA-polI在活细胞内的功能DNA-polII5′→3’聚合酶活性3’→5′外切酶活性无5’→3’外切酶活性它只是在无polI及polⅢ的情况下才起作用，其真正的功能也未完全清楚，可能在损伤修复中有特殊作用。DNApol-Ⅲ①结构特点由10种亚基（αβγδδ′εθτχψ）组成不对称异源二聚体。核心酶（αεθ）α亚基：5′→3′聚合酶活性

ε亚基：3′→5′外切酶活性和碱基选择功能，是复制保真性所必需

θ亚基:可能起组装作用β亚基：夹稳模板链并使酶沿模板链滑动γ－复合物：促进全酶组装至模板及增强核心酶活性DNA-polⅢ(250kD)5′→3′聚合酶的活性：是在复制延长中真正催化新链核苷酸聚合的酶。3′→5′外切酶活性：对复制中错误进行即时校读，保证复制的准确性。②DNA-polⅢ

在活细胞内的功能催化DNA聚合参与DNA损伤的应急状态修复修复合成、切除引物、填补空隙功能2040400分子数/细胞1011亚基数－－+5

外切酶活性+++

5

外切酶活性+++5

聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.Coli中的DNA聚合酶（2）．真核生物的DNA聚合酶DNA－polα，β，γ，δ，ε。DNA－po1δ：延长领头链和随从链；DNA—poIα：合成RNA引物；DNA－polε：校读、修复和填补缺口。DNA—polβ：在没有其他DNA－pol时发挥催化功能。DNA—po1γ：催化线粒体DNA真核生物的DNA聚合酶

真核生物的DNA聚合酶2.与复制起始及解链解旋相关的酶类在复制起始时需要多种酶和蛋白因子，共同起解开、理顺DNA链，维持DNA在一段时间内处于单链状态的作用。DnaA蛋白DnaA蛋白是由相同亚基组成的四聚体。复制起始时，DnaA蛋白辨认并结合E.coli上复制起始点oriC，10~20个DnaA蛋白相互靠近形成DNA蛋白质复合体结构，促使oriC局部解链（2）DnaB蛋白解螺旋酶、复制蛋白rep，利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。DnaBDnaC解链方向DnaC蛋白DnaC蛋白的作用是将具有解链酶活性的DnaB蛋白运送到复制模板，并协同DnaB蛋白的作用GATCTNTTNTTTTTATCCACA解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象。（2

）DNA拓扑异构酶（DNAtopoisomerase）DNA拓扑异构酶，改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。分类：拓扑酶Ⅰ和拓扑酶Ⅱ作用特点：对DNA分子的作用是既能水解，又能连接磷酸二酯键。DNA分子一边解链，一边复制，拓扑酶是在复制全过程中都是有作用的。作用机制

拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。2．单链DNA结合蛋白单链DNA结合蛋白（singlestrandedDNAbindingprotein，SSB）

的作用是在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。模板的DNA总要处于单链状态，而DNA分子只要符合碱墓配对，又总会有形成双链的倾向，以使分子达到稳定状态和免受胞内广泛存在的核酸酶降解。3引物酶DNA聚合酶不能从头合成DNA链，只能延长已有的DNA或RNA引物链。引物酶（primase）在复制起始时催化引物（primer）合成，提供3

-OH末端，使DNA-pol能够催化dNTP聚合。引物酶属DNA指导的RNA聚合酶，但不同于催化转录过程的RNA聚合酶。在E.coli，引物酶是dnaG基因的产物DnaG。4DNA连接酶（DNAligase）

连接DNA链3′-OH末端和相邻DNA链的5′－P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。特点：连接酶连接碱基互补基础上的双链中的单链缺口，它并没有连接单独存在的DNA单链或RNA单链的作用。功能：在复制中起最后接合缺口的作用，在DNA修复、重组、剪接中也起缝合缺口作用，也是基因工程的重要工具酶之一。三种酶催化生成磷酸二酯键的比较三DNA生物合成过程（一）、原核生物DNA生物合成复制的起始复制的延长复制的终止1.复制的起始DNA解链引发体的形成并合成引物超螺旋的转型DnaA蛋白辨认起始点,形成起始复合物DnaB蛋白解螺旋DnaC蛋白协助DnaB在多种蛋白质参与下，DNA解开成单链HU蛋白促进起始SSB维持单链稳定引物的合成DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶OHSSB3

5

3

5

引物酶OH含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

引发体的蛋白质部分在DNA链上可以移动，并需由ATP供给能量。引发体到达适当位置就可按照模板的配对序列，催化NTP（不是dNTP）的聚合，生成引物。DNA复制是半不连续，一股链是可以连续进行的，另一股链是不连续复制的，在不连续复制的链上，引发体需多次生成。3超螺旋的转型解链将导致下游发生打结现象或DNA超螺旋的其他部分过度拧转。拓扑酶通过切断、旋转和再连结的作用，实现DNA超螺旋的转型，即把正超螺旋变为负螺旋。实验证明，负超螺旋比正超螺旋有更好的模板作用。复制起始的过程1．DnaA蛋白辨认结合oriC的重复序列，并与DNA形成复合物，引起解链；2．DnaB在DnaC的辅助下结合于初步打开的双链，并用其解螺旋酶活性开链；3．拓扑酶通过切断、旋转和再连结的作用，实现DNA超螺旋的转型；4．SSB结合在已开链的DNA模板上，使DNA在一定的范围内保持开链状态。5．引物酶介入，形成的引发体，可按照模板的配对序列，催化NTP的聚合，生成引物。脱氧单核苷酸逐个加入而延长DNA新链，其化学反应本质是生成磷酸二酯键。催化此反应的酶：原核生物：DNA-polⅢ真核生物：DNA-polα—只合成引物

DNA-polδ—催化连续复制2复制的延长复制延长的生化过程复制起始时，母链即已解开，两股单链都是模板，其作用是按碱基配对规律指引核苷酸加入到新链。每次加入的单个核苷酸，都是以dNTP为原料，复制时子链从5’向3’延长。复制延长速度相当快。E.coli每秒钟能加入的核苷酸数达2500个。2.复制的半不连续性和冈崎片段复制方向与解链方向不一致可以理解不连续复制的成因领头链连续复制顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链（leadingstrand)。随从链不连续复制复制的方向与解链方向相反生成的子链称为随从链（

laggingstrand）。随从链的复制必须等待模板链解开至足够长度，才能从5′→3‘方向生成引物然后复制。随从链在延长时，又要等到下一段暴露出足够长而度的模板，再次生成引物而延长。这就是不连续复制。冈崎片段随从链不连续复制的片段称为冈崎片段，其大小在1000～2000个核苷酸。每一个不连续复制的片段5’-端都带有一个RNA引物。片段的复制完成后，RNA引物会被除去而代之以DNA片段，因此复制至最后，两股子链都是DNA链。5

3

解链方向5’3’5’冈崎片段在同一个复制叉上，前导链的复制先于后随链，但两链是在同一DNApolⅢ催化下进行。即随从链的模板可折叠或环绕成环状，与前导链正在延长的区域对齐，使领头链和随从链的生长点都处在DNApolⅢ催化位点上。解链方向就是酶的前进方向，也是复制叉延伸方向。复制延长简图1.DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3′-OH上，开始新生链的合成过程。AG

T

AC

TA

A

T

DNA聚合酶ACGACGTT引物TAG

T

AC

TA

A

T

AGCGACGGTTTT

组成

DNA的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3′,5′-磷酸二酯键引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGTTGTTA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACTGTTAA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGACGGTTAATA引物AG

T

AC

TA

A

T

GCGCGGTTAATAT引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATC引物AG

T

AC

TA

A

T

GGCGGTTAATATCDNA模板链DNA新链引物（三）复制的终止原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。复制的起始点和终止点刚好把环状DNA分为两个半圆，两个方向各进行180，同时在终止点汇合。为了定位方便，习惯把E.coli的DNA分为100等分。E.coli复制起始点oriC在82位点，复制终点ter（termination）在32位点。

E．coli基因图oriter

E.coli8232oriC5

5

DNA-polⅠ5

OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

P5

5

ATP

ADP+PiDNA连接酶随从链上不连续性片段的连接真核生物的DNA生物合成DNA合成(synthesis)期人为分成起始、延长、终止三个阶段哺乳动物的细胞周期G1G2SM（一）复制的起始真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor,RF)。增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。（二）复制的延长3

5

5

3

前导链3

5

亲代DNA滞后链引物核小体（三）复制的终止染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中冈崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性结构特点•由末端单链DNA序列和蛋白质构成。•末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒酶(telomerase)的组成端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

端粒和端粒酶的生物学意义端粒特别是端粒酶的活性与细胞的生长、繁殖、衰老凋亡以及肿瘤的发生密切相关。端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。体细胞几乎没有端粒酶活性，随多次细胞分裂端粒逐渐缩短，细胞失去增殖能力。而端粒酶活性较高的胚原细胞，端粒长度未缩短。肿瘤细胞端粒酶重新获得活性，以维持端粒结构致使染色体稳定而成为永生细胞。肿瘤细胞的端粒比正常人同类细胞显著缩短。DNA损伤（突变）与修复（一）突变的定义（二）突变的意义（三）引发突变的因素（四）突变的分子改变类型（五）

DNA损伤的修复（一）突变的定义个别脱氧核糖核苷酸残基甚至片段DNA在构成、复制或表型功能上的异常变化，称为突变（Mutation），也称为DNA损伤（DNAdamage）。遗传物质结构改变引起遗传信息的改变（二）突变的意义（－）突变是进化、分化的分子基础自发突变或自然突变（二）突变导致基因型改变多态性：个体之间的基因型差别。（三）突变导致死亡突变发生在对生命过程至关重要的基因上，可导致个体、细胞的死亡。（四）突变是某些疾病的发病基础有害的突变（三）引发突变的因素（一）自发突变（二）诱发突变1．物理因素：主要指紫外线和各种辐射，如紫外线可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基发生共价结合，生成嘧啶二聚体。2．化学因素：化工原料、化工产品和副产品，各种工业的排放物、农药、食品防腐剂或添加剂，以至汽车排放的废气。嘧啶二聚体的形成与解聚（四）突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

错配（mismatch）DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。点突变发生在基因的编码区域，可导致氨基酸的改变。

1.转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。2.颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。缺失、插入和框移突变缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。框移突变：三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突变重排（rearrangementDNA分子内发生较大片段的交换，称为重组或重排。移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。（五）DNA损伤的修复（DNArepairing修复是指针对已发生了的缺陷而施行的补救机制。修复的主要类型：光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复光修复光修复过程是通过光修复酶（photolyase）催化而完成的，仅需300～600nm波长照射即可活化，普遍存在于各种生物，人体细胞中也有发现。通过此酶作用，可使嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态，DNA完全恢复正常光修复酶(photolyase)

UV切除修复（excisionrepairing）细胞内最重要的修复机制，包括去除损伤DNA，填补空隙和连接。1、原核生物DNA损伤修复：UvrA，UvrB辨认及结合DNA损伤部位；UvrC在解螺旋酶的协助下切除损伤部位。DNA-polⅠ和连接酶填补空隙和连接。2、真核生物DNA损伤修复：XP类蛋白辨认和切除损伤DNA部位，切除后留下的空隙，则由DNA-polδ及ε加以修复。

E.coli的切除修复方式UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA连接酶ATP重组修复（recombinationrepairing）当DNA分子的损伤面较大，还来不及修复完善就进行复制时，损伤部位因无模板指引，复制出来的新子链会出现缺口，这时，就靠重组蛋白RecA的核酸酶活性将另一股健康的母链与缺口部分进行交换，以填补缺口。损伤链移到己完成复制的链上，如果损伤又只发生在双链DNA中的一股单链，则下一轮的复制损伤链就只占DNA的1／4，不断复制后，其比例就越来越低，称为把损伤链“稀释”掉。SOS修复是一类应急性的修复方式。由于DNA损伤广泛至难以继续复制，由此而诱发出一系列复杂的反应。在E.coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。特点：反应特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而，DNA保留的错误会较多，引起较广泛、长期的突变。第二节RNA的生物合成（转录）一、DNA指导下的RNA的合成二、RNA的转录后加工三、在RNA指导下RNA和DNA的合成一、DNA指导下的RNA的合成定义：RNA的生物合成就是转录，即以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种NTP（ATP、CTP、GTP和UTP为原料，合成RNA的过程。合成部位：细胞核合成原料：四种NTP（一）DNA指导RNA聚合酶定义：以DNA为模板，催化三磷酸核苷（NTP）聚合形成RNA的酶。作用特点：DNA为模板不需引物，两游离NTP或一游离NTP与RNA链聚合.3'-OH与5'-P聚合形成磷酸二酯键。方向：5'→3'。核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

核心酶:转录延长;全酶：转录起始。σ70是辨认典型转录起始点的蛋白质。σ32是辨认热休克蛋白(Hsp)转录起始点的蛋白质。RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合（启动子和转录因子）启动子(promoter):RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。转录因子：RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子。RNA聚合酶保护法开始转录TTGACAAACTGT-35区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物启动子保守序列RNA-pol辨认位点(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保护区结构基因3

3

原核生物启动子结构特点：一致性序列(concensus保守序列)：碱基序列相对稳定，不易发生突变。TTGACA：-35区，RNA聚合酶的辨认位点，σ亚基结合位点。TATAAT：-10区，Pribrow盒，RNA聚合酶的稳定结合位点。β'亚基的结合位点。（三）终止子和终止因子终止子：提供转录停止信号的DNA序列终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（nusA）通读：抗终止因子：终止信号位于：茎环结构终止转录的机理使RNA聚合酶变构，转录停顿；末端polyU

使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。5´pppG53

35RNA-pol1.非依赖Rho因子的转录终止

DNA模板近终止处，有特殊的碱基序列，转录出RNA产物形成特殊的结构终止转录。发夹结构：反向碱基互补序列末端PolyU：U:A不稳定.ATP2.依赖Rho因子的转录终止：具有控制转录终止作用的蛋白质因子。

机制：Rho因子与RNA3’-OH的polyC结合，抑制聚合酶活性，激活解螺旋活性。45S-rRNA，5S-rRNA：核糖体RNA成分。

hnRNA：mRNA的前体。

snRNA：参与mRNA剪切。真核生物的RNA聚合酶

CAAT盒

GC盒增强子顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物启动子保守序列461(四)转录过程

TheProcessofTranscriptionRNA合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段5

3

RNA启动子终止子RNA聚合酶

5

3

5

5

3

离开转录起始转录起始需解决两个问题：RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。转录起始过程：

辨认起始位点：

亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全酶(2)与模板疏松结合。酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固结合。

2.DNA双链解开:

RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约20个核苷酸，拓扑异构酶参与。

3.在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物。RNApol(

2

)-DNA-5'pppGpN-OH3

转录起始复合物:

RNA聚合酶-DNA模板-四磷酸二核苷酸5

-pppG-OH+NTP

5

-pppGpN-OH3

+ppi转录延长1.

亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。(NMP)n+NTP

(NMP)n+1

+PPi3.转录空泡的形成：

DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转录复合物。3´3´RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向新生RNA复链解链有义链模板链（反义链）延长部位模板链(templatestrand)反义链

DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的一股单链。编码链(codingstrand)有义链

DNA双链中碱基序列与RNA一致的一股链。反义核酸：以编码链为模板合成的核酸，称为反义核酸（反义RNA、反义DNA）。

序列与模板链一致，能抑制mRNA表达。5

3

模板链编码链编码链模板链结构基因转录方向转录方向不对称转录(asymmetrictranscription)在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录。模板链并非永远在同一条单链上。原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体5

3

DNARNARNA聚合酶依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止RNA聚合酶在DNA模板上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落。

转录终止1、转录单位：启动子终止子2、不对称转录：两条DNA链不同时进行转录的现象。编码链或反意义链；模板链或有意义链3、RNA聚合酶：转录特点：全酶：有αα‘ββ’σ5个亚基组成作用识别启动子，引发RNA的合成。核心酶：不含σ亚基，延长RNA链二、RNA的转录后加工原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用专一核酸内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16SrRNA23SrRNA5SrRNA专一核酸外切酶二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、内切酶5’前导序列：RNAaseP

中部内含子：内切酶tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：A

I如：AAm（1）甲基化真核细胞mRNA的加工

5′端接上一个“帽子”(CAP)结构

3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸转移酶催化

剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron断裂基因(splitegene)：真核生物基因的编码区和非编码区互相间隔,又连续镶嵌而成，这些基因称为断裂基因。CABD编码区A、B、C、D非编码区三、在RNA指导下RNA和DNA的合成（一）RNA的复制（二）RNA的逆转录（二）

逆转录和其他复制方式1逆转录病毒和逆转录酶逆转录在逆转录酶的作用下以RNA为模板合成DNA的过程。此过程中，核酸合成与转录（DNA→RNA）过程遗传信息的流动方向相反（RNA→DNA），故称为逆转录（reversetranscription)。逆转录病毒RNA病毒的基因组是RNA而不是DNA，其复制方式是逆转录，故称为逆转录病毒（retrovirus）。病毒基因的整合可能是病毒致癌的重要方式。逆转录酶

能催化以单链RNA为模板合成双链DNA的反应的酶称为逆转录酶（reversetranscriptase)。它兼有三种酶的活性：RNA指导的DNA聚合酶，DNA指导的DNA聚合酶和RNaseH活性。逆转录酶和其他DNA聚合酶一样，合成DNA的方向为5′→3＇，并且不能从头合成DNA，也需要引物，是病毒本身的一种tRNA。RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA2逆转录过程逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。

以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。试管内合成cDNA3逆转录酶和逆转录现象的生物学意义（1）逆转录酶和逆转录现象是分子生物学研究中的重大发现RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。（2）对逆转录病毒的研究，拓宽了病毒致癌理论。（3）分子生物学研究应用逆转录酶（cDNA法)，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一。四、基因工程简介

基因工程亦称遗传工程，即利用DNA重组技术的方法，把DNA作为组件，在细胞外将一种外源DNA（目的基因）和载体DNA重新组合连接（重组），最后将重组体转入宿主细胞，使外源基因DNA在宿主细胞中，随细胞的繁殖而增殖（cloning，克隆），或最后得到表达，最终获得基因表达产物或改变生物原有的遗传性状。ForeignDNAtobeinsertedPlansmidvectorJoiningRecombinantDNAmoleculeIntroductionintohostcellsbytransformationofviralinfection

HostchromatemeSlectionforcellscoteiningarecombinantDNAmoleculeCloning+1、体外基因重组

目的基因的制备

载体的构建：质粒或噬菌体

目的基因与载体重组2、重组体DNA的转化增殖和表达

转化

筛选

增殖和基因表达五、PCR技术原理示意图靶序列变性和引物复性循环1循环2循环3变性和引物复性链延伸Tag酶链延伸第三节蛋白质的生物合成一、蛋白质生物合成体系二、蛋白质生物合成过程三、蛋白质合成后加工和输送一、蛋白质生物合成体系参与蛋白质生物合成的物质翻译模板mRNA及遗传密码核蛋白体是肽链合成的装置tRNA与氨基酸的活化（一）参与蛋白质生物合成的物质包括：三种RNA20种氨基酸（AA）作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、无机离子（二）翻译模板mRNA及遗传密码

遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子