6-分子生物学e

DNA复制、损伤与修复第四节1.DNA复制DNA复制依赖于特殊的碱基配对碱基互补配对原则A＝TG≡CDNA复制是半保留式的1953年，Watson&Crick提出DNA复制发生在细胞分裂周期的S期DNA双螺旋在解旋酶的作用下解旋，2条链中间的碱基对分开，成为2条单链；每一条单链都作为模板；每条链上暴露出来的碱基各自与一个游离于核中的4种三磷酸脱氧核苷酸（T、G、A、C）按照碱基配对原则配对，形成与之互补的核苷酸；DNA半保留式复制：在与单链上配对的核苷酸之间形成磷酸二酯键，在DNA聚合酶的作用下形成链条新的互补链（子链），其中DNA聚合酶只能使核苷酸按5’3’方向连接。最终形成各含一条母链和一条子链的2个双链DNA分子。DNA半保留式复制：半保留模型DNA聚合酶和冈崎片段（半不连续复制）DNA聚合酶的共同特点：（1）需要提供合成模板；需要Mg2＋催化；（2）不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3’-OH；（3）合成的方向都是5’→3’（4）除聚合DNA外还有其它功能。而DNA母链（模板链）方向为5’→3’和3’→5’，如何解决这一矛盾？DNA聚合酶和冈崎片段（半不连续复制）冈崎片段与半不连续复制模型在5’→3’这一模板上，DNA聚合酶仍按照5’→3’方向先反方向地合成一系列小的片段，称为冈崎片段然后这些小片段再通过DNA连接酶的作用，互相连接起来而成长链。3PolymeraseIII前导链Leadingstrandbasepairs5’5’3’3’HelicaseATP单链结合蛋白SSBProteinsRNA引物RNAPrimer引物酶primase2聚合酶IIIPolymeraseIII滞后链Laggingstrand冈崎片断OkazakiFragments1RNAprimerreplacedbypolymeraseI&gapissealedbyligase连接酶Summary：DNA复制过程模式图1）原材料：双链DNA（模板），核苷酸（底物）；2）辅助条件：解旋酶，单链结合蛋白，DNA聚合酶，引物酶，DNA连接酶2.DNA损伤及修复XJTU一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础二、引起突变的因素1．自发因素：(1)自发脱碱基：N-糖苷键的自发断裂(2)自发脱氨基：C→U，A→I(3)复制错配：（发生频率较低）2.物理因素紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射UV3．化学因素：(1)脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C脱氨基生成U，A脱氨基生成I。烷基化剂：引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联DNA加合剂：嘌呤共价结合引起损伤碱基类似物：可掺入到DNA分子中引起损伤或突变断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起DNA链的断裂常见的化学诱变剂化合物类别作用点分子改变碱基类似物如：5-BUA5-BUG-A--T--G--C-羟胺类（NH2OH）TC-T--A--C--G-亚硝酸盐（NO2）CU-G--C--A--T-烷化剂如：氮芥类，NitrominsGmGGmGDNA缺失G目录三、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)DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。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。1.转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。2.颠换（一）错配碱基的转换（二）缺失、插入和框移缺失：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。•框移突变是指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。•缺失或插入都可导致框移突变。谷酪蛋丝5’……GCAGUACAUGUC……丙缬组缬正常5’……GAGUACAUGUC……缺失C缺失引起框移突变DNA突变的效应：同义突变错义突变无义突变移码突变（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目录转换–––相同类型碱基的取代。颠换–––不同类型碱基的取代。点突变插入–––增加一个碱基。缺失–––减少一个碱基。插入–––增加一段顺序。缺失–––减少一段顺序。复突变倒位–––一段碱基顺序发生颠倒。移位–––一段碱基顺序的位置发生改变。重排–––一段碱基顺序与另一段碱基顺序发生交换。四、DNA损伤的修复修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。•光修复•切除修复•重组修复•SOS修复修复的主要类型（一）光修复光修复酶(photolyase)UV300～600nm可见光UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP（二）切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。DNA连接酶ATPE.coli的切除修复机制目录（三）重组修复（四）SOS修复•当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。•这种修复特异性低，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保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。与DNA修复有关的人类遗传疾病：着色性干皮病布伦氏症候群遗传性大肠癌着色性干皮病患儿脸部特征第5节基因表达及调控1.RNA的合成（转录）2.蛋白质的合成（翻译）3.基因表达的调控1.RNA的生物合成（转录）转录(transcription)生物体以DNA为模板合成RNA的过程。转录RNADNA复制和转录的区别A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链DNA（半保留复制）产物RNA聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶酶NTPdNTP原料模板链转录（不对称转录）两股链均复制模板转录复制参与转录的物质原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子（一）转录模板•DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(templatestrand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(codingstrand)，也称为反义链或Crick链。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C编码链模板链mRNA蛋白质转录翻译不对称转录•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。（二）RNA聚合酶1.原核生物的RNA聚合酶36512决定哪些基因被转录150618催化功能155613结合DNA模板70263辨认起始点亚基分子量功能核心酶全酶RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合转录过程（一）转录起始转录起始需解决两个问题：1.RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。2.DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。一、原核生物的转录过程2.DNA双链解开1.RNA聚合酶全酶(2)与模板结合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-pppGpN-OH3转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi转录起始过程（二）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+PPi转录空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）····DNA····RNA目录依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止（三）转录终止指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类ATP1.依赖Rho因子的转录终止二转录后修饰几种主要的修饰方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.修饰(modification)4.添加(addition)一、真核生物mRNA的转录后加工（一）首、尾的修饰•5端形成帽子结构(m7GpppGp—)•3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子结构（二）mRNA的剪接1.hnRNA和snRNA•核内的初级mRNA称为杂化核RNA(hetero-nuclearRNA,hnRNA)•snRNA(smallnuclearRNA)核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体（并接体,splicesome）snRNA2.外显子(exon)和内含子(intron)•外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。•内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。鸡卵清蛋白基因hnRNA首、尾修饰hnRNA剪接成熟的mRNA鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰目录鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图DNAmRNA目录二、tRNA的转录后加工tRNA前体RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目录RNAaseP、内切酶目录tRNA核苷酸转移酶、连接酶ATPADP目录碱基修饰（2）还原反应如：UDHU（3）核苷内的转位反应如：Uψ（4）脱氨反应如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目录2.蛋白质的生物合成翻译的起始翻译的延长翻译的终止整个翻译过程可分为：翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。氨基酸+tRNA氨酰-tRNAATPAMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶（一）氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的活化一、肽链合成起始指mRNA和起始氨酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物（一）原核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨酰-tRNA的结合；核糖体大亚基结合。原核、真核生物各种起始因子的生物功能促进核蛋白体分离成大小亚基eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合mRNA5＇帽子eIF-4E结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF--4BeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2真核生物促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性EIF-3促进起始tRNA与小亚基结合EIF-2占据A位防止结合其他tRNAIF-1原核生物生物功能起始因子促进核蛋白体分离成大小亚基eIF-6促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-5eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-4GeIF-4F复合物成分，结合mRNA5＇帽子eIF-4E结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF--4BeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4A最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-2B，eIF-3促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2真核生物促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性EIF-3促进起始tRNA与小