中心法则

DNARNA蛋白质转录翻译逆转录中心法则Reversetranscription中心法则的遗传流向有5条途径1、DNA→DNA：DNA复制（以DNA为模板合成DNA）2、RNA→RNA：RNA复制（以RNA为模板合成RNA）3、DNA→RNA：DNA转录（以DNA为模板合成RNA）4、RNA→DNA：反(逆)转录（以RNA为模板合成DNA）5、RNA→Protein：翻译复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。DNA的生物合成RNA的生物合成蛋白质的生物合成DNA的生物合成一、DNA的半保留复制二、与DNA复制有关的酶和蛋白质三、DNA的复制过程四、逆转录五、DNA的损伤修复一、DNA的半保留复制定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制半保留复制的实验证据:1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度DNA的半保留复制的生物学意义：DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。二、与DNA复制有关的酶和蛋白质原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA。酶和能量：DNA聚合酶，DNA连接酶，拓扑异构酶等能量为ATP。引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物。(一）原核生物中的DNA聚合酶在大肠杆菌中发现有五种DNA聚合酶（用突变株研究其功能）：⑴DNA聚合酶Ⅰ⑵DNA聚合酶Ⅱ：⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA复制的主要聚合酶，该酶由10种亚基组成，其中、、形成全酶的核心酶。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ亚基数目1（单体酶）＞1（多亚基酶）＞1（多亚基酶）5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++（保护DNA复制的忠实性fidelity）5‘3’外切活性+--主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。修复紫外光引起的DNA损伤DNA复制的主要聚合酶，还具有3’-5‘外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性（二）在真核细胞内有五种DNA聚合酶（与细菌DNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）αβγδε定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3’-5’外切--+++酶活性功能引物合成修复作用线粒体DNA的复制核DNA的复制修复作用（三）DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。3‘5‘3‘5‘OHP拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连接。当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量，同复制有关。二者共同控制DNA的拓扑结构。（五）解螺旋酶（解链酶）：通过水解ATP将DNA两条链打开。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。每解开一对碱基需要水解2个ATP分子。（四）拓扑异构酶：除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶其它蛋白因子：⑴单链结合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。⑵引发前体:它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n’、n’’和i组成。引发前体再与引发酶结合组装成引发体。引发体可以沿模板链5’3’方向移动,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量。三、DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）双链的解开RNA引物的合成DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段1、双链的解开一些概念：DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。常用ori(或o）表示。许多生物的复制原点都是富含A、T的区段。大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器DNA为双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有许多复制起点。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子（基因组独立进行复制的单位）。复制原点由DnaA蛋白识别，在原点由DnaB蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构酶Π、SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growthpoint)，叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复制体（replisome）复制叉复制叉复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3’5’3’5’DNA的双向复制(1)复制的起始①互相缠绕的双链母本DNA，复制从特定的位置(复制原点OriorO)开始，该位置常是富含A、T区段。②首先DNA解螺旋酶(DnaB)打开局部双链，SSB与每条单链结合,稳定单链并防止DNA复性;然后在DNA旋转酶（TOPⅡ)的作用下，使螺旋DNA局部变成松弛态。③起始因子、引物酶、DNA聚合酶等随后结合，复制开始。引发体在复制叉上移动，沿模板链5’3’的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，DnaB蛋白活化引物合成酶。引发RNA引物的合成。领头链先引发开始合成，以原来一条DNA单链为模板（3’5’),按5’3’的方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个至10个核苷酸，在引物的5’端含3个磷酸残基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3’端为游离的羟基。（2）RNA引物的合成前导链随（滞）后链冈崎片段半不连续复制冈崎模型（3）DNA链的延伸前导链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。随后链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链。半不连续复制—在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。冈崎片段在DNA复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成53的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。冈崎片段：真核生物中100-200个核苷酸（核小体的DNA单位）。原核生物中1000-2000个核苷酸。在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链；（4）切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）一、DNA的复制：蛋白Mr亚基数功能SSB756004结合单链DNADnaB蛋白(解螺旋酶)3000006DNA解螺旋,引物体成分引物酶(DnaG蛋白)600001RNA引物合成,引物体成分DNA聚合酶Ⅲ90000018~20新链延长DNA聚合酶I1030001除去引物,填充缺口DNA连接酶740001连接DNA旋转酶(DNA拓扑异构酶Ⅱ)4000004超螺旋参与链的延伸阶段的蛋白质和酶真核生物中DNA的复制特点1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。2、冈崎片段长约200bp.3、真核生物DNA复制速度比原核慢。4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。5、真核生物有多种DNA聚合酶。6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新合成链5RNA引物切除后的填补，亦保持端粒的一定长度。DNA复制的其它方式大肠杆菌双链环状DNA的复制（一个复制起点，双向复制）真核细胞线状染色体DNA的复制方式（多个复制起点，双向复制）单向滚环式复制（噬菌体X174DNA—单链环状）3D-环式复制方式（线粒体双链环状DNA：两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）定义:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA称为逆转录，由逆转录酶催化进行。四、逆转录+RNA+DNA-RNA+DNA-DNA+病毒RNA的逆转录过程（以前病毒形式引起整合到宿主细胞DNA中而使细胞恶性转化）单链病毒RNARNA-DNA杂交分子双链DNA（前病毒）逆转录酶逆转录酶逆转录酶是多功能酶：RNA指导的DNA聚合酶活性DNA指导的DNA聚合酶活性逆转录酶也和DNA聚合酶一样，沿5’3’方向合成DNA，并要求短链RNA作引物。cDNA：几乎所有真核生物mRNA分子的3‘末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时，mRNA就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNA，称为cDNA。逆转录酶发现的理论和实践意义：不能把“中心法则”绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。1983年，发现人类免疫缺陷病毒（humanimmunedeficiencevirus,HIV）,感染T淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）五、DNA的损伤修复DNA的损伤：DNA在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNA的双螺旋结构。从而影响DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。•若DNA的损伤或错配得不到修复，会导致DNA突变。其主要形式：一个或几个碱基被置换插入一个或几个碱基一个或多个碱基对缺失DNA的损伤修复——四种修复途径:光复活、切除修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。光复活：400nm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射引起的同一条链上TT（CCCT）二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）切除修复：将DNA分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA连接酶均参与。（发生在DNA复制前）重组修复（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。P349诱导修复：造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（SOSresponse）。此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNA聚合酶。所以会有2种结果：修复或变异（进化）。RNA的生物合成一、RNA聚合酶二、RNA的转录过程三、转录后加工四、RNA的复制转录：以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程称为转录。以四种核糖核苷三磷酸酸（NTP）为底物，形成3、5-磷酸二酯键相连接。二、RNA的生物合成：一、关于RNA合成过程中的几个概念：1、模板链（无义链）：指导RNA合成的那条链。2