分子遗传学 第4章 基因的复制、转录与表达1.pptx

第4章 基因的复制、转录与表达 Gene replication, transcription and expression 　4.1 中心法则　4.2 DNA复制　4.3 转录过程——RNA合成　4.4 mRNA——蛋白质合成的模板　4.5 蛋白质合成4.1 中心法则 中心法则是分子生物学的基石，整个过程就是基因的转录与表达。它最清楚不过地表达了DNA遗传的分子机制，以及以 DNA自我复制 为中心的“唯DNA”论。 它明示：基因是细胞中一种能够决定生物性状并通过复制而遗传下去的分子模板，而只有DNA才是基因。在中心法则中 ，对于DNA （基因）、RNA、蛋白质之间的关系的表达是以DNA的自我复制为中心的。 Crick表述的很明白：“我本人的思想是基于二个基本原理，称之为序列假说（sequences hypothesis）和中心法则(central dogma)。 序列假说:核酸片段的特异性完全有其碱基序列所表达，而这种序列是某一蛋白质的氨基酸序列密码。 中心法则:信息一旦进入蛋白质，它就不可能在输出。进一步说，信息的传递从核酸到核酸或从核酸到蛋白质或许是可能的，但从蛋白质到核酸则是不可能的。 因此，对于分子遗传学来说，基本的遗传机制就是基于序列学说的中心法则。 然而，随着疯牛病的肆虐，人们开始对蛋白质遗传重视起来。 朊病毒（prion)的发现，以及酵母细胞、丝状真菌中作为非孟德尔遗传因子-----prion proteins的确认，已经提出了蛋白质遗传的事实。Prusiner SB.因此而获得诺贝尔奖（1997）。 真菌细胞朊病毒蛋白的发现者Wicker说：“如果某种遗传因子是朊病毒蛋白，那么它就是一种蛋白质基因。” DNA是分子模板，朊病毒蛋白质也是分子模板。不言而喻，它们都是遗传物质。 DNA是唯一遗传物质的概念已被打破，分子生物学正在迎接一个遗传物质多元化时代的到来。 近年来分子生物学的发展，打破了DNA唯一的地位。而且对DNA的自我复制的概念也提出了新的看法，不足以推翻DNA的自我复制的概念。但对“唯DNA论”提出挑战。4.2 DNA复制在整个复制过程中有二个基本的条件：一是DNA链上的核苷酸必须为自由状态的核苷酸所识别。二是DNA双螺旋必须打开，暴露彼此的氢键进行碱基配对；然后把排列起来的核苷酸在多聚酶的催化下连接成一条新的核苷酸链。 1957年发现第一个DNA plymerase.它要求dNTP为底物，在单链DNA模板上进行多聚化。 在DNA复制中，事实上在打开的二条单链上各形成一条新链，每条新合成的DNA双螺旋都是由新、旧各一条组成，称为半保留复制。4.2.1 DNA复制起始 复制起始，在DNA的特异序列区域---复制原点(replication origins)形成泡状（replication bubble）,使双链分离而产生两个移动方向相反的复制叉（replication fork）。以便作为DNA合成的模板。 复制原点在原核细胞为300bp区域，哺乳动物染色体水平情况不详。 启动蛋白以多拷贝形式在复制起点形成一个蛋白-DNA复合体。然后该复合体与DNA解链酶结合，而后解链酶装载于DNA，启动复制泡产生。随后与DNA引发酶（primase）结合，形成引发体（primosome）。它从起点移动并使一个RNA引物引发第一条DNA链后成开始。这样，迅速导致其余蛋白形成第二个复制蛋白复合体，使两个复制叉自起点向两个相反的方向不断扩展。如图。5′3 ′DnaC5′3′Helicase(DnaB)primosome 5′3′3′5′5′primase5′RNA primer引物酶(Primase)本质：DDRP Ecoli：（60kD，DnaG 编码）引发体(primosome) DnaA 复制时有二种蛋白分子负责打开双链并维持复制叉上单链的作用，即：DNA解链酶（DNA helicase）单链DNA结合蛋白（single strand DNA-binding proteins, SSB）。 在启动蛋白与DNA解链酶的作用下，使复制起点产生复制泡后，DNA解链酶是一种变构“行走”蛋白。它结合于单链之上，借助对ATP的水解所产生的能量，驱动DNA解链酶以特异的分子形状沿单链迅速移动，当碰到双链时打开双链，使复制叉不断地扩展。 当一个复制泡形成后，有两个向相反方向扩展的复制叉，所以应该有二个分别按5 ′→3 ′与3′→5 ′相反方向运动的DNA解链酶。已经确定有二种解链酶；大部分的解链酶（大肠杆菌解链酶Ⅱ、Ⅲ,人的解链酶）都是沿延迟链以5 ′→3 ′方向移动；另一种解链酶（如Rep蛋白）则沿先导链以3 ′→5 ′方向移动。 SSB蛋白也称螺旋去稳定蛋白，它以多拷贝形式沿尚未进行碱基配对的单链分布。它们不能直接打开双链