遗传信息传递

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1、第11章遗传信息的传递学习目标2掌握DNA的复制过程。2掌握DNA、RNA和蛋白质合成的原料和主要酶类。3掌握遗传信息的传递流程。4理解DNA的修复种类和修复的意义。5理解转录、翻译的过程和蛋白质合成与医学的关系。6了解转录后加工过程和转录的调控。DNA是遗传的主要物质，遗传信息以碱基排列顺序的方式贮藏在DNA分子中。基因（gene）是编码生物活性物质的DNA片断。DNA通过复制把遗传信息由亲代传递给子代，通过转录将遗传信息传递到RNA分子上，后者指导蛋白质的生物合成，这一过程称为翻译。遗传信息传递的这种

2、规律称为中心法则（centraldogma）。70年代Temin和Baltimore分别从致癌RNA病毒中发现逆转录酶，可以RNA为模板指导DNA的合成，遗传信息的传递方向和上述转录过程相反，故称为逆转录（reversetranscription），并发现某些病毒中的RNA也可以进行复制，这样就对中心法则提出了补充和修正，修正与补充后的中心法则如图11-l。DNA为主导的中心法则是单向的信息流，体现了遗传的保守性；补充修正后的中心法则，使RNA也处于中心地位，预示着RNA可能有更广泛的功能。2DNA的生物

3、合成（复制）一、DNA的复制（一）DNA复制的方式Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时即推测，在DNA复制过程中，两条螺旋的多核苷酸链之间的氢键断开，然后以每条链各作为模板在其上合成新的互补链。这样新形成的两个子代DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全相同。每个子代DNA分子的一条链来自于亲代，而另一条链则是新合成的产物，这种复制方式称为半保留复制。1958年经Messelson与Stahl实验证实了Watson和Crick的DNA半保留复制假说。他们将细菌培养在以15NH4Cl为唯一氮

4、源的培养基中，经多代培养之后，细胞内所有的DNA是含15N的重DNA，其密度比普通14N－DNA的密度大，在密度梯度离心时，15N－DNA形成的区带在14N－DNA形成的区带下放。然后把含15N的细菌转入14N的培养基中培养，让细胞生长几代，并在不同时间取样进行分析。实验结果表明，第一代之后，DNA只出现一条区带，位于15N－DNA和14N－DNA之间，这条区带的DNA是由14N－DNA和15N－DNA组成的。经两代之后，出现二条区带，一条为14N－DNA，另一条为14N－15N－DNA。三代后，则14N

5、－DNA分子逐渐增多，而14N－15N－DNA分子不再增加，这些结果及解释可用图11－2来表示，证明DNA的复制是以半保留复制的方式进行的。图11－2DNA半保留复制的实验图解（二）参与DNA复制的酶类复制是在酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种酶和蛋白质因子参与。1．DNA聚合酶DNA聚合酶又称DNA指导的DNA聚合酶（DNAdirectedDNApolymerase,DDDP）。在大肠杆菌提取液中发现了三种DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶Ι、Ⅱ、Ⅲ。它们都是以DNA为模板催化DNA合成的酶。DNA聚合

6、酶Ι是一条单链多肽，其功能有：①催化DNA沿5’à3’方向延长。②具有3’à5’外切酶的活性。③5’à3’外切酶活性。DNA聚合酶Ⅱ的作用尚不完全清楚。DNA聚合酶Ⅲ是复制时起主要作用的酶，催化反应速度最快，每分钟能催化9000个核苷酸聚合。在大肠杆菌体内，大多数新的DNA链的合成都是由聚合酶Ⅲ所催化的。DNA聚合酶Ⅲ也有3’à5’核酸外切酶的活性，能切除错配的核苷酸。在真核细胞中含有数种DNA聚合酶，主要有α、β、γ、δ等四种，DNA聚合酶α和δ是DNA复制时起主要作用的酶，DNA聚合酶β有最强的核酸外

7、切酶活性，DNA聚合酶γ存在于线粒体内，参与线粒体DNA的复制。2．引物酶引物酶（primase）是一种特殊的RNA聚合酶。在DNA复制过程中，需要合成一小段RNA作为引物（primer），此RNA引物的碱基与DNA模板是互补的。引物酶即催化引物的合成。3．解旋和解链酶类细胞内DNA复制时必须先解开DNA的超螺旋与双螺旋结构。解链酶、拓扑异构酶、单链结合蛋白可完成该作用。4.DNA连接酶催化以氢键结合于模板DNA链的两个DNA片段连接起来，但并没有连接单独存在的DNA单链的作用。DNA连接酶不但是DNA复

8、制所必需的，而且也是在DNA损伤的修复及重组DNA中不可缺少的酶。（三）DNA的复制过程1．起始DNA复制的起始先要解开DNA双螺旋，这主要靠解链酶和拓扑异构酶使DNA先解开一段双链，形成复制点，由于每个复制点的形状象一个叉子，故称复制叉（replicationfork）。由于单链结合蛋白的结合，引物酶以解开DNA双链的一段DNA为模板，以核苷三磷酸为底物，按5’3’方向合成一小段RNA引物（5~100个核苷酸）。引物3’-O