高考生物生物化学讲义第九章基因信息的传递Word格式文档下载.docx
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(3)有特定的起始点(4)双向复制
2.参与DNA复制的物质
(1)模板:
DNA的两股链。
(2)底物:
四种dNTP(即dATP、dTTP、dCTP、dGTP)。
(3)引物:
RNA.。
(4)DNA聚合酶:
真核生物有五种:
DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε;
原核生物的DNA聚合酶有:
polⅠ、polⅡ、polⅢ三类。
原核生物DNA聚合酶性质和功能比较
polⅠpolⅡpolⅢ
分子量109000120000400000
5′→3′聚合作用+++
3′→5′核酸外切酶作用+++
5′→3′核酸外切酶作用+-+
主要功能校读、填补空隙?
复制酶
切除引物
(5)引物酶:
一种RNA聚合酶。
能以DNA为模板,识别DNA复制的起始点,催化一段引物RNA的合成。
引物以氢键与模板结合。
(6)解链和解旋酶类:
①拓扑异构酶:
有内切酶、连接酶功能,分为酶Ⅰ、酶Ⅱ。
酶Ⅰ又称ω蛋白可切开一股链,不需消耗ATP。
酶Ⅱ又称旋转酶在消耗ATP的作用下,可切断双链,且分开双链。
②解链酶解开一个碱基对,消耗2个分子ATP。
作用在复制叉处,可沿模板随复制叉伸展(5′→3′)而移动。
③单链结合蛋白(SSB)稳定解开的单链DNA,阻止复性和保护单链部分不被核酸酶水解。
(7)DNA连接酶催化以氢键结合于模板DNA的两个DNA片段通过磷酸二酯键连接起来。
在DNA复制、修复和基因工程中起作用。
参加DNA复制酶的主要作用
作用分子量(万)
引物酶合成RNA引物6
解链酶解开DNA双链6.5
SSB稳定已解开的单链7.4
拓扑酶Ⅱ克服解链中的打结缠绕40
拓扑转型
拓扑酶Ⅰ切断DNA中的一股链,在解旋中不致打――
结,又可封闭切口,使DNA变为松弛态。
polⅢ真正的‘复制酶’55
polⅠ填补引物遗留空隙10.9
DNA连接酶连接5′-P和3′-OH末端7.4
3.复制的过程
(1)复制的起始
①拓扑异构酶将正超螺旋转变为负超螺旋;
解链酶消耗ATP将氢键打断把DNA由双链变为单链。
②SSB与单链DNA结合,起稳定单链避免核酸酶水解的作用。
③引物酶以解开的DNA单链为模板,以dNTP为原料,按5′→3′方向催化引物RNA的生成(十几个~数十个核苷酸链等)。
随从链不连续,需多次合成引物。
(2)复制的延长
①在引物RNA上延长DNA链在DNApolⅠ催化下,以四种dNTP为原料、按碱基配对的原则、在引物3′-OH端开始,沿5′→3′方向逐个加入脱氧核苷酸,使DNA链得以延长。
②复制的不连续性模板DNA的两股单链:
一条链的方向与解链方向相同,子链DNA可沿5′→3′方向连续合成,这条链称前导链;
而另一条链与解链方向相反,不能顺着解链方向连续延长,必须等待模板链解出足够长度,复制才能开始并延长,这些不连续的片断称冈崎片断,这条链称随从链。
(3)复制的终止在DNA合成的片段内,由DNA聚合酶I外切酶活性切除RNA引物,致使各片段之间形成空隙,然后由DNA聚合酶I的聚合酶活性催化填补空隙,最后由DNA连接酶将这些片段再连接起来,成为一条长链。
二、DNA的损伤与修复
1.引发DNA损伤的因素:
(1)紫外线的照射
(2)碱基和核苷酸的类似物的作用
(3)抗菌素及其类似物的作用
2.基因突变的后果及类型
(3)后果:
致死;
功能缺失;
改变基因型;
进化
(4)类型:
点突变;
复突变
3.损伤的修复
(1)光修复
(2)切除修复(3)重组修复(4)SOS修复
其中切除修复是人体细胞内DNA的主要修复机制。
三、逆转录
1.概念:
逆转录又称为反转录,是RNA指导下的DNA合成作用,即以RNA为模板,由dNTP聚合生成DNA的作用,遗传信息的流动呈逆方向进行,所以称逆转录作用。
在致癌的RNA病毒中,有逆转录酶的存在。
2.逆转录酶有三种作用:
RNA指导的DNA合成反应;
RNA的水解反应;
DNA指导的DNA合成。
3.逆转录过程:
以病毒基因RNA为模板,在反转录酶的作用下,先合成一条与模板RNA互补的DNA单链,产物与模板形成DNA-RNA杂交分子。
然后,以新合成的DNA单链为模板,合成另一条互补的DNA链,形成双链DNA分子,方向5′-3′。
反转录合成的DNA分子,一旦整合到宿主染色体基因组中,可导致宿主细胞癌变。
端粒酶类似于逆转录酶:
由RNA和蛋白质组成,该酶利用自身RNA为模板,催化染色体DNA端区的合成,防止染色体缩短。
4.逆转录病毒:
是一类RNA病毒,因含逆转录酶而得名。
人类免疫缺陷病毒(HIV)也是一种逆转录病毒,因它的感染导致艾滋病。
第二节RNA的生物合成
一、不对称转录
1.转录的模板
(1)转录的不对称性:
[1]DNA分子双链上只有一股可以转录。
可转录生成RNA的一个链称模板链;
相对的一股不能转录生成RNA的链称编码链。
[2]不同基因的模板链可在DNA分子的不同链上。
(2)酶与模板的结合在原核生物,多数转录起始区有5′-TATAATPu序列,因富含AT,解链温度低,编码链与模板链易分离,有利于RNA聚合酶发挥作用
2.RNA聚合酶
(1)原核生物RNA聚合酶有全酶(α2ββ‘σ)和核心酶(α2ββ‘)两种形式。
α亚基决定转录的特异性,β亚基与转录全过程有关,β‘亚基结合DNA模板上,σ辨认转录起始点,活细胞的转录起始需要全酶,但至转录延长阶段,仅需要核心酶。
受抗结核菌药物利福平或利福霉素的特异性抑制。
(2)真核生物RNA聚合酶有三种分别是:
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
RNA聚合酶Ⅰ的转录产物是45SrRNS,RNA聚合酶Ⅱ转录产物是hnRNA,RNA聚合酶Ⅲ转录产物是5SrRNA、tRNA、snRNA。
鹅膏覃碱是真核生物RNA聚合酶的特异性抑制剂。
3.转录的特点
(1)不对称性
(2)连续性(3)单向性(4)有特定的起始和终止位点
二、转录的过程
RNA转录过程可分为三个阶段:
起始、延长和终止。
1.起始:
σ因子辨认DNA的启始点,全酶与启动子结合,DNA双链分子局部发生构象变化和结构松散,解开10~20个碱基对形成转录空泡。
以四种三磷酸核苷为原料(NTP),按碱基互补原则,首先生成四磷酸二核苷(pppGpN’-OH)。
RNA聚合酶(全酶)-DNA-pppGpN’-OH结构称为转录起始复合物。
σ亚基从复合物脱落,RNA聚合酶构象改变,形成核心酶,与模板结合松弛,按3′-5′方向沿DNA模板链向前移动,并以四种NTP为原料,按5′-3′方向合成RNA链。
2.延伸:
酶-DNA-RNA复合物称转录复合物。
由于模板的DNA双链比新合成的DNA-RNA杂化双链结构稳定,故DNA双螺旋的力把RNA排斥在外,仅保留较短的新合成RNA链与DNA模板链互补结合,从5′端开始的大部分RNA链则伸展出转录空泡外,转录后的DNA随即重新成为双螺旋。
3.终止:
当核心酶移动到DNA模板的转录终止部位时,转录终止。
转录终止的机理有两种机制。
一是,在原核细胞中有一种ρ因子,它可识别并结合转录终止信号,使核心酶停止移动,导RNA聚合反应停止;
二是,转录终止部位有特殊的碱基序列,即一段GC富集区、随后是一段AT富集区。
在GC富集区内组成一段反向重复序列,转录至此生成的RNA在相应序列中形成了发卡结构,使RNApol脱离模板而终止转录。
三、转录后的加工
转录后生成的是RNA前体,即未成熟RNA。
RNA前体不具有生物学活性,还需要在酶的作用下加工后才能成为有活性的成熟的RNA。
RNA加工部位主要在细胞内及少数在胞浆中进行。
各种RNA的加工过程有自己的特点,但加工的类型主要有以下几种:
①剪切和剪接;
②末端添加核苷酸;
③化学修饰;
④RNA编辑
1.mRNA前体的加工:
①剪接:
去除内含子部分,再将外显子部分连接起来。
②5′末端加“帽”,甲基三磷酸双鸟苷(mGpppmG)。
③3′末端加尾:
mRNA前体分子3′末端在多聚A聚合酶的催化下,由ATP聚合形成多聚A尾。
④化学修饰:
mRNA中含有少量稀有碱基是经转录后化学修饰形成的(如碱基被甲化)。
⑤RNA编辑:
某些mRNA转录后还需插入、删除和取代某些核苷酸残基,才具有翻译功能,并改变了原有DNA模板上的遗传信息。
2.tRNA前体的加工:
tRNA前体在酶的作用下,先切除5′与3′末端多余的核苷酸,再去除内含子进行剪接;
其3′末端加-CCA以及碱基的化学修饰,如某些碱基的甲基化;
U加氢还原为DHU。
3.rRNA前体的加工:
染色体DNA中rRNA基因为多拷贝,这些rRNA基因纵向串联并重复排列。
重复单位之间由非转录的间隔区将其分开。
某些间隔区的转录产物为tRNA。
原核生物rRNA的前体30S,在RNaseⅢ及核酸酶的作用下,切除间隔区序列,产生成熟的16S、23S、5SrRNA及成熟的tRNA;
16SrRNA上某些碱基被甲基化。
真核生物的5SrRNA自成体系进行加工,但加工甚少;
45SrRNA前体包括58S、28S和18SrRNA,45SrRNA在核酸酶的几次剪切下产生相应成熟的几种rRNA分子;
并在加工过程中使分子进行广泛地甲基化。
一、参与蛋白质生物合成的物质
1.合成原料:
20种氨基酸;
2.酶及蛋白因子
(1)氨基酰tRNA合成酶
(2)转肽酶
(3)蛋白因子:
起始因子(IF);
延长因子(EF);
释放因子(RF)
3.RNA
(1)mRNA:
mRNA分子中,每三个相连的核苷酸决定一个氨基酸,三个核苷酸组成的三联体称为一个“遗传密码”。
1起始密码(AUG),终止密码(UAG、UAA、UGA)。
2遗传密码的特性:
连续性;
简并性;
方向性;
通用性;
摆动性
(2)tRNA:
以氨基酰tRNA的形式活化氨基酸;
通过其反密码子与mRNA密码子的对应结合来确定氨基酸的转运位置
(3)rRNA:
与多种蛋白质共同构成核糖体;
核糖体是多肽链合成的场所;
参加蛋白质生物合成的各种成分,最终均需结合在核糖体上,再将氨基酸按特定的顺序聚合成多肽链
4.供能物质及无机离子:
合成过程中需ATP或GTP提供能源,并需Mg+、K+
二、蛋白质生物合成的过程——翻译
1.氨基酸的活化与转运:
氨基酸与相应tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的催化下,生成氨基酰-tRNA,再转运到核蛋白体大亚基的给位和受位。
2.“核糖体循环”:
肽链合成的起始、延长和终止过程
(1)起始阶段:
在起始因子的作用下,mRNA、核蛋白体小亚基、甲硫氨酰-tRNA和核蛋白体大亚基形成起始复合体。
(2)延长阶段:
氨基酰-tRNA按照mRNA的密码子序列把相应的氨基酸转运到核蛋白体中,在延长因子、GTP、Mg2+和K+的参与下,“进位-成肽-转位”连续进行,氨基酸通过肽键结合形成多肽。
(3)终止阶段:
合成到mRNA终止密码时,释放因子辨认终止密码进入受位,促进肽链C端与tRNA3'-羟基酯键的水解,释放出多肽链,mRNA也从核蛋白体释放出来。
三、翻译后的加工
1.多数多肽链合成后需经过一定的加工、修饰,才能转变成具有特定生物学功能的蛋白质
2.加工修饰的方法:
切除N端起始的氨基酸;
形成二硫键;
肽段的水解;
氨基酸侧链的修饰;
辅基的结合及亚基的聚合等。
四、蛋白质生物合成与医学:
分子病;
抗生素对蛋白质生物合成的影响
【小结要点】
一、DNA的复制
1.DNA复制的定义及特征
2.参与DNA复制的物质及过程(起始、延长、终止)
二、DNA的损伤与修复:
引发损伤的因素、损伤的类型及修复
四、转录
1.转录的定义及特点
2.转录的模板,RNA聚合酶,转录的过程(起始、延长、终止)
3.转录后mRNA、tRNA和rRNA的加工
五、蛋白质的生物合成
1.参与蛋白质生物合成的物质:
遗传密码的定义及特点
三类RNA在蛋白质生物合成中作用
2.蛋白质生物合成的过程——翻译:
核糖体循环
3.翻译后的加工
【教学思考】
1.学生普遍反映生物化学抽象难懂,所以在讲授过程中应尽量采取简单明了的方法,多与实践挂钩,多引入例证,让学生容易接受。
2.在本章节的讲授讨论中,通过启迪诱导,归纳分析,引入分类和命名,起到了事半功倍的效果,学生反应掌握得均较理想。
【思考题】
1.讨论DNA复制的主要步骤及其特点。
2.何谓逆转录?
RNA病毒致癌的分子过程。
3.讨论参与RNA转录的成分及它们在RNA合成中的作用。
4.以mRNA为例,说明转录的加工过程。
5.讨论核苷酸在体内的主要生理功能。
6.复制与转录过程的异同点。
7.简述三类RNA在蛋白质合成过程中的作用。
8.简述蛋白质合成的基本过程。