分子生物学专题new.docVIP

2002年全国中学生生物奥赛教练员培训班——分子生物学专题 ■ 分子生物学基础理论 DNA复制 基因转录 蛋白质生物合成 基因表达的调控 基因工程 ■ 专题内容 （一）复制、转录、翻译 （二）基因表达调控 （三）基因工程 复制、转录、翻译 遗传信息以遗传密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸顺序，并通过DNA复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育中，遗传信息通过DNA转录成RNA，然后由RNA翻译成特定的蛋白质，通过蛋白质执行各种生命功能，将生命的遗传特征体现出来。 1．DNA复制 DNA复制是指以亲代DNA分子的两条链为模板合成各自的互补链，形成两个子代DNA分子的过程。复制的过程是半保留模式和不连续的。复制过程是由一系列酶和蛋白质参与的。 复制开始时，亲代双螺旋DNA链首先必须解开螺旋，成为两条独立的单链分子，以作模板之用，催化完成这步反应的主要是解螺旋酶，Rep蛋白帮助解开双螺旋。解开的两条单链随即被单链结合蛋白所覆盖，作用是阻止单链本身折叠配对形成双链DNA，并保护单链部分不被核酸酶降解。DNA复制过程中担任DNA合成的酶是DNA聚合酶，只能从 5′→3′的方向逐个连入核苷酸。因此只能利用3′→5′方向的模板链合成子链，合成方向为 5′→3′，称为前导链。由于亲代DNA双链中只有一条链的方向为3′→5′，故另一条链（5′→3′）的复制只能先合成多个小片段DNA（称为冈崎片段），然后连接成长的链，称为滞后链。合成冈崎片段之前需由引物合成酶先合成一小段RNA引物。在此引物3′-OH端由DNA聚合酶III沿5′→3′的方向催化合成小的冈崎片段。之后由DNA聚合酶I切除RNA引物，并填补修复缺口。最后由DNA连接酶将多个小片段DNA连接成长链。而3′→5′方向的模板链可以在一个引物上连续进行5′→3′方向的链合成。而模板链可以在一个引物上连续进行5′→3′方向的链合成。 DNA复制所需的酶和蛋白质 酶和蛋白质 作用 拓扑异构酶 帮助解开复制叉前后的超螺旋结构 DNA解螺旋酶 解开超螺旋 Rep蛋白 帮助解开双螺旋 引物合成酶 合成RNA引物 单链结合蛋白 稳定单连区 DNA聚事酶III 合成DNA DNA聚合酶I 消除引物，填满裂隙 DNA连接酶 连接DNA末端 2．基因转录及转录后加工 转录是以DNA为模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的过程，是遗传信息从DNA向RNA传递的过程，是遗传信息表达的第一步。转录单位是指RNA聚合酶作用的起始点与终止点之间的DNA顺序；启动子是DNA分子上可与RNA聚合酶特异性结合，而使转录开始的一段DNA序列；增强子是包括启动子上游与启动子重叠的一段DNA序列，使启动子发动转录的能力大大增强。转录终止信号使mRNA从转录复合物上释放出来而终止转录。 DNA指导的RNA聚合酶在RNA合成中起催化作用。可以识别DNA分子中起始区的启动子，使DNA部分双螺旋解开，解开长度为17bp，从而产生单链DNA模板，并选择正确的核糖核苷酸催化形成磷酸二酯健。能识别转录终止信号，并可与调节转录的活化蛋白或阻遏蛋白作用，从而对基因的表达起调控制作用。转录起始时，必须有一些蛋白质因子参与，称为转录因子，作用是帮助RNA聚合酶结合到启动子上。包括：TF2D、TF2A、TF2B、TF2H、TF2E、TF2H等。 转录起始时，RNA聚合酶识别结合启动子，并解除启动子区域双螺旋结构，解开的以链相当于17个碱基对，开始催化合成RNA。转录延长阶段，RNA聚合酶沿模板3′→5′方向移动，并按模板的碱基序列，配对加入四种核苷酸，进行RNA的聚合。RNA的合成方向沿着5′→3′方向进行。酶前面的DNA双螺旋不断解开，后面的DNA重新回复到双螺旋结构，同时RNA链也不断地从RNA-DNA杂交体中分离出来。转录终止时，RNA聚合酶停止作用，RNA合成终止。新生的RNA链释放，局部解开的DNA回复到双螺旋结构，酶从模板上释放出来。转录过程即告结束。 转录后加工：按照DNA模板转录生成的RNA链经过修饰、切除和拼接等反应，去除非编码序列，形成成熟的、具有功能的RNA分子，这一过程称为RNA转录后加工。原核生物的mRNA不需要修饰加工，在它的3′端尚未完成转录前，其5′端已与核糖体结合，开始蛋白质的合成，即转录与翻译偶联。真核生物的转录在细胞核内进行，而翻译过程在细胞质中进行，转录和翻译在时间和空间上是分开的。真核生物的mRNA在细胞核中合成后，还必须经过一系列的加工处理，才能到达细胞质中指导蛋白的合成。转录后加工包括：5′端加帽，即新合成的mRNA的5′端与第7位碳原子被甲基化了的鸟嘌呤核苷酸在酶的作用下相连的过程，有提供核糖体的识别位点和使mRNA避免受到磷酸酶和核酸酶的攻击等作用。3′端加多聚