生物化學(xué)：第4章 DNA的生物合成

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1、第四章第四章 DNADNA的生物合成的生物合成1.DNA1.DNA復(fù)制的基本特征復(fù)制的基本特征2.DNA2.DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系3.DNA3.DNA復(fù)制過程復(fù)制過程4.DNA4.DNA損傷、突變和修復(fù)損傷、突變和修復(fù)5.5.反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和反轉(zhuǎn)錄酶DNA Biosynthesis ( Replication )第二節(jié)第二節(jié) DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系 DNA復(fù)制需要多種物質(zhì)：復(fù)制需要多種物質(zhì)：底物底物：dNTP (dATP, dGTP, dCTP, dTTP)模板模板(template): 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈母鏈引物引物(primer):

2、提供提供3-OH依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶（DNA dependent DNA polymerase, DNA-pol）其他酶和蛋白質(zhì)因子其他酶和蛋白質(zhì)因子核苷酸與核苷酸之間核苷酸與核苷酸之間生成磷酸二酯鍵是復(fù)生成磷酸二酯鍵是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)制的基本化學(xué)反應(yīng)n聚合反應(yīng)的特點(diǎn)聚合反應(yīng)的特點(diǎn): : DNA 新鏈生成需新鏈生成需RNA引物引物和和模板模板 新鏈的延長只可沿新鏈的延長只可沿5 3 方向進(jìn)行。方向進(jìn)行。一、一、DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶的一般特征：聚合酶的一般特征：1. 需要引物：需要引物：RNA引物引物 2. 需要模板：雙鏈需要模板：雙鏈DNA解開成單鏈解開成單鏈3.

3、以四種以四種 dNTP為底物：為底物：dATP、dGTP、dCTP、dTTP4. 5到到3聚合活性（合成的新鏈與模板鏈反向互補(bǔ)聚合活性（合成的新鏈與模板鏈反向互補(bǔ) ）5. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突變的能切除突變的 DNA片段。片段。辨認(rèn)錯配的堿基對，并將其水解。該活性為即時辨認(rèn)錯配的堿基對，并將其水解。該活性為即時校讀（校讀（proofreading)pr

4、oofreading)功能所必需功能所必需核酸外切酶活性核酸外切酶活性 （一）原核生物有（一）原核生物有3種種DNA聚合酶聚合酶可可能能不不可可能能可可能能基基因因突突變變后后的的致致死死性性無無無無有有5 3 核核酸酸外外切切酶酶活活性性20？400分分子子數(shù)數(shù)/細(xì)細(xì)胞胞多多亞亞基基不不對對稱稱二二聚聚體體？單單肽肽鏈鏈組組成成250120109分分子子量量(kD)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I可可能能不不可可能能可可能能基基因因突突變變后后的的致致死死性性無無無無有有5 3 核核酸酸外外切切酶酶活活性性20？400分分子子數(shù)數(shù)/細(xì)細(xì)胞胞多多亞亞基基不不對對稱稱

5、二二聚聚體體？單單肽肽鏈鏈組組成成250120109分分子子量量(kD)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I5 5到到3 3聚合活性聚合活性 3 5 外切酶活性外切酶活性 均有均有個核心酶個核心酶1個個 -復(fù)合物（復(fù)合物（ 、 、 、 、 、 6種亞基）種亞基）1對對 -亞基（可亞基（可滑動的滑動的DNA夾子）夾子）DNA聚合酶聚合酶全酶結(jié)構(gòu)全酶結(jié)構(gòu)全酶結(jié)構(gòu)包括：全酶結(jié)構(gòu)包括：（ polymerase III holoenzyme ）催化催化105次次/min聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)，復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。DNA-pol （109kD）1

6、958年由年由Arthur Kornberg首先發(fā)首先發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)的DNA聚合酶，聚合酶，又稱又稱Kornberg酶。酶。323個氨基酸個氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604個氨基酸個氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。 “在老孔伯格獲獎十年之后，人們才知道，他在老孔伯格獲獎十年之后，人們才知道，他所發(fā)現(xiàn)的所發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶并非細(xì)菌真正用

7、于復(fù)制聚合酶并非細(xì)菌真正用于復(fù)制DNA的的酶，在細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行這個任務(wù)的是另一種新發(fā)現(xiàn)的酶，在細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行這個任務(wù)的是另一種新發(fā)現(xiàn)的酶酶DNA聚合酶聚合酶III。老孔伯格的酶（被命名為。老孔伯格的酶（被命名為DNA聚合酶聚合酶I）只是在）只是在DNA復(fù)制中起修補(bǔ)作用（不復(fù)制中起修補(bǔ)作用（不過，這種酶后來在分子生物學(xué)研究和遺傳工程中發(fā)過，這種酶后來在分子生物學(xué)研究和遺傳工程中發(fā)揮了巨大的作用）。值得老孔伯格欣慰的是，新的揮了巨大的作用）。值得老孔伯格欣慰的是，新的酶是他的二兒子托馬斯酶是他的二兒子托馬斯孔伯格在哥倫比亞大學(xué)讀書孔伯格在哥倫比亞大學(xué)讀書時發(fā)現(xiàn)的。托馬斯現(xiàn)在是加州大學(xué)舊金山分校的生時發(fā)現(xiàn)的

8、。托馬斯現(xiàn)在是加州大學(xué)舊金山分校的生物化學(xué)教授。物化學(xué)教授。 ”（方舟子博客：上陣父子兵）（方舟子博客：上陣父子兵） 這一家人共發(fā)現(xiàn)了這一家人共發(fā)現(xiàn)了30多種酶。多種酶。 老孔伯格老孔伯格1975年年寫了一本書寫了一本書 “For the love of enzymes” （酶的情人）（酶的情人）他的大兒子：他的大兒子：Roger Kornberg won 2006 Nobel Prize in Chemistry for his work in genetic research. DNA-pol的主要的主要功能：功能： 1.1.去除引物，填補(bǔ)引去除引物，填補(bǔ)引物消除后的空隙；物消除后的空隙；

9、2.2.對復(fù)制中的錯誤進(jìn)對復(fù)制中的錯誤進(jìn)行校讀，填補(bǔ)修復(fù)行校讀，填補(bǔ)修復(fù)中出現(xiàn)的空隙。中出現(xiàn)的空隙。 DNA-pol （120kD） DNA-pol IIDNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活?；虬l(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。 DNA-pol DNA-pol 對模板的特異性不高，即使在已發(fā)對模板的特異性不高，即使在已發(fā)生損傷的生損傷的DNADNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認(rèn)為，它參與因此認(rèn)為，它參與DNADNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。（二）常見的真核細(xì)胞（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合酶有聚合酶有5種種DNA-pol 起始引發(fā)，有引物

10、酶活性。起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制參與低保真度的復(fù)制 。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用?？诘淖饔?。在線粒體在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。復(fù)制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 增殖細(xì)胞核抗原增殖細(xì)胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）在復(fù)制起在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。始和延長中起關(guān)鍵作用。PCNA為同源三聚體，具有與為同源三聚體，具有與E.coli DNA 聚合酶聚合酶的

11、的亞基亞基相同的功能和相似的構(gòu)象，相同的功能和相似的構(gòu)象，即形成閉合環(huán)形的可滑動即形成閉合環(huán)形的可滑動DNA夾子，在夾子，在RFC的作用下的作用下PCNA結(jié)合于引物模板鏈；結(jié)合于引物模板鏈；并且并且PCNA使使pol獲得持續(xù)合獲得持續(xù)合成能力。成能力。PCNA水平也是檢驗(yàn)水平也是檢驗(yàn)細(xì)胞增殖的重要指標(biāo)。細(xì)胞增殖的重要指標(biāo)。DNA聚合酶共同特點(diǎn)聚合酶共同特點(diǎn)以以dNTP為底物為底物具有模板依賴性，嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律具有模板依賴性，嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律聚合方向?yàn)榫酆戏较驗(yàn)?3，催化核苷酸以，催化核苷酸以3，5-磷酸二酯鍵相互連接磷酸二酯鍵相互連接需引物提供游離的需引物提供游離的3-OH，不能從頭

12、合成，不能從頭合成DNA鏈鏈DNA聚合酶對堿基的識別及選擇聚合酶對堿基的識別及選擇和校對功能實(shí)現(xiàn)復(fù)制的保真性和校對功能實(shí)現(xiàn)復(fù)制的保真性 延伸時的錯誤率約延伸時的錯誤率約10-5，校讀后的錯誤率約，校讀后的錯誤率約為為10-10“自發(fā)突變自發(fā)突變” DNA復(fù)制錯配率復(fù)制錯配率10-910-10，大腸桿菌染色體中有，大腸桿菌染色體中有4.5106bp，每，每1000個細(xì)胞經(jīng)過一次分裂才會插入一個個細(xì)胞經(jīng)過一次分裂才會插入一個不正確的堿基。不正確的堿基。遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律：遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律：A-T，G-CDNA聚合酶在復(fù)制延長時對堿基的選擇功能聚合酶在復(fù)制延長時對堿基的選擇功能復(fù)制出錯時有

13、即時校對功能：復(fù)制出錯時有即時校對功能： 3 5 外切活性外切活性 理順理順DNA鏈鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 (gyrA, B)穩(wěn)定已解開的單鏈穩(wěn)定已解開的單鏈單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG (dnaG)運(yùn)送和協(xié)同運(yùn)送和協(xié)同DnaBDnaC (dnaC)解開解開DNA雙鏈雙鏈解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)DnaA (dnaA)蛋白質(zhì)（基因）蛋白質(zhì)（基因）通用名通用名功能功能原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)1. 解螺旋酶（解螺旋酶（helicase）作用：解開作用：解開DNA雙鏈雙鏈每解開一

14、對堿基，消耗每解開一對堿基，消耗2分子分子ATPDNA雙鏈解開后，才能作為模板進(jìn)行復(fù)制雙鏈解開后，才能作為模板進(jìn)行復(fù)制二、解螺旋酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白108局部解鏈后局部解鏈后2.拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase）改變）改變DNA超螺旋狀態(tài)超螺旋狀態(tài)n復(fù)制過程正超螺旋的形成：復(fù)制過程正超螺旋的形成：拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA雙鏈中雙鏈中一股一股鏈，使鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時候封解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時候封閉切口，閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATP。拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過鏈，斷端

15、通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，連接斷端，供能，連接斷端， DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。n作用機(jī)制：作用機(jī)制： 既能水解既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵。、又能連接磷酸二酯鍵。n拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)：拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)：3. 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)作用：作用：使使DNA分子保持分子保持單鏈單鏈狀態(tài)狀態(tài)SSBSSB不會沿著復(fù)制叉移動，而是不斷的不會沿著復(fù)制叉移動，而是不斷的與模板結(jié)合、脫離，反復(fù)發(fā)揮作用與模板結(jié)合、脫離，反復(fù)發(fā)揮作用免受核酸酶降解，保護(hù)

16、單鏈的完整免受核酸酶降解，保護(hù)單鏈的完整引物（引物（primer）一段帶有一段帶有3 -OH的的RNA的寡核苷酸的寡核苷酸形成原因：形成原因：DNA聚合酶聚合酶不能不能催化游離的催化游離的dNTP直接進(jìn)行聚合反應(yīng)直接進(jìn)行聚合反應(yīng)遺傳學(xué)上的意義：保證復(fù)制的準(zhǔn)確性遺傳學(xué)上的意義：保證復(fù)制的準(zhǔn)確性三、引物酶（三、引物酶（primase）和引發(fā)體）和引發(fā)體引物酶引物酶催化以催化以DNA為模板生成引物：自為模板生成引物：自5 3 合成合成RNA小片段約十到幾十個核苷酸，小片段約十到幾十個核苷酸， 提供提供3 端端-OH。引物酶與催化轉(zhuǎn)錄的引物酶與催化轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶不同聚合酶不同引物在復(fù)制完成后將被降

17、解引物在復(fù)制完成后將被降解四、四、DNA連接酶連接酶(DNA ligase)催化催化DNA鏈鏈3 -OH末端和末端和相鄰相鄰的的5 -P末端生成磷末端生成磷酸二酯鍵。耗能：酸二酯鍵。耗能：真核真核ATP；原核；原核NAD+連接堿基互補(bǔ)的雙鏈中的單鏈缺口（連接堿基互補(bǔ)的雙鏈中的單鏈缺口（nicknick） 縫合缺口：縫合缺口：DNA修復(fù)、重組、剪接修復(fù)、重組、剪接基因工程重要的工具酶（基因工程重要的工具酶（T4 DNA Ligase）DNA連接酶連接酶(DNA ligase)DNA連接酶連接酶ATP（NAD+）AMP+PPi（NMN+AMP）HO5353POO-O-O3553POO-O-O提供核

18、糖提供核糖3 -OH提供提供5 -P結(jié)果結(jié)果DNA聚合酶聚合酶引物或延長中的引物或延長中的新鏈新鏈游離游離dNTP去去PPi(dNTP)n+1連接酶連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)鏈連續(xù)鏈拓?fù)涿竿負(fù)涿盖袛?、整理后的兩鏈切斷、整理后的兩鏈改變拓?fù)錉顟B(tài)改變拓?fù)錉顟B(tài)DNA聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化3 ,5 -磷酸二酯鍵生成的比較磷酸二酯鍵生成的比較小結(jié)：小結(jié)：DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系底物底物：dATP dTTP dCTP dGTP （dNTP） 聚合酶聚合酶（polymerase）： 依賴DNA的DNA聚合酶DNA pol 模板模

19、板（template）：）： 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈母鏈 引物引物（primer）：提供）：提供3 -OHDNA解螺旋酶解螺旋酶、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶、SSB、DNA連接酶連接酶第三節(jié)第三節(jié) DNA復(fù)制過程復(fù)制過程The Process of DNA Replication in起始是復(fù)制中較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，在此過程中，起始是復(fù)制中較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，在此過程中，各種酶和蛋白因子在復(fù)制起始點(diǎn)處裝配引發(fā)體，形各種酶和蛋白因子在復(fù)制起始點(diǎn)處裝配引發(fā)體，形成復(fù)制叉并合成成復(fù)制叉并合成RNARNA引物。引物。需要解決兩個問題：需要解決兩個問題：1. DNA解開成單鏈，提供模板。解開成單鏈

20、，提供模板。2. 形成引發(fā)體，合成引物，提供形成引發(fā)體，合成引物，提供3 -OH末端。末端。一、原核生物一、原核生物DNA復(fù)制的基本過程復(fù)制的基本過程E. Coli 基因圖基因圖E.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列 反向重

21、復(fù)序列反向重復(fù)序列5 3 5 3 （一）（一） 復(fù)制的起始：形成引發(fā)體，催化引物生成復(fù)制的起始：形成引發(fā)體，催化引物生成原核生物的復(fù)制起始部位及解鏈原核生物的復(fù)制起始部位及解鏈 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶引物酶SSB3 3 5 5 3 3 5 5 引發(fā)體形成和引物合成引發(fā)體形成和引物合成引發(fā)體(primosome)：由ori C, DnaA, DnaB, DnaC, DnaG（引物酶）組成的復(fù)合體3 3 5 5 3 3 5 5 引物是由引物酶催化合成的短鏈引物是由引物酶催化合成的短鏈RNARNA分子分子引物引物3 HO5引物酶引物酶引物的合成標(biāo)志著復(fù)制

22、正式開始引物的合成標(biāo)志著復(fù)制正式開始 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3 DNA-pol（二）（二）DNA鏈的延伸鏈的延伸復(fù)制的延長指在復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。 復(fù)制反應(yīng)的分子機(jī)理復(fù)制反應(yīng)的分子機(jī)理核苷酸之間生成核苷酸之間生成3-5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 ,-P以以焦磷酸焦磷酸（PPi）形式被）形式被釋放釋放n領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著領(lǐng)

23、頭鏈的子鏈沿著5 5 33 方向可以連續(xù)地延長方向可以連續(xù)地延長n后隨鏈的合成后隨鏈的合成 在復(fù)制叉同時合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈在復(fù)制叉同時合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈復(fù)復(fù)制制過過程程簡簡圖圖切除引物切除引物5 3 外切酶活性外切酶活性 岡崎片段的延長岡崎片段的延長5 3 聚合酶活性聚合酶活性主要的酶：主要的酶：主要步驟：主要步驟： 缺口的連接缺口的連接DNA pol I（真核生物是聚合酶（真核生物是聚合酶）連接酶連接酶 原核生物基因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNADNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)(ter)處匯合。終止子：處匯合。終止子：22bp22bp（三）

24、復(fù)制的終止（三）復(fù)制的終止oriter E.coli82823232 ori terSV4050500 05 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP AMP+PPi5 5 DNA連接酶連接酶n 子鏈中的子鏈中的RNA引物被取代引物被取代為什么一定要引物？為什么一定要引物？ 為什么是為什么是RNA，非，非DNA？引物酶特性決定：引物酶特性決定：RNA合成酶，不需要引物合成酶，不需要引物“暫時性暫時性”的標(biāo)志，便于后期切除的標(biāo)志，便于后期切除復(fù)制機(jī)制的復(fù)雜性是保真性所必需的復(fù)制機(jī)制的復(fù)雜性是保真性所必需的3 3 -OH-OH5 5 -P-P5 5 5 5 5 5 3

25、3 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 二、滾環(huán)復(fù)制二、滾環(huán)復(fù)制(rolling circle replication)是某些低等生物的復(fù)制形式，如X174和M13噬菌體等。多個復(fù)制起始點(diǎn)，岡崎片段短，復(fù)制叉前進(jìn)速度慢多個復(fù)制起始點(diǎn)，岡崎片段短，復(fù)制叉前進(jìn)速度慢復(fù)制子（復(fù)制子（replicon）：兩個復(fù)制起始點(diǎn)之間構(gòu)成）：兩個復(fù)制起始點(diǎn)之間構(gòu)成DNA復(fù)制與核小體裝配同步進(jìn)行復(fù)制與核小體裝配同步進(jìn)行三、真核生物三、真核生物DNADNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)Pol /引發(fā)酶合成RNA-DNA引物Pol 合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈RFC 識別引物iDNA的3端并驅(qū)除Pol

26、/引發(fā)酶PCNA 結(jié)合DNA并引入Pol RNAse H I/FEN1 切除岡崎片段5端的RNA引物Pol （或Pol ）填補(bǔ)岡崎片段之間的空隙DNA連接酶 封口RPA 穩(wěn)定解旋后的單鏈DNA解旋酶 復(fù)制叉的形成和移動必不可少拓?fù)洚悩?gòu)酶 釋放復(fù)制叉前進(jìn)時產(chǎn)生的扭曲應(yīng)力真核生物復(fù)制過程中酶及功能真核生物復(fù)制過程中酶及功能Comparison of Prokaryotic and Eukaryotic DNA PolymerasesE coli Eukaryotic Function I Gap filling following DNA replication, repair, and reco

27、mbination II DNA proofreading and repair DNA repair Mitochondrial DNA synthesis III Processive, leading strand synthesis DnaG Primase Processive, lagging strand synthesis Harpers Illustrated Biochemistry28th3 5 5 3 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈3 5 3 5 親代親代DNA后隨鏈后隨鏈引物引物核小體核小體真核生物真核生物DNA合成后立即組裝成核小體合成后立即組裝成核小體前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈產(chǎn)生產(chǎn)生完整完整的

28、子的子染色單體。染色單體。后隨鏈后隨鏈3 3 端留下縮短端留下縮短的的未復(fù)制的未復(fù)制的ssDNA區(qū)區(qū)。四、端粒四、端粒DNA及端粒酶及端粒酶染色體染色體DNA呈線狀，復(fù)呈線狀，復(fù)制在末端停止。制在末端停止。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。復(fù)制子之間的連接。染色體兩端染色體兩端DNA子鏈上子鏈上最后復(fù)制的最后復(fù)制的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后留下空隙。5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 端粒（端粒（telomeretelomere）真核生物線性染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)真核生物線性染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)富含TG的重復(fù)序列

29、組成。人的端粒重復(fù)序列為5-TTAGGG-3。這些重復(fù)序列多為雙鏈，但每個染色體的3端比5端長，形成單鏈ssDNA功能功能 維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性 維持維持DNA復(fù)制的完整性復(fù)制的完整性端粒酶端粒酶（telomerase）是一種核糖核蛋白（）是一種核糖核蛋白（RNP），），由由RNA和蛋白質(zhì)組成。和蛋白質(zhì)組成。端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)(human tel

30、omerase associated protein 1, hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT)(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) 功能功能： 端粒酶以自己的端粒酶以自己的RNA組分作為模板，以染色體的組分作為模板，以染色體的3 端端ssDNA（后隨鏈模板）為引物，將端粒序列添加于染（后隨鏈模板）為引物，將端粒序列添加于染色體的色體的3 端。這些新合成的端。這些新合成的DNA為單鏈為單鏈。n端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型 DN

31、A聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工端端 粒?！岸肆Ｖ谌旧w，好像鞋帶兩頭兒的端粒之于染色體，好像鞋帶兩頭兒的小塑料套和一根美麗鞋帶的關(guān)系。如果小塑料套和一根美麗鞋帶的關(guān)系。如果沒有小塑料套，由幾股繩編起來的鞋帶沒有小塑料套，由幾股繩編起來的鞋帶兒就要散架；同理，如果沒有端粒，你兒就要散架；同理，如果沒有端粒，你的染色體就劈叉兒、磨禿。你說這么重的染色體就劈叉兒、磨禿。你說這么重要的東西值不值一個諾貝爾獎？要的東西值不值一個諾貝爾獎？”-摘自摘自 “端粒，好好看住別丟了！端粒，好好看住別丟了！”（http:/ 科學(xué)松鼠會：科學(xué)松鼠會：http:/ 端粒酶與細(xì)胞壽命端粒酶與細(xì)胞壽命實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞老

32、化與端粒酶有關(guān)細(xì)胞老化與端粒酶有關(guān)腫瘤細(xì)胞中端粒酶活性增高腫瘤細(xì)胞中端粒酶活性增高研究方向研究方向抑制端粒酶活性抑制端粒酶活性抗腫瘤抗腫瘤提高端粒酶活性提高端粒酶活性抗衰老抗衰老基因突變（基因突變（gene mutationgene mutation）損傷的損傷的DNADNA未能完全修復(fù)，遺留堿基序列的改變，未能完全修復(fù)，遺留堿基序列的改變，引起生物遺傳的變異引起生物遺傳的變異DNA損傷（損傷（DNA damage）生物體受到物理、化學(xué)等外界因素或內(nèi)環(huán)境改變的影響導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)及功能的改變從分子水平來看，就是從分子水平來看，就是DNA分子上堿基的改變。分子上堿基的改變。 第四節(jié)第四節(jié) DNA的

33、損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù)DNA Damage (Mutation) and Repair一、引發(fā)突變的因素一、引發(fā)突變的因素物理因素物理因素 紫外線紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射、各種輻射UV兩個相鄰的兩個相鄰的T嘧啶二聚體形成嘧啶二聚體形成化學(xué)因素化學(xué)因素常常 見見 的的 化化 學(xué)學(xué) 誘誘 變變 劑劑化化 合合 物物 類類 別別作作 用用 點(diǎn)點(diǎn)分分 子子 改改 變變堿堿 基基 類類 似似 物物如如 ： 5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羥羥 胺胺 類類 （ NH2OH）T C- T - A - C - G -亞亞 硝硝 酸酸 鹽鹽 （ NO2）C

34、U- G - C - A - T -烷烷 化化 劑劑如如 ： 氮氮 芥芥 類類 ， NitrominsG mGG mGDNA缺缺 失失 G生物因素生物因素突變的意義突變的意義突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)突變導(dǎo)致基因型改變突變導(dǎo)致基因型改變突變導(dǎo)致死亡突變導(dǎo)致死亡突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)血友?。蜃樱┭巡。蜃樱┑刂泻Ｘ氀ㄑt蛋白）地中海貧血（血紅蛋白）二、基因突變類型二、基因突變類型錯配錯配 (mismatch)(mismatch)點(diǎn)突變點(diǎn)突變?nèi)笔笔?(deletion)(deletion)插入插入 (insertion)(inse

35、rtion)重排重排 (rearrangement)(rearrangement)移碼突變移碼突變點(diǎn)突變：只有一個堿基發(fā)生改變點(diǎn)突變：只有一個堿基發(fā)生改變復(fù)突變：兩個或兩個以上堿基的改變復(fù)突變：兩個或兩個以上堿基的改變谷谷 酪酪 蛋蛋 絲絲5 5 G G C C A A G U AG U A C A UC A U G U CG U C 丙丙 纈纈 組組 纈纈正常正常5 5 G A GG A G U A CU A C A U GA U G U C U C 缺失缺失C Cn缺失引起框移突變：缺失引起框移突變：DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導(dǎo)致復(fù)制損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導(dǎo)致

36、復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，或轉(zhuǎn)錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，DNA骨架中產(chǎn)生切口或斷骨架中產(chǎn)生切口或斷裂）；其二是導(dǎo)致復(fù)制后基因突變（如胞嘧啶自發(fā)脫氨基轉(zhuǎn)變裂）；其二是導(dǎo)致復(fù)制后基因突變（如胞嘧啶自發(fā)脫氨基轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ぃ?，使為尿嘧啶），使DNA 序列發(fā)生永久性改變。所以，必須通過序列發(fā)生永久性改變。所以，必須通過進(jìn)化使細(xì)胞擁有靈敏的機(jī)制，以識別和修復(fù)這些損傷，否則細(xì)進(jìn)化使細(xì)胞擁有靈敏的機(jī)制，以識別和修復(fù)這些損傷，否則細(xì)胞無法維持正常代謝。胞無法維持正常代謝。 u光復(fù)活修復(fù)：光復(fù)活修復(fù)：400nm左右的光激活光復(fù)活酶，專一分解紫外光照左右的光激活光復(fù)活酶，專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上射

37、引起的同一條鏈上TT（CC CT）二聚體。（包括從單細(xì)胞生二聚體。（包括從單細(xì)胞生物到鳥類，而高等哺乳動物無物到鳥類，而高等哺乳動物無）u切除修復(fù)：切除修復(fù)：將將DNA分子中的受損傷部分切除，以完整的那條鏈分子中的受損傷部分切除，以完整的那條鏈為模板再重新合成。特異內(nèi)切酶、為模板再重新合成。特異內(nèi)切酶、DNA聚合酶、聚合酶、 DNA外切酶、外切酶、DNA連接酶均參與。（發(fā)生在連接酶均參與。（發(fā)生在DNA復(fù)制前復(fù)制前）u重組修復(fù)重組修復(fù) （發(fā)生在復(fù)制后）：復(fù)制時，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)（發(fā)生在復(fù)制后）：復(fù)制時，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補(bǔ)，原損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋生缺口由母鏈彌

38、補(bǔ)，原損傷部位并沒有切除但在后代逐漸稀釋。uSOS修修復(fù)：復(fù)：造成造成DNA損傷或抑制復(fù)制的處理均能引起一系列復(fù)雜損傷或抑制復(fù)制的處理均能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（應(yīng)急反應(yīng)（SOS response）。）。此過程誘導(dǎo)產(chǎn)生此過程誘導(dǎo)產(chǎn)生切除修復(fù)和重組修復(fù)中的關(guān)鍵蛋白和酶，同時產(chǎn)生無校對功能的切除修復(fù)和重組修復(fù)中的關(guān)鍵蛋白和酶，同時產(chǎn)生無校對功能的DNA聚合酶。所以會有聚合酶。所以會有2種結(jié)果：修復(fù)或變異（進(jìn)化）。種結(jié)果：修復(fù)或變異（進(jìn)化）。 （三）（三）DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)（一）光修復(fù)（一）光修復(fù)光修復(fù)酶(photolyase) UV嘧啶二聚體的光修復(fù)嘧啶二聚

39、體的光修復(fù)n堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)（base excision repair，BER） 識別水解識別水解：DNADNA糖基化酶糖基化酶特異性識別特異性識別DNADNA鏈中已受鏈中已受損的堿基并將其水解去除，產(chǎn)生一個無堿基位點(diǎn)；損的堿基并將其水解去除，產(chǎn)生一個無堿基位點(diǎn)； 切除切除：在此位點(diǎn)的：在此位點(diǎn)的5 5 端，無堿基位點(diǎn)核酸內(nèi)切酶將端，無堿基位點(diǎn)核酸內(nèi)切酶將DNADNA鏈的磷酸二酯鍵切開，去除剩余的磷酸核糖部分；鏈的磷酸二酯鍵切開，去除剩余的磷酸核糖部分； 合成合成：DNADNA聚合酶在缺口處以另一條鏈為模板修補(bǔ)合聚合酶在缺口處以另一條鏈為模板修補(bǔ)合成互補(bǔ)序列；成互補(bǔ)序列； 連接連接：由

40、：由DNADNA連接酶將切口重新連接，使連接酶將切口重新連接，使DNADNA恢復(fù)正恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)常結(jié)構(gòu) （二）切除修復(fù)（二）切除修復(fù)n核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision repair，NER） 首先，由一個酶系統(tǒng)識別首先，由一個酶系統(tǒng)識別DNADNA損傷部位；損傷部位； 其次，在損傷兩側(cè)切開其次，在損傷兩側(cè)切開DNADNA鏈，去除兩個切口之間的鏈，去除兩個切口之間的一段受損的寡核苷酸；一段受損的寡核苷酸； 再次，在再次，在DNADNA聚合酶作用下，以另一條鏈為模板，合聚合酶作用下，以另一條鏈為模板，合成一段新的成一段新的DNADNA，填補(bǔ)缺損區(qū)；，填補(bǔ)缺損區(qū)；

41、最后由連接酶連接，完成損傷修復(fù)。最后由連接酶連接，完成損傷修復(fù)。E.coli的的NER主要由主要由4種種蛋白質(zhì)組成：蛋白質(zhì)組成：UvrAUvrBUvrCUvrD n人類的人類的DNA損傷核苷酸切除修復(fù)損傷核苷酸切除修復(fù) 首先由損傷部位識別蛋白首先由損傷部位識別蛋白XPC和和XPA等，再加上等，再加上DNA復(fù)復(fù)制所需的制所需的SSB，結(jié)合在損傷，結(jié)合在損傷DNA的部位；的部位； XPB、XPD發(fā)揮解旋酶的活性，與上述物質(zhì)共同作用在發(fā)揮解旋酶的活性，與上述物質(zhì)共同作用在受損受損DNA周圍形成一個凸起；周圍形成一個凸起； XPG與與XPF發(fā)生構(gòu)象改變，分別在凸起的發(fā)生構(gòu)象改變，分別在凸起的3-端和端

42、和5-端發(fā)端發(fā)揮核酸內(nèi)切酶活性揮核酸內(nèi)切酶活性, 在增殖細(xì)胞核抗原（在增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）的幫）的幫助下，切除并釋放受損的寡核苷酸；助下，切除并釋放受損的寡核苷酸； 遺留的缺損區(qū)由聚合酶遺留的缺損區(qū)由聚合酶或或進(jìn)行修補(bǔ)合成；進(jìn)行修補(bǔ)合成； 最后，由連接酶完成連接。最后，由連接酶完成連接。 （三）重組修復(fù)（三）重組修復(fù)（四）（四）SOS修復(fù)修復(fù)當(dāng)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時，由此而誘發(fā)出一損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。系列復(fù)雜的反應(yīng)。在在E. coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個稱為，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個稱為調(diào)調(diào)節(jié)子節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控

43、系統(tǒng)。的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。這種修復(fù)特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。這種修復(fù)特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。通過通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞可存活。然而修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞可存活。然而DNA保留的錯誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長期的突變。保留的錯誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長期的突變。SOS修復(fù)中修復(fù)中LexA-RecA操縱子的作用機(jī)制操縱子的作用機(jī)制 反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和反轉(zhuǎn)錄酶Reverse Transcription & Reverse Transcriptase第五節(jié)第五節(jié) 雙鏈雙鏈DNA是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。某些病毒的是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。某些病毒的遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)是

44、RNA。 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶酶n逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象:RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈雜化雙鏈（RNA酶）酶）單鏈單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 RNA病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制成雙病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈鏈DNA的的前病毒前病毒(provirus)。前病毒保留了前病毒保留了RNA病毒全部病毒全部遺傳信息，并可在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立遺傳信息，并可在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立繁殖。在某些情況下，前病毒繁殖。在某些情況下，前病毒基 因 組 通 過基 因 組 通 過 基 因 重 組基 因 重 組(recombination)，參加到細(xì)胞，參加到細(xì)胞基因組內(nèi)，

45、并隨宿主基因一起基因組內(nèi)，并隨宿主基因一起復(fù)制和表達(dá)。這種重組方式稱復(fù)制和表達(dá)。這種重組方式稱為為整合整合(integration)。 前病毒前病毒獨(dú)立繁殖或整合，都可成為致獨(dú)立繁殖或整合，都可成為致病的原因。病的原因。 分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法稱為稱為cDNA法。法。 以以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與錄合成的與mRNA堿基序列互堿基序列互補(bǔ)的補(bǔ)的DNA鏈。鏈。 n試管內(nèi)合成試管內(nèi)合成cDNA:cDNA cDNA complementary comple

46、mentary DNADNA 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶堿水解堿水解 T T T T逆轉(zhuǎn)錄研究的意義逆轉(zhuǎn)錄研究的意義對中心法則進(jìn)行了必要的補(bǔ)充，是分子生物學(xué)研究對中心法則進(jìn)行了必要的補(bǔ)充，是分子生物學(xué)研究的重大發(fā)現(xiàn)的重大發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)的功能遺傳信息傳代與表達(dá)的功能逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，使實(shí)驗(yàn)室中獲得逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)，使實(shí)驗(yàn)室中獲得cDNA成為可能成為可能，現(xiàn)已成為研究，現(xiàn)已成為研究mRNA的必要手段的必要手段對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了對逆轉(zhuǎn)錄

47、病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已注意到的世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論病毒致癌理論中心法則及其理論意義中心法則及其理論意義如何用實(shí)驗(yàn)證明半保留復(fù)制？如何用實(shí)驗(yàn)證明半保留復(fù)制？比較原核生物與真核生物比較原核生物與真核生物DNA聚合酶聚合酶DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系端粒酶特點(diǎn)端粒酶特點(diǎn)逆轉(zhuǎn)錄的主要過程逆轉(zhuǎn)錄的主要過程突變在進(jìn)化和疾病上的意義突變在進(jìn)化和疾病上的意義本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)思考題思考題1.原核生物原核生物DNA的復(fù)制體系有哪些酶及蛋白質(zhì)成分？的復(fù)制體系有哪些酶及蛋白質(zhì)成分？各有何作用？各有何作用？2.真核生物的真核生物的DNA復(fù)制如何實(shí)現(xiàn)高速及保真性？復(fù)制如何實(shí)現(xiàn)高速及保真性？3.端粒有

48、何作用？為何有些腫瘤的發(fā)生與端粒有關(guān)？端粒有何作用？為何有些腫瘤的發(fā)生與端粒有關(guān)？4.岡崎片段合成結(jié)束時是如何連接的？岡崎片段合成結(jié)束時是如何連接的？5.DNA聚合酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶和連接酶都催化了聚合酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶和連接酶都催化了3,5-磷磷酸二酯鍵的生成，各有何不同？酸二酯鍵的生成，各有何不同？6.闡述逆轉(zhuǎn)錄的基本過程和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的重大研闡述逆轉(zhuǎn)錄的基本過程和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的重大研究價值。究價值。編碼區(qū)編碼區(qū)啟動子啟動子真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編非編碼區(qū)碼區(qū)間隔的、不連續(xù)的間隔的、不連續(xù)的不能編碼蛋白不能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)域，調(diào)質(zhì)的區(qū)域，調(diào)控遺傳信息的控遺傳信息的表達(dá)表達(dá) 沉默子

49、沉默子外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子位置位置功能功能編碼區(qū)中能夠編碼蛋白質(zhì)的編碼區(qū)中能夠編碼蛋白質(zhì)的序列序列 引導(dǎo)引導(dǎo)RNA聚合酶與基因的正確聚合酶與基因的正確部位結(jié)合部位結(jié)合 相對于啟動子的任何方向和任相對于啟動子的任何方向和任何位置何位置 增強(qiáng)啟動子工作效率增強(qiáng)啟動子工作效率編碼區(qū)中不能夠編碼蛋白質(zhì)編碼區(qū)中不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列的序列 位置位置功能功能編碼區(qū)上游緊靠著轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)編碼區(qū)上游緊靠著轉(zhuǎn)錄起點(diǎn) 增強(qiáng)子增強(qiáng)子功能功能與反式作用因子結(jié)合，抑制基與反式作用因子結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄（DNA/RNADNA/RNA片段）片段）結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列連續(xù)連續(xù)斷裂斷裂mRNAtRNA

50、rRNAORF蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) snRNAsnoRNAscRNA核酶核酶siRNAmicriRNA（調(diào)控轉(zhuǎn)錄）非翻譯區(qū)非翻譯區(qū)（調(diào)控翻譯起始）（調(diào)控翻譯起始）原核原核70S70S真核真核80S80S原核原核真核真核啟動子啟動子終止子終止子正、負(fù)調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)正、負(fù)調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)（如阻遏蛋白、轉(zhuǎn)錄激活蛋白）（如阻遏蛋白、轉(zhuǎn)錄激活蛋白）順式作用元件順式作用元件啟動子啟動子上游啟動子原件上游啟動子原件增強(qiáng)子增強(qiáng)子反應(yīng)元件反應(yīng)元件Poly(A)信號信號原原 核核真真 核核非編碼非編碼RNARNAlncRNAsncRNA（、）（外顯子（外顯子+ +內(nèi)含子）內(nèi)含子）染色體染色體DNADNA（2800Mb2

51、800Mb）線粒體線粒體DNADNA（16.6kb16.6kb）核小體核小體u 線性雙鏈線性雙鏈DNADNAu 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 組蛋白組蛋白 非組蛋白非組蛋白p 斷裂基因斷裂基因p 結(jié)構(gòu)基因所占比例較小結(jié)構(gòu)基因所占比例較小p 調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜p 大量重復(fù)序列大量重復(fù)序列短分散重復(fù)片段短分散重復(fù)片段反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列單拷貝序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列（10106 6次）次）長分散重復(fù)片段長分散重復(fù)片段衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNAKpnKpn家族家族HinfHinf家族家族AluAlu家族家族rRNA基因 核外遺傳物質(zhì)核外遺傳物質(zhì) 環(huán)狀環(huán)狀DNADNA 編碼編碼3737個基因個基因