1.遗传信息传递概述 基因是生物活性产物编码的DNA功能片段,这些产物主要是蛋白质或各种RNA。DNA决定蛋白质的一级结构,决定蛋白质的功能。DNA通过复制,将基因信息代代相传,称为中心法则。某些RNA病毒还可以RNA为模板,指导DNA的合成。这种遗传信息传递方向与转录过程相反,称为反转录;某些病毒中的RNA也可自身复制。
2.DNA的生物合成 遗传信息从亲代DNA传到子代DNA分子,称复制(DNA的生物合成)(2000、2005)。DNA的生物合成有DNA指导、RNA指导的DNA合成及修复合成3种形式。前者以DNA为模板,合成与亲代模板完全一样的DNA分子,是主要方式。RNA指导的DNA合成以RNA为模板,合成与RNA核苷酸序列一致的DNA分子,称反转录合成。物理、化学或生物学因素致DNA分子损伤,细胞内存在DNA修复体系,使损伤的DNA分子修复。
(1)DNA的复制:DNA复制是半保留复制(2002、2005)。真核生物的DNA复制过程与原核生物相似。可将大肠埃希菌DNA复制过程分以下阶段:①螺旋的松弛与解链;②引物RNA的合成;③DNA链的延长;④终止DNA片段。
(2)反转录:是RNA指导下的DNA合成作用,以RNA为模板,由dNTP聚合生成DNA的作用。催化此反应的酶为反转录酶。
①反转录酶与反转录:反转录酶有3种酶活性:可催化RNA指导的DNA合成反应、RNA的水解反应和DNA指导的DNA聚合反应。首先是以病毒基因组RNA为模板,催化合成一条与RNA互补的单链DNA,再以单链DNA为模板合成另一条互补DNA链,产生双链DNA分子。反转录生成的DNA分子中存在着原有病毒RNA的信息,导致宿主DNA结构和功能变化,使宿主细胞发生癌变。反转录酶的发现对重组DNA技术的发展具有重要意义。
②反转录病毒:一类RNA病毒,因含反转录酶而得名。某些反转录病毒有致癌作用。
(3)DNA的损伤与修复
①DNA 损伤与突变:在某些理化或生物学因素作用下,常可发生DNA链的损伤或突变。DNA损伤可有DNA的断链、链内交联和链间交联等;DNA的突变可分为点突变、缺失突变、插入突变和转换突变。生物体内存在DNA修复系统,可保证DNA进行损伤修复。
②DNA 损伤修复:有多种方式,如切除修复、重组修复和SOS修复(2000)。
3.RNA的生物合成 生物体内通过酶促反应合成RNA的过程称RNA的生物合成。有以DNA和RNA为模板两种方式。DNA指导的RNA合成,常称转录。RNA指导RNA合成,即RNA的复制(2000)。
(1)转录体系的组成:RNA合成需DNA模板、4种三磷酸核苷酸、RNA聚合酶、某些蛋白因子及必要的无机离子(2000、2002)。重点介绍DNA模板与RNA聚合酶。
①DNA模板:DNA双链中作为RNA转录模板的一条链称模板链;另一条DNA链不被转录,称编码链。转录是在DNA模板链的特殊部位开始。起始部位称转录起始点。RNA的合成方向也是5'端→3'端。转录过程是从模板链对应编码链+1位置开始向模板链的5'方向进行。启动子外还有停止转录的部位,称终止信号或终止子。
②RNA 聚合酶:RNA聚合酶,原核生物RNA聚合酶高度保守,大肠埃希菌的RNA聚合酶全酶由5个亚基组成,α2ββ'σ称为全酶,α2ββ'称为核心酶。σ因子可辨认DNA模板上的启动子,决定转录特异性。缺少σ因子,不能启动转录。
(2)转录过程:RNA的转录过程可分为起始、延长和终止3个阶段。大肠埃希菌转录过程如下。
①起始:σ因子辨认DNA的启动子部位,RNA聚合酶全酶与启动子结合,DNA分子解开一段DNA双链,RNA聚合酶进入转录泡(DNA解链处),开始合成。
②延长:由核心酶催化。核心酶每移动一个核苷酸的距离,有一个核苷酸按DNA模板链的碱基互补关系加入延长的RNA链。
③终止:当核心酶移动到DNA模板的转录终止部位时,转录停止。转录终止有两种机制:一是在原核细胞中有一种ρ因子;二是转录终止部位有特殊碱基序列,即一段GC富集区,在GC富集区内有一段反向重复序列,使RNA聚合酶脱离模板而终止转录。
(3)转录后加工过程:转录作用生成的RNA是RNA的前体。未成熟RNA是没有生物学活性的,需在酶的作用下加工后才能成为有活性的成熟RNA。RNA加工过程主要在细胞核内进行。加工类型有3种:①剪切和剪接;②末端添加核苷酸;③化学修饰。
历年考点串讲
近十年共考10题,主要为A1、A2型题。考试重点在DNA和RNA的生物合成。历年常考,题量1题左右。常考的细节有:
1.DNA损伤修复有多种方式,如切除修复、重组修复和SOS修复。
2.转录是一种不对称性转录。
3.模板链并非永远在一条单链上。
4.RNA的合成方向也是从5′→3′。
5.mRNA加工过程包括:①剪内含子连外显子;②5′末端加“帽”;③3′末端加“尾”;④碱基修饰。
6.tRNA加工过程包括:①剪切;②3′末端加CCA-OH;③碱基修饰。
7.tRNA分子结构中有反密码子,与mRAN上的密码子互补。
8.能以RNA为模板催化合成与RNA互补的DNA(cDNA)的酶称为反转录酶。
9.冈崎片段是由于复制与解链方向相反,在随从链生成。
10.紫外线对DNA的损伤主要是引起嘧啶二聚体形成。
11.反转录的遗传信息流向是RNA→DNA。
12.转录后加工类型有3种:①剪切和剪接;②末端添加核苷酸;③化学修饰。
13.DNA以半保留复制方式进行复制。一完全被核素(放射性核素)标记的DNA分子置于无放射性标记的溶液中复制两代,仅2个分子的DNA有放射性。
14.DNA连接酶的催化作用在于连接DNA链3'-OH末端与另一DNA链的5'-P末端。
15.tRNA分子上3'-端序列的功能是提供—OH基与氨基酸结合。
16.RNA分子中“帽子”存在于真核细胞的mRNA 5'端。
17.原核生物参与转录起始的酶是RNA聚合酶全酶。
18.真核生物中tRNA和5S rRNA的转录由RNA聚合酶Ⅲ催化。
19.DNA复制中的引物是以DNA为模板合成的RNA片段。
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