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1、关于基因信息的传递与表达第1页，讲稿共86张，创作于星期日复制复制转录转录翻译翻译内容内容第2页，讲稿共86张，创作于星期日The Central Dogma（中心法则）of Molecular Biology The central dogma of molecular biology,a term coined by Sir Francis Crick,states that the flow of genetic information is DNA to RNA to protein.第4页，讲稿共86张，创作于星期日复制复制第7页，讲稿共86张，创作于星期日复制复制半保留复制半保留复
2、制DNA复制的酶学复制的酶学DNA生物合成的过程生物合成的过程第8页，讲稿共86张，创作于星期日半保留复制半保留复制DNA在复制时，以亲代在复制时，以亲代DNA的每一股的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代，每个子代DNA中都含有一股亲代中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为链，这种现象称为DNA的半保留复的半保留复制制(semiconservative replication)。第9页，讲稿共86张，创作于星期日第10页，讲稿共86张，创作于星期日第11页，讲稿共86张，创作于星期日DNA复制所需的酶和蛋白质复制所需的酶和蛋白质DNA聚合
3、酶聚合酶IDNA聚合酶聚合酶II、IIIDNA连接酶连接酶引物合成酶引物合成酶拓扑异构酶拓扑异构酶解螺旋酶解螺旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白第12页，讲稿共86张，创作于星期日Chemical structure of DNA第13页，讲稿共86张，创作于星期日Chemical structure of RNA 3,5-phosphodiester bond3,5-phosphodiester bond35第14页，讲稿共86张，创作于星期日复制复制(新链合成新链合成)的方向：的方向：53第15页，讲稿共86张，创作于星期日原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶三种：三种：DNA聚合酶聚合酶（D
4、NA-pol）DNA聚合酶聚合酶（DNA-pol）DNA聚合酶聚合酶（DNA-pol)第16页，讲稿共86张，创作于星期日DNA-pol IIIn nDNApol：DNA pol II：DNApol III=400：40：20n npol III由十种亚基组成，其中由十种亚基组成，其中亚基具有亚基具有53聚合聚合DNA的酶活性，因而具有复制的酶活性，因而具有复制DNA的的功能；而功能；而亚基具有亚基具有35外切酶的活性，外切酶的活性，因因而与而与DNA复制的校正功能有关。复制的校正功能有关。n nDNApol III是在复制延长中真正催化新链核是在复制延长中真正催化新链核苷酸聚合的酶苷酸聚合的
5、酶;第17页，讲稿共86张，创作于星期日DNA-pol 为单一肽链的大分子蛋白质为单一肽链的大分子蛋白质为单一肽链的大分子蛋白质为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为大可被特异的蛋白酶水解为大可被特异的蛋白酶水解为大可被特异的蛋白酶水解为大小两个片段；小两个片段；小两个片段；小两个片段；大片段称为大片段称为大片段称为大片段称为Klenow fragmentKlenow fragment，具有，具有，具有，具有DNADNA聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性和和和和3535外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性；小片段有；小片段有；小片段有；小片段有5 35 3外切酶的活
6、性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性（校校校校读、切除引物、切除损伤的读、切除引物、切除损伤的读、切除引物、切除损伤的读、切除引物、切除损伤的DNADNA）；）；）；）；DNApol IDNApol I主要是对复制过程的错误进行校读，对复制和主要是对复制过程的错误进行校读，对复制和主要是对复制过程的错误进行校读，对复制和主要是对复制过程的错误进行校读，对复制和修复过程中出现的空隙进行填补修复过程中出现的空隙进行填补修复过程中出现的空隙进行填补修复过程中出现的空隙进行填补第18页，讲稿共86张，创作于星期日DNA-pol nDNApol II在其它两个酶缺失的情在其它两个酶缺失的情况下起作用况
7、下起作用,其真正功能未完全清楚；其真正功能未完全清楚；第19页，讲稿共86张，创作于星期日真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶已至少发现已至少发现已至少发现已至少发现5 5种：种：种：种：DNA-pol,DNA-pol,n nDNA-pol DNA-pol：延长随从链：延长随从链：延长随从链：延长随从链n nDNA-pol DNA-pol：延长领头链：延长领头链：延长领头链：延长领头链n nDNA-pol DNA-pol：校读、修复及填补缺口：校读、修复及填补缺口：校读、修复及填补缺口：校读、修复及填补缺口n nDNA-pol DNA-pol：修复核内：修复核内：修复核内：修复核内DNADN
8、An nDNA-pol DNA-pol：线粒体内：线粒体内：线粒体内：线粒体内第20页，讲稿共86张，创作于星期日复制中的解链和复制中的解链和DNA分子的拓扑学变分子的拓扑学变化化解旋、解链酶（蛋白）类：解旋、解链酶（蛋白）类：n n解螺旋酶解螺旋酶(helicase)：打开：打开DNA双链双链n nDNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)n n单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein,SSB)作用：解开、理顺作用：解开、理顺DNA链，维持链，维持DNA链在一段时链在一段时间处于单链状态间处于单链状态第21页
9、，讲稿共86张，创作于星期日DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)n n快快快快 速速速速 复复复复 制制制制 造造造造 成成成成DNADNA分分分分子子子子的的的的打打打打结结结结、缠缠缠缠绕绕绕绕、连连连连环环环环现现现现象象象象。盘盘盘盘绕绕绕绕过过过过分分分分，形形形形成成成成正正正正超超超超螺螺螺螺旋旋旋旋，盘盘盘盘绕绕绕绕不不不不足足足足，则则则则为为为为负负负负超超超超螺旋螺旋螺旋螺旋。第22页，讲稿共86张，创作于星期日DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)n n大大肠肠杆杆菌菌拓拓扑扑异异构构酶酶：暂暂时时切切断断一一条条D
10、NA链链，形形成成酶酶-DNA共共价价中中间间物物而而使使超超螺螺旋旋DNA松松弛弛化化，然然后后再再将将切切断断的的单单链链DNA连连接接起起来来，而不需要任何辅助因子。而不需要任何辅助因子。n n大大肠肠杆杆菌菌拓拓扑扑异异构构酶酶(旋旋转转酶酶):切切断断两两条条DNA链链，再再连连接接，松松弛弛超超螺螺旋旋，无无需需ATP；有有ATP时，时，将负超螺旋引入松弛的将负超螺旋引入松弛的DNA分子。分子。第23页，讲稿共86张，创作于星期日切开此链第24页，讲稿共86张，创作于星期日单链单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB）n n与解开的单链与解开的单链DNA结合，使其稳定不会再度螺旋结合，
11、使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链化并且避免核酸内切酶对单链DNA的水解。的水解。第25页，讲稿共86张，创作于星期日第26页，讲稿共86张，创作于星期日引物酶和引发体引物酶和引发体n n引引物物酶酶(primase)：催催化化引引物物合合成成的的一一种种RNA聚聚合合酶酶，在在模模板板的的复复制制起起始始部部位位催催化化互互补补碱碱基的聚合，形成短片段的基的聚合，形成短片段的RNA。n n引引发发体体(primosome)：引引物物酶酶、解解旋旋酶酶和和其其它它复复制制因因子子及及DNA的的起起始始复复制制区区共共同同构构成成的的复合体称为复合体称为引发体引发体第27页，讲稿共8
12、6张，创作于星期日DNA 连连 接接 酶酶(DNA ligase)n nDNADNA连接酶可催化两段连接酶可催化两段连接酶可催化两段连接酶可催化两段DNADNA片段之间磷酸二酯键的片段之间磷酸二酯键的片段之间磷酸二酯键的片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段形成，而使两段形成，而使两段形成，而使两段DNADNA连接起来。连接起来。连接起来。连接起来。n n需要消耗需要消耗需要消耗需要消耗ATPATPn n只能连接互补链中的单链缺口只能连接互补链中的单链缺口只能连接互补链中的单链缺口只能连接互补链中的单链缺口n n连接酶在连接酶在连接酶在连接酶在DNADNA修复、重组、剪接中也起缝合缺口的作用修复、
13、重组、剪接中也起缝合缺口的作用修复、重组、剪接中也起缝合缺口的作用修复、重组、剪接中也起缝合缺口的作用第28页，讲稿共86张，创作于星期日第29页，讲稿共86张，创作于星期日真核生物细胞在真核生物细胞在S期合成期合成DNA第30页，讲稿共86张，创作于星期日复制是一个连续的过程复制是一个连续的过程，为叙述的，为叙述的方便，人为分为三个阶段：方便，人为分为三个阶段：n起始起始n n延长延长n终止终止第31页，讲稿共86张，创作于星期日参与复制起始的各种蛋白质参与复制起始的各种蛋白质名称名称名称名称 功能功能功能功能DnaADnaA蛋白蛋白蛋白蛋白 辨认起始点辨认起始点辨认起始点辨认起始点解螺旋酶
14、解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶(DnaB(DnaB蛋白，蛋白，蛋白，蛋白，reprep蛋白蛋白蛋白蛋白)解开解开解开解开DNADNA双链双链双链双链DnaCDnaC蛋白蛋白蛋白蛋白 协助解螺旋酶协助解螺旋酶协助解螺旋酶协助解螺旋酶引物酶引物酶引物酶引物酶(DnaG(DnaG蛋白蛋白蛋白蛋白)催化催化催化催化RNARNA引物生成引物生成引物生成引物生成SSB SSB 稳定解开的单链稳定解开的单链稳定解开的单链稳定解开的单链拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶 理顺理顺理顺理顺DNADNA链链链链第32页，讲稿共86张，创作于星期日复制起始点复制起始点(oric)不是随意的不是随意的第33页，讲稿共
15、86张，创作于星期日解螺旋酶解螺旋酶DnaA 辨认并结合辨认并结合oriC相互靠近，解链相互靠近，解链第34页，讲稿共86张，创作于星期日双向复制双向复制(bidirectional replication bidirectional replication)n原核生物例如原核生物例如 E.coli，是从固定，是从固定起始点起始点(复制原点复制原点)Ori C(oring)开开始，同时向两个方向进行复制，称始，同时向两个方向进行复制，称为为第35页，讲稿共86张，创作于星期日真核生物同时有多个复制起始点真核生物同时有多个复制起始点第36页，讲稿共86张，创作于星期日引发体的生成引发体的生成n
16、n引发体引发体：引物酶：引物酶(DnaG)，DnaA，解螺解螺旋酶旋酶(DnaB),DnaC及及DNA的起始复制区的起始复制区共同构成的复合体称为共同构成的复合体称为。第37页，讲稿共86张，创作于星期日主要是主要是II型型领头链领头链随从链随从链解螺旋酶引物酶单链结合蛋白第38页，讲稿共86张，创作于星期日复制的延长复制的延长催化复制的酶：催化复制的酶：原核生物：原核生物：DNA-pol 真核生物：真核生物：DNA-pol 催化合成随从链，催化合成随从链，DNA-pol 催化合成领头链催化合成领头链第39页，讲稿共86张，创作于星期日DNA复制的半不连续性复制的半不连续性n n一条链连续复制
17、：领头链一条链连续复制：领头链(leading strand)n n另一条链不连续复制：随从链另一条链不连续复制：随从链(lagging strand)n n岡崎片段岡崎片段第40页，讲稿共86张，创作于星期日原核生物的复制终止及岡崎片段的连原核生物的复制终止及岡崎片段的连接接n n终止：由终止点终止：由终止点ter(termination)决定决定;n n切除引物，填补空隙：切除引物，填补空隙：DNA pol-In n缺口连接：连接酶缺口连接：连接酶第41页，讲稿共86张，创作于星期日DNA pol-I第42页，讲稿共86张，创作于星期日复制的三大规律复制的三大规律n n半保留复制半保留复制
18、n n复制的方向性复制的方向性n n复制的半不连续性复制的半不连续性第43页，讲稿共86张，创作于星期日转录转录第44页，讲稿共86张，创作于星期日一一 转录过程需要诸多因素参与转录过程需要诸多因素参与 转录（transcription）以DNA为模板，RNA聚合酶催化合成RNA分子的过程。转录的实质就是将DNA的遗传信息传递给RNA分子。第45页，讲稿共86张，创作于星期日(一一)DNA)DNA链是基因转录的模板链是基因转录的模板 模板链（template strain）能指引转录生成RNA的DNA单链模板链，也称有意义链（sense strain）或Watson 链。编码链（coding
19、strain）相对于模板链不能指引转录的另外一股DNA单链，又称反义链（antisense strain）或Crick链。不对称转录不对称转录第47页，讲稿共86张，创作于星期日 （二）（二）RNARNA聚合酶是基因转录的关键酶聚合酶是基因转录的关键酶 亚基数目分子量功 能2236512决定转录的特异性1150618与转录全过程有关1155613结合DNA模板s s170263辨认起始点大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶组分和功能聚合酶组分和功能 真核生物的真核生物的RNA聚合聚合酶酶 种类细胞内定位转录产物RNA聚合酶核仁45S-rRNARNA聚合酶核质hnRNARNA聚合酶核质5S-rRN
20、A、tRNA、snRNA线粒体RNA聚合酶线粒体线粒体的RNA叶绿体RNA聚合酶叶绿体叶绿体的RNA第48页，讲稿共86张，创作于星期日（三）（三）DNA模板上启动子是控制转录的模板上启动子是控制转录的 关键部位关键部位 启动子决定转录的起始位点和转录的方向，启动转录的开始。第49页，讲稿共86张，创作于星期日 二二基因转录过程包括三个阶段基因转录过程包括三个阶段 转录起始复合物的形成标志转录开始转录起始复合物的形成标志转录开始 转录起始复合物：RNA聚合酶（全酶）DNA链和新链前两个核苷酸。转录的起始转录的起始第50页，讲稿共86张，创作于星期日 转录空泡是转录延伸阶段的主要形式转录空泡是转
21、录延伸阶段的主要形式 转录延伸阶段的主要形式是转录空泡（transcription complex）。转录空泡示意图转录空泡示意图 RNA合成方向：53第51页，讲稿共86张，创作于星期日 原核生物的转录终止包括两种方式原核生物的转录终止包括两种方式 1.依赖依赖因子的转录终止因子的转录终止 2.2.非依赖非依赖因子的转录终止因子的转录终止 因子参与的转录终止过程因子参与的转录终止过程RNARNA的发卡结构与转录终止的发卡结构与转录终止第52页，讲稿共86张，创作于星期日 初级转录产物(primary transcripts)是指转录生成的RNA。其不一定是成熟的RNA分子，常要有一个加工修饰
22、过程，才能生成成熟的RNA分子。转录后加工(post-transcriptional processing)即将新生的、无活性的RNA初级产物转变成有活性的成熟RNA的过程，也叫RNA的成熟。三三 初级转录产物经过加工具有活性初级转录产物经过加工具有活性第54页，讲稿共86张，创作于星期日真核细胞真核细胞RNA的转录后加工的转录后加工 第55页，讲稿共86张，创作于星期日 hnRNA hnRNA进行首尾修饰和内含子剪切后转变进行首尾修饰和内含子剪切后转变为成熟的为成熟的mRNAmRNA 1.5端帽子结构生成 mRNA成熟的真核生物，其结构5端都有一个m7GpppG.结构，该结构被称为甲基鸟苷的
23、帽子。四、真核生物转录后的加工四、真核生物转录后的加工第56页，讲稿共86张，创作于星期日 2.PolyA尾的生成 poly A尾的有无与长短是维持mRNA 作为翻译模板活性和增加mRNA稳定性的重要因素。真核生物真核生物mRNA 5端帽子结构和端帽子结构和PolyA尾的生成尾的生成 m7GpppG第57页，讲稿共86张，创作于星期日 3.hnRNA的剪接 hnRNA经转录最初生成的mRNA前体，其分子量常比成熟mRNA大几倍或几十倍。剪接作用在所谓剪接体(splicesome)中进行，剪接体由多种snRNA和几十种蛋白质组成。第58页，讲稿共86张，创作于星期日 剪接部位在内含子末端的特定位
24、点，即5GV，AG3。卵清蛋白基因转录及加工过程卵清蛋白基因转录及加工过程第59页，讲稿共86张，创作于星期日（二）前体（二）前体tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工 1.tRNA前体的剪切 2.tRNA前体的化学修饰 3.3端加上CCA tRNA的转录后加工的转录后加工第60页，讲稿共86张，创作于星期日（三）核酶参与了（三）核酶参与了rRNArRNA的转录后加工的转录后加工rRNA进行的是自我剪接，表明RNA分子也具有酶的催化活性。这种有酶催化活性的RNA分子被命名为核酶（ribozyme）。核酶的发现，对中心法则作了重要补充核酶的发现是对传统酶学的挑战利用核酶的结构设计合成人工核酶
25、第61页，讲稿共86张，创作于星期日翻译翻译第62页，讲稿共86张，创作于星期日（一）核蛋白体是肽链合成的场所一）核蛋白体是肽链合成的场所核蛋白体 由rRNA和几十种蛋白质组成的亚细胞颗粒，位于胞质内。可分为两类：附着于糙面内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白质的合成；游离于胞质，主要参与细胞固有蛋白质的合成。糙面内织网上的核糖体糙面内织网上的核糖体 第63页，讲稿共86张，创作于星期日真核生物与原核生物核蛋白体成分的比较真核生物与原核生物核蛋白体成分的比较 第64页，讲稿共86张，创作于星期日核糖体的五个活性部位：核糖体的五个活性部位：1.mRNA 1.mRNA 结合部位结合部位 2.
26、A2.A部位：主要在大亚基上，接受氨酰基部位：主要在大亚基上，接受氨酰基-tRNA-tRNA的部位的部位3.P3.P部位：主要在小亚基上部位：主要在小亚基上,是释放是释放tRNAtRNA的部位的部位4.4.转转肽肽酶部位：在大亚基上，催化氨基酸间形成肽键酶部位：在大亚基上，催化氨基酸间形成肽键,使肽使肽链延长链延长5.5.参与蛋白质合成因子的结合部位参与蛋白质合成因子的结合部位第65页，讲稿共86张，创作于星期日(二二)mRNA)mRNA是合成蛋白质的直接模板是合成蛋白质的直接模板 mRNA分子上以53方向，从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子，mRNA中的四种碱基可以组成64种密码子
27、。第66页，讲稿共86张，创作于星期日1.1.遗传密码遗传密码 遗传密码：遗传密码：mRNAmRNA分分子中碱基排列顺序子中碱基排列顺序密码子：密码子：mRNAmRNA分子分子中三个相邻的碱基决定中三个相邻的碱基决定一种氨基酸，故称其为一种氨基酸，故称其为三联体密码或密码子。三联体密码或密码子。蛋白质的合成蛋白质的合成第67页，讲稿共86张，创作于星期日（1 1）密码子）密码子的方向性：的方向性：5353（2 2）密码子）密码子的简并性与的简并性与“兼职兼职”（3 3）密码子）密码子的通用性的通用性 （4 4）密码子）密码子是不重叠的、是不重叠的、无标点的无标点的遗传密码的特征遗传密码的特征第
28、68页，讲稿共86张，创作于星期日（三）（三）tRNAtRNA是活化和转运氨基酸的工具是活化和转运氨基酸的工具 tRNA的二级结构的二级结构 第69页，讲稿共86张，创作于星期日（四）若干酶类和因子参与蛋白质生物合成（四）若干酶类和因子参与蛋白质生物合成1.氨基酰-tRNA合成酶 氨基酸在组成多肽之前，必须先经过氨基酰-tRNA 合成酶催化并与其特异的tRNA结合。2.转肽酶（transpeptidase）使大亚基P位上肽酰-tRNA的肽酰基转移到A位上氨基酰-tRNA的氨基上，结合成肽键，使肽链延长。第70页，讲稿共86张，创作于星期日3.其他因子其他因子蛋白质因子：起始因子延长因子终止因子
29、等；无机离子：如镁离子钾离子等；供能物质：如ATPGTP等。第71页，讲稿共86张，创作于星期日 氨基酸活化及转运氨基酸活化及转运 氨基酸+tRNA+ATP 氨基酰tRNA+AMP+PPi 氨基酰-tRNA合成酶 二二 蛋白质合成的一般过程蛋白质合成的一般过程第72页，讲稿共86张，创作于星期日 翻译起始复合物的形成翻译起始复合物的形成 起始阶段指大亚基、小亚基、mRNA和具有启动作用的起始氨基酰-tRNA聚合为起始复合物的过程。第73页，讲稿共86张，创作于星期日 大肠杆菌细胞翻译起始复合物的形成大肠杆菌细胞翻译起始复合物的形成 大肠埃希菌细胞翻译起始复合物形成的过程：1.核糖体30S小亚基
30、附着于mRNA起始信号部位 2.fmet-tRNA结合 3.大亚基结合，形成70S起始复合物的形成第74页，讲稿共86张，创作于星期日（三）肽链的延长（核蛋白体循环过程）（三）肽链的延长（核蛋白体循环过程）核蛋白体循环（ribosome circulation）肽链延长在核蛋白体上连续循环进行，所以这个过程又称核蛋白体循环每经过一个循环肽链增加一个氨基酸核蛋白体循环包括进位（register）、成肽(peptide formation)、转位(transposition)三个步骤第75页，讲稿共86张，创作于星期日肽链的延伸（肽链的延伸（Elongation):第76页，讲稿共86张，创作于星
31、期日第77页，讲稿共86张，创作于星期日（四）肽链合成终（四）肽链合成终 止过程止过程 1.终止密码的辨认 2.肽链和mRNA等释出 3.核糖体大小亚基解聚 肽链合成的终止过程肽链合成的终止过程第78页，讲稿共86张，创作于星期日（五）多核糖体循环五）多核糖体循环 在生物细胞内进行蛋白质合成时，每分子mRNA上同时结合着多个核蛋白体，可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，大大提高了翻译的效率。第79页，讲稿共86张，创作于星期日第80页，讲稿共86张，创作于星期日三三肽链合成后进行加工和输送肽链合成后进行加工和输送 肽链合成后的加工、修饰肽链合成后的加工、修饰 1.肽链氨基端的修饰 2.共价修饰 磷酸化 糖基化 羟基化 二硫键的形成 3.辅助因子的连接和亚基聚合 4.多肽链的水解修饰 第81页，讲稿共86张，创作于星期日 蛋白质合成后运送到相应功能部位，称为蛋白质的靶向运输 按功能和去向分成两类：1.分泌蛋白 由结合于糙面内质网的核蛋白体合成 2.分布于胞质、线粒体及核内蛋白 由游离核蛋白体合 成 蛋白质经过靶向运输到特定区域发挥生蛋白质经过靶向运输到特定区域发挥生 物学活性物学活性第82页，讲稿共86张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看第86页，讲稿共86张，创作于星期日