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1、复制转录翻译第1页，共43页，编辑于2022年，星期六DNADNA复制的一般特点复制的一般特点原料：原料：dNTP原则：互补配对原则原则：互补配对原则半保留复制半保留复制半不连续复制半不连续复制需要引物需要引物新链的延伸方向只能是新链的延伸方向只能是53第2页，共43页，编辑于2022年，星期六复制起始点复制起始点复制起始点复制起始点 replication originreplication origin，oriori DNA DNA分子的复制是在特定位置开始的，这个位分子的复制是在特定位置开始的，这个位点称为复制起始点。点称为复制起始点。原核生物原核生物DNADNA只有一个复制起始点。只有
2、一个复制起始点。真核生物真核生物DNADNA有多个复制起始点。有多个复制起始点。第3页，共43页，编辑于2022年，星期六复制子复制子 repliconreplicon一个复制起始点控制下复制的一段一个复制起始点控制下复制的一段DNADNA原核生物原核生物DNADNA只有一个复制子只有一个复制子真核生物每条染色体上有多个复制子真核生物每条染色体上有多个复制子第4页，共43页，编辑于2022年，星期六原核生物复制子原核生物复制子第5页，共43页，编辑于2022年，星期六 真核生物真核生物多个复制子多个复制子起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点第6页，共43页，编辑于2022年，星期六
3、原核生物原核生物DNADNA复制复制DNADNA复制所需要的酶复制所需要的酶引物酶引物酶 primeraseprimeraseDNADNA聚合酶聚合酶 DNA polymeraseDNA polymeraseDNADNA连接酶连接酶 DNA ligaseDNA ligase解旋酶解旋酶 helicasehelicase单链单链DNA DNA 结合蛋白结合蛋白 SSB：结合在分开的单链上，从而保持其伸结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态展状态 拓扑异构酶：防止复制叉前形成一种张力而导致超螺旋的产生拓扑异构酶：防止复制叉前形成一种张力而导致超螺旋的产生 现在已有大量的证据表明，大肠杆菌和其他许多
4、原核生物的现在已有大量的证据表明，大肠杆菌和其他许多原核生物的环状复制是双向的。即的复制从复制起点开始，环状复制是双向的。即的复制从复制起点开始，向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。但向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。但并不是所有并不是所有的生物的生物DNA的复制都是双向的，如噬菌体的的复制的复制都是双向的，如噬菌体的的复制就是沿一个方向进行的。就是沿一个方向进行的。第7页，共43页，编辑于2022年，星期六大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3聚合酶作用聚合酶作用3-5核酸外切酶作用核酸外切酶作
5、用5-3核酸外切酶作用核酸外切酶作用DNA聚合酶聚合酶109，000400+120，000100+-400，00010-20+-比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶切除引物切除引物修复修复修复修复复制复制功能功能第8页，共43页，编辑于2022年，星期六4361三种三种DNA聚合酶在决定聚合酶在决定DNA合成方合成方面有一些共同的特性：面有一些共同的特性：三种酶都只有三种酶都只有聚合聚合酶的功能，而没有酶的功能，而没有聚聚合酶功能，说明合酶功能，说明DNA链的延伸只能链的延伸只能从从5向向3端进行。端进行。他们都没有直接起始合成他们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下进的能力，只能在
6、引物存在下进行链的延伸，因此，行链的延伸，因此，DNA的合成必的合成必须有引物引导才能进行。须有引物引导才能进行。三种酶都有核酸外切酶的功三种酶都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错误能，可对合成过程中发生的错误进行校正，而保证进行校正，而保证DNA复制的高度复制的高度准确性。准确性。53结构式结构式第9页，共43页，编辑于2022年，星期六复制叉复制叉 replication forkreplication fork半不连续复制半不连续复制先导链先导链 随后链随后链 冈崎片断冈崎片断引物引物 primerprimer第10页，共43页，编辑于2022年，星期六DNA复制过程复制过程DN
7、ADNA双螺旋的解除：双螺旋的解除：DNADNA的解旋过程由的解旋过程由DNADNA解旋解旋酶催化解开后，单链酶催化解开后，单链DNA DNA 结合蛋白（结合蛋白（SSB SSB）马）马上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。随着解链的进行，在随着解链的进行，在DNA DNA 复制叉前就会形成一复制叉前就会形成一种张力而导致超螺旋的产生。现在发现这种张种张力而导致超螺旋的产生。现在发现这种张力主要是通过力主要是通过DNADNA拓扑异构酶的作用消除的。拓扑异构酶的作用消除的。起始：起始：在一种特殊的在一种特殊的RNARNA聚合酶聚合酶-DNA-DNA引
8、物酶的引物酶的催化下，先合成一段长催化下，先合成一段长5 56060个核苷酸的个核苷酸的RNARNA引引物，提供物，提供33端自由端自由-OH-OH。然后，在。然后，在DNADNA聚合酶聚合酶的作用下进行的作用下进行DNADNA的合成。的合成。第11页，共43页，编辑于2022年，星期六延伸：延伸：只有一条只有一条DNADNA链的合成是连续的，而另一条链的合链的合成是连续的，而另一条链的合成是不连续的。所以从整个成是不连续的。所以从整个DNADNA分子水平来看，分子水平来看，DNADNA两条两条新链的合成方向是相反的，但是都是从新链的合成方向是相反的，但是都是从5 5端向端向3 3方向延伸。方
9、向延伸。现在一般把一直从现在一般把一直从5 5向向3 3方向延伸的链称作前导链，它是方向延伸的链称作前导链，它是连续合成的。而另一条先沿连续合成的。而另一条先沿5 5 3 3方向合成一些片段，方向合成一些片段，然后再由连接酶将其连起来成为长链，称为后随链，其合然后再由连接酶将其连起来成为长链，称为后随链，其合成是不连续的。这种不连续合成是由冈崎等人首先发现的，成是不连续的。这种不连续合成是由冈崎等人首先发现的，所以现在将后随链上合成的所以现在将后随链上合成的DNADNA不连续单链小片段称为冈崎不连续单链小片段称为冈崎片段。片段。终止：终止：引物引物RNARNA被切除，并为新合成的被切除，并为新
10、合成的DNADNA片段所代替。在片段所代替。在大肠杆菌中，此过程是在大肠杆菌中，此过程是在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下完成的。的催化下完成的。因为因为DNADNA聚合酶聚合酶有有5 5 3 3聚合酶功能，以临近冈崎片段聚合酶功能，以临近冈崎片段的的3 3端自由端自由-OH-OH进行进行DNADNA的合成，从而将的合成，从而将RNARNA引物替换为引物替换为DNADNA链。最后由连接酶将冈崎片段连接起来，形成一条完整的链。最后由连接酶将冈崎片段连接起来，形成一条完整的新链新链 第12页，共43页，编辑于2022年，星期六端粒端粒DNA的复制的复制真核生物真核生物DNADNA是线性的是线性的线
11、性线性DNADNA末端末端不能复制不能复制每复制一次每复制一次DNADNA序列就要序列就要缩短一节！缩短一节！第13页，共43页，编辑于2022年，星期六端粒酶端粒酶 telomerasetelomerase端粒酶是一种核端粒酶是一种核糖核蛋白，含有糖核蛋白，含有一个一个RNARNA分子分子这个这个RNARNA分子就是分子就是合成端粒序列的合成端粒序列的模板模板在体细胞中，端粒在体细胞中，端粒酶是没有活性的，酶是没有活性的，胚胎细胞和肿瘤细胚胎细胞和肿瘤细胞中有端粒酶活性胞中有端粒酶活性第14页，共43页，编辑于2022年，星期六真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较细胞周期的特定
12、时期复制（原核生物在整个细胞生长过细胞周期的特定时期复制（原核生物在整个细胞生长过程中都可以进行程中都可以进行DNADNA复制）复制）第15页，共43页，编辑于2022年，星期六在原核生物中有在原核生物中有DNADNA聚合酶聚合酶、DNADNA聚合酶聚合酶、DNADNA聚聚合酶合酶三种聚合酶，并由三种聚合酶，并由DNADNA聚合酶聚合酶同时控制两同时控制两条链的合成。而在真核生物中共有条链的合成。而在真核生物中共有，和和55种种DNADNA聚合酶。聚合酶。DNADNA聚合酶聚合酶和和DNADNA聚合酶聚合酶是是DNADNA合成的主要酶，由合成的主要酶，由DNADNA聚合酶聚合酶控制不连续的后控
13、制不连续的后随链的合成，而随链的合成，而DNADNA聚合酶聚合酶则控制前导链的合成，则控制前导链的合成，所以其两条链的合成是在两种不同的所以其两条链的合成是在两种不同的DNADNA聚合酶的聚合酶的控制下完成。控制下完成。DNADNA聚合酶聚合酶可能与可能与DNADNA修复有关，而修复有关，而DNADNA聚合酶聚合酶则是线粒体中发现的唯一一种则是线粒体中发现的唯一一种DNADNA聚合聚合酶。酶。第16页，共43页，编辑于2022年，星期六RNA的复制的复制有些病毒不含有些病毒不含DNADNA，以，以RNARNA为遗传物质为遗传物质RNARNA在在RNARNA聚合酶作用下先合成聚合酶作用下先合成“
14、”链链“”链从链从“”链模板上释放出来链模板上释放出来“”链作为模板再合成链作为模板再合成“”链链第17页，共43页，编辑于2022年，星期六RNARNA转录与加工转录与加工第18页，共43页，编辑于2022年，星期六原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点启动子终止子启动子启动子promotor:DNA分子上分子上RNA聚合酶最先结合部聚合酶最先结合部位位终止子终止子terminator:提供转录终止信号的提供转录终止信号的DNA序列序列不依赖不依赖因子的终止子因子的终止子;依赖依赖因子的终止子因子的终止子接接第19
15、页，共43页，编辑于2022年，星期六真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点内含子内含子外显子外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为信使能转录为信使RNA启动子终止子编码区上游 编码区上游 内含子内含子外显子外显子第20页，共43页，编辑于2022年，星期六转录的概念和转录的概念和DNA的有义链和反义链的有义链和反义链 转录是在 DNADNA的指导下的的指导下的RNARNA聚合酶的催化下，按照碱聚合酶的催化下，按照碱基配对的原
16、则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNADNA互补的RNARNA 的过程。的过程。RNARNA的转录从DNADNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)模板链（反意义链）模板链（反意义链）编码链编码链(有意义链有意义链)非信息区非信息区DNADNA5533第21页，共43页，编辑于2022年，星期六大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应，起始和催化聚合反应，含有核苷三
17、磷酸的结合位点含有核苷三磷酸的结合位点与与RNA聚合酶的四聚体核心（聚合酶的四聚体核心（2）的形成有关）的形成有关 只与只与RNA转录的起始有关转录的起始有关全酶全酶()第22页，共43页，编辑于2022年，星期六转录泡转录泡第23页，共43页，编辑于2022年，星期六RNA的合成过程链的开始：链的开始：RNA链转录的起始首先是链转录的起始首先是RNA聚合酶在聚合酶在因子的作用下因子的作用下与与DNA上的启动子部位结合，并在上的启动子部位结合，并在RNA聚合酶的催化下使聚合酶的催化下使DNA的双链的双链解离，形成转录泡，为解离，形成转录泡，为RNA合成提供单链模板，并按碱基配对原则，合成提供单
18、链模板，并按碱基配对原则，结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成RNA新链。新链。因子在因子在RNA链伸长到链伸长到89个核苷酸后，就被释放，然后由核个核苷酸后，就被释放，然后由核心酶催化心酶催化RNA的延伸。的延伸。链的延伸链的延伸RNA链的延伸是在链的延伸是在因子释放之后，在因子释放之后，在RNA聚合酶四聚体核心酶的聚合酶四聚体核心酶的催化下进行。因催化下进行。因RNA聚合酶同时具有解开聚合酶同时具有解开DNA双链，并使其重新闭合的双链，并使其重新闭合的功能。随着功能。随着RNA的延伸，的延伸，RNA聚合酶使聚合酶使DN
19、A双链不断解开和重新闭合。双链不断解开和重新闭合。链的终止链的终止当当RNA链延伸遇到终止信号（链延伸遇到终止信号（terninationsignal）时，）时，RNA转录复转录复合体就发生解体，而使新合成的合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。链释放出来。第24页，共43页，编辑于2022年，星期六RNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯键磷酸二酯键形成形成终止阶段终止阶段解链区到达基解链区到达基因终点因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA启动子启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5
20、 3 离开离开第25页，共43页，编辑于2022年，星期六RNARNA合成的一般特点合成的一般特点不需要引物不需要引物原料为原料为rNTPrNTP，不是，不是dNTPdNTP只有一条只有一条DNADNA链用作模板链用作模板第26页，共43页，编辑于2022年，星期六真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别真核生物真核生物RNA的转录是在细胞核内进行，的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成则是在细胞而蛋白质的合成则是在细胞质内，所以，质内，所以，RNA转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能指导蛋转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能指导蛋白质的合成。在原核生物中，白质的合成。
21、在原核生物中，RNA的转录、蛋白质的合成以及的转录、蛋白质的合成以及mRNA的降的降解通常是同时进行的解通常是同时进行的真核生物一个真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，分子一般只含有一个基因，原核生物的一个原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因。分子通常含有多个基因。真核生物有几种真核生物有几种RNA聚合酶聚合酶：在原核生物中只有一种：在原核生物中只有一种RNA聚合酶，聚合酶，催化所有催化所有RNA的合成，而在真核生物中则有的合成，而在真核生物中则有RNA聚合酶聚合酶、RNA聚合聚合酶酶和和RNA聚合酶聚合酶三种不同的三种不同的RNA聚合酶，分别催化不同类型聚合酶，分别催化不同类型
22、RNA的的合成。合成。真核生物真核生物RNA聚合酶不能独立转录聚合酶不能独立转录RNA：原核生物中：原核生物中RNA聚合聚合酶可以直接起始转录合成酶可以直接起始转录合成RNA，真核生物则不然。在真核生物中，三，真核生物则不然。在真核生物中，三种种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。的转录。v5.真核生物启动子结构复杂真核生物启动子结构复杂第27页，共43页，编辑于2022年，星期六mRNAmRNA转录后的加工转录后的加工v加帽加帽当当mRNAmRNA合成到合成到30b30b时时在在55端加端加7 7甲基鸟嘌呤核苷甲基鸟嘌呤
23、核苷v加尾加尾转录完成后，在特定位置切去一转录完成后，在特定位置切去一节，加节，加polyApolyARNARNA末端腺苷酸转移酶末端腺苷酸转移酶v帽子和尾巴对帽子和尾巴对mRNAmRNA的稳定性以的稳定性以及运输具有重要作用及运输具有重要作用v剪接剪接 splicingsplicing第28页，共43页，编辑于2022年，星期六成熟成熟mRNAmRNA与模板与模板DNADNA的比较的比较第29页，共43页，编辑于2022年，星期六mRNA原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的比较的比较第30页，共43页，编辑于2022年，星期六第31页，共43页，编辑于2022年，星期六遗传密码的性
24、质遗传密码的性质1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现氨基酸的现象称为简并性，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。密象称为简并性，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。密码的简并性可以减少有害突变码的简并性可以减少有害突变。除两个氨基酸以外的所有氨基酸都有一种以除两个氨基酸以外的所有氨基酸都有一种以上的密码子编码。上的密码子编码。3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决
25、定，二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。4、密码的通用性、密码的通用性5、64组密码子中，组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密既是的密码，又是起始密码；有三组密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。第32页，共43页，编辑于2022年，星期六密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 AU
26、C5 mRNA3 密码子密码子123第33页，共43页，编辑于2022年，星期六氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸ATP+ATP+氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸E E-AMPAMPPPiPPi第一步第一步AMPAMP第二步第二步E E氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNA第34页，共43页，编辑于2022年，星期六氨酰氨酰-tRNA合成酶特点合成酶特点 a、专一性、专一性、专一性、专一性：对对氨氨基基酸酸有有极极高高的的专专一一性性，每每种种氨氨基基酸酸都都有有专专一一的的酶酶，只只作作用用于于L-氨氨基基酸酸，不不作作用用于于D-氨氨基酸
27、。基酸。对对tRNA具有极高专一性具有极高专一性。b、校对作用、校对作用、校对作用、校对作用：氨酰：氨酰-tRNA合成酶的水解合成酶的水解部部位可以水解错误活化的氨基酸。位可以水解错误活化的氨基酸。第35页，共43页，编辑于2022年，星期六原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程 原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。1、肽链合成的起始、肽链合成的起始2、肽链的延长、肽链的延长3、肽链合成的终止及释放、肽链合成的终止及释放第36页，共43页，编辑于2022
28、年，星期六肽链合成的起始肽链合成的起始30S亚基亚基mRNAIF3-IF1复合物复合物30SmRNAGTP-fMettRNA-IF2-IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物codoncodonanticodonanticodonA A位位位位P P位位位位mRNA+30S亚基亚基-IF3A A A A位位位位IF-35 5 3 3 IF2GTPP P P P位位位位IF3IF2IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始复起始复合物合物第37页，共43页，编辑于2022年，星期六肽链的延长1 12 21 12 22
29、 23 32 23 3进位进位进位进位肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成移位移位移位移位进位进位进位进位(TuTsTuTs)GTPGTPGTPGTPN-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-端端端端肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成1 15 5 3 3（EF-GEF-G）第38页，共43页，编辑于2022年，星期六肽链合成的终止及释放（1 1）释释放放因因子子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。（2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S70S核糖体解离核糖体解离5 5 3 3 UAGUAG30S30S亚基亚基亚基亚基50S50S亚基亚基亚基亚基5
30、5 3 3 UAGUAGtRNARFRF第39页，共43页，编辑于2022年，星期六3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5多聚核糖体多聚核糖体第40页，共43页，编辑于2022年，星期六多肽链的加工多肽链的加工v刚刚合成的多肽链，很多不具有生物活性刚刚合成的多肽链，很多不具有生物活性v不同链的缔合不同链的缔合v共价修饰共价修饰v卷曲或折叠卷曲或折叠v成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质v结构蛋白（作为细胞的组成部分）、功能蛋白结构蛋白（作为细胞的组成部分）、功能蛋白（如血红蛋白等）、酶（如血红蛋白等）、酶 第41页，共43页，编辑于2022年，星期六血红蛋白的立体结构血红蛋白的立体结构第42页，共43页，编辑于2022年，星期六中心法则中心法则 central dogmacentral dogma第43页，共43页，编辑于2022年，星期六