第四章細胞的復制與轉(zhuǎn)錄

演示文稿第四章細胞的復制與轉(zhuǎn)錄當前1頁，總共80頁。第四章細胞的復制與轉(zhuǎn)錄當前2頁，總共80頁。

細胞、個體乃至物種的遺傳特性要在代代相傳中得到維持，有賴于遺傳物質(zhì)完整、準確的復制并分配至子代細胞。當前3頁，總共80頁。當前4頁，總共80頁。DNA復制replication：由一個親代雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的過程（3.2×109核苷酸對）艱巨任務：在子代細胞誕生前迅速而精確地完成這一過程（約8小時）＝8小時內(nèi)寫滿1000冊書！奇跡是怎樣創(chuàng)造的？當前5頁，總共80頁。第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復制過程及其特征二、DNA復制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)當前6頁，總共80頁。一、DNA復制過程及其特征半保留復制復制從復制起始點開始復制叉、雙向復制和復制泡復制叉的不對稱性：前導鏈、后隨鏈和岡崎片段校讀糾錯機制整個染色體的復制當前7頁，總共80頁。復制過程

DNA復制從復制起始點開始,在起始蛋白為首的一個多酶復合體的作用下，雙鏈解開，形成兩個方向相反的復制叉。在復制叉上，DNA聚合酶分別以DNA雙鏈中的一條為模板，4種三磷酸脫氧核苷酸為原料，合成兩條新的DNA鏈。隨著復制叉向相反兩個方向推進，就形成復制泡。復制泡在各個復制起始點發(fā)生并增大，使DNA分子得到完整復制。

當前8頁，總共80頁。DNA復制:由一個親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的程。1.半保留復制（semi-conservativereplication）

當前9頁，總共80頁。CGTAGCATCGGC以一條DNA鏈作為模板（舊鏈）復制新鏈，復制后的雙螺旋含一條舊鏈和一條新鏈。1.半保留復制當前10頁，總共80頁。母鏈復制復制復制后的DNA分子，各含有1條原來的舊鏈和1條新鏈，兩個新合成的雙螺旋都是原來雙螺旋的精確復制品，這稱為半保留復制。復制當前11頁，總共80頁。2.復制從復制起始點replicationorigins開始當前12頁，總共80頁。復制起始點：特殊的DNA序列能被起始蛋白識別并結(jié)合通常為富含A、T的重復序列在細菌只有一個，在真核細胞有多個當前13頁，總共80頁。復制的起始與雙鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與當前14頁，總共80頁。細菌真核細胞基因組（核苷酸對）數(shù)百萬個3.2×109（人）速度500個核苷酸/秒50個核苷酸/秒復制起始點一個多個當前15頁，總共80頁。復制從復制起始點開始向兩個方向推進。（細菌環(huán)狀DNA分子）當前16頁，總共80頁。在真核細胞的染色體上，復制叉由多處復制起始位點向兩個方向移動當前17頁，總共80頁。3.復制叉、雙向復制和復制泡

(replicationforks,two-directionreplication&replicationbubbles)

復制叉:

已經(jīng)打開的2條單鏈與未解開的雙鏈間形成Y形。當前18頁，總共80頁。復制從復制起始點開始向兩個方向推進，形成兩個反向的復制叉。當前19頁，總共80頁。在真核細胞的染色體上，復制叉由多處復制起始位點向兩個方向移動當前20頁，總共80頁。復制叉replicationfork當前21頁，總共80頁。DNA的合成當前22頁，總共80頁。4.復制叉的不對稱性asymmetryofreplicationfolk：前導鏈、后隨鏈和岡崎片段問題：一條新鏈:5’→3’方向合成另一條新鏈如何合成？提示：1.DNA聚合酶只能催化單核苷酸5’→3’方向加入2.5→3連續(xù)合成將使鏈延長與復制叉推進相反?當前23頁，總共80頁。4.復制叉的不對稱性：前導鏈、后隨鏈和岡崎片段答案：一條新鏈：5→3方向不間斷合成－前導鏈另一條新鏈：5→3方向間斷合成－后隨鏈當前24頁，總共80頁。間斷合成的新鏈－后隨鏈RNA引物岡崎片段連接切除RNA引物新DNA延伸RNA引物的生成舊鏈

新鏈當前25頁，總共80頁。

在后隨鏈合成中，由DNA聚合酶在RNA引物的3’-OH上合成一段多核苷酸鏈，此DNA片段加上RNA引物構(gòu)成岡崎片段。

岡崎片段（Okazakifragments）DNA聚合酶I5’3’切除RNA引物5’3’填充脫氧核苷酸DNA連接酶：連接兩個DNA片段岡崎片段連接:卡通當前26頁，總共80頁。3’3’5’5’

復制叉推進方向

復制起始點模板鏈復制起始點DNA的雙向復制示意圖復制叉推進方向當前27頁，總共80頁。復制叉內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不對稱的：一條鏈不間斷地合成，并率先發(fā)生，因而叫作前導鏈另一條鏈間斷合成，由岡崎片段連接而成，并滯后發(fā)生，因而叫作后隨鏈。(后隨鏈合成滯后的原因）后隨鏈中核苷酸聚合的方向與鏈延伸的方向是相反的，而鏈延伸的方向與復制叉推進的方向是一致的。圖示當前28頁，總共80頁。復制的主要步驟在復制起始點打開雙鏈合成一段RNA引物前導鏈合成（DNA鏈在RNA引物后開始合成）后隨鏈合成(岡崎片段在引物后開始合成）卡通2當前29頁，總共80頁。TTTTCA5．校讀糾錯機制proofreading&mistake-correction復制過程中DNA多聚酶的校讀糾錯作用一、在新的核苷酸中堿基剛剛與對應堿基結(jié)合、尚未與新鏈末端共價聯(lián)結(jié)的時候，多聚酶就對配對進行校對。堿基配對錯誤則使DNA合成暫停。二、“核酸外切校讀”。如果聯(lián)結(jié)在RNA引物3’－OH末端的是錯配核苷酸，該酶切除錯配者，直至正確配對的核苷酸作為引物的3’末端才開始DNA合成。當前30頁，總共80頁。6．整個染色體的復制多個復制泡不斷發(fā)生，各個區(qū)段復制順序先后固定.端粒酶保證真核染色體末端的完整復制.DNA新鏈合成完畢后立即就有組蛋白與之裝配，新的核小體形成.當前31頁，總共80頁?？焖俜至训暮酥刑崛〉腄NA電鏡照片復制泡return多個復制泡不斷發(fā)生，各個區(qū)段復制順序先后固定當前32頁，總共80頁。端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復制卡通當前33頁，總共80頁。組蛋白加入，形成新的核小體當前34頁，總共80頁。組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心當前35頁，總共80頁。二、DNA復制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)一系列酶和其他蛋白質(zhì)組成復合體，作為一個整體沿DNA分子移動，協(xié)調(diào)兩條鏈上的合成過程。

奇跡的創(chuàng)造者當前36頁，總共80頁。當前37頁，總共80頁。

參加大腸桿菌DNA復制的蛋白質(zhì)及其功能

蛋白質(zhì)功能DnaA蛋白(起始因子)識別起始順序在復制起始點打開雙鏈DnaB蛋白(解旋酶)松解DNA雙螺旋DnaC蛋白輔助解旋酶結(jié)合到起始點DNA拓撲異構(gòu)酶I和II解除DNA超螺旋并防止鏈纏繞DnaG蛋白(引物酶)合成RNA引物(前導鏈上一個,后隨鏈上多個引物)SSB蛋白(單鏈結(jié)合蛋白)結(jié)合至單鏈DNA維持其單鏈狀態(tài)滑動鉗夾幫助DNA聚合酶穩(wěn)定結(jié)合于模板鏈上DNA聚合酶III1.延長新鏈(5‘3’聚合酶活性:以DNA為模板,

在RNA引物3‘-OH加上dNTP)2.錯配校讀(3‘5’外切酶活性:切除錯配dNTP)DNA聚合酶I在崗崎片段之間除去引物并填補空隙,錯配校讀DNA連接酶連接崗崎片段3‘-OH與5’-P當前38頁，總共80頁。第四章細胞核nucleus第一節(jié)核被膜第二節(jié)染色質(zhì)和染色體第三節(jié)核仁第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復制第五節(jié)遺傳信息的表達當前39頁，總共80頁。受精卵→胚胎干細胞→→→各種細胞分化分化：基因選擇性表達的結(jié)果紅細胞：專一表達血紅蛋白

分化當前40頁，總共80頁。一個人的兩種細胞：源于同一個細胞(同一個受精卵)，攜帶完全相同的遺傳信息卻有著截然不同的形態(tài)和功能。怎么會這樣呢？當前41頁，總共80頁。第五節(jié)遺傳信息的表達Expressionofthegenomicinformation

一、基因的轉(zhuǎn)錄transcription

－從DNA到RNA

二、基因的翻譯translation

－從RNA到蛋白質(zhì)當前42頁，總共80頁。中心法則Thecentralprinciple

細胞內(nèi)的基因先將它的遺傳信息轉(zhuǎn)錄在mRNA上，再經(jīng)過翻譯，將特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質(zhì)。當前43頁，總共80頁。當前44頁，總共80頁。一、基因的轉(zhuǎn)錄－從DNA到RNA(同樣的語言)（一）轉(zhuǎn)錄過程（二）有意義鏈和反意義鏈（三）真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工當前45頁，總共80頁。ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures當前46頁，總共80頁。

rRNA和tRNA能發(fā)生分子內(nèi)的堿基配對，易于折疊成三維結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)分子的作用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)當前47頁，總共80頁。在RNA合成酶系作用下，以DNA的一條鏈上的一段序列為模板，按照堿基配對原則，以4種三磷酸核苷酸為原料，合成一個與模板序列互補的RNA分子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要有mRNA、rRNA和tRNA。（一）轉(zhuǎn)錄過程5’5’3’3’5’3’當前48頁，總共80頁。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補的RNA鏈（一）轉(zhuǎn)錄過程當前49頁，總共80頁。proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列當前50頁，總共80頁。proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列啟動子和終止子：特殊的DNA序列，對RNA聚合酶發(fā)出的信號。當前51頁，總共80頁。原核細胞的啟動子

－轉(zhuǎn)錄酶識別和結(jié)合的部位，結(jié)合后啟動轉(zhuǎn)錄起始點酶識別部位不同原核生物啟動子區(qū)序列的比較酶結(jié)合部位Pribnow盒啟動子當前52頁，總共80頁。由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶：催化這一合成反應，所以又叫轉(zhuǎn)錄酶。作用是解開DNA雙鏈，以其中的反基因鏈為模板，將4種三磷酸核苷酸聚合成與模板互補的RNA鏈。當前53頁，總共80頁。RNA聚合酶催化的細菌基因的轉(zhuǎn)錄:聚合酶遇到啟動子序列就與之結(jié)合,打開雙鏈開始轉(zhuǎn)錄,直至遇到終止子.卡通當前54頁，總共80頁。當前55頁，總共80頁。三種轉(zhuǎn)錄物：信使RNA(mRNA)－傳遞遺傳信息核糖體RNA(rRNA)－作為結(jié)構(gòu)分子和酶組分轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)－作為結(jié)構(gòu)分子當前56頁，總共80頁。基因鏈（genestrand）:基因遺傳信息所在的DNA單鏈。反基因鏈（antigenestrand）:與基因鏈互補的那條DNA

單鏈。mRNA鏈：序列與基因鏈相同（T=U）(二)有意義鏈和反意義鏈

sense/antisensestrands基因鏈或有意義鏈反基因鏈或反意義鏈當前57頁，總共80頁。

一段細菌染色體上多個基因的轉(zhuǎn)錄方向理論上任何一段DNA的兩條鏈都可以轉(zhuǎn)錄出兩個RNA分子，但實際上一段DNA上總是只有一條鏈作為RNA的模板，即反基因鏈，由此轉(zhuǎn)錄出來的RNA鏈序列與模板鏈互補，與基因鏈相同。一段DNA的兩條鏈何者作為模板可以看作由特定基因的啟動子位置決定。啟動子一般位于基因上游,轉(zhuǎn)錄酶先結(jié)合上啟動子，就決定了模板鏈。當前58頁，總共80頁。細菌基因與真核生物基因的比較(三)、真核細胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工Transcriptionandprocessing

當前59頁，總共80頁。細胞內(nèi)產(chǎn)生的RNA的種類RNA種類功能mRNA編碼蛋白質(zhì)rRNA形成核糖體的一部分并參與蛋白質(zhì)的合成tRNA蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物小RNA用于未成熟mRNA的拼接、蛋白質(zhì)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運以及其他細胞過程當前60頁，總共80頁。mRNA(真核加工)rRNA(真核、原核均加工)tRNA(真核、原核均加工)(三)、真核細胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工當前61頁，總共80頁。真核生物原核生物原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程細胞核轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯當前62頁，總共80頁。

mRNA的加工 作用

1.加帽(capping)增加穩(wěn)定性

5’-三磷酸-7-甲基鳥苷

2.加尾(tailing)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運有關(guān)

3’-PolyA序列3.拼接（splicing）切除內(nèi)含子并聯(lián)結(jié)外顯子

4.RNA編輯（editing）擴充遺傳信息？當前63頁，總共80頁。原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成熟mRNA帽子附加位點多聚A尾加尾信號當前64頁，總共80頁。裝配成核糖體小亞基裝配成核糖體大亞基45SrRNA前體45SrRNA前體加工1.兩種化學修飾－甲基化和假尿苷2.內(nèi)含子被切除形成三個獨立的

rRNA分子（18S、5.8S、28S）S的含義當前65頁，總共80頁。tRNA加工剪接堿基修飾當前66頁，總共80頁。當前67頁，總共80頁。當前68頁，總共80頁。二、基因的翻譯－從RNA到蛋白質(zhì)

(不同的語言)(發(fā)生在細胞核內(nèi)嗎?)（一）密碼（二）翻譯過程（三）翻譯的場所-核糖體

3種RNA在此緊密合作當前69頁，總共80頁。

遺傳信息的翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列，合成多肽的過程，是基因表達的最終目的。蛋白質(zhì)的生物合成發(fā)生在核糖體上，三種成熟的RNA分子從核進入胞質(zhì)后在此各自發(fā)揮重要作用。mRNA編碼蛋白質(zhì)rRNA形成核糖體的骨架并參與蛋白質(zhì)的合成(核酶)tRNA蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物當前70頁，總共80頁。從基因到蛋白質(zhì)的步驟當前71頁，總共80頁。當前72頁，總共80頁。當前73頁，總共80頁。比較DNA復制和轉(zhuǎn)錄的特點復制轉(zhuǎn)錄目的 復制遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)錄遺傳信息模板完整的染色體分子染色體分子上一段DNA(基因)催化合成的酶DNA聚合酶RNA聚合酶原料4種脫氧核糖核苷酸4種核糖核苷酸

dATP,dTTP,dCTP,dGTPATP,UTP,CTP,GTP產(chǎn)物完整的染色體分子一個特異的RNA分子

(子代DNA)(mRNA,rRNA,tRNA或sRNA)首發(fā)事件起始蛋白識別