細胞核2細胞生物學課件3

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。本文檔共64頁；當前第1頁；編輯于星期二\5點24分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？本文檔共64頁；當前第2頁；編輯于星期二\5點24分第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復制過程及其特征二、DNA復制的有關酶類和蛋白質(zhì)本文檔共64頁；當前第3頁；編輯于星期二\5點24分一、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本文檔共64頁；當前第4頁；編輯于星期二\5點24分DNA復制:由一個親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的過程。1.半保留復制（semi-conservativereplication）

本文檔共64頁；當前第5頁；編輯于星期二\5點24分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.半保留復制本文檔共64頁；當前第6頁；編輯于星期二\5點24分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。復制本文檔共64頁；當前第7頁；編輯于星期二\5點24分2.復制從復制起始點replicationorigins開始本文檔共64頁；當前第8頁；編輯于星期二\5點24分復制起始點：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，在真核細胞有多個本文檔共64頁；當前第9頁；編輯于星期二\5點24分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本文檔共64頁；當前第10頁；編輯于星期二\5點24分復制的起始與雙鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與本文檔共64頁；當前第11頁；編輯于星期二\5點24分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）本文檔共64頁；當前第12頁；編輯于星期二\5點24分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。本文檔共64頁；當前第13頁；編輯于星期二\5點24分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。本文檔共64頁；當前第14頁；編輯于星期二\5點24分復制叉replicationfork本文檔共64頁；當前第15頁；編輯于星期二\5點24分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本文檔共64頁；當前第16頁；編輯于星期二\5點24分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?本文檔共64頁；當前第17頁；編輯于星期二\5點24分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－后隨鏈本文檔共64頁；當前第18頁；編輯于星期二\5點24分RNA引物岡崎片段連接酶連接2個相鄰DNA片段DNA聚合酶I將相鄰片段的5’RNA引物切除并填補空隙DNA聚合酶III在RNA引物3’端延伸新DNA根據(jù)模板在引物酶作用下生成RNA引物舊鏈

新鏈間斷合成的新鏈后隨鏈本文檔共64頁；當前第19頁；編輯于星期二\5點24分在后隨鏈合成中，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DNA片段岡崎片段連接:岡崎片段本文檔共64頁；當前第20頁；編輯于星期二\5點24分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本文檔共64頁；當前第21頁；編輯于星期二\5點24分復制叉內(nèi)部結(jié)構是不對稱的：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。圖示本文檔共64頁；當前第22頁；編輯于星期二\5點24分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）DNA雙鏈復制

本文檔共64頁；當前第23頁；編輯于星期二\5點24分T

TTTCA5．校讀糾錯機制proofreading&mistake-correction本文檔共64頁；當前第24頁；編輯于星期二\5點24分復制過程中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。本文檔共64頁；當前第25頁；編輯于星期二\5點24分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.本文檔共64頁；當前第26頁；編輯于星期二\5點24分快速分裂的核中提取的DNA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返回本文檔共64頁；當前第27頁；編輯于星期二\5點24分端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復制末端復制返回本文檔共64頁；當前第28頁；編輯于星期二\5點24分組蛋白加入，形成新的核小體返回本文檔共64頁；當前第29頁；編輯于星期二\5點24分組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心返回本文檔共64頁；當前第30頁；編輯于星期二\5點24分二、DNA復制的有關酶類和蛋白質(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)造者本文檔共64頁；當前第31頁；編輯于星期二\5點24分本文檔共64頁；當前第32頁；編輯于星期二\5點24分

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本文檔共64頁；當前第33頁；編輯于星期二\5點24分第四章細胞核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)遺傳信息的表達本文檔共64頁；當前第34頁；編輯于星期二\5點24分一個人的兩種細胞：攜帶完全相同的遺傳信息，卻有著截然不同的形態(tài)和功能本文檔共64頁；當前第35頁；編輯于星期二\5點24分一個人的兩種細胞，源于同一個細胞（同一個受精卵），兩者形態(tài)和功能卻截然不同。怎么會這樣呢？本文檔共64頁；當前第36頁；編輯于星期二\5點24分受精卵→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本文檔共64頁；當前第37頁；編輯于星期二\5點24分第五節(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)本文檔共64頁；當前第38頁；編輯于星期二\5點24分中心法則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)。本文檔共64頁；當前第39頁；編輯于星期二\5點24分遺傳信息的流向本文檔共64頁；當前第40頁；編輯于星期二\5點24分一、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)錄后加工本文檔共64頁；當前第41頁；編輯于星期二\5點24分ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures本文檔共64頁；當前第42頁；編輯于星期二\5點24分

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，從而發(fā)揮結(jié)構分子的作用。DNA雙螺旋結(jié)構本文檔共64頁；當前第43頁；編輯于星期二\5點24分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補的RNA鏈,是基因表達的核心步驟（一）轉(zhuǎn)錄過程本文檔共64頁；當前第44頁；編輯于星期二\5點24分由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。本文檔共64頁；當前第45頁；編輯于星期二\5點24分啟動子和終止子：特殊的DNA序列，對RNA聚合酶發(fā)出的信號。本文檔共64頁；當前第46頁；編輯于星期二\5點24分原核細胞的啟動子

－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盒啟動子本文檔共64頁；當前第47頁；編輯于星期二\5點24分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.轉(zhuǎn)錄本文檔共64頁；當前第48頁；編輯于星期二\5點24分三種轉(zhuǎn)錄物：信使RNA(mRNA)－傳遞遺傳信息核糖體RNA(rRNA)－作為結(jié)構分子和酶組分轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)－作為結(jié)構分子本文檔共64頁；當前第49頁；編輯于星期二\5點24分基因鏈（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本文檔共64頁；當前第50頁；編輯于星期二\5點24分

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。本文檔共64頁；當前第51頁；編輯于星期二\5點24分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

本文檔共64頁；當前第52頁；編輯于星期二\5點24分細胞內(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本文檔共64頁；當前第53頁；編輯于星期二\5點24分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)錄和加工本文檔共64頁；當前第54頁；編輯于星期二\5點24分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)錄翻譯翻譯本文檔共64頁；當前第55頁；編輯于星期二\5點24分

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

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？本文檔共64頁；當前第56頁；編輯于星期二\5點24分原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成熟mRNA帽子附加位點多聚A尾加尾信號本文檔共64頁；當前第57