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1、第十三基因信息的传递第十三基因信息的传递第一页，共七十九页。（优选）第十三基因信息的传递第二页，共七十九页。* 中心法则中心法则(P241) 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 转录转录 翻译翻译 复制复制 DNA RNA 蛋白质蛋白质 逆转录逆转录 中心法则：是关
2、于遗传信息传递规律的基本法则，包中心法则：是关于遗传信息传递规律的基本法则，包括有括有DNADNA到到DNADNA的复制、由的复制、由DNADNA到到RNARNA的转录和由的转录和由RNARNA到到蛋白质的翻译等过程，即遗传信息的流向是蛋白质的翻译等过程，即遗传信息的流向是DNA-RNA-DNA-RNA-蛋白质。蛋白质。第三页，共七十九页。第四页，共七十九页。主要内容主要内容 DNA的生物合成的生物合成 复制复制 RNA的生物合成的生物合成 转录转录 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 翻译翻译 基因表达调控基因表达调控 第五页，共七十九页。DNA的生物合成(复制)DNA Biosynthesi
3、s (Replication) 第第 十三十三 章章第六页，共七十九页。 DNA的生物合成的生物合成复制复制(replication)：P242以母链以母链DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程。的过程。复制复制逆转录逆转录复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA第七页，共七十九页。复制的基本规律复制的基本规律Basic Rules of DNA Replication 第一节第一节第八页，共七十九页。l半保留复制半保留复制 (semi-conservative replication)l双向复制双向复制 (bidirectional replication)l半不连续复制半不连续复制 (
4、semi-discontinuous replication) DNA复制的特征复制的特征第九页，共七十九页。一、半保留复制的实验依据和意义一、半保留复制的实验依据和意义 DNA生生物物合合成成时时，母母链链DNA解解开开为为两两股股单单链链，各各自自作作为为模模板板(template)按按碱碱基基配配对对规规律律，合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链；子子代代DNA，一一股股单单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来，另另一一股股单单链链则则完完全全重重新新合合成成，这这种种复复制制方方式式称称为为半半保留复制。保留复制。P242半保留复制的概念半保留复制的概念第十页，共七十九页。
5、第十一页，共七十九页。DNA半保留复制实验半保留复制实验 含含N15-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果N15-DNAN14 、N15-DNAN14 、N15-DNAN14-DNA第十二页，共七十九页。按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNA与与亲亲代代DNA的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种
6、稳定性的分子基础，但不是绝对的。但不是绝对的。第十三页，共七十九页。原核生物：原核生物： 基因组是环状基因组是环状DNA 只有一个复制起始点只有一个复制起始点 复制时，复制时，DNA从起始点从起始点(ori)向两个方向解向两个方向解链，形成两个延伸相反的复制叉，称为双向复链，形成两个延伸相反的复制叉，称为双向复制。制。P243P243二、双向复制二、双向复制第十四页，共七十九页。 复复制制时时双双链链打打开开，分分开开成成两两股股，各各自自作作为为模模板板，子子链链沿沿模模板板延延长长所所形形成成的的Y字字形形的的结构称为复制叉结构称为复制叉(replication fork) 。P243P2
7、43第十五页，共七十九页。 在在原原核核生生物物双双向向复复制制中中，DNA被被描描述述为为眼眼睛睛状状。为为说说明明方方便便而而做做的的图图为为 形。形。复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象第十六页，共七十九页。oriC单复制子单复制子第十七页，共七十九页。真核生物：真核生物： 染色体染色体DNA有多个复制起始点。有多个复制起始点。 两两个个起起始始点点之之间间的的DNA片片段段称称为为复复制制子子(replicon)。 复制子是独立完成复制的功能单位。复制子是独立完成复制的功能单位。第十八页，共七十九页。真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉第
8、十九页，共七十九页。真核生物的多复制子复制电镜图真核生物的多复制子复制电镜图第二十页，共七十九页。3 5 3 5 3535解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)三、复制的半不连续性三、复制的半不连续性35第二十一页，共七十九页。n顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的这股链称为领头链。这股链称为领头链。n另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链称为后随链。链称为后随链。n领
9、领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制制的半不连续性。的半不连续性。第二十二页，共七十九页。冈崎片段：冈崎片段： 1968年年日日本本生生化化学学者者冈冈崎崎用用电电镜镜及及放放射射自自显显影影技技术术，观观察察到到DNA复复制制中中，后后随随链链中中出出现现一一些些不不连连续续的的片片段段，将将这这些些不不连连续续的的片片段称为冈崎片段。段称为冈崎片段。P244P244 第二十三页，共七十九页。半不连续复制动画半不连续复制动画第二十四页，共七十九页。 DNA复制的酶学复制的酶学The Enzymology of DNA Replication 第二节第
10、二节第二十五页，共七十九页。DNA复制的体系复制的体系 底物底物: : dNTP (dATP、dGTP 、dCTP 、dTTP) 聚合酶聚合酶: 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-pol) 模板模板: 解开成单链的解开成单链的DNA母链母链 引物引物: : 提供提供3-OH末端的寡核苷酸末端的寡核苷酸 其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子: : 拓扑异构酶、解螺旋酶、单拓扑异构酶、解螺旋酶、单链链DNA结合蛋白、引物酶、连接酶结合蛋白、引物酶、连接酶第二十六页，共七十九页。一、复制的化学反应一、复制的化学反应 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 子链不能起
11、始新的子链不能起始新的DNADNA链，必须要有引物提供链，必须要有引物提供 3 3-OH-OH；第二十七页，共七十九页。聚合反应的特点聚合反应的特点DNA 新链生成需引物和模板；新链生成需引物和模板； 新链的延长只可沿模板链新链的延长只可沿模板链5 3 方向进行方向进行 。第二十八页，共七十九页。 聚合反应的特点聚合反应的特点 以单链以单链DNA为模板为模板 以以dNTP为原料为原料 引物提供引物提供3-OH 聚合方向为聚合方向为5 3 遵守碱基互补规律遵守碱基互补规律第二十九页，共七十九页。二、二、DNA聚合酶聚合酶全称：依赖全称：依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependen
12、t DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性 2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性第三十页，共七十九页。5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除引物和突变的能切除引物和突变的 DNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 第三十一页，共七十九页。第三十二页，共七十九页。（一）原
13、核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶 DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 第三十三页，共七十九页。催化催化DNA聚聚合合参与参与DNADNA损伤损伤的应急状态修的应急状态修复复校读、修复合校读、修复合成、切除引物成、切除引物填补空隙填补空隙功能功能2040400分子数分子数/细胞细胞1011亚基数亚基数+5 外切酶活性外切酶活性+ 5 外切酶活性外切酶活性+5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE. Coli中的中的DNA聚合酶聚合酶P245第三十四页，共七十九页。功能功能：校读，：校读，去除去除RNA引物，填补空隙，参与
14、引物，填补空隙，参与DNA损伤修复损伤修复。P245P245DNA-pol 第三十五页，共七十九页。DNA聚合酶聚合酶II (DNA-pol II) 具有具有53的聚合酶活性。的聚合酶活性。 只是在无只是在无pol及及pol的情况下暂时的情况下暂时 起作用。起作用。 对模板的特异性不高对模板的特异性不高, , 参与参与DNA损伤损伤 的应急状态修复。的应急状态修复。第三十六页，共七十九页。DNA聚合酶聚合酶III (DNA-pol III)n是复制延长中真正起催化作用的酶。是复制延长中真正起催化作用的酶。n由由10种亚基组成不对称的聚合体。种亚基组成不对称的聚合体。n，亚亚基基组组成成核核心心
15、酶酶，亚亚基基具具有有53的的聚聚合合活活性性，亚亚基基具具有有35外外切切酶酶活活性性， 亚亚基基可能起组装作用。可能起组装作用。第三十七页，共七十九页。n亚亚基基(DNA夹夹子子)能能夹夹稳稳模模板板链链，负负责责酶酶沿沿DNA模板滑动的作用。模板滑动的作用。n其余亚基统称为其余亚基统称为-复合物复合物, , 是是DNA夹子加载蛋白夹子加载蛋白。第三十八页，共七十九页。DNA-pol 第三十九页，共七十九页。第四十页，共七十九页。（二）（二）真核真核生物的生物的DNA聚合酶聚合酶P250DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。复制的主要酶复制的主要酶，有解螺旋酶活性
16、。，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。参与低保真度的复制。在复制过程中起在复制过程中起校读、修复和填补缺口校读、修复和填补缺口的作用。的作用。在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 基本性质与原核细胞DNA聚合酶一致。第四十一页，共七十九页。三、复制中的分子解链及三、复制中的分子解链及DNA 分子拓扑学变分子拓扑学变化化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。 第四十二页，共七十九页。（一）解螺旋酶、引物酶和单链（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶 ( , )稳定已解开的单链稳定已解开的单链单链单链DNA结合蛋白结合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG(dnaG)运送和协同运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB(dnaB )辨认起始点辨认起始点DnaA(dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）
