演示文稿第四章細胞的復制與轉錄當前第1頁\共有80頁\編于星期三\11點第四章細胞的復制與轉錄當前第2頁\共有80頁\編于星期三\11點

細胞、個體乃至物種的遺傳特性要在代代相傳中得到維持，有賴于遺傳物質完整、準確的復制并分配至子代細胞。當前第3頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第4頁\共有80頁\編于星期三\11點DNA復制replication：由一個親代雙螺旋產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小時內寫滿1000冊書！奇跡是怎樣創造的？當前第5頁\共有80頁\編于星期三\11點第四節遺傳物質的復制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復制過程及其特征二、DNA復制的有關酶類和蛋白質當前第6頁\共有80頁\編于星期三\11點一、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第7頁\共有80頁\編于星期三\11點復制過程

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生并增大，使DNA分子得到完整復制。

當前第8頁\共有80頁\編于星期三\11點DNA復制:由一個親代DNA雙螺旋產生兩個子代雙螺旋的程。1.半保留復制（semi-conservativereplication）

當前第9頁\共有80頁\編于星期三\11點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.半保留復制當前第10頁\共有80頁\編于星期三\11點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。復制當前第11頁\共有80頁\編于星期三\11點2.復制從復制起始點replicationorigins開始當前第12頁\共有80頁\編于星期三\11點復制起始點：特殊的DNA序列能被起始蛋白識別并結合通常為富含A、T的重復序列在細菌只有一個，在真核細胞有多個當前第13頁\共有80頁\編于星期三\11點復制的起始與雙鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與當前第14頁\共有80頁\編于星期三\11點細菌真核細胞基因組（核苷酸對）數百萬個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第15頁\共有80頁\編于星期三\11點復制從復制起始點開始向兩個方向推進。（細菌環狀DNA分子）當前第16頁\共有80頁\編于星期三\11點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第17頁\共有80頁\編于星期三\11點3.復制叉、雙向復制和復制泡

(replicationforks,two-directionreplication&replicationbubbles)

復制叉:

已經打開的2條單鏈與未解開的雙鏈間形成Y形。當前第18頁\共有80頁\編于星期三\11點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。當前第19頁\共有80頁\編于星期三\11點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第20頁\共有80頁\編于星期三\11點復制叉replicationfork當前第21頁\共有80頁\編于星期三\11點DNA的合成當前第22頁\共有80頁\編于星期三\11點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連續合成將使鏈延長與復制叉推進相反?當前第23頁\共有80頁\編于星期三\11點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－后隨鏈當前第24頁\共有80頁\編于星期三\11點間斷合成的新鏈－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

新鏈當前第25頁\共有80頁\編于星期三\11點

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：連接兩個DNA片段岡崎片段連接:卡通當前第26頁\共有80頁\編于星期三\11點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第27頁\共有80頁\編于星期三\11點復制叉內部結構是不對稱的：一條鏈不間斷地合成，并率先發生，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。圖示當前第28頁\共有80頁\編于星期三\11點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當前第29頁\共有80頁\編于星期三\11點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合、尚未與新鏈末端共價聯結的時候，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”。如果聯結在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。當前第30頁\共有80頁\編于星期三\11點6．整個染色體的復制多個復制泡不斷發生，各個區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.當前第31頁\共有80頁\編于星期三\11點快速分裂的核中提取的DNA電鏡照片復制泡return多個復制泡不斷發生，各個區段復制順序先后固定當前第32頁\共有80頁\編于星期三\11點端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復制卡通當前第33頁\共有80頁\編于星期三\11點組蛋白加入，形成新的核小體當前第34頁\共有80頁\編于星期三\11點組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心當前第35頁\共有80頁\編于星期三\11點二、DNA復制的有關酶類和蛋白質一系列酶和其他蛋白質組成復合體，作為一個整體沿DNA分子移動，協調兩條鏈上的合成過程。

奇跡的創造者當前第36頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第37頁\共有80頁\編于星期三\11點

參加大腸桿菌DNA復制的蛋白質及其功能

蛋白質功能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(單鏈結合蛋白)結合至單鏈DNA維持其單鏈狀態滑動鉗夾幫助DNA聚合酶穩定結合于模板鏈上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當前第38頁\共有80頁\編于星期三\11點第四章細胞核nucleus第一節核被膜第二節染色質和染色體第三節核仁第四節遺傳物質的復制第五節遺傳信息的表達當前第39頁\共有80頁\編于星期三\11點受精卵→胚胎干細胞→→→各種細胞分化分化：基因選擇性表達的結果紅細胞：專一表達血紅蛋白

分化當前第40頁\共有80頁\編于星期三\11點一個人的兩種細胞：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和功能。怎么會這樣呢？當前第41頁\共有80頁\編于星期三\11點第五節遺傳信息的表達Expressionofthegenomicinformation

一、基因的轉錄transcription

－從DNA到RNA

二、基因的翻譯translation

－從RNA到蛋白質當前第42頁\共有80頁\編于星期三\11點中心法則Thecentralprinciple

細胞內的基因先將它的遺傳信息轉錄在mRNA上，再經過翻譯，將特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質。當前第43頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第44頁\共有80頁\編于星期三\11點一、基因的轉錄－從DNA到RNA(同樣的語言)（一）轉錄過程（二）有意義鏈和反意義鏈（三）真核RNA的轉錄后加工當前第45頁\共有80頁\編于星期三\11點ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures當前第46頁\共有80頁\編于星期三\11點

rRNA和tRNA能發生分子內的堿基配對，易于折疊成三維結構，從而發揮結構分子的作用DNA雙螺旋結構當前第47頁\共有80頁\編于星期三\11點在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。轉錄產物主要有mRNA、rRNA和tRNA。（一）轉錄過程5’5’3’3’5’3’當前第48頁\共有80頁\編于星期三\11點轉錄產生與一條DNA鏈互補的RNA鏈（一）轉錄過程當前第49頁\共有80頁\編于星期三\11點proteintranslation一個基因外顯子內含子調控序列當前第50頁\共有80頁\編于星期三\11點proteintranslation一個基因外顯子內含子調控序列啟動子和終止子：特殊的DNA序列，對RNA聚合酶發出的信號。當前第51頁\共有80頁\編于星期三\11點原核細胞的啟動子

－轉錄酶識別和結合的部位，結合后啟動轉錄起始點酶識別部位不同原核生物啟動子區序列的比較酶結合部位Pribnow盒啟動子當前第52頁\共有80頁\編于星期三\11點由RNA聚合酶轉錄RNA聚合酶：催化這一合成反應，所以又叫轉錄酶。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。當前第53頁\共有80頁\編于星期三\11點RNA聚合酶催化的細菌基因的轉錄:聚合酶遇到啟動子序列就與之結合,打開雙鏈開始轉錄,直至遇到終止子.卡通當前第54頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第55頁\共有80頁\編于星期三\11點三種轉錄物：信使RNA(mRNA)－傳遞遺傳信息核糖體RNA(rRNA)－作為結構分子和酶組分轉運RNA(tRNA)－作為結構分子當前第56頁\共有80頁\編于星期三\11點基因鏈（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第57頁\共有80頁\編于星期三\11點

一段細菌染色體上多個基因的轉錄方向理論上任何一段DNA的兩條鏈都可以轉錄出兩個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,轉錄酶先結合上啟動子，就決定了模板鏈。當前第58頁\共有80頁\編于星期三\11點細菌基因與真核生物基因的比較(三)、真核細胞RNA的轉錄和加工Transcriptionandprocessing

當前第59頁\共有80頁\編于星期三\11點細胞內產生的RNA的種類RNA種類功能mRNA編碼蛋白質rRNA形成核糖體的一部分并參與蛋白質的合成tRNA蛋白質合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物小RNA用于未成熟mRNA的拼接、蛋白質向內質網的轉運以及其他細胞過程當前第60頁\共有80頁\編于星期三\11點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的轉錄和加工當前第61頁\共有80頁\編于星期三\11點真核生物原核生物原核生物和真核生物的轉錄、翻譯過程細胞核轉錄轉錄翻譯翻譯當前第62頁\共有80頁\編于星期三\11點

mRNA的加工 作用

1.加帽(capping)增加穩定性

5’-三磷酸-7-甲基鳥苷

2.加尾(tailing)穩定性和轉運有關

3’-PolyA序列3.拼接（splicing）切除內含子并聯結外顯子

4.RNA編輯（editing）擴充遺傳信息？當前第63頁\共有80頁\編于星期三\11點原初轉錄產物成熟mRNA帽子附加位點多聚A尾加尾信號當前第64頁\共有80頁\編于星期三\11點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的含義當前第65頁\共有80頁\編于星期三\11點tRNA加工剪接堿基修飾當前第66頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第67頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第68頁\共有80頁\編于星期三\11點二、基因的翻譯－從RNA到蛋白質

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

3種RNA在此緊密合作當前第69頁\共有80頁\編于星期三\11點

遺傳信息的翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯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。蛋白質的生物合成發生在核糖體上，三種成熟的RNA分子從核進入胞質后在此各自發揮重要作用。mRNA編碼蛋白質rRNA形成核糖體的骨架并參與蛋白質的合成(核酶)tRNA蛋白質合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物當前第70頁\共有80頁\編于星期三\11點從基因到蛋白質的步驟當前第71頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第72頁\共有80頁\編于星期三\11點當前第73頁\共有80頁\編于星期三\11點比較DNA復制和轉錄的特點復制轉錄目的 復制遺傳物質轉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)首發事件