遺傳信息的傳遞第1頁，課件共81頁，創作于2023年2月第一節DNA的復制一、DNA復制的基本規律二、DNA復制所需的酶和蛋白質三、DNA復制的一般過程四、原核生物和真核生物DNA的復制特點第2頁，課件共81頁，創作于2023年2月復制(replication)是指遺傳物質的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

第3頁，課件共81頁，創作于2023年2月一、DNA復制的基本規律1、半保留復制一個雙鏈DNA分子復制所產生的兩個子代雙鏈DNA分子，一條鏈是新合成的，另一條則來自親代DNA分子，即子代保留了一條親本鏈，因而這種復制方式稱為半保留復制。2、半不連續復制

DNA復制過程中，一條子鏈的復制是連續的，而另一條子鏈的復制是不連續的，這種復制方式稱為半不連續復制。第4頁，課件共81頁，創作于2023年2月1、半保留復制1953年Watson和Crick發表了DNA雙螺旋結構模型，同年緊接著提出了DNA半保留復制的機理。1958年，M.Meselson和F.Stahl用大腸桿菌設計精巧的實驗證明了半保留復制模型的正確性。第5頁，課件共81頁，創作于2023年2月TheMeselsonandStahlexperimentTheMeselsonandStahlexperimenttodeterminethemodeofDNAreplication.

Thebandsinthecentrifugetubearevisibleunderultravioletlight.Thepatternofbands(left)comesaboutfromsemiconservativeDNAreplication(right)of15NDNA(blue)replicatingina14Nmedium(red).第6頁，課件共81頁，創作于2023年2月半保留復制的意義復制的這種方式可保證親代的遺傳特征完整無誤的傳遞給子代，體現了遺傳的保守性。第7頁，課件共81頁，創作于2023年2月2、半不連續復制DNA復制過程中，新生子鏈的合成只能沿5’→3’進行。以3’→5’模板鏈進行互補復制時，子鏈的復制方向與雙鏈的解開方向一致，可持續合成而形成一條連續的互補鏈，稱為前導鏈。而以5’→3’模板鏈進行互補復制時，子鏈的復制方向與雙鏈的解開方向相反，不能持續合成，而是先以5’→3’方向不連續合成許多小片段，稱為岡崎片段，最后再由DNA連接酶將這些岡崎片段連接成一條完整的互補鏈，稱為后隨鏈。第8頁，課件共81頁，創作于2023年2月DiscontinuousmodelofDNAreplication.Lagging-strandreplicationrequiresOkazakifragmentstoformgoingbackward,awayfromtheY-junction.第9頁，課件共81頁，創作于2023年2月二、DNA復制所需的酶和蛋白質1、DNA聚合酶(DNApolymerase)2、引發酶(primase)3、DNA連接酶(DNAligase)4、拓撲異構酶(topoisomerase)5、解鏈酶(helicase)6、單鏈結合蛋白(singlestrandbindingprotein,SSB)第10頁，課件共81頁，創作于2023年2月DNA聚合酶 共同特點是：（1）需要提供合成模板；（2）不能起始新的DNA鏈，必須要有引物提供3'－OH；（3）合成的方向都是5‘→3’（4）除聚合DNA外還有其它功能。第11頁，課件共81頁，創作于2023年2月E.coli中的三種DNA多聚酶第12頁，課件共81頁，創作于2023年2月真核的DNA聚合酶真核DNA的復制至少涉及5種復制酶，其中α、δ、ε參與染色體DNA的復制，α有引物要求；β負責DNA的修復γ的功能是線粒體DNA的復制。第13頁，課件共81頁，創作于2023年2月三、DNA復制的一般過程1、DNA復制的起始2、DNA復制的延伸3、DNA復制的終止第14頁，課件共81頁，創作于2023年2月ASummaryofDNAReplication第15頁，課件共81頁，創作于2023年2月四、原核生物和真核生物DNA的復制特點1、復制的起點和速率通常原核生物只有一個復制起點，而真核生物基因組中有很多個復制起點。2、復制方式原核生物的染色體和質粒DNA都是環狀分子，采用θ型復制或滾環復制；哺乳動物的線粒體DNA（環狀DNA分子）采用D環復制方式，基因組DNA采用多復制泡線性復制。3、真核生物染色體末端DNA的復制

端粒(telimere)與端粒酶(telomerase)第16頁，課件共81頁，創作于2023年2月DNAReplicationModels第17頁，課件共81頁，創作于2023年2月DNAReplicationModels第18頁，課件共81頁，創作于2023年2月DNAReplicationModels第19頁，課件共81頁，創作于2023年2月復制叉的結構第20頁，課件共81頁，創作于2023年2月真核生物端粒的復制在真核生物，由端粒酶（telomerase）催化,在真核線性DNA的末端形成一種特殊的結構并與蛋白質結合成端粒（telomere）。第21頁，課件共81頁，創作于2023年2月

端粒由成百個6個核苷酸的重復序列所組成（人為TTAGGG，四膜蟲為TTGGGG）。端粒的功能為穩定染色體的末端結構，防止染色體間末端連接，并可補償滯后鏈5′-末端在消除RNA引物后造成的空缺。復制可使端粒5′末端縮短，而端粒酶（telomerase）可外加重復單位到5′-末端上，結果使端粒維持一定的長度。第22頁，課件共81頁，創作于2023年2月DNA復制的忠實性在大腸桿菌DNA的復制中，每聚合10的9次方到10的10次方個堿基的才出現一個錯誤1、堿基配對原則2、引物RNA的作用3、DNA聚合酶的校正閱讀作用第23頁，課件共81頁，創作于2023年2月第二節DNA的轉錄一、DNA轉錄的基本特征二、RNA聚合酶三、基因轉錄的一般過程四、mRNA的加工第24頁，課件共81頁，創作于2023年2月TranscriptionistheprocessthatsynthesizesRNAfromaDNAtemplate第25頁，課件共81頁，創作于2023年2月VisualizingtranscriptionImageofDNAbefore(a)andafter(b)E.coliRNApolymerase(brightoblongobjectinb)bindstoapromoter.Picturesarebyscanningforcemicroscopy,anewlasertechniquethatimagesmoleculesinwater.Imagesizesare300by300nm.Darkbrownrepresentssubstratelevel;thehighestpointiswhiteatabout10nmhigh.Intermediatecolorsrepresentintermediateheights.第26頁，課件共81頁，創作于2023年2月DNAtranscriptionUndertheelectronmicroscopeUndertheelectronmicroscope,DNAmoleculesundergoingtranscriptionexhibitChristmas-tree-likestructures.Thetrunkofeach“Christmastree”(atranscriptionunit)representsaDNAmolecule;thetreebranches(granularstringsattachedtotheDNA)areRNAmoleculesthathavebeentranscribedfromtheDNA.AsthetranscriptionapparatusmovesdowntheDNA,transcribingmoreofthetemplate,theRNAmoleculesbecomelongerandlonger.第27頁，課件共81頁，創作于2023年2月一、DNA轉錄的基本特征1、多數哺乳動物細胞中只有約1%的DNA序列最后被表達成為成熟的mRNA進入細胞質中，指導蛋白質的合成。2、轉錄時只有一條鏈為模板，這條鏈稱為模板鏈或反義鏈，而另一條與mRNA具有相同序列的DNA單鏈稱為有意義鏈。3、轉錄的底物是A\U\C\G，4種核糖核苷三磷酸4、真核生物基因和rRNA、tRNA基因經轉錄生成的初級轉錄物一般都需經過加工，才能成為具有生物功能和成熟的RNA分子。……第28頁，課件共81頁，創作于2023年2月二、RNA聚合酶RNA聚合酶最基本的活性是在RNA合成中指導rNTP底物與模板DNA堿基配對，催化磷酸二酯鍵的形成。第29頁，課件共81頁，創作于2023年2月三、基因轉錄的一般過程1、轉錄的起始2、轉錄的延伸3、轉錄的終止4、mRNA的加工第30頁，課件共81頁，創作于2023年2月AtranscriptionunitAtranscriptionunitincludesapromoter,anRNA-codingregion,andaterminator.第31頁，課件共81頁，創作于2023年2月轉錄的起始(a)AnRNApolymeraseIIpreinitiationcomplexatapromoter.TFIIDbindstotheTATAbox(red).Theothertranscriptionfactorsarethenrecruitedwiththepolymerase.(b)Twoactivators(yellow)areshownboundatoneend(theirDNAdomains)toenhancers(blueandgreen)upstreamontheDNA.Theactivatorsareboundattheirotherends(theirtranscriptionalactivationdomains)tootherproteinsassociatedwiththepolymerasemachinery.hosphorylationofthepolymeraseinitiatesactivatedtranscription.第32頁，課件共81頁，創作于2023年2月轉錄Intranscription,nucleotidesarealwaysaddedtothe3

endoftheRNAmolecule.第33頁，課件共81頁，創作于2023年2月4、mRNA的加工真核生物基因的初始轉錄產物一般缺乏生物活性，必須經過剪接加工后成為有活性的成熟mRNA分子，再從細胞核轉移到細胞質內，指導蛋白質的合成。主要包括：在mRNA的5‘末端加“帽子”，在3’端加上多聚腺苷酸(polyA)尾巴以及進行RNA的剪接等。第34頁，課件共81頁，創作于2023年2月mRNA的加工IneukaryoticDNA,interveningsequences,orintrons,areremovedfromtheRNAinthenucleusbeforethemRNAistransportedintothecytoplasmandtranslated.Othermodificationsconsistofsplicing,5

capping,and3polyadenylation.第35頁，課件共81頁，創作于2023年2月MatureeukaryoticmRNAisproducedwhenpre-mRNAis

transcribedandundergoesseveraltypesofprocessing.

第36頁，課件共81頁，創作于2023年2月第三節蛋白質的生物合成一、遺傳密碼二、核糖體的結構和功能三、蛋白質生物合成的過程四、肽鏈的修飾五、中心法則及其發展第37頁，課件共81頁，創作于2023年2月Proteinsserveanumberofbiological

functionsandarecentraltoalllivingprocessesThelightproducedbyfirefliesistheresultofalight-producingreactionbetweenluciferinandATPcatalyzedbytheenzymeluciferase.第38頁，課件共81頁，創作于2023年2月Proteinsserveanumberofbiological

functionsandarecentraltoalllivingprocessesTheproteinfibroinisthemajorstructuralcomponentofspiderwebs.第39頁，課件共81頁，創作于2023年2月Proteinsserveanumberofbiological

functionsandarecentraltoalllivingprocessesCastorbeanscontainahighlytoxicproteincalledricin.第40頁，課件共81頁，創作于2023年2月一、遺傳密碼Thegeneticcodeconsistsof64codonsandtheaminoacidsspecifiedbythesecodons.Thecodonsarewritten5→3,astheyappearinthemRNA.AUGisaninitiationcodon;UAA,UAG,andUGAareterminationcodons.第41頁，課件共81頁，創作于2023年2月遺傳密碼除甲硫氨酸和色氨酸對應一種密碼子外，其它的氨基酸對應著一種以上的密碼子，這種多種密碼子編碼同一氨基酸的現象稱為密碼的簡并(degenecy)，編碼相同氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(synonymouscondon)。第42頁，課件共81頁，創作于2023年2月二、核糖體的結構和功能核糖體是蛋白質合成的場所，在細菌細胞中其蛋白量和RNA量分別占總蛋白量和總RNA量的10%和80%.核糖體可分為翻譯功能區和出口功能區，前者是肽鏈合成的場所，后者是多肽的出口，核糖體通過這個區域附著在膜上。第43頁，課件共81頁，創作于2023年2月三、蛋白質生物合成的過程1、合成的起始2、肽鏈的延伸3、翻譯的終止第44頁，課件共81頁，創作于2023年2月TheinitiationoftranslationinbacterialcellsrequiresseveralinitiationfactorsandGTP.第45頁，課件共81頁，創作于2023年2月Theelongationof

translationcomprisesthreesteps第46頁，課件共81頁，創作于2023年2月Translationendswhenastopcodonisencountered.Conclusion:Whenastopcodonisencountered,releasefactorsassociatewiththeribosomeandbringabouttheterminationoftranslation.第47頁，課件共81頁，創作于2023年2月四、肽鏈的修飾1、肽鏈中氨基酸殘基的化學修飾2、肽鏈N端甲硫氨酸或甲酰氨酸的切除3、信號肽的切除4、肽鏈的折疊5、切除前體中功能不需要的肽段6、二硫鍵的形成第48頁，課件共81頁，創作于2023年2月五、中心法則及其發展20世紀40年代，漢墨林（J·Hammerling）和布拉舍（J·Brachet）分別發現傘藻和海膽卵細胞在除去細胞核之后，仍然能進行一段時間的蛋白質合成。這說明細胞質能進行蛋白質合成。1955年李托菲爾德（Littlefield）和1959年麥克奎化（K·McQuillen）分別用小鼠和大腸桿菌為材料證明細胞質中的核糖體是蛋白質合成的場所。

第49頁，課件共81頁，創作于2023年2月1955年，布拉舍用洋蔥根尖和變形蟲為材料進行實驗，他用核糖核酸酶（RNA酶）分解細胞中的核糖核酸（RNA），蛋白質的合成就停止。而如果再加入從酵母中抽提的RNA，蛋白質的合成就有一定程度的恢復。同年，戈爾德斯坦（Goldstein）和普勞特（Plaut）觀察到用放射性標記的RNA從細胞核轉移到細胞質。因此，人們猜測RNA是DNA與蛋白質合成之間的信使。第50頁，課件共81頁，創作于2023年2月1961年，雅可布（F·Jacob）和莫諾（J·Monod）正式提出“信使核糖核酸”（mRNA）的術語和概念。1964年馬貝克斯（C·Marbaix）從兔的網織紅細胞中分離出一種分子量較大而壽命很短的RNA，被認為是mRNA。第51頁，課件共81頁，創作于2023年2月實際上，早在1947年，法國科學家布瓦旺（A·Boivin）和旺德雷利（R·Vendrely）就在當年的《實驗》雜志上聯名發表了一篇論文，討論DNA、RNA與蛋白質之間可能的信息傳遞關系。

第52頁，課件共81頁，創作于2023年2月1957年9月，克里克提交給實驗生物學會一篇題為“論蛋白質合成”的論文，這篇論文被評價為“遺傳學領域最有啟發性、思想最解放的論著之一。”在這篇論文中，克里克正式提出遺傳信息流的傳遞方向是DNA→RNA→蛋白質，后來被學者們稱為“中心法則”。

第53頁，課件共81頁，創作于2023年2月1970年發現在逆轉錄酶的作用下，路斯肉瘤病毒能以自已的RNA作為模板合成DNA，這個DNA分子結合到宿主染色體的特定位置上，成為DNA前病毒，進而使宿主細胞轉變為腫瘤細胞。根據路斯肉瘤病毒的生活史，遺傳信息還可以由RNA轉向DNA。第54頁，課件共81頁，創作于2023年2月發展了的中心法則示意圖DNARNA蛋白質復制轉錄反轉錄未知未知翻譯第55頁，課件共81頁，創作于2023年2月第四節基因表達調控一、原核生物基因表達調控二、真核生物基因表達調控第56頁，課件共81頁，創作于2023年2月一、原核生物基因表達調控1、操縱子及其結構2、正調控和負調控3、乳糖操縱子4、色氨酸操縱子5、基因表達的時序調控6、DNA序列重排的調控第57頁，課件共81頁，創作于2023年2月原核生物基因表達調控方式正調控負調控特點轉錄翻譯偶聯快速調控機制--操縱子乳糖操縱子--負、正調控

轉錄起始的調控

色氨酸操縱子--負調控轉錄起始、終止的調控第58頁，課件共81頁，創作于2023年2月1、操縱子及其結構1961年，法國科學家莫諾（J·L·Monod）與雅可布（F·Jacob）發表“蛋白質合成中的遺傳調節機制”一文，提出操縱子學說，開創了基因調控的研究。

1965年，Jacob和Monod因此榮獲1965年諾貝爾生理學獎。左：Fran?oisJacob(1920–).右：JacquesMonod(1910–1976).第59頁，課件共81頁，創作于2023年2月1、操縱子及其結構操縱子由調節基因(regulatorygene)、操縱基因(operatorgene)和有相關生物活性的結構基因(structuregene)組成。操縱子是原核生物基因轉錄調控的主要形式。第60頁，課件共81頁，創作于2023年2月根據對調節蛋白的響應情況，操縱子的調控方式可分為：負調控：當調節蛋白缺乏時，基因是表達的，而加入調節蛋白后基因表達活性被關閉。其中的調節蛋白稱為阻遏蛋白(repressor)。正調控：調節蛋白缺乏時基因關閉，加入調節蛋白后基因表達活性開啟。第61頁，課件共81頁，創作于2023年2月2、正調控和負調控根據小分子作用于調節蛋白引起操縱應答的情況：可誘導的操縱子：

加入某些小分子后，開啟基因的轉錄活性，這種作用及其過程叫做誘導，產生誘導作用的小分子物質叫做誘導物?？勺瓒舻牟倏v子：

加入某些小分子后，關閉基因的轉錄活性，這種作用及其過程叫做阻遏，產生阻遏作用的小分子物質叫做輔阻遏物。第62頁，課件共81頁，創作于2023年2月基因表達的調控方式:

阻遏負調控:調控蛋白+DNA序列基因的表達

(相應蛋白質降低)

促進正調控:調控蛋白+DNA序列基因的表達

(相應蛋白質增加)第63頁，課件共81頁，創作于2023年2月3、乳糖操縱子

lactoseoperon第64頁，課件共81頁，創作于2023年2月操縱子（operon）：原核生物中幾個功能相關的結構基因成簇串聯排列組成的一個基因表達的協同單位（DNA序列）.一個操縱子

=編碼序列（2-6）+啟動序列+操縱序列+(其他調節序列)第65頁，課件共81頁，創作于2023年2月IPOZYA調控基因控制位點結構基因DNA阻遏蛋白啟動序列cAMP-CAP結合位點操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙?；D移酶乳糖操縱子（lactoseopron）結構RNA聚合酶結合位點第66頁，課件共81頁，創作于2023年2月葡萄糖存在時：優先利用葡萄糖作為能源。與阻遏蛋白的存在有關

--乳糖操縱子的負調控與cAMP有關：葡萄糖

cAMP

Lac操縱子（-）只有乳糖存在時：只能利用乳糖解除阻遏蛋白的作用CAP-cAMP復合物的激活作用

CAP+cAMP

乳糖操縱子導致結構基因轉錄(正調控)cAMP

在原核生物中的作用（饑餓信號）CAP(分解物基因激活物蛋白):有二個相同亞基的蛋白質一個與DNA結合的domain

一個與cAMP結合的domain第67頁，課件共81頁，創作于2023年2月動畫演示1theLacOperon-CombinationofSwitches2LacOperonbyvirtualcell第68頁，課件共81頁，創作于2023年2月4、色氨酸操縱子第69頁，課件共81頁，創作于2023年2月動畫演示TheTryptophanRepressor第70頁，課件共81頁，創作于2023年2月衰減作用對色氨酸操縱子的調控衰減子（attenuator）---DNA位于L基因中,離E基因5’端約30-60bp