第五章遺傳信息的傳遞第一節DNA的復制第二節DNA的轉錄第三節蛋白質的生物合成第四節基因表達調控第一節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。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。TheMeselsonandStahlexperimentTheMeselsonandStahlexperimenttodeterminethemodeofDNAreplication.

Thebandsinthecentrifugetubearevisibleunderultravioletlight.Thepatternofbands(left)comesaboutfromsemiconservativeDNAreplication(right)of15NDNA(blue)replicatingina14Nmedium(red).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。DiscontinuousmodelofDNAreplication.Lagging-strandreplicationrequiresOkazakifragmentstoformgoingbackward,awayfromtheY-junction.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)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ASummaryofDNAReplication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)DNAReplicationModelsDNAReplicationModelsDNAReplicationModels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TranscriptionistheprocessthatsynthesizesRNAfromaDNAtemplateVisualizingtranscriptionImageofDNAbefore(a)andafter(b)E.coliRNApolymerase(brightoblongobjectinb)bindstoapromoter.Picturesarebyscanningforcemicroscopy,anewlasertechniquethatimagesmoleculesinwater.Imagesizesare300by300nm.Darkbrownrepresentssubstratelevel;thehighestpointiswhiteatabout10nmhigh.Intermediatecolorsrepresentintermediateheights.DNAtranscriptionUndertheelectron

microscopeUndertheelectronmicroscope,DNAmoleculesundergoingtranscriptionexhibitChristmas-tree-likestructures.Thetrunkofeach

“Christmastree”(atranscriptionunit)representsaDNA

molecule;thetreebranches(granularstringsattachedto

theDNA)areRNAmoleculesthathavebeentranscribed

fromtheDNA.Asthetranscriptionapparatusmoves

downtheDNA,transcribingmoreofthetemplate,the

RNAmoleculesbecomelongerandlonger.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。……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。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AtranscriptionunitAtranscriptionunitincludesapromoter,anRNA-codingregion,andaterminator.轉錄的起始(a)AnRNApolymeraseIIpreinitiationcomplexatapromoter.TFIIDbindstotheTATAbox(red).Theothertranscriptionfactorsarethenrecruitedwiththepolymerase.(b)Twoactivators(yellow)areshownboundatoneend(theirDNAdomains)toenhancers(blueandgreen)upstreamontheDNA.Theactivatorsareboundattheirotherends(theirtranscriptionalactivationdomains)tootherproteinsassociatedwiththepolymerasemachinery.hosphorylationofthepolymeraseinitiatesactivatedtranscription.轉錄Intranscription,nucleotidesarealwaysaddedtothe3

endoftheRNAmolecule.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。mRNA的加工IneukaryoticDNA,interveningsequences,orintrons,areremovedfromtheRNAinthenucleusbeforethemRNAistransportedintothecytoplasmandtranslated.Othermodificationsconsistofsplicing,5

capping,and3polyadenylation.MatureeukaryoticmRNAisproducedwhenpre-mRNAis

transcribedandundergoesseveraltypesofprocessing.

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、中心法則及其發展Proteinsserveanumberofbiological

functionsandarecentraltoalllivingprocessesThelightproducedbyfirefliesistheresultofalight-producingreactionbetweenluciferinandATPcatalyzedbytheenzymeluciferase.Proteinsserveanumberofbiological

functionsandarecentraltoalllivingprocessesTheproteinfibroinisthemajorstructuralcomponentofspiderwebs.一、遺傳密碼Thegeneticcodeconsistsof64codonsandtheaminoacidsspecifiedbythesecodons.Thecodonsarewritten5→3,astheyappearinthemRNA.AUGisaninitiationcodon;UAA,UAG,andUGAareterminationcodons.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)。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。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TheinitiationoftranslationinbacterialcellsrequiresseveralinitiationfactorsandGTP.Theelongationof

translationcomprisesthreestepsTranslationendswhenastopcodonisencountered.Conclusion:Whenastopcodonisencountered,releasefactorsassociatewiththeribosomeandbringabouttheterminationoftranslation.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。

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。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。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。

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”。

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。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四節基