遗传信息的传递
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识别模板链上的起始位点—— 因子
识别终止信号 ——需要ρ因子帮助 不需要引物 ，不具有校正功能
真核生物：RNA聚合酶有 I、II、III
• 聚合酶I（核仁）——催化rRNA（大分子）合成； • 聚合酶II（核质）——催化mRNA前体即不均一核RNA
（hnRNA）的合成；转录的起始需要辅助因子参与 • 聚合酶 III （核质）——催化tRNA和rRNA（小分子）合成
• 延长：前导链 冈崎片段 DNA聚合酶III
• 终止：停止延伸 • 删除引物—DNA聚合酶I（外切酶活性）
填补空隙—DNA聚合酶I（聚合酶活性） 滞后链形成—DNA连接酶 形成超螺旋—拓扑异构酶
• 二、原核生物基因组的复制特点
• 起始：一个固定的起始位点，一轮复制结束 前可启动下一轮复制 多种酶和蛋白质因子参与
-
5'→3'聚合酶活性
+
+
5'→3' 聚 合 速 度 10~20
40
（nt/s）
延伸能力（nt）
3~200
1500
功能
引物切除，缺口填补； DNA修复
DNA修复
Pol Ⅲ
polC（dnaE）
1160 ≥10 791.5 + + 200~1000
>500000 DNA复制合成
三、真核生物基因组的复制特点
终止：
• 到达终止密码子时，氨酰-tRNA 不能与之结合
• 多肽链从mRNA上释放，核糖体脱落 特点： • 原核细胞中，蛋白质的合成与mRNA合成 无严格时空界限。 • 真核细胞的mRNA的合成在细胞核，蛋白质的合成 在细胞质进行，所以，翻译是在转录完成后才开 始。
五、翻译后加工修饰
• 新生的多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰 才能成为有活性的蛋白质。
5. 真核生物的转录后加工
真核mRNA前体的加工： 1. 加帽：5’端加上一个7-甲基鸟苷帽子 （与核糖体识别有关，
稳定一级结构）
2. 加尾：3’端加上多聚腺苷酸尾巴[poly （A）] ，长度约为 100～200个核苷酸 （保护作用，维持稳定性，模板活性）
3. 剪接作用： mRNA前体——不均一核RNA （hnRNA）
产物：信使RNA（mRNA）
核糖体RNA（rRNA） 转移RNA（tRNA）
模板链（template strand） 或反义链（antisense strand）
编码链（coding strand） 或有义链(sense strand)
• 2. RNA聚合酶
大肠杆菌：全酶（holoenzyme）—2 ’ 核心酶（core enzyme） 2 ’ .
后，翻译开始
延伸：
（1）下一个氨酰-tRNA分子进入核糖体的A部位。进位 （2）两个氨基酸分子之间形成肽键。转肽（成肽） （3）P部位上的tRNA释放。脱落 （4）核糖体沿着mRNA的5’→3’方向移动，同时携带着
肽基的tRNA从A部位移到P部位。空出A部位，等待第 三个氨酰-tRNA进入 。移位
• 3. 启动子
• DNA链上一段能与RNA聚合酶结合并能起始RNA合成的 序列
• 原核：
• 真核： • 启动子：保守区——Hogness盒（或TATA盒）、GC盒 及CAAT盒（或CAT盒） • 是转录因子的结合位点
• 增强子（enhancer）序列 ：对基因的转录起促进 作用 ，增强邻近基因的表达但与它本身所在的 位置及方向无关
AAG都编码赖氨酸，为同义密码子。 • b.非多义性 、连续性 、通用性 、偏好性
• 开放阅读框架（open reading frame，ORF）： mRNA分子中由 5´→3´，从起始密码子到终止密码子之间的核苷酸序列。
• 2. 核糖体 • 核糖体由大小两个亚基构成 • 核糖体能与mRNA结合并在其上移动 • 参与多肽链的启动、延长和终止过程中各种因子的识别
遗传信息的传递
董燕
临床药理研究所 免疫研究室﹠分子生物学技术实验室
遗 传 现 象
• 遗传现象:生物的性状从上一代传至下一代 • 性状：生物体表现出的形态特征（如花色）和生理生化
特征（如抗病性、合成某种物质的能力）——通过各种 蛋白质而显现
• 中心法则：
复
转 录
翻 译
制
反
转
录
第一节 DNA复制的特征和机制 一、DNA复制（replication）
磷酸（dNTP）； ②RNA中以U代替T作为A的互补碱基； ③RNA合成中不需要引物参与； ④基因组中只有小部分被转录成RNA,而在DNA复制中全部基
因组都必须被复制； ⑤RNA转录过程中无校正功能。转录产物需加工修饰。
第三节 翻译
• 翻译（translation）即蛋白质的生物合成，以 mRNA为模板将氨基酸装配成特定肽链的过程。
亲代
子一代
15N培养基
14N培养基
实验证明——同位素标记和密度梯度离心
亲代 子一代 子二代
子二代
14N培养基
轻链 [14N]DNA 杂交链 [14N- 15N]DNA 重链 [15N]DNA
2.半不连续复制
模板：DNA 底物：dATP、dTTP、dGTP、dCTP RNA引物 DNA聚合酶： 5’→3’ 聚合活性
• 是指以亲代DNA分子为模板，按照碱基互补配 对的原则，合成两个子代DNA分子的过程
• 1. 半保留复制
DNA双螺旋结构中的 两条链分开，以每一条单 链为模板（template）按照 碱基互补配对方式合成一 条新链。
新生成的两个DNA分 子与原来的DNA分子完全 相同，且每个子代DNA分 子中有一条链来自亲代 DNA，而另一条链是新合 成的。
DNA 分子与组蛋白紧密结合， 染色体结构复杂，复制叉移动慢， 是原核生物的1/10
1. 需解开和重新组装核小体结构 2. 多个复制起始点，同时复制
在每个细胞周期只发挥一次作用 3. RNA引物和冈崎片段均小于原核生物 4. 端粒DNA的合成
起始
延伸
终止
端粒酶：RNA与蛋白组成 具有反转录酶活性 以RNA为模板延伸DNA 链， 然后按非标准配对回折180° 作为引物提供3’-OH
3. 转移RNA（tRNA）
• （1）结构特点： • 3’末端——氨基酸结合的位点，生成氨酰－ tRNA • 反密码子(anticodon)——识别mRNA分子上 的密码子 • （2）功能：
实现了特定的氨基酸与mRNA上特定的碱基 （密码子）之间的联系 。
4. 蛋白质生物合成的分子机制
•
起始：
➢核糖体与mRNA 结合（S-D序列） ➢ fMet-tRNA通过 反密码子识别 mRNA上的起始密 码子，并与核糖体 的P部位（肽基部 位）结合 ➢ 形成起始复合体
第二节 转录
• 转录（transcription） ：在依赖于DNA的RNA聚 合酶作用下，合成与DNA模板链碱基顺序互补的 RNA的过程。
• 是遗传信息转移至RNA分子中的过程。
➢1. DNA指导下的RNA合成反应体系：
模板：DNA RNA聚合酶：从单核苷酸的3’-OH上逐个加上核苷酸
5’→3’ 聚合活性 底物：ATP、UTP、GTP、CTP 合成方向：5’→3’ 不需引物
• 4. 转录过程 • 起始：
RNA聚合酶与启动子识别并结合
双链局部解开
全酶—启动子—ATP/GTP
延伸：
酶沿着DNA链移动 DNA双螺旋解开 RNA链由5’→ 3’ 延 长
终止：
模板上5’端有终止信号： 5’-末端AT丰富区中含有一连串的A 多个G、C组成的所谓“断裂反复区”
RNA链的3’终止端为一连串的碱基U RNA链能自身配对互补而自动形成 发夹式结构
端粒t环结构
四、病毒基因组复制的特点
• 病毒基因组：DNA或RNA，线性或环状，单链或双链
1. DNA病毒基因组的复制
• 有的在宿主细胞核内复制：依赖宿主细胞复制体系 • 有的在宿主胞质中复制：自身有完整的DNA合成系统
• 遵循DNA复制规律
2. RNA病毒的复制 • RNA复制，RNA依赖的RNA合成 • 反转录，RNA依赖的DNA合成
RNA聚合酶识别终止信号 RNA脱离RNA聚合酶和DNA模板
发夹式结构
• 真核生物终止子
• 在mRNA前体的近3‘-端处转录产生一组共同序列，即 AAUAAA和GU-rich序列，为转录终止的识别位点和 poly(A)修饰识别位点。
• RNA链在修饰点处被水解切断，转录终止，随即进行加 尾修饰（图）。
• 主要元件：核糖体——场所
•
mRNA——模板
•
tRNA——运载氨基酸
•
氨基酸
• 调控
1.遗传密码
• mRNA上三个连续的核苷酸编码一种氨基酸，称为 三联体（triplet）密码或密码子（codon） 。43=64 种
• 起始密码——Hale Waihona Puke BaiduUG，编码甲硫氨酸
• 终止密码—— UAA、UAG和UGA，是多 成的终止信号
从引物的3’-OH上逐个加上脱氧核苷酸
新链合成方向：5’→3’
• 3',5'-磷酸二酯键形成机制 • DNA聚合酶催化
滞后链 前导链
冈崎片段
复制叉
• DNA复制开始于染色体上固定的起始点，称为复制 起点（origin of replication, ori） • DNA两条链在起始点分开，形成“复制叉” • DNA不是全部解开，而是边解开边合成 • DNA复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个相 反的方向进行
• （1）N端fMet或Met的切除。 • （2）二硫键的形成。 • （3）氨基酸的修饰。包括磷酸化、糖基 化、甲基化、
乙酰化和羟基化等。 • （4）肽链的切除。如胰岛素。
Thank you！
• 延伸：前导链、滞后链（冈崎片段） • 终止：一个复制终止点
两个复制叉不断前移，在终止区汇合相遇
大肠杆菌DNA聚合酶：
DNA聚合酶
POL Ⅰ
Pol Ⅱ
结构基因*
polA
polB
催化亚基大小（AA） 928
783
亚基种类
1
7
分子量（kDa）
103
88‡
3'→5'外切酶活性
+
+
5'→3'外切酶活性
+
3. DNA 的复制过程
解链酶 helicase
拓扑异构酶
topoisomerase
单链结合蛋白 SSB
引物合成酶 primase
DNA聚合酶 polymerase
DNA连接酶 ligase
起始、延长、终止
• 起始：特定的起始位点(复制起点，Ori） 双链解开—解链酶、拓扑异构酶、SSB 引物生成—引物合成酶
肽合
• 原核生物DNA编码链与mRNA碱基序列一致 • 5‘ TCT AGA ATG AAA TGG AAA GTT TTT AAA
Met Lys Trp Lys Val Phe Lys ……AAG TGA 3'
Lys ***
• 特征： • a. 简并性：即多个密码子可编码同一个氨基酸。如AAA，
除去内含子转录 产物，拼接外显 子转录产物
小核RNA（snRNA）
成熟mRNA （具有生物活性 ）
核酶
4. 甲基化、编辑加工
RNA和DNA的合成过程比较：
相似： ①具有启动、延伸和终止的基本步骤； ②需要多组分的启动复合物； ③遵循碱基配对原则； ④按5’到3’方向合成新链。
不同： ①RNA合成的底物是核苷三磷酸（NTP），而不是脱氧核苷三
识别终止信号 ——需要ρ因子帮助 不需要引物 ，不具有校正功能
真核生物：RNA聚合酶有 I、II、III
• 聚合酶I（核仁）——催化rRNA（大分子）合成； • 聚合酶II（核质）——催化mRNA前体即不均一核RNA
（hnRNA）的合成；转录的起始需要辅助因子参与 • 聚合酶 III （核质）——催化tRNA和rRNA（小分子）合成
• 延长：前导链 冈崎片段 DNA聚合酶III
• 终止：停止延伸 • 删除引物—DNA聚合酶I（外切酶活性）
填补空隙—DNA聚合酶I（聚合酶活性） 滞后链形成—DNA连接酶 形成超螺旋—拓扑异构酶
• 二、原核生物基因组的复制特点
• 起始：一个固定的起始位点，一轮复制结束 前可启动下一轮复制 多种酶和蛋白质因子参与
-
5'→3'聚合酶活性
+
+
5'→3' 聚 合 速 度 10~20
40
（nt/s）
延伸能力（nt）
3~200
1500
功能
引物切除，缺口填补； DNA修复
DNA修复
Pol Ⅲ
polC（dnaE）
1160 ≥10 791.5 + + 200~1000
>500000 DNA复制合成
三、真核生物基因组的复制特点
终止：
• 到达终止密码子时，氨酰-tRNA 不能与之结合
• 多肽链从mRNA上释放，核糖体脱落 特点： • 原核细胞中，蛋白质的合成与mRNA合成 无严格时空界限。 • 真核细胞的mRNA的合成在细胞核，蛋白质的合成 在细胞质进行，所以，翻译是在转录完成后才开 始。
五、翻译后加工修饰
• 新生的多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰 才能成为有活性的蛋白质。
5. 真核生物的转录后加工
真核mRNA前体的加工： 1. 加帽：5’端加上一个7-甲基鸟苷帽子 （与核糖体识别有关，
稳定一级结构）
2. 加尾：3’端加上多聚腺苷酸尾巴[poly （A）] ，长度约为 100～200个核苷酸 （保护作用，维持稳定性，模板活性）
3. 剪接作用： mRNA前体——不均一核RNA （hnRNA）
产物：信使RNA（mRNA）
核糖体RNA（rRNA） 转移RNA（tRNA）
模板链（template strand） 或反义链（antisense strand）
编码链（coding strand） 或有义链(sense strand)
• 2. RNA聚合酶
大肠杆菌：全酶（holoenzyme）—2 ’ 核心酶（core enzyme） 2 ’ .
后，翻译开始
延伸：
（1）下一个氨酰-tRNA分子进入核糖体的A部位。进位 （2）两个氨基酸分子之间形成肽键。转肽（成肽） （3）P部位上的tRNA释放。脱落 （4）核糖体沿着mRNA的5’→3’方向移动，同时携带着
肽基的tRNA从A部位移到P部位。空出A部位，等待第 三个氨酰-tRNA进入 。移位
• 3. 启动子
• DNA链上一段能与RNA聚合酶结合并能起始RNA合成的 序列
• 原核：
• 真核： • 启动子：保守区——Hogness盒（或TATA盒）、GC盒 及CAAT盒（或CAT盒） • 是转录因子的结合位点
• 增强子（enhancer）序列 ：对基因的转录起促进 作用 ，增强邻近基因的表达但与它本身所在的 位置及方向无关
AAG都编码赖氨酸，为同义密码子。 • b.非多义性 、连续性 、通用性 、偏好性
• 开放阅读框架（open reading frame，ORF）： mRNA分子中由 5´→3´，从起始密码子到终止密码子之间的核苷酸序列。
• 2. 核糖体 • 核糖体由大小两个亚基构成 • 核糖体能与mRNA结合并在其上移动 • 参与多肽链的启动、延长和终止过程中各种因子的识别
遗传信息的传递
董燕
临床药理研究所 免疫研究室﹠分子生物学技术实验室
遗 传 现 象
• 遗传现象:生物的性状从上一代传至下一代 • 性状：生物体表现出的形态特征（如花色）和生理生化
特征（如抗病性、合成某种物质的能力）——通过各种 蛋白质而显现
• 中心法则：
复
转 录
翻 译
制
反
转
录
第一节 DNA复制的特征和机制 一、DNA复制（replication）
磷酸（dNTP）； ②RNA中以U代替T作为A的互补碱基； ③RNA合成中不需要引物参与； ④基因组中只有小部分被转录成RNA,而在DNA复制中全部基
因组都必须被复制； ⑤RNA转录过程中无校正功能。转录产物需加工修饰。
第三节 翻译
• 翻译（translation）即蛋白质的生物合成，以 mRNA为模板将氨基酸装配成特定肽链的过程。
亲代
子一代
15N培养基
14N培养基
实验证明——同位素标记和密度梯度离心
亲代 子一代 子二代
子二代
14N培养基
轻链 [14N]DNA 杂交链 [14N- 15N]DNA 重链 [15N]DNA
2.半不连续复制
模板：DNA 底物：dATP、dTTP、dGTP、dCTP RNA引物 DNA聚合酶： 5’→3’ 聚合活性
• 是指以亲代DNA分子为模板，按照碱基互补配 对的原则，合成两个子代DNA分子的过程
• 1. 半保留复制
DNA双螺旋结构中的 两条链分开，以每一条单 链为模板（template）按照 碱基互补配对方式合成一 条新链。
新生成的两个DNA分 子与原来的DNA分子完全 相同，且每个子代DNA分 子中有一条链来自亲代 DNA，而另一条链是新合 成的。
DNA 分子与组蛋白紧密结合， 染色体结构复杂，复制叉移动慢， 是原核生物的1/10
1. 需解开和重新组装核小体结构 2. 多个复制起始点，同时复制
在每个细胞周期只发挥一次作用 3. RNA引物和冈崎片段均小于原核生物 4. 端粒DNA的合成
起始
延伸
终止
端粒酶：RNA与蛋白组成 具有反转录酶活性 以RNA为模板延伸DNA 链， 然后按非标准配对回折180° 作为引物提供3’-OH
3. 转移RNA（tRNA）
• （1）结构特点： • 3’末端——氨基酸结合的位点，生成氨酰－ tRNA • 反密码子(anticodon)——识别mRNA分子上 的密码子 • （2）功能：
实现了特定的氨基酸与mRNA上特定的碱基 （密码子）之间的联系 。
4. 蛋白质生物合成的分子机制
•
起始：
➢核糖体与mRNA 结合（S-D序列） ➢ fMet-tRNA通过 反密码子识别 mRNA上的起始密 码子，并与核糖体 的P部位（肽基部 位）结合 ➢ 形成起始复合体
第二节 转录
• 转录（transcription） ：在依赖于DNA的RNA聚 合酶作用下，合成与DNA模板链碱基顺序互补的 RNA的过程。
• 是遗传信息转移至RNA分子中的过程。
➢1. DNA指导下的RNA合成反应体系：
模板：DNA RNA聚合酶：从单核苷酸的3’-OH上逐个加上核苷酸
5’→3’ 聚合活性 底物：ATP、UTP、GTP、CTP 合成方向：5’→3’ 不需引物
• 4. 转录过程 • 起始：
RNA聚合酶与启动子识别并结合
双链局部解开
全酶—启动子—ATP/GTP
延伸：
酶沿着DNA链移动 DNA双螺旋解开 RNA链由5’→ 3’ 延 长
终止：
模板上5’端有终止信号： 5’-末端AT丰富区中含有一连串的A 多个G、C组成的所谓“断裂反复区”
RNA链的3’终止端为一连串的碱基U RNA链能自身配对互补而自动形成 发夹式结构
端粒t环结构
四、病毒基因组复制的特点
• 病毒基因组：DNA或RNA，线性或环状，单链或双链
1. DNA病毒基因组的复制
• 有的在宿主细胞核内复制：依赖宿主细胞复制体系 • 有的在宿主胞质中复制：自身有完整的DNA合成系统
• 遵循DNA复制规律
2. RNA病毒的复制 • RNA复制，RNA依赖的RNA合成 • 反转录，RNA依赖的DNA合成
RNA聚合酶识别终止信号 RNA脱离RNA聚合酶和DNA模板
发夹式结构
• 真核生物终止子
• 在mRNA前体的近3‘-端处转录产生一组共同序列，即 AAUAAA和GU-rich序列，为转录终止的识别位点和 poly(A)修饰识别位点。
• RNA链在修饰点处被水解切断，转录终止，随即进行加 尾修饰（图）。
• 主要元件：核糖体——场所
•
mRNA——模板
•
tRNA——运载氨基酸
•
氨基酸
• 调控
1.遗传密码
• mRNA上三个连续的核苷酸编码一种氨基酸，称为 三联体（triplet）密码或密码子（codon） 。43=64 种
• 起始密码——Hale Waihona Puke BaiduUG，编码甲硫氨酸
• 终止密码—— UAA、UAG和UGA，是多 成的终止信号
从引物的3’-OH上逐个加上脱氧核苷酸
新链合成方向：5’→3’
• 3',5'-磷酸二酯键形成机制 • DNA聚合酶催化
滞后链 前导链
冈崎片段
复制叉
• DNA复制开始于染色体上固定的起始点，称为复制 起点（origin of replication, ori） • DNA两条链在起始点分开，形成“复制叉” • DNA不是全部解开，而是边解开边合成 • DNA复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个相 反的方向进行
• （1）N端fMet或Met的切除。 • （2）二硫键的形成。 • （3）氨基酸的修饰。包括磷酸化、糖基 化、甲基化、
乙酰化和羟基化等。 • （4）肽链的切除。如胰岛素。
Thank you！
• 延伸：前导链、滞后链（冈崎片段） • 终止：一个复制终止点
两个复制叉不断前移，在终止区汇合相遇
大肠杆菌DNA聚合酶：
DNA聚合酶
POL Ⅰ
Pol Ⅱ
结构基因*
polA
polB
催化亚基大小（AA） 928
783
亚基种类
1
7
分子量（kDa）
103
88‡
3'→5'外切酶活性
+
+
5'→3'外切酶活性
+
3. DNA 的复制过程
解链酶 helicase
拓扑异构酶
topoisomerase
单链结合蛋白 SSB
引物合成酶 primase
DNA聚合酶 polymerase
DNA连接酶 ligase
起始、延长、终止
• 起始：特定的起始位点(复制起点，Ori） 双链解开—解链酶、拓扑异构酶、SSB 引物生成—引物合成酶
肽合
• 原核生物DNA编码链与mRNA碱基序列一致 • 5‘ TCT AGA ATG AAA TGG AAA GTT TTT AAA
Met Lys Trp Lys Val Phe Lys ……AAG TGA 3'
Lys ***
• 特征： • a. 简并性：即多个密码子可编码同一个氨基酸。如AAA，
除去内含子转录 产物，拼接外显 子转录产物
小核RNA（snRNA）
成熟mRNA （具有生物活性 ）
核酶
4. 甲基化、编辑加工
RNA和DNA的合成过程比较：
相似： ①具有启动、延伸和终止的基本步骤； ②需要多组分的启动复合物； ③遵循碱基配对原则； ④按5’到3’方向合成新链。
不同： ①RNA合成的底物是核苷三磷酸（NTP），而不是脱氧核苷三