3第三章-遗传信息的传递

• 解链酶（Helicase） 解链酶（ ）
– 通过水解 通过水解ATP获得能量解开双链 获得能量解开双链 – 水解ATP的活力依赖于单链 的活力依赖于单链DNA的存在 水解 的活力依赖于单链 的存在
• 单链结合蛋白（Single Strand Binding protein， 单链结合蛋白（ ， SSB） ）
35 3 5
5 3
3
5 3 5
3 5
3 5
参与物质
• DNA复制的起始、延伸和终止等过程中， 复制的起始、延伸和终止等过程中， 复制的起始 有许多特异的蛋白质参与，主要包括： 有许多特异的蛋白质参与，主要包括：
– DNA聚合酶（DNA 聚合酶（ 聚合酶 Polymerase） ）
• 原核生物 原核生物DNA聚合酶：I、II、III 聚合酶： 聚合酶 、 、 • 真核生物 真核生物DNA聚合酶：α、β、χ、δ、ε 聚合酶： 聚合酶
转录过程----终止 转录过程 终止
• 终止子：强终止子和弱终止子 终止子： • RNA聚合酶因为遭遇富含 配对区，不 聚合酶因为遭遇富含GC配对区 配对区， 聚合酶因为遭遇富含 能继续前移，RNA分子从模板上脱落 分子从模板上脱落， 能继续前移，RNA分子从模板上脱落， RNA-DNA杂交体解体 DNA重新形成 RNA-DNA杂交体解体，DNA重新形成 杂交体解体， 双螺旋，核心酶释放出来，转录终止。 双螺旋，核心酶释放出来，转录终止。 • ρ因子非依赖性终止 • Proof Reading
• • • 原核： 复制、 原核： θ复制、滚环复制 真核： θ复制、滚环复制 真核： 复制、 线粒体DNA：D环复制 线粒体 ： 环复制
– 真核生物末端 真核生物末端DNA复制：端粒（Telimere）、 复制：端粒（ 复制 ）、 端粒酶（ 端粒酶（Telomerase） ）
第二节 转录
• • • • 基本概念 转录过程 转录后加工 转录与复制的比较
– – – 复制方式：半保留、 复制方式：半保留、半不连续复制 过程：起始、延伸、终止 过程：起始、延伸、 参与物质： 参与物质：酶和蛋白质
原核生物与真核生物复制特点比较
• 不同点： 不同点：
– 复制起点：原核单起点，真核多起点 复制起点：原核单起点， （Replicon） ） – 速率：原核比真核快 速率： – 复制方式
• 模板链或反义链（antisense strand）： 模板链或反义链（ ）： 作为转录模板的DNA单链 作为转录模板的 单链 • 编码链或有意义链（Sense strand）：与 编码链或有意义链（ ）：与 ）： mRNA具有相同序列的 具有相同序列的DNA单链 具有相同序列的 单链
RNA聚合酶
一、遗传密码（Genetic Codon） 遗传密码（ ） • Universal triplet codon
第三章 遗传信息的传递
• DNA的复制 的复制 • 转录与反转录 • 蛋白质的生物合成
遗传信息的传递——中心法则 中心法则 遗传信息的传递
DNA
转录 反转录 复制
RNA
翻译
Protein
中心法则
遗传信息传递的规律(复制、转录、翻译). 遗传信息传递的规律(复制、转录、翻译). 复 制 DNA 转录
G1期：DNA合成前期 期 合成前期 细胞的有丝分裂 S期：DNA合成期 期 合成期 G2期：DNA合成后期 期 合成后期 M期：有丝分裂期 期
第一节 DNA的复制 的复制
亲代双链DNA分子在 分子在DNA聚合酶的作用 聚合酶的作用 亲代双链 分子在 聚合酶 分子为模板 下，分别以每单链 DNA分子为模板，聚 分子为模板， 合与自身碱基可以互补配对 互补配对的游离的 合与自身碱基可以互补配对的游离的 dNTP，合成出两条与亲代 ，合成出两条与亲代DNA分子完 分子完 全相同的子代DNA分子的过程。 全相同的子代 分子的过程。 分子的过程 复制方式 参与物质 一般过程
(CsCl gradient centrifuge)
N15
DNA
Nห้องสมุดไป่ตู้4
Semi-Conservation Replication
M. Meselson and F. W. Stahl, Sciences 44:675, 1958.
•DNA聚合酶具有 聚合酶具有5‘---3’合成活性，所以新 合成活性， 聚合酶具有 合成活性 链的合成方向是5‘---3’。 链的合成方向是 。 •聚合酶催化的合成与解链方向一致时， 聚合酶催化的合成与解链方向一致时， 聚合酶催化的合成与解链方向一致时 才能连续进行新链的合成。 才能连续进行新链的合成。
• 作用：在RNA合成中指导rNTP底物与模板DNA碱 在RNA合成中指导rNTP底物与模板DNA碱 合成中指导rNTP底物与模板DNA 基配对，以及催化磷酸二酯健的形成。 基配对，以及催化磷酸二酯健的形成。 • 大肠杆菌RNA聚合酶：复合酶（α2β β‘+ σ）， 复合酶（ 复合酶 + 具有全能性。 具有全能性。 • 真核生物RNA聚合酶： 真核生物RNA聚合酶： RNA聚合酶 –I：核仁，28S 、18S & 5.8S rRNA I 核仁， –II：核质，mRNA & SnRNA II： II 核质， –III: 核质, tRNA、5S rRNA & SnRNA III: 核质, tRNA、
第二节 转录
基本概念
• 转录（Transcription）：以DNA为模板， 转录（ ）：以 为模板， ）： 为模板 聚合酶的作用下合成RNA的过程。 的过程。 在RNA聚合酶的作用下合成 聚合酶的作用下合成 的过程
– 转录是基因表达的第一步，遗传信息的中心 转录是基因表达的第一步， 环节。 环节。
– 引发酶（Primase） 引发酶（ ）
• 催化合成 催化合成DNA复制起始所需的 复制起始所需的RNA引物 复制起始所需的 引物
– DNA连接酶（DNA ligase） 连接酶（ 连接酶 ）
• 通过形成磷酸二酯健连接冈崎片段形成后随链
参与物质
• 拓扑异构酶：I、II 拓扑异构酶： 、
– Top I使超螺旋的环状 使超螺旋的环状DNA解旋成不具超螺旋的环状 使超螺旋的环状 解旋成不具超螺旋的环状 DNA – Top II促使产生负向超螺旋并消除正向超螺旋 促使产生负向超螺旋并消除正向超螺旋
转录过程----起始 转录过程 起始
（-35） （-10）
转录起 始点
Closed binary complex
启动子-核苷三磷酸 酶-启动子 核苷三磷酸 启动子
Open binary complex
转录过程----延伸 转录过程 延伸
• 核心酶沿模板 核心酶沿模板DNA链3‘-5’方向移动，并 链 方向移动， 方向移动 按模板的碱基序列，配入四种核苷酸， 按模板的碱基序列，配入四种核苷酸， 使新合成的RNA链沿着 链沿着5‘-3’方向延伸。 方向延伸。 使新合成的 链沿着 方向延伸
OK
5‘ 3‘
3‘ 5‘
3‘
5‘
解链方向 3‘ 5‘
How?
• 双链DNA分子解开成两条单链时，以3‘—5’模 双链DNA分子解开成两条单链时， 3‘—5’模 分子解开成两条单链时 板链复制5‘—3’互补链，其DNA的复制方向 互补链， 板链复制 互补链 的复制方向 （5‘—3’）和双链解链方向一致，可持续合成， ）和双链解链方向一致，可持续合成， 最后形成一条连续的互补链，称为前导链 最后形成一条连续的互补链，称为前导链 （Leading strand）。 ）。 • 以5‘---3’模板合成 模板合成3‘—5’互补链，由于复制的方 互补链， 模板合成 互补链 向与解链方向相反，因此不能连续合成！ 向与解链方向相反，因此不能连续合成！
RNA mRNA tRNA rRNA 转录、 转录、翻译 蛋白质（病毒） 蛋白质（病毒）
翻译
蛋白质
反转录 复 RNA（病毒） （病毒） 制
第一节 DNA的复制 的复制
第一节 DNA的复制 的复制
DNA的生物学功能 ： DNA的生物学功能 核酸是生物遗传的物质基础, 核酸是生物遗传的物质基础,蛋白质是生命活 动的体现者 1、 储存遗传信息： 储存遗传信息： ２、复制遗传信息： 复制遗传信息： ３、表达遗传信息： 表达遗传信息： ４、遗传变异： 遗传变异：
复制方式
• 半保留复制 半保留复制（Semiconservative replication）
– 在DNA复制时，双螺旋中的每一条链都可以作 复制时， 复制时 为模板， 为模板，按照碱基互补配对的原则合成一条互 补新链。两个子代双链DNA分子中，一条链是 分子中， 补新链。两个子代双链 分子中 新合成的，另一条来自亲代DNA分子 分子， 新合成的，另一条来自亲代DNA分子，即子代 DNA分子双链中保留了一条亲本链，这种复制 分子双链中保留了一条亲本链， 分子双链中保留了一条亲本链 方式称为半保留复制。 方式称为半保留复制。
启动蛋白复合体的形 成 解链酶的加入 复制泡的形成 引发酶加入形成引发 体 RNA引物合成，第一 引物合成， 引物合成 解螺旋 链开始复制 前导链合成
后随链RNA引物的合成 引物的合成 后随链 冈崎片段的合成 RNA引物的去除和冈崎 引物的去除和冈崎 片段的连接
原核生物与真核生物复制特点比较
• 相同点： 相同点：
半不连续复制
• 以5‘---3’模板合成 模板合成3‘—5’互补链，由于复制的 互补链， 模板合成 互补链 方向与解链方向相反，因此不能连续合成， 方向与解链方向相反，因此不能连续合成，而 是先以5‘---3’方向不连续合成许多小片段，称 方向不连续合成许多小片段， 是先以 方向不连续合成许多小片段 为冈崎片段（Okazaki fragment），最后由 冈崎片段（ ），最后由 ）， DNA连接酶将这些冈崎片段连接成完整的互补 连接酶将这些冈崎片段连接成完整的互补 称为后随链 后随链（ 链，称为后随链（lagging strand）。 ）。
DNA的半保留复制 的半保留复制
A T C G A T C G A T C G T A G C T A G C T A G C A T C G T A G C
DNA半保留复制的证据 DNA半保留复制的证据
DNA半保留复制的证据 DNA半保留复制的证据
• 1958年，Meselson和Sthahl利用14N标记大肠 1958年 Meselson和Sthahl利用 杆菌DNA的实验； DNA的实验 杆菌DNA的实验； • 1963年，Cairns用放射自显影观察到完整的 1963年 Cairns用放射自显影观察到完整的 正在复制的大肠杆菌染色体. 正在复制的大肠杆菌染色体. • 1957年Taylor将蚕豆苗放在含3H标记的胸苷 1957年Taylor将蚕豆苗放在含 培养液中生长， DNA都标上 培养液中生长，使DNA都标上3H，然后转人正 常培养液中生长。 常培养液中生长。分离各代细胞的染色体并 作放射自显影，所得结果表明，真核生物DNA 作放射自显影，所得结果表明，真核生物DNA 也是按半保留方式进行复制的。 也是按半保留方式进行复制的。
– 阻止单链 阻止单链DNA分子恢复双链 分子恢复双链 – 又称为双螺旋反稳定蛋白（Helix destabilizing protein） 又称为双螺旋反稳定蛋白（ ）
一般过程
• DNA复制的起始 复制的起始 DNA复制的延伸 复制的延伸 DNA复制的终止 复制的终止
无特异终止信号 环状单向复制在起点 附近终止 线状和环状双向复制 终点不固定
– ρ因子依赖性终止
思考题：转录与复制的比较？？？ 思考题：转录与复制的比较？？？
第三节 蛋白质的生物合成
第三节 蛋白质的生物合成
• Translation：从DNA到蛋白质的遗传信 ： 到蛋白质的遗传信 息传递过程中，由于从mRNA上的核苷 息传递过程中，由于从 上的核苷 酸到多肽链上的氨基酸， 酸到多肽链上的氨基酸，这种遗传信息 的传递从核酸语言转变成氨基酸语言， 的传递从核酸语言转变成氨基酸语言， 因此被称为翻译即蛋白质的生物合成。 因此被称为翻译即蛋白质的生物合成。 • 主要元件：核糖体、mRNA和tRNA 主要元件：核糖体、 和