DNA复制转录翻译

由于DNA分子中两条链的走向相反，因此当分
别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链 时，子代链的聚合方向也是不同的。
DNA的半不连续复制 3
领头链 (leading strand)
5 3
解链方向
随从链 (lagging strand)
5
以 3’→5’ 方向的亲代 DNA链作模板的子代链在复 制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向 为 5’→3’ ， 这 一 条 链 被 称 为 领 头 链 (leading strand)。
triphosphate)为底物，即dATP，dGTP， dCTP，dTTP。
(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 +PPi
DNA复制过程中脱氧核糖核苷酸的聚合反应
2、模板(template)
DNA复制是模板依赖性的，必须要以亲
代DNA链作为模板。亲代DNA的两股链
解开后，可分别作为模板进行复制。
3、引发体和RNA引物
引物酶(primerase)本质上是一种依赖DNA的RNA聚 合酶（DDRP），该酶以DNA为模板，聚合一段RNA 短链引物(primer)，以提供自由的3’-OH，使子代DNA
链能够开始聚合。
引物酶需组装成引发体才能催化RNA引物的合成。
引物酶催化合成短链RNA引物分子
以 5’→3’ 方向的亲代 DNA 链为模板的子代链在复 制时则是不连续的，其链的聚合方向也是 5’→3’ ， 这条链被称为随从链(lagging strand)。
领头链连续复制而随从链不连续复制，就 是复制的半不连续性。
由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因
此，随从链的合成也是一段一段的。DNA在复
6、解螺旋酶
解螺旋酶(helicase) ，
又称解链酶或rep蛋
白，是用于解开
DNA双链的酶蛋白。 每解开一对碱基， 需消耗2分子ATP。
7、单链DNA结合蛋白
单链DNA结合蛋白（single strand binding protein, SSB），又称螺旋反稳蛋白(HDP)， 是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。
DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一 些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起 始点(origin) 。 在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在 真核生物中则为多个。
复制起始点与复制子示意图
5’ 3’
ori
ori
ori
ori
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’ 3’
3’ 5’
复制子
习惯上把两个相邻DNA复制起始点之间的距离
医学分子生物学基础
主讲教师：黄慧聪
1
发展简史
2 主要内容 肺炎支原体肺炎流行病学、临床特征与诊疗规范化研究 潘长旺 3
DNA复制、转录和翻译
4
DNA重组与基因工程
5
基因与疾病
发展简史
蛋白质是生命的主要基础物质 准备和酝酿 DNA是遗传的物质基础
1953年 Watson-Crick的DNA双螺旋结构模型
通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分
子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转 录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。
在 RNA 病毒中，其遗传信息贮存在 RNA 分子 中。遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传 信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信 息传递给 DNA ，再由 DNA 通过转录和翻译传 递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中
4、双向复制
DNA复制时，以复制起始点(origin)为中心，向 两个方向进行解链，形成两个延伸方向相反的
复制叉，称为双向复制(bidirectional
replication)。 但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环 复制）。
5、半不连续复制
DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA链， 即模板DNA链的方向必须是3'→5'。
线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA 的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶
（telomerase）的催化下，进行延长反应。
5 3 3 5
5 3 5
3
端粒酶(telomerase)
端 粒 酶 是 一种 RNA蛋 白质 复 合体 ， 它可 以其 RNA 为模板，通
过 逆转 录 过程 对 末端
（或DNA片段）定为一个复制子(replicon) 。 复制子是独立完成复制的功能单位。
DNA 复制时，局部双螺旋解开形成两条单 链，这种叉状结构称为复制叉。
复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）
3、需要引物
参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有 3’端自由羟基（3’-OH）的RNA作为引物 (primer) ，才能开始聚合子代DNA链。 RNA引物的大小，在原核生物中通常为50~ 100个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷 酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱 基顺序相配对。
端粒（telomere）
是指真核生物染色 体线性DNA分子末 端的结构部分，通 常膨大成粒状。
端粒的结构特点 • 由末端单链DNA序列和蛋白质构成。 • 末端DNA序列是多次重复的富含G、T碱基 的短 序列。
TTTTGGGGTTTTGGGG…
功能
• 维持染色体的稳定性 • 保证DNA复制的完整性
DNA链进行延长。
端粒酶的分子结构
端粒酶的爬行模型（动画演示）
（五）
逆转录
1、逆转录病毒和逆转录酶
逆转录病毒细胞内的逆转录现象： RNA 模板
逆转录酶
DNA-RNA 杂 化双链
RNA酶
单链DNA
逆转录酶
双链DNA
2、逆转录研究的意义
逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究
中的重大发现。
逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同
酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。
3、 遗传密码字典
（二）蛋白质合成中使用的RNA
mRNA：蛋白质的DNA序列信息的中间体。
tRNA：运送特定氨基酸到核糖体上合成蛋白质。 rRNA：核糖体的组成元件。
1、mRNA 是蛋白质合成的模板
原核生物mRNA与真核生物mRNA结构比较
Prokaryotic mRNA 核糖体可以不从mRNA上解离连续合成三个蛋白质
拓扑异构酶的作用特点
既能水解 、又能连接磷酸二酯键
分类
拓扑异构酶Ⅰ 拓扑异构酶Ⅱ
DNA拓扑异构酶的作用机制 拓扑异 构酶Ⅰ 切断DNA双链中一股链，使DNA 解链旋转不致打结；适当时候封 闭切口，DNA变为松弛状态。 反应不需ATP。 拓扑异 构酶Ⅱ 切断DNA分子两股链，断端通过 切口旋转使超螺旋松弛。 利用ATP供能，连接断端， DNA 分子进入负超螺旋状态。
样兼有遗传信息传代与表达功能。
对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注
意到的病毒致癌理论。
二、基因的转录与加工
（一）RNA的转录过程：（略）


转录起始
链的延伸 转录终止
（二）RNA的转录后加工
在细胞内，由RNA聚合酶合成的原初转录物 （primary transcript）往往需要一系列的变 化，才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为 RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。
（三） DNA生物合成过程
1、复制的起始
解旋解链，形成复制叉
引发体组装和引物合成
2、复制的延长
DNA聚合酶
DNA复制的延长过程
3' 5'
DNA-pol
OH 3'
5' 3'
dTTP dATP dGTP dATP dCTP dTTP
dGTP dCTP
3、复制的终止
去除引物，填补缺口 连接冈崎片段
（四）真核生物端粒
2、tRNA前体的加工： 原核与真核生物的tRNA转录后都需 要加工。
3、 rRNA前体的加工： 原核与真核生物的rRNA转录后也都需要进行加工。
原核：刚转录的rRNA为30S，先在特定的碱基上进行 甲基化（核糖2-羟基）修饰，后逐步裂解。 真核：45S（哺乳动物）、38S（果蝇）、37S（酵母）
SSB的生理作用
使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，
即稳定单链DNA，便于其作为模板复制子 代DNA； 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。
8、DNA拓扑异构酶
能够松解DNA超螺旋结构的酶。
人类拓扑异构酶Ⅰ的分子结构
DNA复制过程中正超螺旋的形成
局部解链后
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解链过程中正超螺旋的形成
tRNAs are cleaved from transcripts of rRNA operons
三、蛋白质的翻译
（一）遗传密码两个概念
1、遗传密码 (genetic code): DNA（或mRNA）中核苷酸序列与蛋白质中氨 基酸序列之间的对应关系。 2、密码子(codon)：
mRNA上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨基
replication)。
DNA半保留复制示意图
复制
亲代DNA
子代DNA
DNA半保留复制研究实验结果示意图
半保留复制的意义 按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱 基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信 息，体现了遗传的保守性。 遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但
不是绝对的。
2、有一定的复制起始点
遗传中心法则的建立 建立和发展 蛋白质翻译合成的基本过程
Watson-Crick的DNA双螺旋
主要内容
基因工程技术 基因表达的调控 生物大分子的结构和功能