生物化学 10.分子生物学

• 复制叉（replication fork） ：生长点
指DNA分子上正在进行复制的部位，此处亲本双链打开， 与新合成的DNA单链形成叉状结构。
概念5
大多数生物
复制的方向性
1. 双向复制
复制从一个起 点向两侧进行，具 两个复制叉。 2. 单向复制
某些原核 生物
复制从一个起 点向一侧进行，具 一个复制叉。
二、染色体、DNA与基因
染色体（chromosome）
①真核细胞中，一个或多个DNA分子与组蛋白等结 合构成一种细密的结构，称为染色体。具有贮存和 传递遗传信息的功能。 ②真核细胞的核DNA、原核细胞的DNA或病毒DNA。
③病毒的RNA。
基因（gene）
DNA分子上携带并传递遗传信息的单位。

基因组（genome）:
指生物体所含全部基因（遗传信息）的总和。 对于真核生物，常指单倍体基因组。
C值：单倍体基因组中DNA的含量。
一般来讲，生物体结构和功能越复杂，C值越 大。但实际上并不完全如此。C值与生物体的复杂 程度并不完全对应的现象，称为 C值悖论。
不同生物体的 C值大小
三、原核生物染色体和基因组的特点
催化DNA链的延长。 催化双链DNA切口处5 - 磷酸 基和3 -OH生成磷酸二酯键。
识别并结合复制起点（需Hu蛋白） 催化合成RNA引物。 解开DNA双链。
引入负超螺旋，消除复制叉 6. 拓扑异构酶Ⅱ（旋转酶） 前进时的扭曲张力。
7. 单链结合蛋白( SSB)
结合于DNA单链上，防止分开的 单链重新互补配对。
+ + 2400 1500 修复
pol Ⅲ
实验证据
1958， Meselson&Stahl 稳定同位素15N示踪法
The Meselson-Stahl experiment.
概念2
复制子 (DNA复制的单位)
指基因组上能独立进行复制的单位。含有复制的起点，
并可能含有复制的终点。
• 原核生物具复制终点，真核生物无复制终点。 • 复制子数目及大小：
分子生物学
生物体、染色体和基因
一、原核生物和真核生物的区别
特征 遗传组织 核膜 染色体的数目 核小体结构 核仁 细胞结构 内质网 高尔基体 溶酶体 线粒体 叶绿体 核糖体大小 微管 原核生物 真核生物
无 1 无 无
无 无 无 无 无 70S 无
有 ＞1 有 有
有 有 有 有 植物中有 80S 有
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遗传信息的传递
DNA
转录
复制
逆转录
RNA
翻译
蛋白质
DNA的复制和修复
概念1
DNA的半保留复制
DNA复制时双链解开，根据 碱基互补原则，分别按照每条 单链的核苷酸顺序合成新链， 以组成新的DNA分子。这样每 个子代DNA分子中的一条链来 自亲代DNA，另一条链是新合 成的，这种复制方式称为半保 留复制。
DNA聚合酶
引物
模板
以4种dNTP为底物、需要模板、需要引物、聚合方向为5→3
•大肠杆菌DNA聚合酶：pol Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。
pol Ⅰ
5 3 聚合酶 3 5 外切酶 （校对） 5 3 外切酶 持续合成能力 功能 + + + 3~200 切除引物 修复
pol Ⅱ
染色体：
1个，DNA/RNA，多数为环状双链分子，但也 有线状或单链分子。

基因组特点： 功能相关的基因常串联在一起，并转录在同 一RNA分子中。 大部分是为蛋白质编码的基因，且每个基因在 DNA分子中只出现一次或几次。 有基因重叠现象。例如：X174 的E基因全部 包含在D基因中。
The organization of prokaryotic genes.
四、真核生物基因组的特点：
（1）具重复序列
单一重复序列： 仅出现1次或重复少数几次。 (~50%)
(大部分编码蛋白质的基因)
中等重复序列 重复次数 <104 / 单倍体基因组。 (~30~40%) （组蛋白基因、rRNA和tRNA基因） 高度重复序列 重复次数 >104 / 单倍体基因组，多 为小于10bp的短序列。 (~10%)
如：卫星 DNA
(2)具断裂基因（split gene）：
大多数为蛋白质编码的基因都含有内含子和 外显子。由于内含子的存在使基因成为不连续基 因或断裂基因。
• 内含子（intron）：基因中不编码的居间序列， 不出现于成熟的mRNA分子中。 • 外显子（exon）：基因中为蛋白质编码的片段。
The organization of split eukaryotic genes.
原核生物染色体：1个复制起点
真核生物染色体：多个复制起点
• 大肠杆菌DNA的复制起点（Ori C）
• 245 base pairs • 4个9bp序列（DnaA蛋白结合位点） • 3个13bp序列（富含AT, 在DnaA等蛋白影响下可解开双链）
概念4
复制眼和复制叉
Replication of a circular ( left ) and lineal ( middle and right )chromosome.
概念6
复制速度
复制叉(对) 移动的速度 复制子 4106bp
复制时间/复制子
E.coli DNA 真核生物
105bp / min
40分钟 30 ~ 60分钟
1000-3000 bp / min 100~200Kb
二、原核生物DNA复制的分子机制
（以 E. coli 为例）
概况
•部位：核区 •模板(template)： DNA分子
•引物(primer)：单链RNA分子（几个~十几个核苷酸）
•原料及能源分子：复制：dNTP (N: A, G, C, T)
合成引物：NTP (N: A, G, C, U)
（一）参与复制的主要酶及蛋白质因子
1. DNA聚合酶 2. DNA连接酶 3. 起始因子( DnaA ) 4. 引物合成酶（DnaG） 5. DNA解螺旋酶(Dna B)
原核生物染色体：E.coli DNA
真核生物染色体：多复制子 人
单复制子
4 106bp /复制子
103复制子/条染色体 105bp /复制子
概念3
复制起点（origin）
指存在于DNA分子上100~300bp的多核苷酸 片段，常具有专一的核苷酸顺序，可被细胞内特 异蛋白质识别，从而启动DNA的复制。