第三部分 复制转录和翻译

外切酶切除） c、起始时以RNA作为引物 d、DNA的损伤修复系统
基因表达包括转录和翻译 两个过程，转录的起始是基
因表达的第一步，也是基因 表达调节的主要控制点

转录的概念
转录的概念和DNA的模板链和编码链
转录是在DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按 照碱基配对的原则，以四种NTP为原料合成一条与模 板DNA互补的RNA的过程。RNA的转录从DNA模板的特 定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为 一个转录单位。
（DNA聚合酶I 、II、III）、DNA连接酶 • 3. 模板 • 4. 引物 单链的DNA母链 寡核苷酸引物（RNA) 单链结合蛋白（SSB——维持模板
• 5. 其他蛋白质因子
处于单链状态，保护单链的完整）
DNA拓扑异构酶(解旋酶）
既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键 打开超螺旋
DNA解链酶
3’ 5’
AACTGT
5’ 3’
ATATTA
－35序列 Sextama 框
－10序列 Pribnow框 核心酶结合位点
+1
转录起始点
全酶结合位点
②. 转录起始：转录起始不需要引物，加入的第一个
核苷三磷酸常是GTP或ATP。第一个核苷三磷酸一 旦掺入到转录起始点到合成几个核苷酸，σ亚基就会 被释放脱离核心酶。
启动子 模板链/无义链
终止子 5´ 3´
非信息区
DNA
3´ 5´
编码链/有义链/非模板链
• 转录的连续性
RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚
合酶的催化下，连续合成一段RNA链。
• 转录的单向性
• RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，
即RNA链的合成方向也为5′→ 3′
大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图
5‘
3‘ 模板链

-35
E
3‘ 5‘ -10
pppG或pppA
③.链的延长：以NTP为原料和能量，DNA模板链为模 板，靠核心酶的催化，核苷酸间通过3´,5´-磷酸二酯 键形成核糖核酸链(RNA)
RNA链的延伸（转录泡）图解
模板链（无义链）
有义链/编 码链
复链 解链
3´
RNA-DNA杂交螺旋
新生RNA 5´ RNA聚合酶的移动 方向3′→5′ 延长部位
• 5′至 3′的聚合活性（ 5′→ 3′ ）
DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读
3′→ 5′外切酶活性 ——校对功能
A：DNA-polⅠ外切酶活性3′→ 5′切除错配碱基；并用 其聚合酶活性5′→ 3′掺入正确配对的底物
B：碱基配对正确， DNA-polⅠ不表现外切酶活性。
3'
5'
模板链
DNA复制起始的过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物
5′
3′
拓扑异构酶 与DNA双链 结合，松弛 超螺旋。
3′ 5′
DNA复制起始过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物
3′
5′
3′
解链酶解开 DNA双螺旋
3′ 5′
(三)复制的终止
• 遇到终止子停止复 制 • DNA聚合酶Ⅰ利 用 5′→ 3′外切酶 活性水解引物 • DNA聚合酶Ⅰ聚 合活性填补缺口 • DNA连接酶连接 缺口。
3′
5′ 3′ 5 ′ 5′ 3′ 3′ 5 ′ 5′ 3′ 3′ 5 ′ 5′ 3′ 3′ 5 ′ 5′ 3′
5′
DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅰ
DNA链合 成的终止
3´ 5´
前导 DNA连 接酶 链 滞后 链
3´
RNA引物
3´
5´
复制的忠实性
DNA复制过程是一个高度精确的过程， 据估计，大肠杆菌DNA复制109-1010碱基对仅 出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要 有以下四点: a、DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循 碱基配对原则）
b、DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被3′-5′
1. DNA聚合酶Ⅲ把新生链的第一个脱氧核苷酸 加到引物的3′—OH上，开始新生链的合成过程
A A T C T A T A G
引物
DNA
聚合酶Ⅲ
组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来
A A T C T A T A G T T
引物
G
3′,5′-磷酸二酯键
A A T C T A T A G T T A
DNA复制把亲代的遗传 信息忠实地传递给子代。 在子代通过转录传递给 RNA，再通过翻译生成Pr 来表现生命活动。
复制
DNA
转录 逆转 录 蛋白质
RNA
复制
翻译
1、DNA的半保留复制
D N A 的 复 制
2、DNA复制的起点与方向 3、DNA的半不连续复制
4、DNA复制的分子基础
5、DNA复制的过程 6、DNA复制的忠实性
引物
G
A A T C T A T A G T T A G
引物
G
A A T C T A T A G T T A G A
引物
G
A A T C T A T A G T T A G A T
引物
G
A A T C T A T A G T T A G A T A
引物
G
A A T C T A T A G T T A G A T A T
切除引物
DNA聚合酶的活性
• 5′至3′的聚合活性
5′→ 3′方向——链的延伸
• 核酸外切酶活性
5′→ 3′外切酶活性——切除引物 3′→ 5′外切酶活性——校对功能
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，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
DNA的半不连续复制
后随链是不连续合成的，DNA在复制时，由后随链 所形成的一些子代DNA不连续的短片段称为冈崎片 段(Okazaki fragment)。 冈崎片段的大小，在原核生物中约为 1000～2000个
核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。
DNA的半不连续复制
3
前导链 (leading strand)
5′
DNA复制起始的过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物
3′
5′
3′
单链结合蛋白 防止复螺旋
5′
DNA复制起始过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物(RNA)
3′
5′
3′
引物酶合成引物
5′
(二)DNA复制的延伸——DNA聚合酶Ⅲ
解开双螺旋
引物酶
是RNA聚合酶，合成一段RNA引物
引物酶催化合成短链RNA引物分子
3
5
引物
3
5
引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。
DNA的半不连续复制
引物RNA
3
前导链 (leading strand)
5 3
解链方向
后随/滞后链 (lagging strand)
冈崎片段 (okazaki fragment
3'
DNA的复制过程
（一） 复制的起始 （二） 复制的延伸
（三） 复制的终止
起始的过程
拓扑异构酶
打开DNA超螺链
解链酶
打开双螺旋
引物酶
合成
防止复螺旋
单链结合蛋白
引物
引物
DNA复制起始过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物
5′
3′
DNA双链
3′ 5′
A G A A C C T T G T C T T G G A A C
连 接 酶 连 接 缺 口
5'
P
P
P
P
P OH
P
P
P
P
3'
缺口
连接酶
Mg2+
ATP
PPi
5'
3'
模板链
A G A A C C T T G T C T T G G A A C
5' P P P P P P P P P
3,5—磷酸二酯键
R N A 合 成 过 程


55
离开
3 5 解链区到达 基因终点 5 终止阶段 5 RNA 3 5

3
3


蛋白质的生物合成
12.1
12.2 12.3 12.4
遗传密码
tRNA的结构与功能 蛋白质合成机制 蛋白质合成的过程
一、概述 遗传密码
• 遗传密码:指核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系
引物RNA
引物RNA
5
种类和生理功能
在原核生物中目前发现 DNA 聚合酶有三种，分别命名为 DNA聚合酶Ⅰ（pol Ⅰ），DNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ），DNA 聚合酶Ⅲ（pol Ⅲ），这三种酶都属于具有多种酶活性的多 功能酶。 参与DNA复制的主要是DNA聚合酶 Ⅲ 和 DNA聚合酶 Ⅰ
原核生物中的三种DNA聚合酶
5′
3′
3′ 5′ 5′ 3′
3′ 5′ 5′ 3′
DNA连接酶
3′ 5′ 5′ 3′
3′5′ 3′′ 5
原核细胞DNA的 半不连续、半保 留复制过程