遗传物质的分子基础
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• 3、线粒体（mtDNA）的D环复制
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23
mtDNA的结构特点：
人mtDNA是一个长为16,569 bp的双链闭合环状分子，外环含 G较多，称重链(H链)，内环含C 较多，称轻链(L链)。
mtDNA结构紧凑，没有内含 子，唯一的非编码区是D环区，长 约1,000 bp左右。
D 环 区 包 括 mtDNA 重 链 复 制起始点，重轻链转录的启动 子。
第三章 遗传物质的分子基础
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1
第二节 核酸的分子结构
• 1、DNA的分子结构 • 2、RNA的分子结构 • tRNA • rRNA • mRNA
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2
第三节 DNA复制
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3
DNA的复制概念
DNA复制 (replication)： DNA 分子在 DNA 合成酶系的作用下，合成与自 身分子结构相同的子代 DNA 的过程。
复制
亲代 DNA
子代 DNA
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4
一、DNA 复制所需的酶及蛋白质
• DNA 解旋酶：利用ATP供能，作用于氢键，解 开DNA双螺旋链。
• DNA 单链结合蛋白：在复制中维持模板处于单 链状态并保护单链的完整。
• 引物酶：复制起始时催化生成 RNA 引物的酶。
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5
DNA 聚合酶 (DNA polymerase, DNA-pol)：
线粒体的H链是12种多肽链、 12S rRNA 、 16S rRNA 和 14 种 tRNA的转录模板，L链是1种多肽 链编辑和ppt8种tRNA转录的模板。 24
第四节 RNA的转录与加工
转录 (transcription)： 以DNA为模板合成RNA的过程 。
DNA
转 录
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RNA
25
• DNA双链中作为转录模板的一股单链称为模板链 (template strand)，也称作反义链 (antisense strand)。相对的另一股互补单链，其碱基序列与 转录产物相同，称为编码链 (coding strand)，也 称为有义链。
普通的正常细胞中无端粒酶活性。
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10
具有反转录 酶性质的端 粒酶。
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11
二、DNA 复制的特征
1、半保留性
复制形成的子代DNA中，一条单链来自亲代模板 DNA，另一条单链则为完全重新合成的互补链。这 种复制方式称为半保留复制。
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12
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
复 制 中 的 不 连 续 片 段 称 为 岡 崎 片 段 (okazaki fragment)。
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19
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20
5、不同步性
不同复制子在复制时间上存在差异。 常染色质复制早于异染色质。
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21
复
制
过
引物酶
程
简
图
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22
三、环状双链DNA 复制3方、式
• 1、滚动复制：σ复制 • λ噬菌体增殖、真核生物rDNA扩增 • 2、θ-型复制 • 大肠杆菌DNA复制
原核细胞 – DNA 聚合酶 I、II、III 真核细胞 – DNA 聚合酶 α、β、δ、ε。
活性：1. 53 聚合活性 2. 53 核酸外切酶活性 3. 35 核酸外切酶活性 (DNA 聚合酶 I & DNA 聚合酶 δ)
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6
53 DNA 聚合活性
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7
核酸外切酶活性
5´ A G C T T C A G G A T A
母链DNA
CG CG AT CG TA GC GC
复制过程中形成 的复制编叉辑ppt
AT
AT
GC
GC
GC
GC
TA
TA
AT
AT
CG
CG
TA
TA
GC + GC
CG
CG
CG
CG
AT
AT
CG
CG
TA
TA
GC
GC
GC
GC
子代DNA
13
2、双向性 两条DNA单链的复制从固定起点开始，向两侧相
反方向推进（各自分别沿新合成链的5’ 3’方向）。
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27
一、转录的基本过程 — 起始、延长、终止
1.转录的起始 • 原核生物的RNA聚合酶：4种亚基α, β, β’, 。
其中亚基识别转录起始点，称为转录的起始因子。
全酶
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核心酶
28
• 真核生物的RNA聚合酶( 3种)：RNA 聚合酶 I、II、III. 亚基种类多，结构复杂。
5’
3’
3’
5’
复制子
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17
前导链 (leading strand)
3
5 解链方向
3
RNA引物
后随链 (lagging strand)
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5
18
• 前导链 (leading strand)：合成方向同复制叉推进 方向一致，连续合成。
• 后随链 (lagging strand)：合成方向同复制叉推进 方向相反，短片段、不连续合成。
引物酶
复制叉
(replication fork)
3’
5’
编辑ppt
14
3、多起点性
真核生物 DNA 复制有多个起始点。 习惯上把具有一个DNA复制起点的复制单位称为 复制子 (replicon) 。 因此真核生物的DNA 复制是多复制子的双向复制 ，最终互相连接。
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15
Байду номын сангаас辑ppt
16
4、不连续性 • DNA 聚合酶催化 DNA 链合成方向： 5’ 3’
5’
O
3’
O P O- HO
O-
DNA连接酶
ATP ADP
5’
O
3’
O P O-
O-
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3’ 5’
3’ 5’
9
• 端粒酶：在 DNA 复制终止时发挥作用的一种酶， 由RNA与具有反转录酶活性的蛋白质组成。
功能：以自带RNA片段为模板，催化补齐DNA端粒 末端的重复序列，避免DNA在复制中逐渐缩短。
3´
? | | | | | | | | | | |
3´ T C G A A G T C C T A G C G A C 5´
• 3 5外切酶活性 辨认错配的碱基对，并将其水解。
• 5 3外切酶活性
切除RNA引物、突编变辑p的pt DNA片段等。
8
• 连接酶：催化相邻 DNA 片段间的3’- OH 与 5’- PO4 间形成磷酸二酯键，从而使 DNA 片段连接在一起。
转录方向
5
编码链
3
模板链
模板链
3
编码链
5
转录方向
编辑ppt
26
复制和转录的区别
模板 原料 酶 产物
配对
复制
转录
两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
dNTP
NTP
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA （半保留复制）
A-T，G-C
A-U，T-A，G-C
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mtDNA的结构特点：
人mtDNA是一个长为16,569 bp的双链闭合环状分子，外环含 G较多，称重链(H链)，内环含C 较多，称轻链(L链)。
mtDNA结构紧凑，没有内含 子，唯一的非编码区是D环区，长 约1,000 bp左右。
D 环 区 包 括 mtDNA 重 链 复 制起始点，重轻链转录的启动 子。
第三章 遗传物质的分子基础
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1
第二节 核酸的分子结构
• 1、DNA的分子结构 • 2、RNA的分子结构 • tRNA • rRNA • mRNA
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2
第三节 DNA复制
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3
DNA的复制概念
DNA复制 (replication)： DNA 分子在 DNA 合成酶系的作用下，合成与自 身分子结构相同的子代 DNA 的过程。
复制
亲代 DNA
子代 DNA
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4
一、DNA 复制所需的酶及蛋白质
• DNA 解旋酶：利用ATP供能，作用于氢键，解 开DNA双螺旋链。
• DNA 单链结合蛋白：在复制中维持模板处于单 链状态并保护单链的完整。
• 引物酶：复制起始时催化生成 RNA 引物的酶。
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DNA 聚合酶 (DNA polymerase, DNA-pol)：
线粒体的H链是12种多肽链、 12S rRNA 、 16S rRNA 和 14 种 tRNA的转录模板，L链是1种多肽 链编辑和ppt8种tRNA转录的模板。 24
第四节 RNA的转录与加工
转录 (transcription)： 以DNA为模板合成RNA的过程 。
DNA
转 录
编辑ppt
RNA
25
• DNA双链中作为转录模板的一股单链称为模板链 (template strand)，也称作反义链 (antisense strand)。相对的另一股互补单链，其碱基序列与 转录产物相同，称为编码链 (coding strand)，也 称为有义链。
普通的正常细胞中无端粒酶活性。
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10
具有反转录 酶性质的端 粒酶。
编辑ppt
11
二、DNA 复制的特征
1、半保留性
复制形成的子代DNA中，一条单链来自亲代模板 DNA，另一条单链则为完全重新合成的互补链。这 种复制方式称为半保留复制。
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12
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
复 制 中 的 不 连 续 片 段 称 为 岡 崎 片 段 (okazaki fragment)。
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20
5、不同步性
不同复制子在复制时间上存在差异。 常染色质复制早于异染色质。
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复
制
过
引物酶
程
简
图
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三、环状双链DNA 复制3方、式
• 1、滚动复制：σ复制 • λ噬菌体增殖、真核生物rDNA扩增 • 2、θ-型复制 • 大肠杆菌DNA复制
原核细胞 – DNA 聚合酶 I、II、III 真核细胞 – DNA 聚合酶 α、β、δ、ε。
活性：1. 53 聚合活性 2. 53 核酸外切酶活性 3. 35 核酸外切酶活性 (DNA 聚合酶 I & DNA 聚合酶 δ)
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53 DNA 聚合活性
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核酸外切酶活性
5´ A G C T T C A G G A T A
母链DNA
CG CG AT CG TA GC GC
复制过程中形成 的复制编叉辑ppt
AT
AT
GC
GC
GC
GC
TA
TA
AT
AT
CG
CG
TA
TA
GC + GC
CG
CG
CG
CG
AT
AT
CG
CG
TA
TA
GC
GC
GC
GC
子代DNA
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2、双向性 两条DNA单链的复制从固定起点开始，向两侧相
反方向推进（各自分别沿新合成链的5’ 3’方向）。
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一、转录的基本过程 — 起始、延长、终止
1.转录的起始 • 原核生物的RNA聚合酶：4种亚基α, β, β’, 。
其中亚基识别转录起始点，称为转录的起始因子。
全酶
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核心酶
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• 真核生物的RNA聚合酶( 3种)：RNA 聚合酶 I、II、III. 亚基种类多，结构复杂。
5’
3’
3’
5’
复制子
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前导链 (leading strand)
3
5 解链方向
3
RNA引物
后随链 (lagging strand)
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• 前导链 (leading strand)：合成方向同复制叉推进 方向一致，连续合成。
• 后随链 (lagging strand)：合成方向同复制叉推进 方向相反，短片段、不连续合成。
引物酶
复制叉
(replication fork)
3’
5’
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3、多起点性
真核生物 DNA 复制有多个起始点。 习惯上把具有一个DNA复制起点的复制单位称为 复制子 (replicon) 。 因此真核生物的DNA 复制是多复制子的双向复制 ，最终互相连接。
编辑ppt
15
Байду номын сангаас辑ppt
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4、不连续性 • DNA 聚合酶催化 DNA 链合成方向： 5’ 3’
5’
O
3’
O P O- HO
O-
DNA连接酶
ATP ADP
5’
O
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O P O-
O-
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3’ 5’
3’ 5’
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• 端粒酶：在 DNA 复制终止时发挥作用的一种酶， 由RNA与具有反转录酶活性的蛋白质组成。
功能：以自带RNA片段为模板，催化补齐DNA端粒 末端的重复序列，避免DNA在复制中逐渐缩短。
3´
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3´ T C G A A G T C C T A G C G A C 5´
• 3 5外切酶活性 辨认错配的碱基对，并将其水解。
• 5 3外切酶活性
切除RNA引物、突编变辑p的pt DNA片段等。
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• 连接酶：催化相邻 DNA 片段间的3’- OH 与 5’- PO4 间形成磷酸二酯键，从而使 DNA 片段连接在一起。
转录方向
5
编码链
3
模板链
模板链
3
编码链
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转录方向
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复制和转录的区别
模板 原料 酶 产物
配对
复制
转录
两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
dNTP
NTP
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA （半保留复制）
A-T，G-C
A-U，T-A，G-C