第四章細(xì)胞的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄

演示文稿第四章細(xì)胞的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄現(xiàn)在是1頁\一共有80頁\編輯于星期五第四章細(xì)胞的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄現(xiàn)在是2頁\一共有80頁\編輯于星期五

細(xì)胞、個體乃至物種的遺傳特性要在代代相傳中得到維持，有賴于遺傳物質(zhì)完整、準(zhǔn)確的復(fù)制并分配至子代細(xì)胞。現(xiàn)在是3頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是4頁\一共有80頁\編輯于星期五DNA復(fù)制replication：由一個親代雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的過程（3.2×109核苷酸對）艱巨任務(wù)：在子代細(xì)胞誕生前迅速而精確地完成這一過程（約8小時）＝8小時內(nèi)寫滿1000冊書！奇跡是怎樣創(chuàng)造的？現(xiàn)在是5頁\一共有80頁\編輯于星期五第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復(fù)制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復(fù)制過程及其特征二、DNA復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)現(xiàn)在是6頁\一共有80頁\編輯于星期五一、DNA復(fù)制過程及其特征半保留復(fù)制復(fù)制從復(fù)制起始點開始復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡復(fù)制叉的不對稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段校讀糾錯機(jī)制整個染色體的復(fù)制現(xiàn)在是7頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制過程

DNA復(fù)制從復(fù)制起始點開始,在起始蛋白為首的一個多酶復(fù)合體的作用下，雙鏈解開，形成兩個方向相反的復(fù)制叉。在復(fù)制叉上，DNA聚合酶分別以DNA雙鏈中的一條為模板，4種三磷酸脫氧核苷酸為原料，合成兩條新的DNA鏈。隨著復(fù)制叉向相反兩個方向推進(jìn)，就形成復(fù)制泡。復(fù)制泡在各個復(fù)制起始點發(fā)生并增大，使DNA分子得到完整復(fù)制。

現(xiàn)在是8頁\一共有80頁\編輯于星期五DNA復(fù)制:由一個親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的程。1.半保留復(fù)制（semi-conservativereplication）

現(xiàn)在是9頁\一共有80頁\編輯于星期五CGTAGCATCGGC以一條DNA鏈作為模板（舊鏈）復(fù)制新鏈，復(fù)制后的雙螺旋含一條舊鏈和一條新鏈。1.半保留復(fù)制現(xiàn)在是10頁\一共有80頁\編輯于星期五母鏈復(fù)制復(fù)制復(fù)制后的DNA分子，各含有1條原來的舊鏈和1條新鏈，兩個新合成的雙螺旋都是原來雙螺旋的精確復(fù)制品，這稱為半保留復(fù)制。復(fù)制現(xiàn)在是11頁\一共有80頁\編輯于星期五2.復(fù)制從復(fù)制起始點replicationorigins開始現(xiàn)在是12頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制起始點：特殊的DNA序列能被起始蛋白識別并結(jié)合通常為富含A、T的重復(fù)序列在細(xì)菌只有一個，在真核細(xì)胞有多個現(xiàn)在是13頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制的起始與雙鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與現(xiàn)在是14頁\一共有80頁\編輯于星期五細(xì)菌真核細(xì)胞基因組（核苷酸對）數(shù)百萬個3.2×109（人）速度500個核苷酸/秒50個核苷酸/秒復(fù)制起始點一個多個現(xiàn)在是15頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制從復(fù)制起始點開始向兩個方向推進(jìn)。（細(xì)菌環(huán)狀DNA分子）現(xiàn)在是16頁\一共有80頁\編輯于星期五在真核細(xì)胞的染色體上，復(fù)制叉由多處復(fù)制起始位點向兩個方向移動現(xiàn)在是17頁\一共有80頁\編輯于星期五3.復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡

(replicationforks,two-directionreplication&replicationbubbles)

復(fù)制叉:

已經(jīng)打開的2條單鏈與未解開的雙鏈間形成Y形。現(xiàn)在是18頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制從復(fù)制起始點開始向兩個方向推進(jìn)，形成兩個反向的復(fù)制叉。現(xiàn)在是19頁\一共有80頁\編輯于星期五在真核細(xì)胞的染色體上，復(fù)制叉由多處復(fù)制起始位點向兩個方向移動現(xiàn)在是20頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制叉replicationfork現(xiàn)在是21頁\一共有80頁\編輯于星期五DNA的合成現(xiàn)在是22頁\一共有80頁\編輯于星期五4.復(fù)制叉的不對稱性asymmetryofreplicationfolk：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段問題：一條新鏈:5’→3’方向合成另一條新鏈如何合成？提示：1.DNA聚合酶只能催化單核苷酸5’→3’方向加入2.5→3連續(xù)合成將使鏈延長與復(fù)制叉推進(jìn)相反?現(xiàn)在是23頁\一共有80頁\編輯于星期五4.復(fù)制叉的不對稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段答案：一條新鏈：5→3方向不間斷合成－前導(dǎo)鏈另一條新鏈：5→3方向間斷合成－后隨鏈現(xiàn)在是24頁\一共有80頁\編輯于星期五間斷合成的新鏈－后隨鏈RNA引物岡崎片段連接切除RNA引物新DNA延伸RNA引物的生成舊鏈

新鏈現(xiàn)在是25頁\一共有80頁\編輯于星期五

在后隨鏈合成中，由DNA聚合酶在RNA引物的3’-OH上合成一段多核苷酸鏈，此DNA片段加上RNA引物構(gòu)成岡崎片段。

岡崎片段（Okazakifragments）DNA聚合酶I5’3’切除RNA引物5’3’填充脫氧核苷酸DNA連接酶：連接兩個DNA片段岡崎片段連接:卡通現(xiàn)在是26頁\一共有80頁\編輯于星期五3’3’5’5’

復(fù)制叉推進(jìn)方向

復(fù)制起始點模板鏈復(fù)制起始點DNA的雙向復(fù)制示意圖復(fù)制叉推進(jìn)方向現(xiàn)在是27頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制叉內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不對稱的：一條鏈不間斷地合成，并率先發(fā)生，因而叫作前導(dǎo)鏈另一條鏈間斷合成，由岡崎片段連接而成，并滯后發(fā)生，因而叫作后隨鏈。(后隨鏈合成滯后的原因）后隨鏈中核苷酸聚合的方向與鏈延伸的方向是相反的，而鏈延伸的方向與復(fù)制叉推進(jìn)的方向是一致的。圖示現(xiàn)在是28頁\一共有80頁\編輯于星期五復(fù)制的主要步驟在復(fù)制起始點打開雙鏈合成一段RNA引物前導(dǎo)鏈合成（DNA鏈在RNA引物后開始合成）后隨鏈合成(岡崎片段在引物后開始合成）卡通2現(xiàn)在是29頁\一共有80頁\編輯于星期五TTTTCA5．校讀糾錯機(jī)制proofreading&mistake-correction復(fù)制過程中DNA多聚酶的校讀糾錯作用一、在新的核苷酸中堿基剛剛與對應(yīng)堿基結(jié)合、尚未與新鏈末端共價聯(lián)結(jié)的時候，多聚酶就對配對進(jìn)行校對。堿基配對錯誤則使DNA合成暫停。二、“核酸外切校讀”。如果聯(lián)結(jié)在RNA引物3’－OH末端的是錯配核苷酸，該酶切除錯配者，直至正確配對的核苷酸作為引物的3’末端才開始DNA合成?，F(xiàn)在是30頁\一共有80頁\編輯于星期五6．整個染色體的復(fù)制多個復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個區(qū)段復(fù)制順序先后固定.端粒酶保證真核染色體末端的完整復(fù)制.DNA新鏈合成完畢后立即就有組蛋白與之裝配，新的核小體形成.現(xiàn)在是31頁\一共有80頁\編輯于星期五快速分裂的核中提取的DNA電鏡照片復(fù)制泡return多個復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個區(qū)段復(fù)制順序先后固定現(xiàn)在是32頁\一共有80頁\編輯于星期五端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復(fù)制卡通現(xiàn)在是33頁\一共有80頁\編輯于星期五組蛋白加入，形成新的核小體現(xiàn)在是34頁\一共有80頁\編輯于星期五組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心現(xiàn)在是35頁\一共有80頁\編輯于星期五二、DNA復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)一系列酶和其他蛋白質(zhì)組成復(fù)合體，作為一個整體沿DNA分子移動，協(xié)調(diào)兩條鏈上的合成過程。

奇跡的創(chuàng)造者現(xiàn)在是36頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是37頁\一共有80頁\編輯于星期五

參加大腸桿菌DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)及其功能

蛋白質(zhì)功能DnaA蛋白(起始因子)識別起始順序在復(fù)制起始點打開雙鏈DnaB蛋白(解旋酶)松解DNA雙螺旋DnaC蛋白輔助解旋酶結(jié)合到起始點DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I和II解除DNA超螺旋并防止鏈纏繞DnaG蛋白(引物酶)合成RNA引物(前導(dǎo)鏈上一個,后隨鏈上多個引物)SSB蛋白(單鏈結(jié)合蛋白)結(jié)合至單鏈DNA維持其單鏈狀態(tài)滑動鉗夾幫助DNA聚合酶穩(wěn)定結(jié)合于模板鏈上DNA聚合酶III1.延長新鏈(5‘3’聚合酶活性:以DNA為模板,

在RNA引物3‘-OH加上dNTP)2.錯配校讀(3‘5’外切酶活性:切除錯配dNTP)DNA聚合酶I在崗崎片段之間除去引物并填補(bǔ)空隙,錯配校讀DNA連接酶連接崗崎片段3‘-OH與5’-P現(xiàn)在是38頁\一共有80頁\編輯于星期五第四章細(xì)胞核nucleus第一節(jié)核被膜第二節(jié)染色質(zhì)和染色體第三節(jié)核仁第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復(fù)制第五節(jié)遺傳信息的表達(dá)現(xiàn)在是39頁\一共有80頁\編輯于星期五受精卵→胚胎干細(xì)胞→→→各種細(xì)胞分化分化：基因選擇性表達(dá)的結(jié)果紅細(xì)胞：專一表達(dá)血紅蛋白

分化現(xiàn)在是40頁\一共有80頁\編輯于星期五一個人的兩種細(xì)胞：源于同一個細(xì)胞(同一個受精卵)，攜帶完全相同的遺傳信息卻有著截然不同的形態(tài)和功能。怎么會這樣呢？現(xiàn)在是41頁\一共有80頁\編輯于星期五第五節(jié)遺傳信息的表達(dá)Expressionofthegenomicinformation

一、基因的轉(zhuǎn)錄transcription

－從DNA到RNA

二、基因的翻譯translation

－從RNA到蛋白質(zhì)現(xiàn)在是42頁\一共有80頁\編輯于星期五中心法則Thecentralprinciple

細(xì)胞內(nèi)的基因先將它的遺傳信息轉(zhuǎn)錄在mRNA上，再經(jīng)過翻譯，將特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在是43頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是44頁\一共有80頁\編輯于星期五一、基因的轉(zhuǎn)錄－從DNA到RNA(同樣的語言)（一）轉(zhuǎn)錄過程（二）有意義鏈和反意義鏈（三）真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工現(xiàn)在是45頁\一共有80頁\編輯于星期五ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures現(xiàn)在是46頁\一共有80頁\編輯于星期五

rRNA和tRNA能發(fā)生分子內(nèi)的堿基配對，易于折疊成三維結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)分子的作用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是47頁\一共有80頁\編輯于星期五在RNA合成酶系作用下，以DNA的一條鏈上的一段序列為模板，按照堿基配對原則，以4種三磷酸核苷酸為原料，合成一個與模板序列互補(bǔ)的RNA分子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要有mRNA、rRNA和tRNA。（一）轉(zhuǎn)錄過程5’5’3’3’5’3’現(xiàn)在是48頁\一共有80頁\編輯于星期五轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補(bǔ)的RNA鏈（一）轉(zhuǎn)錄過程現(xiàn)在是49頁\一共有80頁\編輯于星期五proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列現(xiàn)在是50頁\一共有80頁\編輯于星期五proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列啟動子和終止子：特殊的DNA序列，對RNA聚合酶發(fā)出的信號。現(xiàn)在是51頁\一共有80頁\編輯于星期五原核細(xì)胞的啟動子

－轉(zhuǎn)錄酶識別和結(jié)合的部位，結(jié)合后啟動轉(zhuǎn)錄起始點酶識別部位不同原核生物啟動子區(qū)序列的比較酶結(jié)合部位Pribnow盒啟動子現(xiàn)在是52頁\一共有80頁\編輯于星期五由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶：催化這一合成反應(yīng)，所以又叫轉(zhuǎn)錄酶。作用是解開DNA雙鏈，以其中的反基因鏈為模板，將4種三磷酸核苷酸聚合成與模板互補(bǔ)的RNA鏈?，F(xiàn)在是53頁\一共有80頁\編輯于星期五RNA聚合酶催化的細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)錄:聚合酶遇到啟動子序列就與之結(jié)合,打開雙鏈開始轉(zhuǎn)錄,直至遇到終止子.卡通現(xiàn)在是54頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是55頁\一共有80頁\編輯于星期五三種轉(zhuǎn)錄物：信使RNA(mRNA)－傳遞遺傳信息核糖體RNA(rRNA)－作為結(jié)構(gòu)分子和酶組分轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)－作為結(jié)構(gòu)分子現(xiàn)在是56頁\一共有80頁\編輯于星期五基因鏈（genestrand）:基因遺傳信息所在的DNA單鏈。反基因鏈（antigenestrand）:與基因鏈互補(bǔ)的那條DNA

單鏈。mRNA鏈：序列與基因鏈相同（T=U）(二)有意義鏈和反意義鏈

sense/antisensestrands基因鏈或有意義鏈反基因鏈或反意義鏈現(xiàn)在是57頁\一共有80頁\編輯于星期五

一段細(xì)菌染色體上多個基因的轉(zhuǎn)錄方向理論上任何一段DNA的兩條鏈都可以轉(zhuǎn)錄出兩個RNA分子，但實際上一段DNA上總是只有一條鏈作為RNA的模板，即反基因鏈，由此轉(zhuǎn)錄出來的RNA鏈序列與模板鏈互補(bǔ)，與基因鏈相同。一段DNA的兩條鏈何者作為模板可以看作由特定基因的啟動子位置決定。啟動子一般位于基因上游,轉(zhuǎn)錄酶先結(jié)合上啟動子，就決定了模板鏈?，F(xiàn)在是58頁\一共有80頁\編輯于星期五細(xì)菌基因與真核生物基因的比較(三)、真核細(xì)胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工Transcriptionandprocessing

現(xiàn)在是59頁\一共有80頁\編輯于星期五細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的RNA的種類RNA種類功能mRNA編碼蛋白質(zhì)rRNA形成核糖體的一部分并參與蛋白質(zhì)的合成tRNA蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物小RNA用于未成熟mRNA的拼接、蛋白質(zhì)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運以及其他細(xì)胞過程現(xiàn)在是60頁\一共有80頁\編輯于星期五mRNA(真核加工)rRNA(真核、原核均加工)tRNA(真核、原核均加工)(三)、真核細(xì)胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工現(xiàn)在是61頁\一共有80頁\編輯于星期五真核生物原核生物原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯現(xiàn)在是62頁\一共有80頁\編輯于星期五

mRNA的加工 作用

1.加帽(capping)增加穩(wěn)定性

5’-三磷酸-7-甲基鳥苷

2.加尾(tailing)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運有關(guān)

3’-PolyA序列3.拼接（splicing）切除內(nèi)含子并聯(lián)結(jié)外顯子

4.RNA編輯（editing）擴(kuò)充遺傳信息？現(xiàn)在是63頁\一共有80頁\編輯于星期五原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成熟mRNA帽子附加位點多聚A尾加尾信號現(xiàn)在是64頁\一共有80頁\編輯于星期五裝配成核糖體小亞基裝配成核糖體大亞基45SrRNA前體45SrRNA前體加工1.兩種化學(xué)修飾－甲基化和假尿苷2.內(nèi)含子被切除形成三個獨立的

rRNA分子（18S、5.8S、28S）S的含義現(xiàn)在是65頁\一共有80頁\編輯于星期五tRNA加工剪接堿基修飾現(xiàn)在是66頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是67頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是68頁\一共有80頁\編輯于星期五二、基因的翻譯－從RNA到蛋白質(zhì)

(不同的語言)(發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)嗎?)（一）密碼（二）翻譯過程（三）翻譯的場所-核糖體

3種RNA在此緊密合作現(xiàn)在是69頁\一共有80頁\編輯于星期五

遺傳信息的翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列，合成多肽的過程，是基因表達(dá)的最終目的。蛋白質(zhì)的生物合成發(fā)生在核糖體上，三種成熟的RNA分子從核進(jìn)入胞質(zhì)后在此各自發(fā)揮重要作用。mRNA編碼蛋白質(zhì)rRNA形成核糖體的骨架并參與蛋白質(zhì)的合成(核酶)tRNA蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物現(xiàn)在是70頁\一共有80頁\編輯于星期五從基因到蛋白質(zhì)的步驟現(xiàn)在是71頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是72頁\一共有80頁\編輯于星期五現(xiàn)在是73頁\一共有80頁\編輯于星期五比較DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的特點復(fù)制轉(zhuǎn)錄目的 復(fù)制遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)錄遺傳信息模板完整的染色體分子染色體分子上一段DNA(基因)催化合成的酶DNA聚合酶RNA聚合酶原料4種脫氧核糖核苷酸4種核糖核苷酸

dATP,dTTP,dCTP,dGTPATP,UTP,CTP,GTP產(chǎn)物完整的染色體分子一個特異的RNA分子

(子代DNA)(mRNA,rRNA,tRNA或sRNA)首發(fā)事件起始