遗传的分子基础

1、第一节第一节 核酸的结构核酸的结构第二节第二节 DNA复制复制第三节第三节 遗传信息的表达与调控遗传信息的表达与调控第四节第四节 基因的概念与发展基因的概念与发展第五节第五节 遗传工程简介遗传工程简介一、一、DNA的一级结构的一级结构二、二、DNA的二级结构的二级结构三、从三、从DNA到染色体到染色体四、四、RNA的分子结构的分子结构两种核酸的化学组成两种核酸的化学组成两种核酸的化学组成两种核酸的化学组成两种核酸的化学组成两种核酸的化学组成 以以以以以以核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。为单元构成的多聚体，是一种

2、高分子化合物。为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。 五碳糖：脱氧核糖、核糖五碳糖：脱氧核糖、核糖五碳糖：脱氧核糖、核糖五碳糖：脱氧核糖、核糖五碳糖：脱氧核糖、核糖五碳糖：脱氧核糖、核糖核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸 磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤 环状的含氮碱基环状的含氮碱基环状的含氮碱基环状的含氮碱基环状的含氮碱基环状的含氮碱基胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧

3、啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：高等植物高等植物高等植物高等植物高等植物高等植物：DNADNADNA存在于染色体，叶绿体、线粒体中；存在于染色体，叶绿体、线粒体中；存在于染色体，叶绿体、线粒体中；存在于染色体，叶绿体、线粒体中；存在于染色体，叶绿体、线粒体中；存在于染色体，叶绿体、线粒体中；RNARNARNA在核（核仁、染色体）、细胞质中。在核（核仁、染色体）、细胞质中。在核（核仁、染色体）、细胞质中。在核（核仁、染色体）、细胞质中。在核（核仁、染色体）、细胞质中。在核（核仁、染色体）、细胞质中。细菌：细菌：细

4、菌：细菌：细菌：细菌：DNADNADNA和和和和和和RNARNARNA。噬菌体：噬菌体：噬菌体：噬菌体：噬菌体：噬菌体：多数只有多数只有多数只有多数只有多数只有多数只有DNADNADNA。植物病毒：植物病毒：植物病毒：植物病毒：植物病毒：植物病毒：多数只有多数只有多数只有多数只有多数只有多数只有RNARNARNA。动物病毒：动物病毒：动物病毒：动物病毒：动物病毒：动物病毒：有些含有些含有些含有些含有些含有些含RNARNARNA、有些含、有些含、有些含、有些含、有些含、有些含DNADNADNA。(一一)、 贾格夫准则及其意义；贾格夫准则及其意义；(二二)、 核苷酸序列及其测定。核苷酸序列及其测定

5、。E.Chargaff于于1946-1950年根据纸层析、离子年根据纸层析、离子交换层析和紫外分光光度试验结果提出贾格交换层析和紫外分光光度试验结果提出贾格夫定则：夫定则：四种碱基的数量不是等量的；四种碱基的数量不是等量的；同一物种同一物种DNA碱基组成不变，而物种间则碱基组成不变，而物种间则有很大不同；有很大不同；嘌呤碱基总量与嘧啶碱基的总量嘌呤碱基总量与嘧啶碱基的总量(克分子总克分子总量量)相等相等(A+G=T+C)，且，且A=T、G=C。贾格夫准则表明：核酸并不是四核苷酸结构的贾格夫准则表明：核酸并不是四核苷酸结构的简单重复，核酸的简单重复，核酸的碱基序列信息碱基序列信息可能具有重要可能

6、具有重要意义。意义。碱基序列正是核酸生物学功能的基础，是遗传碱基序列正是核酸生物学功能的基础，是遗传信息的内在形式。信息的内在形式。DNA及及RNA分子序列分析技术也是最重要的分分子序列分析技术也是最重要的分子遗传学研究技术：子遗传学研究技术：Sanger双脱氧法；双脱氧法；Maxam&Gillbert化学法；化学法；基于化学法的基于化学法的DNA序列自动分析仪已成为常序列自动分析仪已成为常规实验设备。规实验设备。 DNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型右手螺旋右手螺旋反向平行反向平行碱基互补，碱基互补，A=T，G=C每螺旋为每螺旋为3.4nm长，含长，含10个碱基，直径为个碱基，直径为2

7、nm表面分布有大沟和小沟交替出现。表面分布有大沟和小沟交替出现。染色质的结构染色质的结构核小体的组成核小体的组成染色质的高级结构染色质的高级结构从从DNA到染色体到染色体真核细胞的染色质结构真核细胞的染色质结构真核细胞的染色质结构真核细胞的染色质结构真核细胞的染色质结构真核细胞的染色质结构) ) ) ) ) ) 高度有序的高度有序的高度有序的高度有序的高度有序的高度有序的 DNA-DNA-DNA-蛋白质复合体构成蛋白质复合体构成蛋白质复合体构成蛋白质复合体构成蛋白质复合体构成蛋白质复合体构成真核染色体真核染色体真核染色体真核染色体真核染色体真核染色体，其质量，其质量，其质量，其质量，其质量，其

8、质量50%50%50%以上为蛋白质。以上为蛋白质。以上为蛋白质。以上为蛋白质。以上为蛋白质。以上为蛋白质。 染色体染色体染色体染色体染色体染色体DNADNADNA的长度是以的长度是以的长度是以的长度是以的长度是以的长度是以cmcmcm为单位为单位为单位为单位为单位为单位, , , 而而而而而而直径是以直径是以直径是以直径是以直径是以直径是以m m m m m mmmm为单位。为单位。为单位。为单位。为单位。为单位。 细胞核中细胞核中细胞核中细胞核中细胞核中细胞核中DNADNADNA溶度大约为溶度大约为溶度大约为溶度大约为溶度大约为溶度大约为 200 mg/ml200 mg/ml200 mg/m

9、l 。Chromatin Chromatin Chromatin 染色质染色质染色质染色质染色质染色质染色质结构染色质结构染色质结构染色质结构染色质结构染色质结构 染色质结构在染色质结构在染色质结构在染色质结构在染色质结构在染色质结构在细胞周期中随染色体螺细胞周期中随染色体螺细胞周期中随染色体螺细胞周期中随染色体螺细胞周期中随染色体螺细胞周期中随染色体螺旋化程度发生改变。旋化程度发生改变。旋化程度发生改变。旋化程度发生改变。旋化程度发生改变。旋化程度发生改变。 中期中期中期中期中期中期- - - - - - 高度浓缩，染色体；高度浓缩，染色体；高度浓缩，染色体；高度浓缩，染色体；高度浓缩，染色

10、体；高度浓缩，染色体；间期间期间期间期间期间期- - - - - - 解旋，染色质。解旋，染色质。解旋，染色质。解旋，染色质。解旋，染色质。解旋，染色质。HistonesHistonesHistones ( ( (组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白) ) ): : : 带正电氨基酸带正电氨基酸带正电氨基酸带正电氨基酸带正电氨基酸带正电氨基酸核心组蛋白核心组蛋白核心组蛋白核心组蛋白核心组蛋白核心组蛋白 (H2A, H2B, H3 and H4): (H2A, H2B, H3 and H4): (H2A, H2B, H3 and H4): 1. 1. 1. 分子量约为分子量约为分子量约为分子量约

11、为分子量约为分子量约为10-20 kDa10-20 kDa10-20 kDa2. 2. 2. 位于位于位于位于位于位于 nucleosomenucleosomenucleosome ( ( (核小体核小体核小体核小体核小体核小体) ) ) 核心核心核心核心核心核心 octameroctameroctamer 八聚体八聚体八聚体八聚体八聚体八聚体 core (H2A)core (H2A)core (H2A)2 2 2(H2B)(H2B)(H2B)2 2 2 (H3)(H3)(H3)2 2 2 (H4)(H4)(H4)2 2 2 3. 3. 3. 同一组蛋白在不同物种之间高度保守同一组蛋白在不同物

12、种之间高度保守同一组蛋白在不同物种之间高度保守同一组蛋白在不同物种之间高度保守同一组蛋白在不同物种之间高度保守同一组蛋白在不同物种之间高度保守组蛋白八聚体组蛋白八聚体组蛋白八聚体组蛋白八聚体组蛋白八聚体组蛋白八聚体Histone octamerHistone octamerHistone octamerTop viewTop viewTop viewSide viewSide viewSide viewNucleosomeNucleosomeNucleosome core ( core ( core (核小体核心核小体核心核小体核心核小体核心核小体核心核小体核心) ) )NucleosomeN

13、ucleosomeNucleosome core core core146 bp, 1.8 superhelical146 bp, 1.8 superhelical146 bp, 1.8 superhelical turn turn turnChromatosomeChromatosomeChromatosome166 bp, 2 superhelical166 bp, 2 superhelical166 bp, 2 superhelical turn turn turnDNADNADNAHistone octamerHistone octamerHistone octamerHistone

14、H1Histone H1Histone H1 组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白H1H1H1：大小为：大小为：大小为：大小为：大小为：大小为 23 kDa23 kDa23 kDa1. 1. 1. 位于核小体核心外侧位于核小体核心外侧位于核小体核心外侧位于核小体核心外侧位于核小体核心外侧位于核小体核心外侧, , , 与与与与与与DNADNADNA连接松散，连接松散，连接松散，连接松散，连接松散，连接松散，2. 2. 2. 其序列保守性较低其序列保守性较低其序列保守性较低其序列保守性较低其序列保守性较低其序列保守性较低 组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白H1H1H1的作用的作用的作用的作用的作

15、用的作用: : : 在在在在在在DNADNADNA出入核小体核心颗粒处对出入核小体核心颗粒处对出入核小体核心颗粒处对出入核小体核心颗粒处对出入核小体核心颗粒处对出入核小体核心颗粒处对DNADNADNA起稳定作用。起稳定作用。起稳定作用。起稳定作用。起稳定作用。起稳定作用。 染色质结构染色质结构染色质结构染色质结构染色质结构染色质结构核小体核小体核小体核小体核小体核小体 是组成染色质的最基本的亚结构单是组成染色质的最基本的亚结构单是组成染色质的最基本的亚结构单是组成染色质的最基本的亚结构单是组成染色质的最基本的亚结构单是组成染色质的最基本的亚结构单元元元元元元, , , 包含约包含约包含约包含约

16、包含约包含约200 bp200 bp200 bp 的的的的的的 DNADNADNA和组蛋白八聚体。和组蛋白八聚体。和组蛋白八聚体。和组蛋白八聚体。和组蛋白八聚体。和组蛋白八聚体。DNA + Histone octamerDNA + Histone octamerDNA + Histone octamer ( ( (组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白 八聚体八聚体八聚体八聚体八聚体八聚体) ) ) NucleosomeNucleosomeNucleosome core ( core ( core (核小体核心核小体核心核小体核心核小体核心核小体核心核小体核心 146bp) + 146bp) +

17、 146bp) + H1 H1 H1 ChromatosomeChromatosomeChromatosome ( ( (染色小体染色小体染色小体染色小体染色小体染色小体 166bp) + 166bp) + 166bp) + linker DNA linker DNA linker DNA NucleosomeNucleosomeNucleosome ( ( (核小体核小体核小体核小体核小体核小体) (200 bp) (200 bp) (200 bp) ) )核小体组成核小体组成核小体组成核小体组成核小体组成核小体组成 (Steps to make a(Steps to make a(Step

18、s to make a Nucleosome Nucleosome Nucleosome ) ) )核小体与微球菌核酸酶核小体与微球菌核酸酶核小体与微球菌核酸酶核小体与微球菌核酸酶核小体与微球菌核酸酶核小体与微球菌核酸酶 Nucleosomes and micrococcalNucleosomes and micrococcalNucleosomes and micrococcal nuclease treatment nuclease treatment nuclease treatment微球菌核酸酶是一种切割双链微球菌核酸酶是一种切割双链微球菌核酸酶是一种切割双链微球菌核酸酶是一种切割双

19、链微球菌核酸酶是一种切割双链微球菌核酸酶是一种切割双链DNADNADNA的内切酶，的内切酶，的内切酶，的内切酶，的内切酶，的内切酶，用用用微球菌核微球菌核微球菌核微球菌核微球菌核微球菌核酸酶处理染色质，会分离出长度为酸酶处理染色质，会分离出长度为酸酶处理染色质，会分离出长度为酸酶处理染色质，会分离出长度为酸酶处理染色质，会分离出长度为酸酶处理染色质，会分离出长度为200bp200bp200bp不同倍数的片段不同倍数的片段不同倍数的片段不同倍数的片段不同倍数的片段不同倍数的片段。 连接连接连接连接连接连接 DNADNADNA10 to 100 bp10 to 100 bp10 to 100 bp

20、average 55 bpaverage 55 bpaverage 55 bp染色质串珠结构染色质串珠结构染色质串珠结构染色质串珠结构染色质串珠结构染色质串珠结构核小体核小体核小体核小体核小体核小体组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白 H1H1H1核小体重复单元核小体重复单元核小体重复单元核小体重复单元核小体重复单元核小体重复单元核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒 + + +连接连接连接连接连接连接 DNADNADNA= 200 bp= 200 bp= 200 bp 30 nm 30 nm 30 nm 纤丝纤丝纤丝纤丝纤丝纤丝 高度有序高度有序高度有序高度有序高度有序高度有序 左

21、手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋 6 6 6个核小体个核小体个核小体个核小体个核小体个核小体/ / /圈圈圈圈圈圈 30 nm fiber30 nm fiber30 nm fiber(30nm in diameter)(30nm in diameter)(30nm in diameter)NucleosomeNucleosomeNucleosome repeat repeat repeatCore + linker DNACore + linker DNACore + linker DNAca 200 bpca 200 bpca 200 bpNuclear matrix (Nuc

22、lear matrix (Nuclear matrix (核基质核基质核基质核基质核基质核基质) ) ), , , 蛋白质复合体蛋白质复合体蛋白质复合体蛋白质复合体蛋白质复合体蛋白质复合体30 nm 30 nm 30 nm 纤丝纤丝纤丝纤丝纤丝纤丝300 nm300 nm300 nm 染色质高级结构染色质高级结构染色质高级结构染色质高级结构染色质高级结构染色质高级结构 looped domain structurelooped domain structurelooped domain structure1 1 1个环约个环约个环约个环约个环约个环约含含含含含含100kb100kb100kbS

23、teps from Steps from Steps from DNA to DNA to DNA to chromosomechromosomechromosometRNAtRNAtRNA结构结构结构结构结构结构单链单链单链单链单链单链U U U代替代替代替代替代替代替T T T核糖代替脱氧核糖核糖代替脱氧核糖核糖代替脱氧核糖核糖代替脱氧核糖核糖代替脱氧核糖核糖代替脱氧核糖与与与与与与DNADNADNA的区别的区别的区别的区别的区别的区别一、一、DNA复制的特点；复制的特点；二、复制的起点与方向；二、复制的起点与方向；一、一、一、一、一、一、DNADNADNA复制的一般特点复制的一般特点复制

24、的一般特点复制的一般特点复制的一般特点复制的一般特点 、半保留复制、半保留复制、半保留复制、半保留复制、半保留复制、半保留复制1.1.1.1.1.1.瓦特森瓦特森瓦特森瓦特森瓦特森瓦特森( ( ( ( ( (Watson J. D.Watson J. D.Watson J. D.) ) ) ) ) )等提出等提出等提出等提出等提出等提出的的的的的的DNADNADNA半保留复制方式半保留复制方式半保留复制方式半保留复制方式半保留复制方式半保留复制方式。其方法为：其方法为：其方法为：其方法为：其方法为：其方法为：一端沿氢键逐渐断开；一端沿氢键逐渐断开；一端沿氢键逐渐断开；一端沿氢键逐渐断开；一端沿

25、氢键逐渐断开；一端沿氢键逐渐断开；以单链为模板，碱基互补；以单链为模板，碱基互补；以单链为模板，碱基互补；以单链为模板，碱基互补；以单链为模板，碱基互补；以单链为模板，碱基互补；氢键结合，聚合酶等连接；氢键结合，聚合酶等连接；氢键结合，聚合酶等连接；氢键结合，聚合酶等连接；氢键结合，聚合酶等连接；氢键结合，聚合酶等连接；形成新的互补链；形成新的互补链；形成新的互补链；形成新的互补链；形成新的互补链；形成新的互补链；形成了两个新形成了两个新形成了两个新形成了两个新形成了两个新形成了两个新DNADNADNA分子。分子。分子。分子。分子。分子。DNADNADNA的这种复制方式对保持的这种复制方式对保

26、持的这种复制方式对保持的这种复制方式对保持的这种复制方式对保持的这种复制方式对保持生物遗传的稳定性是非常重要的。生物遗传的稳定性是非常重要的。生物遗传的稳定性是非常重要的。生物遗传的稳定性是非常重要的。生物遗传的稳定性是非常重要的。生物遗传的稳定性是非常重要的。、半不连续复制、半不连续复制、半不连续复制、半不连续复制、半不连续复制、半不连续复制DNADNADNA聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以5 5 5 3 3 3 方向发挥作用；方向发挥作用；方向发挥作用；方向发挥作用；方向发挥作用；方向发挥作用；从从从从从从3 3 3 5 5 5 合成方向的一条链，就会遇到困难。

27、合成方向的一条链，就会遇到困难。合成方向的一条链，就会遇到困难。合成方向的一条链，就会遇到困难。合成方向的一条链，就会遇到困难。合成方向的一条链，就会遇到困难。 Kornberg (1967)Kornberg (1967)Kornberg (1967)提出提出提出提出提出提出不连续复制假说不连续复制假说不连续复制假说不连续复制假说不连续复制假说不连续复制假说：在在在在在在3 3 3 5 5 5方向链上，仍按从方向链上，仍按从方向链上，仍按从方向链上，仍按从方向链上，仍按从方向链上，仍按从5 5 5 3 3 3的方向一段段的方向一段段的方向一段段的方向一段段的方向一段段的方向一段段地合成地合成地

28、合成地合成地合成地合成DNADNADNA单链小片段单链小片段单链小片段单链小片段单链小片段单链小片段“冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段”(10002000bp)(10002000bp)(10002000bp) 由连由连由连由连由连由连接酶连接这些片段接酶连接这些片段接酶连接这些片段接酶连接这些片段接酶连接这些片段接酶连接这些片段 形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。二、复制起点和复制方向二、复制起点和复制方向二、复制起点和复制方向二、复制起点和复制方向二、复制起点和复制方向二、复制起点和复制方向

29、1. 1. 1.原核生物原核生物原核生物原核生物原核生物原核生物绝大多数细菌和病毒绝大多数细菌和病毒绝大多数细菌和病毒绝大多数细菌和病毒绝大多数细菌和病毒绝大多数细菌和病毒：只有一个复制起点，控制整个：只有一个复制起点，控制整个：只有一个复制起点，控制整个：只有一个复制起点，控制整个：只有一个复制起点，控制整个：只有一个复制起点，控制整个染色体的复制，且为双向复制。染色体的复制，且为双向复制。染色体的复制，且为双向复制。染色体的复制，且为双向复制。染色体的复制，且为双向复制。染色体的复制，且为双向复制。噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体P2P2P2：其：其：其：其：其：其DNADNADNA的

30、复制是沿一个方向进行的。的复制是沿一个方向进行的。的复制是沿一个方向进行的。的复制是沿一个方向进行的。的复制是沿一个方向进行的。的复制是沿一个方向进行的。复制子复制子复制子复制子复制子复制子：在同一个复制起点控制下的一段：在同一个复制起点控制下的一段：在同一个复制起点控制下的一段：在同一个复制起点控制下的一段：在同一个复制起点控制下的一段：在同一个复制起点控制下的一段DNADNADNA序列。序列。序列。序列。序列。序列。2. 2. 2.真核生物真核生物真核生物真核生物真核生物真核生物每条染色体的每条染色体的每条染色体的每条染色体的每条染色体的每条染色体的DNADNADNA复制都是复制都是复制都

31、是复制都是复制都是复制都是多起点多起点多起点多起点多起点多起点，多个，多个，多个，多个，多个，多个复制起点共同控制整个染色体的复制；复制起点共同控制整个染色体的复制；复制起点共同控制整个染色体的复制；复制起点共同控制整个染色体的复制；复制起点共同控制整个染色体的复制；复制起点共同控制整个染色体的复制；每条染色体有每条染色体有每条染色体有每条染色体有每条染色体有每条染色体有多个复制子多个复制子多个复制子多个复制子多个复制子多个复制子；且为且为且为且为且为且为双向复制双向复制双向复制双向复制双向复制双向复制三、原核生物三、原核生物三、原核生物三、原核生物三、原核生物三、原核生物DNADNADNA合

32、成合成合成合成合成合成 、DNADNADNA聚合聚合聚合聚合聚合聚合酶种类与特点酶种类与特点酶种类与特点酶种类与特点酶种类与特点酶种类与特点 DNADNADNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶； 。共性：共性：共性：共性：共性：共性：只有只有只有只有只有只有5 35 35 3聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，DNADNADNA链只能链只能链只能链只能链只能链只能由由由由由由555向向向向向向333延延延延延延伸伸伸伸伸伸；DNADNADNA合成必须在合成必须在合成必须在合成必须在合成必须在合成必须在引物引物引物引物引物引物

33、引导下进行；引导下进行；引导下进行；引导下进行；引导下进行；引导下进行；具有具有具有具有具有具有外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性、合成过程中的错误校正功能。、合成过程中的错误校正功能。、合成过程中的错误校正功能。、合成过程中的错误校正功能。、合成过程中的错误校正功能。、合成过程中的错误校正功能。 、DNADNADNA复制过程复制过程复制过程复制过程复制过程复制过程1 1 1DNADNADNA双螺旋的解链双螺旋的解链双螺旋的解链双螺旋的解链双螺旋的解链双螺旋的解链* * * DNADNADNA解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在AT

34、PATPATP供能下，每分钟旋转供能下，每分钟旋转供能下，每分钟旋转供能下，每分钟旋转供能下，每分钟旋转供能下，每分钟旋转300030003000次解开双螺次解开双螺次解开双螺次解开双螺次解开双螺次解开双螺旋；旋；旋；旋；旋；旋；* * * 单链单链单链单链单链单链DNADNADNA结合蛋白：以避免产生单链内配对；结合蛋白：以避免产生单链内配对；结合蛋白：以避免产生单链内配对；结合蛋白：以避免产生单链内配对；结合蛋白：以避免产生单链内配对；结合蛋白：以避免产生单链内配对；* * * DNADNADNA拓扑异构酶：释放超螺旋应力。拓扑异构酶：释放超螺旋应力。拓扑异构酶：释放超螺旋应力。拓扑异构酶

35、：释放超螺旋应力。拓扑异构酶：释放超螺旋应力。拓扑异构酶：释放超螺旋应力。2. 2. 2.DNADNADNA合成的开始合成的开始合成的开始合成的开始合成的开始合成的开始 合成合成合成合成合成合成DNADNADNA片段之前，片段之前，片段之前，片段之前，片段之前，片段之前，先由先由先由先由先由先由RNARNARNA聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小段段段段段段RNARNARNA引物引物引物引物引物引物( ( (约有约有约有约有约有约有202020个碱基个碱基个碱基个碱基个碱基个碱基对对对对对对) ) ) ，DNADNADNA聚合酶才开始聚合酶才开

36、始聚合酶才开始聚合酶才开始聚合酶才开始聚合酶才开始起作用合成起作用合成起作用合成起作用合成起作用合成起作用合成DNADNADNA片段。片段。片段。片段。片段。片段。一、遗传信息的转录一、遗传信息的转录(RNA的合成的合成) 与与RNA的加工的加工二、遗传密码及其特性二、遗传密码及其特性三、遗传信息的翻译三、遗传信息的翻译四、中心法则及其发展四、中心法则及其发展一、一、一、一、一、一、RNARNARNA的转录及加工的转录及加工的转录及加工的转录及加工的转录及加工的转录及加工 以以以以以以DNADNADNADNADNADNA为模板合成为模板合成为模板合成为模板合成为模板合成为模板合成RNARNAR

37、NARNARNARNA的过程称为转录。转录是的过程称为转录。转录是的过程称为转录。转录是的过程称为转录。转录是的过程称为转录。转录是的过程称为转录。转录是生物界生物界生物界生物界生物界生物界RNARNARNARNARNARNA合成的主要方式，是遗传信息从合成的主要方式，是遗传信息从合成的主要方式，是遗传信息从合成的主要方式，是遗传信息从合成的主要方式，是遗传信息从合成的主要方式，是遗传信息从DNADNADNADNADNADNA向向向向向向RNARNARNARNARNARNA传递过程，也是传递过程，也是传递过程，也是传递过程，也是传递过程，也是传递过程，也是基因表达的开始基因表达的开始基因表达的

38、开始基因表达的开始基因表达的开始基因表达的开始。 转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做依赖酶叫做依赖酶叫做依赖酶叫做依赖酶叫做依赖酶叫做依赖DNADNADNADNADNADNA的的的的的的RNARNARNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶（DNA-dependent RNA DNA-dependent RNA DNA-dependent RNA polymerase

39、, DDRPpolymerase, DDRPpolymerase, DDRP）。（与（与（与（与（与（与RNARNARNARNARNARNA复制比较）复制比较）复制比较）复制比较）复制比较）复制比较） 转录产生初级转录物为转录产生初级转录物为转录产生初级转录物为转录产生初级转录物为转录产生初级转录物为转录产生初级转录物为RNARNARNARNARNARNA前体前体前体前体前体前体（RNA precursorRNA precursorRNA precursor），它们必须经过加工过程变为成熟的它们必须经过加工过程变为成熟的它们必须经过加工过程变为成熟的它们必须经过加工过程变为成熟的它们必须经过加

40、工过程变为成熟的它们必须经过加工过程变为成熟的RNARNARNARNARNARNA（matured matured matured RNARNARNA），才能表现其生物活性。，才能表现其生物活性。，才能表现其生物活性。，才能表现其生物活性。，才能表现其生物活性。，才能表现其生物活性。转录转录转录转录转录转录TranscriptionTranscriptionTranscriptionThe synthesis of a single-stranded RNA from a double-stranded DNA template. RNA synthesis occurs in the 53d

41、irection and its sequence corresponds to that of the DNA strand which is known as the sense strand(有义链有义链).The template of RNA synthesis is the antisense strand(反义链反义链). Necessary components: promoter/template, RNA polymerase, NTPs, terminator/template(-) strand is antisense(-) strand is antisense(-

42、) strand is antisense strand. strand. strand. (+) strand is sense strand(+) strand is sense strand(+) strand is sense strand有义链有义链有义链有义链有义链有义链 (sense strand)(sense strand)(sense strand)与反义链与反义链与反义链与反义链与反义链与反义链 (antisense(antisense(antisense strand) strand) strand)相同点：相同点：相同点：相同点：相同点：相同点：合成方向合成方向合成方向

43、合成方向合成方向合成方向都是以都是以都是以都是以都是以都是以535353535353的方向，的方向，的方向，的方向，的方向，的方向，在在在在在在3-OH3-OH3-OH3-OH3-OH3-OH末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸。不同点：不同点：不同点：不同点：不同点：不同点：（1 1 1 1 1 1）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分

44、基因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；（2 2 2 2 2 2）转录是不对称的）转录是不对称的）转录是不对称的）转录是不对称的）转录是不对称的）转录是不对称的；仅仅仅仅仅仅以以以以以以DNADNADNADNADNADNA的一条链为模板而进行。的一条链为模板而进行。的一条链为模板而进行。的一条链为模板而进行。的一条链为模板而进行。的一条链为模板而进行。（3 3 3 3 3

45、 3）转录时不需要引物，而且）转录时不需要引物，而且）转录时不需要引物，而且）转录时不需要引物，而且）转录时不需要引物，而且）转录时不需要引物，而且RNARNARNARNARNARNA链的合成是连续链的合成是连续链的合成是连续链的合成是连续链的合成是连续链的合成是连续的。的。的。的。的。的。转录的特点转录的特点转录的特点转录的特点转录的特点转录的特点（与（与（与（与（与（与DNADNADNADNADNADNA复制比较）复制比较）复制比较）复制比较）复制比较）复制比较）三种三种三种三种三种三种RNA RNA RNA 分子分子分子分子分子分子 信使信使信使信使信使信使RNA (mRNA)RNA (

46、mRNA)RNA (mRNA) 转移转移转移转移转移转移RNA (tRNARNA (tRNARNA (tRNA) ) ) 核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体RNA (rRNARNA (rRNARNA (rRNA) ) )ATACGATACGATACGTATGCTATGCTATGC+1+1+1promoterpromoterpromoterterminatorterminatorterminatorTranscribed regionTranscribed regionTranscribed regionRNARNARNADNADNADNATranscriptionTranscriptionT

47、ranscriptionAntisenseAntisenseAntisense strand strand strandAUACGAUACGAUACG转录单位的结构转录单位的结构转录单位的结构转录单位的结构转录单位的结构转录单位的结构Structure of a transcription unitStructure of a transcription unitStructure of a transcription unitWhat is a promoter (What is a promoter (What is a promoter (启动子启动子启动子启动子启动子启动子)?)?)?

48、 The sequence of DNA needed for RNA The sequence of DNA needed for RNA The sequence of DNA needed for RNA polymerase to bind to the template and polymerase to bind to the template and polymerase to bind to the template and accomplish the initiation reaction accomplish the initiation reaction accompl

49、ish the initiation reaction RNA polymerase与与dsDNA结合；结合；在链上滑动寻找启动子；在链上滑动寻找启动子；DNA helix解螺旋；解螺旋；在起始位点在起始位点start site (initiation site)合成合成RNA链链, 该位点称为该位点称为+1。转录泡转录泡转录泡转录泡转录泡转录泡Transcription bubbleTranscription bubbleTranscription bubbleAdd ribonucleotides to the 3-endThe RNA polymerase extend the grow

50、ing RNA chain in the direction of 5 3 The enzyme itself moves in 3 to 5 along the antisense DNA strand.延伸延伸延伸延伸延伸延伸ElongationElongationElongation转录复合体转录复合体transcription complex从模板链解离，从模板链解离，RNA链与链与DNA分离；分离；发生在终止子发生在终止子terminator部位部位 (通常为颈环通常为颈环/发发卡结构卡结构 stem-loop or hairpin structure), 有些有些需要辅助蛋白需要辅

51、助蛋白.RNA hairpin (RNA hairpin (RNA hairpin (发卡发卡发卡发卡发卡发卡) structure) structure) structure5 5 5 NNNN NNNN NNNNAAGCGCCGAAGCGCCGAAGCGCCGNNNNCNNNNCNNNNCCGGCGCUUCGGCGCUUCGGCGCUUUUUU -OHUUUU -OHUUUU -OHN N NN NN NN NN CN CN CG G G C C CC C C GG GC C C GG GG G G C C CC C C GG GG G G C C CA A A U U UA A A U

52、U U NNNN UUUU- NNNN UUUU- NNNN UUUU-OHOHOHm m m m m mRNARNARNA转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工555端戴帽；端戴帽；端戴帽；端戴帽；端戴帽；端戴帽；333端加尾；端加尾；端加尾；端加尾；端加尾；端加尾； 内含子剪切；内含子剪切；内含子剪切；内含子剪切；内含子剪切；内含子剪切； 碱基修饰碱基修饰碱基修饰碱基修饰碱基修饰碱基修饰1) Addition of nucleotides to 5-or 3-1) Addition of nucleotides to 5-or 3-1) Addition of nuc

53、leotides to 5-or 3-ends of the primary transcripts or their ends of the primary transcripts or their ends of the primary transcripts or their cleavage products.cleavage products.cleavage products.2) Removal of nucleotides2) Removal of nucleotides2) Removal of nucleotides3) Modification of certain nu

54、cleotides3) Modification of certain nucleotides3) Modification of certain nucleotides Add a Add a Add a methyl groupmethyl groupmethyl group to 2-OH of ribose in to 2-OH of ribose in to 2-OH of ribose in mRNA (A)mRNA (A)mRNA (A) and and and rRNArRNArRNA Extensive changes of bases in Extensive change

55、s of bases in Extensive changes of bases in tRNAtRNAtRNANucleus or NucleolusNucleus or NucleolusNucleus or NucleolusCytoplasmCytoplasmCytoplasmRNA processingRNA processingRNA processingRomovalRomovalRomoval of nucleotides of nucleotides of nucleotidesaddition of nucleotides to addition of nucleotide

56、s to addition of nucleotides to the 5- or 3- endsthe 5- or 3- endsthe 5- or 3- endsmodification of certain modification of certain modification of certain nucleotidesnucleotidesnucleotides（一）（一） 遗传密码的来历；遗传密码的来历；（二）遗传密码字典；（二）遗传密码字典；（三）遗传密码的特点；（三）遗传密码的特点；（一）遗传密码（一）遗传密码（一）遗传密码（一）遗传密码（一）遗传密码（一）遗传密码 DNAD

57、NADNA分子碱基只有分子碱基只有分子碱基只有分子碱基只有分子碱基只有分子碱基只有4 4 4种，而蛋白质氨基酸有种，而蛋白质氨基酸有种，而蛋白质氨基酸有种，而蛋白质氨基酸有种，而蛋白质氨基酸有种，而蛋白质氨基酸有202020种。种。种。种。种。种。 碱基与氨基酸之间不可能一一对应。碱基与氨基酸之间不可能一一对应。碱基与氨基酸之间不可能一一对应。碱基与氨基酸之间不可能一一对应。碱基与氨基酸之间不可能一一对应。碱基与氨基酸之间不可能一一对应。1 1 141=441=441=4种种种种种种：缺：缺：缺：缺：缺：缺161616种氨基酸；种氨基酸；种氨基酸；种氨基酸；种氨基酸；种氨基酸；2 2 242=

58、1642=1642=16种种种种种种：比现存的：比现存的：比现存的：比现存的：比现存的：比现存的202020种氨基酸还缺种氨基酸还缺种氨基酸还缺种氨基酸还缺种氨基酸还缺种氨基酸还缺4 4 4种；种；种；种；种；种；3 3 343=6443=6443=64种种种种种种：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成646464种种种种种种组合，组合，组合，组合，组合，组合，202020种氨基酸多出种氨基酸多出种氨基酸多出种氨基酸多

59、出种氨基酸多出种氨基酸多出444444种。种。种。种。种。种。简并：简并：简并：简并：简并：简并：一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定的现象。的现象。的现象。的现象。的现象。的现象。三联体或密码子：三联体或密码子：三联体或密码子：三联体或密码子：三联体或密码子：三联体或密码子：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。代表一个氨基酸的三个一组的

60、核苷酸。代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。 （二）遗传密码字典（二）遗传密码字典（二）遗传密码字典（二）遗传密码字典（二）遗传密码字典（二）遗传密码字典每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢? ? ?从从从从从从196119611961年开始，在大量试验的基础上，分别利用年开始，在大量试验的基础上，分别利用年开始，在大量试验的基础上，分别利