第十三基因信息的传递演示文稿

第十三基因信息的传递演示文稿第一页，共七十九页。（优选）第十三基因信息的传递第二页，共七十九页。*中心法则(P241)

转录翻译复制DNARNA蛋白质

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逆转录中心法则：是关于遗传信息传递规律的基本法则，包括有DNA到DNA的复制、由DNA到RNA的转录和由RNA到蛋白质的翻译等过程，即遗传信息的流向是DNA-RNA-蛋白质。第三页，共七十九页。第四页，共七十九页。主要内容

●

DNA的生物合成——复制

●RNA的生物合成——转录

●

蛋白质的生物合成——翻译

●

基因表达调控

第五页，共七十九页。DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesis(Replication)

第十三章第六页，共七十九页。

DNA的生物合成复制(replication)：P242 以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制逆转录复制亲代DNA子代DNA第七页，共七十九页。复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication

第一节第八页，共七十九页。半保留复制(semi-conservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)DNA复制的特征第九页，共七十九页。一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链；子代DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成，这种复制方式称为半保留复制。P242半保留复制的概念第十页，共七十九页。第十一页，共七十九页。DNA半保留复制实验含N15-DNA的细菌培养于普通培养液

第一代继续培养于普通培养液

第二代梯度离心结果N15-DNAN14、N15-DNAN14、N15-DNAN14-DNA第十二页，共七十九页。按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。第十三页，共七十九页。原核生物：•基因组是环状DNA•只有一个复制起始点复制时，DNA从起始点(ori)向两个方向解链，形成两个延伸相反的复制叉，称为双向复制。P243二、双向复制第十四页，共七十九页。

复制时双链打开，分开成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的Y字形的结构称为复制叉(replicationfork)。P243第十五页，共七十九页。

在原核生物双向复制中，DNA被描述为眼睛状。为说明方便而做的图为形。ori复制中的放射自显影图象第十六页，共七十九页。

oriC单复制子第十七页，共七十九页。真核生物：

•染色体DNA有多个复制起始点。

•两个起始点之间的DNA片段称为复制子(replicon)。

•复制子是独立完成复制的功能单位。第十八页，共七十九页。真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉第十九页，共七十九页。真核生物的多复制子复制电镜图第二十页，共七十九页。35353´5´3´5´解链方向领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)三、复制的半不连续性3´5´第二十一页，共七十九页。顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随链。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。第二十二页，共七十九页。冈崎片段：

•1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射自显影技术，观察到DNA复制中，后随链中出现一些不连续的片段，将这些不连续的片段称为冈崎片段。P244

第二十三页，共七十九页。半不连续复制动画第二十四页，共七十九页。

DNA复制的酶学TheEnzymologyofDNAReplication第二节第二十五页，共七十九页。DNA复制的体系底物:dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

聚合酶:

依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-pol)

模板:解开成单链的DNA母链

引物:提供3'-OH末端的寡核苷酸

其他酶和蛋白质因子:拓扑异构酶、解螺旋酶、单链DNA结合蛋白、引物酶、连接酶第二十六页，共七十九页。一、复制的化学反应

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

子链不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3’-OH；第二十七页，共七十九页。聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿模板链5→3方向进行。第二十八页，共七十九页。

聚合反应的特点

•以单链DNA为模板

•以dNTP为原料

•引物提供3'-OH•聚合方向为5'→3'•遵守碱基互补规律第二十九页，共七十九页。二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：DNA-pol活性：1.53

的聚合活性

2.核酸外切酶活性第三十页，共七十九页。5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´

35外切酶活性

53外切酶活性?能切除引物和突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。

核酸外切酶活性第三十一页，共七十九页。第三十二页，共七十九页。（一）原核生物的DNA聚合酶

•DNA-polⅠ•DNA-polⅡ•DNA-polⅢ•DNA-polⅣ•DNA-polⅤ第三十三页，共七十九页。催化DNA聚合参与DNA损伤的应急状态修复校读、修复合成、切除引物填补空隙功能2040400分子数/细胞1011亚基数－－+5外切酶活性+++5外切酶活性+++5聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.Coli中的DNA聚合酶P245第三十四页，共七十九页。功能：校读，去除RNA引物，填补空隙，参与DNA损伤修复。P245DNA-polⅠ第三十五页，共七十九页。DNA聚合酶II(DNA-polII)•具有5′→3′的聚合酶活性。

•只是在无polⅠ及polⅢ的情况下暂时起作用。

•对模板的特异性不高,参与DNA损伤的应急状态修复。第三十六页，共七十九页。DNA聚合酶III

(DNA-polIII)是复制延长中真正起催化作用的酶。由10种亚基组成不对称的聚合体。α，ε，θ亚基组成核心酶，α亚基具有5'→3'的聚合活性，ε亚基具有3'→5'外切酶活性，

θ亚基可能起组装作用。第三十七页，共七十九页。β亚基(DNA夹子)能夹稳模板链，负责酶沿DNA模板滑动的作用。其余亚基统称为γ-复合物,是DNA夹子加载蛋白。第三十八页，共七十九页。DNA-polⅢ第三十九页，共七十九页。第四十页，共七十九页。（二）真核生物的DNA聚合酶P250DNA-pol起始引发，有引物酶活性。复制的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-polDNA-polDNA-polDNA-pol基本性质与原核细胞DNA聚合酶一致。第四十一页，共七十九页。三、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化

DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。

第四十二页，共七十九页。（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白理顺DNA链拓扑异构酶(Ⅰ,Ⅱ)稳定已解开的单链单链DNA结合蛋白SSB催化RNA引物生成引物酶DnaG(dnaG)运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开DNA双链解螺旋酶DnaB(dnaB)辨认起始点DnaA(dnaA)蛋白质（基因）通用名功能原核生物复制起始的相关蛋白质P246第四十三页，共七十九页。解旋解链酶类的作用第四十四页，共七十九页。引物酶(primase)

DNA复制需要RNA引物，因为DNApol没有催化游离dNTP之间相互聚合的能力。引物酶可在复制起点处催化RNA引物的生成。引物（primer）：是由引物酶催化生成的短链RNA，它可为DNA聚合提供3'-OH末端。第四十五页，共七十九页。四、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。第四十六页，共七十九页。HO5’3’3’5’DNA连接酶ATP（NAD+）AMP5’3’5’3’第四十七页，共七十九页。在复制中起接合双链中单链缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。DNA连接酶的功能第四十八页，共七十九页。DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节第四十九页，共七十九页。（一）复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端;形成引发体。一、原核生物的DNA生物合成

第五十页，共七十九页。第五十一页，共七十九页。（二）复制的延长复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

第五十二页，共七十九页。5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'

3'DNA-pol模板方向3`→5`合成需要引物提供3`-OH合成方向5`→3`底物是dNTP第五十三页，共七十九页。复制过程简图第五十四页，共七十九页。555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

AMP+PPi55DNA连接酶

随从链上不连续性片段的连接第五十五页，共七十九页。原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。

E.colioriter8232oriterSV40500（三）复制的终止第五十六页，共七十九页。哺乳动物的细胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成

•细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1→S及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关。•蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。第五十七页，共七十九页。•真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。（一）复制的起始第五十八页，共七十九页。3553领头链3535亲代DNA随从链引物核小体（二）复制的延长第五十九页，共七十九页。第六十页，共七十九页。DNA复制与核小体装配同步进行。染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制终止包括：岡崎片段、复制子之间的连接。端粒的合成（三）复制的终止和端粒酶第六十一页，共七十九页。

真核生物端粒的形成：

端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性第六十二页，共七十九页。端粒酶(telomerase)

线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。功能： 合成端粒DNA，维持端粒的长度 第六十三页，共七十九页。端粒酶的爬行模型（动画演示）

端粒及端粒酶的意义：端粒的长短及端粒酶活性变化与细胞水平的老化(aging)及肿瘤的发生有一定关系。第六十四页，共七十九页。DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair第四节第六十五页，共七十九页。突变(mutation)：P252

是由遗传物质结构改变而引起的遗传信息的改变。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。

DNA损伤(DNAdamage)：

泛指一切DNA结构和功能的变化。包括各种突变类型、碱基的损伤和DNA链的断裂。第六十六页，共七十九页。一、突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

第六十七页，共七十九页。DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。

1.转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。

2.颠换（一）错配第六十八页，共七十九页。镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

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his

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leu

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thr

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pro·

val

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glu

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C肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

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his

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leu

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pro·

glu

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glu

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C肽链CTCGAG基因点突变★第六十九页，共七十九页。1949年波林发现镰刀型细胞贫血症（病人的红血细胞为镰刀形）与血红蛋白结构异常相关。第七十页，共七十九页。（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA