第四章 细胞的复制与转录课件

第四章细胞核nucleus第一节核被膜第二节染色质和染色体第三节核仁第四节遗传物质的复制第五节遗传信息的表达第四章细胞的复制与转录

细胞、个体乃至物种的遗传特性要在代代相传中得到维持，有赖于遗传物质完整、准确的复制并分配至子代细胞。第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录DNA复制replication：由一个亲代双螺旋产生两个子代双螺旋的过程（3.2×109核苷酸对）艰巨任务：在子代细胞诞生前迅速而精确地完成这一过程（约8小时）＝8小时内写满1000册书！奇迹是怎样创造的？第四章细胞的复制与转录第四节遗传物质的复制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA复制过程及其特征二、DNA复制的有关酶类和蛋白质第四章细胞的复制与转录一、DNA复制过程及其特征半保留复制复制从复制起始点开始复制叉、双向复制和复制泡复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段校读纠错机制整个染色体的复制第四章细胞的复制与转录复制过程

DNA复制从复制起始点开始,在起始蛋白为首的一个多酶复合体的作用下，双链解开，形成两个方向相反的复制叉。在复制叉上，DNA聚合酶分别以DNA双链中的一条为模板，4种三磷酸脱氧核苷酸为原料，合成两条新的DNA链。随着复制叉向相反两个方向推进，就形成复制泡。复制泡在各个复制起始点发生并增大，使DNA分子得到完整复制。

第四章细胞的复制与转录DNA复制:由一个亲代DNA双螺旋产生两个子代双螺旋的程。1.半保留复制（semi-conservativereplication）

第四章细胞的复制与转录CGTAGCATCGGC以一条DNA链作为模板（旧链）复制新链，复制后的双螺旋含一条旧链和一条新链。1.半保留复制第四章细胞的复制与转录母链复制复制复制后的DNA分子，各含有1条原来的旧链和1条新链，两个新合成的双螺旋都是原来双螺旋的精确复制品，这称为半保留复制。复制第四章细胞的复制与转录2.复制从复制起始点replicationorigins开始第四章细胞的复制与转录复制起始点：特殊的DNA序列能被起始蛋白识别并结合通常为富含A、T的重复序列在细菌只有一个，在真核细胞有多个第四章细胞的复制与转录复制的起始与双链解旋：大量特异蛋白和酶参与第四章细胞的复制与转录细菌真核细胞基因组（核苷酸对）数百万个3.2×109（人）速度500个核苷酸/秒50个核苷酸/秒复制起始点一个多个第四章细胞的复制与转录复制从复制起始点开始向两个方向推进。（细菌环状DNA分子）第四章细胞的复制与转录在真核细胞的染色体上，复制叉由多处复制起始位点向两个方向移动第四章细胞的复制与转录3.复制叉、双向复制和复制泡

(replicationforks,two-directionreplication&replicationbubbles)

复制叉:

已经打开的2条单链与未解开的双链间形成Y形。第四章细胞的复制与转录复制从复制起始点开始向两个方向推进，形成两个反向的复制叉。第四章细胞的复制与转录在真核细胞的染色体上，复制叉由多处复制起始位点向两个方向移动第四章细胞的复制与转录复制叉replicationfork第四章细胞的复制与转录DNA的合成第四章细胞的复制与转录4.复制叉的不对称性asymmetryofreplicationfolk：前导链、后随链和冈崎片段问题：一条新链:5’→3’方向合成另一条新链如何合成？提示：1.DNA聚合酶只能催化单核苷酸5’→3’方向加入2.5→3连续合成将使链延长与复制叉推进相反?第四章细胞的复制与转录4.复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段答案：一条新链：5→3方向不间断合成－前导链另一条新链：5→3方向间断合成－后随链第四章细胞的复制与转录间断合成的新链－后随链RNA引物冈崎片段连接切除RNA引物新DNA延伸RNA引物的生成旧链

新链第四章细胞的复制与转录

在后随链合成中，由DNA聚合酶在RNA引物的3’-OH上合成一段多核苷酸链，此DNA片段加上RNA引物构成冈崎片段。

冈崎片段（Okazakifragments）DNA聚合酶I5’3’切除RNA引物5’3’填充脱氧核苷酸DNA连接酶：连接两个DNA片段冈崎片段连接:卡通第四章细胞的复制与转录3’3’5’5’

复制叉推进方向

复制起始点模板链复制起始点DNA的双向复制示意图复制叉推进方向第四章细胞的复制与转录复制叉内部结构是不对称的：一条链不间断地合成，并率先发生，因而叫作前导链另一条链间断合成，由冈崎片段连接而成，并滞后发生，因而叫作后随链。(后随链合成滞后的原因）后随链中核苷酸聚合的方向与链延伸的方向是相反的，而链延伸的方向与复制叉推进的方向是一致的。图示第四章细胞的复制与转录复制的主要步骤在复制起始点打开双链合成一段RNA引物前导链合成（DNA链在RNA引物后开始合成）后随链合成(冈崎片段在引物后开始合成）卡通2第四章细胞的复制与转录TTTTCA5．校读纠错机制proofreading&mistake-correction复制过程中DNA多聚酶的校读纠错作用一、在新的核苷酸中碱基刚刚与对应碱基结合、尚未与新链末端共价联结的时候，多聚酶就对配对进行校对。碱基配对错误则使DNA合成暂停。二、“核酸外切校读”。如果联结在RNA引物3’－OH末端的是错配核苷酸，该酶切除错配者，直至正确配对的核苷酸作为引物的3’末端才开始DNA合成。第四章细胞的复制与转录6．整个染色体的复制多个复制泡不断发生，各个区段复制顺序先后固定.端粒酶保证真核染色体末端的完整复制.DNA新链合成完毕后立即就有组蛋白与之装配，新的核小体形成.第四章细胞的复制与转录快速分裂的核中提取的DNA电镜照片复制泡return多个复制泡不断发生，各个区段复制顺序先后固定第四章细胞的复制与转录端粒酶保证真核染色体（后随链）末端的完整复制卡通第四章细胞的复制与转录组蛋白加入，形成新的核小体第四章细胞的复制与转录组蛋白核心DNA双链合成的新链旧链新的组蛋白核心第四章细胞的复制与转录二、DNA复制的有关酶类和蛋白质一系列酶和其他蛋白质组成复合体，作为一个整体沿DNA分子移动，协调两条链上的合成过程。

奇迹的创造者第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录

参加大肠杆菌DNA复制的蛋白质及其功能

蛋白质功能DnaA蛋白(起始因子)识别起始顺序在复制起始点打开双链DnaB蛋白(解旋酶)松解DNA双螺旋DnaC蛋白辅助解旋酶结合到起始点DNA拓扑异构酶I和II解除DNA超螺旋并防止链缠绕DnaG蛋白(引物酶)合成RNA引物(前导链上一个,后随链上多个引物)SSB蛋白(单链结合蛋白)结合至单链DNA维持其单链状态滑动钳夹帮助DNA聚合酶稳定结合于模板链上DNA聚合酶III1.延长新链(5‘3’聚合酶活性:以DNA为模板,

在RNA引物3‘-OH加上dNTP)2.错配校读(3‘5’外切酶活性:切除错配dNTP)DNA聚合酶I在岗崎片段之间除去引物并填补空隙,错配校读DNA连接酶连接岗崎片段3‘-OH与5’-P第四章细胞的复制与转录第四章细胞核nucleus第一节核被膜第二节染色质和染色体第三节核仁第四节遗传物质的复制第五节遗传信息的表达第四章细胞的复制与转录受精卵→胚胎干细胞→→→各种细胞分化分化：基因选择性表达的结果红细胞：专一表达血红蛋白

分化第四章细胞的复制与转录一个人的两种细胞：源于同一个细胞(同一个受精卵)，携带完全相同的遗传信息却有着截然不同的形态和功能。怎么会这样呢？第四章细胞的复制与转录第五节遗传信息的表达Expressionofthegenomicinformation

一、基因的转录transcription

－从DNA到RNA

二、基因的翻译translation

－从RNA到蛋白质第四章细胞的复制与转录中心法则Thecentralprinciple

细胞内的基因先将它的遗传信息转录在mRNA上，再经过翻译，将特定的遗传信息翻译为特定的蛋白质。第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录一、基因的转录－从DNA到RNA(同样的语言)（一）转录过程（二）有意义链和反意义链（三）真核RNA的转录后加工第四章细胞的复制与转录ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures第四章细胞的复制与转录

rRNA和tRNA能发生分子内的碱基配对，易于折叠成三维结构，从而发挥结构分子的作用DNA双螺旋结构第四章细胞的复制与转录在RNA合成酶系作用下，以DNA的一条链上的一段序列为模板，按照碱基配对原则，以4种三磷酸核苷酸为原料，合成一个与模板序列互补的RNA分子。转录产物主要有mRNA、rRNA和tRNA。（一）转录过程5’5’3’3’5’3’第四章细胞的复制与转录转录产生与一条DNA链互补的RNA链（一）转录过程第四章细胞的复制与转录proteintranslation一个基因外显子内含子调控序列第四章细胞的复制与转录proteintranslation一个基因外显子内含子调控序列启动子和终止子：特殊的DNA序列，对RNA聚合酶发出的信号。第四章细胞的复制与转录原核细胞的启动子

－转录酶识别和结合的部位，结合后启动转录起始点酶识别部位不同原核生物启动子区序列的比较酶结合部位Pribnow盒启动子第四章细胞的复制与转录由RNA聚合酶转录RNA聚合酶：催化这一合成反应，所以又叫转录酶。作用是解开DNA双链，以其中的反基因链为模板，将4种三磷酸核苷酸聚合成与模板互补的RNA链。第四章细胞的复制与转录RNA聚合酶催化的细菌基因的转录:聚合酶遇到启动子序列就与之结合,打开双链开始转录,直至遇到终止子.卡通第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录三种转录物：信使RNA(mRNA)－传递遗传信息核糖体RNA(rRNA)－作为结构分子和酶组分转运RNA(tRNA)－作为结构分子第四章细胞的复制与转录基因链（genestrand）:基因遗传信息所在的DNA单链。反基因链（antigenestrand）:与基因链互补的那条DNA

单链。mRNA链：序列与基因链相同（T=U）(二)有意义链和反意义链

sense/antisensestrands基因链或有意义链反基因链或反意义链第四章细胞的复制与转录

一段细菌染色体上多个基因的转录方向理论上任何一段DNA的两条链都可以转录出两个RNA分子，但实际上一段DNA上总是只有一条链作为RNA的模板，即反基因链，由此转录出来的RNA链序列与模板链互补，与基因链相同。一段DNA的两条链何者作为模板可以看作由特定基因的启动子位置决定。启动子一般位于基因上游,转录酶先结合上启动子，就决定了模板链。第四章细胞的复制与转录细菌基因与真核生物基因的比较(三)、真核细胞RNA的转录和加工Transcriptionandprocessing

第四章细胞的复制与转录细胞内产生的RNA的种类RNA种类功能mRNA编码蛋白质rRNA形成核糖体的一部分并参与蛋白质的合成tRNA蛋白质合成中作为mRNA与氨基酸之间的连接物小RNA用于未成熟mRNA的拼接、蛋白质向内质网的转运以及其他细胞过程第四章细胞的复制与转录mRNA(真核加工)rRNA(真核、原核均加工)tRNA(真核、原核均加工)(三)、真核细胞RNA的转录和加工第四章细胞的复制与转录真核生物原核生物原核生物和真核生物的转录、翻译过程细胞核转录转录翻译翻译第四章细胞的复制与转录

mRNA的加工 作用

1.加帽(capping)增加稳定性

5’-三磷酸-7-甲基鸟苷

2.加尾(tailing)稳定性和转运有关

3’-PolyA序列3.拼接（splicing）切除内含子并联结外显子

4.RNA编辑（editing）扩充遗传信息？第四章细胞的复制与转录原初转录产物成熟mRNA帽子附加位点多聚A尾加尾信号第四章细胞的复制与转录装配成核糖体小亚基装配成核糖体大亚基45SrRNA前体45SrRNA前体加工1.两种化学修饰－甲基化和假尿苷2.内含子被切除形成三个独立的

rRNA分子（18S、5.8S、28S）S的含义第四章细胞的复制与转录tRNA加工剪接碱基修饰第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录二、基因的翻译－从RNA到蛋白质

(不同的语言)(发生在细胞核内吗?)（一）密码（二）翻译过程（三）翻译的场所-核糖体

3种RNA在此紧密合作第四章细胞的复制与转录

遗传信息的翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列，合成多肽的过程，是基因表达的最终目的。蛋白质的生物合成发生在核糖体上，三种成熟的RNA分子从核进入胞质后在此各自发挥重要作用。mRNA编码蛋白质rRNA形成核糖体的骨架并参与蛋白质的合成(核酶)tRNA蛋白质合成中作为mRNA与氨基酸之间的连接物第四章细胞的复制与转录从基因到蛋白质的步骤第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录第四章细胞的复制与转录比较DNA复制和转录的特点复制转录目的 复制遗传物质转录遗传信息模板完整的染色体分子染色体分子上一段DNA(基因)催化合成的酶DNA聚合酶RNA聚合酶原料4种脱氧核糖核苷酸4种核糖核苷酸

dATP,dTTP,dCTP,dGTPATP,UTP,CTP,GTP产物完整的染色体分子一个特异的RNA分子

(子代DNA)(mRNA,rRNA,tRNA或sRNA)首发事件起始蛋白识别聚合酶识别并结合至复制起始点基因启动子第四章细胞的复制与转录本章第三、四节重点第四章细胞的复制与转录本章重点9DNA复制过程及其特征复制过程

DNA复制从复制起始点开始,在起始蛋白为首的一个多酶复合体的作用下，双链解开，形成两个方向相反的复制叉。在复制叉上，DNA聚合酶分别以DNA双链中的一条为模板，4种三磷酸脱氧核苷酸为原料，合成两条新的DNA链。随着复制叉向相反两个方向推进，就形成复制泡。复制泡在各个复制起始点发生并增大，使DNA分子得到完整复制。复制叉内部是不对称的：前导链连续合成，后随链间断合成。第四章细胞的复制与转录本章重点9DNA复制过程特征半保留复制复制从复制起始点开始复制叉、双向复制和复制泡复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段校读纠错机制整个染色体的复制第四章细胞的复制与转录本章重点10分子生物学中心法则

细胞内的基因先将它的遗传信息转录在mRNA上，再经过翻译，将特定的遗传信息翻译为特定的蛋白质。第四章细胞的复制与转录本章重点11转录过程在RNA合成酶系作用下，以DNA的一条链上的一段序列为模板，按照碱基配对原则，以4种三磷酸核苷酸为原料，合成一个与模板序列互补的RNA分子。转录产物主要有mRNA、rRNA和tRNA。5’5’3’3’5’