第十章基因信息传递ppt课件

1、第三篇 基因信息传递,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）,王燕菲 教授,中心法则： （The Central Dogma ）,基因：是为生物活性产物编码的 DNA 功能片断, 其产物主要是蛋白质及RNA。 复制（replication） 转录（transcription） 翻译（translation） 基因表达：就是转录和翻译的过程。,第十章 DNA 的生物合成（复制）,复制：遗传信息从亲代 DNA 传递到 子代 DNA 分子上，称为复制。 DNA 的生物合成包括三种情况： DNA 复制 DNA 修复 逆转录,第一节 复制的基本规律,半保留复制 双向

2、复制 半不连续复制 高保真性,半保留复制：复制时，母链的双链 DNA 解开成两股单链，各自作为模 板指导子链合成新的互补链。 两个子代 DNA 分别保留一条亲代 DNA 链，各自与新合成的互补链组 成双螺旋分子。,一、半保留复制的实验依据和意义,DNA复制的几种可能的方式,全保留式,半保留式,混合式,半保留复制 的试验依据,15N,14N,Messelson 和 Stahl 以试验 证实了半保留 复制。,子一代,子二代,以15N合成的 DNA 为重链 以14N合成的 DNA 为轻链,Messelson 和 Stahl 试验,半保留复制的意义,由于 DNA 分子中的碱基互补关系， 一股链可以确定

3、其互补链的碱基序 列。按半保留复制的方式，子代保 留了亲代 DNA 的全部遗传信息。,A G A A C T T A G,T C T T G A A T C,A G A A C T T A G,T C T T G A A T C,亲代 DNA,子代 DNA,母链,母链,子链,子链,通过半保留复 制，子代和亲 代的 DNA 是 一致的。 因而体现了遗 传过程的相对 保守性。,二、双向复制,双向复制：原核生物从一个固定 的起始点（ori）开始，同时向两 个方向进行复制，称为双向复制。,由放射自显影在电镜下的 图像揭示了复制的过程,复制叉：复制时双链打开，分开 成两股，新链沿着张开的模板生 成，形成

4、复制叉。 真核生物的染色体有多个复制起 始点。 复制子：两个复制起始点之间的 DNA 片段称为复制子。,真核,原核,三、复制的半不连续性,冈崎片段（Okazaki fragment）,DNA 复制中，一股链是可以连续进 行的，成为领头链。其合成方向与 复制叉的前进方向相同。 另一股链是不连续复制，称为随从 链。其合成方向与复制叉的前进方 向相反。,第二节 DNA 复制的酶学,复制是在酶催化下的核苷酸聚合过程，需要： 高能底物：dATP, dCTP, dGTP, dTTP 总称 dNTP 聚合酶：依赖 DNA 的 DNA 聚合酶（DNA-pol）。 模板：解开成单链 DNA 的母链。 引物：提供

5、 3-OH 末端，使 dNTP 可依次聚合。 其他酶和蛋白因子。,一、复制的化学反应,DNA合成的总反应为： dATP dCTP dGTP (dNMP)n dTTP 分步反应可简写为： (dNMP)n+ dNTP(dNMP)n+1 +PPi,模板，引物,酶，蛋白因子 Mg+ 等,DNA 聚合的反应底物为高能底物,反应底物为脱氧三磷酸核苷 dNTP。 碱基：A C G T 脱氧核苷：dA dC dG dT 脱氧一磷酸核苷:dAMP dCMP dGMP dTMP 脱氧三磷酸核苷:dATP dCTP dGTP dTTP,DNA 链的合成方向是 53核苷酸之间以磷酸二酯键结合在 DNA 链的生成过程中

6、，需要模板，引物的参与，引物提供3 末端的-OH基，在碱基配对的原则下，由模板指导进行53 的延长。,DNA 聚合反应 1、dNTP 与模板 链的碱基互补配对。 2、聚合链的3末端 的羟基攻击a-磷酸。 3、 a-磷酸与3末端 的羟基形成磷酸二酯键，释放焦磷酸。,二、DNA 聚合酶,DNA 聚合酶是依赖 DNA 的 DNA 聚合 酶（DNA-dependent DNA polymerase),原核生物的DNA 聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol Klenow 片段是原核生物 DNA-pol水 解后得到的大片段，具有5 3 聚 合活性和 3 5 外切酶活性。,真核生物的DNA

7、聚合酶,3 5外切酶活性 可将复制过程中错 配的碱基辨认及切 除，再利用5 3 聚合活性补回正确 的碱基，这种功能 称为即时校读。,三、复制的保真性,三种机制确保 DNA 复制的保真性 1、严格遵守碱基的配对原则。 2、聚合酶在复制延长中对碱基的选择 功能。 3、复制出错时有即时的校读功能。,四、复制中解链和DNA分子的拓扑学变化,（一）解螺旋酶：将DNA双螺旋解开 成为单链。 （二）DNA 拓扑异构酶：松弛调整超 螺旋。 （三）单链 DNA 结合蛋白（SSB）： 维持复制中的 DNA 模板处于单链状态。,解链是一种高速的 反向旋转，需拓扑 酶调整超螺旋。,DNA 拓扑异构酶： 松弛调整超螺旋

8、,五、DNA 连接酶,连接酶连接双链 DNA 中的单链缺口。,第三节 DNA 生物合成过程,拓扑异构酶,DNA单链 结合蛋白,DNA聚合酶,解螺旋酶,DNA生物合成示意图,参与复制起始的 蛋白因子依次有： DnaA DnaB（解螺旋酶） DnaC SSB（单链 DNA 结合蛋白） DnaG（引物酶）,一、复制的起始,（一）DNA 解成单链,双向复制：原核生物从一个固定的起 始点（ori）开始，同时向两个方向 进行复制，称为双向复制。,由放射自显影在电镜下的 图像揭示了复制的过程,（二）引发体的形成,引物酶按照 DNA 模板的配对序列， 催化聚合 NTP 形成 RNA 引物。 引物长度为十几到几

9、十的核苷酸， 合成方向为 53。,引物酶和引发体,引物酶：一种 RNA 聚合酶。 引物：由引物酶催化聚合的短链 RNA 分子，为 DNA 聚合提供 3-OH。 引发体：由引物酶和解螺旋酶等组成， 将 DNA 双链打开，合成 RNA 引物， 为 DNA 聚合创造条件。,二、复制的延长,DNA 复制中，一股链是可以连续进行 的，成为领头链。其合成方向与复制 叉的前进方向相同。 另一股链是不连续复制，称为随从链。 其合成方向与复制叉的前进方向相反。,（一）复制延长的生化过程,RNA 引物在复制过程中被 DNA所取代,三、复制的终止,（一）原核生物的终止既不连续片 段的连接。 RNA引物的切除 缺口的

10、填补 缺口的连接 （二）真核生物的端粒和端粒酶。,大肠杆菌的基因图及与复制有关的基因,真核生物的DNA复制,真核生物的 DNA 生物合成在细胞 周期的合成期 （S 期）。,真核生物的复制起始,复制叉：复制时双链打开，分开成两股， 新链沿着张开的模板生成，形成复制叉。 真核生物的染色体有多个复制起始点。 复制子：两个复制起始点之间的 DNA 片段称为复制子。,真核,原核,真核生物的复制 终止和端粒酶,端粒酶催化的爬行模型,爬行模型 作用机理,第四节 滚环复制,D-环复制,线粒体的复制形式。 两条链各有一个复制起始点，位置不 同。,第四节 DNA损伤（突变）与修复,突变：指一个或多个脱氧核糖核苷酸的 构成、复制或表性功能的异常变化。即 遗传物质结构改变引起遗传信息的改变。,损伤（突变）与修复,一、突变的意义,突变是进化，分化的分子基础 只有基因型改变的突变 致死性突变 突变是某些疾病的发病基础,二、引发突变的因素,物理和化学的因素： 紫外线 化学诱变