个体乃至物种的遗传特性要在代代相传中得到维持

1、 细胞、个体乃至物种的遗传特性要在代代相传细胞、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。分配至子代细胞。第四章第四章 细胞核细胞核第一节第一节 核被膜核被膜第二节第二节 染色质和染色体染色质和染色体第三节第三节 核仁核仁第四节第四节 遗传物质的复制遗传物质的复制第五节第五节 遗传信息的表达遗传信息的表达DNADNA复制复制 ：由一个亲代：由一个亲代DNADNA双螺旋产双螺旋产生两个子代生两个子代DNADNA双螺旋的过程。双螺旋的过程。：在子代细胞诞生前迅速而：在子代细胞诞生前迅速而精确地完成这一过

2、程。精确地完成这一过程。奇迹是怎样创造的？奇迹是怎样创造的？一、一、DNA DNA 复制过程及其特征复制过程及其特征1.1.半保留复制半保留复制 复制从复制起始点开始复制从复制起始点开始 复制叉、双向复制和复制泡复制叉、双向复制和复制泡 复制叉的不对称性：前导链、后随链和复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段冈崎片段 校读纠错机制校读纠错机制2.2.整个染色体的复制整个染色体的复制 第四节第四节 遗传物质的复制遗传物质的复制ATCGGCAATTGCACG模板链模板链新链新链T亲代亲代DNADNA双螺旋中的两条核苷酸链分别作为生成两个子代双螺旋中的两条核苷酸链分别作为生成两个子代双螺旋的模板

3、双螺旋的模板, ,新链的核苷酸序列与模板链序列互补。新链的核苷酸序列与模板链序列互补。DNA聚合酶催化 半保留复制：半保留复制：复制后的复制后的DNADNA分子，各含有分子，各含有1 1条原来的条原来的旧链和旧链和1 1条新链，两个新合成条新链，两个新合成的双螺旋都是原来双螺旋的的双螺旋都是原来双螺旋的精确复制品，这称为精确复制品，这称为半保留复制半保留复制。2. . 复制从复制起始点开始复制从复制起始点开始复制起始点：特殊的复制起始点：特殊的DNADNA序列序列在细菌只有一个，在真核细胞有多个。在细菌只有一个，在真核细胞有多个。细菌细菌真核细胞真核细胞基因组基因组（核苷酸对）（核苷酸对）数百

4、万个数百万个3.23.2 10 109 9 （人）（人）速度速度500500个核苷酸个核苷酸/ /秒秒5050个核苷酸个核苷酸/ /秒秒复制起始点复制起始点一个一个多个多个在真核细胞的染色体上，复制由多处复制起始点在真核细胞的染色体上，复制由多处复制起始点同时向两个方向推进。同时向两个方向推进。DNADNA双链解旋与复制的起始双链解旋与复制的起始需要大量蛋白质和酶参与需要大量蛋白质和酶参与DNADNA双链打开后双链打开后（配对碱基之间的氢键断开），（配对碱基之间的氢键断开）， 两条核苷酸链上的碱基种类和顺序暴露出来两条核苷酸链上的碱基种类和顺序暴露出来（模板），（模板），方便单核苷酸按照碱基互

5、补原则来方便单核苷酸按照碱基互补原则来配对，从而合成新的核苷酸链。配对，从而合成新的核苷酸链。DNADNA被紧密地包装在染色体中，双链如何打开？被紧密地包装在染色体中，双链如何打开？双链打开后复制就自动开始了么？双链打开后复制就自动开始了么？3.3.复制叉、双向复制和复制泡复制叉、双向复制和复制泡 复制叉复制叉: : 已经打开的已经打开的2 2条单链与未解开的双链间形成条单链与未解开的双链间形成Y Y形。形。复制泡复制泡: :复制叉由复制起始位点向两边移动，形成复制泡。复制叉由复制起始位点向两边移动，形成复制泡。复制叉复制叉 la fourche de rplicationla fourche

6、 de rplication* *在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，许多单核苷酸（脱氧核的催化下，许多单核苷酸（脱氧核糖核苷酸）连接起来成为一条核苷酸链。糖核苷酸）连接起来成为一条核苷酸链。* *新的核苷酸链形成需要一段引物。新的核苷酸链形成需要一段引物。* *DNADNA聚合酶只能催化单核苷酸以聚合酶只能催化单核苷酸以5353方向连方向连接。接。* *5353连续合成将使一条核苷酸链的延长方向连续合成将使一条核苷酸链的延长方向与复制叉推进方向相反。与复制叉推进方向相反。DNA聚合酶催化DNA复制时的几个特点：复制时的几个特点：4.复制叉的不对称性复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段

7、前导链、后随链和冈崎片段问题：问题：一条新链一条新链:53:53方向合成，另一条新链如何合成？方向合成，另一条新链如何合成？ ?OK4. 复制叉的不对称性：复制叉的不对称性： 前导链、后随链和冈崎片段前导链、后随链和冈崎片段答案：答案：一条新链：一条新链： 5353方向不间断合成前导链方向不间断合成前导链另一条新链：另一条新链： 5353方向间断合成后随链方向间断合成后随链4. 复制叉的不对称性：复制叉的不对称性： 前导链、后随链和冈崎片段前导链、后随链和冈崎片段4. 复制叉的不对称性：复制叉的不对称性： 前导链、后随链和冈崎片段前导链、后随链和冈崎片段前导链前导链后随链后随链一条链不间断地合

8、成，并率先发生，因而叫作一条链不间断地合成，并率先发生，因而叫作前导链；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，另一条链间断合成，由冈崎片段连接而成，并滞后发生，因而叫作因而叫作后随链后随链。 在后随链合成中，由在后随链合成中，由DNADNA聚合酶在聚合酶在RNARNA引物的引物的3-OH3-OH上合成一段多核苷酸链，上合成一段多核苷酸链，此此DNADNA片段加上片段加上RNARNA引物构成冈崎片段。引物构成冈崎片段。 冈崎片段冈崎片段DNA DNA 聚合酶聚合酶I I5533切除切除RNARNA引物引物5533填充脱氧核苷酸填充脱氧核苷酸DNADNA连接酶：连接两个连接酶：

9、连接两个DNADNA片段片段冈崎片段连接冈崎片段连接: :冈崎片段RNA引物引物冈崎片段冈崎片段连接酶连接连接酶连接2个相邻个相邻DNA片段片段DNA 聚合酶将相邻片段的聚合酶将相邻片段的5RNA引物切引物切除并填补空隙除并填补空隙DNADNA聚合酶在聚合酶在RNARNA引物引物33端延伸新端延伸新DNADNA链链根据模板在引物酶作用下生成根据模板在引物酶作用下生成RNA引物引物旧链旧链 新链新链间断合成的新链间断合成的新链 后随链后随链3355 复制叉推进方向复制叉推进方向 复制起始点复制起始点模板链模板链复制起始点复制起始点DNADNA的双向复制示意图的双向复制示意图复制叉推进方向复制叉推

10、进方向复制的主要步骤复制的主要步骤在复制起始点打开双链在复制起始点打开双链合成一段合成一段RNARNA引物引物前导链合成前导链合成（DNADNA链在链在RNARNA引物后面开始引物后面开始合成）合成）后随链合成后随链合成( (冈崎片段在引物后开始合成）冈崎片段在引物后开始合成）DNA双链复制6整个染色体的复制整个染色体的复制 多个复制泡不断产生。多个复制泡不断产生。 端粒酶保证真核染色体末端的完整端粒酶保证真核染色体末端的完整复制。复制。 DNADNA新链合成完毕后立即就有组蛋白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。与之装配，新的核小体形成。5校读纠错机制校读纠错机制复制过程中

11、出现错误的核苷酸碱基配复制过程中出现错误的核苷酸碱基配对，对，DNADNA聚合酶会发现并纠正错误。聚合酶会发现并纠正错误。末端复制组蛋白核心组蛋白核心DNADNA双链双链合成的新链合成的新链旧链（模板链）旧链（模板链）新的组新的组蛋白核心蛋白核心第五节第五节 遗传信息的表达遗传信息的表达 一、基因的转录一、基因的转录 从从DNADNA到到RNARNA 二、基因的翻译二、基因的翻译 从从RNARNA到蛋白质到蛋白质基因的表达基因的表达由基因转录为由基因转录为RNA分子分子并翻译成蛋白质分子的过程。并翻译成蛋白质分子的过程。 中心法则中心法则 细胞内的基因先将它的遗传信息细胞内的基因先将它的遗传信

12、息转录转录在在mRNAmRNA上，再经过上，再经过翻译翻译，将特定的遗传，将特定的遗传信息翻译为特定的蛋白质。信息翻译为特定的蛋白质。一、基因的转录一、基因的转录 从从DNADNA到到RNA(RNA(同样的语言同样的语言) )（一）转录过程（一）转录过程（二）有意义链和反意义链（二）有意义链和反意义链（三）真核（三）真核RNARNA的转录后加工的转录后加工第五节第五节 遗传信息的表达遗传信息的表达启动子和终止子：启动子和终止子：基因上特殊的基因上特殊的DNADNA序列，对序列，对RNARNA聚合酶发出转录聚合酶发出转录开始和终止的信号。开始和终止的信号。（一）转录过程（一）转录过程RNARNA

13、聚合酶：聚合酶：催化转录反应，所以又叫转录酶。催化转录反应，所以又叫转录酶。作用是解开作用是解开DNADNA双链，以其中的一条链为模板，双链，以其中的一条链为模板，将将4 4种三磷酸核苷酸聚合成与模板链互补的种三磷酸核苷酸聚合成与模板链互补的RNARNA链。链。在在RNARNA聚合酶聚合酶作用下，以作用下，以DNADNA的一条链上的一的一条链上的一段序列为模板，按照碱基配对原则，以段序列为模板，按照碱基配对原则，以4 4种三种三磷酸核苷酸磷酸核苷酸为原料，合成一个与模板序列互为原料，合成一个与模板序列互补的补的RNARNA分子分子。（一）转录过程（一）转录过程553353RNARNA聚合酶催化

14、基因的转录聚合酶催化基因的转录: :聚合酶遇到启动子序列就与之结合聚合酶遇到启动子序列就与之结合, ,打开双链，开始催化转录打开双链，开始催化转录, ,同时沿着同时沿着DNADNA模板移动，直至遇到终止模板移动，直至遇到终止子序列，转录结束。子序列，转录结束。转录转录基因链基因链: :基因遗传信息所在的基因遗传信息所在的DNADNA单链。单链。反基因链反基因链: :与基因链互补的与基因链互补的DNADNA单链。单链。mRNA mRNA 链链：序列与基因链相同（：序列与基因链相同（T=UT=U）( (二二) )有意义链和反意义链有意义链和反意义链 基因链或有意义链基因链或有意义链反基因链或反意义

15、链反基因链或反意义链基因链转录出来的基因链转录出来的RNARNA链序列与基因链相同，只是链序列与基因链相同，只是T T换成换成U U。 一段一段DNADNA上总是只有上总是只有一条链一条链作为转录的模板，即作为转录的模板，即反基因反基因链，链，由此由此转录出来的转录出来的RNARNA链序列与模板链互补链序列与模板链互补，与基因与基因链相同链相同。一段细菌染色体上多个基因的转录方向一段细菌染色体上多个基因的转录方向转录产物主要有转录产物主要有mRNA、rRNA和和tRNA。真核细胞中每个真核细胞中每个mRNAmRNA分子（信使分子（信使RNARNA）只携）只携带一条多肽链的遗传信息，指导一条多肽

16、链带一条多肽链的遗传信息，指导一条多肽链的合成。的合成。tRNA(转运转运RNA)是是mRNA与氨基酸之间的衔接分子，与氨基酸之间的衔接分子，每种每种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。只能转运一种特定的氨基酸。氨基酸氨基酸接受臂接受臂反密反密码环码环tRNA结构图结构图rRNA（核糖体（核糖体RNA）rRNA和和蛋白质蛋白质组成组成核糖体，核糖体，为蛋白质合成提供场所。为蛋白质合成提供场所。核糖体小亚基中核糖体小亚基中的的rRNA结构图结构图襻环襻环细菌基因与真核生物细菌基因与真核生物基因的比较基因的比较( (三三) )、真核细胞、真核细胞RNA的转录后加工的转录后加工真核细胞真核细胞原核细胞

17、原核细胞细胞核细胞核转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译原核生物和真核生物原核生物和真核生物的转录、翻译过程的转录、翻译过程 mRNA (mRNA (真核加工真核加工) ) rRNA (rRNA (真核、原核均加工真核、原核均加工) ) tRNA (tRNA (真核、原核均加工真核、原核均加工) )( (三三) )、真核细胞、真核细胞RNA的转录后加工的转录后加工 mRNAmRNA的加工的加工 作用作用1. 1. 加帽加帽 增加稳定性增加稳定性5-5-三磷酸三磷酸-7-7-甲基鸟苷甲基鸟苷2. 2. 加尾加尾 和转运有关和转运有关3-PolyA 3-PolyA 序列序列3. 3. 拼接拼接 切除内

18、含子并联结外显子切除内含子并联结外显子4. RNA 4. RNA 编辑编辑 扩充遗传信息扩充遗传信息遗传信息如何从遗传信息如何从RNARNA转换到蛋白质转换到蛋白质翻译翻译遗传信息的遗传信息的翻译翻译是指以是指以mRNA为模板，把核苷酸链为模板，把核苷酸链上的三联遗传密码转换成蛋白质多肽链的氨基酸上的三联遗传密码转换成蛋白质多肽链的氨基酸序列的过程，是基因表达的最终目的。序列的过程，是基因表达的最终目的。二、基因的翻译从二、基因的翻译从RNARNA到蛋白质到蛋白质 ( (不同的语言不同的语言核苷酸核苷酸/ /氨基酸氨基酸) )翻译的具体过程将在第五章第二节作详细讨论将在第五章第二节作详细讨论

19、复制过程复制过程 DNADNA复制从复制从复制起始点复制起始点开始开始, ,在起始蛋白为首的一个在起始蛋白为首的一个多酶复合体多酶复合体的作用下，双链解开，形成两个方向相反的的作用下，双链解开，形成两个方向相反的复制叉复制叉。在复制叉上，。在复制叉上，DNADNA聚合酶分别以聚合酶分别以DNADNA双链中的一条双链中的一条为模板，为模板，4 4种三磷酸脱氧核苷酸为原料，合成两条新的种三磷酸脱氧核苷酸为原料，合成两条新的DNADNA链。随着复制叉向相反两个方向推进，就形成复制泡。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，使复制泡在各个复制起始点发生并增大，

20、使DNADNA分子得到完整分子得到完整复制。复制。 本部分小结本部分小结转录过程中也需要把转录过程中也需要把DNADNA双链打开，基因链上的碱基双链打开，基因链上的碱基种类和排列暴露出来，方便单核苷酸按照碱基互补原种类和排列暴露出来，方便单核苷酸按照碱基互补原则来配对，在则来配对，在RNARNA聚合酶的催化下，许多单核苷酸聚合酶的催化下，许多单核苷酸（核糖核酸）连接起来成为一条核苷酸链。从而合成（核糖核酸）连接起来成为一条核苷酸链。从而合成与基因链的碱基排列相同的核糖核苷酸链（与基因链的碱基排列相同的核糖核苷酸链（RNARNA）。）。转录过程转录过程比较比较DNADNA复制和转录的特点复制和转录的特点 复制复制 转录转录目的目的 复制遗传物质复制遗传物质 转录遗传信息转录遗传信息模板模板 完整的染色体分子完整的染色体分子 染色体分子上一段染色体分子上一段DNA(DNA(基因基因) )催化合成的酶催化合成的酶 DNADNA聚合酶聚合酶 RNARNA