基因信息传递(2)

1、关于基因信息的传递 (2)第一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月基 因 (gene)： 是遗传物质的功能单位，主要以染色体DNA为载体，通过生殖细胞世代遗传。 是以碱基排列顺序的方式储存的遗传信息。 编码序列+非编码序列基 因 组（genome)： 某一物种拥有的全部遗传物质，从分子意义上说，是指全部DNA序列。第二张，PPT共八十四页，创作于2022年6月* 中心法则(P241) 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录

2、翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 逆转录 转录 翻译 复制 DNA RNA 蛋白质 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。第三张，PPT共八十四页，创作于2022年6月第四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月主要内容 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 第五张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA的生物合成(复制)DNA Biosynthesis (Replication) 第 十三 章第六张

3、，PPT共八十四页，创作于2022年6月 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第七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月复制的基本规律Basic Rules of DNA Replication 第一节第八张，PPT共八十四页，创作于2022年6月半保留复制 (semi-conservative replication)双向复制 (bidirectional replication)半不连续复制 (semi-discontinuous replication) DNA复制的特征第九张，PPT共八十

4、四页，创作于2022年6月一、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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月第十一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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第十二张，PPT共八十四页，创

5、作于2022年6月按半保留复制方式，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。第十三张，PPT共八十四页，创作于2022年6月原核生物： 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、双向复制第十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 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(replication fork) 。P243第十五张，PP

6、T共八十四页，创作于2022年6月 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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月oriC单复制子第十七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月真核生物： 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。第十八张，PPT共八十四页，创作于2022年6月真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉第十九张，PPT共八十四页，创作于2022年6月真核生物的多复制子复制电镜图第二十张，PPT共八十四页，创作于2022年6月35353

7、535解链方向领头链(leading strand)随从链(lagging strand)三、复制的半不连续性35第二十一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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。第二十二张，PPT共八十四页，创作于2022年6月冈崎片段： 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 第二十三张，PPT共八十

8、四页，创作于2022年6月半不连续复制动画第二十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 DNA复制的酶学The Enzymology of DNA Replication 第二节第二十五张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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、连接酶第二十六张，PPT共八十四页，创作于2022年6月一、复制的化学反应 (dNMP)

9、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；第二十七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月聚合反应的特点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 。第二十八张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：DNA-pol活性：1. 53 的聚合

10、活性 2. 核酸外切酶活性第三十张，PPT共八十四页，创作于2022年6月5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5外切酶活性 5 3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 第三十一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月第三十二张，PPT共八十四页，创作于2022年6月（一）原核生物的DNA聚合酶 DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 第三十三张，PPT共八十四页

11、，创作于2022年6月催化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pol IIIpol IIpol IE. Coli中的DNA聚合酶P245第三十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月功能：校读，去除RNA引物，填补空隙，参与DNA损伤修复。P245DNA-pol 第三十五张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA聚合酶II (DNA-pol II) 具有53的聚合酶活性。 只是在无pol及pol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

12、急状态修复。第三十六张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA聚合酶III (DNA-pol III)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。，亚基组成核心酶，亚基具有53的聚合活性，亚基具有35外切酶活性， 亚基可能起组装作用。第三十七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月亚基(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-复合物, 是DNA夹子加载蛋白。第三十八张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA-pol 第三十九张，PPT共八十四页，创作于2022年6月第四十张，PPT共八十四页，创作于2022年6月（二）真核生物的

13、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-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 基本性质与原核细胞DNA聚合酶一致。第四十一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月三、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。 第四十二张，PPT共八十四页，创作于2022年6月（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(, )稳定已解开的单链单链DN

14、A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第四十三张，PPT共八十四页，创作于2022年6月解旋解链酶类的作用第四十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月引物酶(primase) DNA复制需要RNA引物，因为DNA pol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。第四十五张

15、，PPT共八十四页，创作于2022年6月四、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。第四十六张，PPT共八十四页，创作于2022年6月HO5335DNA连接酶ATP（NAD+）AMP5353第四十七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA生物合成过程The Process of DNA Replication第三节第四十九张，

16、PPT共八十四页，创作于2022年6月（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 第五十张，PPT共八十四页，创作于2022年6月第五十一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月（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。 第五十二张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 3 3DNA-pol模板方向35合成需要引物提供

17、3-OH合成方向53底物是dNTP 第五十三张，PPT共八十四页，创作于2022年6月复制过程简图第五十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月555RNA酶OHP5DNA-pol dNTP55PATP AMP+PPi55DNA连接酶 随从链上不连续性片段的连接第五十五张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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.colioriter8232 ori terSV40500（三）复制的终止第五十六张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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

18、否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1S及G2M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。 第五十七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月第六十张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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

19、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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月端粒酶(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张，PPT共八十四页，创作于2022年6月端粒酶的爬行模型（动画演示）

20、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。第六十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) and Repair第四节第六十五张，PPT共八十四页，创作于2022年6月突变 (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 (DNA damage)： 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。第六十六张，PPT共八十四页，创作于2022年6月一、

21、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) 第六十七张，PPT共八十四页，创作于2022年6月DNA分子上的碱基错配称点突变 (point mutation)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）错配第六十八张，PPT共八十四页，创作于2022年6月镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链CAC GTG基因正常

22、成人Hb (HbA)亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链CTC GAG基因点突变 第六十九张，PPT共八十四页，创作于2022年6月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。第七十张，PPT共八十四页，创作于2022年6月（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 缺失或插入都可导致框移突变 。第七十一张，PPT共八十四页，创作于2022年6月谷 酪 蛋

23、丝5 G C A G U A C A U G U C 丙 缬 组 缬正常5 G A G U A C A U G U C 缺失C缺失引起框移突变第七十二张，PPT共八十四页，创作于2022年6月（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。 第七十三张，PPT共八十四页，创作于2022年6月四、DNA损伤的修复 P254 修复(repairing) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。光修复(light repairing)切除修复(excision repairing)重组修复(recombination repairing)SOS修复 修复的主要类型第七十四张，PPT共八十四页，创作于2022年6月光修复酶（一）光修复 P254 第七十五张，PPT共八十四页，创作于2022年6月 （二）切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-pol和连接酶完成。Uv