1、1,第四章 細(xì)胞核 nucleus,第一節(jié) 核被膜 第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體 第三節(jié) 核仁 第四節(jié) 遺傳物質(zhì)的復(fù)制 第五節(jié) 遺傳信息的表達(dá),2,細(xì)胞、個(gè)體乃至物種的遺傳特性要在代代相傳中得到維持，有賴于遺傳物質(zhì)完整、準(zhǔn)確的復(fù)制并分配至子代細(xì)胞,3,4,DNA復(fù)制 replication： 由一個(gè)親代雙螺旋產(chǎn)生兩個(gè)子代雙螺旋的過程（ 3.2 109 核苷酸對(duì)） 艱巨任務(wù)：在子代細(xì)胞誕生前迅速而精確 地完成這一過程（約8小時(shí)） 8小時(shí)內(nèi)寫滿1000冊(cè)書！ 奇跡是怎樣創(chuàng)造的,5,第四節(jié) 遺傳物質(zhì)的復(fù)制 replication of the genomic materials 一、DNA 復(fù)制過程及其特

2、征 二、DNA 復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì),6,一、DNA 復(fù)制過程及其特征 半保留復(fù)制 復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始 復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡 復(fù)制叉的不對(duì)稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段 校讀糾錯(cuò)機(jī)制 整個(gè)染色體的復(fù)制,7,復(fù)制過程 DNA復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始,在起始蛋白為首的一個(gè)多 酶復(fù)合體的作用下，雙鏈解開，形成兩個(gè)方向相反的復(fù)制 叉。在復(fù)制叉上，DNA聚合酶分別以DNA雙鏈中的一條為模 板，4種三磷酸脫氧核苷酸為原料，合成兩條新的DNA鏈。 隨著復(fù)制叉向相反兩個(gè)方向推進(jìn)，就形成復(fù)制泡。復(fù)制泡 在各個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)發(fā)生并增大，使DNA分子得到完整復(fù)制,8,DNA復(fù)制:由一個(gè)親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個(gè)子代雙

3、螺旋的程,1. 半保留復(fù)制（semi-conservative replication,9,C,G,T,A,G,C,A,T,C,G,G,C,以一條DNA鏈作為模板（舊鏈）復(fù)制新鏈，復(fù)制后的雙螺旋 含一條舊鏈和一條新鏈,1. 半保留復(fù)制,10,母鏈,復(fù)制,復(fù)制,復(fù)制后的DNA分子，各含有1條原來的舊鏈和1條新鏈，兩個(gè)新合成的雙螺旋都是原來雙螺旋的精確復(fù)制品，這稱為半保留復(fù)制,復(fù)制,11,2. 復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn) replication origins 開始,12,復(fù)制起始點(diǎn)：特殊的DNA序列 能被起始蛋白識(shí)別并結(jié)合 通常為富含A、T的重復(fù)序列 在細(xì)菌只有一個(gè)，在真核細(xì)胞有多個(gè),13,復(fù)制的起始與雙

4、鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與,14,15,復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn) 開始向兩個(gè)方向推進(jìn)。 （細(xì)菌環(huán)狀DNA分子,16,在真核細(xì)胞的染色體上，復(fù)制叉由多處復(fù)制起始位點(diǎn)向兩個(gè)方向移動(dòng),17,3.復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡 (replication forks, two-direction replication & replication bubbles,復(fù)制叉: 已經(jīng)打開的2條單鏈與未解開的雙鏈間形成Y形,18,復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn) 開始向兩個(gè)方向推進(jìn)， 形成兩個(gè)反向的復(fù)制叉,19,在真核細(xì)胞的染色體上，復(fù)制叉由多處復(fù)制起始位點(diǎn)向兩個(gè)方向移動(dòng),20,復(fù)制叉 replication fork,21,DNA的合成

5、,22,4.復(fù)制叉的不對(duì)稱性 asymmetry of replication folk： 前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段,問題： 一條新鏈:53方向合成 另一條新鏈如何合成,提示： 1.DNA聚合酶只能催化單核苷酸53方向加入 2.53連續(xù)合成將使鏈延長與復(fù)制叉推進(jìn)相反,23,間斷合成的新鏈后隨鏈,RNA引物,岡崎片段,連接,切除RNA引物,新DNA延伸,RNA引物的生成,舊鏈,新鏈,在后隨鏈合成中，由DNA聚合酶在RNA引物的3-OH上合成一段多核苷酸鏈，此DNA片段加上RNA引物構(gòu)成岡崎片段,岡崎片段 （Okazaki fragments,DNA 聚合酶I,53切除RNA引物 53填充脫氧核苷

6、酸,DNA連接酶：連接兩個(gè)DNA片段,岡崎片段連接,卡通,3,3,5,5,復(fù)制叉推進(jìn)方向,復(fù)制起始點(diǎn),模板鏈,復(fù)制起始點(diǎn),DNA的雙向復(fù)制示意圖,復(fù)制叉推進(jìn)方向,27,復(fù)制叉內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的： 一條鏈不間斷地合成，并率先發(fā)生，因而叫 作前導(dǎo)鏈 另一條鏈間斷合成，由岡崎片段連接而成，并滯后發(fā)生，因而叫作后隨鏈。 (后隨鏈合成滯后的原因） 后隨鏈中核苷酸聚合的方向與鏈延伸的方向 是相反的，而鏈延伸的方向與復(fù)制叉推進(jìn)的 方向是一致的。圖示,28,復(fù)制的主要步驟 在復(fù)制起始點(diǎn)打開雙鏈 合成一段RNA引物 前導(dǎo)鏈合成 （DNA鏈在RNA引物后開始合成） 后隨鏈合成 (岡崎片段在引物后開始合成,卡通 2

7、,29,復(fù)制過程中DNA多聚酶的校讀糾錯(cuò)作用 一、在新的核苷酸中堿基剛剛與對(duì)應(yīng)堿基結(jié)合、尚未與新鏈末端共價(jià)聯(lián)結(jié)的時(shí)候，多聚酶就對(duì)配對(duì)進(jìn)行校對(duì)。堿基配對(duì)錯(cuò)誤則使DNA合成暫停。 二、 “ 核酸外切校讀”。如果聯(lián)結(jié)在RNA引物3OH末端的是錯(cuò)配核苷酸，該酶切除錯(cuò)配者，直至正確配對(duì)的核苷酸作為引物的3末端才開始DNA合成,30,6整個(gè)染色體的復(fù)制,多個(gè)復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個(gè)區(qū)段復(fù)制順序先后固定. 端粒酶保證真核染色體末端的完整復(fù)制. DNA新鏈合成完畢后立即就有組蛋白與之裝配，新的核小體形成,快速分裂的核中提取 的 DNA 電鏡照片,復(fù)制泡,return,多個(gè)復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個(gè)區(qū)段復(fù)制順序先后固定,

8、32,端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復(fù)制,卡通,33,組蛋白加入， 形成新的核小體,35,二、DNA 復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì) 一系列酶和其他蛋白質(zhì)組成復(fù)合體，作為一個(gè)整體沿DNA分子移動(dòng)，協(xié)調(diào)兩條鏈上的合成過程。 奇跡的創(chuàng)造者,36,37,參加大腸桿菌DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)及其功能 蛋 白 質(zhì) 功 能 DnaA蛋白(起始因子) 識(shí)別起始順序在復(fù)制起始點(diǎn)打開雙鏈 DnaB蛋白(解旋酶) 松解DNA雙螺旋 DnaC蛋白 輔助解旋酶結(jié)合到起始點(diǎn) DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶I和II 解除DNA超螺旋并防止鏈纏繞 DnaG 蛋白(引物酶) 合成RNA引物(前導(dǎo)鏈上一個(gè),后隨鏈上多 個(gè)引物) SSB蛋白(單

9、鏈結(jié)合蛋白) 結(jié)合至單鏈DNA維持其單鏈狀態(tài) 滑動(dòng)鉗夾 幫助DNA聚合酶穩(wěn)定結(jié)合于模板鏈上 DNA聚合酶III 1.延長新鏈(5 3聚合酶活性:以DNA為模板, 在RNA引物3-OH加上dNTP) 2.錯(cuò)配校讀(3 5外切酶活性:切除錯(cuò)配dNTP) DNA聚合酶I 在崗崎片段之間除去引物并填補(bǔ)空隙,錯(cuò) 配校讀 DNA連接酶 連接崗崎片段3-OH與5-P,38,第四章 細(xì)胞核nucleus,第一節(jié) 核被膜 第二節(jié) 染色質(zhì)和染色體 第三節(jié) 核仁 第四節(jié) 遺傳物質(zhì)的復(fù)制 第五節(jié) 遺傳信息的表達(dá),39,40,一個(gè)人的兩種細(xì)胞：源于同一個(gè)細(xì)胞(同一個(gè)受精卵)，攜帶完全相同的遺傳信息卻有著截然不同的形態(tài)和

10、功能。 怎么會(huì)這樣呢,41,第五節(jié) 遺傳信息的表達(dá) Expression of the genomic information 一、基因的轉(zhuǎn)錄 transcription 從DNA到RNA 二、基因的翻譯 translation 從RNA到蛋白質(zhì),42,中心法則 The central principle 細(xì)胞內(nèi)的基因先將它的遺傳信息轉(zhuǎn)錄在mRNA上，再經(jīng)過翻譯，將特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質(zhì),43,44,一、基因的轉(zhuǎn)錄從DNA到RNA (同樣的語言) （一）轉(zhuǎn)錄過程 （二）有意義鏈和反意義鏈 （三）真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工,45,Comparison of DNA and RNA Feat

11、ure DNA RNA Sugar deoxyribose ribose Base pairing A-T/G-C A-U/G-C Structure double helix single single stranded structures,46,rRNA和tRNA能發(fā)生分子內(nèi)的堿基配對(duì)，易于折疊成三維結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)分子的作用,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),47,在RNA合成酶系作用下，以DNA的一條鏈上的一段序列為模板，按照堿基配對(duì)原則，以4種三磷酸核苷酸為原料，合成一個(gè)與模板序列互補(bǔ)的RNA分子。 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要有mRNA、rRNA和tRNA,一）轉(zhuǎn)錄過程,48,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補(bǔ)的RN

12、A鏈,一）轉(zhuǎn)錄過程,50,啟動(dòng)子和終止子： 特殊的DNA序列，對(duì)RNA聚合酶發(fā)出的信號(hào),52,由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄,RNA聚合酶：催化這一合成反應(yīng)，所以又叫轉(zhuǎn)錄酶。作用是解開DNA雙鏈，以其中的反基因鏈為模板，將4種三磷酸核苷酸聚合成與模板互補(bǔ)的RNA鏈,53,RNA聚合酶催化的細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)錄:聚合酶遇到啟動(dòng)子序列 就與之結(jié)合,打開雙鏈開始轉(zhuǎn)錄,直至遇到終止子.卡通,54,55,三種轉(zhuǎn)錄物,信使RNA (mRNA)傳遞遺傳信息 核糖體RNA (rRNA)作為結(jié)構(gòu)分子和酶組分 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (tRNA) 作為結(jié)構(gòu)分子,56,基因鏈（gene strand）: 基因遺傳信息所在的DNA單鏈。 反基因鏈

13、（antigene strand）: 與基因鏈互補(bǔ)的那條DNA 單鏈。 mRNA 鏈：序列與基因鏈相同（T=U,二)有意義鏈和反意義鏈 sense/ antisense strands,基因鏈或有意義鏈,反基因鏈或反意義鏈,57,58,細(xì)菌基因與真核生物基因的比較,三)、真核細(xì)胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工 Transcription and processing,59,細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的RNA的種類 RNA種類 功 能 mRNA 編碼蛋白質(zhì) rRNA 形成核糖體的一部分并參與蛋白質(zhì)的合成 tRNA 蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物 小RNA 用于未成熟mRNA的拼接、蛋白質(zhì)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運(yùn) 以及其

14、他細(xì)胞過程,60,mRNA(真核加工) rRNA (真核、原核均加工) tRNA (真核、原核均加工,三)、真核細(xì)胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工,61,真核生物,原核生物,原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程,細(xì)胞核,轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄,翻譯,翻譯,62,mRNA的加工 作用 1. 加帽 ( capping ) 增加穩(wěn)定性 5-三磷酸-7-甲基鳥苷 2. 加尾 ( tailing ) 穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān) 3-Poly A 序列 3. 拼接（splicing） 切除內(nèi)含子并聯(lián)結(jié)外顯子 4. RNA 編輯（editing） 擴(kuò)充遺傳信息,63,原初轉(zhuǎn)錄 產(chǎn)物,成熟 mRNA,帽子,附加位點(diǎn),多聚A尾,加尾信號(hào),64,6

15、5,tRNA加工,剪接 堿基修飾,66,67,68,二、基因的翻譯從RNA到蛋白質(zhì) (不同的語言)(發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)嗎?) （一）密碼 （二）翻譯過程 （三）翻譯的場(chǎng)所-核糖體 3種RNA在此緊密合作,69,遺傳信息的翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列，合成多肽的過程，是基因表達(dá)的最終目的。 蛋白質(zhì)的生物合成發(fā)生在核糖體上，三種成熟的RNA分子從核進(jìn)入胞質(zhì)后在此各自發(fā)揮重要作用。 mRNA 編碼蛋白質(zhì) rRNA 形成核糖體的骨架并參與蛋白質(zhì)的合成(核酶) tRNA 蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物,70,從基因到蛋白質(zhì)的步驟,71,72,73,比較

16、DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn) 復(fù)制 轉(zhuǎn)錄 目的 復(fù)制遺傳物質(zhì) 轉(zhuǎn)錄遺傳信息 模板 完整的染色體分子 染色體分子上一段DNA(基因) 催化合成的酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 原料 4種脫氧核糖核苷酸 4種核糖核苷酸 dATP,dTTP,dCTP,dGTP ATP,UTP, CTP,GTP 產(chǎn)物 完整的染色體分子 一個(gè)特異的RNA分子 (子代DNA) (mRNA,rRNA,tRNA或sRNA) 首發(fā)事件 起始蛋白識(shí)別 聚合酶識(shí)別并結(jié)合至 復(fù)制起始點(diǎn) 基因啟動(dòng)子,74,本章第三、四節(jié)重點(diǎn),75,本章重點(diǎn)9,DNA 復(fù)制過程及其特征,復(fù)制過程 DNA復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始,在起始蛋白為首的 一個(gè)多酶復(fù)合體的

17、作用下，雙鏈解開，形成兩個(gè)方 向相反的復(fù)制叉。在復(fù)制叉上，DNA聚合酶分別以 DNA雙鏈中的一條為模板，4種三磷酸脫氧核苷酸為 原料，合成兩條新的DNA鏈。隨著復(fù)制叉向相反兩個(gè) 方向推進(jìn)，就形成復(fù)制泡。復(fù)制泡在各個(gè)復(fù)制起始 點(diǎn)發(fā)生并增大，使DNA分子得到完整復(fù)制。 復(fù)制叉內(nèi)部是不對(duì)稱的：前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，后隨 鏈間斷合成,76,本章重點(diǎn)9,DNA 復(fù)制過程特征 半保留復(fù)制 復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始 復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡 復(fù)制叉的不對(duì)稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段 校讀糾錯(cuò)機(jī)制 整個(gè)染色體的復(fù)制,77,本章重點(diǎn) 10,分子生物學(xué)中心法則 細(xì)胞內(nèi)的基因先將它的遺傳信息轉(zhuǎn)錄在mRNA上，再經(jīng)過翻譯，將

18、特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質(zhì),78,本章重點(diǎn) 11,轉(zhuǎn)錄過程 在RNA合成酶系作用下，以DNA的一條鏈上的一段序列為模板，按照堿基配對(duì)原則，以4種三磷酸核苷酸為原料，合成一個(gè)與模板序列互補(bǔ)的RNA分子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要有mRNA、rRNA和tRNA,79,思考題 第一部分 1.解釋下列名詞: 半保留復(fù)制 復(fù)制叉 復(fù)制泡 前導(dǎo)鏈 后隨鏈 岡崎片段 基因表達(dá) 轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工 翻譯 DNA復(fù)制 中心法則 有意義鏈（基因鏈） 反意義鏈（反基因鏈） 2.簡述DNA復(fù)制過程及其特性. 3.簡述基因轉(zhuǎn)錄的過程,80,由于DNA復(fù)制僅在5-3方向合成新鏈，而雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，因此似乎只能在?-5方向的模板上進(jìn)行復(fù) 制，那么在5-3 方向的模板上復(fù)制是怎樣進(jìn)行的？ 答：復(fù)制叉在該模板上前進(jìn)的方向?yàn)?-3，聚合酶只能在5-3方向延長DNA鏈，因此通常在模板上是以3-5的方向移動(dòng)，在5-3方向的模板上復(fù)制DNA的方向與復(fù)制叉運(yùn)動(dòng)的方向相反。由于聚合酶要等復(fù)制叉復(fù)制叉向前移動(dòng)解開雙螺旋，再以相反的方向合成鏈，因此這條鏈的復(fù)制是不連續(xù)的（后隨鏈) ，復(fù)制不能在后隨鏈上延伸，這是因?yàn)槎嗑勖副仨毜却ㄟ^解螺旋并從復(fù)制叉延伸而暴露出的新序列為模板支架。結(jié)果形成了一個(gè)個(gè)分