生物医学概论生化第4章基因信息的传递和表达.ppt
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目录目录基因信息的传递和表达基因信息的传递和表达第四章Thetransfersandtheexpressionofthegeneinformation目录目录中心法则中心法则（TheCentralDogma）转转录录翻翻译译逆转录逆转录复复制制目录目录第一节第一节DNADNA的生物合成（复制）的生物合成（复制）目录目录DNA复制复制（DNAreplication）是指遗传物质是指遗传物质的传代，以亲代的传代，以亲代DNA为模板，以四种为模板，以四种dNTP为为原料，在原料，在DNA聚合酶的催化下，按照碱基互补聚合酶的催化下，按照碱基互补配对原则，合成子链配对原则，合成子链DNA的过程。
的过程。
一、一、DNA的复制的复制目录目录半保留复制半保留复制（semi-conservativereplication）双向复制双向复制（bidirectionalreplication）半不连续复制半不连续复制（semi-discontinuousreplication）
（一）
（一）DNA复制的基本特征复制的基本特征目录目录DNA生生物物合合成成时时，亲亲代代DNA解解开开为为两两股股单单链链，各各自自作作为为模模板板（template）按按碱碱基基配配对对规规律律，合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链。
子子代代细细胞胞的的DNA，一一股股单单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来，另另一一股股单单链链则则完完全全重重新新合合成成。
两两个个子子细细胞胞的的DNA都都和和亲亲代代DNA碱碱基基序序列列一一致致。
这种复制方式称为这种复制方式称为半保留复制半保留复制。
n半保留复制半保留复制的概念的概念:
1.半保留复制半保留复制目录目录AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA目录目录按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNA与与亲亲代代DNAA的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性。
n半保留复制的意义半保留复制的意义:
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。
目录目录原原核核生生物物基基因因组组是是环环状状DNA，只只有有一一个个复复制制起起点点（origin）。
复复制制从从起起点点开开始始，向向两两个个方方向向进行解链，进行的是单点起始进行解链，进行的是单点起始双向复制双向复制。
复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象2.双向复制双向复制目录目录3535解链方向解链方向35335前导链前导链（leadingstrand）后随链后随链（laggingstrand）3.半不连续复制半不连续复制目录目录顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这股链称为这股链称为前导链前导链（leadingstrand）。
另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为后后随随链链（laggingstrand）。
复复制制中中的的不不连连续片段称为续片段称为冈崎片段冈崎片段（okazakifragment）。
前前导导链链连连续续复复制制而而后后随随链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制的半不连续性。
制的半不连续性。
目录目录n参与参与DNA复制的物质复制的物质:
底物底物（substrate）:
dATP,dGTP,dCTP,dTTP；模板模板（template）:
解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链；引引物物（primer）:
提提供供3-OH末末端端使使dNTP可可以以依依次聚合；次聚合；聚聚合合酶酶（polymerase）:
依依赖赖DNA的的DNA聚聚合合酶酶，简写为简写为DNA-pol；其他的酶和蛋白质因子。
其他的酶和蛋白质因子。
（二）参与
（二）参与DNA复制的酶和蛋白质因子复制的酶和蛋白质因子目录目录DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把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。
解成单链，它才能起模板作用。
1.解链、解旋酶类解链、解旋酶类解螺旋酶解螺旋酶（helicase）利用利用ATP供能，作用于供能，作用于氢键，使氢键，使DNA双链解开成为两条单链。
双链解开成为两条单链。
单链单链DNA结合蛋白结合蛋白（singlestrandedDNAbindingprotein,SSB）在复制中维持模板处于单链状在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。
态并保护单链的完整。
目录目录复制起始点附近区域的复制起始点附近区域的复制起始点附近区域的复制起始点附近区域的DNADNADNADNA双链解开成为两条单链。
双链解开成为两条单链。
双链解开成为两条单链。
双链解开成为两条单链。
SSBSSB解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解链方向目录目录108局部解链后局部解链后n复制过程正超螺旋的形成：
复制过程正超螺旋的形成：
DNA拓扑异构酶拓扑异构酶改变改变DNA超螺旋状态、理顺超螺旋状态、理顺DNA链链目录目录解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成目录目录n拓扑酶的作用方式：
拓扑酶的作用方式：
目录目录2.引物酶引物酶（primase）引物酶是一种特殊的引物酶是一种特殊的引物酶是一种特殊的引物酶是一种特殊的RNARNA聚合酶，在模板的复聚合酶，在模板的复聚合酶，在模板的复聚合酶，在模板的复制起始部位催化制起始部位催化制起始部位催化制起始部位催化NTPNTP的聚合的聚合的聚合的聚合,形成短片段的形成短片段的形成短片段的形成短片段的RNARNA。
这一小段这一小段这一小段这一小段RNARNA作为复制的作为复制的作为复制的作为复制的引物（引物（引物（引物（primerprimer），），），），提供提供提供提供33-OH-OH末端，使末端，使末端，使末端，使DNA-polDNA-pol能够催化能够催化能够催化能够催化dNTPdNTP聚合。
聚合。
聚合。
聚合。
目录目录3.DNA聚合酶聚合酶全称：
全称：
依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶（DNA-dependentDNApolymerase，DDDP）简称：
简称：
DNA-poln聚合反应的特点聚合反应的特点:
DNA新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板；新链的延长只可沿新链的延长只可沿53方向进行。
方向进行。
目录目录原核生物的原核生物的DNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型DNA-polDNA-polDNA-pol目录目录对复制和修复中出现的空隙进行填补。
对复制和修复中出现的空隙进行填补。
DNA-polDNA-pol功能：
功能：
功能：
功能：
具有具有53方向聚合酶活性。
方向聚合酶活性。
对复制和修复中出现的空对复制和修复中出现的空隙进行填补。
隙进行填补。
具有具有35方向核酸外切酶活性方向核酸外切酶活性切除错配核切除错配核苷酸，起校读功能。
苷酸，起校读功能。
具有具有53方向核酸外切酶活性方向核酸外切酶活性切除突变片切除突变片段。
段。
目录目录DNA-pol（120kD）DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。
基因发生突变，细菌依然能存活。
DNA-pol可能参与可能参与DNA损伤的应急状态修复损伤的应急状态修复（SOS修复）。
修复）。
目录目录n功能：
功能：
DNA-pol（250kD）是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
目录目录polIpolIpolIIpolIIpolIIIpolIII55聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性+55外切酶活性外切酶活性外切酶活性外切酶活性+55外切酶活性外切酶活性外切酶活性外切酶活性+-亚基数亚基数亚基数亚基数11?
1010（不对称（不对称（不对称（不对称多聚体）多聚体）多聚体）多聚体）分子数分子数分子数分子数/细胞细胞细胞细胞400400?
2020功能功能功能功能修复合成切修复合成切修复合成切修复合成切除引物填补除引物填补除引物填补除引物填补空隙空隙空隙空隙损伤修复损伤修复损伤修复损伤修复复制复制复制复制E.coliE.coli中的中的DNADNA聚合酶聚合酶目录目录4.DNA连接酶连接酶连连接接DNA链链3-OH末末端端和和相相邻邻DNA链链5-P末末端端，使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键，从从而而把把两两段相邻的段相邻的DNA链连接成一条完整的链。
链连接成一条完整的链。
nDNA连接酶连接酶（DNAligase）作用方式：
作用方式：
HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP5353nDNA连接酶的作用：
连接酶的作用：
目录目录DNA连连接接酶酶在在复复制制中中起起最最后后接接合合缺缺口口的的作用。
作用。
在在DNA修修复复、重重组组及及剪剪接接中中也也起起缝缝合合缺缺口作用。
口作用。
也是基因工程的重要工具酶之一。
也是基因工程的重要工具酶之一。
n功能：
功能：
目录目录1.DNA复制的起始复制的起始需要解决两个问题：
需要解决两个问题：
1.DNA解开成单链，提供模板。
解开成单链，提供模板。
2.形成引发体，合成引物，提供形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。
末端。
（三）原核生物（三）原核生物DNA的复制的复制目录目录E.coli复制起始点复制起始点oriCGATTNTTTATTTGATCTNTTNTATTGATCTCTTATTAG1131729324411317293244TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58661661742012092372455866166174201209237245串联重复序列串联重复序列反向重复序列反向重复序列5353DNA的解链的解链目录目录DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶3535引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。
复制起始区域的复合结构称为引发体。
目录目录2.复制的延长复制的延长复复制制的的延延长长指指在在DNA-pol催催化化下下，dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
目录目录n前导链的合成：
前导链的合成：
前导链的子链沿着前导链的子链沿着5533方向可以连续地延长。
方向可以连续地延长。
解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶n后随链的合成后随链的合成解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶n同一复制叉上前导链和后随链由相同的同一复制叉上前导链和后随链由相同的DNA-pol催化延长催化延长目录目录原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段，双向复制的复制片段在复制的终止点在复制的终止点（ter）处汇合。
处汇合。
oriterE.coli3.复制的终止复制的终止目录目录555RNA酶酶OHP5DNA-poldNTP55P55DNA连接酶连接酶n后随链上不连续性片段的连接：
后随链上不连续性片段的连接：
目录目录（四）真核生物（四）真核生物DNA的复制的复制真核生物每个染色体有多个起始点，可同时进行真核生物每个染色体有多个起始点，可同时进行双向复制。
双向复制。
两个复制起点之间的两个复制起点之间的DNA片段称为一个复制子。
片段称为
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