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文檔簡介

第四章細胞核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)的復制第五節(jié)遺傳信息的表達

細胞、個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、準確的復制并分配至子代細胞。DNA復制replication:由一個親代雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的過程(3.2×109核苷酸對)艱巨任務:在子代細胞誕生前迅速而精確地完成這一過程(約8小時)=8小時內(nèi)寫滿1000冊書!奇跡是怎樣創(chuàng)造的?第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復制過程及其特征二、DNA復制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)一、DNA復制過程及其特征半保留復制復制從復制起始點開始復制叉、雙向復制和復制泡復制叉的不對稱性:前導鏈、后隨鏈和岡崎片段校讀糾錯機制整個染色體的復制復制過程DNA復制從復制起始點開始,在起始蛋白為首的一個多酶復合體的作用下,雙鏈解開,形成兩個方向相反的復制叉。在復制叉上,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。隨著復制叉向相反兩個方向推進,就形成復制泡。復制泡在各個復制起始點發(fā)生并增大,使DNA分子得到完整復制。

DNA復制:由一個親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的程。1.半保留復制(semi-conservativereplication)

CGTAGCATCGGC以一條DNA鏈作為模板(舊鏈)復制新鏈,復制后的雙螺旋含一條舊鏈和一條新鏈。1.半保留復制母鏈復制復制復制后的DNA分子,各含有1條原來的舊鏈和1條新鏈,兩個新合成的雙螺旋都是原來雙螺旋的精確復制品,這稱為半保留復制。復制2.復制從復制起始點replicationorigins開始復制起始點:特殊的DNA序列能被起始蛋白識別并結(jié)合通常為富含A、T的重復序列在細菌只有一個,在真核細胞有多個復制的起始與雙鏈解旋:大量特異蛋白和酶參與細菌真核細胞基因組(核苷酸對)數(shù)百萬個3.2×109(人)速度500個核苷酸/秒50個核苷酸/秒復制起始點一個多個復制從復制起始點開始向兩個方向推進。(細菌環(huán)狀DNA分子)在真核細胞的染色體上,復制叉由多處復制起始位點向兩個方向移動3.復制叉、雙向復制和復制泡

(replicationforks,two-directionreplication&replicationbubbles)

復制叉:已經(jīng)打開的2條單鏈與未解開的雙鏈間形成Y形。復制從復制起始點開始向兩個方向推進,形成兩個反向的復制叉。在真核細胞的染色體上,復制叉由多處復制起始位點向兩個方向移動復制叉replicationforkDNA的合成4.復制叉的不對稱性asymmetryofreplicationfolk:前導鏈、后隨鏈和岡崎片段問題:一條新鏈:5’→3’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5’→3’方向加入2.5→3連續(xù)合成將使鏈延長與復制叉推進相反?4.復制叉的不對稱性:前導鏈、后隨鏈和岡崎片段答案:一條新鏈:5→3方向不間斷合成-前導鏈另一條新鏈:5→3方向間斷合成-后隨鏈間斷合成的新鏈-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(Okazakifragments)DNA聚合酶I5’3’切除RNA引物5’3’填充脫氧核苷酸DNA連接酶:連接兩個DNA片段岡崎片段連接:卡通3’3’5’5’

復制叉推進方向

復制起始點模板鏈復制起始點DNA的雙向復制示意圖復制叉推進方向復制叉內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不對稱的:一條鏈不間斷地合成,并率先發(fā)生,因而叫作前導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制叉推進的方向是一致的。圖示復制的主要步驟在復制起始點打開雙鏈合成一段RNA引物前導鏈合成(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2TTTTCA5.校讀糾錯機制proofreading&mistake-correction復制過程中DNA多聚酶的校讀糾錯作用一、在新的核苷酸中堿基剛剛與對應堿基結(jié)合、尚未與新鏈末端共價聯(lián)結(jié)的時候,多聚酶就對配對進行校對。堿基配對錯誤則使DNA合成暫停。二、“核酸外切校讀”。如果聯(lián)結(jié)在RNA引物3’-OH末端的是錯配核苷酸,該酶切除錯配者,直至正確配對的核苷酸作為引物的3’末端才開始DNA合成。6.整個染色體的復制多個復制泡不斷發(fā)生,各個區(qū)段復制順序先后固定.端粒酶保證真核染色體末端的完整復制.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電鏡照片復制泡return多個復制泡不斷發(fā)生,各個區(qū)段復制順序先后固定端粒酶保證真核染色體(后隨鏈)末端的完整復制卡通組蛋白加入,形成新的核小體組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心二、DNA復制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)一系列酶和其他蛋白質(zhì)組成復合體,作為一個整體沿DNA分子移動,協(xié)調(diào)兩條鏈上的合成過程。

奇跡的創(chuàng)造者

參加大腸桿菌DNA復制的蛋白質(zhì)及其功能

蛋白質(zhì)功能DnaA蛋白(起始因子)識別起始順序在復制起始點打開雙鏈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DNA拓撲異構(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(前導鏈上一個,后隨鏈上多個引物)SSB蛋白(單鏈結(jié)合蛋白)結(jié)合至單鏈DNA維持其單鏈狀態(tài)滑動鉗夾幫助DNA聚合酶穩(wěn)定結(jié)合于模板鏈上DNA聚合酶III1.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.錯配校讀(3‘5’外切酶活性:切除錯配dNTP)DNA聚合酶I在崗崎片段之間除去引物并填補空隙,錯配校讀DNA連接酶連接崗崎片段3‘-OH與5’-P第四章細胞核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)的復制第五節(jié)遺傳信息的表達受精卵→胚胎干細胞→→→各種細胞分化分化:基因選擇性表達的結(jié)果紅細胞:專一表達血紅蛋白

分化一個人的兩種細胞:源于同一個細胞(同一個受精卵),攜帶完全相同的遺傳信息卻有著截然不同的形態(tài)和功能。怎么會這樣呢?第五節(jié)遺傳信息的表達Expressionofthegenomicinformation

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)中心法則Thecentralprinciple

細胞內(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)。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ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures

rRNA和tRNA能發(fā)生分子內(nèi)的堿基配對,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)在RNA合成酶系作用下,以DNA的一條鏈上的一段序列為模板,按照堿基配對原則,以4種三磷酸核苷酸為原料,合成一個與模板序列互補的RNA分子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要有mRNA、rRNA和tRNA。(一)轉(zhuǎn)錄過程5’5’3’3’5’3’轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補的RNA鏈(一)轉(zhuǎn)錄過程proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列啟動子和終止子:特殊的DNA序列,對RNA聚合酶發(fā)出的信號。原核細胞的啟動子

-轉(zhuǎn)錄酶識別和結(jié)合的部位,結(jié)合后啟動轉(zhuǎn)錄起始點酶識別部位不同原核生物啟動子區(qū)序列的比較酶結(jié)合部位Pribnow盒啟動子由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶:催化這一合成反應,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的RNA鏈。RNA聚合酶催化的細菌基因的轉(zhuǎn)錄:聚合酶遇到啟動子序列就與之結(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RNA(tRNA)-作為結(jié)構(gòu)分子基因鏈(genestrand):基因遺傳信息所在的DNA單鏈。反基因鏈(antigenestrand):與基因鏈互補的那條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/antisensestrands基因鏈或有意義鏈反基因鏈或反意義鏈

一段細菌染色體上多個基因的轉(zhuǎn)錄方向理論上任何一段DNA的兩條鏈都可以轉(zhuǎn)錄出兩個RNA分子,但實際上一段DNA上總是只有一條鏈作為RNA的模板,即反基因鏈,由此轉(zhuǎn)錄出來的RNA鏈序列與模板鏈互補,與基因鏈相同。一段DNA的兩條鏈何者作為模板可以看作由特定基因的啟動子位置決定。啟動子一般位于基因上游,轉(zhuǎn)錄酶先結(jié)合上啟動子,就決定了模板鏈。細菌基因與真核生物基因的比較(三)、真核細胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工Transcriptionandprocessing

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