1、關于遺傳信息的傳遞 (2)1第一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月2第一節 DNA的復制DNA的復制：指以親代DNA分子為模板合成一個新的與親代模板結構相同的子代DNA分子的過程。 復制叉細菌DNA復制真核生物DNA復制第二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月3DNA半保留復制第三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月4DNA半保留復制實驗（M. Meselson和F. Stahl，1958年 ）第四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月5DNA的半不連續復制第五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月6DNA復制所需的酶和蛋白質DNA聚合酶引發酶引發DNA合成的起始D

2、NA連接酶將岡崎片段連接合成一條完整的互補鏈拓撲異構酶將單、雙鏈的線狀或環狀DNA分子進行撲交換的一種酶，拓撲異構酶、拓撲異構酶解鏈酶DNA雙分子解開作為復制的模板單鏈結合蛋白與解鏈的DNA 單鏈結合，使其不回復雙鏈狀態，且保護DNA不被水解第六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月7DNA聚合酶原核生物DNA聚合酶DNA聚合酶（Kornberg酶）： 5 3聚合酶活性 35外切酶活性 5 3外切酶活性DNA聚合酶5 3聚合酶活性35外切酶活性第七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月8真核生物DNA聚合酶DNA 聚合酶位置細胞核細胞核線粒體細胞核細胞核功能后隨鏈的合成和前導鏈的引發修

3、復復制前導鏈的合成修復分子量300K40K180-300K170-230K250K3-5外切酶活性+-引發酶活性+-第八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月9三、DNA復制一般過程第九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月10四 原核生物和真核生物DNA的復制特點 復制的起點和速率原核生物只有一個復制起點，真核生物的染色體具有多個復制起點在原核生物中，第一輪復制尚未結束前，第二輪復制又從復制起點開始了；真核生物，第一輪復制結束后第二輪才開始，原核生物復制起點可以連續發動復制，真核生物則不能 原核生物與真核生物均為雙向復制第十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月11四 原核生物和

4、真核生物DNA合成的區別區別原核生物真核生物DNA合成的時期整個細胞生長過程細胞周期的S期復制起點數單個多個RNA引物長度1016核苷酸10個核苷酸岡崎片段長度10002000核苷酸100150核苷酸前導鏈與后隨鏈的合成聚合酶同時控制聚合酶控制前導鏈聚合酶控制后隨鏈第十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月12第二節 DNA的轉錄轉錄是以DNA為模板，在RNA聚合酶的作用下合成RNA的過程 轉錄起始RNA鏈的延伸RNA鏈的合成終止及釋放第十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月13RNA聚合酶大腸桿菌RNA聚合酶真核生物RNA聚合酶第十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月1

5、4大腸桿菌RNA聚合酶 (2) 核心酶 全酶 :無催化作用，識別啟動子，參與轉錄的起始 功能選擇模板鏈，識別起始區的啟動子解開DNA部分雙螺旋鏈，產生長約17bp的單鏈DNA模板選擇正確的rNTP底物并催化形成磷酸二酯鍵，使合成的RNA鏈不斷延伸能識別轉錄終止信號（termination signal），停止轉錄第十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月15真核生物RNA聚合酶 種類位置產物相對活性對-鵝膏的敏感性RNA聚合酶I核仁28S，18S，5.8SrRNAs50-70%不敏感RNA聚合酶II核質mRNA，某些 snRNAs20-40%高度敏感RNA聚合酶III核質tRNA，5Sr

6、RNA，某些snRNAs10%片段特異中等敏感第十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月16基因轉錄的一般過程第十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月17真核生物mRNA的加工（自學）mRNA5端加帽mRNA3端加多聚腺苷酸(polyA)mRNA的剪接第十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月18第三節 蛋白質的生物合成翻譯(translation)：從DNA到蛋白質的遺傳信息傳遞過程中，貯存于DNA中的遺傳信息通過轉錄表達為mRNA中的核苷酸序列信息，再從mRNA上的核苷酸到多肽鏈上的氨基酸，遺傳信息的傳遞好象從一種語言到另一種語言，因此將蛋白質合成的過程稱為翻譯。蛋白質

7、合成的主要元件核糖體：核糖體是蛋白質的合成場所mRNA：攜帶遺傳信息，蛋白質合成的直接模板tRNA：負責轉運特異性氨基酸進行蛋白質生物合成第十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月19遺傳密碼 mRNA與蛋白質之間的關系是通過遺傳密碼的翻譯實現的 ，每3個相鄰核苷酸組成1個三聯體密碼，編碼一種氨基酸三聯體連續性通用性兼并性起始密碼：AUG終止密碼：UAA、UAG、UGA第十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月20第二十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月21核糖體的結構和功能真核生物核糖體：60S、40S原核生物核糖體：50S、30S核糖體是蛋白質合成的場所翻譯功能區：肽鏈

8、合成的場所，占據了核糖體的2/3mRNA結合位點肽基tRNA和甲酰甲硫氨酸tRNA結合位點(P位點)氨酰tRNA結合位點(A位點)肽鏈延伸輔助因子EF-Tu和EF-G的結合位點，EF-Tu起著協助氨酰tRNA進入核糖體的作用，而EF-G負責核糖體的轉位反應肽基轉移酶活性位點，肽基轉移酶負責在肽鏈合成中將位于P位點的肽基tRNA的肽鏈轉移到位于A位點的氨酰tRNA上5SrRNA結合位點以及結合脫酰tRNA的E位點等出口功能區(exit domain):多肽的出口，核糖體通過這個區域附著在膜上第二十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月22蛋白質生物合成的過程合成的起始：核糖體大小亞基、tR

9、NA和mRNA在起始因子的協助下組合成起始復合物的過程 肽鏈的延伸進位：氨基酰-tRNA進入核糖體的A位 肽鏈形成：氨基酰-tRNA進位后，在轉肽酶的催化下，P位的肽基-tRNA的肽鏈轉移到A位的氨基酰- tRN A的氨基上，從而形成肽鍵 移位：肽鍵形成后，核糖體沿mRNA向3方向移動一個密碼子的距離。 翻譯的終止：終止密碼子進入A位，標志著翻譯的結束第二十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月23蛋白質生物合成的過程第二十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月24中 心 法 則第二十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月25第四節 基因的結構特征基因的概念發展基因的一般結構

10、特征真核生物基因組的特點第二十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月26基因的概念發展基因概念的演變1865年，孟德爾，顆粒性遺傳因子1909年， Johannsen，更名為“基因”1910， Morgan等，基因存在于染色體上，線性排列1926年，Morgan等,“三位一體”：結構單位、功能單位、突變單位和交換單位Avery （1944年）、Hershey和Chase （1952年）證明DNA是遺傳物質第二十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月27基因功能的研究1908年，Garrod：one mutant gene-one metabolic block， Early evi

11、dence that enzymes are controlled by genes1941年，Beadle and Tatam: One gene-one enzymeOne gene-one polypeptideThe products of gene are protein, tRNA and rRNA 第二十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月28基因精細結構的研究1957年，Benzer：順反子學說，基因是DNA分子上一個決定一條多肽鏈的完整功能單位，內部是可分的，包含多個突變和重組單位。1961年，Jacob等：操縱子模型學說，功能上相關的結構基因在染色體上往往緊密聯系在

12、一起1977年，Sharp等發現斷裂基因1978年，Sanger發現了重疊基因第二十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月29現代基因的概念基因：是有功能的DNA片段，含有合成有功能的蛋白質多肽鏈或RNA所必需的全部核苷酸序列，是遺傳的結構和功能單位。第二十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月30基因的一般結構特征外顯子和內含子信號肽序列側翼序列和調控序列第三十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月31基因的一般結構特征（一）外顯子和內含子原核生物的基因是DNA分子的一個片段，連續編碼；真核生物的結構編碼序列往往是不連續的，被非編碼序列隔開。編碼序列稱為外顯子，非編碼序列稱為

13、內含子。GT-AG法則：每個內含子的5端起始的兩個核苷酸都是GT，3端末尾的兩個核苷酸都是AG，這就是RNA剪接的信號，這種接頭形式被稱之為GT-AG法則。開放閱讀框(open reading frame) ：結構基因內從起始密碼子開始到終止密碼子的一段核苷酸區域，其間不存在任何終止密碼，可編碼完整的多肽鏈，這一區域被稱為開放閱讀框。第三十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月32基因的一般結構特征（二）信號肽序列 在分泌蛋白基因的編碼序列中，起始密碼子之后，有一段編碼富含疏水氨基酸多肽的序列，稱為信號肽序列(Signal peptide sequence)。它所編碼的信號肽行使著運輸蛋

14、白質的功能。第三十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月33基因的一般結構特征（三）側翼序列和調控序列側翼序列(flanking sequence)：每個結構基因在第一個和最后一個外顯子的外側，都有一段不被轉錄的非編碼區。5 非翻譯區（5-untranslated region 5-UTR）：從轉錄起始位點至起始密碼子的一段非翻譯區。3 非翻譯區（3-untranslated region 3-UTR）：從終子密碼子至轉錄終止的一段非翻譯區。調控序列(regulator sequence)，對基因的有效表達起著調控作用的特殊序列，包括啟動子，增強子，終止子，核糖體結合位點，加帽和加尾信號

15、等。第三十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月34調控序列啟動子：是指準確而有效地啟始基因轉錄所需的一段特異的核苷酸序列。TATA框、CAAT框、GC框增強子和沉默子 增強子：使啟動子發動轉錄的能力加強，具有組織特異性和細胞特異性。沉默子：是另一種與基因表達有關的調控序列，通過與蛋白的結合，對轉錄起阻抑作用。終止子 ：一段位于基因3端非編碼區中與終止轉錄過程有關的序列，它由一段富含GC堿基的顛倒重復序列以及寡聚T組成，是RNA聚合酶停止工作的信號。加尾信號 真核生物mRNA的3端都有一段多聚A尾巴(polyA tail)，它不是由基因編碼，而是在轉錄后通過多聚腺苷酸聚合酶作用加到mRN

16、A上的。這個加尾過程受基因3端非編碼區中一種叫做加尾信號序列的控制。核糖體結合位點 在原核生物基因翻譯起始位點周圍有一組特殊的序列，控制著基因的翻譯過程，SD序列是其中主要的一種。第三十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月35Gene structure(a) Typical prokaryotic gene第三十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月36真核生物基因的一般結構示意圖第三十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月37(b)Typical eukaryotic geneGene structure第三十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月38三、真核生物

17、基因組的特點基因組與C值單一序列重復序列高度重復序列中度重復序列基因家族和假基因第三十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月39（一）基因組與C值基因組(Genome)：一個物種單倍體的染色體所攜帶的一整套基因。C值(C value)：該物種的每一種生物中其單倍體基因組的DNA總量是特異的，被稱為C值。不同物種的C值差異極大。第三十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月40（二）單一序列單一序列(unique sequence)又稱非重復序列(nonrepetitive sequence)，指在基因組中只有一個或幾個拷貝的DNA序列。原核生物除了短片段的反向重復序列以及18S，28

18、S，5S rRNA和tRNA基因外，皆為單一序列真核生物單一序列所占的比例為40%-70%，動物基因組中將近50%DNA是單一序列，真核基因組中大多數結構基因是單拷貝的，如果蠅的4-微管蛋白(tubulin)基因，雞的2I型膠原蛋白(collagen)基因，卵清蛋白基因以及蠶的絲心蛋白，血紅蛋白和珠蛋白基因等第四十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月41（三）重復序列中度重復序列 中度重復序列在真核生物基因組中占25%-40%，分散地分布于整個基因組的不同部位。根據重復單位的片段長度和拷貝數的不同，中度重復序列可分為二種類型：短分散重復序列(SINEs)，長分散重復序列(LINEs)。S

19、INEs的重復單位的長度為300-500bp，拷貝數可達105以上。如Alu家族(Alu family)是人類及哺乳動物基因組中十分典型的短分散重復序列LINEs的重復單位長度為5000-7000bp，重復次數為102-105次。例如人類的Kpn I家族(Kpn I family)和哺乳動物的LINE1家族。第四十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月422高度重復序列高度重復序列：就是在基因組中存在大量拷貝的序列，其重復次數高達106-108。 （通常這些序列是由很短的堿基組成的，長度為2-200bp。衛星DNA(satellite DNA)：有些高度重復序列常含有異常高或低的GC含量

20、，當基因組DNA被切斷成數百個堿基對的片段進行氯化銫密度梯度超離心時，這些重復序列片段常在主要DNA帶的前面或后面形成一個次要的DNA區帶，這些小的區帶就象衛星一樣圍繞著DNA主帶?？勺償的看撝貜托蛄?variable number tandem repeats，VNTR)：在衛星DNA中有一類以少數核苷酸為單位多次串聯重復的DNA序列，以6-25個核苷酸為核心序列(core sequence)的串聯重復序列稱為小衛星DNA，以2-6個核苷酸串聯重復序列稱為微衛星DNA。第四十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月43小鼠DNA經CsCl密度梯度離心顯示出主帶和衛星DNA帶第四十三張，

21、PPT共五十九頁，創作于2022年6月44（四）基因家族和假基因基因家族(gene family):真核生物基因組中有許多來源相同，結構相似，功能相關的基因，一組基因稱為一個基因家族。基因簇(gene cluster)：一個基因家族的基因成員緊密連鎖，成簇狀集中排列在同一條染色體的某一區域。假基因(pseudogene) ：在多基因家族中，某些成員并不產生有功能的基因產物，但在結構和DNA序列上與相應的活性基因具有相似性。例如珠蛋白基因簇中有假基因和，其中一個是由于移碼突變或者終止密碼子突變而不能表達，而且缺少兩個內含子；另一個假基因由于堿基突變不能產生有功能的蛋白質。第四十四張，PPT共五十

22、九頁，創作于2022年6月45基因作用與性狀表達 基因（DNA） 轉錄 mRNA 翻譯 蛋白質 酶（蛋白質） （直接） 某種物質 性狀表達（可見） （間接）第四十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月46第四十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月47第五節 基因表達的調控 原核生物基因調控的模式 真核生物的基因調控第四十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月48 我們可以把某種生物的遺傳密碼比作一本密碼字典，每個細胞都有這本字典。每個細胞中的密碼并不全部譯出，而是各取所需，不同細胞密碼不同，同一細胞在不同的發育時期也譯出不同的密碼第四十八張，PPT共五十九頁，創作于2022

23、年6月49 基因作用的調控機理相當復雜，原核生物有原核生物調控模式，真核生物有真核生物的調控模式。 第四十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月50原核生物基因調控的模式 以大腸桿菌為例能利用乳糖作為唯一碳源第五十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月51 乳糖代謝需要三種酶：（lacZ)-半乳糖苷酶：乳糖半乳糖和葡萄糖。（lacY)滲透酶：增加糖的滲透，促進乳糖進入細胞（lacA)轉乙酰酶：機理不明 在培養基上加入乳糖，以上三種酶大量增加，乳糖用完，這三種酶的合成停止。實驗第五十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月52乳糖操縱子模型（Jacob和Monod,1961）以上三個酶的基因轉錄受乳糖操縱子