關于基因信息的傳遞與表達復制轉錄翻譯內容第2頁,共86頁，2024年2月25日，星期天基因(gene) 為生物活性產物編碼的DNA功能片段,這些產物主要是蛋白質或各種RNA。第3頁,共86頁，2024年2月25日，星期天TheCentralDogma（中心法則）ofMolecularBiologyThecentraldogmaofmolecularbiology,atermcoinedbySirFrancisCrick,statesthattheflowofgeneticinformationis"DNAtoRNAtoprotein".第4頁,共86頁，2024年2月25日，星期天反中心法則在RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA分子中。因此，在這些生物體中，遺傳信息的流向是RNA通過復制，將遺傳信息由親代傳遞給子代，通過反轉錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉錄和翻譯傳遞給蛋白質，這種遺傳信息的流向就稱為反中心法則第5頁,共86頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制第7頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制半保留復制DNA復制的酶學DNA生物合成的過程第8頁,共86頁，2024年2月25日，星期天半保留復制

DNA在復制時，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現象稱為DNA的半保留復制(semiconservativereplication)。第9頁,共86頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共86頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA復制所需的酶和蛋白質DNA聚合酶IDNA聚合酶II、IIIDNA連接酶引物合成酶拓撲異構酶解螺旋酶單鏈結合蛋白第12頁,共86頁，2024年2月25日，星期天ChemicalstructureofDNA第13頁,共86頁，2024年2月25日，星期天ChemicalstructureofRNA

3,5-phosphodiesterbond35第14頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制(新鏈合成)的方向：5’→3’第15頁,共86頁，2024年2月25日，星期天原核生物的DNA聚合酶三種：DNA聚合酶Ⅰ（DNA-polⅠ）DNA聚合酶Ⅱ（DNA-polⅡ）DNA聚合酶Ⅲ（DNA-polⅢ)第16頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA-polIIIDNApolⅠ：DNApolII：DNApolIII=400：40：20polIII由十種亞基組成，其中α亞基具有5'→3'聚合DNA的酶活性，因而具有復制DNA的功能；而ε亞基具有3'→5'外切酶的活性，因而與DNA復制的校正功能有關。DNApolIII是在復制延長中真正催化新鏈核苷酸聚合的酶;第17頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA-polⅠ為單一肽鏈的大分子蛋白質,可被特異的蛋白酶水解為大小兩個片段；大片段稱為Klenowfragment，具有DNA聚合酶活性和3’→5’外切酶的活性；小片段有5’→3’外切酶的活性（校讀、切除引物、切除損傷的DNA）；DNApolI主要是對復制過程的錯誤進行校讀，對復制和修復過程中出現的空隙進行填補第18頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA-polⅡDNApolII在其它兩個酶缺失的情況下起作用,其真正功能未完全清楚；第19頁,共86頁，2024年2月25日，星期天真核生物的DNA聚合酶已至少發現5種：DNA-polα,β,γ,δ,εDNA-polα：延長隨從鏈DNA-polδ：延長領頭鏈DNA-polε：校讀、修復及填補缺口DNA-polβ：修復核內DNADNA-polγ：線粒體內第20頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制中的解鏈和DNA分子的拓撲學變化解旋、解鏈酶（蛋白）類：解螺旋酶(helicase)：打開DNA雙鏈DNA拓撲異構酶(DNAtopoisomerase)單鏈DNA結合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)作用：解開、理順DNA鏈，維持DNA鏈在一段時間處于單鏈狀態第21頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA拓撲異構酶

(DNAtopoisomerase)快速復制造成DNA分子的打結、纏繞、連環現象。盤繞過分，形成正超螺旋，盤繞不足，則為負超螺旋。第22頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA拓撲異構酶

(DNAtopoisomerase)大腸桿菌拓撲異構酶Ⅰ：暫時切斷一條DNA鏈，形成酶-DNA共價中間物而使超螺旋DNA松弛化，然后再將切斷的單鏈DNA連接起來，而不需要任何輔助因子。大腸桿菌拓撲異構酶Ⅱ(旋轉酶):

切斷兩條DNA鏈，再連接，松弛超螺旋，無需ATP；有ATP時，將負超螺旋引入松弛的DNA分子。第23頁,共86頁，2024年2月25日，星期天切開此鏈第24頁,共86頁，2024年2月25日，星期天單鏈DNA結合蛋白（SSB）與解開的單鏈DNA結合，使其穩定不會再度螺旋化并且避免核酸內切酶對單鏈DNA的水解。

第25頁,共86頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共86頁，2024年2月25日，星期天引物酶和引發體引物酶(primase)：催化引物合成的一種RNA聚合酶，在模板的復制起始部位催化互補堿基的聚合，形成短片段的RNA。引發體(primosome)：引物酶、解旋酶和其它復制因子及DNA的起始復制區共同構成的復合體稱為引發體第27頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA連接酶(DNAligase)DNA連接酶可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來。需要消耗ATP只能連接互補鏈中的單鏈缺口連接酶在DNA修復、重組、剪接中也起縫合缺口的作用第28頁,共86頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共86頁，2024年2月25日，星期天真核生物細胞在S期合成DNA第30頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制是一個連續的過程，為敘述的方便，人為分為三個階段：起始延長終止第31頁,共86頁，2024年2月25日，星期天參與復制起始的各種蛋白質名稱功能DnaA蛋白辨認起始點解螺旋酶(DnaB蛋白，rep蛋白)解開DNA雙鏈DnaC蛋白協助解螺旋酶引物酶(DnaG蛋白)催化RNA引物生成SSB穩定解開的單鏈拓撲異構酶理順DNA鏈第32頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制起始點(oric)不是隨意的ＡＡＴＡＴＧＴＧＴＡＡＴＡＧＧＴＧＴ第33頁,共86頁，2024年2月25日，星期天解螺旋酶DnaA辨認并結合oriC相互靠近，解鏈第34頁,共86頁，2024年2月25日，星期天雙向復制(bidirectionalreplicationbidirectionalreplication)原核生物例如E.coli，是從固定起始點(復制原點)OriC(oring)開始，同時向兩個方向進行復制，稱為~第35頁,共86頁，2024年2月25日，星期天真核生物同時有多個復制起始點第36頁,共86頁，2024年2月25日，星期天引發體的生成引發體：引物酶(DnaG)，DnaA，解螺旋酶

(DnaB),DnaC及DNA的起始復制區共同構成的復合體稱為~。第37頁,共86頁，2024年2月25日，星期天主要是II型領頭鏈隨從鏈解螺旋酶引物酶單鏈結合蛋白第38頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制的延長催化復制的酶：原核生物：DNA-polⅢ真核生物：DNA-polα催化合成隨從鏈，

DNA-polδ催化合成領頭鏈第39頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNA復制的半不連續性一條鏈連續復制：領頭鏈(leadingstrand)另一條鏈不連續復制：隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段第40頁,共86頁，2024年2月25日，星期天原核生物的復制終止及岡崎片段的連接終止：由終止點ter(termination)決定;切除引物，填補空隙：DNApol-I缺口連接：連接酶第41頁,共86頁，2024年2月25日，星期天DNApol-I第42頁,共86頁，2024年2月25日，星期天復制的三大規律半保留復制復制的方向性復制的半不連續性第43頁,共86頁，2024年2月25日，星期天轉錄第44頁,共86頁，2024年2月25日，星期天一﹑轉錄過程需要諸多因素參與

轉錄（transcription）以DNA為模板，RNA聚合酶催化合成RNA分子的過程。轉錄的實質就是將DNA的遺傳信息傳遞給RNA分子。第45頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

基因轉錄的特點：（1）合成RNA的底物是5′-三磷酸核糖核苷（2）在RNA聚合酶的作用下形成磷酸二酯鍵（3）RNA堿基順序由模板DNA堿基順序決（4）被轉錄的區域都以單鏈為模板（5）RNA合成的方向是5′→3′（6）RNA合成中不需要引物第46頁,共86頁，2024年2月25日，星期天(一)DNA鏈是基因轉錄的模板

模板鏈（templatestrain）能指引轉錄生成RNA的DNA單鏈模板鏈，也稱有意義鏈（sensestrain）或Watson鏈。編碼鏈（codingstrain）相對于模板鏈不能指引轉錄的另外一股DNA單鏈，又稱反義鏈（antisensestrain）或Crick鏈。不對稱轉錄第47頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

（二）

RNA聚合酶是基因轉錄的關鍵酶

亞基數目分子量功能α2236512決定轉錄的特異性β1150618與轉錄全過程有關β′1155613結合DNA模板s170263辨認起始點大腸桿菌RNA聚合酶組分和功能

真核生物的RNA聚合酶種類細胞內定位轉錄產物RNA聚合酶Ⅰ核仁45S-rRNARNA聚合酶Ⅱ核質hnRNARNA聚合酶Ⅲ核質5S-rRNA、tRNA、snRNA線粒體RNA聚合酶線粒體線粒體的RNA葉綠體RNA聚合酶葉綠體葉綠體的RNA第48頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（三）DNA模板上啟動子是控制轉錄的關鍵部位

啟動子決定轉錄的起始位點和轉錄的方向，啟動轉錄的開始。第49頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

二﹑基因轉錄過程包括三個階段

㈠轉錄起始復合物的形成標志轉錄開始

轉錄起始復合物：RNA聚合酶（全酶）﹑DNA鏈和新鏈前兩個核苷酸。

轉錄的起始第50頁,共86頁，2024年2月25日，星期天㈡轉錄空泡是轉錄延伸階段的主要形式

轉錄延伸階段的主要形式是轉錄空泡（transcriptioncomplex）。轉錄空泡示意圖RNA合成方向：5’→3’第51頁,共86頁，2024年2月25日，星期天㈢原核生物的轉錄終止包括兩種方式

1.依賴ρ因子的轉錄終止

2.非依賴ρ因子的轉錄終止

ρ因子參與的轉錄終止過程RNA的發卡結構與轉錄終止第52頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

真核生物的轉錄同樣可分為起始、延長和終止3個階段。與原核生物相比，真核生物轉錄的主要特點是：

1.有多種RNA聚合酶分別合成不同類別的RNA2.有多種類型的啟動子為不同的RNA聚合酶所用

3.有多種轉錄因子

4.真核生物于轉錄時或轉錄后有廣泛的RNA加工第53頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

初級轉錄產物(primarytranscripts)是指轉錄生成的RNA。其不一定是成熟的RNA分子，常要有一個加工修飾過程，才能生成成熟的RNA分子。

轉錄后加工(post-transcriptionalprocessing)即將新生的、無活性的RNA初級產物轉變成有活性的成熟RNA的過程，也叫RNA的成熟。三﹑初級轉錄產物經過加工具有活性第54頁,共86頁，2024年2月25日，星期天真核細胞RNA的轉錄后加工

第55頁,共86頁，2024年2月25日，星期天㈠hnRNA進行首尾修飾和內含子剪切后轉變為成熟的mRNA

1.5′端帽子結構生成

mRNA成熟的真核生物，其結構5′端都有一個m7GpppG...結構，該結構被稱為甲基鳥苷的帽子。四、真核生物轉錄后的加工第56頁,共86頁，2024年2月25日，星期天2.PolyA尾的生成polyA尾的有無與長短是維持mRNA作為翻譯模板活性和增加mRNA穩定性的重要因素。真核生物mRNA5′端帽子結構和PolyA尾的生成m7GpppG第57頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

3.

hnRNA的剪接

hnRNA經轉錄最初生成的mRNA前體，其分子量常比成熟mRNA大幾倍或幾十倍。剪接作用在所謂剪接體(splicesome)中進行，剪接體由多種snRNA和幾十種蛋白質組成。第58頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

剪接部位在內含子末端的特定位點，即5′↓GV，AG↓3′。卵清蛋白基因轉錄及加工過程第59頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（二）前體tRNA的轉錄后加工

1.tRNA前體的剪切

2.tRNA前體的化學修飾

3.3′端加上CCA

tRNA的轉錄后加工第60頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（三）核酶參與了rRNA的轉錄后加工rRNA進行的是自我剪接，表明RNA分子也具有酶的催化活性。這種有酶催化活性的RNA分子被命名為核酶（ribozyme）。

核酶的發現，對中心法則作了重要補充核酶的發現是對傳統酶學的挑戰利用核酶的結構設計合成人工核酶

第61頁,共86頁，2024年2月25日，星期天翻譯第62頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（一）核蛋白體是肽鏈合成的場所核蛋白體由rRNA和幾十種蛋白質組成的亞細胞顆粒，位于胞質內。

可分為兩類：附著于糙面內質網，主要參與白蛋白、胰島素等分泌性蛋白質的合成；

游離于胞質，主要參與細胞固有蛋白質的合成。糙面內織網上的核糖體第63頁,共86頁，2024年2月25日，星期天真核生物與原核生物核蛋白體成分的比較

第64頁,共86頁，2024年2月25日，星期天核糖體的五個活性部位：

1.mRNA結合部位2.A部位：主要在大亞基上，接受氨?；?tRNA的部位3.P部位：主要在小亞基上,是釋放tRNA的部位4.轉肽酶部位：在大亞基上，催化氨基酸間形成肽鍵,使肽鏈延長5.參與蛋白質合成因子的結合部位第65頁,共86頁，2024年2月25日，星期天(二)mRNA是合成蛋白質的直接模板

mRNA分子上以5′→3′方向，從AUG開始每三個連續的核苷酸組成一個密碼子，mRNA中的四種堿基可以組成64種密碼子。第66頁,共86頁，2024年2月25日，星期天1.遺傳密碼①遺傳密碼：mRNA分子中堿基排列順序②密碼子：mRNA分子中三個相鄰的堿基決定一種氨基酸，故稱其為三聯體密碼或密碼子。蛋白質的合成第67頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（1）密碼子的方向性：5′→3′（2）密碼子的簡并性與“兼職”（3）密碼子的通用性

（4）密碼子是不重疊的、無標點的遺傳密碼的特征第68頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（三）tRNA是活化和轉運氨基酸的工具tRNA的二級結構第69頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（四）若干酶類和因子參與蛋白質生物合成1.氨基酰-tRNA合成酶氨基酸在組成多肽之前，必須先經過氨基酰-tRNA合成酶催化并與其特異的tRNA結合。2.轉肽酶（transpeptidase）使大亞基P位上肽酰-tRNA的肽?；D移到A位上氨基酰-tRNA的氨基上，結合成肽鍵，使肽鏈延長。第70頁,共86頁，2024年2月25日，星期天3.其他因子①蛋白質因子：起始因子﹑延長因子﹑終止因子等；②無機離子：如鎂離子﹑鉀離子等；③供能物質：如ATP﹑GTP等。第71頁,共86頁，2024年2月25日，星期天㈠氨基酸活化及轉運

氨基酸+tRNA+ATP→氨基酰tRNA+AMP+PPi

氨基酰-tRNA合成酶二﹑蛋白質合成的一般過程第72頁,共86頁，2024年2月25日，星期天㈡翻譯起始復合物的形成

起始階段指大亞基、小亞基、mRNA和具有啟動作用的起始氨基酰-tRNA聚合為起始復合物的過程。第73頁,共86頁，2024年2月25日，星期天

大腸桿菌細胞翻譯起始復合物的形成大腸埃希菌細胞翻譯起始復合物形成的過程：

1.核糖體30S小亞基附著于mRNA起始信號部位

2.fmet-tRNA結合

3.大亞基結合，形成70S起始復合物的形成第74頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（三）肽鏈的延長（核蛋白體循環過程）核蛋白體循環（ribosomecirculation）肽鏈延長在核蛋白體上連續循環進行，所以這個過程又稱核蛋白體循環每經過一個循環肽鏈增加一個氨基酸核蛋白體循環包括進位（register）、成肽(peptideformation)、轉位(transposition)三個步驟第75頁,共86頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的延伸（Elongation):第76頁,共86頁，2024年2月25日，星期天第77頁,共86頁，2024年2月25日，星期天（四）肽鏈合成終