复制转录翻译

DNADNA复制的一般特点复制的一般特点 原料：原料：dNTP 原则：互补配对原则原则：互补配对原则 半保留复制半保留复制 半不连续复制半不连续复制 需要引物需要引物 新链的延伸方向只能是新链的延伸方向只能是5 3复制起始点复制起始点 复制起始点复制起始点 replication originreplication origin，oriori DNA DNA分子的复制是在特定位置开始的，这个位分子的复制是在特定位置开始的，这个位点称为复制起始点。点称为复制起始点。原核生物原核生物DNADNA只有一个复制起始点。只有一个复制起始点。真核生物真核生物DNADNA有多个复制起始点。有多个复制起始点。复制子复制子 repliconreplicon 一个复制起始点控制下复制的一段一个复制起始点控制下复制的一段DNADNA 原核生物原核生物DNADNA只有一个复制子只有一个复制子 真核生物每条染色体上有多个复制子真核生物每条染色体上有多个复制子原核生物复制子原核生物复制子 真核生物真核生物多个复制子多个复制子起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点原核生物原核生物DNADNA复制复制DNADNA复制所需要的酶复制所需要的酶 引物酶引物酶 primeraseprimerase DNADNA聚合酶聚合酶 DNA polymeraseDNA polymerase DNADNA连接酶连接酶 DNA ligaseDNA ligase 解旋酶解旋酶 helicasehelicase 单链单链DNA DNA 结合蛋白结合蛋白 SSB：结合在分开的单链上，从而结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态保持其伸展状态 拓扑异构酶：防止复制叉前形成一种张力而导致超螺旋拓扑异构酶：防止复制叉前形成一种张力而导致超螺旋的产生的产生 现在已有大量的证据表明，大肠杆菌和其他许多原核生物现在已有大量的证据表明，大肠杆菌和其他许多原核生物的环状复制是双向的。即的复制从复制起点的环状复制是双向的。即的复制从复制起点开始，向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。但开始，向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。但并并不是所有的生物不是所有的生物DNA的复制都是双向的，如噬菌体的的复制都是双向的，如噬菌体的的复制就是沿一个方向进行的。的复制就是沿一个方向进行的。大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用DNA聚合酶聚合酶109，000400+120，000100+-400，00010-20+-比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶切除引物切除引物修复修复修复修复复制复制功能功能4361三种三种DNA聚合酶在决定聚合酶在决定DNA合合成方面有一些共同的特性：成方面有一些共同的特性：三种酶都只有三种酶都只有聚合酶的功能，而没有聚合酶的功能，而没有 聚合酶功能，说明聚合酶功能，说明DNA链链的延伸只能从的延伸只能从5向向3端进行。端进行。他们都没有直接起始合成他们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，下进行链的延伸，因此，DNA 的合成必须有引物引导才能进的合成必须有引物引导才能进行。行。三种酶都有核酸外切酶的三种酶都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的功能，可对合成过程中发生的错误进行校正，而保证错误进行校正，而保证DNA复复制的高度准确性。制的高度准确性。5 3 结构式结构式复制叉复制叉 replication forkreplication fork 半不连续复制半不连续复制 先导链先导链 随后链随后链 冈崎片断冈崎片断 引物引物 primerprimerDNA复制过程复制过程 DNADNA双螺旋的解除：双螺旋的解除：DNADNA的解旋过程由的解旋过程由DNADNA解旋解旋酶催化解开后，单链酶催化解开后，单链DNA DNA 结合蛋白（结合蛋白（SSB SSB）马）马上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。随着解链的进行，在随着解链的进行，在DNA DNA 复制叉前就会形成一复制叉前就会形成一种张力而导致超螺旋的产生。现在发现这种张种张力而导致超螺旋的产生。现在发现这种张力主要是通过力主要是通过DNADNA拓扑异构酶的作用消除的。拓扑异构酶的作用消除的。起始：起始：在一种特殊的在一种特殊的RNARNA聚合酶聚合酶-DNA-DNA引物酶的引物酶的催化下，先合成一段长催化下，先合成一段长5 56060个核苷酸的个核苷酸的RNARNA引引物，提供物，提供33端自由端自由-OH-OH。然后，在。然后，在DNADNA聚合酶聚合酶的作用下进行的作用下进行DNADNA的合成。的合成。延伸：延伸：只有一条只有一条DNADNA链的合成是连续的，而另一条链链的合成是连续的，而另一条链的合成是不连续的。所以从整个的合成是不连续的。所以从整个DNADNA分子水平来看，分子水平来看，DNADNA两条新链的合成方向是相反的，但是都是从两条新链的合成方向是相反的，但是都是从55端向端向33方向延伸。现在一般把一直从方向延伸。现在一般把一直从55向向33方向方向延伸的链称作前导链，它是连续合成的。而另一条延伸的链称作前导链，它是连续合成的。而另一条先沿先沿5 5 33方向合成一些片段，然后再由连接酶方向合成一些片段，然后再由连接酶将其连起来成为长链，称为后随链，其合成是不连将其连起来成为长链，称为后随链，其合成是不连续的。这种不连续合成是由冈崎等人首先发现的，续的。这种不连续合成是由冈崎等人首先发现的，所以现在将后随链上合成的所以现在将后随链上合成的DNADNA不连续单链小片段称不连续单链小片段称为冈崎片段。为冈崎片段。终止：终止：引物引物RNARNA被切除，并为新合成的被切除，并为新合成的DNADNA片段所代片段所代替。在大肠杆菌中，此过程是在替。在大肠杆菌中，此过程是在DNADNA聚合酶聚合酶的催化的催化下完成的。因为下完成的。因为DNADNA聚合酶聚合酶有有5 5 33聚合酶功聚合酶功能，以临近冈崎片段的能，以临近冈崎片段的33端自由端自由-OH-OH进行进行DNADNA的合成，的合成，从而将从而将RNARNA引物替换为引物替换为DNADNA链。最后由连接酶将冈崎链。最后由连接酶将冈崎片段连接起来，形成一条完整的新链片段连接起来，形成一条完整的新链 端粒端粒DNA的复制的复制 真核生物真核生物DNADNA是线性是线性的的 线性线性DNADNA末末端不能复制端不能复制 每复制一次每复制一次DNADNA序列就序列就要缩短一节！要缩短一节！端粒酶端粒酶 telomerasetelomerase 端粒酶是一种核端粒酶是一种核糖核蛋白，含有糖核蛋白，含有一个一个RNARNA分子分子 这个这个RNARNA分子就分子就是合成端粒序列是合成端粒序列的模板的模板 在体细胞中，端在体细胞中，端粒酶是没有活性粒酶是没有活性的，胚胎细胞和的，胚胎细胞和肿瘤细胞中有端肿瘤细胞中有端粒酶活性粒酶活性真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较细胞周期的特定时期复制（原核生物在整个细胞生长细胞周期的特定时期复制（原核生物在整个细胞生长过程中都可以进行过程中都可以进行DNADNA复制）复制）在原核生物中有在原核生物中有DNADNA聚合酶聚合酶、DNADNA聚合酶聚合酶、DNADNA聚合酶聚合酶三种聚合酶，并由三种聚合酶，并由DNADNA聚合酶聚合酶同同时控制两条链的合成。而在真核生物中共有时控制两条链的合成。而在真核生物中共有，和和55种种DNADNA聚合酶。聚合酶。DNADNA聚合酶聚合酶和和DNADNA聚合酶聚合酶是是DNADNA合成的主要酶，由合成的主要酶，由DNADNA聚合酶聚合酶控制不连续的后随链的合成，而控制不连续的后随链的合成，而DNADNA聚合酶聚合酶则控制前导链的合成，所以其两条链的合成是则控制前导链的合成，所以其两条链的合成是在两种不同的在两种不同的DNADNA聚合酶的控制下完成。聚合酶的控制下完成。DNADNA聚聚合酶合酶可能与可能与DNADNA修复有关，而修复有关，而DNADNA聚合酶聚合酶则则是线粒体中发现的唯一一种是线粒体中发现的唯一一种DNADNA聚合酶。聚合酶。RNA的复制的复制 有些病毒不含有些病毒不含DNADNA，以，以RNARNA为遗传物质为遗传物质 RNARNA在在RNARNA聚合酶作用下先合成聚合酶作用下先合成“”链链“”链从链从“”链模板上释放出来链模板上释放出来“”链作为模板再合成链作为模板再合成“”链链原核细胞的基因结构原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点启动子终止子启动子启动子 promotor:DNA分子上分子上RNA聚合酶最先结聚合酶最先结合部位合部位终止子终止子 terminator:提供转录终止信号的提供转录终止信号的DNA序列序列不依赖不依赖因子的终止子因子的终止子;依赖依赖因子的终止子因子的终止子接接真核细胞的基因结构真核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为信使含子能转录为信使RNA 启动子终止子编码区上游 编码区上游 内含子内含子 外显子外显子 转录的概念和转录的概念和DNA的有义链和反义链的有义链和反义链 启动子（启动子（promoter)终止子终止子(terminator)模板链（反意义链）模板链（反意义链）编码链编码链(有意义链有意义链)非信息区非信息区5 5 3 3 大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶(2 2)起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合起始和催化聚合反应，起始和催化聚合反应，含有核苷三磷酸的结合位点含有核苷三磷酸的结合位点 与与RNA聚合酶的四聚体核心（聚合酶的四聚体核心（2）的形成有关）的形成有关 只与只与RNA转录的起始有关转录的起始有关全酶全酶()转录泡转录泡RNA的合成过程 链的开始：链的开始：RNA链转录的起始首先是链转录的起始首先是RNA聚合酶在聚合酶在因子的因子的作用下与作用下与DNA上的启动子部位结合，并在上的启动子部位结合，并在RNA聚合酶的催化下聚合酶的催化下使使DNA的双链解离，形成转录泡，为的双链解离，形成转录泡，为RNA合成提供单链模板，合成提供单链模板，并按碱基配对原则，结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二脂并按碱基配对原则，结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成键，使其相连，形成RNA新链。新链。因子在因子在RNA链伸长到链伸长到89个核个核苷酸后，就被释放，然后由核心酶催化苷酸后，就被释放，然后由核心酶催化RNA的延伸。的延伸。链的延伸链的延伸 RNA链的延伸是在链的延伸是在因子释放之后，在因子释放之后，在RNA聚合酶四聚体核聚合酶四聚体核心酶的催化下进行。因心酶的催化下进行。因RNA聚合酶同时具有解开聚合酶同时具有解开DNA双链，并双链，并使其重新闭合的功能。随着使其重新闭合的功能。随着RNA的延伸，的延伸，RNA聚合酶使聚合酶使DNA双双链不断解开和重新闭合。链不断解开和重新闭合。链的终止链的终止 当当RNA链延伸遇到终止信号（链延伸遇到终止信号（ternination signal）时，）时，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。链释放出来。RNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子（启动子（promoter)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开RNARNA合成的一般特点合成的一般特点 不需要引物不需要引物 原料为原料为rNTPrNTP，不是，不是dNTPdNTP 只有一条只有一条DNADNA链用作模板链用作模板真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别真核生物真核生物RNA的转录是在细胞核内进行，的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成则而蛋白质的合成则是在细胞质内，所以，是在细胞质内，所以，RNA转录后首先必须从核内运输到细胞转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能指导蛋白质的合成。在原核生物中，质内，才能指导蛋白质的合成。在原核生物中，RNA的转录、的转录、蛋白质的合成以及蛋白质的合成以及mRNA的降解通常是同时进行的的降解通常是同时进行的 真核生物一个真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，分子一般只含有一个基因，原核生物原核生物的一个的一个mRNA分子通常含有多个基因。分子通常含有多个基因。真核生物有几种真核生物有几种RNA聚合酶聚合酶：在原核生物中只有一种：在原核生物中只有一种RNA聚合酶，催化所有聚合酶，催化所有RNA的合成，而在真核生物中则有的合成，而在真核生物中则有RNA聚合聚合酶酶、RNA聚合酶聚合酶和和RNA聚合酶聚合酶三种不同的三种不同的RNA聚合酶，聚合酶，分别催化不同类型分别催化不同类型RNA的合成。的合成。真核生物真核生物RNA聚合酶不能独立转录聚合酶不能独立转录RNA：原核生物中：原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成聚合酶可以直接起始转录合成RNA，真核生物则不然。在真核，真核生物则不然。在真核生物中，三种生物中，三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行能进行RNA的转录。的转录。v5.真核生物启动子结构复杂真核生物启动子结构复杂mRNAmRNA转录后的加工转录后的加工v加帽加帽当当mRNAmRNA合成到合成到30b30b时时在在55端加端加7 7甲基鸟嘌呤核苷甲基鸟嘌呤核苷v加尾加尾转录完成后，在特定位置切去转录完成后，在特定位置切去一节，加一节，加polyApolyARNARNA末端腺苷酸转移酶末端腺苷酸转移酶v 帽子和尾巴对帽子和尾巴对mRNAmRNA的稳定性的稳定性以及运输具有重要作用以及运输具有重要作用v剪接剪接 splicingsplicing成熟成熟mRNAmRNA与模板与模板DNADNA的比较的比较mRNA原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的比较的比较 1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的氨基酸的现象称为简并性，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。现象称为简并性，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。密码的简并性可以减少有害突变密码的简并性可以减少有害突变。除两个氨基酸以外的所有氨基酸除两个氨基酸以外的所有氨基酸都有一种以上的密码子编码。都有一种以上的密码子编码。3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA密码子配对密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。定的变动。4、密码的通用性、密码的通用性 5、64组密码子中，组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密既是的密码，又是起始密 码；有码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密码子密码子1 2 3氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNA ：对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用氨基酸，不作用于于D-氨基酸。氨基酸。对对tRNA 具有极高专一性具有极高专一性。：氨酰：氨酰-tRNA合成酶的水解合成酶的水解 部位可以水解错误活化的氨基酸。部位可以水解错误活化的氨基酸。原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。止和释放。1、肽链合成的起始、肽链合成的起始2、肽链的延长、肽链的延长3、肽链合成的终止及释放、肽链合成的终止及释放30S亚基亚基 mRNA IF3-IF1复合物复合物30S mRNA GTP-fMet tRNA-IF2-IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物 mRNA+30S亚基亚基-IF3IF-3IF2GTPIF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始复合物复合物肽链的延长（1 1）释放因子）释放因子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。（2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S70S核糖体解离核糖体解离tRNARFRF3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5多聚核糖体多聚核糖体多肽链的加工多肽链的加工v刚刚合成的多肽链，很多不具有生物活性刚刚合成的多肽链，很多不具有生物活性v不同链的缔合不同链的缔合v共价修饰共价修饰v卷曲或折叠卷曲或折叠v成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质v结构蛋白（作为细胞的组成部分）、功能蛋白结构蛋白（作为细胞的组成部分）、功能蛋白（如血红蛋白等）、酶（如血红蛋白等）、酶 血红蛋白的立体结构血红蛋白的立体结构中心法则中心法则 central dogmacentral dogma