第2章中心法则.ppt
中心法则中心法则（转录转录 翻译翻译 DNA RNA 蛋白质蛋白质 mRNA tRNA 反转录反转录 rRNA 翻译翻译 RNA（病毒病毒）蛋白质（病毒）蛋白质（病毒）复复制制复复制制Crick 1958年年中心法则的提出中心法则的提出Temin 1970年年中心法则的补充中心法则的补充复制复制(replication)是指遗传物质的传代，是指遗传物质的传代，以母链以母链DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA一、一、复制的基本特征复制的基本特征l半保留复制半保留复制l双向复制双向复制l半不连续复制半不连续复制（一）半保留复制（一）半保留复制 DNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNA解开为两解开为两股单链，各自作为模板股单链，各自作为模板(template)按碱基配对按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制碱基序列一致。这种复制方式称为方式称为半保留复制半保留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念(三三)半不连续复制半不连续复制3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)DNA一股子链复制的方一股子链复制的方向与解链方向相反导致向与解链方向相反导致顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为这股链称为领头链领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为为随从链随从链。复制中的不连续片段称为。复制中的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的的半不连续性半不连续性。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；聚合酶聚合酶(polymerase):依赖依赖DNA的的DNA聚合酶，聚合酶，简写为简写为 DNA-pol；模板模板(template):解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链；引物引物(primer):提供提供3-OH末端使末端使dNTP可以依次可以依次聚合；聚合；其他的酶和蛋白质因子。其他的酶和蛋白质因子。DNA模板链模板链RNA引物引物（二）解链酶、解旋酶类（二）解链酶、解旋酶类 1 1、解旋酶、解旋酶 解链酶的作用是在解链酶的作用是在oriori部位解开部位解开DNADNA双链双链 2 2、拓扑异构酶、拓扑异构酶 作用是通过剪切、连接磷酸二酯键作用是通过剪切、连接磷酸二酯键 来松弛来松弛DNADNA的正超螺旋，理顺的正超螺旋，理顺DNADNA拓扑构象。拓扑拓扑构象。拓扑 异构酶异构酶 主要有主要有型和型和型两类。型两类。逆转录逆转录(reverse transcription)(reverse transcription)：又称反转录，是以又称反转录，是以RNARNA为模板，为模板，以以dNTPdNTP为原料，在逆转录酶的催化下为原料，在逆转录酶的催化下合成合成DNADNA分子的过程。分子的过程。逆转录酶（逆转录酶（reverse transcriptasereverse transcriptase）：）：即即催化逆录的酶。催化逆录的酶。又称又称依赖依赖RNA的的DNA聚合酶（聚合酶（RNA dependent DNA polymerase,RDDP)四、四、DNADNA的逆转录合成的逆转录合成转录转录 (transcription)是是生物体以生物体以DNA为为模板合成模板合成RNA的过程的过程 。转转录录RNADNA 一、转录的基本特征一、转录的基本特征（一）选择性转录（一）选择性转录 细胞在不同的生长发育时期，根据生存条细胞在不同的生长发育时期，根据生存条件和代谢需要转录不同的基因。转录的基件和代谢需要转录不同的基因。转录的基因只是基因组的一部分。因只是基因组的一部分。（二）不对称转录（二）不对称转录 DNA分子多为双股链的分子，在转录进行分子多为双股链的分子，在转录进行时，时，DNA双链中只有一股链作为模板，指双链中只有一股链作为模板，指导合成与其互补的导合成与其互补的RNA，此，此DNA链称为链称为模模板链板链；另一股链则不转录，称为；另一股链则不转录，称为编码链编码链。在多基因的双链在多基因的双链DNA分子中，每个基因的分子中，每个基因的模板不是全在同一条单链上，也就是在双模板不是全在同一条单链上，也就是在双链链DNA分子中的一股链，对于某一基因是分子中的一股链，对于某一基因是模板链，但对另一个基因则可能是编码链。模板链，但对另一个基因则可能是编码链。5335（三）转录后加工（三）转录后加工 转录产物是各种转录产物是各种RNA的前体，必须在细胞的前体，必须在细胞核内加工为成熟核内加工为成熟RNA，转运至细胞质基质，转运至细胞质基质内才能参与蛋白质的合成。内才能参与蛋白质的合成。原核生物转录产生的原核生物转录产生的mRNA可直接用于蛋可直接用于蛋白质合成，不需要加工和转运。白质合成，不需要加工和转运。二、参与转录的物质二、参与转录的物质 模板模板 解开成单链的解开成单链的DNA母链的其中一股，母链的其中一股，即模板链；即模板链；底物底物 即即ATP、GTP、CTP、UTP四种核糖四种核糖核苷酸，总称核苷酸，总称NTP；RNA聚合酶聚合酶 依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶(RNA-pol)其它其它 Mg2+、Mn2+、终止因子等。、终止因子等。（一）原核生物（一）原核生物RNA聚合酶聚合酶核心酶：核心酶：2全酶：全酶：2 亚亚 基基功功 能能 决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录 含活性中心含活性中心,催化形成催化形成磷酸二酯键磷酸二酯键 结合结合DNA模板模板 协助核心酶识别并结协助核心酶识别并结合起始点合起始点 未知未知（二）转录延长（二）转录延长1、亚基脱落，亚基脱落，RNA-polRNA-pol聚合酶核心酶聚合酶核心酶 变构，与模板结合松弛，沿着变构，与模板结合松弛，沿着DNADNA模模 板前移板前移2、在核心酶作用下，、在核心酶作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延长。链不断延长。(NMP)n NTP (NMP)n+1 ppiTranscription elongation in prokaryotes 用用T4噬菌体噬菌体DNA在试管内进行转录实验，在试管内进行转录实验，转录产物比在细胞内转录出的要长。说明：转录产物比在细胞内转录出的要长。说明：转录终止信号是可以跨越的；转录终止信号是可以跨越的；细胞内某些因素有执行转录终止的功能。细胞内某些因素有执行转录终止的功能。据此，据此，69年年,J.Roberts 发现了能控制转发现了能控制转录终止的蛋白质，定名为录终止的蛋白质，定名为因子因子。1、依赖、依赖因子因子的转录终止的转录终止-dependent termination of transcription 2 2、不依赖、不依赖因子因子的转录终止的转录终止 DNA模板上靠近终止处，有特殊的模板上靠近终止处，有特殊的碱基序列，转录出碱基序列，转录出RNA后，后，RNA产物产物形成特殊的结构来终止转录形成特殊的结构来终止转录-independent termination of transcription（二）真核生物的转录后加工（二）真核生物的转录后加工 mRNA前体：前体：hnRNA必须经过较复杂的加工过程，必须经过较复杂的加工过程，才能成为成熟才能成为成熟mRNA。5端加帽：端加帽：在在mRNA 5端形成端形成m7GpppNp帽子帽子结构。结构。3端加尾：端加尾：在在mRNA 3端形成多聚端形成多聚A尾。尾。去除内含子，连接外显子去除内含子，连接外显子。修饰：修饰：由甲基化酶催化生成甲基化核苷酸。由甲基化酶催化生成甲基化核苷酸。编辑：编辑：在转录产物中插入、删除或取代一些核在转录产物中插入、删除或取代一些核苷酸残基，使遗传信息在转录水平发生改变，苷酸残基，使遗传信息在转录水平发生改变，使一个基因可以编码多种蛋白质。使一个基因可以编码多种蛋白质。PolyA 尾尾遗传密码子的基本特点遗传密码子的基本特点 方向性：方向性：53。连续性：连续性：遗传密码子必须连续阅读，无间断、无遗传密码子必须连续阅读，无间断、无重叠。重叠。简并性：简并性：除甲硫氨酸和色氨酸外，其他除甲硫氨酸和色氨酸外，其他18种氨基种氨基酸有多个密码子。酸有多个密码子。编码同一种氨基酸的不同密码编码同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子，同义密码子具有简并性。子称为同义密码子，同义密码子具有简并性。通用性：通用性：绝大多数生物都采用同一套遗传密码。绝大多数生物都采用同一套遗传密码。摆动性：摆动性：tRNA反密码与反密码与mRNA密码碱基之间不严密码碱基之间不严格遵守碱基配对规律。格遵守碱基配对规律。二、氨基酸的活化二、氨基酸的活化 氨基酸的活化是氨基酸与特异的氨基酸的活化是氨基酸与特异的tRNA结合形成氨结合形成氨酰酰-tRNA的过程，由氨酰的过程，由氨酰-tRNA合成酶催化完成。合成酶催化完成。原核生物和真核生物的蛋白质合成都从甲硫氨酸开原核生物和真核生物的蛋白质合成都从甲硫氨酸开始。原核生物和真核生物都有两种负载甲硫氨酸的始。原核生物和真核生物都有两种负载甲硫氨酸的tRNA，负载的甲硫氨酸分别用于蛋白质合成的起，负载的甲硫氨酸分别用于蛋白质合成的起始和延长。始和延长。原核生物的起始甲硫氨酸需要甲酰化，生成起始甲原核生物的起始甲硫氨酸需要甲酰化，生成起始甲酰甲硫氨酰酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAifMet）；而真核生）；而真核生物的物的Met-tRNAiMet不需要甲酰化。不需要甲酰化。1.进位（进位（entrance）：）：又称又称(registra-tion)，即即与与 mRNA下一个密码下一个密码相对应的氨基酰相对应的氨基酰-tRNA进入进入A位位。需需GTP、Mg2+和和EF-T。2.成肽（成肽（peptide bond formation）：）：是是肽键形成肽键形成的过程。即：的过程。即：P位位上上 tRNA 携带的氨携带的氨基酰基基酰基转移到转移到A位位的氨基酰的氨基酰-tRNA上，与其上，与其-氨氨基缩合形成肽键。基缩合形成肽键。由由转肽酶转肽酶催化，需催化，需 Mg2+，K+。3.移位（移位（translocation）：）：核蛋白体向核蛋白体向mRNA3 端移动一个密码的距离，端移动一个密码的距离，同时使同时使肽酰基肽酰基-tRNA从从A位移到位移到P位位。空载的空载的 tRNA 从从E位脱落。位脱落。此时，此时，A位留空，与下一个密码相对应的氨基位留空，与下一个密码相对应的氨基酰酰-tRNA即可进位，重复以上循环。即可进位，重复以上循环。需需GTP、Mg2+。进进位位移移位位成肽成肽核蛋白体循环的反应过程核蛋白体循环的反应过程
