《复制转录翻译》PPT课件.ppt

,DNA复制 DNA replication,DNA复制的一般特点,原料：dNTP 原则：互补配对原则 半保留复制 半不连续复制 需要引物 新链的延伸方向只能是5 3,复制起始点,复制起始点 replication origin，ori DNA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。 原核生物DNA只有一个复制起始点。 真核生物DNA有多个复制起始点。,复制子 replicon,一个复制起始点控制下复制的一段DNA 原核生物DNA只有一个复制子 真核生物每条染色体上有多个复制子,原核生物复制子, 真核生物多个复制子,原核生物DNA复制,DNA复制所需要的酶 引物酶 primerase DNA聚合酶 DNA polymerase DNA连接酶 DNA ligase 解旋酶 helicase 单链DNA 结合蛋白 SSB ：结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态 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。但并不是所有的生物DNA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。,大肠杆菌三种DNA聚合酶比较,DNA 聚合酶,分子量 每个细胞的分子统计数 5-3 聚合酶作用 3-5 核酸外切酶作用 5-3 核酸外切酶作用,DNA 聚合酶,109，000 400 + + +,120，000 100 + + -,400，000 10-20 + + -,比较项目,DNA 聚合酶,切除引物 修复,修复,复制,功能,三种DNA聚合酶在决定DNA合成方面有一些共同的特性： 三种酶都只有聚合酶的功能，而没有 聚合酶功能，说明DNA链的延伸只能从5向3端进行。 他们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，DNA 的合成必须有引物引导才能进行。 三种酶都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错误进行校正，而保证DNA复制的高度准确性。,复制叉 replication fork,半不连续复制 先导链 随后链 冈崎片断 引物 primer,DNA复制过程,DNA双螺旋的解除：DNA的解旋过程由DNA解旋酶催化解开后，单链DNA 结合蛋白（SSB ）马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DNA 复制叉前就会形成一种张力而导致超螺旋的产生。现在发现这种张力主要是通过DNA拓扑异构酶的作用消除的。 起始：在一种特殊的RNA聚合酶-DNA引物酶的催化下，先合成一段长560个核苷酸的RNA引物，提供3端自由-OH。然后，在DNA聚合酶的作用下进行DNA的合成。,延伸：只有一条DNA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DNA分子水平来看，DNA两条新链的合成方向是相反的，但是都是从5端向3方向延伸。现在一般把一直从5向3方向延伸的链称作前导链，它是连续合成的。而另一条先沿5 3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DNA不连续单链小片段称为冈崎片段。 终止：引物RNA被切除，并为新合成的DNA片段所代替。在大肠杆菌中，此过程是在DNA聚合酶的催化下完成的。因为DNA聚合酶有5 3聚合酶功能，以临近冈崎片段的3端自由-OH进行DNA的合成，从而将RNA引物替换为DNA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,端粒DNA的复制,真核生物DNA是线性的 线性DNA末端不能复制 每复制一次DNA序列就要缩短一节！,端粒酶 telomerase,端粒酶是一种核糖核蛋白，含有一个RNA分子 这个RNA分子就是合成端粒序列的模板 在体细胞中，端粒酶是没有活性的，胚胎细胞和肿瘤细胞中有端粒酶活性,真核和原核DNA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过程中都可以进行DNA复制）,在原核生物中有DNA聚合酶、DNA聚合酶、DNA聚合酶三种聚合酶，并由DNA聚合酶同时控制两条链的合成。而在真核生物中共有，和5种DNA聚合酶。DNA聚合酶和DNA聚合酶是DNA合成的主要酶，由DNA聚合酶控制不连续的后随链的合成，而DNA聚合酶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DNA聚合酶的控制下完成。DNA聚合酶可能与DNA修复有关，而DNA聚合酶则是线粒体中发现的唯一一种DNA聚合酶。,RNA的复制,有些病毒不含DNA，以RNA为遗传物质 RNA在RNA聚合酶作用下先合成“”链 “”链从“”链模板上释放出来 “”链作为模板再合成“”链,RNA转录与加工,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RNA聚酶 结合位点,启动子,终止子,启动子 promotor :DNA分子上RNA聚合酶最先结合部位 终止子 terminator:提供转录终止信号的DNA序列 不依赖因子的终止子;依赖因子的终止子,接,真核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,与RNA聚酶 结合位点,内含子,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,外显子,转录的概念和DNA的有义链和反义链,转录是在 DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种核苷酸为原料合成一条与模板DNA互补的RNA 的过程。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。,启动子（promoter),终止子(terminator),模板链（反意义链）,编码链(有意义链),非信息区,DNA,5,5,3,3,大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图,核心酶(2),起始因子,和模板DNA结合 起始和催化聚合反应，含有核苷三磷酸的结合位点 与RNA聚合酶的四聚体核心（2）的形成有关 只与RNA转录的起始有关,全酶( ),转录泡,RNA的合成过程,链的开始： RNA链转录的起始首先是RNA聚合酶在因子的作用下与DNA上的启动子部位结合，并在RNA聚合酶的催化下使DNA的双链解离，形成转录泡，为RNA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键，使其相连，形成RNA新链。因子在RNA链伸长到89个核苷酸后，就被释放，然后由核心酶催化RNA的延伸。 链的延伸 RNA链的延伸是在因子释放之后，在RNA聚合酶四聚体核心酶的催化下进行。因RNA聚合酶同时具有解开DNA双链，并使其重新闭合的功能。随着RNA的延伸，RNA聚合酶使DNA双链不断解开和重新闭合。 链的终止 当RNA链延伸遇到终止信号（ternination signal）时，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。,RNA合成过程,起始,双链DNA局部解开,磷酸二酯键形成,终止阶段,解链区到达基因终点,延长阶段,RNA,启动子（promoter),终止子(terminator),RNA合成的一般特点,不需要引物 原料为rNTP，不是dNTP 只有一条DNA链用作模板,真核生物和原核生物转录的差别,真核生物RNA的转录是在细胞核内进行， 而蛋白质的合成则是在细胞质内，所以，RNA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，RNA的转录、蛋白质的合成以及mRNA的降解通常是同时进行的 真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因， 原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因。 真核生物有几种RNA聚合酶 ：在原核生物中只有一种RNA聚合酶，催化所有RNA的合成，而在真核生物中则有RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶三种不同的RNA聚合酶，分别催化不同类型RNA的合成。 真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA ：原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA ，真核生物则不然。在真核生物中，三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。 5.真核生物启动子结构复杂,mRNA转录后的加工,加帽 当mRNA合成到30b时 在5端加7甲基鸟嘌呤核苷 加尾 转录完成后，在特定位置切去一节，加polyA RNA末端腺苷酸转移酶 帽子和尾巴对mRNA的稳定性以及运输具有重要作用 剪接 splicing,成熟mRNA与模板DNA的比较,mRNA,原核生物和真核生物mRNA的比较,遗传密码和蛋白质的翻译,遗传密码的性质,1、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 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。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第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA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定的变动。 4、密码的通用性 5、 64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密 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：UAG、UAA、UGA。,密码子与反密码子的配对关系,反密码子,tRNA,5,3,A U C,5,mRNA,3,密码子,1 2 3,氨基酸的活化,E,氨基酸,ATP +,氨酰腺苷酸,E-AMP,PPi,第一步,AMP,第二步,E,氨基酸的活化,3-氨酰-tRNA,氨酰- tRNA合成酶特点,a、专一性： 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L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 对tRNA 具有极高专一性。,b、校对作用：氨酰- tRNA合成酶的水解 部位可以水解错误活化的氨基酸。,原核生物多肽链的合成过程,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、肽链合成的终止和释放。,1、肽链合成的起始,2、肽链的延长,3、肽链合成的终止及释放,肽链合成的起始,30S亚基 mRNA IF3- IF1复合物,30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物,70S起始复合物,mRNA +30S亚基-IF3,IF-1,70S起始复合物,肽链的延