《生命的复制过程.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生命的复制过程.ppt（83页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、生命的复制过程,中心法则,蛋白质,DNA,RNA,DNA的复制,复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。,DNA复制方式 半保留复制,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，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，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。,按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。,半保留复制的意义,遗传的保守性，是物种稳定
2、性的分子基础，但不是绝对的，存在变异。,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,CCACTGG,GGTGACC,AGGTACTG,TCCATGAC,TCCATGAC,AGGTACTG,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,+,母链DNA,复制过程中形成的复制叉,子代DNA,复制的半不连续性,领头链(leading strand),随从链(lagging strand),DNA的复制方向是5 3。,参与DNA复制的物质,底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTT
3、PDNA聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合,复制的化学反应,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时DNA聚合酶的及时校读功能。,DNA复制的保守性至少要依赖三种机制,DNA聚合酶（DNA polymerase）在DNA复制延长中起催化作用解螺旋酶(helicase)利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链引物酶(primase)复制起始时催化生成RNA引
4、物的酶,DNA合成中的酶类,DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)在复制中防止DNA分子缠绕、打结、连环单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整 DNA连接酶(DNA ligase)连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。,DNA合成过程,（一）复制的起始DNA解旋、解链 在拓扑异构酶和解链酶作用下，使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，形成两股单链DNA。单链DNA结合蛋白（SSB）结合在两股单链DNA上，形成复制叉，提供复
5、制模板。,2.合成引物，提供3-OH末端,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,引物酶,DNA拓扑异构酶,解螺旋酶,SSB,（二）复制的延长,复制的延长指在DNA聚合酶催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,OH 3,3,复 制 过 程 动 画,去除引物，DNA片段连接成为完整的一条DNA链。随从链上不连续性片段的连接，需要DNA连接酶。,（三）复制的终止,随从链上不连续性片段的连接,真核生物的端粒和端粒酶端粒(telomere)是真核生物染色体线性DNA分子
6、末端的结构 人：(TTTTGGG)n端粒酶(telomerase)RNA-蛋白质复合物，既是模板，又是逆转录酶以自身的RNA为模板延长DNA单链，然后反折为双链,为 爬行模式端粒酶与生物体的衰老、肿瘤的发生有关,DNA聚合酶复制子链,进一步加工,逆转录酶(reverse transcriptase),逆转录(reverse transcription),逆转录病毒和逆转录酶,逆转录病毒细胞内的逆转录现象,DNA的转录,在RNA聚合酶的催化下，以一段DNA链为模板合成RNA，从而将DNA所携带的遗传信息传递给RNA的过程称为转录，转录方式为不对称转录。经转录生成的RNA有多种，主要的是rRNA，
7、tRNA，mRNA，snRNA等。,转录,参与转录的物质,原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)其他蛋白质因子,转录模板,DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链(template strand)，也称作有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链(coding strand)，也称为反义链或Crick链。,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链
8、,mRNA,蛋白质,转录,翻译,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因(structural gene)。,不对称转录(asymmetric transcription),在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。,RNA聚合酶,原核生物的RNA聚合酶：一种,核心酶(core enzyme)(2),全酶(holoenzyme)(2),模板上酶的辨认、结合,转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部位，这就是启动子（promoter)。,开始转录,T
9、T G A C AA A C T G T,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,原核生物启动子保守序列,RNA-pol辨认位点(recognition site),RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合,结构基因,-GCGC-CAAT-TATA,真核生物启动子保守序列,转录过程,（一）转录起始,RNA聚合酶识别DNA模板的启动子，准确地结合在转录模板的起始区域。DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,（二）转录延长,1.RNA聚合酶与模板结合松弛，沿着DNA模板前移.,2.在聚合酶的作用下，NTP不断聚合，RNA链不
10、断延长。,(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol DNA RNA,（三）转录终止,指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,原核生物的转录过程,A T P,1.依赖 Rho因子的转录终止,原核生物转录终止,RNA,5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT.3,DNA,5UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU.3,茎环(stem
11、-loop)/发夹(hairpin)结构,2.非依赖 Rho因子的转录终止,真核生物的转录,真核生物的转录起始时，RNA-pol不直接与模板结合，需要依赖众多转录因子。真核生物通过DNA模板的转录终止修饰序列终止转录。,TFF,A,B,真核生物转录起始阶段,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,PIC组装完成,5-AAUAAA-,5-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,真核生物转录终止通过修饰序列完成,原
12、核生物和真核生物的初级转录产物没有活性，必须经过一定的加工修饰才具有功能。,DNA的翻译,翻译，即蛋白质的生物合成，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。,20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF,参与蛋白质生物合成的物质包括,三种RNAmRNA（messenger RNA,信使RNA）rRNA（ribosomal RNA,核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA,转运RNA）,mRNA是翻译的直接模板,mRNA是遗传信息的携带者,mRNA上存在遗传密码,mRNA分子上从5至3方向，由A
13、UG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。,起始密码(initiation coden):AUG,终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA,遗传密码表,遗传密码,连续性简并性 通用性 方向性，即解读方向为5 3 摆动性,核蛋白体是多肽链合成的装置,核蛋白体的组成,核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能,1小亚基：可与mRNA、GTP和启动tRNA结合。2大亚基：（1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰-tRNA结合；P位（左）给位或肽酰基位，
14、可与延伸中的肽酰基tRNA结合。,A位：氨基酰位(aminoacyl site),P位：肽酰位(peptidyl site),E位：排出位(exit site),目,tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,tRNA与酶结合的模型,tRNA,氨基酰-tRNA合成酶,ATP,蛋白质的生物合成,氨基酸的活化翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination),整个翻译过程可分为：,翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。,一、氨基酸的活化,起始氨基酸的活化为：甲硫氨酸与tRNA结合生成甲硫氨
15、酸tRNA，,二、肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translational initiation plex)。,真核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合在P位；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。,真核生物翻译起始复合物形成过程,三、肽链合成延长,指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(
16、peptide bond formation)转位(translocation),又称注册(registration),（一）进位,一旦在起始密码子部位形成了完整的核糖体，就开始进入进位反应阶段。氨基酰tRNA进入核糖体的A位点，而肽酰tRNA占据P位点，如此不断往复循环。除了起始子以外，任何氨基酰tRNA只能进入A位点,目 录,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,（二）成肽,在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带的甲酰蛋 氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨基酰tRNA上，形成肽键。A位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。,（三）转位,核蛋白体向mRNA的3-端滑动相
17、当于一个密码子的距离，同时使肽酰基tRNA从A体移到P位。此时，核蛋白体的A位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。,fMet,fMet,四、肽链合成的终止,核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入A位。当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,RF,蛋白质合成后的加工,从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。,一级结构的修饰,（一）肽链N端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰,高级结构的修饰,（一）亚基聚合（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接,蛋白质合成后的靶向输送,蛋白质合成后的去向留在胞浆进入核、线粒体或其它细胞器 穿过膜性结构，分泌至体液，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位靶向输送-蛋白质合成后，依靠信号肽，定向地到达其执行功能的目标地点。,基因调控机制,基因表达的各个阶段像代谢调控一样，存在着调控机制。基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。,
