細(xì)胞核細(xì)胞生物學(xué)課件

細(xì)胞核細(xì)胞生物學(xué)課件第1頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞、個(gè)體乃至物種的遺傳特性要在代代相傳中得到維持，有賴于遺傳物質(zhì)完整、準(zhǔn)確的復(fù)制并分配至子代細(xì)胞。第2頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二DNA復(fù)制replication：由一個(gè)親代雙螺旋產(chǎn)生兩個(gè)子代雙螺旋的過(guò)程（3.2×109

核苷酸對(duì)）艱巨任務(wù)：在子代細(xì)胞誕生前迅速而精確地完成這一過(guò)程（約8小時(shí)）＝8小時(shí)內(nèi)寫滿1000冊(cè)書！奇跡是怎樣創(chuàng)造的？第3頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復(fù)制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復(fù)制過(guò)程及其特征二、DNA復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)第4頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、DNA復(fù)制過(guò)程及其特征半保留復(fù)制復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡復(fù)制叉的不對(duì)稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段校讀糾錯(cuò)機(jī)制整個(gè)染色體的復(fù)制第5頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二DNA復(fù)制:由一個(gè)親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個(gè)子代雙螺旋的過(guò)程。1.半保留復(fù)制（semi-conservativereplication）

第6頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二CGTAGCATCGGC以一條DNA鏈作為模板（舊鏈）復(fù)制新鏈，復(fù)制后的雙螺旋含一條舊鏈和一條新鏈。1.半保留復(fù)制第7頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二母鏈復(fù)制復(fù)制復(fù)制后的DNA分子，各含有1條原來(lái)的舊鏈和1條新鏈，兩個(gè)新合成的雙螺旋都是原來(lái)雙螺旋的精確復(fù)制品，這稱為半保留復(fù)制。復(fù)制第8頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)replicationorigins開始第9頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制起始點(diǎn)：特殊的DNA序列能被起始蛋白識(shí)別并結(jié)合通常為富含A、T的重復(fù)序列在細(xì)菌只有一個(gè)，在真核細(xì)胞有多個(gè)第10頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)菌真核細(xì)胞基因組（核苷酸對(duì)）數(shù)百萬(wàn)個(gè)3.2×109（人）速度500個(gè)核苷酸/秒50個(gè)核苷酸/秒復(fù)制起始點(diǎn)一個(gè)多個(gè)第11頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制的起始與雙鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與第12頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始向兩個(gè)方向推進(jìn)。（細(xì)菌環(huán)狀DNA分子）第13頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.復(fù)制叉、雙向復(fù)制和復(fù)制泡

(replicationforks,two-directionreplication&replicationbubbles)

復(fù)制叉:已經(jīng)打開的2條單鏈與未解開的雙鏈間形成Y形。第14頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始向兩個(gè)方向推進(jìn)，形成兩個(gè)反向的復(fù)制叉。第15頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制叉replicationfork第16頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二在真核細(xì)胞的染色體上，復(fù)制叉由多處復(fù)制起始位點(diǎn)向兩個(gè)方向移動(dòng)第17頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.復(fù)制叉的不對(duì)稱性asymmetryofreplicationfolk：

前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段問(wèn)題：一條新鏈:5’→3’方向合成另一條新鏈如何合成？提示：1.DNA聚合酶只能催化單核苷酸5’→3’方向加入2.5→3連續(xù)合成將使鏈延長(zhǎng)與復(fù)制叉推進(jìn)相反?第18頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.復(fù)制叉的不對(duì)稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段答案：一條新鏈：5→3方向不間斷合成－前導(dǎo)鏈另一條新鏈：5→3方向間斷合成－后隨鏈第19頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二RNA引物岡崎片段連接酶連接2個(gè)相鄰DNA片段DNA聚合酶I將相鄰片段的5’RNA引物切除并填補(bǔ)空隙DNA聚合酶III在RNA引物3’端延伸新DNA根據(jù)模板在引物酶作用下生成RNA引物舊鏈

新鏈間斷合成的新鏈后隨鏈第20頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二在后隨鏈合成中，由DNA聚合酶在RNA引物的3’-OH上合成一段多核苷酸鏈，此DNA片段加上RNA引物構(gòu)成岡崎片段。岡崎片段（Okazakifragments）DNA聚合酶I5’3’切除RNA引物5’3’填充脫氧核苷酸DNA連接酶：連接兩DNA片段岡崎片段連接:岡崎片段第21頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3’3’5’5’

復(fù)制叉推進(jìn)方向

復(fù)制起始點(diǎn)模板鏈復(fù)制起始點(diǎn)DNA的雙向復(fù)制示意圖復(fù)制叉推進(jìn)方向第22頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制叉內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的：一條鏈不間斷地合成，并率先發(fā)生，因而叫作前導(dǎo)鏈另一條鏈間斷合成，由岡崎片段連接而成，并滯后發(fā)生，因而叫作后隨鏈。（后隨鏈合成滯后的原因）后隨鏈中核苷酸聚合的方向與鏈延伸的方向是相反的，而鏈延伸的方向與復(fù)制叉推進(jìn)的方向是一致的。圖示第23頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制的主要步驟在復(fù)制起始點(diǎn)打開雙鏈合成一段RNA引物前導(dǎo)鏈合成（DNA鏈在RNA引物后開始合成）后隨鏈合成(岡崎片段在引物后開始合成）DNA雙鏈復(fù)制

第24頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二T

TTTCA5．校讀糾錯(cuò)機(jī)制proofreading&mistake-correction第25頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二復(fù)制過(guò)程中DNA多聚酶的校讀糾錯(cuò)作用一、在新的核苷酸中堿基剛剛與對(duì)應(yīng)堿基結(jié)合、尚未與新鏈末端共價(jià)聯(lián)結(jié)的時(shí)候，多聚酶就對(duì)配對(duì)進(jìn)行校對(duì)，堿基配對(duì)錯(cuò)誤則使DNA合成暫停。二、“核酸外切校讀”。如果聯(lián)結(jié)在RNA引物3’－OH末端的是錯(cuò)配核苷酸，該酶切除錯(cuò)配者，直至正確配對(duì)的核苷酸作為引物的3’末端才開始DNA合成。第26頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二6．整個(gè)染色體的復(fù)制多個(gè)復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個(gè)區(qū)段復(fù)制順序先后固定.端粒酶保證真核染色體末端的完整復(fù)制.DNA新鏈合成完畢后立即就有組蛋白與之裝配，新的核小體形成.第27頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二快速分裂的核中提取的DNA電鏡照片復(fù)制泡return多個(gè)復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個(gè)區(qū)段復(fù)制順序先后固定返回第28頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復(fù)制末端復(fù)制返回第29頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二組蛋白加入，形成新的核小體返回第30頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心返回第31頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、DNA復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)一系列酶和其他蛋白質(zhì)組成復(fù)合體，作為一個(gè)整體沿DNA分子移動(dòng)，協(xié)調(diào)兩條鏈上的合成過(guò)程。

奇跡的創(chuàng)造者第32頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第33頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

參加大腸桿菌DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)及其功能

蛋白質(zhì)功能DnaA蛋白(起始因子)識(shí)別起始順序在復(fù)制起始點(diǎn)打開雙鏈DnaB蛋白(解旋酶)松解DNA雙螺旋DnaC蛋白輔助解旋酶結(jié)合到起始點(diǎn)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I和II解除DNA超螺旋并防止鏈纏繞DnaG蛋白(引物酶)合成RNA引物(前導(dǎo)鏈上一個(gè),后隨鏈上多個(gè)引物)SSB蛋白(單鏈結(jié)合蛋白)結(jié)合至單鏈DNA維持其單鏈狀態(tài)滑動(dòng)鉗夾幫助DNA聚合酶穩(wěn)定結(jié)合于模板鏈上DNA聚合酶III1.延長(zhǎng)新鏈(5‘3’聚合酶活性:以DNA為模板,在RNA引物3‘-OH加上dNTP)2.錯(cuò)配校讀(3‘5’外切酶活性:切除錯(cuò)配dNTP)DNA聚合酶I在崗崎片段之間除去引物并填補(bǔ)空隙,錯(cuò)配校讀DNA連接酶連接崗崎片段3‘-OH與5’-P第34頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第四章細(xì)胞核nucleus第一節(jié)核被膜第二節(jié)染色質(zhì)和染色體第三節(jié)核仁第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復(fù)制第五節(jié)遺傳信息的表達(dá)第35頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一個(gè)人的兩種細(xì)胞：攜帶完全相同的遺傳信息，卻有著截然不同的形態(tài)和功能第36頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一個(gè)人的兩種細(xì)胞，源于同一個(gè)細(xì)胞（同一個(gè)受精卵），兩者形態(tài)和功能卻截然不同。怎么會(huì)這樣呢？第37頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二受精卵→胚胎干細(xì)胞→→→各種細(xì)胞分化分化：基因選擇性表達(dá)的結(jié)果紅細(xì)胞：專一表達(dá)血紅蛋白分化第38頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第五節(jié)遺傳信息的表達(dá)Expressionofthegenomicinformation

一、基因的轉(zhuǎn)錄transcription－從DNA到RNA

二、基因的翻譯translation－從RNA到蛋白質(zhì)第39頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二中心法則Thecentralprinciple

細(xì)胞內(nèi)的基因先將它的遺傳信息轉(zhuǎn)錄在mRNA上，再經(jīng)過(guò)翻譯，將特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質(zhì)。第40頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二遺傳信息的流向第41頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、基因的轉(zhuǎn)錄－從DNA到RNA(同樣的語(yǔ)言)（一）轉(zhuǎn)錄過(guò)程（二）有意義鏈和反意義鏈（三）真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工第42頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures第43頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

rRNA和tRNA能發(fā)生分子內(nèi)的堿基配對(duì)，易于折疊成三維結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮結(jié)構(gòu)分子的作用。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)第44頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補(bǔ)的RNA鏈,是基因表達(dá)的核心步驟（一）轉(zhuǎn)錄過(guò)程第45頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶：催化這一合成反應(yīng)，所以又叫轉(zhuǎn)錄酶。作用是解開DNA雙鏈，以其中的反基因鏈為模板，將4種三磷酸核苷酸聚合成與模板互補(bǔ)的RNA鏈。第46頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二啟動(dòng)子和終止子：特殊的DNA序列，對(duì)RNA聚合酶發(fā)出的信號(hào)。第47頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二原核細(xì)胞的啟動(dòng)子

－轉(zhuǎn)錄酶識(shí)別和結(jié)合的部位，結(jié)合后啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酶識(shí)別部位不同原核生物啟動(dòng)子區(qū)序列的比較酶結(jié)合部位Pribnow盒啟動(dòng)子第48頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二RNA聚合酶催化的細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)錄:聚合酶遇到啟動(dòng)子序列就與之結(jié)合,打開雙鏈開始轉(zhuǎn)錄,直至遇到終止子.轉(zhuǎn)錄第49頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三種轉(zhuǎn)錄物：信使RNA(mRNA)－傳遞遺傳信息核糖體RNA(rRNA)－作為結(jié)構(gòu)分子和酶組分轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)－作為結(jié)構(gòu)分子第50頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二基因鏈（genestrand）:基因遺傳信息所在的DNA單鏈。反基因鏈（antigenestrand）:與基因鏈互補(bǔ)的那條DNA

單鏈。mRNA鏈：序列與基因鏈相同（T=U）(二)有意義鏈和反意義鏈sense/antisensestrands基因鏈或有意義鏈反基因鏈或反意義鏈第51頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

一段細(xì)菌染色體上多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄方向理論上任何一段DNA的兩條鏈都可以轉(zhuǎn)錄出兩個(gè)RNA分子，但實(shí)際上一段DNA上總是只有一條鏈作為RNA的模板，即反基因鏈，由此轉(zhuǎn)錄出來(lái)的RNA鏈序列與模板鏈互補(bǔ)，與基因鏈相同。一段DNA的兩條鏈何者作為模板可以看作由特定基因的啟動(dòng)子位置決定。啟動(dòng)子一般位于基因上游,轉(zhuǎn)錄酶先結(jié)合上啟動(dòng)子，就決定了模板鏈。第52頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)菌基因與真核生物基因的比較(三)、真核細(xì)胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工Transcriptionandprocessing

第53頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的RNA的種類

RNA種類功能

mRNA編碼蛋白質(zhì)

rRNA形成核糖體的一部分并參與蛋白質(zhì)的合成

tRNA蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物小RNA用于未成熟mRNA的拼接、蛋白質(zhì)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運(yùn)以及其他細(xì)胞過(guò)程第54頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二mRNA(真核加工)rRNA(真核、原核均加工)tRNA(真核、原核均加工)(三)、真核細(xì)胞RNA的轉(zhuǎn)錄和加工第55頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二真核生物原核生物原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄、翻譯過(guò)程細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯第56頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

mRNA的加工 作用

1.加帽(capping)增加穩(wěn)定性

5’-三磷酸-7-甲基鳥苷

2.加尾(tailing)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)

3’-PolyA序列3.拼接（splicing）

切除內(nèi)含子并聯(lián)結(jié)外顯子

4.RNA編輯（editing）擴(kuò)充遺傳信息？第57頁(yè)，共65頁(yè)，2023年，2月20日，星期二原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成熟mRNA帽子附加位點(diǎn)多聚A尾加尾信號(hào)第58頁(yè)，共