細(xì)胞核細(xì)胞生物學(xué)課件

DNA、RNA、蛋白質(zhì)三者之間有什么關(guān)系？（它們在細(xì)胞各自具有什么作用？）人的體細(xì)胞中有多少個DNA分子？每個分子平均有多長？DNA存在于哪里？以何種形式存在？當(dāng)前第1頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞進(jìn)化的里程碑，發(fā)現(xiàn)最早、認(rèn)識最少的細(xì)胞器1674年發(fā)現(xiàn)，1831年定名，認(rèn)識逐步深入，仍有許多謎團(tuán)當(dāng)前第2頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)第四章細(xì)胞核nucleus第五節(jié)遺傳信息的表達(dá)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)制當(dāng)前第3頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)原核細(xì)胞真核細(xì)胞內(nèi)膜包括核膜的出現(xiàn)當(dāng)前第4頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)第一節(jié)核被膜(核膜)

nuclearenvelope(nuclearmembrane)當(dāng)前第5頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁核纖層核孔核被膜染色質(zhì)當(dāng)前第6頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核膜電鏡照片核纖層核孔核膜return當(dāng)前第7頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核膜的出現(xiàn)給細(xì)胞帶來什么樣的好處和什么新的問題？當(dāng)前第8頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核膜的作用在細(xì)胞進(jìn)化的過程中出現(xiàn)新的區(qū)室－核1、分隔核、質(zhì)，保護(hù)DNA分子不受損傷2、分隔核、質(zhì)，使基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在時間和空間上得以分離當(dāng)前第9頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)當(dāng)前第10頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核孔（Nuclearpore）核孔：核膜上的孔洞，為內(nèi)、外層核膜融合形成，

核－質(zhì)間物質(zhì)交流的主要途徑核孔復(fù)合體：一組蛋白質(zhì)顆粒以特定的方式排列在核孔周邊的膜上，形成復(fù)合體，調(diào)節(jié)孔的大小以及物質(zhì)的進(jìn)出。

當(dāng)前第11頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核孔復(fù)合體電鏡照片超薄切片負(fù)染當(dāng)前第12頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核質(zhì)環(huán)當(dāng)前第13頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第14頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核孔復(fù)合體的作用使核－質(zhì)之間既有分隔又有溝通含水的、選擇性的、雙向通道1、分子質(zhì)量小于5,000Da(直徑9nm)，自由擴(kuò)散進(jìn)出核孔。2、更大的分子(直徑9-25nm),依靠核孔復(fù)合體介導(dǎo)的主動運(yùn)輸進(jìn)出。

（消耗能量,并需要分子上的信號）當(dāng)前第15頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核纖層Nuclearlamina高等真核細(xì)胞內(nèi)層核膜下由纖維蛋白構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)殼層當(dāng)前第16頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁纖維狀核纖層電鏡照片顯示核纖層當(dāng)前第17頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)外層核膜內(nèi)層核膜膜蛋白染色質(zhì)纖維核纖層蛋白核周間隙細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)當(dāng)前第18頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)每條染色體在核中各自占據(jù)一定的區(qū)域，有特定的位置染色體相對分隔的位置是通過染色體上特異位點(diǎn)附著于內(nèi)層核膜（核纖層）來維持的間期核是分區(qū)的當(dāng)前第19頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)＃18染色體（紅色）和＃19染色體（青色）各兩份拷貝在核內(nèi)分別占據(jù)相對獨(dú)立的區(qū)域染色體上兩個位點(diǎn)（染成黃色和紅色）附著于核被膜內(nèi)面的核纖層上（綠色顯示核纖層蛋白）當(dāng)前第20頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核纖層的作用1、在間期對核膜起支撐作用。2、在分裂期調(diào)控核膜的解離和重新裝配。3、為間期染色質(zhì)提供錨定位點(diǎn)，為分裂期染色體提供構(gòu)建附著的位點(diǎn)。當(dāng)前第21頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)第二節(jié)染色質(zhì)和染色體

chromatin&chromosome當(dāng)前第22頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)光鏡下骨骼肌細(xì)胞核（蘇木素染色）當(dāng)前第23頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)透射電鏡下超薄切片核內(nèi)染色質(zhì)當(dāng)前第24頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)電鏡下呈纖維狀的染色質(zhì)當(dāng)前第25頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)一、染色質(zhì)和染色體的形態(tài)morphology光鏡下能被染料顯示，但形態(tài)結(jié)構(gòu)不可見－染色質(zhì)(chromatin)透射電鏡觀察，超薄切片上呈點(diǎn)狀、塊狀

－異染色質(zhì)（heterochromatin）：核膜下、核仁周圍及核內(nèi)散在，高電子密度－常染色質(zhì)（euchromatin）

：異染色質(zhì)之間的淺染區(qū)域當(dāng)前第26頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)著絲粒掃描電鏡下分裂中期染色體當(dāng)前第27頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

染色質(zhì)在間期核中以較為伸展的形式存在，在分裂期則以高度緊縮的形式存在。兩者之間的區(qū)別主要在于包裝程度不同，反映了它們處于細(xì)胞周期不同階段的典型形態(tài)。

當(dāng)前第28頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)帶型熒光或其他染料顯示特異的明暗相間的條帶，用以逐一識別染色體并排序核型全套染色體按序排列，用以分析染色體數(shù)目和形態(tài)當(dāng)前第29頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)chemicalcomponents&doublehelex(一)DNA（雙螺旋）(二)染色體蛋白質(zhì)染色質(zhì)或染色體1.組蛋白2.非組蛋白DNA 49％組蛋白 49％非組蛋白 少量RNA 極少量當(dāng)前第30頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)大量蛋白質(zhì)DNA、染色質(zhì)和染色體？？當(dāng)前第31頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)30nm染色質(zhì)纖維串珠狀纖維(核小體)當(dāng)前第32頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核小體核心粒核心DNA連接段DNA核小體組成：組蛋白八聚體核心(H2A,H2B,H3,H4)X2+核心DNA鏈1.75圈(146bp)+連接段DNA(0-80bp)平均DNA長度=200bpDNA分子經(jīng)此包裝縮短（5cm→2cm）當(dāng)前第33頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)組蛋白分子量小，含大量帶正電氨基酸（精/賴），能中和DNA所帶負(fù)電荷分成5種兩類：

H1，H2A，H2B，H3，H4組蛋白主要功能：－參與染色質(zhì)、染色體的構(gòu)建

－調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄back當(dāng)前第34頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核小體包裝成30nm纖維的兩種可能模式當(dāng)前第35頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)1.組蛋白H1幫助把相鄰核小體拉在一起的可能方式H1核心結(jié)合于核小體DNA上,兩臂與相鄰核小體上的H1作用當(dāng)前第36頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)返回當(dāng)前第37頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)2.核小體核心組蛋白尾部幫助把相鄰核小體拉在一起的可能方式:H2A、H2B、H3、H4四個亞基的肽鏈尾部伸出，與相鄰核小體發(fā)生作用當(dāng)前第38頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)將核小體結(jié)構(gòu)包裝成30nm纖維1.H1組蛋白2.核小體組蛋白的尾部

兩種力量均使得相鄰核小體被拉在一起,并折疊成直徑30nm的規(guī)則結(jié)構(gòu)DNA分子經(jīng)此包裝縮短（2cm→0.1cm）當(dāng)前第39頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)非組蛋白總量遠(yuǎn)少于組蛋白，種類繁多能識別特異DNA序列并與之結(jié)合序列特異性DNA結(jié)合蛋白

功能各異：

-參與染色體構(gòu)建-啟動DNA復(fù)制-調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄

當(dāng)前第40頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)將30nm纖維包裝成更高級結(jié)構(gòu)的方式：

襻環(huán)和螺旋化DNA分子經(jīng)此包裝縮短（0.1cm

→5μm）當(dāng)前第41頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)30nm纖維以非組蛋白為骨架，折疊成一系列袢環(huán)。30nm纖維在DNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制時，以袢環(huán)為單位發(fā)生松解，伸展成串珠狀纖維或DNA雙螺旋袢環(huán)--間期染色質(zhì)包裝成染色體的方式

（普遍存在）當(dāng)前第42頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)中期染色體經(jīng)特殊處理顯示袢環(huán)分裂中期染色體:在袢環(huán)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊、緊縮和螺旋化，需要condensin等許多蛋白質(zhì)當(dāng)前第43頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)三、染色體分子的包裝Thepackageofachromosome多個層次的包裝：

串珠樣結(jié)構(gòu)-核小體nucleosomes30nm纖維(30nmfiber)

球狀結(jié)構(gòu)(globalstructure)意義:1.使纖長的DNA雙螺旋分子經(jīng)反復(fù)折疊而大大縮短（5cm→5μm）2.有利于轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的高效準(zhǔn)確進(jìn)行

當(dāng)前第44頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)一段DNA雙螺旋染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)染色體上呈伸展?fàn)顟B(tài)的某個區(qū)段染色體的緊縮狀態(tài)整個中期染色體卡通30nm染色質(zhì)纖維當(dāng)前第45頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)作為遺傳物質(zhì)必須具備怎樣的條件？△儲存遺傳信息△復(fù)制，平均分配給子代細(xì)胞△指導(dǎo)其他分子的合成，控制性狀△能夠突變當(dāng)前第46頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)三種元件是遺傳物質(zhì)復(fù)制所必需的：復(fù)制起始點(diǎn)replicationorigins著絲粒centromere端粒telomeres

當(dāng)前第47頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)染色體分子的必需元件Threeelementsofafunctionalchromasome著絲粒和端粒：染色質(zhì)上高度螺旋的區(qū)域，稱為異染色質(zhì)當(dāng)前第48頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)著絲粒形成異染色質(zhì)的可能意義：有助于在有絲分裂期動粒的裝配和紡錘絲的附著以及染色體分開。端粒形成異染色質(zhì)的意義：它使末端染色體不致被細(xì)胞修復(fù)裝置誤認(rèn)為受損染色體；它有助于調(diào)控端粒長度，還有助于在有絲分裂期染色體準(zhǔn)確配對和分開。當(dāng)前第49頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核膜電鏡照片異染色質(zhì)(heterochromatin)常染色質(zhì)(euchromatin)當(dāng)前第50頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

指導(dǎo)其他生物大分子的合成就是指導(dǎo)蛋白質(zhì)分子的合成。這是一個遺傳信息的表達(dá)過程。遺傳信息的表達(dá)是以基因(gene)為單位的。指DNA分子中能產(chǎn)生有功能蛋白質(zhì)或RNA分子所必須的全部核苷酸序列。

當(dāng)前第51頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)基因概念的發(fā)展Mendel1886在植物雜交試驗(yàn)中提到的遺傳因子20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的遺傳因子與染色體的平行關(guān)系1909年丹麥學(xué)者Johannsen將遺傳因子改稱基因1926年Morgen發(fā)表基因論：基因直線排列于染色體上，既是遺傳信息的結(jié)構(gòu)單位，又是控制一種特定性狀的功能單位。20世紀(jì)50年代揭示了基因的分子基礎(chǔ)是核酸，核苷酸序列中蘊(yùn)藏著指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的遺傳信息?；虻母拍钸€在發(fā)展當(dāng)前第52頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

proteintranslation外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列真核細(xì)胞一個基因的組成：當(dāng)前第53頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)真核細(xì)胞基因的組成：外顯子exon

是基因中用于編碼的序列內(nèi)含子intron是間隔在外顯子之間的非編碼序列調(diào)控序列regulatorysequence是可被基因調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合的序列兩類基因：指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的基因指導(dǎo)合成功能RNA的基因，tRNA、rRNA當(dāng)前第54頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)異染色質(zhì)的基因表達(dá)活性很低

a.大部分異染色質(zhì)的DNA不含基因

b.異染色質(zhì)極其緊縮，基因被包裝進(jìn)異染色質(zhì)通常就不能表達(dá)。如果將一個在常染色質(zhì)中正常表達(dá)的基因用實(shí)驗(yàn)手段移到異染色質(zhì)中，該基因就停止表達(dá)。這種現(xiàn)象被稱為基因沉默(silenceofgene)。異染色質(zhì)與基因表達(dá)當(dāng)前第55頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)雌性動物所有細(xì)胞中都僅有1條X染色體?？赡芤螂p倍X染色體是致死的，在胚胎發(fā)育過程中1條X染色體通過隨機(jī)變成異染色質(zhì)而永久失活。此后，這條失活X染色體遺傳給后代細(xì)胞，但在細(xì)胞受精后會重新活化為常染色質(zhì)最令人驚異的例子：整條染色體異染色質(zhì)化，X染色體成為巴氏小體Barr小體當(dāng)前第56頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁巴氏小體發(fā)生異染色質(zhì)化的X染色體:巴氏小體當(dāng)前第57頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)決定黑毛和黃毛的基因分別位于兩條X染色體。胚胎發(fā)育早期，不同細(xì)胞中整條X染色體異染色質(zhì)化，造成不同細(xì)胞只含黑毛或黃毛基因。黑斑或黃斑分別來源于這兩種細(xì)胞。Calico貓的奇麗皮毛：雌性的細(xì)胞核中巴氏小體這種貓是雌還是雄？當(dāng)前第58頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄變得活躍，異染色質(zhì)減少，常染色質(zhì)增多異染色質(zhì)與常染色質(zhì)的區(qū)分不是一成不變的，而是可以互相轉(zhuǎn)換的當(dāng)前第59頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)染色體可以被看作是不同染色質(zhì)形式的混合不同的染色質(zhì)形式對基因表達(dá)有不同的影響當(dāng)前第60頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)第三節(jié)核仁

nucleolus一、核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、核仁的化學(xué)成分和功能核仁雖然與核內(nèi)其他區(qū)域沒有明顯分隔，但是形態(tài)、化學(xué)組成和功能上確實(shí)不同于核內(nèi)其他部分。當(dāng)前第61頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)纖維中心致密纖維成分顆粒成分當(dāng)前第62頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁3個部分致密纖維成分纖維中心顆粒成分當(dāng)前第63頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁的形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡下核仁包括互相不完全分隔的3個部分：1）

纖維中心（fibrillarcenter）從數(shù)條染色體上伸出的DNA袢環(huán)，上有核糖體RNA（rRNA）基因。2）

纖維成分（fibrilarcomponent）該處含正在轉(zhuǎn)錄的rRNA分子。3）顆粒成分（granularcomponent）為已合成的核糖體前體顆粒，因此這些顆粒比細(xì)胞質(zhì)中的核糖體顆粒略小些。當(dāng)前第64頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)蛙卵母細(xì)胞rRNA基因（600個拷貝）的轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第65頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)間隔DNArRNA轉(zhuǎn)錄單位

rRNA合成方向

rDNA絲前體rRNA蛋白質(zhì)顆粒rDNA高效轉(zhuǎn)錄所形成的箭頭樣結(jié)構(gòu)－圣誕樹狀轉(zhuǎn)錄單位當(dāng)前第66頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)關(guān)于核仁核仁的化學(xué)組成雖然也是核酸和蛋白質(zhì)，但是與染色質(zhì)相比，蛋白質(zhì)含量甚高，兩種核酸的比例也與染色質(zhì)不同。 蛋白質(zhì)80％ RNA11％ DNA8％當(dāng)前第67頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁內(nèi)的DNA上是以前后串聯(lián)方式重復(fù)排列的rRNA基因，各個基因拷貝之間由一段間隔DNA（spacerDNA）非轉(zhuǎn)錄區(qū)隔開。人類細(xì)胞中共有約200個rRNA基因拷貝,分布在第13、14、15、21、22號染色體上。也就是說有10條染色體上存在著rRNA基因。每條染色體上含rRNA基因的DNA部分形成一個大袢環(huán)。每條袢環(huán)上的一串rRNA基因叫做一個“核仁組織者”（nucleolarorganizer），簡稱為NOR。當(dāng)前第68頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)人類細(xì)胞中含有rRNA基因的10條染色體的襻環(huán)伸入核仁中示意圖（含200個拷貝rRNA基因）當(dāng)前第69頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁存在間期－分裂期的動態(tài)變化核仁周期當(dāng)前第70頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁融合核仁的周期變化返回當(dāng)前第71頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)核仁的功能：1.rRNA的合成2.rRNA前體的加工3.核糖體亞單位的裝配當(dāng)前第72頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)裝配成核糖體小亞基裝配成核糖體大亞基45SrRNA前體45SrRNA前體加工1。兩種化學(xué)修飾－甲基化和假尿苷2。內(nèi)含子被切除形成三個獨(dú)立的rRNA分子（18S、5.8S、28S）S的含義當(dāng)前第73頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第74頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第75頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)當(dāng)前第76頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

細(xì)胞、個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。當(dāng)前第77頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第78頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)DNA復(fù)制replication：由一個親代雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的過程（3.2×109核苷酸對）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程（約8小時）＝8小時內(nèi)寫滿1000冊書！奇跡是怎樣創(chuàng)造的？當(dāng)前第79頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)第四節(jié)遺傳物質(zhì)的復(fù)制replicationofthegenomicmaterials

一、DNA復(fù)制過程及其特征二、DNA復(fù)制的有關(guān)酶類和蛋白質(zhì)當(dāng)前第80頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)一、DNA復(fù)制過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)制叉的不對稱性：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段校讀糾錯機(jī)制整個染色體的復(fù)制當(dāng)前第81頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制過程

DNA復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始,在起始蛋白為首的一個多酶復(fù)合體的作用下，雙鏈解開，形成兩個方向相反的復(fù)制叉。在復(fù)制叉上，DNA聚合酶分別以DNA雙鏈中的一條為模板，4種三磷酸脫氧核苷酸為原料，合成兩條新的DNA鏈。隨著復(fù)制叉向相反兩個方向推進(jìn)，就形成復(fù)制泡。復(fù)制泡在各個復(fù)制起始點(diǎn)發(fā)生并增大，使DNA分子得到完整復(fù)制。

當(dāng)前第82頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)DNA復(fù)制:由一個親代DNA雙螺旋產(chǎn)生兩個子代雙螺旋的程。1.半保留復(fù)制（semi-conservativereplication）

當(dāng)前第83頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)制當(dāng)前第84頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)母鏈復(fù)制復(fù)制復(fù)制后的DNA分子，各含有1條原來的舊鏈和1條新鏈，兩個新合成的雙螺旋都是原來雙螺旋的精確復(fù)制品，這稱為半保留復(fù)制。復(fù)制當(dāng)前第85頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)2.復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)replicationorigins開始當(dāng)前第86頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)：特殊的DNA序列能被起始蛋白識別并結(jié)合通常為富含A、T的重復(fù)序列在細(xì)菌只有一個，在真核細(xì)胞有多個當(dāng)前第87頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制的起始與雙鏈解旋：大量特異蛋白和酶參與當(dāng)前第88頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)菌真核細(xì)胞基因組（核苷酸對）數(shù)百萬個3.2×109（人）速度500個核苷酸/秒50個核苷酸/秒復(fù)制起始點(diǎn)一個多個當(dāng)前第89頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始向兩個方向推進(jìn)。（細(xì)菌環(huán)狀DNA分子）當(dāng)前第90頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)向兩個方向移動當(dāng)前第91頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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。當(dāng)前第92頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制從復(fù)制起始點(diǎn)開始向兩個方向推進(jìn)，形成兩個反向的復(fù)制叉。當(dāng)前第93頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)向兩個方向移動當(dāng)前第94頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制叉replicationfork當(dāng)前第95頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)DNA的合成當(dāng)前第96頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)4.復(fù)制叉的不對稱性asymmetryofreplicationfolk：前導(dǎo)鏈、后隨鏈和岡崎片段問題：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)合成將使鏈延長與復(fù)制叉推進(jìn)相反?當(dāng)前第97頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)4.復(fù)制叉的不對稱性：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－后隨鏈當(dāng)前第98頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)4.復(fù)制叉的不對稱性：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－后隨鏈當(dāng)前第99頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)4.復(fù)制叉的不對稱性：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－后隨鏈當(dāng)前第100頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)間斷合成的新鏈－后隨鏈RNA引物岡崎片段連接切除RNA引物新DNA延伸RNA引物的生成舊鏈

新鏈當(dāng)前第101頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

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：連接兩個DNA片段岡崎片段連接:卡通當(dāng)前第102頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)方向當(dāng)前第103頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)復(fù)制叉內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不對稱的：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。圖示當(dāng)前第104頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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）卡通2當(dāng)前第105頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)T

TTTCA5．校讀糾錯機(jī)制proofreading&mistake-correction復(fù)制過程中DNA多聚酶的校讀糾錯作用一、在新的核苷酸中堿基剛剛與對應(yīng)堿基結(jié)合、尚未與新鏈末端共價聯(lián)結(jié)的時候，多聚酶就對配對進(jìn)行校對。堿基配對錯誤則使DNA合成暫停。二、“核酸外切校讀”。如果聯(lián)結(jié)在RNA引物3’－OH末端的是錯配核苷酸，該酶切除錯配者，直至正確配對的核苷酸作為引物的3’末端才開始DNA合成。當(dāng)前第106頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)6．整個染色體的復(fù)制多個復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個區(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.當(dāng)前第107頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)快速分裂的核中提取的DNA電鏡照片復(fù)制泡return多個復(fù)制泡不斷發(fā)生，各個區(qū)段復(fù)制順序先后固定當(dāng)前第108頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)端粒酶保證真核染色體（后隨鏈）末端的完整復(fù)制卡通當(dāng)前第109頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)組蛋白加入，形成新的核小體當(dāng)前第110頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)組蛋白核心DNA雙鏈合成的新鏈舊鏈新的組蛋白核心當(dāng)前第111頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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，作為一個整體沿DNA分子移動，協(xié)調(diào)兩條鏈上的合成過程。

奇跡的創(chuàng)造者當(dāng)前第112頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第113頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

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,后隨鏈上多個引物)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.錯配校讀(3‘5’外切酶活性:切除錯配dNTP)DNA聚合酶I在崗崎片段之間除去引物并填補(bǔ)空隙,錯配校讀DNA連接酶連接崗崎片段3‘-OH與5’-P當(dāng)前第114頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)當(dāng)前第115頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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

分化當(dāng)前第116頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)一個人的兩種細(xì)胞：源于同一個細(xì)胞(同一個受精卵)，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。怎么會這樣呢？當(dāng)前第117頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)當(dāng)前第118頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)過翻譯，將特定的遺傳信息翻譯為特定的蛋白質(zhì)。當(dāng)前第119頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第120頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)一、基因的轉(zhuǎn)錄－從DNA到RNA(同樣的語言)（一）轉(zhuǎn)錄過程（二）有意義鏈和反意義鏈（三）真核RNA的轉(zhuǎn)錄后加工當(dāng)前第121頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)ComparisonofDNAandRNAFeatureDNARNASugardeoxyriboseribose

BasepairingA-T/G-CA-U/G-CStructuredoublehelixsinglesinglestrandedstructures當(dāng)前第122頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

rRNA和tRNA能發(fā)生分子內(nèi)的堿基配對，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)當(dāng)前第123頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)在RNA合成酶系作用下，以DNA的一條鏈上的一段序列為模板，按照堿基配對原則，以4種三磷酸核苷酸為原料，合成一個與模板序列互補(bǔ)的RNA分子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要有mRNA、rRNA和tRNA。（一）轉(zhuǎn)錄過程5’5’3’3’5’3’當(dāng)前第124頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生與一條DNA鏈互補(bǔ)的RNA鏈（一）轉(zhuǎn)錄過程當(dāng)前第125頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列當(dāng)前第126頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

proteintranslation一個基因外顯子內(nèi)含子調(diào)控序列啟動子和終止子：特殊的DNA序列，對RNA聚合酶發(fā)出的信號。當(dāng)前第127頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)原核細(xì)胞的啟動子

－轉(zhuǎn)錄酶識別和結(jié)合的部位，結(jié)合后啟動轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酶識別部位不同原核生物啟動子區(qū)序列的比較酶結(jié)合部位Pribnow盒啟動子當(dāng)前第128頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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。當(dāng)前第129頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)RNA聚合酶催化的細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)錄:聚合酶遇到啟動子序列就與之結(jié)合,打開雙鏈開始轉(zhuǎn)錄,直至遇到終止子.卡通當(dāng)前第130頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第131頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)分子當(dāng)前第132頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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當(dāng)前第133頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

一段細(xì)菌染色體上多個基因的轉(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子位置決定。啟動子一般位于基因上游,轉(zhuǎn)錄酶先結(jié)合上啟動子，就決定了模板鏈。當(dāng)前第134頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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

當(dāng)前第135頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)胞過程當(dāng)前第136頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)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)錄和加工當(dāng)前第137頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)真核生物原核生物原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄、翻譯過程細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯當(dāng)前第138頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

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？當(dāng)前第139頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物成熟mRNA帽子附加位點(diǎn)多聚A尾加尾信號當(dāng)前第140頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)裝配成核糖體小亞基裝配成核糖體大亞基45SrRNA前體45SrRNA前體加工1.兩種化學(xué)修飾－甲基化和假尿苷2.內(nèi)含子被切除形成三個獨(dú)立的

rRNA分子（18S、5.8S、28S）S的含義當(dāng)前第141頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)tRNA加工剪接堿基修飾當(dāng)前第142頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第143頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第144頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)二、基因的翻譯－從RNA到蛋白質(zhì)

(不同的語言)(發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)嗎?)（一）密碼（二）翻譯過程（三）翻譯的場所-核糖體

3種RNA在此緊密合作當(dāng)前第145頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)

遺傳信息的翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列，合成多肽的過程，是基因表達(dá)的最終目的。蛋白質(zhì)的生物合成發(fā)生在核糖體上，三種成熟的RNA分子從核進(jìn)入胞質(zhì)后在此各自發(fā)揮重要作用。mRNA編碼蛋白質(zhì)rRNA形成核糖體的骨架并參與蛋白質(zhì)的合成(核酶)tRNA蛋白質(zhì)合成中作為mRNA與氨基酸之間的連接物當(dāng)前第146頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)從基因到蛋白質(zhì)的步驟當(dāng)前第147頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第148頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第149頁\共有158頁\編于星期四\21點(diǎn)比較DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)復(fù)制轉(zhuǎn)錄目的 復(fù)制遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)錄遺傳信息模板完整的染色體分子染色體分子上一段DNA(基因)催化合成的酶DNA聚合酶RNA聚合酶原料4種脫氧核糖核苷酸4種核糖核苷酸

dATP,dTTP,dCTP,dGTPATP,UTP,CTP,GTP產(chǎn)物完整的染色體分子一個