中心法则（central dogma）

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遗传信息的传递

• 表现为核苷酸的排列顺序
• 通过DNA复制和细胞的分裂传递
• 有性生殖：减数分裂形成单倍体，受精成为多倍体，一条来自父亲、一条来自母亲

各种结构

各种元件（DNA序列）

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各种因子

各种酶及区别

复制、转录、翻译需要的酶

原核和真核的聚合酶

大肠杆菌DNA聚合酶

DNA聚合酶Ⅲ

DNA聚合酶Ⅲ

真核生物DNA聚合酶

DNA聚合酶与RNA聚合酶的异同

• 相同点：
  • 以DNA为模板进行3'-5'的聚合反应
• 不同点：
  • 生物过程不同：
    • RNA pol： 转录
    • DNApol：复制
  • 底物不同
    • DNA pol：dNTP
    • RNA pol：NTP
  • 是否需要引物
    • DNA pol：需要
    • RNA pol：不需要
  • 是否具有解旋功能
    • DNA pol：没有，需要借助解旋酶和拓扑异构酶帮助
    • RNA pol：有
  • 是否具有校对功能
    • RNA pol 没有：RNA pol只有5'-3'聚合活性
    • DNA pol 有：DNA pol 不仅有5'-3'聚合活性，也有3'-5'外切活性，保证复制的忠诚性

DNA 连接酶和DNA 聚合酶区别

• DNA pol：来接脱氧核糖核酸
• DNA连接酶：DNA链

复制（DNA replilcation）

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• 特点：

  • 半保留复制：子代DNA链一条来自亲本，一条是合成的
  • 半不连续复制：DNA pol只能沿3'-5'使链延长，DNA不能两端同时复制，因此在复制叉上移动时，一条链是连续的，一条链是不连续的

• DNA半保留复制的发现：

• 冈崎片段的发现：

  • 用放射性元素3H标记dNTP处理大肠杆菌，分裂标记的DNA产物，发现首先合成较短的DNA片段，很快这些小片段连接为大片段

• DNA复制的精确性、持续性、协同性（通过酶的作用体现）

  • 精确性：3'-5'外切酶活性的校对作用
  • 持续性：真核的PCNA、原核的β-滑动夹子维持DNA合成持续性
  • 协同性：复制叉处多种蛋白协调进行

真核生物与原核生物复制过程

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Prokaryotes与Eukaryotes DNA复制的异同

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• 相同点：
  • 以4种dNTP为底物
  • 需要Mg2+激活
  • 需要模板和引物
  • 半保留复制
  • 固定起点，复制叉处双向等速
  • 半不连续复制
  • 复制过程（起始、延伸、终止）类似
• 不同点
  • 复制起点：
    • 真核多个复制起点形成复制叉
    • 原核只有一个复制起点
  • 是否可以连续复制：
    • 真核DNA复制完成前不能开始新的复制
    • 原核可以连续开始新的复制
  • 分裂时间是否固定
    • 真核分裂间期
    • 原核整个细胞周期
  • 复制叉移动速度：
    • 真核慢
    • 原核快
  • 复制起点：
    • 真核：
    • 原核：
  • DNA聚合酶：
    • 真核
    • 原核
  • 冈崎片段的去除
    • 真核：
    • 原核：
  • 端粒的补齐
    • 真核：端粒酶
    • 原核：环形DNA不存在末端缩短

转录

Prokaryotes与Eukaryotes 转录的异同

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• 相同点：
• 不同点：
  • 聚合酶个数：
    • 原核：一种
    • 真核：3种以上
  • 转录产物：
    • 原核：直接为编码序列，并且是多顺反子，一条mRNA编码多个蛋白
    • 真核：含有内含子的前体mRNA
  • 转录产物是否需要加工
    • 原核：不需要，直接翻译
    • 真核：需要剪接、修饰
  • 是否在同一时空：
    • 原核：转录和翻译在同一细胞空间，几乎同步进行
    • 真核：不同

转录产物加工

• 原核生物mRNA加工
  • 不存在时空间隔，转录翻译可同时进行，初产物不需要加工
  • 多顺反子mRNA产物加工
    • 翻译为多聚蛋白体，再切割蛋白分子
    • 转录出多顺反子mRNA前体后，通过核酸内切酶将mRNA切开，产生成熟的mRNA再进行翻译
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• 真核生物mRNA前体加工
  • 形成5'帽子结构（细胞核内）
  • 形成3'多聚腺苷酸尾（细胞核内完成）
  • 断裂基因的拼接（细胞核内完成）
    • mRNA前体（hnRNA）可以按照不同的反式进行剪切，产生多种成熟的mRNA，该过程属于转录后水平基因的表达调控，称为可变剪切、选择性剪切（alternative splicing）

翻译

• 开放阅读框（open reading frame，ORF）：从起始密码子AUG开始，到终止密码子为止

• 密码子

  • 简并性
  • 摆动性
  • 通用性
  • 连续性

• 蛋白质合成机器——核糖体

• 蛋白质合成中转运原料的叉车——tRNA

• 蛋白质合成的过程

  • 氨基酸活
    • 在氨酰-tRNA合成酶→
  • tRNA转运
  • 肽链合成起始
  • 肽链的延长
  • 肽链合成终止

• 蛋白质合成后加工

  • 分子伴侣帮助折叠
  • 信号肽切除

• 寡肽生物合成

  • 长链切割产生
  • 多酶符复合体系

Prokaryotes与Eukaryotes 翻译的异同

• 不同点：
  • 蛋白质起始的氨基酸：
    • 原核：fMet
    • 真核：Met
  • 是否有SD序列
    • 原核：有
    • 真核：没有，但是5'帽子结构可与核糖体40S亚基结合，通过滑动扫描寻找AUG起始密码子
    • 真核细胞合成起始因子（eIF）种类多

逆转录

问题

• 为什么真核生物没有操纵子结构？
• 原核生物一条mRNA通过怎样的机制编码多条肽链？
• 所谓操纵子结构，是指每次编码的RNA不同；还是编码的RNA相同有不同修饰相当于多顺反子，进而表达出不同的基因？
• 多顺反子与可变剪切（选择性剪切）的区别？