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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
| 结构 | 来源 | 作用 |
|---|---|---|
| 复制叉（replication fork） | DNA 序列 | |
| β-滑动夹子（β-sliding clamp） | DNA pol Ⅲ | |
| 端粒（telomere） | 染色体 |
各种元件（DNA序列）
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| 元件 | 作用 |
|---|---|
| 复制子（replicon） | |
| 终止子（terminator） | |
| 多顺反子（polycistronic mRNA ） | 一条mRNA编码多条肽链 多顺反子是相邻或相互重叠基因的产物 |
| 操纵子 | 功能相关性基因的成簇排列 调节序列（产生调节蛋白） 启动序列（起始转录） 操纵序列（被调控蛋白结合） 结构序列（功能基因，多顺反子） |
各种因子
| 因子 | 作用过程 | 作用 |
|---|---|---|
| 增殖细胞核抗原 proliferating cell nuclear antigen PCNA | DNA 复制 | 类似β-滑动夹子, 与DNA聚合酶结合， 增加该酶持续合成能力 |
| 单链结合蛋白（SSB） | DNA复制 |
各种酶及区别
复制、转录、翻译需要的酶
| 复制 | 转录 | 翻译 | 逆转录 |
|---|---|---|---|
| DNA聚合酶（polymerase） 引物酶（primase） 解旋酶（helicase） 连接酶（ligase） 拓扑异构酶（topoisomerase） 端粒酶（telomerase） | RNA聚合酶（polymerase ） | 氨酰-tRNA合成酶 | 逆转录酶（reverse transcrptase） |
原核和真核的聚合酶
| 原核 | 真核 | |
|---|---|---|
| DNA聚合酶 | DNA pol Ⅰ DNA pol Ⅱ DNA pol Ⅲ | DNA pol α DNA pol β DNA pol γ DNA pol δ DNA pol ε |
| RNA聚合酶 | 一种RNA pol | RNA polⅠ RNA polⅡ RNA pol Ⅲ |
大肠杆菌DNA聚合酶
| DNA polⅠ | DNA pol Ⅱ | DNA pol Ⅲ | |
|---|---|---|---|
| 亚基数 | 1 | >7 | >10 |
| 作用 | 校读、修复合成、 切除引物、填补空隙 | 应急状态修复 | 催化DNA聚合酶 真正起催化作用 |
| 聚合速度 | 慢 | 中 | 快 |
| 连续合成能力 | 慢 | 中 | 快 |
| 3'-5'外切酶活性 | 有 | 有 | 有 |
| 5'-3'外切酶活性 | 有 | 无 | 无 |
DNA聚合酶Ⅲ
DNA聚合酶Ⅲ
真核生物DNA聚合酶
| DNA pol α | DNA pol β | DNA pol γ | DNA pol δ | DNA pol ε | |
|---|---|---|---|---|---|
| 亚基数 | 4 | 1 | 2 | 3~5 | 4 |
| 作用 | 引物酶 | 可能参与DNA修复 | 线粒体DNA复制 | 主要催化作用 后随链合成 错配修复 | 前导链合成 错配修复 |
| 持续合成能力 | 中 | 高 | 高 | 有PCNA时高 | 高 |
| 细胞定位 | 核 | 核 | 线粒体 | 核 | 核 |
| 3'-5'外切酶活性 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
| 5'-3'外切酶活性 | 无 | 无 | 有 | 有 | 有 |
| 引物酶活性 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 |
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
- 生物过程不同：
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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| 原核 | 真核 | |
|---|---|---|
| 起始 | 起始复合物识别固定复制原点oriC 拓扑异构酶（松弛超螺旋） 解旋酶（解开） SSB（稳定） 引物酶合成短链RNA | |
| 延伸 | DNA pol Ⅲ结合β-滑动子 催化下磷酸二酯键形成 | |
| 终止 | DNA polⅠ切除引物并在缺口完成复制 DNA连接酶封闭切口 |
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
- 复制起点：
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
- 聚合酶个数：
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
- 氨基酸活
-
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
- 蛋白质起始的氨基酸：
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？