遗传信息的传递
—DNA、RNA、蛋白质的生物合成
中心法则
复制
转录
翻译
复制 DNA
RNA
蛋白质
逆转录
DNA复制转录翻译
-概念：以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的 过程。
-时期：有丝分裂间期、减数第一次分裂间期
-场所： 细胞核(主要)、叶绿体、线粒体 -碱基互补配对原则： A＝T G≡C
DNA复制转录翻译
多种蛋白质参与，从而保证了复制的准确性。
DNA复制转录翻译 DNA－pol α，β，γ，δ，ε
DNA－po1δ：延长领头链和随从链； DNA—poIα：合成RNA引物； DNA－polε：校读、修复和填补缺口。 DNA—polβ：在没有其他DNA－pol时发挥催化功能。 DNA—po1γ：催化线粒体DNA的合成。
DNA复制转录翻译
DNA解链酶
解开DNA双链 每个bp消耗2个ATP
与单链DNA结合,维持单
单DNA结合蛋 白(SSB）
链状态 (“镇纸”)
使其不受核酸酶水解，保 持完整性。
4、DNA拓扑异构酶
改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。
拓扑异构酶Ⅰ 转轴酶
切断DNA双螺旋中的一 股，张力下降后封闭。
前导链为连续的；后滞链为不连续的冈崎片段。
(6)切除引物，补齐缺口：由DNA聚合酶（主要是酶 Ⅰ）催化，切去RNA引物；按碱基互补原则，沿 5’→3’方向，补齐缺口。
(7)连接封口：由DNA连接酶催化，将补齐缺口的3’OH基与下一个冈崎片段的5’-P以磷酸二酯键连接 起来，最终形成完整的、与模板互补的DNA新链。
科学家提出的三种DNA复制模型
DNA复制转录翻译
✓ 将E.Coli培养在以15NH4Cl
为唯一氮源的培养基中生 长；
✓ 提取其DNA 进行密度梯度 离心。
✓ 再移至14N培养基中生长；
✓ 在不同时期提取DNA，进 行密度梯度离心。
Meselson和Stahl 实验
Meselson和Stahl 实验
板，沿5’→3’方向合成一些1000—2000个核苷 酸不连续的小片段，由小片段连接成随从链。
（复制方向与解链方向相反)
冈崎片段：以5’→3’方向的母链作为模板
，沿5’→3’方向合成的一些1000—2000个 核苷酸不连续的小片段。
半不连续复制：领头链连续复制而随从链不连续复制。
3
前导链
5
解链方向
(2)解链：由DNA解螺旋酶催化，SSB与单链DNA结合， 防止双链间氢键再形成；
(3)识别起点：由DNA指导的引物酶完成；
(4)RNA引物合成：以DNA为模板，在引物酶催化下由 DNA转录生成5-10个核糖核苷酸链；
(5)DNA链延长：在引物3’-OH基上，按碱基互补原 则经DNA聚合酶（主要是酶Ⅲ）催化DNA链从 5’→3’延伸。
DNA复制转录翻译
✓复制的起始点： DNA复制要从DNA分子的特定部位开始。
✓原核生物中DNA(环形)的复制只有一个起始点。 ✓真核生物染色体DNA(线形)的复制有多个起始点。
✓DNA的双向复制：
DNA从起始点向两个方向解链，形成两个 延伸方向相反的复制叉。
原核生物的双向复制
真核生物的双向复制
3
冈崎片段
随从链
5
二、参与DNA复制的酶和蛋白质
1、原核生物的DNA聚合酶 2、真核生物的DNA聚合酶 3、解链、解旋酶类 4、DNA拓扑异构酶 5、引发体 6、DNA连接酶
1、原核生物的DNA聚合酶
DNA聚合酶Ⅰ 5’ 3’外切酶 3’ 5’外切酶 5’ 3’聚合酶
DNA聚合酶Ⅱ与Ⅲ
5’ 3’聚合酶 3’ 5’外切酶
DNA聚合酶Ⅲ DNA 复制的主要酶。 DNA聚合酶Ⅰ用于切除RNA引物， 损伤后修复。 DNA聚合酶Ⅱ只是在无pol I及pol Ⅲ的情况下才起作用 。
DNA聚合酶Ⅰ
N
5’ 3’3’ 5’ 5’ 3’
C
外切酶外切酶 聚合酶
小片段
大片段（ klenow片段）
（常用的工具酶）
DNA复制转录翻译
依赖于3个聚合酶的3’末端外切酶活性，进行校对 和纠错。
(8)校正并修复DNA：由DNA聚合酶校正并切除错配， 再按5’→3’方向加上正确核苷酸。
模板DNA
DNA复制转录翻译前导源自模板单链结合蛋白解旋酶 引物
后滞链模板
新合成的 前导链
3、半不连续复制
5’
3’
3’
5’
✓体内仅存在5’ →3’的DNA聚合酶； ✓新链延伸的方向只能是5’→3’ 。
3’
5’
前导链
5’
3’
3’
5’ 岗崎片段
3’
5’ 随从链
前导链：以3’→5’方向的母链作为模板，新
合成的以5’→3’为方向连续合成的链。 （复制方向与解链方向一致）
随从链(滞后链): 以5’→3’方向的母链作为模
-原料： 四种 dNTP：dATP 、dTTP、dGTP、 dCTP
（dNMP）n＋dNTP→（dNMP）n+l ＋ ppi
3’ 3’, 5’-磷酸二酯键
5’
一、DNA复制的特点
1、半保留复制 DNA复制转录翻译 3、半不连续复制
1、DNA的半保留复制
亲代DNA
子代
子代
(1)“半保留复制假说”的提出： 1953年，Watson & Crick在DNA双螺旋基础上提出。
3.一种重要的工具酶: 限制性内切酶切割后形成的粘性末端或平
头末端的连接.
DNA复制转录翻译
1、合成所需材料： ①模板DNA ②原料：合成引物所需NTP
合成DNA所需的dNTP ③酶：
2、合成方向：5’→3’； 模板链解读方向： 3’ → 5’
DNA复制转录翻 译
(1)解旋：由拓扑异构酶Ⅱ解除超螺旋；
形成
5’
3’
O 5’
3’
OH O- P O
O-
有缺口的DNA链
ATP
AMP+PPi
DNA连接酶
5’
O
O PO
O-
3’
缺口封闭
缺口填补: 连接双股DNA分子中一链的缺口 双链DNA分子中双链的缺口 不能连接二分子单链DNA
DNA连接酶的应用:
1.岗崎片段之间的连接.
2.DNA损伤修复中的连接.
拓扑异构酶Ⅱ 旋转酶
切断DNA双链，使另一 双链经过此缺口，再封闭。
DNA复制转录翻译
RNA引物的合成和复制的起始必需。
蛋白质 DnaA蛋白
结合到DNA双链复制起始部位
DnaB蛋白 引物酶
解链酶的作用 合成RNA引物
DNA复制转录翻译
催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的