4现代生物学导论Lecture04

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1、现代生物学导论生物化学与分子生物学部分(IV)DNA复制,基因表达,重组DNA技术窦震合肥微尺度物质科学国家实验室中心法则/centraldogmaTheenzymesinvolvedintheinformationchainDNA复制是指DNA双链在细胞分裂间期进行的以一个亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。复制的结果是一条双链变成两条一样的双链（如果复制过程正常的话），每条双链都与原来的双链一样。(排除突变等不定因素)沃森和克里克在提出DNA的双螺旋结构模型时就对DNA的复制过程进行了预测。由于DNA碱基对的配对原则，两条链是互补的，因此，双链中的任意一条链都含有完整的遗传信息

2、。沃森和克里克推测，在DNA复制过程中氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板各自合成一条新的互补链。这样就产生了两个与原来DNA分子的碱基顺序一样的新的DNA分子。而新DNA分子的一条链来自亲代DNA分子，另一条链是新合成的，因此，这种复制方式称为半保留复制。Playmovie!DNAreplication复制可以分为以下几个阶段•起始阶段：DNA解旋酶在局部展开双螺旋结构的DNA分子为单链，引物酶辨认起始位点，以解开的一段DNA为模板，按照5'到3'方向合成RNA短链。形成RNA引物。•DNA片段的生成：在引物提供了3‘-OH末端的基础上，DNA聚合酶催化DNA的两条链同时

3、进行复制过程，由于复制过程只能由5’->3‘方向合成，因此一条链能够连续合成，另一条链分段合成，其中每一段短链成为冈崎片段(Okazakifragments)。•RNA引物的水解：当DNA合成一定长度后，DNA聚合酶水解RNA引物，补填缺口。•DNA连接酶将DNA片段连接起来，形成完整的DNA分子。拓扑异构酶DNA聚合酶DNAreplicationismuchmorecomplicatedthantheabovefigurePleasethinkabout:-DNAdon’texistasanakedmolecule,butasnucleosometogetherwithhistoneco

4、re.Newnucleosomesareassembledbehindthereplicationfork.-DNAisaverylongmolecule.Thus,oneDNAmoleculeiseasytoformknotswithitselforotherDNAmolecules.DNATopoisomerase-WhichpositiondoesaDNAmoleculestarttoreplicateitself?Onestartpointormultiplestartpoint?fixedpositionorrandomposition?-HowdoesDNAstopitsrep

5、lication?-WhatisthemechanismoffaithfulDNAreplication?Errorcorrection环状DNA的复制眼形成θ结构复制子(Replicon)：基因组中能独立进行复制的单位称为复制子每个复制子都含有控制复制起始的起点，可能还有终止复制的终点。复制是在起始阶段控制的，一旦开始，就继续下去直道真个复制子完成复制。端粒不仅解决了末端复制的问题，也保护基因组的稳定性。当端粒功能丧失时，染色体末端会互相连接，导致遗传信息的混乱。转录/Transcription是遗传信息由DNA转换到RNA的过程，是DNA指导下RNA的合成。作为蛋白质生物合成的第一步，

6、转录是mRNA以及非编码RNA（tRNA、rRNA等）的合成步骤。转录中，一个基因会被读取、复制为mRNA；就是说一特定的DNA片段作为模板，以DNA依赖的RNA聚合酶作为催化剂而合成前体mRNA的过程。转录的起始是由DNA启动子(Promoter)控制的,控制终止的部位称为终止子(terminator).Transcriptioncanbeexplainedeasilyin4or5simplesteps,eachmovinglikeawavealongtheDNA.RNApolymeraseunwinds/"unzips"theDNAbybreakingthehydrogenbondsb

7、etweencomplementarynucleotides.RNAnucleotidesarepairedwithcomplementaryDNAbases.RNAsugar-phosphatebackboneformswithassistancefromRNApolymerase.HydrogenbondsoftheuntwistedRNA+DNAhelixbreak,freeingthenewlysynthesiz