第1页：中心法则与半保留复制
1958 年 Francis Crick 提出中心法则：DNA → mRNA → 蛋白质。
- DNA 的半保留复制
- Meselson 与 Stahl 的实验证据：先在含 ¹⁵N 的介质中培养，再转入 ¹⁴N 介质中培养，观察 DNA 密度变化
第2页：DNA聚合酶的种类与特点
- 催化的反应
- (dNMP)ₙ + dNTP → (dNMP)ₙ₊₁ + PPi，链由 5′ → 3′ 方向延长
- 种类：DNA 聚合酶 I、II、III
- 特点：高度精确，可自我校正（除去错配的核苷酸）
- I 型功能：5′→3′ 聚合酶活性；3′→5′ 外切酶活性与 5′→3′ 外切酶活性
第3页：DNA连接酶与复制阶段
- II 型：高度专一于 DNA 修复功能；III 型：主要负责 DNA 的复制
- DNA 连接酶的作用机制
- 大肠杆菌 DNA 复制的阶段：起始、延长、终止
第4页：DNA的损伤与诱变剂
- 损伤形式：复制时错配；碱基丢失；删除或插入引起 DNA 链突起；紫外线诱导形成嘧啶二聚体；链的断裂（磷酸二酯键断裂）；脱氧核糖环断裂与 DNA 链共价交联
- 诱变剂：碱基类似物（引起转换突变）；碱基修饰剂（如亚硝酸使腺嘌呤脱氨成次黄嘌呤与胞嘧啶配对；烷化剂如乙基甲烷磺酸、乙基乙烷磺酸、亚硝基胍）；嵌入染料（如 EB 插入使碱基间距增大一倍）
- 紫外线和电离辐射
第5页：DNA的错配修复与碱基切割修复
- 错配修复：体系含 12 个以上蛋白组分，又称甲基指导的错配修复，以模板链甲基作为标签识别修复部位
- 碱基切割修复：需 DNA 糖基化酶识别胞嘧啶和腺嘌呤脱氨基造成的损伤并除去受影响碱基，形成 AP 位点后由另一组酶修复
第6页：DNA修复的其他方式与重组
- 核苷酸切割修复（ABC 核酸切割酶）
- 直接修复：DNA 光解酶催化的嘧啶二聚体光复活修复
- 差错倾向修复和应急反应（SOS）
- 重组修复
- DNA 重组：DNA 链的断开和重新组合，由 Meselson 与 Weigle（1961）实验证明
第7页：DNA重组的类型
- 同源遗传重组：两个分子之间，或同一分子不同部分的同源顺序之间的遗传互换
- 位点特异重组：仅发生在特定 DNA 顺序之间，不需要同源部分
- DNA 转座：某些 DNA 顺序可使其自身的一个片段从染色体的一个位点转到另一个位点
第8页：转录的模板链与足迹法
DNA 复制完成后，遗传信息由 DNA 转录到 RNA。模板链只有在转录时才能测知。
- 模板链
- 用于转录的链，又称无意义链、负链（−链）；其对应链为编码链，即正链（+链）或有意义链
- DNA 足迹法
- 用于证明 RNA 聚合酶全酶与 DNA 启动子的紧密结合
原核生物 RNA 聚合酶（E. coli）与合成过程见本页图示。
第9页：启动子识别与转录终止
- RNA 聚合酶 σ 亚基直接识别并结合启动子的 −35 与 −10 序列，与核心酶共同结合启动转录；形成 6–10 个寡核苷酸片段后 σ 亚基解离，起始完成（利福霉素是 RNA 聚合酶特异性抑制剂）
- 链的延长：由核心酶催化
- 链的终止：终止子是提供转录停止信号的 DNA 序列；终止因子（如 ρ 因子）协助 RNA 聚合酶识别终止信号
- 两种终止机制：不依赖 ρ 因子的终止子；依赖 ρ 因子的终止机制
第10页：真核细胞的RNA聚合酶
- RNA 聚合酶 I：合成 45S rRNA，加工产生 5.8S、18S、28S rRNA
- RNA 聚合酶 II：合成 mRNA 和一些特殊 RNA
- RNA 聚合酶 III：合成 tRNA、5S rRNA 和一些特殊小分子 RNA
与细菌不同的是，真核生物 RNA 聚合酶自身不能识别并结合启动子，需多种转录因子与 RNA 聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。启动子与酵母转录起始模型（RNA 聚合酶 II）见原图。
第11页：真核mRNA的加工
- 5′ 端形成特殊帽子结构（m⁷G⁵′ppp⁵′NmpNp—），可与蛋白结合，推测参与翻译起始中 mRNA 与核糖体的结合并起稳定作用
- 3′ 端切断并加上多聚腺苷酸尾巴（20–200 个），防止核酸外切酶降解
- 通过拼接除去由内含子转录来的序列；不同的拼接方式可使一个基因产生多种产物
- 链内部核苷酸的甲基化，可能对 mRNA 前体的加工起识别作用
原核生物 mRNA 一般不需加工，可直接进行翻译。
第12页：RNA的拼接与帽子甲基化
- RNA 的拼接方式（四种类型）
- 真核生物 mRNA 的修饰和加工：5′ 端帽子结构；多聚腺苷酸（polyA）；甲基化形成 cap0、cap1、cap2
第13页：逆转录与逆转录酶
- 逆转录酶
- 具三种活性：RNA 指导的 DNA 聚合酶活性；核糖核酸酶 H 活性（除去 RNA-DNA 杂交链中的 RNA）；DNA 指导的 DNA 聚合酶活性
- 性质：DNA 合成需要模板和引物；反应需要二价阳离子（Mg²⁺、Mn²⁺）；合成方向为 5′→3′
- 逆转录病毒：使遗传信息从 RNA 传递给 DNA，侵入细胞后通常不杀死细胞而发生病毒基因组整合；带癌基因的病毒可引起宿主细胞转化，如劳氏肉瘤病毒的 src 基因编码酪氨酸激酶
第14页：原核转录的操纵子模型
- 操纵子
- 细菌基因表达和调控的单位，包括结构基因、调节基因和由调节基因产物识别的控制序列；操纵基因顺序通常靠近启动子或与之交盖，一般含 2–6 个基因，一起转录构成一个转录单位
第15页：螺旋-转角-螺旋结构
- HTH 结构约由 20 个氨基酸组成，含两个 7–9 个氨基酸组成的 α-螺旋，中间由一个 β-转角分开
- 结合于 DNA 大沟中，一个螺旋横跨大沟起识别和结合作用，另一个螺旋起稳定作用
转录调节中蛋白与 DNA、蛋白与蛋白的结合：常见基序有螺旋-转角-螺旋（HTH）、锌指（zinc finger）；蛋白二聚体的形成主要靠亮氨酸拉链（ZIP）。
第16页：锌指结构与亮氨酸拉链
- 锌指结构
- 只存在于真核生物中，约由 30 个氨基酸残基组成，一级顺序为 Cys-X₂-Cys-X₁₂-His-X₃-His（C₂H₂）；结合于大沟，与 5 个核苷酸对作用，一般至少有二次重复
- 亮氨酸拉链
- 二聚体中两个相互接触的 α-螺旋每隔 7 个氨基酸出现一次 Leu；DNA 结合区形成两个碱性螺旋区 BR-A 与 BR-B
第17页：遗传密码的特征
- 三个碱基一组编码一个氨基酸；三个碱基组成一个三联体密码
- 密码不重叠、密码具有通用性；mRNA 顺序中不含“标点”
- 密码子具有简并性
- 起始密码：AUG（Met）
- 终止密码：UAA、UAG、UGA
- 阅读框；遗传密码的确定
第18页：摆动学说
- 摆动学说
- 绝大多数密码子的第三个碱基与反密码子上相应碱基的结合较松，具有摆动性；mRNA 密码子的前两个碱基总是与 tRNA 反密码子相应碱基形成强有力的 Watson-Crick 配对，提供主要的编码特异性（Crick 提出）
第19页：氨酰-tRNA合成酶
- 催化的反应
- 氨基酸 + ATP + tRNA → 氨酰-tRNA + AMP + PPi
- 氨酰-tRNA 合成酶具有校正功能
- 氨酰-tRNA 合成酶对 tRNA 的识别：4 种 tRNA 的鉴别元件
第20页：蛋白质合成的起始与延长
- 核糖体是蛋白质合成的工厂：核糖体的结构与组成
- 循环的起始：起始因子 IF-1、IF-2、IF-3 和 GTP 参加
- 循环的延长：延长因子 EF-Tu、EF-Ts 和 GTP 参加
第21页：肽链合成的终止与加工
- 肽链合成的终止：终止子使肽链合成停止，释放因子（RF-1、RF-2、RF-3）将肽链从核糖体释放
- 多肽链的加工
- 蛋白质的投递
