遗传信息的传递精美生物医学.ppt

第二章 基因操作技术的基础,边看书，边看看下面的问题：,1、染色体是什么，和染色质有什么关系； 2、同物种的染色体有什么特点，染色体的数目有什么意义 3、基因的基本结构是什么，每一部分的名字和功用,4、什么是转座子，人类转座子是否常见和活跃呢 5、什么是基因组；基因组的C值是何含义 6、遗传信息的传递过程包括哪些步骤，你能说出它们每一步肩负的责任吗？,第一节 遗传信息的传递,需要：【火炬传递需要什么？】 传递遗传信息的物质 传递遗传信息的过程,1、染色体,真核细胞核的核心构造 遗传物质的宏观载体 核小体是基本组成单位,染色体和染色质的异同：,染色质和染色体的主要成分都是DNA和蛋白质 差别不过是同一物质在细胞分裂间期和分裂期的不同形态表现而已。,细胞的分裂与增殖,染色体的结构,染色体是种的标志，同种生物染色体数目和形态是恒定的。 染色体的数目，是物种分类和探索物种间亲缘关系的指标。 对人类染色体的识别，是确定和发现染色体异常和染色体畸变综合症的基本手段和诊断基础。,2、原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,启动子,终止子,不能转录为mRNA，不能编码蛋白质,能够转录为相应的mRNA，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与RNA聚酶 结合位点,启动子,终止子,RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其 结合。,接,3、真核细胞的基因结构,编码区,非编码区,非编码区,与RNA聚酶 结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为mRNA,启动子,终止子,编码区上游,编码区上游,内含子,外显子,GT-AG法则：“剪刀”的识别信号 【比方：剪彩的彩带】 转座子：染色体上的流动性元件，能直接导致遗传特性的改变【植物和细菌中常见】,原核细胞与真核细胞的基因结构比较：,4. 基因组,指一个生物体全部基因的整体。 一个单倍体基因组中所含DNA的量总是恒定的，称为该物种基因组的C值。 一般进化程度高的生物体，C值大 特例：人和肺鱼,人类基因组计划,人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。 美、英、法、德、日和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。,人类基因组计划 20世纪科学史三大里程碑之一 （曼哈顿原子弹计划、阿波罗人类登月计划）,人类基因组的意义 有助于人类认识许多遗传病及癌症的致病机理；提出设计药物、防治疾病、健身益寿的方法,测 序 结 果,人类基因组共有32亿个碱基对，包含大约3万到4万个基因。 人类基因数比预计的10万个少得多，说明人类在使用基因上很节约，与其他物种相比更高效。,基因数目的多少并不一定决定生物的复杂性和进化程度的高低 决定生物复杂性的根本原因在于，基因是如何表达和被管理的。,测 序 结 果,人类蛋白质有与果蝇同源，与线虫同源，与酵母同源。 人类号染色体上的全部基因几乎都可以在小鼠号染色体上找到， 8595的人类基因构成与老鼠类似，人类基因仅比老鼠多300个。,例如黑猩猩的基因只与人类的基因有不到的差别，但两者的差距却是天壤之别，关键就在于基因的表达和管理。,二、遗传信息的传递过程,复印图纸【DNA的复制】 将原始图纸信息刻录到光碟上【转录】 交给邮差，送到工厂指挥生产【翻译】,基因的表达,遗传的实质：染色体的自我复制 实现途径：DNA的半保留复制,1、DNA的复制,DNA复制过程图解：,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA双链,DNA复制起始过程:解链,复制从复制起始点开始,复制起始点：特殊的DNA序列 在细菌只有一个，在真核细胞有多个。,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始的过程,拓扑异构酶 与DNA双链 结合，解开 超螺旋。,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始的过程,解链酶解开 DNA双螺旋,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,单链结合蛋白防止复螺旋,DNA复制起始过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,引物,DNA复制起始过程,引物酶合成引物,DNA复制的延伸,1. DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3-OH上，开始新生链的合成过程。,引物,原料,3,5,模板,方向： 5 3,组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来,3,5-磷酸二酯键,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板链,DNA新链,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,DNA模板链,DNA新链,引物,DNA聚合酶,原料,5,3,复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段,问题： 一条新链:53方向合成，另一条新链如何合成？,?,OK,复制叉的不对称性： 前导链、后随链和冈崎片段,前导链,后随链,一条链不间断地合成，并率先发生，因而叫作前导链； 另一条链间断合成，由冈崎片段连接而成，并滞后发生， 因而叫作随从链。,冈崎片段,DNA连接酶【胶水】：连接两个DNA片段,冈崎片段,DNA复制在细胞分裂周期的S期进行，抑制DNA复制可抑制细胞分裂，这是某些抗肿瘤药的治疗途径。,2、基因的表达,即遗传信息转录和翻译的过程 转录：承上启下的步骤，由RNA承担,1、转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。 DNA的遗传信息传递给RNA的过程。,转录,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCAGUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,转录条件 一、转录模板,模板链：有意义链或Watson链 DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的一股单链。 编码链：反义链或Crick链 DNA双链中碱基序列与RNA一致的一股链。,转录过程 （一）转录起始,启动子(promoter): RNA聚合酶结合模板DNA的部位。 DNA双链解开，其中一条链作为转录的模板。,（二）转录延长,RNA聚合酶在DNA模板上停止前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落。,（三）转录终止,mRNA的加工 作用 1. 加帽 增加稳定性 5-三磷酸-7-甲基鸟苷 2. 加尾 和转运有关 3-PolyA 序列 3. 剪接 切除内含子并联结外显子 4. 碱基修饰 扩充遗传信息,帽子结构的功能: 核内生成, 保护mRNA不被核酸外切酶水解。 与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子。,小结：复制与转录的区别,2、蛋白质的合成翻译,将mRNA分子中核苷酸顺序转变成蛋白质中氨基酸顺序的过程称为翻译。,DNA,mRNA,蛋白质,复制,转录,翻译,蛋白质,（一）合成所需条件,模板：mRNA(信使RNA),原料：氨基酸,运输工具： tRNA（转运RNA)转运氨基酸,场所： 核糖体,酶和蛋白因子,1、mRNA（信使RNA）：模板 功能：负责将DNA的遗传信息传递给蛋白 质。记录来自DNA的遗传信息，决定蛋 白质分子中的氨基酸排列顺序。,AUG起始密码,mRNA（模板）,密码子： mRNA上决定一个氨基酸的 三个相邻的碱基。,亮氨酸,天冬氨酸,异亮氨酸,终止密码,起始密码,5,3,密码子总数：64个,起始密码：AUG：表示蛋白质合成开始， 也代表甲硫氨酸,简并性：每种氨基酸至少有一种密码子。,通用性：密码子通用于整个生物界，无种属差异。,关于密码子,密码子,起始密码子：AUG 甲硫氨酸 终止密码子：UAA UAG UGA,真核细胞mRNA的一般结构为：,AUG 起始,帽状 结构,不翻 译区,翻译区,UGA UAG UAA 终止,不翻 译区,polyA,5端有甲基化的帽，3端有polyA尾巴； 一个mRNA中只含有一条多肽链信息， 能指导一个蛋白质的生物合成；,rRNA+蛋白质,大亚基,小亚基,核糖体,2 、rRNA：构成核糖体,蛋白质合成场所,结合氨基酸：氨基酸结合在 tRNA3-CCA的位置。 反密码子:识别mRNA上密码子。 在 tRNA上,与所结合的氨基酸密码子互补。互补配对原则 A-U,C-G.,3. tRNA：氨基酸运输工具,3,酪氨酸,如:密码子CGU-tRNA携带反密码子GCA氨基酸Arg,密码子带反密码子的tRNA氨基酸 三者对号入座。,U