第十一部分基因信息的储存和表达教学课件

1、第十一章 基因信息的储存和表达,复 习 基因信息的储存和表达的分子基础,第一节 遗传的中心法则,第二节 DNA 的生物合成,第三节 RNA 的生物合成,第四节 蛋白质的生物合成,第五节 基因工程,一、核酸的分类与功能,基因信息的储存和表达的分子基础,复 习,二、DNA的分子组成和结构,三、RNA的分子组成和结构,四、核酸的变性、复性与杂交,返 回,主菜单,核酸的分类与功能,核糖核酸 （RNA,脱氧核糖核酸（DNA,m RNA,t RNA,r RNA,信使 RNA,转运 RNA,核蛋白体 RNA,参与蛋白质的生物合成,Pr合成的直接模板,活化与转运AA,充当装配机，提供场所,遗传的物质基础,基因

2、就是染色体中带有遗传信息的DNA的功能片段,即：DNA分子中特定的碱基排列顺序 碱基序列,返 回,主菜单,二、DNA的分子组成和结构,一）分子组成,A、G、T、C 和脱氧核糖及磷酸,Chargff 规律,一种生物体所有体细胞DNA的碱基组成均相同,同一种生物体内，DNA分子的 A = T / G = C,亲缘相近的生物，其碱基组成相似；反之亦然,同一生物的DNA分子中嘌呤碱与嘧啶碱总量相等,二）分子结构,1、一级结构 DNA链中 A、T、C、G 的序列,脱氧核糖核苷酸之间以 磷酸二酯键 相连,返 回,主菜单,2、空间结构（二级结构,双螺旋结构,1）结构要点,逆向平行双螺旋,两链之间有特定的碱基

3、互补规律（碱基配对,A T,G C,通过两个氢键相连,通过三个氢键相连,双螺旋结构的稳定依靠碱基对间的氢键,2）生物学意义,提出了遗传信息的贮存方式、DNA的复制机理,是DNA复制、转录和翻译的分子基础,返 回,主菜单,示意图,示意图,腺嘌呤（A,鸟嘌呤（G,胸腺嘧啶（T,尿嘧啶（C,返 回,主菜单,三、RNA的分子组成和结构,一）分子组成与结构特点,A、G、U、C 及少量稀有碱基（m7- G,核 糖、磷 酸,RNA链中A、G、U、C 的序列,2、一级结构,1、组成,3、组成与结构特点,含有稀有碱基（由主要碱基修饰而来,多为单链结构，且碱基组成较不规律,返 回,主菜单,二）三种 RNA 分子组

4、成与结构特点,t RNA,1） 一级结构的共同特点,2） 二级结构,3-末端：CCA-OH,反密码环顶端：反密码子,携带AA的部位,识别mRNA上特定的密码子,三叶草形,活化与转运 AA,返 回,主菜单,示意图,5- 末端,3- 末端,返 回,主菜单,2、m RNA,蛋白质合成的直接模板,1） m RNA分子从5-端起读，每三个相邻的核苷酸（碱基,所组成的一个三连码，决定某种AA，称为密码子,2） m RNA分子的首尾结构,5- 端（首部,m7Gppp,3- 端（尾部,poly-A,7-甲基尿苷三磷酸,多聚腺苷酸,3、r RNA,蛋白质合成的场所，起“装配机”的作用,RNA中含量最多（80,是

5、RNA与多种蛋白质结合生成的核蛋白体,在胞浆中起“装配机”的作用,返 回,主菜单,三、核酸的变性、复性与杂交,一）变性,1、概念,核酸双链间氢键断裂，双链结构解开形成 两条单链的的过程,变性因素,加热及化学处理（有机溶剂等,2、特性,伴有高色（增色）效应,高色效应,在260 nm 的紫外吸收增强,熔点（Tm,DNA 达到 50% 变性时的温度,DNA分子中 G-C 组份愈多， Tm 值就愈高,DNA分子就愈稳定。反之亦然,返 回,主菜单,二）复性,1、概念,因变性而解开的两条单链，在温度缓慢下降时 重又聚合成双链结构，这一过程叫作复性,2、特性,复性时伴有低（减 ） 效应,即在 260 nm

6、的紫外吸收减弱,复性又称 “退火,变性后若温度迅速下降，则不发生复性,三）分子杂交,1、概念,分子杂交是以核酸的变性和复性为基础,不同来源的两条核酸单链，若有大致相同的碱 基互补顺序，经退火处理，可形成杂交双链,分子杂交可发生在 DNA-DNA、DAN-RNA 和 RNA-RNA,返 回,主菜单,第一节 遗传的中心法则,第二节 DNA 的生物合成,一）复 制,二）逆 转 录,三）DNA的损伤和修复,主菜单,DNA,DNA,mRNA,蛋白质,复制,转录,翻译,逆转录,复制,以 DNA 为模板，指导 DNA 合成的过程,酶 DNA 指导的 DNA 聚合酶（DDDP,原料 d NTP,基因遗传,基因

7、表达,转录,以 DNA 为模板，指导 RNA 合成的过程,酶 DNA 指导的 RNA 聚合酶（DDRP,原料 NTP,第一节 遗传的中心法则,返 回,主菜单,第二节 DNA 的生物合成,一、复制,DNA 的复制是以半保留复制方式进行的,1、半保留复制,概念和模式,实验证明,同位素 15N 实验,应具备的条件,母链 DNA ： 作为模板（3 5,四种 dNTP,作为原料,相应的酶类,DDDP 等,一小段 RNA,作为 DNA 聚合引物,模板链的走向 （3 5,新链合成的方向（5 3,概念和模式,返 回,主菜单,2、参与复制的酶类,DNA 聚合酶、DNA 连接酶 解旋和解链酶类、引物酶等,1）引物

8、酶,一种特殊的 RNA 聚合酶,该酶以 DNA 为模板、NTP为原料， 催化一段引物 RNA 的合成,RNA引物：为DNA合成提供 3- OH,2） 解旋和解链酶类,解链酶,解旋酶（拓扑异构酶,单链结合蛋白,沿着复制叉，促进两条互补链分离,解旋，克服扭结现象,固定已分离解旋的单链，便于复制,返 回,主菜单,DNA 聚合酶,DNA 聚合酶,聚合、填空、修补,聚合、填空、修补,复制时起主要作用的酶,3）DNA 聚合酶,DNA 聚合酶是一种多功能酶,聚合、填空、修补,填空,充填冈崎片段之间的间隙,修补,具有 5 3 外切酶的作用,切除引物和损伤部位,4）DNA 连接酶,连接冈崎片段,返 回,主菜单,

9、3、复制的过程,模板 DNA 先解链解旋,引物酶作用，以NTP为原料 合成RNA引物,dNTP存在下由DNA聚合酶催化， 在RNA引物基础上合成DNA新链,DNA 聚合酶外切作用切除引物,空缺部位再由该酶发挥填补作用,DNA 连接酶连接冈崎片段 形成完整的DNA 分子,解链酶、解旋酶和单链结合蛋白,引物酶、NTP,DNA聚合酶 、dNTP,DNA 聚合酶、 dNTP,DNA 连接酶,参与的物质,返 回,主菜单,冈崎片段,前导链,随后链,合成方向与复制叉移动方向相同， 进行连续复制的这一条新链,合成方向与复制叉移动方向相反， 进行不连续复制的另一条新链,随后链上所进行不连续复制而成的 DNA 片

10、段,模板链的走向 （3 5,新链合成的方向（5 3,返 回,主菜单,二、逆转录,概念,模式,以病毒 RNA 为模板，指导合成 含有全部病毒遗传信息的 DNA,酶与原料,RDDP / dNTP,逆转录（酶）的意义,1）逆转录酶存在于所有致癌RNA病毒中,与病毒致癌有关,2）对中心法则进行了必要的补充,3）有助于基因工程的实施,用于获得目的基因,模式,返 回,主菜单,三）DNA的损伤和修复,1、DNA的损伤,2、DNA的修复,概 念,因 素,修复方式,主要修复机制,切除修复,紫外线照射 碱基和核苷类似物 抗菌素及其类似物,切除修复、 SOS 修复 重组修复、 光 修 复,切除修复,返 回,主菜单,

11、第三节 RNA 的生物合成,一、转录的概念和条件,三、转录的过程,四、转录后的加工和修饰,二、转录与复制的区别,主菜单,第三节 RNA 的生物合成,转 录,一、转录的概念和条件,1、概念 以 DNA 为模板，指导 RNA 合成的过程,酶 DNA 指导的 RNA 聚合酶（DDRP,原料 NTP,2、条件,模板链,DNA,二、转录与复制的区别,转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步,通过转录把DAN的信息传递给RNA,RNA 的生物合成,DDRP,区别,返 回,主菜单,三、转录的过程,酶与DNA模板的结合,亚基、NTP,DNA模板链、 因子、 亚基,蛋白,返 回,主菜单,四、转录后的加工和修饰（

12、真核细胞,以 mRNA 转录后的加工为例,hnRNA,加帽连尾,剪辑加工,核不均一RNA,加帽连尾,剪辑加工,具有编码功能的序列,不具编码功能的序列,示意图,示意图,返 回,主菜单,三、蛋白质合成的过程,第 四 节 蛋白质的生物合成,一、概 念,二、参与翻译所需的物质,四、蛋白质生物合成与医学的关系,主菜单,翻译,蛋白质的生物合成,一、概 念,以mRNA为模板，在其它RNA及因子 的参与下，合成蛋白质的过程,二、参与翻译所需的物质,1、三类 RNA（ mRNA、tRNA、 rRNA,2、20种编码氨基酸,3、参与翻译的酶类,4、其它因子,合成蛋白质的原料,起始因子、延长因子、终止和释放因子,K

13、+ 、Mg,ATP、GTP,mRNA,tRNA,rRNA,返 回,主菜单,mRNA,在蛋白质合成中的作用,提供直接模板,密码子,64种，分三类,起始密码,终止密码,AA信息码,1 个（AUG，兼蛋AA,3个（UGA，UAA，UAG,61个,密码子的特点,密码的简并性,密码无标点符号,密码的通用性,密码的摆动性,返 回,主菜单,密码子,tRNA,在蛋白质合成中的作用,活化与转运氨基酸,tRNA的两个专用部位,携带AA的部位,识别 mRNA上特定的密码子,摆动现象,tRNA,U G,反密码子,识别 mRNA上特定的密码子,I U,I C,I A,3 1,返 回,主菜单,rRNA,在蛋白质合成中的作

14、用,核蛋白体,由 RNA 和多种 蛋白质复合而成,是蛋白质生物合成 的场所和装配机,由大小两个亚基组成,rRNA,大亚基,小亚基,有转肽酶活性和两 个 tRNA 结合部位,给 位 （ P 位 ） 受 位 （ A 位,有mRNA 结合部位,返 回,主菜单,参与蛋白质合成的酶类,氨基酰 - tRNA 合成酶,转 肽 酶,返 回,主菜单,三、蛋白质合成的过程,1、AA的活化,AA + tRNA,酶、 Mg+ ATP,2、核蛋白体循环,起 始,延 长,终 止,3、后期的加工与修饰,核蛋白体循环,切除N-端的蛋氨酸 部分肽段的水解,氨基酸残基的修饰 二硫键的形成,返 回,主菜单,四、蛋白质生物合成与医学

15、的关系 1、干扰素对蛋白质合成的影响 2、抗生素对蛋白质合成的影响 链霉素：抑制原核细胞蛋白质合成的起始并导致错误阅 读mRNA密码。 四环素：与原核细胞30S亚基结合，抑制氨基酰-tRNA的 结合。 氯霉素：抑制原核细胞50S大亚基的转肽酶活性。 红霉素：与原核细胞 50S大亚基结合并抑制移位作用。 环己亚氨：抑制真核生物60S大亚基的转肽酶活性。 嘌呤霉素：是氨基酰-tRNA的类似物，结合在A位，造成 未成熟肽链的终止，对真、原核细胞均有效,返 回,主菜单,核蛋白体循环,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长,核蛋白体循环,蛋,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长,核蛋白体循环,蛋,进 位,核蛋白体

16、循环 ( 延 长,核蛋白体循环,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长,进 位,核蛋白体循环,核蛋白体循环 ( 延 长,进 位,转 肽,核蛋白体循环,核蛋白体循环 ( 延 长,进 位,核蛋白体循环,核蛋白体循环 ( 延 长,进 位,移 位,返 回,主菜单,返 回,主菜单,第五节 基因工程和聚合酶链反应 1. 基因工程的概念： 是用人工方法将所要研究的基因（目的基因）在体 外与载体DNA结合成重组DNA，然后引入缩主细胞，筛选 出能表达重组DNA的活细胞，并加以纯化、传代、扩增 成为克隆。 2. 基因工程的简要步骤： 可归纳为分、切、接、转、筛五个字。 3. 聚合酶链反应： 体外DNA扩增法基本原理同DNA复制,返 回,主菜单,半 保 留 复 制,返 回,主菜单,病毒 RNA,RNA DAN 杂交体,病毒 RNA 转录的 DAN