基因的遗传和表达生物化学ppt课件

1、 一、一、基因的概念基因的概念二、二、遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则三、三、基因遗传与表达的分子基础基因遗传与表达的分子基础遗传信息传递的遗传信息传递的 中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。序。在细胞分裂的过程中，通过在细胞分裂的过程中，通过DNA复制复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些在子代细胞的

2、生长发育过程中，这些遗传信息通过遗传信息通过转录转录传递给传递给RNA，再由，再由RNA通过通过翻译翻译转变成相应的蛋白质多肽链转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的病毒能以自己的RNA为模板为模板复制复制出出新的病毒新的病毒RNA，还有一些，还有一些RNA病毒能以病毒能以其其RNA为模板合成为模板合成DNA，称为，称为逆转录逆转录这这是中心法则的补充

3、。是中心法则的补充。 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。一一、DNA半保留复制的概念半保留复制的概念和和实验依据实验依据二、二、复制的条件复制的条件三、三、 DNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类四、四、

4、DNA的复制的起始点和方式的复制的起始点和方式五、五、原核细胞原核细胞DNA的复制过程的复制过程六、六、 DNA复制的忠实性复制的忠实性七、七、真核细胞真核细胞DNA的复制的复制八、八、DNA复制的特点及意义复制的特点及意义九、九、DNA分子的损伤和修复分子的损伤和修复DNA的半保留复制的概念的半保留复制的概念 DNA在复制时，两在复制时，两条链解开分别作为模板，条链解开分别作为模板，在在DNA聚合酶的催化下按聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以与模板链互补的新链，以组成新的组成新的DNA分子。这样分子。这样新形成的两个新形成的两个DNA分子与分子

5、与亲代亲代DNA分子的碱基顺序分子的碱基顺序完全一样。由于子代完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复种复制方式称为半保留复制制。亲链亲链子链子链DNA的半保留复制实验依据 19581958年年Meselson Meselson & stahl& stahl用同位素用同位素示踪标记加密度示踪标记加密度梯度离心技术梯度离心技术实实验验, ,证明了证明了DNADNA是是采取半保留的方采取半保留的方式进行复制式进行复制.15N DNA14N- 15N DNA14N DNA14N- 15N D

6、NA（1 1）: :兼具内切酶和连接兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将酶活力，能迅速将DNADNA超螺旋或双螺超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。（2）：使：使DNADNA双螺旋局部的两双螺旋局部的两条互补链解开成单链，并可水解条互补链解开成单链，并可水解ATPATP以获得解链所需的能量。以获得解链所需的能量。（3 3）：结合在解开的：结合在解开的DNADNA单链上，防止重新形成双螺旋；单链上，防止重新形成双螺旋；避免核酸酶对单链避免核酸酶对单链DNADNA的水解作用，的水解作用，保护正在复制中的保护正在复制中的DNADNA模板。模板。（4 4）：启动

7、：启动RNARNA引物链的合成。引物链的合成。（5 5）：在：在DNA模板下，模板下，以三磷酸脱氧核苷为底物，按碱基配以三磷酸脱氧核苷为底物，按碱基配对原则合成对原则合成DNA链，并催化核苷酸链，并催化核苷酸之间之间3,5-磷酸二酯键的形成。磷酸二酯键的形成。 (6(6） ：将相邻的两个冈：将相邻的两个冈崎片段连接起来，催化它们之间崎片段连接起来，催化它们之间3 3,5,5- -磷酸二酯键的形成。磷酸二酯键的形成。解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引物酶和引发体引发体DNA连连接酶接酶单链单链结合结合蛋白蛋白3 3 5 3 5 5 RNA引物引物DNA聚合酶

8、催化的链延长反应聚合酶催化的链延长反应5 RNA引物引物子链3 355335533 5 模板链大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5 -3 聚合酶作用聚合酶作用3 -5 核酸核酸外切酶作用外切酶作用5 -3 核酸核酸外切酶作用外切酶作用转化率转化率DNA聚合酶聚合酶109，000400+1120，000100+-0 .05400，00010-20+-50比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶III切除引物切除引物修复修复修复修复复制复制功能功能 1999年发现聚合酶年发现聚合酶 和和，它们涉及，它们涉及DNA的错误

9、倾的错误倾向修复（向修复（errooune repair）DNADNA聚合酶的聚合酶的3 - 5 外切酶水解位点外切酶水解位点3 3 5 5 错配碱基错配碱基3 - 5 核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点DNA聚合酶聚合酶5 - 3 外切酶活力外切酶活力5 - 3 核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点单链缺口单链缺口5 连连接接酶酶连连接接切切口口Mg2+连接酶连接酶ATP或或NADAMP+PPi或或NMN+AMPATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPTGGP缺口33555533模板链模板链模板链模板链DNA的双向和单

10、向复制的双向和单向复制环状环状 DNA复制时复制时所形成的所形成的Q结构结构起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点起始点起始点起始点起始点起始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向复制单向复制双向复制双向复制大肠杆菌大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTT成串排列的成串排列的三个三个13bp序列序列共有序列共有序列共有序列共有序列TTATCCACA DnaA蛋白结合位点蛋白结合位点四个四个9bp序列序列DnaADnaB(解螺旋酶解螺旋酶)SSB大肠杆菌大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型复制起点在起始阶段的结构模型原核

11、细胞DNA的半不连续复制复制过程复制叉的复制叉的移动方向移动方向解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物体引物体DNA聚聚合酶合酶ISSB3 3 5 前导链前导链随后链随后链3 5 复制的复制的起始起始DNADNA链的链的延长延长DNADNA链链终止终止5 RNA引物引物3 3 聚合酶聚合酶III核心酶核心酶大肠杆菌复制大肠杆菌复制体结构示意图体结构示意图聚合酶聚合酶I聚合酶聚合酶III核心酶核心酶随后链随后链前导链前导链解螺旋酶解螺旋酶引物合成酶引物合成酶RNA引物引物引发体引发体拓扑异构酶拓扑异构酶II -夹子夹子 -聚体聚体 -夹子夹子 -复合物复合物RNA引物

12、引物单链结合蛋白单链结合蛋白（SSB）大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体复制的终止复制的终止oric复制叉复制叉2复制叉复制叉1终止复制叉终止复制叉2终止复制叉终止复制叉1复制叉复制叉1复制叉复制叉2完成复制完成复制DNA拓扑异构酶拓扑异构酶连锁染色体连锁染色体 DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌计，大肠杆菌DNA复制复制5 109碱基对仅出现一个误碱基对仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点: DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基配对原则，但错配率为配对原则，但错

13、配率为7 10-6 ） DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能（错配碱基被（错配碱基被3-5 外切酶切除）外切酶切除） 起始时以起始时以RNA作为引物作为引物DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能聚合酶聚合酶错配硷基错配硷基复制方向复制方向正正 确确核苷酸核苷酸5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 切除错配切除错配核苷酸核苷酸起始时以起始时以RNARNA作为引物的作用作为引物的作用 DNA复制为什么要合成一个复制为什么要合成一个RNA引物，而后又把这个引物，而后又把这个引物消除呢？这是保证引物消除呢？这是保证DNA聚合过程高度精确的又一措施。聚合过程高度精确的又一措施。已知已知DNA

14、 聚合酶具有聚合酶具有35 外切酶功能校对复制过程中的核外切酶功能校对复制过程中的核苷酸苷酸，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成，并以核糖核苷酸来表示是的合成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时暂时”的，当的，当DNA开开始聚合以后再以始聚合以后再以53 外切酶的功能切除，以高忠实性的脱外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复

15、制的忠实性。氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。真核细胞真核细胞DNA复制的特点复制的特点 多个起点复制多个起点复制起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点 真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 分子量分子量亚基数亚基数细胞内分布细胞内分布酶活力百分比酶活力百分比外切酶活力外切酶活力DNA聚合酶聚合酶 110-23，000多个多个细胞核细胞核80%无无120，000一个一个细胞核和线粒体细胞核和线粒体2 15%无无-400，000一个一个细胞核细胞核+10 25% 5 -3 外切酶外切酶DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合

16、酶 45，000一个一个细胞核细胞核10 15%无无真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较 某些物理化学因子，如某些物理化学因子，如紫外线紫外线、电离辐射电离辐射和和化学诱化学诱变剂变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于用于DNA，使得，使得DNA分子上碱基发生改变，从而造成分子上碱基发生改变，从而造成DNA结构和功能的破坏，称为结构和功能的破坏，称为DNA的损伤。的损伤。DNA的损伤主要有以下类型：的损伤主要有以下类型：1. 紫外线所引起的紫外线所引起的DNA链上相邻碱基的聚合；链上相邻碱基的聚合；2. 烷化剂所引起的脱氧

17、核苷酸残基的烷基化；烷化剂所引起的脱氧核苷酸残基的烷基化；3. DNA双链或单链局部的断裂、碱基的破坏等。双链或单链局部的断裂、碱基的破坏等。五、五、诱导修复诱导修复（SOS修复）修复）一、一、光复活光复活三三、切除修复切除修复四、四、重组修复重组修复 二、转甲基作用暗修复暗修复DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复1、形成嘧啶二聚体、形成嘧啶二聚体2、光复合酶结合于、光复合酶结合于损伤部位损伤部位3、酶被可见光激活、酶被可见光激活4、修复后酶被释放、修复后酶被释放DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开 核酸内

18、切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶AP核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基碱基取代取代DNA的重组修复的重组修复胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体二聚体复制复制核酸酶及核酸酶及重组蛋白重组蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶重组重组SOS反应的机制反应的机制未诱导的细胞未诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物) R

19、ecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量表达大量表达RecA促使促使分解分解LexA诱导的细胞诱导的细胞单链单链DNAATP一、概念一、概念二、逆转录酶二、逆转录酶三、病毒逆转录过程病毒逆转录过程四四、逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义扩充了中心法则扩充了中心法则有助于对病毒致癌机制的了解有助于对病毒致癌机制的了解与真核细胞分裂和胚胎发育有关与真核细胞分裂和胚胎发育有关逆转录酶是分子生物学重要工具酶逆转录酶是分子生物学重要工具酶三种功能三种功能依赖依赖DNA指导下的指导下的DNA聚合酶活力聚合酶活力依赖依赖RNA的的DN

20、A聚合酶活力聚合酶活力核糖核酸酶核糖核酸酶H活力活力 以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这，这与通常转录过程中遗传信息与通常转录过程中遗传信息从从DNADNA到到RNARNA的方向相反，故的方向相反，故称为逆转录作用。称为逆转录作用。逆转录过程中逆转录过程中cDNA的合成的合成依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸核糖核酸酶酶H活力活力依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期转录转录整合入宿主细胞染色体整合入宿主细胞染色体DNA丢失衣壳丢失衣壳进入细胞进入细胞丢失被膜丢失被膜RNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录酶录酶逆转录逆转录RNAcDN

21、A转译转译RNA衣壳蛋衣壳蛋白白被膜蛋被膜蛋白白逆转录逆转录酶酶 启动子启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)模板链（模板链（templatte strand） 反意义链反意义链(antisense strand)有意义链有意义链(sense strand)P228非信息区非信息区5 5 3 3 大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图 核心酶核心酶( (2 2 ) )起始因子起始因子 和模板和模板DNADNA结合结合 催化形成磷酸二酯键催化形成磷酸二酯键 参与参与DNADNA模板结合、酶的滑动及碱基识别模板结合、酶的滑动及碱基识别 识别启动子识别启动子全酶全酶( (2 2

22、) )RNA聚合酶催化的反应聚合酶催化的反应ACGACGUU模板模板DNA5 3 5 3 新合成新合成RNARNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达解链区到达基因终点基因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子启动子（promoter) 终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开真核生物和原核生物转录的差别真核生物和原核生物转录的差别DNA核核核糖体核糖体新生蛋白质新生蛋白质真核生物真核生物原核生物原核生物mRNA前体前体转运转运加工加工mRNAmRNA 真核

23、生物中转录与复制在不同的区域真核生物中转录与复制在不同的区域 RNA聚合酶不相同聚合酶不相同 启动子不同启动子不同 转录后转录后RNA加工修饰不同加工修饰不同5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron ) m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OH 剪接：剪去内含子剪接：剪去内含子(intron)(intron)，拼接外显子拼接外显子(extron)(extron) 5 5端接上一个端接上一个“帽子帽子”(CAP)(CAP)结构结构 33端添加端添加PolyAPolyA“尾巴尾巴”, ,由由RNARNA末端核苷酸转移酶催化末端核苷酸转移酶催化 编码序列的部分甲基化编码

24、序列的部分甲基化a a、切除、切除tRNAtRNA前体两端多余的序列：前体两端多余的序列： 5 5端切除几到端切除几到1010个核苷酸。个核苷酸。b、末端添加：、末端添加：3-端添加端添加CCA序列。序列。c、修饰：形成稀、修饰：形成稀有有碱基如碱基如DH2 。RNAasePRNAaseFRNAasePRNAaseFRNAaseDRNAaseDACC表示核酸内切酶的作用表示核酸内切酶的作用 表示核苷酸转移酶的作用表示核苷酸转移酶的作用 表示核酸外切酶的作用表示核酸外切酶的作用 表示异构化酶的作用表示异构化酶的作用 早转录本早转录本成熟成熟tRNA加工加工酵母酪氨酸酵母酪氨酸tRNA前体的加工前

25、体的加工原核生物中原核生物中r rRNARNA前体的加工前体的加工甲基化作用甲基化作用专一核酸外切酶专一核酸外切酶30S前体前体17StRNA25S专一核酸内切酶专一核酸内切酶16S rRNAtRNA23S rRNA5S rRNA专一核酸内切酶专一核酸内切酶DNA和和RNA合成的比较合成的比较翻译的概念翻译的概念中心法则指出，蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺中心法则指出，蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序是由序是由mRNA分子中核苷酸的序列决定的，每三个相邻分子中核苷酸的序列决定的，每三个相邻的核苷酸残基（三联码）代表一种氨基酸，因此的核苷酸残基（三联码）代表一种氨基酸，因此将将mRNA分子中核苷

26、酸残基顺序转变成蛋白质分子中氨基分子中核苷酸残基顺序转变成蛋白质分子中氨基酸残基顺序的过程称为酸残基顺序的过程称为翻译翻译。 翻译过程十分复杂，需要翻译过程十分复杂，需要20种氨基酸作为原料，种氨基酸作为原料，mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程和多种蛋白因子参与。在此过程中中mRNA为合成的模板，为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为白质合成的方向为N-C端。端。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖体核糖体DNAmRNAtRNA原核生物和真核

27、生物原核生物和真核生物mRNA的比较的比较遗传密码的性质遗传密码的性质遗传密码的性质 遗传密码遗传密码: DNA（或（或mRNA）中的核苷酸序）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。遗传密码。 密码子密码子(codon)：mRNA上每上每3个相邻的核苷个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。遗传密码字典遗传密码字典遗传密码字典起始密码和终止密码起始密码和终止密码起始密码和终止密码遗传密码字典遗传密码字典UAC

28、GUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位(3)UCAGUCAGUCAG 1、密码的连续性和不重叠性密码的连续性和不重叠性：密码子在：密码子在mRNA是连续是连续排列的，密码子之间排列的，密码子之间无标点符号无标点符号且相邻密码子且相邻密码子互不重叠互不重叠。 2、密码的简并性密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并性，对应于同一氨基酸的密码子称为同酸的现象称为简并性，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。密码的简并性可以减少有害突变义密码子。密码的简并性可以减少有害突变 。 3、密码的摆动性（变偶性）密码的摆动性（变

29、偶性）：密码的专一性主要是由第密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，一第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA密码子密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。密码的变偶性对维持物种的稳定具有可以有一定的变动。密码的变偶性对维持物种的稳定具有重要意义。重要意义。 4、密码的通用性和变异性密码的通用性和变异性：生物界所有的物种都通用这：生物界所有的物种都通用这套标准遗传密码。最近研究发现，人类线粒体中的密码与套标准遗传密码。最近研究发现，人类线粒体中的密码与标准密码有所不同，称为密码的标准密

30、码有所不同，称为密码的变异性变异性。人线粒体中变异的密码子人线粒体中变异的密码子UGA 终止信号终止信号 TrpAUA Ile Met AGA Arg 终止信号终止信号AGG Arg 终止信号终止信号密码子密码子 正常情况下编码正常情况下编码 线粒体线粒体DNA编码编码 tRNA氨基酸臂的氨基酸臂的-CCA-OH可与氨基酸以共价可与氨基酸以共价键相结合，反密码环顶端的三联反密码子可以识别键相结合，反密码环顶端的三联反密码子可以识别mRNA模板上的三联密码子，从而按照模板上的三联密码子，从而按照mRNA模板模板的密码顺序，将所携带的氨基酸准确地带到指定的的密码顺序，将所携带的氨基酸准确地带到指定

31、的位置合成肽链。位置合成肽链。1、tRNA的结构特征的结构特征2、tRNA分子上与多肽合成有关的位点分子上与多肽合成有关的位点 3 -端上的氨基酸接受位点端上的氨基酸接受位点 识别氨酰识别氨酰- tRNA合成酶的位点合成酶的位点 核糖体识别位点核糖体识别位点 密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密码子密码子1 2 3rRNArRNA 与多种蛋白质结合而成的一种大的与多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。种核糖体上进行的。2、核糖体的功

32、能核糖体的功能1、核糖体的结构和组成核糖体的结构和组成核核糖糖体体的的组组成成原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成34 protein21 protein23S RNA 5S RNA16S RNA50S subunit70S ribosome30S subunit原核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图30S subunit50S subunit原核细胞原核细胞70S核糖体的核糖体的A位、位、P位及位及mRNA结合部位示意图结合部位示意图30S与与mRNA结合部位结合部位结合结合肽酰肽酰tRNA的部位）的部位）结合氨基结合氨基酰酰 tRNA的部位的部位）50SmRNA真核和原核细胞

33、参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段阶段原核原核 真核真核 功功 能能IF1IF2 eIF2 参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始起始CBP I 与与mRNA帽子结合帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个参与寻找第一个AUGeIF5 协助协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放的释放eIF6 协助协助60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-Tu eEF1 协助氨酰协助氨酰-tRNA进入核糖体进入核糖体延长延长EF-Ts eEF1 帮助帮助EF-Tu 、 eEF1 周转周转 EF-G eEF2 移位因子移

34、位因子RF-1终止终止 eRF 释放完整的肽链释放完整的肽链RF-2氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNA ： 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 对tRNA 具有极高专一性。：氨基酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。核蛋白体循环：肽链的合成从大亚基、小亚基、mRNA和蛋氨酰tRNA聚合为起始复合体开始，到肽链合成完成、核蛋白体解聚为止。解聚的大、小亚基和mRNA还可重新聚合成起始

35、复合体，进行下一条肽链的合成。1、肽链合成的起始2、肽链的延长3、肽链合成的终止及释放30S亚基亚基 mRNA IF3- IF1复合物复合物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物 mRNA +30S亚基亚基-IF3IF-3IF2GTPIF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+ IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始复合物复合物肽链的延长肽肽键的形成键的形成（1 1）释放因子）释放因子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。 （2 2）多肽链的释放

36、）多肽链的释放（3 3）70S70S核糖体解离核糖体解离tRNARFRF多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环合成完合成完毕的肽毕的肽链链多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5核糖体循环核糖体循环1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；5、真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰： N-端端fMet或或Met的切

37、除的切除2、信号序列的切除、信号序列的切除3、二硫键的形成、二硫键的形成4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加7、辅基的加入、辅基的加入实例：实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰岛素分成熟的胰岛素分子子切除信号肽后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链

38、胰岛素胰岛素CNSSSS胰岛素原胰岛素原SS 操纵子操纵子原核基因表达的协同单位原核基因表达的协同单位操纵子操纵子结构基因（编码蛋白质，结构基因（编码蛋白质，S）控制部位控制部位操纵基因（操纵基因（operator, O）启动基因（启动基因（premotor, P） 酶诱导和阻遏的操纵子模型酶诱导和阻遏的操纵子模型 合成途径操纵子的衰减作用合成途径操纵子的衰减作用酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏操操纵纵子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导有活性阻遏蛋白加诱导剂剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂剂操纵基因操纵基因启动基

39、因启动基因调节基因调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋阻遏蛋白白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达因结构基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表结构基因可以表达达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表结构基因不表达达

40、代谢产物代谢产物大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖操操纵纵子子模模型型调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLaca调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性（无活性） 基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制大肠杆菌色氨酸操纵子的衰

41、减作用的可能机制Trp密码子密码子111232233444核糖体核糖体核糖体核糖体转录继续转录继续转录终止转录终止C.高浓度色氨酸使核高浓度色氨酸使核糖体到达糖体到达2部位，部位， 3与与4 碱基配对，转录碱基配对，转录终止。终止。A.游离游离mRNA中中1与与2以及以及3与与4碱基配对。碱基配对。B.低浓度色氨酸使核低浓度色氨酸使核糖体停留在糖体停留在1部位，部位，转录得以完成。转录得以完成。真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后

42、加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解调节调节翻译后加工翻译后加工的调节的调节核核细胞质细胞质 真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控的五个水平 DNA水平调节水平调节 转录水平调节转录水平调节 转录后加工的调节转录后加工的调节 翻译水平调节翻译水平调节 翻译后加工的调节翻译后加工的调节 真核基因调控主要是正调控真核基因调控主要是正调控 顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子 转录因子的相互作用控制转录转录因子的相互作用控制转录 机制：血红素可促进网织红细胞珠蛋白的合成，在这一过程中起始因子-2起重要作用。血红素 cAMP激活蛋白激酶 激活起始因 子2激酶起始因子2

43、磷酸化起始复合体血红素cAMP激活蛋白激酶IF2激酶IF2磷酸化起始复合体第五节第五节 影响核酸代谢和蛋白质生物合成的药物影响核酸代谢和蛋白质生物合成的药物 核苷酸合成抑制剂核苷酸合成抑制剂氨基酸类似物氨基酸类似物 叶酸类似物叶酸类似物嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物烷化剂烷化剂放线菌素放线菌素嵌合剂（柔红霉素）嵌合剂（柔红霉素） 与与DNA模板结合的抑制剂模板结合的抑制剂 作用于作用于DNA聚合酶或聚合酶或RNA聚合酶的抑制剂聚合酶的抑制剂抗菌素抗菌素:如利福平、曲张霉素如利福平、曲张霉素肽类化合物：肽类化合物： -鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 氨基酰氨基酰-tRNA合成抑制剂合成抑制剂吲哚霉素吲哚霉素

44、 肽链合成起始抑制剂肽链合成起始抑制剂春雷霉素；链霉素春雷霉素；链霉素庆大霉素；卡那霉素；新霉素庆大霉素；卡那霉素；新霉素 肽链延伸抑制剂肽链延伸抑制剂四环素族抗生素；氯霉素；红霉素四环素族抗生素；氯霉素；红霉素 肽链合成提前终止剂肽链合成提前终止剂嘌呤霉素嘌呤霉素 生物碱类生物碱类秋水仙碱；长春碱；长春新碱；秋水仙碱；长春碱；长春新碱；喜树碱；足叶乙甙喜树碱；足叶乙甙重组DNA技术概述88重组DNA技术产生的基础n1 DNA1 DNA分子的切割与连接技术分子的切割与连接技术n1970年Smith HinfIn1972年Herbert EcoRIn1970年Khoranan T4DNA连接酶n

45、1972年第一次体外重组DNAnSV40与DNA 89n2 载体构建和大肠杆菌转化体系的建立n1970年Mandel发现适当浓度的CaCl2处理大肠杆菌，可使其转化效率大大提高。n1973年构建出人造质粒，并能够转化和在宿主菌中复制。90n3 Southern杂交、DNA序列分析和聚合酶链反应n1975 Southern发明Southern blot（印迹）n1977 Sanger 双脱氧终止法DNA测序技术。n1985 Millus PCR91重组DNA技术的定义及步骤n1 定义：Recombination DNA technologyn 是按照人的意愿，在体外对DNA分子进行重组，再将重组

46、分子导入受体细胞，使期在细胞中扩增和繁殖，以获得该DNA分子的大量拷贝。n克隆（clone）：无性繁殖系及其后代。基因完全相同。n基因克隆；基因工程等922 重组DNA技术的基本步骤n（1）目的基因的获得n（2）目的基因与载体的连接n（3）重组DNA分子导入受体细胞n（4）筛选出含重组DNA的受体细胞n（5）克隆基因的表达以及表达产物的检测和分离纯化933重组DNA技术的意义n填平了生物种属间不可逾越的鸿沟。n缩短了生物进化的时间n使人们能够对生物进行定向改造94重组DNA技术与医学、药学的关系1、生物制药2、基因诊断3、基因治疗4、疾病相关基因的研究5、遗传病的预防95重要的工具酶-内切酶n

47、1 限制性内切酶n定义：是一类能够识别和切割双链DNA分子中特定碱基顺序的核酸水解酶。n命名：第1字母（大写）产生该酶细菌的属名的第一字母；第2、3字母（小写）细菌的种名；第4字母（大写）细菌菌株名；最后是罗马数字，代表该菌株中发现的第几个酶。nEcoRI，EcoRVnBamHI，HinFI962 功能n严格识别切割顺序，识别点多为回文结构，识别长度4-8bp，以6bp最常见。n切口2种n（1）平末端 5GGCC 3 5GG CC 3 3CCGG 5 5CC GG 5n（2）粘末端n 5GGATCC 3 5G GATCC 3n 3CCTAGG 5 3CCTAG G 597n异源同工酶（同裂酶）

48、不同来源的内切酶，但有相同的识别位点，其切割位点可以一样或不同。n同尾酶：识别序列相关，切割后粘性末端相同。n远距离裂解酶：识别位点与切割位点不一致。识别位点切割位点98n可变酶：识别位点中个别碱基可以变化，要求不特定。nSinInGG（A/T）CCnCC（T/A）GG993 DNA的甲基化作用n细菌体内存在限制和修饰系统（R-M）n对自身的DNA甲基化修饰，免受内切酶降解。n对外来的DNA通过限制性内切酶降解。n应用：n应用甲基化处理保护免受限制性内切酶降解n如：PstI和甲基化PstI的切割点相同，但切割的对象不同，结果不同。1004 内切酶的使用注意事项n用途nDNA重组克隆及亚克隆nDNA杂交与序列分析n改建质粒n构件基因组DNA物理图谱和文库101n使用注意n保存-20-80冰箱n酶量不超过反应体系的10%n两个酶同时切割时注意反应缓冲液条件，差距大时，分步酶切，步间要纯化。102DNA聚合酶n1 大肠杆菌DNA聚合酶I及其大片段（Klenow片段）35KD 76KD枯草蛋白酶水解枯草蛋白酶水解Klenow片段片段103n大肠杆菌DNA聚合酶I的酶活性n5-3DNA聚合酶活性n3-5外切酶活性n5-3外切酶活性nKlenow片段的酶活性n5-3DNA聚合酶活性n3-5外切酶活性104主要用途n催化DNA切口平移反应，准备高比活DNA探针