第11部分基因信息的储存和表达教学课件

1、第11部分基因信息的储存和表达教学课件一、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

2、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互补规律（碱基配对）A TG 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

3、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A TG C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

4、子） 三叶草形 活化与转运 AA返 回主菜单示意图 5- 末端反密码环3- 末端氨基酸臂返 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，

5、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 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

6、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DNADNAmRNA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

7、 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

8、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

9、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

10、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

11、 指导的 RNA 聚合酶（DDRP） 原料 NTP2、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模板的结合转录的起始RNA链的延长RNA链的终止与释放 亚基、NTPDNA模板链、 因子、 亚基 蛋白返 回主菜单四、转录后的加工和修饰（真核细胞） 以 mRNA 转录后的加工为例hnRNA mRNA 加帽连尾剪辑加工（核不均一RNA） 加帽连尾 5- 端（首部）：m7Gppp 3- 端（尾部）：poly-A 剪辑加工 连接外显子切除内含子（具有编码功能的序列）

12、（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+ 、Mg+ATP、GTPmRNAtRNA 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A

13、A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 3-末端：CCA-OH 反密码环顶端：（携带AA的部位）（识别 mRNA上特定的密码子） 摆动现象3553mRNAtRNAUG反密码子（识别 mRNA上特定的密码子）IUICIA31返 回主菜单 rRNA在蛋白质合成中的作用 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 tRN

14、A 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氨基酰- tRNA酶、 Mg+ ATP2、核蛋白体循环 起 始 延 长 终 止进 位转 肽移 位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

15、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m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UAC蛋UGA苏CGU丙UGA苏进 位核蛋白体循环 ( 延 长 ) 核蛋白体循环m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋蛋UGA苏CGU丙UGA苏UACUAC进 位核蛋白体循环 ( 延 长

16、) 转 肽核蛋白体循环m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋蛋UGA苏CGU丙UGA苏进 位核蛋白体循环 ( 延 长 ) 转 肽核蛋白体循环m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA苏CGU丙蛋苏CGU丙UGA进 位核蛋白体循环 ( 延 长 ) 移 位转 肽进 位核蛋白体循环m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA苏CGU丙CGU丙蛋苏UGA核蛋白体循环 ( 延 长 ) 进 位移 位转 肽转 肽核蛋白体循环m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA苏CGU丙CGU丙蛋苏核蛋白体循环 ( 延

17、长 ) 进 位移 位转 肽核蛋白体循环m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA苏CGU丙CGU丙蛋苏核蛋白体循环 ( 延 长 ) 进 位移 位转 肽移 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 3 3 5 5A-TC-GT-AG-C 5 5 3 3ACTG 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3TGAC 5 3TGAC 5 3 5 3ACTG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 链 病毒双链的 DNA 示意图 逆 转 录 酶 作 用 病毒 RNA病毒双链的 DNA返 回主菜单示意图 DNA损伤的切除修复内切酶 外切酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 返 回主菜单 RNA聚合酶（转录酶） DDRP 原核细胞中的 DDRP 有五个亚基组成的全酶（ 2 ） 全酶核心酶 2 起