基因信息传递和表达

1、关于基因信息的传递与表达第一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制转录翻译内容第二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月基因(gene)为生物活性产物编码的DNA功能片段,这些产物主要是蛋白质或各种RNA。第三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月The Central Dogma（中心法则） of Molecular Biology The central dogma of molecular biology, a term coined by Sir Francis Crick, states that the flow of genetic information is

2、DNA to RNA to protein.第四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月反中心法则 在RNA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则第五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制第七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制半保留复制DNA复制的酶学DNA生物合成的过程第八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月半保留复制DNA在复制时，

3、以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。 第九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA复制所需的酶和蛋白质DNA聚合酶IDNA聚合酶II 、IIIDNA连接酶引物合成酶拓扑异构酶解螺旋酶单链结合蛋白第十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月Chemical structure of DNA第十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月

4、Chemical structure of RNA3,5-phosphodiester bond35第十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制(新链合成)的方向： 53第十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月原核生物的DNA聚合酶三种：DNA聚合酶（DNA-pol ）DNA聚合酶（DNA-pol ）DNA聚合酶（DNA-pol )第十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA-pol IIIDNApol： DNA pol II： DNApol III=400：40：20pol III由十种亚基组成，其中亚基具有53聚合DNA的酶活性，因而具有复制DNA的功能；而亚基具

5、有35外切酶的活性，因而与DNA复制的校正功能有关。 DNApol III是在复制延长中真正催化新链核苷酸聚合的酶;第十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA-pol 为单一肽链的大分子蛋白质,可被特异的蛋白酶水解为大小两个片段；大片段称为Klenow fragment，具有DNA聚合酶活性和35外切酶的活性；小片段有5 3外切酶的活性（ 校读、切除引物、切除损伤的DNA）；DNApol I主要是对复制过程的错误进行校读，对复制和修复过程中出现的空隙进行填补第十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA-pol DNApol II在其它两个酶缺失的情况下起作用,其真正功能未

6、完全清楚；第十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月真核生物的DNA聚合酶已至少发现5种：DNA-pol ,DNA-pol ：延长随从链DNA-pol ：延长领头链DNA-pol ：校读、修复及填补缺口DNA-pol ：修复核内DNADNA-pol ：线粒体内第二十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制中的解链和DNA分子的拓扑学变化解旋、解链酶（蛋白）类：解螺旋酶 (helicase) ：打开DNA双链DNA拓扑异构酶 (DNA topoisomerase) 单链DNA结合蛋白 (single stranded DNA binding protein, SSB)作用：解开、理顺

7、DNA链，维持DNA链在一段时间处于单链状态第二十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 快速复制造成DNA分子的打结、缠绕、连环现象。盘绕过分，形成正超螺旋，盘绕不足，则为负超螺旋。第二十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)大肠杆菌拓扑异构酶：暂时切断一条DNA链，形成酶-DNA共价中间物而使超螺旋DNA松弛化，然后再将切断的单链DNA连接起来，而不需要任何辅助因子。大肠杆菌拓扑异构酶(旋转酶):切断两条DNA链，再连接，松弛超螺旋，无需ATP ；有ATP时，将负超螺旋引

8、入松弛的DNA分子。第二十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月切开此链第二十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月单链DNA结合蛋白（SSB）与解开的单链DNA结合，使其稳定不会再度螺旋化并且避免核酸内切酶对单链DNA的水解。 第二十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月引物酶和引发体引物酶(primase)：催化引物合成的一种RNA聚合酶，在模板的复制起始部位催化互补碱基的聚合，形成短片段的RNA。引发体(primosome)：引物酶、解旋酶和其它复制因子及DNA的起始复制区共同构成的复合体称为引发体第二十七张，PPT共八

9、十六页，创作于2022年6月DNA 连 接 酶(DNA ligase)DNA连接酶可催化两段DNA片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段DNA连接起来。需要消耗ATP只能连接互补链中的单链缺口连接酶在DNA修复、重组、剪接中也起缝合缺口的作用第二十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第二十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月真核生物细胞在S期合成DNA第三十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制是一个连续的过程，为叙述的方便，人为分为三个阶段：起始延长终止第三十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月参与复制起始的各种蛋白质名称 功能DnaA蛋白 辨认起始点解螺旋酶(D

10、naB蛋白，rep蛋白) 解开DNA双链DnaC蛋白 协助解螺旋酶引物酶(DnaG蛋白) 催化RNA引物生成SSB 稳定解开的单链拓扑异构酶 理顺DNA链第三十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制起始点(oric)不是随意的第三十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月解螺旋酶DnaA 辨认并结合oriC相互靠近，解链第三十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月双向复制(bidirectional replication bidirectional replication)原核生物例如 E. coli，是从固定起始点(复制原点)Ori C (oring)开始，同时向两个方

11、向进行复制，称为第三十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月真核生物同时有多个复制起始点第三十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月引发体的生成引发体：引物酶(DnaG)， DnaA， 解螺旋酶 (DnaB), DnaC及DNA的起始复制区共同构成的复合体称为。第三十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月主要是II型领头链随从链解螺旋酶引物酶单链结合蛋白第三十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制的延长催化复制的酶：原核生物：DNA-pol 真核生物：DNA-pol 催化合成随从链， DNA-pol 催化合成领头链第三十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月D

12、NA复制的半不连续性一条链连续复制：领头链(leading strand)另一条链不连续复制：随从链(lagging strand)岡崎片段第四十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月原核生物的复制终止及岡崎片段的连接终止：由终止点ter (termination)决定;切除引物，填补空隙：DNA pol-I缺口连接：连接酶第四十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月DNA pol-I第四十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月复制的三大规律半保留复制复制的方向性复制的半不连续性第四十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月转录第四十四张，PPT共八十六页，创作于2022年

13、6月一转录过程需要诸多因素参与 转录（transcription）以DNA为模板，RNA聚合酶催化合成RNA分子的过程。转录的实质就是将DNA的遗传信息传递给RNA分子。第四十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 基因转录的特点：（1）合成RNA的底物是5-三磷酸核糖核苷（2）在RNA聚合酶的作用下形成磷酸二酯键（3）RNA碱基顺序由模板DNA碱基顺序决（4）被转录的区域都以单链为模板（5）RNA合成的方向是53 （6）RNA合成中不需要引物第四十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月(一) DNA链是基因转录的模板 模板链（template strain）能指引转录生成RNA的

14、DNA单链模板链，也称有意义链（sense strain）或Watson 链。编码链（coding strain）相对于模板链不能指引转录的另外一股DNA单链，又称反义链（antisense strain）或Crick链。不对称转录第四十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 （二） RNA聚合酶是基因转录的关键酶 亚基数目分子量功 能2236512决定转录的特异性1150618与转录全过程有关1155613结合DNA模板s170263辨认起始点大肠杆菌RNA聚合酶组分和功能 真核生物的RNA聚合酶 种类细胞内定位转录产物RNA聚合酶核仁45S- rRNARNA聚合酶核质hnRNARNA

15、聚合酶核质5S- rRNA、tRNA、snRNA线粒体RNA聚合酶线粒体线粒体的RNA叶绿体RNA聚合酶叶绿体叶绿体的RNA第四十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（三）DNA模板上启动子是控制转录的 关键部位 启动子决定转录的起始位点和转录的方向，启动转录的开始。第四十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 二基因转录过程包括三个阶段 转录起始复合物的形成标志转录开始 转录起始复合物：RNA聚合酶（全酶）DNA链和新链前两个核苷酸。 转录的起始第五十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 转录空泡是转录延伸阶段的主要形式 转录延伸阶段的主要形式是转录空泡（transcri

16、ption complex）。转录空泡示意图 RNA合成方向：53第五十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 原核生物的转录终止包括两种方式 1.依赖因子的转录终止 2.非依赖因子的转录终止 因子参与的转录终止过程RNA的发卡结构与转录终止第五十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 真核生物的转录同样可分为起始、延长和终止3个阶段。与原核生物相比，真核生物转录的主要特点是： 1.有多种RNA聚合酶分别合成不同类别的RNA 2.有多种类型的启动子为不同的RNA聚合酶所用 3.有多种转录因子 4.真核生物于转录时或转录后有广泛的RNA加工第五十三张，PPT共八十六页，创作于2022

17、年6月 初级转录产物(primary transcripts) 是指转录生成的RNA。其不一定是成熟的RNA分子，常要有一个加工修饰过程，才能生成成熟的RNA分子。 转录后加工(post-transcriptional processing) 即将新生的、无活性的RNA初级产物转变成有活性的成熟RNA的过程，也叫RNA的成熟。三初级转录产物经过加工具有活性第五十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月真核细胞RNA的转录后加工 第五十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 hnRNA进行首尾修饰和内含子剪切后转变为成熟的mRNA 1. 5端帽子结构生成 mRNA成熟的真核生物，其结构

18、5端都有一个m7GpppG.结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。四、真核生物转录后的加工第五十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 2. PolyA尾的生成 poly A尾的有无与长短是维持mRNA 作为翻译模板活性和增加mRNA稳定性的重要因素。真核生物mRNA 5端帽子结构和PolyA尾的生成 m7GpppG第五十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 3. hnRNA的剪接 hnRNA经转录最初生成的mRNA前体，其分子量常比成熟mRNA大几倍或几十倍。 剪接作用在所谓剪接体(splicesome)中进行，剪接体由多种snRNA和几十种蛋白质组成。第五十八张，PPT共八十六页

19、，创作于2022年6月 剪接部位在内含子末端的特定位点，即5GV，AG3。卵清蛋白基因转录及加工过程第五十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（二）前体tRNA的转录后加工 1. tRNA前体的剪切 2. tRNA前体的化学修饰 3. 3端加上CCA tRNA的转录后加工第六十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（三）核酶参与了rRNA的转录后加工rRNA进行的是自我剪接，表明RNA分子也具有酶的催化活性。这种有酶催化活性的RNA分子被命名为核酶（ribozyme）。 核酶的发现，对中心法则作了重要补充核酶的发现是对传统酶学的挑战利用核酶的结构设计合成人工核酶 第六十一张，PPT

20、共八十六页，创作于2022年6月翻译第六十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（一）核蛋白体是肽链合成的场所核蛋白体 由rRNA和几十种蛋白质组成的亚细胞颗粒，位于胞质内。 可分为两类： 附着于糙面内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白质的合成； 游离于胞质，主要参与细胞固有蛋白质的合成。 糙面内织网上的核糖体 第六十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月真核生物与原核生物核蛋白体成分的比较 第六十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月核糖体的五个活性部位： 1.mRNA 结合部位 2.A部位：主要在大亚基上，接受氨酰基-tRNA的部位3.P部位：主要在小亚基上,是释放

21、tRNA的部位4.转肽酶部位：在大亚基上，催化氨基酸间形成肽键,使肽链延长5.参与蛋白质合成因子的结合部位第六十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月(二) mRNA是合成蛋白质的直接模板 mRNA分子上以53方向，从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子，mRNA中的四种碱基可以组成64种密码子。第六十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月1.遗传密码 遗传密码： mRNA分子中碱基排列顺序密码子： mRNA分子中三个相邻的碱基决定一种氨基酸，故称其为三联体密码或密码子。蛋白质的合成第六十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（1）密码子的方向性：53（2）密码子的简并

22、性与“兼职” （3）密码子的通用性 （4）密码子是不重叠的、无标点的遗传密码的特征第六十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（三）tRNA是活化和转运氨基酸的工具 tRNA的二级结构 第六十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（四）若干酶类和因子参与蛋白质生物合成1.氨基酰-tRNA合成酶 氨基酸在组成多肽之前，必须先经过氨基酰-tRNA 合成酶催化并与其特异的tRNA结合。 2.转肽酶（transpeptidase） 使大亚基P位上肽酰-tRNA的肽酰基转移到A位上氨基酰-tRNA的氨基上，结合成肽键，使肽链延长。第七十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月3.其他因子蛋

23、白质因子：起始因子延长因子终止因子等；无机离子：如镁离子钾离子等；供能物质：如ATPGTP等。 第七十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 氨基酸活化及转运 氨基酸+tRNA+ATP 氨基酰tRNA +AMP +PPi 氨基酰-tRNA合成酶 二蛋白质合成的一般过程第七十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 翻译起始复合物的形成 起始阶段指大亚基、小亚基、mRNA和具有启动作用的起始氨基酰-tRNA聚合为起始复合物的过程。第七十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 大肠杆菌细胞翻译起始复合物的形成 大肠埃希菌细胞翻译起始复合物形成的过程： 1.核糖体30S小亚基附着于m

24、RNA起始信号部位 2.fmet-tRNA结合 3.大亚基结合，形成70S起始复合物的形成第七十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（三）肽链的延长（核蛋白体循环过程）核蛋白体循环（ribosome circulation） 肽链延长在核蛋白体上连续循环进行，所以这个过程又称核蛋白体循环每经过一个循环肽链增加一个氨基酸核蛋白体循环包括进位（register）、成肽(peptide formation)、转位(transposition)三个步骤第七十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月肽链的延伸（Elongation):第七十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第七十七张，PPT共八十六页，创