遗传物质分子基础(2)PPT

1、关于遗传物质的分子基础 (2)第一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第三节 特殊的信息转移和中心法则 按照一般的信息转移过程，遗传信息是由DNARNA蛋白质；但有些病毒携带的遗传物质是而不是，它们的遗传信息转移过程是通过复制（）或反转录（）过程实现的。 第二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月一、复制 噬菌体的基因组结构： 噬菌体带有（）链，分子量约1.5 X106D（4500Nt），有四个基因：成熟蛋白-外壳蛋白（和蛋白）-复制酶亚基。 噬菌体的复制酶： 噬菌体的复制酶有四个亚基，除自身携带的亚基外，另外三个亚基分别来自宿主细胞的S1蛋白，EF-Tu和EF-Ts因子。 第三张，

2、PPT共五十二页，创作于2022年6月 复制酶有两个特点，一是特异性很高，只识别病毒自身的分子，而对于其它分子包括其它病毒的分子都不能起作用，二是比较倾向于与（-）链结合以制造更多的（+）链。 复制过程 （）带有（）链的病毒：这类病毒如，脊髓灰质炎病毒等，侵染后，以自身携带的链上的亚基的基因马上翻译出亚基，亚基随即组装成复制酶，催化（）链的合成，又以（）链为模板合成（）链，以亲代（）链和子代（）链为模板又翻译出结构蛋白。最后子代（）链和结构蛋白组装成成熟噬菌体。 第四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 （）带（）链的病毒：这类病毒如狂犬病毒、口腔胞疹病毒等，侵染细胞后，必须先将（）链复

3、制成（）链才能翻译出复制酶，所以在每个成熟的病毒颗粒中都带有复制酶，复制酶与一道侵染细胞，发动（）链到（）链的合成。 （）双链病毒：例如呼肠孤病毒，这类病毒侵染细胞后先由（）链翻译出复制酶，并以（）链为模板催化合成（）链，以（）链翻译出结构蛋白及更多的（）链，最后（）链和（）链结合成双链子代再与结构蛋白结合成成熟病毒颗粒。 第五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月二、反转录与反转录病毒 反转录病毒是通过RNA反转录成DNA再转录成RNA的过程繁殖后代的。 、反转录酶(reverse transcriptase) 是一种由病毒基因组编码的,可以以RNA为模板,将RNA上的遗传信息反转录到D

4、NA上的DNA聚合酶,这种酶有三个活性：（）以RNA为模板合成单链DNA;（）具有核酸外切酶的活性,可水解去除DNA-RNA杂种分子上的RNA链；（）可以单链DNA为模板合成双链DNA。第六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月、反转录病毒 一类单链线状病毒，一个病毒颗粒含有两个相同的分子（二聚体），带有三个必须的基因：gag（group specific antigen核心抗原基因，即外壳蛋白基因）；pol（RNA-dependent DNA polymerase 依赖于的聚合酶,即反转录酶的基因

5、）；env（envelop)外膜糖蛋白基因）。 第九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 反转录病毒感染宿主细胞后,其RNA在反转录酶的作用下,反转录成DNA而后反插入到宿主细胞基因组中。 在反转录过程中,最大的变化就是在DNA的末端形成二个长末端重复序列（long terminal repeats, LTR）。这类似于转座子的末端重复序列,暗示着反转录病毒可能有类似于转座子的转座作用。在插入宿主染色体的时候,可导致宿主染色体的几个bp的顺向重复。由于反转录病毒可能具有转座功能,因此有人将这类病毒称为反转录转座子（retrotransposo

6、n).第十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月三、DNA翻译： 指利用DNA直接作为信使,在核糖体上翻译蛋白质的现象。 目前在自然界中尚未发现,但在实验室中利用某些抗生素打乱核糖体对模板的选择,能够使DNA直接代替mRNA而合成多肽。第十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月四、对中心法则的挑战 DNA RNA Protein 1、朊病毒（Prion）：这是一种引起人类Kuru病、CJD病、GSS病；动物的疯牛病（mad cow disease)、羊瘙痒病等疾病的蛋白质因子。？第十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月朊病毒的遗传信息传递问题: 现在已经知道完整朊病毒的分子

7、量3335KD，称PrPsc 3335，该蛋白质水解N-末端67个氨基酸后成为有传染性的病毒颗粒，称PrPsc 2730。正常细胞内有3335KD的与PrPsc 3335一级结构完全相同而二级结构有明显差别的蛋白质，但没有致病性，称PrPc。 PrPc一旦与PrPsc结合将转变为PrPsc 。这就是朊病毒的繁殖方式。由此可知PrP（Prion Protein）是由细胞内的基因编码的， PrPc与PrPsc是一种同分异构体。问题：在PrPc转变为PrPsc的过程中， PrPsc必须将遗传信息传递给PrPc，即将自己的立体结构的信息传递给PrPc 。蛋白质与蛋白质之间遗传信息靠什么传递？第十四张，

8、PPT共五十二页，创作于2022年6月2、以蛋白质为模板的肽链合成：许多多肽抗生素的合成并不是为DNA所编码，没有mRNA，也不在核糖体上合成。Lipmann发现这些多肽是直接由某些多酶体系合成的，如短杆菌肽。 3、蛋白质翻译后的加工：有些蛋白质刚合成后是没有活性的，必须经过一定的加工才能成为有活性的蛋白质，这些加工过程包括糖基化、脂化以及肽链的剪切等过程，这些过程的遗传信息又是如何来的？ 第十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 3.7 基因的现代概念一、基因和DNA基因是DNA分子的一个区段？ 基因与多肽之间有共线性（colinearity）真核基因组中编码蛋白质的序列大概只占0.

9、5% -5%。基因与基因之间有大量的非编码序列，即有intergenic region，这种现象称DNA冗余。第十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 DNA的重复序列(repetitive sequence) 基因组DNA根据拷贝数的多寡,可分为： 单拷贝序列：非重复序列, 约占基因组的4070%。 少量(轻度)重复序列：10拷贝以下,约占10%,如珠蛋白基因、酵母tRNA基因。中度重复序列：在10105拷贝,约占基因组的10% 40%。可分为顺向重复序列（directed sequence DR)和反向重复序列（inverted sequence IR)。如Alu family 高

10、度重复序列：在105106拷贝,约占基因组的10% 20%,主要是所谓的卫星DNA。第十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月二、生化突变型与一基因一酶说 1、1941年，首先由Beadle和Tatum提出该假说。 2、“一基因一酶假说”的主要内容 对结构基因而言，一种基因仅能表达一种多肽。 3、“一基因一酶假说”的证据前体鸟氨酸瓜氨酸精氨酸arg1arg2arg3酶1酶2酶3精氨酸的代谢途径第十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月三、先天性代谢缺陷 p151-155以苯丙氨酸代谢为例：苯丙氨酸酪氨酸双羟苯丙氨酸黑色素 或者苯丙氨酸对羟苯丙氨酸尿黑酸乙酰醋酸水+CO2黑尿病：缺乏

11、尿黑酸氧化酶，不能把尿黑酸氧化为乙酰醋酸白化病：缺乏酪氨酸酶，不能形成黑色素苯酮尿症：缺乏苯丙氨酸羟化酶，不能将苯丙氨酸转变为酪氨酸，致使： 苯丙氨酸在血液中积累、损害神经、影响智力 转变为苯丙酮酸随尿液排出、所以叫做苯酮尿症 抑制酪氨酸变为黑色素、黑色素减少、肤发色浅第十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月先天性代谢缺陷与分子病的区别先天性代谢缺陷，也叫先天性代谢病（inborn errors of metabolism）：由于特异酶的缺陷而产生了代谢障碍，这种障碍可以引起病理性后果。分子病（molecular disease）：由于大分子结构异常而造成的疾病，如血红蛋白、结构蛋白等

12、异常导致的疾病第二十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月四、基因的精细结构 1、顺式(cis)与反式(trans)对于含4个16区A段的染色体来说,有45个小眼的+/BB,两个B在同一染色体上, 为顺式；有68个小眼的B/B,两个B位于不同染色体上, 称为反式。第二十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3、互补试验（互补测验）Benzer利用T4噬菌体rII品系进行杂交，测定每对突变位点间重组频率的方法：p160-161 重组率=(2重组子数)/总噬菌体数100%互补(complementation): 当两个突变型同时感染 E. coli K时,互相弥补对方的缺陷,共同在菌体内

13、增殖,引起溶菌,释放原来的两个突变型。互补测验：用于测定不同突变之间的功能关系（是等位的、还是非等位的）。方法是使两个突变处于反式结构，观察两个突变之间是否可以互补，可以互补说明两个突变处于不同的功能单位，反之，说明两个突变处于相同的功能单位（属于同一个顺反子）。第二十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第二十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月互补测验中，两个突变位点是处于顺式结构还是处于反式结构，结果会有什么不同呢？第二十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 Benzer将顺式结构与反式结构的遗传学效应不同的现象称为顺反位置效应。 将具有顺反位置效应的功能单位称为顺

14、反子（cistron)。 凡是相互之间存在顺反位置效应的两个突变位点都属于一个顺反子。 凡是相互之间测不出重组值的两个突变位点都属于同一个位点。 一个顺反子是一个作用单位,占据一个座位(locus, loci), 是一个基因。第二十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 4、基因结构研究的一系列成果：1）操纵子（Operon）2）重叠基因(Overlapping gene) X174：1977年Sanger等人对X174噬菌体的核苷酸顺序进行分析时，发现了基因的重叠现象，同时还发现遗传密码也有重叠现象。所谓重叠基因，是指相邻的两个基因共用一段核苷酸顺序的现象。 第二十六张，PPT共五十二

15、页，创作于2022年6月第二十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3）断裂基因(split gene)(intron & extron) 发现：1977年法国科学家Chambon在研究雌激素与蛋白质合成的关系时以外发现,并获1993年诺贝尔奖。 他从鸡的输卵管和血球中分离核DNA,分别用EcoRI和HindIII酶解、电泳，然后与卵清蛋白cDNA探针进行Southern bolt分子杂交,发现卵清蛋白基因在cDNA和核DNA的结构有些不同。第二十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第二十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 断裂基因与重叠基因一 隔裂基因： 1 概念：隔

16、裂基因：外显子内含子外显子内含子外显子内含子外显子成熟mRNA 帽5AAAA拖尾序列 剪接加工 前体mRNA ( hnmRNA) 转录 2 Chambon规则（GTAG规则） 内含子：5端 G90T90 A85G853 可能是剪接酶的识别信号。第三十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3 断裂基因的意义 （1）有利于储存较多的遗传信息量； （2）有利于变异与进化； （3）增加重组机率； （4）内含子可能是调控装置。通读基因：指从起始密码ATG开始到终止密码 为止,所核苷酸都为氨基酸编码基因。第三十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月二 重叠基因（一）重叠基因的概念 重叠基因：是指

17、两个或两个以上的基因共有 一段DNA序列。（二）重叠基因的发现：1978年，Sanger X174DNA全长：5386核苷酸 编码的9种蛋白全长：2000个氨基酸； 3X2000 = 6000核苷酸第三十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（三）基因重叠的方式 1 大基因内包含小基因： 如：B基因包含在A基因内，E基因完全包含水量在D基因内。 2 前后两基因首尾重叠： 例1： 如：基因D 终止 X174DNA序列：5TAATG3重叠一个碱基 基因J 起始 例2： 如：基因A 终止 X174DNA序列5ATGA3 重叠4个碱基 基因C 起始第三十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6

18、月 3 三个基因之间重叠 基因B phe 终止 基因A ser Asp Glu G4 DNA序列 -T-T-C-T-G-A-T-G-A-A-A- 基因K 起始 Val4 反向重叠 5 重叠操纵子（三）基因重叠的意义及危害第三十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月第三十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月4）多基因家族（multigene family）,也称基因家族（gene family）：指来源相同、结构相似、功能相关的一组基因。家族成员可以排列在一起构成所谓的基因簇（gene cluster),也可以分散排列基因家族可分为四种类型： 简单的多基因家族 复杂的多基因家族 不

19、同场合表达的复杂的多基因家族 散在分布的多基因家族，如癌基因。第三十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月5）基因复合体（gene complex），也称超基因（supergene）：是指紧密连锁在一起的共同决定某一性状的一组基因。亦有人认为超基因就是一个大的基因簇，其成员可达几百个。 人类的主要基因复合体有： 免疫球蛋白基因复合体 主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex, MHC） 次要组织相容性复合体（minor histocompatibility complex）第三十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月6）假基因（pseu

20、dogene）： 在多基因家族中某些成员和编码某一蛋白质的结构基因在结构上相似，但并不产生有功能的基因产物，这些基因称为假基因。 两种类型的假基因： 由正常基因的突变、缺失、重复等原因导致基因不能正常表达。 缺少正常基因的部分元件、内含子等，更象正常基因经反转录后产生的，有人称其为加工基因（processed gene）、反转录基因（retrogene）及反转录转座子（retrotrsansposon）。第三十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月7）转座因子第三十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月8）癌基因(oncogene)与抑癌基因（tumor suppressor ge

21、ne) 癌基因最早是在病毒中发现的(Rous,1966年诺贝尔奖）。根据来源可将癌基因分为两类： 病毒癌基因：有些反转录病毒带有癌基因,称为病毒癌基因（v-onc）,它是指病毒带有的可使靶细胞发生恶性转化的基因。目前发现的病毒癌基因大都存在于反转录病毒,只有少数存在于DNA病毒中。 细胞癌基因（c-onc) ：也称为细胞转化基因（cell transformation gene),这类基因存在于细胞中可使正常细胞转化为恶性细胞。 细胞中相应的不具有转化活性的基因称为原癌基因（proto-oncogene)。 第四十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月原癌基因的活化(四种方式) A. 获得

22、启动子或增强子：如反转录病毒插入到原癌基因的边上,原癌基因受到LTR上的启动子的影响而活化。 B. 基因扩增（amplification)：用癌基因为探针进行分子杂交,发现癌变细胞可杂交信号大大加强,提示癌基因的拷贝数增多,扩增数可达数十到数百倍。癌基因扩增有两种方式：产生大量的双微体（double minute chromosome , DM）或大段同源染色区（homogeneously staining region , HSR）。 第四十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 C. 染色体重排引起原癌基因的活化 第四十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月D. 基因突变引起原

23、癌基因的活化第四十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月抑癌基因（tumor suppressor gene)：指当基因存在或表达时能够抑制肿瘤产生的一类基因。如p53等 第四十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月9）tRNA基因 原核生物 tRNA 的分布有二种情况： (1)以基因簇形式组成多顺反子转录单位：在 E.coli 中以基因簇形式组成的多顺反子已测定了约60个，例如1981年鉴定的一个操纵子含个tRNA基因：Met-Leu-Gln-Gln-Met-Glu-Glu，它们可以转录出一条RNA，经剪切后形成个tRNA。 (2)与rRNA基因（rDNA）连接在一起：原核生物的

24、tDNA有些是与rDNA连接在一起，随rRNA一道转录。 第四十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 真核生物tDNA：也是多拷贝，成簇地排列在一起的，与原核生物不同在于：它的是单顺反子转录的并且具有内含子。 10）rRNA基因（rDNA） 原核生物rDNA：原核生物有16S，23S和5S三种rRNA，这三个rRNA串联在一起，在其间又插入一些tRNA组成一个操纵子，转录出一条30S rRNA的前体，经剪切加工后形成三种rRNA。这么一个操纵子在基因组中是多次重复的，形成一个基因复合体。 第四十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 真核生物rDNA： 真核生物有18S,28S,5.8S和5S四种rRNA。在真核生物中,18S,28S和5.8S rDNA串联在一起构成一个基因簇,这一基因复合体位于核仁组织者区。转录时18S、28S、5.8S rDN