DNA的结构核功能四军李

DNA的结构核功能四军李第1页/共85页

（一）DNA的化学组成及分子结构

脱氧核糖＋碱基→脱氧核苷＋磷酸→脱氧核苷酸

碱基：A、T、C、G

双螺旋结构——要点：第一节DNA的结构与特征一、DNA分子结构第2页/共85页要点：1）脱氧核苷酸借助3’，5’磷酸二酯键连接成多聚核苷酸链，两条核苷酸链围绕一个中心轴盘绕成双螺旋结构。

第3页/共85页第4页/共85页第5页/共85页

2）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸链围绕同一中心轴螺旋而成，一条链5’—3’为编码链，另一条链3’—5’为模板链3）磷酸-脱氧核糖通过3’，5’磷酸二酯键相连而成的骨架位于螺旋外侧，碱基在双螺旋内侧。第6页/共85页

4）碱基配对原则：A总是与T配对，形成两个氢键；C总是与G配对，形成三个氢键。

5）DNA分子虽然所包含碱基只有四种，但由于DNA链很长（4千—40亿个核苷酸），碱基数目很多，所以碱基排列顺序的组合方式是无限的。假如一个DNA有1000个碱基对，则碱基就有41000种不同的排列方式，这意味着DNA分子中能储存极其丰富的遗传信息。第7页/共85页二、基因组(genome)基因组：是指细胞或生物体所有遗传信息的总和，每个基因组的DNA约有3.2x109pb。人类基因组包括两个相互联系的基因组，即核基因组和线粒体基因组。（一）细胞核基因组

核DNA：单一顺序(65%)重复顺序(35%)

结构基因高度重复序列（重复106）中度重复序列（102-105）基因家族

第8页/共85页，1）概念：在一个基因组中只出现一次或很少几次。2）特点：主要构成结构基因。1）概念：一个基因组中存在有多个拷贝的DNA序列，约占人类基因组的35%。1、单一序列（uniquesequence）2、重复序列（repetitivesequence）第9页/共85页2）种类

（1）中度重复顺序中度重复序列大致指在真核基因组中重复数十至数万（<105）次的重复顺序。少数在基因组中成串排列在一个区域，大多数与单拷贝基因间隔排列。其特点是，多数能转录但不能编码蛋白质，构成非编码序列，它们可能参与基因表达调控。第10页/共85页（2）高度重复序列

高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万(106)以上。其特点是，此类序列不能转录，不编码蛋白质。如染色体的着丝粒、端粒以及Y染色体长臂的异染色质区就是由高度重复的DNA序列构成的。高度重复顺序的功能①参与维持染色体的结构。②参与减数分裂时染色体的联会③参与基因表达调控第11页/共85页（3）基因家族

由某一祖先基因经过突变或重复而产生的一组来源相同、结构相似、功能相同或相关的基因。

种类

基因簇：一个基因多次拷贝，序列高度同源，成簇的排列在同一条染色体上。

基因超家族：不同基因成簇分布在几条不同的染色体上，序列有些不同，但编码一类功能相关的蛋白质。

第12页/共85页

第二节基因的表达一、基因的基本结构（一）基因分类1、基因的概念：具有遗传效应的DNA的片段，是遗传物质突变、重组和形成特定遗传功能的基本单位。2、基因的种类：

结构基因能够编码蛋白质或酶分子结构的基因基因调节基因调控基因操纵子启动子第13页/共85页外显子在断裂基因中，具有编码作用的DNA序列。内含子位于两个外显子之间，没有编码作用的DNA序列。启动子

位于基因转录起始点上游的一段特定的DNA序列，是RNA聚合酶与之相识别、结合的部位，从而启动基因的转录。

增强子能够增强基因转录活性的一段特定的DNA序列，其作用是增强启动子效应。终止子终止子是一段具有转录终止功能的特定DNA序列。（二）断裂基因的结构真核基因编码区非编码区第14页/共85页

非编码区编码区非编码区

侧翼序列断裂基因侧翼序列外显子内含子接头序列：每个内含子的5’端以GT开始，在3’端以AG结束，所以又称为GT-AG法则。

第15页/共85页二、基因的表达与调控（一）基因的功能

1.遗传信息储存单位

2.自我复制基因通过自我复制保持遗传的连续性复制特点：半保留、复制子、半不连续性

3.基因表达指细胞在生命活动过程中，将一个基因所携带的遗传信息转变成一条多肽链的过程。包括转录和翻译两个步骤。第16页/共85页真核生物的基因表达过程第17页/共85页真核细胞基因的结构及表达示意图

转录

加工

翻译第18页/共85页第19页/共85页第20页/共85页复制叉（replicationfork）3553新链3535亲代DNA复制方向第21页/共85页领头链(leadingstrand

)

顺着解链方向生成的子链，其复制是连续进行的，所得到一条连续片段的子链。5’3’3535解链方向

复制的半不连续性第22页/共85页领头链的合成第23页/共85页3535解链方向

复制方向与解链方向相反，须等待解开足够长度的模板链才能继续复制，所得到一条由不连续片段组成的子链。

随从链

(

laggingstrand

)

冈崎片段（Okazakifragment

）

3’5’3’3’5’5′第24页/共85页5`5`5`RNA酶OHP5`DNA聚合酶dNTP5`5`PATPADP+Pi5`5`DNA连接酶

随从链上不连续性片段的连接第25页/共85页

转录

定义：以DNA为模板，互补合成RNA的过程。发生地点：真核细胞的细胞核内

过程：

特点：1）在转录时，DNA只有反编码链具有转录功能；2）转录产物的碱基顺序和DNA编码链碱基顺序相同，只是

DNA中的T变成RNA中的U；3）DNA的反编码链是相对而言的；4）真核细胞转录后产物必须经过加工才能变成成熟的RNA；第26页/共85页

转录后加工在真核细胞中，由DNA的反编码链生成的RNA分子无生物活性，叫RNA前体，它们必须经过加工、修饰，才能成为有功能的RNA。原核生物中，DNA链上不存在内含子。第27页/共85页转录后加工模式图第28页/共85页翻译以mRNA为模板合成多肽链的过程。即将基因转录到mRNA上的遗传“解读”为多肽链的氨基酸种类、数量和排列顺序和过程。

遗传密码

定义：mRNA上每相邻的三个碱基叫遗传密码。种类：起始密码：AUG

终止密码：UAA、UAG、UGA

特点：分起始密码子和终止密码；兼并性；通用性；方向性。第29页/共85页

翻译的过程(1)氨基酸的活化：活化后才能与相应的tRNA结合；(2)肽链合成的起始：

核糖体小亚基识别mRNA的“帽子”并与之结合，然后向3′端移动，寻找翻译起始点，同时，甲硫氨酰-tRNA以其反密码子与mRNA的起始密码子结合，三者共同形成起始复合物。最后大亚基与小亚基结合形成完整的核糖体，这时，甲硫氨酰-tRNA占据了核糖体大亚基的P位，空着的A位准备接受下一个氨基酰-tRNA。第30页/共85页（3）肽链延长：

进位转肽移位循环一次，增加一个氨基酸。（4）肽链合成的终止与释放大亚基A位出现终止密码子时，多肽链的合成即终止。在释放因子的作用下，多肽链与tRNA分离。最后，mRNA与核糖体分离。最后一个tRNA也离开核糖体。核糖体的大、小亚基彼此分离，翻译结束。第31页/共85页3.中心法则基因表达第32页/共85页转录

(transcription

)——生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录RNADNA

第33页/共85页第34页/共85页第35页/共85页5335模板链编码链（codingstrand）编码链模板链（templatestrand）

第36页/共85页几种主要的修饰方式：1.剪接

(splice)2.剪切

(clavage)3.碱基修饰4.添加第37页/共85页(ppG,pppG)

pGoHU-OHGpUpAG-OHpAUpU第一次转酯反应第二次转酯反应UpAGpU外显子内含子外显子第38页/共85页TCATGATTAAG

T

AC

AA

A

T

Transcriptiontakesplaceinsidethenucleus.PartofaDNAunwinds.第39页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

AGCUGACGGUUUOnlyonestrandactsasatemplate.第40页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

AGCUGACGGUUUExposedbaseattractscomplementaryRNA.RNAPOLYMERASE第41页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUUTheenzymeRNApolymeraseaddsonecomplementaryRNAnucleotidetotheexistingone.第42页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

AGCGACGGUUUUTheenzymeRNApolymerasemovesalongtheDNA.第43页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUUUATheenzymeRNApolymerasemovesalongtheDNA.第44页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUUGUUAComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第45页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGUGUUAUComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第46页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第47页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GCGACGGUUAUUAComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第48页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GCGCGGUUAUUAUComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第49页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第50页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

GGCGGUUAUUAUCComplementaryRNAnucleotideisaddedtothegrowingchainofmRNAonebyone.第51页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNACYTOLPLASMmRNAleavesthenucleusthroughthenuclearpore.NUCLEOPLASMNuclearpore第52页/共85页AG

T

AC

AA

A

T

UCAUGAUUAmRNAmRNAleavesthenucleusthroughthenuclearpore.CYTOLPLASMNUCLEOPLASM第53页/共85页UCAUGAUUAmRNACODONCODONCODON第54页/共85页AAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineTRANSFERRNAAMINOACIDS第55页/共85页AAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineAminoacidscombinewiththetRNAsusingtheenergyfromthesplittingofADP.第56页/共85页AAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineAminoacidscombinewiththetRNAsusingtheenergyfromthesplittingofADP.第57页/共85页AAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineANTICODON第58页/共85页TRANSLATION第59页/共85页UCAUGAUUAmRNACYTOLPLASM第60页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidRIBOSOMEmRNAattachestotheribosome.第61页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidComplementaryanticodonofthetRNAisattractedtothecodonofthemRNA.第62页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineComplementaryanticodonofthetRNAisattractedtothecodonofthemRNA.第63页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidAUGThreoninePeptidebondformsbetweenthetwoadjacentaminoacids.第64页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineRibosomemovesalongthemRNA.AnothercomplementarytRNAisattractedtothecodon.ThefirsttRNAisreleasedbacktocytoplasm.第65页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineAminoacidislinkedtothepreviousaminoacidswithpeptidebond.第66页/共85页UCAUGAUUAAAULeucineACUAsparticAcidAUGThreonineAtripetideisformed.第67页/共85页UCAUGAUUAAAUACUAUGLeucineAsparticAcidThreoninemRNAandtripeptidearereleasedtocytoplasm.第68页/共85页

第三节基因突变

1.诱发基因突变的因素自发因素：自然状态下引起的基因突变。人工诱变：物理因素、化学因素、生物因素。

2.基因突变的概念及特性概念：指基因在分子结构上发生的碱基对的组成或排列顺序的改变，也叫点突变。特性：多向性、可逆性、有害性、稀有性、可重复性。

第69页/共85页

3.基因突变的分子机制

碱基置换：在基因中，一种碱基被另一种碱基替代的现象。分为转换：一种嘌呤被另一种嘌呤取代或一种嘧啶被另一种嘧啶取代；（更常见）颠换：一种嘌呤被一种嘧啶取代或一种嘧啶被一种嘌呤取代；第70页/共85页TACG转换颠换一种嘌呤被另一种嘌呤取代或一种嘧啶被另一种嘧啶取代叫转换；一种嘌呤被一种嘧啶取代，或一种嘧啶被一种嘌呤取代，叫颠换。第71页/共85页

移码突变

指在基因的碱基序列中插入或缺失1个或几个碱基对（不是3或3的倍数），则在插入或缺失点及其以后的所有密码子全部发生移位性改变。ACGTGACCGTAGTGCACTGGCATCACGTAGACCGTAGTGCATCTGGCATCA-T第72页/共85页正常：AGT

CAG

CAG

CAG

TTT

TTA

CGT

AAC

CCG….MetGlnGlnGlnPheLeuGrgAsnPro同义AGT

CAG

CAG

CAG

TTT

TTG

CGT

AAC

CCG…..突变：MetGlnGlnGlnPheLeu

GrgAsnPro错义

AGT

CAG

CAG

CAG

TTT

TCA

CGT

AAC

CCG….突变：MetGlnGlnGlnPhe

Ser

GrgAsnPro无义

AGT

CAG

CAG

CAG

TTT

TGA

CGT

AAC

CCG…突变：MetGlnGlnGlnPhe终止

GrgAsnPro移码AGT

CAG

CAG

CAG

TTT

TAC

GTA

ACC

CG….突变：MetGlnGlnGlnPheTyr

ValThrArg动态AGT

CAG

CAG

CAG

CAG

CAG

CAGCAG

CACAG突变MetGlnGlnGlnGlnGlnGlnGlnGlnGln第73页/共85页

四、基因突变的后果

1.不出现明显的表型改变或对机体不产生可察觉的效应；

2.形成正常人体生化组成的遗传学差异，这是生物多样化与进化发展的重要源泉；例如，人的ABO血型。

3.基因突变在少数情况下可对机体的生存带来积极的效应；

4.引起遗传性疾病，包括基因突变产生的分子病和遗传性酶病；

5.严重的致死突变将导致死胎、自然流产或出生后夭折。第74页/共85页

五、DNA损伤的修复

1.切除修复：识别、切除、合成、连接。

2.直接修复：简单的修复方式。（光复活酶，连接酶）

3.重组修复：在DNA损伤范围较大时，可先进行复制，再进行切除修复。

4.SOS修复：当DNA受到严重损伤时，细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式。

第75页/共85页XP患者色素性干皮症正常人的細胞DNA被破坏之后在DNA修复酶的作用下被修复，然而XP患者先天缺少DAN修复酶，被紫外线破坏的DNA无法自行修复，在阳光照射下皮肤细胞便生异变产生溃烂，28%的患者出现眼部病变。第76页/共85页严重综合免疫缺失症（SCID）患儿从出生时起就必须生活在隔离室中。第77页/共85页

思考题1.细胞分裂过程中，DNA复制发生在()A.S期B.中期C.后期ID.后期2.减数分裂过程中只发生一次着丝粒纵裂，它发生在()A.前期ⅠB.中期ⅡC.后期ⅡD.后期Ⅰ3.基因表达时，遗传信息的主要流动方向是()A.RNA→DNA→蛋白质B.tRNA→mRNA→蛋白质

C.DNA→tRNA→蛋白质D.DNA→RNA→蛋白质4.组成RNA的核苷酸不包括()

A.ATP