基因的分子生物学MicrosoftPowerPoint演示文稿优秀公开课

基因的分子生物学

中南大学Gene概念的发展1857

Mendelgeneticfactor1909Johannsen

genetheoryofpangenesis1910Morgangene－－染色体摩尔根是第一位以遗传学成就而荣获诺贝尔生理学医学奖的科学家，是染色体遗传学的创始人孟德尔因子不可能由染色体携带《美国博物学家》果蝇的白眼基因居然是由性染色体携带的《科学》不同领域的科学家从不同方向朝基因的分子水平进军，在分子遗传学的酝酿时期形成了三大学派：信息学派、生化学派和结构学派。DNA双螺旋结构的发现1951年Watson23岁Crick，31岁DNA应该是双螺旋A与T、C与G巧妙连接符合X衍射数据DNA的复制1953年2月28日，Waterson和Crick用金属线又制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。一、核酸分子及其结构核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘌呤，是双环分子；一类是嘧啶，是单环分子。嘌呤包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)2种嘧啶有胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)3种。DNA的碱基是A、T、G、CRNA的碱基是A、U、G、C

第三位或第五位碳原子再与磷酸结合，就成为脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。

磷酸核酸核苷酸戊糖核苷嘌呤碱或嘧啶碱3.4nm含10个碱基对DNA双螺旋结构模型碱基互补配对通过氢键结合A=TGC碱基对（bp）5’CAGTTCA3’|||||||3’GTCAAGT5’DNA的双链形成1.DNA分子是由两条相互平行方向相反的多核苷酸链围绕着同一中心轴形成的双螺旋结构。Watson和

Crick的DNA双螺旋结构模型（三）RNA分子

RNA分子是单链的，RNA在细胞核内产生，然后进入细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。

1.RNA的种类

细胞中主要有3种RNA:信使RNA（messagerRNA,mRNA）核糖体RNA（ribosomeRNA,rRNA）转运RNA（tranferRNA,tRNA）2.RNA的作用mRNA是遗传信息的携带者。在细胞核中转录DNA上的遗传信息，再进入细胞质，是蛋白质合成的模板。tRNA局部为双链，在3′、5′端相反一端的环上具有由3个核苷酸组成的反密码子。tRNA的反密码子在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。rRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体的大小亚基在行使翻译功能即肽链合成时聚合成整体，为蛋白质的合成提供场所。核糖体上具有附着mRNA模板链的位置，还有两个tRNA附着的位置，分别称为A位和P位。

（四）RNA与DNA的主要差别：

DNARNA组成碱基

AGCT

AGCU糖基

脱氧核糖

核糖磷酸

磷酸

磷酸

DNARNA结构

以两条相互平行方向相反的多核苷酸链组成，两链之间通过ATGC以氢键互补配对相连

大部分为单链分子，在某些区域可折叠形成局部双螺旋结构。

DNARNA功能

储存、复制传递遗传信息

指导蛋白质的生物合成二、DNA复制（一）复制的过程复制所需组分：1.底物dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.聚合酶DNA聚合酶3.模板单链的DNA母链4.引物寡核苷酸引物（RNA)5.其他酶和蛋白质因子拓扑异构酶，解链酶，引发酶，单链结合蛋白，连接酶，端粒酶，增殖细胞核抗原（PCNA)

复制的过程复制的过程复制子(replicon)：

DNA复制开始于染色体上固定的起始点(origin,ori)。基因组能独立进行复制的单位称为复制子(replicon)。每个复制子都含有控制复制起始的起点。复制泡(replicationbubble):

复制开始时，起始点处的DNA双螺旋先解开，在电镜下可看到呈眼泡状。复制叉(replicationfork):

松解开的两股链和末松解开的双螺旋形状像一把叉子。（二）复制的特点半保留复制半保留复制(semi-conservativereplication):DNA复制时，两条链分开，然后按照碱基配对方式合成新的子链，每个子代分子的双链DNA中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的。半不连续复制半不连续复制前导链(leadingstrand)：新合成的DNA的一条链是按5′→3′方向（与复制叉移动的方向一致）连续合成的。滞后链(laggingstrand):

新合成的DNA中的另一条链的合成则是不连续的，先合成许多短片段，再通过DNA连接酶（DNAligase）的作用将这些短片段连成一条完整的链。冈崎片段(Okazakifragment):

滞后链合成过程中，先合成的较短的DNA片段。三、基因的表达基因表达(geneexpression)：指基因的遗传信息通过转录(transcription)和翻译(translation)的过程成为具有生物功能的多肽和蛋白质。(一)基因的转录转录(transcription)：以DNA分子为模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的过程。1.转录的过程

DNA指导的RNA聚合酶聚合酶转录产物在细胞内分布

Ⅰ18s,5.8S,28SrRNA核仁

ⅡmRNA前体，hnRNA核质

ⅢtRNA,5srRNA核质转录过程DNA分子的局部双链在酶的作用下暂时解旋，以其中一条DNA链作为RNA合成的模板链，按碱基互补配对原则，以四种核苷酸（A，G，C，U）为原料，在RNA聚合酶催化下合成出一条单链RNA，合成方向为5′→3′。转录过程编码链：与模板链互补的另一条DNA单链称非模板链，与新转录合成的RNA具有同样的5′→3′方向和碱基顺序，又称为编码链。反编码链:

即模板链。不对称转录双链DNA在细胞内进入转录时，总是只有其中的一条链作为转录的模板链，究竞以哪条链为模板则完全由启动子在哪条链来决定。2.转录产物的加工mRNA的加工mRNA的加工

1)剪接(splicing)

核内不均-RNA(hetrogeneousnuclearRNA,hnRNA)包含了mRNA基因的内含子、外显子，前导区、尾部区相对应全部序列。在剪接酶的作用下，内含子相对应的序列被剪掉，剪接点即是基因中内含子与外显子接头处的剪接信号(GT-AG),相应于RNA中(GU-AG)。内含子被剪掉后，外显子对应序列连接起来，这个过程称剪接。2)戴帽在前mRNA的5′端加7－甲基鸟嘌呤核苷三磷酸(m7Gppp)，通过特殊的5′→5′磷酸二酯键与RNA转录物5′端第一个核苷酸相连。戴帽的意义:

（1）帽子结构是核糖体小亚基的识别信号，促进mRNA与核糖体结合；（2）帽子结构还能有效地封闭mRNA5′端，防止核酸外切酶的降解作用，保证了mRNA的稳定性。3)加尾加尾的作用：（1）保持mRNA的3’末端的稳定，不受酶的破坏。（2）可促使mRNA由细胞核转运到细胞质中。(二)蛋白质的生物合成UCAG遗传密码表第一碱基(5,)UCAG第二碱基第三碱基（3，）UCAGUCAGUCAGUCAG苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸亮氨酸丝氨酸终止密码终止密码亮氨酸丝氨酸终止密码色氨酸亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸

甲硫氨酸*+合成起步信号

苏氨酸赖氨酸精氨酸缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸遗传密码的特征特征方向性：5，3，

5，-UUG-3，亮氨酸5，-GUU-3，缬氨酸简并性和兼职简并性：同义密码兼职通用性不重叠无标点5，-----GTTTATGGTACGCTG-----3，D基因的阅读方式

缬酪甘苏亮

5，-----GTTTATGGTACGCTG-----3，E基因的阅读方式苯丙甲硫缬精蛋白质的合成的过程

步骤一：肽链合成的起始核糖体小亚基与mRNA、起始tRNA结合大小亚基的结合步骤二：肽链的延长氨酰基-tRNA进入A位肽键的形成空载的tRNA从P位释放移位(由A位转移至P位）步骤三：肽链延长的终止核糖体滑动到终止密码子释放因子结合到A位肽链释放，核糖体大小亚基分离第三节基因突变突变（mutation）是指遗传物质发生的可遗传的变异。染色体畸变（chromosomeaberration）：染色体数目和结构的改变。基因突变（genemutation）：狭义的突变，所指基因的核苷酸顺序或数目发生改变。一、碱基替换

一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基替换

转换（transition）颠换（transversion）嘌呤→嘌呤，嘧啶→嘧啶嘌呤→嘧啶，嘧啶→嘌呤TGCA基因突变的效应1、同义突变（same-senseorsynonymousmutation）:

碱基的改变并未引起编码的氨基酸改变。例如，CCA→脯氨酸，当A→G后，CCG→脯氨酸。2、错义突变（missensemutation）:

碱基的改变引起编码的氨基酸改变。例如，GAA→谷氨酸，G→A，

AAA→赖氨酸。3、无义突变（non-sensemutation）:

碱基的改变使该三联体不再构成任何氨基酸的密码子，而形成终止信号。例如：UAC→酪氨酸，C→A，UAA→终止信号。4、终止密码突变（terminationcodonmutation）：当DNA分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码子时，多肽链的合成将继续进行下去，肽链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止，因而形成了延长的异常肽链。也称延长突变（elongtionmutation）二、移码突变

移码突变（frame-shift