第九章基因信息的传递与表达DNA的复制和RNA的转录

第九章基因信息的传递与表达DNA的复制和RNA的转录第1页，课件共56页，创作于2023年2月第一节核酸的代谢主要内容一核酸的消化吸收二核苷酸的分解代谢

1.嘌呤的分解代谢

2.嘧啶的分解代谢三核苷酸的合成代谢

1.嘌呤核苷酸的合成代谢

2.嘧啶核苷酸的合成代谢第2页，课件共56页，创作于2023年2月（一）.核酸的消化吸收第3页，课件共56页，创作于2023年2月（二）.核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸主要在肝、小肠及肾中分解。第4页，课件共56页，创作于2023年2月尿酸与痛风症嘌呤核苷酸分解代谢的终产物尿酸经肾脏排泄，但尿酸溶解性较差，易形成尿酸钠结晶，沉积于关节、软组织、软骨甚至肾脏等处，也可形成尿酸的尿路结石。沉积于关节腔的尿酸钠结晶被吞噬细胞吞噬，尿酸钠通过氢键与溶酶体膜作用，破坏溶酶体，释放的水解酶及蛋白因子使局部生成较多致炎物质，引起痛风性关节炎—痛风。*痛凤的治疗药：别嘌呤醇第5页，课件共56页，创作于2023年2月**别嘌呤醇治疗痛风症的原理鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸别嘌呤醇第6页，课件共56页，创作于2023年2月嘧啶核苷酸主要在肝中分解。所生成的嘧啶水解脱氨基转变成尿嘧啶，尿嘧啶分解成NH3、CO2以及B-丙氨酸；胸腺嘧啶则分解成NH3、CO2以及B-氨基异丁酸。嘧啶碱的分解产物易溶于水，可直接随尿排除，也可进一步分解。·嘧啶核苷酸的分解代谢第7页，课件共56页，创作于2023年2月嘧啶核苷酸分解过程第8页，课件共56页，创作于2023年2月（三）核苷酸的合成代谢可以通过两条完全不同的途径进行：利用氨基酸，一碳基团，CO2及磷酸戊糖等简单原料，进过一系列的酶促反应，从嘌呤及嘧啶的合成开始进行的核苷酸的合成

——从头合成途径**由现成的嘌呤，嘧啶，核苷及磷酸核糖焦磷酸（PRPP）在酶的作用下直接合成核苷酸

——补救合成途径第9页，课件共56页，创作于2023年2月嘌呤核苷酸的合成从头合成途径

·原料：①甘氨酸，天冬氨酸，谷氨酰胺，一碳基团②5-磷酸核糖

·反应部位：细胞浆中

·关键反应：磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的生成

·关键酶：磷酸核糖酰胺转移酶第10页，课件共56页，创作于2023年2月嘌呤环合成的原料第11页，课件共56页，创作于2023年2月第12页，课件共56页，创作于2023年2月AMP、GMP的生成第13页，课件共56页，创作于2023年2月嘧啶核苷酸的合成从头合成途径原料：CO2，谷氨酰胺，天冬氨酸，PRPP合成部位：细胞浆中第14页，课件共56页，创作于2023年2月尿嘧啶的合成第15页，课件共56页，创作于2023年2月补救合成途径原料：嘌呤碱（A、G、I）、PRPP部位：骨髓、脑组织反应酶：腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT)腺嘌呤+PRPPAMP+PPi次黄嘌呤+PRPPIMP+PPi鸟嘌呤+PRPPGMP+PPiAPRTHGPRTHGPRT第16页，课件共56页，创作于2023年2月补救合成途径的生理意义：

·节省能量和氨基酸消耗

·某些无法从头合成核苷酸的器官的核苷酸合成途径自毁容貌症——HGPRT遗传缺陷症，见于男性，临床症状为尿酸增高，神经异常，脑发育不全，智力低下，攻击和破坏性行为，常咬伤自己的嘴唇，手足第17页，课件共56页，创作于2023年2月三、DNA的生物合成—复制DNA是遗传信息的携带者。DNA分子中能编码生物活性产物的片段成为基因。基因锁携带的遗传信息能通过自我复制传递给子代，实现基因的遗传；通过转录传递给RNA，再通过翻译传递给蛋白质，以蛋白质的活性体现出来，实现基因的表达。第18页，课件共56页，创作于2023年2月DNA转录RNA翻译蛋白质逆转录中心法则遗传信息的流动（传递）方式复制复制复制、转录和翻译是基因信息传递的经典方式；复制是合成DNA的主要方式，转录是合成RNA的主要方式。第19页，课件共56页，创作于2023年2月复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA第20页，课件共56页，创作于2023年2月复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)复制的高保真性(highfidelity)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)第21页，课件共56页，创作于2023年2月一、半保留复制的实验依据和意义DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念第22页，课件共56页，创作于2023年2月AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

目录第23页，课件共56页，创作于2023年2月子链继承母链遗传信息的几种可能方式

全保留式半保留式混合式第24页，课件共56页，创作于2023年2月密度梯度实验

——实验结果支持半保留复制的设想。含重氮-DNA的细菌培养于普通培养液

第一代继续培养于普通培养液

第二代梯度离心结果第25页，课件共56页，创作于2023年2月按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。第26页，课件共56页，创作于2023年2月

DNA合成期

人为分成起始、延长、终止三个阶段第27页，课件共56页，创作于2023年2月

一、复制的起始几个相关概念：

1.复制起始点

(origin,ori)

原核生物只有一个复制起始点； 真核生物染色体DNA有多个复制起始点，同时形成多个复制单位，两个起始点之间的DNA片段称为复制子(replicon)。第28页，课件共56页，创作于2023年2月

复制子第29页，课件共56页，创作于2023年2月

2.复制叉

(replicationfork)

复制时双链打开，分开成两股，新链沿 着张开的模板生成，复制中形成的这种Y

字形的结构称为复制叉。第30页，课件共56页，创作于2023年2月

复制起始的解链需要多种蛋白质参与。这些蛋白质与复制起始点的特有序列结合，促使其邻近的DNA解链。第31页，课件共56页，创作于2023年2月

(二)引物合成引发体引导引物酶到达适当的位置合成引物。第32页，课件共56页，创作于2023年2月

引物长度约为十几个到几十个核苷酸不等。引物的合成方向也是5´→3´

方向。DNA的聚合就是在引物的3´－OH

上进行的。第33页，课件共56页，创作于2023年2月

二、复制的延长

在DNA聚合酶催化下，以解开的单链为模板，以四种dNTP为原料，进行聚合作用。即新进入的dNTP与引物3´－OH形成磷酸二酯键，由5´3´方 向延长子链。第34页，课件共56页，创作于2023年2月

(一)半不连续复制

领头链(leadingstrand)

顺着解链方向生成的子链，其复制是 连续进行的，得到一条连续的子链。第35页，课件共56页，创作于2023年2月

随从链(laggingstrand)

复制方向与解链方向相反，须等解开足够长度的模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片段所组成。冈崎片段(Okazakifragment)第36页，课件共56页，创作于2023年2月

冈崎片段：

1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射自显影技术，观察到DNA复制中出现一些不连续的片段，因而将这些不连续的片段称为冈崎片段。

原核生物的冈崎片段为一至二千个核苷酸，真核生物约为数百个核苷酸。第37页，课件共56页，创作于2023年2月

第38页，课件共56页，创作于2023年2月

(二)滚环复制

(rollingcirclereplication)

一些简单低等生物或染色体以外的DNA

复制的特殊形式。第39页，课件共56页，创作于2023年2月

三、复制的终止

1.随从链不连续片段的连接

2.原核生物在复制终止点的汇合

3.

真核生物端粒的合成第40页，课件共56页，创作于2023年2月

(一)不连续片段的连接第41页，课件共56页，创作于2023年2月RNA的生物合成—转录转录：以DNA为模板合成RNA的过程。第42页，课件共56页，创作于2023年2月（一）转录的方式及机理机理：碱基互补配对原则方式：不对称转录（RNA转录是，双链DNA分子中只有一条链具有转录功能）第43页，课件共56页，创作于2023年2月

不对称转录

1、在DNA双链分子上，仅一股链可转录

2、模板链并非总在同一链上为编码链codingstrand（有意义链sensestrand，Crick链）——结构基因为模板链templatestrand（反义链antisensestrand

，Watson链,非编码链）不对称转录3´3´5´5´（箭头表示转录产物生成方向）第44页，课件共56页，创作于2023年2月

模板链(templatestrand)：

指DNA分子中可转录成RNA的一股链。编码链(codingstrand)

：

指与模板链互补的一股链。

其与产物RNA的关系：用T代替RNA分子中U外，其余都相同。（二）模板链（非编码链）和编码链（有意义链）第45页，课件共56页，创作于2023年2月TTTUUUDNA模板、转录产物和肽的序列比较第46页，课件共56页，创作于2023年2月（二）转录所需条件模板：携带有需要合成蛋白质的基因之双链DNA原料：四种核苷三磷酸，即ATP、GTP、CTP、UTP主要催化酶：RNA聚合酶，又称DNA指导的RNA聚合酶（DDRP），也叫转录酶第47页，课件共56页，创作于2023年2月

RNA聚合酶

1、催化53

的合成方向

2、底物——NTP3、模板——DNA

4、不需要引物

5、产物——RNA特点：第48页，课件共56页，创作于2023年2月

转录起始转录延长转录终止

（三）转录的基本过程第49页，课件共56页，创作于2023年2月1、转录起始DNA双链解开，RNA聚合酶辨认（亚基），并与启动序列结合，第1个NTP加入，并生成第一个5，3-磷酸二酯键，转录启始复合物形成。此时，亚基脱落，起始转录。

（RNA-pol-DNA-pppN-OH3´）第50页，课件共56页，创作于2023年2月2、延长

在RNA聚合酶（核心酶）催化下，按53方向合成5，3-磷酸二酯键，形成RNA/DNA杂化双链，使RNA链不断延伸。

酶-DNA-RNA形成转录复合物（转录空泡）。第51页，课件共56页，创作于2023年2月RNA聚合酶原核生物的转录空泡RNA5`pppNpN3`注1：碱基配对稳定性比较——G-C>A-T>A-U注2：在原核生物中，当mRNA链尚未转录完全，其5`－端已经附着核糖体，开始进行mRNA的翻译过程。3’5’DNA3’5’有意义链反义链第52页，课件共56页，创作于2023年2月

当RNA聚合酶到达基因末端的终止序列(terminatorsequence)，即终止子(terminator)时，转录产物停止延长并被释放，RNA聚合酶会从DNA模板上脱落，DNA双螺旋随之恢复。原核生物转录终止有两种：依赖ρ因子的转录终止和不依赖ρ因子的转录终止。3、终止第53页，课件共56页，创作于2023年2月