第十一部分基因信息的儲存和表達教學(xué)課件

1、第十一章 基因信息的儲存和表達,復(fù) 習(xí) 基因信息的儲存和表達的分子基礎(chǔ),第一節(jié) 遺傳的中心法則,第二節(jié) DNA 的生物合成,第三節(jié) RNA 的生物合成,第四節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成,第五節(jié) 基因工程,一、核酸的分類與功能,基因信息的儲存和表達的分子基礎(chǔ),復(fù) 習(xí),二、DNA的分子組成和結(jié)構(gòu),三、RNA的分子組成和結(jié)構(gòu),四、核酸的變性、復(fù)性與雜交,返 回,主菜單,核酸的分類與功能,核糖核酸 （RNA,脫氧核糖核酸（DNA,m RNA,t RNA,r RNA,信使 RNA,轉(zhuǎn)運 RNA,核蛋白體 RNA,參與蛋白質(zhì)的生物合成,Pr合成的直接模板,活化與轉(zhuǎn)運AA,充當(dāng)裝配機，提供場所,遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ),基因

2、就是染色體中帶有遺傳信息的DNA的功能片段,即：DNA分子中特定的堿基排列順序 堿基序列,返 回,主菜單,二、DNA的分子組成和結(jié)構(gòu),一）分子組成,A、G、T、C 和脫氧核糖及磷酸,Chargff 規(guī)律,一種生物體所有體細胞DNA的堿基組成均相同,同一種生物體內(nèi)，DNA分子的 A = T / G = C,親緣相近的生物，其堿基組成相似；反之亦然,同一生物的DNA分子中嘌呤堿與嘧啶堿總量相等,二）分子結(jié)構(gòu),1、一級結(jié)構(gòu) DNA鏈中 A、T、C、G 的序列,脫氧核糖核苷酸之間以 磷酸二酯鍵 相連,返 回,主菜單,2、空間結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu),雙螺旋結(jié)構(gòu),1）結(jié)構(gòu)要點,逆向平行雙螺旋,兩鏈之間有特定的堿基

3、互補規(guī)律（堿基配對,A T,G C,通過兩個氫鍵相連,通過三個氫鍵相連,雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定依靠堿基對間的氫鍵,2）生物學(xué)意義,提出了遺傳信息的貯存方式、DNA的復(fù)制機理,是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的分子基礎(chǔ),返 回,主菜單,示意圖,示意圖,腺嘌呤（A,鳥嘌呤（G,胸腺嘧啶（T,尿嘧啶（C,返 回,主菜單,三、RNA的分子組成和結(jié)構(gòu),一）分子組成與結(jié)構(gòu)特點,A、G、U、C 及少量稀有堿基（m7- G,核 糖、磷 酸,RNA鏈中A、G、U、C 的序列,2、一級結(jié)構(gòu),1、組成,3、組成與結(jié)構(gòu)特點,含有稀有堿基（由主要堿基修飾而來,多為單鏈結(jié)構(gòu)，且堿基組成較不規(guī)律,返 回,主菜單,二）三種 RNA 分子組

4、成與結(jié)構(gòu)特點,t RNA,1） 一級結(jié)構(gòu)的共同特點,2） 二級結(jié)構(gòu),3-末端：CCA-OH,反密碼環(huán)頂端：反密碼子,攜帶AA的部位,識別mRNA上特定的密碼子,三葉草形,活化與轉(zhuǎn)運 AA,返 回,主菜單,示意圖,5- 末端,3- 末端,返 回,主菜單,2、m RNA,蛋白質(zhì)合成的直接模板,1） m RNA分子從5-端起讀，每三個相鄰的核苷酸（堿基,所組成的一個三連碼，決定某種AA，稱為密碼子,2） m RNA分子的首尾結(jié)構(gòu),5- 端（首部,m7Gppp,3- 端（尾部,poly-A,7-甲基尿苷三磷酸,多聚腺苷酸,3、r RNA,蛋白質(zhì)合成的場所，起“裝配機”的作用,RNA中含量最多（80,是

5、RNA與多種蛋白質(zhì)結(jié)合生成的核蛋白體,在胞漿中起“裝配機”的作用,返 回,主菜單,三、核酸的變性、復(fù)性與雜交,一）變性,1、概念,核酸雙鏈間氫鍵斷裂，雙鏈結(jié)構(gòu)解開形成 兩條單鏈的的過程,變性因素,加熱及化學(xué)處理（有機溶劑等,2、特性,伴有高色（增色）效應(yīng),高色效應(yīng),在260 nm 的紫外吸收增強,熔點（Tm,DNA 達到 50% 變性時的溫度,DNA分子中 G-C 組份愈多， Tm 值就愈高,DNA分子就愈穩(wěn)定。反之亦然,返 回,主菜單,二）復(fù)性,1、概念,因變性而解開的兩條單鏈，在溫度緩慢下降時 重又聚合成雙鏈結(jié)構(gòu)，這一過程叫作復(fù)性,2、特性,復(fù)性時伴有低（減 ） 效應(yīng),即在 260 nm

6、的紫外吸收減弱,復(fù)性又稱 “退火,變性后若溫度迅速下降，則不發(fā)生復(fù)性,三）分子雜交,1、概念,分子雜交是以核酸的變性和復(fù)性為基礎(chǔ),不同來源的兩條核酸單鏈，若有大致相同的堿 基互補順序，經(jīng)退火處理，可形成雜交雙鏈,分子雜交可發(fā)生在 DNA-DNA、DAN-RNA 和 RNA-RNA,返 回,主菜單,第一節(jié) 遺傳的中心法則,第二節(jié) DNA 的生物合成,一）復(fù) 制,二）逆 轉(zhuǎn) 錄,三）DNA的損傷和修復(fù),主菜單,DNA,DNA,mRNA,蛋白質(zhì),復(fù)制,轉(zhuǎn)錄,翻譯,逆轉(zhuǎn)錄,復(fù)制,以 DNA 為模板，指導(dǎo) DNA 合成的過程,酶 DNA 指導(dǎo)的 DNA 聚合酶（DDDP,原料 d NTP,基因遺傳,基因

7、表達,轉(zhuǎn)錄,以 DNA 為模板，指導(dǎo) RNA 合成的過程,酶 DNA 指導(dǎo)的 RNA 聚合酶（DDRP,原料 NTP,第一節(jié) 遺傳的中心法則,返 回,主菜單,第二節(jié) DNA 的生物合成,一、復(fù)制,DNA 的復(fù)制是以半保留復(fù)制方式進行的,1、半保留復(fù)制,概念和模式,實驗證明,同位素 15N 實驗,應(yīng)具備的條件,母鏈 DNA ： 作為模板（3 5,四種 dNTP,作為原料,相應(yīng)的酶類,DDDP 等,一小段 RNA,作為 DNA 聚合引物,模板鏈的走向 （3 5,新鏈合成的方向（5 3,概念和模式,返 回,主菜單,2、參與復(fù)制的酶類,DNA 聚合酶、DNA 連接酶 解旋和解鏈酶類、引物酶等,1）引物

8、酶,一種特殊的 RNA 聚合酶,該酶以 DNA 為模板、NTP為原料， 催化一段引物 RNA 的合成,RNA引物：為DNA合成提供 3- OH,2） 解旋和解鏈酶類,解鏈酶,解旋酶（拓撲異構(gòu)酶,單鏈結(jié)合蛋白,沿著復(fù)制叉，促進兩條互補鏈分離,解旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象,固定已分離解旋的單鏈，便于復(fù)制,返 回,主菜單,DNA 聚合酶,DNA 聚合酶,聚合、填空、修補,聚合、填空、修補,復(fù)制時起主要作用的酶,3）DNA 聚合酶,DNA 聚合酶是一種多功能酶,聚合、填空、修補,填空,充填岡崎片段之間的間隙,修補,具有 5 3 外切酶的作用,切除引物和損傷部位,4）DNA 連接酶,連接岡崎片段,返 回,主菜單,

9、3、復(fù)制的過程,模板 DNA 先解鏈解旋,引物酶作用，以NTP為原料 合成RNA引物,dNTP存在下由DNA聚合酶催化， 在RNA引物基礎(chǔ)上合成DNA新鏈,DNA 聚合酶外切作用切除引物,空缺部位再由該酶發(fā)揮填補作用,DNA 連接酶連接岡崎片段 形成完整的DNA 分子,解鏈酶、解旋酶和單鏈結(jié)合蛋白,引物酶、NTP,DNA聚合酶 、dNTP,DNA 聚合酶、 dNTP,DNA 連接酶,參與的物質(zhì),返 回,主菜單,岡崎片段,前導(dǎo)鏈,隨后鏈,合成方向與復(fù)制叉移動方向相同， 進行連續(xù)復(fù)制的這一條新鏈,合成方向與復(fù)制叉移動方向相反， 進行不連續(xù)復(fù)制的另一條新鏈,隨后鏈上所進行不連續(xù)復(fù)制而成的 DNA 片

10、段,模板鏈的走向 （3 5,新鏈合成的方向（5 3,返 回,主菜單,二、逆轉(zhuǎn)錄,概念,模式,以病毒 RNA 為模板，指導(dǎo)合成 含有全部病毒遺傳信息的 DNA,酶與原料,RDDP / dNTP,逆轉(zhuǎn)錄（酶）的意義,1）逆轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌RNA病毒中,與病毒致癌有關(guān),2）對中心法則進行了必要的補充,3）有助于基因工程的實施,用于獲得目的基因,模式,返 回,主菜單,三）DNA的損傷和修復(fù),1、DNA的損傷,2、DNA的修復(fù),概 念,因 素,修復(fù)方式,主要修復(fù)機制,切除修復(fù),紫外線照射 堿基和核苷類似物 抗菌素及其類似物,切除修復(fù)、 SOS 修復(fù) 重組修復(fù)、 光 修 復(fù),切除修復(fù),返 回,主菜單,

11、第三節(jié) RNA 的生物合成,一、轉(zhuǎn)錄的概念和條件,三、轉(zhuǎn)錄的過程,四、轉(zhuǎn)錄后的加工和修飾,二、轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別,主菜單,第三節(jié) RNA 的生物合成,轉(zhuǎn) 錄,一、轉(zhuǎn)錄的概念和條件,1、概念 以 DNA 為模板，指導(dǎo) RNA 合成的過程,酶 DNA 指導(dǎo)的 RNA 聚合酶（DDRP,原料 NTP,2、條件,模板鏈,DNA,二、轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的區(qū)別,轉(zhuǎn)錄是基因表達的第一步，也是最關(guān)鍵的一步,通過轉(zhuǎn)錄把DAN的信息傳遞給RNA,RNA 的生物合成,DDRP,區(qū)別,返 回,主菜單,三、轉(zhuǎn)錄的過程,酶與DNA模板的結(jié)合,亞基、NTP,DNA模板鏈、 因子、 亞基,蛋白,返 回,主菜單,四、轉(zhuǎn)錄后的加工和修飾（

12、真核細胞,以 mRNA 轉(zhuǎn)錄后的加工為例,hnRNA,加帽連尾,剪輯加工,核不均一RNA,加帽連尾,剪輯加工,具有編碼功能的序列,不具編碼功能的序列,示意圖,示意圖,返 回,主菜單,三、蛋白質(zhì)合成的過程,第 四 節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成,一、概 念,二、參與翻譯所需的物質(zhì),四、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系,主菜單,翻譯,蛋白質(zhì)的生物合成,一、概 念,以mRNA為模板，在其它RNA及因子 的參與下，合成蛋白質(zhì)的過程,二、參與翻譯所需的物質(zhì),1、三類 RNA（ mRNA、tRNA、 rRNA,2、20種編碼氨基酸,3、參與翻譯的酶類,4、其它因子,合成蛋白質(zhì)的原料,起始因子、延長因子、終止和釋放因子,K

13、+ 、Mg,ATP、GTP,mRNA,tRNA,rRNA,返 回,主菜單,mRNA,在蛋白質(zhì)合成中的作用,提供直接模板,密碼子,64種，分三類,起始密碼,終止密碼,AA信息碼,1 個（AUG，兼蛋AA,3個（UGA，UAA，UAG,61個,密碼子的特點,密碼的簡并性,密碼無標(biāo)點符號,密碼的通用性,密碼的擺動性,返 回,主菜單,密碼子,tRNA,在蛋白質(zhì)合成中的作用,活化與轉(zhuǎn)運氨基酸,tRNA的兩個專用部位,攜帶AA的部位,識別 mRNA上特定的密碼子,擺動現(xiàn)象,tRNA,U G,反密碼子,識別 mRNA上特定的密碼子,I U,I C,I A,3 1,返 回,主菜單,rRNA,在蛋白質(zhì)合成中的作

14、用,核蛋白體,由 RNA 和多種 蛋白質(zhì)復(fù)合而成,是蛋白質(zhì)生物合成 的場所和裝配機,由大小兩個亞基組成,rRNA,大亞基,小亞基,有轉(zhuǎn)肽酶活性和兩 個 tRNA 結(jié)合部位,給 位 （ P 位 ） 受 位 （ A 位,有mRNA 結(jié)合部位,返 回,主菜單,參與蛋白質(zhì)合成的酶類,氨基酰 - tRNA 合成酶,轉(zhuǎn) 肽 酶,返 回,主菜單,三、蛋白質(zhì)合成的過程,1、AA的活化,AA + tRNA,酶、 Mg+ ATP,2、核蛋白體循環(huán),起 始,延 長,終 止,3、后期的加工與修飾,核蛋白體循環(huán),切除N-端的蛋氨酸 部分肽段的水解,氨基酸殘基的修飾 二硫鍵的形成,返 回,主菜單,四、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)

15、的關(guān)系 1、干擾素對蛋白質(zhì)合成的影響 2、抗生素對蛋白質(zhì)合成的影響 鏈霉素：抑制原核細胞蛋白質(zhì)合成的起始并導(dǎo)致錯誤閱 讀mRNA密碼。 四環(huán)素：與原核細胞30S亞基結(jié)合，抑制氨基酰-tRNA的 結(jié)合。 氯霉素：抑制原核細胞50S大亞基的轉(zhuǎn)肽酶活性。 紅霉素：與原核細胞 50S大亞基結(jié)合并抑制移位作用。 環(huán)己亞氨：抑制真核生物60S大亞基的轉(zhuǎn)肽酶活性。 嘌呤霉素：是氨基酰-tRNA的類似物，結(jié)合在A位，造成 未成熟肽鏈的終止，對真、原核細胞均有效,返 回,主菜單,核蛋白體循環(huán),進 位,核蛋白體循環(huán) ( 延 長,核蛋白體循環(huán),蛋,進 位,核蛋白體循環(huán) ( 延 長,核蛋白體循環(huán),蛋,進 位,核蛋白體

16、循環(huán) ( 延 長,核蛋白體循環(huán),進 位,核蛋白體循環(huán) ( 延 長,進 位,核蛋白體循環(huán),核蛋白體循環(huán) ( 延 長,進 位,轉(zhuǎn) 肽,核蛋白體循環(huán),核蛋白體循環(huán) ( 延 長,進 位,核蛋白體循環(huán),核蛋白體循環(huán) ( 延 長,進 位,移 位,返 回,主菜單,返 回,主菜單,第五節(jié) 基因工程和聚合酶鏈反應(yīng) 1. 基因工程的概念： 是用人工方法將所要研究的基因（目的基因）在體 外與載體DNA結(jié)合成重組DNA，然后引入縮主細胞，篩選 出能表達重組DNA的活細胞，并加以純化、傳代、擴增 成為克隆。 2. 基因工程的簡要步驟： 可歸納為分、切、接、轉(zhuǎn)、篩五個字。 3. 聚合酶鏈反應(yīng)： 體外DNA擴增法基本原理同DNA復(fù)制,返 回,主菜單,半 保 留 復(fù) 制,返 回,主菜單,病毒 RNA,RNA DAN 雜交體,病毒 RNA 轉(zhuǎn)錄的 DAN