生物化學(xué)高職案例遺傳信息的傳遞

1、19:46 第1節(jié) DNA的生物合成 19:46 在新合成的子代在新合成的子代DNA分子中一條鏈來自分子中一條鏈來自 親代，而另一條鏈則是新合成的產(chǎn)物，親代，而另一條鏈則是新合成的產(chǎn)物， 這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。 一、DNA 的復(fù)制 （一）（一）DNA復(fù)制的方式復(fù)制的方式 19:46 半保留復(fù)制 semiconservative replication A G A A C T T A G T C T T G A A T C A G A A C T T A G T C T T G A A T C A G A A C T T A G T C T T G A A T

2、C 親代親代 子代子代 19:46 DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn) 19:46 （二）參與DNA復(fù)制的物質(zhì) 19:46 1、解旋、解鏈酶類 解鏈酶解鏈酶(helicase) 解開解開DNADNA雙鏈中氫鍵，消耗雙鏈中氫鍵，消耗ATPATP 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（single-stranded DNA-binding protein） 與單鏈與單鏈DNADNA結(jié)合，保持模板處于結(jié)合，保持模板處于單鏈狀態(tài)單鏈狀態(tài)， 保護(hù)復(fù)制中的保護(hù)復(fù)制中的DNADNA單鏈單鏈不被核酸酶降解不被核酸酶降解。 拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase) 復(fù)制前：復(fù)制前：松弛松弛DNADNA超螺旋，克服扭結(jié)

3、現(xiàn)象超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象 復(fù)制后：復(fù)制后：TopoIITopoII作用下，重新引入超螺旋（需作用下，重新引入超螺旋（需ATPATP供能）供能） 19:46 19:46 2、引物酶(primase) DNA聚合酶合成新聚合酶合成新DNA時需要時需要引物（一小段引物（一小段RNA） 引物引物RNA3-OH末端末端作為作為DNA合成的起始點(diǎn)合成的起始點(diǎn) 引物酶與多種起始蛋白結(jié)合形成引物酶與多種起始蛋白結(jié)合形成引發(fā)體引發(fā)體 引物酶催化合成引物（引物酶催化合成引物（primer) 19:46 3、DNA聚合酶（DNA polymerase) DNA聚合酶的作用特點(diǎn)：聚合酶的作用特點(diǎn)： 1. 模板：解開的

4、模板：解開的DNA雙鏈雙鏈 2. 催化底物催化底物（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）聚合聚合 3. 形成形成3,5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 4. 新鏈延長方向新鏈延長方向5 / 3 / 5. 具核酸外切酶活性具核酸外切酶活性 19:46 原核DNA聚合酶 polpol： 3 355外切酶活性，參與外切酶活性，參與DNADNA修復(fù)校正修復(fù)校正 5 533外切酶、聚合酶活性，外切酶、聚合酶活性， 切除引物切除引物并填補(bǔ)空隙并填補(bǔ)空隙 具有具有切口平移切口平移作用作用 pol pol ：生理功能尚不清楚，無酶生理功能尚不清楚，無酶、時起作用時起作用 pol pol ： 復(fù)制延長中復(fù)制延長中真正真

5、正起復(fù)制起復(fù)制作用作用的酶的酶 具具3 3/ /-5-5/ /核酸外切酶活性，校正作用核酸外切酶活性，校正作用 19:46 4、DNA連接酶(DNA ligase) 通過通過3 3/ /，5 5/ /- -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接連接互補(bǔ)鏈互補(bǔ)鏈中中DNADNA片段片段 不能連接單獨(dú)存在的不能連接單獨(dú)存在的DNADNA或或RNARNA單鏈。單鏈。 19:46 （三）DNA的復(fù)制過程 1、起始階段、起始階段 模板模板DNA解旋與解鏈，形成復(fù)制叉；解旋與解鏈，形成復(fù)制叉； 形成引發(fā)體，合成形成引發(fā)體，合成RNA引物；引物； 19:46 （三）DNA的復(fù)制過程 2、延長階段、延長階段 按按A-T、G

6、-C堿基配對規(guī)則，合成堿基配對規(guī)則，合成DNA； 切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段；切除引物、填補(bǔ)空隙、形成岡崎片段； 19:46 （三）DNA的復(fù)制過程 3、終止階段、終止階段 DNA連接酶連接封口，形成長鏈連接酶連接封口，形成長鏈DNA； 在在Tus蛋白參與下，終止復(fù)制。蛋白參與下，終止復(fù)制。 19:46 DNA復(fù)制示意圖 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 解鏈酶解鏈酶 5/ 3/ 3/ 5/ 3/ 5/ DNA聚合酶聚合酶 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 DNA聚合酶聚合酶 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈 隨從鏈隨從鏈 DNA連接酶連接酶 岡崎片段岡崎片段 引物酶引物酶 RNA引物引物 19:46 二、反轉(zhuǎn)錄(rev

7、erse transcription) 概念：概念：以以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA的過程的過程 酶：酶：反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶 依賴依賴RNA的的DNA聚合酶功能聚合酶功能 RNaseH功能（水解功能（水解RNA-DNARNA-DNA雜交鏈雜交鏈） 依賴依賴DNA的的DNA聚合酶功能聚合酶功能 19:46 反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - RNaseH - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

8、- - - - - - - cDNAcDNA整合整合 入宿主細(xì)入宿主細(xì) 胞胞DNADNA分子分子 中中 病毒病毒RNARNA-cDNA 雜交體雜交體 cDNA雙股雙股cDNA宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞 DNADNA分子分子 整合了整合了cDNA的宿主的宿主 細(xì)胞細(xì)胞DNA分子分子 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 錄酶錄酶 意義：意義： 對中心法則的補(bǔ)充對中心法則的補(bǔ)充 有助于基因工程的實(shí)施有助于基因工程的實(shí)施 反轉(zhuǎn)錄過程 19:46 三、DNA的修復(fù)合成 19:46 （一）DNA損傷的類型 19:46 （二）DNA損傷的修復(fù) 19:46 光修復(fù) 紫外輻射紫外輻射 DNA鏈上兩個胸腺嘧鏈上兩個胸腺嘧 啶殘基間形成二聚體啶殘基間

9、形成二聚體 光修復(fù)酶光修復(fù)酶 19:46 切除修復(fù) 核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶 DNApol ，DNA ligase 19:46 重組修復(fù) 19:46 第2節(jié) RNA的生物合成 19:46 一、參與轉(zhuǎn)錄的主要物質(zhì) 19:46 （一）轉(zhuǎn)錄模板 19:46 5/ 3/ 3/ 5/ 不對稱轉(zhuǎn)錄：不對稱轉(zhuǎn)錄： 1 1、RNARNA分子上只有一條可轉(zhuǎn)錄分子上只有一條可轉(zhuǎn)錄 2 2、模板鏈并不總是在同一單鏈上、模板鏈并不總是在同一單鏈上 RNA合成方向：合成方向：5/3/ 不對稱轉(zhuǎn)錄（asymmetric transcription） 19:46 DNA 5 G G A G T A C A T G T C 3

10、（編碼鏈，編碼鏈，+, ） 3 C C T C A U G U A C A G 5 （模板鏈模板鏈，-，），） （轉(zhuǎn)錄）（轉(zhuǎn)錄） 5 G G A G U A C A U G U C 3 mRNA （翻譯）翻譯） N Ala Val His Val C 多肽多肽 19:46 （二）RNA聚合酶(RNA polymerase) 全酶：核心酶（全酶：核心酶（ 2 2 ）+起始因子（起始因子（ ） 19:46 （三）底物 RNA聚合酶的底物（聚合酶的底物（RNA合成的原料）：合成的原料）： ATP、GTP、CTP、UTP 19:46 二、轉(zhuǎn)錄過程 1. 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 2、轉(zhuǎn)錄延長、轉(zhuǎn)錄延長 3、轉(zhuǎn)

11、錄終止、轉(zhuǎn)錄終止 （原核生物）（原核生物） 19:46 形成第一個形成第一個3 / ，5/-磷酸二酯鍵，磷酸二酯鍵，因子脫離全酶因子脫離全酶 （第一個核苷酸：（第一個核苷酸：GTP或或ATP） RNA 聚合酶識別、結(jié)合啟動子聚合酶識別、結(jié)合啟動子 -10核苷酸核苷酸TATAAT（Pribnow 盒）富含盒）富含AT -35核苷酸核苷酸TTGACA 啟啟 動動 子子 1. 轉(zhuǎn)錄起始(transcription initiation) 19:46 核心酶催化，在模板指導(dǎo)下沿核心酶催化，在模板指導(dǎo)下沿5/-3/方向延伸方向延伸RNA鏈鏈 2、轉(zhuǎn)錄延長(transcription elongation

12、) 轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡 19:46 終止子終止子 非依賴于非依賴于因子的終止子因子的終止子 依賴于依賴于因子的終止子因子的終止子 terminator 3、轉(zhuǎn)錄終止（transcription termination） 19:46 非依賴非依賴因子的終止因子的終止 1、GC豐富，重復(fù)序列豐富，重復(fù)序列 2、形成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu)、形成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu) 19:46 依賴與依賴與因子的終止因子的終止 19:46 三、轉(zhuǎn)錄后的加工 1. 轉(zhuǎn)錄過程中的轉(zhuǎn)錄過程中的5/端加帽端加帽與與3/端加尾端加尾的修飾的修飾 mRNA的前體：的前體：非均一核非均一核RNA（hnRNA） 2. 切除切除內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)，拼接

13、拼接外顯子外顯子(exon) 非編碼序列非編碼序列編碼序列編碼序列 19:46 DNA和RNA生物合成的比較(1) 復(fù)制復(fù)制 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 1. 原料原料 dNTP NTP 2. 模板模板 DNA兩條鏈兩條鏈 DNA一條鏈一條鏈 3. 引物引物 需要需要RNA引物引物 不需引物不需引物 4. 新連延伸方向新連延伸方向 53 53 5. 主要酶類主要酶類 DNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 解旋、解鏈酶類解旋、解鏈酶類 （2） 引物酶引物酶 終止因子終止因子() DNA連接酶連接酶 19:46 （二）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工 19:46 第3節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成 19:46 一、 參與蛋白質(zhì)生物合成

14、的物質(zhì) 19:46 1、mRNA翻譯的直接模板 CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU 5/ 3/ -Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr- （一）（一）RNA 19:46 mRNA mRNA分子中，從分子中，從5 5/ /-3-3/ /每三個相鄰的每三個相鄰的 堿基組成的三聯(lián)體，代表某個氨基酸堿基組成的三聯(lián)體，代表某個氨基酸 共有共有6464種種 6161種種 代表代表2020中氨基酸中氨基酸 3 3種種 UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA 終止密碼終止密碼 AUGAUG 起始密碼起始密碼 蛋氨

15、酸蛋氨酸 遺傳密碼： 19:46 遺傳密碼表 第一堿基第一堿基 （5/-端）端） 第第 二二 堿堿 基基 第三堿基第三堿基 （3/-端）端） 終止終止 終止終止 * *在在mRNA起始部位的起始部位的AUG為起始信號為起始信號 19:46 方向性方向性 通用性通用性 簡并性簡并性 連續(xù)性連續(xù)性 擺動性擺動性 遺傳密碼的特點(diǎn) 19:46 同一氨基酸具有多種密碼子同一氨基酸具有多種密碼子 同義密碼同義密碼 第第1、2位位第第3位位 決定密碼的特異性決定密碼的特異性擺動擺動 方向性：方向性：5/3/ 通用性：通用性：（在線粒體或葉綠體中特殊）在線粒體或葉綠體中特殊） 簡并性：簡并性： 19:46 沿

16、沿5 5/ /-3-3/ /方向連續(xù)閱讀方向連續(xù)閱讀 插入堿基插入堿基缺失堿基缺失堿基 移碼移碼 突變突變 連續(xù)性： 19:46 2、tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的工具 Ser 5Tyr 5 19:46 密碼子與反密碼子的配對 I A、C、U U A、G G C、U 反密碼子反密碼子 識別識別 密碼子密碼子 第1位 （擺動配對）（擺動配對） 第3位 （tRNAtRNA） （mRNAmRNA） 19:46 3、核蛋白體蛋白質(zhì)合成的場所 rRNA + 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 核糖體（核蛋白體）核糖體（核蛋白體） 大亞基大亞基 小亞基小亞基 19:46 真核細(xì)胞：真核細(xì)胞：5 5S S、 5.85.8S S 、2828

17、S S1818S S 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 原核細(xì)胞：原核細(xì)胞： 5 5S S、 2323S S1616S S 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 核糖體大小亞基的組成 80S 70S 19:46 小亞基與mRNA的結(jié)合 S-D序列序列 5 3 小亞基小亞基 19:46 大亞基 P位：位：結(jié)合結(jié)合肽酰肽酰tRNA的部位的部位 A位：位：結(jié)合結(jié)合氨基酰氨基酰tRNA的部位的部位 E位位：排出：排出卸載卸載tRNA的排出位的排出位 19:46 （二）蛋白質(zhì)合成的重要酶類 19:46 （三）其他因子 19:46 二、 蛋白質(zhì)生物合成的過程 mRNAmRNA中中堿基堿基的排列順序的排列順序 蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的AAAA的排列順序的

18、排列順序 翻譯翻譯 起始起始 延長延長 終止終止 進(jìn)位進(jìn)位 成肽成肽 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位 19:46 （一）氨基酸的活化 氨基酸氨基酸 + + ATP+ tRNAATP+ tRNA 氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶 氨基酰氨基酰- -tRNA + AMP +PPitRNA + AMP +PPi 19:46 （二）核蛋白體循環(huán)起始階段 起始復(fù)合體起始復(fù)合體 大亞基大亞基 mRNAmRNA Met-tRNAMet-tRNA (fMet-tRNA)(fMet-tRNA) 小亞基小亞基 IF-1，2，3 GTP 19:46 （二）核蛋白體循環(huán)延長階段 進(jìn)位進(jìn)位 成肽成肽 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位 1 、延長因子（

19、、延長因子（EF） 條件：條件： EF-T EF-G EF-Tu EF-Ts 過程：過程： 2 、GTP 19:46 （二）核蛋白體循環(huán)終止階段 A位上出現(xiàn)位上出現(xiàn)終止密碼子終止密碼子，在釋放因子，在釋放因子RF-1、 RF-2、RF-3、GTP及轉(zhuǎn)肽酶作用下，多肽及轉(zhuǎn)肽酶作用下，多肽 鏈水解鏈水解 19:46 （三）蛋白質(zhì)生物合成后的加工 19:46 個別氨基酸的化學(xué)修飾 19:46 三、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系 19:46 鐮刀形紅細(xì)胞性貧血 19:46 19:46 （二）參與DNA復(fù)制的物質(zhì) 19:46 原核DNA聚合酶 polpol： 3 355外切酶活性，參與外切酶活性，參與DNADNA修復(fù)校正修復(fù)校正 5 533外切酶、聚合酶活性，外切酶、聚合酶活性， 切除引物切除引物并填補(bǔ)空隙并填補(bǔ)空隙 具有具有切口平移切口平移作用作用 pol pol ：生理功能尚不清楚，無酶生理功能尚不清楚，無酶、時起作