第11部分基因信息的儲存和表達教學(xué)課件

1、第11部分基因信息的儲存和表達教學(xué)課件一、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

2、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互補規(guī)律（堿基配對）A TG 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)

3、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A TG C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

4、子） 三葉草形 活化與轉(zhuǎn)運 AA返 回主菜單示意圖 5- 末端反密碼環(huán)3- 末端氨基酸臂返 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，

5、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 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

6、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DNADNAmRNA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

7、 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

8、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

9、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)

10、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

11、 指導(dǎo)的 RNA 聚合酶（DDRP） 原料 NTP2、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)合轉(zhuǎn)錄的起始RNA鏈的延長RNA鏈的終止與釋放 亞基、NTPDNA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（真核細胞） 以 mRNA 轉(zhuǎn)錄后的加工為例hnRNA mRNA 加帽連尾剪輯加工（核不均一RNA） 加帽連尾 5- 端（首部）：m7Gppp 3- 端（尾部）：poly-A 剪輯加工 連接外顯子切除內(nèi)含子（具有編碼功能的序列）

12、（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+ 、Mg+ATP、GTPmRNAtRNA 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A

13、A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 3-末端：CCA-OH 反密碼環(huán)頂端：（攜帶AA的部位）（識別 mRNA上特定的密碼子） 擺動現(xiàn)象3553mRNAtRNAUG反密碼子（識別 mRNA上特定的密碼子）IUICIA31返 回主菜單 rRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用 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 tRN

14、A 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氨基酰- tRNA酶、 Mg+ ATP2、核蛋白體循環(huán) 起 始 延 長 終 止進 位轉(zhuǎn) 肽移 位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)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

15、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)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UAC蛋UGA蘇CGU丙UGA蘇進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋蛋UGA蘇CGU丙UGA蘇UACUAC進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長

16、) 轉(zhuǎn) 肽核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋蛋UGA蘇CGU丙UGA蘇進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 轉(zhuǎn) 肽核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA蘇CGU丙蛋蘇CGU丙UGA進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 移 位轉(zhuǎn) 肽進 位核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA蘇CGU丙CGU丙蛋蘇UGA核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 進 位移 位轉(zhuǎn) 肽轉(zhuǎn) 肽核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA蘇CGU丙CGU丙蛋蘇核蛋白體循環(huán) ( 延

17、長 ) 進 位移 位轉(zhuǎn) 肽核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA蘇CGU丙CGU丙蛋蘇核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 進 位移 位轉(zhuǎn) 肽移 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 3 3 5 5A-TC-GT-AG-C 5 5 3 3ACTG 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3TGAC 5 3TGAC 5 3 5 3ACTG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 鏈 病毒雙鏈的 DNA 示意圖 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 作 用 病毒 RNA病毒雙鏈的 DNA返 回主菜單示意圖 DNA損傷的切除修復(fù)內(nèi)切酶 外切酶 DNA聚合酶 DNA連接酶 返 回主菜單 RNA聚合酶（轉(zhuǎn)錄酶） DDRP 原核細胞中的 DDRP 有五個亞基組成的全酶（ 2 ） 全酶核心酶 2 起