基因信息貯存和表達

1、關于基因信息的貯存與表達第1頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四第十一章 基因信息的儲存和表達 復 習 基因信息的儲存和表達的分子基礎第一節(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) 蛋白質的生物合成第五節(jié) 基因工程第2頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四一、核酸的分類與功能基因信息的儲存和表達的分子基礎復 習二、DNA的分子組成和結構三、RNA的分子組成和結構四、核酸的變性、復性與雜交返 回主菜單第3頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核酸的分類與功能 核糖核酸 （RNA）：脫氧核糖核酸（DNA）：

2、m RNA t RNA r RNA（信使 RNA ）（轉運 RNA ）（核蛋白體 RNA）參與蛋白質的生物合成Pr合成的直接模板活化與轉運AA充當裝配機，提供場所遺傳的物質基礎 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 回主菜單第4頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四二、DNA的分子組成和結構（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，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D

3、NA分子中嘌呤堿與嘧啶堿總量相等）（二）分子結構1、一級結構 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 回主菜單第5頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四2、空間結構（二級結構） 雙螺旋結構（1）結構要點： 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 ） 雙螺旋結構的穩(wěn)定依靠堿基對間的氫鍵（2）生物學意義： 提出了遺傳信息的貯存方式、DNA的復制機理 是DNA復制、轉錄和翻譯的分子基礎返 回主菜單第6頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四示意圖A TG

4、C第7頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四示意圖腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（C）返 回主菜單第8頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四三、RNA的分子組成和結構（一）分子組成與結構特點：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、一級結構： 1、組成： 3、組成與結構特點： 含有稀有堿基（由主要堿基修飾而來） 多為單鏈結構，且堿基組成較不規(guī)律返 回主菜單第9頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四（二）三種 RNA 分子組成與結構特點、t RNA（1） 一級結構的共同特點

5、 （2） 二級結構 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 活化與轉運 AA返 回主菜單第10頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四示意圖 5- 末端反密碼環(huán)3- 末端氨基酸臂返 回主菜單第11頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四2、m RNA 蛋白質合成的直接模板（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分子的首尾結構 5- 端（首部）：m7Gppp 3- 端（尾部）：poly-A（7-甲基尿苷三磷酸）（多

6、聚腺苷酸）3、r RNA 蛋白質合成的場所，起“裝配機”的作用 RNA中含量最多（80%） 是RNA與多種蛋白質結合生成的核蛋白體 在胞漿中起“裝配機”的作用返 回主菜單第12頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四三、核酸的變性、復性與雜交（一）變性1、概念核酸雙鏈間氫鍵斷裂，雙鏈結構解開形成兩條單鏈的的過程變性因素：加熱及化學處理（有機溶劑等）2、特性 伴有高色（增色）效應 高色效應在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 回主菜單第13頁，共50頁，20

7、22年，5月20日，5點51分，星期四（二）復性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構，這一過程叫作復性2、特性 復性時伴有低（減 ） 效應（即在 260 nm 的紫外吸收減弱） 復性又稱 “退火” 變性后若溫度迅速下降，則不發(fā)生復性（三）分子雜交1、概念分子雜交是以核酸的變性和復性為基礎 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14頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四第一節(jié) 遺傳的中心法則第二節(jié) DNA 的生物合成（一）

8、復 制（二）逆 轉 錄（三）DNA的損傷和修復主菜單第15頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四DNADNAmRNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄 復制 以 DNA 為模板，指導 DNA 合成的過程 酶 DNA 指導的 DNA 聚合酶（DDDP） 原料 d NTP基因遺傳基因表達 轉錄 以 DNA 為模板，指導 RNA 合成的過程 酶 DNA 指導的 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16頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四第二節(jié) DNA 的生物合成一、復制 DNA 的復制是以半保留復制方式進行的1、半保留復制 概念和模

9、式 實驗證明 同位素 15N 實驗 應具備的條件母鏈 DNA ： 作為模板（3 5 ）四種 dNTP：作為原料相應的酶類：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 回主菜單第17頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四2、參與復制的酶類 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（拓撲異構酶）： 單

10、鏈結合蛋白：沿著復制叉，促進兩條互補鏈分離解旋，克服扭結現(xiàn)象固定已分離解旋的單鏈，便于復制返 回主菜單第18頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 DNA 聚合酶 DNA 聚合酶 聚合、填空、修補 聚合、填空、修補（復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 回主菜單第19頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四3、復制的過程模板 DNA 先解鏈解旋引物酶作用，以NTP為原料合成RNA引物dNTP存

11、在下由DNA聚合酶催化，在RNA引物基礎上合成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 ）參與的物質返 回主菜單第20頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 岡崎片段 前導鏈 隨后鏈合成方向與復制叉移動方向相同，進行連續(xù)復制的這一條新鏈合成方向與復制叉移動方向相反，進行不連續(xù)復制的另一條新鏈隨后鏈上所進行不連續(xù)復制而成的 DNA 片段 模板鏈的走向 （3 5

12、） 新鏈合成的方向（5 3 ）返 回主菜單第21頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四二、逆轉錄 概念 模式 以病毒 RNA 為模板，指導合成 含有全部病毒遺傳信息的 DNA 酶與原料RDDP / dNTP 逆轉錄（酶）的意義（1）逆轉錄酶存在于所有致癌RNA病毒中（與病毒致癌有關）（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 回主菜單第22頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四（三）DNA的損傷和修復1、DNA的損傷2、DNA的修復 概 念 因 素 修復方式 主要修復機制 切除修復 紫外線照射 堿基和核苷類似物 抗菌

13、素及其類似物 切除修復、 SOS 修復 重組修復、 光 修 復切除修復返 回主菜單第23頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四第三節(jié) RNA 的生物合成一、轉錄的概念和條件三、轉錄的過程四、轉錄后的加工和修飾二、轉錄與復制的區(qū)別主菜單第24頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四第三節(jié) RNA 的生物合成 轉 錄 ）一、轉錄的概念和條件 1、概念 以 DNA 為模板，指導 RNA 合成的過程 酶 DNA 指導的 RNA 聚合酶（DDRP） 原料 NTP2、條件 模板鏈DNA二、轉錄與復制的區(qū)別轉錄是基因表達的第一步，也是最關鍵的一步通過轉錄把DAN的信息傳遞給

14、RNA（ RNA 的生物合成DDRP區(qū)別返 回主菜單第25頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四三、轉錄的過程酶與DNA模板的結合轉錄的起始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 回主菜單第26頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四四、轉錄后的加工和修飾（真核細胞） 以 mRNA 轉錄后的加工為例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 連接外顯子切除內含子（具有編碼功能的序列）（不具編碼功能的序列） 示意圖示意圖

15、返 回主菜單第27頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四三、蛋白質合成的過程第 四 節(jié) 蛋白質的生物合成一、概 念二、參與翻譯所需的物質四、蛋白質生物合成與醫(yī)學的關系主菜單第28頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四翻譯蛋白質的生物合成 一、概 念以mRNA為模板，在其它RNA及因子的參與下，合成蛋白質的過程二、參與翻譯所需的物質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 回主菜單第2

16、9頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 mRNA在蛋白質合成中的作用 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點符號密碼的通用性密碼的擺動性？返 回主菜單密碼子第30頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 tRNA在蛋白質合成中的作用 活化與轉運氨基酸 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

17、碼子）IUICIA31返 回主菜單第31頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 rRNA在蛋白質合成中的作用 核蛋白體由 RNA 和多種蛋白質復合而成是蛋白質生物合成的場所和裝配機由大小兩個亞基組成（ rRNA ） 大亞基 小亞基有轉肽酶活性和兩個 tRNA 結合部位 給 位 （ P 位 ）受 位 （ A 位 ）有mRNA 結合部位返 回主菜單第32頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四參與蛋白質合成的酶類 氨基酰 - tRNA 合成酶 轉 肽 酶返 回主菜單第33頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四三、蛋白質合成的過程1、AA的活化AA

18、 + tRNA氨基酰- tRNA酶、 Mg+ ATP2、核蛋白體循環(huán) 起 始 延 長 終 止進 位轉 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 回主菜單第34頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 四、蛋白質生物合成與醫(yī)學的關系 1、干擾素對蛋白質合成的影響 2、抗生素對蛋白質合成的影響 鏈霉素：抑制原核細胞蛋白質合成的起始并導致錯誤閱 讀mRNA密碼。 四環(huán)素：與原核細胞30S亞基結合，抑制氨基酰-tRNA的 結合。 氯霉素：抑制原核細胞50S大亞基的轉肽酶活性。 紅霉素：與原核細胞 50S大亞基結合并抑

19、制移位作用。 環(huán)己亞氨：抑制真核生物60S大亞基的轉肽酶活性。 嘌呤霉素：是氨基酰-tRNA的類似物，結合在A位，造成 未成熟肽鏈的終止，對真、原核細胞均有效。 返 回主菜單第35頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UAC蛋UGA蘇CGU丙UGA蘇進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 第36頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋蛋UGA蘇CGU丙UGA蘇UACUAC進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 轉 肽第37

20、頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋蛋UGA蘇CGU丙UGA蘇進 位核蛋白體循環(huán) ( 延 長 ) 轉 肽第38頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(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 肽進 位第39頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(huán)m7Gppppoly-AAUGACUGCACGAUAAUAC蛋UGA蘇CGU丙CGU丙蛋蘇UGA核蛋白體

21、循環(huán) ( 延 長 ) 進 位移 位轉 肽轉 肽第40頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(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 肽第41頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四核蛋白體循環(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 肽移 位返 回主菜單第42頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四返 回主菜單第43頁，共50頁，2022年，5月20日，5點51分，星期四 第五節(jié) 基因工程和聚合酶鏈反應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