《第十一章遗传信息的传递与表达.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十一章遗传信息的传递与表达.ppt（125页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 十 一 章,遗传信息的传递与表达,主要内容,概述 DNA的生物合成 RNA的生物合成 蛋白质的生物合成,分子生物学(分子遗传学)中心法则,反映了从DNARNA蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律。,转录,RNA,翻译,蛋白质,DNA,RNA （病毒）,复制,复制,翻译,蛋白质 （病毒）,反转录,生物体的遗传信息贮存于DNA分子的碱基排列顺序中，DNA通过复制可将遗传信息准确地传递给子代，通过转录将遗传信息传给RNA，然后以mRNA为模板指导蛋白质的生物合成。 生物体中遗传信息传递的这种规律(DNARNA 蛋白质)，称为遗传学的中心法则。,DNA的生物合成,第
2、 一节,复制 是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。,一、DNA的复制,复制的方式半保留复制 半不连续复制 有特定的起始点 双向复制,DNA复制的特征,（一）半保留复制,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。,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,C C A C T G
3、G,G G T G A C C,A G G T A C T G,T C C A T G A C,T C C A T G A C,A G G T A C T G,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,A G G T A C T G C C A C T G G,T C C A T G A C G G T G A C C,+,母链DNA,复制过程中形成的复制叉,子代DNA,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
4、稳定性的分子基础，但不是绝对的。,（二）、半不连续复制,前导链 (leading strand),随从链 (lagging strand),顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链。 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazaki fragment)。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。,参与DNA复制的物质,底物: dATP, dGTP, dCTP, dTTP 聚合酶: 依赖DNA的DNA聚合酶，简写为 DNA-pol 模板 : 解开成单链的DNA母链 引物:
5、 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子,1、DNA聚合酶,全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 简称：DNA-pol,活性：1. 53 的聚合活性 2. 核酸外切酶活性,3 5外切酶活性,5 3外切酶活性,?,能切除突变的 DNA片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,核酸外切酶活性,（1）原核生物的DNA聚合酶,DNA-pol DNA-pol DNA-pol （复制时起主要作用的酶）,（2）真核生物的DNA聚合酶,DNA-pol ,起始引发，有引物酶活性。,延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。,参与低保真度的复制
6、 。,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。,在线粒体DNA复制中起催化作用。,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,DNA-pol ,2、解螺旋酶 利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链 3、引物酶 复制起始时催化生成RNA引物的酶 4、单链DNA结合蛋白 在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整,、DNA连接酶,连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。,DNA连接酶(DNA ligase)作用方式,（一）复制的起始,需要解决两个问题：,1. DNA解开成单链，提供模板。,2
7、. 合成引物，提供3-OH末端。,一、复制的过程,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,引物酶,（二）复制的延长,复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。,OH 3,3,目 录,复制过程简图,目 录,（三）复制的终止,水解引物 填补空缺 连接岗崎片段,随从链上不连续性片段的连接,遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。,在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNA damage)。,从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。,二、DNA损伤（突变）与修复,DN
8、A损伤后可产生三种结果 一、DNA被完全修复 二、细胞死亡 三、基因突变,1、突变是进化、分化的分子基础 2、突变导致基因型改变 3、突变导致死亡 4、突变是某些疾病的发病基础（遗传病、肿瘤）,突变的意义,二、引发突变的因素,物理因素 紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射,化学因素,三、突变的分子改变类型,错配 (mismatch) 缺失 (deletion) 插入 (insertion) 重排 (rearrangement),DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。,（一）错配,镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基,正常成人Hb (HbA)亚基,（
9、二）缺失、插入和框移,缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。,插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。,框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。,缺失或插入都可导致框移突变 。,缺失引起框移突变,（三）重排,DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。,四、DNA损伤的修复,修复(repairing) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。,光修复 切除修复 重组修复 SOS修复,修复的主要类型,（一）光修复,光修复酶(photolyase),UV,（二）切除修复,是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-
10、pol和连接酶完成。,E.coli的切除修复机制,目 录,（三）重组修复,逆转录酶的特点：,逆转录的概念：,三、逆转录现象,反向转录酶存在于所有致癌RNA病毒中, 其功能可能与病毒的恶性转化作用有关;,但它也存在于某些正常细胞中，在细胞分化与胚胎发生中可能起某些作用。,反转录病毒和反转录酶的发现, 提出了一个重要的医学问题病毒致癌及癌基因,反转录的医学意义,RNA的生物合成 （转录）,第 二 节,转录 (transcription) 的概念 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。,转录,复制和转录的区别,参与转录的物质,原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA
11、 酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子,一、转录模板,DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的一股单链，称为模板链，也称作有意义链。相对的另一股单链是编码链，也称为反意义链。,5GCAGTACATGTC 3,3 c g t g a t g t a c a g 5,5GCACUACAUGUC 3,NAla Val His Val C,编码链,模板链,mRNA,蛋白质,转录,翻译,5 3,3 5,模板链,编码链,编码链,模板链,结构基因,不对称转录(asymmetric transcriptio
12、n),在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录 ； 模板链并非永远在同一条单链上。,二、RNA聚合酶,（一）原核生物的RNA聚合酶,核心酶 (core enzyme),全酶 (holoenzyme),（一）转录起始,转录起始需解决两个问题： RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起始区域。 DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的模板。,2. DNA双链解开,1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合,3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形成转录起始复合物,转录起始过程,（二）转录延长,1. 亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板
13、前移；,2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。,(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi,转录空泡(transcription bubble)：,RNA-pol （核心酶） DNA RNA,依赖Rho ()因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止,（三）转录终止,指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,分类,（一）、mRNA的转录后加工,1、首、尾的修饰,5端形成 帽子结构(m7GpppGp ) 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail),三、转录后的加工,2、mRNA的剪接,核内的初级mRNA (he
14、tero-nuclear RNA, hnRNA)：真核生物mRNA的前体。,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,外显子(exon)和内含子(intron),外显子 在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。 内含子 隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,鸡卵清蛋白成熟mRNA与
15、DNA杂交电镜图,DNA,mRNA,（二）、tRNA的转录后加工,tRNA前体,tRNA核苷酸转移酶、连接酶,ATP,ADP,碱基修饰,（三）、rRNA的转录后加工,第三节 蛋白质的生物合成（翻译）,Protein Biosynthesis (Translation),蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。,20种氨基酸(AA)作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子,参与蛋白质生物合成的物质,三种RNA mRNA rRNA tRNA,一、mRNA -翻译的直接
16、模板,mRNA是遗传信息的携带者,遗传学将编码一个多肽链的遗传单位称为顺反子。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质。 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子。,遗传密码,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码。,起始密码: AUG,终止密码: UAA，UAG，UGA,遗传密码表,1. 简并性(degeneracy),遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。,遗传密码的特点,2. 连续性,编码蛋
17、白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。,3、方向性（direction） mRNA中密码子的排列有一定的方向 起始密码AUG位于mRNA的5端 终止密码位于3端 翻译时从起始密码开始,沿5 3进行,直到出现终止密码。,4、 通用性(universal),蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。,二、tRNA的作用,反密码环,氨基酸臂,携带活化的氨基酸,识别mRNA的遗传密码,U,摆动配对,目 录,三、rRNA 与多种蛋白质构成核蛋白体,目 录,不同细胞核蛋
18、白体的组成,核蛋白体的功能:,小亚基:1、结合模板 、结合起始 、结合和水解 大亚基：、提供两个座位（位和位） 、具有转肽酶的活性 、结合多种蛋白因子（、）,（二）蛋白质合成酶系,氨基酰-tRNA合成酶 转肽酶 蛋白因子:IF、EF、RF,供能物质及无机离子,（一）氨基酸的活化（准备阶段）,二、蛋白质生物合成过程,肽链合成的起始 肽链合成的延长 肽链合成的终止,整个过程可分为 ：,(二)翻译过程-核蛋白体循环 （中心环节）,一、起始阶段,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 。,起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨基酰-t
19、RNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。,IF-3,IF-1,1. 核蛋白体大小亚基分离,目 录,IF-3,IF-1,2. mRNA在小亚基定位结合,目 录,IF-3,IF-1,3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基,目 录,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,目 录,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,目 录,二、延长阶段,指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长，每增加一个氨基酸，包括以下三步： 进位 成肽 转位,（一）进位,指根据
20、mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,目 录,（二）转肽,是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。,（三）转位,延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。,三、终止阶段,当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,肽链合成终止过程,RF,目 录,多聚核蛋白体,使蛋白质合成高速、高效进行。,目 录,一、水解修饰 切除肽链N端的蛋氨酸 切除信号肽 其他形式的水解修饰,蛋白质合成后加工,
21、二、氨基酸的修饰,二硫键的形成 氨基酸的羟化 氨基酸的磷酸化 氨基酸的脂化、甲基化、糖苷化等,高级结构的修饰,（一）辅基连接 （二）亚基聚合 （三）疏水脂链的共价连接,抗生素(antibiotics) 是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。,抗代谢药物 指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：6-MP。,某些毒素也作用于基因信息传递过程。,分子病-,蛋白质生物合成与医学,二、抗生素类,抗生素抑制蛋白质生物合成的原理,学习要点,掌握基因的概念、遗传信息传递的顺序。 掌握DNA复制、半保留复制的概念。 熟悉转录、不对称转录的概念。 掌握三种RNA在蛋白质生物合成中的作用 熟悉参
22、与蛋白质生物合成的重要酶和蛋白因子 熟悉蛋白质生物合成的过程 了解翻译后的加工，白质生物合成与医学的关系,选择题,1、合成DNA的原料是： A. dAMP、dGMP、dCMP、dTMP B、AMP、 GMP,、CMP、TMP C、dATP、dGTP、dCTP、dTTP D、ATP、GTP、CTP、TTP E、 dADP、dGDP、dCDP、dTDP,2、细胞中进行DNA复制的部位是: A.核蛋白体 B. 细胞膜 C. 细胞核 D. 微粒体 E. 细胞浆,3、DNA复制时，子链的合成是： A. 一条链 53， 另一条链35 B. 两条链均为53 C. 两条链均为连续合成 D. 两条链均为35 E
23、. 两条链均为不连续合成,4、冈崎片段是指： A. DNA模板上的DNA片段 B. 引发酶催化合成的RNA片段 C. 后随链上合成DNA片段 D. 前导链合成的DNA片段 E. 由DNA连接酶合成的DNA,5、下列关于逆转录的叙述哪一项是错误的？ A. 以RNA为模板合成DNA B. RNA-DNA杂交体是终产物 C. 催化链的延长其方向为53 D. 底物是四种dNTP E. 遵守碱基配对规律,6、转录需要的原料是: A、 dNTP B、dNDP C、dNMP D、 NTP E 、 NMP,7、真核细胞转录发生于: A.细胞浆 B. 内质网 C. 细胞核 D. 线粒体 E. 核蛋白体,8、DN
24、A模板链为 5-ATTCAG-3 , 其转录产物是: A. 5 -GACTTA-3 B. 5 -CTGAAT-3 C. 5 -UAAGUC-3 D. 5 -CUGAAU-3 E. 5 -TAAGTC-3 ,9、氨基酸的密码含有： A. 5个核苷酸 B. 4个核苷酸 C. 3个核苷酸 D. 2个核苷酸 E. 1个核苷酸,10、遗传密码的通用性是指： A. 不同氨基酸的密码可以互相使用 B. 一个密码可以代表两个以上的氨基酸 C. 密码中的核苷狻可以相互交换 D. 密码中三个核苷狻的位置可以改变 E. 病毒、原核生物和人类使用相同的遗传密码,11、tRNA分子中与氨基酸结合的部位是： A. 反密码
25、环 B. 3-末端的CCA-OH C. DHU环 D. T环 E. 稀有碱基密集部,12、遗传密码的特点不包括： A、通用性 B、连续性 C、特异性 D、简并性 E、方向性,13、能代表蛋白质合成起始信号的遗传密码是 A、UAG B、GAU C、AUG D、UAA E、UGA,14、分子病是指 A、细胞内低分子化合物浓度异常所致疾病 B、蛋白质分子缺乏所致疾病 C、基因突变导致蛋白质与一级结构和功 能的改变 D、病毒感染所致疾病 E、染色体数目减少所致疾病,15、基因表达是指下列哪种遗传信息传递 A、DNARNA蛋白质 B、RNA蛋白质 C、DNARNA D、蛋白质RNADNA E、RNADNARNA,