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1、第十一章 基因信息的储存和表达,复 习 基因信息的储存和表达的分子基础,第一节 遗传的中心法则,第二节 DNA 的生物合成,第三节 RNA 的生物合成,第四节 蛋白质的生物合成,第五节 基因工程,一、核酸的分类与功能,基因信息的储存和表达的分子基础,复 习,二、DNA的分子组成和结构,三、RNA的分子组成和结构,四、核酸的变性、复性与杂交,返 回,主菜单,核酸的分类与功能 ,核糖核酸 （RNA）：,脱氧核糖核酸（DNA）：,m RNA,t RNA,r RNA,（信使 RNA ）,（转运 RNA ）,（核蛋白体 RNA）,参与蛋白质的生物合成,Pr合成的直接模板,活化与转运AA,充当装配机，提供
2、场所,遗传的物质基础,基因就是染色体中带有遗传信息的DNA的功能片段,（即：DNA分子中特定的碱基排列顺序 碱基序列）,返 回,主菜单,二、DNA的分子组成和结构,（一）分子组成,A、G、T、C 和脱氧核糖及磷酸,Chargff 规律,一种生物体所有体细胞DNA的碱基组成均相同,同一种生物体内，DNA分子的 A = T / G = C,（亲缘相近的生物，其碱基组成相似；反之亦然）,（同一生物的DNA分子中嘌呤碱与嘧啶碱总量相等）,（二）分子结构,1、一级结构 DNA链中 A、T、C、G 的序列,脱氧核糖核苷酸之间以 磷酸二酯键 相连,返 回,主菜单,2、空间结构（二级结构）, 双螺旋结构,（1
3、）结构要点：,逆向平行双螺旋,两链之间有特定的碱基互补规律（碱基配对）,A T,G C,（ 通过两个氢键相连 ）,（ 通过三个氢键相连 ）,双螺旋结构的稳定依靠碱基对间的氢键,（2）生物学意义：,提出了遗传信息的贮存方式、DNA的复制机理,是DNA复制、转录和翻译的分子基础,返 回,主菜单,示意图,示意图,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胸腺嘧啶（T）,尿嘧啶（C）,返 回,主菜单,三、RNA的分子组成和结构,（一）分子组成与结构特点：,A、G、U、C 及少量稀有碱基（m7- G）,核 糖、磷 酸,RNA链中A、G、U、C 的序列,2、一级结构：,1、组成：,3、组成与结构特点：,含有稀有碱基（由
4、主要碱基修饰而来）,多为单链结构，且碱基组成较不规律,返 回,主菜单,（二）三种 RNA 分子组成与结构特点,、t RNA,（1） 一级结构的共同特点,（2） 二级结构,3-末端：CCA-OH,反密码环顶端：反密码子,（携带AA的部位）,（识别mRNA上特定的密码子）, 三叶草形, 活化与转运 AA,返 回,主菜单,示意图,5- 末端,3- 末端,返 回,主菜单,2、m RNA, 蛋白质合成的直接模板,（1） m RNA分子从5-端起读，每三个相邻的核苷酸（碱基）,所组成的一个三连码，决定某种AA，称为密码子。,（2） m RNA分子的首尾结构,5- 端（首部）：,m7Gppp,3- 端（尾部
5、）：,poly-A,（7-甲基尿苷三磷酸）,（多聚腺苷酸）,3、r RNA, 蛋白质合成的场所，起“装配机”的作用,RNA中含量最多（80%）,是RNA与多种蛋白质结合生成的核蛋白体,在胞浆中起“装配机”的作用,返 回,主菜单,三、核酸的变性、复性与杂交,（一）变性,1、概念,核酸双链间氢键断裂，双链结构解开形成 两条单链的的过程,变性因素：,加热及化学处理（有机溶剂等）,2、特性, 伴有高色（增色）效应,高色效应,在260 nm 的紫外吸收增强,熔点（Tm）,DNA 达到 50% 变性时的温度,DNA分子中 G-C 组份愈多， Tm 值就愈高,DNA分子就愈稳定。反之亦然。,返 回,主菜单,
6、（二）复性,1、概念,因变性而解开的两条单链，在温度缓慢下降时 重又聚合成双链结构，这一过程叫作复性,2、特性,复性时伴有低（减 ） 效应,（即在 260 nm 的紫外吸收减弱）,复性又称 “退火”,变性后若温度迅速下降，则不发生复性,（三）分子杂交,1、概念,分子杂交是以核酸的变性和复性为基础,不同来源的两条核酸单链，若有大致相同的碱 基互补顺序，经退火处理，可形成杂交双链。,分子杂交可发生在 DNA-DNA、DAN-RNA 和 RNA-RNA,返 回,主菜单,第一节 遗传的中心法则,第二节 DNA 的生物合成,（一）复 制,（二）逆 转 录,（三）DNA的损伤和修复,主菜单,DNA,DNA
7、,mRNA,蛋白质,复制,转录,翻译,逆转录, 复制,以 DNA 为模板，指导 DNA 合成的过程,酶 DNA 指导的 DNA 聚合酶（DDDP）,原料 d NTP,基因遗传,基因表达, 转录,以 DNA 为模板，指导 RNA 合成的过程,酶 DNA 指导的 RNA 聚合酶（DDRP）,原料 NTP,第一节 遗传的中心法则,返 回,主菜单,第二节 DNA 的生物合成,一、复制, DNA 的复制是以半保留复制方式进行的,1、半保留复制,概念和模式,实验证明, 同位素 15N 实验,应具备的条件,母链 DNA ： 作为模板（3 5 ）,四种 dNTP：,作为原料,相应的酶类：,DDDP 等,一小段
8、 RNA：,作为 DNA 聚合引物,模板链的走向 （3 5 ）,新链合成的方向（5 3 ）,概念和模式,返 回,主菜单,2、参与复制的酶类, DNA 聚合酶、DNA 连接酶 解旋和解链酶类、引物酶等,（1）引物酶,一种特殊的 RNA 聚合酶,该酶以 DNA 为模板、NTP为原料， 催化一段引物 RNA 的合成,RNA引物：为DNA合成提供 3- OH,（2） 解旋和解链酶类,解链酶：,解旋酶（拓扑异构酶）：,单链结合蛋白：,沿着复制叉，促进两条互补链分离,解旋，克服扭结现象,固定已分离解旋的单链，便于复制,返 回,主菜单,DNA 聚合酶,DNA 聚合酶, 聚合、填空、修补, 聚合、填空、修补,
9、（复制时起主要作用的酶）,（3）DNA 聚合酶,DNA 聚合酶是一种多功能酶, 聚合、填空、修补,填空,充填冈崎片段之间的间隙,修补,具有 5 3 外切酶的作用,（切除引物和损伤部位）,（4）DNA 连接酶,连接冈崎片段,返 回,主菜单,3、复制的过程,模板 DNA 先解链解旋,引物酶作用，以NTP为原料 合成RNA引物,dNTP存在下由DNA聚合酶催化， 在RNA引物基础上合成DNA新链,DNA 聚合酶外切作用切除引物,(空缺部位再由该酶发挥填补作用),DNA 连接酶连接冈崎片段 形成完整的DNA 分子,( 解链酶、解旋酶和单链结合蛋白）,（ 引物酶、NTP ）,（ DNA聚合酶 、dNTP
10、 ）,（ DNA 聚合酶、 dNTP ）,（ DNA 连接酶 ）,参与的物质,返 回,主菜单,冈崎片段,前导链,随后链,合成方向与复制叉移动方向相同， 进行连续复制的这一条新链,合成方向与复制叉移动方向相反， 进行不连续复制的另一条新链,随后链上所进行不连续复制而成的 DNA 片段,模板链的走向 （3 5 ）,新链合成的方向（5 3 ）,返 回,主菜单,二、逆转录,概念,模式, 以病毒 RNA 为模板，指导合成 含有全部病毒遗传信息的 DNA,酶与原料,RDDP / dNTP,逆转录（酶）的意义,（1）逆转录酶存在于所有致癌RNA病毒中,（与病毒致癌有关）,（2）对中心法则进行了必要的补充,（
11、3）有助于基因工程的实施,（用于获得目的基因）,模式,返 回,主菜单,（三）DNA的损伤和修复,1、DNA的损伤,2、DNA的修复,概 念,因 素,修复方式,主要修复机制, 切除修复, 紫外线照射 碱基和核苷类似物 抗菌素及其类似物, 切除修复、 SOS 修复 重组修复、 光 修 复,切除修复,返 回,主菜单,第三节 RNA 的生物合成,一、转录的概念和条件,三、转录的过程,四、转录后的加工和修饰,二、转录与复制的区别,主菜单,第三节 RNA 的生物合成, 转 录 ）,一、转录的概念和条件,1、概念 以 DNA 为模板，指导 RNA 合成的过程,酶 DNA 指导的 RNA 聚合酶（DDRP）,
12、原料 NTP,2、条件,模板链,DNA,二、转录与复制的区别,转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步,通过转录把DAN的信息传递给RNA,（ RNA 的生物合成,DDRP,区别,返 回,主菜单,三、转录的过程,酶与DNA模板的结合, 亚基、NTP,DNA模板链、 因子、 亚基, 蛋白,返 回,主菜单,四、转录后的加工和修饰（真核细胞）, 以 mRNA 转录后的加工为例,hnRNA,加帽连尾,剪辑加工,（核不均一RNA）,加帽连尾,剪辑加工,（具有编码功能的序列）,（不具编码功能的序列）,示意图,示意图,返 回,主菜单,三、蛋白质合成的过程,第 四 节 蛋白质的生物合成,一、概 念,二、参与翻
13、译所需的物质,四、蛋白质生物合成与医学的关系,主菜单,翻译,蛋白质的生物合成 ,一、概 念,以mRNA为模板，在其它RNA及因子 的参与下，合成蛋白质的过程,二、参与翻译所需的物质,1、三类 RNA（ mRNA、tRNA、 rRNA ）,2、20种编码氨基酸,3、参与翻译的酶类,4、其它因子,（ 合成蛋白质的原料 ）,起始因子、延长因子、终止和释放因子,K+ 、Mg+,ATP、GTP,mRNA,tRNA,rRNA,返 回,主菜单,mRNA,在蛋白质合成中的作用,提供直接模板,密码子,（ 64种，分三类 ）,起始密码,终止密码,AA信息码,1 个（AUG，兼蛋AA）,3个（UGA，UAA，UAG
14、）,61个,密码子的特点,密码的简并性,密码无标点符号,密码的通用性,密码的摆动性,？,返 回,主菜单,密码子,tRNA,在蛋白质合成中的作用,活化与转运氨基酸,tRNA的两个专用部位,（携带AA的部位）,（识别 mRNA上特定的密码子）,摆动现象,tRNA,U G,反密码子,（识别 mRNA上特定的密码子）,I U,I C,I A,3 1,返 回,主菜单,rRNA,在蛋白质合成中的作用,核蛋白体,由 RNA 和多种 蛋白质复合而成,是蛋白质生物合成 的场所和装配机,由大小两个亚基组成,（ rRNA ）,大亚基,小亚基,有转肽酶活性和两 个 tRNA 结合部位,给 位 （ P 位 ） 受 位
15、（ A 位 ）,有mRNA 结合部位,返 回,主菜单,参与蛋白质合成的酶类,氨基酰 - tRNA 合成酶,转 肽 酶,返 回,主菜单,三、蛋白质合成的过程,1、AA的活化,AA + tRNA,酶、 Mg+ ATP,2、核蛋白体循环,起 始,延 长,终 止,3、后期的加工与修饰,核蛋白体循环,切除N-端的蛋氨酸 部分肽段的水解,氨基酸残基的修饰 二硫键的形成,返 回,主菜单,四、蛋白质生物合成与医学的关系 1、干扰素对蛋白质合成的影响 2、抗生素对蛋白质合成的影响 链霉素：抑制原核细胞蛋白质合成的起始并导致错误阅 读mRNA密码。 四环素：与原核细胞30S亚基结合，抑制氨基酰-tRNA的 结合。
16、 氯霉素：抑制原核细胞50S大亚基的转肽酶活性。 红霉素：与原核细胞 50S大亚基结合并抑制移位作用。 环己亚氨：抑制真核生物60S大亚基的转肽酶活性。 嘌呤霉素：是氨基酰-tRNA的类似物，结合在A位，造成 未成熟肽链的终止，对真、原核细胞均有效。,返 回,主菜单,核蛋白体循环,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长 ),核蛋白体循环,蛋,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长 ),核蛋白体循环,蛋,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长 ),核蛋白体循环,进 位,核蛋白体循环 ( 延 长 ),进 位,核蛋白体循环,核蛋白体循环 ( 延 长 ),进 位,转 肽,核蛋白体循环,核蛋白体循环 ( 延 长 ),进
17、位,核蛋白体循环,核蛋白体循环 ( 延 长 ),进 位,移 位,返 回,主菜单,返 回,主菜单,第五节 基因工程和聚合酶链反应 1. 基因工程的概念： 是用人工方法将所要研究的基因（目的基因）在体 外与载体DNA结合成重组DNA，然后引入缩主细胞，筛选 出能表达重组DNA的活细胞，并加以纯化、传代、扩增 成为克隆。 2. 基因工程的简要步骤： 可归纳为分、切、接、转、筛五个字。 3. 聚合酶链反应： 体外DNA扩增法基本原理同DNA复制。,返 回,主菜单,半 保 留 复 制,返 回,主菜单,病毒 RNA,RNA DAN 杂交体,病毒 RNA 转录的 DAN 链,病毒双链的 DNA,示意图 逆 转 录 酶 作 用,病毒 RNA,病毒双链的 DNA,返 回,主菜单,示意图 DNA损伤的切除修复,内切酶,外切酶,DNA聚合酶,DNA连接酶,返 回,主菜单,RNA聚合酶（转录酶） DDRP,原核细胞中的 DDRP 有五个亚基组成的全酶,（ 2 ）, 起始因子,返 回,主菜单,转录与复制的区别,返 回,主菜单,5- 端,3- 端,m7Gppp,poly-A,外显子,内含子,示意图 hnRNA内含子切除及外显子连接,示意图 hnRNA内含子切除及外显子连接,连接酶,返 回,主菜单,