第三章+遗传信息的传递.ppt

第三章遗传信息的传递 第一节DNA的复制 什么是DNA的复制 DNA分子的复制是指以DNA分子为模板合成一个新的与亲代模板结构相同的子代DNA分子的过程 DNA分子是在什么时间进行复制的 在间期进行复制 动物细胞有丝分裂周期图 DNA分子是在什么时间进行复制的 在减数第一次分裂前的间期进行复制 DNA分子是在什么时间进行复制的 DNA复制发生在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期 积极思维 分析 1 离心处理后 为什么子一代DNA只有杂合链 2 子二代DNA出现了轻链和杂合链 说明了什么 一 DNA半保留复制 一 DNA复制的基本规律 A A A T T T G G G G C C C A T C DNA平面模式图 DNA复制过程 思考 1 DNA复制需要哪些基本条件 2 复制过程有何主要特点 3 复制形成的子代DNA和亲代DNA有何关系 DNA复制后产生的每个子代DNA分子中 都有一条单链是原DNA保留下来的 而另一条单链是新合成的 这种复制方式称为半保留复制 解旋 合成 复旋 二 半不连续复制 半不连续复制 semi discontinuousreplication 在DNA复制过程中 一条子链的复制是连续的 而另一条子链的复制是不连续的 冈崎片段 Okazakifragment DNA后随链的复制是先以5 3 方向不连续合成许多小片段 然后连接成一条完整的子链 课堂练习 选择题 1 某些药物可以抑制肿瘤细胞DNA的复制 从而达到控制癌症的目的 这些药物作用的细胞正处于细胞周期的 A间期B前期C中期D不能确定 2 下列关于DNA复制过程的正确顺序是 互补碱基对间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键 DNA分子在解旋酶作用下解旋 以母链为模板进行碱基互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋结构A B C D A C 课堂练习 3 DNA分子解旋时 下列哪一组碱基被解开 A鸟嘌呤和腺嘌呤B胸腺嘧啶和胞嘧啶C腺嘌呤和胸腺嘧啶D腺嘌呤和胞嘧啶 C 4 下面关于DNA复制过程的描述 错误的是 A复制需要能量B边解旋边复制C复制需要氨基酸和酶D复制遵循碱基互补配对原则 C 5 若对一个DNA分子进行标记 经过4次复制后 含有标记DNA分子数占DNA总数的 A1 6B1 8C1 4D1 2 B 根据半保留复制和碱基互补配对原则 1 与复制有关的碱基计算 一个DNA连续复制n次后 共有多少个DNA 多少条脱氧核苷酸链 母链多少条 子链多少条 DNA分子数 2n 脱氧核苷酸链数 2n 1 母链数 子链数 2 2n 1 2 解析 所用知识为 半保留复制 和 碱基互补配对原则 并图示分析 连续第一次复制 连续第二次复制 连续第n次复制 解 答 一个DNA连续复制n次后 共有2n个DNA 2n 1条脱氧核苷酸链 母链2条 子链2n 1 2条 有关DNA中的碱基计算 二 DNA复制所需的条件 酶 能量 原料 原则 时间 场所 模板 解旋酶 聚合酶 连接酶 四种游离的脱氧核苷酸 碱基互补配对原则 发生在细胞周期的间期 主要在细胞核内 DNA解开的两条单链 ATP是直接的能源物质 为什么复制能形成两条完全相同的DNA 并且它们都和亲代DNA一样 AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC 1 DNA分子的独特的双螺旋结构为复制DNA提供精确的模板 为什么复制能形成两条完全相同的DNA 并且它们都和亲代DNA一样 AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC AGAACGAG TCTTGCTC 碱基互补配对能力保证了复制能够准确无误地进行 复制起始点 复制叉 复制起始点 一 DNA复制的起始 三 DNA复制的一般过程 复制起始点 复制叉 先导链 后导链 延迟链 RNA引物 岗崎片段 二 DNA复制的延伸 第一阶段 双链DNA不断解螺旋 第二阶段 前导链的合成 第三阶段 后随链上RNA引物的合成 第四阶段 冈崎片段的合成 最后阶段 RNA引物去除和冈崎片段连接 三 DNA复制的终止 环状DNA单向复制终止于复制起点附近 线状和环状DNA双向复制的终点不固定 在复制终止阶段还需进行RNA引物切除 缺口补齐和冈崎片段的连接 以产生完整的DNA链 四 原核生物和真核生物DNA的复制特点 都是半保留和半不连续复制 复制过程都存在起始 延伸和终止三个阶段 都必须有相应功能的酶和蛋白质参与 一 相同点 原核生物真核生物复制起点1个很多个复制子1个多个复制速率快慢冈崎片段较长较短第二轮复制开始结束前结束后在第一轮复制 二 不同点 1 复制的起点和速率 2 复制方式 型复制 原核生物的染色体和质粒DNA A 环状双链DNA及复制起始点B 复制中的两个复制叉C 复制接近终止点 termination ter 滚环复制 滚环式复制 病毒 细菌F因子 真核生物rRNA基因 D环复制方式 哺乳动物的线粒体DNA 3 真核生物染色体末端DNA的复制 进一步加工 染色体DNA是线性分子 端粒 telimere 和端粒酶 telomerase 用于解决5 端空缺问题 端粒是真核生物染色体两端的一种短片段重复序列单链末端 可形成特殊的发夹结构 如四膜虫端粒的重复序列是GGGGTT 第二节DNA转录 转录是以DNA为模板 在RNA聚合酶的作用下 合成RNA的过程 在由DNA RNA 蛋白质的过程中 转录是一个中心环节 对于大多数基因而言 转录是基因表达的第一步 也是最关键的步骤 转录 一 DNA转录的基本特征 原料 NTP ATP UTP GTP CTP 模板 DNA酶 RNA聚合酶 RNApolymerase RNA pol 其他蛋白质因子 参与转录的物质 1 原核生物的RNA聚合酶 二 RNA聚合酶 核心酶 coreenzyme 全酶 holoenzyme RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合 2 真核生物的RNA聚合酶 原核生物一个转录区段可视为一个转录单位 称为操纵子 operon 包括若干个结构基因及其上游 upstream 的调控序列 RNA聚合酶结合模板DNA的部位 称为启动子 promoter 三 基因转录的一般过程 一 转录起始 1 RNA聚合酶全酶 2 与模板结合2 DNA双链解开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 二 转录延长 1 亚基脱落 RNA pol聚合酶核心酶变构 与模板结合松弛 沿着DNA模板前移 2 在核心酶作用下 NTP不断聚合 RNA链不断延长 5 3 DNA 原核生物转录过程中的羽毛状现象 核糖体 RNA RNA聚合酶 三 转录终止 概念 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 依赖Rho 因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止 ATP 1 依赖Rho因子的转录终止 2 非依赖Rho因子的转录终止 DNA模板上靠近终止处 有些特殊的碱基序列 如茎环 发夹结构 转录出RNA后 RNA产物形成特殊的结构来终止转录 原理 使RNA聚合酶变构 转录停顿 使转录复合物趋于解离 RNA产物释放 5 UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU 3 5 UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU 3 RNA 5 TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT 3 DNA 5 UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU 3 茎环 stem loop 发夹 hairpin 结构 几种主要的加工方式 1 剪接 splicing 2 剪切 cleavage 3 修饰 modification 4 添加 addition 四 RNA转录后的加工 Post transcriptionalModification 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 polyAtail 一 mRNA的转录后加工 2 mRNA的剪接 核内的初级mRNA称为杂化核RNA hetero nuclearRNA hnRNA snRNA smallnuclearRNA 核内的蛋白质组成小分子核糖核酸蛋白体 snRNP snRNP与hnRNA结合成为并接体 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 转录后加工 tRNA前体 二 tRNA的转录后加工 1 剪接 3 碱基修饰 三 rRNA的转录后加工 最简单的核酶二级结构 槌头状结构 hammerheadstructure 底物部分 通常为60个核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份组成锤头结构 除rRNA外 tRNA mRNA的加工也可采用自我剪接方式 四膜虫rRNA内含子的二级结构 如四膜虫rRNA的剪接采用自我剪接方式 5 端核苷酸序列 第四节蛋白质的生物合成 ProteinBiosynthesis Translation 参与蛋白质生物合成的物质包括 原料 氨基酸模板 mRNA运载工具 tRNA装配场所 核蛋白体能量 GTP ATP酶 氨基酰tRNA合成酶 转肽酶因子 起始因子 IF 延长因子 EF 释放因子 RF 核蛋白体释放因子 RR 一 遗传密码 1961年 Nirenberg证明了mRNA的模板作用 遗传密码的连续性 重叠密码 非重叠连续的密码 不连续的密码 遗传密码的简并性 遗传密码的摆动性 二 核糖体的结构和功能 核糖体的组成 原核生物核糖体的组成 核糖体的组成 原核生物翻译过程中核糖体结构模式 P位 肽酰位 peptidylsite A位 氨基酰位 aminoacylsite E位 排出位 exitsite 1 肽链合成的起始 三 蛋白质生物合成的过程 2 肽链的延长 3 肽链的终止 四 肽链的修饰 从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性 必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白 主要包括 多肽链折叠为天然的三维结构肽链一级结构的修饰高级结构修饰 新生肽链 天然构象及功能蛋白质 二级结构模序结构域等 折叠产生 条件 分子伴侣 折叠酶 N端在核蛋白体上一出现折叠即开始 蛋白质的生物活性不仅依赖于其正确的氨基酸顺序 而且依赖于其正确的空间结构 新生肽链必需经过一系列严格而复杂的折叠过程 才能形成具有正确空间结构的有活性的蛋白质 1 多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质 1 氨基酸残基的化学修饰 由专一性的酶催化进行修饰 包括糖基化 羟基化 磷酸化 甲酰化等 2 N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除 N端甲酰蛋氨酸 必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除 去甲酰化 甲酰化酶甲酰蛋氨酸 肽甲酸 蛋氨酸 肽 去蛋氨酰基 蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰 肽蛋氨酸 肽 2 肽链一级结构的修饰 3 信号肽的切除 被信号肽酶切除 4 切除前体中功能不需要的肽段 在专一性的蛋白水解酶作用下完成 5 二硫键的形成 由专一性的氧化酶催化 将 SH氧化为 S S 选择性剪接的实际例子 原肌球蛋白mRNA tropomyosin 1 亚基聚合 蛋白质与糖 脂类 核酸 血红素等结合形成糖蛋白 Lp 核蛋白 Hb等 具有四级结构的蛋白质需进行亚基之间的聚合 如血红蛋白4个亚基的聚合 2 辅基连接 某些蛋白质 如G蛋白等 翻译后需要在特殊位点连接疏水性较强的链或多异戊二烯链等 这些蛋白质通过脂链嵌入疏水膜脂双层 定位成为特殊脂膜内在蛋白 是具有生物功能的蛋白质 3 疏水脂链的共价连接 3 高级结构的修饰 第四节基因表达调控 基因表达是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程 典型的基因表达是基因经过转录 翻译 产生有生物活性的蛋白质的过程 rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工 产生成熟的rRNA或tRNA 也是rRNA或tRNA的基因表达 一 原核生物基因表达调控 1 DNA元件 原核生物的操纵子 启动序列 操纵序列等调节序列及下游的编码序列串联组成 真核生物的顺式作用元件 启动子 增强子 抑制子 2 调节蛋白 特异因子 阻遏蛋白3 RNA聚合酶 1 基因表达调控的要素 2 操纵子模型 3 乳糖操纵子 负调控 正调控 5 基因表达的时序调控 1981年 LosickandPero提出 因子级联调控模型 RNA聚合酶 因子在不同时期的级联式转换是实现细菌和噬菌体的基因表达时序调控的一种重要分子基础 沙门菌鞭毛素基因的调节 6 DNA序列重排的调控 二 真核基因表达调控 真核生物表达调控是多层次的 包括DNA及染色体水平 转录水平 转录后RNA加工和运输水平 翻译水平以及蛋白质加工水平等 转录水平的调控是最主要的调控方式 一般以单顺反子转录形式进行 1 顺式作用元件与反式作用元件 二 转录水平的调控 顺式作用元件 cis actingelement 与结构基因连锁的转录调控区域 包括增强子 启动子 沉默子及应答元件等 反式作用元件 trans actingelemen