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第 十 章 基因信息的传递 Genetic Information Transfer

第 十 章 基因信息的传递 Genetic Information Transfer. 学习要点. 掌握遗传信息传递的中心法则；半保留复制、转录、翻译的概念； DNA 的生物合成、 RNA 的生物合成和蛋白质生物合成的特点及参与合成的重要物质。 熟悉逆转录。 了解 DNA 的修复合成 ; RNA 合成后的加工修饰及蛋白质合成后的加工修饰。. 主要内容. 概述 DNA 的生物合成 DNA 的损伤与修复 RNA 的生物合成 蛋白质的生物合成 基因表达调控. 3. 翻译： RNA 蛋白质；.

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第 十 章 基因信息的传递 Genetic Information Transfer

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Presentation Transcript

  1. 第 十 章 基因信息的传递 Genetic Information Transfer

  2. 学习要点 • 掌握遗传信息传递的中心法则；半保留复制、转录、翻译的概念；DNA的生物合成、RNA的生物合成和蛋白质生物合成的特点及参与合成的重要物质。 • 熟悉逆转录。 • 了解DNA的修复合成; RNA合成后的加工修饰及蛋白质合成后的加工修饰。

  3. 主要内容 • 概述 • DNA的生物合成 • DNA的损伤与修复 • RNA的生物合成 • 蛋白质的生物合成 • 基因表达调控

  4. 3.翻译：RNA 蛋白质； 4.逆转录：RNA cDNA; 1.复制：DNA DNA； 2.转录：DNA RNA； 5.RNA的复制： RNA RNA 中心法则 翻译 转录 蛋白质 复制 RNA DNA 逆转录 蛋白质 复制 RNA

  5. 第一节 DNA的生物合成

  6. 合成方式 复制 修复合成 逆转录

  7. 两种方式 • DNA→DNADNA复制 • RNA→DNA反转录

  8. 亲代DNA 子代DNA 一、DNA的复制 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。 复制

  9. （一）DNA复制的特征 1. 半保留复制 2. 半不连续复制 3.有特定的起始点 4.双向复制

  10. 半保留复制的概念 DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板按碱基配对规律，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。

  11. 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 T C C A T G A 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 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 G G G T G A C C 母链DNA 复制过程中形成的复制叉 子代DNA

  12. 含重氮-DNA的细菌 培养于普通培养液 继续培养于普通培养液 • 密度梯度实验 梯度离心结果 第一代 第二代 ——实验结果支持半保留复制的设想。

  13. 半保留复制的意义 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。 遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。

  14. 3 3´ 5´ 3´ 3´ 5´ 5 解链方向 3 5 复制的半不连续性 前导链 滞后链

  15. 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。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滞后链。复制中的不连续片段称为岡崎片段。 • 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。

  16. 双向复制 原核生物复制时，DNA从起始点向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。

  17. 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。 习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子。复制子是独立完成复制的功能单位。

  18. ori ori ori ori 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 复制子

  19. 2.底物 dATP dGTP dCTP dTTP dNTP （二）参与DNA复制的物质 1.模板: 解开成单链的DNA母链 3.引物 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合

  20. 4.酶和蛋白质因子 （1）DNA聚合酶: 依赖DNA的DNA聚合酶，简写为 DNA-pol ※ 原核生物的DNA聚合酶 DNA-pol Ⅰ DNA-pol Ⅱ DNA-pol Ⅲ

  21. DNA-pol Ⅰ （109kD） • 活性：1. 53聚合酶活性 • 2. 5’→3’外切酶活性 • 3. 3’→5’外切酶活性 功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。

  22. DNA-pol Ⅱ（120kD） • DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。 • 它参与DNA损伤的应急状态修复。 DNA-pol Ⅲ (250kD) 是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

  23. ※ 真核生物的DNA聚合酶 DNA-pol  起始引发，有引物酶活性。 DNA-pol  参与低保真度的复制 。 DNA-pol  在线粒体DNA复制中起催化作用。 DNA-pol  延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。 DNA-pol  在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。

  24. DDDP的共同特点 ①以dNTP为底物； ②合成链具有模板依赖性，严格遵循碱基 配对规律； ③聚合方向为5’→3’； ④均需在引物的3’-OH末端延伸DNA链。

  25. （2）引物酶 • ——复制起始时催化生成RNA引物的酶 • 在复制起始时催化生成RNA引物，还能辨认复制的起始部位。 • （3）DNA解旋酶(helicase) • ——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA • 双链解开成为两条单链

  26. （4）拓扑异构酶 • 拓扑异构酶作用特点 • 既能水解 、又能连接磷酸二酯键 • 分 类 拓扑异构酶Ⅰ 拓扑异构酶Ⅱ

  27. 作用机制 切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。 反应不需ATP。 拓扑异构酶Ⅰ 切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。 利用ATP供能，连接断端， DNA 变为松弛状态。 拓扑异构酶Ⅱ

  28. （5）单链DNA结合蛋白(single stranded DNA • binding protein, SSB) • ——在复制中维持模板处于单链状态并保 • 护单链的完整 （6）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。

  29. 5’ 3’ 3’ HO 5’ ATP DNA连接酶 ADP 5’ 3’ 3’ 5’

  30. 功能 • DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。 • 在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。 • 也是基因工程的重要工具酶之一。

  31. （三）复制的过程 1.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）合成引物，提供3-OH末端。

  32. 引发体和引物 Dna B、 Dna C 3 Dna A 引物酶 5 3 DNA拓扑异构酶 SSB 5 含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

  33. 5' 3' HO 3 引物酶 引物 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

  34. 2.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。

  35. 3' 5' DNA-pol 5' dCTP dATP dTTP dGTP dCTP dATP dGTP dTTP 3'

  36. 前导链的合成

  37. 滞后链的合成

  38. 复制过程简图

  39. 3.复制的终止 包括切除引物，冈崎片段的延长和连接。

  40. 5 5 DDDPⅠ 5 5 OH P DNA-pol Ⅰ dNTP 5 5 P ATP DNA连接酶 ADP+Pi 5 5 • 滞后链上不连续性片段的连接

  41. DNA复制的保真性至少要依赖三种机制 ① 遵守严格的碱基配对规律； ② 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能； ③ 复制出错时DNA-pol的及时校读功能。

  42. 二、DNA损伤与修复(自学) 1、DNA的损伤 概念 生物体受某些理化和生物等外源性因素或机体内环境改变的影响，引起DNA分子结构的任何异常改变称为DNA损伤(DNA damage)

  43. 2、DNA损伤的修复 • DNA复制过程所发生的突变(碱基配对错误)，由核内DNA聚合酶Ⅰ以其校读功能予以纠正. • 若碱基错配频频发生或损伤范围大，则需采用以下修复方式进行修复.

  44. DNA修复方式 1.光修复： 2.切除修复：由3种酶共同参与完成。 3.重组修复：亦称复制后修复 4. SOS修复：DNA分子受到较大范围的损伤，细胞对危急状态所作出的反应。

  45. 逆转录酶 RNA DNA 三、逆转录 逆转录酶

  46. RNA 模板 逆转录酶 DNA-RNA 杂化双链 逆转录酶 单链DNA 逆转录酶 双链DNA 逆转录病毒细胞内的逆转录现象

  47. 反转录的医学意义 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

  48. 反转录的医学意义 癌基因：能在体外引起细胞恶性转化,在体内诱发肿瘤的基因. 病毒癌基因： 存在于致瘤病毒中的能使靶细胞发生恶性转化的基因. 细胞癌基因(c-onc)或原癌基因(pro-onc):存在于生物正常细胞基因组中的癌基因. 正常情况下基因处于静止或低表达的状态. 当受到致癌刺激被活化并发生异常时则可发生细胞癌变. 用三个小写字母表示癌基因名称,如myc, fos, ras, src等

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