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第三章 信息高分子各论

第三章 信息高分子各论. 第一节 遗传与基因 一 . 遗传现象 1. 生物所固有的生命现象 2. 定量研究 ➀ Mendel 的豌豆试验 , 通过对各种表型 (phenotype) 的研究 , 揭示了分离与组合定律 , 暨等位基因 (allele) 的概念的提出 , 同时发现生物个体的性状是由基因 (gene) 决定的. ➁ M organ 通过果蝇的杂交试验发现大量的变异体 , 认为基因是连续排列 (linkage), 并在这假设基础上绘制了果蝇染色体的基因图谱 (gene map). 二 . 遗传物质的探索

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第三章 信息高分子各论

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Presentation Transcript

  1. 第三章 信息高分子各论 第一节 遗传与基因 一. 遗传现象 1. 生物所固有的生命现象 2. 定量研究 ➀ Mendel的豌豆试验,通过对各种表型(phenotype) 的研究,揭示了分离与组合定律,暨等位基因(allele)的概念的提出,同时发现生物个体的性状是由基因(gene)决定的.

  2. ➁Morgan通过果蝇的杂交试验发现大量的变异体,认为基因是连续排列(linkage),并在这假设基础上绘制了果蝇染色体的基因图谱(gene map). 二. 遗传物质的探索 1. 存在的场所:细胞核内的染色体(chromosome), 除蛋白质外,还发现了酸性物质,暨核酸(nucleic acid). 2.遗传物质的发现 ➀1928年, Griffith等的肺炎球菌的小鼠接种试验. ➁1944年, Avery等的再现试验. transformation:由DNA引起的细菌性状的变化现象.

  3. 三. DNA双螺旋结构的发现 1. Chargaff法则

  4. [32P] 标识DNA 强烈搅拌 感染 [35S] 标识蛋白 DNA注入 离心分离 嗜菌体增殖 大肠菌 [35S] 进一步增殖 溶菌 ·嗜菌体放出 [32P] 含[32P]标识DNA的嗜菌体 不含[35S]标识的蛋白质 2. Blender test

  5. B. 分子模型与双螺旋结构模式图 3. DNA双螺旋结构的提出 Watson & Crick于1953年在上述研究结果的基 础上提出了DNA双螺旋结构(double helix). P:核酸, dR :脱氧核糖 G :鸟嘌呤, C :胞嘧啶 T :胸腺嘧啶, A :腺嘌呤 碱基对

  6. 遗传物质的条件 4. 中心法则(central dogma) 复制 转录 翻译 DNA RNA 蛋白质 遗传物质 在细胞内有一定量存在 物质的安定性 减数分裂后有一般传给子代 遗传性状传给后代 支配遗传性状 允许一定程度的变异

  7. RNA mRNA rRNA tRNA 第二节 DNA DNA 复制 逆转录 转录 蛋白质 翻译 Deoxyribonucleic acid

  8. Polynucleotide and its component • Purine adenine 碱基 adenine guanine • Pyrimidine deoxyribose 磷酸 nucleoside ribose nucleotide nucleotide thymine cytosine uracil

  9. 二. 核酸的构造 碱基1 核酸是由核苷为单位连接而成的链状高分子化合物 碱基2 碱基3 碱基4 Phosphodiester Bond,磷酸二酯键

  10. 小沟 Minor groove 大沟 Major groove

  11. 三. DNA的机能 被复制的DNA 复制装置 被合成的RNA 模板DNA 转录装置

  12. B-DNA A-DNA Z-DNA DNA 四. DNA分类

  13. 五. DNA的特性 1. 物理性质 anneal

  14. 2. Melting temperature (Tm) 3. 变性因素 • 热 • 化学物质 • 高pH 4. 杂交(hybridization)

  15. 六. DNA的立体构造 线性DNA 闭环DNA 开环DNA NICK

  16. 1. 线性DNA: DNA分子的两端均能自由移动 2. 闭环DNA: DNA分子在自然条件下,两条单链均为环状且相互连接在一起,同时两条链缠绕的数目称为双链的螺旋数,又为连接数(linking number, Lk). a. 超螺旋: 在空间中沿着自身长轴进行螺旋扭曲,最终两端连接在一起形成环状的结构. b. DNA扭曲方向与双螺旋方向相同,而且扭曲发生在闭合前,该超螺旋称为正超螺旋,反之称为负超螺旋.

  17. c. 超螺旋的影响因素:温度、离子浓度;嵌入剂 (ethidium bromide, EB). d. 拓扑异构酶(topoisomerase)与拓扑异构体 ➀ I型拓扑异构酶: 在DNA的一股链上产生一个切口,使另一条链得以穿越,连接数每次改变±1. ➁ II型拓扑异构酶: 由ATP水解提供能量,在DNA的双链上产生切口,使另一双链DNA片段得以穿过,连接数每次改变±2. ☞拓扑酶在一定程度上能降低正或负超螺旋水平,也就是沿着能量小的方向作用.

  18. T A G T T C T T A | C G | C G | G C | C G | G C | AG GT C GTATCCGCGGACTGTATTTCCGCGGATAG G | A T | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | A T CA TC CATAGGCGCCTGACATAAAGGCGCCTATC A T | T A C G | C G | G C | C G | G C | A A C G | C T A A | T G A e. 立体构造改变 palindrome Stem・loop structure of DNA

  19. f. 核酸定量 • 消光系数(extinction coeffecient)以mg・ml-1表示, 1 mg・ml-1的ds DNA的A260为20,而ss DNA和RNA的A260为25. • 决定因素: 1. 与分子中碱基的组成有关(嘌呤的消光系数比嘧啶大) 2. 分子的二级结构的数量

  20. 第三节 RNA 一. 概要 1. 以双链DNA中的单链为模板进行转录的分子. 2. 存在于细胞质中. 3. 基本单位为nucleotide,糖为核糖. 4. 细胞中的90%为r RNA

  21. 转录,RNA的合成 splicing 翻译 蛋白质

  22. 碱基 碱基 磷酸 磷酸 二. 化学结构 不安定因素:碱性条件下容易被分解,还容易被RNase分解.

  23. 机能 种类 mRNA (messenger RNA) 与核糖体结合,作为蛋白质合成的模板 与氨基酸结合,搬运氨基酸 tRNA (transfer RNA) 核糖体的组成成分,蛋白质的合成场所 rRNA (ribosome RNA) 三. RNA种类与机能

  24. 1. mRNA • 以Genomic DNA为模板,在RNA聚合酶及其它各种转录因子的作用下合成.mRNA编码着相对应的蛋白质的氨基酸密码. ☞真核生物的mRNA的前驱体在核内合成,由于大小尺寸 及长度不一致,因此又称为不均一核内RNA(hnRNA: heterogeneous nuclear RNA)

  25. 23S rRNA 50S 大亚基 5S rRNA 50S 核糖体蛋白 核糖体 16S rRNA 30S 小亚基 核糖体蛋白 2. rRNA S值(Svedberg)为沉降系数的单位,是表示溶液在 时其中的溶质的沉降速度,分子量越大,其沉降速度 也越快.

  26. 3. tRNA Amino acid 分子内氢键结合 Stem structure Loop structure anticodon

  27. Cap structure Poly A Protein code region 4. 其它 • snRNA： small nuclear RNA,参与RNA的splicing反应. • mRNA guanine

  28. 5. 作为生物酶的RNA • RNA酶(ribozyme): 某些rRNA在没有蛋白质存在的情况下,照样发生了splicing反应,并由此而来产生成熟的RNA.经研究表明,该反应是由具有酶活性的RNA所完成. ☞ Ribonuclease P

  29. 20种氨基酸 蛋白质 细胞骨胳 酶 抗体 DNA结合因子 膜蛋白 第四节 蛋白质 一. 概述

  30. 氨基酸 氨基酸 氨基酸 二. 氨基酸与蛋白质 1. 形成

  31. H C COOH Ⓡ NH2 2. 氨基酸的基本构造

  32. 20种氨基酸 3字母缩写 3字母缩写 测链构造 测链构造 性质 性质 负电荷 丙氨酸 天冬氨酸 非极性脂族侧链 亮氨酸 谷氨酸 赖氨酸 异亮氨酸 正荷电 精氨酸 缬氨酸 组氨酸 脯氨酸 酰胺侧链 天冬酰胺 酪氨酸 芳香族侧链 谷氨酰胺 苯丙氨酸 丝氨酸 羟基 色氨酸 苏氨酸 含硫 甲硫氨酸 中性 甘氨酸 半胱氨酸

  33. 碱性 中性 酸性

  34. N O O H H H H H H H ∥ ∥ H C C C N N C C C C C C C N N ∥ ∥ ∥ R2 R5 R3 R4 R1 O O O H H 三. 蛋白质的结构与性质 1. 一级结构(primary structure)

  35. Β折叠 α螺旋 2. 二级结构(secondary structure)

  36. 伴娘蛋白(chaperone) 3. 三级结构(tertiary structure)

  37. 一级结构 (氨基酸序列) 多肽链 二级结构 (小范围内的立体结构) 三级结构 (空间范围内的立体结构) 四级结构 (由具有三级结构的亚基组合) 一条多肽链 4. 四级结构(quaternary structure)

  38. 四. 蛋白质的功能 • 酶：催化与提高细胞内生化反应的速度 • 信号传递：细胞膜上的受体蛋白质可以与来自细胞外介质的配体结合,通过最终的构象改变,从而启动相应配体的反应. • 转运与储存 • 结构与运动 • 营养 • 免疫 • 调节

  39. 五. 蛋白质的功能性结构 • 结构域(domain):在同一多肽中有限的高度及有序 • 的结构片段相连而成的结构. • 2. 结构基序(超二级结构):常出现在球蛋白中的二级 • 结构元件群,代表着在不相关蛋白质凑在一起实现 • 结构-功能统一.

  40. 蛋白质 溶液 凝胶过 滤颗粒 六. 蛋白质分析法 1. 蛋白质的纯化: 根据分子大小、电荷、疏水性及亲和性进行分离纯化. ➀ 大小:凝胶过滤层析(gel filtration chromatography)与SDS-PAGE

  41. ➁电荷: 离子交换层析(ion-exchange chromatography)与等电聚焦(isoelectric focusing) ③ 疏水性: 在高离子强度溶液中,蛋白质和柱中含有的芳香族或脂族烷基物质之间的疏水相互作用会增强,从而通过逐渐增强离子强度梯度,蛋白质会在不同阶段被洗脱下来. ④ 亲和性(affinity): His-tag,抗体等

  42. 2. 蛋白质的氨基酸序列的分析 HLMGSHLVDALELVMGDRGFEYTPKAWLV・・・・・・・ 胰蛋白酶 V8蛋白酶 Edman degradation T1: HLMGSHLVDALELVMGDR T2: GFEYTPK T3: AWLV V1: HLMGSHLVDALE T2: LVMGDRGFE T3: YTPKAWLV HLMGSHLVDALELVMGDRGFEYTPKAWLV・・・・・・・

  43. 3. 分子量的测定 • 凝胶过滤层析法 • SDS-PAGE • MALDI-TOF MS (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, Time Of Flight MASS)

  44. 4. 蛋白质立体结构分析 • X射线晶体衍射 • 核磁共振 5. 功能分析 • 应用计算机方法对蛋白质的三级与四级结构进行推测. 6. 蛋白组学 (proteome) 用于描述一个细胞在它的生存期或在生存的任 何一个时间内转录表达的全套蛋白.

  45. Questions • 阐述生命现象的主要物质组成,结构及其机能. • 为了了解蛋白质的生理机能,请阐明其方法.

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