基因分子生物學(xué)

1、關(guān)于基因的分子生物學(xué)第1頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四遺傳物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)一、遺傳物質(zhì)是什么？ 孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)對(duì)豌豆的雜交和遺傳學(xué)研究，提出了遺傳因子的分離定律和自由組合定律 摩爾根進(jìn)一步將遺傳學(xué)與細(xì)胞學(xué)的研究方法結(jié)合起來(lái)，以果蠅為研究對(duì)象，發(fā)展并確立了基因?qū)W說(shuō) 但是，直到二十世紀(jì)四十年代，困擾科學(xué)工作者的兩大問(wèn)題還未解決：基因是由什么物質(zhì)構(gòu)成的？基因是如何工作的？第2頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 當(dāng)時(shí)人們猜測(cè)，構(gòu)成遺傳物質(zhì)的應(yīng)該是蛋白質(zhì)，理由： 構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有 20 種，氨基酸的不同組合，就能形成多種不同的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)作為酶，催

2、化生物的代謝反應(yīng)，并由此控制多種遺傳性狀的表現(xiàn) 后來(lái)，在對(duì)細(xì)菌、病毒這些及其簡(jiǎn)單的生命形式的研究過(guò)程中，科學(xué)工作者們才開(kāi)始發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的蛛絲馬跡。第3頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四1、著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn) 1928 年，英國(guó)的細(xì)菌學(xué)家 Griffith 首次發(fā)現(xiàn)了基因是一類(lèi)特殊生物分子的證據(jù) 他的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是兩種肺炎球菌： S型 有莢膜，菌落表面光滑，高致病性R型 無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病性第4頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第5頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明： 被加熱殺死的 S 型肺炎球菌無(wú)致病性 被加熱

3、殺死的 S 型肺炎球菌中 一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，能夠使無(wú)害的 R 型肺炎球菌轉(zhuǎn)化成為高致病性的 S 型肺炎球菌 被轉(zhuǎn)化成 S 型肺炎球菌的后代仍保持為 S 型，可見(jiàn)該肺炎球菌的遺傳特性被改變第6頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 在美國(guó)紐約洛克菲洛研究所工作的 Avery 立刻敏感地抓住這一問(wèn)題，進(jìn)一步進(jìn)行研究 他將被加熱殺死的 S 型肺炎球菌的各個(gè)生物化學(xué)成分分離，包括多糖、蛋白質(zhì)、脂肪、核酸 再將各個(gè)組分分別加入活的 R 型肺炎球菌中，研究其致病性和性狀的變化 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有核酸能使 R 型肺炎球菌轉(zhuǎn)化成為S型 進(jìn)一步的酶解實(shí)驗(yàn)也證明：蛋白質(zhì)水解與否與轉(zhuǎn)

4、化無(wú)關(guān)，而核酸水解與否可以控制轉(zhuǎn)化的成敗 1944年，Avery 等人正式得出結(jié)論 DNA 是生命的遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是生命的遺傳物質(zhì)第7頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四2、更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn) 1952 年，Hershey & Chase 利用噬菌體（細(xì)菌病毒，其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，由 DNA 內(nèi)核和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成 ）為實(shí)驗(yàn)對(duì)象完成的實(shí)驗(yàn) 分別用放射性同位素 35S 標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼、 32P標(biāo)記病毒的 DNA 內(nèi)核，分別感染未被標(biāo)記的細(xì)菌關(guān)鍵： 控制好感染時(shí)間，保證噬菌體恰好可以完成感染作用，然后在組織攪拌機(jī)中攪拌，切斷噬菌體外殼與細(xì)菌細(xì)胞間的聯(lián)系 第8頁(yè)，共68頁(yè)

5、，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四上清：游離的噬菌體沉淀：被感染過(guò)的細(xì)菌結(jié)論：進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：第9頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 噬菌體在感染細(xì)菌時(shí)，僅僅是其中的 DNA 內(nèi)核進(jìn)入細(xì)菌，而蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)菌細(xì)胞外 從細(xì)菌中釋放的新噬菌體顆粒中，能檢測(cè)出 32P 標(biāo)記，而檢測(cè)不出 35S 標(biāo)記 可見(jiàn)噬菌體在繁殖的過(guò)程中，DNA 得到了復(fù)制，并且控制新的蛋白質(zhì)外殼的合成從 1944 年到 1952 年，整整 8 年的時(shí)間，全世界的科學(xué)家才接受了 Avery 的結(jié)論 生命的遺傳物質(zhì)是 DNA第10頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四196

6、2年， Wilkins、 Watson和Crick共獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)Watson和Crick因?yàn)樵?953年提出DNA的反向平行雙螺旋模型而與Wilkins共獲Noble生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，后者通過(guò)X射線衍射證實(shí)了Watson-Crick模型第11頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四Rosalind E. Franklin1920-1958Rosalind E. Franklin對(duì) DNA晶體結(jié)構(gòu)的研究為Wilkins的獲獎(jiǎng)奠定了基礎(chǔ)第12頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第13頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四二、DNA的結(jié)構(gòu) 19

7、53 年 2 月 28 日，Watson&Crick 確立了 DNA 雙螺旋模型（double helix model）DNA 雙螺旋鏈的特征： 兩條通過(guò)堿基配對(duì)連接的多核苷酸長(zhǎng)鏈，稱為“互補(bǔ)鏈”（complementary chain），互補(bǔ)鏈以反向平行 的方式圍繞同一中心軸相互纏繞，組成雙螺旋，兩條鏈均為右手螺旋，每一螺距為 3.4nm，而相鄰堿基對(duì)（base pair, bp）之間的距離為 0.34nm，因此每一螺旋中有 10 個(gè) bp第14頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四2、堿基的互補(bǔ)配對(duì)是固定的準(zhǔn)確的，A 與 T 之間形成兩條氫鍵，而 G 與 C之間形成三條氫

8、鍵，可見(jiàn) G 與 C 的連接比 A 與 T 之間的連接更穩(wěn)定3、DNA 分子是有方向性的，由于脫氧核糖核磷酸通過(guò) 5,3-磷酸二酯鍵 連接形成多核苷酸長(zhǎng)鏈，長(zhǎng)鏈的 一端為 3端，有游離的 3-OH一端為 5 端，有游離的 5-磷酸在DNA雙螺旋分子中， 一條長(zhǎng)鏈的方向?yàn)?53 一條長(zhǎng)鏈的方向?yàn)?3 5兩條鏈反向平行第15頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四4、雙螺旋的表面形成兩條溝，其中 大溝（wide groove）寬 2.2 nm，是蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)； 小溝（narrow groove）寬 1.2 nm5、DNA 分子中，4 種核苷酸的排列順序不受任何限制，能構(gòu)成極其繁

9、多的組合形式 如一段長(zhǎng) 100 bp 的 DNA 片段，其核苷酸的排列方式有 4100 種 DNA 分子蘊(yùn)藏著無(wú)窮多的遺傳信息第16頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四DNA的復(fù)制一、DNA 復(fù)制依賴于堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 DNA 是遺傳物質(zhì)，它攜帶由特定順序的核苷酸組成的遺傳信息，控制著生物體特定的性狀，并在細(xì)胞增殖的過(guò)程中將遺傳信息傳遞給下一代 DNA 分子能夠準(zhǔn)確地自我復(fù)制（selfreplication） 保證一套完整的遺傳信息的代代相傳 特殊結(jié)構(gòu) ：DNA 的雙鏈結(jié)構(gòu)第17頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四二、DNA的半保留復(fù)制 將大腸桿菌放置在

10、一 15NH4Cl 為唯一氮源的培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代 所有大腸桿菌的 DNA 都被 15N 標(biāo)記轉(zhuǎn)入以 14NH4Cl 為唯一氮源的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)第一代分裂完成的菌體第二代分裂完成的菌體將 DNA 分離出來(lái)，進(jìn)行密度梯度離心1、DNA 合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn) 1958 年，Meselson & Stath 設(shè)計(jì)了 DNA 合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，具體作法：第18頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四結(jié)果： 親本的 DNA 離心后形成一條帶，分布在離心管的下部，可見(jiàn)是僅含 15N 的雙鏈 第一代的 DNA 離心后形成一條帶，正好分布在離心管的中部，可見(jiàn)是同時(shí)含 15N 和 14N 的雙

11、鏈 第二代的 DNA 離心后形成兩條帶，一條位于離心管的中部，一條位于離心管的上部，可見(jiàn)其 DNA 有兩種，一種為同時(shí)含 15N 和 14N 的雙鏈，另一種為只含 14N的雙鏈第19頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第20頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四結(jié)論： 新合成的 DNA 分子的兩條 DNA 鏈，一條來(lái)自親代DNA（parental chain），一條是新合成的子鏈 半保留復(fù)制（semiconservative relpication） 細(xì)胞中的 DNA 復(fù)制是以親代的一條 DNA 鏈為模板（template），按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成另一

12、條具有互補(bǔ)堿基的新鏈，復(fù)制完成的 DNA 子鏈與親代的 DNA 完全相同第21頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四2、DNA 復(fù)制的基本過(guò)程發(fā)生時(shí)間： 細(xì)胞周期的 S 期參與復(fù)制的蛋白因子： 解旋酶（helicase） 在 DNA 復(fù)制起始位點(diǎn)，局部解螺旋，并拆開(kāi)為兩條單鏈 單鏈附著蛋白（SSB） 與解旋的單鏈結(jié)合，使母鏈能穩(wěn)定存在一段時(shí)間 引物酶 負(fù)責(zé)合成引物 引物（primer） 為 10 個(gè)左右的核苷酸的 RNA 短鏈，為 DNA 的合成提供游離的 3OH端 DNA 聚合酶（DNA polymerase） 負(fù)責(zé)使游離的核苷酸準(zhǔn)確地與母鏈 DNA 上互補(bǔ)的堿基結(jié)合，并與

13、早先形成的核苷酸新鏈連接，使新鏈延長(zhǎng)第22頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四特點(diǎn)： DNA聚合酶只能將游離的核苷酸加在新鏈的 3 OH 端，因此 DNA 的復(fù)制總是由 5 向 3 方向進(jìn)行 親代 DNA 雙鏈打開(kāi)后，一條為 3 5 方向，以這條鏈為模板，正好使核苷酸按 5 3 的方向連續(xù)合成新鏈 另一條模板鏈為 5 3 方向，無(wú)法連續(xù)合成新鏈，只能分段進(jìn)行，每合成的一段小片段稱為“岡崎片段”（Okazaki fragment） 岡崎片段上的 RNA 引物被 RNA 水解酶水解，DNA 小片段取代之，再通過(guò) DNA 連接酶（DNA ligase）使各個(gè)岡崎片段連接起來(lái)第23

14、頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四具體過(guò)程： 在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的 DNA 可以 同時(shí)在許多 DNA 復(fù)制的起始位點(diǎn) 局部解螺旋并拆開(kāi)為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制泡”，解鏈的叉口處稱為復(fù)制叉（replication fork）第24頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第25頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第26頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四速度： 快，大腸桿菌 30 min 完成 4.64 Mb 的復(fù)制，人類(lèi)幾小時(shí)完成 3000 Mb 的復(fù)制準(zhǔn)確率： 高，平均為 1 / 107

15、結(jié)論： DNA 的半保留復(fù)制保證了所有的體細(xì)胞都攜帶相同的遺傳信息，并可以將遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給下一代第27頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 遺傳信息流是從DNA到RNA到蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)是表型特征的分子基礎(chǔ) 生物體的表型是通過(guò)一系列的蛋白質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，Beadle & Taturm 根據(jù)生化代謝途徑中酶和基因的關(guān)系，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”（one gene-one enzyme）的假說(shuō) 分子遺傳學(xué)的奠基石 隨后的研究將該假說(shuō)更正為：一個(gè)基因一條多肽鏈（one gene-one polypeptide chain）第28頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，

16、星期四二、RNA的結(jié)構(gòu)與功能 RNA也是核苷酸的多聚體，它與DNA的主要差別：（1）RNA大多是單鏈分子；（2）含核糖而不是脫氧核糖；（3）4種核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T） 細(xì)胞中主要有3 種RNA，即信使RNA（messager RNA, mRNA），核糖體 RNA（ribosome RNA, rRNA）和轉(zhuǎn)運(yùn) RNA（tranfer RNA, tRNA）第29頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四1、 mRNA 是遺傳信息的攜帶者，在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，再進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，成為蛋白質(zhì)合成的模板（template）2、tRNA

17、局部為雙鏈，在3、5端相反一端的環(huán)上具有由 3 個(gè)核苷酸組成的反密碼子。tRNA 的反密碼子在蛋白質(zhì)合成時(shí)與 mRNA 上互補(bǔ)的密碼子相結(jié)合 tRNA 起識(shí)別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用第30頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 莖環(huán)結(jié)構(gòu)stem-loop第31頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四3、rRNA單鏈 RNA，和核糖體大、小亞基蛋白共同組成核糖體，核糖 體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核糖體的大小亞基在行使翻譯功能（肽鏈合成）時(shí)，聚合成 整體，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所核糖體上具有 附著 mRNA 模板鏈的位置 兩個(gè) tRNA 附著的位置，分別稱為 A 位和

18、 P 位第32頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四三、轉(zhuǎn)錄（transcription）由DNA控制的蛋白質(zhì)合成涉及兩個(gè)基本過(guò)程：第一步，轉(zhuǎn)錄（transcription） 將 DNA 的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到 mRNA 中，發(fā)生在 細(xì)胞核 中；第二步，翻譯（translation） 將 mRNA 的信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列，在 細(xì)胞質(zhì) 中進(jìn)行原核生物中遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯簡(jiǎn)單一些，真核生物中的遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯要復(fù)雜得多第33頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四轉(zhuǎn)錄與翻譯耦聯(lián)第34頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四基本定義： 轉(zhuǎn)錄（

19、transcription） 以單鏈 DNA 分子為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成一條單鏈 RNA 分子，DNA 分子上攜帶的遺傳信息被轉(zhuǎn)移到 RNA 分子中的過(guò)程基本結(jié)構(gòu)： 啟動(dòng)子（promoter） 由一段特殊的核苷酸序列構(gòu)成，是 DNA 鏈上的轉(zhuǎn)錄起始信號(hào)，是 RNA 聚合酶識(shí)別、結(jié)合并打開(kāi) DNA 雙鏈的位點(diǎn) 終止子（terminator） 終止 RNA 新鏈合成的一段核苷酸序列，即 RNA 聚合酶脫離的位點(diǎn)第35頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四基本過(guò)程： RNA 聚合酶結(jié)合到 DNA 分子在啟動(dòng)子附近，并局部打開(kāi)雙鏈，其中只有一條鏈成為 RNA 分子合成的模

20、板鏈 RNA 聚合酶沿著模板鏈的 3 向 5 端移動(dòng)，按 5 3 的方向合成新的 RNA 鏈 RNA 聚合酶遇上終止子，RNA 聚合酶脫離，新合成的RNA 鏈離開(kāi)模板鏈游離于細(xì)胞核中，DNA 雙鏈恢復(fù)雙螺旋 在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，第一個(gè) RNA 聚合酶在解離下來(lái)之前，第二個(gè) RNA 聚合酶能結(jié)合上去，進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)錄第36頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第37頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四轉(zhuǎn)錄與復(fù)制的不同點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)錄有轉(zhuǎn)錄單位，并非整段 DNA 鏈全部轉(zhuǎn)錄2、轉(zhuǎn)錄不需要引物，合成的是 RNA3、轉(zhuǎn)錄是不對(duì)稱的，即僅以一條 DNA 鏈為模板，合成一條 RN

21、A 鏈4、新合成的 RNA 鏈的 5端游離出來(lái)，僅有正在合成的約 10 個(gè)核苷酸與 DNA 形成雙鏈形式第38頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四四、遺傳密碼（genetic code）1、遺傳密碼的破譯 當(dāng) DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)后，另一個(gè)重大的問(wèn)題被提出 ：“遺傳信息如何儲(chǔ)存在只有簡(jiǎn)單堿基差別的 4 種核苷酸中？” 在美國(guó)健康研究所工作的 Nirenberg&Matthei 在進(jìn)行蛋白質(zhì)細(xì)胞外合成的實(shí)驗(yàn)：他們開(kāi)始是將 ATP、游離的氨基酸添加到從細(xì)胞中分離來(lái)的核糖體、核酸和酶的混合物中 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，他們提出一個(gè)問(wèn)題：“哪一種 RNA 能夠促進(jìn)多肽的合成？”第39

22、頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 Matthei他們建立和優(yōu)化一種對(duì)RNA高度敏感并可及時(shí)檢測(cè)出多肽合成的試管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)5天通宵達(dá)旦 星期六早晨，熬紅了眼的Matthei得到了答案：poly U合成的肽鏈全部是苯丙氨酸（Phe）Matthei成為世界上破譯第一個(gè)遺傳密碼的人第40頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四1966年，Nirenberg和Khorana等人完成全部遺傳密碼字典，在全部64個(gè)密碼子中： 61個(gè)負(fù)責(zé)20種氨基酸翻譯；3個(gè)無(wú)義密碼子 1968年諾貝爾獎(jiǎng)第41頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四2、遺傳密碼的特點(diǎn)

23、 mRNA 上的密碼子是奇數(shù)的三聯(lián)體，又稱“三聯(lián)體密碼”（triplet code）遺傳密碼具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)： A、密碼是連續(xù)的 2 個(gè)密碼子之間沒(méi)有任何核苷酸予以隔開(kāi) B、密碼的簡(jiǎn)并性（degeneracy） 4 種核苷酸組成的密碼子有 64 種，氨基酸只有 20 種，多數(shù)氨基酸都具有多個(gè)密碼子 C、偏愛(ài)密碼子（prefer codon） 在簡(jiǎn)并密碼子中，不同的生物往往偏向使用其中一種 第42頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 D、密碼子的專(zhuān)一性 氨基酸似乎主要由前兩個(gè)核苷酸決定，第三個(gè)核苷酸的改變不會(huì)引起氨基酸的改變 原因：主要是由于 tRNA 的反密碼子的第一個(gè)

24、核苷酸上的堿基為“甲基次黃嘌呤”（I），它與 A、U、C 都能結(jié)合，形成氫鍵 E、起始密碼子（initiate codon） AUG，編碼 fMet（氮甲酰甲硫氨酸） F、終止密碼子（stop codon） 共有三個(gè)：UAG、UAA和UGA，他們不編碼任何氨基酸，終止多肽鏈的合成 G、密碼子的通用性 密碼子對(duì)絕大多數(shù)生物體都是通用的第43頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四五、翻譯（translation） 細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成是一個(gè)嚴(yán)格按照 mRNA 上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸單體合成為多肽鏈的過(guò)程，這一過(guò)程稱為 mRNA 的翻譯（translation） mRNA 的翻譯需

25、要有 mRNA、tRNA、核糖體、多種氨基酸和多種酶等的共同參與，其過(guò)程遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)錄復(fù)雜，共分為五個(gè)階段第44頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四1、第一階段 氨基酸的激活必需成分： 二十種氨基酸、二十種以上的 tRNA、相應(yīng)的氨基酰tRNA 合成酶、ATP、Mg2+具體反應(yīng)： 在氨基酰tRNA 合成酶的催化下，利用 ATP 供能，催化特定的氨基酸與特定的 tRNA 結(jié)合，形成氨基酰tRNA，由兩個(gè)催化反應(yīng)構(gòu)成：反應(yīng)I： AA + ATP + En AA-AMP-En + PPi反應(yīng)II：AA-AMP-En + tRNA AA-tRNA + AMP + En第45頁(yè)，共68頁(yè)，

26、2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四2、第二階段 多肽鏈合成的起始必需成分： mRNA、N-甲酰甲硫氨酰tRNA（fMet-tRNA）、起始密碼子AUG、 30s核糖體小亞基、50s核糖體大亞基、起始因子（initiation factor , IF ）、GTP、Mg2+具體過(guò)程：30S核糖體小亞基與mRNA通過(guò)SD序列結(jié)合在一起 IF與fMet-tRNA形成復(fù)合物GTP起始復(fù)合物第46頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四起始復(fù)合物50S核糖體大亞基70S核糖體、mRNA、 fMet-tRNA結(jié)合在一起IF、GDP、Pi脫離第47頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，

27、8點(diǎn)17分，星期四3、第三階段 多肽鏈的延伸必需成分： 完整的核糖體與 mRNA 的復(fù)合物、各種氨基酰tRNA、多肽轉(zhuǎn)移酶、延伸因子（elongation factor , EF）、GTP特殊結(jié)構(gòu)： 核糖體上有兩個(gè)與氨基酰tRNA 結(jié)合的位點(diǎn)，一個(gè)為 P位點(diǎn)（peptide）、另一個(gè)為 A 位點(diǎn)（aminoacyl），每個(gè)位點(diǎn)上有一個(gè)三聯(lián)體密碼子，起始時(shí) fMet-tRNA結(jié)合在 P 位點(diǎn)上具體過(guò)程：從第一個(gè)肽鍵形成到最后一個(gè)肽鍵形成的全部過(guò)程第48頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四fMet-tRNAPAAA1-tRNAEF GTP fMet-tRNAPAAA1-tRNA

28、tRNAPAfMet-AA1-tRNA多肽轉(zhuǎn)移酶AA2-tRNAEF GTP tRNAfMet-AA1-tRNAPAAA2-tRNA核糖體前移第49頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四4、第四階段 多肽鏈合成的終止必需成分： 終止密碼子（UAG、UAA、UGA）、釋放因子（releasing factor , RF）、水解酶、GTP具體過(guò)程： P位點(diǎn)上有一串多肽鏈A位點(diǎn)到達(dá)終止密碼子RFRF結(jié)合到A位點(diǎn) 將P位點(diǎn)上的轉(zhuǎn)肽酶變構(gòu)成水解酶水解P位點(diǎn)上的tRNA與多肽之間的酯鍵，多肽鏈釋放出來(lái)第50頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四5、翻譯后加工 從核糖體上

29、解離下來(lái)的多肽鏈多數(shù)不具正常的生理功能，必需要經(jīng)過(guò)多種方式的修飾，改變其結(jié)構(gòu)，才能表現(xiàn)出生理活性，主要的翻譯后加工過(guò)程包括： 去掉 N 端的 fMet 剪切去除一些肽段 形成二硫鍵 氨基酸側(cè)鏈的修飾 磷酸化、甲基化、羥基化等 糖基化修飾 亞基聚合 第51頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四特點(diǎn)： 準(zhǔn)確 在翻譯的過(guò)程中，每個(gè)氨基酸是嚴(yán)格按照mRNA 模板的密碼序列逐個(gè)合成到肽鏈上，可見(jiàn) mRNA 上的遺傳信息被準(zhǔn)確地翻譯成特定的氨基酸序列速度： 快 一個(gè)核糖體上一個(gè)肽鏈的合成平均不到 1 分鐘，而且一段 mRNA 可以相繼與多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行多條同一種肽鏈的合成第52頁(yè)

30、，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第53頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四六、中心法則（central dogma）補(bǔ)充：1、發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶 即能以 RNA 為模板合成 DNA2、DNA 翻譯 在實(shí)驗(yàn)室中，能使 DNA 翻譯成蛋白質(zhì)3、朊粒致病性及其遺傳行為 對(duì)中心法則的挑戰(zhàn)，但最終的研究結(jié)果表明，該病毒來(lái)源于細(xì)胞核中的 PrP 基因 轉(zhuǎn)錄 翻譯 復(fù)制 DNA RNA 蛋白質(zhì)第54頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四修改后的中心法則： 轉(zhuǎn)錄 復(fù)制 DNA RNA 復(fù)制 反轉(zhuǎn)錄 翻譯 蛋白質(zhì)第55頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，

31、8點(diǎn)17分，星期四遺傳物質(zhì)的改變一、染色體畸變與人類(lèi)疾病 染色體畸變（chromosome aberration） 染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目發(fā)生改變，進(jìn)而造成可遺傳的病變1、染色體結(jié)構(gòu)的變異A、缺失（deletion） 染色體丟失一個(gè)片段，使位于該片段上的基因丟失實(shí)例：貓叫綜合癥，第 5 號(hào)染色體上短臂缺失 Tumer 綜合癥，缺少一條 X 染色體第56頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四B、重復(fù)（duplication） 染色體的某一片段在該染色體上重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象C、倒位（inversion） 染色體上同時(shí)出現(xiàn)兩處斷裂，中間的染色體片段倒轉(zhuǎn) 180 度后重新連接，使這一部分的基因

32、排列順序發(fā)生顛倒 倒位發(fā)生在染色體的一個(gè)臂內(nèi)，不包含著絲粒的，稱為“臂內(nèi)倒位”（paracentric inversion）; 倒位發(fā)生在兩條臂之間，包括著絲粒的，稱為“臂間倒位”（pericentric inversion） 第57頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四D、易位（translocation） 染色體的斷裂片段接到非同源染色體上的現(xiàn)象，造成染色體間的基因重排 最常見(jiàn)的易位為相互易位（reciprocal translocation），即非同源染色體間相互交換染色體片段 聯(lián)會(huì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)特征性的十字形結(jié)構(gòu)第58頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期

33、四2、染色體數(shù)目變異A、整倍體（euploid） 體細(xì)胞中的染色體數(shù)目的變異是以二倍體產(chǎn)生的正常配子中的染色體為單位進(jìn)行增減 如三倍體的無(wú)籽西瓜、香蕉B、非整倍體（aneuploid） 體細(xì)胞中染色體的變異是以配子中個(gè)別染色體增減為基礎(chǔ)產(chǎn)生的多倍體 如人類(lèi)的性染色體為 XXY 型，少數(shù)人表型正常，但多數(shù)會(huì)患上 Klinefelter 綜合癥；小兒唐氏綜合癥，為 21 號(hào)染色體多了一條，即 21 三體；XXX型、XYY型等第59頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四二、基因突變（mutation）廣義的基因突變包括染色體畸變和基因的點(diǎn)突變 基因突變發(fā)生在生殖細(xì)胞內(nèi)，則突變能遺傳給后代； 因突變發(fā)生在體細(xì)胞內(nèi)，則僅在當(dāng)代引起形態(tài)或生理上的變化，但不能遺傳給下一代突變的意義