基因信息的傳遞與表達詳解演示文稿

基因信息的傳遞與表達詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有81頁\編于星期三\2點（優(yōu)選）基因信息的傳遞與表達當(dāng)前第2頁\共有81頁\編于星期三\2點基因(gene) 為生物活性產(chǎn)物編碼的DNA功能片段,這些產(chǎn)物主要是蛋白質(zhì)或各種RNA。當(dāng)前第3頁\共有81頁\編于星期三\2點TheCentralDogma（中心法則）ofMolecularBiologyThecentraldogmaofmolecularbiology,atermcoinedbySirFrancisCrick,statesthattheflowofgeneticinformationis"DNAtoRNAtoprotein".當(dāng)前第4頁\共有81頁\編于星期三\2點反中心法則在RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA分子中。因此，在這些生物體中，遺傳信息的流向是RNA通過復(fù)制，將遺傳信息由親代傳遞給子代，通過反轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過轉(zhuǎn)錄和翻譯傳遞給蛋白質(zhì)，這種遺傳信息的流向就稱為反中心法則當(dāng)前第5頁\共有81頁\編于星期三\2點當(dāng)前第6頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制當(dāng)前第7頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制半保留復(fù)制DNA復(fù)制的酶學(xué)DNA生物合成的過程當(dāng)前第8頁\共有81頁\編于星期三\2點半保留復(fù)制

DNA在復(fù)制時，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制(semiconservativereplication)。當(dāng)前第9頁\共有81頁\編于星期三\2點當(dāng)前第10頁\共有81頁\編于星期三\2點當(dāng)前第11頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA復(fù)制所需的酶和蛋白質(zhì)DNA聚合酶IDNA聚合酶II、IIIDNA連接酶引物合成酶拓撲異構(gòu)酶解螺旋酶單鏈結(jié)合蛋白當(dāng)前第12頁\共有81頁\編于星期三\2點ChemicalstructureofDNA當(dāng)前第13頁\共有81頁\編于星期三\2點ChemicalstructureofRNA

3,5-phosphodiesterbond35當(dāng)前第14頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制(新鏈合成)的方向：5’→3’當(dāng)前第15頁\共有81頁\編于星期三\2點原核生物的DNA聚合酶三種：DNA聚合酶Ⅰ（DNA-polⅠ）DNA聚合酶Ⅱ（DNA-polⅡ）DNA聚合酶Ⅲ（DNA-polⅢ)當(dāng)前第16頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA-polIIIDNApolⅠ：DNApolII：DNApolIII=400：40：20polIII由十種亞基組成，其中α亞基具有5'→3'聚合DNA的酶活性，因而具有復(fù)制DNA的功能；而ε亞基具有3'→5'外切酶的活性，因而與DNA復(fù)制的校正功能有關(guān)。DNApolIII是在復(fù)制延長中真正催化新鏈核苷酸聚合的酶;當(dāng)前第17頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA-polⅠ為單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì),可被特異的蛋白酶水解為大小兩個片段；大片段稱為Klenowfragment，具有DNA聚合酶活性和3’→5’外切酶的活性；小片段有5’→3’外切酶的活性（校讀、切除引物、切除損傷的DNA）；DNApolI主要是對復(fù)制過程的錯誤進行校讀，對復(fù)制和修復(fù)過程中出現(xiàn)的空隙進行填補當(dāng)前第18頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA-polⅡDNApolII在其它兩個酶缺失的情況下起作用,其真正功能未完全清楚；當(dāng)前第19頁\共有81頁\編于星期三\2點真核生物的DNA聚合酶已至少發(fā)現(xiàn)5種：DNA-polα,β,γ,δ,εDNA-polα：延長隨從鏈DNA-polδ：延長領(lǐng)頭鏈DNA-polε：校讀、修復(fù)及填補缺口DNA-polβ：修復(fù)核內(nèi)DNADNA-polγ：線粒體內(nèi)當(dāng)前第20頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制中的解鏈和DNA分子的拓撲學(xué)變化解旋、解鏈酶（蛋白）類：解螺旋酶(helicase)：打開DNA雙鏈DNA拓撲異構(gòu)酶(DNAtopoisomerase)單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)作用：解開、理順DNA鏈，維持DNA鏈在一段時間處于單鏈狀態(tài)當(dāng)前第21頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA拓撲異構(gòu)酶

(DNAtopoisomerase)快速復(fù)制造成DNA分子的打結(jié)、纏繞、連環(huán)現(xiàn)象。盤繞過分，形成正超螺旋，盤繞不足，則為負超螺旋。當(dāng)前第22頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA拓撲異構(gòu)酶

(DNAtopoisomerase)大腸桿菌拓撲異構(gòu)酶Ⅰ：暫時切斷一條DNA鏈，形成酶-DNA共價中間物而使超螺旋DNA松弛化，然后再將切斷的單鏈DNA連接起來，而不需要任何輔助因子。大腸桿菌拓撲異構(gòu)酶Ⅱ(旋轉(zhuǎn)酶):

切斷兩條DNA鏈，再連接，松弛超螺旋，無需ATP；有ATP時，將負超螺旋引入松弛的DNA分子。當(dāng)前第23頁\共有81頁\編于星期三\2點切開此鏈當(dāng)前第24頁\共有81頁\編于星期三\2點單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定不會再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對單鏈DNA的水解。

當(dāng)前第25頁\共有81頁\編于星期三\2點當(dāng)前第26頁\共有81頁\編于星期三\2點引物酶和引發(fā)體引物酶(primase)：催化引物合成的一種RNA聚合酶，在模板的復(fù)制起始部位催化互補堿基的聚合，形成短片段的RNA。引發(fā)體(primosome)：引物酶、解旋酶和其它復(fù)制因子及DNA的起始復(fù)制區(qū)共同構(gòu)成的復(fù)合體稱為引發(fā)體當(dāng)前第27頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA連接酶(DNAligase)DNA連接酶可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來。需要消耗ATP只能連接互補鏈中的單鏈缺口連接酶在DNA修復(fù)、重組、剪接中也起縫合缺口的作用當(dāng)前第28頁\共有81頁\編于星期三\2點當(dāng)前第29頁\共有81頁\編于星期三\2點真核生物細胞在S期合成DNA當(dāng)前第30頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制是一個連續(xù)的過程，為敘述的方便，人為分為三個階段：起始延長終止當(dāng)前第31頁\共有81頁\編于星期三\2點參與復(fù)制起始的各種蛋白質(zhì)名稱功能DnaA蛋白辨認起始點解螺旋酶(DnaB蛋白，rep蛋白)解開DNA雙鏈DnaC蛋白協(xié)助解螺旋酶引物酶(DnaG蛋白)催化RNA引物生成SSB穩(wěn)定解開的單鏈拓撲異構(gòu)酶理順DNA鏈當(dāng)前第32頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制起始點(oric)不是隨意的ＡＡＴＡＴＧＴＧＴＡＡＴＡＧＧＴＧＴ當(dāng)前第33頁\共有81頁\編于星期三\2點解螺旋酶DnaA辨認并結(jié)合oriC相互靠近，解鏈當(dāng)前第34頁\共有81頁\編于星期三\2點雙向復(fù)制(bidirectionalreplicationbidirectionalreplication)原核生物例如E.coli，是從固定起始點(復(fù)制原點)OriC(oring)開始，同時向兩個方向進行復(fù)制，稱為~當(dāng)前第35頁\共有81頁\編于星期三\2點真核生物同時有多個復(fù)制起始點當(dāng)前第36頁\共有81頁\編于星期三\2點引發(fā)體的生成引發(fā)體：引物酶(DnaG)，DnaA，解螺旋酶

(DnaB),DnaC及DNA的起始復(fù)制區(qū)共同構(gòu)成的復(fù)合體稱為~。當(dāng)前第37頁\共有81頁\編于星期三\2點主要是II型領(lǐng)頭鏈隨從鏈解螺旋酶引物酶單鏈結(jié)合蛋白當(dāng)前第38頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制的延長催化復(fù)制的酶：原核生物：DNA-polⅢ真核生物：DNA-polα催化合成隨從鏈，

DNA-polδ催化合成領(lǐng)頭鏈當(dāng)前第39頁\共有81頁\編于星期三\2點DNA復(fù)制的半不連續(xù)性一條鏈連續(xù)復(fù)制：領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)另一條鏈不連續(xù)復(fù)制：隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段當(dāng)前第40頁\共有81頁\編于星期三\2點原核生物的復(fù)制終止及岡崎片段的連接終止：由終止點ter(termination)決定;切除引物，填補空隙：DNApol-I缺口連接：連接酶當(dāng)前第41頁\共有81頁\編于星期三\2點DNApol-I當(dāng)前第42頁\共有81頁\編于星期三\2點復(fù)制的三大規(guī)律半保留復(fù)制復(fù)制的方向性復(fù)制的半不連續(xù)性當(dāng)前第43頁\共有81頁\編于星期三\2點轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第44頁\共有81頁\編于星期三\2點一﹑轉(zhuǎn)錄過程需要諸多因素參與

轉(zhuǎn)錄（transcription）以DNA為模板，RNA聚合酶催化合成RNA分子的過程。轉(zhuǎn)錄的實質(zhì)就是將DNA的遺傳信息傳遞給RNA分子。當(dāng)前第45頁\共有81頁\編于星期三\2點

基因轉(zhuǎn)錄的特點：（1）合成RNA的底物是5′-三磷酸核糖核苷（2）在RNA聚合酶的作用下形成磷酸二酯鍵（3）RNA堿基順序由模板DNA堿基順序決（4）被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域都以單鏈為模板（5）RNA合成的方向是5′→3′（6）RNA合成中不需要引物當(dāng)前第46頁\共有81頁\編于星期三\2點(一)DNA鏈是基因轉(zhuǎn)錄的模板

模板鏈（templatestrain）能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的DNA單鏈模板鏈，也稱有意義鏈（sensestrain）或Watson鏈。編碼鏈（codingstrain）相對于模板鏈不能指引轉(zhuǎn)錄的另外一股DNA單鏈，又稱反義鏈（antisensestrain）或Crick鏈。不對稱轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第47頁\共有81頁\編于星期三\2點

（二）

RNA聚合酶是基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵酶

亞基數(shù)目分子量功能α2236512決定轉(zhuǎn)錄的特異性β1150618與轉(zhuǎn)錄全過程有關(guān)β′1155613結(jié)合DNA模板s170263辨認起始點大腸桿菌RNA聚合酶組分和功能

真核生物的RNA聚合酶種類細胞內(nèi)定位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA聚合酶Ⅰ核仁45S-rRNARNA聚合酶Ⅱ核質(zhì)hnRNARNA聚合酶Ⅲ核質(zhì)5S-rRNA、tRNA、snRNA線粒體RNA聚合酶線粒體線粒體的RNA葉綠體RNA聚合酶葉綠體葉綠體的RNA當(dāng)前第48頁\共有81頁\編于星期三\2點（三）DNA模板上啟動子是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位

啟動子決定轉(zhuǎn)錄的起始位點和轉(zhuǎn)錄的方向，啟動轉(zhuǎn)錄的開始。當(dāng)前第49頁\共有81頁\編于星期三\2點

二﹑基因轉(zhuǎn)錄過程包括三個階段

㈠轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成標志轉(zhuǎn)錄開始

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物：RNA聚合酶（全酶）﹑DNA鏈和新鏈前兩個核苷酸。

轉(zhuǎn)錄的起始當(dāng)前第50頁\共有81頁\編于星期三\2點㈡轉(zhuǎn)錄空泡是轉(zhuǎn)錄延伸階段的主要形式

轉(zhuǎn)錄延伸階段的主要形式是轉(zhuǎn)錄空泡（transcriptioncomplex）。轉(zhuǎn)錄空泡示意圖RNA合成方向：5’→3’當(dāng)前第51頁\共有81頁\編于星期三\2點㈢原核生物的轉(zhuǎn)錄終止包括兩種方式

1.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

2.非依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止

ρ因子參與的轉(zhuǎn)錄終止過程RNA的發(fā)卡結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄終止當(dāng)前第52頁\共有81頁\編于星期三\2點

真核生物的轉(zhuǎn)錄同樣可分為起始、延長和終止3個階段。與原核生物相比，真核生物轉(zhuǎn)錄的主要特點是：

1.有多種RNA聚合酶分別合成不同類別的RNA2.有多種類型的啟動子為不同的RNA聚合酶所用

3.有多種轉(zhuǎn)錄因子

4.真核生物于轉(zhuǎn)錄時或轉(zhuǎn)錄后有廣泛的RNA加工當(dāng)前第53頁\共有81頁\編于星期三\2點

初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(primarytranscripts)是指轉(zhuǎn)錄生成的RNA。其不一定是成熟的RNA分子，常要有一個加工修飾過程，才能生成成熟的RNA分子。

轉(zhuǎn)錄后加工(post-transcriptionalprocessing)即將新生的、無活性的RNA初級產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成有活性的成熟RNA的過程，也叫RNA的成熟。三﹑初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過加工具有活性當(dāng)前第54頁\共有81頁\編于星期三\2點真核細胞RNA的轉(zhuǎn)錄后加工

當(dāng)前第55頁\共有81頁\編于星期三\2點㈠hnRNA進行首尾修飾和內(nèi)含子剪切后轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膍RNA

1.5′端帽子結(jié)構(gòu)生成

mRNA成熟的真核生物，其結(jié)構(gòu)5′端都有一個m7GpppG...結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被稱為甲基鳥苷的帽子。四、真核生物轉(zhuǎn)錄后的加工當(dāng)前第56頁\共有81頁\編于星期三\2點2.PolyA尾的生成polyA尾的有無與長短是維持mRNA作為翻譯模板活性和增加mRNA穩(wěn)定性的重要因素。真核生物mRNA5′端帽子結(jié)構(gòu)和PolyA尾的生成m7GpppG當(dāng)前第57頁\共有81頁\編于星期三\2點

3.

hnRNA的剪接

hnRNA經(jīng)轉(zhuǎn)錄最初生成的mRNA前體，其分子量常比成熟mRNA大幾倍或幾十倍。剪接作用在所謂剪接體(splicesome)中進行，剪接體由多種snRNA和幾十種蛋白質(zhì)組成。當(dāng)前第58頁\共有81頁\編于星期三\2點

剪接部位在內(nèi)含子末端的特定位點，即5′↓GV，AG↓3′。卵清蛋白基因轉(zhuǎn)錄及加工過程當(dāng)前第59頁\共有81頁\編于星期三\2點（二）前體tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工

1.tRNA前體的剪切

2.tRNA前體的化學(xué)修飾

3.3′端加上CCA

tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工當(dāng)前第60頁\共有81頁\編于星期三\2點（三）核酶參與了rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工rRNA進行的是自我剪接，表明RNA分子也具有酶的催化活性。這種有酶催化活性的RNA分子被命名為核酶（ribozyme）。

核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補充核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人工核酶

當(dāng)前第61頁\共有81頁\編于星期三\2點翻譯當(dāng)前第62頁\共有81頁\編于星期三\2點（一）核蛋白體是肽鏈合成的場所核蛋白體由rRNA和幾十種蛋白質(zhì)組成的亞細胞顆粒，位于胞質(zhì)內(nèi)。

可分為兩類：附著于糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，主要參與白蛋白、胰島素等分泌性蛋白質(zhì)的合成；

游離于胞質(zhì)，主要參與細胞固有蛋白質(zhì)的合成。糙面內(nèi)織網(wǎng)上的核糖體當(dāng)前第63頁\共有81頁\編于星期三\2點真核生物與原核生物核蛋白體成分的比較

當(dāng)前第64頁\共有81頁\編于星期三\2點核糖體的五個活性部位：

1.mRNA結(jié)合部位2.A部位：主要在大亞基上，接受氨?；?tRNA的部位3.P部位：主要在小亞基上,是釋放tRNA的部位4.轉(zhuǎn)肽酶部位：在大亞基上，催化氨基酸間形成肽鍵,使肽鏈延長5.參與蛋白質(zhì)合成因子的結(jié)合部位當(dāng)前第65頁\共有81頁\編于星期三\2點(二)mRNA是合成蛋白質(zhì)的直接模板

mRNA分子上以5′→3′方向，從AUG開始每三個連續(xù)的核苷酸組成一個密碼子，mRNA中的四種堿基可以組成64種密碼子。當(dāng)前第66頁\共有81頁\編于星期三\2點1.遺傳密碼①遺傳密碼：mRNA分子中堿基排列順序②密碼子：mRNA分子中三個相鄰的堿基決定一種氨基酸，故稱其為三聯(lián)體密碼或密碼子。蛋白質(zhì)的合成當(dāng)前第67頁\共有81頁\編于星期三\2點（1）密碼子的方向性：5′→3′（2）密碼子的簡并性與“兼職”（3）密碼子的通用性

（4）密碼子是不重疊的、無標點的遺傳密碼的特征當(dāng)前第68頁\共有81頁\編于星期三\2點（三）tRNA是活化和轉(zhuǎn)運氨基酸的工具tRNA的二級結(jié)構(gòu)當(dāng)前第69頁\共有81頁\編于星期三\2點（四）若干酶類和因子參與蛋白質(zhì)生物合成1.氨基酰-tRNA合成酶氨基酸在組成多肽之前，必須先經(jīng)過氨基酰-tRNA合成酶催化并與其特異的tRNA結(jié)合。2.轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）使大亞基P位上肽酰-tRNA的肽酰基轉(zhuǎn)移到A位上氨基酰-tRNA的氨基上，結(jié)合成肽鍵，使肽鏈延長。當(dāng)前第70頁\共有81頁\編于星期三\2點3.其他因子①蛋白質(zhì)因子：起始因子﹑延長因子﹑終止因子等；②無機離子：如鎂離子﹑鉀離子等；③供能物質(zhì)：如ATP﹑GTP等。當(dāng)前第71頁\共有81頁\編于星期三\2點㈠氨基酸活化及轉(zhuǎn)運

氨基酸+tRNA+ATP→氨基酰tRNA+AMP+PPi

氨基酰-tRNA合成酶二﹑蛋白質(zhì)合成的一般過程當(dāng)前第72頁\共有81頁\編于星期三\2點㈡翻譯起始復(fù)合物的形成

起始階段