《遺傳學第七章》課件

第七章遺傳物質(zhì)的復制和表達本章將探討遺傳物質(zhì)的復制和表達過程。這兩個過程對于生命體的遺傳信息傳遞至關重要。我們將深入了解DNA復制的機制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，以及基因調(diào)控的復雜性。ffbyfsadswefadsgsa一、DNA的復制復制的定義DNA復制是遺傳物質(zhì)從親代傳遞給子代的過程。它是一個復雜的酶促反應過程，確保子代細胞獲得與親代細胞相同的遺傳信息。復制的目的DNA復制是細胞增殖和遺傳信息傳遞的基礎。它確保了遺傳信息的完整性和穩(wěn)定性，并為細胞分裂和生物體的生長發(fā)育提供必要的遺傳物質(zhì)。復制的過程DNA復制過程包含多個步驟，包括解旋、引物合成、子鏈延伸和連接。這些步驟需要多種酶和蛋白的協(xié)同作用，保證了復制過程的準確性和效率。DNA的雙螺旋結(jié)構雙螺旋結(jié)構DNA分子由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈構成，通過氫鍵連接形成雙螺旋結(jié)構。堿基配對DNA的兩條鏈通過堿基配對結(jié)合，A與T配對，G與C配對，形成特定的空間結(jié)構。核苷酸結(jié)構每個脫氧核苷酸由一個脫氧核糖、一個磷酸基團和一個含氮堿基組成。DNA復制的化學過程模板鏈DNA復制以親代DNA雙鏈作為模板，每條鏈都作為新鏈的模板。新鏈的堿基順序與模板鏈互補，遵循堿基配對原則：A與T配對，G與C配對。酶復制過程需要多種酶參與，例如DNA聚合酶，負責添加新的核苷酸，并校對新鏈的準確性。拓撲異構酶，負責解開DNA雙鏈的纏繞。核苷酸復制需要四種脫氧核苷酸三磷酸：dATP，dGTP，dCTP，dTTP。它們作為復制原料，為新鏈提供核苷酸。每個核苷酸都含有能量，用于驅(qū)動復制過程。DNA復制的酶促反應11.解旋酶解旋酶在復制起點處將雙鏈DNA解開，使兩條單鏈暴露出來，為復制提供模板。22.引物酶引物酶是一種RNA聚合酶，它能以DNA為模板合成一段短的RNA引物，為DNA聚合酶提供一個起始點。33.DNA聚合酶DNA聚合酶以DNA為模板，利用dNTP合成新的DNA鏈，并確保復制的準確性。44.連接酶連接酶將岡崎片段之間的RNA引物去除，并將新的DNA片段連接起來，形成完整的DNA鏈。DNA復制的連續(xù)性和不連續(xù)性連續(xù)復制DNA雙鏈的復制是連續(xù)進行的，一條鏈可以連續(xù)合成新的子鏈。不連續(xù)復制另一條鏈則不能連續(xù)合成，而是以片段的形式合成，然后再連接起來。復制叉在復制過程中，DNA雙鏈會解開形成復制叉，復制的方向相反。岡崎片段不連續(xù)合成的片段稱為岡崎片段，每個片段都有一個RNA引物。DNA復制的半保留性概念DNA復制過程中，每個子代DNA分子都保留了親代DNA分子的一條鏈，同時合成了一條新的互補鏈。這種復制模式被稱為半保留復制。證明梅塞爾森和斯塔爾使用重同位素氮標記DNA進行了實驗，證實了DNA復制的半保留性。實驗結(jié)果顯示，在第一代復制后，子代DNA分子均含有1條重鏈和1條輕鏈。在第二代復制后，子代DNA分子中一半含有1條重鏈和1條輕鏈，另一半含有2條輕鏈。二、DNA的轉(zhuǎn)錄1DNA模板作為轉(zhuǎn)錄的模板2RNA聚合酶催化RNA的合成3核糖核苷酸作為RNA的構建單元4轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物與DNA模板互補的RNADNA的轉(zhuǎn)錄是遺傳信息從DNA傳遞到RNA的過程，是蛋白質(zhì)合成的第一步。轉(zhuǎn)錄過程需要DNA模板、RNA聚合酶和核糖核苷酸等參與，最終生成與DNA模板互補的RNA分子。二、DNA的轉(zhuǎn)錄模板鏈DNA雙鏈中作為模板的一條鏈，決定了轉(zhuǎn)錄的RNA序列。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄過程中生成的RNA分子，與模板鏈互補。RNA聚合酶催化轉(zhuǎn)錄過程，識別并結(jié)合啟動子，解開DNA雙鏈，并沿模板鏈移動，將核苷酸連接成RNA鏈。RNA聚合酶的作用識別啟動子RNA聚合酶識別基因的啟動子序列，啟動轉(zhuǎn)錄過程。解開DNA雙螺旋RNA聚合酶解開DNA雙螺旋，使模板鏈暴露，以便進行轉(zhuǎn)錄。催化RNA合成RNA聚合酶催化核糖核苷酸按照模板鏈的堿基順序聚合，合成RNA分子。終止轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶遇到終止信號，停止轉(zhuǎn)錄，釋放合成的RNA分子。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機制DNA序列的特異性轉(zhuǎn)錄起始部位的DNA序列，稱為啟動子，可以特異性地識別RNA聚合酶，從而啟動轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控作用轉(zhuǎn)錄因子可以與啟動子結(jié)合，調(diào)節(jié)RNA聚合酶的活性，從而控制轉(zhuǎn)錄的效率。RNA聚合酶的活性RNA聚合酶的活性受多種因素的影響，例如溫度、pH值以及各種抑制劑等。三、RNA的加工和轉(zhuǎn)運在真核生物中，新轉(zhuǎn)錄的RNA被稱為前體mRNA，需要經(jīng)過一系列加工步驟才能成為成熟的mRNA。1加帽在5'端加上一個7-甲基鳥苷帽2剪接去除內(nèi)含子，連接外顯子3加尾在3'端加上多聚腺苷酸尾加工后的成熟mRNA才能從細胞核轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)，與核糖體結(jié)合進行蛋白質(zhì)的翻譯。原核生物中的RNA加工15'端加帽原核生物mRNA的5'端通常不加帽，但可能存在一些修飾，如磷酸化的核苷酸或寡核苷酸。23'端加尾原核生物mRNA的3'端通常不加尾，但可能存在一些修飾，如多聚腺苷酸化或其他非編碼序列。3RNA剪接原核生物mRNA通常不需要剪接，因為其基因通常是連續(xù)的，不含內(nèi)含子。4其他加工原核生物可能存在其他RNA加工，如RNA的降解和修飾，以調(diào)節(jié)基因表達。真核生物中的RNA加工加帽在轉(zhuǎn)錄開始時，在mRNA的5'端添加一個7-甲基鳥苷帽子。這個帽子對于mRNA的穩(wěn)定性和翻譯的起始至關重要。剪接從前體mRNA中去除內(nèi)含子，并將外顯子連接起來。剪接是由剪接體復合物完成的，這個過程對于產(chǎn)生功能性的mRNA至關重要。多聚腺苷酸化在mRNA的3'端添加一個多聚腺苷酸尾巴。這個尾巴可以保護mRNA免受降解并有助于其從細胞核中運輸?shù)郊毎|(zhì)。RNA的轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNAtRNA是將氨基酸轉(zhuǎn)運到核糖體的適配器分子，它們具有獨特的二級結(jié)構，可以識別特定的密碼子和攜帶相應的氨基酸。核糖體核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，它可以結(jié)合mRNA和tRNA，并催化肽鍵的形成。轉(zhuǎn)運過程轉(zhuǎn)運過程涉及tRNA與mRNA的配對，然后tRNA將氨基酸運送到核糖體上，最終形成蛋白質(zhì)。四、蛋白質(zhì)的翻譯1遺傳密碼的特點遺傳密碼是決定氨基酸序列的密碼子，它具有通用性、簡并性、無重疊性和方向性等特點。2核糖體的結(jié)構和功能核糖體由兩個亞基組成，分別是大亞基和小亞基，它在蛋白質(zhì)合成中起著關鍵作用，負責讀取mRNA上的密碼子和連接氨基酸。3氨基酸的活化和轉(zhuǎn)運氨基酸需要與tRNA結(jié)合，形成氨酰-tRNA，才能被運送到核糖體上，參與蛋白質(zhì)合成。遺傳密碼的特點三聯(lián)密碼每個氨基酸由三個相鄰的核苷酸組成，稱為密碼子。簡并性多個密碼子可以編碼同一個氨基酸，提高了遺傳密碼的容錯率。通用性幾乎所有生物都使用相同的遺傳密碼，說明了生命起源的統(tǒng)一性。無標點密碼子之間沒有間隔，翻譯時以三個核苷酸為單位進行讀取。核糖體的結(jié)構和功能核糖體的結(jié)構核糖體由兩個亞基組成，分別是大的亞基和小亞基。大亞基包含三個rRNA分子，小的亞基包含一個rRNA分子。核糖體蛋白與rRNA結(jié)合在一起形成核糖體的完整結(jié)構。核糖體的功能核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。在mRNA的指導下，核糖體將tRNA帶來的氨基酸按照遺傳密碼的順序連接在一起，形成多肽鏈，最終合成蛋白質(zhì)。氨基酸的活化和轉(zhuǎn)運氨基酸的活化氨基酸在蛋白質(zhì)合成中作為構建單元。在翻譯開始之前，氨基酸需要活化，即與tRNA結(jié)合形成氨酰-tRNA復合物。該過程需要ATP水解和氨酰-tRNA合成酶的催化，確保每個氨基酸與相應的tRNA配對。氨酰-tRNA的轉(zhuǎn)運活化的氨酰-tRNA復合物隨后被轉(zhuǎn)運到核糖體，準備參與蛋白質(zhì)的合成。tRNA通過反密碼子與mRNA上的密碼子配對，將特定的氨基酸添加到正在生長的多肽鏈中。蛋白質(zhì)的合成過程11.氨基酰tRNA的形成氨基酸與tRNA結(jié)合形成氨基酰tRNA，需要氨酰tRNA合成酶的催化。22.核糖體與mRNA結(jié)合核糖體小亞基結(jié)合mRNA的起始密碼子，大亞基隨后結(jié)合形成完整的核糖體。33.肽鏈的延伸核糖體沿著mRNA移動，依次識別密碼子并添加相應的氨基酸，形成肽鏈。44.肽鏈的終止遇到終止密碼子時，肽鏈從核糖體上脫落，合成過程結(jié)束。五、基因表達的調(diào)控基因表達的調(diào)控是指生物體對基因表達水平的控制，從而影響蛋白質(zhì)的合成，最終決定生物體的性狀。1轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控調(diào)節(jié)RNA聚合酶的結(jié)合和轉(zhuǎn)錄起始2翻譯水平調(diào)控影響mRNA的穩(wěn)定性、翻譯起始和翻譯效率3蛋白質(zhì)水平調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊、修飾、降解和活性基因表達的調(diào)控機制錯綜復雜，受到多種因素的共同影響，例如環(huán)境、遺傳因素、激素、信號通路等。二、基因表達的調(diào)控操縱子模型操縱子模型解釋了原核生物中基因表達的調(diào)控機制。它由啟動子、操縱基因和結(jié)構基因組成。操縱基因是調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點，控制結(jié)構基因的表達。阻遏蛋白的作用當阻遏蛋白結(jié)合到操縱基因時，它會阻止RNA聚合酶結(jié)合到啟動子，從而抑制結(jié)構基因的轉(zhuǎn)錄。誘導劑的作用誘導劑可以與阻遏蛋白結(jié)合，改變其構象，使其失去與操縱基因的結(jié)合能力，從而解除對結(jié)構基因的抑制，啟動基因的表達。真核生物中的基因表達調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控真核生物基因表達調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，包括轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合、染色質(zhì)重塑和RNA剪接等。翻譯水平調(diào)控翻譯起始、延伸和終止階段都受到嚴格調(diào)控，影響蛋白質(zhì)合成的效率和最終產(chǎn)物。蛋白質(zhì)水平調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯后修飾、降解和定位都受到精細調(diào)控，影響蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性和功能。表觀遺傳學調(diào)控DNA甲基化、組蛋白修飾等表觀遺傳學修飾影響基因的表達，并參與發(fā)育、疾病等重要過程。四、表觀遺傳學調(diào)控DNA甲基化DNA甲基化是表觀遺傳學調(diào)控的重要機制之一，在基因表達的調(diào)節(jié)中起著至關重要的作用。它可以通過添加或移除甲基基團來改變基因的活性，從而影響細胞的功能和命運。組蛋白修飾組蛋白修飾是指在組蛋白上添加或移除化學基團，如乙?；蚣谆鶊F。這些修飾可以改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構，從而影響基因的可接近性，進而影響基因的表達。非編碼RNA非編碼RNA是一類不編碼蛋白質(zhì)的RNA分子，它們在基因表達的調(diào)控中起著重要的作用。它們可以與DNA、RNA或蛋白質(zhì)相互作用，從而影響基因的表達。六、基因工程技術重組DNA技術重組DNA技術是基因工程的核心技術，通過將不同來源的DNA片段連接起來，形成新的DNA分子，并導入受體細胞，從而獲得新的基因型和表型?；蚩寺〖夹g基因克隆技術是指將目的基因片段導入受體細胞，并使其大量復制的過程，可用于生產(chǎn)大量目的基因、蛋白質(zhì)或其他生物制品?；驕y序技術基因測序技術是指測定DNA序列的技術，可用于識別基因的結(jié)構和功能，診斷遺傳疾病，追蹤疾病的傳播途徑，以及進行親子鑒定等。六、基因工程技術重組DNA技術重組DNA技術是指將不同來源的DNA片段連接在一起，形成新的DNA分子，并將其導入宿主細胞，使之表達新的基因。限制性內(nèi)切酶的應用DNA連接酶的應用載體的選擇與構建轉(zhuǎn)化技術基因克隆技術1定義與目的基因克隆是指將目標基因從生物體中分離出來，并將其插入到載體中，然后將載體導入宿主細胞，從而實現(xiàn)目標基因的復制和擴增。2主要步驟基因克隆技術通常包括以下步驟：基因的獲取、載體的構建、基因的連接、重組載體的導入和篩選、克隆基因的表達等。3應用領域基因克隆技術廣泛應用于生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領域，例如基因治療、轉(zhuǎn)基因動植