分子生物学第三章精.ppt

分子生物学第三章第1页，本讲稿共26页一、一、DNADNA复制复制DNADNA的半保留复制的半保留复制DNADNA复制的主要方式复制的主要方式原核生物和真核生物原核生物和真核生物DNADNA复制的特点复制的特点DNADNA复制的调控复制的调控DNADNA的修复的修复1 1自学自学自学自学DNADNA的转座的转座第2页，本讲稿共26页“倘若你认为自己迈开的倘若你认为自己迈开的步伐是正确的，并且已经步伐是正确的，并且已经掌握了专门的知识，那么，掌握了专门的知识，那么，任何人都阻挠不了你，任何人都阻挠不了你，.不必去理会人们的非难和不必去理会人们的非难和评头品足。评头品足。”Barbara McClintock“如果你能脚踏实地从事研究并如实报告观察结果，同时保持健如果你能脚踏实地从事研究并如实报告观察结果，同时保持健康长寿，那么，你有可能获诺贝尔奖。康长寿，那么，你有可能获诺贝尔奖。”Barbara McClintock 1983198319831983年诺贝尔生年诺贝尔生年诺贝尔生年诺贝尔生理医学奖理医学奖理医学奖理医学奖第3页，本讲稿共26页DNADNA的转座的转座的转座的转座(DNA的移位的移位 transposition)是由可移位因子（是由可移位因子（transposable element）介导的遗）介导的遗传物质重排现象。传物质重排现象。转座子（转座子（transposon,transposon,TnTn）：）：是存在于染色体是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。上可自主复制和移位的基本单位。在在转转座座过过程程中中，有有的的转转座座子子会会留留在在原原来来位位置置上上，在在新新位位点点上上出出现现的仅仅是它的拷贝。的仅仅是它的拷贝。在生物体内在生物体内普遍存在普遍存在“转座转座”？就是转座子的移位吗？就是转座子的移位吗？第4页，本讲稿共26页转座子的分类转座子的分类转座子的分类转座子的分类插入序列（插入序列（insertional sequence,IS因子）因子）复合型转座子（复合型转座子（composite transposon）最简单的转座子，不含任何宿主基因，是细菌最简单的转座子，不含任何宿主基因，是细菌染色体或质粒染色体或质粒DNA的正常组成部分。的正常组成部分。带带IS序列序列不带不带IS序列序列带有某些抗药性基因（或带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子，其它宿主基因）的转座子，两翼往往是相同或高度同两翼往往是相同或高度同源的源的IS序列。序列。TnA家族：家族：不带不带IS序列体积序列体积庞大（庞大（5Kb）的转座子，带）的转座子，带有有内酰胺酶（内酰胺酶（AmpR）基因和两个转座必需基因。基因和两个转座必需基因。末端常带有倒置末端常带有倒置末端常带有倒置末端常带有倒置重复序列重复序列重复序列重复序列第5页，本讲稿共26页复制型转座子复制型转座子转座子的分类转座子的分类转座子的分类转座子的分类(续续续续)非复制型转座子非复制型转座子在在复复制制过过程程中中,整整个个转转座座子子被被复复制制,所所移移动动的的是是原原转转座座子子的的拷拷贝贝,转转座座酶酶(transposase)和和解解离离酶酶(resolvase)分分别别作作用用于于原原始始转转座座子子和和复制转座子复制转座子,如如TnA类转座子。类转座子。在复制过程中，原始转座子作为一个可移动在复制过程中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位，如的实体直接被移位，如IS序列、序列、Mu、Tn5等。等。第6页，本讲稿共26页DNADNA转座的遗传学效应转座的遗传学效应1、引起插入突变、引起插入突变 各种各种IS、Tn转座子都可以引起插入突变。转座子都可以引起插入突变。2、产生新基因、产生新基因3、产生染色体畸变、产生染色体畸变4、引起生物进化、引起生物进化第7页，本讲稿共26页二、从二、从DNA到到RNARNARNA转录的基本过程转录的基本过程RNARNA链链合合成成特特点点：RNA是是按按 方方向向合合成成，在在 催催化化下下，以以DNA链链中中的的 链链为为模模板板，以以 为为原原料料，根根据据碱碱基基配配对对原原则则 ，各各核核苷苷酸酸间间通通过过磷磷酸酸二二酯酯键键相相连连，（需需要要/不不需需要要）引引物物的的参参与与，合合成成的的RNA带带有有与与DNA编码链（有意义链）相同的序列（编码链（有意义链）相同的序列（A-U）。）。模板识别模板识别转录起始转录起始转录延伸转录延伸转录终止转录终止53反义反义RNA聚合酶聚合酶4种核苷三磷酸种核苷三磷酸T-A、A-U、G-C第8页，本讲稿共26页模板识别（模板识别（template recognitiontemplate recognition）：）：指指RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之双链相互作用并与之相结合的过程。相结合的过程。PromoterPromoter是是基基因因转转录录起起始始所所必必需需的的一一段段DNADNA序序列列，是是基基因因表表达达调调控控的的上上游游顺顺式式作作用用元元件件之一。之一。原核生物原核生物真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶promoter promoter直接识别并结合直接识别并结合转录调控因子转录调控因子RNA聚合酶聚合酶转录起始前复合物转录起始前复合物（preintiation transcription complex,PIC）第9页，本讲稿共26页开开放放复复合合物物：在在RNA转转录录的的模模板板识识别别阶阶段段，随随着着DNA结结构构变变化化，聚聚合合酶酶与与启启动动子子形形成成的的封封闭闭复复合合物物转转变变成成开开放放复复合合物物，此此时时DNA序序列中有一小段双链被解开。列中有一小段双链被解开。封闭复合物：封闭复合物：在在RNA转录的模板识别阶段，转录的模板识别阶段，聚合酶与启动子可逆性结合形成的复合物，聚合酶与启动子可逆性结合形成的复合物，此时此时DNA处于双链状态。处于双链状态。三三元元复复合合物物：在在RNA转转录录的的模模板板识识别别阶阶段段，开开放放复复合合物物与与最最初初的的2个个NTP相相结结合合并并在在它它们们之之间间形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键后后即即转转变变成成包包括括RNA聚聚合合酶酶、DNA和新生和新生RNA的复合物。的复合物。强启动子强启动子强启动子强启动子快速快速/不可逆不可逆封闭复合物封闭复合物 开放复合物开放复合物模板识别模板识别转转录录起起始始前前复复合合物物PIC第10页，本讲稿共26页转录起始（转录起始（initiationinitiation）不需要引物不需要引物RNA聚聚合合酶酶合合成成9个个以以上上核核苷苷酸酸并并离离开启动子区，转录进入延伸阶段。开启动子区，转录进入延伸阶段。RNA聚聚合合酶酶通通过过启启动动子子的的时时间间代代表表一一个启动子的强弱。个启动子的强弱。第11页，本讲稿共26页转录延伸（转录延伸（elongationelongation）:RNA聚聚合合酶酶释释放放因因子子离离开开启启动动子子后后，核核心心酶酶沿沿模模板板DNA链链移移动动并并使使新新生生RNA链链不不断断伸伸长长的的过过程。程。E.coli.RNA聚合酶50-90个核苷酸/秒转录终止（转录终止（termination）:当当RNA链链延延伸伸到到转转录录终终止止时时，RNA聚聚合合酶酶不不再再形形成成新新的的磷磷酸酸二二酯酯键键，RNA-DNA杂杂合合物物分分离离，转转录录泡泡瓦瓦解解，DNA恢恢复复双双链链状状态态，而而RNA聚聚合合酶酶和和RNA链都被从模板上释放出来。链都被从模板上释放出来。第12页，本讲稿共26页RNA聚合酶聚合酶原核生物原核生物原核生物原核生物E.coli.RNAE.coli.RNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶2个个亚基亚基1个个亚基亚基1个个亚基亚基1个个亚基亚基1个个亚基亚基负负责责模模板板链链的的选选择择和和转转录录起起始始，使使酶酶专专一一性性识识别别模模板板上上的的启启动动子子。存存在在多多个个因因子子，用用以以识识别不同的启动子。别不同的启动子。全酶全酶（holoenzymeholoenzyme）催化核心催化核心核心酶核心酶与与模模板板DNA、新新生生RNA链链及及核核苷酸底物结合。苷酸底物结合。可可能能与与核核心心酶酶组组装装及及启启动动子子识识别别有有关关，并并参参与与RNA聚聚合合酶酶和和部分调节因子的相互作用。部分调节因子的相互作用。？一种一种RNA聚合酶几乎合成聚合酶几乎合成所有所有RNA第13页，本讲稿共26页真核生物真核生物真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶IRNA聚合酶聚合酶IIRNA聚合酶聚合酶III转录产物转录产物rRNAhnRNAtRNA、5SrRNA、snRNAmRNA一般由一般由8-16个亚基组成个亚基组成-鹅膏覃碱鹅膏覃碱低低浓浓度度：动动植植物物中中，RNA聚聚合合酶酶II被被抑抑制制，RNA聚聚合合酶酶I没没影影响响，RNA聚聚合合酶酶III在在各各生生物物中差异大。中差异大。高高浓浓度度：动动物物细细胞胞中中抑抑制制转转录录，但但昆昆虫虫中中无无影响。影响。第14页，本讲稿共26页terminator启动子的结构启动子的结构启动子的结构启动子的结构转转录录单单元元（transcription transcription unitunit）：是是一一段段从从启动子开始至终止子结束的启动子开始至终止子结束的DNA序列。序列。你还记得什么是启动子吗？RNA转录起始位点转录起始位点第15页，本讲稿共26页在在RNA聚聚合合酶酶与与DNA结结合合的的区区域域内内有有一一个个由由6个个核核苷苷酸酸组组成成的的序序列列，是是RNA聚聚合合酶酶的的紧紧密密结结合合点点，该该位位点点的中央约位于起点上游的中央约位于起点上游10bp 处，又称处，又称-10区区。PribnowPribnow区（区（Pribnow boxPribnow box）：）：在在Pribnow box外存在外存在的与的与RNA聚合酶对启动聚合酶对启动子识别有关的共同序列子识别有关的共同序列TTGACA，它位于起点，它位于起点上游上游35bp处。处。-35-35区：区：原核生物启动子的特点原核生物启动子的特点-10区和区和-35区是区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与聚合酶与启动子的结合位点，能与因子因子相互识别，具有很高的亲和力。相互识别，具有很高的亲和力。第16页，本讲稿共26页真核生物启动子的特点真核生物启动子的特点真核生物启动子的特点真核生物启动子的特点HognessHogness区（区（Hogness box Hogness box）在真核生物中，位于转录起始点上游在真核生物中，位于转录起始点上游-30-25bp处存在共同序列处存在共同序列TATAAA，也称，也称TATA区区。CAATCAAT区（区（CAAT box CAAT box）在真核生物中，位于转录起在真核生物中，位于转录起始点上游始点上游-78-70bp处存在处存在一段共同序列一段共同序列CCAAT，它，它与原核生物中与原核生物中-35区相对应。区相对应。GCGC区、增强子区区、增强子区将将TATA区上游的保守区上游的保守序列称为序列称为上游启动子元上游启动子元件（件（UPE）或上游激活）或上游激活序列（序列（UAS）第17页，本讲稿共26页原核与真核生物原核与真核生物原核与真核生物原核与真核生物mRNAmRNAmRNAmRNA的特征比较的特征比较的特征比较的特征比较原核生物的原核生物的mRNA1、半衰期短、半衰期短2、可能以多顺反子形式存在、可能以多顺反子形式存在3、5端无帽子结构，端无帽子结构，3端没端没有或只有较短的有或只有较短的polyA结构结构单顺反子单顺反子mRNA mRNA：只只编编码码一一个个蛋蛋白白质质的的mRNA。多顺反子多顺反子mRNA mRNA：编码多个蛋白质的编码多个蛋白质的mRNA。第18页，本讲稿共26页真核生物的真核生物的mRNA1、5端有端有“帽子帽子”结构结构2、3端有端有polyA“尾巴尾巴”结结构构帽帽子子结结构构是是GTP和和原原mRNA5三三磷磷酸酸腺腺苷苷（或鸟苷）缩合反应的产物。（或鸟苷）缩合反应的产物。常被甲基化常被甲基化组蛋白基因组蛋白基因转录后转录后转录后转录后真真核核基基因因转转录录终终止止位位点点上上游游15-30bp处的处的保守序列保守序列保守序列保守序列AAUAAAAAUAAARNA聚合酶聚合酶II至尾巴下游至尾巴下游0.5-2Kb核苷酸处核苷酸处 “帽子帽子”是什么是什么?所有真核所有真核mRNAmRNA都有都有“尾巴尾巴”吗吗?“尾巴尾巴”是何时产生的？是何时产生的？什么是加尾和初级转录产物什么是加尾和初级转录产物准确切割所必需的？准确切割所必需的？RNARNA聚合酶都在聚合酶都在“尾巴尾巴”终止终止吗？吗？第19页，本讲稿共26页真核生物初始转录产物的加工真核生物初始转录产物的加工加工过程加工过程推测的生理功能推测的生理功能加帽加帽mRNA 从细胞核向细胞质运转，翻译起始从细胞核向细胞质运转，翻译起始加加polyA尾尾转录终止，翻译起始和转录终止，翻译起始和mRNA降解降解RNA的剪接的剪接 从从mRNA、tRNA和和rRNA前体分子中切除内含子前体分子中切除内含子RNA的切割的切割 从前体从前体RNA中释放中释放tRNA和和rRNA分子分子DNA转转录录生生成成的的原原始始转转录录产产物物 即即mRNA的的前前体体，经经过过 和和 ，再再经经过过 ，编编码码蛋蛋白白质质的的外外显显子子部部分分就就连连接接成成为为一一个个连连续续的的 ，通过核孔进入细胞质，即可作为蛋白质合成的模板了。，通过核孔进入细胞质，即可作为蛋白质合成的模板了。核不均一核不均一RNARNA（hnRNAhnRNA）5 5加帽加帽3 3加多聚腺苷酸加多聚腺苷酸RNARNA的剪接的剪接开放阅读框（开放阅读框（ORF)ORF)第20页，本讲稿共26页核酶核酶(ribozyme)ribozyme)是是一一类类具具有有催催化化功功能能的的RNA分分子子,通通过过催催化化靶靶位位点点RNA链链中中磷磷酸酸二二酯酯键键的的断断裂裂,特特异异性性剪剪切切底底物物RNA分子分子,从而阻断基因的表达。从而阻断基因的表达。ribonucleic acidenzyme 酶不仅是蛋白质酶不仅是蛋白质 T T4 4 RNA RNA、一些植物类病毒和拟病毒也可自我剪接、一些植物类病毒和拟病毒也可自我剪接 是继反转录之后对中心法则的又一重要修正，是继反转录之后对中心法则的又一重要修正，说明说明RNARNA既是既是 又是又是 。核酶核酶核酶核酶遗传物质遗传物质遗传物质遗传物质酶酶酶酶第21页，本讲稿共26页三、从三、从mRNA到蛋白质到蛋白质肽链的终止及释放肽链的终止及释放翻译的起始翻译的起始肽链的延伸肽链的延伸核核糖糖体体与与mRNA结结合合并并与与氨氨基基酸酸-tRNA生生成成起起始始复合物复合物核核糖糖体体沿沿5端端向向3端端移移动动，多多肽肽从从N端端向向C端合成端合成核核糖糖体体从从mRNA上上解解离离，准准备备新新一轮的合成一轮的合成翻译的基本过程翻译的基本过程将将mRNA链链上上的的核核苷苷酸酸从从一一个个特特定定的的起起始始位位点点开开始始，按按每每3个个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。第22页，本讲稿共26页三联子密码三联子密码(codon)(codon)的性质的性质起始密码子起始密码子(initiation codon)(initiation codon)和终止密码子和终止密码子(termination codon)(termination codon)tRNAtRNA的特点的特点比较原核与真核细胞核糖体的组成比较原核与真核细胞核糖体的组成核糖体的活性中心核糖体的活性中心信号肽信号肽叶绿体蛋白质的跨膜转运叶绿体蛋白质的跨膜转运蛋白质的翻译后加工蛋白质的翻译后加工抗生素与蛋白质合成抗生素与蛋白质合成UGA UAG UAA AUG OchreAmberOpal自学第23页，本讲稿共26页氯霉素氯霉素可能阻止可能阻止mRNA与核糖体结合与核糖体结合四环素类四环素类可能阻止可能阻止AA-tRNA与核糖体结合与核糖体结合链霉素、新霉素、卡那霉素等链霉素、新霉素、卡那霉素等可能干扰可能干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读与核糖体结合而产生错读 竞争性抑制剂竞争性抑制剂第24页，本讲稿共26页The End of Chapter III第25页，本讲稿共26页DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；DNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者DNA dependent DNA polymeraseDDDPDNA dependent RNA polymeraseDDRPRNA dependent RNA polymeraseRDRPRNA dependent DNA polymeraseRDDP第26页，本讲稿共26页