基因信息的传递讲稿.ppt
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1、基因信息的传递第一页,讲稿共六十一页哦从细胞水平看,遗传的物质基础是染色体。从细胞水平看,遗传的物质基础是染色体。DNA是遗传的主要物质基础,其中脱氧核苷酸残基的排列顺序就是是遗传的主要物质基础,其中脱氧核苷酸残基的排列顺序就是DNA分子中分子中储存的遗传信息。储存的遗传信息。基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的DNA片段,是遗传的功能单位。片段,是遗传的功能单位。遗传信息的传递包括基因的传递与表达。遗传信息的传递包括基因的传递与表达。DNARNA蛋白质蛋白质病毒病毒RNA复制复制转录转录翻译翻译反向转录反向转录复制复制中心法则中心法则第二页,讲稿共六十一页哦第一节第一节 DNA的生物合成
2、的生物合成第三页,讲稿共六十一页哦一、一、DNA复制的方式复制的方式半保留半不连续复制半保留半不连续复制AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+亲代亲代DNA 复制叉复制叉子代子代DNA DNA复制形成的子代复制形成的子代DNA,有一条链来自亲代,另一条链是新合,有一条链来自亲代,另一条链是新合成的,子代成的,子代DNA分子总保留一条来自亲代的分子总保留一条来自亲
3、代的DNA链,故称为链,故称为半保留半保留复制复制。第四页,讲稿共六十一页哦复制的半不连续性复制的半不连续性3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)顺解链方向生成的子链,复制为连续进行顺解链方向生成的子链,复制为连续进行,称为,称为领头链领头链。另一股链复制方向与解链方向相反,另一股链复制方向与解链方向相反,不能顺着解链方向连续延长,称为不能顺着解链方向连续延长,称为随从随从链。链。复制中不连续片段称为复制中不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。领头链连续复制而随从
4、链不连续复制,就是复制的领头链连续复制而随从链不连续复制,就是复制的半不连续性。半不连续性。DNA聚合酶催化的反应都是在引物3OH上合成,使DNA链沿53延长,但DNA两条链反向平行,一条链走向为53,另一条链为35。第五页,讲稿共六十一页哦 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 3 3DNA-pol第六页,讲稿共六十一页哦半不连续复制动画半不连续复制动画第七页,讲稿共六十一页哦二、参与二、参与DNA复制的酶类和蛋白因子复制的酶类和蛋白因子1.参与参与DNA解螺旋和解链的酶及蛋白因子解螺旋和解链的酶及蛋白因子(1)拓扑异构酶拓扑异构酶(ToP
5、o)其在其在DNA一定部位将双链中的一条切开,使链末端沿螺一定部位将双链中的一条切开,使链末端沿螺旋松解方向转动松驰,然后将切口封闭,解开旋松解方向转动松驰,然后将切口封闭,解开DNA的超的超螺旋结构,使螺旋结构,使DNA呈松驰状态。呈松驰状态。1010 8 8 局部解链后局部解链后第八页,讲稿共六十一页哦(2)解链酶解链酶 又称解螺旋酶又称解螺旋酶 利用利用ATP供能,作用于氢键,使供能,作用于氢键,使DNA双链双链解开成为两条解开成为两条单链。单链。每解开一对碱基,需消耗每解开一对碱基,需消耗2分子分子ATP。Dna BDna C解链方向解链方向第九页,讲稿共六十一页哦(3)单链结合蛋白质
6、单链结合蛋白质(SSB)SSB可与解开的单链牢固结合,防止链条单链再结合为双螺可与解开的单链牢固结合,防止链条单链再结合为双螺旋结构,稳定旋结构,稳定DNA解开的单链,解开的单链,保护单链的完整性。保护单链的完整性。第十页,讲稿共六十一页哦3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物酶引物酶2.引物酶引物酶 DNA复制时,需要先合成一小段复制时,需要先合成一小段RNA引物,然后在引物的引物,然后在引物的3端端逐个加上脱氧核苷酸合成逐个加上脱氧核苷酸合成DNA链,催化链,催化RNA引物合成的酶称为引引物合成的酶称为引物酶。物酶。
7、第十一页,讲稿共六十一页哦3.DNA聚合酶又称聚合酶又称DNA指导的指导的DNA聚合酶(聚合酶(DNA polyase)(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 以以dNTP为原料,按碱基配对原则为原料,按碱基配对原则,将,将dNTP逐个加在寡核苷酸片段的逐个加在寡核苷酸片段的3OH上,形成磷酸二酯键,从而使上,形成磷酸二酯键,从而使新合成的新合成的DNA链沿链沿5 3方向延长方向延长,此即,此即5 3聚合酶活性。聚合酶活性。第十二页,讲稿共六十一页哦POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATP(NAD+)AMP53534.DNA连接酶连接酶 第十三页,讲稿共六
8、十一页哦三、三、DNA复制过程复制过程(一)(一)DNA复制过程分三个阶段:复制过程分三个阶段:1.复制的起始复制的起始 DNA复制是在特定起始部位开始。复制是在特定起始部位开始。第十四页,讲稿共六十一页哦当复制开始时,当复制开始时,ToPo和解链酶与和解链酶与DNA的复制起始部位结合,使该部位解的复制起始部位结合,使该部位解螺旋,解链,从而解开双链。螺旋,解链,从而解开双链。SSB与解开的两条模板链牢固结合,使其保持单与解开的两条模板链牢固结合,使其保持单链状态。此时复制起始点处形状像叉形,称复制叉。链状态。此时复制起始点处形状像叉形,称复制叉。第十五页,讲稿共六十一页哦2.DNA片段的合成
9、与延伸片段的合成与延伸 RNA引物合成以后,在模板指引物合成以后,在模板指导下,导下,DNApoy催化催化dNTP按按碱基配对原则逐个聚合,同时碱基配对原则逐个聚合,同时复制叉也不断向前推进,新合复制叉也不断向前推进,新合成的成的DNA链沿链沿5 3方向不方向不断延伸。断延伸。第十六页,讲稿共六十一页哦3.复制的终止复制的终止 复制终止时,核酸外切酶将引物切除复制终止时,核酸外切酶将引物切除,由,由DNApoly催化填补空缺,然后催化填补空缺,然后由连接酶连接两个相邻的冈崎片段,形由连接酶连接两个相邻的冈崎片段,形成完整的长链,两条子链分别与两条亲成完整的长链,两条子链分别与两条亲链重新形成双
10、螺旋。链重新形成双螺旋。5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP AMP+PPi5 5 DNA连接酶连接酶第十七页,讲稿共六十一页哦端粒酶端粒酶(telomerase)线性线性DNA在复制完成后,其末端由于引物在复制完成后,其末端由于引物RNA的水解而可能出的水解而可能出现缩短。故需要在现缩短。故需要在端粒酶(端粒酶(telomerase)的催化下,进行延长反)的催化下,进行延长反应。应。第十八页,讲稿共六十一页哦(二)(二)DNA的反向转录合成的反向转录合成1.逆转录逆转录 又称反转录又称反转录是依赖是依赖RNA的的DNA的合成作的合成作用,以单链用,以单链R
11、NA为模板,由为模板,由dNTP聚合成双链聚合成双链DNA分子。分子。此过程中,核酸合成(此过程中,核酸合成(RNADNA)与转录)与转录(DNARNA)过程遗传信息的过程遗传信息的流动方向相反。是某些生物的特流动方向相反。是某些生物的特殊复制方式。殊复制方式。RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA第十九页,讲稿共六十一页哦分子生物学研究可应用反转录酶,分子生物学研究可应用反转录酶,作为获取基因工程目的基因的重要方法之作为获取基因工程目的基因的重要方法之一,此法称为一,此法称为cDNA法。法。以以mRNA为模板,经
12、反转录合为模板,经反转录合成的与成的与mRNA碱基序列互补的碱基序列互补的DNA链链。试管内合成互补试管内合成互补DNA(cDNA)逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T第二十页,讲稿共六十一页哦第二节第二节 RNA的生物合成的生物合成第二十一页,讲稿共六十一页哦转录转录RNADNA 一、转录的概念一、转录的概念 转录(转录(transcription)生物体以生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程。第二十二页,讲稿共六十一页哦二、参与转录的酶类及蛋白因子二、参与转录的酶类及蛋白因子 主要有即主要
13、有即RNA聚合酶聚合酶及与转录终止有关的及与转录终止有关的因子因子。酶酶:RNA聚合酶(聚合酶(RNA polymerase,RNA-pol)因子:在因子:在E.Coli和噬菌体发现的一种蛋白因子与转录终和噬菌体发现的一种蛋白因子与转录终止有关。止有关。第二十三页,讲稿共六十一页哦1.RNA聚合酶聚合酶 又称又称DNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶 在原核和真核生物中广泛存在,以在原核和真核生物中广泛存在,以DNA为模板,为模板,NTP为原料为原料,催化,催化RNA合成(合成(53),反应还需),反应还需Mn2+或或Mg2+参与。参与。核心酶核心酶全酶全酶 第二十四页,讲稿共六十一页哦 核心酶
14、(core enzyme)全酶(holoenzyme)E.coli的的RNA聚合酶是由四种亚基组成的六聚体(聚合酶是由四种亚基组成的六聚体(2 )E.Coli中的中的RNA聚合酶全酶分子量是聚合酶全酶分子量是450000D,由,由4种不同亚基组成。种不同亚基组成。2与与DNA模板结合,酶的滑动及碱基识别有关模板结合,酶的滑动及碱基识别有关催化磷酸二酯键的形成催化磷酸二酯键的形成 与与DNA模板结合模板结合识别启动子识别启动子第二十五页,讲稿共六十一页哦 TATAATATATTA+1-35TTGACAAACTGA+20DNARNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 第二十六
15、页,讲稿共六十一页哦 分为三个阶段:分为三个阶段:起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)三、转录过程三、转录过程第二十七页,讲稿共六十一页哦(2)DNA双链解开。双链解开。(1)RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板与模板保守序列保守序列结合。结合。(3)在在RNA-pol作用下形成转录起始复合物。作用下形成转录起始复合物。RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3(4)转录起始复合物转录起始复合物:1.转录的起始转录的起始TGTTGACATATAAT5/5/3/3/-35区区-10区区转录方向转录方向基因转录区基因转录区启动
16、子启动子+1编码链编码链模板链模板链原核生物启动子的保守序列原核生物启动子的保守序列 第二十八页,讲稿共六十一页哦2.转录的延长转录的延长 亚基脱落,亚基脱落,RNApol聚合酶核心酶变构,与模板结合松聚合酶核心酶变构,与模板结合松弛,沿着弛,沿着DNA模板前移;模板前移;在在核心酶核心酶作用下,作用下,NTP不断聚合,不断聚合,RNA链不断延长。链不断延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi第二十九页,讲稿共六十一页哦 原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象5 3 DNA核糖体核糖体RNARNARNA聚合酶聚合酶转录延长转录延长第三十页,讲稿共六十一页哦
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