遗传物质的分子基础 (2).ppt
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1、关于遗传物质的分子关于遗传物质的分子基础基础(2)现在学习的是第1页,共52页第三节第三节 特殊的信息转移和中心法则特殊的信息转移和中心法则 按按照照一一般般的的信信息息转转移移过过程程,遗遗传传信信息息是是由由DNARNA蛋蛋白白质质;但但有有些些病病毒毒携携带带的的遗遗传传物物质质是是而而不不是是,它它们们的的遗遗传传信信息息转转移移过过程程是是通通过过复复制制()或或反转录(反转录()过程实现的。)过程实现的。现在学习的是第2页,共52页一、复制一、复制 噬菌体的基因组结构:噬菌体的基因组结构:噬噬菌菌体体带带有有()链链,分分子子量量约约1.5 X106D(4500Nt),有有四四个个
2、基基因因:成成熟熟蛋蛋白白-外外壳壳蛋蛋白(和蛋白)白(和蛋白)-复制酶复制酶亚基亚基。噬菌体的复制酶:噬菌体的复制酶:噬噬菌菌体体的的复复制制酶酶有有四四个个亚亚基基,除除自自身身携携带带的的亚亚基基外外,另另外外三三个个亚亚基基分分别别来来自自宿宿主主细细胞胞的的S1蛋蛋白白,EF-Tu和和EF-Ts因子。因子。现在学习的是第3页,共52页 复复制制酶酶有有两两个个特特点点,一一是是特特异异性性很很高高,只只识识别别病病毒毒自自身身的的分分子子,而而对对于于其其它它分分子子包包括括其其它它病病毒毒的的分分子子都都不不能能起起作作用用,二二是是比比较较倾倾向向于于与与(-)链链结结合合以以制
3、制造更多的(造更多的(+)链。)链。复制过程复制过程()带带有有()链链的的病病毒毒:这这类类病病毒毒如如,脊脊髓髓灰灰质质炎炎病病毒毒等等,侵侵染染后后,以以自自身身携携带带的的链链上上的的亚亚基基的的基基因因马马上上翻翻译译出出亚亚基基,亚亚基基随随即即组组装装成成复复制制酶酶,催催化化()链链的的合合成成,又又以以()链链为为模模板板合合成成()链链,以以亲亲代代()链链和和子子代代()链链为为模模板板又又翻翻译译出出结结构构蛋蛋白白。最后子代()链和结构蛋白组装成成熟噬菌体。最后子代()链和结构蛋白组装成成熟噬菌体。现在学习的是第4页,共52页 ()带带()链链的的病病毒毒:这这类类病
4、病毒毒如如狂狂犬犬病病毒毒、口口腔腔胞胞疹疹病病毒毒等等,侵侵染染细细胞胞后后,必必须须先先将将()链链复复制制成成()链链才才能能翻翻译译出出复复制制酶酶,所所以以在在每每个个成成熟熟的的病病毒毒颗颗粒粒中中都都带带有有复复制制酶酶,复复制制酶酶与与一一道道侵侵染染细胞,发动()链到()链的合成。细胞,发动()链到()链的合成。()双双链链病病毒毒:例例如如呼呼肠肠孤孤病病毒毒,这这类类病病毒毒侵侵染染细细胞胞后后先先由由()链链翻翻译译出出复复制制酶酶,并并以以()链链为为模模板板催催化化合合成成()链链,以以()链链翻翻译译出出结结构构蛋蛋白白及及更更多多的的()链链,最最后后()链链和
5、和()链链结结合合成成双双链链子子代代再与结构蛋白结合成成熟病毒颗粒。再与结构蛋白结合成成熟病毒颗粒。现在学习的是第5页,共52页二、反转录与反转录病毒二、反转录与反转录病毒 反反转转录录病病毒毒是是通通过过RNARNA反反转转录录成成DNADNA再再转转录录成成RNARNA的的过过程程繁繁殖后代的。殖后代的。、反反转转录录酶酶(reverse transcriptase)是是一一种种由由病病毒毒基基因因组组编编码码的的,可可以以以以RNARNA为为模模板板,将将RNARNA上上的的遗遗传传信信息息反反转转录录到到DNADNA上的上的DNADNA聚合酶聚合酶,这种酶有三个活性:这种酶有三个活性
6、:()以()以RNARNA为模板合成单链为模板合成单链DNA;DNA;()具具有有核核酸酸外外切切酶酶的的活活性性,可可水水解解去去除除DNA-RNADNA-RNA杂杂种种分分子上的子上的RNARNA链;链;()可以单链()可以单链DNADNA为模板合成双链为模板合成双链DNADNA。现在学习的是第6页,共52页现在学习的是第7页,共52页现在学习的是第8页,共52页、反转录病毒、反转录病毒 一一类类单单链链线线状状病病毒毒,一一个个病病毒毒颗颗粒粒含含有有两两个个相相同同的的分分子子(二二聚聚体体),带带有有三三个个必必须须的的基基因因:gaggag(group group specific
7、 specific antigenantigen核核心心抗抗原原基基因因,即即外外壳壳蛋蛋白白基基因因);polpol(RNA-RNA-dependent dependent DNA DNA polymerase polymerase 依依赖赖于于的的 聚聚 合合 酶酶,即即 反反 转转 录录 酶酶 的的 基基 因因);envenv(envelop)envelop)外膜糖蛋白基因)。外膜糖蛋白基因)。现在学习的是第9页,共52页现在学习的是第10页,共52页 反反转转录录病病毒毒感感染染宿宿主主细细胞胞后后,其其RNA在在反反转转录录酶酶的的作用下作用下,反转录成反转录成DNA而后反插入到宿主
8、细胞基因组中。而后反插入到宿主细胞基因组中。在在反反转转录录过过程程中中,最最大大的的变变化化就就是是在在DNA的的末末端端形形成成二二个个长长末末端端重重复复序序列列(long terminal repeats,LTR)。这这类类似似于于转转座座子子的的末末端端重重复复序序列列,暗暗示示着着反反转转录录病病毒毒可可能能有有类类似似于于转转座座子子的的转转座座作作用用。在在插插入入宿宿主主染染色色体体的的时时候候,可可导导致致宿宿主主染染色色体体的的几几个个bp的的顺顺向向重重复复。由由于于反反转转录录病病毒毒可可能能具具有有转转座座功功能能,因因此此有有人人将将这这类类病病毒称为毒称为反转录
9、转座子(反转录转座子(retrotransposon).现在学习的是第11页,共52页三、三、DNADNA翻译:翻译:指利用指利用DNA直接作为信使直接作为信使,在核糖体上翻译蛋白在核糖体上翻译蛋白质的现象。质的现象。目前在自然界中尚未发现目前在自然界中尚未发现,但在实验室中利用但在实验室中利用某些抗生素打乱核糖体对模板的选择某些抗生素打乱核糖体对模板的选择,能够使能够使DNA直接代替直接代替mRNA而合成多肽。而合成多肽。现在学习的是第12页,共52页四、对中心法则的挑战四、对中心法则的挑战 DNA RNA Protein n1、朊病毒(、朊病毒(Prion):这是一种引起人类:这是一种引起
10、人类Kuru病、病、CJD病、病、GSS病;动物的疯牛病(病;动物的疯牛病(mad cow disease)、羊瘙痒病等疾病的羊瘙痒病等疾病的蛋白质蛋白质因子。因子。?现在学习的是第13页,共52页朊病毒的遗传信息传递问题朊病毒的遗传信息传递问题:现在已经知道完整朊病毒的分子量现在已经知道完整朊病毒的分子量3335KD,称,称PrPsc 3335,该蛋白质水解,该蛋白质水解N-末端末端67个氨基酸后成为有传染性的病毒个氨基酸后成为有传染性的病毒颗粒,称颗粒,称PrPsc 2730。正常细胞内有。正常细胞内有3335KD的与的与PrPsc 3335一一级结构完全相同而二级结构有明显差别的蛋白质,
11、但没有级结构完全相同而二级结构有明显差别的蛋白质,但没有致病性,称致病性,称PrPc。PrPc一旦与一旦与PrPsc结合将转变为结合将转变为PrPsc。这就。这就是朊病毒的繁殖方式。由此可知是朊病毒的繁殖方式。由此可知PrP(Prion Protein)是由细)是由细胞内的基因编码的,胞内的基因编码的,PrPc与与PrPsc是一种同分异构体。是一种同分异构体。问题问题:在:在PrPc转变为转变为PrPsc的过程中,的过程中,PrPsc必须将遗传信息必须将遗传信息传递给传递给PrPc,即将自己的立体结构的信息传递给,即将自己的立体结构的信息传递给PrPc。蛋白质蛋白质与蛋白质之间遗传信息靠什么传
12、递?与蛋白质之间遗传信息靠什么传递?现在学习的是第14页,共52页n2 2、以蛋白质为模板的肽链合成、以蛋白质为模板的肽链合成:许多多肽抗生:许多多肽抗生素的合成并不是为素的合成并不是为DNADNA所编码,没有所编码,没有mRNAmRNA,也不在,也不在核糖体上合成。核糖体上合成。LipmannLipmann发现这些多肽是直接由某些发现这些多肽是直接由某些多酶体系合成的,如短杆菌肽。多酶体系合成的,如短杆菌肽。n3 3、蛋白质翻译后的加工、蛋白质翻译后的加工:有些蛋白质刚合成后是:有些蛋白质刚合成后是没有活性的,必须经过一定的加工才能成为有活性的没有活性的,必须经过一定的加工才能成为有活性的蛋
13、白质,这些加工过程包括糖基化、脂化以及肽链的蛋白质,这些加工过程包括糖基化、脂化以及肽链的剪切等过程,这些过程的遗传信息又是如何来的?剪切等过程,这些过程的遗传信息又是如何来的?现在学习的是第15页,共52页 3.7 基因的现代概念一、基因和DNAn n基因是DNA分子的一个区段?基因与多肽之间有共线性(colinearity)n真核基因组中编码蛋白质的序列大概只占0.5%-5%。n n基因与基因之间有大量的非编码序列,即有intergenic region,这种现象称DNA冗余。现在学习的是第16页,共52页 DNA的重复序列的重复序列(repetitive sequence)基因组DNA根
14、据拷贝数的多寡,可分为:单拷贝序列:非重复序列,约占基因组的4070%。少量(轻度)重复序列:10拷贝以下,约占10%,如珠蛋白基因、酵母tRNA基因。中度重复序列:在10105拷贝,约占基因组的10%40%。可分为顺向重复序列(directed sequence DR)和反向重复序列(inverted sequence IR)。如Alu family 高度重复序列:在105106拷贝,约占基因组的10%20%,主要是所谓的卫星DNA。现在学习的是第17页,共52页二、生化突变型与一基因一酶说 1、1941年,首先由年,首先由Beadle和和Tatum提出该假说。提出该假说。2、“一基因一酶假
15、说一基因一酶假说”的主要内容的主要内容 对结构基因而言,一种基因仅能表达一种多肽。对结构基因而言,一种基因仅能表达一种多肽。3、“一基因一酶假说一基因一酶假说”的证据的证据前体前体鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸arg1arg2arg3酶酶1酶酶2酶酶3精氨酸的代谢途径精氨酸的代谢途径现在学习的是第18页,共52页三、先天性代谢缺陷 p151-155p151-155n n以苯丙氨酸代谢为例:苯丙氨酸以苯丙氨酸代谢为例:苯丙氨酸以苯丙氨酸代谢为例:苯丙氨酸以苯丙氨酸代谢为例:苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸双羟苯丙氨双羟苯丙氨双羟苯丙氨双羟苯丙氨酸酸酸酸黑色素黑色素黑色素黑色素 或者苯丙氨酸
16、或者苯丙氨酸或者苯丙氨酸或者苯丙氨酸对羟苯丙氨酸对羟苯丙氨酸对羟苯丙氨酸对羟苯丙氨酸尿黑酸尿黑酸尿黑酸尿黑酸乙酰醋酸乙酰醋酸乙酰醋酸乙酰醋酸水水+COCO2 2n n黑尿病黑尿病黑尿病黑尿病:缺乏尿黑酸氧化酶,不能把尿黑酸氧化为乙酰缺乏尿黑酸氧化酶,不能把尿黑酸氧化为乙酰醋酸醋酸n n白化病白化病白化病白化病:缺乏酪氨酸酶,不能形成黑色素缺乏酪氨酸酶,不能形成黑色素n n苯酮尿症苯酮尿症苯酮尿症苯酮尿症:缺乏苯丙氨酸羟化酶,不能将苯丙氨酸转变为缺乏苯丙氨酸羟化酶,不能将苯丙氨酸转变为酪氨酸,致使:酪氨酸,致使:苯丙氨酸在血液中积累、损害神经、影响智力苯丙氨酸在血液中积累、损害神经、影响智力 转
17、变为苯丙酮酸随尿液排出、所以叫做转变为苯丙酮酸随尿液排出、所以叫做苯酮尿症苯酮尿症苯酮尿症苯酮尿症 抑制酪氨酸变为黑色素、黑色素减少、肤发色浅抑制酪氨酸变为黑色素、黑色素减少、肤发色浅现在学习的是第19页,共52页先天性代谢缺陷与分子病的区别n n先天性代谢缺陷,先天性代谢缺陷,也叫先天性代谢病也叫先天性代谢病也叫先天性代谢病也叫先天性代谢病(inborn errors inborn errors of metabolismof metabolism):):):):n n由于特异酶的缺陷而产生了代谢障碍,这种障碍可以引起由于特异酶的缺陷而产生了代谢障碍,这种障碍可以引起由于特异酶的缺陷而产生了
18、代谢障碍,这种障碍可以引起由于特异酶的缺陷而产生了代谢障碍,这种障碍可以引起病理性后果。病理性后果。病理性后果。病理性后果。n n分子病分子病(molecular disease):):n n由于大分子结构异常而造成的疾病,如血红蛋白、结构蛋由于大分子结构异常而造成的疾病,如血红蛋白、结构蛋由于大分子结构异常而造成的疾病,如血红蛋白、结构蛋由于大分子结构异常而造成的疾病,如血红蛋白、结构蛋白等异常导致的疾病白等异常导致的疾病白等异常导致的疾病白等异常导致的疾病现在学习的是第20页,共52页四、基因的精细结构n n 1、顺式、顺式(cis)与反式与反式(trans)n n对于含对于含4个个16区
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