第2章遗传物质的分子基础.pptx

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1、第2节 核酸的化学结构染色染色体体DNA（27）蛋白质蛋白质（66）RNA（6）组蛋白组蛋白（含量比较稳定，与（含量比较稳定，与DNADNA大致相等）大致相等）非组蛋白非组蛋白 第1页/共73页碱基结构碱基结构第2页/共73页核苷和核苷酸核苷和核苷酸第3页/共73页磷酸二脂键磷酸二脂键第4页/共73页DNADNA分子结构分子结构和表示方法和表示方法第5页/共73页DNADNA双螺旋结构双螺旋结构右手螺旋右手螺旋反反向向平平行行（antiparallelantiparallel）内侧是扁平的盘状碱基内侧是扁平的盘状碱基两两 条条 链链 的的 碱碱 基基 以以 氢氢 键键（hydrogen hyd

2、rogen bondbond）与与互互补碱基相连补碱基相连A AT T；C C G G上下碱基对相距上下碱基对相距0.340.34nmnm每每 个个 螺螺 旋旋 长长 3.43.4nmnm，1010bpbp，直径直径2 2nmnm大大沟沟（major major groovegroove）和和小沟（小沟（minor grooveminor groove）第6页/共73页氢氢 键键第7页/共73页DNADNA结构模型结构模型第8页/共73页DNADNA结构示意图结构示意图第9页/共73页碱基排列顺序的多样性碱基排列顺序的多样性DNADNA分分子子是是由由A-TA-T和和C-GC-G两两种种bpb

3、p连连接接起起来来的的，每每个个DNADNA分子一般有成千上万个分子一般有成千上万个bpbp在每一个位置上只有在每一个位置上只有4 4种可能：种可能：A A、T T、C C、G G 假假设设DNADNA分分子子长长10001000bpbp，就就可可能能有有4 410001000种种不不同同的的排列形式，排列形式，4 410001000种不同的分子结构种不同的分子结构反映出来的就反映出来的就可能可能是是4 410001000种不同性质的基因。种不同性质的基因。第10页/共73页生物体的碱基顺序是稳定的v对特定的生物体来说，对特定的生物体来说，DNADNA分子中的碱基顺序通常是保持不变，这样才能保

4、分子中的碱基顺序通常是保持不变，这样才能保持该遗传特性的稳定持该遗传特性的稳定v只有在特殊的条件下，改变其碱基顺序或用碱基类似物代替某一碱基时，才只有在特殊的条件下，改变其碱基顺序或用碱基类似物代替某一碱基时，才出现可遗传的变异（出现可遗传的变异（突变突变）第11页/共73页核苷酸和脱氧核苷酸核苷酸和脱氧核苷酸第12页/共73页RNARNA结构结构第13页/共73页tRNA结构第14页/共73页tRNAtRNA分子中含有稀有碱基分子中含有稀有碱基第15页/共73页tRNAtRNA的三维结构的三维结构第16页/共73页第3节 DNA复制DNA replication第17页/共73页DNADNA

5、复制的一般特点复制的一般特点原料：原料：dNTP，互补配对原则互补配对原则半保留复制半保留复制半不连续复制半不连续复制需要引物需要引物新链的延伸方向只能是新链的延伸方向只能是5 3第18页/共73页半保留复制半保留复制 semiconservative semiconservative replicationreplication第19页/共73页复制起始点复制起始点复制起始点复制起始点 replication originreplication origin，ori ori DNA DNA分子的复制是在特定位置开始的，这分子的复制是在特定位置开始的，这个位点称为复制起始点。个位点称为复制起始

6、点。原核生物原核生物DNADNA只有一个复制起始点。只有一个复制起始点。真核生物真核生物DNADNA有多个复制起始点。有多个复制起始点。第20页/共73页复制子复制子 repliconreplicon一个复制起始点控制下复制的一段一个复制起始点控制下复制的一段DNADNA原核生物原核生物DNADNA只有一个复制子只有一个复制子真核生物每条染色体上有多个复制子真核生物每条染色体上有多个复制子第21页/共73页原核生物复制子原核生物复制子第22页/共73页真核生物真核生物DNADNA多复制起始点电镜图多复制起始点电镜图第23页/共73页复制叉复制叉 replication forkreplicat

7、ion fork半不连续复制半不连续复制先导链先导链 随后链随后链 冈崎片断冈崎片断引物引物 primerprimer第24页/共73页原核生物原核生物DNADNA复制复制DNADNA复制所需要的酶复制所需要的酶引物酶引物酶 primeraseprimeraseDNADNA聚合酶聚合酶 DNA polymeraseDNA polymeraseDNADNA连接酶连接酶 DNA ligaseDNA ligase解旋酶解旋酶 helicasehelicase拓扑异构酶拓扑异构酶第25页/共73页DNA复制过程起始起始延伸延伸终止终止第26页/共73页DNADNA复制小结复制小结第27页/共73页真核

8、生物真核生物DNADNA的复制特点的复制特点细胞周期的特定时期复制细胞周期的特定时期复制多起点复制多起点复制冈崎片断较原核生物短冈崎片断较原核生物短核小体全保留复制核小体全保留复制染色体端粒的复制染色体端粒的复制第28页/共73页细胞周期的特定时期复制细胞周期的特定时期复制原核生物在整个细胞生长过程中都可以进行原核生物在整个细胞生长过程中都可以进行DNADNA复制复制真核生物真核生物DNADNA在在S S期复制期复制第29页/共73页端粒端粒DNA的复制的复制第30页/共73页端粒酶端粒酶 telomerasetelomerase第31页/共73页RNA的复制有些病毒不含有些病毒不含DNADN

9、A，以以RNARNA为遗传物质为遗传物质RNARNA在在RNARNA聚合酶作用下先合成聚合酶作用下先合成“”链链“”链从链从“”链模板上释放出来链模板上释放出来“”链作为模板再合成链作为模板再合成“”链链线性线性DNADNA末端不能复制末端不能复制每复制一次每复制一次DNADNA序列就要缩短一节！序列就要缩短一节！端粒酶是一种核糖核蛋白，含有一个端粒酶是一种核糖核蛋白，含有一个RNARNA分子分子这个这个RNARNA分子就是合成端粒序列的模板分子就是合成端粒序列的模板在体细胞中，端粒酶是没有活性的，胚胎细在体细胞中，端粒酶是没有活性的，胚胎细胞和肿瘤细胞中有端粒酶活性胞和肿瘤细胞中有端粒酶活性

10、第32页/共73页第4节 RNA转录与加工转录转录 transcriptiontranscription：以以DNADNA为模板，在为模板，在RNARNA聚合酶的催化下，以聚合酶的催化下，以ATPATP、CTPCTP、GTPGTP和和UTPUTP为原料，合成为原料，合成RNARNA的过程。的过程。转录是基因表达的中心环节转录是基因表达的中心环节第33页/共73页RNARNA分类分类mRNAmRNA，messenger RNAmessenger RNAtRNAtRNA，transfer RNAtransfer RNArRNArRNA，ribosomal RNAribosomal RNA第34页/

11、共73页rRNArRNA的类型的类型原核生物有原核生物有3 3种种rRNArRNA：5S5S、16S16S、23S23S真核生物有真核生物有4 4种种rRNArRNA：5S5S、5.8S5.8S、18S18S、28S28S第35页/共73页RNARNA合成的一般特点合成的一般特点不需要引物不需要引物原料为原料为NTPNTP，不是不是dNTPdNTP只有一条只有一条DNADNA链用作模板链用作模板第36页/共73页有关概念有关概念模板链模板链 template strandtemplate strand非模板链非模板链 nontemplate strandnontemplate strand编码

12、链编码链 coding strand(coding strand(有意义链）有意义链）非编码链非编码链 noncoding strandnoncoding strand第37页/共73页原核生物原核生物RNARNA的合成的合成第38页/共73页RNA聚合酶在E.coli中全酶holoenzyme 2亚基的功能是识别转录起始点核心酶 core enzyme 2RNA链的延伸由核心酶催化第39页/共73页启动子启动子 promotorpromotorDNADNA分子上分子上RNARNA聚合酶最先识别和结合部位。聚合酶最先识别和结合部位。PromotorPromotor在转录起始点的上游在转录起始点

13、的上游第40页/共73页原核生物启动子由原核生物启动子由2个元件个元件3个要素组成个要素组成1 1、1010序列（序列（Pribnow boxPribnow box）转转录录起起始始点点上上游游1010位位置置，consensus consensus sequencesequence是是TATAPuATGTATAPuATG2 2、3535序列（序列（Sextama boxSextama box）RNARNA聚聚合合酶酶所所覆覆盖盖的的区区域域，共共有有序序列列是是TTGACATTGACA，位于位于3535位置。位置。是是RNARNA聚聚合合酶酶对对转转录录模模板板的的初初始始识识别别位位点点，

14、决定启动子的强度。决定启动子的强度。3 3、1010区和区和3535区间的距离区间的距离 两两个个元元件件之之间间的的距距离离却却至至关关重重要要;相相距距1717bpbp时，转录效率最高。时，转录效率最高。第41页/共73页终止子终止子 terminatorterminator提供转录终止信号的提供转录终止信号的DNADNA序列序列内在终止子，不依赖内在终止子，不依赖因子因子依赖依赖因子的终止子因子的终止子第42页/共73页终止子的结构特征终止子的结构特征发夹结构发夹结构polyUpolyU序列序列真正起终止作用的真正起终止作用的不是不是DNADNA序列，而是序列，而是转录生成的转录生成的R

15、NARNA结构结构第43页/共73页转录泡转录泡第44页/共73页RNARNA的合成的合成起始起始延伸延伸终止和释放终止和释放第45页/共73页转录和翻译同时进行转录和翻译同时进行在原核生物中，转录、翻译以及在原核生物中，转录、翻译以及mRNAmRNA的降解的降解通常是同时进行的。通常是同时进行的。因为在原核生物中不存在核膜包裹的细胞核。因为在原核生物中不存在核膜包裹的细胞核。RNARNA的转录和多肽链的合成都是从的转录和多肽链的合成都是从5353，只要，只要mRNAmRNA的的55端合成后，即可开始翻译。端合成后，即可开始翻译。在原核生物中在原核生物中mRNAmRNA的寿命一般只有几分钟。的

16、寿命一般只有几分钟。往往在往往在33端端mRNAmRNA的转录还没有最后结束，的转录还没有最后结束，55端端mRNAmRNA在完成多肽链的合成后，已经开始在完成多肽链的合成后，已经开始降解。降解。第46页/共73页真核生物真核生物RNARNA的合成与加工的合成与加工第47页/共73页真核生物真核生物RNARNA合成的特点合成的特点1 1：v 真核生物真核生物RNARNA的转录在细胞核内进行的转录在细胞核内进行v转录完成后需要运送到核外，因此寿命较长转录完成后需要运送到核外，因此寿命较长第48页/共73页真核生物真核生物RNARNA合成的特点合成的特点2 2：v真核生物一个真核生物一个mRNAm

17、RNA分子一般只含有一个基因分子一般只含有一个基因 v单顺反子单顺反子mRNAmRNAv原核生物中大多为多顺反子原核生物中大多为多顺反子mRNAmRNA 第49页/共73页真核生物真核生物RNARNA合成的特点合成的特点3 3：v真核生物有几种真核生物有几种RNARNA聚合酶聚合酶 vRNARNA聚合酶聚合酶 除除5 5S rRNAS rRNA以外的所有以外的所有rRNArRNAvRNARNA聚合酶聚合酶 mRNAmRNA前体（核不均一前体（核不均一RNARNA，hnRNA)hnRNA)vRNARNA聚合酶聚合酶 5 5SrRNASrRNA、tRNAtRNA、小核、小核RNARNA 第50页/

18、共73页真核生物真核生物RNARNA合成的特点合成的特点4 4：v真核生物真核生物RNARNA聚合酶不能独立转录聚合酶不能独立转录RNARNAv特定的基因需要特定的转录因子特定的基因需要特定的转录因子第51页/共73页真核生物真核生物RNARNA合成的特点合成的特点5 5：v真核生物启动子结构复杂真核生物启动子结构复杂v不同的聚合酶使用的启动子不同不同的聚合酶使用的启动子不同v不同的启动子含有的保守序列不同不同的启动子含有的保守序列不同vRNARNA聚合酶聚合酶 的启动子结构最复杂的启动子结构最复杂第52页/共73页真核生物启动子元件真核生物启动子元件第53页/共73页真核生物真核生物RNAR

19、NA合成后的加工合成后的加工rRNArRNA转录后的甲基化转录后的甲基化第54页/共73页mRNAmRNA转录后的加工转录后的加工v加帽加帽当当mRNAmRNA合成到合成到3030b b时时在在55端加端加7 7甲基鸟嘌呤核苷甲基鸟嘌呤核苷5555v加尾加尾转录完成后，在特定位置切去一转录完成后，在特定位置切去一节，加节，加polyApolyARNARNA末端腺苷酸转移酶末端腺苷酸转移酶v帽子和尾巴对帽子和尾巴对mRNAmRNA的稳定性以的稳定性以及运输具有重要作用及运输具有重要作用v剪接剪接 splicingsplicing第55页/共73页成熟成熟mRNAmRNA与模板与模板DNADNA的

20、比较的比较第56页/共73页第5节 遗传密码和蛋白质的翻译第57页/共73页遗传密遗传密码字典码字典第58页/共73页遗传密码的主要特遗传密码的主要特征征v三联体密码三联体密码v密码子间无间隔，遗传密码的译读是连续的。密码子间无间隔，遗传密码的译读是连续的。v密码子间存在简并现象（密码子间存在简并现象（degeneracydegeneracy）v最后一个碱基具有灵活性最后一个碱基具有灵活性v包含起始密码子和终止密码子包含起始密码子和终止密码子 v遗遗传传密密码码子子的的通通用用性性：除除极极少少数数情情况况外外遗遗传传密密码从病毒到人类都是通用的码从病毒到人类都是通用的第59页/共73页蛋白质

21、的合成v蛋白质的生物合成称为翻译蛋白质的生物合成称为翻译 translationtranslationvmRNAmRNA携带从携带从DNADNA上转录的遗传密码附着在核上转录的遗传密码附着在核糖体上，由糖体上，由tRNAtRNA来运送来运送aaaa，按照，按照mRNAmRNA上的密上的密码顺序，连接成多肽链，并进一步加工成有码顺序，连接成多肽链，并进一步加工成有生物活性的生物活性的proteinprotein分子。分子。v合成蛋白质的原料是合成蛋白质的原料是2020种种aaaav核糖体是合成核糖体是合成proteinprotein的场所的场所v氨基酸的顺序由氨基酸的顺序由mRNAmRNA上的密

22、码子决定上的密码子决定第60页/共73页原核生物和真核生物核糖体比较原核生物和真核生物核糖体比较第61页/共73页tRNAtRNA的二维结的二维结构构第62页/共73页tRNAtRNA的三维结构的三维结构第63页/共73页氨酰氨酰tRNAtRNA合成合成酶酶aminoacyl aminoacyl tRNA tRNA synthetasesynthetaseAminoacyladenylic acidAminoacyladenylic acid腺苷酸化氨基酰腺苷酸化氨基酰第64页/共73页翻译起始翻译起始第65页/共73页多多肽肽链链的的延延伸伸第66页/共73页多肽链的终止多肽链的终止终止密码

23、子终止密码子 UAA UAG UGAUAA UAG UGA多肽链释放因子多肽链释放因子E.coli RF1 RF2E.coli RF1 RF2真核生物真核生物 eRFeRF多肽链末端加多肽链末端加H2OH2O多肽链离开多肽链离开P P位位核糖体解体核糖体解体第67页/共73页多聚核糖体多聚核糖体第68页/共73页思考题：思考题：真核生物蛋白质合成的起始与原核生物有何不同？真核生物蛋白质合成的起始与原核生物有何不同？第69页/共73页多肽链的加工多肽链的加工v刚刚合成的多肽链，很多不具有生物活性刚刚合成的多肽链，很多不具有生物活性v不同链的缔合不同链的缔合v共价修饰共价修饰v卷曲或折叠卷曲或折叠v成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质v结构蛋白（作为细胞的组成部分）、功能蛋白结构蛋白（作为细胞的组成部分）、功能蛋白（如血红蛋白等）、酶（如血红蛋白等）、酶 第70页/共73页血红蛋白的立体结构血红蛋白的立体结构第71页/共73页中心法则中心法则 central dogmacentral dogma第72页/共73页感谢您的观看！第73页/共73页