《遗传信息表达》PPT课件.ppt

第九章,基因信息的表达与传递,第一节 DNA复制,遗传物质：人 46条DNA链 3109碱基对复制形式：半保留复制、半不连续性复制复制方向：5 3,DNA的复制过程,复制泡形成：DNA解螺旋，双链打开膨大复制叉：松开的两股链和未松开的两股链外形如“Y”字形复制子：起始点和复制叉共同构成的一个单位，叫复制子,引发体 引发酶（引物合成酶）催化合成RNA引物RNA引物与蛋白质形成引发体RNA引物的长度一般为412个核苷酸,DNA复制过程,前导链和后导链,前导链：从5 3 方向是连续合成的，合成的子链叫前导链。后随链：与53母链互补，不连续性合成许多片段，称冈崎片段。冈崎片段最后由DNA连接酶连接成一条完整的链，称做后随链。,半不连续性复制前导链：由5 3 方向连续合成；后随链：分段合成冈崎片段，最后连接,（二）复制所需的引物和酶,1.引物：RNA引物，DNA引物2.酶：异构酶、解旋酶、聚合酶、连接酶、单链DNA结合蛋白（SSB）、拓扑异构酶3.引发酶（RNA引物合成酶）和引发体 dnaA、B、C4.原料：4种核苷酸,2.DNA聚合酶,DNA聚合酶 催化合成DNA。（1）DNA聚合酶：原核细胞有、型。主要由型负责DNA链的延伸，型有5-3 和3-5 外切酶活性，负责RNA引物的切除。（2）核苷酸选择：根据摸板的碱基序列，从细胞中选择相应的游离核苷三磷酸进行DNA链的合成，此过程叫“核苷酸选择”。,第二节 RNA转录,基因（gene):遗传物质的表达单位，一段特定序列的核酸片段，具有指导RNA或（和）蛋白质合成的生物学功能。1909年丹麦遗传学家W.Johannsen提出基因组（genome）：单倍染色体所有基因的总称蛋白质组（proteome）：细胞内所有蛋白质的总称,一、基因结构（一）基本结构：1.启动子 原核:Pribnow box-10bp TATAATG CAT box-35bp TTGACAT 真核:TATA box-25-50bp CAAT box-70-80bp2.编码区:起始密码子 至 终止密码子3.终止子:提示转录终止的序列 依赖终止因子 终止因子非依赖,增强子 启动子 外显子,(二)转录调节序列,增强子（enhancer）沉默子（silencer）转录因子结合序列,2.编码区:起始密码子 至 终止密码子 开放阅读框（open reading frame)断续（裂）基因(split gene)外显子(exon)内含子(intron),原核生物的转录终止：两种方式 1.依赖因子的转录终止 2.非依赖因子的转录终止,因子参与的转录终止过程,RNA的发卡结构与转录终止,真核生物转录后的加工,5端戴帽：在成熟mRNA 5端加上甲基鸟苷（m7GpppG）的帽子3 端加尾巴：3 端生成poly A尾巴，增加mRNA稳定性,3.终止子:提示转录终止的序列 依赖终止因子 终止因子非依赖(二)转录调节序列:增强子（enhancer）沉默子（silencer）反应元件（response element）:转录因子结合序列,Examples of transcriptional activators in mammals.,*Pu=Purine(A or G);Py=Pyrimidine(C or T);N=any,（三）原核细胞基因组结构特点,1.只有一个DNA分子，裸DNA形式存在2.结构简单，编码区比例高3.基因多为单一序列4.基因以操纵子结构存在操纵子（operon）：多个性质相同的基因串联在一起形成基因簇，在一套调控系列控制下转录表达5.存在重叠基因,（四）真核基因组结构特点,1.基因组DNA比较庞大，结构复杂2.基因组DNA中非编码序列占绝大部分3.基因多为断续基因（split gene），编码 区中含有内含子（intron）4.不存在重叠基因5.含有大量的重复序列低度重复序列中度重复序列高度重复序列,第二节 基因的转录,（一）转录1.粗转录阶段（由RNA聚合酶催化）hnRNA mRNA2.加工阶段剪接：切除内含子和尾部区序列，5GU，3AG戴帽：对mRNA 5端进行修饰+G，7-N甲基化，1位碱基2-O甲基化加尾:在mRNA3加一段多聚腺苷酸（poly A）尾巴。150200bp,3.逆转录：以RNA为模板转录合成cDNA的过程 端粒的合成 病毒遗传物质的复制,三、真核基因的转录,特点多种RNA聚合酶参与不同的RNA合成有多种类型的启动子有多种转录因子参与转录后加工过程复杂,第三节 蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成又称为翻译以mRNA为模板，在核糖体上进行,一、遗传密码子遗传密码子（genetic code）:Nirenberg（1961）等发现四种碱基 4364 种排列，20种氨基酸起始密码（AUG）终止密码（UAA，UGA，UAG）,遗传密码（genetic codon）,遗传密码的特征,1.方向性:5 3 2.简并性:多个密码子编码同一氨基酸3.通用性:所有生物基本相同，比较表 但线粒体CUA苏氨酸（亮）AUA甲硫氨酸（异亮）UGA色氨酸（终止）4.连续性：密码子的阅读不重叠、不间隔,（二）遗传密码的特征,1.方向性:5 3 2.简并性:多个密码子编码同一氨基酸3.通用性:所有生物基本相同，比较表 但线粒体 CUA苏氨酸（亮）AUA甲硫氨酸（异亮）UGA色氨酸（终止）4.连续性：密码子的阅读不重叠、不间隔,二、多肽链合成场所核糖体,核糖体（ribosome）：嗜碱性染料颗粒形态：圆形或椭圆形1530nm 原核小、真核大结构:大亚基：中心突、柄、嵴、中央管 小亚基：头、基、平台,核糖体的形态,头平台裂沟,中心突嵴柄,功能区：mRNA结合位点：原核生物：小亚基16S rRNA,能与mRNA结合 5端SD（Shine-Dalgarno）序列（核糖体结合位点，RBS）结合真核生物：18S rRNA，A位：受位、氨基酰位P位：供位、肽基位T因子：肽基转移酶位E位：tRNA释放位点,三、多肽链的合成,（一）氨基酰tRNA的合成1.氨基酸活化 氨基酸ATP氨基酰腺苷酸注：原核为甲酰甲硫氨酸，真核为甲硫氨酸2.氨基酰tRNA合成 氨基酰+tRNA氨基酰tRNA 氨基酰tRNA合成酶有高度的特异性，特异性识别氨基酸和有特定反密码子的tRNA同功受体tRNA：,（二）肽链合成的起始,1.mRNA与小亚基的结合小亚基（30S）、IF3、IF1+mRNA（RBS）IF3-mRNA-30S三元复合物2.30S起始复合物的形成 IF2+GTP+IF3-mRNA（AUG）+fMet-tRNA3.70S起始复合物的形成 30S起始复合物50S亚基 GTP酶水解、IF1-3解离 30S+50S+mRNA+fMet-tRNA,（三）肽链的延长进位 fMettRNAP位 下一个氨基酰tRNA进入A位肽键形成 在23S rRNA肽基转移酶催化下，A位与P位氨基酰形成肽键移位 在EF-G GTP酶催化下，A位氨基酰tRNA移到P位，并于E位释放从P位离开的tRNA进位 空出的A位接纳下一个氨基酰tRNA,肽链的延伸,多聚核糖体,核糖体与多肽链的合成,（四）肽链的终止和释放 终止密码子出现释放因子（RF1、3）催化下肽链合成终止（原核细胞）,（五）多肽链合成后的加工和修饰去除甲硫氨酸fMet，Met折叠：氢键、离子键、二硫键共价修饰：磷酸化、甲基化、乙酰化剪接,第三节 基因表达的调控,原核基因的表达调控 操纵基因：实为一段阻遏物结合序列 调节基因 表达调节蛋白 负调节 正调节 阻遏物 激活物 诱导物,操纵子基因表达调控机制 操纵基因：阻遏蛋白结合部位操纵子 启 动 子：RNA聚合酶的结合部位 调节基因：编码阻遏蛋白的基因 结构基因：编码功能蛋白的基因乳糖代谢 Z：控制-半乳糖苷酶合成结构基因 Y：控制半乳糖通透酶合成 A：控制乙酰基转移酶合成,（一）转录水平调控,反式作用因子（trans-acting factor）：转录因子顺式作用元件（cis-acting element）：调控DNA序列启动子增强子沉默子反应元件（response element）:反式作用因子结合序列,（二）基因转录水平调控因素（1）环境因素（2）激素、细胞因子、神经递质（3）染色质结构的变化 染色质重塑（重构）（chromatin remolding）螺旋化乙酰化甲基化,（二）转录后水平调节,mRNA剪接小核RNA（snRNA）微小RNA（miRNA）,（三）翻译及翻译后水平调节,小 结,核仁的结构和功能，NOR的定义DNA复制的基本过程RNA转录的基本过程蛋白质合成的基本过程,核膜的崩解与形成,不同时期核膜和染色质的变化,p38MAPK途径,