基因信息的传递与蛋白质合成.ppt
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1、医学细胞生物学(配套教材),第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,学习目的与要求,掌握基因的概念及结构特点,转录和翻译的基本过程。掌握乳糖操纵子的调控方式及真核生物基因调控的特点。熟悉转录和翻译后的加工和修饰过程。了解基因信息传递与医学的关系。,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第一节 基因及其结构,一、基因及其信息流向二、基因的结构及特点,Transmission
2、 of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,一、基因及其信息流向,(一)基因,基因(gene):是细胞内遗传物质的最小功能单位,是负载有特定遗传信息的DNA片段。结构基因(structural gene):编码非调控因子的任何蛋 白质和RNA的基因。调控基因(regulatory gene):编码调节其他基因表达的 蛋白质或RNA的基因。人类基因组约有3.0109 bp,23万个基因。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基
3、因信息的传递与蛋白质合成,一、基因及其信息流向,(一)基因,基因组(genome):指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质,是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和,它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)中心法则,遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的流动,称为分子生物学的中心法则(central dogma)。,Transmission of Genetic Information and Protein Synt
4、hesis,一、基因及其信息流向,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)中心法则,中心法则包括:DNA复制:遗传信息由亲代DNA分子传给子代DNA。RNA转录(transcription):以DNA为模板合成RNA。蛋白质翻译(translation):RNA(mRNA)指导合成蛋白质的过程。补充:RNA DNA,逆转录酶,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一、基因及其信息流向,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)中心法则,Transmission of Genetic Information and
5、Protein Synthesis,一、基因及其信息流向,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二、基因的结构及特点,(一)原核细胞的基因结构特点编码区(coding region):能够转录为相应的mRNA,进而指导蛋白质合成的基因区段在原核细胞中是连续的,功能相关的结构基因串联排列。非编码区(non-coding region):占整个基因组小部分,不能转录为mRNA、编码蛋白质的区段由编码区上游和下游的DNA序列组成。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,启动子(promot
6、er):位于结构基因上游,包含转录起始点和RNA聚合酶识别及结合的部位。起始点:DNA模板链上开始进行转录作用的位点。识别部位:RNA聚合酶的因子识别DNA分子的部位,中心位于-35区,共有序列是5-TTGACA-3。结合部位:在DNA分子上与RNA聚合酶核心酶紧密结合的序列,中心位于-10区,共同序列为5-TATAAT-3,又称为Pribnow盒(pribnow box)。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、基因的结构及特点,(一)原核细胞的基因结构特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)真核细胞的
7、基因结构特点,由编码区和非编码区两部分组成,编码区是不连续的,被非编码区所隔断,因而真核细胞基因也称为断裂基因。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)真核细胞的基因结构特点,1.断裂基因(split gene):由若干内含子和外显子构成的不连续镶嵌结构的结构基因。内含子(intron):指插入在结构基因内部能够被转录,但不能指导蛋白质生物合成的非编码顺序。GT-AG法则:在内含子的5端多以GT开始,3端多以AG结束,是普遍存在于真核细胞基因中RNA剪接
8、的识别信号。外显子(exon):指在结构基因中能够被转录,并能指导蛋白质生物合成的编码顺序。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,内含子的发现A.电镜图片 B.根据电镜结果绘制的模式图,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,启动子真核生物启动子由TATA盒及其上游的CAAT盒和/或GC盒组成。TATA盒(TATA box):在转录起始位点上游-2
9、5-35 bp区段,是以TATA为核心的序列,RNA聚合酶及其他蛋白质因子的结合位点。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,终止子(terminator)存在于基因末端具有转录终止功能的特定顺序。转录后形成发夹结构,使RNA聚合酶从模板上脱离,终止转录。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章
10、基因信息的传递与蛋白质合成,2.基因家族(gene family)真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因,是由一个祖先基因经重复和变异形成的,是真核细胞基因结构最显著的特征之一。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,基因家族可分为二类:基因家族的成员成簇存在,串联排列于特殊的染色体区段上,形成基因簇(gene cluster),可同时转录,合成功能相关或相同的产物,如组蛋白、rRNA基因家族;基因家族成员分散存在
11、,广泛分布于整个染色体,甚至可存在于不同的染色体上,如干扰素、珠蛋白等基因家族。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,3.DNA重复序列单一序列(unique sequence):基因组中,编码蛋白质的基因只有一个或几个拷贝。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,
12、DNA重复序列(repetitive sequence):基因组中,编码蛋白质的基因有多个拷贝。中度重复序列(middle repetitive sequence):由相对较短的序列组成,重复次数在101000之间,属非编码序列,散在分布于基因组中,与基因调控有关。高度重复序列(highly repetitive sequence):由基因组中非常短的序列(一般小于100bp)组成,在基因组中的重复次数在几千次以上,常成簇分布于染色体着丝粒区及染色体的端部,可能与基因表达调控及染色体结构维持有关。,Transmission of Genetic Information and Protein
13、Synthesis,(二)真核细胞的基因结构特点,二、基因的结构及特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,第二节 基因转录和转录后加工,一、基因转录的一般特点二、原核细胞的基因转录三、真核细胞的基因转录和转录后加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,基因转录:是遗传信息从DNA流向RNA的过程,即 将DNA分子上的核苷酸序列转变为RNA分子上核苷酸序列的过程。转录的本质:是一个以DNA双螺旋链中反义链为模板,以四种核苷三磷酸ATP、GTP、CTP、UTP为原料,在RNA聚合酶
14、作用下,遵循碱基互补配对原则,合成RNA的过程。,一基因转录的一般特点,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,模板链(template strand)或反义链(antisense strand):在双链DNA中,作为转录模板的链,与mRNA互补。编码链(coding strand)或有意义链(sense strand):与模板链互补的另一条链,与转录产物的序列相同。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,
15、一基因转录的一般特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,一基因转录的一般特点,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,二、原核细胞的基因转录,(一)原核细胞基因转录的主要因子,2.因子 是一种蛋白质,识别基因末端终止信号,使转录终止。,1.RNA聚合酶 原核细胞只有一种RNA聚合酶。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)原核细胞基因转录的基本过程 1.起始阶段
16、转录起始的关键是RNA聚合酶的亚基识别基因上游的启动子,使全酶与启动子结合形成复合体。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)原核细胞基因转录的基本过程 1.起始阶段,转录的起始,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.延长阶段,核心酶沿模板链3 5方向移动,RNA链以53方向延长。,Transmission of
17、 Genetic Information and Protein Synthesis,(二)原核细胞基因转录的基本过程,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,3.终止阶段 当RNA聚合酶移动至转录终止序列,转录终止。,因子依赖性终止:因子在转录终止点与RNA聚合酶结合,使RNA链脱离。因子非依赖性终止:新合成RNA链形成局部发夹结构,导致酶-模板结合方式的改变,RNA从模板脱离。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)原核细胞基因转录的基本过程,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传
18、递与蛋白质合成,4.转录后加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(二)原核细胞基因转录的基本过程,二、原核细胞的基因转录,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,真核生物的转录同样可分为起始、延长和终止3个阶段。与原核生物相比,真核生物转录的主要特点是:有多种RNA聚合酶分别合成不同类别的RNA;有多种类型的启动子为不同的RNA聚合酶所用;有多种转录因子(transcription factor);真核生物于转录时或转录后有广泛的RNA加工。,Transmission of Ge
19、netic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞中含有多种RNA聚合酶,它们专一性地转录不同基因而生成各不相同的产物。,真核生物的RNA聚合酶,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)真核细胞mRNA合成和加工,1.mRNA合成mRNA是RNA中唯一具有编码蛋白质功能的RNA分子。由RNA聚合酶催化 通用转录因子(general transcription facto
20、r)参与 形成转录起始复合物。mRNA的初级转录本大小各不相同,被称为不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(一)真核细胞mRNA合成和加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 戴帽:5末端加上7
21、-甲基鸟嘌呤三磷酸(m7Gppp)的帽子结构。被核糖体小亚基识别,有利于mRNA最初翻译的 准确性;防止被核酸酶水解,增强mRNA的稳定性。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 加尾:3末端加上由200250个腺苷酸组成的多聚腺苷酸(poly-A)的尾巴。可使mRNA 3端稳定,防止被核酸酶水解;有利于mRNA由细胞核到细胞质的转运。,Transmission of Genetic Infor
22、mation and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工 剪接:是将RNA前体分子中内含子切除,将外显子拼接的过程。完成hnRNA剪接需要有三个必需的序列:5GU 序列,3AG序列和分支点。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,2.mRNA加工mRNA前体的剪接是通过剪接体(spliceo
23、some)完成的。剪接体组成:核糖核蛋白颗粒(small nuclear ribonucleoprotein particle,snRNP)。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,(一)真核细胞mRNA合成和加工,三、真核细胞的基因转录和转录后加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞mRNA前体的剪接过程,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞RNA的转录后加工,Transmissio
24、n of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,(二)rRNA分子的合成后加工,rRNA基因为多拷贝基因,串联排列于特定的核仁染色质区段。在RNA聚合酶催化下转录形成原始rRNA前体45S rRNA,最终剪切为28S、18S和5.8S rRNA。rRNA的剪接不需要任何蛋白质的参与即可发生,进行的是自身剪接。rRNA前体的加工发生在核仁中,最终装配成核糖体的大、小亚基。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因录和转录后
25、加工,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,45S rRNA的剪接加工,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,第九章 基因信息的传递与蛋白质合成,真核细胞tRNA的基因,成簇存在并被间隔区分开,在RNA聚合酶的作用下被转录为tRNA前体。,(三)tRNA的转录后加工,1.tRNA前体的剪接tRNA前体的5末端和反密码环的区域被部分切除并拼接形成成熟的tRNA。,Transmission of Genetic Information and Protein Synthesis,三、真核细胞的基因录和转录后加工,第九章 基
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- 基因 信息 传递 蛋白质 合成

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