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文檔簡介
遺傳信息的傳遞
基因(gene)
DNA分子上為生物活性物質編碼的功能片段中心法則(centraldogma)遺傳信息傳遞方向的規(guī)律第1節(jié)DNA的生物合成
DNA的復制、反轉錄、修復在新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代,而另一條鏈則是新合成的產(chǎn)物,這種復制方式稱為半保留復制
一、DNA的復制(一)DNA復制的方式半保留復制
semiconservativereplication
AGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATCAGAACTTAGTCTTGAATC親代子代(二)參與DNA復制的物質模板親代DNA的兩條單鏈底物
dATP
、dGTP
、dCTP
、dTTPDNA聚合酶解旋、解鏈酶類引物酶DNA連接酶解旋、解鏈酶類解鏈酶(helicase)解開DNA雙鏈中氫鍵,消耗ATP單鏈DNA結合蛋白(single-strandedDNA-bindingprotein)與DNA單鏈結合,維持復制中模板的單鏈狀態(tài)防止核酸酶對DNA單鏈進行水解,保護單鏈完整拓撲異構酶(topoisomerase)復制前:松弛DNA超螺旋,克服扭結現(xiàn)象復制后:形成超螺旋(需ATP供能)引物酶(primase)DNA復制時需要合成一小段RNA作為引物(primer)引物酶催化合成引物合成原料:ATP、GTP、CTP、UTP合成方向5’→3’DNA聚合酶(DNApolymerase)DNA聚合酶的作用特點:按堿基互補規(guī)律,以5/→3/方向延伸DNA鏈原核DNA聚合酶①polⅠ:3′→5′外切酶活性,參與DNA修復校正5′→3′外切酶、聚合酶活性,②polⅡ:功能尚不清楚,聚合酶Ⅰ、III缺失時暫時起作用③polⅢ:復制時起主要作用的酶具3/-5/核酸外切酶活性,校正作用真核DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε五種5′→3′聚合活性α兼有引物酶的作用DNA連接酶(DNAligase)連接DNA的3’-OH和另一DNA鏈的5’-磷酸形成3/,5/-磷酸二酯鍵(三)DNA的復制過程1、起始階段形成復制叉引物酶催化合成RNA引物DNA復制示意圖拓撲異構酶解鏈酶5/3/3’5’5’單鏈DNA結合蛋白引物酶RNA引物5’3’3’(三)DNA的復制過程2、延長階段A--T、G--C堿基配對規(guī)則領頭鏈和隨從鏈岡崎片段DNA復制示意圖拓撲異構酶解鏈酶5/3/3/5/3/5/DNA聚合酶Ⅲ單鏈DNA結合蛋白DNA聚合酶Ⅰ領頭鏈隨從鏈DNA連接酶岡崎片段引物酶RNA引物(三)DNA的復制過程3、終止階段水解引物DNA連接酶連接缺口二、反轉錄(reversetranscription)概念:以RNA為模板合成DNA的過程酶:反轉錄酶
以RNA為模板合成DNA
水解RNA-DNA雜交鏈以DNA為模板合成DNA反轉錄酶----------------------------------------RNaseH----------------------------------------+----------------------------------------------------------------------------------------------------------------cDNA整合入宿主細胞DNA分子中病毒RNARNA-cDNA
雜交體cDNA雙股cDNA宿主細胞DNA分子整合了cDNA的宿主細胞DNA分子反轉錄酶意義:擴充了中心法則基因工程重要的工具酶反轉錄過程三、DNA的修復合成
(一)DNA損傷的類型點突變(pointmutation)(堿基錯配)轉換(transition):AG或CT
顛換(transversion):嘌呤堿嘧啶堿移碼突變(frameshiftmutation)缺失或插入1個或幾個核苷酸二聚體形成(二)DNA損傷的修復光修復切除修復重組修復SOS修復光修復紫外輻射DNA鏈上兩個胸腺嘧啶殘基間形成二聚體光修復酶切除修復
主要修復方式核酸內切酶DNApolⅠ,DNAligase重組修復
見于DNA損傷
范圍較大時第2節(jié)
RNA的生物合成轉錄
生物體以DNA為模板合成RNA的過程一、參與轉錄的主要物質模板底物RNA聚合酶終止因子轉錄模板轉錄的模板:某條DNA單鏈中的某一區(qū)段模板鏈:DNA雙鏈中被轉錄的那條鏈編碼鏈:與模板鏈對應的另一條鏈DNA5′……GGAGTACATGTC…3′(編碼鏈,+,)
3′……CCTCATGTACAG…5′(模板鏈,-,)↓(轉錄)5′……GGAGUACAUGUC……3′
mRNA
↓(翻譯)
N……Ala…Val…His…Val…C多肽
5/3/3/5/不對稱轉錄:
1、DNA分子上只有一條鏈可轉錄2、模板鏈并非永遠在同一條單鏈上RNA合成方向:5/→3/不對稱轉錄(asymmetrictranscription)底物RNA聚合酶的底物(RNA合成的原料):
ATP、GTP、CTP、UTPRNA聚合酶全酶=核心酶+σ因子二、轉錄過程轉錄起始2、轉錄延長3、轉錄終止(原核生物)②催化形成第一個3/,5/-磷酸二酯鍵(第一個核苷酸總是GTP或ATP)①σ因子識別、結合啟動子-10核苷酸——TATAAT(Pribnow盒)富含AT-35核苷酸——TTGACA啟動子轉錄起始(transcriptioninitiation)核心酶催化按堿基互補配對(A-UT-AC-G)原則沿5/-3/方向延伸RNA鏈2、轉錄延長(transcriptionelongation)終止不依賴ρ因子的終止依賴ρ因子的終止terminator3、轉錄終止(transcriptiontermination)不依賴ρ因子的終止1、GC豐富,重復序列2、形成發(fā)夾樣結構依賴ρ因子的終止三、轉錄后的加工轉錄過程中的5/端加帽與3/端加尾的修飾5’端加帽7-甲基鳥苷三磷酸
3’端加尾多聚腺苷酸非均一核RNA(hnRNA)
:轉錄生成的初級mRNAhnRNA的拼接
切除內含子(intron),拼接外顯子(exon)非編碼序列編碼序列(一)mRNA轉錄后的加工(二)tRNA轉錄后的加工1、剪切2、堿基的化學修飾3、添加氨基酸臂(3’端CCA-OH)(三)rRNA前體的加工
DNA和RNA生物合成的比較
復制轉錄模板
DNA兩條鏈模板鏈原料
dNTPNTP酶DNA聚合酶RNA聚合酶產(chǎn)物雙鏈DNAmRNAtRNArRNA配對A-TG-CA-UT-AG-C第3節(jié)
蛋白質的生物合成翻譯
生物體以mRNA為模板合成蛋白質的過程一、參與蛋白質生物合成的物質RNA(mRNAtRNArRNA)原料:氨基酸酶其他因子(蛋白質因子、ATP和GTP、無機離子)
1、mRNA——翻譯的直接模板CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-(一)RNAmRNA分子上沿5/-3/方向,每三個連續(xù)的核苷酸組成一個三聯(lián)體,稱密碼子或遺傳密碼共有64種
61種編碼20種氨基酸起始密碼:AUG
編碼甲硫氨酸3種UAA、UAG、UGA終止密碼
遺傳密碼:遺傳密碼表第一堿基(5/-端)第二堿基第三堿基(3/-端)終止終止**在mRNA起始部位的AUG為起始信號簡并性方向性擺動性通用性連續(xù)性遺傳密碼的特點多種密碼子編碼同一種氨基酸同義密碼第1、2位第3位決定密碼的特異性擺動方向性:5/——3/擺動性:密碼子的第3位和反密碼子的第1位不嚴格互補通用性:適用于所有物種連續(xù)性:各密碼子連續(xù)無中斷簡并性:擺動性沿5/-3/方向連續(xù)閱讀插入堿基缺失堿基移碼突變連續(xù)性:2、tRNA——轉運氨基酸的工具Ser5’Tyr5’密碼子與反密碼子的配對反密碼子識別密碼子(tRNA)(mRNA)3、核糖體——蛋白質合成的場所rRNA+蛋白質核糖體(核蛋白體)大亞基小亞基小亞基結合mRNAS-D序列5’3’小亞基大亞基P位:結合肽酰-tRNA的部位A位:結合氨基酰-tRNA的部位E位:卸載tRNA的排出部位(二)蛋白質合成的重要酶類氨基酰-tRNA合成酶轉肽酶轉位酶(三)其他因子其他蛋白質因子:起始因子(IF)延長因子(EF)釋放因子(RF)Mg2+、K+等無機離子。能源物質二、蛋白質生物合成的過程mRNA中堿基的排列順序蛋白質中的氨基酸的排列順序翻譯起始延長終止進位成肽轉位
(一)氨基酸的活化氨基酸+ATP+tRNA氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA+AMP+PPi(二)核糖體循環(huán)——起始階段起始復合體大亞基mRNA甲酰甲硫氨酰-tRNA小亞基IF-1,2,3GTP(二)核糖體循環(huán)——延長階段進位成肽轉位1、延長因子(EF)、轉肽酶、轉位酶2、GTP條件:過程:進位
延伸因子(EF)催化
GTP供能成肽轉肽酶催化轉位轉位酶催化(二)核糖體循環(huán)——終止階段A位上出現(xiàn)終止密碼(UAA、UAG、UGA),在釋放因子(RF)、GTP及轉肽酶作用下,多肽鏈水解(三)蛋白質生物合成后的加工肽鏈N-端(甲酰甲硫氨酸)的切除個別氨基酸的化學修飾羥基化、甲基化
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