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11 第十一章基因信息的贮存与表达.pptx

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本课件先复习核酸的结构基础与变性复性，再沿中心法则展开：DNA的半保留复制、参与复制的酶类与冈崎片段、逆转录与损伤修复；随后讲转录的条件、过程与hnRNA的加帽连尾剪辑加工；最后详述翻译的三类RNA作用、密码子特点与核蛋白体循环的进位转肽移位，并补充基因工程与聚合酶链反应。

第十一章目录页，列出中心法则、DNA与RNA生物合成、蛋白质生物合成与基因工程五节

分子基础复习目录页，列出核酸分类功能、DNA与RNA组成结构及变性复性杂交四部分

核酸分类功能复习图，区分DNA的遗传物质基础作用与三类RNA在蛋白质合成中的分工

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第1页：第十一章基因信息的储存和表达

第十一章基因信息的储存和表达

复习基因信息的储存和表达的分子基础
第一节遗传的中心法则
第二节 DNA的生物合成
第三节 RNA的生物合成
第四节蛋白质的生物合成
第五节基因工程

第2页：分子基础复习目录

复习基因信息的储存和表达的分子基础

一、核酸的分类与功能
二、DNA的分子组成和结构
三、RNA的分子组成和结构
四、核酸的变性、复性与杂交

第3页：核酸的分类与功能

一、核酸的分类与功能

脱氧核糖核酸（DNA）: 遗传的物质基础；基因就是染色体中带有遗传信息的DNA的功能片段（DNA分子中特定的碱基排列顺序——碱基序列）
核糖核酸（RNA）: mRNA（信使RNA）：蛋白质合成的直接模板; tRNA（转运RNA）：活化与转运氨基酸; rRNA（核蛋白体RNA）：充当装配机、提供场所; 共同参与蛋白质的生物合成

第4页：DNA的分子组成和结构

二、DNA的分子组成和结构

（一）分子组成: A、G、T、C 和脱氧核糖及磷酸
Chargaff 规律: 一种生物体所有体细胞DNA的碱基组成均相同; 同一种生物体内，DNA分子的 A = T、G = C（嘌呤碱与嘧啶碱总量相等）; 亲缘相近的生物碱基组成相似，反之亦然
（二）分子结构 1、一级结构: DNA链中 A、T、C、G 的序列；脱氧核糖核苷酸之间以磷酸二酯键相连

第5页：DNA双螺旋结构

2、空间结构（二级结构）——双螺旋结构

（1）结构要点: 逆向平行双螺旋; 碱基互补规律：A—T（两个氢键相连）、G—C（三个氢键相连）; 双螺旋结构的稳定依靠碱基对间的氢键
（2）生物学意义: 提出了遗传信息的贮存方式、DNA的复制机理; 是DNA复制、转录和翻译的分子基础

第6页：碱基互补配对示意

本页为碱基互补配对示意：A 与 T 配对、G 与 C 配对。

说明：源文件本页仅标注“示意图”并附A、T、G、C字符，图示细节建议对照原课件图片核对。

第7页：四种碱基结构式

本页为四种含氮碱基的化学结构式：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）。

说明：源文件本页仅标注“示意图”并列出碱基名称，结构式细节建议对照原课件图片核对。

第8页：RNA的分子组成和结构特点

三、RNA的分子组成和结构

（一）分子组成与结构特点: 1、组成：A、G、U、C 及少量稀有碱基（m⁷-G）、核糖、磷酸; 2、一级结构：RNA链中 A、G、U、C 的序列; 3、组成与结构特点：含有稀有碱基（由主要碱基修饰而来）；多为单链结构，且碱基组成较不规律

第9页：tRNA的结构特点

1、tRNA

（1）一级结构的共同特点
（2）二级结构——三叶草形: 3′-末端：CCA-OH（携带氨基酸的部位）; 反密码环顶端：反密码子（识别 mRNA 上特定的密码子）; 功能：活化与转运氨基酸

第10页：tRNA三叶草结构示意

本页为tRNA三叶草形二级结构示意，标注 5′-末端、反密码环与 3′-末端氨基酸臂的位置。

说明：源文件本页仅标注“示意图”，图示细节建议对照原课件图片核对。

第11页：mRNA与rRNA

2、mRNA——蛋白质合成的直接模板

密码子: mRNA 分子从 5′-端起读，每三个相邻的核苷酸（碱基）组成一个三联码，决定某种氨基酸
mRNA 分子的首尾结构: 5′-端（首部）：m⁷Gppp（7-甲基鸟苷三磷酸）; 3′-端（尾部）：poly-A（多聚腺苷酸）

3、rRNA——蛋白质合成的场所，起“装配机”的作用：含量最多（约80%），与多种蛋白质结合生成核蛋白体。

第12页：核酸的变性与Tm

四、核酸的变性、复性与杂交——（一）变性

1、概念: 核酸双链间氢键断裂，双链结构解开形成两条单链的过程；变性因素：加热及化学处理（有机溶剂等）
2、特性: 伴有高色（增色）效应：在 260 nm 的紫外吸收增强; 熔点（Tm）：DNA 达到 50% 变性时的温度; DNA分子中 G-C 组份愈多，Tm 值愈高，DNA 分子愈稳定，反之亦然

第13页：复性与分子杂交

（二）复性；（三）分子杂交

复性: 因变性而解开的两条单链，在温度缓慢下降时重又聚合成双链结构；复性时伴有低（减）效应（260 nm 紫外吸收减弱）；复性又称“退火”；变性后若温度迅速下降则不发生复性
分子杂交: 以核酸的变性和复性为基础；不同来源的两条核酸单链，若有大致相同的碱基互补顺序，经退火处理可形成杂交双链; 可发生在 DNA-DNA、DNA-RNA 和 RNA-RNA 之间

第14页：中心法则与DNA生物合成目录

第一节遗传的中心法则；第二节 DNA的生物合成：先以中心法则说明遗传信息的流向，再分复制、逆转录与DNA损伤修复三部分展开DNA的生物合成。

（一）复制
（二）逆转录
（三）DNA的损伤和修复

第15页：遗传的中心法则

第一节遗传的中心法则

复制: 以DNA为模板指导DNA合成的过程；酶为DNA指导的DNA聚合酶（DDDP）；原料 dNTP
转录: 以DNA为模板指导RNA合成的过程；酶为DNA指导的RNA聚合酶（DDRP）；原料 NTP
翻译: 以mRNA为模板合成蛋白质
逆转录: 以RNA为模板指导DNA合成

DNA →（复制）→ DNA →（转录）→ mRNA →（翻译）→ 蛋白质；RNA →（逆转录）→ DNA。

第16页：DNA的半保留复制

第二节 DNA的生物合成——一、复制

1、半保留复制: DNA的复制以半保留复制方式进行：子代DNA保留一条母链、新合成一条互补链; 实验证明——同位素 ¹⁵N 实验
应具备的条件: 母链DNA作为模板（3′→5′）; 四种 dNTP 作为原料; 相应的酶类：DDDP 等; 一小段 RNA 作为DNA聚合引物
方向: 模板链走向 3′→5′，新链合成方向 5′→3′

第17页：参与复制的酶类

2、参与复制的酶类

（1）引物酶: 一种特殊的RNA聚合酶；以DNA为模板、NTP为原料，催化一段引物RNA的合成；RNA引物为DNA合成提供 3′-OH
（2）解旋和解链酶类: 解链酶：沿着复制叉促进两条互补链分离; 解旋酶（拓扑异构酶）：解旋，克服扭结现象; 单链结合蛋白：固定已分离解旋的单链，便于复制

其他：DNA聚合酶、DNA连接酶。

第18页：DNA聚合酶与连接酶

（3）DNA聚合酶；（4）DNA连接酶

DNA聚合酶Ⅰ: 多功能酶——聚合、填空、修补；充填冈崎片段之间的间隙；具有 5′→3′ 外切酶作用（切除引物和损伤部位）
DNA聚合酶Ⅲ: 复制时起主要作用的酶——聚合、填空、修补
DNA连接酶: 连接冈崎片段，形成完整的DNA链

第19页：DNA复制的过程

3、复制的过程

模板DNA先解链解旋（解链酶、解旋酶和单链结合蛋白）
引物酶作用，以 NTP 为原料合成 RNA 引物
在 dNTP 存在下由 DNA聚合酶Ⅲ催化，在 RNA 引物基础上合成DNA新链
DNA聚合酶Ⅰ外切作用切除引物，空缺部位再由该酶填补
DNA连接酶连接冈崎片段，形成完整的DNA分子

第20页：前导链与随后链

前导链、随后链与冈崎片段

前导链: 合成方向与复制叉移动方向相同、进行连续复制的这一条新链
随后链: 合成方向与复制叉移动方向相反、进行不连续复制的另一条新链
冈崎片段: 随后链上不连续复制而成的DNA片段
方向: 模板链走向 3′→5′，新链合成方向 5′→3′

第21页：逆转录

二、逆转录

概念与模式: 以病毒RNA为模板，指导合成含有全部病毒遗传信息的DNA；酶与原料为 RDDP／dNTP
逆转录（酶）的意义: （1）逆转录酶存在于所有致癌RNA病毒中，与病毒致癌有关; （2）对中心法则进行了必要的补充; （3）有助于基因工程的实施（用于获得目的基因）

第22页：DNA的损伤和修复

（三）DNA的损伤和修复

1、DNA的损伤: 因素：紫外线照射、碱基和核苷类似物、抗菌素及其类似物
2、DNA的修复: 修复方式：切除修复、SOS修复、重组修复、光修复; 主要修复机制——切除修复

第23页：转录的学习目录

第三节 RNA的生物合成：本节讲清转录的概念与条件、转录与复制的主要区别、转录的起始延长与终止过程，以及真核细胞中转录后的加工和修饰。

一、转录的概念和条件
二、转录与复制的区别
三、转录的过程
四、转录后的加工和修饰

第24页：转录的概念和条件

一、转录的概念和条件

1、概念: 以DNA为模板，指导RNA合成的过程; 酶：DNA指导的RNA聚合酶（DDRP）；原料：NTP
2、条件: 模板链DNA、DDRP、NTP
意义: 转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步；通过转录把 DNA 的信息传递给 RNA

第25页：转录的过程

三、转录的过程

酶与DNA模板的结合: DNA模板链、σ因子、β′亚基
转录的起始: σ因子识别启动子，β亚基参与
RNA链的延长: NTP 依次加入，RNA 链延伸
RNA链的终止与释放: ρ蛋白参与终止

第26页：转录后的加工和修饰

四、转录后的加工和修饰（真核细胞）

hnRNA → mRNA: 核不均一RNA经加工成为成熟mRNA
加帽连尾: 5′-端（首部）：m⁷Gppp；3′-端（尾部）：poly-A
剪辑加工: 连接外显子（具有编码功能的序列），切除内含子（不具编码功能的序列）

第27页：蛋白质生物合成目录

第四节蛋白质的生物合成：本节从翻译的概念出发，讲清参与翻译的三类RNA、原料与因子，进而展开核蛋白体循环的合成过程，最后联系干扰素与抗生素对蛋白质合成的影响。

一、概念
二、参与翻译所需的物质
三、蛋白质合成的过程
四、蛋白质生物合成与医学的关系

第28页：翻译的概念与参与物质

一、概念

翻译（蛋白质的生物合成）: 以 mRNA 为模板，在其他 RNA 及因子的参与下合成蛋白质的过程
二、参与翻译所需的物质: 1、三类 RNA（mRNA、tRNA、rRNA）; 2、20种编码氨基酸（合成蛋白质的原料）; 3、参与翻译的酶类; 4、其它因子：起始因子、延长因子、终止和释放因子；K⁺、Mg²⁺；ATP、GTP

第29页：mRNA与密码子

mRNA在蛋白质合成中的作用

作用: 提供直接模板
密码子（64种，分三类）: 起始密码：1个（AUG，兼蛋氨酸）; 终止密码：3个（UGA、UAA、UAG）; 氨基酸信息码：61个
密码子的特点: 密码的简并性、密码无标点符号、密码的通用性、密码的摆动性

第30页：tRNA在蛋白质合成中的作用

tRNA在蛋白质合成中的作用

活化与转运氨基酸
tRNA的两个专用部位：3′-末端 CCA-OH（携带氨基酸的部位）；反密码环顶端反密码子（识别 mRNA 上特定的密码子）
摆动现象：反密码子与密码子配对时第三位碱基配对较灵活（如 I 与 U、C、A 配对）
mRNA 与 tRNA 反向平行配对（mRNA 5′→3′，tRNA 3′→5′）

第31页：rRNA与核蛋白体

rRNA在蛋白质合成中的作用

核蛋白体: 由 RNA（rRNA）和多种蛋白质复合而成，是蛋白质生物合成的场所和装配机，由大小两个亚基组成
大亚基: 有转肽酶活性和两个 tRNA 结合部位：给位（P位）、受位（A位）
小亚基: 有 mRNA 结合部位

第32页：参与蛋白质合成的酶类

参与蛋白质合成的酶类

氨基酰-tRNA合成酶: 催化氨基酸与其相应 tRNA 结合，生成氨基酰-tRNA
转肽酶: 位于核蛋白体大亚基，催化肽键形成

第33页：蛋白质合成的过程

三、蛋白质合成的过程

1、氨基酸的活化: 氨基酸 + tRNA →（氨基酰-tRNA合成酶，Mg²⁺，ATP）→ 氨基酰-tRNA
2、核蛋白体循环: 起始、延长（进位、转肽、移位）、终止
3、后期的加工与修饰: 切除N-端的蛋氨酸、部分肽段的水解、氨基酸残基的修饰、二硫键的形成

第34页：蛋白质合成与医学的关系

四、蛋白质生物合成与医学的关系

1、干扰素对蛋白质合成的影响
2、抗生素对蛋白质合成的影响

链霉素：抑制原核细胞蛋白质合成的起始，并导致错误阅读mRNA密码
四环素：与原核细胞30S亚基结合，抑制氨基酰-tRNA的结合
氯霉素：抑制原核细胞50S大亚基的转肽酶活性
红霉素：与原核细胞50S大亚基结合并抑制移位作用
环己亚氨：抑制真核生物60S大亚基的转肽酶活性
嘌呤霉素：是氨基酰-tRNA的类似物，结合在A位，造成未成熟肽链的终止，对真核、原核细胞均有效