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第 2 章 遗传物质的分子基础 第 2 节 核酸的化学结构 染色体 DNA ( 27 %) 蛋白质( 66 %) RNA ( 6 %) 组蛋白 (含量比较稳定, 与 DNA 大致相等) 非组蛋白.

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2 第 2 章 遗传物质的分子基础

3 第 2 节 核酸的化学结构 染色体 DNA ( 27 %) 蛋白质( 66 %) RNA ( 6 %) 组蛋白 (含量比较稳定, 与 DNA 大致相等) 非组蛋白

4 碱基结构

5 核苷和核苷酸

6 磷酸二脂键

7 DNA 分子结构 和表示方法

8 DNA 双螺旋结构  右手螺旋  反向平行( antiparallel )  内侧是扁平的盘状碱基  两条链的碱基以氢键 ( hydrogen bond )与互补 碱基相连  A = T ; C≡ G  上下碱基对相距 0.34nm  每个螺旋长 3.4nm , 10bp , 直径 2nm  大沟( major groove )和小 沟( minor groove )

9 氢 键

10 DNA 结构模型

11 DNA 结构示意图

12 碱基排列顺序的多样性  DNA 分子是由 A-T 和 C-G 两种 bp 连接起来的,每 个 DNA 分子一般有成千上万个 bp  在每一个位置上只有 4 种可能: A 、 T 、 C 、 G  假设 DNA 分子长 1000bp ,就可能有 种不同的 排列形式, 种不同的分子结构  反映出来的就可能是 种不同性质的基因。

13 生物体的碱基顺序是稳定的  对特定的生物体来说, DNA 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  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(突变)

14 核苷酸和脱氧核苷酸

15 RNA 结构

16 tRNA 结构

17 tRNA 分子中含有稀有碱基

18 tRNA 的三维结构

19 第 3 节 DNA 复制 DNA replication

20 DNA 复制的一般特点 原料: dNTP ,互补配对原则 半保留复制 半不连续复制 需要引物 新链的延伸方向只能是 5' →3'

21 半保留复制 semiconservative replication

22 复制起始点 复制起始点 replication origin , ori DNA 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。 原核生物 DNA 只有一个复制起始点。 真核生物 DNA 有多个复制起始点。

23 复制子 replicon 一个复制起始点控制下复制的一段 DNA 原核生物 DNA 只有一个复制子 真核生物每条染色体上有多个复制子

24 原核生物复制子

25 真核生物 DNA 多复制起始点电镜图

26 复制叉 replication fork 半不连续复制 先导链 随后链 冈崎片断 引物 primer

27 原核生物 DNA 复制 DNA 复制所需要的酶  引物酶 primerase  DNA 聚合酶 DNA polymerase  DNA 连接酶 DNA ligase  解旋酶 helicase  拓扑异构酶

28 DNA 复制过程 起始 延伸 终止

29 DNA 复制小结

30 真核生物 DNA 的复制特点 细胞周期的特定时期复制 多起点复制 冈崎片断较原核生物短 核小体全保留复制 染色体端粒的复制

31 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 DNA 复制 真核生物 DNA 在 S 期复制

32 RNA 的复制 有些病毒不含 DNA ,以 RNA 为遗传物质 RNA 在 RNA 聚合酶作用下先合成 “ - ” 链 “ - ” 链从 “ + ” 链模板上释放出来 “ - ” 链作为模板再合成 “ + ” 链

33 端粒 DNA 的复制 真核生物 DNA 是线性 的 线性 DNA 末 端不能复制 每复制一次 DNA 序列就 要缩短一节!

34 端粒酶 telomerase 端粒酶是一种核 糖核蛋白,含有 一个 RNA 分子 这个 RNA 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,胚胎细胞和 肿瘤细胞中有端 粒酶活性

35 第 4 节 RNA 转录与加工 转录 transcription :以 DNA 为模板,在 RNA 聚合酶的催化下,以 ATP 、 CTP 、 GTP 和 UTP 为原料,合成 RNA 的过程。 转录是基因表达的中心环节

36 RNA 分类 mRNA , messenger RNA tRNA , transfer RNA rRNA , ribosomal RNA

37 rRNA 的类型 原核生物有 3 种 rRNA : 5S 、 16S 、 23S 真核生物有 4 种 rRNA : 5S 、 5.8S 、 18S 、 28S

38 RNA 合成的一般特点 不需要引物 原料为 rNTP ,不是 dNTP 只有一条 DNA 链用作模板

39 有关概念 模板链 template strand 非模板链 nontemplate strand 编码链 coding strand( 有意义链) 非编码链 nocoding strand

40 原核生物 RNA 的合成

41 RNA 聚合酶 在 E.coli 中 全酶 holoenzyme α 2 ββ'σ σ 亚基的功能是识别转录起始点 核心酶 core enzyme α 2 ββ' RNA 链的延伸由核心酶催化

42 启动子 promotor DNA 分子上 RNA 聚合酶最先结合部位 Promotor 在转录起始点的上游

43 原核生物启动子由 2 个元件 3 个要素组成  1 、- 10 序列( Pribnow box ) 转录起始点上游- 10 位置, consensus sequence 是 TATAPuATG  2 、- 35 序列( Sextama box ) RNA 聚合酶所覆盖的区域,共有序列是 TTGACA ,位于- 35 位置。 是 RNA 聚合酶对转录模板的初始识别位点,决 定启动子的强度。  3 、- 10 区和- 35 区间的距离 两个元件之间的距离却至关重要 ; 相距 17bp 时, 转录效率最高。

44 终止子 terminator 提供转录终止信号的 DNA 序列 内在终止子,不依赖 ρ 因子 依赖 ρ 因子的终止子

45 终止子的结构特征 发夹结构 polyU 序列 真正起终止作用的 不是 DNA 序列,而 是转录生成的 RNA 结构

46 转录泡

47 RNA 的合成 起始 延伸 终止和释放

48 转录和翻译同时进行  在原核生物中,转录、翻译以及 mRNA 的降解 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。  RNA 的转录和多肽链的合成都是从 5′→3′ ,只 要 mRNA 的 5′ 端合成后,即可开始翻译。  在原核生物中 mRNA 的寿命一般只有几分钟。  往往在 3′ 端 mRNA 的转录还没有最后结束, 5′ 端 mRNA 在完成多肽链的合成后,已经开始降 解。

49 真核生物 RNA 的合成与加工

50 真核生物 RNA 合成的特点 1 :  真核生物 RNA 的转录在细胞核内进行  转录完成后需要运送到核外,因此寿命 较长

51 真核生物 RNA 合成的特点 2 :  真核生物一个 mRNA 分子一般只含有一 个基因  单顺反子 mRNA  原核生物中称为多顺反子 mRNA

52 真核生物 RNA 合成的特点 3 :  真核生物有几种 RNA 聚合酶  RNA 聚合酶Ⅰ 除 5S rRNA 以外的所有 rRNA  RNA 聚合酶Ⅱ mRNA 前体(核不均一 RNA , hnRNA)  RNA 聚合酶Ⅲ 5SRNA 、 tRNA 、小核 RNA

53 真核生物 RNA 合成的特点 4 :  真核生物 RNA 聚合酶不能独立转录 RNA  特定的基因需要特定的转录因子

54 真核生物 RNA 合成的特点 5 :  真核生物启动子结构复杂  不同的聚合酶使用的启动子不同  不同的启动子含有的保守序列不同  RNA 聚合酶Ⅱ 的启动子结构最复杂

55 真核生物启动子元件

56 真核生物 RNA 合成后的加工 rRNA 转录后的甲基化

57 mRNA 转录后的加 工  加帽 当 mRNA 合成到 30b 时 在 5′ 端加 7 -甲基鸟嘌呤核苷 5′ - 5′  加尾 转录完成后,在特定位置切去一节, 加 polyA RNA 末端腺苷酸转移酶  帽子和尾巴对 mRNA 的稳定性以 及运输具有重要作用  剪接 splicing

58 成熟 mRNA 与模板 DNA 的比较

59 第 5 节 遗传密码和蛋白质的翻译

60 遗传密 码字典

61 遗传密码的主要特征  三联体密码  密码子间无间隔,遗传密码的译读是连续的。  密码子间存在简并现象( degeneracy )  最后一个碱基具有灵活性  包含起始密码子和终止密码子  遗传密码子的通用性:除极少数情况外遗传密码 从病毒到人类都是通用的

62 蛋白质的合成  蛋白质的生物合成称为翻译 translation  mRNA 携带从 DNA 上转录的遗传密码附着在核 糖体上,由 tRNA 来运送氨基酸,按照 mRNA 上 的密码顺序,连接成多肽链,并进一步加工成 有生物活性的蛋白质分子。  合成蛋白质的原料是 20 种氨基酸  核糖体是合成蛋白质的场所  氨基酸的顺序由 mRNA 上的密码子决定

63 原核生物和真核生物核糖体比较

64 tRNA 的二维结构

65 tRNA 的三维结构

66 氨酰 tRNA 合成 酶 aminoacyl tRNA synthetase Aminoacyladenylic acid 腺苷酸化氨基酰

67 翻译起始

68 多肽链的延伸多肽链的延伸

69 多肽链的终止 终止密码子 UAA UAG UGA 多肽链释放因子 E.coli RF1 RF2 真核生物 eRF 多肽链末端加 H2O 多肽链离开 P 位 核糖体解体

70 多聚核糖体

71 思考题: 真核生物蛋白质合成的起始与原核生物 有何不同?

72 多肽链的加工  刚刚合成的多肽链,很多不具有生物活性  不同链的缔合  共价修饰  卷曲或折叠  成为具有立体结构、有生物活性的蛋白质  结构蛋白(作为细胞的组成部分)、功能蛋白 (如血红蛋白等)、酶

73 血红蛋白的立体结构

74 中心法则 central dogma


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