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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

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、复性与杂交返回主菜单

核酸的分类与功能 —— 参与蛋白质的生物合成核糖核酸（RNA）： Pr合成的直接模板 • m RNA （信使 RNA ） • t RNA （转运 RNA ）活化与转运AA 充当装配机，提供场所 • r RNA （核蛋白体 RNA）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（即：DNA分子中特定的碱基排列顺序 ——碱基序列）返回主菜单

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 Chargff 规律 • 一种生物体所有体细胞DNA的碱基组成均相同（亲缘相近的生物，其碱基组成相似；反之亦然） • 同一种生物体内，DNA分子的 A = T / G = C （同一生物的DNA分子中嘌呤碱与嘧啶碱总量相等）（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返回主菜单

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 • 两链之间有特定的碱基互补规律（碱基配对） A — T （通过两个氢键相连） G — C （通过三个氢键相连） • 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返回主菜单

A T G C 示意图

腺嘌呤（A） 胸腺嘧啶（T）鸟嘌呤（G）尿嘧啶（C）示意图返回主菜单

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 RNA链中A、G、U、C 的序列 2、一级结构： 3、组成与结构特点： • 多为单链结构，且碱基组成较不规律 • 含有稀有碱基（由主要碱基修饰而来）返回主菜单

（二）三种 RNA 分子组成与结构特点 １、t RNA —— 活化与转运 AA （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AA的部位） • 反密码环顶端：反密码子（识别mRNA上特定的密码子）返回主菜单

氨基酸臂 反密码环 3’- 末端 5’- 末端返回主菜单示意图

2、m RNA —— 蛋白质合成的直接模板（1） m RNA分子从5-端起读，每三个相邻的核苷酸（碱基）所组成的一个三连码，决定某种AA，称为密码子。（2） m RNA分子的首尾结构 • 5’- 端（首部）： m7Gppp （7-甲基尿苷三磷酸） poly-A • 3’- 端（尾部）：（多聚腺苷酸） 3、r RNA —— 蛋白质合成的场所，起“装配机”的作用 • RNA中含量最多（80%） • 是RNA与多种蛋白质结合生成的核蛋白体 • 在胞浆中起“装配机”的作用返回主菜单

三、核酸的变性、复性与杂交 （一）变性核酸双链间氢键断裂，双链结构解开形成两条单链的的过程 1、概念变性因素：加热及化学处理（有机溶剂等） 2、特性 —— 伴有高色（增色）效应 • 高色效应在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 值就愈高 DNA分子就愈稳定。反之亦然。返回主菜单

（二）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，这一过程叫作复性 1、概念 2、特性 • 复性时伴有低（减）效应（即在 260 nm 的紫外吸收减弱） • 复性又称 “退火” • 变性后若温度迅速下降，则不发生复性（三）分子杂交分子杂交是以核酸的变性和复性为基础 1、概念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。 • 分子杂交可发生在 DNA-DNA、DAN-RNA和 RNA-RNA 返回主菜单

第一节遗传的中心法则 第二节 DNA 的生物合成（一）复制（二）逆转录（三）DNA的损伤和修复主菜单

第一节遗传的中心法则 复制转录翻译 DNA DNA mRNA 蛋白质逆转录基因遗传基因表达 复制 • 以 DNA 为模板，指导 DNA 合成的过程 • 酶 DNA 指导的 DNA 聚合酶（DDDP） • 原料 d NTP 转录 • 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 返回主菜单

第二节 DNA 的生物合成 一、复制 —— DNA 的复制是以半保留复制方式进行的 1、半保留复制概念和模式 • 概念和模式 • 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 • 模板链的走向（3’ 5’）新链合成的方向（5’ 3’）返回主菜单

—— DNA 聚合酶、DNA 连接酶 解旋和解链酶类、引物酶等 2、参与复制的酶类（1）引物酶 • 一种特殊的 RNA 聚合酶 • 该酶以 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，便于复制返回主菜单

（3）DNA 聚合酶 • DNA 聚合酶Ⅰ —— 聚合、填空、修补 • DNA 聚合酶Ⅲ —— 聚合、填空、修补（复制时起主要作用的酶） DNA 聚合酶Ⅰ是一种多功能酶 —— 聚合、填空、修补 • 填空充填冈崎片段之间的间隙 • 修补具有 5’ 3’外切酶的作用（切除引物和损伤部位）（4）DNA 连接酶连接冈崎片段返回主菜单

3、复制的过程 参与的物质 ( 解链酶、解旋酶和单链结合蛋白）模板 DNA 先解链解旋引物酶作用，以NTP为原料合成RNA引物（引物酶、NTP ） 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Ⅲ 、dNTP ） DNA 聚合酶Ⅰ外切作用切除引物（ DNA 聚合酶Ⅰ、 dNTP ） (空缺部位再由该酶发挥填补作用) DNA 连接酶连接冈崎片段形成完整的DNA 分子（ DNA 连接酶）返回主菜单

模板链的走向（3’ 5’） 新链合成的方向（5’ 3’）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 • 前导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 • 随后链 • 冈崎片段随后链上所进行不连续复制而成的 DNA 片段返回主菜单

二、逆转录 —— 以病毒 RNA 为模板，指导合成含有全部病毒遗传信息的 DNA • 概念模式 • 模式 • 酶与原料 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）返回主菜单

（三）DNA的损伤和修复 1、DNA的损伤 • 概念 —— 紫外线照射碱基和核苷类似物抗菌素及其类似物 • 因素 2、DNA的修复 —— 切除修复、 SOS 修复重组修复、光修复 • 修复方式切除修复 • 主要修复机制 —— 切除修复返回主菜单

第三节 RNA 的生物合成 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主菜单

第三节 RNA 的生物合成 （ RNA 的生物合成 —— 转录）转录是基因表达的第一步，也是最关键的一步通过转录把DAN的信息传递给RNA 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 2、条件 • 酶 DNA 指导的 RNA 聚合酶（DDRP） DDRP • 原料 NTP • 模板链 DNA 二、转录与复制的区别区别返回主菜单

转录的起始 RNA链的延长 RNA链的终止与释放三、转录的过程酶与DNA模板的结合 DNA模板链、 因子、 亚基  亚基、NTP  蛋白返回主菜单

mRNA 5’- 端（首部）： m7Gppp poly-A 3’- 端（尾部）：连接外显子切除内含子四、转录后的加工和修饰（真核细胞） —— 以 mRNA 转录后的加工为例加帽连尾剪辑加工 hnRNA （核不均一RNA） • 加帽连尾（具有编码功能的序列） • 剪辑加工（不具编码功能的序列）示意图 • 示意图返回主菜单

第四节蛋白质的生物合成 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主菜单

翻译蛋白质的生物合成 —— 以mRNA为模板，在其它RNA及因子的参与下，合成蛋白质的过程一、概念二、参与翻译所需的物质 mRNA tRNA rRNA 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+、Mg+ ATP、GTP 返回主菜单

提供直接模板 mRNA （ 64种，分三类） • 密码子密码子 1 个（AUG，兼蛋AA）起始密码 AA信息码 61个 3个（UGA，UAA，UAG）终止密码在蛋白质合成中的作用 • 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返回主菜单

3-末端：CCA-OH • 反密码环顶端： 5' 3' mRNA 3' 5' tRNA • 活化与转运氨基酸 • tRNA的两个专用部位（携带AA的部位）反密码子（识别 mRNA上特定的密码子）（识别 mRNA上特定的密码子）在蛋白质合成中的作用 • 摆动现象 3 1 U G I U I C I A tRNA 返回主菜单

rRNA • 核蛋白体 • 大亚基（ rRNA ）有转肽酶活性和两个 tRNA 结合部位由 RNA 和多种蛋白质复合而成给位（ P 位）受位（ A 位）在蛋白质合成中的作用是蛋白质生物合成的场所和装配机 • 小亚基有mRNA 结合部位由大小两个亚基组成返回主菜单

参与蛋白质合成的酶类 • 氨基酰 - tRNA 合成酶 • 转肽酶返回主菜单

氨基酰- tRNA 进位转肽移位三、蛋白质合成的过程 1、AA的活化酶、 Mg+ ATP AA + tRNA 核蛋白体循环 • 起始 2、核蛋白体循环 • 延长 • 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返回主菜单

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、原核细胞均有效。返回主菜单

poly-A UAA CGA ACU GCA AUG m7Gppp UGA UGA CGU UAC UAC 蛋苏苏丙蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位核蛋白体循环

转肽 poly-A UAA CGA ACU GCA AUG m7Gppp UAC UAC UGA UGA CGU UAC 丙苏苏蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位蛋核蛋白体循环

转肽 poly-A UAA CGA ACU GCA AUG m7Gppp UGA UGA CGU UAC 苏苏丙蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位蛋核蛋白体循环

转肽 移位 poly-A UAA CGA ACU GCA AUG UGA m7Gppp UGA CGU CGU UAC 苏蛋丙丙苏蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位进位核蛋白体循环

转肽 移位 poly-A UAA CGA ACU GCA AUG UGA m7Gppp UGA CGU CGU UAC 苏蛋丙丙苏蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位转肽核蛋白体循环

转肽 移位 poly-A UAA CGA ACU GCA AUG m7Gppp UGA CGU CGU UAC 苏蛋丙苏丙蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位核蛋白体循环

转肽 移位 poly-A UAA CGA ACU GCA AUG m7Gppp UGA CGU CGU UAC 苏蛋丙苏丙蛋核蛋白体循环 ( 延长 ) 进位移位核蛋白体循环返回主菜单

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第五节基因工程和聚合酶链反应 1. 基因工程的概念：是用人工方法将所要研究的基因（目的基因）在体外与载体DNA结合成重组DNA，然后引入缩主细胞，筛选出能表达重组DNA的活细胞，并加以纯化、传代、扩增成为克隆。 2. 基因工程的简要步骤：可归纳为分、切、接、转、筛五个字。 3. 聚合酶链反应：体外DNA扩增法基本原理同DNA复制。返回主菜单

3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ T G A C 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ A A T 3’ 3’ A--T C C G C--G T T A T--A G G C G--C 5’ 5’ 5’ 3’ 3’ 半保留复制返回主菜单

RNA – DAN 杂交体病毒RNA转录的 DAN 链病毒双链的 DNA 病毒双链的 DNA 病毒 RNA 病毒 RNA 示意图逆转录酶作用返回主菜单

内切酶 外切酶 DNA聚合酶 DNA连接酶示意图 DNA损伤的切除修复返回主菜单

 • 全酶  —— 结合 DNA 模板核心酶 —— 2   —— 转录的主要酶 • RNA聚合酶（转录酶）—— DDRP • 原核细胞中的 DDRP —— 有五个亚基组成的全酶（2 ） —— 起始因子返回主菜单

RNA转录 DNA复制原料 DNTP、（NTP） NTP 碱基配对 A与T，G与C U与A，G与C 催化的酶 DDDP DDRP 整个DNA分子的二条完整单链 DNA分子上的某个基因中的一条链模板加工与修饰不需要在真核细胞内需要转录与复制的区别返回主菜单

m7Gppp poly-A 核酶核酶 m7Gppp poly-A m7Gppp poly-A 5’- 端外显子内含子 3’- 端 m7Gppp poly-A 连接酶返回主菜单示意图 hnRNA内含子切除及外显子连接示意图 hnRNA内含子切除及外显子连接

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