第九章基因信息的傳遞與表達(dá)DNA的復(fù)制和RNA的轉(zhuǎn)錄

第九章基因信息的傳遞與表達(dá)DNA的復(fù)制和RNA的轉(zhuǎn)錄第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)核酸的代謝主要內(nèi)容一核酸的消化吸收二核苷酸的分解代謝

1.嘌呤的分解代謝

2.嘧啶的分解代謝三核苷酸的合成代謝

1.嘌呤核苷酸的合成代謝

2.嘧啶核苷酸的合成代謝第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）.核酸的消化吸收第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）.核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸主要在肝、小腸及腎中分解。第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月尿酸與痛風(fēng)癥嘌呤核苷酸分解代謝的終產(chǎn)物尿酸經(jīng)腎臟排泄，但尿酸溶解性較差，易形成尿酸鈉結(jié)晶，沉積于關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨甚至腎臟等處，也可形成尿酸的尿路結(jié)石。沉積于關(guān)節(jié)腔的尿酸鈉結(jié)晶被吞噬細(xì)胞吞噬，尿酸鈉通過氫鍵與溶酶體膜作用，破壞溶酶體，釋放的水解酶及蛋白因子使局部生成較多致炎物質(zhì)，引起痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎—痛風(fēng)。*痛鳳的治療藥：別嘌呤醇第5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月**別嘌呤醇治療痛風(fēng)癥的原理鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸別嘌呤醇第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嘧啶核苷酸主要在肝中分解。所生成的嘧啶水解脫氨基轉(zhuǎn)變成尿嘧啶，尿嘧啶分解成NH3、CO2以及B-丙氨酸；胸腺嘧啶則分解成NH3、CO2以及B-氨基異丁酸。嘧啶堿的分解產(chǎn)物易溶于水，可直接隨尿排除，也可進(jìn)一步分解。·嘧啶核苷酸的分解代謝第7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嘧啶核苷酸分解過程第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）核苷酸的合成代謝可以通過兩條完全不同的途徑進(jìn)行：利用氨基酸，一碳基團(tuán)，CO2及磷酸戊糖等簡單原料，進(jìn)過一系列的酶促反應(yīng)，從嘌呤及嘧啶的合成開始進(jìn)行的核苷酸的合成

——從頭合成途徑**由現(xiàn)成的嘌呤，嘧啶，核苷及磷酸核糖焦磷酸（PRPP）在酶的作用下直接合成核苷酸

——補(bǔ)救合成途徑第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嘌呤核苷酸的合成從頭合成途徑

·原料：①甘氨酸，天冬氨酸，谷氨酰胺，一碳基團(tuán)②5-磷酸核糖

·反應(yīng)部位：細(xì)胞漿中

·關(guān)鍵反應(yīng)：磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的生成

·關(guān)鍵酶：磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嘌呤環(huán)合成的原料第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月AMP、GMP的生成第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嘧啶核苷酸的合成從頭合成途徑原料：CO2，谷氨酰胺，天冬氨酸，PRPP合成部位：細(xì)胞漿中第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月尿嘧啶的合成第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)救合成途徑原料：嘌呤堿（A、G、I）、PRPP部位：骨髓、腦組織反應(yīng)酶：腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT）次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT)腺嘌呤+PRPPAMP+PPi次黃嘌呤+PRPPIMP+PPi鳥嘌呤+PRPPGMP+PPiAPRTHGPRTHGPRT第16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)救合成途徑的生理意義：

·節(jié)省能量和氨基酸消耗

·某些無法從頭合成核苷酸的器官的核苷酸合成途徑自毀容貌癥——HGPRT遺傳缺陷癥，見于男性，臨床癥狀為尿酸增高，神經(jīng)異常，腦發(fā)育不全，智力低下，攻擊和破壞性行為，常咬傷自己的嘴唇，手足第17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月三、DNA的生物合成—復(fù)制DNA是遺傳信息的攜帶者。DNA分子中能編碼生物活性產(chǎn)物的片段成為基因?；蜴i攜帶的遺傳信息能通過自我復(fù)制傳遞給子代，實(shí)現(xiàn)基因的遺傳；通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再通過翻譯傳遞給蛋白質(zhì)，以蛋白質(zhì)的活性體現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)基因的表達(dá)。第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄中心法則遺傳信息的流動（傳遞）方式復(fù)制復(fù)制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯是基因信息傳遞的經(jīng)典方式；復(fù)制是合成DNA的主要方式，轉(zhuǎn)錄是合成RNA的主要方式。第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復(fù)制親代DNA子代DNA第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)制的方式——半保留復(fù)制(semi-conservativereplication)復(fù)制的高保真性(highfidelity)雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuousreplication)第21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月一、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的概念第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子代DNA

目錄第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式

全保留式半保留式混合式第24頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月密度梯度實(shí)驗(yàn)

——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。半保留復(fù)制的意義遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的。第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA合成期

人為分成起始、延長、終止三個階段第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、復(fù)制的起始幾個相關(guān)概念：

1.復(fù)制起始點(diǎn)

(origin,ori)

原核生物只有一個復(fù)制起始點(diǎn)； 真核生物染色體DNA有多個復(fù)制起始點(diǎn)，同時形成多個復(fù)制單位，兩個起始點(diǎn)之間的DNA片段稱為復(fù)制子(replicon)。第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

復(fù)制子第29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.復(fù)制叉

(replicationfork)

復(fù)制時雙鏈打開，分開成兩股，新鏈沿 著張開的模板生成，復(fù)制中形成的這種Y

字形的結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

復(fù)制起始的解鏈需要多種蛋白質(zhì)參與。這些蛋白質(zhì)與復(fù)制起始點(diǎn)的特有序列結(jié)合，促使其鄰近的DNA解鏈。第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

(二)引物合成引發(fā)體引導(dǎo)引物酶到達(dá)適當(dāng)?shù)奈恢煤铣梢?。?2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

引物長度約為十幾個到幾十個核苷酸不等。引物的合成方向也是5′→3′

方向。DNA的聚合就是在引物的3′－OH

上進(jìn)行的。第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、復(fù)制的延長

在DNA聚合酶催化下，以解開的單鏈為模板，以四種dNTP為原料，進(jìn)行聚合作用。即新進(jìn)入的dNTP與引物3′－OH形成磷酸二酯鍵，由5′3′方 向延長子鏈。第34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

(一)半不連續(xù)復(fù)制

領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)

順著解鏈方向生成的子鏈，其復(fù)制是 連續(xù)進(jìn)行的，得到一條連續(xù)的子鏈。第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

隨從鏈(laggingstrand)

復(fù)制方向與解鏈方向相反，須等解開足夠長度的模板鏈才能繼續(xù)復(fù)制，得到的子鏈由不連續(xù)的片段所組成。岡崎片段(Okazakifragment)第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

岡崎片段：

1968年日本生化學(xué)者岡崎用電鏡及放射自顯影技術(shù)，觀察到DNA復(fù)制中出現(xiàn)一些不連續(xù)的片段，因而將這些不連續(xù)的片段稱為岡崎片段。

原核生物的岡崎片段為一至二千個核苷酸，真核生物約為數(shù)百個核苷酸。第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

(二)滾環(huán)復(fù)制

(rollingcirclereplication)

一些簡單低等生物或染色體以外的DNA

復(fù)制的特殊形式。第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、復(fù)制的終止

1.隨從鏈不連續(xù)片段的連接

2.原核生物在復(fù)制終止點(diǎn)的匯合

3.

真核生物端粒的合成第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

(一)不連續(xù)片段的連接第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA的生物合成—轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板合成RNA的過程。第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）轉(zhuǎn)錄的方式及機(jī)理機(jī)理：堿基互補(bǔ)配對原則方式：不對稱轉(zhuǎn)錄（RNA轉(zhuǎn)錄是，雙鏈DNA分子中只有一條鏈具有轉(zhuǎn)錄功能）第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

不對稱轉(zhuǎn)錄

1、在DNA雙鏈分子上，僅一股鏈可轉(zhuǎn)錄

2、模板鏈并非總在同一鏈上為編碼鏈codingstrand（有意義鏈sensestrand，Crick鏈）——結(jié)構(gòu)基因?yàn)槟０彐渢emplatestrand（反義鏈antisensestrand

，Watson鏈,非編碼鏈）不對稱轉(zhuǎn)錄3′3′5′5′（箭頭表示轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物生成方向）第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

模板鏈(templatestrand)：

指DNA分子中可轉(zhuǎn)錄成RNA的一股鏈。編碼鏈(codingstrand)

：

指與模板鏈互補(bǔ)的一股鏈。

其與產(chǎn)物RNA的關(guān)系：用T代替RNA分子中U外，其余都相同。（二）模板鏈（非編碼鏈）和編碼鏈（有意義鏈）第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月TTTUUUDNA模板、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和肽的序列比較第46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）轉(zhuǎn)錄所需條件模板：攜帶有需要合成蛋白質(zhì)的基因之雙鏈DNA原料：四種核苷三磷酸，即ATP、GTP、CTP、UTP主要催化酶：RNA聚合酶，又稱DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（DDRP），也叫轉(zhuǎn)錄酶第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

RNA聚合酶

1、催化53

的合成方向

2、底物——NTP3、模板——DNA

4、不需要引物

5、產(chǎn)物——RNA特點(diǎn)：第48頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄延長轉(zhuǎn)錄終止

（三）轉(zhuǎn)錄的基本過程第49頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1、轉(zhuǎn)錄起始DNA雙鏈解開，RNA聚合酶辨認(rèn)（亞基），并與啟動序列結(jié)合，第1個NTP加入，并生成第一個5，3-磷酸二酯鍵，轉(zhuǎn)錄啟始復(fù)合物形成。此時，亞基脫落，起始轉(zhuǎn)錄。

（RNA-pol-DNA-pppN-OH3′）第50頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2、延長

在RNA聚合酶（核心酶）催化下，按53方向合成5，3-磷酸二酯鍵，形成RNA/DNA雜化雙鏈，使RNA鏈不斷延伸。

酶-DNA-RNA形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物（轉(zhuǎn)錄空泡）。第51頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA聚合酶原核生物的轉(zhuǎn)錄空泡RNA5`pppNpN3`注1：堿基配對穩(wěn)定性比較——G-C>A-T>A-U注2：在原核生物中，當(dāng)mRNA鏈尚未轉(zhuǎn)錄完全，其5`－端已經(jīng)附著核糖體，開始進(jìn)行mRNA的翻譯過程。3’5’DNA3’5’有意義鏈反義鏈第52頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)RNA聚合酶到達(dá)基因末端的終止序列(terminatorsequence)，即終止子(terminator)時，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物停止延長并被釋放，RNA聚合酶會從DNA模板上脫落，DNA雙螺旋隨之恢復(fù)。原核生物轉(zhuǎn)錄終止有兩種：依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止和不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止。3、終止第53頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月