分子生物学第四章剖析
合集下载
分子生物学第四章
第一节 RNA转录的概述
2．真核生物的RNA聚合酶
真核生物的基因组比原核生物大， RNA 聚合酶也更为复杂。其相对分子质量 大都在5×105左右，有8~14个亚基，并含有 Zn2+。利用α-鹅膏蕈碱的抑制作用可将真核 生物RNA聚合酶为分三类。
第一节 RNA转录的概述
第一节 RNA转录的概述
真核生物RNA聚合酶I对α-鹅膏蕈碱不敏 感，负责转录45S rRNA前体，经转录后加工 产生5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA，它 们与多种蛋白质组成的核糖体（核蛋白体）是 蛋白质合成的场所。真核生物的rRNA基因是 一类中度重复的基因，拷贝数都在数十至数百 个，人类rRNA基因约为300个拷贝。
第一节 RNA转录的概述
RNA聚合酶II转录所有mRNA前体和大多数 的核内小RNA（snRNA）。转录是遗传信息表达 的重要环节，真核生物DNA在核内转录生成 hnRNA（编码蛋白质的结构基因是在核浆中被转 录的。由于它的大小很不一致，故称核内不均一 RNA），然后加工成mRNA，并输送给细胞质的 蛋白质合成体系。hnRNA是各种RNA中寿命最短、 最不稳定的，需经常重新合成。在这个意义上说， RNA聚合酶II可认为是真核生物中最活跃的RNA 聚合酶。
第一节 RNA转录的概述
5．转录终止
当 RNA 链 延 伸 到 转 录 终 止 位 点 时 ， RNA 聚 合 酶 不 再 形 成 新 的 磷 酸 二 酯 键 ， RNA–DNA 杂 合 物 分 离 ， 转 录 泡 瓦 解 ， DNA 恢 复 成 双 链 状 态 ， 而 RNA 聚 合 酶 和 RNA 链都被从模板上释放出来，这就是转 录的终止。
第一节 RNA转录的概述 RNA聚合酶III转录tRNA、5S rRNA、 U6snRNA和不同的胞质小分子量RNA （scRNA）等小分子转录物。RNA聚合酶 III转录的产物都是相对小分子质量的RNA。 tRNA的大小都在100个核苷酸以下，5S rRNA的大小约为120个核苷酸。snRNA有 多种，由90-300个核苷酸组成，参与RNA 的剪接过程。
分子生物学重点剖析
分子生物学重点一．名词解释C值通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量，以每细胞内的皮克数表示1.C值反常现象：也称C值谬误，指C值（指一种生物单倍体基因组DNA的总量，以每细胞内的皮克（pg）数表示）往往与种系的进化复杂性不一致的现象，即基因组大小与遗传复杂性之间没有必然的联系，某些较低等的生物C值却很大。
如一些两栖类物种的C值甚至比哺乳动物还大。
2.RNA编辑：是某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式，它导致DNA所编辑的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。
3.RNA剪接：从mRNA前体分子中切除被称为内含子的非编码区，并使基因中被称为外显子的编码区拼接形成成熟mRNA的过程就成为RNA的剪接4.内含子的变位剪切：在高等真核生物中，内含子通常是有序或者组成性地从mRNA前体中被剪接。
然而在个体发育或细胞分化的某个或某些特定阶段可以有选择性地穿越某些外显子或者某个剪接点进行RNA剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA，称为RNA的变位剪接。
5.安慰性诱导物：指的是与转录调控过程中实际诱导物相似的一类高效诱导物，但不是该诱导酶的底物。
6.编码连：指双链DNA中与mRNA序列（出T/U替换外）和方向相同的那条链，又称有意义连。
7.操纵子：是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
8.插入序列：是最简单的转座子，是细菌的一小段可转座元件，它不含有任何宿主基因而被称为插入序列，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。
9.重叠基因：具有部分共用核苷酸序列的基因，即同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。
重叠的序列可以是调控基因，也可以是结构基因部分。
常见于病毒和噬菌体基因组中。
10.二组分调控系统：由于细胞膜上的传感蛋白（该蛋白通常有激酶活性）以及位于细胞质基质中的应答调节蛋白组成。
传感激酶常受到膜外环境信号刺激时被磷酸化，并将其磷酸基团转移到应答蛋白上，使该磷酸化的应答调节蛋白成为阻遏蛋白或者诱导蛋白，通过对操纵子的阻遏或激活作用调控下游基因表达11.反式作用因子：是指能够结合顺式作用元件上调控基因表达的蛋白质或者RNAs。
分子生物学第四章生物信息的传递下
5’…UUC UUC UUC UUC UUC…3’ 或 5’…UCU UCU UCU UCU UCU…3’ 或 5'…CUU CUU CUU CUU CUU…3‘ 产生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）.
实验5: 多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：
5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’ 或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共 培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且 可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程 的酶称为氨基酰合成酶。
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应 液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的 AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖 体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这 样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。
受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和 3’端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最 后一个碱基—OH可以被氨酰化。
TφC臂是根据3个核苷酸命名的，其φ表示拟 尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。
反密码子臂是根据位于套索中央的三联Fra bibliotek密 码子命名的。
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil） 命名的。
由于第二种读码方式产生的密码子UAG是 终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）或AGU（Ser）。
实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。
实验5: 多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：
5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’ 或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共 培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且 可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程 的酶称为氨基酰合成酶。
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应 液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的 AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖 体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这 样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。
受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和 3’端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最 后一个碱基—OH可以被氨酰化。
TφC臂是根据3个核苷酸命名的，其φ表示拟 尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。
反密码子臂是根据位于套索中央的三联Fra bibliotek密 码子命名的。
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil） 命名的。
由于第二种读码方式产生的密码子UAG是 终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）或AGU（Ser）。
实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。
分子生物学：DNA复制
(CsCl gradient centrifuge)
N15
DNA
N14
Semi-Conservation Replication
Source:M. Meselson and F. W. Stahl, Sciences 44:675, 1958.
半半保保留留复复制制-小结
DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为 模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代 细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则 完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。 这种复制方式称为半保留复制。
RNA引物的形成
DNA链合成及延长
复制的终止
• RNApol (RNA polymerase)
[Rif S ]
完成对先导链引物的合成
实现DNA复制的转录激活起始
起
• dnaG (primase) [Rif R]
始
完成对后随链引物的合成
较先导链的启动落后一个Okazaki片断
• 完成10±NtRNA引物合成后.
遗传物质的基本属性：基因的自我复制 基因的突变 控制性状的表达
DNA复制
亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下， 分别以每 条 单链DNA分子为模板，聚合与 自身碱基可以互补配对的游离的dNTP,合 成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代 DNA分子的过程。 主 要 包 括 引 发 、 延 伸 、 终止三个阶段。
复制发动温度敏感突变型（慢停突变） 42℃不能发动DNA复制、但可完成DNA延伸
37 ℃, 5 ci / mM H3-T , 6min
37 ℃, 52 ci / mM H3-T , 6min
基因突变细胞分子生物学效应
第四章基因突变的细胞分子生物学效应细胞是机体正常生命活动的根本单位，也是机体疾病发生的病理生理根基。
人类疾病的发生，正是在各样内外环境致病要素作用下，造成机体组织细胞内正常代谢机能杂乱，以致发生细胞病变的综合表现。
基因是细胞内遗传信息的物质载体；蛋白质是基因功能的主要表达者。
亦即，细胞的全部生命活动现象，最后表达为蛋白质的各样构造特点和功能活动状况。
所以，在以遗传要素为主导要素或主要病因的疾病中，基因突变的直接细胞分子生物学效应，就是改变了由其所编码的多肽链的质量或数目，以致蛋白质的功能构造异样。
而细胞生理活动的异样及机体遗传性状的改变，那么是蛋白质功能构造异样的结果。
Physiological,Genetic,andDevelopmentalHomeostasis Alogicofdiseasemustbebasedonrelationshipsbetweenphysiological,genetic,and developmentalhomeostasisandonprevalentcultures.Susceptibility,madeupofacc umulatingeffectsofgenesandexperiences,becomesadiseasewhoseformdependsonth especificityofthegenesandexperiencesaswellasontheindividualityofontogeny. Theseelements,whichcanbeseentocomprehendWaddington ’sthreetime----theframespresent,thelifetime,andthebiologicalpast,inanarrangementthatallowsthephys iciantoanalyzeeachcaseaccordingtotheindividualarrayofconstituents,whichis tosay,totheindividualityofthecase,whichitselfshouldhelpinthechoiceoftreat ment.Isitnotalsoplausiblethatsoindividualananalysisofapatient’diseasemus tleadthedoctortoobservethespecificityofthepatientasaperson?第一节基因突变以致蛋白质功能异样基因突变对蛋白质所产生的影响可表此刻以下几个方面：①直接影响了有关功能蛋白质的生物合成；②以致蛋白质产生异样的功能效应；③以致组织细胞蛋白质表达种类的改变；④波及到蛋白质的分子细胞生物学效应与相应临床表型之间的关系。
华中农大分子分子生物学第4章课件
UAG UAG UAG UAA/UAG UAA/UAG UGA/UGG
AUG AGA UAA
UCU
AUG GGA UAA
AUG AGA UAA
CCU
UCU
Arg
Gly
Gly
14-18
Contents
---- tRNA
14-7
rRNAs
70S 50S 23S=2904b
3'
5'
14-15 tRNA L
tRNA
1mRNA 2
tRNA 3'CCA-tRNA mRNA--
3' 5'
CCAOH
5'
CCG
I
3'
GGC
tRNAmRNA
tRNA
1tRNAtRNA
mRNAtRNA tRNAtRNAtRNAP111
P111P120 AUG Met AA-tRNAMet-tRNAMet AUG , AA-tRNA fMet-tRNAfMet
40S
elF-3
met
Met Met-tRNAMet-elF-2 -GTP
ATP
mRNA
elF4E, elF4G, elF4A,
elF4B,PAB
ADP+Pi
60S
eIF-2BeIF-3 eIF-6
40S
60S
Met
elF-5
Met
elF GDP+Pi
()
AA-tRNA (elongation factor, EF)
3
4
20 (�)
mRNA 5 AUCGACCUGAGC
3
42=16
2024年《分子生物学》全册配套完整教学课件pptx
2024/2/29
运输功能
如载体蛋白，血红蛋白等 ，在生物体内运输各种物 质。
免疫功能
如抗体蛋白，参与生物体 的免疫应答。
18
蛋白质的功能与调控
调节功能
如激素，生长因子等，调节生物 体的生长发育和代谢过程。
2024/2/29
储存功能
如植物种子中的贮藏蛋白，动物体 内的肌红蛋白等，储存能量和营养 物质。
个性化医疗
根据患者的基因信息，制定个 性化的治疗方案。
药物基因组学
预测患者对药物的反应和副作 用，指导合理用药。
30
基因治疗的原理与应用
基因治疗的原理
通过导入正常基因或修复缺陷基因， 从而治疗由基因突变引起的疾病。
遗传性疾病的治疗
如视网膜色素变性、腺苷脱氨酶缺乏 症等。
2024/2/29
癌症治疗
利用基因编辑技术，修复或敲除癌症 相关基因，抑制肿瘤生长。
基因表达调控的层次
基因表达调控可分为转录前调控、转录水平调控、转录后调控和翻 译水平调控等多个层次。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育、代谢、免疫应答等生理过程具 有重要意义，同时也是疾病发生发展的重要因素。
2024/2/29
22
原核生物的基因表达调控
1 2 3
原核生物基因表达调控的特点
26
DNA损伤的修复机制
直接修复
针对某些简单的DNA损伤，如碱 基错配，可通过特定的酶直接进行 修复。
碱基切除修复
通过识别并切除受损碱基，再合成 新的DNA片段进行修复。
2024/2/29
核苷酸切除修复
针对较严重的DNA损伤，如嘧啶 二聚体，通过切除一段包含受损部
运输功能
如载体蛋白，血红蛋白等 ，在生物体内运输各种物 质。
免疫功能
如抗体蛋白，参与生物体 的免疫应答。
18
蛋白质的功能与调控
调节功能
如激素，生长因子等，调节生物 体的生长发育和代谢过程。
2024/2/29
储存功能
如植物种子中的贮藏蛋白，动物体 内的肌红蛋白等，储存能量和营养 物质。
个性化医疗
根据患者的基因信息，制定个 性化的治疗方案。
药物基因组学
预测患者对药物的反应和副作 用，指导合理用药。
30
基因治疗的原理与应用
基因治疗的原理
通过导入正常基因或修复缺陷基因， 从而治疗由基因突变引起的疾病。
遗传性疾病的治疗
如视网膜色素变性、腺苷脱氨酶缺乏 症等。
2024/2/29
癌症治疗
利用基因编辑技术，修复或敲除癌症 相关基因，抑制肿瘤生长。
基因表达调控的层次
基因表达调控可分为转录前调控、转录水平调控、转录后调控和翻 译水平调控等多个层次。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育、代谢、免疫应答等生理过程具 有重要意义，同时也是疾病发生发展的重要因素。
2024/2/29
22
原核生物的基因表达调控
1 2 3
原核生物基因表达调控的特点
26
DNA损伤的修复机制
直接修复
针对某些简单的DNA损伤，如碱 基错配，可通过特定的酶直接进行 修复。
碱基切除修复
通过识别并切除受损碱基，再合成 新的DNA片段进行修复。
2024/2/29
核苷酸切除修复
针对较严重的DNA损伤，如嘧啶 二聚体，通过切除一段包含受损部
分子生物学第四章--基因工程常用工具酶
A．以酶切特点来分 同位酶：识别相同序列，切点不同。
同裂酶：识别位点相同，酶的来源不同。
同尾酶：识别位点不同，切出片段有相同末端序列。
B．以切出片段末端性质不同可分，粘性末端和平末端。
粘性末端：（Cohesive Ends）两个突出末端可退火互补— — DNA是分子重组的基础
15
同裂酶
又称异源同工酶。指来源不同，但具有相同的识别 序列。 在切割DNA时，其切割点可以是相同的，产生平 头末端，称为同识同切； 切割点也可以是不同的，产生3ˊ或5ˊ粘性末端， 称为同识异切。
第四章 基因工程常用工具酶
1
Manipulating Genes
- Transferring Genes
Restriction Ligation Extract DNA
Transformation
Selection
Culturing
2
重组DNA实验中常见的主要工具酶
3
我们的基本目的是：把外源基因与载体 连接在一起形成重组DNA分子，最少需要以 下两类工具酶：
23
如果用一种限制酶，切割两种不同的DNA时，
产生相同的末端，混合后“退火”，这两种不同的
DNA分子彼此可以连接，形成重组DNA分子。
24
限制性内切酶的剪切方式
25
Yu Zheng, et al. Using shotgun sequence data to find active restriction enzyme genes. Nucleic Acids Res., 2009, 37: e1. Whole genome shotgun sequence analysis has become the standard method for beginning to determine a genome sequence. The preparation of the shotgun sequence clones is, in fact, a biological experiment. It determines which segments of the genome can be cloned into Escherichia coli and which cannot. By analyzing the complete set of sequences from such an experiment, it is possible to identify genes lethal to E. coli.
同裂酶：识别位点相同，酶的来源不同。
同尾酶：识别位点不同，切出片段有相同末端序列。
B．以切出片段末端性质不同可分，粘性末端和平末端。
粘性末端：（Cohesive Ends）两个突出末端可退火互补— — DNA是分子重组的基础
15
同裂酶
又称异源同工酶。指来源不同，但具有相同的识别 序列。 在切割DNA时，其切割点可以是相同的，产生平 头末端，称为同识同切； 切割点也可以是不同的，产生3ˊ或5ˊ粘性末端， 称为同识异切。
第四章 基因工程常用工具酶
1
Manipulating Genes
- Transferring Genes
Restriction Ligation Extract DNA
Transformation
Selection
Culturing
2
重组DNA实验中常见的主要工具酶
3
我们的基本目的是：把外源基因与载体 连接在一起形成重组DNA分子，最少需要以 下两类工具酶：
23
如果用一种限制酶，切割两种不同的DNA时，
产生相同的末端，混合后“退火”，这两种不同的
DNA分子彼此可以连接，形成重组DNA分子。
24
限制性内切酶的剪切方式
25
Yu Zheng, et al. Using shotgun sequence data to find active restriction enzyme genes. Nucleic Acids Res., 2009, 37: e1. Whole genome shotgun sequence analysis has become the standard method for beginning to determine a genome sequence. The preparation of the shotgun sequence clones is, in fact, a biological experiment. It determines which segments of the genome can be cloned into Escherichia coli and which cannot. By analyzing the complete set of sequences from such an experiment, it is possible to identify genes lethal to E. coli.
分子生物学 第四章 RNA的生物合成
第二节 转录的基本条件
一.反应体系
含DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+ 。 其中原料为四种核苷三磷酸 NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U ； 合成过程: 连续，方向：5'→3' 合成部位：细胞核内。
二.转录反应的模板 转录反应不但需要DNA作为模板， 而且不同的RNA聚合酶对DNA两股链 以及不同的DNA段落都有一定的选择 性。
RNA聚合酶对利福平(rifampicin)和利福霉 素(rifamycin)表现敏感的原因
（二） RNA聚合酶对模板的选择
RNA聚合酶对模板的选择包含两层意思。 其一是不同的RNA聚合酶转录不同的基因， 合成不同的RNA。 其二是RNA聚合酶对DNA的两股链有选择性。
转录(transcription)的不对称性就是指 转录只以双链DNA中的一条链作为模板进行转 录，将遗传信息由DNA传递给RNA的现象。
他们的研究结果不仅破除了“酶一定是 蛋白质”的传统观点，而且也破除了“RNA 的功能只是控制蛋白质的合成”这一传统 观点。 因此他们于1989年共同获诺贝尔化学 奖。 此后RNA的重要功能不断有新的发现， 从而认识到——DNA是携带遗传信息分子， 蛋白质是执行生命功能的分子，RNA则既是 信息分子，又是功能分子。
二. RNA的结构与主要生理功能
RNA几乎总是线性单链的，极少有环状RNA分子。 但几乎每个RNA分子都有许多短的双螺旋部分，称为 发夹。 除了标准的GC和AU对之外，还有较弱的GU对可帮 助单链RNA形成二级结构。
一条正在延伸的RNA链的二级结构会影响这个RNA 分子的剩下部分的合成。
一个细胞中含有许多不同的RNA 分子，其长度为50个核苷酸到数万个核 苷酸不等。
分子生物学第4章重点及试题
一、名词解释：转录:是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4中NTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。
转录单位 (transcription unit):从启动子到终止子的序列 (转录起始点)。
模板链（template strand）:又称反义链, 指与转录物互补的DNA链（极性方向3’→5’）。
编码链:又称有义链, 指不作模板的DNA单链（极性方向5’→3’）。
hnRNA：核内不均一RNA，是存在于真核细胞核中的不稳定，大小不均一的一组高分子RNA的总称。
转录的极性：转录的效率与转录单位的位置有关。
转录起始：RNA聚合酶与DNA转录启动子结合形成有功能的转录起始复合物的过程。
启动子（Promoters）：指DNA分子上被RNA聚合酶、转录调节因子等识别并结合形成转录起始复合物的区域。
核心启动子：RNA聚合酶能够直接识别并结合的启动子。
RNA聚合酶：是催化以DNA为模板（template）、三磷酸核糖核苷为底物、通过磷酸二酯键而聚合的合成RNA的酶。
C端结构域(CTD)：RNApolⅡ的大亚基中有 C 末端结构域。
CTD中含一保守氨基酸序列的多个重复Tyr－Ser p－Pro－Thr p－Ser p－Pro－Ser p C端重复七肽。
沉默子（silencer）：沉默子能够同反式因子结合从而阻断增强子及反式激活因子作用并最终抑制该基因的转录活性的真核基因中的一种特殊的序列。
增强子(enhancer)：是一类正调控元件，能够从转录起始位点的上游或下游数千个碱基处来激活转录。
绝缘子（insulater）：阻断增强子或沉默子的DNA序列。
上游：转录起点上游的序列，是调控区，与转录的方向相反。
下游：转录起点下游的区域，是编码区，与转录的方向一致。
转录起点：＋1位点，RNA聚合酶的转录起始位点，起始NTP多为ATP或GTP。
转录泡：在转录时RNA聚合酶Ⅱ（RNAPⅡ）与DNA模板结合，会形成一个泡状结构，成为转录泡。
分子生物学第四章 基因与基因组的结构与功能
4.2 基因命名法
但是在研究不同生物的同一遗传机制时，往往会产生一些混淆，如 在研究酿酒酵母和粟米酵母的细胞周期有关基因的命名中。此外， 许多基因在不同实验中从相同组织被分离出好几次而具有不同命名： 重要的果蝇的发育基因torpedo便是其中一例——它在筛选不同表 型的过程中三次被鉴定并被命名三种不同名称。果蝇提供了关于遗 传命名的最为丰富的例子，特别是在发育生物学中这种趋势也扩展 至脊椎动物中。
总之：顺反子学说打破了“三位一体”的基 因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的 一段顺序--- 顺反子，其内部又是可分的， 包含多个突变子和重组子。 近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序 列，是一个遗传功能单位，其内部存在有许 多的重组子和突变子。 突变子：指改变后可以产生突变型表型的最 小单位。 重组子：不能由重组分开的基本单位。
（三）DNA是遗传物质：1928年Griffith 首先发现了肺炎球菌的转化，证实DNA 是遗传物质而非蛋白质；Avery用生物 化学的方法证明转化因子是DNA而不是 其他物质。 （四）基因是有功能的DNA片段 20世纪40年代Beadle和Tatum提出一个 基因一个酶的假说，沟通了蛋白质合成 与基因功能的研究 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋 结构模型，明确了DNA的复制方式。
病毒(+)股RNA为2个拷贝,基本结构为:
５＇帽－R－U5－PB － －DLS－－gag－pol－env－ (onc－)－ C－PB＋－U3－R－poly(A)n 病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+两条来自宿主细胞的 tRNA
A：编码区:所有逆转录病毒均含有3个基本结构基因
gag: pol: 病毒核心蛋白 肽链内切酶,一个逆转录酶,一个与前病毒整 合相关的酶 env: 包膜蛋白 B：非编码区: 与基因组复制和基因表达有关 A: B: C: R区: 两端的重复序列,与cDNA合成有关 引物结合区(primer binding site, PB) U区: U3 含强启动子,起始转录RNA. U5 与转录终止和加polyA有关 D: DLS--C区: DLS:两条病毒(+)RNA链结合位点 : 包装信号:RNA装入病毒颗粒 C: 调控区.
《现代分子生物学》第四章 1 DNA 复制
参与复制的DNA分子上 有两个区域，未复制的 区域由亲代DNA组成， 已复制的区域由两条子 代链组成。复制正在发 生的位点叫做复制叉 （replication fork）或 生长点（growing point）。
Origins can be mapped by autoradiography and electrophoresis Replicated DNA is seen as a replication eye flanked by nonreplicated DNA.
二、DNA聚合酶（包括DNA复制酶及参与复
制的附属反应或损伤DNA的修复合成）
1 大肠杆菌的DNA聚合酶 大肠杆菌中发现了三种DNA聚合酶：DNA聚合 酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ。 DNA聚合酶Ⅰ参与损伤DNA的修复，并在半保 留复制中起切除RNA引物的作用。 DNA聚合酶Ⅱ也参与修复。 DNA聚合酶Ⅲ是一个多亚基的蛋白质，是合成 DNA新链的主要复制酶。
Semi-conservative mechanism
15N
labeled DNA
15N
labeling experiment
1. 2. 3. 4.
15N
labeling: grow cells in ?? Collect DNA: grow cells in ?? Separation: method ?? Result interpretation
第四章
DNA 复制
DNA的复制（replication）是指以原来的DNA分 子为模板合成出相同的DNA分子的过程。
遗传信息通过亲代DNA分子的复制传递给子代。 DNA复制在保持生物物种遗传的稳定性方面起 着重要的作用。
分子生物学 第4章 DNA损伤与修复
•F1 Mutaagenesis
OH
H
O
Br
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
:G
1. Base analog incorporation
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
烯醇式
2. 1st round of replication
Br
H
O
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
AGCTBCCTA TCGAGGGAT
•Molecular Biology Course
第四章
DNA的损伤、修复和重组
教学要求
熟悉突变的种类和产生的因素 熟悉DNA损伤的原因、类型 理解DNA复制忠实性的机制 掌握DNA修复的机制 理解DNA重组的方式及原理
主要内容
第一节 DNA damage (损伤)
第二节 DNA repair(修复) 第三节 Gene mutation (突变） 第四节 Recombination (重组)
•DNA lessions
d.碱基修饰与链断裂
• 细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤， 能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基 修饰物，还可能引起DNA单链断裂等损伤。
• 每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率 约为5万次。
•DNA damage
发生在需氧 细胞中。 电离辐射会加剧这种损伤。
•DNA lessions
2. DNA的自发性化学变化
• 生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化， 至少有以下类型：
–a.碱基的异构互变
–b.碱基的脱氨基作用
–c.脱嘌呤与脱嘧啶
–d.碱基修饰与链断裂
•DNA lessions
《分子生物学第四次》PPT课件
转座酶
38bp regulator β- 内酰胺酶
精选ppt
43
b）两端重复序列为IS的复合转座子
e.g. IS插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子
其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列， 表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生 复合转座子。一旦形成复合转座子，IS序列就不能 再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为 复合体移动。
为模板从5’→3’方向延伸 PCR能在（pg）水平起始DNA混合物中的目的基因扩增达到纳克、微 克、毫克级的特异性DNA片段。因此，PCR技术一经问世就被迅速而
广泛地用于分子生物学的各个领域。它不仅可以用于基因的分离
克隆和核苷酸序列分析，还可以用于突变体和重组体的构建。
精选ppt
11
课后复习题：
DNA半保留复制
染色体水平，决定不同染色体或同一染色体不同部 位的复制子按一定顺序起始复制
复制子水平调控，决定复制的起始与否
精选ppt
10
聚合酶链式反应PCR
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是体外酶促 合成特异DNA片段的一种方法，为最常用的分子生物学技术 典型的PCR由（1）高温变性
精选ppt
40
B 复合转座子 ♣ 表示法：通常以Tn和后面加上数码表示，
如Tn903。 ♣ 结构: a. 除有转座酶基因外还有其它表型基因，
如：抗药基因，使宿主具表性效应。 b. 两侧有重复序列。 c. 有的转座子的重复顺序就是IS。 ♣ 功能：和 IS 一样可以从一个位点转座到另一个位点。
精选ppt
精选ppt
18
3.碱基切除修复
•指切除和替换由内源性化学物作用产生 的DNA碱基损伤, 是切除修复的一种。
38bp regulator β- 内酰胺酶
精选ppt
43
b）两端重复序列为IS的复合转座子
e.g. IS插入到功能基因两端，可能形成复合转座因子
其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列， 表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生 复合转座子。一旦形成复合转座子，IS序列就不能 再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为 复合体移动。
为模板从5’→3’方向延伸 PCR能在（pg）水平起始DNA混合物中的目的基因扩增达到纳克、微 克、毫克级的特异性DNA片段。因此，PCR技术一经问世就被迅速而
广泛地用于分子生物学的各个领域。它不仅可以用于基因的分离
克隆和核苷酸序列分析，还可以用于突变体和重组体的构建。
精选ppt
11
课后复习题：
DNA半保留复制
染色体水平，决定不同染色体或同一染色体不同部 位的复制子按一定顺序起始复制
复制子水平调控，决定复制的起始与否
精选ppt
10
聚合酶链式反应PCR
聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是体外酶促 合成特异DNA片段的一种方法，为最常用的分子生物学技术 典型的PCR由（1）高温变性
精选ppt
40
B 复合转座子 ♣ 表示法：通常以Tn和后面加上数码表示，
如Tn903。 ♣ 结构: a. 除有转座酶基因外还有其它表型基因，
如：抗药基因，使宿主具表性效应。 b. 两侧有重复序列。 c. 有的转座子的重复顺序就是IS。 ♣ 功能：和 IS 一样可以从一个位点转座到另一个位点。
精选ppt
精选ppt
18
3.碱基切除修复
•指切除和替换由内源性化学物作用产生 的DNA碱基损伤, 是切除修复的一种。
分子生物学基础第四章遗传信息的转录—从DNA到RNA第三节转录的终止
分子生物学基础
第四章 遗传信息的转录—从DNA到RNA
第三节 转录的终止
一、不依赖于ρ因子的终止 现已查明，模板DNA上存在终止转录的特殊信号—— 终止子，每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由 这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点 前面有一段由4~8个A组成的序列，所以转录产物的3′端 为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。在新 生 RNA 中 出 现 发 卡 式 结 构 会 导 致 RNA 聚 合 酶 的 暂 停 ， 破 坏 RNA–DNA杂合链5′端的正常结构。RNA3′端寡聚U的存在 使杂合链的3'端部分现不稳定的rU·dA区域。两者共同作 用使RNA从三元复合物中解离出来（图4-9）。终止效率与 二重对称序列和寡聚U的长短有关，随着发卡式结构（至 少6bp）和寡聚U序列（至少4个U）长度的增加，终止效率 逐步提高。
第三节 转录的终止
二、依赖于ρ因子的终止
体外转录实验表明，纯化的RNA聚合酶并不能识别特 异性的转录终止信号，而加入大肠杆菌ρ因子后该聚合酶 就能在DNA模板上准确地终止转录。 ρ因子是一个相对分 子质量为2.0×105的六聚体蛋白，它能水解各种核苷三磷 酸，实际上是一种NTP酶，它通过催化NTP的水解促使新生 RNA链从三元转录4-11 依赖于蛋白质因子的转录抗终止模式
依赖于ρ因子的转录终止区DNA序列缺乏共性，说明 该因子并不能识别这些终止位点。现在一般认为，RNA合 成起始以后ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠水解ATP产 生的能量，沿着5′→ 3′方向朝RNA聚合酶移动，到达 RNA的3′-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶， 使之从模板DNA上释放mRNA，完成转录过程（图4-10）。
第四章 遗传信息的转录—从DNA到RNA
第三节 转录的终止
一、不依赖于ρ因子的终止 现已查明，模板DNA上存在终止转录的特殊信号—— 终止子，每个基因或操纵子都有一个启动子和一个终止子。 终止位点上游一般存在一个富含GC碱基的二重对称区，由 这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点 前面有一段由4~8个A组成的序列，所以转录产物的3′端 为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。在新 生 RNA 中 出 现 发 卡 式 结 构 会 导 致 RNA 聚 合 酶 的 暂 停 ， 破 坏 RNA–DNA杂合链5′端的正常结构。RNA3′端寡聚U的存在 使杂合链的3'端部分现不稳定的rU·dA区域。两者共同作 用使RNA从三元复合物中解离出来（图4-9）。终止效率与 二重对称序列和寡聚U的长短有关，随着发卡式结构（至 少6bp）和寡聚U序列（至少4个U）长度的增加，终止效率 逐步提高。
第三节 转录的终止
二、依赖于ρ因子的终止
体外转录实验表明，纯化的RNA聚合酶并不能识别特 异性的转录终止信号，而加入大肠杆菌ρ因子后该聚合酶 就能在DNA模板上准确地终止转录。 ρ因子是一个相对分 子质量为2.0×105的六聚体蛋白，它能水解各种核苷三磷 酸，实际上是一种NTP酶，它通过催化NTP的水解促使新生 RNA链从三元转录4-11 依赖于蛋白质因子的转录抗终止模式
依赖于ρ因子的转录终止区DNA序列缺乏共性，说明 该因子并不能识别这些终止位点。现在一般认为，RNA合 成起始以后ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠水解ATP产 生的能量，沿着5′→ 3′方向朝RNA聚合酶移动，到达 RNA的3′-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶， 使之从模板DNA上释放mRNA，完成转录过程（图4-10）。
现代分子生物学第四章
CGU, ACG and CGU
24
wobble hypothesis
1966年，Crick提出摆动假说 (wobble hypothesis)，解释 了反密码子中某些稀有成分 （如I，肌苷酸）的配对，以及 许多氨基酸有2个以上密码子 的问题。
• 前两对严格遵守碱基配对原则。
• 第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而
47
氨酰-tRNA合成酶 aminonacyl-tRNA synthetase (ARS )
30
tRNA一级结构(primary structure)
• 长度: 60-95 nt (commonly 76) • 残基: 15 个invariant(恒定) 和 8个 semi-
invariant(半恒定). invariant 和 semi-variant 核苷 的位置在二级结构和三级结构中起着重要的作用。
43
1. 起始tRNA和延伸tRNA • 起始tRNA: 能特异性识别mRNA模板上起 始密码子的tRNA; • 延伸tRNA:其他tRNA统称为延伸tRNA。
44
•真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸(Met)， •原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸(fMet)， •原核生物中Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生 成fMet-tRNAfMet才能参与蛋白质的生物合成。
遗传密码： mRNA上每3个核苷酸翻译成多肽链上 的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为一 个密码子（三联子密码）。
5
4. 1. 1 三联子密码及其破译
因为mRNA中只有4种核苷酸，蛋白质中有20 种氨基酸：
• 以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。 • 若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码（二
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
DNA的极性方向与RNA链相同，均为5’ → 3’.
(书写DNA序列时，仅写非模板序列，可不注明极性方向)
DNA 5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand) 3’---TACTCAT----5’ template (antisense strand)
a) promoter 由两个重要部分组成 ● -70 ~ -40 CAP—cAMP binding site
基因表达调控的正控制位点 CAP: cAMP Acceptor Protein
(环化AMP受体蛋白) ● -35 ~ -10 RNApol. binding site
分子生物学第四章剖析
Promoter region identified by DNAase method
RNA 5’----四章剖析
● 某一基因只以一条单链DNA 为模板进行转录（不对称转录） ● RNA的转录包括promotion, elongation, termination 三步骤
● 从启动子（promoter）到终止子（terminator）称为 转录单位 （transcriptional unit）
● 原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon 真核生物中的转录单位多为monocistron, No operon
● 转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值
-10 upstream
+1 start point
分子生物学第四章剖析
+10 downstream
Discovery of messenger RNA
after incubation and break up E. coli add N14C12 ribosome as Ck
分子生物学第四章剖析
density gradient results
P32 T2 RNA S 35 T2 protein
bottom
top
bottom
top
分子生物学B第r四en章n剖e析r, Jacob & Meselson (1961)
T2 phage
E. coli
Host RNA stopped T2 RNA starting
分子生物学第四章剖析
Brenner, Jacob & Meselson (1961) T2 phage
N15C13
Heavy ribosome in E. coli
Shift to N14C12
label RNA with P32 or protein with S35
1955 Brachet
synthesis of protein depend on the RNA
1955 Goldstein & Plaut RNA synthesized in nucleus and protein synthesized in cytoplasm
1956. Elliot Volkin & Lawrence Astrachan
terminator of Prokaryotes 4.7 Pre-RNA processing in Eukaryotes
分子生物学第四章剖析
4.1 基本概念
分子生物学第四章剖析
● 基因表达的第一步 ● 以D. S. DNA中的一条单链作为转录的模板 ● 在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下 ● 按A U，C G 配对的原则，合成RNA分子 ● 模板单链 DNA的极性方向为3’ → 5’, 而非模板单链
The music (polypeptide) depends on the tape (mRNA), not the player (ribosome)
分子生物学第四章剖析
4.2 RNA Transcription promotion in prokaryotes
分子生物学第四章剖析
4.2.1 Promoter 的结构与功能 ( Prok. E. coli )
足以携带一个基因的遗传信息，指导T2蛋白质的合成
至少暂时连接在核糖体上
核糖体无特异性
分子生物学第四B章r剖en析ner, Jacob & Meselson (1961)
Jacob. Monod
nonspecialized ribosomes that translate unstable RNAs called messengers (messenger RNA, mRNA) messengers are independent RNAs bring genetic information from the genes to ribosomes
基因的表达
Gene expression
分子生物学第四章剖析
第4章 RNA转录
(RNA transcription)
分子生物学第四章剖析
4.1 基本概念 4.2 原核生物RNA转录启动子 4.3 真核生物RNA转录启动子 4.4 Transcription Elongation 4.5 Transcription termination 4.6 Anti-termination in Rho-dependent
N15C13
+
N15C13
+
N14C12 ribosome as CK
T2侵染E. coli后
核糖体上负载的RNA的碱基比与T2相似，而与E. coli相差甚远
E. coli 停止合成RNA & protein
T2利用寄主细胞的转录元件和核糖体合成RNA & protein
核糖体上负载的RNA
是以T2DNA为模板转录的（其碱基组成反映了DNA的核苷酸序列）
RNA polymerase (no NTP) DNase digestion DNA
dissolve
+
分子生物学第四章剖析
DNA sequencing
Promoter region including
Sextama Box ; -35 site RNApol. loosely binding site RNApol. recognition site (R site) TTGAC (Sextama Box)
Pribnow Box ; -10 site RNApol. firmly binding site (B site) TATAAT (pribnow Box)
(书写DNA序列时，仅写非模板序列，可不注明极性方向)
DNA 5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand) 3’---TACTCAT----5’ template (antisense strand)
a) promoter 由两个重要部分组成 ● -70 ~ -40 CAP—cAMP binding site
基因表达调控的正控制位点 CAP: cAMP Acceptor Protein
(环化AMP受体蛋白) ● -35 ~ -10 RNApol. binding site
分子生物学第四章剖析
Promoter region identified by DNAase method
RNA 5’----四章剖析
● 某一基因只以一条单链DNA 为模板进行转录（不对称转录） ● RNA的转录包括promotion, elongation, termination 三步骤
● 从启动子（promoter）到终止子（terminator）称为 转录单位 （transcriptional unit）
● 原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon 真核生物中的转录单位多为monocistron, No operon
● 转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值
-10 upstream
+1 start point
分子生物学第四章剖析
+10 downstream
Discovery of messenger RNA
after incubation and break up E. coli add N14C12 ribosome as Ck
分子生物学第四章剖析
density gradient results
P32 T2 RNA S 35 T2 protein
bottom
top
bottom
top
分子生物学B第r四en章n剖e析r, Jacob & Meselson (1961)
T2 phage
E. coli
Host RNA stopped T2 RNA starting
分子生物学第四章剖析
Brenner, Jacob & Meselson (1961) T2 phage
N15C13
Heavy ribosome in E. coli
Shift to N14C12
label RNA with P32 or protein with S35
1955 Brachet
synthesis of protein depend on the RNA
1955 Goldstein & Plaut RNA synthesized in nucleus and protein synthesized in cytoplasm
1956. Elliot Volkin & Lawrence Astrachan
terminator of Prokaryotes 4.7 Pre-RNA processing in Eukaryotes
分子生物学第四章剖析
4.1 基本概念
分子生物学第四章剖析
● 基因表达的第一步 ● 以D. S. DNA中的一条单链作为转录的模板 ● 在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下 ● 按A U，C G 配对的原则，合成RNA分子 ● 模板单链 DNA的极性方向为3’ → 5’, 而非模板单链
The music (polypeptide) depends on the tape (mRNA), not the player (ribosome)
分子生物学第四章剖析
4.2 RNA Transcription promotion in prokaryotes
分子生物学第四章剖析
4.2.1 Promoter 的结构与功能 ( Prok. E. coli )
足以携带一个基因的遗传信息，指导T2蛋白质的合成
至少暂时连接在核糖体上
核糖体无特异性
分子生物学第四B章r剖en析ner, Jacob & Meselson (1961)
Jacob. Monod
nonspecialized ribosomes that translate unstable RNAs called messengers (messenger RNA, mRNA) messengers are independent RNAs bring genetic information from the genes to ribosomes
基因的表达
Gene expression
分子生物学第四章剖析
第4章 RNA转录
(RNA transcription)
分子生物学第四章剖析
4.1 基本概念 4.2 原核生物RNA转录启动子 4.3 真核生物RNA转录启动子 4.4 Transcription Elongation 4.5 Transcription termination 4.6 Anti-termination in Rho-dependent
N15C13
+
N15C13
+
N14C12 ribosome as CK
T2侵染E. coli后
核糖体上负载的RNA的碱基比与T2相似，而与E. coli相差甚远
E. coli 停止合成RNA & protein
T2利用寄主细胞的转录元件和核糖体合成RNA & protein
核糖体上负载的RNA
是以T2DNA为模板转录的（其碱基组成反映了DNA的核苷酸序列）
RNA polymerase (no NTP) DNase digestion DNA
dissolve
+
分子生物学第四章剖析
DNA sequencing
Promoter region including
Sextama Box ; -35 site RNApol. loosely binding site RNApol. recognition site (R site) TTGAC (Sextama Box)
Pribnow Box ; -10 site RNApol. firmly binding site (B site) TATAAT (pribnow Box)