分子生物學(xué)3相關(guān)基礎(chǔ)知識ppt課件

1、第三講相關(guān)根底知識周坤福一、生物大分子 通常將一切的生物分子簡單地分為兩類： 一類是小分子，即為簡單的單體物質(zhì)； 另一類是大分子，普通為多聚化合物。1、生命物質(zhì)的十三個層次 量子小分子生物大分子 生物大分子聚合體細(xì)胞器細(xì)胞“系 細(xì)胞組織器官系統(tǒng)個體種群生態(tài)系 2、生物大分子 是指生物體內(nèi)由分子量較低的根本構(gòu)造單位首尾相連構(gòu)成的多聚化合物。如核酸是由核苷酸與核苷酸相連而構(gòu)成的，蛋白質(zhì)的多肽鏈?zhǔn)怯砂被崤c氨基酸相連而成。根本構(gòu)造單位的陳列順序構(gòu)成了生物大分子的一級構(gòu)造，在此根底上可構(gòu)成復(fù)雜的空間構(gòu)造。核酸、蛋白質(zhì)和多糖都屬于生物大分子范疇。核酸與蛋白質(zhì)的構(gòu)造與功能是分子程度生命活動的根底，分子生物

2、學(xué)的研討內(nèi)容根本上圍繞核酸與蛋白質(zhì)展開的。 3、生物大分子聚合體 如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白 4、細(xì)胞“系 遺傳信息流、膜流、能流、以受體為主的通訊流等。 復(fù)制復(fù)制replication 以以DNA為模板為模板,按堿按堿基互補(bǔ)配對原那么基互補(bǔ)配對原那么,聚合成新的聚合成新的DNA鏈鏈的過程。的過程。二、二、DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)1、DNA的半保管復(fù)制實驗根據(jù)、 2019年10月，在由權(quán)威的美國雜志組織的一次評選中，梅塞爾森和斯塔爾的半保管復(fù)制實驗中選為有史以來生物學(xué)領(lǐng)域“最美麗的一項實驗。DNA復(fù)制的普經(jīng)過程 即DNA復(fù)制時一條鏈?zhǔn)茄永m(xù)合成的，另一條是不延續(xù)分段合成最后才銜接生長鏈。由于DN

3、A雙鏈方向相反，當(dāng)雙鏈以復(fù)制的起點(diǎn)解開構(gòu)成復(fù)制叉時，3端位于復(fù)制起點(diǎn)的模板鏈合成新鏈?zhǔn)菑?向3開展，是DNA聚合酶前進(jìn)的方向，故可以延續(xù)合成，而5端位于復(fù)制起點(diǎn)的模板鏈，由于缺乏3向5走向的DNA聚合酶不能夠合成延續(xù)新鏈，只能以不延續(xù)的方式分段進(jìn)展。此延續(xù)合成的新鏈其合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向一致，稱領(lǐng)頭鏈，分段合成的短鏈稱岡崎片段，其合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反，稱為隨從鏈。 復(fù)制起始點(diǎn)origin of replication常用ori或O表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開場就會延續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制 復(fù)制子或復(fù)制單元：NDA復(fù)制從起始點(diǎn)直到終點(diǎn)為止，每個這樣的DNA

4、單位稱復(fù)制子。原核細(xì)胞中，每個DNA分子只需一個復(fù)制起始點(diǎn)，因此只需一個復(fù)制子；真核生物中，復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時開場的，所以每個DNA分子上有許多個復(fù)制子大腸桿菌的DNA復(fù)制 定點(diǎn)開場雙向復(fù)制這是原核與真核生物DNA復(fù)制最主要的方式三、DNA損傷與修復(fù)1紫外線引起的DNA損傷 2電離輻射引起的DNA損傷 3、化學(xué)要素引起的DNA損傷 1烷化劑對DNA的損傷 2堿基類似物、修飾劑對DNA的損傷二DNA損傷的后果 1、點(diǎn)突變：指DNA上的單一堿基的變異轉(zhuǎn)換：嘌呤與嘌呤、嘧啶與嘧啶；顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤 2、缺失：指DNA鏈上一個或一段核苷酸的消逝 3、插入：指一個或一段核苷酸插入到DNA

5、鏈中 4、倒位或轉(zhuǎn)位：指DNA鏈重組使其中一段核苷酸鏈方向倒置、或從一處遷移到另一處 5、雙鏈斷裂三DNA修復(fù) 1、回復(fù)修復(fù) 這是較簡單的修復(fù)方式，普通都能將DNA修復(fù)到原樣1光修復(fù) 最早發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)方式，由細(xì)菌中的光解酶完成。后發(fā)現(xiàn)類似的修復(fù)酶廣泛存在于動植物中，人體細(xì)胞中也有發(fā)現(xiàn)。 2單鏈斷裂的重接 3堿基的直接插入 4烷基的轉(zhuǎn)移2、切除修復(fù)是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對多種DNA損傷都能起修復(fù)作用。普遍存在于各種生物細(xì)胞中，也是人體細(xì)胞主要的DNA修復(fù)機(jī)制切除修復(fù)：先切除DNA損傷序列，再合成補(bǔ)充切除的片段3、重組修復(fù)、重組修復(fù) 切除錯誤片段，自另一條復(fù)制好的鏈中找相應(yīng)片段補(bǔ)充。

6、反響需求RecA等蛋白參與。4、SOS修復(fù)是指DNA遭到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急形狀時所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完好性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯誤較多，故又稱為錯誤傾向修復(fù)，使細(xì)胞有較高的突變率。此系統(tǒng)由十幾個修復(fù)蛋白組成。四基因突變 是指由于DNA堿基對的置換、增添或缺失而引起的基因構(gòu)造的變化。 1、自發(fā)突變：在自然條件下發(fā)生 2、誘發(fā)突變：人工利用物理或化學(xué)藥劑誘發(fā) 根據(jù)基因構(gòu)造的改動方式分為：堿基置換突變和移碼突變 根據(jù)遺傳信息的改動方式分為：同義突變、錯義突變、無義突變四、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、翻譯 1、轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄是以DNA的一股為模板合成一條互補(bǔ)RNA的過程。以下

7、是一個例子： DNA的兩股在轉(zhuǎn)錄過程中扮演不同的角色，因此需求加以區(qū)別。做為模板的一股稱為模板股(template strand)、負(fù)股(minus strand)或反義股(antisense strand)；另外一股叫做非模板股(non-template strand)、正股(plus strand)、意義股(sense strand)或密碼股(coding strand)。轉(zhuǎn)錄后的RNA序列與DNA的密碼股一樣，只不過DNA的T被取代成U。(2)解開DNA的雙螺旋。擔(dān)任解開雙螺旋的酶是解螺旋酶(helicase)。原核生物的RNA聚合酶具有解螺旋酶的功能，但是真核生物的RNA聚合酶沒有，其

8、DNA的雙螺旋系由特定的轉(zhuǎn)錄因子解開。 轉(zhuǎn)錄的整個過程至少需包含以下步驟： (1)聚合酶來到轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近。DNA里隱含轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的序列稱為啟動子promoter。原核生物的RNA聚合酶可以直接識別啟動子，真核生物的RNA聚合酶那么需藉助於轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor)。DNA溶解解開雙螺旋的概要圖示。(a)轉(zhuǎn)錄前的DNA。(b)轉(zhuǎn)錄中 (3)以DNA的一股為模板合成RNA，所用的原料是核苷三磷酸(nucleoside triphosphates, NTPs)。 (4)終止轉(zhuǎn)錄。真核生物和原核生物利用不同的信號終止轉(zhuǎn)錄。注：遺傳密碼的終止密碼子代表肽鏈合成的終止，并非轉(zhuǎn)錄的終

9、止。 在真核生物里，與DNA結(jié)合的組蛋白會妨礙RNA聚合酶和DNA的作用，因此需求其他轉(zhuǎn)錄因子來應(yīng)付此種情況。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄RNA轉(zhuǎn)錄 是以一條全序列負(fù)鏈RNA為模板，指點(diǎn)合成幾條較短的正鏈RNA即mRNA的過程稱RNA，如皰疹性口炎病毒RNA可轉(zhuǎn)錄出5種單順反子mRNA，進(jìn)而翻譯出5種蛋白質(zhì)。 2、復(fù)制 分DNA復(fù)制與RNA復(fù)制，前者如上述。后者是指以RNA為模板，在RNA指點(diǎn)的RNA聚合酶也稱RNA復(fù)制酶催化下合成互補(bǔ)的RNA鏈的過程。RNA病毒如流感病毒、狂犬病毒或雙鏈RNA病毒都能進(jìn)展復(fù)制。 3、翻譯：以mRNA為模板合成肽鏈的過程稱翻譯。 4、逆轉(zhuǎn)錄：以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利

10、用宿主細(xì)胞中4種dNTP為原料在引物的3端以53方向合成與RNA互補(bǔ)的DNA鏈cDNA的過程稱逆轉(zhuǎn)錄。 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄的區(qū)別 首先是原料不同；酶不同；摸版不同；生成物不同。別的還有調(diào)控方式，參與的因子等不同五、轉(zhuǎn)錄的根底 1、轉(zhuǎn)錄單位：指RNA聚合酶作用的起始點(diǎn)與終止位點(diǎn)之間的DNA順序 2、轉(zhuǎn)錄子：指2個或2個以上嚴(yán)密連鎖并共同轉(zhuǎn)錄一種mRNA分子的構(gòu)造基因組成的復(fù)合單位。只存在于原核生物中。啟動子等基因1基因2基因3終止子轉(zhuǎn)錄子轉(zhuǎn)錄單位構(gòu)造基因3、啟動子(promoter)： 又稱啟動基因，是DNA模板上專注地與RNA聚合酶結(jié)合并決議轉(zhuǎn)錄從何處起始的部位，也決議基因的轉(zhuǎn)錄效率。生物中有

11、許多啟動子，如大腸桿菌約有2000個啟動子。各啟動子的效率可不一樣，大腸桿菌的強(qiáng)啟動子每2秒鐘啟動一次轉(zhuǎn)錄，而弱啟動子每10分鐘才啟動一次，從百多個大腸桿菌啟動子構(gòu)造的分析，得知兩個強(qiáng)啟動子的同源序列的中心在轉(zhuǎn)錄起始部位(基因編碼鏈上第一個核苷酸) 5側(cè)約10和35個核苷酸處，弱啟動子序列中往往有多處核苷酸被置換。許多原核生物都含有這兩個重要的啟動子區(qū)： 真核生物的啟動子部位與原核生物不同，而且啟動轉(zhuǎn)錄的活性，除需啟動子外，還需某些外加序列4、DNA指點(diǎn)的RNA聚合酶 催化NTP合成與模板互補(bǔ)的RNA RNA 聚 合 酶 所 催 化 的 反 應(yīng) 。 大腸桿菌的RNA聚合酶含有五個亞單元：a兩個

12、，b、b及各一個。 真核生物的RNA聚合酶有三種：Pol I、Pol II及Pol III。其中最主要的是Pol II，參與一切蛋白質(zhì)基因以及大部分snRNA基因的轉(zhuǎn)錄。Pol I位於細(xì)胞核的核仁，擔(dān)任合成5S以外的rRNA。Pol III位於核仁外，擔(dān)任合成tRNA、5S rRNA、U6 snRNA及一些小RNA(如7SL、7SK、7SM 等)。這三種聚合酶各由十幾個亞單元組成，其中四個與大腸桿菌RNA聚合酶的a、b和b類似。不過，真核生物的RNA聚合酶并不包含類似因子的亞單元。它需藉助於普通性轉(zhuǎn)錄因子才干來到啟動子區(qū)域，發(fā)揚(yáng)聚合酶的功能。5、終止子 終止子是終止子是DNA分子中終止轉(zhuǎn)錄的核

13、苷酸序分子中終止轉(zhuǎn)錄的核苷酸序列。而終止密碼子是作為翻譯終止的信號，列。而終止密碼子是作為翻譯終止的信號，在以下圖中，在以下圖中，DNA分子下面一條被從左到分子下面一條被從左到右轉(zhuǎn)錄，從畫線右轉(zhuǎn)錄，從畫線DNA轉(zhuǎn)錄來的轉(zhuǎn)錄來的RNA片段構(gòu)片段構(gòu)成發(fā)夾環(huán)，由于兩框中核苷酸含有互補(bǔ)堿成發(fā)夾環(huán)，由于兩框中核苷酸含有互補(bǔ)堿基順序，這就迫使基順序，這就迫使DNA/RNA雜交區(qū)域裂開，雜交區(qū)域裂開，因此隨后包括氫鏈結(jié)合較弱的多聚腺苷酸因此隨后包括氫鏈結(jié)合較弱的多聚腺苷酸和尿嘧啶和尿嘧啶mRNA分子就從這個位置脫離下分子就從這個位置脫離下來。來。6、加強(qiáng)子 是可以加強(qiáng)與之相連鎖的基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控序列(順式

14、作用元件)，其本身不具備啟動子的活性。轉(zhuǎn)錄單位200bp包括2個72bp的反復(fù)序列刪除轉(zhuǎn)錄活性下降與克隆化和兔珠蛋白基因共價結(jié)合轉(zhuǎn)染Hela細(xì)胞珠蛋白基因的表達(dá)比對照組添加200倍加強(qiáng)子實驗1978Reddy等最早發(fā)現(xiàn)，后證明在真核細(xì)胞基因中也普遍存在加強(qiáng)子的作用特征： 與啟動子的相對位置和取向無關(guān)，具有遠(yuǎn)程效應(yīng)只需共處一條DNA分子上； 需求特定的蛋白因子參與； 有些能在幾乎一切類型細(xì)胞中發(fā)揚(yáng)作用，而大多數(shù)具有相對組織特異性。六、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件與因子 1、順式作用元件：為與構(gòu)造基因串聯(lián)的DNA順序，它們對基因轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確起始和活性調(diào)理起著非常重要的作用。如啟動子、加強(qiáng)子等。 2、反式作用因子：是分布于不同或一樣染色體上基因所編碼的蛋白質(zhì)因子，經(jīng)過順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用而調(diào)理基因轉(zhuǎn)錄的活性。 七、基因擴(kuò)增的概念 在某些情況下，真核細(xì)胞DNA分子的一定順序反復(fù)進(jìn)展復(fù)制，而其它部分不復(fù)制，這種景象稱為基因擴(kuò)增。兩棲類的卵母細(xì)胞中多見它是經(jīng)過改動基因數(shù)量而調(diào)理基因表達(dá)產(chǎn)物的一種調(diào)理方式。 八、DNA探針 是指一段有標(biāo)志的與知的DNA互補(bǔ)的DNA片段。 基因探針probe就是一段與目的基因或DNA互補(bǔ)的特異核苷酸序列，