分子遗传学课件.ppt

分子遗传学 DNA 是主要的遗传物质 （证明实验） 一、DNA的复制DNA半保留复制的证实 DNA半保留复制在1953年由沃森和克里克提出，1958年又由梅塞尔森和斯塔尔设计的新实验方法予以证实。 见资料 DNA半保留复制——遗传信息的传递 二、基因的表达 1、转录 2、翻译 1、遗传信息的转录 以DNA分子为模板，按碱基互补的原则，合成一条单链RNA，DNA分子携带的遗传信息被转移到RNA中，细胞中的这一过程被称为转录。转录发生在细胞核中。 转录的开始与终止是由启动子和终止子控制的。 在真核生物细胞核中，DNA链上具有不能编码蛋白质的核苷酸片段即内含子和编码蛋白质的核苷酸片段即外显子。转录后新合成的mRNA是未成熟的mRNA，又称为前体mRNA或核内非均一RNA，这些RNA需要经过一定的加工过程。包括剪接除去内含子，5端加一个7-甲基鸟苷酸“帽子”和在3端加上一个多聚腺苷酸尾。 2、翻译——蛋白质的合成 细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为mRNA的翻译。mRNA的翻译需要有mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止3个基本阶段。 在细胞质中，翻译是一个快速过程，一段mRNA可以相继与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。 蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工。真核细胞中蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。 分子遗传新的“中心法则” 。 翻译开始时，核糖体小亚基先与mRNA的起始密码子如AUG部位和一个带有相应反密码子的特定tRNA相结合。接着核糖体大亚基与核糖体小亚基结合，形成完整的核糖体。起始tRNA处于核糖体的P位，下一个氨基酸由相应的氨酰tRNA携带进入到A位。 A位氨基酸的氨基与P位氨基酸的羧基之间形成肽键，起始tRNA与氨基酸脱离，P位的tRNA转移到E位后脱离核糖体。新形成的二肽的tRNA转移到已空出的P位上，A位又可以接受下一个氨酰tRNA，如此重复将氨基酸逐个合成到肽链上的过程。 随着翻译的进行及多肽链的延长，当mRNA上的终止密码子进入到核糖体的A位时，一种肽链释放因子（蛋白酶）便与A位的终止密码子结合，多肽链与P位的tRNA水解分离，合成完毕的多肽链从核糖体中被释放出来，再折叠组装成有功能的蛋白质。 一段mRNA可以相继与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。 DNA分子可自我复制，将遗传信息传给下一代。DNA分子也可以转录成mRNA，mRNA再把遗传信息翻译成蛋白质，即遗传信息由DNA→RNA→蛋白质流动。在一些条件下，RNA可以进行自我复制,还可以在逆转录酶的作用下，以RNA为模板，反向转录形成互补的DNA，然后DNA转录产生mRNA再进行蛋白质的翻译。 ? （1） 除古细菌以外，原核基因缺乏内含子，而绝大多数真核基因具有内含子。 （2） 原核基因的mRNA在转录未完成之前就可以开始翻译，进行多肽链的合成。相反，真核基因必须在转录完全完成以后，成熟的mRNA由核内转运到细胞质中以后才能开始进行翻译即多肽链的合成。真核基因的转录和翻译存在时空间隔。 （3） 在原核细胞内，单个mRNA分子往往可以包含多个基因的转录物，如操纵子转录产生单一的mRNA分子，原核细胞的单个mRNA分子可以包含多个顺反子。而大多数真核基因仅产生单个顺反子mRNA，即大多数真核mRNA转录单位产生仅编码一个多肽的mRNA。 （4） 原核和真核的mRNA一般都以AUG作为翻译起始的密码子，GUG和UUG比较少见，但两者翻译的起始机制不同。原核mRNA在5’端起始密码子AUG的上游有4~6个碱基的多嘌呤序列，协助翻译过程的启动。在真核细胞中，转录完成后mRNA被修饰加上了5’端帽子结构，该5’端帽子结构提供了信号作用，使之能够从核内输送到细胞质，也让40S核糖体小亚基识别并与之结合。 （5） 真核基因在翻译前需要一系列的修饰加工，包括切除内含子、外显子拼接、5’端加帽子结构、3’端加poly A尾。真核细胞mRNA有更长的半衰期。相反绝大多数细菌的mRNA半衰期很短。 （6） 真核细胞的核糖体比原核细胞大。原核生物核糖体为70S，由50S与30S两个亚基组成，真核细胞核糖体为80S，由40S和60S两个亚基组成。 原核与真核细胞基因表达不同 四、原核基因表达的调控 乳糖操纵子学说：没有乳糖时，操纵子前端的调节基因编码产生的阻遏蛋白使乳糖操纵子处于关闭状态；有乳糖时，乳糖分子首先与阻遏蛋白相互结合，改变了阻遏蛋白的形状，使后者不能再与操纵基因相结合。这时，操纵基因便开启。 细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传