DNA与蛋白质合成培训资料

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1、1,第三节 DNA与蛋白质合成 DNA（基因）蛋白质生理生化性状一、性状与蛋白质人体有10万余种，其结构功能性状（一）酶白化病-缺乏酪氨酸氧化酶，黑尿症-缺乏尿黑酸氧化酶（二）运载蛋白血红蛋白链第六位AA谷氨酸缬AA，红细胞镰刀型贫血症。细胞中缺少一种促进小分子通过细胞膜的运载蛋白，使胱氨酸等通过膜受阻，出现胱氨酸尿症。（三）结构蛋白 肌肉中肌纤维蛋白含量成分运动员素质潜能；皮肤中胶原蛋白皮肤弹性,2,（四）激素 胰岛素不足引起糖尿病； 男性脑下垂体产生促性腺激素，维持精子形成 （五）抗原、抗体 抗原：如红细胞表面特殊蛋白，决定不同血型 抗体：无球蛋白血症 （六）受体 细胞膜或细胞内大分子蛋白

2、质，能选择性与一定活性物质结合，产生特定生理效应。 X染色体隐性遗传（Tfmtfm缺乏雄性激素受体），导致睾丸女性化46，XY；,3,二、RNA的转录和加工 （一）转录 在RNA聚合酶催化下，以DNA分子中的信息链为模板，合成各种RNA的过程。 1、RNA聚合酶 体外RNA聚合酶可使DNA分子中两条链同时转录，而在活体内只能是其中的一条链，这条叫信息链。 RNA聚合酶是一种复杂的蛋白质，由6个多肽构成，其中5个构成核心酶，第六个（）因子识别转录起始区。,4,2、转录过程 （1）识别、起始 因子识别转录起始区（启动子，常高AT区且核苷酸顺序不对称），RNA聚合酶与DNA结合，转录开始后因子从酶中

3、分离出。 （2）转录RNA链延长 以DNA分子中的信息链为模板（35），根据碱基配对原则，U代替T合成一条单链的RNA，方向为53即转录方向。 （3）合成终止 在DNA分子上有转录终止区，因子识别，转录停止，酶和RNA从DNA分子上脱离。DNA分子重新螺旋。 转录在细胞核中，合成的RNA从核中出来进入细胞质中指导蛋白质合成。,5,（二）三种RNA分子 信使RNA (mRNA)；转运RNA (tRNA)；核糖体RNA (rRNA) 1、mRNA 遗传信息的携带者，是以DNA信息链为模板转录的单链RNA，作为蛋白质合成的模板 2、tRNA 将AA运送到核糖体上，已知60余种。 （1）特点 单链分子

4、较小的RNA，约7090个核苷酸组成，由DNA分子某一区段转录（tRNA）。 除AUCG外，还有稀有碱基D（双氢尿嘧啶）；I（次黄嘌呤）（假尿嘧啶）。 具专一性。每种tRNA转运一种AA。 结构相似。不同的tRNA单链折叠成“三叶草”式结构,6,（2）“三叶草”式结构（二级结构）三环一臂 AA臂 所有tRNA3均为CCA，是转录后加上的，最末端腺苷酸的3OH与AA的羧基结合脱去H2O，形成氨酰基tRNA，AA附着到tRNA上。,7,反密码环 与AA臂相对，环中央有一个能与mRNA密码子相配对的反密码子，读码35。反密码环密码子第三位碱基对应的常为稀有碱基，其具有“摆动性”，第一、二位配对即可配

5、对，保证一种反密码子能识别代表一种AA的所有兼并密码。如苯丙氨酸密码有UUU；UUC；UUA都能被AAI识别而带入苯丙氨酸。 双氢尿嘧啶环 AA附着到AA臂上需要特定专一氨酰基tRNA合成酶，该环能识别这种酶。 胸腺嘧啶环 识别核糖体并与之结合。还有些小环作用不清。由于在各个双链区形成45个三个氢键对，故结构稳定。,8,3、rRNA 由DNA分子某区段转录（rRNA基因，多个拷贝）的单链RNA 但通常以发夹式折叠，在互补的碱基间形成氢键，有广泛的双链区。与蛋白质一起形成核糖体的大小亚基。 （三）RNA复制,9,（四）转录后加工 1、mRNA转录后加工 原核生物一般无加工。真核生物转录后需要经过

6、切割、拼接、修饰和改造。 （1）在5端加上一个7甲基鸟苷作为帽子，所有真核生物都有，可促进与核糖体结合，延长mRNA寿命。 （2）在帽子的5末端，一般有23个核苷酸被甲基化，可能能提高mRNA在蛋白质合成中效率。 （3）在3端加上一条“尾”即具有150200个腺苷酸的序列多聚（A）(poly A)，对mRNA稳定起作用，而且可能对mRNA进入细胞质有帮助。 （4）前体mRNA的有相当一部分被切除，保留的连接起来将来在蛋白质合成中编码蛋白质，称为编码序列或外显子。,10,2、rRNA和tRNA加工 rRNA：断裂和甲基化 tRNA：（1）在3和5端都切去一定核苷酸序列 （2）核苷酸修饰 常C5甲

7、基化 （3）在3端加上3个核苷酸CCA （五）转录与复制 复制 转录 重要酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 模板 DNA分子两条链全部序列 DNA分子信息链某些区段 结果 两条相同DNA分子 若干个单链RNA,11,三、蛋白质合成(翻译) 按mRNA碱基排列顺序，通过tRNA将各种AA按顺序连接成肽链，构成蛋白质的一级结构的过程。,（一）遗传密码 19531961年尼恩贝格等人 ，人工体外合成肽链证实 。 mRNA上三个相连的核苷酸（碱基）决定一种AA，这种三联体遗传密码（密码子）。 1966年，64种密码子全部破译（61种有意义，3种无意义），并编制了遗传密码表 。,12,13,1、起始密码

8、读码方向53，AUG(极少GUG) 起始信号 甲酰甲硫氨酸 5有S-D序列（49个核苷酸）与小亚基中16S rRNA 3一段序列互补，促进mRNA与小亚基结合。 2、终止密码 UAA、UAG、UGA 3、无逗号性 4、不重叠性 5、兼并性，苯丙氨酸UUU,UUC,UUA；与tRNA反密码子稀有碱基摆动性对应 6、统一性 ，生物界通用，不适线粒体 (二) 核糖体 1、组成 rRNA 60%，单链折叠 由rRNA基因转录 蛋白质 40， 多种蛋白质附着在rRNA纤丝上形成一定结构。,14,15,2、结构 一个核糖体含大小两个亚基，其大小用S值表示,16,17,大亚基：有2个tRNA结合部位 A位（

9、氨酰基部位）：专门接受带AA的tRNA（AAtRNA） P位（肽酰基部位）专门接受带肽链的tRNA（肽链-tRNA） A、 P位各占据3个碱基空间，相距很近。,小亚基：识别mRNA上起始密码AUG（16S有一序列与mRNA 上S-D序列互补），与mRNA结合占6个碱基空间。,A位tRNA带的AA有游离的NH2，而P位肽链-tRNA的肽链与tRNA脱离后有羧基，在肽链合成酶作用下连成肽链,18,（三）蛋白质合成 氨基酸需要先激活,19,1、多肽链的起始 起始因子 三步： （1）形成30S mRNA IF-3 复合物 30S识别mRNA的起始密码和S-D序列，在IF-3作用下 两者结合（30S m

10、RNA IF-3 复合物），占据6个碱基空间 （2）形成30S起始复合物 30S mRNA IF-3 复合物在IF-1和 IF-2作用下，与带甲酰 甲硫氨酸tRNA（fmet- tRNAf)及GTP结合，形成30S起始 复合物，释放出 IF-3 （3）形成70S起始复合物 50S加入，水解GTP形成70S起始复合物， 释放 IF-1和 IF-2，fmet- tRNAf位于50S的P位。,20,可溶性蛋白起始因子,1、形成30S mRNA IF-3 复合物,2、形成30S起始复合物,3、形成70S起始复合物,21,2、多肽链的延长：三步 （1）结合 按mRNA的密码，带相应氨基酸的tRNA（AA

11、 tRNA） 在延长因子EFTU和GTP参与下，即AA tRNA先与 EFTU和GTP结合（ fmet- tRNAf例外）后进入50S的A位 （2）成肽 在肽基转移酶催化下，P位 fmet- tRNAf分离， fmet的羧基 与A位AA tRNA的AA的氨基形成肽键。 （3）移位 P位 fmet- tRNAf由于P位 fmet与A位的AA结合，OHtRNAf 从P位推出，A位复合物移位到P位，与此同时70S沿mRNA 的53移动一个密码子。 A位空出，新的AA tRNA进入， EFTS促使EFTU和GDP从复合物中释放 加入循环，肽链 不断延长。,22,2、多肽链的延长 延长因子EF,(1)结

12、合 AA tRNA在延长因子EFTU和GTP参与下，进入50S的A位,(2) 成肽 在肽基转移酶催化下，P位 fmet- tRNAf分离， fmet的羧基与A位AA tRNA的AA的氨基形成肽键。,（3）移位 由于P位 fmet与A位的AA结合，OHtRNAf从P位推出，同时70S沿mRNA的53移动一个密码子。A位空出，新的AA tRNA进入。,23,24,3、肽链合成终止 释放因子,25,多聚核糖体：指一条mRNA分子同时结合多个核糖体，形成一串核糖体的现象。 意义：大大提高了蛋白质合成的效率。,26,四、中心法则及其发展 （一）中心法则： 1957年Crick 遗传信息从DNA mRNA

13、 蛋白质三种生物大分子间传递法则。 要点： （1） DNA分子中碱基排列顺序即为遗传信息； （2） DNA分子通过半保留复制，使子代DNA与亲代相同； （3） 以DNA分子中信息链为模板，根据碱基互补原理合成mRNA， 将信息传递到mRNA； （4）mRNA上三个相连的碱基决定一个AA，根据mRNA上密码 子顺序合成肽链,27,（二）中心法则发展 1、RNA的反转录,2、RNA的自我复制,28,3、DNA指导的蛋白质合成 变性的单链DNA在离体条件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成,29,第四节 基因概念及发展,一、经典遗传学关于基因的概念 达尔文 “泛生子“ （一）孟德尔：1865年1

14、909年 把控制性状的因子称为遗传因子。 （二）约翰逊：1909年 提出基因(gene)取代遗传因子，基因是控制性状的符号。 （三）摩尔根：1926年 （1）基因具有染色体的主要特性 （2）交换单位 （3）突变单位（4）功能单位 基因在染色体上以线性排列（念珠学说），是遗传的功能单位、突变单位、重组单位。即“三位一体”的基因概念,30,二、近代遗传学关于基因的概念 （一）基因功能研究发展了基因概念 生化遗传及早期分子遗传研究发展了基因的概念，“一个基因一个酶”，基因表达为蛋白质；基因的核苷酸序列决定蛋白质氨基酸序列。,（二）基因精细结构 1、位置效应 位置效应：基因在染色体上位置不同对性状表现

15、的作用(程度)也可能不同。 果蝇16A区段(Bar基因)重复处于染色体的不同位置对其个体眼面大小(小眼数目)的效应不同。顺式影响大，反式影响小。 位置效应表明：染色体并非基因的简单容纳器，基因在染色体上的位置也对其功能具有重要影响。,31,2. 互补试验 Benzer(1955)用E. Coli烈性噬菌体T4突变型遗传研究：T4野生型在E.Coli B和E.Coli K()上都能产生小而不规则噬菌斑。 T4突变品系按表型可分为：rI、rII、rIII三类。其中rII在E.Coli B上产生快速溶菌现象，形成大而圆噬菌斑，在E.Coli K()上不能生长。,32,试验方法：最初得到8个不同的r突

16、变型品系（ ra 、rb等 ），8个突变基因均定位于T4DNA的一个区段内(rII区段)； 将8种突变型两两组合混和感染E.Coli B菌株(双重感染)；从混和培养物中提取噬菌体颗粒感染E.coli K()。 试验结果1：在菌落上获得了许多小而粗糙的野生型噬菌斑。可求出重组值。,双重感染试验,33,结果分析：回复突变的频率很小，不会产生如此高频率的野生型噬菌体(斑)；所以野生型只能由重组产生。 Benzer先后分离到400多个不同的rII突变。在rII区段内存在如此多的基因显然是不可能的。 结论：基因内部有更小的重组单位，野生型产生于基因内重组，从而推翻了经典遗传学基因不可分性的性质。,rII区段存在多种突变的结构表明：基因也并非最小突变单位。Benzer提出用突变子(muton)来描述基因突变的最小单位。 理论上突变子和重组子都是一个核苷酸对或者碱基对(bp)。所以基因内每个碱基均可能发生突变，任意两个碱基间均能发生交换重组。,34,试验