2018年ld02-细胞中心法则与基因工程技术原理-文档资料.ppt
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1、生命最重要的本质之一是性状特征自上代传至下代遗传。,1,关于遗传,是大家经常讨论的一个话题 孩子会与父母有许多相似之处,如性格、身材高矮、体形胖瘦、肤色深浅、眼睛大小、鼻子高低很多很多都与父母的遗传有关 还有很多疾病的发生也与父母的遗传密切相关。,2,中心法则,遗传信息,信使,性状,中心法则的发展与补充,1.遗传信息从RNA流向RNA,即RNA的复制 2. 遗产信息从RNA流向DNA,即逆转录 (常见于病毒的增殖),复制:亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下,生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。 转录:以DNA为模板,按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA,形成一条与DNA链互补的
2、RNA的过程。 翻译:亦叫转译,以mRNA为模板,将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。 逆转录:以RNA为模板,在逆转录酶的作用下,生成DNA的过程。,DNA的结构,四种脱氧核苷三磷酸ATCG (dATP、dGTP、dCTP、dTTP) 2. A=T,C三G 两两配对 3. 每条链由5端向3端延伸 4.两条链反向平行成双螺旋结构,与DNA复制有关的酶和蛋白质 原料:四种脱氧核苷三磷酸(dATP、dGTP、dCTP、dTTP) 模板:以DNA的两条链为模板链,合成子代DNA。 酶:DNA聚合酶,DNA连接酶,拓扑异构酶等 能量:ATP 引物:一小段RNA(或DNA)为引物,DNA的复制
3、 观看视频1 观看视频2,总结: 目的细胞生长、增殖,遗传信息 特点半保留复制(保证遗传的稳定性);一条链连续复制、另一条链不连续(与DNA合成方向5-3有关),端粒与寿命,细胞生长、增殖端粒是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构,像两顶帽子那样盖在染色体两端,因而得名。端粒在维持染色体和DNA复制的完整性方面有重要作用。随着细胞分裂DNA复制次数的增加,端粒的长度是在逐渐缩短的,当端粒变得不能再短时,细胞不再分裂而死亡。,Cell:早期端粒酶失活将加速衰老 JCI CHEST J:端粒突变更易患肺部疾病 The FASEB Journal:逆转生命时钟,延长细胞端粒 Genes Devel
4、:科学家发现控制细胞衰老的开关端粒酶 PLoS One:揭示焦虑症、过早衰老与染色体端粒的缩短直接相关 PNAS:个体的端粒长度可能预测寿命长短,端粒与寿命,观看视频:端粒与寿命,可见,端粒的缩短限制了人类的生命跨度,但另一方面也能限制癌症的发生,所幸我们还能做点什么,因为端粒缩短的程度也受到你的生活方式与环境的影响。,Nature Genetics:研究发现端粒更长增患脑癌风险 Cancer Epidem Biomarker:端粒长度越短患胰腺癌风险越高 PNAS:家庭贫穷儿童端粒变短 British Journal of Sports Medicine:少坐一会儿,端粒就能变长吗? Cir
5、culation:运动有助于保持白细胞端粒长度 PLOS Genetics:咖啡或啤酒可能会影响端粒长度,定义:以RNA为模板,按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA称为逆转录,由逆转录酶催化进行。,逆转录合成DNA,逆转录酶是多功能酶: RNA指导的DNA聚合酶活性 DNA指导的DNA聚合酶活性,逆转录酶也和DNA聚合酶一样,沿53方向合成DNA,并要求短链RNA作引物。,cDNA:几乎所有真核生物mRNA分子的3末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时,mRNA就可作为模板,在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNA,称为cDNA。,逆转录酶发现的理论和实践意义: 不能把“中心法则”绝
6、对化,遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究,为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。,1983年,发现人类免疫缺陷病毒(human immune deficience virus,HIV),感染T淋巴细胞后即杀死细胞,造成宿主机体免疫系统损伤,引起艾滋病( acquired immunodeficiency syndrome,AIDS),RNA的生物合成,一、RNA聚合酶 二、RNA的转录过程 三、转录后加工 四、RNA的复制,转录:以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下,按照碱基配对原则,合成一条与DNA链的一定区段互补
7、的RNA链的过程称为转录。 以四种核糖核苷三磷酸酸(NTP)为底物,形成3、5 -磷酸二酯键相连接。,二、RNA的生物合成:,一、关于RNA合成过程中的几个概念:,1、模板链(无义链):指导RNA合成的那条链。 2、编码链(有义链):与模板链互补的那条链。 3、启动子:DNA分子上结合RNA聚合酶,并形成 转录起始复合物的区域。 4、终止子:促进转录停止的特殊 DNA序列。 可分两类:依赖因子的和不依赖 因子的。,二、真核生物与原核生物基因的区别:,1、真核生物基因内部有内含子是断裂的、不连续的,而原核生物内部则没有。 2、真核生物基因一般是独立的,而原核则一般是由多个基因联合在一起而形成操纵
8、子结构。如:大肠杆菌的乳糖操纵子。,真核生物内含子结构,原核生物操纵子结构,观看视频:乳糖操纵子模型,操纵子Operon : 基因表达的协调单位,它们有共同的控制区和调节系统。包括在功能上彼此有关的结构基因和控制部位.,二、RNA的转录过程,RNA的转录过程:(以大肠杆菌为例) 起始位点的识别 转录起始 链的延伸 转录终止,(1)起始位点的识别,RNA的合成不需要引物。体外实验证明,不含亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动,当有亚基时就会选择正确的起点。 亚基起着识别DNA分子上的起始信号(启动子指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列)的作用。启动子的结构至少由三部分组成:
9、-35序列提供了RNA聚合酶全酶识别的信号;-10序列是酶的紧密结合位点(富含AT碱基,利于双链打开);第三部分是RNA合成的起始点。,(2)转录起始,RNA聚合酶全酶扫描解链区,找到起始点,然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP,很少是CTP,不用UTP。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物,第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点, 亚基就会被释放脱离核心酶。,因子仅与起始 有关,RNA的合 成一旦开始, 便被释放,(3)RNA链的延伸,DNA分子和酶分子发生构象的变化,核心酶与DNA结合比较松弛,可沿DNA模板移动,并按模板顺序选择下一个核苷酸
10、,将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3-OH端,催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向从5 3,(4)转录终止,在DNA分子上(基因末端)提供转录停止信号的DNA序列称为终止子(terminators),它能使RNA聚合酶停止合成RNA并释放出RNA。,需要因子(终止因子,协助RNA聚合酶识别终止信号)帮助, 因子能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分,它的作用是阻止RNA聚合酶向前移动,于是转录终止,并释放出已转录完成的RNA链。,不依赖于因子。强终止子序列有两个明显的特征:( 1 )在终止点之前具有一段富含G-C的回文区域。(2)富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列,它们转录的RNA链的末端为一
11、连串U(连续6个)。,三、RNA的转录后加工 在细胞内,由RNA聚合酶合成的原初转录物(primary transcript)往往需要一系列的变化,包括链的裂解、5和3末端的切除和特殊结构的形成、核苷的修饰、以及拼接和编辑等过程,才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。,mRNA前体的加工: 原核生物的mRNA转录后一般不需要加工,转录的同时即进行翻译(半寿期短)。亦有少数多顺反子的mRNA需要核酸酶切成小单位,然后再翻译。 真核生物mRNA(半寿期较长)原初转录物很大,在加工过程中形成许多分子大小不等的中间物,它们被称为核内不均一RNA(heterogen
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