遗传信息的传递精美生物医学课件

第二章第二章 基因操作技术的基础基因操作技术的基础遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学边看书，边看看下面的问题：边看书，边看看下面的问题：n n1、染色体是什么，和染色质有什么关系；n n2、同物种的染色体有什么特点，染色体的数目有什么意义n n3、基因的基本结构是什么，每一部分的名字和功用遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学n n4、什么是转座子，人类转座子是否常见和活跃呢n n5、什么是基因组；基因组的C值是何含义n n6、遗传信息的传递过程包括哪些步骤，、遗传信息的传递过程包括哪些步骤，你能说出它们每一步肩负的责任吗？你能说出它们每一步肩负的责任吗？遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学第一节第一节 遗传信息的传递遗传信息的传递需要：【火炬传递需要什么？】需要：【火炬传递需要什么？】传递遗传信息的物质传递遗传信息的物质传递遗传信息的过程传递遗传信息的过程遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学1、染色体n n真核细胞核的核心构造真核细胞核的核心构造n n遗传物质的宏观载体遗传物质的宏观载体 n n核小体是基本组成单位核小体是基本组成单位 遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学染色体和染色质的异同：染色体和染色质的异同：n n染色质和染色体的主要成分都是DNA和蛋白质n n差别不过是同一物质在细胞分裂间期和分裂期的不同形态表现而已。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学细胞的分裂与增殖细胞的分裂与增殖细胞的分裂与增殖细胞的分裂与增殖遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学染色体的结构染色体的结构染色体的结构染色体的结构遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学n n染色体是染色体是种种的标志，同种生物染色体数的标志，同种生物染色体数目和形态是恒定的。目和形态是恒定的。n n染色体的数目，是染色体的数目，是物种分类物种分类和和探索物种探索物种间亲缘关系间亲缘关系的指标。的指标。n n对人类染色体的识别，是确定和发现染对人类染色体的识别，是确定和发现染色体异常和染色体畸变综合症的基本手色体异常和染色体畸变综合症的基本手段和诊断基础。段和诊断基础。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学2、原核细胞的基因结构、原核细胞的基因结构非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 启动子终止子不能转录为不能转录为mRNA，不能编码蛋白，不能编码蛋白质质 能够转录为相应的能够转录为相应的mRNA，进而指导蛋，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白白质的合成，也就是说能够编码蛋白质质 遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点启动子终止子RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。结合。接接遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学3、真核细胞的基因结构、真核细胞的基因结构编码区非编码区非编码区与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为含子能转录为mRNA 启动子终止子编码区上游 编码区上游 内含子内含子 外显子外显子 遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学n nGT-AG法则：“剪刀”的识别信号【比方：剪彩的彩带】n n转座子：染色体上的流动性元件，能直接导致遗传特性的改变【植物和细菌中常见】遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学原原核核细细胞胞 真真核核细细胞胞不不同同点点不不同同点点相相同同点点相相同同点点原原核核细细胞胞 真真 核核 细细 胞胞不不同同点点不不同同点点 编码区是编码区是编码区是编码区是连续的连续的连续的连续的编码区是间隔编码区是间隔编码区是间隔编码区是间隔的、不连续的的、不连续的的、不连续的的、不连续的相相同同点点相相同同点点都由能够编码蛋白质的编码都由能够编码蛋白质的编码都由能够编码蛋白质的编码都由能够编码蛋白质的编码区和具有调控作用的非编码区和具有调控作用的非编码区和具有调控作用的非编码区和具有调控作用的非编码区组成的区组成的区组成的区组成的原核细胞与真核细胞的基因结构比较：原核细胞与真核细胞的基因结构比较：遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学4.4.基因组基因组n n指一个生物体全部基因的整体。指一个生物体全部基因的整体。n n一个单倍体基因组中所含一个单倍体基因组中所含DNADNA的量总是的量总是恒定的，称为该物种恒定的，称为该物种基因组的基因组的C C值值。n n一般进化程度高的生物体，一般进化程度高的生物体，C C值大值大n n特例：人和肺鱼特例：人和肺鱼遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学人类基因组计划人类基因组计划n n人类基因组计划(human genome project,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。n n美、英、法、德、日和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学人类基因组计划人类基因组计划20世纪科学史三大里程碑之一世纪科学史三大里程碑之一（曼哈顿原子弹计划、阿波罗人类登月（曼哈顿原子弹计划、阿波罗人类登月计划）计划）人类基因组的意义人类基因组的意义 有助于人类认识许多遗传病及癌症的致病机理；提出设计药物、防治疾病、健身益寿的方法遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学测 序 结 果n n人人类类基基因因组组共共有有32亿亿个个碱碱基基对对，包包含含大大约约3万到万到4万个基因。万个基因。n n人人类类基基因因数数比比预预计计的的10万万个个少少得得多多，说说明明人人类类在在使使用用基基因因上上很很节节约约，与与其其他他物物种相比更高效。种相比更高效。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学n n基基因因数数目目的的多多少少并并不不一一定定决决定定生生物物的的复复杂性和进化程度的高低杂性和进化程度的高低n n决决定定生生物物复复杂杂性性的的根根本本原原因因在在于于，基基因因是是如何表达如何表达和和被管理的被管理的。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学测 序 结 果n n人人类类蛋蛋白白质质有有与与果果蝇蝇同同源源，与线虫同源，与酵母同源。与线虫同源，与酵母同源。n n人人类类号号染染色色体体上上的的全全部部基基因因几几乎乎都都可可以以在在小小鼠鼠号号染染色色体体上上找找到到，8595的的人人类类基基因因构构成成与与老老鼠鼠类类似似，人类基因仅比老鼠多人类基因仅比老鼠多300个。个。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学n n例如黑猩猩的基因只与人类的基因有不到的差别，但两者的差距却是天壤之别，关键就在于基因的表达和管理。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学二、遗传信息的传递过程二、遗传信息的传递过程n n复印图纸【DNA的复制】n n将原始图纸信息刻录到光碟上【转录】n n交给邮差，送到工厂指挥生产【翻译】基因的表达基因的表达遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学u遗传的实质：染色体的自我复制遗传的实质：染色体的自我复制u实现途径：实现途径：DNADNA的半保留复制的半保留复制1 1、DNADNA的复制的复制遗传信息的传递精美生物医学DNADNA复制过程图解：复制过程图解：拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体引物引物DNA双链双链 5 3 5 3uDNA复制起始过程复制起始过程:解解链链遗传信息的传递精美生物医学复制从复制起始点开始复制从复制起始点开始遗传信息的传递精美生物医学复制起始点：特殊的复制起始点：特殊的DNADNA序列序列在细菌只有一个，在真核细胞有多个。在细菌只有一个，在真核细胞有多个。细菌细菌真核细胞真核细胞基因组基因组（核苷酸对）（核苷酸对）数百万个数百万个3 103 109 9（人）（人）速度速度500500个核苷酸个核苷酸/秒秒5050个核苷酸个核苷酸/秒秒复制起始点复制起始点一个一个多个多个遗传信息的传递精美生物医学拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶与与DNA双链双链结合，解开结合，解开超螺旋。超螺旋。5 3 5 3遗传信息的传递精美生物医学拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程解链酶解开解链酶解开DNA双螺旋双螺旋 5 3 5 3遗传信息的传递精美生物医学拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNADNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体引物引物单链结合蛋白单链结合蛋白防止复螺旋防止复螺旋 5 3 5 3DNADNA复制起始过程复制起始过程遗传信息的传递精美生物医学拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNADNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体引物引物DNA复制起始过程复制起始过程引物酶合成引物引物酶合成引物 5 3 5 3遗传信息的传递精美生物医学uDNA复制的延伸复制的延伸1.DNA聚合酶把新生链的第一个聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的脱氧核苷酸加到引物的3-OH上，上，开始新生链的合成过程。开始新生链的合成过程。AG T AC T A A T DNA DNA 聚合酶聚合酶ACGACGTT引物引物原料原料35模板模板方向：方向：5 3 遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T AGCGACGGTTT T 组成组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GCGACGGTTTTA引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GCGACGTTGTTA引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GCGACGTGTTAA引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GCGACGGTTAA T引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GCGACGGTTAA TA引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GCGCGGTTAA TA T引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T C引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T CDNA模板链模板链DNA新链新链引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T CDNA模板链模板链DNA新链新链引物引物DNA聚合酶聚合酶原料原料53遗传信息的传递精美生物医学复制叉的不对称性复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段前导链、后随链和冈崎片段问题：问题：一条新链一条新链:53:53方向合成，另一条新链如何合成方向合成，另一条新链如何合成？?OK遗传信息的传递精美生物医学 复制叉的不对称性：复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段前导链、后随链和冈崎片段答案：答案：一条新链：一条新链：53 53 方向不间断合成前导链方向不间断合成前导链另一条新链：另一条新链：5353方向间断合成后随链方向间断合成后随链遗传信息的传递精美生物医学复制叉的不对称性：复制叉的不对称性：前导链、后随链和冈崎片段前导链、后随链和冈崎片段前导链前导链后随链后随链一条链不间断地合成，并率先发生，因而叫作一条链不间断地合成，并率先发生，因而叫作前导链；前导链；另一条链间断合成，由冈崎片段连接而成，并滞后发生，另一条链间断合成，由冈崎片段连接而成，并滞后发生，因而叫作因而叫作随从链随从链。遗传信息的传递精美生物医学 冈崎片段冈崎片段DNADNA连接酶【胶水】：连接两个连接酶【胶水】：连接两个DNADNA片段片段冈崎片段遗传信息的传递精美生物医学 DNA DNA复制在复制在细胞分裂周期的细胞分裂周期的S S期期进行，抑制进行，抑制DNADNA复制可抑制细胞分复制可抑制细胞分裂，这是某些抗肿瘤药的治疗途径。裂，这是某些抗肿瘤药的治疗途径。遗传信息的传递精美生物医学2、基因的表达v即遗传信息即遗传信息转录转录和和翻译翻译的过程的过程v转录：承上启下的步骤，由转录：承上启下的步骤，由RNA承担承担遗传信息的传递精美生物医学 1 1、转录、转录 (transcription)生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程 。DNADNA的遗传信息传递给的遗传信息传递给RNARNA的过程。的过程。转转录录RNADNA 遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学5GCAGTACATGTC 33 c g t g a t g t a c a g 55GCAGUACAUGUC 3NAla Val His Val C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译转录条件转录条件一、转录模板一、转录模板遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学模板链模板链：有意义链有意义链或或Watson链链 DNA双双链链中中，能能按按碱碱基基配配对对规规律律指指引引转转录录，生成生成RNA的一股单链。的一股单链。编码链：编码链：反义链反义链或或Crick链链 DNA双链中碱基序列与双链中碱基序列与RNA一致的一股链。一致的一股链。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学转录过程转录过程（一）转录起始（一）转录起始启动子启动子(promoter):RNA聚合酶结合模板聚合酶结合模板DNA的部位。的部位。DNA双链解开，其中一条链作为转录的双链解开，其中一条链作为转录的模板。模板。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学（二）转录延长（二）转录延长RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停止止前前进进，转录产物转录产物RNA链从转录复合物上脱落。链从转录复合物上脱落。（三）转录终止（三）转录终止遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学 mRNAmRNA的加工的加工 作用作用1.1.加帽加帽 增加稳定性增加稳定性5-5-三磷酸三磷酸-7-7-甲基鸟苷甲基鸟苷2.2.加尾加尾 和转运有关和转运有关3-PolyA 3-PolyA 序列序列3.3.剪接剪接 切除内含子并联结外显子切除内含子并联结外显子4.4.碱基修饰碱基修饰 扩充遗传信息扩充遗传信息遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学帽子结构的功能帽子结构的功能:核内生成核内生成,保护保护mRNAmRNA不被核酸外切酶水解。不被核酸外切酶水解。与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻译起始必需的因子。译起始必需的因子。遗传信息的传递精美生物医学遗传信息的传递精美生物医学小结：复制与转录的区别小结：复制与转录的区别遗传信息的传递精美生物医学2、蛋白质的合成翻译、蛋白质的合成翻译 将将mRNAmRNA分子中核苷酸顺序转分子中核苷酸顺序转变成蛋白质中氨基酸顺序的过程称变成蛋白质中氨基酸顺序的过程称为翻译。为翻译。DNA mRNA 蛋白质蛋白质 遗传信息的传递精美生物医学 复制复制 转录转录 翻译翻译蛋白质蛋白质遗传信息的传递精美生物医学（一）合成所需条件（一）合成所需条件 模板：模板：mRNA(mRNA(信使信使RNA)RNA)原料原料：氨基酸：氨基酸 运输工具：运输工具：tRNA tRNA（转运转运RNA)RNA)转运氨基酸转运氨基酸 场所：场所：核糖体核糖体 酶和蛋白因子酶和蛋白因子遗传信息的传递精美生物医学1 1、mRNAmRNA（信使信使RNARNA）：模板）：模板功能：负责将功能：负责将DNADNA的遗传信息传递给蛋白的遗传信息传递给蛋白 质。记录来自质。记录来自DNADNA的遗传信息，决定蛋的遗传信息，决定蛋 白质分子中的氨基酸排列顺序。白质分子中的氨基酸排列顺序。AUGAUG起始密码起始密码密码子：在密码子：在mRNAmRNA分子中从分子中从5 35 3 方向，以方向，以AUGAUG开始，每三个相邻开始，每三个相邻 碱基代表一种氨基酸，这三个碱碱基代表一种氨基酸，这三个碱 基称为密码子。基称为密码子。遗传信息的传递精美生物医学mRNA（模板）（模板）密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子 密码子：密码子：mRNAmRNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的 三个相邻的碱基。三个相邻的碱基。密码子密码子UCAUG A UUAAGUUAA 密码子密码子亮氨酸亮氨酸天冬氨酸天冬氨酸异亮氨酸异亮氨酸终止密码终止密码起始密码起始密码53遗传信息的传递精美生物医学u密码子总数：密码子总数：6464个个u起始密码：起始密码：AUGAUG：表示蛋白质合成开始，：表示蛋白质合成开始，也代表甲硫氨酸也代表甲硫氨酸 u终止密码终止密码UAAUAGUGA表示蛋白质合成结束表示蛋白质合成结束u 简并性：每种氨基酸至少有一种密码子。简并性：每种氨基酸至少有一种密码子。u通用性：密码子通用于整个生物界，无种通用性：密码子通用于整个生物界，无种属差异。属差异。关于密码子关于密码子遗传信息的传递精美生物医学密码子密码子起始密码子：起始密码子：AUG 甲硫氨酸甲硫氨酸终止密码子：终止密码子：UAA UAG UGA遗传信息的传递精美生物医学真核细胞真核细胞mRNA的一般结构为：的一般结构为：AUG起始起始帽状帽状结构结构不翻不翻译区译区翻译区翻译区UGAUAGUAA终止终止不翻不翻译区译区polyA1)1)55端有甲基化的帽，端有甲基化的帽，33端有端有polyApolyA尾巴；尾巴；2)2)一个一个mRNAmRNA中只含有一条多肽链信息，中只含有一条多肽链信息，3)3)能指导一个蛋白质的生物合成；能指导一个蛋白质的生物合成；遗传信息的传递精美生物医学rRNA+rRNA+蛋白质蛋白质大亚基大亚基小亚基小亚基核糖体核糖体 2 2、rRNArRNA：构成核糖体：构成核糖体蛋白质合成蛋白质合成场所场所遗传信息的传递精美生物医学u结合氨基酸：结合氨基酸：氨基酸结合在氨基酸结合在 tRNA3-CCAtRNA3-CCA的位置。的位置。u反密码子反密码子:识别识别mRNAmRNA上密码子。上密码子。在在 tRNAtRNA上上,与所结合的氨基酸密与所结合的氨基酸密码子互补。互补配对原则码子互补。互补配对原则 A-U,C-G.A-U,C-G.3.tRNA3.tRNA：氨基酸运输工具：氨基酸运输工具AU A 反密码子反密码子3 酪氨酸酪氨酸如如:密码子密码子CGUCGU-tRNA-tRNA携带反密码子携带反密码子GCAGCA氨基酸氨基酸ArgArg密码子密码子带带反密码子的反密码子的tRNAtRNA氨基酸氨基酸 三者对号入座。三者对号入座。U A U 密码子密码子遗传信息的传递精美生物医学A A U 亮氨酸亮氨酸AC U天冬氨酸天冬氨酸 tRNAtRNA的一端运载着氨基酸，通过的一端运载着氨基酸，通过反密码识别反密码识别mRNAmRNAUCAUG A UUAAGUUAAGU A异亮氨酸异亮氨酸mRNA遗传信息的传递精美生物医学ACGUG A UUAUA C甲硫甲硫氨酸氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸细细胞胞质质中中PA氨基酸活化氨基酸活化35遗传信息的传递精美生物医学ACGUG A UUAUA C甲硫甲硫氨酸氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸 蛋白质合成的起蛋白质合成的起始始细细胞胞质质中中PA35遗传信息的传递精美生物医学 进位进位：tRNAtRNA将氨基酸转运到将氨基酸转运到 mRNAmRNA上的上的 相应位置相应位置.PA35转肽转肽：形成肽键：形成肽键ACGUG A UUAU A C 甲硫甲硫氨酸氨酸AC U 天冬天冬氨酸氨酸移位：核糖体一个密码子的位置移位：核糖体一个密码子的位置GU A 异亮异亮氨酸氨酸遗传信息的传递精美生物医学ACGUG A UUAU A CAC UAUG 甲硫甲硫氨酸氨酸 天冬天冬氨酸氨酸 异亮异亮氨酸氨酸PAAAU终止密码终止密码起始密码起始密码以以mRNAmRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质 .遗传信息的传递精美生物医学