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囿仇
6 years ago
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1 第二章生物学基础 ( 一 ) 生物的分类 ( 二 ) 生物大分子 ( 三 ) 中心法则

2 第三节分子生物学的中心法则 The Central Dogma of Molecular Biology

3 1) 中心法则总述 2) DNA 自我复制 3) 从 DNA 到 RNA( 转录 ) 4) 遗传密码 5) 从 RNA 到蛋白质 ( 翻译 ) 6) 基因

4 一中心法则简介 The Central Dogma of Molecular Biology

6 二 DNA 复制

7 DNA Replicating Itself Replication, 复制 : 在亲代 DNA 双链的每一条链上按碱基配对而准确地形成一条新的互补链, 结果生成两个与亲代链相同的 DNA 双链

8 DNA 复制示意图

9 DNA 的半保留复制在 DNA 复制时, 亲代 DNA 的双螺旋先解旋, 然后以每条链为模板, 按照碱基配对原则, 在这两条链上各形成一条互补链在每一个新形成的双螺旋中, 一条链是从亲代 DNA 来的, 另一条是新形成的

11 DNA 的半不连续复制 Each replication fork has a leading and a lagging strand leading strand (synthesized continuously) replication fork replication fork lagging strand (synthesized discontinuously) The leading and lagging strand arrows show the direction of DNA chain elongation in a 5 to 3 direction The small DNA pieces on the lagging strand are called Okazaki fragments ( bases in length)

12 RNA primer 5 3 direction of leading strand synthesis replication fork 3 5 direction of lagging strand synthesis 3 5

13 Movement of the replication fork

14 Movement of the replication fork 5 RNA primer Okazaki fragment RNA primer

15 复制体 (replicon) 在 DNA 复制过程中, 由众多的酶和蛋白质参与 DNA 的复制作用复制体的基本活动包括 : 1) 双链的解开 ; 2)RNA 引物的合成 ; 3)DNA 链的延长 ; 4) 切除 RNA 引物, 填补缺口, 连接 DNA 片段 ; 5) 切除和修复错配碱基

16 三转录 Transcription: making an RNA copy of a DNA sequence Transcription, 转录 : 以 DNA 为模板, 按碱基配对将其中所含的遗传信息传给 RNA, 形成一条与 DNA 链互补的 mrna 链的过程

17 编码链, 有义链模板链, 无义链

18 Transcription of a segment of DNA to form a molecule of RNA. 1)RNA 聚合酶与 DNA 模板的结合

19 2) 起始

20 3) 延长

21 4) 终止

22 Transcription closed promoter complex, 封闭的启动子复合物 RNA polymerase,rna 聚合酶 open promoter complex, 开放的启动子复合物 initiation elongation termination RNA product RNA chains are synthesized in a 5 to 3 direction

23 Prokaryotic RNA polymerase structure RNA polymerase of E. coli is a multisubunit protein Subunit Number Role α 2 uncertain β 1 forms phosphodiester bonds β 1 binds DNA template σ 1 recognizes promoter and facilitates initiation α ββ σ α 2 2 ββ + σ holoenzyme core polymerase sigma factor

24 The sigma cycle σ closed promoter complex (moderately stable) the sigma subunit binds to the -10 region RNA polymerase holoenzyme (+ σ factor) σ open promoter complex (highly stable) the holoenzyme has very high affinity for promoter regions because of sigma factor once initiation takes place, RNA polymerase does not need very high affinity for the promoter sigma factor dissociates from the core polymerase after a few elongation reactions σ elongation takes place with the core RNA polymerase sigma can re-bind other core enzymes

25 四遗传密码 The Genetic Code: Translation of RNA code into protein

26 三联体密码子的特点 : 1) 方向性 2) 无标点性 3) 简并性 4) 通用性 5) 摆动性起始密码子 :ATG 终止 ( 无义 ) 密码子 : UAA UGA UAG 同义密码子 : 编码同一个氨基酸的几个密码子

27 五翻译 Translation is the process of converting the mrna codon sequences into an amino acid sequence. Translation, 翻译 : 在 RNA 控制下, 根据核酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则, 合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程

28 Protein Synthesis and Protein Processing a). RNA structure b). Protein synthesis i). Initiation of protein synthesis ii). Peptide bond formation; peptidyl transferase iii). Elongation and termination

29 RNA 类型 mrna 信使 RNA trna 转运 RNA 结构单链 ; 原核生物的 mrna 为多顺反子, 真核生物的为单顺反子二级结构是三叶草型结构 ; 三级结构为倒 L 型结构作用 DNA 原始遗传信息的直接接受者 ; 合成蛋白质直接模板转运氨基酸到核糖体上 ; 通过反密码子识别 mrna 上的密码子 rrna 核糖体 RNA 16S (small ribosomal subunit) 23S (large ribosomal subunit) 5S (large ribosomal subunit) 含量大, 维持核糖体的空间结构 ; 使 mrna 和 trna 结合在适当位置 ; 识别 mrna 上的启动和终止信号核糖体是蛋白质生物合成的场所 ; mrna 是合成的模板 ; trna 是模板与合成原料氨基酸之间的接合体

30 mrna

31 rrna rrna 是构成核糖体的骨架构成核糖体的骨架 16S (small ribosomal subunit) 23S (large ribosomal subunit) 5S (large ribosomal subunit) 原核生物的核糖体为 70S, 由 50S 和 30S 的大小亚基组成 ; 真核生物的核糖体为 80S, 由 60S 和 40S 的大小亚基组成

32 Ribosome structure P P P PP Large subunit(60s) P-site peptidyl trna site P PP A A-site aminoacyl trna site 5 mrna Small subunit(40s) Ribosome with bound trnas and mrna

33 The model of trna. a.a. +trna+atp 氨酰 -trna 合成酶氨酰 -trna+amp+ppi 氨酰 -trna 合成酶能识别 trna, 并催化反应对 L- 氨基酸有极高的专一性, 每种氨基酸都有一个专一的酶氨酰 -trna 合成酶的高度专一性, 防止在蛋白质合成时错误的氨基酸掺入多肽

34 Secondary structure Tertiary structure trna

35 Protein synthesis 起始延长终止肽链合成的方向是 N->C, mrna 信号被转译的方向是 5`->3` 一个新生肽链的诞生, 除了必须有 mrna 模板,tRNA 及核糖体外, 还需要许多蛋白因子如, 起始因子 (IF), 延长因子 (EF) 和终止因子 (RF) 等的参与

36 Protein Synthesis

37 Initiation of protein synthesis: mrna binding eif2 M Initiator trna bound to the small ribosomal subunit with the eukaryotic initiation factor-2 (eif2) 40S subunit The small subunit finds the 5 cap and scans down the mrna to the first AUG codon 5 cap AUG mrna

38 the initiation codon is recognized eif2 dissociates from the complex the large ribosomal subunit binds 60S subunit eif2 M 5 AUG mrna 40S subunit

39 M A 氨酰 -trna 5 AUG GCC mrna aminoacyl trna binds the A-site M A first peptide bond is formed 5 AUG GCC mrna initiation is complete

40 Peptide bond formation P-site NH 2 CH 3 -S-CH 2 -CH 2 -CH O=CC O trna A-site NH 2 CH 3 -CH O=C O trna peptide bond formation is catalyzed by peptidyl transferase( 肽基转移酶 ) peptide bond formation results in a shift of the nascent peptide from the P-site to the A-site A-site NH 2 CH 3 -S-CH 2 -CH 2 -CH O=C NH P-site CH 3 -CH O=C OH O trna trna

41 Elongation P PP P P following peptide bond formation the uncharged trna dissociates from the P-site UCA GCA GGG UAG EF1 the ribosome shifts one codon along the mrna, moving peptidyl trna from the A-site to the P-site; this translocation requires the elongation factor EF2 EF2 P P P P P A UCA GCA GGG UAG the next aminoacyl trna then binds within the A-site; this trna binding requires the elongation factor EF1 energy for elongation is provided by the hydrolysis of two GTPs: one for translocation one for aminoacyl trna binding

42 Termination RF P P P P P UCA GCA GGG UAG when translation reaches the stop codon, a release factor (RF) binds within the A-site, recognizing the stop codon P P P P P P P P UCA GCA GGG UAG release factor catalyzes the hydrolysis of the completed polypeptide from the peptidyl trna, and the entire complex dissociates

44 六基因

45 Gene Gene 基因, 遗传功能的单位它是一种 DNA 序列, 在有些病毒中则是一种 RNA 序列, 它编码功能性蛋白质或 RNA 分子 Genome 基因组, 染色体组, 一个生物体细胞器或病毒的整套基因 ; 例如, 细胞核基因组, 叶绿体基因组, 噬菌体基因组

47 外显子内含子

48 DNA 双螺旋分子生物学基本知识复习 DNA 是英文 (Deoxyribonucleic Acid) 的缩写, 中文译为脱氧核糖核酸, 是生物的基本遗传物质 DNA 分子是双链的螺旋分子每一条链的基本组成单位为核苷酸, 由碱基脱氧核糖和磷酸基团三部分组成共有 4 种不同的碱基 : 腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤 (G) 胸腺嘧啶 (T) 和胞嘧啶 (C)

49 基因分子生物学基本知识复习遗传功能的单位, 它是一段编码蛋白质或 RNA 分子的 DNA 序列蛋白质执行生物功能的最重要的生物大分子之一, 它是单链状分子, 由 20 种不同的氨基酸组成

50 分子生物学基本知识复习中心法则遗传信息由 DNA 通过 mrna 向蛋白质流动 DNA 转录 RNA 翻译新生肽复制逆转录折叠 DNA cdna 蛋白质基因表达按基因编码的信息在生物体内合成蛋白质的过程

52 七基因表达调控 1 基因表达调控的层次染色质水平上的调控转录水平上的表达调控转录后调控翻译水平上的调控蛋白质合成后加工

53 2 原核基因调控转录和翻译在同一时间和空间内发生基因表达的调控主要发生在转录水平上通过转录调控, 以开启或关闭某些基因的表达来适应自然环境的变化例如 : 大肠杆菌利用营养物质葡萄糖正常情况下乳糖需要 β- 半乳糖苷酶分解乳糖, 形成葡萄糖和半乳糖如果环境中只有乳糖可以利用, 则 β- 半乳糖苷酶的基因就必须表达, 从而合成这种酶如果环境中有葡萄糖可利用, 则 β- 半乳糖苷酶的基因就应该关闭

54 3 真核基因调控转录和翻译过程在时间和空间上彼此分开转录和翻译后都有复杂的信息加工过程基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上瞬时调控 ( 可逆性调控 ) 对环境条件变化所作出的反应发育调控 ( 不可逆调控 ) 真核基因调控的关键部分决定真核细胞的生长分化分化发育的全部进程

55 基因调控网络

56 八新生肽链的折叠 1 肽链加工 2 新生肽链的折叠 3 蛋白质折叠的一般规律天然蛋白 (N) 和变性蛋白 (U) 之间的平衡反应 4 帮助新生肽链折叠的生物大分子 5 蛋白质构象病问题

57 去折叠 N U 重折叠

58 课后作业浏览以下网站国内 : 天大生物信息中心北大生物信息中心中国生物信息国外美国国家生物技术信息中心 (NCBI) 欧洲生物信息学研究所 (EBI)

未命名-1

未命名-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ss a c y e vg 13 14 15 16 17 18 19 H 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 发现生命的螺旋克里克在提出中心法则时曾指出遗传信息是沿ＤＮＡ - ＲＮＡ - 蛋白质的方向流动的遗传信息不可能从ＲＮＡ回到ＤＮ