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1、分子遗传学ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望n DNADNA双螺旋结构双螺旋结构发现的故事发现的故事nCrickCrick，31 31岁岁 n伦敦大学伦敦大学KingKings s实验室实验室n女科学家女科学家Franklin Franklin nWilkinsWilkins教授教授 Randall Randall教授教授 nDNADNA应该是双螺旋应该是双螺旋 nA A与与T T、C C与与G G巧妙连接巧妙连接 n符合符合X X衍射数据
2、衍射数据 DNA DNA的复制的复制n19531953年年2 2月月2828日日，Watson Watson 和和CrickCrick用用金金属属线线制制出出了了新新的的DNADNA模模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。一、一、DNA的复制的复制DNA半保留复制的证实半保留复制的证实DNA半保留复制在半保留复制在1953年由沃森和克里克年由沃森和克里克提出，提出，1958年又由梅塞尔森和斯塔尔设计年又由梅塞尔森和斯塔尔设计的新实验方法予以证实。的新实验方法予以证实。见资料见资料DNA半保留复制半保留复制遗传信息的传递遗传信息的传递 DN
3、ADNA的的复复制制发发生生在在细细胞胞周周期期的的S S期期，在在解解旋旋酶酶的的作作用用下下，首首先先双双螺螺旋旋的的DNADNA可可以以同同时时在在许许多多DNADNA复复制制的的起起始始位位点点局局部部解解螺螺旋旋并并拆拆开开为为两两条条单单链链，如如此此在在一一条条双双链链上上可可形形成成许许多多“复制泡复制泡”，解链的叉口处称为，解链的叉口处称为复制叉复制叉。DNA DNA 的的复复制制总总是是由由55向向33方方向向进进行行。在在亲亲代代DNADNA解解螺螺旋旋后后的的复复制制叉叉处处，按按照照由由55向向33方方向向复复制制的的原原则则，一一条条子子链链可可以以连连续续向向着着
4、分分叉叉处处进进行行复复制制和和延延伸伸，而而另另一一条条子子链链则则不不能能连连续续向向着着分分叉叉处处复复制制和和延延伸伸。因因此此，在在DNADNA聚聚合合酶酶的的作作用用下下，随随着着复复制制叉叉不不断断打打开开，先先合合成成一一段段新新的的RNARNA短短链链，称称为为引引物物。在在引引物物后后再再仍仍按按55向向33方方向向使使游游离离的的核核苷苷酸酸加加到到新新链链的的33端端，这这时时的的DNADNA的的复复制制和和延延伸伸不不是是连连续续的的，而而是是分分段段进进行行的的，每每合合成成的的一一小小段段片片段段称称为为冈冈崎崎片片段段。以以后后冈冈崎崎片片段段前前的的RNARN
5、A引引物物被被DNADNA短短链链取取代代，DNADNA连连接接酶酶又又使使冈冈崎崎片片段连接成为连续的新链。段连接成为连续的新链。二、基因的表达二、基因的表达1、转录、转录2、翻译、翻译 RNARNA分分子子是是单单链链的的，RNARNA在在细细胞胞核核内内产产生生，然然后后进进入入细细胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。RNA分子结构RNARNA是是核核糖糖核核酸酸的的缩缩写写，它它与与脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸（DNADNA）的的主主要要差别在于：差别在于：（1 1）RNARNA大多是单链分子；大多是单链分子；（2 2）含核糖而不是脱氧核糖；）含核糖而不是脱
6、氧核糖；（3 3）4 4种种核核苷苷酸酸中中，不不含含胸胸腺腺嘧嘧啶啶（T T），而而是是由由尿尿嘧嘧啶啶（U U）代替了胸腺嘧啶（）代替了胸腺嘧啶（T T）。）。细细胞胞中中主主要要有有3 3种种RNARNA，即即信信使使RNARNA（mRNAmRNA）、核核糖糖体体RNARNA、（rRNArRNA）和转运）和转运RNARNA（tRNAtRNA）。）。在在真真核核生生物物中中由由DNADNA遗遗传传信信息息控控制制的的蛋蛋白白质质合合成成涉涉及及两两个个基基本本过过程程：第第一一步步，DNADNA的的遗遗传传信信息息转转录录到到mRNAmRNA中中，发发生生在在细细胞胞核核中中，转转录录与与
7、DNADNA的的复复制制过过程程大大致致相相同同；第第二二步步，将将mRNAmRNA的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，在细胞质中进行。的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，在细胞质中进行。mRNAmRNA是是遗遗传传信信息息的的携携带带者者。它它在在细细胞胞核核中中转转录录了了DNADNA上上的的遗遗传传信信息息，再再进进入入细细胞胞质质，作作为为蛋蛋白白质质合合成成的的模模板板。原原核核细细胞胞与与真真核核细细胞胞mRNAmRNA的的主主要要区区别别：55端端有有无无帽帽子子结结构构。33端有多聚腺苷酸结构。端有多聚腺苷酸结构。tRNAtRNA局局部部成成为为双双链链，在在其其33、55端端的的相相
8、反反一一端端的的环环上上具具有有由由3 3个个核核苷苷酸酸组组成成的的反反密密码码子子。tRNAtRNA的的反反密密码码子子在在蛋蛋白白质质合合成成时时与与mRNAmRNA上上互互补补的的密密码码子子相相结结合合。tRNAtRNA起起识识别别密密码码子子和携带相应氨基酸的作用。和携带相应氨基酸的作用。tRNAtRNA的二级结构都呈的二级结构都呈三叶草形三叶草形。rRNArRNA和和蛋蛋白白质质共共同同组组成成的的复复合合体体就就是是核核糖糖体体，是是细细胞胞中中最最丰丰富富的的一一类类RNARNA。rRNArRNA在在核核糖糖体体中中既既具具有有结结构构上上的的功功能能，又又参参与与翻翻译译过
9、过程程的的起起始始等等反反应应。在在核核糖糖体体上上具具有有附附着着mRNAmRNA模模板板链链的的位位置置，还还有有两两个个tRNAtRNA附附着着的的位位置置，分分别别称称为为A A位位和和P P位位。A A位位供供携携带带一一个个新新氨氨基基酸酸的的tRNAtRNA进进入入并并停停留留，P P位位供供携携带待延长的多肽链的带待延长的多肽链的tRNAtRNA停留。停留。以以DNADNA分分子子为为模模板板，按按碱碱基基互互补补的的原原则则，合合成成一一条条单单链链RNARNA，DNADNA分分子子携携带带的的遗遗传传信信息息被被转转移移到到RNARNA中中，细细胞胞中中的的这这一一过过程程
10、被被称称为为转转录录。转转录录发发生生在在细细胞核中。胞核中。转转录录的的开开始始与与终终止止是是由由启启动动子子和和终终止止子子控控制的。制的。1、遗传信息的转录 在在真真核核生生物物细细胞胞核核中中，DNADNA链链上上具具有有不不能能编编码码蛋蛋白白质质的的核核苷苷酸酸片片段段即即内内含含子子和和编编码码蛋蛋白白质质的的核核苷苷酸酸片片段段即即外外显显子子。转转录录后后新新合合成成的的mRNAmRNA是是未未成成熟熟的的mRNAmRNA，又又称称为为前前体体mRNAmRNA或或核核内内非非均均一一RNARNA，这这些些RNARNA需需要要经经过过一一定定的的加加工工过过程程。包包括括剪剪
11、接接除除去去内内含含子子，5 5 端端加加一一个个7-7-甲甲基基鸟鸟苷苷酸酸“帽帽子子”和和在在3 3 端端加加上上一一个个多多聚聚腺苷酸尾。腺苷酸尾。细细胞胞中中蛋蛋白白质质的的合合成成是是一一个个严严格格按按照照mRNAmRNA上上密密码码子子的的信信息息指指导导氨氨基基酸酸单单体体合合成成为为多多肽肽链链的的过过程程，这这一一过过程程称称为为mRNAmRNA的的翻翻译译。mRNAmRNA的的翻翻译译需需要要有有mRNAmRNA、tRNAtRNA、核核糖糖体体、多多种种氨氨基基酸酸和和多多种种酶酶等等的的共共同同参参与与。翻翻译译过过程程(即即多多肽肽链链的的合合成成)包包括括起起始始、
12、多多肽肽链链延延长长和和翻翻译译终终止止3 3个个基基本本阶阶段。段。在在细细胞胞质质中中，翻翻译译是是一一个个快快速速过过程程，一一段段mRNAmRNA可可以以相相继继与多个核糖体结合，与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成同时进行多条同一种肽链的合成。蛋蛋白白质质合合成成以以后后还还要要经经历历各各种种修修饰饰和和加加工工。真真核核细细胞胞中中蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。分子遗传新的分子遗传新的“中心法则中心法则”。2、翻译蛋白质的合成 三、原核与真核细胞基因表达的差异三、原核与真核细胞基因表达的差异 （1 1）除除古古细细菌
13、菌以以外外，原原核核基基因因缺缺乏乏内内含含子子，而而绝绝大大多多数数真核基因具有内含子。真核基因具有内含子。（2 2）原原核核基基因因的的mRNAmRNA在在转转录录未未完完成成之之前前就就可可以以开开始始翻翻译译，进进行行多多肽肽链链的的合合成成。相相反反，真真核核基基因因必必须须在在转转录录完完全全完完成成以以后后，成成熟熟的的mRNAmRNA由由核核内内转转运运到到细细胞胞质质中中以以后后才才能能开开始始进进行行翻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。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 3）在在原原核核细细胞胞内内，单单个个mRNAmRNA分分子子
14、往往往往可可以以包包含含多多个个基基因因的的转转录录物物，如如操操纵纵子子转转录录产产生生单单一一的的mRNAmRNA分分子子，原原核核细细胞胞的的单单个个mRNAmRNA分分子子可可以以包包含含多多个个顺顺反反子子。而而大大多多数数真真核核基基因因仅仅产产生生单单个个顺顺反反子子mRNAmRNA，即即大大多多数数真真核核mRNAmRNA转转录录单单位位产产生生仅仅编编码一个多肽的码一个多肽的mRNAmRNA。（4 4）原原核核和和真真核核的的mRNAmRNA一一般般都都以以AUGAUG作作为为翻翻译译起起始始的的密密码码子子，GUGGUG和和UUGUUG比比较较少少见见，但但两两者者翻翻译译
15、的的起起始始机机制制不不同同。原原核核mRNAmRNA在在5 5端端起起始始密密码码子子AUGAUG的的上上游游有有4 4 6 6个个碱碱基基的的多多嘌嘌呤呤序序列列，协协助助翻翻译译过过程程的的启启动动。在在真真核核细细胞胞中中，转转录录完完成成后后mRNAmRNA被被修修饰饰加加上上了了5 5端端帽帽子子结结构构，该该5 5端端帽帽子子结结构构提提供供了了信信号号作作用用，使使之之能能够够从从核核内内输输送送到到细细胞胞质质，也也让让4040S核核糖糖体体小小亚亚基识别并与之结合。基识别并与之结合。（5 5）真真核核基基因因在在翻翻译译前前需需要要一一系系列列的的修修饰饰加加工工，包包括括
16、切切除除内内含含子子、外外显显子子拼拼接接、55端端加加帽帽子子结结构构、33端端加加poly poly A A尾尾。真真核核细细胞胞mRNAmRNA有有更更长长的的半半衰衰期期。相相反反绝绝大大多多数数细细菌菌的的mRNAmRNA半衰期很短。半衰期很短。（6 6）真真核核细细胞胞的的核核糖糖体体比比原原核核细细胞胞大大。原原核核生生物物核核糖糖体体为为7070S，由由5050S与与3030S两两个个亚亚基基组组成成，真真核核细细胞胞核核糖糖体体为为8080S，由由4040S和和6060S两个亚基组成。两个亚基组成。原原核核与与真真核核细细胞胞基基因因表表达达不不同同乳乳糖糖操操纵纵子子学学说
17、说：没没有有乳乳糖糖时时，操操纵纵子子前前端端的的调调节节基基因因编编码码产产生生的的阻阻遏遏蛋蛋白白使使乳乳糖糖操操纵纵子子处处于于关关闭闭状状态态；有有乳乳糖糖时时，乳乳糖糖分分子子首首先先与与阻阻遏遏蛋蛋白白相相互互结结合合，改改变变了了阻阻遏遏蛋蛋白白的的形形状状，使使后后者者不不能能再再与与操操纵纵基基因因相相结结合合。这这时时，操操纵纵基基因因便开启。便开启。四、原核基因表四、原核基因表达的调控达的调控 细细胞胞中中核核酸酸序序列列的的改改变变通通过过基基因因表表达达有有可可能能导导致致生生物物遗遗传传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因突变。特征的变化。这种核酸序列的变化称为基
18、因突变。DNADNA序序列列中中涉涉及及单单个个核核苷苷酸酸或或碱碱基基的的变变化化称称为为点点突突变变。点点突突变变通通常常有有两两种种情情况况：一一是是一一个个碱碱基基或或核核苷苷酸酸被被另另一一种种碱碱基或核苷酸所基或核苷酸所替换替换；二是一个碱基的；二是一个碱基的插入或缺失插入或缺失。DNADNA链链中中某某一一个个碱碱基基被被另另一一个个所所替替换换，这这种种替替换换的的结结果果有有时时可可以以不不影影响响其其所所翻翻译译的的蛋蛋白白质质的的结结构构和和功功能能。这这种种突突变变称为同义突变。称为同义突变。DNADNA链链中中有有的的碱碱基基的的替替换换造造成成一一个个密密码码子子的
19、的改改变变，进进而而改改变了多肽链上一个氨基酸种类，这种替换称为错义突变。变了多肽链上一个氨基酸种类，这种替换称为错义突变。在在DNADNA链链上上，插插入入或或缺缺失失一一个个或或几几个个非非3 3的的碱碱基基，这这种种突突变变会会使使其其下下游游的的三三联联密密码码子子都都被被读读错错，产产生生完完全全错错误误的的肽肽链链或使肽链合成提前终止，称为移码突变。或使肽链合成提前终止，称为移码突变。五、基因突变五、基因突变基基因因突突变变可可能能改改变变蛋蛋白白质质（酶酶）的的结结构构与与功功能能，使使生生物物体体的的形形态态、结结构构、代代谢谢过过程程和和生生理理功功能能等等特特征征发发生生改
20、改变变，严严重重的的突突变变则则影影响响生生物物体体的的生生存存力力或或导导致致生生物物个个体体的的死死亡亡。如如肿肿瘤瘤的的发发生生就就与与一一些些控控制制细细胞胞周周期期、分分裂裂和和生生长长的的基基因因突突变变有有密密切切的的关关系系；引引起起镰镰状状细细胞胞贫贫血血症症的的原原因因就就是是基基因因的点突变等。的点突变等。基基因因突突变变的的原原因因多多种种多多样样。除除了了DNADNA复复制制错错误误造造成成碱碱基基的的替替换换、插插入入或或缺缺失失等等自自发发突突变变外外，一一些些外外界界因因素素如如某某些些化化学学物物质质（又又称称为为诱诱变变剂剂）、紫紫外外线线、电电离离辐辐射射等等也也可可能能诱诱导基因突变或损伤的发生。导基因突变或损伤的发生。在在生生物物长长期期进进化化过过程程中中，生生物物细细胞胞也也形形成成了了一一套套DNADNA损损伤伤或或突突变变的的修修复复机机制制。细细胞胞自自行行修修复复DNADNA损损伤伤的的主主要要方方式式有有光光复复合合修修复复、切切除除修修复复，还还有有重重组组修修复复、应应答答修修复复、错错配配修复等几种。修复等几种。