基因信息的传递与蛋白质合成-课件

医学细胞生物学（配套教材）第九章基因信息的传递与蛋白质合成TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis学习目的与要求1.掌握基因的概念及结构特点，转录和翻译的基本过程。2.掌握乳糖操纵子的调控方式及真核生物基因调控的特点。3.熟悉转录和翻译后的加工和修饰过程。4.了解基因信息传递与医学的关系。第九章基因信息的传递与蛋白质合成TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis第一节第二节第三节中英文退出第四节第五节第一节基因及其结构一、基因及其信息流向二、基因的结构及特点TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成一、基因及其信息流向(一)基因基因（gene）：是细胞内遗传物质的最小功能单位，是负载有特定遗传信息的DNA片段。结构基因（structuralgene）：编码非调控因子的任何蛋白质和RNA的基因。调控基因（regulatorygene）：编码调节其他基因表达的蛋白质或RNA的基因。人类基因组约有3.0×109bp，2~3万个基因。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成一、基因及其信息流向(一)基因基因组（genome）：指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和，它含有一个生物体进行各种生命活动所需要的全部遗传信息。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)中心法则遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的流动，称为分子生物学的中心法则（centraldogma）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一、基因及其信息流向第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)中心法则中心法则包括：①DNA复制：遗传信息由亲代DNA分子传给子代DNA。②RNA转录（transcription）：以DNA为模板合成RNA。③蛋白质翻译（translation）：RNA（mRNA）指导合成蛋白质的过程。补充：RNADNA逆转录酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一、基因及其信息流向第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)中心法则TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一、基因及其信息流向第九章基因信息的传递与蛋白质合成二、基因的结构及特点(一)原核细胞的基因结构特点编码区（codingregion）：能够转录为相应的mRNA，进而指导蛋白质合成的基因区段在原核细胞中是连续的，功能相关的结构基因串联排列。非编码区（non-codingregion）：占整个基因组小部分，不能转录为mRNA、编码蛋白质的区段由编码区上游和下游的DNA序列组成。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成启动子（promoter）：位于结构基因上游，包含转录起始点和RNA聚合酶识别及结合的部位。起始点：DNA模板链上开始进行转录作用的位点。识别部位：RNA聚合酶的σ因子识别DNA分子的部位，中心位于-35区，共有序列是5′-TTGACA-3′。结合部位：在DNA分子上与RNA聚合酶核心酶紧密结合的序列，中心位于-10区，共同序列为5′-TATAAT-3′，又称为Pribnow盒（pribnowbox）。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二、基因的结构及特点(一)原核细胞的基因结构特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)真核细胞的基因结构特点由编码区和非编码区两部分组成，编码区是不连续的，被非编码区所隔断，因而真核细胞基因也称为断裂基因。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)真核细胞的基因结构特点1.断裂基因(splitgene)：由若干内含子和外显子构成的不连续镶嵌结构的结构基因。⑴内含子(intron)：指插入在结构基因内部能够被转录，但不能指导蛋白质生物合成的非编码顺序。GT-AG法则：在内含子的5’端多以GT开始，3’端多以AG结束，是普遍存在于真核细胞基因中RNA剪接的识别信号。⑵外显子(exon)：指在结构基因中能够被转录，并能指导蛋白质生物合成的编码顺序。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成内含子的发现A.电镜图片B.根据电镜结果绘制的模式图TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成⑶启动子真核生物启动子由TATA盒及其上游的CAAT盒和/或GC盒组成。TATA盒（TATAbox）：在转录起始位点上游-25～-35bp区段，是以TATA为核心的序列，RNA聚合酶及其他蛋白质因子的结合位点。CAAT盒（CAATbox）：-70～-80bp区含有CCAAT序列。GC盒（GCbox）：-80～-110bp区含有GGGCGG序列。位于TATA盒的上游，蛋白质转录因子的结合位点，控制转录的起始频率TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)真核细胞的基因结构特点二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成⑷终止子（terminator）存在于基因末端具有转录终止功能的特定顺序。转录后形成发夹结构，使RNA聚合酶从模板上脱离，终止转录。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)真核细胞的基因结构特点二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成2.基因家族（genefamily）真核细胞基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，是由一个祖先基因经重复和变异形成的，是真核细胞基因结构最显著的特征之一。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)真核细胞的基因结构特点二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成基因家族可分为二类：基因家族的成员成簇存在，串联排列于特殊的染色体区段上，形成基因簇（genecluster），可同时转录，合成功能相关或相同的产物，如组蛋白、rRNA基因家族；基因家族成员分散存在，广泛分布于整个染色体，甚至可存在于不同的染色体上，如干扰素、珠蛋白等基因家族。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)真核细胞的基因结构特点二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成3.DNA重复序列单一序列（uniquesequence）：基因组中，编码蛋白质的基因只有一个或几个拷贝。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)真核细胞的基因结构特点二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成DNA重复序列（repetitivesequence）：基因组中，编码蛋白质的基因有多个拷贝。中度重复序列（middlerepetitivesequence）：由相对较短的序列组成，重复次数在10～1000之间，属非编码序列，散在分布于基因组中，与基因调控有关。高度重复序列（highlyrepetitivesequence）：由基因组中非常短的序列（一般小于100bp）组成，在基因组中的重复次数在几千次以上，常成簇分布于染色体着丝粒区及染色体的端部，可能与基因表达调控及染色体结构维持有关。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)真核细胞的基因结构特点二、基因的结构及特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成第二节基因转录和转录后加工一、基因转录的一般特点二、原核细胞的基因转录三、真核细胞的基因转录和转录后加工TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成基因转录：是遗传信息从DNA流向RNA的过程，即将DNA分子上的核苷酸序列转变为RNA分子上核苷酸序列的过程。转录的本质：是一个以DNA双螺旋链中反义链为模板，以四种核苷三磷酸ATP、GTP、CTP、UTP为原料，在RNA聚合酶作用下，遵循碱基互补配对原则，合成RNA的过程。一﹑基因转录的一般特点TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成模板链（templatestrand）或反义链（antisensestrand）：在双链DNA中，作为转录模板的链，与mRNA互补。编码链（codingstrand）或有意义链（sensestrand）：与模板链互补的另一条链，与转录产物的序列相同。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一﹑基因转录的一般特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一﹑基因转录的一般特点第九章基因信息的传递与蛋白质合成二、原核细胞的基因转录(一)原核细胞基因转录的主要因子2.ρ因子是一种蛋白质，识别基因末端终止信号，使转录终止。1.RNA聚合酶原核细胞只有一种RNA聚合酶。α——决定转录特异性β——与核苷三磷酸结合β'——与DNA模板结合σ——识别基因上游启动子，启动基因转录全酶核心酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)原核细胞基因转录的基本过程1.起始阶段转录起始的关键是RNA聚合酶的σ亚基识别基因上游的启动子，使全酶与启动子结合形成复合体。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二、原核细胞的基因转录第九章基因信息的传递与蛋白质合成(二)原核细胞基因转录的基本过程1.起始阶段转录的起始TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二、原核细胞的基因转录第九章基因信息的传递与蛋白质合成2.延长阶段核心酶沿模板链3’→5’方向移动，RNA链以5’→3’方向延长。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页(二)原核细胞基因转录的基本过程二、原核细胞的基因转录第九章基因信息的传递与蛋白质合成3.终止阶段当RNA聚合酶移动至转录终止序列，转录终止。①ρ因子依赖性终止：ρ因子在转录终止点与RNA聚合酶结合，使RNA链脱离。②ρ因子非依赖性终止：新合成RNA链形成局部发夹结构，导致酶-模板结合方式的改变，RNA从模板脱离。TransmissionofGen