1、第三節(jié) DNA與蛋白質(zhì)合成 DNA（基因）蛋白質(zhì)生理生化性狀一、性狀與蛋白質(zhì)人體有10萬(wàn)余種，其結(jié)構(gòu)功能性狀（一）酶白化病-缺乏酪氨酸氧化酶，黑尿癥-缺乏尿黑酸氧化酶（二）運(yùn)載蛋白血紅蛋白鏈第六位AA谷氨酸纈AA，紅細(xì)胞鐮刀型貧血癥。細(xì)胞中缺少一種促進(jìn)小分子通過(guò)細(xì)胞膜的運(yùn)載蛋白，使胱氨酸等通過(guò)膜受阻，出現(xiàn)胱氨酸尿癥。（三）結(jié)構(gòu)蛋白 肌肉中肌纖維蛋白含量成分運(yùn)動(dòng)員素質(zhì)潛能；皮膚中膠原蛋白皮膚彈性,（四）激素 胰島素不足引起糖尿?。?男性腦下垂體產(chǎn)生促性腺激素，維持精子形成 （五）抗原、抗體 抗原：如紅細(xì)胞表面特殊蛋白，決定不同血型 抗體：無(wú)球蛋白血癥 （六）受體 細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)大分子蛋白質(zhì)，能選

2、擇性與一定活性物質(zhì)結(jié)合，產(chǎn)生特定生理效應(yīng)。 X染色體隱性遺傳（Tfmtfm缺乏雄性激素受體），導(dǎo)致睪丸女性化46，XY；,二、RNA的轉(zhuǎn)錄和加工 （一）轉(zhuǎn)錄 在RNA聚合酶催化下，以DNA分子中的信息鏈為模板，合成各種RNA的過(guò)程。 1、RNA聚合酶 體外RNA聚合酶可使DNA分子中兩條鏈同時(shí)轉(zhuǎn)錄，而在活體內(nèi)只能是其中的一條鏈，這條叫信息鏈。 RNA聚合酶是一種復(fù)雜的蛋白質(zhì)，由6個(gè)多肽構(gòu)成，其中5個(gè)構(gòu)成核心酶，第六個(gè)（）因子識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始區(qū)。,2、轉(zhuǎn)錄過(guò)程 （1）識(shí)別、起始 因子識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始區(qū)（啟動(dòng)子，常高AT區(qū)且核苷酸順序不對(duì)稱），RNA聚合酶與DNA結(jié)合，轉(zhuǎn)錄開(kāi)始后因子從酶中分離出。 （2）

3、轉(zhuǎn)錄RNA鏈延長(zhǎng) 以DNA分子中的信息鏈為模板（35），根據(jù)堿基配對(duì)原則，U代替T合成一條單鏈的RNA，方向?yàn)?3即轉(zhuǎn)錄方向。 （3）合成終止 在DNA分子上有轉(zhuǎn)錄終止區(qū)，因子識(shí)別，轉(zhuǎn)錄停止，酶和RNA從DNA分子上脫離。DNA分子重新螺旋。 轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核中，合成的RNA從核中出來(lái)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。,（二）三種RNA分子 信使RNA (mRNA)；轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (tRNA)；核糖體RNA (rRNA) 1、mRNA 遺傳信息的攜帶者，是以DNA信息鏈為模板轉(zhuǎn)錄的單鏈RNA，作為蛋白質(zhì)合成的模板 2、tRNA 將AA運(yùn)送到核糖體上，已知60余種。 （1）特點(diǎn) 單鏈分子較小的RNA，約70

4、90個(gè)核苷酸組成，由DNA分子某一區(qū)段轉(zhuǎn)錄（tRNA）。 除AUCG外，還有稀有堿基D（雙氫尿嘧啶）；I（次黃嘌呤）（假尿嘧啶）。 具專一性。每種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)一種AA。 結(jié)構(gòu)相似。不同的tRNA單鏈折疊成“三葉草”式結(jié)構(gòu),（2）“三葉草”式結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)）三環(huán)一臂 AA臂 所有tRNA3均為CCA，是轉(zhuǎn)錄后加上的，最末端腺苷酸的3OH與AA的羧基結(jié)合脫去H2O，形成氨?；鵷RNA，AA附著到tRNA上。,反密碼環(huán) 與AA臂相對(duì)，環(huán)中央有一個(gè)能與mRNA密碼子相配對(duì)的反密碼子，讀碼35。反密碼環(huán)密碼子第三位堿基對(duì)應(yīng)的常為稀有堿基，其具有“擺動(dòng)性”，第一、二位配對(duì)即可配對(duì)，保證一種反密碼子能識(shí)別代

5、表一種AA的所有兼并密碼。如苯丙氨酸密碼有UUU；UUC；UUA都能被AAI識(shí)別而帶入苯丙氨酸。 雙氫尿嘧啶環(huán) AA附著到AA臂上需要特定專一氨?；鵷RNA合成酶，該環(huán)能識(shí)別這種酶。 胸腺嘧啶環(huán) 識(shí)別核糖體并與之結(jié)合。還有些小環(huán)作用不清。由于在各個(gè)雙鏈區(qū)形成45個(gè)三個(gè)氫鍵對(duì)，故結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,3、rRNA 由DNA分子某區(qū)段轉(zhuǎn)錄（rRNA基因，多個(gè)拷貝）的單鏈RNA 但通常以發(fā)夾式折疊，在互補(bǔ)的堿基間形成氫鍵，有廣泛的雙鏈區(qū)。與蛋白質(zhì)一起形成核糖體的大小亞基。 （三）RNA復(fù)制,（四）轉(zhuǎn)錄后加工 1、mRNA轉(zhuǎn)錄后加工 原核生物一般無(wú)加工。真核生物轉(zhuǎn)錄后需要經(jīng)過(guò)切割、拼接、修飾和改造。 （1）在5

6、端加上一個(gè)7甲基鳥(niǎo)苷作為帽子，所有真核生物都有，可促進(jìn)與核糖體結(jié)合，延長(zhǎng)mRNA壽命。 （2）在帽子的5末端，一般有23個(gè)核苷酸被甲基化，可能能提高mRNA在蛋白質(zhì)合成中效率。 （3）在3端加上一條“尾”即具有150200個(gè)腺苷酸的序列多聚（A）(poly A)，對(duì)mRNA穩(wěn)定起作用，而且可能對(duì)mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)有幫助。 （4）前體mRNA的有相當(dāng)一部分被切除，保留的連接起來(lái)將來(lái)在蛋白質(zhì)合成中編碼蛋白質(zhì)，稱為編碼序列或外顯子。,2、rRNA和tRNA加工 rRNA：斷裂和甲基化 tRNA：（1）在3和5端都切去一定核苷酸序列 （2）核苷酸修飾 常C5甲基化 （3）在3端加上3個(gè)核苷酸CCA （

7、五）轉(zhuǎn)錄與復(fù)制 復(fù)制 轉(zhuǎn)錄 重要酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 模板 DNA分子兩條鏈全部序列 DNA分子信息鏈某些區(qū)段 結(jié)果 兩條相同DNA分子 若干個(gè)單鏈RNA,三、蛋白質(zhì)合成(翻譯) 按mRNA堿基排列順序，通過(guò)tRNA將各種AA按順序連接成肽鏈，構(gòu)成蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。,（一）遺傳密碼 19531961年尼恩貝格等人 ，人工體外合成肽鏈證實(shí) 。 mRNA上三個(gè)相連的核苷酸（堿基）決定一種AA，這種三聯(lián)體遺傳密碼（密碼子）。 1966年，64種密碼子全部破譯（61種有意義，3種無(wú)意義），并編制了遺傳密碼表 。,1、起始密碼 讀碼方向53，AUG(極少GUG) 起始信號(hào) 甲酰甲硫氨酸

8、5有S-D序列（49個(gè)核苷酸）與小亞基中16S rRNA 3一段序列互補(bǔ)，促進(jìn)mRNA與小亞基結(jié)合。 2、終止密碼 UAA、UAG、UGA 3、無(wú)逗號(hào)性 4、不重疊性 5、兼并性，苯丙氨酸UUU,UUC,UUA；與tRNA反密碼子稀有堿基擺動(dòng)性對(duì)應(yīng) 6、統(tǒng)一性 ，生物界通用，不適線粒體 (二) 核糖體 1、組成 rRNA 60%，單鏈折疊 由rRNA基因轉(zhuǎn)錄 蛋白質(zhì) 40， 多種蛋白質(zhì)附著在rRNA纖絲上形成一定結(jié)構(gòu)。,2、結(jié)構(gòu) 一個(gè)核糖體含大小兩個(gè)亞基，其大小用S值表示,大亞基：有2個(gè)tRNA結(jié)合部位 A位（氨?；课唬簩ｉT(mén)接受帶AA的tRNA（AAtRNA） P位（肽?；课唬ｉT(mén)接受帶

9、肽鏈的tRNA（肽鏈-tRNA） A、 P位各占據(jù)3個(gè)堿基空間，相距很近。,小亞基：識(shí)別mRNA上起始密碼AUG（16S有一序列與mRNA 上S-D序列互補(bǔ)），與mRNA結(jié)合占6個(gè)堿基空間。,A位tRNA帶的AA有游離的NH2，而P位肽鏈-tRNA的肽鏈與tRNA脫離后有羧基，在肽鏈合成酶作用下連成肽鏈,（三）蛋白質(zhì)合成 氨基酸需要先激活,1、多肽鏈的起始 起始因子 三步： （1）形成30S mRNA IF-3 復(fù)合物 30S識(shí)別mRNA的起始密碼和S-D序列，在IF-3作用下 兩者結(jié)合（30S mRNA IF-3 復(fù)合物），占據(jù)6個(gè)堿基空間 （2）形成30S起始復(fù)合物 30S mRNA IF

10、-3 復(fù)合物在IF-1和 IF-2作用下，與帶甲酰 甲硫氨酸t(yī)RNA（fmet- tRNAf)及GTP結(jié)合，形成30S起始 復(fù)合物，釋放出 IF-3 （3）形成70S起始復(fù)合物 50S加入，水解GTP形成70S起始復(fù)合物， 釋放 IF-1和 IF-2，fmet- tRNAf位于50S的P位。,可溶性蛋白起始因子,1、形成30S mRNA IF-3 復(fù)合物,2、形成30S起始復(fù)合物,3、形成70S起始復(fù)合物,2、多肽鏈的延長(zhǎng)：三步 （1）結(jié)合 按mRNA的密碼，帶相應(yīng)氨基酸的tRNA（AA tRNA） 在延長(zhǎng)因子EFTU和GTP參與下，即AA tRNA先與 EFTU和GTP結(jié)合（ fmet- t

11、RNAf例外）后進(jìn)入50S的A位 （2）成肽 在肽基轉(zhuǎn)移酶催化下，P位 fmet- tRNAf分離， fmet的羧基 與A位AA tRNA的AA的氨基形成肽鍵。 （3）移位 P位 fmet- tRNAf由于P位 fmet與A位的AA結(jié)合，OHtRNAf 從P位推出，A位復(fù)合物移位到P位，與此同時(shí)70S沿mRNA 的53移動(dòng)一個(gè)密碼子。 A位空出，新的AA tRNA進(jìn)入， EFTS促使EFTU和GDP從復(fù)合物中釋放 加入循環(huán)，肽鏈 不斷延長(zhǎng)。,2、多肽鏈的延長(zhǎng) 延長(zhǎng)因子EF,(1)結(jié)合 AA tRNA在延長(zhǎng)因子EFTU和GTP參與下，進(jìn)入50S的A位,(2) 成肽 在肽基轉(zhuǎn)移酶催化下，P位 fm

12、et- tRNAf分離， fmet的羧基與A位AA tRNA的AA的氨基形成肽鍵。,（3）移位 由于P位 fmet與A位的AA結(jié)合，OHtRNAf從P位推出，同時(shí)70S沿mRNA的53移動(dòng)一個(gè)密碼子。A位空出，新的AA tRNA進(jìn)入。,3、肽鏈合成終止 釋放因子,多聚核糖體：指一條mRNA分子同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體，形成一串核糖體的現(xiàn)象。 意義：大大提高了蛋白質(zhì)合成的效率。,四、中心法則及其發(fā)展 （一）中心法則： 1957年Crick 遺傳信息從DNA mRNA 蛋白質(zhì)三種生物大分子間傳遞法則。 要點(diǎn)： （1） DNA分子中堿基排列順序即為遺傳信息； （2） DNA分子通過(guò)半保留復(fù)制，使子代DNA

13、與親代相同； （3） 以DNA分子中信息鏈為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)原理合成mRNA， 將信息傳遞到mRNA； （4）mRNA上三個(gè)相連的堿基決定一個(gè)AA，根據(jù)mRNA上密碼 子順序合成肽鏈,（二）中心法則發(fā)展 1、RNA的反轉(zhuǎn)錄,2、RNA的自我復(fù)制,3、DNA指導(dǎo)的蛋白質(zhì)合成 變性的單鏈DNA在離體條件下可以直接與核糖體結(jié)合，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,第四節(jié) 基因概念及發(fā)展,一、經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念 達(dá)爾文 “泛生子“ （一）孟德?tīng)枺?865年1909年 把控制性狀的因子稱為遺傳因子。 （二）約翰遜：1909年 提出基因(gene)取代遺傳因子，基因是控制性狀的符號(hào)。 （三）摩爾根：1926年 （1

14、）基因具有染色體的主要特性 （2）交換單位 （3）突變單位（4）功能單位 基因在染色體上以線性排列（念珠學(xué)說(shuō)），是遺傳的功能單位、突變單位、重組單位。即“三位一體”的基因概念,二、近代遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念 （一）基因功能研究發(fā)展了基因概念 生化遺傳及早期分子遺傳研究發(fā)展了基因的概念，“一個(gè)基因一個(gè)酶”，基因表達(dá)為蛋白質(zhì)；基因的核苷酸序列決定蛋白質(zhì)氨基酸序列。,（二）基因精細(xì)結(jié)構(gòu) 1、位置效應(yīng) 位置效應(yīng)：基因在染色體上位置不同對(duì)性狀表現(xiàn)的作用(程度)也可能不同。 果蠅16A區(qū)段(Bar基因)重復(fù)處于染色體的不同位置對(duì)其個(gè)體眼面大小(小眼數(shù)目)的效應(yīng)不同。順式影響大，反式影響小。 位置效應(yīng)表明：染

15、色體并非基因的簡(jiǎn)單容納器，基因在染色體上的位置也對(duì)其功能具有重要影響。,2. 互補(bǔ)試驗(yàn) Benzer(1955)用E. Coli烈性噬菌體T4突變型遺傳研究：T4野生型在E.Coli B和E.Coli K()上都能產(chǎn)生小而不規(guī)則噬菌斑。 T4突變品系按表型可分為：rI、rII、rIII三類。其中rII在E.Coli B上產(chǎn)生快速溶菌現(xiàn)象，形成大而圓噬菌斑，在E.Coli K()上不能生長(zhǎng)。,試驗(yàn)方法：最初得到8個(gè)不同的r突變型品系（ ra 、rb等 ），8個(gè)突變基因均定位于T4DNA的一個(gè)區(qū)段內(nèi)(rII區(qū)段)； 將8種突變型兩兩組合混和感染E.Coli B菌株(雙重感染)；從混和培養(yǎng)物中提取噬

16、菌體顆粒感染E.coli K()。 試驗(yàn)結(jié)果1：在菌落上獲得了許多小而粗糙的野生型噬菌斑?？汕蟪鲋亟M值。,雙重感染試驗(yàn),結(jié)果分析：回復(fù)突變的頻率很小，不會(huì)產(chǎn)生如此高頻率的野生型噬菌體(斑)；所以野生型只能由重組產(chǎn)生。 Benzer先后分離到400多個(gè)不同的rII突變。在rII區(qū)段內(nèi)存在如此多的基因顯然是不可能的。 結(jié)論：基因內(nèi)部有更小的重組單位，野生型產(chǎn)生于基因內(nèi)重組，從而推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)基因不可分性的性質(zhì)。,rII區(qū)段存在多種突變的結(jié)構(gòu)表明：基因也并非最小突變單位。Benzer提出用突變子(muton)來(lái)描述基因突變的最小單位。 理論上突變子和重組子都是一個(gè)核苷酸對(duì)或者堿基對(duì)(bp)。所以基

17、因內(nèi)每個(gè)堿基均可能發(fā)生突變，任意兩個(gè)堿基間均能發(fā)生交換重組。,試驗(yàn)結(jié)果2： rII突變型可以分為A、B兩組，A組任一個(gè)突變型與B組任一個(gè)突變型同時(shí)感染E.Coli K時(shí)，可在其中增殖，引起溶菌，釋放出兩種噬菌體，即可以互補(bǔ)。但A組內(nèi)任兩個(gè)突變型或B組內(nèi)任兩個(gè)突變型，則不能互補(bǔ)。,噬菌體復(fù)制,rA 、rB基因產(chǎn)物都有， A組任一個(gè)突變型與B組任一個(gè)突變型同時(shí)感染E.Coli K時(shí)， rA 突變型有完整的rB基因，能產(chǎn)生B產(chǎn)物，同樣rB突變型能產(chǎn)生A產(chǎn)物，在E.Coli K中兩種基因產(chǎn)物都有，可以復(fù)制。 兩個(gè)都為rB突變型只能產(chǎn)生A產(chǎn)物，無(wú)B產(chǎn)物，不能復(fù)制，表現(xiàn)不能互補(bǔ)。,重組試驗(yàn)可知，A組所有突

18、變點(diǎn)在r區(qū)一邊，是一個(gè)作用單位， B組所有突變點(diǎn)在r區(qū)另一邊，是另一個(gè)作用單位。即基因是功能單位。,根據(jù)兩突變反式雙雜合體有無(wú)互補(bǔ)作用可以判斷它們是否為同一個(gè)功能單位的突變： 這種測(cè)驗(yàn)稱為互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)，也稱為順?lè)礈y(cè)驗(yàn)(cis-trans test)。Benzer將順?lè)礈y(cè)驗(yàn)所確定的最小遺傳功能單位稱為順?lè)醋?cistron)，順?lè)醋觾?nèi)發(fā)生的突變間不能互補(bǔ)。,順?lè)醋樱涸诜词浇Y(jié)構(gòu)中不能互補(bǔ)的所有突變點(diǎn)在染色體上所占的一個(gè)區(qū)域，稱為一個(gè)順販子即一個(gè)基因。,（三）基因順?lè)醋?，是功能單位（指?dǎo)一條肽鏈合成），含多個(gè)突變子和重組子。 Benzer提出“一個(gè)順?lè)醋右粭l多肽鏈”。,順式同一或不同一順?lè)醋佣急憩F(xiàn)為互補(bǔ)

19、，不能判斷。,（四）基因是含特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳的最小功能單位,1，基因本質(zhì) （1）一個(gè)基因DNA分子上一定區(qū)段，在mRNA上起始密碼AUG，終止密碼UAA或UAG或UGA（一條染色體一個(gè)DNA分子若干個(gè)基因） （2）一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄的mRNA的核苷酸順序與肽鏈AA順序?qū)?yīng)。 （3）攜帶有特殊遺傳信息 轉(zhuǎn)錄成RNA 翻譯成多肽鏈，或?qū)ζ渌虻幕顒?dòng)起調(diào)控作用( 如調(diào)節(jié)基因、啟動(dòng)基因、操縱基因) （4）基因與基因間有基因間序列（AUGUAA基因間序列AUGUAA）,結(jié)構(gòu)基因：可編碼蛋白質(zhì)基因，基因mRNA肽鏈 RNA基因 tRNA基因tRNA （只轉(zhuǎn)錄不翻譯） rRNA基因rRNA 不轉(zhuǎn)

20、錄基因 啟動(dòng)基因：起點(diǎn)，RNA聚合酶識(shí)別結(jié)合部位， 操縱基因：轉(zhuǎn)錄開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)基因活性,三、基因概念的新發(fā)展 1、操縱子（operon） 1961年法國(guó)雅各布（Jacob）和莫若德（Monod） 大腸桿菌乳糖操縱子模型。 操縱子：是細(xì)菌中與同一生化功能有關(guān)緊密連鎖的基因受某一基因調(diào)控。 發(fā)展：基因不僅是傳遞遺傳信息的載體，又具有調(diào)控其他基因表達(dá)活性功能。,2、根據(jù)功能基因分類：,2、重疊基因(overlapping gene)：1977年英國(guó)桑格（Sanger）在X174（噬菌體）發(fā)現(xiàn),指在同一段DNA順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因的現(xiàn)象。 A、一個(gè)基因序列完全在另

21、一個(gè)基因序列中（套疊基因）； B、兩個(gè)基因共1個(gè)核甘酸。 發(fā)展：不同基因可共同一段序列，打破傳統(tǒng)“不重疊的”基因概念。,3、隔裂基因(split gene)： 指基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼序列即內(nèi)含子所隔裂。 內(nèi)含子(intron)：基因內(nèi)非編碼的DNA序列，在成熟mRNA中不出現(xiàn)； 外顯子(extron)：基因內(nèi)編碼的DNA序列，在成熟mRNA中出現(xiàn)。,發(fā)展：真核生物結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的序列不連貫，打破傳統(tǒng)“連續(xù)”基因概念。,4、跳躍基因(jumping gene)：即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因，可以是編碼蛋白質(zhì)序列也可是不編碼的序列。,轉(zhuǎn)座：在轉(zhuǎn)座酶作用下，轉(zhuǎn)座因子直接從染色體上切下插入新位置，或轉(zhuǎn)座因子DNA序列RNACDN