《中心法則》PPT課件.ppt

中 心 法 則 （ 轉(zhuǎn) 錄 翻 譯 DNA RNA 蛋 白 質(zhì) mRNA tRNA 反 轉(zhuǎn) 錄 rRNA 翻 譯 RNA（ 病 毒 ） 蛋 白 質(zhì) （ 病 毒 ） 復(fù)制復(fù)制 Crick 1958年 中 心 法 則 的 提 出Temin 1970年 中 心 法 則 的 補(bǔ) 充 復(fù) 制 (replication) 是 指 遺 傳 物 質(zhì) 的 傳 代 ，以 母 鏈 DNA為 模 板 合 成 子 鏈 DNA的 過(guò) 程 。復(fù) 制親 代 DNA 子 代 DNA 一 、 復(fù) 制 的 基 本 特 征l半 保 留 復(fù) 制l雙 向 復(fù) 制l半 不 連 續(xù) 復(fù) 制 （ 一 ） 半 保 留 復(fù) 制 DNA生 物 合 成 時(shí) ， 母 鏈 DNA解 開(kāi) 為 兩股 單 鏈 ， 各 自 作 為 模 板 (template)按 堿 基 配 對(duì)規(guī) 律 ， 合 成 與 模 板 互 補(bǔ) 的 子 鏈 。 子 代 細(xì) 胞 的DNA， 一 股 單 鏈 從 親 代 完 整 地 接 受 過(guò) 來(lái) ， 另一 股 單 鏈 則 完 全 從 新 合 成 。 兩 個(gè) 子 細(xì) 胞 的DNA都 和 親 代 DNA堿 基 序 列 一 致 。 這 種 復(fù) 制方 式 稱(chēng) 為 半 保 留 復(fù) 制 。半 保 留 復(fù) 制 的 概 念 (三 ) 半 不 連 續(xù) 復(fù) 制3 535 解 鏈 方 向3 53 35 領(lǐng) 頭 鏈(leading strand)隨 從 鏈(lagging strand)DNA一 股 子 鏈 復(fù) 制 的 方向 與 解 鏈 方 向 相 反 導(dǎo) 致 順 著 解 鏈 方 向 生 成 的 子 鏈 ， 復(fù) 制 是 連 續(xù) 進(jìn) 行 的 ，這 股 鏈 稱(chēng) 為 領(lǐng) 頭 鏈 。 另 一 股 鏈 因 為 復(fù) 制 的 方 向 與 解 鏈 方 向 相 反 ， 不 能順 著 解 鏈 方 向 連 續(xù) 延 長(zhǎng) ， 這 股 不 連 續(xù) 復(fù) 制 的 鏈 稱(chēng)為 隨 從 鏈 。 復(fù) 制 中 的 不 連 續(xù) 片 段 稱(chēng) 為 岡 崎 片 段(okazaki fragment)。 領(lǐng) 頭 鏈 連 續(xù) 復(fù) 制 而 隨 從 鏈 不 連 續(xù) 復(fù) 制 ， 就 是 復(fù) 制的 半 不 連 續(xù) 性 。 n 參 與 DNA復(fù) 制 的 物 質(zhì) :底 物 (substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP；聚 合 酶 (polymerase): 依 賴 DNA的 DNA聚 合 酶 ，簡(jiǎn) 寫(xiě) 為 DNA-pol；模 板 (template): 解 開(kāi) 成 單 鏈 的 DNA母 鏈 ；引 物 (primer): 提 供 3-OH末 端 使 dNTP可 以 依 次聚 合 ；其 他 的 酶 和 蛋 白 質(zhì) 因 子 。 DNA模 板 鏈RNA引 物 （ 二 ） 解 鏈 酶 、 解 旋 酶 類(lèi) 1、 解 旋 酶 解 鏈 酶 的 作 用 是 在 ori部 位 解 開(kāi) DNA雙 鏈 2、 拓 撲 異 構(gòu) 酶 作 用 是 通 過(guò) 剪 切 、 連 接 磷 酸 二 酯 鍵 來(lái) 松 弛 DNA的 正 超 螺 旋 ， 理 順 DNA拓 撲 構(gòu) 象 。 拓 撲 異 構(gòu) 酶 主 要 有 型 和 型 兩 類(lèi) 。 逆 轉(zhuǎn) 錄 (reverse transcription )： 又 稱(chēng) 反 轉(zhuǎn) 錄 ， 是 以RNA為 模 板 ， 以 dNTP為 原 料 ， 在 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 的 催 化 下合 成 DNA分 子 的 過(guò) 程 。逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 （ reverse transcriptase） ： 即 催 化 逆 錄 的 酶 。又 稱(chēng) 依 賴 RNA的 DNA聚 合 酶 （ RNA dependent DNA polymerase, RDDP)四 、 DNA的 逆 轉(zhuǎn) 錄 合 成 轉(zhuǎn) 錄 (transcription) 是 生 物 體 以 DNA為模 板 合 成 RNA的 過(guò) 程 。 轉(zhuǎn)錄 RNADNA 一 、 轉(zhuǎn) 錄 的 基 本 特 征 （ 一 ） 選 擇 性 轉(zhuǎn) 錄 細(xì) 胞 在 不 同 的 生 長(zhǎng) 發(fā) 育 時(shí) 期 ， 根 據(jù) 生 存 條件 和 代 謝 需 要 轉(zhuǎn) 錄 不 同 的 基 因 。 轉(zhuǎn) 錄 的 基因 只 是 基 因 組 的 一 部 分 。 （ 二 ） 不 對(duì) 稱(chēng) 轉(zhuǎn) 錄 DNA分 子 多 為 雙 股 鏈 的 分 子 ， 在 轉(zhuǎn) 錄 進(jìn) 行時(shí) ， DNA雙 鏈 中 只 有 一 股 鏈 作 為 模 板 ， 指導(dǎo) 合 成 與 其 互 補(bǔ) 的 RNA， 此 DNA鏈 稱(chēng) 為 模板 鏈 ； 另 一 股 鏈 則 不 轉(zhuǎn) 錄 ， 稱(chēng) 為 編 碼 鏈 。 在 多 基 因 的 雙 鏈 DNA分 子 中 ， 每 個(gè) 基 因 的模 板 不 是 全 在 同 一 條 單 鏈 上 ， 也 就 是 在 雙鏈 DNA分 子 中 的 一 股 鏈 ， 對(duì) 于 某 一 基 因 是模 板 鏈 ， 但 對(duì) 另 一 個(gè) 基 因 則 可 能 是 編 碼 鏈 。 53 35 （ 三 ） 轉(zhuǎn) 錄 后 加 工 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 物 是 各 種 RNA的 前 體 ， 必 須 在 細(xì) 胞核 內(nèi) 加 工 為 成 熟 RNA， 轉(zhuǎn) 運(yùn) 至 細(xì) 胞 質(zhì) 基 質(zhì)內(nèi) 才 能 參 與 蛋 白 質(zhì) 的 合 成 。 原 核 生 物 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 生 的 mRNA可 直 接 用 于 蛋白 質(zhì) 合 成 ， 不 需 要 加 工 和 轉(zhuǎn) 運(yùn) 。 二 、 參 與 轉(zhuǎn) 錄 的 物 質(zhì) 模 板 解 開(kāi) 成 單 鏈 的 DNA母 鏈 的 其 中 一 股 ，即 模 板 鏈 ； 底 物 即 ATP、 GTP、 CTP、 UTP四 種 核 糖核 苷 酸 ， 總 稱(chēng) NTP； RNA聚 合 酶 依 賴 DNA的 RNA聚 合 酶 (RNA-pol) 其 它 Mg2+、 Mn2+、 終 止 因 子 等 。 （ 一 ） 原 核 生 物 RNA聚 合 酶核 心 酶 ： 2全 酶 ： 2 亞 基 功 能 決 定 哪 些 基 因 被 轉(zhuǎn) 錄 含 活 性 中 心 ,催 化 形 成磷 酸 二 酯 鍵 結(jié) 合 DNA模 板 協(xié) 助 核 心 酶 識(shí) 別 并 結(jié)合 起 始 點(diǎn) 未 知 （ 二 ） 轉(zhuǎn) 錄 延 長(zhǎng)1、 亞 基 脫 落 ， RNA-pol聚 合 酶 核 心 酶 變 構(gòu) ， 與 模 板 結(jié) 合 松 弛 ， 沿 著 DNA模 板 前 移2、 在 核 心 酶 作 用 下 ， NTP不 斷 聚 合 ， RNA鏈 不 斷 延 長(zhǎng) 。(NMP) n NTP (NMP)n+1 ppiTranscription elongation in prokaryotes 用 T4噬 菌 體 DNA在 試 管 內(nèi) 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 錄 實(shí) 驗(yàn) ，轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 物 比 在 細(xì) 胞 內(nèi) 轉(zhuǎn) 錄 出 的 要 長(zhǎng) 。 說(shuō) 明 ： 轉(zhuǎn) 錄 終 止 信 號(hào) 是 可 以 跨 越 的 ； 細(xì) 胞 內(nèi) 某 些 因 素 有 執(zhí) 行 轉(zhuǎn) 錄 終 止 的 功 能 。 據(jù) 此 ， 69年 , J. Roberts 發(fā) 現(xiàn) 了 能 控 制 轉(zhuǎn)錄 終 止 的 蛋 白 質(zhì) ， 定 名 為 因 子 。1、 依 賴 因 子 的 轉(zhuǎn) 錄 終 止-dependent termination of transcription 2、 不 依 賴 因 子 的 轉(zhuǎn) 錄 終 止 DNA模 板 上 靠 近 終 止 處 ， 有 特 殊 的堿 基 序 列 ， 轉(zhuǎn) 錄 出 RNA后 ， RNA產(chǎn) 物形 成 特 殊 的 結(jié) 構(gòu) 來(lái) 終 止 轉(zhuǎn) 錄-independent termination of transcription （ 二 ） 真 核 生 物 的 轉(zhuǎn) 錄 后 加 工 mRNA前 體 ： hnRNA必 須 經(jīng) 過(guò) 較 復(fù) 雜 的 加 工 過(guò) 程 ，才 能 成 為 成 熟 mRNA。 5端 加 帽 ： 在 mRNA 5端 形 成 m7GpppNp帽 子結(jié) 構(gòu) 。 3端 加 尾 ： 在 mRNA 3端 形 成 多 聚 A尾 。 去 除 內(nèi) 含 子 ， 連 接 外 顯 子 。 修 飾 ： 由 甲 基 化 酶 催 化 生 成 甲 基 化 核 苷 酸 。 編 輯 ： 在 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 物 中 插 入 、 刪 除 或 取 代 一 些 核苷 酸 殘 基 ， 使 遺 傳 信 息 在 轉(zhuǎn) 錄 水 平 發(fā) 生 改 變 ，使 一 個(gè) 基 因 可 以 編 碼 多 種 蛋 白 質(zhì) 。 PolyA 尾 遺 傳 密 碼 子 的 基 本 特 點(diǎn) 方 向 性 ： 53。 連 續(xù) 性 ： 遺 傳 密 碼 子 必 須 連 續(xù) 閱 讀 ， 無(wú) 間 斷 、 無(wú)重 疊 。 簡(jiǎn) 并 性 ： 除 甲 硫 氨 酸 和 色 氨 酸 外 ， 其 他 18種 氨 基酸 有 多 個(gè) 密 碼 子 。 編 碼 同 一 種 氨 基 酸 的 不 同 密 碼子 稱(chēng) 為 同 義 密 碼 子 ， 同 義 密 碼 子 具 有 簡(jiǎn) 并 性 。 通 用 性 ： 絕 大 多 數(shù) 生 物 都 采 用 同 一 套 遺 傳 密 碼 。 擺 動(dòng) 性 ： tRNA反 密 碼 與 mRNA密 碼 堿 基 之 間 不 嚴(yán)格 遵 守 堿 基 配 對(duì) 規(guī) 律 。 二 、 氨 基 酸 的 活 化 氨 基 酸 的 活 化 是 氨 基 酸 與 特 異 的 tRNA結(jié) 合 形 成 氨酰 -tRNA的 過(guò) 程 ， 由 氨 酰 -tRNA合 成 酶 催 化 完 成 。 原 核 生 物 和 真 核 生 物 的 蛋 白 質(zhì) 合 成 都 從 甲 硫 氨 酸 開(kāi)始 。 原 核 生 物 和 真 核 生 物 都 有 兩 種 負(fù) 載 甲 硫 氨 酸 的tRNA， 負(fù) 載 的 甲 硫 氨 酸 分 別 用 于 蛋 白 質(zhì) 合 成 的 起始 和 延 長(zhǎng) 。 原 核 生 物 的 起 始 甲 硫 氨 酸 需 要 甲 酰 化 ， 生 成 起 始 甲酰 甲 硫 氨 酰 -tRNA（ fMet-tRNA ifMet） ； 而 真 核 生物 的 Met-tRNAiMet不 需 要 甲 酰 化 。 1. 進(jìn) 位 （ entrance） ： 又 稱(chēng) (registra-tion)， 即 與 mRNA下 一 個(gè) 密 碼相 對(duì) 應(yīng) 的 氨 基 酰 -tRNA進(jìn) 入 A位 。 需 GTP、 Mg2+和 EF-T。 2. 成 肽 （ peptide bond formation） ： 是 肽 鍵 形 成 的 過(guò) 程 。 即 ： P位 上 tRNA 攜 帶 的 氨基 酰 基 轉(zhuǎn) 移 到 A位 的 氨 基 酰 -tRNA上 ， 與 其 -氨基 縮 合 形 成 肽 鍵 。 由 轉(zhuǎn) 肽 酶 催 化 ， 需 Mg2+， K+。 3. 移 位 （ translocation） ： 核 蛋 白 體 向 mRNA3 端 移 動(dòng) 一 個(gè) 密 碼 的 距 離 ，同 時(shí) 使 肽 酰 基 -tRNA從 A位 移 到 P位 。 空 載 的 tRNA 從 E位 脫 落 。 此 時(shí) ， A位 留 空 ， 與 下 一 個(gè) 密 碼 相 對(duì) 應(yīng) 的 氨 基酰 -tRNA即 可 進(jìn) 位 ， 重 復(fù) 以 上 循 環(huán) 。 需 GTP、 Mg2+ 。 進(jìn)位移位 成 肽核蛋白體循環(huán)的反應(yīng)過(guò)程