第一章遗传的物质基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,小测试,概述遗传学三大定律的内容;,简述中心法则,概述,meiosis,的细胞学过程,1,Office:Room 218,Chemical Building,Phone Number:0532-82032017,Lab:,Room 214,Chemical Building,Phone Number:0532-82031817,Email:fnkong,fnnakong,孔凡娜,2,第一章 遗传的物质基础,3,第一节 遗传物质的本质-核酸,第二节 核酸的化学组成、结构特征与性质,主要内容,4,第一节 遗传物质的本质-核酸,5,遗传物质必须具备哪些特点？,1,）,在体细胞中含量稳定；,2)在生殖细胞中含量减半；,3)能携带遗传信息；,4),能精确地自我复制；,5)能发生变异；,6,人们仍不相信DNA,是遗传物质,这是由于,：,（1）认为蛋白分子量大，结构复杂，二十种氨基酸的排列组合将是个天文数字，可作为一种遗传信息。而DNA分子量小，只含4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异。,（2）认为转化实验中DNA并未能提得很纯，还附有其它物质。,（3）即使转化因子确实是DNA，但也可能DNA只是对荚膜形成起着直接的化学效应，而不是充当遗传信息的载体。,9,2.T2噬菌体转导实验,1952年,A.D.Hershey&M.Chase,10,32,P标记噬菌体DNA,35,S标记噬菌体外壳蛋白,感染后，大量,32,P标记的DNA进入大肠杆菌细胞，进行噬菌体复制与组装,35,S主要位于细胞表面，在子代中含量很低,DNA为T2噬菌体的遗传物质,The genetic material of phage T2 is DNA,11,3.真核细胞转染实验,真核细胞通过转染获取外源DNA而获得新的性状,Eukaryotic cells can acquire a new phenotype as the result of transfection by added DNA.,真核细胞的遗传物质也是DNA,12,RNA也是遗传物质,1956,年,A.Gierer,和,G.Schraman,发现烟草花叶病毒（,tobacco mosaic,virus,TMV,），其遗传物质是,RNA,。,1957,年美国的,Heinz,Fraenkel-Conrat,和,B.Singre,用重建实验证实了这一结论。,13,14,DNA,是多数细胞生命体的遗传物质,The genetic material of,organisms,usually is,DNA,.,DNA,也是许多病毒的遗传物质，一些病毒使用,RNA,作为遗传物质,The general principle of the nature of the genetic material,then,is that it is always nucleic acid;in fact,it is DNA except in the RNA viruses.,核酸是不是唯一的遗传物质？,结 论,15,16,第二节 核酸的化学组成、结构特征与性质,17,一、核酸的化学组成,1、基本化学成分,基本单位核苷酸（nucleotide）；,每分子核苷酸包含一个碳、氮原子的杂环化合物（碱基），一个环状五碳糖（戊糖），和一个磷酸分子基团；,碱基(Base)有两种类型:,嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）,；,戊糖也有两种：,2-脱氧核糖和核糖,。,18,嘌呤碱基和嘧啶碱基,19,此外，核酸分子中还发现数十种修饰碱基（modified component),又称稀有碱基(unusual component)。它是指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团（如甲基化、甲硫基化等）修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也不均一。如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。,20,脱氧核糖与核糖,DNA中戊糖是2-脱氧核糖，而在RNA中是核糖；,不同在于糖环2位上是否存在羟基基团,21,2、核苷酸的组成与连接,核苷,核苷酸,22,核苷三磷酸,23,核苷酸的连接,A polynucleotide chain consists of a series of 5-3 sugar-phosphate links that form a backbone from which the bases protrude.,24,核苷酸的连接,5-三磷酸核苷酸是核酸合成的前体。,三磷酸的5末端同多聚核苷酸链末端的3-OH基团反应，释放三磷酸的两个末端磷酸基团（,和,），,磷酸与多聚核苷酸链末端的糖的3-OH成键。,25,核苷酸链酯键的断裂,26,寡核苷酸,（,oligonucleotide,),一般是指二至十几个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。,寡核苷酸可由自动合成，可作为,DNA,合成引物、基因探针等，在现代分子生物学研究中具有广泛的用途。,核酸链的简写式,5 p,p,p,p,p,p,p,p,p,3 DNA,此式可进一步简化为：,5 p,3,27,二、DNA结构与性质,基本概念,Antiparalle，Base pairing，Complementary，Supercoiling,掌握DNA一、二、三级结构的主要特征,了解DNA的一般理化特性,28,1、基本概念,Antiparallel,strands of the double helix are organized in opposite orientation,so that the 5 end of one strand is aligned with the 3 end of the other strand.,Base pairing,describes the specific(complementary)interactions of Adenine with Thymine or of Cytosine with Guanine in a DNA double helix(Thymine is replaced by Uracil in double helical RNA).,Complementary,base pairs are defined by the pairing reactions in double helical nucleic acids(A with T in DNA or with U in RNA,and C with G).,Supercoiling,describes the coiling of a closed duplex DNA in space so that it crosses over its own axis,.,29,2、DNA一级结构,DNA一级结构,：指DNA分子中核苷酸的排列顺序，由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，故可称为碱基顺序。,基因,：,遗传信息都包含在组成,DNA,的,A,G,C,T,这四种核苷酸的排列顺序之中。,DNA,分子中不同排列顺序的,DNA,区段构成特定的功能单位，这就是基因。,基因的功能取决于,DNA,的一级结构，要想解释基因的生物学含义，就必须弄清,DNA,顺序。因此，,DNA,顺序测定是分子生物学中一项既重要又基本的课题。,30,3、DNA二级结构,双螺旋模型产生的背景,（1）1938年,W.T.Astbury,&,Bell,用x衍射技术研究DNA。1947年拍摄了第一张DNA的衍射 照片，并推断DNA分子的结构是：,柱状；多核苷酸是一叠扁平的核苷酸；核酸残基取向和分子长轴垂直，间距为3.4A。,31,2）1951年,Pauling,和,Corey,运用化学的 定律来推理，而不做具体的实验，建立了蛋白质的-螺旋模型；,32,（3）晶体学者,J.Donoh,&,Chargaff,发现DNA碱基组成的共同规律,。,（4）,R.Franklin,&,Wilkins,在1952,等用X射线衍射方法获得的DNA结构资料,33,以摩尔含量表示，不同来源,DNA,都存在,A=T,和,C=G,；,不同物种,DNA,碱基组成上有很大变化，表现在,A+T/G+C,比值不同，但同种生物不同组织,DNA,碱基组成相同；,嘌呤碱基的总和与嘧啶碱基的总和相等。,34,1952年,，,Wilkins,和,Franklin,用高度定向的DNA纤维作出高质量的X-光衍射照片,35,36,1953.Watsosn&Crick,37,“Now,in the very month and year of the 50,th,anniversary of that important discovery by Watson&Crick,the International Human Genome Sequencing Consortium has com-pleted decoding all the chapters of the instru-ction book of human life”,-,Joint Proclamation on HGP,14 April,2003,38,1962年，,Wilkins,、,Watson,和,Crick,共获诺贝尔化学奖。,39,2）DNA is a double helix,40,41,DNA双螺旋结构的要点,主链（backbone）,：脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。二条主链绕一共同轴心以右手方向盘旋、反向平行形成双螺旋构型。主链处于螺旋外则。,碱基对（base pair）,：碱基位于螺旋的内则，以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是,A,与,T,和,G,与,C,。碱基对以氢键维系，,A,与,T,间形成两个氢键，,G,与,C,间形成两个氢键。,42,大沟和小沟,：大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋的互补链之间,而大沟位于相毗邻的双股之间。这是由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对,从而使得在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟。在大沟和小沟内的碱基对中的N 和O 原子朝向分子表面。,结构参数,：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。,43,3）DNA双螺旋结构与DNA复制,Watson和Crick 认为DNA结构中的二条链是一对互补的模板（亲本），复制时碱基对间的氢键断开，两条链分开，每条链都作为模板指导合成与自身互补的新链（复本），最后从原有的两条链得到两对链而完成复制。在严格碱基配对基础上的互补合成保证了复制的高度保真性，也就是将亲链的碱基序列复制给了子链。因为复制得到的每对链中只有一条链是亲链，即保留了一半亲链，故这种复制方式又称为,半保留复制,（semi-conservative replication）。,44,45,4、DNA结构的多态性,46,DNA构象的改变的因素,：,核苷酸顺序、碱基组成、盐的种类、相对湿度,。,B-DNA：最常见的天然构象；,A-DNA：脱水DNA中，还出现在RNA分子中的双螺旋区域和DNARNA杂交分子中；,B-DNA,A-DNA,C-DNA,D-DNA,S-DNA,共同特征：右手双螺旋；两条反向平行的核苷酸链通过atson-Crick碱基配对结合在一起；链的重复单位是单核苷酸；这些螺旋中都有两个螺旋沟，分为大沟与小沟，只是它们的宽窄和深浅程度有所不同。,47,嘌呤,与,嘧啶,交替排列(GGCGCG);,左手双螺旋;,只有一个螺旋沟，狭而深;,细胞DNA分子中确实存在Z-DNA区;,胞嘧啶第五位碳原子的甲基化，,可使B-DNA不稳定而转变为Z-DNA。,Z-DNA,Z-DNA,48,A,B,Z,大沟宽,小沟窄,小沟窄,大沟变深,小沟宽深,大沟不存在,小沟窄而深,49,Z-DNA,的生物学意义,(1)可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿,类动物病毒的复制起始部位有d（GC）有交替顺序的存在；,(2)在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。,(3)原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，,大核,有转录活性，,小核,和繁殖有关。Z-DNA抗体以萤光标记后，显示仅和大核DNA结合，而不和小核的DNA结合，说明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和转录有关。,50,51,5、DNA,三级结构,DNA的三级结构，是指在一二级结构基础上的多聚核苷酸链上的卷曲。在一定意义上，是指双螺旋基础上的卷曲。,三级结构包括,链的扭结,和,超螺旋,或者是单链形成的环或是环状DNA中的,连环体,52,1）DNA的超螺旋,双螺旋的进一步扭曲折叠便构成,DNA,的三级结构，即超螺旋结构。,超螺旋在自然界中广泛存在。,全部肿瘤病毒,DNA,，人和其它动物的线粒体的,DNA,，植物的叶绿体,DNA,，质粒等。,53,54,超螺旋结构示意图,超螺旋按照方向的不同分为,正超螺旋,和,负超螺旋,55,360,o,/helix 360,o,-26,o,/helix/0ne of EB inserted,负 Superhelix,OC,L,DNA,正 Superhelix,体外可产生正超螺旋,溴化乙锭（EB）,放线菌素D,56,密度梯度离心,凝胶电泳,电镜观察,检测DNA,三级结构的方法,：,57,58,2）染色体的结构,i)核小体染色体的初级结构,第一级的包装是将DNA变成串珠状物质，串珠状颗粒称核小体.,59,ii）螺线体,10nm“珠串”的进一步压缩，由每圈5-6个核小体盘旋而成直径约30nm的纤丝。这一级包装又将染色体压缩了6倍，,60,iii）染色体环,螺线体还可进一步形成更大的环。进一步压缩成染色质和染色体结构需非组蛋白参与。间期染色质和中期染色体均有大环的组织结构，每一个环可以是独立的超螺旋区，环上的碱基由DNA上的特异位点连接到中期骨架或核质上。,61,从DNA到染色体的过程,62,染色体形成过程中长度与宽度的变化,63,6、DNA的主要性质,1）DNA的碱基组成,GC含量,：DNA的碱基组成通常用GC百分含量表示，注意所谓百分含量是指摩尔百分比。,2）DNA分子的形状与大小,形状：DNA分子以线形或环状形式存在，大多数是双链的，少数是单链的。高等动物、植物的DNA一般是双链线状，原核生物DNA多数为双链环状，少数病毒DNA可能是单链环状或单链线状。,大小,：差异悬殊，大小可相差几十亿倍。,64,不同基因组DNA中GC的相对含量,Ratios of G to C and A to T are fixed in any specific organism,The total percentage of G+C varies over a range to 22 to 73%,Such differences are reflected in differences in physical properties,65,66,3）变性（Denaturation）或解链（melting）,稳定的双螺旋结构DNA分子由于维持稳定性的氢键和疏水键的断裂，松解为无规则线性结构的现象；,条件：,凡能破坏双螺旋稳定性的因素都可以成为变性的条件，如加热、极端的pH、有机试剂甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺等。,67,Denaturation of DNA,A-T rich regions,denature first,Cooperative unwinding,of the DNA strands,Extremes in pH or,high temperature,68,断裂可以是部分的或全部的，是可逆的或,是非可逆的；,DNA,变性不涉及到其一级结构的改变；,变性过程的表现,导致一些理化性质发生变化,是爆发式的协同过程，变性作用发生,在一个很窄的温度范围,69,粘度降低,变性后紧密的DNA双螺旋变成松散的无规则单股线性结构，粘度明显下降。,旋光性改变,变性后DNA分子的对称性及分子局部构性改变,使DNA溶液旋光性发生变化,。,增色效应或高色效应(hyperchromic effect),核酸在紫外光260nm具有强烈的吸收峰。结构越有序，吸收的光越少。即游离的核苷酸比单链的RNA或DNA吸收更多的光，而单链RNA或DNA的吸收又比双链DNA分子强。当DNA变性时，其光吸收值增加，这种现象即为,增色效应,；反之为,减色效应,。,变性导致的理化及生物学性质的改变,70,DNA变性曲线,变性温度或融解温度(Tm)：变性过程中在非常狭窄的温度范围内，紫外增色效应会出现一个飞跃。紫外吸收值发生跳跃的温度称为DNA的融点。Tm值实际上是目标DNA的一半变性时的温度，它受DNA碱基组成和变性条件的影响。,71,影响Tm值的因素,DNA,溶剂；,DNA,本身性质：,DNA,的均一性：,1,）,DNA,分子中碱基组成的均一性；,2,）待测样品,DNA,的组成是否均一；,DNA,的,(G+C),含量,Tm,与,(G+C),含量的关系,经验公式：,X%(G+C)=2.44(Tm-69.3),（,DNA,溶于,0.2mol/L,NaCl,中）,72,不同GC含量的DNA分子变性曲线对比,73,不同来源的DNA 的GC含量和密度的关系,74,4）,复性,（Renaturation),指变性DNA 在适当条件下,二条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象,它是变性的一种逆转过程。,热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性,此过程称为“退火”(annealing)。,Denaturation,Renaturation,annealing,复性过程依赖于单链分子间的随机碰撞,75,双螺旋呼吸,双链DNA配对碱基的氢键不断处于断裂和再生状态中，特别是在稳定性较低的富含A-T的区段。在微观上，常常出现瞬间的单链泡状结构，这种现象称为双螺旋的呼吸作用。一些蛋白质可识别这种结构，并在单链结构下阅读和识别DNA内部所含信息.,76,影响DNA复性的因素,温度,：从热运动角度考虑，Tm以下较高温度有利于复性，比Tm低25左右的温度是复性最佳条件。低温（4）下分子热运动减弱互补链结合机会大大减少。,时间,：降温时间太短以及温差大均不利于复性。温度下降须缓慢，若迅速冷却至低温，复性几乎是及不可能的。,DNA浓度,：溶液中DNA分子越多，相互结合机会越大。复性第一步是两个单链分子间相互作用“成核”，其速度与DNA浓度平方成正比。,DNA顺序的复杂性,：简单顺序的DNA分子互补碱基的配对较易实现，而顺序复杂的DNA序列要实现互补则困难得多。,77,复性动力学公式,C,1 1,C,0,2 1+,KC,0,t,1/2,=,根据复性动力学公式我们可以知到些什么？,78,遵循二级反应动力学,dC,t,/d,t,=-KC,0,2,反应初始 t=0,单链DNA的随机碰撞 过程（,randomly collision,）,单链 DNA,浓度=C,0,反应达 t 时,单链DNA,浓度=C,t,K,复性速度常数,79,dC,t,/d,t,=-KC,0,2,积分,C,t,/C,0,=1/(1+KC,0,t ),当,C,t,/C,0,=1/2,时,C,t,/C,0,=1/2=1/(1+KC,0,t,(1/2),),K=1/C,o,t,(1/2),C,o,t,(1/2),=1/K(mol.Sec/L),常数,Ct/C,0,是C,0,t的函数,按此公式作图得C,0,t曲线,C,0,t(1/2)值对DNA具有特征性，其中与DNA的碱基对数目成反相关,80,C,0,t,1/2,：标准条件下（一般为,0.18ml/L,阳离子浓度）测得的复性率达,1/2,时的,C,0,t,值。该值与核苷酸对的复杂性成正比。,对于原核生物，此值可代表基因组的大小及基因组中核苷酸对的复杂程度。,真核基因组中因含有许多不同程度的重复序列,(repetitive sequence),，所得到的,Cot,曲线更为复杂。,81,82,分子杂交（简称杂交，hybridization）是核酸研究中一项最基本的实验技术。其基本原理就是应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同的DNA（或RNA）片段，按碱基互补关系形成杂交双链分子（heteroduplex）。杂交双链可以在DNA与DNA链之间，也可在RNA与DNA链之间形成。,杂交的本质就是在一定条件下（加热或碱处理）使双螺旋解开成为单链,使互补核酸链实现复性。因此,变性技术也是核酸杂交的一个环节。,5）核酸分子杂交：,83,原位杂交（,in situ,hybridization）,斑点杂交,（dot blotting）,Southern,blotting-DNA,Northern,blotting-RNA,Western blottingProtein,杂交技术的种类,84,85,86,Southern,87,PCR技术(polymerase chain reaction),88,内容回顾,验证核酸是遗传物质的实验,DNA,的结构和特征,二级结构：双螺旋（要点）,的构象：,-DNA,A-DNA,Z-DNA,三级结构：原核生物,&,真核生物,DNA,的性质,变性和复性，,核酸杂交技术技术,89,6）DNA的检测和测定,分子量检测,：电泳,质量或浓度检测,：,EB染色,分光光度技术:260nm光吸收,化学检测,放射性检测,90,DNA Electrophoresis,91,HGP,人类基因组计划,曼哈顿,原子弹,计划,阿波罗计划,92,遗传图谱,（genetic map）又称连锁图谱(linkage map)，它是以具有遗传多态性的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（cM）为图距的基因组图。,物理图谱,(physical map)是指特定的DNA片段在大片段DNA或基因组DNA中的位置关系和排列顺序，包括DNA克隆片断重叠群图，大片段内切酶位点图、DNA序列路标图等.,序列图谱,(sequence map)是指基因组DNA中核苷酸的排列顺序。,转录图谱,(transcription map)是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。,93,Very small changes in technology,have had a huge impact on the HGP.,Imagine what a large change,in technology would do,94,Celera Genomics,Public Consortium,95,Sequence,Genomes,Find Genes,Establish,Function and,Disease Mechanism,Genetic Mapping,Mutation Detection,Drug,Candidates,Gene Therapy,Diagnostics/,Prognostics,Cure,96,2000,4,5，以杨焕明为首的中国科学家在Science发表了水稻全基因组框架序列图。,基因总数：4602255615，约为人类的2倍；,其中10000个基因的功能已确定；,水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类的“垃圾”序列多位于基因内；,水稻的基因平均长度为4500bp,人类基因平均长度为72000bp,拟南芥约有25000个基因，80%在水稻中都存在，二者之间有关信号传导的基因差别最大,97,98,有关DNA双链的几个概念,Transcription,is synthesis of RNA on a DNA template.Several different types of RNA are generated by transcription.The three principal classes involved in the synthesis of proteins are:messenger RNA,(,mRNA,),transfer RNA,(,tRNA,),and ribosomal RNA,(,rRNA,),。,99,Coding strand,or,Sense strand,The strand bears the,same,sequence as the mRNA(except for possessing T instead of U),Template strand,or,Antisense strand,The strand of DNA that directs synthesis of the mRNA via complementary base pairing(The non-template strand is identical in sequence to the RNA product.),100,三、,RNA,的结构与功能,Aminoacyl-tRNA AnticodonLoop&Stem,NascentRNAMonocistronicPolycistronic,Coding regionLeaderTrailer,tRNA的结构与功能,rRNA的种类,原核和真核生物mRNA的结构特点,miRNA与siRNA,101,Aminoacyl-tRNA,is transfer RNA carrying an amino acid;the covalent linkage is between the NH,2,group of the amino acid and either the 3-or 2-OH group of the terminal base of the tRNA.,Anticodon,is a trinucleotide sequence in tRNA which is complementary to the codon in mRNA and enables the tRNA to place the appropriate amino acid in response to the codon.,Loop,is a single-stranded region at the end of a hairpin in RNA(or single-stranded DNA).,Stem,is the base-paired segment of a hairpin.,1、转移RNA(transfer RNA，tRNA),102,1）tRNA的结构特征,tRNA通常由,70-90,个核苷酸组成，每种氨基酸至少有一个tRNA分子；,tRNA有很多的,稀有碱基,，主要是甲基化碱基、二氢尿嘧啶、假尿嘧啶等；,tRNA的二级结构为,三叶草形,（cloverleaf），其中互补配对碱基形成茎结构，不配对的则形成环状，茎环结构被称为tRNA的臂；,tRNA具有,倒L型,的三级结构，这种结构靠氢键维持。,103,氨基酸接受臂,：,由链两端序列碱基配对组成，在3端有一个游离的CCA顺序，氨基酸通过共价键与A上的2-OH或3-OH相连。此臂负责携带特异的氨基酸,。,TC臂,：,是假尿嘧啶。该臂常由5bp的茎和7Nt环组成,一般均存在TC的顺序,。,反密码子臂,：,常由5bp的茎区和7Nt的环区组成,在反密码子环的中间是三联的反密码子。,二氢尿嘧啶臂（D臂,）,：,名称由来源于环中含有二氢尿嘧啶,负责和氨基酰tRNA,聚合酶结合。,额外臂,：,变化最大的区域，可分为两类，一类仅含3-5个核苷酸，另一类含有一条较大的臂,其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环反密码子环和TC-受体臂）,。,tRNA 特征性的三叶草型二级结构,104,105,tRNA L形三级结构,106,酵母苯丙氨酸tRNA的三级氢键,107,(1)tRNA 三级结构呈L形，这种结构是靠氢键来维持；,(2)D环和TC环形成了“L”的转角,氨基酸受体臂位于L型的一侧，距反密码子环约70A。(3)在一些保守和半保守的碱基之间形成很多的三级氢键,使分子形成L形,并使结构稳定。,(4)几乎所有的碱基平面之间产生堆积作用。,(5)在反密码子茎中仅有很少的三级氢键。,L型结构,108,这种结构与AA-tRNA合成酶对tRNA的识别有关；,受体臂顶端的碱基位于“L”的一个端点，而反密码子臂的套索状结构生成了“L”的另一端点，分子中两个不同的功能基团是最大限度分离的。这个结构形式满足了肽链合成延伸位点与mRNA分别位于核糖体大、小亚基的空间结构的要求。,109,2）tRNA的功能,tRNA作为连接子（adaptor）介导了mRNA中的三联体密码子与氨基酸之间的相互关联。,tRNA具备作为“接头”的双重特性，既能识别氨基酸也能识别密码子。3末端的腺苷酸可与一氨基酸共价连接，反密码子则与mRNA中的密码子碱基配对。,110,tRNA的其它功能,在逆转录中作为合成互补,DNA,链的引物；,参与细菌细胞壁、叶绿素、脂多糖和氨酰,磷脂酰甘油的合成。,111,3）tRNA的种类,起始tRNA和延伸tRNA：,能特异地识别mRNA模板链上起始密码子的tRNA叫起始tRNA；其他tRNA统称为延伸tRNA。,原核生物中，,起始,tRNA,携带,甲酰甲硫氨酸（,fMet,）,真核生物,中，起始tRNA携带,甲硫氨酸（Met）,112,同工,tRNA,：一种氨基酸可能有多个密码子，为了识别也就有多个,tRNA,，即多个,tRNA,代表一种氨基酸，这些,tRNA,称为同工,tRNA,。,校正,tRNA,：由校正基因突变产生，通过改变反,密码子区校正无义突变和错义突变。,113,无义突变,错义突变,114,115,抑制突变的特点,1.不是所有抑制基因都能产生有功能的蛋白质，关键是要看氨基酸取代的情况。,2.校正的作用不可能是完全的。,校正tRNA分子必须和释放因子或正常tRNA竞争；,无义突变的校正tRNA会抑制该基因3端正常的终,止密码，导致翻译通读，合成更长的蛋白质。,错义突变的校正也可以使另一个基因错误翻译。,3.抑制基因的效率很低，通常为1-5%。,116,2、核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA),核糖体RNA占细胞中RNA总量的80%以上；,几种核糖体rRNA与几十种蛋白质组成的亚细胞颗粒,核糖体,是细胞内合成蛋白质的工厂；,rRNA组成了核糖体的大部分，在原核生物核糖体中占2/3，在真核生物中占3/5；,原核生物、真核生物细胞质和细胞器中的核糖体存在很大差异。,117,结合在内质网上的真核生物核糖体。左，电镜下看到的胰腺细胞粗糙内质网；右，局部放大后的草图,。,118,核糖体的组成,119,几种不同生物核糖体及rRNA的组成,120,原核生物rRNA,1）5S rRNA,位于大亚基；,120,个核苷酸（G,）或116个核苷酸（G,）；,有两个高度保守区，一个含有保守序列CGAAC，与tRNA的T,C环上的GT,CG序列作用，识别tRNA；另一保守区域与23S rRNA中一段互补，与核糖体大亚基相互作用。,121,2）16S rRNA,在核糖体小亚基中；,序列与结构均十分保守。3端有一段-ACCUCCUUA-的共同顺序，与mRNA5 端顺序互补，在翻译起始中有重要作用；,临近3端有一段与23S rRNA互补的序列，在30S与50S亚基的结合中起作用。,122,30S小亚基的图解,123,3）23S rRNA,存在一段顺序(1984-2001核苷酸之间)与tRNA,met,上的一段顺序互补，使二者相互作用；,靠近5-端(143-157核苷酸之间)有一段12 个核苷酸的顺序与5S rRNA上的一段顺序(72-83核苷酸)互补，促进RNA之间的相互作用。,124,125,真核生物rRNA,1）5S rRNA,与原核生物5S rRNA相似，但结构上存在差异。没有保守序列CGAAC，但其有GAUG序列与起始tRNA某些序列有互补作用；,2）,5.8S rRNA,真核生物特有。含有与原核生物5S rRNA一致的顺序CGAAC，可能与原核生物的5SrRNA具有相似的功能;,3),18S rRNA,酵母,18S rRNA,的3端与原核生物16S rRNA中具有广泛的同源性；,4,）28S rRNA结构尚不清楚。,总之，rRNA与tRNA、mRNA之间有密切的相互作用。,126,原核生物与真核生物rRNA基因排列方式,127,总RNA电泳检测,（A）甲醛变性琼脂糖凝胶电泳图谱,(B)烟草总RNA普通琼脂糖凝胶电泳图谱,总RNA制备,128,3、信使RNA(messenger RNA，mRNA),nascent RNA:,an RNA whose synthesis has not yet been completed.,Monocistronic:,mRNAs represent only a single gene.,Polycistronic:,sequences coding for several proteins.,Coding region,consists of a series of codons representing the amino acid sequence of the protein,starting(usually)with AUG and ending with a termination codon.,Leader:,An additional sequence at the 5end,preceding the start of the coding region.,Trailer:,An additional sequence following the termination signal,forming the 3end.,129,原核生物基因的转录,原核生物mRNA的转录和翻译发生在同一细胞空间，而且两个过程几乎同时发生；,真核生物是在核内转录，细胞质内翻译。,130,原核生物mRNA的特征,半衰期短：仅几分钟；,原核生物mRNA多为多顺反子（操纵子）形式；,结构,：前导序列(leader)、编码区、尾巴(trailer),通常以AUG为起始密码子，有时是GUG或UUG,在AUG上游7-12个核苷酸处有一,5,AGGAGG3,序列，称,SD,顺序,(Shine-Dalgarno Sequence),。这段序列与16S rRNA 3末端反向互补，与mRNA和核糖体的结合相关，因此会影响蛋白质的翻译。,131,原核生物mRNA转录-翻译-降解,Overview:mRNA is transcribed,translated,and degraded simultaneously in bacteria,.,132,原核生物mRNA结构,Bacterial mRNA includes non-translated as well as translated regions.Each coding region has its own initiation and termination signals.A typical mRNA may have several coding regions.,133,真核生物mRNA的特征,稳定：半衰期可达数小时至数天；,mRNA多为单顺反子；,mRNA的5端都有一个帽子结构；,绝大多数真核生物mRNA具有poly(A)尾。,真核生物mRNA的结构模式,134,mRNA具“帽子”结构,真核基因转录常从嘌呤核苷三磷酸(A,G)开始，第一个核苷酸保留,5,三磷酸基团，以,3,位与下一核苷酸,5,位形成磷酸二酯键。转录起始序列可示为,5,PPP,A,P,N,P,N,P,N,P,.；,转录后由鸟苷酰转移酶催化在,5