DNA复制转录和翻译复习实用教案

《DNA复制转录和翻译复习实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DNA复制转录和翻译复习实用教案（48页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、内 容 提 要 分子诊断学是供高等医学检验专业本科学生使用的教材，也可供其他医学相关专业学生及医生(yshng)参考。本书主要内容分为以下几个方面：（1）基础篇：着重描述了原核生物基因组、病毒基因组、真核基因组和蛋白质组等基础理论；（2）技术篇：介绍了生物大分子的分离纯化技术、分子克隆技术、DNA测序技术、PCR技术、核酸分子杂交技术、蛋白质组研究技术和生物芯片技术等；（3）应用篇：在探讨分子诊断的基本策略与方法的基础上，详细介绍了感染性疾病的分子诊断、单基因疾病的分子诊断、多基因疾病的分子诊断、移植配型、法医学鉴定、单核苷酸多肽型分析以及生物信息学在分子诊断中的应用。第1页/共47页第一页，

2、共48页。 实验实验1 1 分子生物学基本操作与训练分子生物学基本操作与训练 ； 实验实验2 2 感受态细胞的制备，感受态细胞的制备， 重组质粒导入大肠杆菌及重组子筛选重组质粒导入大肠杆菌及重组子筛选(shixun) (shixun) ； 实验实验3 3 重组质粒重组质粒DNADNA的小量制备；的小量制备； 实验实验4 4 重组质粒重组质粒DNADNA限制性内切酶的酶切与鉴定限制性内切酶的酶切与鉴定 ； 实验实验5 5 聚合酶链反应（聚合酶链反应（PCRPCR）及琼脂糖凝胶电泳；）及琼脂糖凝胶电泳； 实验实验6 6 基因组基因组DNADNA的提取与鉴定；的提取与鉴定； 相关实验相关实验(shy

3、n)课程课程第2页/共47页第二页，共48页。复习复习 DNA DNA的复制、转录的复制、转录(zhun l)(zhun l)和翻译和翻译 基因表达调控基因表达调控 第3页/共47页第三页，共48页。DNADNA复制复制(fzh)(fzh) 概念概念: : 半保留复制半保留复制(fzh),(fzh),半不连续复制半不连续复制(fzh)(fzh)(前导链前导链, ,后随链后随链),),冈崎片段冈崎片段 DNA DNA复制复制(fzh)(fzh)的酶学的酶学 DNA DNA聚合酶聚合酶(DDDP,(DDDP,多功能酶多功能酶) ) n起始阶段起始阶段-获得单链模板获得单链模板 解螺旋酶解螺旋酶,拓

4、扑异构酶拓扑异构酶,单链结合蛋白等单链结合蛋白等第4页/共47页第四页，共48页。反转录反转录(zhun l) ( reverse transcription ) 以以RNARNA为模板，合成与其为模板，合成与其(yq)(yq)互补的互补的DNADNA的过程的过程, ,也称逆转录也称逆转录 。反转录反转录(zhun l)酶酶第5页/共47页第五页，共48页。 RNA RNA指导指导(zhdo)(zhdo)的的DNADNA聚合酶活性（聚合酶活性（RDDPRDDP）。）。 核糖核酸酶核糖核酸酶H H活性（活性（RNaseHRNaseH）。）。 DNA DNA聚合酶活性（聚合酶活性（DDDPDDDP

5、）。）。反转录反转录(zhun l)酶的作用合成酶的作用合成cDNA：反转录反转录(zhun l)(zhun l)酶（酶（reverse reverse transcriptasetranscriptase） 是依赖是依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶，它以聚合酶，它以RNARNA为为模板，模板，4 4种种dNTPdNTP为底物，催化合成为底物，催化合成DNADNA，此过程称为反转录此过程称为反转录(zhun l)(zhun l)过程。反过程。反转录转录(zhun l)(zhun l)酶是多功能酶。酶是多功能酶。 第6页/共47页第六页，共48页。5 3 3 5 RNA(用 表示)RNA-

6、DNA 杂化分子 3 5 RNase （核酸酶H活性) DDDP （DNA聚合酶活性） 4种dNTP RDDP （反转录酶） 引物、4种dNTP 病毒双链DNA用 表示）（cDNA第二链(complementary DNA，cDNA )与病毒RNA 互补的DNA(用 表示)5 3 3 5 5 3 5 3 反转录反转录(zhun l)酶酶的作用的作用第7页/共47页第七页，共48页。转录转录(zhun l) (zhun l) ( transcription )( transcription )生物体以生物体以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程的过程转转录录(zhun l)RNAD

7、NA 第8页/共47页第八页，共48页。转转 录录 的的 条条 件件：原料原料(yunlio) : 4(yunlio) : 4种种NTP NTP ( ATP, UTP, GTP, CTP ) ( ATP, UTP, GTP, CTP ) 模板模板 : : 单链单链DNADNA 酶酶 : RNA : RNA聚合酶聚合酶其他蛋白质因子其他蛋白质因子复制复制(fzh)与转录的异与转录的异同同?？第9页/共47页第九页，共48页。转录转录(zhun l)起始起始RNARNA聚合酶必须准确地结合在转录聚合酶必须准确地结合在转录(zhun l)(zhun l)模板的起始模板的起始区域区域; ;DNADNA

8、双链解开，使其中的一条链作为转录双链解开，使其中的一条链作为转录(zhun l)(zhun l)的模的模板板需解决两个需解决两个(lin )问题：问题：第10页/共47页第十页，共48页。 模板和模板和RNARNA聚合酶的辨认聚合酶的辨认(binrn)(binrn)、结合、结合5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol启动子（启动子（promoterpromoter) )RNARNA聚合酶识别聚合酶识别, ,结合并起始转录的一段高度结合并起始转录的一段高度保守性保守性DNADNA序列，称为序列，称为第11页/共47页第十一页，共48页。 保守序列(xli) （一致性序列(x

9、li)）开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区(Pribnow box)(Pribnow box)结合部位结合部位，影响启动影响启动子复合物形成子复合物形成；T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区1-30-5 010-10-40-205 3 3 5 识别识别(shbi)部位，部位，还决定启动子强度；还决定启动子强度；原核原核(yun h)生物生物启动子启动子（SextamaSextama框）框）间隔区间隔区第12页/共47页第十二页，共48页。 原核生物的转录原核生物的转录(zhun l)(zhun l)起始起始2 DNA2 DNA

10、双链解开双链解开(ji ki),(ji ki),形成转录空形成转录空泡泡1 RNA1 RNA聚合酶全酶聚合酶全酶 ( (2 2 ) ) 与模板与模板(mbn)(mbn)结合结合 3 3 在在RNARNA聚合酶作用下聚合酶作用下 发生第一次聚合反应发生第一次聚合反应 5 -pppGpN OH + ppiRNApol - DNA - pppGpN- OH pppG NTPpppGpN - OHppi起始复合物起始复合物: :5-pppG -OH + NTP第13页/共47页第十三页，共48页。5 3 DNA原核生物转录原核生物转录(zhun l)过程过程中的现象中的现象核糖体核糖体RNA RNA

11、RNA聚合酶聚合酶第14页/共47页第十四页，共48页。 转录转录(zhun l)终止终止- RNA- RNA聚合酶在聚合酶在DNADNA模板上停止模板上停止(tngzh)(tngzh)前进，前进， 转录产物转录产物RNARNA链从转录复合物上脱落下来链从转录复合物上脱落下来 原核生物原核生物(shngw)(shngw)的转录终止子的转录终止子（terminatorterminator）1、 依赖依赖因子（因子（Rho)Rho) 的转录终止的转录终止2 2、不依赖、不依赖因子因子的转录终止的转录终止 DNADNA模板上靠近终止处，有些模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列特殊的碱基序列，转录，转

12、录出出RNARNA后，后，RNARNA产物形成产物形成特殊的结构特殊的结构来终止转录。来终止转录。第15页/共47页第十五页，共48页。TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT DNA或或UUUU CAAUCAA茎环结构茎环结构RNA第16页/共47页第十六页，共48页。5pppG5 3 3 5 茎环结构使转录茎环结构使转录(zhun l)终终止：止：1，使RNA聚合酶变构2，使转录复合物趋于解离(ji l)，RNA产物释放RNA-pol第17页/共47页第十七页，共48页。 真核生物的转录真核生物的转录(zhun l)(

13、zhun l)起始起始 也需要也需要RNARNA聚合酶辨认、结合转录起点聚合酶辨认、结合转录起点 ，生成，生成(shn chn)(shn chn)起始复合物。起始复合物。第18页/共47页第十八页，共48页。-GCGC-CAAT-TATA转录转录(zhun l)起始起始 TATATATA盒（盒（-30-30-25-25） CAAT盒(-75) G C盒(-90) 基基 因因 增强子(enhancer ) 增强转录(zhun l)效率RNARNA聚合酶聚合酶IIII启动子启动子第19页/共47页第十九页，共48页。DTATAABDNATATAFE RNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNA的结合需一系

14、的结合需一系列转录列转录(zhun l)因子因子( TF )的参与。的参与。RNA聚合酶第20页/共47页第二十页，共48页。真核生物真核生物(shngw)(shngw)的转的转录终止录终止 和转录(zhun l)后加工密切相关5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-Poly (A)mRNA核酸酶-GUGUGUGAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5533RNA-pol第21页/共47页第二十一页，共48页。真核生物的转录真核生物的转录(zhun l)(zhun l)后加后加工工内含子（内含子（intronintron）和外显子（）和外显子（exonexon）第22页/

15、共47页第二十二页，共48页。蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(hchng) (hchng) 翻翻译译第23页/共47页第二十三页，共48页。翻译(fny)（translation） 是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸的三联体遗传密码翻译成氨基酸序列，合成多肽链的过程，是基因表达的最终(zu zhn)目的。第24页/共47页第二十四页，共48页。 蛋白质生物合成体系 模板： mRNA 原料：20种编码氨基酸 氨基酸运载体：tRNA 场所(chn su)：核蛋白体 酶：氨基酰-tRNA合成酶、 转肽酶 蛋白质因子：起始因子（initiation factors, IF;eIF） 延长因子（el

16、ongation factors, EF） 释放因子（release factors, RF） 核蛋白体释放因子（ribosomal release factors, RRF）第25页/共47页第二十五页，共48页。一、mRNA是翻译(fny)的直接模板 开放阅读框架（open reading frame ,ORF） mRNA从5 3方向，从起始密码到终止密码的序列(xli)，称为一个开放阅读框架。 遗传(ychun)密码（genetic codon） 开放阅读框架内每3个碱基组成的三联体，决定一个氨基酸，称为遗传(ychun)密码。第26页/共47页第二十六页，共48页。 遗传(ychun)

17、密码的特点（一）遗传(ychun)密码的连续性（commaless）（二）简并性（degeneracy）（三）摆动性（wobble）（四）通用性（universal）（五）偏爱性第27页/共47页第二十七页，共48页。AUGUGAUAAUAG第28页/共47页第二十八页，共48页。二、核蛋白体是肽链合成(hchng)的场所 核蛋白体由大、小亚基组成，每个亚基含有不同的蛋白质和rRNA，原核(yun h)生物和真核生物又各有不同。第29页/共47页第二十九页，共48页。SD序列(xli)（Shine-Dalgarno) 原核生物特有的、位于原核生物特有的、位于mRNA上起始密上起始密码子上游的一

18、段富含嘌呤（码子上游的一段富含嘌呤（AGGA)碱基的碱基的短序列，是短序列，是mRNA与核糖体小亚基结合位与核糖体小亚基结合位点，直接点，直接(zhji)影响翻译效率，又称为核影响翻译效率，又称为核蛋白体结合位点（蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS）。）。 第30页/共47页第三十页，共48页。 基因表达调控（基因表达调控（control of gene expressioncontrol of gene expression） 基因表达的开启或关闭基因表达的开启或关闭(gunb)(gunb)以及基因活性的以及基因活性的增加或减弱等，受着调节和控制。增加或减弱

19、等，受着调节和控制。 基因表达基因表达(gene expression)(gene expression) - - 通过转录通过转录(zhun l)(zhun l)及翻译产生蛋白质产物，及翻译产生蛋白质产物，或转录或转录(zhun l)(zhun l)后直接产生后直接产生RNARNA产物的过程。产物的过程。基因基因(jyn)(jyn)表达调控表达调控第31页/共47页第三十一页，共48页。非编码序列；包括非编码序列；包括(boku)(boku)启动子、增强子、终止子、沉默子等。启动子、增强子、终止子、沉默子等。第32页/共47页第三十二页，共48页。第33页/共47页第三十三页，共48页。第二

20、节第二节 原核生物基因原核生物基因(jyn)(jyn)转录调节转录调节原核基因转录调节原核基因转录调节(tioji)(tioji)特点特点 操纵子模型的普遍性操纵子模型的普遍性操纵子操纵子一个转录单位一个转录单位RNARNA聚合酶对转录起始的调节聚合酶对转录起始的调节(tioji)(tioji) 调节调节(tioji)(tioji)蛋白对转录起始的调节蛋白对转录起始的调节(tioji)(tioji)第34页/共47页第三十四页，共48页。乳糖乳糖(r tn)操纵子操纵子 P P：启动子：启动子O O：操纵基因：操纵基因Z Z：-半乳糖苷酶基因半乳糖苷酶基因(jyn)(jyn)Y Y：通透酶基因

21、：通透酶基因(jyn)(jyn)A A：乙酰基转移酶基因：乙酰基转移酶基因(jyn)(jyn)结结构构基基因因调调控控序序列列第35页/共47页第三十五页，共48页。第36页/共47页第三十六页，共48页。乳糖操纵子乳糖操纵子 细菌以葡萄糖为能量来源细菌以葡萄糖为能量来源葡萄糖充分时（优先利用）：葡萄糖充分时（优先利用）： 与葡萄糖代谢有关的酶基因与葡萄糖代谢有关的酶基因-表达表达 与其他糖代谢有关的酶基因与其他糖代谢有关的酶基因-关闭关闭(gunb)(gunb)葡萄糖耗尽时，乳糖存在：葡萄糖耗尽时，乳糖存在： 与乳糖代谢有关的酶基因与乳糖代谢有关的酶基因 - -表达表达 与葡萄糖代谢有关的酶

22、基因与葡萄糖代谢有关的酶基因-关闭关闭(gunb)(gunb)第37页/共47页第三十七页，共48页。阻遏阻遏(z )(z )蛋白的负调控蛋白的负调控(negative control of (negative control of repressor)repressor) 无乳糖无乳糖(no lactose): lac(no lactose): lac操纵子处于阻遏操纵子处于阻遏(z (z )状态状态(repression)(repression)第38页/共47页第三十八页，共48页。乳糖乳糖(r tn)(r tn)代谢基因表达调控图解：代谢基因表达调控图解：( (没有乳糖没有乳糖(r t

23、n)(r tn)时时) ) I lacZ lacY lacA 调节(tioji)基因启动子操纵基因结构(jigu)基因RNA聚合酶mRNA转录翻译阻遏蛋白与操纵基因阻遏蛋白与操纵基因结合，结结合，结构基因转构基因转录受阻录受阻阻遏蛋白第39页/共47页第三十九页，共48页。有乳糖有乳糖(r tn)(presence of lactose) lac操操纵子被诱导纵子被诱导(derepression,induction)诱导剂诱导剂(inducer): 异乳糖异乳糖(r tn)、半乳糖、半乳糖(r tn)、IPTG（异丙基硫代半乳糖（异丙基硫代半乳糖(r tn)苷）苷）1、半乳糖的正调控(dio

24、kn)第40页/共47页第四十页，共48页。乳糖代谢乳糖代谢(dixi)(dixi)基因表达调控图解：基因表达调控图解：( (有乳糖时有乳糖时) ) I lacZ lacY lacA 调节(tioji)基因启动子操纵基因结构(jigu)基因RNA聚合酶mRNA转录翻译阻遏蛋白与别乳糖结合后构象发生了改变，阻遏蛋白与别乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与操纵基因结合，使得结构因而不能与操纵基因结合，使得结构基因进行转录。基因进行转录。阻遏蛋白别乳糖转录半乳糖苷酶通透酶乙酰转移酶第41页/共47页第四十一页，共48页。CAPCAP的正调控的正调控(dio kn)(dio kn)（Positive

25、Control of CAPPositive Control of CAP） CAP(catabolite activator protein) CAP(catabolite activator protein) 分解代谢基因激活蛋白分解代谢基因激活蛋白同二聚体同二聚体 ( (亚基亚基22kD)22kD)，是一种重要转录调节，是一种重要转录调节(tioji)(tioji)蛋白。蛋白。 两个结合位点两个结合位点DNADNA结合域结合域 cAMP(cyclic AMP)cAMP(cyclic AMP)结合位点结合位点第42页/共47页第四十二页，共48页。2、第43页/共47页第四十三页，共48页

26、。乳糖(r tn)操纵子(lac operon)的调控方式第44页/共47页第四十四页，共48页。第45页/共47页第四十五页，共48页。 协调调节协调调节(coordinate regulation)(coordinate regulation) 负调控与正调控协调合作负调控与正调控协调合作 阻遏蛋白封闭转录时，阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP不发挥作用不发挥作用 如没有如没有CAPCAP加强转录，即使阻遏蛋白从加强转录，即使阻遏蛋白从O O上解聚仍无上解聚仍无转录活性转录活性 葡萄糖葡萄糖/ /乳糖共同存在时，细菌优先利用乳糖共同存在时，细菌优先利用(lyng)(lyng)葡萄糖葡萄糖 葡

27、萄糖可降低葡萄糖可降低cAMPcAMP浓度，阻碍其与浓度，阻碍其与CAPCAP结合从而抑制结合从而抑制转录转录 结论：结论：laclac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖葡萄糖第46页/共47页第四十六页，共48页。感谢您的欣赏(xnshng)！第47页/共47页第四十七页，共48页。NoImage内容(nirng)总结内 容 提 要。（1）基础篇：着重描述了原核生物(shngw)基因组、病毒基因组、真核基因组和蛋白质组等基础理论。重组质粒导入大肠杆菌及重组子筛选。半保留复制,半不连续复制(前导链,后随链),冈崎片段。解螺旋酶,拓扑异构酶,单链结合蛋白等。反转录酶是多功能酶。启动子（promoter)。-GCGC-CAAT-TATA。非编码序列。调节蛋白对转录起始的调节。葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖。感谢您的欣赏第四十八页，共48页。