(生物课件)第三讲 DNA与RNA生物合成.ppt
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- 生物课件 【生物课件】第三讲 DNA与RNA生物合成 生物 课件 第三 DNA RNA 合成
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1、第三讲第三讲 DNA与与RNA的生物合成的生物合成 DNA是贮藏遗传信息的最重要的生物大分子。DNA分子中的核苷酸排列顺序不但决定了胞内所有RNA及蛋白质的基本结构,还通过蛋白质(酶)的功能间接控制了细胞内全部有效成份的生产、运转和功能发挥。贮藏在任何基因中的生物信息都必须首先被转录生成RNA,才能够得到表达。DNA和RNA虽然很相似,只有T或U及核糖的第二位碳原子上有所不同,但它们的生物学活性却很不同。 RNA主要以单链形式存在于生物体内,其高级结构很复杂;RNA既担负着贮藏及转移遗传信息的功能,又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。 蛋白质是生物信息通路上的终产物,一个活细胞在任何发育阶段
2、都需要数千种不同的蛋白质。因此,活细胞内时刻进行着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反应。DNA代谢 无论是只含有一对染色体的原核细胞还是带有多对染色体的真核细胞,只有整个基因组得到了完整准确的复制,细胞分裂才能顺利发生。所以说,DNA复制的起始,标志了细胞进入一个新的周期。 、DNA复制复制 根据反应阶段和所需的不同酶类,DNA的复制可被分为三个阶段,即复制起始、延伸和终止。每个DNA复制的独立单元被称为复制子(replicon),主要包括复制起始位点(Origine of replication)和终止位点(terminus)。原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点。 大肠杆菌DN
3、A的复制需要有20种左右的酶和蛋白质因子参与,整个DNA复制机器被称之为DNA replicase system或replisome。 原核DNA复制动画 注:(需软件支持) Helicase,任何DNA在被复制前都必须解开双链,这个过程是由helicase来完成的,它可在ATP的作用下将DNA母链不断解开形成单链。 Topoisomerase,主要功能是消除DNA解链过程中所产生的扭曲力。 DNA结合蛋白,使新解链的DNA保持稳定结构。 Primases,为DNA复制提供RNA引物。 DNA polymerases,合成新生DNA链,切除RNA引物。 DNA Ligases,使新生DNA链上
4、的缺口(3-OH, 5-p)生成磷酸二酯键。DNA replicase system1. DNA复制的起始 大肠杆菌中的复制起始位点是Ori C,全长245Bp,该序列在所有细菌复制起始位点中都是保守的。(续表) DNA复制起始中的主要步骤a. 大约20个左右的DnaA蛋白首先与OriC中的4个9碱基重复区相结合;b. 识别并使3个13碱基串联重复区DNA形成开环结构;c. DnaB蛋白在DnaC的帮助下与未解链序列结合。每六个DnaB蛋白形成一组并与一条DNA母链结合,可在不同方向同时起始DNA的复制。当细胞中存在足够的SSB和DNA gyrase时,DnaB的解链效率非常高。 整个DNA复
5、制过程中,只有复制起始受细胞周期的严格调控。 Once in each cell cycle。 DNA甲基化与DNA复制起始密切相关。OriC中有11个GATC回文结构(一般说来,256bp才应有一个GATC重复)。DNA子链被合成后,母链立即被甲基化(称为hemimethylated)。此时,oriC与细胞原生质膜相结合。只有当oriC被从膜上释放出来,子链被Dam甲基化后,才能有效地与DnaA蛋白结合,起始新一轮的DNA复制。复制起始可能还受ATP水解过程调控,因为DnaA只有与ATP相结合时才能与oriC区DNA相结合。 2. DNA子链的延伸 主要包括两个不同但相互有联系的事件,即前导
6、链和滞后链的合成。由DNA helicase解开双螺旋,由拓朴异构酶消除DNA链上的扭曲力,SSB结合使DNA单链稳定。 前导链的合成:由DnaG(primase)在复制起始位点附近合成一个10-60 nt的RNA引物,然后由polII把dNTP加到该引物上。 滞后链的合成:产生Okazaki fragments,消除RNA引物并由DNA pol I补上这一小段DNA序列,由DNA Ligase把两个片段相连。3. DNA链的终止 当子链延伸达到terminus region(ter,带有多个20bp序列)时,DNA复制就终止了。Ter有点像一个陷井(trap),使复制叉只能进入,不能出来。T
7、er的功能主要是由Ter-Tus复合物(ter utilization substance)来完成的。4. 真核细胞DNA的复制比大肠杆菌更复杂 真核生物的origin of replication被称为ARS-autonomously replicating sequences或者被称为replicators。Yeast replicators长约150dp,有多个保守重复区,共有约500个replicators分布于酵母的17条染色体中。、DNA的损伤修复的损伤修复 1 错配修复(mismatch Repair) 错配修复对DNA复制忠实性的贡献力达102-103,DNA子链中的错配几乎完
8、全都被修正,充分反映了母链的重要性。2. 碱基切除修复(Base-Excision Repair) DNA gylcosylases能特异性识别常见的DNA损伤(如胞嘧啶或腺嘌呤去氨酰化产物)并将受损害碱基切除。去掉碱基后的核苷酸被称为AP位点(apurinic or apyrimidinic)。细胞中最常见的Uracil Glycosylase就能特异性切除细胞中的去氨基胞嘧啶。3. 核苷酸切除修复(nucleotide-excision repair) 当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤,导致双链之间无法形成氢键,由核苷酸切除修复系统负责进行修复。4.DNA的直接修复(Direct re
9、pair) 、DNA的转座的转座 DNA的转座,或称移位(transposition),是由可移位因子(transposable element)介导的遗传物质重排现象。已经发现转座这一命名并不十分准确,因为在转座过程中,可移位因子的一个拷贝常常留在原来位置上,在新位点上出现的仅仅是拷贝。因此,转座有别于同源重组,它依赖于DNA的复制。 a. 简单转座子 转座子(transposon,Tn)是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。 最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列(insertion sequence,IS),它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。一个细菌细胞
10、常带有少于10个IS序列。转座子常常被定位到特定的基因中,造成该基因突变。IS序列都是可以独立存在的单元,带有介导自身移动的蛋白。 b.复合式转座子(composite transposon)是一类带有某些抗药性基因(或其他宿主基因)的转座子,其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列,表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子。一旦形成复合转座子,IS序列就不能再单独移动,因为它们的功能被修饰了,只能作为复合体移动。2、转座作用的机制 转座时发生的插入作用有一个普遍的特征,那就是受体分子中有一段很短的(3-12bp)、被称为靶序列的DNA会被复制,使插入的转座子位于两个重复的靶序
11、列之间。不同转座子的靶序列长度不同,但对于一个特定的转座子来说,它所复制的靶序列长度都是一样的,如IS1两翼总有9个碱基对的靶序列,而Tn3两端总有5bp的靶序列。 转座可被分为复制性和非复制性两大类。在复制性转座中,所移动和转位的是原转座子的拷贝。转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)分别作用于原始转座子和复制转座子。TnA类转座主要是这种形式。在非复制性转座中,原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位,IS序列、Mu及Tn5等都以这种方式进行转座。3.转座作用的遗传学效应 转座引起插入突变; 转座产生新的基因; 转座产生的染色体畸变; 转座引起的生物进化.RNA代谢
12、代谢 除了某些RNA病毒之外,所有RNA分子都来自于DNA。基因组DNA通过一个被称为转录的过程把贮存在双链DNA分子中的遗传信息转换到与模板DNA链相互补的RNA单链上。 mRNA,编码了一个或多个蛋白质序列; tRNA,把mRNA上的遗传信息变为多肽中的 氨基酸信息; rRNA,是合成蛋白质的工厂核糖体中的主要成份。 原核DNA转录注:(需要软件支持) 转录 1 依赖于DNA的RNA合成 从DNA合成反应的化学本质、极性和模板的使用这三方面来说,转录与复制是相同的。但是,也存在三个主要不同点: A 转录中不需要RNA引物; B转录反应一般只用一小段DNA做模板; C在转录区,一般都只有一条
13、DNA链可以作为模板。 2.RNA合成的终止 一旦RNA聚合酶启动了基因转录,它就会沿着模板53方向不停地移动,合成RNA链,直到遇到终止信号时才释放新生的RNA链,并与模板DNA脱离。 研究RNA链终止时遇到最常见的问题是3端核苷酸的定位,因为活细胞内部根据终止信号正确终止的RNA与一个经过剪接的RNA在3端没有两样,都是-OH基团。模板DNA上都有终止转录的特殊信号-终止子,每个基因或操纵子都有一个启动子,一个终止子。在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停,破坏RNA-DNA杂合链5端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。 a. 依赖于因子的终止
14、 因子是一个相对分子质量为2.0105的六聚体蛋白,它能水解各种核苷三磷酸,实际上是一种NTP酶。由于催化了NTP的水解,因子能促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来,从而终止转录。 有人认为,在RNA合成起始以后,因子即附着在新生的RNA链上,靠ATP水解产生的能量,沿着53方向朝RNA聚合酶移动,到达RNA的3-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶,并从模板和酶上释放RNA,完成转录过程。终止过程需要消耗能量,所以,因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能。 b、不依赖于 因子的终止 若终止点上游存在一个富含GC碱基的二重对称区,由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构;
15、在终止点前面有一段由4-8个A组成的序列,导致转录产物的3端为寡聚U。这两种结构特征的存在同样决定了转录的终止。 在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停,破坏RNA-DNA杂合链5端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3端部分出现不稳定的rUdA区域。 3.RNA聚合酶II及转录因子在启动子上的装配 TFH还参与DNA的损伤修复。当RNA pol转录过程中碰到受损伤的核苷酸时,TFH能及时启动核苷酸切除修复系统,将损伤修复。Actinomycin D和Acridine阻断RNA链的延伸3.RNA的加工成熟 所以,RNA加工成熟主要包括:5加帽子结构;3加多聚A;切除内含子 。 在G
16、roup I内含子切除体系中,鸟苷或鸟苷酸的3-OH 作为亲核基团向Intron 5的磷酸二酯键发起进攻。 Group II内含子切除体系 核内mRNA原始转录产物的剪辑方式可能是最常见的。在这一模式中,RNA的剪辑需要特异性RNA-protein-复合物small nuclear rebonucleoproteins(snRNP)和small nuclear RNAs(snRNAs)。已经发现至少有5种snRNAs-U1,U2,U4,U5,U6。 我劝一个草率结婚的朋友离婚。她平静的告诉我,如果说当初鲁莽结婚是个错误。那么,现在草率离婚是一错再错。这位朋友后来还是离婚了,大家一致认为她的行为
17、很理性。同样的故事正在互联网搜索巨头谷歌身上发生,但是谷歌选择了草率“离婚”。饮鸩止渴由于急于抑制苹果iphone手机翻天覆地的产业冲击,谷歌采取急功近利的粗糙型开放策略。饮鸩止渴的策略一时取得了成果。市场研究公司尼尔森最近公布的数据显示,在通过Verizon Wireless、AT&T和Sprint Nextel三大运营商经销后,谷歌Android手机在美国市场上的销售量已经超过iPhone。另一家市场研究公司iSuppli甚至认为,全球范围内使用Android操作系统的手机数量将在 2012年超过苹果iPhone。 表面繁华的背后,是Android生态系统的一团糟,谷歌正在为自己的粗放型开
18、放策略买单。用户对谷歌手机的态度从开始的好奇、后来的犹豫,变成强烈的批评。“大多Android手机程序都是垃圾,乱七八糟的”,一位手机发烧友迅速投奔了iphone的阵营:“同样的植物人大战僵尸游戏,在谷歌手机和iphone手机上的体验简直没法比”混乱,还是混乱。一切一切的乱象,折射出谷歌已经失去对Android生态系统的控制。这一切的根源,我的判断是开放策略初期过于宽松,导致失去控制权。混乱的生态系统表现在用户手机上,就是应用程序的混乱和粗燥。一错再错为此,谷歌开始采取对策。最近,有国内厂商称新的Android3.0开始关闭应用程序的API(应用程序编程接口),统一Android界面。这意味着
19、,谷歌将放弃其初始开放策略,开始封闭管理。粗看之下,谷歌认识到自己的错误。既然是过度开放导致的错误,那么收紧开放尺度是很自然的逻辑,无懈可击。但我认为,谷歌仓促收紧开放策略仍然是个错误。打个比喻。如果过度开放的政策是草率结婚,那么草率的封闭就是草率离婚。这么判断的原因很简单,谷歌把Android开放出去的那一天,Android已经不属于谷歌。谷歌没有认识到这一点,还以为Android只是自己的。合作伙伴对谷歌封闭政策的反应加强了我的判断结论。经济观察报报道,国内第一家生产基于Android平台手机的设计公司创杨通信,近日已经被迫出售。创杨通信负责人给出的出售理由是,“因为不愿意甘当炮灰而选择放
20、弃。”按照目前Android3.0将统一界面的想法,未来的手机市场将出现毫无差异化的产品。这对于企业来说,几乎意味着不可避免的价格战。利润空间的微薄,导致合作伙伴生存环境恶劣。于是大量退出几乎是一种必然。除了为合作伙伴找到新的利益空间,谷歌还将面临开放阵营精神层面的声讨,这对谷歌的挑战会更大。如果说谷歌为了自己竞争的私利利用了开放,赢得了名声。那么,谷歌不能一脚把开放踢开,他现在还需要为这种名声买单。如果只顾自己收网,谷歌会被面临铺天盖地的道德谴责。谷歌,希望你准备好了,三思而行。木桶效应就是指一个水桶无论有多高,它盛水的高度取决于其中最低的那块木板。这在选购手机的时候也同样适用。尤其是很多用
21、户在购买手机的时候, 都会专注于某一个参数,比如要求处理器主频要高达1GHz,但一部手机的整机表现是由多个因素组成,所以在购买手机的时候一定要从整体的角度上来看一部手 机的性除了处理器主频以外,其实还有很多影响整机表现的元素,比如运行内存(RAM)、机身内存(ROM)、操作系统、厂商对系统的优化都会有所影 响。不过在很多用户眼中,这几项却远没有处理器主频重要。而如果忽略这几项的话,可能买到一个主频很高,但整机性能却仍然不令人满意的机型。用户在选机过程中切勿只关注一个硬件参数,这样很可能并不能买到一款理想的机型,就算买的手机主频再高,运行内存低的话仍然无法同时运行数个程 序、机身内存小的话则无法
22、把太多的软件安装到机器上,这对整机耗电和运行速度方面都有所影响、而厂商优化更是决定着一部手机的稳定性和部分运行速度。综上 所述,大家在选购手机的时候一定要综合考虑一款手机的硬件规格。除此之外,也不要把硬件看的太过重要,就比如苹果iPhone 3GS在硬件配置上并不出众,但却在操控手感以及软件资源上目前难有机型企及。更高分辨率能获得更为逼真细腻的显示效果,所以对于屏幕的分辨率绝大多数人都会偏向于分辨率更高的机型。但对于笔者 所说的高分辨率未必是好事会有所怀疑。其实这里说的高分辨率“不好”更多是指采用非主流的高分辨率机型。在此前,就有几款“悲情”机型在分辨率上吃了不小 的亏。大名鼎鼎的HTC Di
23、amond就是一款颇具代表意义的机型,Diamond上市的手机市场还处于QVGA时代、只有少数旗舰机皇采用WVGA这样级别的屏幕,由于HTC Diamond却采用了VGA这一过渡型的分辨率,而也正是因为这一点,Diamond很多软件都未有支持或无法完美运行,可谓是一个不小的遗憾。除此之 外,曾经非常经典的 附赠人生心语人生太短,聪明太晚人生太短,聪明太晚(1)我们都老得太快 却聪明得太迟把钱省下来,等待退休后再去享受结果退休后,因为年纪大,身体差,行动不方便,哪里也去不成。钱存下来等养老,结果孩子长大了,要出国留学,要创业做生意,要花钱娶老婆,自己的退休金都被拗走了。人生太短,聪明太晚(2)当
24、自己有足够的能力善待自己时,就立刻去做,老年人有时候是无法做中年人或是青少年人可以做的事,年纪和健康就是一大因素。小孩子从小就告诉他,养你到高中,大学以后就要自立更生,要留学,创业,娶老婆,自己想办法,自己要留多一点钱,不要为了小孩子而活我们都老得太快却聪明得太迟,我的学长去年丧妻。这突如其来的事故,实在叫人难以接受,但是死亡的到来不总是如此。学长说他太太最希望他能送鲜花给他,但是他觉得太浪费,总推说等到下次再买,结果却是在她死后,用鲜花布置她的灵堂。这不是太蠢愚了吗?!等到.、等到.,似乎我们所有的生命,都用在等待。人生太短,聪明太晚(3)等到我大学毕业以后,我就会如何如何我们对自己说等到我
25、买房子以后!等我最小的孩子结婚之后!等我把这笔生意谈成之后!等到我死了以后人人都很愿意牺牲当下,去换取未知的等待;牺牲今生今世的辛苦钱,去购买后世的安逸在台湾只要往有山的道路上走一走,就随处都可看到农舍变精舍,山坡地变灵塔,无非也是为了等到死后,能图个保障,不必再受苦。许多人认为必须等到某时或某事完成之后再采取行动。明天我就开始运动,明天我就会对他好一点,下星期我们就找时间出去走走;退休后,我们就要好好享受一下。人生太短,聪明太晚(4)然而,生活总是一直变动,环境总是不可预知,现实生活中,各种突发状况总是层出不穷。身为一个医生,我所见过的死人,比一般人要来得多。这些人早上醒来时,原本预期过的是
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