分子生物学 第7章 RNA加工和核糖核蛋白
- 格式:ppt
- 大小:7.55 MB
- 文档页数:102
第七章RNA加工和核糖核蛋白不论原核或真核生物的rRNAs都是以为复杂的初级转录本形式被合成的,然后再加工成为成熟的RNA分子。
然而绝数原核生物转录和翻译是同时进行的,随着mRNA开始的在DNA上合成,核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成,因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程,相反,真核生物转录和翻译在时间和空间上是分开的,刚转录出来的mRNA是分子很大的前体,即核内不均一RNA。
hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA,其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。
第一节rRNA加工和核糖体在细胞核内对基因产物(mRNA前体)进行各种修饰、剪接和编辑,使编码蛋白质的外显子部分连接成为一个连续的开放读框(open reading frame,ORF)的过程称为转录后加工.一、RNA的加工类型pre-RNA经过加帽(capping)、加尾(tailing)、剪接、剪切(splicing)、修饰(methylation)、编辑(editing )成为mature RNA的过程,叫做RNA加工。
核苷酸的切除(减少部分片段)、添加核苷酸(增加部分片段)、修饰、编辑(以gRNA为模板)生物学意义;(1)interrupted gene(interrupted RNA) →move introns (stop codon) →as template(protein translation)(2)prevent pre-RNA from digested by RNase二、原核生物rRNA加工ΦProk.的mRNA半衰期只有几分钟(基因表达调控的一种手段),lacZ mRNA终止合成后9min就几乎全部消失。
mRNA很容易从5’-P被降解,但有些mRNA 5’-P 末端被修饰而得到保护,所以不易被降解,例如真核生物中的血红蛋白mRNA (hemoglobin mRNA)和蚕的蚕丝纤维蛋白mRNA(silk fibroin mRNA)。
分子生物学基础知识点分子生物学是研究生物体内分子结构与功能的学科,主要研究生物分子的组成、结构、功能以及其在生命过程中的调控。
下面将从DNA、RNA、蛋白质和基因调控四个方面,介绍分子生物学的基础知识点。
DNA(脱氧核糖核酸)DNA是细胞的基因遗传物质,由鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C)四个碱基组成。
DNA通过碱基配对的方式,以双螺旋结构存在,形成了著名的DNA双螺旋结构。
DNA 的重要性体现在多个方面,其中包括:1. 遗传信息的传递:DNA携带了生物个体的遗传信息,通过遗传物质的传递实现了物种遗传的延续。
2. DNA复制:DNA能够通过复制过程产生与自身一模一样的新的DNA分子,确保细胞的遗传信息能够传递给下一代细胞。
3. DNA修复:细胞会受到环境因素的影响,导致DNA损伤。
细胞通过DNA修复机制,修复受损的DNA,维持DNA的完整性。
RNA(核糖核酸)RNA也是生物分子的一种,由鸟嘌呤(G)、尿嘧啶(U)、腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C)四个碱基组成。
与DNA不同,RNA通过单链结构存在,包括了信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)等不同类型。
RNA的重要性主要在于:1. 转录:RNA通过转录过程,可以将DNA的遗传信息转录成RNA 分子,为蛋白质的合成提供模板。
2. 翻译:mRNA进入到细胞质中,参与到蛋白质的合成过程中,被tRNA识别并翻译成相应的氨基酸序列,进而组装成蛋白质。
3. 调控功能:RNA还可以通过miRNA、siRNA等形式参与到基因的调控过程中,影响蛋白质合成的速率和用途。
蛋白质蛋白质是生物体内功能最为复杂和多样的分子。
蛋白质的组成由氨基酸构成,共有20种氨基酸,通过肽键连接形成多肽链,进而折叠形成特定的三维结构。
蛋白质的重要性体现在:1. 功能和结构:蛋白质具有多样的功能和结构,是细胞的工作驱动力,包括酶、结构蛋白、抗体等。
分子生物学基本概念分子生物学是研究生物活动及其调控机制的学科,通过对生物分子进行研究,揭示生命现象的本质和规律。
本文将从DNA、RNA、蛋白质、基因表达、分子遗传学等角度,介绍分子生物学的基本概念。
一、DNA的结构和功能DNA(脱氧核糖核酸)是生物体内包含遗传信息的分子。
它由一系列称为核苷酸的单元组成,核苷酸由磷酸基团、五碳糖(脱氧核糖)和碱基组成。
DNA的结构是双螺旋结构,由两条互补的链通过碱基间的氢键相互连接而成。
DNA的功能包括存储和传递遗传信息,指导蛋白质合成。
二、RNA的种类和功能RNA(核糖核酸)是DNA的转录产物,通过转录和翻译过程参与蛋白质的合成。
根据功能和结构的不同,RNA可以分为信使RNA (mRNA)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)等多种类型。
mRNA是DNA的模板,在蛋白质合成中起到携带遗传信息的作用;tRNA具有适配功能,将氨基酸带到核糖体,在翻译过程中与mRNA配对;rRNA是核糖体的组成部分,参与蛋白质的合成。
三、蛋白质的合成和功能蛋白质是生物体内重要的功能性分子,参与包括代谢、结构、传导等多种生物过程。
蛋白质的合成包括转录和翻译两个过程。
转录是指DNA模板上的信息被转录成mRNA的过程,发生在细胞核中;翻译是指mRNA上的遗传信息被翻译成蛋白质的过程,发生在核糖体中。
蛋白质的功能由其氨基酸序列和三维结构所决定。
四、基因表达的调控基因表达是指基因信息被转录和翻译成蛋白质的过程。
基因表达的调控包括转录调控和转录后调控两个层面。
转录调控是指在转录过程中对基因的调控,包括启动子结构、转录因子结合和染色质结构等因素;转录后调控是指在转录后对mRNA和蛋白质的调控,包括剪接、RNA降解和翻译后修饰等过程。
五、分子遗传学的研究分子遗传学是研究基因及其在遗传过程中的作用机制的学科。
通过分子遗传学的研究,可以揭示基因与表型之间的关系,探究基因突变与遗传病的关联,并对基因工程和基因治疗等领域提供理论基础。
分子生物学知识点总结分子生物学是研究生物体中分子结构、功能和相互作用的学科。
它在解释细胞和生命现象的分子基础方面发挥着重要作用。
以下是分子生物学的几个核心知识点总结:DNA的结构和功能DNA是生物体中遗传信息的储存和传递的分子。
它由核苷酸组成,每个核苷酸包含一个磷酸基团、一个五碳糖(脱氧核糖)和一个氮碱基。
DNA的双螺旋结构由两股互补的链组成,通过氢键相连。
DNA的功能包括遗传信息的复制、转录和翻译,是细胞遗传信息的储存库。
RNA的结构和功能RNA也是由核苷酸组成的分子,与DNA的结构类似,但包含的糖是核糖,而不是脱氧核糖。
RNA起到多种功能,其中包括转录DNA信息、参与蛋白质合成等。
mRNA是将DNA信息转录成蛋白质合成的模板,tRNA通过与mRNA和氨基酸的配对作用,在翻译过程中帮助氨基酸正确排列。
基因表达调控基因表达调控是细胞根据内外环境调节基因转录和翻译的过程。
它包括转录因子、启动子、启动子结合因子、RNA干扰等。
转录因子结合在DNA上的启动子区域,促进或抑制转录的发生。
通过不同的基因表达调控方式,细胞可以在不同的发育和环境条件下产生不同的蛋白质。
基因突变和遗传疾病基因突变是DNA序列发生突变或改变的现象。
它可以是点突变、插入突变、缺失突变等。
基因突变可能导致蛋白质功能的改变,从而引起遗传疾病。
例如,单基因遗传病如囊性纤维化和苯丙酮尿症,以及复杂遗传病如癌症,都与基因突变有关。
PCR技术聚合酶链反应(PCR)是一种体外扩增DNA的技术,可以从微弱的DNA样本中扩增特定片段。
PCR由三步循环组成:变性、退火和延伸。
它广泛应用于分子生物学研究、基因工程和医学诊断等领域。
基因克隆和DNA测序基因克隆是将特定的DNA片段插入载体DNA(如质粒)中,形成重组DNA分子。
通过基因克隆,可以大量复制目标DNA片段。
DNA 测序是确定DNA序列的过程,它有助于揭示基因的结构和功能,促进遗传学和进化生物学的研究。
分子生物学名词解释分子生物学是一门研究生物分子结构、功能和相互作用的学科。
在这个领域中涉及的名词众多,下面将对其中几个重要的名词进行解释。
1. DNA(脱氧核糖核酸):DNA是所有生物体细胞中存在的分子,它存储并传递遗传信息。
DNA分子由两条互补的链组成,这些链由四种碱基(腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶)构成。
DNA通过形成特定的序列来编码特定的遗传信息。
2. RNA(核糖核酸):RNA是DNA的一种衍生物,它在细胞中起着多种功能。
有三种主要类型的RNA:信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
mRNA将DNA上的遗传信息转录成RNA,并通过核糖体翻译成蛋白质。
tRNA在转录过程中将氨基酸带到核糖体,以组装蛋白质。
rRNA则是核糖体的主要组成部分。
3. 基因:基因是DNA分子中的一个特定序列,它编码了生物体的特定遗传信息。
基因通过编码蛋白质的过程来表达其遗传信息,并决定了生物体的特征和功能。
4. 蛋白质:蛋白质是生物体中起关键作用的分子,它们负责几乎所有的生物化学反应。
蛋白质由氨基酸组成,存在于细胞的不同位置和组织中,并承担着诸如结构支持、运输分子、催化反应等多种生物学功能。
5. 基因表达:基因表达是指基因转录成RNA,并最终翻译成蛋白质的过程。
这个过程涉及到多个调控机制,包括转录因子的结合、RNA剪接、翻译起始和终止等。
6. PCR(聚合酶链反应):PCR是一种体外扩增DNA的方法,它能够在短时间内制备大量特定段的DNA。
PCR是通过循环反应中的DNA变性、引物结合和DNA合成步骤来实现的。
这种技术在基因组学研究、犯罪侦查、疾病诊断等领域得到广泛应用。
7. 克隆:克隆是指通过复制或重复制造相同的DNA或细胞。
分子生物学中的克隆是指在体外制备DNA的多个相同拷贝,这样可以大规模生产重要的蛋白质或研究DNA序列等。
8. 基因编辑:基因编辑是指通过人为方法直接修改生物体的DNA序列,进而改变其遗传信息。
分子生物学名词解释分子生物学是生物学的一个重要分支领域,研究的是生物体内发生的分子水平的生物现象。
在分子生物学的研究过程中,涉及到了大量的专业术语和名词。
下面将对一些常见的分子生物学名词进行解释,以帮助读者更好地理解这一领域的知识。
1. DNA(脱氧核糖核酸)DNA是分子生物学中最为重要的分子之一,在细胞内起着储存遗传信息的作用。
DNA由四种碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳗胺嘧啶)以碱基互补配对的方式构成双螺旋结构,其中腺嘌呤和鸟嘌呤之间以三个氢键连接,胸腺嘧啶和鳗胺嘧啶之间以两个氢键连接。
2. RNA(核糖核酸)RNA是一类以核糖为主要组成成分的核酸分子。
它在细胞内有多种功能,如参与基因的转录和翻译过程,以及在表达调控、蛋白质合成等方面发挥重要作用。
RNA与DNA之间的区别在于,RNA中的胸腺嘧啶被尿嘧啶(Uracil)所取代。
3. 基因基因是生物体内染色体上一段能够编码产生特定功能RNA或蛋白质的DNA序列。
基因是遗传信息的基本单位,不同基因之间的组合和调控决定了生物体的形态和功能。
基因通过转录过程生成RNA,再通过翻译过程合成蛋白质。
4. 转录(Transcription)转录是指DNA序列被RNA聚合酶酶解读取并合成RNA的过程。
在转录过程中,DNA的一个片段作为模板被复制成RNA分子。
这个RNA分子可以是mRNA(信使RNA)、rRNA(核糖体RNA)或tRNA(转运RNA),它们在细胞内的不同位置具有不同的功能。
5. 翻译(Translation)翻译是指mRNA上的编码信息被核糖体转化为具有特定氨基酸序列的多肽链的过程。
翻译是蛋白质合成的过程,其中tRNA以抗密码子配对的方式将相应的氨基酸输送到核糖体上,核糖体则将氨基酸按照mRNA上的密码子序列进行配对串联,形成多肽链。
6. 基因突变基因突变是指DNA序列发生了变化,导致细胞内基因的遗传信息发生了改变。
突变可以使得基因产生新的功能,也可以导致基因功能丧失或者改变。
名词解释:*顺反子假说(Theory of cistron):顺反子是基因的同义词。
在一个顺反子内,有若干个突变单位——突变子,有若干个交换单位——交换子。
基因是一个具有特定功能的,完整的,不可分割的最小的遗传单位。
*C值矛盾:从总体上说,生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低没有绝对的相关性,这种现象称为C值矛盾*间隔基因:即真核生物的结构基因是由若干外显子和内含子序列相间隔排列组成的间隔基因。
*跳跃基因(Jumping gene, 或叫转座子-Transposon, Tn):能发生转座的独立的遗传结构单位*DNA半保留复制:复制过程中亲代DNA的双链分子彼此分离,作为模板,按A T配对,CG配对的原则,合成两条新生子链的复制方式。
*半不连续复制:DNA复制时,前导链按DUMP片段以连续复制的方式完成子代DNA的合成,后随链以不连续复制的方式完成冈崎片段的合成。
*冈崎片段:在脉冲标记实验中最初合成的10~20s片段。
*DNA复制的转录激活:前导链的RNA引物是由RNA聚合酶合成的,如同基因转录过程一样,RNA 聚合酶可以使双链DNA分子的局部开链,在合成10~12个核苷酸的RNA片段之后,再由DNA聚合酶完成前导链DNA的合成,在完成近1000~2000个核苷酸的DNA合成后,后随链才在引发酶的作用下开始启动冈崎片段的引物RNA的合成,所以将这一过程也称为DNA复制的转录激活。
位置效应:基因的功能不仅决定于它的自身结构和剂量,也决定于它所在的位置及其与邻近基因间的相互联系。
顺反子(Cistron):是基因的同义词,即染色体上的一个区段。
全同等位基因:在同一基因座位中,同一突变位点,向不同方向发生突变所形成的等位基因。
非全同等位基因:在同一基因座位中,不同突变位点与突变所形成的等位基因。
顺式作用元件(cis action factor)反式作用因子(trans action factor)增色效应:随温度升高单链状态的DNA分子不断增加而表现出值递增的效应。
分子生物学知识点归纳1.DNA的结构和功能:DNA是生物体内贮存遗传信息的分子,由磷酸、五碱基、脱氧核糖组成。
DNA以双螺旋结构存在,通过序列编码生物体的遗传信息,并在细胞分裂中复制和传递。
2.RNA的结构和功能:RNA是将DNA信息翻译为蛋白质的中间分子,有多种类型,包括信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA (rRNA)。
RNA具有与DNA类似的结构,但是鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)被腺嘌呤(A)和尿嘧啶(U)所取代。
3.基因表达:基因表达是指将DNA中的遗传信息转录成RNA,然后翻译成蛋白质的过程。
这个过程包括转录、剪接、RNA修饰、起始和终止等多个步骤。
基因表达过程中的调控对于维持生物体的正常功能至关重要。
4.蛋白质合成:蛋白质合成是指RNA翻译成蛋白质的过程。
这个过程包括译码、蛋白质折叠和修饰。
蛋白质的结构和功能由其氨基酸序列决定,但结构和功能的形成还受到其他因素的调控。
5.基因组学:基因组学是研究生物体基因组的学科,包括基因组的结构、功能和演化。
随着高通量测序技术的发展,基因组学成为了分子生物学的前沿领域。
6.分子遗传学:分子遗传学是研究遗传信息传递和表达的分子机制的学科。
它研究遗传物质的结构、复制、易位、突变和修复等,以及遗传信息的传递和表达的分子级机制。
7.基因调控:基因调控是指细胞内基因表达的调节过程。
这个过程包括转录因子与DNA结合、组蛋白修饰、DNA甲基化等多个调控机制。
基因调控决定了细胞的发育、分化和对环境刺激的响应。
9.蛋白质相互作用和信号传导:蛋白质相互作用是指蛋白质之间的物理或化学交互作用。
这些相互作用对于细胞信号传导、代谢调控和细胞活动的协调起着重要作用。
10.DNA修复和细胞凋亡:DNA修复是细胞内修复DNA损伤的过程,以维持遗传稳定性。
细胞凋亡是指细胞主动性死亡的过程,常常发生在DNA 严重损伤和细胞失控增殖时。
以上只是分子生物学的一些知识点,这个领域还有很多其他的重要概念和研究方向,如非编码RNA、表观遗传学和细胞信号转导等。
一、问答题1、分子生物学研究内容有哪些?●生物大分子,即DNA、RNA、蛋白质、多糖等;●DNA的结构与功能;●RNA在蛋白质合成中的作用;●蛋白质的结构与与功能;●遗传密码及基因表达调控的本质。
分子生物学第二章一、名词解释1、C值(C value):一种生物单倍体基因组DNA的总量;2、半保留留复制:每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条链则是新成的,所以这种复制方式被称为DNA的半保留留复制。
3、复制子:生物体内能独立复制的单位称为复制子,即从复制起始点到终止点的区域称为复制子。
一个复制子只含一个复制起始点。
4、复制叉:复制时,复制起点呈现叉子的形式,被称作复制叉;5、前导链DNA:它的DNA合成是以5—3方向的,随着亲代双链DNA的解开而连续进行复制。
6、后随链DNA:它的DNA合成过程中,一段亲本DNA单链首先暴露出来,然后以与复制叉移动相反的方向按照5—3方向合成一系列冈崎片段,再把它们连接成完整的后随链。
7、冈崎片段:后随链DNA合成不是连续的,而是一段一段的,把这些片段称为冈崎片段。
8、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(可以位因子)9、插入序列(IS因子)很小DNA片段(约1 kb),末端具有倒置重复序列,转座时往往复制宿主靶位点一小段DNA,形成位于IS序列两端的正向重复区,它不含有任何宿主基因。
是细菌染色体或质粒DNA正常组成部分。
10、SNP(single nucleotide polymorphism):是指基因组DNA序列中由于单个核苷酸(A,T,C和G)的突变而引起的多态性。
11、单倍型:位于染色体上某一区域的一组相关联的SNP等位位点被称作单倍型,相邻SNPs的等位位点倾向于以一个整体遗传给后代。
二、填空题1.染色体包括(DNA)和(蛋白质)两大部分。
2、真核把染色体上的蛋白质主要包括(组蛋白)和(非组蛋白)。
分子生物学详细知识点1.DNA和RNA:DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)是生物体内的两种核酸,DNA是多聚核苷酸的长链,包含编码基因信息,RNA是DNA的转录产物,在蛋白质合成中起着重要作用。
2.基因表达调控:基因表达调控是指在细胞中控制基因转录和翻译的过程。
包括转录因子的结合、启动子的甲基化、组蛋白修饰等。
3.蛋白质合成:蛋白质合成是指通过翻译过程将mRNA上的信息编码转化为氨基酸序列的蛋白质。
主要包括mRNA的翻译、氨基酸激活、核糖体的结合等步骤。
5. PCR技术:聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是一种体外扩增DNA的方法,通过反复循环的变性、退火和延伸步骤,迅速扩增目标DNA序列。
6.基因突变:基因突变是指DNA序列的改变,包括点突变、插入和缺失等。
可以导致蛋白质的结构和功能的改变,从而影响生物体的表型。
7.基因组学:基因组学是研究基因组结构、功能和演化的学科。
包括基因组测序、基因注释、功能基因组学等内容。
8.蛋白质结构与功能:蛋白质的结构决定其功能,分子生物学研究了蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构等方面,以及蛋白质与其他分子(如DNA、RNA、小分子)的相互作用。
9.克隆基因和表达蛋白:分子生物学通过克隆目标基因,将其插入表达载体中,转化至宿主细胞中,使目标基因在宿主中表达,并得到目标蛋白质。
10.分子进化:分子进化研究基因组的演化和多样性。
包括跨物种比较基因组、遗传多态性、分子标记等内容。
11. RNA干扰:RNA干扰是一种通过RNA分子抑制目标基因表达的现象。
包括小干扰RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA),通过与mRNA结合形成双链结构,进而降解或抑制mRNA的翻译。
通过以上的介绍,可以看出分子生物学可以研究生命体内分子的结构、功能和相互作用等方面,对于深入了解生命现象的本质和基础具有重要意义。
6.3 转录水平上的其他调控方式(1)σ因子的调控(2)组蛋白类似蛋白的调控(3)转录因子的调控(4)抗终止因子的调控1.σ因子的调控(P270)革兰氏阳性菌Bacillus会形成孢子来渡过困难时期,其孢子的形成需要4种不同的σ因子。
σE、σK存在于母细胞中,一旦开始形成孢子就产生σF、σG。
σE、σK先以非活性的形式产生,经过特定的蛋白酶作用变为有活性的形式,从而激活相关基因转录,开始孢子的形成。
2.组蛋白类似蛋白的调控大肠杆菌中存在着非特异性的DNA结合蛋白,用以维持DNA的高级结构,称为组蛋白类似蛋白(H-NS)。
H-NS可以与DNA结合,维持DNA的高级结构,并与DNA上的一些调控区结合,抑制相关基因的转录,这些基因的转录激活需要特定因子的参与。
3.转录调控因子的作用大肠杆菌基因组中有300多个基因编码转录调控因子,这些蛋白能够与启动子序列(附近)结合,影响基因的转录。
转录调控因子CRP、FNR、IHF、Fis、ArcA、NarL和Lrp调控了50%左右基因的表达。
4.抗终止因子的调控(P272)抗终止因子是能够在特定位点阻止转录终止的一类蛋白质。
大肠杆菌的抗终止蛋白是Nus蛋白,只有与Nus蛋白结合的RNA聚合酶才能通过终止子序列。
转录起始后不久,σ因子从RNA聚合酶核心酶上脱落下来,NusA蛋白与RNA 聚合酶结合,发生抗终止作用。
七、RNA 加工1.RNA加工*RNA加工是对初生转录物的修饰。
*RNA加工常见的类型有:内切核酸酶和外切核酸酶对核苷酸的切除;3’端和5’端添加核苷酸;对碱基或糖苷的修饰。
内容提要:1、rRNA加工2、tRNA的加工3、mRNA加工4、RNA的编辑5、原核与真核生物mRNA的特征1、rRNA加工rRNA基因之间以纵向串联的方式重复排列。
加工过程:1、剪切作用:需核酸酶参与;2、甲基化修饰:修饰在碱基上;3、自我剪接:一种核酶的作用。
rRNA加工◆原核生物中rRNA前体的加工;◆真核生物中rRNA前体的加工。