中心法则细胞内蛋白质的合成 染色体是遗传物质的载体,遗传物质是基因,呈直线排列在两条同源染色体上。 染色体由DNA和蛋白质组成,RNA是在染色体上合成的,而后转移到细胞质里。 DNA是主要的遗传物质,它的基本结构是由两条双螺旋链组成的。碱基的排列 方式就是遗传信息,基因是一个DNA分子片段。遗传信息指导着蛋白质的合成。 而一个生物体的生命过程都取决于各种特有的蛋白质。每种蛋白质的性质是由组 成蛋白质的氨基酸顺序决定的。显然,这种氨基酸的顺序是由DNA链上碱基的 排列顺序决定的。 分子遗传学的中心法则示意图: 遗传信息的自我复制DNA到DNA,传递方向DNA到RNA,然后决定蛋白质的合成 转录 转译 DNA→RNA 蛋白质 复制 细胞合成蛋白质的总指挥是细胞核,细胞核的DNA分子的基因发出生产的指令:具体的制 造车间是核糖体,内质网系统运输原料和产品,线粒体提供动力 生产流程 转录( transcription):DNA的指令由信使 messenger rna抄录 转译( translation):mRNA带着合成蛋白质的“图纸”从细胞核出来到达细胞质。细胞质里 有2种核糖体,含有转移 transfer rna的“搬运工”,专门搬运氨基酸,含有核糖体RNA ribosomal rna的“装配工”。以mRNA作为模版,把氨基酸连接成肽链 实际情况要复杂得多。开始转录时要有启动子启动,由启动子决定合成是否开始,合成结束 时又需要有终止信号,不然就会一直合成下去。在整个过程中还有多种调节因子控制。 既然细胞可以合成蛋白质,那么,人工合成是否可能呢? 德国科学家菲舍尔经过6年时间,首次合成了由18个氨基酸组成的肽链 2为英国科学家发明了层析方法,让氨基酸在滤纸上赛跑,不同氨基酸的分子量不同,跑的 速度有快有慢,在滤纸上跑的距离不同,由此区分氨基酸,弄清了蛋白质氨基酸的种类和数 量 英国科学家发明了一种试剂,能把蛋白质上的氨基酸一个个拉下来辨认,弄清了氨基酸的排 列顺序 美国科学家发明了把氨基酸连接起来的方法 人工合成蛋白质的一个最显赫成功是有中国科学家完成的。具有生物活性的牛胰岛素,51 个氨基酸组成,A链21个,B链30个
中心法则⎯⎯细胞内蛋白质的合成 染色体是遗传物质的载体，遗传物质是基因，呈直线排列在两条同源染色体上。 染色体由 DNA 和蛋白质组成，RNA 是在染色体上合成的，而后转移到细胞质里。 DNA 是主要的遗传物质，它的基本结构是由两条双螺旋链组成的。碱基的排列 方式就是遗传信息，基因是一个 DNA 分子片段。遗传信息指导着蛋白质的合成。 而一个生物体的生命过程都取决于各种特有的蛋白质。每种蛋白质的性质是由组 成蛋白质的氨基酸顺序决定的。显然，这种氨基酸的顺序是由 DNA 链上碱基的 排列顺序决定的。 分子遗传学的中心法则示意图： 遗传信息的自我复制 DNA 到 DNA，传递方向 DNA 到 RNA，然后决定蛋白质的合成 转录 转译 DNA → RNA → 蛋白质 复制 细胞合成蛋白质的总指挥是细胞核，细胞核的 DNA 分子的基因发出生产的指令；具体的制 造车间是核糖体，内质网系统运输原料和产品，线粒体提供动力 生产流程 转录（transcription）：DNA 的指令由信使 messenger RNA 抄录 转译（translation）：mRNA 带着合成蛋白质的“图纸”从细胞核出来到达细胞质。细胞质里 有 2 种核糖体，含有转移 transfer RNA 的“搬运工”，专门搬运氨基酸，含有核糖体 RNA ribosomal RNA 的“装配工”。以 mRNA 作为模版，把氨基酸连接成肽链 实际情况要复杂得多。开始转录时要有启动子启动，由启动子决定合成是否开始，合成结束 时又需要有终止信号，不然就会一直合成下去。在整个过程中还有多种调节因子控制。 既然细胞可以合成蛋白质，那么，人工合成是否可能呢？ 德国科学家菲舍尔经过 6 年时间，首次合成了由 18 个氨基酸组成的肽链 2 为英国科学家发明了层析方法，让氨基酸在滤纸上赛跑，不同氨基酸的分子量不同，跑的 速度有快有慢，在滤纸上跑的距离不同，由此区分氨基酸，弄清了蛋白质氨基酸的种类和数 量 英国科学家发明了一种试剂，能把蛋白质上的氨基酸一个个拉下来辨认，弄清了氨基酸的排 列顺序 美国科学家发明了把氨基酸连接起来的方法 人工合成蛋白质的一个最显赫成功是有中国科学家完成的。具有生物活性的牛胰岛素，51 个氨基酸组成，A 链 21 个，B 链 30 个
蛋白质合成后的运输 游离核糖体合成蛋白的运输 运输工具:导肽 运输去向:线粒体、叶绿体等细胞器 膜旁核糖体合成蛋白的运输: 类型:a细胞外分泌蛋白;b单位膜蛋白;c溶酶体蛋白 运输机制:信号肽 从DNA到有功能的蛋白质: DNA→RNA→多汰→在信号汰的引导下穿过内质网膜进入内质网腔,在分子 伴侣或酶的作用下加工(折叠,空间结构变化) 包襄成转移泡→进入高而基体加 上定位信号→运输小泡→需要的部位 基因决定蛋白质的一级结构,一级结构决定更高级的结构,但需要分子伴侣和酶的帮助 基因突变: 1.碱基对取代 不影响蛋白质的功能 影响蛋白质的功能:人类镰状细胞贫血病 2.1个或多个核苷酸对的插入和缺失:严重影响蛋白质的功能 基因突变的形成:
蛋白质合成后的运输 游离核糖体合成蛋白的运输： 运输工具：导肽 运输去向：线粒体、叶绿体等细胞器 膜旁核糖体合成蛋白的运输： 类型：a 细胞外分泌蛋白；b 单位膜蛋白；c 溶酶体蛋白 运输机制：信号肽 从 DNA 到有功能的蛋白质： DNA → RNA → 多汰 → 在信号汰的引导下穿过内质网膜进入内质网腔，在分子 伴侣或酶的作用下加工（折叠，空间结构变化） → 包裹成转移泡 → 进入高而基体加 上定位信号 → 运输小泡 → 需要的部位 基因决定蛋白质的一级结构，一级结构决定更高级的结构，但需要分子伴侣和酶的帮助 基因突变： 1．碱基对取代 不影响蛋白质的功能 影响蛋白质的功能：人类镰状细胞贫血病 2．1 个或多个核苷酸对的插入和缺失：严重影响蛋白质的功能 基因突变的形成：
1.诱发突变:各种理化因子,X射线,紫外线,环境污染,化学农 药,食物添加剂 2.自发突变: 原核生物和单细胞真核生物单个基因的突变率109106 多细胞真核生物105左右 生物钟 生物进化的根本原因 重新认识基因的概念: 摩尔根:染色体水平 DNA研究早期:DNA长链上一个由特定核苷酸序列组成的具有特定 遗传功能的片段 现代:真核生物DNA长链上有内含子和外显子,内含子不表达;启 动子等不编码任何氨基酸,但功不可没;为各种RNA提供信息的 DNA片段,虽无自己的多汰产物,也不可或缺。因此,基因就是能 够产生1个RNA分子所必需的DNA片段。每个DNA分子有数百到 上千个基因
1．诱发突变：各种理化因子，X 射线，紫外线，环境污染，化学农 药，食物添加剂 2．自发突变： 原核生物和单细胞真核生物单个基因的突变率 10-9 -10-6 多细胞真核生物 10-5左右 生物钟 生物进化的根本原因 重新认识基因的概念： 摩尔根：染色体水平 DNA 研究早期：DNA 长链上一个由特定核苷酸序列组成的具有特定 遗传功能的片段 现代：真核生物 DNA 长链上有内含子和外显子，内含子不表达；启 动子等不编码任何氨基酸，但功不可没；为各种 RNA 提供信息的 DNA 片段，虽无自己的多汰产物，也不可或缺。因此，基因就是能 够产生 1 个 RNA 分子所必需的 DNA 片段。每个 DNA 分子有数百到 上千个基因
细胞的增殖和分化 生长和发育是一切生物有机体的基本特征之一,一个有机体从受精卵发育成为一个成熟的个 体,组成身体的细胞必然在数量上增加,同时在结构和功能上发生变 例子:受精卵→卵裂(4细胞→8细胞→16细胞.)→囊胚→原肠胚 细胞有一定的寿命,身体在新陈代谢过程中,许多细胞不停地死去,同时新的细胞不停地产 生。例如,人的红细胞的寿命为120天,各种上皮细胞不断脱落和更新。这些新细胞的产生 也必然涉及细胞的增殖 根据分裂的能力,把真核生物的细胞分为: 1.持续分化细胞:骨髓干细胞 2.终端分化细胞:永久失去分裂能力,红细胞,神经细胞 3.休眠细胞:暂时脱离细胞周期,一定条件下恢复分裂能力,形成层细胞,肝细胞 1细胞周期 间期 G1期:RNA和核糖体的合成 S期:DNA的复制 G2期:蛋白质的合成 分裂期 细胞周期的时间因种类、组织和和环境不同而异 细菌:十几分钟,几小时,几天,几月 人组织细胞:37℃下,18-22小时,其中间期17小时以上,分裂期45分钟 细胞增殖的方式 无丝分裂 有丝分裂 细胞增殖,染色体数目和遗传物质与亲代细胞一样 减数分裂 二倍体细胞(位于生殖腺的生殖母细胞)→单倍体的生殖细胞 生物体的细胞周期受到一系列调空因子的作用,何时出现何种特征,各种形态结构和功能的 变化,都非常有序地进行。 2细胞分化 每个生物体都由多种多样的细胞构成的,不同的细胞具有不同的结构和功能,但它们都是由 个细胞,即受精卵分化而来的 皮肤、骨骼、血液等等 分化:全能→专能 细胞分化的基因调控 细胞的特性,无论形态还是机能,都是由蛋白质决定的,而蛋白质的合成又是由基因决定的。 构成生物体的每个细胞的遗传物质并没有不同,但在生长发育过程中,为什么分化出不同类 型的细胞呢? 定时间一定空间特定基因的表达导致细胞的分化
细胞的增殖和分化 生长和发育是一切生物有机体的基本特征之一，一个有机体从受精卵发育成为一个成熟的个 体，组成身体的细胞必然在数量上增加，同时在结构和功能上发生变化。 例子：受精卵→卵裂（4 细胞→8 细胞→16 细胞…）→囊胚→原肠胚 细胞有一定的寿命，身体在新陈代谢过程中，许多细胞不停地死去，同时新的细胞不停地产 生。例如，人的红细胞的寿命为 120 天，各种上皮细胞不断脱落和更新。这些新细胞的产生 也必然涉及细胞的增殖 根据分裂的能力，把真核生物的细胞分为： 1．持续分化细胞：骨髓干细胞 2．终端分化细胞：永久失去分裂能力，红细胞，神经细胞 3．休眠细胞：暂时脱离细胞周期，一定条件下恢复分裂能力，形成层细胞，肝细胞 1 细胞周期 间期 G1 期：RNA 和核糖体的合成 S 期：DNA 的复制 G2 期：蛋白质的合成 分裂期 细胞周期的时间因种类、组织和和环境不同而异 细菌：十几分钟，几小时，几天，几月 人组织细胞：37℃下，18-22 小时，其中间期 17 小时以上，分裂期 45 分钟 细胞增殖的方式 无丝分裂 细胞增殖，染色体数目和遗传物质与亲代细胞一样 有丝分裂 减数分裂 二倍体细胞（位于生殖腺的生殖母细胞）→单倍体的生殖细胞 生物体的细胞周期受到一系列调空因子的作用，何时出现何种特征，各种形态结构和功能的 变化，都非常有序地进行。 2 细胞分化 每个生物体都由多种多样的细胞构成的，不同的细胞具有不同的结构和功能，但它们都是由 一个细胞，即受精卵分化而来的。 皮肤、骨骼、血液等等 分化：全能→专能 细胞分化的基因调控 细胞的特性，无论形态还是机能，都是由蛋白质决定的，而蛋白质的合成又是由基因决定的。 构成生物体的每个细胞的遗传物质并没有不同，但在生长发育过程中，为什么分化出不同类 型的细胞呢？ 一定时间一定空间特定基因的表达导致细胞的分化
激活某些基因,关闭某些基因 细胞的全能性 任何细胞都具有全套的遗传物质 克隆技术:多利羊,把一只个体的体细胞的遗传物质移入另一只个体去核的卵细胞,利用卵 细胞质里的蛋白质合成系统,合成该体细胞的蛋白质,从而达到复制该个体的目的。因为卵 细胞内的线粒体内也有遗传物质,故不是完全的克隆 分化程度愈高的细胞,增殖能力较差或无增殖能力,神经细胞高度分化,不能转变为其它细 胞,也失去了分裂能力 植物根尖的分生组织,分裂能力很强:造血器官中的细胞具有很强的分裂能力,能形成血细 胞和结缔组织中的各种细胞。 细胞间连接的方式 多细胞生物的身体是由大量细胞组成的,同种细胞组成执行同一功能的结构,即组织。这些 组织细胞不可能是任意堆放的,必然由某种结构相互连接起来。 这些结构包括: 1.封闭连接:相邻细胞通过各自的由跨膜蛋白组成的脊线紧密相连,甚至细胞膜相连,上 皮组织不透水 2.锚定连接:有细胞内附着蛋白(与细胞骨架相连)和跨膜蛋白作为连接子 a粘合带:2个细胞通过跨膜蛋白相连 b桥粒:2个细胞各自伸出一些跨膜蛋白扣在一起,跨膜蛋白与细胞内的中间纤维相连 3通讯连接:不仅在结构上相连,连接物还起到物质(代谢藕连)和信息传递(代谢藕连和 电翥连)的作用 间隙连接:由连接子相连,一个连接子由6个跨膜蛋白组成的通道 b胞间连丝:植物细胞的连接物 细胞的通讯 为什么细胞之间的通讯是必要的 细胞是生命活动的最基本单位,多细胞生物的身体是由大量细胞组成的,同种细胞间、不同 种细胞间不是孤立活动的,而是组成了一个细胞的社会,社会成员之间必然要进行物质和信 息的交流,从而协调生物体的生命活动 细胞间的通讯方式
激活某些基因，关闭某些基因 细胞的全能性 任何细胞都具有全套的遗传物质 克隆技术：多利羊，把一只个体的体细胞的遗传物质移入另一只个体去核的卵细胞，利用卵 细胞质里的蛋白质合成系统，合成该体细胞的蛋白质，从而达到复制该个体的目的。因为卵 细胞内的线粒体内也有遗传物质，故不是完全的克隆 分化程度愈高的细胞，增殖能力较差或无增殖能力，神经细胞高度分化，不能转变为其它细 胞，也失去了分裂能力 植物根尖的分生组织，分裂能力很强；造血器官中的细胞具有很强的分裂能力，能形成血细 胞和结缔组织中的各种细胞。 细胞间连接的方式 多细胞生物的身体是由大量细胞组成的，同种细胞组成执行同一功能的结构，即组织。这些 组织细胞不可能是任意堆放的，必然由某种结构相互连接起来。 这些结构包括： 1．封闭连接：相邻细胞通过各自的由跨膜蛋白组成的脊线紧密相连，甚至细胞膜相连，上 皮组织不透水 2．锚定连接:有细胞内附着蛋白（与细胞骨架相连）和跨膜蛋白作为连接子 a 粘合带：2 个细胞通过跨膜蛋白相连 b 桥粒：2 个细胞各自伸出一些跨膜蛋白扣在一起，跨膜蛋白与细胞内的中间纤维相连 3.通讯连接：不仅在结构上相连，连接物还起到物质（代谢藕连）和信息传递（代谢藕连和 电藕连）的作用 a 间隙连接：由连接子相连，一个连接子由 6 个跨膜蛋白组成的通道 b 胞间连丝：植物细胞的连接物 细胞的通讯 为什么细胞之间的通讯是必要的 细胞是生命活动的最基本单位，多细胞生物的身体是由大量细胞组成的，同种细胞间、不同 种细胞间不是孤立活动的，而是组成了一个细胞的社会，社会成员之间必然要进行物质和信 息的交流，从而协调生物体的生命活动 细胞间的通讯方式：