第十章 遗传物质的分子基础

null第十章 遗传物质的分子基础第十章 遗传物质的分子基础第一节 DNA作为主要遗传物质的证据 第二节 核酸的化学结构 第三节 染色体的分子结构 第四节 DNA复制 第五节 RNA的转录及加工 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译第一节 DNA作为主要遗传物质的证据第一节 DNA作为主要遗传物质的证据一、DNA作为主要遗传物质的间接证据 DNA是所有生物（除个别病毒）的染色体所共有的； DNA的含量在每个物种不同组织的细胞里是恒定的； DNA在代谢上是比较稳定的； DNA吸收最多的紫外线光波是260 nm，与诱发基因突变的光波相同； DNA能够自我复制并通过细胞分裂均匀地传给下一代。第一节 DNA作为主要遗传物质的证据第一节 DNA作为主要遗传物质的证据（一）细菌的转化 格里费斯（Griffith F，1928）肺炎双球菌定向转化实验 RⅡ型肺炎双球菌——无荚膜，菌落粗糙，无毒 SⅢ型肺炎双球菌——有荚膜，菌落光滑，有毒 无毒IIR型小鼠成活重现IIR型 有毒IIIS型小鼠死亡重现IIIS型 有毒IIIS型（65℃杀死）小鼠成活无细菌 无毒IIR型有毒IIIS型（65℃杀死）小鼠死亡重现IIIS型 二、DNA作为主要遗传物质的直接证据结论：在加热杀死的IIIS型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入IIR型，IIR型转变为IIIS型，无毒转变为有毒。nullnull阿委瑞（Avery O T，1944）实验： 用生物化学方法证明这种活性物质是DNA 第一节 DNA作为主要遗传物质的证据第一节 DNA作为主要遗传物质的证据（二）噬菌体的侵染与繁殖 Hershey A D和Chase M（1952）用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质 T2噬菌体浸染大肠杆菌后，遗传物质进入细菌细胞； P是DNA的组成部分，但不存在于蛋白质中； S存在于蛋白质中，但DNA中没有； 32P标记T2噬菌体； 35S标记T2噬菌体。二、DNA作为主要遗传物质的直接证据nullHershey A D和Chase M（1952）用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质 第一节 DNA作为主要遗传物质的证据第一节 DNA作为主要遗传物质的证据（三）烟草花叶病毒的感染和繁殖 Fraenkel-Conrat H和Singer B（1957）实验 烟草花叶病毒简称TMV (Tobacco Mosaic Virus) TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种： TMV蛋白质→烟草→不发病 TMV RNA →烟草→发病 TMV RNA＋RNA酶→烟草→不发病 A型RNA与B型蛋白质重建病毒→发病→A型TMV二、DNA作为主要遗传物质的直接证据结论：在不含DNA的某些病毒中，RNA是遗传物质。nullFraenkel-Conrat H和Singer B（1957）实验证明： 在不含DNA的某些病毒中，RNA是遗传物质第二节 核酸的化学结构 第二节 核酸的化学结构 一、两种核酸及其分布 第二节 核酸的化学结构 第二节 核酸的化学结构 一、两种核酸及其分布 核酸的分布： 高等植物：DNA存在于染色体，叶绿体、线粒体中；RNA在核（核仁、染色体）、细胞质中； 细菌：DNA和RNA； 噬菌体：多数只有DNA； 植物病毒：多数只有RNA； 动物病毒：有些含RNA、有些含DNA。 第二节 核酸的化学结构 第二节 核酸的化学结构 1953年，沃森(Watson J. D.)和克里克(CrickF. H. C.) 根据DNA分子的X射线衍射研究提出了DNA双螺旋结构模型二、DNA的分子结构 nullNature,1953(171),4356: 737-738nullnull第二节 核酸的化学结构 第二节 核酸的化学结构 一般以单链存在 三、RNA的分子结构 第三节 染色体的分子结构 第三节 染色体的分子结构 特点： 染色体简单： 遗传信息含量少：只有一条染色体，且DNA含量远低于真核生物。 大肠杆菌（E. coli）只有一个环状染色体，其DNA分子含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。一、原核生物的染色体 第三节 染色体的分子结构 第三节 染色体的分子结构 二、真核生物的染色体 RNA 6% DNA 27% Histones 26% Non-histones 22-40%1、染色体组成成分第三节 染色体的分子结构 第三节 染色体的分子结构 二、真核生物的染色体 2、染色质的基本结构 核小体：由H2A、H2B、H3和H4 4种组蛋白构成 连接丝：DNA双链 + H1组蛋白 染色质结构的串珠模型 null染色质的分类（根据染色反应不同）： 异染色质：染色质线中染色很深的区段 常染色质：染色质线中染色很浅的区段 异染色质的类型： 组成型异染色质：主要为卫星DNA，构成染色体特殊区域，如着丝点等。 兼性异染色质：存在于染色体的任何部位，在某类细胞中表现为异染色质状态，而在另一类细胞中表现为常染色质状态，如哺乳动物的X染色体。 第三节 染色体的分子结构 第三节 染色体的分子结构 二、真核生物的染色体 3、染色体的结构模型 四级螺旋结构（Bak A L，1977） 第三节 染色体的分子结构 第三节 染色体的分子结构 二、真核生物的染色体 4、着丝粒和端体 着丝粒的功能：细胞有丝分裂和减数分裂过程中，在纺缍丝牵引下，准确将染色体拉向子细胞。 端体的功能：（1）防止染色体末端为DNA酶酶切；（2）防止染色体末端与其他DNA分子的结合；（3）使染色体末端在DNA复制过程中保持完整。 第四节 DNA的复制 第四节 DNA的复制 一、DNA复制的一般特点 1、半保留复制 DNA分子的复制，首先是从它的一端氢键逐渐断开，当双螺旋的一端已拆开为两条单链时，各自可以作为，进行氢键的结合，在复制酶系统下，逐步连接起来，各自形成一条新的互补链，与原来的模板单链互相盘旋在一起，两条分开的单链恢复成DNA双分子链结构。这样，随着DNA分子双螺旋的完全拆开，就逐渐形成了两个新的DNA分子，与原来的完全一样。这种复制方式成为半保留复制。 第四节 DNA的复制 第四节 DNA的复制 一、DNA复制的一般特点 2、复制起点和复制方向 复制子：在同一个复制起点控制下的一段DNA序列。绝大多数细菌和病毒： 只有一个复制起点，控制整个染色体的复制，且为双向复制。 真核生物： 每条染色体的DNA复制都是多起点，多个复制起点共同控制整个染色体的复制； 每条染色体有多个复制子； 且为双向复制。 第四节 DNA的复制 第四节 DNA的复制 二、原核生物DNA合成 1、有关DNA合成的酶第四节 DNA的复制 第四节 DNA的复制 二、原核生物DNA合成 2、DNA复制过程 DNA双螺旋的解链： DNA合成的开始：引物酶（primase） 半不连续复制：前导链（leading strand）合成是连续的，后随链（lagging strand）的合成是半不连续的。 岗崎片段（Okazaki fragment）第四节 DNA的复制 第四节 DNA的复制 三、真核生物DNA合成的特点 DNA合成只是发生在细胞周期的某个时期：S期； 真核生物DNA复制是多起点的，原核生物DNA复制是单起点的； 真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成的岗崎片段的长度比原核生物要短：原核生物：引物长度为10-60个核苷酸，岗崎片段长度为1000-2000个核苷酸；真核生物：引物长度为10个核苷酸，岗崎片段长度为100-150个核苷酸； 有两种不同的DNA聚合酶分别控制前导链和后随链的合成：DNA聚合酶δ控制前导链；聚合酶α控制后随链； 染色体端体的复制：RNA端体酶（telomerase）。null真核生物的DNA聚合酶 null真核生物DNA的复制第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 一、三种RNA分子 信使RNA（Messager RNA，mRNA） 转移RNA （Transfer RNA， tRNA） 核糖体RNA（Ribosomal RNAs，rRNA）tRNA的二级结构：三叶草tRNA的三级结构：倒L型null---aa accept arm ; loading aa at 3’ end---DHU loop; contact with AARS---anti-codon loop; 34th is wobble base---TΨC loop; contact with 5s rRNA---extra loop; classification marker ?第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 原核生物rRNA（3种）： 5S：120个核苷酸 16S：1540个核苷酸 23S：2900个核苷酸 真核生物rRNA（4种）： 5S：120个核苷酸 5.8S：160个核苷酸 18S：1900个核苷酸 28S： 4700个核苷酸第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 二、RNA合成的一般特点 所用的原料为核苷三磷酸；而DNA合成则为脱氧核苷三磷酸 只要一条DNA链被用作模板；DNA合成时两条链分别用作模板 RNA的合成不需要引物，可以直接起始合成模板链（无义链）：用作模板进行RNA转录的链； 非模板链（有义链）：不作模板进行RNA转录的链。第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 三、原核生物RNA的合成 转录单位：通常把转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称为一个转录单位（transcript unit）。1、RNA聚合酶 α亚基与四聚体核心酶形成有关 β亚基存在核苷三磷酸的结合位点 β’含有与DNA模板结合的位点 σ因子只与RNA转录的起始有关 第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 三、原核生物RNA的合成 2、链的起始第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 三、原核生物RNA的合成 3、链的延伸第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 三、原核生物RNA的合成 4、链的终止依赖ρ因子的终止 不依赖ρ因子的终止 第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 四、真核生物RNA的转录及加工 1、真核生物RNA转录的特点 真核生物RNA的转录是在细胞核内，翻译在细胞质中进行； 真核生物一个mRNA只编码一个基因； 真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三种不同的酶； 真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA。第五节 RNA的转录及加工 第五节 RNA的转录及加工 四、真核生物RNA的转录及加工 2、mRNA的加工 5 ′端戴帽：在mRNA前体的5′端加上m7Gp的帽子； 3`端加尾：在mRNA前体的3′端加上poly(A)的尾巴； 如基因中存在内含子序列，要进行剪接 。null真核细胞信息流动第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 一、遗传密码 简并：一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定的现象。 三联体或密码子：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。 遗传密码的基本特征： 遗传密码为三联体 遗传密码间不能重复利用 遗传密码间无逗号 遗传密码间存在简并现象 遗传密码的有序性 遗传密码的通用性 null简并现象的机理：● Isoacceptor：负载同一氨基酸，但识别不同密码子 的tRNA● Wobble hypothesis： 反密码子 : 密码子 1th(Nt34) : 3 rd-Nt3 isoacceptors1 codon family 2 extra codonsnull遗传密码字典 null遗传密码通用性的另外情况第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 二、蛋白质的合成 1、核糖体 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 二、蛋白质的合成 2、蛋白质的合成过程 链的起始 链的延伸 链的终止null蛋白质的加工第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 三、中心法则及其发展 1、中心法则第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 三、中心法则及其发展 2、中心法则的发展 RNA的反转录：以RNA为模板来合成DNA RNA的自我复制 DNA指导的蛋白质合成