遺傳學(xué)：朱軍第三版：第03章 遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

1、1 1/230/230第三章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第三章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)P31P312 2/230/230遺傳學(xué)在微觀水平的深入l基因的化學(xué)基礎(chǔ)是什么？遺傳的染色體理論認(rèn)為：基因位于核內(nèi)染色體上染色體的主要化學(xué)成份蛋白質(zhì)和核酸何者為基因的化學(xué)基礎(chǔ) l*“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”觀點(diǎn)及其主要論據(jù)l基因化學(xué)本質(zhì)的條件：具有三種功能(P31)遺傳功能(復(fù)制與世代傳遞)表型功能(具有適當(dāng)?shù)目刂菩誀畹谋磉_(dá)機(jī)制)進(jìn)化功能(能夠產(chǎn)生變異滿足生物進(jìn)化的要求)3 3/230/230遺傳學(xué)在微觀水平的深入基因必須表現(xiàn)三種基本的功能：(1)遺傳功能即基因的復(fù)制：遺傳物質(zhì)必須貯存遺傳信息，并能將其復(fù)制且一代一代精確地傳遞下去

2、。(2)表型功能即基因的表達(dá)：遺傳物質(zhì)必須控制生物體性狀的發(fā)育和表達(dá)。(3)進(jìn)化功能即基因的變異：遺傳物質(zhì)必須發(fā)生變異，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化，沒有變異就沒有進(jìn)化。4 4/230/230三個(gè)學(xué)派l E. Schr dinger(1945)(薛丁格 Erwin Schroedinger量子物理學(xué)家)：What is life。l 薛丁格指出“基因是活細(xì)胞的關(guān)鍵組成部分，要懂得什么是生命就必須知道基因是如何發(fā)揮作用的?！边@本書向物理學(xué)家們預(yù)告一個(gè)生物學(xué)研究的新紀(jì)元就將開始，值得大家奮起鉆研，很多物理學(xué)家都紛紛轉(zhuǎn)向遺傳學(xué)這個(gè)新領(lǐng)域進(jìn)行研究，把物理學(xué)的思維方式也帶入其中，促使遺傳學(xué)的研究方法和思維方式發(fā)

3、生了一場(chǎng)大的變革，從而獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。5 5/230/230三個(gè)學(xué)派l二十世紀(jì)，由于物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)研究工作者的加入，在生物學(xué)與遺傳學(xué)研究領(lǐng)域形成了三個(gè)學(xué)派：物理學(xué)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)派化學(xué)生化生化學(xué)派數(shù)學(xué)信息信息學(xué)派6 6/230/230第三章 遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)(P31-64; P178-248; P258-267)第一節(jié)DNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù) P31第二節(jié)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)P34第三節(jié)染色體的分子結(jié)構(gòu)P39第四節(jié)DNA的復(fù)制 P43第五節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄及加工 P49第六節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯P56本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)7 7/230/230第一節(jié)第一節(jié)DNADNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)作為主要遺傳

4、物質(zhì)的證據(jù)l基因存在于染色體上?；虼嬖谟谌旧w上。 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸(DNA)(DNA) 核酸核酸 核糖核酸核糖核酸(RNA)(RNA) 組蛋白組蛋白l染色體染色體 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 非組蛋白非組蛋白 少量的擬脂與無(wú)機(jī)物質(zhì)少量的擬脂與無(wú)機(jī)物質(zhì)27% 6%66%分子遺傳學(xué)擁有大量直接和間接證據(jù)，說(shuō)明DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 8 8/230/230一、 DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)P31-32二、 DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)P32-34(一)、 細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)(二)、 噬菌體侵染與繁殖試驗(yàn) P33(三)、 煙草花葉病毒拆合實(shí)驗(yàn) P33-34*三、非核酸類的遺傳物質(zhì)第一節(jié)第一節(jié)DNADNA作為主要

5、遺傳物質(zhì)的證據(jù)作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)9 9/230/230一、 DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)P311.DNA含量的恒定性（每個(gè)物種不同組織的細(xì)胞不論其大小和功能如何，它們的DNA含量是恒定）；2.DNA代謝的穩(wěn)定性（DNA在代謝上是比較穩(wěn)定的）；3.存在的普遍性：DNA是所有生物染色體所共有的；4.基因突變與紫外線誘變波長(zhǎng)的關(guān)系；用不同波長(zhǎng)的紫外線誘發(fā)各種生物突變時(shí)，其最有效的波長(zhǎng)為2600埃，這與DNA所吸收的紫外線光譜是一致的，證明基因突變與DNA分子的變異密切相關(guān)。1010/230/230 大部分大部分DNADNA存在于染色體上。存在于染色體上。RNA和蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)也很多。 每個(gè)物種不

6、同組織的細(xì)胞不論其大小和功能如何，它們的每個(gè)物種不同組織的細(xì)胞不論其大小和功能如何，它們的DNADNA含量是恒定的。含量是恒定的。精子或卵子中的DNA含量正好是體細(xì)胞的一半；而細(xì)胞內(nèi)的RNA和蛋白質(zhì)量在不同細(xì)胞間變化很大。另外，多倍體系列的一些物種，其細(xì)胞中DNA的含量隨染色體倍數(shù)的增加，也呈現(xiàn)倍數(shù)性的遞增。 DNADNA在代謝上比較在代謝上比較穩(wěn)定穩(wěn)定。細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和RNA分子與DNA分子不同，它們?cè)谘杆傩纬傻耐瑫r(shí)，又不斷分解。而原子一旦被DNA分子所攝取，則在細(xì)胞保持健全生長(zhǎng)的情況下，保持穩(wěn)定，不會(huì)離開DNA。 基因突變與基因突變與DNADNA分子的變異密切相關(guān)。分子的變異密切相關(guān)。用不同

7、波長(zhǎng)的紫外線誘發(fā)各種生物突變時(shí)，其最有效的波長(zhǎng)為260nm，這與DNA所吸收的紫外線光譜是一致的。一、 DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)P311111/230/230(一)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化肺炎雙球菌有兩種不同的類型：1.光滑型(S型) 被一層多糖類的莢膜所保護(hù)，具有毒性，在培養(yǎng)基上形成光滑的菌落。2.粗糙型(R型) 沒有莢膜和毒性，在培養(yǎng)基上形成粗糙的菌落。P32在R型和S型內(nèi)還可以按血清免疫反應(yīng)不同，分成許多抗原型，常用R，R和S、S、S等加以區(qū)別。 二、DNA作為主要遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)1212/230/2301928, Griffith：首次將RS，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌遺傳性狀的定向轉(zhuǎn)化 。被加熱殺死的S型肺炎

8、雙球菌必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)變的活性物質(zhì)。P32圖3-11313/230/23016年后，Avery等用生物化學(xué)方法證明這種引起轉(zhuǎn)化的物質(zhì)是DNA，他們將S型細(xì)菌的DNA提取物與R型細(xì)菌混合在一起，在離體培養(yǎng)條件下，成功的使少數(shù)R型細(xì)菌定向轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。(如圖） 1414/230/2301515/230/230迄今，已經(jīng)在幾十種細(xì)菌和放線菌中成功地獲得了遺傳性狀的定向轉(zhuǎn)化。這些試驗(yàn)都證明起轉(zhuǎn)化作用的物質(zhì)是DNA。( (二二) )噬菌體的侵染與繁殖噬菌體的侵染與繁殖P33P33噬菌體是極小的低級(jí)生命類型。必須在電子顯微鏡下才可以看到。據(jù)研究T2噬菌體DNA進(jìn)入到大腸桿菌內(nèi)，可以利用大腸桿菌的材

9、料來(lái)制造自己的DNA、蛋白質(zhì)外殼和尾部，從而形成完整的新生的噬菌體。 1616/230/230l 赫爾希 等用同位素32P和35S分別標(biāo)記T2噬菌體的DNA與蛋白質(zhì)。因?yàn)镻是DNA的組分，但不見于蛋白質(zhì)；而S是蛋白質(zhì)的組分，但不見于DNA。然后用標(biāo)記的T2噬菌體(32P或35S)分別感染大腸桿菌，經(jīng)10分鐘后，用攪拌器甩掉附著于細(xì)胞外面的噬菌體外殼。 (P33圖32)1717/230/230第一種情況下，基本上全部放射活性見于細(xì)菌內(nèi)而不被甩掉并可傳遞給子代。第二種情況下，放射性活性大部分見于被甩掉的外殼中，細(xì)菌內(nèi)只有較低的放射性活性，且不能傳遞給子代這樣看來(lái)，主要是由于DNA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)才產(chǎn)生完

10、整的噬菌體。所以說(shuō)DNA是具有連續(xù)性的遺傳物質(zhì)。1818/230/230P331952年，Hershey等用放射性同位素標(biāo)記32P標(biāo)記T2噬菌體的 DNA（DNA中無(wú)S）35S標(biāo)記T2噬菌體的 Pro（Pro中無(wú)P）（二）噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)1919/230/230（二）噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)2020/230/230( (三三) )煙草花葉病毒的感染和繁殖煙草花葉病毒的感染和繁殖P33P33 煙草花葉病毒（TMV）是由RNA與蛋白質(zhì)組成的管狀微粒，它的中心是單螺旋的RNA，外部是蛋白質(zhì)的外殼。（如圖）2121/230/2301. 拆分感染試驗(yàn)： 將TMV的RNA與蛋白質(zhì)分離、提純。 分別接種

11、煙葉，發(fā)現(xiàn)RNA能使煙葉致病，而蛋白質(zhì)不能。 用RNA酶處理RNA后接種煙葉也不能致病，表明RNA可能就是TMV的遺傳物質(zhì)。2222/230/230（三）（三） 煙草花葉病毒（煙草花葉病毒（TMVTMV）感染實(shí)驗(yàn)）感染實(shí)驗(yàn)2323/230/230 P33佛蘭科爾康拉特與辛格爾(Frankel-Conrat, H.和 Singer, B.)把TMV的RNA與另一個(gè)病毒品系(HR, Holmes ribgrass)的蛋白質(zhì)，重新合成混合的煙草花葉病毒，用它感染煙草葉片時(shí)，所產(chǎn)生的新病毒顆粒與提供RNA的品系完全一樣，亦即親本的RNA決定了后代的病毒類型 (圖33)。 以上實(shí)例均直接證明DNA是生物

12、主要的遺傳物質(zhì)，而在缺少DNA的生物中，RNA則為遺傳物質(zhì)。2424/230/2302525/230/2302626/230/2302727/230/230第二節(jié)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)P34 核酸(nucleic acid)是一種高分子的化合物，它的構(gòu)成單元是核苷酸(nucleotide)。兩個(gè)核苷酸之間由3和5位的磷酸二脂鍵相連 。 核酸有兩種：脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。 兩種核酸的主要區(qū)別如下：RNARNADNADNA酸酸磷磷 酸酸磷磷 酸酸糖糖核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖含含氮氮 堿堿 嘌嘌 呤呤腺嘌呤腺嘌呤 A A鳥嘌呤鳥嘌呤 G G腺嘌呤腺嘌呤 A A鳥嘌呤鳥嘌呤 G G嘧嘧

13、啶啶胞嘧啶胞嘧啶 C C尿嘧啶尿嘧啶 U U胞嘧啶胞嘧啶 C C胸腺嘧啶胸腺嘧啶 A A2828/230/230P35P35圖圖3-4 3-4 構(gòu)成核苷酸分子的堿基結(jié)構(gòu)構(gòu)成核苷酸分子的堿基結(jié)構(gòu)2929/230/230P34DNA通常是雙鏈一般較長(zhǎng)。RNA主要為單鏈，分子鏈較短。 DNA分子是脫氧核苷酸的多聚體，含有4種脫氧核苷酸：脫氧腺嘌呤核苷酸(dATP)、脫氧胸腺嘧啶核苷酸(dTTP)、脫氧鳥嘌呤核苷酸(dGTP)、脫氧胞嘧啶核苷酸(dCTP)。3030/230/230P36P36圖圖3-5 3-5 核酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)核酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)3131/230/2303232/230/230333

14、3/230/230*一、早期對(duì)核酸化學(xué)性質(zhì)的研究 二、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu) 三、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)*四、RNA的分子結(jié)構(gòu)3434/230/230*一、早期對(duì)核酸化學(xué)性質(zhì)的研究雖然上世紀(jì)中才認(rèn)識(shí)到DNA的生物學(xué)功能，核酸研究卻已有一百多年歷史：F.Mischer(1869)從外科繃帶上膿細(xì)胞核中分離出一種不同于蛋白質(zhì)的物質(zhì)，含磷量高、并具有很強(qiáng)的酸性。他將這種物質(zhì)稱核質(zhì)(素)(nuclein)；A.Kossel(1879)發(fā)現(xiàn)酵母等核質(zhì)具有A、G、T、C四種堿基；R.Altamm(1889)將核素命名為核酸(nucleic acid)。Kossel(1901)又發(fā)現(xiàn)核酸中具有碳水化合物(糖)；P.A.

15、T.Levene(1909)研究表明：酵母核酸含有五碳糖核糖；Fisher(1914)人工合成核苷酸；P.A.T.Levene(1929)又發(fā)現(xiàn)動(dòng)物胸腺細(xì)胞核酸含有脫氧核糖。Levene將前者命名為核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)，后者命名為脫氧核糖核酸(deoxy-ribonucleicacid, DNA)。并指出動(dòng)、植物中均存在這兩種核酸。3535/230/230二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)l 關(guān)于堿基的種類、分子式、核苷酸的種類、結(jié)構(gòu)等內(nèi)容是生物化學(xué)中討論的內(nèi)容，請(qǐng)課后復(fù)習(xí)。l 在此談三個(gè)關(guān)于核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容： (一)、 “四核苷酸”假說(shuō)； (二)、 查伽夫定則及其意義；*

16、(三)、 核苷酸序列及其測(cè)定。3636/230/230(一)、“四核苷酸”假說(shuō)lP.A.T.Levene(1930)提出“四核苷酸”假說(shuō)，認(rèn)為：核苷酸是核酸的基本組成單位；核酸是“磷酸核糖(堿基)磷酸”的核苷多聚體。l四核苷酸假說(shuō)奠定了核酸化學(xué)基礎(chǔ)。但同時(shí)認(rèn)為：核酸多聚體是由“四核苷酸結(jié)構(gòu)”重復(fù)形成；每個(gè)四核苷酸結(jié)構(gòu)包含四種堿基各一個(gè)；所以事實(shí)上認(rèn)為在任何DNA中，四種堿基是等量的，DNA是四核苷酸結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單重復(fù)。這種觀念影響了人們對(duì)核酸生物學(xué)功能的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。3737/230/230(二)、查伽夫定則及其意義lE.Chargaff于1946-1950年根據(jù)紙層析、離子交換層析和紫外分光光度試

17、驗(yàn)結(jié)果提出查伽夫定則：四種堿基的數(shù)量不是等量的；同一物種DNA堿基組成不變，而物種間則有很大不同；嘌呤堿基總量與嘧啶堿基的總量(克分子總量)相等(A+G=T+C)，且A=T、G=C。3838/230/230(二)、查伽夫定則及其意義表3-1不同物種中DNA的堿基成分百分比3939/230/2304040/230/2304141/230/230P37P37圖圖3-7 3-7 兩條多核酸鏈間氫鍵相連兩條多核酸鏈間氫鍵相連4242/230/230P37P37圖圖3-7 3-7 兩條多核酸鏈間氫鍵相連兩條多核酸鏈間氫鍵相連4343/230/2304444/230/230*(三)、核苷酸序列及其測(cè)定l查

18、伽夫定則表明：核酸并不是四核苷酸結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單重復(fù)，核酸的堿基序列信息可能具有重要意義。l以后的研究表明：堿基序列正是核酸生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，是遺傳信息的內(nèi)在形式。lDNA及RNA分子序列分析技術(shù)也是最重要的分子遺傳學(xué)研究技術(shù)：Sanger雙脫氧法；Maxam & Gillbert化學(xué)法；基于化學(xué)法的DNA序列自動(dòng)分析儀已成為常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。4545/230/230DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)*DNA分子結(jié)構(gòu)的研究1. 鮑林研究小組2. 威爾金斯、富蘭克林研究小組3. 沃（華）生、克里克研究小組4646/230/230*DNA分子結(jié)構(gòu)的研究l在“四核苷酸結(jié)構(gòu)”理論的誤導(dǎo)下，人們普遍認(rèn)為核酸的組成、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

19、，可能不具有重要功能，一度忽略了對(duì)核酸的研究。l上世紀(jì)中期，眾多研究表明：核酸是遺傳信息的載體，顯然DNA的結(jié)構(gòu)研究是進(jìn)一步研究其功能和作用方式的基礎(chǔ)。l也由此激發(fā)了科學(xué)家從事核酸結(jié)構(gòu)研究的興趣，當(dāng)時(shí)進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)研究的科學(xué)家很多，最重要有：4747/230/2301.鮑林研究小組l主要工作：鮑林(Pauling)等1951年(提出蛋白質(zhì)-螺旋模型后)開始研究DNA分子結(jié)構(gòu)根據(jù)阿斯伯利Astbury等1938年獲得的DNA分子晶體X射線衍射圖像(顯示DNA分子晶體呈螺旋結(jié)構(gòu))進(jìn)行研究提出DNA分子三鏈螺旋結(jié)構(gòu)模型：引入多鏈、螺旋和氫鏈等概念l評(píng)價(jià)：雖然他們提出的模型并不正確，但是其研究方向和所

20、采用的方法卻為DNA分子結(jié)構(gòu)模型研究確立了方向注：1954年鮑林因研究物質(zhì)聚合力(氫鏈)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)4848/230/2302.威爾金斯、富蘭克林研究小組l主要工作：Wilkins和Franklin改進(jìn)了DNA分子晶體X射線衍射圖譜技術(shù)。于1951年獲得了更為清晰的圖像。結(jié)果表明：堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)而磷酸基團(tuán)在外側(cè)，同時(shí)測(cè)得了DNA螺旋的直徑和螺距。4949/230/230about Franklin羅莎琳德富蘭克林5050/230/2303.沃生、克里克研究小組Waston、Crick(1951-1953)：研究手段非常簡(jiǎn)單：用紙板等做磷酸、核糖和堿基模型，拼湊DNA分子的三維結(jié)構(gòu)。理論

21、知識(shí)深厚、富于創(chuàng)造性；視野廣闊、收集信息全面并善于分析利用。5151/230/2303.沃生、克里克研究小組主要基于Chargaff、Pauling和Wilkins等三個(gè)方研究成果，Watson和Crick于1953年提出了他們的第三個(gè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型?，F(xiàn)在人們公認(rèn)這是分子遺傳學(xué)建立的標(biāo)志。為此Watson，Crick和Wilkins于1962年獲得了諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。5252/230/230(二)、DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1. DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的意義3. DNA分子構(gòu)型的多態(tài)性5353/230/2301.DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)P355454

22、/230/2302.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的意義lDNA雙螺旋模型結(jié)構(gòu)同時(shí)表明：DNA復(fù)制的明顯方式半保留復(fù)制。Watson和Crick在1953年就指出：DNA可以按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行半保留復(fù)制。而在此之前對(duì)復(fù)制方式人們對(duì)一無(wú)所知。基因和多肽成線性對(duì)應(yīng)的一個(gè)可能的理由：DNA核苷酸順序規(guī)定該基因編碼蛋白質(zhì)的氨基酸順序；DNA中的遺傳信息就是堿基序列；并存在某種遺傳密碼(genetic code)，將核苷酸序列譯成蛋白質(zhì)氨基酸順序。l在其后的幾十年中，科學(xué)家們沿著這兩條途徑前進(jìn)，探明了DNA復(fù)制、遺傳信息表達(dá)與中心法則等內(nèi)容。5555/230/2303.DNA分子構(gòu)型的多態(tài)性P385656/2

23、30/2303.DNA分子構(gòu)型的多態(tài)性 P385757/230/230l1953年，瓦特森(Watson, J. D.)和克里克(Crick, F.)根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)的規(guī)律以及對(duì)DNA分子的X射線衍射研究的成果，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(圖37)。這個(gè)模型最主要特點(diǎn)有：(1)由兩條互補(bǔ)的多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，彼此以一定的空間距離，平行地環(huán)繞于同一軸上，很象一個(gè)扭曲起來(lái)的梯子。5858/230/230(2)兩條多核苷酸鏈走向?yàn)榉聪蚱叫?antiparallel)。即一條鏈磷酸二脂鍵為53方向，而另一條為35方向，二者剛好相反。(3)每條長(zhǎng)鏈的內(nèi)側(cè)是扁平的盤狀堿基，堿基一方面與脫氧核

24、糖相聯(lián)系，另一方面通過氫鍵(hydrogen bond)與它互補(bǔ)的堿基相聯(lián)系，相互層疊宛如一級(jí)一級(jí)的梯子橫檔?；パa(bǔ)堿基對(duì)A與T之間形成兩對(duì)氫鍵，而C與G之間形成三對(duì)氫鍵(圖38)。上下堿基對(duì)之間的距離為3.4nm。5959/230/230(4)每個(gè)螺旋為3.4nm長(zhǎng)，剛好含有10個(gè)堿基對(duì)，其直徑約為2nm。(5)在雙螺旋分子的表面大溝(major groove)和小溝(minor groove)交替出現(xiàn)。由此可知，DNA的分子結(jié)構(gòu)是由A-T和C-G兩種核苷酸對(duì)從頭到尾連接起來(lái)的，每個(gè)DNA分子一般有上萬(wàn)個(gè)這兩種核苷酸對(duì)，但是它們?cè)诜肿渔渻?nèi)排列的位置和方向只有以下四種形式:對(duì)一特定物種的DNA分

25、子來(lái)說(shuō)，其堿基順序是一定的，并且通常保持不變，這樣才能保持該物種遺傳特性的穩(wěn)定。只有在特殊的條件下，改變其堿基順序或位置或以堿基類似物代替某一堿基時(shí)，才出現(xiàn)遺傳的變異(突變)。6060/230/230 近來(lái)發(fā)現(xiàn)DNA的構(gòu)型并不是固定不變的，除主要以瓦特森和克里克提出的右手雙螺旋構(gòu)型存在外，還有許多變型。 瓦特森和克里克提出的雙螺旋構(gòu)型稱為BDNA。BDNA是DNA在生理狀態(tài)下的構(gòu)型。 當(dāng)DNA在高鹽濃度下時(shí)，則以ADNA形式存在。ADNA是DNA的脫水構(gòu)型，它也是右手螺旋，但每螺圈含有11個(gè)核苷酸對(duì)。ADNA比較短和密。 現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)，某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在，稱為ZDNA。( (

26、二二)DNA)DNA構(gòu)型之變異構(gòu)型之變異P37P376161/230/2306262/230/230DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)P376363/230/2306464/230/2306565/230/2306666/230/2306767/230/2306868/230/2306969/230/2307070/230/2307171/230/230三、RNA的分子結(jié)構(gòu)P38l就其化學(xué)組成上看，由四種核苷酸組成的多聚體。它與DNA的不同，首先在于以U代替了T，其次是用核糖代替了脫氧核糖。l此外，絕大部分RNA以單鏈形式存在，但可以折疊起來(lái)形成若干雙鏈區(qū)域。在這些區(qū)域內(nèi)，凡互補(bǔ)的堿基對(duì)間可以形成氫鍵(圖310

27、)。但有一些以RNA為遺傳物質(zhì)的動(dòng)物病毒含有雙鏈RNA。7272/230/230第三節(jié)第三節(jié) 染色體的分子結(jié)構(gòu)染色體的分子結(jié)構(gòu)P39P39一、原核生物染色體 與真核生物相比，原核生物的染色體要簡(jiǎn)單得多，其染色體通常只有一個(gè)核酸分子(DNA或RNA)，其遺傳信息的含量也比真核生物少得多。 病毒染色體只含一個(gè)DNA或者RNA分子，可以是單鏈也可以是雙鏈；大多呈環(huán)狀，少數(shù)呈線性分子。 細(xì)菌染色體均為環(huán)狀雙鏈DNA分子。雖然病毒和細(xì)菌的染色體比真核生物小得多，但其伸展長(zhǎng)度比其本身仍要大得多。 近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，原核生物的染色體并不是象過去人們認(rèn)為的那樣是“露裸”的DNA分子，其DNA分子同樣與蛋白質(zhì)和R

28、NA等其它分子結(jié)合。7373/230/230噬菌體的染色體結(jié)構(gòu)：7474/230/230P39P39圖圖3 311 11 大腸桿菌的染色體大腸桿菌的染色體DNADNA分子伸展有分子伸展有12001200m m長(zhǎng)，細(xì)菌直徑長(zhǎng)，細(xì)菌直徑1-21-2m m7575/230/230P39P39圖圖3 31212大腸桿菌的染色體結(jié)構(gòu)模型大腸桿菌的染色體結(jié)構(gòu)模型7676/230/230P39P39圖圖3 31212大腸桿菌的染色體結(jié)構(gòu)模型大腸桿菌的染色體結(jié)構(gòu)模型7777/230/230二、真核生物染色體P40(一)染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu) 染色質(zhì)(chromatin)是染色體在細(xì)胞分裂的間期所表現(xiàn)的形態(tài)，呈纖細(xì)的

29、絲狀結(jié)構(gòu)，故亦稱為染色質(zhì)線(chromatin fiber)。 DNA 組蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4 染色質(zhì) 蛋白質(zhì) 非組蛋白 少量核糖核酸(RNA) 7878/230/230二、真核生物染色體P40奧林斯(Olins A.L.，1974，1978)柯恩柏格(Kornberg R.D.，1974, 1977)錢朋(Chambon P.，1978)通過電鏡觀察和研究，提出染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的串珠模型。7979/230/230 染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體(nucleosome)、連接絲(linker)和一個(gè)分子的組蛋白H1。每個(gè)核小體的核心是由H2A、H2B、H3和H4四種組蛋白各以兩個(gè)分子

30、組成的，其形狀近似于扁球狀八聚體(圖313)。 DNA雙螺旋就盤繞在這八個(gè)組蛋白分子的表面。連接絲把兩個(gè)核小體串聯(lián)起來(lái)，它是兩個(gè)核小體之間的DNA雙鏈。組蛋白H1結(jié)合于連接絲與核小體的接合部位，影響連接絲與核小體結(jié)合的長(zhǎng)度。8080/230/2308181/230/230P41 根據(jù)染色反應(yīng)，間期細(xì)胞核中的染色質(zhì)可以分為兩種：異染色質(zhì)是染色質(zhì)線中染色很深的區(qū)段，這稱為異染色質(zhì)區(qū)(heterochromatin region)。常染色質(zhì)是染色很淺的區(qū)段，這稱為常染色質(zhì)區(qū)(euchro-matin region)。據(jù)分析，兩者在化學(xué)性質(zhì)上沒有什么差別，核酸的緊縮程度及含量上的不同；二者在結(jié)構(gòu)上是連

31、續(xù)的。在同一染色體上所表現(xiàn)的這種差別稱為異固縮(heteroch-romatin)現(xiàn)象。8282/230/230異染色質(zhì)常染色質(zhì)8383/230/230蝙蝠胃內(nèi)膜細(xì)胞間期細(xì)胞中的染色質(zhì)分布8484/230/230染色體的這種結(jié)構(gòu)與功能密切相關(guān)，常染色質(zhì)可經(jīng)轉(zhuǎn)錄表現(xiàn)為活躍的遺傳功能，而異染色質(zhì)一般不編碼蛋白質(zhì)，只對(duì)維持染色體結(jié)構(gòu)的完整性起作用。放射自顯影的實(shí)驗(yàn)證明，異染色質(zhì)的復(fù)制時(shí)間總是遲于常染色質(zhì)。異染色質(zhì)又可分為組成型異染色質(zhì)(constitutive heteroch-romatin )和兼性異染色質(zhì)(facutative heterochromatin)。組成型異染色質(zhì)主要是衛(wèi)星DNA，

32、構(gòu)成染色體的特殊區(qū)域，如著絲點(diǎn)部位等。只與染色體結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般無(wú)表達(dá)功能。兼性異染色質(zhì)可以存在于染色體的任何部位。它可以在某類細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，而在另一類細(xì)胞內(nèi)完全不表達(dá)。 8585/230/230每條染色單體包括一條染色線(chromonema)，以及位于線上許多染色很深、顆粒狀的染色粒(chromomere)?，F(xiàn)已證實(shí)每個(gè)染色體所含的染色質(zhì)線是單線的，即一個(gè)染色體所包含的兩條染色單體都分別是單線的，換言之，每條染色單體是一個(gè)DNA分子與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的染色質(zhì)線。( (二二) )染色體的結(jié)構(gòu)模型染色體的結(jié)構(gòu)模型P41P41在細(xì)胞有絲分裂的中期，利用光學(xué)顯微鏡可以觀察到：染色體的結(jié)構(gòu)是由兩條染色單體

33、(chromatid)組成的。8686/230/230l細(xì)胞分裂過程中染色質(zhì)線至少存在三個(gè)層次的卷縮(圖3-14)：第一個(gè)層次是DNA分子超螺旋化形成核小體，產(chǎn)生直徑約為10nm的間期染色質(zhì)線，在此過程中組蛋白H2A、H2B、H3和H4參與作用。第二個(gè)層次是核小體的長(zhǎng)鏈進(jìn)一步螺旋化形成直徑約為30nm的超微螺旋，稱為螺線管(solenoid)，此過程中組蛋白H1參與作用。最后是染色體螺旋管進(jìn)一步卷縮, 并附著于由非組蛋白形成的骨架)或者稱中心(圖315)上面成為一定形態(tài)的染色體。8787/230/230P42P42圖圖3 315 15 非組蛋白組成的染色體骨架非組蛋白組成的染色體骨架8888/

34、230/2308989/230/230染色體形成過程中長(zhǎng)度與寬度的變化染色體形成過程中長(zhǎng)度與寬度的變化寬度增加長(zhǎng)度壓縮第一級(jí)DNA核小體5倍7倍第二級(jí)核小體螺線體3倍6倍第三級(jí)螺線體（管）超螺線體13倍40倍第四級(jí)超螺線體（管）染色體2.5-5倍5倍500-1000倍8400倍(8000-10000)9090/230/230在細(xì)胞分裂過程中，染色質(zhì)是如何螺旋化形成染色體的呢？Bak等人提出了染色質(zhì)螺旋化的四級(jí)結(jié)構(gòu)模型（核小體、螺線體、超螺線體、染色體）解釋了這個(gè)問題。 9191/230/230 ( (三三) )著絲粒和端體著絲粒和端體P42P42染色體另外二個(gè)重要的結(jié)構(gòu)就是著絲粒(centro

35、moere)和端體(telomere)。1.著絲粒是染色體的縮縊部位，是細(xì)胞分裂過程中紡錘絲(spindle fiber)結(jié)合的區(qū)域。 著絲粒在細(xì)胞分裂過程中，對(duì)染色體向子細(xì)胞的正確分配起著關(guān)鍵的作用。缺少著絲粒的染色體片段，由于沒有紡錘絲的牽引，在細(xì)胞分裂過程中經(jīng)常容易丟失。9292/230/230 ( (三三) )著絲粒和端體著絲粒和端體P42P422.端體(telomere)也就是染色體的末端，存在著特珠的結(jié)構(gòu)。主要有三方面的功能：防止染色體末端為DNA酶酶切；防止染色體末端與其它DNA分子的結(jié)合；使染色體末端在DNA復(fù)制過程中保持完整。9393/230/230第四節(jié)第四節(jié)DNADNA的

36、復(fù)制的復(fù)制P43P43一、一、DNADNA復(fù)制的一般特點(diǎn)復(fù)制的一般特點(diǎn)( (一一) )半保留復(fù)制半保留復(fù)制半保留復(fù)制(semiconservative replication)復(fù)制時(shí)DNA雙鏈解開并以每一單鏈為模板來(lái)形成另一對(duì)應(yīng)的新鏈。(圖3-16)。DNA自身的復(fù)制方式：半保留復(fù)制9494/230/2301.復(fù)制的拓?fù)鋵W(xué)P46P46；2.復(fù)制的酶學(xué)P44P44（DNA的酶促合成：DNA聚合酶、；RNA引物酶；解旋酶；連接酶；拓?fù)洚悩?gòu)酶；外切酶、內(nèi)切酶）；3.復(fù)制的忠實(shí)性(準(zhǔn)確性，半保留復(fù)制：證明實(shí)驗(yàn))4.雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制（放射自顯影技術(shù)）；5.復(fù)制的調(diào)控。1.DNA復(fù)制的起點(diǎn)(單起始點(diǎn)與

37、多起始點(diǎn))復(fù)制子、復(fù)制叉P43-44P43-44；2.復(fù)制的方向(單向與雙向)P44P44圖3-17；3.鏈的延伸(半不連續(xù)、岡岡崎片段崎片段) 5353 P46P46；4.復(fù)制的終止；DNA復(fù)制過程的概括9595/230/230半保留復(fù)制9696/230/2309797/230/230復(fù)制叉的結(jié)構(gòu)9898/230/230DNA復(fù)制的過程9999/230/230(二)復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制方向多數(shù)細(xì)菌及病毒，只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，控制整個(gè)染色體的復(fù)制。所以整個(gè)染色體也就是一個(gè)復(fù)制子。在真核生物中，每條染色體的DNA復(fù)制則是多起點(diǎn)的，多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)共同控制一條染色體的復(fù)制，即每條染色體有多個(gè)復(fù)制子(圖317)

38、。復(fù)制子(replicon)：是指在同一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)控制下合成的一段DNA序列。100100/230/230101101/230/230大腸桿菌和其它許多原核生物的環(huán)狀DNA復(fù)制是雙向的。即DNA的復(fù)制從復(fù)制起點(diǎn)開始，向二個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行，最后相遇，完成復(fù)制。真核生物的研究發(fā)現(xiàn)，其復(fù)制也是雙向的。但近來(lái)發(fā)現(xiàn)，并不是所有的生物DNA的復(fù)制都是雙向的，如：噬菌體T2，其DNA的復(fù)制就是沿一個(gè)方向進(jìn)行的。5 3復(fù)制方向？從起點(diǎn)開始是沿著一個(gè)方向進(jìn)行的呢？還是復(fù)制方向？從起點(diǎn)開始是沿著一個(gè)方向進(jìn)行的呢？還是雙向的？雙向的？102102/230/230103103/230/230104104/230/230

39、二、原核生物二、原核生物DNADNA合成合成P44P44( (一一) )有關(guān)有關(guān)DNADNA合成的酶合成的酶1957年科恩伯格(Kornberg, A.)及其同事，從大腸桿菌中分離DNA聚合酶(polymerase )。聚合酶在有DNA、4種脫氧核苷酸及Mg+的情況下，在離體條件下可以合成DNA。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，DNA聚合酶只有在引物DNA提供3端自由羥基的情況下，才使DNA鏈從5向3方向延伸。實(shí)際上在此實(shí)驗(yàn)體系中的DNA起著模板和引物的雙重作用。105105/230/230DNA聚合酶由一條多肽鏈組成，含有928個(gè)氨基酸，分子量約為109,000道爾頓，編碼此酶的基因?yàn)?pol A。后來(lái)，從 po

40、l A基因突變株中又分離出二種DNA聚合酶，分別命名為DNA聚合酶和DNA聚合酶。106106/230/230u三種DNA聚合酶有一些共同的特性，從而決定DNA合成的特點(diǎn)：1、三種酶都只有53聚合酶的功能，而沒有35聚合酶功能，說(shuō)明DNA鏈的延伸只能從5向3端進(jìn)行。2、它們都沒有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下進(jìn)行鏈的延伸，因此，DNA的合成必須有引物引導(dǎo)才能進(jìn)行。3、三種酶還都有核酸外切酶的功能，可對(duì)合成過程中發(fā)生的錯(cuò)識(shí)進(jìn)行校正，從而保證DNA復(fù)制的高度準(zhǔn)確性。107107/230/230（二）DNA復(fù)制的過程P451、半保留復(fù)制，雙向復(fù)制 2、有引物的引導(dǎo)，為RNA 3、延伸方向

41、為534、一條鏈一直從5向3方向延伸，稱前導(dǎo)鏈，連續(xù)合成；另一條先沿5 3 合成岡崎片段，再由連接酶連起來(lái)鏈，后隨鏈，不連續(xù)合成。108108/230/230（二）DNA復(fù)制的過程P45109109/230/230P45P45圖圖3-18 DNA3-18 DNA解旋解旋110110/230/230P46 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)主要有二類DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶：DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I，只對(duì)雙鏈DNA中的一條鏈進(jìn)行切割，產(chǎn)生切口(nick)，每次切割只能去除一個(gè)超螺旋，此過程不需要外加能量。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II，可以對(duì)雙鏈DNA的二條鏈同時(shí)進(jìn)行切割。每次切割可以去除二個(gè)超螺旋，此過程需要ATP提供能量。111111/23

42、0/230112112/230/2303 3、一條、一條DNADNA鏈連續(xù)合成，一條鏈不連續(xù)鏈連續(xù)合成，一條鏈不連續(xù)P46P46從電子顯微鏡和放射自顯影的結(jié)果可知，DNA兩條新鏈的合成是從一個(gè)復(fù)制叉(replicating fork)向著同一個(gè)方向延伸的。而組成DNA雙螺旋的互補(bǔ)雙鏈具有相反的方向，一條從53，而另地條35，為反向平行。二條DNA新鏈，只有一條DNA鏈的合成是連續(xù)的，而另一條則是不連續(xù)的。所以從整個(gè)DNA分子水平來(lái)看，DNA二條新鏈的合成方向是相反的，但是都是從5向3方向延伸。113113/230/230把一直從5向3方向延伸的鏈稱作前導(dǎo)鏈(leading strand)，它是

43、連續(xù)合成的。在前導(dǎo)鏈上，DNA引物酶只在起始點(diǎn)合成一次引物RNA，DNA聚合酶III就可開始進(jìn)行DNA的合成。另一條先沿53方向合成一些片段，然后再由連接酶將其連起來(lái)的鏈，稱為后隨鏈(lagging strand)，其合成是不連續(xù)的(圖319)。114114/230/230115115/230/230后隨鏈上合成的DNA不連續(xù)單鏈小片段稱為岡崎片段后隨鏈DNA的合成：每個(gè)“岡崎片段”的合成都需要先合成一段引物RNA，然后DNA聚合酶才能進(jìn)行DNA的合成。隨后，引物RNA被切除，并為新合成的DNA片段所替代。在大腸桿菌中，引物RNA被切除過程是在DNA聚合酶的催化下完成的。116116/230/

44、230因?yàn)镈NA聚合酶I有53端核酸外切酶的功能，它可以將RNA引物切除同時(shí)利用其53聚合酶功能，以臨近“岡崎片段”的3端自由OH進(jìn)行DNA的合成，從而將RNA引物替換為DNA鏈。最后由DNA連接酶(DNA ligase)將“岡崎片段”連接起來(lái)，形成一條完整的新鏈(圖320)。117117/230/230118118/230/230119119/230/230復(fù)制叉的結(jié)構(gòu)120120/230/230最后，簡(jiǎn)要說(shuō)明一下RNA病毒中RNA的自我復(fù)制。大多數(shù)RNA病毒是單鏈的。這種RNA的復(fù)制一般是先以自己為模板合成一條互補(bǔ)的單鏈，通常稱病毒原有的，起模板作用的鏈稱為“”鏈，而新復(fù)制的RNA鏈稱為“

45、”鏈，這樣就形成了雙螺旋的復(fù)制類型(replicative form)。然后這個(gè)“”鏈又從“”鏈模板釋放出來(lái)，它也以自己為模板復(fù)制出一條與自己互補(bǔ)的“”鏈，于是形成了一條新生的病毒RNA。121121/230/230三、真核生物三、真核生物DNADNA合成合成P48P48122122/230/230P48P48圖圖3 32121增殖細(xì)胞核抗原(Proliferating cell nuclear antigen. PCNA)123123/230/230第五節(jié)第五節(jié)RNARNA的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工P49 P49 遺傳物質(zhì)不管其化學(xué)性質(zhì)如何，其必須具有遺傳、表達(dá)和變異等三種基本功能。下面我們介

46、紹其第二個(gè)重要的功能基因表達(dá)?；虻谋磉_(dá)：第一步DNA轉(zhuǎn)錄(transcription)為RNA，然后由RNA再翻譯(translation)成蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：就是以DNA的一條鏈為模板，在RNA聚合酶的作用下，以堿基互補(bǔ)的方式，以U代替T，合成mRNA，在細(xì)胞核內(nèi)將DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到RNA上。 124124/230/230翻譯：就是mRNA攜帶著轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼，附著在核糖體上，把tRNA運(yùn)來(lái)的各種氨基酸，按照mRNA的密碼順序，相互連接起來(lái)成為多肽鏈，并進(jìn)一步折疊起來(lái)成為立體蛋白質(zhì)分子。 125125/230/230126126/230/230RNA的復(fù)制127127/230/230

47、先介紹先介紹RNARNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄一、三種一、三種RNARNA分子分子P49P49信使RNA (messenger RNA，mRNA)轉(zhuǎn)移RNA (transfer RNA， tRNA)核糖體RNA (ribosomal RNA，rRNA)三種不同的RNA分子在基因的表達(dá)過程中起重要的作用。128128/230/230129129/230/230( (一一)mRNA)mRNA前面已經(jīng)介紹，生物的遺傳信息主要貯存于DNA的堿基序列中，但DNA并不直接決定蛋白質(zhì)的合成。而且在真核細(xì)胞中，DNA主要存在于細(xì)胞核的染色體上，而蛋白質(zhì)的合成中心卻位于細(xì)胞質(zhì)的核糖體上。因此，它需要一種中介物質(zhì)，才能把D

48、NA上控制蛋白質(zhì)合成的遺傳信息傳遞給核糖體。 mRNA的功能就是把DNA上的遺傳信息精確無(wú)誤地轉(zhuǎn)錄下來(lái)，然后，由mRNA的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，是基因表達(dá)過程中遺傳信息傳遞的中介。它起著傳遞信息的作用，因而稱為信使RNA (mRNA)。130130/230/230在真核生物中，轉(zhuǎn)錄形成的RNA中，含有大量非編碼序列，大約只有25RNA經(jīng)加工成為mRNA，最后翻譯為蛋白質(zhì)。未經(jīng)加工的前體mRNA (pre-mRNA)在分子大小上差別很大，所以通常稱為不均一核RNA (heterogeneous nuclear RNA，hnRNA)。( (一一)mRNA)mRNA131131/230/2

49、30（二）tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNAP49P49132132/230/230如果說(shuō)mRNA是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖，則核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。由于合成蛋白質(zhì)的原材料20種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力。因此，必須用一種特殊的RNA轉(zhuǎn)移RNA (tRNA)把氨基酸搬運(yùn)到核糖體上，tRNA能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基酸連結(jié)成多肽鏈。每種氨基酸可與1-4種tRNA相結(jié)合，現(xiàn)在已知的tRNA的種類在40種以上。（二）tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNAP49P49133133/230/230utRNA是最小的RNA。其分子量約為27000(2500030000)，由70到90個(gè)核苷酸組成。u1969

50、年以來(lái)，研究了來(lái)自各種不同生物，如：酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等的十幾種tRNA的結(jié)構(gòu)，證明它們的堿基序列都能折疊成三葉草葉型(圖322)。134134/230/230tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的共性共性( (圖圖3 323)23)：(1)5端之末具有G(大部分)或C。(2)3端之末都以ACC的順序終結(jié)。(3)有一個(gè)富有鳥嘌呤的環(huán)。(4)有一個(gè)反密碼子環(huán)，其的頂端有三個(gè)暴露的堿基，稱為反密碼子。這一個(gè)反密碼子可以與mRNA鏈上同自己互補(bǔ)的密碼子配對(duì)。(5)有一個(gè)胸腺嘧啶環(huán)。135135/230/230136136/230/230137137/230/230rRNA核糖體RNAP50P50138

51、138/230/230( (三三)rRNA)rRNA核糖體RNA，它是組成核糖體的主要成分，而核糖體則是合成蛋白質(zhì)的中心。原核生物的核糖體所含的rRNA，有5S、16S及23S等三種。S為沉降系數(shù)(sedimentation coefficient)，當(dāng)用超速離心測(cè)定一個(gè)粒子的沉淀速度時(shí)，此速度與粒子的大小成比例。真核生物的核糖體，含有4種rRNA和約80種蛋白質(zhì)。四種rRNA為5S、5.8S、18S和28S。139139/230/230rRNA是單鏈，它包含不等量的A與U、G與C，但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū)，堿基因氫鍵相連，表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋。rRNA在蛋白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了。但1

52、6S的rRNA3端有一段核苷酸序列與mRNA的前導(dǎo)序列是互補(bǔ)的，這可能有助于mRNA與核糖體的結(jié)合。( (三三)rRNA)rRNA140140/230/230141141/230/230除了上述三種主要的RNA外，還有小核RNA (small nuclear RNA，snRNA)是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體(spliceosome)的主要成份。另外，還有端體酶RNA (telomerase RNA)，它與染色體末端的復(fù)制有關(guān)；以及反義RNA(antisense RNA)，它參與基因表達(dá)的調(diào)控。上述各種RNA分子均為轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，mRNA最后翻譯為蛋白質(zhì)，而rRNA、tRNA及snRNA

53、等并不翻譯，其終產(chǎn)物即為RNA。142142/230/230143143/230/230 二、二、RNARNA合成的一般特點(diǎn)合成的一般特點(diǎn)P51P51RNA的合成與DNA合成有以下三方面明顯不同：(1)所用的原料為核苷三磷酸，而在DNA合成時(shí)則為脫氧核苷三磷酸；(2)只有一條DNA鏈被用作模板，而DNA合成時(shí)，兩條鏈分別用作模板；(3)RNA鏈的合成不需要引物，可以直接起始合成，而DNA合成一定要引物的引導(dǎo)。144144/230/230轉(zhuǎn)錄合成的RNA鏈，除了U替換為T以外，與用作模板的DNA鏈互補(bǔ)，而與另一條非模板鏈相同。如果轉(zhuǎn)錄的RNA是mRNA，其信息最后通過密碼子決定蛋白質(zhì)的合成?，F(xiàn)在

54、通常將用作模板，進(jìn)行RNA轉(zhuǎn)錄的鏈稱作模板鏈(template strand)；而另一條則為非模板鏈(nontemplate strand)。145145/230/230RNA鏈的合成與DNA鏈的合成同樣，也是從5向3端進(jìn)行的，此過程由RNA聚合酶(RNA polymerase)催化。RNA聚合酶首先在啟動(dòng)子部位(promoter)與DNA結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄泡(transcription bubble)，并開始轉(zhuǎn)錄。在原核生物中只有一種RNA聚合酶完成所有RNA的轉(zhuǎn)錄，而在真核生物中，有三種不同的RNA聚合酶控制不同類型RNA的合成。RNA的合成也同樣遵循堿基配對(duì)的規(guī)則，只是U代替了T。14614

55、6/230/230147147/230/230三、原核生物三、原核生物RNARNA的合成的合成P51P51通常把轉(zhuǎn)錄后形成一個(gè)RNA分子的一段DNA序列稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位(transcript unit)。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可能剛好是一個(gè)基因，也可能含有多個(gè)基因。RNA的轉(zhuǎn)錄可以分為三步(圖324)：(1)RNA鏈的起始；(2)RNA鏈的延長(zhǎng)；(3)RNA鏈的終止及新鏈的釋放。148148/230/230149149/230/230在討論有關(guān)RNA轉(zhuǎn)錄時(shí)通常要用到上游(upstream)和下游(downstream)二個(gè)概念。因?yàn)镽NA的轉(zhuǎn)錄總是從5向3端進(jìn)行，所以上游總是指RNA分子的5端，而下游則

56、指3端。(一) RNA聚合酶l催化轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶是一種由多個(gè)蛋白亞基組成的復(fù)合酶。l如大腸桿菌的RNA聚合酶有五個(gè)亞基組成，其分子量為480,000道爾頓，含有、和等四種不同的多肽，其中為二個(gè)分子。亞基與RNA聚合酶的四聚體核心(2)的形成有關(guān); 亞基含有核苷三磷酸的結(jié)合位點(diǎn)；亞基含有與DNA模板的結(jié)合位點(diǎn)；因子的作用就是識(shí)別轉(zhuǎn)錄的起始位置，并使RNA聚合酶結(jié)合在啟動(dòng)子部位。150150/230/230151151/230/230( (二二) ) 鏈的起始鏈的起始RNA鏈轉(zhuǎn)錄的起始首先是RNA聚合酶在因子的作用下結(jié)合于DNA的啟動(dòng)子部位;并在RNA聚合酶的作用下，使DNA雙鏈解開，形成轉(zhuǎn)錄

57、泡，為RNA合成提供單鏈模板，并按照堿基配對(duì)的原則，結(jié)合核苷酸;然后，在核苷酸之間形成磷酸二脂鍵，使其相連，形成RNA新鏈。因子在RNA鏈伸長(zhǎng)到89個(gè)核酸后，就被釋放，然后由核心酶催化RNA的延伸。152152/230/230啟動(dòng)子位于RNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游，因子對(duì)啟動(dòng)子的識(shí)別是轉(zhuǎn)錄起始的第一步。153153/230/230154154/230/230(三)鏈的延伸P53RNA鏈的延伸是在因子釋放以后，在RNA聚合酶四聚體核心酶的催化下進(jìn)行。因RNA聚合酶同時(shí)具有解開DNA雙鏈，并使其重新閉合的功能。隨著RNA的延伸，RNA聚合酶使DNA雙鏈不斷解開和重新閉合。RNA轉(zhuǎn)錄泡也不斷前移，合成新的

58、RNA鏈(圖326)。 155155/230/230156156/230/230( (四四) )鏈的終止鏈的終止P53P53當(dāng)RNA鏈延伸遇到終止信號(hào)(termination signal)時(shí)，RNA轉(zhuǎn)錄復(fù)合體就發(fā)生解體，而使新合成的RNA鏈釋放出來(lái)?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌中有二類終止信號(hào)：u一類只有在存在蛋白質(zhì)的情況下，轉(zhuǎn)錄才會(huì)終止，稱為依賴于的終止(dependent terminator)。u第二類使轉(zhuǎn)錄終止不需要的參與，所以稱為不依賴于的終止(-independent terminator)。157157/230/230實(shí)際上在原核生物中，RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的合成以及mRNA的降解通常可

59、以是同時(shí)進(jìn)行的。因?yàn)樵谠松镏胁淮嬖诤四し指舻暮?，另外，RNA的轉(zhuǎn)錄和多肽鏈的合成都是從5向3方向進(jìn)行，只要mRNA的5端合成后，即可以進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯過程。在原核生物中mRNA的壽命一般只有幾分種。因此，往往在3端mRNA的轉(zhuǎn)錄還沒有最后結(jié)束，5端mRNA在完成多肽鏈的合成后，已經(jīng)開始降解。( (四四) )鏈的終止鏈的終止P53P53158158/230/230四、真核生物四、真核生物RNARNA的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工P53P53(一)真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)真核生物與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄過程主要有以下幾點(diǎn)不同(圖327)：1、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行而蛋白質(zhì)的合成則是在細(xì)胞

60、質(zhì)內(nèi)，所以，RNA轉(zhuǎn)錄后首先必須從核內(nèi)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)內(nèi)，才能進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。159159/230/230四、真核生物四、真核生物RNARNA的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工P53P53160160/230/230四、真核生物四、真核生物RNARNA的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工P53P53161161/230/2302、真核生物mRNA分子一般只編碼一個(gè)基因原核生物的一個(gè)mRNA分子通常含有多個(gè)基因，而少數(shù)較低等真核生物外，在真核生物中，一個(gè)mRNA分子一般只編碼一個(gè)基因。3、真核生物RNA聚合酶較多在原核生物中只有一種RNA聚合酶催化所有RNA的合成，而在真核生物中則有RNA聚合酶I、II、III等三種不同酶，分