111第十一章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)ppt課件

1、第十一章第十一章 遺傳的分子基礎(chǔ)遺傳的分子基礎(chǔ) 第一節(jié)遺傳物質(zhì)是DNA或RNA） 分子遺傳學(xué)的大量直接和間接的證據(jù)，說(shuō)明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，而在缺乏DNA的某些病毒中，RNA就是遺傳物質(zhì) 一、 DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)1. DNA普遍存在于生物體內(nèi)。2. DNA含量的恒定性；3. DNA代謝的穩(wěn)定性；4.基因突變與紫外線(xiàn)誘變波長(zhǎng)的關(guān)系。二、二、 DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)(一)、 噬菌體侵染與繁殖試驗(yàn)1. 背景知識(shí)噬菌體侵染與繁殖基本過(guò)程：T2噬菌體浸染大腸桿菌后，遺傳物質(zhì)進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞；利用大腸桿菌的遺傳復(fù)制系統(tǒng)復(fù)制噬菌體遺傳物質(zhì)；利用大腸桿菌的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)合成噬

2、菌體組件；最后組裝形成完整的T2噬菌體。 因此只要弄清侵染時(shí)進(jìn)入細(xì)菌的是噬菌體的哪一部分，就可能證明哪種物質(zhì)是遺傳信息的載體。另外：P是DNA的組成部分，但不存在于蛋白質(zhì)中；S存在于蛋白質(zhì)中，但DNA中沒(méi)有。2. Hershey和和Chase的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論結(jié)果與結(jié)論 試驗(yàn)結(jié)果表明： 主要是由于DNA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)才產(chǎn)生完整的噬菌體； 結(jié)論：DNA才是(噬菌體的)遺傳物質(zhì)。 題外話(huà)： 與Avery等人研究比較，本試驗(yàn)的精度低得多。但是由于放射性標(biāo)記法(也稱(chēng)為示蹤原子法)，當(dāng)時(shí)為人們普遍采用； 同時(shí)由于核酸研究及其它相關(guān)的成果，本試驗(yàn)結(jié)果很快得到人們的廣泛認(rèn)同。(二)、 煙草花葉病毒拆合試驗(yàn)

3、煙草花葉病毒(TMV)是由RNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的管狀微粒： 中心是單鏈螺旋RNA、外部是蛋白質(zhì)外殼。 1. 拆分感染試驗(yàn)： 將TMV的RNA與蛋白質(zhì)分離、提純； 分別接種煙葉，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)。2. 重組合試驗(yàn)重組合試驗(yàn) Frankel-Conrat, Singer (1956)進(jìn)行了圖示試驗(yàn)： （三細(xì)菌的轉(zhuǎn)化 肺炎雙球菌兩種類(lèi)型： 光滑型(S型)： I S、II S、III S 粗糙型(R型)：I R、II R、III R 1928, Griffith：首次將II R III S，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌遺傳

4、性狀的定向轉(zhuǎn)化 。被加熱殺死的III S型肺炎雙球菌必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)變的活性物質(zhì) 。 1944 ，Avery等用生物化學(xué)方法證明這種活性物質(zhì)是DNA。 該提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影響，而只能為DNA酶所破壞。 綜上所述：到上世紀(jì)中期，多方面證據(jù)都直接或間接地表明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，而在缺乏DNA的某些病毒中RNA就是遺傳物質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) DNA的分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制的分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制 一、兩種核酸一、兩種核酸 * 核酸的構(gòu)成單元是核苷酸，是核苷酸核酸的構(gòu)成單元是核苷酸，是核苷酸的多聚體的多聚體* 每個(gè)核苷酸包括三部分：每個(gè)核苷酸包括三部分： 五碳糖、磷酸、堿基五碳糖、磷酸、堿

5、基* 兩個(gè)核苷酸之間由兩個(gè)核苷酸之間由3和和5位的磷酸二位的磷酸二脂鍵相連脂鍵相連 兩種核酸的主要區(qū)別： DNA：脫氧核糖，A、C、G、T 雙鏈，分子鏈較長(zhǎng) RNA：核糖，A、C、G、U 單鏈，分子鏈較短 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)核酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)核酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)二、二、DNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) 1953，Watson和和Crick根據(jù)堿基互補(bǔ)配根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)的規(guī)律對(duì)對(duì)的規(guī)律對(duì)DNA分子的分子的X射線(xiàn)衍射成果提射線(xiàn)衍射成果提出了著名的出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這個(gè)模雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這個(gè)模型已為以后拍攝的電鏡直觀形象所證實(shí)。型已為以后拍攝的電鏡直觀形象所證實(shí)。

6、 DNA分子模型最主要特點(diǎn)：分子模型最主要特點(diǎn)：(1)兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，以一兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，以一定的空間距離，環(huán)繞于同一軸相互盤(pán)旋而成定的空間距離，環(huán)繞于同一軸相互盤(pán)旋而成(2)反向平行：反向平行：53，35 (3)兩條單鏈間以堿基間氫鍵配對(duì)相連：兩條單鏈間以堿基間氫鍵配對(duì)相連： A T，C G(4)每個(gè)螺旋每個(gè)螺旋34 (3.4nm)，含，含10bp，直徑約，直徑約為為20(5)分子表面大溝和小溝交替出現(xiàn)分子表面大溝和小溝交替出現(xiàn)DNADNA結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型兩條多核酸鏈間氫鍵相連兩條多核酸鏈間氫鍵相連堿基配對(duì)及氫

7、鍵形成 A-T和C-G兩種核苷酸對(duì)分子鏈內(nèi) 排列的位置和方向只有四種形式: A-T C-G A-T G-C C-G A-T G-C A-T 假設(shè)某一段DNA分子鏈有1000bp，則該段就可以有41000種不同的排列組合形式，反映出來(lái)的就是41000種不同性質(zhì)的基因.DNA構(gòu)型之變異：構(gòu)型之變異：BDNA：瓦特森和克里克提出的雙螺旋：瓦特森和克里克提出的雙螺旋構(gòu)型構(gòu)型,是是DNA在生理狀態(tài)下的構(gòu)型。在生理狀態(tài)下的構(gòu)型。 ADNA：在高鹽下存在形式，右旋，每：在高鹽下存在形式，右旋，每個(gè)螺圈含個(gè)螺圈含11bp。 ZDNA:左旋，每個(gè)螺圈含左旋，每個(gè)螺圈含12bp。 DNADNA分子的不同構(gòu)型分子的

8、不同構(gòu)型三、RNA的分子結(jié)構(gòu) 絕大部分RNA以單鏈形式存在，但可折疊起來(lái)形成若干雙鏈區(qū)域。這些區(qū)域內(nèi)，互補(bǔ)的堿基對(duì)間可形成氫鍵。一些以RNA為遺傳物質(zhì)的動(dòng)物病毒含有雙鏈RNA。 （一DNA復(fù)制的一般特點(diǎn) 原料：原料：dNTP，互補(bǔ)配對(duì)原則，互補(bǔ)配對(duì)原則 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制 需要引物需要引物 新鏈的延伸方向只能是新鏈的延伸方向只能是5 3四四 、DNA的復(fù)制的復(fù)制半保留復(fù)制半保留復(fù)制 semiconservative semiconservative replicationreplication復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) 復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) replication ori

9、ginreplication origin，oriori DNA DNA分子的復(fù)制是在特定位置開(kāi)始的，這個(gè)分子的復(fù)制是在特定位置開(kāi)始的，這個(gè)位點(diǎn)稱(chēng)為復(fù)制起始點(diǎn)。位點(diǎn)稱(chēng)為復(fù)制起始點(diǎn)。 原核生物原核生物DNADNA只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。 真核生物真核生物DNADNA有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。復(fù)制子復(fù)制子 repliconreplicon 一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)控制下復(fù)制的一段一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)控制下復(fù)制的一段DNADNA 原核生物原核生物DNADNA只有一個(gè)復(fù)制子只有一個(gè)復(fù)制子 真核生物每條染色體上有多個(gè)復(fù)制子真核生物每條染色體上有多個(gè)復(fù)制子原核生物復(fù)制子原核生物復(fù)制子真核生物真核

10、生物DNADNA多復(fù)制起始點(diǎn)電鏡圖多復(fù)制起始點(diǎn)電鏡圖復(fù)制叉復(fù)制叉 replication forkreplication fork 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制 先導(dǎo)鏈先導(dǎo)鏈 隨后鏈隨后鏈 岡崎片斷岡崎片斷 引物引物 primerprimerDNADNA復(fù)制所需要的酶復(fù)制所需要的酶引物酶引物酶 primeraseprimeraseDNADNA聚合酶聚合酶 DNA polymeraseDNA polymeraseDNADNA連接酶連接酶 DNA ligaseDNA ligase解旋酶解旋酶 helicasehelicase拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶DNA復(fù)制過(guò)程復(fù)制過(guò)程 起始起始 延伸延伸 終止終止DNA

11、DNA復(fù)制小結(jié)復(fù)制小結(jié)真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn) 細(xì)胞周期的特定時(shí)期復(fù)制細(xì)胞周期的特定時(shí)期復(fù)制 多起點(diǎn)復(fù)制多起點(diǎn)復(fù)制 岡崎片斷較原核生物短岡崎片斷較原核生物短 核小體全保留復(fù)制核小體全保留復(fù)制 染色體端粒的復(fù)制染色體端粒的復(fù)制 原核生物在整個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中都可以原核生物在整個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中都可以進(jìn)行進(jìn)行DNADNA復(fù)制復(fù)制 真核生物真核生物DNADNA在在S S期復(fù)制期復(fù)制五、五、 RNARNA的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工 （一）、三種（一）、三種RNARNA分子分子 1 1、mRNA mRNA 2 2、tRNAtRNA：最小的：最小的RNARNA，由，由7070到到9090個(gè)核苷個(gè)核苷酸組成，具有

12、稀有堿基的特點(diǎn)酸組成，具有稀有堿基的特點(diǎn) 3 3、rRNArRNA：核糖體的主要成分。在大腸：核糖體的主要成分。在大腸桿菌中：桿菌中： rRNArRNA量占細(xì)胞總量占細(xì)胞總RNARNA量的量的75-8575-85 tRNAtRNA占占1515 mRNAmRNA占占3-53-5 tRNA tRNA的三維結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu) tRNA的一、二級(jí)結(jié)構(gòu)的一、二級(jí)結(jié)構(gòu)（二）、RNA合成的一般特點(diǎn) 1、所用原料為核苷三磷酸；在DNA合成時(shí)為脫氧核苷三磷酸 2、只有一條DNA鏈被用作模板；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；DNA合成一定要引物的引導(dǎo)4、RNA鏈的合成與DNA鏈的合成同

13、樣，也是從5向3端，由RNA聚合酶催化 （三）、原核生物RNA的合成 * 轉(zhuǎn)錄后形成一個(gè)RNA分子的一段DNA序列稱(chēng)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位 * 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轉(zhuǎn)錄分三步：(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 RNARNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程的轉(zhuǎn)錄過(guò)程啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)RNARNA鏈的延伸鏈的延伸 （四）、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工真核生物與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄的不同點(diǎn)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)胞質(zhì)內(nèi)2、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，真核生物一個(gè)

14、mRNA分子一般只編碼一個(gè)基因3、原核生物只有一種RNA聚合酶催化所有RNA的合成；真核生物中則有RNA聚合酶I、II、III，分別催化不同種類(lèi)型RNA的合成 4、原核生物RNA聚合酶直接起始轉(zhuǎn)錄合成RNA；真核生物三種RNA聚合酶都必須在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下才能進(jìn)行RNA的轉(zhuǎn)錄 真核生物mRNA在轉(zhuǎn)錄后的加工： 1、5端加上帽子(7甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷)在蛋白質(zhì)翻譯時(shí)識(shí)別起始位置及防止被RNA酶降解 2、3端加上尾巴(聚腺苷酸,polyA)對(duì)增加mRNA的穩(wěn)定性及從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的運(yùn)輸具有重要作用 3、切除非編碼序列(內(nèi)含子)，將編碼序列(外顯子)連接起來(lái)，才能進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯 mRNAmRNA

15、轉(zhuǎn)錄后的加工轉(zhuǎn)錄后的加工v 加帽加帽v 當(dāng)當(dāng)mRNAmRNA合成到合成到30b30b時(shí)時(shí)v 在在55端加端加7 7甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷核苷v 5555v 加尾加尾v 轉(zhuǎn)錄完成后，在特定位置轉(zhuǎn)錄完成后，在特定位置切去一節(jié)，加切去一節(jié)，加polyApolyAv RNARNA末端腺苷酸轉(zhuǎn)移酶末端腺苷酸轉(zhuǎn)移酶v 帽子和尾巴對(duì)帽子和尾巴對(duì)mRNAmRNA的穩(wěn)定的穩(wěn)定性以及運(yùn)輸具有重要作用性以及運(yùn)輸具有重要作用v 剪接剪接 splicingsplicing真核生物真核生物mRNAmRNA的加工的加工六、遺傳密碼與蛋白質(zhì)的合成 （一）、遺傳密碼 （1三聯(lián)體密碼 （2通用性（3簡(jiǎn)并現(xiàn)象（4不重疊性（5起始

16、密碼子：AUG GUG 終止密碼子: UAA UAG UGA (6)連續(xù)可讀性無(wú)逗號(hào)）（7最后一個(gè)堿基具有靈活性遺傳密遺傳密碼字典碼字典遺傳密碼表 通用性的另外情況：通用性的另外情況：原核生物原核生物70S70S核糖體核糖體 哺乳動(dòng)物原核生物哺乳動(dòng)物原核生物80S80S核糖體核糖體 （二核糖體的結(jié)構(gòu)（二核糖體的結(jié)構(gòu)原核生物和真核生物核糖體比較原核生物和真核生物核糖體比較（三）、蛋白質(zhì)的合成1.合成場(chǎng)所2.合成體系(合成起始、肽鏈延伸、翻譯終止）3.合成后的加工與修飾（肽鏈中AA殘基的化學(xué)修飾，N端部分AA的切除，信號(hào)肽的切除，肽鏈的折疊，切除前體中功能不需要的肽段，二硫鍵的形成等）4.合成后的貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)與功能行使蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成v 蛋白質(zhì)的生物合成稱(chēng)為翻譯蛋白質(zhì)的生物合成稱(chēng)為翻譯 translationv mRNA攜帶從攜帶從DNA上轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼附著在核糖體上，由上轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼附著在核糖體上，由tRNA來(lái)運(yùn)送氨基酸，按照來(lái)運(yùn)送氨基酸，按照mRNA上的密碼順序，連接成多肽鏈，上的密碼順序，連接成多肽鏈，并進(jìn)一步加工成有生物活性的蛋白質(zhì)分子。并進(jìn)一步加工成有生物活性的蛋白質(zhì)分子。v 合成蛋白質(zhì)的原料是合成蛋白質(zhì)的原料是20種氨基酸種氨基酸