遺傳的分子基礎(chǔ)

1、第一節(jié)第一節(jié) 核酸的結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) DNA復制復制第三節(jié)第三節(jié) 遺傳信息的表達與調(diào)控遺傳信息的表達與調(diào)控第四節(jié)第四節(jié) 基因的概念與發(fā)展基因的概念與發(fā)展第五節(jié)第五節(jié) 遺傳工程簡介遺傳工程簡介一、一、DNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)二、二、DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)三、從三、從DNA到染色體到染色體四、四、RNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)兩種核酸的化學組成兩種核酸的化學組成兩種核酸的化學組成兩種核酸的化學組成兩種核酸的化學組成兩種核酸的化學組成 以以以以以以核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。為單元構(gòu)成的多聚體，是一種

2、高分子化合物。為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。 五碳糖：脫氧核糖、核糖五碳糖：脫氧核糖、核糖五碳糖：脫氧核糖、核糖五碳糖：脫氧核糖、核糖五碳糖：脫氧核糖、核糖五碳糖：脫氧核糖、核糖核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸 磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤 環(huán)狀的含氮堿基環(huán)狀的含氮堿基環(huán)狀的含氮堿基環(huán)狀的含氮堿基環(huán)狀的含氮堿基環(huán)狀的含氮堿基胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧

3、啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：核酸的分布：高等植物高等植物高等植物高等植物高等植物高等植物：DNADNADNA存在于染色體，葉綠體、線粒體中；存在于染色體，葉綠體、線粒體中；存在于染色體，葉綠體、線粒體中；存在于染色體，葉綠體、線粒體中；存在于染色體，葉綠體、線粒體中；存在于染色體，葉綠體、線粒體中；RNARNARNA在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。細菌：細菌：細

4、菌：細菌：細菌：細菌：DNADNADNA和和和和和和RNARNARNA。噬菌體：噬菌體：噬菌體：噬菌體：噬菌體：噬菌體：多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有DNADNADNA。植物病毒：植物病毒：植物病毒：植物病毒：植物病毒：植物病毒：多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有多數(shù)只有RNARNARNA。動物病毒：動物病毒：動物病毒：動物病毒：動物病毒：動物病毒：有些含有些含有些含有些含有些含有些含RNARNARNA、有些含、有些含、有些含、有些含、有些含、有些含DNADNADNA。(一一)、 賈格夫準則及其意義；賈格夫準則及其意義；(二二)、 核苷酸序列及其測定。核苷酸序列及其測定

5、。E.Chargaff于于1946-1950年根據(jù)紙層析、離子年根據(jù)紙層析、離子交換層析和紫外分光光度試驗結(jié)果提出賈格交換層析和紫外分光光度試驗結(jié)果提出賈格夫定則：夫定則：四種堿基的數(shù)量不是等量的；四種堿基的數(shù)量不是等量的；同一物種同一物種DNA堿基組成不變，而物種間則堿基組成不變，而物種間則有很大不同；有很大不同；嘌呤堿基總量與嘧啶堿基的總量嘌呤堿基總量與嘧啶堿基的總量(克分子總克分子總量量)相等相等(A+G=T+C)，且，且A=T、G=C。賈格夫準則表明：核酸并不是四核苷酸結(jié)構(gòu)的賈格夫準則表明：核酸并不是四核苷酸結(jié)構(gòu)的簡單重復，核酸的簡單重復，核酸的堿基序列信息堿基序列信息可能具有重要可能

6、具有重要意義。意義。堿基序列正是核酸生物學功能的基礎(chǔ)，是遺傳堿基序列正是核酸生物學功能的基礎(chǔ)，是遺傳信息的內(nèi)在形式。信息的內(nèi)在形式。DNA及及RNA分子序列分析技術(shù)也是最重要的分分子序列分析技術(shù)也是最重要的分子遺傳學研究技術(shù)：子遺傳學研究技術(shù)：Sanger雙脫氧法；雙脫氧法；Maxam&Gillbert化學法；化學法；基于化學法的基于化學法的DNA序列自動分析儀已成為常序列自動分析儀已成為常規(guī)實驗設(shè)備。規(guī)實驗設(shè)備。 DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型右手螺旋右手螺旋反向平行反向平行堿基互補，堿基互補，A=T，G=C每螺旋為每螺旋為3.4nm長，含長，含10個堿基，直徑為個堿基，直徑為2

7、nm表面分布有大溝和小溝交替出現(xiàn)。表面分布有大溝和小溝交替出現(xiàn)。染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)核小體的組成核小體的組成染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)從從DNA到染色體到染色體真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)) ) ) ) ) ) 高度有序的高度有序的高度有序的高度有序的高度有序的高度有序的 DNA-DNA-DNA-蛋白質(zhì)復合體構(gòu)成蛋白質(zhì)復合體構(gòu)成蛋白質(zhì)復合體構(gòu)成蛋白質(zhì)復合體構(gòu)成蛋白質(zhì)復合體構(gòu)成蛋白質(zhì)復合體構(gòu)成真核染色體真核染色體真核染色體真核染色體真核染色體真核染色體，其質(zhì)量，其質(zhì)量，其質(zhì)量，其質(zhì)量，其質(zhì)量，其

8、質(zhì)量50%50%50%以上為蛋白質(zhì)。以上為蛋白質(zhì)。以上為蛋白質(zhì)。以上為蛋白質(zhì)。以上為蛋白質(zhì)。以上為蛋白質(zhì)。 染色體染色體染色體染色體染色體染色體DNADNADNA的長度是以的長度是以的長度是以的長度是以的長度是以的長度是以cmcmcm為單位為單位為單位為單位為單位為單位, , , 而而而而而而直徑是以直徑是以直徑是以直徑是以直徑是以直徑是以m m m m m mmmm為單位。為單位。為單位。為單位。為單位。為單位。 細胞核中細胞核中細胞核中細胞核中細胞核中細胞核中DNADNADNA溶度大約為溶度大約為溶度大約為溶度大約為溶度大約為溶度大約為 200 mg/ml200 mg/ml200 mg/m

9、l 。Chromatin Chromatin Chromatin 染色質(zhì)染色質(zhì)染色質(zhì)染色質(zhì)染色質(zhì)染色質(zhì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在細胞周期中隨染色體螺細胞周期中隨染色體螺細胞周期中隨染色體螺細胞周期中隨染色體螺細胞周期中隨染色體螺細胞周期中隨染色體螺旋化程度發(fā)生改變。旋化程度發(fā)生改變。旋化程度發(fā)生改變。旋化程度發(fā)生改變。旋化程度發(fā)生改變。旋化程度發(fā)生改變。 中期中期中期中期中期中期- - - - - - 高度濃縮，染色體；高度濃縮，染色體；高度濃縮，染色體；高度濃縮，染色體；高度濃縮，染色

10、體；高度濃縮，染色體；間期間期間期間期間期間期- - - - - - 解旋，染色質(zhì)。解旋，染色質(zhì)。解旋，染色質(zhì)。解旋，染色質(zhì)。解旋，染色質(zhì)。解旋，染色質(zhì)。HistonesHistonesHistones ( ( (組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白) ) ): : : 帶正電氨基酸帶正電氨基酸帶正電氨基酸帶正電氨基酸帶正電氨基酸帶正電氨基酸核心組蛋白核心組蛋白核心組蛋白核心組蛋白核心組蛋白核心組蛋白 (H2A, H2B, H3 and H4): (H2A, H2B, H3 and H4): (H2A, H2B, H3 and H4): 1. 1. 1. 分子量約為分子量約為分子量約為分子量約

11、為分子量約為分子量約為10-20 kDa10-20 kDa10-20 kDa2. 2. 2. 位于位于位于位于位于位于 nucleosomenucleosomenucleosome ( ( (核小體核小體核小體核小體核小體核小體) ) ) 核心核心核心核心核心核心 octameroctameroctamer 八聚體八聚體八聚體八聚體八聚體八聚體 core (H2A)core (H2A)core (H2A)2 2 2(H2B)(H2B)(H2B)2 2 2 (H3)(H3)(H3)2 2 2 (H4)(H4)(H4)2 2 2 3. 3. 3. 同一組蛋白在不同物種之間高度保守同一組蛋白在不同物

12、種之間高度保守同一組蛋白在不同物種之間高度保守同一組蛋白在不同物種之間高度保守同一組蛋白在不同物種之間高度保守同一組蛋白在不同物種之間高度保守組蛋白八聚體組蛋白八聚體組蛋白八聚體組蛋白八聚體組蛋白八聚體組蛋白八聚體Histone octamerHistone octamerHistone octamerTop viewTop viewTop viewSide viewSide viewSide viewNucleosomeNucleosomeNucleosome core ( core ( core (核小體核心核小體核心核小體核心核小體核心核小體核心核小體核心) ) )NucleosomeN

13、ucleosomeNucleosome core core core146 bp, 1.8 superhelical146 bp, 1.8 superhelical146 bp, 1.8 superhelical turn turn turnChromatosomeChromatosomeChromatosome166 bp, 2 superhelical166 bp, 2 superhelical166 bp, 2 superhelical turn turn turnDNADNADNAHistone octamerHistone octamerHistone octamerHistone

14、H1Histone H1Histone H1 組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白H1H1H1：大小為：大小為：大小為：大小為：大小為：大小為 23 kDa23 kDa23 kDa1. 1. 1. 位于核小體核心外側(cè)位于核小體核心外側(cè)位于核小體核心外側(cè)位于核小體核心外側(cè)位于核小體核心外側(cè)位于核小體核心外側(cè), , , 與與與與與與DNADNADNA連接松散，連接松散，連接松散，連接松散，連接松散，連接松散，2. 2. 2. 其序列保守性較低其序列保守性較低其序列保守性較低其序列保守性較低其序列保守性較低其序列保守性較低 組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白H1H1H1的作用的作用的作用的作用的作

15、用的作用: : : 在在在在在在DNADNADNA出入核小體核心顆粒處對出入核小體核心顆粒處對出入核小體核心顆粒處對出入核小體核心顆粒處對出入核小體核心顆粒處對出入核小體核心顆粒處對DNADNADNA起穩(wěn)定作用。起穩(wěn)定作用。起穩(wěn)定作用。起穩(wěn)定作用。起穩(wěn)定作用。起穩(wěn)定作用。 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)核小體核小體核小體核小體核小體核小體 是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單元元元元元元, , , 包含約包含約包含約包含約

16、包含約包含約200 bp200 bp200 bp 的的的的的的 DNADNADNA和組蛋白八聚體。和組蛋白八聚體。和組蛋白八聚體。和組蛋白八聚體。和組蛋白八聚體。和組蛋白八聚體。DNA + Histone octamerDNA + Histone octamerDNA + Histone octamer ( ( (組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白 八聚體八聚體八聚體八聚體八聚體八聚體) ) ) NucleosomeNucleosomeNucleosome core ( core ( core (核小體核心核小體核心核小體核心核小體核心核小體核心核小體核心 146bp) + 146bp) +

17、 146bp) + H1 H1 H1 ChromatosomeChromatosomeChromatosome ( ( (染色小體染色小體染色小體染色小體染色小體染色小體 166bp) + 166bp) + 166bp) + linker DNA linker DNA linker DNA NucleosomeNucleosomeNucleosome ( ( (核小體核小體核小體核小體核小體核小體) (200 bp) (200 bp) (200 bp) ) )核小體組成核小體組成核小體組成核小體組成核小體組成核小體組成 (Steps to make a(Steps to make a(Step

18、s to make a Nucleosome Nucleosome Nucleosome ) ) )核小體與微球菌核酸酶核小體與微球菌核酸酶核小體與微球菌核酸酶核小體與微球菌核酸酶核小體與微球菌核酸酶核小體與微球菌核酸酶 Nucleosomes and micrococcalNucleosomes and micrococcalNucleosomes and micrococcal nuclease treatment nuclease treatment nuclease treatment微球菌核酸酶是一種切割雙鏈微球菌核酸酶是一種切割雙鏈微球菌核酸酶是一種切割雙鏈微球菌核酸酶是一種切割雙

19、鏈微球菌核酸酶是一種切割雙鏈微球菌核酸酶是一種切割雙鏈DNADNADNA的內(nèi)切酶，的內(nèi)切酶，的內(nèi)切酶，的內(nèi)切酶，的內(nèi)切酶，的內(nèi)切酶，用用用微球菌核微球菌核微球菌核微球菌核微球菌核微球菌核酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為200bp200bp200bp不同倍數(shù)的片段不同倍數(shù)的片段不同倍數(shù)的片段不同倍數(shù)的片段不同倍數(shù)的片段不同倍數(shù)的片段。 連接連接連接連接連接連接 DNADNADNA10 to 100 bp10 to 100 bp10 to 100 bp

20、average 55 bpaverage 55 bpaverage 55 bp染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)核小體核小體核小體核小體核小體核小體組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白 H1H1H1核小體重復單元核小體重復單元核小體重復單元核小體重復單元核小體重復單元核小體重復單元核心顆粒核心顆粒核心顆粒核心顆粒核心顆粒核心顆粒 + + +連接連接連接連接連接連接 DNADNADNA= 200 bp= 200 bp= 200 bp 30 nm 30 nm 30 nm 纖絲纖絲纖絲纖絲纖絲纖絲 高度有序高度有序高度有序高度有序高度有序高度有序 左

21、手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋 6 6 6個核小體個核小體個核小體個核小體個核小體個核小體/ / /圈圈圈圈圈圈 30 nm fiber30 nm fiber30 nm fiber(30nm in diameter)(30nm in diameter)(30nm in diameter)NucleosomeNucleosomeNucleosome repeat repeat repeatCore + linker DNACore + linker DNACore + linker DNAca 200 bpca 200 bpca 200 bpNuclear matrix (Nuc

22、lear matrix (Nuclear matrix (核基質(zhì)核基質(zhì)核基質(zhì)核基質(zhì)核基質(zhì)核基質(zhì)) ) ), , , 蛋白質(zhì)復合體蛋白質(zhì)復合體蛋白質(zhì)復合體蛋白質(zhì)復合體蛋白質(zhì)復合體蛋白質(zhì)復合體30 nm 30 nm 30 nm 纖絲纖絲纖絲纖絲纖絲纖絲300 nm300 nm300 nm 染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu) looped domain structurelooped domain structurelooped domain structure1 1 1個環(huán)約個環(huán)約個環(huán)約個環(huán)約個環(huán)約個環(huán)約含含含含含含100kb100kb100kbS

23、teps from Steps from Steps from DNA to DNA to DNA to chromosomechromosomechromosometRNAtRNAtRNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單鏈單鏈單鏈單鏈單鏈單鏈U U U代替代替代替代替代替代替T T T核糖代替脫氧核糖核糖代替脫氧核糖核糖代替脫氧核糖核糖代替脫氧核糖核糖代替脫氧核糖核糖代替脫氧核糖與與與與與與DNADNADNA的區(qū)別的區(qū)別的區(qū)別的區(qū)別的區(qū)別的區(qū)別一、一、DNA復制的特點；復制的特點；二、復制的起點與方向；二、復制的起點與方向；一、一、一、一、一、一、DNADNADNA復制的一般特點復制的一般特點復制

24、的一般特點復制的一般特點復制的一般特點復制的一般特點 、半保留復制、半保留復制、半保留復制、半保留復制、半保留復制、半保留復制1.1.1.1.1.1.瓦特森瓦特森瓦特森瓦特森瓦特森瓦特森( ( ( ( ( (Watson J. D.Watson J. D.Watson J. D.) ) ) ) ) )等提出等提出等提出等提出等提出等提出的的的的的的DNADNADNA半保留復制方式半保留復制方式半保留復制方式半保留復制方式半保留復制方式半保留復制方式。其方法為：其方法為：其方法為：其方法為：其方法為：其方法為：一端沿氫鍵逐漸斷開；一端沿氫鍵逐漸斷開；一端沿氫鍵逐漸斷開；一端沿氫鍵逐漸斷開；一端沿

25、氫鍵逐漸斷開；一端沿氫鍵逐漸斷開；以單鏈為模板，堿基互補；以單鏈為模板，堿基互補；以單鏈為模板，堿基互補；以單鏈為模板，堿基互補；以單鏈為模板，堿基互補；以單鏈為模板，堿基互補；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；形成新的互補鏈；形成新的互補鏈；形成新的互補鏈；形成新的互補鏈；形成新的互補鏈；形成新的互補鏈；形成了兩個新形成了兩個新形成了兩個新形成了兩個新形成了兩個新形成了兩個新DNADNADNA分子。分子。分子。分子。分子。分子。DNADNADNA的這種復制方式對保持的這種復制方式對保

26、持的這種復制方式對保持的這種復制方式對保持的這種復制方式對保持的這種復制方式對保持生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。、半不連續(xù)復制、半不連續(xù)復制、半不連續(xù)復制、半不連續(xù)復制、半不連續(xù)復制、半不連續(xù)復制DNADNADNA聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以聚合酶，以5 5 5 3 3 3 方向發(fā)揮作用；方向發(fā)揮作用；方向發(fā)揮作用；方向發(fā)揮作用；方向發(fā)揮作用；方向發(fā)揮作用；從從從從從從3 3 3 5 5 5 合成方向的一條鏈，就會遇到困難。

27、合成方向的一條鏈，就會遇到困難。合成方向的一條鏈，就會遇到困難。合成方向的一條鏈，就會遇到困難。合成方向的一條鏈，就會遇到困難。合成方向的一條鏈，就會遇到困難。 Kornberg (1967)Kornberg (1967)Kornberg (1967)提出提出提出提出提出提出不連續(xù)復制假說不連續(xù)復制假說不連續(xù)復制假說不連續(xù)復制假說不連續(xù)復制假說不連續(xù)復制假說：在在在在在在3 3 3 5 5 5方向鏈上，仍按從方向鏈上，仍按從方向鏈上，仍按從方向鏈上，仍按從方向鏈上，仍按從方向鏈上，仍按從5 5 5 3 3 3的方向一段段的方向一段段的方向一段段的方向一段段的方向一段段的方向一段段地合成地合成地

28、合成地合成地合成地合成DNADNADNA單鏈小片段單鏈小片段單鏈小片段單鏈小片段單鏈小片段單鏈小片段“岡崎片段岡崎片段岡崎片段岡崎片段岡崎片段岡崎片段”(10002000bp)(10002000bp)(10002000bp) 由連由連由連由連由連由連接酶連接這些片段接酶連接這些片段接酶連接這些片段接酶連接這些片段接酶連接這些片段接酶連接這些片段 形成一條連續(xù)的單鏈。形成一條連續(xù)的單鏈。形成一條連續(xù)的單鏈。形成一條連續(xù)的單鏈。形成一條連續(xù)的單鏈。形成一條連續(xù)的單鏈。二、復制起點和復制方向二、復制起點和復制方向二、復制起點和復制方向二、復制起點和復制方向二、復制起點和復制方向二、復制起點和復制方向

29、1. 1. 1.原核生物原核生物原核生物原核生物原核生物原核生物絕大多數(shù)細菌和病毒絕大多數(shù)細菌和病毒絕大多數(shù)細菌和病毒絕大多數(shù)細菌和病毒絕大多數(shù)細菌和病毒絕大多數(shù)細菌和病毒：只有一個復制起點，控制整個：只有一個復制起點，控制整個：只有一個復制起點，控制整個：只有一個復制起點，控制整個：只有一個復制起點，控制整個：只有一個復制起點，控制整個染色體的復制，且為雙向復制。染色體的復制，且為雙向復制。染色體的復制，且為雙向復制。染色體的復制，且為雙向復制。染色體的復制，且為雙向復制。染色體的復制，且為雙向復制。噬菌體噬菌體噬菌體噬菌體噬菌體噬菌體P2P2P2：其：其：其：其：其：其DNADNADNA的

30、復制是沿一個方向進行的。的復制是沿一個方向進行的。的復制是沿一個方向進行的。的復制是沿一個方向進行的。的復制是沿一個方向進行的。的復制是沿一個方向進行的。復制子復制子復制子復制子復制子復制子：在同一個復制起點控制下的一段：在同一個復制起點控制下的一段：在同一個復制起點控制下的一段：在同一個復制起點控制下的一段：在同一個復制起點控制下的一段：在同一個復制起點控制下的一段DNADNADNA序列。序列。序列。序列。序列。序列。2. 2. 2.真核生物真核生物真核生物真核生物真核生物真核生物每條染色體的每條染色體的每條染色體的每條染色體的每條染色體的每條染色體的DNADNADNA復制都是復制都是復制都

31、是復制都是復制都是復制都是多起點多起點多起點多起點多起點多起點，多個，多個，多個，多個，多個，多個復制起點共同控制整個染色體的復制；復制起點共同控制整個染色體的復制；復制起點共同控制整個染色體的復制；復制起點共同控制整個染色體的復制；復制起點共同控制整個染色體的復制；復制起點共同控制整個染色體的復制；每條染色體有每條染色體有每條染色體有每條染色體有每條染色體有每條染色體有多個復制子多個復制子多個復制子多個復制子多個復制子多個復制子；且為且為且為且為且為且為雙向復制雙向復制雙向復制雙向復制雙向復制雙向復制三、原核生物三、原核生物三、原核生物三、原核生物三、原核生物三、原核生物DNADNADNA合

32、成合成合成合成合成合成 、DNADNADNA聚合聚合聚合聚合聚合聚合酶種類與特點酶種類與特點酶種類與特點酶種類與特點酶種類與特點酶種類與特點 DNADNADNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶； 。共性：共性：共性：共性：共性：共性：只有只有只有只有只有只有5 35 35 3聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，聚合酶的功能，DNADNADNA鏈只能鏈只能鏈只能鏈只能鏈只能鏈只能由由由由由由555向向向向向向333延延延延延延伸伸伸伸伸伸；DNADNADNA合成必須在合成必須在合成必須在合成必須在合成必須在合成必須在引物引物引物引物引物引物

33、引導下進行；引導下進行；引導下進行；引導下進行；引導下進行；引導下進行；具有具有具有具有具有具有外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性外切酶的活性、合成過程中的錯誤校正功能。、合成過程中的錯誤校正功能。、合成過程中的錯誤校正功能。、合成過程中的錯誤校正功能。、合成過程中的錯誤校正功能。、合成過程中的錯誤校正功能。 、DNADNADNA復制過程復制過程復制過程復制過程復制過程復制過程1 1 1DNADNADNA雙螺旋的解鏈雙螺旋的解鏈雙螺旋的解鏈雙螺旋的解鏈雙螺旋的解鏈雙螺旋的解鏈* * * DNADNADNA解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在解旋酶：在AT

34、PATPATP供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)300030003000次解開雙螺次解開雙螺次解開雙螺次解開雙螺次解開雙螺次解開雙螺旋；旋；旋；旋；旋；旋；* * * 單鏈單鏈單鏈單鏈單鏈單鏈DNADNADNA結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；* * * DNADNADNA拓撲異構(gòu)酶：釋放超螺旋應力。拓撲異構(gòu)酶：釋放超螺旋應力。拓撲異構(gòu)酶：釋放超螺旋應力。拓撲異構(gòu)酶

35、：釋放超螺旋應力。拓撲異構(gòu)酶：釋放超螺旋應力。拓撲異構(gòu)酶：釋放超螺旋應力。2. 2. 2.DNADNADNA合成的開始合成的開始合成的開始合成的開始合成的開始合成的開始 合成合成合成合成合成合成DNADNADNA片段之前，片段之前，片段之前，片段之前，片段之前，片段之前，先由先由先由先由先由先由RNARNARNA聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小聚合酶合成一小段段段段段段RNARNARNA引物引物引物引物引物引物( ( (約有約有約有約有約有約有202020個堿基個堿基個堿基個堿基個堿基個堿基對對對對對對) ) ) ，DNADNADNA聚合酶才開始聚合酶才開

36、始聚合酶才開始聚合酶才開始聚合酶才開始聚合酶才開始起作用合成起作用合成起作用合成起作用合成起作用合成起作用合成DNADNADNA片段。片段。片段。片段。片段。片段。一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄(RNA的合成的合成) 與與RNA的加工的加工二、遺傳密碼及其特性二、遺傳密碼及其特性三、遺傳信息的翻譯三、遺傳信息的翻譯四、中心法則及其發(fā)展四、中心法則及其發(fā)展一、一、一、一、一、一、RNARNARNA的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工的轉(zhuǎn)錄及加工 以以以以以以DNADNADNADNADNADNA為模板合成為模板合成為模板合成為模板合成為模板合成為模板合成RNARNAR

37、NARNARNARNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是生物界生物界生物界生物界生物界生物界RNARNARNARNARNARNA合成的主要方式，是遺傳信息從合成的主要方式，是遺傳信息從合成的主要方式，是遺傳信息從合成的主要方式，是遺傳信息從合成的主要方式，是遺傳信息從合成的主要方式，是遺傳信息從DNADNADNADNADNADNA向向向向向向RNARNARNARNARNARNA傳遞過程，也是傳遞過程，也是傳遞過程，也是傳遞過程，也是傳遞過程，也是傳遞過程，也是基因表達的開始基因表達的開始基因表達的

38、開始基因表達的開始基因表達的開始基因表達的開始。 轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的酶叫做依賴酶叫做依賴酶叫做依賴酶叫做依賴酶叫做依賴酶叫做依賴DNADNADNADNADNADNA的的的的的的RNARNARNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶（DNA-dependent RNA DNA-dependent RNA DNA-dependent RNA polymerase

39、, DDRPpolymerase, DDRPpolymerase, DDRP）。（與（與（與（與（與（與RNARNARNARNARNARNA復制比較）復制比較）復制比較）復制比較）復制比較）復制比較） 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為RNARNARNARNARNARNA前體前體前體前體前體前體（RNA precursorRNA precursorRNA precursor），它們必須經(jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓乃鼈儽仨毥?jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓乃鼈儽仨毥?jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓乃鼈儽仨毥?jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓乃鼈儽仨毥?jīng)過加

40、工過程變?yōu)槌墒斓乃鼈儽仨毥?jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓腞NARNARNARNARNARNA（matured matured matured RNARNARNA），才能表現(xiàn)其生物活性。，才能表現(xiàn)其生物活性。，才能表現(xiàn)其生物活性。，才能表現(xiàn)其生物活性。，才能表現(xiàn)其生物活性。，才能表現(xiàn)其生物活性。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄TranscriptionTranscriptionTranscriptionThe synthesis of a single-stranded RNA from a double-stranded DNA template. RNA synthesis occurs in the 53d

41、irection and its sequence corresponds to that of the DNA strand which is known as the sense strand(有義鏈有義鏈).The template of RNA synthesis is the antisense strand(反義鏈反義鏈). Necessary components: promoter/template, RNA polymerase, NTPs, terminator/template(-) strand is antisense(-) strand is antisense(-

42、) strand is antisense strand. strand. strand. (+) strand is sense strand(+) strand is sense strand(+) strand is sense strand有義鏈有義鏈有義鏈有義鏈有義鏈有義鏈 (sense strand)(sense strand)(sense strand)與反義鏈與反義鏈與反義鏈與反義鏈與反義鏈與反義鏈 (antisense(antisense(antisense strand) strand) strand)相同點：相同點：相同點：相同點：相同點：相同點：合成方向合成方向合成方向

43、合成方向合成方向合成方向都是以都是以都是以都是以都是以都是以535353535353的方向，的方向，的方向，的方向，的方向，的方向，在在在在在在3-OH3-OH3-OH3-OH3-OH3-OH末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸末端加入核苷酸。不同點：不同點：不同點：不同點：不同點：不同點：（1 1 1 1 1 1）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分

44、基因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；（2 2 2 2 2 2）轉(zhuǎn)錄是不對稱的）轉(zhuǎn)錄是不對稱的）轉(zhuǎn)錄是不對稱的）轉(zhuǎn)錄是不對稱的）轉(zhuǎn)錄是不對稱的）轉(zhuǎn)錄是不對稱的；僅僅僅僅僅僅以以以以以以DNADNADNADNADNADNA的一條鏈為模板而進行。的一條鏈為模板而進行。的一條鏈為模板而進行。的一條鏈為模板而進行。的一條鏈為模板而進行。的一條鏈為模板而進行。（3 3 3 3 3

45、 3）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且RNARNARNARNARNARNA鏈的合成是連續(xù)鏈的合成是連續(xù)鏈的合成是連續(xù)鏈的合成是連續(xù)鏈的合成是連續(xù)鏈的合成是連續(xù)的。的。的。的。的。的。轉(zhuǎn)錄的特點轉(zhuǎn)錄的特點轉(zhuǎn)錄的特點轉(zhuǎn)錄的特點轉(zhuǎn)錄的特點轉(zhuǎn)錄的特點（與（與（與（與（與（與DNADNADNADNADNADNA復制比較）復制比較）復制比較）復制比較）復制比較）復制比較）三種三種三種三種三種三種RNA RNA RNA 分子分子分子分子分子分子 信使信使信使信使信使信使RNA (mRNA)RNA (

46、mRNA)RNA (mRNA) 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA (tRNARNA (tRNARNA (tRNA) ) ) 核糖體核糖體核糖體核糖體核糖體核糖體RNA (rRNARNA (rRNARNA (rRNA) ) )ATACGATACGATACGTATGCTATGCTATGC+1+1+1promoterpromoterpromoterterminatorterminatorterminatorTranscribed regionTranscribed regionTranscribed regionRNARNARNADNADNADNATranscriptionTranscriptionT

47、ranscriptionAntisenseAntisenseAntisense strand strand strandAUACGAUACGAUACG轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)Structure of a transcription unitStructure of a transcription unitStructure of a transcription unitWhat is a promoter (What is a promoter (What is a promoter (啟動子啟動子啟動子啟動子啟動子啟動子)?)?)?

48、 The sequence of DNA needed for RNA The sequence of DNA needed for RNA The sequence of DNA needed for RNA polymerase to bind to the template and polymerase to bind to the template and polymerase to bind to the template and accomplish the initiation reaction accomplish the initiation reaction accompl

49、ish the initiation reaction RNA polymerase與與dsDNA結(jié)合；結(jié)合；在鏈上滑動尋找啟動子；在鏈上滑動尋找啟動子；DNA helix解螺旋；解螺旋；在起始位點在起始位點start site (initiation site)合成合成RNA鏈鏈, 該位點稱為該位點稱為+1。轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡轉(zhuǎn)錄泡Transcription bubbleTranscription bubbleTranscription bubbleAdd ribonucleotides to the 3-endThe RNA polymerase extend the grow

50、ing RNA chain in the direction of 5 3 The enzyme itself moves in 3 to 5 along the antisense DNA strand.延伸延伸延伸延伸延伸延伸ElongationElongationElongation轉(zhuǎn)錄復合體轉(zhuǎn)錄復合體transcription complex從模板鏈解離，從模板鏈解離，RNA鏈與鏈與DNA分離；分離；發(fā)生在終止子發(fā)生在終止子terminator部位部位 (通常為頸環(huán)通常為頸環(huán)/發(fā)發(fā)卡結(jié)構(gòu)卡結(jié)構(gòu) stem-loop or hairpin structure), 有些有些需要輔助蛋白需要輔

51、助蛋白.RNA hairpin (RNA hairpin (RNA hairpin (發(fā)卡發(fā)卡發(fā)卡發(fā)卡發(fā)卡發(fā)卡) structure) structure) structure5 5 5 NNNN NNNN NNNNAAGCGCCGAAGCGCCGAAGCGCCGNNNNCNNNNCNNNNCCGGCGCUUCGGCGCUUCGGCGCUUUUUU -OHUUUU -OHUUUU -OHN N NN NN NN NN CN CN CG G G C C CC C C GG GC C C GG GG G G C C CC C C GG GG G G C C CA A A U U UA A A U

52、U U NNNN UUUU- NNNN UUUU- NNNN UUUU-OHOHOHm m m m m mRNARNARNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工555端戴帽；端戴帽；端戴帽；端戴帽；端戴帽；端戴帽；333端加尾；端加尾；端加尾；端加尾；端加尾；端加尾； 內(nèi)含子剪切；內(nèi)含子剪切；內(nèi)含子剪切；內(nèi)含子剪切；內(nèi)含子剪切；內(nèi)含子剪切； 堿基修飾堿基修飾堿基修飾堿基修飾堿基修飾堿基修飾1) Addition of nucleotides to 5-or 3-1) Addition of nucleotides to 5-or 3-1) Addition of nuc

53、leotides to 5-or 3-ends of the primary transcripts or their ends of the primary transcripts or their ends of the primary transcripts or their cleavage products.cleavage products.cleavage products.2) Removal of nucleotides2) Removal of nucleotides2) Removal of nucleotides3) Modification of certain nu

54、cleotides3) Modification of certain nucleotides3) Modification of certain nucleotides Add a Add a Add a methyl groupmethyl groupmethyl group to 2-OH of ribose in to 2-OH of ribose in to 2-OH of ribose in mRNA (A)mRNA (A)mRNA (A) and and and rRNArRNArRNA Extensive changes of bases in Extensive change

55、s of bases in Extensive changes of bases in tRNAtRNAtRNANucleus or NucleolusNucleus or NucleolusNucleus or NucleolusCytoplasmCytoplasmCytoplasmRNA processingRNA processingRNA processingRomovalRomovalRomoval of nucleotides of nucleotides of nucleotidesaddition of nucleotides to addition of nucleotide

56、s to addition of nucleotides to the 5- or 3- endsthe 5- or 3- endsthe 5- or 3- endsmodification of certain modification of certain modification of certain nucleotidesnucleotidesnucleotides（一）（一） 遺傳密碼的來歷；遺傳密碼的來歷；（二）遺傳密碼字典；（二）遺傳密碼字典；（三）遺傳密碼的特點；（三）遺傳密碼的特點；（一）遺傳密碼（一）遺傳密碼（一）遺傳密碼（一）遺傳密碼（一）遺傳密碼（一）遺傳密碼 DNAD

57、NADNA分子堿基只有分子堿基只有分子堿基只有分子堿基只有分子堿基只有分子堿基只有4 4 4種，而蛋白質(zhì)氨基酸有種，而蛋白質(zhì)氨基酸有種，而蛋白質(zhì)氨基酸有種，而蛋白質(zhì)氨基酸有種，而蛋白質(zhì)氨基酸有種，而蛋白質(zhì)氨基酸有202020種。種。種。種。種。種。 堿基與氨基酸之間不可能一一對應。堿基與氨基酸之間不可能一一對應。堿基與氨基酸之間不可能一一對應。堿基與氨基酸之間不可能一一對應。堿基與氨基酸之間不可能一一對應。堿基與氨基酸之間不可能一一對應。1 1 141=441=441=4種種種種種種：缺：缺：缺：缺：缺：缺161616種氨基酸；種氨基酸；種氨基酸；種氨基酸；種氨基酸；種氨基酸；2 2 242=

58、1642=1642=16種種種種種種：比現(xiàn)存的：比現(xiàn)存的：比現(xiàn)存的：比現(xiàn)存的：比現(xiàn)存的：比現(xiàn)存的202020種氨基酸還缺種氨基酸還缺種氨基酸還缺種氨基酸還缺種氨基酸還缺種氨基酸還缺4 4 4種；種；種；種；種；種；3 3 343=6443=6443=64種種種種種種：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成646464種種種種種種組合，組合，組合，組合，組合，組合，202020種氨基酸多出種氨基酸多出種氨基酸多出種氨基酸多

59、出種氨基酸多出種氨基酸多出444444種。種。種。種。種。種。簡并：簡并：簡并：簡并：簡并：簡并：一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。三聯(lián)體或密碼子：三聯(lián)體或密碼子：三聯(lián)體或密碼子：三聯(lián)體或密碼子：三聯(lián)體或密碼子：三聯(lián)體或密碼子：代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。代表一個氨基酸的三個一組的

60、核苷酸。代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。 （二）遺傳密碼字典（二）遺傳密碼字典（二）遺傳密碼字典（二）遺傳密碼字典（二）遺傳密碼字典（二）遺傳密碼字典每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢? ? ?從從從從從從196119611961年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分別利用年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分別利用年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分別利