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文檔簡介
第十章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第一節(jié)DNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)第二節(jié)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)第三節(jié)染色體的分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)DNA復(fù)制第五節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄及加工第六節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯第一節(jié)DNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)一、DNA作為主要遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)DNA是所有生物(除個(gè)別病毒)的染色體所共有的;DNA的含量在每個(gè)物種不同組織的細(xì)胞里是恒定的;DNA在代謝上是比較穩(wěn)定的;DNA吸收最多的紫外線光波是260nm,與誘發(fā)基因突變的光波相同;DNA能夠自我復(fù)制并通過細(xì)胞分裂均勻地傳給下一代。(一)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化格里費(fèi)斯(GriffithF,1928)肺炎雙球菌定向轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
RⅡ型肺炎雙球菌——無莢膜,菌落粗糙,無毒
SⅢ型肺炎雙球菌——有莢膜,菌落光滑,有毒二、DNA作為主要遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)無毒IIR型注入,小鼠成活重現(xiàn)IIR型有毒IIIS型注入,小鼠死亡重現(xiàn)IIIS型有毒IIIS型(65℃殺死)注入,小鼠成活無細(xì)菌無毒IIR型有毒IIIS型(65℃殺死)注入,小鼠死亡重現(xiàn)IIIS型結(jié)論:在加熱殺死的IIIS型肺炎雙球菌中有較耐高溫的轉(zhuǎn)化物質(zhì)能夠進(jìn)入IIR型,IIR型轉(zhuǎn)變?yōu)镮IIS型,無毒轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸?。阿委瑞(AveryOT,1944)實(shí)驗(yàn):
用生物化學(xué)方法證明這種活性物質(zhì)是DNA
(二)噬菌體的侵染與繁殖
HersheyAD和ChaseM(1952)用同位素32P和35S驗(yàn)證DNA是遺傳物質(zhì)
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;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中沒有;32P標(biāo)記T2噬菌體;
35S標(biāo)記T2噬菌體。HersheyAD和ChaseM(1952)用同位素32P和35S驗(yàn)證DNA是遺傳物質(zhì)
(三)煙草花葉病毒的感染和繁殖
Fraenkel-ConratH和SingerB(1957)實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒簡稱TMV(TobaccoMosaicVirus)TMV的蛋白質(zhì)外殼和單螺旋RNA接種:TMV蛋白質(zhì)→煙草→不發(fā)病TMVRNA→煙草→發(fā)病TMVRNA+RNA酶→煙草→不發(fā)病A型RNA與B型蛋白質(zhì)重建病毒→發(fā)病→A型TMV結(jié)論:在不含DNA的某些病毒中,RNA是遺傳物質(zhì)。Fraenkel-ConratH和SingerB(1957)實(shí)驗(yàn)證明:在不含DNA的某些病毒中,RNA是遺傳物質(zhì)第二節(jié)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)
一、兩種核酸及其分布
一、兩種核酸及其分布核酸的分布:高等植物:DNA存在于染色體,葉綠體、線粒體中;RNA在核(核仁、染色體)、細(xì)胞質(zhì)中;
細(xì)菌:DNA和RNA;
噬菌體:多數(shù)只有DNA;
植物病毒:多數(shù)只有RNA;
動(dòng)物病毒:有些含RNA、有些含DNA。1953年,沃森(WatsonJ.D.)和克里克(CrickF.H.C.)根據(jù)DNA分子的X射線衍射研究提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型二、DNA的分子結(jié)構(gòu)
Nature,1953(171),4356:737-738一般以單鏈存在
三、RNA的分子結(jié)構(gòu)
第三節(jié)
染色體的分子結(jié)構(gòu)
特點(diǎn):
染色體簡單:
遺傳信息含量少:只有一條染色體,且DNA含量遠(yuǎn)低于真核生物。
大腸桿菌(E.coli)只有一個(gè)環(huán)狀染色體,其DNA分子含核苷酸對為3×106,長度1.1mm。一、原核生物的染色體
二、真核生物的染色體
RNA6%DNA27%Histones26%Non-histones22-40%1、染色體組成成分二、真核生物的染色體
2、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)
核小體:由H2A、H2B、H3和H44種組蛋白構(gòu)成
連接絲:DNA雙鏈+H1組蛋白染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的串珠模型
染色質(zhì)的分類(根據(jù)染色反應(yīng)不同):異染色質(zhì):染色質(zhì)線中染色很深的區(qū)段
常染色質(zhì):染色質(zhì)線中染色很淺的區(qū)段
異染色質(zhì)的類型:
組成型異染色質(zhì):主要為衛(wèi)星DNA,構(gòu)成染色體特殊區(qū)域,如著絲點(diǎn)等。
兼性異染色質(zhì):存在于染色體的任何部位,在某類細(xì)胞中表現(xiàn)為異染色質(zhì)狀態(tài),而在另一類細(xì)胞中表現(xiàn)為常染色質(zhì)狀態(tài),如哺乳動(dòng)物的X染色體。3、染色體的結(jié)構(gòu)模型
四級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)(BakAL,1977)
4、著絲粒和端體
著絲粒的功能:細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂過程中,在紡綞絲牽引下,準(zhǔn)確將染色體拉向子細(xì)胞。端體的功能:(1)防止染色體末端為DNA酶酶切;(2)防止染色體末端與其他DNA分子的結(jié)合;(3)使染色體末端在DNA復(fù)制過程中保持完整。
第四節(jié)
DNA的復(fù)制
一、DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)
1、半保留復(fù)制
DNA分子的復(fù)制,首先是從它的一端氫鍵逐漸斷開,當(dāng)雙螺旋的一端已拆開為兩條單鏈時(shí),各自可以作為模板,進(jìn)行氫鍵的結(jié)合,在復(fù)制酶系統(tǒng)下,逐步連接起來,各自形成一條新的互補(bǔ)鏈,與原來的模板單鏈互相盤旋在一起,兩條分開的單鏈恢復(fù)成DNA雙分子鏈結(jié)構(gòu)。這樣,隨著DNA分子雙螺旋的完全拆開,就逐漸形成了兩個(gè)新的DNA分子,與原來的完全一樣。這種復(fù)制方式成為半保留復(fù)制。
2、復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制方向
復(fù)制子:在同一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)控制下的一段DNA序列。絕大多數(shù)細(xì)菌和病毒:只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn),控制整個(gè)染色體的復(fù)制,且為雙向復(fù)制。真核生物:每條染色體的DNA復(fù)制都是多起點(diǎn),多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)共同控制整個(gè)染色體的復(fù)制;每條染色體有多個(gè)復(fù)制子;且為雙向復(fù)制。二、原核生物DNA合成1、有關(guān)DNA合成的酶2、DNA復(fù)制過程
DNA雙螺旋的解鏈:DNA合成的開始:引物酶(primase)半不連續(xù)復(fù)制:前導(dǎo)鏈(leadingstrand)合成是連續(xù)的,后隨鏈(laggingstrand)的合成是半不連續(xù)的。崗崎片段(Okazakifragment)三、真核生物DNA合成的特點(diǎn)
DNA合成只是發(fā)生在細(xì)胞周期的某個(gè)時(shí)期:S期;真核生物DNA復(fù)制是多起點(diǎn)的,原核生物DNA復(fù)制是單起點(diǎn)的;有兩種不同的DNA聚合酶分別控制前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成:DNA聚合酶δ控制前導(dǎo)鏈;聚合酶α控制后隨鏈;
染色體端體的復(fù)制:RNA端體酶(telomerase)。真核生物DNA合成所需的RNA引物及后隨鏈上合成的崗崎片段的長度比原核生物要短:原核生物:引物長度為10-60個(gè)核苷酸,崗崎片段長度為1000-2000個(gè)核苷酸;真核生物:引物長度為10個(gè)核苷酸,崗崎片段長度為100-150個(gè)核苷酸;真核生物的DNA聚合酶
真核生物DNA的復(fù)制第五節(jié)
RNA的轉(zhuǎn)錄及加工
一、三種RNA分子信使RNA(MessagerRNA,mRNA)轉(zhuǎn)移RNA(TransferRNA,tRNA)核糖體RNA(RibosomalRNAs,rRNA)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu):三葉草tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu):倒L型---aaacceptarm;
loadingaaat3’end---DHUloop;
contactwithAARS---anti-codonloop;
34thiswobblebase---TΨCloop;
contactwith5srRNA---extraloop;classificationmarker?34Itype;3-5Nt3/4tRNAIItype;13-21Nt原核生物rRNA(3種):5S:120個(gè)核苷酸
16S:1540個(gè)核苷酸
23S:2900個(gè)核苷酸
真核生物rRNA(4種):5S:120個(gè)核苷酸
5.8S:160個(gè)核苷酸
18S:1900個(gè)核苷酸
28S:4700個(gè)核苷酸二、RNA合成的一般特點(diǎn)
所用的原料為核苷三磷酸;而DNA合成則為脫氧核苷三磷酸
只要一條DNA鏈被用作模板;DNA合成時(shí)兩條鏈分別用作模板RNA的合成不需要引物,可以直接起始合成模板鏈(無義鏈):用作模板進(jìn)行RNA轉(zhuǎn)錄的鏈;非模板鏈(有義鏈):不作模板進(jìn)行RNA轉(zhuǎn)錄的鏈。三、原核生物RNA的合成轉(zhuǎn)錄單位: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(transcriptunit)。1、RNA聚合酶α亞基與四聚體核心酶形成有關(guān)
β亞基存在核苷三磷酸的結(jié)合位點(diǎn)
β’含有與DNA模板結(jié)合的位點(diǎn)
σ因子只與RNA轉(zhuǎn)錄的起始有關(guān)
2、鏈的起始3、鏈的延伸4、鏈的終止依賴ρ因子的終止
不依賴ρ因子的終止
四、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工
1、真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi),翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行;真核生物一個(gè)mRNA只編碼一個(gè)基因;真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三種不同的酶;真核生物RNA聚合酶不能獨(dú)立轉(zhuǎn)錄RNA。2、mRNA的加工5′端戴帽:在mRNA前體的5′端加上m7Gp的帽子;3`端加尾:在mRNA前體的3′端加上poly(A)的尾巴;如基因中存在內(nèi)含子序列,要進(jìn)行剪接。真核細(xì)胞信息流動(dòng)第六節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯
一、遺傳密碼
簡并:一個(gè)氨基酸由二個(gè)或二個(gè)以上的三聯(lián)體密碼所決定的現(xiàn)象。
三聯(lián)體或密碼子:代表一個(gè)氨基酸的三個(gè)一組的核苷酸。
遺傳密碼的基本特征:遺傳密碼為三聯(lián)體遺傳密碼間不能重復(fù)利用遺傳密碼間無逗號(hào)遺傳密碼間存在簡并現(xiàn)象遺傳密碼的有序性遺傳密碼的通用性簡并現(xiàn)象的機(jī)理:●
Isoacceptor:負(fù)載同一氨基酸,但識(shí)別不同密碼子的tRNA●Wobblehypothesis:反密碼子:密碼子
1th(Nt34):3rd-NtmRNA5’---CGU---CGC---CGA---CGG---AGA---AGG---3’GCGGCUUCU3’5’3’5’3’5’AA
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