分子遺傳學(xué)第一章-遺傳物質(zhì)課件

分子遺傳學(xué)分子遺傳學(xué)1第一章遺傳物質(zhì)

1953年，由WatsonCrick闡明的DNA結(jié)構(gòu)是遺傳學(xué)歷史上最重大的發(fā)現(xiàn)之一。當(dāng)時(shí)對(duì)基因和DNA的認(rèn)識(shí)有以下幾點(diǎn)：（1）基因：是由孟德爾提出的遺傳因子。它與特定的性狀相連系，但其物質(zhì)基礎(chǔ)不清。（2）“一個(gè)基因一種酶”的學(xué)說推測基因控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。（3）基因位于染色體上。染色體由DNA和蛋白組成（4）早先由Griffith后由Avery指出DNA是遺傳物質(zhì)第一章遺傳物質(zhì)1953年，由WatsonCri2第一節(jié)DNA是遺傳物質(zhì)

有3個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)證明遺傳物質(zhì)是DNA：

1．細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2．T2噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)3．病毒重建實(shí)驗(yàn)第一節(jié)DNA是遺傳物質(zhì)

有3個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)3Griffith,s細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)Greffith’stransformationexperiment

Griffith,s細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)提示：加熱殺死的S型有毒品系中一定有一種因子能使無毒的R品系轉(zhuǎn)化為有毒的S品系（transformation）。16年實(shí)驗(yàn)證明，R轉(zhuǎn)化為S的物質(zhì)是DNA?！?944年，美國學(xué)者Avery等證明將R無毒品系轉(zhuǎn)化為有毒S品系的物質(zhì)是DNA。（S）

加熱殺死

多糖脂類RNA蛋白質(zhì)DNA↓↓↓↓↓

R型細(xì)菌↓↓↓↓↓

SRRRRR實(shí)驗(yàn)提示：加熱殺死的S型有毒品系中一定有一種因子能使無毒的R5美國學(xué)者Avery等證明轉(zhuǎn)化因子是DNA。SummaryofAvery,sexperimentwhichdemonstratedthatDNAisthetransformingprinciple.美國學(xué)者Avery等證明轉(zhuǎn)化因子是DNA。Summaryo6

結(jié)論

在S型細(xì)胞的各種組分中，只有DNA能引起R型細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，DNA是S型細(xì)胞多糖莢膜和病源特征的決定因子，只要給R型細(xì)胞提供S型細(xì)菌的DNA，就等于是提供了S基因。意義：第一次證明基因是由DNA組成的，DNA是遺傳物質(zhì)。轉(zhuǎn)化已成為基因工程的重要手段

7二、TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)T2噬菌體的生活周期LifecycleofaT-evenbacteriophage

二、TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)8TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)要回答的問題

噬菌體的感染過程涉及病毒復(fù)制的特異信息轉(zhuǎn)入到細(xì)菌中去的過程。要問轉(zhuǎn)入細(xì)菌中去的信息物是DNA還是蛋白質(zhì)？1952年，用T2噬菌體標(biāo)記的感染實(shí)驗(yàn)說明轉(zhuǎn)入細(xì)菌中去的信息物是DNA。TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)要回答的問題

噬菌體的9TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)：1.蛋白質(zhì)中沒有磷，磷是DNA中的主要成分，在T2的DNA中占99%2.硫存在于蛋白質(zhì)中,在DNA中從未發(fā)現(xiàn)有硫.3.用32P和35S分別標(biāo)記兩個(gè)噬菌體的培養(yǎng)物中的DNA和蛋白質(zhì).TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)：10TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)DemonstratingthatDNA,andnotprotein,isresponsiblefordirectingthereproductionofphageT2duringtheinfectionofE.coli.

TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)11

TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)的結(jié)論只有噬菌體DNA進(jìn)入細(xì)菌，蛋白質(zhì)外殼從不進(jìn)入細(xì)胞。噬菌體蛋白只是結(jié)構(gòu)上的包裝物。當(dāng)DNA進(jìn)入細(xì)菌后蛋白質(zhì)外殼就留在了外邊。意義：說明DNA是遺傳物質(zhì)。TheHershey-Chase實(shí)驗(yàn)的結(jié)論12

三、病毒重建實(shí)驗(yàn)

有些病毒沒有DNA而只有RNA，它們的遺傳物質(zhì)是什么？1956年，F(xiàn)raenkel-Conrat和Singer用TMV和HRV建成雜合病毒作感染實(shí)驗(yàn)回答了這一問題。

三、病毒重建實(shí)驗(yàn)

有些病毒沒有DNA而只有RNA，它們的遺13HRV外殼蛋白R(shí)NA雜合病毒能感染出現(xiàn)HRV病灶病毒失活不能感染TMV抗體TMV

分離出病毒病毒重建實(shí)驗(yàn)結(jié)論：復(fù)制和繁殖新的病毒顆粒所需的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)HRV抗體子代病毒能被HRV抗體失活，說明子代病毒不但具有HRV的RNA，而且具有HRV的蛋白

HRV外殼蛋白R(shí)NA雜合病毒能感染出現(xiàn)HRV病灶病毒失活不能14總結(jié)以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，DNA是遺傳物質(zhì)，在不具有DNA而只有RNA的生物中，RNA是遺傳物質(zhì)。

總結(jié)15第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)

DNA由四種基本的分子脫氧核苷酸組成。每種核苷酸由磷酸、脫氧核糖和四種堿基之一組成。四種堿基的名稱：腺嘌呤（Adenine，A）、鳥嘌呤（Guanine，G）、胞嘧啶（Cytosine，C）、胸腺嘧啶（Thymine，T）。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)

DNA由四種基本的分子脫氧核苷酸組成16四種核苷酸的名稱是：脫氧腺苷酸dAMP或A；脫氧鳥苷酸dGMP或G；脫氧胞苷酸dCMP或C；脫氧胸苷酸dTMP或T.四種核苷酸的名稱是：17DNA和RNA中的堿基和糖的結(jié)構(gòu)DNA和RNA中的堿基和糖的結(jié)構(gòu)18分子遺傳學(xué)第一章-遺傳物質(zhì)ppt課件19WatsonCrick根據(jù)兩個(gè)線索：（1）DNA結(jié)構(gòu)的X光衍射資料，表明DNA由兩條互相平行的鏈組成，兩條鏈呈螺旋狀；（2）Chargaff關(guān)于不同生物DNA組成成份的規(guī)律：

A+G=T+CPu=PyA=TG=CA+T并不一定等于G+CWatsonCrick根據(jù)兩個(gè)線索：20

雙螺旋（Thedoudlehelix）要點(diǎn)1．雙螺旋的每一條鏈?zhǔn)且粭l核苷酸長鏈。每個(gè)核苷酸之間由磷酸二酯鍵相連接（phosphodiesterbands）。兩條鏈之間由氫鍵相連。配對(duì)原則是：A－T，G－C。2．兩條鏈的走向方向相反，它們是反向平行的（Antiparallel）一條是5’→3’，另一條是3’→5’。3．由于G－C對(duì)有三個(gè)氫鍵，A－T對(duì)只有兩個(gè)氫鍵，因此富含G－C對(duì)的DNA比富含A－T對(duì)的DNA更加穩(wěn)定。雙螺旋（Thedoudlehelix）要點(diǎn)21

每個(gè)核苷酸之間由磷酸二酯鍵相連接。

LinkageoftwonucleotidesbytheformationofaC-3,—C-5’(3'-5’)phosphodiesterbond,producingadinucleotide.Shorthandnotationforapolynucleotidechain.每個(gè)核苷酸之間由磷酸二酯鍵相連接。22WasterCrickDNA雙螺旋模型WasterCrickDNA雙螺旋模型23雙螺旋的幾種形式目前已知有三種不同形式DNA：1．B—form：即Watson-Crick模型，在正常的細(xì)胞生活狀態(tài)時(shí)存在，右手螺旋、堿基的平面對(duì)DNA的中軸是垂直的，DNA分子每轉(zhuǎn)一圈是10.4bp。2．A—form：在高鹽或脫水狀態(tài)時(shí)存在，右手螺旋，堿基對(duì)傾斜并偏離雙螺旋中軸，轉(zhuǎn)一圈11bp。3．Z—form：在合成制備的DNA晶體中發(fā)現(xiàn)的新構(gòu)型，“Z”字骨架，左手螺旋，每轉(zhuǎn)一圈12bp。雙螺旋的幾種形式24雙螺旋的幾種形式目前已知有三種不同形式DNA雙螺旋的幾種形式25

DNA結(jié)構(gòu)的含義：1．該結(jié)構(gòu)預(yù)示了DNA復(fù)制的一種明顯方式2．預(yù)示了DNA分子中的核苷酸對(duì)的順序可能決定著蛋白質(zhì)中氨基酸的順序，即可能存有某種類型的遺傳密碼。DNA結(jié)構(gòu)的含義：26第三節(jié)DNA的復(fù)制

由Watson-Crick模型預(yù)言的DNA復(fù)制是半保留式的。半保留復(fù)制（semiconservativeReplication）：每個(gè)子代DNA分子含有一條舊鏈和一條新鏈。第三節(jié)DNA的復(fù)制27半保留復(fù)制SemiconservativeReplication每個(gè)子代DNA分子含有一條舊鏈和一條新鏈。GeneralizedmodelofsemiconservativereplicationofDNA半保留復(fù)制28DNA的復(fù)制□DNA是遺傳物質(zhì)，作為遺傳物質(zhì)的首要條件是必須能自我復(fù)制?！鮓atson和Crick闡明的DNA模型預(yù)示了DNA具有復(fù)制的能力，通過氫鍵配對(duì)的方式復(fù)制新鏈?！踉O(shè)想有三種復(fù)制方式：（1）半保留式；（2）保留式；（3）分散式。(1)+(2)+(3)+DNA的復(fù)制□DNA是遺傳物質(zhì)，作為遺傳物質(zhì)的首要條件是必29曾設(shè)想有三種復(fù)制方式：保留式，半保留式，分散式曾設(shè)想有三種復(fù)制方式：保留式，半保留式，分散式30二、Meselson-stahl實(shí)驗(yàn)1958年，Meselson等證明DNA的復(fù)制是半保留式的。1．氯化銫超離心技術(shù)的原理DNA在CsCl溶液中經(jīng)超速離心后，最終停留在某一位置上，這時(shí)離心力的大小正好等于DNA分子在CsCl梯度中的浮力。DNA的浮力是由其密度決定的。根據(jù)離心后DNA在梯度中達(dá)到的平衡位置的不同可以將不同密度的DNA分子分開，例如：15NDNA和14NDNA。二、Meselson-stahl實(shí)驗(yàn)312．將E.coli培養(yǎng)在含有“重”同位素15N的培養(yǎng)基中，經(jīng)多個(gè)世代后，細(xì)胞中DNA就標(biāo)記上“重”同位素。然后將細(xì)胞轉(zhuǎn)到14N培養(yǎng)基中，經(jīng)過一個(gè)或兩個(gè)細(xì)胞分裂周期后，分離DNA，再進(jìn)行CsCl離心。3.結(jié)果：經(jīng)一個(gè)世代后，DNA形成了一條中間密度帶。其位于“重”帶和“輕”帶之間。經(jīng)兩個(gè)世代培養(yǎng)后，DNA形成兩條帶，一條中間帶，一條輕帶。更直接的證據(jù)是將在14N中生長一代的細(xì)胞DNA（15N14N）變性后離心，可以得到一條重帶和一條輕帶。說明第一代雜種分子是半保留復(fù)制的產(chǎn)物。雙鏈中一條是親代15N，另一條是新合成14N，DNA為15N14N。2．將E.coli培養(yǎng)在含有“重”同位素15N的培養(yǎng)基中，經(jīng)32Meselson-stahl實(shí)驗(yàn)TheMeselson-Stahlexperiment

Meselson-stahl實(shí)驗(yàn)33Meselson-stahl實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋Meselson-stahl實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解34三、真核生物染色體的復(fù)制1958年，Taylor用蠶豆根尖細(xì)胞染色體作實(shí)驗(yàn)，表明在染色體水平上，DNA復(fù)制也是半保留式的。三、真核生物染色體的復(fù)制35四、復(fù)制叉TheReplicationForkWatson-Crick模型預(yù)言，在復(fù)制過程中DNA分子會(huì)形成一個(gè)分叉。1963年，Cairns用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了復(fù)制叉的存在。四、復(fù)制叉36起始點(diǎn)3,3,3,3,復(fù)制叉生長生長五、復(fù)制的起始大腸桿菌染色體DNA復(fù)制從一固定點(diǎn)起始，然后按兩個(gè)方向進(jìn)行，即隨復(fù)制叉向兩端移動(dòng)作雙向復(fù)制。起始點(diǎn)起始點(diǎn)3,3,3,3,復(fù)制叉生長生長五、復(fù)制的起始起始點(diǎn)37高等生物細(xì)胞的DNA復(fù)制有多個(gè)起始點(diǎn)，即具有多個(gè)同時(shí)復(fù)制的區(qū)域。放射自顯影顯示的真核DNA復(fù)制模型，在一條雙鏈DNA上有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)放射自顯影解釋高等生物細(xì)胞的DNA復(fù)制有多個(gè)起始點(diǎn)，即具有多個(gè)同時(shí)復(fù)制的區(qū)38

復(fù)制子（replicon）具有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)和兩個(gè)終止點(diǎn)的具有獨(dú)立復(fù)制功能的DNA片段。大腸桿菌、質(zhì)粒、噬菌體的DNA都是獨(dú)立復(fù)制的，這樣獨(dú)立的復(fù)制單位稱為復(fù)制子。

高等生物的染色體是多復(fù)制子Multi—replicon復(fù)制子（replicon）39HumanDNAfromHelacellillustratingthereplicationbubblethatcharacterizesDNAreplicationwithinasinglerepliconHumanDNAfromHelacellillus40

真核生物細(xì)胞的DNA復(fù)制有多個(gè)起始點(diǎn)，即具有多個(gè)同時(shí)復(fù)制的區(qū)域。真核生物細(xì)胞的DNA復(fù)制有多個(gè)起始點(diǎn)，41六、DNA復(fù)制中的酶和蛋白質(zhì)50年代末，Kornberg首次分離到DNA聚合酶，能催化復(fù)制反應(yīng)：

dATPDNA聚合酶親代DNA+引物+dGTP———————————子代DNAdCTPdTTP六、DNA復(fù)制中的酶和蛋白質(zhì)42ThechemicalreactioncatalyzedbyDNApolymeraseIThechemicalreactioncatalyze4311-8Demonstrationof5,-to-3,synthesisofDNA11-8Demonstrationof5,-to-3,441．雙螺旋的轉(zhuǎn)動(dòng)和解鏈DNA拓樸異構(gòu)酶：催化DNA拓樸異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化。如DNA促旋酶（DNAgyrase）能使松馳形DNA形成超螺旋DNA（SupercoilingDNA）。也能使正超螺旋DNA轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)超螺旋DNA，后者有利于雙螺旋的解開。解螺旋酶（helicase）：“rep”蛋白起解螺旋作用。單鏈結(jié)合蛋白（Single-strandedDNA-bindingprotein，SSB）：游離單鏈易降解，單鏈結(jié)合蛋白起保護(hù)作用。1．雙螺旋的轉(zhuǎn)動(dòng)和解鏈452．所有的DNA聚合酶只能以5’→3’方向合成新鏈,當(dāng)一條鏈由DNA聚合酶III連續(xù)地合成時(shí)，另一條鏈?zhǔn)且云畏绞胶铣傻?。然后由DNA聚合酶I填補(bǔ)空缺。再由DNA連接酶（Ligase）連接。這就是不連續(xù)復(fù)制學(xué)說。岡崎在細(xì)胞中證實(shí)了這種方式，這樣的DNA短鏈稱為岡崎片段。2．所有的DNA聚合酶只能以5’→3’方向合成新鏈,當(dāng)一條4611-11BecausethetwostrandofDNArunantiparalleltooneanotherandDNApolymeraseIIIsynthesizesonlyinonedirection.Onthelaggingstrand,synthessismustbediscontinuous,resultingtheproductionofOkazakifragment.Ontheleadingstrand,synthesisiscontinuous.RNAprimersinitiatesynthesisonbothstrands11-11Becausethetwostrandof473．DNA聚合酶I和III具有3’→5’外切酶活性，具有切割和修補(bǔ)功能。4．DNA合成必須有一個(gè)短的雙鏈區(qū)作為引物（primer）。聚合酶不可能在一條單鏈模板上起動(dòng)合成一條新鏈。因此需要有引物合成酶（primase）與dnaB蛋白一起作用合成一個(gè)RNA引物，保證DNA聚合酶III在引物的3’端起動(dòng)DNA合成。3．DNA聚合酶I和III具有3’→5’外切酶活性，具有切割4811-13SummaryofDNAsynthesisatasinglereplicationfork.11-13SummaryofDNAsynthesis49TheendsofeukaryoticchromosomesarereplicatedbyatelomeraseTheendsofeukaryoticchromos50

Theendsofeukaryoticchromosomesarereplicatedbyatelomerase

端粒末端復(fù)制的困難?telomericDNAsequenceshavebeenhighlyconservedthroughoutevolution,reflictingthecriticalfunctionoftelomeres.?DNApolymerasecannotreplicatetheterminalDNAsegmentofthelaggingstrandofalinearchromosome.therewouldbenoDNAstrandtoprovideafree3,-OHforDNAextenssionaftertheRNAprimeroftheterminalOkazakifragmenthasbeenexcised.Theendsofeukaryoticchromo51線型染色體DNA末端復(fù)制的困難，后隨鏈復(fù)制后會(huì)留下一個(gè)空缺。線型染色體DNA末端復(fù)制的困難，后隨鏈復(fù)制后會(huì)留下一個(gè)空缺。52端粒酶的作用對(duì)熱.蛋白酶K和RNA酶都敏感?Theuniquefeatureoftelomereraseisthatitcontainsabuilt-inRNAstrandtemplate,afterseveraltelomererepeatunitsareaddedbytelomerase,DNApolymerasecatalyzesthesynthesisthecomplementarystrand.?Withouttelomeraseactivity,linearchromosomeswouldbecomeprogressivelyshorter.iftheresultingterminaldeletionsextendedintoanessentialgeneorgenes,thischromosomeshorteningwouldbelethal.端粒酶的作用53TelomeraseresolvestheterminalprimerproblemTelomeraseresolvesthetermin54端粒酶和細(xì)胞衰老?telomereshorteninghasbeenlinkedtoamolecularmechanisminvolvedintheagingprocessofcells.?inmosteukaryoticsomaticcells,telomeraseisnotactive,andthuswitheachcelldivision,thetelomeresofeachchromosomeshorten.afterman