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Chapter1GenesareDNA基因是DNA第1頁(yè)Abriefhistoryofgenetics.

遺傳簡(jiǎn)史1.1Introduction介紹第2頁(yè)Ageneisacodingunit.基因是編碼單元第3頁(yè)細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)為DNA是遺傳物質(zhì)提供了首要證據(jù).從第一種菌株抽提DNA,然后加入到第二個(gè)菌株中,能使遺傳特性從一種細(xì)菌菌株傳到另一種菌株.

1.2DNAisthegeneticmaterialforbacterium.DNA是細(xì)菌遺傳物質(zhì)第4頁(yè)熱滅活S型或活R型細(xì)菌都不能殺死老鼠,但二者同步感染卻能與活S型細(xì)菌感染同樣,能同樣有效地殺死老鼠.

S型菌DNA能轉(zhuǎn)化R型菌,使之成為相同S型.第5頁(yè)1.3DNAisthegeneticmaterialforvirus.DNA是病毒遺傳物質(zhì)噬菌體感染試驗(yàn)證明DNA是病毒遺傳物質(zhì).當(dāng)噬菌體DNA和蛋白質(zhì)組分被標(biāo)識(shí)上不一樣放射性同位素時(shí),僅有DNA被傳遞到感染細(xì)菌所產(chǎn)生子代噬菌體中.

第6頁(yè)T2噬菌體遺傳物質(zhì)是DNA

第7頁(yè)1.4DNAisthegeneticmaterialforanimalcell.DNA是動(dòng)物細(xì)胞遺傳物質(zhì)利用DNA可引入新特性給動(dòng)物細(xì)胞或整個(gè)動(dòng)物.某些病毒遺傳物質(zhì)是RNA.第8頁(yè)外加DNA轉(zhuǎn)染成果使真核生物細(xì)胞取得新表型第9頁(yè)1.5Polynucleotidehasasugar-phosphatebackbonewhichconnectsbases.多聚核苷酸鏈具有連接堿基糖-磷酸骨架核苷包括連接于戊糖1位嘌呤堿或嘧啶堿.核糖位置用“

”辨別.DNA和RNA區(qū)分在于糖2

位基團(tuán)，DNA這個(gè)基團(tuán)是脫氧核糖(2

H),

RNA則是核糖(2

OH).第10頁(yè)鏈一種末端有一種游離5

端,另一端有一種游離3

端.DNA具有4種堿基:腺嘌呤(A),鳥(niǎo)嘌呤(G),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T).RNA中則是尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶.第11頁(yè)在一系列由5

3

核糖

磷酸連接而成骨架上,堿基從糖環(huán)突出,這樣便形成了一條多核苷酸鏈.

第12頁(yè)1.6DNAisadoublehelix.DNA是雙鏈螺旋B型DNA是由兩條方向相反平行多聚核苷酸鏈組成雙螺旋.每條鏈堿基是扁平嘌呤或嘧啶環(huán),面向內(nèi)部,通過(guò)氫鍵和另一堿基配對(duì),它們僅形成A

T或G

C對(duì).雙螺旋直徑是20A,每34A為一整圈,每一圈具有10個(gè)堿基對(duì).雙螺旋形成一大(寬)溝和一小(窄)溝.第13頁(yè)雙螺旋保持恒定寬度,由于嘌呤和嘧啶總是以互補(bǔ)A

T和G

C堿基配對(duì).第14頁(yè)堿基之間配對(duì)平面與核糖磷酸骨架垂直.

第15頁(yè)DNA兩條鏈形成雙螺旋.第16頁(yè)1.7DNAreplicationissemiconservativeDNA復(fù)制是半保存Meselson-Stahl試驗(yàn)使用密度標(biāo)識(shí)證明:單一多聚核苷酸鏈?zhǔn)荄NA單位,在復(fù)制過(guò)程中,它是保守.DNA螺旋每一條鏈可充當(dāng)合成子鏈模板.子鏈序列根據(jù)堿基互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn),由分開(kāi)親鏈決定.

第17頁(yè)堿基配對(duì)是DNA復(fù)制機(jī)制.第18頁(yè)DNA復(fù)制是半保存.第19頁(yè)1.8DNAseparateatreplicationforkDNA在復(fù)制叉處罰離DNA復(fù)制由一組酶復(fù)合物來(lái)執(zhí)行,這些酶分子具有分開(kāi)親鏈和合成子鏈功能.復(fù)制叉是親鏈分開(kāi)點(diǎn).核酸酶降解核酸,包括DNA酶和RNA酶,可分為核酸內(nèi)切酶和核酸外切酶.

第20頁(yè)復(fù)制叉是指從未解旋母鏈向新復(fù)制子鏈過(guò)渡DNA區(qū)域.第21頁(yè)核酸內(nèi)切酶作用于核酸內(nèi)部鍵,這個(gè)例子顯示一種作用于DNA一條鏈酶.第22頁(yè)核酸外切酶在某一時(shí)刻,通過(guò)切開(kāi)多核苷酸最后一種鍵,并移去堿基,圖示降解RNA鏈酶.第23頁(yè)1.9Nucleicacidshybridizebybasepairing.核酸通過(guò)堿基配對(duì)進(jìn)行雜交加熱可使DNA兩條鏈分開(kāi).Tm是變性溫度范圍中點(diǎn).減少溫度,互補(bǔ)單鏈能夠復(fù)性.變性和復(fù)性可發(fā)生在DNA-DNA,DNA-RNA,或RNA-RNA間,也可為分子內(nèi)或分子間組合.兩條待測(cè)單鏈核酸雜交能力衡量了它們互補(bǔ)能力.第24頁(yè)堿基配對(duì)發(fā)生在雙螺旋DNA間,也發(fā)生在單鏈RNA(或DNA)分子內(nèi)和分子間.

第25頁(yè)變性DNA單鏈能復(fù)性產(chǎn)生雙螺旋形式.

第26頁(yè)通過(guò)濾膜雜交,我們能夠確認(rèn)變性DNA(或RNA)溶液與濾膜上吸附DNA是否具有互補(bǔ)序列.第27頁(yè)1.10MutationschangethesequenceofDNA突變變化DNA序列所有突變都包括DNA序列變化.突變可自發(fā)產(chǎn)生,或者由誘變劑誘導(dǎo).第28頁(yè)

堿基突變率是每代10-9_10-10,即1000bp基因以每代10-6概率突變,細(xì)菌基因組突變率是每代3X10-3.第29頁(yè)1.11Mutationseffectsinglebasepairorlongersequence.突變影響單個(gè)堿基對(duì)或更長(zhǎng)序列點(diǎn)突變變化單一堿基.一種堿基通過(guò)化學(xué)辦法轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粔A基或復(fù)制錯(cuò)誤都可引發(fā)點(diǎn)突變.轉(zhuǎn)換是指A_T變?yōu)镚_C或反之.顛換是指嘧啶替代嘌呤,如A_T變?yōu)門_A.插入是突變最常見(jiàn)類型,起源于可轉(zhuǎn)移元件移動(dòng).第30頁(yè)堿基化學(xué)修飾能夠引發(fā)突變.

第31頁(yè)堿基類似物插入也能夠引發(fā)突變.

第32頁(yè)1.12Mutationsarereversible.突變效應(yīng)能夠逆轉(zhuǎn)正向突變使基因失活,反向突變(或回復(fù)體)可逆轉(zhuǎn)其效應(yīng).插入突變可由插入物質(zhì)缺失而回復(fù),但缺失不能回復(fù).當(dāng)?shù)诙l基因突變禰補(bǔ)第一條基因突變效應(yīng)時(shí),就會(huì)發(fā)生抑制作用.第33頁(yè)點(diǎn)突變和插入突變能夠逆轉(zhuǎn),但缺失不能逆轉(zhuǎn).

第34頁(yè)1.13Mutationsareconcentratedathotspots.突變集中在熱點(diǎn)任一特殊堿基突變頻率測(cè)定有統(tǒng)計(jì)學(xué)上波動(dòng),而熱點(diǎn)突變頻率增加最少一種數(shù)量級(jí).第35頁(yè)自發(fā)突變發(fā)生于整個(gè)大腸桿菌lacI基因中,但它主要集中于熱點(diǎn).

第36頁(yè)休息時(shí)間

10分鐘第37頁(yè)1.14Somehotspotscomefrommodifiedbases.某些熱點(diǎn)來(lái)自修飾堿基熱點(diǎn)突變一種主要原因是修飾堿基,即5-甲胞嘧啶,能脫氨基成胸腺嘧啶.第38頁(yè)胞嘧啶脫氨基產(chǎn)生尿嘧啶,而5-甲胞嘧啶脫氨基則產(chǎn)生胸腺嘧啶.

第39頁(yè)5-甲胞嘧啶脫氨基產(chǎn)生胸腺嘧啶(引發(fā)C_G至T_A轉(zhuǎn)換),而胞嘧啶脫氨基則產(chǎn)生尿嘧啶(一般尿嘧啶被移去,代之以胞嘧啶).第40頁(yè)1.15AcistronisasinglestretchofDNA.一條基因編碼一條肽鏈一條基因?qū)?yīng)于一種酶假說(shuō)概括了當(dāng)代遺傳學(xué)基礎(chǔ):即基因是編碼單鏈多肽一段DNA.大部分突變破壞了基因功能.第41頁(yè)基因編碼蛋白質(zhì),顯性性狀是由突變蛋白質(zhì)特性決定,隱性等位基因?qū)Ρ硇筒黄鹱饔?由于它不產(chǎn)生蛋白質(zhì)(或產(chǎn)生蛋白質(zhì)是沒(méi)有功能).第42頁(yè)1.16Mutationsonthesamecistroncannotbecompensated.同一基因上突變不能互相賠償.基因突變只影響由突變基因拷貝所編碼蛋白質(zhì),不影響其他任何基因所編碼蛋白質(zhì).當(dāng)雜合子中兩個(gè)突變以反式配備存在時(shí),假如它們不能互相賠償(即產(chǎn)生野生表型),則它們應(yīng)當(dāng)位于同一條基因中.第43頁(yè)順?lè)醋邮峭ㄟ^(guò)互補(bǔ)試驗(yàn)定義,基因由條狀表達(dá),紅點(diǎn)表達(dá)突變位點(diǎn).

第44頁(yè)1.17Mutationscanbelost-of-function

or

gain-of-function.突變也許引發(fā)功能喪失或取得.隱性突變(recessivemutation)是由于蛋白質(zhì)產(chǎn)物功能喪失而造成.顯性突變(dominantmutation)可取得新功能.第45頁(yè)緘默基因突變沒(méi)有效應(yīng),這或者是由于堿基變化不變化蛋白質(zhì)序列或數(shù)量,或者是由于蛋白質(zhì)序列變化不會(huì)產(chǎn)生影響.遺漏突變不影響基因產(chǎn)物作用,由于機(jī)體仍然存在足夠多相同活性,因此表型不能揭示出它真相.第46頁(yè)不影響蛋白質(zhì)序列或功能突變是緘默突變;破壞了蛋白質(zhì)所有活性突變是無(wú)效突變;引發(fā)功能喪失點(diǎn)突變是隱性突變;引發(fā)功能取得突變是顯性突變.

第47頁(yè)1.18Genelocuscanhavedifferentmutatedalleles.基因座可有不一樣突變等位基因.復(fù)等位基因存在可允許雜合子發(fā)生任何形式等位基因組合.第48頁(yè)w

基因座上有一系列等位基因,其表型從野生型(紅眼)到無(wú)色.

第49頁(yè)1.19Genelocusmayhavemorethanonewild-typealleles.基因座也許會(huì)有不止一條野生型等位基因.基因座也許有等位基因多態(tài)分布,而無(wú)任何一條等位基因能夠被以為是野生型.第50頁(yè)ABO血型基因座編碼半乳糖基轉(zhuǎn)移酶,其特異性決定了血型差異.

第51頁(yè)1.20RecombinationoccursbyphysicalexchangeofDNA.DNA物質(zhì)交換發(fā)生重組.重組是交叉點(diǎn)上發(fā)生交換成果,它包括4條染色單體中兩條.重組由鏈斷裂和重鏈產(chǎn)生,在此過(guò)程中,有雜合DNA中間體形成.第52頁(yè)交換形成引發(fā)產(chǎn)生重組體.

第53頁(yè)重組包括兩條親本DNA互補(bǔ)鏈間配對(duì).

第54頁(yè)1.21Thegeneticcodeistriplet.遺傳密碼是三聯(lián)體.遺傳密碼是根據(jù)三個(gè)核苷酸組成密碼子來(lái)閱讀.三聯(lián)密碼子不重合,并且從固定點(diǎn)開(kāi)始讀碼.插入或缺失單個(gè)堿基突變可造成突變點(diǎn)后三聯(lián)密碼子序列移碼.同步插入或缺失三個(gè)堿基(或三倍數(shù))造成插入或缺失幾個(gè)氨基酸,但不變化剩下三聯(lián)密碼子讀框.第55頁(yè)移碼突變表白遺傳密碼從一種固定起始點(diǎn)以三聯(lián)體方式閱讀.

第56頁(yè)1.22Everysequencehasthreereadingframes.每一序列具有三種也許閱讀框.一般只有一種閱讀框是可翻譯,而其他兩種會(huì)受到頻繁終止信號(hào)抑制.第57頁(yè)一種閱讀框起始于AUG,以三聯(lián)體形式延續(xù)至終止密碼子,而受阻讀框是由于終止密碼頻繁插入而形成.

第58頁(yè)1.23Prokaryoticgeneanditsproteinarecolinear.原核生物基因與其蛋白質(zhì)呈共線性關(guān)系.原核生物基因具有一段長(zhǎng)度為3N連續(xù)核苷酸,它編碼N個(gè)氨基酸.基因,mRNA和蛋白質(zhì)都是共線性.第59頁(yè)色氨酸合成酶基因重組圖對(duì)應(yīng)于蛋白質(zhì)氨基酸序列.

第60頁(yè)RNA

以

DNA一條鏈為模板,根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)合成.

第61頁(yè)1.24Multiplestepsarerequiredforthesynthesisaproteinproductfromagene.體現(xiàn)一條基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物需要幾個(gè)過(guò)程.原核生物基因轉(zhuǎn)錄成mRNA,然后翻譯成蛋白質(zhì).在真核生物中,基因也許具有某些不編碼蛋白質(zhì)內(nèi)部區(qū)域.這些內(nèi)部區(qū)域通過(guò)RNA剪接而從RNA中被去處,隨后形成與蛋白質(zhì)共線性mRNA.mRNA具有5

非翻譯區(qū),編碼區(qū)和3

非翻譯區(qū).第62頁(yè)基因長(zhǎng)度也許比蛋白質(zhì)編碼序列長(zhǎng).

第63頁(yè)在細(xì)菌中,轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一區(qū)域化部位.第64頁(yè)在真核生物中,轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核中,而翻譯則發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中.第65頁(yè)1.25cis-actingsitesandtrans-actingmolecules.蛋白質(zhì)呈反式作用,而DNA上位點(diǎn)呈順式作用.所有基因產(chǎn)物(RNA或蛋白質(zhì))都是反式作用,它們能夠作用于細(xì)胞內(nèi)基因任一拷貝上.順式突變能夠判定出反式作用因