遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

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2頁,共68頁，2024年2月25日，星期天一、間接證據(jù)(P34)染色體的化學(xué)組成:DNADNA含量的穩(wěn)定性:性細胞中DNA含量是體細胞中的一半紫外線誘變的有效波長與DNA分子的吸收光譜一致:260nm第3頁,共68頁，2024年2月25日，星期天細菌的轉(zhuǎn)化試驗：1928，F(xiàn).Griffith,肺炎雙球菌噬菌體的侵染與繁殖：1952，赫爾歇基因工程二、直接證據(jù)(P35)三、無DNA生物中，RNA是遺傳物質(zhì)及其證據(jù)

煙草花葉病毒第4頁,共68頁，2024年2月25日，星期天體外轉(zhuǎn)化實驗要點：A將S細胞提取液純化的DNA加到R細胞培養(yǎng)物中就能產(chǎn)生R---S的轉(zhuǎn)化。B這種轉(zhuǎn)化因子對水解DNA的酶敏感。CR型細菌轉(zhuǎn)化為S型后，按同樣方法抽提DNA仍有轉(zhuǎn)化能力。D轉(zhuǎn)化的細菌與S型細菌相比，莢膜生化特性完全一樣。

體外轉(zhuǎn)化實驗－DNA是遺傳物質(zhì)的證明第5頁,共68頁，2024年2月25日，星期天1952年Hersey和Chase的同位素標記侵染實驗。噬菌體的侵染標記實驗－DNA是遺傳物質(zhì)的證明第6頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)(P35)

第7頁,共68頁，2024年2月25日，星期天核苷酸五碳糖：脫氧核糖、核糖磷酸環(huán)狀的含氮堿基腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)

胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)1、核酸：以核苷酸為單元構(gòu)成的多聚體一、兩種核酸及其分布

兩個核苷酸之間由3’和5’位的磷酸二脂鍵相連第8頁,共68頁，2024年2月25日，星期天五碳糖第9頁,共68頁，2024年2月25日，星期天環(huán)狀的含氮堿基嘌呤嘧啶第10頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共68頁，2024年2月25日，星期天兩種核酸的主要區(qū)別：

DNA：脫氧核糖，A、C、G、T

雙鏈，分子鏈較長RNA：核糖，A、C、G、U

單鏈，分子鏈較短第13頁,共68頁，2024年2月25日，星期天2、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）、細胞質(zhì)中。

細菌：DNA和RNA。

噬菌體：多數(shù)只有DNA。

植物病毒：多數(shù)只有RNA。

動物病毒：有些含RNA、有些含DNA。第14頁,共68頁，2024年2月25日，星期天二、DNA的分子結(jié)構(gòu)

1953，Watson和Crick根據(jù)：堿基互補配對的規(guī)律(查爾格佛法則)對DNA分子的X射線衍射成果提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。(一)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)第15頁,共68頁，2024年2月25日，星期天DNA分子模型最主要特點(P37)：(1)

右手螺旋；(2)反向平行：5’－3’，3’－5’

；(3)

AT，CG；(4)每個螺旋3.4nm，含10bp，直徑約為2nm；(5)分子表面大溝和小溝交替出現(xiàn)。第16頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈡、DNA構(gòu)型B－DNA：DNA在生理狀態(tài)下的構(gòu)型，右旋，每個螺圈含10bp；A－DNA：在高鹽下存在形式，右旋，每個螺圈含11bp；Z－DNA:左旋，每個螺圈含12bp；其他構(gòu)型:C、D、E等右手螺旋形式存在。第17頁,共68頁，2024年2月25日，星期天三、RNA分子結(jié)構(gòu)：與DNA的區(qū)別①

U代替T；②核糖代替脫氧核糖；③一般以單鏈存在。第18頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)DNA的復(fù)制(P40)第19頁,共68頁，2024年2月25日，星期天一、DNA復(fù)制的一般特點（P40）：㈠、半保留復(fù)制：

①．一端沿氫鍵逐漸斷開；

②．以單鏈為模板，堿基互補；

③．氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；

④．形成新的互補鏈；

⑤．形成了兩個新DNA分子。

第20頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈡、復(fù)制起點和復(fù)制方向：

1.原核生物

﹡絕大多數(shù)細菌和病毒：只有一個復(fù)制起點，控制整個染色體的復(fù)制。

﹡復(fù)制子：在同一個復(fù)制起點控制下的一段DNA序列。第21頁,共68頁，2024年2月25日，星期天﹡噬菌體P2：其DNA的復(fù)制是沿一個方向進行的。

第22頁,共68頁，2024年2月25日，星期天2.真核生物

﹡每條染色體的DNA復(fù)制都是多起點，多個復(fù)制起點共同控制整個染色體的復(fù)制；

﹡每條染色體有多個復(fù)制子；

﹡且為雙向復(fù)制；圖3－17真核生物染色體多起點DNA復(fù)制電鏡照片

第23頁,共68頁，2024年2月25日，星期天（三）DNA復(fù)制的忠實性（P42）堿基配對的專一性DNA聚合酶I的兩種方式：

1、通過專一性識別使即將加入的堿基與模板上的堿基嚴格互補來控制合成前的錯誤

2、當發(fā)現(xiàn)存在錯配時，切除新加入的錯配堿基（校對控制）第24頁,共68頁，2024年2月25日，星期天二、原核生物DNA合成(P42)：㈠、有關(guān)DNA合成的酶：

DNA聚合酶、解旋酶、引物酶、連接酶、拓撲異構(gòu)酶

第25頁,共68頁，2024年2月25日，星期天共性：1、只有5’3’聚合酶的功能，DNA鏈只能由5’向3’延伸；

2、DNA的合成必須有引物才能進行；3、具有外切酶的活性、合成過程中的錯誤校正功能?；铙w細胞內(nèi)真正控制DNA合成的酶第26頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈡、DNA復(fù)制過程1．起始

*專一識別復(fù)制起始序列的蛋白結(jié)合在復(fù)制起點上，促使其臨近的DNA發(fā)生扭曲，從而讓DNA解旋酶和其他有關(guān)的因子進入；

第27頁,共68頁，2024年2月25日，星期天DNA解旋酶在ATP供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)3000次解開雙螺旋；單鏈DNA結(jié)合蛋白馬上結(jié)合在分開的單鏈上，以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；RNA聚合酶（引物酶）合成一小段RNA引物(約有12個堿基對)DNA聚合酶才開始起作用合成DNA片段。DNA解旋第28頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

2.DNA復(fù)制的延伸前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制，后隨鏈的連續(xù)復(fù)制岡崎片段（Okazakifragment)

圖2－13DNA合成模型第29頁,共68頁，2024年2月25日，星期天*在前導(dǎo)鏈上，DNA引物酶只在起始點合成一次引物RNA，DNA聚合酶III開始DNA的合成；*在后隨鏈上，每個岡崎片段的合成都需要先合成一段引物RNA，然后DNA聚合酶III才能進行DNA的合成。第30頁,共68頁，2024年2月25日，星期天3.DNA復(fù)制的終止

一般復(fù)制子上具有終止區(qū)域，可結(jié)合終止蛋白DNA聚合酶I利用其有5’3’端核酸外切酶的功能，將RNA引物切除，合成DNA，置換切除RNA引物鏈區(qū)域DNA連接酶將合成的DNA連接起來，形成完整的新鏈第31頁,共68頁，2024年2月25日，星期天三、真核生物DNA復(fù)制的特點第32頁,共68頁，2024年2月25日，星期天真核生物與原核生物DNA合成的區(qū)別區(qū)別原核生物真核生物DNA合成的時期整個細胞生長過程細胞周期的S期復(fù)制起點數(shù)單個多個RNA引物長度10-60核苷酸10-12核苷酸岡崎片段長度1000-2000核苷酸100-150核苷酸前導(dǎo)鏈與后隨鏈的合成聚合酶III同時控制聚合酶δ控制前導(dǎo)鏈，聚合酶α控制后隨鏈第33頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共68頁，2024年2月25日，星期天四、RNA的復(fù)制依賴RNA的RNA聚合酶+鏈：原有起模板作用RNA分子鏈-鏈：新復(fù)制的RNA分子第35頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄及加工（P45）第36頁,共68頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)錄(transcription):

是指DNA為模板，在依賴于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4種核糖核苷酸為原料，合成RNA的過程。RNA是將DNA上遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)并進行表達的中心環(huán)節(jié)。第37頁,共68頁，2024年2月25日，星期天一、RNA分子的種類（P45）

信使RNA(mRNA)

轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)

核糖體RNA(rRNA)在大腸桿菌中：

rRNA量占細胞總RNA量的75-85％

tRNA占15％

mRNA占3-5％

第38頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

㈠

mRNA（P46）

功能：傳遞遺傳信息

類型：前體mRNA(pre-mRNA）（不均一核

RNA)

成熟mRNA

第39頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈡、tRNA（P46）（最小的RNA，由70到90個核苷酸組成）功能：轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)合成的原材料；結(jié)構(gòu)：

三葉草構(gòu)型（P46）5’末端具有G（大部分）或C；

3’末端都以ACC結(jié)尾；

一個富有鳥嘌呤的環(huán)；

一個反密碼子環(huán)；

一個胸腺嘧啶環(huán)；

第40頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈢、rRNA（P47）

功能：組成核糖體的主要成分組成

原核生物rRNA（3種）:

5S:120個核苷酸；

16S:1540個核苷酸；

23S:2900個核苷酸。真核生物rRNA（4種）:

5S:120個核苷酸；

5.8S:160個核苷酸；

18S:1900個核苷酸；

28S:4700個核苷酸。

S為沉降系數(shù)：是某種顆粒在超速離心時沉降速度的數(shù)值，此數(shù)值與顆粒的大小直接成比例第41頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈢其它RNA小核RNA(smallnuclearRNA，snRNA)端粒酶RNA(telomeraseRNA)反義RNA(antisenseRNA)

第42頁,共68頁，2024年2月25日，星期天二、RNA合成的一般特點（P47）：區(qū)別RNA合成DNA合成所用的原料核苷三磷酸脫氧核苷三磷酸模板數(shù)目一條DNA鏈（模板鏈）二條DNA鏈引物不需要引物的引導(dǎo)RNA鏈的合成與DNA鏈的合成同樣，也是從5’向3’端，由RNA聚合酶催化。第43頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共68頁，2024年2月25日，星期天三、原核生物RNA的合成（P47）：RNA鏈的起始：啟動子RNA鏈的延伸：RNA聚合酶RNA鏈的終止及新鏈的釋放：終止子由啟動子到終止子的序列稱為轉(zhuǎn)錄單位上游，下游RNA的轉(zhuǎn)錄過程第45頁,共68頁，2024年2月25日，星期天啟動子的四個保守序列區(qū)域轉(zhuǎn)錄起始點-10區(qū)：TATAAT（Pribnow框）-35區(qū)：TTGACA（Sextama框）二者之間的序列：堿基的數(shù)目-㈠、啟動子：-35序列第46頁,共68頁，2024年2月25日，星期天

α亞基（2個）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；

β’含有與DNA模板結(jié)合的位點；

σ因子只與RNA轉(zhuǎn)錄的起始有關(guān)。㈡、RNA聚合酶（P47）：第47頁,共68頁，2024年2月25日，星期天(三)、終止子

①依賴ρ因子的終止子；②內(nèi)在終止子。第48頁,共68頁，2024年2月25日，星期天特征（1）富含GC的反向重復(fù)序列，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)；（2）發(fā)夾結(jié)構(gòu)末端緊跟著連續(xù)的U串。第49頁,共68頁，2024年2月25日，星期天(四)

RNA鏈的合成

RNA鏈的延伸

第50頁,共68頁，2024年2月25日，星期天四、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工（P49）：

第51頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈠、原核生物與真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的區(qū)別

1.真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細胞核內(nèi)，翻譯在細胞質(zhì)中進行；

原核生物則在核區(qū)同時進行轉(zhuǎn)錄翻譯；

2.真核生物一個mRNA只編碼一個基因；

原核生物一個mRNA編碼多個基因；

3.真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三種不同的酶；

原核生物則只有一種RNA聚合酶；聚合酶Ⅰ轉(zhuǎn)錄核糖體大亞基的RNA，聚合酶Ⅱ催化合成mRNA的前體即不均一核RNA，聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄那些小的、穩(wěn)定的RNA，如5SRNA、tRNA等。第52頁,共68頁，2024年2月25日，星期天4.真核生物中轉(zhuǎn)錄的起始更復(fù)雜，RNA的合成需要轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助進行轉(zhuǎn)錄；

原核生物則較為簡單；5.真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后進行加工，然后運送到細胞質(zhì)中進行翻譯；

原核生物無需進行加工，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。第53頁,共68頁，2024年2月25日，星期天㈡、真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工

真核生物mRNA的加工

第54頁,共68頁，2024年2月25日，星期天真核生物mRNA在轉(zhuǎn)錄后的加工：

1、5’端加上帽子(7－甲基鳥嘌呤核苷)

在蛋白質(zhì)翻譯時識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)

對增加mRNA的穩(wěn)定性及從細胞核向細胞質(zhì)的運輸具有重要作用

3、切除非編碼序列(內(nèi)含子)，將編碼序列(外顯子)連接起來，才能進行蛋白質(zhì)的翻譯

4、mRNA只有通過修飾加工，才被運輸?shù)郊毎|(zhì)進行蛋白質(zhì)的翻譯。

第55頁,共68頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯第56頁,共68頁，2024年2月25日，星期天組成DNA分子的堿基有4種：

A、T、G、C組成DNA分子的堿基對有4種：

A—T、T—A、G—C、C—G兩個堿基對的組合方式有42=16種n個堿基對的組合方式有4n種第57頁,共68頁，2024年2月25日，星期天(一)、20種氨基酸的遺傳密碼字典（P52）

一、遺傳密碼：

GUGVal第58頁,共68頁，2024年2月25日，星期天1．遺傳密碼為三聯(lián)體,即三個堿基決定一個氨基酸;2．遺傳密碼間不能重復(fù)利用;

3．遺傳密碼間無逗號;

4．遺傳密碼間存在簡并現(xiàn)象：一個氨基酸由一個以上的三聯(lián)體密碼所決定;5．遺傳密碼包含起始密碼子和終止密碼子;

6．遺傳密碼的通用性.

(二)、遺傳密碼的基本特征:第59頁,共68頁，2024年2月25日，星期天1968年美國科學(xué)家霍利、科拉納、尼倫伯格因解釋遺傳密碼而共同獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1961-1967年完成第60頁,共68頁，2024年2月25日，星期天二、蛋白質(zhì)的合成：

翻譯：mRNA攜帶著轉(zhuǎn)錄的遺傳密碼附著在核糖體上,把由tRNA運來的各種氨基酸,按照mRNA的密碼順序,相互聯(lián)結(jié)起來成為多肽鏈,并進一步折疊成為立體的蛋白質(zhì)分子的過程。第61頁,共68頁，2024年2月25日，星期天原核生物與真核生物核糖體的區(qū)別

區(qū)別原核生物（70

S）真核生物（80

S）大亞基50S60S小亞基30S40SrRNA大亞基：5S、23S小亞基：16S大亞基：5S、5.8S、28S小亞基：18S多肽大亞基：31

小亞基：21大亞基：49

小亞基：33㈠核糖體（P53）：

核糖體上存在多個蛋白質(zhì)合