第七章 DNA-生命的秘密課件

第10章DNA-生命的秘密第七章：DNA-生命的秘密

本章內(nèi)容提要1)DNA為遺傳物質(zhì)的證據(jù)2)DNA雙螺旋模型3)DNA的復(fù)制4)染色體的結(jié)構(gòu)5)遺傳密碼的破譯6)遺傳信息流7)蛋白質(zhì)翻譯8)人類基因組測(cè)序計(jì)劃概況第七章：DNA-生命的秘密基因由DNA組成1)染色體由DNA和蛋白質(zhì)組成2)DNA為遺傳物質(zhì),攜帶決定生物所有表型的信息.第七章：DNA-生命的秘密“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假設(shè)Beadle和Tatum通過(guò)脈包菌(Neurosporacrassa)的遺傳分析發(fā)現(xiàn)基因的原始作用是決定酶的結(jié)構(gòu)。每一種突變只阻斷一個(gè)生化反應(yīng)，或者說(shuō)只是造成催化這個(gè)生化反應(yīng)的酶的功能缺陷。與突變基因相對(duì)應(yīng)的野生型基因決定了一種酶的產(chǎn)生，決定這個(gè)酶所催化的生化反應(yīng)能不能進(jìn)行，決定了這個(gè)酶反應(yīng)的產(chǎn)物能不能生成，決定了與這個(gè)產(chǎn)物相關(guān)的野生型性狀能不能顯現(xiàn)。第七章：DNA-生命的秘密DNA作為遺傳物質(zhì)的證據(jù)1)肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)?zāi)柛约皩W(xué)生用實(shí)驗(yàn)毫無(wú)疑問(wèn)的證實(shí)了遺傳物質(zhì)在染色體上，那么遺傳物質(zhì)究竟是什么？第七章：DNA-生命的秘密肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn):a)1928年,英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Griffith發(fā)現(xiàn)具光滑夾膜細(xì)胞壁的肺炎雙球菌(S)可導(dǎo)致被感染老鼠發(fā)病;b)突變的具粗糙夾膜的肺炎雙球菌(R)無(wú)致病性;c)加熱殺死光滑夾膜肺炎雙球菌品系無(wú)致病力;d)將加熱殺死的光滑夾膜肺炎雙球菌與無(wú)致病性的粗糙肺炎雙球菌混合注射接種健康老鼠,可使老鼠致病死亡,可從死亡個(gè)體中分離到具光滑夾膜的致病肺炎雙球菌.這是首次報(bào)道的致病性細(xì)菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn).第七章：DNA-生命的秘密轉(zhuǎn)化物質(zhì)是什么？S型死菌體內(nèi)有一種物質(zhì)能引起R型活菌轉(zhuǎn)化產(chǎn)生S型菌，這種轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（轉(zhuǎn)化因子）是什么?格里菲斯對(duì)此并未做出回答。

1944年美國(guó)的埃弗雷(O．Avery)、麥克利奧特(C.Macleod)及麥克卡蒂(M．Mccarty)等人在格里菲斯工作的基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)進(jìn)行了深入的研究。第七章：DNA-生命的秘密

有毒性S型肺炎雙球菌成分分離后，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)A．蛋白質(zhì)＋活的無(wú)毒性R型感染小鼠，小鼠存活B．DNA＋活的無(wú)毒性R型感染小鼠，小鼠死亡C．多糖＋活的無(wú)毒性R型感染小鼠，小鼠存活D.DNA酶＋DNA

＋活的無(wú)毒性R型感染小鼠，小鼠存活。結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)第七章：DNA-生命的秘密DNA作為遺傳物質(zhì)的證據(jù)—

細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)在Griffith證實(shí)肺炎雙球菌的致病性可在不同品系之間轉(zhuǎn)移之后,1944年Avery報(bào)道從致病性細(xì)菌品系提取與分離DNA并將其用于轉(zhuǎn)化突變品系,獲得致病性轉(zhuǎn)化細(xì)菌.這一實(shí)驗(yàn)首次提供了DNA作為遺傳物質(zhì)的直接證據(jù).第七章：DNA-生命的秘密DNA作為遺傳物質(zhì)的證據(jù)—噬菌體感染第七章：DNA-生命的秘密證明DNA是遺傳物質(zhì)為何沒(méi)有

獲得諾貝爾獎(jiǎng)?1)證明DNA是遺傳物質(zhì)曾經(jīng)花去兩代人的努力:F.Griffith(1877-1941),1928年

肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn);O.T.Avery(1877-1955),1944年

將純化的細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)化活細(xì)菌,證實(shí)DNA為遺傳物質(zhì).A.D.Hershey(1908-)和M.Chase,1952年噬菌體轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn).2)1950年,有人提出應(yīng)給Avery授予諾貝爾獎(jiǎng),但當(dāng)時(shí)許多科學(xué)家包括諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委仍然對(duì)Avery的轉(zhuǎn)化因子持有異議,提議被擱置.3)當(dāng)1952年Hershey和Chase的噬菌體轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)成功后（1969年諾貝爾獎(jiǎng)），,Avery的研究才得到廣泛認(rèn)同.當(dāng)諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)準(zhǔn)備為Avery授獎(jiǎng)時(shí),這位杰出的科學(xué)家已于1955年去世.由于諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委們的失誤,使人們對(duì)DNA的誤解延長(zhǎng)了差不多10年.第七章：DNA-生命的秘密頒獎(jiǎng)詞：發(fā)現(xiàn)了病毒的復(fù)制和遺傳結(jié)構(gòu)，證明遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)。第七章：DNA-生命的秘密薛定諤的思考當(dāng)人們漸漸將自己的注意力轉(zhuǎn)移到DNA的結(jié)構(gòu)研究時(shí)一個(gè)物理學(xué)家的一本書在生物界引起了廣泛的影響。第七章：DNA-生命的秘密物理學(xué)家的思考

40年代中細(xì)胞遺傳學(xué)、微生物學(xué)和生化遺傳學(xué)取得巨大成就引起奧地利物理學(xué)家·薛定諤的興趣以及深入思考。1943年寫下了

《生命是什么》第七章：DNA-生命的秘密

這是一本從物理學(xué)到生命科學(xué)的創(chuàng)想式著作，薛定諤以一個(gè)獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)家對(duì)量子力學(xué)的研究，應(yīng)用到對(duì)分子生物學(xué)的思考，并得出了兩個(gè)極為重要的結(jié)論：基因中存在一種微型密碼，以及基因遺傳性狀的持久性?！@種跨學(xué)科式的創(chuàng)想，直接為引發(fā)了后來(lái)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，也打開了分子生物學(xué)新的發(fā)現(xiàn)之門。

薛定諤的《生命是什么——或細(xì)胞的物理觀》一書-奏響了揭示生命遺傳微觀奧秘的先聲。艾弗里的肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)和赫爾希等人的噬菌體轉(zhuǎn)化-實(shí)驗(yàn)證明了DNA為遺傳物質(zhì)，更是掀起了DNA研究---的熱潮。第七章：DNA-生命的秘密浮躁自負(fù)急于求成的鮑林

當(dāng)時(shí)的鮑林已經(jīng)是化學(xué)界的“權(quán)威”，他當(dāng)時(shí)致力于蛋白結(jié)構(gòu)的研究，認(rèn)為蛋白質(zhì)是生命的核心分子，不愿接受DNA是遺傳物質(zhì)的事實(shí)。認(rèn)為相對(duì)于蛋白質(zhì)而言，DNA似乎比較簡(jiǎn)單（只由堿基脫氧核糖和磷酸構(gòu)成），沒(méi)有太多的重視，以自己對(duì)蛋白質(zhì)的研究實(shí)力解讀DNA結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)直不成問(wèn)題同時(shí)認(rèn)為除了自己沒(méi)有人可以勝任這項(xiàng)工作。第七章：DNA-生命的秘密偉大發(fā)現(xiàn)從手邊溜走了資料掌握不充分甚至錯(cuò)誤.鮑林認(rèn)為磷酸聚集在中間，堿基朝外，在他的頭腦中，DNA結(jié)構(gòu)的問(wèn)題就已經(jīng)轉(zhuǎn)化為如何將磷酸堆積在一起的問(wèn)題鮑林對(duì)DNA研究總是被各種事務(wù)打斷，使他曾多次中斷自己的思路。

寫信給物理學(xué)家威爾金斯及其上司索要DNAX射線衍射照片均遭拒絕。

開端完全錯(cuò)誤。得出錯(cuò)誤的結(jié)論：DNA三螺旋結(jié)構(gòu)第七章：DNA-生命的秘密1953年他在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了DNA三螺旋結(jié)構(gòu)的論文

。第七章：DNA-生命的秘密1950年，愛爾蘭科學(xué)家威爾金斯（MauriceWilkins）的研究小組就測(cè)定了DNA在較高溫度下的X射線衍射。

DNAX射線衍射研究

具有非凡才能的英國(guó)女科學(xué)家羅沙琳德·弗蘭克林（RosalindFranklin）加盟到威爾金斯小組。1952年5月她獲得了一張清晰的DNA的X光衍射照片。弗蘭克林與威爾金斯提出DNA的結(jié)構(gòu)可能是雙螺旋第七章：DNA-生命的秘密DNA分子中的堿基比例

查加夫發(fā)現(xiàn)不同物種中DNA中鳥嘌呤與胞嘧啶的比值總是接近1:1,為堿基配對(duì)規(guī)律奠定基礎(chǔ)。第七章：DNA-生命的秘密解析DNA

結(jié)構(gòu)的博弈在劍橋大學(xué)的卡文迪斯實(shí)驗(yàn)室里，兩個(gè)無(wú)名小卒克里克、沃森也著手進(jìn)行對(duì)奇異的DNA結(jié)構(gòu)的探索。

沃森克里克第七章：DNA-生命的秘密偷師于鮑林；看到富蘭克林最新DNA的X衍射照片:

堿基在內(nèi)側(cè)，磷酸在外側(cè)查加夫的提示：

腺嘌呤=胸腺嘧啶（A=T）

鳥嘌呤=胞嘧啶(G=C)鮑林卻違背自己建立的理論而鮑林看到的是DNA早期的衍射照片;兩種類型的分子重疊，嚴(yán)重了誤導(dǎo)了他。查加夫在1947年在大西洋彼岸旅行期間，曾對(duì)鮑林講起過(guò)這一種關(guān)系，但鮑林并沒(méi)有在意。

第七章：DNA-生命的秘密

DNA的最后一道謎底

——多諾胡的氫鍵理論多諾胡幫助沃森和克里克明確了方向，將中心氫鍵上的氫原子放置在合適的位置上，推翻了他們?cè)仍O(shè)想的模型，促使他們走上了正確地解決問(wèn)題的軌道。這是最后的一道謎底，其結(jié)果閃耀著奪目的光彩第七章：DNA-生命的秘密DNA雙螺旋模型的建立DNA雙螺旋模型建立的科學(xué)基礎(chǔ):1)1948年查加夫等發(fā)現(xiàn)DNA中鳥嘌呤與胞嘧啶的比值總是接近1:1,為堿基配對(duì)規(guī)律奠定了化學(xué)基礎(chǔ).2)1951年威爾金斯(Wilkins)和富蘭克林(Franklin)的DNA結(jié)晶X射線衍射圖提供了DNA雙螺旋物理學(xué)的證據(jù).3)1951年鮑林提出蛋白質(zhì)的α螺旋模型,給沃森和克立克以有益的啟示.第七章：DNA-生命的秘密1953年2月28日沃森和克里克擺弄出了正確的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。1953年4月25日《自然》雜志發(fā)表了沃森與克里克的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)假說(shuō)的不到1000字短文《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型》，并配有威爾金斯和弗蘭克林的兩篇文章，以支持沃森和克里克的假說(shuō)。后來(lái)鮑林和其他科學(xué)家的研究也從不同方面證明了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。一個(gè)月后，沃森與克里克在《自然》雜志上又發(fā)表一篇論文，討論了遺傳物質(zhì)復(fù)制的機(jī)制。第七章：DNA-生命的秘密推測(cè)的DNA結(jié)構(gòu)第七章：DNA-生命的秘密DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)第七章：DNA-生命的秘密站在巨人肩膀上的人沃森和克里克不僅受到了多學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家的啟示和幫助，而且他們自己都承認(rèn)，他們的研究方法來(lái)源于偉大的化學(xué)家鮑林。由此可見，生命科學(xué)是集多學(xué)科，特別是化學(xué)的大成所在，他與化學(xué)，乃至物理、數(shù)學(xué)的揉合可見一斑。第七章：DNA-生命的秘密幸運(yùn)的必然沃森和克里克的成功憑借的是一種稀缺的想像力，而不是艱苦的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，不是投機(jī)取巧。這一點(diǎn)，別人只能望塵莫及。盡管沃森和克里克是相異的一對(duì)，但這并不妨礙他們之間漂亮的默契，他倆正像DNA鏈中的互補(bǔ)堿基一樣視科學(xué)為人生中狂熱的追求，即便遇到困難也絕不退卻。堅(jiān)信DNA就是遺傳物質(zhì)。第七章：DNA-生命的秘密G.Watson和F.Crick做的不是一般意義上的觀察與實(shí)驗(yàn)，而是通過(guò)對(duì)已有的，來(lái)自各個(gè)學(xué)科和實(shí)驗(yàn)室的有關(guān)DNA的研究結(jié)果的審視與評(píng)價(jià)，將它們?nèi)诤显谝黄?，形成一個(gè)嶄新的整體，并賦于它革命性的學(xué)術(shù)內(nèi)涵。

見人人之所見，思人人所未思。第七章：DNA-生命的秘密

沃森和克里克在未經(jīng)許可的情況下，使用了富蘭克林拍攝的照片，才發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，但對(duì)于富蘭克林的貢獻(xiàn)只字不提。在Nature上發(fā)表文章時(shí)絲毫未提富蘭克林的貢獻(xiàn)，他們1962年發(fā)表諾獎(jiǎng)報(bào)告，享受科學(xué)界的最高榮譽(yù)時(shí)，富蘭克林已經(jīng)去世4年了，依然不提富蘭克林之功。

性別歧視和成就被貶低的富蘭克林

第七章：DNA-生命的秘密發(fā)現(xiàn)雙螺旋背后的女英雄1920年7月25日，富蘭克林出生于英國(guó)倫敦一個(gè)富有的猶太家庭，雖為女性，卻有著堅(jiān)強(qiáng)的性格，15歲就立志要當(dāng)科學(xué)家，從小就顯示出聰明的個(gè)性和極高的創(chuàng)造力，這為以后的科學(xué)研究中展開獨(dú)立思考奠定了基礎(chǔ)。第七章：DNA-生命的秘密1950年，她應(yīng)邀從劍橋大學(xué)來(lái)到蘭德爾主持的倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院英國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)委員會(huì)生物物理實(shí)驗(yàn)室，從事DNA結(jié)構(gòu)研究。在性別歧視嚴(yán)重、極不友好的環(huán)境中她改進(jìn)了X射線照相機(jī)以及用于拍照的DNA樣品，拍出了極為清晰的A型和B型兩種DNA分子的X射線衍射照片。功績(jī)不可滅第七章：DNA-生命的秘密正是她拍攝的DNA分子X射線衍射照片像劃破夜空的閃電一樣激發(fā)了沃森的靈感使他認(rèn)識(shí)到DNA是雙鏈的，僅在看到這種照片之后的兩周內(nèi)，他們把核酸和糖改放在外側(cè)，把堿基置于中間后確定出了正確的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。1958年富蘭克林不幸患卵巢癌去世，享年37歲，度過(guò)了她短暫而輝煌的一生。第七章：DNA-生命的秘密基因的傳遞---DNA復(fù)制

DNA是如何復(fù)制的？

第七章：DNA-生命的秘密

生命延續(xù)的奧秘---DNA復(fù)制第七章：DNA-生命的秘密DNA復(fù)制的特點(diǎn)1）半保留復(fù)制---DNA的兩條單鏈分別作為模板復(fù)制與之互補(bǔ)的單鏈;2)DNA的復(fù)制具有極性,只能從5’→3’;3)DNA的兩條單鏈非對(duì)稱性復(fù)制;3’鏈為連續(xù)復(fù)制,5’鏈為間斷復(fù)制;4)DNA的復(fù)制必需先在復(fù)制起始點(diǎn)合成一段引物.第七章：DNA-生命的秘密推測(cè)的DNA復(fù)制模型第七章：DNA-生命的秘密DNA復(fù)

制

模

型

檢

測(cè)第七章：DNA-生命的秘密DNA復(fù)制起始點(diǎn)---雙向復(fù)制第七章：DNA-生命的秘密DNA雙鏈的極性DNA鏈的極性主要表現(xiàn)在核酸分子中核糖-磷酸骨架的排列,DNA單鏈合成時(shí)只能由5‘向3’方向延伸.第七章：DNA-生命的秘密DNA雙鏈的非對(duì)稱性復(fù)制DNA兩條鏈的極性結(jié)構(gòu)意味著,當(dāng)DNA雙鏈同時(shí)復(fù)制時(shí),復(fù)制叉上的兩條單鏈的復(fù)制方式是不對(duì)稱的:1)引導(dǎo)鏈先復(fù)制,延滯鏈后復(fù)制;2)引導(dǎo)鏈為連續(xù)復(fù)制,延滯鏈為間斷復(fù)制(岡崎模型).第七章：DNA-生命的秘密DNA復(fù)制的引物第七章：DNA-生命的秘密染

色

體

---

DNA

的包

裝形

式第七章：DNA-生命的秘密

核小體(nucleosome)第七章：DNA-生命的秘密接下來(lái)的問(wèn)題…..

DNA蛋白質(zhì)

？基因的表達(dá)第七章：DNA-生命的秘密破解人類遺傳的密碼表沃森和克里克詳細(xì)說(shuō)明了DNA雙螺旋模型對(duì)遺傳學(xué)研究的重大意義：第一，它能夠說(shuō)明遺傳物質(zhì)的自我復(fù)制。第二，它能夠說(shuō)明遺傳物質(zhì)是如何攜帶遺傳信息的。第三，它能夠說(shuō)明基因是如何突變的。但是這個(gè)模型無(wú)法解釋遺傳物質(zhì)的第四個(gè)特征，即遺傳信息得到表達(dá)以控制細(xì)胞活動(dòng)。

第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼概念的提出遺傳密碼的概念最早是由量子物理學(xué)家薛定鄂提出的.第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼的破譯

遺傳密碼破譯的內(nèi)容:1)連續(xù)編碼還是重疊或間斷編碼?2)每個(gè)密碼子的字?jǐn)?shù)?3)密碼子的含義?第七章：DNA-生命的秘密業(yè)余生物愛好者家蓋莫夫的設(shè)想

伽莫夫深受薛定諤著作《生命是什么》的影響，他看到Watson和Crick在《Nature》雜志上發(fā)表的DNA雙股螺旋結(jié)構(gòu)后，在1954年2月便提出了一個(gè)大膽的設(shè)想：DNA分子中的4種核音酸分解形成各種不同的組合，每一種組合就是一種氨基酸的符號(hào)。第七章：DNA-生命的秘密伽莫夫的遺傳密碼假設(shè)伽莫夫（

GeorgeGamow）是美籍俄裔物理學(xué)家、天文學(xué)家、科普作家。業(yè)余生物學(xué)家創(chuàng)立了熱大爆炸宇宙學(xué)模型，優(yōu)秀的科普作家，被科普界奉為一代宗師代表作《物理世界奇遇記》

1956年獲得聯(lián)合國(guó)教科文組織頒發(fā)的卡林伽科普獎(jiǎng)。DNA分子中的4種核音酸分解形成各種不同的組合，每一種組合就是一種氨基酸的符號(hào)。第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼破譯---密碼子猜測(cè)

1954年物理學(xué)家加莫夫（Gamow）研究組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸和mRNA4個(gè)核苷酸之間的關(guān)系,即4種不同的核苷酸如何編碼20種氨基酸?作者推測(cè):1)如相鄰2個(gè)核苷酸編碼一個(gè)氨基酸,則能決定42=16種氨基酸.2)若3個(gè)核苷酸編碼一個(gè)氨基酸,則有43=64

種氨基酸,可滿足20種氨基酸的編碼要求.第七章：DNA-生命的秘密密碼字?jǐn)?shù)的確定---來(lái)自遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)1)一種稱為proflavin(硫酸-3,6-二氨基吖啶)的化學(xué)試劑可專一性誘導(dǎo)DNA分子中單個(gè)核苷酸對(duì)的插入或缺失.2)1961年Crick等用proflavin誘導(dǎo)噬菌體病毒產(chǎn)生一種稱為FCO的突變,使堿基插入或缺失.他們發(fā)現(xiàn)正向突變(如插入,+)可由反向突變(如缺失,

－)回復(fù).3)一個(gè)或二個(gè)正向突變不能回復(fù)同樣的一個(gè)或二個(gè)正向突變,負(fù)向突變也出現(xiàn)相同的現(xiàn)象.4)當(dāng)發(fā)生連續(xù)三個(gè)正向突變或三個(gè)負(fù)向突變時(shí)則能恢復(fù)野生型表型,表明遺傳密碼是由連續(xù)的三對(duì)核苷酸組成的.第七章：DNA-生命的秘密三聯(lián)體密碼的確立克里克在1961年同S.布倫納等人用噬菌體突變體實(shí)驗(yàn)研究密碼的比例和翻譯的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明，密碼確是以三聯(lián)體核苷酸的形式代表著20種不同的氨基酸，而且是由一個(gè)固定點(diǎn)開始，朝著一個(gè)方向一個(gè)挨一個(gè)地讀下去，如果中間有一個(gè)核苷酸發(fā)生了增或減的差誤，以下的密碼都會(huì)發(fā)生變化。他還提出，很可能密碼有同義語(yǔ)，不只一個(gè)密碼代表著一個(gè)氨基酸。這就使伽莫夫原來(lái)數(shù)學(xué)推論的種種可能性找到了實(shí)驗(yàn)的根據(jù)。第七章：DNA-生命的秘密密碼子是重疊的還是非重疊的?1)如果密碼子是重疊的,當(dāng)DNA分子編碼順序中某個(gè)堿基發(fā)生突變,那么將會(huì)影響一個(gè)以上氨基酸順序的改變.2)1961年,一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明密碼子是不重疊的:亞硝酸可誘導(dǎo)煙草花葉病毒蛋白質(zhì)基因突變,每次突變產(chǎn)生的變異蛋白質(zhì)中只有一個(gè)氨基酸發(fā)生變化.第七章：DNA-生命的秘密

假如密碼子是重疊的第七章：DNA-生命的秘密

遺傳密碼含義的破譯---生化實(shí)驗(yàn)(1)

Nirenberg和Matthaei采用核苷酸多聚體(polyU),在無(wú)膜的細(xì)胞提物中加入ATP,GTP,放射性標(biāo)記氨基酸和RNA,獲得合成的苯丙氨酸多肽鏈.為此尼倫貝格（Nirenberg）和

Matthaei獲得1968年諾貝爾獎(jiǎng).這是世界上解讀出的第一個(gè)遺傳密碼子。第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼含義的破譯---生化實(shí)驗(yàn)(2)第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼含義的破譯---生化實(shí)驗(yàn)(3)以3核苷酸為重復(fù)單元合成多聚核苷酸鏈,然后以此為模板合成多肽鏈,產(chǎn)生3種單一氨基酸重復(fù)多肽.如以4核苷酸為重復(fù)單元合成多聚核苷酸鏈,然后以此為模板合成多肽鏈,則產(chǎn)生重復(fù)的氨基酸順序.第七章：DNA-生命的秘密

密碼子解讀的最小mRNA策略第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼字典第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼的破譯，是20世紀(jì)生命科學(xué)中最令人激動(dòng)的巨大成就之一，它對(duì)生物工程的意義可以和元素周期表在化學(xué)上的意義相比。這等于編著了一本生命科學(xué)的辭典，而這本辭典適應(yīng)于從細(xì)菌到人類的一切生物。這些生物都是按照這本辭典查閱和翻譯著自己的蛋白質(zhì)又按照這本辭典營(yíng)造和傳遞著生命。第七章：DNA-生命的秘密

遺傳密碼字典的特征1)通用:所有生物采用同一套密碼字典.2)兼并:數(shù)個(gè)密碼子編碼同一個(gè)氨基酸.3)搖擺:密碼子的第3個(gè)堿基可選擇不同堿基配對(duì)4)偏愛:搖擺密碼子的使用頻率不同.5)偏離:在不同場(chǎng)合同一密碼子含義不同.6)擴(kuò)展:現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)第21,第22個(gè)氨基酸密碼.第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼的通用性第七章：DNA-生命的秘密密碼子為什么會(huì)搖擺第七章：DNA-生命的秘密遺傳密碼子的偏愛

細(xì)菌，病毒，動(dòng)物和植物雖然采用同一套密碼子，但細(xì)胞中同義密碼tRNA的比例并不相同.不同生物的基因在使用同義密碼或兼并密碼時(shí)并非平等對(duì)待,而是表現(xiàn)“偏愛”某些同義密碼的特點(diǎn)，即某些同義密碼子使用更為頻繁。第七章：DNA-生命的秘密

酵母密碼的使用頻率不同于人類第七章：DNA-生命的秘密

遺傳密碼的偏離

酵母已知密碼預(yù)期密碼實(shí)際密碼

TGA終止密碼Trp

CTNLeuThr

ATALIeMet第七章：DNA-生命的秘密密碼字典的擴(kuò)展—第21,22個(gè)氨基酸1)

在絕大多數(shù)生物中為終止密碼,但已在細(xì)菌,古細(xì)菌和真核生物中發(fā)現(xiàn)UGA還可指令第21個(gè)氨基酸,

即selenocysteine(硒代半胱氨酸).

見MolecularandCellularBiology22:3565,2002 2)

在絕大多數(shù)生物中為終止密碼,在細(xì)菌,古細(xì)菌和真核生物中UAG還可指令第22個(gè)氨基酸,即pyrrolysine(吡咯賴氨酸).Krzycki和MichaelChan將L-吡咯賴氨酸的翻譯酶插入到大腸桿菌,結(jié)果證實(shí),這種酶進(jìn)入細(xì)菌后能夠改變遺傳編碼過(guò)程,使細(xì)菌產(chǎn)生第22種氨基酸吡咯賴氨酸.

見Science296:1426-1465,2002.第七章：DNA-生命的秘密

密碼字典的問(wèn)題問(wèn)題:為何64個(gè)密碼子只編碼20個(gè)氨基酸,

而不是60或64個(gè)氨基酸?可能的原因是:1)在生命的早期,由于偶然選擇的密碼對(duì)于生命活動(dòng)具有至關(guān)重要的意義,一經(jīng)選擇,即不能更改或突變.2)密碼子可能還在進(jìn)化,我們正巧遇上60個(gè)密碼子編碼20個(gè)氨基酸的時(shí)期.3)遺傳密碼與氨基酸之間的比例為3:1,可能有一種在數(shù)學(xué)上尚未明了的優(yōu)化含義.引自:AmericanScientist86:8-14,1998第七章：DNA-生命的秘密1958年，克里克

提出了中心法則：遺傳信息只能單向傳遞，即從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)。遺傳信息由DNA

傳遞給RNA，再?gòu)腞NA傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的復(fù)制過(guò)程。

“中心法則”及其修訂

第七章：DNA-生命的秘密

中心法則：遺傳信息由DNA通過(guò)RNA流向蛋白質(zhì)第七章：DNA-生命的秘密遺傳信息流---中心法則第七章：DNA-生命的秘密中心法則的考驗(yàn)1)RNA的反轉(zhuǎn)錄---逆轉(zhuǎn)錄病毒

2)蛋白質(zhì)的構(gòu)型復(fù)制---朊蛋白

3)迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)違反中心法則的證據(jù)第七章：DNA-生命的秘密普里昂-阮病毒

可以引起同種或異種蛋白質(zhì)構(gòu)象改變而致病或功能改變的蛋白質(zhì)。最常見的是引起傳染性海綿樣腦病(瘋牛病)的蛋白質(zhì)。美國(guó)蓋杜賽克1976年，普魯辛納1997年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)它只有蛋白質(zhì)而無(wú)核酸，但卻既有感染性，又有遺傳性，并且具有和一切已知傳統(tǒng)病原體不同的異常特性。它就是朊病毒。耐高溫性和抗蛋白酶性；“羊瘙癢癥”。庫(kù)魯病、克雅氏綜合癥“近墨者黑”第七章：DNA-生命的秘密

翻譯—蛋白質(zhì)的合成1)模板---mRNA2)密碼子識(shí)別---tRNA3)翻譯場(chǎng)所---核糖體

4)翻譯過(guò)程---起譯,延伸和終止第七章：DNA-生命的秘密mRNA—翻譯的模板1)任何一個(gè)mRNA都有一個(gè)起譯密碼子和一個(gè)終止密碼子.2)有些mRNA可以發(fā)生移碼翻譯,即在mRNA的某個(gè)密碼子位置前移或后退一個(gè)堿基改變碼框的排列次序,使一個(gè)mRNA編碼兩個(gè)不同的蛋白質(zhì).第七章：DNA-生命的秘密mRNA翻譯的場(chǎng)所真核生物mRNA的翻譯有四個(gè)場(chǎng)所:1.細(xì)胞質(zhì)溶膠中(細(xì)胞核基因);2.糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上(細(xì)胞核基因);3.線粒體中(線粒體基因組基因);4.葉綠體中(葉綠體基因組基因).第七章：DNA-生命的秘密mRNA的

翻

譯第七章：DNA-生命的秘密tRNA的

結(jié)

構(gòu)

-

翻

譯

的

橋

梁第七章：DNA-生命的秘密核糖體-翻譯裝置第七章：DNA-生命的秘密翻譯起始第七章：DNA-生命的秘密鏈霉素抑制翻譯起始1)鏈霉素是一種強(qiáng)堿性三糖,可干擾甲酰甲硫氨酰tRNA和核糖體的結(jié)合,從而阻止蛋白質(zhì)合成的起始.2)鏈霉素通過(guò)與核糖體小亞基中一種單一蛋白的作用抑制其功能.3)原核生物翻譯起始的機(jī)制與真核不同,鏈霉素只抑制原核生物的翻譯起始,不影響真核生物的蛋白質(zhì)合成.第七章：DNA-生命的秘密翻譯延伸第七章：DNA-生命的秘密

白喉毒素抑制翻譯移位阻斷蛋白質(zhì)合成

1)白喉病毒曾是造成兒童死亡的一種流行病.2)白喉毒素由上呼吸道中白喉菌的溶原噬菌體基因編碼.3)白喉毒素是一種NAD+-二磷酸腺苷酸轉(zhuǎn)移酶,可修飾翻譯延伸因子EF2的白喉酰胺殘基,使其失活,阻止肽鏈移位.第七章：DNA-生命的秘密

翻譯終止第七章：DNA-生命的秘密

蛋白質(zhì)如何進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第七章：DNA-生命的秘密許多蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)的游離核糖體上合成細(xì)胞器如線粒體和葉綠體中的許多蛋白質(zhì)由核基因編碼,這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)游離的核糖體上合成,然后由分子伴侶護(hù)送到線粒體或葉綠體中.

第七章：DNA-生命的秘密染色體步移注:繪制基因組物理圖主要采用指紋法而不采用染色體步移法,染色體步移法僅在某些定位克隆中使用.第七章：DNA-生命的秘密

指紋作圖—3種指紋第七章：DNA-生命的秘密人類7號(hào)染色體YAC指紋作圖利用微衛(wèi)星標(biāo)記指紋將人類7號(hào)染色體專一性YAC克隆排序,構(gòu)建YAC重疊群.第七章：DNA-生命的秘密指紋重疊群構(gòu)建第七章：DNA-生命的秘密

基因組的測(cè)序過(guò)程(由上至下策略)第七章：DNA-生命的秘密人類基因組測(cè)序的三項(xiàng)利器1)大分子克隆載體2)毛細(xì)管電泳自動(dòng)測(cè)序儀3)大型超級(jí)機(jī)算機(jī)第七章：DNA-生命的秘密毛細(xì)管電泳裝置第七章：DNA-生命的秘密DNA測(cè)

序

的

原

理第七章：DNA-生命的秘密人類基因組測(cè)序樣品第七章：DNA-生命的秘密

人類基因組草圖1)國(guó)際聯(lián)合體的測(cè)序結(jié)果:

總長(zhǎng):人類基因組草圖2.9Gb

注釋基因數(shù):263832)CerelaGenomics的測(cè)序結(jié)果:

總長(zhǎng):2.8Gb

注釋基因數(shù):31778第七章：DNA-生命的秘密

人類基因總數(shù)1)人類基因總數(shù)的預(yù)測(cè)有三種方法:cDNA和ESTs,計(jì)算機(jī)注釋,比較基因組學(xué)(保守的ORF).2.已報(bào)道的人類基因總數(shù)的版本:1)Celara:27894(2000)HGR:29304)(2000)2)Esemble注釋(英國(guó)Sanger實(shí)驗(yàn)室):24847(2003年)3)EBI:27462(2003,nature423:576)4)Genscan:

65452(2003)許多人傾向于人類基因總數(shù)在25000左右,但認(rèn)為不可能知道人類基因組確切的基因數(shù)目.第七章：DNA-生命的秘密人類基因組順序利用的生物倫理學(xué)(1)1）專利問(wèn)題提供缺陷型基因的人員在研究成果獲得商業(yè)利益時(shí)是否有權(quán)要求給予報(bào)酬或擁有部份專利；2）人類基因組順序的公開利用問(wèn)題如何確定基因的好壞，一旦某人所謂“次等”的基因被人獲知，是否會(huì)受到歧視與不公正待遇；3）保險(xiǎn)公司是否有權(quán)獲知投保人的基因資料，是否有權(quán)要求投保人進(jìn)行某些敏感基因的測(cè)試；4）投保人的基因資料是否具有隱私權(quán)，可否拒絕保險(xiǎn)公司，招聘單位，所在部門上級(jí)主管提出的獲知基因資料的要求.第七章：DNA-生命的秘密人類基因組順序利用的生物倫理學(xué)(2)5）某些公司可能提出一些看似正當(dāng)?shù)睦碛?，如工作環(huán)境不利