第三章遺傳的分子基礎(chǔ)ppt課件

1、第三章 遺傳物質(zhì)的分子根底 第一節(jié) DNA作為主要遺傳物質(zhì) 的證據(jù) 分子遺傳學(xué)的大量直接和間接的證據(jù)，闡明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，而在缺乏DNA的某些病毒中，RNA就是遺傳物質(zhì) 一、間接證據(jù) DNA含量、代謝、構(gòu)造、染色體共有等二、直接證據(jù)1、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化 肺炎雙球菌兩種類型： 光滑型(S型)： I S、II S、III S 粗糙型(R型)：I R、II R、III R1928, Griffith：初次將II R III S，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌遺傳性狀的定向轉(zhuǎn)化 。被加熱殺死的III S型肺炎雙球菌必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)變的活性物質(zhì) 1944 ，Avery等用生物化學(xué)方法證明這種活性物質(zhì)是DNA該提取物

2、不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影響，而只能為DNA酶所破壞 2、噬菌體的侵染與繁衍 Hershey等用同位素32P和35S分別標(biāo)志T2噬菌體的DNA與蛋白質(zhì)3、煙草花葉病毒的感染和繁衍 RNA接種到煙葉 發(fā)病 RNA RNA酶處置RNA 不發(fā)病 TMV 蛋白質(zhì)：接種后不構(gòu)成新的TMV 不發(fā)病闡明在不含DNA的TMV中RNA就是遺傳物質(zhì)為了進(jìn)一步論證上述的結(jié)論 ，F(xiàn)rankel-Conrat和Singer實(shí)驗(yàn)：第二節(jié) 核酸的化學(xué)構(gòu)造 一、兩種核酸 * 核酸的構(gòu)成單元是核苷酸， 是核苷酸的多聚體* 每個(gè)核苷酸包括三部分： 五碳糖、磷酸、堿基* 兩個(gè)核苷酸之間由3和5位的 磷酸二脂鍵相連 兩種核酸

3、的主要區(qū)別： DNA：脫氧核糖，A、C、G、T 雙鏈，分子鏈較長(zhǎng)RNA：核糖，A、C、G、U 單鏈，分子鏈較短圖圖 3-4 構(gòu)成核苷酸分子的堿基構(gòu)造構(gòu)成核苷酸分子的堿基構(gòu)造圖圖 3-5 核酸分子的化學(xué)構(gòu)造核酸分子的化學(xué)構(gòu)造二、DNA的分子構(gòu)造 1953，Watson和Crick根據(jù)： 堿基互補(bǔ)配對(duì)的規(guī)律 對(duì)DNA分子的X射線衍射成果提出了著名的DNA雙螺旋構(gòu)造模型。這個(gè)模型已為以后拍攝的電鏡直觀籠統(tǒng)所證明。 DNA分子模型最主要特點(diǎn)：(1)兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的方式， 以一定的空間間隔，環(huán)繞于同一軸相 互盤旋而成(2)反向平行：53，35 (3)兩條單鏈間以堿基間氫鍵配對(duì)相連： A T，C

4、 G(4)每個(gè)螺旋34 (3.4nm)，含10bp， 直徑約為20(5)分子外表大溝和小溝交替出現(xiàn)圖圖 3-6 DNA分子的雙螺旋構(gòu)造模型分子的雙螺旋構(gòu)造模型圖圖 3-7 兩條多核酸鏈間氫鍵相連兩條多核酸鏈間氫鍵相連 A-T和C-G兩種核苷酸對(duì)分子鏈內(nèi) 陳列的位置和方向只需四種方式: A-T C-G A-T G-C C-G A-T G-C A-T 假設(shè)某一段DNA分子鏈有1000bp，那么該段就可以有41000種不同的陳列組合方式，反映出來(lái)的就是41000種不同性質(zhì)的基因. DNA構(gòu)型之變異：BDNA：瓦特森和克里克提出的 雙螺旋構(gòu)型,是DNA在生理狀 態(tài)下的構(gòu)型 ADNA：在高鹽下存在方式，

5、右旋， 每個(gè)螺圈含11bp ZDNA:左旋，每個(gè)螺圈含12bp 其他構(gòu)型圖圖 3-9 DNA分子的一種不同構(gòu)型分子的一種不同構(gòu)型二、RNA的分子構(gòu)造 絕大部分RNA以單鏈方式存在，但可折疊起來(lái)構(gòu)成假設(shè)干雙鏈區(qū)域。這些區(qū)域內(nèi)，互補(bǔ)的堿基對(duì)間可構(gòu)成氫鍵。一些以RNA為遺傳物質(zhì)的動(dòng)物病毒含有雙鏈RNA。 第三節(jié) 染色體的分子構(gòu)造 一、原核生物染色體 與真核生物相比，原核生物的染色體要簡(jiǎn)單得多，其染色體通常只需一個(gè)核酸分子(DNA或RNA) 。 圖圖3 311 11 大腸桿菌的染色體大腸桿菌的染色體DNADNA分子伸展有分子伸展有12001200m m長(zhǎng)，細(xì)菌直徑長(zhǎng)，細(xì)菌直徑1 12 2m m 圖圖3

6、12 原核生物的染色體構(gòu)造模型原核生物的染色體構(gòu)造模型 二、真核生物染色體 1、染色質(zhì)的根本構(gòu)造 DNA: 30%(分量) RNA: 少量染色質(zhì) 組蛋白：1H1、2H2A、2H2B、 2H3和2H4 (分量相當(dāng)于DNA 非組蛋白：少量染色質(zhì)根本構(gòu)造單位染色質(zhì)根本構(gòu)造單位 核小體：核小體： 2H2A、2H2B、2H3、2H4 -八聚體八聚體 銜接絲銜接絲 ：串聯(lián)兩個(gè)核小體：串聯(lián)兩個(gè)核小體 1H1：結(jié)合于銜接絲與核小體：結(jié)合于銜接絲與核小體 的接合部位的接合部位 圖圖3 313 13 核小體構(gòu)造模型核小體構(gòu)造模型一個(gè)核小體及其銜接絲約含一個(gè)核小體及其銜接絲約含180180200bp200bp約約1

7、46bp146bp環(huán)繞在核小體外表環(huán)繞在核小體外表1.751.75圈，其他圈，其他bpbp為銜接絲，其長(zhǎng)度變化較大，從短的為銜接絲，其長(zhǎng)度變化較大，從短的8bp8bp到長(zhǎng)的到長(zhǎng)的114bp114bp 異染色質(zhì)，異染色質(zhì)區(qū) 染色很深的區(qū)段染色質(zhì) 常染色質(zhì)，常染色質(zhì)區(qū) 染色很淺的區(qū)段核酸的緊縮程度及含量不同 ，異染色質(zhì)的復(fù)制時(shí)間總是遲于常染色質(zhì) 異固縮景象 2、染色體的構(gòu)造模型、染色體的構(gòu)造模型 染色單體染色單體1DNA+pro 染色質(zhì)線染色質(zhì)線是單線是單線 染色體染色體 染色單體染色單體在細(xì)胞分裂過程中染色質(zhì)線在細(xì)胞分裂過程中染色質(zhì)線究竟是怎樣卷縮成為一定形究竟是怎樣卷縮成為一定形狀構(gòu)造的染色體

8、？狀構(gòu)造的染色體？圖圖3 314 14 染色體染色體構(gòu)造模型構(gòu)造模型如今以為至少存如今以為至少存在三個(gè)層次的卷在三個(gè)層次的卷縮縮: :核小體核小體 螺線管螺線管 染色體染色體 卷縮機(jī)理不清楚卷縮機(jī)理不清楚 圖圖315 非組蛋白組成的染色體骨架非組蛋白組成的染色體骨架 第四節(jié) DNA的復(fù)制 一、DNA復(fù)制的普通特點(diǎn) 1、復(fù)制方式：半保管復(fù)制2、復(fù)制起點(diǎn)：大多數(shù)細(xì)菌及病 毒只需一個(gè)復(fù)制起點(diǎn) ，一個(gè) 復(fù)制子 ；真核生物是多起點(diǎn) 的，多個(gè)復(fù)制子 3、復(fù)制方向：普通為雙向復(fù)制 圖圖316 DNA半保管復(fù)制半保管復(fù)制 圖圖317 真核生物染色體多起點(diǎn)真核生物染色體多起點(diǎn)DNA復(fù)制電鏡照片復(fù)制電鏡照片 二、

9、原核生物DNA合成 1、半保管復(fù)制，雙向復(fù)制 2、有引物的引導(dǎo)，為RNA 3、延伸方向?yàn)?3。4、一條鏈不斷從5向3方向延 伸，稱前導(dǎo)鏈，延續(xù)合成 ；另一條先沿53 合成岡 崎片段，再由銜接酶連起 來(lái)鏈，后隨鏈，不延續(xù)合成 圖圖318 DNA解旋解旋 圖圖319 DNA合成之模型合成之模型 * * 在前導(dǎo)鏈上，在前導(dǎo)鏈上，DNADNA引物酶只在引物酶只在 起始點(diǎn)合成一次引物起始點(diǎn)合成一次引物RNARNA， DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII開場(chǎng)開場(chǎng)DNADNA的合成的合成* * 在后隨鏈上，每個(gè)岡崎片段在后隨鏈上，每個(gè)岡崎片段 的合成都需求先合成一段引的合成都需求先合成一段引 物物RNARN

10、A，然后，然后DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII才才 能進(jìn)展能進(jìn)展DNADNA的合成。的合成。 圖圖320 后隨鏈后隨鏈DNA的合成的合成 RNARNA病毒中病毒中RNARNA的自我復(fù)制的自我復(fù)制 先以本人為模板先以本人為模板“鏈合成一條互補(bǔ)的單鏈鏈合成一條互補(bǔ)的單鏈“鏈，然后這個(gè)鏈，然后這個(gè)“鏈鏈從從“鏈模板釋放出來(lái)，它鏈模板釋放出來(lái)，它也以本人為模板復(fù)制出一條與也以本人為模板復(fù)制出一條與本人互補(bǔ)的本人互補(bǔ)的“鏈，構(gòu)成了鏈，構(gòu)成了一條新生的病毒一條新生的病毒RNARNA。 三、真核生物DNA合成 真核生物DNA的復(fù)制與原核生 物的主要不同點(diǎn)：1、DNA的合成只是在S期進(jìn)展，原 核生物那么在

11、整個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)過程 中都進(jìn)展DNA合成 2、原核生物DNA的復(fù)制是單起點(diǎn) 的，真核生物染色體的復(fù)制那么 為多起點(diǎn)的3、所需的RNA引物及后隨鏈上合 成的“岡崎片段的長(zhǎng)度比原 核生物要短 4、有二種不同的DNA聚合酶分別 控制前導(dǎo)鏈和后隨鏈 的合成 ；在原核生物 中由聚合酶III同時(shí)控制二條 鏈的合成5、染色體端體的復(fù)制：原核生 物的染色體大多數(shù)為環(huán)狀 圖圖321 真核生物真核生物DNA復(fù)制復(fù)制 第五節(jié) RNA的轉(zhuǎn)錄及加工 一、三種RNA分子 1、mRNA 2、tRNA：最小的RNA，由70到 90個(gè)核苷酸組成，具有稀有 堿基的特點(diǎn) 圖圖322 tRNA的三維構(gòu)造的三維構(gòu)造 圖圖 3-6 DNA分

12、子的雙螺旋構(gòu)造模型分子的雙螺旋構(gòu)造模型3、rRNA：核糖體的主要成 分。在大腸桿菌中： rRNA量占細(xì)胞總RNA量的 75-85 tRNA占15 mRNA占3-5 二、RNA合成的普通特點(diǎn) 1、所用原料為核苷三磷酸；在DNA合成 時(shí)為脫氧核苷三磷酸 2、只需一條DNA鏈被用作模板；DNA合成 時(shí)，兩條鏈分別用作模板 3、RNA鏈的合成不需求引物；DNA合成一 定要引物的引導(dǎo)4、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 三、原核生物RNA的合成 * 轉(zhuǎn)錄后構(gòu)成一個(gè)RNA分子的一段DNA序列稱為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位 * 一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位能夠剛好是一個(gè)基因，也能夠含有多個(gè)基因 *

13、 RNA轉(zhuǎn)錄分三步：(1)RNA鏈的起始；(2)RNA鏈的延伸；(3)RNA鏈的終 止及新鏈的釋放 圖圖324 RNA的轉(zhuǎn)錄過程的轉(zhuǎn)錄過程 圖圖325 啟動(dòng)子的構(gòu)造啟動(dòng)子的構(gòu)造 圖圖326 RNA鏈的延伸鏈的延伸 四、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工 真核生物與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄的不同點(diǎn)1、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)展， 而蛋白質(zhì)的合成那么是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)2、原核生物的一個(gè)mRNA分子通常含有多個(gè)基 因；而少數(shù)較低等真核生物外，真核生物 一個(gè)mRNA分子普通只編碼一個(gè)基因3、原核生物只需一種RNA聚合酶催化一切RNA 的合成；真核生物中那么有RNA聚合酶I、II 、III，分別催化不同種類型R

14、NA的合成 4、原核生物RNA聚合酶直接起始轉(zhuǎn)錄合成RNA ；真核生物三種RNA聚合酶都必需在蛋白 質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下才干進(jìn)展RNA的轉(zhuǎn)錄 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(shí)識(shí)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(duì)添加mRNA的穩(wěn)定性及從細(xì)胞核向細(xì) 胞質(zhì)的運(yùn)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)銜接起來(lái)，才干進(jìn)展蛋白 質(zhì)的翻譯 圖圖328 真核生物真核生物mRNA的加工的加工 第六節(jié) 遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯 一、遺傳密碼 1三聯(lián)體密碼 2通用性3簡(jiǎn)并景象4遺傳密碼間不能反復(fù)利用： 除少數(shù)情況外，一個(gè)mRNA上每 個(gè)堿基只屬于一個(gè)密碼子 5起始密碼子：AUG GUG 和終止密碼子: UAA