遺傳學第二章遺傳物質的分子基礎

遺傳學第二章遺傳物質的分子基礎第一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.1DNA作為主要遺傳物質的證據(jù)2.1.1染色體組成2.1.2遺傳物質必須具備的條件2.1.3DNA是遺傳物質的間接證據(jù)2.1.4DNA是遺傳物質的直接證據(jù)細菌轉化試驗噬菌體侵染與繁殖試驗煙草花葉病毒拆合實驗

(RNA也可作為遺傳物質）第二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.1.1染色體組成:不同生物或同種生物不同組織的細胞中染色體各成份的含量是有差異的。染色體DNAProRNA非組蛋白組蛋白如：豌豆染色體DNA：組蛋白≈1：1DNA:非組蛋白≈1：0.2DNA:RNA≈1:0.25大鼠肝細胞染色體DNA∶組蛋白≈1∶1DNA∶RNA≈1∶0.1DNA∶非組蛋白≈1∶0.6第三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二普遍性具有世代延續(xù)性具有相對穩(wěn)定性具有可塑性和多樣性2.1.2遺傳物質必須具備的條件第四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.1.3DNA是遺傳物質的間接證據(jù)DNA普遍存在于生物體內且含量恒定。配子中DNA的含量恰好是體細胞的一半。DNA能自我復制，具有世代的延續(xù)性。DNA在代謝上較穩(wěn)定。DNA結構的變化與突變具有一致性。第五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.1.4DNA是遺傳物質的直接證據(jù)①肺炎雙球菌的轉化實驗（Griffith.F1928年）第六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二②Avery的轉化實驗（1944年）說明DNA不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶（RNA酶）的影響，而只能為DNA酶所破壞，首次證明了遺傳物質是DNA。第七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二③噬菌體侵染與繁殖試驗(Hershey和Chase1952年）再次證明了遺傳物質是DNA。第八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二該實驗表明在不含DNA的某些病毒中，RNA是遺傳物質。④煙草花葉病毒拆合實驗(HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre，1957)第九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.2DNA和RNA的化學結構2.2.1DNA的結構1869年Miescher測定淋巴細胞中蛋白，發(fā)現(xiàn)和定名Nuclein核素；1875年提出核素的實驗式。Altman建立了制備不含蛋白的核素的方法，并定名為Nucleicacid。Kessel研究了核酸的化學組成，分離出四種堿基。明確提出核酸具有含氮堿基(1910年獲諾貝爾獎)。1909年Levene.P.A發(fā)現(xiàn)酵母的核酸含有核糖，以后他又發(fā)現(xiàn)脫氧核糖，正確指出了核酸的糖基組成，核苷、核苷酸的分子結構。第十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二Levene的四核苷酸假說第十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二1950年，Chargaff.E推翻了四核苷酸假說第十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二Chargaff’s定則當量定律：A＋G=T+CDNA堿基組成具有物種特異性，而無組織特異性。第十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)對DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)作出重大貢獻的四位科學家物理學家FrancisCrick

生物學家JamesWatson物理學家MauriceWilkins化學家RosalindFranklin1962年，諾貝爾生理和醫(yī)學獎授給了Crick

、Watson和Wilkins三位學者。第十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二Frankeline早期所拍的DNA－結構X光衍射照片1953年，Watson和Crick確立了正確的堿基分子A和T、C和G的配對模型，并從X光照片確認，兩條骨架鏈是反平行的，從而創(chuàng)建了DNA雙螺旋結構模型。這一模型，也得到WILkins和Franklin的認可。當年4月25日，《Nature》雜志發(fā)表了Crick和Watson的論文，同時也發(fā)表了Wilkins和Franklin與他們的合作者分別寫的兩篇實驗結果的論文。DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)第十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二Watson、Crick的DNA雙螺旋模型第十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二DNA雙螺旋結構第十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二DNA分子雙螺旋結構模型要點第二十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第二十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二A-DNAB-DNAZ-DNA第二十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.2.2RNA的化學結構RNA：無分支的線型多聚核苷酸，以3’,5’-磷酸二酯鍵連接。組成：核糖、磷酸、核苷酸主要包括核苷酸的種類：A、G、C、U第二十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二RNA的雙螺旋區(qū)的結構類似于A-DNA的結構。（互補堿基對通常是G-C、A-U、G-U，占堿基數(shù)量的40%-70%）大多數(shù)天然的RNA分子是以一條單鏈形式存在的，但在生理條件下，RNA分子也可以通過自身回折、鏈內互補堿基配對形成雙螺旋區(qū)和非配對順序形成的環(huán)狀結構等空間排布。臂環(huán)分為發(fā)卡環(huán)、膨脹環(huán)、內環(huán)、多分支環(huán)。第二十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第二十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二大腸桿菌16SrRNA的二級結構tRNA的二級結構

第二十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二DNA復制的一般特點原核生物的DNA復制真核生物DNA復制RNA的復制2.3DNA的復制第二十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.3.1DNA復制的一般特點特點：半保留復制、半不連續(xù)復制

復制子復制叉方向：母鏈3’端開始，子鏈合成從5’→3’

前/先導鏈：從母鏈3’端開始連續(xù)合成；復制起點

后滯/隨鏈：從母鏈5’端開始不連續(xù)合成岡崎片段，再由DNA連接酶連接起來。第二十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第二十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.3.2原核生物的DNA復制第三十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第三十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.3.3真核生物的DNA復制第三十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二真核生物DNA的復制與原核生物的主要差異：1、真核生物DNA的合成只是在S期進行，原核生物則在整個細胞生長過程中都進行DNA合成2、真核生物有2種不同的DNA聚合酶分別控制前導鏈（δ）和后滯鏈(α）的合成；在原核生物中主要由聚合酶III同時控制2條鏈的合成3、真核生物染色體的復制則為多起點的，原核生物DNA的復制是單起點的4、真核生物所需的RNA引物及合成的“岡崎片段”的長度比原核生物要短5、核小體的復制：組蛋白八聚體則以全保留的方式傳遞給子代分子6、真核生物染色體端粒的復制：原核生物的染色體大多數(shù)為環(huán)狀第三十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.3.4RNA的自我復制第三十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.4.1RNA分子的種類信使RNA：

messengerRNA簡稱

mRNA轉運RNA：

transferRNA簡稱

tRNA核糖體RNA：ribosomeRNA簡稱

rRNA

RNA的種類2.4RNA的轉錄與加工第三十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二1.mRNA的結構與功能結構：只有一級結構。

（單鏈線性結構）功能：傳遞遺傳信息。（DNAmRNA；

mRNA蛋白質）

轉錄翻譯第三十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二第三十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.tRNA的結構與功能結構：有二級、三級結構二級結構：三葉草三級結構：倒“L”型功能：轉運各種氨基酸第三十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二tRNA的二級結構tRNA三級結構

D環(huán)

TΨC環(huán)

反密碼子環(huán)

可變環(huán)

氨基酸接收莖

mRNA

CUU

Phe

3’5’

第三十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二3.rRNA的結構與功能結構：有二級、三級結構二級結構：復雜的莖環(huán)結構三級結構：與蛋白質形成三維結構功能：與核糖體蛋白復合形成核糖體,進而構建蛋白質合成的場所第四十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二rRNA的二級結構rRNA三級結構第四十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二

核糖體(rRNA)

tRNA

mRNA各種RNA之間的聯(lián)系第四十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二特點：以一條鏈為模板（模板鏈）進行不對稱轉錄，另一條鏈為編碼鏈方向：從母鏈3’端開始，子鏈從5’→3’連續(xù)合成2.4.2RNA合成的一般特點第四十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二模板鏈編碼鏈第四十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二RNA合成與DNA合成的差異：1、RNA合成不需要引物；DNA合成一定要引物的引導2、RNA合成所用原料為核苷三磷酸；在DNA合成時為脫氧核苷三磷酸3、RNA合成只需一條DNA鏈被用作模板；DNA合成時，兩條鏈分別用作模板4、RNA鏈的合成與DNA鏈的合成同樣，也是從5’→3’端，但由RNA聚合酶催化5、RNA合成的速度比DNA慢得多，一般每秒只有40個核苷酸左右，而DNA復制時每秒可達上千個核苷酸第四十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二

2.4.3原核生物的轉錄起始位點的識別

σ因子（轉錄因子）與核心酶結合再識別啟動基因轉錄起始全酶（核心酶＋σ因子）識別DNA鏈上的啟動子并與之結合→DNA雙螺旋部分解鏈→全酶移至轉錄起點→轉錄開始，σ因子釋放鏈的延伸

核心酶沿DNA鏈移動→DNA鏈繼續(xù)解旋→按模版上的堿基順序加入互補核糖核酸（5’→3’）合成RNA轉錄終止核心酶到達終止子（或終止因子ρ趕上并與核心酶結合）→核心酶、RNA鏈和模版DNA分離→轉錄終止轉錄后加工

RNA前體經(jīng)過剪切、拼接、核苷修飾后形成成熟RNA第四十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二大腸桿菌RNA聚合酶與DNA的相互作用

第四十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二RNA聚合酶與啟動子的結合模式圖第四十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二RNA鏈的延伸RNA合成形成的轉錄泡第四十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二1、不依賴ρ因子的終止子（簡單終止子）①位于RNA

3’端之前15-20核苷酸處的DNA序列具有雙重對稱性。

雙重對稱的意義在于其轉錄本能形成發(fā)夾結構。體外實驗顯示，如果摻入其他堿基以阻止發(fā)夾形成時，終止即不發(fā)生。通常只要有一個核苷酸的改變破壞了規(guī)則的雙螺旋的莖時，即可破壞終止子的功能。RNA鏈的終止第五十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二

DNA

5'-CCCAGCCCGCTCTAATGAGCGGGCTTTTTTTGAACAAAA-3'

3'-GGGTCGGGCGAGATTACTCGCCCGAAAAAAACTTGTTTT-5'

RNA5'-CCCAGCCCGCUCUAAUGAGCGGGCUUUUUUU-OH3'

←───雙重對稱──→第五十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二②DNA模板中有一串約6個A，轉錄為RNA3’端的U。對終止子突變的分析亦顯示DNA模板上多聚dA順序的重要性。如將此序列中的一個堿基換掉，或除去部分序列都可使終止子失活。終止原因：終止子的前半部過早地和RNA-DNA雜交雙鏈部分退火（雙鏈→單鏈），僅剩下多聚U序列和模板鏈雜交。而這樣一段由幾個U和幾個A形成的RNA-DNA雜交雙鏈很不穩(wěn)定（A=U,GC），于是新生RNA鏈將很快從DNA雙鏈中被排除出來。第五十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二（a）RNA聚合酶恰好完成富含U的RNA鏈的合成；（b）RNA-RNA鏈內互補形成發(fā)卡結構破壞了一部分RNA-DNA雜交鏈，僅留下多聚U與多聚A的一段雜交鏈；（c）多聚U與多聚A雜交不穩(wěn)定，易解離，轉錄產物即RNA被釋放。

RNA合成時形成的發(fā)夾終止結構第五十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2、依賴ρ因子的終止子

依賴ρ的終止子沒有不依賴ρ的終止子特有的多聚A序列，并且也不是都能形成穩(wěn)定的發(fā)夾?，F(xiàn)在還不清楚ρ因子的作用機制：第五十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二原核生物——邊轉錄邊合成Pro，無轉錄后加工原核生物的轉錄和翻譯第五十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二與原核生物RNA的合成的差異：1.原核生物的轉錄在細胞質內進行，而真核生物的轉錄則在細胞核內進行2.原核生物的1個mRNA分子通常含有多個基因；而除少數(shù)較低等真核生物外，真核生物1個mRNA分子一般只編碼1個基因3.原核生物只有1種RNA聚合酶催化所有RNA的合成；真核生物中則有3種RNA聚合酶分別催化不同種類型RNA的合成；原核生物RNA聚合酶直接起始轉錄，真核生物3種RNA聚合酶都需要啟動蛋白的協(xié)助才能進行轉錄4.原核生物啟動子結構簡單，真核生物的啟動子結構復雜2.4.4真核生物RNA的轉錄與加工第五十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二真核生物RNA的加工：

1.hnRNA的加工剪接

2.mRNA的加帽和甲基化

3.mRNA的加尾

4.mRNA的轉運第五十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二`m7Gppp鳥苷酸轉移酶RNA的加帽第五十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二AAUAAA：★準確切割★加poly（A）RNA的加尾第五十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二RNA的剪接(GT-AG法則)GTAGGTAG剪除外顯子，拼接內含子第六十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二RNA的加工第六十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二真核細胞遺傳信息流動第六十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二2.5遺傳密碼與蛋白質的翻譯遺傳密碼——DNA分子中核苷酸的排列順序與蛋白質中氨基酸排列順序之間的對應關系。遺傳密碼是由三個連續(xù)堿基組成的，因此也叫三聯(lián)體密碼。遺傳密碼的特點具有起始密碼子和終止密碼子簡并性連續(xù)可讀性和不重疊性普遍通用性

AUG（Met）起始密碼

UUG（Leu）

GUG（Val）UAA

終止密碼

UAGUGAUAA、UAG、UGA也可能編碼硒半胱氨酸或吡咯賴氨酸。2.5.1遺傳密碼第六十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二遺傳密碼表第六十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二遺傳密碼通用性的例外情況第六十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二合成場所：核糖體合成酶：氨酰tRNA合成酶合成體系(合成起始、肽鏈延伸、翻譯終止）合成后的加工與修飾（肽鏈中AA殘基的化學修飾；N端部分AA的切除：如信號肽的切除；切除前體中功能不需要的肽段；二硫鍵的形成；肽鏈的折疊等）合成后的貯存、轉運與功能行使2.5.2蛋白質的合成第六十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二核糖體：蛋白質翻譯的場所第六十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期二肽鏈合成的起始

（原核生物）①fMet與tRNA結合（氨酰tRNA合成酶）形成fMet-tRNA。

（真核生物首先活化的氨基酸為Met）②在起始因子IF1和IF3的作用下，mRNA與核糖體30S小亞基結合③在起始因子IF2和GTP的作用下，fMet-tRNA和mRNA再結合，fMet-tRNA與起始密碼互補配對。④上述復合物再與5