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(yè),共68頁(yè)，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(xì)胞中DNA含量是體細(xì)胞中的一半紫外線誘變的有效波長(zhǎng)與DNA分子的吸收光譜一致:260nm第3頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：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(wú)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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)：A將S細(xì)胞提取液純化的DNA加到R細(xì)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(duì)水解DNA的酶敏感。CR型細(xì)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(xì)菌與S型細(xì)菌相比，莢膜生化特性完全一樣。

體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)－DNA是遺傳物質(zhì)的證明第5頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天1952年Hersey和Chase的同位素標(biāo)記侵染實(shí)驗(yàn)。噬菌體的侵染標(biāo)記實(shí)驗(yàn)－DNA是遺傳物質(zhì)的證明第6頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，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(niǎo)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(gè)核苷酸之間由3’和5’位的磷酸二脂鍵相連第8頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天五碳糖第9頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天環(huán)狀的含氮堿基嘌呤嘧啶第10頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天第11頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天第12頁(yè),共68頁(yè)，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(zhǎng)RNA：核糖，A、C、G、U

單鏈，分子鏈較短第13頁(yè),共68頁(yè)，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(xì)胞質(zhì)中。

細(xì)菌：DNA和RNA。

噬菌體：多數(shù)只有DNA。

植物病毒：多數(shù)只有RNA。

動(dòng)物病毒：有些含RNA、有些含DNA。第14頁(yè),共68頁(yè)，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(bǔ)配對(duì)的規(guī)律(查爾格佛法則)對(duì)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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA分子模型最主要特點(diǎn)(P37)：(1)

右手螺旋；(2)反向平行：5’－3’，3’－5’

；(3)

AT，CG；(4)每個(gè)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(yè),共68頁(yè)，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(gè)螺圈含10bp；A－DNA：在高鹽下存在形式，右旋，每個(gè)螺圈含11bp；Z－DNA:左旋，每個(gè)螺圈含12bp；其他構(gòu)型:C、D、E等右手螺旋形式存在。第17頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)DNA的復(fù)制(P40)第19頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)（P40）：㈠、半保留復(fù)制：

①．一端沿氫鍵逐漸斷開(kāi)；

②．以單鏈為模板，堿基互補(bǔ)；

③．氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；

④．形成新的互補(bǔ)鏈；

⑤．形成了兩個(gè)新DNA分子。

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

1.原核生物

﹡絕大多數(shù)細(xì)菌和病毒：只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，控制整個(gè)染色體的復(fù)制。

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

第22頁(yè),共68頁(yè)，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(diǎn)，多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)共同控制整個(gè)染色體的復(fù)制；

﹡每條染色體有多個(gè)復(fù)制子；

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

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

1、通過(guò)專(zhuān)一性識(shí)別使即將加入的堿基與模板上的堿基嚴(yán)格互補(bǔ)來(lái)控制合成前的錯(cuò)誤

2、當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在錯(cuò)配時(shí)，切除新加入的錯(cuò)配堿基（校對(duì)控制）第24頁(yè),共68頁(yè)，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?fù)洚悩?gòu)酶

第25頁(yè),共68頁(yè)，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(jìn)行；3、具有外切酶的活性、合成過(guò)程中的錯(cuò)誤校正功能?；铙w細(xì)胞內(nèi)真正控制DNA合成的酶第26頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天㈡、DNA復(fù)制過(guò)程1．起始

*專(zhuān)一識(shí)別復(fù)制起始序列的蛋白結(jié)合在復(fù)制起點(diǎn)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(jìn)入；

第27頁(yè),共68頁(yè)，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(kāi)雙螺旋；單鏈DNA結(jié)合蛋白馬上結(jié)合在分開(kāi)的單鏈上，以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對(duì)；RNA聚合酶（引物酶）合成一小段RNA引物(約有12個(gè)堿基對(duì))DNA聚合酶才開(kāi)始起作用合成DNA片段。DNA解旋第28頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天*在前導(dǎo)鏈上，DNA引物酶只在起始點(diǎn)合成一次引物RNA，DNA聚合酶III開(kāi)始DNA的合成；*在后隨鏈上，每個(gè)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(jìn)行DNA的合成。第30頁(yè),共68頁(yè)，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(lái)，形成完整的新鏈第31頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)第32頁(yè),共68頁(yè)，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(shí)期整個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程細(xì)胞周期的S期復(fù)制起點(diǎn)數(shù)單個(gè)多個(gè)RNA引物長(zhǎng)度10-60核苷酸10-12核苷酸岡崎片段長(zhǎng)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(shí)控制聚合酶δ控制前導(dǎo)鏈，聚合酶α控制后隨鏈第33頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天第34頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、RNA的復(fù)制依賴(lài)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(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)錄(transcription):

是指DNA為模板，在依賴(lài)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(guò)程。RNA是將DNA上遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)并進(jìn)行表達(dá)的中心環(huán)節(jié)。第37頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、RNA分子的種類(lèi)（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(xì)胞總RNA量的75-85％

tRNA占15％

mRNA占3-5％

第38頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天

㈠

mRNA（P46）

功能：傳遞遺傳信息

類(lèi)型：前體mRNA(pre-mRNA）（不均一核

RNA)

成熟mRNA

第39頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天㈡、tRNA（P46）（最小的RNA，由70到90個(gè)核苷酸組成）功能：轉(zhuǎn)運(yùn)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(gè)富有鳥(niǎo)嘌呤的環(huán)；

一個(gè)反密碼子環(huán)；

一個(gè)胸腺嘧啶環(huán)；

第40頁(yè),共68頁(yè)，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(gè)核苷酸；

16S:1540個(gè)核苷酸；

23S:2900個(gè)核苷酸。真核生物rRNA（4種）:

5S:120個(gè)核苷酸；

5.8S:160個(gè)核苷酸；

18S:1900個(gè)核苷酸；

28S:4700個(gè)核苷酸。

S為沉降系數(shù)：是某種顆粒在超速離心時(shí)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(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、RNA合成的一般特點(diǎn)（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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天第44頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、原核生物RNA的合成（P47）：RNA鏈的起始：?jiǎn)?dòng)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(dòng)子到終止子的序列稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄單位上游，下游RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程第45頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天啟動(dòng)子的四個(gè)保守序列區(qū)域轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)-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(dòng)子：-35序列第46頁(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天

α亞基（2個(gè)）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(diǎn)；

β’含有與DNA模板結(jié)合的位點(diǎn)；

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

①依賴(lài)ρ因子的終止子；②內(nèi)在終止子。第48頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天(四)

RNA鏈的合成

RNA鏈的延伸

第50頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，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(xì)胞核內(nèi)，翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行；

原核生物則在核區(qū)同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄翻譯；

2.真核生物一個(gè)mRNA只編碼一個(gè)基因；

原核生物一個(gè)mRNA編碼多個(gè)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(yè),共68頁(yè)，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(jìn)行轉(zhuǎn)錄；

原核生物則較為簡(jiǎn)單；5.真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工，然后運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行翻譯；

原核生物無(wú)需進(jìn)行加工，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。第53頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，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(niǎo)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)增加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)連接起來(lái)，才能進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯

4、mRNA只有通過(guò)修飾加工，才被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯。

第55頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，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(duì)有4種：

A—T、T—A、G—C、C—G兩個(gè)堿基對(duì)的組合方式有42=16種n個(gè)堿基對(duì)的組合方式有4n種第57頁(yè),共68頁(yè)，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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．遺傳密碼為三聯(lián)體,即三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸;2．遺傳密碼間不能重復(fù)利用;

3．遺傳密碼間無(wú)逗號(hào);

4．遺傳密碼間存在簡(jiǎn)并現(xiàn)象：一個(gè)氨基酸由一個(gè)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(yè),共68頁(yè)，2024年2月25日，星期天1968年美國(guó)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(jiǎng)。1961-1967年完成第60頁(yè),共68頁(yè)，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(yùn)來(lái)的各種氨基酸,按照mRNA的密碼順序,相互聯(lián)結(jié)起來(lái)成為多肽鏈,并進(jìn)一步折疊成為立體的蛋白質(zhì)分子的過(guò)程。第61頁(yè),共68頁(yè)，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(gè)蛋白質(zhì)合