(3.1)--第三章、遗传物质的分子基础.ppt

普通遗传学GENERAL GENETICS 第三章第三章 遗传物质的分子基础遗传物质的分子基础 分子遗传学的大量直接和间接的证据，说明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中，RNA就是遗传物质一、间接证据DNA含量、代谢、结构、染色体共有等二、直接证据1、细菌的转化肺炎双球菌两种类型：光滑型(S型)：SI、SII、SIII有毒性粗糙型(R型)：RI、RII、RIII无毒性第一节DNA是主要的遗传物质1928年,Griffith首次将RIISIII，实现了细菌遗传性状的定向转化。被加热杀死的SIII型肺炎双球菌必然含有某种促成这一转变的活性物质。1944年，Avery等用生物化学方法证明这种活性物质是DNA。该提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影响，而只能为DNA酶所破坏。2、噬菌体的侵染与繁殖Hershey等用同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA与蛋白质3、烟草花叶病毒的感染和繁殖RNA接种到烟叶发病RNARNA酶处理RNA不发病TMV蛋白质：接种后不形成新的TMV，不发病说明在不含DNA的TMV中RNA就是遗传物质为进一步论证上述的结论，Frankel和Singer做了如下重组实验：第二节 DNA和RNA的化学结构 核酸的构成单元是核苷酸，是核苷酸的多聚体每个核苷酸包括三部分：五碳糖：DNA-脱氧核糖；RNA-核糖碱基嘌呤：A，G嘧啶：C，T（DNA）C，U（RNA）磷酸基团两个核苷酸之间由3和5位的磷酸二酯键相连两种核酸的主要区别一、DNA的分子结构1953年，Watson和Crick根据：1.碱基互补配对的规律2.对DNA分子的X射线衍射成果提出了著名的DNA双螺旋结构模型。这个模型已为以后拍摄的电镜直观形象所证实。DNA分子模型最主要特点：(1)两条多核苷酸链反向平行：53，35(2)两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，以一定的空间距离，环绕于同一轴相互盘旋而成(3)两条单链间以碱基间氢键配对相连：AT，CG(4)每个螺旋34(3.4nm)，含10bp，直径约为20(5)分子表面大沟和小沟交替出现A-T和C-G两种核苷酸对分子链内排列的位置和方向只有四种形式:A-TC-GA-TG-CC-GA-TG-CA-T假设某一段DNA分子链有1000bp，则该段就可以有41000种不同的排列组合形式，反映出来的就是41000种不同性质的基因。二、RNA的分子结构绝大部分RNA以单链形式存在，但可折叠起来形成若干双链区域。这些区域内，互补的碱基对间可形成氢键。一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。一、DNA复制的一般特点1、复制方式：半保留复制新的DNA分子中一条链来自于原来亲本DNA分子，一条链来自于新合成的DNA分子。第三节DNA的复制2、复制起点：原核生物一般只有一个复制起点，一个复制子；真核生物是多起点的，多个复制子3、复制方向：复制从起点开始，一般为双向复制4、具有复制的忠实性1、酶系统：DNA聚合酶、连接酶、解旋酶、拓扑异构酶等2、半保留复制，双向复制3、有引物的引导，为RNA4、延伸方向为53。5、一条链一直从5向3方向延伸，称前导链，连续合成；另一条先沿53合成冈崎片段，再由连接酶连起来链，后随链，不连续合成二、原核生物DNA合成DNA合成之模型合成之模型 三、真核生物DNA合成真核生物DNA的复制与原核生物的主要不同点：1、DNA的合成只是在S期进行，原核生物则在整个细胞生长过程中都进行DNA合成2、有二种不同的DNA聚合酶分别控制前导链（）和后随链（）的合成；在原核生物中由聚合酶III同时控制二条链的合成3、原核生物DNA的复制是单起点的，真核生物染色体的复制则为多起点的4、真核生物所需的RNA引物及后随链上合成的“冈崎片段”的长度比原核生物要短5、核小体的复制。真核生物组蛋白八聚体以全保留的方式传递给子代分子，原核生物没有核小体结构6、真核生物染色体端体的复制，原核生物的染色体大多数为环状先以自己为模板（“”链）合成一条互补的单链（“”链），然后这个“”链从“”链模板释放出来，它也以自己为模板复制出一条与自己互补的“”链，形成了一条新生的病毒RNA。四、RNA病毒中RNA的自我复制第四节RNA的转录及加工一、三种RNA分子1、mRNA：传递遗传信息2、tRNA：最小的RNA，由70到90个核苷酸组成，具有稀有碱基的特点tRNA的三叶草构型3、rRNA：核糖体的主要成分。在大肠杆菌中：rRNA量占细胞总RNA量的75-85tRNA占15mRNA占3-54、microRNA小核RNA（snRNA）反义RNA：碱基序列正好与有意义的mRNA互补的RNA，可以作为一种调控特定基因表达的手段二、RNA合成的一般特点1、RNA链的合成不需要引物；DNA合成一定要引物的引导2、所用原料为核苷三磷酸；在DNA合成时为脱氧核苷三磷酸，且T替换为U3、只有一条DNA链被用作模板；DNA合成时，两条链分别用作模板4、RNA链的合成与DNA链的合成同样，也是从5向3端，由RNA聚合酶催化5、RNA合成的速度要比DNA慢得多，一般每秒只有40个核苷酸左右，而DNA复制的速度非常的快，每秒可以达到上千个核苷酸。三、原核生物RNA的合成1、RNA的转录起始于RNA聚合酶与启动子的结合，转录起始的第一个碱基，称为启动点，在RNA聚合酶的作用下来合成RNA，一直到终止子。2、由启动子到终止子的序列称为转录单位。原核生物中一个转录单位通常含有多个基因，在真核生物中大多数只含有一个基因3、转录起始点前面的序列称为上游，即5端，后面的序列称为下游，即3端。RNA转录分三步：(1)RNA链的起始；(2)RNA链的延伸;(3)RNA链的终止及新链的释放四、真核生物RNA的转录及加工真核生物与原核生物RNA的转录的不同点1、真核生物RNA的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成则在细胞质内2、原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因；而少数较低等真核生物外，真核生物一个mRNA分子一般只编码一个基因3、原核生物只有一种RNA聚合酶催化所有RNA的合成；真核生物中则有RNA聚合酶I、II、III，分别催化不同种类型RNA的合成。原核生物RNA聚合酶直接起始转录合成RNA；真核生物三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。原核生物RNA聚合酶的结构示意图4、真核生物的启动子比原核生物复杂的多五、真核生物mRNA在转录后的加工1、5端加上帽子(7甲基鸟嘌呤核苷)在蛋白质翻译时识别起始位置及防止被RNA酶降解2、3端加上尾巴(聚腺苷酸，polyA)对增加mRNA的稳定性及从细胞核向细胞质的运输具有重要作用3、切除非编码序列(内含子)，将编码序列(外显子)连接起来，形成成熟的mRNA分子RNA剪接，才能进行蛋白质的翻译真核生物真核生物mRNA的加工的加工 第五节遗传密码与蛋白质的翻译一、遗传密码的特点（1）三联体密码（2）遗传密码间无逗号，即在翻译过程中，遗传密码的译读是连续的（3）简并现象（4）遗传密码第三个碱基的灵活性（5）起始密码子：AUGGUG和终止密码子:UAAUAGUGA（6）通用性二、蛋白质的合成翻译：mRNA携带着从DNA上转录的遗传密码附着在细胞的核糖体上，由tRNA运来各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序相互连接起来，形成多肽链，并且进一步通过修饰成为立体的蛋白质分子的过程。蛋白质翻译的场所是在核糖体上50S30S原核生物核糖体，70S真核生物核糖体，80S蛋白质合成过程（1）肽链的起始：AUG。原核生物：甲酰化甲硫氨酸真核生物：是甲硫氨酸，（2）肽链的延伸：非常迅速大肠杆菌：300aa/15s延伸方向：mRNA的5到3蛋白质合成过程（3）肽链的终止：UAA，UAG，UGA。三、中心法则及其发展