遗传分子基础3.pptx

二、DNADNA作为主要遗传物质的证据作为主要遗传物质的证据染色体蛋白质（66%）RNA（6%）组蛋白非组蛋白DNA（27%）第1页/共71页 DNADNA是遗传物质的间接证据 每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何。它们的DNADNA含量是恒定的，而且配子中的DNADNA含量正好是体细胞的一半。DNA DNA在代谢上是比较稳定的。DNA DNA是所有生物的染色体所共有。4.4.用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长均为26002600埃。这与DNADNA所吸收的紫外线光谱是一致的。第2页/共71页 DNA是遗传物质的直接证据1.噬菌体的感染2.烟草花叶病毒的重建3、肺炎双球菌的转化第3页/共71页第4页/共71页第5页/共71页第6页/共71页噬菌体T2结构示意图第7页/共71页第8页/共71页第9页/共71页第10页/共71页结论：DNADNA是生物主要的遗传物质；在缺少DNADNA的生物中，RNARNA为主要的遗传物质。第11页/共71页三、遗传信息的保存者和传递者核酸 核酸是一类高分子有机物，以核苷酸为基本结构单位组成。核酸存在于所有的原核生物、真核生物的细胞中，作为遗传物质的核酸，含有可以传递的遗传信息。1、核酸的化学组成和结构 核酸以核苷酸为基本结构单位组成。每个核苷酸包括一个碱基、一份磷酸、一个五碳糖。第12页/共71页2、核酸的种类 DNA和RNA 根据组成核苷酸的五碳糖的不同，核酸可以分为两种:脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA是所有原核生物和真核生物的遗传物质，病毒只含有RNA或DNA。RNA和DNA的主要区别:（略）1953年美国哈佛大学的Waston和英国剑桥大学理论物理学者Crick借助于伦敦皇家学院Wilkins实验室的Franklin拍摄的DNA分子X光射线衍射照片提出了DNA的双螺旋结构模型。第13页/共71页第二节 核酸的化学结构一、两种核酸及其分布核酸：一种高分子化合物，核苷酸的多 聚体。有脱氧核糖核酸（DNADNA）和核糖核酸（RNARNA）两类。核苷酸的构成：（1 1）五碳糖；（2 2）磷酸；（3 3）环状含氮碱基第14页/共71页二、碱基的种类：二、碱基的种类：（1 1）双环结构的嘌呤：腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（G G）（2 2）单环结构的嘧啶：胞嘧啶（C C）胸腺嘧啶（T T）尿嘧啶（U U）第15页/共71页第16页/共71页第17页/共71页第18页/共71页第19页/共71页第20页/共71页美妙的美妙的DNA双螺旋双螺旋1 1、DNADNA分子是由两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行于同一轴上，很像一个扭曲的梯子。2 2、DNADNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接（手拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。3 3、两扶手的走向为反向平行。4 4、梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过氢结合，并以互补配对原则配对，A-TA-T，C-C-G G，第21页/共71页第22页/共71页第23页/共71页DNA双螺旋结构模型的意义DNA双螺旋模型结构同时表明：DNA复制的明显方式半保留复制。Waston和Crick在1953年就指出：DNA可以按碱基互补配对原则进行半保留复制。而在此之前对复制方式人们对一无所知。基因和多肽成线性对应的一个可能的理由：DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；DNA中的遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码(genetic code)，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序。在其后的几十年中，科学家们沿着这两条途径前进，探明了DNA复制、遗传信息表达与中心法则等内容。第24页/共71页DNA分子构型的多态性 近来发现近来发现DNADNA的构型并不是固定不变的，除主要以瓦特森和克里克提出的右手双螺旋的构型并不是固定不变的，除主要以瓦特森和克里克提出的右手双螺旋构型存在外，还有许多变型。所以现在一般将瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称为构型存在外，还有许多变型。所以现在一般将瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称为B BDNADNA。B BDNADNA是是DNADNA在生理状态下的构型。生活细胞中极大多数在生理状态下的构型。生活细胞中极大多数DNADNA以以B BDNADNA形式存在。但当外界环境条件发生变化时，形式存在。但当外界环境条件发生变化时，DNADNA的构型也会发生变化。实际上的构型也会发生变化。实际上在生活细胞内，在生活细胞内，B BDNADNA一螺圈也并不是正好一螺圈也并不是正好1010个核苷酸对，而平均一般为个核苷酸对，而平均一般为10.410.4对。对。第25页/共71页n n当DNA在高盐浓度下时，则以ADNA形式存在(图)。n nADNA是DNA的脱水构型，它也是右手螺旋，但每螺圈含有11个核苷酸对。ADNA比较短和密，其平均直径为23。大沟深而窄，小沟宽而浅。在活体内DNA并不以A构型存在，但细胞内DNARNA或RNARNA双螺旋结构，却与ADNA非常相似。第26页/共71页现在还发现，某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在，称为ZDNA(图)。当某些DNA序列富含GC，并且在嘌呤和嘧啶交替出现时，可形成ZDNA。ZDNA除左手螺旋外，其每个螺圈含有12个碱基对。分子直径为18，并只有一个深沟。现在还不知道，ZDNA在体内是否存在。第27页/共71页DNA分子构型的多态性第28页/共71页三、RNA的分子结构 至于RNA的分子结构，就其化学组成上看，也是由四种核苷酸组成的多聚体。它与DNA的不同，首先在于以U代替了T，其次是用核糖代替了脱氧核糖，此外，还有一个重要的不同点，就是绝大部分RNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢键(图)。但有一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。第29页/共71页 RNARNA二级结构 ：单链RNARNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部分称为“茎”或“臂”非螺旋部分称为“环”，在螺旋区，A A与U U配对，G G与C C配对。第30页/共71页tRNA的二级结构：三叶草形状 RNA三叶草型的二级结构可分为：氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、TC区和可变区。除氨基酸接受区外，其余每个区都含有一个突环和一个臂。如图所示：第31页/共71页tRNAtRNA的三级结构：倒“L”L”形，所有的tRNAtRNA折叠后形成大小相似及三 维构象相似的三级结构，这有利于携带的氨基酸的tRNAtRNA进入核糖体的特定部位。如图所示：第32页/共71页第三节 遗传信息的表达与调控一、中心法则及其发展、中心法则及其发展遗传信息从DNAmRNA蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNADNA的复制过程，这就是分子生物学的中心法则(central dogma)中心法则(central dogma)阐述生物世代、个体以及从遗传物质到性状的遗传信息流向，即遗传信息在遗传物质复制、性状表现过程中的信息流向。最初由Crick提出，并经过了多次修正。第33页/共71页n n中心法则所阐述的是基因的两个基本属性：复制与表达。关于这两个属性的分子水平中心法则所阐述的是基因的两个基本属性：复制与表达。关于这两个属性的分子水平的分析，对深入理解遗传及变异的实质具有重要的意义。的分析，对深入理解遗传及变异的实质具有重要的意义。n n这一法则被认为是从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。这一法则被认为是从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。n n近年来的研究发现近年来的研究发现RNARNA可以反转录成为可以反转录成为DNADNA，RNARNA还可以自我复制以及在离体条件还可以自我复制以及在离体条件下下DNADNA可以直接指导蛋白质的合成，从而增加了原中心法则的信息流向，丰富了中心可以直接指导蛋白质的合成，从而增加了原中心法则的信息流向，丰富了中心法则的内容。法则的内容。第34页/共71页中心法则及其发展第35页/共71页中心法则的发展反转录(逆转录)：反转录酶；cDNA。RNA的自我复制。DNA指导蛋白质合成。第36页/共71页三、遗传密码及其特性遗传密码的基本特性：三联性；非重叠性；连续性；简并性；有序性；通用性。第37页/共71页三、遗传密码及其特性起始密码子与终止密码子：起始密码子：AUG(甲硫氨酸/甲酰甲硫氨酸)；终止密码子(无义密码子)：UAA、UAG、UGA。通用性的另外情况：第38页/共71页第四节第四节 DNA的复制的复制DNA复制的一般特点：1、半保留复制 拆开的两条单链，以各自为模板，从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸，进行氢键结合，在酶系统的作用下，连接起来，各自形成一条新的互补链。第39页/共71页第40页/共71页DNA复制的一般特点复制的一般特点2、复制起点和复制方向原核生物：多数只有一个复制起点。真核生物：有多个起点。第41页/共71页原核生物原核生物DNA合成合成(一)、有关DNA合成的酶1、DNA聚合酶12、DNA聚合酶113、DNA聚合酶111第42页/共71页（二）（二）DNA复制的过程复制的过程1、DNA双螺旋的解链2、DNA合成的开始3、一条DNA链连续合成，一条链不连续RNA引物：冈崎片断：前导链：后随链（后滞链）：第43页/共71页第44页/共71页第45页/共71页第46页/共71页关于关于RNA的自我复制的自我复制1、先以自己为模板合成一条互补单链；（模板链称“+”链，新复制的互补链称 “”链）2、以“”链作为模板，复制出一条与自己互补的“+”链。3、“+”链成为一条新的RNA。第47页/共71页三、真核生物三、真核生物DNADNA合成的特点合成的特点1 1、DNADNA合成发生的时间：仅为细胞周期的合成发生的时间：仅为细胞周期的S S期。期。2 2、复制的起始点为多起点。、复制的起始点为多起点。3 3、合成所需的、合成所需的RNARNA引物和冈崎片断都比原核生物的短。引物和冈崎片断都比原核生物的短。4 4、控制前导链和后随链的聚合酶不同。、控制前导链和后随链的聚合酶不同。5 5、染色体端体的复制。、染色体端体的复制。第48页/共71页第五节第五节 RNA的转录及加工的转录及加工一、三种RNA分子1、mRNA：把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来，然后由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。（从细胞核细胞质）2、tRNA：根据mRNA的遗传密码依次准确地将合成多肽的原料氨基酸运送到工厂，是氨基酸的特异运输车。第49页/共71页一、三种一、三种RNA分子分子3、rRNA：是组成核糖体的主要成分，核糖体是合成蛋白质的中心。4、小核苷酸（snRNA）：是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分。有五种。第50页/共71页二、二、RNA合成的一般特点合成的一般特点1、所有的原料为核苷三磷酸；2、只有一条DNA链被用作模板；3、RNA链的合成不需要引物的引导；4、RNA的合成也是从5，向3，端进行；5、RNA的转录和合成由RNA聚合酶催化，聚合酶首先在启动子处与DNA结合，形成转录泡，并开始转录。6、同样遵循碱基配对原则，只是U代替了T。第51页/共71页三、原核生物三、原核生物RNA的合成的合成转录单位：通常把转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称之。一个转录单位可能刚好是一个基因，或多个基因。RNA转录的三步骤：（1）RNA链的起始；（2）RNA链的延长；（3）RNA链的终止和新链的释放。第52页/共71页几个概念：上游：RNARNA分子的5 5 端。下游：RNARNA分子的3 3 端。模板链：非模板链：第53页/共71页四、真核生物四、真核生物RNA的转录及加工的转录及加工（一）、真核生物RNA转录的特点1、转录在细胞核内进行2、mRNA分子一般只编码一个基因3、RNA聚合酶较多4、RNA聚合酶不能独立转录RNA第54页/共71页（二）、（二）、mRNA的加工的加工1、在mRNAmRNA前体的55端加上7-7-甲基嘌呤核苷的帽子（capcap）2 2、在mRNAmRNA前体的3 3，端加上聚腺苷酸(poly(A)(poly(A)的尾巴3 3、将不编码的内含子序列进行剪接，切除第55页/共71页第六节第六节 遗传密码与蛋白质的翻译遗传密码与蛋白质的翻译一、遗传密码一、遗传密码遗传密码遗传密码三联体密码三联体密码简并简并起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子第56页/共71页第57页/共71页第58页/共71页1、生物性状的体现者蛋白质（1）蛋白质的功能 a、作为结构材料，如胶原蛋白；b、运输作用，如血红蛋白和肌红蛋白；c、贮存性营养物质，象受精卵中的卵精蛋白，人乳中的 酪蛋白；d、肌肉的主要组成成分肌动蛋白和肌球蛋白；e、作为抗体，如免疫球蛋白；f、具有调节体内新陈代谢作用，如胰岛素；g、催化作用，如一大类群具有催化生化反应的酶类。总之，蛋白质是人体生命活动的第一基本要素，是整个生命活动的体现者。（2）蛋白质的化学组成：众多氨基酸相连形成线性的多肽链，多肽链按严格的顺序，特定的方式折叠组合成一个特殊的三维空间结构，就成了一种蛋白质，每种蛋白质的活性和专一性都和这种三维空间构型有关。第59页/共71页血红蛋白（三级结构）-螺旋 -折叠示多肽链的两种二级结构第60页/共71页第61页/共71页二、蛋白质的合成转录转录翻译翻译多聚合糖体多聚合糖体第62页/共71页第63页/共71页第64页/共71页基因的本质*一、基因的概念及发展（一）遗传因子与基因孟德尔把控制性状的因子称为“遗传因子”。19091909年丹麦遗传学家约翰逊，用“基因”一词，代替“遗传因子”。这时基因只是逻辑推理的产物和一种符号，无实质内容。（二）基因的“三位一体”的概念19401940年以前，经典遗传学认为基因是功能单位基因是重组的结构单位基因是突变的结构单位第65页/共71页一、基因的概念及发展（三）“一个基因一个酶”的假说19411941年比德尔和泰特姆等提出的。基因突变会引起酶的改变，从而阻断了这一酶所催化的生化反应。说明基因是通过控制酶的合成决定代谢过程和性状发育的。第一次明确地把基因和蛋白质直接联系在一起，找到了基因和性状的关系。（四）顺反子学说19591959年本泽从分子水平提出顺反子学说：认为一个顺反子相当于一个基因，是一个遗传功能单位，决定一条多肽链合成。一个顺反子内有多个突变位点即突变子（一个基因内部能引起表型突变的最小结构单位）和多个重组子（基因内出现重组的最小区间），说明基因内部是可分的。改变了“三位一体”的基因概念。理论上，一个基因中有多少核苷酸对，就有多少突变子和重组子。可见基因并不是突变单位和重组单位。第66页/共71页互补试验 确定同一表型效应的突变型是等位基因内突变还是非等位基因间突变?野生型 T4T4噬菌体：能在K K和B B菌株生长。突变型T4T4噬菌体：K K不生长在B B上生长。用2 2个不同突变型噬菌体a1a1和a2a2混合感染K K，观察是否产生噬菌斑。判断2 2个突变位点是否在一个顺反子中?排列方式？a1a1a2a2野生型顺式排列：1、同一顺反子中不同突变位点：反式排列：第67页/共71页互补试验2 2、不同顺反子中的突变位点：a1a1a2a2顺式反式野生型第68页/共71页一、基因的概念及发展（五）操纵子学说 19611961年雅各布和莫诺提出操纵子学说乳糖操纵子模型1 1、操纵子组成：启动基因（启动子）操纵基因：操纵结构基因的基因 结构基因：编码蛋白细菌中发现,真核生物结构基因一般单独调控。2 2、调节基因（阻遏基因）：位于启动基因上游，其表达产物（阻遏蛋白）作用于操纵基因，调节结构基因的表达。第69页/共71页乳糖操纵子模型第70页/共71页感谢您的观看！第71页/共71页