第 一 章 遗传物质的分子结构、 性质和功能.ppt
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1、第 2 章 遗传物质的分子基础,安庆医药高等专科学校 杨元元,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,第 1 节 遗传物质的结构与功能,核酸的组成 DNA的结构与功能三 RNA的结构与功能,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,第1节 遗传物质的结构与功能,一、核酸的组成,核酸(nucleic acid),脱氧核糖核酸,核糖核酸,(deoxyribonucleic acid),(ribonucleic acid),1868年,核素,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,核酸的分类及分布,安徽省承
2、担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,核酸的化学组成 (以核苷酸为基本单位) 1、元素组成 含有C.H.O.N外,还有大量P,个别核 酸中还有S 2、磷酸 3、嘧啶碱 胞嘧啶 cytosine C 尿嘧啶 uracil U 胸腺嘧啶 thymine T 4、嘌呤碱 腺嘌呤 adenine A 鸟嘌呤 guanine G 5、戊糖 核糖 存在于RNA中 脱氧核糖 存在于DNA中,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,1、戊 糖(ribose):,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,嘌呤(purine)
3、,腺嘌呤(adenine, A),鸟嘌呤(guanine, G),2、碱 基(base),安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,嘧啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,核苷酸:AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸:dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学
4、遗传学,二 DNA的结构与功能 (一)双螺旋模型,DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,DNA双螺旋结构模型要点 (Watson, Crick, 1953),DNA分子由两条反向平行的双螺旋的脱氧核苷酸单链组成,两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架排列在外侧,绕同一公共轴盘旋。螺旋直径为2nm,形成了相间的大沟(major groove)及小沟(minor groove) 。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,DNA双螺旋结构模型要点 (Watson, Crick
5、, 1953),碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側,与对側碱基形成氢键互补配对(A=T; GC) 。相邻碱基平面距离0.34nm,螺旋一圈螺距3.4nm,一圈10对碱基。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,DNA双螺旋结构模型要点 (Watson, Crick, 1953),氢键维持双链横向稳定性.碱基堆积力维持双链纵向稳定性。对双螺旋的稳定由为重要.,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,2、DNA双螺旋结构的多样性,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,DNA双螺旋结构不同构型的意义: 由于双
6、螺旋结构的不同构型,引起螺旋表面结构的改变,进而影响其生物学功能。如: B型DNA表面有大沟和小沟; A型DNA也有两个沟; Z型DNA仅有一个很深很窄的沟。,DNA双螺旋的这种表面结构有助于DNA结合 蛋白识别并结合特定的DNA序列。 而这种表面构型的变化对于基因组DNA与其DNA结合蛋白的特异性相互作用具有重要的意义。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,三、RNA的结构和功能,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,RNA单链结构环状结构(loop)局部双螺旋结构,具有催化活性的RNA称为核酶。,安徽省承担创新发展行动计
7、划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,RNA的种类、分布、功能,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,二、RNA的功能,(一)hnRNA和mRNA的功能,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息,按碱基互补配对原则抄录下来,以三联体密码的形式决定蛋白质的氨基酸排列顺序。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,tRNA的一级结构特点:1.含有稀有碱基,如 DHU 甲基化嘌呤 假尿嘧啶2.含有茎环结构3末端为 CCA-OH4. tRNA序列中有反密码
8、子,(二)tRNA的功能,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,tRNA的二级结构三叶草形氨基酸臂DHU环反密码环额外环TC环,氨基酸臂,额外环,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,tRNA的三级结构 倒L形,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,tRNA的功能:,2. 活化氨基酸;,1. 搬运氨基酸;,3. 在密码子与对应氨基酸之间起接合体 (adaptor) 的作用。,如:密码子GGU-携带反密码子ACC的tRNA-Gly,密码子tRNA反密码子氨基酸是对号入座的。,安徽省承担创新发展行
9、动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,rRNA的结构,(三)rRNA的功能,rRNA的功能:参与组成核蛋白体,作为蛋白质生物合成的场所。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,第2节 基因,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,一 基因概念,孟德尔(Mendel)的遗传因子:一个因子决定一个性状(1865年)。约翰森(Johannsen):首先提出基因一词(1909年)。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,1857年,奥地利的一名神父孟德尔在他所在的修道院后院开始进行长达8年
10、的豌豆杂交实验。1865年,孟德尔根据豌豆杂交实验的结果,发表了著名的论文植物杂交试验,阐述了他所发现的显性、隐性遗传现象和两个重要遗传学规律分离规律和自由组合规律。,Johann Gregor Mendel(18221884),安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,孟德尔的遗传因子,孟德尔提出: 生物的遗传性状是通过“遗传因子” (hereditary factor)进行传递的 遗传因子是一些独立的遗传单位孟德尔把可观察的性状和控制它的内在的遗传因子区分开来 遗传因子作为基因的雏形名词诞生了,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗
11、传学,1909年,丹麦遗传学家约翰逊在精密遗传学原理一书中根据希腊语“给予生命”之义,创造“基因”(gene)一词来代替孟德尔假定的“遗传因子”。从此基因便成为遗传因子的代名词一直沿用至今。 不过此时的基因仍然是一个未经证实的、仅靠逻辑推理得出的概念。,Wilhelm Ludwig Johannsen(18571927),安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,摩尔根和他的学生利用果蝇作了大量的研究。1926年出版基因论,建立了著名的基因学说。,Thomas Hunt Morgan (18661945),安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课
12、程医学遗传学,摩尔根在基因论中绘制了果蝇基因位置图,首次完成了当时最新的基因概念的描述:基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位,它不仅是决定性状的功能单位,也是一个突变单位和交换单位。 至此,人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,Thoman Hunt Morgan ( 18661945)因发现染色体的遗传机制,创立染色体遗传理论而于1933年获诺贝尔生理学医学奖,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,基因是何物?基因的物质结构和化学组成怎样?基因是如何决定遗传性状的?这些问题在摩尔根时代
13、仍然是谜。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,加拿大生物化学家艾弗里领导的一个研究小组在世界上第一次证明基因就在DNA上。,Oswald Theodore Avery ( 18771955 ),安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,人们彻底摒弃蛋白质是基因的化学本质的概念,是在1953年沃森和克里克提出著名的DNA双螺旋分子结构模型之后。1953年4月25日英国的Nature刊登了沃森和克立克的DNA的双螺旋结构模型,这一天是分子生物学的诞生日。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,Ja
14、mes Dewey Watson( 1928),Francis Harry Compton Crick ( 1916),1953年,DNA双螺旋结构模型被提出来了,两位创立者是美国生物化学家沃森(James Dewey Watson,1928)和英国生物物理学家克里克(Francis Harry Compton Crick,1916)。获1962年的诺贝尔 生理学医学奖。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,无论是核基因还是质基因,都能够储存、传递和表达遗传信息,也都可能发生突变,从而决定生物体的性状。基因之所以能够行使这些重要功能,是与它的结构有密切关系的
15、。那么,基因的结构究竟是怎样的呢,?,?,什么是基因呢,?,基因是有遗传效应的片段,遗传效应是指能够转录为信使,继而翻译为蛋白质的功能。,基因的基本组成单位是,脱氧核苷酸,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,2、 基因的结构,真核细胞的基因根据功能的不同,分为结构基因和调控基因结构基因(structure gene) :决定蛋白质(包括酶)分子结构的基因。结构基因的突变可导致特定蛋白质(或酶)一级结构的改变或影响蛋白质(或酶)量的改变。调控基因(regulator gene) :指某些可调节控制结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功
16、能, 或导致一个或多个蛋白质(或酶)量的改变。,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,真核细胞的基因结构,编码区(转录区),非编码区,非编码区,与RNA聚酶结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子,启动子,终止子,不能转录为信使RNA,不能编码蛋白质,不能转录为信使RNA,不能编码蛋白质,非编码区与内含子都是基因结构中不能编码蛋白质的序列,它们有哪些不同,内含子能转录为信使RNA,?,编码区上游,编码区下游,安徽省承担创新发展行动计划项目(XM6)省级精品在线开放课程医学遗传学,三、基因的功能,(一)贮存遗传信
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- 遗传物质 分子结构 性质 以及 功能
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