第八章遺傳的分子基礎(chǔ)

1、第八章遺傳的分子基礎(chǔ)第八章遺傳的分子基礎(chǔ)第一節(jié)遺傳物質(zhì)是第一節(jié)遺傳物質(zhì)是DNADNA( (或或RNARNA) )一、一、DNADNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)( (一一) )DNADNA是所有生物的是所有生物的染色體染色體所共有的，從噬菌體、病所共有的，從噬菌體、病毒、直到人類的染色體中都含有毒、直到人類的染色體中都含有DNADNA。而蛋白質(zhì)則不同，噬。而蛋白質(zhì)則不同，噬菌體、病毒的蛋白質(zhì)不存在于染色體上，而存在于蛋白質(zhì)外菌體、病毒的蛋白質(zhì)不存在于染色體上，而存在于蛋白質(zhì)外殼上，在細(xì)菌染色體上也沒有蛋白質(zhì)，只是真核生物的染色殼上，在細(xì)菌染色體上也沒有蛋白質(zhì)，只是真核生物的染色體含

2、有核蛋白。體含有核蛋白。( (二二) )同種生物不同組織的細(xì)胞在一定條件下，其核內(nèi)同種生物不同組織的細(xì)胞在一定條件下，其核內(nèi)DNADNA含量基本上是相同的，精子含量基本上是相同的，精子DNADNA的含量恰是體細(xì)胞的一半，的含量恰是體細(xì)胞的一半，蛋白質(zhì)等其它化學(xué)物質(zhì)不符合這種情況蛋白質(zhì)等其它化學(xué)物質(zhì)不符合這種情況( (三三) )同種生物的各種組織的細(xì)胞中，同種生物的各種組織的細(xì)胞中，DNADNA在質(zhì)上恒定，在質(zhì)上恒定，也就是也就是DNADNA在代謝上比較穩(wěn)定，而蛋白質(zhì)在質(zhì)上不恒定，它在代謝上比較穩(wěn)定，而蛋白質(zhì)在質(zhì)上不恒定，它與細(xì)胞內(nèi)的許多分子相似，在代謝中可以一面的迅速合成，與細(xì)胞內(nèi)的許多分子相

3、似，在代謝中可以一面的迅速合成，又一面的分解和轉(zhuǎn)化，例如某些魚類，它們的染色體的蛋白又一面的分解和轉(zhuǎn)化，例如某些魚類，它們的染色體的蛋白質(zhì)一般是組蛋白，且含有少量質(zhì)一般是組蛋白，且含有少量RNARNA，而在成熟精子中，組蛋，而在成熟精子中，組蛋白不見了，全是精蛋白，白不見了，全是精蛋白，RNARNA也測不出?？梢姷鞍踪|(zhì)不符合也測不出?？梢姷鞍踪|(zhì)不符合遺傳物質(zhì)對穩(wěn)定性的要求。遺傳物質(zhì)對穩(wěn)定性的要求。1.31.33.33.31.61.62.52.52.52.5- -3.33.3- -2.52.56.46.43.03.05.65.62.42.46.46.4- -5.65.6家雞家雞牛牛鯉魚鯉魚人人精

4、子精子紅細(xì)胞紅細(xì)胞肝細(xì)胞肝細(xì)胞腎細(xì)胞腎細(xì)胞生物種類生物種類幾種生物的細(xì)胞幾種生物的細(xì)胞( (每一細(xì)胞核每一細(xì)胞核) )中的中的DNADNA含量含量( (單位單位1010-6-6ug)ug)二、二、DNADNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)( (一一) )肺炎球菌的轉(zhuǎn)化肺炎球菌的轉(zhuǎn)化肺炎雙球菌有兩種類型：肺炎雙球菌有兩種類型：S S型：型：具有莢膜具有莢膜( (多糖類物質(zhì)多糖類物質(zhì)) )和毒性，可以使人患肺炎或使小鼠和毒性，可以使人患肺炎或使小鼠患敗血癥。在培養(yǎng)基上形成光滑患敗血癥。在培養(yǎng)基上形成光滑(smooth)(smooth)菌落，故稱光滑型。菌落，故稱光滑型。R R型：型：無莢

5、膜和毒性，不致病。無莢膜和毒性，不致病。在培養(yǎng)基上形成粗糙在培養(yǎng)基上形成粗糙(rough)(rough)菌落菌落, ,故稱粗糙型。故稱粗糙型。 19281928年，英國科學(xué)家年，英國科學(xué)家格里費(fèi)斯格里費(fèi)斯(Griffith)(Griffith)在肺炎球菌實(shí)驗(yàn)中首次在肺炎球菌實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了基因是一類特殊生物分子的發(fā)現(xiàn)了基因是一類特殊生物分子的證據(jù)。證據(jù)。 ( (四四) )各種生物中能改變各種生物中能改變DNADNA結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可引起突變。結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可引起突變。難道難道S S型致病菌復(fù)活了嗎？這就是著名的型致病菌復(fù)活了嗎？這就是著名的“格里費(fèi)斯格里費(fèi)斯之謎之謎”。 Oswald The

6、odore AveryOswald Theodore Avery（ 187718771955 1955 ）多糖多糖類脂類脂蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)RNARNADNADNA 艾弗里艾弗里等人的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：等人的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：從從S S型死菌中分別提取型死菌中分別提取分別與分別與R R型細(xì)菌混合型細(xì)菌混合DNA+DNaseDNA+DNase與與R R型細(xì)菌混合型細(xì)菌混合檢測各組分的轉(zhuǎn)化活性檢測各組分的轉(zhuǎn)化活性只有只有DNADNA具有轉(zhuǎn)化因子活性具有轉(zhuǎn)化因子活性進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)：進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)： 用化學(xué)法和酶法用化學(xué)法和酶法去除去除S S型死菌提取物中的蛋白質(zhì)、類脂、多糖和型死菌提取物中的蛋白質(zhì)、類脂、多糖和RNA RNA

7、 抽提物的剩余物質(zhì)抽提物的剩余物質(zhì) 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化R R型型 S S型型 因此因此19441944年年艾弗里艾弗里等人確認(rèn)：等人確認(rèn)：“轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子”就是就是DNADNA。 艾弗里艾弗里于于19461946年用年用蛋白酶蛋白酶、RNARNA酶酶和和DNADNA酶酶分別處理肺炎分別處理肺炎球菌的細(xì)胞抽提物。球菌的細(xì)胞抽提物。 結(jié)果結(jié)果: : 可以破壞、消化蛋白質(zhì)的可以破壞、消化蛋白質(zhì)的胰蛋白酶胰蛋白酶和和糜蛋白酶糜蛋白酶不影響轉(zhuǎn)不影響轉(zhuǎn)化活性?；钚?。 分解、消化分解、消化RNARNA（而不是消化分解（而不是消化分解DNADNA）的）的RNARNA酶酶對轉(zhuǎn)化活對轉(zhuǎn)化活性無影響。性無影響。 在加入分

8、解、消化在加入分解、消化DNADNA的的DNADNA酶酶后，轉(zhuǎn)化活性喪失。后，轉(zhuǎn)化活性喪失。 這一實(shí)驗(yàn)又進(jìn)一步證明了這一實(shí)驗(yàn)又進(jìn)一步證明了DNADNA是遺傳物質(zhì)，即遺傳物質(zhì)的化是遺傳物質(zhì)，即遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是學(xué)本質(zhì)是DNADNA。這是基因研究史上的一個重要的里程碑。這是基因研究史上的一個重要的里程碑。 19511951年，年，赫里奧特赫里奧特(RHerriott)(RHerriott)提出一個十分富有魅力和提出一個十分富有魅力和啟發(fā)性的假說：啟發(fā)性的假說：“病毒的作用可能像一個充滿著轉(zhuǎn)化因子的注病毒的作用可能像一個充滿著轉(zhuǎn)化因子的注射針。這樣的病毒本身不會進(jìn)入寄主細(xì)胞，它用尾部接觸寄生射針。

9、這樣的病毒本身不會進(jìn)入寄主細(xì)胞，它用尾部接觸寄生細(xì)胞，可能通過酶的作用在細(xì)胞外膜上鉆一小孔，然后病毒頭細(xì)胞，可能通過酶的作用在細(xì)胞外膜上鉆一小孔，然后病毒頭部的部的DNADNA就鉆入細(xì)胞。就鉆入細(xì)胞。” ” 赫爾希赫爾希是研究噬菌體是研究噬菌體的美國微生物學(xué)家，當(dāng)人的美國微生物學(xué)家，當(dāng)人們?yōu)榘ダ锏膶?shí)驗(yàn)而激烈們?yōu)榘ダ锏膶?shí)驗(yàn)而激烈爭論時爭論時, ,他和一些人在考慮，他和一些人在考慮，能否將蛋白質(zhì)和能否將蛋白質(zhì)和DNADNA完全分完全分開，單獨(dú)觀察開，單獨(dú)觀察DNADNA的作用呢？的作用呢？他們受他們受赫里奧特赫里奧特思路的啟思路的啟發(fā)設(shè)計了一個精巧的噬菌發(fā)設(shè)計了一個精巧的噬菌體感染實(shí)驗(yàn)。體感染

10、實(shí)驗(yàn)。( (赫爾希赫爾希與與德德爾布呂克爾布呂克和和盧里亞盧里亞一起，一起，獲獲19691969年的諾貝爾生理學(xué)年的諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎獎醫(yī)學(xué)獎獎) )。 Alfred Day HersheyAlfred Day Hershey（1908190819971997）( (二二) )噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)是DNADNA，而不是蛋白質(zhì)。，而不是蛋白質(zhì)。( (三三) )煙草花葉病毒的重建煙草花葉病毒的重建化學(xué)組成：化學(xué)組成：6%RNA+94%6%RNA+94%蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 形態(tài)特征：管狀微粒形態(tài)特征：管狀微粒 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：中心是單鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：中心是單鏈RNARNA分子，外部是蛋白質(zhì)

11、外殼。分子，外部是蛋白質(zhì)外殼。 弗南克爾柯拉特弗南克爾柯拉特(Frankel(FrankelGonrat)Gonrat)等利用先分離后聚等利用先分離后聚合的方法，重新合成混合的煙草花葉病毒，用它感染煙草葉片。合的方法，重新合成混合的煙草花葉病毒，用它感染煙草葉片。 煙草花葉病毒煙草花葉病毒(TMV)(TMV)在水和苯酚中振蕩在水和苯酚中振蕩TMVRNA+TMVprTMVRNA+TMVpr。如果進(jìn)行三個處理：如果進(jìn)行三個處理：TMVprTMVpr感染煙草感染煙草煙草不被感染煙草不被感染TMVRNATMVRNA感染煙草感染煙草煙草被感染煙草被感染TMVTMV感染煙草感染煙草煙草被感染煙草被感染此實(shí)

12、驗(yàn)證明感染物是此實(shí)驗(yàn)證明感染物是RNARNATMVTMV有很多菌株，其中有很多菌株，其中S S株系：株系：HRHR株系：株系：外殼蛋白不具有組氨酸和甲硫氨酸外殼蛋白不具有組氨酸和甲硫氨酸外殼蛋白具有組氨酸和甲硫氨酸外殼蛋白具有組氨酸和甲硫氨酸在沒有在沒有DNADNA的病毒中，的病毒中，RNARNA是遺傳物質(zhì)。是遺傳物質(zhì)。S RNAS RNAS S病毒病毒S SS S 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)HRHR蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)HR RNAHR RNAHRHR重組重組病毒病毒病葉病葉第二節(jié)第二節(jié)DNADNA的分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制的分子結(jié)構(gòu)與復(fù)制一、兩種核酸的化學(xué)組成及其分布一、兩種核酸的化學(xué)組成及其分布( (一一) )兩種核酸的

13、化學(xué)組成兩種核酸的化學(xué)組成核酸是一種高分子化合物，它的單體是核苷酸，每一核苷核酸是一種高分子化合物，它的單體是核苷酸，每一核苷酸酸(nucleotide)(nucleotide)由三部分組成。由三部分組成。磷酸磷酸磷酸磷酸無機(jī)鹽無機(jī)鹽胞嘧啶（胞嘧啶（C C）尿嘧啶（尿嘧啶（U U）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）嘧啶嘧啶腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G G）腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G G）嘌呤嘌呤堿堿 基基核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖五碳糖五碳糖核糖核苷酸（核苷酸）核糖核苷酸（核苷酸）脫氧核糖核苷酸（脫氧核苷酸）脫氧核糖核苷酸（脫氧核苷酸）基本單位基本

14、單位RNARNADNADNADNADNA與與RNARNA的比較的比較脫氧核苷酸成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式脫氧核苷酸成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式 OH OH H0PH0PO O OH OH 磷酸磷酸 OH OH H0PH0PO O OH OH 磷酸磷酸核苷酸成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式核苷酸成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式脫氧核糖脫氧核糖腺嘌呤腺嘌呤A A鳥嘌呤鳥嘌呤G G胞嘧啶胞嘧啶C C胸腺嘧啶胸腺嘧啶T T核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤A A鳥嘌呤鳥嘌呤G G胞嘧啶胞嘧啶C C尿嘧啶尿嘧啶U U( (二二) )兩種核酸的分布兩種核酸的分布 高等動植物體內(nèi)，絕大部分的高等動植物體內(nèi)，絕大部分的DNADNA在細(xì)胞核內(nèi)的染色體上，在細(xì)胞核內(nèi)的染色體上，它

15、是構(gòu)成染色體的主要成分。有少量的它是構(gòu)成染色體的主要成分。有少量的DNADNA在細(xì)胞質(zhì)中，它存在細(xì)胞質(zhì)中，它存在于葉綠體、線立體等細(xì)胞器內(nèi)。在于葉綠體、線立體等細(xì)胞器內(nèi)。細(xì)菌也含有細(xì)菌也含有DNADNA和和RNARNA。多數(shù)細(xì)菌病毒多數(shù)細(xì)菌病毒( (噬菌體噬菌體) )是是DNADNA，少數(shù)是，少數(shù)是RNARNA；多數(shù)植物病毒；多數(shù)植物病毒是是RNARNA，少數(shù)是，少數(shù)是DNADNA；動物病毒有些含有；動物病毒有些含有DNADNA，有些含有，有些含有RNARNA。二、二、DNADNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)結(jié)構(gòu)DNADNA分子是脫氧核苷酸的多聚體分子是脫氧核苷酸的多聚體( (多核苷酸多核苷酸) )。脫氧

16、核苷酸。脫氧核苷酸是堿基、脫氧核糖、磷酸連接起來構(gòu)成的，共有種。是堿基、脫氧核糖、磷酸連接起來構(gòu)成的，共有種。脫氧腺嘌呤核苷酸脫氧腺嘌呤核苷酸脫氧胸腺嘧啶核苷酸脫氧胸腺嘧啶核苷酸脫氧鳥嘌呤核苷酸脫氧鳥嘌呤核苷酸脫氧胞嘧啶核苷酸脫氧胞嘧啶核苷酸 O OPO O O OPO O O O 4 4 1 1 3 3 2 2CHCH2 255嘧啶嘧啶( (胞嘧啶或胸腺嘧啶胞嘧啶或胸腺嘧啶) ) O OPO O下一個核苷酸下一個核苷酸 O O 4 4 1 1 3 3 2 2CHCH2 255嘌呤嘌呤( (腺嘌呤或鳥嘌呤腺嘌呤或鳥嘌呤) )3-53-5磷酸二脂鍵聯(lián)結(jié)磷酸二脂鍵聯(lián)結(jié)三、三、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)

17、的分子結(jié)構(gòu)19531953年年WatsonWatson和和CrickCrick依據(jù)兩個線索依據(jù)兩個線索James Dewey WatsonJames Dewey Watson（ 19281928） Francis Harry Compton CrickFrancis Harry Compton Crick （ 19161916） 富蘭克林富蘭克林拍攝的拍攝的DNADNA晶體的晶體的X X射線衍射照片，這張照射線衍射照片，這張照片正是發(fā)現(xiàn)片正是發(fā)現(xiàn)DNADNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵 通過通過X X射線對射線對DNADNA的衍射研究結(jié)果的衍射研究結(jié)果 根據(jù)根據(jù)Chargaff(1951)Charga

18、ff(1951)關(guān)于堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律。提出關(guān)于堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律。提出DNADNA分分子的空間結(jié)構(gòu)子的空間結(jié)構(gòu)(DNA(DNA的模型的模型) )。獲獲19621962年的諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。年的諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。(a)“(a)“帶子帶子”表示磷酸糖主鏈，水平的堿基對在中心。表示磷酸糖主鏈，水平的堿基對在中心。(b)(b)分子中糖環(huán)平面分子中糖環(huán)平面與堿基平面的空間關(guān)系與堿基平面的空間關(guān)系(c)DNA(c)DNA的原子模型的原子模型大溝大溝小溝小溝糖糖- -磷酸主鏈磷酸主鏈堆積的堿基對堆積的堿基對-H-H-H-H-H-HH-H-H-H-H-HH-H-H-H-H-HH-H-DNADNA分子結(jié)構(gòu)

19、的特點(diǎn)分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn): :DNADNA分子是兩條長鏈互相旋轉(zhuǎn)而成的一種雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子是兩條長鏈互相旋轉(zhuǎn)而成的一種雙螺旋結(jié)構(gòu)，每一條鏈的主線代表交互存在的糖和磷酸，兩條鏈的極性每一條鏈的主線代表交互存在的糖和磷酸，兩條鏈的極性相反相反( (反向平行反向平行) )。堿基的排列位置與主線成直角，向。堿基的排列位置與主線成直角，向DNADNA分分子的中央突出。一條鏈的堿基總與另一條鏈同一水平上的子的中央突出。一條鏈的堿基總與另一條鏈同一水平上的堿基配對，每對堿基由弱氫鍵聯(lián)結(jié)起來。堿基配對，每對堿基由弱氫鍵聯(lián)結(jié)起來。堿基配對的原則是堿基配對的原則是A A與與T T配對配對( (通過兩個氫鍵聯(lián)結(jié)通過兩個

20、氫鍵聯(lián)結(jié)) )，C C與與G G配對配對( (通過三個氫鍵聯(lián)結(jié)通過三個氫鍵聯(lián)結(jié)) )。四、雙鏈四、雙鏈DNADNA的不同構(gòu)型的不同構(gòu)型( (一一)B-DNA)B-DNA，Watson-CrickWatson-Crick模型，是右手螺旋，堿基的模型，是右手螺旋，堿基的平面對平面對DNADNA分子的中軸是垂直的，細(xì)胞內(nèi)分子的中軸是垂直的，細(xì)胞內(nèi)B-DNAB-DNA分子每轉(zhuǎn)一分子每轉(zhuǎn)一圈平均包括圈平均包括10.410.4核苷酸對。在正常生理狀態(tài)時，核苷酸對。在正常生理狀態(tài)時，DNADNA分子大分子大都屬于這種形式。都屬于這種形式。 ( (二二)A-DNA)A-DNA，右旋，每轉(zhuǎn)一圈大約含，右旋，每轉(zhuǎn)

21、一圈大約含1111個堿基對。在高鹽分或個堿基對。在高鹽分或脫水狀態(tài)時，脫水狀態(tài)時，DNADNA常以常以A-DNAA-DNA型方式存在。在活細(xì)胞中型方式存在。在活細(xì)胞中DNA-RNADNA-RNA異源異源雙鏈或雙鏈或RNA-RNARNA-RNA雙鏈以這種方式存在。雙鏈以這種方式存在。 ( (三三)Z-DNA)Z-DNA，Z Z表示糖、磷酸主干呈表示糖、磷酸主干呈Z Z字型，此型雙鏈中堿基平字型，此型雙鏈中堿基平面對螺旋中軸不成直角，每轉(zhuǎn)一圈約有面對螺旋中軸不成直角，每轉(zhuǎn)一圈約有1212個堿基對。這種構(gòu)型可個堿基對。這種構(gòu)型可能與真核類中基因活性有重要關(guān)系。能與真核類中基因活性有重要關(guān)系。五、五、

22、DNADNA的變性、復(fù)性及解鏈溫度的變性、復(fù)性及解鏈溫度( (一一)DNA)DNA的變性的變性將雙鏈將雙鏈DNADNA在中性鹽溶液中加熱，在中性鹽溶液中加熱， DNADNA分子的共價鍵不受影響，分子的共價鍵不受影響，而互補(bǔ)堿基對間的氫鍵則被打開，從而使兩條多核苷酸鏈分開成而互補(bǔ)堿基對間的氫鍵則被打開，從而使兩條多核苷酸鏈分開成為兩條單鏈。為兩條單鏈。( (二二)DNA)DNA的復(fù)性的復(fù)性變性后成為單鏈的變性后成為單鏈的DNADNA，在適當(dāng)條件下又能恢復(fù)為雙鏈，在適當(dāng)條件下又能恢復(fù)為雙鏈DNADNA。( (三三) )解鏈溫度：解鏈溫度：加熱使溶液中加熱使溶液中DNADNA分子的分子的50%50%

23、成為單鏈時所需的溫度，記作成為單鏈時所需的溫度，記作TmTm。六、六、 DNADNA的復(fù)制的復(fù)制19531953年年WatsonWatson和和CrickCrick提提出出DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時就設(shè)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時就設(shè)想了復(fù)制的模式。想了復(fù)制的模式。( (一一) )復(fù)制方式是復(fù)制方式是半保留式復(fù)制半保留式復(fù)制 半保留復(fù)制在半保留復(fù)制在19581958年由年由MeselsonMeselson和和StahlStahl用用密度梯度密度梯度離心技術(shù)離心技術(shù)所證明。所證明。19631963年又被年又被CairnsCairns用用放射拍攝技術(shù)放射拍攝技術(shù)直觀地直觀地顯示出來。繼而又證明，顯示出來。繼

24、而又證明，DNADNA的半保留復(fù)制方式存在于動物、的半保留復(fù)制方式存在于動物、植物、細(xì)菌、一部分噬菌體和植物、細(xì)菌、一部分噬菌體和動物病毒中。以后發(fā)展一種新動物病毒中。以后發(fā)展一種新的染色方法的染色方法染色體色差法染色體色差法直接觀察染色體的半保留復(fù)制。直接觀察染色體的半保留復(fù)制。( (二二) )半保留式復(fù)制的證明半保留式復(fù)制的證明、密度梯度離心技術(shù)、密度梯度離心技術(shù)( (Meselson- StahlMeselson- Stahl實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)) )：首先在首先在培養(yǎng)基中培養(yǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)然后轉(zhuǎn)到然后轉(zhuǎn)到培養(yǎng)基中培養(yǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)1414N N對照系統(tǒng)對照系統(tǒng)1515N N對照系統(tǒng)對照系統(tǒng)第一代第一代

25、第二代第二代提取提取DNADNA，進(jìn)行密度梯度超離心，進(jìn)行密度梯度超離心E.coli E.coli 細(xì)胞細(xì)胞用用標(biāo)記的親本標(biāo)記的親本DNADNA中第一次中第一次復(fù)制復(fù)制中第二次復(fù)制中第二次復(fù)制實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DNADNA復(fù)復(fù)制是半保留復(fù)制制是半保留復(fù)制(a)(a)實(shí)驗(yàn)結(jié)果染色體放射自顯影的圖示實(shí)驗(yàn)結(jié)果染色體放射自顯影的圖示(b)(b)按半保留復(fù)制預(yù)期按半保留復(fù)制預(yù)期DNADNA在復(fù)制過程中標(biāo)記情況在復(fù)制過程中標(biāo)記情況2 2、放射自顯影技術(shù)證明、放射自顯影技術(shù)證明放射自顯影技術(shù)觀察染色體（放射自顯影技術(shù)觀察染色體（蠶豆根尖放射自顯影實(shí)驗(yàn)蠶豆根尖放射自顯影實(shí)驗(yàn)）放射自顯影技術(shù)觀察放射自顯影

26、技術(shù)觀察DNADNA復(fù)制叉：復(fù)制叉：復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn) ( (雙螺旋雙螺旋DNADNA兩條親本鏈分開使復(fù)制兩條親本鏈分開使復(fù)制能進(jìn)行的部位能進(jìn)行的部位) )。復(fù)制眼：復(fù)制眼： 在一個長的未復(fù)制區(qū)域內(nèi)在一個長的未復(fù)制區(qū)域內(nèi)DNADNA已經(jīng)復(fù)制的區(qū)域已經(jīng)復(fù)制的區(qū)域、染色體色差法證明、染色體色差法證明( (三三)DNA)DNA復(fù)制的起點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制方向復(fù)制的起點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制方向1 1、 復(fù)制的起點(diǎn)復(fù)制的起點(diǎn) DNADNA開始復(fù)制的固定點(diǎn)，常用開始復(fù)制的固定點(diǎn)，常用oriori表示。表示。 原核生物復(fù)制的起點(diǎn)只有一個，真核生物的復(fù)制起點(diǎn)有幾原核生物復(fù)制的起點(diǎn)只有一個，真核生物的復(fù)

27、制起點(diǎn)有幾個。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含個。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含A A、T T的區(qū)段。的區(qū)段。、復(fù)制子、復(fù)制子一個獨(dú)立的復(fù)制單位稱一個復(fù)制子。一個獨(dú)立的復(fù)制單位稱一個復(fù)制子。 原核生物的原核生物的DNADNA為單復(fù)制子，真核生物的為單復(fù)制子，真核生物的DNADNA為多復(fù)制子。為多復(fù)制子。、復(fù)制方向、復(fù)制方向大多數(shù)生物體內(nèi)大多數(shù)生物體內(nèi)DNADNA的復(fù)制都以的復(fù)制都以雙向等速雙向等速方式進(jìn)行，但也方式進(jìn)行，但也有另外情況。有另外情況。 例如例如枯草桿菌枯草桿菌中，復(fù)制是從起點(diǎn)開始雙向進(jìn)行的，但兩個中，復(fù)制是從起點(diǎn)開始雙向進(jìn)行的，但兩個復(fù)制叉的移動是不對稱的，在一個方向上移動染色體的復(fù)制叉的

28、移動是不對稱的，在一個方向上移動染色體的1/51/5距距離，然后停下來等另一個方向復(fù)制離，然后停下來等另一個方向復(fù)制4/54/5的距離；質(zhì)粒的距離；質(zhì)粒ColEColE復(fù)復(fù)制完全是單向進(jìn)行的。制完全是單向進(jìn)行的。復(fù)制復(fù)制起點(diǎn)起點(diǎn)復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制叉大腸桿菌染色體大腸桿菌染色體DNADNA雙向復(fù)制模式雙向復(fù)制模式真核生物真核生物DNADNA復(fù)制有多個復(fù)制起點(diǎn)，同時雙向復(fù)制復(fù)制有多個復(fù)制起點(diǎn)，同時雙向復(fù)制( (四四)DNA)DNA的酶促合成的酶促合成 Arthur KornbergArthur Kornberg( (美國生物化美國生物化學(xué)專家，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授學(xué)專家，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授)

29、 )等等19551955年開始尋找合成年開始尋找合成DNADNA的酶。于的酶。于19561956年在大腸桿菌的提取液中發(fā)現(xiàn)年在大腸桿菌的提取液中發(fā)現(xiàn)了了DNADNA聚合酶，聚合酶，獲獲19591959年諾貝爾獎年諾貝爾獎。1 1、DNADNA聚合酶聚合酶(DNA polymerase)(DNA polymerase) DNA DNA合成時，催化核苷酸加到一合成時，催化核苷酸加到一個正在延伸的個正在延伸的DNADNA鏈上的酶。鏈上的酶。共同特點(diǎn)是：共同特點(diǎn)是：需要提供合成模板。需要提供合成模板。不能起始新的不能起始新的DNADNA鏈，必須要鏈，必須要引物提供引物提供33OHOH。 合成的方向都是

30、合成的方向都是5 53(DNA3(DNA鏈的延長方向鏈的延長方向) )。 除聚合除聚合DNADNA外還有其它功能。外還有其它功能。Arthur KornbergArthur Kornberg聚聚合合反反應(yīng)應(yīng)的的基基本本過過程程DNADNA聚聚合合酶酶的的校校正正反反應(yīng)應(yīng) 5 3 G T A A G T C G C T C A G C 5 3 35外切 核 酸酶水解部位 DNA 聚合酶的 35外切酶活性 (仿 D.Freifelder: MOLECULAR BIOLOGY 1983,Fig.8-16) 3 5 G G A C A A G A G A C G T T C T 5 3 內(nèi)切酸酶水解部

31、位 DNA 聚合酶的內(nèi)切酸活性 (仿 D.Freifelder: MOLECULAR BIOLOGY 1983,Fig.8-20) 復(fù)復(fù)制制叉叉移移動動方方向向先導(dǎo)鏈先導(dǎo)鏈滯后鏈滯后鏈崗崎片段崗崎片段RNARNA引物：引物： 由由引物酶引物酶催化催化NTPNTP的聚合而形成的短片段的聚合而形成的短片段RNARNA，為，為DNADNA聚合聚合提供提供3 3 -OH-OH末端。末端。2 2、引物酶、引物酶(primase)(primase) 依賴依賴DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶, ,催化催化RNARNA引物引物的合成。的合成。、DNADNA解旋酶解旋酶(helicase) (helic

32、ase) 能利用能利用ATPATP釋放的能量，驅(qū)動釋放的能量，驅(qū)動DNADNA的兩條鏈分開的兩條鏈分開 E.coliE.coli中最重要的解旋酶是中最重要的解旋酶是DnaBDnaB，它是一個與引發(fā)體中，它是一個與引發(fā)體中的引發(fā)酶緊密聚合的蛋白質(zhì)。的引發(fā)酶緊密聚合的蛋白質(zhì)。DnaBDnaB使復(fù)制叉前面的雙螺旋使復(fù)制叉前面的雙螺旋DNADNA解旋，解旋過程是與核苷三磷酸水解過程相偶聯(lián)的。解旋，解旋過程是與核苷三磷酸水解過程相偶聯(lián)的。 表表11-3 11-3 E.coliE.coli及噬菌體的解旋酶及噬菌體的解旋酶解解 旋旋 酶酶 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 功功 能能DnaBDnaB330 K330 K六聚體六聚

33、體結(jié)合與結(jié)合與OriC,OriOriC,Ori參與前引參與前引發(fā)分離雙鏈，水解發(fā)分離雙鏈，水解ATP ATP ，提，提供能量。供能量。reprep蛋白蛋白66 K66 K單體單體ATPATP依賴性解旋酶，依賴性解旋酶，X174X174滾環(huán)復(fù)制中推進(jìn)復(fù)制叉滾環(huán)復(fù)制中推進(jìn)復(fù)制叉PriA(wPriA(w蛋白蛋白) )82 K82 K單體單體X174RfX174Rf形成中參與前引發(fā)形成中參與前引發(fā)體體3535移動取代移動取代SSBSSB，識別特異位點(diǎn)。識別特異位點(diǎn)。TraY/ITraY/I多聚體多聚體F F因子滾環(huán)復(fù)制中解鏈。因子滾環(huán)復(fù)制中解鏈。基因基因4 4蛋白蛋白58 K58 KT7T7噬菌體復(fù)制

34、中延噬菌體復(fù)制中延5353解鏈。解鏈。4 4、DNADNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase) (topoisomerase) DNADNA快速解旋在復(fù)制叉處形成超螺旋頭部快速解旋在復(fù)制叉處形成超螺旋頭部, DNA, DNA拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶的作用是將解旋酶作用后產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)張力釋放掉。構(gòu)酶的作用是將解旋酶作用后產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)張力釋放掉。 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶I I是切斷是切斷DNADNA中的一條鏈，使中的一條鏈，使DNADNA旋轉(zhuǎn)，而拓旋轉(zhuǎn)，而拓?fù)洚悩?gòu)酶撲異構(gòu)酶IIII可以切斷可以切斷DNADNA的兩條鏈的兩條鏈。5 5、單鏈結(jié)合蛋白、單鏈結(jié)合蛋白(SSB)(SSB)其作用是當(dāng)解旋酶作

35、用后，它可以防止解開的螺旋恢其作用是當(dāng)解旋酶作用后，它可以防止解開的螺旋恢復(fù)原來狀態(tài)。復(fù)原來狀態(tài)。 它對單鏈它對單鏈DNADNA有非常高的親和性，有非常高的親和性，滯后鏈滯后鏈合成的開始需合成的開始需要單鏈結(jié)合蛋白，要單鏈結(jié)合蛋白，前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈可以連續(xù)合成，所以解旋后就不可以連續(xù)合成，所以解旋后就不需要這種蛋白了。需要這種蛋白了。 DNA DNA聚合酶聚合酶I I識別并結(jié)合于新識別并結(jié)合于新DNADNA鏈的鏈的3 3端和下一個端和下一個RNARNA引引物之間的切口。然后物之間的切口。然后5 5 3 3外切酶活性催化第外切酶活性催化第1 1個個RNARNA核苷酸核苷酸水解，而水解，而5 5 3

36、3聚合酶活性將一個脫氧核苷酸加到新聚合酶活性將一個脫氧核苷酸加到新DNADNA鏈的鏈的3 3端，這種同時降解和合成的過程稱為端，這種同時降解和合成的過程稱為切口平移。切口平移。 5 5 3 - -O OH H 5 5 - -P P 3 5 5 3 3 5 5 缺缺口口平平移移 鏈鏈的的置置換換 模模板板轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換 5 5 3 5 5 5 5 3 3 5 5 3 3 5 5 3 5 5 3 5 5 ( (a a) ) ( (b b) ) ( (c c) ) 圖12-21 DNA聚合酶53外切活性的功能DNADNA聚合酶聚合酶6 6、DNADNA連接酶連接酶(DNA ligase)(DNA liga

37、se) 能催化修復(fù)斷裂的單鏈能催化修復(fù)斷裂的單鏈DNADNA的磷酸二酯鍵，并能把岡崎的磷酸二酯鍵，并能把岡崎片斷連接起來，形成一條連續(xù)的子鏈。片斷連接起來，形成一條連續(xù)的子鏈。其作用機(jī)制是分三步進(jìn)行：其作用機(jī)制是分三步進(jìn)行：E EATPEATPEAMPAMPppippi 在在E.coliE.coli中，中， E ENADNAD（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）EEAMPAMPNMN(NMN(煙酰煙酰胺單核苷酸胺單核苷酸) )E-AMPE-AMP上的上的AMPAMP轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到DNADNA的的5-PO5-PO4 4上使其活化上使其活化活化的活化的55POPO4 4與相鄰的與相鄰的3

38、3OHOH作用形成作用形成3355磷酸二酯鍵，并釋放出磷酸二酯鍵，并釋放出AMPAMP。DNADNA雙螺旋復(fù)制的從頭起始包括一些連續(xù)的步驟：雙螺旋復(fù)制的從頭起始包括一些連續(xù)的步驟： DNADNA分子上一段短的區(qū)域發(fā)生熔解反應(yīng)，分子上一段短的區(qū)域發(fā)生熔解反應(yīng)，雙鏈分離雙鏈分離形形成單鏈區(qū)域。成單鏈區(qū)域。 解旋點(diǎn)沿解旋點(diǎn)沿DNADNA移動標(biāo)志著移動標(biāo)志著復(fù)制叉的產(chǎn)生復(fù)制叉的產(chǎn)生，復(fù)制叉在，復(fù)制叉在DNADNA鏈延伸時將連續(xù)移動。鏈延伸時將連續(xù)移動。 引發(fā)反應(yīng)和引發(fā)反應(yīng)和RNARNA引物的合成引物的合成。( (五五)DNA)DNA復(fù)制的基本過程復(fù)制的基本過程1 1、復(fù)制的起始、復(fù)制的起始起始方式：起

39、始方式：從頭起始從頭起始: :共價延伸共價延伸: :DNADNA鏈的合成從頭開始。鏈的合成從頭開始。新鏈從原有的親鏈上開始合成。新鏈從原有的親鏈上開始合成。2 2、延伸過程、延伸過程 DNADNA聚合酶把新生鏈的第一個核苷酸加到引物的聚合酶把新生鏈的第一個核苷酸加到引物的33羥基上，羥基上，就開始新生鏈的延伸過程。就開始新生鏈的延伸過程。 在復(fù)制起始點(diǎn)處，分開的兩條鏈中，一條模板鏈的方向是在復(fù)制起始點(diǎn)處，分開的兩條鏈中，一條模板鏈的方向是3 3-5-5， DNADNA合成的方向與復(fù)制叉移動的方向相同，以此鏈為模合成的方向與復(fù)制叉移動的方向相同，以此鏈為模板，在板，在DNADNA聚合酶的參與下新

40、鏈連續(xù)合成，方向?yàn)榫酆厦傅膮⑴c下新鏈連續(xù)合成，方向?yàn)? 5-3-3。另一條。另一條模板鏈的方向則是模板鏈的方向則是5 5-3-3， DNADNA合成的方向與復(fù)制叉移動的方向合成的方向與復(fù)制叉移動的方向相反。以這鏈為模板合成時，先要有引物酶的催化下合成相反。以這鏈為模板合成時，先要有引物酶的催化下合成RNARNA短短鏈作為引物。接著在鏈作為引物。接著在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，合成岡崎片段或的催化下，合成岡崎片段或DNADNA短鏈。當(dāng)后一短鏈。當(dāng)后一DNADNA短鏈合成后，在短鏈合成后，在DNADNA聚合酶聚合酶的參與下，前的參與下，前一短鏈的一短鏈的RNARNA引物被降解，而且引物被降

41、解，而且RNARNA切除后留下的空隙被填補(bǔ)，切除后留下的空隙被填補(bǔ)，然后在連接酶的催化下，使不連續(xù)的短鏈連接成為然后在連接酶的催化下，使不連續(xù)的短鏈連接成為DNADNA新鏈。最新鏈。最后兩條新合成的鏈連同自己的模板鏈，形成兩個相同的后兩條新合成的鏈連同自己的模板鏈，形成兩個相同的DNADNA分子。分子。3 3、復(fù)制終止、復(fù)制終止 DNADNA復(fù)制終止于復(fù)制終止于terter區(qū)，在區(qū)，在terter區(qū)內(nèi)存在區(qū)內(nèi)存在5 5個個DNADNA序列序列(terA(terA到到terE)terE)。在染色體上制造復(fù)制叉。在染色體上制造復(fù)制叉“ “ 陷井陷井”區(qū)，復(fù)制叉可以進(jìn)入?yún)^(qū)，復(fù)制叉可以進(jìn)入但不能出來。

42、順時針陷井由但不能出來。順時針陷井由terterB B和和terterC C構(gòu)成，反時針陷井由構(gòu)成，反時針陷井由terterA A、terterD D和和terterE E構(gòu)成。陷井區(qū)是終止子利用物質(zhì)（構(gòu)成。陷井區(qū)是終止子利用物質(zhì)（TusTus）的）的結(jié)合部位。結(jié)合部位。TusTus可以和每一個可以和每一個terter結(jié)合。一旦形成結(jié)合。一旦形成Tus-Tus-terter復(fù)合復(fù)合物，就可以通過阻止解旋酶解旋物，就可以通過阻止解旋酶解旋DNADNA來封閉復(fù)制叉的通路。來封閉復(fù)制叉的通路。Tus-Tus-terter復(fù)合物只捕獲來自一個方向（順時針或反時針）的復(fù)復(fù)合物只捕獲來自一個方向（順時針或

43、反時針）的復(fù)制叉，而對來自另一個方向（反時針或順時針）的復(fù)制叉不起制叉，而對來自另一個方向（反時針或順時針）的復(fù)制叉不起作用。終止區(qū)這樣安排可確保兩個從相反方向進(jìn)入作用。終止區(qū)這樣安排可確保兩個從相反方向進(jìn)入terter區(qū)的復(fù)區(qū)的復(fù)制叉總能相遇，當(dāng)一個復(fù)制叉遇到另一個復(fù)制叉時，制叉總能相遇，當(dāng)一個復(fù)制叉遇到另一個復(fù)制叉時，DNADNA復(fù)制復(fù)制就完成了。就完成了。( (六六) )真核真核DNADNA的復(fù)制：的復(fù)制： DNADNA的復(fù)制對于真核細(xì)胞與原核細(xì)胞兩者相比，主要有下列的復(fù)制對于真核細(xì)胞與原核細(xì)胞兩者相比，主要有下列不同之處：不同之處： 真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNADNA的復(fù)制有多個起的復(fù)制有多

44、個起始點(diǎn)始點(diǎn)，即具有多個復(fù)制叉來，即具有多個復(fù)制叉來完成，并且常是雙向延長。而原核細(xì)胞常具一個復(fù)制叉。完成，并且常是雙向延長。而原核細(xì)胞常具一個復(fù)制叉。 真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的岡崎片段岡崎片段較小，常為較小，常為100-200100-200個核苷酸；個核苷酸；引物引物也較小，約為也較小，約為1010個核苷酸。個核苷酸。 真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNADNA復(fù)制的速度復(fù)制的速度比原核生物慢，基因組比原核生比原核生物慢，基因組比原核生物大。然而真核生物物大。然而真核生物DNADNA上有多個復(fù)制點(diǎn)，所以復(fù)制的總速度可上有多個復(fù)制點(diǎn)，所以復(fù)制的總速度可能比原核生物更快。能比原核生物更快。 真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的D

45、NADNA在全部復(fù)制完成之前，起點(diǎn)不再從新開始在全部復(fù)制完成之前，起點(diǎn)不再從新開始復(fù)制，而在快速生長的原核生物，起點(diǎn)可以復(fù)制，而在快速生長的原核生物，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制連續(xù)發(fā)動復(fù)制。 DNADNA聚合酶的作用聚合酶的作用有差別。原核具有有差別。原核具有3 3種聚合酶，真核具有種聚合酶，真核具有4(4(或或5)5)種聚合酶，且除了聚合酶種聚合酶，且除了聚合酶外都不具有外切酶活力。外都不具有外切酶活力。 真核細(xì)胞線性染色體的末端真核細(xì)胞線性染色體的末端DNADNA稱為稱為端粒端粒(telomere)(telomere)。端。端粒的復(fù)制由一種特殊的酶粒的復(fù)制由一種特殊的酶端粒酶（端粒酶（telom

46、erasetelomerase）所催化。）所催化。( (七七)DNA)DNA復(fù)制的其它方式復(fù)制的其它方式1 1、滾環(huán)復(fù)制、滾環(huán)復(fù)制 是噬菌體中常見的是噬菌體中常見的DNADNA復(fù)復(fù)制方式。許多病毒制方式。許多病毒DNADNA的復(fù)制、的復(fù)制、質(zhì)粒、質(zhì)粒、F F因子在接合轉(zhuǎn)移時其因子在接合轉(zhuǎn)移時其DNADNA的復(fù)制等。的復(fù)制等。 首先引發(fā)體組裝在模板鏈?zhǔn)紫纫l(fā)體組裝在模板鏈( (鏈鏈) )上上 ，開始合成，開始合成RNARNA引物，引物，然后在然后在DNADNA聚合酶聚合酶作用下，作用下，引物延伸生成一個互補(bǔ)鏈引物延伸生成一個互補(bǔ)鏈( (鏈鏈) )。生成的雙鏈。生成的雙鏈DNADNA分子通過分子通

47、過一個噬菌體編碼的內(nèi)切酶在一個噬菌體編碼的內(nèi)切酶在鏈上的特定部位制造一個缺口。鏈上的特定部位制造一個缺口。最后在最后在DNADNA聚合酶聚合酶作用下，作用下，鏈從暴露出的鏈從暴露出的3 3羥基延伸，羥基延伸，取代原來的鏈。取代原來的鏈。 2 2、D-D-環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制 線粒體線粒體DNADNA的一種特的一種特殊環(huán)復(fù)制方式。殊環(huán)復(fù)制方式。 環(huán)狀雙螺旋環(huán)狀雙螺旋DNADNA在某在某一點(diǎn)解旋，開始復(fù)制。但一點(diǎn)解旋，開始復(fù)制。但前導(dǎo)鏈和滯后鏈的起點(diǎn)不前導(dǎo)鏈和滯后鏈的起點(diǎn)不在同一位點(diǎn)。首先合成前在同一位點(diǎn)。首先合成前導(dǎo)鏈，結(jié)果一條鏈（滯后導(dǎo)鏈，結(jié)果一條鏈（滯后鏈模板）仍維持單鏈。形鏈模板）仍維持單鏈。形成

48、一個成一個D D字型的環(huán)。當(dāng)前字型的環(huán)。當(dāng)前導(dǎo)鏈合成到某一點(diǎn)時，露導(dǎo)鏈合成到某一點(diǎn)時，露出滯后鏈的起點(diǎn)，滯后鏈出滯后鏈的起點(diǎn)，滯后鏈開始復(fù)制。開始復(fù)制?？傊?，總之，DNADNA復(fù)制分子機(jī)制的基本特點(diǎn)是：復(fù)制分子機(jī)制的基本特點(diǎn)是： 1 1、復(fù)制是半保留的。、復(fù)制是半保留的。（方式）（方式） 2 2、復(fù)制起始于細(xì)菌或病毒的特定部位，真核生物有多個、復(fù)制起始于細(xì)菌或病毒的特定部位，真核生物有多個起始點(diǎn)。起始點(diǎn)。（起點(diǎn)）（起點(diǎn)） 3 3、復(fù)制可以朝一個方向，也可以向兩個方向進(jìn)行，后者、復(fù)制可以朝一個方向，也可以向兩個方向進(jìn)行，后者更為常見。更為常見。（方向）（方向） 4 4、復(fù)制時，、復(fù)制時，DNAD

49、NA的兩條鏈都從的兩條鏈都從5 5 端向端向3 3 端延伸。端延伸。（延長）（延長） 5 5復(fù)制是半不連續(xù)的，前導(dǎo)鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，后隨鏈?zhǔn)遣粡?fù)制是半不連續(xù)的，前導(dǎo)鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，后隨鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成的，即先合成短的岡崎片段，再連接起來構(gòu)成后隨連續(xù)合成的，即先合成短的岡崎片段，再連接起來構(gòu)成后隨鏈。鏈。（半不連續(xù)）（半不連續(xù)） 6 6、岡崎片段的合成起始于一小段、岡崎片段的合成起始于一小段RNARNA引物，這一小段引物，這一小段RNARNA以后被酶切除，缺口由脫氧核苷酸補(bǔ)滿后再與新生以后被酶切除，缺口由脫氧核苷酸補(bǔ)滿后再與新生DNADNA鏈連接鏈連接在一起。在一起。（剛起片段的鏈接）（剛起片段的鏈

50、接） 7 7、復(fù)制有多種機(jī)制，即使在同一個細(xì)胞里，也可因環(huán)、復(fù)制有多種機(jī)制，即使在同一個細(xì)胞里，也可因環(huán)境境酶的豐富程度、溫度、營養(yǎng)條件等的不同而具有不同酶的豐富程度、溫度、營養(yǎng)條件等的不同而具有不同的起始機(jī)制和鏈延長的方式。的起始機(jī)制和鏈延長的方式。（復(fù)雜性）（復(fù)雜性）第三節(jié)基因的本質(zhì)第三節(jié)基因的本質(zhì)一、基因和一、基因和DNADNA 基因是基因是DNADNA分子的一個區(qū)段，包含分子的一個區(qū)段，包含5005006000bp6000bp，也就是說，也就是說基因是一段含特定遺傳信息的核苷酸序列?；蚴且欢魏囟ㄟz傳信息的核苷酸序列。證明方法：證明方法： 測定基因的核苷酸順序和由它所決定的蛋白質(zhì)的氨

51、基酸順測定基因的核苷酸順序和由它所決定的蛋白質(zhì)的氨基酸順序，根據(jù)遺傳密碼，比較兩者的順序是否相對應(yīng)。序，根據(jù)遺傳密碼，比較兩者的順序是否相對應(yīng)。堿基順序的測定：堿基順序的測定：cDNAcDNA+ +質(zhì)粒質(zhì)粒大腸桿菌大腸桿菌DNADNARNARNA3232P-TP-T3232P-TCAGCCCATP-TCAGCCCAT3232P-TCAGCCCATGGTP-TCAGCCCATGGT3232P-TCAGCCCATGGTTP-TCAGCCCATGGTT化學(xué)處理，化學(xué)處理，使使DNADNA片段片段在含在含T T的地的地方切斷方切斷或用另或用另3 3種不同的化學(xué)種不同的化學(xué)降解在降解在C C、A A、G

52、 G處隨機(jī)處隨機(jī)切斷切斷3232P-TCAGCCCATGGTTAAGAP-TCAGCCCATGGTTAAGA5 5 端用端用3232P P標(biāo)記標(biāo)記DNADNA片段片段DNADNA隨機(jī)片段混合物隨機(jī)片段混合物用同一凝膠進(jìn)行電泳用同一凝膠進(jìn)行電泳分別產(chǎn)生分別產(chǎn)生DNADNA隨機(jī)片段隨機(jī)片段TCAGCCCCATGGTTAAGATCAGCCCCATGGTTAAGA片段長度依電泳方向遞減片段長度依電泳方向遞減DNADNA片段堿基順序的測定片段堿基順序的測定T C A G T C A G 肽鏈氨基酸順序的測定：肽鏈氨基酸順序的測定： PITCPITC反應(yīng)、層析法、肽鏈氨基酸自動測序儀。反應(yīng)、層析法、肽鏈氨

53、基酸自動測序儀。 例如：噬菌體例如：噬菌體MSMS2 2遺傳物質(zhì)為遺傳物質(zhì)為RNARNA，同時還是，同時還是mRNA mRNA ，含，含36593659個堿基，個堿基，3 3個基因，編碼個基因，編碼“A”A”蛋白，外殼蛋白和蛋白，外殼蛋白和RNARNA復(fù)制酶復(fù)制酶 RNARNA的核苷酸順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序可以對應(yīng)。的核苷酸順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序可以對應(yīng)。 基因的起始密碼子是基因的起始密碼子是AUGAUG，而終止密碼子是，而終止密碼子是UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA。 基因與基因間有基因間區(qū)域?；蚺c基因間有基因間區(qū)域。( (一一) )基因概念的發(fā)展基因概念的發(fā)展閱讀框（閱讀框（

54、open reading frameopen reading frame）：）： 從起始密碼子開始到終止密碼子為止的連續(xù)核苷酸密碼序從起始密碼子開始到終止密碼子為止的連續(xù)核苷酸密碼序列。列。1 1、割裂基因、割裂基因( (斷裂基因斷裂基因 split gene):split gene): 真核類的基因的編碼順序由若干非編碼區(qū)域所隔開真核類的基因的編碼順序由若干非編碼區(qū)域所隔開, ,使閱使閱讀框不連續(xù)。這種基因稱讀框不連續(xù)。這種基因稱_。內(nèi)含子內(nèi)含子(intron):(intron): 轉(zhuǎn)錄后被切除，從而不翻譯為蛋白質(zhì)的部分。轉(zhuǎn)錄后被切除，從而不翻譯為蛋白質(zhì)的部分。外顯子外顯子(exon(exo

55、n或或extron):extron): 轉(zhuǎn)錄后不被切除，繼而翻譯為蛋白質(zhì)的部分。轉(zhuǎn)錄后不被切除，繼而翻譯為蛋白質(zhì)的部分。斜線：與轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)有關(guān)；斜線：與轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)有關(guān)； 小點(diǎn)：外顯子；小點(diǎn)：外顯子； 空白：內(nèi)含子空白：內(nèi)含子控制人的血紅蛋白分子的基因控制人的血紅蛋白分子的基因2 2、重疊基因、重疊基因(overlapping gene)(overlapping gene)： 基因中包含著基因?；蛑邪?。噬菌體噬菌體X174X174，單鏈環(huán)狀，單鏈環(huán)狀DNADNA，堿基數(shù)不到，堿基數(shù)不到54005400，編碼，編碼9 9種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)( (二二) )基因的基本特征與基因的基本特征與DN

56、ADNA特性：特性：1 1、基因的自體復(fù)制：、基因的自體復(fù)制： 細(xì)胞分裂時，從一個基因自體復(fù)制為全同的兩個基因，細(xì)胞分裂時，從一個基因自體復(fù)制為全同的兩個基因，在在DNADNA分子水平上是分子水平上是DNADNA分子自體催化時，從一個分子自體催化時，從一個DNADNA分子復(fù)制分子復(fù)制為全同的兩個為全同的兩個DNADNA分子。分子。2 2、基因決定性狀：、基因決定性狀： 某一基因存在，決定某種酶或蛋白質(zhì)的合成，通過生理某一基因存在，決定某種酶或蛋白質(zhì)的合成，通過生理生化過程出現(xiàn)某一性狀。在生化過程出現(xiàn)某一性狀。在DNADNA分子水平上是分子水平上是DNADNA分子異體催分子異體催化時，某一區(qū)段的

57、核苷酸順序互補(bǔ)地決定化時，某一區(qū)段的核苷酸順序互補(bǔ)地決定mRNAmRNA的核苷酸順序，的核苷酸順序，轉(zhuǎn)而專一性地決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。轉(zhuǎn)而專一性地決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。3 3、基因的突變：、基因的突變： 基因很穩(wěn)定，但有時會發(fā)生突變，突變的基因通過自體基因很穩(wěn)定，但有時會發(fā)生突變，突變的基因通過自體復(fù)制一代代的傳遞下去。在復(fù)制一代代的傳遞下去。在DNADNA分子水平是分子水平是DNADNA分子很穩(wěn)定，分子很穩(wěn)定，但某核苷酸序列有時會改變，改變了的核苷酸序列通過復(fù)制但某核苷酸序列有時會改變，改變了的核苷酸序列通過復(fù)制有能穩(wěn)定地保持下去。有能穩(wěn)定地保持下去。例例1 1：生化突變型與一基因一酶說

58、：生化突變型與一基因一酶說前體前體鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸菌株菌株IIIIII：自前體到鳥氨酸的反應(yīng)受阻。：自前體到鳥氨酸的反應(yīng)受阻。菌株菌株IIII：自鳥氨酸到瓜氨酸的反應(yīng)受阻。：自鳥氨酸到瓜氨酸的反應(yīng)受阻。菌株菌株I I：自瓜氨酸到精氨酸的反應(yīng)受阻。：自瓜氨酸到精氨酸的反應(yīng)受阻。 生長生長 生長生長 生長生長 生長生長 生長生長 生長生長 菌株菌株菌株菌株 菌株菌株精氨酸精氨酸瓜氨酸瓜氨酸鳥氨酸鳥氨酸添加的添加的 aaaa菌株菌株鏈孢霉鏈孢霉精氨酸依賴型精氨酸依賴型的不同菌株對添加的氨基酸反應(yīng)的不同菌株對添加的氨基酸反應(yīng)前體前體鳥氨酸鳥氨酸arg1arg2瓜氨酸瓜氨酸arg3精

59、氨酸精氨酸酶酶1 1酶酶3 3酶酶2 2例例2 2：人的先天代謝缺陷：人的先天代謝缺陷 苯丙氨酸苯丙氨酸羥化酶羥化酶酪氨酸酪氨酸酶酶尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶氧取代氨基氧取代氨基苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶例例3:3:人半乳糖血癥人半乳糖血癥: : 不能同化半乳糖的病叫半乳糖血癥不能同化半乳糖的病叫半乳糖血癥. . 癥狀：嘔吐、腹瀉、肝腫大、生長遲緩，智能低下癥狀：嘔吐、腹瀉、肝腫大、生長遲緩，智能低下 葡萄糖葡萄糖-1-1磷酸磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶尿苷轉(zhuǎn)移酶葡萄糖葡萄糖-1-1磷酸尿磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶缺乏苷轉(zhuǎn)移酶缺乏 紅細(xì)胞溶血后半乳糖酶活性的比較紅細(xì)胞溶血后半乳糖酶活性的比較 平均活性平均活性uMuM轉(zhuǎn)

60、換轉(zhuǎn)換/ /小時小時/g/g細(xì)胞（細(xì)胞（3737 C C） 半乳糖激酶半乳糖激酶 葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶 異構(gòu)酶異構(gòu)酶正常人正常人(GG) (GG) 010 48 032010 48 032半乳糖血癥半乳糖血癥 008 008 002 035002 035患者患者(gg) (gg) 患者的父母患者的父母( (雜合體雜合體Gg) Gg) 29 29 二、基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)二、基因的精細(xì)結(jié)構(gòu): :位置效應(yīng)位置效應(yīng) 黑腹果蠅復(fù)眼中的平均小眼數(shù)黑腹果蠅復(fù)眼中的平均小眼數(shù) 基因型基因型 16A16A區(qū)域的數(shù)目區(qū)域的數(shù)目 小眼數(shù)小眼數(shù) +/+ 2 780+/+ 2 780 +/B