第五章遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

第五章遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第1頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一

一、遺傳物質(zhì)應(yīng)具備的三種基本功能：1、復(fù)制功能遺傳物質(zhì)必須貯存遺傳信息，并能將其復(fù)制且一代一代精確地傳遞下去。2、表達(dá)功能遺傳物質(zhì)必須控制生物體性狀的發(fā)育和表達(dá)。3、變異功能遺傳物質(zhì)必須發(fā)生變異，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化，沒有變異就沒有進(jìn)化。第一節(jié)DNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)第2頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)DNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)分子遺傳學(xué)的大量直接和間接的證據(jù)，說明DNA是主要的遺傳物質(zhì)，而在缺乏DNA的某些病毒中，RNA就是遺傳物質(zhì)

第3頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一

DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)⒈每個物種不同組織的細(xì)胞不論其大小和功能如何。它們的DNA含量是恒定的，而且配子中的DNA含量正好是體細(xì)胞的一半。⒉DNA在代謝上是比較穩(wěn)定的。⒊DNA是所有生物的染色體所共有。4.用不同波長的紫外線誘發(fā)各種生物突變時，其最有效的波長均為2600埃。這與DNA所吸收的紫外線光譜是一致的。第4頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一

DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)2.噬菌體的感染3.煙草花葉病毒的重建1、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化第5頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一1928,Griffith：首次將IIR→IIIS，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌遺傳性狀的定向轉(zhuǎn)化。被加熱殺死的IIIS型肺炎雙球菌必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)變的活性物質(zhì)

第6頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一1944，Avery等用生物化學(xué)方法證明這種活性物質(zhì)是DNA該提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影響，而只能為DNA酶所破壞

第7頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一2、噬菌體的侵染與繁殖

Hershey等用同位素32P和35S分別標(biāo)記T2噬菌體的DNA與蛋白質(zhì)第8頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一3、煙草花葉病毒的感染和繁殖

RNA接種到煙葉→發(fā)病

RNARNA酶處理RNA→不發(fā)病

TMV

蛋白質(zhì)：接種后不形成新的TMV

不發(fā)病說明在不含DNA的TMV中RNA就是遺傳物質(zhì)第9頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一為了進(jìn)一步論證上述的結(jié)論，F(xiàn)rankel-Conrat和Singer實(shí)驗(yàn)：第10頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

一、兩種核酸

*核酸的構(gòu)成單元是核苷酸，是核苷酸的多聚體*每個核苷酸包括三部分：

五碳糖、磷酸、堿基*兩個核苷酸之間由3’和5’位的磷酸二脂鍵相連

第11頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一兩種核酸的主要區(qū)別：

DNA：脫氧核糖，A、C、G、T

雙鏈，分子鏈較長RNA：核糖，A、C、G、U

單鏈，分子鏈較短第12頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一圖3-4構(gòu)成核苷酸分子的堿基結(jié)構(gòu)第13頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一核酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)第14頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一二、DNA的分子結(jié)構(gòu)1953，Watson和Crick根據(jù)：堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律對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。這個模型已為以后拍攝的電鏡直觀形象所證實(shí)。

第15頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA分子模型最主要特點(diǎn)：(1)兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，以一定的空間距離，環(huán)繞于同一軸相互盤旋而成(2)反向平行：5’－3’，3’－5’(3)兩條單鏈間以堿基間氫鍵配對相連：

AT，CG(4)每個螺旋34?(3.4nm)，含10bp，直徑約為20?(5)分子表面大溝和小溝交替出現(xiàn)第16頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第18頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一兩條多核酸鏈間氫鍵相連第19頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一A-T和C-G兩種核苷酸對分子鏈內(nèi)排列的位置和方向只有四種形式:A---TC---GA---TG---CC---GA---TG---CA---T

假設(shè)某一段DNA分子鏈有1000bp，則該段就可以有41000種不同的排列組合形式，反映出來的就是41000種不同性質(zhì)的基因.第20頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一

DNA構(gòu)型之變異：B－DNA：瓦特森和克里克提出的雙螺旋構(gòu)型,是DNA在生理狀態(tài)下的構(gòu)型A－DNA：在高鹽下存在形式，右旋，每個螺圈含11bp

Z－DNA:左旋，每個螺圈含12bp其他構(gòu)型第21頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA分子的一種不同構(gòu)型第22頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一二、RNA的分子結(jié)構(gòu)

絕大部分RNA以單鏈形式存在，但可折疊起來形成若干雙鏈區(qū)域。這些區(qū)域內(nèi)，互補(bǔ)的堿基對間可形成氫鍵。一些以RNA為遺傳物質(zhì)的動物病毒含有雙鏈RNA。

第23頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)染色體的分子結(jié)構(gòu)一、原核生物染色體

與真核生物相比，原核生物的染色體要簡單得多，其染色體通常只有一個核酸分子(DNA或RNA)。

第24頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一大腸桿菌的染色體DNA分子伸展有1200μm長，細(xì)菌直徑1－2μm

第25頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一原核生物的染色體結(jié)構(gòu)模型第26頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一二、真核生物染色體

1、染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)

DNA:30%(重量)RNA:少量染色質(zhì)組蛋白：1H1、2H2A、2H2B、

2H3和2H4(重量相當(dāng)于DNA）非組蛋白：少量第27頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位

核小體：2H2A、2H2B、2H3、2H4

----八聚體連接絲：串聯(lián)兩個核小體

1H1：結(jié)合于連接絲與核小體的接合部位第28頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一核小體結(jié)構(gòu)模型一個核小體及其連接絲約含180－200bp約146bp盤繞在核小體表面1.75圈，其余bp為連接絲，其長度變化較大，從短的8bp到長的114bp第29頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第30頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一

異染色質(zhì)，異染色質(zhì)區(qū)

染色很深的區(qū)段染色質(zhì)常染色質(zhì)，常染色質(zhì)區(qū)

染色很淺的區(qū)段（核酸的緊縮程度及含量不同，異染色質(zhì)的復(fù)制時間總是遲于常染色質(zhì)）異固縮現(xiàn)象

第31頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一2、染色體的結(jié)構(gòu)模型

染色單體—1DNA+pro—

染色質(zhì)線是單線染色體染色單體在細(xì)胞分裂過程中染色質(zhì)線到底是怎樣卷縮成為一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體？第32頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一染色體結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)在認(rèn)為至少存在三個層次的卷縮:核小體→螺線管→染色體

卷縮機(jī)理不清楚

第33頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一非組蛋白組成的染色體骨架第34頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第35頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)DNA的復(fù)制一、DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)1、復(fù)制方式：半保留復(fù)制2、復(fù)制起點(diǎn)：大多數(shù)細(xì)菌及病毒只有一個復(fù)制起點(diǎn)，一個復(fù)制子；真核生物是多起點(diǎn)的，多個復(fù)制子

3、復(fù)制方向：一般為雙向復(fù)制

第36頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA半保留復(fù)制第37頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一真核生物染色體多起點(diǎn)DNA復(fù)制電鏡照片

第38頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一二、原核生物DNA合成1、半保留復(fù)制，雙向復(fù)制2、有引物的引導(dǎo)，為RNA3、延伸方向?yàn)?’－3’。4、一條鏈一直從5’向3’方向延伸，稱前導(dǎo)鏈，連續(xù)合成；另一條先沿5’－3’合成岡崎片段，再由連接酶連起來鏈，后隨鏈，不連續(xù)合成第39頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一原核生物DNA合成(一)、有關(guān)DNA合成的酶1、DNA聚合酶12、DNA聚合酶113、DNA聚合酶111第40頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA解旋第41頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第42頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA合成之模型第43頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一*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開始DNA的合成*在后隨鏈上，每個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44頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一后隨鏈DNA的合成第45頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一RNA病毒中RNA的自我復(fù)制先以自己為模板（“＋”鏈）合成一條互補(bǔ)的單鏈（“－”鏈），然后這個“－”鏈從“＋”鏈模板釋放出來，它也以自己為模板復(fù)制出一條與自己互補(bǔ)的“＋”鏈，形成了一條新生的病毒RNA。

第46頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一三、真核生物DNA合成真核生物DNA的復(fù)制與原核生物的主要不同點(diǎn)：1、DNA的合成只是在S期進(jìn)行，原核生物則在整個細(xì)胞生長過程中都進(jìn)行DNA合成2、原核生物DNA的復(fù)制是單起點(diǎn)的，真核生物染色體的復(fù)制則為多起點(diǎn)的第47頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一3、所需的RNA引物及后隨鏈上合成的“岡崎片段”的長度比原核生物要短4、有二種不同的DNA聚合酶分別控制前導(dǎo)鏈（δ）和后隨鏈（α）的合成；在原核生物中由聚合酶III同時控制二條鏈的合成（真核生物共有αβ

γδε5種聚合酶）5、染色體端體的復(fù)制：原核生物的染色體大多數(shù)為環(huán)狀，而真核生物為線狀。第48頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一真核生物DNA復(fù)制第49頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄及加工一、三種RNA分子1、mRNA把DNA上的遺傳信息精確無誤地轉(zhuǎn)錄下來，然后由mRNA的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，完成基因表達(dá)過程中的遺傳信息傳遞過程。（從細(xì)胞核——細(xì)胞質(zhì)）2、tRNA：最小的RNA，由70到90個核苷酸組成，具有稀有堿基的特點(diǎn)。根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將合成多肽的原料—氨基酸運(yùn)送到工廠，是氨基酸的特異運(yùn)輸車。第50頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一tRNA的三維結(jié)構(gòu)第51頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第52頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一3、rRNA：核糖體的主要成分。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53頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一二、RNA合成的一般特點(diǎn)1、所用原料為核苷三磷酸；在DNA合成時為脫氧核苷三磷酸2、只有一條DNA鏈被用作模板；DNA合成時，兩條鏈分別用作模板3、RNA鏈的合成不需要引物；DNA合成一定要引物的引導(dǎo)4、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54頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一三、原核生物RNA的合成*轉(zhuǎn)錄后形成一個RNA分子的一段DNA序列稱為一個轉(zhuǎn)錄單位

*一個轉(zhuǎn)錄單位可能剛好是一個基因，也可能含有多個基因

*RNA轉(zhuǎn)錄分三步：(1)RNA鏈的起始；(2)RNA鏈的延長；(3)RNA鏈的終止及新鏈的釋放

第55頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一RNA的轉(zhuǎn)錄過程第56頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一啟動子的結(jié)構(gòu)第57頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一RNA鏈的延伸第58頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一四、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工第59頁，共67頁，2023年，2月20日，星期一真核生物與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄的不同點(diǎn)1、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行，而蛋白質(zhì)的合成則是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)2、原核生物的一個mRNA分子通常含有多個基因；而少數(shù)較低等真核生物外，真核生物一個mRNA分子一般只編碼一個基因3、原核生物只有一種RNA聚合酶催化所有RNA

的合成；真核生物中則有RNA聚合酶I、II

、III，分別催化不同種類型RNA的合成4、原核生物RNA聚合酶直接起始轉(zhuǎn)錄合成RNA

；真核生物三種RNA聚合酶都必須在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下