遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)課件

第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第一節(jié)DNA作為主要遺傳物質(zhì)的證據(jù)一、DNA作為主要遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)3.突變：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)4.分布：

①DNA是所有生物染色體所共有：從噬菌體、病毒、植物一直到人類。

②而蛋白質(zhì)則不同：噬菌體、病毒、細(xì)菌的蛋白質(zhì)一般不存在于染色體，只有真核生物的染色體才由核蛋白組成。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)二、DNA作為主要遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)1．細(xì)菌的轉(zhuǎn)化：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)肺炎雙球菌特征抗原型（穩(wěn)定）粗糙型(R)粗糙菌落、無莢膜、無毒IR、IIR光滑型(S)光滑菌落、有莢膜、有毒IS、IIS、IIIS⑵阿委瑞(AveryO.T.，1944)試驗：

用生物化學(xué)方法證明這種活性物質(zhì)是DNA。1.噬菌體介紹2.噬菌體侵染與繁殖2.侵染實驗：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)佛蘭科爾-康拉特與辛格爾的試驗結(jié)果：親本的RNA決定了后代的RNA和蛋白質(zhì)。證明RNA是TMV的遺傳物質(zhì)。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二節(jié)DNA和RNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)一、兩種核酸及分布1．核酸：以核苷酸為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。核苷酸五碳糖：脫氧核糖、核糖磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤環(huán)狀的含氮堿基

胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)五種堿基第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)嘌呤類嘧啶類第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)2．分布：

高等植物：DNA存在于染色體，葉綠體、線粒體中；

RNA在核（核仁、染色體）、細(xì)胞質(zhì)中。

細(xì)菌：DNA和RNA。

噬菌體：多數(shù)只有DNA。

植物病毒：多數(shù)只有RNA。

動物病毒：有些含RNA、有些含DNA。模型最主要的特點①兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，彼此以一定的空間距離，平行地環(huán)繞于同一軸上，很像一個扭曲的梯子；②兩條多核苷酸鏈走向為反向平行；③每條長鏈的內(nèi)側(cè)是扁平的盤狀堿基，堿基一方面與脫氧核糖相聯(lián)系，另一方面通過氫鍵與它的互補堿基聯(lián)系，A與T間形成兩對氫鍵，G與C間形成三對氫鍵，上下堿基間的距離為0.34nm；④每個螺旋為3.4nm長，剛好含10個堿基對，其直徑約為2nm；⑤在雙螺旋分子的表面大溝與小溝交替出現(xiàn)。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)堿基的排列方式A-T、G-C排列方法有以下四種：

A-T或G-C或

G-CA-T

C-G或A-TA-TC-G設(shè)某一段DNA分子鏈有1000對堿基,則有41000種不同的排列組合，就可能有41000種不同性質(zhì)的基因。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

三、RNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)：

第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)與DNA的區(qū)別：①U代替T；

②核糖代替脫氧核糖；③一般以單鏈存在。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第三節(jié)DNA的復(fù)制DNAreplication一、DNA復(fù)制的一般特點（一）半保留復(fù)制1.瓦特森(Watson)等提出的

DNA半保留復(fù)制方式。其方法為：①．一端沿氫鍵逐漸斷開；②．以單鏈為模板，堿基互補；③．氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；④．形成新的互補鏈；⑤．形成了兩個新DNA分子。

DNA的這種復(fù)制方式對保持生物遺傳的穩(wěn)定是非常重要的。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)DNA聚合酶連接酶（ligase）解旋酶（helicase）拓?fù)洚悩?gòu)酶二、原核生物DNA的復(fù)制（一）有關(guān)DNA合成的酶二、原核生物DNA的合成（二）DNA聚合酶（DNApolymerase）第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)三種DNA合成酶在決定DNA合成方面的共同特性：①三種酶都只有5’－3’聚合酶的功能，而沒有3’－5’聚合酶功能；②它們都沒有直接起始DNA合成的能力，只有在引物存在下進行鏈的延伸；③三種酶都具有核酸外切酶功能，可對合成中發(fā)生的錯誤進行校正，保證DNA復(fù)制的高度準(zhǔn)確性。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)（二）DNA復(fù)制過程1．DNA雙螺旋的解鏈*DNA解旋酶在ATP供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)3000次解開雙螺旋；*單鏈DNA結(jié)合蛋白馬上結(jié)合在分開的單鏈上，以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；*DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決由于復(fù)制叉的推進而產(chǎn)生超螺旋。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)2.DNA合成的開始合成DNA片段之前，先由RNA聚合酶合成一小段RNA引物(約有20個堿基對),DNA聚合酶才開始起作用合成DNA片段。3.一條DNA鏈連續(xù)合成，一條鏈不連續(xù)∵DNA聚合酶，以5′3′方向發(fā)揮作用；∴從3′5′合成方向的一條鏈，就會遇到麻煩。KornbergA.(1967)提出不連續(xù)復(fù)制假說：

在3′

5′方向鏈上，仍按從5′

3′的方向一段段地合成DNA單鏈小片段“岡崎片段”(1000~2000個bp)由連接酶連接這些片段形成一條連續(xù)的單鏈。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)后隨鏈的復(fù)制第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)4．RNA病毒中RNA的自我復(fù)制：

(1)．單鏈RNA病毒

先以自己（+鏈）為模板合成一條互補單鏈（―鏈）形成雙螺旋的復(fù)制型。

(2)．―鏈從+鏈模板中放釋出來。

(3)．以―鏈為模板復(fù)制一條互補的+鏈形成一條新的病毒RNA三、真核生物DNA合成的特點

第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)Polymerasechainreaction（PCR）PCR產(chǎn)物電泳檢測第五節(jié)RNA的轉(zhuǎn)錄及加工第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)一、三種RNA分子:（一）信使RNA(mRNA)

（二）tRNA第三章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)①分子量為25000~30000；②70~90個核苷酸組成；③稀有堿基，如假尿嘧啶等；tRNA的結(jié)構(gòu)：5’端之末具有G（大部分）或C；3‘端之末都以ACC結(jié)尾；一個富有鳥嘌呤的環(huán)；一個反密碼子環(huán)；一個胸腺嘧啶環(huán)；第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈢、rRNA原核生物rRNA（3種）:

5S:120個核苷酸；

16S:1540個核苷酸；

23S:2900個核苷酸。

真核生物rRNA（4種）:

5S:

120個核苷酸；

5.8S:160個核苷酸；

18S:1900個核苷酸；

28S:4700個核苷酸。

右圖為rRNA與核糖體的組裝。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)其它RNA：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)小核RNA（snRNA）它是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪切體的主要成分，一直存在于細(xì)胞核中。端體酶RNA它與染色體末端復(fù)制有關(guān)。反義RNA它參與基因的調(diào)控。二、RNA合成的一般特點第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)與DNA合成一樣，RNA合成也從5‘到3’端進行；同樣遵循堿基配對的規(guī)則，只是U代替了T；但在原核生物中只有一種RNA聚合酶完成所有RNA的轉(zhuǎn)錄，真核生物中有3種不同的RNA控制不同類型RNA的合成。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)三、原核生物RNA的合成：

①RNA鏈的起始；

②RNA鏈的延伸；

③RNA鏈的終止及新鏈的釋放；第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈠、RNA聚合酶：

α亞基與四聚體核心酶形成有關(guān)；

β亞基存在核苷三磷酸的結(jié)合位點；

β’含有與DNA模板結(jié)合的位點；

σ因子只與RNA轉(zhuǎn)錄的起始有關(guān)。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈡、RNA鏈合成的起始：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈢、RNA鏈的延伸：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈣、RNA鏈的終止

①依賴ρ因子的終止；

②不依賴ρ因子的終止。四、真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄及加工第三章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第三章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈠、原核生物與真核生物RNA轉(zhuǎn)錄的區(qū)別

1.真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)，翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進行；原核生物則在核區(qū)同時進行轉(zhuǎn)錄和翻譯；

2.真核生物一個mRNA只編碼一個基因；原核生物一個mRNA編碼多個基因；

3.真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三種不同的酶；原核生物則只有一種RNA聚合酶；

4.真核生物中轉(zhuǎn)錄的起始更復(fù)雜，RNA的合成需要轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助進行轉(zhuǎn)錄；原核生物則較為簡單；

5.真核生物的mRNA轉(zhuǎn)錄后進行加工，然后運送到細(xì)胞質(zhì)中進行翻譯；原核生物無需進行加工，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。

參看下圖。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈡、真核生物RNA轉(zhuǎn)錄后的加工

5`端戴帽；

3`端加尾；內(nèi)含子剪切。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

真核生物中：mRNA前體的成熟過程，切除內(nèi)含子，銜接外顯子。第六節(jié)遺傳密碼與蛋白質(zhì)的翻譯第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)一、遺傳密碼：

㈠、密碼子與氨基酸

DNA分子堿基只有4種，而蛋白質(zhì)氨基酸有20種。

∴堿基與氨基酸之間不可能一一對應(yīng)。

1．41=4種：缺16種氨基酸；

2．42=16種：比現(xiàn)存的20種氨基酸還缺4種；

3．43=64種：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成64種組合，20種氨基酸多出44種。簡并：一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定的現(xiàn)象。

三聯(lián)體或密碼子：代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。

第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈡、遺傳密碼字典

每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢?

從1961年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分別利用64個已知三聯(lián)體密碼，找到了相對應(yīng)的氨基酸。

1966－1967年，完成了全部遺傳密碼表，如UGG為色氨酸。遺傳密碼的破譯Matthei證明polyU合成的肽鏈全是苯丙氨酸（phe）遺傳密碼字典第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)㈢、遺傳密碼的基本特征：

1．遺傳密碼為三聯(lián)體：

三個堿基決定一種氨基酸；

61個為有意密碼，起始密碼為GUG、AUG(甲硫氨酸)；

3個為無意密碼，UAA、UAG、UGA為蛋白質(zhì)合成終止信號。

2.遺傳密碼間不能重復(fù):

在一個mRNA上每個堿基只屬于一個密碼子；均以3個一組形成氨基酸密碼第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)3.遺傳密碼間無逗號：

AUG

GUA

CUG

UCA

…

甲硫氨酸纈氨酸亮氨酸絲氨酸

①密碼子與密碼子之間無逗號，按三個三個的順序一直閱讀下去，不漏讀不重復(fù)。

②如果中間某個堿基增加或缺失后，閱讀就會按新的順序進行下去，最終形成的多肽鏈就與原先的完全不一

樣(稱為移碼突變)。

AUG

UAC

UGU

CA

甲硫氨酸酪氨酸半胱氨酸第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

4．簡并性：

①.簡并現(xiàn)象：

色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，僅一個三聯(lián)體密碼；其余氨基酸都有一種以上的密碼子。

②.61個為有意密碼，起始密碼為GUG、AUG(甲硫氨酸)。

3個為無意密碼，UAA、UAG、UGA為蛋白質(zhì)合成終止信號。

③.簡并現(xiàn)象的意義：

同義的密碼子越多，生物遺傳的穩(wěn)定性也越大。

如：UCUUCC或UCA或UCG，均為絲氨酸。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)5．遺傳密碼的有序性：

決定同一個氨基酸或性質(zhì)相近的不同氨基酸的多個密碼子中，第1個和第2個堿基的重要性大于第3個堿基，往往只是最后一個堿基發(fā)生變化。

例如：脯氨酸（pro）：CCU、CCA、CCC、CCG。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

6．通用性：

①在整個生物界中，從病毒到人類，遺傳密碼通用。

4個基本堿基符號所有氨基酸所有蛋白質(zhì)生物種類、生物體性狀。

②1980年以后發(fā)現(xiàn)：

具有自我復(fù)制能力的線粒體tRNA(轉(zhuǎn)移核糖核酸)在閱讀個別密碼子時有不同的翻譯方式。

如：酵母、鏈孢霉與哺乳動物的線粒體。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)二、蛋白質(zhì)的合成：

㈠、核糖體：下表為原核生物與真核生物核糖體的區(qū)別。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)區(qū)別原核生物真核生物大亞基50S60S小亞基30S40SrRNA大亞基：5S、23S;小亞基：16S大亞基：5S、5.8S、28S；小亞基：18S多肽大亞基：31；小亞基：21大亞基：49；小亞基：33（二）核糖體中蛋白質(zhì)的合成①多肽鏈的起始原核生物例：大腸桿菌第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)

真核生物蛋白質(zhì)的起始明顯不同于原核生物：a、蛋白質(zhì)合成的起始氨基酸為甲硫氨酸而不是甲酰化甲硫氨酸；b、合成的起始位置一般在mRNA5‘端的第一個起始密碼子AUG位置，而不是在一個特殊的起始序列處。第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)②多肽鏈的延伸第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)在核體上合成蛋白質(zhì)③多肽鏈的終止第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)④多聚核榶體第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)三、中心法則及其發(fā)展：第二章遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)1．中心法則：從噬菌體到真核生物的整個生物界共同遵循的規(guī)律。

遺傳信息DNA

mRNA蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯，以及遺傳信息從DNA

DNA的復(fù)制過程。2