遗传物质的分子基础.ppt

,第三章 遗传物质的分子基础,第一节 DNA作为主要遗传物质 的证据 分子遗传学的大量直接和间接的证据，说明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中，RNA就是遗传物质,一、间接证据 DNA含量、代谢、结构、染色体共有等 二、直接证据 1、细菌的转化 肺炎双球菌两种类型： 光滑型(S型)： I S、II S、III S 粗糙型(R型)：I R、II R、III R,1928, Griffith：首次将II R III S，实现了细菌遗传性状的定向转化 。被加热杀死的III S型肺炎双球菌必然含有某种促成这一转变的活性物质,1944 ，Avery等用生物化学方法证明这种活性物质是DNA 该提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影响，而只能为DNA酶所破坏,2、噬菌体的侵染与繁殖 Hershey等用同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA与蛋白质,3、烟草花叶病毒的感染和繁殖 RNA接种到烟叶 发病 RNA RNA酶处理RNA 不发病 TMV 蛋白质：接种后不形成新的TMV 不发病 说明在不含DNA的TMV中RNA就是遗传物质,为了进一步论证上述的结论 ，Frankel-Conrat和Singer实验：,第二节 核酸的化学结构 一、两种核酸 * 核酸的构成单元是核苷酸， 是核苷酸的多聚体 * 每个核苷酸包括三部分： 五碳糖、磷酸、碱基 * 两个核苷酸之间由3和5位的 磷酸二脂键相连,两种核酸的主要区别： DNA：脱氧核糖，A、C、G、T 双链，分子链较长 RNA：核糖，A、C、G、U 单链，分子链较短,图 3-4 构成核苷酸分子的碱基结构,图 3-5 核酸分子的化学结构,二、DNA的分子结构 1953，Watson和Crick根据： 碱基互补配对的规律 对DNA分子的X射线衍射成果 提出了著名的DNA双螺旋结构模型。这个模型已为以后拍摄的电镜直观形象所证实。,DNA分子模型最主要特点： (1)两条多核苷酸链以右手螺旋的形式， 以一定的空间距离，环绕于同一轴相 互盘旋而成 (2)反向平行：53，35 (3)两条单链间以碱基间氢键配对相连： A T，C G (4)每个螺旋34 (3.4nm)，含10bp， 直径约为20 (5)分子表面大沟和小沟交替出现,图 3-6 DNA分子的双螺旋结构模型,图 3-7 两条多核酸链间氢键相连,A-T和C-G两种核苷酸对分子链内 排列的位置和方向只有四种形式: A-T C-G A-T G-C C-G A-T G-C A-T 假设某一段DNA分子链有1000bp，则该段就可以有41000种不同的排列组合形式，反映出来的就是41000种不同性质的基因.,DNA构型之变异： BDNA：瓦特森和克里克提出的 双螺旋构型,是DNA在生理状 态下的构型 ADNA：在高盐下存在形式，右旋， 每个螺圈含11bp ZDNA:左旋，每个螺圈含12bp 其他构型,图 3-9 DNA分子的一种不同构型,二、RNA的分子结构 绝大部分RNA以单链形式存在，但可折叠起来形成若干双链区域。这些区域内，互补的碱基对间可形成氢键。一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。,第三节 染色体的分子结构 一、原核生物染色体 与真核生物相比，原核生物的染色体要简单得多，其染色体通常只有一个核酸分子(DNA或RNA) 。,图311 大肠杆菌的染色体 DNA分子伸展有1200m长，细菌直径12m,图312 原核生物的染色体结构模型,二、真核生物染色体 1、染色质的基本结构 DNA: 30%(重量) RNA: 少量 染色质 组蛋白：1H1、2H2A、2H2B、 2H3和2H4 (重量相当于DNA） 非组蛋白：少量,染色质基本结构单位 核小体： 2H2A、2H2B、2H3、2H4 -八聚体 连接丝 ：串联两个核小体 1H1：结合于连接丝与核小体 的接合部位,图313 核小体结构模型 一个核小体及其连接丝约含180200bp约146bp盘绕在核小体表面1.75圈，其余bp为连接丝，其长度变化较大，从短的8bp到长的114bp,异染色质，异染色质区 染色很深的区段 染色质 常染色质，常染色质区 染色很浅的区段 （核酸的紧缩程度及含量不同 ，异染色质的复制时间总是迟于常染色质 ） 异固缩现象,2、染色体的结构模型 染色单体1DNA+pro 染色质线是单线 染色体 染色单体 在细胞分裂过程中染色质线到底是怎样卷缩成为一定形态结构的染色体？,图314 染色体结构模型 现在认为至少存在三个层次的卷缩:核小体 螺线管 染色体 卷缩机理不清楚,图315 非组蛋白组成的染色体骨架,第四节 DNA的复制 一、DNA复制的一般特点 1、复制方式：半保留复制 2、复制起点：大多数细菌及病 毒只有一个复制起点 ，一个 复制子 ；真核生物是多起点 的，多个复制子 3、复制方向：一般为双向复制,图316 DNA半保留复制,图317 真核生物染色体多起点DNA复制电镜照片,二、原核生物DNA合成 1、半保留复制，双向复制 2、有引物的引导，为RNA 3、延伸方向为53。 4、一条链一直从5向3方向延 伸，称前导链，连续合成 ；另一条先沿53 合成冈 崎片段，再由连接酶连起 来链，后随链，不连续合成,图318 DNA解旋,图319 DNA合成之模型,* 在前导链上，DNA引物酶只在 起始点合成一次引物RNA， DNA聚合酶III开始DNA的合成* 在后随链上，每个冈崎片段 的合成都需要先合成一段引 物RNA，然后DNA聚合酶III才 能进行DNA的合成。,图320 后随链DNA的合成,RNA病毒中RNA的自我复制 先以自己为模板（“”链）合成一条互补的单链（“”链），然后这个“”链从“”链模板释放出来，它也以自己为模板复制出一条与自己互补的“”链，形成了一条新生的病毒RNA。,三、真核生物DNA合成 真核生物DNA的复制与原核生 物的主要不同点： 1、DNA的合成只是在S期进行，原 核生物则在整个细胞生长过程 中都进行DNA合成 2、原核生物DNA的复制是单起点 的，真核生物染色体的复制则 为多起点的,3、所需的RNA引物及后随链上合 成的“冈崎片段”的长度比原 核生物要短 4、有二种不同的DNA聚合酶分别 控制前导链（）和后随链 （）的合成 ；在原核生物 中由聚合酶III同时控制二条 链的合成 5、染色体端体的复制：原核生 物的染色体大多数为环状,图321 真核生物DNA复制,第五节 RNA的转录及加工 一、三种RNA分子 1、mRNA 2、tRNA：最小的RNA，由70到 90个核苷酸组成，具有稀有 碱基的特点,图322 tRNA的三维结构,图 3-6 DNA分子的双螺旋结构模型,3、rRNA：核糖体的主要成 分。在大肠杆菌中： rRNA量占细胞总RNA量的 75-85 tRNA占15 mRNA占3-5,二、RNA合成的一般特点 1、所用原料为核苷三磷酸；在DNA合成 时为脱氧核苷三磷酸 2、只有一条DNA链被用作模板；DNA合成 时，两条链分别用作模板 3、RNA链的合成不需要引物；DNA合成一 定要引物的引导 4、RNA链的合成与DNA链的合成同样，也 是从5向3端，由RNA聚合酶催化,三、原核生物RNA的合成 * 转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称为一个转录单位 * 一个转录单位可能刚好是一个基因，也可能含有多个基因 * RNA转录分三步：(1)RNA链的起始；(2)RNA链的延长；(3)RNA链的终 止及新链的释放,图324 RNA的转录过程,图325 启动子的结构,图326 RNA链的延伸,四、真核生物RNA的转录及加工,真核生物与原核生物RNA的转录的不同点 1、真核生物RNA的转录是在细胞核内进行， 而蛋白质的合成则是在细胞质内 2、原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基 因；而少数较低等真核生物外，真核生物 一个mRNA分子一般只编码一个基因 3、原核生物只有一种RNA聚合酶催化所有RNA 的合成；真核生物中则有RNA聚合酶I、II 、III，分别催化不同种类型RNA的合成 4、原核生物RNA聚合酶直接起始转录合成RNA ；真核生物三种RNA聚合酶都必须在蛋白 质转录因子的协助下才能进行RNA的转录,真核生物mRNA在转录后的加工： 1、5端加上帽子(7甲基鸟嘌呤核苷) 在蛋白质翻译时识别起始位置及防止 被RNA酶降解 2、3端加上尾巴(聚腺苷酸,polyA) 对增加mRNA的稳定性及从细胞核向细 胞质的运输具有重要作用 3、切除非编码序列(内含子)，将编码序 列(外显子)连接起来，才能进行蛋白 质的翻译,图328 真核生物mRNA的加工,第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 一、遗传密码 （1）三联体密码 （2）通用性 （3）简并现象 （4）遗传密码间不能重复利用： 除少数情况外，一个mRN