遗传的分子基础PPT课件.ppt

一 遗传物质应具备的三种基本功能 1 复制功能遗传物质必须贮存遗传信息 并能将其复制且一代一代精确地传递下去 2 表达功能遗传物质必须控制生物体性状的发育和表达 3 变异功能遗传物质必须发生变异 以适应外界环境的变化 没有变异就没有进化 第一节DNA作为主要遗传物质的证据 1 二 DNA作为主要遗传物质的证据 染色体 蛋白质 66 RNA 6 组蛋白 非组蛋白 DNA 27 2 DNA是遗传物质的间接证据 每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何 它们的DNA含量是恒定的 而且配子中的DNA含量正好是体细胞的一半 DNA在代谢上是比较稳定的 DNA是所有生物的染色体所共有 4 用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时 其最有效的波长均为2600埃 这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的 3 DNA是遗传物质的直接证据 1 噬菌体的感染 2 烟草花叶病毒的重建 3 肺炎双球菌的转化 4 5 6 7 噬菌体T2结构示意图 8 9 10 11 结论 DNA是生物主要的遗传物质 在缺少DNA的生物中 RNA为主要的遗传物质 12 三 遗传信息的保存者和传递者 核酸核酸是一类高分子有机物 以核苷酸为基本结构单位组成 核酸存在于所有的原核生物 真核生物的细胞中 作为遗传物质的核酸 含有可以传递的遗传信息 1 核酸的化学组成和结构核酸以核苷酸为基本结构单位组成 每个核苷酸包括一个碱基 一份磷酸 一个五碳糖 13 2 核酸的种类DNA和RNA根据组成核苷酸的五碳糖的不同 核酸可以分为两种 脱氧核糖核酸 DNA 和核糖核酸 RNA DNA是所有原核生物和真核生物的遗传物质 病毒只含有RNA或DNA RNA和DNA的主要区别 略 1953年美国哈佛大学的Waston和英国剑桥大学理论物理学者Crick借助于伦敦皇家学院Wilkins实验室的Franklin拍摄的DNA分子X光射线衍射照片提出了DNA的双螺旋结构模型 14 第二节核酸的化学结构 一 两种核酸及其分布核酸 一种高分子化合物 核苷酸的多聚体 有脱氧核糖核酸 DNA 和核糖核酸 RNA 两类 核苷酸的构成 1 五碳糖 2 磷酸 3 环状含氮碱基 15 二 碱基的种类 1 双环结构的嘌呤 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 2 单环结构的嘧啶 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 尿嘧啶 U 16 17 18 19 20 21 美妙的DNA双螺旋 1 DNA分子是由两条多核苷酸链以右手螺旋的形式 彼此以一定的空间距离 平行于同一轴上 很像一个扭曲的梯子 2 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接 手拉手 构成基本骨架 也就是梯子的两扶手 3 两扶手的走向为反向平行 4 梯子的横档为排列在内侧的碱基 碱基通过氢结合 并以互补配对原则配对 A T C G 22 23 24 DNA双螺旋结构模型的意义 DNA双螺旋模型结构同时表明 DNA复制的明显方式 半保留复制 Waston和Crick在1953年就指出 DNA可以按碱基互补配对原则进行半保留复制 而在此之前对复制方式人们对一无所知 基因和多肽成线性对应的一个可能的理由 DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序 DNA中的遗传信息就是碱基序列 并存在某种遗传密码 geneticcode 将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序 在其后的几十年中 科学家们沿着这两条途径前进 探明了DNA复制 遗传信息表达与中心法则等内容 25 DNA分子构型的多态性 近来发现DNA的构型并不是固定不变的 除主要以瓦特森和克里克提出的右手双螺旋构型存在外 还有许多变型 所以现在一般将瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称为B DNA B DNA是DNA在生理状态下的构型 生活细胞中极大多数DNA以B DNA形式存在 但当外界环境条件发生变化时 DNA的构型也会发生变化 实际上在生活细胞内 B DNA一螺圈也并不是正好10个核苷酸对 而平均一般为10 4对 26 当DNA在高盐浓度下时 则以A DNA形式存在 图 A DNA是DNA的脱水构型 它也是右手螺旋 但每螺圈含有11个核苷酸对 A DNA比较短和密 其平均直径为23 大沟深而窄 小沟宽而浅 在活体内DNA并不以A构型存在 但细胞内DNA RNA或RNA RNA双螺旋结构 却与A DNA非常相似 27 现在还发现 某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在 称为Z DNA 图 当某些DNA序列富含G C 并且在嘌呤和嘧啶交替出现时 可形成Z DNA Z DNA除左手螺旋外 其每个螺圈含有12个碱基对 分子直径为18 并只有一个深沟 现在还不知道 Z DNA在体内是否存在 28 DNA分子构型的多态性 29 三 RNA的分子结构 至于RNA的分子结构 就其化学组成上看 也是由四种核苷酸组成的多聚体 它与DNA的不同 首先在于以U代替了T 其次是用核糖代替了脱氧核糖 此外 还有一个重要的不同点 就是绝大部分RNA以单链形式存在 但可以折叠起来形成若干双链区域 在这些区域内 凡互补的碱基对间可以形成氢键 图 但有一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA 30 RNA二级结构 单链RNA自行盘绕形成局部双螺旋的多 茎 多 环 结构 螺旋部分称为 茎 或 臂 非螺旋部分称为 环 在螺旋区 A与U配对 G与C配对 31 tRNA的二级结构 三叶草形状RNA三叶草型的二级结构可分为 氨基酸接受区 反密码区 二氢尿嘧啶区 T C区和可变区 除氨基酸接受区外 其余每个区都含有一个突环和一个臂 如图所示 32 tRNA的三级结构 倒 L 形 所有的tRNA折叠后形成大小相似及三维构象相似的三级结构 这有利于携带的氨基酸的tRNA进入核糖体的特定部位 如图所示 33 第三节遗传信息的表达与调控 一 中心法则及其发展遗传信息从DNA mRNA 蛋白质的转录和翻译的过程 以及遗传信息从DNA DNA的复制过程 这就是分子生物学的中心法则 centraldogma 中心法则 centraldogma 阐述生物世代 个体以及从遗传物质到性状的遗传信息流向 即遗传信息在遗传物质复制 性状表现过程中的信息流向 最初由Crick提出 并经过了多次修正 34 中心法则所阐述的是基因的两个基本属性 复制与表达 关于这两个属性的分子水平的分析 对深入理解遗传及变异的实质具有重要的意义 这一法则被认为是从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律 近年来的研究发现RNA可以反转录成为DNA RNA还可以自我复制以及在离体条件下DNA可以直接指导蛋白质的合成 从而增加了原中心法则的信息流向 丰富了中心法则的内容 35 中心法则及其发展 36 中心法则的发展 反转录 逆转录 反转录酶 cDNA RNA的自我复制 DNA指导蛋白质合成 38 三 遗传密码及其特性 遗传密码的基本特性 三联性 非重叠性 连续性 简并性 有序性 通用性 39 三 遗传密码及其特性 起始密码子与终止密码子 起始密码子 AUG 甲硫氨酸 甲酰甲硫氨酸 终止密码子 无义密码子 UAA UAG UGA 通用性的另外情况 40 第四节DNA的复制 DNA复制的一般特点 1 半保留复制拆开的两条单链 以各自为模板 从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸 进行氢键结合 在酶系统的作用下 连接起来 各自形成一条新的互补链 41 42 DNA复制的一般特点 2 复制起点和复制方向原核生物 多数只有一个复制起点 真核生物 有多个起点 43 原核生物DNA合成 一 有关DNA合成的酶1 DNA聚合酶12 DNA聚合酶113 DNA聚合酶111 44 二 DNA复制的过程 1 DNA双螺旋的解链2 DNA合成的开始3 一条DNA链连续合成 一条链不连续RNA引物 冈崎片断 前导链 后随链 后滞链 45 46 47 48 关于RNA的自我复制 1 先以自己为模板合成一条互补单链 模板链称 链 新复制的互补链称 链 2 以 链作为模板 复制出一条与自己互补的 链 3 链成为一条新的RNA 49 三 真核生物DNA合成的特点 1 DNA合成发生的时间 仅为细胞周期的S期 2 复制的起始点为多起点 3 合成所需的RNA引物和冈崎片断都比原核生物的短 4 控制前导链和后随链的聚合酶不同 5 染色体端体的复制 50 第五节RNA的转录及加工 一 三种RNA分子1 mRNA 把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来 然后由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序 完成基因表达过程中的遗传信息传递过程 从细胞核 细胞质 2 tRNA 根据mRNA的遗传密码依次准确地将合成多肽的原料 氨基酸运送到工厂 是氨基酸的特异运输车 51 一 三种RNA分子 3 rRNA 是组成核糖体的主要成分 核糖体是合成蛋白质的中心 4 小核苷酸 snRNA 是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分 有五种 52 二 RNA合成的一般特点 1 所有的原料为核苷三磷酸 2 只有一条DNA链被用作模板 3 RNA链的合成不需要引物的引导 4 RNA的合成也是从5 向3 端进行 5 RNA的转录和合成由RNA聚合酶催化 聚合酶首先在启动子处与DNA结合 形成转录泡 并开始转录 6 同样遵循碱基配对原则 只是U代替了T 53 三 原核生物RNA的合成 转录单位 通常把转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称之 一个转录单位可能刚好是一个基因 或多个基因 RNA转录的三步骤 1 RNA链的起始 2 RNA链的延长 3 RNA链的终止和新链的释放 54 几个概念 上游 RNA分子的5 端 下游 RNA分子的3 端 模板链 非模板链 55 四 真核生物RNA的转录及加工 一 真核生物RNA转录的特点1 转录在细胞核内进行2 mRNA分子一般只编码一个基因3 RNA聚合酶较多4 RNA聚合酶不能独立转录RNA 56 二 mRNA的加工 1 在mRNA前体的5 端加上7 甲基嘌呤核苷的帽子 cap 2 在mRNA前体的3 端加上聚腺苷酸 poly A 的尾巴3 将不编码的内含子序列进行剪接 切除 57 第六节遗传密码与蛋白质的翻译 一 遗传密码遗传密码三联体密码简并起始密码子终止密码子 58 59 60 1 生物性状的体现者 蛋白质 1 蛋白质的功能a 作为结构材料 如胶原蛋白 b 运输作用 如血红蛋白和肌红蛋白 c 贮存性营养物质 象受精卵中的卵精蛋白 人乳中的酪蛋白 d 肌肉的主要组成成分 肌动蛋白和肌球蛋白 e 作为抗体 如免疫球蛋白 f 具有调节体内新陈代谢作用 如胰岛素 g 催化作用 如一大类群具有催化生化反应的酶类 总之 蛋白质是人体生命活动的第一基本要素 是整个生命活动的体现者 2 蛋白质的化学组成 众多氨基酸相连形成线性的多肽链 多肽链按严格的顺序 特定的方式折叠组合成一个特殊的三维空间结构 就成了一种蛋白质 每种蛋白质的活性和专一性都和这种三维空间构型有关 61 血红蛋白 三级结构 螺旋 折叠 示多肽链的两种二级结构 62 63 二 蛋白质的合成 转录翻译多聚合糖体 64 65 66 基因的本质 一 基因的概念及发展 一 遗传因子与基因孟德尔把控制性状的因子称为 遗传因子 1909年丹麦遗传学家约翰逊 用 基因 一词 代替 遗传因子 这时基因只是逻辑推理的产物和一种符号 无实质内容 二 基因的 三位一体 的概念1940年以前 经典遗传学认为 基因是功能单位 基因是重组的结构单位 基因是突变的结构单位 67 一 基因的概念及发展 三 一个基因一个酶 的假说1941年比德尔和泰特姆等提出的 基因突变会引起酶的改变 从而阻断了这一酶所催化的生化反应 说明基因是通过控制酶的合成决定代谢过程和性状发育的 第一次明确地把基因和蛋白质直接联系在一起 找到了基因和性状的关系 四 顺反子学说1959年本泽从分子水平提出顺反子学说 认为一个顺反子相当于一个基因 是一个遗传功能单位 决定一条多肽链合成 一个顺反子内有多个突变位点即突变子 一个基因内部能引起表型突变的最小结构单位 和多个重组子 基因内出现重组的最小区间 说明基因内部是可分的 改变了 三位一体 的基因概念 理论上 一个基因中有多少核苷酸对 就有多少突变子和重组子 可见基因并不是突变单位和重组单位 68 互补试验 确定同一表型效应的突变型是等位基因内突变还是非等位基因间突变 野生型T4噬菌体 能在K和B菌株生长 突变型T4噬菌体 K不生长在B上生长 用2个不同突变型噬菌体a1