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1 第九章遗传物质的分子基础 遗传物质 真核生物的染色体组成 DNA 27 RNA 6 蛋白质 66 组蛋白和非组蛋白 3 一 DNA作为主要遗传物质的证据 DNA含量恒定 DNA分子代谢较稳定 突变 分布 DNA是所有生物染色体所共有 间接证据 4 肺炎双球菌定向转化试验 GriffithF 1928 直接证据 5 进入菌内的是DNA DNA进入细胞内才能产生完整的噬菌体 赫尔歇 1952 等用同位素验证DNA是遗传物质 第二节核酸的化学结构与自我复制 DNA的基本结构 脱氧核苷酸 nucleotide 一级结构 磷酸脱氧核糖碱基脱氧核苷 DNA和RNA化学成份的比较 DNA分子结构模拟图 9 DNA双螺旋结构 二级结构3 5 磷酸二酯键连接 DNA分子两条链是反向平行的 一条是5 到3 另一条是3 到5 两条链相互盘绕成一个双螺旋结构 碱基在内侧 碱基配对原则 A T G C配对 双螺旋直径约2 0nm 螺距为3 4nm 10个碱基 每对碱基的高度是0 34nm 1 DNA的分子结构 10 11 维持DNA双螺旋的力主要是互补碱基对之间的氢键和由于大量邻近碱基对的堆集 使双螺旋结构内部形成一个强大的疏水区 12 碱基严格配对的意义 规定了DNA双链的互补性 使DNA在复制过程有足够的稳定性 使多对碱基的排列顺序出现的多样性得以保留 一对碱基可能出现的排列有4种 两对碱基可能出现的排列有42种 基因的平均长度约1000对碱基 41000种排列是无穷大数 足以使DNA记录下任何性状的特点 13 DNA变性 denaturation 两条多核苷酸链分开成为两条单链 DNA复性 renaturation 或称退火 annealing 变性后成为单链的DNA 在适当的条件下有能回复成为双链DNA 复性依赖于两条互补链之间专一性的碱基配对 RNA的分子结构 四种核苷酸组成 尿嘧啶取代胸腺嘧啶 通常以单链形式存在 不形成双螺旋 三 有关计算 例题 小麦体细胞中含有的核酸 核苷酸 碱基的种类分别是 一个DNA分子一条链中的A C G T 0 8 那么他的互补链中的A C G T 组成DNA的碱基只有4种 4种碱基的配对方式只有2种 但DNA分子具有多样性 主要原因是A DNA分子是高分子化合物B 脱氧核糖结构不同C 磷酸的排列方式不同D 碱基的排列顺序不同4 在人类探究遗传物质的过程中 科学家以T2噬菌体作为实验材料 利用放射性同位素标记技术完成了噬菌体侵染细菌的实验 在此实验中 用35S 32P分别标记的是噬菌体的A DNA 蛋白质B 蛋白质 蛋白质C DNA DNAD 蛋白质 DNA 2 8 5 中心法则 中心法则阐述的基因两大基本属性 复制 DNA DNA 表达 从DNA mRNA 蛋白质 近年对中心法则的补充 1 RNA的反转录2 RNA的自我复制3 DNA指导的蛋白质合成 20 复制 replication 以原来的DNA分子为模板合成出相同分子的过程 DNA的复制先是碱基间的氢键断裂 DNA双螺旋解旋 分开为两条单链 然后以各单链为模板合成其互补链 新生成的互补链与对应的模板链构成了子代DNA分子 由于子代DNA分子中保留了亲代DNA分子中的一条单链 故称这种复制为半保留复制 2 DNA的复制 21 DNA聚合酶只能沿5 3 方向延长DNA链 后人在冈崎等人的研究基础上提出DNA是半不连续复制的 即一条模板链是3 5 走向 复制时从5 3 方向连续合成新链 称为前导链 另一条模板链是5 3 走向 复制时仍然从5 3 方向 但是复制是不连续的 是先合成若干小段DNA 冈崎片段 再由连接酶连接成一条连续单链 称为后随链 在合成DNA片段前 先由一种特殊的RNA聚合酶以DNA为模板 合成一段约含几十个核苷酸的RNA 称为 引物RNA 再在DNA聚合酶作用下从引物RNA的3 OH端延长DNA链 当新链延长到前一个冈崎片段的引物RNA时 DNA聚合酶 将引物RNA除去 并合成一段DNA取代引物RNA 最后由连接酶将冈崎片段连成一条连续DNA链 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 前导链 一条链不连续 后随链 冈崎片断 25 三 真核生物DNA合成的特点 1 DNA合成发生仅为细胞周期的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 以自身为模板合成一条互补链RNA 再以其为模板复制出单链RNA 致癌病毒RNA 以自身为模板 在逆转录酶下反向合成DNA RNA分子的复制 1 DNA的复制为半保留复制 一个DNA分子复制n次 则 子代DNA分子数 个 含有亲代DNA链的子代DNA分子数 个 不含亲代链的子代DNA分子数 个 2 消耗的脱氧核苷酸数若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个 经过n次复制需要消耗该脱氧核苷酸个 2n 2 2n 2 m 2n 1 30 4 DNA与蛋白质合成 一 通过转录将DNA的遗传信息传给RNA转录 transcription 以DNA的一条链为模板 在RNA聚合酶 RNApolymerase 的作用下 把遗传密码以互补的方式转录到mRNA上的过程 模板链 RNA合成时作为模板的DNA链 编码链 DNA双链中的另一条链 RNA的转录及加工 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 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 DNA的平面结构图 DNA 游离的核糖核苷酸 以DNA的一条链为模板合成RNA DNA与RNA的碱基互补配对 A U T C C G T A 组成RNA的核糖核苷酸一个个连接起来 形成的mRNA链 DNA上的遗传信息就传递到mRNA上 RNA DNA 细胞质 细胞核 核孔 DNA mRNA在细胞核中合成 细胞质 细胞核 mRNA通过核孔进入细胞质 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 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 翻译 指mRNA携带着转录的遗传密码从细胞核进入细胞质 并附着在核糖体上 把由转移核糖核酸运来的各种氨基酸 按照mRNA的密码顺序 相互连接起来形成多肽链 再经进一步折叠成为蛋白质分子的过程 51 DNA和遗传密码 遗传密码 决定蛋白质合成过程中如何由碱基序列翻译成不同的氨基酸 三个相连碱基的可能组合有64种 足以表达全部20种氨基酸有余 三联体或密码子 代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸 简并 丰余 一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决定的现象 编码同一氨基酸的密码子称为同义密码子 差别通常在第三个碱基位置上 称为摆动位置 终止密码子 UAG UGA UAA 起始密码子 AUG 53 55 三联体密码的翻译 遗传密码为三联体 连续性 简并性 有序性 通用性 密码子特点 密码子 密码子 mRNA上决定氨基酸的三个相邻的碱基 亮氨酸 天门冬酰胺 异亮氨酸 转运RNA tRNA 氨基酸 亮氨酸 tRNA的一端运载着氨基酸 翻译 在细胞质中 以mRNA为模板 合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程 细胞质 细胞质中的mRNA 核糖体 mRNA与核糖体结合 tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子互补配对 tRNA将氨基酸转运到mRNA上的相应位置 两个氨基酸分子缩合 缩合 亮氨酸 核糖体随着mRNA滑动 另一个tRNA上的碱基与mRNA上的密码子配对 亮氨酸 一个个氨基酸分子缩合成链状结构 亮氨酸 天门冬酰氨 tRNA离开 再去转运新的氨基酸 亮氨酸 天门冬酰氨 异亮氨酸 以mRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质 蛋白质合成结构图 71 习题 1 下列有关基因的叙述 错误的是A 可以准确地复制B 能够存储遗传信息C 是20种氨基酸的有序排列D 是有遗传效应的DNA片段2 基因控制性状表现的主要途径是 蛋白质 性状 蛋白质 蛋白质 性状 蛋白质 性状 3 一条多肽链中有氨基酸1000个 作为合成该多肽链模板的mRNA分子和用来转录成mRNA的DNA分子分别至少含有碱基A 3000个和3000个B 1000个和2000个C 2000个和4000个D 3000