遗传学 第二章 遗传的物质基础 2

1、东北农业大学遗传学第五章1第二章第二章 遗传的物质基础遗传的物质基础东北农业大学遗传学第五章2一、一、DNA是遗传物质的证据是遗传物质的证据第四节第四节 DNA的结构的结构3基因存在于染色体上基因存在于染色体上(真核生物真核生物)： 蛋白质约占蛋白质约占66脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)约占约占27 核酸核酸核糖核酸核糖核酸(RNA)约占约占6 其它：如拟脂和无机物质其它：如拟脂和无机物质少量少量染色体染色体 四十年代以来，由于微生物遗传学的发展，加上生物化学、四十年代以来，由于微生物遗传学的发展，加上生物化学、生物物理学以及许多新技术不断引入遗传学，促成了一个崭新生物物理学以及许多新技术

2、不断引入遗传学，促成了一个崭新的领域的领域分子遗传学的诞生和发展。分子遗传学已拥有大量分子遗传学的诞生和发展。分子遗传学已拥有大量直接和间接的证据，说明直接和间接的证据，说明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中，的某些病毒中，RNA就是遗传物质。就是遗传物质。 41. DNA作为主要遗传物质的间接证据作为主要遗传物质的间接证据51） 含量：含量：DNA含量恒定。含量恒定。体细胞体细胞DNA含量是含量是配子配子DNA的一倍；的一倍；多倍体多倍体DNA含量倍增，但细胞内蛋白质含量不恒定。含量倍增，但细胞内蛋白质含量不恒定。2）代谢：代谢：利用利用放射性放射性

3、与与非放射性元素非放射性元素进行标记，发现：进行标记，发现：DNA分子代谢较稳定；分子代谢较稳定；其它分子一边形成、同时又一边分解。其它分子一边形成、同时又一边分解。3）突变：突变：紫外线紫外线诱发突变时，最有效波长均为诱发突变时，最有效波长均为2600埃；埃；与与DNA所吸收的紫外线光谱一致；所吸收的紫外线光谱一致；证明基因突变与证明基因突变与DNA分子的变异密切联系。分子的变异密切联系。64 4）分布：）分布： DNA是所有生物染色体所共有：是所有生物染色体所共有： 噬菌体、病毒、植物、人类等。噬菌体、病毒、植物、人类等。 而蛋白质则不同：而蛋白质则不同：噬菌体、病毒、细菌的蛋白质一般不存

4、在于噬菌体、病毒、细菌的蛋白质一般不存在于染色体上，而染色体上，而真核生物染色体中有核蛋白组成真核生物染色体中有核蛋白组成。E.coli72. 2. DNA作为主要遗传物质作为主要遗传物质的直接证据的直接证据81) 1) 肺炎双球菌的转化实验：肺炎双球菌的转化实验：肺炎双球菌肺炎双球菌 特征特征 抗原型（稳定）抗原型（稳定）粗糙型粗糙型(R)无荚膜、粗糙菌落、无荚膜、粗糙菌落、无毒无毒IR、IIR光滑型光滑型(S)有荚膜、光滑菌落、有荚膜、光滑菌落、有毒有毒IS、IIS、IIIS9a格里费斯格里费斯(Griffith F.，1928)：肺炎双球菌肺炎双球菌转化试验转化试验。 无毒无毒IIR型型

5、 小鼠成活小鼠成活 无细菌无细菌 有毒有毒IIIS型型 小鼠死亡小鼠死亡 重现重现IIIS型型 有毒有毒IIIS型型(65杀死杀死) 小鼠成活小鼠成活 无细菌无细菌 无毒无毒IIR型型 &有毒有毒IIIS型型(65杀死杀死) 小鼠小鼠 死亡死亡 重现重现IIIS型型结论：结论：在加热杀死的在加热杀死的IIIS型型肺炎双球菌中肺炎双球菌中有较耐高有较耐高温的转化物质温的转化物质能够进入能够进入IIR型型 IIR型转变为型转变为IIIS型型 无毒转变为无毒转变为有毒有毒。10b阿委瑞阿委瑞(Avery O. T.，1944)试验：试验： 用生物化学方法用生物化学方法证明这种活性物质是证明这

6、种活性物质是DNA。正实验：三个正实验：三个 负实验：三个负实验：三个结论：结论： 遗传物质遗传物质DNA是是转化因子。转化因子。11 2) 2) 噬菌体感染实验：噬菌体感染实验：a. a. 赫尔希赫尔希(HersheyA.)等用同位素等用同位素32P和和35S验证验证DNA是遗传物质。是遗传物质。原理：原理： P存在于存在于DNA，而，而不存于蛋白质；不存于蛋白质；S 存在存在于蛋白质，不存于于蛋白质，不存于DNA。 32P标记标记T2噬菌体；噬菌体；35S标记标记T2噬菌体。噬菌体。结论：结论：进入菌内的是进入菌内的是DNA；DNA进入细胞内才能产生进入细胞内才能产生完整的噬菌体。完整的噬

7、菌体。12b b烟草花叶病毒的感染和繁殖：烟草花叶病毒的感染和繁殖：烟草花叶病毒简称烟草花叶病毒简称TMV (Tobacco Mosaic Virus)。TMV的蛋白质外壳和单螺旋的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种：接种：TMV蛋白质烟草不发病；蛋白质烟草不发病；TMV RNA烟草发病新的烟草发病新的TMV；TMV RNA & RNA酶烟草不发病。酶烟草不发病。13佛兰科尔佛兰科尔-康拉特康拉特-辛格尔辛格尔(Framkel-Conrat-Singer)试验：试验：结论：结论：提供提供RNA的亲本决定了其后代的的亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。和蛋白质。在不含在不含DNA的的TMV中，中

8、，RNA就是遗传物质就是遗传物质。14二、核酸的化学结构二、核酸的化学结构151)1)核酸：核酸：以以核苷酸核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。 五碳糖：脱氧核糖、核糖五碳糖：脱氧核糖、核糖核苷酸核苷酸 磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤磷酸鸟嘌呤、腺嘌呤 环状的含氮碱基环状的含氮碱基胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶1. 1. 两种核酸及其分布：两种核酸及其分布：1617DNA 脱氧核糖脱氧核糖核酸核酸RNA核糖核糖核酸核酸五碳糖：脱氧核糖五碳糖：脱氧核糖碱基：碱基：A、T、C、G五碳糖：核糖五碳糖：核糖碱基：碱基：A、U、C、G18DNA四种

9、脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸DNA分子19高等植物高等植物：DNA存在于染色体，叶绿体、线粒体中；存在于染色体，叶绿体、线粒体中；RNA在核（核仁、染色体）、细胞质中。在核（核仁、染色体）、细胞质中。细菌：细菌：DNA和和RNA。噬菌体：噬菌体：多数只有多数只有DNA。植物病毒：植物病毒：多数只有多数只有RNA。动物病毒：动物病毒：有些含有些含RNA、有些含、有些含DNA。2)2)分布：分布：201） DNA双螺旋结构：双螺旋结构：1953年，沃森（年，沃森（Watson J. D.）和克里克（和克里克（CrickF. H. C.）提出）提出DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型。主要依据为：。主要依

10、据为：碱基互补碱基互补配对配对的规律以及的规律以及DNA分子的分子的X射线衍射射线衍射结果。结果。沃森和克里克沃森和克里克与维尔金斯与维尔金斯(Wilkins)一起一起获得诺贝尔奖获得诺贝尔奖 (1962) 。2. DNA的分子结构：的分子结构：21电子显微镜下的人类电子显微镜下的人类DNA22特点：特点： 两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋；两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋； 双链具有反向平行的特点；双链具有反向平行的特点； 碱基配对原则碱基配对原则为：为：A=T、G=C，双螺旋直径约，双螺旋直径约20A， 螺距为螺距为34A(10个碱基对个碱基对)。23A-T、G-C排列方法有排列方

11、法有以下四种：以下四种：A-T 或或 G-C 或或C-G 或或 T-A设某一段设某一段DNA分子链有分子链有1000对碱基对碱基,则有则有41000种不同种不同排列组合，就可能有排列组合，就可能有41000种种不同性质的基因不同性质的基因。 24 物种：物种：不不同物种同物种中的中的DNA的碱基含量不同：的碱基含量不同： a. DNA分子上的分子上的碱基顺序碱基顺序是一致的，一般保持不变才能是一致的，一般保持不变才能保持该物种的遗传特性的稳定；保持该物种的遗传特性的稳定；b. 在特殊条件下，碱基顺序改变，出现遗传变异。在特殊条件下，碱基顺序改变，出现遗传变异。物物种种GACTA+G/T+CG+

12、C/A+T人人19.930.919.829.41.030.66小小麦麦23.825.624.626.00.970.94洋洋葱葱18.431.818.231.31.010.58菜菜豆豆20.629.720.129.61.010.69酵酵母母18.331.717.432.61.000.56大大肠肠杆杆菌菌26.024.725.723.61.021.07T2噬噬菌菌体体18.232.516.832.51.020.54252） DNA构型：构型：B-DNA：生理状态下，每螺圈生理状态下，每螺圈10.4个碱基对，右手螺旋；个碱基对，右手螺旋；A-DNA：高盐浓度下，每螺圈高盐浓度下，每螺圈11个碱基对，

13、右手螺旋；个碱基对，右手螺旋；Z-DNA：序列富含序列富含GC，嘌呤和嘧啶交替出现，嘌呤和嘧啶交替出现，每螺圈每螺圈12个碱基对，左手螺旋。个碱基对，左手螺旋。263. RNA分子结构：分子结构：与与DNA的区别的区别U代替代替T；核糖代替脱氧核糖；核糖代替脱氧核糖；一般以单链存在一般以单链存在。27第五节第五节 RNA的分子结构的分子结构28一、三种一、三种RNA 分子分子信使信使RNA (mRNA)转运转运RNA (tRNA)核糖体核糖体RNA (rRNA)291. mRNA：含量少，代谢快，传递遗传信息：含量少，代谢快，传递遗传信息真核生物真核生物mRNA特点：特点： 5帽子，帽子， 3

14、 polyA302. tRNA：分子量为分子量为2500030000；70100个核苷酸组成；个核苷酸组成；稀有碱基，如假尿嘧啶等。稀有碱基，如假尿嘧啶等。315末端具有末端具有G（大部分）或（大部分）或C；3末端都以末端都以ACC结尾；结尾；一个富有鸟嘌呤的环；一个富有鸟嘌呤的环；一个一个反密码子反密码子环；环；一个胸腺嘧啶环；一个胸腺嘧啶环；tRNA结构：结构：323. rRNA细胞中含量最多，约占细胞中含量最多，约占82%。单独存在时。单独存在时并不执行功能，与多种蛋白质组成核糖体，并不执行功能，与多种蛋白质组成核糖体，作为合成蛋白质的装配机。作为合成蛋白质的装配机。33原核生物原核生物

15、rRNA（3种）种）:5S: 120个核苷酸；个核苷酸；16S: 1540个核苷酸个核苷酸；23S: 2900个核苷酸。个核苷酸。真核生物真核生物rRNA（4种）种）: 5S:120个核苷酸；个核苷酸； 5.8S: 160个核苷酸；个核苷酸； 18S: 1900个核苷酸个核苷酸； 28S: 4700个核苷酸。个核苷酸。 rRNA与核糖体的组装：与核糖体的组装：34（四）其他的（四）其他的RNA小核小核RNA（small nuclear RNA，snRNA）；）；siRNA (Small interfering RNA) ；MicroRNAs（miRNAs）。）。35第六节第六节 DNA的复制的

16、复制36半半保留复制：保留复制：瓦特森瓦特森( (Watson J. D.) )等提出等提出的的DNA半保留复制半保留复制方式方式。其方法为：其方法为：一端沿氢键逐渐断开；一端沿氢键逐渐断开；以单链为模板，碱基互补；以单链为模板，碱基互补；氢键结合，聚合酶等连接；氢键结合，聚合酶等连接；形成新的互补链；形成新的互补链；形成了两个新形成了两个新DNA分子。分子。DNA的这种复制方式对保持的这种复制方式对保持生物遗传的稳定性是非常重要的。生物遗传的稳定性是非常重要的。一、一、DNA复制的一般特点：复制的一般特点：37二、复制起点和复制方向：二、复制起点和复制方向：1. 原核生物原核生物绝大多数细菌

17、和病毒：只有一个复制起点，控制整个绝大多数细菌和病毒：只有一个复制起点，控制整个染色体的复制，且为双向复制。染色体的复制，且为双向复制。噬菌体噬菌体P2：其：其DNA的复制是沿一个方向进行的。的复制是沿一个方向进行的。复制子：在同一个复制起点控制下的一段复制子：在同一个复制起点控制下的一段DNA序列。序列。382.真核生物真核生物每条染色体的每条染色体的DNA复制都是复制都是多起点多起点，多个复制起点共同，多个复制起点共同控制整个染色体的复制；控制整个染色体的复制；每条染色体有每条染色体有多个复制子多个复制子；且为且为双向复制双向复制；39DNA复制过程复制过程1. DNA双螺旋的解链双螺旋的

18、解链* DNA解旋酶在解旋酶在ATP供能下，供能下，每分钟旋转每分钟旋转3000次解开双次解开双螺旋；螺旋；* 单链单链DNA结合蛋白马上结合蛋白马上结合在分开的单链上，以结合在分开的单链上，以避免产生单链内配对；避免产生单链内配对；* DNA拓扑异构酶来解决拓扑异构酶来解决由于复制叉的推进而产生由于复制叉的推进而产生超螺旋的问题。超螺旋的问题。 三三、原核生物、原核生物DNA合成：合成：402. DNA合成的开始合成的开始 合成合成DNA片段之前，片段之前，先由先由RNA聚合酶合成一小聚合酶合成一小段段RNA引物引物(约有约有20个碱基个碱基对对) DNA聚合酶才开始起聚合酶才开始起作用合成作用合成DNA片段。片段。413. 后随链的不连续复制后随链的不连续复制DNA聚合酶，以聚合酶，以5 3 方向发挥作用；方向发挥作用；从从3 5 合成方向的一条链，就会遇合成方向的一条链，就会遇到困难。到困难。考恩伯格考恩伯格( Kornberg A., 1967)提出提出不连续不连续复制假说：复制假说：在在3 5方向链上