第七章遗传的分子基础ppt课件

1、第七章 遗传的分子根底 DNA RNA PROTEIN 表型 代谢问题 中心法那么 生长、分化 个体发育 表型变异5-W?WHAT?WHY?WHERE?WHEN?HOW?一、一、DNA是遗传物质是遗传物质 1944年，美国细菌学家 Osalwad Theodore Avery 发现基因是由脱氧核糖核酸即DNA 组成。这一发现应属于诺贝尔奖级的科学成果。核酸的发现核酸的发现 1868 1868年，瑞士科学家年，瑞士科学家F.MiescherF.Miescher在外科手术绷带上的脓血细胞中分别在外科手术绷带上的脓血细胞中分别出一种含磷有机化合物，其具有很强出一种含磷有机化合物，其具有很强的酸性。由

2、于是从细胞核中分别出来，的酸性。由于是从细胞核中分别出来，故称之为核素故称之为核素nucleinnuclein。 今日，科学家们称之为脱氧核今日，科学家们称之为脱氧核糖核酸。糖核酸。一、DNA是遗传物质一染色体的化学组成一染色体的化学组成 DNA 1 染色体染色体 PROTEIN(1.52.5) 组蛋白组蛋白(1) RNA(0.05) 非组蛋白非组蛋白(0.51.5)染色体的构造二二DNA是遗传物质的间接证据是遗传物质的间接证据延续性、稳定性、自主性物质：延续性、稳定性、自主性物质：同种生物不同个体间的稳定性；同种生物不同个体间的稳定性；同一个体不同组织的细胞间的稳定性；同一个体不同组织的细胞

3、间的稳定性；同一个体不同发育年龄的稳定性；同一个体不同发育年龄的稳定性；仅在能自体复制的细胞器上找到。仅在能自体复制的细胞器上找到。三三DNA是遗传物质的直接证据是遗传物质的直接证据 肺炎双球菌感染实验肺炎双球菌感染实验 噬菌体感染实验噬菌体感染实验肺炎双球菌转化实验：肺炎双球菌转化实验：1928年年, Griffith噬菌体感染图象噬菌体感染图象RNARNA是遗传物质是遗传物质二、核酸的化学性质二、核酸的化学性质遗传信息载体：遗传信息载体： 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸DNA双螺旋分子；长度双螺旋分子；长度单位：碱基对单位：碱基对 (bp)，千碱基对，千碱基对 (Kb)，百万碱基对，百万碱基对

4、(Mb)脱氧核糖核苷酸组成多聚核苷酸链，两条链相互环绕构成双螺旋磷酸核糖腺嘌呤 A碱基碱基碱基碱基胞嘧啶 C碱基对核糖-磷酸骨架氢键3 端羟基5 端磷酸胸腺嘧啶 T鸟嘌呤 GDNA 构造表示图构造表示图2nm3.4nmDNA的一级构造 DNA的二维构造模型建立者模型建立者: James WATSON:生物学家生物学家Francis CRICK: 化学家化学家双螺旋模型实验数据的重要奉献者：双螺旋模型实验数据的重要奉献者：Rosalind FRANKLIN: Kings Collage London 的的MRC生物物理单位物理化学家，首先将磷酸原子定位于生物物理单位物理化学家，首先将磷酸原子定位

5、于DNA外外表并发现了外外表并发现了“B 型型DNAMaurice WILKINS: “A 型型DNA的发现者的发现者双螺旋构造的发现双螺旋构造的发现(1953)(1953)证据证据:1. Chargaff(1905-2019) T+C=A+G; A=T, C=G; A+TC+G.DNA双螺旋模型双螺旋模型Watson &Crick (1953)2. X-ray 2. X-ray 照射照射DNADNA分子，分子，察看底片上产生的点子，察看底片上产生的点子，计算分散角度。计算分散角度。Rosalind Elsie Franklin, (1920 - 1958)DNA的二级构造的二级构造1、构造要

6、点：、构造要点： 反向平行反向平行; 碱基配对碱基配对; 碱基间隔为碱基间隔为0.34nm; 螺距为螺距为3.4nm。20A034A03.4A0DNA模型1953年年2019年年三、DNA半保管复制一一 DNA半保管复制学说半保管复制学说二半保管复制的验证二半保管复制的验证三复制过程三复制过程起始延伸终止1. 复制起点、方向和方式 复制起点origin, ori) 复制终点terminus 复制子(replicon) 复制单位(replication unit)oriter2. DNA复制的半不延续性四、遗传信息的转录一 转录的根本概念 转录transcription)是指以DNA为模板，在依

7、赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种rNTPATP、CTP、GTP、UTP为原料，合成RNA的过程。 RNA是DNA将遗传信息传送给蛋白质的中心环节。是遗传信息表达的中心环节。编码链和模板链编码链和模板链启启动子和终止子启启动子和终止子转转录单位转转录单位上上游上上游upstream和下游和下游downstreamATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGCTACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACGATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATAGC+1-1GCAAAT terminatorpromoterdownstreamdownstreamupstr

8、eam二转录单位二转录单位三、转录的机制三、转录的机制转录的起始转录的延伸转录的终止转录起点转录起点转录因子转录因子RNA聚合酶聚合酶第七章 遗传的分子根底遗传过程的信息流遗传过程的信息流一、一、DNADNA是遗传物质是遗传物质二、核酸的化学性质二、核酸的化学性质三、三、DNADNA半保管复制半保管复制四、遗传信息表达和调控四、遗传信息表达和调控五、基因和基因组五、基因和基因组六、基因的现代概念六、基因的现代概念七、突变的分子根底七、突变的分子根底一、一、DNADNA是遗传物质是遗传物质间接证据间接证据直接证据直接证据二、核酸的化学性质二、核酸的化学性质(Cytosine,C)(Uracil,

9、 U)(Thymine, T)(Adenine, A)(Guanine, G)三、三、DNADNA的二级构造的二级构造和半保管复制和半保管复制实际知识深沉、富于发实际知识深沉、富于发明性；视野宽广、搜集信明性；视野宽广、搜集信息全面并擅长分析利用。息全面并擅长分析利用。三、三、DNADNA的构造和半保管复制的构造和半保管复制复制叉的构造复制叉的构造四、遗传信息的表达和调控四、遗传信息的表达和调控一中心法那么及其开展一中心法那么及其开展二二 遗传信息的转录与遗传信息的转录与RNARNA的加工的加工三遗传密码及其特性三遗传密码及其特性四遗传信息的翻译四遗传信息的翻译五基因表达调控五基因表达调控一中

10、心法那么及其开展一中心法那么及其开展 中心法那么中心法那么(central (central dogma)dogma)论述生物世代、个论述生物世代、个体以及从遗传物质到性状体以及从遗传物质到性状的遗传信息流向，即遗传的遗传信息流向，即遗传信息在遗传物质复制、性信息在遗传物质复制、性状表现过程中的信息流向。状表现过程中的信息流向。 最初由最初由CrickCrick提出，并经提出，并经过了多次修正。过了多次修正。中心法那么的开展中心法那么的开展 反转录反转录(逆转录逆转录)： 反转录酶；反转录酶； cDNA。 RNA的自我复制。的自我复制。 DNA指点蛋白质合成。指点蛋白质合成。遗传信息的转录遗传

11、信息的转录以一条以一条DNADNA链为模板合成链为模板合成RNARNA尿嘧啶尿嘧啶U U取代了胸腺嘧啶取代了胸腺嘧啶T TATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGCTACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG转录因子转录因子五、蛋白质的生物合成转译转译 TranslationTranslation定义：定义： 以以mRNAmRNA为模板，在核糖为模板，在核糖体上合成蛋白质的过程。体上合成蛋白质的过程。参与转译的分子：参与转译的分子： tRNA tRNA 、rRNArRNA、mRNAmRNA、蛋白、蛋白质。质。五、蛋白质的生物合成五、蛋白质的生物合成ATGCCGGTA

12、CGGGCAAATATGCCCATGC TACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG一遗传密码一遗传密码genetic code 遗传密码是联络核酸的碱基遗传密码是联络核酸的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的途序列和蛋白质的氨基酸序列的途径。由三个碱基代表一种氨基酸，径。由三个碱基代表一种氨基酸，称为密码子称为密码子codon)。 4种碱基可以组合成种碱基可以组合成64种密种密码子，生物体内只需码子，生物体内只需20种氨基酸，种氨基酸，因此，多个密码子代表一个氨基因此，多个密码子代表一个氨基酸。酸。遗传学密码最早的提出者：遗传学密码最早的提出者：George GAMOW 俄裔实际物理

13、学家俄裔实际物理学家 “隧道实际和宇宙大爆炸实际的奠基者之一隧道实际和宇宙大爆炸实际的奠基者之一 “三联体密码子的最早建议人三联体密码子的最早建议人 RNA领带俱乐部的发起人之一和积极参与者领带俱乐部的发起人之一和积极参与者遗传密码表遗传密码表二密码子与蛋白质氨基酸序列二密码子与蛋白质氨基酸序列三遗传密码的性质三遗传密码的性质简并性简并性同义密码子；同义密码子；8个密码子家族，个密码子家族，每个家族有每个家族有4种种密码子；密码子；普遍性与特殊性普遍性与特殊性起始密码起始密码AUG；终止密码终止密码UAA、UAG、UGA；3. 无逗号、不无逗号、不重叠重叠遗传密码表遗传密码表反密码子：tRNA

14、上携带的遗传密码是与Mrna上的密码互补的，这个与遗传密码互补的密码被称为反密码子。 密码子与反密码子间的正确识别是遗传信息准确传送的保证。 四四tRNA 的构造和功能的构造和功能五核糖体的构造和功能五核糖体的构造和功能核糖体的活性位点核糖体的活性位点蛋白质合成过程蛋白质合成过程中心法那么 DNA RNA PROTEIN 表型 代谢问题 中心法那么 生长、分化 个体发育 表型变异DNARNA蛋白质蛋白质修正后的中心法那修正后的中心法那么么六、基因的本质六、基因的本质1. DNA与基因与基因基因是基因是DNA序列上具有一定功能的片段；序列上具有一定功能的片段；转录单位包括转录的启动子及其上游的其

15、他调转录单位包括转录的启动子及其上游的其他调控序列、基因本身和转录的终止序列；控序列、基因本身和转录的终止序列；除编码蛋白质的基因外，还有最终产物为除编码蛋白质的基因外，还有最终产物为RNA的基因，如编码的基因，如编码tRNA 和和rRNA的基因；的基因；调理基因。调理基因。 基因的精细构造 密码子(codon) 编码区(coding region) 构造基因(structural gene) 调控区(operator region) 启动子(promoter) 终止子(terminater) 转录单位(transcription unit) DNA构造基因构造基因1构造基因构造基因2调控区调

16、控区间隔序列间隔序列编码序列编码序列编码序列编码序列RNA蛋白质蛋白质NC5 3基因的精细构造 promoterOperatorStructural geneterminatorG1G2G32. 断裂基因(split gene)RNAmRNA外显子外显子1外显子外显子2外显子外显子3内含子内含子1内含子内含子2DNA剪切剪切3. 真核生物的反复序列(1)基因家族 基因家族 (gene family)假基因(pseudogene)成簇的基因家族(clustered gene family)分布的基因家族(interspersed gene family)广义的基因家族 (2) 基因外的反复DNA

17、序列卫星DNA 卫星DNA (satellite DNA) 小卫星DNA (minisatellite) 微卫星DNA (microsatellite)着丝粒 (centromere)端粒 (telomere)rDNA4. 重叠基因(overlapping gene)T 174的重叠基因的重叠基因原核生物的重叠基因原核生物的重叠基因5. 挪动基因挪动基因转位因子腾跃基因控制因子转座子插入序列 4. 基因的现代概念功能基因和调理基因断列基因重叠基因反复基因假基因挪动基因七、基因表达调控的机理一、根本概念n 调控和调控程度n 顺式作用元件和反式作用因子n 构造基因和调理基因n 启动子和终止子n 支

18、配基因和阻抑蛋白n 转录因子1 调控和调控程度生物体的遗传信息在表达为性状的过程中可以在任何阶段进展调控。调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进展。2 顺式作用元件和反式作用因子反式作用因子trans-acting factor 游离基因产物分散至其目的场所的过程称为反式作用，反式作用的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个分子上。顺式作用元件(cis-acting element) 指对基因表达有调理作用的DNA序列，其活性只影响与其本身同处在一个DNA分子上的基因，这种序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。3 构造基因与调理基因构造基因构造基因structural

19、gene)structural gene) 指编码蛋白质或指编码蛋白质或RNARNA的任何基因。的任何基因。调理基因调理基因 (regulator gene)(regulator gene) 指参与其它基因表达调控的指参与其它基因表达调控的RNARNA或或蛋白质的编码基因。蛋白质的编码基因。正调控： 调理物与DNA特定位点的相互作用可以启动或加强基因表达活性。负调控： 以封锁或降低基因表达活性的方式调理靶基因。4 启动子和终止子 位于转录单位开场和终了位置上的序列为启动子和终止子，两者都是典型的顺式作用位点。 启动子和终止子是受同一类反式作用因子识别的顺式作用元件，这一类反式作用因子就是RNA

20、聚合酶。这两个位点也能各自结合其它一些特定因子。LacI P O LacZ Lac Y Lac A二乳糖支配子的构造 - 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 - 半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶 - 半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶5 支配基因和阻抑蛋白 细菌的传统控制机制是负调控：即阻抑蛋白(repressor)阻止基因表达，无阻抑蛋白时，RNA聚合酶可以识别受调理基因的启动子，使基因得以表达。 支配基因(operator)的靶位点顺式作用位点与启动子相邻，当阻抑蛋白与支配基因结合时，就会阻止RNA聚合酶转录，基因的表达就封锁。6 转录因子 转录因子是转录起始过程中，RNA聚合酶所需的辅助因子。它们是参与正调

21、控的反式作用因子。它们在启动子附近有作用位点，有些与位点之结合使RNA聚合酶能起始转录。二 、支配子一支配子的概念 支配子operon就是从支配基因以及相邻的假设干构造基因所组成的功能单位，其中构造基因转录受支配基因的调控。 LacI P O LacZ Lac Y Lac A二乳糖支配子的构造 - 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 - 半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶 - 半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶八、突变的分子机理八、突变的分子机理一概念变异与突变Variation, Mutation野生型和突变型Wild type, Mutant二突变的分类自发突变和诱发突变；单点突变和多点突变；碱基替代、碱基插入、碱基缺失同义突变、非同义突变、无义突变三突变机理自发性损伤自发性损伤复制中的损伤复制中的损伤自发性化学改动自发性化学改动 互变异构、碱基的脱氨基作用互变异构、碱基的脱氨基作用2. 2. 物理要素引起的损伤物理要素引起的损伤紫外线引起的紫外线引起的DNADNA损伤损伤嘧啶二聚体嘧啶二聚体电离辐射引起的电离辐射引起的DNADNA损伤损伤 单链断裂、双链断裂单链断裂、双链断裂3.3.化学要素引起的化学要素引起的DNADNA损伤损伤烷化剂：引起链内交联；烷化剂：引起链内