遗传物质的分子基础

第十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第二节核酸的化学结构第三节染色体的分子结构第四节DNA复制第五节RNA的转录及加工第六节遗传密码与蛋白质的翻译第一节DNA作为主要遗传物质的证据一、DNA作为主要遗传物质的间接证据DNA是所有生物（除个别病毒）的染色体所共有的；DNA的含量在每个物种不同组织的细胞里是恒定的；DNA在代谢上是比较稳定的；DNA吸收最多的紫外线光波是260nm，与诱发基因突变的光波相同；DNA能够自我复制并通过细胞分裂均匀地传给下一代。（一）细菌的转化格里费斯（GriffithF，1928）肺炎双球菌定向转化实验

RⅡ型肺炎双球菌——无荚膜，菌落粗糙，无毒

SⅢ型肺炎双球菌——有荚膜，菌落光滑，有毒二、DNA作为主要遗传物质的直接证据无毒IIR型注入，小鼠成活重现IIR型有毒IIIS型注入，小鼠死亡重现IIIS型有毒IIIS型（65℃杀死）注入，小鼠成活无细菌无毒IIR型有毒IIIS型（65℃杀死）注入，小鼠死亡重现IIIS型结论：在加热杀死的IIIS型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入IIR型，IIR型转变为IIIS型，无毒转变为有毒。阿委瑞（AveryOT，1944）实验：

用生物化学方法证明这种活性物质是DNA

（二）噬菌体的侵染与繁殖

HersheyAD和ChaseM（1952）用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质

T2噬菌体浸染大肠杆菌后，遗传物质进入细菌细胞；P是DNA的组成部分，但不存在于蛋白质中；S存在于蛋白质中，但DNA中没有；32P标记T2噬菌体；

35S标记T2噬菌体。HersheyAD和ChaseM（1952）用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质

（三）烟草花叶病毒的感染和繁殖

Fraenkel-ConratH和SingerB（1957）实验烟草花叶病毒简称TMV(TobaccoMosaicVirus)TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种：TMV蛋白质→烟草→不发病TMVRNA→烟草→发病TMVRNA＋RNA酶→烟草→不发病A型RNA与B型蛋白质重建病毒→发病→A型TMV结论：在不含DNA的某些病毒中，RNA是遗传物质。Fraenkel-ConratH和SingerB（1957）实验证明：在不含DNA的某些病毒中，RNA是遗传物质第二节核酸的化学结构

一、两种核酸及其分布

一、两种核酸及其分布核酸的分布：高等植物：DNA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；

细菌：DNA和RNA；

噬菌体：多数只有DNA；

植物病毒：多数只有RNA；

动物病毒：有些含RNA、有些含DNA。1953年，沃森(WatsonJ.D.)和克里克(CrickF.H.C.)根据DNA分子的X射线衍射研究提出了DNA双螺旋结构模型二、DNA的分子结构

Nature,1953(171),4356:737-738一般以单链存在

三、RNA的分子结构

第三节

染色体的分子结构

特点：

染色体简单：

遗传信息含量少：只有一条染色体，且DNA含量远低于真核生物。

大肠杆菌（E.coli）只有一个环状染色体，其DNA分子含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。一、原核生物的染色体

二、真核生物的染色体

RNA6%DNA27%Histones26%Non-histones22-40%1、染色体组成成分二、真核生物的染色体

2、染色质的基本结构

核小体：由H2A、H2B、H3和H44种组蛋白构成

连接丝：DNA双链+H1组蛋白染色质结构的串珠模型

染色质的分类（根据染色反应不同）：异染色质：染色质线中染色很深的区段

常染色质：染色质线中染色很浅的区段

异染色质的类型：

组成型异染色质：主要为卫星DNA，构成染色体特殊区域，如着丝点等。

兼性异染色质：存在于染色体的任何部位，在某类细胞中表现为异染色质状态，而在另一类细胞中表现为常染色质状态，如哺乳动物的X染色体。3、染色体的结构模型

四级螺旋结构（BakAL，1977）

4、着丝粒和端体

着丝粒的功能：细胞有丝分裂和减数分裂过程中，在纺缍丝牵引下，准确将染色体拉向子细胞。端体的功能：（1）防止染色体末端为DNA酶酶切；（2）防止染色体末端与其他DNA分子的结合；（3）使染色体末端在DNA复制过程中保持完整。

第四节

DNA的复制

一、DNA复制的一般特点

1、半保留复制

DNA分子的复制，首先是从它的一端氢键逐渐断开，当双螺旋的一端已拆开为两条单链时，各自可以作为模板，进行氢键的结合，在复制酶系统下，逐步连接起来，各自形成一条新的互补链，与原来的模板单链互相盘旋在一起，两条分开的单链恢复成DNA双分子链结构。这样，随着DNA分子双螺旋的完全拆开，就逐渐形成了两个新的DNA分子，与原来的完全一样。这种复制方式成为半保留复制。

2、复制起点和复制方向

复制子：在同一个复制起点控制下的一段DNA序列。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。真核生物：每条染色体的DNA复制都是多起点，多个复制起点共同控制整个染色体的复制；每条染色体有多个复制子；且为双向复制。二、原核生物DNA合成1、有关DNA合成的酶2、DNA复制过程

DNA双螺旋的解链：DNA合成的开始：引物酶（primase）半不连续复制：前导链（leadingstrand）合成是连续的，后随链（laggingstrand）的合成是半不连续的。岗崎片段（Okazakifragment）三、真核生物DNA合成的特点

DNA合成只是发生在细胞周期的某个时期：S期；真核生物DNA复制是多起点的，原核生物DNA复制是单起点的；有两种不同的DNA聚合酶分别控制前导链和后随链的合成：DNA聚合酶δ控制前导链；聚合酶α控制后随链；

染色体端体的复制：RNA端体酶（telomerase）。真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成的岗崎片段的长度比原核生物要短：原核生物：引物长度为10-60个核苷酸，岗崎片段长度为1000-2000个核苷酸；真核生物：引物长度为10个核苷酸，岗崎片段长度为100-150个核苷酸；真核生物的DNA聚合酶

真核生物DNA的复制第五节

RNA的转录及加工

一、三种RNA分子信使RNA（MessagerRNA，mRNA）转移RNA（TransferRNA，tRNA）核糖体RNA（RibosomalRNAs，rRNA）tRNA的二级结构：三叶草tRNA的三级结构：倒L型---aaacceptarm;

loadingaaat3’end---DHUloop;

contactwithAARS---anti-codonloop;

34thiswobblebase---TΨCloop;

contactwith5srRNA---extraloop;classificationmarker?34Itype;3-5Nt3/4tRNAIItype;13-21Nt原核生物rRNA（3种）：5S：120个核苷酸

16S：1540个核苷酸

23S：2900个核苷酸

真核生物rRNA（4种）：5S：120个核苷酸

5.8S：160个核苷酸

18S：1900个核苷酸

28S：4700个核苷酸二、RNA合成的一般特点

所用的原料为核苷三磷酸；而DNA合成则为脱氧核苷三磷酸

只要一条DNA链被用作模板；DNA合成时两条链分别用作模板RNA的合成不需要引物，可以直接起始合成模板链（无义链）：用作模板进行RNA转录的链；非模板链（有义链）：不作模板进行RNA转录的链。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序列称为一个转录单位（transcriptunit）。1、RNA聚合酶α亚基与四聚体核心酶形成有关

β亚基存在核苷三磷酸的结合位点

β’含有与DNA模板结合的位点

σ因子只与RNA转录的起始有关

2、链的起始3、链的延伸4、链的终止依赖ρ因子的终止

不依赖ρ因子的终止

四、真核生物RNA的转录及加工

1、真核生物RNA转录的特点真核生物RNA的转录是在细胞核内，翻译在细胞质中进行；真核生物一个mRNA只编码一个基因；真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三种不同的酶；真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA。2、mRNA的加工5′端戴帽：在mRNA前体的5′端加上m7Gp的帽子；3`端加尾：在mRNA前体的3′端加上poly(A)的尾巴；如基因中存在内含子序列，要进行剪接。真核细胞信息流动第六节遗传密码与蛋白质的翻译

一、遗传密码

简并：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。

三联体或密码子：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。

遗传密码的基本特征：遗传密码为三联体遗传密码间不能重复利用遗传密码间无逗号遗传密码间存在简并现象遗传密码的有序性遗传密码的通用性简并现象的机理：●

Isoacceptor：负载同一氨基酸，但识别不同密码子的tRNA●Wobblehypothesis：反密码子:密码子

1th(Nt34):3rd-NtmRNA5’---CGU---CGC---CGA---CGG---AGA---AGG---3’GCGGCUUCU3’5’3’5’3’5’AA