遗传的分子基础3中讲2课件

第三章遗传的分子基础

一、染色质与核酸结构

0.5学时二、DNA复制0.5学时三、RNA转录与加工0.6学时四、遗传密码与翻译0.3学时五、基因概念与发展(自学)0.1学时目录染色质水解实验（一）染色质（chromatin）1974年Kornberg等，小球菌核酸，酶消化、剪切、离心、凝胶电泳、电镜观察。染色质是由100埃的核小体组成丝状结构，呈DNA单链。一、染色质与核酸结构细胞分裂过程中染色质聚缩成棒状结构。（二）染色体（chromosome）化学组成DNA：27%RNA：6%蛋白质：67%基本结构单位核小体连接丝一、染色质与核酸结构1.结构单位——核苷酸(nucleotides)包括：磷酸、糖基及碱基（三）DNA结构腺苷酸(dAMP)鸟苷酸(dGMP)胞苷酸(dCMP)胸苷酸(dTMP)尿苷酸(dUMP)核苷酸种类：5种DNA特有核苷酸RNA特有核苷酸一、染色质与核酸结构2.一级结构——多聚核苷酸(polynucleotides)⑴3`→5`方向连接与DNA极性→螺旋⑵氢键相连与变性和复性→复制转录⑶碱基排列与生物多样性；某基因有1kb能多少种遗传信息？（三）DNA结构一、染色质与核酸结构2.rRNA结构（四）RNA结构一、染色质与核酸结构rRNA，120-2900bp,发夹状主要功能区①tRNA识别结合区：如5SrRNA就有5`CGAAC序列能识别核糖体②不同rRNA亚基识别区：能与分子量不同的核糖体结合。③与基因表达调控密切相关CAU就是mRNA起始密码AUG密码。tRNA结合区与不同亚基识别能识别AUG1、半保留复制(semiconservativereplication)①Meselsen15N标记E.coli3代DNA复制：亲代为底峰，一代为中峰，二代中、上峰各半证明了半保留复制。②Taylor蚕豆根尖减数分裂姊妹染色单体差别染色二、DNA复制2、半不连续复制(semidiscontinousreplication)DNA5`→3`链连续合成，另一条链先合成冈奇用片段，在DNA聚合酶、引物酶、连接酶、拓扑异构酶解旋酶等30多种蛋白质作用下完成DNA复制。二、DNA复制3、复制方向①θ型双方向复制Cairns(1963)，E.coliDNA,3H-dTMP标记，子一代呈小点园圈，二代呈Y形复制叉(replicationfork)

；称θ型复制模型。②σ型单方向复制E.coli有致育因子为雄性，无者为雌性。致育因子是从单连切口单方向、边滚动边复制，既滚环复制，又称σ型复制。二、DNA复制4、复制起点与引物E.coliDNA出现多个复制叉，说明有多个复制起点，并都有短RNA片段引物引导。二、DNA复制5、D型不对称不同步复制线粒体DNA(mtDNA)是不对称、不同步的D环复制。mtDNA重链H先复制，并置换亲链产生D环，当D环置换到轻链L起点时(约2/3长度)H反向复制新链，H.L同步复制结束后子代释放，1/2子代基因组因H链继续完成新链复制。这种不对称不同步DNA复制称D环复制。二、DNA复制染色体端粒有多个Gn(A/T)m重复序列防止核酸酶降解，端粒酶(telomerase)完成端粒。动物多以TTAGGG重复，端粒酶RNA核心序列为AAUCCCAAU，是端粒复制模板，能与TTA配对；每复制1个TTAGGG后，移位复制出下一个。多次循环后重复序列够以折回形成t环，完成端粒DNA复制。6、T型折回成环复制二、DNA复制1、RNA聚合酶（一）RNA转录（transcription)三、RNA转录与加工RNA聚合酶以A、U、G、C为原料，与DNA模板链形成RNA/DNA杂合链，3`→5`为方向合成RNA。

有5个作用：识别启动子、解链、合成RNA、定转录方向和识别终点。2、RNA转录（一）RNA转录（transcription)⑴步骤识别→转录→终止→释放强、弱终子释放RNA有3大差别：①有无回文环结构之别②富含GC与富C贫G之别③不依赖与依赖之别⑵特点①空间性，有意链特定区②时间性，特定时间③同步性，边开边录边闭三、RNA转录与加工1、mRNA前体加工（二）RNA加工（processing)三、RNA转录与加工核内不均一前体RNA(heterogeneosnucleusRNA)，即初转录出来的RNA前体。它在基因长度和性质上差异很大、很不均匀。需要剪切加工才有活性。小鼠淀粉酶基因hnRNA有7993bp，该基因成熟mRNA仅1663bp，相差6330bp。2、tRNA加工（二）RNA加工（processing)前体tRNA为多个tRNA串联体，需剪切加工。单个tRNA没有CCA氨基酸臂，需添加加工。氨基酸臂添加加工三、RNA转录与加工1、三联密码性质①三联性：3bp为1密码子。②连续性：密码子间无逗号。③简并性(degeneracy)：1氨基酸多密码子，21简1非④通用性：生命界通用。⑤摇摆性：1反密码子识别多个密码子，21摇1非。⑥特定性：起始密码AUG终止密码UAA、UAG、UGA分别称诸石、虎珀和乳白型。四、遗传密码与翻译（一）三联体密码(tripletcode)四、遗传密码与翻译2、反三联密码摆动学说（一）三联体密码(tripletcode)⑴摆动(wobble)学说1个反密码子能识别2个以上密码子的现象。摆动条件：前2个bp严格配对、且第2个bp为嘧啶时第3位才摆动

。反密码子识别密码子数目多少主受第1个bp性质决定。①第1个bp是A、第2个bp为嘌呤时识别1个密码子；②第1个bp是C/U/G时识别2个密码子；③第1个bp是I(次黄嘌呤)时识别3个密码子。即mRNA密码子：5`—123—3`第3位bp:UCUGUAGACU

tRNA反密码子：3`—321—5`第1位bp：AGCUI四、遗传密码与翻译3、tRNA种类（一）三联体密码(tripletcode)⑵tRNA种类氨基酸结合到tRNA上后，靠tRNA完成三联密码识别。据此，tRNA可以划分成三类。①起始与延伸tRNA：2类，fMet-tRNA是起始tRNA，其他称延伸tRNA。②同工tRNA：21类，简并密码子的tRNA。因同工tRNA有不同反密码子，其二、三结构能识别氨基酸不同的同义密码子。③校正tRNA：抑制突变基因表达的tRNA。无义突变3类，错义多类无义突变使氨基酸密码子突变成UAA诸石型、UAG虎珀型、UGA乳白型终止密码子，但tRNA反密码子发生相对应抑制突变，就能恢复原氨基酸翻译。错义突变也能通过校正tRNA恢复原氨基酸翻译。四、遗传密码与翻译4、密码子例外属性（一）三联体密码(tripletcode)偏离密码子线粒体AGA/AGG是终止密码，与核基因精氨酸密码发生偏离。目前已知22类tRNA，摇摆说认为,1个tRNA能识别1个密码子家族时仅需23类tRNA,线粒体AGA/AGG减少1种tRNA后正好数目吻合。偏离启发。偏爱密码子

简并密码子在特定生物中有明显使用偏爱。如Ecoli苏氨酸密码AUC.ACCACA使用率分别为36/65.26/65.3/65，有偏爱密码子。稀有密码子硒代半光氨酸是UGA终止密码编码，是硒代-丝氨酸-tRNA识别，合成丝氨酸后修饰而成。⑴启动与活化:30S+50S+mRNA⑵翻译循环，①进位：氨酰基tRNA进入A

②成肽：A、P位点上的氨基酸成肽

③转位：从A移到P，空出A备用④移位：mRNA移动一个codon⑶延生和终止：1-4步重复延生，终止子结束、释放（二）蛋白质合成四、遗传密码与翻译(一)、拟等位基因（pseudoallele）1、拟等位基因提出①杏红×白眼F1杏红，Wb对W是显性，是等位基因。②F2红眼0.1%，说明Wb与W之间发生了基因交换。能交换就是非等位基因。③Wb与W不是等位也不是非等位基因，命名为拟等位基因。Wb+

Wb+杏红+W

Wb+杏红WbW

Wb+杏红++

Wb+红眼99.9%0.1%Wb+

Wb+杏红

+WY白眼Wb+

+W杏红

Wb

+Y杏红五基因的概念与发展(一)、拟等位基因（pseudoallele）2、拟等位基因与顺反子(cistron)将F2红眼绘制成图1，得wb与w顺排，呈红眼；将F2杏红眼绘成图2，得wb与w反排，呈为杏红眼。即基因内不同位点间顺反排列差异导致了基因功能差异。顺反排列差异能产生基因功能差异的基因称拟等位基因。顺反排列差异能产生功能差异的区间，称为顺反子(cistron)

++

WbW红眼trans+W

Wb+杏红cis五基因的概念与发展(二)顺反子、重组子和突变子1、顺反子(cistron)五基因的概念与发展顺反排列差异能产生遗传功能差异的区间称顺反子。即，有不同遗传功能的顺反排列基因称同一个顺反子(如图A)、没有遗传功能差异的顺反排列基因为两个不同的顺反子(如图AB)。一个顺反子就是一个基因，但顺反子揭示了基因内空间结构与遗传功能的差异。(二)顺反子、重组子和突变子2、Benzer试验五基因的概念与发展Benzer，对T4phagerⅡ区3000多个突变体，采用双重感染法获得了3000多个基因的距离；用成对直接感染法确定3000多个基因的功能。结果发现：3000多个基因归属于A、B两个顺反子内。如r47至r106顺反子A内有1000多个小基因，r51至r106基因间距离虽然很近，但分别属于A、B两个顺反子

。说明基因不是功能的最小单位，顺反子才是。3.重组子(recon)五基因的概念与发展能发生交换重组的基因片段称重组子。如rⅡ区A顺反子内有1000多个小基因，各小基因间均能发生交换重组，则有1000多个重组子。说明基因不是交换的最小单位，重组子才是。(二)顺反子、重组子和突变子4、突变子(muton)能产生非野生型突变的区间称突变子。如：rⅡ区A基因内有1000多个突变体，即有1000多个基因突变位点发生了突变，为1000多个突变子。说明基因不是突变的最小单位，突变子才是。五基因的概念与发展(二)顺反子、重组子和突变子（三）断裂基因与重叠基因（splitandoverlappinggene）1、断裂基因结构基因内的间隔序列。Chambon(法),1977年,首次发现猴病毒SV40DNA间隔序列，打破了结构基因为连续DNA片段的观念，是真核生物普遍现象。如兔血清蛋白β4与β3间断裂。五基因的概念与发展2、重叠基因（overlappinggene）（四）断裂基因与重叠基因多个基因共用同一段DNA序列phageфX174核苷酸：5258个gene：9个氨基酸：2000个欠614个核苷酸是B被包含在A基因内，E被包含在D基因内，基因重叠。Sanger发现了重叠基因(1978)五基因的概念与发展（五）基因的现代概念五基因的概念与发展合成有功能的多肽或RNA分子所必需且完整的DNA序列。包括启动子、RNA编码区(含内含子和外显子)和终止子。1.Mendel：颗粒因子互不粘染，彼此独立；2.Morgan：基因直线排列在染色体上；3.Beadle：基因通过蛋白质控制性状表达；4.Benzer：顺反子、交换子、突变子分别是功能、交换、突变的最小单位。5.Waston、Crick：DNA上特定碱基序列；6.Jacob：基因是1个操纵调控表达系统；7.Chambon：基因内有内含子，断裂基因；8.Meclintodk：能转座的基因称转座基因；9.Berg：基因组间DNA重组子能在受体中表达；10.genome：基因组编码与非编码区有内在联系。（六）基因概念发展五基因的概念与发展第3章作业及复习题一、作业：P572.10二、复习题（一）名词注释1.Polynucleotides；2.doublehelix3.semiconservativereplication；4.semidiscontinousreplication5.Promotr；6.enhancer7.tripletcode；8.degeneracy9.pseudoallele；10.recombinationtest11.complementationtest；12.muton13.Recon；14.cistron15.Intron；16.extron（二）填空1、DNA螺旋结构中，双链同轴盘缠的主要是DNA双链极性相反产生了向心力，除此之外还有()力及()力都是维持DNA空间结构的主要动力。2、测得某双链DNA分子中，G的含量为0.24，则该DNA中T的含量为()，C的含量为()。3、用3H-dTMp培养基28℃下培养E.coli，20min后,提取E.coliDNA。发现该DNA仅一条DNA链上有放射性标记。这说明DNA复制是(半保留)方式复制。若在35℃下培养30mm后，提取E.coliDNA。发现一条DNA长链及很多DNA片断上均有放射性标记，且含量各占1/2左右。该试验说明DNA复制是(半保留)复制。4、DNA特有的碱基是（腺嘌呤），RNA特有的碱基是（鸟嘌呤）。5、若在106NtRNA的核苷酸的排列是随机的，而各种碱基的比例是20%A,25%C,25%U和30%G，你预计5’-GUUA-3’序列可出现（）次，5’-UUA-3’序列可出现（）次6、从细菌的噬菌体中分离DNA，DNA中含33%A，26%T，18%G,和23%C，该测定数据可以推测此噬菌体DNA的结构是（）结构，而真核生物DNA结构是（）结构7、tRNA的二级结构为三叶草状，其特点是有22个恒定的碱基、5'端配对、3'-OH永远是单链区；和其特有的三环一臂。三个茎环是（）（）（），一臂是（）。8、Alu家族是人、鼠等所有脊椎动物中广泛分布的一种基因家族，有14个重复基因，各基因之间的间隔序列称为（），它与（）基因同源。9、第一代分子遗传标记技术就是指（）遗传标记技术，它是基于（）酶切割DNA的片段长度不同，通过克隆探针检测不同长度DNA片段多态性差异的遗传标记计算。10、生物性细胞内基因组C值大小与生物进化程度不符的现象称为（），它告诉我们生物基因组内必有大量的（）基因。（三）选择填空1、已知T4噬菌体A区,1、3、5号突体为同一个顺反子,2、4号突变体为另一个顺反子。则1号突变体与2、3、4、5号突变体的互补测验结果应为()。a、-+-+b、+--+c、+-+-d、-++-2、3`-TACAAT-DNA链，转录mRNA的结果为()。5`-ATGTTA-a、UACAAUb、AUGUUAc、-ATGTTA-d、-TACAAT-3、DNA切除修复，当胸腺嘧啶二聚体剪开切口，互补合成填补上二聚体空缺之后，损伤DNA片断由()酶切掉。a、核酸内切酶b、DNA聚合酶c、核酸外切酶E、DNA连接酶4、因基因突变密码子GAA变为AAA。从密码子功能上分类，该突变为()突变。a、同义突变b、错叉突变c、无义突变d、无突变5、tRNA、rRNA基是()的基因。a、既转录又翻译b、不转录不翻译c、只转录不翻译d、不复制不转录6、DNA切除修复，当TT剪开切口，合成新互补链DNA片断后，被置换出来的损伤DNA片断，由（）酶切掉。a.内切酶b.聚合酶c.外切酶d.连接酶7、GAA密码子突变成AAA密码子，该突变为（）突变a.同义突变b.错义突变c.无义突变d.点突变8、转录和复制都是遗传物质合成的过程，但转录特点与下列特点不吻合的是（）。a、转录仅一条模板链；b、转录需要引物；c、转录不需要底物；d、转录的开链区不扩大，只移动。9、RNApol的主要功能有五个，下面与其功能不吻合的是（）。a、直接识别启动子；b、使DNA解链；c、合成RNA；d、校正DNA序列。10、下列物质