21-遗传分子生物学

第四

篇遗传与变异遗传的基本规律

209第四篇遗传与变异21基因的分子生物学21.1遗传物质及其结构21.2DNA复制21.3遗传信息流21.4遗传物质的改变21基因的分子生物学

21.1遗传物质及其结构在20世纪的前40年，困扰科学家的两个最基本的问题依然没有解决：

基因是什么物质基因是如何工作的在Mendel和Morgan时代，使用的实验材料主要是豌豆和果蝇等，它们都是一些非常复杂的多细胞生物。后来，在对细菌和病毒这些极其简单的生命形式的研究中，科学家才发现了遗传物质的蛛丝马迹。实验一：肺炎链球菌的转化实验1928年格里菲斯的肺炎双球菌转化实验1944年爱弗莱证实转化物质是DNA遗传物质是DNA（或是RNA）的直接证据

S型肺炎球菌：有荚膜，菌落光滑

R型肺炎球菌：没有荚膜，菌落粗糙血液中分离出活S型菌1928年格里菲斯实验结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。这种生物分子或遗传物质是什么呢？1944年爱弗莱Avery离体转化实验：

从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂类分离出来，分别加入到无害的R型肺炎球菌中，结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。结论：DNA是生命的遗传物质。实验二：T2噬菌体的感染实验1952年，赫歇（Hershey）和切斯（Chase）放射性同位素35S标记病毒的蛋白质外壳，32P标记病毒的DNA内核，感染细菌。新复制的病毒，检测到了32P标记的DNA，没有检测到35S标记的蛋白质。结果说明DNA是遗传分子。几个月后，DNA双螺旋模型发表，更说明DNA具有遗传分子的特性。35S标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞32P

标记DNA,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞核酸的基本单位核苷酸是核酸的基本单位。核苷酸可被水解产生核苷和磷酸，核苷还可再进一步水解，产生戊糖和含氮碱基。核苷核苷酸碱基核酸戊糖磷酸

DNA的组成及结构核糖脱氧核糖T胸腺嘧啶U尿嘧啶12345ADeoxyribonucleotide

ARibonucleotide

核苷与核苷酸dAMP,dGMP,dTMP,dCMP1953年，Watson&Crick的DNA双螺旋模型ChemicalStructureofDNA5’-P3’-OH5’-P3’-OH

DNA双螺旋结构的主要特征：两条通过碱基配对连接的多核苷酸长链以反方向平行的方式围绕同一个中心轴相互缠绕，组成双螺旋，两条链均为右螺旋；DNA的碱基配对以碱基互补为原则；配对的碱基并不充满双螺旋空间，而碱基占据的空间不对称；DNA分子中，脱氧核糖和磷酸基团通过3’、5’—磷酸二酯键连接形成，DNA分子的一条长链是从5’→3’，另一条长链是从3’→

5’。

21.2DNA复制DNA复制发生在细胞周期的S期；DNA复制依赖于特殊的碱基配对;

互补配对原则:

A＝TG≡CDNA复制总是由5’→3’

方向合成;DNA复制是半保留式复制.在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉。

DNA聚合酶的共同特点：（1）需要有DNA模板；（2）合成启始必须要有引物提供3’-OH；（3）聚合的方向都是5’→3’（4）除聚合作用外，还有其它功能（如切除修复）。

冈崎（Okazaki）等人提出DNA的不连续复制模型：DNA复制过程中,2条新生链都只能从5’→3’延伸,而DNA模板链是反向平行的双链，这样，其中一条链的合成方向和复制叉移动方向相同，是连续合成的,称为前导链；另一条链的合成方向和复制叉移动方向相反，为不连续复制，称为滞后链。滞后链不连续合成期间所生成的DNA片段，称为冈崎片段，这些小片段再通过DNA连接酶的作用，互相连接起来而成为长链。冈崎片段

21.3遗传信息流蛋白质是表型特征的分子基础基因与酶的关系：一个基因一个酶。一个基因一个酶学说首先阐明了基因通过对酶的控制来决定生物性状。修正：一个基因一条多肽链DNA中心法则遗传信息储存在核酸中；遗传信息由核酸流向蛋白质。蛋白质mRNA转录翻译复制细胞核内细胞质内转录——从DAN到RNA发生在细胞核中，以DNA分子为模板，按照碱基互补的原则，合成一条单链的RNA即mRNA，DNA分子携带的遗传信息被转移到RNA分子中。其过程与DNA的复制基本相同。起始延长终止3’5’自身合成方向碱基配对原则：A＝UG≡C原核生物中，DNA链上不存在内含子。真核生物细胞成熟mRNA的形成过程翻译——从mRNA到蛋白质细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为mRNA的翻译。mRNA的翻译需要有mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止3个基本阶段。RNA的结构与功能mRNA——信使RNArRNA——核糖体RNAtRNA——转移RNARNA蛋白质合成模板与核糖体蛋白形成蛋白质的合成场所。密码子识别氨基酸搬运1966年，Nirenberg和Khorana全部遗传密码字典64个密码子61个负责20种氨基酸翻译，3个无义密码子Nirenberg和Khorana1968年诺贝尔奖

遗传密码的破译

遗传密码的特点遗传密码——DNA分子中核苷酸的排列顺序与蛋白质中氨基酸排列顺序之间的对应关系。是由三个碱基组成的，因此叫三联体密码。遗传密码的特点连续性(移码突变，插入或删除一个碱基后)简并性（一个氨基酸可以不止一个密码子）偏爱性（虽有简并性，但密码子的使用频率并不相等）摆动性（氨基酸主要由密码子的前两个碱基决定）具有起始密码子（甲硫氨酸）和终止密码子通用性（所有生物使用相同的密码）蛋白质的合成过程起始：从N端开始合成，起始氨基酸总是甲硫氨酸。mRNA的阅读方向是5’→3’。延伸：进位—转肽—移位A位—受位。结合一个新进入的氨酰tRNA，P位—给位。结合Met-tRNA，并向A位给出肽酰基。终止:

释放因子RF识别终止密码，进入A位，肽链脱落。

延伸

终止起始起始终止进位延伸转肽移位细胞质中，翻译是一个快速过程，一段mRNA可以相继与多个核糖体相结合，同时连续进行多条同一种新肽链的合成。

中心法则的发展反转录酶的发现（RNA→DNA）DNA翻译（实验室中）对中心法则的挑战（朊粒）

21.4遗传物质的改变遗传物质的改变染色体畸变基因突变结构变异数目变异碱基置换突变移码突变缺失：染色体少了某一片段，通常是致死的，如猫叫综合症。重复：染色体上多出了一段，例如猫眼综合症。倒位：染色体内某一片段倒转180度重新连接，有臂间倒位和臂内倒位（包括着丝点）。易位：染色体断裂片断接到了非同源染色体上。染色体畸变染色体结构变异：染色体数目变异：整倍体畸变：体细胞含2n以上整套染色体组（多倍体），包括3n、4n。多见于植物中，如无籽西瓜3n。非整倍体畸变：体细胞染色体数目的变异是因配子中个别染色体的增减为基础产生的变异。某同源染色体少一条，绝大多数不能成活。人类特纳氏综合症缺少一个X。缺失一对染色体，不能存活，但癌细胞可能存活。某同源染色体多一条成为三条染色体。Down综合症（21三体）。某同源染色体的数目在三条以上。基因突变碱基置换：一种碱基被另一种碱基所置换，嘌呤替代嘌呤（A-G）、嘧啶替代嘧啶（C-T）称为转换，嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换。移码突变：在DNA的碱基