遗传分子基础-2011-方(upload).ppt

1、,分子遗传学部分,2011、02,方 美 英,四 部分内容,遗传的分子基础 遗传信息的传递 动物基因组学基础 动物基因工程概述 （前沿讨论）,分子遗传学参考书目,1 动物遗传学，吴常信主编 2分子遗传学 (孙乃恩/孙东旭/朱德煦 编著) 3. 遗传学（ S.L.埃尔罗德/ W.斯坦斯菲尔德 著） 4 Genome (Brown TA, 2nd) 5 Molecular Biology (2nd Edition by R Weaver) 6 各类遗传杂志、畜牧兽医杂志、医学杂志等,第一章 遗传的分子基础,第一节 遗传物质,遗传规律的发现（1866）到遗传物质的发现（1944）历时80年,遗传学,

2、生物化学,细胞学,遗传物质,生物物理学,遗传物质的基本特征,能够自我复制，使前后代保持一定的连续性 能控制物质性状和代谢过程 分子结构具有相对的稳定性 有贮存巨大数量遗传信息的潜在能力 能引起可遗传的变异。,DNA作为主要遗传物质的间接证据,DNA的分布： DNA聚集的地方就是遗传物质大量集中的地方。DNA主要存在于细胞核染色体，遗传物质也主要存在于细胞核染色体； DNA的含量：同一种生物，不论年龄和组织，在一定条件下，每个细胞核的DNA含量基本相同。配子里DNA的含量一般是体细胞里DNA含量的一半，即DNA含量与染色体倍数是一致的。,DNA作为主要遗传物质的间接证据,DNA的代谢稳定： DN

3、A分子代谢稳定，一旦合成不再分解；其它物质既有合成，也有分解。 DNA对紫外线的反应：紫外线可引起生物变异，其最有效的波长是260nm（诱变作用效果最强）。这个波段也是DNA对紫外线的吸收峰，引起DNA变异从而引起生物性状变异。,DNA是遗传物质的直接证据,多糖 脂类 RNA DNA 蛋白质,肺炎双球菌的遗传发生了改变,1细菌的转化,Frederick Griffth (1928) Oswald Avery, et al. (1944),DNA是病毒的 遗传物质 Hershey and Chase (1952),2.噬菌体的侵染与繁殖,用32P和35S验证了DNA是遗传物质,-35S,-32P

4、,蛋白质有硫而没有磷,DNA有磷而没有硫,RNA是遗传物质 烟草花叶病毒侵染实验 Heinaz Fraenki-Conrat & B. Singre (1957),SARS： 单链RNA病毒,结论：RNA决定子代性状。在没有DNA的TMV中，RNA是遗传物质。,蛋白质是遗传物质？,1935年，法国研究人员经接种发现羊瘙痒病可在羊群中传染。 1985年，首例疯牛病在英国被发现，次年，在英国迅速蔓延。,病原体朊粒(prion) ：不含核酸的蛋白质颗粒。 蛋白异构体间的转换。PrP sc定向生成，体内堆积。,PrPsc进入宿主细胞并不是自我复制，而是将细胞内基因编码产生的PrPc变成PrPsc。,第

5、二节 核酸的结构,DNA RNA,一级结构化学组成 高级结构物理构象,核苷酸是DNA基本结构单元，它由戊糖与碱基和磷酸脱水缩合而成。,DNA的化学组成,碱基及其异构体,氨基、亚氨基互变 酮式、烯醇式互变,碱基通常的化学结构,单核苷酸通过3-5磷酸二酯键按线性顺序连接 磷酸基团和戊糖在双螺旋骨架的外侧 碱基面向骨架内侧,DNA一级结构,DNA一级结构特点,DNA的一级结构指DNA分子中4种核苷酸的链接方式和排列顺序。 A=T、G=C，A+G=C+T，这一规律称为Chargaff当量规律。（第一定律局部或全基因组均适用；第二定律适用于双链DNA基因组） DNA分子碱基序列的排列方式极其多样，碱基序

6、列的变化可能引起遗传信息的很大改变。（多样性与基因组结构的特异性）,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,C,你注意到了吗？,两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。,长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。,Figure legend: A polynucleotide chain consists of a series of 5-3 sugar-phosphate links that form a backbone from which the bases protrude,DNA序列的编写方式,5,3,DNA 序 列,DNA的二级结构 Watson

7、and Crick, 1953,DNA双螺旋结构的提出,Chatgaff 对DNA碱基组成的研究结果： 1949-1951年，Chargaff 应用紫外分光光度法结合纸层析等技术,对不同来源的DNA进行了碱基定量分析, 发现了碱基组成的共同规律： (1)以摩尔含量表示，不同来源的DNA都存在着这种关系，即A=T和C=G； (2) 嘌呤碱基的总和与嘧啶碱基的总和相等。,50年代初，人们已普遍承认DNA是最重要的遗传物质，遗传信息存储在DNA分子多核苷酸链上4种碱基的特定序列中。,DNA双螺旋结构的提出,Wilkins及其同事Franklin等用X射线衍射方法获得的DNA结构资料 1952-195

8、3年，获得了精确反映DNA结构特征的X 射线衍射图片，其影像表明了DNA结构的螺旋周期性，碱基相邻叠加，并垂直于螺旋轴等空间取向特征。,Watson & Crick 同时代的研究者,鲍林，1931年阐明了化学键的本质，1954年获诺贝尔奖。1950年，他首先阐明了氨基酸链的螺旋状结构。最早认定DNA分子具有与氨基酸链类似的螺旋结构，但他错误地认为DNA分子是由三股螺旋组成的。,富兰克琳（RFranklin，19201958） ，最早认定DNA具有双螺旋结构，并且运用X射线衍射技术拍摄到了清晰而优美的DNA照片，她还精确地计算出DNA分子内部结构的轴向与距离。 威尔金斯（19162004）则计算

9、出DNA分子螺旋的直径与长度。他们二人还对DNA分子的结构作出了确切而关键性的描述：磷酸根在螺旋的外侧，碱基在螺旋内侧。,Watson & Crick 与双螺旋模型,克里克在大学学的是物理专业，二战爆发后参军。战后转学生物学。,沃森15岁进人芝加哥大学学习；22岁在印第安纳大学获博士学位。,依据X射线衍射图上的几组数据，先构建出分子模型的大模样，再不断调整其中原子排列的细节，直到其与真实分子的衍射图十分接近为止。,得知美国化学家鲍林正是依据结构化学的简单原理，通过构建分子模型的途径，发现了蛋白质多肽链的螺旋结构。这更使他们确信：解决DNA分子结构之路在于构建模型。,提出了一个三股螺旋的DNA

10、结构的设想。但当他们请威尔金斯和富兰克琳来讨论这个模型时，富兰克琳当即指出DNA结构应是双螺旋。,1953年2月28日，第一个DNA双螺旋模型诞生。,沃森和克里克认为：DNA分子的空间结构是规则的双螺旋结构。,DNA分子的结构：,DNA分子的结构模式图,双螺旋结构的主要特点：,.DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 .DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 .两条链上的碱基通过碱基互补配对原则、通过氢键连接成碱基对。 （氢键数目的多少与DNA结构的稳定性有关）,DNA双螺旋模型的描述,右手螺旋 磷酸基团与脱氧核糖在外侧，

11、碱基在螺旋的内侧 两条链以氢键互补配对 双螺旋直径2nm，螺距3.4nm，每个螺旋10个碱基对 螺旋表面大沟、小沟交替出现,双螺旋模型成为分子生物学的基础，DNA双螺旋结构可以完美地解释基因的复制和信息传递。 双螺旋的大沟中有丰富的化学信息，是DNA结合蛋白所处的空间。 已知的DNA双螺旋构象有7种，A、B、C、D、E、T型为右手螺旋，而Z-DNA是左手螺旋。 在已知的构象中，B-DNA是溶液和生物机体最常见的形式，活性最高；A型大沟变窄变深，A-T丰富区常呈A型，转录时DNA-RNA杂合链为A型；Z型不存在深沟，只有一条浅沟，高G-C区易出现Z型变构，可能与基因的表达调控有关。,DNA的二级

12、结构意义,DNA双链构象,右手螺旋,左手螺旋,DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，超螺旋又可分为负超螺旋和正超螺旋两种。天然双螺旋DNA是负超螺旋。,DNA的高级结构,RNA,原核生物和真核生物都含有许多种不同的RNA分子，其中最主要的有： 信使RNA传递遗传信息。占RNA总量的5-10%。 转运RNA小分子量RNA，转运氨基酸，识别密码子。三叶草型二级结构。占RNA总量的10-15%。 核糖体RNA由大小亚基构成，蛋白质合成装配的场所。占RNA总量的75-80%。,RNA的其他种类（small RNA）,核小RNA（Sma

13、ll nuclear RNA, snRNA） 参与mRNA加工 核仁小RNA（Small nucleolar RNA, snoRNA） 在rRNA分子加工中起核心作用 胞质内小RNA（Small cytoplasmic RNA, scRNA） 有些分子参与蛋白质的合成和运输,小分子RNA,小分子RNA（microRNA），是一种大小约2123个碱基的单链RNA，由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成，这些非编码小分子RNA（miRNAs）参与调控基因表达。,控制基因表达的两个关键步骤是DNA的转录和翻译。小分子RNA不会被翻译以合成蛋白质，而是与靶mRNA结合，通过调节翻译或降解靶mRNA来调控表达。 miRNAs参与生命过程中一系列的重要进程，包括早期发育，细胞增殖，细胞凋亡，细胞死亡，脂肪代谢和细胞分化等。有些miRNA起着抑癌基因的功能。,蛋白质是由氨基酸组成的肽链折叠而成的大分子物质。 氨基酸有着共同的骨架，不同的氨基酸有不同的侧链。 基因决定生物的遗传性状是通过蛋白质来实现的。基因将所携带的遗传信息传递给蛋白质。不同的基因决定不同的蛋白