遗传的物质基础ppt课件

第二章第二章 微生物的遗传物质微生物的遗传物质 第一节第一节 遗传物质的本质遗传物质的本质 主讲：秦鸿雁主讲：秦鸿雁 医学遗传学与发育生物学教研室医学遗传学与发育生物学教研室 一、一、DNADNA是遗传物质是遗传物质 （一）（一）DNADNA作为主要遗传物质的间接证据作为主要遗传物质的间接证据 基因存在于染色体上基因存在于染色体上( (真核生物真核生物) )： 蛋白质 蛋白质 约占约占6666 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)(DNA) 约占约占2727 核酸核酸 核糖核酸核糖核酸(RNA)(RNA) 约占约占6 6 其它：如拟脂和无机物质其它：如拟脂和无机物质 少量少量 染色体染色体 1.DNA1.DNA含量恒定性。配子含量恒定性。配子DNA=1/2DNA=1/2体细胞，多倍体体细胞，多倍体DNADNA 含量倍增，但细胞内而蛋白质含量是不恒定的。含量倍增，但细胞内而蛋白质含量是不恒定的。 2.DNA2.DNA代谢稳定性。代谢稳定性。 3.DNA3.DNA是所有生物染色体所共有的。是所有生物染色体所共有的。 4.UV4.UV激发最有效波长是激发最有效波长是2600A2600A o o ，与，与DNA DNA 所吸收的所吸收的UVUV光光 谱是一致的。谱是一致的。 （二）（二）DNADNA作为主要遗传物质的直接证据作为主要遗传物质的直接证据 Griffith的试验（1928） 材料：R型肺炎双球菌，粗糙型无毒 S型肺炎双球菌，光滑型有毒 家鼠 方法：a. 少量R 家鼠 b. 大量S(予先加热65杀死) 家鼠 注入注入 注入注入 1.细菌的转化 (Transformation) 一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质（DNA或RNA）而 表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状改变的现象。 推测: 被加热杀死的S 型肺炎双球菌必然含有某种促成以上结果的活性物质 19441944年年AveryAvery等从等从S S抽提液中部分纯化了此转化因子，而且此抽提液中部分纯化了此转化因子，而且此 物质不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酶（物质不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酶（RnaseRnase）的影响，只能）的影响，只能 为为DNADNA酶所破坏，证明它是酶所破坏，证明它是DNADNA。利用此。利用此DNADNA样品加入样品加入R R型细菌的型细菌的 培养物中，得到菌落中含有了培养物中，得到菌落中含有了S S型球菌。这个实验证明了使肺型球菌。这个实验证明了使肺 炎球菌的遗传性发生改变的炎球菌的遗传性发生改变的转化因子是转化因子是DNADNA，而不是蛋白质，而不是蛋白质。 这一发现极大地推动了对核酸的结构和功能的研究。这一发现极大地推动了对核酸的结构和功能的研究。 2. 噬菌体侵染与繁殖 实验： （1）用P32标记T2噬菌体的DNA S35标记T2噬菌体的蛋白质 （2）分别感染大肠杆菌 （3）10min用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体 外壳, 发现 a. 全部放射性活动(P32)见于细菌内子代 b. 放射性(S35)大部分见于被甩掉的外壳中子代 DNA是遗传物质 噬菌体侵染实验噬菌体侵染实验 遗传物质必须具有以下特性： （1）贮存并表达遗传物质； （2）能把遗传信息传给子代； （3）物理和化学性质稳定； （4）有遗传变化的能力。 DNA具有上述特性，适合作为遗传物质。 二、二、RNARNA是遗传物质是遗传物质 实验证据： 烟草花叶病毒(TMV) TMV病毒是RNA与蛋白质组 成。 (1)用RNA接种到烟叶上发病 (2)用蛋白质接种烟草叶上不发病 (3)用RNA+RNA酶接种到烟叶上 不发病 RNA是遗传物质 三、存在核酸之外的其它遗传物质三、存在核酸之外的其它遗传物质 朊病毒朊病毒（prion=proteinaceous infectious agentprion=proteinaceous infectious agent）：意为蛋白质样意为蛋白质样 的感染性粒子。只有蛋白质而没有核酸的病毒。的感染性粒子。只有蛋白质而没有核酸的病毒。 美国生物学家 S. B. Prusiner 1997年诺贝尔医学或生理学奖 这种因子具有可感染性。与病毒类似，搔痒病的这种因子具有可感染性。与病毒类似，搔痒病的 感染性粒子是滤过性的，但与病毒不同的是，福感染性粒子是滤过性的，但与病毒不同的是，福 尔马林处理不能完全消除其传染性。它可被蛋白尔马林处理不能完全消除其传染性。它可被蛋白 酶酶K K灭活，但不能被核酸酶处理和灭活，但不能被核酸酶处理和UVUV辐射灭活，表辐射灭活，表 现出典型的蛋白质性质。在高度纯化的感染性物现出典型的蛋白质性质。在高度纯化的感染性物 质中检测不到大于质中检测不到大于100nt100nt的核酸，因而这种感染性的核酸，因而这种感染性 的粒子不是核酸。的粒子不是核酸。 朊病毒特性：朊病毒特性：比已知的最小的常规病毒还小得多（约比已知的最小的常规病毒还小得多（约303050nm50nm）。电镜）。电镜 下观察不到病毒粒子的结构，经负染后才见到聚集而成的棒状体，其大小下观察不到病毒粒子的结构，经负染后才见到聚集而成的棒状体，其大小 约为约为1010250 250 x x 100100200200纳米，且不呈现免疫效应，不诱发干扰素产生，纳米，且不呈现免疫效应，不诱发干扰素产生， 也不受干扰作用。也不受干扰作用。 滤过性滤过性 致病性致病性 传染性传染性 宿主范围的特异性：是宿主范围的特异性：是羊搔痒病羊搔痒病的致病因子，它导致山羊和绵羊的的致病因子，它导致山羊和绵羊的退行退行 性神经疾病性神经疾病的原因。这种病与影响人脑功能的库鲁病（新几内亚震颤病）的原因。这种病与影响人脑功能的库鲁病（新几内亚震颤病） 和克雅氏病及疯牛病类似。和克雅氏病及疯牛病类似。 朊病毒是一个朊病毒是一个36kDa36kDa的疏水性的糖蛋白，称为的疏水性的糖蛋白，称为朊病毒蛋白朊病毒蛋白（ prion protein, PrPprion protein, PrP）。）。PrPPrP由宿主细胞核基因由宿主细胞核基因PRNPPRNP编码。在正编码。在正 常动物的脑中也有表达。常动物的脑中也有表达。 有两种形式：有两种形式： PrPPrP c c 和和 PrPPrPsc sc 正常的脑组织中发现的产物是正常的脑组织中发现的产物是PrPPrP c c 可被蛋白酶完全降解；而可被蛋白酶完全降解；而PrPPrPsc sc只存在被感染的脑 只存在被感染的脑 组织，对蛋白酶的降解有较强的抗性，只能部分被降解。组织，对蛋白酶的降解有较强的抗性，只能部分被降解。 PrPPrP c c 是个可溶性的蛋白质，而是个可溶性的蛋白质，而PrPPrPsc sc很难溶解。 很难溶解。 两种蛋白质具有相同的一级结构，但二级结构却十分不同，两种蛋白质具有相同的一级结构，但二级结构却十分不同，PrPPrP c c 的的螺旋的含量约螺旋的含量约 为为4040，几乎没有，几乎没有片层结构，相反片层结构，相反PrPPrPsc sc则含有高达 则含有高达5050的的片层结构，而片层结构，而 螺旋的螺旋的 含量仅为含量仅为2020。因而二者之间结构上的差异可能导致对蛋白酶抗性的不同。因而二者之间结构上的差异可能导致对蛋白酶抗性的不同。 推测搔痒病的发生是感染性的PrPsc与内源的PrPc共同作用的 结果。 PrPPrP c c 转化为转化为PrPPrPsc sc的机制的不同模式： 的机制的不同模式： 构象转化模式（构象转化模式（Conformational Conformational modelmodel）模板辅助模式）模板辅助模式 （template-assisted template-assisted modelmodel）：）：PrPPrPsc sc 形式比 形式比PrPPrP c c 的稳定，但由的稳定，但由PrPPrP c c 到到 PrPPrPsc sc的转化在动力学上是不利的 的转化在动力学上是不利的 。PrPPrPsc sc可以催化 可以催化PrPPrP c c 分子结构的变化。它可结合并稳定分子结构的变化。它可结合并稳定PrPPrP c c 到到 PrPPrPsc sc的中间体，通 的中间体，通 过增加不稳定的中间体的数量或提高中间体自发地转化为过增加不稳定的中间体的数量或提高中间体自发地转化为PrPPrPsc sc地速率，促进生 地速率，促进生 成更多稳定地成更多稳定地PrPPrPsc sc。模板辅助模式类似于一些蛋白质动力学控制的构型转化， 。模板辅助模式类似于一些蛋白质动力学控制的构型转化， 如流感血球凝集素、枯草杆菌蛋白酶等。如流感血球凝集素、枯草杆菌蛋白酶等。 成核聚合模式（成核聚合模式（nucleation-polymerization modelnucleation-polymerization model）：）：PrPPrPsc sc的生成是一 的生成是一 个依赖于晶核生成的聚合过程，在事先没有聚集体存在时，个依赖于晶核生成的聚合过程，在事先没有聚集体存在时，PrPPrP c c 与与PrPPrPsc sc 之间的转化是可逆的，但之间的转化是可逆的，但PrPPrPsc sc没有 没有PrPPrP c c 稳定，稳定，PrPPrPsc sc聚集体可与 聚集体可与PrPPrP c c 单体单体 结合并使之稳定。感染缓慢的发生，如同结晶过程中引入晶种并生成结合并使之稳定。感染缓慢的发生，如同结晶过程中引入晶种并生成 晶体一样。成核聚合模型类似于微管蛋白的聚集、晶体的生成、镰刀晶体一样。成核聚合模型类似于微管蛋白的聚集、晶体的生成、镰刀 型血红蛋白的形成、病毒衣壳粒的组装、细菌鞭毛的聚集等生物过程型血红蛋白的形成、病毒衣壳粒的组装、细菌鞭毛的聚集等生物过程 。 推荐的相关论著： 1. Satpute-Krishnan P, Serio TR. Prion protein remodelling confers an immediate phenotypic switch. Nature. 2005 ;437(7056):262-5. 2. Silveira JR, Raymond GJ, Hughson AG, Race RE, Sim VL, Hayes SF, Caughey B. The most infectious prion protein particles. Nature.2005;437(7056):257-61 第二节第二节 遗传物质的存在状态遗传物质的存在状态 从细胞观点，生物分为： 真核生物 原核生物： 高等动物 植物 部分微生物：原生动物、真菌、单细胞藻类 细菌、放线菌、噬菌体 就遗传物质而言： 真核生物真核生物原核生物原核生物 遗传物质遗传物质 DNADNA or RNA 染色体组成染色体组成 DNA 和蛋白质DNA or RNA 染色体数目染色体数目多个一个 核核 膜膜有无 细胞分裂过程细胞分裂过程 出现纺锤体 有着丝粒 无 无 一、一、DNADNA在在真核真核类类微生物微生物中的存在状态中的存在状态 如，粗糙脉孢菌 七条染色体，每一条染色体都有染色粒、随体及核仁组织中心 中期染色体核型模式 以细胞器形式存在的真核微生物以细胞器形式存在的真核微生物DNADNA -叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等 以细胞器形式存在的真核微生物以细胞器形式存在的真核微生物DNADNA -叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等 结构特性 1. 成分复杂。包括DNA、蛋白质、脂质类及RNA等成分 2. 结构复杂而多样。如，叶绿体和线粒体具有复杂膜结构； 中心粒和毛基体都具有微管或微纤丝结构。 3. 功能不一。 4. 数目不一。 5. 自我复制。 6. 一旦消失，后代细胞中将不会出现。 二、二、DNADNA在原核微生物中的存在状态在原核微生物中的存在状态 染色体和质粒 第三节第三节 染色体倍性和生活史染色体倍性和生活史 一、染色体倍性 单倍体和二倍体的状态交替生存现象是生物界的 一个普遍现象。 高等动物和植物：二倍体 微生物的原生动物大部分：二倍体 细菌和放线菌、真菌：单倍体 酵母菌：二倍体和单倍体都有 二、生活史 （life cycle） 一般指某种生物一生中的变化。具体指生物的单倍体 和二倍体的交替存在。 以生活史为标准，生物可划分为三种类型： 二倍性生物 （高等动物） 单倍性生物 （多数生物） 双单性生物 （酵母菌） 举例： 粗糙脉孢菌的生活史 酵母菌的生活史 小结： J 遗传物质的证明 J 遗传物质存在的状态 J 染色体倍性和生活史 问答题： 举例说明遗传物质的本质？ 如何做 Seminar Presentation Seminar ? （专题研究） Semen： a seed Seminary Seminar: seedbed (seedbed of thought) Seminar “A small group of advanced students in a college or graduate school engaged in original research or intensive study under the guidance of a professor who meets regularly with them to discuss their reports and findings. ” “大学或研究生院中在教授的指导下，从事开创性研究或深入 学习的一小群先进的学生，教授定期与他们讨论他们的报告和 发现。”即人们常说的大学研究班、研究讨论会。 如何选择一篇好的专 题研究报告的文章？ Top Journal Interesting Original research Seminar VS. Review A science review: A periodical containing critical evaluations and articles on specific subjects Seminar VS. Journal Club Journal Club: A record of events, personal experiences and thoughts etc., kept day by day. 好的Seminar报告文章 新的观念 （New ideas） 新的技术 （New technology） 具有讨论性的主题 （Hypothesis） Seminar报告内容 题目、文章出处及研究团队 前言 作者所欲证实的理论 实验设计 实验结果与讨论 结果 Seminar 最重要是能 提出文章所要证实的 hypothesis Hypothesis Aberrant AID expression contributes to widespread genomic instability, Imatinib resistance, and B lymphoid blast crisis progression of CML. 如何介绍实验方法？ 先介绍实验的目的，然后简要地介绍作者所应用的方法； 如何介绍实验结果？ 借助幻灯片传达明确和准确的信息；引导听众去解读文 章数据和数据的意义；说明实验结果的学术意义。 DLBCL (GC-derived diffuse-large B cell lymphoma cells) Question 1: whether AID is implicated in CML progression into fatal blast crisis? CD