《遗传物质的基础》PPT课件.ppt

第三章 遗传的物质基础,本章内容： 染色体 核酸 基因的组织与结构,遗传物质,生物性状,遗传物质的本质的揭示：,孟德尔（Mendel,G.J.）18561864年进行豌豆杂交试验，发现分离和独立分配遗传规律,认为生物性状是受细胞里的颗粒性遗传因子控制,没有任何物质内容,只是一种逻辑推理产物,约翰生（Johannsen,W.L.）1909年用“基因”（gene）一词代替孟德尔的遗传因子概念,但是，没有给出“基因”物质内容。,贝特生（Batson,W.）和摩尔根（Morgan,T.H.）19001910年在香豌豆、果蝇的遗传研究中发现性状连锁现象（linkage）。摩尔根提出了连锁遗传规律,基因位于染色体上，基因是染色体的一段片段,阿委瑞（Avery,O.T.）证明DNA是遗传物质。,Griffith实验1928 S活菌，致死小白鼠 S死菌，不致死小白鼠 R活菌，不致死小白鼠 R活菌+S死菌，致死小白鼠， 分离出S活菌,体内转化实验DNA是遗传物质的证明,1928年，英国微生物学家Griffith.F做了肺炎双球菌的转化实验,Avery实验1944 S型活菌 提取蛋白质 + R活菌 无S活菌 类脂 + R活菌 无S活菌 多糖 + R活菌 无S活菌 RNA + R活菌 无S活菌 DNA + R活菌 有S活菌 S DNA 蛋白酶处理 具转化能力 S DNA DNase处理无转化能力 结论：转化因子的化学本质为DNA。,遗传物质主要分布在真核生物的细胞核、原核生物的核质体中。细胞质中的某些细胞器，如叶绿体、线粒体、质粒等也含有遗传物质。,随着物理、化学、分子生物学等先进技术和设备的应用，对遗传物质基本单位基因的本质、组织结构等的认识越来越深入，也赋予基因新的内容，形成基因组学这门学科。,沃森（Watson,J.D.）和克里克（Crick,F.H.C.）20世纪50年代提出DNA双螺旋结构模型，明确了DNA是遗传信息的载体，是遗传物质，基因是DNA分子上的一个片段。,除了DNA外，有些动物、植物病毒和噬菌体是以RNA作为遗传物质。,第一节 染 色 体,所有细胞型生物都具有携带基因的结构，这种结构染色体（chromosome）。,原核生物的染色体由环状双链和极少的蛋白质构成，细胞中仅有单个染色体，每个染色体有单一的DNA复制起始位点，染色体包含在核质体中。,原核生物与真核生物之间存在差别：,真核生物有若干条线性染色体，DNA与大量的蛋白质紧密结合，每一真核生物具有多个DNA复制起始位点。染色体包含在细胞核中。,一、染色体形态,根据着丝粒的位置可以把染色体分为四种典型的形态，它们分别是：,所有真核生物的染色体具有着丝粒和端粒这两个重要区域。,着丝粒在细胞分裂过程中，作为纺锤丝的附着点，缺乏着丝粒，细胞将无法进行正常的分裂。,端粒不仅是染色体末端的一个区域，它还具有特殊的结构。在端粒区域，含有DNA重复序列，如人类该序列为TTAGGG。在生殖细胞中，每个端粒含有大量的重复序列（repeat sequence），但是，随着体细胞衰老，端粒中的重复序列数量逐渐减少。维持端粒长度的恒定要靠端粒酶。研究发现在体细胞中，缺少端粒酶，但在肿瘤细胞中重新出现了端粒酶。,二、原核生物及病毒染色体结构,以大肠杆菌为例来阐明原核生物染色体结构特点。,大肠杆菌染色体以单个双链环状DNA分子构成，大约有4.6106bp。 这种染色体组成了大肠杆菌的拟核（核质体）。 在拟核中DNA占80%，其余为RNA和蛋白质。 DNA与蛋白质相互作用形成“脚手架”形结构（见图）。 在这种结构中，DNA链形成了大约50100个功能域或环。每个环大约有50100Kb。 当用微量的DNA酶处理，会使少量DNA环成为松弛状态，而其他环保持超螺旋状态不变。,病毒没有典型的染色体结构。习惯上把病毒含的RNA或DNA也称为染色体。,对DNA 病毒来说，不同的病毒其DNA形态结构多种多样，如ssDNA或dsDNA；环状或线状。 对RNA病毒来说，RNA为线状，ssRNA或dsRNA。甚至含有多条RNA链。,X174是一种大肠杆菌噬菌体，其DNA为单链环状，共有5386个核苷酸，由于其DNA中含有重叠基因，故其可以编码10个基因（见图）。,三、真核生物染色体结构,真核生物染色体由高度有序的DNA蛋白质复合体（核蛋白）构成，这种复合体称染色质。,染色质中超过50%的成分为蛋白质，在细胞周期的不同阶段，由于染色质组织结构的变化而导致不同的染色体结构状态。,化学组成：1/3 DNA，1/3 Histones（组蛋白） 1/3Nonhistons （非组蛋白）及少量 RNA和磷脂。,DNA： 携带传递遗传信息，染色体的功能体现者。 组蛋白：染色体中与DNA联结的碱性蛋白质，是染色体主要的结构蛋白。近乎所有的染色体中都含有5种组蛋白，除H1外，无种或组织特异性。 非组蛋白：染色体中除组蛋白外的其他蛋白，其种类比组蛋白复杂得多，具种和组织特异性。,小牛胸腺染色体组蛋白的特点,染色体的结构 分子生物学和生物化学研究表明，染色体基本结构单位为核小体，核小体连接成染色质丝，经卷曲形成螺线管solenoid，（中期）后者进一步卷曲成超粗纤维，再进一步浓缩即为染色体。高度浓缩的染色体长度只有DNA双螺旋的1/万左右。,四、染色体数目,真核生物多数为二倍体（diploid）生物，原核生物大多为单倍体（haploid）生物。,减数分裂中染色体行为发生差错，常常引起染色体数目的变化。,整倍体,非整倍体,体细胞核中具有非整倍数染色体,个体中的染色体数为基数的整倍数，如一倍体、二倍体、三倍体等类型。,单体（二倍减一，monosomic diploid): 2n-1,缺体（二倍减二，nullisomic dilpoid): 2n-2,三体（二倍加一，trisomic diploid): 2n+1,四体（二倍加二，tetrasomic diploid): 2n+2,双二倍加一（double trisomic）: 2n+1+ 1,6,部分二倍体（merodiploid）：细菌等原核生物中由一整条染色体和外来的一个染色体片段所构成的不完整二倍,物种 染色体数目 人 2n=46 金丝猴 2n=44 黄牛 2n=60 马 2n=64 驴 2n=62 小家鼠 2n=40 大家鼠 2n=42 果蝇 2n=8 洋葱 2n=16 玉米 2n=20 水稻 2n=24 豌豆 2n=14 向日葵 2n=34 衣藻 2n=16,第二节 核 酸,脱氧核糖核酸（DNA）是细胞中最重要的分子，它含有生物全部遗传信息，核糖核酸（RNA）可以作为某些病毒的遗传物质。,一、核酸,DNA和 RNA中的碱基是杂环芳香环。腺嘌呤、鸟嘌呤为双环结构，胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶为单环结构。,碱 基,核糖 脱氧核糖 核苷 核苷酸,磷酸二酯键,核酸序列,双链,每一核酸链中，有自由基的5端和3 端。,按规定，DNA或RNA序列的5端写在左边。,DNA双螺旋结构,二、RNA,所有生物的细胞内都含有三种RNA ，即mRNA、 tRNA和rRNA。,原核生物中有三种rRNA ，真核生物有四种rRNA。是核糖体（ribosome）的重要成分。（见图表）,生物体内存在着与20种氨基酸对应的tRNA分子，它们在蛋白质合成过程中，起着接受、转运和掺入氨基酸的作用。,mRNA的功能是从DNA上把遗传信息接受过来，决定蛋白质的