分子生物学讲义

1、Chapter 1 绪论Molecular Biology乔治 M.马拉森斯基（George M.Malacinski）是印第安纳大学的分子生物学教授。他于波士顿大学获得本科学位。于印第安纳大学获得研究生学位。在华盛顿大学（西雅图）完成博士后工作后，回到印第安纳大学，建立了两栖动物发展遗传学的研究项目。早些年来，他致力于研究控制早期胚胎发生类型的机制。近年来，他研究心肌和骨骼肌的发育，来推测确定这些肌肉类型的分化类型的调节机制。 Malacinski博士的教学方法非常受学生的欢迎，在各种教学奖中他都受到提名 本书由蛋白质、核酸及大分子复合物的结构，大分子的功能，细胞内大分子功能的协同作用，大分

2、子的实验操作等一系列的单元组成。主要介绍了分子结构和功能的基础知识。 Wolcome to Molecular BiologyGoals of Molecular Biology 了解各种分子如何在细胞的五种基本活动中发挥作用,也就是说,分子生物学要描述生物分子的结构,功能,及其相互作用 即在分子水平上解释生命现象 五种基本活动:生长,分裂,分化,运动,相互作用Model biolagical systems Virus the simplest livin organism it borrows functionns from its host the host is a bacterial

3、 cellbacteria Free-living Prokaryotes Simple in physcal organization Several thousands chemicals and a few organized particales ,all in liquid solution,enclosed in a rigid wallMinimal medium(最低培养基) No organic compounds Other than a carbo sourcePrototroph(原养菌)Auxotroph(营养变异菌)Metabolism(新陈代谢) in bacti

4、eria is precisely regulated Such as ,the amio acid tryptophan is not formde if tryptophan is present in the growth mediumBacteriophage(噬菌体) 比细菌更简单 蛋白质外壳/头部, 连接一个尾部,一些更简单的甚至连尾部都没有 Yeast(酵母) Animal cells Primary cell culture(原代培养):从机体中取出的细胞立即培养Embryonic stem cell(胚胎细胞) Methodolagy of molecular biolagy

5、 物理和化学的分析方法 遗传学方法农业是现代生物学研究与应用最为广阔，重要的领域PART I The Structure of Protein,Nucleic acids ,and Marcromolecular ComplexexIn this chapter you will learn: The nature of the components of nucleic acids and proteins,and the chemical linkages by which they are joined to form large molecules The role that nonc

6、ovalent interactions play in determining the three-dimensional structure of macromoleculesMacromolecules Three major classes: proteins nucleic acids polysaccaridesChapter 2The whole is greater than the sum of its parts.生物大分子具有特定的功能必须具有特定的空间结构生物大分子在行使某种功能时空间结构必须发生特定的改变Chemical structure of the major

7、classes of macromolecules 组成各生物大分子的单体 单体通过何种方式进行连接Protein Monomers:amino acids Chemical linkage:peptide bondNucleic acidsNoncovalent interactionThe random coilHydrogen-bondingThe hydrophobic interactionIonic bonds An der Waals AttractionMacromolecule iolation and characterization 蛋白质的分离纯化方法 （一）根据分子大

8、小不同的纯化方法 1.透析和超滤 (1)透析 透析是把待纯化的蛋白质溶液装在半透膜的透析袋里，放入透析液（蒸馏水或缓冲液）中进行的，透析液可以更换，直至透析袋内无机盐等小分子物质降到最小值为止。 原理：利用蛋白质分子不能通过半透膜的性质，使蛋白质和其他小分子物质如无机盐、单糖等分开。 2.超滤： 利用压力或离心力，强行使水和其他小分子溶质通过半透膜，而蛋白质被截留在膜上，以达到浓缩和脱盐的目的。 超滤是一种膜分离技术，它的特点是使用不对称多孔膜根据分子的大小来分离溶液中的大分子物质与小分子物质。超滤尤其适用于大分子溶液的浓缩、不同种类分子的纯化以及溶剂交换等。超滤法是一种温和、非变性的物理方法

9、，比其它分离方法有效率更高、更灵活的优点。 原理： 在外力作用下，超滤膜对大分子物质的截留主要是筛分作用，决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状。除了筛分作用外，膜表面、微孔内的吸附和粒子在膜孔中的滞留也使大分子被截留。 现在已有各种市售的超滤膜装置可供选用，有加压、抽滤和离心等多种形式。滤膜也有多种规格，他们截留相对分子质量不同的蛋白质。使用中最需注意的问题是滤膜表面容易被吸附的蛋白质堵塞，使超滤速度减慢，能被截留物质的Mr变小。Chapter 3Nucleic acidsDNA TopologyRNA的类型tRNA 转运氨基酸 rRNA 核蛋白体 mRNA 蛋白质合成模板 hn

10、RNA 不均一RNA，成熟mRNA的前体 snRNA 小核RNA参与hnRNA的剪接 scRNA 小胞浆RNA 信号识别体的组成成分 anRNA 反义RNA对基因的表达起调节作用 Ribozyme RNA 核酶有酶活性的RNA测序的基本方法 在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。目前用于测序的技术主要有Sanger等（1977）发明的双脱氧链末端终止法和Maxam和 Gilbert（1977）发明的化学降解法。这二种方法在原理上差异很大，但都是根据核苷酸在某一固定的点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，产生A，T，C，G四组不同长度的一系列核苷酸，然后在尿素变性

11、的PAGE胶上电泳进行检测，从而获得DNA序列。 （一）Maxam-Gilbert的化学降解测序法 该方法的基本原理是用化学试剂处理具有末端放射性标记的DNA片段，造成碱基的特异性切割并产生一组具有不同长度的DNA链降解产物，经凝胶电泳分离和放射自显影之后，可直接读出待测DNA片段的核苷酸序列。 测序步骤： 先用限制性内切酶把DNA切成100200bp 的测序材料； 用碱性磷酸化酶处理该片段，消除5末端上的磷酸； 在5-OH端标记32P，用多核苷酸磷酸激酶催化； 标记片段变性为单链； 化学试剂在特定碱基位置降解单链DNA， 产生一组长度不等的DNA片段； 经电泳和放射性自显影后，从4个反应系统

12、统一阅读， 待测DNA的全部核苷酸序列就可直接读出。 G反应： DMS使鸟嘌呤的7位氮原子甲基化，其后断开第8位碳原子和第9位氮原子间的化学键，哌啶置换了被修饰鸟嘌呤与核糖的结合。 G+A反应： 甲酸使嘌呤环上的氮原子质子化，削弱了腺嘌呤脱氧核糖核苷酸和鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸中的糖苷键，然后哌啶置换了嘌呤。 T+C反应： 肼断开了嘧啶环，产生的碱基片段能被哌啶所置换。 C反应： 在NaCl存在时，只有C才能与肼发生反应，随后被修饰的胞嘧啶被哌啶置换。 改进的特异化学切割反应Sanger的酶聚合测序法(链终止法) Cambridge的F. Sanger在1977年发明用双脱氧链终止法测定单链DNA

13、的序列，其基本原理如下：DNA聚合酶能够用单链DNA作为模板，合成准确的DNA互补链； 该酶能够用2，3-双脱氧核苷三磷酸作底物并将其聚合到新生寡核苷酸链的3-末端，从而终止其延伸反应。 在DNA测序反应中，加入模板DNA，引物（特异性引物），DNA聚合酶，dA，dT，dG，dC和一种ddNTP。常用Klenow大片段，无5'3'外切酶活性。测序步骤：用M13噬菌体做载体获得单链DNA模板，克隆并扩增待测DNA片段，使其变性。选择一条与DNA单链互补的短链引物，将引物用放射性同位素标记。引物先同单链模板复性。在四个反应管中分别加入待测DNA单链模板、互补引物分子、四种的dNTP

14、、DNA聚合酶(Klenow 酶)以及不同的ddNTP。进行聚合反应 ，DNA新生链延长，当掺入ddNTP时，聚合反应终止。 在聚丙烯酰胺凝胶或琼脂糖凝胶中电泳。根据X底片对凝胶曝光所显的条带位置，读出 DNA序列。全自动DNA测序 DNA自动测序仪的应用实现了凝胶电泳、初始数据获取、碱基阅读等步骤自动化 。 自动测序仪的设计原理是采用荧光标记DNA片段，并用激光激活的荧光探测系统， 检测序列反应的分离产物，读出电泳条带所示的碱基顺序。 分离产物有两种基本方法：单荧光标记四泳道分离和四荧光标记的单泳道分离。 四荧光标记的单泳道分离的测序原理 四标记单泳道法： ABI公司（美国应用生物系统公司）

15、发展的四标记单泳道法是用4种不同的荧光标记物标记4个反应的引物，4个反应在一个泳道中电泳分离。每个反应产物用不同颜色的荧光标记进行区分， 再用计算机将经过荧光探头的不同颜色顺序转变成测序信息。 这种同一泳道的分离避免了泳道间差异对测序的影响。 荧光标记物聚合反应及产物单泳道电泳及信号收集计算机排序3730全自动测序仪Shotgun测序片段重叠排序三 未来的测序技术 对现有技术的改进主要包括： (1)在自动测序仪内增加每块胶上的脉道数。 (2)改进软件分析系统，提高对增加泳道和延长DNA片段初始荧光数据的分析能力。 (3)采用新型凝胶电泳技术，提高条带的分辨率，扩展单反应数据范围。 (4)改进光

16、学检测系统，开发新型荧光标记 ，提高检测的灵敏度，降低对模板数量及质量的要求。 (5)采用自动加样系统，提高加样质量和速度。 未来的测序技术主要包括： 质谱法(mass spectrometry) ； 杂交测序法(seguencing by hybridization,SBH)； 单分子测序法(single-molecule seguencing) ； 扫描隧道显微镜(atomic probe microscopy） ； 超薄水平凝胶电泳技术(Horizontal Ultrathin Gel Electropho resis,HUGE) ； 毛细管电泳法(capillary gel elect

17、rophoresis,CE ) ； 芯片技术等。 Klenow片段 Klenow片段（Klenow fragment）：E.coli DNA聚合酶I经部分水解生成的C末端605个氨基酸残基片段。该片段保留了DNA聚合酶I的5-3聚合酶和3-5外切酶活性，但缺少完整酶的5-3外切酶活性。大肠杆菌DNA聚合酶的Klenow片段是完整的DNA聚合酶的一个片段，只有在53聚合酶活性和35外切酶活性，失去了53外切酶活性。它可用于填补DNA单链末端成为双链。如果供给32P标记的三磷酸核苷酸，则可使DNA带上同位素标记。当用交错切割的限制酶切成带有单链粘性末端的DNA片段，要用被切成平头末端的DNA片段连

18、接时，可以先用Klenow片段使粘性末端的单链补齐成为平头，然后在DNA连接酶作用下把两个DNA片段连接起来。 Chapter 4The physical structure of protein moleculesIn this chapter you will learn :l 1.About polypeptide folding and various configurations proteins adopt.l 2. How several polypeptides associate to form a larger unit.l 3.The formation and stru

19、cture of enzyme-substrate complexes and antibodies,and the models put forth to represent theml Each species of protein molecule has a unique three-dimensional structure determined principally by the amino acid sequence of that protein.l It has a universal structure the double helix .This makes the s

20、tudy of proteins very complex.l The diversity(多样性) of protein structure enables these molecules to carry out the thousands of different processes required by a cell and makes proteins fascinating objectd to study.The “footsoldiers” of the living celll Their functions are the most diverse of all type

21、s of macromolecules:l Structural functionsl Speed up the rate of chemical reactions.Basic features of protein moleculesl Primary structurel Secondary structureThe folding of a polypeptide chain l Three rules:l 1.肽键具有部分的双键特征,因而被限制在平面上,而且结构刚性.只有碳原子和肽单位可以自由旋转,因此肽链是可变形的l 2.氨基酸的侧链不能够交迭,所以折叠不是真正的随机,因为某些倾向

22、是被禁止的.l 3.具有相同标记的基团不会离得很近.因此,相似的部分导致链延展.The general tendencies l 1.氨基酸的极性侧链往往位于蛋白质的表面与水相接触.l 2.而非极性的侧链常位于内部.疏水侧链堆积.l 3.碳酰基的氧与另一个依附于N原子的H形成H键l 4.两个半胱氨酸的巯基（SH）形成双硫键Key conceptl Primary sequence ?l The linear sequence of amino acids joined together by peptide bonds is termed the primary structure of th

23、e protein. The position of covalent disulfide bonds between cysteine residues is also included in the primary structure Secondary structure 螺旋与结构l Secondary structure in a protein refers to the regular folding of regions of the polypeptide chain. The two most common types of secondary structure are

24、the a-helix and the - pleated sheet Protein structurel Few protein are pure helix or structure l Fibrous protein (纤维蛋白):p73l Globular protein (球蛋白):p73l 纤维蛋白主要功能是构建细胞的结构.如:collagen(胶原质):tendon ( 腱), cartilage (软骨),elastin(弹性蛋白)Globular proteinl Catalytic(催化) and regulatory functionsl Spherical or el

25、lipsoidal椭圆体的Tertiary structure (三级结构)l The most prevalent interactions responsible for tertiary structure are the following:l 1.离子键l 2.氢键l 3.疏水作用l 1.Disulfide bonds(二硫键)bring distant amino acids together.l 2.Hydrophobic(疏水) interaction bring distant amino acids together.l 3.Hydrogen bonds sometimes

26、 bring distant amino acids together,but a single Hydrogen bond makes a more subtle change in positionl 4. Electrostatic interactions bring amino acids together or keep them apart,depending on the signs of charges.l 5. A structure bring distant segments of the polypeptide backbone together and create

27、s rigidityl 6.A helix makes adjacent regions of a polypeptide backbone stiff and linearl 7. Van der Waals attraction produce specific interactions between clusters pf amino acids that may or may not be nearby in the polypeptide chainantigen抗原 l 指能刺激机体免疫系统产生免疫应答而生成抗体和致敏淋巴细 胞等免疫应答产物并与之发生特异性结合的物质。l 具有免

28、疫原性和反应原性的物质。又称免疫原。l 免疫原性是指刺激机体的免疫活性细胞产生免疫应答的能力。l 反应原性是指抗原与抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合而出现可见反应的能力。l 抗原在化学结构上与机体自身不同，具有异物性：l 异种物质。从生物进化过程来看，异种动物间的血缘关系越远，则免疫原性越强。如马的血清和各种微生物与人的血缘关系远，所以免疫原性强。而马的血清与驴、骡的血缘关系近，所以免疫原性相对就弱。l 同种异体物质。如人的红细胞抗原物质和人的白细胞抗原等。l 自身物质。自身物质一般不具免疫原性。有些物质如隐蔽的自身成分（眼晶体蛋白、精子等），在正常情况下与免疫系统是隔绝的。但是一旦屏障遭到破

29、坏，这些物质进入血流，即可与免疫活性细胞接触而成为自身抗原异物。另外，自身物质在外伤、感染、药物和射线的影响下，其理化性质发生质的改变时，也可成为具有免疫原性的抗原物质 l 与人类有关的抗原有：l 病原微生物。在医疗中将病原微生物制成疫苗进行预防接种，可以提高人的免疫力。也可以根据微生物抗原的特异性进行各种免疫学试验，帮助诊断疾病。l 同种异体抗原。有两大类，一类是红细胞血型抗原，包括A、B、O血型抗原，Rh血型抗原等。不同血型间相互输血，可引起严重的输血反应；另一类是存在于人类白细胞细胞膜上的人类白细胞抗原（HLA），又称主要组织相容性抗原。它们与血型抗原一样，也是由遗传决定的，受染色体上的

30、基因控制。l 动物免疫血清。临床上常用的各种抗毒素血清，一般都是用免疫马来制备的。一方面，抗毒素能中和与其相应的外毒素，起到防治疾病的作用；另一方面，它能刺激人体产生抗马血清蛋白的抗体，当再次接受马的免疫血清时，有可能发生超敏反应。l 嗜异性抗原。一类与种属特异性无关的、存在于人以及某些动物、植物、微生物的性质相同的抗原。肿瘤抗原。由物理的、化学的因素或某些病毒诱发的实验动物肿瘤，其细胞中或细胞表面均出现特异性抗原，称为肿瘤特异性抗原。已证实在某些人类肿瘤中心存在着与病毒密切相关的抗原。 Antibodies 抗体l 机体在抗原物质刺激下，由B细胞分化成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性

31、结合反应的免疫球蛋白。l 因为最初有人用电泳证明血清中抗体活性在球蛋白部分，故曾把抗体统称为两种()球蛋白。l 后来证明，抗体并不都在区；而且位于区的球蛋白，也不一定都具有抗体活性。1964年，世界卫生组织举行专门会议，将具有抗体活性以及与抗体相关的球蛋白统称为免疫球蛋白(Ig)。如骨髓瘤蛋白，巨球蛋白血症、冷球蛋白血症等患者血清中存在的异常免疫球蛋白以及“正常人”天然存在的免疫球蛋白亚单位等。因而免疫球蛋白是结构及化学的概念，而抗体是生物学及功能的概念。l 可以说，所有抗体都是免疫球蛋白，但并非所有免疫球蛋白都是抗体。l 抗体的生物活性l (1)结合特异性抗原：抗体与其他免疫球蛋白分子区别，

32、就在于抗体能与相应抗原发生特异性结合，在体内导致生理或病理效应；在体外产生各种直接或间接的可见的抗原抗体结合反应。抗体是靠其分子上的特殊的结合部位与抗原结合的。l (2)激活补体：抗体与相应抗原结合后，借助暴露的补体结合点去激活补体系统、激发补体的溶菌、溶细胞等免疫作用。l (3)结合细胞：不同类别的免疫球蛋白，可结合不同种的细胞，产生不同的疚，参与免疫应答。l (4)可通过胎盘及粘膜：免疫球蛋白G(IgG)能通过胎盘进入胎儿血流中，使胎儿形成自然被动免疫。免疫球蛋白A(IgA)可通过消化道及呼吸道粘膜，是粘膜局部抗感染免疫的主要因素。l (5)具有抗原性：抗体分子是一种蛋白质，也具有刺激机体

33、产生免疫应答的性能。不同的免疫球蛋白分子，各具有不同的抗原性。l (6)抗体对理化因子的抵抗力与一般球蛋白相同：不耐热，6070即被破坏。各种酶及能使蛋白质凝固变性的物质，均能破坏抗体的作用。抗体可被中性盐类沉淀。在生产上常可用硫酸铵或硫酸钠从免疫血清中沉淀出含有抗体的球蛋白，再经透析法将其纯化。l 抗体产生的规律l (1)初次反应产生抗体：当抗原第一次进入机体时，需经一定的潜伏期才能产生抗体，且抗体产生的量也不多，在体内维持的时间也较短。l (2)再次反应产生抗体：当相同抗原第二次进入机体后，开始时，由于原有抗体中的一部分与再次进入的抗原结合，可使原有抗体量略为降低。随后，抗体效价迅速大量增

34、加，可比初次反应产生的多几倍到几十倍，在体内留存的时间亦较长。l (3)回忆反应产生抗体：由抗原刺激机体产生的抗体，经过一定时间后可逐渐消失。此时若再次接触抗原，可使已消失的抗体快速上升。如再次刺激机体的抗原与初次相同，则称为特异性回忆反应；若与初次反应不同，则称为非特异性回忆反应。非特异性回忆反应引起的抗体的上升是暂时性的，短时间内即很快下降。l 抗体的分类l (1)按作用对象，可将其分为抗毒素、抗菌抗体、抗病毒抗体和亲细胞抗体(能与细胞结合的免疫球蛋白，如1型变态反应中的lgE反应素抗体，能吸附在靶细胞膜上)。l (2)按理化性质和生物学功能，可将其分为IgG、IgA、IgM、IgE、Ig

35、D五类。l (3)按与抗原结合后是否出现可见反应，可将其分为：在介质参与下出现可见结合反应的完全抗体，即通常所说的抗体，以及不出现可见反应，但能阻抑抗原与其相应的完全抗体结合的不完全抗体。(4)按抗体的来源，可将其分为天然抗体和免疫抗体。 单克隆抗体l 单克隆抗体是仅由一种类型的细胞制造出来的抗体，对应于多克隆抗体/多株抗体由多种类型的细胞制造出来的一种抗体。 单克隆抗体由可以制造这种抗体的免疫细胞与癌细胞融合后的细胞产生的，这种融合细胞即具有瘤细胞不断分裂的能力，又具有免疫细胞能产生抗体的能力。融合后的杂交细胞(杂种瘤)可以产生大量相同的抗体。当其应用于医疗中时，在识别抗原中的显示的微小变化

36、(如果有的话)有助于减小副作用。l 年，瑞士科学家乔治·克勒和英国科学家凯撤·米尔斯坦，把产生抗体的淋巴细胞与多发性骨髓瘤细胞进行融合，形成杂交瘤细胞。这种细胞兼有两个亲代细胞的特征，既有骨髓瘤细胞无限生长的能力，又有淋巴细胞产生抗体的功能。因此，这种杂交瘤细胞就能在细胞培养中产生大量单一类型的高纯度抗体。这种抗体叫“单克隆抗体”。 l 把单克隆抗体与抗癌药物或毒素结合起来，就成为威力强大的抗体“导弹”。把这种抗体“导弹”注射到癌症患者的血液中，它就会发挥导弹样的作用，在患者体内追踪并附着于癌细胞上，然后与抗体结合的抗癌药物或毒素杀伤和破坏癌细胞，而且很少损伤正常组织细胞。

37、这种抗体“导弹”具有高度选择性，对癌细胞命中率高，杀伤力强的优点，没有一般化学药物那样不分好坏细胞，格杀勿论的缺点。美国约翰·霍普金斯医院应用抗体“导弹”治疗晚期肝癌病人，收到惊人效果。肝脏肿癌显著缩小，生存期延长，而且没有副作用。单克隆抗体技术的发明，是免疫学中的一次革命，打破了过去只能在身体内产生抗体的方法，而成功地在体外用细胞培养的方法产生抗体，同时繁殖快，可以产生在体内达不到的高滴度和高专一性的水平。单克隆抗体价格表l 货号 产品名称 规格 价格 产地 l T-01Mouse anti-His tag100 g1200 元 Perfe.USA T-02c-myc 100 g1

38、200 元 Perfe.USAl T-03FLAG 100 g1200 元 Perfe.USAl T-04HA 100 g1200 元 Perfe.USAl T-05GST    l  T-06Biotin-anti-His tag 100 g1500元 Perfe.USAl T-07HRP-anti-His tag 100 g1500元 Perfe.USA1997年第5期医药价格专栏国家计委工农产品价格管理司关于人用鼠源性单克隆抗体IORT3价格的批复一九九七年七月二日 计司价管函199751号l 古巴分子免疫中心（Center of MoleCular Imm

39、unology）生产的批号为9702（共30支）、规格为5mg/支的人用鼠源性单克隆抗体IORT3的口岸平衡价为每支906元，批发、零售价格分别为每支1105元、1216元。 单克隆抗体的制备Enzymes l 酶（enzyme）是生物体内多数反应的一种生物催化剂，除少数RNA外几乎都是蛋白质。酶不改变反应的平衡，它只是通过降低活化能加快化学反应的速度。酶具有专一性,一种酶只能催化一种或一类反应。除此以外，还具有高效性、温和性。Chapter 5Macromolecular interactions and the structure of complex aggregates生物现象源自于大

40、分子间的相互作用n Structure components both within insividual cells and in-between the cells associated with various tissues and orgas invariably consist of assemblies of macromolecules.大肠杆菌（Escherichia coli E.coli ）n 1885 Theodor Escherich (德国) n 原命名为 Bacterium colin 将其属名改为 Escherichia 是为了纪念发现者n 大肠杆菌在实际工作中

41、的重要性:经常被当作是所有生物的 原型（archetype）n a、在实验室中容易操作 b、生长迅速，要求营养物质简单，能进行很多生理生化过程n c、其有性生殖的存在使得遗传学的研究成为可能(遗传杂 交、遗传性状 存在性状 ）n d、能够供应细菌病毒的生长，使病毒的本性即病毒扩增的 深入研究成为可能n 组蛋白（histones）真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质，含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多，二者加起来约为所有氨基酸残基的1/4。组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA结合成DNA-组蛋白复合物。因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5类。真核生物细胞核中组蛋白的含量约为每克DNA 1克，n 大部分真

42、核生物中有5种组蛋白，两栖类、鱼类和鸟类还有H5以替代或补充H1。染色质是由许多核小体组成的，H2A，H2B，H3和H4各2个分子构成的8聚体是核小体的核心部分，H1的作用是与线形 DNA结合以帮助后者形成高级结构。组蛋白是已知蛋白质中最保守的，例如，人类和豌豆的H4氨基酸序列只有两个不同，人类和酵母的H4氨基酸序列也只有8个不同，这说明H4的氨基酸序列在约109年间几乎是恒定的。早在1888年德国化学家科塞（A.Kossel）已从细胞核中分离出组蛋白，并认识到它们作为碱性物质应在核中与核酸结合，但直到1974年才了解组蛋白的确切作用。一些实验室随后证明组蛋白以独特的方式构成核小体的组分。Mo

43、nonucleosomes typically have 200 bp DNA. End-trimming reduces the length of DNA first to 165 bp, and then generates core particles with 146 bp.The 10 nm fiber is a continuous strong of nucleosomes.Part Function of macromoleculesChapter 6 The genetic material¡ In this chapter you will learn:

44、1; 1.background information on the mechanisms of heredity¡ 2.experimental evidence which identified DNA as the genetic material¡ 3.properties of DNA as the genetic meterial,including storage,transmission,stability,and mutationTwo important questions :¡ 1.How so we know that DNA is the

45、 genetic material?¡ 2.What properties特性 of DNA make it so ideally完美 suited to function in this capacity?Early observation on the mechanism of heredity¡ 1.The nucleus has a unique chemical composition.¡ 2.Fusion of sperm and egg nuclei at the time of fertilization produces a zygote tha

46、t contains all of the hereditary information necessary to develop into a mature adult organism.¡ 3.Cell nuclei contain chromosomes.The precise numbers and types of chromosomes may vary from one species to another,but normal members of a particular species will have a characteritic set of chromo

47、some. ¡ 4. Chromosome are duplicated prior to cell division and one copy of each is precisely apportioned to the daughter cells. (via mitosis)¡ 5.To maintain a constant chromosome number in sexually reproducing organisms chromosome number is reduced by one-half (via meiosis) during gamete接

48、合体 formation.¡ 6.The patterns of inheritance of chromosomes mirrors the patters of inheritance of genetic traits described by Gregor Mendel¡ 7.In certain instances , it was possible to correlate the inheritance of specific physical traits such as gender(性别) or eye color(in fruit flies)with

49、 the inheritance of specific recognizable chromosomes.Identification of DNAas the genetic material¡ 基因存在于染色体上。 脱氧核糖核酸(DNA) 核酸 核糖核酸(RNA) 组蛋白¡ 染色体 蛋白质 非组蛋白 少量的拟脂与无机物质DNA作为主要遗传物质的证据¡ 基因存在于染色体上。 脱氧核糖核酸(DNA) 核酸 核糖核酸(RNA) 组蛋白¡ 染色体 蛋白质 非组蛋白 少量的拟脂与无机物质一、DNA作为主要遗传物质的间接证据¡ 大部分DNA存在于染色

50、体上。RNA和蛋白质在细胞质内也很多。¡ 每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何，它们的DNA含量是恒定的。精子或卵子中的DNA含量正好是体细胞的一半；而细胞内的RNA和蛋白质量在不同细胞间变化很大。另外，多倍体系列的一些物种，其细胞中DNA的含量随染色体倍数的增加，也呈现倍数性的递增。¡ DNA在代谢上比较稳定。细胞内蛋白质和RNA分子与DNA分子不同，它们在迅速形成的同时，又不断分解。而原子一旦被DNA分子所摄取，则在细胞保持健全生长的情况下，保持稳定，不会离开DNA。¡ 基因突变与DNA分子的变异密切相关。用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的

51、波长为260nm，这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的。 (一)细菌的转化¡ 肺炎双球菌有两种不同的类型： 1.光滑型(S型) 被一层多糖类的荚膜所保护，具有毒性，在培养基上形成光滑的菌落。 2.粗糙型(R型) 没有荚膜和毒性，在培养基上形成粗糙的菌落。 迄今，已经在几十种细菌和放线菌中成功地获得了遗传性状的定向转化。这些试验都证明起转化作用的物质是DNA。 (二)噬菌体的侵染与繁殖¡ 噬菌体是极小的低级生命类型。必须在电子显微镜下才可以看到。据研究T2噬菌体DNA进入到大肠杆菌内，可以利用大肠杆菌的材料来制造自己的DNA、蛋白质外壳和尾部，从而形成完整的新生的噬菌体。 &

52、#161; 赫尔希 等用同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA与蛋白质。因为P是DNA的组分，但不见于蛋白质；而S是蛋白质的组分，但不见于DNA。然后用标记的T2噬菌体(32P或35S)分别感染大肠杆菌，经10分钟后，用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳。 (图32)¡ 第一种情况下，基本上全部放射活性见于细菌内而不被甩掉并可传递给子代。¡ 第二种情况下，放射性活性大部分见于被甩掉的外壳中，细菌内只有较低的放射性活性，且不能传递给子代¡ 这样看来，主要是由于DNA进入细胞内才产生完整的噬菌体。所以说DNA是具有连续性的遗传物质。 (三)烟草花叶病毒的感染

53、和繁殖 烟草花叶病毒（TMV）是由RNA与蛋白质组成的管状微粒，它的中心是单螺旋的RNA，外部是蛋白质的外壳。（如图）¡ 佛兰科尔康拉特与辛格尔(Frankel-Conrat, H.和 Singer, B.)把TMV的RNA与另一个病毒品系(HR, Holmes ribgrass)的蛋白质，重新合成混合的烟草花叶病毒，用它感染烟草叶片时，所产生的新病毒颗粒与提供RNA的品系完全一样，亦即亲本的RNA决定了后代的病毒类型 (图33)。¡ 以上实例均直接证明DNA是生物主要的遗传物质，而在缺少DNA的生物中，RNA则为遗传物质。Chapter 7 DNA Replication

54、 ¡ DNA replication is semi-conservative, one strand serves as the template for the second strand. ¡ Furthermore, DNA replication only occurs at a specific step in the cell cycle. ¡ The following table describes the cell cycle for a hypothetical cell with a 24 hr cycle. ¡ Stage Ac

55、tivity Duration ¡ G1 Growth and increase in cell size 10 hr ¡ S DNA synthesis 8 hr ¡ G2 Post-DNA synthesis 5 hr ¡ M Mitosis 1 hr ¡ DNA replication has two requirements that must be met: ¡ 1.DNA template ¡ 2.Free 3' -OH group PCNA PCNA是一种核蛋白，PCNA是以受细胞周期调控的方式被合成的。在DNA合成稍前被合成， PCNA是pol的辅助蛋白，促进该酶的活性，增强酶的行进性，使前导链连续不断地合成。在有PCNA存在时，出现前导链和后滞链合成；而缺乏PCNA时只合成早期复制的中间产物和短的后滞链片段。因此它使DNA合成的受