第3章遗传物质的分子基础

1、第第三章三章 遗传物质的分子基础遗传物质的分子基础* * 1DNA作为遗传物质的3个直接证据； 2DNA的结构和复制； 3遗传密码； 4. 中心法则。本章重点本章重点第一节第一节 DNA DNA作为主要遗传物质作为主要遗传物质 的证据的证据1 1细菌的转化：细菌的转化：肺炎双球菌 特征 抗原型（稳定）粗糙型(R) 无荚膜、粗糙菌落、无毒 R、R光滑型(S) 有荚膜、光滑菌落、有毒 S、S、S格里费斯格里费斯 (1928) (1928) 肺炎双球菌肺炎双球菌定向转化试验： 有毒S型(65杀死)小鼠成活 无细菌 无毒R型小鼠成活重现R型 有毒S型小鼠死亡重现S型 R型+有毒S型(65)小鼠 死亡重

2、现S型结论：结论： 在加热杀死的S型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入R型 R型转变为S型 无毒转变为有毒。阿委瑞阿委瑞(Avery O. T.,1944)(Avery O. T.,1944)试验试验： 用生物化学方法证明这种活性物质是DNA。 正实验：三个正实验：三个 负实验：三个负实验：三个结论：结论： 遗传物质DNA是转化因子。 2 2噬菌体的侵染与繁殖噬菌体的侵染与繁殖 赫尔歇(Hershey)等用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质。原理：原理： P P存在于DNA，而不存于蛋白质；S S存在于蛋白质，而不存于DNA。 32P标记T2噬菌体 35S标记T2噬菌体结论： 进入

3、菌内的是DNA； DNA进入细胞内才能产生完整的噬菌体。 烟草花叶病毒简称TMV (T Tobacoo M Mosaic V Virus)。 TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种: TMV蛋白质 烟草 不发病 TMV RNA 烟草 发病 新的TMV TMV RNA + RNA酶 烟草 不发病3 3烟草花叶病毒的感染和繁殖烟草花叶病毒的感染和繁殖佛兰科尔佛兰科尔- -康拉特康拉特- -辛格尔辛格尔( (Framkel-Conrat-Singer)Framkel-Conrat-Singer)试验试验结论：结论： 提供提供RNARNA的亲本决定了其后代的的亲本决定了其后代的RNARNA和蛋白质。和蛋

4、白质。 在不含在不含DNADNA的的TMVTMV中，中，RNARNA就是遗传物质。就是遗传物质。第二节第二节 核酸的化学结构核酸的化学结构 与自我复制与自我复制一、两种核酸及其分布 1 1核酸核酸： 以核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。 五碳糖：脱氧核糖、核糖 核苷酸 磷酸 鸟嘌呤、腺嘌呤 环状的含氮碱基 胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶DNA 核苷酸RNA 核苷酸五碳糖：脱氧核糖碱基：A、T、C、G五碳糖：核糖碱基：A、U、C、GDNA四种脱氧核苷酸DNA分子高等植物高等植物：DNA存在于染色体上，叶绿体、线粒体； RNA在核（核仁、染色体）、细胞质中。细菌：细菌：DNA和RNA。噬菌体

5、：噬菌体：多数只有DNA，植物病毒：植物病毒：多数只有RNA，动物病毒：动物病毒：有些含RNA、有些含DNA。2 2分布：分布：脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（核糖核酸（RNA）基本组成单位脱氧核苷酸，包括：一分子磷酸一分子脱氧核糖一分子含氮碱基（ATGC）核苷酸，包括：一分子磷酸一分子核糖 一分子含氮碱基（AUGC）五碳糖结构示意图空间结构一般为双链主要为单链细胞定位主要存在于细胞核主要存在于细胞质DNADNA与与RNARNA的主要区别的主要区别 二、二、DNADNA与与RNARNA的分子结构：的分子结构： 1953年，Watson J. D.和Crick F.H.C. 提出D

6、NADNA双螺旋结构模式双螺旋结构模式；主要依据为主要依据为：碱基互补配对的规律 DNA分子的X射线衍射结果Watson J. D与 Crick F.H.C. 和Wilkins H.F.一起获诺贝尔奖 (1962) 。3.4 。A特点：特点：1.两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋；2.双链具有反向平行的特点； 3.碱基配对原则碱基配对原则为：A=T、G=C，双螺旋直径约20A， 螺距为34A(10个碱基对)。DNA平面结构图4.4.A-TA-T、G-CG-C排列方法排列方法有以下四种：有以下四种：A-T 或 G-C 或G-C A-T C-G 或 A-T A-T C-G 设某一段DNA分子链有

7、1000对碱基，则有41000种不同的排列组合，就可能有41000种不同性质的基因。5.5.物种：物种：.不同物种不同物种中的DNA的碱基含量不同； .DNA分子上的碱碱基顺序基顺序是一致的，一般保持不变才能保持该物种的遗传特性的稳定。 在特殊条件下，碱基顺序改变，出现遗传变异。三、三、DNADNA与与RNARNA在活体内的自我复制在活体内的自我复制1 1瓦特森瓦特森(Watson)(Watson)等等提出的提出的 DNA半保留复制半保留复制方式方式。 其方法为：其方法为： 一端沿氢键逐渐断开； 以单链为模板，碱基互补； 氢键结合，聚合酶等连接； 形成新的互补链； 形成了两个新的DNA分子。

8、DNA的这种复制方式对保持生物遗传的稳定是非常重要的。2 2半保留复制方式的补充：半保留复制方式的补充：DNA聚合酶，以5 3方向发挥作用；从3 5合成方向的一条链，就会遇到麻烦。 Kornberg A. (1967)提出不连续复不连续复制假说制假说： 在3 5方向的链上，仍按从5 3的方向一段段地合成DNA单链小片段“冈崎片段”(1000-2000个bp) 由连接酶连接这些片段 形成一条连续的单链。3 3冈崎片段：冈崎片段：冈崎1968年证明: 复制叉上的两条子链均由5 3方向合成许多冈崎片段冈崎片段，经过连接而形成连续的DNA链。冈崎冈崎19731973年还发现：年还发现： 合成DNA片段

9、之前，先由RNA聚合酶合成一小段RNA引物(约有20个碱基对)。然后DNA聚合酶才开始起作用合成DNA片段。单链单链RNARNA病毒病毒 先以自己（ 链）为模板合成一条互补的单链（ 链）这样就形成了双螺旋的复制型。“”链从“”链模板中放释出来。以“”链为模板复制一条互补的“”链，形成了一条新的病毒RNA。4 4RNARNA病毒中病毒中RNARNA基因的自我复制基因的自我复制：第三节第三节 遗传信息遗传信息与遗传密码与遗传密码 一、三联体密码：一、三联体密码：DNADNA分子碱基只有分子碱基只有4 4种，而种，而蛋白质蛋白质氨基酸有氨基酸有2020种；种；碱基与氨基酸之间不可能一一对应关系。14

10、 41 1=4=4种种；差16种氨基酸24 42 2=16=16种种；比现存的20种氨基酸还差4种34 43 3=64=64种种；由三个碱基一起组成的密码子能够形成64种 组合，20种氨基酸多出44种。简并：简并：一个氨基酸由一个或一个以上的三联体密码所决定 的现象。三联体或密码子：三联体或密码子：代表一个氨基酸的3个一组的核苷酸。每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢? ? 从1961年开始，在大量试验的基础上，分别利用64个已知三联体密码，找到了相对应的氨基酸。 1966-1967年，已全部完成了这套遗传密码的字典，如UGG色氨基酸。 二、三联体密码的

11、翻译二、三联体密码的翻译：遗传密码字典遗传密码字典1 1简并性：简并性：简并现象； 色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个三 联体密码。61个为有意密码，起始密码为GUG、AUG(甲硫氨酸)。 3个为无意密码，UAA、UAG、UGA为蛋白质合成终止 信号。第1个和第2个碱基的重要性大于第3个碱基。 例如：脯氨酸（pro）：CCU、CCA、CCC、CCG。简并现象的意义：（生物遗传的稳定性） 同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。 如：UCUUCC或UCA或UCG，均为丝氨酸。 三、遗传密码的基本特征三、遗传密码的基本特征2 2无逗号：无逗号： AUG GUA CUG UCA 甲硫

12、氨酸 缬 亮 丝密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的顺序一直阅读下去，不漏不重复。如果中间某个碱基增加或缺失后，阅读就会按新的顺序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一样(称为移码突变)。 AUG UAC UGU CA 甲硫氨酸 酪氨酸 半胱氨酸3 3不重叠：不重叠： 在多核酸链上任何两个相邻的密码子不共用一个碱基，均以3个一组的形成氨基酸密码。4 4通用性：通用性：在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码都遗传密码都 是通用的是通用的。 构成4个基本碱基符号 所有氨基酸 所有蛋白质 生物种类、生物体性状1980年以来发现： 具有自我复制能力的线粒体tRNA(转移核糖核酸)在阅读个别密码

13、子时有不同的翻译方式(尚不清楚)。 如：酵母、链孢霉与哺乳动物的线粒体。第四节第四节 遗传信息的传递遗传信息的传递DNA碱基序列生物体性状氨基酸序列蛋白质结构mRNA序列基因表达与性状发育基因表达与性状发育1、蛋白质的合成：、蛋白质的合成：. mRNA合成与成熟：合成与成熟：真核生物中： mRNA前体的成熟过程，切除内含子，衔接外显子。. t RNA结构结构 . 在核体上合成蛋白质：在核体上合成蛋白质：2.原核生物与真核生物蛋白质表达的差异：原核生物与真核生物蛋白质表达的差异：3.中心法则及其发展中心法则及其发展 中心法则：中心法则：从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。 遗传信息DNA mRN