《分子遗传学》研究生配套教学课件

分子遗传学目录第一章遗传的细胞学基础第二章遗传的物质基础第三章基因与基因组第四章复制第五章转录第六章翻译第七章原核基因表达调控第八章真核基因表达调控Chapter1StructureandfunctionofCellandChromosomes第一章遗传的细胞学基础主要内容：

原核生物和真核生物的概念细胞结构与功能生物进化的二界论和三界论染色体的结构细胞分裂-有丝分裂和减数分裂染色体畸变第一章遗传的细胞学基础第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念(一)原核生物prokaryote没有核膜包裹着的细胞核无线粒体、叶绿体及内膜系统（内质网、高尔基体）有真细菌Eubacteria和古细菌Archaea两类第一章遗传的细胞学基础第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念(一)原核生物prokaryote

1.真细菌Eubacteria1.真细菌Eubacteria(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall主要成份是肽聚糖。真细菌肽聚糖有两个特点：存在NAM(N-乙酰胞壁酸），NAM不存于真核生物中。含D-氨基酸

N-乙酰胞壁酸溶菌酶切断的键大肠杆菌肽聚糖两条链交联示意图NAG:N-acetylglucosamine(N-乙酰葡糖胺)；NAM:N-acetylmuramicacid(N-乙酰胞壁酸)；D-Ala:D-alanine(D-丙氨酸);DAP:meso-diaminopimelicacid(消旋二氨基庚二酸);D-Glu:D-glutamicacid(D-谷氨酸)D-氨基酸壁膜间隙的蛋白质与下列功能有关：转运营养物质进入细胞。是参与获得营养的酶，如蛋白酶。抵御有毒化学品的酶，如分解青霉素的β-内酰胺酶。(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane外膜outermembrane革兰氏阴性菌的外膜是细胞壁外的膜，由磷脂组成，有下列特点：由称为（膜）孔蛋白(porin)的蛋白质形成的孔允许小分子被动扩散到壁膜间隙，这些蛋白有外膜蛋白F（ompF)和外膜蛋白C(ompC)。称为布朗脂蛋白的大量小脂蛋白与肽聚糖结合，并被其疏水的脂包埋在外膜内。LPS(lipopolysaccharide,脂多糖)分子位于外叶中，伸进培养基中。外膜蛋白外膜蛋白是存在于外膜之中及与外膜有关的所有蛋白质的总称。根据外膜蛋白在外膜中的量及功能的重要性，可把外膜蛋白分为主要和次要外膜蛋白。从蛋白质与外膜的位置关系，可分为整合（固有）膜蛋白和外周膜蛋白。主要外膜蛋白革兰氏阴性菌的主要外膜蛋白有三种，基质蛋白(孔蛋白),OmpA蛋白和脂蛋白。基质蛋白(孔蛋白)，均由三个相同的、分子量在35-45kD的亚单位构成。分一般孔蛋白和特异性孔蛋白。

一般孔蛋白，主要是OmpC和OmpF只允许小分子亲水性溶质通过。特异性孔蛋白则只与某种物质的摄取有关。如LamB为λ噬菌体受体蛋白，在大肠杆菌中只参与麦芽糖的摄取。phoE则与磷脂酰化合物的摄取有关。

OmpA蛋白，分子量约30kD，在外膜中含量较多。具有丰富的β-片层结构，参与F菌毛介导的接合转移过程。

脂蛋白，是外膜中含量最多的蛋白质。作用有：细菌素、噬菌体的受体蛋白、参与铁和维生素B12等营养物质的转运。LPS结构LPS由三部分组成：包埋在膜中的类脂Ａ（lipidA)。类脂Ａ是脂多糖的生物活性部分，是由葡萄糖胺、脂肪酸、磷酸盐组成的一种磷脂。核心多糖(corepolysaccharide)含有大量糖：2-酮-3-脱氧辛酸(KDO）Ｏ－抗原或Ｏ－侧链，是重复糖单位侧链。不同菌株Ｏ－侧链不同，因此O-抗原的抗体常于实验室内对细菌分型。LPS功能LPS的Ｏ－侧链（Ｏ－特异性多糖链）具有亲水性，带负电荷。使细菌表面带负电荷，保护细菌抵抗吞噬细胞的吞噬作用。可以阻止毒性分子到达细菌细胞表面，具有保护作用。长侧链具有结构多变性，可以发挥让革兰氏阴性菌逃避免疫应答的作用。最重要的是，类脂Ａ是内毒素。对哺乳动物剧毒。(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane(5)菌毛和鞭毛pili&flagella菌毛示意图菌毛电镜图菌毛是细胞壁上的头发样蛋白质结构。每个细胞通常有数百根，在多数情况下，菌毛顶端有特殊的结合蛋白，这类菌毛常与细菌粘着于所附着的表面有关。性菌毛

通常较粘附菌毛长，主要见于革兰氏阴性细胞,参与细菌间遗传物质的转移或传递。被转移的物质是质粒或染色体DNA。能形成传递基因的性菌毛的细胞称为雄性或F+细胞。这种DNA转移过程称为接合(conjugation）鞭毛示意图鞭毛电镜图鞭毛是细菌表面的细长、坚硬结构，长度达20um。鞭毛的转动与细菌的运动有关。趋化性：在化学物质递度环境中，细菌能朝着营养物质方向移动。运离有害物质的移动。(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane(5)菌毛和鞭毛pili&flagella(6)细胞浆(细胞质)cytoplasm细胞浆Cytoplasm细胞膜内的全部成分的总称。为凝胶样结构，小分子能在其中快速运动，小分子从细胞的一端移到另一端仅需数微秒。主要成分有蛋白质、核糖体、拟核DNA、质粒、贮存颗粒等。蛋白质主要是酶，如大肠杆菌在各种生命状态时，胞内有大约1000种酶。一个细胞内有的酶仅有数个分子,多的有1000个分子。蛋白质分子大小各异，分子量为8000至大于1,000,000，平均分子量约40,000。(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane(5)菌毛和鞭毛pili&flagella(6)细胞浆(细胞质)cytoplasm(7)核糖体ribosome核糖体RibosomeRNA与蛋白质形成的复合物，是体内蛋白质合成的场所。在生长的细菌细胞中，每个细胞有1000个核糖体。古细菌核糖体与真细菌大小相同，但是某些方面与真核生物核糖体更相似。如古细菌核糖体对抗生素如链霉素和氯霉素不敏感，却对白喉毒素(diphtheriatoxin)敏感。(1)细胞膜cell(plasma)membrane(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane(5)菌毛和鞭毛pili&flagella(6)细胞浆(细胞质)cytoplasm(7)核糖体ribosome(8)包含体inclusionbody包含体Inclusionbody

是细菌内光镜下可见颗粒，有些颗粒是贮存作用，有些与膜有关。在基因工程菌中，包含体是细胞浆内形态不规则的不溶于水的蛋白质聚集体。

(2)细胞壁cellwall(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane(5)菌毛和鞭毛pili&flagella(6)细胞浆(细胞质)cytoplasm(7)核糖体ribosome(8)包含体inclusionbody(9)拟核nucleid拟核nucleid细菌的球形染色体DNA形成的较致密的不规则小体。细菌的染色体及基因组染色体的结构拟核区DNA浓度DNA结构域DNADomain基因组的超螺旋状态松驰闭环的分子超螺旋的连环数为LO，超螺旋分子与松驰闭环分子的差为ΔL，大肠杆菌从整体看，是负超螺旋ΔL/LO=-0.006。染色体大小各种细菌染色体大小细菌的染色体及基因组染色体编码的基因数目细菌染色体基因排列细菌染色体物理图谱构建(绘制）A高频率重组技术highfrequencerecombination高频率重组技术highfrequencerecombination,HFr

F质粒能以一定的方向整合到染色体中去，并从染色体DNA依次转入受体菌细胞。转移的频率大约是在37℃条件下,每分钟转移染色体基因组的1%,因此大肠杆菌等的染色体图以分钟为单位,全长100分钟。特定基因在染色体上的位置,是从接合开始到进入细胞所用的时间在染色体图上标出。染色体编码的基因数目细菌染色体基因排列细菌染色体物理图谱构建(绘制）A高频率重组技术highfrequencerecombinationB脉冲场凝胶电泳技术pulsedfieldgelelectrophoresis,PFG脉冲场凝胶电泳技术Pulsed-fieldgelelectorphoresis,PFG

PFG可分离大小为50-1000kb的DNA片段，甚至还可以观察整个染色体DNA。使用稀有位点内切酶，将染色体DNA酶切，进行PFG，就可得到物理图谱。例如用NotI消化大肠杆菌染色体DNA，可产生22个NotI片段，大小为20-200kb,全染色体大小约为4696kb。用部分消化和DNA探针技术可绘制出大肠杆菌染色体DNA的NotI物理图谱。染色体编码的基因数目细菌染色体基因排列细菌染色体物理图谱构建(绘制）A高频率重组技术highfrequencerecombinationB脉冲场凝胶电泳技术pulsedfieldgelelectrophoresis,PFG细菌染色体中DNA结合蛋白细菌染色体中DNA结合蛋白Hu蛋白

Hu蛋白是小的碱性二聚体蛋白质，带负电荷。通过缠绕其周围的DNA与DNA非特异结合。H-NS蛋白H-NS蛋白曾称为H1蛋白，是单亚基的中性蛋白质，从结合的序列看，其与DNA的结合没有特异性。但H-NS蛋白易与DNA内部弯曲区的DNA结合。组蛋白样蛋白

由于Hu蛋白与H-NS蛋白具有压缩DNA，使DNA包装成拟核，且能稳定染色体的超螺旋，故称为组蛋白样蛋白。(3)壁膜间隙periplasmicspace(4)外膜outermembrane(5)菌毛和鞭毛pili&flagella(6)细胞浆(细胞质)cytoplasm(7)核糖体ribosome(8)包含体inclusionbody(9)拟核nucleid(10)质粒plasmid第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念(一)原核生物prokaryote1.真细菌Eubacteria2.古细菌Archaea或Archaebacteria1.古细菌Archaea古细菌生长于极端环境中，结构与细菌相似。根据rRNA进行分类，古细菌分类地位处于原核生物，与真细菌并列。膜脂中，酯连接被乙醚连接(乙醚与甘油)取代。细胞壁不含肽聚糖。有三种细胞壁，一种含假肽，另一种常见的细胞壁是S-层(S-layer),还有一种是厚的多糖。基因组大小1740kb,编码1738种蛋白质。1.古细菌Archaea能量产物与代谢类似于真细菌。复制、转录和翻译象真核细胞。表真细菌与古细菌的一些差异

第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念(一)原核生物prokaryote(二)真核生物eukaryote第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念(一)原核生物prokaryote(二)真核生物eukaryote(三)细胞分化Differentiation第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念二、原核细胞与真核细胞的区别表原核细胞与真核细胞的区别

表原核细胞与真核细胞的区别

表原核细胞与真核细胞的区别

第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念二、原核细胞与真核细胞的区别三、原核生物和真核生物的起源第一节原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物的概念二、原核细胞与真核细胞的区别三、原核生物和真核生物的起源四、生物进化的二界论与三界论第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能一、细胞膜第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能一、细胞膜二、细胞质二、细胞质1.内质网2.高尔基复合体高尔基复合体电镜照片(x145,700)1.内质网2.高尔基复合体3.线粒体（1）线粒体DNA都有编码作用（2）线粒体具有自己的蛋白质合成体系（3）线粒体基因组突变频率高（4）线粒体内的密码子具有更大的摇摆性（5）线粒体的密码子不同于通用密码子（6）线粒体遗传属非孟德尔遗传1.内质网2.高尔基复合体3.线粒体4.中心体第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能一、细胞膜二、细胞质三、细胞核二、细胞核1.核膜2.核基质3.核仁4.染色质第一章遗传的细胞学基础第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体染色体Chromosome是指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的染色质。染色线Chromonema在分裂间期的细胞中染色体为纤细的线状，称为染色线。染色线与染色体染色线彼此缠绕，以致于很难区分一组染色体中的单个成员。在有丝分裂中期，染色线经过卷曲，染色体凝缩达到最大程度，成为在光镜下可识别的，具有一定形态特征的染色体。第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体一、染色体的形态特征一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction主缢痕Primaryconstrction光镜下,细胞分裂中期的染色体中相对不着色的缢缩部位。染色体臂主缢痕两侧的染色体称为染色体臂。着丝粒centromere是染色体上纺缍丝的附着部位。动粒Kinetochore电镜下,着丝粒两侧由蛋白质构成的三层盘状或球状结构。(1)中着丝粒(metacentric)染色体(臂比值1.0-1.7)(2)近中着丝粒(submetacentric)染色体(臂比值1.7-3.0)(3)近端着丝粒(subtelocentric)染色体(臂比值3.0-7.0)(4)端着丝粒(telocentric)染色体(臂比值>7.0)一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction短臂用“p”表示,长臂用“q”表示。臂的量比值A=p/q着丝粒指数P/(p+q)×100%一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction2.次缢痕和随体secondaryconstriction&satellite2.次缢痕和随体secondaryconstriction&satellite次缢痕的概念染色体组中,除每一条染色体都有主缢痕外,在个别染色体上还有另外一个染色较淡的缢缩部位,称为次缢痕。次缢痕的部位通常出现在染色体末端的近旁,其大小和范围是恒定的,一般位于染色体的短臂上.次缢痕的功能与末期核仁形成有关，并在间期和前期与核仁联系在一起，是核仁组织区——rRNA合成部位。随体satellite,trabant与次缢痕相连的圆形或椭圆形小体。2.次缢痕和随体secondaryconstriction&satellite随体的部位随体通过随体柄连接到染色体短臂上。随体的大小大小差异很大，同源染色体的随体大小也不一定相同。随体的遗传活性几乎都是异染色质。不具有常染色质所具有的遗传活性。第三次缢痕与核仁形成区无关的次缢痕。次缢痕的概念

次缢痕的部位

次缢痕的功能随体satellite,trabant一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction2.次缢痕和随体secondaryconstriction&satellite3.染色粒chromomere3.染色粒

chromomere染色粒chromomere在减数分裂的粗线期，染色线表现出沿着染色体全长分布的，具有恒定大小和一定位置的“念珠”状突出。染色粒间区interchromomere染色粒与染色粒之间着色较浅的区域称为染色粒间区。染色粒形成机制连续的DNA链的局部螺旋化。大染色粒异染色质的染色粒比常染色质的染色粒染色深，似乎更大，故称为大染色粒。靠近着丝粒的染色粒大。向着末端变小。染色粒数目在粗线期染色体上，染色粒的数目基本恒定，因而可作为可靠的形态特征。一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction2.次缢痕和随体secondaryconstriction&satellite3.染色粒chromomere4.端粒telomere4.端粒telomere端粒telomere端粒是染色体上增大的末端染色粒，是染色体的组成部分。端粒的功能端粒能封闭正常染色体末端，具有端粒的染色体末端不能与其他断裂的染色体末端连接。端粒的构成电镜观察表明，端粒是由无规则折叠的染色丝和蛋白质组成，其染色丝很少终止于染色体末端，而是反折回到染色单体中去。一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构1.着丝粒和主缢痕centromere&primaryconstriction2.次缢痕和随体secondaryconstriction&satellite3.染色粒chromomere4.端粒telomere5.染色单体

Chromatid5.染色单体Chromatid中期染色体由两条染色单体所组成，两条染色单体在着丝粒的部位相互结合。每一条单体是一条DNA双链经过一定等级结构折叠盘曲形成。有丝分裂后期，着丝粒分裂，两条染色单体分离。一、染色体的形态特征(一）染色体的一般形态结构(二）染色体功能实现的三要素(二)染色体功能实现的三要素1.着丝粒在染色体有丝分裂和减数分裂过程中发挥重要作用着丝粒是染色体在有丝分裂和减数分裂过程中实现分离的顺式作用元件。缺乏着丝粒的染色体片段，不可能参与纺缍体的形成，也不会通过细胞分裂到子细胞中去。某条特定染色体着丝粒的结构和功能，由位于着丝粒处的DNA序列决定。酵母着丝粒元件大约有110bp,其中包括96bp和11bp的两个高度保守的侧翼元件以及一个约80-90bp的富含AT的中部节段。(二)染色体功能实现的三要素1.着丝粒在染色体有丝分裂和减数分裂过程中发挥重要作用2.端粒封闭了染色体的末端并且维持了染色体的稳定性(1)维持染色体结构的完整性(2)保证染色体末端的完整复制(3)在维持细胞核的三维结构及染色体配对中起一定作用(二)染色体功能实现的三要素1.着丝粒在染色体有丝分裂和减数分裂过程中发挥重要作用2.端粒封闭了染色体的末端并且维持了染色体的稳定性3.复制起点是DNA复制起始和染色体数目的维持所必需的第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体一、染色体的形态特征二、染色体的超微结构二、染色体的超微结构(一）染色体包装的结构模型染色质丝的化学成分主要是：脱氧核糖核酸(DNA)、组蛋白、非组蛋白、少量的核糖核酸(RNA)、以及一些微量元素。DNA约占染色体组成成分的30～40%，组蛋白含量与DNA的含量大致相等，非组蛋白的含量变化很大。在高等生物染色体中，蛋白质部分一般约占50%以上。组蛋白与DNA怎样结合呢二、染色体的超微结构(一）染色体包装的结构模型1.核小体是染色体包装的基本单位核小体nucleosome

是由200bpDNA双螺旋与一个组蛋白八聚体和一个分子的组蛋白H1组成。1.核小体是染色体包装的基本单位(1)组蛋白组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体。通常可用2mol/LNaCl或0.25mol/L的HCl/H2SO4处理染色质使组蛋白与DNA分开。组蛋白的种类组蛋白有五类:H2A、H2B、H3、H4和H1。前四类H2A、H2B、H3和H4称为核心组蛋白。鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5。不同物种有不同的组蛋白变异体。在特定物种中，某类组蛋白通常存在一些非常相似的变异体，会分别在不同的发育阶段、不同的组织中表达。组蛋白的性质进化保守性不同种生物组蛋白的氨基酸组成相似。特别是H3、H4。牛、猪、大鼠的H4氨基酸序列完全相同。牛的H4序列与豌豆序列相比只有两个氨基酸的差异。鲤鱼与小牛胸腺的H3只差一个氨基酸。肽链上氨基酸分布的不对称性碱性蛋白质集中分布在N端的半条链上，大部分疏水氨基酸都分布在C端。碱性的半条链易与DNA的负电荷结合。而另外半条链与其他组蛋白或非组蛋白结合。组蛋白的修饰作用包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化、泛素化等。H5富含赖氨酸表1-2组蛋白的某些特性

1.核小体是染色体包装的基本单位(1)组蛋白(2)核小体核小体是200bp的DNA与八聚体组蛋白核相连，与1个H1分子松散结合形成的DNA-蛋白质复合物。由于H2A、H2B、H3、H4构成组蛋白八聚体核，都称为核心组蛋白。1.核小体是染色体包装的基本单位(1)组蛋白(2)核小体(3)H1组蛋白的作用1分子组蛋白H1与核小体结合，在DNA出入核小体核心颗粒处对DNA起稳定作用。核小体核心颗粒加上一个H1分子构成染色小体。1.核小体是染色体包装的基本单位(1)组蛋白(2)核小体(3)H1组蛋白的作用(4)连接区DNA连接区DNA大于10bp,小于100bp。核小体颗粒加上连接区DNA约200bp。二、染色体的超微结构(一）染色体包装的结构模型1.核小体是染色体包装的基本单位2.染色体包装的螺线管模型核小体进一步组装成高度有序的左手螺旋，形成直径30nm的纤丝，又称为螺旋管。每圈螺旋约6个核小体.因此DNA的长度缩短了6倍。如果核小体是染色质的一级结构，则螺旋管是染色质的二级结构。二、染色体的超微结构(一）染色体包装的结构模型1.核小体是染色体包装的基本单位2.染色体包装的螺线管模型3.染色体包装的支架环模型二、染色体的超微结构(一）染色体包装的结构模型1.核小体是染色体包装的基本单位2.染色体包装的螺线管模型3.染色体包装的支架环模型30nm的纤丝或螺旋管附着在非组蛋白（蛋白质）构成的核基质(nuclearmatrix，又称为核支架nuclearscaffold)的不同位点，形成一系列的环状结构。两条染色单体的非组蛋白支架(又译骨架)在着丝粒区域相连接。每个环30-100kb,平均75kb。支架的成分还不十分清楚。已知其中含有拓扑异构酶II（topoisomeraseII）。(一）染色体包装的结构模型(二)特殊染色体的支架环结构(一）染色体包装的结构模型(二)特殊染色体的支架环结构1.灯刷染色体在减数分裂过程染色体已配对的生长卵母细胞中，由于具有很高的RNA合成活性，从而形成许多伸展的染色质环结构，新合成的RNA与蛋白质形成RNA-蛋白质复合物并包被在这些伸展环上。因此即使低倍镜下观察，也能清楚地看到所谓“灯刷染色体”灯刷染色体上有排列不规则的呈串珠样的染色粒，并有成对的脱螺旋染色体环沿轴心向外伸出，许多环进行着活跃的转录，染色粒由两侧的高螺旋化的非转录区域所构成，沿染色体轴心在相邻染色粒之间存在着即无螺旋化又无转录活性的较短的染色质连接区。一套灯刷染色体上大约有10000个环，每个环由一个转录子或几个转录子组成，转录子的RNA分子可能是hnRNA，有些转录出的RNA分子比转录它的模板DNA分子短，可能在转录尚未完成之前，加工剪接过程已经开始。在卵母细胞阶段，细胞处于双线期，需表达大量mRNA并翻译成多种蛋白质，以满足早期胚胎发育的需要(一）染色体包装的结构模型(二)特殊染色体的支架环结构灯刷染色体2.多线染色体多倍体所有的纯合染色体结合在一起，形成多线染色体。每条染色体包含了10个复制周期的1024(210)条DNA纤维。而且沿着染色体的纵长分化成相间的带纹，深者称为带(band)，浅者称间带(interband)。约85%的DNA位于带内，15%的DNA位于间带。深染的带比间带的螺旋化程度高。通常认为每条带都代表了一个高度折叠的环结构。(一）染色体包装的结构模型(二)特殊染色体的支架环结构灯刷染色体2.多线染色体(三）常染色质和异染色质(三）常染色质和异染色质常染色质是指细胞分裂间期，由于染色质丝折叠盘曲程度较小，进行细胞染色时染色较淡，随着细胞分裂的进行，这些染色质区段由于逐步的螺旋化，从而染色逐渐加深。这样的染色质区称为常染色质。而着丝粒，染色体末端部分及核仁组织区等部位的染色质丝，在细胞分裂间期就折叠盘曲得非常紧密，因而染色较深，称作染色中心(chromocenter)，随着细胞分裂的进行，其折叠盘曲程度没有太大的变化。这部分染色质区段称为异染色质。在间期或早前期，由于异染色质的高度螺旋化，用碱性染料染色很深，这种现象称为正异固缩现象(positiveheteropyc-nosis)。随着细胞分裂的进行，由于常染色质区段螺旋化的发展，使异染色质区段染色相对较淡，从而呈现负异固缩现象(negativeheteropycnosis)。在细胞分裂不同时期呈现不同的染色反应，称为异周性(allocycle)。第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体一、染色体的形态特征二、染色体的超微结构三、染色体的大小和数目三、染色体的大小和数目1.染色体数目(1)真核生物每一物种都有其特定的染色体数(2)同一物种，染色体的数目恒定(3)同源染色体体细胞染色体中，大小、形态、着丝粒的位置、染色粒的排列等都相同的一对染色体称为同源染色体。(4)性染色体和常染色体(5)真核生物不同物种之间，染色体数目差异很大三、染色体的大小和数目1.染色体数目(1)真核生物每一物种都有其特定的染色体数(2)同一物种，染色体的数目恒定(3)同源染色体(4)性染色体和常染色体(5)真核生物不同物种之间，染色体数目差异很大(6)染色体的数目多少，并不反映物种进化的程度三、染色体的大小和数目1.染色体数目2.染色体大小第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体一、染色体的形态特征二、染色体的超微结构三、染色体的大小和数目四、染色体分带1.荧光分带法(Q-banding，Q带)Q带用喹吖咽(quinacrine)对处于有丝分裂中期的染色体染色，在紫外光激发下，在荧光显微镜下观察，每对染色体上出现各具特色的明暗相间的带型，命名为Q带。Q带发明人Caspersson1969年Q带显带的原理喹吖因易于DNA富含A·T部位结合，Q带可能就是染色体富含AT的部分。Q带技术分类简便，可显示独特带型，但标本易褪色。Q带技术的应用在对小鼠染色体研究方面，由于Q带技术的发展，取得了显著的进展。小鼠的染色体在未采用显带技术以前是很难识别的，现在根据Q带带型，已经建立起小鼠染色体命名系统。2.吉姆萨分带法(G-banding,G带)G带用稀释的胰蛋白酶溶液、尿素或蛋白酶预先处理有丝分裂中期染色体，然后用Giemsa染色，在光学显微镜下观察，可看到染色体上出现染色深浅不同的带纹，称为G带。G带发明人Caspersson1977年G带显带的原理①G带反映了染色质的螺旋化程度;②由于染色体的组蛋白和其它蛋白质沿染色体成簇分布的结果;③染色体的DNA和蛋白质都参与了G带程序所发生的细胞化学反应过程。G带技术的应用G带技术在脊椎动物中所染出的带型，每条染色体都不同，因而可以明确地鉴别每一条染色体。2.吉姆萨分带法(G-banding,G带)3.反带法(R-banding，R带)R带用高温处理染色体标本，用低pH值(pH4.0-4.5)的磷酸盐溶液，在88℃条件下处理11分钟，然后以Giemsa染色，或者将染色体老化7-10天，经磷酸缓冲液处理，必要时在85℃温育20-25分钟，以吖啶橙染色，其结果所显示的带和G带的明暗相间正好相反，因而对G带端部不着染部分的可用此种反带法，从而将末端清楚地显示出来。R带技术的应用与G带并用可确定染色体的丢失部分。4.C分带法(C-banding,C带)C带能显示出染色体中组成型异染色质的区段的分带,故称C带。C带显带的原理组成型异染色质区段主要位于着丝粒、端粒附近和核仁形成区及Y染色体的长臂上。在间期和有丝分裂早期，当常染色质处于伸长状态时，它处于异固缩状态，易被染料着色，但在中期时，不易着色。因此要使异染色质区段成为在显微镜下可识别的区段，需采用特殊方法进行处理。即用酸、碱、盐或高温处理中期染色体，使DNA变性，然后缓慢复性。异染色质区段由于存在高度重复的DNA序列，可以复性，而常染色质区段的低重复序列和单一序列DNA不复性，从而产生不同的染色反应。C带技术的应用C带技术对辩认哺乳动物的Y染色体是非常有用的。因为Y染色体的异染色质程度较高，采用C分带法，染色效果尤其明显。C带技术也用于分析植物染色体，而且植物的异染色质显现比动物的更为突出。5.N分带法(N-banding，N带)N带又称Ag-NORs染色法，是显示核仁组织区(NORs)的显带技术，其主要试剂是甲酸硝酸银混合液，所以也统称为硝酸银染色技术。该技术能使有活性的核仁组织区(NORs)特异染色，呈黑色。N带技术的应用与编码rRNA的rDNA基因位于NORs上，但只有具有转录活性的rDNA基因，或者已经转录过，并在其上仍有残余的与rRNA相联系的蛋白质的NORs才被银染呈黑色，故其着色频率与细胞中具有转录活性的rDNA基因相一致。因此计数细胞中银染的NORs频率，以分析有活性的rDNA基因的动态变化，是探讨基因功能的方法之一。6.高分辨显带法(High-resolutionbanding)方法应用氨甲喋呤处理培养中的细胞，使其同步化，然后用秋水仙胺短时间处理，使其出现大量晚前期和早中期的分裂相。经此种方法处理的早中期染色体可出现555～1256条带，而过去在中期染色体上最多可出现320～554条带。因此用光学显微镜就可观察到更细微的染色体异常和对有结构重排的染色体断点作精确的定位。进展用放线菌素D作用于DNA合成后期(G2期)的细胞以阻碍染色体浓缩时特殊蛋白质与染色体结合，从而使染色体变得更细长，所显带纹可达5000～10000条，使分辨程度进一步提高。应用高分辨技术不仅对染色体变异进行精确定位，而且在基因定位和基因图谱的详细绘制上也具有重要的意义。7.T分带法(Terminalbanding)T分带法是对染色体末端区的特殊显带法，此种带型在分析染色体末端的缺失、添加和末端易位及断裂点的定位上有一定价值。

8.BG分带法方法简易的显示姊妹染色单体分化染色的方法。显带原理DNA复制过程中，BUdR代替胸腺嘧啶核苷酸(T)，掺入新合成核苷酸链中。当细胞在含有BUdR的培养液中培养数个分裂周期后一条染色单体中只有一条DNA链含有BUdR，而另一条染色单体的两条DNA链都含有BUdR，出现不同强度的染色反应。两条DNA链均含有BUdR的染色单体发生的荧光较弱，而只有一股DNA链含有BUdR的染色单体的荧光较强。应用①检测姊妹染色单体的交换情况;②检测环境中致癌、致畸、致突变物质的生物学效应;③分析细胞周期。第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体一、染色体的形态特征二、染色体的超微结构三、染色体的大小和数目四、染色体分带五、核型与核型分析四、核型与核型分析1.核型与核型分析

核型(Karyotype)

又称染色体组型，是指一个物种所特有的染色体数目和每一条染色体所特有的形态特征(染色体的长度，着丝粒的位置，臂比值，随体的有无，次缢痕的数目及位置，异染色质的分布等)。

核型分析又称染色体组型分析是指利用显微摄影的方法，把生物体细胞内整套染色体拍摄下来，按照它们相对恒定的特征排列起来，并进行分析的过程。核型是物种最稳定的性状和标志，通常在体细胞有丝分裂中期时进行核型的分析鉴定。核型分析的意义

核型代表了一个个体、一个种甚至一个属或更大类群生物的特征，动物、植物和真菌都有自己特异的核型。核型分析对于研究生物的遗传变异、生物的系统演化、物种之间的亲缘关系、某些物种的起源、远缘杂交及染色体工程，辐射遗传效应、人类遗传性疾病等都有重要意义，而且也推动了生物工程研究的发展。(1)常规的形态分析臂比值：染色体的长臂长除以短臂长。着丝粒指数：每条染色的短臂长乘以100，除以该条染色体的全长。相对长度：一条染色体的全长乘以100，再除以单倍体组全部染色体的全长。四、核型与核型分析1.核型与核型分析(1)常规的形态分析(2)带型分析应用分带技术，根据染色体带型的差异，可以更细微更可靠地识别染色体的个体。人X染色体能由带型分成特定的区。短臂为P长臂为q，每个臂又分为大区，大区可进一步分成小区。本图为低分辨结构，在高分辨结构中一些带可进一步细分为更小的间带。如p21可细分为p21.1,p21.2和p21.3四、核型与核型分析1.核型与核型分析(1)常规的形态分析(2)带型分析(3)着色区段分析(4)定量细胞化学方法2.带型与染色体结构及基因密度的关系第一章遗传的细胞学基础第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体第四节细胞分裂细胞的分裂和繁殖是一切生命活动的前提条件。真核生物细胞繁殖的基本形式是有丝分裂,有丝分裂是真核生物繁殖的基础。第四节细胞分裂一、无丝分裂是原核生物细胞分裂方式，真核生物的某些组织和细胞也采用这种分裂方式。分裂过程中，不出现纺缍体，所以又称直接分裂。分裂过程仅包括染色体(DNA分子)的复制和细胞直接分裂两个过程。二、细胞周期定义：细胞周期(cellcycle）是指一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的整个过程。组成：细胞周期又可以分为间期(interphase）和有丝分裂期(Mphase)。间期：从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂开始的时期称为间期。间期以DNA合成为标志。可以分为G1期、S期和G2期。细胞周期持续时间：不同生物细胞、同种生物不同组织均不同。大部分为18-24小时。G1期6-12h2nDNAS期6-8h2-4nDNAG2期3-4h4nDNAM期1h

（一）间期1.G1期

DNA合成前期DNA合成的准备阶段,主要进行RNA和蛋白质的合成。2.S期

DNA合成期主要完成DNA的合成和组蛋白、非组蛋白等染色体蛋白质的合成，并装配成具有一定结构的染色质。3.G2期

DNA合成后期合成进入有丝分裂所必需的蛋白质和RNA分子。4.有丝分裂的其他准备

细胞生长，中心粒的复制和向两极移动。（一）间期（二）有丝分裂期1.前期prophase染色质丝不断螺旋化而逐渐凝集成染色体，核膜核仁消失和形成纺锤体等。2.早中期prometaphase3.中期metaphase4.后期anaphase5.末期telophase四、减数分裂（一）减数分裂的概念（二）减数分裂前的间期（三）减数分裂I1.前期I(1)细线期leptonema(2)偶线期zygonema(3)粗线期pachynema(4)双线期diplonema（一）减数分裂的概念减数分裂是有性生殖个体性母细胞(精母细胞、卵母细胞)成熟后，配子形成过程中所发生的特殊方式的有丝分裂，它只经过一次染色体复制，却经过两次连续的核分裂，从而使子细胞的染色体数目，只有原来母细胞的一半。染色体行为发生联会(Synapsis)和交换(crossingover)，并导致重组的发生。重组类型一种是由核内各对同源染色体的独立分配和非同源染色体之间的自由组合而产生的染色体之间的重组，另一种是由于交换而产生的染色体内基因重组。重组的意义对于生物进化和动物育种有重大意义。（二）减数分裂前的间期减数分裂的间期与有丝分裂的间期很相似，也分为G1期、S期和G2期

减数分裂前的S期比有丝分裂的S期要长，原因是由于每单位长度DNA复制单元的启动减少所致减数分裂的G2期细胞进入两次有序的减数分裂。第一次减数分裂可分为前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ。第二次减数分裂可分为前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ。两次分裂中以前期Ⅰ最为复杂，经历时间最长。可细分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。（三）减数分裂I1.前期I(1)细线期leptonema（三）减数分裂I1.前期I(1)细线期leptonema(2)偶线期zygonema（三）减数分裂I1.前期I(1)细线期leptonema(2)偶线期zygonema(3)粗线期pachynema(4)双线期diplonema（三）减数分裂I1.前期I2.中期I3.后期I4.末期I及间期I四、减数分裂（一）减数分裂的概念（二）减数分裂前的间期（三）减数分裂I（四）减数分裂II

四、减数分裂（一）减数分裂的概念（二）减数分裂前的间期（三）减数分裂I（四）减数分裂II(五）有丝分裂和减数分裂DNA含量和染色体数目的变化四、减数分裂（一）减数分裂的概念（二）减数分裂前的间期（三）减数分裂I（四）减数分裂II(五）有丝分裂和减数分裂DNA含量和染色体数目的变化（六）细胞分裂的意义四、减数分裂（六）细胞分裂的意义1.有丝分裂每个细胞都能得到与母细胞或当初受精卵同样的一套完整的遗传信息，以便维持个体的正常发育，也保证了物种的连续性和稳定性。四、减数分裂（六）细胞分裂的意义1.有丝分裂2.减数分裂(1)维持物种的染色体数目的恒定(2)为生物的变异提供了物质基础第一章遗传的细胞学基础第一节原核生物和真核生物第二节细胞的结构和功能第三节染色体第四节细胞分裂第五节染色体畸变染色体畸变(Chromosomeaberration)是指在自然突变和人工诱变的情况下，染色体的结构和染色体数目发生的变化。第五节染色体畸变一、染色体结构变异(一)结构变异的类型（一）结构变异的类型1.缺失deletion

缺失是指一个正常染色体某区段的丢失，位于该区段上的基因也随之丢失。末端缺失(terminaldeletion)缺失发生在染色体的末端。末端缺失的发生较简单，只要在染色体的近末端发生一次断裂。中间缺失(interstitialdeletion)缺失发生在染色体的内部。中间缺失的发生较为复杂，要在染色体的某一臂上发生两次断裂并经过一次重接后，方可形成。由于末端缺失所形成的断头无端粒存在，因而很不稳定，其断头易与其他染色体断头相互连接，产生新的结构变异。因此染色体的中间缺失较为常见。染色体缺失形成的结构

发生了缺失的染色体称为缺失染色体。从染色体上断裂下来的无着丝粒片段称为断片。一对同源染色体只有一条发生缺失，这样的个体称为缺失杂合体。当减数分裂染色体联合时，由于缺失染色体不能与正常染色体相应地配对，因而在细胞学上可以观察到正常染色体上出现一个拱形的缺失圈(中间缺失)或多出一段(末端缺失)。缺失对生物发育的影响影响程度取决于缺失片段的长短及其所载基因的重要性。具有同一缺失的雌雄配子结合后的合子是很难发育的。自然界中一般不存在缺失纯合体。缺失的遗传效应是破坏了正常的连锁群，影响基因间的交换和重组。而且当缺失了显性基因时，则杂合体表现出假显性现象(pseudodominance)。在遗传试验中，利用缺失杂合体为材料，根据假显性现象和缺失圈部位，可以进行某些基因的定位。2.重复duplication重复通常是指染色体上额外增加了与本身相同的某区段。如果重复区段上的基因排列顺序与原来相同，则称为顺接重复(tandemduplication)。如果重复区段上的基因顺序与原来相反，则称反接重复(reverseduplication)。染色体重复机制两条同源染色体均发生了断裂，且两条同源染色体中一条发生一次断裂，而另一条则发生两次断裂。在减数分裂的粗线期同源染色体发生了不等交换(unequalcrossingover)可以产生重复，而且重复和缺失总是伴随出现。重复染色体与正常染色体在减数分裂过程中进行联会时，可以在重复染色体上出现拱型的重复圈结构。重复圈与缺失圈在形态上难以区分，但在实质上，缺失圈出现在正常染色体上，而重复圈则出现在异常染色体上。重复的遗传效应只要重复的区段不太大，重复对生物个体的生长发育并不一定带来有害的影响，这与缺失不同，缺失往往是有害的，会产生致死效应。重复的遗传效应同样是破坏了正常的连锁群，影响交换率，而且重复可以使基因的数量发生变化而引起剂量效应(dosageeffect)。（一）结构变异的类型3.倒位inversion倒位一个正常染色体的某一区段断裂下来，后经180°的倒转后又重新接起来，成为一个具有倒位区段的染色体，这一现象称为倒位。倒位未增加任何遗传物质，只是改变了染色体上的基因排列顺序。倒位类型倒位可以分为臂内倒位(paracentricinversion)和臂间倒位(pericentricinversion)两种。倒位发生在染色体臂内，倒位区段不包括着丝粒的，称为臂内倒位。如果倒位涉及两个染色体臂，倒位区段包括着丝粒的，称为臂间倒位。倒位的遗传效应臂内倒位和臂间倒位在减数分裂过程中，杂合体的两条同源染色体联会时，会出现倒位圈结构。而且当倒位圈内发生单交换时，可出现具有双着丝粒的染色体桥和断片(臂内倒位)。无着丝粒的断片往往留在胞质中而不能在细胞分裂过程中进入子细胞，而双着丝粒染色体在细胞分裂中被拉断并分别进入子细胞，但由于缺失区段大，配子往往死亡。最后存活下来的配子往往是没有发生过交换的配子。所以倒位可以抑制或大大降低杂合倒位圈内的基因重组。（一）结构变异的类型4.易位translocation易位缺失、重复和倒位主要表现在同源染色体内结构的改变，而非同源染色体之间某区段的转移称为易位。易位类型(1)简单易位(simpletranslocation)一条染色体的末端发生断裂并移接另一条非同源染色体的末端。这种现象极少见。因为正常染色体末端均具有端粒结构，而不与任何染色体或断头相连接，但缺乏端粒染色体则具有“粘性”。因此，简单易位可能也是相互易位的一种，即发生了两次染色体断裂。(2)相互易位(reciprocaltranslocation)即两个非同源染色体的每一个都有断点，然后相互交换断片。这是所观察到的易位的重要类型。(3)移位易位(shifttranslocation)断裂的染色体片段插入到非同源染色体或同一染色体的另一断裂位置上。(4)复合易位(complextranslocation)复合易位是那些涉及三个以上断点的易位。Kaufmann曾用4000伦琴X射线处理雄果蝇并进行了144小时的红外线照射，发现其后代具有约32个断点的复合易位。（一）结构变异的类型第五节染色体畸变一、染色体结构变异(一)结构变异的类型(二)结构变异的机制第五节染色体畸变一、染色体结构变异(一)结构变异的类型(二)结构变异的机制二、染色体数目变异二、染色体数目变异染色体数目变异是指染色体数目发生不正常的变化。正常染色体的染色体数就是染色体组。（一）染色体组二倍体生物配子中所包含的全部染色体称为染色体组。一个染色体组中染色体的数目恒定。如马32条，人23条，猪19条。同一染色体组的各条染色体，形态特征和基因连锁群都彼此不同。染色体组的全部染色体是生物生长发育所必需的遗传物质总和。染色体组或其中成员的数目的变异包括整倍体变异和非整倍体变异。（二）整倍体变异是指体细胞内含有完整的染色体组变异。按其染色体组数变化，分为单倍体和多倍体。单倍体单倍体(haploidy）是指体细胞内只含有一个染色体组。只有正常体细胞染色体数(2n）的一半(n）。它只含有单套的基因组。多倍体正常二倍体生物中体细胞内含有两个染色体组(2n),含有三个染色体组的称为三倍体。凡是体细胞内含有三个以上染色体组的个体称为多倍体(polyploid）。根据染色体组的来源，多倍体又可分为同源多倍体和异源多倍体。来源相同并超过两个以上染色体组的个体称为同源多倍体。亚源于不同物种并超过两个染色体组的个体称为异源多倍体。（三）非整倍体变异非整倍体(aneuploidy)变异是指在正常体细胞(2n)的基础上发生个别染色体的增减现象。可分为亚倍体和超二倍体。亚倍体(haploidy）是指二倍体生物体中缺少一条或几条染色体。单体性(monosomy)是指二倍体个体中缺少一条染色体(2n-1);缺对性(nullisomy)指在二倍体个体中缺少一对同源染色(2n-2)。超二倍体(hyperploidy)比正常的二倍体染色体数多一条或几条染色体的个体。三体性(trisomy)比正常的二倍体染色体数多一条染色体(2n+1)。四体性(tetrasomy)比正常二倍体染色体数多一对同源染色体。双三体性(ditrisomy)比正常的二倍体染色体数目多了两条染色体(2n+1+1)，与四体虽然染色体数目相同，但有本质的区别。（四）非整倍体变异的原因(1)染色体不分离(nondisjunction)即在第一次减数分裂时，联会配对的两条染色体未分离而同时进入到子细胞中，或者在第二次减数分裂和有丝分裂过程中，姊妹染色单体不分离而同时进入子细胞中，而另一个子细胞则缺少了一条染色体。(2)后期延迟(anaphaselag)在正常情况下，细胞分裂后期的染色体移动是同步的。当一个染色体组的某个成员由于后期延迟运动(delayedmovement，lagging)而未能随整个染色体组一起进入子细胞时，则会发生丢失现象，而使子细胞的缺少一条染色体。（五）其他变异方式混倍体变异(mixoploidy)，即由两类不同染色体数目细胞所组成的个体。镶嵌型(mosaicism)，即细胞来源同一合子，但由于变异而形成不同染色体数目的细胞系而形成的个体嵌合型(chimerism)，即细胞来源于不同合子而嵌合在一起形成的个体。第一章遗传的细胞学基础复习题一、名词解释1.LPS2.Hu蛋白3.H-NS蛋白4.染色小体5.端粒6.多线染色体7.常染色质8.异染色质9.着丝粒指数10.染色体易位二、试述线粒体基因组特点。三、试述染色体实现功能的三要素。四、核小体由哪些成份组成？Chapter2MolecularNatureofGenes第二章遗传的物质基础主要内容：

遗传物质的本质核酸的化学组成DNA的二级结构二级结构的其他形式细胞分裂-有丝分裂和减数分裂染色体畸变第二章遗传的物质基础第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质1.核酸是遗传信息的载体2.核酸的发现1968年，瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细胞核中首次分离到。FriedrichMiescher

1879pictureofthelaboratorywhereMiescherisolatednuclein.ThelabwasrunbyFelixHoppe-Seyler,andlocatedinthevaultsofanoldcastle.

F.Miescher从外科绷带上脓细胞的细胞核中分离出了一种有机物质，它的含磷量之高超过任何当时已经发现的有机化合物，并且有很强的酸性。由于这种物质是从细胞核中分离出来的，当时就称它为核素(nuclein)。Miescher所分离到的核素就是我们今天所指的脱氧核糖核蛋白。

因为遗传物质是通过表达多种多样的蛋白质实现其功能的，而早期人们错误地认为遗传物质的结构必然与其表达的蛋白质的结构同样复杂，所以在很长一段时间内人们认为，只有蛋白质才具有足够的多样性来确定其它的蛋白质，直到人们意识到遗传物质携带的是以密码形式存在并确定蛋白质的遗传信息时，才抛弃了这个错误的看法。遗传物质是蛋白质？第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质1.核酸是遗传信息的载体2.核酸的发现1968年，瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细胞核中首次分离到。3.证明DNA是遗传物质的两个实验(1)肺炎球菌转化实验

1928年Griffith第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质1.核酸是遗传信息的载体2.核酸的发现1968年，瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细胞核中首次分离到。3.证明DNA是遗传物质的两个实验(1)肺炎球菌转化实验

1928年Griffith(2)噬菌体感染实验

1944年Avery第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质1.核酸是遗传信息的载体2.核酸的发现3.证明DNA是遗传物质的两个实验(1)肺炎球菌转化实验

1928年Griffith(2)噬菌体感染实验

1944年Avery4.1950年以前，流行四核苷酸结构学说，认为核酸分子由等摩尔的4种核苷酸组成，因此核酸不大可能有重要功能。仍认为蛋白质是转化因子。第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质1.核酸是遗传信息的载体2.核酸的发现3.证明DNA是遗传物质的两个实验4.1950年以前，流行四核苷酸结构学说，认为核酸分子由等摩尔的4种核苷酸组成，因此核酸不大可能有重要功能。仍认为蛋白质是转化因子。5.1950年以后，Chargaff、Markham等应用纸层析及分光光度法测定各种生物DNA碱基组成，认为A=T，G=C，提示了A-T、G-C之间的互补关系。第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质1.核酸是遗传信息的载体2.核酸的发现3.证明DNA是遗传物质的两个实验4.1950年以前，流行四核苷酸结构学说5.1950年以后，Chargaff、Markham等应用纸层析及分光光度法测定各种生物DNA碱基组成，认为A=T，G=C，提示了A-T、G-C之间的互补关系。6.DNA双螺旋结构模型的提出,解释了DNA怎样携带遗传信息,为分子遗传学的研究奠定了基础。JamesWatson(L)andFrancisCrick(R)第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质遗传物质必须具有以下特性：（1）贮存并表达遗传信息；（2）能把遗传信息传递给子代；（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，适合作为遗传物质第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质二、RNA也可以作为遗传物质1.RNA病毒以RNA作为遗传物质2.类病毒以RNA作为遗传物质2.类病毒以RNA作为遗传物质（1）类病毒

类病毒（viroid）是使高等植物产生疾病的有传染性的因子（agent），是很小的环状RNA分子。（2）类病毒的RNA本身就是一个感染因子

类病毒只由RNA组成，其中广泛存在不完全的碱基配对，形成一种特有的棒状结构。能破坏这个棒状结构的突变可降低感染能力。（3）类病毒与病毒遗传性质相同

都有可遗传的核酸基因组，类病毒RNA的序列可忠实地传递给它的后代。其核酸可以突变，并决定它们的表型，因此符合遗传物质的标准。2.类病毒以RNA作为遗传物质(4)类病毒在结构和功能两方面都与病毒不同

类病毒有时被称为亚病毒病原体。(5)类病毒的致病机理

类病毒的RNA不亲自编码生存所需要的蛋白质

这导致了两个问题，类病毒的RNA是如何复制的？它是如何影响被感染的植物细胞的表型的？

类病毒的复制必须由宿主细胞的酶来完成，其RNA可以作为复制模板。类病毒通过复制占有宿主细胞中关键的酶，从而影响细胞正常功能，所以它们通常是致病的。类病毒也能影响必需的细胞RNA的产生导致致病类病毒还可以作为一个不正常的调控分子，对个别基因的表达产生特殊的影响。第一节遗传物质的本质一、DNA是遗传物质二、RNA也可以作为遗传物质1.RNA病毒以RNA作为遗传物质2.类病毒以RNA作为遗传物质三、核酸以外的其他遗传物质1.引起羊搔痒病、库鲁病、克-雅氏病和疯牛病的感染性粒子是蛋白质。这种蛋白质样的感染性粒子称为朊病毒(prion)。2.朊病毒蛋白prionprotein,PrP2.朊病毒蛋白prionprotein,PrP(1)朊病毒蛋白是一个28kDa的疏水性糖蛋白，由宿主细胞核基因编码，在正常的脑中也有表达(2)两种形式的PrP:PrPc和PrPscPrPc:存在于正常脑组织，可以被蛋白酶完全降解。是一个可溶性蛋白质，α螺旋含量占40%,没有β片层结构。PrPsc：存在于被感染的脑组织，对蛋白酶降解有强的抗性，只能被部分降解，很难溶解，与PrPc一级结构相同。β片层结构占50%,α螺旋含量占20%。PrPc的结构和功能PrPc的基因及其表达组织(1)PrPc的编码基因定位小鼠位于2号染色体，人类位于20号染色体(2)PrPc表达组织表达于神经元、神经胶质细胞、小胶质细胞、肌细胞、白细胞等多种细胞类型。PrPc在细胞中的定位(亚细胞定位)(1)PrPc以一个糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定于细胞膜糖基磷酰肌醇(GPI)锚被唾液酸修饰，其作用是允许PrPc在胞膜磷脂双层中活动，从而使蛋白质从一个细胞易位到另一个细胞成为可能。(2)PrPc定位于细胞膜表面的过程在PrPc到达细胞膜表面前，负责进入内质网的信号肽和GPI化的C端信号肽被切除。PrPc的化学结构之一：糖基化性质(1)糖基化位点

PrPc的C端部分含有两个N－糖基化位点，糖基化发生于天冬酰胺残基。

(2)N－糖链的作用

N-糖链的大小可能几乎完全遮盖了蛋白质的两个垂直面，从而可保护蛋白质表面的大部分区域避免发生蛋白质－蛋白质相互作用和免受蛋白酶的“盲目作用”,即使蛋白酶的作用限定于特定位点。(3)糖成分

PrPc至少包含52种不同的糖成分。用叙利亚仓鼠进行研究时发现，PrPc和PrPsc所含糖的种类相同，只是后者三天线糖和四天线糖的比例增加。(Biochem,40(13):3759,2001)PrPc的化学结构之二：α螺旋结构

PrPc以α螺旋结构为主。人和鼠PrPc均可在Cys179和Cys214之间形成一个二硫键，这个二硫键将蛋白质连接在一起，从而在蛋白质的的三维结构中形成相分隔的α螺旋。(EurJBiochem,268(13):767,2001)PrPc的生理功能之一：神经系统中的作用一PrPc可能参与神经系统功能的维持在所有细胞类型中，以神经元表达PrPc水平最高，且PrPc高度富集于突触处，表明PrPc对神经系统有特殊的重要性。PrPc缺失虽不引起肉眼可见的行为和发育障碍，但在整体动物水平来看可导致与昼夜节律有关的行为异常。在神经系统水平，PrPc缺失可导致电生理参数方面的改变。PrPc的生理功能之二：神经系统中的作用二PrPc可能通过抗氧化途径而保护神经系统细胞免受氧损伤在PrPc通过与铜原子形成复合物而发挥抗氧化活性。PrPc借其八肽重复区最多可结合4个铜原子，结合后形成的复合物具有抗氧化活性，从而保证细胞免受氧化损伤。PrPc的生理功能之三：可能参与淋巴细胞的信号转导PrPc的生理功能之四：可能参与核酸代谢2.朊病毒蛋白prionprotein,PrP(1)朊病毒蛋白是一个28kDa的疏水性糖蛋白，由宿主细胞核基因编码，在正常的脑中也有表达(2)两种形式的PrP:PrPc和PrPsc(3)感染性的PrPsc与内源性的PrPc共同作用引起疾病PrPSC本身不足以产生疾病，PrPsc只有产生于细胞内或者进入一个已经表达PrPC的细胞时才有毒性，然后才能导致疾病的发生，缺少PrP基因的鼠不能被感染并发病，证明了PrPC对疾病的发生是必不可少的。

(4)PrPc参与感染发生的实验依据:两个鼠细胞株编码PrPc基因的两个位点存在差异，导致对朊病毒的感染时间的长短是不同的。2.朊病毒蛋白prionprotein,PrP(1)朊病毒蛋白是一个28kDa的疏水性糖蛋白，由宿主细胞核基因编码，在正常的脑中也有表达(2)两种形式的PrP:PrPc和PrPsc(3)感染性的PrPsc

与内源性的PrPc共同作用引起疾病(4)PrPc参与感染发生的实验依据(5)朊病毒感染的宿主专一性和种间障碍的现象表明PrPc和PrPsc的相互作用可能介导了感染的转化(5)朊病毒感染的宿主专一性和种间障碍的现象表明PrPc和PrPsc的相互作用可能介导了感染的转化(1)种间障碍是指一种生物对另一种生物产生的朊病毒的感染有抗性。(2)两个证据：A.通常鼠对仓鼠的朊病毒抗性，但通过转基因方法引入了仓鼠的PrP基因后，鼠就对仓鼠的朊病毒变得敏感。B.如果鼠的内源PrP基因失活会导致鼠对自身的朊病毒产生抗性。(3)结论：感染性的PrPsc和内源的PrPc之间存在直接的相互作用，并且这种相互作用取决于PrP序列间的差异。所以传染性粒子产生于内源的PrPc蛋白，内源的PrPc可能是传染性的PrPsc的靶子，通过有感染性的PrP分子（PrPsc）的活化，使之由无害的结构转化为可感染的PrPsc结构。2.朊病毒蛋白prionprotein,PrP(1)朊病毒蛋白是一个28kDa的疏水性糖蛋白，由宿主细胞核基因编码，在正常的脑中也有表达(2)两种形式的PrP:PrPc和PrPsc(3)感染性的PrPsc与内源性的PrPc共同作用引起疾病(4)PrPc参与感染发生的实验依据(5)朊病毒感染的宿主专一性和种间障碍的现象表明PrPc和PrPsc的相互作用可能介导了感染的转化(6)PrPc转化为PrPsc的机制各模型共同点：PrP蛋白的错误折叠形式可以催化一个天然PrP分子转化为完全不同的折叠形式。2.朊病毒蛋白prionprotein,PrP(1)朊病毒蛋白是一个28kDa的疏水性糖蛋白，由宿主细胞核基因编码，在正常的脑中也有表达(2)两种形式的PrP:PrPc和PrPsc(3)感染性的PrPsc与内源性的PrPc共同作用引起疾病(4)PrPc参与感染发生的实验依据(5)朊病毒感染的宿主专一性和种间障碍的现象表明PrPc和PrPsc的相互作用可能介导了感染的转化(6)PrPc转化为PrPsc的机制A.成核聚合B.模板辅助在成核聚合（nucleation-polymerization）机制中，PrPsc的生成是一个依赖于晶核生成的聚合过程。在没有聚集体事先存在时，PrPc与PrPsc之间的转化是可逆的，但PrPsc没有PrPc稳定，PrPsc聚集体可与PrPsc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晶体一样。

在模板辅助（template-assisted）机制中，PrPsc形式比PrPc稳定，但由PrPc到PrPsc的转化在动力学上是不利的。PrPsc可以催化PrPc分子的结构的变化。它可结合并稳定PrPc到PrPs