遗传的分子基础

第六章遗传的分子基础要点DNA分子一级结构及双螺旋结构模型要点，DNA复制的基本模型(半保留半不连续性)；遗传信息传递的中心法则与发展；转录、翻译的基本过程及机理；基因概念的发展历程；甘肃农业大学动物科技学院第一节.DNA作为主要遗传物质的证据甘肃农业大学动物科技学院普遍性具有世代延续性具有相对稳定性和可塑性具有多样性一.遗传物质必须具备的条件甘肃农业大学动物科技学院二.DNA是遗传物质的间接证据DNA普遍存在于生物体内含量恒定。配子中DNA的含量恰好是体细胞的一半。DNA结构的变化与突变具有一致性。DNA在代谢上较稳定。DNA能自我复制，具有世代的延续性。甘肃农业大学动物科技学院三.DNA是遗传物质的直接证据肺炎双球菌转化试验噬菌体侵染与繁殖试验烟草花叶病毒的感染和繁殖甘肃农业大学动物科技学院1.肺炎双球菌的转化实验(1928年，英国微生物学家Griffith.F)甘肃农业大学动物科技学院

实验提示：加热杀死的S型有毒品系中一定有一种因子能使无毒的R品系转化为有毒的S品系（transformation）。

1944年，美国学者Avery等证明将R无毒品系转化为有毒S品系的物质是DNA。（S）

加热杀死

多糖脂类RNA蛋白质DNA↓↓↓↓↓R型细菌↓↓↓↓↓

S

RRRRR甘肃农业大学动物科技学院

16后，Avery等用生物化学方法证明这种引起转化的物质是DNA，他们将SⅢ型细菌的DNA提取物与RⅡ型细菌混合在一起，在离体培养条件下，成功的使少数RⅡ型细菌定向转化为SⅢ型细菌。(如图）甘肃农业大学动物科技学院

结论

在S型细胞的各种组分中，只有DNA能引起R型细胞的转化，DNA是S型细胞多糖荚膜和病源特征的决定因子，只要给R型细胞提供S型细菌的DNA，就等于是提供了S基因。意义：第一次证明基因是由DNA组成的，DNA是遗传物质,转化已成为基因工程的重要手段甘肃农业大学动物科技学院尽管Avery等人的肺炎双球菌体外转化实验非常精确和严密，但当时仍有很多科学家不相信DNA是遗传物质，1952年Hershey和Chase的噬菌体侵染实验证实核酸（DNA）是遗传物质，才使人们普遍认同遗传物质是核酸而不是蛋白质。

甘肃农业大学动物科技学院2.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。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。

甘肃农业大学动物科技学院第一种情况下，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。甘肃农业大学动物科技学院

3.烟草花叶病毒重组试验

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。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,Holmesribgrass)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。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院HRVRNA能感染出现HRV病灶TMV

子代病毒能被HRV抗体失活说明子代病毒不但具有HRV的RNA，而具有HRV的蛋白复制和繁殖新的病毒颗粒所需的遗传物质是RNA而不是蛋白质。DNA是遗传物质，在不具有DNA而只有RNA的生物中，RNA是遗传物质。

外壳蛋白杂合病毒病毒失活不能感染TMV抗体分离出病毒HRV抗体甘肃农业大学动物科技学院第二节DNA的结构和功能一DNA的结构(核酸的化学组成)二.DNA的复制甘肃农业大学动物科技学院一.DNA结构

1.一级结构DNA又称脱氧核糖核酸(nucleicacid).是一种高分子的化合物，它的构成单元是脱氧核苷酸(nucleotide)。两个核苷酸之间由3’和5’位的磷酸二脂键相连。核苷酸由碱基、戊糖和磷酸三部分构成。

碱基主要有四种：腺嘌呤（Adenine，A）、鸟嘌呤（Guanine，G）、胞嘧啶（Cytosine，C）、胸腺嘧啶（Thymine，T）。

甘肃农业大学动物科技学院四种核苷酸脱氧腺苷酸dAMP或A；脱氧鸟苷酸dGMP或G；脱氧胞苷酸dCMP或C；脱氧胸苷酸dTMP或T.甘肃农业大学动物科技学院DNA和RNA中的碱基和糖的结构嘧啶环嘌呤环甘肃农业大学动物科技学院

每个核苷酸之间由磷二酯键相连接。

LinkageoftwonucleotidesbytheformationofaC-3—C-5’(3'-5’)phosphodiesterbond,producingadinucleotide.Shorthandnotationforapolynucleotidechain.甘肃农业大学动物科技学院生物学家JamesWatson物理学家MauriceWilkins物理学家FrancisCrick化学家

RosalindFranklin1953年，Watson和Crick确立了碱基分子A和T、C和G的配对模型，并根据对DNA分子的X射线衍射研究的成果,提出了著名的DNA双螺旋结构模型2.二级结构甘肃农业大学动物科技学院Watson、Crick的DNA双螺旋结构甘肃农业大学动物科技学院模型主要内容DNA由两条互补的多核苷酸链环绕同一轴形成右手螺旋结构上，很象一个扭曲起来的梯子。两条多核苷酸链走向为反向平行(antiparallel)。即一条链磷酸二脂键为5’－3’方向，而另一条为3’－5’方向，二者刚好相反。每条长链的内侧是扁平的盘状碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面通过氢键与同它互补的碱基相联系，相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互补碱基对A与T之间形成两对氢键，而C与G之间形成三对氢键。每个螺旋为3.4nm长，刚好含有10个碱基对，其直径约为2nm。在双螺旋分子的表面大沟(majorgroove)和小沟(minorgroove)交替出现。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院当量定律：A＋G=T+CDNA碱基组成具有物种特异性，而无组织特异性。甘肃农业大学动物科技学院说明由此可知，DNA的分子结构是由A-T和C-G两种核苷酸对从头到尾连接起来的，每个DNA分子一般有上万个这两种核苷酸对.对一特定物种的DNA分子来说，其碱基顺序是一定的，并且通常保持不变，这样才能保持该物种遗传特性的稳定。只有在特殊的条件下，改变其碱基顺序或位置或以碱基类似物代替某一碱基时，才出现遗传的变异(突变)甘肃农业大学动物科技学院近来发现DNA的构型并不是固定不变的，除主要以瓦特森和克里克提出的右手双螺旋构型存在外，还有许多变型。瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称为B－DNA。

B－DNA是DNA在生理状态下的构型。当DNA在高盐浓度下时，则以A－DNA形式存在。A－DNA是DNA的脱水构型，它也是右手螺旋，但每螺圈含有11个核苷酸对。A－DNA比较短和密。现在还发现，某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在，称为Z－DNA。3.DNA构型之变异甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院

DNA结构的含义该结构预示了DNA的半保留式复制。预示了DNA分子中的核苷酸对的顺序可能决定着蛋白质中氨基酸的顺序，即可能存有某种类型的遗传密码。甘肃农业大学动物科技学院二、DNA的复制(一)复制过程及特点甘肃农业大学动物科技学院1.半保留复制分别以两条链互为模板，而合成两条互补新链，每个子代DNA分子含有一条旧链和一条新链甘肃农业大学动物科技学院2、DNA双螺旋的解链

DNA双链由解旋酶解开后，单链DNA结合蛋白（SSB）马上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。在大肠杆菌中，DNA的合成速度每分钟约为30,000bp，即双螺旋每分钟必须旋转3000次才能完全解旋。

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3.复制起点复制子(replicon)。是指在同一个复制起点控制下合成的一段DNA序列。多数细菌及病毒，只有一个复制起点，控制整个染色体的复制。所以整个染色体也就是一个复制子。在真核生物中，每条染色体的DNA复制则是多起点的，多个复制起点共同控制一条染色体的复制，即每条染色体有多个复制子。甘肃农业大学动物科技学院

高等生物细胞的DNA复制有多个起始点，即具有多个同时复制的区域。甘肃农业大学动物科技学院4.复制叉的形成

Watson-Crick模型预言，在复制过程中DNA分子会形成一个分叉。1963年，Cairns用实验证实了复制叉的存在。复制叉移动前导链滞后链冈崎片段RNA引物3’3’5’5’3’5’5’3’甘肃农业大学动物科技学院5.双向复制大肠杆菌和其它许多原核生物的环状DNA复制是双向的。即DNA的复制从复制起点开始，向二个方向同时进行，最后相遇，完成复制。真核生物的研究发现，其复制也是双向的。但近来发现，并不是所有的生物DNA的复制都是双向的，如：噬菌体T2，其DNA的复制就是沿一个方向进行的。甘肃农业大学动物科技学院6.酶及引物原核生物DNA复制有三种DNA聚合酶参与.三种酶都只有5’－3’聚合酶的功能，而没有3’－5’聚合酶功能，说明DNA链的延伸只能从5’向3’端进行。它们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，DNA的合成必须有引物引导才能进行。三种酶还都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错识进行校正，从而保证DNA复制的高度准确性。甘肃农业大学动物科技学院7.半不连续复制DNA双螺旋的互补双链具有相反的方向，一条从5’－3’，而另地条3’－5’，为反向平行二条DNA新链，只有一条DNA链的合成是连续的，而另一条则是不连续的。所以从整个DNA分子水平来看，DNA二条新链的合成方向是相反的，但是都是从5’向3’方向延伸。把一直从5’向3’方向延伸的链称作前导链，它是连续合成的。在前导链上，DNA引物酶只在起始点合成一次引物RNA，DNA聚合酶III就可开始进行DNA的合成。另一条先沿5’－3’方向合成一些片段，然后再由连接酶将其连起来的链，称为后随链，其合成是不连续的,合成的不连续DNA单链小片段称为冈崎片段,每个“冈崎片段”的合成都需要先合成一段引物RNA.，然后DNA聚合酶III才能进行DNA的合成。随后，引物RNA被切除，并为新合成的DNA片段所替代。在大肠杆菌中，引物RNA被切除过程是在DNA聚合酶Ⅰ的催化下完成的。最后由DNA连接酶将“冈崎片段”连接起来，形成一条完整的新链。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院第三节.RNA的结构与功能RNA结构RNA种类与功能RNA复制甘肃农业大学动物科技学院一RNA结构甘肃农业大学动物科技学院1、RNA的结构就其化学组成上看，由四种核苷酸组成的多聚体。它与DNA的不同，首先在于以U代替了T，其次是用核糖代替了脱氧核糖。此外，绝大部分RNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢键。但有一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。tRNA具三级结构甘肃农业大学动物科技学院tRNA的三级结构示意图甘肃农业大学动物科技学院二.RNA种类及功能甘肃农业大学动物科技学院1.mRNA与hnRNA

生物的遗传信息主要贮存于DNA的碱基序列中，但DNA并不直接决定蛋白质的合成。而且在真核细胞中，DNA主要存在于细胞核的染色体上，而蛋白质的合成中心却位于细胞质的核糖体上。因此，它需要一种中介物质，才能把DNA上控制蛋白质合成的遗传信息传递给核糖体。

mRNA的功能就是把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来，然后，由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，mRNA是基因表达过程中遗传信息传递的中介,起着传递信息的作用，因而称为信使RNA(mRNA)在真核生物中，转录形成的RNA中，含由大量非编码序列，大约只有25％RNA经加工成为mRNA，最后翻译为蛋白质。未经加工的前体mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差别很大，所以通常称为不均一核RNA(hnRNA)甘肃农业大学动物科技学院2.tRNA如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图，则核糖体是合成蛋白质的工厂。由于合成蛋白质的原材料—20种氨基酸与mRNA的碱基之间缺乏特殊的亲和力。因此，必须用一种特殊的RNA—转移RNA(tRNA)把氨基酸搬运到核糖体上。tRNA能根据mRNA的遗传密码依次准确地将它携带的氨基酸连结成多肽链。每种氨基酸可与1－4种tRNA相结合，现在已知的tRNA的种类在40种以上。不同的tRNA具有类似的三叶草结构甘肃农业大学动物科技学院

tRNA的结构的共性(1)5’端之末具有G(大部分)或C。(2)3’端之末都以ACC的顺序终结。(3)有一个富有鸟嘌呤的环。(4)有一个反密码子环，其的顶端有三个暴露的碱基，称为反密码子。这一个反密码子可以与mRNA链上同自己互补的密码子配对。(5)有一个胸腺嘧啶环。甘肃农业大学动物科技学院3.rRNA核糖体RNA，它是组成核糖体的主要成分，而核糖体则是合成蛋白质的中心。原核生物的核糖体所含的rRNA，有5S、16S及23S等三种。真核生物的核糖体，含有4种rRNA和约80种蛋白质。四种rRNA为5S、5.8S、18S和28S。S为沉降系数(sedimentationcoefficient)，当用超速离心测定一个粒子的沉淀速度时，此速度与粒子的大小直接成比例。rRNA是单链，它包含不等量的A与U、G与C，但是有广泛的双链区域。在双链区，碱基因氢鍵相连，表现为发夹式螺旋。rRNA在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但16S的rRNA3’端有一段核苷酸序列与mRNA的前导序列是互补的，这可能有助于mRNA与核糖体的结合。甘肃农业大学动物科技学院三.RNA的复制许多病毒无DNA,RNA为遗传物质,大多数RNA病毒是单链的,需要复制以繁殖。这种RNA的复制一般是先以自己为模板合成一条互补的单链，通常称病毒原有的、起模板作用的链称为“＋”链，而新复制的RNA链称为“－”链。然后这个“－”链又从“＋”链模板释放出来，它也以自己为模板复制出一条与自己互补的“＋”链，于是形成了一条新生的病毒RNA。甘肃农业大学动物科技学院第四节、蛋白质的合成一、蛋白质的结构二、转录三、转录后加工四、翻译与遗传密码五、中心法则甘肃农业大学动物科技学院一、蛋白质的结构蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的生物大分子。蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质。蛋白质分子量变化范围很大,从大约6000到1,000,000道尔顿甚至更大甘肃农业大学动物科技学院

1.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构包括：

(1)组成蛋白质的多肽链数目.(2)多肽链的氨基酸顺序，

(3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。

★其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。甘肃农业大学动物科技学院

肽一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。

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在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln甘肃农业大学动物科技学院

构成蛋白质的20种氨基酸甘肃农业大学动物科技学院2.蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。主要有-螺旋、-折叠、-转角。甘肃农业大学动物科技学院左手和右手螺旋-螺旋甘肃农业大学动物科技学院

-折叠

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-转角在-转角部分，由四个氨基酸残基组成.四个形成转角的残基中，第三个一般均为甘氨酸残基．弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O和第四个残基的–N-H之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。自由回转没有一定规律的松散肽链结构，但仍是紧密有序的稳定结构，通过主链间及主链与侧链间氢键维持其构象．不同的蛋白质，自由回转的数量和形式各不相同．分两类：①紧密环②连接条带甘肃农业大学动物科技学院3．超二级结构和结构域（１）超二级结构在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。几种类型的超二级结构：αα；ββ；βαβ；βββ．★超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域．ααβββαβ甘肃农业大学动物科技学院（２）结构域

对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体就称结构域。

结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由100~200个氨基酸残基组成，但大小范围可达40~400个残基。氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的．结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上．结构域之间由“铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。在蛋白质分子内，结构域可作为结构单位进行相对独立的运动，水解出来后仍能维持稳定的结构，甚至保留某些生物活性．甘肃农业大学动物科技学院★结构域与功能域的关系：有时一个结构域就是蛋白质的功能域，但不总是．包含一个但通常是多个结构域甘肃农业大学动物科技学院３．蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上进一步盘旋、折叠，从而生成特定的空间结构。包括主链和侧链的所有原子的空间排布．一般非极性侧链埋在分子内部，形成疏水核，极性侧链在分子表面．甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院４．蛋白质的四级结构许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。如，血红蛋白的四级结构得测定由佩鲁茨1958年完成，其结构要点为：球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基两条α链，两条β链，α2β2α链：141个残基；β链：146个残基分子量65000含四个血红素辅基亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院蛋白质分子中的共价键与次级键

一级结构→二级结构→超二级结构→结构域→三级结构→亚基→四级结构甘肃农业大学动物科技学院二、转录以DNA为模板，按照碱基互补原则合成一条单链RNA，从而将DNA中的遗传信息转移到RNA中去的过程称转录（transcription），RNA合成以5’—3’方向进行,由RNA聚合酶完成。RNA的合成也同样遵循碱基配对的规则，只是U代替了T。不对称转录：DNA上只有一条链可作为模板合某种(些)基因的RNA。RNA在一定时间上是由DNA的一条链转录而来的，然而在整个染色体或生活周期的各个时期并不一定由同一条链转录。也即是说，在一个包含有许多基因的DNA分子中，模板链并不总是同一条DNA单链。把DNA上与RNA碱基序列一致的链叫有意链,模板链叫无意链.甘肃农业大学动物科技学院1.转录的起始首先是RNA聚合酶在δ因子的作用下结合于DNA的启动子部位;启动子（promoter）：是DNA转录起始信号的一段序列，它能指导DNA聚合酶(全酶)与模板正确地结合，并活化酶使之具有转录功能。在RNA聚合酶的作用下，使DNA双链解开，形成转录泡，为RNA合成提供单链模板，按照碱基配对的原则，结合核苷酸;然后，在核苷酸之间形成磷酸二脂键，使其相连，形成RNA新链。δ因子在RNA链伸长到8－9个核酸后，就被释放，然后由核心酶催化RNA的延伸。甘肃农业大学动物科技学院启动子位于RNA转录起始点的上游，δ因子对启动子的识别是转录起始的第一步。甘肃农业大学动物科技学院

2.链的延伸

RNA合成以5’→3’方向延伸，在此过程中，DNA、酶、RNA始终维持稳定的三元复合物。在延伸中OH总是新的末端。甘肃农业大学动物科技学院3.转录的终止当RNA链延伸遇到终止子，RNA转录复合体就发生解体，而使新合成的RNA链释放出来。终止子（terminator）：DNA序列上转录终止的信号，其作用是在DNA模板的特定位置处终止RNA的合成。DNA上终止子有两个明显特征：如下图（1）链内具有对称结构，能使转录物形成发卡式结构(回文序列)；（2）DNA上有一串A，转录形成的RNA3’端具有多个U，A－U配对不牢固，使RNA脱落。识别终止信号有时需要某些蛋白质因子（rho因子）的作用，rho因子与RNA聚合酶相互作用导致RNA链释放。Rho因子和RNA聚合酶也就从DNA上脱落下来。

甘肃农业大学动物科技学院回文序列(发卡结构)

UCCUGG·CA·U－25C·G15－C·GG·CC·GC·G

5’UAAUCCCACAG·

CAUUUU3’

甘肃农业大学动物科技学院特点所用的原料为核苷三磷酸，而在DNA合成时则为脱氧核苷三磷酸；只有一条DNA链被用作模板，而DNA合成时，两条链分别用作模板RNA链的合成不需要引物，可以直接起始合成，而DNA合成一定要引物的引导。转录合成的RNA链，除了U替换为T以外，与用作模板的DNA链互补，而与另一条非模板链相同。如果转录的RNA是mRNA，其信息最后通过密码子决定蛋白质的合成。其它RNA不翻译为蛋白质甘肃农业大学动物科技学院三、转录后的加工在mRNA前体的5’端加上7－甲基鸟嘌呤核苷的帽子(cap)。2、在mRNA前体的3’端加上聚腺苷酸(poly

(A))的尾巴。如果基因中存在不编码的内含子序列，要进行剪接，将其切除。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院四.翻译密码子翻译甘肃农业大学动物科技学院(一)密码子把mRNA上碱基排列顺序和蛋白质中氨基酸顺序之间的对相关系叫遗传密码。碱基与氨基酸两者之间的密码关系是每三个碱基决定一种氨基酸，决定一种氨基酸的三个碱基叫三联体密码子。理论上，四个碱基可形成43=64个密码子，但因一种氨基酸不止由一种密码子决定（简并），有些密码子无对应的氨基酸（无义密码子），因此，生物界只有20种氨基酸。反密码子（anticodon）：tRNA上能识别一个mRNA密码子的位置，这个位置上的碱基与密码子的碱基是互补的。甘肃农业大学动物科技学院遗传密码的基本特征1)遗传密码为三联体：三个碱基决定一种氨基酸；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。2)遗传密码间不能重复利用:在一个mRNA上每个碱基只属于一个密码子；均以3个一组的形成氨基酸密码甘肃农业大学动物科技学院3)遗传密码间无逗号：①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。②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)。

AUGGUACUGUCA…….

甲硫氨酸缬氨酸亮氨酸丝氨酸

AUGUACUGUCA

甲硫氨酸酪氨酸半胱氨酸甘肃农业大学动物科技学院4)简并性：

①.简并现象：色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个三联体密码；其余氨基酸都有一种以上的密码子。②.61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。

③.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：UCU──→UCC或UCA或UCG，均为丝氨酸甘肃农业大学动物科技学院5)遗传密码的有序性：决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个密码子中，第1个和第2个碱基的重要性大于第3个碱基，往往只是最后一个碱基发生变化。例如：脯氨酸（pro）：CCU、CCA、CCC、CCG。甘肃农业大学动物科技学院6．通用性①在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码通用。②1980年以来发现：具有自我复制能力的线粒体tRNA(转移核糖核酸)在阅读个别密码子时有不同的翻译方式。如：酵母、链孢霉与哺乳动物的线粒体甘肃农业大学动物科技学院至1966年，全部64种遗传密码破译甘肃农业大学动物科技学院(二)翻译翻译就是mRNA携带着转录的遗传密码附着在核糖体(ribosome)上，把由tRNA运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互联结起来成为多肽链，并进一步折叠成为立体的蛋白质分子的过程。甘肃农业大学动物科技学院1.核糖体

核糖体是多肽链合成的装置或场所甘肃农业大学动物科技学院原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种不同细胞核糖体的组成甘肃农业大学动物科技学院核糖体包括如下部位：容纳mRNA的部位结合氨基酰tRNA的部位（A－位点）结合肽酰tRNA的部位（P－位点）形成肽键的部位（转肽酶中心）甘肃农业大学动物科技学院原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)甘肃农业大学动物科技学院翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为：翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。2.翻译过程甘肃农业大学动物科技学院1)肽链合成起始（翻译起始）核蛋白体大小亚基分离,,mRNA与30S小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。甘肃农业大学动物科技学院合成的起始密码子为AUG,对应的tRNA为fMet-tRNA(N-甲酰-甲硫氨酰-tRNA),合成开始时,核蛋白体大小亚基分离,在起动因子的促进下，30S小亚基先与mRNA在起始密码子处结合,再结合起始tRNA（fmet-tRNA），形成复合体。

甘肃农业大学动物科技学院然后,50S大结合上来，形成70S复合体。此时，fmet-tRNA的反密码UAC与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位点）。甘肃农业大学动物科技学院在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处，有一段富含嘌呤的3-9个核苷酸序列，一般为AGGAGG,此序列称SD序列。它与核糖体小亚基内16SrRNA的3’端一段富含嘧啶的序列GAUCACCUCCUUA-OH（暂称反SD序列）互补，形成氢键。使得结合于30S亚基上的起始tRNA能正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。。

为什么30S小亚基能正好结合与起始密码子处?甘肃农业大学动物科技学院S-D序列：mRNA上的AGGAGGU区域作为翻译起始信号，被称为Shine－Dalgarno顺序或S.D序列。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院2)肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)移位(translocation)

甘肃农业大学动物科技学院又称注册(registration)a.进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

甘肃农业大学动物科技学院b、成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。甘肃农业大学动物科技学院c、移位延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。甘肃农业大学动物科技学院进位移位成肽甘肃农业大学动物科技学院上述为原核生物蛋白质合成过程真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。真核生物的起始复合物并不在起始密码子AUG处形成,而在mRNA的5`末端形成,识别信号就是5`端的帽子结构.在帽子处形成的起始复合物沿mRNA移动,直到AUG,大亚基才结合上来,开始延伸.真核生物蛋白质合成甘肃农业大学动物科技学院

3)肽链合成的终止当mRNA上终止密码子出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

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终止相关的蛋白因子称为释放因子(RF)释放因子的功能之一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA另一功能是使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院UAG5'3'RFCOO-甘肃农业大学动物科技学院五.中心法则遗传信息DNA─→mRNA─→

蛋白质的转录和翻译，以及遗传信息从DNA─→DNA的复制过程。从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。甘肃农业大学动物科技学院中心法则的发展RNA的反转录:RNA肿瘤病毒：反转录酶，以RNA为模板来合成DNA。RNA的自我复制:大部分RNA病毒还可以把RNA直接复制成RNA

DNA指导的蛋白质合成60年代中期，McCarthy和Holland：试验体系中加入抗生素等，变性的单链DNA在离体条件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成。甘肃农业大学动物科技学院甘肃农业大学动物科技学院第五节、基因的概念及发展甘肃农业大学动物科技学院一.基因的概念及其发展人们对基因的认识最早源自孟德尔的遗传因子，1909年，丹麦遗传学家约翰逊首先使用基因（Gene）一词，代替了当年孟德尔提出的“遗传因子”。摩尔根等人根据对果蝇基因连锁交换规律和伴性遗传的研究，指出基因是在染色体上呈线性排列的,是染色体上的一个特定的片断。1944年，O.T.Avery（艾弗里）等人通过著名的肺炎球菌转化实验，首次证明了基因的化学本质是DNA，基因是DNA分子上的功能单位。1955年，S．Benzer（本泽）研究了T4噬菌体rII区的精细结构，提出了顺反子（Cistron）、突变子（Muton）和重组子（Recon）等概念：

甘肃农业大学动物科技学院二、基因精细结构互补试验顺反子现代基因概念甘肃农业大学动物科技学院1.噬菌体T4的互补试验T4噬菌体突变品系按表型可分为：rI、rII、rIII三类。其中rII在E.ColiB上产生快速溶菌现象，形成大而圆噬菌斑，在E.ColiK(λ)上不能生长不同的噬菌体rII突变体可以分成两类：即A组和B组。A组中的所有突变体的突变位点能定位到rII区段的一边（A端），B组中的所有突变体能定位到rII区段的另一边（B端）：A组B组任意两种rII突变体同时感染E.ColiK(λ)时出现的可能情况如下甘肃农业大学动物科技学院混合感染rII’突变体rII’’突变体

E.colik()互补作用无互补作用细胞裂解释放细胞不裂解无子出子代噬菌体代噬菌体释放当不能单独在K菌株上生长的两个rII突变体混合感染时，它们能象野生型噬菌体那样在K株上生长，这样两种突变型称为互补的突变型。甘肃农业大学动物科技学院有两个不同基因rIIA和rIIB在细菌裂解中起作用，裂解的两个步骤分别由rIIA基因产生的酶A和rIIB基因产生的酶B控制。两个rII突变体分别在rIIA或rIIB区域缺陷。由于rII1和rII2的染色体各自能产生裂解途径中所必需的一种酶,所以裂解就能发生,即有野生型表型出现。不能互补的两种突变体必然损伤的是同一功能单位（基因），即两个突变体的突变位点都位于A区或都位于B区。rII突变体互补的解释甘肃农业大学动物科技学院

rII突变体互补的解释

rIIArIIBrII1

（1）（2）裂解