分子生物学-DNA遗传物质课件

Chapter2DNAisgeneticmaterialTheconceptionofgene是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列一个典型的真核基因包括①编码序列—外显子(exon)②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron)③5'-端和3'-端非翻译区(UTR)④调控序列(可位于上述三种序列中)Theconceptionofgene基因是遗传信息的物理和功能单位，它具有被表达的潜势基因型genotype:控制生物体表现型的遗传因子表现型phenotype:有机体可见的或可计算的外在性质.表现型可被区分为不同的类型，称为性状character或特征characteristic所有的性状都有遗传heredity和变异variation两种性质不同的表现型可能受不同的基因型调控，不同的基因型可产生不同的表现型但基因型相同，由于表达调控差异，可产生不同的表现型，如一种生物有不同的发育期Theconceptionofgene异合体的表型处于两个纯合体的中间状态时称为无显性nondominance，如果偏向某一个纯合体，则称为部分显性partialdominance。如红AA和蓝aa的杂交种Aa如为黄，则为无显性，如浅红则为部分显性杂种的表型处于亲本描述的表型之外，称为超显性overdominance，如杂种优势。若不足，则称为显性不全underdominance，如近亲衰退。共显性codominance：一对等位基因的相关表型都可以独立表达，如ABO血型Theconceptionofgenome狭义是指单倍体基因组，即一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和单套信息的拷贝数被称为染色体的倍数性(ploidy)是细胞中全部的遗传信息，包含细胞发挥功能所需的全部“程序”基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示Theconceptionofgenome细菌一般为单个的环状基因组，也报道存在线性基因组的细菌真核生物99%的DNA在细胞核基因组中，但也存在细胞器基因组，一般为线形病毒的基因组情况很多在基因组外，还存在其它DNA形式，如质粒不同生物的基因组，基因的结构、排列方式不同，尤其是原核生物和真核生物之间存在很大区别什么是转录组？

RNA组？

蛋白质组？Figure1.1Abriefhistoryofgenetics.1.1IntroductionGenesareDNA遗传物质能识别各种各样蛋白质蛋白质的一级结构即氨基酸序列决定了蛋白质结构和酶的催化活性蛋白质用密码形式携带信息蛋白质的氨基酸序列由核苷酸的三联体密码编码特异的一段核苷酸序列编码特异的一段多肽链DNA序列与相应蛋白质序列间的关系称之为基因密码子每一个基因都代表一个特定的多肽链ThetransformingprincipleisDNA

Griffith于1928年发现的“转化”现象.1.2DNAisthegeneticmaterial肺炎双球菌ThegeneticmaterialofphageT2isDNA

1952年，Hershey和Chase

DNA是一种通用的遗传物质.1.2DNAisthegeneticmaterial大肠杆菌噬菌体T2EukaryoticcellscanacquireanewphenotypeastheresultoftransfectionbyaddedDNA.

1.2DNAisthegeneticmaterial胸腺嘧啶DNA不仅是真核生物的遗传物质，而且能够在不同物种间相互转移并保持功能活性describesthebasicnatureofgeneticinformation:sequencesofnucleicacidcanbeperpetuated保持andinterconverted互换byreplication,transcription,andreversetranscription,buttranslationfromnucleicacidtoproteinisunidirectional单向性的,becausenucleicacidsequencescannotberetrievedfromproteinsequences.1.3Centraldogma中心法则及其修正Thecentraldogmastatesthatinformationinnucleicacidcanbeperpetuated永久保留ortransferred转移,butthetransferofinformationintoproteinisirreversible不能倒转的.

Crick（1958）在“论蛋白质的合成”一文中，首次提出中心法则的内容⑴遗传信息：能独立的自我复制；对细胞的特异性有高度影响⑵信息的流动是单程的：DNARNA蛋白质⑶序列假说：蛋白质的序列由DNA的序列决定中心法则(centraldogma):1953年watson将遗传信息的传递途径称为中心法则.中心法则的修正1970年，美国科学家Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现反转录酶（reversetranscriptase）。在病毒感染细胞期间，以病毒RNA为模板，在反转录酶的作用下合成DNA，然后以这段病毒DNA为模板，互补合成RAN，同时以该病毒的mRNA合成蛋白质。且病毒DNA可插入到细胞染色体DNA中把遗传信息传递下去。为此，Crick（1971）立即撰文对上述直线形中心法则作了修改补充中心法测说明了遗传信息由DNA传向DNA，或由DNA传向mRNA，然后决定蛋白质特异性的过程。是目前分子遗传学研究的核心。DNA1957年transcriptionRNAtranslationProteinDNA1971年ProteinRNAReversetranscriptionregulationDNA作为遗传物质的优点DNA作为遗传物质有许多优点，其中最主要的是：信息量大可以微缩（一个1kb的基因，其可能的核苷酸排列顺序有4100种，而直径10亿光年的宇宙，其体积不过1084cm3或10108Å3）表面互补、电荷互补，双螺旋结构说明了精确复制的机理核糖的2ˊ脱氧，在水溶液中稳定性好(不存在自有-OH，不被水解，pH7～9稳定)WhydoesDNAcontainTratherthanU?NCHCOHNCHCOCNH2NNCHCOCHcytosineuracilH2OCytosinedeaminatesnon-enzymaticallytoformuracil.IfthishappensinDNA,itconstitutesamutation.Aproof-readingsystemrecognizetheerror,andreplacestheUbyC.DeaminationofcytosineisoflittleconsequenceinRNA,whichisnotthepermanentrepositoryofgeneticinformation.RNA作为遗传物质RNA酶集信息传递作用和酶学催化作用于一身，很可能是最初的遗传物质。在这个基础上，一个由RNA世界到RNA蛋白质世界，由RNA蛋白质世界到DNA世界的进化图景，已被科学界广泛接受RNA作为最初遗传物质的设想，仍然有许多疑难。其中RNA本身的起源问题，根据有机化学家的意见，模拟的前生物条件（prebioticcondition）下，合成核糖并非易事；即使有了核糖，D-核糖和碱基一起加热，得到的是α-核糖核苷，而不是RNA中的β-核糖苷等等，但目前没有更好的解释迄今已知的RNA生物，都是基因组小，结构简单的生物。对中心法则的挑战㈠蛋白质的遗传信息不一定来自核酸1.以蛋白质为模板的肽链合成。2.肽链的翻译后加工。①切割，糖基化；②在C端切去一段小肽；③原来的N端和C端连接。非DNA信息的加工过程3.朊病毒。㈡RNA的信息不完全来自DNA模糊基因：锥虫的coxⅢ中167个位点上398个U插入,9个删除.60%RNA编辑．gRNA对中心法则的挑战以蛋白质为模板的肽链合成。多肽抗生素是细菌产生的抗生素中的一类，Lipmann等人（1971）的研究表明，它们的合成是直接由某些多酶体系来完成的。多肽抗生素肽链中的氨基酸序列是由这些酶上所吸附的氨基酸序列所决定的。肽链的翻译后加工。按照mRNA分子上的碱基排列顺序合成的新生肽，即使有了确定的氨基酸序列，还不是蛋白质，它们必须经过二硫键的形成、甲基化作用、羟基化作用、糖基化作用、肽链的折叠、亚基的组装等复杂的加工过程才能形成特定的由一级结构决定的三维结构，并成为有活性的蛋白质，也就是说遗传信息由多肽（polypeptide）传向蛋白质（protein）。蛋白质可作为遗传物质？(ProteinastheGeneticMaterial?)蛋白质因其缺乏遗传表面，而且遗传嗅觉不灵敏，不能作为遗传物质，早已成为定论。Prion（传染蛋白质颗粒）问题对此带来一片疑云，把羊疯痒病(scrapie)、牛海绵状脑炎、人kuru病等构象病的病因子定名为prion，为的是和类病毒、拟病毒相区别。病毒virus：一类超显微的，无细胞结构的，专性活细胞内寄生的分子生物。类病毒(Viroid):是一个裸露的没有衣壳包裹的闭合环状RNA分子，它能感染寄主并在其中进行自我复制使寄主产生病症。

拟病毒virusoids:也称为类类病毒，它是一种环状单链RNA。它的侵染对象是植物病毒。被侵染的植物病毒被称为辅助病毒，拟病毒必须通过辅助病毒才能复制。单独的辅助病毒或拟病毒都不能使植物受到感染。朊病毒prion,virino：一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水性蛋白。它能引起人和动物的神经软化病，如人类的Kuru病、牛的疯牛病等。在该病毒的感染过程中，遗传信息可以从蛋白质传向蛋白质。这与中心法则的蛋白质不能输出信息的概念是矛盾的。亚病毒Prion蛋白（prionrelatedprotein，简称PrP）由宿主的基因编码人PrP基因位于20号染色体的短臂，鼠PrP基因位于2号染色体，健康人、畜的PrPc分子量为33—35kDa，它对蛋白酶敏感、无传染性而病人、病畜PrPsc的N端比PrPc约少67氨基酸，分子量27—30kDa，抗蛋白酶，有传染性，迄今未见prion内有常量核酸用种种降解核酸的办法提取传染性颗粒，传染性不会下降。据计算，即使残留核酸也不会超过80个核苷酸，此病潜伏期有长、短之分，有种属屏障，有不同的株系。潜伏期长短之不同，由突变氨基酸所处位置和突变性质而定。从十几年的研究结果来看，PrPc转变为PrPsc是由于翻译后修饰之故。PrPc有α-螺旋而无β-片层，PrPsc则多β-片层；PrPsc的N端剪短，增加β-片层，但无损于传染性。PrPsc构象的不同是否和株系不同有关，仍有待研究PrPc的原有功能不明。将小鼠编码PrPc的基因敲掉（knockout），然后用传染性蛋白质颗粒侵染，小鼠健康，无疯痒病症；PrPc基因正常的小鼠，经传染性颗粒侵染后，半年内统统死亡。此实验充分证明PrPsc确由PrPc译后修饰而来，也排除了微量外源核酸的作用问题。Geneticinformationflow:DNARNAProteinProteinReplicationReplicationTranscriptionRTTranslation?e