第五章遗传的物质基础

第五章遗传的物质基础第1页，课件共67页，创作于2023年2月

一、遗传物质应具备的三种基本功能：1、复制功能遗传物质必须贮存遗传信息，并能将其复制且一代一代精确地传递下去。2、表达功能遗传物质必须控制生物体性状的发育和表达。3、变异功能遗传物质必须发生变异，以适应外界环境的变化，没有变异就没有进化。第一节DNA作为主要遗传物质的证据第2页，课件共67页，创作于2023年2月第一节DNA作为主要遗传物质的证据分子遗传学的大量直接和间接的证据，说明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中，RNA就是遗传物质

第3页，课件共67页，创作于2023年2月

DNA是遗传物质的间接证据⒈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，而且配子中的DNA含量正好是体细胞的一半。⒉DNA在代谢上是比较稳定的。⒊DNA是所有生物的染色体所共有。4.用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长均为2600埃。这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的。第4页，课件共67页，创作于2023年2月

DNA是遗传物质的直接证据2.噬菌体的感染3.烟草花叶病毒的重建1、肺炎双球菌的转化第5页，课件共67页，创作于2023年2月1928,Griffith：首次将IIR→IIIS，实现了细菌遗传性状的定向转化。被加热杀死的IIIS型肺炎双球菌必然含有某种促成这一转变的活性物质

第6页，课件共67页，创作于2023年2月1944，Avery等用生物化学方法证明这种活性物质是DNA该提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影响，而只能为DNA酶所破坏

第7页，课件共67页，创作于2023年2月2、噬菌体的侵染与繁殖

Hershey等用同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA与蛋白质第8页，课件共67页，创作于2023年2月3、烟草花叶病毒的感染和繁殖

RNA接种到烟叶→发病

RNARNA酶处理RNA→不发病

TMV

蛋白质：接种后不形成新的TMV

不发病说明在不含DNA的TMV中RNA就是遗传物质第9页，课件共67页，创作于2023年2月为了进一步论证上述的结论，Frankel-Conrat和Singer实验：第10页，课件共67页，创作于2023年2月第二节核酸的化学结构

一、两种核酸

*核酸的构成单元是核苷酸，是核苷酸的多聚体*每个核苷酸包括三部分：

五碳糖、磷酸、碱基*两个核苷酸之间由3’和5’位的磷酸二脂键相连

第11页，课件共67页，创作于2023年2月两种核酸的主要区别：

DNA：脱氧核糖，A、C、G、T

双链，分子链较长RNA：核糖，A、C、G、U

单链，分子链较短第12页，课件共67页，创作于2023年2月图3-4构成核苷酸分子的碱基结构第13页，课件共67页，创作于2023年2月核酸分子的化学结构第14页，课件共67页，创作于2023年2月二、DNA的分子结构1953，Watson和Crick根据：碱基互补配对的规律对DNA分子的X射线衍射成果提出了著名的DNA双螺旋结构模型。这个模型已为以后拍摄的电镜直观形象所证实。

第15页，课件共67页，创作于2023年2月DNA分子模型最主要特点：(1)两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，以一定的空间距离，环绕于同一轴相互盘旋而成(2)反向平行：5’－3’，3’－5’(3)两条单链间以碱基间氢键配对相连：

AT，CG(4)每个螺旋34Å(3.4nm)，含10bp，直径约为20Å(5)分子表面大沟和小沟交替出现第16页，课件共67页，创作于2023年2月第17页，课件共67页，创作于2023年2月DNA分子的双螺旋结构模型第18页，课件共67页，创作于2023年2月两条多核酸链间氢键相连第19页，课件共67页，创作于2023年2月A-T和C-G两种核苷酸对分子链内排列的位置和方向只有四种形式:A---TC---GA---TG---CC---GA---TG---CA---T

假设某一段DNA分子链有1000bp，则该段就可以有41000种不同的排列组合形式，反映出来的就是41000种不同性质的基因.第20页，课件共67页，创作于2023年2月

DNA构型之变异：B－DNA：瓦特森和克里克提出的双螺旋构型,是DNA在生理状态下的构型A－DNA：在高盐下存在形式，右旋，每个螺圈含11bp

Z－DNA:左旋，每个螺圈含12bp其他构型第21页，课件共67页，创作于2023年2月DNA分子的一种不同构型第22页，课件共67页，创作于2023年2月二、RNA的分子结构

绝大部分RNA以单链形式存在，但可折叠起来形成若干双链区域。这些区域内，互补的碱基对间可形成氢键。一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。

第23页，课件共67页，创作于2023年2月第三节染色体的分子结构一、原核生物染色体

与真核生物相比，原核生物的染色体要简单得多，其染色体通常只有一个核酸分子(DNA或RNA)。

第24页，课件共67页，创作于2023年2月大肠杆菌的染色体DNA分子伸展有1200µm长，细菌直径1－2µm

第25页，课件共67页，创作于2023年2月原核生物的染色体结构模型第26页，课件共67页，创作于2023年2月二、真核生物染色体

1、染色质的基本结构

DNA:30%(重量)RNA:少量染色质组蛋白：1H1、2H2A、2H2B、

2H3和2H4(重量相当于DNA）非组蛋白：少量第27页，课件共67页，创作于2023年2月染色质基本结构单位

核小体：2H2A、2H2B、2H3、2H4

----八聚体连接丝：串联两个核小体

1H1：结合于连接丝与核小体的接合部位第28页，课件共67页，创作于2023年2月核小体结构模型一个核小体及其连接丝约含180－200bp约146bp盘绕在核小体表面1.75圈，其余bp为连接丝，其长度变化较大，从短的8bp到长的114bp第29页，课件共67页，创作于2023年2月第30页，课件共67页，创作于2023年2月

异染色质，异染色质区

染色很深的区段染色质常染色质，常染色质区

染色很浅的区段（核酸的紧缩程度及含量不同，异染色质的复制时间总是迟于常染色质）异固缩现象

第31页，课件共67页，创作于2023年2月2、染色体的结构模型

染色单体—1DNA+pro—

染色质线是单线染色体染色单体在细胞分裂过程中染色质线到底是怎样卷缩成为一定形态结构的染色体？第32页，课件共67页，创作于2023年2月染色体结构模型现在认为至少存在三个层次的卷缩:核小体→螺线管→染色体

卷缩机理不清楚

第33页，课件共67页，创作于2023年2月非组蛋白组成的染色体骨架第34页，课件共67页，创作于2023年2月第35页，课件共67页，创作于2023年2月第四节DNA的复制一、DNA复制的一般特点1、复制方式：半保留复制2、复制起点：大多数细菌及病毒只有一个复制起点，一个复制子；真核生物是多起点的，多个复制子

3、复制方向：一般为双向复制

第36页，课件共67页，创作于2023年2月DNA半保留复制第37页，课件共67页，创作于2023年2月真核生物染色体多起点DNA复制电镜照片

第38页，课件共67页，创作于2023年2月二、原核生物DNA合成1、半保留复制，双向复制2、有引物的引导，为RNA3、延伸方向为5’－3’。4、一条链一直从5’向3’方向延伸，称前导链，连续合成；另一条先沿5’－3’合成冈崎片段，再由连接酶连起来链，后随链，不连续合成第39页，课件共67页，创作于2023年2月原核生物DNA合成(一)、有关DNA合成的酶1、DNA聚合酶12、DNA聚合酶113、DNA聚合酶111第40页，课件共67页，创作于2023年2月DNA解旋第41页，课件共67页，创作于2023年2月第42页，课件共67页，创作于2023年2月DNA合成之模型第43页，课件共67页，创作于2023年2月*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开始DNA的合成*在后随链上，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。

第44页，课件共67页，创作于2023年2月后随链DNA的合成第45页，课件共67页，创作于2023年2月RNA病毒中RNA的自我复制先以自己为模板（“＋”链）合成一条互补的单链（“－”链），然后这个“－”链从“＋”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，形成了一条新生的病毒RNA。

第46页，课件共67页，创作于2023年2月三、真核生物DNA合成真核生物DNA的复制与原核生物的主要不同点：1、DNA的合成只是在S期进行，原核生物则在整个细胞生长过程中都进行DNA合成2、原核生物DNA的复制是单起点的，真核生物染色体的复制则为多起点的第47页，课件共67页，创作于2023年2月3、所需的RNA引物及后随链上合成的“冈崎片段”的长度比原核生物要短4、有二种不同的DNA聚合酶分别控制前导链（δ）和后随链（α）的合成；在原核生物中由聚合酶III同时控制二条链的合成（真核生物共有αβ

γδε5种聚合酶）5、染色体端体的复制：原核生物的染色体大多数为环状，而真核生物为线状。第48页，课件共67页，创作于2023年2月真核生物DNA复制第49页，课件共67页，创作于2023年2月第五节RNA的转录及加工一、三种RNA分子1、mRNA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，完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。（从细胞核——细胞质）2、tRNA：最小的RNA，由70到90个核苷酸组成，具有稀有碱基的特点。根据mRNA的遗传密码依次准确地将合成多肽的原料—氨基酸运送到工厂，是氨基酸的特异运输车。第50页，课件共67页，创作于2023年2月tRNA的三维结构第51页，课件共67页，创作于2023年2月DNA分子的双螺旋结构模型第52页，课件共67页，创作于2023年2月3、rRNA：核糖体的主要成分。在大肠杆菌中：

rRNA量占细胞总RNA量的

75-85％

tRNA占15％

mRNA占3-5％

第53页，课件共67页，创作于2023年2月二、RNA合成的一般特点1、所用原料为核苷三磷酸；在DNA合成时为脱氧核苷三磷酸2、只有一条DNA链被用作模板；DNA合成时，两条链分别用作模板3、RNA链的合成不需要引物；DNA合成一定要引物的引导4、RNA链的合成与DNA链的合成同样，也是从5’向3’端，由RNA聚合酶催化第54页，课件共67页，创作于2023年2月三、原核生物RNA的合成*转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称为一个转录单位

*一个转录单位可能刚好是一个基因，也可能含有多个基因

*RNA转录分三步：(1)RNA链的起始；(2)RNA链的延长；(3)RNA链的终止及新链的释放

第55页，课件共67页，创作于2023年2月RNA的转录过程第56页，课件共67页，创作于2023年2月启动子的结构第57页，课件共67页，创作于2023年2月RNA链的延伸第58页，课件共67页，创作于2023年2月四、真核生物RNA的转录及加工第59页，课件共67页，创作于2023年2月真核生物与原核生物RNA的转录的不同点1、真核生物RNA的转录是在细胞核内进行，而蛋白质的合成则是在细胞质内2、原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因；而少数较低等真核生物外，真核生物一个mRNA分子一般只编码一个基因3、原核生物只有一种RNA聚合酶催化所有RNA

的合成；真核生物中则有RNA聚合酶I、II

、III，分别催化不同种类型RNA的合成4、原核生物RNA聚合酶直接起始转录合成RNA

；真核生物三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子