第三章 遗传的分子基础

第三章遗传与优生的分子基础

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

二、DNA作为主要遗传物质的证据染色体蛋白质（66%）RNA（6%）组蛋白非组蛋白DNA（27%）

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。

DNA是遗传物质的直接证据1.噬菌体的感染2.烟草花叶病毒的重建3、肺炎双球菌的转化噬菌体T2结构示意图结论：DNA是生物主要的遗传物质；在缺少DNA的生物中，RNA为主要的遗传物质。三、遗传信息的保存者和传递者－－核酸

核酸是一类高分子有机物，以核苷酸为基本结构单位组成。核酸存在于所有的原核生物、真核生物的细胞中，作为遗传物质的核酸，含有可以传递的遗传信息。1、核酸的化学组成和结构

核酸以核苷酸为基本结构单位组成。每个核苷酸包括一个碱基、一份磷酸、一个五碳糖。2、核酸的种类DNA和RNA

根据组成核苷酸的五碳糖的不同，核酸可以分为两种:脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA是所有原核生物和真核生物的遗传物质，病毒只含有RNA或DNA。RNA和DNA的主要区别:（略）1953年美国哈佛大学的Waston和英国剑桥大学理论物理学者Crick借助于伦敦皇家学院Wilkins实验室的Franklin拍摄的DNA分子X光射线衍射照片提出了DNA的双螺旋结构模型。第二节核酸的化学结构

一、两种核酸及其分布核酸：一种高分子化合物，核苷酸的多聚体。有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。核苷酸的构成：（1）五碳糖；（2）磷酸；（3）环状含氮碱基二、碱基的种类：（1）双环结构的嘌呤：腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）（2）单环结构的嘧啶：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）美妙的DNA双螺旋1、DNA分子是由两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行于同一轴上，很像一个扭曲的梯子。2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接（手拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。3、两扶手的走向为反向平行。4、梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过氢结合，并以互补配对原则配对，A-T，C-G，DNA双螺旋结构模型的意义DNA双螺旋模型结构同时表明：DNA复制的明显方式——半保留复制。Waston和Crick在1953年就指出：DNA可以按碱基互补配对原则进行半保留复制。而在此之前对复制方式人们对一无所知。基因和多肽成线性对应的一个可能的理由：DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；DNA中的遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码(geneticcode)，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序。在其后的几十年中，科学家们沿着这两条途径前进，探明了DNA复制、遗传信息表达与中心法则等内容。DNA分子构型的多态性近来发现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。所以现在一般将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。生活细胞中极大多数DNA以B－DNA形式存在。但当外界环境条件发生变化时，DNA的构型也会发生变化。实际上在生活细胞内，B－DNA一螺圈也并不是正好10个核苷酸对，而平均一般为10.4对。当DNA在高盐浓度下时，则以A－DNA形式存在(图)。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，其平均直径为23Å。大沟深而窄，小沟宽而浅。在活体内DNA并不以A构型存在，但细胞内DNA－RNA或RNA－RNA双螺旋结构，却与A－DNA非常相似。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(图)。当某些DNA序列富含G－C，并且在嘌呤和嘧啶交替出现时，可形成Z－DNA。Z－DNA除左手螺旋外，其每个螺圈含有12个碱基对。分子直径为18Å，并只有一个深沟。现在还不知道，Z－DNA在体内是否存在。DNA分子构型的多态性三、RNA的分子结构

至于RNA的分子结构，就其化学组成上看，也是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，还有一个重要的不同点，就是绝大部分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(图)。但有一些以RNA为遗传物质的动物病毒含有双链RNA。

RNA二级结构：

单链RNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部分称为“茎”或“臂”非螺旋部分称为“环”，在螺旋区，A与U配对，G与C配对。

tRNA的二级结构：

三叶草形状RNA三叶草型的二级结构可分为：氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、TΨC区和可变区。除氨基酸接受区外，其余每个区都含有一个突环和一个臂。如图所示：tRNA的

三级结构：倒“L”形，所有的tRNA折叠后形成大小相似及三维构象相似的三级结构，这有利于携带的氨基酸的tRNA进入核糖体的特定部位。如图所示：第三节遗传信息的表达与调控一、中心法则及其发展遗传信息从DNA→mRNA→蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNA→DNA的复制过程，这就是分子生物学的中心法则(centraldogma)中心法则(centraldogma)阐述生物世代、个体以及从遗传物质到性状的遗传信息流向，即遗传信息在遗传物质复制、性状表现过程中的信息流向。最初由Crick提出，并经过了多次修正。中心法则所阐述的是基因的两个基本属性：复制与表达。关于这两个属性的分子水平的分析，对深入理解遗传及变异的实质具有重要的意义。这一法则被认为是从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。近年来的研究发现RNA可以反转录成为DNA，RNA还可以自我复制以及在离体条件下DNA可以直接指导蛋白质的合成，从而增加了原中心法则的信息流向，丰富了中心法则的内容。中心法则及其发展中心法则的发展反转录(逆转录)：反转录酶；cDNA。RNA的自我复制。DNA指导蛋白质合成。三、遗传密码及其特性遗传密码的基本特性：三联性；非重叠性；连续性；简并性；有序性；通用性。三、遗传密码及其特性起始密码子与终止密码子：起始密码子：AUG(甲硫氨酸/甲酰甲硫氨酸)；终止密码子(无义密码子)：UAA、UAG、UGA。通用性的另外情况：第四节DNA的复制DNA复制的一般特点：1、半保留复制拆开的两条单链，以各自为模板，从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸，进行氢键结合，在酶系统的作用下，连接起来，各自形成一条新的互补链。DNA复制的一般特点2、复制起点和复制方向原核生物：多数只有一个复制起点。真核生物：有多个起点。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（二）DNA复制的过程1、DNA双螺旋的解链2、DNA合成的开始3、一条DNA链连续合成，一条链不连续RNA引物：冈崎片断：前导链：后随链（后滞链）：关于RNA的自我复制1、先以自己为模板合成一条互补单链；（模板链称“+”链，新复制的互补链称“—”链）2、以“—”链作为模板，复制出一条与自己互补的“+”链。3、“+”链成为一条新的RNA。

三、真核生物DNA合成的特点1、DNA合成发生的时间：仅为细胞周期的S期。2、复制的起始点为多起点。3、合成所需的RNA引物和冈崎片断都比原核生物的短。4、控制前导链和后随链的聚合酶不同。5、染色体端体的复制。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：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。一、三种RNA分子3、rRNA：是组成核糖体的主要成分，核糖体是合成蛋白质的中心。4、小核苷酸（snRNA）：是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分。有五种。二、RNA合成的一般特点1、所有的原料为核苷三磷酸；2、只有一条DNA链被用作模板；3、RNA链的合成不需要引物的引导；4、RNA的合成也是从5，向3，端进行；5、RNA的转录和合成由RNA聚合酶催化，聚合酶首先在启动子处