遗传物质的分子基础

遗传物质的分子基础第一节DNA作为主要遗传物质的证据第2页,共68页，2024年2月25日，星期天一、间接证据(P34)染色体的化学组成:DNADNA含量的稳定性:性细胞中DNA含量是体细胞中的一半紫外线诱变的有效波长与DNA分子的吸收光谱一致:260nm第3页,共68页，2024年2月25日，星期天细菌的转化试验：1928，F.Griffith,肺炎双球菌噬菌体的侵染与繁殖：1952，赫尔歇基因工程二、直接证据(P35)三、无DNA生物中，RNA是遗传物质及其证据

烟草花叶病毒第4页,共68页，2024年2月25日，星期天体外转化实验要点：A将S细胞提取液纯化的DNA加到R细胞培养物中就能产生R---S的转化。B这种转化因子对水解DNA的酶敏感。CR型细菌转化为S型后，按同样方法抽提DNA仍有转化能力。D转化的细菌与S型细菌相比，荚膜生化特性完全一样。

体外转化实验－DNA是遗传物质的证明第5页,共68页，2024年2月25日，星期天1952年Hersey和Chase的同位素标记侵染实验。噬菌体的侵染标记实验－DNA是遗传物质的证明第6页,共68页，2024年2月25日，星期天第二节核酸的化学结构(P35)

第7页,共68页，2024年2月25日，星期天核苷酸五碳糖：脱氧核糖、核糖磷酸环状的含氮碱基腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)

胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)1、核酸：以核苷酸为单元构成的多聚体一、两种核酸及其分布

两个核苷酸之间由3’和5’位的磷酸二脂键相连第8页,共68页，2024年2月25日，星期天五碳糖第9页,共68页，2024年2月25日，星期天环状的含氮碱基嘌呤嘧啶第10页,共68页，2024年2月25日，星期天第11页,共68页，2024年2月25日，星期天第12页,共68页，2024年2月25日，星期天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13页,共68页，2024年2月25日，星期天2、分布：

高等植物：DNA存在于染色体，叶绿体、线粒体中；RNA在核（核仁、染色体）、细胞质中。

细菌：DNA和RNA。

噬菌体：多数只有DNA。

植物病毒：多数只有RNA。

动物病毒：有些含RNA、有些含DNA。第14页,共68页，2024年2月25日，星期天二、DNA的分子结构

1953，Watson和Crick根据：碱基互补配对的规律(查尔格佛法则)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。(一)DNA的双螺旋结构第15页,共68页，2024年2月25日，星期天DNA分子模型最主要特点(P37)：(1)

右手螺旋；(2)反向平行：5’－3’，3’－5’

；(3)

AT，CG；(4)每个螺旋3.4nm，含10bp，直径约为2nm；(5)分子表面大沟和小沟交替出现。第16页,共68页，2024年2月25日，星期天㈡、DNA构型B－DNA：DNA在生理状态下的构型，右旋，每个螺圈含10bp；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:C、D、E等右手螺旋形式存在。第17页,共68页，2024年2月25日，星期天三、RNA分子结构：与DNA的区别①

U代替T；②核糖代替脱氧核糖；③一般以单链存在。第18页,共68页，2024年2月25日，星期天第三节DNA的复制(P40)第19页,共68页，2024年2月25日，星期天一、DNA复制的一般特点（P40）：㈠、半保留复制：

①．一端沿氢键逐渐断开；

②．以单链为模板，碱基互补；

③．氢键结合，聚合酶等连接；

④．形成新的互补链；

⑤．形成了两个新DNA分子。

第20页,共68页，2024年2月25日，星期天㈡、复制起点和复制方向：

1.原核生物

﹡绝大多数细菌和病毒：只有一个复制起点，控制整个染色体的复制。

﹡复制子：在同一个复制起点控制下的一段DNA序列。第21页,共68页，2024年2月25日，星期天﹡噬菌体P2：其DNA的复制是沿一个方向进行的。

第22页,共68页，2024年2月25日，星期天2.真核生物

﹡每条染色体的DNA复制都是多起点，多个复制起点共同控制整个染色体的复制；

﹡每条染色体有多个复制子；

﹡且为双向复制；图3－17真核生物染色体多起点DNA复制电镜照片

第23页,共68页，2024年2月25日，星期天（三）DNA复制的忠实性（P42）碱基配对的专一性DNA聚合酶I的两种方式：

1、通过专一性识别使即将加入的碱基与模板上的碱基严格互补来控制合成前的错误

2、当发现存在错配时，切除新加入的错配碱基（校对控制）第24页,共68页，2024年2月25日，星期天二、原核生物DNA合成(P42)：㈠、有关DNA合成的酶：

DNA聚合酶、解旋酶、引物酶、连接酶、拓扑异构酶

第25页,共68页，2024年2月25日，星期天共性：1、只有5’3’聚合酶的功能，DNA链只能由5’向3’延伸；

2、DNA的合成必须有引物才能进行；3、具有外切酶的活性、合成过程中的错误校正功能。活体细胞内真正控制DNA合成的酶第26页,共68页，2024年2月25日，星期天㈡、DNA复制过程1．起始

*专一识别复制起始序列的蛋白结合在复制起点上，促使其临近的DNA发生扭曲，从而让DNA解旋酶和其他有关的因子进入；

第27页,共68页，2024年2月25日，星期天DNA解旋酶在ATP供能下，每分钟旋转3000次解开双螺旋；单链DNA结合蛋白马上结合在分开的单链上，以避免产生单链内配对；RNA聚合酶（引物酶）合成一小段RNA引物(约有12个碱基对)DNA聚合酶才开始起作用合成DNA片段。DNA解旋第28页,共68页，2024年2月25日，星期天

2.DNA复制的延伸前导链连续复制，后随链的连续复制冈崎片段（Okazakifragment)

图2－13DNA合成模型第29页,共68页，2024年2月25日，星期天*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30页,共68页，2024年2月25日，星期天3.DNA复制的终止

一般复制子上具有终止区域，可结合终止蛋白DNA聚合酶I利用其有5’3’端核酸外切酶的功能，将RNA引物切除，合成DNA，置换切除RNA引物链区域DNA连接酶将合成的DNA连接起来，形成完整的新链第31页,共68页，2024年2月25日，星期天三、真核生物DNA复制的特点第32页,共68页，2024年2月25日，星期天真核生物与原核生物DNA合成的区别区别原核生物真核生物DNA合成的时期整个细胞生长过程细胞周期的S期复制起点数单个多个RNA引物长度10-60核苷酸10-12核苷酸冈崎片段长度1000-2000核苷酸100-150核苷酸前导链与后随链的合成聚合酶III同时控制聚合酶δ控制前导链，聚合酶α控制后随链第33页,共68页，2024年2月25日，星期天第34页,共68页，2024年2月25日，星期天四、RNA的复制依赖RNA的RNA聚合酶+链：原有起模板作用RNA分子链-链：新复制的RNA分子第35页,共68页，2024年2月25日，星期天第四节RNA的转录及加工（P45）第36页,共68页，2024年2月25日，星期天转录(transcription):

是指DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种核糖核苷酸为原料，合成RNA的过程。RNA是将DNA上遗传信息传递给蛋白质并进行表达的中心环节。第37页,共68页，2024年2月25日，星期天一、RNA分子的种类（P45）

信使RNA(mRNA)

转移RNA(tRNA)

核糖体RNA(rRNA)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38页,共68页，2024年2月25日，星期天

㈠

mRNA（P46）

功能：传递遗传信息

类型：前体mRNA(pre-mRNA）（不均一核

RNA)

成熟mRNA

第39页,共68页，2024年2月25日，星期天㈡、tRNA（P46）（最小的RNA，由70到90个核苷酸组成）功能：转运蛋白质合成的原材料；结构：

三叶草构型（P46）5’末端具有G（大部分）或C；

3’末端都以ACC结尾；

一个富有鸟嘌呤的环；

一个反密码子环；

一个胸腺嘧啶环；

第40页,共68页，2024年2月25日，星期天㈢、rRNA（P47）

功能：组成核糖体的主要成分组成

原核生物rRNA（3种）:

5S:120个核苷酸；

16S:1540个核苷酸；

23S:2900个核苷酸。真核生物rRNA（4种）:

5S:120个核苷酸；

5.8S:160个核苷酸；

18S:1900个核苷酸；

28S:4700个核苷酸。

S为沉降系数：是某种颗粒在超速离心时沉降速度的数值，此数值与颗粒的大小直接成比例第41页,共68页，2024年2月25日，星期天㈢其它RNA小核RNA(smallnuclearRNA，snRNA)端粒酶RNA(telomeraseRNA)反义RNA(antisenseRNA)

第42页,共68页，2024年2月25日，星期天二、RNA合成的一般特点（P47）：区别RNA合成DNA合成所用的原料核苷三磷酸脱氧核苷三磷酸模板数目一条DNA链（模板链）二条DNA链引物不需要引物的引导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43页,共68页，2024年2月25日，星期天第44页,共68页，2024年2月25日，星期天三、原核生物RNA的合成（P47）：RNA链的起始：启动子RNA链的延伸：RNA聚合酶RNA链的终止及新链的释放：终止子由启动子到终止子的序列称为转录单位上游，下游RNA的转录过程第45页,共68页，2024年2月25日，星期天启动子的四个保守序列区域转录起始点-10区：TATAAT（Pribnow框）-35区：TTGACA（Sextama框）二者之间的序列：碱基的数目-㈠、启动子：-35序列第46页,共68页，2024年2月25日，星期天

α亚基（2个）与四聚体核心酶形成有关；

β亚基存在核苷三磷酸的结合位点；

β’含有与DNA模板结合的位点；

σ因子只与RNA转录的起始有关。㈡、RNA聚合酶（P47）：第47页,共68页，2024年2月25日，星期天(三)、终止子

①依赖ρ因子的终止子；②内在终止子。第48页,共68页，2024年2月25日，星期天特征（1）富含GC的反向重复序列，形成发夹结构；（2）发夹结构末端紧跟着连续的U串。第49页,共68页，2024年2月25日，星期天(四)

RNA链的合成

RNA链的延伸

第50页,共68页，2024年2月25日，星期天四、真核生物RNA的转录及加工（P49）：

第51页,共68页，2024年2月25日，星期天㈠、原核生物与真核生物RNA转录的区别

1.真核生物RNA的转录是在细胞核内，翻译在细胞质中进行；

原核生物则在核区同时进行转录翻译；

2.真核生物一个mRNA只编码一个基因；

原核生物一个mRNA编码多个基因；

3.真核生物有RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等三种不同的酶；

原核生物则只有一种RNA聚合酶；聚合酶Ⅰ转录核糖体大亚基的RNA，聚合酶Ⅱ催化合成mRNA的前体即不均一核RNA，聚合酶Ⅲ转录那些小的、稳定的RNA，如5SRNA、tRNA等。第52页,共68页，2024年2月25日，星期天4.真核生物中转录的起始更复杂，RNA的合成需要转录因子的协助进行转录；

原核生物则较为简单；5.真核生物的mRNA转录后进行加工，然后运送到细胞质中进行翻译；

原核生物无需进行加工，边转录边翻译。第53页,共68页，2024年2月25日，星期天㈡、真核生物RNA转录后的加工

真核生物mRNA的加工

第54页,共68页，2024年2月25日，星期天真核生物mRNA在转录后的加工：

1、5’端加上帽子(7－甲基鸟嘌呤核苷)

在蛋白质翻译时识别起始位置及防止被RNA酶降解

2、3’端加上尾巴(聚腺苷酸,polyA)

对增加mRNA的稳定性及从细胞核向细胞质的运输具有重要作用

3、切除非编码序列(内含子)，将编码序列(外显子)连接起来，才能进行蛋白质的翻译

4、mRNA只有通过修饰加工，才被运输到细胞质进行蛋白质的翻译。

第55页,共68页，2024年2月25日，星期天第六节遗传密码与蛋白质的翻译第56页,共68页，2024年2月25日，星期天组成DNA分子的碱基有4种：

A、T、G、C组成DNA分子的碱基对有4种：

A—T、T—A、G—C、C—G两个碱基对的组合方式有42=16种n个碱基对的组合方式有4n种第57页,共68页，2024年2月25日，星期天(一)、20种氨基酸的遗传密码字典（P52）

一、遗传密码：

GUGVal第58页,共68页，2024年2月25日，星期天1．遗传密码为三联体,即三个碱基决定一个氨基酸;2．遗传密码间不能重复利用;

3．遗传密码间无逗号;

4．遗传密码间存在简并现象：一个氨基酸由一个以上的三联体密码所决定;5．遗传密码包含起始密码子和终止密码子;

6．遗传密码的通用性.

(二)、遗传密码的基本特征:第59页,共68页，2024年2月25日，星期天1968年美国科学家霍利、科拉纳、尼伦伯格因解释遗传密码而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。1961-1967年完成第60页,共68页，2024年2月25日，星期天二、蛋白质的合成：

翻译：mRNA携带着转录的遗传密码附着在核糖体上,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。第61页,共68页，2024年2月25日，星期天原核生物与真核生物核糖体的区别

区别原核生物（70

S）真核生物（80

S）大亚基50S60S小亚基30S40SrRNA大亚基：5S、23S小亚基：16S大亚基：5S、5.8S、28S小亚基：18S多肽大亚基：31

小亚基：21大亚基：49

小亚基：33㈠核糖体（P53）：

核糖体上存在多个蛋白质合