第三章遗传物质的分子基础ppt课件.ppt

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1、,第三章 遗传物质的分子基础,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,第一节 DNA作为主要遗传物质的证据,一、间接证据 DNA含量、代谢、结构、染色体共有等二、直接证据1、细菌的转化 肺炎双球菌两种类型： 光滑型(S型)： I S、II S、III S 粗糙型(R型)：I R、II R、III R,1928, Griffith：首次将II R III S，实现了细菌遗传性状的定向转化 。被加热杀死的III S型肺炎双球菌必然含有某种促成这一转变的活性物质,1944 ，Avery等用生物化学方法证明这种活性物质是DNA 该提

2、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,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,3、烟草花叶病毒的感染和繁殖 RNA接种到烟叶 发病 RNA RNA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,为了进一步论证上述的结论 ，Frankel-Conrat和Singer实验：,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

3、,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,图 3-4 构成核苷酸分子的碱基结构,图 3-5 核酸分子的化学结构,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。,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：53，35 (3)两条单链间以碱基间氢键配对相连： A T，C G(4)每个螺旋34 (3.

4、4nm)，含10bp， 直径约为20(5)分子表面大沟和小沟交替出现,图 3-6 DNA分子的双螺旋结构模型,图 3-7 两条多核酸链间氢键相连,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-T C-G A-T G-C C-G A-T G-C A-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.,DNA构型之变异：BDNA：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 ADNA：在高盐下存在形式，右旋， 每个螺圈含11bp ZDNA:左旋，每个螺圈含12bp 其他构型,图

5、 3-9 DNA分子的一种不同构型,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) 。,图311 大肠杆菌的染色体DNA分子伸展有1200m长，细菌直径12m,图312 原核生物的染色体结构模型,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

6、(重量相当于DNA） 非组蛋白：少量,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,图313 核小体结构模型一个核小体及其连接丝约含180200bp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,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,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

7、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？,图314 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,图315 非组蛋白组成的染色体骨架,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,图316 DNA半保留复制,图317 真核生物染色体多起点DNA复制电镜照片,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RNA 3、延伸方向为53。4、一条链一直从5向3方向延

8、伸，称前导链，连续合成 ；另一条先沿53 合成冈 崎片段，再由连接酶连起 来链，后随链，不连续合成,图318 DNA解旋,图319 DNA合成之模型,* 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。,图320 后随链DNA的合成,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。,三、真核生物D

9、NA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,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（）和后随链 （）的合成 ；在原核生物 中由聚合酶III同时控制二条 链的合成5、染色体端体的复制：原核生 物的染色体大多数为环状,图321 真核生物DNA复制,第五节 RNA的转录及加工 一、三种RNA分子 1、mRNA 2、tRNA：最小的RNA，由70到 90个

10、核苷酸组成，具有稀有 碱基的特点,图322 tRNA的三维结构,图 3-6 DNA分子的双螺旋结构模型,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3-5,二、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,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

11、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,图324 RNA的转录过程,图325 启动子的结构,图326 RNA链的延伸,四、真核生物RNA的转录及加工,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

12、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 质转录因子的协助下才能进行RNA的转录,真核生物与原核生物RNA的转录的不同点,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,图328 真核生物mRNA的加工,第六节 遗传密码与蛋白质的翻译 一、遗传密码 （1）三联体密码 （2）通用性（3）简并现象（4）遗传密码间不能重复利用： 除少数情况外，一个mRNA上每 个碱基只属于一个密码子 （5）起始密码子：AUG GUG 和终止密码子: UAA UAG UGA (6) 遗传密码间无逗号,即在翻译过程 中，遗传密码的译读是连续的,图329 核糖体的结构,原核生物70S核糖体,哺乳动物原核生物80S核糖体,图330 蛋白质合成的起始,图331 蛋白质合成链的延伸,图332 蛋白质合成的终止,图333 多聚核糖体,图334中心法则及其发展,