单元三：遗传物质的分子基础

人 小麦 洋葱 菜豆 酵母 大肠杆菌 T2噬菌体
19.9 23.8 18.4 20.6 18.3 26.0 18.2
30.9 25.6 31.8 29.7 31.7 24.7 32.5
19.8 24.6 18.2 20.1 17.4 25.7 16.8
29.4 26.0 31.3 29.6 32.6 23.6 32.5
DNA的这种复制方式对保 持生物遗传的稳定性是非常重要的。
(2)复制起点和复制方向： 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；
2. DNA复制过程
1）DNA双螺旋的解链 * 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； * DNA拓扑异构酶来解决 由于复制叉的推进而产生 超螺旋的问题。
三种不同的RNA分子在基因的表达过程中 起重要的作用。
（1）信使RNA (mRNA)：
mRNA的功能就是把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，是基因表达过程 中遗传信息传递的中介。它起着传递信息的作 用，因而称为信使RNA (mRNA)。
（2）转移RNA（ tRNA) 如果说mRNA是合成蛋白质的蓝图，则核
1. DNA双螺旋结构：
1953年，沃森（Watson J. D.）和克里克 （CrickF. H. C.）提出DNA双螺旋结构模型。主要依据 为：
碱基互补配对的规律以及DNA分子的X射线衍射 结果。
沃森和克里克与 维尔肯斯(Wilkins) 一起获得诺贝尔奖 (1962) 。
双螺旋结构的发现(1953)
㈡ 遗传密码字典
每一个三联体密码所翻译的氨基酸是什么呢? 从1961年开始，在大量试验的基础上，分
别利用64个已知三联体密码，找到了相对应的 氨基酸。
1966~1967年，完成了全部遗传密码表， 如UGG为色氨酸。
遗 传 密 码 字 典
㈢ 遗传密码的基本特征：
1．遗传密码为三联体： 三个碱基决定一种氨基酸； 61个为有意密码，起始密码为GUG、AUG(甲 硫氨酸)；3个为无意密码，UAA、UAG、UGA 为蛋白质合成终止信号。 2. 遗传密码间不能重复:
模型建立者: James WATSON:生物学家 Francis CRICK: 化学家 双螺旋模型实验数据的重要贡献者： Rosalind FRANKLIN: King’s Collage London的MRC生物物理单位物理化 学家，首先 将磷酸原子定位于DNA 外表面并发现了“B” 型DNA Maurice WILKINS: “A” 型DNA的发现者
在3 ′ → 5′方向链上，仍按从5′ → 3′的方向一段段地合成DNA单链 小片段“冈崎片段”(1000~2000bp) →由连接酶连接这些片段→形成一 条连续的单链。
Helicase:解旋酶 primosme
复制叉结构:
图 DNA 合 成 模 型
3－2 基因的表达
基因作为遗传信息单位，位于染色体上，控制
五碳糖：核糖 碱基：A、U、C、G
DNA四种脱氧核苷酸
DNA分子
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。
(二 )DNA的分子结构：
⑶ 现代遗传学上认为：
突变子：指性状突变时产生突变的最小单位， 一个突变子可以小到一个核苷酸对。如移码突 变。 重组子：指发生性状重组时，产生重组的最小 单位，可小到只包含一个核苷酸对。 顺反子：就是一个基因，是一个完整的不可分 割的功能单位。包括与一个多肽链的合成相对 应的一段DNA，平均大小为500~1500bp,可 有若干交换子和突变子。
每螺圈12个碱基对，左手螺旋。
(三) RNA分子结构： ① U代替T；
与DNA的区别 ② 核糖代替脱氧核糖； ③ 一般以单链存在。
(四) DNA的复制
1. DNA复制的一般特点： (1) 半保留复制： ① 瓦特森(Watson J. D.)等提出
的DNA半保留复制方式。 其方法为： a. 一端沿氢键逐渐断开； b. 以单链为模板，碱基互补； c. 氢键结合，聚合酶等连接； d. 形成新的互补链； e. 形成了两个新DNA分子。
一、基因的概念及其发展：
㈠、经典遗传关于基因的概念：
① 孟德尔： 把控制性状的因子称为遗传因子。 如：豌豆红花(C)、白花(c)、植株高(H)、矮(h)。 ② 约翰生： 提出基因(gene)这个名词，取代遗传因子。 ③ 摩尔根： 对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和染 色体为主体的经典遗传学。 基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。
基因的共性（按照经典遗传学对基因的概念）：
♠ 染色体特性：自我复制能力和相对稳定性， 在分裂时有规律地进行分配。 ♠交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最 小单位。 ♠突变单位：一个基因能突变为另一个基因。 ♠功能单位：控制有机体的性状。
∴经典遗传学认为：基因是一个最小的单位， 不能分割；既是结构单位，又是功能单位。
原先的完全不一样(称为移码突变)。
AUG （G） UAC
UGU
CA
甲硫氨酸
酪氨酸 半胱氨酸
4．简并性：
① 简并现象： 色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，仅一个
三联体密码；其余氨基酸都有一种以上的密码子。 ② 61个为有意密码，起始密码为GUG、AUG(甲 硫氨酸)。3个为无意密码，UAA、UAG、UGA为 蛋白质合成终止信号。 ③ 简并现象的意义：
㈡ 分子遗传学关于基因的概念：
⑴ 揭示遗传密码的秘密：基因 具体物质。具 体内容： 一个基因 DNA分子上一定区段，携带有特殊 的遗传信息转录成RNA(包括mRNA、tRNA、 rRNA)或对其它基因的活动起调控作用( 如调节 基因、启动基因、操纵基因)。 ⑵ 基因不是最小遗传单位 更复杂的遗传和变 异单位： 例如：在一个基因区域内，仍可以划分出若干起 作用的小单位。
2） DNA合成的开始 合成DNA片段之前，先 由RNA聚合酶合成一小 段RNA引物(约有20个 碱基对) DNA 聚合酶才 开始起作用合成DNA片 段。
3）后随链的不连续复制 ∵DNA聚合酶，以5 ′→ 3 ′方向发挥 作用； ∴从3 ′ → 5 ′合成方向的一条链， 就会遇到困难。
考恩伯格( Kornberg A., 1967) 提出不连续复制假说：
单元三、遗传物质的分子基础
本单元重点
＊ 1．核酸的化学结构（DNA、RNA）； 2．原核生物和真核生物染色体的分子结构；
＊ 3．DNA的半保留复制和特点； 4．三种RNA分子的合成、转录及加工；
＊ 5．遗传密码与蛋白质翻译。
3-1 核酸的分子组成及结构 3-2 基因的表达 3-3 基因工程
3-1 核酸的分子组成及结构
(4) A-T、G-C排列方法有 以下四种：
A-T G-C G-C A-T C-G A-T A-T C-G
设某一段DNA分子链有 1000对碱基,则有41000种不 同排列组合，就可能有41000 种不同性质的基因。
(5) 物种： ①同物种中的DNA的碱基含量不同：
物种
G
A
C
T A+G/T+C G+C/A+T
翻译：就是mRNA携带着转录的遗传密码，附 着在核糖体上，把tRNA（转移核糖核酸）运来 的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互 连接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立 体蛋白质分子。
（一）RNA的转录与RNA的种类
1.RNA的种类 （1）信使RNA (messenger RNA，mRNA) （2）转移RNA (transfer RNA，tRNA) （3）核糖体RNA (ribosomal RNA，rRNA)
嘌呤
氮
碱
嘧啶
RNA 磷酸 D-核酸 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 尿嘧啶 U
DNA 磷酸 D-2-脱氧核酸 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T
DNA通常是双链一般较长。 RNA主要为单链，分子链较短。
图 构成核苷酸分子的碱基和核糖
DNA 核苷酸
RNA 核苷酸
五碳糖：脱氧核糖 碱基：A、T、C、G
在一个mRNA上每个碱基只属于一个密码 子；均以3个一组形成氨基酸密码。
3.遗传密码间无逗号： AUG GUA CUG
UCA ﹍ ﹍
甲硫氨酸 缬氨酸 亮氨酸 丝氨酸
① 密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的
顺序一直阅读下去，不漏读不重复。
② 如果中间某个碱基增加或缺失后，阅读就会
按新的顺序进行下去，最终形成的多肽链就与
生物的性状发育。 DNA是携带生物遗传信息的载体，是遗传的分
子基础。 基因表达就是将基因携带的生物信息释放出来，
供细胞利用的过程，或将生物的遗传信息作为性状 或特征表现出来的过程。
通常所说的基因表达 指基因指导蛋白质合成的 过程。 原核生物或真核生物为了适应外界环境条件及自身 的需要，都必须不断调控各种不同基因的表达方式。
1.03 0.97 1.01 1.01 1.00 1.02 1.02
0.66 0.94 0.58 0.69 0.56 1.07 0.54
a. DNA分子上的碱基顺序是一致的，一般保持不变才
能保持该物种的遗传特性的稳定；
b．在特殊条件下，碱基顺序改变，出现遗传变异。
2. DNA构型：
B-DNA：生理状态下，每螺圈10.4个碱基对，右手螺旋； A-DNA：高盐浓度下，每螺圈11个碱基对，右手螺旋； Z-DNA：序列富含GC，嘌呤和嘧啶交替出现，
电 子 显 微 镜 下 的 人 类 D N A
特点：
(1) 两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋； (2) 双链具有反向平行的特点； (3) 碱基配对原则为：A=T、G=C，双螺旋直径约20A， 螺距为34A(10个碱基对)。
遗传信息载体： 脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋分子；长度单位：碱基对 (bp) ，千碱基对 (Kb)，百万碱基对 (Mb)
6．通用性：
① 在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码 通用。
4个基本碱基符号→所有氨基酸→所有蛋白 质→ 生物种类、生物体性状。 ② 1980年以后发现：
具有自我复制能力的线粒体tRNA(转移核 糖核酸)在阅读个别密码子时有不同的翻译方式。
如：酵母、链孢霉与哺乳动物的线粒体。
三、蛋白质的合成
DNA对性状的控制作用并不是直接的，遗 传密码到蛋白质的合成过程包括遗传密码的转 录和翻译两个步骤。 转录：就是以DNA双链之一的遗传密码为模板， 把遗传密码以互补的方式转录到mRNA（信使核 糖核酸）上。
⑷ 基因概念：
① 可转录一条完整的RNA分子或编码一个多肽 链； ② 功能上被顺反测验或互补测验所规定。 分子遗传学保留了功能单位的解释，而抛弃了最 小结构单位说法。 基因：相当于一个顺反子，
包含许多突变子和 重组子。
紫外灯下的DNA
二、遗传密码：
㈠ 密码子与氨基酸
DNA分子碱基只有4种，而蛋白质氨基酸有20种。 ∴ 碱基与氨基酸之间不可能一一对应。 1．41=4种：缺16种氨基酸； 2．42=16种：比现存的20种氨基酸还缺4种； 3．43=64种：由三个碱基一起组成的密码子能够形成 64种组合，20种氨基酸多出44种。 简并：一个氨基酸由二个或二个以上的三联体密码所决 定的现象。 三联体或密码子：代表一个氨基酸的三个一组的核苷酸。
同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。 如：UCU 、UCC或UCA或UCG，均为丝氨酸。
5．遗传密码的有序性： 决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基
酸的多个密码子中，第1个和第2个碱基的重要 性大于第3个碱基，往往只是最后一个碱基发生 变化。
例如：脯氨酸（pro）：CCU、CCA、CCC、 CCG。分布： 1.核酸：
以核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化
合物。
五碳糖：脱氧核糖、核糖
核苷酸 磷酸
鸟嘌呤G、腺嘌呤A
环状的含氮碱基
胞嘧啶C、胸腺嘧啶T
或尿嘧啶U
核酸有两种：脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸 (RNA)。 两种核酸的主要区别如下：
酸 糖
含