现代分子生物学1遗传物质的性质结构与功能

3.证明DNA是遗传物质的两个实验
(1)肺炎球菌转化实验 1928年 Griffith (2)噬菌体感染实验 1944年Avery
4.1950年以前，流行四核苷酸结构学说，认为核酸分 子由等摩尔的4种核苷酸组成，因此核酸不大可能有 重要功能。仍认为蛋白质是转化因子。
5.1950年以后，Chargaff、Markham 等应用纸层析及 分光光度法测定各种生物DNA碱基组成，认为A=T， G=C，提示了A-T、G-C之间的互补关系。
第一节 核酸是遗传物质 第二节 核酸的结构 第三节 基因与基因组 第四节 核酸的功能 第五节 核酸的变性、复性和杂交
遗传的细胞学基础
原核生物和真核生物、细胞的结构和功能：
染色体－遗传物质的载体
遗传物质是蛋白质？
因为遗传物质是通过表达多种多 样的蛋白质实现其功能的，而早期 人们错误地认为遗传物质的结构必 然与其表达的蛋白质的结构同样复 杂，所以在很长一段时间内人们认 为，只有蛋白质才具有足够的多样 性来确定其它的蛋白质，直到人们 意识到遗传物质携带的是以密码形 式存在并确定蛋白质的遗传信息时， 才抛弃了这个错误的看法。
DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内 側，与对側碱基形成氢键互 补配对（A=T; GC） 。
相邻碱基平面距离0.34nm， 螺旋一圈螺距3.4nm，一圈 10对碱基。
DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
氢键维持双链横向稳定性. 碱基堆积力维持双链纵向
6. 1953年DNA双螺旋结构模型的提出,解释了DNA怎 样携带遗传信息,为分子遗传学的研究奠定了基础。
遗传的物质基础
遗传物质的本质
一、DNA是遗传物质 二、RNA也可以作为遗传物质
1. RNA病毒以RNA作为遗传物质 2. 类病毒以RNA作为遗传物质
三、核酸以外的其他遗传物质
引起羊搔痒病、库鲁病、克-雅氏病和疯牛病的感染性粒 子是蛋白质。这种蛋白质样的感染性粒子称为朊病毒(prion)。
第二节 核酸的结构
（Structure of Nucleic Acid）
一、DNA的结构
（ 一）DNA的一级结构
核酸中核苷酸的排列顺序即称碱基序列。
DNA一级结构的不同是物种差异的根本原因。
5′端
C
核苷酸的连接
核苷酸之间以
磷酸二酯键连接形
A
成多核苷酸链，即
核酸。
G 3′端
核酸的组成分子
核酸 DNA
稳定性。对双螺旋的稳定 由为重要.
2、DNA双螺旋结构的多样性
❖ DNA双螺旋结构不同构型的意义：
由于双螺旋结构的不同构型，引起螺旋表面 结构的改变，进而影响其生物学功能。如：
B型DNA表面有大沟和小沟； A型DNA也有两个沟； Z型DNA仅有一个很深很窄的沟。
• DNA双螺旋的这种表面结构有助于DNA结合 蛋白识别并结合特定的DNA序列。
（二） DNA的二级结构 ——双螺旋模型
DNA的二级结构是 指两条脱氧多核苷酸链 反向平行盘绕所形成的 双螺旋结构。
1、 DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条反向平行的 右手双螺旋的脱氧多核苷酸 链组成，两链以-脱氧核糖磷酸-为骨架排列在外侧， 绕同一公共轴盘旋。螺旋直 径为2nm，形成了相间的大 沟 (major groove) 及 小 沟 (minor groove) 。
遗传物质是什么呢？
•遗传物质必须具有以下特性：
（1）贮存并表达遗传信息； （2）能把遗传信息传递给子代； （3）物理和化学性质稳定； （4）有遗传变化的能力。
•DNA具有上述特性，适合作为遗传物质
第一节 核酸是遗传物质
遗传的物质基础
遗传物质的本质
一、DNA是遗传物质
1.核酸是遗传信息的载体 2.核酸的发现
• 而这种表面构型的变化对于基因组DNA与其 DNA结合蛋白的特异性相互作用具有重要的意义。
（三）DNA的拓扑结构
DNA的拓扑结构
主要指 超螺旋结构(superhelix 或supercoil)
DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
FriedrBiblioteka Baiduch Miescher
1879 picture of the laboratory where Miescher isolated nuclein. The lab was run by Felix Hoppe-Seyler, and located in the
vaults of an old castle.
负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
超螺旋结构的生物学意义：
①超螺旋DNA比松弛型DNA更紧密，使DNA分子 体积变得更小，对其在细胞的包装过程更为有利。
人每条染色体的平均长度约5cm，而细胞核的 直径仅约5μm，所以DNA分子压缩近万倍。
②超螺旋能影响双螺旋的解链程序，因而影响DNA 分子与其它分子（如酶、蛋白质）之间的相互作用。 对基因表达的调控有重要意义。
DNA拓扑异构体的相互转化由 拓扑异构酶（Ⅰ型和Ⅱ型）催化完成。
（四）DNA的四级结构
真核生物中核酸与蛋白质相互作用 形成的核糖体、剪接体，即可看成核酸 的四级结构。
另外DNA缠绕组蛋白构成核小体。
RNA
分子组成
核酸酶
核苷酸
(ribonucleoside)
—— 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱
磷酸 戊糖
碱基
—— 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖
—— 磷酸(phosphate)
书写方法
AGT GCT 5 P P P P P P OH 3
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
1968年，瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细 胞核中首次分离到。
F.Miescher从外科绷带上脓细胞的 细胞核中分离出了一种有机物质， 它的含磷量之高超过任何当时已经 发现的有机化合物，并且有很强的 酸性。由于这种物质是从细胞核中 分离出来的，当时就称它为核素 (nuclein)。Miescher所分离到的 核 素就是我们今天所指的脱氧核糖核 蛋白。