05-第五章 遗传的分子基础

第六章遗传的分子基础

I. 遗传物质是什么？

染色体的化学成分：

蛋白质：组蛋白(相对含量1)

染色体非组蛋白(0.5-1.5)

核酸：DNA(1)

RNA(0.05)

1.遗传物质的发现过程

1). Friedrich Miescher(1869)从医院绷带脓液中分离出“核素”，并指出其中含有蛋白和核酸。

2). 19世纪末，分离出“核酸”。

3). 1930s,Levene、Jacobs等证明核酸由糖、磷酸和含量大致相等的四种碱基构成，导致“四核苷酸假说” (tetranucleotide hypothesis)，认为DNA不可能是遗传物质。

4). Erwin Chargaff(1950)通过研究不同生物DNA的化学成分,发现了DNA中各碱基的含量因物种而有微小差异，从而否定了“四核苷酸假说”,同时提出了Chargaff 规则：

(1).T+C=A+G;

(2).A=T;G=C;

(3).A+T≠G+C。

2.细菌的遗传物质是DNA

Griffith(1928)发现肺炎双球菌转化，Avery (1944)证实转化因子是DNA而不是蛋白质，证实了遗传物质是DNA，并由Hotchkiss进一步证实。

3.噬菌体的遗传物质是DNA

A.D.Hershey,Martha Chase(1952),用噬菌体T2感染大肠杆菌的放射性同位素标记示踪实验最终证实了遗传物质是DNA。

4.有些病毒的遗传物质是RNA

有些病毒只含有RNA和蛋白质，不含有DNA, 称为RNA病毒，又叫做逆转录病毒。如烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus, TMV)，其遗传物质是RNA。

5. DNA和RNA的分布

1). 高等动植物体内，绝大部分DNA在细胞核内的染色体上，细胞质中只有少量的DNA,存在于叶绿体和线粒体等细胞器内。RNA则在细胞核和细胞质中都有。核内RNA主要集合在核仁上，少量在染色体上。

2). 细菌也含有DNA和RNA,多数噬菌体只有DNA,植物病毒多数只有RNA,动物病毒则有些含有DNA,有的含有RNA。

6.染色体的形态

1.中间着丝粒或亚中间着丝粒

(metacentric or submetacentric)

2.近端着丝粒(acrocentric)

3.端着丝粒(telocentric)

7.染色质的结构

绳珠模型和30nm纤维

8.染色质环的结构

II. DNA结构

1.DNA结构的发现

2.DNA和RNA的结构

3.DNA结构模型

4.DNA的构型

5.DNA变性和复性

1. DNA结构的发现

2. DNA和RNA的结构

DNA的化学成分

DNA RNA

化学碱基(base) A T G C A U C G 成分糖(sugar) 脱氧核糖核糖

(deoxyribose) (ribose)

磷酸(phosphoric acid)

结构脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸

单元deoxyribonucleotide ribonucleotide

3. DNA结构模型

4. DNA的构型

B-DNA A-DNA Z-DNA 螺旋类型：右手螺旋右手螺旋左手螺旋

每圈螺旋含碱基数目：10.4 11 12

碱基平面与分子中轴：垂直几乎垂直不垂直

存在状态：正常高盐、脱水真核基因组

生理DNA-RNA 与基因表达

条件异源双链调控有关

(heteroduplex)

5. DNA变性和复性

1)变性(denaturation)：加热、碱性

2)复性(renaturation) = 退火(annealing)

缓慢降温

3)解链温度(melting temperature, Tm )

4)退火温度(annealing temperature)

If primer <30 mer:

Tm=(G+C)⨯4 ︒C +(A+T) ⨯2︒C;

annealing temperature is 3-8︒C lower than Tm value;

III. DNA的复制

1. 遗传物质的本质和功能

1). 遗传物质的本质

(1).能忠实自我复制：

保持遗传信息基本不变地传递

(2).带有遗传信息：

能合成蛋白质并决定生物性状

(3). 允许变化：

导致生物变异和进化

2). DNA的功能

(1). 自体催化（autocatalysis)：自我复制

(2). 异体催化（heterocatalysis)：控制蛋白质合成

2. DNA的复制的机制

半保留复制semiconservative replication

全保留复制conservative replication

分散复制dispersive replication

3. DNA复制的过程

1. 遗传物质的本质和功能

2. DNA的复制的可能机制

1). DNA复制是半保留复制

2). DNA 复制是双向复制

3). 复制起点、复制叉和复制子

4). DNA的复制连续性的可能机制

5). DNA 复制是半不连续复制

Okazaki实验证实DNA 复制是半不连续复制

1)前导链(leading strand)

2)滞后链(trailing strand or lagging strand)

3)冈崎片段(okazaki fragment)

3. DNA复制的过程

1). 链的分离(strand separation)

（1）解旋酶(helicase)：解开螺旋，打开双链；

（2）单链结合蛋白(single-strand-binding protein,SSB)：防止双链重新结合；

（3）拓扑异构酶(topoisomerase)：又叫DNA促旋酶(gyrase)，形成负超螺旋结构2). 复制的起始(initiation)

DNA聚合酶的特点：

（1）合成方向只能是5…→3‟，

（2）不能独立开始合成，只能延伸引物

（3）必须由RNA引物引导，引物由引发体合成

复制的起始(initiation)

（1）引物酶(primerase)

（2）引发体(primosome)

（3）引发体与复制起点发夹结构(hairpin)结合

3). 链的延伸(elongation)

链的延伸(elongation):

•DNA聚合酶Ⅲ全酶

(DNA polymerase Ⅲholoenzyme)

•复制体(replisome)

•同时合成滞后链和前导链

•DNA聚合酶Ⅰ(DNA polymerase Ⅰ)

•连接酶(ligase)连接缺口(nick)

4). 复制的终止(termination)

复制的终止(termination)

•噬菌体线形DNA复制后立即终止

• E.coli 环形DNA复制后两个子DNA相互缠绕

需由拓扑异构酶（如DNA促旋酶）分开。

IV. RNA的种类、结构和功能

•mRNA: 信使RNA (messenger RNA)

•rRNA: 核糖体RNA (ribosomal RNA)

•tRNA: 转运RNA (transfer RNA)

•snRNA: 核小RNA (small nuclear RNA)