基因组进化的模式ppt课件

Sidney Altman 1/2 of the prize Canada and USA Yale University New Haven, CT, USA b. 1939
Thomas R. Cech 1/2 of the prize USA University of Colorado Boulder, CO, USA b. 1947
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分子生物学
分子水平
细胞水平
DNA的进化 蛋白质的进化
单细胞
细胞分化
多细胞
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生命史的三大阶段
前生命的化学进化阶段：完整细胞的形成标 志着这一阶段的结束
生物学进化阶段
文化进化与生物学进化并行和相互制约阶段
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4Biblioteka Baidu
原始气体冷凝 汇流成海洋
生
命 起
火山爆发和闪电 的能量使气体合 成简单有机物
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DNA拷贝出单链RNA，然后RNA被折叠成复
杂的形状 。
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RNA的特性
2’羟基——化学性质较DNA活跃，易突变，携带 遗传信息能力不如DNA；
组成没有蛋白质复杂——不如蛋白质结构多样， 功能分子作用不如蛋白质；
唯一既能携带遗传信息又可为功能分子的生物高 分子化合物。
Schuster（1984）发现硅酸盐介导DNA合成的现象
H.F.Noller（1992）发现纯化的rRNA有催化肽链合 成的功能
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不论那种学说和支持它们的实验，都有 两个问题没有解决：
• 无法模拟最初原始的环境 • 无法直接得到生命
有待于进一步的研究
中英联合实验室
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核苷酸 初始模板
自发多聚体化
初始RNA分子
新互补拷贝
早期RNA世界RNA分子的拷贝
在RNA多聚酶进化之前，与RNA模板结合的核糖核酸能自发 地聚合。这一过程很不精确，但可产生许多RNA序列。
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1.2 基因组的起源
RNA功能的分裂： 蛋白质和RNA酶活的表现有何差异？ DNA和RNA相比作为遗传物质的优势？
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二、基因组进化
35亿年前原核生物（细胞结构） 5000个基因
14亿年前真核生物
10000个基因
9亿年前多细胞生物
6亿年前多细胞动物
3.5亿年前动物和植物类群确立
源
模
溅到岩石上的氨 基酸聚合成肽链
式
又重新回到水中
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各种大分子进化 成原核细胞和真 核细胞
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含 生 命 化 石 的 最 古 老 的 岩 石
中英联合实验叠室 层石
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一、遗传系统的起源
蛋白质起源说 核酸起源说
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蛋白质起源说
三种非细胞生命形式
• Prions • 病毒 • 类病毒
由于非细胞生命的存在，所以不能排除在 地球早期化学进化阶段有过非细胞的“大 分子状态”的生命形式的可能性
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• 奥巴林的团聚体 (coacervate)假说（1924）：用 蛋白质（白明胶）和多糖（阿拉伯胶）混合得到团 聚体
• 福克斯用类蛋白质加热得到微球体 • S. Miller (1953)的模拟实验 • 澳大利亚陨石中发现(1959)氨基酸、嘧啶和脂肪酸
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核苷酸 TA C T
GTAC TCG
还原
脱氧核糖核苷酸 dA dC dG
dT dC dA dC dG dA
RNA拷贝 RNA
第一个拷贝的DNA分子 DNA
编码RNA分子转变为第一个DNA分子
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RNA世界向DNA世界的过渡可以概括为：地球上最 早出现的生物大分子为RNA，RNA同时具有催化与 编码两种功能。RNA可以催化肽键形成并合成蛋白 质，此后RNA与蛋白质联手以RNA为模板合成DNA。 这是一个关键的转变时期，生命世界的三大主要多 聚分子，RNA、蛋白质和DNA的分工基本定形： RNA的编码功能由DNA取代，催化功能转移到蛋白 质，RNA自身则称为传达遗传信息的中介分子。
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1.3 生命三界
真细菌 古细菌 真核生物
共同祖先
古细菌的特点:翻译和转录与真核生物相似，代谢系统与真细菌相似
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内共生假说
－ 具有吞噬能力的细胞先后吞并了几种原核细胞 （细菌和蓝藻），由于后者没有被吞噬细胞所分解 消化，反而从寄生过渡到共生，并成为宿主细胞的 细胞器，如喜氧细菌成为线粒体，蓝藻成为叶绿体。
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1.遗传系统的起源
1.1 RNA世界假说
“RNA世界” 假说—— RNA是生命初期最关键 的分子，后来当DNA和蛋白质的功能远远超过最 初RNA的作用时，它才退到了次要地位。
支持的证据：
核酶的发现：
自我剪接
催化切断其他RNA
催化肽键形成
催化核苷酸合成
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The Nobel Prize in Chemistry 1989
"for their discovery of catalytic properties of RNA"
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RNA World hypothesis
1986，诺贝尔化学奖（ 1981）获得者
W. Gilbert提出“RNA世界”假说： “生命起源
之某时期，生命体仅由一种高分子化合物RNA组 成。遗传信息传递建立于RNA的复制，复制机理 与当今DNA复制机理相似，作为生物催化剂的、 由基因编码的蛋白质还不存在”。"The RNA World", Nature 319: 618
第八章 基因组进化的模式
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真菌
植物 双子叶植物 动物 脊椎动物
子囊菌
节肢动物 裸子植物 单子叶植物环节动物 原口动物
生 物 进
化 树
担子菌 接合菌
原生生物
褐藻 粘液菌
变形虫
苔藓 软体动物 棘皮动物 线虫
绿藻 扁形动物
红藻 原始脊索动物 海绵体
鞭毛虫 草履虫
原核生物
古细菌
真细菌
生中英物联合的实进验室化图示
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生物分子形成的传统理论
？
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？
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•核酸起源说
遗传学家Muller（20年代）提出“裸基因说” （naked gene theory）：生命发生从基因开始；
T.Cech（80年代）发现四膜虫Pre－rRNA切下的内含 子具有酶的的活性（聚合和剪切作用），提示生命 RNA起源的可能性