高中生物竞赛辅导课件—DNA与RNA之1

大肠杆菌噬菌体捣碎实验 • 1952年Herchey 和Chase。 年 。 • 用32P和35S分别标记噬菌体的 分别标记噬菌体的DNA和蛋白质， 和蛋白质， 和 分别标记噬菌体的 和蛋白质 发现只有 进入宿主细菌内， 发现只有DNA进入宿主细菌内，而蛋白质 只有 进入宿主细菌内 则没有。 则没有。
遗传物质必须具备以下基本条件： 遗传物质必须具备以下基本条件： • （1）储存并表达遗传信息 ）储存并表达遗传信息: • （2）能够复制，把遗传信息传递给子代： ）能够复制，把遗传信息传递给子代： • (3) 物理和化学稳定性： 物理和化学稳定性：
• （4）有遗传变化的能力： ）有遗传变化的能力：
致病
• 正常朊蛋白构型发生异常改变后导致疯牛 正常朊蛋白构型发生异常改变 朊蛋白构型发生异常改变后导致疯牛 无需DNA或RNA的参与，致病因子朊 的参与， 病，无需 或 的参与 蛋白就可以传染复制。 蛋白就可以传染复制。 • 所谓朊病毒的繁殖就是正常的PrPC蛋白质 所谓朊病毒的繁殖就是正常的 朊病毒的繁殖就是正常的 转变为PrPSC的过程，而且朊病毒感染后也 的过程， 转变为 具有指数增长的特性。 具有指数增长的特性。
朊病毒引起的风波
• 羊瘙痒病 • 1982年，美国发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的 年 疾病，并称为“ 即朊病毒。 疾病，并称为“Prion”即朊病毒。 即朊病毒 • 马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病。 马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病。 • 1996年春天“疯牛病”：牛海绵状脑炎 年春天“疯牛病” 年春天 • 人慢性退化性紊乱疾病：老年痴呆、帕金森氏病、 人慢性退化性紊乱疾病：老年痴呆、帕金森氏病、 糖尿病等。 糖尿病等。
RNA也可以作为遗传物质
RNA病毒 病毒: 病毒 • 一些病毒也采用另一种核酸－RNA作为遗传 一些病毒也采用另一种核酸－ 作为遗传 物质，如逆转录病毒。 物质，如逆转录病毒。 • 烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus, TMV） 烟草花叶病毒（ ）
遗传物质是RNA的实验证据 遗传物质是RNA的实验证据
• 19世纪末期， DNA和RNA已经从细胞 世纪末期， 和 已经从细胞 世纪末期 中分离出来， 中分离出来，为进一步的化学分析奠定 了基础。 了基础。 • 20世纪 年代搞清了 世纪30年代搞清了 世纪 年代搞清了DNA和RNA的基本 和 的 化学组成。还注意到了DNA和RNA所含 化学组成。还注意到了 和 所含 核糖的差异。 核糖的差异。
线条式： 线条式：
文字式： 文字式：
…pTpGpCpApT… …pT…pT-G-C-A-T…
第三组问题？
1 DNA双螺旋模型的提出 2 维持DNA双螺旋的力 3 双螺旋结构的基本形式 4 变性和复性
1 DNA双螺旋模型的提出 双螺旋模型的提出
研究背景： 研究背景：
1950年，大量不同来源DNA样品的分析发 年 大量不同来源 样品的分析发 现了DNA组成的当量规律，即A＝T，G＝C， 组成的当量规律 现了 组成的当量规律， ＝ ， ＝ ， A＋G＝C＋T。 ＋ ＝ ＋ 。 • 不同生物种属的 不同生物种属的DNA碱基组成不同， 碱基组成不同， 碱基组成不同 • 同一个体不同器官、不同组织的DNA具有 同一个体不同器官、不同组织的 具有 相同的碱基组成。 相同的碱基组成。
• 类病毒复制如何进行？ 类病毒复制如何进行？ • 由宿主细胞的酶来完成，其RNA作为复制模 由宿主细胞的酶来完成， 作为复制模 板。 • 类病毒现在仅在高等植物中发现，一般通过 类病毒现在仅在高等植物中发现， 接触，擦伤，节肢动物和菟丝子传播。 接触，擦伤，节肢动物和菟丝子传播。
非核酸的其他遗传物质 • 朊病毒：又称蛋白质侵染因子。 朊病毒：又称蛋白质侵染因子。 • 朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内 复制的小分子的无免疫性疏水蛋白质。 复制的小分子的无免疫性疏水蛋白质。
DNA 是遗传物质
核素的发现 肺炎双球菌转化实验 大肠杆菌噬菌体捣碎实验 化学实验 遗传物质必须具备的基本条件
DNA 是遗传物质
核素的发现 1868年，瑞士F. Miescher从绷带 年 瑞士 从绷带 上的白细胞核中分离出一种含磷的 核素。 酸性物质，命名为核素 酸性物质，命名为核素。 核素的主要成分是染色质， 核素的主要成分是染色质，是DNA 染色质 和蛋白质的混合物。 和蛋白质的混合物。这是首次对基 因的化学本质进行探索。 因的化学本质进行探索。 这一名词于20年后才被正式启 核酸 这一名词于 年后才被正式启 用。
遗传物质—— 遗传物质 DNA与RNA DNA RNA
生物亲代与子代之间，在形态、 生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上常常 相似，这就是遗传现象 遗传现象。 相似，这就是遗传现象。 生物的遗传特性，使生物界的物种能够保持相对稳定。 生物的遗传特性，使生物界的物种能够保持相对稳定。
金丝猴的后代仍然是金丝猴
脱氧核糖和磷酸通过3’,5’磷酸二酯键交 ① 脱氧核糖和磷酸通过 磷酸二酯键交 互连接，成为螺旋链的骨架 骨架。 互连接，成为螺旋链的骨架。 • 两条链方向以反向平行的方式组成右手 两条链方向以反向平行的方式组成右手 反向平行的方式组成 双螺旋。 双螺旋。
类病毒（viroid）
• 类病毒：不具蛋白质衣壳，仅有RNA组成的新病 类病毒：不具蛋白质衣壳，仅有 组成的新病 毒。 • 1922年 美国 马铃薯纺锤形块茎病毒。 年 马铃薯纺锤形块茎病毒。 • 特点： 特点： • 单股闭合环状的 单股闭合环状的RNA分子，分子量约105da。 分子，分子量约 分子 。 • 能耐受紫外线和作用于蛋白质的各种理化因素， 能耐受紫外线和作用于蛋白质的各种理化因素， 在90℃下仍能存活。 ℃下仍能存活。
不杀死 小鼠
不杀死 小鼠
可杀死 小鼠
不杀死 小鼠
RⅡ Ⅱ
RⅡ Ⅱ 图RⅡ Ⅱ NhomakorabeaRⅡ Ⅱ
RⅡ+SⅢ Ⅱ+SⅢ
RⅡ Ⅱ
O.Avery 等的体外转化实验
大肠杆菌噬菌体捣碎实验
噬菌体侵染细菌的过程： 噬菌体侵染细菌的过程：
吸附 侵入 合成 组装 释放
最后， 最后，这些噬菌体 由于细菌的解体而 被释放出来， 被释放出来，再去 侵染其他的细菌。 侵染其他的细菌。
（2）DNA在代谢上较稳定。 DNA在代谢上较稳定。 在代谢上较稳定 （3）DNA是所有生物的染色体所共有的，而某 DNA是所有生物的染色体所共有的， 是所有生物的染色体所共有的 些生物的染色体上则没有蛋白质。 些生物的染色体上则没有蛋白质。
（4）DNA通常只存在于细胞核染色体上，但 DNA通常只存在于细胞核染色体上， 通常只存在于细胞核染色体上 某些能自体复制的细胞器，如线粒体、 某些能自体复制的细胞器，如线粒体、 叶绿体有其自己的DNA。 叶绿体有其自己的DNA。 DNA （5）在各类生物中能引起DNA结构改变的化 在各类生物中能引起DNA结构改变的化 DNA 学物质都可引起基因突变。 学物质都可引起基因突变。
第二组问题？
核酸（DNA、RNA）的 化学组成
1 含氮碱基、核苷、核苷酸 含氮碱基、核苷、
☉ 碱基
H
嘧啶
Uracil (U)
嘌呤
2 核酸的化学组成
核酸 核苷酸
磷酸 戊糖
DNA: D-2-脱氧核糖 脱氧核糖 RNA: D-2-核糖 核糖
核苷 碱基
A,G,C,T A,G,C,U
核酸的元素组成 C、H、O、N、P（9-10%） 、 、 、 、 （ ）
（1）一种生物不同组织的细胞，不论年龄 一种生物不同组织的细胞， 大小，功能如何，它的DNA含量是恒定的， 大小，功能如何，它的DNA含量是恒定的，而 DNA含量是恒定的 生殖细胞精子的DNA含量则刚好是体细胞的一 生殖细胞精子的DNA含量则刚好是体细胞的一 DNA 半。多倍体生物细胞的DNA含量是按其染色体 多倍体生物细胞的DNA含量是按其染色体 DNA 倍数性的增加而递增的， 倍数性的增加而递增的，但细胞核里的蛋白 质并没有相似的分布规律。 质并没有相似的分布规律。
化学实验 • 不同生物的碱基组成不同，具有严格的种 不同生物的碱基组成不同，具有严格的种 的特异性。 的特异性。 • 单体在不同生物中都是相同的。 单体在不同生物中都是相同的。 • A T G C 等量 • 四种碱基的分子浓度可变。 四种碱基的分子浓度可变。
DNA是遗传物质的间接证据 是遗传物质的间接证据
朊病毒的复制机理： 朊病毒的复制机理：
1）合成朊病毒所需的信息可能存在于寄主细胞中 ） • 朊病毒的作用，仅在于激活在寄主细胞中为朊病毒 朊病毒的作用， 的编码的基因，使得朊病毒得以复制繁殖。 的编码的基因，使得朊病毒得以复制繁殖。 2）朊病毒的蛋白质能为自己编码遗传信息 ） • 发生逆转译产生为朊病毒编码的 发生逆转译产生为朊病毒编码的RNA或DNA，必须 或 ， 存在逆转译酶，甚至还要有逆转录酶。 存在逆转译酶，甚至还要有逆转录酶。 • 蛋白质指导下的蛋白质合成，即蛋白质本身可作为 蛋白质指导下的蛋白质合成， 遗传信息。 遗传信息。
肺炎双球菌转化实验
• 肺炎双球菌有两种类型 光滑型（ 型 光滑型（S型） 粗糙型（R型） 粗糙型（ 型
Griffth的 Griffth的肺炎双球菌的转化实验
SⅢ 杀死细菌 分离提取
多糖
脂类
RNA
蛋白质
DNA
DNA+DNase
RⅡ Ⅱ
RⅡ Ⅱ
RⅡ Ⅱ
RⅡ Ⅱ
RⅡ Ⅱ
RⅡ Ⅱ
不杀死 小鼠
不杀死 小鼠
3 DNA的一级结构：即是指 的一级结构： 的一级结构 四种核苷酸(dAMP、 、 四种核苷酸 dCMP、dGMP、dTMP) 、 、 按照一定的排列顺序，通 按照一定的排列顺序， 过磷酸二酯键连接形成的 多核苷酸也称为碱基顺序。 多核苷酸也称为碱基顺序。
DNA一级结构的两种缩写方式： DNA一级结构的两种缩写方式： 一级结构的两种缩写方式
• 理论化学家L. Pauling运用化学的简单定律 来推理，研究了蛋白质α-螺旋结构，此方 法启发了Watson和 Crick。 和 。 • M. Wilkins、R. Franklin等在DNA的X－射 线晶体结构方面作出了重大的贡献。
• R. Franklin的X-射线衍射图
DNA双螺旋结构模型的提出：
朊病毒特点： • 仅有蛋白质组成， 仅有蛋白质组成， • 分子量 分子量29kDa， ， • 具有蛋白质性质：能被蛋白酶灭活，不被 具有蛋白质性质：能被蛋白酶灭活， 核酸酶和辐射灭活， 核酸酶和辐射灭活，对许多理化因子有很 强的抵抗力。 强的抵抗力。
• 1997 年Prusiner 对朊病毒蛋白 的感染机制进行了探讨。 的感染机制进行了探讨。 • 朊病毒蛋白（PrP）以两种形式存在： 朊病毒蛋白（ ）以两种形式存在： • 正常的脑组织中发现的PrPC不具有感染性， 不具有感染性， 正常的脑组织中发现的 对蛋白酶敏感，可以被完全降解； 对蛋白酶敏感，可以被完全降解； • 致病组织中的 致病组织中的PrPSC具有感染性，具有抗蛋 具有感染性， 白酶的性能。 白酶的性能。
• PrPC和PrPSC的一级结 构完全相同， 构完全相同，但二级 结构差异很大： 结构差异很大： • PrPC：α螺旋的含量 螺旋的含量 约为40％，几乎没有β ％，几乎没有 约为 ％，几乎没有 片层结构； 片层结构；
：含有高达 ％ • PrPSC：含有高达50％ 片层结构， 的β片层结构，只有 片层结构 只有20 螺旋。 ％的α螺旋。 螺旋
生物的各项生命活动都有 它的物质基础。 它的物质基础。生物遗传的物 质基础是什么呢？ 质基础是什么呢？
牛的后代仍然是牛 根据现代细胞学和遗 传学的研究得知， 传学的研究得知，控制生 物性状的主要遗传物质是 脱氧核糖核酸（ 脱氧核糖核酸（DNA）。 ）。
第一组问题？
1.DNA是遗传物质 是遗传物质 2.RNA也可以作为遗传物质 也可以作为遗传物质 3.核酸之外有其他遗传物质吗？ 核酸之外有其他遗传物质吗？ 核酸之外有其他遗传物质吗
1953年沃森和克里克提出 年沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型。 分子双螺旋结构模型。 年沃森和克里克提出 分子双螺旋结构模型
Fig. 2-5 Watson and Crick’s paper in Nature 1953.
DNA双螺旋结构模型的要点： 双螺旋结构模型的要点： 双螺旋结构模型的要点