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第十二章　主宰生命奧秘的分子

第十二章　主宰生命奧秘的分子. 12-1 　遺傳物質 DNA 是怎樣發現的？ 12-2 　核酸的構造如何？ 12-3 DNA 如何複製？ 12-4 　轉錄作用如何進行？ 12-5 　基因與 DNA 的關係如何？ 12-6 　基因與蛋白質合成的關係如何？ 12-7 　基因的表現怎樣被調節？ 12-8 　什麼是遺傳工程？ 12-9 　突變的意義和種類 探討活動－ DNA 的粗萃取. 回總目錄. 遺傳物質 DNA 是怎樣發現的？. 格里夫茲發現性狀轉變 亞夫利證實性狀轉變物是 DNA 赫希和蔡斯證實 DNA 是遺傳物質. 1928 年，英國，格里夫茲 肺炎球菌：

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第十二章　主宰生命奧秘的分子

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Presentation Transcript

  1. 第十二章　主宰生命奧秘的分子 12-1　遺傳物質DNA是怎樣發現的？ 12-2　核酸的構造如何？ 12-3DNA如何複製？ 12-4　轉錄作用如何進行？ 12-5　基因與DNA的關係如何？ 12-6　基因與蛋白質合成的關係如何？ 12-7　基因的表現怎樣被調節？ 12-8　什麼是遺傳工程？ 12-9　突變的意義和種類 探討活動－DNA的粗萃取 回總目錄

  2. 遺傳物質DNA是怎樣發現的？ 格里夫茲發現性狀轉變 亞夫利證實性狀轉變物是DNA 赫希和蔡斯證實DNA是遺傳物質

  3. 1928年，英國，格里夫茲 • 肺炎球菌： • (1)R型： • 　菌落粗糙 • 　細胞壁外無莢膜 • 　不致病 • (2)S型： • 　菌落光滑 • 　細胞壁外有莢膜 • 　致病 格里夫茲發現性狀轉變

  4. 格里夫茲發現性狀轉變 • 實驗： • 結論： • (1)S型的性狀轉變物使R型發 生性狀轉變成為S型 • (2)性狀轉變是基因型的轉變

  5. 亞夫利證實性狀轉變物是DNA • 1944，亞夫利等細菌學者 • 實驗過程： • 結論：性狀轉變物質為DNA

  6. 1952，赫希和蔡斯 • 實驗過程： • (1)以噬菌體和大腸桿菌為材料 • (2)應用放射性同位素 • 35S 標識蛋白質 • 32P標識DNA • 結論： • (1)僅噬菌體的DNA進入細菌體內 • (2)DNA才是遺傳物質 赫希和蔡斯證實DNA是遺傳物質

  7. 核酸的構造如何？ DNA的基本構造 RNA的基本組成 分子生物學的中心法則

  8. DNA的基本單位是核　酸 • (1)4種核　酸： • 　去氧核糖 • 　磷酸 • 4種含氮鹼基：A、T、C、G • (2)多核　酸鏈： • 　前一核　酸去氧核糖的第3個C • 　下一核　酸的磷酸根 二者相連 DNA的基本構造

  9. DNA的構造與組成

  10. 華生和克立克的雙螺旋結構 • (1)兩股多核　酸鏈反向平行再形成螺旋結構 • (2)骨架：糖－磷酸的共價鍵 • (3)橫梯：互補鹼基對的氫鍵 • (4)察加夫法則： • DNA中的A/T=1，C/G =1 • 　適用於每一物種 A = T C  G DNA的基本構造

  11. DNA的構造與組成

  12. RNA的基本構造單位是核　酸 • (1)4種核　酸 • 　核糖 • 　磷酸 • 4種含氮鹼基：A、U、C、G • RNA為單股多核　酸鏈 RNA的基本組成

  13. RNA有三種： • (1)核糖體RNA（rRNA）： • 　構成核糖體　含量最多 • (2)傳訊RNA（mRNA）： • 　分子量最大 • 　自DNA轉錄遺傳訊息 • 　三個鹼基成為一組密碼子 • 　可有64組密碼子 • (3)移運RNA（tRNA）： • 　分子量最小　攜帶胺基酸　補密碼 RNA的基本組成

  14. 分子生物學的中心法則 • 什麼是分子生物學的中心法則？ • (1)指DNA能自我複製，並經轉錄 和轉譯作用形成蛋白質 • (2)即DNA表現出遺傳性狀的過程

  15. 分子生物學的中心法則

  16. DNA如何複製？ 真核細胞如何複製DNA？ 原核細胞如何複製DNA？

  17. DNA複製過程： • (1)螺旋　分開DNA雙股 • (2)以兩股為鑄模 • (3)DNA聚合　聚合新股 • 　原料：dATP，dGTP，dTTP，dCTP • 　依鹼基配對原則 • 　新股依53 的方向增長 • 接合　連接岡崎片段 • (4)多處同時進行雙向複製 真核細胞如何複製DNA？

  18. 資料來源：Campbell, N. A. 1996. Biology. The Benjamin/Cumming Publishing Company, Inc., p.299 DNA的複製

  19. DNA的複製方式：半保留方式 • (1)新DNA分子中 • A.一股為舊有的核　酸鏈 • B.一股為新合成的核　酸鏈 • (2)1958，麥金生和史塔爾的實驗證明 真核細胞如何複製DNA？

  20. 第0代 第1代 第2代 第3代 真核細胞如何複製DNA

  21. 原核細胞如何複製DNA？ • 過程與真核細胞大致相同 • 相異處： • (1)原核生物：一個 起點，一個終點 • (2)真核生物：多個 起點，多個終點

  22. 轉錄的定義： • 以DNA的一股為鑄模合成RNA • 過程： • (1)RNA 聚合　與DNA結合，打開DNA的雙股 • (2)DNA雙股中，僅有一股被轉錄，這一股叫 做sense DNA • (3)以ATP、UTP、CTP、GTP為材料 • 依AU，T A，C G，G C 配對 轉錄作用如何進行？

  23. 轉錄作用

  24. 轉錄作用如何進行？ • 真核生物轉錄出來的RNA需經修飾方能產生作用 • (1)5加G • (2) 3加A • (3)切去中斷子 （內含子）

  25. 基因是什麼？ • (1)基因是一段DNA • (2)基因是控制生物性狀的遺傳單位 • (3)不同的生物，所具有的基因數不同 • 　人類的基因數約3～4萬個 • 　人類每個基因平均含數萬個鹼基對 • 　每一鹼基對的平均分子量約660 基因與DNA的關係如何？

  26. 基因組是什麼？ • (1)定義：指細胞遺傳物質總量（單套 染色體的基因總量） • (2)通常以鹼基對數目表示基因組的量 • 　人類基因組：3×109鹼基對 • 大腸桿菌基因組：4.7×106鹼基對 基因與DNA的關係如何？

  27. 基因與DNA的關係如何？ • 人類基因組計畫（HGP）： • (1)1990年開始，美國和英國主導，有18個國家 參加，包括臺灣 • (2)預訂於西元2003年完成 • (3)西元2000年6月，完成「人體基因組圖草圖」 • (4)我國參與HGP，以榮陽團隊（榮民總醫院、 陽明大學）的成果最顯赫。其完成第四對染 色體上q22–q24片段的一千萬個鹼基定序，該 片段共有218個基因

  28. 人體基因組的組成： • (1)組成： • (2)編碼DNA： • 　實際含有遺傳密碼以合成蛋白質的基因 • 　占DNA的3% 基因與DNA的關係如何？

  29. 基因與蛋白質合成的關係如何？ 基因－酵素假說 密碼子與胺基酸 蛋白質的合成與修飾

  30. 畢德－泰頓的實驗： • (1)材料：紅麵包黴 • 　突變型I－需添加鳥胺酸 • 　突變型II－需添加瓜胺酸 • 　突變型III－需添加精胺酸 • (2)最低限度培養基： • 　正常野生種能生長的培養基 • 　突變種無法生長於此培養基 基因－酵素假說

  31. 畢德和泰頓的－基因－酵素的實驗

  32. 基因－酵素假說 • 推論： • 一個「基因」的突變，造成一個「酵素」的缺陷「一個基因控制一個酵素」

  33. mRNA有64組密碼子 • (1)UAA，UAG和UGA為終止密碼子，不 決 定任何胺基酸 • (2)有61組密碼子可決定胺基酸 • 同義碼：決定同一胺基酸的數個密碼子 • 　例如：AAG和AAA皆決定離胺酸 • (3)AUG為起始密碼子，並決定甲硫胺酸 密碼子與胺基酸

  34. 基因藉密碼子決定多　鏈中胺基酸的種類和序列基因藉密碼子決定多　鏈中胺基酸的種類和序列 • DNAmRNA　　 胺基酸的種類和順序　　 不同的蛋白質 決定 決定 決定 密碼子與胺基酸

  35. 蛋白質合成的要件： • (1)mRNA：　　　 • 單順反子mRNA：只用於合 　成一個蛋白質分子 • 多順反子mRNA：可用於合 　成多個蛋白質分子 蛋白質的合成與修飾

  36. 多順反子mRNA

  37. (2)核糖體： • 　成分為蛋白質＋rRNA • 　兩次單元組合後才能進行蛋白質 　合成 • 　供 mRNA附著 • 　一條mRNA可附著一串核糖體 　多核糖體 • 　蛋白質合成完後，兩次單元分離 蛋白質的合成與修飾

  38. 核糖體

  39. (3)移運RNA（tRNA）： 　負責攜帶胺基酸（3） 　其上有補密碼決定攜帶的胺基酸種類 　一種tRNA攜帶一種胺基酸 　一種胺基酸可由數種tRNA攜帶 蛋白質的合成與修飾

  40. tRNA 分子的構造

  41. 蛋白質合成過程（轉譯作用）： • (1)m RNA 附著在核糖體 • (2)t RNA攜來第一個胺基酸（甲硫胺酸） • (3)m RNA沿核糖體移動 • (4)t RNA攜來下一個胺基酸進入A位 • (5)P位和A位胺基酸形成　鍵 • (6)P位的t RNA離開 • (7)直到終止密碼出現 蛋白質的合成與修飾

  42. 蛋白質的合成與修飾

  43. 蛋白質的修飾： • (1)新合成的蛋白質須經修飾 才有生理功能 • (2)修飾的方法 • 　切除無效的多　鏈 • 　與金屬元素結合 蛋白質的合成與修飾

  44. (3)切除多　鏈的例子： 水解 鏈 （21個胺基酸） 鏈 （30個胺基酸） 新合成的胰島素（86個胺基酸） 具活性的胰島素 雙硫鍵 蛋白質的合成與修飾

  45. 蛋白質的合成與修飾

  46. (4)與金屬元素結合的例子： 　需要金屬元素作為輔助因子 A.碳酸酐　：鋅 B.尿素　：鎳 C.細胞氧化　：銅 　需要金屬元素作為成分 A.甲狀腺素：碘 B.血紅素：鐵 蛋白質的合成與修飾

  47. 基因的表現怎樣被調節？ 什麼是基因表現的調節？ 原核生物的基因表現調節 真核生物的基因表現調節

  48. 什麼是基因表現的調節？ • 多細胞生物的細胞皆源自同一細胞 • (1)含有相同的染色體數 • (2)含有相同的遺傳物質（基因） • 細胞的分化： • (1)成熟後，細胞的構造、機能不同 • (2)不同的細胞，表現的基因不同 • (3)哪些基因表現？哪些不表現？ • 　此乃基因的調節

  49. 基因操縱組模式： • (1)1961，傑柯（F.Jacob）和蒙羅（J. Monod） 提出 • (2)大腸桿菌的乳糖操縱組 • 包括： • A.調節基因：表現抑制蛋白 • B.啟動子：RNA聚合　結合處 • C.操縱子：抑制蛋白結合處 • D.構造基因：表現三種與乳糖消化有關 　　的酵素 • 運作方式 原核生物的基因表現調節

  50. (3)色胺酸操縱組的運作方式： 　無色胺酸時，抑制蛋白無活性，構 　造基因表現合成色胺酸 A.色胺酸過多時，抑制蛋白有活性， 構造基因不表現 B.此為回饋抑制作用 　色胺酸操縱組是一種抑制性操縱組 原核生物的基因表現調節

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