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第七章 遗传的分子基础

第七章 遗传的分子基础. DNA RNA PROTEIN 表型 代谢问题 中心法则 生长、分化 个体发育 表型变异. 一、 DNA 是遗传物质.

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第七章 遗传的分子基础

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Presentation Transcript

  1. 第七章 遗传的分子基础 DNA RNA PROTEIN 表型 代谢问题 中心法则 生长、分化 个体发育 表型变异

  2. 一、DNA是遗传物质 1944年，美国细菌学家 Osalwad Theodore Avery 发现基因是由脱氧核糖核酸即DNA 组成。这一发现应属于诺贝尔奖级的科学成果。

  3. 核酸的发现 1868年，瑞士科学家F.Miescher在外科手术绷带上的脓血细胞中分离出一种含磷有机化合物，其具有很强的酸性。由于是从细胞核中分离出来，故称之为核素（nuclein）。 今日，科学家们称之为脱氧核糖核酸。

  4. 一、DNA是遗传物质 （一）染色体的化学组成 DNA （1） 染色体 PROTEIN(1.5~2.5) 组蛋白(1) RNA(0.05) 非组蛋白 (0.5~1.5)

  5. 染色体的结构

  6. （二）DNA是遗传物质的间接证据 连续性、稳定性、自主性物质： • 同种生物不同个体间的稳定性； • 同一个体不同组织的细胞间的稳定性； • 同一个体不同发育年龄的稳定性； • 仅在能自体复制的细胞器上找到。

  7. （三）DNA是遗传物质的直接证据 • 肺炎双球菌感染实验 • 噬菌体感染实验

  8. 肺炎双球菌转化试验： 1928年, Griffith

  9. 噬菌体感染图象

  10. RNA是遗传物质

  11. 二、核酸的化学性质

  12. DNA 结构示意图 腺嘌呤 A 胞嘧啶 C 鸟嘌呤 G 胸腺嘧啶 T 碱基 5 ’ 端磷酸 磷酸 碱基 核糖 脱氧核糖核苷酸组成 多聚核苷酸链，两条链 互相盘绕形成双螺旋 碱基 3.4nm 碱基 碱基对 2nm 3 ’ 端羟基 氢键 核糖-磷酸骨架 遗传信息载体： 脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋分子；长度单位：碱基对 (bp)，千碱基对 (Kb)，百万碱基对 (Mb)

  13. DNA的一级结构 DNA的二维结构

  14. 双螺旋结构的发现(1953) 模型建立者: James WATSON:生物学家 Francis CRICK: 化学家 双螺旋模型实验数据的重要贡献者： Rosalind FRANKLIN: King’s Collage London 的MRC生物物理单位物理化学家，首先将磷酸原子定位于DNA 外表面并发现了“B”型DNA Maurice WILKINS: “A”型DNA的发现者

  15. DNA双螺旋模型Watson &Crick (1953) 证据: 1. Chargaff(1905-2002) T+C=A+G; A=T, C=G; A+T≠C+G.

  16. 2. X-ray 照射DNA分子，观察底片上产生的点子，计算分散角度。 Rosalind Elsie Franklin, (1920 - 1958)

  17. DNA的二级结构 • 1、结构要点： • 反向平行; • 碱基配对; • 碱基距离为0.34nm; • 螺距为3.4nm。 34A0 3.4A0 20A0

  18. DNA模型

  19. 1953年 2003年

  20. 三、DNA半保留复制 （一） DNA半保留复制学说

  21. （二）半保留复制的验证

  22. （三）复制过程 • 起始 • 延伸 • 终止

  23. 1. 复制起点、方向和方式 • 复制起点（origin, ori) • 复制终点（terminus） • 复制子(replicon) • 复制单位(replication unit) ori ter

  24. 2. DNA复制的半不连续性

  25. 四、遗传信息的转录 • （一） 转录的基本概念 • 转录（transcription)是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种rNTP（ATP、CTP、GTP、UTP）为原料，合成RNA的过程。 • RNA是DNA将遗传信息传递给蛋白质的中心环节。是遗传信息表达的中心环节。

  26. （二）转录单位 编码链和模板链 • 启启动子和终止子 • 转转录单位 • 上上游（upstream）和下游（downstream） ATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGC TACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG promoter terminator -1 +1 GCAAAT ATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATAGC upstream downstream

  27. 三、转录的机制 • 转录的起始 • 转录的延伸 • 转录的终止 • 转录起点 • 转录因子 • RNA聚合酶

  28. 复制叉的结构

  29. 四、遗传信息的表达和调控 （一）中心法则及其发展 （二） 遗传信息的转录与RNA的加工 （三）遗传密码及其特性 （四）遗传信息的翻译 （五）基因表达调控

  30. （一）中心法则及其发展 • 中心法则(central dogma)阐述生物世代、个体以及从遗传物质到性状的遗传信息流向，即遗传信息在遗传物质复制、性状表现过程中的信息流向。 • 最初由Crick提出，并经过了多次修正。

  31. 中心法则的发展 • 反转录(逆转录)： • 反转录酶； • cDNA。 • RNA的自我复制。 • DNA指导蛋白质合成。

  32. 遗传信息的转录 ATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGC TACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG 转录因子 以一条DNA链为模板合成RNA 尿嘧啶（U）取代了胸腺嘧啶（T）

  33. 五、蛋白质的生物合成 转译 Translation • 定义： 以mRNA为模板，在核糖体上合成蛋白质的过程。 • 参与转译的分子： tRNA 、rRNA、mRNA、蛋白质。

  34. 五、蛋白质的生物合成 ATGCCGGTACGGGCAAATATGCCCATGC TACGGCCATGCCCGT TTATACGGGTACG （一）遗传密码（genetic code） 遗传密码是联系核酸的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的途径。由三个碱基代表一种氨基酸，称为密码子（codon)。 4种碱基可以组合成64种密码子，生物体内只有20种氨基酸，因此，多个密码子代表一个氨基酸。

  35. 遗传学密码最早的提出者： George GAMOW • 俄裔理论物理学家 • “隧道”理论和宇宙大爆炸理论的奠基者之一 • “三联体”密码子的最早建议人 • RNA领带俱乐部的发起人之一和积极参与者

  36. 遗传密码表

  37. （二）密码子与蛋白质氨基酸序列

  38. （三）遗传密码的性质 • 简并性 • 同义密码子； • 8个密码子家族，每个家族有4种密码子； • 普遍性与特殊性 • 起始密码AUG； • 终止密码UAA、UAG、UGA； 3. 无逗号、不重叠 遗传密码表

  39. 反密码子：tRNA上携带的遗传密码是与Mrna上的密码互补的，这个与遗传密码互补的密码被称为反密码子。反密码子：tRNA上携带的遗传密码是与Mrna上的密码互补的，这个与遗传密码互补的密码被称为反密码子。 密码子与反密码子间的正确识别是遗传信息准确传递的保障。

  40. （四）tRNA 的结构和功能

  41. （五）核糖体的结构和功能

  42. 核糖体的活性位点

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