遺傳的分子基礎(chǔ)中講課件

第三章遺傳的分子基礎(chǔ)

一、染色質(zhì)與核酸結(jié)構(gòu)

0.5學時二、DNA復制0.5學時三、RNA轉(zhuǎn)錄與加工0.6學時四、遺傳密碼與翻譯0.3學時五、基因概念與發(fā)展(自學)0.1學時目錄染色質(zhì)水解實驗（一）染色質(zhì)（chromatin）1974年Kornberg等，小球菌核酸，酶消化、剪切、離心、凝膠電泳、電鏡觀察。染色質(zhì)是由100埃的核小體組成絲狀結(jié)構(gòu)，呈DNA單鏈。一、染色質(zhì)與核酸結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)單位——核苷酸(nucleotides)包括：磷酸、糖基及堿基（三）DNA結(jié)構(gòu)腺苷酸(dAMP)鳥苷酸(dGMP)胞苷酸(dCMP)胸苷酸(dTMP)尿苷酸(dUMP)核苷酸種類：5種DNA特有核苷酸RNA特有核苷酸一、染色質(zhì)與核酸結(jié)構(gòu)2.一級結(jié)構(gòu)——多聚核苷酸(polynucleotides)⑴3`→5`方向連接與DNA極性→螺旋⑵氫鍵相連與變性和復性→復制轉(zhuǎn)錄⑶堿基排列與生物多樣性；某基因有1kb能多少種遺傳信息？（三）DNA結(jié)構(gòu)一、染色質(zhì)與核酸結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，即DNA二級結(jié)構(gòu)⑴雙鏈反向平行，產(chǎn)生向心力，維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)⑵氫鍵相鏈產(chǎn)生結(jié)合力，維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。⑶堿基堆積產(chǎn)生堆積力，維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)和折疊狀染色體結(jié)構(gòu)3.雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelix)（三）DNA結(jié)構(gòu)一、染色質(zhì)與核酸結(jié)構(gòu)2.rRNA結(jié)構(gòu)（四）RNA結(jié)構(gòu)一、染色質(zhì)與核酸結(jié)構(gòu)rRNA，120-2900bp,發(fā)夾狀主要功能區(qū)①tRNA識別結(jié)合區(qū)：如5SrRNA就有5`CGAAC序列能識別核糖體②不同rRNA亞基識別區(qū)：能與分子量不同的核糖體結(jié)合。③與基因表達調(diào)控密切相關(guān)CAU就是mRNA起始密碼AUG密碼。tRNA結(jié)合區(qū)與不同亞基識別能識別AUG1、半保留復制(semiconservativereplication)①Meselsen15N標記E.coli3代DNA復制：親代為底峰，一代為中峰，二代中、上峰各半證明了半保留復制。②Taylor蠶豆根尖減數(shù)分裂姊妹染色單體差別染色二、DNA復制2、半不連續(xù)復制(semidiscontinousreplication)DNA5`→3`鏈連續(xù)合成，另一條鏈先合成岡奇用片段，在DNA聚合酶、引物酶、連接酶、拓撲異構(gòu)酶解旋酶等30多種蛋白質(zhì)作用下完成DNA復制。二、DNA復制4、復制起點與引物E.coliDNA出現(xiàn)多個復制叉，說明有多個復制起點，并都有短RNA片段引物引導。二、DNA復制5、D型不對稱不同步復制線粒體DNA(mtDNA)是不對稱、不同步的D環(huán)復制。mtDNA重鏈H先復制，并置換親鏈產(chǎn)生D環(huán)，當D環(huán)置換到輕鏈L起點時(約2/3長度)H反向復制新鏈，H.L同步復制結(jié)束后子代釋放，1/2子代基因組因H鏈繼續(xù)完成新鏈復制。這種不對稱不同步DNA復制稱D環(huán)復制。二、DNA復制染色體端粒有多個Gn(A/T)m重復序列防止核酸酶降解，端粒酶(telomerase)完成端粒。動物多以TTAGGG重復，端粒酶RNA核心序列為AAUCCCAAU，是端粒復制模板，能與TTA配對；每復制1個TTAGGG后，移位復制出下一個。多次循環(huán)后重復序列夠以折回形成t環(huán)，完成端粒DNA復制。6、T型折回成環(huán)復制二、DNA復制2、RNA轉(zhuǎn)錄（一）RNA轉(zhuǎn)錄（transcription)⑴步驟識別→轉(zhuǎn)錄→終止→釋放強、弱終子釋放RNA有3大差別：①有無回文環(huán)結(jié)構(gòu)之別②富含GC與富C貧G之別③不依賴與依賴之別⑵特點①空間性，有意鏈特定區(qū)②時間性，特定時間③同步性，邊開邊錄邊閉三、RNA轉(zhuǎn)錄與加工1、mRNA前體加工（二）RNA加工（processing)三、RNA轉(zhuǎn)錄與加工核內(nèi)不均一前體RNA(heterogeneosnucleusRNA)，即初轉(zhuǎn)錄出來的RNA前體。它在基因長度和性質(zhì)上差異很大、很不均勻。需要剪切加工才有活性。小鼠淀粉酶基因hnRNA有7993bp，該基因成熟mRNA僅1663bp，相差6330bp。2、tRNA加工（二）RNA加工（processing)前體tRNA為多個tRNA串聯(lián)體，需剪切加工。單個tRNA沒有CCA氨基酸臂，需添加加工。氨基酸臂添加加工三、RNA轉(zhuǎn)錄與加工四、遺傳密碼與翻譯2、反三聯(lián)密碼擺動學說（一）三聯(lián)體密碼(tripletcode)⑴擺動(wobble)學說1個反密碼子能識別2個以上密碼子的現(xiàn)象。擺動條件：前2個bp嚴格配對、且第2個bp為嘧啶時第3位才擺動

。反密碼子識別密碼子數(shù)目多少主受第1個bp性質(zhì)決定。①第1個bp是A、第2個bp為嘌呤時識別1個密碼子；②第1個bp是C/U/G時識別2個密碼子；③第1個bp是I(次黃嘌呤)時識別3個密碼子。即mRNA密碼子：5`—123—3`第3位bp:UCUGUAGACU

tRNA反密碼子：3`—321—5`第1位bp：AGCUI四、遺傳密碼與翻譯3、tRNA種類（一）三聯(lián)體密碼(tripletcode)⑵tRNA種類氨基酸結(jié)合到tRNA上后，靠tRNA完成三聯(lián)密碼識別。據(jù)此，tRNA可以劃分成三類。①起始與延伸tRNA：2類，fMet-tRNA是起始tRNA，其他稱延伸tRNA。②同工tRNA：21類，簡并密碼子的tRNA。因同工tRNA有不同反密碼子，其二、三結(jié)構(gòu)能識別氨基酸不同的同義密碼子。③校正tRNA：抑制突變基因表達的tRNA。無義突變3類，錯義多類無義突變使氨基酸密碼子突變成UAA諸石型、UAG虎珀型、UGA乳白型終止密碼子，但tRNA反密碼子發(fā)生相對應(yīng)抑制突變，就能恢復原氨基酸翻譯。錯義突變也能通過校正tRNA恢復原氨基酸翻譯。四、遺傳密碼與翻譯4、密碼子例外屬性（一）三聯(lián)體密碼(tripletcode)偏離密碼子線粒體AGA/AGG是終止密碼，與核基因精氨酸密碼發(fā)生偏離。目前已知22類tRNA，搖擺說認為,1個tRNA能識別1個密碼子家族時僅需23類tRNA,線粒體AGA/AGG減少1種tRNA后正好數(shù)目吻合。偏離啟發(fā)。偏愛密碼子

簡并密碼子在特定生物中有明顯使用偏愛。如Ecoli蘇氨酸密碼AUC.ACCACA使用率分別為36/65.26/65.3/65，有偏愛密碼子。稀有密碼子硒代半光氨酸是UGA終止密碼編碼，是硒代-絲氨酸-tRNA識別，合成絲氨酸后修飾而成。(一)、擬等位基因（pseudoallele）1、擬等位基因提出①杏紅×白眼F1杏紅，Wb對W是顯性，是等位基因。②F2紅眼0.1%，說明Wb與W之間發(fā)生了基因交換。能交換就是非等位基因。③Wb與W不是等位也不是非等位基因，命名為擬等位基因。Wb+

Wb+杏紅+W

Wb+杏紅WbW

Wb+杏紅++

Wb+紅眼99.9%0.1%Wb+

Wb+杏紅

+WY白眼Wb+

+W杏紅

Wb

+Y杏紅五基因的概念與發(fā)展(一)、擬等位基因（pseudoallele）2、擬等位基因與順反子(cistron)將F2紅眼繪制成圖1，得wb與w順排，呈紅眼；將F2杏紅眼繪成圖2，得wb與w反排，呈為杏紅眼。即基因內(nèi)不同位點間順反排列差異導致了基因功能差異。順反排列差異能產(chǎn)生基因功能差異的基因稱擬等位基因。順反排列差異能產(chǎn)生功能差異的區(qū)間，稱為順反子(cistron)

++

WbW紅眼trans+W

Wb+杏紅cis五基因的概念與發(fā)展3.重組子(recon)五基因的概念與發(fā)展能發(fā)生交換重組的基因片段稱重組子。如rⅡ區(qū)A順反子內(nèi)有1000多個小基因，各小基因間均能發(fā)生交換重組，則有1000多個重組子。說明基因不是交換的最小單位，重組子才是。(二)順反子、重組子和突變子4、突變子(muton)能產(chǎn)生非野生型突變的區(qū)間稱突變子。如：rⅡ區(qū)A基因內(nèi)有1000多個突變體，即有1000多個基因突變位點發(fā)生了突變，為1000多個突變子。說明基因不是突變的最小單位，突變子才是。五基因的概念與發(fā)展(二)順反子、重組子和突變子（三）斷裂基因與重疊基因（splitandoverlappinggene）1、斷裂基因結(jié)構(gòu)基因內(nèi)的間隔序列。Chambon(法),1977年,首次發(fā)現(xiàn)猴病毒SV40DNA間隔序列，打破了結(jié)構(gòu)基因為連續(xù)DNA片段的觀念，是真核生物普遍現(xiàn)象。如兔血清蛋白β4與β3間斷裂。五基因的概念與發(fā)展2、重疊基因（overlappinggene）（四）斷裂基因與重疊基因多個基因共用同一段DNA序列phageфX174核苷酸：5258個gene：9個氨基酸：2000個欠614個核苷酸是B被包含在A基因內(nèi)，E被包含在D基因內(nèi)，基因重疊。Sanger發(fā)現(xiàn)了重疊基因(1978)五基因的概念與發(fā)展（五）基因的現(xiàn)代概念五基因的概念與發(fā)展合成有功能的多肽或RNA分子所必需且完整的DNA序列。包括啟動子、RNA編碼區(qū)(含內(nèi)含子和外顯子)和終止子。1.Mendel：顆粒因子互不粘染，彼此獨立；2.Morgan：基因直線排列在染色體上；3.Beadle：基因通過蛋白質(zhì)控制性狀表達；4.Benzer：順反子、交換子、突變子分別是功能、交換、突變的最小單位。5.Waston、Crick：DNA上特定堿基序列；6.Jacob：基因是1個操縱調(diào)控表達系統(tǒng)；7.Chambon：基因內(nèi)有內(nèi)含子，斷裂基因；8.Meclintodk：能轉(zhuǎn)座的基因稱轉(zhuǎn)座基因；9.Berg：基因組間DNA重組子能在受體中表達；10.genome：基因組編碼與非編碼區(qū)有內(nèi)在聯(lián)系。（六）基因概念發(fā)展五基因的概念與發(fā)展第3章作業(yè)及復習題一、作業(yè)：P572.10二、復習題（一）名詞注釋1.Polynucleotides；2.doublehelix3.semiconservativereplication；4.semidiscontinousreplication5.Promotr；6.enhancer7.tripletcode；8.degeneracy9.pseudoallele；10.plementationtest；12.muton13.Recon；14.cistron15.Intron；16.extron（二）填空1、DNA螺旋結(jié)構(gòu)中，雙鏈同軸盤纏的主要是DNA雙鏈極性相反產(chǎn)生了向心力，除此之外還有()力及()力都是維持DNA空間結(jié)構(gòu)的主要動力。2、測得某雙鏈DNA分子中，G的含量為0.24，則該DNA中T的含量為()，C的含量為()。3、用3H-dTMp培養(yǎng)基28℃下培養(yǎng)E.coli，20min后,提取E.coliDNA。發(fā)現(xiàn)該DNA僅一條DNA鏈上有放射性標記。這說明DNA復制是(半保留)方式復制。若在35℃下培養(yǎng)30mm后，提取E.coliDNA。發(fā)現(xiàn)一條DNA長鏈及很多DNA片斷上均有放射性標記，且含量各占1/2左右。該試驗說明DNA復制是(半保留)復制。4、DNA特有的堿基是（腺嘌呤），RNA特有的堿基是（鳥嘌呤）。5、若在106NtRNA的核苷酸的排列是隨機的，而各種堿基的比例是20%A,25%C,25%U和30%G，你預計5’-GUUA-3’序列可出現(xiàn)（）次，5’-UUA-3’序列可出現(xiàn)（）次6、從細菌的噬菌體中分離DNA，DNA中含33%A，26%T，18%G,和23%C，該測定數(shù)據(jù)可以推測此噬菌體DNA的結(jié)構(gòu)是（）結(jié)構(gòu)，而真核生物DNA結(jié)構(gòu)是（）結(jié)構(gòu)7、tRNA的二級結(jié)構(gòu)為三葉草狀，其特點是有22個恒定的堿基、5'端配對、3'-OH永遠是單鏈區(qū)；和其特有的三環(huán)一臂。三個莖環(huán)是（）（）（），一臂是（）。8、Alu家族是人、鼠等所有脊椎動物中廣泛分布的一種基因家族，有14個重復基因，各基因之間的間隔序列稱為（），它與（）基因同源。9、第一代分子遺傳標記技術(shù)就是指（）遺傳標記技術(shù)，它是基于（）酶切割DNA的片段長度不同，通過克隆探針檢測不同長度DNA片段多態(tài)性差異的遺傳標記計算。10、生物性細胞內(nèi)基因組C值大小與生物進化程度不符的現(xiàn)象稱為（），它告訴我們生物基因組內(nèi)必有大量的（）基因。（三）選擇填空1、已知T4噬菌體A區(qū),1、3、5號突體為同一個順反子,2、4號突變體為另一個順反子。則1號突變體與2、3、4、5號突變體的互補測驗結(jié)果應(yīng)為()。a、-+-+b、+--+c、+-+-d、-++-2、3`-TACAAT-DNA鏈，轉(zhuǎn)錄mRNA的結(jié)果為()。5`-ATGTTA-a、UACAAUb、AUGUUAc、-ATGTTA-d、-TACAAT-3、DNA切除修復，當胸腺嘧啶二聚體剪開切口，互補合成填補上二聚體空缺之后，損傷DNA片斷由()酶切掉。a、核酸內(nèi)切酶b、DNA聚合酶c、核酸外切酶E、DNA連接酶4、因基因突變密碼子GAA變?yōu)锳AA。從密碼子功能上分類，該突變?yōu)?)突變。a、同義突變b、錯叉突變c、無義突變d、無突變5、tRNA、rRNA基是()的基因。a、既轉(zhuǎn)錄又翻譯b、不轉(zhuǎn)錄不翻譯c、只轉(zhuǎn)錄不翻譯d、不復制不轉(zhuǎn)錄6、DNA切除修復，當TT剪開切口，合成新互補鏈DNA片斷后，被置換出來的損傷DNA片斷，由（）酶切掉。a.內(nèi)切酶b.聚合酶c.外切酶d.連接酶7、GAA密碼子突變成AAA密碼子，該突變?yōu)椋ǎ┩蛔僡.同義突變b.錯義突變c.無義突變d.點突變8、轉(zhuǎn)錄和復制都是遺傳物質(zhì)合成的過程，但轉(zhuǎn)錄特點與下列特點不吻合的是（）。a、轉(zhuǎn)錄僅一條模板鏈；b、轉(zhuǎn)錄需要引物；c、轉(zhuǎn)錄不需要底物；d、轉(zhuǎn)錄的開鏈區(qū)不擴大，只移動。9、RNApol的主要功能有五個，下面與其功能不吻合的是（）。a、直接識別啟動子；b、使DNA解鏈；c、合成RNA；d、校正DNA序列。10、下列物質(zhì)中不是組成型異染色質(zhì)的是（）。a、著絲粒；b、端粒；c、次縊痕d、巴氏小體11、下列物質(zhì)中不是組兼性異染色質(zhì)的有（）。a、假基因；b、內(nèi)含子；c、結(jié)構(gòu)基因；