分子遺傳學第一章-遺傳物質(zhì)課件

分子遺傳學分子遺傳學1第一章遺傳物質(zhì)

1953年，由WatsonCrick闡明的DNA結(jié)構(gòu)是遺傳學歷史上最重大的發(fā)現(xiàn)之一。當時對基因和DNA的認識有以下幾點：（1）基因：是由孟德爾提出的遺傳因子。它與特定的性狀相連系，但其物質(zhì)基礎(chǔ)不清。（2）“一個基因一種酶”的學說推測基因控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。（3）基因位于染色體上。染色體由DNA和蛋白組成（4）早先由Griffith后由Avery指出DNA是遺傳物質(zhì)第一章遺傳物質(zhì)1953年，由WatsonCri2第一節(jié)DNA是遺傳物質(zhì)

有3個重要的實驗證明遺傳物質(zhì)是DNA：

1．細菌轉(zhuǎn)化實驗2．T2噬菌體的感染實驗3．病毒重建實驗第一節(jié)DNA是遺傳物質(zhì)

有3個重要的實驗3Griffith,s細菌轉(zhuǎn)化實驗Greffith’stransformationexperiment

Griffith,s細菌轉(zhuǎn)化實驗4實驗提示：加熱殺死的S型有毒品系中一定有一種因子能使無毒的R品系轉(zhuǎn)化為有毒的S品系（transformation）。16年實驗證明，R轉(zhuǎn)化為S的物質(zhì)是DNA?！?944年，美國學者Avery等證明將R無毒品系轉(zhuǎn)化為有毒S品系的物質(zhì)是DNA。（S）

加熱殺死

多糖脂類RNA蛋白質(zhì)DNA↓↓↓↓↓

R型細菌↓↓↓↓↓

SRRRRR實驗提示：加熱殺死的S型有毒品系中一定有一種因子能使無毒的R5美國學者Avery等證明轉(zhuǎn)化因子是DNA。SummaryofAvery,sexperimentwhichdemonstratedthatDNAisthetransformingprinciple.美國學者Avery等證明轉(zhuǎn)化因子是DNA。Summaryo6

結(jié)論

在S型細胞的各種組分中，只有DNA能引起R型細胞的轉(zhuǎn)化，DNA是S型細胞多糖莢膜和病源特征的決定因子，只要給R型細胞提供S型細菌的DNA，就等于是提供了S基因。意義：第一次證明基因是由DNA組成的，DNA是遺傳物質(zhì)。轉(zhuǎn)化已成為基因工程的重要手段

7二、TheHershey-Chase實驗T2噬菌體的生活周期LifecycleofaT-evenbacteriophage

二、TheHershey-Chase實驗8TheHershey-Chase實驗要回答的問題

噬菌體的感染過程涉及病毒復制的特異信息轉(zhuǎn)入到細菌中去的過程。要問轉(zhuǎn)入細菌中去的信息物是DNA還是蛋白質(zhì)？1952年，用T2噬菌體標記的感染實驗說明轉(zhuǎn)入細菌中去的信息物是DNA。TheHershey-Chase實驗要回答的問題

噬菌體的9TheHershey-Chase實驗的關(guān)鍵點：1.蛋白質(zhì)中沒有磷，磷是DNA中的主要成分，在T2的DNA中占99%2.硫存在于蛋白質(zhì)中,在DNA中從未發(fā)現(xiàn)有硫.3.用32P和35S分別標記兩個噬菌體的培養(yǎng)物中的DNA和蛋白質(zhì).TheHershey-Chase實驗的關(guān)鍵點：10TheHershey-Chase實驗DemonstratingthatDNA,andnotprotein,isresponsiblefordirectingthereproductionofphageT2duringtheinfectionofE.coli.

TheHershey-Chase實驗11

TheHershey-Chase實驗的結(jié)論只有噬菌體DNA進入細菌，蛋白質(zhì)外殼從不進入細胞。噬菌體蛋白只是結(jié)構(gòu)上的包裝物。當DNA進入細菌后蛋白質(zhì)外殼就留在了外邊。意義：說明DNA是遺傳物質(zhì)。TheHershey-Chase實驗的結(jié)論12

三、病毒重建實驗

有些病毒沒有DNA而只有RNA，它們的遺傳物質(zhì)是什么？1956年，F(xiàn)raenkel-Conrat和Singer用TMV和HRV建成雜合病毒作感染實驗回答了這一問題。

三、病毒重建實驗

有些病毒沒有DNA而只有RNA，它們的遺13HRV外殼蛋白RNA雜合病毒能感染出現(xiàn)HRV病灶病毒失活不能感染TMV抗體TMV

分離出病毒病毒重建實驗結(jié)論：復制和繁殖新的病毒顆粒所需的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)HRV抗體子代病毒能被HRV抗體失活，說明子代病毒不但具有HRV的RNA，而且具有HRV的蛋白

HRV外殼蛋白RNA雜合病毒能感染出現(xiàn)HRV病灶病毒失活不能14總結(jié)以上三個實驗說明，DNA是遺傳物質(zhì)，在不具有DNA而只有RNA的生物中，RNA是遺傳物質(zhì)。

總結(jié)15第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)

DNA由四種基本的分子脫氧核苷酸組成。每種核苷酸由磷酸、脫氧核糖和四種堿基之一組成。四種堿基的名稱：腺嘌呤（Adenine，A）、鳥嘌呤（Guanine，G）、胞嘧啶（Cytosine，C）、胸腺嘧啶（Thymine，T）。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)

DNA由四種基本的分子脫氧核苷酸組成16四種核苷酸的名稱是：脫氧腺苷酸dAMP或A；脫氧鳥苷酸dGMP或G；脫氧胞苷酸dCMP或C；脫氧胸苷酸dTMP或T.四種核苷酸的名稱是：17DNA和RNA中的堿基和糖的結(jié)構(gòu)DNA和RNA中的堿基和糖的結(jié)構(gòu)18分子遺傳學第一章-遺傳物質(zhì)ppt課件19WatsonCrick根據(jù)兩個線索：（1）DNA結(jié)構(gòu)的X光衍射資料，表明DNA由兩條互相平行的鏈組成，兩條鏈呈螺旋狀；（2）Chargaff關(guān)于不同生物DNA組成成份的規(guī)律：

A+G=T+CPu=PyA=TG=CA+T并不一定等于G+CWatsonCrick根據(jù)兩個線索：20

雙螺旋（Thedoudlehelix）要點1．雙螺旋的每一條鏈是一條核苷酸長鏈。每個核苷酸之間由磷酸二酯鍵相連接（phosphodiesterbands）。兩條鏈之間由氫鍵相連。配對原則是：A－T，G－C。2．兩條鏈的走向方向相反，它們是反向平行的（Antiparallel）一條是5’→3’，另一條是3’→5’。3．由于G－C對有三個氫鍵，A－T對只有兩個氫鍵，因此富含G－C對的DNA比富含A－T對的DNA更加穩(wěn)定。雙螺旋（Thedoudlehelix）要點21

每個核苷酸之間由磷酸二酯鍵相連接。

LinkageoftwonucleotidesbytheformationofaC-3,—C-5’(3'-5’)phosphodiesterbond,producingadinucleotide.Shorthandnotationforapolynucleotidechain.每個核苷酸之間由磷酸二酯鍵相連接。22WasterCrickDNA雙螺旋模型WasterCrickDNA雙螺旋模型23雙螺旋的幾種形式目前已知有三種不同形式DNA：1．B—form：即Watson-Crick模型，在正常的細胞生活狀態(tài)時存在，右手螺旋、堿基的平面對DNA的中軸是垂直的，DNA分子每轉(zhuǎn)一圈是10.4bp。2．A—form：在高鹽或脫水狀態(tài)時存在，右手螺旋，堿基對傾斜并偏離雙螺旋中軸，轉(zhuǎn)一圈11bp。3．Z—form：在合成制備的DNA晶體中發(fā)現(xiàn)的新構(gòu)型，“Z”字骨架，左手螺旋，每轉(zhuǎn)一圈12bp。雙螺旋的幾種形式24雙螺旋的幾種形式目前已知有三種不同形式DNA雙螺旋的幾種形式25

DNA結(jié)構(gòu)的含義：1．該結(jié)構(gòu)預示了DNA復制的一種明顯方式2．預示了DNA分子中的核苷酸對的順序可能決定著蛋白質(zhì)中氨基酸的順序，即可能存有某種類型的遺傳密碼。DNA結(jié)構(gòu)的含義：26第三節(jié)DNA的復制

由Watson-Crick模型預言的DNA復制是半保留式的。半保留復制（semiconservativeReplication）：每個子代DNA分子含有一條舊鏈和一條新鏈。第三節(jié)DNA的復制27半保留復制SemiconservativeReplication每個子代DNA分子含有一條舊鏈和一條新鏈。GeneralizedmodelofsemiconservativereplicationofDNA半保留復制28DNA的復制□DNA是遺傳物質(zhì)，作為遺傳物質(zhì)的首要條件是必須能自我復制?！鮓atson和Crick闡明的DNA模型預示了DNA具有復制的能力，通過氫鍵配對的方式復制新鏈。□曾設(shè)想有三種復制方式：（1）半保留式；（2）保留式；（3）分散式。(1)+(2)+(3)+DNA的復制□DNA是遺傳物質(zhì)，作為遺傳物質(zhì)的首要條件是必29曾設(shè)想有三種復制方式：保留式，半保留式，分散式曾設(shè)想有三種復制方式：保留式，半保留式，分散式30二、Meselson-stahl實驗1958年，Meselson等證明DNA的復制是半保留式的。1．氯化銫超離心技術(shù)的原理DNA在CsCl溶液中經(jīng)超速離心后，最終停留在某一位置上，這時離心力的大小正好等于DNA分子在CsCl梯度中的浮力。DNA的浮力是由其密度決定的。根據(jù)離心后DNA在梯度中達到的平衡位置的不同可以將不同密度的DNA分子分開，例如：15NDNA和14NDNA。二、Meselson-stahl實驗312．將E.coli培養(yǎng)在含有“重”同位素15N的培養(yǎng)基中，經(jīng)多個世代后，細胞中DNA就標記上“重”同位素。然后將細胞轉(zhuǎn)到14N培養(yǎng)基中，經(jīng)過一個或兩個細胞分裂周期后，分離DNA，再進行CsCl離心。3.結(jié)果：經(jīng)一個世代后，DNA形成了一條中間密度帶。其位于“重”帶和“輕”帶之間。經(jīng)兩個世代培養(yǎng)后，DNA形成兩條帶，一條中間帶，一條輕帶。更直接的證據(jù)是將在14N中生長一代的細胞DNA（15N14N）變性后離心，可以得到一條重帶和一條輕帶。說明第一代雜種分子是半保留復制的產(chǎn)物。雙鏈中一條是親代15N，另一條是新合成14N，DNA為15N14N。2．將E.coli培養(yǎng)在含有“重”同位素15N的培養(yǎng)基中，經(jīng)32Meselson-stahl實驗TheMeselson-Stahlexperiment

Meselson-stahl實驗33Meselson-stahl實驗結(jié)果的解釋Meselson-stahl實驗結(jié)果的解34三、真核生物染色體的復制1958年，Taylor用蠶豆根尖細胞染色體作實驗，表明在染色體水平上，DNA復制也是半保留式的。三、真核生物染色體的復制35四、復制叉TheReplicationForkWatson-Crick模型預言，在復制過程中DNA分子會形成一個分叉。1963年，Cairns用實驗證實了復制叉的存在。四、復制叉36起始點3,3,3,3,復制叉生長生長五、復制的起始大腸桿菌染色體DNA復制從一固定點起始，然后按兩個方向進行，即隨復制叉向兩端移動作雙向復制。起始點起始點3,3,3,3,復制叉生長生長五、復制的起始起始點37高等生物細胞的DNA復制有多個起始點，即具有多個同時復制的區(qū)域。放射自顯影顯示的真核DNA復制模型，在一條雙鏈DNA上有多個復制起點放射自顯影解釋高等生物細胞的DNA復制有多個起始點，即具有多個同時復制的區(qū)38

復制子（replicon）具有一個復制起始點和兩個終止點的具有獨立復制功能的DNA片段。大腸桿菌、質(zhì)粒、噬菌體的DNA都是獨立復制的，這樣獨立的復制單位稱為復制子。

高等生物的染色體是多復制子Multi—replicon復制子（replicon）39HumanDNAfromHelacellillustratingthereplicationbubblethatcharacterizesDNAreplicationwithinasinglerepliconHumanDNAfromHelacellillus40

真核生物細胞的DNA復制有多個起始點，即具有多個同時復制的區(qū)域。真核生物細胞的DNA復制有多個起始點，41六、DNA復制中的酶和蛋白質(zhì)50年代末，Kornberg首次分離到DNA聚合酶，能催化復制反應：

dATPDNA聚合酶親代DNA+引物+dGTP———————————子代DNAdCTPdTTP六、DNA復制中的酶和蛋白質(zhì)42ThechemicalreactioncatalyzedbyDNApolymeraseIThechemicalreactioncatalyze4311-8Demonstrationof5,-to-3,synthesisofDNA11-8Demonstrationof5,-to-3,441．雙螺旋的轉(zhuǎn)動和解鏈DNA拓樸異構(gòu)酶：催化DNA拓樸異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化。如DNA促旋酶（DNAgyrase）能使松馳形DNA形成超螺旋DNA（SupercoilingDNA）。也能使正超螺旋DNA轉(zhuǎn)變?yōu)樨摮菪鼶NA，后者有利于雙螺旋的解開。解螺旋酶（helicase）：“rep”蛋白起解螺旋作用。單鏈結(jié)合蛋白（Single-strandedDNA-bindingprotein，SSB）：游離單鏈易降解，單鏈結(jié)合蛋白起保護作用。1．雙螺旋的轉(zhuǎn)動和解鏈452．所有的DNA聚合酶只能以5’→3’方向合成新鏈,當一條鏈由DNA聚合酶III連續(xù)地合成時，另一條鏈是以片段方式合成的。然后由DNA聚合酶I填補空缺。再由DNA連接酶（Ligase）連接。這就是不連續(xù)復制學說。岡崎在細胞中證實了這種方式，這樣的DNA短鏈稱為岡崎片段。2．所有的DNA聚合酶只能以5’→3’方向合成新鏈,當一條4611-11BecausethetwostrandofDNArunantiparalleltooneanotherandDNApolymeraseIIIsynthesizesonlyinonedirection.Onthelaggingstrand,synthessismustbediscontinuous,resultingtheproductionofOkazakifragment.Ontheleadingstrand,synthesisiscontinuous.RNAprimersinitiatesynthesisonbothstrands11-11Becausethetwostrandof473．DNA聚合酶I和III具有3’→5’外切酶活性，具有切割和修補功能。4．DNA合成必須有一個短的雙鏈區(qū)作為引物（primer）。聚合酶不可能在一條單鏈模板上起動合成一條新鏈。因此需要有引物合成酶（primase）與dnaB蛋白一起作用合成一個RNA引物，保證DNA聚合酶III在引物的3’端起動DNA合成。3．DNA聚合酶I和III具有3’→5’外切酶活性，具有切割4811-13SummaryofDNAsynthesisatasinglereplicationfork.11-13SummaryofDNAsynthesis49TheendsofeukaryoticchromosomesarereplicatedbyatelomeraseTheendsofeukaryoticchromos50

Theendsofeukaryoticchromosomesarereplicatedbyatelomerase

端粒末端復制的困難?telomericDNAsequenceshavebeenhighlyconservedthroughoutevolution,reflictingthecriticalfunctionoftelomeres.?DNApolymerasecannotreplicatetheterminalDNAsegmentofthelaggingstrandofalinearchromosome.therewouldbenoDNAstrandtoprovideafree3,-OHforDNAextenssionaftertheRNAprimeroftheterminalOkazakifragmenthasbeenexcised.Theendsofeukaryoticchromo51線型染色體DNA末端復制的困難，后隨鏈復制后會留下一個空缺。線型染色體DNA末端復制的困難，后隨鏈復制后會留下一個空缺。52端粒酶的作用對熱.蛋白酶K和RNA酶都敏感?Theuniquefeatureoftelomereraseisthatitcontainsabuilt-inRNAstrandtemplate,afterseveraltelomererepeatunitsareaddedbytelomerase,DNApolymerasecatalyzesthesynthesisthecomplementarystrand.?Withouttelomeraseactivity,linearchromosomeswouldbecomeprogressivelyshorter.iftheresultingterminaldeletionsextendedintoanessentialgeneorgenes,thischromosomeshorteningwouldbelethal.端粒酶的作用53TelomeraseresolvestheterminalprimerproblemTelomeraseresolvesthetermin54端粒酶和細胞衰老?telomereshorteninghasbeenlinkedtoamolecularmechanisminvolvedintheagingprocessofcells.?inmosteukaryoticsomaticcells,telomeraseisnotactive,andthuswitheachcelldivision,thetelomeresofeachchromosomeshorten.afterman