分子遗传学1 1纸板

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1、第一章 遗传的物质基础-DNA,第一节 遗传物质的本质 第二节 DNA的结构和性质 第三节 DNA变性和复性 第四节 分子杂交,第一节 遗传物质的本质,1868年，瑞士的内科医生Friedrich Miescher从外科医院包扎伤口的绷带上的脓细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化合物，将其称为核质或核素(nuclein)；后来他又从鲭鱼精子中分离出类似的物质，并指出它是由一种碱性蛋白质与一种酸性物质组成的，此酸性物质即是现在所知的核酸(nucleic acid)。,Friedrich Miescher 米歇尔（1844-1895）,一、 遗传物质的发现,1889年，奥尔特曼(R. Altman

2、n)首次提出了核酸(nucleic acid)的名称。 1885-1901年，Kossel等证实核酸由A、G、C、U四种碱基。 1911-1934年Levene等确定了核酸有两种，一种是脱氧核糖核酸(DNA)，另一种是核糖核酸(RNA)。证实核酸由不同的碱基组成。其最简单的单体结构是碱基-核糖-磷酸构成的核苷酸。,科赛尔（1853-1927）,列文(1869-1940),核酸是遗传物质 遗传物质必须具备哪些特点？ 1) 在体细胞中含量稳定； 2) 在生殖细胞中含量减半； 3) 能携带遗传信息； 4) 能精确地自我复制； 5) 能发生变异；,核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组

3、成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。,遗传物质的主要载体-染色体。 （通过对细胞有丝分裂、减数分裂和受精过程的研究，人们了解到染色体在生物的传宗接代过程中，能够保持一定的稳定性和连续性。因此，人们认为染色体在遗传上起着主要作用。） 2. DNA是主要的遗传物质-除了少数的RNA病毒之外，DNA几乎是所有生物遗传信息的携带者。 (染色体的主要成分是DNA和组蛋白，虽然这两种成分都在基因功能上起着重要的作用，但多数证据证明，基因的主要特性由DNA决定，或者说遗传信息贮存在DNA中)。 3. DNA是遗传物质的证据。 如果DNA确是遗传物质,那么能不能把DNA和蛋白质分开，单独观察DNA的作用呢

4、？这些实验已在微生物中做了,证明遗传物质确是DNA（或RNA）。,证据：,6,Frederick Griffith 格里菲斯(1879-1941),利用肺炎双球菌感染小鼠的一系列生物学实验，发现了一种可以在细菌之间转移的遗传分子 ，即转化因子,格里菲斯实验,1928年Frederick Griffith 转化实验,7,1944年Avery等人通过肺炎球菌转化实验证明DNA是携带遗传信息的分子,Oswald Theodore Avery 埃弗里（1877-1955）,DNA分子中贮存着遗传信息,人们仍不相信DNA是遗传物质,这是由于：,（1）因认为蛋白分子量大，结构复杂，二十种氨基酸的排列组合将

5、是个天文数字，可作为一种遗传信息。而DNA分子量小，只含4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异。 （2）认为转化实验中DNA并未能提得很纯，还附有其它物质。 （3）即使转化因子确实是DNA，但也可能DNA只是对荚膜形成起着直接的化学效应，而不是充当遗传信息的载体。,1952年，Hershey 和 Chase 完成噬菌体感染实验,10,RNA也是遗传物质 1956年吉尔(A.Gierer)和施拉姆(G.Schraman)发现烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）的遗传物质是RNA 1957年美国的弗伦克尔-康拉特(Fraenkel-Conrat)

6、和B.Singre用病毒重建实验证实了这一结论,Heinz Ludwig Fraenkel-Conrat,Alfred Gierer,11,烟草花叶病毒是一种RNA病毒，不含DNA，它有一个圆筒状的蛋白质外壳，由2130个相同的亚基组成，内有一条RNA分子，沿着内壁在蛋白质亚基之间盘旋,1889年，奥尔特曼(R. Altmann)首次提出了核酸(nucleic acid)的名称。 1885-1901年，Kossel等证实核酸由A、G、C、U四种碱基。 1911-1934年Levene等确定了核酸有两种，一种是脱氧核糖核酸(DNA)，另一种是核糖核酸(RNA)。证实核酸由不同的碱基组成。其最简单

7、的单体结构是碱基-核糖-磷酸构成的核苷酸。,科赛尔（1853-1927）,列文(1869-1940),二、 DNA和RNA的化学组成,1929年Levene和London提出四核苷酸假说：“不同DNA的成分都是相同的”。 1948年Alfred Mirsky，Hars RisR.Vendrely，A.Boivin两组学者分别发现不同的生物体细胞中DNA的含量都是其配子中的两倍。 1950英Chargaff对各种生物DNA的碱基组成进行了定律测定，发现DNA的“当量规律”即：嘌呤的总含量和嘧啶的总含量相等；且不同生物DNA碱基组成有明显差异。否定了四核苷酸假说，提示了A-T、G-C 互补的可能性

8、。,14,核酸的分类及分布,存在于细胞核和线粒体内。,存在于胞核、胞液和线粒体。,(deoxyribonucleic acid, DNA),(ribonucleic acid, RNA),携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型(genotype)。,参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。,核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。,15,核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotide),碱基,戊糖,磷酸,核苷酸,核苷,核酸,DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。 RNA的基本组成单位是核糖核苷酸 。,元素组成：C、

9、H、O、N、P P元素的含量较多并且恒定，约占911%。,16,嘌呤,嘧啶,碱基,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,尿嘧啶（U）,DNA、RNA均有,DNA有,RNA有,每种核酸都含有四种碱基 。,（一）碱 基,17,嘧啶,嘌呤,除了上述五类基本的碱基外，核酸中还有一些含量甚少的碱基，称为稀有碱基。稀有碱基种类极多，大多数都是甲基化碱基。tRNA中含有较多的稀有碱基。,18,生物体内游离存在的嘌呤碱基,稀有碱基,五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。,19,20,一些合成的嘌呤和嘧啶具有临床应用价值，它们可以取

10、代某些酶活性部位中的天然嘧啶和嘌呤底物。例如5-氟尿嘧啶和6-巯基嘌呤就常用于治疗某些类型的癌症。5-氟尿嘧啶相应的核苷酸类似于胸苷酸，是一种潜在的胸苷酸合成酶的抑制剂，胸苷酸合成酶是DNA合成所必需的酶。,次黄嘌呤,21,（二）戊 糖,（构成RNA）,核糖(ribose),（构成DNA）,脱氧核糖(deoxyribose),-D-呋喃核糖,-D-2-脱氧呋喃核糖,22,碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（或脱氧核苷）。,（三）核 苷（nucleoside）,RNA 腺苷、鸟苷 尿苷、胞苷 DNA 脱氧腺苷、脱氧鸟苷 脱氧胸苷、脱氧胞苷,23,（四）核苷酸（nucleotide）,

11、核苷酸就是核苷的磷酸酯。是核苷中的戊糖上C5相连的羟基被磷酸分子酯化所形成的。,24,一个核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiester bond) 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚核苷酸，即DNA链或RNA链,（四）核苷酸之间通过3, 5-磷酸二酯键连接,25,交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架(backbone)。,DNA链的方向是53,26,脱氧核糖核酸和核糖核酸的比较,27,DNA的一级结构是指脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。,一、DNA的一级结构

12、,第二节 DNA的结构和性质,28,化学式,PAPCPGPT 或 PA-C-G-T ACGT,多聚核苷酸链具有方向性，若不特别注明，一般规定从5端书写至3端。,线条式,文字式,双链DNA的两条链为反向平行，必须注明各条链的走向。,核酸的表示方式,29,生物的遗传信息贮存于DNA碱基序列中，生物界的多样性即寓于DNA分子中的4种脱氧核苷酸千变万化的精确排列顺序中。 基因的遗传信息的物质基础就是4种碱基的精确排列顺序。 可以通过测定DNA序列来研究DNA所载的信息及其功能。,DNA一级结构的意义：,30,根据碱基配对原则，当一条多核苷酸链的序列被确定后，即可决定另一条互补链的序列。这就表明，遗传信

13、息由碱基的序列所携带。,DNA碱基配对示意图,（一）DNA双螺旋模型的诞生 Watson (4) 温度。 最佳复性温度一般比Tm低25C。 (5) 盐的浓度： 复性时要求盐的浓度达到足够高;,5.在复性反应中如何知道单链已经结合成双链了呢？,可以通过哪些法来检测： (1) 减色效应（hpochromic effcef） 测定光密度，即OD值（optical density），DNA从单链变成双链，OD260减少30% (2) 羟基磷灰石柱层析 羟基磷灰石对双链DNA吸附较牢，不易 吸附单链,第四节 分子杂交,分子杂交（molecular hybridization） 互补的核苷酸序列通过碱基配

14、对形成稳定的杂合双链DNA分子的过程。 应用：可用一已知带标记的DNA或RNA单链与另一被检测的DNA单链形成杂合双链，以测定靶序列是否存在。 共同特点是： (1)都是应用复性动力学原理； (2)都必须有探针（probe）的存在。 探针就是用同位素或非同位素如荧光染料生物素等标记的短片段特异DNA或RNA顺序。,常用的分子杂交方法,一. 原位分子杂交（in situ hybridization） 以探针与组织切片或细胞内待测核酸进行杂交，经显影后在光镜或电镜下观察目的片段的存在与定位。 二. 斑点杂交（dot blotting） 三. 萨瑟杂交（ Southern blot） 1975年Southern首先建立从琼脂糖凝胶电泳中分离的DNA转至纤维膜上，在与特定探针DNA片段进行杂交。 四. 诺瑟杂交（Northern hybridization） 1977年Alwine用类似方法检测经琼脂糖电泳分离的RNA分子。 五. Western blotting 1979年Towbin再将方法扩展到特定的蛋白质分子的检测或分析上。 六. 电镜观察 (1) 异源双链定位法（Heferoduplex mapping） (2) R-环定位法（R-loop mapping）,