生物 第一篇 遗传物质的分子基础

《生物 第一篇 遗传物质的分子基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物 第一篇 遗传物质的分子基础（127页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 遗传物质的分子基础2.2核酸的分子组成及结构2.3基因的表达2.4基因工程2.1 DNA是主要的遗传物质 1868年，瑞士化学家F米歇尔（18441895） 从细胞核中发现“核素” 1889年，与米歇尔同一实验室的生物学家R阿 特曼分离了“核素”中的蛋白质，他称之为“核酸 ” 19世纪末20世纪初，德国科赛尔（1853-1927 ）探明核酸的主要成份是4种碱基、磷酸和戊糖2.1.1核酸的发现1924年，德国细胞学家福尔根（18841955） 发现核酸中的两种戊糖（核糖与脱氧核糖）2.1 DNA是主要的遗传物质1929年，俄裔美国生物化学家列文（ 18691955）发现核酸碱基的主要成分

2、：T、A 、C、G；还证明核酸是由更简单的核苷酸组 成的，而核苷酸则是依碱基、核糖、磷酸的顺 序连接而成错误地认为核酸结构比较简单，且此观点得 到当时的广泛认同，所以科学家认为核酸难 以承担复杂多样的遗传功能，而普遍倾向于 结构复杂的大分子蛋白质是遗传信息的载体1928年英国细菌学家格里菲思（18771944） 之谜-肺炎球菌实验 1944年美国细菌学家Avery的肺炎双球菌实验 ，解开此谜，并在世界是第一次证明遗传基因 在DNA上2.1.2遗传物质DNA的确认死菌复活噬菌体的感染试验 1943年德裔美国生物学家、物理学家德尔布吕克 ，意大利裔美国生物学家卢里亚，美国遗传学家 赫尔希合作发现了

3、病毒的复制机制；1952年，又 分别发现上述复制机制中起决定性作用的遗传物 质是DNA-1969年获得诺贝尔生理学或医学奖2.1.2遗传物质DNA的确认从遗传学观点看，染色体中的蛋白质是“多余”的； RNA只在那些不含DNA的病毒中起着决定性的作 用；大部分生物的遗传功能主要是由DNA承担的2.2核酸的分子组成及结构2.2.1 核酸的分子组成2.2.2 核酸的分子结构2.2.3 DNA的复制2.2.1 核酸的分子组成有两大类：脱氧核糖核酸DNA 核糖核酸RNA以核苷酸为单位的多聚体主要存在于细胞核的染 色体上，细胞质中少量核、质中都有；大部分 集中在核仁上每个核苷酸由核糖、磷酸和含氮碱基组成核

4、糖D-核糖D-2-脱氧核糖HH1CH2OH OOHHOHOHH 2345HH1CH2OH OOHHHOHH 2345磷酸POO OHOHH1CH2 OOHHHH 2345HH1CH2 OOHHHOHH 2345POOHOHOHHH1CH2OH OOHHHOHH 2345HH1CH2OH OOHHHOHH 2345碱基腺嘌呤A和鸟嘌呤G胞嘧啶C、胸腺嘧啶T和尿嘧啶UDNA：A、T、C、GRNA：A、U、C、G核苷DNA核糖与碱基结合，成为核苷腺嘌呤脱氧核苷脱氧 核糖A胞嘧啶脱氧核苷脱氧 核糖C胸腺嘧啶脱氧核苷脱氧 核糖T鸟嘌呤脱氧核苷脱氧 核糖G核苷RNA腺嘌呤核苷核糖A胞嘧啶核苷核糖C尿嘧啶核

5、苷核糖U鸟嘌呤核苷核糖G核苷酸DNA核苷与磷酸结合，成为核苷酸A腺嘌呤脱氧核苷酸G鸟嘌呤脱氧核苷酸T胸腺嘧啶脱氧核苷酸C胞嘧啶脱氧核苷酸核苷酸RNAA腺嘌呤核苷酸G鸟嘌呤核苷酸U尿嘧啶核苷酸C胞嘧啶核苷酸2.2.2 核酸的分子结构遗传物质的结构怎样？如何传递遗传信息的？1933年诺贝尔物理学奖获得者、奥地利物理学 家薛定锷-量子力学理论的创建人之一，经常到 各高等学府举办讲座，其中包括生命科学的系列 讲座，预言生命科学的理论与方法正面临着重大 的突破，它的研究深度将从生命的表面现象和细 胞的层次，深入到分子水平；还提出将物理学、 化学的理论与方法引进生命科学的研究中“唤起生物学革命的小册子”生

6、命是什么影响广泛，大批年轻的物理学家或物理 专业的大学生被吸引到生命科学的学习与 研究之中1962年诺贝尔生理学或医学奖的沃森、克里克 和威尔金斯-DNA双螺旋结构模型1969年诺贝尔的卢里亚-发现噬菌体在细胞内 增殖过程中的作用1980年诺贝尔化学奖的伯格-完成首次分子水 平上的基因重组、创立现代基因工程技术1989年诺贝尔化学奖的奥尔特曼等人-发现 RNA的细胞催化功能美国加州理工学院的鲍林英国剑桥大学国王学院的富兰克林与威尔金斯 英国剑桥大学卡文迪什实验室的沃森与克里克探索DNA双螺旋结构的竞赛美国著名化学家最早认定DNA分子具有与氨基酸链 类似的螺旋结构；但错误地认为DNA 分子由三股

7、螺旋组成（1952.12）鲍林L.Pauling（1901-1994）1950年，首先阐明并发现氨基酸的螺旋状结构 英国生物学家最早认定DNA具有双螺 旋结构 运用X射线衍射技术拍摄 到DNA照片，为探明其结 构提供了重要依据；还精 确地计算出DNA分子内部 结构的轴向与距离富兰克林R.Franklin（1920-1958）英国生物物理学家计算出DNA分子螺旋的直径与长度 威尔金斯M.H.F.Wikins（1916-）富兰克林与威尔金斯还对DNA分子的结构作 出了确切而关键性的描述：磷酸根在螺旋的 外侧、碱基在螺旋的内侧。但未能跨出最后 也是最关键的一步1951年提出一个三股螺旋DNA结构的设

8、想1953.2，通过威尔金斯看到富兰克林拍的照片， 激发灵感，确认了DNA的双螺旋结构及螺旋参数 ；采用了他们的判断并加以补充：磷酸根在螺旋 的外侧构成两条多核苷酸的骨架，方向相反；碱 基在螺旋内侧，两两对应 克里克F.H.C.Crick和沃森J.D.Watson但富兰克林当即指出应是双螺旋，且含水量少 算了一半（她估算每个核苷酸由8个水分子环绕）1953.4，在英国著 名科学期刊自然 发表论文，宣告DNA分子双螺旋结构模型 的诞生-1962年共同获得诺贝尔生理学或 医学奖1953.2.28，DNA双 螺旋结构的分子模型 的诞生标志着遗传学由细胞水平向分子水平转变DNA的分子结构由2条多核苷酸

9、链组成右旋的双螺旋 结构，且二条链走向相反碱基位于螺旋的内侧，磷酸根和脱 氧核糖骨架在螺旋的外侧；碱基的 平面与螺旋轴垂直，核糖的平面与 碱基几乎成直角螺旋的直径为2nm，相邻两碱基的距离为 0.34nm，每10个核苷酸碱基绕螺旋转一圈、螺 距为3.4nm2条多核苷酸链是互补的，其对应碱基互补，A T、CU1952年，生物化学家查夫E.Chargaff报道了人、 猪、羊、细菌、酵母菌等不同生物的DNA中， 均有A、T、C、G，数量和相对比例不相同， 但A:T C:G 1:1RNA的分子结构多个核糖核苷酸（磷酸、核糖、碱 基）组成大部分是单链，但可折叠形成若干 双键区域（凡互补的碱基以氢键结 合

10、）碱基：A=U、CG大部分存在于细胞质中，合成在细 胞核中2.2.3 DNA的复制沃森和克里克在构建DNA分子的结构模型， 已经推测出DNA分子的复制模式1957年J.H.Taylor等人应用放射性标记的胸腺嘧 啶与放射自显影技术，证明蚕豆根尖染色体的半 保留复制；1958年M.Meselson和F.W.Stahl应用重 氮标记与密度离心技术，证明大肠杆菌DNA的半 保留复制1968年日本生化学家R.T.Okazki等人发现DNA 是不“连续”复制的DNA双链解开，配对碱基间 的氢链裂开，碱基暴露，形成 2条“模板链” 以母链为模板，游离核苷酸 按互补配对的原则，在聚合酶 的作用下，形成1条新

11、链 原来的1个双螺旋DNA分子复 制为2个双螺旋分子（各含1母 链、1子链）半保留复制半保留复制DNA链的解开与复制同步进行，出现复制叉具有方向性：53是连续的， 3 5是不连 续的（冈崎复制）复制的特点以DNA链为模板，在DNA聚合酶的作用下，把 单个核苷酸连接到RNA引物（5001000个核苷 酸，位于DNA片段的5端）上，合成一些短的 片段（冈崎片段）冈崎片段在DNA连接酶的作用下，连接成与母 链等长且互补的新链（RNA引物脱掉）冈崎复制1957年，F.H.C.Crick首次提出了蛋白质合成 的“中心法则”，DNA RNA蛋白质；1958年 ，他又提出RNA在把氨基酸带到肽链进行生物 合

12、成的过程中，可能存在“受体”（后很快发现 即为转运RNA）1961年法国生物学家莫诺和生物化学家雅各布 合作提出“信使核糖核酸mRNA”的概念，1965 年获得诺贝尔生理学或医学奖遗传信息是如何传递的？蛋白质在合成过程中，要接收DNA的遗传信 息，但DNA是细胞核内的物质，而蛋白质却 在细胞质中，如何传递？1970年美国病毒学家特明、巴尔的摩各自独立 发现了逆转录酶，发展和完善了中心法则- 1975年诺贝尔奖 中心法则揭示了遗传物质如何构建生命物质的 一般规律 2.3基因的表达2.3.1 基因的概念 2.3.2 遗传密码 2.3.3 DNA与蛋白质的合成 2.3.4 中心法则及其发展 2.3.

13、5 基因的作用与性状表达2.3.1 基因的概念-经典遗传学1866年孟德尔提出“遗传因子”，概念不十分 清晰，常与遗传性状混淆1906年丹麦遗传学家W.L.约翰逊提出“基因” 摩尔根等证实基因在染色体上，提出基因是突 变的、交换的、功能的三位一体的最小单位。2.3.1 基因的概念-现代遗传学突变子：产生突变的最小单位，是基因中一个 或几个核苷酸；基因内的各个突变子间有一定 距离，因而彼此间能发生重组重组子：产生重组的最小单位，代表一个空间 单位，有起点和终点，可以是若干个密码子的重 组，也可以是单个核苷酸的互换，如果是后者， 重组子即为突变子2.3.1 基因的概念-现代遗传学顺反子：基因的同义

14、词，DNA的一段序列，负 责传递遗传信息，是决定一条多肽链的完整的功 能单位；但它又是可分的，组成顺反子的核苷酸 可以独自发生突变或重组，而且基因与基因之间 还有相互作用（包含若干个重组子和突变子）2.3.2 遗传密码3个连续碱基决定一种氨基酸，这3个连续碱基 就构成了一个功能单位（三联体）三联体密码：1个三联体作为1个密码子，与一种 氨基酸相对应遗传密码：指在DNA分子中，有一定排列顺序 的三联体密码，它决定着蛋白质中氨基酸的产生 顺序美国物理学家G. Chargaff提出：碱基的不同组 合可以决定氨基酸，且43=64比较合适；一种氨 基酸可能不止一个密码 1961年Crick、S.布伦纳等

15、人用噬菌体突变体进 行实验，研究密码的比例和翻译的机制。结果 表明，密码是以三联体核苷酸的形式代表着20 种不同的氨基酸，密码有同义语，不只一个密 码代表着1个氨基酸破解遗传密码4种不同的碱基如何排列组合、 编码，表达出20种不同的氨基酸1961年德裔美国生物化学家M.W.尼伦贝格与马 太，首先在实验室发现苯丙氨酸的密码是RNA上 的尿嘧啶，并得到单一苯丙氨酸组成的多肽长链 西班牙裔美生物化学家S.奥乔亚和尼伦贝格分别 测定了各种氨基酸的遗传密码。到1963年，20种 氨基酸的密码都已测出 巴基斯坦裔美生物化学家H.G.霍拉纳则在60年代 用化学方法，合成了64种可能的遗传密码，并测 试了它们

16、的活性，到1969年64种密码的含意全部 得到解答1968年获诺贝尔奖遗传密码图同一氨基酸可由几 种密码决定（同义密 码子）简并现象：一个氨基酸有一个以上的三联体密码； 密码子称为简并密码子（简并密码子中，前2个核 苷酸都是相同的，第3个可变动；不同的生物往往 偏向于使用其中1种，这种被经常使用的密码子称 偏爱密码子）起始密码：AUG除 了编码甲硫氨酸外， 还是mRNA翻译产生蛋 白质的起始位置终止密码：UAA UAG UGA以mRNA为模板合成 蛋白质密码中的碱基：A、U 、C、G2.3.3 DNA与蛋白质的合成转录：指以DNA双链之一为模板合成mRNA 的过程（按碱基互补原则进行）翻译：指mRNA上的遗传密码，转译成相 应的氨基酸，合成蛋白质的过程信使核糖核