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1、第一节 DNA作为主要遗传物质的证据第二节 核酸的化学结构第三节 染色体的分子结构第四节 DNA的复制第五节 RNA的转录与加工第六节 遗传密码与蛋白质的翻译第三章 遗传物质的分子基础1制作：王洪刚 李斯深一、 DNA是主要遗传物质的间接证据二、 DNA是主要遗传物质的直接证据(一)、 细菌转化试验(二)、 噬菌体侵染与繁殖试验(三)、 烟草花叶病毒感染和繁殖实验第一节 DNA作为主要遗传物质的证据2制作：王洪刚 李斯深 细胞DNA含量是恒定的，且精子或卵子中的DNA含量正好是体细胞的一半； DNA代谢的稳定性；存在的普遍性，DNA是所有生物染色体所共有的；基因突变有效波长与DNA紫外线光谱相
2、一致，证明基因突变与DNA分子的变异密切相关。一、 DNA是遗传物质的间接证据3制作：王洪刚 李斯深(一)、 细菌转化试验肺炎双球菌光滑型（S型）：IS、IIS、III S有毒性；粗糙型（R型）：IR、IIR、IIIR 无毒性。二 DNA是遗传物质的直接证据由于菌株间含有不同的多糖和蛋白质，感染动物以后诱导生成的抗体不同，区分为IS、IIS、IIIS 等；R型由S型突变而来。4制作：王洪刚 李斯深 1928年，Criffith将少量无毒的R型肺炎双球菌注入家鼠体内，再将大量无毒但已加热杀死的S型肺炎双球菌注入同一只鼠体内，结果家鼠发病死亡，从死鼠体内分离出S型的肺炎双球菌。 5制作：王洪刚 李
3、斯深处理4中，究竟这些活的S型有毒细菌是 怎么来的呢？是死的S型变成了活的吗？是活的无毒型的R转变成有毒的S吗 ？结论，通过从死亡S菌株获得的物质，R细菌被“转化”为有毒性的细菌。6制作：王洪刚 李斯深Criffith实验能不能为“DNA是遗传物质”提供证据？脂类RNA细菌 多糖DNA蛋白质 7制作：王洪刚 李斯深 1944年，Avery重复了上述实验，并把IIIS型的DNA，Pr，夹 膜提取物分别加入IIR型培养基，结果只有DNA使少量IIR型转化 为IIIS型，并能稳定的遗传下去。说明引起转化的物质是DNA。 上述工作是遗传学和生物化学发展史上的一个里程碑。多糖 脂类 蛋白质 RNA DN
4、A DNA水解物IIIS活细菌R R R R R S R分别与IIR活细菌培养8制作：王洪刚 李斯深（二）噬菌体侵染大肠杆菌的过程9制作：王洪刚 李斯深（二）噬菌体侵染大肠杆菌的过程 因此只要探明侵染时进入细菌的是噬菌体的哪一部分，就能证明哪种物质是遗传信息载体 另外： P是DNA的主要组成部分，在蛋白质中少 S主要存在于蛋白质中，DNA中含量少10制作：王洪刚 李斯深1952年，Hershey等用放射性同位素标记32P标记T2噬菌体的 DNA（DNA中无S）35S标记T2噬菌体的 Pr（Pr中无P）（二）噬菌体侵染大肠杆菌实验11制作：王洪刚 李斯深（三） 烟草花叶病毒（TMV）感染实验12
5、制作：王洪刚 李斯深Frankel-Conrat, Singer (1956) 试验综上所述：到上世纪中期，多方面证据都直接或间接地表明 DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中RNA 就是遗传物质 13制作：王洪刚 李斯深第二节 核酸的化学结构 一、两种核酸及其分布 二、DNA的分子结构 三、RNA的分子结构14制作：王洪刚 李斯深一、两种核酸及其分布 五碳糖含氮碱基磷酸 核苷酸双环结构 单环结构（嘌呤） （嘧啶）脱氧核糖 脱氧核糖核酸（DNA) 多核酸链核糖 核糖核酸（RNA）磷酸二脂键15制作：王洪刚 李斯深一、两种核酸及其分布 真核生物DNA主要存在于细胞核内的染色体上； 少
6、量的DNA存在于细胞质中的叶绿体、线粒体中； RNA在细胞质和细胞核中都有； 多数噬菌体只有DNA； 多数植物病毒只有RNA; 动物病毒有些含有RNA，有些含有DNA。16制作：王洪刚 李斯深磷酸二脂键氢键17制作：王洪刚 李斯深DNA的二级结构的发现1953年Watson和 Crick提出DNA分子双螺旋(double helix)模型，是分子遗传学及以之为核心的分子生物学建立的标志。18制作：王洪刚 李斯深DNA的二级结构(双螺旋)10个碱基对3.4 nm2.0 nm5 3大 沟小沟19制作：王洪刚 李斯深DNA双螺旋结构模型的意义 DNA双螺旋模型结构同时表明：pDNA复制的明显方式半保
7、留复制。Watson和Crick 在1953年就指出：DNA可以按碱基互补配对原则进行半保留复制。p基因和多肽成线性对应的一个可能的理由：DNA核苷 酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；DNA中的 遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码(genetic code)，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序 在其后的几十年中，科学家们沿着这两条途径前进，探明 了DNA复制、遗传信息表达与中心法则等内容 20制作：王洪刚 李斯深习题原理由碱基互补配对原则可得基本公式是：推论: A+G=T+C A=TG=C A+G/T+C=1 见课本37页表3-1含义：DNA双链分子中嘌呤碱基数与嘧啶碱 基数相等且各
8、占总含量的一半。 21制作：王洪刚 李斯深课堂练习在双链DNA中，当（A+G）/（C+T）在一单链中的比 例是0.7时，（1）在另一互补链中这种比例是多少？（2）这个比例关系在整个分子中是多少？22制作：王洪刚 李斯深DNA构型之变异 vB-DNA 右手螺旋 DNA在生理状态下的构型vA-DNA 右手螺旋 脱水构型，高盐，DNA-RNA，RNA-RNA vZ-DNA 左手螺旋 富含G-C且嘌呤嘧啶交替出现v在特定条件下还可以C、D、E等多种形式的右手螺旋构型存在 23制作：王洪刚 李斯深RNA的分子结构 绝大部分RNA以单链形式存在，可以折叠起来形成若 干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基可
9、以形成 氢键。24制作：王洪刚 李斯深DNA RNAv糖分子 脱氧核糖 核糖v碱基 A T C G A U C G v链 双链 单链v 较长 较短DNA和RNA的主要区别：25制作：王洪刚 李斯深真核生物染色体是以DNA与碱性蛋白质结合的形式 存在。原核生物染色体大多 呈环状。第三节 染色体的分子结构26制作：王洪刚 李斯深真核生物染色体的分子结构化学组成(1)DNA：约占30%，每条染色体一个双链DNA分子。是遗传信息的载体，也就是遗传物质。(2)蛋白质：组蛋白(histone)： H2A、H2B、H3、H4、 H1，呈碱性，结构稳定；与酸性DNA结合维持染色质结构；没有种属及组织特异性，在
10、进化上十分保守。 非组蛋白：种类和含量不稳定；作用还不完全清楚，可能与基因表达的调控和染色质高级结构的形成有关。(3)可能存在少量的RNA 27制作：王洪刚 李斯深染色体的分子结构串珠模型：染色质的基本结构单 位是核小体、连接丝和一个分子 的组蛋白H1 。每个基本单位约 180 200 bp。核小体(nucleosome), 又称纽体 (-body)(约11nm)。组蛋白：H2A、H2B、H3、H4四 种组蛋白各两分子的八聚体，直 径约10nm。 DNA链：DNA双螺旋链盘绕于 组蛋白八聚体表面1.75圈，约合 146 bp. 连接丝是长5060 bp的DNA， 与组蛋白H1结合。28制作：王
11、洪刚 李斯深29制作：王洪刚 李斯深染色体的分子结构贝克等(Bak AL, 1977)：染色体四级结构模型理论能够在一定程度上解释染色质状态转化的过程。人最长一条染色体：间期85 mm，中期10 m，长度差不多缩短了10 000倍。30制作：王洪刚 李斯深染色体的分子结构1.核小体+连接丝2.螺线管(solenoid)：在H1作用下,每圈6个核小体,形成外径30nm,内径10nm,螺距11nm的螺线管 3. 超螺线管(super-solenoid)：螺线管进一步螺旋化形成直径为0.4um的圆筒状结构 4. 染色体31制作：王洪刚 李斯深染色体形成过程中长度与宽度的变化宽度增加长度压缩第一级DN
12、A 核小体5倍7倍第二级核小体 螺线管3倍6倍第三级螺线管 超螺线管13倍40倍第四级超螺线管 染色体2.5-5倍5倍500-1000倍8400倍 (8000-10000)人染色体：间期85 mm，中期10 m32制作：王洪刚 李斯深染色体的形态结构主缢痕 臂 次缢痕 随体染色单体 染色质线33制作：王洪刚 李斯深1.着丝点和着丝粒有什么区别？是不是同一结构？ 正确的染色体与纺锤体丝相互作用是细胞健康的保证。同时染色体与纺锤体丝连接异常导致染色体丢失、易位等，从而使细胞生长失控。34制作：王洪刚 李斯深3 臂染色体的主体染色是染料分子与染色质线中DNA分子结合，使染色质线 在光学显微镜下呈一定
13、的颜色。如果DNA链存在状态不同，与染料间反应也将有所不同； DNA链的密度不同，一定区域内结合染料分子的量不同，染色深浅也将有所不同。 35制作：王洪刚 李斯深通常根据间期染色反应，染色质分为异染色质和常染色质。异染色质(heterochromatin)：在细胞间期染色质线中，染色很深的区段。常染色质(euchromatin)：染色质线中染色很浅的区段。3 臂染色体的主体36制作：王洪刚 李斯深常染色质和异染色质比较结构差异:v两者结构上连续，化学性质上 没有差异，只是核酸螺旋化程度( 密度)不同。v异染色质在间期的复制晚于常 染色质，间期仍然高度螺旋化状 态，紧密卷缩 所以染色很深；而 常
14、染色质区处于松散状态，染色 质密度较低，因此染色较浅。 这 种同一染色体染色深浅不同的现 象称为异固缩(heteropycnosis)功能差异:遗传信息的表达(转录)主要在间期进行，并需要染色质局部解螺旋态。常染色质间期活跃表达，带有重要的遗传信息。异染色质在遗传功能上是惰性的，一般不编码蛋白质，主要起维持染色体结构完整性的作用。37制作：王洪刚 李斯深组成性异染色质 (constitutive eterochromatin)构成染色体的特殊区域，如：端粒、着丝粒部位等；在所有组织、细胞中均表现异固缩现象；只与染色体结构有关，一般无功能表达。38制作：王洪刚 李斯深兼性异染色质(facultative heterochromatin)可存在于染色体的任何部位； 在一些组织中不表现异固缩现象(象常染色质一样正常表达)， 而在其它组织中表现异固缩现象(完全不表达)；携带组织特异性 表达的遗传信息 例如，哺乳动物的雌性细胞有两个X染色体，在胚胎
