第21章.基因的分子生物学精编.ppt

第21章 基因的分子生物学 一、遗传物质及其结构 二、 DNA复制 三、遗传信息流是从DNA到RNA再到蛋白质 四、遗传物质的改变 遗传物质的本质The Nature of Genetic Material Background 1869年，瑞士科学家Friedrich Miescher从绷带上的白细胞核中分离出一种含磷的物质，命名为核素（nuclein）。核素的主要成分是染色质，是DNA和蛋白质的混合物。这是首次对基因的化学本质进行探索。核酸 (nucleic acids) 这一名词于Miescher发现核素20年后才被正式启用。 1928年，Griffith 肺炎双球菌转化实验 Griffith认为“接种物中的死细菌可能提供了某些特异的蛋白质为原料，使R型细菌能制造荚膜” 蛋白质起转化作用 2) 1944年，Avery在离体条件下完成转化。 2. Hershey-Chase 关于噬菌体的感染实验 二. Hershey-Chase 的噬菌体实验 2. 1952年，Hershey和Chase 噬菌体渗震实验 RNA也可以作为遗传物质 所有已知的有机体和许多病毒的遗传物质都是DNA双螺旋，但一些病毒也采用另一种核酸－RNA作为遗传物质，如逆转录病毒。 类病毒（viroid）只由很小的环状RNA分子组成，其RNA本身就是一个感染因子。 是否存在核酸以外的其他遗传物质？ 自然界似乎有特例表明，还有除核酸之外的遗传物质。 朊病毒是迷一样的感染性粒子。目前唯一鉴定的组分是蛋白，所以这种感染性粒子不是核酸，而是一种蛋白质病原，称为朊病毒（prion）。 1997 年美国加州大学旧金山分校（UCSF）的Stanley Prusiner 教授在被朊病毒感染的病体中发现了一种具有传染性、可以抗蛋白酶的特殊蛋白质，称为朊病毒蛋白（Prion Protein，PrP）并对其感染机制进行了探讨。 朊病毒蛋白（prion protein，PrP）以两种形式存在：正常的脑组织中发现的PrPC不具有感染性，对蛋白酶敏感，可以被完全降解；而PrPSC具有感染性，具有抗蛋白酶的性能。 PrPC和PrPSC的一级结构完全相同，但二级结构却有很大差异：前者α螺旋的含量约为40％，几乎没有β片层结构；而后者含有高达50％的β片层结构，只有20％的α螺旋。 正常朊蛋白构型发生异常改变后导致疯牛病，无需DNA或RNA的参与，致病因子朊蛋白就可以传染复制。所谓朊病毒的繁殖就是正常的PrPC蛋白质转变为PrPSC的过程，而且朊病毒感染后也具有指数增长的特性。 21.1.2 DNA与RNA是多核苷酸的聚合体 Rosalind Franklin的X-射线衍射图 5’ DNA作为遗传物质的功能： DNA携带着两类不同的遗传信息 一类是负责蛋白质氨基酸组成的信息，是以三联体密码子方式进行编码的。 另一类遗传信息是关于基因选择性表达的信息。基因组中大部分DNA序列是用来编码基因选择性表达信息的。这种选择性除了时序调节和环境调控外，某些调控DNA序列还可以与调控蛋白质相互作用而修饰自己的双螺旋空间结构。 2. 转录——从DAN到RNA RNA聚合酶 DNA以全保留的方式转录成RNA 5’ 3’方向 转录过程 场所： 主要在细胞核 模板： DNA的一条链 原料： 4种核糖核苷酸 原则： 碱基互补配对原则（A-U） 产物： mRNA 真核生物：RNA聚合酶Ⅰ r RNA RNA聚合酶Ⅱ m RNA前体 RNA聚合酶Ⅲ tRNA、5SRNA等 3.遗传密码 遗传密码——DNA分子中核苷酸的排列顺序与蛋白质中氨基酸排列顺序之间的对应关系。 遗传密码是由三个碱基组成的，因此叫三联体密码，64个，其中61个负责氨基酸的翻译。 遗传密码的特点 具有连续可读性和不重叠性 简并现象 偏好性 专一性 具有起始密码子和终止密码子 普遍通用性（线粒体DNA除外） 翻译过程 场所： 核糖体 原料： 氨基酸 模板： mRNA 转运工具： tRNA 原则： 碱基互补配对原则 从mRNA的5’ 3’ 产物： 多肽链 21.4 遗传物质的改变 21.4.1 染色体畸变与人类疾病 染色体结构变异：缺失、重复、