第二章 遗传的物质基础－DNA.pptVIP

第二章 遗传的物质基础－DNA 1、 遗传物质的本质 2、 DNA的一级结构 3、 DNA的二级结构 4、 DNA物理结构的不均一性 5、 DNA的变性、复性和杂交 6、 DNA二级结构的多样性 7、 DNA超螺旋和拓扑异构现象 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。 19世纪末期， DNA和RNA已经从细胞中分离出来，为进一步的化学分析奠定了基础。 20世纪30年代，P. Levene和W. Jacobs等搞清了DNA和RNA的基本化学组成。他们还注意到了DNA和RNA所包含核糖的差异。 1928年，英国细菌学家Frederick Griffith发现了肺炎链球菌的转化现象，这一发现表明活的无毒R型细菌从死去的有毒S型菌得到了一些什么东西从而使无毒的R型转化成有毒的S型肺炎球菌。 但转化源（transforming principle）的化学本质仍是一个谜。 1.1 细菌转化实验（Transformation in Bacteria） 1944年，美国纽约洛克菲勒研究所( Rockefeller Institute for Medical Research) 的细菌学家Oswald Avery、Colin Macleod和Maclyn McCarty用有机溶剂去除细菌提取物中的蛋白质成分、用胰蛋白酶(trypsin)和胰凝乳蛋白酶(chymotrypsin)消化蛋白对细菌的转化都没有任何影响。 但DNA酶消化却可以使转化作用不能发生。 Avery等对转化物质又进行了超速离心、电泳、紫外分光光度测定等一系列分析，发现转化物质具有高分子量、高电泳迁移率等特性，在260 nm波长有光吸收，N/P比在1.67左右。这些都已经说明转化源就是DNA。 但Avery等人的发现并没有产生多大的影响，因为当时蛋白质是遗传物质的观点盛行。怀疑派所提出的问题是转化因子究竟是纯DNA还是和DNA混杂在一起的少量蛋白质 。 1.2 Hershey-Chase噬菌体侵染实验 1952年，美国冷泉港实验室Hershy和Chase用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，发现只有DNA进入宿主细菌内，而蛋白质则没有。 Hershy－Chase的实验进一步说明DNA是遗传物质。 Hershey-Chase实验 1950年以后，Chargaff、Markham等人测定了大量生物的DNA碱基组成后，发现不同生物的DNA碱基组成不同，具有严格的种的特异性。这也给当时反对DNA是遗传物质的“四核苷酸学说”以致命的打击。 1953年，DNA双螺旋结构模型的提出才真正确立了DNA是遗传物质的观点。 1.3 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。 1.4 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。 因为这是个繁殖过程，自然就是一个遗传信息的传递过程。这种遗传过程是蛋白质和蛋白质之间遗传信息的输出与输入的过程。 2001年加里福尼亚大学的Pet