1、Chapter 1Genes are DNA基因是DNA第1頁第1頁A brief history of genetics.遺傳簡(jiǎn)史1.1 Introduction簡(jiǎn)介第2頁第2頁A gene is a coding unit.基因是編碼單元第3頁第3頁細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)為DNA是遺傳物質(zhì)提供了首要證據(jù). 從第一個(gè)菌株抽提DNA, 然后加入到第二個(gè)菌株中, 能使遺傳特性從一個(gè)細(xì)菌菌株傳到另一個(gè)菌株. 1.2 DNA is the genetic material for bacterium. DNA是細(xì)菌遺傳物質(zhì)第4頁第4頁 熱滅活S型或活R型細(xì)菌都不能殺死老鼠, 但兩者同時(shí)感染卻能與活S型細(xì)菌感染

2、同樣, 能同樣有效地殺死老鼠. S型菌DNA能轉(zhuǎn)化R型菌, 使之成為相同S型.第5頁第5頁1.3 DNA is the genetic material for virus. DNA 是病毒遺傳物質(zhì)噬菌體感染試驗(yàn)證實(shí)DNA是病毒遺傳物質(zhì). 當(dāng)噬菌體DNA和蛋白質(zhì)組分被標(biāo)識(shí)上不同放射性同位素時(shí), 僅有DNA被傳遞到感染細(xì)菌所產(chǎn)生子代噬菌體中. 第6頁第6頁T2噬菌體遺傳物質(zhì)是DNA 第7頁第7頁1.4 DNA is the genetic material for animal cell.DNA是動(dòng)物細(xì)胞遺傳物質(zhì)利用DNA可引入新特性給動(dòng)物細(xì)胞或整個(gè)動(dòng)物.一些病毒遺傳物質(zhì)是RNA.第8頁第8頁

3、外加DNA轉(zhuǎn)染結(jié)果使真核生物細(xì)胞取得新表型第9頁第9頁1.5 Polynucleotide has a sugar-phosphate backbone which connects bases. 多聚核苷酸鏈含有連接堿基糖-磷酸骨架核苷包括連接于戊糖1位嘌呤堿或嘧啶堿.核糖位置用“ ”區(qū)別.DNA和RNA區(qū)別在于糖2位基團(tuán)，DNA這個(gè)基團(tuán)是脫氧核糖( 2H ), RNA 則是核糖( 2OH ).第10頁第10頁鏈一個(gè)末端有一個(gè)游離5端, 另一端有一個(gè)游離3端.DNA含有4種堿基:腺嘌呤(A), 鳥嘌呤(G), 胞嘧啶(C), 胸腺嘧啶(T). RNA中則是尿嘧啶(U)代替了胸腺嘧啶. 第11

4、頁第11頁在一系列由5 3核糖磷酸連接而成骨架上, 堿基從糖環(huán)突出, 這樣便形成了一條多核苷酸鏈. 第12頁第12頁1.6 DNA is a double helix.DNA是雙鏈螺旋B型DNA是由兩條方向相反平行多聚核苷酸鏈構(gòu)成雙螺旋.每條鏈堿基是扁平嘌呤或嘧啶環(huán), 面向內(nèi)部, 通過氫鍵和另一堿基配對(duì), 它們僅形成AT或GC對(duì).雙螺旋直徑是20A, 每34A 為一整圈, 每一圈含有10個(gè)堿基對(duì).雙螺旋形成一大(寬)溝和一小(窄)溝.第13頁第13頁雙螺旋保持恒定寬度, 由于嘌呤和嘧啶總是以互補(bǔ)A T和G C堿基配對(duì).第14頁第14頁堿基之間配對(duì)平面與核糖磷酸骨架垂直. 第15頁第15頁DNA

5、兩條鏈形成雙螺旋. 第16頁第16頁1.7 DNA replication is semiconservativeDNA復(fù)制是半保留Meselson-Stahl 試驗(yàn)使用密度標(biāo)識(shí)證實(shí): 單一多聚核苷酸鏈?zhǔn)荄NA單位, 在復(fù)制過程中, 它是保守.DNA螺旋每一條鏈可充當(dāng)合成子鏈模板.子鏈序列依據(jù)堿基互補(bǔ)原則, 由分開親鏈決定. 第17頁第17頁堿基配對(duì)是DNA復(fù)制機(jī)制.第18頁第18頁DNA復(fù)制是半保留. 第19頁第19頁1.8 DNA separate at replication forkDNA在復(fù)制叉處分離DNA復(fù)制由一組酶復(fù)合物來執(zhí)行, 這些酶分子含有分開親鏈和合成子鏈功效.復(fù)制叉是親鏈

6、分開點(diǎn).核酸酶降解核酸, 包括DNA酶和RNA酶, 可分為核酸內(nèi)切酶和核酸外切酶. 第20頁第20頁復(fù)制叉是指從未解旋母鏈向新復(fù)制子鏈過渡DNA區(qū)域. 第21頁第21頁核酸內(nèi)切酶作用于核酸內(nèi)部鍵, 這個(gè)例子顯示一個(gè)作用于DNA一條鏈酶. 第22頁第22頁核酸外切酶在某一時(shí)刻, 通過切開多核苷酸最后一個(gè)鍵, 并移去堿基, 圖示降解RNA鏈酶. 第23頁第23頁1.9 Nucleic acids hybridize by base pairing.核酸通過堿基配對(duì)進(jìn)行雜交加熱可使DNA兩條鏈分開.Tm是變性溫度范圍中點(diǎn).減少溫度, 互補(bǔ)單鏈能夠復(fù)性. 變性和復(fù)性可發(fā)生在DNA-DNA, DNA-R

7、NA, 或RNA-RNA間, 也可為分子內(nèi)或分子間組合.兩條待測(cè)單鏈核酸雜交能力衡量了它們互補(bǔ)能力.第24頁第24頁堿基配對(duì)發(fā)生在雙螺旋DNA間, 也發(fā)生在單鏈RNA(或DNA)分子內(nèi)和分子間. 第25頁第25頁變性DNA單鏈能復(fù)性產(chǎn)生雙螺旋形式. 第26頁第26頁通過濾膜雜交, 我們能夠確認(rèn)變性DNA(或RNA)溶液與濾膜上吸附DNA是否含有互補(bǔ)序列. 第27頁第27頁1.10 Mutations change the sequence of DNA突變改變DNA序列所有突變都包括DNA序列改變.突變可自發(fā)產(chǎn)生, 或者由誘變劑誘導(dǎo).第28頁第28頁 堿基突變率是每代10-9_10-10, 即

8、1000bp基因以每代10-6概率突變, 細(xì)菌基因組突變率是每代3X10-3.第29頁第29頁1.11 Mutations effect single base pair or longer sequence.突變影響單個(gè)堿基對(duì)或更長(zhǎng)序列點(diǎn)突變改變單一堿基.一個(gè)堿基通過化學(xué)辦法轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粔A基或復(fù)制錯(cuò)誤都可引起點(diǎn)突變.轉(zhuǎn)換是指A_T變?yōu)镚_C或反之.顛換是指嘧啶代替嘌呤, 如A_T變?yōu)門_A.插入是突變最常見類型, 起源于可轉(zhuǎn)移元件移動(dòng).第30頁第30頁堿基化學(xué)修飾能夠引起突變. 第31頁第31頁堿基類似物插入也能夠引起突變. 第32頁第32頁1.12 Mutations are reversi

9、ble.突變效應(yīng)能夠逆轉(zhuǎn)正向突變使基因失活, 反向突變(或回復(fù)體)可逆轉(zhuǎn)其效應(yīng).插入突變可由插入物質(zhì)缺失而回復(fù), 但缺失不能回復(fù).當(dāng)?shù)诙l基因突變禰補(bǔ)第一條基因突變效應(yīng)時(shí), 就會(huì)發(fā)生克制作用.第33頁第33頁點(diǎn)突變和插入突變能夠逆轉(zhuǎn), 但缺失不能逆轉(zhuǎn). 第34頁第34頁1.13 Mutations are concentrated at hotspots.突變集中在熱點(diǎn)任一特殊堿基突變頻率測(cè)定有統(tǒng)計(jì)學(xué)上波動(dòng), 而熱點(diǎn)突變頻率增長(zhǎng)至少一個(gè)數(shù)量級(jí).第35頁第35頁自發(fā)突變發(fā)生于整個(gè)大腸桿菌lacI基因中, 但它主要集中于熱點(diǎn). 第36頁第36頁休息時(shí)間10分鐘第37頁第37頁1.14 Some h

10、otspots come from modified bases.一些熱點(diǎn)來自修飾堿基熱點(diǎn)突變一個(gè)主要原因是修飾堿基, 即5-甲胞嘧啶, 能脫氨基成胸腺嘧啶.第38頁第38頁胞嘧啶脫氨基產(chǎn)生尿嘧啶, 而5-甲胞嘧啶脫氨基則產(chǎn)生胸腺嘧啶. 第39頁第39頁5-甲胞嘧啶脫氨基產(chǎn)生胸腺嘧啶(引起C_G至T_A轉(zhuǎn)換), 而胞嘧啶脫氨基則產(chǎn)生尿嘧啶(通常尿嘧啶被移去, 代之以胞嘧啶).第40頁第40頁1.15 A cistron is a single stretch of DNA.一條基因編碼一條肽鏈一條基因相應(yīng)于一個(gè)酶假說概括了當(dāng)代遺傳學(xué)基礎(chǔ): 即基因是編碼單鏈多肽一段DNA.大部分突變破壞了基因功

11、效.第41頁第41頁基因編碼蛋白質(zhì), 顯性性狀是由突變蛋白質(zhì)特性決定, 隱性等位基因?qū)Ρ硇筒黄鹱饔? 由于它不產(chǎn)生蛋白質(zhì)(或產(chǎn)生蛋白質(zhì)是沒有功效).第42頁第42頁1.16 Mutations on the same cistron can not be compensated. 同一基因上突變不能互相補(bǔ)償.基因突變只影響由突變基因拷貝所編碼蛋白質(zhì), 不影響其它任何基因所編碼蛋白質(zhì).當(dāng)雜合子中兩個(gè)突變以反式配備存在時(shí), 假如它們不能互相補(bǔ)償(即產(chǎn)生野生表型), 則它們應(yīng)當(dāng)位于同一條基因中.第43頁第43頁順反子是通過互補(bǔ)試驗(yàn)定義, 基因由條狀表示, 紅點(diǎn)表示突變位點(diǎn). 第44頁第44頁1.17

12、 Mutations can be lost-of-function or gain-of-function. 突變也許引起功效喪失或取得.隱性突變(recessive mutation)是由于蛋白質(zhì)產(chǎn)物功效喪失而造成.顯性突變(dominant mutation)可取得新功效.第45頁第45頁沉默基因突變沒有效應(yīng), 這或者是由于堿基改變不改變蛋白質(zhì)序列或數(shù)量, 或者是由于蛋白質(zhì)序列改變不會(huì)產(chǎn)生影響.漏掉突變不影響基因產(chǎn)物作用, 由于機(jī)體仍然存在足夠多相同活性, 因此表型不能揭示出它真相.第46頁第46頁不影響蛋白質(zhì)序列或功效突變是沉默突變; 破壞了蛋白質(zhì)所有活性突變是無效突變; 引起功效喪失

13、點(diǎn)突變是隱性突變; 引起功效取得突變是顯性突變. 第47頁第47頁1.18 Gene locus can have different mutated alleles. 基因座可有不同突變等位基因.復(fù)等位基因存在可允許雜合子發(fā)生任何形式等位基因組合.第48頁第48頁w 基因座上有一系列等位基因, 其表型從野生型(紅眼)到無色. 第49頁第49頁1.19 Gene locus may have more than one wild-type alleles. 基因座也許會(huì)有不止一條野生型等位基因.基因座也許有等位基因多態(tài)分布, 而無任何一條等位基因能夠被認(rèn)為是野生型.第50頁第50頁ABO 血型

14、基因座編碼半乳糖基轉(zhuǎn)移酶, 其特異性決定了血型差別. 第51頁第51頁1.20 Recombination occurs by physical exchange of DNA. DNA 物質(zhì)互換發(fā)生重組.重組是交叉點(diǎn)上發(fā)生互換結(jié)果, 它涉及4條染色單體中兩條.重組由鏈斷裂和重鏈產(chǎn)生, 在此過程中, 有雜合DNA中間體形成.第52頁第52頁互換形成引起產(chǎn)生重組體. 第53頁第53頁重組涉及兩條親本DNA互補(bǔ)鏈間配對(duì). 第54頁第54頁1.21 The genetic code is triplet. 遺傳密碼是三聯(lián)體.遺傳密碼是依據(jù)三個(gè)核苷酸構(gòu)成密碼子來閱讀.三聯(lián)密碼子不重疊, 并且從固定點(diǎn)開

15、始讀碼.插入或缺失單個(gè)堿基突變可造成突變點(diǎn)后三聯(lián)密碼子序列移碼.同時(shí)插入或缺失三個(gè)堿基(或三倍數(shù))造成插入或缺失幾種氨基酸, 但不改變剩余三聯(lián)密碼子讀框.第55頁第55頁移碼突變表明遺傳密碼從一個(gè)固定起始點(diǎn)以三聯(lián)體方式閱讀. 第56頁第56頁1.22 Every sequence has three reading frames. 每一序列含有三種也許閱讀框.通常只有一個(gè)閱讀框是可翻譯, 而其它兩種會(huì)受到頻繁終止信號(hào)克制.第57頁第57頁一個(gè)閱讀框起始于AUG, 以三聯(lián)體形式延續(xù)至終止密碼子, 而受阻讀框是由于終止密碼頻繁插入而形成. 第58頁第58頁1.23 Prokaryotic gene

16、 and its protein are colinear. 原核生物基因與其蛋白質(zhì)呈共線性關(guān)系.原核生物基因含有一段長(zhǎng)度為3N連續(xù)核苷酸, 它編碼N個(gè)氨基酸.基因, mRNA和蛋白質(zhì)都是共線性.第59頁第59頁色氨酸合成酶基因重組圖相應(yīng)于蛋白質(zhì)氨基酸序列. 第60頁第60頁RNA 以 DNA 一條鏈為模板, 依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)合成. 第61頁第61頁1.24 Multiple steps are required for the synthesis a protein product from a gene. 表示一條基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物需要幾種過程.原核生物基因轉(zhuǎn)錄成mRNA, 然后翻譯成蛋白質(zhì).

17、在真核生物中, 基因也許含有一些不編碼蛋白質(zhì)內(nèi)部區(qū)域.這些內(nèi)部區(qū)域通過RNA剪接而從RNA中被去處, 隨后形成與蛋白質(zhì)共線性mRNA.mRNA含有5非翻譯區(qū), 編碼區(qū)和3非翻譯區(qū).第62頁第62頁基因長(zhǎng)度也許比蛋白質(zhì)編碼序列長(zhǎng). 第63頁第63頁在細(xì)菌中, 轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一區(qū)域化部位. 第64頁第64頁在真核生物中, 轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核中, 而翻譯則發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中.第65頁第65頁1.25 cis-acting sites and trans-acting molecules.蛋白質(zhì)呈反式作用, 而DNA上位點(diǎn)呈順式作用.所有基因產(chǎn)物(RNA或蛋白質(zhì))都是反式作用, 它們能夠作用于細(xì)胞內(nèi)基因

18、任一拷貝上.順式突變能夠鑒定出反式作用因子辨認(rèn)靶點(diǎn)DNA序列, 它們不表示為RNA或蛋白質(zhì), 而只影響相鄰DNA序列.第66頁第66頁DNA中控制位點(diǎn)為蛋白質(zhì)提供結(jié)合位點(diǎn), 而編碼區(qū)經(jīng)RNA合成而表示. 第67頁第67頁順式作用位點(diǎn)控制鄰近DNA, 但不影響其它等位基因. 第68頁第68頁蛋白質(zhì)中反式作用突變影響其控制基因及其等位基因. 第69頁第69頁1.26 Genetic informationcan be provided by DNA or RNA. 遺傳信息可由DNA或RNA提供.細(xì)胞中基因是DNA, 但病毒和類病毒中基因也許是RNA.DNA被轉(zhuǎn)錄成RNA, 而RNA可被反轉(zhuǎn)錄成DNA.RNA翻譯成蛋白質(zhì)是單