第四

篇遺傳與變異遺傳的基本規(guī)律

209第四篇遺傳與變異21基因的分子生物學21.1遺傳物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)21.2DNA復(fù)制21.3遺傳信息流21.4遺傳物質(zhì)的改變21基因的分子生物學

21.1遺傳物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)在20世紀的前40年，困擾科學家的兩個最基本的問題依然沒有解決：

基因是什么物質(zhì)基因是如何工作的在Mendel和Morgan時代，使用的實驗材料主要是豌豆和果蠅等，它們都是一些非常復(fù)雜的多細胞生物。后來，在對細菌和病毒這些極其簡單的生命形式的研究中，科學家才發(fā)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的蛛絲馬跡。實驗一：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗1928年格里菲斯的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗1944年愛弗萊證實轉(zhuǎn)化物質(zhì)是DNA遺傳物質(zhì)是DNA（或是RNA）的直接證據(jù)

S型肺炎球菌：有莢膜，菌落光滑

R型肺炎球菌：沒有莢膜，菌落粗糙血液中分離出活S型菌1928年格里菲斯實驗結(jié)果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？1944年愛弗萊Avery離體轉(zhuǎn)化實驗：

從加熱殺死的S型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的R型肺炎球菌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨只有核酸可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。結(jié)論：DNA是生命的遺傳物質(zhì)。實驗二：T2噬菌體的感染實驗1952年，赫歇（Hershey）和切斯（Chase）放射性同位素35S標記病毒的蛋白質(zhì)外殼，32P標記病毒的DNA內(nèi)核，感染細菌。新復(fù)制的病毒，檢測到了32P標記的DNA，沒有檢測到35S標記的蛋白質(zhì)。結(jié)果說明DNA是遺傳分子。幾個月后，DNA雙螺旋模型發(fā)表，更說明DNA具有遺傳分子的特性。35S標記外殼蛋白質(zhì),感染后放射標記不進入大腸桿菌細胞32P

標記DNA,感染后放射標記進入大腸桿菌細胞核酸的基本單位核苷酸是核酸的基本單位。核苷酸可被水解產(chǎn)生核苷和磷酸，核苷還可再進一步水解，產(chǎn)生戊糖和含氮堿基。核苷核苷酸堿基核酸戊糖磷酸

DNA的組成及結(jié)構(gòu)核糖脫氧核糖T胸腺嘧啶U尿嘧啶12345ADeoxyribonucleotide

ARibonucleotide

核苷與核苷酸dAMP,dGMP,dTMP,dCMP1953年，Watson&Crick的DNA雙螺旋模型ChemicalStructureofDNA5’-P3’-OH5’-P3’-OH

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特征：兩條通過堿基配對連接的多核苷酸長鏈以反方向平行的方式圍繞同一個中心軸相互纏繞，組成雙螺旋，兩條鏈均為右螺旋；DNA的堿基配對以堿基互補為原則；配對的堿基并不充滿雙螺旋空間，而堿基占據(jù)的空間不對稱；DNA分子中，脫氧核糖和磷酸基團通過3’、5’—磷酸二酯鍵連接形成，DNA分子的一條長鏈是從5’→3’，另一條長鏈是從3’→

5’。

21.2DNA復(fù)制DNA復(fù)制發(fā)生在細胞周期的S期；DNA復(fù)制依賴于特殊的堿基配對;

互補配對原則:

A＝TG≡CDNA復(fù)制總是由5’→3’

方向合成;DNA復(fù)制是半保留式復(fù)制.在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的DNA可以同時在許多DNA復(fù)制的起始位點局部解螺旋并拆開為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制泡”，解鏈的叉口處稱為復(fù)制叉。

DNA聚合酶的共同特點：（1）需要有DNA模板；（2）合成啟始必須要有引物提供3’-OH；（3）聚合的方向都是5’→3’（4）除聚合作用外，還有其它功能（如切除修復(fù)）。

岡崎（Okazaki）等人提出DNA的不連續(xù)復(fù)制模型：DNA復(fù)制過程中,2條新生鏈都只能從5’→3’延伸,而DNA模板鏈是反向平行的雙鏈，這樣，其中一條鏈的合成方向和復(fù)制叉移動方向相同，是連續(xù)合成的,稱為前導(dǎo)鏈；另一條鏈的合成方向和復(fù)制叉移動方向相反，為不連續(xù)復(fù)制，稱為滯后鏈。滯后鏈不連續(xù)合成期間所生成的DNA片段，稱為岡崎片段，這些小片段再通過DNA連接酶的作用，互相連接起來而成為長鏈。岡崎片段

21.3遺傳信息流蛋白質(zhì)是表型特征的分子基礎(chǔ)基因與酶的關(guān)系：一個基因一個酶。一個基因一個酶學說首先闡明了基因通過對酶的控制來決定生物性狀。修正：一個基因一條多肽鏈DNA中心法則遺傳信息儲存在核酸中；遺傳信息由核酸流向蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制細胞核內(nèi)細胞質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)錄——從DAN到RNA發(fā)生在細胞核中，以DNA分子為模板，按照堿基互補的原則，合成一條單鏈的RNA即mRNA，DNA分子攜帶的遺傳信息被轉(zhuǎn)移到RNA分子中。其過程與DNA的復(fù)制基本相同。起始延長終止3’5’自身合成方向堿基配對原則：A＝UG≡C原核生物中，DNA鏈上不存在內(nèi)含子。真核生物細胞成熟mRNA的形成過程翻譯——從mRNA到蛋白質(zhì)細胞中蛋白質(zhì)的合成是一個嚴格按照mRNA上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸單體合成為多肽鏈的過程，這一過程稱為mRNA的翻譯。mRNA的翻譯需要有mRNA、tRNA、核糖體、多種氨基酸和多種酶等的共同參與。翻譯過程(即多肽鏈的合成)包括起始、多肽鏈延長和翻譯終止3個基本階段。RNA的結(jié)構(gòu)與功能mRNA——信使RNArRNA——核糖體RNAtRNA——轉(zhuǎn)移RNARNA蛋白質(zhì)合成模板與核糖體蛋白形成蛋白質(zhì)的合成場所。密碼子識別氨基酸搬運1966年，Nirenberg和Khorana全部遺傳密碼字典64個密碼子61個負責20種氨基酸翻譯，3個無義密碼子Nirenberg和Khorana1968年諾貝爾獎

遺傳密碼的破譯

遺傳密碼的特點遺傳密碼——DNA分子中核苷酸的排列順序與蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序之間的對應(yīng)關(guān)系。是由三個堿基組成的，因此叫三聯(lián)體密碼。遺傳密碼的特點連續(xù)性(移碼突變，插入或刪除一個堿基后)簡并性（一個氨基酸可以不止一個密碼子）偏愛性（雖有簡并性，但密碼子的使用頻率并不相等）擺動性（氨基酸主要由密碼子的前兩個堿基決定）具有起始密碼子（甲硫氨酸）和終止密碼子通用性（所有生物使用相同的密碼）蛋白質(zhì)的合成過程起始：從N端開始合成，起始氨基酸總是甲硫氨酸。mRNA的閱讀方向是5’→3’。延伸：進位—轉(zhuǎn)肽—移位A位—受位。結(jié)合一個新進入的氨酰tRNA，P位—給位。結(jié)合Met-tRNA，并向A位給出肽?；?。終止:

釋放因子RF識別終止密碼，進入A位，肽鏈脫落。

延伸

終止起始起始終止進位延伸轉(zhuǎn)肽移位細胞質(zhì)中，翻譯是一個快速過程，一段mRNA可以相繼與多個核糖體相結(jié)合，同時連續(xù)進行多條同一種新肽鏈的合成。

中心法則的發(fā)展反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)（RNA→DNA）DNA翻譯（實驗室中）對中心法則的挑戰(zhàn)（朊粒）

21.4遺傳物質(zhì)的改變遺傳物質(zhì)的改變?nèi)旧w畸變基因突變結(jié)構(gòu)變異數(shù)目變異堿基置換突變移碼突變?nèi)笔В喝旧w少了某一片段，通常是致死的，如貓叫綜合癥。重復(fù)：染色體上多出了一段，例如貓眼綜合癥。倒位：染色體內(nèi)某一片段倒轉(zhuǎn)180度重新連接，有臂間倒位和臂內(nèi)倒位（包括著絲點）。易位：染色體斷裂片斷接到了非同源染色體上。染色體畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)變異：染色體數(shù)目變異：整倍體畸變：體細胞含2n以上整套染色體組（多倍體），包括3n、4n。多見于植物中，如無籽西瓜3n。非整倍體畸變：體細胞染色體數(shù)目的變異是因配子中個別染色體的增減為基礎(chǔ)產(chǎn)生的變異。某同源染色體少一條，絕大多數(shù)不能成活。人類特納氏綜合癥缺少一個X。缺失一對染色體，不能存活，但癌細胞可能存活。某同源染色體多一條成為三條染色體。Down綜合癥（21三體）。某同源染色體的數(shù)目在三條以上。基因突變堿基置換：一種堿基被另一種堿基所置換，嘌呤替代嘌呤（A-G）、嘧啶替代嘧啶（C-T）稱為轉(zhuǎn)換，嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤則稱為顛換。移碼突變：在DNA的堿基