《现代生物学导论》课程教学资源（PPT课件）第九章 DNA—生命的秘密

9DNA—生命的秘密 9.1基因是什么 9.2DNA的半保留复制 9.3RNA的组成和作用 9.4转录 9.5遗传密码的破译 9.6蛋白质的合成 9.7人类基因组计划

9 DNA——生命的秘密 9.1 基因是什么 9.2 DNA的半保留复制 9.3 RNA的组成和作用 9.4 转录 9.5 遗传密码的破译 9.6 蛋白质的合成 9.7 人类基因组计划

9.1基因是什么 在20世纪的前40年,困扰科学家的两个最基本的问 题依然没有解决: (1)基因是由什么物质组成的? (2)基因是如何工作的? >在 Mendel和 Morgan时代,使用的实验材料主要是 豌豆和果蝇等,它们都是一些非常复杂的多细胞生 物 后来,在对细菌和病毒这些极其简单的生命形式的 研究中,科学家才发现了遗传物质的蛛丝马迹

➢ 在20世纪的前40年，困扰科学家的两个最基本的问 题依然没有解决： （1）基因是由什么物质组成的？ （2）基因是如何工作的？ ➢ 在Mendel和Morgan时代，使用的实验材料主要是 豌豆和果蝇等，它们都是一些非常复杂的多细胞生 物 ➢ 后来，在对细菌和病毒这些极其简单的生命形式的 研究中，科学家才发现了遗传物质的蛛丝马迹。 9.1 基因是什么

9.1基因是什么 >从简单到复杂是@ 科学的研究方法。的 豌豆的七组相对性状 果蝇的4种表型 只有一条0分子 I4噬菌体正在侵染 大肠杆菌 细菌 病毒

➢ 从简单到复杂是 科学的研究方法。 9.1 基因是什么

9.1基因是什么 著名的肺炎球菌实验 1928年,英国 Griffith 肺炎球菌 S型肺炎球菌:有荚 膜,菌落表面光滑一 老鼠死 R型肺炎球菌:没有 肺炎球菌 老鼠活 荚膜,菌落表面粗糙 R型 老鼠活 肺炎球菌 >结果说明? 鼠死

➢ 1928年，英国 Griffith ➢ S型肺炎球菌：有荚 膜，菌落表面光滑 ➢ R型肺炎球菌：没有 荚膜，菌落表面粗糙 9.1 基因是什么 著名的肺炎球菌实验 ➢ 结果说明？

著名的肺炎球菌实验 口结果说明:加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种 特殊的生物分子或遗传物质,可以使无害的R型肺 炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌 口这种生物分子或遗传物质是什么呢 纽约洛克非勒研究所 Avery 从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多 糖、脂类分离出来,分别加入到无害的R型肺炎 球菌中, 结果发现,惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎 球菌转化为有害的S型肺炎球菌。 >1944年结论:DNA是生命的遗传物质

结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种 特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺 炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌 这种生物分子或遗传物质是什么呢？ 著名的肺炎球菌实验 ➢纽约洛克非勒研究所 Avery ➢从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多 糖、脂类分离出来，分别加入到无害的R型肺炎 球菌中， ➢结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎 球菌转化为有害的S型肺炎球菌。 ➢1944年 结论：DNA是生命的遗传物质

更有说服力的噬菌体实验 >1952年, Her shey和 Chase病毒(噬菌体) 2s在息浑液中 n标记壳体蛋自 >放射性同位素35标记病毒 的蛋白质外壳,3P标记病 毒的DNA内核,感染细菌。 放射性同位素 在搅拌器中搅拌,离心,检测悬浮液 >新复制的病毒,检测到了 使细菌外的噬菌和沉淀中的放射性 体与菌分离 同位素 噬菌体侵染细国时 32标记的DNA,没有检测到 仅DNA进入细胞 而蛋白外壳没有进入 2p标记DMA 35标记的蛋白质, >DNA在病毒和生物体复制或 繁殖中的关键作用 新病毒中又检 >8年的时间 即在沉淀中 测到,没有 检测到”s

➢ 1952 年 ， Hershey 和 Chase 病毒（噬菌体） ➢ 放射性同位素35S标记病毒 的蛋白质外壳， 32P标记病 毒的DNA内核，感染细菌。 ➢ 新复制的病毒，检测到了 32P标记的DNA，没有检测到 35S标记的蛋白质， ➢ DNA在病毒和生物体复制或 繁殖中的关键作用。 ➢ 8年的时间 更有说服力的噬菌体实验

9.2DNA的半保留复制 DNA合成的同位素示踪实验 大肠杆菌在含HC的 >1958, Mese son和Stah 培养液中生长若干代 0NA半保留复制 >大肠杆菌h惟氮源的 大肠杆菌 ON/TSN-DNA PN//DN-DN 培养液中生长若干代 转移到含HG 的培养液中 被15N标记的大肠杆菌转入 14NHAG为唯一氮源的培养液中 F代 细胞分裂一次 完成第一代和第二代繁殖时, IN/4N-DNA 提取DNA 分离DNA,密度梯度超速离心 密度梯度离 代 被1N标记的亲代双链DNA(记作 F代 细胞分裂两次 15N/15N)密度大,在下部; 提取DNA BN/IN-DNA 密度梯度离心 14N/14N密度小,在上部;15N/4N 4N-DNA 在15N/15N和14N/14N之间

➢1958，Meselson和Stahl ➢大肠杆菌 15NH4CI为唯一氮源的 培养液中生长若干代 ➢被15N标记的大肠杆菌转入 14NH4CI为唯一氮源的培养液中 ➢完成第一代和第二代繁殖时， 分离DNA，密度梯度超速离心 ➢被15N标记的亲代双链DNA（记作 15N/15N）密度大，在下部； 14N/14N密度小，在上部；15N/14N 在15N/15N和14N/14N之间 9.2 DNA的半保留复制 • DNA合成的同位素示踪实验

●DNA合成的同位素示踪实验 实验发现:被15N标记的亲代DNA离心后只有一条带, 位于离心管下部; 繁殖后第一代大肠杆菌的DNA离心后也只有一条带, 分布于离心管中部; 繁殖后的第二代大肠杄菌DNA离心后出现两条带, 条分布于离心管中部,另一条分布于离心管上部, 证明新合成的DNA分子的两条多核苷酸链中有一条来 自亲代DNA,一条则是新合成的。 DNA的复制是以亲代的一条DNA为模板,按照碱基互 补的原则,合成另一条具有互补碱基的新链,因此 细胞中DNA的复制被称为半保留复制

➢ 实验发现：被15N标记的亲代DNA离心后只有一条带， 位于离心管下部； ➢ 繁殖后第一代大肠杆菌的DNA离心后也只有一条带， 分布于离心管中部； ➢ 繁殖后的第二代大肠杆菌DNA离心后出现两条带，一 条分布于离心管中部，另一条分布于离心管上部， 证明新合成的DNA分子的两条多核苷酸链中有一条来 自亲代DNA，一条则是新合成的。 ➢ DNA的复制是以亲代的一条DNA为模板，按照碱基互 补的原则，合成另一条具有互补碱基的新链，因此， 细胞中DNA 的复制被称为半保留复制 • DNA合成的同位素示踪实验

●DNA的半保留复制 DNA的复制发生在细胞周期的S期,在解旋酶的作用 下,首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起 始位点局部解螺旋并拆开为两条单链,如此在一条 双链上可形成许多“复制泡”,解链的叉口处称为 复制叉。 复制起点母链Y子链 A /VMVMM金需

➢ DNA的复制发生在细胞周期的S期，在解旋酶的作用 下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起 始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条 双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为 复制叉。 • DNA的半保留复制

●DNA的半保留复制 >DNA的复制总是由 5 5向3′方向进行 ①解旋酶解开 母链双螺旋 >DNA的半保留复制 解旋酶 (2)单链附着蛋白稳定 解旋的母链DNA 保证了所有的体细 单链附着蛋白 DNA聚合酶 胞都携带相同的遗 引物酶 传信息,并可以将 RNA引物 聚合酶的作 遗传信息稳定地传 用下,前导链按5 至3方向连续合成 滞后链的合成是不连续的。 引物酶合成一小段限A引物 递给下一代。 目网崎片断一且 DNA聚合酶在引物后面合成 DNA片断,称为冈崎片断。 RNA引物被另一种DNA聚 DNA聚合酶 合酶释放,DNA连接酶把 冈崎片断连接到正在延 DNA连接酶 伸的D链上 (5

➢ DNA的复制总是由 5‘ 向3’ 方向进行 ➢ DNA的半保留复制 保证了所有的体细 胞都携带相同的遗 传信息，并可以将 遗传信息稳定地传 递给下一代。 • DNA的半保留复制