《遗传学》课程教学资源：第九章 遗传的分子基础

第九章 遗传的分子基础

第九章 遗传的分子基础

问题:基因是由什么物质组成的?它 又是如何控制性状的发育呢? 染色体由蛋白质和核酸等构成,二者都是长链 状分子的多聚体,由相似而非等同的亚单位通 过化学链结合在一起。 蛋白质最基本的单位是氨基酸,最常见的有20 种不同的氨基酸,一个蛋白质分子可由几百 几千个氨基酸构成,它们的排列组合是一个 天文数字。 核酸的最基本单位是核苷酸,只有四种,排列 组合数要小得多。 那么,遗传物质究竟是蛋白质还是核苷酸呢?

问题：基因是由什么物质组成的？它 又是如何控制性状的发育呢？ • 染色体由蛋白质和核酸等构成，二者都是长链 状分子的多聚体，由相似而非等同的亚单位通 过化学链结合在一起。 • 蛋白质最基本的单位是氨基酸，最常见的有20 种不同的氨基酸，一个蛋白质分子可由几百— —几千个氨基酸构成，它们的排列组合是一个 天文数字。 • 核酸的最基本单位是核苷酸，只有四种，排列 组合数要小得多。 • 那么，遗传物质究竟是蛋白质还是核苷酸呢？

实验一:肺炎球菌的转化实验 1928年, Fred griffith肺炎球菌( Pneumococcus Ca)strain kills mouse+ Live mouse -Dead mouse (b)R strain does not kill mouse t live mouse- live mouse (c) head-killed S strain does not kill mouse t live mouse-Live mouse (d)R strain plus heat-killed S strain, both of which are separately nonlethal, kill mouse t live mouse-Dead mouse

实验一：肺炎球菌的转化实验 • 1928年，Fred Griffith 肺炎球菌（Pneumococcus） （a）S strain kills mouse+ Live mouse →Dead mouse （b） R strain does not kill mouse + live mouse→ live mouse （c） Head—killed S strain does not kill mouse + live mouse→Live mouse （d） R strain plus heat—killed S strain，both of which are separately nonlethal，kill mouse + live mouse→Dead mouse

Griffith实验证明:细胞液中含有一种性 质不明的转化因子? Po lysis, precipitation- cell-free extract S Strain Transforming principle from S strain +粗糙型 Grouth both s andr cells 令1944年, Avery、 Maclead and Mccarty从细 胞抽提液中部分纯化了转化因子,证明是 DNA

Griffith的实验证明：细胞液中含有一种性 质不明的转化因子？ • Lysis，precipitation cell-free extract S Strain Transforming principle from S strain +粗糙型 Grouth both S and R cells ❖1944年，Avery、Maclead and McCarty从细 胞抽提液中部分纯化了转化因子，证明是 DNA

实验二、噬菌体的侵染和繁殖(捣碎器实验) 由 Alfred Hershey and Martha Chase完成 DNA (can be labeled with 32p) protein can belabeled with 35S) injection After ending Incubation

实验二、噬菌体的侵染和繁殖（捣碎器实验） • 由Alfred Hershey and Martha Chase完成 DNA（can be labeled with 32P） protein（ can belabeled with 35S） injection After blending lncubation

实验三、病毒的拆开和重建实验 1956年, Fraenkei-Courat用烟草花叶病毒(TMV) Ⅰ型 TMV RNA I 感染烟叶 Ⅱ型 TMV RNAII 结论:RNA有时也是遗传物质

实验三、病毒的拆开和重建实验 • 1956年，Fraenkei-Courat用烟草花叶病毒（TMV） Ⅰ型TMV RNAⅠ Ⅱ型TMV RNAⅡ 感染烟叶 结论：RNA有时也是遗传物质

DNA和RNA的分子结构和复制 DNA的分子结构 DNA分子是去氫核糖核苷酸的聚合物,每个核苷酸均由一个五碳糖分 子、一个磷酸分子和一个含N的有机碱基组成。 腺嘌呤A 胸腺嘧啶T 胞嘧啶C 鸟嘌呤G 稀有碱基:5-甲基胞嘧啶; 6-甲基氨基嘌呤 碱基结构见刘祖洞P87 DNA的一级结构见P88(骨架由相间的磷酸和脱氧核糖基团通过 3ˆ、5磷酸二酯键连接起来,四种核苷酸碱基之一搭到每个脱氧核糖的1 碳原子上)

DNA和RNA的分子结构和复制 • 一、DNA的分子结构 • DNA分子是去氧核糖核苷酸的聚合物，每个核苷酸均由一个五碳糖分 子、一个磷酸分子和一个含N的有机碱基组成。 腺嘌呤A 胸腺嘧啶T 胞嘧啶C 鸟嘌呤G 稀有碱基：5-甲基胞嘧啶； 6-甲基氨基嘌呤 碱基结构见刘祖洞P87 DNA的一级结构见P88（骨架由相间的磷酸和脱氧核糖基团通过 3ˊ、5ˊ磷酸二酯键连接起来，四种核苷酸碱基之一搭到每个脱氧核糖的1ˊ 碳原子上）

Watson-(ick模型(P90) 1、早期的DNA物理学研究表明,DNA分子是具有 高度有序结构的一条伸展的链,同时也获得了关于 分子部分的排列和大小方面的信息,很重要的是, DNA分子是双螺旋结构。 2、从许多生物中分离出DNA分子,对其A、T、G、 C的摩尔含量进行了化学分析(也称碱基组成) AT];[G=[C];口为摩尔浓度 [A+G]=[T+C 3、 Watson和 Crick将X射线衍射图与DNA的化学与 物理数据结合起来,得出常见的B型DNA双螺旋结 构模型

Watson—Crick模型（P90） • 1、早期的DNA物理学研究表明，DNA分子是具有 高度有序结构的一条伸展的链，同时也获得了关于 分子部分的排列和大小方面的信息，很重要的是， DNA分子是双螺旋结构。 • 2、从许多生物中分离出DNA分子，对其A、T、G、 C的摩尔含量进行了化学分析（也称碱基组成） [A]=[T]；[G]=[C]；[]为摩尔浓度 [A+G]=[T+C] • 3、Watson和Crick将X射线衍射图与DNA的化学与 物理数据结合起来，得出常见的B型DNA双螺旋结 构模型

双螺旋模型要点(二级结构) 1、两条主链彼此盘绕形成双股螺旋,糖磷酸作为骨架位 于外侧。 2、两条链反向平行,一条为3→5;另一条为5→3′。 3、碱基在中央成螺旋排列,A=T;C=G。 4、每一碱基对的两个碱基位于同一平面,垂直于螺旋轴。 、每个相邻的碱基对旋转36°,故每匝螺旋有10对碱基, 每个碱基对之间的距离为0.34nm 6、双螺旋直径为20A 7、单位长度的螺旋分子量约2×10m 8、大沟与小沟是蛋白质分子与碱基相接触的地方

双螺旋模型要点(二级结构) • 1、两条主链彼此盘绕形成双股螺旋，糖-磷酸作为骨架位 于外侧。 • 2、两条链反向平行，一条为3ˊ→5ˊ；另一条为5ˊ→3ˊ。 • 3、碱基在中央成螺旋排列，A=T；C=G。 • 4、每一碱基对的两个碱基位于同一平面，垂直于螺旋轴。 • 5、每个相邻的碱基对旋转36° ，故每匝螺旋有10对碱基， 每个碱基对之间的距离为0.34nm • 6、双螺旋直径为20Å • 7、单位长度的螺旋分子量约2×106 /µm。 • 8、大沟与小沟是蛋白质分子与碱基相接触的地方

表不同空间结构类型的DNA 表 DN碱基对旋转度螺距螺旋直 产生条件 nm 径 类型 圈碱基 对 (nm)纤维状态 在溶液中 A11+327282375% K+ a或 B10+360342.092%低盐 C9.33+3863.1 1.966 3004451.8 高盐

表 不同空间结构类型的DNA 表 DN A 类型 碱基对 /圈 旋转度 /碱基 对 螺距 nm 螺旋直 径 （nm） 产生条件 纤维状态 在溶液中 A 11 +32.7 2.8 2.3 75% K+、 Na+或 Cs+ B 10 +36.0 3.4 2.0 92% 低盐 C 9.33 +38.6 3.1 1.9 66% - Z 12 -30.0 4.45 1.8 - 高盐