3遗传的分子基础3中讲2

第三章第三章 遗传的分子基础遗传的分子基础 一、染色质与核酸结构一、染色质与核酸结构 0.5学时学时二、二、DNADNA复制复制 0.50.5学时学时三、三、RNARNA转录与加工转录与加工 0.60.6学时学时四、遗传密码与翻译四、遗传密码与翻译 0.30.3学时学时五、基因概念与发展五、基因概念与发展(自学自学)0.1)0.1学时学时目目 录录染色质水解实验（一）染色质（一）染色质（chromatin）1974年Kornberg等，小球菌核酸，酶消化、剪切、离心、凝胶电泳、电镜观察。染色质是由100埃的核小体组成丝状结构，呈DNA单链。一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构 细胞分裂过程中染色质聚缩成棒状结构。（二）染色体（二）染色体（chromosome）化学组成DNA：27%RNA：6%蛋白质：67%基本结构单位核小体连接丝一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构1.结构单位核苷酸(nucleotides)包括：磷酸、糖基及碱基（三）（三）DNA结构结构NNNNNH2OOHOHHHHCH2HOPO-HOOAMP腺苷酸(dAMP)鸟苷酸(dGMP)胞苷酸(dCMP)胸苷酸(dTMP)尿苷酸(dUMP)嘧 啶胞 嘧 啶尿 嘧 啶胸 腺 嘧 啶NNNNHHNNHHNNHOOOOOCH3NH2(pyrimidine,Py)(cytosine,C)(uracil,U)(thymine,T)124563嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤NNNNHNNNNHHNNNNHNH2H2NO(purine,Pu)(adenine,A)(guanine,G)789123456核苷酸种类：5种DNA特有核苷酸RNA特有核苷酸一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构2.一级结构多聚核苷酸(polynucleotides)35 方向连接与DNA极性螺旋氢键相连与变性和复性复制转录碱基排列与生物多样性；某基因有1kb能多少种遗传信息？OOHOHHHCH2HOPHOOP OHHOOOOHOHHHCH2HOPHOOOOHOHHHHCH2HONNNNNH2NHNNNONH2NNNH2OCAG5-端3-端555333（三）（三）DNA结构结构一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构 DNA双螺旋结构，即DNA二级结构双链反向平行，产生向心力，维持DNA双螺旋结构氢键相链产生结合力，维持DNA双螺旋结构。碱基堆积产生堆积力，维持DNA双螺旋结构。DNA高级结构是超螺旋结构和折叠状染色体结构3.双螺旋结构(double helix)（三）（三）DNA结构结构一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构1.tRNA结构（四）（四）RNA结构结构一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构 tRNA有3300余种，2个共同点75-94bp,发夹状二级结构，有3环1臂反密码子环：识别三联密码双氢尿苷环：识别氨基酸假尿嘧啶环：识别核糖体氨基酸臂：连接氨基酸。2.rRNA结构（四）（四）RNA结构结构一、染色质与核酸结构染色质与核酸结构 rRNA，120-2900bp,发夹状主要功能区tRNA识别结合区：如5SrRNA就有5CGAAC序列能识别核糖体不同rRNA亚基识别区：能与分子量不同的核糖体结合。与基因表达调控密切相关CAU就是mRNA起始密码AUG密码。tRNA结合区与不同亚基识别能识别AUG1、半保留复制(semiconservative replication)Meselsen 15N标记E.coli 3代DNA复制：亲代为底峰，一代为中峰，二代中、上峰各半证明了半保留复制。Taylor蚕豆根尖减数分裂姊妹染色单体差别染色N 15N 14N 14N/15N 15N DNA浓 度 14N 14N/15N 15N 离 心 第 14N 一 14N 15N 14N 15N 次 离 心实验 14N15N 14N14N 14N14N 14N15N 离 心 第 离 心二次实 验 14N 15N 离 心 密 度 (a)(b)(c)图11-2 Meselson-Stahl 实 验 (a)实 验 结 果 的 解 释 (b)SsCl 梯 度 离 心 的 结 果；(c)离 心 后DNA的 吸 受 率 二、DNA复制复制2、半不连续复制(semidiscontinous replication)DNA53链连续合成，另一条链先合成冈奇用片段，在DNA聚合酶、引物酶、连接酶、拓扑异构酶解旋酶等30多种蛋白质作用下完成DNA复制。二、DNA复制复制3、复制方向 型双方向复制 Cairns(1963)，E.coli DNA,3H-dTMP标记，子一代呈小点园圈，二代呈Y形复制叉(replication fork)；称型复制模型。型单方向复制 E.coli有致育因子为雄性，无者为雌性。致育因子是从单连切口单方向、边滚动边复制，既滚环复制，又称型复制。二、DNA复制复制4、复制起点与引物 E.coliDNA出现多个复制叉，说明有多个复制起点，并都有短RNA片段引物引导。二、DNA复制复制5、D型不对称不同步复制 线粒体DNA(mtDNA)是不对称、不同步的D环复制。mtDNA重链H先复制，并置换亲链产生D环，当D环置换到轻链L起点时(约2/3长度)H反向复制新链，H.L同步复制结束后子代释放，1/2子代基因组因H链继续完成新链复制。这种不对称不同步DNA复制称D环复制。二、DNA复制复制 染色体端粒有多个Gn(A/T)m重复序列防止核酸酶降解，端粒酶(telomerase)完成端粒。动物多以TTAGGG重复，端粒酶RNA核心序列为AAUCCCAAU，是端粒复制模板，能与TTA配对；每复制 1个TTAGGG后，移位复制出下一个。多次循环后重复序列够以折回形成 t 环，完成端粒DNA复制。6、T型折回成环复制二、DNA复制复制1、RNA聚合酶（一）（一）RNA转录（转录（transcription)三、三、RNA转录与加工转录与加工 RNA聚合酶以A、U、G、C为原料，与DNA模板链形成RNA/DNA杂合链，35为方向合成RNA。有5个作用：识别启动子、解链、合成RNA、定转录方向和识别终点。2、RNA转录（一）（一）RNA转录（转录（transcription)步骤 识别转录终止释放强、弱终子释放RNA有3大差别：有无回文环结构之别富含GC与富C贫G之别不依赖与依赖 之别特点空间性，有意链特定区时间性，特定时间同步性，边开边录边闭三、三、RNA转录与加工转录与加工1、mRNA前体加工（二）（二）RNA加工（加工（processing)三、三、RNA转录与加工转录与加工 核内不均一前体RNA(heterogeneos nucleus RNA)，即初转录出来的RNA前体。它在基因长度和性质上差异很大、很不均匀。需要剪切加工才有活性。小鼠淀粉酶基因hnRNA有7993bp，该基因成熟mRNA 仅1663bp，相差6330bp。PS 外显子S PL 外显子L 外显子2 外显子3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始转录本：在唾腺中转录 成熟mRNA：1663nt 初始转录本：在肝中转录 成熟mRNA：1773nt 图18-57 小鼠淀粉酶(amy)基因利用不同启动子产生两个不同的mRNA2、tRNA加工（二）（二）RNA加工（加工（processing)前体tRNA为多个tRNA串联体，需剪切加工。单个tRNA没有CCA氨基酸臂，需添加加工。氨基酸臂添加加工三、三、RNA转录与加工转录与加工1、三联密码性质三联性：3bp为1密码子。连续性：密码子间无逗号。简并性(degeneracy)：1氨基酸多密码子，21简1非通用性：生命界通用。摇摆性：1反密码子识别多个密码子，21摇1非。特定性：起始密码 AUG终止密码 UAA、UAG、UGA分别称诸石、虎珀和乳白型。四、遗传密码与翻译四、遗传密码与翻译（一）三联体密码（一）三联体密码(triplet code)四、遗传密码与翻译四、遗传密码与翻译2、反三联密码摆动学说（一）三联体密码（一）三联体密码(triplet code)摆动(wobble)学说 1个反密码子能识别2个以上密码子的现象。摆动条件：前2个bp严格配对、且第2个bp为嘧啶时第3位才摆动。反密码子识别密码子数目多少主受第1个bp性质决定。第1个bp是A、第2个bp为嘌呤时识别1个密码子；第1个bp是C/U/G时识别2个密码子；第1个bp是I(次黄嘌呤)时识别3个密码子。即mRNA密码子 ：51 2 3 3 第3位bp:U CU GU AG ACU tRNA反密码子：33 2 1 5 第1位bp：A G C U I四、遗传密码与翻译四、遗传密码与翻译3、tRNA种类（一）三联体密码（一）三联体密码(triplet code)tRNA种类 氨基酸结合到tRNA上后，靠tRNA完成三联密码识别。据此，tRNA可以划分成三类。起始与延伸tRNA：2类，fMet-tRNA是起始tRNA，其他称延伸tRNA。同工tRNA：21类，简并密码子的tRNA。因同工tRNA有不同反密码子，其二、三结构能识别氨基酸不同的同义密码子。校正tRNA：抑制突变基因表达的tRNA。无义突变3类，错义多类 无义突变使氨基酸密码子突变成UAA诸石型、UAG虎珀型、UGA乳白型终止密码子，但tRNA反密码子发生相对应抑制突变，就能恢复原氨基酸翻译。错义突变也能通过校正tRNA恢复原氨基酸翻译。四、遗传密码与翻译四、遗传密码与翻译4、密码子例外属性（一）三联体密码（一）三联体密码(triplet code)偏离密码子 线粒体AGA/AGG是终止密码，与核基因精氨酸密码发生偏离。目前已知22类tRNA，摇摆说认为,1个tRNA能识别1个密码子家族时仅需23类tRNA,线粒体AGA/AGG减少1种tRNA 后正好数目吻合。偏离启发。偏爱密码子 简并密码子在特定生物中有明显使用偏爱。如Ecoli苏氨酸密码AUC.ACCACA使用率分别为36/65.26/65.3/65，有偏爱密码子。稀有密码子 硒代半光氨酸是UGA终止密码编码，是硒代-丝氨酸-tRNA识别，合成丝氨酸后修饰而成。启动与活化:30S+50S+mRNA翻译循环，进位：氨酰基tRNA进入A 成肽：A、P位点上的氨基酸成肽 转位：从A移到P，空出A备用 移位：mRNA移动一个codon延生和终止：1-4步重复延生，终止子结束、释放（二）蛋白质合成（二）蛋白质合成四、遗传密码与翻译四、遗传密码与翻译(一一)、拟等位基因（、拟等位基因（pseudo allele）1、拟等位基因提出 杏红白眼F1杏红，Wb对W是显性，是等位基因。F2红眼0.1%，说明Wb与W之间发生了基因交换。能交换就是非等位基因。Wb与W不是等位也不是非等位基因，命名为拟等位基因。Wb +Wb +杏 红 +W Wb +杏 红Wb W Wb +杏 红 +Wb +红 眼99.9%0.1%Wb +Wb +杏 红+W+W Y Y 白 眼Wb +W 杏 红 W Wb b +Y Y 杏 红五五 基因的概念与发展基因的概念与发展(一一)、拟等位基因（、拟等位基因（pseudo allele）2、拟等位基因与顺反子(cistron)将F2红眼绘制成图1，得wb与w顺排，呈红眼；将F2杏红眼绘成图2，得wb与w反排，呈为杏红眼。即基因内不同位点间顺反排列差异导致了基因功能差异。顺反排列差异能产生基因功能差异的基因称拟等位基因。顺反排列差异能产生功能差异的区间，称为顺反子(cistron)+Wb W 红 眼trans +W Wb +杏 红cis五五 基因的概念与发展基因的概念与发展(二二)顺反子、重组子和突变子顺反子、重组子和突变子 1、顺反子(cistron)五五 基因的概念与发展基因的概念与发展 顺反排列差异能产生遗传功能差异的区间称顺反子。即，有不同遗传功能的顺反排列基因称同一个顺反子(如图A)、没有遗传功能差异的顺反排列基因为两个不同的顺反子(如图AB)。一个顺反子就是一个基因，但顺反子揭示了基因内空间结构与遗传功能的差异。(二二)顺反子、重组子和突变子顺反子、重组子和突变子 2、Benzer试验五五 基因的概念与发展基因的概念与发展 Benzer，对T4phage r区3000多个突变体，采用双重感染法获得了3000多个基因的距离；用成对直接感染法确定3000多个基因的功能。结果发现：3000多个基因归属于A、B两个顺反子内。如r47至r106顺反子A内有1000多个小基因，r51至r106基因间距离虽然很近，但分别属于A、B两个顺反子。说明基因不是功能的最小单位，顺反子才是。3.重组子(recon)五五 基因的概念与发展基因的概念与发展 能发生交换重组的基因片段称重组子。如r区A顺反子内有1000多个小基因，各小基因间均能发生交换重组，则有1000多个重组子。说明基因不是交换的最小单位，重组子才是。(二二)顺反子、重组子和突变子顺反子、重组子和突变子4、突变子(muton)能产生非野生型突变的区间称突变子。如：r区A基因内有1000多个突变体，即有1000多个基因突变位点发生了突变，为1000多个突变子。说明基因不是突变的最小单位，突变子才是。五五 基因的概念与发展基因的概念与发展(二二)顺反子、重组子和突变子顺反子、重组子和突变子（三）断裂基因与重叠基因（三）断裂基因与重叠基因（split and over lapping gene）1、断裂基因 结构基因内的间隔序列。Chambon(法),1977年,首次发现猴病毒 SV40DNA间隔序列，打破了结构基因为连续DNA片段的观念，是真核生物普遍现象。如兔血清蛋白4与3间断裂。晚 期 胚 早 期 胚 成 体 ho h1 h2 h3 1maj 2min 小 鼠 4 3 1 兔 H 鸡 kb 60 50 40 30 20 10 0 图 10-32 脊 椎 动 物 中 的 -珠 蛋 白 基 因 簇 和 假 基 因 五五 基因的概念与发展基因的概念与发展2、重叠基因（over lapping gene）（四）断裂基因与重叠基因（四）断裂基因与重叠基因 多个基因共用同一段DNA序列 phageX174核苷酸：5258个gene：9个 氨基酸：2000个 欠614个核苷酸是B被包含在A基因内，E被包含在D基因内，基因重叠。Sanger发现了重叠基因(1978)五五 基因的概念与发展基因的概念与发展（五）基因的现代概念（五）基因的现代概念五五 基因的概念与发展基因的概念与发展 合成有功能的多肽或RNA分子所必需且完整的DNA序列。包括启动子、RNA编码区(含内含子和外显子)和终止子。1.Mendel：颗粒因子互不粘染，彼此独立；2.Morgan：基因直线排列在染色体上；3.Beadle：基因通过蛋白质控制性状表达；4.Benzer：顺反子、交换子、突变子分别是功能、交换、突变的最小单位。5.Waston、Crick：DNA上特定碱基序列；6.Jacob ：基因是1个操纵调控表达系统；7.Chambon：基因内有内含子，断裂基因；8.Meclintodk：能转座的基因称转座基因；9.Berg ：基因组间DNA重组子能在受体中表达；10.genome：基因组编码与非编码区有内在联系。（六）基因概念发展（六）基因概念发展五五 基因的概念与发展基因的概念与发展第第3章章 作业及复习题作业及复习题一、一、作业：P57 2.10二、二、复习题 （一）名词注释（一）名词注释1.Polynucleotides；2.double helix3.semiconservative replication；4.semidiscontinous replication5.Promotr；6.enhancer7.triplet code；8.degeneracy9.pseudo allele；10.recombination plementation test；12.muton13.Recon；14.cistron15.Intron；16.extron（二）填空（二）填空1、DNA螺旋结构中，双链同轴盘缠的主要是DNA双链极性相反产生了向心力，除此之外还有()力及()力都是维持DNA空间结构的主要动力。2、测得某双链DNA分子中，G的含量为0.24，则该DNA中T的含量为()，C 的含量为()。3、用3H-dTMp培养基28下培养E.coli，20min后,提取E.coliDNA。发现该DNA仅一条DNA链上有放射性标记。这说明DNA复制是(半保留)方式复制。若在35下培养30mm后，提取E.coliDNA。发现一条DNA长链及很多DNA片断上均有放射性标记，且含量各占1/2左右。该试验说明DNA复制是(半保留)复制。4、DNA特有的碱基是（腺嘌呤），RNA特有的碱基是（鸟嘌呤）。5、若在106NtRNA的核苷酸的排列是随机的，而各种碱基的比例是20%A,25%C,25%U 和30%G，你预计5-GUUA-3序列可出现（）次，5-UUA-3序列可出现（）次6、从细菌的噬菌体中分离DNA，DNA中含33%A，26%T，18%G,和23%C，该测定数据可以推测此噬菌体DNA的结构是（）结构，而真核生物DNA结构是（）结构7、tRNA的二级结构为三叶草状，其特点是有22个恒定的碱基、5端配对、3-OH永远是单链区；和其特有的三环一臂。三个茎环是（）（）（），一臂是（）。8、Alu家族是人、鼠等所有脊椎动物中广泛分布的一种基因家族，有14个重复基因，各基因之间的间隔序列称为（），它与（）基因同源。9、第一代分子遗传标记技术就是指（）遗传标记技术，它是基于（）酶切割DNA的片段长度不同，通过克隆探针检测不同长度DNA片段多态性差异的遗传标记计算。10、生物性细胞内基因组C值大小与生物进化程度不符的现象称为（），它告诉我们生物基因组内必有大量的（）基因。（三）选择填空（三）选择填空1、已知T4噬菌体A区,1、3、5号突体为同一个顺反子,2、4号突变体为另一个顺反子。则1号突变体与2、3、4、5号突变体的互补测验结果应为()。a、-+-+b、+-+c、+-+-d、-+-2、3-TACAAT-DNA链，转录mRNA的结果为()。5-ATGTTA-a、UACAAU b、AUGUUA c、-ATGTTA-d、-TACAAT-3、DNA切除修复，当胸腺嘧啶二聚体剪开切口，互补合成填补上二聚体空缺之后，损伤DNA片断由()酶切掉。a、核酸内切酶 b、DNA聚合酶 c、核酸外切酶 E、DNA连接酶4、因基因突变密码子GAA变为AAA。从密码子功能上分类，该突变为()突变。a、同义突变 b、错叉突变 c、无义突变 d、无突变5、tRNA、rRNA基是()的基因。a、既转录又翻译 b、不转录不翻译c、只转录不翻译 d、不复制不转录6、DNA切除修复，当TT剪开切口，合成新互补链DNA片断后，被置换出来的损伤DNA片断，由（）酶切掉。a.内切酶 b.聚合酶 c.外切酶 d.连接酶 7、GAA密码子突变成AAA密码子，该突变为（）突变a.同义突变 b.错义突变 c.无义突变 d.点突变8、转录和复制都是遗传物质合成的过程，但转录特点与下列特点不吻合的是（）。a、转录仅一条模板链；b、转录需要引物；c、转录不需要底物；d、转录的开链区不扩大，只移动。9、RNA pol的主要功能有五个，下面与其功能不吻合的是（）。a、直接识别启动子；b、使DNA解链；c、合成RNA；d、校正DNA序列。10、下列物质中不是组成型异染色质的是（）。a、着丝粒；b、端粒；c、次缢痕 d、巴氏小体11、下列物质中不是组兼性异染色质的有（）。a、假基因；b、内含子；c、结构基因；d、巴氏小体12、复杂多基因家族是指下面（）基因。a、人体珠蛋白间隔基因；b、5srRNA多个重复基因；c、果蝇H1、H2A、H2B、H3、H45个组蛋白基因；d、鼠血红蛋白间隔基因13、下面的三联体密码不是终止密码子的是（）。a、UUA；b、UAG；c、UGA；d、UAA四、是非题（正确题画四、是非题（正确题画，错误题画，错误题画）1、由于碱基互补，真核生物DNA中(G+C)/(A+T)=1。()2、单链DNA病毒中，G/C与A/T之比总是相等的。()3、核小体中心颗粒是由H2A、H2B、H3、H44个组蛋白分子各2个分子组成的8分子颗粒。（）4、基因转录具有空间性、时间性、同步性。（）5、2n=4x生物基因组的DNA含量为4C。（）6、女人体细胞中XX染色体早期随机失活会出现1个巴氏小体。（）（五）复习题（五）复习题1、有什么证据表明DNA中只有两种碱基对A-T和G-C构成？2、将下例各种DNA和相应的染色质相匹配起来DNA类型 染色质类型Barr小体 常染色质着丝粒 兼性异染色质端粒 组成性异染色质大部分表达基因 3、我们希望使基因组随机切成很小的片段(250bp)左右，应当选择什么样的限制酶，若想切成4kb的随机片段需要选什么样的限制性酶？4、在E.coli的色氨酸合成酶的蛋白质A的第223位点上观察到aspglycys的替换，假定每个氨基酸的替换是由一个核苷酸引起的，利用遗传密码表，指出是哪些密码子发生了一些什么类型的碱基替代？