遗传物质的分子基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,遗传物质的分子基础,第一节 DNA作为主要遗传物质的证据,一、DNA作为主要遗传物质的间接证据 (一)、每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何,它们的DNA含量是恒定。(二)、DNA在代谢上是比较稳定的。(三)、DNA是所有生物染色体所共有的。(四)、用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时,其最有效的波长为2600埃,这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的,证明基因突变与DNA分子的变异密切相关。,二、DNA作为主要遗传物质的直接证据,(一)、细菌的转化 肺炎双球菌有两种不同类型:1、光滑型(S型)2、粗糙型(R型)。,在R型和S型内还可以按血清免疫反应不同,分成许多抗原型,常用R,R和S、S、S等加以区别。1928年Criffith将少量无毒的R型肺炎双球菌注入家鼠体内,再将大量无毒但已加热杀死的S型肺炎双球菌注入同一只鼠体内,结果家鼠发病死亡,从死鼠体内分离出S型的肺炎双球菌。,1944年Avery等用生物化学方法证明这种引起转化的物质是DNA,他们将S型细菌的DNA提取物与R型细菌混合在一起,在离体培养条件下,成功的使少数R型细菌定向转化为S型细菌。,(二)、噬菌体的侵染与繁殖,噬菌体是极小的低级生命类型。必须在电子显微镜下才可以看到。据研究T2噬菌体DNA进入到大肠杆菌内,可以利用大肠杆菌合成DNA材料来制造自己的DNA,而且能够用大肠杆菌合成蛋白质的材料,来建造它的蛋白质外壳和尾部,从而形成完整的新生的噬菌体。,赫尔歇等用同位素,32,P和,35,S分别标记T,2,噬菌体DNA与蛋白质,然后用标记的T,2,噬菌体分别感染大肠杆菌,经10分钟后,用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳。用,32,P标记的噬菌体感染的大肠杆菌,基本上全部放射性活动在细菌内,并可传递给子代。用,35,S标记的噬菌体感染的大肠杆菌,放射性活动大部分见于被甩掉的外壳中,细菌内只有较低的放射性活动,但不能传递给子代。这个试验结果表明,只有噬菌体的DNA进入大肠杆菌体内才能产生完整的噬菌体,证明DNA是具有连续性的遗传物质。,(三)、烟草花叶病毒的感染和繁殖 烟草花叶病毒是由RNA与蛋白质组成的管状微粒,它的中心是单螺旋的RNA,外部是蛋白质的外壳。Frankel Gonrat等把一个普通型TMV的RNA与M型的TMV的蛋白质,重新合成混合的烟草花叶病毒,用它感染烟草叶片时,所产生的新病毒颗粒与提供RNA的普通型的病毒完全一样,即亲本RNA决定了后代的RNA和蛋白质。说明在不含有DNA的TMV中RNA是遗传物质。,第二节 核酸的化学结构与复制,一、两种核酸及其分布 核酸有两种:DNA和RNA。DNA含有的核酸分子是脱氧核糖核酸,碱基是腺嘌呤(A),胞嘧啶(C),鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)。RNA含有的糖分子是核糖,含有的碱基是腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C),鸟嘌呤(G),尿嘧啶(U)。DNA通常是双链一般较长。RNA主要为单链,分子链较短。,二、DNA与RNA的分子结构 DNA分子是脱氧核苷酸的多聚体,含有4种脱氧核苷酸:脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧胸腺嘧啶核苷酸、脱氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸。,1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋的模型 在这个模型中DNA分子是由两条互补的细长多核苷酸链彼此以一定的空间距离,在同一轴上互相盘旋,象一个扭曲的梯子。每条多核苷酸单链都是糖和磷酸纵向交替连接起来的。每条长链的两侧是扁平的盘状碱基,碱基一方面与脱氧核糖相联系,另一方面通过氢键与它互补的碱基相联系,即A和T,G和C联系,宛如一级一级的梯子横档。,RNA是四种核苷酸组成的多聚体。这四种核苷酸是:腺嘌呤核苷酸、胸腺嘧啶核苷酸、鸟嘌呤核苷酸、尿嘧啶核苷酸。绝大部分RNA以单链形式存在,可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内,凡互补的碱基可以形成氢键。,DNA的半保留复制的概念,DNA在复制时,两条链解开分别作为模板,在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链,以组成新的DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代,另一条链是新合成的,这种复制方式称为半保留复制,。,转录的概念和,DNA,的有义链和反义链,转录是在,DNA,的指导下的,RNA,聚合酶的催化下,按照硷基配对的原则,以四种核苷酸为原料合成一条与模板,DNA,互补的,RNA,的过程。,RNA,的转录从,DNA,模板的特定位点开始,并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。,启动子(promoter),终止子(terminator),模板链(templatte strand),反意义链(antisense strand),有意义链(sense strand),非信息区,DNA,5,5,3,3,第三节 DNA与遗传密码,DNA分子中有含有A、T、C、G,4种碱基,用A、T、C、G分别代表四种密码符号,如果一个DNA分子含有1000对碱基,这四种密码的排列组合就可以有1000,4,种形式,可以表达出无限信息。DNA分子上的遗传密码通过转录传递给mRNA,再由mRNA的密码翻译成蛋白质。,一、三联体密码,碱基与氨基酸两者之间的密码关系是每三个碱基决定一种氨基酸,这三个碱基的密码子可能的组合将是4,3,64种,比二十种氨基酸多出四十四种。过剩的密码子,是由于每个特定氨基酸是由一个或二个以上的三联体密码所决定的。一个氨基酸由二个以上的三联体密码所决定的现象,称为简并。,遗传密码字典,U,A,C,G,UCAG,U,C,A,G,第二位,第一位,(5),第三位,(3),UCAG,UCAG,UCAG,遗传密码的性质,1、密码是,无标点符号,的且相邻密码子,互不重叠,。,2、密码的,简并性,:由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并性(,dogeneracy),对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)。密码的简并性可以减少有害突变,。,3、密码的,摆动性(变偶性):,密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定,tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时,密码子的第一、二位碱基是严格的,第三位碱基可以有一定的变动。Crick,称这一为,变偶性,(wobble).,4、密码的通用性和,变异性,5、64组密码子中,AUG,既是的密码,又是起始密 码;有三组密码不编码任何氨基酸,而是多肽链合成的终止密码子:,UAG,、,UAA,、,UGA,。,基因与蛋白质的合成,(一)DNA与基因,基因是DNA分子(少数生物是RNA)上具有特定核苷酸排列顺序的一个区段,携带着特定的遗传信息,决定着一条多肽链的合成。,(二)性状与蛋白质和基因,基因对性状的控制是通过对蛋白质的合成而实现的,基因表达的主要过程是基因的转录和信使核糖核酸的翻译。,(三)基因的转录 RNA的合成,转录是以DNA为模板,在DNA指导的RNA聚合酶催化下,由四种核苷三磷酸合成RNA的过程,即酶促合成基因编码链(有义链)碱基顺序互补的RNA链。,(四)基因控制蛋白质的合成,蛋白质生物合成就是以mRNA作为模板,tRNA作为“运载工具”,在有关酶、辅因子和能量的作用下,将活化的氨基酸在核糖体上装配为蛋白质多肽链的过程,这个过程也称为转译。,转译过程可分为五个阶段,(1)氨基酸的激活;(2)肽链合成的起始;(3)肽链的延伸;(4)肽链合成的终止释放;(5)肽链的折叠和加工处理。,(五)中心法则及其发展 中心法则是遗传信息在细胞内生物大分子间转移的基本法则,包含在DNA或RNA分子中具有功能意义的核苷酸顺序称为遗传信息。遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程,以及遗传信息从DNA传递给DNA的复制过程就是分子生物学的中心法则,是1957年Crick最初提出的。,遗传信息传递的 中心法则,蛋白质,翻译,转录,逆转录,复制,复制,DNA,RNA,生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上,表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中,通过DNA,复制,把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中,这些遗传信息通过,转录,传递给RNA,再由RNA通过,翻译,转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序,由蛋白质执行各种各样的生物学功能,使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现,在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板,复制,出新的病毒RNA,还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA,称为,逆转录,这是中心法则的补充。,中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律,揭示遗传的分子基础,不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识,而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程,给人类的生产和生活带来了深刻的革命。,DNA 信息链,非信息链,5,C,3,3,T,G,A,5,转录的mRNA,C,A,U,tRNA上相应的反密码子,G,C,A,掺入蛋白质的氨基酸,色氨酸,现今医学分为传统医学、基于“生物-医学模式”近代发展起来的西医，20世纪西医又发展到“社会-心理-生物医学”或综合医学模式，后基因组时代系统生物学的兴起，形成了系统医学在全球的迅速发展，成为继传统医学、西医学之后中、西医学汇通的未来医学。当代中国医学类专业比较优秀的学校有北京大学、华中科技大学、郑州大学等学校。中医即中国传统医药学，是现今医学分为传统医学、基于“生物-医学模式”近代发展起来的西医，20世纪西医又发展到“社会-心理-生物医学”（高血压心脏病糖尿病）或综合医学模式，后基因组时代系统生物学的兴起，（传染病丙肝乙肝甲肝）形成了系统医学在全球的迅速发展，成为继传统医学、西医学之后中、西医学汇通的未来医学。当代中国医学类专业比较优秀的学校有北京大学、（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）,华中科技大学、郑州大学等学校。（肺血液血小板红血球白血球）,中医即中国传统医药学，是形成于数千年前的中国，是建立在人们与疾病长期斗争的经验总结及阴阳五行、八纲脏腑辨证基础上，运用朴素辩证法及思辨推理方法，认识机体、自然、疾病三者关系，发展起来的（传染病丙肝乙肝甲肝）一门以“功能人”包括功能脏器为概念的独特的医学哲学理论体系。（肺炎青霉素肝炎）,在治疗上，除了药物外，还有针灸、推拿气功、（高血压心脏病糖尿病）耳针等特殊疗法，它是世界传统医学中最完善的一种医学理论体系。它为人类尤其为中国人民（肿瘤癌症胃癌肠癌肺癌）,健康和民族繁衍做出了巨大贡献。（肺血液血小板红血球白血球）西医学是最近三四百年来建立在解剖学、生物学及现代科学技术基础上、发展起来的一门以“解剖人、肉体人”为概念的、新兴的现代医学科学理论体系。主要采用科学实验方法，从宏观到微观，直至目前的分子基因层次水平，发展极为迅速，超过其它任何一门医学科学，成为世界医学史上的主流。可见中西医学，一个是以“功能人”为概念的独特的哲学医学理论体系，一个是以“解剖人、肉体人”为概念的新兴的现代医学科学理论体系，二者都不是以完整人为研究对象的科学，从理论讲二者都不是科学的，势必影响各自发展。事实也证明这一切，（高血压心脏病糖尿病）中医长期停滞不前、（高血压心脏病糖尿病）疗效也不确实。西医尽管发展到目前的基因分子层次，但疾病发病率居高不下，对绝大部分疾病发病原因认识不清、发病机理弄不明白，治疗受到制约，在小小SARS、禽流感面前竟束手无策，在糖尿病、癌症、心脑血管疾病、尿毒症等相当多疾病面前更是不得不求助或借助中医治疗。一个是疗效不确实，一个是有些甚至相当多疾病无法治疗，这就是中西医学结合的缘由。然而，由于二者是两套理论、两股道上跑的车（肺血液血小板红血球白血球），风马牛不相及，从理论上讲就没有结合的可能，只是形式上的融合罢了。（肺炎青霉素肝炎）,故出现西医对治疗不了的疾病只好求助中医，而中医则往往采用西医诊断中医治疗，以及中西治疗法一块用的局面。（高血压心脏病糖尿病）至