2010-1微生物的遗传物质.ppt
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1、第1章 微生物的遗传物质,第一节 证明遗传物质是DNA(或RNA)的经典实验 第二节 DNA的结构和复制 第三节 原核生物的染色体及其复制 第四节 真核生物染色体及其复制 第五节 基因结构和基因组,第一节 证明遗传物质是DNA(RNA)的三个经典试验,细菌的转化 噬菌体感染实验 病毒重建实验,1、细菌的转化实验,1928, 英国Griffith, Streptococcus penumoniae,Griffith认为,加热杀死的S型菌中存在某种能使活的R型菌转变成S型菌的因子,并把此因子称为转化因子.,这种一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质而表现出后者的遗传性状,或发生遗传性状改变的现象叫
2、做转化.,结论:转化因子是DNA,Avery等的转化实验,2、噬菌体感染实验,1952,Hershey & Chase, T2噬菌体,结论:在感染过程中,噬菌体的DNA进入细菌细胞中,它的蛋白质外壳并不进入细胞中去。,推论:决定T2噬菌体的蛋白质外壳的遗传信息的携带者是DNA,3、病毒重建实验,1956,Fraenkel-Corat, Tobacco mosaic virus, TMV,结论:RNA是TMV的遗传物质,第二节 DNA的结构和复制,一、DNA的结构,一 级 结 构,二 级 结 构,DNA Double Helix model,Watson & Crick, 1953,3.4nm,
3、B-DNA是在有碱金属存在及92%湿度条件下,经X光衍射分析得到的.,A-DNA是在75%湿度条件下 DNA纤维通过X光衍射分析得到的.,右手双螺旋结构,1979年,发现了左手双螺旋DNA,称为Z-DNA是由两条反向平行的多聚核苷酸相连而成的. Z-DNA可能在基因表达调控中起作用,但确切的生物学功能尚待研究.,三 级 结 构,E. coli 的染色体长度1mm,比其细胞本身长1000倍,所以一定存在着超螺旋结构;在真核生物中核小体的形成引入负超螺旋,在细菌和古细菌中是DNA回旋酶引起超螺旋.,DNA的不同形式有: 环状和线状,通常细菌的染色体DNA,质粒DNA,以及真核生物的线粒体DNA和叶
4、绿体DNA为环状,二、DNA的复制特点和几种主要的复制方式,1. 基 本 概 念 ( Basic Concept ),Watson & Crick: 一种遗传物质,必须能行使两种 功能,即自我复制和对细胞的高 度特异性的影响,遗传物质的基本属性:基因的自我复制 基因的突变可以控制性状的表达,DNA复制 亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下,分别以 每单链 DNA分子为模板,聚合与自身碱基可以互补 配对的游离的dNTP, 合成出两条与亲代DNA分子完 全相同的子代DNA分子的过程。, Replicon;, Replisome;,每一个复制起点及其复制区称为一个复制单位,The multi p
5、rotein (30) structure that assembles at replicating fork to undertake synthesis of DNA,复制机理的复杂性,DNA复制起始控制机理知之甚少,原核生物的复制起点(Origin of replication ,简称ori)例如,E.coli 的oriC,长度为245bp,真核生物多个复制起点,例如酿酒酵母,约有400个复制起点(autonomously replicatory sequence,ARS),每个长度为100-200bp。,2. 复制起点与方向(replication origin & directio
6、n ),isolation of ori,rich AT & palindrom Enzymes binding site,300 bp in replication origin 0f Prokaryote,复制起点的特征,“呼吸现象”,DNA复制原点处氢键迅速断裂与再生, 导致两条DNA链不断解链与聚合, 形成瞬间的单泡状结构的过程。 在富含AT的区域内尤为明显,子链DNA延伸方向,DNA polymerase reacts on the 3 end only,New DNA elongation from 5 to 3 direction,进化中保留 的深刻的、 选择与适应 的、化学及
7、功能的根源,如果DNA的延伸方向是 3 5,因能量的需要, DNA的5 端必须带有PPP,游离dNTP具有ppp,碱基发生错配后的校正,费时、费能、增加脱磷酸、加磷酸的能量消耗,pp,3. DNA的半保留复制 (Semi-Conservation Replication),Three replication hypotheses,半不连续复制 (semi-discontinuous replication),后随链,前导链,5,3,3,5,3,5,5,3,4. DNA复制的方式 (DNA replication model), 型复制,1963年,Cairns根据E.coli的环状染色体复制的
8、中间产物自显影实验提出的。形状象 “ ”,滚环方式,D.S. DNA, Nick,Elongation, rolling,合成互补链,形成双链,A蛋白识别起点,产生切口,polIII催化延长,正链环化,形成双链结构,产生A蛋白,识别复制起点, 置换式 或 D-Loop (Displacement form),D.S. DNA,In mitochondrial DNA also in chloroplasm DNA, S.S. DNA as template, New S.S. DNA, Displacement, D-Loop,重链复制,D-环延伸,形成D-环,轻链开始复制,重链复制完成,轻链
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