3遗传的分子基础3中讲2.ppt

第三章 遗传的分子基础,一、染色质与核酸结构 0.5学时 二、DNA复制 0.5学时 三、RNA转录与加工 0.6学时 四、遗传密码与翻译 0.3学时 五、基因概念与发展(自学) 0.1学时,目 录,染色质水解实验,（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,细胞分裂过程中染色质聚缩成棒状结构。,（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,1.结构单位核苷酸(nucleotides) 包括：磷酸、糖基及碱基,（三）DNA结构,一、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？,（三）DNA结构,一、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）DNA结构,一、染色质与核酸结构,1.tRNA结构,（四）RNA结构,一、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）RNA结构,一、染色质与核酸结构,1、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,二、DNA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,3、复制方向,二、DNA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,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,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,1、RNA聚合酶,（一）RNA转录（transcription),三、RNA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）RNA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、RNA转录与加工,1、 mRNA前体加工,（二）RNA加工（processing),三、RNA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。,2、 tRNA加工,（二）RNA加工（processing),三、RNA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,（一）三联体密码(triplet code),四、遗传密码与翻译,2、反三联密码摆动学说,（一）三联体密码(triplet code),四、遗传密码与翻译,3、tRNA种类,（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,4、密码子例外属性,（一）三联体密码(triplet code),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,四、遗传密码与翻译,(一)、拟等位基因（pseudo allele）,1、拟等位基因提出,五 基因的概念与发展,(一)、拟等位基因（pseudo allele）,2、拟等位基因与顺反子(cistron),五 基因的概念与发展,(二)顺反子、重组子和突变子,1、顺反子(cistron),五 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)顺反子、重组子和突变子,2、Benzer试验,五 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 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)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 基因的概念与发展,(二)顺反子、重组子和突变子,（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。,五 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,五 基因的概念与发展,（五）基因的现代概念,五 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,五 基因的概念与发展,第3章 作业及复习题,一、作业：P57 2.10 二、复习题 （一）名词注释 1.Polynucleotides； 2.double helix 3.semiconservative replication；4.semidiscontinous replication 5.Promotr； 6.enhancer 7.triplet code； 8.degeneracy 9.pseudo allele； 10.recombination test 11.complementation test； 12.muton 13.Recon； 14.cistron 15.Intron； 16.extron （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 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，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 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？,