第一章 遗传的物质基础

第一章遗传的物质基础1第一节遗传物质的本质-核酸遗传物质必须具备哪些特点？1）在体细胞中含量稳定；2) 在生殖细胞中含量减半；3) 能携带遗传信息；4)能精确地自我复制；5) 能发生变异；21 . 肺炎链球菌转化实验1928年Griffith小鼠肺炎—肺炎链球菌（Smooth、Rough）表面光滑S型—荚膜—多糖—发病表面粗糙R型—不含荚膜—不含多糖—无致病力毒力因子—细胞表面夹膜多糖31-1 Griffith 的转化实验4杀死细菌 分离提取多糖 脂类 RNA 蛋白质 DNA DNA+DNaseR Ⅱ R Ⅱ R Ⅱ R Ⅱ RⅡ R Ⅱ不杀死 不杀死 不杀死 不杀死 可杀死 不杀死 小鼠 小鼠 小鼠 小鼠 小鼠 小鼠R Ⅱ R Ⅱ R Ⅱ R Ⅱ R Ⅱ+SⅢ1944年,O.T.Avery 细菌中遗传物质为DNA The transforming principle is DNA 1-2 Avery 体外转化实验52. T2噬菌体转导实验1952年, A.D. Hershey & M. Chase632P——标记噬菌体DNA 35S——标记噬菌体外壳蛋白感染后，大量32P 标记的DNA 进入大肠杆菌细胞，进行噬菌体复制与组装35S 主要位于细胞表面，在子代中含量很低DNA 为T2噬菌体的遗传物质The genetic material of phage T2 is DNA3 . 真核细胞转染实验真核细胞通过转染获取外源DNA而获得新的性状Eukaryotic cells canacquire a new phenotypeas the result oftransfection by addedDNA.真核细胞的遗传物质也是DNA7RNA也是遗传物质1.1956年A.Gierer和G.Schraman发现烟草mosaic virus,TMV），其遗传物质是RNA。

2.1957年美国的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建实验证实了这一结论。

8910DNA 是多数细胞生命体的遗传物质The genetic material of organisms usually is DNA .DNA 也是许多病毒的遗传物质，一些病毒使用RNA 作为遗传物质The general principle of the nature of the genetic material, then, is that it is always nucleic acid; in fact, it is DNA except in the RNA viruses.核酸是不是唯一的遗传物质？结论第二节核酸的化学组成、结构特征与性质11一、核酸（Nucleic Acids）的化学组成1、基本化学成分基本单位——核苷酸（nucleotide）；每分子核苷酸包含一个碳、氮原子的杂环化合物（碱基），一个环状五碳糖（戊糖），和一个磷酸分子基团；碱基(Base)有两种类型:嘌呤（purine）、嘧啶（pyrimidine）戊糖也有两种：2-脱氧核糖、核糖12嘌呤碱基和嘧啶碱基13此外，核酸分子中还发现数十种修饰碱基（modified component),又称稀有碱基(unusual component)。

上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团（如甲基化、甲硫基化等）修饰后的衍生物。

一般在核酸中的含量稀少，分布也不均一。

如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。

1415脱氧核糖与核糖DNA中戊糖是2-脱氧核糖，而在RNA中是核糖；不同在于糖环2位上是否存在羟基基团162、核苷酸的组成与连接核苷核苷酸123456789核苷三磷酸17核苷酸的连接A polynucleotide chain Array consists of a series of 5’-3’sugar-phosphate links thatform a backbone fromwhich the bases protrude.18寡核苷酸（oligonucleotide)一般是指二至十几个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。

寡核苷酸可由人工合成，可作为DNA合成引物、基因探针等，在现代分子生物学研究中具有广泛的用途。

核酸链的简写式5’ pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3’ DNA此式可进一步简化为：5’ pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3’19201、基本概念Antiparallel strands of the double helix are organized in opposite orientation, so that the 5´end of one strand is aligned with the 3´end of the other strand.Base pairing describes the specific (complementary) interactions of Adenine with Thymine or of Cytosine with Guanine in a DNA double helix (Thymine is replaced by Uracil in double helical RNA).Complementary base pairs are defined by the pairing reactions in double helical nucleic acids (A with T in DNA or with U in RNA, and C with G).Supercoiling describes the coiling of a closed duplex DNA in space so that it crosses over its own axis .二、DNA 结构与性质2、DNA一级结构DNA一级结构：DNA分子中核苷酸排列顺序，因差异仅在碱基，故可称碱基顺序。

*基因：遗传信息都包含在核苷酸顺序中。

DNA分子中不同排列顺序的DNA区段构成特定的功能单位，称基因。

基因的功能取决于DNA一级结构，要解释基因的生物学含义，就必须弄清DNA序列。

DNA序列测定既重要又基本213、DNA二级结构双螺旋模型产生的背景（1）1938年W.T.Astbury& Bell用x衍射技术研究DNA。

1947年拍摄了第一张DNA的衍射照片，并推断DNA分子的结构是：①柱状；②多核苷酸是一叠扁平的核苷酸；③核酸残基取向和分子长轴垂直，间距为3.4Å。

222）1951年Pauling和Corey运用化学的定律来推理，而不做具体的实验，建立了蛋白质的α-螺旋模型；23（3）晶体学者J. Donoh& Chargaff发现DNA碱基组成的共同规律。

（4）R.Franklin&Wilkins等在1952用X射线衍射方法获得的DNA结构资料2425 以摩尔含量表示，不同来源DNA 都存在[A]=[T]和[C]=[G]； 不同物种DNA 碱基组成上有很大变化，表现在A+T/G+C 比值不同，但同种生物不同组织DNA 碱基组成相同；嘌呤碱基的总和与嘧啶碱基的总和相等。

Wilkins、Watson和Crick共获诺贝尔化学奖。

262）DNA is a double helix2728DNA双螺旋结构的要点主链（backbone）：脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。

二条主链绕一共同轴心以右手方向盘旋、反向平行形成双螺旋构型。

主链处于螺旋外则。

碱基对（base pair）：碱基位于螺旋的内则，以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。

同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。

配对碱基总是A与T和G 与C。

碱基对以氢键维系，A与T 间形成两个氢键，G与C 间形成三个氢键。

29大沟和小沟：双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。

小沟位于双螺旋的互补链之间,而大沟位于相毗邻的双股之间。

这是由于连接于两条主链糖基上的配对碱基并非直接相对, 从而使得在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟。

在大沟和小沟内的碱基对中的N 和O 原子朝向分子表面。

结构参数：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。

303）DNA双螺旋结构与DNA复制Watson和Crick 认为DNA结构中的二条链是一对互补的模板（亲本），复制时碱基对间的氢键断开，两条链分开，每条链都作为模板指导合成与自身互补的新链（复本），最后从原有的两条链得到两对链而完成复制。

在严格碱基配对基础上的互补合成保证了复制的高度保真性，也就是将亲链的碱基序列复制给了子链。

因为复制得到的每对链中只有一条链是亲链，即保留了一半亲链，故这种复制方式又称为半保留复制（semi-conservative replication）。

31结构的多态性4、DNA32DNA构象的改变的因素：核苷酸顺序、碱基组成、盐的种类、相对湿度。

B-DNA：最常见的天然构象；A-DNA：脱水DNA中，还出现在RNA分子中的双螺旋区域和DNA－RNA杂交分子中；B-DNA, A-DNA, C-DNA, D-DNA, S-DNA共同特征：右手双螺旋；两条反向平行的核苷酸链通过Ｗatson-Crick碱基配对结合在一起；链的重复单位是单核苷酸；这些螺旋中都有两个螺旋沟，分为大沟与小沟，只是它们的宽窄和深浅程度有所不同。

33嘌呤与嘧啶交替排列(CGCGCG);左手双螺旋;只有一个螺旋沟，狭而深;细胞DNA分子中确实存在Z-DNA区;胞嘧啶第五位碳原子的甲基化，可使B-DNA不稳定而转变为Z-DNA。

34Z-DNA的生物学意义(1)可能提供某些调节蛋白的识别。

啮齿类动物病毒的复制起始部位有d（GC）交替顺序的存在；(2)在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。

(3)原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活性，小核和繁殖有关。

Z-DNA抗体以萤光标记后，显示仅和大核DNA结合，而不和小核的DNA结合，说明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和转录有关。

355、DNA三级结构在一二级结构基础上的多聚核苷酸链上的扭曲盘绕。

在一定意义上，是指双螺旋基础上的卷曲。

三级结构包括：链的扭结超螺旋（主要形式）单链形成的环环状DNA中的连环体36DNA的超螺旋•双螺旋的进一步扭曲折叠便构成DNA的三级结构。

•超螺旋在自然界中广泛存在。

•全部肿瘤病毒DNA，人和其它动物的线粒体的DNA，植物的叶绿体DNA，质粒等。