高中生物竞赛辅导课件—DNA与RNA之1.ppt
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- 高中生物 竞赛 辅导 课件 DNA RNA
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1、DNA与RNAn 生物亲代与子代之间,在形态、结构和生理功能上常常生物亲代与子代之间,在形态、结构和生理功能上常常相似,这就是相似,这就是遗传现象遗传现象。n 生物的遗传特性,使生物界的物种能够保持相对稳定。生物的遗传特性,使生物界的物种能够保持相对稳定。根据现代细胞学和遗根据现代细胞学和遗传学的研究得知,控制生传学的研究得知,控制生物性状的主要遗传物质是物性状的主要遗传物质是脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸(DNA)。)。生物的各项生命活动都有生物的各项生命活动都有它的物质基础。生物遗传的物它的物质基础。生物遗传的物质基础是什么呢?质基础是什么呢?金丝猴的后代仍然是金丝猴金丝猴的后代仍然是金丝猴牛
2、的后代仍然是牛牛的后代仍然是牛第一组问题?1.DNA是遗传物质是遗传物质2.RNA也可以作为遗传物质也可以作为遗传物质3.核酸之外有其他遗传物质吗?核酸之外有其他遗传物质吗?核素的发现核素的发现肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验大肠杆菌噬菌体捣碎实验大肠杆菌噬菌体捣碎实验化学实验化学实验遗传物质必须具备的基本条件遗传物质必须具备的基本条件DNA 是遗传物质DNA 是遗传物质核素的发现核素的发现p 1868年,瑞士年,瑞士F.Miescher从绷带上从绷带上的白细胞核中分离出一种含磷的酸的白细胞核中分离出一种含磷的酸性物质,命名为性物质,命名为核素核素。p核素的主要成分是核素的主要成分是染色质
3、染色质,是是DNA和蛋白质的混合物和蛋白质的混合物。这是首次对基。这是首次对基因的化学本质进行探索。因的化学本质进行探索。p核酸核酸 这一名词于这一名词于20年后才被正式启年后才被正式启用。用。19世纪末期,世纪末期,DNA和和RNA已经从细胞已经从细胞中分离出来,为进一步的化学分析奠定中分离出来,为进一步的化学分析奠定了基础。了基础。20世纪世纪30年代搞清了年代搞清了DNA和和RNA的的基本基本化学组成化学组成。还注意到了。还注意到了DNA和和RNA所含所含核糖的差异。核糖的差异。肺炎双球菌转化实验 肺炎双球菌有两种类型肺炎双球菌有两种类型光滑型(光滑型(S型)型)粗糙型(粗糙型(R型)型
4、)肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验噬菌体侵染细菌的过程:噬菌体侵染细菌的过程:吸附吸附 侵入侵入 合成合成 组装组装 释放释放最后,这些噬菌体最后,这些噬菌体由于细菌的解体而由于细菌的解体而被释放出来,再去被释放出来,再去侵染其他的细菌。侵染其他的细菌。大肠杆菌噬菌体捣碎实验大肠杆菌噬菌体捣碎实验 1952年年Herchey 和和Chase。用用32P和和35S分别标记噬菌体的分别标记噬菌体的DNA和蛋白质,和蛋白质,发现发现只有只有DNA进入宿主细菌内进入宿主细菌内,而蛋白质,而蛋白质则没有。则没有。化学实验化学实验 不同生物的碱基组成不同,具有严格的不同生物的碱基组成不同,具有严格
5、的种种的特异性的特异性。单体在不同生物中都是相同的。单体在不同生物中都是相同的。A T G C 等量等量 四种碱基的分子浓度可变。四种碱基的分子浓度可变。DNA是遗传物质的间接证据是遗传物质的间接证据 (1 1)一种生物不同组织的细胞,不论年龄)一种生物不同组织的细胞,不论年龄大小,功能如何,它的大小,功能如何,它的DNADNA含量是恒定的,而含量是恒定的,而生殖细胞精子的生殖细胞精子的DNADNA含量则刚好是体细胞的一含量则刚好是体细胞的一半。多倍体生物细胞的半。多倍体生物细胞的DNADNA含量是按其染色体含量是按其染色体倍数性的增加而递增的,但细胞核里的蛋白倍数性的增加而递增的,但细胞核里
6、的蛋白质并没有相似的分布规律。质并没有相似的分布规律。(2 2)DNADNA在代谢上较稳定。在代谢上较稳定。(3 3)DNADNA是所有生物的染色体所共有的,而某是所有生物的染色体所共有的,而某些生物的染色体上则没有蛋白质。些生物的染色体上则没有蛋白质。(4 4)DNADNA通常只存在于细胞核染色体上,但通常只存在于细胞核染色体上,但某些能自体复制的细胞器,如线粒体、某些能自体复制的细胞器,如线粒体、叶绿体有其自己的叶绿体有其自己的DNADNA。(5 5)在各类生物中能引起)在各类生物中能引起DNADNA结构改变的化结构改变的化学物质都可引起基因突变。学物质都可引起基因突变。(1)储存并表达遗
7、传信息)储存并表达遗传信息:(2)能够复制,把遗传信息传递给子代:)能够复制,把遗传信息传递给子代:(3)物理和化学稳定性:物理和化学稳定性:(4)有遗传变化的能力:)有遗传变化的能力:遗传物质必须具备以下基本条件:遗传物质必须具备以下基本条件:RNA也可以作为遗传物质 RNA病毒病毒:一些病毒也采用另一种核酸一些病毒也采用另一种核酸RNA作为遗传作为遗传物质物质,如逆转录病毒。,如逆转录病毒。烟草花叶病毒(烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)类病毒(viroid)类病毒:类病毒:不具蛋白质衣壳,仅有不具蛋白质衣壳,仅有RNA组成的新病组成的新病毒。毒。1922年年
8、 美国美国 马铃薯纺锤形块茎病毒。马铃薯纺锤形块茎病毒。特点:特点:单股闭合环状的单股闭合环状的RNA分子,分子量约分子,分子量约105da。能耐受紫外线和作用于蛋白质的各种理化因素,能耐受紫外线和作用于蛋白质的各种理化因素,在在90下仍能存活。下仍能存活。类病毒复制如何进行?类病毒复制如何进行?由宿主细胞的酶来完成,其由宿主细胞的酶来完成,其RNA作为复制作为复制模板。模板。类病毒现在仅在高等植物中发现,一般通过类病毒现在仅在高等植物中发现,一般通过接触,擦伤,节肢动物和菟丝子传播。接触,擦伤,节肢动物和菟丝子传播。非核酸的其他遗传物质 朊病毒:朊病毒:又称蛋白质侵染因子。又称蛋白质侵染因子
9、。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子的无免疫性疏水蛋白质。复制的小分子的无免疫性疏水蛋白质。羊瘙痒病羊瘙痒病 1982年,美国发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的年,美国发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的疾病,并称为疾病,并称为“Prion”即朊病毒。即朊病毒。马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病。马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病。1996年春天年春天“疯牛病疯牛病”:牛海绵状脑炎:牛海绵状脑炎 人慢性退化性紊乱疾病:人慢性退化性紊乱疾病:老年痴呆、帕金森氏病、老年痴呆、帕金森氏病、糖尿病等。糖尿病等。朊病毒引起的风波朊病毒特点:仅有蛋白质组成,仅有
10、蛋白质组成,分子量分子量29kDa,具有蛋白质性质:能被蛋白酶灭活,不被具有蛋白质性质:能被蛋白酶灭活,不被核酸酶和辐射灭活,对许多理化因子有很核酸酶和辐射灭活,对许多理化因子有很强的抵抗力。强的抵抗力。1997 年年Prusiner 对对朊病毒蛋白朊病毒蛋白 的感染机制进行了探讨。的感染机制进行了探讨。朊病毒蛋白(朊病毒蛋白(PrP)以两种形式存在:)以两种形式存在:正常的脑组织中发现的正常的脑组织中发现的PrPC不具有感染性,不具有感染性,对蛋白酶敏感,可以被完全降解;对蛋白酶敏感,可以被完全降解;致病组织中的致病组织中的PrPSC具有感染性,具有抗蛋具有感染性,具有抗蛋白酶的性能。白酶的
11、性能。PrPC和和PrPSC的一级结的一级结构完全相同,但二级构完全相同,但二级结构差异很大结构差异很大:PrPC:螺旋的含量螺旋的含量约为约为40,几乎没有,几乎没有片层结构;片层结构;PrPSC:含有高达含有高达50的的片层结构,只有片层结构,只有20的的螺旋。螺旋。致病 正常正常朊蛋白构型发生异常改变朊蛋白构型发生异常改变后导致疯牛后导致疯牛病,病,无需无需DNA或或RNA的参与的参与,致病因子朊,致病因子朊蛋白就可以传染复制。蛋白就可以传染复制。所谓所谓朊病毒的繁殖就是正常的朊病毒的繁殖就是正常的PrPC蛋白质蛋白质转变为转变为PrPSC的过程,而且朊病毒感染后也的过程,而且朊病毒感染
12、后也具有指数增长的特性具有指数增长的特性。1)合成朊病毒所需的信息可能存在于寄主细胞中)合成朊病毒所需的信息可能存在于寄主细胞中 朊病毒的作用,仅在于激活在寄主细胞中为朊病毒朊病毒的作用,仅在于激活在寄主细胞中为朊病毒的编码的基因,使得朊病毒得以复制繁殖。的编码的基因,使得朊病毒得以复制繁殖。2)朊病毒的蛋白质能为自己编码遗传信息)朊病毒的蛋白质能为自己编码遗传信息 发生逆转译产生为朊病毒编码的发生逆转译产生为朊病毒编码的RNA或或DNA,必须,必须存在逆转译酶,甚至还要有逆转录酶。存在逆转译酶,甚至还要有逆转录酶。蛋白质指导下的蛋白质合成,即蛋白质本身可作为蛋白质指导下的蛋白质合成,即蛋白质
13、本身可作为遗传信息。遗传信息。核酸(DNA、RNA)的化学组成第二组问题?嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤1 含氮碱基、核苷、核苷酸含氮碱基、核苷、核苷酸 碱基碱基HUracil(U)DNA:D-2-脱氧核糖脱氧核糖 A,G,C,TRNA:D-2-核糖核糖 A,G,C,Un 核酸的元素组成C、H、O、N、P(9-10%)核酸核酸 核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 戊糖戊糖 碱基碱基3 DNA的一级结构:的一级结构:即是指即是指四种核苷酸四种核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列顺序,通按照一定的排列顺序,通过磷酸二酯键连接形成的过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸也称为碱基顺序。多核苷酸也称
14、为碱基顺序。DNADNA一级结构的两种缩写方式:一级结构的两种缩写方式:v 线条式:线条式:pTpGpCpApTpTpGpCpApT pT pT-G-C-A-T-G-C-A-Tv 文字式:文字式:1 DNA双螺旋模型的提出2 维持DNA双螺旋的力3 双螺旋结构的基本形式4 变性和复性第三组问题?研究背景:研究背景:p1950年,大量不同来源年,大量不同来源DNA样品的分析发样品的分析发现了现了DNA组成的组成的当量规律当量规律,即,即AT,GC,AGCT。不同生物种属的不同生物种属的DNA碱基组成不同,碱基组成不同,同一个体不同器官、不同组织的同一个体不同器官、不同组织的DNA具有具有相同的碱
15、基组成。相同的碱基组成。1 DNA双螺旋模型的提出双螺旋模型的提出 理论化学家L.Pauling运用化学的简单定律来推理,研究了蛋白质-螺旋结构,此方法启发了Watson和和 Crick。M.Wilkins、R.Franklin等在DNA的X射线晶体结构方面作出了重大的贡献。R.Franklin的X-射线衍射图1953年沃森和克里克提出年沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型。分子双螺旋结构模型。DNA双螺旋结构模型的提出:Fig.2-5 Watson and Cricks paper in Nature 1953.DNA双螺旋结构模型的要点:双螺旋结构模型的要点:脱氧核糖和磷酸通过脱氧核糖
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