第二章分子遗传学的兴起优质课件.ppt
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1、第二章分子遗传学的兴起第二章分子遗传学的兴起第二章分子遗传学的兴起本章节内容本章节内容 物理学的介入物理学的介入2.1 遗传物质遗传物质 DNA2.2 DNA与蛋白质与蛋白质2.3 物理学的介入物理学的介入2.1现代物理学研究方法现代物理学研究方法 分子生物学研究锦上添花分子生物学研究锦上添花X-X-射线晶体学全息分析技术射线晶体学全息分析技术核磁共振技术核磁共振技术扫描隧道电子显微镜扫描隧道电子显微镜分子激发显微镜分子激发显微镜生命的物质基础自然科学的统一 本章节内容本章节内容 物理学的介入物理学的介入 2.1 DNA与蛋白质与蛋白质2.3 遗传物质遗传物质 DNA2.2 遗传物质遗传物质
2、DNA2.2l穆勒(穆勒(Muller H.T.Muller H.T.):):19271927年对果蝇用年对果蝇用X X 射线诱发突变。射线诱发突变。l斯特德勒(斯特德勒(Stadler L.T.Stadler L.T.):):19271927年在玉米用年在玉米用X X 射线诱发突变。射线诱发突变。两人证实了基因和染色体的突变不仅在自然两人证实了基因和染色体的突变不仅在自然情况下产生,且用情况下产生,且用X X射线处理也会产生大量突变。射线处理也会产生大量突变。因此,基因确实是一种物质分子。因此,基因确实是一种物质分子。早在早在1869年,年,25岁的瑞士生物学家岁的瑞士生物学家弗雷德里希弗雷
3、德里希米歇尔米歇尔成成功地分离出细胞核,发现功地分离出细胞核,发现“核素核素”。1889年,生物化学家年,生物化学家奥尔特曼(奥尔特曼(Altrmann)从酵母和动)从酵母和动植物组织中终于制备出纯净的、不含蛋白质的细胞核中植物组织中终于制备出纯净的、不含蛋白质的细胞核中的酸性物质,将其称为核酸。的酸性物质,将其称为核酸。20世纪世纪40年代之前,俄罗斯化学家年代之前,俄罗斯化学家菲奥布斯菲奥布斯列文列文已明确已明确表示,世上共有两种核酸表示,世上共有两种核酸DNA和和RNA,并已判定二,并已判定二者化学性质的区别。者化学性质的区别。很多年来,核酸被认为是很多年来,核酸被认为是“无用的物质无用
4、的物质”。DNA的发现的发现DNA是遗传物质的证据(三个实验)是遗传物质的证据(三个实验)肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌的转化实验噬菌体感染实验噬菌体感染实验烟草花叶病毒的重建实验烟草花叶病毒的重建实验肺炎双球菌特征抗原型(稳定)肺炎双球菌特征抗原型(稳定)光滑型光滑型(S)(S)有荚膜、光滑、有毒有荚膜、光滑、有毒粗糙型粗糙型(R)(R)无荚膜、粗糙、无毒无荚膜、粗糙、无毒格里费斯格里费斯(Griffith F.1928)肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌的转化实验小鼠成活小鼠成活 无毒无毒R R型型 重现重现R R型型重现重现S S型型小鼠死亡小鼠死亡 有毒有毒S S型型无病毒无病毒小鼠成活小
5、鼠成活 有毒有毒S S型型(65(65杀死杀死)无毒无毒R R型型有毒有毒S S型型(65(65杀死杀死)小鼠死亡小鼠死亡重现重现S S型型结论:结论:在加热杀死的在加热杀死的S S型肺炎双球菌型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够中有较耐高温的转化物质能够进入进入R R型型 R R型型 S S型型 无毒无毒 有毒。有毒。无毒无毒 R R型型 有毒有毒 S S型型(杀死杀死)无毒无毒 R R型型 有毒有毒 S S型型(杀死杀死)蛋白酶蛋白酶无毒无毒 R R型型 有毒有毒 S S型型(杀死杀死)DNA DNA酶酶重现重现 S S型型重现重现II RII R型型重现重现 S S型型结结 论:论:D
6、NA是转化因子是转化因子或遗传物质。或遗传物质。阿委瑞阿委瑞(Avery O.T.,1944)试验:试验:原原 理:理:P P存在于存在于DNADNA,而不存于蛋白,而不存于蛋白质;质;S S 存在于蛋白质,不存于存在于蛋白质,不存于DNADNA。3232P P标记标记T2T2噬菌体;噬菌体;3535S S 标记标记T2T2噬菌体。噬菌体。结结 论论进入菌内的是进入菌内的是DNA;DNA进入细胞内才能进入细胞内才能产生完整的噬菌体。产生完整的噬菌体。赫尔歇赫尔歇(Hershey(HersheyA.A.,1952)1952)噬菌体感染实验噬菌体感染实验 TMV RNA RNA酶酶 烟草烟草 不发
7、病不发病 TMV蛋白质烟草蛋白质烟草 不发病;不发病;TMV RNA烟草烟草 发病发病 新的新的TMV 烟草花叶病毒烟草花叶病毒Tobacco Mosaic Virus(简称简称TMV)。利用。利用 TMV的蛋白质外壳和单螺的蛋白质外壳和单螺旋旋RNA接种:接种:烟草花叶病毒的重建实验烟草花叶病毒的重建实验佛兰科尔佛兰科尔-康拉特康拉特-辛格尔辛格尔(Framkel-Conrat-Singer)(Framkel-Conrat-Singer)试验:试验:结论:结论:提供提供RNARNA的亲本决定了其后代的的亲本决定了其后代的RNARNA和蛋白质。和蛋白质。在不含在不含DNADNA的的TMVTMV
8、中,中,RNARNA就是遗传物质。就是遗传物质。核苷酸是组成核酸的基本单位。核苷酸是组成核酸的基本单位。核苷酸可以进一步水解为核苷和核苷酸可以进一步水解为核苷和磷酸磷酸,核苷又,核苷又可以水解为可以水解为戊糖戊糖和和碱基碱基:核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤(嘌呤(A、G)嘧啶(嘧啶(T、C)核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖的组成成分的组成成分阿委瑞(Avery O.核苷酸可以进一步水解为核苷和磷酸,核苷又可以水解为戊糖和碱基:DNA的复制是半保留复制(semiconservative)主要依据为碱基互补配对的规律以及DNA分子的X射线衍射结果后随链的不连续复制:(考恩伯格 1
9、967):在3 5方向链上,仍按从5 3的方向,一段段地合成DNA单链小片段(称冈崎片段,1000 2000bp),由连接酶连接这些片段,形成一条连续的单链。两人证实了基因和染色体的突变不仅在自然情况下产生,且用X射线处理也会产生大量突变。TMV蛋白质烟草 不发病;翻译,遗传信息流动方向由RNA蛋白质。32P标记T2噬菌体;羊 瘙痒病双链具有反向平行的特点;主要依据为碱基互补配对的规律以及DNA分子的X射线衍射结果四级结构:由两个或多个肽链组成的蛋白质的天然空间结构。提供RNA的亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。生物种类、生物体性状。S 存在于蛋白质,不存于DNA。DNA指导的蛋白质合成:DN
10、A是遗传物质的证据(三个实验)如:UCU、UCC或UCA或UCG,均为丝氨酸。X-射线晶体学全息分析技术戊糖戊糖磷酸磷酸碱基碱基查加夫法则查加夫法则(Chargaffs rule)DNADNA中的中的4 4种碱基的含量并不是等量的;种碱基的含量并不是等量的;腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)的量总是和胸腺嘧啶的量总是和胸腺嘧啶(T)(T)的量相等;的量相等;鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)则和胞嘧啶则和胞嘧啶(C)(C)几乎相等。既:几乎相等。既:A=TA=T;C=GC=G1953年,沃森(年,沃森(Watson J.D.)和克里克()和克里克(CrickF.H.C.)提出)提出DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模
11、型主要依据为碱基互补配对的规律以及主要依据为碱基互补配对的规律以及DNA分子的分子的X射射线衍射结果线衍射结果沃森、克里克与威尔金斯沃森、克里克与威尔金斯(Wilkins)一起获得诺贝尔奖一起获得诺贝尔奖(1962)的结构的结构早凋的早凋的“科学玫瑰科学玫瑰”富兰克林富兰克林(R.E.Franklin)她和同事威尔金斯她和同事威尔金斯在在1951年率先采用年率先采用X射线衍射技术拍摄到射线衍射技术拍摄到DNA晶体照片,为推晶体照片,为推算出算出DNA分子呈螺旋分子呈螺旋结构的结论,提供了结构的结论,提供了决定性的实验依据。决定性的实验依据。(英,)英,)但但“科学玫瑰科学玫瑰”没等没等到分享荣
12、耀,在研究成到分享荣耀,在研究成果被承认之前就已凋谢。果被承认之前就已凋谢。1953年年4月月25日,克里克日,克里克和沃森在和沃森在自然自然杂志上杂志上发表了发表了DNA的双螺旋结的双螺旋结构,从而带来了遗传学的构,从而带来了遗传学的彻底变革彻底变革,更宣告了分子更宣告了分子生物学的诞生。生物学的诞生。1.两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋;两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋;2.双链具有反向平行的特点;双链具有反向平行的特点;3.碱基配对原则为:碱基配对原则为:A=T、G=C,双螺旋直径约,双螺旋直径约20A,螺距为,螺距为34A(10个碱基对个碱基对)。沃森和克里克:分子的规则的双螺
13、旋结构沃森和克里克:分子的规则的双螺旋结构3.4nm3.4nm0.34nm2nm2nm从图中可见DNA具有规则的双螺旋空间结构完美地解释基因的复制和传递完美地解释基因的复制和传递DNA的复制是半保留复制的复制是半保留复制(semiconservative)双螺旋结构的生物学意义双螺旋结构的生物学意义半保留复制(半保留复制(semiconservative)沃森沃森(Watson J.D.)先导链复制:先导链复制:合成合成DNADNA片段之片段之前,先由前,先由RNARNA聚合酶合成一小聚合酶合成一小段段RNARNA引物引物(约有约有2020个碱基对个碱基对),DNADNA聚合酶才开始起作用合成
14、聚合酶才开始起作用合成DNADNA片段。片段。DNADNA聚合酶,以聚合酶,以5 5 3 3 向发挥作用;向发挥作用;后随链的不连续复制:后随链的不连续复制:(考恩伯考恩伯格格 1967)1967):在:在3 3 55方向链方向链上,仍按从上,仍按从55 3 3的方向,的方向,一段段地合成一段段地合成DNADNA单链小片段单链小片段(称冈崎片段,(称冈崎片段,1000 1000 2000bp)2000bp),由连接酶连接这些由连接酶连接这些片段,片段,形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。主要依据为碱基互补配对的规律以及DNA分子的X射线衍射结果羊 瘙痒病43=64种:由三个碱基一起组成的密
15、码子能够形成64种组合,20种氨基酸多出44种。(1)在RNA复制型的生物中,生物体的遗传信息流动包含2点:RNA的自我复制,遗传信息流动方向由RNARNA;分子伴侣:是一类能特异地结合和释放底物蛋白的蛋白分子,它们帮助底物蛋白实现正确折叠、寡聚体组装、向特定细胞器转运或变换活化/去活化构象等。第二章分子遗传学的兴起半保留复制(semiconservative)1927年对果蝇用X 射线诱发突变。(1)在RNA复制型的生物中,生物体的遗传信息流动包含2点:RNA的自我复制,遗传信息流动方向由RNARNA;沃森(Watson J.43=64种:由三个碱基一起组成的密码子能够形成64种组合,20种
16、氨基酸多出44种。这种类型的生物主要针对SARS病毒,流感病毒等。如:UCU、UCC或UCA或UCG,均为丝氨酸。遗传物质 DNA双链具有反向平行的特点;朊粒(Prion)同义的密码子越多,生物遗传的稳定性也越大。核苷酸可以进一步水解为核苷和磷酸,核苷又可以水解为戊糖和碱基:遗传物质 DNA色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外,仅一个三联体密码;本章节内容本章节内容 物理学的介入物理学的介入 2.1 DNA与蛋白质与蛋白质2.3 遗传物质遗传物质 DNA2.2 DNA与蛋白质与蛋白质2.3蛋白质的组分和结构蛋白质的组分和结构遗传密码遗传密码中心法则中心法则基因工程和基因组研究的兴起基因工程
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