第十一章遗传的分子基础课件.pptx
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- 第十一 遗传 分子 基础 课件
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1、一、一、DNA是遗传物质的间接证据二、二、DNA是遗传物质的直接证据(一)、细菌转化试验(二)、噬菌体侵染实验(三)、烟草花叶病毒感染实验第第1 1节节 核酸是遗传物质核酸是遗传物质 DNA存在的普遍性;DNA含量的恒定性;DNA代谢的稳定性;基因突变与紫外线诱变波长(260nm)的关系。一、DNA是遗传物质的间接证据(一一)、细菌转化试验细菌转化试验肺炎双球菌的两种类型 光滑型(S型):SI、SII、SIII 有毒性,有荚膜,光滑的菌落;粗糙型(R型):RI、RII、RIII 无毒性,无荚膜,粗糙菌落。由于菌株间含有不同的多糖和蛋白质,感染生物以后诱导生成的抗体不同,区分为SI、SII、SI
2、II 等;R型由S型突变而来,相应为RI、RII、RIII 等。二 DNA是遗传物质的直接证据 1944年,年,Avery重重复了上述实验,并把复了上述实验,并把SIII型的型的DNA、Pr,夹膜提取物分别加入夹膜提取物分别加入RII型培养基,结果只型培养基,结果只有有DNA使少量使少量RII型型转化为转化为SIII型,型,并能并能稳定遗传下去。稳定遗传下去。证明证明:DNA是是遗传物质。遗传物质。1928年Griffith肺炎双球菌转化实验如下:(二)噬菌体侵染大肠杆菌实验 19521952年,年,HersheyHershey等用放射性同位素标记:等用放射性同位素标记:32P32P标记标记T
3、2T2噬菌体的噬菌体的 DNADNA(DNADNA中无中无S S),35S 35S标记标记T2T2噬菌体的噬菌体的 PrPr(PrPr中无中无P P)证明:证明:T2噬菌体噬菌体的遗传物的遗传物质是质是DNA(三)烟草花叶病毒(TMV)感染实验 Frankel-Conrat,Singer(1956)试验(三)烟草花叶病毒(TMV)感染实验 蛋白质蛋白质 RNARNA分别接种分别接种烟草叶片烟草叶片发病,形成花叶发病,形成花叶不发病,叶片正常不发病,叶片正常不发病,叶片正常不发病,叶片正常用用RNARNA酶处理的酶处理的RNARNA接接种种叶叶片片TMV结论:在不含结论:在不含DNA的的TMV
4、中,遗传物质是中,遗传物质是RNA 基因是一个特定的基因是一个特定的DNA或或RNA片片段,但并非一段段,但并非一段DNA或或RNA都是都是基因。基因。(一)(一)“遗传因子遗传因子”:孟德尔把控制生物性状的因子称为孟德尔把控制生物性状的因子称为“遗传因子遗传因子”。(二)染色体是基因的载体:(二)染色体是基因的载体:摩尔根实验证明基因位于染色体上,并呈直线排列,建立了摩尔根实验证明基因位于染色体上,并呈直线排列,建立了遗传的染色体学说,为细胞遗传学奠定了重要基础。遗传的染色体学说,为细胞遗传学奠定了重要基础。并由此提出:基因既是一个功能单位,是一个突变并由此提出:基因既是一个功能单位,是一个
5、突变单位,也是一个交换单位的单位,也是一个交换单位的“三位一体三位一体”概念。概念。经典遗传学认为:经典遗传学认为:基因是一个最小的单位,不能分基因是一个最小的单位,不能分割;既是结构单位,又是功能单位。割;既是结构单位,又是功能单位。一、基因概念的发展一、基因概念的发展(三)(三)DNA是遗传物质:是遗传物质:1928年年Griffith首先发现了肺炎球菌的转化,证实首先发现了肺炎球菌的转化,证实DNA是遗传物质而非蛋白质;是遗传物质而非蛋白质;Avery用生物化学的用生物化学的方法证明转化因子是方法证明转化因子是DNA而不是其他物质。而不是其他物质。(四)基因是有功能的(四)基因是有功能的
6、DNA片段:片段:20世纪世纪40年代年代Beadle和和Tatum提出一个基因一个酶提出一个基因一个酶的假说,沟通了蛋白质合成与基因功能的研究的假说,沟通了蛋白质合成与基因功能的研究1953年年Watson和和Crick提出提出DNA双螺旋结构模型,双螺旋结构模型,明确了明确了DNA的复制方式。的复制方式。1957年年Crick提出中心法则,提出中心法则,61年提出三联体遗传密年提出三联体遗传密码,从而将码,从而将DNA分子结构与生物体结合起来。分子结构与生物体结合起来。1957年年Benzer用大肠杆菌用大肠杆菌T4噬菌体为材料,分析了噬菌体为材料,分析了基因内部的精细结构,提出了顺反子(
7、基因内部的精细结构,提出了顺反子(cistor)的概的概念,证明基因是念,证明基因是DNA分子上一个特定的区段,是一分子上一个特定的区段,是一个功能单位,包括许多突变位点(突变子),突变个功能单位,包括许多突变位点(突变子),突变位点之间可以发生重组(重组子)位点之间可以发生重组(重组子)v理论上,一个基因有多少对核苷酸对就有多少突变理论上,一个基因有多少对核苷酸对就有多少突变子和的重组子,实际上,突变子数少于核苷酸对数,子和的重组子,实际上,突变子数少于核苷酸对数,重组子数小于突变子数。重组子数小于突变子数。总之:总之:顺反子学说顺反子学说打破了打破了“三位一体三位一体”的基因概念的基因概念
8、,把基因具体化为把基因具体化为DNA分子上特定的一段顺序分子上特定的一段顺序 顺反子,其内部又是可分的,包含多个突变子和顺反子,其内部又是可分的,包含多个突变子和重组子。重组子。近代基因的概念近代基因的概念:基因是一段有功能的基因是一段有功能的DNADNA序列,是一个遗传功能单序列,是一个遗传功能单位,其内部存在有许多的重组子和突变子。位,其内部存在有许多的重组子和突变子。遗传上的突变单位和重组单位是突变子遗传上的突变单位和重组单位是突变子(muton)和重组子和重组子(roecon)。突变子突变子是基因内改变后可以产生突变表型的是基因内改变后可以产生突变表型的最小单位最小单位。它只相当与一个
9、核苷酸对,不能。它只相当与一个核苷酸对,不能将其定义为一个基因。将其定义为一个基因。重组子是重组子是性状重组时,可交换的最小单位性状重组时,可交换的最小单位。基基因内不能有重组分开的遗传单位,也不能将因内不能有重组分开的遗传单位,也不能将其定义为一个基因。其定义为一个基因。所以:基因可分,可分为很多突变子和重组所以:基因可分,可分为很多突变子和重组子。子。思考:现代遗传学与经典遗传学基因概念思考:现代遗传学与经典遗传学基因概念的不同?的不同?根据基因的功能和性质,可将其分为以下几类:根据基因的功能和性质,可将其分为以下几类:结构基因(结构基因(structural gene)和调节基因和调节基
10、因(regulatory gene):既可转录又可翻译。既可转录又可翻译。核糖体核糖体RNA基因(基因(rRNA基因简称基因简称rDNA)和转移)和转移RNA基因(基因(tRNA基因简称基因简称tDNA):):只可转录不可翻译。前者专门转录只可转录不可翻译。前者专门转录rRNA,rRNA与与相应蛋白质结合形成核糖体;后者专门转录相应蛋白质结合形成核糖体;后者专门转录tRNA,tRNA作用是激活氨基酸。作用是激活氨基酸。启动子(启动子(promotor0和操纵基因和操纵基因(operator):既无转录功能又无翻译功能,确切说,它们不能称既无转录功能又无翻译功能,确切说,它们不能称为基因。为基因
11、。其他类型其他类型 重叠基因:重叠基因:隔裂基因:隔裂基因:跳跃基因:跳跃基因:假基因:假基因:一个基因大约有一个基因大约有500-6000个核苷酸对,但并非个核苷酸对,但并非DNA分子上任一含有几千个核苷酸对的区段都分子上任一含有几千个核苷酸对的区段都是一个基因,基因是一个含有特定遗传信息的是一个基因,基因是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段。分子区段。如何判断一段核苷酸序列是否是某个基因?如何判断一段核苷酸序列是否是某个基因?要看这个特定的核苷酸序列是否与其转录要看这个特定的核苷酸序列是否与其转录产物产物RNA核苷酸序列或翻译产物多肽链的氨基核苷酸序列或翻译产物多肽链的氨基酸序列相对应,
12、这样就必须同时测定某一段酸序列相对应,这样就必须同时测定某一段DNA的核苷酸序列和相应产物的序列。的核苷酸序列和相应产物的序列。两个突变分别在两条染色体上,称为两个突变分别在两条染色体上,称为反式反式(trans),;两个突变同时排在一条染色体上,而另一两个突变同时排在一条染色体上,而另一条染色体上两个位点均正常,称为条染色体上两个位点均正常,称为顺式顺式(cis),顺式排列为野生型。,顺式排列为野生型。由于排列方式不同而表型不同的现象称为由于排列方式不同而表型不同的现象称为顺反位顺反位置效应置效应(cis-trans position effect)。假如两个独立起源的隐性突变,有类似表型,
13、如何判断它们属于同一个基因的突变,还是属于两个基因的突变?一、互补测验的原理和方法一、互补测验的原理和方法 互补测验互补测验(顺反测验)(顺反测验):根据功能确定等位基根据功能确定等位基因的测验。即根据顺式表现型和反式表现型来因的测验。即根据顺式表现型和反式表现型来确定两个突变体是否属于同一个基因确定两个突变体是否属于同一个基因(顺反子)(顺反子)互补试验的原理互补试验的原理 表型表型 有无功能互补有无功能互补 结论结论 反式反式:A:A+B B A B A B+反式反式:A A+B B A B A B+突变型突变型 属属同一顺反子同一顺反子野生型野生型 属属不同顺反子不同顺反子 互补实验中,
14、两个隐性突变如表现出互补互补实验中,两个隐性突变如表现出互补效应,则证明这两个突变型分别属于不同效应,则证明这两个突变型分别属于不同基因;如不能表现出互补,则证明这两个基因;如不能表现出互补,则证明这两个突变型在同一基因内。突变型在同一基因内。对于不同基因间的突变型在互补测验中,对于不同基因间的突变型在互补测验中,不论是顺式还是反式排列均表现出互补效不论是顺式还是反式排列均表现出互补效应;但若属于同一基因的不同位点的突变,应;但若属于同一基因的不同位点的突变,则顺式结构表现互补,反式结构则不能互则顺式结构表现互补,反式结构则不能互补。说明基因是一个独立的功能单位。补。说明基因是一个独立的功能单
15、位。顺反子顺反子:不同突变之间没有互补的功能区,不同突变之间没有互补的功能区,一个顺反子就是一个基因,就是一个基因一个顺反子就是一个基因,就是一个基因座位,包含多个基因位点,座位,包含多个基因位点,是遗传上的一是遗传上的一个作用(功能)单位,但不是一个突变单个作用(功能)单位,但不是一个突变单位或重组单位。位或重组单位。顺反试验顺反试验:指将两个拟突变分别处于顺式指将两个拟突变分别处于顺式和反式,根据其表型确定两个突变是否是和反式,根据其表型确定两个突变是否是同一基因的试验同一基因的试验。判断两突变是否处于同一顺反子的方法判断两突变是否处于同一顺反子的方法:顺式顺式 反式反式 分析结论:两突变
16、分析结论:两突变 +/-+-/-+/-+-/-+表现型表现型 野生型野生型 野生型野生型 属于两个顺反子属于两个顺反子 表现型表现型 野生型野生型 突变型突变型 属于同一顺反子属于同一顺反子一、自发突变一、自发突变二、人工诱变二、人工诱变三、诱变与肿瘤三、诱变与肿瘤四、定点诱变四、定点诱变 细胞水平上,基因相当于染色体上的一点,细胞水平上,基因相当于染色体上的一点,称为位点;称为位点;分子水平上,一个位点还可以分成许多基分子水平上,一个位点还可以分成许多基本单位,称为座位。本单位,称为座位。基因突变的分子机制:突变是基因内不同基因突变的分子机制:突变是基因内不同座位的改变。由突变子引起的基因突
17、变才座位的改变。由突变子引起的基因突变才是真正意义上的点突变。是真正意义上的点突变。一、自发突变一、自发突变(spontaneous mutation)(spontaneous mutation)自发突变是指在自然状态下未经诱变剂处理自发突变是指在自然状态下未经诱变剂处理而出现的突变。而出现的突变。发生原因:发生原因:自发突变可能是由于自发突变可能是由于DNA复制错复制错误、误、碱基的异构互变效应、碱基的异构互变效应、自发的化学变化自发的化学变化和转座因子等多种原因引起的。和转座因子等多种原因引起的。由于由于DNA分子中的碱基本身存在着交替的化学分子中的碱基本身存在着交替的化学结构,称为互变异
18、构体(结构,称为互变异构体(tautomer),当碱基以),当碱基以它稀有的形式出现时就可能与错误的碱基配对,它稀有的形式出现时就可能与错误的碱基配对,这种碱基化学结构的改变过程称为这种碱基化学结构的改变过程称为互变异构移位互变异构移位(tautomeric shift)。)。在在DNA复制过程中,可能产生碱基的错配,带复制过程中,可能产生碱基的错配,带有错配碱基的有错配碱基的DNA在下一次复制时,则会引起在下一次复制时,则会引起碱基的替代,从而引起碱基的替代,从而引起DNA分子的错误。分子的错误。(一)DNA复制错误DNA复制错误示意图复制错误示意图 1、碱基替换的两种方式碱基替换的两种方式
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