第三章 遗传物质的分子基础
? 第一节 DNA作为主要遗传物质的证据
?第二节 核酸的化学结构
?第三节 染色体的分子结构
?第四节 DNA的复制
?第五节 RNA的转录及加工
?第六节 遗传密码与蛋白质的翻译
?一、遗传物质应具备的三种基本功能：
?1、复制功能 遗传物质必须贮存遗传信息，并
能将其复制且一代一代精确地传递下去。
?2、表达功能 遗传物质必须控制生物体性状的
发育和表达。
?3、变异功能 遗传物质必须发生变异，以适应
外界环境的变化，没有变异就没有进化。
第一节 DNA作为主要遗传物质的证
据
DNA作为主要遗传物质的证据
染色体 蛋白质（ 66%）
RNA（ 6%）
组蛋白
非组蛋白
DNA（ 27%）
? DNA是遗传物质的间接证据
⒈ 每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何。
它们的 DNA含量是恒定的，而且配子中的 DNA含量
正好是体细胞的一半。
⒉ DNA在代谢上是比较稳定的。
⒊ DNA是所有生物的染色体所共有。
4,用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最
有效的波长均为 2600埃。这与 DNA所吸收的紫外线
光谱是一致的。
? DNA是遗传物质的直接证据
2,噬菌体的感染
3,烟草花叶病毒的重建
1,肺炎双球菌的转化
噬菌体 T2结构示意图
第一节 DNA作为主要遗传物质的证据
?结论：
?DNA是生物主要的遗传物质；
?在缺少 DNA的生物中,RNA为主要
的遗传物质。
第二节 核酸的化学结构
? 一、两种核酸及其分布
? 核酸：一种高分子化合物，核苷酸的多
聚体。有脱氧核糖核酸（ DNA）和核糖核
酸（ RNA）两类。
? 核苷酸的构成：
? （ 1）五碳糖；
? （ 2）磷酸；
? （ 3）环状含氮碱基
碱基的种类：
? （ 1）双环结构的嘌呤：
? 腺嘌呤（ A）
? 鸟嘌呤（ G）
? （ 2）单环结构的嘧啶：
? 胞嘧啶（ C）
? 胸腺嘧啶（ T）
? 尿嘧啶（ U）
美妙的 DNA双螺旋
?1,DNA分子是由两条多核苷酸链以右手 螺旋的
形式，彼此以一定的空间距离，平行于同一轴上，
很像一个扭曲的梯子。
?2,DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替 连 接（手
拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。
?3、两扶手的走向为反向平行。
?4、梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过
氢结合，并以互补配对原则配对,A-T,C-G，
DNA的其它螺旋结构
回文结构
镜像重复
三股螺旋（ H-DNA）
回文结构 — DNA序列
中以某一中心区域为对称
轴，其两侧的碱基对顺序
正读和反读都相同的双螺
旋结构。即对称轴一侧的
片段旋转 180° 后，与
另一侧片段对称重复。
回文结构能形成
十字结构和发夹结构
AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATC
TTAAGTTCCCTCT TCATATCT TCTCCCTTCCTAG
存在于同一股上的某些 DNA区段的反向
重复序列。此序列各单股中没有互补序
列，不能形成十字型或发夹结构。
*镜像重复
多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的 DNA
螺旋区段，其序列中有较长的镜像
重复时，形成局部三股配对，并互
相盘绕的三股螺旋，其中两股的碱
基按 Watson-Crick方式配对，第三
股多聚嘧啶（镜像重复）通过 TAT和
CGC+配对，而处于双螺旋的
大沟中。
*DNA三股螺旋（ H-DNA,ts-DNA）
DNA构型的变异
?1,B-DNA：为 DNA在生理状态下的构型，
右手双螺旋构型（沃森和克里克模型），
每螺旋为 10个核苷酸对。
?2,A-DNA：为 DNA的脱水构型，右手螺旋，
每螺旋为 11个核苷酸对。
?3,Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含 12
个核苷酸对。
RNA的分子结构
RNA二级结构,
单链 RNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部
分称为“茎”或“臂”非螺旋部分称为“环”，在螺旋区,A与 U配对
,G与 C配对。
tRNA的二级结构,三叶草形状
RNA三叶草型的二级结构可分为：氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧
啶区,TΨC区和可变区。除氨基酸接受区外，其余每个区都含有一个突环和
一个臂。如图所示：
tRNA的 三级结构,倒,L” 形，所有的 tRNA折叠后形成大小相似及三
维构象相似的三级结构，这有利于携带的氨基酸的 tRNA进入核糖体的特定
部位。 如图所示：
第三节 染色体的分子结构
一、原核生物染色体
? 较简单，只有一个核酸分子（ DNA或
RNA），大多呈环状。
? 原核生物的染色体，其 DNA分子同样与蛋
白质和 RNA结合。
二、真核生物染色 体
? 染色质的基本结构；串珠模型,
? 1、核小体,由 H2A,H2B,H3、和 H4四种组蛋
白各以两个分子组成的八聚体和盘绕其表面的
DNA双螺旋组成。
? 2、连接丝,DNA双链
? 3、组蛋白 H1
染色质的两种类型
? 异染色质：染色质线中染色很深的区段，
为高度螺旋化而卷缩，在遗传行为上表
现为隋性，一般不编码蛋白质。
? 常染色质：染色很浅的区段，为解螺旋
状态，在遗传行为上表现为活性，
? 异染色质 组成型异染质
兼性异染色质
染色体的结构模型
? 一级结构：核小体，直径 10nm。
? 二级结构：螺线体，直径 30nm。
? 三级结构：超螺线体，直径 400nm。
? 四级结构：染色体，直径 1000nm.
着丝粒和端粒
第四节 DNA的复制
DNA复制的一般特点：
? 1、半保留复制 拆开的两条单链，以各
自为模板，从细胞核内吸取与自己碱基
互补的游离核苷酸，进行氢键结合，在
酶系统的作用下，连接起来，各自形成
一条新的互补链。
DNA复制的一般特点
?2、复制起点和复制方向
?原核生物：多数只有一个复制起点。
?真核生物：有多个起点。
原核生物 DNA合成
?(一 )、有关 DNA合成的酶
?1,DNA聚合酶 1
?2,DNA聚合酶 11
?3,DNA聚合酶 111
（二） DNA复制的过程
?1,DNA双螺旋的解链
?2,DNA合成的开始
?3、一条 DNA链连续合成，一条链不连
续
?RNA引物：
?冈崎片断：
?前导链：
?后随链（后滞链）：
关于 RNA的自我复制
? 1、先以自己为模板合成一条互补单链；
? （模板链称,+”链，新复制的互补链
称
?, —,链）
? 2、以,—,链作为模板，复制出一条与
自己互补的,+”链。
? 3、,+”链成为一条新的 RNA。
?
三、真核生物 DNA合成的特点
?1,DNA合成发生的时间：仅为细胞周期的 S期。
?2、复制的起始点为多起点。
?3、合成所需的 RNA引物和冈崎片断都比原核生
物的短。
?4、控制前导链和后随链的聚合酶不同。
?5、染色体端体的复制。
第五节 RNA的转录及加工
? 一、三种 RNA分子
? 1,mRNA：把 DNA上的遗传信息精确无
误地转录下来，然后由 mRNA的碱基顺
序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因
表达过程中的遗传信息传递过程。（从
细胞核 —— 细胞质）
? 2,tRNA：根据 mRNA的遗传密码依次准
确地将合成多肽的原料 — 氨基酸运送到
工厂，是氨基酸的特异运输车。
一、三种 RNA分子
?3,rRNA：是组成核糖体的主要成
分，核糖体是合成蛋白质的中心。
?4、小核苷酸（ snRNA）：是真核生
物转录后加工过程中 RNA剪接体的
主要成分。有五种。
二,RNA合成的一般特点
?1、所有的原料为核苷三磷酸；
?2、只有一条 DNA链被用作模板；
?3,RNA链的合成不需要引物的引导；
?4,RNA的合成也是从 5,向 3,端进行；
?5,RNA的转录和合成由 RNA聚合酶催化，
聚合酶首先在启动子处与 DNA结合，形成
转录泡，并开始转录。
?6、同样遵循碱基配对原则，只是 U代替了
T 。
三、原核生物 RNA的合成
? 转录单位：通常把转录后形成一个 RNA
分子的一段 DNA序列称之。一个转录单
位可能刚好是一个基因，或多个基因。
? RNA转录的三步骤：
? （ 1） RNA链的起始；
? （ 2） RNA链的延长；
? （ 3） RNA链的终止和新链的释放。
几个概念：
? 上游,RNA分子的 5'端。
? 下游,RNA分子的 3'端。
? 模板链：
? 非模板链：
四、真核生物 RNA的转录及加工
? （一）、真核生物 RNA转录的特点
? 1、转录在细胞核内进行
? 2,mRNA分子一般只编码一个基因
? 3,RNA聚合酶较多
? 4,RNA聚合酶不能独立转录 RNA
（二）,mRNA的加工
? 1、在 mRNA前体的 5'端加上 7-甲基嘌呤核
苷的帽子（ cap）
?2、在 mRNA前体的 3,端加上聚腺苷酸
(poly(A))的尾巴
?3、将不编码的内含子序列进行剪接，切
除
第六节 遗传密码与蛋白质的翻译
一、遗传密码
?遗传密码
?三联体密码
?简并
?起始密码子
?终止密码子
二、蛋白质的合成
? 转录
? 翻译
? 多聚合糖体
三、中心法则及其发展
?中心法则阐述的基因两大基本属性：
?复制,DNA→DNA ；
?表达：从 DNA→mRNA→ 蛋白质；
?近年对中心法则的补充：
?1,RNA的反转录
?2,RNA的自我复制
?3,DNA指导的蛋白质合成
? 第一节 DNA作为主要遗传物质的证据
?第二节 核酸的化学结构
?第三节 染色体的分子结构
?第四节 DNA的复制
?第五节 RNA的转录及加工
?第六节 遗传密码与蛋白质的翻译
?一、遗传物质应具备的三种基本功能：
?1、复制功能 遗传物质必须贮存遗传信息，并
能将其复制且一代一代精确地传递下去。
?2、表达功能 遗传物质必须控制生物体性状的
发育和表达。
?3、变异功能 遗传物质必须发生变异，以适应
外界环境的变化，没有变异就没有进化。
第一节 DNA作为主要遗传物质的证
据
DNA作为主要遗传物质的证据
染色体 蛋白质（ 66%）
RNA（ 6%）
组蛋白
非组蛋白
DNA（ 27%）
? DNA是遗传物质的间接证据
⒈ 每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何。
它们的 DNA含量是恒定的，而且配子中的 DNA含量
正好是体细胞的一半。
⒉ DNA在代谢上是比较稳定的。
⒊ DNA是所有生物的染色体所共有。
4,用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最
有效的波长均为 2600埃。这与 DNA所吸收的紫外线
光谱是一致的。
? DNA是遗传物质的直接证据
2,噬菌体的感染
3,烟草花叶病毒的重建
1,肺炎双球菌的转化
噬菌体 T2结构示意图
第一节 DNA作为主要遗传物质的证据
?结论：
?DNA是生物主要的遗传物质；
?在缺少 DNA的生物中,RNA为主要
的遗传物质。
第二节 核酸的化学结构
? 一、两种核酸及其分布
? 核酸：一种高分子化合物，核苷酸的多
聚体。有脱氧核糖核酸（ DNA）和核糖核
酸（ RNA）两类。
? 核苷酸的构成：
? （ 1）五碳糖；
? （ 2）磷酸；
? （ 3）环状含氮碱基
碱基的种类：
? （ 1）双环结构的嘌呤：
? 腺嘌呤（ A）
? 鸟嘌呤（ G）
? （ 2）单环结构的嘧啶：
? 胞嘧啶（ C）
? 胸腺嘧啶（ T）
? 尿嘧啶（ U）
美妙的 DNA双螺旋
?1,DNA分子是由两条多核苷酸链以右手 螺旋的
形式，彼此以一定的空间距离，平行于同一轴上，
很像一个扭曲的梯子。
?2,DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替 连 接（手
拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。
?3、两扶手的走向为反向平行。
?4、梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过
氢结合，并以互补配对原则配对,A-T,C-G，
DNA的其它螺旋结构
回文结构
镜像重复
三股螺旋（ H-DNA）
回文结构 — DNA序列
中以某一中心区域为对称
轴，其两侧的碱基对顺序
正读和反读都相同的双螺
旋结构。即对称轴一侧的
片段旋转 180° 后，与
另一侧片段对称重复。
回文结构能形成
十字结构和发夹结构
AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATC
TTAAGTTCCCTCT TCATATCT TCTCCCTTCCTAG
存在于同一股上的某些 DNA区段的反向
重复序列。此序列各单股中没有互补序
列，不能形成十字型或发夹结构。
*镜像重复
多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的 DNA
螺旋区段，其序列中有较长的镜像
重复时，形成局部三股配对，并互
相盘绕的三股螺旋，其中两股的碱
基按 Watson-Crick方式配对，第三
股多聚嘧啶（镜像重复）通过 TAT和
CGC+配对，而处于双螺旋的
大沟中。
*DNA三股螺旋（ H-DNA,ts-DNA）
DNA构型的变异
?1,B-DNA：为 DNA在生理状态下的构型，
右手双螺旋构型（沃森和克里克模型），
每螺旋为 10个核苷酸对。
?2,A-DNA：为 DNA的脱水构型，右手螺旋，
每螺旋为 11个核苷酸对。
?3,Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含 12
个核苷酸对。
RNA的分子结构
RNA二级结构,
单链 RNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部
分称为“茎”或“臂”非螺旋部分称为“环”，在螺旋区,A与 U配对
,G与 C配对。
tRNA的二级结构,三叶草形状
RNA三叶草型的二级结构可分为：氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧
啶区,TΨC区和可变区。除氨基酸接受区外，其余每个区都含有一个突环和
一个臂。如图所示：
tRNA的 三级结构,倒,L” 形，所有的 tRNA折叠后形成大小相似及三
维构象相似的三级结构，这有利于携带的氨基酸的 tRNA进入核糖体的特定
部位。 如图所示：
第三节 染色体的分子结构
一、原核生物染色体
? 较简单，只有一个核酸分子（ DNA或
RNA），大多呈环状。
? 原核生物的染色体，其 DNA分子同样与蛋
白质和 RNA结合。
二、真核生物染色 体
? 染色质的基本结构；串珠模型,
? 1、核小体,由 H2A,H2B,H3、和 H4四种组蛋
白各以两个分子组成的八聚体和盘绕其表面的
DNA双螺旋组成。
? 2、连接丝,DNA双链
? 3、组蛋白 H1
染色质的两种类型
? 异染色质：染色质线中染色很深的区段，
为高度螺旋化而卷缩，在遗传行为上表
现为隋性，一般不编码蛋白质。
? 常染色质：染色很浅的区段，为解螺旋
状态，在遗传行为上表现为活性，
? 异染色质 组成型异染质
兼性异染色质
染色体的结构模型
? 一级结构：核小体，直径 10nm。
? 二级结构：螺线体，直径 30nm。
? 三级结构：超螺线体，直径 400nm。
? 四级结构：染色体，直径 1000nm.
着丝粒和端粒
第四节 DNA的复制
DNA复制的一般特点：
? 1、半保留复制 拆开的两条单链，以各
自为模板，从细胞核内吸取与自己碱基
互补的游离核苷酸，进行氢键结合，在
酶系统的作用下，连接起来，各自形成
一条新的互补链。
DNA复制的一般特点
?2、复制起点和复制方向
?原核生物：多数只有一个复制起点。
?真核生物：有多个起点。
原核生物 DNA合成
?(一 )、有关 DNA合成的酶
?1,DNA聚合酶 1
?2,DNA聚合酶 11
?3,DNA聚合酶 111
（二） DNA复制的过程
?1,DNA双螺旋的解链
?2,DNA合成的开始
?3、一条 DNA链连续合成，一条链不连
续
?RNA引物：
?冈崎片断：
?前导链：
?后随链（后滞链）：
关于 RNA的自我复制
? 1、先以自己为模板合成一条互补单链；
? （模板链称,+”链，新复制的互补链
称
?, —,链）
? 2、以,—,链作为模板，复制出一条与
自己互补的,+”链。
? 3、,+”链成为一条新的 RNA。
?
三、真核生物 DNA合成的特点
?1,DNA合成发生的时间：仅为细胞周期的 S期。
?2、复制的起始点为多起点。
?3、合成所需的 RNA引物和冈崎片断都比原核生
物的短。
?4、控制前导链和后随链的聚合酶不同。
?5、染色体端体的复制。
第五节 RNA的转录及加工
? 一、三种 RNA分子
? 1,mRNA：把 DNA上的遗传信息精确无
误地转录下来，然后由 mRNA的碱基顺
序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因
表达过程中的遗传信息传递过程。（从
细胞核 —— 细胞质）
? 2,tRNA：根据 mRNA的遗传密码依次准
确地将合成多肽的原料 — 氨基酸运送到
工厂，是氨基酸的特异运输车。
一、三种 RNA分子
?3,rRNA：是组成核糖体的主要成
分，核糖体是合成蛋白质的中心。
?4、小核苷酸（ snRNA）：是真核生
物转录后加工过程中 RNA剪接体的
主要成分。有五种。
二,RNA合成的一般特点
?1、所有的原料为核苷三磷酸；
?2、只有一条 DNA链被用作模板；
?3,RNA链的合成不需要引物的引导；
?4,RNA的合成也是从 5,向 3,端进行；
?5,RNA的转录和合成由 RNA聚合酶催化，
聚合酶首先在启动子处与 DNA结合，形成
转录泡，并开始转录。
?6、同样遵循碱基配对原则，只是 U代替了
T 。
三、原核生物 RNA的合成
? 转录单位：通常把转录后形成一个 RNA
分子的一段 DNA序列称之。一个转录单
位可能刚好是一个基因，或多个基因。
? RNA转录的三步骤：
? （ 1） RNA链的起始；
? （ 2） RNA链的延长；
? （ 3） RNA链的终止和新链的释放。
几个概念：
? 上游,RNA分子的 5'端。
? 下游,RNA分子的 3'端。
? 模板链：
? 非模板链：
四、真核生物 RNA的转录及加工
? （一）、真核生物 RNA转录的特点
? 1、转录在细胞核内进行
? 2,mRNA分子一般只编码一个基因
? 3,RNA聚合酶较多
? 4,RNA聚合酶不能独立转录 RNA
（二）,mRNA的加工
? 1、在 mRNA前体的 5'端加上 7-甲基嘌呤核
苷的帽子（ cap）
?2、在 mRNA前体的 3,端加上聚腺苷酸
(poly(A))的尾巴
?3、将不编码的内含子序列进行剪接，切
除
第六节 遗传密码与蛋白质的翻译
一、遗传密码
?遗传密码
?三联体密码
?简并
?起始密码子
?终止密码子
二、蛋白质的合成
? 转录
? 翻译
? 多聚合糖体
三、中心法则及其发展
?中心法则阐述的基因两大基本属性：
?复制,DNA→DNA ；
?表达：从 DNA→mRNA→ 蛋白质；
?近年对中心法则的补充：
?1,RNA的反转录
?2,RNA的自我复制
?3,DNA指导的蛋白质合成
