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遗传学在微观水平的深入
?基因的化学基础是什么?
?遗传的染色体理论认为:基因位于细胞核内染色体上;
?染色体的主要化学成份 —— 蛋白质和核酸何者为基因
的化学基础?
?*“蛋白质是遗传物质”观点及其主要论据。
?基因化学本质的条件:具有三种功能。
?遗传功能 (复制与世代传递 );
?表型功能 (具有适当的控制性状的表达机制 );
?进化功能 (能够产生变异满足生物进化的要求 )。
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三个学派
?E,Schr?dinger(1945)(薛丁格 ),What is life?
?二十世纪,由于物理学、化学和数学研究工作者
的加入,在生物学与遗传学研究领域形成了三个
学派:
?物理学 —— 结构 —— 结构学派;
?化 学 —— 生化 —— 生化学派;
?数 学 —— 信息 —— 信息学派。
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第十一章 遗传的分子基础
第一节 DNA作为主要遗传物质的证据
第二节 核酸的化学结构与 DNA复制
*第三节 遗传信息的表达与调控
第四节 基因的概念与发展
第五节 遗传工程
本章要点
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第一节 DNA作为主要遗传物质的证据
一,DNA是遗传物质的间接证据
二,DNA是遗传物质的直接证据
(一 ),细菌转化试验
(二 ),噬菌体侵染与繁殖试验
(三 ),烟草花叶病毒拆合实验
*三、非核酸类的遗传物质
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一,DNA是遗传物质的间接证据 P76
1,DNA含量的恒定性(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);
2,DNA代谢的稳定性( DNA在代谢上是比较稳
定的);
3,DNA是所有生物染色体所共有的;
4,基因突变与紫外线诱变波长的关系;
用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时,
其最有效的波长为 2600埃,这与 DNA所吸收
的紫外线光谱是一致的,证明基因突变与
DNA分子的变异密切相关。
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二,DNA是遗传物质的直接证据 P77
(一 ),噬菌体侵染与繁殖试验 P78
1,背景知识
?噬菌体侵染与繁殖基本过程:
?T2噬菌体浸染大肠杆菌后,遗传物质进入细菌细胞;
?利用大肠杆菌的遗传复制系统复制噬菌体遗传物质;
?利用大肠杆菌的遗传信息表达系统合成噬菌体组件;
?最后组装形成完整的 T2噬菌体。
?因此只要弄清侵染时进入细菌的是噬菌体的哪一部
分,就可能证明哪种物质是遗传信息的载体。
?另外:
?P是 DNA的组成部分,但不存在于蛋白质中;
?S存在于蛋白质中,但 DNA中没有。
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2,Hershey和 Chase的实验
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结果与结论
?试验结果表明:
?主要是由于 DNA进入细胞内才产生完整的噬菌体;
?结论,DNA才是 (噬菌体的 )遗传物质。
?动画, B101 B102
?题外话:
?与 Avery等人研究比较,本试验的精度低得多。但是由于
放射性标记法 (也称为示踪原子法 ),当时为人们普遍采用;
?同时由于核酸研究及其它相关的成果,本试验结果很快
得到人们的广泛认同。
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(二 ),烟草花叶病毒拆合试验 P79
?烟草花叶病毒 (TMV)是由 RNA与蛋白质构成的管
状微粒(如图):
?中心是单链螺旋 RNA、外部是蛋白质外壳。
1,拆分感染试验:
?将 TMV的 RNA与蛋白质分离、提纯;
?分别接种烟叶,发现 RNA能使烟叶致病,而蛋白质
不能;
?用 RNA酶处理 RNA后接种烟叶也不能致病,表明
RNA可能就是 TMV的遗传物质。
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2,重组合试验
?Frankel-Conrat,Singer (1956)进行了图示试验:
?综上所述:到上世纪中期,多方面证据都直接或间接地
表明 DNA是主要的遗传物质,而在缺乏 DNA的某些病
毒中 RNA就是遗传物质。
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2,重组合试验
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(三 ),肺炎双球菌的转化 P82
?已经讲过了,略。
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第二节 核酸的化学结构与 DNA复制 P85
DNA的分子结构与复制
*一,早期对核酸化学性质的研究
二,DNA的一级结构
三,DNA的二级结构
*四,RNA的分子结构
*五,DNA的复制
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*一、早期对核酸化学性质的研究
? 虽然上世纪中才认识到 DNA的
生物学功能,核酸研究却已有
一百多年历史:
? F.Mischer(1869)从外科绷带上
脓细胞核中分离出一种不同于
蛋白质的物质,含磷量高、并
具有很强的酸性。他将这种物
质称 核质 (素 )(nuclein);
? A.Kossel(1879)发现酵母等核质
具有 A,G,T,C四种 碱基 ;
? R.Altamm(1889)将核素命名为
核酸 (nucleic acid)。
? Kossel(1901)又发现核酸中具有
碳水化合物 (糖 );
? P.A.T.Levene(1909)研究表明:
酵母核酸含有五碳糖 —— 核糖 ;
? Fisher(1914)人工合成核苷酸;
? P.A.T.Levene(1929)又发现动物
胸腺细胞核酸含有 脱氧核糖,
? Levene将前者命名为核糖核酸
(ribonucleicacid,RNA),后者
命名为脱氧核糖核酸 (deoxy-
ribonucleicacid,DNA)。并指出
动、植物中均存在这两种核酸。
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二,核酸的一级结构
?关于碱基的种类、分子式、核苷酸的种类、结构
等内容是生物化学中讨论的内容,请课后复习。
?在此谈三个关于核酸一级结构的内容:
?(一 ),“四核苷酸”假说;
?(二 ),查伽夫定则及其意义;
?*(三 ),核苷酸序列及其测定。
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(一 ),“四核苷酸”假说
?P.A.T.Levene(1930)提出“四核苷酸”假说,认为:
?核苷酸 是核酸的基本组成单位;
?核酸是“磷酸 — 核糖 (碱基 )— 磷酸”的 核苷多聚体 。
?四核苷酸假说奠定了核酸化学基础。但同时认为:
?核酸多聚体是由,四核苷酸结构,重复形成;
?每个四核苷酸结构包含四种碱基各一个;
?所以事实上认为在任何 DNA中,四种碱基是 等量 的,
DNA是四核苷酸结构的 简单重复 。
?这种观念影响了人们对核酸生物学功能的进一步认识。
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(二 ),查伽夫定则及其意义
?E.Chargaff于 1946-1950年根据纸层析、离子交换层析和紫
外分光光度试验结果提出查伽夫定则:
?四种碱基的数量不是等量的;
?同一物种 DNA碱基组成不变,而物种间则有很大不同;
?嘌呤碱基总量与嘧啶碱基的总量 (克分子总量 )相等
(A+G=T+C),且 A=T,G=C。
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(二 ),查伽夫定则及其意义
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两种核酸和它们的分布 P85
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两种核酸和它们的分布 P85
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*(三 ),核苷酸序列及其测定
?查伽夫定则表明:核酸并不是四核苷酸结构的简
单重复,核酸的 碱基序列信息 可能具有重要意义。
?以后的研究表明:碱基序列正是核酸生物学功能
的基础,是遗传信息的内在形式。
?DNA及 RNA分子序列分析技术也是最重要的分
子遗传学研究技术:
?Sanger双脱氧法;
?Maxam&Gillbert化学法;
?基于化学法的 DNA序列自动分析仪已成为常
规实验设备。
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三,DNA的二级结构
*(一 ),DNA分子结构的研究
1,鲍林研究小组
2,威尔金斯、富兰克林研究小组
3,沃生、克里克研究小组
(二 ),DNA分子双螺旋结构模型
1,DNA分子双螺旋结构模型要点
2,DNA双螺旋结构模型的意义
3,DNA分子构型的多态性
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*(一 ),DNA分子结构的研究
?在“四核苷酸结构”理论的误导下,人们普遍认为核酸
的组成、结构简单,可能不具有重要功能,一度忽略了
对核酸的研究。
?上世纪中期,众多研究表明:核酸是遗传信息的载体,
显然 DNA的结构研究是进一步研究其功能和作用方式的
基础。
?也由此激发了科学家从事核酸结构研究的兴趣,当时进
行 DNA结构研究的科学家很多,最重要有:
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1,鲍林研究小组
?主要工作:
?鲍林 (Pauling)等 1951年 (提出蛋白质 α-螺旋模型后 )开始研究
DNA分子结构。
?根据阿斯伯利 Astbury等 1938年获得的 DNA分子晶体 X射
线衍射图像 (显示 DNA分子晶体呈螺旋结构 )进行研究。
?提出 DNA分子三链螺旋结构模型:引入 多链、螺旋和氢
链 等概念。
?评价:
?虽然他们提出的模型并不正确,但是其研究方向和所采
用的方法却为 DNA分子结构模型研究确立了方向。
?注,1954年鲍林因研究物质聚合力而获得诺贝尔化学奖。
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2,威尔金斯、富兰克林研究小组
?主要工作成就:
?Wilkins和 Franklin改进了 DNA分子晶体 X射线衍射图
谱技术;
?于 1951年获得了更为清晰的图像;
?结果表明:
碱基位于螺旋内侧而磷酸基团在外侧,
同时测得了 DNA螺旋的直径和螺距。
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3,沃生、克里克研究小组
Waston,Crick(1951-1953):
?研究手段非常简单:用纸
板等做磷酸、核糖和碱基
模型,拼凑 DNA分子的三
维结构。
?理论知识深厚、富于创造
性;视野广阔、收集信息
全面并善于分析利用。
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3,沃生、克里克研究小组
?主要基于 Chargaff,Pauling和 Wilkins等三个方研究成果,
Waston和 Crick于 1953年提出了他们的第三个 DNA双螺
旋结构模型。
?现在人们公认这是 分子遗传学建立的标志 。
?为此 Waston,Crick和 Wilkins于 1962年获得了诺贝尔生
理学及医学奖。
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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DNA的化学结构 P86
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1,DNA分子双螺旋结构模型要点 P88
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2,DNA双螺旋结构模型的意义
?DNA双螺旋模型结构同时表明:
?DNA复制的明显方式 —— 半保留复制 。 Waston和
Crick在 1953年就指出,DNA可以按碱基互补配对原
则进行半保留复制。而在此之前对复制方式人们对一
无所知。
?基因和多肽成线性对应的一个可能的理由,DNA核
苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序;
DNA中的 遗传信息就是碱基序列 ;并存在某种遗传
密码 (genetic code),将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸
顺序。
?在其后的几十年中,科学家们沿着这两条途径前进,探
明了 DNA复制、遗传信息表达与中心法则等内容。
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3,DNA分子构型的多态性 P91
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3,DNA分子构型的多态性 P91
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(四),DNA的变性与复性 P92
?DNA变性
?DNA复性、退火
?解链温度
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*五,RNA的分子结构 P114
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*五,RNA的分子结构 P114
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*五,RNA的分子结构
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*五,RNA的分子结构 P125
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*四,RNA的分子结构
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*五,RNA的分子结构
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*五,RNA的分子结构
RNA的复制
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*六,DNA的复制 P93
1,复制的拓扑学 P105;
2,复制的酶学 P97( DNA的酶
促合成,DNA聚合酶 ⅠⅡⅢ,
αβγ; RNA引物酶;解旋酶;连
接酶;拓扑异构酶;外切酶、内
切酶 …… );
3,复制的忠实性 (准确性,半
保留复制,P93;证明实验
P96)
4,双链环状 DNA的复制 P101
(放射自显影技术);
5,复制的调控。
1,DNA复制 的 起点 (单起始
点与多起始点 )复制子,
复制叉 P102- 102;
2,复制的方向 (单向与双向 )
P103 图 11-20;
3,链的延伸 (半不连续, 冈
崎片段 ) 5`→3` P104;
4,复制的终止;
P106 DNA复制过程的概括
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半保留复制
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半保留复制 P94 图 11-12
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复制叉的结构
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DNA复制的过程 P93
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DNA复制的过程 P101
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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复制叉的结构
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DNA复制的过程
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DNA复制的过程
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D
N
A





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