1 浙江大学 遗传学第十章 1 第十章 遗传物质的分子基础 浙江大学 遗传学第十章 2 ＊1．DNA作为遗传物质的3个直接证据； 2．核酸的化学结构（DNA、RNA）； ＊3．原核生物和真核生物染色体的分子结构； 4．DNA的半保留复制和特点； 5．三种RNA分子的合成、转录及加工； 6．遗传密码与蛋白质翻译。 本章重点 浙江大学 遗传学第十章 3 第一节 DNA作为主要遗传物质 的证据 浙江大学 遗传学第十章 4 一、DNA作为主要遗传物质的间接证据： 基因存在于染色体上(真核生物)： 蛋白质 约占66％ 脱氧核糖核酸(DNA) 约占27％ 核酸 核糖核酸(RNA) 约占6％ 其它：如拟脂和无机物质 少量 染 色 体 浙江大学 遗传学第十章 5 1．含量： DNA含量恒定。体细胞DNA含量是配子DNA的一倍； 多倍体DNA含量倍增，但细胞内蛋白质含量不恒定。 2．代谢： 利用放射性与非放射性元素进行标记，发现： DNA分子代谢较稳定； 其它分子一边形成、同时又一边分解。 3．突变： 紫外线诱发突变时，最有效波长均为2600埃； 与DNA所吸收的紫外线光谱一致； 证明基因突变与DNA分子的变异密切联系。 浙江大学 遗传学第十章 6 4．分布： ①．DNA是所有生物染色体所共有： 噬菌体、病毒、植物、人类等。 ②．而蛋白质则不同： 噬菌体、病毒、细菌的蛋白质一般不存在于 染色体上，而真核生物染色体中有核蛋白组成。 E.coli
1 浙江大学 遗传学第十章 1 第十章 遗传物质的分子基础 浙江大学 遗传学第十章 2 ＊1．DNA作为遗传物质的3个直接证据； 2．核酸的化学结构（DNA、RNA）； ＊3．原核生物和真核生物染色体的分子结构； 4．DNA的半保留复制和特点； 5．三种RNA分子的合成、转录及加工； 6．遗传密码与蛋白质翻译。 本章重点 浙江大学 遗传学第十章 3 第一节 DNA作为主要遗传物质 的证据 浙江大学 遗传学第十章 4 一、DNA作为主要遗传物质的间接证据： 基因存在于染色体上(真核生物)： 蛋白质 约占66％ 脱氧核糖核酸(DNA) 约占27％ 核酸 核糖核酸(RNA) 约占6％ 其它：如拟脂和无机物质 少量 染 色 体 浙江大学 遗传学第十章 5 1．含量： DNA含量恒定。体细胞DNA含量是配子DNA的一倍； 多倍体DNA含量倍增，但细胞内蛋白质含量不恒定。 2．代谢： 利用放射性与非放射性元素进行标记，发现： DNA分子代谢较稳定； 其它分子一边形成、同时又一边分解。 3．突变： 紫外线诱发突变时，最有效波长均为2600埃； 与DNA所吸收的紫外线光谱一致； 证明基因突变与DNA分子的变异密切联系。 浙江大学 遗传学第十章 6 4．分布： ①．DNA是所有生物染色体所共有： 噬菌体、病毒、植物、人类等。 ②．而蛋白质则不同： 噬菌体、病毒、细菌的蛋白质一般不存在于 染色体上，而真核生物染色体中有核蛋白组成。 E.coli
2 浙江大学 遗传学第十章 7 二、DNA作为主要遗传物质 的直接证据 浙江大学 遗传学第十章 8 1．细菌的转化： ──────────────────────── 肺炎双球菌 特征 抗原型（稳定） ──────────────────────── 粗糙型(R) 无荚膜、粗糙菌落、无毒 I R、II R 光滑型(S) 有荚膜、光滑菌落、有毒 I S、II S、III S ──────────────────────── 浙江大学 遗传学第十章 9 ⑴．格里费斯(Griffith F.，1928)：肺炎双球菌定向转化试验。 ① 无毒II R型 Î 小鼠成活 Î 重现II R型 ② 有毒III S型 Î 小鼠死亡 Î 重现III S型 ③ 有毒III S型(65℃杀死) Î 小鼠成活 Î 无细菌 ④ 无毒II R型 有毒III S型(65℃杀死) Î 小鼠 Î 死亡 Î 重现III S型 结论： 在加热杀死的III S型 肺炎双球菌中有较耐高 温的转化物质能够进入 II R型 Î IIR型转变为 III S型 Î 无毒转变为 有毒。 浙江大学 遗传学第十章 10 ⑵．阿委瑞(Avery O. T.，1944)试验： 用生物化学方法 证明这种活性物质是 DNA。 正实验：三个 负实验：三个 结论： 遗传物质DNA是 转化因子。 浙江大学 遗传学第十章 11 2．噬菌体的侵染与繁殖： 赫尔歇(Hershey A.)等用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质。 原理： P存在于DNA，而 不存于蛋白质；S 存在 于蛋白质，不存于DNA。 ①．32P标记T2噬菌体； ②．35S标记T2噬菌体。 结论： 进入菌内的是DNA； DNA进入细胞内才能产生 完整的噬菌体。 浙江大学 遗传学第十章 12 3．烟草花叶病毒的感染和繁殖： 烟草花叶病毒简称TMV (Tobacco Mosaic Virus)。 TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种： TMV蛋白质 烟草 不发病； TMV RNA 烟草 发病 新的TMV； TMV RNA RNA酶 烟草 不发病
2 浙江大学 遗传学第十章 7 二、DNA作为主要遗传物质 的直接证据 浙江大学 遗传学第十章 8 1．细菌的转化： ──────────────────────── 肺炎双球菌 特征 抗原型（稳定） ──────────────────────── 粗糙型(R) 无荚膜、粗糙菌落、无毒 I R、II R 光滑型(S) 有荚膜、光滑菌落、有毒 I S、II S、III S ──────────────────────── 浙江大学 遗传学第十章 9 ⑴．格里费斯(Griffith F.，1928)：肺炎双球菌定向转化试验。 ① 无毒II R型 Î 小鼠成活 Î 重现II R型 ② 有毒III S型 Î 小鼠死亡 Î 重现III S型 ③ 有毒III S型(65℃杀死) Î 小鼠成活 Î 无细菌 ④ 无毒II R型 有毒III S型(65℃杀死) Î 小鼠 Î 死亡 Î 重现III S型 结论： 在加热杀死的III S型 肺炎双球菌中有较耐高 温的转化物质能够进入 II R型 Î IIR型转变为 III S型 Î 无毒转变为 有毒。 浙江大学 遗传学第十章 10 ⑵．阿委瑞(Avery O. T.，1944)试验： 用生物化学方法 证明这种活性物质是 DNA。 正实验：三个 负实验：三个 结论： 遗传物质DNA是 转化因子。 浙江大学 遗传学第十章 11 2．噬菌体的侵染与繁殖： 赫尔歇(Hershey A.)等用同位素32P和35S验证DNA是遗传物质。 原理： P存在于DNA，而 不存于蛋白质；S 存在 于蛋白质，不存于DNA。 ①．32P标记T2噬菌体； ②．35S标记T2噬菌体。 结论： 进入菌内的是DNA； DNA进入细胞内才能产生 完整的噬菌体。 浙江大学 遗传学第十章 12 3．烟草花叶病毒的感染和繁殖： 烟草花叶病毒简称TMV (Tobacco Mosaic Virus)。 TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种： TMV蛋白质 烟草 不发病； TMV RNA 烟草 发病 新的TMV； TMV RNA RNA酶 烟草 不发病
3 浙江大学 遗传学第十章 13 佛兰科尔-康拉特-辛格尔(Framkel-Conrat-Singer)试验： 结论：提供RNA的亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。 在不含DNA的TMV中，RNA就是遗传物质。 浙江大学 遗传学第十章 14 第二节 核酸的化学结构 浙江大学 遗传学第十章 15 1．核酸： 以核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。 五碳糖：脱氧核糖、核糖 核苷酸 磷酸 鸟嘌呤、腺嘌呤 环状的含氮碱基 胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶 一、两种核酸及其分布： 浙江大学 遗传学第十章 16 浙江大学 遗传学第十章 17 DNA 核苷酸 RNA 核苷酸 五碳糖：脱氧核糖 碱基：A、T、C、G 五碳糖：核糖 碱基：A、U、C、G 浙江大学 遗传学第十章 18 DNA四种脱氧核苷酸 DNA分子
3 浙江大学 遗传学第十章 13 佛兰科尔-康拉特-辛格尔(Framkel-Conrat-Singer)试验： 结论：提供RNA的亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。 在不含DNA的TMV中，RNA就是遗传物质。 浙江大学 遗传学第十章 14 第二节 核酸的化学结构 浙江大学 遗传学第十章 15 1．核酸： 以核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。 五碳糖：脱氧核糖、核糖 核苷酸 磷酸 鸟嘌呤、腺嘌呤 环状的含氮碱基 胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶 一、两种核酸及其分布： 浙江大学 遗传学第十章 16 浙江大学 遗传学第十章 17 DNA 核苷酸 RNA 核苷酸 五碳糖：脱氧核糖 碱基：A、T、C、G 五碳糖：核糖 碱基：A、U、C、G 浙江大学 遗传学第十章 18 DNA四种脱氧核苷酸 DNA分子
4 浙江大学 遗传学第十章 19 高等植物：DNA存在于染色体，叶绿体、线粒体中； RNA在核（核仁、染色体）、细胞质中。 细菌：DNA和RNA。 噬菌体：多数只有DNA。 植物病毒：多数只有RNA。 动物病毒：有些含RNA、有些含DNA。 2．分布： 浙江大学 遗传学第十章 20 ㈠、DNA双螺旋结构： 1953年，沃森（Watson J. D.） 和克里克（CrickF. H. C.）提出DNA 双螺旋结构模型。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。 沃森和克里克 与维尔肯斯(Wilkins) 一起获得诺贝尔奖 (1962) 。 二、DNA的分子结构： 浙江大学 遗传学第十章 21 电 子 显 微 镜 下 的 人 类DNA 浙江大学 遗传学第十章 22 特点： 1. 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； 3. 碱基配对原则为：A=T、G=C，双螺旋直径约20A， 螺距为34A(10个碱基对)。 。 。 浙江大学 遗传学第十章 23 4. A-T、G-C排列方法有 以下四种： A-T 或 G-C 或 G-C A-T C-G 或 A-T A-T C-G 设某一段DNA分子链有 1000对碱基,则有41000种不同 排列组合，就可能有41000种 不同性质的基因。 浙江大学 遗传学第十章 24 5.物种： (1).同物种中的DNA的碱基含量不同： ①．DNA分子上的碱基顺序是一致的，一般保持不变才能 保持该物种的遗传特性的稳定； ②．在特殊条件下，碱基顺序改变，出现遗传变异。 物 种 G A C T A+G/T+C G+C/A+T 人 19.9 30.9 19.8 29.4 1.03 0.66 小 麦 23.8 25.6 24.6 26.0 0.97 0.94 洋 葱 18.4 31.8 18.2 31.3 1.01 0.58 菜 豆 20.6 29.7 20.1 29.6 1.01 0.69 酵 母 18.3 31.7 17.4 32.6 1.00 0.56 大肠杆菌 26.0 24.7 25.7 23.6 1.02 1.07 T2 噬菌体 18.2 32.5 16.8 32.5 1.02 0.54
4 浙江大学 遗传学第十章 19 高等植物：DNA存在于染色体，叶绿体、线粒体中； RNA在核（核仁、染色体）、细胞质中。 细菌：DNA和RNA。 噬菌体：多数只有DNA。 植物病毒：多数只有RNA。 动物病毒：有些含RNA、有些含DNA。 2．分布： 浙江大学 遗传学第十章 20 ㈠、DNA双螺旋结构： 1953年，沃森（Watson J. D.） 和克里克（CrickF. H. C.）提出DNA 双螺旋结构模型。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。 沃森和克里克 与维尔肯斯(Wilkins) 一起获得诺贝尔奖 (1962) 。 二、DNA的分子结构： 浙江大学 遗传学第十章 21 电 子 显 微 镜 下 的 人 类DNA 浙江大学 遗传学第十章 22 特点： 1. 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； 3. 碱基配对原则为：A=T、G=C，双螺旋直径约20A， 螺距为34A(10个碱基对)。 。 。 浙江大学 遗传学第十章 23 4. A-T、G-C排列方法有 以下四种： A-T 或 G-C 或 G-C A-T C-G 或 A-T A-T C-G 设某一段DNA分子链有 1000对碱基,则有41000种不同 排列组合，就可能有41000种 不同性质的基因。 浙江大学 遗传学第十章 24 5.物种： (1).同物种中的DNA的碱基含量不同： ①．DNA分子上的碱基顺序是一致的，一般保持不变才能 保持该物种的遗传特性的稳定； ②．在特殊条件下，碱基顺序改变，出现遗传变异。 物 种 G A C T A+G/T+C G+C/A+T 人 19.9 30.9 19.8 29.4 1.03 0.66 小 麦 23.8 25.6 24.6 26.0 0.97 0.94 洋 葱 18.4 31.8 18.2 31.3 1.01 0.58 菜 豆 20.6 29.7 20.1 29.6 1.01 0.69 酵 母 18.3 31.7 17.4 32.6 1.00 0.56 大肠杆菌 26.0 24.7 25.7 23.6 1.02 1.07 T2 噬菌体 18.2 32.5 16.8 32.5 1.02 0.54
5 浙江大学 遗传学第十章 25 ㈡、DNA构型： B-DNA：生理状态下，每螺圈10.4个碱基对，右手螺旋； A-DNA：高盐浓度下，每螺圈11个碱基对，右手螺旋； Z-DNA：序列富含GC，嘌呤和嘧啶交替出现， 每螺圈12个碱基对，左手螺旋。 浙江大学 遗传学第十章 26 三、RNA分子结构： 与DNA的区别 ① U代替T； ② 核糖代替脱氧核糖； ③ 一般以单链存在。 浙江大学 遗传学第十章 27 第三节 染色体的分子结构 浙江大学 遗传学第十章 28 一、原核生物的染色体： 1．特点: ⑴．染色体简单： DNA分子：如细菌、多数噬菌体和多数动物病毒； RNA分子：如植物病毒、某些噬菌体和动物病毒。 大肠杆菌（DNA） 浙江大学 遗传学第十章 29 ⑵．遗传信息含量少： 只有一条染色体，且DNA含量远低于真核生物。 • 大肠杆菌（E. coli）只有一个环状染色体， 其DNA分子含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。 • 蚕豆配子中染色体(n=6)的核苷酸对 为2×1010，长度6000mm。 浙江大学 遗传学第十章 30 2．结构: (1). 噬菌体的染色体结构： T2 噬菌体的环状DNA长达500000Å T2噬菌体 T2噬菌体头部直径 为1000Å
5 浙江大学 遗传学第十章 25 ㈡、DNA构型： B-DNA：生理状态下，每螺圈10.4个碱基对，右手螺旋； A-DNA：高盐浓度下，每螺圈11个碱基对，右手螺旋； Z-DNA：序列富含GC，嘌呤和嘧啶交替出现， 每螺圈12个碱基对，左手螺旋。 浙江大学 遗传学第十章 26 三、RNA分子结构： 与DNA的区别 ① U代替T； ② 核糖代替脱氧核糖； ③ 一般以单链存在。 浙江大学 遗传学第十章 27 第三节 染色体的分子结构 浙江大学 遗传学第十章 28 一、原核生物的染色体： 1．特点: ⑴．染色体简单： DNA分子：如细菌、多数噬菌体和多数动物病毒； RNA分子：如植物病毒、某些噬菌体和动物病毒。 大肠杆菌（DNA） 浙江大学 遗传学第十章 29 ⑵．遗传信息含量少： 只有一条染色体，且DNA含量远低于真核生物。 • 大肠杆菌（E. coli）只有一个环状染色体， 其DNA分子含核苷酸对为3×106，长度1.1mm。 • 蚕豆配子中染色体(n=6)的核苷酸对 为2×1010，长度6000mm。 浙江大学 遗传学第十章 30 2．结构: (1). 噬菌体的染色体结构： T2 噬菌体的环状DNA长达500000Å T2噬菌体 T2噬菌体头部直径 为1000Å