【2017年整理】遗传物质的分子基础.ppt

什么是遗传物质？ 从1900年孟德尔论文的重新发现到1910年摩尔根的果蝇伴性遗传实验以来，生物学家一直在寻找答案。 1928年Griffith等的肺炎链球菌的转化实验， 1944年Avery等的单因子转化实验， 1952年Hershey和Chase的噬菌体感染实验， 1957年Fraenkel-Conrat等的烟草花叶病毒重建试验， 先后证实DNA是遗传物质，在不具备DNA的病毒中，RNA是遗传物质，即核酸是遗传物质，是遗传信息的载体。 第二个问题是，遗传物质的分子基础是什么？1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型，给出了圆满的答案。 第三个问题是遗传信息如何传递？基因如何表达？这得益于“中心法则”的提出和遗传密码的破译以及“DNA半保留半不连续模型”的证明。;第一节 DNA作为主要遗传物质的证据;一、DNA作为主要遗传物质的间接证据; (一)细菌的转化 肺炎双球菌有两种不同的类型： 1.光滑型(S型) 被一层多糖类的荚膜所保护，具有毒性，在培养基上形成光滑的菌落。 2.粗糙型(R型) 没有荚膜和毒性，在培养基上形成粗糙的菌落。; 1928年Griffith将少量无毒的RⅡ型肺炎双球菌注入家鼠体内，再将大量无毒但已加热杀死的SⅢ型肺炎双球菌注入同一只鼠体内，结果家鼠发病死亡，从死鼠体内分离出SⅢ型的肺炎双球菌。( 如图）; 16后，1944年，Avery等用生物化学方法证明这种引起转化的物质是DNA，他们将SⅢ型细菌的DNA提取物与RⅡ型细菌混合在一起，在离体培养条件下，成功的使少数RⅡ型细菌定向转化为SⅢ型细菌。(如图） ; 迄今，已经在几十种细菌和放线菌中成功地获得了遗传性状的定向转化。这些试验都证明起转化作用的物质是DNA。 (二)噬菌体的侵染与繁殖 噬菌体是极小的低级生命类型。必须在电子显微镜下才可以看到。据研究T2噬菌体DNA进入到大肠杆菌内，可以利用大肠杆菌的材料来制造自己的DNA、蛋白质外壳和尾部，从而形成完整的新生的噬菌体。 ;1952年，赫尔希 等用同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA与蛋白质。因为P是DNA的组分，但不见于蛋白质；而S是蛋白质的组分，但不见于DNA。然后用标记的T2噬菌体(32P或35S)分别感染大肠杆菌，经10分钟后，用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳。 (图3－2) ;第一种情况下，基本上全部放射活性见于细菌内而不被甩掉并可传递给子代。 第二种情况下，放射性活性大部分见于被甩掉的外壳中，细菌内只有较低的放射性活性，且不能传递给子代 这样看来，主要是由于DNA进入细胞内才产生完整的噬菌体。所以说DNA是具有连续性的遗传物质。 ; (三)烟草花叶病毒的感染和繁殖 烟草花叶病毒（TMV）是由RNA与蛋白质组成的管状微粒，它的中心是单螺旋的RNA，外部是蛋白质的外壳。（如图）;1957年，佛兰科尔－康拉特与辛格尔(Frankel-Conrat, H.和 Singer, B.)把TMV的RNA与另一个病毒品系(HR, Holmes ribgrass)的蛋白质，重新合成混合的烟草花叶病毒，用它感染烟草叶片时，所产生的新病毒颗粒与提供RNA的品系完全一样，亦即亲本的RNA决定了后代的病毒类型 (图3－3)。 以上实例均直接证明DNA是生物主要的遗传物质，而在缺少DNA的生物中，RNA则为遗传物质。 ;第二节 核酸的化学结构;DNA通常是双链一般较长。 RNA主要为单链，分子链较短。 二、DNA的分子结构 (一)DNA的双螺旋结构 DNA分子是脱氧核苷酸的多聚体，含有4种脱氧核苷酸：脱氧腺嘌呤核苷酸(dATP)、脱氧胸腺嘧啶核苷酸 (dTTP)、脱氧鸟嘌呤核苷酸 (dGTP)、脱氧胞嘧啶核苷酸 (dCTP)。;1953年，瓦特森(Watson, J. D.)和克里克(Crick, F.)根据碱基互补配对的规律以及对DNA分子的X射线衍射研究的成果，提出了著名的DNA双螺旋结构模型(图3－7)。 　这个模型最主要特点有： (1)由两条互补的多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同一轴上，很象一个扭曲起来的梯子。 ;(2)两条多核苷酸链走向为反向平行(antiparallel)。即一条链磷酸二脂键为5’－3’方向，而另一条为3’－5’方向，二者刚好相反。 (3)每条长链的内侧是扁平的盘状碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面通过氢键(hydrogen bond)与它互补的碱基相联系，相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互补碱基对A与T之间形成两