第2章遗传物质的分子基础

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1、 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.1 DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质 2.1.1 DNA作为主要遗传物质的间接证据作为主要遗传物质的间接证据（1）DNA是所有生物共有的 从噬菌体、病毒到人类染色体中都含有DNA，而蛋白质则不同，噬菌体和病毒的蛋白质不是存在于染色体上，而是在外壳上，在细菌的染色体上也没有蛋白质，只有真核生物的染色体上才有核蛋白。（2）DNA在代谢上比较稳定 利用放射性元素标记，发现细胞内除DNA分子外，大部分物质都是一边迅速合成，一边分解，而原子一旦组成DNA分子，则在细胞保持健全生长的情况下，它不会离开DNA。（3）DNA含量稳定 同一种植物的不同组织的细胞，不论

2、其大小和功能如何，它们的含量基本上是相同的，配子的DNA含量正好是体细胞的一半，而蛋白质等其他化学物质则不是恒定的。（4）基因突变与DNA分子变异密切相关 用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，最有效的波长是 260，这正是DNA的紫外光谱吸收高峰，说明基因突变是与DNA分子变异密切相关的。第第2章章 遗传物质的分子基础遗传物质的分子基础1 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.1.2 DNA作为主要遗传物质直接证据作为主要遗传物质直接证据1）噬菌体的浸染实验 2）细菌转化试验3）烟草花叶病毒(TMV)的感染实验2 出版社 医学分社园艺植物遗传育种1）噬菌体的浸染实验）噬菌体的浸染实验3 出版社

3、 医学分社园艺植物遗传育种噬菌体感染图象噬菌体感染图象4 出版社 医学分社园艺植物遗传育种5 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2）细菌转化试验）细菌转化试验6 出版社 医学分社园艺植物遗传育种3）烟草花叶病毒）烟草花叶病毒(TMV)的感染实验的感染实验7 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.2.1核酸的分子组成核酸的分子组成1）戊糖 2）碱基 3）磷酸（H3P04）8 出版社 医学分社园艺植物遗传育种DNA的一级结构 DNA的二维结构9 出版社 医学分社园艺植物遗传育种遗传信息载体：遗传信息载体：脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋分子；长度双螺旋分子；长度单位：碱基对单位：碱基对(bp

4、)，千碱基对千碱基对(Kb)，百万碱基对百万碱基对(Mb)脱氧核糖核苷酸组成多聚核苷酸链，两条链互相盘绕形成双螺旋磷酸核糖腺嘌呤 A碱基碱基碱基碱基胞嘧啶 C碱基对核糖-磷酸骨架氢键3 端羟基5 端磷酸胸腺嘧啶 T鸟嘌呤 GDNA 结构示意图结构示意图2nm3.4nm10 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.2.2核酸的分子结构核酸的分子结构1）DNA的分子结构的分子结构（1）DNA分子是由2条多核苷酸链组成，核苷酸之间通过3，5磷酸二酯键连接。其中一条链53；另一条链35，这种现象称为反向平行。2条核苷酸链围绕1个公共的轴形成右旋的双螺旋结构。（2）螺旋的直径为2 nm，相邻两碱基间的距离为

5、0.34 nm，每10个核苷酸碱基绕螺旋转一圈，螺距为3.4 nm。（3）碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖骨架在螺旋的外侧。2条反向平行的链通过内侧碱基间形成的氢键相连，A与T之间是2个氢键连接，G与C之间是3个氢键连接。（4）2条链的碱基是互补配对的，即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对（图2-7），配对的碱基称为互补碱基。因此，DNA分子中2条多核苷酸链是互补的，即如果一条链上的碱基顺序确定，那么另一条链上必有相对应的碱基序列。11 出版社 医学分社园艺植物遗传育种DNA的二级结构的二级结构1、结构要点：、结构要点：反向平行反向平行;碱基配对碱基配对;碱基距

6、离为碱基距离为0.34nm;螺距为螺距为3.4nm。20A034A03.4A012 出版社 医学分社园艺植物遗传育种DNA模型模型13 出版社 医学分社园艺植物遗传育种19531953年年年年20032003年年年年14 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2）RNA的分子结构的分子结构RNA的分子结构与DNA相似，也是由多个核苷酸组成的多聚体，但它与DNA存在一些重要的区别。首先，RNA的核糖取代了DNA的脱氧核糖，尿嘧啶(U)取代了胸腺嘧啶(T)；其次是RNA分子大部分是以单链形式存在，不形成双螺旋，但一条RNA链上的互补部分也会产生碱基配对，形成双链区域。如在蛋白质合成中涉及到的rRNA和t

7、RNA。15 出版社 医学分社园艺植物遗传育种RNA 与 DNA区别16 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.2.3 DNA的复制的复制1）DNA的复制过程 细胞分裂间期DNA复制时，首先是DNA双链在解旋酶的作用下解开双螺旋，局部分解为两条单链。每条链以自身碱基序列为模板，根据碱基互补配对的原则，在DNA聚合酶的作用下，选择带有互补碱基的核苷酸与模板链形成氢键。随着DNA聚合酶在模板链上的移动，合成了与其互补的一条新链，与原来的模板单链互相盘旋在一起，又恢复了DNA分子双螺旋结构。随着DNA分子双链的完全拆开，逐渐形成了2个新的DNA分子，与原来的DNA分子完全一样。17 出版社 医学分社园

8、艺植物遗传育种18 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2）DNA的复制特点的复制特点 一是半保留复制。在DNA分子的子代双链中，一条是亲本链，另一条是新合成的链，这种复制方式称为半保留复制，这对保持生物遗传的稳定性是至关重要的；二是DNA的复制是边解旋边复制的，所以会出现复制叉；三是DNA复制有方向性。新链的合成只能是按照从53的方向。19 出版社 医学分社园艺植物遗传育种DNA复制的半不连续性20 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.3基因的表达调控基因的表达调控2.3.1基因的概念基因是一段有功能的特定DNA序列，是一个遗传功能单位，其内部存在许多的重组子和突变子。21 出版社 医学分社园艺

9、植物遗传育种2.3.2遗传密码遗传密码1）三联体密码）三联体密码 将核苷酸序列翻译成相应氨基酸序列，靠的是RNA分子上3个连续碱基构成的遗传密码。我们把相对应于1个氨基酸的3个相连的碱基称为1个密码子(codon)，即三联体密码。22 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2）遗传密码的特点）遗传密码的特点（1）遗传密码的简并性（2）遗传密码指导蛋白质合成的有序性（3）遗传密码是三联体密码（4）遗传密码的通用性 23 出版社 医学分社园艺植物遗传育种遗传学密码最早的提出者：遗传学密码最早的提出者：George GAMOW 俄裔理论物理学家俄裔理论物理学家 “隧道隧道”理论和宇宙大爆炸理论的奠基者之一

10、理论和宇宙大爆炸理论的奠基者之一 “三联体三联体”密码子的最早建议人密码子的最早建议人 RNA领带俱乐部的发起人之一和积极参与者领带俱乐部的发起人之一和积极参与者24 出版社 医学分社园艺植物遗传育种遗传密码表遗传密码表25 出版社 医学分社园艺植物遗传育种密码子与蛋白质氨基酸序列26 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.3.3蛋白质的合成蛋白质的合成DNA控制蛋白质的合成，需要经过转录和翻译两个主要过程。蛋白质的合成过程也是mRNA、tRNA、rRNA、核糖体及多种酶蛋白共同参与的结果。1）RNA的种类（1）信使核糖核酸(mRNA)（2）转运核糖核酸(tRNA)（3）核糖体核糖核酸(rRNA

11、)27 出版社 医学分社园艺植物遗传育种反密码子：tRNA上携带的遗传密码是与mRNA上的密码互补的，这个与遗传密码互补的密码被称为反密码子。密码子与反密码子间的正确识别是遗传信息准确传密码子与反密码子间的正确识别是遗传信息准确传递的保障。递的保障。28 出版社 医学分社园艺植物遗传育种tRNA二级结构 tRNA三级结构29 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2）转录）转录 在细胞核中，以DNA双链中的一条信息链为模板，将DNA的遗传信息通过碱基互补的方式合成mRNA的过程叫转录。30 出版社 医学分社园艺植物遗传育种3）翻译）翻译 就是以RNA为模板，将RNA送来的各种氨基酸按照RNA的密码顺

12、序，相互连接起来成为多肽链，并进一步折叠起来成为立体蛋白质分子的过程。大致有个阶段：氨酰基-RNA的合成。肽链合成的起始。肽链的延伸。肽链合成的终止与释放。31 出版社 医学分社园艺植物遗传育种蛋白质合成过程蛋白质合成过程 32 出版社 医学分社园艺植物遗传育种33 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.3.4中心法则及其发展中心法则及其发展遗传信息从DNADNA的复制过程，以及遗传信息从DNA转录成mRNA，再经翻译合成蛋白质的过程称为中心法则。34 出版社 医学分社园艺植物遗传育种中心法则的发展中心法则的发展反转录反转录(逆转录逆转录)：反转录酶；反转录酶；cDNA。RNA的自我复制。的自我

13、复制。DNA指导蛋白质合成。指导蛋白质合成。35 出版社 医学分社园艺植物遗传育种2.3.5基因与性状的表达基因与性状的表达基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。根据基因是否有转录和翻译的功能，可以把基因分成三类：一类是编码蛋白质的基因，这类基因具有转录和翻译的功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因，以及编码阻遏蛋白的调节基因；第二类是只有转录功能没有翻译功能的转运(tRNA)和核蛋白体(rRNA)基因；第三类是不转录的基因，这类基因对基因表达起调节控制的作用，包括启动基因和操纵基因。基因对性状的控制并不是直接的，而是通过控制特异酶的合成来调控特定的生理代谢过程，从而间接地控制性状的表达。36