1、Chapter 1 緒論Molecular Biology喬治 M.馬拉森斯基（George M.Malacinski）是印第安納大學的分子生物學教授。他于波士頓大學獲得本科學位。于印第安納大學獲得研究生學位。在華盛頓大學（西雅圖）完成博士后工作后，回到印第安納大學，建立了兩棲動物發展遺傳學的研究項目。早些年來，他致力于研究控制早期胚胎發生類型的機制。近年來，他研究心肌和骨骼肌的發育，來推測確定這些肌肉類型的分化類型的調節機制。 Malacinski博士的教學方法非常受學生的歡迎，在各種教學獎中他都受到提名 本書由蛋白質、核酸及大分子復合物的結構，大分子的功能，細胞內大分子功能的協同作用，大分

2、子的實驗操作等一系列的單元組成。主要介紹了分子結構和功能的基礎知識。 Wolcome to Molecular BiologyGoals of Molecular Biology 了解各種分子如何在細胞的五種基本活動中發揮作用,也就是說,分子生物學要描述生物分子的結構,功能,及其相互作用 即在分子水平上解釋生命現象 五種基本活動:生長,分裂,分化,運動,相互作用Model biolagical systems Virus the simplest livin organism it borrows functionns from its host the host is a bacterial

3、 cellbacteria Free-living Prokaryotes Simple in physcal organization Several thousands chemicals and a few organized particales ,all in liquid solution,enclosed in a rigid wallMinimal medium(最低培養基) No organic compounds Other than a carbo sourcePrototroph(原養菌)Auxotroph(營養變異菌)Metabolism(新陳代謝) in bacti

4、eria is precisely regulated Such as ,the amio acid tryptophan is not formde if tryptophan is present in the growth mediumBacteriophage(噬菌體) 比細菌更簡單 蛋白質外殼/頭部, 連接一個尾部,一些更簡單的甚至連尾部都沒有 Yeast(酵母) Animal cells Primary cell culture(原代培養):從機體中取出的細胞立即培養Embryonic stem cell(胚胎細胞) Methodolagy of molecular biolagy

5、 物理和化學的分析方法 遺傳學方法農業是現代生物學研究與應用最為廣闊，重要的領域PART I The Structure of Protein,Nucleic acids ,and Marcromolecular ComplexexIn this chapter you will learn: The nature of the components of nucleic acids and proteins,and the chemical linkages by which they are joined to form large molecules The role that nonc

6、ovalent interactions play in determining the three-dimensional structure of macromoleculesMacromolecules Three major classes: proteins nucleic acids polysaccaridesChapter 2The whole is greater than the sum of its parts.生物大分子具有特定的功能必須具有特定的空間結構生物大分子在行使某種功能時空間結構必須發生特定的改變Chemical structure of the major

7、classes of macromolecules 組成各生物大分子的單體 單體通過何種方式進行連接Protein Monomers:amino acids Chemical linkage:peptide bondNucleic acidsNoncovalent interactionThe random coilHydrogen-bondingThe hydrophobic interactionIonic bonds An der Waals AttractionMacromolecule iolation and characterization 蛋白質的分離純化方法 （一）根據分子大

8、小不同的純化方法 1.透析和超濾 (1)透析 透析是把待純化的蛋白質溶液裝在半透膜的透析袋里，放入透析液（蒸餾水或緩沖液）中進行的，透析液可以更換，直至透析袋內無機鹽等小分子物質降到最小值為止。 原理：利用蛋白質分子不能通過半透膜的性質，使蛋白質和其他小分子物質如無機鹽、單糖等分開。 2.超濾： 利用壓力或離心力，強行使水和其他小分子溶質通過半透膜，而蛋白質被截留在膜上，以達到濃縮和脫鹽的目的。 超濾是一種膜分離技術，它的特點是使用不對稱多孔膜根據分子的大小來分離溶液中的大分子物質與小分子物質。超濾尤其適用于大分子溶液的濃縮、不同種類分子的純化以及溶劑交換等。超濾法是一種溫和、非變性的物理方法

9、，比其它分離方法有效率更高、更靈活的優點。 原理： 在外力作用下，超濾膜對大分子物質的截留主要是篩分作用，決定截留效果的主要是膜的表面活性層上孔的大小與形狀。除了篩分作用外，膜表面、微孔內的吸附和粒子在膜孔中的滯留也使大分子被截留。 現在已有各種市售的超濾膜裝置可供選用，有加壓、抽濾和離心等多種形式。濾膜也有多種規格，他們截留相對分子質量不同的蛋白質。使用中最需注意的問題是濾膜表面容易被吸附的蛋白質堵塞，使超濾速度減慢，能被截留物質的Mr變小。Chapter 3Nucleic acidsDNA TopologyRNA的類型tRNA 轉運氨基酸 rRNA 核蛋白體 mRNA 蛋白質合成模板 hn

10、RNA 不均一RNA，成熟mRNA的前體 snRNA 小核RNA參與hnRNA的剪接 scRNA 小胞漿RNA 信號識別體的組成成分 anRNA 反義RNA對基因的表達起調節作用 Ribozyme RNA 核酶有酶活性的RNA測序的基本方法 在分子生物學研究中，DNA的序列分析是進一步研究和改造目的基因的基礎。目前用于測序的技術主要有Sanger等（1977）發明的雙脫氧鏈末端終止法和Maxam和 Gilbert（1977）發明的化學降解法。這二種方法在原理上差異很大，但都是根據核苷酸在某一固定的點開始，隨機在某一個特定的堿基處終止，產生A，T，C，G四組不同長度的一系列核苷酸，然后在尿素變性

11、的PAGE膠上電泳進行檢測，從而獲得DNA序列。 （一）Maxam-Gilbert的化學降解測序法 該方法的基本原理是用化學試劑處理具有末端放射性標記的DNA片段，造成堿基的特異性切割并產生一組具有不同長度的DNA鏈降解產物，經凝膠電泳分離和放射自顯影之后，可直接讀出待測DNA片段的核苷酸序列。 測序步驟： 先用限制性內切酶把DNA切成100200bp 的測序材料； 用堿性磷酸化酶處理該片段，消除5末端上的磷酸； 在5-OH端標記32P，用多核苷酸磷酸激酶催化； 標記片段變性為單鏈； 化學試劑在特定堿基位置降解單鏈DNA， 產生一組長度不等的DNA片段； 經電泳和放射性自顯影后，從4個反應系統

12、統一閱讀， 待測DNA的全部核苷酸序列就可直接讀出。 G反應： DMS使鳥嘌呤的7位氮原子甲基化，其后斷開第8位碳原子和第9位氮原子間的化學鍵，哌啶置換了被修飾鳥嘌呤與核糖的結合。 G+A反應： 甲酸使嘌呤環上的氮原子質子化，削弱了腺嘌呤脫氧核糖核苷酸和鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸中的糖苷鍵，然后哌啶置換了嘌呤。 T+C反應： 肼斷開了嘧啶環，產生的堿基片段能被哌啶所置換。 C反應： 在NaCl存在時，只有C才能與肼發生反應，隨后被修飾的胞嘧啶被哌啶置換。 改進的特異化學切割反應Sanger的酶聚合測序法(鏈終止法) Cambridge的F. Sanger在1977年發明用雙脫氧鏈終止法測定單鏈DNA

13、的序列，其基本原理如下：DNA聚合酶能夠用單鏈DNA作為模板，合成準確的DNA互補鏈； 該酶能夠用2，3-雙脫氧核苷三磷酸作底物并將其聚合到新生寡核苷酸鏈的3-末端，從而終止其延伸反應。 在DNA測序反應中，加入模板DNA，引物（特異性引物），DNA聚合酶，dA，dT，dG，dC和一種ddNTP。常用Klenow大片段，無5'3'外切酶活性。測序步驟：用M13噬菌體做載體獲得單鏈DNA模板，克隆并擴增待測DNA片段，使其變性。選擇一條與DNA單鏈互補的短鏈引物，將引物用放射性同位素標記。引物先同單鏈模板復性。在四個反應管中分別加入待測DNA單鏈模板、互補引物分子、四種的dNTP

14、、DNA聚合酶(Klenow 酶)以及不同的ddNTP。進行聚合反應 ，DNA新生鏈延長，當摻入ddNTP時，聚合反應終止。 在聚丙烯酰胺凝膠或瓊脂糖凝膠中電泳。根據X底片對凝膠曝光所顯的條帶位置，讀出 DNA序列。全自動DNA測序 DNA自動測序儀的應用實現了凝膠電泳、初始數據獲取、堿基閱讀等步驟自動化 。 自動測序儀的設計原理是采用熒光標記DNA片段，并用激光激活的熒光探測系統， 檢測序列反應的分離產物，讀出電泳條帶所示的堿基順序。 分離產物有兩種基本方法：單熒光標記四泳道分離和四熒光標記的單泳道分離。 四熒光標記的單泳道分離的測序原理 四標記單泳道法： ABI公司（美國應用生物系統公司）

15、發展的四標記單泳道法是用4種不同的熒光標記物標記4個反應的引物，4個反應在一個泳道中電泳分離。每個反應產物用不同顏色的熒光標記進行區分， 再用計算機將經過熒光探頭的不同顏色順序轉變成測序信息。 這種同一泳道的分離避免了泳道間差異對測序的影響。 熒光標記物聚合反應及產物單泳道電泳及信號收集計算機排序3730全自動測序儀Shotgun測序片段重疊排序三 未來的測序技術 對現有技術的改進主要包括： (1)在自動測序儀內增加每塊膠上的脈道數。 (2)改進軟件分析系統，提高對增加泳道和延長DNA片段初始熒光數據的分析能力。 (3)采用新型凝膠電泳技術，提高條帶的分辨率，擴展單反應數據范圍。 (4)改進光

16、學檢測系統，開發新型熒光標記 ，提高檢測的靈敏度，降低對模板數量及質量的要求。 (5)采用自動加樣系統，提高加樣質量和速度。 未來的測序技術主要包括： 質譜法(mass spectrometry) ； 雜交測序法(seguencing by hybridization,SBH)； 單分子測序法(single-molecule seguencing) ； 掃描隧道顯微鏡(atomic probe microscopy） ； 超薄水平凝膠電泳技術(Horizontal Ultrathin Gel Electropho resis,HUGE) ； 毛細管電泳法(capillary gel elect

17、rophoresis,CE ) ； 芯片技術等。 Klenow片段 Klenow片段（Klenow fragment）：E.coli DNA聚合酶I經部分水解生成的C末端605個氨基酸殘基片段。該片段保留了DNA聚合酶I的5-3聚合酶和3-5外切酶活性，但缺少完整酶的5-3外切酶活性。大腸桿菌DNA聚合酶的Klenow片段是完整的DNA聚合酶的一個片段，只有在53聚合酶活性和35外切酶活性，失去了53外切酶活性。它可用于填補DNA單鏈末端成為雙鏈。如果供給32P標記的三磷酸核苷酸，則可使DNA帶上同位素標記。當用交錯切割的限制酶切成帶有單鏈粘性末端的DNA片段，要用被切成平頭末端的DNA片段連

18、接時，可以先用Klenow片段使粘性末端的單鏈補齊成為平頭，然后在DNA連接酶作用下把兩個DNA片段連接起來。 Chapter 4The physical structure of protein moleculesIn this chapter you will learn :l 1.About polypeptide folding and various configurations proteins adopt.l 2. How several polypeptides associate to form a larger unit.l 3.The formation and stru

19、cture of enzyme-substrate complexes and antibodies,and the models put forth to represent theml Each species of protein molecule has a unique three-dimensional structure determined principally by the amino acid sequence of that protein.l It has a universal structure the double helix .This makes the s

20、tudy of proteins very complex.l The diversity(多樣性) of protein structure enables these molecules to carry out the thousands of different processes required by a cell and makes proteins fascinating objectd to study.The “footsoldiers” of the living celll Their functions are the most diverse of all type

21、s of macromolecules:l Structural functionsl Speed up the rate of chemical reactions.Basic features of protein moleculesl Primary structurel Secondary structureThe folding of a polypeptide chain l Three rules:l 1.肽鍵具有部分的雙鍵特征,因而被限制在平面上,而且結構剛性.只有碳原子和肽單位可以自由旋轉,因此肽鏈是可變形的l 2.氨基酸的側鏈不能夠交迭,所以折疊不是真正的隨機,因為某些傾向

22、是被禁止的.l 3.具有相同標記的基團不會離得很近.因此,相似的部分導致鏈延展.The general tendencies l 1.氨基酸的極性側鏈往往位于蛋白質的表面與水相接觸.l 2.而非極性的側鏈常位于內部.疏水側鏈堆積.l 3.碳酰基的氧與另一個依附于N原子的H形成H鍵l 4.兩個半胱氨酸的巰基（SH）形成雙硫鍵Key conceptl Primary sequence ?l The linear sequence of amino acids joined together by peptide bonds is termed the primary structure of th

23、e protein. The position of covalent disulfide bonds between cysteine residues is also included in the primary structure Secondary structure 螺旋與結構l Secondary structure in a protein refers to the regular folding of regions of the polypeptide chain. The two most common types of secondary structure are

24、the a-helix and the - pleated sheet Protein structurel Few protein are pure helix or structure l Fibrous protein (纖維蛋白):p73l Globular protein (球蛋白):p73l 纖維蛋白主要功能是構建細胞的結構.如:collagen(膠原質):tendon ( 腱), cartilage (軟骨),elastin(彈性蛋白)Globular proteinl Catalytic(催化) and regulatory functionsl Spherical or el

25、lipsoidal橢圓體的Tertiary structure (三級結構)l The most prevalent interactions responsible for tertiary structure are the following:l 1.離子鍵l 2.氫鍵l 3.疏水作用l 1.Disulfide bonds(二硫鍵)bring distant amino acids together.l 2.Hydrophobic(疏水) interaction bring distant amino acids together.l 3.Hydrogen bonds sometimes

26、 bring distant amino acids together,but a single Hydrogen bond makes a more subtle change in positionl 4. Electrostatic interactions bring amino acids together or keep them apart,depending on the signs of charges.l 5. A structure bring distant segments of the polypeptide backbone together and create

27、s rigidityl 6.A helix makes adjacent regions of a polypeptide backbone stiff and linearl 7. Van der Waals attraction produce specific interactions between clusters pf amino acids that may or may not be nearby in the polypeptide chainantigen抗原 l 指能刺激機體免疫系統產生免疫應答而生成抗體和致敏淋巴細 胞等免疫應答產物并與之發生特異性結合的物質。l 具有免

28、疫原性和反應原性的物質。又稱免疫原。l 免疫原性是指刺激機體的免疫活性細胞產生免疫應答的能力。l 反應原性是指抗原與抗體或致敏淋巴細胞發生特異性結合而出現可見反應的能力。l 抗原在化學結構上與機體自身不同，具有異物性：l 異種物質。從生物進化過程來看，異種動物間的血緣關系越遠，則免疫原性越強。如馬的血清和各種微生物與人的血緣關系遠，所以免疫原性強。而馬的血清與驢、騾的血緣關系近，所以免疫原性相對就弱。l 同種異體物質。如人的紅細胞抗原物質和人的白細胞抗原等。l 自身物質。自身物質一般不具免疫原性。有些物質如隱蔽的自身成分（眼晶體蛋白、精子等），在正常情況下與免疫系統是隔絕的。但是一旦屏障遭到破

29、壞，這些物質進入血流，即可與免疫活性細胞接觸而成為自身抗原異物。另外，自身物質在外傷、感染、藥物和射線的影響下，其理化性質發生質的改變時，也可成為具有免疫原性的抗原物質 l 與人類有關的抗原有：l 病原微生物。在醫療中將病原微生物制成疫苗進行預防接種，可以提高人的免疫力。也可以根據微生物抗原的特異性進行各種免疫學試驗，幫助診斷疾病。l 同種異體抗原。有兩大類，一類是紅細胞血型抗原，包括A、B、O血型抗原，Rh血型抗原等。不同血型間相互輸血，可引起嚴重的輸血反應；另一類是存在于人類白細胞細胞膜上的人類白細胞抗原（HLA），又稱主要組織相容性抗原。它們與血型抗原一樣，也是由遺傳決定的，受染色體上的

30、基因控制。l 動物免疫血清。臨床上常用的各種抗毒素血清，一般都是用免疫馬來制備的。一方面，抗毒素能中和與其相應的外毒素，起到防治疾病的作用；另一方面，它能刺激人體產生抗馬血清蛋白的抗體，當再次接受馬的免疫血清時，有可能發生超敏反應。l 嗜異性抗原。一類與種屬特異性無關的、存在于人以及某些動物、植物、微生物的性質相同的抗原。腫瘤抗原。由物理的、化學的因素或某些病毒誘發的實驗動物腫瘤，其細胞中或細胞表面均出現特異性抗原，稱為腫瘤特異性抗原。已證實在某些人類腫瘤中心存在著與病毒密切相關的抗原。 Antibodies 抗體l 機體在抗原物質刺激下，由B細胞分化成的漿細胞所產生的、可與相應抗原發生特異性

31、結合反應的免疫球蛋白。l 因為最初有人用電泳證明血清中抗體活性在球蛋白部分，故曾把抗體統稱為兩種()球蛋白。l 后來證明，抗體并不都在區；而且位于區的球蛋白，也不一定都具有抗體活性。1964年，世界衛生組織舉行專門會議，將具有抗體活性以及與抗體相關的球蛋白統稱為免疫球蛋白(Ig)。如骨髓瘤蛋白，巨球蛋白血癥、冷球蛋白血癥等患者血清中存在的異常免疫球蛋白以及“正常人”天然存在的免疫球蛋白亞單位等。因而免疫球蛋白是結構及化學的概念，而抗體是生物學及功能的概念。l 可以說，所有抗體都是免疫球蛋白，但并非所有免疫球蛋白都是抗體。l 抗體的生物活性l (1)結合特異性抗原：抗體與其他免疫球蛋白分子區別，

32、就在于抗體能與相應抗原發生特異性結合，在體內導致生理或病理效應；在體外產生各種直接或間接的可見的抗原抗體結合反應。抗體是靠其分子上的特殊的結合部位與抗原結合的。l (2)激活補體：抗體與相應抗原結合后，借助暴露的補體結合點去激活補體系統、激發補體的溶菌、溶細胞等免疫作用。l (3)結合細胞：不同類別的免疫球蛋白，可結合不同種的細胞，產生不同的疚，參與免疫應答。l (4)可通過胎盤及粘膜：免疫球蛋白G(IgG)能通過胎盤進入胎兒血流中，使胎兒形成自然被動免疫。免疫球蛋白A(IgA)可通過消化道及呼吸道粘膜，是粘膜局部抗感染免疫的主要因素。l (5)具有抗原性：抗體分子是一種蛋白質，也具有刺激機體

33、產生免疫應答的性能。不同的免疫球蛋白分子，各具有不同的抗原性。l (6)抗體對理化因子的抵抗力與一般球蛋白相同：不耐熱，6070即被破壞。各種酶及能使蛋白質凝固變性的物質，均能破壞抗體的作用。抗體可被中性鹽類沉淀。在生產上常可用硫酸銨或硫酸鈉從免疫血清中沉淀出含有抗體的球蛋白，再經透析法將其純化。l 抗體產生的規律l (1)初次反應產生抗體：當抗原第一次進入機體時，需經一定的潛伏期才能產生抗體，且抗體產生的量也不多，在體內維持的時間也較短。l (2)再次反應產生抗體：當相同抗原第二次進入機體后，開始時，由于原有抗體中的一部分與再次進入的抗原結合，可使原有抗體量略為降低。隨后，抗體效價迅速大量增

34、加，可比初次反應產生的多幾倍到幾十倍，在體內留存的時間亦較長。l (3)回憶反應產生抗體：由抗原刺激機體產生的抗體，經過一定時間后可逐漸消失。此時若再次接觸抗原，可使已消失的抗體快速上升。如再次刺激機體的抗原與初次相同，則稱為特異性回憶反應；若與初次反應不同，則稱為非特異性回憶反應。非特異性回憶反應引起的抗體的上升是暫時性的，短時間內即很快下降。l 抗體的分類l (1)按作用對象，可將其分為抗毒素、抗菌抗體、抗病毒抗體和親細胞抗體(能與細胞結合的免疫球蛋白，如1型變態反應中的lgE反應素抗體，能吸附在靶細胞膜上)。l (2)按理化性質和生物學功能，可將其分為IgG、IgA、IgM、IgE、Ig

35、D五類。l (3)按與抗原結合后是否出現可見反應，可將其分為：在介質參與下出現可見結合反應的完全抗體，即通常所說的抗體，以及不出現可見反應，但能阻抑抗原與其相應的完全抗體結合的不完全抗體。(4)按抗體的來源，可將其分為天然抗體和免疫抗體。 單克隆抗體l 單克隆抗體是僅由一種類型的細胞制造出來的抗體，對應于多克隆抗體/多株抗體由多種類型的細胞制造出來的一種抗體。 單克隆抗體由可以制造這種抗體的免疫細胞與癌細胞融合后的細胞產生的，這種融合細胞即具有瘤細胞不斷分裂的能力，又具有免疫細胞能產生抗體的能力。融合后的雜交細胞(雜種瘤)可以產生大量相同的抗體。當其應用于醫療中時，在識別抗原中的顯示的微小變化

36、(如果有的話)有助于減小副作用。l 年，瑞士科學家喬治·克勒和英國科學家凱撤·米爾斯坦，把產生抗體的淋巴細胞與多發性骨髓瘤細胞進行融合，形成雜交瘤細胞。這種細胞兼有兩個親代細胞的特征，既有骨髓瘤細胞無限生長的能力，又有淋巴細胞產生抗體的功能。因此，這種雜交瘤細胞就能在細胞培養中產生大量單一類型的高純度抗體。這種抗體叫“單克隆抗體”。 l 把單克隆抗體與抗癌藥物或毒素結合起來，就成為威力強大的抗體“導彈”。把這種抗體“導彈”注射到癌癥患者的血液中，它就會發揮導彈樣的作用，在患者體內追蹤并附著于癌細胞上，然后與抗體結合的抗癌藥物或毒素殺傷和破壞癌細胞，而且很少損傷正常組織細胞。

37、這種抗體“導彈”具有高度選擇性，對癌細胞命中率高，殺傷力強的優點，沒有一般化學藥物那樣不分好壞細胞，格殺勿論的缺點。美國約翰·霍普金斯醫院應用抗體“導彈”治療晚期肝癌病人，收到驚人效果。肝臟腫癌顯著縮小，生存期延長，而且沒有副作用。單克隆抗體技術的發明，是免疫學中的一次革命，打破了過去只能在身體內產生抗體的方法，而成功地在體外用細胞培養的方法產生抗體，同時繁殖快，可以產生在體內達不到的高滴度和高專一性的水平。單克隆抗體價格表l 貨號 產品名稱 規格 價格 產地 l T-01Mouse anti-His tag100 g1200 元 Perfe.USA T-02c-myc 100 g1

38、200 元 Perfe.USAl T-03FLAG 100 g1200 元 Perfe.USAl T-04HA 100 g1200 元 Perfe.USAl T-05GST    l  T-06Biotin-anti-His tag 100 g1500元 Perfe.USAl T-07HRP-anti-His tag 100 g1500元 Perfe.USA1997年第5期醫藥價格專欄國家計委工農產品價格管理司關于人用鼠源性單克隆抗體IORT3價格的批復一九九七年七月二日 計司價管函199751號l 古巴分子免疫中心（Center of MoleCular Imm

39、unology）生產的批號為9702（共30支）、規格為5mg/支的人用鼠源性單克隆抗體IORT3的口岸平衡價為每支906元，批發、零售價格分別為每支1105元、1216元。 單克隆抗體的制備Enzymes l 酶（enzyme）是生物體內多數反應的一種生物催化劑，除少數RNA外幾乎都是蛋白質。酶不改變反應的平衡，它只是通過降低活化能加快化學反應的速度。酶具有專一性,一種酶只能催化一種或一類反應。除此以外，還具有高效性、溫和性。Chapter 5Macromolecular interactions and the structure of complex aggregates生物現象源自于大

40、分子間的相互作用n Structure components both within insividual cells and in-between the cells associated with various tissues and orgas invariably consist of assemblies of macromolecules.大腸桿菌（Escherichia coli E.coli ）n 1885 Theodor Escherich (德國) n 原命名為 Bacterium colin 將其屬名改為 Escherichia 是為了紀念發現者n 大腸桿菌在實際工作中

41、的重要性:經常被當作是所有生物的 原型（archetype）n a、在實驗室中容易操作 b、生長迅速，要求營養物質簡單，能進行很多生理生化過程n c、其有性生殖的存在使得遺傳學的研究成為可能(遺傳雜 交、遺傳性狀 存在性狀 ）n d、能夠供應細菌病毒的生長，使病毒的本性即病毒擴增的 深入研究成為可能n 組蛋白（histones）真核生物體細胞染色質中的堿性蛋白質，含精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸特別多，二者加起來約為所有氨基酸殘基的1/4。組蛋白與帶負電荷的雙螺旋DNA結合成DNA-組蛋白復合物。因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5類。真核生物細胞核中組蛋白的含量約為每克DNA 1克，n 大部分真

42、核生物中有5種組蛋白，兩棲類、魚類和鳥類還有H5以替代或補充H1。染色質是由許多核小體組成的，H2A，H2B，H3和H4各2個分子構成的8聚體是核小體的核心部分，H1的作用是與線形 DNA結合以幫助后者形成高級結構。組蛋白是已知蛋白質中最保守的，例如，人類和豌豆的H4氨基酸序列只有兩個不同，人類和酵母的H4氨基酸序列也只有8個不同，這說明H4的氨基酸序列在約109年間幾乎是恒定的。早在1888年德國化學家科塞（A.Kossel）已從細胞核中分離出組蛋白，并認識到它們作為堿性物質應在核中與核酸結合，但直到1974年才了解組蛋白的確切作用。一些實驗室隨后證明組蛋白以獨特的方式構成核小體的組分。Mo

43、nonucleosomes typically have 200 bp DNA. End-trimming reduces the length of DNA first to 165 bp, and then generates core particles with 146 bp.The 10 nm fiber is a continuous strong of nucleosomes.Part Function of macromoleculesChapter 6 The genetic material¡ In this chapter you will learn:

44、1; 1.background information on the mechanisms of heredity¡ 2.experimental evidence which identified DNA as the genetic material¡ 3.properties of DNA as the genetic meterial,including storage,transmission,stability,and mutationTwo important questions :¡ 1.How so we know that DNA is the

45、 genetic material?¡ 2.What properties特性 of DNA make it so ideally完美 suited to function in this capacity?Early observation on the mechanism of heredity¡ 1.The nucleus has a unique chemical composition.¡ 2.Fusion of sperm and egg nuclei at the time of fertilization produces a zygote tha

46、t contains all of the hereditary information necessary to develop into a mature adult organism.¡ 3.Cell nuclei contain chromosomes.The precise numbers and types of chromosomes may vary from one species to another,but normal members of a particular species will have a characteritic set of chromo

47、some. ¡ 4. Chromosome are duplicated prior to cell division and one copy of each is precisely apportioned to the daughter cells. (via mitosis)¡ 5.To maintain a constant chromosome number in sexually reproducing organisms chromosome number is reduced by one-half (via meiosis) during gamete接

48、合體 formation.¡ 6.The patterns of inheritance of chromosomes mirrors the patters of inheritance of genetic traits described by Gregor Mendel¡ 7.In certain instances , it was possible to correlate the inheritance of specific physical traits such as gender(性別) or eye color(in fruit flies)with

49、 the inheritance of specific recognizable chromosomes.Identification of DNAas the genetic material¡ 基因存在于染色體上。 脫氧核糖核酸(DNA) 核酸 核糖核酸(RNA) 組蛋白¡ 染色體 蛋白質 非組蛋白 少量的擬脂與無機物質DNA作為主要遺傳物質的證據¡ 基因存在于染色體上。 脫氧核糖核酸(DNA) 核酸 核糖核酸(RNA) 組蛋白¡ 染色體 蛋白質 非組蛋白 少量的擬脂與無機物質一、DNA作為主要遺傳物質的間接證據¡ 大部分DNA存在于染色

50、體上。RNA和蛋白質在細胞質內也很多。¡ 每個物種不同組織的細胞不論其大小和功能如何，它們的DNA含量是恒定的。精子或卵子中的DNA含量正好是體細胞的一半；而細胞內的RNA和蛋白質量在不同細胞間變化很大。另外，多倍體系列的一些物種，其細胞中DNA的含量隨染色體倍數的增加，也呈現倍數性的遞增。¡ DNA在代謝上比較穩定。細胞內蛋白質和RNA分子與DNA分子不同，它們在迅速形成的同時，又不斷分解。而原子一旦被DNA分子所攝取，則在細胞保持健全生長的情況下，保持穩定，不會離開DNA。¡ 基因突變與DNA分子的變異密切相關。用不同波長的紫外線誘發各種生物突變時，其最有效的

51、波長為260nm，這與DNA所吸收的紫外線光譜是一致的。 (一)細菌的轉化¡ 肺炎雙球菌有兩種不同的類型： 1.光滑型(S型) 被一層多糖類的莢膜所保護，具有毒性，在培養基上形成光滑的菌落。 2.粗糙型(R型) 沒有莢膜和毒性，在培養基上形成粗糙的菌落。 迄今，已經在幾十種細菌和放線菌中成功地獲得了遺傳性狀的定向轉化。這些試驗都證明起轉化作用的物質是DNA。 (二)噬菌體的侵染與繁殖¡ 噬菌體是極小的低級生命類型。必須在電子顯微鏡下才可以看到。據研究T2噬菌體DNA進入到大腸桿菌內，可以利用大腸桿菌的材料來制造自己的DNA、蛋白質外殼和尾部，從而形成完整的新生的噬菌體。 &

52、#161; 赫爾希 等用同位素32P和35S分別標記T2噬菌體的DNA與蛋白質。因為P是DNA的組分，但不見于蛋白質；而S是蛋白質的組分，但不見于DNA。然后用標記的T2噬菌體(32P或35S)分別感染大腸桿菌，經10分鐘后，用攪拌器甩掉附著于細胞外面的噬菌體外殼。 (圖32)¡ 第一種情況下，基本上全部放射活性見于細菌內而不被甩掉并可傳遞給子代。¡ 第二種情況下，放射性活性大部分見于被甩掉的外殼中，細菌內只有較低的放射性活性，且不能傳遞給子代¡ 這樣看來，主要是由于DNA進入細胞內才產生完整的噬菌體。所以說DNA是具有連續性的遺傳物質。 (三)煙草花葉病毒的感染

53、和繁殖 煙草花葉病毒（TMV）是由RNA與蛋白質組成的管狀微粒，它的中心是單螺旋的RNA，外部是蛋白質的外殼。（如圖）¡ 佛蘭科爾康拉特與辛格爾(Frankel-Conrat, H.和 Singer, B.)把TMV的RNA與另一個病毒品系(HR, Holmes ribgrass)的蛋白質，重新合成混合的煙草花葉病毒，用它感染煙草葉片時，所產生的新病毒顆粒與提供RNA的品系完全一樣，亦即親本的RNA決定了后代的病毒類型 (圖33)。¡ 以上實例均直接證明DNA是生物主要的遺傳物質，而在缺少DNA的生物中，RNA則為遺傳物質。Chapter 7 DNA Replication

54、 ¡ DNA replication is semi-conservative, one strand serves as the template for the second strand. ¡ Furthermore, DNA replication only occurs at a specific step in the cell cycle. ¡ The following table describes the cell cycle for a hypothetical cell with a 24 hr cycle. ¡ Stage Ac

55、tivity Duration ¡ G1 Growth and increase in cell size 10 hr ¡ S DNA synthesis 8 hr ¡ G2 Post-DNA synthesis 5 hr ¡ M Mitosis 1 hr ¡ DNA replication has two requirements that must be met: ¡ 1.DNA template ¡ 2.Free 3' -OH group PCNA PCNA是一種核蛋白，PCNA是以受細胞周期調控的方式被合成的。在DNA合成稍前被合成， PCNA是pol的輔助蛋白，促進該酶的活性，增強酶的行進性，使前導鏈連續不斷地合成。在有PCNA存在時，出現前導鏈和后滯鏈合成；而缺乏PCNA時只合成早期復制的中間產物和短的后滯鏈片段。因此它使DNA合成的受