第三章遺傳的分子基礎

一、染色質與核酸結構

0.5學時二、DNA復制0.5學時三、RNA轉錄與加工0.6學時四、遺傳密碼與翻譯0.3學時五、基因概念與發展(自學)0.1學時目錄染色質水解實驗（一）染色質（chromatin）1974年Kornberg等，小球菌核酸，酶消化、剪切、離心、凝膠電泳、電鏡觀察。染色質是由100埃的核小體組成絲狀結構，呈DNA單鏈。一、染色質與核酸結構細胞分裂過程中染色質聚縮成棒狀結構。（二）染色體（chromosome）化學組成DNA：27%RNA：6%蛋白質：67%基本結構單位核小體連接絲一、染色質與核酸結構1.結構單位——核苷酸(nucleotides)包括：磷酸、糖基及堿基（三）DNA結構腺苷酸(dAMP)鳥苷酸(dGMP)胞苷酸(dCMP)胸苷酸(dTMP)尿苷酸(dUMP)核苷酸種類：5種DNA特有核苷酸RNA特有核苷酸一、染色質與核酸結構2.一級結構——多聚核苷酸(polynucleotides)⑴3`→5`方向連接與DNA極性→螺旋⑵氫鍵相連與變性和復性→復制轉錄⑶堿基排列與生物多樣性；某基因有1kb能多少種遺傳信息？（三）DNA結構一、染色質與核酸結構2.rRNA結構（四）RNA結構一、染色質與核酸結構rRNA，120-2900bp,發夾狀主要功能區①tRNA識別結合區：如5SrRNA就有5`CGAAC序列能識別核糖體②不同rRNA亞基識別區：能與分子量不同的核糖體結合。③與基因表達調控密切相關CAU就是mRNA起始密碼AUG密碼。tRNA結合區與不同亞基識別能識別AUG1、半保留復制(semiconservativereplication)①Meselsen15N標記E.coli3代DNA復制：親代為底峰，一代為中峰，二代中、上峰各半證明了半保留復制。②Taylor蠶豆根尖減數分裂姊妹染色單體差別染色二、DNA復制2、半不連續復制(semidiscontinousreplication)DNA5`→3`鏈連續合成，另一條鏈先合成岡奇用片段，在DNA聚合酶、引物酶、連接酶、拓撲異構酶解旋酶等30多種蛋白質作用下完成DNA復制。二、DNA復制3、復制方向①θ型雙方向復制Cairns(1963)，E.coliDNA,3H-dTMP標記，子一代呈小點園圈，二代呈Y形復制叉(replicationfork)

；稱θ型復制模型。②σ型單方向復制E.coli有致育因子為雄性，無者為雌性。致育因子是從單連切口單方向、邊滾動邊復制，既滾環復制，又稱σ型復制。二、DNA復制4、復制起點與引物E.coliDNA出現多個復制叉，說明有多個復制起點，并都有短RNA片段引物引導。二、DNA復制5、D型不對稱不同步復制線粒體DNA(mtDNA)是不對稱、不同步的D環復制。mtDNA重鏈H先復制，并置換親鏈產生D環，當D環置換到輕鏈L起點時(約2/3長度)H反向復制新鏈，H.L同步復制結束后子代釋放，1/2子代基因組因H鏈繼續完成新鏈復制。這種不對稱不同步DNA復制稱D環復制。二、DNA復制染色體端粒有多個Gn(A/T)m重復序列防止核酸酶降解，端粒酶(telomerase)完成端粒。動物多以TTAGGG重復，端粒酶RNA核心序列為AAUCCCAAU，是端粒復制模板，能與TTA配對；每復制1個TTAGGG后，移位復制出下一個。多次循環后重復序列夠以折回形成t環，完成端粒DNA復制。6、T型折回成環復制二、DNA復制1、RNA聚合酶（一）RNA轉錄（transcription)三、RNA轉錄與加工RNA聚合酶以A、U、G、C為原料，與DNA模板鏈形成RNA/DNA雜合鏈，3`→5`為方向合成RNA。

有5個作用：識別啟動子、解鏈、合成RNA、定轉錄方向和識別終點。2、RNA轉錄（一）RNA轉錄（transcription)⑴步驟識別→轉錄→終止→釋放強、弱終子釋放RNA有3大差別：①有無回文環結構之別②富含GC與富C貧G之別③不依賴與依賴之別⑵特點①空間性，有意鏈特定區②時間性，特定時間③同步性，邊開邊錄邊閉三、RNA轉錄與加工1、mRNA前體加工（二）RNA加工（processing)三、RNA轉錄與加工核內不均一前體RNA(heterogeneosnucleusRNA)，即初轉錄出來的RNA前體。它在基因長度和性質上差異很大、很不均勻。需要剪切加工才有活性。小鼠淀粉酶基因hnRNA有7993bp，該基因成熟mRNA僅1663bp，相差6330bp。2、tRNA加工（二）RNA加工（processing)前體tRNA為多個tRNA串聯體，需剪切加工。單個tRNA沒有CCA氨基酸臂，需添加加工。氨基酸臂添加加工三、RNA轉錄與加工1、三聯密碼性質①三聯性：3bp為1密碼子。②連續性：密碼子間無逗號。③簡并性(degeneracy)：1氨基酸多密碼子，21簡1非④通用性：生命界通用。⑤搖擺性：1反密碼子識別多個密碼子，21搖1非。⑥特定性：起始密碼AUG終止密碼UAA、UAG、UGA分別稱諸石、虎珀和乳白型。四、遺傳密碼與翻譯（一）三聯體密碼(tripletcode)四、遺傳密碼與翻譯2、反三聯密碼擺動學說（一）三聯體密碼(tripletcode)⑴擺動(wobble)學說1個反密碼子能識別2個以上密碼子的現象。擺動條件：前2個bp嚴格配對、且第2個bp為嘧啶時第3位才擺動

。反密碼子識別密碼子數目多少主受第1個bp性質決定。①第1個bp是A、第2個bp為嘌呤時識別1個密碼子；②第1個bp是C/U/G時識別2個密碼子；③第1個bp是I(次黃嘌呤)時識別3個密碼子。即mRNA密碼子：5`—123—3`第3位bp:UCUGUAGACU

tRNA反密碼子：3`—321—5`第1位bp：AGCUI四、遺傳密碼與翻譯3、tRNA種類（一）三聯體密碼(tripletcode)⑵tRNA種類氨基酸結合到tRNA上后，靠tRNA完成三聯密碼識別。據此，tRNA可以劃分成三類。①起始與延伸tRNA：2類，fMet-tRNA是起始tRNA，其他稱延伸tRNA。②同工tRNA：21類，簡并密碼子的tRNA。因同工tRNA有不同反密碼子，其二、三結構能識別氨基酸不同的同義密碼子。③校正tRNA：抑制突變基因表達的tRNA。無義突變3類，錯義多類無義突變使氨基酸密碼子突變成UAA諸石型、UAG虎珀型、UGA乳白型終止密碼子，但tRNA反密碼子發生相對應抑制突變，就能恢復原氨基酸翻譯。錯義突變也能通過校正tRNA恢復原氨基酸翻譯。四、遺傳密碼與翻譯4、密碼子例外屬性（一）三聯體密碼(tripletcode)偏離密碼子線粒體AGA/AGG是終止密碼，與核基因精氨酸密碼發生偏離。目前已知22類tRNA，搖擺說認為,1個tRNA能識別1個密碼子家族時僅需23類tRNA,線粒體AGA/AGG減少1種tRNA后正好數目吻合。偏離啟發。偏愛密碼子

簡并密碼子在特定生物中有明顯使用偏愛。如Ecoli蘇氨酸密碼AUC.ACCACA使用率分別為36/65.26/65.3/65，有偏愛密碼子。稀有密碼子硒代半光氨酸是UGA終止密碼編碼，是硒代-絲氨酸-tRNA識別，合成絲氨酸后修飾而成。⑴啟動與活化:30S+50S+mRNA⑵翻譯循環，①進位：氨酰基tRNA進入A

②成肽：A、P位點上的氨基酸成肽

③轉位：從A移到P，空出A備用④移位：mRNA移動一個codon⑶延生和終止：1-4步重復延生，終止子結束、釋放（二）蛋白質合成四、遺傳密碼與翻譯(一)、擬等位基因（pseudoallele）1、擬等位基因提出①杏紅×白眼F1杏紅，Wb對W是顯性，是等位基因。②F2紅眼0.1%，說明Wb與W之間發生了基因交換。能交換就是非等位基因。③Wb與W不是等位也不是非等位基因，命名為擬等位基因。Wb+

Wb+杏紅+W

Wb+杏紅WbW

Wb+杏紅++

Wb+紅眼99.9%0.1%Wb+

Wb+杏紅

+WY白眼Wb+

+W杏紅

Wb

+Y杏紅五基因的概念與發展(一)、擬等位基因（pseudoallele）2、擬等位基因與順反子(cistron)將F2紅眼繪制成圖1，得wb與w順排，呈紅眼；將F2杏紅眼繪成圖2，得wb與w反排，呈為杏紅眼。即基因內不同位點間順反排列差異導致了基因功能差異。順反排列差異能產生基因功能差異的基因稱擬等位基因。順反排列差異能產生功能差異的區間，稱為順反子(cistron)

++

WbW紅眼trans+W

Wb+杏紅cis五基因的概念與發展(二)順反子、重組子和突變子1、順反子(cistron)五基因的概念與發展順反排列差異能產生遺傳功能差異的區間稱順反子。即，有不同遺傳功能的順反排列基因稱同一個順反子(如圖A)、沒有遺傳功能差異的順反排列基因為兩個不同的順反子(如圖AB)。一個順反子就是一個基因，但順反子揭示了基因內空間結構與遺傳功能的差異。(二)順反子、重組子和突變子2、Benzer試驗五基因的概念與發展Benzer，對T4phagerⅡ區3000多個突變體，采用雙重感染法獲得了3000多個基因的距離；用成對直接感染法確定3000多個基因的功能。結果發現：3000多個基因歸屬于A、B兩個順反子內。如r47至r106順反子A內有1000多個小基因，r51至r106基因間距離雖然很近，但分別屬于A、B兩個順反子

。說明基因不是功能的最小單位，順反子才是。3.重組子(recon)五基因的概念與發展能發生交換重組的基因片段稱重組子。如rⅡ區A順反子內有1000多個小基因，各小基因間均能發生交換重組，則有1000多個重組子。說明基因不是交換的最小單位，重組子才是。(二)順反子、重組子和突變子4、突變子(muton)能產生非野生型突變的區間稱突變子。如：rⅡ區A基因內有1000多個突變體，即有1000多個基因突變位點發生了突變，為1000多個突變子。說明基因不是突變的最小單位，突變子才是。五基因的概念與發展(二)順反子、重組子和突變子（三）斷裂基因與重疊基因（splitandoverlappinggene）1、斷裂基因結構基因內的間隔序列。Chambon(法),1977年,首次發現猴病毒SV40DNA間隔序列，打破了結構基因為連續DNA片段的觀念，是真核生物普遍現象。如兔血清蛋白β4與β3間斷裂。五基因的概念與發展2、重疊基因（overlappinggene）（四）斷裂基因與重疊基因多個基因共用同一段DNA序列phageфX174核苷酸：5258個gene：9個氨基酸：2000個欠614個核苷酸是B被包含在A基因內，E被包含在D基因內，基因重疊。Sanger發現了重疊基因(1978)五基因的概念與發展（五）基因的現代概念五基因的概念與發展合成有功能的多肽或RNA分子所必需且完整的DNA序列。包括啟動子、RNA編碼區(含內含子和外顯子)和終止子。1.Mendel：顆粒因子互不粘染，彼此獨立；2.Morgan：基因直線排列在染色體上；3.Beadle：基因通過蛋白質控制性狀表達；4.Benzer：順反子、交換子、突變子分別是功能、交換、突變的最小單位。5.Waston、Crick：DNA上特定堿基序列；6.Jacob：基因是1個操縱調控表達系統；7.Chambon：基因內有內含子，斷裂基因；8.Meclintodk：能轉座的基因稱轉座基因；9.Berg：基因組間DNA重組子能在受體中表達；10.genome：基因組編碼與非編碼區有內在聯系。（六）基因概念發展五基因的概念與發展第3章作業及復習題一、作業：P572.10二、復習題（一）名詞注釋1.Polynucleotides；2.doublehelix3.semiconservativereplication；4.semidiscontinousreplication5.Promotr；6.enhancer7.tripletcode；8.degeneracy9.pseudoallele；10.recombinationtest11.complementationtest；12.muton13.Recon；14.cistron15.Intron；16.extron（二）填空1、DNA螺旋結構中，雙鏈同軸盤纏的主要是DNA雙鏈極性相反產生了向心力，除此之外還有()力及()力都是維持DNA空間結構的主要動力。2、測得某雙鏈DNA分子中，G的含量為0.24，則該DNA中T的含量為()，C的含量為()。3、用3H-dTMp培養基28℃下培養E.coli，20min后,提取E.coliDNA。發現該DNA僅一條DNA鏈上有放射性標記。這說明DNA復制是(半保留)方式復制。若在35℃下培養30mm后，提取E.coliDNA。發現一條DNA長鏈及很多DNA片斷上均有放射性標記，且含量各占1/2左右。該試驗說明DNA復制是(半保留)復制。4、DNA特有的堿基是（腺嘌呤），RNA特有的堿基是（鳥嘌呤）。5、若在106NtRNA的核苷酸的排列是隨機的，而各種堿基的比例是20%A,25%C,25%U和30%G，你預計5’-GUUA-3’序列可出現（）次，5’-UUA-3’序列可出現（）次6、從細菌的噬菌體中分離DNA，DNA中含33%A，26%T，18%G,和23%C，該測定數據可以推測此噬菌體DNA的結構是（）結構，而真核生物DNA結構是（）結構7、tRNA的二級結構為三葉草狀，其特點是有22個恒定的堿基、5'端配對、3'-OH永遠是單鏈區；和其特有的三環一臂。三個莖環是（）（）（），一臂是（）。8、Alu家族是人、鼠等所有脊椎動物中廣泛分布的一種基因家族，有14個重復基因，各基因之間的間隔序列稱為（），它與（）基因同源。9、第一代分子遺傳標記技術就是指（）遺傳標記技術，它是基于（）酶切割DNA的片段長度不同，通過克隆探針檢測不同長度DNA片段多態性差異的遺傳標記計算。10、生物性細胞內基因組C值大小與生物進化程度不符的現象稱為（），它告訴我們生物基因組內必有大量的（）基因。（三）選擇填空1、已知T4噬菌體A區,1、3、5號突體為同一個順反子,2、4號突變體為另一個順反子。則1號突變體與2、3、4、5號突變體的互補測驗結果應為()。a、-+-+b、+--+c、+-+-d、-++-2、3`-TACAAT-DNA鏈，轉錄mRNA的結果為()。5`-ATGTTA-a、UACAAUb、AUGUUAc、-ATGTTA-d、-TACAAT-3、DNA切除修復，當胸腺嘧啶二聚體剪開切口，互補合成填補上二聚體空缺之后，損傷DNA片斷由()酶切掉。a、核酸內切酶b、DNA聚合酶c、核酸外切酶E、DNA連接酶4、因基因突變密碼子GAA變為AAA。從密碼子功能上分類，該突變為()突變。a、同義突變b、錯叉突變c、無義突變d、無突變5、tRNA、rRNA基是()的基因。a、既轉錄又翻譯b、不轉錄不翻譯c、只轉錄不翻譯d、不復制不轉錄6、DNA切除修復，當TT剪開切口，合成新互補鏈DNA片斷后，被置換出來的損傷DNA片斷，由（）酶切掉。a.內切酶b.聚合酶c.外切酶d.連接酶7、GAA密碼子突變成AAA密碼子，該突變為（）突變a.同義突變b.錯義突變c.無義突變d.點突變8、轉錄和復制都是遺傳物質合成的過程，但轉錄特點與下列特點不吻合的是（）。a、轉錄僅一條模板鏈；b、轉錄需要引物；c、轉錄不需要底物；d、轉錄的開鏈區不擴大，只移動。9、RNApol的主要功能有五個，下面與其功能不吻合的是（）。a、直接識別啟動子；b、使DNA解鏈；c、合成RNA；d、校正DNA序列。10、下列物質