1、9 9DNA-DNA-生命的秘密生命的秘密19.19.1基因是什么基因是什么2人们对基因的认识过程人们对基因的认识过程年代认识过程19世纪60年代孟德尔提出，生物的性状是由遗传因子（逻辑推理而得）控制的。20世纪初期基因存在于染色体上，并且在染色体上呈直线排列，得出结论染色体是基因的载体。（通过果蝇的遗传实验而得）20世纪50年代以后随着DNA双螺旋结构模型的提出，人们认识到了基因的本质，即基因是具有遗传效应的DNA片断。研究结果还表明，每一条染色体只含有一个DNA分子，每个DNA分子上有很多基因，每个基因中又可以含有成百上千个脱氧核苷酸。由于不同基因地脱氧核苷酸的排列顺序（碱基）不同，因此，
2、不同的基因就含有不同的遗传信息。遗传信息。3DNADNA分子的结构分子的结构DNADNA分子的结构特点是：分子的结构特点是：(1)DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 (3)DNA分子两条链的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基互补配对,A=T;C-=G。49.2DNA9.2DNA的半保留复制的半保留复制DNA分子的结构不仅使DNA分子能够储存大量的遗传信息，还使DNA分子能够传递遗传信息。遗传信息的传递是通过DNA分子的复制来完成的。5烟草花叶病病叶烟草花叶病病叶 6TMVTM
3、V结构模式图结构模式图TMVTMV负染电镜照片负染电镜照片719571957年年, ,格勒格勒(Girer)(Girer)和施拉姆和施拉姆(Schramm)(Schramm)用石炭酸处理用石炭酸处理TMVTMV病毒病毒, ,把蛋白质去掉把蛋白质去掉, ,只留下只留下RNA,RNA,再将再将RNARNA接种到正常烟接种到正常烟草上草上, ,结果发生了花叶病；如结果发生了花叶病；如果用蛋白质部分侵染正常烟果用蛋白质部分侵染正常烟草草, ,则不发生花叶病。由此证则不发生花叶病。由此证明明,RNA,RNA起着遗传物质的作用。起着遗传物质的作用。以后有人将车前草病毒以后有人将车前草病毒(HRV)(HRV
4、)的的RNARNA与烟草花叶病毒的蛋与烟草花叶病毒的蛋白质结合在一起白质结合在一起, ,形成一个类形成一个类似似“杂种杂种”的新品系。用它的新品系。用它进行侵染实验进行侵染实验, ,结果结果, ,发生的病发生的病症以及繁殖的病毒类型症以及繁殖的病毒类型, ,都依都依RNARNA的特异性为转移的特异性为转移, ,即依车即依车前草病毒的前草病毒的RNARNA为转移为转移. .819581958年，年，Mattew Meselson Mattew Meselson 和和Franklin StahlFranklin Stahl证明证明DNADNA半保留复制的同位素示半保留复制的同位素示踪实验踪实验9D
5、NADNA复制过程复制过程1. 解旋2. 以母链为模板进行碱基互补配对3. 形成了两个完全相同的DNA分子10DNA复制： 以原有DNA分子为模板，合成相同DNA分子。A 解旋酶的作用下两条多核苷酸链分离解出单链，称为母链母链B 子链合成以母链为模板酶的作用下以细胞内游离的四种脱氧核苷酸为原料，碱基互补配对形成新链（子链）11C 连接 子链与对应母链通过碱基互补配对结合，形成两个子代DNA分子。一条DNA 分子进行一次复制，产生两条DNA分子一条DNA 分子经过N次复制，产生多少条相同DNA分子2N特点：边解旋边复制方式：半保留式复制意义：使生物遗传特性保持相对稳定12DNA复制叉13DNA复
6、制是半不连续复制。14 1918年3月出生在美国纽约。1941年,23岁获得罗彻斯特大学医学博士学位，1960年和1962年获得法学和科学博士学位 1955年从E.Coli 中发现了DNA 聚合酶，为DNA的复制打下了基础。1959年获得诺贝尔奖 Arthur Kornberg Arthur Kornberg 科恩伯格159.3RNA9.3RNA的组成和作用的组成和作用 基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。遗传信息不能由DNADNA直接传递给蛋白质，因为DNADNA主要存在于细胞核细胞核中，而蛋白质的合成场所是细胞质中的核糖体核糖体，这就需要一种媒媒介介RNARNA(核糖核酸)。R
7、NARNA的基本单位是核糖核苷酸的基本单位是核糖核苷酸16RNA与DNA主要差别：（1）RNA大多是单链分子；（2）含核糖；（3）4种碱基中，不含胸腺嘧啶T，由尿嘧啶U代替了T。17mRNA是遗传信息的携带者。它在细胞核中转录了DNA的遗传信息，再进入细胞质，作为蛋白质合成的模板。mRNmRNA A18 mRNA合成需要： 以四种三磷酸核苷为原料 ATP、GTPUTP、CTP； 以 DNA（大分子中的一段）为模板； 由 RNA 聚合酶催化。 总反应式： （NTP）nDNA mRNADNA mRNA 的合成在细胞核内进行； 然后，mRNA 从核内移至细胞质中。酶19mRNA合成20 tRNAtR
8、NAtRNA是含有80个左右核苷酸的小分子，局部成为双链，在其3、5端的相反一端的环上具有由3个核苷酸组成的反密码子。tRNA的反密码子在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合，起识别密码子和携带相应氨基酸的作用（V-325）。21tRNA：单链结构， “三叶草”结构tRNA 的二级结构呈三叶草形，它的任务是搬运氨基酸。在tRNA分子中，一方面联接着被搬运的氨基酸，另一方面通过反密码子把氨基酸安置到合适的位置上去。2223 rRNArRNArRNA和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体由大小不同的两个亚基组成。24由由DNADNA遗传信息控制蛋白质的合成：遗传
9、信息控制蛋白质的合成：第一步，DNA中的遗传信息转录到mRNA中，发生在细胞核中；第二步，mRNA的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，在细胞质中进行。259.49.4转录转录以以DNADNA的一的一条链为模板，条链为模板，按照碱基互补按照碱基互补配对原则，合配对原则，合成成RNARNA的过的过程程 转录的实质：遗传信息由转录的实质：遗传信息由DNA mRNA(DNA mRNA(信使信使RNA)RNA)2627通过转录将DNA的遗传信息传给RNA289.59.5遗传密码的破译遗传密码的破译 密码子：mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基。密码子具有兼并性。mRNA 分子中每三个核苷酸序列决定一个氨
10、基酸，这就是通常所说的三联密码子。与遗传密码子相对应的反密码子在转运RNA（tRNA）分子中。29遗传密码30遗传密码子具有以下基本特点（1）每个密码子三联体(triplet)决定一种氨基酸；（2）两种密码子之间无任何核苷酸或其它成分加以分离，即密码子无逗号;（线性、序列性）（3）密码子具有方向性，例如AUC是Ile的密码子，A为5端碱基，C为3端碱基。因此密码也具有方向性，即mRNA从5端到3端的核苷酸排列顺序就决定了多肽链中从N端到C端的氨基酸排列顺序;31（4）密码子有简并性(degeneracy)一种氨基酸有几个密码子，或者几个密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。除了Met和
11、Trp只有一个密码子外，其它氨基酸均有二个以上密码子，例如Arg有6个密码子。（5）共有64个密码子，其中AUG不仅是Met或者fMet(在原核细胞)的密码子，也是肽链合成的起始信号，故称AUG为起始密码子。UAA、UAG和UGA为终止密码子，不代表任何氨基酸，也称为无意义密码子。（6）密码子有通用性，即不论是病毒、原核生物还是真核生物密码子的含义都是相同的。32 细胞中蛋白质的合成是一个严格按照细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNAmRNA上密码子的信息上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为mRNAmRNA的翻译。的翻译。
12、mRNAmRNA的翻译需要有的翻译需要有mRNAmRNA、tRNAtRNA、核糖体、多种、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程( (即多肽链的合成即多肽链的合成) )包包括括起始起始、多肽链延长多肽链延长和和翻译终止翻译终止3 3个基本阶段。个基本阶段。 在细胞质中，翻译是一个快速过程，一段在细胞质中，翻译是一个快速过程，一段mRNAmRNA可以相继与可以相继与多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。多个核糖体结合，同时进行多条同一种肽链的合成。 蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工。真核细胞中蛋白蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工。真核
13、细胞中蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。 分子遗传的分子遗传的“中心法则中心法则” ” 。9.69.6蛋白质的合成蛋白质的合成33蛋白质合成蛋白质合成依托核糖体核糖体由蛋白质和 RNA 组成，后者称为: 核糖体 RNA（rRNA）。在细胞质中，mRNA 先与核糖体结合。34第一个 tRNA 把一个氨基酸放在肽链起始位置上；另一个 tRNA带来第二个氨基酸。35 第一个氨基酸以羧基联到第二个氨基酸上，形成肽键。 核糖体向右移三个核苷酸位置，第一个 tRNA脱落,准 备好位置迎接第三个 tRNA及其所带的氨基酸。 36合成过程连续进行37 直到在 mRNA上出现休止符号的密码子。 于是，不再有新的 tRNA上来，肽链合成结束。核糖体与 mRNA脱开。3839 包括: A、蛋白质大分子折叠； B、糖基和其他基团的修饰； C、蛋白质分子向细胞各部位的 运送等等。404142总结总结DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序决定了信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序，信使RNA中核糖核苷酸的排列顺序又决定了氨基酸的排列顺序，氨基酸的排列顺序最终决定了蛋白质的结构和功能的特异性，从而使生物体表现出各种遗传性状43中心法则中心法则表示了信息流的方向该法则是对遗传物质及其作用原理的高度概括44
