基础分子生物学课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,Chapter 1,Genes are DNA,,基因是,DNA,1,,A brief history of genetics.,遗传简史,1.1 Introduction,,简介,2,,A gene is a coding unit,.,基因是编码单元,3,,细菌转化实验为,DNA,是遗传物质提供了首要证据. 从第一个菌株抽提,DNA,, 然后加入到第二个菌株中, 能使遗传特性从一个细菌菌株传到另一个菌株.,,1.2 DNA is the genetic material for bact

2、erium.,,DNA,是细菌的遗传物质,4,,热灭活的,S,型或活的,R,型细菌都不能杀死老鼠, 但两者的同时感染却能与活的,S,型细菌感染一样, 能同样有效地杀死老鼠.,,S,型菌的,DNA,能转化,R,型菌, 使之成为相同的,S,型.,5,,1.3 DNA is the genetic material for virus.,,DNA,是病毒的遗传物质,噬菌体感染实验证明,DNA,是病毒的遗传物质. 当噬菌体的,DNA,和蛋白质组分被标记上不同的放射性同位素时, 仅有,DNA,被传递到感染细菌所产生的子代噬菌体中.,,6,,T2,噬菌体的遗传物质是,DNA,,7,,1.4 DNA is

3、the genetic material for animal cell.,,DNA,是动物细胞的遗传物质,利用,DNA,可引入新的特性给动物细胞或整个动物.,,一些病毒的遗传物质是,RNA.,8,,外加,DNA,转染的结果使真核生物细胞获得新的表型,9,,1.5 Polynucleotide has a sugar-phosphate backbone which connects bases.,,多聚核苷酸链含有连接碱基的糖-磷酸骨架,核苷包含连接于戊糖,1,位的嘌呤碱或嘧啶碱.,,核糖的位置用“,,,”区分.,,DNA,和,RNA,的区别在于糖的,2,,位基团，,DNA,的这个基团是

4、脱氧核糖,( 2,,,H ),,,,RNA,则是核糖,( 2,,,OH ).,10,,链的一个末端有一个游离的,5,,端, 另一端有一个游离的,3,,端,.,,DNA,含有,4,种碱基:腺嘌呤(,A,), 鸟嘌呤(,G,), 胞嘧啶(,C,), 胸腺嘧啶(,T,).,RNA,中则是尿嘧啶(,U,)代替了胸腺嘧啶.,11,,在一系列由,5,,3,,核,糖,,磷酸连接而成的骨架上, 碱基从糖环突出, 这样便形成了一条多核苷酸链.,,12,,1.6 DNA is a double helix.,,DNA,是双链螺旋,B,型,DNA,是由两条方向相反的平行多聚核苷酸链组成的双,螺旋

5、,.,,每条链的碱基是扁平的嘌呤或嘧啶环, 面向内部, 通过氢键和另一碱基配对, 它们仅形成,A,,T,或,G,,C,对.,,双,螺旋的直径是,20A,, 每,34A,为一整圈, 每一圈含有,10,个碱基对.,,双,螺旋形成一大(宽)沟和一小(窄)沟.,13,,双螺旋保持恒定的宽度, 因为嘌呤和嘧,啶,总是以互补的,A,,T,和,G,,C,碱基配对.,14,,碱基之间的配对平面与核糖磷酸骨架垂直.,,15,,DNA,两条链形成双螺旋,.,16,,1.7 DNA replication is semiconservative,,DNA,的复制是半保留的,Meselson-Stahl,实验

6、使用密度标记证明: 单一多聚核苷酸链是,DNA,单位, 在复制过程中, 它是保守的.,,DNA,螺旋的每一条链可充当合成子链的模板.,,子链序列根据碱基互补原则, 由分开的亲链决定.,,17,,碱基配对是,DNA,复制的机制,.,18,,DNA,复制是半保留的,.,19,,1.8 DNA separate at replication fork,,DNA,在复制叉处分离,DNA,的复制由一组酶复合物来执行, 这些酶分子具有分开亲链和合成子链的功能,.,,复制叉是亲链分开的点,.,,核酸酶降解核酸, 包括,DNA,酶和,RNA,酶, 可分为核酸内切酶和核酸外切酶.,,20,,复制叉是指从未解旋的

7、母链向新复制的子链过渡的,DNA,区域,.,21,,核酸内切酶作用于核酸内部的键, 这个例子显示一种作用于,DNA,一条链的酶,.,22,,核酸外切酶在某一时刻, 通过切开多核苷酸的最后一个键, 并移去碱基, 图示降解,RNA,链的酶,.,23,,1.9 Nucleic acids hybridize by base pairing.,,核酸通过碱基配对进行杂交,加热可使,DNA,的两条链分开.,,Tm,是变性温度范围的中点.,,降低温度, 互补单链可以复性.,,变性和复性可发生在,DNA-DNA, DNA-RNA,, 或,RNA-RNA,间, 也可为分子内或分子间的组合.,,两条待测单链核酸

8、杂交的能力衡量了它们的互补能力.,24,,碱基配对发生在双螺旋,DNA,间, 也发生在单链,RNA,(或,DNA,)的分子内和分子间.,,25,,变性的,DNA,单链能复性产生双螺旋形式.,,26,,通过滤膜杂交, 我们可以确认变性的,DNA,(或,RNA,)溶液与滤膜上吸附的,DNA,是否含有互补的序列,.,27,,1.10 Mutations change the sequence of DNA,,突变改变,DNA,序列,所有突变都包含,DNA,序列的改变.,,突变可自发产生, 或者由诱变剂诱导.,28,,,碱基突变率是每代,10,-9_,10,-10,,,即,1000bp,的基因以每代,

9、10,-6,的概率突变, 细菌基因组的突变率是每代,3X10,-3,.,29,,1.11 Mutations effect single base pair or longer sequence.,突变影响单个碱基对或更长的序列,点突变改变单一碱基.,,一种碱基通过化学方法转变为另一碱基或复制错误都可引起点突变.,,转换是指,A,_,T,变为,G,_,C,或反之.,,颠换是指嘧啶代替嘌呤, 如,A,_,T,变为,T,_,A,.,,插入是突变最常见的类型, 来源于可转移元件的移动.,30,,碱基的化学修饰可以引起突变.,,31,,碱基的类似物的插入也可以引起突变.,,32,,1.12 Mutat

10、ions are reversible.,,突变的效应可以逆转,正向突变使基因失活, 反向突变(或回复体)可逆转其效应.,,插入突变可由插入物质的缺失而回复, 但缺失不能回复.,,当第二条基因的突变祢补第一条基因的突变效应时, 就会发生抑制作用.,33,,点突变和插入突变可以逆转, 但缺失不能逆转.,,34,,1.13 Mutations are concentrated at hotspots.,,突变集中在热点,任一特殊碱基的突变频率测定有统计学上的波动, 而热点突变频率增加至少一个数量级.,35,,自发突变发生于整个大肠杆菌的,lacI,基因中, 但它主要集中于热点.,,36,,休息时间

11、,,10,分钟,37,,1.14 Some hotspots come from modified bases.,,一些热点来自修饰的碱基,热点突变的一个主要原因是,修饰的碱基, 即,5,-甲胞嘧啶, 能脱氨基成胸腺嘧啶.,38,,胞嘧,啶,的脱氨基产生尿嘧,啶,, 而,5,-甲胞嘧,啶,的脱氨基则产生胸腺嘧,啶,.,,39,,5,-甲胞嘧,啶,的脱氨基产生胸腺嘧,啶,(引起,C,_,G,至,T,_,A,的转换), 而胞嘧,啶,的脱氨基则产生尿嘧,啶,(通常尿嘧,啶,被移去, 代之以胞嘧,啶,).,40,,1.15 A cistron is a single stretch of DNA.,,

12、一条基因编码一条肽链,一条基因对应于一种酶的假说概括了现代遗传学的基础: 即基因是编码单链多肽的一段,DNA,.,,大部分突变破坏了基因功能.,41,,基因编码蛋白质, 显性性状是由突变蛋白质的特性决定的, 隐性等位基因对表型不起作用, 因为它不产生蛋白质(或产生的蛋白质是没有功能的).,42,,1.16 Mutations on the same cistron can not be compensated.,同一基因上的突变不能相互补偿.,基因突变只影响由突变基因拷贝所编码的蛋白质, 不影响其他任何基因所编码的蛋白质.,,当杂合子中的两个突变以反式配置存在时, 如果它们不能相互补偿(即产生

13、野生表型), 则它们应该位于同一条基因中.,43,,顺反子是通过互补实验定义的, 基因由条状表示, 红点表示突变位点.,,44,,1.17 Mutations can be,lost-of-function,,or,,gain-of-function.,突变可能引起功能的丧失或获得.,隐性突变(,recessive mutation,)是由于蛋白质产物的功能丧失而造成的.,,显性突变(,dominant mutation,)可获得新功能.,45,,沉默基因突变没有效应, 这或者是因为碱基的变化不改变蛋白质的序列或数量, 或者是因为蛋白质序列的改变不会产生影响.,,遗漏突变不影响基因产物的作用,

14、 因为机体依然存在足够多的相同活性, 所以表型不能揭示出它的真相.,46,,不影响蛋白质序列或功能的突变是沉默突变; 破坏了蛋白质所有活性的突变是无效突变; 引起功能丧失的点突变是隐性突变; 引起功能获得的突变是显性突变.,,47,,1.18 Gene locus can have different mutated alleles.,基因座可有不同的突变等位基因.,复等位基因的存在可允许杂合子发生任何形式的等位基因组合.,48,,w,,基因座上有一系列的等位基因, 其表型从野生型(红眼)到无色.,,49,,1.19 Gene locus may have more than one wild

15、-type alleles.,基因座可能会有不止一条野生型等位基因.,基因座可能有等位基因的多态分布, 而无任何一条等位基因可以被认为是野生型,.,50,,ABO,血型基因座编码半乳糖基转移酶, 其特异性决定了血型的差异.,,51,,1.20 Recombination occurs by physical exchange of DNA.,DNA,的物质互换发生重组.,重组是交叉点上发生交换的结果, 它涉及,4,条染色单体中的两条,.,,重组由链的断裂和重链产生, 在此过程中, 有杂合,DNA,中间体的形成.,52,,互换的形成引起产生重组体.,,53,,重组涉及两条亲本,DNA,的互补链间

16、的配对.,,54,,1.21 The genetic code is triplet.,遗传密码是三联体.,遗传密码是根据三个核苷酸组成的密码子来阅读的,.,,三联密码子不重叠, 并且从固定点开始读码.,,插入或缺失单个碱基的突变可导致突变点后的三联密码子序列移码.,,同时插入或缺失三个碱基(或三的倍数)导致插入或缺失几个氨基酸, 但不改变剩下的三联密码子的读框.,55,,移码突变表明遗传密码从一个固定的起始点以三联体方式阅读.,,56,,1.22 Every sequence has three reading frames.,,每一序列具有三种可能的阅读框.,通常只有一种阅读框是可翻译的,

17、 而其他两种会受到频繁的终止信号的抑制,.,57,,一个阅读框起始于,AUG,, 以三联体形式延续至终止密码子, 而受阻读框是因为终止密码的频繁插入而形成的.,,58,,1.23 Prokaryotic gene and its protein are colinear.,,原核生物基因与其蛋白质呈共线性关系.,原核生物基因含有一段长度为,3N,的连续核苷酸, 它编码,N,个氨基酸,.,,基因,,mRNA,和蛋白质都是,共线性的.,59,,色氨酸合成酶基因重组图对应于蛋白质的氨基酸序列.,,60,,RNA,,以,,DNA,的一条链为模板, 根据碱基互补配对合成.,,61,,1.24 Multi

18、ple steps are required for the synthesis a protein product from a gene.,表达一条基因的蛋白质产物需要几个过程.,原核生物基因转录成,mRNA,, 然后翻译成蛋白质,.,,在真核生物中, 基因可能含有一些不编码蛋白质的内部区域,.,,这些内部区域通过,RNA,剪接而从,RNA,中被去处, 随后形成与蛋白质共线性的,mRNA,.,,mRNA,含有,5,,非翻译区, 编码区和,3,,非翻译区.,62,,基因的长度可能比蛋白质编码序列长.,,63,,在细菌中, 转录和翻译发生在同一区域化部位,.,64,,在真核生物中, 转录发

19、生在细胞核中, 而翻译则发生在细胞质中.,65,,1.25,cis,-acting sites and,trans,-acting molecules.,,蛋白质呈反式作用, 而,DNA,上的位点呈顺式作用.,所有基因产物(,RNA,或蛋白质)都是反式作用的, 它们可以作用于细胞内基因的任一拷贝上,.,,顺式突变可以鉴定出反式作用因子识别靶点的,DNA,序列, 它们不表达为,RNA,或蛋白质, 而只影响相邻的,DNA,序列,.,66,,DNA,中的控制位点为蛋白质提供结合位点, 而编码区经,RNA,的合成而表达.,,67,,顺式作用位点控制邻近的,DNA,, 但不影响其他等位基因.,,68,,

20、蛋白质中的反式作用突变影响其控制的基因及其等位基因.,,69,,1.26 Genetic informationcan be provided by DNA or RNA.,遗传信息可由,DNA,或,RNA,提供.,细胞中的基因是,DNA,, 但病毒和类病毒中的基因可能是,RNA,.,,DNA,被转录成,RNA,,而,RNA,可被反转录成,DNA,.,,RNA,翻译成蛋白质是单向的.,70,,中心法则认为核酸之间的遗传信息可以相互传递, 但此信息一旦转化为蛋白质就不能逆向传递.,,71,,双链核酸和单链核酸都是以碱基配对为原则通过合成互补链而进行复制的.,,72,,,基因组的大小在不同的生物之间差别迥异.,73,,1.26 Some genome can be very small.,,一些,遗传因子是非常小的.,一些非常小的遗传因子不编码蛋白质, 但含有具有遗传特性的,RNA,或蛋白质.,74,,PSTV,的,RNA,是环状分子, 形成广泛的双链结构, 它被一些内部环中断.,,75,,复习题,什么是基因?,,什么是中心法则?,76,,