遗传物质的分子基础

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1、第三章遗传物质的分子基础经典遗传学的研究，并没有对基因的化学本质作出回答。不论基因的化学本质如何，其必须表现三种基本的功能：(1)遗传功能即基因的复制：遗传物质必须贮存遗传信息，并能将其复制且一代一代精确地传递下去。(2)表型功能即基因的表达：遗传物质必须控制生物体性状的发育和表达。(3)进化功能即基因的变异：遗传物质必须发生变异，以适应外界环境的变化，没有变异就没有进化。第一节DNA作为主要遗传物质的证据一、DNA作为主要遗传物质的间接证据1、大部分DNA存在于染色体上，而RNA和蛋白质在细胞质内也很

2、多。2、每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何，它们的DNA含量是恒定的，而且精子或卵子中的DNA含量正好是体细胞的一半；而细胞内的RNA和蛋白质量在不同细胞间变化很大。3、多倍体系列的一些物种，其细胞中DNA的含量随染色体倍数的增加，也呈现倍数性的递增。4、DNA在代谢上比较稳定。细胞内蛋白质和RNA分子与DNA分子不同，它们在迅速形成的同时，又不断分解。而原子一旦被DNA分子所摄取，则在细胞保持健全生长的情况下，保持稳定，不会离开DNA。5、用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长均

3、为260nm。这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的，亦即在260nm处吸收最多。这证明基因突变是与DNA分子的变异密切相联系的。二、DNA作为主要遗传物质的直接证据(一)、细菌的转化肺炎双球菌(Streptococcuspneumoniae)有两种不同的类型：一种是光滑型(S型)，具有毒性，形成光滑的菌落。另一种是粗糙型(R型)，没有毒性，形成粗糙的菌落。在R型和S型内还可以按血清免疫反应的不同，分成许多抗原型，常用IR、IIR和IS、IIS、IIIS等加以区别。R型与S型的各种抗原型都比较稳定，在一般

4、情况下不发生互变。早在1928年，格里菲思(Griffith，F.)首次将一种类型的肺炎双球菌IIR转化为另一种类型IIIS，实现了细菌遗传性状的定向转化(图3－1)。阿委端(1944)等用生物化学方法证明这种活性物质是DNA。(二)噬菌体的侵染与繁殖T2噬菌体的DNA在大肠杆菌内，不仅能够利用大肠杆菌合成DNA的材料来复制自己的DNA，而且能够利用大肠肝菌合成蛋白质的材料，来合成其蛋白质外壳和尾部，因而形成完整的新生的噬菌体。见图3—2(三)烟草花叶病毒的感染和繁殖烟草花叶病毒(Tobaccomosa

5、icvirus，TMV)是由RNA(不是DNA)与蛋白质组成的管状微粒，它的中心是单螺旋的RNA，外部是由蛋白质组成的外壳。如果将TMV的RNA与蛋1白质分开，把提纯的RNA接种到烟叶上，可以形成新的TMV而使烟草发病；单纯利用它的蛋白质接种，就不能形成新的TMV，烟草继续保持健壮。如果事先用RNA酶处理提纯的RNA，再接种到烟草上，也不能产生新的TMV。这说明在不含DNA的TMV中，RNA就是遗传物质。第二节核酸的化学结构一、两种核酸及其分布核酸是一种高分子的化合物，它的构成单元是核苷酸(nucleo

6、tide)，是核苷酸的多聚体。每个核苷酸包括三部分：五碳糖、磷酸和环状的含氮碱基；这种碱基包括双环结构的嘌呤和单环结构的嘧啶。两个核苷酸之间由3’和5’位的磷酸二脂键相连。核酸有两种：脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。两种核酸的主要区别如下：DNA含的糖分子是脱氧核糖，RNA含的是核糖；DNA含有的碱基是腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)；RNA含有的碱基前三个与DNA完全相同，只有最后一个胸腺嘧啶被尿嘧啶(U)所代替(图3－4)。DNA通常是双链，RNA主要为单链；DN

7、A的分子链一般较长，而RNA分子链较短。真核生物的绝大部分DNA存在于细胞核内的染色体上，它是构成染色体的主要成分之一，还有少量的DNA存在于细胞质中的叶绿体、线粒体等细胞器内。RNA在细胞核和细胞质中都有，核内则更多地集中在核仁上，少量在染色体上。细菌也含有DNA和RNA。多数噬菌体只有DNA；多数植物病毒只有RNA；动物病毒有些含有RNA，有些含有DNA。二、DNA的分子结构(一)DNA的双螺旋结构DNA分子是脱氧核苷酸的多聚体。脱氧核苷酸也有四种，即：脱氧腺嘌呤核苷酸(dATP)、脱氧胸腺嘧啶核苷

8、酸(dTTP)、脱氧鸟嘌呤核苷酸(dGTP)、脱氧胞嘧啶核苷酸(dCTP)(图3－5)。1953年，瓦特森(Watson,J.D.)和克里克(Crick,F.)根据碱基互补配对的规律(表3－1)以及对DNA分子的X射线衍射研究的成果(图3－6)，提出了著名的DNA双螺旋结构模型(图3－7)。瓦特森(Watson,J.D.)和克里克(Crick,F.)模型最主要特点有：(1)两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同