物质DNA和RNA的结构与功能

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第三章遗传物质DNA和RNA的结构与功能第一节遗传物质DNA的发现与证明第二节DNA的分子结构第三节DNA分子的复制第四节RNA的结构与功能第五节三联体密码与蛋白质的合成 一、遗传物质应具备的三种基本功能：1、复制功能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、表达功能遗传物质必须控制生物体性状的发育和表达。3、变异功能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。第一节遗传物质DNA的发现与证明 DNA作为主要遗传物质的证据染色体蛋白质（66%）RNA（6%）组蛋白非组蛋白DNA（27%） DNA是遗传物质的间接证据⒈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，而且配子中的DNA含量正好是体细胞的一半。⒉DNA在代谢上是比较稳定的。⒊DNA是所有生物的染色体所共有。4.用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长均为2600埃。这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的。 DNA是遗传物质的直接证据2.噬菌体的感染3.烟草花叶病毒的重建1、肺炎双球菌的转化 噬菌体T2结构示意图 结论：DNA是生物主要的遗传物质；在缺少DNA的生物中，RNA为主要的遗传物质。 第二节DNA的分子结构一、两种核酸及其分布核酸：一种高分子化合物，核苷酸的多聚体。有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。核苷酸的构成：（1）五碳糖；（2）磷酸；（3）环状含氮碱基 碱基的种类：（1）双环结构的嘌呤：腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）（2）单环结构的嘧啶：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U） 美妙的DNA双螺旋1、DNA分子是由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，平行于同一轴上，很像一个扭曲的梯子。2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接（手拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。3、两扶手的走向为反向平行。4、梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过氢结合，并以互补配对原则配对，A-T，C-G， DNA的其它螺旋结构回文结构镜像重复三股螺旋（H-DNA） 回文结构—DNA序列中以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。即对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复。回文结构能形成十字结构和发夹结构 AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATCTTAAGTTCCCTCTTCATATCTTCTCCCTTCCTAG存在于同一股上的某些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补序列，不能形成十字型或发夹结构。*镜像重复 多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的DNA螺旋区段，其序列中有较长的镜像重复时，形成局部三股配对，并互相盘绕的三股螺旋，其中两股的碱基按Watson-Crick方式配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通过TAT和CGC+配对，而处于双螺旋的大沟中。*DNA三股螺旋（H-DNA,ts-DNA） DNA构型的变异1、B-DNA：为DNA在生理状态下的构型，右手双螺旋构型（沃森和克里克模型），每螺旋为10个核苷酸对。2、A-DNA：为DNA的脱水构型，右手螺旋，每螺旋为11个核苷酸对。3、Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含12个核苷酸对。 RNA的分子结构 RNA二级结构：单链RNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部分称为“茎”或“臂”非螺旋部分称为“环”，在螺旋区，A与U配对，G与C配对。 tRNA的二级结构：三叶草形状RNA三叶草型的二级结构可分为：氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、TΨC区和可变区。除氨基酸接受区外，其余每个区都含有一个突环和一个臂。如图所示： tRNA的三级结构：倒“L”形，所有的tRNA折叠后形成大小相似及三维构象相似的三级结构，这有利于携带的氨基酸的tRNA进入核糖体的特定部位。如图所示： 第三节DNA的复制DNA复制的一般特点：1、半保留复制拆开的两条单链，以各自为模板，从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸，进行氢键结合，在酶系统的作用下，连接起来，各自形成一条新的互补链。 DNA复制的一般特点2、复制起点和复制方向原核生物：多数只有一个复制起点。真核生物：有多个起点。 原核生物DNA合成(一)、有关DNA合成的酶1、DNA聚合酶12、DNA聚合酶113、DNA聚合酶111 （二）DNA复制的过程1、DNA双螺旋的解链2、DNA合成的开始3、一条DNA链连续合成，一条链不连续RNA引物：冈崎片断：前导链：后随链（后滞链）： 关于RNA的自我复制1、先以自己为模板合成一条互补单链；（模板链称“+”链，新复制的互补链称“—”链）2、以“—”链作为模板，复制出一条与自己互补的“+”链。3、“+”链成为一条新的RNA。 三、真核生物DNA合成的特点1、DNA合成发生的时间：仅为细胞周期的S期。2、复制的起始点为多起点。3、合成所需的RNA引物和冈崎片断都比原核生物的短。4、控制前导链和后随链的聚合酶不同。5、染色体端体的复制。 第四节RNA的结构与功能一、三种RNA分子1、mRNA：把DNA上的遗传信息精确无误地转录下来，然后由mRNA的碱基顺序决定蛋白质的氨基酸顺序，完成基因表达过程中的遗传信息传递过程。（从细胞核——细胞质）2、tRNA：根据mRNA的遗传密码依次准确地将合成多肽的原料—氨基酸运送到工厂，是氨基酸的特异运输车。 一、三种RNA分子3、rRNA：是组成核糖体的主要成分，核糖体是合成蛋白质的中心。4、小核苷酸（snRNA）：是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分。有五种。 二、RNA合成的一般特点1、所有的原料为核苷三磷酸；2、只有一条DNA链被用作模板；3、RNA链的合成不需要引物的引导；4、RNA的合成也是从5，向3，端进行；5、RNA的转录和合成由RNA聚合酶催化，聚合酶首先在启动子处与DNA结合，形成转录泡，并开始转录。6、同样遵循碱基配对原则，只是U代替了T。 三、原核生物RNA的合成转录单位：通常把转录后形成一个RNA分子的一段DNA序列称之。一个转录单位可能刚好是一个基因，或多个基因。RNA转录的三步骤：（1）RNA链的起始；（2）RNA链的延长；（3）RNA链的终止和新链的释放。 几个概念：上游：RNA分子的5'端。下游：RNA分子的3'端。模板链：非模板链： 四、真核生物RNA的转录及加工（一）、真核生物RNA转录的特点1、转录在细胞核内进行2、mRNA分子一般只编码一个基因3、RNA聚合酶较多4、RNA聚合酶不能独立转录RNA （二）、mRNA的加工1、在mRNA前体的5'端加上7-甲基嘌呤核苷的帽子（cap）2、在mRNA前体的3，端加上聚腺苷酸(poly(A))的尾巴3、将不编码的内含子序列进行剪接，切除 第五节三联体密码与蛋白质合成一、遗传密码遗传密码三联体密码简并起始密码子终止密码子 二、蛋白质的合成转录翻译多聚合糖体 三、中心法则及其发展中心法则阐述的基因两大基本属性：复制：DNA→DNA；表达：从DNA→mRNA→蛋白质；近年对中心法则的补充：1、RNA的反转录2、RNA的自我复制3、DNA指导的蛋白质合成