遗传物质的分子结构性质和功能

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1、第一章遗传物质的分子结构性质和功能授课教师孙维洋核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医药科学的重要基础之一。核酸与遗传早在1868年，瑞士人F.Miescher从细胞核中分离得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。1928年，英国FredrickGriffith等第一次用实验方法证实DNA是生命遗传的基础物质。1953年，Watson和Cri

2、ck提出的DNA双螺旋模型真正使人们相信DNA才是遗传物质。大部分生物的遗传物质是DNA，但是也有些生物是以RNA作为遗传物质如：烟草花叶病毒中分离得到的RNA也能够侵染植物，如果用RNA酶处理，就失去侵染能力，而分离的蛋白部分则没有这种侵染能力。第二节核酸的结构一、核酸的一级结构多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。而mRNA(信息RN

3、A)的碱基顺序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白质的氨基酸顺序。C值：在每一种生物中，其单倍体的基因组DNA总量是特异的，称之为C值。C值矛盾：某生物的C值与进化的复杂程度不一致就称为C值矛盾（C-valueparadox）例如一些植物的基因组DNA含量比人类还要高几十倍，这显然是无法解释的，这就是C值矛盾。二、DNA的二级结构1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基础上，根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。1．DNA双螺旋结构的特点DNA分子由两条DNA

4、单链组成。DNA的双螺旋结构是分子中两条DNA单链之间基团相互识别和作用的结果。双螺旋结构是DNA二级结构的最基本形式。DNA双螺旋结构的要点（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方向为3′→5′。（2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90°角。DNA双螺旋结构的要点（3）螺旋横截面的直径约为2nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为3.4nm，

5、每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为34nm。DNA双螺旋结构的要点DNA双螺旋结构的要点（4）两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）结合，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。2．DNA双螺旋的稳定性DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。维持这种稳定性的因素包括：两条DNA链之间形成的氢键；同一条链中的相邻碱基能够形成一种堆积力

6、，称为碱基堆积力DNA的二级结构分为两大类右手螺旋：A-DNAB-DNAC-DNAD-DNA左手螺旋：Z-DNA生物体内正常的DNA为B-DNA；转录时的DNA-RNA杂交链为A-DNA，对基因表达有重要意义；左手螺旋Z-DNA不能推翻右手双螺旋模型，而是其有益的补充和发展，通过B-DNA和Z-DNA之间的相互转化，可以影响聚合酶能否与模板链结合而调节转录起始活性。三、DNA的三级结构DNA的三级结构即在DNA双螺旋结构基础上，进一步扭曲所形成的特定空间结构。也就是超螺旋结构，分为正超螺旋和负超螺旋拓扑异构酶（topoisomerase）：为催化DNA拓扑学异构体

7、相互转变的酶之总称。在闭环状双链DNA的拓扑学转变中，切断一个链而改变拓扑结构的称为Ⅰ型拓扑异构酶，通过切断二个链来进行的称为Ⅱ型拓扑异构酶。拓扑异构酶Ⅰ：1切口，解旋拓扑异构酶Ⅱ：2切口，超螺旋二、RNA的结构单链线性分子，局部双螺旋也具有高级结构有些RNA具有催化活性，称为核酶（ribozyme）第三节核酸的功能一、DNA的功能及基因治疗结构基因：编码蛋白质中氨基酸序列的基因调控基因：调节基因选择性表达的基因基因治疗：利用分子生物学技术，校正基因结构和功能异常，阻止病变的进展，杀灭病变细胞或抑制外源病原体基因的复制，而治疗疾病的方法。基因治疗分为体外和体内治疗

8、两种方式。