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遺傳物質的分子架構與特性

遺傳物質的分子架構與特性. 遺傳物質必需具備那些特點？ 1) 在 體細胞 中含量 穩定 ； 2) 在 生殖細胞 中含量 減半 ； 3) 能攜帶 遺傳資訊 ； 4) 能 正確 地自我 複製 ； 5) 能發生 變異 ；. 1869 年， F.Miescher 從 膿細胞 中萃取到一種富含磷元素的酸性化合物，稱 核素 。.

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遺傳物質的分子架構與特性

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Presentation Transcript

  1. 遺傳物質的分子架構與特性 遺傳物質必需具備那些特點？ 1)在體細胞中含量穩定； 2)在生殖細胞中含量減半； 3)能攜帶遺傳資訊； 4)能正確地自我複製； 5)能發生變異；

  2. 1869年，F.Miescher從膿細胞中萃取到一種富含磷元素的酸性化合物，稱核素。1869年，F.Miescher從膿細胞中萃取到一種富含磷元素的酸性化合物，稱核素。

  3. 1885─1900年間，Kossel、Johnew、Levene證實核酸由不同的鹼基組成。其最簡單的單體架構是鹼基-核糖-磷酸構成的核苷 酸。1929年又確定了核酸有兩種，一種是去氧核糖核酸(DNA)，另一種是核糖核酸(RNA)。

  4. ． 遺傳物質的發現 1928年Frederick Griffith轉型實驗

  5. 1944年，Avery在離體條件下完成轉型作用

  6. 人們仍不相信DNA是遺傳物質,這是由於 （1)因認為蛋白分子量大，架構複雜，二十種氨基酸的排列組合將是個天文數字，可作為一種遺傳資訊。而DNA分子量小，只含4種不同的鹼基，在當時人們一度認為不同種的有機體的核酸只有微小的差異。 （2)認為轉型實驗中DNA並未能萃取得很純，還附有其它物質。 （3)即使轉型因子確實是DNA，但也可能DNA只是對莢膜形成有著直接的化學效應，而不是充當遺傳訊息的載體。

  7. 1952年，Hershey和Chase噬菌體感染實驗

  8. 遺傳物質是DNA怎麼被證實的？

  9. RNA也是遺傳物質 1956年A.Gierer和G.Schraman發現 煙草相嵌病毒（tobacco mosaic virus,TMV），其遺傳物質是RNA。 1957年美國的Heinz Fraenkel-Conrat和B.Singre用重建實驗證實了這一結論。

  10. DNA和RNA的 化學組成及雙螺旋模型 DNA和RNA的化學組成 四種核苷酸假說︰不同DNA的成分都是相同的。1950[英]Chargaff，發現DNA的“察加夫法則”。 Alfred,Mirsky,Hars,Ris& R.Vendrely,A.Boivin兩組學人分別發現不同的生物體細胞中DNA的含量都是其配子中的兩倍。

  11. DNA雙螺旋模型的誕生 Watson &Crick建立雙螺旋模型主要是受到4個方面的影響︰ （1）1938年W.T.Astbury &Bell用X光繞射技術研 究DNA。1947年拍攝了第一張DNA的繞射 照片，並推斷DNA分子的架構是︰ 柱狀；多核苷酸是一疊扁平的核酸； 核酸鹼基取向和分子長軸垂直,間距為 3.4nm。

  12. （2)1951年Pauling和Corey運用化學的 定律來推理，而不做具體的實驗， 建立了蛋白質的α-螺旋模型； （3)晶體學人[美]J.Donoh &Chargaff 的指點。 （4)R.Franklin &Wilkins在1952年底拍 得了DNA結晶X繞射照片。

  13. 1951年，Pauling提出了蛋白質的α-螺旋架構。

  14. 1952年，Wilkins和Franklin用高度定向的DNA纖維作出高品性的X-光繞射照片1952年，Wilkins和Franklin用高度定向的DNA纖維作出高品性的X-光繞射照片

  15. 1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行雙螺旋模型1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行雙螺旋模型

  16. 1962年，Wilkins、Watson和Crick共獲諾貝拉化學獎。1962年，Wilkins、Watson和Crick共獲諾貝拉化學獎。

  17. 雙螺旋模型(double helix model) 雙螺旋模型有以下特點 (1)DNA分子由兩條的多核苷酸鏈組成， 形成雙股螺旋。 (3)兩條鏈反向平行，即兩條鏈的方向相反； (4)糖-磷酸鍵是在雙螺旋的外側，鹼基對與軸線垂直。 (5)去氧核糖與附著在糖上的鹼基近似於垂直。 (6)鹼基配對時，必須一個是嘌呤，另一個是嘧啶。 (7)DNA雙螺旋有大溝（major or widegroove）和小溝（minor or narrow groove）的存在。

  18. B型雙螺旋DNA的架構特徵

  19. B型DNA僅僅是眾多DNA雙螺旋構象中的一種。在外界條件的改變下，雙螺旋的構象也會改變。B型DNA僅僅是眾多DNA雙螺旋構象中的一種。在外界條件的改變下，雙螺旋的構象也會改變。

  20. 模型中的鹼基配對有何重要性？ A-T,G-C配對可形成很好的線性氫鍵； A-T對和G-C對的幾何形狀一樣，使雙鏈距離相近，使雙螺旋保持均一； 鹼基對處在同一平面內。不論核苷酸的順序如何，都不影響雙螺旋的架構；為DNA半保留複製奠定了基礎。

  21. DNA的架構和性質 一．DNA二級架構的穩定原素 (1)鹼基對之間的氫鍵。 (2)鹼基的堆集力。 它包括︰ 疏水作用； 凡德瓦作用力； 磷酸基的負電荷斥力；

  22. 二. 雙螺旋架構的構象變異 DNA的二級結構種類目前已知有 A，B，C，D，E，T，Z 7種。 引起DNA雙鏈構型改變有以下原素︰ （1）核苷酸順序； （2）鹼基組成； （3）鹽的種類； （4）相對濕度。

  23. Z-DNA的發現︰ 1972年 Pohl et al 發現 poly(dG-dC)在高鹽下旋光性發生改變； 1979年 Wang A.H-J(王惠鈞), A.Rich對 d(CGCGCG)單晶作X繞射分析提出Z－DNA模型

  24. 三 左旋DNA （一）Z-DNA的架構特點︰ (1)糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。 (2)左旋。 (3)分子外形呈波形。 (4)大溝消失，小溝窄而深。 (5) 每個螺旋有12bp。

  25. 目前已知DNA雙螺旋架構可分為A、B、C、D及Z型等數種，除Z型為左手雙螺旋外，其餘均為右手雙螺旋。 Z-DNA B-DNA

  26. 四、DNA的三級架構 所謂DNA的三級架構，是指在一二架構基礎上的多聚核苷酸鏈上的捲曲。在一定意義上，是指雙螺旋基礎上的捲曲 三級架構包括鏈的扭軟和超螺旋或者是單鏈形成的環或是環類DNA中的連環體

  27. 超螺旋（Supercoied） 鬆弛型DNA （relax form）。 超螺旋（Supercoied） DNA， 負超螺旋 正超螺旋 檢測DNA三級架構的方法︰ 密度梯度離心 凝膠電泳 電子顯微鏡觀察

  28. （一）DNA的超螺旋架構

  29. 原核生物DNA的三級架構︰ 絕大多數原核生物的DNA都是共價封閉的環類雙螺旋。如果再進一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級架構。

  30. DNA Restriction enzyme map

  31. 中心法則 1.自我複製︰依據中心法則，DNA可自我複製，產生新的DNA分子。 2.轉錄作用︰DNA可作為鑄模，合成RNA，DNA分子中的鹼基序列(遺傳密碼)，RNA的鹼基序列(密碼子)，這過程稱為轉錄作用。

  32. 中心法則1 3.轉譯作用︰在轉譯作用的過程中，鹼基序列所隱藏的資訊則轉換為蛋白質分子中的胺基酸序列。 4.蛋白質的合成︰DNA的遺傳資訊沿著下圖的方向流動，並藉轉錄作用和轉譯作用而合成蛋白質。蛋白質酵素可摧化各種物質的合成，而表現出遺傳性狀。

  33. DNA的複製 • DNA的複製與生物遺傳資訊的儲存 • DNA複製的要點是︰ • 1）在複製開始階段，DNA的雙螺旋拆分成兩條單鏈。

  34. 2）以DNA單鏈為模板，按照鹼基互補配對的原則, 在DNA聚合酶催化下，合成與模板DNA完全互補的新鏈，並形成一個新的DNA分子。

  35. 3) 透過DNA複製形成的新DNA分子, 與原來的DNA分子完全相同。 經過一個 複製週期後，子代DNA分子的兩條鏈中，一條來自親代DNA分子，另一條是新合成的，所以又稱為半保留複製。

  36. DNA複製過程

  37. 基因的轉錄 mRNA的合成 • 基因轉錄是以DNA為模板合成與其鹼基順序互補的mRNA的過程。 • 細胞生長週期的某個階段，DNA雙螺旋解開以其中一股為轉錄模板，在RNA聚合酶催化下，合成mRNA。mRNA不能自我複製，即其本身不能作為複製模板，因此在轉錄過程中即使出現某些差錯，也不會遺傳下去。

  38. RNA與生物遺傳資訊的表達 • 首先，DNA透過轉錄作用，將其所攜帶的遺傳資訊（基因）傳遞給 mRNA, 在三種 RNA（mRNA、tRNA和rRNA）的共同作用下，完成蛋白質的合成。

  39. 轉錄過程

  40. mRNA 是DNA的轉錄本，攜帶有合成蛋白質的全部資訊。蛋白質的生物合成實際上是以mRNA作為模板進行的。

  41. 轉譯過程

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