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1、关于分子遗传学的兴起第一页，本课件共有41页生物学生物学物理学物理学地理学地理学天文学天文学第一节第一节 物理学的介入物理学的介入目的有目的有两个两个：一是想了解传统的物理定律是否已足以阐明遗传学问题；一是想了解传统的物理定律是否已足以阐明遗传学问题；二是从分析遗传过程能否发现一些新的物理定律。二是从分析遗传过程能否发现一些新的物理定律。第二页，本课件共有41页无论高级或低级均由生物分子按一定层次形成无论高级或低级均由生物分子按一定层次形成 一一 定高度的有定高度的有序的系统序的系统不断地与外界发生物质的交换，是一个远离平衡态的开放的耗不断地与外界发生物质的交换，是一个远离平衡态的开放的耗散结
2、构（散结构（dissipative structure）能精确地自我复制并发生遗传与变异能精确地自我复制并发生遗传与变异生命有机体生命有机体第三页，本课件共有41页代表性科学家（代表性科学家（1 1）尼尔斯尼尔斯波尔（波尔（Niels Bohr）尼尔斯尼尔斯波尔（波尔（Niels Bohr,1885-1962Niels Bohr,1885-1962）因原子结构和原子）因原子结构和原子辐射的研究，获得了辐射的研究，获得了19221922年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。尼尔斯尼尔斯波尔运用光谱分析来探索原子内部结构的第一次合理而又富有成效的尝试是波尔运用光谱分析来探索原子内部结构的第一次合
3、理而又富有成效的尝试是在在19131913年进行的。为了解释原子吸收和发射，他力图把卢瑟福的有核原子模型和普年进行的。为了解释原子吸收和发射，他力图把卢瑟福的有核原子模型和普朗克的量子论结合起来，提出了著名的朗克的量子论结合起来，提出了著名的“波尔理论波尔理论”原子的定态假设和频率法原子的定态假设和频率法则，成功地解释了氢原子的光谱规律。则，成功地解释了氢原子的光谱规律。19311931年，发表了年，发表了“光和生命光和生命”，自然，自然“要是我们能像分析原子现象那样，深入分要是我们能像分析原子现象那样，深入分析生命有机体地机制，我们很难在有机体和无机物的性质上找到差别。析生命有机体地机制，我
4、们很难在有机体和无机物的性质上找到差别。”第四页，本课件共有41页代表性科学家（代表性科学家（2 2）欧文欧文薛定锷（薛定锷（Erwin Schrodinger）他在他在19431943年，于爱尔兰都柏林大學接连发表了有关生命与年，于爱尔兰都柏林大學接连发表了有关生命与科學的演讲。讲稿在不久以后以科學的演讲。讲稿在不久以后以“生命是什么？生命是什么？”（What What is Lifeis Life？）？）为名的小冊子印行发表世间。其中对于决为名的小冊子印行发表世间。其中对于决定生物基本性质的遗传因子的结晶結构，以及遗传消定生物基本性质的遗传因子的结晶結构，以及遗传消息之编码定（息之编码定（
5、Genetic CodingGenetic Coding），有周祥而深睿之解），有周祥而深睿之解说和預测。说和預测。他以預言家之口吻說：生物家眼前的基因（他以預言家之口吻說：生物家眼前的基因（GeneGene）极类似于物理家手中的结晶，並且也）极类似于物理家手中的结晶，並且也指出量子效应在生物现象中所可能占有的重要地位。果然在十多年后，沃森（指出量子效应在生物现象中所可能占有的重要地位。果然在十多年后，沃森（WatsonWatson）和克里克（和克里克（CrickCrick），受益于生命是什么），受益于生命是什么”之熏陶，就核酸结晶之之熏陶，就核酸结晶之X X光漫射资料，提光漫射资料，提出了轰
6、动一时的基因双螺旋结构。克里克回忆说出了轰动一时的基因双螺旋结构。克里克回忆说：“生命是什么使读者高兴地得生命是什么使读者高兴地得悉，用分子学说来解释生命现象不仅至关重要，而且迫在眉睫悉，用分子学说来解释生命现象不仅至关重要，而且迫在眉睫”。由此說明了许多由此說明了许多遗传学上一直难解的问题。遗传学上一直难解的问题。第五页，本课件共有41页代表性科学家（代表性科学家（3 3）马克斯马克斯德布吕克（德布吕克（Max Delbruck）德布呂克（德布呂克（Delbruck）,也运用博拉格（也运用博拉格（Bragg）首创的）首创的X X光光漫射方法漫射方法,历经几十载的苦干，终于确定了另一生物大分子
7、历经几十载的苦干，终于确定了另一生物大分子蛋白质（血紅素）的蛋白质（血紅素）的分子结晶結构分子结晶結构。至此生物細胞中。至此生物細胞中的基本組成，终于在物理、化学的原的基本組成，终于在物理、化学的原 理上得到了阐明的理上得到了阐明的解释。解释。这些基于物理方法的生物研究之伟大成就，促使了許多物理科学家对生物学作较公这些基于物理方法的生物研究之伟大成就，促使了許多物理科学家对生物学作较公正的评价，而对各种生命現象也重新兴起研究的兴趣。随着核酸与蛋白质之后，正的评价，而对各种生命現象也重新兴起研究的兴趣。随着核酸与蛋白质之后，被生物学家、化学家揭开被生物学家、化学家揭开 面目的除主掌营养能源的线粒
8、体（面目的除主掌营养能源的线粒体（Mitochondria），），更有高结层的组织，有如神经、肌肉纤维、细胞膜等等。更有高结层的组织，有如神经、肌肉纤维、细胞膜等等。第六页，本课件共有41页现代物理学研究方法现代物理学研究方法物理世界物理世界生命世界生命世界鸿沟打破鸿沟打破 分子生物学研究锦上添花分子生物学研究锦上添花X-X-射线晶体学全息分析技术射线晶体学全息分析技术核磁共振技术核磁共振技术扫描隧道电子显微镜扫描隧道电子显微镜分子激发显微镜分子激发显微镜生命的物质基础自然科学的统一 第七页，本课件共有41页染染色色体体其它：其它：如拟脂和无机物质如拟脂和无机物质 少少 量量核糖核酸核糖核酸(
9、RNA)(RNA)约占约占6 6脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)(DNA)约占约占2727蛋白质蛋白质存在于染色体上存在于染色体上 约占约占6666核酸核酸或或DNA？蛋白质蛋白质？第二节遗传物质是第二节遗传物质是DNADNA第八页，本课件共有41页（1 1）肺炎双球菌的转化实验：）肺炎双球菌的转化实验：炎双球菌特征抗原型（稳定）炎双球菌特征抗原型（稳定）光滑型光滑型(S)(S)有荚膜、光滑、有毒有荚膜、光滑、有毒粗糙型粗糙型(R)(R)无荚膜、粗糙、无毒无荚膜、粗糙、无毒格里费斯格里费斯(Griffith F.1928)1 1、DNADNA作为主要遗传物质的直接证据作为主要遗传物质的直接证
10、据第九页，本课件共有41页结论：结论：无毒无毒 有毒有毒;R型型 S型型 在加热杀死的在加热杀死的S型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入R型型小鼠成活小鼠成活无毒无毒R型型重现重现R型型重现重现S型型小鼠死亡小鼠死亡有毒有毒S型型无病毒无病毒小鼠成活小鼠成活有毒有毒S型型(65杀死杀死)无毒无毒R型型有毒有毒S型型(65杀死杀死)小鼠死亡小鼠死亡重现重现S型型第十页，本课件共有41页无毒无毒 R型型 有毒有毒 S型型(杀死杀死)无毒无毒 R型型 有毒有毒 S型型(杀死杀死)蛋白酶蛋白酶无毒无毒 R型型 有毒有毒 S型型(杀死杀死)DNADNA酶酶
11、重现重现 S型型重现重现 R型型重现重现 S型型结结 论：论：DNA是转化因子或是转化因子或遗传物质。遗传物质。第十一页，本课件共有41页原原 理：理：P只只存在于存在于DNA,而不存于蛋白质而不存于蛋白质 S只只存在于蛋白质，不存于存在于蛋白质，不存于DNA 3232P P标记标记T2噬菌体；噬菌体；3535S S 标记标记T2噬菌体。噬菌体。结结 论论进入菌内的是进入菌内的是DNA；DNA进入细胞内才能产生完整的进入细胞内才能产生完整的噬菌体。噬菌体。（2 2）噬菌体的感染实验：）噬菌体的感染实验：赫尔歇赫尔歇(HersheyA.)第十二页，本课件共有41页TMV RNA RNA酶酶 烟草
12、烟草 不发病不发病TMV蛋白质蛋白质 烟草烟草 不发病；不发病；（3 3）烟草花叶病毒的感染和繁殖：）烟草花叶病毒的感染和繁殖：烟草花叶病毒烟草花叶病毒TMVTMV RNA 烟草烟草 发病发病 新的新的TMV烟草花叶病毒烟草花叶病毒Tobacco Mosaic Virus(简称简称TMV)。利用。利用 TMV的蛋白质外壳和单螺旋的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种：接种：第十三页，本课件共有41页佛兰科尔佛兰科尔-康拉特康拉特-辛格尔辛格尔(Framkel-Conrat-Singer)试验：试验：结论：结论：提供提供RNA的亲本的亲本决定了其后代的决定了其后代的RNA和蛋白质。和蛋白质。在不含在不含
13、DNA的的TMV中，中，RNA就就是遗传物质。是遗传物质。第十四页，本课件共有41页2、查加夫法则、查加夫法则（Chargaffs rule）DNA中的中的4种碱基的含量并不是等量的；种碱基的含量并不是等量的；腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)的量总是和胸腺嘧啶的量总是和胸腺嘧啶(T)(T)的量相等；鸟嘌呤的量相等；鸟嘌呤(G)(G)则和胞则和胞嘧啶（嘧啶（C C）几乎相等）几乎相等.既：既：A=TA=T；C=GC=G 查加夫早在查加夫早在1950年就发布了这个重要的发现，但年就发布了这个重要的发现，但奇怪的是，研究奇怪的是，研究DNA分子结构的分子结构的3个实验室都个实验室都将它忽略了。甚至在将它忽略
14、了。甚至在1951年春天查加夫亲访剑年春天查加夫亲访剑桥，与沃森和克里克见面后，沃森和克里克对桥，与沃森和克里克见面后，沃森和克里克对这一发现也未重视。这一发现也未重视。后来，沃森和克里克终于意识到查加夫发现的重要性，并请剑桥的青年数后来，沃森和克里克终于意识到查加夫发现的重要性，并请剑桥的青年数学家约翰学家约翰格里菲斯计算出格里菲斯计算出A吸引吸引T、G吸引吸引C，A+T的宽度与的宽度与G+C的宽度的宽度相等之后，很快就拼凑出了相等之后，很快就拼凑出了DNA分子的模型。分子的模型。第十五页，本课件共有41页 1953年，沃森（年，沃森（Watson J.D.）和克里克（）和克里克（Crick
15、F.H.C.）提出）提出DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型 主要依据为碱基互补配对的规律以及主要依据为碱基互补配对的规律以及DNA分子的分子的X射线衍射结果射线衍射结果 沃森、克里克与维尔肯斯沃森、克里克与维尔肯斯(Wilkins)一起获得诺贝尔奖一起获得诺贝尔奖(1962)3 3、DNA双螺旋结构双螺旋结构特点特点：第十六页，本课件共有41页 沃森和克里克在沃森和克里克在1953年年4月月25日的自日的自然杂志上，以然杂志上，以1000多字的短文和一多字的短文和一幅插图公布了他们的发现。幅插图公布了他们的发现。在论文中，沃森和克里克以谦逊的笔调，在论文中，沃森和克里克以谦逊的笔调，暗示了这个
16、结构模型在遗传上的重要暗示了这个结构模型在遗传上的重要性：性：“我们并非没有注意到，我们所推我们并非没有注意到，我们所推测的特殊配对，立即暗示了遗传物质测的特殊配对，立即暗示了遗传物质的复制机理。的复制机理。”DNA分子模型发表分子模型发表第十七页，本课件共有41页DNA双螺旋结构特点双螺旋结构特点：1.1.两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋；两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋；2.2.双链具有反向平行的特点；双链具有反向平行的特点；3.3.碱基配对原则为：碱基配对原则为：A=T、G=C，双螺旋直径约，双螺旋直径约20A，螺距为，螺距为34A(10个碱基对个碱基对)。第十八页，本课件共有4
17、1页4、DNA双螺旋结构的生物学意义双螺旋结构的生物学意义 沃森和克里克在随后发表的论文中，详细说明了沃森和克里克在随后发表的论文中，详细说明了DNA双螺旋模型双螺旋模型对遗传学研究的重大意义：对遗传学研究的重大意义：第一，它能够说明遗传物质的自我复制。在复制时，第一，它能够说明遗传物质的自我复制。在复制时，DNA的双链拆开，成为的双链拆开，成为两个模板，再根据碱基配对的原则，复制成两个与原来的两个模板，再根据碱基配对的原则，复制成两个与原来的DNA序列一模一样序列一模一样的新分子。在这两个新的新分子。在这两个新DNA分子中，各有一条旧链和一条新合成的链。这个分子中，各有一条旧链和一条新合成的
18、链。这个“半保留复制半保留复制”的设想后来被麦赛尔逊和斯塔勒用同位素追踪实验证实。的设想后来被麦赛尔逊和斯塔勒用同位素追踪实验证实。第二，它能够说明遗传物质是如何携带遗传信息的。第二，它能够说明遗传物质是如何携带遗传信息的。DNA上的碱基序列就是遗传信息，上的碱基序列就是遗传信息，4种碱基的排列组合可以携带无限多样的遗传信息。种碱基的排列组合可以携带无限多样的遗传信息。第三，它能够说明基因是如何突变的。基因突变是由于碱基序列发生了变化，这样的变第三，它能够说明基因是如何突变的。基因突变是由于碱基序列发生了变化，这样的变化可以通过复制而得到保留。化可以通过复制而得到保留。第十九页，本课件共有41
19、页后随链的不连续复制后随链的不连续复制：(考恩伯格考恩伯格 1967)：在：在3 5方向链上，仍按从方向链上，仍按从5 3的方向，一段段地合成的方向，一段段地合成DNA单链小片段（称冈崎片段单链小片段（称冈崎片段，1000 2000bp)，由连接酶连接这些片段，由连接酶连接这些片段，形成一条连续的单链。形成一条连续的单链。先导链复制先导链复制：合成：合成DNA片段之前，先由片段之前，先由RNA聚合酶合成一小段聚合酶合成一小段RNA引物引物(约约有有20个碱基对个碱基对)，DNA聚合酶才开始起作聚合酶才开始起作用合成用合成DNA片段。片段。DNA聚合酶，以聚合酶，以5 3 向发挥作用向发挥作用半
20、保留复制（半保留复制（semiconservativesemiconservative）沃森沃森(Watson J.D.)第二十页，本课件共有41页第三节第三节DNA与蛋白质与蛋白质 一级结构一级结构：蛋白质分子都有自己特有的氨基酸的组成：蛋白质分子都有自己特有的氨基酸的组成和排列顺序，即一级结构。和排列顺序，即一级结构。二级结构二级结构：是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周：是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象），主要有要有螺旋、螺旋、折叠、折叠、转角等几种形式，它们是构转角等几种形
21、式，它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。成蛋白质高级结构的基本要素。三级结构三级结构：单条多肽链在二级结构基础上形成的空间：单条多肽链在二级结构基础上形成的空间结构。结构。四级结构四级结构：由两个或多个肽链组成的蛋白质的天然空：由两个或多个肽链组成的蛋白质的天然空间结构。如果某个蛋白质只由一条肽链构成，那么它间结构。如果某个蛋白质只由一条肽链构成，那么它就没有四级结构。就没有四级结构。1 1、蛋白质的结构、蛋白质的结构、蛋白质的结构、蛋白质的结构第二十一页，本课件共有41页结构域是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，一结构域是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部
22、折叠区，一条多肽链在这个域范围内来回折叠，但相邻的域常被一个或两个多肽片段连条多肽链在这个域范围内来回折叠，但相邻的域常被一个或两个多肽片段连结。结。结构域：结构域：单肽链内相对独立的结构、功能或折叠方式单位。单肽链内相对独立的结构、功能或折叠方式单位。第二十二页，本课件共有41页1.1.可以与未折叠的蛋白结合使其在获得正可以与未折叠的蛋白结合使其在获得正确折叠之前维持未折叠的可溶状态，确折叠之前维持未折叠的可溶状态，2.2.可以通过与错误折叠的蛋白结合使其重可以通过与错误折叠的蛋白结合使其重新回到未折叠状态并进一步正确折叠。新回到未折叠状态并进一步正确折叠。3.3.分子伴侣本身并不含有有关正
23、确折叠分子伴侣本身并不含有有关正确折叠的任何特定信息的任何特定信息,它们只是通过疏水键它们只是通过疏水键阻止非天然状态的蛋白分子间或分子阻止非天然状态的蛋白分子间或分子内的不正确相互作用内的不正确相互作用,从而增加正确折从而增加正确折叠的产率。叠的产率。分子伴侣：分子伴侣：是一类能特异地结合和释放底物蛋白的蛋白分子，它们帮是一类能特异地结合和释放底物蛋白的蛋白分子，它们帮助底物蛋白实现正确折叠、寡聚体组装、向特定细胞器转运或变换活助底物蛋白实现正确折叠、寡聚体组装、向特定细胞器转运或变换活化化/去活化构象等。去活化构象等。第二十三页，本课件共有41页1.41=4 种：缺种：缺16种氨基酸；种氨
24、基酸；2.42=16种：比种：比20种氨基酸还缺种氨基酸还缺4种；种；3.43=64种种：由三个碱基一起组成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成的密码子能够形成64种组合，种组合，20种氨基酸多出种氨基酸多出44种。种。2、遗传密码及其特征、遗传密码及其特征密码子密码子从从1961年开始，在大量试验的基础上，年开始，在大量试验的基础上，分别利用分别利用64个已知三联体密码，找到了个已知三联体密码，找到了相对应的氨基酸。相对应的氨基酸。19661967年，完成了全部遗传密码表。年，完成了全部遗传密码表。第二十四页，本课件共有41页A三联体密码：三联体密码：三个碱基决定一种氨基酸；均三个碱基决定一
25、种氨基酸；均以以3个一组形成氨基酸密码。个一组形成氨基酸密码。遗传密码间不能重复遗传密码间不能重复:在一个在一个mRNA上每个碱基只属于一个上每个碱基只属于一个密码子；密码子；61个为有意密码。个为有意密码。遗传密码的基本特征：遗传密码的基本特征：第二十五页，本课件共有41页A U G U A C U G U C A CA U G U U A C U G U C AB.密码子之间无逗号密码子之间无逗号 密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的顺序一直阅读下去，密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的顺序一直阅读下去，不漏读不重复。不漏读不重复。如果中间某个碱基增加或缺失后，阅读就会按新的顺序进行如
26、果中间某个碱基增加或缺失后，阅读就会按新的顺序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一样下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一样(称移码突变称移码突变)。甲硫氨酸甲硫氨酸 酪氨酸酪氨酸 半胱氨酸半胱氨酸 组氨酸组氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸 亮氨酸亮氨酸 亮氨酸亮氨酸 丝氨酸丝氨酸第二十六页，本课件共有41页.简并现象：几种密码子编码同一种氨基酸，就称为简并现象：几种密码子编码同一种氨基酸，就称为简并现象简并现象。43=64种种：由三个碱基一起组成的密码子能够形成：由三个碱基一起组成的密码子能够形成64种种 组合，组合，20种氨基酸多出种氨基酸多出44种。种。色氨酸色氨酸(UGG)和甲硫氨酸和甲
27、硫氨酸(AUG)例外，仅一个三联体密例外，仅一个三联体密 码；其余氨基酸都有一种以上的密码子。码；其余氨基酸都有一种以上的密码子。编码同一种氨基酸的两种以上的密码子称为编码同一种氨基酸的两种以上的密码子称为简并密码子简并密码子。C简并性：简并性：.简并现象的意义：简并现象的意义：同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。如：如：UCU、UCC或或UCA或或UCG，均为丝氨酸。，均为丝氨酸。第二十七页，本课件共有41页D、终止密码子、终止密码子终止密码：为蛋白质合终止密码：为蛋白质合成终止信号成终止信号(3个个)UAA、UAG、UGA，第二十八页，本课件
28、共有41页起始密码为：起始密码为：GUGAUG (甲硫氨酸)E、起始密码、起始密码第二十九页，本课件共有41页F.偏爱密码子：偏爱密码子：不同生物往往偏向于使用不同生物往往偏向于使用其中的一种，这种被经常其中的一种，这种被经常使用的密码子称为使用的密码子称为偏爱密偏爱密码子码子。第三十页，本课件共有41页G摆动假设摆动假设：决定同一个氨基酸或性质相近决定同一个氨基酸或性质相近的不同氨基酸的多个密码子中，的不同氨基酸的多个密码子中，第第1个和第个和第2个碱基的重要性大个碱基的重要性大于第于第3个碱基，往往只是最后一个个碱基，往往只是最后一个碱基发生变化。碱基发生变化。例如：脯氨酸（pro）：CC
29、U、CCC、CCA、CCG 精氨酸（Arg）：CGU、CGC、CGA、CGG第三十一页，本课件共有41页 在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码通用。在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码通用。4个基本碱基符号个基本碱基符号 所有氨基酸所有氨基酸 所有蛋白质所有蛋白质 生物种类、生物种类、生物体性状。生物体性状。极少数例外；极少数例外；物种所特有的现象。支原体的物种所特有的现象。支原体的UGA不在是不在是终止密码，而是编码色终止密码，而是编码色氨酸；嗜热四膜虫的氨酸；嗜热四膜虫的UAA不在是不在是终止密码，而编码谷氨酰胺。终止密码，而编码谷氨酰胺。线粒体线粒体DNA密码子不同于染色体密码子不同
30、于染色体DNADNA的密码子。的密码子。UGAUGA不在是终止信号，不在是终止信号，而是编码色氨酸；而是编码色氨酸；AGAAGA、AGGAGG在动物线粒体中不是编码精氨酸，而称为终在动物线粒体中不是编码精氨酸，而称为终止密码。止密码。H通用性：通用性：第三十二页，本课件共有41页3、中心法则、中心法则中心法则：中心法则：遗传信息在细胞内的遗传信息在细胞内的生物大分子间转移的基本法则。生物大分子间转移的基本法则。遗传信息的转移可以分为两类：遗传信息的转移可以分为两类：第一类用实线箭头表示，包括第一类用实线箭头表示，包括DNA的复制、的复制、RNA的转录和蛋的转录和蛋白质的翻译，即白质的翻译，即
31、DNADNA（复制）（复制）DNARNA（转录）（转录）RNA蛋白质（翻译）蛋白质（翻译）这三种遗传信息的转移方向普遍地这三种遗传信息的转移方向普遍地存在于所有生物细胞中。存在于所有生物细胞中。第三十三页，本课件共有41页（1 1）RNA的反转录的反转录1970年年Temin等在致癌等在致癌RNA病毒中发现了一种特殊的病毒中发现了一种特殊的DNA聚合酶，聚合酶，该该酶以酶以RNA为核板，根据碱基配对原则，按照为核板，根据碱基配对原则，按照RNA的核苷酸顺序的核苷酸顺序(其中其中U与与A配对配对)合成合成DNA。这一过程与一般遗传信息流转录的方向相反。这一过程与一般遗传信息流转录的方向相反,故故
32、称为反转录称为反转录,催化此过程的催化此过程的DNA聚合酶叫做反转录酶。后来发现反转聚合酶叫做反转录酶。后来发现反转录酶不仅普遍存在于录酶不仅普遍存在于RNA病毒中，哺乳动物的胚胎细胞和正在分裂的病毒中，哺乳动物的胚胎细胞和正在分裂的淋巴细胞中也有反转录酶。淋巴细胞中也有反转录酶。反转录酶的作用是以反转录酶的作用是以dNTP为底物，以为底物，以RNA为模板，在为模板，在tRNA3-OH末端末端上，按上，按53方向，合成一条与方向，合成一条与RNA模板互补的模板互补的DNA单链，这条单链，这条DNA单单链叫做互补链叫做互补DNA(complementary DNA,cDNA)，它与，它与RNA模
33、板形成模板形成RNA-DNA杂交体。随后又在反转录酶的作用下，水解掉杂交体。随后又在反转录酶的作用下，水解掉RNA链，再以链，再以cDNA为模板合成第二条为模板合成第二条DNA链。至此，完成由链。至此，完成由RNA指导的指导的DNA合成过合成过程。程。4 4中心法则的发展中心法则的发展第三十四页，本课件共有41页 RNA的反转录意义的反转录意义致癌机理研究有重要作用致癌机理研究有重要作用。携带反转录酶的病携带反转录酶的病毒又称为反转录病毒，它侵入宿主细胞后先毒又称为反转录病毒，它侵入宿主细胞后先以病毒以病毒RNA为模板靠反转录酶催化合成为模板靠反转录酶催化合成DNA，随后这种，随后这种DNA环
34、化并整合到宿主细胞的染环化并整合到宿主细胞的染色体色体DNA中去，以原病毒中去，以原病毒(provirus)的形式在的形式在宿主细胞中一代代传递下去。以后又发现许宿主细胞中一代代传递下去。以后又发现许多反转录病毒基因组中都含有癌基因多反转录病毒基因组中都含有癌基因(oncogene)，如果由于某种因素激活了癌基因，如果由于某种因素激活了癌基因就可使宿主细胞转化为癌细胞。就可使宿主细胞转化为癌细胞。4 4中心法则的发展中心法则的发展对于遗传工程上基因的酶促合成（对于遗传工程上基因的酶促合成（cDNA）。）。增加中心法则中遗传信息的流向，丰富了中心法则内容。增加中心法则中遗传信息的流向，丰富了中心
35、法则内容。第三十五页，本课件共有41页.RNA的自我复制：的自我复制：大部分大部分RNA病毒还可以把病毒还可以把RNA直接复直接复制成制成RNA。在在RNA复制型的生物中，生物体的遗传信息流复制型的生物中，生物体的遗传信息流动包含动包含2点：点：RNA的自我复制，遗传信息流动的自我复制，遗传信息流动方向由方向由RNARNA；翻译，遗传信息流动方；翻译，遗传信息流动方向由向由RNA蛋白质。这种类型的生物主要针对蛋白质。这种类型的生物主要针对植物病毒如烟草花叶病毒和动物病毒如脊髓灰植物病毒如烟草花叶病毒和动物病毒如脊髓灰质炎病毒等。质炎病毒等。有些遗传信息的流动只有有些遗传信息的流动只有1种：种：
36、RNA的自我复制，的自我复制，遗传信息流动方向由遗传信息流动方向由RNARNA；这种类型的生；这种类型的生物主要针对物主要针对SARS病毒病毒,流感病毒等。流感病毒等。第三十六页，本课件共有41页.DNA指导的蛋白质合成指导的蛋白质合成：60年代年代,麦克斯麦克斯McCarthy和和荷勒荷勒Holland：试验体系中：试验体系中加入抗生素等，变性的单加入抗生素等，变性的单链链DNA在离体条件下可以在离体条件下可以直接与核糖体结合，指导直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成。蛋白质的合成。第三十七页，本课件共有41页羊瘙痒病、牛海绵脑病（疯牛病）羊瘙痒病、牛海绵脑病（疯牛病）朊朊粒粒(Prion)(
37、Prion)疯牛病疯牛病 疯牛病的病原体朊粒是传染性蛋白质颗粒，是不含有核酸的感染性蛋白因子，其主要成疯牛病的病原体朊粒是传染性蛋白质颗粒，是不含有核酸的感染性蛋白因子，其主要成份是一种蛋白酶杭性蛋白（份是一种蛋白酶杭性蛋白（PrP），具有对蛋白酶的抵抗力，易溶于去污剂、有致病力和，具有对蛋白酶的抵抗力，易溶于去污剂、有致病力和不诱发抗体等特性，给予患病动物及人类的诊断和防治带来很大麻烦，给予人类和动物不诱发抗体等特性，给予患病动物及人类的诊断和防治带来很大麻烦，给予人类和动物的健康和生命带来严重的威胁。的健康和生命带来严重的威胁。该朊粒耐高温，加热到该朊粒耐高温，加热到360仍有感染力，植物
38、油的沸点（仍有感染力，植物油的沸点（160一一170）不足以灭）不足以灭活病原，且还耐甲醛、耐强碱。鉴此，其传染性强、危害性大越来越引起人类的恐活病原，且还耐甲醛、耐强碱。鉴此，其传染性强、危害性大越来越引起人类的恐慌和关注。慌和关注。5、蛋白质自我复制？、蛋白质自我复制？第三十八页，本课件共有41页羊痒疫羊痒疫(scripie)人类人类 kuru 病病 牛海绵状脑炎牛海绵状脑炎(疯牛病疯牛病)高度纯化的病体脑组高度纯化的病体脑组织的感染性粒子织的感染性粒子可被蛋白酶可被蛋白酶K抑制抑制不被核酸酶和辐射灭活不被核酸酶和辐射灭活不含大于不含大于100nt的核酸的核酸28kD 的疏水性糖蛋白的疏水
39、性糖蛋白 由核基因组基因由核基因组基因 PrP（Prion Protei）编码）编码Prion(proteinaccous infections particle)传染性病原蛋白颗粒引起的风波传染性病原蛋白颗粒引起的风波第三十九页，本课件共有41页 PrPCPrP PrP*PrPSC PrPC、PrPSC的三维结构的三维结构朊朊粒粒(Prion)(Prion)朊粒这是只含蛋白质而无核酸的分子朊粒这是只含蛋白质而无核酸的分子PrPSC；哺乳动物细胞里的基因编码产生一种糖蛋白哺乳动物细胞里的基因编码产生一种糖蛋白PrP。人的。人的PrP基因位于基因位于20号染色号染色体短臂，体短臂，PrP由由25
40、3个氨基酸残基组成，在氨基端有个氨基酸残基组成，在氨基端有22个氨基酸组成的信号个氨基酸组成的信号 肽。肽。在正常脑组织中的在正常脑组织中的PrP称为称为PrPc，相对分子质量为，相对分子质量为33 00035 000，对蛋白酶敏感。，对蛋白酶敏感。在病变脑组织中的在病变脑组织中的PrP称为称为PrPsc，相对分子质量为，相对分子质量为27 00030 000，是，是PrPc中的一段，中的一段，蛋白酶对其不起作用。现在知道，蛋白酶对其不起作用。现在知道，PrPc和和PrPsc是是PrP的两种异构体，氨基酸组分和的两种异构体，氨基酸组分和线性排列次序相同，但是三维构象不同。线性排列次序相同，但是三维构象不同。第四十页，本课件共有41页感感谢谢大大家家观观看看28.02.2023第四十一页，本课件共有41页