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1、q遗传（遗传（Heredity)是什么？是什么？q种瓜得瓜,种豆得豆：Asamansows,soheshallreap.qHeredityisthepassingoftraits(特征）tooffspring(fromitsparentorancestors).核酸的化学核酸的化学Species(种属）DOMINANT TRAITRECESSIVE TRAIT(Allelic to left column)1.Browneyes（褐色眼睛）2.PTCtaster3.WidowsPeak(美人尖)4.Middigitalhair5.Tongueroller（卷舌）6.Detachedearlob
2、e（耳垂）7.AandBbloodtype(codominant)8.Rhpositivebloodtype9.Patternbaldness(dominantinmales)Blueeyes(morecomplex,simplifiedhere)PTCnontasterLackWidowspeakHairlessmiddigitsCannotrolltongueAttachedearlobeTypeObloodtypeRhnegativebloodtypePatternbaldness(recessiveinfemales)HUMAN HERITABLE TRAITS:人类可遗传特征人类可遗
3、传特征http:/l褐色眼睛美人尖卷舌生命，生物大分子，组成单元生命，生物大分子，组成单元一一,核酸的发现和组分确定核酸的发现和组分确定v1869年FriedrichMiescher从白细胞（leucocyte）细胞核中分离出含磷酸性分子，命名为核素（nuclein）。v蛋白酶无法降解v然后 转到 Egg and salmon sperm cell（鲑鱼精细胞）vP2O5含量22.5%（实际22.9%），所有磷原子均以磷酸盐的形式存在。发现酸性性质。v不可通过羊皮纸（parchmentpaper），表明是个大分子。C29H49N9P3O22XFriedrich Miescherv1889年Al
4、tman命名为 Nuclensure”(nucleicacid，核酸)vKossel&Levene等确定核酸的的组分（Kossel1910年 NobelPrize)：v“四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。Theprocessesoflifearelikeadrama,andIamstudyingtheactors,nottheplot.Therearemanyactors,anditistheircharacterswhichmakethisdrama.Iseektounderstandtheirhabits,theirpeculiarities.Ther
5、eisstillalongwaytogofromaconsiderationofindividualfragmentsoftheapparatustoanunderstandingofitsmodeofaction.Albrecht Kosselnitrogen-richgroups:carbohydratemolecule:phosphoricacid=1:1:1AlbrechtKossel二、核酸的组成成分二、核酸的组成成分核酸 nucleicacid核苷酸 nucleotide核苷 nucleoside磷酸 phosphate嘌呤碱 purinebase或 嘧啶碱 pyrimidineb
6、ase（碱基 base）核糖 ribose或 脱氧核糖脱氧核糖 deoxyribose（戊糖 pentose）（一）核糖和脱氧核糖（一）核糖和脱氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH12-D-2-核糖-D-2-脱氧核糖O核糖+H+糠醛甲基间苯二酚FeCl3绿色产物绿色产物脱氧核糖+H+-羟基-酮戊醛二苯胺蓝色产物蓝色产物RNA和和DNA定性、定量测定定性、定量测定（二）嘌呤碱和嘧啶碱（二）嘌呤碱和嘧啶碱NNNNHHHH123 456789嘌呤purine(purum uricum)GermanchemistEmilFischerin1884NNNNHHHHNH2腺嘌呤 aden
7、ine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤 guanine（G）1885，InGreek,“aden”=gland=腺1844，guano=excretaofseabirds=海鸟粪嘧啶（Pyrimidine)123456NNHHHHONNHHHHNH2OH胞嘧啶 Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶 uracil（U）NNHHHHOHHCH3胸腺嘧啶 thymine（T）1894，fromcalfthymus=胸腺Greekword(thumos),meaningheart,soul,desire,lifeGreek:cyto=cells,cell,hollow=细胞 Latin
8、:water,rain,wet;urine=尿稀有碱基（稀有碱基（unusual base，minor base）（三）（三）核苷核苷 ：是一种糖苷，由戊糖和碱基缩合而成。是一种糖苷，由戊糖和碱基缩合而成。OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸 苷OHOH2COHOHOH12345核 糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷OHOH2COHOH12345核 糖NCOONHHH51OH假尿苷（）要点：-糖苷键，也称为 N-C键 或N-糖苷键。碱基与糖环平面平面互相垂直，X射线衍射法证明。（四）（四）核苷酸的结构核苷酸的结构OOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9
9、腺嘌呤胸 苷PO-OO胸苷-5-磷酸AMPOPO-OOADPATPPO-OO（五）（五）细胞内游离存在的多磷酸核苷酸细胞内游离存在的多磷酸核苷酸1.环化核苷酸：信号分子环化核苷酸：信号分子cAMP:重要的第二信使重要的第二信使cGMP2.辅酶类核苷酸辅酶类核苷酸:CoA,NAD,NADP,FAD,FMN)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotideNAD),烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸磷酸(Nicotinamide adenine dinucleotideNADP),黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD,f
10、lavin adenine dinucleotide)黄素单核苷酸黄素单核苷酸(Flavin mononucleotide,FMN)3.在在体内能量代谢中的作用体内能量代谢中的作用：ATP能量“货币”UTP参加糖的互相转化与合成CTP参加磷脂的合成GTP参加蛋白质和嘌呤的合成ATPAveryMacLeodMcCarty experiment肺炎链球菌转化实验HersheyChase experimentT2噬菌体感染实验蛋白酶和核酸酶处理方法同位素标记 S和 P原子DNA,而不是蛋白质是遗传物质而不是蛋白质是遗传物质Itslotsoffuntoblowbubblesbutitswisertop
11、rickthemyourselfbeforesomeoneelsetriesto.-OswaldAvery二，二，核酸的一级结构（核酸的一级结构（primary structure)（共价结构）（共价结构）一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷算的排列顺序代表了遗传信息。1.核苷酸的排列顺序：3，5-磷酸二酯键2.核酸的基本结构形式：多核苷酸链信息量：4n末端：5-端，3-端 多核苷酸链的方向：5端 3端（从左至右），碱基顺序（Basesequence)3.表示法：结构式，线条式，文字缩写。4.RNA:53，不是 52。一级结构表示法：三，三，DNA的二级结构（的二级结构（se
12、condary structure)（双螺（双螺旋结构，旋结构，double helix）为什么研究高级结构？复制和遗传的基础依据：1）已知核酸化学结构和核苷酸键长与键角的数据；2）Chargaff发现的 DNA碱基组成规律，显示碱基间的配对关系；A=T,G=C;A+C(含氨基的碱基）=G+T(含酮基的碱基);A+G(含嘌呤的碱基）=C+T(含嘧啶的碱基）。3）对DNA纤维进行X射线衍射分析获得的精确结构。种属特异性种属特异性Photo51DNA是 (1)螺旋的；(2)反向平行的双螺旋结构；(3)磷酸骨架在外面，而碱基在里面。RosalindFranklinRosalindFranklinUn
13、iversityofMedicineandScienceTMVstructureX-射线射线衍射分析衍射分析双螺旋双螺旋结构模型结构模型要点：要点：（1）两条多核苷酸链反向平行，两条链均为右手螺旋。（2）碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成3和2个氢键。（3）双螺旋每转一周有10个bp，螺距3.4nm，直径2nm。（4）一条链的核苷酸排列顺序决定另一条链的顺序：互补关系。“Thedoublehelixisindeedaremarkablemolecule.Modernmanisperhaps50,000yearsold,civilizationhasexistedforscarcely10,
14、000yearsandtheUnitedStatesforonlyjustover200years;butDNAandRNAhavebeenaroundforatleastseveralbillionyears.Allthattimethedoublehelixhasbeenthere,andactive,andyetwearethefirstcreaturesonEarthtobecomeawareofitsexistence.”Francis Crick(19162004).Astructurethisprettyjusthadtoexist.James Watson,The Double
15、 Helix,1968DNA双螺旋结构的稳定因素互补碱基之间的氢键；分子中碱基的堆积可以使碱基缔合，此力称作碱基堆积力是分子双螺结构稳定的主要作用力；磷酸基的负电荷与介质中的阳离子的正电荷之间形成的离子键。它可以减少分子双键间的静电斥力，因而对分子双螺旋结构也有一定的稳定作用；4.螺旋桨状扭曲（propeller twisting):配对碱基间的角度提高堆积力。DNA双螺旋的构象类型双螺旋的构象类型B-DNA：92%相对湿度，接近细胞内的DNA构象，与Watson和Crick提出的模型相似。A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的构象相似，推测转录时发生BA。其碱基平面倾斜
16、20，螺距与每一转碱基对数目都有变化。Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺距4.5nm，每一转含12个bp，只有小沟,左手螺旋。B-DNA与Z-DNA的相互转换可能和基因的调控有关。H-DNA：三股螺旋（H-palindromesequence)。A B ZH五，超螺旋五，超螺旋 DNA双链环状 DNA:细菌，质粒，细胞器，某些病毒 DNA.L=T+WL=linkingnumber(连环数）；T=twistingnumber(扭转数），W=writhingnumber(缠绕数，超螺旋数）DNA的三级结构是指DNA分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象，包括不同二级结构单
17、元间的相互作用，单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。拟核（nucleoid)真核生物染色体真核生物染色体 DNA多级螺旋模型多级螺旋模型压缩倍数 76405（8400）DNA核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 2nm10nm30(10)nm400nm210m一级包装 二级包装 三级包装 四级包装 核小体核小体 (Nucleosome)（二）（二）rRNA占细胞RNA总量的80%，与蛋白质共同组成核糖体。原原 核核 生生 物物（Pr.34%)真真 核核 生生 物物 (Pr.40%)核糖体rRNA核糖体rRNA70S（30S、50S）16S、5S、23S80S（40S、60S）18
18、S、5S、5.8S、28SStem:茎，局部双螺旋Loop:环，局部单链RNA 的高级结构的高级结构 遗传（遗传（Heredity)是什么？是什么？种瓜得瓜,种豆得豆：Asamansows,soheshallreap.Heredityisthepassingoftraitstooffspring(fromitsparentorancestors).一、背景资料一、背景资料核酸的化学核酸的化学DOMINANT TRAITRECESSIVE TRAIT(Allelic to left column)1.Browneyes（褐色眼睛）2.PTCtaster3.WidowsPeak(美人尖)4.Mid
19、digitalhair5.Tongueroller（卷舌）6.Detachedearlobe（耳垂）7.AandBbloodtype(codominant)8.Rhpositivebloodtype9.Patternbaldness(dominantinmales)Blueeyes(morecomplex,simplifiedhere)PTCnontasterLackWidowspeakHairlessmiddigitsCannotrolltongueAttachedearlobeTypeObloodtypeRhnegativebloodtypePatternbaldness(recessiv
20、einfemales)HUMAN HERITABLE TRAITS:人类可遗传特征人类可遗传特征http:/l褐色眼睛美人尖卷舌核酸的发现和组分确定核酸的发现和组分确定v1869年FriedrichMiescher从白细胞（leucocyte）细胞核中分离出含磷酸性分子，命名为核素（nuclein）。v蛋白酶无法降解v然后 转到 Egg and salmon sperm cell（鲑鱼精细胞）vP2O5含量22.5%（实际22.9%），所有磷原子均以磷酸盐的形式存在。发现酸性性质。v不可通过羊皮纸（parchmentpaper），表明是个大分子。C29H49N9P3O22XFriedrich
21、MiescherCHNOPS:AtomicNO.18761516v1889年Altman命名为 Nuclensure”(nucleicacid，核酸)vKossel&Levene等确定核酸的的组分（Kossel1910年 NobelPrize)：v“四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。Theprocessesoflifearelikeadrama,andIamstudyingtheactors,nottheplot.Therearemanyactors,anditistheircharacterswhichmakethisdrama.Iseektounder
22、standtheirhabits,theirpeculiarities.Thereisstillalongwaytogofromaconsiderationofindividualfragmentsoftheapparatustoanunderstandingofitsmodeofaction.Albrecht Kossel2）nitrogen-richgroups:carbohydratemolecule:phosphoricacid=1:1:11）Buildingblocksoflargemolecule(大分子聚合物组成单元）AlbrechtKosselMethyl:甲基,Ethyl:乙
23、烷基，Phenyl:苯基,Carbonyl:羰(tang)基,Ketone:酮，Hydroxyl:羟基,Ether:醚，Ester:酯，Anhydride:酐，Amino:胺，Amido:氨基，Guanidino:胍基，Imidazole:咪唑(zuo),Sulfhydryl:巯基，Disulfide:双硫键，Thioester:硫酯，Thiol:硫醇，Phosphoryl:磷酰基，Phophoanhydride:磷酸酐。(httpE7%BE%A7%E9%85%B8)解剖学解剖学(anatomical)到到化学化学(chemical)方法方法 v20世纪40年代末，Avery的“肺炎双球菌转化”实验证明DNA是有机体的遗传物质。DNA无荚膜，不致病温育有荚膜，致病传代传代有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病