第四章　 遗传物质的分子基础

第四章　第四章　

遗传物质的分子基础遗传物质的分子基础

一、核酸的化学结构　　与自我复制

（一）、 DNA 与 RNA 的化学成份

真核生物的染色体组成： DNA—27% ， RNA—6% ，蛋白质— 66%

DNA 和 RNA 化学成份的比较

（二）、 DNA 与 RNA的分子结构

1 、两种核酸及其分布

　　核酸是一种重要的高分子化合物，是由许多核苷酸单元通过磷酸二酯键形成的链状多聚体，核苷酸又是由戊糖、含氮碱基、和磷酸构成。

　　依据所含戊糖不同，核酸可分为两类：脱氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA) 。DNA 中的戊糖为脱氧核糖，四种碱基为：腺嘌呤 (A) 、鸟嘌呤 (G) 、胞嘧啶 (C) 、胸腺嘧啶 (T) ； RNA 中的戊糖为核糖，四种碱基中的前三个与 DNA 中的相同，最后一个被尿嘧啶 (U) 所替代上。

两种核糖

五种常见的碱基

AA

GG

五种常见的碱基

DNA 的四种脱氧核苷酸

DNA 的四种脱氧核苷酸

DNA 主要存在于细胞核的染色体上，少量存在于细胞质的叶绿体和线粒体中；RNA 主要存在于细胞质和细胞核的核仁上，少量存在于染色体上。

二、 DNA 分子的双螺旋结构

DNA 分子的双螺旋结构

DNA 分子的双螺旋结构

DNA 分子的双螺旋结构

三、 RNA 分子的结构

四、 DNA 的半保留复制

　　 DNA 的复制先是碱基间的氢键断裂， DNA 双螺旋解旋，分开为两条单链，然后以各单链为模板合成其互补链，新生成的互补链与对应的模板链构成了子代 DNA 分子，由于子代 DNA 分子中保留了亲代 DNA 分子中的一条单链，故称这种复制为半保留复制。

（三）、 DNA 分子的双螺旋结构

　　 DNA 聚合酶只能沿 5 → 3‵ ‵ 方向延长DNA 链。后人在冈崎等人的研究基础上提出 DNA 是半不连续复制的，即一条模板链是 3 → ‵5‵ 走向，复制时从 5 → 3‵ ‵ 方向连续合成新链，称为前导链；另一条模板链是 5 → 3‵‵ 走向，复制时仍然从 5 → 3‵ ‵ 方向，但是复制是不连续的，是先合成若干小段 DNA——冈崎片段，再由连接酶连接成一条连续单链，称为后随链。

　　在合成 DNA 片段前，先由一种特殊的 RNA 聚合酶以 DNA 为模板，合成一段约含几十个核苷酸的 RNA ，称为“引物 RNA” ，再在 DNA 聚合酶作用下从引物 RNA 的 3 —OH‵ 端延长 DNA 链，当新链延长到前一个冈崎片段的引物 RNA 时， DNA 聚合酶Ⅰ将引物 RNA 除去，并合成一段 DNA 取代引物 RNA ，最后由连接酶将冈崎片段连成一条连续 DNA 链 。

五、 RNA 分子的复制

　　 RNA 病毒中的 RNA 也能进行自我复制，由于大多数 RNA 是单链的，故进行复制时，一般是以自身为模板合成一条互补链，直至复制结束，并释放出该链，这种新复制出的单链 RNA 仍可以作模板，继续复制下去。

六、 DNA 与遗传密码

（一）、蛋白质的分子结构

氨基酸通式

多肽链

（二）、遗传密码

　　 DNA 或 mRNA 的四种碱基共组成 64 种密码子，其中 61 个密码子编码常规的 20 种氨基酸， 3 个密码子为肽链终止密码。

　　三联体密码：由三个一组的碱基顺序决定一种氨基酸。三个碱基组成一个密码子，称为三联体密码。

　　简并现象：密码子字典中除了甲硫氨酸和色氨酸各有一个密码子之外，其余的各个氨基酸都有几个密码子的现象。

　　 AUG 表示起点合成起始信号； UAA ， UAG ，UGA 为终止信号，又叫无义密码子。

密码子的信息传递

七、 DNA 与蛋白质的合成

DNA与蛋白质的合成

（一）、 mRNA（ 1 ）将 DNA 上的遗传信息精确无误地转录下来。（ 2 ）将它携带的遗传信息在核糖体上翻译成蛋白质。

（二）、 tRNA　　根据 MRNA 的遗传密码子次序准确地将它携带的氨基酸联结成肽键（起翻译员的作用）。

tRNA　　

反密码子环反密码子环

氨基酸接合点

反密码子环

（三）、 rRNA　　在合成蛋白质分子开始阶段起重要作用。

（四）、核糖体

　　合成蛋白质的场所。

（三）、 DNA 分子的双螺旋结构

（五）、在核糖体上合成蛋白质

1 、转录

2 、翻译

3 、中心法则

八、基因突变的分子基础

安康羊

（一）、概念　　基因突变：也叫点突变，是指染色体上某一基因位点内部发生化学性质的变化，是ＤＮＡ碱基对的性质，数目或序列的改变 。

　　位点与座位 　　位点（ site ）： DNA （基因）上一个核苷酸对，一个基因内不同位点的改变可以形成许多等位基因（复等位基因）。 　　座位（ locus ）：指一个基因，包括数百个 ~ 数千个核苷酸对。

　　（二）、突变的方式 1 、分子结构的改变 （ 1 ）、碱基替换：　如 AAA （赖）→ GAA （谷） （ 2 ）、碱基倒位：　如 AAG （赖）→ GAA （谷）

　　（二）、突变的方式 2 、移码 （ 1 ）、碱基的缺失：　如 AAA （赖） CAC （组）

→AAC （天） AC…… （ 2 ）、碱基插入 : AAA(赖 ) →AAU （天） A……

　　九、突变的修复 （一）、 DNA防护机制 1 、 简并密码子 　　　 CUA→UUA亮氨酸 2 、回复突变

回复突变

（二）、 DNA 的修复　　　　　　 　　

　 1 　光修复　　　　　　 2 　 暗修复 　

　 3 、重组修复　

新补的核苷酸片段发生差错

　　十、诱变育种

　　利用理化因素诱发植物变异 , 再通过选择，从中育成新品种的方法

　　 （一）、辐射诱变 　

　　 　利用辐射使植物染色体畸变 , 基因发生突变 , 从而产生新的形状 . 　

　　 1 、特点　 1 ）、提高突变频率，扩大突变谱。　 2 ）、能改变品种单一不良性状，而保持其它优良性状不变。

　 3 ）、增强抗病性，改进品质。　 4 ）、辐射后代分离少，稳定快，育种年限短。

　 5 ）、克服远缘杂交障碍 　

　　诱变育种

　　 2 、射线种类及性质　 1 ）、 r射线，高能电磁波穿透力强，射程远，一次可以照射很多种

子，而且剂量较均匀　 2 ）、 X射线，是一种较高能量的电磁辐射是放射出 X光子。

有一定的穿透力，但诱变效果不如 r射线。

　　 3 ）、 β射线，是由放射性同位 P ,S

等衰变时放出来的带负电的粒子 .利用时浸种。

　 4 ）、中子，是不带电的粒子。　 5 ）、电子　 6 ）、紫外线　 7 ）、激光

　　 3 、辐射诱变的剂量 1 ）、致死剂量 辐射后可能引起全部死亡的剂量 2 ）、半致死剂量　辐射后可能引起 50%死亡的剂量 3 ）、临界剂量　辐射后存活率为 40% 时的剂量（ 60%死亡） 　

　　 4 、辐射处理的主要方法 1 ）、外照射（辐射源来自外部） 主要照射　 （ 1 ）种子易产生嵌合

体 （ 2 ） 无性繁殖器官（ 3 ） 花粉 （ 4 ） 子房 （ 5 ） 单细胞，愈伤组织

2 ）、内照射 （辐射源来自内部） （ 1 ） 浸泡法 （ 2 ） 注射法 （ 3 ） 饲喂法 　

　　 5 、太空育种

　　在太空中高真空、超洁净、超低温、强辐射、微重力的条件下，让种子接受宇宙射线的照射，从而发生变异，从中选育新品种。

　 　　　太空育种作为一种崭新的育种手段，已经在小麦、青椒、玉米等作物的试验中育成丰产、优质、抗倒伏、抗病虫害的优良品种。宇宙射线中还存在着人类未知的物质和能量，这些对我们的育种有着非常重要的作用，是人工辐射诱变育种的未能达到的，所以利用航天搭载对种子进行太空辐射处理，进行太空育种有着非常重要而深远的意义。

　　太空水果樱桃蕃茄

太空小麦与普通小麦的比较

　　太空水果番茄

太空辣椒长势喜人

　　硕大的太空辣椒

　　 （二）、化学诱变 　

　　 　利用化学物质处理植物使其遗传物质发生变化，从中选育种出优良新品种的方法。

　 1 、特点　 1 ）、操作方便，简单易行

　 2 ）、专一性强　 3 ）、化学诱变剂可提高突变频率，扩

大突变范围　 4 ）、诱变后性状表现较迟（迟发效

应）　 5 ）、诱变后代的稳定过程较短，可缩短育种年限。

2 、射线种类及性质　 1 ）、化学诱变剂的种类

　 2 ）、烷化剂类（机制）　 3 ）、碱基类似物（机制）　 4 ）、无机类化合物 无硝酸

（机制）　 5 ）、丫啶类（嵌入剂） （机

制）移码突变　 6 ）、简单有机类化合物　 7 ）、生物碱　

　　 3 、处理的方法　　一般用化学诱变剂处理的主要是种子，

其次是植株。常用方法为浸泡法，涂抹法，滴液法，注入法等。侵泡法步骤为：1 ）、前处理

2 ）、 药液处理 3 ）、冲洗（后处理）