第1页：DNA——生命的秘密目录
- 9.1 基因是什么
- 9.2 DNA 的半保留复制
- 9.3 RNA 的组成和作用
- 9.4 转录
- 9.5 遗传密码的破译
- 9.6 蛋白质的合成
- 9.7 人类基因组计划
第2页：基因是什么
- 在 20 世纪的前 40 年，困扰科学家的两个最基本的问题依然没有解决：（ 1）基因是由什么物质组成的？
- （ 2）基因是如何工作的？
- 在 Mendel 和 Morgan 时代，使用的实验材料主要是豌豆和果蝇等，它们都是一些非常复杂的多细胞生物后来，在对细菌和病毒这些极其简单的生命形式的研究中，科学家才发现了遗传物质的蛛丝马迹。
- 9.1 基因是什么
第3页：从简单到复杂的研究方法
- 从简单到复杂是科学的研究方法。
- 9.1 基因是什么
第4页：菌落表面光滑 R 型肺炎球菌
1928 年，英国 Griffith S 型肺炎球菌：有荚膜，菌落表面光滑 R 型肺炎球菌：没有荚膜，菌落表面粗糙 9.1 基因是什么著名的肺炎球菌实验结果说明？
第5页：肺炎球菌转化实验结果
- 结果说明：加热杀死的 S 型肺炎球菌中一定有某种特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的 R 型肺炎球菌转化为有害的 S 型肺炎球菌这种生物分子或遗传物质是什么呢？
- 著名的肺炎球菌实验纽约洛克非勒研究所 Avery 从加热杀死的 S 型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂类分离出来，分别加入到无害的 R 型肺炎球菌中，结果发现，惟独只有核酸可以使无害的
第6页：噬菌体侵染实验
- 1952 年， Hershey 和 Chase 病毒（噬菌体）放射性同位素 35 S 标记病毒的蛋白质外壳， 32 P 标记病毒的 DNA 内核，感染细菌。
- 新复制的病毒，检测到了 32 P 标记的 DNA，没有检测到 35 S
第7页：DNA的复制
- 1958， Meselson 和 Stahl 大肠杆菌 15 NH4 CI 为唯一氮源的培养液中生长若干代被 15 N 标记的大肠杆菌转入 14 NH4 CI 为唯一氮源的培养液中完成第一代和第二代繁殖时，分离 DNA，密度梯度超速离心被 15 N 标记的亲代双链 DNA（记作 15 N/15 N）密度大，在下部；
- 14 N/14 N 密度小，在上部；
- 15 N/14 N 在 15 N/15 N 和 14 N/14 N 之间 9.2 DNA 的半保留复制 DNA 合成的同位素示踪实验
第8页：DNA半保留复制的实验发现
- 实验发现：被 15 N 标记的亲代 DNA 离心后只有一条带，位于离心管下部；
- 繁殖后第一代大肠杆菌的 DNA 离心后也只有一条带，分布于离心管中部；
- 繁殖后的第二代大肠杆菌 DNA 离心后出现两条带，一条分布于离心管中部，另一条分布于离心管上部，证明新合成的 DNA 分子的两条多核苷酸链中有一条来自亲代 DNA，一条则是新合成的。
- DNA 的复制是以亲代的一条 DNA 为模板，按照碱基互补的原则，合成另一条具有互补碱基的新链，因此，细胞中 DNA 的复制被称为半保留复制 DNA 合成的同位素示踪实验
第9页：DNA 的复制发生在细胞周期的 S 期
- DNA 的复制发生在细胞周期的 S 期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的 DNA 可以同时在许多 DNA 复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉。
- DNA 的半保留复制
第10页：DNA 的半保留复制
- DNA 的复制总是由 5‘向 3’方向进行 DNA 的半保留复制保证了所有的体细胞都携带相同的遗传信息，并可以将遗传信息稳定地传递给下一代。
- DNA 的半保留复制
第11页：RNA的组成和作用
- 9.3 RNA 的组成和作用 RNA 与 DNA 的主要差别：（ 1） RNA 大多是单链分子；
- （ 2）含核糖而不是脱氧核糖；
- （ 3） 4 种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（ T），而是由尿嘧啶（ U）代替了胸腺嘧啶（ T）。
- 细胞中主要有 3 种 RNA，即信使 RNA（ messager RNA,m RNA），核糖体 RNA（ ribosome RNA, r RNA）和转运 RNA（ tranfer RNA, t RNA）。
- m RNA 是遗传信息的携带者。
- 在细胞核中转录 DNA 上的遗传信息，再进入细胞质，蛋白质合成的模板。
第12页：tRNA的局部双链结构
- t RNA 局部为双链，在 3′、 5′端相反一端的环上具有由 3 个核苷酸组成的反密码子。
- t RNA 的反密码子在蛋白质合成时与 m RNA 上互补的密码子相结合。
- t RNA 起识别密码子和携带相应氨基酸的作用
第13页：核糖体是蛋白质合成的场所
- r RNA 和蛋白质共同组成的复合体就是核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。
- 核糖体的大小亚基在行使翻译功能即肽链合成时聚合成整体，为蛋白质的合成提供场所。
- 核糖体上具有附着 m RNA 模板链的位置，还有两个 t RNA 附着的位置，分别称为 A 位和 P 位。
第14页：由DNA控制的蛋白质合成
- 由 DNA 控制的蛋白质合成涉及两个基本过程：第一步， DNA 的遗传信息转录到 m RNA 中，发生在细胞核中；
- 第二步，将 m RNA 的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，在细胞质中进行。
- 原核生物中遗传信息的转录和翻译则简单一些
第15页：转录发生在细胞核中
- 发生在细胞核中，以 DNA 分子为模板，按照碱基互补的原则，合成一条单链的 RNA 即 m RNA， DNA 分子携带的遗传信息被转移到 RNA 分子中。
- 其过程与 DNA 的复制基本相同。
- 9.4 转录转录过程
第16页：内含子
- 内含子：不能编码蛋白质的核苷酸片段外显子：编码蛋白质的核苷酸片段转录后新合成的 m RNA 是未成熟的 m RNA，需要在特定部位剪接，最后形成较短的有功能的 RNA。
- 原核生物中， DNA 链上不存在内含子真核生物细胞成熟 m RNA 的形成过程
第17页：遗传密码的破译
- 遗传信息是如何储藏在 4 种核苷酸中的？
- 如何破译遗传密码？
- 9.5 遗传密码的破译数学家、物理学家——逻辑运算或推导分子生物学家——？
第18页：寻找促进多肽合成的RNA
- 1955 年纽约大学 Grunberg-Manago 将核苷酸连接起来的酶形成 RNA 聚合体 A 连接成多聚 A（ poly A， A-A-A-A-A-A-A） poly C poly G poly U poly AU9.5 遗传密码的破译问题：什么样的核苷酸组合可以被翻译成多肽片段？
- 1960 年 Matthei 31 岁德国人美国国家健康研究所老板 33 岁的 Nirenberg 试管中合成多肽将 ATP 和游离的氨基酸加入到从细胞中提取的核糖体、核酸和酶的混合物中问题：哪一种 RNA 可促进多肽的合成？
第19页：试管蛋白质合成系统
- 对 RNA 高度敏感及时检测多肽合成的试管实验系统在试管中加入了 ATP、游离的氨基酸、酶和核糖体及核糖体 RNA——没有蛋白质的合成 9.5 遗传密码的破译问题：需要其他带有遗传信息的 RNA？
- 列出 200 多种 RNA，烟草花叶病毒 RNA 神秘的蛋白质 Marianne Grunberg-Manago 方法人工合成 RNA 加入不同的酶、核糖体、 ATP、氨基酸加入 poly U、 poly A、 poly AUpoly U 产生了许多蛋白质问题： poly U 主要利用了哪些氨基酸呢？
第20页：polyU与苯丙氨酸的确定
不同的氨基酸分别加入到 poly U 试管系统中 5 天通宵达旦星期六早晨，熬红了眼的 Matthei 得到了答案： poly U 合成的肽链全部是苯丙氨酸（ Phe）世界上破译第一个遗传密码的人 9.5 遗传密码的破译问题：几个 U 决定一个苯丙氨酸的合成？
第21页：Nirenberg报告密码子研究成果
- Nirenberg 莫斯科第五届国际生物化学大会不善于推销自己小组会上 Meselson 认为非同小可 Francis Crick 全体大会上重新做学术报告 9.5 遗传密码的破译问题：几个 U 决定一个苯丙氨酸的合成？
- Nirenberg 全力组织其他遗传密码的破译 Matthei 回德国 Nirenberg 发现并定义了 3 个核苷酸为一个密码子决定一个氨基酸的翻译 Khorana 按需要连接任意核苷酸 ACACACACACACACthr-his-thr-his 链 ACA——苏氨酸的密码子 CAC——组氨酸的密码子
第22页：遗传密码的破译
1966 年， Nirenberg 和 Khorana 全部遗传密码字典 64 个密码子 61 个负责 20 种氨基酸翻译， 3 个无义密码子 Nirenberg 和 Khorana1968 年诺贝尔奖 9.5 遗传密码的破译
第23页：蛋白质的合成
- 细胞中蛋白质的合成是一个严格按照 m RNA 上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为 m RNA 的翻译。
- m RNA 的翻译需要有 m RNA、 t RNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。
- 翻译过程(即多肽链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止 3 个基本阶段。
- 9.6 蛋白质的合成
第24页：蛋白质的合成
蛋白质的合成过程
第25页：翻译过程中的肽链延伸
- 翻译过程中，由于每一个氨基酸是严格按照 m RNA 模板的密码序列被逐个合成到肽链上，因此， m RNA 上的遗传信息被准确地翻译成特定的氨基酸序列。
- 细胞质中，翻译是一个快速过程，一段 m RNA 可以相继与多个核糖体相结合，同时连续进行多条同一种新肽链的合成。
- 遗传信息流由 DNARNA 蛋白质流动。
- RNA 的自我复制，反转录
第26页：人类基因组计划的提出
1988 年，美国国家卫生院和能源部迄今为止在生命科学领域最宏大的研究计划—人类基因组计划主要内容是完成人体 23 对染色体的全部基因的遗传作图和物理作图，完成 23 对染色体上 30 亿个碱基的序列测定以美国为主、包括英国、法国、日本和中国多国科学家参加的国际合作计划 9.7 人类基因组计划
第27页：人类基因组计划的研究方法
人类基因组计划主要应用了 4 方面相互配合与补充的研究方法和技术： 1. 用 RFLP 等标记出包含大约 1 Mb 的超大片段进行定位作图 2. 用 RFLP 把超大片段分割成 10 多个包含 100kb 的大片段，做出它们的物理图 3. 用酵母人工染色体( YACs）或其他载体构建包含其中小片段的一系列重叠的克隆，约 0.5～1.0 Mb4. 对小片段逐个进行测序，进而实现对整个染色体的测序和作图
第28页：基因组测序的里程碑进展
- 1992 年，酵母 3 号染色体 DNA 的全部 315 357 个碱基序列的测定，这是人类完成的第一条真核生物染色体 DNA 的全序列。
- 1995 年，科学家们获得了人类第 3、第 16 和第 22 号染色体的高密度物理图。
- 1996 年，科学家们完成酵母其他 15 条染色体的碱基序列测定。
- 1997 年，大肠杆菌基因组序列测定宣告完成。
- 1999 年 12 月 1 日，科学家们宣布，人类第 22 号染色体，含 3.34×107 个碱基序列的测定已经全部完成，这是人类完成的第一条人类自身染色体的全序列测定。
- 2000 年 6 月 26 日，人类基因组工作框架图完成，标志着功能基因组时代的到来。
- 科学家们对人类基因组的性质和作用的认识在不断地深化。
- 未来：健康领域、基础科学研究领域……
第29页：本章摘要
- Griffith 和 Avery 通过著名的肺炎球菌实验提出了 DNA 是遗传物质， Hershey 和 Chase 通过噬菌体实验证实了这一结论。
- DNA 的复制以亲代的一条 DNA 为模板，在 DNA 聚合酶的作用下，按照碱基互补的原则，由 5‘向 3’方向合成另一条具有互补碱基的新链，复制的 DNA 子链与亲代双链完全相同（半保留复制）。
- 细胞中主要有 3 种 RNA。
