椤惧遗传学
第一章 遗传物质
第一节 遗传的物质基础
一、核酸
（一）核酸的组成成分 1.戊糖：核糖和脱氧核糖
2.碱基：一类是嘌呤[腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）]，为双环分子；另一类是嘧啶[胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）]，为单环分子。 PS：T只比U多了一 个甲基，可以看做是 U甲基化的结果，它 的化学性质比U更 稳定。
·在核酸中还存在少量其他修饰碱基，核酸中的修饰碱基多是4种主要碱基的衍生物，大多是甲基化碱基，都是在核酸生物合成后，酶促加工修饰而成。这些修饰碱基对核酸的生物功能具有重要的作用。tRNA的修饰碱基种类较多，如次黄嘌呤（I）、二氢尿嘧啶。
3.核苷：戊糖C-1′的羟基与嘧啶碱N-1或嘌呤碱N-9上的氢缩合连接成共价的β-N-糖苷键，形成核苷（即碱基+五碳糖）。由核糖组成的核苷为核糖核苷，用单符号(A、G、C、U)表示，由脱氧核糖构成的核苷，称脱氧核苷，则在单个符号前加一个d（dA、dG、dC、dT)。
4.核苷酸：是核苷的磷酸酯。脱氧核苷酸的糖上只有两个自由的羧基，只能生成3′-和5′-脱氧核苷酸。生物体内的游离核苷酸多为5′-核苷酸。
（二）核酸的结构 1.DNA的结构
（1）一级结构（所有核酸单链的合成方向：5′端→3′端）
构成DNA的脱氧核苷酸之间，由前一个脱氧核糖5′-磷酸形成与后一个脱氧核糖的3′-羟基形成3′，5′-磷酸二酯键，彼此相连而形成多脱氧核苷酸长链。这个长链有两个游离的末端：脱氧核糖5′-OH（称5′-末端）和脱氧核糖3′-OH末端（称3′-末端），长链由5′-末端向3′-末端延生。 5′端 3′端
5′ 5′
端 端
到 到
磷酸二酯键
3′ 3′
端 端
′端 3′端 5
△与磷酸二酯键有关的酶
DNA 形成 DNA连接酶、DNA聚合酶、逆转录酶 RNA 形成 RNA聚合酶、RNA复制酶 断开 限制酶（限制性核酸内切酶）、DNA酶（DNA水解酶） 断开 RNA酶（RNA水解酶）
（ 2）二级结构（DNA双螺旋结构）<具体文字见P22> ·每对碱基对间相隔0.34nm，绕中心轴每旋 转一圈有10个核苷酸，每隔3.4nm重复出现 同一结构，螺旋直径2nm。
·螺旋表面有一条大沟和一条小沟，这两条 沟对DNA和蛋白质的相互识别是很重要的。 ·有3种化学键维持DNA双螺旋结构：互补 碱基之间的氢键，碱基对之间的碱基堆集力， 以及主链上带负电的磷酸与溶液阳离子之间 的离子键，其中碱基堆集力起主要作用。
△不同构型的DNA ·在相对湿度为92%时得到的DNA钠盐纤维成为B型DNA， 生物体内天然状态的DNA几乎都以B-DNA存在；在相对湿 度低于75%时获得的DNA钠盐成为A型DNA，在高盐分或脱 水状态下DNA常以A型方式存在；Z型DNA是左手螺旋，天 B-DNA的局部区域可以出现Z-DNA结构，说明B-DNA和然 Z-DNA是可以相互转变的。
（3）三级结构（环状DNA及染色质DNA）
DNA的三级结构是指双螺旋DNA的扭 ADNA BDNA ZDNA 曲或再螺旋。超螺旋是DNA三级结构的基 本形式。
①环状DNA也有两种，环状单链DNA 和环状双链，一般存在于病毒、细菌和真 核生物的线粒体和叶绿体中，环状DNA一 般比线性DNA结合更紧密更稳定，储存的 遗传信息更多（重复序列）。原核生物的 拟核是大型环状DNA。
②真核细胞染色质和有些病毒DNA是 双螺旋线性分子，当线性DNA分子的两端 均固定时也可形成超螺旋结构。（具体内 容会在染色质方面进行详细说明）
△基因
·顺反子：编码一种多肽所需的最短的DNA片段。
通常情况下，真核基因是单顺反子基因（即一种mRNA只编码一种蛋白质），原核基因是多顺反子基因（即一条mRNA链编码几种功能相关联的蛋白质）。
·原核生物基因的结构（连续基因） ·真核生物基因的结构（断裂基因）
2.RNA的结构
RNA主要有三大类，分别是核糖体RNA（rRNA），占RNA总量的80%以上，是核糖体的主要成分，与mRNA结合有关，具转肽酶作用；转运RNA（tRNA），占总量的15%，在蛋白质的合成中搬运氨基酸；信使RNA（mRNA），占总量的5%，是合成蛋白质的模板。 （1）一级结构（mRNA）
一般原核mRNA直接转录生成，而真核mRNA首先形成的是分子大小极不均一的hnRNA，再加工成为成熟的mRNA。 ①原核生物mRNA的结构：存在一个mRNA多顺反子的情况。
②真核生物mRNA的结构：单顺反子；转录后需要进行加工：加帽、加尾、去内含子。 ·G帽：一个甲基化的鸟苷酸（G）。
作用：A.抗核酸酶的水解；B.与蛋白质合成起始有关；C.作为mRNA与核糖体小亚基结合的信号。 ·polyA：150~200个腺苷酸（A）顺序，即多聚腺苷酸。
作用：A.与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关，使mRNA分子穿过核膜进入细胞质；B.与mRNA的寿命有关，新合成的RNA其polyA链较长，而衰老的mRNA，polyA链缩短。 （2）二级结构（tRNA)
RNA的二级结构是指单链RNA自身回折，连内的互 补碱基对形成的局部双螺旋区与非配对的顺序形成的突 环相间分布的花形结构。
（3）三级结构（tRNA）<图见P24>
RNA的二级结构在细胞中还要进一步回折扭曲，以 使分子内部的自由能达到最小值。在二级结构中突环上 未配对的碱基，由于RNA链的再度扭曲而与另一突环上 的未配对的碱基相遇，形成新的氢键配对关系，其结果 使平面的二级结构变成立体的三级结构。tRNA的三叶形
的二级结构变成三级结构的倒L型。
△密码子与反密码子（P52) <1>遗传密码一共有64个，其中61个是氨基酸的密码、 <2>通用性：生物界共用一套遗传密码，但也有一些例外（如动物线粒体的部分密码）。 <3>密码是高度专一性的，但密码的第3个字母改变，往往不改变密码的意义，这与tRNA上反密码子的第一个字母常常是稀有碱基I（次黄嘌呤或甲基次黄嘌呤）有关。 ·摆动假说：在密码子与反密码子的配对中，前两对碱基严格配对，第三对具有一定的自由度。 反密码子第一位 密码子第三位 A C G U I U G C或U A或G A、C或U <4>简并性：存在一种以上编码同一种氨基酸的现象。 <5>不重叠性：多核苷酸链上任何两个相邻的，密码不共用任何核苷酸。 <6>tRNA上的反密码子与密码子的配对是通过碱基反向配对的，即 密码子 5′-AGC-3′(mRNA) 反密码子3′-UCG-5′(tRNA) 5′-GCU-3′(mRNA)
<7>偏好性：不同的生物，甚至同种生物不同的蛋白质编码基因，对简并密码子使用频率并不相同，具有偏好性。
二、染色质与染色体（P26-P27)
1.染色质的化学组成
染色质的主要成分是DNA和有关蛋白质（包括组蛋白和非组蛋白）及少量RNA。DNA和组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量则随着生理状态而变化。
·组蛋白：染色体的基本结构蛋白，是一类小分子碱性蛋白质，与酸性的DNA紧密结合，有五种类型：H1、H2A、H2B、H3、H4。
·非组蛋白：指在染色质中与特异的DNA序列相结合的蛋白质，包括以DNA作为底物的酶，也包括作用于组蛋白的一些酶（如DNA聚合酶和RNA聚合酶等）以及少量的结构蛋白，他们能帮助DNA分子折叠，以形成不同的机构域。 功能：参与染色体的构建、启动基因的复制、调控基因的转录等。（联系DNA的大沟和小沟）
2.染色质的结构
在电子显微镜下可看到染色质成串珠状的细丝，小珠称为核小体，是染色 质的基本结构单位。
（1）每个核小体单位包括200碱基对左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一分 子的组蛋白H1；
（2）组蛋白八聚体构成核小体的核心结构，由H2A、H2B、H3和H4各两分子组成； （3）DNA分子盘绕核小体7/4圈，共140个碱基对，称为核心DNA；
（4）一个分子H1与DNA结合，锁住核心DNA的进出口，从而稳定了核小体的结 构；
（5）两相邻核小体之间是一段连接DNA，含60个碱基对。 △常染色质与异染色质
·常染色质（间期染色浅；具转录活性）：指间期核内染色质纤维折叠压缩程 度低，处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。构成常染色质 的DNA主要是单一序列DNA和中度重复序列DNA（如组蛋白基因和tRNA基因）。 ·异染色质（间期染色深；不具转录活性）：指间期核内染色质丝包装折叠紧 密易被碱性染料染成深色，具有强嗜碱性的染色质。
①结构异染色质：是指各类细胞在整个细胞周期内处于凝集状态的染色质，多定 位于着丝粒区、端粒区，含有大量高度重复顺序的DNA；
②功能异染色质：只在一定细胞类型或在生物一定发育阶段凝集，如雌性哺乳动
物含一对X染色体，其中一条始终是常染色质，但另一条在胚胎发育的第16～18 天变为凝集状态的异染色质，该条凝集的X染色体在间期形成染色深的颗粒，称 为巴氏小体（Barr body）。 ※“莱昂氏假说” ：
（1）正常雌性哺乳动物体细胞中的两个X染色体之一在遗传性状表达上是失活的； （2）在同一个体的不同细胞中，失活的X染色体可来源于雌性亲本，也可来源于 雄性亲本；
（3）失活现象发生在胚胎发育的早期。
※例：玳瑁猫：黄色毛基因(b)是X连锁隐性基因，黑色毛基因(B)是它的显性等位基 因，雌性纯合体的毛色是黄色(bb)或黑色(BB)。而雌性杂合体(Bb)由于X染色体会在 胚胎发育早期随机失活，即一条X染色体高度卷曲（巴氏小体），失去生理活性，从 而导致细胞中只有一条X染色体上的基因表达，如果失活的是含b的X染色体则B 表现为黑色，若失活的是含B的染色体则b表现为黄色，由于猫的毛皮不同部位细胞 内X染色体失活是随机的，所以猫毛发的颜色呈斑驳状随机分布，成为黄、黑相间的 玳瑁色。
3.染色体的结构
染色体是染色质在分裂期紧密卷曲凝缩的结构形式。 ·染色体包装的四级结构