《遗传学》教案.doc

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1、遗传学教案参考数目：1.徐晋麟，徐沁，陈淳编著，现代遗传学原理，科学出版社2001年2.刘祖洞主编：遗传学(上，下)，高等教育出版社第二版19913.方宗熙编著：普通遗传学，科学出版社19794.赵寿元，乔守怡主编，现代遗传学，高等教育出版社，20035.王亚馥戴灼华：遗传学，高等教育出版社19996.浙江农业大学主编，遗传学（第二版），中国农业出版社，19867.WilliamS.Klug.MichaelR.Cummings.EssentialsofGenetics.（影印版），高等教育出版社，20028.Winter,G.I.遗传学(影印版)科学出版社，1999年9.D.PeterSnus

2、tad.MichaelJ.Simmons.PrinciplesofGenetics.(ThirdEdition).JohnWiley&Sons,Inc.2003遗传学是生命科学中重要的基础学科之一，直接探索生命的起源和生物进化的机理，同时又是一门紧密联系生产实际的基础学科，而且遗传学发展迅速，知识更新较快。现根据以上情况将该课程教案设计如下：第一章 绪论（2学时）本章以遗传的基本概念及遗传与变异的辩证统一关系为重点，论述遗传学的产生与发展，同时说明遗传学与生命科学中其它学科的关系以及在国民经济中的应用。一、目的和意义1.掌握遗传、变异的概念和遗传学的概念。2.熟悉遗传学研究内容和任务。3.了解

3、遗传学发展的主要阶段，以及有哪些重要的科学家做出了重大贡献。4.了解遗传学在国民经济中的地位，从工、农、医、环境保护等方面介绍遗传学的应用。二、重点内容：1、遗传与变异的关系。遗传与变异的辨证关系：遗传和变异是生物界的共同特征，它们之间是辩证统一的。生物如果没有变异，那么生物就不能进化，而遗传只是简单的重复；生物如果没有遗传，就是产生了变异也不能遗传下去，变异不能积累，变异就失去了意义。所以说，遗传与变异是生物进化的内因，但遗传是相对的，保守的，而变异是绝对的，发展的。2、基本概念：遗传学；遗传；变异。遗传学（Genetics）是研究生物遗传与变异规律的一门科学。遗传（heredity）是指生

4、物的繁殖过程中，亲代和子代各个方面的相似现象。变异（variation）是指子代个体发生了改变,在某些方面不同于原来的亲代。现代的观点：遗传学是研究生物体遗传信息的组成、传递和表达规律的一门科学，其主题是研究基因的结构和功能以及两者之间的关系，所以遗传学可称为基因学。3、遗传学研究的内容：随着遗传学的不断发展，遗传学研究的范围越来越广泛，它主要包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传物质的表达三个方面。a、遗传物质的结构：化学本质，它所包含的遗传信息、结构、功能、组织和变化；总体结构基因组的结构分析；遗传物质的改变（突变和畸变）b、遗传物质的传递：遗传物质的复制、在世代间的传递、染色体的行为、

5、遗传规律、基因在群体中的数量变迁。c、遗传物质的表达：基因的原初功能、基因的相互作用、基因和环境的作用、基因表达的调控以及个体发育中的基因的作用机制。4、遗传学与科学和生产的联系。遗传学与农牧业的关系a、提高农畜产品的产量：(1)改进品质：墨西哥小麦品种1970获得诺贝尔奖，印度推广后，5年内从1200万吨增至2100万吨(2)杂种优势的利用：玉米杂交种、水稻、家蚕。乳牛每年平均产奶4000公斤，而印度某些品种只有177公斤。b、动物性别控制：牛、蚕。c、定向控制遗传性状：固氮基因，丝蛋白基因，抗病基因.遗传学与工业的关系a、发酵工业：氨基酸、核苷酸的生产，如味精。b、医药工业：抗生素的生产，

6、青霉素，放线菌链霉菌。品种改良，产量成千成万倍地提高，青霉素的效价提高百倍。b基因工程.合成人脑激素、胰岛素、干扰素。c、设想：提取贵重属，处理“三废”遗传学与医学a、遗传性疾病：近四千种，血友病、糖尿病、先天愚型21对加1、产前检查、预防、基因工程。b、免疫遗传学遗传学与环境保护螺旋锥蝇、寄生昆虫，寄生在牲畜的伤口中，X射线，雄性不育的雄蝇（具有正常的交配能力，但不能产生正常的精子）拉圾处理，海洋污染。5、遗传学的产生和发展。A、遗传学的产生很早以前，我国人民在从事农业生产和饲养家畜中便注意到了遗传和变异的现象。春秋时代有“桂实生桂，桐实生桐”，战国末期又有“种麦得麦，种稷得稷”的记载。东汉

7、王充曾写道“万物生于土，各似本种”，并进一步指出“嘉禾异种常无本根”，认识到了变异的现象。此后古书中还有“桔逾淮而北为枳”、“牡丹岁取其变者以为新”等，这说明古代人民对遗传和变异有了粗浅的认识，但由于种种原因没能形成一套遗传学理论。但直到19世纪才有人尝试把积累的材料加以归纳、整理和分类，并用理论加以解释，对遗传和变异进行系统研究。代表人：达尔文（Darwin，18091882）：进化论学者，英国的博物学家，为了解释生物的遗传现象，他提出了“泛生论”的假说（hypothesisofpangenesis）。他假设：生物的各种性状，都以微粒“泛因子”状态通过血液循环或导管运送到生殖系统，从而完成性

8、状的遗传。限于当时的科学水平，对复杂的遗传变异现象，他还不能做出科学的回答。虽然如此，达尔文学说的产生促使人们重视对遗传学和育种学的深入研究，为遗传学的诞生起了积极的推动作用。魏斯曼（Weismann，18341914）：种质学说（germplasmtheory）。认为多细胞生物体内由种质和体质两部分组成，体质是由种质产生的，种质在世代中是连绵不断的。环境只能影响体质，而不能影响种质，后天获得性不能遗传。魏斯曼的种质论使人们对遗传和不遗传的变异有了深刻的认识，但是他对种质和体质的划分过于绝对化。孟德尔（Mendel，18221884）：奥地利。根据前人工作和8年豌豆试验，提出了遗传因子分离和重

9、组的假设。认为生物的性状由体内的遗传“因子”（factor）决定，而遗传因子可从上代传给下代。他应用统计方法分析和验证这个假设，对遗传现象的研究从单纯的描述推进到正确的分析，为近代颗粒性遗传理论奠定了科学的基础。文章发表于1866年，但当时未能引起重视。1900年三位科学家（德国的Correns、荷兰的De.Vries和奥地利的Tschermak）分别用不同材料不同地点试验得出跟孟德尔相同的遗传规律，并重新发现了孟德尔被人忽视的重要论文，1906年who首先提出了遗传学。他将三位科学家重新发现孟德尔遗传规律的1900年定为遗传学的诞生年。B、遗传学的发展1866年孟德尔遗传因子学说，揭示了分离

10、和自由组合定律，后被人总结为孟德尔定律；1903年萨顿（Sutton）和博韦里（Boveri）首先发现了染色体的行为与遗传因子的行为很相似，提出了染色体是遗传物质的载体的假设，即染色体学说；1909年约翰逊（Johannsen）称遗传因子为基因（gene），此外他还创立了基因型（genotype）和表现型（phenotype）的概念，把遗传基础和表现性状科学地区别开来；1910年摩尔根（Morgan）和他的学生用果蝇为材料，研究性状的遗传方式，进一步证实了孟德尔定律，并把孟德尔所假设的遗传因子（后称为基因）具体落实在细胞核内的染色体上，从而建立了著名的基因学说（genetheory）。他们还得

11、出连锁互换定律，确定基因直线排列在染色体上。摩尔根所确立的连锁互换定律与孟德尔的分离和自由组合定律共称为遗传学三大基本定律。此后的遗传学就以基因学说为理论基础，进一步深入到各个领域进行研究，建立了众多的分支和完整的体系，并日趋复杂和精密。由于原子能的发现和利用发展了辐射遗传学。1927年，缪勒（Muller）在果蝇中，斯塔德勒（Stadler）在玉米中各自用X射线成功地诱导基因突变，使遗传学的研究从研究遗传的规律转到研究变异的起源，开始了人工诱变的工作，进一步丰富了遗传学的内容，为育种实践提供了更多的依据。此外由于统计学的发展，建立了群体遗传学。20世纪40年代以后，遗传学开始了一个新的转折点

12、，这表现在两方面：一是理化诱变，二是普遍以微生物作为研究对象来代替过去常用的动植物，由细胞遗传学时期进入微生物遗传学时期。1940年以后，比德尔（Beadler）与其同事在红色面包霉上进行了大量工作，系统地研究了生化合成与基因的关系，提出了“一个基因一个酶”的理论，证明基因通过它所控制的酶决定着生物代谢中的生化反应步骤，进而决定着遗传性状。1944年埃弗里（Avery）等人的细菌转化试验有力地证明了遗传物质为去氧核糖核酸（DNA）；1957年法国遗传学家本兹尔（Benzer）以T4噬菌体为材料，在DNA分子结构的水平上，分析研究了基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）学说。顺反子的

13、概念打破了过去经典遗传学关于基因是突变、重组、决定遗传性状差别的“三位一体”的概念，把基因具体化为DNA分子上的一段核苷酸顺序，它负责遗传信息的传递，是决定一条多肽链的完整的功能单位。但它又是可分的，它内部的核苷酸组成或排列，可以独自发生突变或重组，而且基因同基因之间还有相互作用，且排列位置不同，会产生不同的效应。所有这些均是基因概念的重大发展。1953年美国分子生物学家沃森（Watson）和英国分子生物学家克里克（Crick）根据X射线衍射分析提出了著名的DNA右手双螺旋结构模型，更清楚地说明了基因组成成分就是DNA分子，它控制着蛋白质的合成过程。基因的化学本质的确定，标志着遗传学又进入了一

14、个新阶段分子遗传学发展的新时代；1961年法国分子遗传学家雅各布（Jacob）和莫诺（Monod）在研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制中还发现有结构基因和调节基因的差别，发现原核生物“开”和“关”的机制，提出了操纵子（operon）学说从而更深刻地揭露了基因的活动，生物就是通过一整套相互制约的基因，使生物在不同的环境下，表现出不同的遗传特性，适应各种复杂的环境条件；1961年开始美国生化学家尼伦伯格（Nirenberg）和印度血统的美国生化学家科拉纳（Khorana）等人逐步搞清了基因以核苷酸三联体为一组编码氨基酸，并于1967年完成了全部64个遗传密码的破译工作。遗传密码的发现，把生物界统一起来

15、，遗传信息的概念把基因的核酸密码和蛋白质的合成联系起来。从而提出了遗传信息传递的中心法则（centraldogma），揭示了生命活动的基本特征。1968年史密斯、阿伯和内森等人发现并提出能切割DNA分子的限制性内切酶（restrictionenzyme），为基因拼接工作铺平了道路。1970年美国病毒学家特明在劳斯肉瘤病毒体内发现一种能以RNA为模板合成DNA的酶叫“反转录酶”（reversetranscriptase），这一发现不仅对研究人类癌症具有重要意义，而且进一步发展和完善了“中心法则”。1973年美国遗传学家伯格（Berg）第一次把两种不同生物的DNA（SV40和噬菌体的DNA）人工地

16、重组在一起，首次获得了杂种分子，建立了DNA重组技术。以后，美国的科恩又把大肠杆菌的两种不同质粒重组在一起，并把杂种质粒引入到大肠杆菌中去，结果发现在那里能复制出双亲质粒的遗传信息。从此，基因工程的研究便蓬勃发展起来。在理论方面，由于DNA重组、基因克隆、碱基序列的分析以及分子杂交等技术的建立和应用，为研究基因的结构和功能、表达和调控等方面提供了有力的手段，导致了70年代以来分子遗传学获得的一系列重大发现。总之，三联体密码的确定、中心法则的建立以及蛋白质和核酸的人工合成，基因内部精细结构的揭示，基因活动的调节和控制原理的发现，突变分子基础的阐明等，使遗传学的发展走在了生物科学的前列。同时，它的

17、影响也渗透到生物学的每一学科中，成为生物科学和分子生物学的中心学科。6、遗传学研究的任务就是研究生物的遗传变异现象，深入探讨它们的本质，并利用所得成果，能动地改造生物，更好地为人类服务。三、难点内容：遗传与变异的关系。四、参考文献：刘祖洞，1994，遗传学，第二版，北京，高等教育出版社王亚馥，于先觉，1989，普通遗传学，武汉，武汉大学出版社王亚馥，戴灼华，1999，遗传学，北京，高等教育出版社GriffithA.J.F.etal.1999,AIntroductiontoGeneticAanlysis.7thed.NewYork:W.H.FreemanandCompany第二章遗传的细胞学基础

18、（4学时）掌握生命的基本单位，染色体的结构、类型、数目，同源染体，细胞周期，减数分裂的概念、遗传学意义，有丝分裂与减数分裂的比较。了解细胞的类别、大小与形态，质膜、细胞器、细胞核的结构和功能，多级螺旋模型，性染色体与常染色体，核型，有丝分裂的过程，减数分裂的过程，精卵细胞的生成，染色体周期性变化。一、目的和意义通过对细胞的基本结构和功能的讲解为基础，使学生能了解原核细胞和真核细胞的基本结构及区别，同时掌握有丝分裂和减数分裂的过程及其在遗传学中的意义。二、重点内容1、减数分裂的过程、特点及意义。过程：减数分裂I前期I细线期：核内出现了染色体，染色体细、长，呈丝状，在核内缠绕在一起，镜检呈看不出染

19、色体的个体形态。偶线期：染色体变短变粗，同源染色体相互吸引，相互靠拢，这个过程叫配对，也叫联会（先从两端开始，很快配对完成）。镜检仍呈丝状结构，看不出染色体的个体形态。互相配对的同源染色体叫二价体。二价体中有四条染色单体，又称四分体。同源染色体中不同着丝点连的染色单体之间互称非姊妹染色单体。粗线期：陪对的染色体进一步变短变粗，非姊妹染色单体之间相应的部位发生断裂，错接，这个过程叫交换或互换或重组。发生染色体片段的交换和互换，必然导致基因的互换和交换，只是个别细胞的个别染色体发生这样的变化。双线期：染色体继续变短变粗，同源染色体之间相互排斥，使同源染色体分开，但因有的同源染色体发生交叉，则出现交

20、叉缠绕，向两极移动，称为交叉端化。可看到四个染色单体。终变期：染色体最短最粗，均匀地分布在细胞核里面。有的呈圆圈，有的呈8字型。中期I：标志为核仁解体，核膜消失。变化为染色体移动到赤道面上，实际上是着丝粒排列在赤道面的两侧。同源染色体之间在赤道面的上下排列是随机的。后期I：染色体在纺锤丝的牵引下，同源染色体分开，以着丝点为先导，分别移向两极（此时有丝分裂的着丝粒分裂，原来的染色单体变为染色体。而减数分裂着丝粒不分裂，使到达两极的染色体数目减半。没有着丝粒的复制，同源染色体分开，分别进入不同的极，非同源染色体在两极自由组合，实际到达两极的组合就非常多）。末期I：染色体到达两极后，核膜出现，出现两

21、个子细胞（称为二分孢子）。间期：没有DNA的复制，时间长短不同。减数II分裂就是一种有丝分裂，分前期II、中期II，后期II，末期II四个时期。减数分裂的特点和意义：减数分裂是形成性细胞时所进行的一种细胞分裂，染色体经过一次复制，细胞连续两次分裂，结果形成的子细胞的染色体数为母细胞的一半，由2n变为n。通过配子结合，染色体又恢复到2n。这样保证了有性生殖时染色体的恒定性，从而保证了生物上下代之间遗传物质的稳定性和连续性，也保证了物种的稳定性和连续性。另一方面，由于同源染色体分开，移向两极是随机的，加上同源染色体的交换，大大增加了配子的种类，从而增加了生物的变异性，提高了生物的适应性，为生物的发

22、展进化提供了物质基础。2、基本概念联会减数分裂过程中同源染色体的配对。二价体联会的一对同源染色体。性染色体随性别不同而有差别的染色体。常染色体除性染色体以外的染色体均为常染色体。同源染色体二倍体生物的体细胞核中的染色体在形态、大小、结构相同的一对染色体称为同源染色体。其中一条来自父本，一条来自母本。单倍体一种生物的染色体基数，即性细胞的染色体数。3、细胞的结构和功能：细胞膜的组成、特点；细胞质（线粒体植物细胞特有、叶绿体、核糖体-合成蛋白质场所、细胞核-核膜、核仁、核液、染色质、染色体-形态、数目；细胞膜细胞最外面一层膜状结构，也叫质膜。厚度75100埃，是由类脂分子和蛋白质组成。主要功能有：

23、使细胞和外界分开，具保护细胞的功能。使细胞保持一定的形态功能。和细胞的吸收、分泌、内外物质的交流、细胞的识别等有密切关系。植物细胞在膜的外面还有一层细胞壁。细胞质细胞质是细胞膜内包含的胶体状物质，在真核生物细胞内有细胞核与细胞质的分化，而细胞质中又包含一些功能不同、形态各异、具有各自独特的化学组分，有的还能进行自我复制的结构，即细胞器。主要有：线粒体除细菌和蓝绿藻外，普遍存在于动植物细胞中，呈球型或杆状。由外膜（无基粒）、内膜（基粒）和基质组成。含有丰富的氧化酶系，在细胞呼吸和能量转化上有非常重要的作用。线粒体含有自身的DNA，在GC含量上与核DNA成分不同，而且不与组蛋白结合，呈环状DNA。

24、不同生物线粒体DNA长度不同，动物细胞中约5m，原生动物或植物细胞中较长。线粒体内还有核糖体，能合成蛋白质，并有自身复制的能力。因此，线粒体在遗传上有一定的自主性。叶绿体植物细胞内特有的细胞器，为双层膜结构。由内囊体，基粒，基粒片层，基质片层构成，含有色素、水溶性酶类，无机离子，淀粉粒，核糖体等，是光合作用的场所。叶绿体也有自身的DNA，能进行分裂增殖，在遗传上也具有一定的自主性。内质网除原核细胞如细菌等及人体成熟红细胞外，内质网广泛分布在各种细胞中。为双层膜结构，有的平行排列成片层状，有的部分具分支连通成网状、细管等，接近细胞核处可以和核膜通连，靠近细胞外膜部分可以和细胞膜相接。可分为平滑内

25、质网和颗粒内质网。在核糖体上合成蛋白质所需的原料和产物，都由内质网来输送。高尔基体单层膜包被的扁平囊泡或小盘，有分泌，聚集，贮存和转运细胞内物质的作用。核糖体普遍存在于活细胞内，由大小不等的两个亚基组成，在细胞中数量很大。真核生物中为80S（S为沉降单位，S值可反映出颗粒的大小、形状和质量等），原核细胞和线粒体、质体中则为70S。核糖体可以游离在细胞质或核内，也可以附在内质网上，或者有规律地沿mRNA排列成一串念珠状的多聚核糖体。核糖体是细胞内合成蛋白质的场所。中心粒动物及低等植物细胞内，位于核的附近，它包括一对互相垂直的短筒状中心粒及其外围一个称为中心质的明亮区域所组成。中心粒与细胞分裂时纺

26、锤体的排列方向和染色体的去向有关。细胞核不是所有细胞都有细胞核。含有细胞核的细胞称为真核细胞，没有细胞核的细胞称为原核细胞。原核细胞虽然没有细胞核结构，但一般含有和真核细胞细胞核一样的物质，所以叫拟核。植物筛管和动物红细胞成熟后核消失。真核细胞一般只有一个核，但某生物的某些细胞或某时期含有两个或两个以上的细胞核。如草履虫有3个核（1大，负责营养；2小，负责生殖），在进行有性生殖时，分裂产生8个核。小麦花粉的雄配子体有3个核，8核的胚囊叫雌配子体。细胞核一般为圆形或椭圆形，大小一般占细胞的1020%。细胞核由核膜、核仁、核液和染色质组成。染色质间期（两次细胞分裂之间的时期）细胞核里能被碱性染料染

27、色的网状结构（分裂期为染色体）。组分：DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白，比例为1：0.05：1：0.51.5。显微镜下观察染色不均匀，这种染色质着色深浅不同的现象叫异固缩。着色浅部位的染色质叫常染色质，着色深的叫异染色质。4、有丝分裂和减数分裂的比较有丝分裂减数分裂体细胞的分裂方式性细胞的分裂方式母细胞染色体一次复制，一次分裂母细胞染色体一次复制，二次分裂每周期产生2个子细胞每周期产生4个子细胞子细胞染色体数目与母细胞相同子细胞染色体数目是母细胞的一半没有联会、交叉和互换有联会、交叉和互换子细胞的遗传成分与母细胞相同子细胞的遗传成分与母细胞不同三、难点内容减数分裂的过程四、课程的时间分配第一节

28、细胞的构造1、细胞膜，2、细胞质，3、细胞核第二节染色质和染色体1、染色质，2、染色体：数目、大小、形态特征，3、染色体组第三节细胞分裂1、细胞周期，2、有丝分裂，3、减数分裂，4、减数分裂的特点及意义。第四节生物的生殖1、植物有性生殖，2、动物有性生殖五、参考文献张建民编著，2005，现代遗传学，北京，化学工业出版社美S.L.埃尔罗德W.斯坦斯菲尔德，2004，北京，科学出版社英P.C.温特G.I.希基H.L.弗莱彻，2003，北京，科学出版社第三章遗传物质的分子基础（5学时）本章以遗传物质为主线，讲解了遗传物质的组成、复制与传递规律。主要内容包括：核酸是遗传物质的证据及其复制规律；染色体的

29、分子结构。一、目的和意义通过对本章的讲解使学生知道为什么说核酸是遗传物质；同时清楚的明白核酸的复制、转录、逆转录的过程及联系和特点。同时掌握真核细胞染色体和原核细胞染色体的区别。二、重点内容1、DNA作为遗传物质的证据：间接证据：a.DNA含量恒定性。配子DNA=1/2体细胞，蛋白质含量是不恒定的。b.DNA代谢稳定性。c.DNA是所有生物染色体所共有的。d.UV激发最有效波长是2600Ao，与DNA所吸收的UV光谱是一致的。直接证据a.细菌的转化b.噬菌体侵染与繁殖2、核酸的化学结构：化学结构；DNA分子结构；DNA的双螺旋结构及特点；DNA的不同构型。(1)两种核酸及其分布核酸：一种高分子

30、化合物，核苷酸的多聚体。有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。核苷酸的构成：五碳糖；磷酸；环状含氮碱基(2)DNA的双螺旋结构及特点ADNA分子是由两条多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行于同一轴上，很像一个扭曲的梯子。BDNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接（手拉手）构成基本骨架，也就是梯子的两扶手。c两扶手的走向为反向平行。d梯子的横档为排列在内侧的碱基，碱基通过氢结合，并以互补配对原则配对，A-T，C-G，(3)DNA的不同构型a、B-DNA：为DNA在生理状态下的构型，右手双螺旋构型（沃森和克里克模型），每螺旋为10个核苷酸对。b、A-DNA：为DNA的脱水

31、构型，右手螺旋，每螺旋为11个核苷酸对。c、Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含12个核苷酸对。3、DNA的复制过程和特点（1）DNA双螺旋的解旋DNA在复制时，其双链首先解开，形成复制叉，而复制叉的形成则是由多种蛋白质及酶参与的较复杂的复制过程a单链DNA结合蛋白（singlestrandedDNAbindingprotein,ssbDNA蛋白）ssbDNA蛋白是较牢固的结合在单链DNA上的蛋白质。原核生物ssbDNA蛋白与DNA结合时表现出协同效应：若第1个ssbDNA蛋白结合到DNA上去能力为1，第2个的结合能力可高达103；真核生物细胞中的ssbDNA蛋白与单链DNA结合时则不表现上述效

32、应。ssbDNA蛋白的作用是保证解旋酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，它以四聚体的形式存在于复制叉处，待单链复制后才脱下来，重新循环。所以，ssbDNA蛋白只保持单链的存在，不起解旋作用。bDNA解链酶（DNAhelicase）DNA解链酶能通过水解ATP获得能量以解开双链DNA。这种解链酶分解ATP的活性依赖于单链DNA的存在。如果双链DNA中有单链末端或切口，则DNA解链酶可以首先结合在这一部分，然后逐步向双链方向移动。复制时，大部分DNA解旋酶可沿滞后模板的53方向并随着复制叉的前进而移动，只有个别解旋酶（Rep蛋白）是沿着35方向移动的。故推测Rep蛋白和特定DNA解链酶是分别在

33、DNA的两条母链上协同作用以解开双链DNA。cDNA解链过程DNA在复制前不仅是双螺旋而且处于超螺旋状态，而超螺旋状态的存在是解链前的必须结构状态，参与解链的除解链酶外还有一些特定蛋白质，如大肠杆菌中的Dna蛋白等。一旦DNA局部双链解开，就必须有ssbDNA蛋白以稳定解开的单链，保证此局部不会恢复成双链。两条单链DNA复制的引发过程有所差异，但是不论是前导链还是后随链，都需要一段RNA引物用于开始子链DNA的合成。因此前导链与后随链的差别在于前者从复制起始点开始按53持续的合成下去，不形成冈崎片段，后者则随着复制叉的出现，不断合成长约23kb的冈崎片段。（2）冈崎片段与半不连续复制因DNA的

34、两条链是反向平行的，故在复制叉附近解开的DNA链，一条是53方向，另一条是35方向，两个模板极性不同。所有已知DNA聚合酶合成方向均是53方向，不是35方向，因而无法解释DNA的两条链同时进行复制的问题。为解释DNA两条链各自模板合成子链等速复制现象，日本学者冈崎（Okazaki）等人提出了DNA的半连续复制（semidiscontinuousreplication）模型。1968年冈崎用3H脱氧胸苷短时间标记大肠杆菌，提取DNA，变性后用超离心方法得到了许多3H标记的，被后人称作冈崎片段的DNA。延长标记时间后，冈崎片段可转变为成熟DNA链，因此这些片段必然是复制过程中的中间产物。另一个实验

35、也证明DNA复制过程中首先合成较小的片段，即用DNA连接酶温度敏感突变株进行试验，在连接酶不起作用的温度下，便有大量小DNA片段积累，表明DNA复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段，然后再由连接酶链成大分子DNA。一般说，原核生物的冈崎片段比真核生物的长。深入研究还证明，前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界具有普遍性，故称为DNA双螺旋的半不连续复制。（3）复制的引发和终止所有的DNA的复制都是从一个固定的起始点开始的，而DNA聚合酶只能延长已存在的DNA链，不能从头合成DNA链，新DNA的复制是如何形成的？经大量实验研究证明，DNA复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一

36、段RNA引物，再由聚合酶从RNA引物3端开始合成新的DNA链。对于前导链来说，这一引发过程比较简单，只要有一段RNA引物，DNA聚合酶就能以此为起点，一直合成下去。对于后随链，引发过程较为复杂，需要多种蛋白质和酶参与。后随链的引发过程由引发体来完成。引发体由6种蛋白质构成，预引体或引体前体把这6种蛋白质结合在一起并和引发酶或引物过程酶进一步组装形成引发体。引发体似火车头一样在后随链分叉的方向前进，并在模板上断断续续的引发生成滞后链的引物RNA短链，再由DNA聚合酶III作用合成DNA，直至遇到下一个引物或冈崎片段为止。由RNA酶H降解RNA引物并由DNA聚合酶I将缺口补齐，再由DNA连接酶将每

37、两个冈崎片段连在一起形成大分子DNA.。4、DNA的遗传密码和翻译：遗传密码；蛋白质的结构和组成；RNA的类型和功能；蛋白质的合成过程（原核和真核）。将mRNA的碱基顺序依次翻译成特定的肽链，这一过程即为翻译。(1) 蛋白质合成起始物的形成和氨基酸活化。mRNA从细胞核进入细胞质后，附在rRNA上并开始形成起始物。起始物包括核糖体的大小亚基，起始tRNA和几十个蛋白合成因子，在mRNA编码区5端形成核糖体mRNA起始tRNA复合物。原核生物和真核生物的起始物略有不同。原核生物的起始tRNA是fMettRNA，(fMet,formylmethionine,甲酰甲硫氨酸)真核生物的起始tRNA是M

38、ettRNA。原核生物种30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMettRNA相结合，最后与50S大亚基结合；在真核生物中，40S小亚基首先与MettRNA相结合，再与模板mRNA结合,最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMettRNA起始复合物。起始物生成除需要GTP提供能量外，还需要Mg2+、NH4+及三个起始因子(IF1、IF2、IF3)在起始tRNA中，无论是fMet还是Met（甲硫氨酸）均是第一个参与蛋白质合成的氨基酸，它们和所有参与蛋白质合成的氨基酸一样首先必须被活化，所以在起始复合物形成前氨基酸先需活化。氨基酸活化后才能形成AAtRNA。在翻译过程中，是由氨酰tRNA将氨

39、基酸携带到核糖体。(2)肽链的起始原核生物和真核生物肽链的起始及延伸基本相似。(3)肽链的延伸和终止30S起始复合物形成之后在形成70S复合物过程中第一个fMettRNAfMet，放在大亚基的P位点，70S复合物形成之后，第二个AAtRNA在延伸因子EFTU及GTP的存在下，生成AAtRNA、EFTUGTP复合物，结合到大亚基的A位点上。此时GTP被水解，EFTUGTP被释放，通过延伸因子EFTS和GTP获得再生，形成EFTUGTP复合物。落在A位上的第二个氨基酸是通过核糖体沿mRNA53移动即阅读，读出第二个遗传密码，据该密码第二个氨基酸方可上到A位上，即A位上就被带有和该密码子互补的反密码

40、子的tRNA所占据，该AAtRNA以它的反密码子和mRNA的密码子以氢键连接起来，它所带的氨基酸就是即将生成肽链的第二个氨基酸。至于fMettRNAfMet为什么不能首先到第A位上，这是因为EFTU只能和fMettRNA以外的其他AAtRNA起反应，所以起始tRNA不能落在A位上，这也是mRNA内部的AUG不会被起始tRNA读出，肽链中也不会出现甲酰甲硫氨酸的原因。a肽链的生成和移位经上述作用后在该核糖体mRNAAAtRNA复合物中的AAtRNA占据着A位，fMettRNAfMet占据着P位。在肽转移酶的作用下，P位上的甲酰甲硫氨酸脱离tRNAfMet，而与A位上的tRNA所带的氨基酸的3方向

41、移动（阅读）一个密码的距离，结果P位上的tRNAfMet脱离P位，成为自由的tRNA，A位上的二肽转移到P位上，A位空出，A位面对mRNA的一个新密码子，于是带有与该密码子互补的反密码子的氨酰tRNA进入A位。核糖体继续“阅读”，P位上的二肽脱离tRNA而连到A位的tRNA所带的氨基酸上，此时就有了三肽链，核糖体继续“阅读”下去，循环不止。b肽链的终止肽链延伸过程中，当终止密码子UUA、UAG或UGA出现在核糖体A位时，没有相应的AAtRNA能与之结合，而释放因子能识别这些密码子并与之结合，激活肽基转移酶，水解P位上的多肽链与tRNA之间的链，新生的肽链和tRNA从核糖体上释放，完成多肽链的合

42、成。5、基本概念：基因：染色体上的片段，确定生物的性状。转化：一种生物的dna转移并参入到另一种生物的细胞内。密码子：由rna三个核苷酸（碱基）组成的一个单位，这个单位可翻译成一个氨基酸。半保留复制：dna的复制方式。先是dna双链分开成单链，然后以每条单链为模板各自合成与模板互补的新单链，形成与原来母链相同的两条子链。中心法则：是关于dna、rna、蛋白质三者功能相互关系的概念。是指在大多数情况下，遗传信息从dna传给dna的复制过程，以及遗传信息从dna传递给rna，再由rna通过转录和翻译确定蛋白质特异性的过程。转录：以一条dna链为模板，合成互补的rna。翻译：根据mrna上的碱基顺序

43、，在核糖体上形成多肽。简并：一个氨基酸有两个以上的密码子。6、mRNA的转录过程及特点(1)转录(transcription)活细胞内蛋白质氨基酸排列顺序由DNA所带的遗传信息控制，DNA中遗传信息的表达必须经过中介产物，即转移到信使RNA上，这个过程叫转录。由mRNA再将这些信息转移到蛋白质合成系统中，合成蛋白质的过程称为翻译（translation）。mRNA合成过程和DNA复制一样，需要多种酶催化，从DNA合成RNA的酶称RNA聚合酶(RNApolymerase)。真核细胞rnRNA转录需要RNA聚合酶II。DNA双链分子转录成RNA的过程是全保留式的，即转录的结果产生一条单链RNA，D

44、NA仍保留原来的双链结构。转录的第一步是RNA聚合酶II和启动子(promotor)结合。启动子是DNA链上的一段特定的核苷酸序列，转录起点即位于其中。然而RNA聚合酶II本身不能和启动子结合，只有在另一种称为转录因子的蛋白质与启动子结合后，RNA聚合酶才能识别并结合到启动子上，使DNA分子的双链解开，转录就从此起点开始。解开的DNA双链中只有一条链可以充当转录模板的任务，RNA聚合酶II沿着这一条模板链由3端向5端移行，一方面使DNA链陆续解开，同时将和模板DNA上的核苷酸互补的核苷酸序列连接起来形成53的RNA，RNA聚合酶只能在DNA的3连接新的核苷酸，即mRNA分子按53方向延长，这就

45、说明了为什么DNA两条链中只有一条可作为模板。当RNA聚和酶沿模板链移行到DNA上的终点序列后，RNA聚合酶即停止工作，新合成的RNA陆续脱离模板DNA游离于细胞核中。(2)加工转录出来的RNA必须经过加工方能变为成熟的mRNA。mRNA的前体是分子较大的hnRNA（heterogeneousnuclearRNA，核内不均一RNA）。真核细胞中的hnRNA5端要连上一个甲基化的鸟嘌呤，这就是mRNA的5端帽子。该帽子由下述功能：使mRNA免遭核酸酶的破坏；使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质；被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质合成。在mRNA3端需要加上poly(A)序列的

46、尾巴，其长度因mRNA种类不同而不同，一般为40200个左右的碱基，有两个功能：它是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的；提高mRNA在细胞质中的稳定性。HnRNA链上还含有不编码氨基酸的内含子和编码氨基酸的外显子。mRNA戴上甲基鸟苷“帽子”，加上poly(A)“尾巴”，并且在切除内含子后把所有外显子连接起来才能成为成熟的mRNA。三、难点内容1、DNA的复制过程。2、蛋白质的合成过程。3、RNA的转录过程。四、课程的时间分配第一节DNA作为主要遗传物质的证据1、间接证据2、直接证据第二节核酸的化学结构1、DNA的分子结构2、染色体的分子结构第三节DNA的复制1、一般特点：半保留复制2、原核生

47、物DNA的合成3、真核生物DNA的合成第四节RNA的转录和加工1、RNA分子的种类2、RNA合成的特点3、原核生物和真核生物的RNA转录和加工第五节遗传密码与蛋白质翻译1、遗传密码2、蛋白质的合成3、中心法则五、参考文献吴乃虎，2001，基因工程原理，北京，科学出版社徐晋麟，徐沁，陈淳，2001，现代遗传学原理，北京，科学出版社王亚馥，戴灼华，1999，遗传学，北京，高等教育出版社KlugW.S.CummingsM.R,2002,EssentialsofGenetics4thed.PearsonEducation第四章孟德尔遗传（4学时）本章主要介绍分离规律、独立分配规律，重点介绍研究方法，掌握等位基因的传递规律和分离规律的本质，引导学生如何发现规律，同时分离规律在实践中的应用。同时介绍有关孟德尔遗传规律的补充以及遗传学数据的统计处理。一、目的和要求1.掌握分离规律和自由组合规律的基本概念、内容、实质及验证方法。2.理解掌握遗传学数据的统计处理方法