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遗传的分子基础第1页，此课件共79页哦一、基因和一、基因和DNAn1.DNA和染色体和染色体n遗传学研究表明：一条染色体只含有一遗传学研究表明：一条染色体只含有一条条DNA的双螺旋，具体地说，一条染色的双螺旋，具体地说，一条染色单体含有一条单体含有一条DNA双螺旋。双螺旋。n染色体的长度比染色体的长度比DNA短，其宽度比短，其宽度比DNA双链长，所以双链长，所以DNA双链分子在染色体中双链分子在染色体中是盘绕又盘绕，高度的卷曲的。是盘绕又盘绕，高度的卷曲的。第2页，此课件共79页哦一、基因和DNAn2.基因是基因是DNA分子上的一个片段分子上的一个片段nDNA分子最短的约有分子最短的约有4000个核苷酸，最个核苷酸，最长的约有长的约有40亿个核苷酸。一个基因大约亿个核苷酸。一个基因大约有有5006000个核苷酸。个核苷酸。n研究表明，并不是研究表明，并不是DNA分子上任一含有分子上任一含有几千个核苷酸的区段就是一个基因，而几千个核苷酸的区段就是一个基因，而是一个特定的区段，是由若干个核苷酸是一个特定的区段，是由若干个核苷酸组成的具有特定序列的区段。组成的具有特定序列的区段。第3页，此课件共79页哦（1）RNA的核苷酸顺序和蛋白质的氨基的核苷酸顺序和蛋白质的氨基酸顺序完全对应。酸顺序完全对应。（2）每个基因的起始密码子是）每个基因的起始密码子是AUG，而，而终止密码子是终止密码子是UAA或或UAG。（3）基因之间有基因区间，区间并不含有）基因之间有基因区间，区间并不含有遗传信息。遗传信息。第4页，此课件共79页哦3.从分子水平上说明基因的三个基本特从分子水平上说明基因的三个基本特性性n基因的自体复制：基因的自体复制：n基因决定性状：基因决定性状：n基因的突变：基因的突变：第5页，此课件共79页哦二、一个基因一个酶的假说二、一个基因一个酶的假说nGeorgeWBeadle和和EdwardLTatum于于1941年系统提出了一个基因一个酶的年系统提出了一个基因一个酶的假说，来说明基因和酶之间的精确关系，假说，来说明基因和酶之间的精确关系，他们因这一发现而于他们因这一发现而于1958年获得了诺贝年获得了诺贝尔奖。尔奖。第6页，此课件共79页哦链孢霉精氨酸依赖型的链孢霉精氨酸依赖型的不同菌株对添加的氨基酸的反应不同菌株对添加的氨基酸的反应 添加的氨基酸添加的氨基酸 菌株菌株 鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸I I 生长生长II II 生长生长生长生长IIIIII生长生长 生长生长生长生长第7页，此课件共79页哦菌株菌株：基因：基因O突变；突变；菌株菌株：基因：基因C突变；突变；菌株菌株：基因：基因A突变。突变。第8页，此课件共79页哦三、人的先天代谢缺陷三、人的先天代谢缺陷n（一）苯丙氨酸代谢过程障碍导致的几（一）苯丙氨酸代谢过程障碍导致的几种遗传病种遗传病n图示：苯丙氨酸的几条代谢途径。其中图示：苯丙氨酸的几条代谢途径。其中每一步都需要特定的酶。每一步都需要特定的酶。第9页，此课件共79页哦相关的遗传病相关的遗传病n(1)(1)黑尿病黑尿病(aa)：尿液氧化后变黑。体内没有尿黑酸氧化尿液氧化后变黑。体内没有尿黑酸氧化酶，不能把尿黑酸变成乙酰醋酸。酶，不能把尿黑酸变成乙酰醋酸。n(2)(2)白化病白化病(cc)：不能形成黑色素。不能合成酪氨酸酶。不能形成黑色素。不能合成酪氨酸酶。不能使酪氨酸变为不能使酪氨酸变为3 3.4 4一二羟苯丙氨酸，进而不能形成一二羟苯丙氨酸，进而不能形成黑色素。黑色素。n(3)(3)苯酮尿症苯酮尿症(pp)：不能形成苯丙氨酸羟化酶，因而不能不能形成苯丙氨酸羟化酶，因而不能把苯丙氨酸转变为酪氨酸，造成血液中苯丙氨酸累积，只把苯丙氨酸转变为酪氨酸，造成血液中苯丙氨酸累积，只能通过苯丙氨酸转氨酶的作用，变为苯丙酮酸，从小便中能通过苯丙氨酸转氨酶的作用，变为苯丙酮酸，从小便中排出。排出。第10页，此课件共79页哦（二）半乳糖血症（二）半乳糖血症n患者表现为不能利用半乳糖患者表现为不能利用半乳糖,有的患儿不能有的患儿不能吃人奶、牛奶等。临床症状一般很严重，吃人奶、牛奶等。临床症状一般很严重，呕吐、腹泻、肝脏肿大，生长缓慢，智力呕吐、腹泻、肝脏肿大，生长缓慢，智力低下，往往在婴儿期死亡。低下，往往在婴儿期死亡。n如果及早发现病因，在婴儿的食物中完全如果及早发现病因，在婴儿的食物中完全去掉乳糖和半乳糖之类的物质，血中半乳去掉乳糖和半乳糖之类的物质，血中半乳糖含量很快下降，健康状况可以大大改进，糖含量很快下降，健康状况可以大大改进，能使婴儿的生长和发育正常起来。能使婴儿的生长和发育正常起来。第11页，此课件共79页哦半乳糖正常代谢需要三种酶：半乳糖激酶、半乳糖正常代谢需要三种酶：半乳糖激酶、G-1-磷酸尿苷转移酶和异构酶，患者是缺少磷酸尿苷转移酶和异构酶，患者是缺少G-1-磷酸尿苷转移酶。磷酸尿苷转移酶。先天代谢缺陷都是由于一种酶的缺少，由先天代谢缺陷都是由于一种酶的缺少，由一隐性基因所控制，基因的作用决定某种酶，一隐性基因所控制，基因的作用决定某种酶，从而通过代谢途径，控制某一性状。从而通过代谢途径，控制某一性状。第12页，此课件共79页哦四、基因的最初概念四、基因的最初概念n1866年，年，G.J.孟德尔在他的豌豆杂交试孟德尔在他的豌豆杂交试验中，提出了遗传因子的概念，但他并验中，提出了遗传因子的概念，但他并没有严格地区别所观察的性状和控制这没有严格地区别所观察的性状和控制这些性状的遗传因子。些性状的遗传因子。n1909年，丹麦遗传学家约翰逊年，丹麦遗传学家约翰逊（Johansson.W.L）提出基因这一名词）提出基因这一名词（genepangengeneticstogenerate）。并提出了基因型和表现型）。并提出了基因型和表现型这个术语。这个术语。第13页，此课件共79页哦1910年，美国遗传兼胚胎学家年，美国遗传兼胚胎学家T.H.摩尔摩尔根首先说明根首先说明:n(1)基因可以发生突变；基因可以发生突变；n(2)证实基因位于染色体上，呈直线排列，象一串证实基因位于染色体上，呈直线排列，象一串珠子一样；珠子一样；n(3)非等位基因间可以发生交换。非等位基因间可以发生交换。n提出基因是一个功能单位，也是一个突变和提出基因是一个功能单位，也是一个突变和交换单位的交换单位的“三位一体三位一体”的概念。把基因看成的概念。把基因看成是不可分割的最小的遗传单位。是不可分割的最小的遗传单位。第14页，此课件共79页哦基因的最初概念：基因的最初概念：n说明基因在染色体上，不同的基因在染色体说明基因在染色体上，不同的基因在染色体的不同片段，这意味着基因是染色体的一个的不同片段，这意味着基因是染色体的一个特定的区段，即特定的区段，即DNA的一个片段，从而证明的一个片段，从而证明基因也是一种物质，但当时把基因看成是基因也是一种物质，但当时把基因看成是不可分割的，最小的遗传单位。不可分割的，最小的遗传单位。第15页，此课件共79页哦五、基因的精细结构五、基因的精细结构n（一）位置效应（一）位置效应n果果蝇的棒眼的棒眼遗传nSturtevant通通过过杂杂交交，得得到到各各种种基基因因型型，其其中中棒棒眼眼、重重棒棒眼眼和和野野生生型型以以各各种种方方式式组组合合起起来来。他他为为了了了了解解各各种种基基因因型型的的复复眼的大小，计数小眼数，结果如下。眼的大小，计数小眼数，结果如下。第16页，此课件共79页哦基因型基因型16A区数目区数目小眼数小眼数+/+2779+/B3356B/B468BB/+445BB/B536BB/BB625雌性果蝇的复眼中的小眼数雌性果蝇的复眼中的小眼数第17页，此课件共79页哦第18页，此课件共79页哦从表中看出：从表中看出：n随着重复的增加，小眼数越来越少。随着重复的增加，小眼数越来越少。棒眼基因（棒眼基因（B）不是完全显性。）不是完全显性。n B/B型雌蝇和一个型雌蝇和一个BB/+型雌蝇的型雌蝇的16区区A段数同样是段数同样是4个，但效应不同。表个，但效应不同。表现出基因的位置不同，造成的表型效应现出基因的位置不同，造成的表型效应的不同。的不同。第19页，此课件共79页哦位置效应：位置效应：n在在+/BB个体中，称为顺式位置，对个体中，称为顺式位置，对小眼数的影响大些；小眼数的影响大些；n而在而在B/B个体中，称为反式位置，对个体中，称为反式位置，对小眼数的影响要小些。小眼数的影响要小些。n这种由于基因变换了在染色体上的位这种由于基因变换了在染色体上的位置而带来表现效应改变的现象叫做基置而带来表现效应改变的现象叫做基因的位置效应。因的位置效应。第20页，此课件共79页哦(二二)顺反子顺反子n曲霉菌曲霉菌(Aspergillus nidulans)n无性繁殖无性繁殖n如果把两个不同菌株的单倍体菌混合培养，如果把两个不同菌株的单倍体菌混合培养，有时不同菌株的菌丝互相融合，使两种不同有时不同菌株的菌丝互相融合，使两种不同株的核处于同一细胞质中，这种情况叫株的核处于同一细胞质中，这种情况叫异核异核体体(heterocaryer)，在异核体中，两个核偶，在异核体中，两个核偶尔会发生融合，形成二倍体核，它们的菌丝尔会发生融合，形成二倍体核，它们的菌丝产生产生二倍体分生孢子二倍体分生孢子。这种分生孢子就可分。这种分生孢子就可分离出来，长成二倍体菌落，进行遗传学分析。离出来，长成二倍体菌落，进行遗传学分析。n曲霉菌的染色体数是曲霉菌的染色体数是n=8。第21页，此课件共79页哦ad16+x+ad8n杂合体仍为缺陷型杂合体仍为缺陷型(?)，这种表型说明，这种表型说明ad8和和ad16是等位基因，但是在大量的后代中大是等位基因，但是在大量的后代中大约出现约出现0.14%的野生型。的野生型。n可能原因：可能原因：n（1）突变：但频率小，只是）突变：但频率小，只是10-5，两个基，两个基因同时发生突变更小。因同时发生突变更小。n（2）交换）交换ad8和和ad16不是两个基因，而是一个不是两个基因，而是一个基因内的两个位点基因内的两个位点.第22页，此课件共79页哦体细胞交换体细胞交换n交换不发生在减数分裂过程中，而是交换不发生在减数分裂过程中，而是在二倍体菌丝的有丝分裂中发生的，在二倍体菌丝的有丝分裂中发生的，是体细胞交换。是体细胞交换。第23页，此课件共79页哦交换的结果：交换的结果：n杂合体（杂合体（2）和（）和（4）是野生型，这表）是野生型，这表明明ad8和和ad16都是隐性的，杂合体（都是隐性的，杂合体（1）是）是突变型也容易理解，可看一看（突变型也容易理解，可看一看（3）（）（4）两种基因型相同，两种基因型相同，n为什么顺式排列为什么顺式排列ad16ad8/+是野生型，是野生型，n而反式排列而反式排列ad16+/+ad8是突变型？是突变型？第24页，此课件共79页哦结论：结论：n如果把如果把ad8和和ad16看作是一个作用单位的两个位看作是一个作用单位的两个位点，那么这种现象就容易说明。点，那么这种现象就容易说明。n如果从基因是可分的观点来看，把如果从基因是可分的观点来看，把ad8和和ad16看作看作是一个座位中的两个位点，在结构上它们是两是一个座位中的两个位点，在结构上它们是两个单位，但在功能上是共同的，一起发挥作用，个单位，但在功能上是共同的，一起发挥作用，是一个功能单位。是一个功能单位。nad8和和ad16虽是不同的突变点，它们具有功能上虽是不同的突变点，它们具有功能上的等位性。的等位性。第25页，此课件共79页哦顺反子的概念顺反子的概念n顺式：两个突变型在同一顺式：两个突变型在同一DNA链上。链上。n反式：两个突变型在不同的反式：两个突变型在不同的DNA链上。链上。n在顺式杂合子（在顺式杂合子（4）中，一个顺反子的两）中，一个顺反子的两个位点都发生突变，而另一个顺反子正个位点都发生突变，而另一个顺反子正常，所以杂合子的表型是野生型。常，所以杂合子的表型是野生型。n而在反式杂合子（而在反式杂合子（3）中，两个顺反子各）中，两个顺反子各有一个位点发生突变，没有一个顺反子有一个位点发生突变，没有一个顺反子具有形成正常表形所需的遗传信息，所具有形成正常表形所需的遗传信息，所以是突变型。以是突变型。第26页，此课件共79页哦(三三)互补实验互补实验n19551955年，美国的年，美国的S.BenzerS.Benzer（本泽）用大（本泽）用大肠杆菌肠杆菌T4T4噬菌体作为材料，研究快速溶噬菌体作为材料，研究快速溶菌突变型菌突变型r r的基因精细结构，发现在一的基因精细结构，发现在一个基因内部的许多位点可以发生突变，个基因内部的许多位点可以发生突变，并可以在这些位点之间发生交换，从而并可以在这些位点之间发生交换，从而说明说明一个基因是一个功能单位，但并不一个基因是一个功能单位，但并不是一个突变单位和交换单位是一个突变单位和交换单位.n一个基因可以包括许多突变单位和许多一个基因可以包括许多突变单位和许多重组单位。重组单位。第27页，此课件共79页哦噬菌体噬菌体T T4 4感染感染E.coliE.coli引起溶菌引起溶菌n有一组有一组T T4 4突变型，产生大而边缘清楚的突变型，产生大而边缘清楚的噬菌斑，叫做噬菌斑，叫做快速溶菌快速溶菌（rapid lysis rapid lysis 用用r r 表示表示）。）。n而而野生型野生型噬菌体的噬菌斑小而边缘模噬菌体的噬菌斑小而边缘模糊糊(r r+)。第28页，此课件共79页哦r r和和r r+噬菌斑噬菌斑第29页，此课件共79页哦T4T4的突变型的突变型r r和野生型和野生型r r+在不同菌株上的噬菌斑在不同菌株上的噬菌斑 类类 型型 B B K()K()野生型野生型rIIrII+小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rII rII 大噬菌斑大噬菌斑无噬菌斑（致死）无噬菌斑（致死）第30页，此课件共79页哦（1）重组测验（）重组测验（recombinationrecombination）nr r区中有区中有30003000多个突变型，它们都有相多个突变型，它们都有相同的表型。同的表型。BenzerBenzer把把r r突变型一对对地突变型一对对地杂交，测量每对突变位点间的重组频率。杂交，测量每对突变位点间的重组频率。第31页，此课件共79页哦例如：例如：n如如 r rx x+r+ry y在许可条件下双重感染在许可条件下双重感染B B菌株，形成菌株，形成噬菌斑后收集菌液，稀释后分成两份，一份再接噬菌斑后收集菌液，稀释后分成两份，一份再接种到种到B B菌株，菌株，n这样，这样，r rx x+，+r+ry y，r rx xr ry y，+都能生长，另一份都能生长，另一份接种于接种于K()K()，在这里，只有，在这里，只有+重组子才能生重组子才能生长，交互重组子长，交互重组子r rx xr ry y不能生长。不能生长。n具体用具体用r47和和r106、r51和和r106第32页，此课件共79页哦r+r47r106r+混合感染混合感染E.coliB株株接种接种 B株株K12()株株计数计数r+r106、r47r+r+r+r+r+、r47r106仅生长一仅生长一四种基因型四种基因型种重组型种重组型均能生长均能生长第33页，此课件共79页哦 重组值重组值=2=2(r(r+噬菌斑数噬菌斑数)/)/总噬菌斑数总噬菌斑数 =2=2在在E.coliK(E.coliK(入入)上长的噬菌斑数上长的噬菌斑数/在在E.coliBE.coliB上长的噬菌斑数上长的噬菌斑数 100%100%r47和和r106的重组值是的重组值是3.9%，r51和和r106的重组值是的重组值是1.9%第34页，此课件共79页哦第35页，此课件共79页哦(2)(2)互补测验互补测验nr47和和r106接种到接种到K12()株株不成斑；不成斑；nr51和和r106 接种到接种到K12()株株成斑成斑第36页，此课件共79页哦r突变型突变型:n可分成可分成rA和和rB两个互补群。两个互补群。n凡是属于凡是属于rA互补群互补群的突变的突变不能互补不能互补，同理，同理属于属于B互补群互补群的突变也的突变也不能互补不能互补，n只有只有rA的突变和的突变和rB的突变可以互补的突变可以互补。n所以所以r区包括两个顺反子区包括两个顺反子。A基因产生基因产生A物质，物质，B基因产生基因产生B物质，两种物质共同存在物质，两种物质共同存在形成野生型。形成野生型。第37页，此课件共79页哦互补实验n用互补实验来确定用互补实验来确定两个突变型是属于一个作两个突变型是属于一个作用单位，还是两个作用单位。用单位，还是两个作用单位。n反式排列时是否有互补效应反式排列时是否有互补效应:n如反式时互补，说明两个突变位点处于不同如反式时互补，说明两个突变位点处于不同的的顺反子顺反子中中;n如不互补，说明它们属于同一顺反子。如不互补，说明它们属于同一顺反子。第38页，此课件共79页哦第39页，此课件共79页哦第40页，此课件共79页哦强调：强调：n顺式排列只是作为对照顺式排列只是作为对照，n因为在顺式排列中，不论是两个基因的突变，因为在顺式排列中，不论是两个基因的突变，还是同一基因内两个位点的突变，在互补测还是同一基因内两个位点的突变，在互补测验中均表现出互补效应。验中均表现出互补效应。n第41页，此课件共79页哦 根据上面介绍的几个遗传实验，特根据上面介绍的几个遗传实验，特别是本泽关于别是本泽关于r r区的遗传学分析，我区的遗传学分析，我们对基因的概念作进一步的修正。们对基因的概念作进一步的修正。第42页，此课件共79页哦六、近代基因的概念六、近代基因的概念n基因是一个作用单位（即顺反子），基因是一个作用单位（即顺反子），一个顺反子内有许多位点。一个顺反子内有许多位点。n也可以从三个不同的层次来研究，作为也可以从三个不同的层次来研究，作为突变单位、重组单位和功能单位。突变单位、重组单位和功能单位。n突变子突变子(muton)：性状突变时产生突：性状突变时产生突变的最小单位。变的最小单位。n一个突变子可以小到只有一个碱基对；一个突变子可以小到只有一个碱基对；如移码突变。如移码突变。第43页，此课件共79页哦如镰形细胞贫血症如镰形细胞贫血症:Hb:HbS S和和HbHbA A。这对基因的差别。这对基因的差别只是只是链第链第6 6位氨基酸谷氨酸变为缬氨酸位氨基酸谷氨酸变为缬氨酸:DNA DNA mRNA mRNA 蛋白质蛋白质 正常正常HbHbA A：CTT GAA CTT GAA 谷氨酸谷氨酸 镰形镰形HbHbS S：CAT GUA CAT GUA 缬氨酸缬氨酸 第44页，此课件共79页哦三个不同的层次：三个不同的层次：n重组子重组子(recon)：性状重组时，可交换的最：性状重组时，可交换的最小单位。小单位。n一个交换子可以只包含一个碱基对。一个交换子可以只包含一个碱基对。n顺反子顺反子(cistron)：表示一个作用的单位，：表示一个作用的单位，基本符合通常所述基因的大小或略小。所包基本符合通常所述基因的大小或略小。所包括的一段括的一段DNA与一个多肽链合成相对应；平与一个多肽链合成相对应；平均为均为5001500个碱基对。个碱基对。第45页，此课件共79页哦总结：总结：n每个顺反子在染色体（每个顺反子在染色体（DNA）上的区域称为基因）上的区域称为基因座（座（locas），而每个基因座上有许多突变位点），而每个基因座上有许多突变位点（site），它是一个顺反子内部能发生突变的最小），它是一个顺反子内部能发生突变的最小结构单位，称为突变子；一个突变可以小到一对碱结构单位，称为突变子；一个突变可以小到一对碱基；它们之间可以重组，而重组的最小结构单位称基；它们之间可以重组，而重组的最小结构单位称为重组子，重组子可以小到邻近碱基对间的重组。为重组子，重组子可以小到邻近碱基对间的重组。n由此可见，由此可见，顺反子既具有功能上的完整性，又具有顺反子既具有功能上的完整性，又具有结构上的可分割性。结构上的可分割性。第46页，此课件共79页哦分子遗传学关于基因的概念：分子遗传学关于基因的概念：n.揭示遗传密码的秘密：基因是具体物质。揭示遗传密码的秘密：基因是具体物质。n一一个个基基因因是是DNA分分子子上上一一定定区区段段，携携带带有有特特殊殊遗遗传传信信息息，转转录录成成RNA，翻翻译译成成多多肽肽链链，或或对对其其它它基基因因的的活活动动起起调调控控作作用用(如如调调节节基基因因、启动基因、操纵基因启动基因、操纵基因)。n.基基因因不不是是最最小小遗遗传传单单位位，是是更更复复杂杂的的遗遗传传和变异单位。和变异单位。第47页，此课件共79页哦分子遗传学对基因概念的新发展分子遗传学对基因概念的新发展n结结构构基基因因(structuralgene)：指指可可编编码码RNA或或蛋白质的一段蛋白质的一段DNA序列。如序列。如镰形细胞贫血症。镰形细胞贫血症。n控制基因控制基因(regulatorgene)：指其表达产物参：指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。与调控其它基因表达的基因。第48页，此课件共79页哦 基因基因产生多肽，有表型；产生多肽，有表型；产生产生tRNA、rRNA，无表型；，无表型；不转录不转录mRNA，但对其它基因起调控作用。，但对其它基因起调控作用。第49页，此课件共79页哦第50页，此课件共79页哦操纵子：操纵子：n大肠杆菌乳糖操纵子。大肠杆菌乳糖操纵子。n1961年，法国分子生物学家年，法国分子生物学家F.Jacob（杰（杰柯伯）和柯伯）和J.Monod（莫诺）通过不同的大（莫诺）通过不同的大肠杆菌乳糖代谢突变体来研究基因的作用，肠杆菌乳糖代谢突变体来研究基因的作用，从而提出操纵子学说（从而提出操纵子学说（operontheory），），1965年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。第51页，此课件共79页哦操纵子：操纵子：n这种由底物诱导而产生酶的效应称为诱这种由底物诱导而产生酶的效应称为诱导作用（导作用（inductioninduction）n相应的酶称为诱导酶（相应的酶称为诱导酶（inducible inducible enzymeenzyme）n酶诱导普遍存在于细菌中。酶诱导普遍存在于细菌中。第52页，此课件共79页哦一个操纵子（一个操纵子（operonoperon）除了同一个转录单位的）除了同一个转录单位的结构基因结构基因(structure gene)(structure gene)外，还有直接参加其外，还有直接参加其转录调控的转录调控的DNADNA序列。序列。lacO,lacPlacO,lacP，即乳糖操纵，即乳糖操纵子由子由5 5个紧密连锁，但功能不同的个紧密连锁，但功能不同的DNADNA区段组成。区段组成。第53页，此课件共79页哦乳糖操纵子的构成：乳糖操纵子的构成：n（1)1)结构基因结构基因z z：-半乳糖苷酶基因半乳糖苷酶基因 酶催酶催化：乳糖化：乳糖半乳糖半乳糖+葡萄糖。葡萄糖。n(2)(2)结构基因结构基因y y：-半乳糖苷透性酶基因半乳糖苷透性酶基因 膜膜结合蛋白，使乳糖进入细胞。结合蛋白，使乳糖进入细胞。n(3)(3)结构基因结构基因A A：编码编码-半乳糖转乙酰基酶，该半乳糖转乙酰基酶，该酶可将一个乙酰基从乙酰辅酶酶可将一个乙酰基从乙酰辅酶A A转移至转移至-半半 乳乳糖上，其在乳糖利用上的生物学意义尚不清楚。糖上，其在乳糖利用上的生物学意义尚不清楚。第54页，此课件共79页哦组成：组成：n（4)启动基因启动基因P：是是RNA多聚酶与多聚酶与DNA结合结合的启始部位。的启始部位。(initiator)n(5)操纵基因操纵基因O：是阻遏蛋白结合的部位，它是阻遏蛋白结合的部位，它的功能象一个开关。的功能象一个开关。(operator)n(6)调节基因调节基因i：产生阻遏蛋白，调节结构基产生阻遏蛋白，调节结构基因的活性，与因的活性，与(1)-(5)不相邻。不相邻。(regulatorygene)。第55页，此课件共79页哦第56页，此课件共79页哦调控基因：指调节控制结构基因表达活性调控基因：指调节控制结构基因表达活性的基因，它包括调节基因、启动基因和操的基因，它包括调节基因、启动基因和操纵基因。纵基因。第57页，此课件共79页哦（二）大肠杆菌乳糖操纵子的正调控（二）大肠杆菌乳糖操纵子的正调控n在大肠杆菌中还发现有一种分子，其作用与在大肠杆菌中还发现有一种分子，其作用与阻遏物相反，它结合到操纵子的适当部位上阻遏物相反，它结合到操纵子的适当部位上时，可启动转录。这种调节机制属于时，可启动转录。这种调节机制属于正调控正调控（positiveregulation）.n只要培养基中有只要培养基中有葡萄糖葡萄糖存在，便存在，便抑制了利用抑制了利用其它各种糖的酶的产生其它各种糖的酶的产生，这种现象称为分解，这种现象称为分解物阻遏。物阻遏。第58页，此课件共79页哦cAMP：n20世纪世纪50年代后期发现动物细胞中的年代后期发现动物细胞中的cAMP(cyclicAMP,环化腺核苷一磷酸环化腺核苷一磷酸)在许多激素的作用在许多激素的作用过程中有过程中有着十分重要的作用。着十分重要的作用。n1965年，年，B.Magasonik发现在大肠杆菌中也含有发现在大肠杆菌中也含有cAMP，而且菌株内，而且菌株内cAMP的含量常随细胞的生理状态发的含量常随细胞的生理状态发生变化，即当细胞处于生变化，即当细胞处于碳源饥饿碳源饥饿的条件下，的条件下，cAMP水平水平显著提高显著提高，反之，在细胞生长的培养基中含有，反之，在细胞生长的培养基中含有大量葡萄大量葡萄糖糖时，时，cAMP水平明显降低水平明显降低。第59页，此课件共79页哦cAMP：n乳糖操纵子也有类似的情况，只有当以乳糖乳糖操纵子也有类似的情况，只有当以乳糖为唯一碳源时，为唯一碳源时，-半乳糖苷酶的合成才增半乳糖苷酶的合成才增加，但是在以乳糖和葡萄糖为碳源时，如果加，但是在以乳糖和葡萄糖为碳源时，如果加入加入cAMP，-半乳糖苷酶的合成速度也会半乳糖苷酶的合成速度也会大大提高，可达到只用乳糖为碳源时的水平。大大提高，可达到只用乳糖为碳源时的水平。这说明菌株内，这说明菌株内，cAMP的浓度能影响到的浓度能影响到-半半乳糖苷酶的合成速率乳糖苷酶的合成速率。第60页，此课件共79页哦cAMP：n进一步的分析发现，这一过程与诱导蛋白有关。这种蛋白进一步的分析发现，这一过程与诱导蛋白有关。这种蛋白称为称为分解物基因激活蛋白或分解物基因激活蛋白或cAMP受体蛋白受体蛋白（catobolitegeneactivatorinprotein,CAP,或或cAMPreceptorprotein,CRP）；）；n这是一种二聚体蛋白质，可起转录起始因子的作用，在这是一种二聚体蛋白质，可起转录起始因子的作用，在有有cAMP时，能使操纵子有效地进行转录。时，能使操纵子有效地进行转录。CAP单独存在时单独存在时无活性，但它可被无活性，但它可被cAMP激活，二者结合成复合物，可同激活，二者结合成复合物，可同启动子结合。启动子结合。第61页，此课件共79页哦Lac操纵子的正调控机制：ncAMPCAP复合物与复合物与DNA结合改变了这一区段结合改变了这一区段DNA次级次级结构，促进了结构，促进了RNA聚合酶结合区的解链。聚合酶结合区的解链。ncAMPCAP复合物的形成取决于细胞内复合物的形成取决于细胞内cAMP的浓度：的浓度：n当当以葡萄糖为碳源时以葡萄糖为碳源时，由于其抑制腺苷酸环化酶的活性，由于其抑制腺苷酸环化酶的活性，ATP不能转化为不能转化为cAMP，细胞内细胞内cAMP浓度降低，形不成浓度降低，形不成cAMPCAP复合物复合物，因而乳糖结构基因不被转录。因而乳糖结构基因不被转录。细细胞既有葡萄糖作为能源，也就没有对乳糖利用的几种胞既有葡萄糖作为能源，也就没有对乳糖利用的几种酶的需要。酶的需要。第62页，此课件共79页哦七、基因概念的发展七、基因概念的发展n（一）断裂基因n传统的观点认为每个结构基因是一段连续的传统的观点认为每个结构基因是一段连续的DNADNA顺序，到顺序，到19771977年法国的年法国的ChambomChambom等和美国等和美国的的BergetBerget等首次在猴类病毒等首次在猴类病毒SV40SV40和腺病毒中和腺病毒中发现基因内部以及基因与基因之间存在有间发现基因内部以及基因与基因之间存在有间隔顺序（隔顺序（spacer sequencespacer sequence），从而导致隔），从而导致隔裂基因的概念。裂基因的概念。第63页，此课件共79页哦概念：概念：n基因的编码顺序由若干非编码区域（间隔序基因的编码顺序由若干非编码区域（间隔序列）隔开，使阅读框不连续，这种基因称为列）隔开，使阅读框不连续，这种基因称为隔裂基因隔裂基因（split genesplit gene，interrupted geneinterrupted gene隔裂基因）。隔裂基因）。n通读框通读框（open reading frameopen reading frame）：在一条）：在一条DNADNA链上，从起始密码开始到终止密码为止的链上，从起始密码开始到终止密码为止的连续核苷酸密码序列。连续核苷酸密码序列。第64页，此课件共79页哦内含子内含子(intron)：DNA序列中不出现在成序列中不出现在成熟熟mRNA的片段；的片段；外显子外显子(extron)：DNA序列中出现在成序列中出现在成熟熟mRNA中的片段。中的片段。第65页，此课件共79页哦mRNA的加工的加工n（1）在在mRNA的前体的前体5端加上一个端加上一个7甲基鸟苷，叫加帽。甲基鸟苷，叫加帽。n（2）在）在mRNA的前体的前体3端加上一条具有端加上一条具有150200个腺苷酸的序列，称为多聚个腺苷酸的序列，称为多聚A（polyA），叫加尾。），叫加尾。n（3）在）在5端一般有端一般有23个核苷酸被甲基个核苷酸被甲基化。化。n（4）切除内含子编码的区段。）切除内含子编码的区段。第66页，此课件共79页哦断裂基因的意义断裂基因的意义 n(1)(1)有利于储存较多的信息：不同的剪有利于储存较多的信息：不同的剪接方式对应不同的接方式对应不同的mRNAmRNA，从而对应不同，从而对应不同的多肽。的多肽。n(2)(2)有利于变异和进化有利于变异和进化 n(3)(3)增加重组机会增加重组机会 n(4)(4)可能是基因调控装置：内含子本身、可能是基因调控装置：内含子本身、转录水平和转录后水平转录水平和转录后水平 第67页，此课件共79页哦（二）重叠基因（二）重叠基因(overlappinggene)n传统的观点认为每个基因是由一些密码传统的观点认为每个基因是由一些密码子组成。而这些密码子是有序地排列在子组成。而这些密码子是有序地排列在DNADNA链上，基因在染色体上是一个接一个链上，基因在染色体上是一个接一个地排列（线状排列）并不重叠。地排列（线状排列）并不重叠。第68页，此课件共79页哦第69页，此课件共79页哦指在同一段指在同一段DNA顺序上，由于阅读框顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。上基因的现象。第70页，此课件共79页哦（三）跳跃基因（三）跳跃基因n细胞中能改变自身在染色体上位置的一细胞中能改变自身在染色体上位置的一段段DNADNA顺序，叫做转座遗传因子顺序，叫做转座遗传因子（transposable genetic elementtransposable genetic element）,n简称转座元件或转座基因简称转座元件或转座基因（transposable element,TEtransposable element,TE），），n可动基因可动基因(mobile gene)(mobile gene)。第71页，此课件共79页哦转座转座(transposition)(transposition)易位易位(translocation)(translocation)n转座酶转座酶n原位置仍保留原位置仍保留第72页，此课件共79页哦1 1、玉米的、玉米的(As-Ds)(As-Ds)控制系统控制系统 n19321932年，美国玉米遗传学家年，美国玉米遗传学家B.McClintockB.McClintock发现玉米发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，于籽粒色斑不稳定遗传现象，于19511951年，第一次提出年，第一次提出转座因子的概念。因为玉米中发现的转座因子除了具转座因子的概念。因为玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性外，还具有调节其他基因的作用，又称有转座的特性外，还具有调节其他基因的作用，又称之为控制因子（之为控制因子（Controlling elementsControlling elements）。）。n其中一个称之为解离因子（其中一个称之为解离因子（DSDS，dissociationdissociation），），DSDS插入色素基因插入色素基因C C的近旁或中间时，玉米籽粒不能形的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成色素，当成色素，当DSDS离开离开C C基因后抑制作用被解除。基因后抑制作用被解除。第73页，此课件共79页哦 DsDs的解离又受另一控制因子的解离又受另一控制因子激活因子激活因子（AcAc，activatoractivator）的影响。）的影响。AcAc可位于基因可位于基因组中任何其他地方。组中任何其他地方。AcAc丢失，丢失，DsDs趋向稳定。趋向稳定。AcAc的作用是自主的，而的作用是自主的，而DsDs行为却依赖于行为却依赖于AcAc，这是因为这是因为DsDs和和AcAc在很大程度上表现出核苷酸在很大程度上表现出核苷酸序列的同源，特别是两端的序列是相同的。序列的同源，特别是两端的序列是相同的。第74页，此课件共79页哦机理：n（1）C基因座落在第基因座落在第9好染色体上，好染色体上，Ac可座落在可座落在基因组的任何其他地方。无基因组的任何其他地方。无Ds时，时，C基因不受抑基因不受抑制，胚乳有色。制，胚乳有色。n（2）Ds存在于存在于C基因近旁时，基因近旁时，C的表型效应受的表型效应受到抑制。在胚乳发育中，由于到抑制。在胚乳发育中，由于Ac的作用，的作用，Ds处处于不稳定状态，每当于不稳定状态，每当Ds转座而脱落时，籽粒上转座而脱落时，籽粒上就形成小形的斑点就形成小形的斑点n（3）Ac丢失，丢失，Ds稳定在稳定在C座位附近，胚乳色泽座位附近，胚乳色泽很淡或没有。很淡或没有。第75页，此课件共79页哦2 2、原核生物中的转座因子、原核生物中的转座因子n19671967年，在大肠杆菌半乳糖操纵子的突变型年，在大肠杆菌半乳糖操纵子的突变型研究中第一次在细菌中发现了可转移座位的研究中第一次在细菌中发现了可转移座位的插入序列。插入序列。n(1)(1)插入序列（插入序列（insertion sequencesinsertion sequences，ISIS）第76页，此课件共79页哦ISIS1 1的特点：的特点：n(a)768(a)768核苷酸；核苷酸；n(b)(b)本身没有表型效应，只携带转座酶基因；本身没有表型效应，只携带转座酶基因；n(c)(c)如如F F因子和大肠杆菌的染色体上有一些相同的插因子和大肠杆菌的染色体上有一些相同的插入序列；入序列；n(d)(d)反向重复序列（反向重复序列（inverted inverted repeal(IS)sequencesrepeal(IS)sequences）。）。n(e)IS(e)IS插入插入“靶靶”DNADNA后，在后，在ISIS两端出现一小段顺两端出现一小段顺向重复的靶向重复的靶DNADNA序列序列 5-11hp 5-11hp 第77页，此课件共79页哦转座机制转座机制 n以细菌的转座子为例以细菌的转座子为例n(1)(1)切开：转座酶有两种功能切开：转座酶有两种功能(1)(1)识别受体靶点。从识别受体靶点。从55端端切开，产生两个粘性末端。切开，产生两个粘性末端。