基因染色体与基因组精选.pptx

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1、I.I.基因概念的产生II.II.经典基因概念的建立与发展III.III.现代基因概念的多元化*IV.IV.现代基因概念剖析第一节第一节 “基因基因”概念概念第1页/共110页 18571857年，奥地利的一名神父孟德尔年，奥地利的一名神父孟德尔在他所在的修道院后院开始进行长达在他所在的修道院后院开始进行长达8 8年的豌豆杂交实验年的豌豆杂交实验 1865 1865年，孟德尔根据豌豆杂交实验年，孟德尔根据豌豆杂交实验的结果，发表了著名论文的结果，发表了著名论文植物杂交植物杂交试验试验，首次提出了遗传因子控制生，首次提出了遗传因子控制生物性状假说物性状假说:一个遗传因子决定一个性一个遗传因子决定

2、一个性状状,阐述了他所发现的显性、隐性遗传阐述了他所发现的显性、隐性遗传现象和两个重要遗传学规律现象和两个重要遗传学规律分离分离规律和自由组合规律规律和自由组合规律 他所指的遗传因子他所指的遗传因子,即即基因概念的基因概念的萌芽萌芽I.基因概念的产生3/15/20233/15/20232 2第2页/共110页 19001900年是遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年，年是遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年，荷兰的德弗里斯荷兰的德弗里斯（Hugo De VriesHugo De Vries，1848184819351935）、德国的柯灵、德国的柯灵斯斯(Carl Erich CorrensCa

3、rl Erich Correns，1864186419331933）和澳大利亚的契马克和澳大利亚的契马克（Erich von Tschermak-SeyseneggErich von Tschermak-Seysenegg，1871187119621962）三人分别在三人分别在月见草、玉米和豌豆的杂交实验中证实了孟德尔定律，月见草、玉米和豌豆的杂交实验中证实了孟德尔定律，标志着遗传学的诞生，从此，遗传学进人了孟德尔时代标志着遗传学的诞生，从此，遗传学进人了孟德尔时代“重新发现”孟德尔3/15/20233/15/20233 3第3页/共110页1909190919091909年，丹麦遗传学家约翰

4、年，丹麦遗传学家约翰年，丹麦遗传学家约翰年，丹麦遗传学家约翰逊逊逊逊（JohannsenJohannsen）在在在在精密遗传学精密遗传学精密遗传学精密遗传学原理原理原理原理一书中根据希腊语一书中根据希腊语一书中根据希腊语一书中根据希腊语“给予给予给予给予生命生命生命生命”之义，创造之义，创造之义，创造之义，创造“基因基因基因基因”（GeneGene）一词来代替孟德尔假定一词来代替孟德尔假定一词来代替孟德尔假定一词来代替孟德尔假定的的的的“遗传因子遗传因子遗传因子遗传因子”，并提出，并提出，并提出，并提出“基因基因基因基因型型型型”和和和和“表现型表现型表现型表现型”。从此基因便。从此基因便。从

5、此基因便。从此基因便成为遗传因子的代名词一直沿用成为遗传因子的代名词一直沿用成为遗传因子的代名词一直沿用成为遗传因子的代名词一直沿用至今至今至今至今 不过此时的基因仍然是一个不过此时的基因仍然是一个不过此时的基因仍然是一个不过此时的基因仍然是一个未经证实的、仅靠逻辑推理得出未经证实的、仅靠逻辑推理得出未经证实的、仅靠逻辑推理得出未经证实的、仅靠逻辑推理得出的概念，的概念，的概念，的概念，“基因基因基因基因”只是一个抽象只是一个抽象只是一个抽象只是一个抽象的符号的符号的符号的符号3/15/20233/15/20234 4第4页/共110页II.经典基因概念的建立与发展（基因（基因与染色体）与染色

6、体）3/15/20233/15/20235 51.1.经典基因概念的建立2.2.“一个基因一个酶”假说3.3.顺反子、突变子和重组子4.4.操纵子模型5.5.跳跃基因第5页/共110页在在孟孟德德尔尔的的成成果果获获得得承承认认后后，生生物物界界都都知知道道是是遗遗传传因因子子（即即基基因因）决决定定了了生生物物的的遗遗传传。但但是是，基基因因究究竟竟在在细细胞胞内内的的什什么么地地方方？摩摩尔尔根根以以果果蝇蝇为为试试验验对对象象回回答答了了这一问题，这一问题，基因在染色体上基因在染色体上1.经典基因概念的建立3/15/20233/15/20236 6第6页/共110页基因论基因论里，首次提

7、出里，首次提出“三位一体三位一体”的基因概念的基因概念:1)1)基基因因首首先先是是一一个个功功能能单单位位，能能控控制制蛋蛋白白质质的的合合成成，从从而而控控制制生物性状发育生物性状发育2)2)一一个个突突变变单单位位，在在一一定定条条件件下下，野野生生型型基基因因能能突突变变成成相相应应的的突变型基因，从而表现出各种变异类型突变型基因，从而表现出各种变异类型3)3)一一个个重重组组单单位位，两两个个不不同同基基因因可可重重组组，产产生生与与亲亲本本不不同同的的新新类型类型3/15/20233/15/20237 7第7页/共110页2.“一个基因一个酶”假说 19411941年，年，Bead

8、leBeadle和和TatumTatum等以红色链孢霉为材料，在等以红色链孢霉为材料，在研究基因的生理生化功能时，研究基因的生理生化功能时，提出了提出了“一个基因一个酶一个基因一个酶”假说，认为生物的性状可分假说，认为生物的性状可分为许多单位性状，每个单位为许多单位性状，每个单位性状均受一种酶影响，而酶性状均受一种酶影响，而酶决定于基因的表达决定于基因的表达3/15/20233/15/20238 8第8页/共110页生化遗传及早期分子遗传研究在两个重要方面发生化遗传及早期分子遗传研究在两个重要方面发生化遗传及早期分子遗传研究在两个重要方面发生化遗传及早期分子遗传研究在两个重要方面发展了基因的概

9、念：展了基因的概念：展了基因的概念：展了基因的概念：vv基因是基因是基因是基因是DNADNADNADNA分子上带有遗传信息的特定核苷酸序列分子上带有遗传信息的特定核苷酸序列分子上带有遗传信息的特定核苷酸序列分子上带有遗传信息的特定核苷酸序列区段，并且在染色体上位置固定、序列连续；遗区段，并且在染色体上位置固定、序列连续；遗区段，并且在染色体上位置固定、序列连续；遗区段，并且在染色体上位置固定、序列连续；遗传信息就存在于核苷酸传信息就存在于核苷酸传信息就存在于核苷酸传信息就存在于核苷酸(碱基碱基碱基碱基)序列中序列中序列中序列中vv“一个基因一个酶一个基因一个酶一个基因一个酶一个基因一个酶”，基

10、因表达为蛋白质；基因，基因表达为蛋白质；基因，基因表达为蛋白质；基因，基因表达为蛋白质；基因的核苷酸序列决定蛋白质氨基酸序列的核苷酸序列决定蛋白质氨基酸序列的核苷酸序列决定蛋白质氨基酸序列的核苷酸序列决定蛋白质氨基酸序列3/15/20233/15/20239 9第9页/共110页3.顺反子、突变子和重组子 19551955年，年，BenzerBenzer在研究在研究E.coli E.coli T4T4噬菌体噬菌体rIIrII区基因的精细结区基因的精细结构时，首次提出了顺反子、突变子和重组子的概念，对经典构时，首次提出了顺反子、突变子和重组子的概念，对经典的基因概念的第一次重要修正与发展的基因概

11、念的第一次重要修正与发展：1)1)顺反子顺反子（cistroncistron）是一个遗传功能单位，一个顺反子决定一条多是一个遗传功能单位，一个顺反子决定一条多肽链肽链2)2)突变子突变子（mutonmuton）是能发生突变的最小单位，可以是一个或几个核是能发生突变的最小单位，可以是一个或几个核苷酸，其中任一核苷酸的改变都可形成一个突变子苷酸，其中任一核苷酸的改变都可形成一个突变子3)3)重组子重组子（reconrecon）是能够交换的最小单位，有起点和终点，各个重是能够交换的最小单位，有起点和终点，各个重组子之间均有一定的距离，彼此间能发生交换组子之间均有一定的距离，彼此间能发生交换3/15/

12、20233/15/20231010从而提出从而提出“一个顺反子一条多肽链一个顺反子一条多肽链”假说假说第10页/共110页座位与位点座位与位点经典遗传学认为：经典遗传学认为：经典遗传学认为：经典遗传学认为：基因是染色体上的一个点，称位点基因是染色体上的一个点，称位点基因是染色体上的一个点，称位点基因是染色体上的一个点，称位点（SiteSite）现代基因概念认为：现代基因概念认为：现代基因概念认为：现代基因概念认为：1)1)1)1)基因是基因是基因是基因是DNADNADNADNA分子带有遗传信息的碱基序列区段分子带有遗传信息的碱基序列区段分子带有遗传信息的碱基序列区段分子带有遗传信息的碱基序列区

13、段2)2)2)2)基因是由众多碱基对构成，此时将一个碱基对称基因是由众多碱基对构成，此时将一个碱基对称基因是由众多碱基对构成，此时将一个碱基对称基因是由众多碱基对构成，此时将一个碱基对称为基因的一个为基因的一个为基因的一个为基因的一个位点位点位点位点（SiteSite）3)3)3)3)而将基因在染色体上的位置则称为而将基因在染色体上的位置则称为而将基因在染色体上的位置则称为而将基因在染色体上的位置则称为座位座位座位座位（LocusLocus）3/15/20233/15/20231111第11页/共110页4.操纵子模型 19651965年，法国科学家年，法国科学家JacobJacob和和Mon

14、odMonod提出了著名的提出了著名的乳糖乳糖操纵操纵子模型。他们将乳糖操纵子的基因分为子模型。他们将乳糖操纵子的基因分为结构基因结构基因、调调节基因节基因、操纵基因操纵基因和和启动子启动子1)1)结构基因结构基因直接控制蛋白质合成，是决定一条多肽链的功能单直接控制蛋白质合成，是决定一条多肽链的功能单位位2)2)操纵基因操纵基因居结构基因之前，能同阻遏物结合，可间接控制结居结构基因之前，能同阻遏物结合，可间接控制结构基因的表达构基因的表达3)3)启动子启动子又居操纵基因之前，为又居操纵基因之前，为RNARNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点4)4)调节基因调节基因编码的可扩散性阻遏蛋白，通过与操纵

15、基因结合来编码的可扩散性阻遏蛋白，通过与操纵基因结合来调控操纵子调控操纵子3/15/20233/15/20231212第12页/共110页5.跳跃基因（转座子）3/15/20233/15/20231313A.A.发现与概念B.B.转座子类型C.C.转座作用机制第13页/共110页 美国女遗传学家麦克林托克于美国女遗传学家麦克林托克于19511951年提出了可移动年提出了可移动的遗传基因（即的遗传基因（即“跳跃基因跳跃基因”或或“转座子转座子”）学说学说基因可从染色体的一个位置跳跃到另一个位置、甚至从基因可从染色体的一个位置跳跃到另一个位置、甚至从一条染色体跳跃到另一条染色体。为研究遗传信息的表

16、一条染色体跳跃到另一条染色体。为研究遗传信息的表达与调控、生物进化与癌变提供了线索。于达与调控、生物进化与癌变提供了线索。于19831983年获诺年获诺贝尔奖贝尔奖跳跃基因的发现使人们认识到基因不是稳定、静止不跳跃基因的发现使人们认识到基因不是稳定、静止不动的实体，而是一段在结构上有明确界限的动的实体，而是一段在结构上有明确界限的DNADNA序列，序列，可通过自身运动调节相关基因活性可通过自身运动调节相关基因活性3/15/20233/15/20231414A.A.发现与概念发现与概念第14页/共110页概念概念DNADNA的转座的转座：由可移位因子介导的遗传物质重排现象：由可移位因子介导的遗传

17、物质重排现象转座子转座子（transposontransposon）：存在与染色体存在与染色体DNADNA上可自主复制上可自主复制和位移的基本单位和位移的基本单位3/15/20233/15/20231515第15页/共110页B.B.转座子类型转座子类型a.a.插入序列插入序列（Insertional Sequence,ISInsertional Sequence,IS）ISIS是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，它们是细菌染是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，它们是细菌染色体或质粒色体或质粒DNADNA的正常组成部分的正常组成部分 b.b.复合转座子复合转座子（Composite Tra

18、nsposonComposite Transposon）复合转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）复合转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的ISIS序列序列3/15/20233/15/20231616第16页/共110页C.C.转座作用机制转座作用机制3/15/20233/15/20231717a.a.复制性转座子复制性转座子b.b.非复制性转座子非复制性转座子第17页/共110页3/15/20233/15/20231818第18页/共110页III.现代“基因”概念的多元化1.1.断裂基因

19、断裂基因*2.2.重迭基因重迭基因*3.3.重复基因重复基因4.4.假基因假基因5.5.印记基因印记基因6.6.基因家族基因家族3/15/20233/15/20231919第19页/共110页1.断裂基因 19771977年年，RobertsRoberts和和SharpSharp在在研研究究腺腺病病毒毒的的mRNAmRNA合合成成时时，在在其其5 5端端首首先先发发现现了了断断裂裂基基因因的的存存在在，打打破破了了每每个个结结构构基基因因是是一一段段连连续续DNADNA片片段段的的传传统统观观念念，使使人人们们对对基基因因结结构构的的认认识识产产生生了了一一次次新新的的飞飞跃跃，因因而而他他们

20、们两两人人分享了分享了19931993年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖目目前前已已经经证证实实，不不仅仅高高等等真真核核生生物物绝绝大大多多数数基基因因都都是是断断裂裂基基因因，而而且且低低等等真真核核生生物物的的线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体内内的基因组也存在断裂基因的基因组也存在断裂基因3/15/20233/15/20232020第20页/共110页 定义：定义：指基因的编码序列在指基因的编码序列在DNADNA分子上是不连续排列的，而分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列所隔开是被不编码的序列所隔开 编码的序列称为编码的序列称为外显子外显子，对应于，对应于mRNAmRNA序列的

21、区域，是一序列的区域，是一个基因表达为多肽链的部分个基因表达为多肽链的部分 不编码的间隔序列称为不编码的间隔序列称为内含子内含子，内含子只转录，在前，内含子只转录，在前mRNAmRNA（premRNApremRNA）时被剪切掉时被剪切掉大多数真核生物的基因为大多数真核生物的基因为不连续基因不连续基因（Interrupted Interrupted 或或Discontinuous GeneDiscontinuous Gene）或或断裂基因断裂基因（Split GeneSplit Gene）3/15/20233/15/20232121第21页/共110页发发现现：19731973年年，Weiner

22、Weiner等等在在研研究究E.coli E.coli 的的RNARNA病病毒毒Q Q 时时，首次提出了重迭基因的概念首次提出了重迭基因的概念定定义义：它它是是指指两两个个或或两两个个以以上上的的基基因因共共有有一一段段DNADNA序序列列，或是指一段或是指一段DNADNA序列为两个或两个以上基因的组成部分序列为两个或两个以上基因的组成部分2.重迭基因3/15/20233/15/20232222第22页/共110页3.重复基因 它它是是指指在在真真核核生生物物基基因因组组中中具具有有一一份份以以上上拷拷贝贝的的基基因因。这这些些拷拷贝贝或或在在一一条条染染色色体体上上串串联联排排列列，或或分分

23、散散在在多多条条染染色色体体上上，包包括括寡寡拷拷贝贝和和多多拷拷贝贝基基因因，前前者者有有人人的的珠珠蛋白基因、癌基因，后者包括组蛋白基因、蛋白基因、癌基因，后者包括组蛋白基因、rRNArRNA基因等基因等 重复基因重复基因：指在基因组中有多份拷贝的基因，往往：指在基因组中有多份拷贝的基因，往往是生命活动中最基本、最重要的基因是生命活动中最基本、最重要的基因3/15/20233/15/20232323第23页/共110页 发现：发现：19771977年，年，JacqJacq等在研究非洲爪蟾的等在研究非洲爪蟾的5S RNA5S RNA基因基因时，首次发现假基因的存在时，首次发现假基因的存在 定

24、定义义：即即与与正正常常功功能能基基因因顺顺序序基基本本相相同同却却不不具具有有控控制制蛋白质合成的功能的基因蛋白质合成的功能的基因 包括已知功能基因的残存拷贝、散在分布的长细胞核包括已知功能基因的残存拷贝、散在分布的长细胞核因子和短细胞核因子因子和短细胞核因子 真核生物中普遍存在真核生物中普遍存在 形成原因形成原因：基因组中因突变而失活，如碱基对缺失或：基因组中因突变而失活，如碱基对缺失或插入以致不能正常编码，或这些突变使启动子出现问题插入以致不能正常编码，或这些突变使启动子出现问题4.假基因3/15/20233/15/20232424第24页/共110页假基因的结构特点1)1)不同部位有不

25、同程度的缺失或插入不同部位有不同程度的缺失或插入2)2)缺少正常基因的内含子和启动子缺少正常基因的内含子和启动子3)3)5 5端端都都有有真真核核生生物物mRNAmRNA分分子子特特有有的的AATAAAAATAAA信信号号，造成转录启动区的缺陷造成转录启动区的缺陷4)4)两侧有顺向重复序列两侧有顺向重复序列3/15/20233/15/20232525第25页/共110页 定定义义：它它是是指指功功能能受受到到双双亲亲基基因因组组的的影影响响而而被被打打上上雌雌雄雄亲亲本本特特异异性性标标记记的的基基因因。它它为为哺哺乳乳动动物物的的基基因因组组所所特特有有，实实质质上上是是双双亲亲相相应应基基

26、因因的的甲甲基基化化程程度度不同不同5.印记基因3/15/20233/15/20232626第26页/共110页1)1)印记基因遍布于整个基因组中印记基因遍布于整个基因组中2)2)有些印记基因聚集成簇，形成染色体印记区有些印记基因聚集成簇，形成染色体印记区3)3)不同印记基因表现出不同的印记效应不同印记基因表现出不同的印记效应4)4)印印记记基基因因的的内内含含子子一一般般较较小小，“内内含含子子/外外显显子子”长度之比也较小长度之比也较小5)5)表达具有组织特异性表达具有组织特异性印记基因的结构特点3/15/20233/15/20232727第27页/共110页6.6.6.6.基因家族基因家

27、族基因家族基因家族 真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因，将这些基因称为相关的基因，将这些基因称为基因家族基因家族 如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族基因家族（Gene FamilyGene Family）同一家族中的同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个成员有时紧密地排列在一起，成为一个基基因簇因簇（Gene ClusterGene Cluster）3/15/20233/15/20232828第28页/共110页IV.现代“基因”概念剖析1.1.

28、基因组时代的基因定义基因组时代的基因定义2.2.蛋白质组时代的基因定义蛋白质组时代的基因定义3/15/20233/15/20232929第29页/共110页1.基因组时代的基因定义 19901990年年，“人人类类基基因因组组计计划划”的的实实施施标标志志着着生生命命科科学步入基因组时代学步入基因组时代 基因组基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量：携带生物体全部遗传信息的核酸量 在在这这个个时时代代，基基因因的的定定义义主主要要基基于于“三三种种方方法法”和和“五个标准五个标准”3/15/20233/15/20233030第30页/共110页三 种 方 法1)1)cDNAcDNA克克隆隆和和

29、polypoly（A A）mRNAmRNA的的表表达达序序列列标标签签（ESTEST）测序）测序2)2)比较基因组分析鉴定各种生物的保守编码区比较基因组分析鉴定各种生物的保守编码区3)3)计算机预测各种基因的结构计算机预测各种基因的结构3/15/20233/15/20233131第31页/共110页五 个 标 准1)1)开开放放阅阅读读框框：通通过过基基因因组组中中大大的的开开放放阅阅读读框框的的鉴鉴定定来发现蛋白编码基因来发现蛋白编码基因2)2)序序列列特特征征：密密码码偏偏好好和和剪剪接接位位点点等等特特异异序序列列特特征征有有助于锁定基因助于锁定基因3)3)序序列列保保守守性性：通通过过

30、不不同同生生物物的的序序列列对对比比来来鉴鉴定定基基因因，它是估计基因重要性的一个理想方法它是估计基因重要性的一个理想方法4)4)转转录录实实况况：RNARNA或或蛋蛋白白质质的的表表达达搜搜索索，是是一一种种非非序序列列基基础础的的基基因因鉴鉴定定，通通过过微微阵阵列列杂杂交交、基基因因表表达达的的序列分析、序列分析、cDNAcDNA作图或作图或ESTEST作图来完成作图来完成5)5)活活性性丧丧失失：突突变变基基因因使使它它的的产产物物失失去去活活性性也也是是鉴鉴定定基因的一种方法，主要通过基因干扰或基因的一种方法，主要通过基因干扰或RNAiRNAi来实现来实现3/15/20233/15/

31、20233232第32页/共110页基因的定义基因的定义基因的定义基因的定义:DNADNADNADNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质或物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质或物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质或物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质或RNARNARNARNA所必需所必需所必需所必需的全部的全部的全部的全部DNADNADNADNA序列（除部分病毒序列（除部分病毒序列（除部分病毒序列（除部分病毒RNARN

32、ARNARNA）即一个基因不仅包括编码蛋白质或即一个基因不仅包括编码蛋白质或即一个基因不仅包括编码蛋白质或即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNARNARNARNA的核苷酸序列，的核苷酸序列，的核苷酸序列，的核苷酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列还包括为保证转录所必需的调控序列还包括为保证转录所必需的调控序列还包括为保证转录所必需的调控序列3/15/20233/15/20233333第33页/共110页2.蛋白质组时代的基因定义 19941994年，澳大利亚分子生物学家年，澳大利亚分子生物学家WilkinsWilkins和和WilliamsWilliams等首次等首次提出了提出了蛋白质组蛋白

33、质组的概念，并将其定义为的概念，并将其定义为“基因组编码的基因组编码的全部蛋白质全部蛋白质”蛋白质组概念的提出为在细胞和整体水平上阐明生命蛋白质组概念的提出为在细胞和整体水平上阐明生命现象的本质和活动规律奠定了基础现象的本质和活动规律奠定了基础3/15/20233/15/20233434第34页/共110页 19941994年年，DavisDavis等等首首次次提提出出切切除除肽肽（InteinIntein）和和显显现现肽肽（ExteinExtein）的的概概念念，他他认认为为这这些些蛋蛋白白在在翻翻译译后后自自动动删删除除切切除除肽，连接显现肽，才形成有功能的蛋白肽，连接显现肽，才形成有功能

34、的蛋白 显显现现肽肽的的出出现现使使得得基基因因指指导导合合成成的的蛋蛋白白与与最最终终的的功功能能蛋蛋白不一致白不一致 显显现现肽肽的的存存在在不不仅仅促促进进蛋蛋白白质质分分子子的的自自我我剪剪接接（Cis-Cis-splicingsplicing），而而且且还还能能把把两两个个蛋蛋白白质质分分子子连连接接成成一一个个新新的的蛋蛋白白质质分分子子（Trans-splicingTrans-splicing），这这就就在在蛋蛋白白质质水水平平上上大大大大增增加加了了基基因表达的多样性因表达的多样性3/15/20233/15/20233535第35页/共110页 鉴鉴于于从从基基因因到到蛋蛋白白

35、质质要要经经过过各各种种各各样样的的修修饰饰和和加加工工，如如断断裂裂基基因因的的RNARNA剪剪接接、模模糊糊基基因因RNARNA编编辑辑等等。即即使使稳稳定定的的基基因因类类型型，DNADNA模模板板与与其其相相应应RNARNA、蛋蛋白白质质序序列列之之间间也也往往往往不不尽尽一一致致，因因为为她她们们都都要要经经过过一一定程度的定程度的RNARNA剪接或翻译后修饰的剪接或翻译后修饰的3/15/20233/15/20233636第36页/共110页 由此说明，由此说明，DNADNA模板仅仅是一份非常粗糙的初稿，模板仅仅是一份非常粗糙的初稿，它不是僵化的铸模，更象一个活字板它不是僵化的铸模，

36、更象一个活字板准确地说，中心法则不是精细、逐一地传递序准确地说，中心法则不是精细、逐一地传递序列信息的通道，而是一个动态的分子遗传信息的加工列信息的通道，而是一个动态的分子遗传信息的加工流水线流水线基于此，现代基因可以定义为基于此，现代基因可以定义为“进行遗传信息进行遗传信息储存与加工的单元储存与加工的单元”3/15/20233/15/20233737“基因基因”的的经典经典分子生物学定义：产生一条多肽链或功分子生物学定义：产生一条多肽链或功能能RNARNA所必需的全部核甘酸序列所必需的全部核甘酸序列第37页/共110页基因概念小结基因概念小结1.1.从携带信息看基因种类从携带信息看基因种类从

37、携带信息看基因种类从携带信息看基因种类2.2.从基因从基因从基因从基因(产物产物产物产物)功能来看基因类别功能来看基因类别功能来看基因类别功能来看基因类别3/15/20233/15/20233838第38页/共110页DNADNA是遗传信息的载体，而遗传信息则是通过核苷是遗传信息的载体，而遗传信息则是通过核苷酸的排列顺序体现出来的，酸的排列顺序体现出来的，DNADNA所携带的遗传信息，根所携带的遗传信息，根据已有证据大致可以分为两类：据已有证据大致可以分为两类：a)a)一种是编码蛋白质的信息它们通过核苷酸三联体一种是编码蛋白质的信息它们通过核苷酸三联体与各个氨基酸间的对应关系使遗传信息由与各个

38、氨基酸间的对应关系使遗传信息由DNADNA流向流向蛋白质，但遗传信息的这种流动不是通过基因自身蛋白质，但遗传信息的这种流动不是通过基因自身的功能，而是通过独立于该基因之外的蛋白质合成的功能，而是通过独立于该基因之外的蛋白质合成机构实现的。同时，蛋白质基因的表达并不总是构机构实现的。同时，蛋白质基因的表达并不总是构成型的，它是受调控的成型的，它是受调控的1.1.1.1.信息类别信息类别信息类别信息类别3/15/20233/15/20233939第39页/共110页b)b)DNADNA所携带的第二类信息即是有关基因表达调控所携带的第二类信息即是有关基因表达调控的信息，它们贮存在的信息，它们贮存在D

39、NADNA的精细结构中，直接表的精细结构中，直接表现为特定的空间结构，即密码结构域，然后为现为特定的空间结构，即密码结构域，然后为相应的蛋白质因子所识别和结合，从而控制蛋相应的蛋白质因子所识别和结合，从而控制蛋白质基因的表达，这一方面的研究近来已取得白质基因的表达，这一方面的研究近来已取得不少进展，并已触及不少进展，并已触及“废弃废弃DNADNA”是否具有一定是否具有一定的功能。毫无疑问，这将成为将来分子生物学的功能。毫无疑问，这将成为将来分子生物学研究的一个重要方向研究的一个重要方向3/15/20233/15/20234040第40页/共110页2.2.2.2.基因功能类别基因功能类别基因功

40、能类别基因功能类别a)a)a)a)蛋白质基因：其最终产物为蛋白质蛋白质基因：其最终产物为蛋白质蛋白质基因：其最终产物为蛋白质蛋白质基因：其最终产物为蛋白质i.i.i.i.结构基因结构基因结构基因结构基因（Structure GenesStructure Genes）：编码酶和结构蛋白的基因。：编码酶和结构蛋白的基因。：编码酶和结构蛋白的基因。：编码酶和结构蛋白的基因。结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变或影响蛋白质（或酶）量

41、的改变或影响蛋白质（或酶）量的改变或影响蛋白质（或酶）量的改变或影响蛋白质（或酶）量的改变ii.ii.ii.ii.调节基因调节基因调节基因调节基因（Regulatory GenesRegulatory Genes）：指某些可调节控制结构：指某些可调节控制结构：指某些可调节控制结构：指某些可调节控制结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶

42、）量的改变基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变b)b)b)b)RNARNARNARNA基因：其最终产物是基因：其最终产物是基因：其最终产物是基因：其最终产物是tRNAtRNAtRNAtRNA和和和和rRNA rRNA rRNA rRNA 3/15/20233/15/20234141第41页/共110页c)c)c)c)调控基因：无任何产物，对基因表达起调节控调控基因：无任何产物，对基因表达起调节控调控基因：无任何产物，对基因表达起调节控调控基因：无任何产物，对基因表达起调节控制作用制作用制作用制作用i.i.i.i.启动基因（启动子，

43、启动区）：转录时启动基因（启动子，启动区）：转录时启动基因（启动子，启动区）：转录时启动基因（启动子，启动区）：转录时RNARNARNARNA多聚酶与多聚酶与多聚酶与多聚酶与DNADNADNADNA结合的部位结合的部位结合的部位结合的部位 ii.ii.ii.ii.操纵基因：位于结构基因（一个或多个）的前端，与操纵基因：位于结构基因（一个或多个）的前端，与操纵基因：位于结构基因（一个或多个）的前端，与操纵基因：位于结构基因（一个或多个）的前端，与阻遏蛋白或激活蛋白结合，控制结构基因活动的阻遏蛋白或激活蛋白结合，控制结构基因活动的阻遏蛋白或激活蛋白结合，控制结构基因活动的阻遏蛋白或激活蛋白结合，控

44、制结构基因活动的DNADNADNADNA区区区区段。是操纵结构基因的基因段。是操纵结构基因的基因段。是操纵结构基因的基因段。是操纵结构基因的基因 iii.iii.iii.iii.增强子：增强子：增强子：增强子：iv.iv.iv.iv.衰减子：衰减子：衰减子：衰减子：3/15/20233/15/20234242第42页/共110页第二节第二节 蛋白质的结构及功能蛋白质的结构及功能I 蛋白质概述II 蛋白质的结构*III 蛋白质结构与功能的关系3/15/20233/15/20234343第43页/共110页3/15/20233/15/20234444 蛋白质一词最早来自希腊语蛋白质一词最早来自希腊

45、语“proteios”proteios”，其含义为，其含义为“第一重要的第一重要的”蛋白质：由蛋白质：由2020种种-氨基酸氨基酸通过通过肽键肽键相连而成的，一相连而成的，一类具有类具有特定的空间构象和生物学功能的高分子有机化合物特定的空间构象和生物学功能的高分子有机化合物第44页/共110页蛋白质分子多样性氨基酸种类不同氨基酸种类不同氨基酸数目不同氨基酸数目不同氨基酸序列不同氨基酸序列不同肽链空间结构不同肽链空间结构不同蛋白质蛋白质的结构的结构多样性多样性蛋白质的蛋白质的种类多样种类多样性性蛋白质功能的多样性蛋白质功能的多样性3/15/20233/15/20234545第45页/共110页蛋

46、白质的主要功能1.1.结构蛋白：是构成细胞和生物体的重要物质，如肌结构蛋白：是构成细胞和生物体的重要物质，如肌球蛋白、肌动蛋白等球蛋白、肌动蛋白等2.2.催化蛋白：起生物催化作用，如绝大多数酶催化蛋白：起生物催化作用，如绝大多数酶3.3.运输蛋白：如血红蛋白、细胞膜上的载体运输蛋白：如血红蛋白、细胞膜上的载体4.4.调节蛋白：如蛋白质类激素（胰岛素和生长激素等）调节蛋白：如蛋白质类激素（胰岛素和生长激素等）5.5.免疫蛋白：免疫过程中产生的抗体免疫蛋白：免疫过程中产生的抗体3/15/20233/15/20234646第46页/共110页 蛋白质广泛存在于生物界蛋白质广泛存在于生物界 生生命命的

47、的最最基基本本特特征征是是能能够够进进行行新新陈陈代代谢谢，它它所所包包括括的的一一切切生生物物化化学学反反应应都都是是在在生生物物催催化化剂剂-酶酶的的作作用用下下完成的完成的 除除极极少少数数具具催催化化功功能能的的RNARNA外外，几几乎乎所所有有的的酶酶都都是是蛋白质蛋白质蛋白质的分布3/15/20233/15/20234747第47页/共110页1.1.生命活动所需的许多小分子物质和离子的运输离不开生命活动所需的许多小分子物质和离子的运输离不开蛋白质，如血红蛋白负责运输氧，铁传递蛋白负责运蛋白质，如血红蛋白负责运输氧，铁传递蛋白负责运输铁等输铁等2.2.细胞与外界环境以及细胞间的信息

48、传递，依赖于处在细胞与外界环境以及细胞间的信息传递，依赖于处在细胞表面的或跨膜的蛋白质来实现细胞表面的或跨膜的蛋白质来实现 蛋白质的功能举例3/15/20233/15/20234848第48页/共110页3/15/20233/15/202349491.1.蛋白质的一级结构2.2.蛋白质的二级结构3.3.蛋白质的三级结构4.4.蛋白质的四级结构第49页/共110页 蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序，-蛋白蛋白质的最基本结构。它是由结构基因的遗传密码排列顺序质的最基本结构。它是由结构基因的遗传密码排列顺序（DNADNA序列）所决定的序列）所决定的各种氨基酸按遗

49、传密码的顺序，通过肽键连接起各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为来，成为多肽链多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键，故肽键是蛋白质结构中的主键1.蛋白质的一级结构3/15/20233/15/20235050第50页/共110页 蛋白质的一级结构决定了其二级、三级等高级结构蛋白质的一级结构决定了其二级、三级等高级结构众多天然蛋白质各有其特殊的生物学活性，而决定众多天然蛋白质各有其特殊的生物学活性，而决定每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链的氨基酸序列的氨基酸序列由于组成蛋白质的由于组成蛋白质的2020种氨基酸各具特定的侧

50、链，侧种氨基酸各具特定的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按不同序链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按不同序列组合时，就形成多种多样的空间结构和不同生物学活性列组合时，就形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子的蛋白质分子3/15/20233/15/20235151第51页/共110页 蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠折叠和盘曲和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构构成特有的比较稳定的空间结构蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸