基因的概念及结构_精品文档.ppt

1、基因的概念和结构基因的概念和结构l复等位基因（multiple alleles）l顺反子（cistron）l超基因（super gene）l假基因(pseudo gene)l断裂基因和重叠基因l可动基因(mobile gene)l染色体外基因第一节第一节 基因的概念与发展基因的概念与发展一、发展历程1.1865年 Mendel遗传因子最初由孟德尔的杂交试验提出“遗传因子”,此时为一逻辑推理产物，是一种与生物状状相应的符号，无实质内容。2.1909年 丹麦Johanssen基因3.1910年40年代 Morgan等认为基因是三合一体，即基因既是一个功能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。摩尔根

2、通过对果绳的研究，阐明了连锁交换规律和伴性遗传，并进一步推理出基因在染色体上呈直线排列，基因是一种化学实体并决定性状。基因是突变和重组的最小单位4.1944年Avery首次证实基因是由DNA构成，及1953年DNA双螺旋模型的提出，人们认为基因是具有一定遗传效应的DNA片段5.1944年Beadle研究脉胞菌突变提出一基因一酶学说,后来研究血红蛋白时发现蛋白质可由不同肽链组成，而突变只影响一条肽链提出了一基因一多肽学说6.1955年，Benzer通过顺反互补实验发现一个基因内部的许多位点上可以发生突变，并且可能在这些位点间发生交换，说明一个基因并不是一个突变单位和一个交换单位7.60年代，Ja

3、cod和Monod研究细菌基因调控时发现基因是可分的，功能上是有差别的 结构基因决定合成某种蛋白质调节基因编码阻遏或激活结构基因转录的蛋白质基因,无翻译产物的基因8.新的发现断裂基因，重叠基因，跳跃基因1.基因是实体，它的物质基础是基因是实体，它的物质基础是DNA（或（或RNA）；）；2.基因是具有一定遗传效应的基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核分子中的特定核苷酸序列；苷酸序列；3.基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据4.基因是可分的基因是可分的基因的分子生物学定义基因的分子生物学定义l基因是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核苷序列

4、。l包含：编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，转录所必须的调控元件，编码区上游的非编码序列，内含子，编码区下游的非编码序列。基因结构基因结构基因的不同类型l结构基因:为蛋白质或RNA编码的基因，其产物为酶促反应的有关的功细胞组分，它不影响其它基因的表达l调节基因：不编码RNA或蛋白质的基因，其主要作用是调节其它基因的表达l功能性基因：基因家族中，仍然为蛋白质或RNA编码的家族成员称l假基因（Pseudo gene）：基因家族中已不为蛋白质或RNA编码的家族成员第二节第二节 复等位基因（复等位基因（multiple alleles）l复等位基因:一个群体中，一对同源染色体的同一基因座上存在着2个以

5、上的等位基因，这就是复等位基因（multiple gene)l复等位基因是生物遗传多态性在遗传上的直接原因 复等位基因间的互作效应复等位基因间的互作效应l互补基因：某性状只有在二个以上的非等位基因共存时才会表现出来，这种由于互相补充而使一个性状得以表现的非等位基因，称为互补基因l抑制基因：某一突变基因的表型效应由于第二个突变基因的出现而恢复正常时，称后一突变基因为前者的抑制基因相关概念相关概念l上位效应：一对显性基因的表现受到另一对非等位基因的作用，这种非等位基因间的抑制或遮掩作用叫上位效应。起抑制作用的基因称为上位基因，被抑制的基因称为下位基因一个2倍体细胞最多只能有复等位基因的2个拷贝 2

6、个等位基因，可以组成3种基因型 3个等位基因，可以组成6种基因型 4个等位基因，可以组成10种基因型 n个等位基因，可以组成 n+n(n-1)/2种基因型 其中纯合体为n 个,杂合体为n(n-1)/2个第三节 顺反子（cistron）l早期的基因概念：基因是一个功能单位，重组单位，突变单位(三位一体)。l发展的基因概念：基因是一个功能单位，基因内部可突变和重组。一个基因就是一个顺反子。l基因的顺式和反式排列顺反子概念的提出顺反子概念的提出l1955年，S.Benzer通过对T4噬菌体精细结构的研究提出了顺反子(Cistron)，突变子（muton）和重组子（recon）的概念l顺反子：编码一种

7、多肽链的核苷酸序列,是一个功能单位l突变子和重组子均为一核苷酸对l顺反子学说否定了一个基因一个酶的假说l单顺反子是真核基因的转录形式。一个启动子后仅具有一个编码序列。l多顺反子出现于原核生物，即若干个基因由一个启动子控制，转录在一条mRNA上Fig 15.10 The arrangement of genetic markers in cis and trans heterozygotes.2003 John Wiley and Sons Publishers两个相邻的等位基因，基因型均为m1+m2+，但是在染色体上的排列方式不一样，因而表型也不相同Fig 15.11 The cis-tran

8、s position effect observed by Edward Lewis with the apr and w mutations of Drosophila.apr：杏色眼w：白色眼顺式排列表现为红色反式排列表现为杏色如何判断突变是在一个顺反子内如何判断突变是在一个顺反子内还是还是2个不同的非等位基因个不同的非等位基因 l a1a1 x a2a2 突变型 突变型 a1a2 突变型 突变型 野生型 l如果F1代是突变型，说明a1，a2位于同一顺反子的不同位点，如果F1代是野生型，说明 a1，a2 是两个非等位基因。l顺反子:是一个遗传单位,一个顺反子决定一个多肽链l突变子:是DNA

9、中构成基因的一个或若干个核苷酸l重组子:重组子代表一个空间单位，它有起点和终点，可以是若干个密码子的重组，也可以是单个核苷酸的互换顺反子进一步发展了基因的概念顺反子进一步发展了基因的概念第四节第四节 操纵子（操纵子（Operon）l由操纵基因操纵的几个结构基因连锁在一起，由一个启动子转录成为一个mRNA分子，然后翻译成为几种蛋白质，这样的结构称为一个操纵子l乳糖操纵子：包括3个结构基因-半乳糖苷酶、乳糖透性酶、乙酰化酶2022/11/1261.1.操纵子的提出操纵子的提出 l大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖l当培养基中含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用葡萄糖l当

10、葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长2022/11/127大肠杆菌利用乳糖至少需要两个酶：促使乳糖进入细菌的半乳糖透过酶(lactose permease)和催化乳糖分解第一步的 半乳糖苷酶(-galactosidase)2022/11/128在环境中没有乳糖时，大肠杆菌合成-半乳糖苷酶量极少，加入乳糖2-3分钟后，细菌大量合成-半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上二阶段生长细菌利用乳糖再次繁殖前，也能测出细菌中-半乳糖苷酶活性显著增高这种诱导现象，法国的Jocob和Monod等人通过研 究，于 1961年 提 出 乳 糖 操 纵 子（lac opero

11、n）学说编码阻碍基因的I位点启动子区域P位点操纵基因O位点三个结构基因：ZYA当乳糖缺乏是，I基因表达阻遏物，阻碍物与操纵基因结合，启动子的活性收到阻碍，ZYA基因转录起始受到抑制在乳糖存在是，乳糖与阻遏物结合，改变阻遏物构象使之不能与操纵基因结合因此起始ZYA基因的合成Repressor maintains the lac operon in the inactive condition by binding to the operator;addition of inducer releases the repressor,and thereby allows RNA polymerase

12、 to initiate transcription.第五节第五节 超基因超基因l超基因（super gene)：是指作用于一种性状或作用于一系列相关性状的几个紧密连锁的基因l基因家族：真核生物中由同一祖先基因在进化过程中经突变，重复和倒位等演变而成的具有相同或相似作用的所有基因，称基因家族血红蛋白超基因血红蛋白超基因l超基因家族或成员可位于同一染色体上或不同染色体上l如脊椎动物的血红蛋白基因，为四聚体，由两条a链和两条链组成，在不同发育阶段血红蛋白的组成不同l发育阶段 血红蛋白的组成l胚胎期（8周）22 22 22l胎儿期（3-9月）22l成人期（出生后）22 22 类基因包括：、1、2、类

13、基因包括：、Gr、Ar、类和类基因在染色体上，紧密连锁，呈直线排列，形成一个超基因 Gr Ar l基因簇：指基因家族的成员以串联重复方式排列在一起或不同家族的成员构成一重复单位，以串联重复方式排列在一起。l原核；5 S RNA，16SRNA，23SRNAl真核：5.8 S RNA，18 S RNA，28 S RNAltRNA簇l假基因（pseudo gene）：在基因家族中与功能基因相似的序列，但有许多突变以致于失去了原有的功能，假基因是没有功能的基因。l在爪蟾5S基因、珠蛋白基因簇、免疫球蛋白基因簇及组织相容性抗原基因簇中都发现有假基因。第六节第六节 真核生物的断裂基因真核生物的断裂基因l断

14、裂基因的发现l1977年Flavell 和Jeffreys兔球蛋白基因cDNA与DNA杂交实验l同年Chambon 鸡卵清蛋白的杂交实验l真核生物的基因是断裂的基因的不连续性l 在1977年以前，都认为基因是一种为蛋白质编码的连续的核苷酸序列，因为当时对基因的研究都是从原核生物开始的，而在原核基因中很少有基因是间断的l后来在对真核生物基因进行研究时经常发现，真核基因比其相应的mRNA长得多，开始以为基因的一端或两端存在一些不转录的序列l但从核RNA（hnRNA）和mRNA的大小进行比较发现，核RNA比相应的mRNA长，而与真核基因的大小相似，因此有一部分序列在初始转录中存在，而在mRNA从核转

15、运到胞质之前被除去了l真核基因中存在着一些可能被转录但不为蛋白质或多肽编码的序列真核基因是间断的。随着对真核基因的深入研究，现已发现，绝大多数真核基因都是间断的，包括外显子(exon)和内含子(intron)两个大的部分基因的可变剪切基因的可变剪切l黑腹果蝇tra基因l果蝇的dsx基因l肌钙蛋白T基因l基因的可变剪切现象在真核生物中普遍存在l同一DNA序列可编码多种蛋白质l利用不同的启动子：有时基因不止一个启动子，或启动子中的不同成分可独立起始转录，只是效率不同，因此可转录产生不同的mRNAl利用不同的终止子：与启动子的情况类似l改变拼接方式：将不同的外显子拼接在一起，可产生不同mRNA（抗原

16、、抗体可变剪接的意义可变剪接的意义promoter exon 1 exon2 exon3 exon 4 exon5 terminatorA:利用不同的启动子（例：鸡的强心肌和砂囊肌）B:利用不同的终止子（鼠降钙素基因）C:改变拼接方式（例鼠鸡钙蛋白T）1 2 3 4 5 1 2 3 5 第七节 重叠基因（overlapping gene)l1973年 Weiner 研究RNA病毒时的发现l1977年 Sanger 研究X 174 Phage时发现5387bp的基因组，编码的蛋白质比预期要多l重叠基因概念：基因转录起始点不同，但是共用同一段DNA序列或几个核苷酸的不同基因l除了RNA病毒和噬菌体，SV40病毒中也有重叠基因原核生物重叠基因的类型原核生物重叠基因的类型l一个基因的核苷酸序列完全包含在另一个基因的核酸序列当中，只是由于读码框不同而编码不同蛋白质l两个基因核酸序列末端密码子相互重叠，例如终止密码TGA与起始密码ATG重叠l某些核苷酸区段重叠真核生物也有重叠基因真核生物也有重叠基因l果蝇、人、秀丽新小杆线虫中都有发现l一个基因的编码序列完全寓居于另一个基因的内含子当中l套嵌基因：