基因及其表達

關(guān)于基因及其表達第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第一部分遺傳物質(zhì)（一）間接證據(jù)（1）DNA通常只在核中的染色體上找到。也有某些例外，例如細(xì)胞質(zhì)中的線料體和葉綠體等有它們的自己的DNA，但這些結(jié)構(gòu)能自體復(fù)制，有它們自己的遺傳連續(xù)性。（2）同一種生物，不論年齡大小，不論身體的那一種組織,在一定條件下，每個細(xì)胞核的DNA的含量基本上是機同的，而精子的DNA的含量正好是體細(xì)胞的一半。蛋白質(zhì)等其他化學(xué)物質(zhì)不符合這種情況。（3）同一種生物的各種細(xì)胞中，DNA在量上恒i定，在質(zhì)上也恒定；相反地，蛋白質(zhì)在量不上恒定，在質(zhì)上也不恒定，例如在某些魚類中，它們的染色體的蛋白質(zhì)一般都是組蛋白，且含有少量的RNA，而在成熟精子中組蛋白完全不見了，全都是精蛋白了，RNA的含量也測不出，查見蛋白質(zhì)在質(zhì)量也不是恒定的，不符合遺傳物質(zhì)的對穩(wěn)定性要求。（4）各類生物中，能改變DNA結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可能引起突變。

一、核酸是遺傳物質(zhì)：第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗前傳（轉(zhuǎn)化因子試驗）1928年格里菲斯（Griffith，J.）肺炎雙球菌有兩種類型ⅢＳ型（有毒）外包有莢膜，不能被白血球吞噬ⅡＲ型（無毒）外無莢膜，容易被白血球吞噬注射毒性的SIII注射已殺死的無毒性的SIII+少量活R型菌株注射無毒性的RII型分離到有活的性的SIII轉(zhuǎn)化因子？（二）直接證據(jù)

第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日

1944年O.T.Avery等人通過實驗證明DNA是一個攜帶遺傳信息的分子，幾年之后，A.Hershy和M.Chase通過噬菌體感染實驗也證實DNA是遺傳物質(zhì)。肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗

肺炎病菌有二種，一種是光滑型肺炎雙球菌：有莢膜、菌落光滑且有毒。這種菌通常外包有一層黏性發(fā)光的多糖莢膜，它是細(xì)菌致病性的必要成分，引起肺炎；另一種是粗糙型肺炎雙球菌：無莢膜、菌落粗糙且無毒。下圖給出了O.T.Avery等人具體的肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗過程。2、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（a）將光滑型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，使小鼠致死。（b）將粗糙型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，對小鼠無害。（c）將光滑型肺炎雙球菌加熱殺死后，再注入小鼠體內(nèi)，對小鼠無害。（d）將加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌與粗糙型肺炎雙球菌一起注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。（e）從加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌中提取DNA，并盡可能將混在DNA中的蛋白質(zhì)除去，然后將DNA與粗糙型肺炎雙球菌混合后，再注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（1）保證遺傳信息在世代間傳遞的延續(xù)性和穩(wěn)定性（2）使細(xì)胞和個體生長過程中遺傳信息順利表達3、DNA作為遺傳物質(zhì)的基本功能第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（二）DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制1.DNA的結(jié)構(gòu)（1）DNA的一級結(jié)構(gòu)①.定義：

DNA的一級結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定順序，通過3′,5′磷酸二酯鍵(一個核苷酸的3′—羥基和相鄰一個核苷酸的5′—磷酸基團以酯鍵相連。)連成的直線形或環(huán)形分子。②.DNA的書寫順序是5‘—3’。

③.DNA中有4種類型的核苷酸，有n個核苷酸組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數(shù)為4n。二、核酸的分子結(jié)構(gòu)與功能（一）核酸的分子組成和性質(zhì)第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日(2)、DNA的二級結(jié)構(gòu)（雙螺旋）定義：DNA的二級結(jié)構(gòu)指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日①.雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景（了解即可）

堿基組成的Chargaff規(guī)則：Franklin和Wilkins獲得了高質(zhì)量的DNA的X線衍射照片，顯示出DNA是螺旋形分子。1952年底,美國著名的化學(xué)大師鮑林(LinusPauling)發(fā)表了自己構(gòu)建的DNA三螺旋結(jié)構(gòu)。

1953年Watson和Crick總結(jié)前人的研究成果，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日Chargaff規(guī)則（20世紀(jì)40-50年代）不同物種間DNA堿基組成一般是不同的；同一物種不同組織DNA樣品堿基組成相同；一個物種的DNA堿基組成不會因個體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境改變而改變；任何一種DNA樣品中，A的量=T的量，G的量=C的量，因此A+G=C=T，A+G+C+T=100%。例如：G+C含量為40%，則G=20%、C=20%、A=30%、T=30%第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日②.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點2.0nm小溝大溝兩條右手螺旋的多核苷酸鏈反向平行圍繞同一中心軸相互纏繞。兩條鏈偏向一側(cè)，形成大溝和小溝磷酸與核糖通過磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子骨架，位于DNA分子外側(cè)，嘌呤與嘧啶位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。堿基平面和縱軸垂直，糖環(huán)的平面與縱軸平行。雙螺旋的直徑2nm，相鄰堿基對之間的距離為0.34nm。沿中心軸旋轉(zhuǎn)一周有10個核苷酸。兩核苷酸鏈靠堿基間的氫鍵連接在一起（A=T配對，G

C配對）。當(dāng)一條多核苷酸鏈的序列確定后，可決定另外一條互補鏈的序列。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素？堿基堆積力（堆積堿基的疏水作用）----主要因素氫鍵(AT之間兩個氫鍵，GC之間三個氫鍵)環(huán)境中的正離子第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第二部分基因的概念及其發(fā)展（一）基因概念的提出（二）現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念（三）基因表達第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（一）基因概念的提出

孟德爾（Mendel）的遺傳因子：一個因子決定一個性狀(1865年)。約翰遜（Johannsen）：首先提出基因一詞（1909年）。第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1857年，奧地利的一名神父孟德爾在他所在的修道院后院開始進行長達8年的豌豆雜交實驗。1865年，孟德爾根據(jù)豌豆雜交實驗的結(jié)果，發(fā)表了著名的論文《植物雜交試驗》，闡述了他所發(fā)現(xiàn)的顯性、隱性遺傳現(xiàn)象和兩個重要遺傳學(xué)規(guī)律——分離規(guī)律和自由組合規(guī)律。JohannGregorMendel（1822～1884）第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日孟德爾的遺傳因子孟德爾提出：●生物的遺傳性狀是通過“遺傳因子”（hereditaryfactor）進行傳遞的●遺傳因子是一些獨立的遺傳單位孟德爾把可觀察的性狀和控制它的內(nèi)在的遺傳因子區(qū)分開來遺傳因子作為基因的雛形名詞誕生了第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1900年，是遺傳學(xué)史乃至生物科學(xué)史上劃時代的一年，來自三個國家的三位學(xué)者獨立地“重新發(fā)現(xiàn)”了孟德爾的遺傳規(guī)律，他們是荷蘭的德弗里斯(HugoDeVries，1848～1935)、德國的柯靈斯(CarlErichCorrens，1864～1933)和澳大利亞的契馬克(ErichvonTschermak-Seysenegg，1871～1962)。從此，遺傳學(xué)進人了孟德爾時代?！爸匦掳l(fā)現(xiàn)”孟德爾第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日HugoDeVries(1848～1935)CarlErichCorrens(1864～1933)

ErichvonTschermak（1871～1962）

重新發(fā)現(xiàn)孟德爾的生物學(xué)家第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1909年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜在《精密遺傳學(xué)原理》一書中根據(jù)希臘語“給予生命”之義，創(chuàng)造“基因”（gene）一詞來代替孟德爾假定的“遺傳因子”。從此基因便成為遺傳因子的代名詞一直沿用至今。

不過此時的基因仍然是一個未經(jīng)證實的、僅靠邏輯推理得出的概念。

WilhelmLudwigJohannsen（1857～1927）第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（二）現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念1、現(xiàn)代基因概念

DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。合成有功能的蛋白質(zhì)或RNA所必需的全部DNA序列（除部分病毒RNA）,即一個基因不僅包括編碼蛋白質(zhì)或RNA的核苷酸序列，還包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。基因組：攜帶生物體全部遺傳信息的核酸量。第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日從分子水平來說，基因有3個基本特性:（1）基因可自體復(fù)制（2）基因決定性狀（例課本p30）（3）基因突變第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日2、基因的功能類別（1）蛋白質(zhì)基因：其最終產(chǎn)物為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因（structuregene）：編碼酶和結(jié)構(gòu)蛋白的基因。結(jié)構(gòu)基因的突變可導(dǎo)致特定蛋白質(zhì)（或酶）一級結(jié)構(gòu)的改變或影響蛋白質(zhì)（或酶）量的改變。調(diào)節(jié)基因（regulatorgene）：指某些可調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因表達的基因。調(diào)控基因的突變可以影響一個或多個結(jié)構(gòu)基因的功能，或?qū)е乱粋€或多個蛋白質(zhì)（或酶）量的改變。第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（2）RNA基因：其最終產(chǎn)物是tRNA和rRNA（3）不轉(zhuǎn)錄的基因：不產(chǎn)生任何產(chǎn)物，對基因表達起調(diào)節(jié)控制作用啟動基因（啟動子，啟動區(qū)）：轉(zhuǎn)錄時RNA多聚酶與DNA結(jié)合的部位。

操縱基因：位于結(jié)構(gòu)基因（一個或多個）的前端，與阻遏蛋白或激活蛋白結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因活動的DNA區(qū)段。是操縱結(jié)構(gòu)基因的基因。

第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日3、基因的幾種特殊形式（1）重復(fù)基因：指在基因組中有多份拷貝的基因，往往是生命活動中最基本、最重要的基因。（2）重疊基因：指兩個或兩個以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列為兩個或兩個以上基因的組成部分。

第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（3）斷裂基因指基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)排列的，而是被不編碼的序列所隔開。編碼的序列稱為外顯子，對應(yīng)于mRNA序列的區(qū)域，是一個基因表達為多肽鏈的部分。不編碼的間隔序列稱為內(nèi)含子，內(nèi)含子只轉(zhuǎn)錄，在前mRNA（pre—mRNA）時被剪切掉。大多數(shù)真核生物的基因為不連續(xù)基因（interrupted或discontinuousgene）或斷裂基因（splitgene）。第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日外顯子內(nèi)含子外顯子外顯子外顯子內(nèi)含子第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（4）跳躍基因(jumpinggene)

指可在DNA分子間進行轉(zhuǎn)移的DNA片段。也稱為轉(zhuǎn)座遺傳因子（transposablegeneticelement），轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座基因（transposableelement，TE），可動基因(mobilegene)。第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日美國女遺傳學(xué)家麥克林托克于1951年提出了可移動的遺傳基因（即“跳躍基因”）學(xué)說─基因可從染色體的一個位置跳躍到另一個位置、甚至從一條染色體跳躍到另一條染色體。為研究遺傳信息的表達與調(diào)控、生物進化與癌變提供了線索。于1983年獲諾貝爾獎。BarbaraMcClintock1902-1992

第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日（5）假基因即與正常功能基因順序基本相同卻不具有控制蛋白質(zhì)合成的功能的基因。在真核生物中是很普遍存在，形成的主要原因是堿基對缺失或插入以致不能正常編碼。

第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日基因表達：是指遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)錄成mRNA,再從mRNA翻譯成蛋白質(zhì)的過程（三）基因表達概念中心法則第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日1、復(fù)制(replication)：是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復(fù)制親代DNA子代DNA第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日RNA的轉(zhuǎn)錄過程：（以大腸桿菌為例）

起始位點的識別

轉(zhuǎn)錄起始鏈的延伸轉(zhuǎn)錄終止2、轉(zhuǎn)錄:即由DNA到RNA的過程。第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期日3、翻