第八章-遺傳的分子基礎

第一節(jié)遺傳物質－核酸目前一頁\總數(shù)五十四頁\編于七點一、遺傳物質的發(fā)現(xiàn)（一）肺炎雙球菌轉化實驗肺炎雙球菌的兩個品系類型特征致病性粗糙型（Rough，R)光滑型（Smooth,S)無莢膜，粗糙菌落，無毒有莢膜，光滑菌落，有毒無有，小鼠敗血癥，人的肺炎。目前二頁\總數(shù)五十四頁\編于七點1、格里菲斯（Griffith）的實驗肺炎球菌的轉化實驗：1.無毒R型→小鼠成活→血液中重現(xiàn)R型2.有毒S型→小鼠敗血癥死亡→血液中重現(xiàn)S型3.有毒S型（65℃殺死）→小鼠成活→無細菌3.無毒R型＋有毒S型（65℃殺死）→小鼠敗血癥死亡→血液中R型轉化為S型重現(xiàn)S型活菌結論：在加熱殺死的S型細菌中有較耐高溫的轉化物質進入R型→→無毒變?yōu)橛卸灸壳叭揬總數(shù)五十四頁\編于七點目前四頁\總數(shù)五十四頁\編于七點2、埃弗里（Avery）的實驗用生物化學方法證明轉化物質是DNA：Avery從S型細菌中分別抽提出DNA、蛋白質和莢膜物質等→把每一種成分分別同活的R型細菌培養(yǎng)→發(fā)現(xiàn)只有DNA能把R型細菌轉化為S型細菌，并殺死小鼠。。結論：DNA是轉化因子，是遺傳物質。目前五頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（二）噬菌體感染赫什（Hershey）和蔡斯（Chase）用同位素示蹤法證實DNA是遺傳物質。原理：P存在于DNA，而不存在于蛋白質；S存在于蛋白質，而不存在于DNA。1.用32P標記T2噬菌體的DNA2.用35S標記T2噬菌體的蛋白質結果：32P標記的噬菌體→侵染細菌→放射性進入細菌內→說明DNA進入細菌用35S標記的噬菌體→侵染細菌→細菌內無放射性→說明蛋白質未進入細菌

目前六頁\總數(shù)五十四頁\編于七點結論：噬菌體注入宿主細胞的物質是DNA，DNA是遺傳物質。目前七頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（三）煙草花葉病毒的重建煙草花葉病毒(TobaccoMosaicVirus)，簡稱TMV。1、TMV的感染實驗將TMV在水和苯酚中震蕩→使蛋白質和RNA分開→分別感染煙草→結果如下：TMV的蛋白質→煙草→不發(fā)病TMV的RNA→煙草→發(fā)病→產生新的TMVTMV的RNA＋RNA酶→不發(fā)病結論：RNA是遺傳物質目前八頁\總數(shù)五十四頁\編于七點2、佛蘭科爾-康拉特(Framkel-Conrat-Singer)的重建實驗：B型TMV的外殼蛋白＋A型TMV的RNA→重建成雜種病毒→感染煙草→病斑與A型相同，同時分離出A型病毒（A型RNA＋A型蛋白）結論：RNA是遺傳物質鏈接到第四節(jié)目前九頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前十頁\總數(shù)五十四頁\編于七點第二節(jié)中心法則目前十一頁\總數(shù)五十四頁\編于七點第三節(jié)基因的概念和調控一、基因的概念（一）經典的基因概念摩爾根創(chuàng)立基因學說→在學說中提出經典的基因概念：

基因在染色體上呈直線排列，基因是遺傳物質的結構單位。從以下三方面理解：

目前十二頁\總數(shù)五十四頁\編于七點1.基因是控制性狀的單位。如豌豆的C和c控制紅花與白花。2.基因是重組的結構單位。也就是說交換（重組）只能發(fā)生在基因之間而不能發(fā)生在基因內部。A B C· · ·· · ·a b cⅡⅠ3.基因是突變的單位目前十三頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（二）重組單位和突變單位的發(fā)展（本澤提出）1.一個基因內部的許多位點都可以發(fā)生突變，并且可以在這些位點間發(fā)生發(fā)生交換，即一個基因內部可以包括許多突變單位（突變子）和許多重組單位（重組子）。2.突變子和重組子相當于單個核苷酸對。目前十四頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（三）分子遺傳學的基因概念分子遺傳學認為，基因是DNA分子上含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質的最小功能單位，基因也稱順反子。目前十五頁\總數(shù)五十四頁\編于七點基因根據(jù)功能分轉錄基因－能轉錄產生RNA的基因結構基因－轉錄產生mRNA,并翻譯成蛋白質。tRNA基因－轉錄產生tRNArRNA基因－轉錄產生rRNA非轉錄基因－不能轉錄產生RNA的基因，如啟動基因和操縱基因。目前十六頁\總數(shù)五十四頁\編于七點基因根據(jù)所在部位分核基因－存在于細胞核內染色體上的基因。質基因－存在于細胞質中線粒體、葉綠體上的基因。目前十七頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（四）基因概念的新發(fā)展1、重疊基因1977年桑格（Sanger）分析φx174噬菌體DNA時發(fā)現(xiàn)，這條DNA鏈上的10個基因，有重疊現(xiàn)象。目前十八頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前十九頁\總數(shù)五十四頁\編于七點2.斷裂基因mRNA前體的加工目前二十頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前二十一頁\總數(shù)五十四頁\編于七點我們把mRNA前體加工時被剪去，而不能表達的片段，稱內含子。mRNA前體加工時被保留，而能夠表達的片段，稱外顯子。這種具有外顯子和內含子鑲嵌結構的基因，稱斷裂基因。目前二十二頁\總數(shù)五十四頁\編于七點3.可動基因

基因絕大多數(shù)固定在染色體的一個位置上，但有些基因在染色體上的位置是可以移動的，這類基因稱可動基因（mobilegene),也可以稱為轉座元件或轉座因子（transposableelement).最早提出基因可動理論的是美國的麥克林托克（McClintock),她發(fā)現(xiàn)玉米中有2個可動因子－Ac基因（激活基因）和Ds基因（抑制基因），構成一個激活－抑制系統(tǒng)（Ac－Ds）系統(tǒng)。目前二十三頁\總數(shù)五十四頁\編于七點Ac－Ds系統(tǒng)的作用：CC位于9號染色體，使玉米胚乳呈深色。C DsDs插在C附近，抑制C的表達，胚乳無色。AcC AcDsAc插入Ds附近，促使Ds跳出9號染色體，C恢復活性，產生色素。目前二十四頁\總數(shù)五十四頁\編于七點Ac－Ds系統(tǒng)的作用：WW位于3號染色體，使玉米葉子呈綠色。W DsDs由9號跳至3號，插在W附近，抑制W的表達，葉子白化。AcW Ds AcAc插入Ds附近，有些細胞中Ds被激活跳走，有些仍存在，葉子花斑狀。目前二十五頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前二十六頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前二十七頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前二十八頁\總數(shù)五十四頁\編于七點第四節(jié)基因表達調控基因表達－基因經過轉錄、翻譯，產生有生物活性的蛋白質的過程。DNAmRNA蛋白質轉錄翻譯生物體細胞的基因表達有嚴格的時空程序，這是由于它們有基因表達調控機制。鏈接到原核生物調控目前二十九頁\總數(shù)五十四頁\編于七點一、原核生物的基因表達調控主要在DNA水平和轉錄水平1.DNA水平的調控目前三十頁\總數(shù)五十四頁\編于七點鼠傷寒沙門氏菌鞭毛基因的調控目前三十一頁\總數(shù)五十四頁\編于七點基因說明：hix1、hix2－各14bp，互為反向重復序列。H片段P1(promoter,啟動區(qū)）－h(huán)in基因的啟動子，驅動hin基因表達。hin－編碼重組酶，使H片段倒位。P2（啟動區(qū)）－正向時驅動H2和rH1表達，反向（倒位）時，H2和rH1不表達。H2－編碼H2鞭毛蛋白rH1－H1repressor（阻遏）gene，編碼阻遏蛋白，使H1不表達。（H2和rH1緊密連鎖，協(xié)同表達。)目前三十二頁\總數(shù)五十四頁\編于七點P3－H1的啟動區(qū)H1－編碼H1鞭毛蛋白（H1和H2距離較遠。）目前三十三頁\總數(shù)五十四頁\編于七點鞭毛相變過程：H片段為正向時→P2正向，且與H2、rH1鄰接→H2、rH1轉錄→產生H2鞭毛蛋白和H1阻遏蛋白→阻遏蛋白作用于H1基因，使其關閉→細菌鞭毛由H2鞭毛蛋白構成。某些情況下，hin表達→產生重組酶→催化hix1和hix2交換重組→H片段倒位→P2呈反向（倒位），且遠離H2、rH1→H2和rH1不能表達→H2鞭毛蛋白和H1阻遏蛋白停止合成→H1得以表達→細菌鞭毛由H1蛋白合成。目前三十四頁\總數(shù)五十四頁\編于七點鞭毛相變過程：H片段為正向時→P2正向，且與H2、rH1鄰接→H2、rH1轉錄→產生H2鞭毛蛋白和H1阻遏蛋白→阻遏蛋白作用于H1基因，使其關閉→細菌鞭毛由H2鞭毛蛋白構成。某些情況下，hin表達→產生重組酶→催化hix1和hix2交換重組→H片段倒位→P2呈反向（倒位），且遠離H2、rH1→H2和rH1不能表達→H2鞭毛蛋白和H1阻遏蛋白停止合成→H1得以表達→細菌鞭毛由H1蛋白合成。目前三十五頁\總數(shù)五十四頁\編于七點倒位目前三十六頁\總數(shù)五十四頁\編于七點鞭毛相變的意義：逃離寄主抗體的進攻，使得細菌能繁衍后代。目前三十七頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（一）乳糖操縱子模型1961年Jacob和Monod提出大腸桿菌乳糖操縱子模型（lacoperon)一、原核生物的基因表達調控目前三十八頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前三十九頁\總數(shù)五十四頁\編于七點1、操縱子（operor）構成I－調節(jié)基因，編碼阻遏蛋白（repressorprotein）P－啟動基因（promoter），RNA聚合酶識別和結合部位。O－操縱基因（operator），阻遏蛋白結合的部位。3個結構基因（structuralgene）：lacZ－編碼β－半乳糖苷酶（乳糖→葡糖＋半乳糖）lacY－編碼β－半乳糖透性酶lacA－編碼β－半乳糖乙酰轉移酶目前四十頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前四十一頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前四十二頁\總數(shù)五十四頁\編于七點目前四十三頁\總數(shù)五十四頁\編于七點2、調控過程抑制作用：當大腸桿菌中沒有乳糖時（lactose）時，調節(jié)基因（I）產生的阻遏蛋白能與操縱基因（O）結合→阻止RNA聚合酶與啟動基因（P)的結合和前進→結構基因不能轉錄→細胞中無三種酶。誘導作用：當細菌中有乳糖時，乳糖與阻遏蛋白結合→使阻遏蛋白構象改變→不能與操縱基因結合而脫落下來→RNA聚合酶可以結合在啟動基因上，并向結構基因方向移動→結構基因開始轉錄→細胞中產生三種酶。乳糖操縱子動畫目前四十四頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（二）色氨酸操縱子模型色氨酸操縱子調控色氨酸的合成抑制作用：培養(yǎng)基中有足夠色氨酸時，結構基因關閉。誘導作用：缺乏色氨酸時，結構基因打開。目前四十五頁\總數(shù)五十四頁\編于七點二、真核生物的基因表達調控主要在順式作用元件和反式作用因子的共同作用下完成。（一）順式作用元件順式和反式－在分子遺傳學中，把處于同一染色體或DNA分子上的兩個基因或序列互稱順式，處于不同染色體或DNA分子上的兩個基因或序列稱互稱反式。順式作用元件－與靶基因處于同一DNA分子或染色體中（稱順式），具有轉錄調節(jié)功能的特異DNA序列。順式作用元件本身不編碼任何蛋白質，僅僅提供反式作用因子的作用位點。目前四十六頁\總數(shù)五十四頁\編于七點包括以下3種：1、啟動子RNA聚合酶結合位點周圍的一組轉錄控制序列，包括轉錄起始點和多個功能元件，如TATA盒。2、增強子遠離轉錄起始點，增強啟動子轉錄活性的DNA序列。3、沉默子對基因轉錄起阻遏作用的DNA序列，屬于負性調控元件。目前四十七頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（二）反式作用因子具有轉錄調節(jié)功能的蛋白質，其編碼基因與靶基因處于不同的DNA分子或染色體上（稱反式）主要包括RNA聚合酶及各類轉錄因子，有的結合在啟動子上，有的結合在增強子上，有的結合在沉默子上。少數(shù)為順式作用因子（編碼基因與靶基因在同一DNA分子上）。目前四十八頁\總數(shù)五十四頁\編于七點（二）真核生物的基因調控1.DNA水平的調控①基因丟失有的生物在發(fā)育過程中，一些體細胞丟失某些基因，這些基因便永不表達。②基因擴增使基因數(shù)量迅速增加而調節(jié)基因表達的方式，稱基因擴增。目前四十九頁\總數(shù)五十四頁\編于七點2.轉錄水平的調控①非組蛋白的調控作用染色體＝DNA＋組蛋白＋非組蛋白證據(jù)：※非組蛋白具有物種和組織特異性※活動的組織和染色質中非組蛋白含量非常高?！旧|拆合實驗－將兔子的胸腺和骨髓細胞中染色質的DNA、組蛋白、非組蛋白分離出來，重新搭配，發(fā)現(xiàn)：目前五十頁\總數(shù)五十四頁\編于七點骨髓DNA、組蛋白＋胸腺的非組蛋白構成的染色質，能合成胸腺的mRNA。胸腺DNA、組蛋白＋骨髓的非組蛋白構成的染色質，能合成骨髓的mRNA。目前五十一頁\總數(shù)五十四頁\編于七點②激素對轉錄的調控如人的第二性征的出現(xiàn)與激素有關。激素分子靶細胞受體非組蛋白目前五十二頁\總數(shù)五十