基因的概念和結(jié)構(gòu)

基因的概念和結(jié)構(gòu)第1頁/共55頁第2頁/共55頁第3頁/共55頁第三章：基因的概念和結(jié)構(gòu)本章要點(diǎn):3.1基因的概念及其發(fā)展3.2順反子3.3操縱子3.4外顯子和內(nèi)含子3.5重疊基因3.6轉(zhuǎn)座元件3.7癌基因和抑癌基因3.8染色體外基因第4頁/共55頁3.1基因的概念及其發(fā)展

經(jīng)典遺傳學(xué)對(duì)基因的概念：基因在染色體上占有一定位置，是交換的最小單位，是一個(gè)突變單位，又是一個(gè)功能單位。分子遺傳學(xué)對(duì)基因的概念：DNA是主要的遺傳物質(zhì)，基因在DNA分子上攜帶有特殊的遺傳信息。微生物遺傳分析表明，在一個(gè)基因的區(qū)域內(nèi)，可以劃分出三個(gè)單位，即突變子，重組子和順反子。

隨著基因結(jié)構(gòu)和功能的深入研究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了重疊基因、隔裂基因、跳躍基因。第5頁/共55頁完全顯性：顯性完全掩蓋隱性。不完全顯性:顯性不完全掩蓋隱性共顯性:一對(duì)等位基因的兩個(gè)成員作用相等。等位基因各自編碼蛋白質(zhì)產(chǎn)物，決定一個(gè)性狀。等位基因間存在相互作用。aa’野生型指自然界中常見的基因型和表型，其等位基因都產(chǎn)生由功能的蛋白。突變型等位基因最常見的是喪失功能型，絕大多數(shù)產(chǎn)生了改變的蛋白質(zhì)，極少數(shù)不產(chǎn)生蛋白。第6頁/共55頁非等位基因：非等位基因之間也存在相互關(guān)系。相互作用實(shí)質(zhì)上是基因表達(dá)的順式調(diào)控或反式調(diào)控的結(jié)果。如互補(bǔ)基因、抑制基因等?；パa(bǔ)基因：若干個(gè)非等位基因同時(shí)存在時(shí)才使某一個(gè)性狀出現(xiàn)。抑制基因：本身沒有可觀察到的表型效應(yīng)，但可以抑制其他非等位基因的活性。上位效應(yīng)：掩蓋另一對(duì)非等位基因的顯性效應(yīng)的現(xiàn)象。第7頁/共55頁雜合的雙突變體有兩種不同的排列形式，順式排列和反式排列。順式排列總是野生型。如果反式排列表現(xiàn)為野生型，說明這兩個(gè)突變分別屬于兩個(gè)基因位點(diǎn)，即非等位基因；如果反式排列表現(xiàn)為突變型，即等位基因。第8頁/共55頁復(fù)等位基因：一個(gè)群體中，一對(duì)染色體的同一基因座上有2個(gè)以上的等位基因，復(fù)等位基因的出現(xiàn)是生物多態(tài)性在遺傳上的直接證據(jù)。ABO血型人白細(xì)胞抗原（humanleukocyteantigen,HLA）第9頁/共55頁血型的基因型和表型的關(guān)系:ABO血型:

由A、B和O三種血型基因所決定，血型基因位于第9對(duì)染色體上。

第10頁/共55頁父母親血型的遺傳規(guī)律第11頁/共55頁

人白細(xì)胞抗原（humanleukocyteantigen,HLA）抗原（antigen,Ag）凡能誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)發(fā)生免疫應(yīng)答，并能與其產(chǎn)生的抗體或效應(yīng)細(xì)胞在體內(nèi)或體外發(fā)生特異性反應(yīng)的物質(zhì)。主要組織相容性抗原系統(tǒng)（majorhistocompatibilityantigen):在眾多的組織相容性抗原系統(tǒng)中，能引起強(qiáng)烈而迅速排斥反應(yīng)的抗原系統(tǒng)，也叫主要組織相容性系統(tǒng)（majorhistocompatibilitysystem,MHS)。

主要組織相容性抗原復(fù)合體（majorhistocompatibilitycomplex,MHC):

編碼MHS的基因在同一染色體上呈一組緊密連鎖的基因群。

第12頁/共55頁組織相容性抗原按免疫性能分：1）移植抗原,負(fù)責(zé)排斥外來的組織2)參與免疫反應(yīng)過程中細(xì)胞間的信息傳遞3)補(bǔ)體蛋白，主要存在血清中第13頁/共55頁

人的MHC基因座又稱HLA.第14頁/共55頁HLA復(fù)合體位于6號(hào)染色體的短臂上，其分布范圍大約

3600~4000kb，含有至少10個(gè)基因位點(diǎn)；根據(jù)基因和編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能的不同，將HLA復(fù)合體分為三個(gè)區(qū)域，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類基因區(qū)。第15頁/共55頁第16頁/共55頁MHC在醫(yī)學(xué)上的意義MHC與器官移植MHC與免疫應(yīng)答MHC與疾病MHC與法醫(yī)學(xué)：用于身份鑒定。

MHC與人類學(xué)研究：人類學(xué)研究中可為探討人類的源流和遷移提供有用的資料。第17頁/共55頁3.2

順反子：

一個(gè)遺傳功能單位，一個(gè)順反子決定一個(gè)多肽鏈。原核生物轉(zhuǎn)錄的mRNA是一個(gè)多順反子(polycistron)真核生物mRNA是一個(gè)單順反子(cistron)第18頁/共55頁Bener提出：順反子表示功能的最小單位，

并表示順反的位置效應(yīng)。本澤爾把突變子成互換子像繪制染色體圖一樣排列在基因圖譜上，這是遺傳學(xué)上一次從宏觀到微觀的飛躍

第19頁/共55頁順反子——是決定一條多肽鏈的完整的功能單位。突變子

——DNA中構(gòu)成基因的一個(gè)或若干個(gè)核苷酸。重組子——代表一個(gè)空間單位，有起點(diǎn)和終點(diǎn)，可以是若干個(gè)密碼子的重組也可以是單個(gè)核苷酸的互換。3’5’5’3’proteinbac第20頁/共55頁

順反子互補(bǔ)試驗(yàn)a和b是兩個(gè)突變，兩個(gè)噬菌體（1和2，或3和4）雜交，反式雜合子如果是突變型，表明兩個(gè)突變不能互補(bǔ)，是發(fā)生在同一順反子中的突變——非等位突變。第21頁/共55頁3.3操縱子：

1961午法國遺傳學(xué)家雅各布和莫諾提出的大腸桿菌乳糖操縱子模型，豐富了基因概念的內(nèi)容。1965年喜獲諾貝爾獎(jiǎng)。

操縱子超基因假基因第22頁/共55頁操縱子（operon）：原核生物中幾個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列組成的一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位（DNA序列）.一個(gè)操縱子=編碼序列+啟動(dòng)序列+操縱序列+(其他調(diào)節(jié)序列)第23頁/共55頁IPOZYa

控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因DNA阻遏蛋白啟動(dòng)序列操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙?；D(zhuǎn)移酶乳糖操縱子（lactoseopron）結(jié)構(gòu)RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)調(diào)控基因第24頁/共55頁乳糖操縱子(lactoseoperon)工作示意圖第25頁/共55頁

1.阻遏物對(duì)色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分支酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岬拿?/p>

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色氨酸操縱子第26頁/共55頁操縱子學(xué)說要點(diǎn)：細(xì)胞內(nèi)的基因按功能可以分為調(diào)節(jié)基因（regulatorgene），操縱基因（operator）和結(jié)構(gòu)基因（structuralgene）；操縱基因與若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因排列在一起，形成了一個(gè)共同的功能單位—操縱子（operaon）；

調(diào)節(jié)基因的表達(dá)產(chǎn)物作用于操縱基因，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；在基因表達(dá)過程中存在mRNA，起著蛋白質(zhì)合成模板的作用。第27頁/共55頁超基因：作用于一種性狀或一系列相關(guān)性狀的幾個(gè)緊密連鎖的基因。基因家族：某一祖先基因由于重復(fù)和變異產(chǎn)生的一系列基因?；虼兀汗δ芟嗤蛳嚓P(guān)的許多基因聚集成簇，就形成一個(gè)基因簇。孤獨(dú)基因：在成簇的基因家族中通過染色體重排而分散到其他位置上的基因。第28頁/共55頁

人類的血紅蛋白基因簇第29頁/共55頁

最初由Jacq等人提出，具有與功能基因相似的序列，但由于有許多的突變以致失去了原由的功能，常用Ψ表示。

沒有內(nèi)含子，沒有啟動(dòng)子序列，5’端有

poly(A)序列。沒有生物學(xué)功能，積累了大量的突變。假基因：第30頁/共55頁人珠蛋白假基因的結(jié)構(gòu)：第31頁/共55頁3.4外顯子和內(nèi)含子外顯子：編碼序列內(nèi)含子：非編碼序列RNA剪接內(nèi)含子的類型斷裂基因斷裂基因的發(fā)現(xiàn)使SharpP.A.和RobertsR.J.獲得1993年的諾貝爾獎(jiǎng)。第32頁/共55頁斷裂基因（SpliteGene）70年代由R.J.Roberts和P.A.Sharp首先報(bào)道10S

珠蛋白前體RNA以及其15S

珠蛋白mRNA與小鼠珠蛋白基因雜交形成R環(huán)的電鏡圖第33頁/共55頁Intron，Extron卵清蛋白基因及其與mRNA或cDNA的雜交圖1978年，Gilbert提出內(nèi)含子、外顯子概念。外顯子8個(gè)內(nèi)含子7個(gè)第34頁/共55頁RNA剪接內(nèi)含子是從GT開始，到AG結(jié)束第35頁/共55頁

套馬索剪接第一階段是在5’剪接位置上切割，把內(nèi)含子—外顯子分開。第二階段是在3’端剪接位置上切割。釋放出“套索馬”狀的游離內(nèi)含子。最后兩個(gè)外顯子連接，“套索馬”狀的內(nèi)含子降解。第36頁/共55頁套馬索剪接過程中的轉(zhuǎn)酯作用在形成“套馬索”和外顯子連接過程中，鍵是從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，這就是轉(zhuǎn)酯作用。第37頁/共55頁

可變剪接由初級(jí)轉(zhuǎn)錄物所決定，基因轉(zhuǎn)錄時(shí)可以從不同的起始點(diǎn)或不同的終止點(diǎn)結(jié)束。初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的剪接方式不同，有的外顯子被置換、添加或缺失，產(chǎn)生不同的基因產(chǎn)物。第38頁/共55頁順式和反式剪接示意圖第39頁/共55頁

內(nèi)含子的類型從進(jìn)化觀點(diǎn)看，外顯子的保守程度遠(yuǎn)高子內(nèi)含子，內(nèi)含于序列是多變的，這是因?yàn)閮?nèi)含子序列最終不出現(xiàn)在mRNA序列中，即使發(fā)生改變也不會(huì)影響基因的產(chǎn)物或改變基因的功能，因此可以不受到自然選擇的壓力。第40頁/共55頁

基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多的遺傳信息，是生物對(duì)它的遺傳物質(zhì)經(jīng)濟(jì)而合理的利用。3.5重疊基因

人們一直認(rèn)為在同一段DNA序列內(nèi)不可能存在重疊讀碼結(jié)構(gòu)的。但是，

1977年，維納研究Q0病毒的基因結(jié)構(gòu)時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了基因的重疊現(xiàn)象。

重疊基因是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有一段DNA序列。第41頁/共55頁

重疊基因的發(fā)現(xiàn)：1978年，Sanger

X174DNA:5386核苷酸

編碼的蛋白:2000個(gè)氨基酸;

3X2000=6000核苷酸第42頁/共55頁

基因重疊的方式

1）大基因內(nèi)包含小基因：如：B基因包含在A基因內(nèi)，

2）前后兩基因首尾重疊：

例1：如：基因D終止

X174DNA序列：5`—T—A—A—T—G—3`重疊一個(gè)堿基基因J起始例2：如：基因A終止

X174DNA序列5`——A—T—G—A—3`重疊4個(gè)堿基基因C起始第43頁/共55頁1998年12月公布了秀麗新小桿線蟲的基因序列。每個(gè)基因平均含有5個(gè)內(nèi)含子。秀麗隱桿線蟲（Ｃ．ｅｌｅｇａｎｓ）只有１ｍｍ長(zhǎng)基因組含有１.９５萬個(gè)左右的基因。第44頁/共55頁3.6轉(zhuǎn)座元件

有的基因不是固定在染色體的一個(gè)位置上，是可以移動(dòng)的，稱為可動(dòng)基因或轉(zhuǎn)座元件。轉(zhuǎn)座：指能將自身插入基因組中一個(gè)在序列上無關(guān)的新位點(diǎn)的DNA序列易位：第45頁/共55頁Ac—Ds系統(tǒng)插入序列轉(zhuǎn)座子P因子和FB因子反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子第46頁/共55頁20世紀(jì)40年代美國遺傳學(xué)家麥克林托克（1902-1992）在研究玉米籽粒顏色的高頻變異時(shí)，就已注意到了基因可以移動(dòng)的現(xiàn)象。她在研究過程中發(fā)現(xiàn)，玉米籽粒的顏色很不穩(wěn)定，有時(shí)籽粒上會(huì)出現(xiàn)一些斑斑點(diǎn)點(diǎn)。這位“玉米夫人”榮獲了1983年度諾貝爾獎(jiǎng)。

Ac—Ds系統(tǒng)這就是在同一個(gè)籽粒上有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斑斑點(diǎn)點(diǎn)，或者是無色背