第十一章基因ppt課件

1、一、經(jīng)典的基因概念lMendel的“遺傳因子lMorgan的基因概念P156l1基因是構(gòu)造單位，不能由交換分開。l2基因是突變單位。l3基因是一個(gè)作用單位， 能產(chǎn)生一種 特定的表型效應(yīng)。l4染色體是基因的載體。二、生化突變型與一個(gè)二、生化突變型與一個(gè) 基因一個(gè)酶說基因一個(gè)酶說一、鏈孢霉的精氨酸依賴型：由幾個(gè)非等位基因控制 生化突變型：某一基因突變 導(dǎo)致酶不能產(chǎn)生，或構(gòu)成的 酶活性改動(dòng)。二、人的先天代謝缺陷苯丙氨酸代謝缺陷引起的疾病1. 苯丙酮尿癥 (PKU)AR 1934年初次發(fā)現(xiàn)，歐美地域發(fā)病率為1/16000。雜合子頻率為1/50-1/70。 主要病癥：智力發(fā)育妨礙，易激動(dòng)，好動(dòng)，肌張力高

2、，共濟(jì)失調(diào)，小便和汗液有特殊氣味等。 早期確診后，應(yīng)給予低苯丙氨酸飲食，并維持終生。2. 尿黑酸尿癥(AR) 大量尿黑酸產(chǎn)生。機(jī)體中也積存了大量的尿黑酸，在結(jié)締組織中堆積，導(dǎo)致褐黃病，開展為關(guān)節(jié)炎。 基因定位于3q21-23。 發(fā)病率為1/250000。3白化病AR 皮膚、毛發(fā)呈白色。眼呈淺蘭色。畏光，眼球震顫。暴露皮膚易生皮膚癌。 I型酪氨酸酶陰性。 II型酪氨酸酶陽性。能合成褐黑色素，不能合成真黑色素，病因不明。 兩個(gè)白化病人婚配能夠生出正常兒，由于一個(gè)是I型，另一個(gè)為II型： aaBBAAbbAaBb苯丙氨酸代謝缺陷引起的疾病萊一尼二氏癥萊一尼二氏癥Lesch-Nyhan syndrom

3、e (自毀容貌綜合征自毀容貌綜合征), 一種核酸代謝病一種核酸代謝病闡明：基因決議酶的構(gòu)成，闡明：基因決議酶的構(gòu)成，控制生化反響，從而控制控制生化反響，從而控制代謝，這即一個(gè)基因一個(gè)代謝，這即一個(gè)基因一個(gè)酶說酶說 one gene one enzyme hypothesis 。Beadle and Tatum1941 Beadle & Tatum 證明了這一代謝途徑并提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶說 Beadle and Tatum: 一個(gè)基因一個(gè)基因 - 一種酶一種酶 One Gene - One EnzymeX raysMMCMMMVitaminsAmino acids Purines a

4、nd pyrimidines 用X射線誘導(dǎo)處置紅色面包霉，挑選出被誘導(dǎo)的突變體來進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。根據(jù)遺傳分析和大量研討 ，他們以為基因發(fā)生突變，就能夠?qū)е旅富钚缘膯适А?紅色鏈孢霉實(shí)驗(yàn) 突變品系 根本 根本培育基加 培育基 鳥氨酸 瓜氨酸 精氨酸 I II III 結(jié)果闡明：菌株III：自前體到鳥氨酸的反響受阻。 菌株II：自鳥氨酸到瓜氨酸的反響受阻。 菌株I：自瓜氨酸到精氨酸的反響受阻。闡明：基因決議酶的構(gòu)成，控制生化反響，從而控制代闡明：基因決議酶的構(gòu)成，控制生化反響，從而控制代謝，這即一個(gè)基因一個(gè)酶說謝，這即一個(gè)基因一個(gè)酶說 one gene one enzyme hypothesis 。如今

5、以為一個(gè)基因控制一個(gè)多肽。如今以為一個(gè)基因控制一個(gè)多肽。概括起來：arg1 酶1arg2 酶2arg3酶3前體N-乙酰瓜氨酸 鳥氨酸 瓜氨酸 精氨酸1. 苯丙酮尿癥 (PKU)AR 1934年初次發(fā)現(xiàn)，歐美地域發(fā)病率為1/16000。雜合子頻率為1/50-1/70。 主要病癥：智力發(fā)育妨礙，易激動(dòng)，好動(dòng)，肌張力高，共濟(jì)失調(diào)，小便和汗液有特殊氣味等。 早期確診后，應(yīng)給予低苯丙氨酸飲食，并維持終生。2. 尿黑酸尿癥(AR) 大量尿黑酸產(chǎn)生。機(jī)體中也積存了大量的尿黑酸，在結(jié)締組織中堆積，導(dǎo)致褐黃病，開展為關(guān)節(jié)炎。 基因定位于3q21-23。 發(fā)病率為1/250000。3. 白化病AR 皮膚、毛發(fā)呈白

6、色。眼呈淺蘭色。畏光，眼球震顫。暴露皮膚易生皮膚癌。 I型酪氨酸酶陰性。 II型酪氨酸酶陽性。能合成褐黑色素，不能合成真黑色素，病因不明。 兩個(gè)白化病人婚配能夠生出正常兒，由于一個(gè)是I型，另一個(gè)為II型： aaBBAAbbAaBb 2. 2. 半乳糖血癥半乳糖血癥GalactosemiaGalactosemia 一種糖代謝缺陷病，具三種亞型：一種糖代謝缺陷病，具三種亞型：I; I; II; IIIII; III半乳糖-1-磷酸尿苷轉(zhuǎn)移酶編碼基因具有多態(tài)性：G+; GD; GI; GR; GG，各種等位基因的組合酶活性不同?；蛐?酶活性% 臨床表現(xiàn)G+ G+ 100 正常G+ GD 75 正常

7、GD GD 50 正常GD GG 25 正常GI GI (35) 中度半乳糖血癥GR GR 10 半乳糖血癥GG GG 0 嚴(yán)重半乳糖血癥 3. 萊一尼二氏癥Lesch-Nyhan syndrome (自毀容貌綜合征), 一種核酸代謝病。 鳥苷酸 次黃苷酸 HGPRT 鳥苷 次黃苷 鳥嘌呤 次黃嘌呤 HGPRT ：次黃嘌呤鳥 黃嘌呤 嘌呤 磷酸核苷轉(zhuǎn)移酶 尿酸 一、位置效應(yīng)反式(trans) 順式(cis)三、基因的精細(xì)構(gòu)造和順反檢驗(yàn) 位置效應(yīng)闡明：染色體并非基因的簡(jiǎn)單包位置效應(yīng)闡明：染色體并非基因的簡(jiǎn)單包容器，基因在染色體上的位置也具有功能容器，基因在染色體上的位置也具有功能意義。意義。 所

8、以所以“念珠實(shí)際的念珠實(shí)際的 (基因與染色體的關(guān)基因與染色體的關(guān)系系)得到了開展。得到了開展。二順反子 Benzer于1953年發(fā)現(xiàn)T-偶數(shù)噬菌體rII突變型。他對(duì)不同rII突變型重組的深化研討闡明了基因的精細(xì)構(gòu)造，并提出了近代的基因概念。 1. T4噬菌體rII突變型及其檢測(cè)2. 雙重感染法繪制rII區(qū)段連鎖圖 操作方法： 用兩種rII突變型雙重感染B品系，搜集溶菌液； 分別接種到B品系、K()品系菌苔上； 調(diào)查兩個(gè)品系菌苔上的噬菌斑數(shù)目，就可以計(jì)算兩個(gè)突變位點(diǎn)間的重組值； 繪制連鎖遺傳圖。 雙重感染實(shí)驗(yàn)(p161) 結(jié)果分析： 回復(fù)突變的頻率很小，不會(huì)產(chǎn)生如此高頻率的野生型噬菌體(斑)；所

9、以野生型只能由重組產(chǎn)生。 Benzer先后分別到100多個(gè)不同的rII突變。在rII區(qū)段內(nèi)存在如此多的基因顯然是不能夠的。 結(jié)論： 這些基因就是rII區(qū)段突變構(gòu)成的復(fù)等位基因。 基因是由更小的重組單位構(gòu)成，野生型產(chǎn)生于基因內(nèi)重組，從而推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)基因不可分性的性質(zhì)。rII順反檢驗(yàn) rII區(qū)段突變的性質(zhì)： rII突變具有共同性狀，按經(jīng)典遺傳學(xué)實(shí)際，rII區(qū)段為一個(gè)基因； 假設(shè)基因是最小的功能單位，它也是一個(gè)順反子。 順反檢驗(yàn)闡明： 多個(gè)rII突變型可以分為A、B兩組，組間突變型間可以互補(bǔ)，而組內(nèi)的突變型間不能互補(bǔ)； 與rII區(qū)段連鎖圖對(duì)照發(fā)現(xiàn)：兩組突變分別位于rII區(qū)段的兩端| A | B

10、|。rII的兩個(gè)順反子 經(jīng)典遺傳學(xué)意義上的一個(gè)基因(rII區(qū)段)實(shí)踐上有兩個(gè)順反子(功能單位)。 因此基因也很能夠不是遺傳的最小功能單位。 有些基因具有一個(gè)順反子，有些基因具有多個(gè)順反子。 在多順反子情況下，基因是幾個(gè)功能單位的復(fù)合體。 Benzer提出“一個(gè)順反子一條多肽鏈。rII的重組分析對(duì)基因的新認(rèn)識(shí) Benzer將最小重組單位定義為重組子(recon)。 rII區(qū)段存在多種突變的構(gòu)造闡明：基因也并非最小突變單位。Benzer提出用突變子(muton)來描畫基因內(nèi)改動(dòng)后可以產(chǎn)生非野生型表型的最小單位。 實(shí)際上講突變子不用等于重組子。但以后研討顯示：突變子和重組子都是一個(gè)核苷酸對(duì)或者堿基對(duì)

11、(bp)。所以基因內(nèi)每個(gè)堿基均能夠發(fā)生突變，恣意兩個(gè)堿基間均能發(fā)生交換重組。3. 雙突變雜合體的互補(bǔ)作用 在二倍體生物中，可以建立雙突變雜合體。雙突變體雜合體有兩種方式，即順式(cis)和反式(trans)，如下圖： 根據(jù)兩突變反式雙雜合體有無互補(bǔ)作用可以判別它們能否為同一個(gè)功能單位的突變： 突變型無互補(bǔ)作用為同一功能單位的突變； 野生型有互補(bǔ)作用為不同功能單位的突變。 這種檢驗(yàn)稱為互補(bǔ)檢驗(yàn)，也稱為順反檢驗(yàn)(cis-trans test)。Benzer將順反檢驗(yàn)所確定的最小遺傳功能單位稱為順反子(cistron)，順反子內(nèi)發(fā)生的突變間不能互補(bǔ)這種檢驗(yàn)稱為互補(bǔ)檢驗(yàn)，也稱為順反檢驗(yàn)(cis-tra

12、ns test)。Benzer將順反檢驗(yàn)所確定的最小遺傳功能單位稱為順反子(cistron)，順反子內(nèi)發(fā)生的突變間不能互補(bǔ).近代基因的概念 基因是一個(gè)作用單位順反子。一個(gè)順反子內(nèi)存在很多突變位點(diǎn)突變子，所謂突變子是改動(dòng)后可以產(chǎn)生突變型表型的最小單位。一個(gè)順反子內(nèi)部可以發(fā)生交換，出現(xiàn)重組，不能由重組分開的根本單位叫重組子。 所以，基因是一個(gè)順反子，可以分成許多突變子和重組子。四、 現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的 概念(一)、 現(xiàn)代基因概念基因是DNA分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段。(二)、 基因的功能類型 根據(jù)基因的原初功能可以將基因分為： 1. 編碼蛋白質(zhì)的基因，即有翻譯產(chǎn)物的基因。 如構(gòu)造

13、蛋白、酶等構(gòu)造基因和產(chǎn)生調(diào)理蛋白的調(diào)理基因。 2. 沒有翻譯產(chǎn)物，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA不翻譯，如編碼tRNA、rRNA的基因。 3. 不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段 如啟動(dòng)基因、支配基因。啟動(dòng)基因是轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA多聚酶與DNA結(jié)合的部位。支配基因是阻遏蛋白、激活蛋白與DNA結(jié)合的部位。(三)、 基因的幾種特殊方式 1. 反復(fù)基因： 指在染色體組上存在多份拷貝的基因。反復(fù)基因往往是生命活動(dòng)中最根本、最重要的功能相關(guān)的基因。 最典型的反復(fù)基因是rRNA、tRNA和組蛋白基因等。2. 重疊基因 overlapping gene 指在同一指在同一段段DNADNA順序上，順序上，由于閱讀框由于閱讀框架不

14、同或終架不同或終止早晚不同，止早晚不同，同時(shí)編碼兩同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因個(gè)以上基因的景象。的景象。 1977年 Sanger 對(duì)單鏈環(huán)狀的噬菌體X174進(jìn)展了測(cè)序。 5386Nt 11 基因， 3個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，由3個(gè)啟動(dòng)子pA,pB,pD啟動(dòng)。 X174含有的5386Nt最多能編碼1795個(gè)氨基酸，假設(shè)每個(gè)氨基酸的平均分子量為110，那么總的蛋白質(zhì)分子量為197,000Da，但實(shí)踐蛋白質(zhì)總分子量卻為262,000D。 將全部DNA順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序進(jìn)展比較，發(fā)現(xiàn)了重疊基因3. 斷裂基因隔裂基因 早期分子遺傳學(xué)以為基因是一個(gè)延續(xù)的、完好的構(gòu)造。早期分子遺傳學(xué)以為基因是一個(gè)延續(xù)的、完好的構(gòu)造。1

15、977年年Doel研討闡明：研討闡明： 卵清蛋白基因中間存在不表達(dá)的堿基序列，闡明真核生卵清蛋白基因中間存在不表達(dá)的堿基序列，闡明真核生物基因的物基因的DNA序列能夠是不延續(xù)的。一個(gè)基因內(nèi)部被一序列能夠是不延續(xù)的。一個(gè)基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。個(gè)或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。 外顯子：參與蛋白質(zhì)編碼的外顯子：參與蛋白質(zhì)編碼的DNA片段。片段。 內(nèi)含子：不參與蛋白質(zhì)編碼的內(nèi)含子：不參與蛋白質(zhì)編碼的DNA片段。片段。4. 騰躍基因(jumping gene)又稱為轉(zhuǎn)座子(transposon)、轉(zhuǎn)座因子、轉(zhuǎn)位因子(transposable element)。轉(zhuǎn)座子

16、轉(zhuǎn)位的過程也是一個(gè)遺傳重組過程；轉(zhuǎn)座子在染色體上轉(zhuǎn)位能夠會(huì)引起插入位置基因功能喪失(突變)，再次轉(zhuǎn)位分開插入點(diǎn)時(shí)便會(huì)發(fā)生基因功能的恢復(fù)。5.5.假基因假基因(pseudogene)(pseudogene) 假基因:同知的基因構(gòu)造類似，處于不同的位點(diǎn)，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因。 真核生物中的血紅素蛋白基因家族中就存在假基因。超基因 在一個(gè)基因簇內(nèi)含有幾百個(gè)功能相關(guān)的基因，這些基因簇又稱為超基因Super gene，如人類主要組織相容性抗原復(fù)合體和免疫球蛋白重鏈及輕鏈基因都屬于超基因 超基因能夠是由于基因擴(kuò)增后又經(jīng)過功能和構(gòu)造上的細(xì)微改動(dòng)而產(chǎn)生的，但仍保管了原始基因的構(gòu)造及功

17、能的完好性。第二節(jié) 基因組與基因組學(xué) 基因組：生物細(xì)胞中單套染色體的所含DNA序列的全部組成。 人類基因組：22條常染色體和X，Y染色體的DNA組成?；蚪M大小比較 種類 Mb大腸桿菌 4.64啤酒酵母 12.1線 蟲 100果 蠅 140蝗 蟲 5000小 鼠 3300豌 豆 4800玉 米 5000小 麥 17000人 類 3000 C值悖論 生物體單倍體DNA總量稱為 C值 生物的進(jìn)化等級(jí)高，不一定就意味著它的C值高于比它低等的生物。C值沒有表達(dá)出與物種進(jìn)化程度相關(guān)的趨勢(shì)。這種生物學(xué)上的DNA總量的比較和矛盾，稱為C值悖論。 進(jìn)化位置高，構(gòu)造復(fù)雜的生物與同類生物最小基因組比較，符合進(jìn)化程度越高，生物基因組越大的規(guī)律。分類最小基因組支原體 0.58 X 106細(xì)菌 2.8 X 106酵母 3.0 X 107霉菌 5.5 X 107蠕蟲 1.1 X 108昆