遺傳與變異課件

1、第5章 遺傳與變異5.1 遺傳的染色體基礎(chǔ)5.1.1 染色體(chromosome)的形態(tài)5.1.1.1 染色體的長度每種生物的各條染色體在有絲分裂中期都有相對穩(wěn)定的長度。真核生物的長度在0.530m，直徑0.23.0m。平均來說，植物的染色體比動物的大。5.1.1.2 染色體的結(jié)構(gòu)1、著絲粒（centromere）/主縊痕（primary constriction）末端著絲粒染色體(telocentric chromosome), 自然界中難以存在.近端著絲粒染色體(acrocentric chromosome),分裂后期呈棒形 近中著絲粒染色體(sub-metacentric chromo

2、some),分裂后期呈L形.中間著絲粒染色體(metacentric chromosome),分裂后期呈V形,不多見.2、次縊痕（secondary constriction）著絲粒以外的縊痕（往往在短臂上）叫次縊痕，次縊痕的外端往往呈顆粒狀，稱為隨體（satellite）。5.1.2 染色體的數(shù)目1）同源染色體（homologous chromosome）: 在二倍體生物的體細(xì)胞中,其染色體是由來自父本和母本的成對染色體構(gòu)成,它們的形態(tài)和結(jié)構(gòu)相同,并且在減數(shù)分裂中能相互配對,這樣的成對染色體稱為同源染色體.2）非同源染色體（non-homologous chromosome）:減數(shù)分裂中不能

3、相互配對,并且形態(tài)和結(jié)構(gòu)也不相同的染色體稱為非同源染色體3）染色體組/基因組（genome） 二倍體生物的配子中，包含有該種生物進行生命活動所必需的最小限度的染色體數(shù)，這樣的一組染色體稱為染色體組。體細(xì)胞的染色體數(shù)是配子的二倍, 以2n表示, 配子中的染色體數(shù)n表示. 例如: 人 2n=46, n=23, 表示: （1）人有46條染色體, （2）23對同源染色體, （3）染色體組的染色體數(shù)目為23.5.1.3 核型與分帶1) 核型(karyotype): 是指染色體組在有絲分裂中期的表型, 是染色體數(shù)目、大小、形態(tài)特征的總和。在對染色體進行測量的基礎(chǔ)上，進行分組、排隊、配對,并進行形態(tài)分析的過

4、程叫核型分析.2) 染色體分帶(chromosome banding):使用特殊的染色方法,使染色體產(chǎn)生明顯的色帶,從而在不同的染色體間形成了特異的帶型, 依此作為鑒別單個染色體和染色體組的一種手段.5.2 孟德爾定律5.2.1 分離定律（law of segregation）孟德爾對7對相對性狀進行了雜交試驗,例如,花色:紫花-白花; 籽粒:黃色-綠色; 圓粒-皺粒; 植株: 高莖-矮莖等.試驗中發(fā)現(xiàn), 子一代所有植株的性狀都表現(xiàn)一致,即在每對相對性狀中, 只表現(xiàn)一個親本的性狀,而另一個卻隱而不見. 故把表現(xiàn)出來的性狀稱為“顯性”, 不表現(xiàn)的稱為“隱性”, 同時認(rèn)為性狀是由“遺傳因子=基因（

5、gene）” 所決定的.之后,對F1代進行自交, 結(jié)果在F2代中,顯性和隱性的性狀都表現(xiàn)出來, 其分離比是3:1.解釋：生物的性狀是由遺傳因子(基因)所決定的.以紫花-白花性狀為例, 其花色是由1對遺傳因子控制, 這樣, 就把控制單位性狀中不同相對性狀的的因子形式稱為等位基因，紫花由顯性基因（A_）控制，白花由隱性基因（aa），A對a完全顯性。這樣，Aa與AA表現(xiàn)為紫花，aa表現(xiàn)為白花。其中,帶有相同等位基因(如AA和aa)的個體稱為純合體(homozygote); 帶有兩個不同等位基因(如Aa)的個體稱為 雜合體(heterozygote).親代P 紫花AA白花aa 配子 A a F1 （全

6、為紫花） Aa Aa 配子 A a A aF2 AA Aa Aa aa 表型比 3紫花 : 1白花 表型: 生物體表現(xiàn)出來的性狀基因型比 1AA：2Aa：1aa基因型: 決定表型的基因組合分離定律表述：相對性狀是由遺傳因子(基因)所決定的, 每種遺傳因子存在兩種不同的形式(顯性基因/隱性基因), 每種形式?jīng)Q定一種相對性狀. 這些遺傳因子成對(等位基因: 位于同源染色體同一位置上的基因)存在于體細(xì)胞中, 在減數(shù)分裂形成配子時，相互獨立，互不干預(yù)，并彼此分開進入不同的配子(其結(jié)果是一半配子帶一種等位基因，另一半配子帶有另一種等位基因), 并可通過因子的重組(雌雄配子的結(jié)合)再現(xiàn)出來.分離定律的驗證

7、測交試驗（testcross）在雜種(如F2)中, 由于顯性的作用, 表現(xiàn)為顯性性狀的個體, 其基因型可能是純合的,也可能是雜合的. 為了確定F2的基因型,就需要把這些個體與隱性純合個體進行雜交，這種方法稱為測交。 由于隱性純合體只能產(chǎn)生1種含隱性基因的配子, 它們與含任何基因的另一種配子結(jié)合,其子代只能表現(xiàn)出另一種配子所含決定基因的表現(xiàn)型. 因此, 測交子代表型的種類和比例正好反應(yīng)了被測個體所產(chǎn)生的配子種類和比例. 1對等位基因雜合體的配子種類為2種.5.2.3孟德爾第二定律自由組合定律/獨立分配定律（law of independent assortment）兩對或兩對以上的相對性狀如何遺

8、傳?圓粒-黃色(純合體)皺粒-綠色(純合體)F1全部為圓粒-黃色, 說明: 圓粒對皺粒為顯性; 黃色對綠色為顯性. F1自交F2, 表型比為 9圓黃:3圓綠:3皺黃:1皺綠, 總結(jié): （1）圓粒:皺粒=3:1; 黃色:綠色=3:1. 說明: 兩對性狀是彼此獨立地從親代遺傳給子代; （2）F2中出現(xiàn)了兩種重組型個體, 圓綠和皺黃. 說明: 兩對相對性狀的基因在從F1傳到F2時, 又是自由組合的.解釋:P 圓黃RRYY 皺綠rryy 配子 RY ry F1 圓黃RrYy 配子 RY Ry rY ry形成合子時, 也是自由組合F2表現(xiàn)型為： 9圓黃:3圓綠:3皺黃:1皺綠 (3:1)2 的二項式展開

9、基因型：9種 為32表現(xiàn)型: 4種為 22若有n對非等位基因, F2的性狀分離比就為 (3:1)n基因型數(shù)為 3n 表現(xiàn)型種類為 2nRRYYrryyRYryRYryRYryRYryRYryRYry自由組合定律的驗證測交試驗F2, 圓黃, 基因型為R_Y_, 有如下4種情況:若為RRYY RY ry RrYy(圓黃) 說明: F2為雙顯性純合體, 產(chǎn)生了1種配子2) 若為RRYy RY, Ry ry 1RrYy(圓黃); 1Rryy(圓綠) 說明: F2的圓粒為顯性純合,黃色為雜合, 產(chǎn)生2種配子3) 若為RrYY RY,rY ry 1RrYy(圓黃):1rrYy(皺黃) 說明: F2的圓粒為

10、雜合的, 黃色為顯性純合的, 產(chǎn)生2種配子4) 若為RrYy RY, Ry, rY ,ry ry 1RrYy(圓黃): 1Rryy(圓綠):1rrYy(皺黃):1rryy(皺綠) 說明: F2為雙雜合體, 產(chǎn)生4種配子, 即22. 因此, n對性狀的雜合體可產(chǎn)生2n種配子;測交后代也會有2n種表現(xiàn)型, 且表型比為1:1:11m , m= 2n .自由組合定律的表述: 孟德爾認(rèn)為, 具有兩對和兩對以上相對性狀的遺傳因子(基因)在遺傳過程中,一對因子(等位基因)與另一對因子(等位基因)的分離和組合也互不干擾, 它們在形成配子時, 或者具有不同因子型(基因型)的雌雄配子在形成合子時,表現(xiàn)為自由組合的

11、現(xiàn)象.5.2.4 孟德爾定律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)1903年,薩頓在研究蚱蜢的精子發(fā)生時發(fā)現(xiàn), 染色體在減數(shù)分裂時的行為與孟德爾遺傳因子存在平行關(guān)系:1、在體細(xì)胞中，染色體是成對存在的，遺傳因子也成對存在.2、它們都有分離現(xiàn)象，配子中的染色體呈單倍性，而遺傳因子也是單個的.3、在兩種生殖細(xì)胞結(jié)合后，染色體和遺傳因子又都表現(xiàn)為二倍性.4、兩對同源染色體和控制兩對性狀的遺傳因子一樣，形成配子時都是獨立分配和自由組合的.5.3 性別決定與伴性遺傳5.3.1 性染色體與性別決定染色體組中決定性別差異的染色體為性染色體（sex chromosome），其余的稱為常染色體（autosome）XY型/雄性異配型 即雄

12、性個體帶有X和Y兩種不同的性染色體，并可產(chǎn)生含X和Y的兩種配子，雌性個體含一對XX性染色體，只產(chǎn)生一種配子。人性染色體雄性的一對性染色體形態(tài)大小相同，只能產(chǎn)生一種精子，而雌性的一對性染色體卻不同，能產(chǎn)生兩種卵。如ZW型，公雞為ZZ型，母雞為ZW型。蜜蜂的性別決定其性別是由染色體的倍數(shù)決定的，雌蜂的染色體數(shù)為2n=32，雄峰的為2n=16(單倍體)。生殖時, 雌蜂卵是經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生的; 雄峰的精子不經(jīng)減數(shù)分裂, 由精原細(xì)胞直接發(fā)育而來.蜂卵受精工蜂與蜂皇幼蟲得到5天以上的蜂皇漿蜂皇.幼蟲只得到23天的蜂皇漿工蜂. 雌性異配型5.3.2 伴性遺傳 由性染色體上的非性別決定基因所決定的性狀與性別的遺

13、傳存在某種必然的聯(lián)系,這樣一些性狀的遺傳方式,稱為伴性遺傳(sex-linked inheritance) /性連鎖.5.3.2.1 果蠅的伴性遺傳P 紅眼白眼 F1（全為紅眼） 紅眼紅眼 F2 3紅眼：1白眼（全為）說明：在F2中, 白眼性狀只出現(xiàn)于雄性個體，而且紅眼對白眼為顯性。P 紅眼XWXW XwY白眼配子 XW Xw Y F1 紅眼XW Xw 紅眼XWY 配子 XW Xw XW YF2 XWXW XW Xw XWY XwY3紅眼 : 1白眼果蠅的伴性遺傳的解釋:5.3.2.2 人的伴性遺傳人的色盲是伴性遺傳的，控制色盲的基因為隱性基因（cb），并位于X染色體上,Y染色體上不帶有它的等

14、位基因。色盲遺傳的其他形式: 正常攜帶者XcbX+ 色盲XcbY Xcb X+ Xcb Y 色盲XcbXcb 正常X+ Y Xcb X+ Y XcbXcb X+Xcb XcbY X+Y女性中色盲概率50%男性中色盲概率50%XcbX+ XcbY為正常攜帶者男性100%色盲5.4 連鎖與遺傳圖5.4.1 連鎖與交換定律位于同一條染色體上的基因連在一起進行遺傳的現(xiàn)象稱為連鎖(linkage).舉例：野生型： 體灰色(B),長翅(W)突變型： 體黑色(b),短翅(w) 若連鎖?P BBWW bbww (灰身長翅) (黑身短翅) 配子 BW bw F1 BbWw(灰身長翅)測交 BbWw bbww 配

15、子 BW bw bw F2 BbWw bbww表型比 灰身長翅:黑身短翅 =1:1說明: 完全連鎖(complete linkage)BWBWbwbwBWbwbwbwbw測交BWbwbwbwBWbw5.4.1 連鎖與交換定律完全連鎖分離圖: 若不連鎖?測交: (F1) BbWw bbww 配子: BW Bw bW bw bw F2: BbWw Bbww bbWw bbww表型比: 1 : 1 : 1 : 1實際結(jié)果: BbWw Bbww bbWw bbww 965 : 206 : 185 : 944說明: 不完全連鎖, 即在減數(shù)分裂的聯(lián)會期, 部分配子的染色體發(fā)生了交換.摩爾根所揭示的這種既連

16、鎖又互換的現(xiàn)象, 就被人們稱為遺傳學(xué)的第三定律連鎖與交換定律.F15.4.2 重組值與遺傳圖5.4.2.1 重組值(recombination frequency, RF)測交的結(jié)果表明, 發(fā)生交換后的親組合與重組合的個體數(shù)是不相同的. 親組合的個體數(shù)分別為965和944重組合的個體數(shù)分別為206和185RF=(206+185)/(965+944+206+185)100% =17%RF=重組合/(親組合+重組合)100%理論上, 0 RFRF50%, 說明兩對基因為不完全連鎖.5.4.2.2 遺傳圖(genetic map)實驗證明, 同一條染色體上各不同基因之間的重組值是不同的, 而且基本上

17、是恒定不變的. 解釋: 基因在染色體上是成行排列的, 彼此間的距離不同, 2個基因靠得越近, 交叉的機會就越少, 重組值就越小; 反之, 重組值就越大. 因此, 把每條染色體上基因排列的順序稱為遺傳圖, 而確定基因在染色體上的位置的方法稱為基因定位或遺傳作圖(genetic mapping).由于重組值的大小可以反映基因間的距離遠(yuǎn)近, 因此遺傳作圖就以重組值的大小作為兩基因間的相對距離. 重組值=1%=1個圖距單位(map unit), 稱作1厘摩(centi-Morgan, cM), 100cM=1M(Morgan)5.5 孟德爾遺傳原理的延伸5.5.1 等位基因之間的互作5.5.1.1 不

18、完全顯性，如紫茉莉，紅花白花紫花5.5.1.2 復(fù)等位基因座位(locus): 基因在染色體上的固定位置. 如果一個座位上的基因, 因突變而產(chǎn)生了兩種以上的等位基因, 并決定和影響著同一性狀的狀態(tài)或性質(zhì),這個座位上的一系列等位基因總稱為復(fù)等位基因.注意: 對一個二倍體生物來說, 至多只能存在其中的兩種等位基因,其他形式則存在于同一種群的別的個體上. 例如, 人類的ABO血型就是由3個復(fù)等位基因決定的.A和B對O是顯性, A與B是共顯性/并顯性.3個等位基因分別為 IA , IB, i 血型(表型)基因型紅血細(xì)胞膜上的抗原種類血清中的抗體種類ABABOIAIBIAi / IAIAIBi / IB

19、IBiiA和BAB-baa,b46紅細(xì)胞血清5.5.2 非等位基因之間的互作5.5.2.1 互補作用多個非等位基因同時存在時, 才表現(xiàn)出某一性狀,它們之間的關(guān)系位互補關(guān)系.如香豌豆, C_P_ 基因型的植株開紫花,而ccP_, C_pp 和 ccpp 的植株都開白花, 說明C和P對紫色都是必要的, 具有互補作用.5.5.2.2 抑制作用一個基因抑制非等位的另一個基因的作用,使后者的作用不能顯示出來,這個基因稱為抑制基因(inhibiting gene).例如, 結(jié)黃繭家蠶白繭中國家蠶F1結(jié)黃繭 說明, 黃繭對白繭是顯性. 但, 黃繭家蠶白繭歐洲家蠶F1結(jié)白繭 說明, 歐洲家蠶中存在另一對非等位

20、的基因, 抑制了黃繭基因的表達.5.5.2.3 上位效應(yīng)一對等位基因受到另一對等位基因的制約,并隨后者的不同, 前者的表型有所差異,后者即為上位基因(epistatic gene), 這種現(xiàn)象稱為上位效應(yīng)(epistasis).例如,小鼠的毛色遺傳P: BBCC (黑色) bbcc (白化) F1: BbCc (黑色) BbCc F2: 9B_C_ (黑): 3bbC_(褐): 3B_cc(白): 3bbcc(白) 只有3種表型(本應(yīng)是4種)解釋: B決定黑毛色, b決定褐毛色, 而C決定色素存在, c決定無色素.因此,cc是B_/bb的上位基因.5.5.2.4 基因的多效性（pleiotro

21、py）一個基因?qū)υS多表型發(fā)生影響的現(xiàn)象稱為基因的多效性. 例如, 雞羽毛卷曲松散性狀是由一對隱性基因決定的, 但同時表現(xiàn)出不耐低溫, 脾臟大, 血液多, 心跳快, 消化器官大, 產(chǎn)卵少等性狀.5.5.2.5 多基因遺傳(polygenic inheritance)質(zhì)量性狀(qualitative character)成對相對性狀之間的區(qū)別明顯, 非此即彼,這樣的性狀稱為質(zhì)量性狀. 其遺傳基礎(chǔ)為單基因(monogene)或主基因(majorgene), 表現(xiàn)為孟德爾式遺傳.數(shù)量性狀(quantitative character)性狀表現(xiàn)型之間的區(qū)別不明顯, 存在一系列中間類型, 彼此之間難以分類

22、(如身高和株高等性狀),但可以度量的性狀就稱為數(shù)量性狀. 其遺傳基礎(chǔ)是多基因, 即由表型效應(yīng)微小, 但作用相等且相加的多個基因來決定同一性狀的遺傳,這樣的遺傳現(xiàn)象稱為多基因遺傳/多因一效, 不表現(xiàn)為孟德爾式遺傳.5.6 遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)的特點:1) 含有細(xì)胞全部的遺傳信息;2) 能準(zhǔn)確復(fù)制; 3) 能發(fā)生變異.大量的實驗證明DNA和RAN是生物的遺傳物質(zhì),是遺傳信息的載體.1953年,Watson和Crick又發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu).DNA是由2條反向平行的核苷酸鏈組成, 彼此間靠堿基互補配對相連,并呈螺旋狀扭轉(zhuǎn),形如一個扭曲的梯子, 梯子橫檔即是A-T及C-G的連接. 這樣的結(jié)構(gòu)模型能很好

23、地解釋遺傳物質(zhì)所應(yīng)具有的特點.5.6.1 DNA的復(fù)制5.6.1.1 DNA復(fù)制的半保留性游離的核苷酸 復(fù)制叉(replication fork) 由于新合成的DNA分子中保留了原來母DAN分子雙鏈中的一條鏈, 因此就把DNA的這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制(semiconservative replication)5.6.1.2 DNA復(fù)制的半不連續(xù)性DAN聚合酶只能使新DNA從5 3方向合成.結(jié)果會使DNA的合成在一條模板鏈上可以連續(xù)不斷的前移, 而在另一條反向互補的模板鏈上, 則是行不通的. DAN在該模板鏈上復(fù)制時,是以片段方式進行的, 這些片段被稱為岡崎片段.5.7 基因的表達5.7.1

24、 遺傳密碼5.7.1.1 遺傳密碼的含義DNA由4種核苷酸組成, 各種遺傳信息就存在于它們的不同排列組合中, 然后由DNA轉(zhuǎn)錄 RNA翻譯蛋白質(zhì). 中心法則(central dogma)DNA首先轉(zhuǎn)錄形成與之互補的mRNA, 其4種核苷酸的堿基是A、U、C、G, 而蛋白質(zhì)的合成就是按照mRNA提供的遺傳信息來進行的, 這些信息是包含在A、U、C、G的不同排列組合中, 這樣的不同排列組合就構(gòu)成了遺傳密碼.蛋白質(zhì)有20種氨基酸,每個氨基酸應(yīng)由多少個堿基所決定？ 1個核苷酸/堿基決定1種氨基酸, 則只出現(xiàn)4種氨基酸; 2個核苷酸/堿基編碼1種氨基酸, 出現(xiàn)42=16種氨基酸; 3個核苷酸/堿基編碼1

25、種氨基酸, 就會有43=64種氨基酸.3個核苷酸/堿基組成的三聯(lián)密碼是足以編碼所有20種氨基酸的最小單位, 是遺傳信息編碼的最佳選擇.5.7.1.2 遺傳密碼的特點1) mRNA每3個核苷酸編碼1種氨基酸,稱為三聯(lián)體密碼(triplet code).2) 三聯(lián)體密碼的閱讀起點一旦確定,就3個1組3個1組的連續(xù)下去,既不能漏讀也不能重讀.3) 所有的生物具有相同的遺傳密碼.4) 大多數(shù)氨基酸具有2個或2個以上的密碼子, 這種1個氨基酸有多種密碼子的編碼現(xiàn)象,稱為密碼的簡并(degeneracy).5) 遺傳密碼中含有蛋白質(zhì)的啟始信號(AUG,GUG)和終止信號(UAG,UAA,UGA).無義密碼

26、子(nonsense code)在64種密碼子中, 有3個密碼子(UAG, UAA和UGA)并不編碼氨基酸, 稱為無義密碼子; 而其余61種都可編碼氨基酸, 稱為有義密碼子(sense code)5.6.2 轉(zhuǎn)錄（transcription）介紹幾個概念轉(zhuǎn)錄. 以DNA分子為模板,按照堿基互補的原則合成RNA，同時將DNA分子攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)移到RAN分子上的過程。翻譯(translation). 以mRNA分子為模板,按照mRNA上密碼子的遺傳信息指導(dǎo)氨基酸合成為蛋白質(zhì)多肽鏈的過程?；蚝突虮磉_. 轉(zhuǎn)錄是分段進行的，被轉(zhuǎn)錄的特定DNA序列稱為基因(gene)。而轉(zhuǎn)錄的過程就稱為基因表達（g

27、ene expression）。結(jié)構(gòu)基因和非結(jié)構(gòu)基因 通過轉(zhuǎn)錄而產(chǎn)生的RNA分子有3類，即mRNA、tRNA和rRNA，它們都參與蛋白質(zhì)的合成，但功能不同。其中只有mRNA被翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，因此，將編碼mRNA分子的基因稱為結(jié)構(gòu)基因（structural gene）；而編碼其他RNA分子的基因稱為非結(jié)構(gòu)基因（nonstructural gene）轉(zhuǎn)錄的過程：DAN解旋RNA聚合酶以其中的1條鏈為模板, 新鏈沿5 3前移其中作為模板的鏈稱為有義鏈（sense strand）。而與之互補的鏈稱為反義鏈（antisense strand）5.7.3 RNA分子的結(jié)構(gòu)和功能5.7.3.1 mRNA的結(jié)

28、構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)：反密碼子密碼子氨基酸5領(lǐng)頭序列(短)蛋白質(zhì)編碼序列(長)結(jié)尾序列(短)3功能：領(lǐng)頭序列向核糖體提供合成啟始信 息, 不翻譯；編碼序列翻譯成蛋白 質(zhì)的氨基酸序列;結(jié)尾序列提供翻 譯終止信息。5.7.3.2 tRNA的結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)：由3個不配對的環(huán)和配對的柄構(gòu)成, 稱為三葉草型(cloverleaf model),含 7590個核苷酸, 其中頂環(huán)有3個 核苷酸序列稱為反密碼子(anticodon).功能: 向核糖體運載氨基酸; 其反密碼子可與mRNA上的密碼子通過堿基互補發(fā)生配對, 這樣能保證蛋白質(zhì)合成中把正確的氨基酸加到多肽鏈上.任何細(xì)胞中都有至少61種不同的tRNA, 不同的t

29、RNA的尾部都結(jié)合有不同的氨基酸. 5.7.3.2 rRNA的結(jié)構(gòu)和功能與大量的核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體(ribosome),是蛋白質(zhì)合成的場所.5.7.3.2 tRNA的結(jié)構(gòu)和功能氨基酸反密碼子 tRNA座位mRNA座位5.7.4 翻譯(translation)翻譯的過程是蛋白質(zhì)多肽鏈的合成過程.1. 初始化(initiation) mRNA的啟始密碼子(AUG編碼蛋氨酸)與核糖體小亞基結(jié)合 與帶有蛋氨酸(Met)的tRNA的反密碼子UAC進行特異性地結(jié)合大亞基結(jié)合進來2. 鏈延伸(chain elongation) 大亞基的第二個座位結(jié)合進1個相應(yīng)的tRNA(帶有相應(yīng)的氨基酸) 形成肽鍵核

30、糖體移動1個密碼子空出1個座位接受第三個氨酰-tRNA以此類推.3. 終止(termination) mRNA的終止密碼子(UAG、UAA或UGA)出現(xiàn), 由于它們不編碼任何氨基酸, 因此細(xì)胞中沒有相應(yīng)的反密碼子tRNA, 兩亞基分離, mRNA退出.初始化終止轉(zhuǎn)錄翻譯5.7.5 中心法則(central donma)一些RNA病毒的信息傳遞有另外的途徑1) RNA的復(fù)制 RNA病毒細(xì)胞 形成RNA復(fù)制酶 自身模板 互補RNA復(fù)制出與原來一樣的RNA.2) 反轉(zhuǎn)錄(reverse transcruption)1970年, 在RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄酶和新的信息流向RNA病毒 細(xì)胞 以自身為模板

31、在反轉(zhuǎn)錄酶 DNA(cDNA)整合到寄主的DNA上 病毒RNA 寄主蛋白和病毒蛋白質(zhì)細(xì)胞癌變. 發(fā)現(xiàn)了由RNA DNA的信息流.3) DNA翻譯. 實驗室, 用鏈霉素/新霉素可使核糖體與單鏈DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生多肽.結(jié)合上述3種情況, 人們又總結(jié)出了一個修正的中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯DNARNA蛋白質(zhì)5.7.6 基因調(diào)控5.7.6.1 原核生物的基因調(diào)控操縱子學(xué)說: 20世紀(jì)60年代,Monod等發(fā)現(xiàn), 大腸桿菌在不含乳糖的培養(yǎng)基中,不分泌半乳糖酶, 而含有乳糖時, 則分泌半乳糖酶,并產(chǎn)生半乳糖. 經(jīng)研究提出了操縱子學(xué)說.調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因啟動基因

32、操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA阻遏蛋白RNA聚合酶操縱子RNA聚合酶半乳糖酶消化乳糖半乳糖操縱子學(xué)說:調(diào)節(jié)基因啟動基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白5.7.6.2 真核生物的基因調(diào)控 1. Britten-Davidson模型三種情況 1) 激活蛋白1受體基因+多結(jié)構(gòu)基因同時表達. 2) 激活蛋白多受體基因+1結(jié)構(gòu)基因多種不同情況的表達. 3) 1感受基因+多綜合基因組多種激活蛋白多套結(jié)構(gòu)基因表達.2. 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的影響 異染色質(zhì), 處于固縮狀態(tài)的染色質(zhì), 轉(zhuǎn)錄活性很低. 常染色質(zhì), 處于解旋/松弛狀態(tài)的染色質(zhì), 活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)域. 真核生物可通過異染色質(zhì)化的程度而控制基因的表達.假定: 感應(yīng)基因感

33、應(yīng)蛋白外來信號物質(zhì)復(fù)合物綜合基因組mRNA激活蛋白受體基因(結(jié)構(gòu)基因前)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯特異性酶/蛋白質(zhì)3. 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控是指轉(zhuǎn)錄后,mRNA的拼接和不同壽命所起的基因調(diào)控作用.mRAN在進入細(xì)胞質(zhì)之前的前身稱為hnRAN(核內(nèi)不均一RNA, heterogeneous nuclear RNA), 必須經(jīng)過加工后才成為成熟的mRNA.加工的結(jié)果可產(chǎn)生不同的mRNA. 因此, 同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,由于不同剪接方式形成不同mRNA的過程,稱為選擇性剪接.這一過程對基因表達的調(diào)控起著十分重要的作用.mRAN的壽命長短不一, 因而轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)有多有少. 這也是一種有效的調(diào)節(jié)方式.5.7.7 基因

34、工程(gene engineering)5.7.7.1 基因工程的概念按照人們的科研或生產(chǎn)需要, 用人工的方法將某種特定的基因, 通過載體或其他手段導(dǎo)入受體細(xì)胞, 使它們在受體細(xì)胞中增殖并表達的一種遺傳操作, 稱為基因工程.分為, 原核生物基因工程, 酵母基因工程, 植物基因工程, 動物基因工程.5.7.7.2 基因工程的常用酶 1. 核酸酶 1) RNA酶(RNase) 2) DNA酶(DNase) 3) 非專一性酶 4) 限制性核酸內(nèi)切酶(restriction enzyme)-G- -A-A-T-T-C-C-T-T-A-A- -G-限制性核酸內(nèi)切酶切割部位:EcoR I 5-G-A-A-

35、T-T-C- 3-C-T-T-A-A-G-Hind 5-A-A-G-C-T-T- 3-T-T-C-G-A-A-A- -A-G-C-T-T-T-T-C-G-A- -A-Hpa I 5-G-T-T-A-T-C- 3-C-A-A-T-A-G-粘性末端回文(palindromes) 2. 連接酶. 用于將兩段核酸拼接起來的酶.3. 聚合酶. 催化核酸合成反應(yīng)的酶, 包括DNA聚合酶, RNA聚合酶.5.7.7.3 基因工程的基本過程1. 目的基因(target gene)的分離和制備1) 從生物基因組中直接分離目的基因用多種限制性內(nèi)切酶將某種生物的細(xì)胞DNA切成不同的片段, 所需的目的基因就存在于某些

36、特定的片段中.2) mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA (complementary DNA)真核細(xì)胞的基因往往是割裂基因(split gene), 即基因的編碼序列被數(shù)量不等的非編碼序列隔成多個小片段, 其中編碼的片段稱為外顯子(exon / extron); 不編碼的片段稱為內(nèi)含子(intron). 轉(zhuǎn)錄時, 外顯子和內(nèi)含子同時被轉(zhuǎn)錄成hnRNA, 只有經(jīng)加工后方可成為成熟的mRNA.以特定的mRAN為模板反轉(zhuǎn)錄 單鏈DNADNA聚合酶 雙鏈DNA(cDNA) .用超聲波可使DNA分子斷裂, 獲得各種片段的混合物, 再進行篩選和分離.化學(xué)合成, 從蛋白質(zhì)氨基酸的順序知道它的遺傳密碼, 再依照密碼進行

37、化學(xué)合成.4) DNA的體外擴增聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction, PCR)（a）模板DNA變性單鏈（b）與引物退火(互補結(jié)合)（c）引物延伸a-b-c構(gòu)成1個循環(huán), 然后再進入下一個循環(huán), 這樣以2n指數(shù)擴增, n=循環(huán)數(shù).3) 用機械或化學(xué)方法獲得目的基因2. 載體(vector)及其選擇載體. 就是攜帶外源基因進入受體細(xì)胞的工具. 應(yīng)具備如下特點: 1) 易進入受體細(xì)胞 2) 在受體細(xì)胞中能自主復(fù)制 3) 容易從受體細(xì)胞中分離與純化 4) DNA片段插入后不影響其基本的生物功能質(zhì)粒. 是一種能在細(xì)菌, 放線菌和酵母菌內(nèi)寄生, 并獨立于染色體外進行自我復(fù)制

38、的環(huán)狀DNA. 不是細(xì)菌生存所必須的.噬菌體. 細(xì)菌病毒, 常用的有Mu噬菌體.粘粒載體. 是由質(zhì)粒和噬菌體(Mu)構(gòu)建的大容量載體.1) 粘性末端的連接用同一種可產(chǎn)生粘性末端的內(nèi)切酶,消化外源DNA和載體, 便可形成DNA末端彼此互補的粘性末端, 在用DNA連接酶將其連接,就形成了重組體分子.2) 平末端的連接在外源DNA和載體的末端分別一小段相互互補的多聚核苷酸片段, 然后通過DNA連接酶將它們連接, 稱為同聚末端連接.3. DNA片段和載體的連接重組體DNA分子的構(gòu)建4. 基因克隆(gene clone)和基因文庫(gene library)將重組體DNA轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞(如大腸桿菌

39、), 通過在受體細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制以及細(xì)胞增殖而構(gòu)成外源DNA的無性繁殖系, 即為基因克隆.如果所制備的各種外源DNA的克隆數(shù)已多到把某種生物的全部基因都包含在內(nèi)時, 這種克隆就成為該種生物的基因文庫.5. 選擇基因從基因文庫中提取所需基因常用分子雜交(molecular hybridization). 1) DNA變性成單鏈 2) 根據(jù)所需基因的核苷酸順序,制備一段與之互補的核苷酸短鏈, 并用同位素標(biāo)記, 即成為探針(probe). 3) 用探針與變性的DNA進行分子雜交, 便可檢出所要基因.6. 目的基因的表達目的基因在受體細(xì)胞中能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)錄和翻譯, 標(biāo)志著基因工程的成功.5.8 生物的變異 1

40、) 基因重組 2) 突變(mutation): 遺傳物質(zhì)發(fā)生非遺傳重組所引起的、可觀察到的、并且可遺傳的改變, 就稱為突變.基因水平和染色體水平5.8.1 基因突變(gene mutation)發(fā)生在基因水平上的突變5.8.1.1 基因突變的類型1) 堿基對替換突變(base-pair substitution mutation) 如, A-T對 G-C對2) 移框突變(frame shift mutation) 是指基因上發(fā)生了一個堿基對的增加或刪除所引起的突變. 5.8.1.2 突變的原因1. 自發(fā)突變 (spontaneous mutation)在沒有人為干擾的情況下,由于DNA復(fù)制的錯誤和DNA的自發(fā)化學(xué)改變等引起的突