基因的本質(zhì)和作用

基因的本質(zhì)和作用第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四基因突變的實(shí)例：鐮刀型細(xì)胞貧血癥圓餅型的紅細(xì)胞鐮刀狀的紅細(xì)胞鐮刀型貧血癥是一種異常血紅蛋白病。患者紅細(xì)胞易破裂產(chǎn)生溶血現(xiàn)象，引起嚴(yán)重貧血而造成死亡。第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四基因的結(jié)構(gòu)與功能基因的復(fù)制與表達(dá)基因突變基因突變的表型效應(yīng)本章內(nèi)容第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四什么叫基因？基因是指有遺傳效應(yīng)的DNA片段。什么叫遺傳效應(yīng)？遺傳效應(yīng)是指有轉(zhuǎn)錄為mRNA，繼而翻譯為蛋白質(zhì)，或轉(zhuǎn)錄為核糖體RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的功能。第一節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四基因編碼區(qū)：非編碼區(qū)：一、基因的結(jié)構(gòu)能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使RNA，進(jìn)而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，也就是說能夠編碼蛋白質(zhì)不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不能編碼蛋白質(zhì)第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四1.原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)

RNA聚合酶是由多個(gè)肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，能識(shí)別并與調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合,催化轉(zhuǎn)錄形成RNA。第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四2.真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚酶結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子啟動(dòng)子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游內(nèi)含子：外顯子：第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四非編碼區(qū)啟動(dòng)子增強(qiáng)子終止子第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四編碼區(qū)啟動(dòng)子

真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)間隔的、不連續(xù)的不能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)域，調(diào)控遺傳信息的表達(dá)終止子外顯子內(nèi)含子位置功能編碼區(qū)中能夠編碼蛋白質(zhì)的序列引導(dǎo)RNA聚合酶與基因的正確部位結(jié)合編碼區(qū)下游緊靠著轉(zhuǎn)錄的終點(diǎn)的位置阻礙RNA聚合酶的移動(dòng)，并使其從DNA模板鏈上脫離下來編碼區(qū)中不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列位置功能編碼區(qū)上游緊靠著轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)

第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點(diǎn)相同點(diǎn)原核細(xì)胞真核細(xì)胞不同點(diǎn)編碼區(qū)是連續(xù)的編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的相同點(diǎn)都由能夠編碼蛋白質(zhì)的編碼區(qū)和具有調(diào)控作用的非編碼區(qū)組成的3.原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較：第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、基因的功能基因能夠儲(chǔ)存、傳遞和表達(dá)遺傳信息，也都可能發(fā)生突變，從而決定生物體的性狀。基因如何決定生物性狀?

通過轉(zhuǎn)錄、翻譯，控制合成具有一定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，從而控制生物的性狀。第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四DNA復(fù)制(replication)：是指DNA以自身為模板(template)，合成新的子代DNA分子的過程。是遺傳信息傳遞的分子基礎(chǔ)。第二節(jié)基因的復(fù)制與表達(dá)一、基因的復(fù)制第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四DNA分子復(fù)制過程半保留復(fù)制模型原有DNA分子的兩條單鏈會(huì)分開，每一條單鏈各作為一個(gè)模板用來復(fù)制新的單鏈，所以新合成的DNA分子中有一條舊鏈和一條新鏈。第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四在原核生物中，復(fù)制起始點(diǎn)通常為一個(gè)，而在真核生物中則為多個(gè)。

第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四DNA的半不連續(xù)復(fù)制由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須為3'→5'。因此，分別以兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時(shí)的方式是不同的。第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四以3′→5′方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向?yàn)?′→3′，這一條鏈被稱為前導(dǎo)鏈。而以5′→3′方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5′→3′，這條鏈被稱為滯后鏈。第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開的，因此，滯后鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，由滯后鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段。

第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四復(fù)制過程簡圖第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、基因表達(dá)基因表達(dá)（geneexpression）是DNA分子中蘊(yùn)藏的遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄、翻譯形成蛋白質(zhì)或轉(zhuǎn)錄形成RNA發(fā)揮功能的過程，即一些的傳遞過程。第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、轉(zhuǎn)錄模板鏈：

DNA雙鏈中只一條鏈可做轉(zhuǎn)錄模板，又稱為反編碼連。編碼鏈：

無轉(zhuǎn)錄功能的DNA鏈。第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯轉(zhuǎn)錄過程第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工在專一酶作用下，切除多余部分或修飾，才成為“成熟的”RNA。涉及：(1)5’-端的帽化

(2)3’-端的加尾(3)內(nèi)含子的剪接第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、翻譯

第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四密碼子：UCAUGAUUAmRNA密碼子密碼子密碼子mRNA上決定一個(gè)氨基酸的三個(gè)相鄰堿基密碼子總數(shù)：43=64種1種密碼子只對(duì)應(yīng)1種氨基酸；

1種氨基酸可以對(duì)應(yīng)多種密碼子。第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四密碼子表第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四遺傳密碼的特性：1.起始密碼和終止密碼2.兼并性：多個(gè)密碼決定同一種氨基酸

3.通用性4.方向性第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四tRNA(轉(zhuǎn)移RNA)：可以將氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖體中。ACU天冬氨酸AUG

異亮氨酸第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四翻譯過程（一）氨基酸的激活（二）在核糖體上合成肽鏈

起始延長終止第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四基因的表達(dá)——基因控制蛋白質(zhì)的合成DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯(核糖體)第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

太空南瓜王（經(jīng)過太空遨游，也就是經(jīng)過輻射的）把其種子種下去后所結(jié)仍是太空南瓜王第四節(jié)基因突變第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四1.基因突變：

是指DNA分子中堿基對(duì)的增添、缺失或改變等變化。基因突變可以產(chǎn)生新基因，是生物變異的根本來源。核心概念一、基因突變的概念及特性第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四生殖細(xì)胞突變：

發(fā)生在生殖細(xì)胞中的基因突變，可通過有性生殖遺傳給后代，并存在于子代的每個(gè)細(xì)胞中。體細(xì)胞突變：發(fā)生在體細(xì)胞中的基因突變，不會(huì)傳遞給子代，但可傳遞給由突變細(xì)胞分裂所形成的子細(xì)胞，在局部形成突變細(xì)胞群，它可能成為病變甚至癌變的基礎(chǔ)。

第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四①多向性②可逆性④低頻性③多害性2.基因突變的特點(diǎn)第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四基因突變的特點(diǎn)1：多向性基因突變的特點(diǎn)第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四Aa正突變回復(fù)突變基因突變的特點(diǎn)2：可逆性基因突變的特點(diǎn)第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四基因突變的特點(diǎn)大多數(shù)基因突變對(duì)生物體是有害的，只有少數(shù)是有利的，有些既無害也無益。基因突變的特點(diǎn)3：多數(shù)有害性第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四高產(chǎn)大豆高產(chǎn)青霉菌株大南瓜太空椒（左）有利的基因突變第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四白化病患者有害的基因突變白化玉米苗畸形的雛鴨人類的多指第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四1×10－5人類色盲基因1×10－5小鼠的白化基因1×10－６玉米的皺縮基因1×10－5果蠅的白眼基因突變率基因基因突變的特點(diǎn)基因突變的特點(diǎn)4：低頻率性第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、誘發(fā)基因突變的因素人工誘變：自發(fā)突變：在人為因素的干預(yù)下發(fā)生的基因突變。在沒有人為因素的干預(yù)下，基因產(chǎn)生的變異。第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四物理因素化學(xué)因素生物因素紫外線X射線其它各種輻射亞硝酸堿基類似物自發(fā)突變：自然條件下DNA偶爾復(fù)制錯(cuò)誤人工誘變：第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、基因突變的分子機(jī)制(一)、堿基置換

DNA分子中的一個(gè)堿基對(duì)被另一個(gè)堿基對(duì)所替代，也稱為點(diǎn)突變。第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

轉(zhuǎn)換：指一種嘌呤被另一種嘌呤所替代或一種嘧啶被另一種嘧啶所替代。

顛換：是嘌呤和嘧啶堿基之間的替代。第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四堿基替換后可出現(xiàn)的效應(yīng)：

①同義突變②錯(cuò)義突變③無義突變④延長突變第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四1.同義突變

由于密碼子具有兼并性，個(gè)別堿基的置換也有可能不改變密碼子的意義，這種突變稱為同義突變。UUAUUGCUUCUCCUACUG

這6個(gè)密碼子都編碼亮氨酸（leu）第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四2.錯(cuò)義突變

堿基替換的結(jié)果改變了密碼子，改變了氨基酸如：ACG―――――→GCG；

thr（蘇）――→ala（丙）

能改變?cè)摶蚓幋a的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和生物活性。第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四3.無義突變有意義密碼子變?yōu)榻K止密碼子(UAA,UGA,UAG)，造成蛋白質(zhì)合成的提前終止，這種突變又稱為無義突變。

mRNAUAC——→UAA(終止密碼子)

無義突變對(duì)生物體的影響較大，很可能導(dǎo)致死亡。第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四4.延長突變

終止密碼子成為編碼氨基酸的密碼子，直到遇到下一個(gè)終止密碼子時(shí)停止。

延長突變對(duì)生物體的影響較大，合成的肽鏈加長，使蛋白質(zhì)失去活性。第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四(二)、移碼突變移碼突變：某些化合物與DNA結(jié)合后，可使DNA分子插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)，使該堿基對(duì)以下的讀碼順序發(fā)生移動(dòng)，從而改變其遺傳信息。第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四原模板鏈

3’CTTCTTCTTCTTCTTCTT5’mRNA的序列

5’GAAGAAGAAGAAGAAGAA3’氨基酸順序

gluglugluglugluglu開始處插入一個(gè)C3’CCTTCTTCTTCTTCTTCTT5’mRNA的序列為5’GGAAGAAGAAGAAGAAGAA3氨基酸順序

glyargargargargarg改變了蛋白質(zhì)中所有氨基酸的組成

第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四插入缺失第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四四、DNA損傷的修復(fù)1.切除修復(fù)

人類DNA損傷的主要修復(fù)方式。第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四2.重組修復(fù)復(fù)制→重組→合成→在連接酶的作用下，以磷酸二酯鍵使新片段與舊鏈相接完成修復(fù)過程。特點(diǎn)：修復(fù)不徹底，但隨著DNA的多次復(fù)制，損傷逐漸被“稀釋”，使損傷的效應(yīng)降低而近于正常。第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)基因突變的表型效應(yīng)基因突變可造成蛋白質(zhì)（包括酶蛋白）結(jié)構(gòu)改變或活性降低，甚至缺乏，導(dǎo)致各種遺傳性疾病的發(fā)生。（1）引起細(xì)胞中結(jié)構(gòu)蛋白的改變分子病：基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)數(shù)量或結(jié)構(gòu)的異常而產(chǎn)生的疾病稱為分子病。如鐮狀紅細(xì)胞性貧血第59頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四血紅蛋白結(jié)構(gòu)異常：尋找病因

纈氨酸－組氨酸－亮氨酸－蘇氨酸－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸－賴氨酸(正常)

纈氨酸－組氨酸－亮氨酸－蘇氨酸－脯氨酸－纈氨酸－谷氨酸－賴氨酸(異常)肽鏈中的氨基酸順序是由什么直接決定的呢？第60頁，共66頁，2023年