基因结构及其对基因操作的影响课件

1、基因结构及其对基因操作的影响第二章 基因结构及其对基因操作的影响 一一 基因的概念基因的概念二二 DNADNA的结构的结构三三 基因结构及其对基因操作的影响基因结构及其对基因操作的影响 基因结构及其对基因操作的影响DNA基因发展简史18471847年年Schleiden Schleiden 和和 SchwannSchwann提出提出“细胞学说细胞学说” ” 生命的基生命的基本单位。本单位。1864-19101864-1910年年 孟德尔、摩根提出遗传单位，形状与基因相关孟德尔、摩根提出遗传单位，形状与基因相关联。联。19361936年年 Sumner Sumner 证实酶是蛋白质。证实酶是蛋白

2、质。19441944年年 提出了提出了DNADNA是遗传信息的载体。是遗传信息的载体。19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA双螺旋结构。双螺旋结构。19541954年年CrickCrick提出遗传信息传递规律（中心法则）提出遗传信息传递规律（中心法则）19581958年年MeselsonMeselson提出提出DNADNA半保留复制。半保留复制。19651965年年JacobJacob和和MonodMonod提出操纵子（提出操纵子（operonoperon）模型，）模型，DNADNA遗传遗传信息从信息从mRNAmRNA到蛋白质。到蛋白质。19

3、691969年美国科学家年美国科学家NirenbergNirenberg破译了破译了DNADNA遗传密码。遗传密码。19801980年年SangerSanger设计出测定设计出测定DNADNA分子内核苷酸序列的方法。分子内核苷酸序列的方法。19931993年年MullisMullis发明了发明了PCRPCR仪仪20002000年年-2002-2002年测定人类基因组核苷酸序列为年测定人类基因组核苷酸序列为3030亿亿bpbp，基因，基因为为3 3万多个万多个基因结构及其对基因操作的影响 一 基因的概念（一）（一）基因基因：通常也叫：通常也叫“顺贩子顺贩子”，是遗传的，是遗传的基本单位，它携带着

4、某种基本单位，它携带着某种RNARNA分子或蛋白质分分子或蛋白质分子的遗传信息。从本质上，基因是一段具有子的遗传信息。从本质上，基因是一段具有特殊功能的连续的脱氧核糖核苷酸序列，是特殊功能的连续的脱氧核糖核苷酸序列，是构成巨大遗传染色体的组成成份构成巨大遗传染色体的组成成份。基因结构及其对基因操作的影响基因结构及其对基因操作的影响一 基因的概念（二）基因是什么（二）基因是什么著名的肺炎球菌实验著名的肺炎球菌实验 19281928年，英国年，英国 Griffith Griffith S S型肺炎球菌：有荚膜，型肺炎球菌：有荚膜，菌落表面光滑菌落表面光滑 R R型肺炎球菌：没有荚膜，型肺炎球菌：没

5、有荚膜，菌落表面粗糙菌落表面粗糙基因结构及其对基因操作的影响一 基因的概念l 结果说明：加热杀死的结果说明：加热杀死的S S型肺炎球菌中一定有某种特殊的生型肺炎球菌中一定有某种特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的物分子或遗传物质，可以使无害的R R型肺炎球菌转化为有害型肺炎球菌转化为有害的的S S型肺炎球菌型肺炎球菌l 这种生物分子或遗传物质是什么呢？这种生物分子或遗传物质是什么呢？纽约洛克非勒研究所纽约洛克非勒研究所 从加热杀死的从加热杀死的S S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂类分型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂类分离出来，分别加入到无害的离出来，分别加入到无害的R R型肺炎球菌中型

6、肺炎球菌中结果发现，惟独只有核酸可以使无害的结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R R型肺炎球菌转化为型肺炎球菌转化为有害的有害的S S型肺炎球菌。型肺炎球菌。 结论：结论：DNADNA是生命的遗传物质是生命的遗传物质基因结构及其对基因操作的影响 更有说服力的噬菌体实验更有说服力的噬菌体实验 195195年，年，HersheyHershey和和Chase Chase 病毒（噬菌体）病毒（噬菌体） 放射性同位素放射性同位素3535S S标记病毒标记病毒的蛋白质外壳，的蛋白质外壳，3232P P标记病标记病毒的毒的DNADNA内核，感染细菌。内核，感染细菌。 新复制的病毒，检测到了新复制的病毒，检测

7、到了3232P P标记的标记的DNADNA，没有检测到，没有检测到3535S S标记的蛋白质，标记的蛋白质， DNADNA在病毒和生物体复制或在病毒和生物体复制或繁殖中的关键作用。繁殖中的关键作用。基因结构及其对基因操作的影响二 DNA的结构（一）（一）DNADNA的组成与结构的组成与结构 碱基：腺嘌呤碱基：腺嘌呤(A)(A)、鸟嘌呤、鸟嘌呤(G)(G)、胸腺、胸腺嘧啶（嘧啶（T T）、胞嘧啶（）、胞嘧啶（C C） 核糖：脱氧核糖核糖：脱氧核糖 磷酸磷酸基因结构及其对基因操作的影响基因结构及其对基因操作的影响基因结构及其对基因操作的影响DNA双螺旋模型基因结构及其对基因操作的影响 （二）（二）

8、 DNADNA的复制的复制DNADNA的半保留复制的半保留复制DNADNA合成的同位素示踪实验合成的同位素示踪实验19581958，MeselsonMeselson和和Stahl Stahl 大肠杆菌大肠杆菌 15NH4CI15NH4CI为唯一氮源的为唯一氮源的培养液中生长若干代培养液中生长若干代被被15N15N标记的大肠杆菌转入标记的大肠杆菌转入14NH4CI14NH4CI为唯一氮源的培养液中为唯一氮源的培养液中完成第一代和第二代繁殖时，完成第一代和第二代繁殖时，分离分离DNADNA，密度梯度超速离心，密度梯度超速离心被被15N15N标记的亲代双链标记的亲代双链DNADNA（记作（记作15N

9、/15N15N/15N）密度大，在下部；）密度大，在下部；14N/14N14N/14N密度小，在上部；密度小，在上部；15N/14N15N/14N在在15N/15N15N/15N和和14N/14N14N/14N之间之间基因结构及其对基因操作的影响证实半保留复制的实验基因结构及其对基因操作的影响DNA的半保留复制DNADNA的复制发生在细胞周期的的复制发生在细胞周期的S S期，在解旋酶期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的的作用下，首先双螺旋的DNADNA可以同时在许多可以同时在许多DNADNA复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多单

10、链，如此在一条双链上可形成许多“复制复制泡泡”，解链的叉口处称为复制叉。，解链的叉口处称为复制叉。基因结构及其对基因操作的影响DNA的半保留复制DNA的复制总是由5 向3 方向进行DNA的半保留复制保证了所有的体细胞都携带相同的遗传信息，并可以将遗传信息稳定地传递给下一代。基因结构及其对基因操作的影响半半保保留留复复制制A=TG=C基因结构及其对基因操作的影响 三 基因结构及其对基因操作的影响启动子启动子是指确保转录精确而有效地起始的是指确保转录精确而有效地起始的DNADNA序列序列终止子终止子位于基因位于基因3端端,给予给予RNA聚合酶转录终止信号聚合酶转录终止信号的的DNA序列序列DNAD

11、NA转录和转录和RNARNA翻译翻译，即遗传信息从基因流向，即遗传信息从基因流向RNARNA又又流向蛋白质的过程总称为基因表达流向蛋白质的过程总称为基因表达 转录的起始是基因表达的关键阶段，是转录的起始是基因表达的关键阶段，是RNARNA聚聚合酶与启动子的相互作用。启动子的结构影响它与合酶与启动子的相互作用。启动子的结构影响它与RNARNA聚合酶的亲和力，从而影响基因表达水平。聚合酶的亲和力，从而影响基因表达水平。基因结构及其对基因操作的影响基因结构及其对基因操作的影响三 基因结构及其对基因操作的影响（一）原核基因及其产物的共线性（一）原核基因及其产物的共线性 基因决定蛋白质的序列组成，是由密

12、码子对基因决定蛋白质的序列组成，是由密码子对应特定氨基酸所决定的。当一个基因的核苷酸序列应特定氨基酸所决定的。当一个基因的核苷酸序列与其产物的氨基酸序列是一一对应时，则表明它们与其产物的氨基酸序列是一一对应时，则表明它们是共线性的。在原核生物中，基因与其产物是共线是共线性的。在原核生物中，基因与其产物是共线性。性。基因结构及其对基因操作的影响三 基因结构及其对基因操作的影响（二）真核基因及其产物的非共线性（二）真核基因及其产物的非共线性 2020世纪世纪7070年代以来，在真核生物中发现了间断年代以来，在真核生物中发现了间断基因（基因（interrupted geneinterrupted g

13、ene），后来发现这种间断基），后来发现这种间断基因在真核生物中普遍存在，也就是后来所说的基因因在真核生物中普遍存在，也就是后来所说的基因间存在着间存在着内含子（内含子（intronintron）。 内含子内含子指真核生物基因中不能翻译成蛋白质的指真核生物基因中不能翻译成蛋白质的DNADNA片段，但可被转录。当两侧序列（外显子转录片段，但可被转录。当两侧序列（外显子转录的）的）RNARNA被剪接在一起时，就将内含子转录的被剪接在一起时，就将内含子转录的RNARNA从从整个转录物中除去。外显子是指能够翻译成蛋白质整个转录物中除去。外显子是指能够翻译成蛋白质的任一间断的基因片段，一个基因可有多个外显子。的任一间断的基因片段，一个基因可有多个外显子。但是内含子并不是一成不变的，具有相对性。对一但是内含子并不是一成不变的，具有相对性。对一个个DNADNA片段来说，在某个基因中是内含子，但在另片段来说，在某个基因中是内含子，但在另一个基因中却可作为外显子。一个基因中却可作为外显子。基因结构及其对基因操作的影响基因结构及其对基因操作的影响三 基因结构及其对基因操作的影响（三）基因的重叠性与基因的可变性（三）基因的重叠性与基因的可变性 DNADNA序列与蛋白质序列的对应关系不是单序列与蛋白质序列的对应关系不是单一的，单个