基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響課件

1、基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響第二章 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響 一一 基因的概念基因的概念二二 DNADNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)三三 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響DNA基因發(fā)展簡(jiǎn)史18471847年年Schleiden Schleiden 和和 SchwannSchwann提出提出“細(xì)胞學(xué)說(shuō)細(xì)胞學(xué)說(shuō)” ” 生命的基生命的基本單位。本單位。1864-19101864-1910年年 孟德?tīng)枴⒛Ω岢鲞z傳單位，形狀與基因相關(guān)孟德?tīng)?、摩根提出遺傳單位，形狀與基因相關(guān)聯(lián)。聯(lián)。19361936年年 Sumner Sumner 證實(shí)酶是蛋白質(zhì)。證實(shí)酶是蛋白

2、質(zhì)。19441944年年 提出了提出了DNADNA是遺傳信息的載體。是遺傳信息的載體。19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。19541954年年CrickCrick提出遺傳信息傳遞規(guī)律（中心法則）提出遺傳信息傳遞規(guī)律（中心法則）19581958年年MeselsonMeselson提出提出DNADNA半保留復(fù)制。半保留復(fù)制。19651965年年JacobJacob和和MonodMonod提出操縱子（提出操縱子（operonoperon）模型，）模型，DNADNA遺傳遺傳信息從信息從mRNAmRNA到蛋白質(zhì)。到蛋白質(zhì)。19

3、691969年美國(guó)科學(xué)家年美國(guó)科學(xué)家NirenbergNirenberg破譯了破譯了DNADNA遺傳密碼。遺傳密碼。19801980年年SangerSanger設(shè)計(jì)出測(cè)定設(shè)計(jì)出測(cè)定DNADNA分子內(nèi)核苷酸序列的方法。分子內(nèi)核苷酸序列的方法。19931993年年MullisMullis發(fā)明了發(fā)明了PCRPCR儀儀20002000年年-2002-2002年測(cè)定人類(lèi)基因組核苷酸序列為年測(cè)定人類(lèi)基因組核苷酸序列為3030億億bpbp，基因，基因?yàn)闉? 3萬(wàn)多個(gè)萬(wàn)多個(gè)基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響 一 基因的概念（一）（一）基因基因：通常也叫：通常也叫“順販子順販子”，是遺傳的，是遺傳的基本單位，它攜帶著

4、某種基本單位，它攜帶著某種RNARNA分子或蛋白質(zhì)分分子或蛋白質(zhì)分子的遺傳信息。從本質(zhì)上，基因是一段具有子的遺傳信息。從本質(zhì)上，基因是一段具有特殊功能的連續(xù)的脫氧核糖核苷酸序列，是特殊功能的連續(xù)的脫氧核糖核苷酸序列，是構(gòu)成巨大遺傳染色體的組成成份構(gòu)成巨大遺傳染色體的組成成份。基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響一 基因的概念（二）基因是什么（二）基因是什么著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn)著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn) 19281928年，英國(guó)年，英國(guó) Griffith Griffith S S型肺炎球菌：有莢膜，型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑菌落表面光滑 R R型肺炎球菌：沒(méi)有莢膜，型肺炎球菌：沒(méi)

5、有莢膜，菌落表面粗糙菌落表面粗糙基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響一 基因的概念l 結(jié)果說(shuō)明：加熱殺死的結(jié)果說(shuō)明：加熱殺死的S S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無(wú)害的物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無(wú)害的R R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的的S S型肺炎球菌型肺炎球菌l 這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？紐約洛克非勒研究所紐約洛克非勒研究所 從加熱殺死的從加熱殺死的S S型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類(lèi)分型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類(lèi)分離出來(lái)，分別加入到無(wú)害的離出來(lái)，分別加入到無(wú)害的R R型肺炎球菌中型

6、肺炎球菌中結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨(dú)只有核酸可以使無(wú)害的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨(dú)只有核酸可以使無(wú)害的R R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的有害的S S型肺炎球菌。型肺炎球菌。 結(jié)論：結(jié)論：DNADNA是生命的遺傳物質(zhì)是生命的遺傳物質(zhì)基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響 更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn)更有說(shuō)服力的噬菌體實(shí)驗(yàn) 195195年，年，HersheyHershey和和Chase Chase 病毒（噬菌體）病毒（噬菌體） 放射性同位素放射性同位素3535S S標(biāo)記病毒標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼，的蛋白質(zhì)外殼，3232P P標(biāo)記病標(biāo)記病毒的毒的DNADNA內(nèi)核，感染細(xì)菌。內(nèi)核，感染細(xì)菌。 新復(fù)制的病毒，檢測(cè)到了新復(fù)制的病毒，檢測(cè)

7、到了3232P P標(biāo)記的標(biāo)記的DNADNA，沒(méi)有檢測(cè)到，沒(méi)有檢測(cè)到3535S S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，標(biāo)記的蛋白質(zhì)， DNADNA在病毒和生物體復(fù)制或在病毒和生物體復(fù)制或繁殖中的關(guān)鍵作用。繁殖中的關(guān)鍵作用?；蚪Y(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響二 DNA的結(jié)構(gòu)（一）（一）DNADNA的組成與結(jié)構(gòu)的組成與結(jié)構(gòu) 堿基：腺嘌呤堿基：腺嘌呤(A)(A)、鳥(niǎo)嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤(G)(G)、胸腺、胸腺嘧啶（嘧啶（T T）、胞嘧啶（）、胞嘧啶（C C） 核糖：脫氧核糖核糖：脫氧核糖 磷酸磷酸基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響DNA雙螺旋模型基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響 （二）（二）

8、 DNADNA的復(fù)制的復(fù)制DNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制DNADNA合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)19581958，MeselsonMeselson和和Stahl Stahl 大腸桿菌大腸桿菌 15NH4CI15NH4CI為唯一氮源的為唯一氮源的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)若干代培養(yǎng)液中生長(zhǎng)若干代被被15N15N標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入14NH4CI14NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中為唯一氮源的培養(yǎng)液中完成第一代和第二代繁殖時(shí)，完成第一代和第二代繁殖時(shí)，分離分離DNADNA，密度梯度超速離心，密度梯度超速離心被被15N15N標(biāo)記的親代雙鏈標(biāo)記的親代雙鏈DNADNA（記作（記作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之間之間基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響證實(shí)半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響DNA的半保留復(fù)制DNADNA的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的的復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞周期的S S期，在解旋酶期，在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的的作用下，首先雙螺旋的DNADNA可以同時(shí)在許多可以同時(shí)在許多DNADNA復(fù)制的起始位點(diǎn)局部解螺旋并拆開(kāi)為兩條復(fù)制的起始位點(diǎn)局部解螺旋并拆開(kāi)為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多單

10、鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制復(fù)制泡泡”，解鏈的叉口處稱(chēng)為復(fù)制叉。，解鏈的叉口處稱(chēng)為復(fù)制叉?；蚪Y(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響DNA的半保留復(fù)制DNA的復(fù)制總是由5 向3 方向進(jìn)行DNA的半保留復(fù)制保證了所有的體細(xì)胞都攜帶相同的遺傳信息，并可以將遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給下一代?；蚪Y(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響半半保保留留復(fù)復(fù)制制A=TG=C基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響 三 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響啟動(dòng)子啟動(dòng)子是指確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地起始的是指確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地起始的DNADNA序列序列終止子終止子位于基因位于基因3端端,給予給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的的DNA序列序列DNAD

11、NA轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄和RNARNA翻譯翻譯，即遺傳信息從基因流向，即遺傳信息從基因流向RNARNA又又流向蛋白質(zhì)的過(guò)程總稱(chēng)為基因表達(dá)流向蛋白質(zhì)的過(guò)程總稱(chēng)為基因表達(dá) 轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，是轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，是RNARNA聚聚合酶與啟動(dòng)子的相互作用。啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)影響它與合酶與啟動(dòng)子的相互作用。啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)影響它與RNARNA聚合酶的親和力，從而影響基因表達(dá)水平。聚合酶的親和力，從而影響基因表達(dá)水平?；蚪Y(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響三 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響（一）原核基因及其產(chǎn)物的共線性（一）原核基因及其產(chǎn)物的共線性 基因決定蛋白質(zhì)的序列組成，是由密

12、碼子對(duì)基因決定蛋白質(zhì)的序列組成，是由密碼子對(duì)應(yīng)特定氨基酸所決定的。當(dāng)一個(gè)基因的核苷酸序列應(yīng)特定氨基酸所決定的。當(dāng)一個(gè)基因的核苷酸序列與其產(chǎn)物的氨基酸序列是一一對(duì)應(yīng)時(shí)，則表明它們與其產(chǎn)物的氨基酸序列是一一對(duì)應(yīng)時(shí)，則表明它們是共線性的。在原核生物中，基因與其產(chǎn)物是共線是共線性的。在原核生物中，基因與其產(chǎn)物是共線性。性?；蚪Y(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響三 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響（二）真核基因及其產(chǎn)物的非共線性（二）真核基因及其產(chǎn)物的非共線性 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代以來(lái)，在真核生物中發(fā)現(xiàn)了間斷年代以來(lái)，在真核生物中發(fā)現(xiàn)了間斷基因（基因（interrupted geneinterrupted g

13、ene），后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種間斷基），后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種間斷基因在真核生物中普遍存在，也就是后來(lái)所說(shuō)的基因因在真核生物中普遍存在，也就是后來(lái)所說(shuō)的基因間存在著間存在著內(nèi)含子（內(nèi)含子（intronintron）。 內(nèi)含子內(nèi)含子指真核生物基因中不能翻譯成蛋白質(zhì)的指真核生物基因中不能翻譯成蛋白質(zhì)的DNADNA片段，但可被轉(zhuǎn)錄。當(dāng)兩側(cè)序列（外顯子轉(zhuǎn)錄片段，但可被轉(zhuǎn)錄。當(dāng)兩側(cè)序列（外顯子轉(zhuǎn)錄的）的）RNARNA被剪接在一起時(shí)，就將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的被剪接在一起時(shí)，就將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄的RNARNA從從整個(gè)轉(zhuǎn)錄物中除去。外顯子是指能夠翻譯成蛋白質(zhì)整個(gè)轉(zhuǎn)錄物中除去。外顯子是指能夠翻譯成蛋白質(zhì)的任一間斷的基因片段，一個(gè)基因可有多個(gè)外顯子。的任一間斷的基因片段，一個(gè)基因可有多個(gè)外顯子。但是內(nèi)含子并不是一成不變的，具有相對(duì)性。對(duì)一但是內(nèi)含子并不是一成不變的，具有相對(duì)性。對(duì)一個(gè)個(gè)DNADNA片段來(lái)說(shuō)，在某個(gè)基因中是內(nèi)含子，但在另片段來(lái)說(shuō)，在某個(gè)基因中是內(nèi)含子，但在另一個(gè)基因中卻可作為外顯子。一個(gè)基因中卻可作為外顯子?；蚪Y(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響三 基因結(jié)構(gòu)及其對(duì)基因操作的影響（三）基因的重疊性與基因的可變性（三）基因的重疊性與基因的可變性 DNADNA序列與蛋白質(zhì)序列的對(duì)應(yīng)關(guān)系不是單序列與蛋白質(zhì)序列的對(duì)應(yīng)關(guān)系不是單一的，單個(gè)