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1、第二章 基因结构及其对基因操作的影响,一 基因的概念二 DNA的结构三 基因结构及其对基因操作的影响,DNA基因发展简史,1847年Schleiden 和 Schwann提出“细胞学说”生命的基本单位。1864-1910年 孟德尔、摩根提出遗传单位，形状与基因相关联。1936年 Sumner 证实酶是蛋白质。1944年 提出了DNA是遗传信息的载体。1953年 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构。1954年Crick提出遗传信息传递规律（中心法则）1958年Meselson提出DNA半保留复制。1965年Jacob和Monod提出操纵子（operon）模型，DNA遗传信息从mRNA到
2、蛋白质。1969年美国科学家Nirenberg破译了DNA遗传密码。1980年Sanger设计出测定DNA分子内核苷酸序列的方法。1993年Mullis发明了PCR仪2000年-2002年测定人类基因组核苷酸序列为30亿bp，基因为3万多个,一 基因的概念,（一）基因：通常也叫“顺贩子”，是遗传的基本单位，它携带着某种RNA分子或蛋白质分子的遗传信息。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，是构成巨大遗传染色体的组成成份。,一 基因的概念,（二）基因是什么著名的肺炎球菌实验1928年，英国 Griffith S型肺炎球菌：有荚膜，菌落表面光滑R型肺炎球菌：没有荚膜，菌落表面
3、粗糙,一 基因的概念,结果说明：加热杀死的S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R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌这种生物分子或遗传物质是什么呢？纽约洛克非勒研究所 从加热杀死的S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R型肺炎球菌中结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。结论：DNA是生命的遗传物质,更有说服力的噬菌体实验,195年，Hershey和Chase 病毒（噬菌体）放射性同位素35S标记病毒的蛋白质外壳，32P标记病毒的DNA内核，感染细菌。新复制的病毒，检测到了32P标记的DNA，没有检测到35S标记
4、的蛋白质，DNA在病毒和生物体复制或繁殖中的关键作用。,二 DNA的结构,（一）DNA的组成与结构 碱基：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）核糖：脱氧核糖 磷酸,DNA双螺旋模型,（二）DNA的复制,DNA的半保留复制DNA合成的同位素示踪实验1958，Meselson和Stahl 大肠杆菌 15NH4CI为唯一氮源的培养液中生长若干代被15N标记的大肠杆菌转入14NH4CI为唯一氮源的培养液中完成第一代和第二代繁殖时，分离DNA，密度梯度超速离心被15N标记的亲代双链DNA（记作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N密度小，在上部；15N/14N在15N/15N
5、和14N/14N之间,证实半保留复制的实验,DNA的半保留复制,DNA的复制发生在细胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA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“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉。,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。,半保留复制,A=TG=C,三 基因结构及其对基因操作的影响,启动子是指确保转录精确而有效地起始的DNA序列终止子位于基因3端,给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列DNA转录和RNA翻译
6、，即遗传信息从基因流向RNA又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RNA聚合酶与启动子的相互作用。启动子的结构影响它与RNA聚合酶的亲和力，从而影响基因表达水平。,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 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性。,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 20世纪70年代以来，在真核生物中发现了间断基因（interrupted gene），后来发现这
7、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间存在着内含子（intron）。内含子指真核生物基因中不能翻译成蛋白质的DNA片段，但可被转录。当两侧序列（外显子转录的）RNA被剪接在一起时，就将内含子转录的RNA从整个转录物中除去。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。但是内含子并不是一成不变的，具有相对性。对一个DNA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。,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 DNA序列与蛋白质序列的对应关系不是单一的，单个DNA序列可编码一个以上的蛋白质，这些蛋白质在结构上有得是形同的序列重复，也可以是全新的蛋白质。单个基因可通过在不同部位的起始（或终止）表达而形成两种蛋白质，两个基因也可以通过在不同读码中译读DNA而共用同一序列。,
