第5章分子水平上的基因功能中

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1、,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,第五章 分子水平上的基因功能 （中）,5.5,中心法則及其發(fā)展,中心法則,(central dogma),闡述生物世代、個(gè)體以及從遺傳物質(zhì)到性狀的遺傳信息流向，即遺傳信息在遺傳物質(zhì)復(fù)制、性狀表現(xiàn)過程中的,信息流向,。,,最初由,Crick,提出，并經(jīng)過了多次修正。,,中心法則的發(fā)展,,反轉(zhuǎn)錄,(,逆轉(zhuǎn)錄,),：,,反轉(zhuǎn)錄酶,,cDNA,,RNA,的自我復(fù)制,,DNA,指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成,,中心法則的發(fā)展,,中心法則的發(fā)展,,中心法則的發(fā)展,,蛋白質(zhì)合成過程也就是遺傳信息從,DNA→mRNA→,蛋

2、白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，以及遺傳信息從,DNA→DNA,的復(fù)制過程，這就是分子生物學(xué)的,中心法則,。,5.6,基因的功能（一基因一酶假說）,一、,Garrod,的先天性代謝缺陷,,二十世紀(jì)初，英國醫(yī)生,Garrod,首先發(fā)現(xiàn)人類中幾種先天性代謝缺陷疾病，如苯丙酮尿癥（,PKU,），它有常染色體隱性基因決定。這是因?yàn)檫@種隱性基因不能產(chǎn)生苯丙氨酸羥化酶，因而不能把提內(nèi)多余的苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為酪氨酸，因此血液中的苯丙氨酸積累起來，只能通過苯丙氨酸轉(zhuǎn)移酶的作用，從另一代謝途徑轉(zhuǎn)變成有毒的苯丙酮酸，苯丙酮酸從尿液中排除，可通過尿檢而確診，所以稱為苯丙酮尿癥。,苯丙酮酸 酪氨酸,3,

3、，,4,二羥苯丙氨酸,,,,,苯丙酮酸 對羥苯丙酮酸 黑色素,,,尿黑酸,,,aa(,黑尿癥）,,已酰醋酸,,,,,CO,2,+H,2,O,苯丙酮尿癥,pp,cc,,白化病,Garrod,認(rèn)為這些代謝缺陷病是由于缺少某些酶。因此，他第一個(gè)提出基因和酶之間關(guān)系，認(rèn)為基因是通過控制酶和其他蛋白質(zhì)合成來控制細(xì)胞代謝的。,,二、一個(gè)基因一種酶假說,,,Beadle,和,Tatum,于,1941,年提出，并因此于,1958,年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。,（一）生物合成過程,,基因：,a b c d,,↓ ↓ ↓ ↓,,,

4、酶：,A B C D,,,代謝物：,1 → 2 → 3 → 4 → 5,,,前體物 色素原,a,色素原,b,紅色 紫色,,,檢測的物質(zhì),,,A B C D E G,,突,,1,—,,—,,—,+,—,+,,2,—,+,—,+,—,+,,變,,3,—,,—,,—,,—,,—,+,,4,—,+ + +,—,+,,體,,5 + + + +,—,+,,突,變 型,: 5 4 2 1 3,,↓ ↓

5、 ↓ ↓ ↓,,代謝過程,: E → A → C → B → D → G,（二）突變型與合成缺陷,（三）一個(gè)基因一種酶的實(shí)驗(yàn)依據(jù),,精氨酸缺陷型,,補(bǔ)充培養(yǎng)基,:,鳥,aa,瓜,aa,精,aa,,,菌株,I ― ―,＋,,精氨酸突變型 菌株,II,－ ＋ ＋,,菌株,III,＋ ＋ ＋,,,分析得出,:,基因,arg1 arg2 arg3,,↓ ↓ ↓,,,酶,1,酶,2,酶,3,,,↓ ↓ ↓,,,前體物,?,鳥,

6、aa,?,,瓜,aa,?,,精,aa,（四）一個(gè)基因一種酶的局限性,,,(1),,并非所有的基因都為蛋白質(zhì)編碼；,,,(2),,有的酶由多個(gè)基因編碼；,,,(3),,有的一個(gè)基因控制多個(gè)酶；,,,(4),,有的,RNA,具有催化活性；,,三、一個(gè)結(jié)構(gòu)基因一條多肽鏈的證據(jù),,直接證據(jù) 人的鐮刀形細(xì)胞貧血癥,,正常人紅細(xì)胞中含血紅蛋白（,HbA,）：圓盤狀，紅色，運(yùn)載氧氣；,,鐮刀形細(xì)胞貧血癥患者紅細(xì)胞含血紅蛋白（,HbS,）：鐮刀形，溶血型貧血，不能運(yùn)載氧氣。,正常人基因型為：,Hb,A,Hb,A,血紅蛋白為,HbA,,異常人基因型為：,Hb,S,Hb,S,血紅蛋白為,HbS,,雜合體基

7、因型為：,Hb,A,Hb,S,血紅蛋白兼有,HbA,和,HbS,兩種。但由于,HbA,可攜帶氧氣，因而不表現(xiàn)臨床癥狀。,,研究表明：,,HbA,有,4,條多肽鏈組成,α,2,β,2,，其中 兩條相同的,α,鏈，每條具,141,個(gè)氨基酸；兩條相同的,β,鏈，每條具,146,個(gè)氨基酸。,Ingram,證明,HbA,和,HbS,具有相同的,α,鏈，只是,β,鏈上第,6,位氨基酸不同，,HbA,是谷氨酸，而,HbS,是頡氨酸，,Hb,A,,和,Hb,S,這對等位基因的差別導(dǎo)致了由該基因所控制的多肽鏈上的一個(gè)氨基酸的差別。,由此可見：,基因是以某種方式規(guī)定了蛋白質(zhì)中氨基酸順序的。,,5.7,基因的精細(xì)結(jié)

8、構(gòu)－－順反子,,5.7.1,基因內(nèi)重組的發(fā)現(xiàn),擬等位基因,,黑腹果蠅中,w,a,代表杏色眼基因,,w,代表白色眼基因，且都位于,X,染色體上,,,P w,a,w,a,× wY,,,杏色 白色,,,F1 w,a,w w,a,Y(,杏色眼）,,,,,F2 w,a,w,a,w,a,w w,a,Y wY,,,,若,w,a,和,w,為等位基因 ，,F2,應(yīng)該只有親本兩種表型，但在大量的,F2,群體中卻出現(xiàn)了,2/1000,野生型紅眼出現(xiàn)，紅眼不是突變產(chǎn)生，因?yàn)椴豢赡艹霈F(xiàn)如此高的頻率,進(jìn)一步研究證明：這是由于杏色眼基因和白眼基因在染色體上

9、所占的位置（座位）相同，但屬于不同的位點(diǎn)，因而它們之間可以發(fā)生交換。,,,P w,a,+/ w,a,+ × +w/ Y,,,F1 w,a,+/ +w w,a,+/ Y,,,（配子） （配子）,,,w,a,+ +w w,a,w ++ w,a,+ Y,,,,F2,出現(xiàn),++/ w,a,+,和,++ /Y,（紅眼野生型）,,順反位置效應(yīng)（,cis-trans position effect),：,,,w,a,+/ +w,兩個(gè)突變分別在兩條染色體上，稱為,反式（,trans),，,w,a,w /++,兩個(gè)土百年同時(shí)排

10、在一條染色體上，而另一條染色體上兩個(gè)位點(diǎn)均正常，稱為,順式（,cis),。反式表現(xiàn)為突變型，順式排列為野生型，這種由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象成為順反位置效應(yīng)。,擬等位基因（,pseudoallele),：,表型效應(yīng)類似緊密連鎖的功能性等位基因，但不是結(jié)構(gòu)性的等位基因，其發(fā)現(xiàn)證明：基因是可分的。,,Oliver,和他的學(xué)生,M Green,首先想到在非?？拷?lozenge,位點(diǎn)的兩側(cè)找到一些突變位點(diǎn)的突變型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些標(biāo)記被稱之為側(cè)翼標(biāo)記。 如果交換發(fā)生在,lozenge,位點(diǎn)內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)側(cè)翼標(biāo)記發(fā)生重組的染色體，并且在野生型基因,lz+,附近出現(xiàn)固定的標(biāo)記。如在,lzs

11、/lzg,雜合體雌性,X,染色體的,lozenge,位點(diǎn)附近帶有如下的側(cè)翼標(biāo)記：,5.7.2,順反子與互補(bǔ)測驗(yàn),順反子：,不同突變之間沒有互補(bǔ)的功能區(qū)，,一個(gè)順反子就是一個(gè)基因，就是一個(gè)基因座位，包含多個(gè)基因位點(diǎn)，,是遺傳上的一個(gè)作用（功能）單位，但不是一個(gè)突變單位或重組單位。,,,順反試驗(yàn)：,指將兩個(gè)擬突變分別處于順式和反式，根據(jù)其表型確定兩個(gè)突變是否是同一基因的試驗(yàn)。,,一、互補(bǔ)測驗(yàn)的原理和方法,,,互補(bǔ)測驗(yàn)（順反測驗(yàn)）,：根據(jù)功能確定等位基因的測驗(yàn)。即根據(jù)順式表現(xiàn)型和反式表現(xiàn)型來確定兩個(gè)突變體是否屬于同一個(gè)基因（順反子）,,,彼此互補(bǔ)（,complementation),：用,rⅡ,,突

12、變型成對組合同時(shí)去感染大腸桿菌,K(λ),株，若被雙重感染的細(xì)菌中產(chǎn)生兩種親代基因型的子代噬菌體（也有少量重組型的噬菌體），那么就必定是一個(gè)突變型補(bǔ)償了另一個(gè)突變型所不具有的功能，這兩個(gè)突變型就稱為彼此互補(bǔ)。,,若雙重感染的細(xì)菌不產(chǎn)生子代噬菌體，那么這兩種突變型一定有一個(gè)相同功能受到損傷。,,,互補(bǔ)試驗(yàn)的原理,,,,表型 有無功能互補(bǔ) 結(jié)論,,反式,: A,+,B,,A B,+,,反式,:,,A,+,B,,A B,+,,突變型 － 屬同一順反子,野生型 ＋ 屬不同順反子,互補(bǔ)測驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：,,,rⅡ,,突變型可分成,rⅡ,A,和,rⅡ

13、,B,兩個(gè)互補(bǔ)群。,所有,rⅡ,A,突變型的突變位點(diǎn)都在,rⅡ,,區(qū)的一頭，是一個(gè)獨(dú)立的功能單位,,,所有,rⅡ,B,突變型的突變位點(diǎn)都在,rⅡ,,區(qū)的另一頭，也是一個(gè)獨(dú)立的功能單位,.,凡是屬于,rⅡ,A,的突變之間不能互補(bǔ),,,同理凡是屬于,rⅡ,B,的突變之間也不能互補(bǔ),,,只有,rⅡ,A,和,rⅡ,B,的突變之間可以互補(bǔ),,,即雙重感染大腸桿菌,K(λ),株后可產(chǎn)生子代。,,說明,:,rⅡ,A,和,rⅡ,B,是兩個(gè)獨(dú)立的功能單位,,,分別具有不同的功能,,,但它們的功能又是互補(bǔ)的。,遺傳上的突變單位和重組單位是突變子（,muton),和重組子,(roecon),，突變子是基因內(nèi)改變后可

14、以產(chǎn)生突變表型的最小單位。它只相當(dāng)與一個(gè)核苷酸對，不能將其定義為一個(gè)基因。重組子是基因內(nèi)不能有重組分開的遺傳單位，也不能將其定義為一個(gè)基因。,,所以：,基因可分，可分為很多突變子和重組子。,二、噬菌體突變型,,1,、噬菌斑形態(tài)的突變型,,2,、寄主范圍的突變型,,3,、條件致死突變型,,概念：條件致死突變,,Benzer,實(shí)驗(yàn)所用的,T4,的,rⅡ,突變就是一個(gè)條件致死突變型。,表,5-1,野生型與幾種突變型的區(qū)別,,,,類 型,不同大腸桿菌平板上噬菌斑表型,,,,B,K(,?,),S,野生型,小噬菌斑,小噬菌斑,小噬菌斑,rI,大噬菌斑,小噬菌斑,小噬菌斑,,rII,大噬菌斑,無噬菌斑（致死

15、）,小噬菌斑,rIII,大噬菌斑,小噬菌斑,小噬菌斑,三、,Benzer,的重組實(shí)驗(yàn),,兩種,rⅡ,突變類型：,r,x,、,r,y,,,r,+,r,x,,×,,r,y,r,+,,↓混合感染,E.coli B,株　　　　　　　　　接種,B,株,K(λ),株　　　　　　　 計(jì)數(shù),r,+,r,y,、,r,x,r,+,,r,+,r,+,,,r,+,r,+,、,r,x,r,y,僅生長一　　　四種基因型　　　 種重組型　　　 均能生長,,重組值計(jì)算：,rxry,的數(shù)量與,r+r+,相同，計(jì)算時(shí),r+r+,噬菌體數(shù),×2,。,,,,,,,此種測定方法稱為重組測驗(yàn)，它以遺傳圖的方式確定突變子之間關(guān)系，此方法測定重組頻率非常靈敏可以獲得小到,0.001,％，即十萬分之一的重組值。,,,