1、遗传物质的功能单位chaya遗传学概述遗传学概述遗传学遗传学是一门涉及生命起源和生物进化的理论是一门涉及生命起源和生物进化的理论科学，同时也是一门密切联系生产实际的基科学，同时也是一门密切联系生产实际的基础科学。础科学。遗传学遗传学研究生物遗传和变异的科学；是研究研究生物遗传和变异的科学；是研究生物体遗传信息和表达规律的科学；是研究生物体遗传信息和表达规律的科学；是研究和了解遗传物质本质的科学。和了解遗传物质本质的科学。3绪论绪论 狭义定义狭义定义 遗传：遗传：子代和亲代、子代和子代个体之间的相似性。子代和亲代、子代和子代个体之间的相似性。变异：变异：子代和亲代、子代和子代个体之间的差异。子代
2、和亲代、子代和子代个体之间的差异。广义定义广义定义 遗传：同遗传：同种种个体之间的相似性。个体之间的相似性。变异：同种个体之间的差异。变异：同种个体之间的差异。遗传与变异的关系？遗传与变异的关系？4遗传学研究的任务遗传学研究的任务 a、遗传物质的结构：、遗传物质的结构：b、遗传物质的传递：、遗传物质的传递：c、遗传物质的表达：、遗传物质的表达：遗传学：遗传学：是研究一切生物遗传和变异的科学是研究一切生物遗传和变异的科学。阐明生物阐明生物遗传和变异的现象及其表现的规律；遗传和变异的现象及其表现的规律；自我复制；自我复制；能储存遗传信息；能储存遗传信息；能表达遗传信息；能表达遗传信息；可由突变产生
3、变异。可由突变产生变异。理论上，遗传物质必须具备四个条件：理论上，遗传物质必须具备四个条件：第一节、遗传物质是核酸第一节、遗传物质是核酸6第一节、遗传物质是核酸第一节、遗传物质是核酸 间接证据四个间接证据四个 1）含量：）含量：DNA含量相对恒定。含量相对恒定。2）代谢：不受生物体的营养条件、年龄等）代谢：不受生物体的营养条件、年龄等因素的影响；因素的影响；3）突变：一些物理和化学因素可以引起生）突变：一些物理和化学因素可以引起生物体遗传特性的改变。物体遗传特性的改变。4）分布：）分布：DNA是所有生物染色体所共有是所有生物染色体所共有：噬菌体、病毒、植物、人类等。：噬菌体、病毒、植物、人类等
4、。7直接证据直接证据 1）格里费斯肺炎双球菌的转化实验）格里费斯肺炎双球菌的转化实验 2）艾弗里体外转化实验）艾弗里体外转化实验 3）赫尔斯和蔡森的噬菌体侵染与繁殖实验）赫尔斯和蔡森的噬菌体侵染与繁殖实验 （32P35S）结论：结论：DNA是绝大多数生物的遗传物质。是绝大多数生物的遗传物质。TMV，SARS，HIV，大多数流感病毒，大多数流感病毒（如禽流感病毒、（如禽流感病毒、H5N1等）等）结论：在不含结论：在不含DNA的某些病毒（的某些病毒（TMV）中，中，RNA就是遗传物质。就是遗传物质。第一节第一节 遗传物质是核酸遗传物质是核酸一、遗传物质是一、遗传物质是DNA的直接证据的直接证据19
5、28年，年，Griffith 肺炎双球菌体内转化实验肺炎双球菌体内转化实验二二.Hershey-Chase 的噬菌体实的噬菌体实验验 35S 32P Waring 10 blender 离心 离心 图 9-Hershey 和 Chase 的 T2 渗震实验这种“功能、交换、突变”三位一体的基因假说就是经典遗传学的基因概念。第二代遗传标记STR一、原核细胞的基因结构顺反子：一段DNA序列（病毒中为一段RNA序列），能够编码一种多肽的所需要的最短的DNA片段，是遗传的功能单位，即：一个顺反子就是一个基因，D N A 和 R N A 多核苷酸链可叫做 多聚 阴离 子。基因工程和细菌转化（如肺炎双球菌
6、由R型转化为S型）.顺式作用元件：与基因连锁的具有调控作用的DNA序列。重组子：顺反子中能通过交换重组改变表型的最小单位，它在结构上不能通过交换而分开。翻译后的调控 翻译的最初产物是一个大的蛋白质分子。引发物质进行代谢原核生物的基因簇中，结构基因受一个启动子调控。由于乳糖操纵子的启动子是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使lac操纵子转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，必需同时有CAP来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。前两种是狭义的基因重组,后两种是广义的基因重组.四、遗传学与进化生物学、生物系统学1928年，Griffith 肺炎双球菌体内转化实验第二节第二节 基因概念的发展
7、基因概念的发展一、一、孟德尔的遗传因子孟德尔的遗传因子 现代遗传学之父现代遗传学之父二、萨顿和博伟里建立二、萨顿和博伟里建立“遗传因遗传因 子位于染色体上子位于染色体上”的假说的假说三、约翰逊（三、约翰逊（Johannsen）称遗传因子为基）称遗传因子为基因（因（gene），此外，还创立了基因型和表型），此外，还创立了基因型和表型的概念。的概念。基因是遗传物质的结构和重组的单位，一基因是遗传物质的结构和重组的单位，一个基因是不能被分割的最小单位；个基因是不能被分割的最小单位；基因是控制性状的功能单位，能产生相应基因是控制性状的功能单位，能产生相应的表型，基因是突变的单位，他可以通过的表型，基因
8、是突变的单位，他可以通过突变形成另一个等位基因；突变形成另一个等位基因；基因位于染色体上，呈线性排列。基因位于染色体上，呈线性排列。四、摩尔根创立的四、摩尔根创立的“三位一体三位一体”的基因假说的基因假说（P752页）页）四、摩尔根创立的四、摩尔根创立的“三位一体三位一体”的基因假说的基因假说 基因是决定性状的最小单位、突变的最小基因是决定性状的最小单位、突变的最小单位和重组的最小单位。这种单位和重组的最小单位。这种“功能、交换、突功能、交换、突变变”三位一体的基因假说就是经典遗传学的基因三位一体的基因假说就是经典遗传学的基因概念。此外他们还得出了概念。此外他们还得出了连锁互换定律连锁互换定律
9、（详见（详见18.1），该定律与分离定律、自由组合定律共称），该定律与分离定律、自由组合定律共称遗传学三大基本定律。遗传学三大基本定律。五、比德尔（五、比德尔（Beadler）与其同事系统地研究了）与其同事系统地研究了生化合成与基因的关系，提出了生化合成与基因的关系，提出了“一个基因一个一个基因一个酶酶”的理论，证明基因通过它所控制的酶决定着的理论，证明基因通过它所控制的酶决定着生物代谢中的生化反应步骤，进而决定着遗传性生物代谢中的生化反应步骤，进而决定着遗传性状。状。六、艾弗里（六、艾弗里（Avery）等人的细菌转化试验有力）等人的细菌转化试验有力地证明了遗传物质为地证明了遗传物质为DNA，
10、而不是蛋白质，基因，而不是蛋白质，基因位于位于DNA上。上。七、本泽尔证实了基因是一个功能单位，而不是七、本泽尔证实了基因是一个功能单位，而不是结构上的最小单位，提出了顺反子学说：结构上的最小单位，提出了顺反子学说：顺反子：一段顺反子：一段DNA序列（病毒中为一段序列（病毒中为一段RNA序列），序列），能够编码一种多肽的所需要的最短的能够编码一种多肽的所需要的最短的DNA片段，是遗传片段，是遗传的功能单位，即：一个顺反子就是一个基因，的功能单位，即：一个顺反子就是一个基因，突变子：指基因中发生突变后能产生表型效应的遗传突变子：指基因中发生突变后能产生表型效应的遗传物质的最小单位，它可以是一个或
11、多个核苷酸。物质的最小单位，它可以是一个或多个核苷酸。重组子：顺反子中能通过交换重组改变表型的最小单重组子：顺反子中能通过交换重组改变表型的最小单位，它在结构上不能通过交换而分开。位，它在结构上不能通过交换而分开。一个基因不是一个突变单位，也不是一个重组单一个基因不是一个突变单位，也不是一个重组单位，仅是一个功能单位，基因内部的一个或者若干个位，仅是一个功能单位，基因内部的一个或者若干个脱氧核苷酸对才是重组单位或突变单位。即：脱氧核苷酸对才是重组单位或突变单位。即：一个顺一个顺反子包含多个的突变子和重组子。反子包含多个的突变子和重组子。九、超基因、假基因和拟基因的发现九、超基因、假基因和拟基因
12、的发现1.超基因：也称基因簇，作用于一种性状或一系超基因：也称基因簇，作用于一种性状或一系列相关性状的几个紧密连锁在同一条染色体上的列相关性状的几个紧密连锁在同一条染色体上的一组基因。超基因中不同基因之间没有调控的关一组基因。超基因中不同基因之间没有调控的关系。分为简单多基因家族和复杂多基因家族。系。分为简单多基因家族和复杂多基因家族。2.假基因：具有与功能基因相似的序列，但由于假基因：具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变而失去了功能，是没有功能的基因。有许多突变而失去了功能，是没有功能的基因。3.拟基因：不包含有用的生物信息的基因。拟基因：不包含有用的生物信息的基因。八、雅各布（八、雅
13、各布（Jacob）和莫诺建立基因表达调控）和莫诺建立基因表达调控的的操纵子（操纵子（operon）模型模型超基因超基因 如人类组织相容性抗原复合体如人类组织相容性抗原复合体HLA，称为人类白细胞抗，称为人类白细胞抗原（原（human leucocyte antigen，HLA）。）。HLA复合体复合体位于第位于第6号染色体短臂上大约号染色体短臂上大约4000kb范围内，由一群密范围内，由一群密切连锁的基因组成。切连锁的基因组成。HLA复合体是迄今已知的人体最复复合体是迄今已知的人体最复杂的基因体系。从着丝点一侧起依次为杂的基因体系。从着丝点一侧起依次为类基因、类基因、类类基因和基因和类基因区域
14、所在。类基因区域所在。1961年开始，美国生化学家尼伦伯格（年开始，美国生化学家尼伦伯格（Nirenberg）和马太破译了第一个遗传密码。）和马太破译了第一个遗传密码。三联体密码的破译、中心法则的建立以及蛋白质和三联体密码的破译、中心法则的建立以及蛋白质和核酸的人工合成，基因内部精细结构的揭示，基因核酸的人工合成，基因内部精细结构的揭示，基因活动的调节和控制原理的发现，突变分子基础的阐活动的调节和控制原理的发现，突变分子基础的阐明等，使遗传学的发展走在了生物科学的前列。明等，使遗传学的发展走在了生物科学的前列。十、现代基因的概念及特点十、现代基因的概念及特点1.概念：是概念：是DNA分子（分子
15、（RNA病毒是病毒是RNA）上具有遗）上具有遗传效应的片段和功能单位。传效应的片段和功能单位。2.特点：见特点：见“754-755”（1）基因呈双螺旋结构并随基因呈双螺旋结构并随DNA的复制而复制的复制而复制（2）基因间一般不重叠）基因间一般不重叠（3）真核基因的主要载体是染色体）真核基因的主要载体是染色体（4）极少数基因是可移动的）极少数基因是可移动的 转座子转座子（5）基因是一个功能单位，但不是结构单位）基因是一个功能单位，但不是结构单位（6）割裂基因和连续基因）割裂基因和连续基因 是否含内含子？是否含内含子？（7）基因转录的）基因转录的mRNA具有相同的起始密码和终止密码具有相同的起始密
16、码和终止密码Singre用重建实验证实了这一结论。SNP是从分子水平上对单个核苷酸的差异进行检测，SNP 标记可帮助区分两个个体遗传物质的差异。第四节 基因的表达调控D N A 和 R N A 多核苷酸链可叫做 多聚 阴离 子。所以，可能男性在人类的遗传中起着更重要的作用；B、直系同源基因存在于同一个物种，而旁系同源基因存在于不同物种启动子(promoter,P)是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。D、直系同源基因功能彼此相似，而旁系同源基因的功能可能更加不同A、SSR B、FISH荧光原位杂交 fluorescence in situ hybridazation,终
17、止子（terminator，T）是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。在一 定的电场强度下,D N A 分子的这种迁移速度,亦即电泳的迁移率,取决于核酸分子本身的大 小和构型,分子量较小的 D N A 分子比分子量较大的 D N A 分子迁移要快些。在PCR反应中可以检测处STS来，STS适宜于作为人类基因组的一种地标，据此可以判定DNA的方向和特定序列的相对位置。遗传学是一门涉及生命起源和生物进化的理论科学，同时也是一门密切联系生产实际的基础科学。5 X 109一、原核细胞的基因结构一、原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区
18、下游 启动子启动子终止子终止子非编码区非编码区不能转录为信使不能转录为信使RNA，不能编码蛋白质，不能编码蛋白质;但有调但有调控遗传信息表达的核苷酸序列控遗传信息表达的核苷酸序列,最重要的位于编最重要的位于编码区上游的码区上游的RNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点.第三节第三节 基因的结构基因的结构一、原核细胞的基因结构一、原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 与与RNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点启动子启动子终止子终止子RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。转录开始后，其
19、结合。转录开始后，RNA聚合酶沿聚合酶沿DNA分子移动，分子移动，并与并与DNA分子的一条链为模板合成分子的一条链为模板合成RNA。转录完毕。转录完毕后，后，RNA链释放出来，紧接着链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。模板链上脱落下来。接接一、原核细胞的基因结构一、原核细胞的基因结构非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区上游编码区上游 编码区下游编码区下游 启动子启动子终止子终止子编码区编码区能够转录为相应的信使能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质，进而指导蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质的合成，也就是说能够编码蛋白质 二、真核细胞的基因结
20、构二、真核细胞的基因结构编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区与与RNA聚酶聚酶结合位点结合位点内含子内含子 外显子外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子能够编码蛋白质的序列叫做外显子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子能转录为信使含子能转录为信使RNA 启动子启动子终止子终止子编码区上游编码区上游 编码区上游编码区上游 内含子内含子 外显子外显子 不同的基因外显子和内含子的数目是不同的不同的基因外显子和内含子的数目是不同的如：人的血红蛋白中，有一种蛋白质叫做如：人的血红蛋白中，有一种蛋白质叫做珠蛋珠蛋白，它的基因有白，它的基因有1700个碱基对
21、，其中有个碱基对，其中有3个外显子个外显子和和2个内含子，能够编码个内含子，能够编码146个氨基酸个氨基酸人的一种凝血因子的基因，在它的人的一种凝血因子的基因，在它的186000个碱基对个碱基对中，有中，有26个外显子和个外显子和25个内含子，能够编码个内含子，能够编码2552个个氨基酸氨基酸53增强子增强子CAAT框框TATA框框转录起始点转录起始点外外显显子子1外外显显子子2外外显显子子3内内含含子子1内内含含子子2AATAAA转录终止点转录终止点真核细胞基因结构示意图真核细胞基因结构示意图启动子：主要包括两个序列启动子：主要包括两个序列（1）在）在5端转录起始点上游约端转录起始点上游约2
22、030个核苷酸处有个核苷酸处有TATA框，框，它是一个短的核苷酸序列，是启动子中的一个顺序，它是它是一个短的核苷酸序列，是启动子中的一个顺序，它是RNA聚合酶的重要接触点，能使酶准确识别转录的起始点并开始聚合酶的重要接触点，能使酶准确识别转录的起始点并开始转录。当转录。当TATA框中的碱基顺序有所改变时，框中的碱基顺序有所改变时，mRNA的转录就会的转录就会从不正常的位置开始。从不正常的位置开始。53增强子增强子CAAT框框TATA框框转录起始点转录起始点外外显显子子1外外显显子子2外外显显子子3内内含含子子1内内含含子子2AATAAA转录终止点转录终止点真核细胞基因结构示意图真核细胞基因结构
23、示意图启动子：主要包括两个序列启动子：主要包括两个序列（2）在）在5端转录起始点上游约端转录起始点上游约7080个核苷酸的地方，有个核苷酸的地方，有CAAT框，是启动子中另一个短的核苷酸序列，是框，是启动子中另一个短的核苷酸序列，是RNA聚合酶的聚合酶的另一个结合点，它的作用还不肯定，一般认为它控制着转录的另一个结合点，它的作用还不肯定，一般认为它控制着转录的起始频率，而不影响转录的起始点。当框中的碱基顺序改变后，起始频率，而不影响转录的起始点。当框中的碱基顺序改变后，mRNA的形成量会明显减少。的形成量会明显减少。53增强子增强子CAAT框框TATA框框转录起始点转录起始点外外显显子子1外外
24、显显子子2外外显显子子3内内含含子子1内内含含子子2AATAAA转录终止点转录终止点真核细胞基因结构示意图真核细胞基因结构示意图增强子：在增强子：在5端转录起始点上游约端转录起始点上游约100个核苷酸以远处的位置，个核苷酸以远处的位置，能使转录活性增强上百倍。能使转录活性增强上百倍。终止子：在终止子：在3端终止密码的下游有一个核苷酸顺序为端终止密码的下游有一个核苷酸顺序为AATAAA，AATAAA顺序和下游的反向重复顺序合称为终止子，是转录顺序和下游的反向重复顺序合称为终止子，是转录终止的信号。终止子的特殊碱基排列顺序能够阻碍终止的信号。终止子的特殊碱基排列顺序能够阻碍RNA聚合酶聚合酶的移动
25、，并使其从的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。模板链上脱离下来。原核基因组的特点：原核基因组的特点：1、基因组小、基因组小 2、利用率高，表现：、利用率高，表现：1）全是编码基因，极少数不转录；）全是编码基因，极少数不转录；2）基因不重叠）基因不重叠 3）连续（结构基因中没有内含子，）连续（结构基因中没有内含子，）3、操纵子结构、操纵子结构原核生物基因组真核生物基因组真核生物基因组的特点：真核生物基因组的特点：1.基因组分布在多个染色体上。基因组分布在多个染色体上。2.基因组远远大于原核生物的基因组，具有多复制起点。基因组远远大于原核生物的基因组，具有多复制起点。3.转录后前体转录后前体R
26、NA必须经过剪接过程才能形成成熟的必须经过剪接过程才能形成成熟的mRNA 4.大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的（断裂基大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的（断裂基因）。因）。5.真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转录和翻译生成一个录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。分子和一条多肽链。6.单一序列为主，存在大量重复序列。单一序列为主，存在大量重复序列。有的VNTR重复单位长度为612个碱基，称为小卫星minisatellite；啤酒酵母 12.理论上，遗传物质必须具备四个条件：1、全部人类基因组约有2.调控区:
27、启动子Promoter、操纵基因operator、前导序列（Leader sequence of a protein）和衰减子(attenuator)色氨酸是植物体内生长素生物合成重要的前体物质，其结构与IAA相似，在高等植物中普遍存在。一个结构基因经过转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。cAMP-CAP结合到代谢操纵子的一定部位的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。自发突变：由DNA复制，DNA损伤修复等导致的基因突变第一节 遗传物质是核酸第二代遗传标记STR测定总长为1米、由30亿对核昔酸组成的基因组全部DNA序列，是基因组计划中最为明确、最为艰巨的定时、定量、定质的硬任务。Co
28、li中乳糖操纵子结构模型三、真核生物基因组与原核生物基因组的主三、真核生物基因组与原核生物基因组的主要区别：要区别：（1）真核生物基因组）真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因组是双份的（即细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因组是双份的（即双倍体）。细菌染色体基因组通常由一条环状双链双倍体）。细菌染色体基因组通常由一条环状双链DNA分子分子组成，染色体形成拟核，无核膜与胞浆分开。组成，染色体形成拟核，无核膜与胞浆分开。（2）基因组远远大于原核生物的基因组，具有多个复制起点）基因组远远大于原核生物的基因组，具有多个
29、复制起点，而每个复制子的长度较小。，而每个复制子的长度较小。（3）真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过）真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转录和翻译生成一个转录和翻译生成一个mRNA分子和一条肽链。分子和一条肽链。原核生物基因转录产物为多顺反子，功能上相关的几个基原核生物基因转录产物为多顺反子，功能上相关的几个基因往往在一起组成操纵子结构。因往往在一起组成操纵子结构。E.Coli中乳糖操纵子结构模型中乳糖操纵子结构模型 lacZ lacY lacA 调节基因调节基因启动子启动子 操纵基因操纵基因结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶转录转录半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶
30、转乙酰酶转乙酰酶原核生物的基因簇中，结构基因受一个启动子调控。这全部原核生物的基因簇中，结构基因受一个启动子调控。这全部基因要么一起表达，要么不表达，而且转录生成单一的基因要么一起表达，要么不表达，而且转录生成单一的mRNA分子，然后再分别翻译成几个不同的多肽分子。分子，然后再分别翻译成几个不同的多肽分子。（4）真核基因组大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续）真核基因组大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的，称为断裂基因，需要进行转录后加工；原核基因组没有内的，称为断裂基因，需要进行转录后加工；原核基因组没有内含子结构，不需进行转录后剪接加工。含子结构，不需进行转录后剪接加工。（5）真
31、核基因组中不编码的区域多于编码区域。原核基因组大）真核基因组中不编码的区域多于编码区域。原核基因组大部分为编码序列，不编码区域仅占一小部分。部分为编码序列，不编码区域仅占一小部分。（6）真核生物基因组存在重复序列，重复次数可达百万次以上）真核生物基因组存在重复序列，重复次数可达百万次以上基因组远远大于原核生物的基因组。基因组远远大于原核生物的基因组。（7）真核生物基因组存在多基因家族、超基因家族和假基因。）真核生物基因组存在多基因家族、超基因家族和假基因。三、真核生物基因组与原核生物基因组的主三、真核生物基因组与原核生物基因组的主要区别：要区别：38第四节第四节 基因的表达调控基因的表达调控D
32、NARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制基因表达基因表达(gene expression)-(gene expression)-基因转录及翻基因转录及翻译的过程。译的过程。rRNArRNA、tRNAtRNA的合成属于基因表达。的合成属于基因表达。中心法则中心法则(the central dogma)(the central dogma)：39I顺式作用与反式作用顺式作用与反式作用顺式作用：顺式作用元件与靶基因位于同一条染色体上的顺式作用：顺式作用元件与靶基因位于同一条染色体上的DNA序列发挥调控作用的方式序列发挥调控作用的方式。反式作用：基因编码产物，反式作用：基因编码产物，RNA或或pr
33、otein调控另一簇基因的表调控另一簇基因的表达的方式。达的方式。顺式作用元件：与基因连锁的具有调控作用的顺式作用元件：与基因连锁的具有调控作用的DNA序列。如启序列。如启动子，终止子。动子，终止子。反式作用因子：某些基因编码的产物如蛋白质或反式作用因子：某些基因编码的产物如蛋白质或RNA，能调控，能调控另一个基因的表达。如另一个基因的表达。如RNA聚合酶聚合酶基因表达的方式基因表达的方式II正调控和负调控正调控和负调控正 调 控：激 活 基 因 表 达 的 过 程，基 因 表 达 的 活 化 物正 调 控：激 活 基 因 表 达 的 过 程，基 因 表 达 的 活 化 物（activator
34、s）结合在受控基因上时，激活基因表达，不结）结合在受控基因上时，激活基因表达，不结合时就不表达的形式。真核生物常见合时就不表达的形式。真核生物常见负调控：抑制基因表达的过程，阻遏蛋白（负调控：抑制基因表达的过程，阻遏蛋白（repressor protein）结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达的形式。原核结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达的形式。原核生物常见生物常见41 正调控与负调控模式的比较正调控与负调控模式的比较 42 2 2、诱导和阻遏表达、诱导和阻遏表达 诱导（诱导（inductioninduction）-可诱导基因在特定可诱导基因在特定环境信号刺激下表达增强的过程。环境信
35、号刺激下表达增强的过程。乳糖乳糖 利用乳糖的三种酶表达利用乳糖的三种酶表达 阻遏（阻遏（repressionrepression）-可阻遏基因表达产可阻遏基因表达产物水平降低的过程物水平降低的过程色氨酸色氨酸 色氨酸合成酶系色氨酸合成酶系43基因表达调控的水平基因表达调控的水平 染色体和染色体和DNA水平上；水平上；转录水平上（最主要的方式）；转录水平上（最主要的方式）；转录后水平（转录后水平（RNA加工、成熟水平上）加工、成熟水平上）真核生物；真核生物；翻译水平上；翻译水平上；蛋白质加工水平上；蛋白质加工水平上；无论是真核细胞还是原核细胞都有一套无论是真核细胞还是原核细胞都有一套准确地调节基
36、因表达和蛋白质合成的机准确地调节基因表达和蛋白质合成的机制，使得细胞在需要的时间和地点产生制，使得细胞在需要的时间和地点产生相应的特异性的蛋白质成为可能。相应的特异性的蛋白质成为可能。某一个体系在需要时被打开，不需要某一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种开关的活性是通过调节时被关闭。这种开关的活性是通过调节转录来实现的。转录来实现的。基因表达调控主要发生在转录水平上的基因表达调控主要发生在转录水平上的调控和翻译水平上的调控。调控和翻译水平上的调控。基因的选择性表达是细胞特异性的基础45 原核基因的表达特点：原核基因的表达特点：1、较真核生物简单。转录和翻译相偶联；、较真核生物简单。转录
37、和翻译相偶联；基因组小；染色体简单基因组小；染色体简单 2、营养状况和环境因素起着重要作用。、营养状况和环境因素起着重要作用。3、转录水平上常以操纵子模式进行负调控、转录水平上常以操纵子模式进行负调控。46遗传：子代和亲代、子代和子代个体之间的相似性。的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来。有时，必须经酶切成更小的分子才能有生物活性。9114万个之间，不超过40,000，只是线虫或果蝇基因数量的两倍，人有而鼠没有的基因只有300个。阻遏（repression）-可阻遏基因表达产物水平降低的过程C、同一个人体内所有有核细胞的核基因组序列都相同lac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有葡萄糖
38、可供利用。SNP是人类基因组DNA序列变异的主要形式，是决定人类疾病的重要遗传基础。FISH 进行基因定位：将DNA探针用同位素或荧光染料标记，按照碱基互补配对原则，与固定在玻片上的中期染色体杂交后，在荧光显微镜下呈现不同颜色的荧光。1995年，第一张以称为序列标签位点STS为物理标记的物理图谱问世，它包括了94的基因组和1500多个标记位点，平均间距为200Kb（这就是所谓的分辨率）。原核生物的基因表达调控（3）功能：内含子的长度比外显子的大好几倍，一起转录成RNA以后，必须经过剪接加工过程，将内含子部分切除，使外显子连接起来，才能形成成熟的mRNA，成为翻译蛋白质的模板。第二代遗传标记ST
39、R=SSRSNP是从分子水平上对单个核苷酸的差异进行检测，SNP 标记可帮助区分两个个体遗传物质的差异。染色质的结构、发育阶段、激素水平起重要作用，营养和环境为次要因素。真核基因的表达特点：真核基因的表达特点：1.与原核生物相比要复杂得多（转录与翻译与原核生物相比要复杂得多（转录与翻译发生在不同的场所；基因数目多；含大量发生在不同的场所；基因数目多；含大量不编码序列；染色体中包括大量的组蛋白不编码序列；染色体中包括大量的组蛋白和非组蛋白）和非组蛋白）2.染色质的结构、发育阶段、激素水平起重染色质的结构、发育阶段、激素水平起重要作用，营养和环境为次要因素。要作用，营养和环境为次要因素。3.调控可
40、以发生在多个不同水平上。多为正调控可以发生在多个不同水平上。多为正调控调控47 组蛋白（组蛋白（histones）：是真核生物染色体的基本）：是真核生物染色体的基本结构蛋白，是一类小分子碱性蛋白质，含带正电结构蛋白，是一类小分子碱性蛋白质，含带正电的精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多。与的精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多。与DNA链中带负电的磷酸基团结合。链中带负电的磷酸基团结合。六种类型：六种类型：H1、H2A、H2B、H3、H4及古细菌及古细菌组蛋白组蛋白 非组蛋白是高等动植物的核蛋白质中，除组蛋白非组蛋白是高等动植物的核蛋白质中，除组蛋白之外的其他蛋白质的总称。非组蛋白主要是指与之外的其他
41、蛋白质的总称。非组蛋白主要是指与特异特异DNA序列相结合的蛋白质，序列相结合的蛋白质，组蛋白和非组蛋白组蛋白和非组蛋白48 真核基因的表达特点：真核基因的表达特点：1.与原核生物相比要复杂得多（转录与翻译与原核生物相比要复杂得多（转录与翻译发生在不同的场所；基因数目多；含大量发生在不同的场所；基因数目多；含大量不编码序列；染色体中包括大量的组蛋白不编码序列；染色体中包括大量的组蛋白和非组蛋白）和非组蛋白）2.染色质的结构、发育阶段、激素水平起重染色质的结构、发育阶段、激素水平起重要作用，营养和环境为次要因素。要作用，营养和环境为次要因素。3.调控可以发生在多个不同水平上。多为正调控可以发生在多
42、个不同水平上。多为正调控调控49PS1S2S3启动子启动子OPromoter调控序列调控序列结构基因结构基因 操纵子（操纵子（operonoperon）结合结合RNARNA聚合酶聚合酶表达功能蛋白表达功能蛋白?操纵子（操纵子（operonoperon）:原核生物的基因表达调控的功能单位原核生物的基因表达调控的功能单位操纵基因操纵基因Operator原核生物的基因表达调控原核生物的基因表达调控50乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型操纵子操纵子(operon):(operon):调节基因调节基因(I I)（产生调节蛋白）产生调节蛋白）、启动子、启动子(P P)、操纵基因操纵基因(O O)、结构基因结构基
43、因(Z(Z、Y Y、A)A)、终、终止子止子I结合阻遏物RNA酶结合产生阻遏蛋白操纵基因启动子阻遏物基因结构基因AYZOP（调节基因）（调节基因）51 结构基因群结构基因群 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因可称操纵子中被调控的编码蛋白质的基因可称为结构基因为结构基因(structural gene,SG)(structural gene,SG)。一个操。一个操纵子中含有纵子中含有2 2个以上的结构基因，多的可达十个以上的结构基因，多的可达十几个。几个。乳糖操纵子含有乳糖操纵子含有Z Z、Y Y和和A3A3个结构基个结构基因。分别编码因。分别编码-半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、-半乳糖苷半乳糖苷酶透性
44、酶、酶透性酶、-半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶52 启动子启动子 启动子启动子(promoter,(promoter,P)P)是指能被是指能被RNARNA聚合酶识聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段别、结合并启动基因转录的一段DNADNA序列。操序列。操纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基因因5 5侧上游，控制整个结构基因群的转录。侧上游，控制整个结构基因群的转录。53 操纵区操纵区 操纵区操纵区operatoroperator（操作基因）（操作基因）是指能被调控蛋白特异性结合的一段是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNADNA序列，序列，常与启动子
45、邻近或与启动子序列重叠，常与启动子邻近或与启动子序列重叠，当调当调控蛋白结合在操纵子序列上，会影响其下游控蛋白结合在操纵子序列上，会影响其下游基因转录的强弱。基因转录的强弱。54 调控基因调控基因ii 调控基因调控基因(regulatory gene)(regulatory gene)是编码能与操是编码能与操纵基因结合的调控蛋白的基因。纵基因结合的调控蛋白的基因。调控蛋白有：调控蛋白有：激活蛋白激活蛋白(activating protein)(activating protein)：与操纵区：与操纵区结合后能增强或起动其调控的基因转录，所介结合后能增强或起动其调控的基因转录，所介导的调控方式为
46、正调控导的调控方式为正调控 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressive protein)(repressive protein)：与操纵区：与操纵区结合后能减弱或阻止其调控的基因转录，其介结合后能减弱或阻止其调控的基因转录，其介导的调控方式为负调控导的调控方式为负调控 55 终止子终止子 终止子（终止子（terminatorterminator，T T）是给予）是给予RNARNA聚聚合酶转录终止信号的合酶转录终止信号的DNADNA序列。在一个操纵子序列。在一个操纵子中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。个终止子。以上以上5 5种元件是每一个操纵子
47、必定含有的。种元件是每一个操纵子必定含有的。其中启动子、操纵区位于紧邻结构基因群的上其中启动子、操纵区位于紧邻结构基因群的上游，终止子在结构基因群之后。游，终止子在结构基因群之后。56调节基因调节基因操纵子操纵子Lac 阻遏物阻遏物半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷半乳糖苷透性酶透性酶半乳糖苷半乳糖苷乙酰基转移酶乙酰基转移酶E.Coli 诱导型诱导型Lac操纵子结构模型操纵子结构模型基基因因 长长度度结构基因调节基因启动子操纵基因是一类编码是一类编码蛋白质或蛋白质或RNA的基因，有的基因，有lacZlacY,lacA三个三个基因彼此紧密基因彼此紧密连锁，按连锁，按Z、Y、A顺序排列。顺序排列。调节基
48、因编码调节基因编码的调节物通过的调节物通过与与DNADNA上的特上的特定位点结合来定位点结合来控制转录，是控制转录，是调控的关键。调控的关键。作用是标志转作用是标志转录起始的位点，录起始的位点，RNARNA聚合酶在聚合酶在这一位点与这一位点与DNADNA接触，并开始进接触，并开始进行转录。行转录。是调节基因所是调节基因所编码的阻遏蛋编码的阻遏蛋白的结合部位，白的结合部位，决定了决定了RNARNA聚聚合酶是否能够与合酶是否能够与DNADNA序列上的序列上的启动子接触。启动子接触。原核生物的基因表达调控mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时阻遏蛋白的负调控阻遏
49、蛋白的负调控阻遏基因阻遏基因乳糖操纵子的调控机制乳糖操纵子的调控机制mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖别乳糖别乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶、乳糖存在时的诱导调控、乳糖存在时的诱导调控 发现：葡萄糖关闭乳糖操纵子的表达（葡萄糖效发现：葡萄糖关闭乳糖操纵子的表达（葡萄糖效应或降解物抑制效应）应或降解物抑制效应）cAMP：环腺苷酸，：环腺苷酸，浓度受葡萄糖代谢的调节；浓度受葡萄糖代谢的调节；当葡萄糖可供分解利用时，当葡萄糖可供分解利用时，cAMP CRP：cAMP受体蛋白，又称分解代谢物激活蛋受体蛋白，又称分解代谢物激活蛋白白CAP
50、，CAP可增强可增强RNA聚合酶的转录活性，聚合酶的转录活性，使转录提高使转录提高50倍。倍。（2 2）乳糖操纵子的）乳糖操纵子的CAPCAP正调控正调控生化里生化里cAMP普遍称为环腺苷酸普遍称为环腺苷酸,在细胞信号传导中是在细胞信号传导中是重要的第二信使（包括：环磷腺苷（重要的第二信使（包括：环磷腺苷（cAMP），环磷），环磷鸟苷鸟苷(cGMP)，肌醇磷脂，钙离子，廿碳烯酸类，一，肌醇磷脂，钙离子，廿碳烯酸类，一氧化氮等。）氧化氮等。）.62（2 2）乳糖操纵子的）乳糖操纵子的CAPCAP正调控正调控 代谢调节基因表达代谢调节基因表达 CRP(CRP(环腺苷酸受体蛋白环腺苷酸受体蛋白)或或
