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 ，菌落表面粗糙一 基因的概念l 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l 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=T G=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，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。