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、個體以及從遺傳物質到性狀的遺傳信息流向，即遺傳信息在遺傳物質復制、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,,反轉錄,(,逆轉錄,),：,,反轉錄酶,,cDNA,,RNA,的自我復制,,DNA,指導蛋白質合成,,中心法則的發(fā)展,,中心法則的發(fā)展,,中心法則的發(fā)展,,蛋白質合成過程也就是遺傳信息從,DNA→mRNA→,蛋

2、白質的轉錄和翻譯的過程，以及遺傳信息從,DNA→DNA,的復制過程，這就是分子生物學的,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。這是因為這種隱性基因不能產生苯丙氨酸羥化酶，因而不能把提內多余的苯丙氨酸轉化為酪氨酸，因此血液中的苯丙氨酸積累起來，只能通過苯丙氨酸轉移酶的作用，從另一代謝途徑轉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,認為這些代謝缺陷病是由于缺少某些酶。因此，他第一個提出基因和酶之間關系，認為基因是通過控制酶和其他蛋白質合成來控制細胞代謝的。,,二、一個基因一種酶假說,,,Beadle,和,Tatum,于,1941,年提出，并因此于,1958,年獲得諾貝爾獎。,（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,,,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）一個基因一種酶的實驗依據(jù),,精氨酸缺陷型,,補充培養(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）一個基因一種酶的局限性,,,(1),,并非所有的基因都為蛋白質編碼；,,,(2),,有的酶由多個基因編碼；,,,(3),,有的一個基因控制多個酶；,,,(4),,有的,RNA,具有催化活性；,,三、一個結構基因一條多肽鏈的證據(jù),,直接證據(jù) 人的鐮刀形細胞貧血癥,,正常人紅細胞中含血紅蛋白（,HbA,）：圓盤狀，紅色，運載氧氣；,,鐮刀形細胞貧血癥患者紅細胞含血紅蛋白（,HbS,）：鐮刀形，溶血型貧血，不能運載氧氣。,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,個氨基酸；兩條相同的,β,鏈，每條具,146,個氨基酸。,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致了由該基因所控制的多肽鏈上的一個氨基酸的差別。,由此可見：,基因是以某種方式規(guī)定了蛋白質中氨基酸順序的。,,5.7,基因的精細結

8、構－－順反子,,5.7.1,基因內重組的發(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)，紅眼不是突變產生，因為不可能出現(xiàn)如此高的頻率,進一步研究證明：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，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（,cis-trans position effect),：,,,w,a,+/ +w,兩個突變分別在兩條染色體上，稱為,反式（,trans),，,w,a,w /++,兩個土百年同時排

10、在一條染色體上，而另一條染色體上兩個位點均正常，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。,擬等位基因（,pseudoallele),：,表型效應類似緊密連鎖的功能性等位基因，但不是結構性的等位基因，其發(fā)現(xiàn)證明：基因是可分的。,,Oliver,和他的學生,M Green,首先想到在非?？拷?lozenge,位點的兩側找到一些突變位點的突變型進行實驗，這些標記被稱之為側翼標記。 如果交換發(fā)生在,lozenge,位點內，就會產生一個側翼標記發(fā)生重組的染色體，并且在野生型基因,lz+,附近出現(xiàn)固定的標記。如在,lzs

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

12、變型成對組合同時去感染大腸桿菌,K(λ),株，若被雙重感染的細菌中產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），那么就必定是一個突變型補償了另一個突變型所不具有的功能，這兩個突變型就稱為彼此互補。,,若雙重感染的細菌不產生子代噬菌體，那么這兩種突變型一定有一個相同功能受到損傷。,,,互補試驗的原理,,,,表型 有無功能互補 結論,,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,互補測驗結果發(fā)現(xiàn)：,,,rⅡ,,突變型可分成,rⅡ,A,和,rⅡ

13、,B,兩個互補群。,所有,rⅡ,A,突變型的突變位點都在,rⅡ,,區(qū)的一頭，是一個獨立的功能單位,,,所有,rⅡ,B,突變型的突變位點都在,rⅡ,,區(qū)的另一頭，也是一個獨立的功能單位,.,凡是屬于,rⅡ,A,的突變之間不能互補,,,同理凡是屬于,rⅡ,B,的突變之間也不能互補,,,只有,rⅡ,A,和,rⅡ,B,的突變之間可以互補,,,即雙重感染大腸桿菌,K(λ),株后可產生子代。,,說明,:,rⅡ,A,和,rⅡ,B,是兩個獨立的功能單位,,,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),，突變子是基因內改變后可

14、以產生突變表型的最小單位。它只相當與一個核苷酸對，不能將其定義為一個基因。重組子是基因內不能有重組分開的遺傳單位，也不能將其定義為一個基因。,,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,實驗所用的,T4,的,rⅡ,突變就是一個條件致死突變型。,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,的重組實驗,,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,,重組值計算：,rxry,的數(shù)量與,r+r+,相同，計算時,r+r+,噬菌體數(shù),×2,。,,,,,,,此種測定方法稱為重組測驗，它以遺傳圖的方式確定突變子之間關系，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。,,,