第21章基因的概念.ppt
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1、第2章 基因的概念Concept of the Gene,2.1.早期的基因概念,2.2.经典的基因概念,2.3.基因概念的演变与发展,2.4.基因的分子结构,2.5.基因概念的多样性,2.1.早期的基因概念,2.1.1.融合遗传理论(Blending inheritane),母本体液,父本体液,子代具有父,母双亲的性状,+,公元前5世纪 Hippocrates,公元前4世纪 Aristotle 认为残疾人的后代不一定是残疾者,获得的性状是由环境影响(非遗传物质的改变),新性状一旦获得,便能遗传给后代,2.1.2.获得性遗传理论(Inheritance of acquired characte
2、rs L.B.Lamarck.1809),2.1.3.泛生论假说(Hypothesis of the Pangenesis),C.Darwin 1866,Panger,2.1.4.种质论(Theory of germplasm A.Weismann 1883.),Germeplasm,Somatoplasm,Root,Stem,Leaf,Somatoplasm,Germplasm,Germplasm,2.1.5.遗传因子假说(Hypothesis of the inherited factor G.J.Mendel 1865.),生物性状由遗传因子控制,亲代传给子代的是遗传因子(A,a.),遗
3、传因子在体细胞内成双(AA,aa)在生殖细胞内为单(A,a),杂合子后代体细胞内具有成双的 遗传因子(Aa),等位的遗传因子独立分离 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中,缺乏细胞在有丝分裂和减数分裂过程中 染色体行为的有力证据,Mendel临终前说:,Gregor Mendel 1822-1884,同时发现并证实 Mendel 的两大规律,1900,Hugo de vires 1848-1935 荷兰 阿姆斯特丹大学 Erich von Tchermark 1871-1962 德国 土宾根大学 Carl Correns 1864-1933 奥地利 维也纳农业大学,Law of segreg
4、ation,Law of independent assortment,Walter S.Sutton“The Chromosome in Heredity”(1903)二倍体生物减数分裂后每个配子仅接受成对染色体中的一个 假定基因是染色体的一部分 第一次将遗传学和细胞学科学地结合起来 为Mendel遗传规律的解释提供了细胞学证据,2.2.经典的基因概念,Theory of the gene,基因是染色体上的实体,基因象链珠(bead)一样,孤立地呈 线状地排列在染色体上,基因是(Three in one);,功能(functional unit)突变(mutation unit)交换(cro
5、ss-over unit),“三位一体”的,最小的 不可分割的基本的,遗传单位,(1926 T.H.Morgan),2.3.基因概念的 演变与发展,2.3.1.基因的位置效应 Position effect,Bar eye,16A,780个,68个,45个,chromosome,Sturtevant,385个,(Ww in euchromatin),(W gene be silenced in heterochromatin),W,W,w,w,Ww Red eye,Ww white eye,Position effect,2.3.2.拟等位基因概念的提出(pseudo alleles),Mul
6、tiple alleles,a1a1 a2a2,a1a2(no wild type),But!,red eye(w.t),w-wa w-Y,?,1/1000W.Tred eye,white eye(mut),amygdaloid eye(mut),in Drosophila,紧密连锁(交换率极低),功能相同(表型相似),SingleSimplePropagationPopulation,Genetics developing,Pseudo Alleles,顺反子理论 Theory of cistron(S.Benzer 1955)对经典的基因概念的 第一次重要修正与发展,Diplococcum
7、 pneumonice DNA as genetic material,1948.retired,The Nobel committee has been criticized for not recognizing Averys achievement before his death(1877-1955),理论基础,2.3.3.Theory of cistron(S.Benzer 1955),Mut.T4 rII:rII107,rII105,rII51,rII47(400),E.coli B,plane E.coli B,Blotting into plane E.coli K12,Rec
8、ombination assay,Three in one!,How many genes?!,Complementary assay,plane E.coli K12,recombination?!,function complementary,rII 47 rII106,rII106 rII51,difficult,propagation,recombination,Why?,How?,相 依 为 命!,无 能 为 力!,杂合二倍体内,野生型基因对突变型等位基因,可以发生功能的补偿,产生功能互补效应,带有不同突变位点的噬菌体同时感染一个E.coli,构成双突变杂合二倍体,组成互补测验体系,
9、以测定各突变位点所在基因的等位性,不同的非等位基因,同一等位基因,功能互补效应的测验体系,具有,不具有,突变位点 处于,A gene,B gene,rII of T4 phage including two genes,顺反子假说(Theory of cistron),Cistron 是基因的同义词,在一个顺反子内,有若干个突变单位 突变子(muton),在一个顺反子内,有若干个交换单位 交换子(recon),基因是一个具有特定功能的,完整的,不可分割的 最小的遗传单位,基因内可以较低频率发生基因内的重组,交换,pseudo alleles 是基因内的突变体,cistron 概念的提出 是对经
10、典的基因概念的动摇 是对pseudo alleles概念的修正,2.3.4.等位基因(Allele,Allomorph)概念的发展,Allele 同一座位存在的两个以上不同状态的基因,其总和称 之为复等位基因(multiple alleles)(A,a1,a2.),site,Gene locus,ATTCGGAGCT,ATTCAGAGCT(mut2),ATTCAGAGCT,ATTCGGAGCT(mut1),全同等位基因 在同一基因座位(locus)中,同一突变位点(site)向不同方向发生突变所形成的等位基因(homoallele),非全同等位基因;在同一基因座位(locus)中,不同突变位点
11、(site)发生突变所形成的等位基因。(heteroallele),site,Gene locus,site,ATTCGGAGCT,ATTCGGAGAT(mut),ATTCTGAGAT,ATTCTGAGCT(W.t),ATTCTGAGCT,早期基因的概念经典的基因概念基因概念的发展,Lac.Operon,2.3.5.操纵子理论(Lactose operon 1961.Jacob,Monod),某一基因功能的表现 是若干基因组成的信息表达的整体行为,one gene one function(Ribozyme,Abzyme,rDNA,tDNA.),one gene one enzyme,one
12、gene one peptide,transcritable,translatable gene(Z,Y,A),Transcritable but non-translatable gene(tDNA,rDNA),Non-transcritable,non-translatable gene(promoter,operator),2.3.6 基因的类型,cis action factor,Affects the activity only of DNA sequences on its own molecular of DNA,this property usually implies tha
13、t the factor does not code for protein,通过核苷酸自身的特异二级结构控制与它紧密连锁的结构基因的表达,,一般不编码蛋白质(无基因产物的DNA功能区),trans action factor,Affects the activity of any gene located on genome by its translated product.,通过扩散自身表达产物(酶,调节蛋白)控制其他基因的表达可转录,可翻译调节蛋白的DNA功能区可通过互补测验体系确定其功能区域,Cis(Latin=here)In cis=On the same DNA molecula
14、rTrans(Latin=across)In trans=On the different DNA molecular,?!,DNA is a main genetic material,Is the protein genetic material?,复制?,表面遗传信息?,RNA is genetic material also,Tobacco Mosaic Virus(TMV),Hershey lambdar phage cycle,Watson&Crich DNA double helix,2.3.7.DNA 是主要的遗传物质,是否存在核酸之外的 其他遗传物质?,高度纯化的病体脑组织的
15、感染性粒子,可被蛋白酶K抑制,不被核酸酶和辐射灭活,不含大于100nt的核酸,28kD 的疏水性糖蛋白 由核基因组基因 PrP(Prion Protein)编码,Prion(proteinaccous infections particle)传染性病原蛋白颗粒引起的风波,Prion 复制?转录?翻译?,统称Prion(元病毒),DNA作为遗传物质的优点(自然选择的优势),储存遗传信息量大,大基因组生物,DNA中如有U,DNA中有T无U是进化的结果,2.4.基因的分子结构,Nucleic Acid(NA),Mono-phosphate(Mp),Nucleoside(Ns),Deoxy-ribos
16、e(Ribose),Base,2.4.1.基因是DNA分子的片段,l DNA 与RNA的区别,RNA,2 单磷酸核苷酸,3 单磷酸核苷酸,Nucleotide(Nt)basic unit,2.4.2.DNA 双螺旋结构模型(DNA Double Helix Model),1938.W.T.Astbury,1950.Chargaff,1952.Alexander Todd,NtNt NtNtNt,X ray photograph of DNA,Rich AT form&rich GC form,3,5 phosphodiester bond,Xray photograph of DNA with
17、 high quality,1953.Watson&Crick,Right handed B-form DNA Double helix Model,G-C pair,held together by three hydrogen bonds A-T pair,held together by two hydrogen bonds,l 碱基顶部基团裸露在DNA 大沟内,l 蛋白质因子与DNA 的特异结合依赖于 氨基酸与DNA 间的氢键的形成,l 蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性 结合的机率与多样性高于沿小沟的结合,l 大沟的空间更有利于与蛋白质的结合,DNA双螺旋的结构特点,Right ha
18、nded B-form DNA Double helix Model,2.4.3.影响双螺旋结构稳定性的因素,碱基堆积的棒状实体,l 氢键(Hydrogen bond 46 kc/mol),消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力,弱键,可加热解链,氢键堆积,有序排列(线性,方向),l 磷酸酯键(phosphoester bond 8090 kc/mol),l 0.2 mol/L Na+生理盐条件,强键,需酶促解链,l 碱基堆积力(非特异性结合力),3.4A,(1 kc/mol 0.6kc/mol)n(热运动消耗),磷酸骨架,氨基,酮基周围水分子间的有序排列,Van de waals force(
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