基因与基因组的结构分子生物学.ppt

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1、第4章基因与基因组的结构与功能（Chapter4TheStructreandFunctionofGeneandGenome）河南科技大学农学院施江第4章基因与基因组的结构与功能4.1基因的概念4.2基因的命名4.3基因组4.4病毒及其基因组4.5细菌基因组4.6真核生物基因组4.1基因的概念1860至1870年奥地利科学家孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊(W.Johannsen)首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念。1926年摩尔根（Morgan，美，19

2、33）的基因论。1941年Beadle和Tatum（美，1958）：一个基因一个酶学说。1944年Avery肺炎双球菌转化实验。1952年赫尔希（美，1969）和蔡斯：噬菌体大肠杆菌感染实验。1953年美国人沃森（Watson）和英国人克里克（Crick）通过实验提出了DNA分子的双螺旋模型（1962）。1957年Benzer提出一个顺反子,一条多肽链的概念。1958年Crick提出中心法则。1961年Jacob和Monod（法，1965）提出了操纵子模型。1951年McClintock（美，1983）：在玉米中发现了遗传因子可以转移位置。1

3、969年分离出第一个基因。1977年SharpPA（加拿大）和RobertsRJ（美）发现真核生物基因中的断裂现象（1993）。1978年桑格(F.Sanger，英国）发现了重叠基因（测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年的诺贝尔化学奖，因设计出一种测定DNA序列的方法而获得1980年的诺贝尔化学奖）。根据不同历史时期的研究水平和特点，基因研究大体上分为三个发展阶段:①在20世纪50年代以前，主要从细胞的染色体水平上进行研究，属于基因的染色体遗传学阶段；②20世纪50年代之后，主要从DNA大分子水平上进行研究，属于基因的分子生物学阶段；③近

4、20年来，由于重组DNA技术的完善和应用，人们已经改变了从表型到基因型的传统研究基因的途径，而能够直接从克隆目的基因出发，研究基因的功能及其与表型之间的关系，使基因的研究进入了反向生物学阶段。基因：产生功能蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列，包括外显子、内含子以及转录控制区。一个典型的真核基因包括:①编码序列—外显子(exon)；②插入外显子之间的非编码序列—内含子(intron)；③5′-端和3′-端非翻译区(UTR)；④调控序列。原核基因的典型结构4.1.1基因与DNA分子的关系顺反子是通过顺反试验（1957年，S.Benzer通过T4

5、噬菌体感染大肠杆菌发现）确定的，如果两个位点可以互补，则不属于一个顺反子；如两个位点不可以互补，则属于同一个顺反子。说明：顺反子既有功能上的完整性，又具有结构上的可分割性。4.1.2基因与多肽链的关系1941年（BeadleGW&TatumEL,美国，1958年获得诺贝尔奖）:一种基因一种酶。1957年,镰形红细胞贫血症的原因是由于血红蛋白的β-链的第6位氨基酸,由Val(缬氨酸,V)取代了Glu(谷氨酸,E)所致。基因的碱基序列与蛋白质分子中氨基酸的序列之间的对应关系是通过遗传密码实现的。4.2基因的命名大肠杆菌和其它细菌:用三个小写英文斜

6、体字母表示基因的名称。在三个小写英文斜体字母后面加上一个斜体大写字母表示其不同的基因座，全部用正体时表示蛋白产物和表型。如：laclacZ,lacY,lacAlacZ,lacY,lacA4.3基因组4.3.1基因组的概念基因组（genome):细胞或生物体完整单体的全套染色体中所有的DNA，包括所有的基因和基因之间的间隔序列。基因组的功能：贮存和表达遗传信息。4.3.2基因及基因组的大小与C值悖理1.基因及基因组的大小基因的大小在很大程度上取决于其所含有的不编码序列，即内含子的个数和每个内含子的长度。一些基因的内含子特别长。一般地，随着生物的

7、进化，生物体的结构和功能就越复杂，其C值就越大（基因组由小到大，才能够保证遗传信息量的增加）。2.基因组DNA的C值与C值悖理C值：真核生物单倍体基因组中的核苷酸数。C值矛盾：在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至是亲缘关系非常紧密的物种之间，它们的C值相差数10乃至上百倍，人们把这种基因组的大小和物种的遗传复杂度没有直接相关性的现象叫做C值悖理或C值矛盾(C-ValueParadox)。C值矛盾表现在:①C值不随生物的进化程度和复杂性而增加；②亲缘关系密切的生物C值相差甚大；③高等真核生物具有比用于遗传高得多的C值。4.4病毒及其基因组病毒

8、（virus）是最简单的生物,外壳蛋白包裹着里面的遗传物质核酸。根据病毒基因组的核酸类型，将病毒分为：DNA病毒；RNA病毒。根据宿主的不同，病毒又可分为：动物病毒