基因表达与调控

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1、第八章基因的表达与调控第一节基因的概念一、基因的概念及其发展1、经典遗传学→孟德尔称控制性状的因子为遗传因子→1909年约翰生提出了基因这个名词，取代孟德尔的遗传因子→摩尔根等人对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和染色体为主体的经典遗传学结构单位重组单位基因突变单位功能单位2、分子遗传学基因是DNA分子上的一定区段,携带有特殊的遗传信息，可转录、翻译，可对其他基因起调节作用突变子：突变的最小单位基因重组子：交换的最小单位顺反子（作用子）：功能单位（基因）基因可进一步分为不同类型：(1)结构基因：可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列(2)

2、调控基因：其产物参与调控其他结构基因表达的基因(3)重叠基因：指同一段DNA的编码顺序，由于阅读框架(ORF)的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的现象(4)隔裂基因：指一个结构基因内部为一个或更多的不翻译的编码顺序，如内含子所隔裂的现象(5)跳跃基因：可作为插入因子和转座因子移动的DNA序列，有人将它作为转座因子的同义词(6)假基因：同已知的基因相似，但位于不同位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因二、基因的微细结构1、互补作用与互补测验(顺反测验)假定有两个独立起源的隐性突变如a1与a2，它们具有类似的表型，如

3、何判断它们是属于同一个基因的突变，还是分别属于两个基因的突变？即如何测知它们是等位基因？需要建立一个双突变杂合二倍体，测定这两个突变间有无互补作用图8－2顺反测验2、顺式与反式调控→假设某一基因的表达受一种调控蛋白质控制，只有在调控蛋白质与该基因的启动子位点结合时，这个基因才能表达。→如果这个基因的启动子位点发生突变，调控蛋白不能识别这个位点，也就不能转录形成RNA，基因就不能表达。顺式调控：突变只影响到与其邻近的编码序列，即基因本身不能表达，并不影响其它等位基因。这种突变称为顺式调控反式调控：如果是调控蛋白质发生突变，形成的蛋白质不能与这个基

4、因的启动子结合，这将会影响到与这个蛋白质结合的所有等位基因位点，导致这些基因不能表达，这种突变称为反式调控图8－3顺式调控与反式调控P为启动子，R为调控蛋白，两个正常的等位基因表达产生RNA。2.启动子突变(P-)后，调控蛋白不能与其结合，顺式调控突变的基因不表达，另一个等位基因正常表达。3.调控蛋白突变(R-)后，不能与启动子结合，这种反式调控蛋白质突变，使受其控制的所有基因不表达。3、基因的微细结构20世纪50年代的生化技术还无法进行DNA的序列测定，本泽尔利用经典的噬菌体突变和重组技术，对T4噬菌体rⅡ区基因的微细结构进行了详细分析图8－

5、6突变座位与互补图解三、基因的作用与性状的表达结构蛋白/功能蛋白→直接性状表达。人类的镰形红血球贫血症：正常血红蛋白基因(A)的基因两个不同的突变(S或C)，即A→S或A→C导致镰形红血球酶→间接地影响生物性状的表达作用子ADNAGTACATCATGTACTTGAAACTTGACCTGGAGAACTTGAACTTAAATTTmRNA密码子GUACAUCUUACUCCUGAAGAAAAA氨基酸缬组亮苏脯谷谷赖SDNAGTACATmRNA密码子GUA氨基酸缬CDNAAAATTTmMRNA密码子AAA氨基酸赖第二节基因调控每个细胞

6、都含有整套遗传密码，只是这本密码在每个细胞中并不全部译出应用，而是不同细胞选用其中各自需要的密码子加以转录和翻译。为什么基因只有在它应该发挥作用的细胞内和应该发挥作用的时间，才呈现活化状态，而在它不应该发挥作用的时间和细胞内，则处于不活化的状态呢？这种控制特定基因产物合成的机制称为基因调控。一、原核生物的基因调控1、转录水平的调控→原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平→当需要某一特定基因产物时，合成这种mRNA。当不需要这种产物时，mRNA转录受到抑制正调控：是经诱导物诱导转录的调控机制，即诱导物与另一蛋白质结合形成一种激活子复合物，与基因

7、启动子DNA序列结合，激活基因起始转录负调控：阻遏物阻止转录过程的调控，即阻遏物与DNA分子结合，阻碍RNA聚合酶转录，使基因处于关闭状态。只有当阻遏物被除去之后，转录才能起动，产生mRNA分子原核生物中基因表达以负调控为主。真核生物中则主要是正调控机制。图8－8转录水平的负调控与正调控2、乳糖操纵元大肠杆菌的乳糖降解代谢途径：Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。为此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖操纵元模型，用来阐述乳糖代谢

8、中基因表达的调控机制图8－9乳糖操纵元模型及对有无乳糖的反应两种组成型突变：I→I—，O→Oc,在有无诱导物时均可大量组成型表达乳糖操纵元模型乳糖操纵