基因及其表达与调控

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1、第六章基因及其表达与调控本章重点：1.DNA的结构与功能；2.中心法则；3.基因表达的调控；4.基因突变。本章难点：1.基因表达的调控；2.基因突变。第一节基因的本质一、遗传物质的发现和证明1928年Griffith进行的细菌转化实验发现了遗传物质的最早线索。1944年Avery等从S型肺炎球菌中提取各种蛋白质、核酸和多糖等成分，分别用于转化R细菌。Avery等的实验提供了DNA是遗传物质的第一个证据。1952年Hershey等分别用放射性同位素32p和35S标记噬菌体的DNA和蛋白质，进行侵染细

2、菌的实验。证明噬菌体的遗传物质是DNA。RNA是一些RNA病毒的遗传物质。第二节DNA分子的结构一、DNA分子的化学组成DNA的单体是核苷酸，由一个磷酸分子，一个脱氧核糖分子和一个碱基构成。碱基有腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和胸腺嘧啶T四种。各种核苷酸通过3'，5'磷酸二脂键相连形成长链高分子多聚体。二、DNA分子的双螺旋结构DNA的二级结构是Watson和Crick1953年提出的著名的双螺旋模型。要点是：①两条多聚核苷酸单链反向平行排列，即一条链是5'→3'，另一条链是3'→5'。②碱基平面向

3、内延伸，两条链的碱基以A-T，G-C方式互补配对，对应碱基之间分别形成两个或三个氢键。③两条以氢键结合的反向平行链构成双螺旋状，每十对碱基旋转一周。三、DNA分子的功能单位DNA分子中的功能单位平均大小却只有1000个碱基对，这些功能单位相当于经典遗传学中的基因，它们决定各种表型特征的发育。10虽然DNA分子中只有4种碱基，但其可能的排列组合数却大得惊人，如果一段DNA含有1000对碱基，那么就能形成41000种可能的序列。由于任何生物体的遗传物质至少具有数百万个碱基，显然，生物体就具有极其广泛的

4、变异范围。分子遗传学中，通常就把某个生物所具有的所有基因叫做基因组（genome）。基因组中绝大多数遗传信息都用于决定蛋白质的氨基酸序列，所以基因多是通过指导蛋白质合成并通过蛋白质在细胞中执行各种重要功能。基因组除了含有遗传信息的编码序列以外，在编码序列的两端还接有调节基因活性的侧翼序列（flankingsequence）。在原核生物中，当缺乏某些代谢产物时，这类基因的调控元件则决定在某个特殊阶段哪些基因将进行活动。在高等动、植物中，由于存在各种特化细胞，所以在某些器官中有些基因可能永久关闭，而另

5、一些基因则可能正在活动。在各种生物特别是在真核生物的基因组中，还有一些DNA序列没有明确，它们可能是基因组中新基因起源的基础，也可能是某些基因退化的遗迹。第三节DNA的复制一、半保留复制的证明半保留复制：DNA双链解开后，以每一条链为模板按碱基配对原则合成一条新链，每个新DNA分子中一条是从原来的DNA生分子中来的旧链，另一条是新合成的新链，故称为半保留复制。Meselson等1958年首先获得了DNA半保留复制的直接证据。二、DNA的复制过程1.复制起点和复制子：DNA的复制是从复制起点(ori

6、gin)开始的。复制起点的DNA序列通常A-T碱基对的比例较高，由于A-T比G-C每碱基对少一个氢键，因此结合力较弱，比较容易将两条单链分开。细菌及病毒的染色体只有一个复制原点一条染色体就是一个复制子。真核生物色体上有多个复制起点，即有多个复制子。2.半连续的复制过程：DNA复制过程是半连续复制。其基本过程是①解旋酶水解开复制叉处的DNA双螺旋。②在引物酶作用下，合成由几个核昔酸构成的一小段RNA引物，与模板链结合。③在DNA聚合酶作用下，按碱基配对原则，在RNA引物后沿5'→3'方向逐个接上相应

7、的核昔酸。与3'→5'模板链对应的新链的合成方向是5'→3'，可以连续不断地合成，这条链叫先导链。④在相关酶的作用下，先导链和冈崎片段前端的RNA引物被降解，空缺由DNA填补；随后，各冈崎片段在连接酶(ligase)作用下连成一片。⑤上述过程在复制叉中连续依次完成，形成两个新的DNA双螺旋分子。冈崎片段：对应于5'→3'模板链的另一条新链的合成的大方向是3'→5'，只能断断续续地反向合成一些DNA片段，这些新合成的DNA片段称为冈崎片段。10除了上述的DNA复制方式之外，还存在着少数其他复制方式。

8、例如，某种噬菌体的环状DNA只有一条链，当它进入宿主后，在引物酶和DNA聚合酶Ⅲ的作用下，产生一条互补的新链，然后以这个双链环状DNA为模板，再形成新的单链DNA分子。噬菌体DNA的这种复制方式被称为滚环复制。第四节RNA的结构与功能一、RNA分子的结构RNA也是由4种核苷酸组成，即一磷酸腺嘌呤（AMP）、一磷酸鸟嘌呤（GMP）、一磷酸胞嘧啶（CMP）和一磷酸尿嘧啶（UMP）。RNA同DNA一样，这4种核苷酸也是通过—3’和—5’磷酸二酯键连接在一起。它与DNA的主要差别在于：①R