分子生物学--基因和基因组的结构与功能

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1、基因和基因组的结构与功能一、基因的生物学概念1866Mendel发表《植物杂交实验》，“遗传因子”通过豌豆实验，提出经典遗传定律：分离定律和独立分配定律1909W.Johannse提出gene这一名词，但还只是遗传性状的符号，未涉及基因的物质概念1910Morgan发现果蝇的白眼性状的伴性遗传，首次把一个特定的基因和一个特定的染色体联系起来1919教材中开始出现gene一词ThePhysicalBasisofHeredite1926Morgan发表TheTheoryofGene，认为：基因依孟德尔第一定律（分离定律）而彼此分离，于是每个生殖细胞只含一组基因；不同连锁群里的基因

2、依孟德尔第二定律（自由组合定律）而自由组合；两个相对连锁群的基因之间有时候也发生有秩序的交换，交换率证明了每个连锁群里诸要素的直线排列，也证明了诸要素的相对位置。20世纪40年代Bendle和Tatum提出“一个基因，一个酶”学说首次在分子水平上给基因如下定义：基因位于染色体上的一定区域，在有丝分裂中作为1个遗传单位存在，并决定一定的表型。20世纪50年代Benzer提出“顺反子”、“一个顺反子，一条多肽链”20世纪60年代遗传密码的破译使人们对基因表达的机理有了更多的了解修改定义为：基因是基因组中的1个区域或1段DNA序列；其转录产物编码1条多肽链或者1个结构RNA分子（t

3、RNA或rRNA）。80年代以后认识到基因表达的复杂性1994Alberts基因是一段DNA序列，包括完整的功能单位（如编码序列、调节序列和内含子等）；基因可以作为1个转录单位，其表达产物通常是1条多肽链或1个DNA分子，但有时编码1组相关的蛋白异形体，有些蛋白异形体的产生和特殊的转录后加工（如RNA编辑）或者翻译水平的再编码（如核糖体跳跃）有关。二、基因的现代概念生物学概念：基因是世代相传的，基因决定了遗传性状的表达，基因的颗粒性主要表现在世代相传的行为和功能表达上具有相对的独立性，基因呈直线排列在染色体上。分子生物学概念：合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA（除部

4、分病毒RNA），即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核酸序列，还应包括为保证转录所必需的调控序列。三、基因组的概念细胞或生物体中，一套完整单体的遗传物质的总和，即某物种单倍体的总DNA。对于二倍体高等生物来说，其配子的DNA总和即一组基因组，二倍体有两份同源基因组。四、原核生物基因组的特点病毒基因组1．结构简单，基因组小，所含基因少。2．基因组可由DNA组成，也可由RNA组成，但不能共存于同一病毒。乳头瘤病毒闭环双链DNA腺病毒线性双链DNAPhageΦX174单链环状DNAPhageM13单链环状DNA（复制型为双链环状DNA）脊髓灰质炎病毒单链RNA呼肠弧病毒双链RNA

5、3．相关基因丛集。DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成一个功能单位或转录单位，可被一起转录成为多顺反子mRNA。4．常见重叠基因现象。5．非编码区少，重复顺序少。蛋白D蛋白E细菌基因组1.一条双链DNA，具有类核结构。2.具有操纵子结构。几个功能相关的结构基因串联在一起受同一个调控区调节。E.coli基因组含3500个基因，有260个已查明具有操纵子结构，定位于75个操纵子中。E.coli3.蛋白质基因单拷贝，rRNA基因多拷贝，这可能有利于核糖体的组装。E.coli中rRNA基因（rDNA）具有多拷贝，而且都以转录单位的形式组织在

6、一起。1个转录单位通常含3个rDNA，以16S-23S-5S的顺序串联排列，有的转录单位中间还插有tRNA基因，每个转录单位的长度大于5Kb。转录后先得到rRNA前体，再剪切成16S、23S和5SrRNA4.结构基因中无内含子，边转录边翻译。5.无基因重叠结构。6.DNA分子中有多种功能区。这些区域往往具有特殊的结构，并且含有反向重复序列。质粒DNA存在于细菌与真核细胞中的一种亚细胞结构。绝大多数质粒都是双链DNA分子。没有蛋白外壳，只能在寄主细胞中独立地增殖，并随着宿主细胞的分裂而被遗传下去。对于宿主细胞的生存不是必需的，但质粒所携带的某些基因，可以对宿主细胞的生物学特征产

7、生影响。质粒是一个完整、独立的复制子，并且能够转化细胞（把它的一个复本从供体细胞转移给受体细胞），因此可以作为一种载体，把目的DNA带入宿主细胞中进行增殖。而且通常能给细胞带来特殊的标记，顾而可以利用这些标记来筛选阳性克隆。质粒DNA的复制类型严紧型：每个宿主细胞中仅含有1-3个拷贝，其复制要受到宿主细胞的严格控制。松弛型：每个宿主细胞可含有10-60个拷贝，其复制不受宿主细胞的严格控制，即当宿主细胞蛋白合成受到抑制时，质粒可以继续复制，拷贝数可以增至1000-3000之多。质粒DNA的功能类型1.F质