第九章 遗传的分子基础 1．DNA(RNA)是遗传物质的3个直接证据； 2．核酸的化学结构与复制； 3．DNA与蛋白质合成； 第九章 遗传的分子基础 1．DNA(RNA)是遗传物质的3个直接证据； 　 2．核酸的化学结构与复制； 3．DNA与蛋白质合成； 　 ★4．基因的概念 ★ 5、基因调控

第一节 DNA(RNA)是遗传物质的证据 遗传物质：亲代与子代之间传递遗传信息的物质。 特点： (1）能携带遗传信息，自我复制； (2) 在世代间保持连续性； (3) 在细胞中含量相对恒定，且配子中含量是 体细胞一半； (4) 结构稳定，其改变能引起变异

一、DNA作为主要遗传物质的间接证据 1．能携带遗传信息、自我复制； 2．含量稳定； 体细胞DNA含量是配子DNA的一倍；如鸡不同细胞 3．结构稳定，可发生突变； 紫外线诱发突变时，最有效波长均为260nm； 与DNA所吸收的紫外线光谱一致； 4、在世代间保持稳定性。　　 3

二、DNA是遗传物质的直接证据 (一) 细菌转化试验 ──────────────────────── 肺炎双球菌　　 特征　　　　　　　 抗原型（稳定） ──────────────────────── 　 光滑型（S）　　有荚膜、光滑菌落、有毒　 S I、 S II、S III　 粗糙型（R）　 无荚膜、粗糙菌落、无毒 RI、R II ────────────────────────　 4

1.格里费斯转化试验 :(Griffith F.，1928)肺炎双球菌 结论： 　在加热杀死的S 型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够进入R II型  R II型转变为S II型  无毒转变为有毒。

2. Avery O.T. (1944) 分离转化试验： 用生化分离的方法证明了遗传物质 本质是DNA。 6

（1）转化实验

（2） 分离转化实验

转化（transformation)：细菌一品系由于接受了另一种品系 的遗传物质而表现出后者的遗传性状的现象。 结论：带有遗传信息的转化因子是DNA 不同看法，从3方面提出，DNA4种碱基与信息量、转化纯度、只对荚膜

(二) Hershey A. 和Chase M.（1952）噬菌体侵染实验： 1.实验原理： （1）P32标记T2噬菌体 的DNA (2）S35标记T2噬菌体蛋白质外壳 10

2.实验步骤 （1）用放射性元素分别标记T2噬菌体的蛋白质外壳和DNA a. S35标记T2噬菌体的蛋白质外壳 T2噬菌体蛋白 E.coli培养在含S35培养基中→加入T2噬菌体 → b. P32标记T2噬菌体的DNA E.coli培养在含P32培养基中→加入T2噬菌体→ T2噬菌体的DNA 被P32 标记。

（2）标记后的二种T2分别侵染未标记的E.coli 表明：噬菌体侵染细菌时，DNA进入细菌细胞，蛋白质外壳未进入细菌。 （3）检查子代T2 ，与亲代T2完全相同 结论：DNA带遗传信息，能自我复制并指导蛋白质合成，DNA是遗传物质。

三、RNA也是遗传物质的证据 1.烟草花叶病毒分离侵染实验  烟草不发病； 烟草 发病 分离得到TMV；  烟草 不发病。 水+苯酚 蛋白质 RNA  烟草不发病； TMV 烟草 发病 分离得到TMV； 震荡  烟草 不发病。 TMV RNA  RNA酶 13

结论：在没有DNA的生物中，RNA是遗传物质 2、烟草花叶病毒重建实验 结论：在没有DNA的生物中，RNA是遗传物质

第二节 核酸的化学结构与复制 一、DNA分子双螺旋模型的诞生 Watson & Crick建立双螺旋模型主要是受到4个方面的影响： 第二节 核酸的化学结构与复制 一、DNA分子双螺旋模型的诞生 Watson & Crick建立双螺旋模型主要是受到4个方面的影响： （1）1938年W.T.Astbury & Bell用x衍射技术研究DNA。1947年拍摄了第一张DNA的衍射照片，并推断DNA分子的结构是： ① 柱状；② 多核苷酸是一叠扁平的核苷酸组成；③ 核酸残基取向和分子长轴垂直,间距为3.4A。 （2）1951年Pauling和Corey运用化学的定律来推理，建立了蛋白质的α-螺旋模型； （3）Chargaff,1946年“DNA中碱基量的关系”（碱基配对原理依据）。 （4）R.Franklin & Wilkins在1952年底拍得DNA结晶X衍射照片。 1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行双螺旋模型

1951年，Pauling提出了蛋白质的α-螺旋结构。

1952年， Wilkins和Franklin用高度定向的DNA纤维作出高质量的X-光衍射照片

1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行双螺旋模型

1962 Wilkins、 Watson和Crick 共获诺贝尔奖。

二、 DNA分子双螺旋结构模型 （一）DNA分子组成 脱氧核苷酸的多聚体，一级结构是指排列顺序 基本单位—脱氧核苷酸, 三分子面垂直 一个脱氧核糖D (RNA是核糖） 一个磷酸P 　　　 一个碱基 腺嘌呤A、鸟嘌呤G 胞嘧啶C、胸腺嘧啶T（ RNA是U) 连接方式：相邻脱氧核苷酸通过3’ －OH与5’－P形成磷酸二脂键。

核糖 碱基

（二）双螺旋模型特点 3‘ 5‘ 5‘ 3‘

1、 DNA分子具有极性，3’ －OH，5’－P 2、DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链组成，形成右手双螺旋。 3、D与P相间排列构成主链，碱基位于内侧；碱基对与轴线垂直，糖、磷酸、碱基三分子面近于垂直。直径20A上下碱基间距3.4A,螺距34A（10个碱基对，实际是10.4个）；相邻两脱氧核苷酸夹角36度 4、碱基配对是嘌呤对嘧啶，且A与T；C与G。 5、DNA双螺旋有大沟（major or wide groove）和小沟（minor or narrow groove）的存在。

碱基配对及氢键形成

B型双螺旋DNA的结构特征

三、双链DNA构型的多态性 右旋、常态 10.4个碱基对 右旋，11个碱基对 高盐或脱水 左螺旋 12个碱基对

四、DNA的变性和复性 DNA变性：将双链DNA在中性盐溶液中加热，DNA分子的共价键不受影响，而碱基配对的氢键则被打开，形成两条单链 例如：0.18mol/L食盐和0.018mol/L枸橼酸钠溶液中，1000C加热10分钟，完全变为单链。 解链温度Tm： 加热使DNA分子50％变成单链时所需温度 DNA复性（或退火）：变性的DNA在适合的条件下回复成为双链DNA。 慢慢冷却则DNA复性完全，如迅速冷却则DNA保持单链。

五、DNA复制 (一)遗传信息 DNA分子上核苷酸（碱基）排列顺序，是控制遗传性状的信号。 （二）DNA复制的特点 1、半保留复制 ①从复制起点开始氢键逐渐断开即解螺旋； ②以单链为模板， DNA聚合酶作用下，碱基互补； ③氢键结合，酶连接； ④形成新的互补链； ⑤形成了两个新DNA分子。

2、复制起点和复制方向 原核生物：只有一个复制起点，且为双向复制。 噬菌体P2：单向复制 真核生物：每条染色体的DNA复制都是多起点，多个复制起点共同控制整个染色体的复制；且为双向复制 3、复制方式：θ方式和δ方式

4、边解螺旋边复制 5、后随链的不连续复制 “冈崎片段”(1000～2000bp) ；DNA分子的半连续复制。 6、复制用RNA作引物

复制方向

第三节 DNA与蛋白质合成 DNA（基因）→蛋白质→生理生化→性状 一、性状与蛋白质 人体有10万余种，其结构→功能→性状 （一）酶 白化病-缺乏酪氨酸氧化酶，黑尿症-缺乏尿黑酸氧化酶 （二）运载蛋白 血红蛋白β链第六位AA谷氨酸→缬AA，红细胞镰刀型贫血症。细胞中缺少一种促进小分子通过细胞膜的运载蛋白，使胱氨酸等通过膜受阻，出现胱氨酸尿症。 （三）结构蛋白 肌肉中肌纤维蛋白含量成分→运动员素质潜能；皮肤中胶原蛋白→皮肤弹性

（四）激素 胰岛素不足引起糖尿病； 男性脑下垂体产生——促性腺激素，维持精子形成 （五）抗原、抗体 抗原：如红细胞表面特殊蛋白，决定不同血型 抗体：无γ球蛋白血症 （六）受体 细胞膜或细胞内大分子蛋白质，能选择性与一定活性物质结合，产生特定生理效应。 X染色体隐性遗传（Tfm→tfm缺乏雄性激素受体），导致睾丸女性化46，XY；

二、遗传信息的转录和加工 （一）转录 在RNA聚合酶催化下，以DNA分子中的信息链为模板，合成各种RNA的过程。 1、RNA聚合酶

2、转录过程 （1）识别、起始 σ因子识别转录起始区（启动子，常高AT区且核苷酸顺序不对称），RNA聚合酶与DNA结合，转录开始后σ因子从酶中分离出。 （2）转录RNA链延长 以DNA分子中的信息链为模板（3‘→5’），根据碱基配对原则，U代替T合成一条单链的RNA，方向为5’→3‘即转录方向。 （3）合成终止 在DNA分子上有转录终止区，ρ因子识别，转录停止，酶和RNA从DNA分子上脱离。DNA分子重新螺旋。 转录在细胞核中，合成的RNA从核中出来进入细胞质中指导蛋白质合成。

（二）三种RNA分子 信使RNA (mRNA)；转运RNA (tRNA)；核糖体RNA (rRNA) 1、mRNA 遗传信息的携带者，是以DNA信息链为模板转录的单链RNA，作为蛋白质合成的模板 2、tRNA 将AA运送到核糖体上，以DNA信息链为模板转录的单链RNA，已知60余种。 （1）特点 ①单链分子较小的RNA，约70－90个核苷酸组成，由DNA分子某一区段转录（tRNA）。 ②除AUCG外，还有稀有碱基D（双氢尿嘧啶）；I（次黄嘌呤）ψ（假尿嘧啶）。 ③具专一性。每种tRNA转运一种AA。 ④ 结构相似。不同的tRNA单链折叠成“三叶草”式结构

（2）“三叶草”式结构（二级结构）——三环一臂 ①AA臂 所有tRNA3‘均为CCA，是转录后加上的，最末端腺苷酸的3‘－OH与AA的羧基结合脱去H2O，形成氨酰基－tRNA，AA附着到tRNA上。

②反密码环 与AA臂相对，环中央有一个能与mRNA密码子相配对的反密码子，读码3’→5’。反密码环密码子第三位碱基对应的常为稀有碱基，其具有“摆动性”，第一、二位配对即可配对，保证一种反密码子能识别代表一种AA的所有兼并密码。如苯丙氨酸密码有UUU；UUC；UUA都能被AAI识别而带入苯丙氨酸。 ③双氢尿嘧啶环 AA附着到AA臂上需要特定专一氨酰基tRNA合成酶，该环能识别这种酶。 ④ 胸腺嘧啶环 识别核糖体并与之结合。还有些小环作用不清。由于在各个双链区形成4－5个三个氢键对，故结构稳定。

3、rRNA 由DNA分子某区段转录（rRNA基因，多个拷贝）的单链RNA 但通常以发夹式折叠，在互补的碱基间形成氢键，有广泛的双链区。与蛋白质一起形成核糖体的大小亚基。 （三）RNA复制

（四）转录后加工 1、mRNA转录后加工 原核生物一般无加工。真核生物转录后需要经过切割、拼接、修饰和改造。 （3） 在3’端加上一条“尾”即具有150－200个腺苷酸的序列－多聚（A）(poly A)，对mRNA稳定起作用，而且可能对mRNA进入细胞质有帮助。 （4）前体mRNA的有相当一部分被切除，保留的连接起来将来在蛋白质合成中编码蛋白质，称为编码序列或外显子。

tRNA：（1）在3’和5’端都切去一定核苷酸序列 （2）核苷酸修饰 常C5甲基化 （3）在3’端加上3个核苷酸CCA （五）转录与复制 2、rRNA和tRNA加工 rRNA：断裂和甲基化 tRNA：（1）在3’和5’端都切去一定核苷酸序列 （2）核苷酸修饰 常C5甲基化 （3）在3’端加上3个核苷酸CCA （五）转录与复制 复制 转录 重要酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 模板 DNA分子两条链全部序列 DNA分子信息链某些区段 结果 两条相同DNA分子 若干个单链RNA

按mRNA碱基排列顺序，通过tRNA将各种AA按顺序连接成肽链，构成蛋白质的一级结构的过程。 三、蛋白质合成(翻译) 按mRNA碱基排列顺序，通过tRNA将各种AA按顺序连接成肽链，构成蛋白质的一级结构的过程。 （一）遗传密码 1953－1961年尼恩贝格等人 ，人工体外合成肽链证实 。 mRNA上三个相连的核苷酸（碱基）决定一种AA，这种三联体－遗传密码（密码子）。 1966年，64种密码子全部破译（61种有意义，3种无意义），并编制了遗传密码表 。

1、起始密码 读码方向5’→3’，AUG(极少GUG) 起始信号 甲酰甲硫氨酸 5’有S-D序列（4－9个核苷酸）与小亚基中16S rRNA 3’一段序列互补，促进mRNA与小亚基结合。 2、终止密码 UAA、UAG、UGA 3、无逗号性 4、不重叠性 5、兼并性，苯丙氨酸UUU,UUC,UUA；与tRNA反密码子稀有碱基摆动性对应 6、统一性 ，生物界通用，不适线粒体

2、结构：一个核糖体含大小两个亚基 (二) 核糖体 其大小用S值表示 1、组成 rRNA 60%，单链折叠 由rRNA基因转录

小亚基：识别mRNA上起始密码AUG（16S有一序列与mRNA 上S-D序列互补），与mRNA结合占6个碱基空间。 大亚基：有2个tRNA结合部位 A位（氨酰基部位）：专门接受带AA的tRNA（AA－tRNA） P位（肽酰基部位） ：专门接受带肽链的tRNA（肽链-tRNA） A、 P位各占据3个碱基空间，相距很近。 肽链合成酶

（三）蛋白质合成 氨基酸需要先激活 氨基酸附着到tRNA的氨基酸臂上

1、多肽链的起始 起始因子 三步： （1）形成30S－ mRNA 30S识别mRNA的起始密码AUG和S-D序列，在IF-3作用下 1、多肽链的起始 起始因子 三步： （1）形成30S－ mRNA 30S识别mRNA的起始密码AUG和S-D序列，在IF-3作用下 两者结合（30S－ mRNA－ IF-3 复合物），占据6个碱基空间 （2）形成30S起始复合物 30S－ mRNA－ IF-3 复合物在IF-1和 IF-2作用下，与带甲酰 甲硫氨酸tRNA（fmet- tRNAf)及GTP结合，形成30S起始复合物，释放出 IF-3 （3）形成70S起始复合物 50S加入，水解GTP形成70S起始复合物， 释放 IF-1和 IF-2，fmet- tRNAf位于50S的P位。

可溶性蛋白起始因子 1、形成30S－ mRNA复合物 2、形成30S起始复合物

3、形成70S起始复合物

1、形成30S－ mRNA－ IF-3 复合物 2、形成30S起始复合物 可溶性蛋白起始因子 3、形成70S起始复合物

2、多肽链的延长：三步；EF－TS 、EF－TU （1）结合 按mRNA的密码，带相应氨基酸的tRNA（AA－ tRNA） 在延长因子EF－TU和GTP参与下，即AA－ tRNA先与 EF－TU和GTP结合（ fmet- tRNAf例外）后进入50S的A位 （2）成肽 在肽基转移酶催化下，P位 fmet- tRNAf分离， fmet的羧基 与A位AA－ tRNA的AA的氨基形成肽键。 （3）移位 P位 fmet- tRNAf由于P位 fmet与A位的AA结合， OH－tRNAf 从P位推出，A位复合物移位到P位，与此同时70S沿mRNA 的5‘→3’移动一个密码子。 A位空出，新的AA－ tRNA进入， EF－TS促使EF－TU和GDP从复合物中释放 加入循环，肽链 不断延长。

2、多肽链的延长 (1)结合 AA－ tRNA在延长因子EF－TU和GTP参与下，进入50S的A位 EF-TS促使EF－TU和GDP从复合物中释放 （3）移位 由于P位 fmet与A位的AA结合，tRNA从P位推出，同时70S沿mRNA的5‘→3’移动一个密码子。A位空出，新的AA－ tRNA进入。 (2) 成肽 在肽基转移酶催化下，P位 fmet- tRNAf分离， fmet的羧基与A位AA－ tRNA的AA的氨基形成肽键。

2、多肽链的延长 延长因子EF (1)结合 AA－ tRNA在延长因子EF－TU和GTP参与下，进入50S的A位 (2) 成肽 在肽基转移酶催化下，P位 fmet- tRNAf分离， fmet的羧基与A位AA－ tRNA的AA的氨基形成肽键。 （3）移位 由于P位 fmet与A位的AA结合，OH－tRNAf从P位推出，同时70S沿mRNA的5‘→3’移动一个密码子。A位空出，新的AA－ tRNA进入。

3、肽链合成终止 释放因子

多聚核糖体：指一条mRNA分子同时结合多个核糖体，形成一串核糖体的现象。 意义：大大提高了蛋白质合成的效率。

四、中心法则及其发展 （一）中心法则： 1957年Crick 遗传信息从DNA →mRNA → 蛋白质三种生物大分子间传递法则。 要点： （2）    DNA分子通过半保留复制，使子代DNA与亲代相同； （3）    以DNA分子中信息链为模板，根据碱基互补原理合成mRNA， 将信息传递到mRNA； （4）mRNA上三个相连的碱基决定一个AA，根据mRNA上密码 子顺序合成肽链

（二）中心法则发展 1、RNA的反转录 2、RNA的自我复制

3、DNA指导的蛋白质合成 变性的单链DNA在离体条件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成

第四节 基因概念及发展 一、经典遗传学关于基因的概念 达尔文 “泛生子“ 达尔文 “泛生子“ （一）孟德尔：1865年－1909年 把控制性状的因子称为遗传因子，。 （二）约翰逊：1909年 提出基因(gene)取代遗传因子，基因是控制性状的基本单位。 （三）摩尔根：1926年 （1）基因具有染色体的主要特性 （2）交换单位 （3）突变单位（4）功能单位 基因在染色体上以线性排列（念珠学说），是遗传的功能单位、突变单位、重组单位。即“三位一体”的基因概念　

（一）基因＝顺反子，是功能单位（指导一条肽链合成），含多个突变子和重组子。 二、近代遗传学关于基因的概念 （一）基因＝顺反子，是功能单位（指导一条肽链合成），含多个突变子和重组子。 1. 互补试验 Benzer(1955)用E. Coli烈性噬菌体T4突变型遗传研究： T4野生型r+在E.Coli B和E.Coli K(λ)上都能产生小而不规则噬菌斑。 T4突变品系按表型可分为：rI、rII、rIII三类。其中rII在E.Coli B上产生快速溶菌现象，形成大而圆噬菌斑，在E.Coli K(λ)上不能生长。

试验方法：最初得到8个不同的rⅡ突变型品系（ rⅡa 、rⅡb等 ），8个突变基因均定位于T4DNA的一个区段内(rII区段)； 将8种突变型两两组合混和感染E.Coli B菌株(双重感染) →从混和培养物中提取噬菌体颗粒感染E.coli K(λ)——互补试验。 试验结果1：在含E.coli K(λ)培养基上获得了许多小而粗糙的野生型噬菌斑，即得到Ⅱr+ 。由噬菌斑数可求出重组值。 双重感染试验

Benzer先后分离到400多个不同的rII突变，在rII区段内存在如此多的基因显然是不可能的。 推测：基因内部有更小的重组单位，野生型产生于基因内重组，基因也并非最小突变单位， Benzer提出用突变子(muton)来描述基因突变的最小单位，在基因内部有许多位点可以发生突变，且这些突变子之间可以交换，又称重组子，即一个基因内部有许多个突变子和重组子。 推翻了经典遗传学三位一体概念。 Ⅱr 400多个突变点是否都在一个基因内

试验结果2： 互补实验发现rII突变型可以分为A、B两组，A组任一个突变型与B组任一个突变型同时感染E 试验结果2： 互补实验发现rII突变型可以分为A、B两组，A组任一个突变型与B组任一个突变型同时感染E.Coli K时，可在其中增殖，引起溶菌，释放出两种噬菌体，即可以互补。 但A组内任两个突变型或B组内任两个突变型，则不能互补。 假设：A组所有突变点构成 1个功能单位——基因， B组所有突变点构成另一基因

A组所有突变点在rⅡ区一边即rⅡA ，是一个作用单位， B组所有突变点在rⅡ区另一边即 rⅡB，是另一个作用单位。即基因仍然是功能单位。 噬菌体复制,rⅡA 、rⅡB基因产物都有， A组任一个突变型与B组任一个突变型同时感染E.Coli K时， rⅡA 突变型有完整的rⅡB＋基因，能产生B产物，同样rⅡB突变型能产生A产物，在E.Coli K中两种基因产物都有，可以复制。 两个都为rⅡB（或rⅡA）突变型只能产生A产物，无B产物（只能产生B 产物，无A产物，不能复制，表现不能互补。 A组所有突变点在rⅡ区一边即rⅡA ，是一个作用单位， B组所有突变点在rⅡ区另一边即 rⅡB，是另一个作用单位。即基因仍然是功能单位。

2、顺反子：在反式结构中不能互补的所有突变点在染色体上所占的一个区域，称为一个顺反子即一个基因。 根据两突变反式双杂合体有无互补作用可以判断它们是否为同一个功能单位的突变： 这种测验称为互补测验，也称为顺反测验(cis-trans test)。Benzer将顺反测验所确定的最小遗传功能单位称为顺反子(cistron)，顺反子内发生的突变点之间不能互补。

3、 基因即一个顺反子，决定一条多肽链（功能单位），含多个突变子和重组子 顺式同一顺反子或不同一顺反子都表现为互补，不能判断。 3、 基因即一个顺反子，决定一条多肽链（功能单位），含多个突变子和重组子 理论上突变子和重组子都是一个核苷酸对或者碱基对(bp)。所以基因内每个碱基均可能发生突变，任意两个碱基间均能发生交换重组。

（二）基因是含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传的最小功能单位 1、基因本质 （1）一个基因→DNA分子上一定区段，在mRNA上起始密码AUG，终止密码UAA或UAG或UGA（一条染色体～一个DNA分子～若干个基因） （2）一个基因转录的mRNA的核苷酸顺序与肽链AA顺序对应。 （3）携带有特殊遗传信息→ 转录成RNA → 翻译成多肽链，或对其它基因的活动起调控作用( 如RNA基因、启动基因、操纵基因) （4）基因与基因间有基因间序列（AUG……UAA…基因间序列…AUG…UAA)

结构基因：可编码蛋白质基因，基因→mRNA→肽链 2、根据功能基因分类： 结构基因：可编码蛋白质基因，基因→mRNA→肽链 RNA基因 tRNA基因→tRNA （只转录不翻译） rRNA基因→rRNA 不转录基因 启动基因：起点，RNA聚合酶识别结合部位， 操纵基因：转录开关，调节基因活性 三、基因概念的新发展——多样性 1、操纵子（operon） 1961年法国雅各布（Jacob）和莫若德（Monod） 大肠杆菌乳糖操纵子模型。 操纵子：是细菌中与同一生化功能有关紧密连锁的基因受某一基因调控。 发展：基因不仅是传递遗传信息的载体，又具有调控其他基因表达活性功能。

2、重叠基因(overlapping gene)：1977年英国桑格（Sanger）在φX174（噬菌体）发现 指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。 A、一个基因序列完全在另一个基因序列中（套叠基因）； B、两个基因共1个核甘酸。 发展：不同基因可共同一段序列，打破传统“不重叠的”基因概念。 3、隔裂基因(split gene)： 指基因内部被一个或更多不翻译的编码序列即内含子所隔裂。 内含子(intron)：基因内非编码的DNA序列，在成熟mRNA中不出现； 外显子(extron)：基因内编码的DNA序列，在成熟mRNA中出现。

发展：真核生物结构基因编码蛋白质的序列不连贯，打破传统“连续”基因概念。

4、跳跃基因(jumping gene)： 即转座因子，指染色体组上可以转移的基因，可以是编码蛋白质序列也可是不编码的序列。 发展：基因在染色体上位置可移动。 转座：在转座酶作用下，转座因子直接从染色体上切下插入新位置，或转座因子DNA序列→RNA→CDNA插入染色体新位置，原序列保持不变，使染色体组中转座因子拷贝数多一份。（注意与易位、交换区别） 作用：在同一染色体内或不同染色体之间移动→引起插入突变、DNA结构变异→表现型变异。 麦克林托克（Meclintuock）,在1932年玉米研究中发现，1950年提出玉米染色体组中有一个激活－解离系统（Ac-Ds）

（1）Ac-Ds系统 Ac(激活因子):是可自主移动的调节因子，能合成转座酶，并支配受体因子转移。 Ds（解离因子）：非自主移动因子，不产生蛋白质，在激活因子作用下可转出或插入其它基因内，从而改变该基因活性。 Ac、Ds和C与玉米籽粒颜色，位于9号染色体上 ① 玉米籽粒有色 有色基因C、Ac存在，无Ds，C处于活化状态。

Ds插入C基因内，改变C遗传特性，不能合成色素——无色 ②玉米籽粒花斑 Ds插入C基因内，改变C遗传特性，不能合成色素——无色 由于Ac的存在，少数胚乳细胞的在Ac激活下， Ds从C基因中转出， C基因能合成色素——有色

③玉米籽粒无色 Ds插入C基因内，改变C遗传特性， 不能合成色素——无色，由于Ac不存在，Ds不能自主转座，所以全为无色。 （2）插入序列 IS：编码转座酶，自由转座 （3）转座子Tn：两端各有IS，中间为转座无关基因（如抗药基因） 插入均可引起突变。

基因概念总结: 1、基因是控制遗传性状的基本单位（孟德尔、约翰逊） 2、基因在染色体上以线性排列，是遗传的功能单位、突变单位、重组单位（摩尔根） 3、基因是顺反子，是功能单位（指导一条肽链合成），含多个突变子和重组子（互补实验、本泽）。 4、基因是含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传的最小功能单位。 5、扩展——多样性：基因不仅是传递遗传信息的载体，又具有调控其他基因表达活性功能，不同基因可共同一段序列、可不连贯和可移动的。

四、有关基因功能的几种学说 （一）一基因～一个性状学说 依据：经典遗传学研究，基因改变→性状改变 （二）一基因～一种酶学说 微生物营养缺陷型研究，基因→酶性质→性状

基因 酶 物质转化 性状

（三）一基因～一种蛋白质 有些性状与酶无关，而与运载蛋白、激素、抗原、抗体等有关，都是蛋白质 （三）一基因～一种蛋白质 有些性状与酶无关，而与运载蛋白、激素、抗原、抗体等有关，都是蛋白质 （四）一基因～一条多肽链 有些蛋白质由几条不同的肽链组成，而每条肽链由不同基因指导合成，如Hb由2条α、 2条β链组成， （五）一基因～含特定遗传信息的DNA区段 有些基因不编码肽链，或不转录。

第五节 基因调控 一、个体发育过程中基因的顺序表达 1、噬菌体的分化和自然装配 侵入→合成噬菌体mRNA（1-2分钟后）→利用宿主核糖体翻译合成能裂解宿主DNA的酶→ 合成噬菌体DNA（5～6分钟）→合成“早期”的蛋白质（噬菌体DNA复制酶）→合成“晚期”蛋白质（头部外壳的蛋白质、尾部及附属结构的蛋白质和溶菌酶） → 组装→溶菌酶裂解细菌的细胞壁→新噬菌体释放。 2、高等植物发育中基因的顺序表达 大豆从子叶期至胚成熟中期（开花后25～95天），有14000至18000种不同mRNA分子存在。 3、哺乳动物个体发育中基因的顺序表

胎儿：HbF(α2γ2) 为主、HbA（α2β2）；新生儿和成人HbA（α2β2）为主、HbA2（α2δ2）和HbF(α2γ2)。 （1）人血红蛋白在不同发育时期成分不同 胎儿：HbF(α2γ2) 为主、HbA（α2β2）；新生儿和成人HbA（α2β2）为主、HbA2（α2δ2）和HbF(α2γ2)。 不同时期有不同肽链，说明各基因活动情况不同，打开或关闭；活动旺盛或弱。

（2）乳酸脱氢酶(LDH) 乳酸脱氢酶的同工酶通过电泳可分解为5条带，分别由A、B肽链组成，且都有4条肽链，如下： 乳酸脱氢酶同工酶 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 4条肽链 B4 B3A B2A2 BA3 A4 鼠的卵细胞只有LDH1，说明只有基因LDHB活动，基因LDHA关闭，到发育的第九天LDH5比LDH1多，基因LDHA比LDHB活动强，以后LDH1又增多，LDHB活动增强。说明不同发育时期不同基因活动。

二、原核生物的基因调控 1、DNA水平的调控 鼠的伤寒沙门氏菌，鞭毛蛋白基因H1→ H1蛋白 H2基因→ H2蛋白 两基因不紧密连锁，分别由两个启动基因启动由于倒位序列hin及启动基因方向变化，产生两个相，H1相和H2相。

负调控：细胞中阻遏蛋白阻止基因转录过程的调控机制。 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； 2、转录水平的调控（正、负） 负调控：细胞中阻遏蛋白阻止基因转录过程的调控机制。 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； 正调控：经诱导物诱导转录的调控机制。 诱导物通常与蛋白质结合→形成一种激活因子复合物→与基因启动子DNA序结合→激活基因起始转录→使基因处于表达的状态。 1961年，雅各布（Jacob F.）和莫诺（Monod J.）的操纵子模型（负调控） （1）乳糖操纵子组成： 启动基因P：转录起点，是RNA聚合酶识别和结合部位，不编码蛋白，位于 结构基因上游一段DNA序列；突变时RNA聚合酶不能识别，不转录。 操纵基因O:是转录的开关，位于P与结构基因之间，与结构基因紧密连锁， 不编码蛋白，但是阻遏蛋白结合部位。 结构基因：lacZ、lacY、lacA分别编码三种分解乳糖的酶。 调节基因I:编码一种能与操纵基因结合的阻遏蛋白，变构性，对操作基因起调节作用。

（2）负调控的调节机理 a、野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),

b、调节基因突变(I－O+Z+Y+A+) ——基因表达 c、操纵基因突变型(I＋O-Z+Y+A+) ——基因表达 （3）正调控的调节机理 当有乳糖时： 高效率转录 当有乳糖又有葡萄糖时： 基因不表达

2、色氨酸操纵子表达与调控 （1）组成： trpR 调节基因，远离其他基因，有启动基因，组成性低水平合成阻遏蛋白R P O trpL(前导序列)：在O与trpE之间，162bp，有起始密码和终止密码UGA， 编码14个氨基酸的多肽， 结构基因（5个）： trpE与trpD→四聚体的邻氨基苯甲酸合成酶 trpC→吲哚甘油磷酸合成酶 trpB与trpA→分别色氨酸合成酶的α、β链，合成色氨酸的酶。

前导肽序列：位于27-71，可编码14氨基酸肽链，其在10、11位（27-30、31-33）有相邻两个色氨酸密码子，下游是回文结构1区。 （2）调控方式 三种 阻遏蛋白负调控： Trp起效应分子作用，trp与R结合成二聚体时才能与O结合。 当trp低时，阻遏蛋白R不具活性不与O结合，trp结构基因转录，合成色氨酸； 当环境有足够trp，trp与阻遏蛋白R结合成二聚体，能与O结合→trp结构基因不转录。 弱化作用调控：前导序列trpL，在O与trpE之间，162bp， 前导肽序列：位于27-71，可编码14氨基酸肽链，其在10、11位（27-30、31-33）有相邻两个色氨酸密码子，下游是回文结构1区。 回文结构4段：4段富含GC可通过碱基配对形成回文结构的序列，分别位于60-70 (1区)、75-85 （2区）、110-121（3区）、126-134（4区），可以两种不同方式进行碱基配对，2-3配对或3-4配对，当缺乏trp，trp-tRNA不足核糖体占据1区，2-3配对，trp充足核糖体不占据1区，3-4配对。 弱化机理：3-4配对形成茎-环终止结构，转录终止；2-3配对不形成茎-环终止结构，转录。高色氨酸前导序列trpL形成3-4配对，转录终止；低时2-3配对，转录 反馈抑制作用 终产物对色氨酸合成几种酶有抑制。

3、阿拉伯糖操纵子 （1）组成 结构基因：araB、araA、araD分别编码阿拉伯糖异构酶、核酮糖激酶、 5-磷酸 核酮糖差向异构酶。 操纵区：araO1、araO2，调节基因的两个调节位点 结合点：araI，阻遏蛋白araC结合点， 启动子：PBAD 调节基因：araC产生阻遏蛋白，其启动子PC靠近O1，转录方向与结构基因相反

（2）调控机理 ①自身调控：当细胞无阻遏蛋白araC，PC启动，araC基因合成araC；当araC超过40拷贝，其结合在araO1，不转录。 ②当细胞葡萄糖高，ara低，结合在araO2的araC蛋白与结合在araI的araC蛋白结合，形成一个环，PC启动子转录被抑制，结构基因不转录。 ③当细胞葡萄糖不存在，ara存在，一方面ara与araC蛋白结合，araC构象改变成为激活蛋白，DNA环被解开，另一方面CAP-cAMP丰富，两者协同诱导结构基因表达。 ④两种糖都丰富或都不存在时，操纵子处于阻遏状态，机理不清。

1、增强子 启动基因上游有一段可增强启动基因发动转录 2、 基因扩增 rDNA 3、染色体丢失 4、DNA重排 三、真核生物的基因调控 （一）DNA水平的基因调控 1、增强子 启动基因上游有一段可增强启动基因发动转录 2、 基因扩增 rDNA 3、染色体丢失 4、DNA重排 哺乳动物可产生10 8 以上不同的抗体分子，每一种特异抗体具有不同的氨基酸序列。如果抗体的遗传表达是一个基因编码一条多肽链，那么一个哺乳动物就需要10 8以上的基因来编码抗体，这个数目至少是整个基因组中基因数目（HGP2.5万，现认为5-6万）1000倍。推测DNA重排

例：免疫球蛋白是一种抗体 包括两条分别约440个氨基酸的重链（heavy chain, H）和两条分别约214个氨基酸的轻链（light chain, L）。 氨基端（N端），称为变异区（V），N端的长度约为110个氨基酸。 羟基端（C端）称为恒定区（constant region, C）。 重链包括四个片段，变异区片段（VH）、多样区片段（D）、连接区片段（J）和恒定区片段（C）； 轻链有3个片段,变异区片段（VH）、连接区片段（J）和恒定区片段（C）。 人的第14号染色体上具有重链变异区片段（VH ） 86个,30个多样区片（D），9个连接区片段（J）及11个恒定区片段（C）。 在2号染色体上有轻链（K）76个变异区（VL）、5个连接区(J)和1个恒定区，在22号染色体上有轻链（λ）52个变异区片段（VH）、7个连接区(J)和7个恒定区。

重排时首先VH区段与D区段连接，然后与J区段连接，最后与C区段连接，形成一个完整的抗体重链基因,以类似的重排方式形成完整的抗体轻链基因。 重链和轻链基因转录后，翻译成蛋白质，由二硫键连接，形成抗体分子。由于抗体基因重排中各个片段有多个各个片段之间的随机组合，因此可以从约300个抗体基因中产生10 8个抗体分子。 5、DNA甲基化和去甲基化 胞嘧啶碱基第5碳上的氢被一个甲基取代，使胞嘧啶甲基化(methylation)。甲基化多发生在CG二核苷酸对上，有时CG二核苷酸对上的两个C都甲基化，称为完全甲基化。只有一个C甲基化称为半甲基化。甲基化酶可识别这种半甲基化DNA分子，使另一条链上的胞嘧啶也甲基化。基因表达活性与甲基化程度呈负相关， 例如：玉米Ac转座因子在没有任何DNA序列变化的情况下，失去了转座酶基因活性，就是因为这个基因的富含CG区域发生了高度甲基化。经化学处理去甲基化后，又可是转座酶基因活性恢复。

2、转录水平基因调控 （1）非组蛋白的调控

（2）激素对转录调控 疏松区（膨大）——基因转录 前期注入蜕皮激素——诱导疏松区出现， 结扎——无疏松区 结论：蜕皮激素调控基因活动。

异染色质化：染色质呈现固缩状态，该区域基因活性下降。如：哺乳动物雌性其中一条X高度异染色质化，整条染色体上基因失活。 （3）异染色质化 异染色质化：染色质呈现固缩状态，该区域基因活性下降。如：哺乳动物雌性其中一条X高度异染色质化，整条染色体上基因失活。 3、翻译水平调控 （1）加强mRNA稳定，如：5/加帽、3/加尾，延长mRNA半衰期。 （2）失活状态储存mRNA