基因表達(dá)與調(diào)控

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1、第八章基因的表達(dá)與調(diào)控第一節(jié)基因的概念一、基因的概念及其發(fā)展1、經(jīng)典遺傳學(xué)→孟德爾稱控制性狀的因子為遺傳因子→1909年約翰生提出了基因這個名詞，取代孟德爾的遺傳因子→摩爾根等人對果蠅、玉米等的大量遺傳研究，建立了以基因和染色體為主體的經(jīng)典遺傳學(xué)結(jié)構(gòu)單位重組單位基因突變單位功能單位2、分子遺傳學(xué)基因是DNA分子上的一定區(qū)段,攜帶有特殊的遺傳信息，可轉(zhuǎn)錄、翻譯，可對其他基因起調(diào)節(jié)作用突變子：突變的最小單位基因重組子：交換的最小單位順反子（作用子）：功能單位（基因）基因可進(jìn)一步分為不同類型：(1)結(jié)構(gòu)基因：可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列(2)

2、調(diào)控基因：其產(chǎn)物參與調(diào)控其他結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因(3)重疊基因：指同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架(ORF)的不同或終止早晚的不同，同時編碼兩個或兩個以上多肽鏈的現(xiàn)象(4)隔裂基因：指一個結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一個或更多的不翻譯的編碼順序，如內(nèi)含子所隔裂的現(xiàn)象(5)跳躍基因：可作為插入因子和轉(zhuǎn)座因子移動的DNA序列，有人將它作為轉(zhuǎn)座因子的同義詞(6)假基因：同已知的基因相似，但位于不同位點，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)1、互補(bǔ)作用與互補(bǔ)測驗(順反測驗)假定有兩個獨立起源的隱性突變?nèi)鏰1與a2，它們具有類似的表型，如

3、何判斷它們是屬于同一個基因的突變，還是分別屬于兩個基因的突變？即如何測知它們是等位基因？需要建立一個雙突變雜合二倍體，測定這兩個突變間有無互補(bǔ)作用圖8－2順反測驗2、順式與反式調(diào)控→假設(shè)某一基因的表達(dá)受一種調(diào)控蛋白質(zhì)控制，只有在調(diào)控蛋白質(zhì)與該基因的啟動子位點結(jié)合時，這個基因才能表達(dá)?！绻@個基因的啟動子位點發(fā)生突變，調(diào)控蛋白不能識別這個位點，也就不能轉(zhuǎn)錄形成RNA，基因就不能表達(dá)。順式調(diào)控：突變只影響到與其鄰近的編碼序列，即基因本身不能表達(dá)，并不影響其它等位基因。這種突變稱為順式調(diào)控反式調(diào)控：如果是調(diào)控蛋白質(zhì)發(fā)生突變，形成的蛋白質(zhì)不能與這個基

4、因的啟動子結(jié)合，這將會影響到與這個蛋白質(zhì)結(jié)合的所有等位基因位點，導(dǎo)致這些基因不能表達(dá)，這種突變稱為反式調(diào)控圖8－3順式調(diào)控與反式調(diào)控P為啟動子，R為調(diào)控蛋白，兩個正常的等位基因表達(dá)產(chǎn)生RNA。2.啟動子突變(P-)后，調(diào)控蛋白不能與其結(jié)合，順式調(diào)控突變的基因不表達(dá)，另一個等位基因正常表達(dá)。3.調(diào)控蛋白突變(R-)后，不能與啟動子結(jié)合，這種反式調(diào)控蛋白質(zhì)突變，使受其控制的所有基因不表達(dá)。3、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)20世紀(jì)50年代的生化技術(shù)還無法進(jìn)行DNA的序列測定，本澤爾利用經(jīng)典的噬菌體突變和重組技術(shù)，對T4噬菌體rⅡ區(qū)基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析圖8－

5、6突變座位與互補(bǔ)圖解三、基因的作用與性狀的表達(dá)結(jié)構(gòu)蛋白/功能蛋白→直接性狀表達(dá)。人類的鐮形紅血球貧血癥：正常血紅蛋白基因(?A)的基因兩個不同的突變(?S或?C)，即?A→?S或?A→?C導(dǎo)致鐮形紅血球酶→間接地影響生物性狀的表達(dá)作用子?ADNAGTACATCATGTACTTGAAACTTGACCTGGAGAACTTGAACTTAAATTTmRNA密碼子GUACAUCUUACUCCUGAAGAAAAA氨基酸纈組亮蘇脯谷谷賴?SDNAGTACATmRNA密碼子GUA氨基酸纈?CDNAAAATTTmMRNA密碼子AAA氨基酸賴第二節(jié)基因調(diào)控每個細(xì)胞

6、都含有整套遺傳密碼，只是這本密碼在每個細(xì)胞中并不全部譯出應(yīng)用，而是不同細(xì)胞選用其中各自需要的密碼子加以轉(zhuǎn)錄和翻譯。為什么基因只有在它應(yīng)該發(fā)揮作用的細(xì)胞內(nèi)和應(yīng)該發(fā)揮作用的時間，才呈現(xiàn)活化狀態(tài)，而在它不應(yīng)該發(fā)揮作用的時間和細(xì)胞內(nèi)，則處于不活化的狀態(tài)呢？這種控制特定基因產(chǎn)物合成的機(jī)制稱為基因調(diào)控。一、原核生物的基因調(diào)控1、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控→原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平→當(dāng)需要某一特定基因產(chǎn)物時，合成這種mRNA。當(dāng)不需要這種產(chǎn)物時，mRNA轉(zhuǎn)錄受到抑制正調(diào)控：是經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制，即誘導(dǎo)物與另一蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種激活子復(fù)合物，與基因

7、啟動子DNA序列結(jié)合，激活基因起始轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控：阻遏物阻止轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)控，即阻遏物與DNA分子結(jié)合，阻礙RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，使基因處于關(guān)閉狀態(tài)。只有當(dāng)阻遏物被除去之后，轉(zhuǎn)錄才能起動，產(chǎn)生mRNA分子原核生物中基因表達(dá)以負(fù)調(diào)控為主。真核生物中則主要是正調(diào)控機(jī)制。圖8－8轉(zhuǎn)錄水平的負(fù)調(diào)控與正調(diào)控2、乳糖操縱元大腸桿菌的乳糖降解代謝途徑：Monod等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大腸桿菌生長在含有乳糖的培養(yǎng)基上時，乳糖代謝酶濃度急劇增加；當(dāng)培養(yǎng)基中沒有乳糖時，乳糖代謝基因不表達(dá)，乳糖代謝酶合成停止。為此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖操縱元模型，用來闡述乳糖代謝

8、中基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制圖8－9乳糖操縱元模型及對有無乳糖的反應(yīng)兩種組成型突變：I→I—，O→Oc,在有無誘導(dǎo)物時均可大量組成型表達(dá)乳糖操縱元模型乳糖操縱