分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)

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1、第二章分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)分子遺傳學(xué)是在分子水平上研究生物遺傳和變界機(jī)制的遺傳學(xué)分支學(xué)科。1944年，美國學(xué)者埃弗里等首先在帥炎雙球菌中證實了轉(zhuǎn)化因子是脫氧核糖核酸DNA,從而闡明了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年，美國分子遺傳學(xué)家沃森和英國分子生物學(xué)家克里克捉出了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，這一發(fā)現(xiàn)常被認(rèn)為是分子遺傳學(xué)的真正開端。止像細(xì)胞遺傳學(xué)研究推動了群體遺傳學(xué)和進(jìn)化遺傳學(xué)的發(fā)展一樣，分子遺傳學(xué)也推動了其他遺傳學(xué)分支學(xué)科的發(fā)展。分子遺傳學(xué)研究的方法，特別是重組DNA技術(shù)已經(jīng)成為許多遺傳學(xué)分支學(xué)科的重要研究方法。分子遺傳學(xué)也己經(jīng)滲入到許多生物學(xué)分支學(xué)科屮，以分子遺傳學(xué)為基礎(chǔ)的遺傳工程則正在發(fā)展成為一個新

2、興的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。第一節(jié)基因與基因組真核生物的基因組上除了基因的外顯子，還具有內(nèi)含子以及上游和下游的基因表達(dá)調(diào)控區(qū)域。本節(jié)將以真核生物為例，介紹基因和基因組的概念及其結(jié)構(gòu)特征。一基因及結(jié)構(gòu)特征（一）基因的概念基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，是控制性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位。遺傳效應(yīng)是指能轉(zhuǎn)錄為mRNA,繼而翻譯為蛋白質(zhì)或轉(zhuǎn)錄為核糖體RNA、轉(zhuǎn)運RNA的功能。真核細(xì)胞的基因包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)，編碼區(qū)內(nèi)包括能夠編碼蛋口質(zhì)的外顯子和具有調(diào)控作用的內(nèi)含子。非編碼區(qū)位于編碼區(qū)上游和下游，不能編碼蛋口質(zhì)。調(diào)控遺傳信息的表達(dá)非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游外顯子內(nèi)含子RNA聚合酶結(jié)合位點圖2-1真核

3、細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)示意圖（二）結(jié)構(gòu)特征真核生物基因的結(jié)構(gòu)和原核生物的結(jié)構(gòu)基本一致，只是編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的，可編碼蛋白質(zhì)的序列（即外顯子）被不能編碼蛋白質(zhì)的序列（即內(nèi)含子）隔開，而且外顯子序列在整個基因中所片的比例較小。染色體是基因的載體，染色體的存在，使等位基因可以有規(guī)則分離，又可以使非等位基因間相互重組。二真核生物基因組特點（一）基因組的概念基因組是指一個細(xì)胞中遺傳信息的總量。真核細(xì)胞常為二倍體，所以其基因組是指細(xì)胞中的單套染色體及其上面的基因。真核細(xì)胞的核染色體是由DNA、組蛋白和非組蛋白組成的。每條染色體都是由染色質(zhì)絲結(jié)合在染色體骨架上所形成。（二）真核生物基因組的特點1.真核生物基因組

4、DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色休，儲存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，，即有兩份同源的基因組。體細(xì)胞內(nèi)的基因組是雙份的（即二倍體）2.真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個mRNA分子和一條多肽鏈。3.存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)白萬次以上。4.基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。5.大部分基因含有內(nèi)含子，基因是不連續(xù)的。6.基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有許多復(fù)制起點，而每個復(fù)制子的長度較小。第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成在細(xì)胞代謝屮占有十分重要的地位。日前已經(jīng)完全清楚，貯存遺傳信息的DNA并不是蛋白質(zhì)合成的直接模板，而是依照“中心法則”進(jìn)行傳遞。中心法則是指遺傳信息從

5、DNA傳遞給RNA,再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的復(fù)制過程。這是所有有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法則。在某些病毒中的RNA口我復(fù)制（如煙草花葉病毒等）和在某些病毒中能以RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄成DNA的過程（某些致癌病毒）是對中心法則的補充。DNA上的遺傳信息需要通過轉(zhuǎn)錄傳遞給mRNA,mRNA才是蛋白質(zhì)合成的直接模板。mRNA是由4種核昔酸構(gòu)成的多核莒酸，而蛋白質(zhì)是由20種左右的氨基酸構(gòu)成的多肽，它們之間遺傳信息的傳遞并不像轉(zhuǎn)錄那樣簡單。從mRNA上所攜帶的遺傳信息到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的蛋白質(zhì)合成過程，稱為翻譯。翻譯的過程十分復(fù)朵，幾乎涉及到細(xì)胞內(nèi)所

6、有種類的RNA和幾十種蛋門質(zhì)因子。蛋門質(zhì)合成的場所在核糖體內(nèi)，所以把核糖尢譜趣鞍字噬錯銃傻墓3A?-遺傳密碼Gamow在1954年首先提出遺傳密碼的概念。遺傳密碼是指DNA（或其轉(zhuǎn)錄本mRNA）中堿基序列和蛋白質(zhì)氨基酸序列之間的相互關(guān)系。Brenner和Crick在1961年的實驗證明，加入或減少1或2個核甘酸導(dǎo)致形成不正常的蛋白質(zhì)，但加入或減少3個核昔酸則生成的蛋白質(zhì)常常具有完全的活性。因此，他們認(rèn)為遺傳密碼是由3個核昔酸組成的，這也為以后的試驗所證明。同年Nirenberg等合成只含有1種氨基酸（苯丙氨酸）的多肽，從而部分地破譯了遺傳密碼。隨后經(jīng)過科學(xué)家們多年努力，終丁?對遺傳密碼有了較全

7、面地了解。表2?1遺傳密碼第一位置第二位置（中間堿基）第三位置（5端）UCAG（3端）PheSerTyrCysUPheSerTyrCysCU（尿喀噪）LeuSer終止終止ALeuSer終止TrpGLeuProHisArgULeuProHisArgCC（胞唏睫）LeuProGinArgALeuProGinArgGlieThrAsnSerUlieThrAsnSerCA（腺瞟吟）lieThrLysArg