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1、第五章 分子水平上的基因功能 （中）,5.5 中心法则及其发展,中心法则(central dogma)阐述生物世代、个体以及从遗传物质到性状的遗传信息流向，即遗传信息在遗传物质复制、性状表现过程中的信息流向。 最初由Crick提出，并经过了多次修正。,中心法则的发展,反转录(逆转录)： 反转录酶 cDNA RNA的自我复制 DNA指导蛋白质合成,中心法则的发展,中心法则的发展,中心法则的发展,蛋白质合成过程也就是遗传信息从DNAmRNA蛋白质的转录和翻译的过程，以及遗传信息从DNADNA的复制过程，这就是分子生物学的中心法则。,5.6 基因的功能（一基因一酶假说）,一、Garrod的先天性代谢
2、缺陷 二十世纪初，英国医生Garrod首先发现人类中几种先天性代谢缺陷疾病，如苯丙酮尿症（PKU），它有常染色体隐性基因决定。这是因为这种隐性基因不能产生苯丙氨酸羟化酶，因而不能把提内多余的苯丙氨酸转化为酪氨酸，因此血液中的苯丙氨酸积累起来，只能通过苯丙氨酸转移酶的作用，从另一代谢途径转变成有毒的苯丙酮酸，苯丙酮酸从尿液中排除，可通过尿检而确诊，所以称为苯丙酮尿症。,苯丙酮酸 酪氨酸 3，4二羟苯丙氨酸 苯丙酮酸 对羟苯丙酮酸 黑色素 尿黑酸 aa(黑尿症） 已酰醋酸 CO2+H2O,苯丙酮尿症,pp,cc,白化病,Garrod认为这些代谢缺陷病是由于缺少某些酶。因此，他第一个提出基因和酶之间
3、关系，认为基因是通过控制酶和其他蛋白质合成来控制细胞代谢的。 二、一个基因一种酶假说 Beadle和Tatum于1941年提出，并因此于1958年获得诺贝尔奖。,（一）生物合成过程 基因： a b c d 酶： A B C D 代谢物：1 2 3 4 5 前体物 色素原a 色素原b 红色 紫色,检测的物质 A B C D E G 突 1 + + 2 + + + 变 3 + 4 + + + + 体 5 + + + + +,突 变 型: 5 4 2 1 3 代谢过程: E A C B D G,（二）突变型与合成缺陷,（三）一个基因一种酶的实验依据,精氨酸缺陷型 补充培养基: 鸟aa 瓜aa 精aa
4、 菌株I 精氨酸突变型 菌株II 菌株III ,分析得出: 基因 arg1 arg2 arg3 酶1 酶2 酶3 前体物 鸟aa 瓜aa 精aa,（四）一个基因一种酶的局限性 (1) 并非所有的基因都为蛋白质编码； (2) 有的酶由多个基因编码； (3) 有的一个基因控制多个酶； (4) 有的RNA具有催化活性；,三、一个结构基因一条多肽链的证据 直接证据 人的镰刀形细胞贫血症 正常人红细胞中含血红蛋白（HbA）：圆盘状，红色，运载氧气； 镰刀形细胞贫血症患者红细胞含血红蛋白（HbS）：镰刀形，溶血型贫血，不能运载氧气。,正常人基因型为：HbA HbA 血红蛋白为HbA 异常人基因型为：HbS
5、 HbS 血红蛋白为HbS 杂合体基因型为：HbA HbS血红蛋白兼有HbA和HbS两种。但由于HbA可携带氧气，因而不表现临床症状。,研究表明： HbA有4条多肽链组成22，其中 两条相同的链，每条具141个氨基酸；两条相同的链，每条具146个氨基酸。Ingram证明HbA和HbS具有相同的链，只是链上第6位氨基酸不同，HbA是谷氨酸，而HbS是颉氨酸， HbA 和HbS这对等位基因的差别导致了由该基因所控制的多肽链上的一个氨基酸的差别。,由此可见：基因是以某种方式规定了蛋白质中氨基酸顺序的。,5.7基因的精细结构顺反子,5.7.1基因内重组的发现,拟等位基因 黑腹果蝇中wa代表杏色眼基因,
6、w代表白色眼基因，且都位于X染色体上 P wa wa wY 杏色 白色 F1 wa w wa Y(杏色眼） F2 wa wa wa w wa Y wY,若wa 和w为等位基因 ，F2应该只有亲本两种表型，但在大量的F2群体中却出现了2/1000野生型红眼出现，红眼不是突变产生，因为不可能出现如此高的频率,进一步研究证明：这是由于杏色眼基因和白眼基因在染色体上所占的位置（座位）相同，但属于不同的位点，因而它们之间可以发生交换。 P wa+/ wa+ +w/ Y F1 wa+/ +w wa+/ Y （配子） （配子） wa+ +w wa w + wa+ Y F2出现 +/ wa+ 和+ /Y（红眼
7、野生型）,顺反位置效应（cis-trans position effect)： wa+/ +w两个突变分别在两条染色体上，称为反式（trans)， wa w /+两个土百年同时排在一条染色体上，而另一条染色体上两个位点均正常，称为顺式（cis)。反式表现为突变型，顺式排列为野生型，这种由于排列方式不同而表型不同的现象成为顺反位置效应。,拟等位基因（pseudoallele)：表型效应类似紧密连锁的功能性等位基因，但不是结构性的等位基因，其发现证明：基因是可分的。,Oliver和他的学生M Green首先想到在非常靠近lozenge位点的两侧找到一些突变位点的突变型进行实验，这些标记被称之为侧翼
8、标记。 如果交换发生在lozenge位点内，就会产生一个侧翼标记发生重组的染色体，并且在野生型基因lz+附近出现固定的标记。如在lzs/lzg杂合体雌性X染色体的lozenge位点附近带有如下的侧翼标记：,5.7.2顺反子与互补测验,顺反子：不同突变之间没有互补的功能区，一个顺反子就是一个基因，就是一个基因座位，包含多个基因位点，是遗传上的一个作用（功能）单位，但不是一个突变单位或重组单位。 顺反试验：指将两个拟突变分别处于顺式和反式，根据其表型确定两个突变是否是同一基因的试验。,一、互补测验的原理和方法 互补测验（顺反测验）：根据功能确定等位基因的测验。即根据顺式表现型和反式表现型来确定两个
9、突变体是否属于同一个基因（顺反子） 彼此互补（complementation)：用 r 突变型成对组合同时去感染大肠杆菌K()株，若被双重感染的细菌中产生两种亲代基因型的子代噬菌体（也有少量重组型的噬菌体），那么就必定是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这两个突变型就称为彼此互补。,若双重感染的细菌不产生子代噬菌体，那么这两种突变型一定有一个相同功能受到损伤。,互补试验的原理 表型 有无功能互补 结论 反式: A+ B A B+ 反式: A+ B A B+,突变型 属同一顺反子,野生型 属不同顺反子,互补测验结果发现： r 突变型可分成r A和r B两个互补群。所有r A突变型的突变
10、位点都在r 区的一头，是一个独立的功能单位,所有rB突变型的突变位点都在r 区的另一头，也是一个独立的功能单位.,凡是属于r A的突变之间不能互补,同理凡是属于r B的突变之间也不能互补,只有r A和r B的突变之间可以互补,即双重感染大肠杆菌K()株后可产生子代。 说明: r A和r B是两个独立的功能单位,分别具有不同的功能,但它们的功能又是互补的。,遗传上的突变单位和重组单位是突变子（muton)和重组子(roecon)，突变子是基因内改变后可以产生突变表型的最小单位。它只相当与一个核苷酸对，不能将其定义为一个基因。重组子是基因内不能有重组分开的遗传单位，也不能将其定义为一个基因。 所以
11、：基因可分，可分为很多突变子和重组子。,二、噬菌体突变型 1、噬菌斑形态的突变型 2、寄主范围的突变型 3、条件致死突变型 概念：条件致死突变 Benzer实验所用的T4的r突变就是一个条件致死突变型。,三、 Benzer的重组实验 两种r突变类型：rx、ry r+rx ryr+ 混合感染 E.coli B株 接种 B株 K()株 计数 r+ry、rxr+ r+r+ r+r+、rxry 仅生长一 四种基因型 种重组型 均能生长,重组值计算：rxry的数量与r+r+ 相同，计算时r+r+ 噬菌体数2。,此种测定方法称为重组测验，它以遗传图的方式确定突变子之间关系，此方法测定重组频率非常灵敏可以获得小到0.001，即十万分之一的重组值。,