第2章++基因

1、1第2章基因基因科學(xué)體系是以概念為基礎(chǔ)的，如果物理學(xué)是以原子為基礎(chǔ)，化學(xué)是以分子為基礎(chǔ)，那么遺傳學(xué)是以基因為基礎(chǔ)。自然科學(xué)的發(fā)展其實就是概念的發(fā)展。遺傳學(xué)的發(fā)展，特別是分子遺傳學(xué)的發(fā)展，必然帶來了基因概念的發(fā)展與更新。在自然科學(xué)發(fā)展史上，很少有概念像基因一樣發(fā)展變化如此大，事實上，現(xiàn)代分子遺傳學(xué)中的基因已經(jīng)遠(yuǎn)不是摩爾根時代的基因了。第一節(jié)基因的概念及其發(fā)展一、經(jīng)典遺傳學(xué)的基因概念1、遺傳因子孟德爾提出：性狀是由遺傳因子決定的。1909年

2、，丹麥學(xué)者W.L.Johannsen提出基因（gene）一詞，用以取代孟德爾所稱的控制性狀的“遺傳因子”。此時，基因是邏輯推理的產(chǎn)物，表示性狀的符號，并不是一個實體。2、染色體是基因的載體摩爾根等人證實了遺傳的染色體學(xué)說，認(rèn)為基因是一個一種化學(xué)實體，以念珠狀直線排列在染色體上。摩爾根在《基因論》中提出基因具有下列共性：?基因具有染色體的主要特征，能自我復(fù)制，有相對的穩(wěn)定性，在有絲分裂和減數(shù)分裂中有規(guī)律地進行分配；?基因在染色體上占有一定

3、的位置（位點），并且是交換的最小單位，即在重組時不能再分割的單位；?基因是以一個整體進行突變，故它又是一個突變單位；?基因是一個功能單位，它控制著正在發(fā)育有機體的某一個或某些性狀，如紅花、白花等?？梢园阎亟M單位和突變單位統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)單位，這樣，基因既是一個結(jié)構(gòu)單位，又是一個功能單位。二、分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念1、DNA是遺傳物質(zhì)證據(jù)一：1944年美國微生物學(xué)家Avery的肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗。證據(jù)二：1952年美國冷泉港卡內(nèi)基遺傳學(xué)實驗室科

4、學(xué)家Hershey&Chase的T2噬菌體感染實驗。2、一個基因一種酶（onegeneoneenzymehypothesis）比德爾（G.W.Beadle）和塔特姆（TatumE.L）用紅色面包霉為材料對基因功能的實質(zhì)做了進一步研究，于1941年提出了一個基因一種酶假說。他們的工作獲得了1958年諾貝爾獎。實驗：Besdle&Tatum用X射線對紅色面包霉分生孢子進行誘變，接著現(xiàn)在完全培養(yǎng)基上培養(yǎng)，后轉(zhuǎn)入基本培養(yǎng)基上檢查這些分生孢子生長

5、的情況，野生型分生孢子當(dāng)然可以生長，處理過的分生孢子其中有些不能生長，這些稱為營養(yǎng)缺陷型，但在補加了某種物質(zhì)的培養(yǎng)機上就可以生長了。3A、B兩個區(qū)段中任一區(qū)段的突變不能影響另一區(qū)段的功能，這說明rⅡ區(qū)域的A、B區(qū)段是兩個獨立的遺傳功能單位。Benzer通過互補測定而發(fā)現(xiàn)的遺傳功能單位稱為順反子，Benzer認(rèn)為：“一個順反子，一條多肽鏈?！睂嶋H上就是一個為多肽編碼的DNA片段，即一個基因。?順反子（cistron）:一段編碼一種多肽鏈的

6、核苷酸序列，是一個功能單位。一個順反子內(nèi)可以有許多突變子和重組子，因此，它是一群突變單位和重組單位的線性總和。?突變子（muton）：基因中能夠發(fā)生突變的最小單位，一個突變子可以小到一個核苷酸。?重組子（recon）:基因中能夠交換的最小單位，一個重組子可只包含一對核苷酸?；虻母拍睿嚎赊D(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子，或編碼一條多肽鏈，功能上被順反測驗所規(guī)定。順反子學(xué)說否定了基因是決定遺傳性狀的功能單位和突變、重組的最小單位這樣三位一體的概念

7、，把基因具體化為DNA分子上特定的一段順序，即負(fù)責(zé)編碼特定的遺傳信息的功能單位——順反子，但其內(nèi)部又是可分的，包含多個突變和重組單位。4、基因結(jié)構(gòu)和功能的多樣性（1）跳躍基因（jumpinggene）——轉(zhuǎn)座因子（transposonelement）指細(xì)胞中能夠改變自身位置的一段DNA序列，跳躍基因改變位置（從染色體的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置）的行為稱為轉(zhuǎn)座。（2）隔裂基因（splitegene）指一個結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為一個或更多的不翻譯的

8、編碼順序，即內(nèi)含子（intron）所隔裂的現(xiàn)象。（3）重疊基因（overlappinggene）指同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架（openreadingframeF）的不同或終止早晚的不同，同時編碼兩個或兩個以上的多肽鏈的基因。（4）假基因（pseudogene）同正常的基因相似，但位于不同的位點，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因。假基因廣泛地發(fā)現(xiàn)于動物、植物、微生物中，它們可能大量地存在，例如，在人類基因組中相對于

9、80個核糖體蛋白質(zhì)就關(guān)聯(lián)到2000個左右的假基因。但假基因與真基因沒有絕對的界線，一個假基因在同一物種中的某一十分隔離的個體中可以是一個功能性的基因。例如，F(xiàn)L08基因在酵母的一個品系中是活性的，而在另一個品系中則是非活性的。（5）蛋白質(zhì)基因1999年Wickner提出：“如果一種遺傳因子是一種朊病毒，它就是一種由蛋白質(zhì)組成的基因。”朊病毒（prion）是一種非DNARNA的傳染病原是一種蛋白質(zhì)病原體。它能引起人及動物的傳染性神經(jīng)軟化病

10、，如人類的Kuru病、CJD病、GSS??；羊瘙癢病、牛海綿樣腦軟化?。˙SE，瘋牛病）等，所有這些病目前是無藥可救的。今年，瘋牛病在歐洲、日本就行，給世界各國帶來極大的恐慌及經(jīng)濟災(zāi)難。完整的朊病毒的分子質(zhì)量為33～35KDa，具有抗蛋白酶的性能，稱為PrPSc，在正常個體的基因組中含有PrP基因，它的產(chǎn)物也是一種分子質(zhì)量為33～35Kda但卻對蛋白酶敏感的蛋白質(zhì)，成為PrPC。PrPSc和PrPC在一級結(jié)構(gòu)上是完全相同的，但在蛋白質(zhì)分子