第三章-基因和基因组结构
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遗传学第三章 基因的概念和结构
• 重叠基因: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。
基因重叠方式
• Mis-reading for stop codon
( Q RNA virus 1973. A. Weiner )
400Nt
800Nt
AUG----------------------UGA-----------------------UAA
设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。判断是属于同一个基因 突变，还是属于两个基因突变？即判断是否属于等位基因？ ①建立双突变杂合二倍体； ②测定突变间有无互补作用。
• 顺反测验：顺式排列为对照（是两个突变座位位于同一条染色 体上）,其表现型野生型。实质上是进行反式测验（反式排列是 两个突变座位位于不同的染色体上）。
① 反式排列为野生型：突变分属于两个基因位点； ② 反式排列为突变型：突变分属于同一基因位点。
Complementary assay
rII47 0
rII106 0
rII 47
rII106
rII106 0 rII51 0
rII106 rII51
Why?
plane E.coli K12
依据； One gene
2、假基因(pseudo gene)
• 假基因:同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而 不能转录或翻译，是没有功能的基因。
第五节、外显子和内含子
• 内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段； • 外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。
Ovalbumin DNA X cDNA
5387 bp 11 genes 3 mRNA 9 peptides
基因重叠方式
• Mis-reading for stop codon
( Q RNA virus 1973. A. Weiner )
400Nt
800Nt
AUG----------------------UGA-----------------------UAA
设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。判断是属于同一个基因 突变，还是属于两个基因突变？即判断是否属于等位基因？ ①建立双突变杂合二倍体； ②测定突变间有无互补作用。
• 顺反测验：顺式排列为对照（是两个突变座位位于同一条染色 体上）,其表现型野生型。实质上是进行反式测验（反式排列是 两个突变座位位于不同的染色体上）。
① 反式排列为野生型：突变分属于两个基因位点； ② 反式排列为突变型：突变分属于同一基因位点。
Complementary assay
rII47 0
rII106 0
rII 47
rII106
rII106 0 rII51 0
rII106 rII51
Why?
plane E.coli K12
依据； One gene
2、假基因(pseudo gene)
• 假基因:同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而 不能转录或翻译，是没有功能的基因。
第五节、外显子和内含子
• 内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段； • 外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。
Ovalbumin DNA X cDNA
5387 bp 11 genes 3 mRNA 9 peptides
(整理)第三章基因与基因组
第三章基因与基因组第一节基因概念的历史演变第二节DNA与基因第三节真核生物的割裂基因第四节基因大小第五节重叠基因第六节真核生物的基因组第七节真核生物DNA序列组织第八节细胞器基因组第九节基因鉴定第十节人类基因组计划第三章基因与基因组1 基因（gene）的概念基因是遗传的功能单位，DNA分子中不同排列顺序的DNA片段构成特定的功能单位；含有合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核苷酸序列。
广义地说，基因是有功能的DNA片段。
第一节基因概念的历史演变2 基因概念的历史演变：（1）Mendel提出基因的存在（2）Morgan证实基因在染色体上（3）“一个基因一个酶”修正为“一个基因一个多肽链”“基因”一词的创立: 1909年，丹麦遗传学家约翰逊“基因”（gene）。
Gregor MendelThomas Hunt Morgan3 基因概念的理论基础3.1 一个基因一个酶1941年G W Beadle 和E L Tatum研究证实红色链孢霉各种突变体的异常代谢是一种酶的缺陷，产生这种酶缺陷的原因是单个基因的突变。
3.2 一个基因一条多肽链本世纪50年代，Yanofsky有些蛋白质不只由一种肽链组成，如血红蛋白和胰岛素，不同肽链由不同基因编码，因而又提出了“一个基因一条多肽链”的假设。
3.3 基因的化学本质是DNA(有时是RNA)1944年，O T Avery 证实了DNA是遗传物质。
有些病毒只含有RNA。
1953年沃森和克里克建立DNA分子的双螺旋结构模型。
3.4 基因顺反子（Cistron）的概念1955年，美国本兹尔(Benzer)提出顺反子的概念：是指编码一个蛋白质的全部组成所需信息的最短片段，即一个基因。
基因仅是一个功能单位，基因内部的碱基对才是重组单位和突变单位。
一对同源染色体上两突变（a和b）在同一染色体上时，称为顺式构型，在两个染色体上时，为反式构型；顺反互补测验（cis-trans test）：比较顺式和反式构型个体的表型来判断两个突变是否发生在一个基因（顺反子）内的测验。
第三章--基因与基因组的结构PPT课件
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4
③近20年来，由于重组DNA技术的完善和应 用，人们已经改变了从表型到基因型的传统 研究基因的途径，而能够直接从克隆目的基 因出发，研究基因的功能及其与表型之间的 关系，使基因的研究进入了反向生物学阶段。
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5
• 反向生物学：指利用重组DNA技术和离体 定向诱变的方法研究已知结构的基因相应的 功能，在体外使基因突变，再导入体内，检 测突变的遗传效应即表型的过程。
• 例如，对于大肠杆菌和其他细菌，用三个小写
字母表示一个操纵子，接着的大写字母表示不
同基因座，lac 操纵子的基因座：lacZ，lacY， lacA；其表达产物蛋白质则是lacZ，lacY，
lacA。
-
37
• 3．质粒和其他染色体外成分的命名 • 自然产生的质粒，用三个正体字母表示，第—
个字母大写，例如：ColEⅠ；
血破裂而使血红蛋白计数减少，造成贫血。
• 其本质是其血红蛋白的β-链与正常野生型
β-链之间的第6位氨基酸，由Val取代了 Glu所致。
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32
• 这种贫血病是由基因突变造成的一种分子病，
除溶血后发生贫血外，还会堵塞血管形成栓塞， 从而伤及多种器官。
• 它的纯合子(通过单倍体形成的纯系双倍体)患
者在童年就夭折。
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40
• 6．线虫基因的命名
• 用三个小写斜体字母表示突变表型，如存
在不止一个基因座，则在连字符后用数字
表示，如基因unc-86，ced-9；蛋白UNC-
86；CED-9。
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• 7．植物基因的命名
• 多数用1～3个小写英文斜体字母表示。
-
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• 8．脊椎动物基因的命名
基因组
（1）几个结构基因的编码区无间隔：几个基因 几个结构基因的编码区无间隔： 的编码区是连续的、不间断的， 的编码区是连续的、不间断的，即编码一条多 肽链，翻译后切割成几个蛋白质。 肽链，翻译后切割成几个蛋白质。 mRNA没有 ′端帽子结构 没有5 （2）mRNA没有5 ′端帽子结构 5 ′ 端非编码区 RNA形成特殊的空间结构称翻译增强子 形成特殊的空间结构称翻译增强子。 的RNA形成特殊的空间结构称翻译增强子。 （3）结构基因本身没有翻译起始序列，必须在 结构基因本身没有翻译起始序列， 转录后进行加工、剪接，与病毒RNA5 ′端的帽 转录后进行加工、剪接，与病毒RNA5 ′端的帽 结构相连，或与其它基因的起始密码子连接， 结构相连，或与其它基因的起始密码子连接， 成为有翻译功能的完整mRNA。 成为有翻译功能的完整mRNA。
细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因 细菌多数基因按功能相关成串排列， 表达调控的单元，共同开启或关闭， 表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子的 mRNA； mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条 mRNA， mRNA是单顺反子 mRNA，即mRNA是单顺反子，基本上没有操纵元的结 是单顺反子， 构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽 形成的亚基构成的， 形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问 真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。 原核基因组的大部分序列都为基因编码， 基因组的大部分序列都为基因编码 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等 实验表明：哺乳类基因组中仅约10%的序列为蛋白质 基因组中仅约 的序列为蛋白质、 实验表明：哺乳类基因组中仅约10%的序列为蛋白质、 rRNA、tRNA等编码 其余约90%的序列功能至今还不 rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不 等编码， 清楚。 清楚。 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的， 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的， 而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的， 而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的， 即有外显子(exon)和内含子 和内含子(intron)， 即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接 (splicing)去除内含子 才能翻译获得完整的蛋白质， (splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这 去除内含子， 就增加了基因表达调控的环节。 就增加了基因表达调控的环节。
生物第三章基因的本质知识点
生物第三章基因的本质知识点
生物第三章基因的本质主要包括以下知识点：
1. 基因的定义：基因是遗传信息的基本单位，是控制生物体形态、结构和功能的DNA 序列。
2. 基因的结构和组成：基因由DNA分子组成，包括编码区和非编码区。
编码区包含编码基因的信息，非编码区包含调控基因表达的元素。
3. 基因的功能：基因通过编码蛋白质来执行特定的功能，如调节细胞生长、发育和代
谢等。
4. DNA的复制：DNA分子在细胞分裂时通过复制过程来传递基因信息，确保每个新生细胞都有完整的基因组。
5. 基因的表达：基因表达是指基因转录为mRNA分子，并经过翻译过程产生蛋白质。
6. DNA的转录：DNA转录为mRNA过程包括启动子、RNA聚合酶、转录因子等多个
环节的参与。
7. 基因的翻译：mRNA通过核糖体和tRNA的参与，翻译成氨基酸序列，形成蛋白质。
8. 基因突变：基因突变指基因序列发生变化，包括点突变、插入突变、缺失突变等，
可能导致基因功能的改变。
9. 基因的遗传：基因通过遗传方式传递给下一代，确定了后代的表型和遗传特征。
10. 基因的调控：基因的表达可以受到内、外界环境的调控，通过启动子、转录因子等参与的调控元素来实现。
以上是关于生物第三章基因的本质的主要知识点，可以帮助我们理解基因的结构、功能和遗传规律。
基因与基因组的结构
基因与基因组的结构
基因和基因组是生命科学中的重要概念，它们是构成生物体的基本单位。本 文将介绍基因与基因组的结构和功能，以及它们在日常生活中的应用。
什么是基因？
基因是一段能够编码蛋白质的DNA序列，是生物遗传信息的基本单位。它们通过确定蛋白质的合成和功能来 控制特定的遗传特征，并通过自然选择和遗传漂变来改变。
结构域
蛋白质中具有特定功能的区域，可通过DNA编 码。
DNA的结构与功能
DNA由四种碱基、磷酸基团和脱氧核糖组成，并分为双螺旋结构以容纳基因信息。DNA的主要功能是储存遗 传信息并传递给下一代。
双螺旋结构
决定了DNA储存和复制信息的方 式。
复制
DNA复制是DNA分裂的过程，它 使一个细胞能够分裂成两个相同 的细胞。
贡献
基因研究有助于了解疾病、进化 和生命的本质。
扩展
基因表达和DNA复制是细胞分裂 和自然选择的重要机制。
人类基因组计划
人类基因组计划对疾病的预防和 治疗提供了新的机遇。
基因的组成
内含子
基因中不能编码蛋白质的DNA序列。
启动子
DNA中距离基因起始位置最近的序列，用于调 节基因的表达。
外显子
基因中编码蛋白质的DNA序列。
调控基因表达
整个基因组中有许多调节区域， 可以控制基因表达的量和时间。
基因重组
基因组的重组导致了基因的多 样性和变异，这是进化和适应 性的关键。
蛋白质合成
基因组指示了蛋白质的合成， 这些蛋白质组成了细胞、器官 和整个生物体的机制。
基因组研究的意义
基因编辑
启示了新的医学和生物技术的发 展机遇。
基因组学研究
揭示了生命的本质、进化的规律 和疾病的机制。
基因和基因组是生命科学中的重要概念，它们是构成生物体的基本单位。本 文将介绍基因与基因组的结构和功能，以及它们在日常生活中的应用。
什么是基因？
基因是一段能够编码蛋白质的DNA序列，是生物遗传信息的基本单位。它们通过确定蛋白质的合成和功能来 控制特定的遗传特征，并通过自然选择和遗传漂变来改变。
结构域
蛋白质中具有特定功能的区域，可通过DNA编 码。
DNA的结构与功能
DNA由四种碱基、磷酸基团和脱氧核糖组成，并分为双螺旋结构以容纳基因信息。DNA的主要功能是储存遗 传信息并传递给下一代。
双螺旋结构
决定了DNA储存和复制信息的方 式。
复制
DNA复制是DNA分裂的过程，它 使一个细胞能够分裂成两个相同 的细胞。
贡献
基因研究有助于了解疾病、进化 和生命的本质。
扩展
基因表达和DNA复制是细胞分裂 和自然选择的重要机制。
人类基因组计划
人类基因组计划对疾病的预防和 治疗提供了新的机遇。
基因的组成
内含子
基因中不能编码蛋白质的DNA序列。
启动子
DNA中距离基因起始位置最近的序列，用于调 节基因的表达。
外显子
基因中编码蛋白质的DNA序列。
调控基因表达
整个基因组中有许多调节区域， 可以控制基因表达的量和时间。
基因重组
基因组的重组导致了基因的多 样性和变异，这是进化和适应 性的关键。
蛋白质合成
基因组指示了蛋白质的合成， 这些蛋白质组成了细胞、器官 和整个生物体的机制。
基因组研究的意义
基因编辑
启示了新的医学和生物技术的发 展机遇。
基因组学研究
揭示了生命的本质、进化的规律 和疾病的机制。
第三章基因与基因组的结构
线粒体基因组至少包含以下基因或基因 簇：rRNA基因、tRNA基因、ATPase基因、 细胞色素COXase基因。线粒体是个半自主 性的细胞器。其自身基因组只能编码部分 所需产物，许多重要物质的产生需由核基 因组与线粒体基因组共同互作。
叶绿体基因组
叶绿体也属于半自主性的细 胞器，同mtDNA类似，叶绿体 DNA也以双链环状分子的形式 存在于细胞质中。
一般而言，一个顺反子就是一个基因， 大约1500个核苷酸。
它是由一群突变单位和重组单位组成 的线形结构（因为任何一个基因都是突变 体或重组体）。
基因是DNA分子上的功能单位，在染 色体或DNA分子上，基因成串排列，它既 是遗传的功能单位，同时也是交换单位 和突变单位。
但并非所有的DNA序列都是基因，只 有某些特定的多核苷酸区段才是基因的 编码区。
染色体上存在大量无转录活 性的重复DNA序列，主要有两 种形式：
➢ 串联重复的DNA，如卫星DNA，
成簇存在于染色体的特定区域；
➢ 分散重复的DNA，分散在染色体 的各个位点。
卫星DNA
有些高度重复的DNA序列 的碱基组成和浮力密度与主体 DNA不同，在CsCl密度梯度离 心时，可形成相对独立于主 DNA带的卫星带。
例如rRNA和某些tRNA基因以及重 复程度更高的卫星DNA等。
不同生物中 非重复基因占基 因组的比例差别 很大。原核生物 含有完全不重复 的DNA，低等真 核生物的大部分 DNA是非重复的， 高等真核生物中 非重复基因所占 基因组的比例更 低。
从不同种类的原核生物的Cot曲线可以看出， 各种原核生物的Cot曲线形状都很相似，跨度一 般只有两个数量级，只是Cot1/2值不同。表明各
➢ 单拷贝序列
➢ 轻度重复序列
叶绿体基因组
叶绿体也属于半自主性的细 胞器，同mtDNA类似，叶绿体 DNA也以双链环状分子的形式 存在于细胞质中。
一般而言，一个顺反子就是一个基因， 大约1500个核苷酸。
它是由一群突变单位和重组单位组成 的线形结构（因为任何一个基因都是突变 体或重组体）。
基因是DNA分子上的功能单位，在染 色体或DNA分子上，基因成串排列，它既 是遗传的功能单位，同时也是交换单位 和突变单位。
但并非所有的DNA序列都是基因，只 有某些特定的多核苷酸区段才是基因的 编码区。
染色体上存在大量无转录活 性的重复DNA序列，主要有两 种形式：
➢ 串联重复的DNA，如卫星DNA，
成簇存在于染色体的特定区域；
➢ 分散重复的DNA，分散在染色体 的各个位点。
卫星DNA
有些高度重复的DNA序列 的碱基组成和浮力密度与主体 DNA不同，在CsCl密度梯度离 心时，可形成相对独立于主 DNA带的卫星带。
例如rRNA和某些tRNA基因以及重 复程度更高的卫星DNA等。
不同生物中 非重复基因占基 因组的比例差别 很大。原核生物 含有完全不重复 的DNA，低等真 核生物的大部分 DNA是非重复的， 高等真核生物中 非重复基因所占 基因组的比例更 低。
从不同种类的原核生物的Cot曲线可以看出， 各种原核生物的Cot曲线形状都很相似，跨度一 般只有两个数量级，只是Cot1/2值不同。表明各
➢ 单拷贝序列
➢ 轻度重复序列
分子生物学课件 第3章 基因与基因组
最初基因组被定义为一个单倍体细胞中的全套染色体，现 代分子生物学和遗传学则将基因组定义为一个生物体中的 所有遗传信息，由DNA或者RNA编码，包括所有的基因和 非编码序列。
实际应用中“基因组”这个词既可以特指储存在细胞核中 的整套DNA（即核基因组），也可以指储存在细胞器中的 整套DNA（即线粒体基因组或叶绿体基因组），还可以指 一些非染色体的遗传元件，如病毒基因组、质粒基因组和 转座元件等。
不同基因家族各成员之间的序列 相似度也不同：
序列高度相似：经典的基因家族，如rRNA基因家族和组蛋 白基因家族。 保守性较低，但是编码产物具有大段的高度保守的氨基酸 序列。
序列保守性很低，编码产物之间也只有很短的保守氨基酸 序列，但通常由于具有保守的结构和功能区域，因而编码产 物具有相似的功能。
基因家族的成员在染色体上 的分布形式不同：
成簇存在的基因家族（clustered gene family）或称基因簇 （gene cluster），如人类类α链基因簇和类β链基因簇。 散布的基因家族（interspersed gene family），如肌动蛋白 基因家族和微管蛋白基因家族。
基因间隔区较短且内含子较少，基因排列紧密。
3.2.7 沉默基因
沉默基因（ Silent Gene）也叫隐蔽基因（Cryptic gene）， 是处于不表达状态的基因。它可能是假基因，也可能是被关闭的 基因。这些基因以隐性的方式埋藏在染色体中，但遇到特殊因子 的刺激，有可能解除关闭变成显性基因。
3.2.8 RNA基因
tRNA、rRNA； 核仁小分子RNA（small nucleolar RNA, snoRNA） 微小分子RNA（microRNA, miRNA）； 小分子干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）； 核内小分子RNA（small nuclear RNA, snRNA）；
实际应用中“基因组”这个词既可以特指储存在细胞核中 的整套DNA（即核基因组），也可以指储存在细胞器中的 整套DNA（即线粒体基因组或叶绿体基因组），还可以指 一些非染色体的遗传元件，如病毒基因组、质粒基因组和 转座元件等。
不同基因家族各成员之间的序列 相似度也不同：
序列高度相似：经典的基因家族，如rRNA基因家族和组蛋 白基因家族。 保守性较低，但是编码产物具有大段的高度保守的氨基酸 序列。
序列保守性很低，编码产物之间也只有很短的保守氨基酸 序列，但通常由于具有保守的结构和功能区域，因而编码产 物具有相似的功能。
基因家族的成员在染色体上 的分布形式不同：
成簇存在的基因家族（clustered gene family）或称基因簇 （gene cluster），如人类类α链基因簇和类β链基因簇。 散布的基因家族（interspersed gene family），如肌动蛋白 基因家族和微管蛋白基因家族。
基因间隔区较短且内含子较少，基因排列紧密。
3.2.7 沉默基因
沉默基因（ Silent Gene）也叫隐蔽基因（Cryptic gene）， 是处于不表达状态的基因。它可能是假基因，也可能是被关闭的 基因。这些基因以隐性的方式埋藏在染色体中，但遇到特殊因子 的刺激，有可能解除关闭变成显性基因。
3.2.8 RNA基因
tRNA、rRNA； 核仁小分子RNA（small nucleolar RNA, snoRNA） 微小分子RNA（microRNA, miRNA）； 小分子干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）； 核内小分子RNA（small nuclear RNA, snRNA）；
第三章-基因和基因组结构PPT课件
I PO
ZY
A
Lactose
zy a
☆基因功能的表现是若干基因组成的信息表达的整体行为
☆ one gene → one enzyme
one gene → one peptide
one gene → one function
2021
15
根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类： ☆编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编 码酶和结构蛋白的结构基因以及编码调节蛋白的调节基 因； ☆只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基 因和rRNA基因； ☆不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括 启动子和操纵基因。启动子和操纵基因有时被统称为控 制基因。
☆断裂基因
真核蛋白质编码基因的核苷酸序列中间插入有与编码无关的DNA 间隔区，使1个基因分隔成不连续的若干区段 。
☆重叠基因
一些噬菌体和动物病毒，不同基因的核苷酸序列有时是可以共用 的。
2021
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内含子(intron) 位于基因内部，不
编码基因产物的序列，在 成熟mRNA中被切除。
外显子(exon) 一个基因不包括内
34霉菌藻类g细菌g细菌显花植物鸟类哺乳类爬行类两栖类硬骨鱼类软骨鱼类棘皮类甲壳类昆虫类软体动物蠕虫类真菌支原体a生物体进化程度与大c值不成明显正相关b亲缘关系相近的生物间大c值相差较大c一种生物内大c值与小小c值相差极大35生物进化的c值矛盾cvalueparadoxofnucleotide单倍体基因组总dna的含量叫作c值值最大c值值maximumcvalue编码基因信息的总dna含量叫作c値最小c值值minimumcvalue36c值矛盾c值和生物结构或组成的复杂性不一致的现象
表型 野生型 Gal＋，突变型 Gal－或 Gal； 基因型 野生型 gal＋ 突变型 gal－ 或 gal
现代分子生物学课后答案
现代分子生物学部分课后习题及答案第一章绪论1. 你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义：偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。
2. 分子生物学发展前景如何？21世纪是生命科学世纪，生物经济时代，分子生物学将取得突飞猛进的发展，结构基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学、信号跨膜转导成为新的热门领域，将在农业、工业、医药卫生领域带来新的变革。
3. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？社会意义：人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称为人类科学史上的三大工程，具有重大科学意义、经济效益和社会效益。
（1）极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展，阐明基因的结构与功能关系、生命的起源和进化、细胞发育、生产、分化的分子机理，疾病发生的机理等，为人类自身疾病的诊断和治疗提供依据，为医药产业带来翻天覆地的变化（2）促进生命科学与信息科学、材料科学和与高新技术产业相结合，刺激相关学科与技术领域的发展，带动起一批新兴的高技术产业（3）基因组研究中发展起来的技术、数据库及生物学资源，还将推动对农业、畜牧业（转基因动、植物）、能源、环境等相关产业的发展，改变人类社会生产、生活和环境的面貌，把人类带入更佳的生存状态。
3第三章 基因与基因组的结构和功能
(七)基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。功 能相关蛋白质基因在基因组的1个或几个特定部位，丛集成 簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的mRNA模板。 如腺病毒晚期基因。 (八)不规则的结构基因 1.几个结构基因的编码区不规则，因此有些结构基因无翻译 起始序列。 2.有的mRNA（=gene）没有5’帽子，但有翻译增强子。 (九)DNA或RNA 1种病毒基因组只是1种核酸。
（三）连续的和不连续的基因 病毒基因结构特征往往与其 宿主细胞基因结构相似。 原核病毒（如噬菌体）基因是连续的，没有内含子； 真核病毒（如多瘤病毒）基因是不连续的，有内含子。 有意思的是，有些真核病毒的内含子或其中的一部分对 某一基因来说是内含子，对另一基因却是外显子。 如SV40和多瘤病毒的早期区域就是这样的。 除了（+）RNA病毒外，真核病毒基因都是先转成mRNA前 体，再经过剪接等步骤能成为成熟的mRNA.
存在重叠基因 Sanger在x174噬菌体DNA的全部序列后发现了重 叠基因现象。发现其中的9个基因是重叠的。 a) 一个基因完全在另一个基因里面，如基因B 在基因A里面，基因E在基因D内。 b)部分重叠，基因K和基因C部分重叠 c)两个基因只有一个碱基对的重叠，如D基因的 终止密码子的最后一个碱基是J基因起始密码子 的第一个碱基。 基因之间的间隔区很小
腺病毒基因组
腺病毒是一种无外壳的双链DNA病毒，基因组长约 36kb， 由于每条DNA链的5’-端同相对分子质量为55X103Da 的蛋白质分子共价结合，可以出现双链DNA的环状结 构。人体腺病毒已知有33种，分别命名为adl～ad33 人类腺病毒基因组包括早期基因E1A、E1B、E2A、 E2B、E3和E4 以及晚期基因L1、L2、L3、L4和L5 早期基因在病毒感染后的复制前开始转录。 腺病毒DNA可以整合到感染细胞或转化的细胞DNA 中，在腺病毒感染许可性的人类细胞时，病毒DNA与 宿主细胞DNA也可以发生重组。
分子生物学课件第三章 基因与基因组的结构
基因(gene) 1 基因(gene)
1.1 基因概念的发展
1866年G.J.Mendel提出 遗传因子”概念，但未将“基因” 提出“ ⑴ 1866年G.J.Mendel提出“遗传因子”概念，但未将“基因” DNA联系起来 联系起来。 遗传因子”只是一个假设的遗传单位。 与DNA联系起来。“遗传因子”只是一个假设的遗传单位。 1909年W.L.Johannson(丹麦 首创‘gene’一词 提出“ 丹麦） 一词， ⑵ 1909年W.L.Johannson(丹麦）首创‘gene 一词，提出“基 因型” 表现型” 因型”和“表现型”。“ A”、"B 代表显性。“ a”、"b ” 代 、"B” 代表显性。 、 表隐性。这些符号沿用至今。 表隐性。这些符号沿用至今。 1910年T.H.Morgen提出 基因”代表一个有机的化学实体。 提出“ ⑶ 1910年T.H.Morgen提出“基因”代表一个有机的化学实体。 40~50年代 DNA是遗传物质确成定论后 确立了“基因” 年代， 是遗传物质确成定论后， ⑷ 40~50年代，DNA是遗传物质确成定论后，确立了“基因” 是具有一定遗传效应的DNA片段的概念。 DNA片段的概念 是具有一定遗传效应的DNA片段的概念。 1955年Benzer提出顺反子 cistron)概念 提出顺反子（ 概念。 ⑸ 1955年Benzer提出顺反子（cistron)概念。目前已从功能单 位的意义上把顺反子和基因统一起来。 位的意义上把顺反子和基因统一起来。一个顺反子可包含多个 突变子（muton)和重组子(recon)。 和重组子(recon) 突变子（muton)和重组子(recon)。
基因与基因组
gene and genome
引 言
基因的分子结构和组织对基因的表达有重要 的影响。 的影响。 基因的分子结构在原核生物中已搞的十分清 但在真核生物中还缺少完整的例子。 楚。但在真核生物中还缺少完整的例子。近几 年来各种生物基因组计划的开展， 年来各种生物基因组计划的开展，特别是最近 发展起来的生物信息学， 发展起来的生物信息学，为深入研究基因的分 子结构和组织奠定了基础。 子结构和组织奠定了基础。
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功能 突变 交换
“三位一体”的 (Three in one)
最小的 不可分割的
基本的
遗传单位
1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬 菌体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精 细结构，提出了顺反子（cistron）概念。
对经典的基因概念的 第一次重要修正与发展
rII of T4 phage including two genes
含子的任何编码序列，其 mRNA相应区域可翻译成 蛋白。
● 断裂基因存在的生物学意义
a) 有利于遗传的相对稳定 外显子和内含子中发生突变的
概率是相同的，但是内含子的
mutation frequen突 么cy变 ？率总是高于外显子，为什
in intron > in exon
（剪除）
（密码）
即使错误剪接留下的intron部分 被mRNA监测系统降解，避免病变和死亡
一个基因完全在另一个基因内部
如：B和A， E和D 其读码结构互不相同
three in one
one in one
☆基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换
操纵子理论 Lac. Operon
I PO
ZY
A
Lactose
zy a
☆基因功能的表现是若干基因组成的信息表达的整体行为 ☆ one gene → one enzyme one gene → one peptide one gene → one function
rII47 ●
104 101 ●●
A gene
103 105 106 ● ●●
51 102 ●●
B gene
r106 r51 ++
r106 +
+ r51
r47
106
+
+
r47
+
+
r106
K菌株
顺反测验
顺式测验
反式测验
突变位点 在同一顺 反子内
突变位点 在不同的 顺反子内
A
B +－
A
B
++
A
B
A
B
19世纪60年代初，孟德尔对具有不同形态的豌豆作杂交 实验，在解释实验中每种性状的遗传行为时，用A代表红花， a代表白花，表明生物的某种性状是由遗传因子负责传递的， 遗传下来的不是具体的性状，而是遗传因子。遗传因子是颗 粒性的，在体细胞内成双存在，在生殖细胞内成单存在。孟 德尔所说的“遗传因子”是代表决定某个性状遗传的抽象符 号。
☆基因的两个基本属性： 基因是世代相传的， 基因是决定遗传性表达的
现在所说的“基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信 息的基本物质单位”，实际上就是孟德尔所阐明的基因观。
1926年，摩尔根的巨著《基因论》出版，从而 建立了著名的基因学说。
☆ 基因是染色体上的实体 ☆ 基因象链珠(bead)一样，孤立地 呈线状地排列在染色体上 ☆ 基因是
第一节 基因与基因组的概念
基因
是遗传信息的物理和功能单位，包含产生 一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸 序列。
基因结构研究的历史
从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：
泛基因 （或前基因）
孟德尔 （遗传因子）
摩尔根 （基因）
现代基因
操纵子
顺反子
遗传学的奠基人孟德尔 （Gregor Johann Mendel 1822～1884）
b) 增加变异机率， 有利于生物的进化 不对称交换形成 splitting gene
是生物体产生变异导致进化的重要途径之一
splitting gene （含有intron ）
增加了基因的长度
增加了基因内的重组交换几率
有利于形成变异和生物多样性
c) 扩大生物体的遗传信息储量
对 intron 不同方式的剪接（选择性剪接），形成不同的基因产物
根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类： ☆编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编 码酶和结构蛋白的结构基因以及编码调节蛋白的调节基 因； ☆只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基 因和rRNA基因； ☆不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括 启动子和操纵基因。启动子和操纵基因有时被统称为控 制基因。
真核蛋白质编码基因的核苷酸序列中间插入有与编码无关的DNA 间隔区，使1个基因分隔成不连续的若干区段 。
☆重叠基因
一些噬菌体和动物病毒，不同基因的核苷酸序列有时是可以共用 的。
内含子(intron) 位于基因内部，不
编码基因产物的序列，在 成熟mRNA中被切除。
外显子(exon) 一个基因不包括内
顺反测验结果的图解。当顺式有功能，而反式没有功能时，突变位点 突变位点在同一顺反子内；当顺式有功能，而反式也有功能时，突变位点 突变位点在不同顺反子内。
顺反子假说（Theory of cistron）
☆ Cistron 是基因的同义词 ☆在一个顺反子内，有若干个突变单位 突变子 ☆在一个顺反子内，有若干个交换单位 交换子 ☆基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割 的 最小的遗传单位
第三章 基因和基因组结构
第一节 基因与基因组的概念
基因的概念 基因的命名 基因的结构 基因组与C值矛盾
第二节 病毒基因组
第三节：细菌的基因组
细菌染色体基因组结构的一般特点 大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
第四节 真核生物基因组及其组分
真核生物基因组的特点 真核生物基因组组分 真核生物DNA序列组织 基因家族
基因主要位于染色体上，还有染色体外遗传物质
基因概念的发展
☆移动基因
DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方，它 们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个位置。 移动基因机构简单，由几个促进移位的基因组成。基因的跳动能 够产生突变和染色体重排，进而影响其他基因的表达。
☆断裂基因
（5% isoform protein in mammalian）
珠蛋白 豆血红蛋白
亚铁血红素结合蛋白质 Heme-binding protein
亚铁血红素结合功能域
基鼠 因的
两 个 胰 岛 素
1977年Sanger在研究 ΦX174时发现的。ΦX174是 一种单链DNA病毒，宿主为 大肠杆菌，因此，又是噬菌体。 它感染大肠杆菌后共合成11个 蛋白质分子，总分子量为25 万左右，相当于6078个核苷 酸所容纳的信息量。而该病毒 DNA本身只有5375个核苷酸， 最多能编码197kDa蛋白质， 实际上编码263kDa蛋白质。