10基因表达和调控 “在 多 10.1基因突变 10.2原核生物基因的表达与调控 10.3真核生物基因的表达与调控 10.4基因与人类疾病 10.5HⅣV的结构与分子遗传机制
10 基因表达和调控 10.1 基因突变 10.2 原核生物基因的表达与调控 10.3 真核生物基因的表达与调控 10.4 基因与人类疾病 10.5 HIV的结构与分子遗传机制
10.1基因突变 细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生 物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因 突变( mutation)。 基因突变可以是DNA序列中单个核苷酸或碱基发生 改变,也可以是一段核酸序列的改变。 ≯DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突 变。在一个基因内发生的点突变通常有两种情况: 是一种碱基或核苷酸被另一种碱基或核苷酸所替 换;二是一个碱基的插入和缺失
➢ 细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生 物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因 突变(mutation) 。 10.1 基因突变 ➢ 基因突变可以是DNA序列中单个核苷酸或碱基发生 改变，也可以是一段核酸序列的改变。 ➢ DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突 变。在一个基因内发生的点突变通常有两种情况： 一是一种碱基或核苷酸被另一种碱基或核苷酸所替 换；二是一个碱基的插入和缺失
口点突变—替换 一种碱基被另一种替换 GcA少 GcA碱基结构缺损 错配 T TG CA 碱基对被替换 ACGT
➢ 一种碱基被另一种替换 点突变——替换
口点突变—替换 >同义突变 >错义突变 肽链 半胱氨酸-酷氨酸-丙氨酸-丝氨酸,终止、泮胱氨酸-氨酸一丙氨酸-丝氨酸,经上 UG C U ACG CAAG UUG A UG C UACG a mRNA 野生型 同义突变 半胱氨酸-酪氨酸丙氨酸-精氨酸终止 半胱氨酸终止 UG ACG UUGA UG C UAA AAG UUGA (3) 错义突变 错义突变
➢ 同义突变 ➢ 错义突变 点突变——替换
正常情况 DNA >错义突变的例子 C 镰状细胞贫血症 GAA mRNA 编码血红蛋白β肽链上一个 …脯氨酸-谷氨酸一谷氨酸灬 决定谷氨酸的密码子GAA变 镰状细胞贫血症患者 成了GUA,使得β肽链上的 DNA 谷氨酸变成了缬氨酸,引起 CA 了血红蛋白的结构和功能发 生了根本的改变 GU mRNA 肽链…脯氨酸-缬氨酸一谷氨酸
➢ 错义突变的例子—— 镰状细胞贫血症 编码血红蛋白b肽链上一个 决定谷氨酸的密码子GAA变 成了GUA，使得b肽链上的 谷氨酸变成了缬氨酸，引起 了血红蛋白的结构和功能发 生了根本的改变
口点突变—插入或缺失 会造成翻译过程中其下游的 联密码子都被错读,产生完全错 肽链 误的肽链或肽链合成提前终止 半胱氨酸一酪酸一丙氨酸丝氨酸终止 UGC UA U UG mRNA (1) 野生型 半胱氮酸,终止 泮胱氨酸ˉ丝氨酸-谷氨酸-撷氦酸 插入突变 缺失突变 半胱氨酸-酪氨酸丝氨酸,终止、半胱氨酸-酷氨酸一精氨酸一丙氨酸丝氨酸,终止 UGc CA G UUGA UG CUGGC AGU U A 缺失突变 插入突变
点突变——插入或缺失 ➢会造成翻译过程中其下游的三 联密码子都被错读，产生完全错 误的肽链或肽链合成提前终止
基因突变的原因多种多样: ≯DNA复制错误造成碱基的替换、插入或缺失等自发 突变 >外界因素如某些化学物质[诱变剂]、紫外线、电 离辐射等也可能诱导基因突变的发生 ≯DNA损伤或突变的修复机制 基因突变改变了蛋白质(酶)的结构与功能,可能 使生物体的形态、结构、代谢过程和生理功能等特 征发生改变,严重的突变则影响生物体的生活力或 导致生物个体的死亡
基因突变的原因多种多样： ➢ DNA复制错误造成碱基的替换、插入或缺失等自发 突变 ➢ 外界因素如某些化学物质［诱变剂］、紫外线、电 离辐射等也可能诱导基因突变的发生 ➢ DNA损伤或突变的修复机制 基因突变改变了蛋白质（酶）的结构与功能，可能 使生物体的形态、结构、代谢过程和生理功能等特 征发生改变，严重的突变则影响生物体的生活力或 导致生物个体的死亡
10.2原核生物基因的表达和调控 DNA转录和RNA翻译,即遗传信息从基因流向RNA 又流向蛋白质的过程总称为基因表达 基因表达可以在不同的水平上进行调控,如控制 基因的开启、关闭和活性的大小,影响和控制转 录和翻译等都属于基因表达的调控 在高度复杂的生物细胞及其多种多样的代谢过程 中,基因的表达是高度有序的
➢ DNA转录和RNA翻译，即遗传信息从基因流向RNA 又流向蛋白质的过程总称为基因表达 ➢ 基因表达可以在不同的水平上进行调控，如控制 基因的开启、关闭和活性的大小，影响和控制转 录和翻译等都属于基因表达的调控 ➢ 在高度复杂的生物细胞及其多种多样的代谢过程 中，基因的表达是高度有序的。 10.2 原核生物基因的表达和调控
口乳糖操纵子学说 乳糖进入肠道后,大肠杄菌会立刻制造岀一些特殊 的酶,其中最主要的为β-半乳糖苷酶,来吸收和利 用作为细胞能源的乳糖。 法国科学家 Monod和 Jacob发现,大肠杆菌在不含 乳糖的葡萄糖培养基中不会分泌β-半乳糖苷酶;相 反,含有乳糖时,会合成β-半乳糖苷酶,使乳糖水 解 经过一系列的实验后,他们又发现,大肠杆菌在没 有乳糖的环境中不产生编码β-半乳糖苷酶的mRNA。 1961年,他们提出了一种模型即乳糖操纵子学说
乳糖操纵子学说 ➢ 乳糖进入肠道后，大肠杆菌会立刻制造出一些特殊 的酶，其中最主要的为b-半乳糖苷酶，来吸收和利 用作为细胞能源的乳糖。 ➢ 法国科学家Monod和Jacob发现，大肠杆菌在不含 乳糖的葡萄糖培养基中不会分泌b-半乳糖苷酶；相 反，含有乳糖时，会合成b-半乳糖苷酶，使乳糖水 解。 ➢ 经过一系列的实验后，他们又发现，大肠杆菌在没 有乳糖的环境中不产生编码b-半乳糖苷酶的mRNA。 1961年，他们提出了一种模型即乳糖操纵子学说
口乳糖操纵子学说 结构基因:编码β一半 乳糖操纵子 基因 结构基因 乳糖苷酶(Z)、透|- ANANCVNANAAVANAXO 性酶(Y)和硫半乳 糖苷乙酰转移酶(A) RNA聚合酶 不能与启动 基因结合 的基因。 蛋白质 阻遏蛋白 活化 操纵子:包括启动子 操纵基因和结构基因 RNA聚合酶 与启动基 调节基因、阻遏蛋白 蛋白质 硫半乳糖苷乙酰转移酶 乳糖+阻遏蛋白,改 变阻遏蛋白的形状 阻遇蛋白阝-半乳糖苷酶 钝化
乳糖操纵子学说 ➢ 结构基因：编码b-半 乳糖苷酶（Z）、透 性酶（Y）和硫半乳 糖苷乙酰转移酶（A） 的基因。 ➢ 操纵子：包括启动子、 操纵基因和结构基因 ➢ 调节基因、阻遏蛋白 ➢ 乳糖+阻遏蛋白，改 变阻遏蛋白的形状