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1、遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析1第 四 章 基 因 精 细 结 构 的 遗 传 分 析 （ 3h）教 学 目 的 ： 使 学 生 掌 握 基 因 的 本 质 及 其 基 因 的 现 代 概 念 ； 明 确 基 因 的 可 分 性 和 基 因 结构 的 多 样 性 。教 学 重 点 ： 基 因 的 现 代 概 念 及 基 因 的 可 分 性 。教 学 难 点 ： 基 因 结 构 的 多 样 性 。第一节 基因的概念一、 基因概念的发展二、 基因的类别及其相互关系三、 基因与 DNA第二节 重组测验一、 拟等位基因二、 噬菌体突变型三、 Benzer 的重组测验第三节 互补测验一、 互补测

2、验原理和方法二、 顺反子三、 基因内互补第四节 缺失作图一、 缺失作图原理二、 缺失作图方法第五节 断裂基因与重叠基因一、 外显子与内含子二、 断裂基因的意义三、 重叠基因的发现与重叠方式遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析2第六节 基因的功能一、Garrod 的先天性代谢缺陷二、一个基因一种酶假说三、一个结构基因一条多肽链的证据遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析3第 四 章 基 因 精 细 结 构 的 遗 传 分 析 （ 3h）第 一 节 基 因 的 概 念一 、 基 因 概 念 的 发 展1、 遗 传 “因 子 ”人 们 对 基 因 的 认 识 随 着 遗 传 学 的 发 展 而 不

3、 断 地 深 入 ， 最 初 由 Mendal 提 出 “factor”（ 遗传 因 子 ） 。 认 为 生 物 性 状 本 身 是 不 能 遗 传 的 ， 生 物 性 状 是 由 遗 传 因 子 所 控 制 ， 即 亲 代 传 递 给子 代 的 是 控 制 性 状 的 遗 传 因 子 ， 而 不 是 性 状 本 身 。 到 1909 年 ， 丹 麦 学 者 Johannson 提 出“gene“这 一 名 词 ， 代 替 了 孟 的 factor， 由 此 形 成 了 “颗 粒 遗 传 ”学 说 即 在 杂 种F1（ Aa） 中 等 位 基 因 A 与 a 并 不 融 合 ， 各 自 保 持

4、 其 独 立 性 。2、 染 色 体 是 基 因 的 载 体1910 年 ， Morgan 等 通 过 果 蝇 实 验 证 明 ： 控 制 性 状 的 基 因 在 染 色 体 上 ， 基 因 之 间 可 以发 生 突 变 ， 可 以 发 生 交 换 。 故 认 为 基 因 是 一 个 功 能 单 位 ， 是 一 个 突 变 单 位 ， 也 是 一 个 交 换单 位 的 所 谓 三 位 一 体 的 概 念 。3、 DNA 是 遗 传 物 质1928 年 Griffith 首 先 发 现 了 肺 炎 球 菌 的 转 化 作 用 ， 即 用 高 温 杀 死 有 致 病 力 的 S 品 系 细菌 ，

5、可 改 变 无 致 病 力 的 R 品 系 成 为 有 致 病 力 细 菌 的 效 应 。 这 种 改 变 遗 传 性 状 的 现 象 称 为 细菌 的 转 化 。 1944 年 ， Avery 等 人 证 实 了 肺 炎 双 球 菌 的 转 化 因 子 是 DNA。 认 为 基 因 是 含 有 特定 遗 传 信 息 的 DNA 分 子 片 段 。4、 基 因 是 有 功 能 的 DNA 片 段20 世 纪 40 年 代 G.W.Beadle 和 E.L.Tatum 通 过 对 粗 糙 脉 孢 菌 营 养 缺 陷 型 的 研 究 ， 提 出了 一 个 基 因 一 个 酶 的 假 说 ， 这 一

6、 假 说 沟 通 了 生 物 化 学 中 蛋 白 质 合 成 的 研 究 与 遗 传 学 中 基 因功 能 的 研 究 。 也 为 遗 传 密 码 的 解 码 和 细 胞 内 大 分 子 之 间 信 息 传 递 过 程 的 揭 示 奠 定 了 基 础 。特 别 是 1953 年 Watson 和 Crick 最 早 提 出 了 DNA 双 螺 旋 结 构 模 型 ， 明 确 了 DNA 在 活体 内 的 复 制 方 式 。1957 年 由 Crick 最 早 提 出 遗 传 信 息 在 细 胞 内 的 生 物 大 分 子 间 转 移 的 基 本 法 则 ， 即 中 心法 则 ， 接 着 在 1

7、961 年 又 提 出 了 三 联 遗 传 密 码 ， 这 样 将 DNA 分 子 的 结 构 与 生 物 学 功 能 有 机地 统 一 起 来 ， 为 揭 示 基 因 的 本 质 奠 定 了 分 子 基 础 。1957 年 ， Benzer 以 E.coli T4phage 为 材 料 ， 证 明 了 基 因 内 含 有 多 个 突 变 单 位 突 变子 和 多 个 重 组 单 位 重 组 子 。 从 而 打 破 了 “三 位 一 体 ”的 基 因 概 念 。遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析45、 操 纵 子 模 型1961 法 国 分 子 生 物 学 家 F.Jacob 和 J.Mo

8、nod 通 过 不 同 的 大 肠 杆 菌 乳 糖 代 谢 突 变 体 来 研究 基 因 的 作 用 ， 提 出 了 操 纵 子 模 型 学 说 （ operon theory） 。 这 一 学 说 阐 明 了 基 因 调 控 在 乳 糖利 用 中 所 起 的 作 用 。 该 调 控 模 型 在 生 物 学 分 子 史 上 具 有 划 时 代 意 义 ， 为 基 因 表 达 调 控 这 一难 题 的 揭 示 奠 定 了 基 础 。 因 而 他 们 在 1956 年 获 得 了 诺 贝 尔 奖 。6、 “跳 跃 基 因 ”和 “断 裂 基 因 ”的 发 现在 20 世 纪 50 年 代 以 前

9、人 们 认 为 每 一 基 因 组 的 DNA 是 固 定 的 ， 它 包 括 染 色 体 数 目 固 定 、位 置 固 定 和 功 能 固 定 的 一 系 列 基 因 ， 而 且 这 些 基 因 的 位 置 和 他 们 的 功 能 无 关 。 1961 年 大 肠杆 菌 乳 糖 操 纵 子 的 发 现 就 表 明 功 能 上 相 关 的 结 构 基 因 往 往 紧 密 排 列 在 一 起 ， 数 目 大 肠 杆 菌的 染 色 体 不 是 一 个 随 机 排 列 的 集 合 体 。 50 年 代 初 ， B.McClintock 在 玉 米 的 控 制 因 子 的 研 究中 已 经 指 出 某

10、 些 遗 传 因 子 是 可 以 转 移 位 置 的 。 60 年 代 末 在 大 肠 杆 菌 中 发 现 了 可 以 转 移 位 置的 插 入 序 列 ， 接 着 在 真 核 生 物 和 原 核 生 物 中 发 现 基 因 组 中 的 某 些 成 分 位 置 的 不 固 定 性 是 一个 普 遍 的 现 象 ， 并 将 这 些 可 转 移 位 置 的 成 分 称 为 跳 跃 基 因 （ jumping gene） /转 座 基 因（ transposon element） 。此 外 传 统 的 观 点 认 为 ， 一 个 结 构 基 因 是 一 段 连 续 的 DNA 序 列 ， 70 年

11、代 后 期 发 现 绝 大 多 数真 核 生 物 基 因 都 是 不 连 续 的 ， 其 中 被 一 些 不 编 码 序 列 所 隔 开 ， 故 称 为 断 裂 基 因 。 1978 年 在噬 菌 体 中 还 发 现 了 重 叠 基 因 ， 一 个 基 因 序 列 可 被 包 含 在 另 一 个 基 因 中 ， 两 个 基 因 序 列 可 能部 分 重 叠 。二 、 基 因 的 类 别 及 其 相 互 关 系按 基 因 功 能 和 性 质 ， 可 将 起 分 为 以 下 几 类 ：1、 结 构 基 因 （ structural genes） 与 调 节 基 因 （ regulatory gen

12、es）这 类 基 因 不 仅 可 转 录 成 mRNA， 且 可 翻 译 成 多 肽 链 ， 由 多 肽 链 构 成 各 种 结 构 蛋 白 和 催化 各 种 生 化 反 应 的 酶 。 调 控 基 因 的 作 用 是 调 控 其 他 基 因 活 性 ， 指 可 调 节 控 制 结 构 基 因 的 表达 活 性 的 基 因 。 调 节 基 因 可 转 录 成 mRNA， 然 后 由 mRNA 再 翻 译 成 阻 遏 蛋 白 /激 活 蛋 白 质 。2、 核 糖 体 RNA 基 因 （ ribosomal RNA genes， 简 称 rDNA） 与 转 移 RNA 基 因（ transfer

13、RAN genes， tDNA）这 类 基 因 只 转 录 产 生 相 应 的 RNA， 而 不 翻 译 成 多 肽 链 。 rDNA 是 专 门 转 录 核 糖 体 RNA的 ， rRNA 与 相 应 的 蛋 白 质 结 合 形 成 核 糖 体 ， 为 mRNA 翻 译 形 成 多 肽 链 提 供 场 所 。 TDNA专 门 转 录 tRNA。 这 一 类 基 因 与 蛋 白 质 合 成 密 切 相 关 ， 而 且 都 是 多 拷 贝 ， 因 此 这 类 基 因 即遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析5使 少 数 拷 贝 发 生 变 化 ， 一 般 也 不 会 带 来 严 重 后 果 。3

14、、 启 动 子 （ promotor） 与 操 纵 基 因 （ operator）启 动 基 因 是 转 录 时 RNA 聚 合 酶 结 合 位 点 。 操 纵 基 因 是 调 节 基 因 的 产 物 阻 遏 蛋 白 质 或激 活 蛋 白 质 与 DNA 结 合 的 部 位 ， 是 调 节 蛋 白 的 作 用 位 点 。 这 两 种 基 因 既 不 转 录 ， 也 不 转译 ， 确 切 说 ， 它 们 不 能 称 为 基 因 。三 、 基 因 与 DNA第 二 节 基 因 的 可 分 性一 、 拟 等 位 基 因 和 顺 反 位 置 效 应在 黑 腹 果 蝇 的 研 究 中 ， 已 知 果 蝇

15、 红 眼 是 由 一 个 显 性 基 因 控 制 的 ， 位 于 X 染 色 体 1.5CM的 位 置 上 ， 果 蝇 的 眼 睛 还 有 许 多 其 他 的 颜 色 ， 如 粉 红 色 、 杏 色 、 伊 红 、 象 牙 色 和 白 色 等 突变 型 。 早 期 研 究 认 为 控 制 这 些 眼 睛 颜 色 性 状 的 基 因 都 是 等 位 的 ， 它 们 之 间 的 关 系 是 复 等 位关 系 。 这 里 用 “+”代 表 野 生 型 红 色 眼 基 因 ， wa 代 表 杏 色 眼 基 因 ， w 代 表 白 色 眼 基 因 ， 那 么当 杏 色 眼 （ wa /wa） 与 白 眼

16、 （ w/Y） 果 蝇 杂 交 时 ， F1 为 杏 色 眼 ， 如 果 wa 与 w 是 等 位 基 因 的话 ， F2 应 该 只 有 两 种 亲 本 表 型 ， 但 是 在 大 量 F2 群 体 中 约 有 1/1000 野 生 型 红 眼 果 蝇 出 现 ，这 红 眼 的 出 现 显 然 不 是 突 变 的 结 果 ， 因 为 突 变 没 有 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 相 同 ， 即 位 于 同 一 基 因 座 ， 但 属 于 不 同位 点 ， 因 而 它 们

17、 之 间 可 以 发 生 交 换 。 如 杏 色 眼 wa+/wa+白 眼 +w/Y， F1 杏 色 眼 wa+/+w 创和 wa+/Y， F1 雌 蝇 减 数 分 裂 时 发 生 交 换 形 成 +与 waw 配 子 ， 而 +配 子 与 任 何 其 他 种 配 子 结合 所 形 成 的 几 个 体 均 表 现 为 野 生 型 红 眼 果 蝇 ， 因 而 F2 群 体 中 出 现 野 生 型 个 体 。 进 一 步 对 杏色 眼 wa+/+w“与 野 生 型 +/waw 两 种 个 体 进 行 比 较 ， 它 们 的 基 因 组 成 一 样 ， 只 是 排 列 不 同 ，前 者 两 个 突

18、变 分 别 在 两 条 染 色 体 上 ， 称 为 反 式 (trans)排 列 ， 后 者 则 是 两 个 突 变 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)排 列 ， 但 反 式 排 列 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 称 为 顺 反 位 置 效 应（ cis-trans position effects） ， 并 将 这 种 紧 密 连 锁 的 功 能 性 等 位 基 因 ， 但 不 是 结 构 性

19、 的 等 位 基因 称 为 拟 等 位 基 因 （ pseudoallele） 。 拟 等 位 基 因 的 发 现 也 证 明 基 因 的 可 分 性 。二 、 互 补 测 验1、 原 理遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析6互 补 测 验 是 确 定 突 变 的 功 能 关 系 。 如 r 区 中 有 3000 多 个 突 变 型 ， 它 们 都 有 相 同 的 表型 ， 这 是 由 于 所 有 的 r 突 变 都 导 致 丧 失 为 合 成 大 肠 杆 菌 K（ ） 发 育 所 需 要 的 一 种 或 几 种蛋 白 质 的 能 力 ， 因 此 这 些 突 变 型 对 大 肠 杆 菌 K（

20、 ） 寄 主 细 胞 是 致 死 的 ， 但 可 以 在 大 肠 杆菌 B 菌 株 的 细 胞 中 增 殖 。 这 些 突 变 型 有 相 同 的 表 型 ， 是 否 都 影 响 着 同 一 种 遗 传 功 能 ？ 即 r区 中 这 3000 多 个 突 变 型 是 属 于 一 个 基 因 还 是 属 于 几 个 基 因 ？ 为 了 划 分 这 种 功 能 单 位 界 线 ，必 须 进 行 互 补 测 验 ， 即 余 不 同 的 r 突 变 型 成 对 组 合 同 时 去 感 染 大 肠 杆 菌 K（ ） 菌 株 。 如果 被 双 重 感 染 的 细 菌 中 出 生 两 种 亲 代 基 因 型

21、 的 子 代 噬 菌 体 （ 也 有 少 量 重 组 型 的 噬 菌 体 ）， 那么 就 必 然 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 （ complementation） 。 如 果 双 重 感 染 的 细 菌 不 出 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 。2、 方 法 斑 点 测 试 法用 一 种 r 突 变 型 以 0.1 的 感 染 比 （ 噬 菌 体 1/细 菌 10） 去 感 染 大 肠 杆 菌 K（ ）

22、菌 株 。噬 菌 体 和 细 菌 在 温 热 的 琼 脂 中 混 合 ， 涂 布 在 营 养 平 板 上 ， 琼 脂 凝 固 后 ， 在 平 板 上 所 划 出 的一 定 位 置 上 再 加 一 滴 含 有 另 一 种 r 突 变 型 的 培 养 基 ， 在 这 一 滴 培 养 基 的 范 围 内 ， 一 些 细 菌就 会 被 两 种 噬 菌 体 所 感 染 。 如 在 这 范 围 内 形 成 噬 菌 斑 ， 就 证 明 这 两 种 突 变 型 互 补 ， 相 反 就不 能 互 补 。 在 一 个 培 养 皿 平 板 上 可 做 68 个 斑 点 试 验 。互 补 测 验 的 结 果 发 现

23、， 除 了 一 些 缺 失 突 变 型 外 ， 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 位 点 都 在 r 区 的 一 头 ， 是 一 个 独 立 的 功 能 单 位 ； 所 有 r B突 变 型 的 突 变 位 点 均 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 属 于 r B 的 突 变 之 间 也 不 能 互 补 ， 只 有 r A 的 突 变 和 r B 的 突 变 之间 可 以 互 补 ， 既 双 重 感 染

24、大 肠 杆 菌 后 出 生 子 代 。 说 明 r A 和 r B 是 两 个 3 了 的 功 能 单 位 ，分 别 具 有 不 同 的 功 能 ， 但 又 可 以 互 补 的 ， 要 在 大 肠 杆 菌 中 增 殖 ， 这 两 种 功 能 缺 一 不 可 。 因此 可 见 ， r 是 由 于 这 两 种 遗 传 功 能 丧 失 而 形 成 的 。三 、 顺 反 子Benzer 的 互 补 测 验 中 所 用 的 两 个 突 变 型 ， 如 果 分 别 位 于 两 条 染 色 体 上 ， 这 种 组 合 方 式称 温 反 式 排 列 ， 如 果 两 个 突 变 同 时 位 于 一 条 染 色

25、体 上 ， 则 称 为 顺 式 排 列 。 Benzer 就 是 用 这种 反 式 构 型 检 验 突 变 之 间 的 关 系 。 在 互 补 测 验 中 ， 两 个 隐 性 突 变 如 表 现 出 互 补 效 应 ， 则 证明 这 两 个 突 变 型 分 别 属 于 不 同 基 因 ； 如 不 能 表 现 出 互 补 ， 则 证 明 这 两 个 突 变 型 是 在 同 一 基因 内 。 顺 式 排 列 只 是 作 为 对 照 ， 因 为 在 顺 式 排 列 中 ， 不 论 是 两 个 基 因 的 突 变 ， 还 是 同 一 基遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析7因 内 两 个 位 点 的

26、 突 变 ， 在 被 测 验 中 均 表 现 出 互 补 效 应 。 即 不 同 基 因 间 的 突 变 型 在 互 补 测 验中 不 论 是 顺 式 排 列 还 是 反 式 排 列 均 表 现 出 互 补 效 应 ； 但 如 果 是 属 于 同 一 基 因 的 不 同 位 点 的突 变 ， 则 顺 式 构 型 表 现 互 补 ， 反 式 互 补 则 不 能 互 补 。 这 显 然 说 明 基 因 是 一 个 独 立 的 功 能 单位 ： 在 顺 式 排 列 里 两 个 突 变 位 点 集 中 在 一 个 功 能 单 位 时 ， 另 一 等 位 基 因 的 功 能 则 是 完 全 正常 的 ，

27、 所 以 表 现 互 补 ； 在 反 式 排 列 中 两 个 等 位 基 因 各 有 一 个 位 点 发 生 突 变 ， 都 丧 失 其 功 能 ，所 以 不 能 互 补 。 Benzer 就 将 这 样 一 个 不 同 突 变 之 间 没 有 互 补 的 功 能 区 域 称 为 顺 反 子（ cristron） 。 一 个 顺 反 子 就 是 一 个 功 能 水 平 上 的 基 因 。 因 此 现 在 常 用 顺 反 子 作 为 基 因 的 同义 词 。 如 在 r 区 里 ， r A 是 一 个 顺 反 子 ， r B 也 是 一 个 顺 反 子 。 每 个 顺 反 子 在 染 色 体 上

28、的 区 域 称 为 座 位 ， 而 每 个 基 因 座 中 有 若 干 个 突 变 位 点 ， 它 是 指 一 个 顺 反 子 内 部 能 发 生 突 变的 最 小 的 单 位 。四 、 突 变 子突 变 子 ： 是 指 一 个 顺 反 子 内 部 能 发 生 突 变 的 最 小 单 位 。 最 小 的 突 变 子 只 有 一 对 碱 基 ，本 身 无 独 立 的 功 能 。五 、 重 组 子重 组 子 ： 是 指 重 组 的 最 小 单 位 。 最 小 的 重 组 子 只 有 1 对 碱 基 ， 本 身 无 独 立 的 功 能 。 所以 顺 反 子 既 具 功 能 上 的 完 整 性 ， 又

29、 具 结 构 上 的 可 分 割 性 。第 三 节 基 因 结 构 的 多 样 性一 、 隔 裂 基 因（ 一 ） 断 裂 基 因 （ 在 真 核 生 物 中 普 遍 存 在 ）人 们 原 来 认 为 每 一 个 结 构 基 因 是 一 段 连 续 的 DNA 顺 序 。 1977 年 ， 法 Chambon 等 和 美Berget 报 导 了 基 因 内 部 有 间 隔 顺 序 。 这 种 有 间 隔 顺 序 的 基 因 称 为 断 裂 基 因 （ 间 隔 顺 序 是 不编 码 Pro） 。（ 二 ） 外 显 子 和 内 含 子断 裂 基 因 内 编 码 Pro 的 DNA 区 段 叫 外

30、显 子 。 不 编 码 Pro 的 DNA 区 段 叫 内 含 子 。 一 个断 裂 基 因 在 核 内 转 录 时 ， 内 含 子 和 外 显 子 是 一 起 转 录 的 。 但 在 以 后 的 加 工 过 程 中 内 含 子 转录 的 部 分 被 分 段 切 除 ， 剩 下 的 由 外 显 子 转 录 的 部 分 由 连 接 酶 把 它 们 连 接 成 一 个 完 整 的mRNA 分 子 。遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析8eg 小 鼠 血 红 Pro： 链 的 结 构 基 因 被 A， B 二 个 内 含 子 分 隔 成 三 个 外 显 子 ： A 含 116bp， B 含 646

31、bp。 断 裂 基 因 在 真 核 生 物 中 普 遍 存 在 的 。二 、 重 叠 基 因1977 年 ， 英 分 子 生 物 学 家 Sanger 等 人 发 表 了 第 一 个 完 整 的 phage DNA 核 苷 酸 顺 序 图 。即 “ 174phage DNA 碱 基 顺 序 图 。 从 图 可 看 出 ， 基 因 E 完 全 含 在 D 之 中 。 这 种 同 时编 码 内 部 两 种 Pro 的 DNA 片 段 ， 称 为 重 叠 基 因 。 此 后 ， 在 其 它 病 毒 （ eg ： phage G4 和 动物 病 毒 SV40） 中 也 发 现 重 叠 基 因 。 看

32、来 这 种 现 象 至 少 中 病 毒 中 有 一 定 的 代 表 性 。第 四 节 基 因 的 功 能基 因 是 一 个 独 立 的 功 能 单 位 ， 可 控 制 生 物 的 性 状 ， 基 因 又 是 如 何 实 现 这 种 功 能 ？一 、 Garrod 的 先 天 性 代 谢 缺 陷 （ 黑 尿 病 ）在 20 世 纪 初 ， 英 国 医 生 A.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 ， 由 常 染 色 体 上 的 隐 性 基 因 决 定 。 隐 性 基 因 不 能 形 成 苯 丙 氨 酸 羟 化 酶 ， 而

33、不 能 把 体内 多 余 的 苯 丙 氨 酸 转 变 成 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 能 从 尿 液 中 排 出 ， 可 通过 尿 液 检 查 而 确 诊 ， 所 以 称 为 苯 丙 酮 尿 症 。 另 一 个 隐 性 突 变 引 起 的 代 谢 缺 陷 是 不 能 把 酪 氨酸 转 变 成 黑 色 素 ， 因 此 患 者 肤 色 、 发 色 比 正 常 人 浅 得 多 。 于 是 Garrod 认

34、 为 这 些 代 谢 缺 陷 疾病 是 由 于 缺 少 某 些 酶 。 因 此 他 第 一 个 提 出 基 因 和 酶 之 间 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1941 年 ， Beadle 和 Tatam 以 链 孢 霉 为 材 料 进 行 实 验 。 根 据 实 验 结 果 ， 提 出 一 个 基 因 一种 酶 假 说 。 由 此 在 1958 年 获 得 诺 贝 尔 奖 。链 孢 霉 三 种 精 氨 酸 缺 陷 型 的 反 应 ：突 变 型 所 需 AA（ 在 基

35、 本 培 养 基 上 ）1 精 AA， 瓜 AA 或 鸟 AA2 精 AA 或 瓜 AA3 精 AA遗传学教案第四章基因精细结构的遗传分析9精 氨 酸 的 代 谢 过 程 ： 前 体 鸟 AA 瓜 AA 精 氨 酸基 因 ： arg1 arg2 arg3突 变 型 1： 由 于 genearg1 突 变 而 不 能 形 成 有 活 性 的 酶 1， 第 反 应 受 阻 ， 而 酶 2、 酶 3 都正 常 ， 所 以 加 精 AA 或 瓜 AA 或 鸟 AA 均 可 正 常 生 长 。突 变 型 2： 由 于 genearg2 突 变 而 不 能 形 成 有 活 性 的 酶 2， 第 反 应 受

36、 阻 ， 所 以 加 瓜 AA 或精 AA 都 可 正 常 生 长 。 但 加 鸟 AA 却 不 能 生 长 。突 变 型 3： 由 于 genearg3 突 变 ， 而 不 能 形 成 有 活 性 的 酶 3， 第 反 应 受 阻 ， 所 以 只 有 加 精AA 才 能 生 长 。根 据 他 们 提 出 了 一 个 基 因 一 种 酶 假 说 。 由 于 确 认 基 因 是 通 过 控 制 酶 的 合 成 而 控 制 某 一 生 化反 应 过 程 ， 而 达 到 控 制 生 物 性 状 。 因 为 酶 是 一 种 蛋 白 质 ， 而 蛋 白 质 不 一 定 是 酶 。 如 血 红 蛋白 是

37、运 载 蛋 白 。 故 假 说 修 改 为 “一 个 基 因 一 个 蛋 白 质 ”。 又 因 为 有 的 蛋 白 质 由 多 条 不 同 的 肽链 组 成 。 不 同 的 肽 链 由 不 同 的 基 因 编 码 。 eg : 成 人 的 血 红 蛋 白 质 （ 2 2） 。 所 以 假 说 就 修改 为 “一 个 基 因 一 条 多 肽 链 ”。 这 里 是 指 结 构 基 因 。 如 操 纵 基 因 ， rDNA、 tDNA 不 能 形 成 肽链 ， 但 也 是 基 因 。三 、 一 个 结 构 基 因 一 条 肽 链 的 证 据 镰 形 细 胞 贫 血 症 ， 这 是 由 隐 性 基 因

38、 Hbs 引 起 。 正 常 HbAHbA： 红 血 球 内 含 血 红 蛋 白A（ HbA） 。 细 胞 为 扁 盘 状 。 患 者 HbsHbs ： 红 血 球 内 含 异 常 血 红 蛋 白 S（ Hbs ） 。 低 氧 压 下红 血 球 为 镰 刀 形 。 造 成 渐 进 性 ， 溶 血 性 贫 血 ， 早 期 死 亡 。 经 研 究 分 析 ：HbA： 由 4 条 多 肽 链 组 成 2 2。 ： 141 氨 基 酸 ， ： 146 氨 基 酸 。HbS： 也 由 4 条 多 肽 链 组 成 2 2， ： 141 氨 基 酸 ， ： 146 氨 基 酸 。两 者 的 链 是 相 同 的 ， 链 是 不 同 的 。1 2 3 4 5 6 HbA： Val His Leu Thr Pro Glu（ 谷 ） HbS： Val His Leu Thr Pro Val（ 缬 ） 所 以 ， HbA 和 HbS 这 对 等 位 基 因 的 差 别 导 致 由 该 基 因 所 控 制 多 肽 链 （ ） 上 一 个 氨 基 酸 的差 别 ， 进 而 使 相 应 的 蛋 白 质 （ HbA 与 Hbs） 的 性 质 结 构 和 功 能 的 差 别 ， 最 后 表 现 出 不 同 的性 状 。