现代遗传学6.基因的概念和结构
简述基因概念的发展
基因概念的发展
基因概念的发展可以大致分为三个阶段：
经典遗传学阶段：从孟德尔提出遗传因子，到约翰逊命名基因，再到摩尔根将基因定位于染色体上，这一阶段主要是通过遗传实验和逻辑推理来探索基因的存在和作用，但没有揭示基因的物质本质和结构特征。
分子遗传学阶段：从贝德尔和塔特姆提出一基因一酶假说，到艾弗里等人证明DNA 是遗传物质，再到沃森和克里克发现DNA双螺旋结构，这一阶段主要是通过生化分析和物理方法来揭示基因的分子结构和功能机制，建立了基因与蛋白质之间的关系。
现代遗传学阶段：从雅各布和莫诺德提出乳糖操纵子模型，到人类基因组计划完成，再到表观遗传学和系统遗传学的兴起，这一阶段主要是通过高通量技术和生物信息学来研究基因的表达调控和网络互作，揭示了基因在不同层次上的复杂性和多样性。
以上就是基因概念的发展过程。
2024年度-医学遗传学理论教案
实例
唐氏综合4
医学遗传学应用与实践
15
临床遗传学服务
01
遗传病诊断
通过基因测序、基因突变筛查等 技术手段，对遗传病患者进行精 确诊断。
遗传病治疗
02
03
遗传病预防
根据遗传病类型和患者具体情况 ，制定个性化治疗方案，如基因 治疗、药物治疗等。
通过遗传咨询、婚前检查、孕期 筛查等手段，降低遗传病发病率 ，提高人口素质。
鼓励学生提问和发表观点，通 过讨论深化对知识点的理解。
实验操作
安排相关实验，让学生亲手操 作，加深对理论知识的理解和
掌握。
6
02
遗传学基本概念与原理
7
遗传物质基础
DNA的结构与功能
DNA双螺旋结构、碱基互补配对原则、DNA的复制与转录等。
基因的概念与结构
基因的定义、基因的结构（编码区与非编码区）、基因的表达与 调控等。
22
06
课程总结与展望
23
课程总结
01
02
03
04
05
医学遗传学基本 概念
遗传的分子基础
单基因遗传病
多基因遗传病
群体遗传学
介绍了遗传物质、基因、 DNA、RNA和蛋白质等基 本概念，以及它们在医学 遗传学中的意义。
详细阐述了DNA复制、 RNA转录和蛋白质翻译等 分子生物学过程，以及基 因突变、基因重组和基因 表达的调控等遗传现象。
18
05
现代医学遗传学进展与挑战
19
基因诊断技术与应用
基因诊断技术
包括基因突变筛查、单基因遗传病诊断、基因组 测序等。
应用领域
应用于临床医学、生物医学研究、药物研发等领 域。
遗传学名词解释
名词解释1.Genetics（遗传学）：研究生物体遗传与变异规律的科学。
现代遗传学是研究基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的科学，亦称为基因学。
2.Chromatin（染色质）：是在间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的(线性复合结构)，易被碱性染料着色的一种无定形物质,是间期细胞遗传物质存在的形式。
3.Chromosome（染色体）：是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而形成的，具有固定形态的遗传物质的存在形式。
4.Constitutive heterochromatin（组成性异染色质）：通常所指的异染色质，是一种永久性的异染色质，在染色体上的位子较恒定，在间期细胞核中仍保持螺旋化状态，染色很深。
5.※facultative heterochromatin（兼性异染色质）：在一定的细胞类型或一定的发育阶段呈现凝集状态的异染色质。
6.※lampbrush chromosome（灯刷染色体）：是未成熟的卵母细胞进行第一次减数分裂停留在双线期（可持续数月）的染色体。
7.※cell cycle（细胞周期）：细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，这段时间称为细胞周期。
8.※Mitosis（有丝分裂）：没有明显界限的细胞分裂的连续过程，可分为前期中期后期末期。
9.※Meiosis（减数分裂）：性母细胞成熟时配子形成过程中发生的一种特殊有丝分裂，使体细胞染色体数目减半。
10.Character（性状）：生物体的形态特征、生理生化特征的总称。
11.unit character（单位性状）：每一个可以具体区分的性状。
12.contrasion character（相对性状）：同一单位性状在不同个体间所表现出来的相对差异。
13.等位基因（allele）:位于同源染色体上相同座位上,控制相对性状的一对基因。
14.基因型（genotype） : 生物个体或细胞遗传物质的组成,决定生物体一系列发育性状的可能性。
遗传学名词解释
名词解释1.Genetics（遗传学）：研究生物体遗传与变异规律的科学。
现代遗传学是研究基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的科学，亦称为基因学。
2.Chromatin（染色质）：是在间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的(线性复合结构)，易被碱性染料着色的一种无定形物质,是间期细胞遗传物质存在的形式。
3.Chromosome（染色体）：是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而形成的，具有固定形态的遗传物质的存在形式。
4.Constitutive heterochromatin（组成性异染色质）：通常所指的异染色质，是一种永久性的异染色质，在染色体上的位子较恒定，在间期细胞核中仍保持螺旋化状态，染色很深。
5.※facultative heterochromatin（兼性异染色质）：在一定的细胞类型或一定的发育阶段呈现凝集状态的异染色质。
6.※lampbrush chromosome（灯刷染色体）：是未成熟的卵母细胞进行第一次减数分裂停留在双线期（可持续数月）的染色体。
7.※cell cycle（细胞周期）：细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，这段时间称为细胞周期。
8.※Mitosis（有丝分裂）：没有明显界限的细胞分裂的连续过程，可分为前期中期后期末期。
9.※Meiosis（减数分裂）：性母细胞成熟时配子形成过程中发生的一种特殊有丝分裂，使体细胞染色体数目减半。
10.Character（性状）：生物体的形态特征、生理生化特征的总称。
11.unit character（单位性状）：每一个可以具体区分的性状。
12.contrasion character（相对性状）：同一单位性状在不同个体间所表现出来的相对差异。
13.等位基因（allele）:位于同源染色体上相同座位上,控制相对性状的一对基因。
14.基因型（genotype） : 生物个体或细胞遗传物质的组成,决定生物体一系列发育性状的可能性。
基因概念之演变
基因概念之演变基因（gene）是遗传学家约翰逊（W．Johannsen）在1909年提出来的。
他用基因这一名词来表示遗传的独立单位，相当于孟德尔在豌豆试验中提出的遗传因子。
在遗传学发展的早期阶段，基因仅仅是1个逻辑推理的概念，而不是一种已经证实了的物质和结构。
由于科学研究水平的不断提高，从浅入深，由宏观到微观，基因的概念也在不断的修正和发展。
从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：孟德尔的遗传因子阶段；摩尔根的基因阶段；顺反子阶段和现代基因阶段。
一、孟德尔的遗传因子阶段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。
孟德尔在阐明遗传因子在世代中传递规律时，就已经认识到了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。
二、摩尔根的基因阶段1909年，丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因”这一术语，用来表达孟德尔的遗传因子，但还只是提出了遗传因子的符号，没有提出基因的物质概念。
摩尔根对果蝇的研究结果表明，1条染色体上有很多基因，一些性状的遗传行为之所以不符合孟德尔的独立分配定律，就是因为代表这些性状的基因位于同一条染色体上，彼此连锁而不易分离。
这样，代表特定性状的特定基因与某一条特定染色体上的特定位置联系起来。
基因不再是抽象的符号，而是在染色体上占有一定空间的实体，从而赋予基因以物质的内涵。
三、顺反子阶段早期的基因概念是把基因作为决定性状的最小单位、突变的最小单位和重组的最小单位，后来，这种“三位一体”的概念不断受到新发现的挑战。
基因概念的发展与认识
基因概念的发展与认识摘要：基因作为遗传学中的核心概念，其每一步发展都意味着遗传学的一次革命和突破。
随着对基因的不断的探索和研究，对基因的认识也不断加深，人们也更多的利用对基因的认识，来实践我们的生活之中，推动科学的不断发展。
关键词：基因概念发展认识正文：一、基因的发展史：在遗传学发展的早期，基因仅仅是一个逻辑推理的概念。
随着科学水平的提高。
基因的概念也不断的修正和发展。
基因的发展历程大致可分为以下几个阶段：1、经典遗传学阶段1．1孟德尔的遗传因子阶段①遗传学奠基人孟德尔，通过八年的豌豆杂交实验，利用花色等几种相对性状，于1866年发表了著名的《植物杂交试验》的论文。
文中指出，生物每一个性状都是通过遗传因子来传递的，遗传因子是一些独立的遗传单位。
这样遗传因子作为基因的雏形概念诞生了。
但此时并不知道基因的物质概念。
②1903年美国学者萨顿和鲍维里两人注意到在杂交试验中遗传因子的行为与减数分裂和受精中染色体的行为非常吻合，他们推论出“遗传因子”就在染色体上。
1.2基因术语的提出①1909年丹麦遗传学家约翰逊在《精密遗传学原理》一书中提出“基因”概念，以此来替代孟德尔假定的“遗传因子”。
从此，“基因”一词一直伴随着遗传学发展至今。
1.3摩尔根等对基因的研究①通过摩尔根和他的学生们利用果蝇作了大量研究。
于1926年出版了巨著《基因论》，从而建立了著名的基因学说，首次完成了当时最新的基因概念的描述，即基因以直线形式排列，它决定着一个特定的性状，而且能发生突变并随着染色体同源节段的互换而交换，它不仅是决定性状的功能单位，而且是一个突变单位和交换单位.。
“三位一体学说”②1941年，比德尔和塔特姆提出一个基因一个酶学说，证明基因通过它所控制的酶决定着代谢中生化反应步骤，进而决定生物性状。
因此经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。
具体指：①基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。
2024版朱玉贤现代分子生物学第四版
朱玉贤现代分子生物学第四版•绪论•基因与基因组•DNA复制与修复•转录与转录后加工•蛋白质翻译与翻译后加工•基因表达的调控•基因工程与基因组学01绪论分子生物学的定义与发展分子生物学的定义分子生物学是研究生物大分子，特别是蛋白质和核酸的结构、功能及其相互作用的一门科学。
分子生物学的发展自20世纪50年代以来，随着DNA双螺旋结构的发现、遗传密码的破译、基因工程技术的建立等，分子生物学得到了迅速的发展，并在医学、农业、工业等领域产生了广泛的应用。
基因与基因组的结构与功能研究基因的结构、表达调控及其在生物体发育和进化中的作用。
DNA复制、转录与翻译的过程与调控研究DNA的复制、转录和翻译等过程及其调控机制，揭示生物体遗传信息传递的规律。
蛋白质的结构与功能研究蛋白质的结构、功能及其与生物体代谢和生理功能的关系。
基因表达的调控研究基因表达的时空特异性及其调控机制，揭示生物体发育和适应环境的分子基础。
包括DNA 重组技术、基因克隆技术、核酸序列分析技术等，用于研究基因的结构和功能。
分子生物学实验技术生物信息学方法细胞生物学和遗传学方法结构生物学方法利用计算机科学和数学的方法对生物大分子数据进行处理和分析，揭示生物大分子的结构和功能。
通过细胞培养和遗传学手段研究基因在细胞和组织中的表达和功能。
利用X 射线晶体学、核磁共振等技术解析生物大分子的三维结构，揭示其结构与功能的关系。
02基因与基因组基因的概念与结构基因是遗传信息的基本单位，控制生物性状的基本因子。
基因的结构包括编码区和非编码区，编码区又可分为外显子和内含子。
基因通过DNA序列的特异性来实现其遗传信息的传递和表达。
基因组的组成与特点基因组是一个生物体所有基因的总和，包括核基因组和细胞器基因组。
基因组具有高度的复杂性和多样性，不同生物体的基因组大小和基因数量差异巨大。
基因组中存在着大量的重复序列和非编码序列，这些序列在生物进化、基因表达和调控等方面发挥着重要作用。
基因的表达
中心法则
转录
翻译
DNA
RNA
蛋白质
逆转录
附注：只有在极少数的病毒中，才有逆转录的过程
中心法则的5个过程全都运用了碱基互补配对原则
基因 基因对性状的控制
酶
DNA聚合酶等
RNA聚合酶等
特定的酶等
能量 原则 特点 产物
ATP
A-T、G-C
半保留复制 边解旋边复制 2个子代DNA分子
ATP A-U、T-A G-C ，C-G 边解旋边转录
1个信使RNA
ATP
mRNA与tRNA配对 A-U, G-C
多个特定氨基酸顺 序的蛋白质
DNA的碱基数、mRNA的碱基数、蛋白质中氨基 酸数三者之家有何数量关系？
转录时也要解旋， 但只解有遗传效应的部分。 并按照碱基互补配对原则， 合成mRNA
解螺旋 互补配对 合成mRNA 释放mRNA
……A－T－T－C－A－G－A－T－G…a…链 DNA ……T－A－A－G－T－C－T－A－C…b…链
……A－U－U－C－A－G－A－U－ G……
假设以b链为模板，则转录出的RNA碱基排列为？
酸的DNA上的碱基是 CGT 。
2、第二个氨基酸密码子是 UGC
，
3、 A 链为转录的模板链，遗传密码子存
在于 C 链上。
三、中心法则的提出及发展 1.提出人： 克里克。 2.完善的中心法则内容（用简式表示）
3.最初提出的内容包括 DNA复制、转录和翻译 ，补充 完善的内容为RNA复制和 逆转录。
（4）在真核细胞中，a和b两个过程发生的主要场所 是 细胞核 。
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二、基因概念的发展
初期的基因概念:
最初由孟德尔的杂交试验提出“遗传因子” （1900年W.Johanson丹麦)首先使用，后来， 称为基因，此时为一逻辑推理产物，是一种与 生物状状相应的符号，无实质内容。
基因与染色体的关系
摩尔根(Morgan)通过对果绳各种突变体的研究， 阐明了连锁交换规律和伴性遗传，并进一步推 理出基因在染色体上呈直线排列，因此基因是 一种化学实体，并决定性状。通过对各种遗传 性状的研究。认为基因是决定遗传性状的功能 单位是实变和重组的最小单位。
Rh血型的新生儿溶血症
Rh阳性血型的红细胞带有Rh抗原，无抗体。 Rh阴性血型的红细胞没有Rh抗原，有抗体 Rh阴性血型的母亲怀有Rh阳性血型的胎儿，在母 亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的抗体进入新 生儿血液中，与婴儿的抗原产生免疫反应，造成婴儿 溶血。
Rh血型的遗传机制
Rh抗原受控与3个紧密连锁的基因座： Cc ； Dd； Ee。以单倍型方式传递。 当D基因存在时，为Rh阳性。d基因没有相应的抗原，是 Rh阴性血型。 单倍型：一条染色体上的基因组成。 CDE；CDe；CdE；Cde; cDE；cDe; cdE; cde;
ABO血型系统的抗原与抗体
A血型
B血型 AB血型 O血型 A抗原 ＋ － ＋ － A抗体 － ＋ － ＋ B抗原 － ＋ ＋ － B抗体 ＋ － － ＋
ABO血型系统遗传方式
I A ; IB ; i ;
A血型： B血型： AB血型： O血型：
这些基因编码特定的红细胞抗原
IA I A ; IAi I BIB ; IBi IAIB ii
一个2倍体的正常细胞最多只能有复等位基因中 的2个。 2个等位基因，可以组成3种基因型 3个等位基因，可以组成6种基因型 4个等位基因，可以组成10种基因型 n个等位基因，可以组成 n + n(n-1)/2种基 因型。 其中纯合体为n 个 , 杂合体为n(n-1)/2个。
血液成分
抗凝离心处理： 上层成分： 血浆，抗体，蛋白质 中层成分： 白细胞，血小板 下层成分： 红细胞 不抗凝处理 上层成分： 血清，抗体，无纤维蛋白原 下层成分： 红细胞，白细胞，血小板
ABO血型系统遗传方式
前体 H物质 Ａ抗原 B抗原 无抗原
双亲血型基因型： HhAo
子女血型基因型：
X
HhBo
X HHAA
hhBo
HhAB
ABO血型系统遗传方式
特例： 临床中发现有一位病人在验血中确 定为B血型，在接受O型血的输血后，引起凝 血反应。 在对供血者血液重新检测时发现，其血细胞在 与抗A血清反应时，初时无反应，2个小时后 呈凝集反应。所以确定供血者为A型，而不是 O型。
Rh血型的遗传机制
恒河猴红细胞（Rhesus monkeys抗原） 兔抗猴血清 检测人红细胞。 85％ 产生凝集反应 15％ 无凝集反应 定名恒河猴红细胞抗原为Rh抗原。 免疫家兔
1952年Murray发现动物的Rh抗血清与人类的Rh抗原不反应， 提出动物与人的抗原是两种不同抗原。 1963年定名： 人类为Rh抗原， 动物为LW抗原
7.新的发现——断裂基因，重叠基因，跳跃基因
比较DNA序列和成熟mRNA——内含子和外显子
①基因是实体，它的物质基础是DNA（或RNA）； ②基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核苷酸
序列； ③基因是遗传能（基因的产物）基因可分为 编码蛋白质的基因（结构基因+调节基因） 无翻译产物的基因（如rDNA ，tDNA ，SnDNA ） 不转录的DNA区段（如启动子，操纵基因等）
Rh血型的遗传机制
例题：具有CcDEe抗原的个体，可能由哪些基因型组 成？ CDE/cDe; CDe/cDE; CdE/cDe; CDE/cde; CDe/cdE; ( ? )
Rh血型的遗传机制
复合抗原： ce复合抗原；CE复合抗原； cE复合抗原……. 当ce 基因在一个单倍型上时，会出现ce复合抗原。 其抗体可与CDE/cDe的细胞反应。 如果母亲具有C,D,E抗原，父亲具有c,E,e抗原，子女可 能的表型是什么? 如果子女中有一个具有CcDEe抗原， 怎样推测他的单倍型和基因型？ CDE/CdE (CDE/CDE) X cdE/cde
A基因座的多态
A1 A2 A血型的基因型： A 1A 1 ; A 2A 2 ; A 1A 2 ; A 1O ; A 2O
杂合子基因的衰退作用
A： 80万 B： 75万 AB： 各42万
血型的表型改变 病人 住院时检测为B血型－－－出院以后为O型。 消化道E.coli K 12 感染，产生类B抗原物质。
基因的分子生物学定义
基因是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必 需的全部核苷序列。 包含：编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，转 录所必须的调控序列，编码区上游区域的非编 码序列，内含子，编码区下游区域的非编码序 列。
基因的不连续性
在1977年以前，都认为基因是一种为蛋白质或多肽编码的连续的核苷 酸序列，因为当时对基因各种精细结构的研究都是从原核生物开始的， 而在原核基因中很少有基因是间断的。后来在对真核生物基因进行研究 时经常发现，真核基因比其相应的mRNA长得多，开始也未认为真核基 因是间断的，因为真核基因在表达方面存在明显的时空特异性，因此认 为基因的一端或两端存在一些不转录的序列，但对基因表达的调节具有 重要作用的序列。但从核RNA（hnRNA）和mRNA的大小进行比较发现， 核RNA比相应的mRNA长，而与真核基因的大小相似，因此有一部分序 列在初始转录中存在，而在mRNA从 核转运到胞质之前被除去了，也即 是说真核基因中存在着一些可能被转录但不为蛋白质或多肽编码的序 列——真核基因是间断。随着对真核基因的深入研究，现已发现，绝大 多数真核基因都是间断的，包括外显子(exon)和内含子(intron)两个大的 部分。
血型遗传学
1667年 法国 Denys首次把羊血输给病人。 1818年 英国 Blundell首次人之间输。 1900年 奥地利 Landsteiner发现了ABO血型系统 1926年奥地利 Landsteiner发现了MN血型系统 1927年奥地利 Landsteiner发现了P血型 1939年奥地利 Landsteiner发现了Rh血型
ABO血型系统遗传分析
Z 前提 z h Se se H（h） H H 孟买型 类孟买型 H A抗原 B抗原 无抗原
A，B抗原 无抗原 无抗原
有一犯罪嫌疑人在犯罪现场留下的唾液鉴 定血型是O型，但是在重点检查某一嫌疑人时， 检测出该人的血型是B型，在其它举证都确凿 的情况下，已经确认该人是犯罪人，为什么会 出现体液与血液血型不一致的现象？
ABO血型的异常遗传现象
有一AB血型男子与O血型女子结婚，生了一 个O型孩子，分析其原因。 CIS AB 9q34同源染色体不等交换。
ABO血型的新生儿溶血症
O血型的母亲怀有A，B，AB型血型的胎儿， 在母亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的 抗体进入新生儿血液中，与婴儿的抗原产生免 疫反应，造成婴儿溶血。
第二节 复等位基因（multiple alleles）
复等位基因: 一个群体中，一对同源染色体的同一基 因座上存在着2个以上的等位基因，这就是复等位基 因（multiple gene)。 复等位基因是生物遗传多态性在遗传上的直接原因。
几个概念
野生型：自然界中常见的基因型和表型 非等位基因之间的相互作用 互补基因、抑制基因、上位效应（书37页）
基因的本质——DNA
1944年，O.T. Avery等通过肺炎球菌的转 化实验，证实了基因的本质为DNA, 为DNA上 的功能单位。1953年，J.D.Watson, F.H. Crick根据对DNA化学的研究，提出DNA结构 的右手双螺旋模型。
顺反子概念的提出
1955年，S.Benzer通过对T4噬菌体精细结构的研究提出了顺反子 (Cistron)，突变子（muton）和重组子（recon）的概念。 顺反子：为一种多肽链编码的核苷酸序列,是一个功能单位。 经进一步研究证明，突变子和重组子均为一核苷酸对。 顺反子学说否定了一个基因一个酶的假说，因而也否定了基因是决 定遗传性状的功能单位，突变和重组的最小单位等概念，从基因的 产物来看，基因概念经历了从性状——酶——多肽链的发展过程。
第六章 基因的概念和结构
复等位基因（multiple alleles） 顺反子（cistron） 超基因（super gene） 假基因 (pseudo gene) 可动基因( mobile gene) 染色体外基因
第一节 基因的概念与发展
一、发展历程
1.1865年 Mendel——遗传因子 2.1909年 丹麦Johanssen——基因 3.1910年—40年代 Morgan等认为基因是三合一体，即基因既是一个功 能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。
4.1944年Avery首次证实基因是由DNA构成， 及1953年DNA双螺旋模型的提出，人们认为 基因是具有一定遗传效应的DNA片段。 5.1955年，Benzer通过顺反互补实验发现一个 基因内部的许多位点上可以发生突变，并且可 能在这些位点间发生交换，说明一个基因并不 是一个突变单位和一个交换单位。
Rh血型的遗传机制
表型为 Rh阴性的母亲与Rh阴性的父亲生有一女和一子。女儿为Rh阴性， 抗原与父亲相同为c,e,儿子是Rh阳性，抗原是C,D,e, 分析其遗传机制。 母亲 CDe/cde 父亲cde /cde 女儿 cde/cde 儿子CDe/cde X1 前体 D 有Rh 抗原 X0 无前体 X0 X1 X0 X0 D 无 Rh 抗原
6.操纵子的发现修正了有一个基因就有一条多肽或决定