生物化學與分子生物學第三篇遺傳信息的傳遞真核

與

組DNA的生物DNA的損傷和修復RNA的生物蛋白質(zhì)的生物表達調(diào)控細胞信號轉(zhuǎn)導本篇重點學習內(nèi)容中心法則

(The

Central

Dogma)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復制生物體內(nèi)的遺傳信息傳遞遵循中心法則DNA以半保留

的方式將親代細胞的遺傳物質(zhì)高度忠實地傳遞給子代。以DNA為模板轉(zhuǎn)錄生成的mRNA作為信使，其核苷酸序列構(gòu)成的

子在

蛋白質(zhì)

時被翻譯為肽鏈中氨基酸的排列順序。細胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的信息全部來源于DNA序列。真核

與

組EukaryoteGeneandGenome第十三章本章內(nèi)容：真核真核的結(jié)構(gòu)與功能組的結(jié)構(gòu)與功能除了某些以RNA為通常是指

或組的RNA

外，組的一段DNA序列。

包括編碼序列（外顯子）、調(diào)控序列和間隔序列（內(nèi)含子）。（gene）：編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的、負載遺傳信息的基本單位。組（genome）：一個生物體內(nèi)所有遺傳信息的總和。人類

組包含了細胞核

DNA（常和性 ）及線粒體DNA所攜帶的所有遺傳物質(zhì)。真核

的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)The

Structure

and

Function

ofEukaryote

Gene本節(jié)要點：一、真核 的基本結(jié)構(gòu)二、 編碼區(qū)編碼多肽鏈和特定的RNA分子三、調(diào)控序列參與真核 表達調(diào)控的功能利用堿基的不同排列荷載遺傳信息。通過

將遺傳信息穩(wěn)定、忠實地遺傳給子代細胞，在這一過程中為適應環(huán)境變化，可能會發(fā)生

突變。

作為

表達（gene

expression）的模板，使其所攜帶的遺傳信息通過各種RNA和蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)有序

而

來。與

功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)編碼區(qū)序列（coding

region

sequence

）在細胞內(nèi)表達為蛋白質(zhì)或功能RNA的DNA序列非編碼序列（non-coding

sequence）表達需要的調(diào)控區(qū)（regulatory

region）序列，包括啟動子（promoter）、增強子（enhancer）等。單個

的組成結(jié)構(gòu)及一個完整的生物體內(nèi)

的組織排列方式統(tǒng)稱為

組構(gòu)（gene

organization）。一、真核的基本結(jié)構(gòu)編碼蛋白質(zhì)或RNA的編碼序列。非編碼序列，包括編碼區(qū)兩側(cè)的調(diào)控序列和編碼序列間的間隔序列。真核 結(jié)構(gòu)不連續(xù)，為斷裂（split

gene）。真核

結(jié)構(gòu)外顯子（exon）；在

序列中，出現(xiàn)在成熟mRNA分子上的序列。內(nèi)含子（intron）：外顯子之間、與mRNA剪接過程中被刪除部分相對應的間隔序列。真核生物絕大部分編碼蛋白質(zhì)的

都有內(nèi)含子。編碼rRNA和一些tRNA的也都有內(nèi)含子。內(nèi)含子的數(shù)量和大小決定了真核

的大小。不同種屬中，外顯子序列通常比較保守，而內(nèi)含子序列則變異較大。外顯子與內(nèi)含子接頭處有一段高度保守的序列，

這一共有序列是真核中RNA剪接的識別信號。的5端稱之為上游，3端稱為下游序列中開始RNA鏈的第一個核苷酸所對應的堿基記為+1，此堿基上游的序列記為負數(shù)，下游的序列記為正數(shù)。二、

編碼區(qū)編碼多肽鏈和特定的RNA分子編碼區(qū)中的DNA堿基序列決定特定的成熟RNA分子的序列，即DNA的一級結(jié)構(gòu)決定著其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA分子的一級結(jié)構(gòu)。的編碼序列決定其編碼產(chǎn)物的序列和功能。編碼序列中一個堿基的改變或突變，可能使

功能發(fā)生重要的變化。相同的DNA序列因起始位點的變化或不同的剪接方式而編碼不同的蛋白質(zhì)多肽鏈。三、調(diào)控序列參與真核表達調(diào)控的調(diào)控區(qū)（順式作用元件）位于

轉(zhuǎn)錄區(qū)前后，對

表達起調(diào)控作用的區(qū)域，因其是緊鄰的DNA序列，又稱旁側(cè)序列。轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子AATAAA剪接加尾轉(zhuǎn)錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體+1結(jié)構(gòu)啟動子上游啟動子元件啟動子上游調(diào)控元件增強子加尾信號細胞信號反應元件順式作用元件1.啟動子提供轉(zhuǎn)錄起始信號啟動子是DNA分子上能夠介導RNA聚合酶結(jié)合并形成轉(zhuǎn)錄起始復合體的序列。多數(shù)啟動子位于真核細胞啟動子本身通常不被轉(zhuǎn)錄。少數(shù)啟動子（如編碼tRNA轉(zhuǎn)錄起點的上游，的啟動子）位于轉(zhuǎn)錄起始點的下游，這些DNA序列可以被轉(zhuǎn)錄。真核生物有3類啟動子，分別對應于細胞內(nèi)存在的三種不同的RNA聚合酶和相關(guān)蛋白質(zhì)。決定著每一個

在細胞內(nèi)的表達水平。能夠在相對于啟動子的任何方向和位置（上游或者下游）上發(fā)揮這種增強作用，大部分位于上游。增強子序列距離所調(diào)控

距離近者幾十個堿基對，遠的可達幾千個堿基對。通常數(shù)個增強子序列形成一簇。有時增強子序列也可位于內(nèi)含子之中。不同的增強子序列結(jié)合不同的調(diào)節(jié)蛋白。2.

增強子增強鄰近

的轉(zhuǎn)錄增強子是增強真核式作用元件，是真核啟動子工作效率的順中最重要的調(diào)控序列，沉默子（silencer）是抑制

轉(zhuǎn)錄的特定DNA序列，當其結(jié)合一些反式作用因子時對基因的轉(zhuǎn)錄起阻遏作用，使

沉默。3.

沉默子是負調(diào)節(jié)元件真核

組的結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)The

Structure

and

Function

ofEukaryoteGenome本節(jié)要點：組具有獨特的結(jié)構(gòu)組中存在大量重復序列組中存在大量的多與假基一、真核二、真核三、真核因四、線粒體DNA結(jié)構(gòu)有別于

DNA五、人

組中有兩萬多個六、人的

在 上的分布特征組：細胞或生物體的一套完整單倍體遺傳物質(zhì)的總和。一、真核組具有獨特的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：的編碼序列所占比例遠小于非編碼序列。高等真核生物

組

的重復序列，真核

組中存在多

和假

。大多 具有可變剪接，80%的可變剪接會使蛋白質(zhì)的序列發(fā)生改變。

組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成

，于細胞核內(nèi)，除配子細胞外，體細胞的組為二倍體。二、真核組中存在大量重復序列高度重復序列（highly

repetitive

sequence）中度重復序列（modera y

repetitive

sequence）單拷貝序列（single

copy

sequence）或低度重復序列（一）高度重復序列長度約占人DNA（sa主要存在于的著絲粒區(qū)域，重復單位一般由2～10

bp組成，成串排列，在人

組中約占5%～6%。重復頻率可達106以上，不編碼蛋白質(zhì)或RNA。分類：反向重復序列（inverted

repeat

sequence）兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成，重復單位長度約300

bp，多數(shù)散在于

組中，總組的5％。lite

DNA）參與

配對如

DNA成簇樣分布在

著絲粒附近，可能與減數(shù)

時

配對有關(guān)。功能：參與

水平的調(diào)節(jié)存在于DNA

起點區(qū)的附近，是一些蛋白質(zhì)（包括酶）的結(jié)合位點。參與

表達的調(diào)控可以轉(zhuǎn)錄到核內(nèi)不均一RNA分子中，有些反向重復序列可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，有助于穩(wěn)定RNA分子。（二）中度重復序列重復數(shù)十至數(shù)千次,大多數(shù)與單拷貝間隔排列。短分散重復片段平均長度約300

bp～500bp，與長度約為1000

bp的單拷貝序列間隔排列。拷貝數(shù)可達數(shù)十萬。如Alu

、KpnI

、Hinf

。長分散重復片段平均長度為3500

bp～5000bp，與長度約為13000bp的單拷貝序列間隔排列。Alu重復達30~50萬次，每個成員的長度約300

bp。每個單位長度中一個限制性內(nèi)切酶Alu的切點（AG↓CT），將其切成長130bp和170bp的兩段。KpnI僅次于Alu

的第二大

，重復序列中含有限制性內(nèi)切酶KpnⅠ的位點呈散在分布，拷貝數(shù)約為3000～4800個Hinf以319bp長度的串聯(lián)重復存在于人

組中重復序列中含有限制性內(nèi)切酶Hinf

I的位點。rRNA

重復序列屬于中度重復序列各重復單位中的rRNA

都是相同的。rRNA

集中成簇存在，這樣的區(qū)域稱為rDNA區(qū)。人類的rRNA

位于13、14、15、21和22號染色體的核仁組織區(qū)，每個核仁組織區(qū)平均含有50個rRNA5SrRNA的重復單位。似乎全部位于1號，每個單倍體組約有1000個5SrRNA

。在單倍體

組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，大多數(shù)為蛋白質(zhì)編碼的

。（三）單拷貝序列（低度重復序列）三、真核族與假組中存在大量的多家多是指由某一祖先

經(jīng)過重復和變異所產(chǎn)生的一組在結(jié)構(gòu)上相似、功能相關(guān)的

。成簇地分布在某一條用，

某些蛋白質(zhì)。如組蛋白上，同時發(fā)揮作。的不同成員成簇地分布于不同碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)。如球蛋白上，編。DNA序列相似，但功能不一定相關(guān)的若干個單拷貝

或若干組

總稱。假

（psuedogene）組中存在的一段與正常

非常相似但不能表達的DNA序列。以來表示。超（superfamily

gene）四、線粒體DNA結(jié)構(gòu)有別于

DNA線粒體DNA（mitochondrial

DNA，mtDNA）是核外遺傳物質(zhì)，能獨立編碼線粒體中的一些蛋白質(zhì)。mtDNA

的結(jié)構(gòu)為環(huán)狀分子，與原核生物的DNA類似，結(jié)構(gòu)特點也與原核生物相似。人的線粒體組線粒體

組編碼37個

，包括13個編碼呼吸鏈多酶體系的一些多肽的

、22個編碼mt-tRNA的

、2個編碼mt-rRNA（16S和12S）的

。支原體M.genitalium0.58470無流感

桿菌

H.

influrnzae1.831743無枯草芽孢桿菌B.

subtilis4.204100無大腸桿菌E.

coli4.604288無釀酒酵母S.

cerevisiae13.50603416裂殖酵母S.

pombe12.50492916燕麥O.

sativa4663000021果蠅D.

melanogaster165136014秀麗隱桿線蟲C.

elegans97184246小鼠mouse27003000020人H.

sapiens30002500023數(shù)數(shù)*五、人