醫(yī)學(xué)生物學(xué)生命的遺傳和變異基因的結(jié)構(gòu)和功能第1頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第四章生命的遺傳和變異第2頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

第九節(jié)基因的結(jié)構(gòu)和功能

第3頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（一）基因組（Genome)基因組:是指在細(xì)胞或生物體中，一套完整單體的遺傳物質(zhì)的總和。一基因組與基因的一般概念第4頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四合成功能多肽或RNA順序必須的完全核酸順序（通常是DNA順序）。編碼蛋白質(zhì)肽鏈或RNA分子的核酸序列保證轉(zhuǎn)錄所必需的非編碼的調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)上游5’端的啟動(dòng)子非編碼序列內(nèi)含子（intron）位于編碼區(qū)下游3’端的終止子非編碼序列。非編碼區(qū)（包含調(diào)節(jié)基因）（二）基因（Gene）第5頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

第6頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（三）基因組的結(jié)構(gòu)基因組的結(jié)構(gòu):主要指不同DNA功能區(qū)域在DNA分子中的分布和排列情況。絕大多數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)是DNA，個(gè)別生物（主要指RNA病毒）的基因組由RNA組成。第7頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（四）原核生物和真核生物的轉(zhuǎn)錄單位1.細(xì)菌操縱子產(chǎn)生多順反子mRNA操縱子（operon）：在細(xì)菌中，一些功能上相關(guān)的酶的基因常一個(gè)緊接著一個(gè)地串聯(lián)排列，受同一操縱區(qū)控制，這種由多個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其共同的轉(zhuǎn)錄操縱區(qū)組成的單一轉(zhuǎn)錄單位稱為操縱子。順反子（cistron）：編碼一個(gè)多肽的mRNA稱順反子。多順反子（polycistronic）：編碼若干多肽的mRNA被稱為多順反子。2.大多數(shù)真核基因產(chǎn)生單順反子第8頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四二病毒基因組的一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）病毒概述：完整的病毒顆粒包括外殼蛋白和內(nèi)部的基因組DNA或RNA。根據(jù)病毒宿主分：植物病毒、動(dòng)物病毒和細(xì)菌病毒（又稱噬菌體）。根據(jù)基因組的核酸類型分：DNA病毒和RNA病毒。第9頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（二）病毒基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?1.不同病毒基因組大小相差較大。如乙肝病毒（HBV）基因組DNA為3.2kb，編碼4種蛋白，而痘病毒基因組DNA為300kb，編碼幾百種蛋白。?2.病毒基因組可由DNA組成，也可由RNA組成，但每種病毒顆粒只含有一種核酸。病毒基因組的DNA或RNA可能是單鏈的，也可能是雙鏈的，可能是閉合環(huán)狀的，也可能是線性的分子。如фX174基因組DNA為單鏈環(huán)狀DNA，腺病毒基因組為線性雙鏈DNA。第10頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四流感病毒?3.DNA病毒基因組均由連續(xù)的DNA分子組成。多數(shù)RNA病毒基因組也由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但有些則以不連續(xù)的核糖核酸組成。如流感病毒由8條不同的單鏈RNA分子構(gòu)成，均含有編碼蛋白質(zhì)的信息。第11頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四?4.常見基因重疊現(xiàn)象，即同一段DNA可編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子，這種現(xiàn)象在其他生物細(xì)胞中僅見于線粒體DNA和質(zhì)粒DNA中?；蛑丿B可分為以下幾種情況：

（1）一個(gè)基因完全包含在另一個(gè)基因之內(nèi)；（2）部分重疊；（3）兩個(gè)基因只有一個(gè)堿基重疊。第12頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四?5.病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有很小的一部分不編碼蛋白質(zhì)。?6.病毒基因組DNA序列中功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)基因往往叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定的部位，形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，它們可被一起轉(zhuǎn)錄成含有多個(gè)mRNA的分子（稱為多順反子mRNA），后加工成各種蛋白質(zhì)的mRNA模板。第14頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四?7.除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝外，至今發(fā)現(xiàn)的病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。?8.噬菌體的基因都是連續(xù)的，而多數(shù)真核細(xì)胞病毒常含不連續(xù)基因。第15頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四三原核生物染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)1.原核生物的遺傳物質(zhì)以一大團(tuán)或幾大團(tuán)的形式集中在一起，形成類核，占細(xì)胞體積的大約三分之一.（一）原核染色體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Ecoli的類核，細(xì)胞內(nèi)一團(tuán)緊密的組織就是類核2.其質(zhì)量大約80%為DNA，其他的為蛋白質(zhì)和RNA，蛋白質(zhì)對類核具有穩(wěn)定作用。第16頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四3.原核生物的DNA分子量較小，形成閉合環(huán)狀.4.E.coli的類核由支架和向四周伸出的100多個(gè)DNA環(huán)組成。5.支架是RNA和蛋白質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，四周的每個(gè)環(huán)就是一個(gè)獨(dú)立的功能區(qū)。長40Kb，13um。第17頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四Ecoli的類核由支架和向四周伸出的DNA環(huán)組成Ecoli的細(xì)胞被裂解后，類核區(qū)的DNA就會(huì)釋放出去形成環(huán)狀第18頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四6.細(xì)菌的染色體約有75%的DNA編碼基因，余下的25%為基因間DNA（intergenicDNA)。

有一部分基因間DNA具有重要功能，如復(fù)制原點(diǎn)，另一些基因間區(qū)域可能涉及到和DNA包裝蛋白的相互作用。第19頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四1.細(xì)菌染色體基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。（二）原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.基因組中只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。3.具有操縱子結(jié)構(gòu)。第20頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四6.具有編碼同工酶的同基因（isogene）。5.和病毒基因組相似，不編碼的DNA部分所占比例比真核基因組少得多。7.編碼順序一般不會(huì)重疊。4.在大多數(shù)情況下，編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因在細(xì)菌染色體基因組中是單拷貝的，但編碼rRNA的基因往往是多拷貝的，這可能有利于核糖體的快速組裝。第21頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四8.在DNA分子中具有多種功能的識(shí)別區(qū)域，如復(fù)制起始區(qū)、終止區(qū)、轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)等。這些區(qū)域往往具有特殊的序列，并且常含有反向重復(fù)序列。9.在基因或操縱子的終末具有特殊終止序列，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止和使RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。第22頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（三）染色體外的遺傳物質(zhì)———質(zhì)粒概念

1.質(zhì)粒（plasmid）是獨(dú)立于許多細(xì)菌及某些真核細(xì)胞染色體外的雙鏈共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子（covalantclosedcircnlar,cccDNA），能獨(dú)立復(fù)制的最小遺傳單位。

2.質(zhì)粒大小在1—200kb之間，和病毒不同，它們沒有衣殼蛋白（裸DNA）。第23頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

從生化學(xué)來說，除酵母的殺傷質(zhì)粒（killerplasmid）是RNA外，其余質(zhì)粒是染色體外的DNA分子。

從遺傳學(xué)來說，質(zhì)粒是在細(xì)胞分裂時(shí)能恒定傳遞給子代細(xì)胞的獨(dú)立遺傳因子或能在胞內(nèi)寄生和復(fù)制的復(fù)制子。第25頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四3.質(zhì)粒與宿主細(xì)胞的關(guān)系（1）質(zhì)粒對宿主的生存不是必需的，只是“友好”的“借居”宿主細(xì)胞中，既不殺傷細(xì)胞，對宿主的代謝活動(dòng)也無影響，宿主離開質(zhì)粒照樣的生存下去。（2）質(zhì)粒離開宿主就無法生存，只有依賴宿主細(xì)胞的（酶和蛋白質(zhì)）幫助，才能完成自身的復(fù)制（擴(kuò)增）、轉(zhuǎn)錄。（3）質(zhì)粒經(jīng)常為宿主執(zhí)行一些適當(dāng)?shù)倪z傳功能，賦于宿主各種有利的表型（質(zhì)粒編碼蛋白質(zhì)或酶），使宿主獲得生存優(yōu)勢，作為對宿主細(xì)胞的補(bǔ)償（“交房租”）。與我們基因工程實(shí)驗(yàn)緊密相關(guān)的，如抗生素抗性基因：Ampr

酶，水解β-內(nèi)酰胺環(huán),解除氨芐毒性,使細(xì)菌抗氨芐。Tetr

膜蛋白,可阻止四環(huán)素進(jìn)入細(xì)胞,使細(xì)菌抗四環(huán)素。第26頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四4.質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)和研究意義

1）理論意義質(zhì)粒能夠復(fù)制、傳遞和表達(dá)遺傳信息，從分子遺傳學(xué)觀點(diǎn)來看是一種有機(jī)體，是比病毒更原始的生命形式，是生命起源研究的起一塊體重要基石。

2）實(shí)踐意義是基因工程的重要載體（vector），能把外源基因（目的基因）送到宿主細(xì)胞中去克隆擴(kuò)增或克隆表達(dá)。

①質(zhì)粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，第27頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四②作為基因工程載體的3個(gè)特點(diǎn)：

A.都能獨(dú)立自主的復(fù)制；

B.都能便利的加以檢測（抗生素抗性）；

C.都能容易引進(jìn)宿主細(xì)胞中去，也易從宿主細(xì)胞中分離純化（提質(zhì)粒）。質(zhì)粒符合上述3個(gè)條件?；蚬こ讨兄饕褂萌斯?gòu)建的質(zhì)粒。第28頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四四真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）真核染色體的結(jié)構(gòu)第29頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四DNA是怎樣組裝在染色體中的？問題的提出：已知一個(gè)真核染色體中含有一個(gè)完整的DNA分子，并且此DNA分子是線形的和不具分支的。在人類細(xì)胞的46個(gè)染色體中，每個(gè)染色體含4800萬-24000萬bpDNA，其線型長度為1.6-8.2cm，而染色體的長度僅1.3-10um，其染色體的堆積比（packingratio）大于8000。染色質(zhì)中的DNA是怎樣達(dá)到如此高度凝聚的？第30頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（1）DNA盤繞在一個(gè)組蛋白八聚體上形成核小體的核心顆粒真核生物染色體DNA高度凝聚的形成----三個(gè)水平的折疊第一個(gè)水平：核小體,染色體結(jié)構(gòu)的第一層次。（2）組蛋白H1把核小體“封鎖”起來形成直徑為10nm的纖維狀結(jié)構(gòu),此時(shí),DNA的長度被壓縮了約7倍。第31頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四核小體電鏡圖第32頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四由10nm核小體纖絲卷繞成為圓筒型線圈而形成30nm纖絲;第二個(gè)水平：30nm纖絲,染色體結(jié)構(gòu)的第二層次2)此線圈的每一圈約為6個(gè)核小體，螺距為11nm。DNA的長度在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又被壓縮了6倍。

第33頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

30nm纖絲連接到腳手架上形成輻射環(huán)。DNA的長度在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上被壓縮了40倍。第三個(gè)水平：輻射的環(huán)，染色體結(jié)構(gòu)的第三層次第34頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四DNA包裝為染色體具有幾個(gè)重要功能：DNA為什么要包裝為染色體？1.染色體是DNA的緊密結(jié)構(gòu)，更適合存在于細(xì)胞中；2.這種包裝可以保護(hù)DNA免受損傷；3.只有包裝成染色體的DNA才能在每次細(xì)胞分裂時(shí)有效地將DNA傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。4.有助于基因的表達(dá)和親本染色體之間的重組。第35頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四真核染色體的三個(gè)重要元件在真核染色體上有幾個(gè)重要的元件：復(fù)制起始位點(diǎn)（originsofreplication)：每隔30-40kb均勻分布在每條真核染色體上，一般位于非編碼區(qū)。著絲粒(centromere)：是DNA復(fù)制后染色體正確分離所必須的。每條染色體上只有一個(gè)著絲粒。大多數(shù)真核生物的著絲粒大于40kb，且主要由重復(fù)DNA序列組成。端粒（telomere）：位于線性染色體的末端。維持染色體穩(wěn)定及染色體的末端復(fù)制。它們對于細(xì)胞分裂過程中染色體的正確復(fù)制和分離是至關(guān)重要的。第36頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四著絲粒、復(fù)制起始位點(diǎn)和端粒是真核染色體必需的第37頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四多于或少于一個(gè)著絲粒導(dǎo)致染色體的缺失或斷裂第38頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四與端粒有關(guān)的疾病早老征;癌癥;第39頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四(二)真核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體；（2）除了核基因組，還有細(xì)胞器基因組；（3）基因簇存在大量非編碼序列；（4）存在大量重復(fù)序列；（5）含有內(nèi)含子；（6）基因組遠(yuǎn)大于原核生物的基因組；（7）存在許多結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因家族。第40頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四(三)

DNA序列的類別根據(jù)DNA復(fù)性速率的高低，DNA可以被分為4類：1.單一序列（uniquesequence）/低度重復(fù)序列，即每個(gè)單拷貝基因組中含一個(gè)/幾個(gè)拷貝。主要是結(jié)構(gòu)基因和基因內(nèi)/間的間隔序列，編碼蛋白質(zhì)及其基因的調(diào)控序列。第41頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四2.中度重復(fù)序列（moderatelyrepetitivesequence），每個(gè)單倍體基因組中含10-105拷貝。編碼組蛋白、免疫球蛋白、rRNA、tRNA、核糖體蛋白。第42頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四3.高度重復(fù)序列（highlyrepetitivesequence），每個(gè)單倍體基因組含>105拷貝。分類：衛(wèi)星DNA反向重復(fù)DNAα衛(wèi)星DNA第43頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四功能：參與復(fù)制和基因表達(dá)的調(diào)控；與進(jìn)化有關(guān)：有種屬特異性；DNA指紋；與減數(shù)分裂有關(guān)。第44頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四1)衛(wèi)星DNA：

將真核細(xì)胞的DNA打碎后進(jìn)行CsCl密度梯度離心，其沉降圖譜中除了主帶外還有幾條密度不等的額外的小帶，稱之為衛(wèi)星帶，它們的DNA稱為衛(wèi)星DNA（satelliteDNA），也叫簡單序列DNA（simplesequenceDNA）。第45頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

人的主帶DNA的平均浮力密度為1.701gcm-3，其GC含量平均為40.3%，主要由單拷貝DNA片段組成。衛(wèi)星DNA的浮力密度分別為1.678、1.693和1.697gcm-3，其GC含量取決于它們的重復(fù)序列組成。第46頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四106-108

copies/genome多為串聯(lián)重復(fù)排列分布于著絲點(diǎn),端粒區(qū),結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)不編碼蛋白質(zhì)或RNA第47頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第48頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四小衛(wèi)星DNA（minisatelliteDNA）：幾百個(gè)核苷酸對的單元重復(fù)。微衛(wèi)星DNA（microsatelliteDNA）：以1-6個(gè)核苷酸為基本單位，長度在100bp以內(nèi)。第49頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四2）反向重復(fù)序列（invertedrepeats）：

也叫回文序列（palindrome），在DNA雙螺旋分子中，一條鏈的堿基序列（5’→3’）和另一條鏈沿同一方向（5’→3’）的序列相同。第50頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第51頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四3）α衛(wèi)星DNA靈長類特有，用HindIII酶切DNA得到的172bp重復(fù)單位的高度重復(fù)序列。由嘌呤和嘧啶交替組成。第52頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（四）基因家族多基因家族（multigenefamily）：來源相同（同一個(gè)祖先基因ancestralgene）、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的一組基因。超基因家族（supergenefamily）：基因家族由中等重復(fù)序列構(gòu)成大的基因群，包含幾百個(gè)功能相關(guān)的基因，緊密成簇排列。第53頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四假基因（pseudogene）：在多基因家族中某些與正常功能基因在核苷酸序列上相似，但不能轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后生成無功能基因產(chǎn)物的DNA序列，被稱為假基因。假基因常用符號(hào)ψ表示，如ψα1

表示與α1

相似的假基因.一個(gè)基因家族的成員彼此在結(jié)構(gòu)和功能上是相似的，但也包括假基因。第54頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

一個(gè)基因家族的基因常常是成簇地存在于一個(gè)染色體上，但也有分散的，甚至位于不同染色體上?；虼兀╣enecluster）：同一家族的成員有時(shí)緊密的排列在一起，叫基因簇。第55頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四基因家族可分為三種類型：1.簡單多基因家族：其中的基因結(jié)構(gòu)是相同的，基因與基因之間由中度重復(fù)序列隔開，如rDNAgenefamily等。rDNAgenefamilySeaurchia450copiesTobacco750copiesDrosophila100copiesT18sT5.8sT28s

NT

18sT5.8sT45s41s20s32s28s5.8s18s第56頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四2.復(fù)雜多基因家族：各個(gè)成員并不都是相同的。如海膽和果蠅的5個(gè)組蛋白基因構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的多基因家族。HistonegenefamilyH1H4H2BH3H2A海膽組蛋白基因重復(fù)1000次/基因組；第57頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四胚胎的胎兒的成年人的3.由發(fā)育階段控制的多基因家族：如人類珠蛋白基因家族。第58頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（五）自私DNA（selfishDNA）哺乳動(dòng)物基因組中存在的大量未知功能的DNA序列，也稱寄生DNA（parasiteDNA）。第59頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（六）真核基因組的結(jié)構(gòu)（一些特征性的結(jié)構(gòu)）1斷裂基因（splitgene）在真核生物中，大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的基因是不連續(xù)的，即在其編碼氨基酸的序列之間插入了不編碼的序列，故稱之為斷裂基因。斷裂基因中，編碼氨基酸的序列稱為外顯子（exon）；非翻譯的間插序列稱為內(nèi)含子（intron）。第60頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四卵清蛋白mRNA與DNA雜交結(jié)果第61頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四在已分析的DNA序列中，原核生物基因中幾乎沒有內(nèi)含子，低等真核生物如酵母內(nèi)含子也不普遍，但在高等真核生物中則大量存在內(nèi)含子，且多數(shù)情況下，內(nèi)含子要比外顯子長得多。并非所有的高等生物的基因都含有內(nèi)含子。在已經(jīng)分析過的基因中，已知編碼組蛋白和干擾素的基因是不含內(nèi)含子的。第62頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四2結(jié)構(gòu)基因的側(cè)翼序列與調(diào)控序列

側(cè)翼序列（flankingsequence）：每個(gè)斷裂基因第一個(gè)和最后一個(gè)外顯子的外側(cè)的不轉(zhuǎn)錄非編碼區(qū)。啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子第63頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（1）啟動(dòng)子（promoter）

①概念：啟動(dòng)子是促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄的DNA序列，是DNA分子上可與RNApol特異性識(shí)別結(jié)合并使之轉(zhuǎn)錄的部位，但啟動(dòng)子本身不被轉(zhuǎn)錄。

②功能特點(diǎn)：啟動(dòng)子位于結(jié)構(gòu)基因上游啟動(dòng)子有方向性決定轉(zhuǎn)錄方向及那一條DNA鏈作模板轉(zhuǎn)錄（以信息鏈的互補(bǔ)鏈作模板轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄的mRNA與信息鏈一致）。

③真核生物的啟動(dòng)子元件：TATA框、CAAT框、GC框第64頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（2）增強(qiáng)子（enhancer）和沉默子（silencer）增強(qiáng)子是一段DNA序列，其中含有多個(gè)能被反式作用因子識(shí)別與結(jié)合的順式作用元件。反式作用因子與這些元件結(jié)合后,通常為增強(qiáng)鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-100～-300bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列（P42）。增強(qiáng)子作用特點(diǎn)：①可在5’端或3’端發(fā)揮作用；②不受序列方向制約；③通過增強(qiáng)啟動(dòng)子發(fā)揮作用。沉默子負(fù)調(diào)控序列、負(fù)增強(qiáng)子；第65頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（3）終止子（terminator）在結(jié)構(gòu)基因的最后一個(gè)外顯子中有一個(gè)保守的AATAAA序列，此位點(diǎn)下游有一段GT豐富區(qū)或T豐富區(qū)，這兩部分序列共同構(gòu)成poly(A)加尾信號(hào)。

mRNA轉(zhuǎn)錄到此部位后，產(chǎn)生AAUAAA和隨后的GU（或U）豐富區(qū)。與RNApol結(jié)合的延長因子可以識(shí)別這種結(jié)構(gòu)并與之結(jié)合，然后在AAuAAA下游10-30個(gè)堿基的部位切斷RNA,并加上poly(A)尾.第66頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第67頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四五轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）可移動(dòng)的基因成分（可移動(dòng)基因，movablegenemob），是指能夠在一個(gè)DNA分子內(nèi)部或兩上DNA分子之間移動(dòng)的DNA片段。在細(xì)菌中指在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動(dòng)的DNA片段（文獻(xiàn)上有時(shí)形象地稱其為是跳躍基因，jumpinggene）。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。

第68頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

移動(dòng)基因最早由美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室（coldspringHarborLaboratory）的女科學(xué)家BarbaraMClintock于上個(gè)世紀(jì)40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)的。60年代，為J.A.Shapirc研究大腸桿菌高效突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1983年榮獲諾貝爾生物學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。第69頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（一）

轉(zhuǎn)座因子的種類及特征細(xì)菌的轉(zhuǎn)座因子包插入序列，轉(zhuǎn)座子及可轉(zhuǎn)座的噬菌體。（1）插入序列（insertionsequence,IS）

TSTransposasegene+othergenesTSIRIRTStargetsite靶位點(diǎn)Transposasegene轉(zhuǎn)位酶基因IRinvertedrepeated反向（倒轉(zhuǎn)重復(fù)順序）IS的形體圖第70頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（1）IS是一類較小的轉(zhuǎn)座因子，長度約700-2000bp，按發(fā)現(xiàn)順序IS1、IS2…命名，只攜帶轉(zhuǎn)移的必需基因，不含有其它偏碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因，本身沒有表型效應(yīng)。（2）IS兩側(cè)為反向（倒轉(zhuǎn)）重復(fù)順序（16-41bp），中間為轉(zhuǎn)位酶基因，在插入新的位點(diǎn)側(cè)有3~116p順向重復(fù)順序（directrepeatedsequence）,DR是靶位點(diǎn)序列復(fù)制的產(chǎn)物。（3）IS到處活動(dòng)，可以插入到E.coli染色體的各個(gè)位置上，也可以插入到質(zhì)粒和某些噬菌體基因組上，甚至同一基因不同位點(diǎn)上。這種插入作用可以雙向進(jìn)行，可以是正向，也可以是反向插入IS這種移動(dòng)方式稱為轉(zhuǎn)位作用（transposition）。（4）在一個(gè)世代的107細(xì)菌中有1次插入。*TR（反向倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列）：GGAAGGT、、、ACCTTCCCTTCCA、、、TGGAAGG*DR（正同向重復(fù)序列）：TACGTTACGT第71頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四2.轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）(1)Tn是一類較大的可移動(dòng)成分，除mobgene外，尚含有其它基因，如抗藥基因等。Tn是在研究抗藥基因中發(fā)現(xiàn)的，由此知道抗藥基因可在質(zhì)粒之間，質(zhì)粒與染色體之間或質(zhì)粒與可轉(zhuǎn)座的噬菌體之間來回移動(dòng)，Tn的轉(zhuǎn)位原理和Is基本相同，轉(zhuǎn)位頻率為10-3~10-6/拷貝。(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的不同，Tn可以分為2個(gè)亞類：① 復(fù)合型Tn:轉(zhuǎn)座酶由IS編碼，IS可以是反向（或正向）重復(fù)構(gòu)型。② TnA:數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因（mob、mdr等）十IR組成。

StructuralgenesIRIRStructuralgeneIS1IS1第72頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四部分細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子長度（bp）末端結(jié)構(gòu)抗藥性基因Tn9(復(fù)合型)2650IS1氯霉素Tn3(TnA族)5000（38bp）IR氯卡青霉素第73頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四3.可轉(zhuǎn)座的噬菌體（transposablephage）(1)包括Mu和D108兩種噬菌體，是一類溫和噬菌體*。(2)感染細(xì)菌后，可以整合到細(xì)菌染色體中，插入位點(diǎn)是隨機(jī)的（而入phage插入位點(diǎn)是專一的），可以插到結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部，引起突變，Mu即Mutator(突變子)因此得名。(3)插入部位的2側(cè)有短的DR，插入時(shí)，一個(gè)拷貝留在原位，新合成的拷貝插入新的部位。(4)和IS，Tn相比，Mu末端不含IR，這是可轉(zhuǎn)座成分的一個(gè)例外。第74頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四*噬菌體（phage）—是侵襲細(xì)菌的病毒，主要由蛋白質(zhì)和核酸組成。噬菌的生活周期分為①溶菌周期和②溶原周期。溶原性噬菌體（溫和噬菌體）→宿主菌→將自身DNA整合到細(xì)菌染色體中→和細(xì)菌染色體一起復(fù)制→隨細(xì)菌增殖傳到細(xì)菌子代中去，不產(chǎn)生子代Phage.第75頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四(二)轉(zhuǎn)座作用的機(jī)理1.復(fù)制性轉(zhuǎn)位機(jī)理共聯(lián)體生成和解離，靶序列的切割與復(fù)制。2.非復(fù)制型轉(zhuǎn)位作用轉(zhuǎn)位將供體DNA轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)各切斷一條單鏈并與靶序列的兩個(gè)游離末端連接，隨后并沒有復(fù)制過程，而是由轉(zhuǎn)座酶將供體DNA轉(zhuǎn)座因子的另一端也切斷，因此在供體DNA留下一個(gè)致死性缺口。轉(zhuǎn)座子的兩條游離單鏈在靶位點(diǎn)退火接合，DNA聚合酶項(xiàng)平缺口。第76頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四第77頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（三）轉(zhuǎn)位的遺傳效應(yīng)1.基因重排可能產(chǎn)生1個(gè)新的蛋白分子等，基因重排是進(jìn)化的動(dòng)力。2.基因突變插入到基因內(nèi)部，可引起插入失活。3.插入位點(diǎn)引入新的基因如引進(jìn)抗藥基因。4.基因倍增第78頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四六線粒體基因組（mitochondriongenome）第79頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：基因排列緊湊，無內(nèi)含子缺少終止密碼子，以U/UA結(jié)尾突變率高母系遺傳密碼子與核DNA不完全相同第80頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四原核基因組、真核基因組、病毒基因組比較

原核基因組真核基因組病毒基因組1.生物學(xué)特征類核、無核膜轉(zhuǎn)錄、翻譯有核膜,錄在核,譯在漿DNA或RNA不共存1個(gè)V顆粒(一同時(shí)進(jìn)行 般利用宿主機(jī)制轉(zhuǎn)錄、翻譯)2.染色體數(shù)目單倍體配子為單倍體、體細(xì)胞單倍體、逆轉(zhuǎn)錄病毒除外

雙倍體3.核酸分子結(jié)構(gòu)雙鏈環(huán)狀DNA分子雙鏈線型以ssDNA，dsRNA突出4.基因組大小5000多個(gè)基因（E.coli）5~10萬（2.8萬）3~幾百個(gè)5.核酸類型DNA DNA DNA或RNA6.核酸數(shù)目中多少7.結(jié)構(gòu)基因連續(xù)性無內(nèi)含子，連續(xù)基因有內(nèi)含子、斷裂基因真核病毒不連續(xù)、原核連續(xù)8.重疊基因無 無 有9.操縱子結(jié)構(gòu)有，多順反子無操縱子結(jié)構(gòu)、單順反子無操縱子結(jié)構(gòu)10.重復(fù)順序大量重復(fù)順序有、少有、少11.編碼區(qū)/

非編碼區(qū)50%，50%5%、95%95%、5%12.基因家簇 √ 13.假基因 √ 14.可移動(dòng)基因√√ 15.端粒 √

16.復(fù)制方式半保留 半保留 多樣第81頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四七基因表達(dá)的調(diào)控

1概念基因表達(dá)（geneexpression）是指生物體基因組種結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄及翻譯等一系列過程，合成特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其特定生物學(xué)功能的全過程?；虮磉_(dá)產(chǎn)物各種RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白質(zhì)、多肽。第82頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四2基因表達(dá)的特異性

（1）時(shí)間特異性按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporalspecificity)。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。第83頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四84（2）空間特異性在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。第84頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

3基因表達(dá)的方式

（1）組成性表達(dá)

管家基因在生命全過程都是必需的、且在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。

組成性基因表達(dá)（constitutiveexpression）

無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基因表達(dá)。按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：第85頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（2）適應(yīng)性表達(dá)(adaptiveexpression)受環(huán)境影響誘導(dǎo)表達(dá)

在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因?？烧T導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程，稱為誘導(dǎo)(induction)。阻遏表達(dá)

如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。第86頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四（3）協(xié)調(diào)表達(dá)（coordinateexpression）

協(xié)調(diào)表達(dá)

在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。第87頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四4基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義（1）適應(yīng)環(huán)境變化、維持細(xì)胞增殖、分化（2）維持個(gè)體生長、發(fā)育

第88頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四控制區(qū)信息區(qū)結(jié)構(gòu)基因(S)操縱序列（O）啟動(dòng)序列（P）調(diào)節(jié)基因（I）CPA5原核基因表達(dá)調(diào)控的乳糖操縱子學(xué)說第89頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制多順反子（polycistronicmRNA）（1）乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第90頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時(shí)（2）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因第91頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶第92頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)（3）CAP(catabolicgeneactivatorprotein)的正調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第93頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖濃度降低而葡萄糖濃度升高時(shí)

細(xì)胞中cAMP濃度降低

缺乏乳糖與阻遏蛋白結(jié)合

CAP失活

阻抑蛋白與操縱基因結(jié)合

CAP及RNA聚合酶不能與啟動(dòng)基因結(jié)合

基因轉(zhuǎn)錄被阻遏

阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第94頁，共105頁，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)培養(yǎng)基中乳糖