医学考试资料：分子生物课件.doc

•经典的基因概念：三位一体基因：突变的最小单位 重组的最小单位 功能的最小单位•现代的基因概念： 1基因具有精细结构： 重组子（recon）突变子（muton）顺反子（cistron）2基因序列的多样性：跳跃基因 断裂基因 重复序列 假基因•突变子：突变单位，基因内部有许多突变位点，也称突变子（muton）即突变后产生变异的最小单位•重组子：重组单位，基因内部有多个重组单位，也称重组子（recon）不能由重组分开的最小单位•顺反子（cistron，又叫作用子）：功能单位，从功能单位的意义上讲，一个顺反子相当于一个基因的DNA或RNA单元，它的产物是一个完整的肽链或者RNA分子，平均大小约为500-1500bp•断裂基因(split gene)：指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂1977年美国的Sharp和Roberts两组科学家分别同时发现内含子(intron)：•在成熟mRNA的片段中未反应出的DNA区段(ABCDEFG) 非编码序列外显子(extron/exon):•DNA序列中被转录成为mRNA中的片段(1234567)•编码序列•重叠基因(overlapping gene)：两个或两个以上的基因共有一段DNA序列的现象•重复序列：是指在一个DNA分子中出现不止一次的序列，重复序列可彼此相同方向（正向重复）也可以相反方向（反向重复）•根据重复程度，可以将DNA序列分为三种类型：–单一或轻度重复序列：基因组中只有一个拷贝或重复频率很低的序列；–中等重复序列：重复次数几十次到几百次的序列；–高度重复序列：重复次数几百次到几百万次的序列•跳跃基因：是一类反转座子( retrotransposon)，即通过RNA中间产物在天然状态下由基因组中一个位点进行复制，插入到基因组其它位点从而整合到基因组中的DNA序列。

•跳跃基因可引起基因组发生大范围基因重排•假基因（pseudogene）：在多基因家族，核苷酸组成序列上与有功能的基因非常相似，但不具正常功能的基因根据基因的转录和翻译功能可以把基因分为三类•第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因•第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因•第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因•基因组–细胞内遗传信息的携带者DNA的总体•细胞核（chromosome DNA）•细胞质（mitochondrion DNA）•基因组中不同的区域具有不同的功能–有些区域编码蛋白质的结构基因–有些区域复制及转录的调控信号–有些区域的功能尚不清楚病毒的结构和功能•病毒不能独立地复制，必需进入宿主细胞中，借助细胞内的一些酶类和细胞器才能使病毒得以复制•外壳蛋白（或被膜）的功能是1–识别和侵袭特定的宿主细胞2保护病毒基因组不受核酸酶的破坏 病毒基因组的结构特点1.病毒基因组大小相差较大，与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组很小2. 病毒基因组只有一种核酸组成：DNA或RNA3. 多数RNA病毒的基因组是由连续的4. 基因重叠，即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子5. 基因组的大部分可编码蛋白质，只有非常小的一部份不编码蛋白质（通常是基因表达的控制序列）6. 形成多顺反子结构（polycistronie7. 除了反转录病毒以外，一切病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次8. 噬菌体（细菌病毒）的基因是连续的，而真核细胞病毒的基因是不连续的乳头瘤病毒（papillomavirus）是感染人和动物皮肤粘膜并引起乳头状瘤病变的一种DNA病毒•属于乳多空泡病毒（papovavirus）科•根据病毒感染的宿主不同可以分为–牛乳头瘤病毒（BPV）–人乳头瘤病毒（HPV）乙肝病毒基因组的结构和功能（一）•乙肝病毒（hepatitis B virus，HBV）是目前已知的感染人类的最小的双链DNA病毒•HBV的基因组结构显得特别精密浓缩，基因组DNA结构奇特•环状的部分双螺旋结构，长约3.2kb。

其中的2/3为双螺旋结构，1/3为单链，DNA中的两条链不等长•长链为负链，5’端与3’端无共价连接，而是与一种蛋白质共价相连•短链为正链，长度视病毒而异，一般长约1.6-2.8kb,约为长链的2/3，短链之间的空隙可由病毒颗粒中的DNA聚合酶充填1. 重叠的基因序列比较多–已确定的开放读码框架（open read frame，ORF）有4个，分别编码：•病毒的核壳（C） •包膜（S）蛋白•病毒复制酶（聚合酶) •与病毒基因表达有关的蛋白质（X）2. 调节序列位于基因内部–启动子存在于编码蛋白质序列内–增强子（enhancer）位于聚合酶基因中–polyA附加信号位于CORF中–皮质激素敏感因子（GRE）位于SORF和聚合酶基因中HBV DNA复制过程1.以“-”链DNA 为模板合成全长的“+”链RNA（称为前基因组RNA）（亲代“-”链DNA →“+”链RNA）2.该“+”链RNA被包装在未成熟的核心样颗粒中，同时还有DNA 聚合酶和一种蛋白质也被包装在颗粒中（“+”链RNA等包装成病毒核心颗粒）3.在该颗粒中，再以“+”链RNA 为模板由反转录酶催化合成“-”链DNA（“+”链RNA→子代“-”链DNA）4.“+”链DNA的合成便以该“-”链DNA为模板和一段RNA为引物而聚合延伸，核心样病毒颗粒成为成熟的病毒颗粒。

这时，“+”链DNA还没有合成完毕，因而造成病毒基因组两条DNA链长度不一样（子代“-”链DNA →子代“+”链DNA）细菌染色体基因组结构1. 形成类核（nucleoid）由一条环状双链DNA 分子组成细菌的染色体，并相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域类核无核膜与胞浆分开，类核的中央部分由RNA和支架蛋白组成，外围是双链闭环的DNA超螺旋2. 染色体DNA通常与细胞膜相连连接点的数量随细菌生长状况和不同的生活周期而异在DNA链上，与DNA复制、转录有关的信号区域与细胞膜优先结合3操纵子结构结构基因为多顺反子，若干个功能相关的结构基因串联在一起，受同一个调节区的调节数个操纵子还可以由一个共同的调节基因（regulatorygene）即调节子（regulon）所调控4.结构基因都是单拷贝，rRNA基因为多拷贝基因组DNA中不编码的部份所占比例比真核细胞基因组少得多原核生物终止子有强、弱之分强终止子：含有反向重复顺序，可形成茎环结构，其后面为polyT结构，无需终止蛋白参与即可使转录终止弱终止子：也有反向重复序列，但无polyT结构，需要有终止蛋白参与才能使转录终止DNA分子组成operon）结构rRNA基因是多拷贝isogene). DNA序列，包括插入序列和转座子DNA分子中具有多种功能的识别区域大肠杆菌染色体基因组的结构和功能—1•大肠杆菌基因组含有3500个基因，已被定位的有900个左右•900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结构，定位于75个操纵子中•已知的基因中，8 ％的序列具有调控作用大肠杆菌染色体基因组中已知的基因多是编码酶类的基因合成代谢酶类基因：氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸维生素分解代谢酶类基因：碳、氮化合物具有相关功能的基因在一个操纵子内，由一个启动子转录•大多数基因的相对位置是随机分布的•双向转录：DNA两条链作为模板指导mRNA合成的机率差不多相等•在已知转录方向的50个操纵子中，27个操纵子按顺时针方向转录，23个操纵子按反时针方向转录•在大肠杆菌染色体基因组中，基因都是单拷贝基因•在某种特殊环境下，需要有多拷贝基因来编码大量的基因产物基因组上的各个基因的位置与其功能的重要性可能有一定的联系 ProkaryoteGenome1、常仅由一条环状双链 2、只有一个复制起始点 3、具有操纵子结构 4、编码顺序一般不会重叠5、基因是连续的，无内含子，转录后不需剪接6、编码区在基因组中所占比例大于真核基因组，小于病毒基因组7、基因组中重复序列少，一般为单拷贝，8、具有编码同工酶的基因 9、基因组中存在可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子 10、在DNA分子中具有多种功能的识别区域真核生物基因组特点1. 基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内基因组是双份的（即双倍体，diploid），有两份同源的基因组2. 基因转录产物为单顺反子。

一个结构基因经过转录生成一个mRNA分子，再翻译生成一条多肽链3. 存在重复序列，重复次数可达百万次以上4. 基因组中不编码的区域多于编码的区域5. 大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的（断裂基因，split gene）6. 基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起始点，而每个复制子的长度较小高度重复序列high repeated sequence•在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60％，在人基因组中约占20 ％高度重复顺序又按其结构特点分为三种种类–1反向重复序列–2卫星DNA–3较复杂的重复单位组成的重复顺序高度重复顺序的功能1. 调节反向序列常存在于DNA复制起点区的附近另外，许多反向重复序列是一些蛋白质（包括酶）与DNA的结合位点2. 参与基因表达的调控DNA的重复顺序可以转录到核内不均一RNA（hnRNA）分子中，并形成发夹结构，这对稳定RNA分子，免遭分解有重要作用3. 参与转位作用：几乎所有转位因子的末端都包括反向重复顺序，长度由几个bp到1400bp由于这种顺序可以形成回文结构，因此在转位作用中既能连接非同源的基因，又可以被参与转位的特异酶所识别4.与进化有关：不同种属的高度重复顺序的核苷酸序列不同，具有种属特异性，但相近种属又有相似性。

如：人与非洲绿猴的α卫星DNA长度仅差1个碱基（前者为171 bp，后者为172bp），而且碱基序列有65％是相同的，这表明它们来自共同的祖先5. 同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即DNA指纹6. α卫星DNA 成簇的分布在染色体着丝粒附近，可能与减数分裂时染色体配对有关，即同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA顺序中度重复序列middle repeated sequence•重复数十至数万（<105）次•复性速度快于单拷贝顺序，但慢于高度重复顺序•约占基因组10-40％，种属之间差异很大（人12％）•大多不编码蛋白质，其功能可能类似于高度重复顺序•存在于结构基因之间、基因簇、内含子，大多数与单拷贝基因间隔排列•具有种特异性•Alu家族•KpnⅠ家族•Hinf家族•多聚dＴ－dＧ家族•rRNA基因•tRNA基因•HLA基因•组蛋白基因•免疫球蛋白基因中度重复顺序1•短分散片段（short interspersed repeated segments, SINES）–重复顺序的长度：平均长度约为300bp–基因组中排列方式：与平均长度约为1000 bp的单拷贝顺序间隔排列–拷贝数：10万左右•Alu家族•Hinf家族，等2•长分散片段（Long interspersed repeated segments, LINES）–重复顺序的长度：平均长度为3500-5000bp–基因组中排列方式：与平均长度为13000 。