【正文】 原核生物基因組 75 一、原核生物基因組通常由環(huán)狀雙鏈 DNA組成 原核生物基因組通常僅由 一條環(huán)狀 DNA分子組成 ， 在細(xì)胞中與蛋白質(zhì)結(jié)合成復(fù)合體形式存在 。 操縱子的末端具有特殊的終止序列 。 7. 具有編碼同工酶的基因 。 83 強(qiáng)終止子 ： 含有反向重復(fù)序列 ， 可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu) ， 其后面有 poly（ T） 結(jié)構(gòu) ， 不需終止蛋白 ρ因子參與即可使轉(zhuǎn)錄終止 。 P75 86 2. 轉(zhuǎn)座子 （ transposon， Tn） ： 長度在 2021 ~ 20 000bp之間的較大 的轉(zhuǎn)座因子 ， 除了帶有與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外 ， 還帶有其它基因 。 2. 新的轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)到靶點后 ， 靶點序列會倍增成為兩個靶點序列 ， 并分別排列在轉(zhuǎn)座因子的兩側(cè) ，形成同向重復(fù)序列 。 ? 轉(zhuǎn)座和切離過程對外界條件的反應(yīng)不同 6. 轉(zhuǎn)座可引起插入突變 。 92 6. 原核生物基因組中的基因密度非常高 ， 基因 組序列中編碼區(qū)所占的比例較大 （ 約為 50% 左右 ） ， 非編碼區(qū)內(nèi)主要是一些調(diào)控序列 。 96 三、真核生物基因組中非編碼序列 多于編碼序列 真核基因組中 非編碼序列 (noncoding sequence，NCS) 占 90%以上 。 串聯(lián)重復(fù)序列： 散在重復(fù)序列： 編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)： 人類 5種組蛋白基因密集在，具有高度序列一致性。 P44 102 四、多基因家族和假基因的存在 是真核基因組的另一特點 （一）多基因家族 ★ 多基因家族 （ multigene family） ： 是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因 ， 其編碼產(chǎn)物常具有相似的功能 。 人的生長激素基因家族： 生長激素（ GH） 絨毛膜生長催乳激素（ CS） 催乳素（ PRL） 氨基酸序列同源性： 85% mRNA序列同源性： 92% 氨基酸序列同源性： 50% mRNA序列同源性：很低 P15 105 3. 編碼產(chǎn)物的功能或功能區(qū)同源 在某些基因家族的成員之間 ， 基因全長序列的相似性可能較低 ， 但其編碼產(chǎn)物具有高度保守的功能區(qū) 。 P15 107 （二）假基因 假基因 （ pseudogene， ψ )： 與某些有功能的基因結(jié)構(gòu)相似 ， 但不能表達(dá)基因產(chǎn)物的基因 （ 序列與有功能的基因相似 ， 但或者不能轉(zhuǎn)錄 ， 或者轉(zhuǎn)錄后生成無功能的基因產(chǎn)物 ） 。 7. 真核生物的結(jié)構(gòu)基因是斷裂基因 (split gene)。 109 5. 真核基因組中含有大量重復(fù)順序 。 這些基因在進(jìn)化上也有親緣關(guān)系 ， 但較遠(yuǎn) ，故將其稱為基因超家族 。 P15 104 2. 核酸序列高度同源 多數(shù)成員的同源性非常高 。 P16 101 重復(fù)序列的多態(tài)性 限制性片段長度多態(tài)性的概念 （ restriction fragment length polymorphism ， RFLP） 用同一種限制性內(nèi)切酶消化不同個體的同一段 DNA時 ， 由于堿基組成的變化而改變限制性內(nèi)切酶識別位點 ， 從而產(chǎn)生長度不同的 DNA片段 。 單拷貝序列或低重復(fù)序列： 在整個基因組中僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，大部分為編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 P17 99 重復(fù)序列 反向重復(fù)序列： 兩個順序相同的拷貝在 DNA鏈上呈反向排列 。 大腸桿菌基因組只有 ?106 bp。 3. 具有操縱子結(jié)構(gòu)（原核生物的一個基因表達(dá)單 位），其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順反子 mRNA。 切離與轉(zhuǎn)座是兩個不同的過程 。 它具有 20多個基因 ， 只有其中的 A、 B基因與轉(zhuǎn)座有關(guān) 。 只有當(dāng)它們轉(zhuǎn)座到受體某一基因中使該基因失活和產(chǎn)生極性效應(yīng)時才會被發(fā)現(xiàn) 。 這些區(qū)域往往具有特殊序列 ， 并且含有反向重復(fù)序列 。 這有利于核糖體的快速組裝 。 78 Promoter （ 啟動子 ） ： 是 RNA聚合酶結(jié)合的區(qū)域 ， 也是控制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵部位 ， 也稱啟動序列 。 P329 73 4. 致病機(jī)制 1982年 ， Prusiner提出了朊病毒致病的 “ 蛋白質(zhì)構(gòu)象致病假說 ” ， 要點如下： 1） 朊病毒蛋白有兩種構(gòu)象： PrPc和 PrPSc 2） PrPsc可脅迫 PrPc轉(zhuǎn)化為 PrPsc， 實現(xiàn)自我復(fù)制 ，并產(chǎn)生病理效應(yīng) 。 70 P328 （ 3） 毒性折疊產(chǎn)物 有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集 ，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀 ，產(chǎn)生毒性而致病 。只含有蛋白質(zhì)而不含核酸的生物分子，并且只能在寄生宿主細(xì)胞內(nèi)生存。如 SV40和多瘤病毒的早期基因。 多數(shù) RNA病毒的基因組是由連續(xù)的核糖核酸鏈組成 ， 但也有些病毒的基因組 RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成如流感病毒的基因組 RNA分子是節(jié)段性的 ， 目前 ， 還沒有發(fā)現(xiàn)有節(jié)段性的 DNA分子構(gòu)成的病毒基因組 。 基因組復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄特點 62 ? 單鏈正股 DNA病毒 ： 進(jìn)入宿主細(xì)胞后形成雙鏈 ， 其基因轉(zhuǎn)錄方式類 似細(xì)胞基因。 U3RU5PB－ SDΨgagpolSAenv(onc)CPB+U3RU5 這是逆轉(zhuǎn)錄病毒 DNA形式的特有結(jié)構(gòu) ，在其 RNA基因組中是不存在的 。 pol： 編碼病毒復(fù)制所需的各種酶。 P6768 50 基因組復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄特點 ： ? 基因組 RNA進(jìn)入宿主細(xì)胞后 ， 通過 DNA中間體完成病毒基因組復(fù)制 。 ? 這種 RNA聚合酶 （ RNA轉(zhuǎn)錄酶 ） ， 還可以基因組負(fù)股 RNA為模板轉(zhuǎn)錄出帶有 5180。 46 單股正鏈 RNA病毒基因組可以 作為 mRNA行使模板功能 基因組復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄特點 ： ? 病毒顆粒中 RNA進(jìn)入宿主細(xì)胞后 ， 直接作為mRNA翻譯出其特有蛋白 ， 包括衣殼蛋白和病毒的RNA聚合酶 。 重疊基因雖然共用一段核酸序列 ， 由于基因表達(dá)時的閱讀框架不同 ， 產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子也不同 。 如人類 C值約為 109bp， 而肺魚的 C值為 1011bp。 32 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室 第三章 基 因 組 （ genome） P22 33 基因組定義 ： 含有一種生物的一整套遺傳信息的遺傳物質(zhì)，稱為基因組。 P14 29 原核生物結(jié)構(gòu)基因多轉(zhuǎn)錄為多順反子 mRNA 5?PPP 3? 蛋白質(zhì) mRNA 多順反子 mRNA (polycistronic mRNA) ： 原核細(xì)胞 中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，利用共同的啟動子和終止信號，組成“ 操縱子 ”的基因表達(dá)調(diào)控單元，轉(zhuǎn)錄生成的 一條 mRNA鏈可編碼 幾種 功能相關(guān)的 蛋白質(zhì) ， 稱為多順反子 mRNA。 盡管通常處于轉(zhuǎn)錄起始點上游－ 100 ~ － 300 bp 處 ， 但在內(nèi)含子中也發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子存在 。 ② 既無 TATA box ，也沒有 GC富含區(qū) ， 可有一個或數(shù)個轉(zhuǎn)錄起始點。是轉(zhuǎn)錄因子 TFⅡ D的結(jié)合位點， TFⅡ D再與 RNA聚合酶 Ⅱ 形成復(fù)合物，啟動基因轉(zhuǎn)錄，這一類啟動子又稱為 Ⅱ 類啟動子 。 還有些基因的內(nèi)含子中包含其它基因的編碼序列 ， 即 基因內(nèi)基因 。 RNA新鏈合成的方向： 5? ? 3? 。 從 mRNA 5?端起始密碼子 AUG到 3?端終止密碼子之間的核苷酸序列 ， 各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈 ， 稱為 開放閱讀框架 。 5 ? 從核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 、 基因組的結(jié)構(gòu)與功能到基因的復(fù)制 、 表達(dá) 、 調(diào)控及生物學(xué)效應(yīng)； ? 從生物大分子之間的相互作用到這些相互作用構(gòu)成的細(xì)胞間通訊和細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)； ? 從對基因的結(jié)構(gòu) 、 功能 、 表達(dá)調(diào)控的分析到基因的制備 、 改造 、 調(diào)控 、 應(yīng)用所需的各種技術(shù)體系 現(xiàn)代分子生物學(xué)研究主要涉及三個領(lǐng)域 6 人體某種細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生異常改變 外源基因進(jìn)入人體引起疾病 疾病易感基因使機(jī)體對致病因素更加敏感 基因與疾病的關(guān)系大致包括三種類型 7 調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 細(xì)胞間通訊網(wǎng)絡(luò) 細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 是體內(nèi)細(xì)胞功能調(diào)控的分子基礎(chǔ) 8 基因診斷 ： 主要是應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù) ， 檢測人體某些基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)的變化 ， 或者檢測病原體基因組在人體內(nèi)的存在 ， 從而達(dá)到診斷疾病或監(jiān)控疾病治療效果的目的 。 研究對象主要是 生物大分子 。 P3 12 基因 ： 是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位 ， 是指貯存 RNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列 。指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的 mRNA稱為蛋白質(zhì)合成的 直接模板 。 ?真核生物的結(jié)構(gòu)基因 ， 有若干個編碼區(qū)被非編碼區(qū)相互間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成 ， 稱為 斷裂基因 （ split gene， discontinuous gene, interrupted gene） 。端大多數(shù)以 AG 結(jié)束 ， 稱為 GTAG法則 ， 可作為真核基因中 RNA剪接和識別信號 。 ③ GC box 有些基因沒有 TATA box和