分子生物學(xué)第一章基因

分子生物學(xué)第一章基因基因的研究簡史:1909年,Johannsen首先使用基因(gene)一詞;1926年,Morgan發(fā)表了基因論;20世紀(jì)40年代,Bendle和Tatum提出了一個(gè)基因,一個(gè)酶的學(xué)說;20世紀(jì)50年代,Benzer提出了順反子的概念;20世紀(jì)60年代,遺傳密碼的破譯使人們對(duì)基因表達(dá)的機(jī)理有了更多的了解;20世紀(jì)90年代,形成了基因的現(xiàn)代概念;本章要點(diǎn):基因的基本概念及基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);結(jié)構(gòu)基因中儲(chǔ)存的遺傳信息;基因結(jié)構(gòu)變異及其與疾病的關(guān)系;基因的基本概念:基因的現(xiàn)代生物學(xué)概念:基因決定遺傳性狀的表達(dá),基因存在于染色體及線粒體DNA上,呈直線排列,并世代相傳;基因的現(xiàn)代分子生物學(xué)概念:基因是核酸分子中儲(chǔ)存遺傳信息的遺傳單位,是RNA和蛋白質(zhì)相關(guān)遺傳信息的基本存在形式;是指儲(chǔ)存RNA序列信息和有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈序列信息以及表達(dá)這些信息所必須的全部核苷酸序列;大部分生物中構(gòu)成基因的核酸物質(zhì)是DNA,少數(shù)生物(如RNA病毒)中是RNA;核酸是遺傳信息的載體核酸（nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子。天然存在的核酸有兩類，一類為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA)，另一類為核糖核酸（ribonuleicacidRNA);DNA存在細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，攜帶和傳遞遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型（genetype);RNA存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)，參入細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá);病毒中，RNA也可作為遺傳信息的載體;近三十年來因從事這方面的研究而獲得諾貝爾獎(jiǎng)金的科學(xué)家列表如下：科學(xué)家年份種類成果A.R.Tood(英）1957化學(xué)確定核苷酸結(jié)構(gòu)，合成二核苷酸等G.W.Beadle（美）E.L.Tatum（美）19581958生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)化學(xué)試劑對(duì)基因的控制和影響J.Lederberg（美）1958生理學(xué)、醫(yī)學(xué)提出新的遺傳論點(diǎn)S.Ochoa（美）1959生理學(xué)、醫(yī)學(xué)酶促合成核糖多核苷酸A.Kornberg（美）1959生理學(xué)、醫(yī)學(xué)酸促合成DNAJ.D.Watson（美）1962生理學(xué)、醫(yī)學(xué)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)F.H.C.Crick（英）1962生理學(xué)、醫(yī)學(xué)M.H.F.Wilkins（英）1962生理學(xué)、醫(yī)學(xué)DNA的X射線衍射研究F.Jacob（法）A.M.Lwoff（法）J.L.Monod（法）196519651965生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)基因?qū)γ负筒《竞铣傻目刂芌.W.Holley（美）1968生理學(xué)、醫(yī)學(xué)酵母tRNAAla一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定H.G.Khorana（美）1968生理學(xué)、醫(yī)學(xué)合成遺傳密碼M.W.Nirenberg（美）1968生理學(xué)、醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼M.Delbruck(美）A.D.Hershey（美）S.E.Luria（美）196919691969生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)基面結(jié)構(gòu)和病毒復(fù)制機(jī)制E.W.Sutherland（美）1971生理學(xué)、醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)3’,5’-環(huán)AMP和激素作用機(jī)制R.Dulbecco（意）1975

生理學(xué)、醫(yī)學(xué)腫瘤病毒和細(xì)胞遺傳物質(zhì)之間的相互作用W.Arber（瑞士）1978生理學(xué)、醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌限制性內(nèi)切酶H.O.Smith（美）1978生理學(xué)、醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶作用方式的特點(diǎn)D.Nathans（美）1978生理學(xué)、醫(yī)學(xué)用限制性內(nèi)切酶制成腫瘤病毒的基因圖譜P.Berg（美）1981化學(xué)建立DNA重組技術(shù)W.Gilbert（美）1981化學(xué)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定方法F.Sanger(英）1981化學(xué)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定方法A.Klug（英）1982

化學(xué)建立晶體電子顯微技術(shù)測(cè)定核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體的構(gòu)造DNA:DNA結(jié)構(gòu):DNA一級(jí)結(jié)構(gòu):是指DNA分子中核苷酸的排列順序;DNA二級(jí)結(jié)構(gòu):是指兩條DNA單鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu),三股螺旋結(jié)構(gòu)以及四股螺旋結(jié)構(gòu);DNA三級(jí)結(jié)構(gòu):是指雙鏈DNA進(jìn)一步扭曲盤旋形成的超螺旋結(jié)構(gòu);DNA主要攜帶兩類遺傳信息:

一類是為RNA和蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)編碼的信息;

另一類信息為調(diào)控信息,是一些特定的DNA片段,能被各種蛋白質(zhì)分子特異性識(shí)別和結(jié)合,控制基因復(fù)制,基因表達(dá)等分子水平的生命活動(dòng);8SrRNA,28SrRNA等3個(gè)結(jié)構(gòu)基因是串聯(lián)在一起的,轉(zhuǎn)錄成一個(gè)RNA分子,然后剪切成為成熟的RNA分子;絕大部分真核基因都由一個(gè)結(jié)構(gòu)基因和與之相關(guān)的轉(zhuǎn)錄的mRNA調(diào)控序列組成,轉(zhuǎn)錄的多是單順反子，即一種mRNA分子只能翻譯成一種蛋白質(zhì),其結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的,屬于斷裂基因;原核生物中,功能上相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常常串聯(lián)在一起,由一套轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列控制其轉(zhuǎn)錄,構(gòu)成基本表達(dá)單位,這種組合單位稱為操縱子,由操縱子轉(zhuǎn)錄出的RNA為多順反子;真核生物mRNA特點(diǎn):有的結(jié)構(gòu)基因僅編碼一些特定功能的RNA,如rRNA,tRNA及其他小分子RNA;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；U3主要存在于核仁，與rRNA加工有關(guān)；原核生物基因的基本結(jié)構(gòu)是:5’-啟動(dòng)子-結(jié)構(gòu)基因-轉(zhuǎn)錄終止子-3’;真核生物基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn):現(xiàn)在已知的核酶絕大部分參與RNA的加工和成熟;20世紀(jì)60年代,遺傳密碼的破譯使人們對(duì)基因表達(dá)的機(jī)理有了更多的了解;（2）Py—Pu—Py型，較多見，在偏酸性PH中穩(wěn)定。所測(cè)序列是原待測(cè)DNA分子;Kornberg（美）真核生物核糖體的40S小亞基含18SrRNA及33種蛋白質(zhì)，60S大亞基則含有3種rRNA（28S、5.（一）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能

1.DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)中貯存的生物遺傳信息

DNA是雙螺旋的生物大分子。生物信息絕大部分都貯存在DNA分子中。這些信息以核苷酸不同的排列順序編碼在DNA分子上，核苷酸排列順序變了，它的生物學(xué)含義也就不同了。

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。因此測(cè)定DNA的堿基排列順序是分子生物學(xué)的基本課題之一。DNA序列測(cè)定即核酸DNA分子一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定，是現(xiàn)代分子生物學(xué)一項(xiàng)重要技術(shù)。序列分析的目的有二：1）確證性測(cè)序通過測(cè)序?qū)ν蛔冞M(jìn)行定位和鑒定，應(yīng)用時(shí)測(cè)定野生型基因上同源區(qū)和突變體的相應(yīng)序列，直接在一張膠片上比較二者序列差異（已知基因序列）。2）從頭測(cè)序目的是提供一段DNA準(zhǔn)確的核苷酸序列（未知基因序列）。測(cè)序在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用2個(gè)方面：

1）對(duì)已知基因序列檢查特別是有遺傳傾向的病例，檢測(cè)相關(guān)基因有無突變，有助于闡明疾病發(fā)病機(jī)理及建立相應(yīng)診療方案。

2）對(duì)已經(jīng)克隆的未知基因序列進(jìn)行測(cè)定從而闡明該基因的一級(jí)結(jié)構(gòu)，如人類基因組計(jì)劃中大量的工作是要闡明克隆片段的核苷酸排列順序。DNA序列測(cè)定方法:1)Sanger法(雙脫氧鏈末端終止法)在DNA聚合酶催化下,以單鏈或雙鏈DNA為模板,采用DNA引物引導(dǎo)新鏈DNA的合成;DNA鏈中核苷酸是以5’-3’磷酸二酯鍵相連,2’脫氧核苷三磷酸(dNTP)是合成DNA的底物;當(dāng)在底物中加入2’,3’-雙脫氧核苷三磷酸(ddNTP),可造成新生鏈的延伸終止;通過聚丙烯酰胺凝膠電泳可分辨出具有特定末端不同長短的DNA片段;DNA序列測(cè)定方法:2)Maxam-Gilbert法(化學(xué)裂解法)將待測(cè)DNA片段3’或5’端進(jìn)行放射性同位素標(biāo)記,并分為四組,每組用不同的化學(xué)試劑處理;

每組分別形成以特異性堿基為結(jié)尾的長度不同的DNA片段;四組產(chǎn)物經(jīng)變性聚丙烯酰胺凝膠電泳及放射自顯影后可讀出樣品的序列;DNA序列測(cè)定方法:Maxam-Gilbert法(化學(xué)裂解法)的優(yōu)點(diǎn):所測(cè)序列是原待測(cè)DNA分子;可以分析甲基化等DNA修飾的情況;可以研究DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)與DNA的相互作用;2、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)

4種dNTP以3’、5’磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個(gè)沒有分支的線性大分子。它們的兩個(gè)末端分別稱5’末端（游離磷酸基）和3’末端（游離羥基）。3、DNA的甲基化

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，有一些堿基可以通過加上一個(gè)甲基而被修飾，稱為DNA的甲基化(mythylationofDNA)。1）原核生物（細(xì)菌）有限制一修飾系統(tǒng)（見第三章）①對(duì)自身DNA產(chǎn)生保護(hù)作用。②抵御外源DNA（噬菌體）的入侵。2）真核生物中的DNA甲基化在基因表達(dá)調(diào)控中有重要作用（見第六章）（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1.雙螺旋的基本特征

1）主鏈脫氧核糖和磷酸基相互連接構(gòu)成DNA的主鏈。從化學(xué)鍵的方向來看，雙螺旋中兩條多核苷酸鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械摹６l主鏈處于螺旋的外側(cè)，堿基處于螺旋的內(nèi)部，由于糖和磷酸根的化學(xué)性質(zhì)，主鏈?zhǔn)怯H水的。兩條鏈形成右手螺旋，有共同的螺旋軸，螺旋的直徑是20A。

2）堿基對(duì)

由于幾何形狀的限制，只能由嘧啶和嘌呤配對(duì)才能使堿基對(duì)合適地安置在雙螺旋內(nèi)。若兩個(gè)嘧啶配對(duì)則幾何形狀太小，兩個(gè)嘌呤配對(duì)則幾何形狀又太大，為雙螺旋所容納不下。只有A-T堿基和G-C堿基對(duì)的幾何形狀正適合雙螺旋的大小?！?）大溝和小溝

沿螺旋軸方向觀察，配對(duì)的堿基并不充滿雙螺旋的空間。由于堿基對(duì)的方向性，使得堿基對(duì)占據(jù)的空間是不對(duì)稱的，因此在雙螺旋的表面形成二個(gè)凹下去的槽，一個(gè)槽大些，一個(gè)槽小些分別稱為大溝和小溝。雙螺旋表面的溝對(duì)DNA和蛋白質(zhì)的相互識(shí)別是很重要的，因?yàn)樵跍蟽?nèi)才能覺察到堿基的順序，而在雙螺旋的表面，是脫氧核糖和磷酸重復(fù)結(jié)構(gòu)，沒有信息可言。（蛋白質(zhì)核酸，核酸核酸）2.三股螺旋DNA（tsDNA）

tsDNA是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基上形成的。三條鏈均為同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的堿基均為嘌呤或嘧啶，其中兩條鏈為正常雙螺旋，第三條鏈位于雙螺旋的大溝中。根據(jù)三鏈的組成和相對(duì)位置分為兩種基本類型：（1）Pu（代表嘌呤鏈）—Pu—Py（代表嘧啶鏈）型，在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定；（2）Py—Pu—Py型，較多見，在偏酸性PH中穩(wěn)定。第三堿基在Py—Pu—Py型中為T=A=T，C+=G三C（第三位點(diǎn)的“C”必須質(zhì)子化）配對(duì)；在Pu—Pu—Py型中存在G=G三C，A=A=T配對(duì)。（三）DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指雙螺旋鏈的扭曲。超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種形式，DNA在核小體中的扭曲方式也是一種超螺旋結(jié)構(gòu)。超螺旋的生物學(xué)意義可能是：1.使DNA分子體積變小，對(duì)其在細(xì)胞的包裝過程有利。（2.2×1011公里,2.2×109公里,100倍）2.影響雙螺旋的解鏈過程,從而影響DNA分子與其它分子(如酶、蛋白質(zhì)、核酸)之間的相互作用。不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):·原核生物基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn):原核生物基因的基本結(jié)構(gòu)是:5’-啟動(dòng)子-結(jié)構(gòu)基因-轉(zhuǎn)錄終止子-3’;原核生物中,功能上相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常常串聯(lián)在一起,由一套轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列控制其轉(zhuǎn)錄,構(gòu)成基本表達(dá)單位,這種組合單位稱為操縱子,由操縱子轉(zhuǎn)錄出的RNA為多順反子;操縱子：是由操縱基因以及相鄰的若干結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄受操縱基因所控制；在不同的基因或操縱子中,可以含有其他轉(zhuǎn)錄調(diào)控單位,如操縱元件或正調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn),或兩者兼有;·原核生物結(jié)構(gòu)基因的特點(diǎn):原核生物結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的,這是因?yàn)樵薘NA合成后,通常無須剪接加工,結(jié)構(gòu)基因的序列是連續(xù)地保留于成熟的RNA分子中;·原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:·原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:啟動(dòng)子:是RNA聚合酶特異性識(shí)別和結(jié)合的DNA序列;啟動(dòng)子有方向性,位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的5’端,即上游區(qū);原核生物基因的啟動(dòng)子本身并不被轉(zhuǎn)錄;E.Coli基因的啟動(dòng)子區(qū)長約40—60bp,至少包括三個(gè)部分:轉(zhuǎn)錄起始部位(＋1bp),-10bp區(qū)和-35bp區(qū);RNA聚合酶全酶中的ó因子識(shí)別并結(jié)合在-35bp區(qū)和-10bp區(qū),全酶結(jié)合DNA后覆蓋的區(qū)域是-40bp～＋20bp;終止子:是結(jié)構(gòu)基因3’端下游的一段DNA序列,其中有GC富集區(qū)組成的反向重復(fù)序列,轉(zhuǎn)錄后在RNA分子中形成特殊的結(jié)構(gòu)以終止RNA鏈的延伸;·原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:操縱元件:是被阻遏蛋白識(shí)別與結(jié)合的一小段DNA序列,轉(zhuǎn)錄過程存在阻遏調(diào)控機(jī)制的操縱子中均含有這樣的序列;操縱元件常緊接在啟動(dòng)子下游,通常與啟動(dòng)子有部分重疊;阻遏蛋白與操縱元件結(jié)合后,抑制下游結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄;·原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:正調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn):有些原核基因的啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子,RNA聚合酶與之結(jié)合的作用很弱,在這些啟動(dòng)子附近有一些特殊的DNA序列,轉(zhuǎn)錄激活蛋白可以識(shí)別并結(jié)合這種DNA序列;不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):·真核生物基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn):絕大部分真核基因都由一個(gè)結(jié)構(gòu)基因和與之相關(guān)的轉(zhuǎn)錄的mRNA調(diào)控序列組成,轉(zhuǎn)錄的多是單順反子，即一種mRNA分子只能翻譯成一種蛋白質(zhì),其結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的,屬于斷裂基因;但rRNA基因結(jié)構(gòu)是個(gè)例外,18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNA等3個(gè)結(jié)構(gòu)基因是串聯(lián)在一起的,轉(zhuǎn)錄成一個(gè)RNA分子,然后剪切成為成熟的RNA分子;·真核生物結(jié)構(gòu)基因的特點(diǎn):真核生物的結(jié)構(gòu)基因在DNA上是不連續(xù)的,稱斷裂基因;從結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄而成的RNA,需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)募艚?并不是全部的結(jié)構(gòu)基因序列都保留在成熟的RNA分子中;結(jié)構(gòu)基因由外顯子和內(nèi)含子組成,外顯子=內(nèi)含子+1;在不同的結(jié)構(gòu)基因中外顯子數(shù)量不同,少則數(shù)個(gè),多則數(shù)十個(gè);內(nèi)含子和外顯子的劃分不是絕對(duì)的;·真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:啟動(dòng)子:真核生物基因的啟動(dòng)子也含有RNA聚合酶特異性識(shí)別和結(jié)合的DNA序列,大部分基因中構(gòu)成啟動(dòng)子的DNA序列位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游,啟動(dòng)子本身通常不被轉(zhuǎn)錄;一些啟動(dòng)子(如tRNA基因啟動(dòng)子)的DNA序列可以位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的下游,這些DNA序列可以被轉(zhuǎn)錄;真核生物RNA聚合酶有三種,這些RNA聚合酶與啟動(dòng)子的親和力都很弱,需要有轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子結(jié)合形成DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物,RNA聚合酶才能與之有效結(jié)合;三種RNA聚合酶各有一套轉(zhuǎn)錄因子(TF)與之相配合;

RNA聚合酶I和TF1:I類啟動(dòng)子（rRNA基因）;RNA聚合酶II和TFII:II類啟動(dòng)子（mRNA基因,snRNA）;RNA聚合酶III和TFIII:III類啟動(dòng)子（5SrRNA基因,tRNA基因,U6基因）;·II類啟動(dòng)子:II類啟動(dòng)子:由TATA盒，幾個(gè)上游啟動(dòng)子元件和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)組成；TATA盒位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25bp處，其核心序列是TATA(A/T)A(A/T);TATA盒與一種稱為TATA因子的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后即稱為完整的啟動(dòng)子，精確地決定RNA合成的起始位點(diǎn)；有些II類基因并不含有TATA盒，如管家基因盒發(fā)育同源盒基因；·真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:上游啟動(dòng)子元件:是TATA盒上游的一些特定的DNA序列,其中一些與TATA盒共同組成啟動(dòng)子;另一些是反式作用因子(轉(zhuǎn)錄激活蛋白)識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn),反式作用因子與之結(jié)合后,通過調(diào)節(jié)TATA因子與TATA盒的結(jié)合,RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率;常見的上游啟動(dòng)子元件有CAAT盒,CACA盒及GC盒;CAAT盒：是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-70～-80堿基對(duì)位置的一段保守序列，由9個(gè)堿基組成，即GGNCAATCT(N=C或T);CACA盒：位于上游-80～-90堿基對(duì)位置，其核心序列為GCCACACCC;GC盒：轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-35堿基對(duì)的位置有富含GC的核苷酸序列（GGCGG),常見于一些組成型基因；·真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列::增強(qiáng)子:是一種較短的DNA序列,能夠被反式作用因子識(shí)別與結(jié)合;反式作用因子與增強(qiáng)子結(jié)合后能夠調(diào)控(通常為增強(qiáng))鄰近基因的轉(zhuǎn)錄;增強(qiáng)子序列通常是數(shù)個(gè)形成一族，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-３００bp～-100bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列；·真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:反應(yīng)元件（順式作用元件）:反應(yīng)元件都具有較短的保守序列反應(yīng)元件通常位于啟動(dòng)子附近，啟動(dòng)子內(nèi)或增強(qiáng)子區(qū)域；與反應(yīng)元件結(jié)合的信息分子是一些反式作用因子；·真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:Poly(A)信號(hào):含有II類啟動(dòng)子的基因（II類基因）除了調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的序列外，在結(jié)構(gòu)基因的３’端下游還有加尾信號(hào)；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；ＡＡＴＡＡＡ序列下游有一段ＧＴ豐富區(qū)，或Ｔ豐富區(qū)，此區(qū)與ＡＡＴＡＡＡ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ＲＮＡ聚合酶結(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)堿基的部位剪斷ＲＮＡ，并加上Poly(A)尾；不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):·病毒結(jié)構(gòu)基因的特點(diǎn):病毒的結(jié)構(gòu)基因有的是連續(xù)的，有的是間斷的，一般取決于其能夠侵染的宿主；感染細(xì)菌的病毒（噬菌體）的基因與細(xì)菌基因的結(jié)構(gòu)特征相似，結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的；感染真核細(xì)胞的病毒的基因結(jié)構(gòu)與真核生物基因結(jié)構(gòu)特征相似，部分結(jié)構(gòu)基因由于含有內(nèi)含子而間斷；不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):·病毒結(jié)構(gòu)基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn):感染原核生物的病毒(噬菌體)的基因結(jié)構(gòu)與原核基因具有相同的特征;感染真核細(xì)胞的病毒的基因與真核細(xì)胞的基因在結(jié)構(gòu)上則有較大的區(qū)別;真核基因組很大,每個(gè)基因也很長,通常都含有許多內(nèi)含子和外顯子,并且有許多復(fù)雜的順式作用元件;病毒基因組很小,一般沒有內(nèi)含子(有些病毒基因含有內(nèi)含子),調(diào)控序列也較少,而且還有一些不規(guī)則的基因;有的病毒基因組中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)相接,編碼區(qū)無間隔；有的結(jié)構(gòu)基因甚至沒有翻譯起始序列,需要經(jīng)mRNA剪接后從別的結(jié)構(gòu)基因中獲得?！そY(jié)構(gòu)基因中儲(chǔ)存的遺傳信息:在構(gòu)成基因的特定DNA片段中,一段DNA序列儲(chǔ)存著一個(gè)特定RNA分子的序列信息,此段DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定該RNA分子的一級(jí)結(jié)構(gòu),這一段DNA稱為結(jié)構(gòu)基因;有的結(jié)構(gòu)基因僅編碼一些特定功能的RNA,如rRNA,tRNA及其他小分子RNA;大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因是通過mRNA進(jìn)一步編碼蛋白質(zhì);DNA為雙鏈,結(jié)構(gòu)基因是由信息鏈和與之互補(bǔ)的反義鏈組成;互補(bǔ)鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)錄時(shí)的模板鏈,RNA分子是依據(jù)與模板鏈互補(bǔ)的原則合成的;RNA分子的堿基序列與結(jié)構(gòu)基因的信息鏈一致,只是以U取代了T;結(jié)構(gòu)基因中儲(chǔ)存的遺傳信息幾種主要RNA的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn);

mRNAtRNArRNA

小分子RNA

核酶結(jié)構(gòu)基因中儲(chǔ)存的蛋白質(zhì)序列信息;（一）mRNAmRNA的功能是攜帶蛋白質(zhì)的序列信息,在翻譯過程中作為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成;mRNA的序列組成:編碼區(qū)和非編碼區(qū):ORF:開放閱讀框,是指在mRNA的核苷酸序列中,有一段序列是一個(gè)特定蛋白質(zhì)多肽鏈的序列信息,這一段核苷酸序列稱為蛋白質(zhì)編碼區(qū)或開放閱讀框;此段核苷酸序列決定蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu);UTR:非翻譯區(qū),指在開放閱讀框的5’端上游和3’端下游的核苷酸序列沒有編碼功能,此段區(qū)域稱為非翻譯區(qū);UTR的功能主要是參與翻譯起始調(diào)控,是將開放閱讀框中的多肽鏈序列信息轉(zhuǎn)變成為多肽鏈所必需的序列;ORF:開放閱讀框,是指在mRNA的核苷酸序列中,有一段序列是一個(gè)特定蛋白質(zhì)多肽鏈的序列信息,這一段核苷酸序列稱為蛋白質(zhì)編碼區(qū)或開放閱讀框;此段核苷酸序列決定蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu);tRNA分子有一個(gè)反密碼環(huán)，由7個(gè)堿基組成，其中中間3個(gè)堿基構(gòu)成反密碼子；發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶作用方式的特點(diǎn)酵母tRNAAla一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定真核生物mRNA特點(diǎn):病毒中，RNA也可作為遺傳信息的載體;②抵御外源DNA（噬菌體）的入侵。從化學(xué)鍵的方向來看，雙螺旋中兩條多核苷酸鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?。tsDNA是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基上形成的。狀又太大，為雙螺旋所容納不下。發(fā)現(xiàn)3’,5’-環(huán)AMP和激素作用機(jī)制發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶作用方式的特點(diǎn)若兩個(gè)嘧啶配對(duì)則幾何形狀太小，兩個(gè)嘌呤配對(duì)則幾何形原核生物中,功能上相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常常串聯(lián)在一起,由一套轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列控制其轉(zhuǎn)錄,構(gòu)成基本表達(dá)單位,這種組合單位稱為操縱子,由操縱子轉(zhuǎn)錄出的RNA為多順反子;snRNA常與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，形成小分子細(xì)胞核內(nèi)核蛋白顆粒（snRNP）；原核生物mRNA特點(diǎn):原核生物mRNA往往是多順反子;一個(gè)操縱子中的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因共同轉(zhuǎn)錄出一條mRNA鏈,即一條mRNA鏈含有幾個(gè)開放閱讀框,分別指導(dǎo)合成各自編碼的肽鏈;在各開放閱讀框之間有間隔序列,可能是核糖體識(shí)別和結(jié)合的部位；在mRNA的5’端和3’端也有非編碼區(qū);原核生物mRNA的5’端沒有帽子結(jié)構(gòu),3’端沒有多聚尾;真核生物mRNA特點(diǎn):真核細(xì)胞的核內(nèi)不均一RNA(hnRNA)是mRNA的前體,分子中含有從內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄而來的序列,經(jīng)過剪接等處理后成熟為mRNA;成熟mRNA的5’端有帽子結(jié)構(gòu);

帽子結(jié)構(gòu)是指mRNA的5’端在轉(zhuǎn)錄后增加了一個(gè)甲基化鳥嘌呤核苷酸,其以5’端三磷酸酯鍵與第二個(gè)核苷酸的5’端相連,而不是通常的3’,5’磷酸二酯鍵;

帽子結(jié)構(gòu)有三種類型,即帽子0型m7G5’ppp5’Np,帽子1型m7G5’ppp5’NmpNp和帽子2型m7G5’ppp5’NmpNmpNp;

帽子結(jié)構(gòu)可保護(hù)mRNA不被核酸外切酶水解,并能被翻譯起始因子識(shí)別結(jié)合,與翻譯起始有關(guān);真核生物mRNA的3’端有多聚腺苷酸尾巴,其長度為20～200個(gè)腺苷酸;

多聚腺苷酸尾巴與mRNA壽命及翻譯效率有關(guān);

*順反子（cistron）一段可供編碼的結(jié)構(gòu)基因,是能夠編碼合成多肽的DNA的最小單位，遺傳的功能單位。由結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成的RNA序列亦稱為順反子。單順反子（monocistron）真核的結(jié)構(gòu)基因（及mRNA）是單順反子，一個(gè)蛋白基因?yàn)橐粋€(gè)轉(zhuǎn)錄單位。多順反子（polycistron）原核的結(jié)構(gòu)基因（mRNA）是多順反子，多個(gè)蛋白基因串在一起為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。*帽子結(jié)構(gòu)中的核苷酸大多數(shù)為7甲基鳥苷（m7G）.在其后面第2和第3個(gè)核苷酸的核糖第2位羥基上有時(shí)也甲基化。因此通常帽子的結(jié)構(gòu)可見3種類型： 帽子0型m7G（5’）PPP（5’）NP.

帽子1型m7G（5’）PPP（5’）NmpNP.

帽子2型m7G（5’）PPP（5’）NmPNmPNP.病毒mRNA特點(diǎn):噬菌體mRNA與原核生物mRNA結(jié)構(gòu)相似;真核細(xì)胞病毒mRNA的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,與具體的病毒基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān);U7、U8、U9、U10的含量較少，只存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中；感染細(xì)菌的病毒（噬菌體）的基因與細(xì)菌基因的結(jié)構(gòu)特征相似，結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的；結(jié)構(gòu)基因由外顯子和內(nèi)含子組成,外顯子=內(nèi)含子+1;4種dNTP以3’、5’磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個(gè)沒有分支的線性大分子。原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:Nathans（美）生物信息絕大部分都貯存在DNA分子中。另一些是反式作用因子(轉(zhuǎn)錄激活蛋白)識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn),反式作用因子與之結(jié)合后,通過調(diào)節(jié)TATA因子與TATA盒的結(jié)合,RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率;通過聚丙烯酰胺凝膠電泳可分辨出具有特定末端不同長短的DNA片段;ORF:開放閱讀框,是指在mRNA的核苷酸序列中,有一段序列是一個(gè)特定蛋白質(zhì)多肽鏈的序列信息,這一段核苷酸序列稱為蛋白質(zhì)編碼區(qū)或開放閱讀框;此段核苷酸序列決定蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu);確定核苷酸結(jié)構(gòu)，合成二核苷酸等絕大部分真核基因都由一個(gè)結(jié)構(gòu)基因和與之相關(guān)的轉(zhuǎn)錄的mRNA調(diào)控序列組成,轉(zhuǎn)錄的多是單順反子，即一種mRNA分子只能翻譯成一種蛋白質(zhì),其結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的,屬于斷裂基因;病毒中，RNA也可作為遺傳信息的載體;發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶作用方式的特點(diǎn)3’端poly(A)尾原核生物mRNA真核生物mRNA1.mRNA編碼區(qū)多順反子（幾個(gè)功能相關(guān)蛋白質(zhì)）單順反子*（1種蛋白質(zhì)）2.5’端帽子結(jié)構(gòu)無帽子結(jié)構(gòu)，（有SD序列，RBS位于AUG上游8～13核苷酸處，與翻譯起始有關(guān)）有帽子結(jié)構(gòu)（0.1.2三種類型）*使mRNA免遭外切核酸酶降解，與翻譯起始有關(guān)3.3’端poly(A)尾無有，20～200核苷酸4.5’.3’端mRNA非編碼區(qū)有有

tRNA特點(diǎn)：tRNA分子含有很多稀有堿基或修飾堿基；tRNA的3’端是CCA-OH,激活的氨基酸連接于此3’末端羥基上；tRNA分子有一個(gè)反密碼環(huán)，由7個(gè)堿基組成，其中中間3個(gè)堿基構(gòu)成反密碼子；tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是倒L形，一端是CCA末端結(jié)合氨基酸部位，另一端為反密碼環(huán)；tRNA的功能是在蛋白質(zhì)生物合成肽鏈延長階段發(fā)揮運(yùn)輸氨基酸的作用，它們攜帶特定氨基酸并結(jié)合到核糖體的氨基酰位（A位），然后轉(zhuǎn)移到肽位（P位）;有一種tRNA是專門作為起始tRNA發(fā)揮作用，此tRNA只識(shí)別翻譯起始信號(hào)，并結(jié)合到核糖體的肽位（P位）上；U1、U2、U4、U5和U6位于核漿內(nèi)，參與mRNA的剪接、加工;真核細(xì)胞病毒mRNA的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,與具體的病毒基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān);另一類信息為調(diào)控信息,是一些特定的DNA片段,能被各種蛋白質(zhì)分子特異性識(shí)別和結(jié)合,控制基因復(fù)制,基因表達(dá)等分子水平的生命活動(dòng);沿螺旋軸方向觀察，配對(duì)的堿基并不充滿雙螺旋的空間。原核生物mRNA往往是多順反子;反式作用因子與增強(qiáng)子結(jié)合后能夠調(diào)控(通常為增強(qiáng))鄰近基因的轉(zhuǎn)錄;20世紀(jì)50年代,Benzer提出了順反子的概念;核酶是一些具有催化活力的RNA;核酸（nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子。TATA盒位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25bp處，其核心序列是TATA(A/T)A(