分子生物學(xué)第一章基因

1、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提出了一個基因,一個酶的學(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基因表達(dá)的機理有了更多的了解;20世紀(jì)90年代,形成了基因的現(xiàn)代概念;第一頁，共五十六頁。本章要點:基因的基本概念及基因的結(jié)構(gòu)特點;結(jié)構(gòu)基因中儲存的遺傳信息;基因結(jié)構(gòu)變異及其與疾病的關(guān)系;第二頁，共五十六頁?；虻幕靖拍?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

2、傳;基因的現(xiàn)代分子生物學(xué)概念:基因是核酸分子中儲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;第三頁，共五十六頁。核酸是遺傳信息的載體核酸（nucleic acid)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（deoxyribonucleic acid, DNA)，另一類為核糖核酸（ribonuleic acid RNA);DNA存在細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，攜帶和傳遞遺傳信息，決

3、定細(xì)胞和個體的基因型（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;第四頁，共五十六頁。近三十年來因從事這方面的研究而獲得諾貝爾獎金的科學(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)

4、、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t RNA Ala一級結(jié)構(gòu)測定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)

5、 發(fā)現(xiàn)遺傳密碼第五頁，共五十六頁。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

6、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一級結(jié)構(gòu)測定方法F. Sanger (英） 1981 化學(xué) DNA一級結(jié)構(gòu)測定方法A. Klug（英） 1982 化學(xué)建立晶體電子顯微技術(shù)測定核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體的構(gòu)造第六頁，共五十六頁。DNA:DNA結(jié)構(gòu):DNA一級結(jié)構(gòu):是指DNA分子中核苷酸的排列順序;DNA二級結(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)一級結(jié)構(gòu)編碼的信息; 另一類信

7、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;第七頁，共五十六頁。（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)與功能 1.DNA一級結(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的一級結(jié)構(gòu)就是指核苷酸在DNA分子中的排列順序。因此測定DNA的堿基排列順序是分子生物學(xué)的基本課題之一。第八頁，共五十六頁。DNA序列測定 即核酸DNA分子一級結(jié)構(gòu)的測定，是現(xiàn)代分子生物學(xué)一項重要技術(shù)。序列分析的目的有二

8、：1）確證性測序 通過測序?qū)ν蛔冞M(jìn)行定位和鑒定，應(yīng)用時測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）從頭測序 目的是提供一段DNA準(zhǔn)確的核苷酸序列（未知基因序列）。第九頁，共五十六頁。測序在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用2個方面： 1）對已知基因序列檢查 特別是有遺傳傾向的病例，檢測相關(guān)基因有無突變，有助于闡明疾病發(fā)病機理及建立相應(yīng)診療方案。 2）對已經(jīng)克隆的未知基因序列進(jìn)行測定 從而闡明該基因的一級結(jié)構(gòu)，如人類基因組計劃中大量的工作是要闡明克隆片段的核苷酸排列順序。第十頁，共五十六頁。DNA序列測定方法: 1)Sanger法(雙脫氧鏈末端終止法)在DNA聚

9、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;第十一頁，共五十六頁。DNA序列測定方法: 2)Maxam-Gilbert法(化學(xué)裂解法)將待測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;

10、第十二頁，共五十六頁。DNA序列測定方法: Maxam-Gilbert法(化學(xué)裂解法)的優(yōu)點:所測序列是原待測DNA分子;可以分析甲基化等DNA修飾的情況;可以研究DNA二級結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)與DNA的相互作用;第十三頁，共五十六頁。2、DNA一級結(jié)構(gòu)的基本特點 4種dNTP以3、5磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個沒有分支的線性大分子。 它們的兩個末端分別稱5末端（游離磷酸基）和3末端（游離羥基）。第十四頁，共五十六頁。第十五頁，共五十六頁。3、DNA的甲基化 DNA的一級結(jié)構(gòu)中，有一些堿基可以通過加上一個甲基而被修飾，稱為DNA的甲基化(mythylation of DNA)。1）原核生物（細(xì)菌）有限制一修

11、飾系統(tǒng)（見第三章）對自身DNA產(chǎn)生保護(hù)作用。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）第十六頁，共五十六頁。（二）DNA的二級結(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?二條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 由于幾何形狀的限制，只能由嘧啶和嘌呤配對才能使堿基對合適地安置在雙螺旋內(nèi)。 若兩個嘧啶配對則幾何形狀太小，兩個嘌呤配對則幾何

12、形狀又太大，為雙螺旋所容納不下。只有A-T堿基和G-C堿基對的幾何形狀正適合雙螺旋的大小。第十七頁，共五十六頁。3）大溝和小溝 沿螺旋軸方向觀察，配對的堿基并不充滿雙螺旋的空間。 由于堿基對的方向性，使得堿基對占據(jù)的空間是不對稱的，因此在雙螺旋的表面形成二個凹下去的槽，一個槽大些，一個槽小些分別稱為大溝和小溝。 雙螺旋表面的溝對DNA和蛋白質(zhì)的相互識別是很重要的，因為在溝內(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）第十八頁，共五十六頁。第十九頁，共五十六頁。2.三股螺旋DNA（tsDNA） tsDNA是在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基上形

13、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)三鏈的組成和相對位置分為兩種基本類型：（1）Pu（代表嘌呤鏈）PuPy（代表嘧啶鏈）型，在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定；（2）PyPuPy型，較多見，在偏酸性PH中穩(wěn)定。 第三堿基在PyPuPy型中為T=A=T，C+=G三C（第三位點的“C”必須質(zhì)子化）配對；在PuPuPy型中存在G=G三C，A=A=T配對。第二十頁，共五十六頁。（三）DNA的三級結(jié)構(gòu) DNA的三級結(jié)構(gòu)指雙螺旋鏈的扭曲。 超螺旋是DNA三級結(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

14、可能是：1.使DNA分子體積變小，對其在細(xì)胞的包裝過程有利。（2.21011公里, 2.2109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。第二十一頁，共五十六頁。第二十二頁，共五十六頁。不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點:原核生物基因的基本結(jié)構(gòu)特點:原核生物基因的基本結(jié)構(gòu)是: 5-啟動子-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

15、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,或兩者兼有;第二十三頁，共五十六頁。原核生物結(jié)構(gòu)基因的特點:原核生物結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的,這是因為原核RNA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;第二十四頁，共五十六頁。原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:第二十五頁，共五十六頁。原核生物基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:啟動子:是RNA聚合酶特異性識別和結(jié)合的DNA序列;啟動子有方向性,位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點的5端,即上游區(qū);原核生物基因的啟動子本身并不被轉(zhuǎn)錄;E.Coli基因的啟動子區(qū)長約4060bp,至少包括三個部分:轉(zhuǎn)錄

16、起始部位(1bp), -10bp區(qū)和-35bp區(qū);RNA聚合酶全酶中的因子識別并結(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;第二十六頁，共五十六頁。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)控機制的操縱子中均含有這樣的序列;操縱元件常緊接在啟動子下游,通常與啟動子有部分重疊;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;第二十七頁，共五十六頁。原核生物基因的轉(zhuǎn)錄

17、調(diào)控序列:正調(diào)控蛋白結(jié)合位點:有些原核基因的啟動子是弱啟動子,RNA聚合酶與之結(jié)合的作用很弱,在這些啟動子附近有一些特殊的DNA序列,轉(zhuǎn)錄激活蛋白可以識別并結(jié)合這種DNA序列;第二十八頁，共五十六頁。不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點:真核生物基因的基本結(jié)構(gòu)特點:絕大部分真核基因都由一個結(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)是個例外,18SrRNA,5.8SrRNA, 28SrRNA等3個結(jié)構(gòu)基因是串聯(lián)在一起的,轉(zhuǎn)錄成一個RNA分子,然后剪切成為成熟的RNA分子;第二十九頁，共五十六

18、頁。真核生物結(jié)構(gòu)基因的特點: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,多則數(shù)十個;內(nèi)含子和外顯子的劃分不是絕對的;第三十頁，共五十六頁。真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:啟動子:真核生物基因的啟動子也含有RNA聚合酶特異性識別和結(jié)合的DNA序列,大部分基因中構(gòu)成啟動子的DNA序列位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點的上游,啟動子本身通常不被轉(zhuǎn)錄;一些啟動子(如tRNA基因啟動子)的DNA序列可以位于轉(zhuǎn)錄起始點的下游,這

19、些DNA序列可以被轉(zhuǎn)錄;真核生物RNA聚合酶有三種,這些RNA聚合酶與啟動子的親和力都很弱,需要有轉(zhuǎn)錄因子與啟動子結(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類啟動子（rRNA基因）; RNA聚合酶II和TFII:II類啟動子（mRNA基因,snRNA）; RNA聚合酶III和TFIII:III類啟動子（5S rRNA基因, tRNA基因, U6基因）;第三十一頁，共五十六頁。II類啟動子:II類啟動子:由TATA盒，幾個上游啟動子元件和轉(zhuǎn)錄起始位點組成；TATA盒位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25bp處，其

20、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子，精確地決定RNA合成的起始位點；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；第三十二頁，共五十六頁。真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:上游啟動子元件: 是TATA盒上游的一些特定的DNA序列,其中一些與TATA盒共同組成啟動子;另一些是反式作用因子(轉(zhuǎn)錄激活蛋白)識別和結(jié)合的位點,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;常見的上游啟動子元件有CAAT 盒,CACA盒及GC盒;CAAT盒：

21、是位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-70-80堿基對位置的一段保守序列，由9個堿基組成，即GGNCAATCT(N=C或T);CACA盒：位于上游-80-90堿基對位置，其核心序列為GCCACACCC;GC盒：轉(zhuǎn)錄起始點上游-35堿基對的位置有富含GC的核苷酸序列（GGCGG),常見于一些組成型基因；第三十三頁，共五十六頁。真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:增強子:是一種較短的DNA序列,能夠被反式作用因子識別與結(jié)合;反式作用因子與增強子結(jié)合后能夠調(diào)控(通常為增強)鄰近基因的轉(zhuǎn)錄;增強子序列通常是數(shù)個形成一族，位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-bp-100bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強子序列；第三十四頁，共五十六頁。真核生

22、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)元件通常位于啟動子附近，啟動子內(nèi)或增強子區(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；第三十五頁，共五十六頁。真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列:Poly(A)信號:含有II類啟動子的基因（ II類基因）除了調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的序列外，在結(jié)構(gòu)基因的端下游還有加尾信號；結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中有一個保守的序列；序列下游有一段豐富區(qū)，或豐富區(qū)，此區(qū)與序列共同構(gòu)成Poly(A)加尾信號；m轉(zhuǎn)錄到此部位后，產(chǎn)生和隨后的（或）豐富區(qū)，與聚合酶結(jié)合的延長因子可以識別這種結(jié)構(gòu)并與之結(jié)合，然后在下游 個堿基的部位剪斷，并加上Poly(A) 尾；第三十

23、六頁，共五十六頁。不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點:病毒結(jié)構(gòu)基因的特點: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；第三十七頁，共五十六頁。不同生物基因的結(jié)構(gòu)特點:病毒結(jié)構(gòu)基因的基本結(jié)構(gòu)特點: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

24、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。第三十八頁，共五十六頁。結(jié)構(gòu)基因中儲存的遺傳信息:在構(gòu)成基因的特定DNA片段中,一段DNA序列儲存著一個特定RNA分子的序列信息,此段DNA的一級結(jié)構(gòu)決定該RNA分子的一級結(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的反

25、義鏈組成;互補鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)錄時的模板鏈,RNA分子是依據(jù)與模板鏈互補的原則合成的;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;第三十九頁，共五十六頁。結(jié)構(gòu)基因中儲存的遺傳信息幾種主要RNA的結(jié)構(gòu)與功能特點; mRNA tRNA rRNA 小分子RNA 核酶結(jié)構(gòu)基因中儲存的蛋白質(zhì)序列信息;第四十頁，共五十六頁。（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

26、酸序列決定蛋白質(zhì)分子的一級結(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;第四十一頁，共五十六頁。第四十二頁，共五十六頁。原核生物mRNA特點:原核生物mRNA往往是多順反子;一個操縱子中的幾個結(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;第

27、四十三頁，共五十六頁。真核生物mRNA特點: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)錄后增加了一個甲基化鳥嘌呤核苷酸,其以5端三磷酸酯鍵與第二個核苷酸的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m7G5ppp5Np, 帽子1型m7G5ppp5NmpNp 和帽子2型m7G5ppp5NmpNmpNp; 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

28、巴,其長度為20200個腺苷酸; 多聚腺苷酸尾巴與mRNA壽命及翻譯效率有關(guān);第四十四頁，共五十六頁。 *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，一個蛋白基因為一個轉(zhuǎn)錄單位。 多順反子（polycistron）原核的結(jié)構(gòu)基因（mRNA）是多順反子，多個蛋白基因串在一起為一個轉(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個核苷酸的核糖第2位羥基上有時也甲基化。因此通常帽子的結(jié)構(gòu)

29、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.第四十五頁，共五十六頁。病毒mRNA特點: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)特點有關(guān);第四十六頁，共五十六頁。原核生物mRNA真核生物mRNA1.mRNA編碼區(qū)多順反子（幾個功能相關(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813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

30、有關(guān)3.3端poly(A)尾無有，20200核苷酸4.5.3端mRNA非編碼區(qū)有有 第四十七頁，共五十六頁。tRNA特點：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分子有一個反密碼環(huán)，由7個堿基組成，其中中間3個堿基構(gòu)成反密碼子；tRNA的三級結(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只識別翻譯起始信號，并結(jié)合到核糖體的肽位（P位）上；第四十八頁，共五十六頁。第四十九頁，共五十六頁。rRNA rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體，后者是蛋白質(zhì)合成的場所。核糖體的組成原核生物（70S，小30s大50S）真核生物（80S,小40s大60s）小亞