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1、医学分子生物学九阴真经- 1 - 第一章第八章 基因 genes ：基因是负责编码RNA 或一条多肽链DNA 片段， 包括编码序列、 编码序列外的侧翼序列及插入序 列。是决定遗传性状的功能单位。 结构基因structure genes ：基因中编码RNA 或蛋白质的DNA 序列称为结构基因。 基因组 genome：一个细胞或病毒的全部遗传信息。（细胞或生物体的一套完整单倍体的遗传物质的总和。）真 核生物基因组是指一套完整单倍体DNA （染色体DNA ）和线粒体DNA 的全部序列，包括编码序列和非编码 序列。GT-AG 法则： 真核生物基因的外显子与内含子接头处都有一段高度保守的一致性序列，即：
2、内含子5 端大多 数是以 GT 开始， 3 端大多是以AG 结束。端粒 ：以线性染色体形式存在的真核基因组DNA 末端都有一种特殊的结构叫端粒。该结构是一段DNA 序列 和蛋白质形成的一种复合体，仅在真核细胞染色体末端存在。端粒DNA由重复序列组成，人类端粒一端是TTAGGG 另一端是 AATCCC. 操纵子： 是指数个功能上相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动子和操 纵基因）以及下游的转录终止信号所构成的基因表达单位。所转录的RNA 为多顺反子。 操纵元件： 是一段能够被不同基因表达调控蛋白质识别和结合的DNA 序列，是决定基因表达效率的关键元件。 顺式作用元件
3、： 是指那些与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的特异DNA 序列。 包括启动子、上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A) 加尾信号。 反式作用因子：是指真核细胞内含有的大量可以通过直接或间接结合顺式作用元件而调节基因转录活性的蛋 白质因子。 蛋白质折叠翻译后的蛋白质需经过一系列加工修饰才能转变为有天然构象和生物功能的蛋白质。新生肽链在 翻译过程中或翻译后经过盘曲折叠形成天然构象过程。 启动子：是能够被RNA 聚合酶特异性识别并与其结合并开始转录的核苷酸序列。（TATAbox 、 CAATbox、 GCbox ） 增强子 enhancer：是一段短的DNA 序列，
4、其中含有多个作用元件，可以特异性地与转录因子结合，增强基因 的转录活性。它可位于被增强的转录基因的上游或下游，也可相距靶基因较远。 多顺反子mRNA(polycistronic mRNA) 即每一个 mRNA 分子带有几钟蛋白质的遗传信息（来自几个结构基因） ， 利用共同的启动子及终止信号，组成“操纵子”的基因表达调控单元。 病毒基因组的特点：一、 ：种类单一；病毒的核酸通常是DNA 分子或者是RNA 分子。 二： RNA 病毒基因组 有单、双链和正、负链之分。根据是否可以作为mRNA 模板，指导蛋白质合成，分成正链RNA 病毒和负链RNA 病毒两大类。 1、单股正链RNA 病毒基因组可以作为
5、mRNA 行使模板功能：病毒颗粒中的RNA 进入宿 主细胞后，可直接作为mRNA ，翻译出所编码的蛋白质，包括衣壳蛋白和病毒的RNA聚合酶。然后再病毒RNA 聚合酶的作用下以病毒基因组RNA 为模板合成出负链，在以负链为模板复制病毒RNA ，并以复制的病 毒 RNA 和衣壳蛋白自我装配成为成熟的病毒颗粒。这些病毒称为单股正链RNA 病毒。 2 单股负链RNA 病毒 需要先合成与其互补的MRNA ：先以病毒基因组RNA 为模板转录生成互补RNA ，再以这个互补RNA 作为mRNA 翻译出遗传密码所决定的蛋白质。3、双链RNA 病毒基因组含有正、负两条RNA 链。 4、部分RNA 病毒基因组可以被
6、反转录为DNA ：有一类特殊的单股正链RNA 病毒，即 逆转录病毒 ，在这些病毒颗粒中带 有依赖 RNA 的 DNA 聚合酶，即逆转录酶，能使RNA 反向转录生成DNA 。逆转录病毒基因组一般包括三个 基本的结构基因，即：gag,pol,env，分别编码核心蛋白、逆转录酶和膜蛋白。三、DNA 病毒基因组有环状DNA 分子和线性DNA 分子。四、其他：形式多样、大小不一、基因重叠；、动物 /细菌病毒与真核/原核基因相似： 内含子；具有不规则的结构基因；基因编码区无间隔：通过宿主及病毒本身酶切；无帽状结构；结构基因没 有翻译起始序列。 原核基因组的特点：一、原核生物基因组通常仅由一条环状双链DNA
7、 分子组成；二、操纵子结构是原核生物 基因组的结构特点之一：原核生物的绝大多数结构基因按功能相关性成簇地串联排列与染色体上，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动子和操纵基因）以及下游的转录终止信号构成一个基因表达单位，即操 纵子结构。一个操纵子只含一个启动序列和数个可转录的结构基因。在同一个启动序列控制下，操纵子可转录出多顺反子mRNA 。三、基因密度非常高，基因组序列中编码区所占的比例较大。可表达基因约50%，大 于真核生物小于病毒。重复序列很少。四、在原核生物基因组中的非编码区内主要是一些调控序列。五、基因一般是连续的，无内含子；六、细菌基因组中的可移动成分能产生转座现象。 转座因子的
8、类别和遗传效应：细菌基因组中的可移动成分能产生转座现象。1、原核生物转座因子可以分为： 插入序列、转座子、Mu 噬菌体。 2、转座因子的几个遗传效应。转座因子的转座不是本身的移动，而是由 转座因子复制出一个新的拷贝转移到基因组中的新位置上去。新的转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增 为两个靶点序列，并分别排列在转座因子的两侧，形成同向重复序列。在转座过程中能够形成共同体。 转座因子转座后能促使染色体畸变。转座因子可以从原来的位置上切除，这个过程成为切离。转座可引医学分子生物学九阴真经- 2 - 起插入突变。给受体基因组增添了新的标志基因。 真核基因组的特点：真核生物基因组远大于原核生物基因组，结
9、构复杂，基因数庞大，具有多个复制起点； 基因组由染色体DNA 和染色体外DNA 组成。真核基因为单顺反子，而细菌和病毒的结构基因多为多顺 反子；基因组中非编码区多于编码区；真核基因多为不连续的断裂基因，由外显子和内含子镶嵌而成； 存在大量的重复序列；功能相关的基因构成各种基因家族；还存在一些假基因存在可移动的遗传因素； 体细胞为双倍体，而精子和卵子为单倍体。 转座子（ transposon,Tn）这是一类长度在200020000bp 之间较大的转座因子，如Tn1681 Tn420. 它们除了带有与转座有关的基因以外，还带有其他基因，如Tn903 Tn5 带有卡那霉素抗药基因等。 质粒 plas
10、mid:是存在于细菌染色体外的、具有自主复制能力的环状双链DNA 分子。卫星 DNA ：是出现在非编码区的串联重复序列。其特点是具有固定的重复单位，该重复单位首尾相连形成重 复序列片段， 通常存在于间隔DNA 和内含子中。 串联重复序列是形成卫星DNA 的基础。 分类：大卫星 DNA 、 小卫星 DNA 、微卫星DNA 。 回文结构： 在 DNA 链上，两个拷贝反向串联在一起，中间没有间隔序列。RFLP ：即限制性片段长度多态性，个体之间DNA 的核苷酸序列存在差异，称为DNA 多态性。由于碱基组 成的变化而改变了限制性内切酶的酶切位点，从而导致相应的限制性片段的长度和数量发生变化，称为 RF
11、LP。 多基因家族multigene family：核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源性的基因，其编码产物常具有 相似的功能。 假基因 pseudogene与某些有功能的基因结构相似，但不能表达基因产物的基因。 引起 DNA 损伤的因素及机制：1、紫外线引起DNA 损伤：形成胸腺嘧啶二聚体引起DNA 之间的交联、 DNA 与蛋白质的交联、 甚至 DNA 链的断裂。2、电力辐射引起DNA 损伤：可导致碱基变化：由.OH 自由基引起，包括DNA 链上的碱基氧化修饰、过氧 化物的形成、碱基环的破坏和脱落等可导致脱氧核糖的变化：脱氧核糖分解，最后可引起DNA 链断裂。 可导致 DNA 断裂：使
12、脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开。引起DNA 链交联：包括DNA-DNA链间链内交联 和 DNA- 蛋白质交联。3、烷化剂引起DNA 损伤： 烷化剂导致碱基烷基化烷化剂导致碱基脱落烷化剂导致DNA 断链烷化剂 导致 DNA 链交联4、碱基类似物、修饰剂引起碱基对的改变5、其他因素：丫啶类化合物引起碱基插入和碱基缺失；氧自由基。 6、DNA 也会产生自发性损伤：DNA 复制时产生碱基错配；DNA 修复使产生碱基错配；碱基自发改变 导致 DNA 损伤：互变异构位导致DNA 突变；脱氨基作用导致DNA 突变；碱基丢失导致DNA 突变。DNA 损伤（突变）可分为：链内共价交联、链间共价交联、DNA 链断裂
13、、碱基突变（转换和颠换）、插入或 缺失、 DNA 重组等。DNA 损伤修复机制：1、某些DNA 损伤可以直接修复：DNA 断裂口可以直接修复；二聚体可被光复活酶直 接修复；烷基化碱基可以直接修复。2、切除修复是细胞内最普遍的修复方式：过程识别：DNA 特异内切酶 或糖苷酶识别DNA 损伤位点；切除：在损伤位点的5 上游切断DNA 链，沿 5 -3 方向逐步切除DNA 损伤 部分合成：DNA 聚合酶在缺口处催化DNA 合成并沿5 -3 方向延伸连接：在DNA 连接酶的作用下，新 合成的 DNA 片段与原来的DNA 链连接。 切除修复可分为单个核苷酸切除修复和核苷酸片段切除修复。3、重 组修复是
14、DNA 损伤较多时的修复方式4、SOS 修复是 DNA 损伤严重时的应急性修复方式。5、细胞周期检查 点控制是真核生物诱导修复的主要机制 基因表达： 是指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质， 进而发挥其特定的生物学功能和生物学效应的全过程。因子依赖性和非依赖性两种机制介导转录的终止：1、不依赖因子的终止子有两个重要特征：一个反向 重复序列， 使 RNA末端形成一个发夹结构在信息链上有一连串的T，因而 RNA末端发夹结构之后紧接着出现一串 U，RNA/DNA 杂交分子的rU-dA 碱基对结合力较弱，当发夹结构形成时，RNA聚合酶停止移动，RNA链从
15、DNA上脱落。2、有一些基因的RNA转录终止阶段依赖因子。当 RNA 聚合酶移动至终止子部位时，因子与其结合，并发 挥 ATP 酶和解链酶活性，使RNA 与 DNA 分离，转录过程终止。 原核生物的tRNA 转录后的加工：1、剪切作用将多顺反子初级转录产物分离并切除多余序列；2、有些 tRNA 分子在 3 端需要修复或添加CCA 序列； 3、通过某些碱基的化学修饰在tRNA 分子中形成希有碱基。蛋白质 编码区（开放阅读框ORF）:在 mRNA 的核苷酸序列中，有一段序列是一个特定蛋白质多肽链的序列信息，这 一段核苷酸序列从起始密码子开始、倒终止密码子结束，称为蛋白质编码区或开放阅读框，此段核苷
16、酸序列医学分子生物学九阴真经- 3 - 决定蛋白质的一级结构。SD 序列： mRNA 起始密码子AUG 上游 813 个碱基处存在的一段特定的核苷酸序列，该序列称为SD 序列， 是 mRNA 的起始密码子之所以能与小亚基定位结合的关键。SD 序列与小亚基中16SrRNA3 端的序列互补， 当 mRNA 与小亚基结合时，SD 序列与16SrRNA3 端的互补序列配对结合，使起始密码子定位于翻译起始部 位。 真核生物mRNA 的加工： 1、甲基化鸟苷酸以5 端磷酸基团连接mRNA5 端形成帽子结构。2、多聚腺苷酸的 加入形成mRNA 的 3 尾。3、mRNA 前体经剪接过程除去内含子序列。4、mRNA 分子中的少数碱基可被甲基化。 5、RNA 编辑： 是通过对mRNA 的加工使遗传信息在mRNA 水平上发生改变。 时间特异性：在多细胞生物从受精卵到组织、器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按照一定时间顺序开启或关闭，这就是基因表达的时间特异性。 空间特异性：在个体生长全
