基因的结构与表达调控

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1、基因结构及其表达的调控第一部分 知识拓展一、基因的结构 基因是有遗传效应的 DNA 分子片段；基因的遗传效应是指复制、转录、翻译、调控、突变、重组等功 能。一）原核细胞的基因结构分为编码区、非编码区。非编码区由编码区上游和编码区下 游的 DNA 序列组成。非编码区虽然不能编码蛋白质，但起着调控 遗传信息表达的作用。例如位于编码区上游的RNA聚合酶结合位 点。（二）真核基因是不连续基因1、实例：鸡卵清蛋白mRNA与DNA杂交实验鸡卵清蛋白基因的大小和结构如下：（1）A、B、C、D、E、F、G 的序列不能转录，约占 75.2%（5641bp）（2）L、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 的序

2、列能够转录，约占 24.8%（1859bp）2、真核基因的结构1）基因由编码区和非编码区两部分组成二、基因表达的调控一) 原核基因表达的调控1、大肠杆菌在乳糖存在的环境下，乳糖对其代谢基因表达起到诱导作用2、乳糖操纵元的组成LacZ： B-半乳糖苜酶基因/结构基因“ LacY：透性酶基因1 LacA：转乙酰酶基因乳糖代谢操纵予操纵基冈：打阻遏蚩白结合时结构墓氏不能转录启动子：与RNA聚合酶结合时结构基冈转录I凋节：因：控制阻遏蛋白合成3、基因表达的调控原理环境中有乳糖环境中无乳糖(1) 调节基因指导阻遏蛋白合成(2) 阻遏蛋白与乳糖结合(3) 操纵基因不能限制启动子与RNA聚合酶结合(4) 结

3、构基因转录和翻译(5) 胖乳糖苷酶等分解乳糖(1) 调节基因指导阻遏蛋白合成(2) 阻遏蛋白与操纵基因连接(3) 操纵基因限制启动子与RNA聚合酶结合(4) 结构基因不能转录和翻译(5) 不发生乳糖代谢(二)真核基因表达的调控真核生物基因表达调控的过程与原核生物有许多共同之处。例如：在真核生物结构基因的侧翼序列上，同样存在着许多不同的调控序列。真核生物通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否，来调控基 因的转录。但是，真核生物基因表达调控比原核生物复杂得多，有许多方面是原核生物所没有的表现在：1、DNA 含量高和基因数目多，且与其他物质组成核小体2、转录和翻译在空间与时间上分开，转录在细胞核中进

4、行，翻译在细胞质中进行。3、前体RNA需要剪接才能成为有功能的成熟的信使RNA。4、多细胞生物在个体发育过程中要发生细胞分化，分化是不同基因表达的结果。不同组织细胞的基 因活化或受阻的时空序列不同，发育阶段、激素水平是基因表达调控的主要因素，营养和环境因素则为 次要影响因素。第二部分 例题讲解例 1、人胰岛细胞能产生胰岛素，但不能产生血红蛋白，据此推测胰岛细胞中A、只有胰岛素基因B、比人受精卵的基因要少C、既有胰岛素基因，也有血红蛋白基因和其他基因D、有胰岛素基因和其他基因，但没有血红蛋白基因答案C。解析生物体细胞是由受精卵细胞经过有丝分裂得到的，所以含有全部的遗传基因。人的胰岛细胞 同样也含

5、有人的全部遗传基因，它能够分泌胰岛素，是胰岛细胞高度分化、对细胞中特定基因胰岛 素基因选择性表达的结果。例2、在人类染色体DNA不表达的碱基对中，有一部分是串联重复的短序列，它们在个体之间具有 显著的差异性，这种短序列可用于：A、生产基因药物B、罪犯的鉴别C、遗传病的产前诊断 D、基因治疗答案B。解析由于人类染色体DNA中，这些在个体之间有显著差异的串联重复短序列，属于不表达的部分， 所以不能编码蛋白质，因此不能用于药物生产、基因治疗。又由于控制某一特定遗传病的基因序列为所 有该遗传病患者所共有的，所以不会在个体之间具有显著的差异性，所以不能用于遗传病的产前诊断。 而根据这部分序列有显著的个体

6、差异性，所以能够用于罪犯的鉴别。例 3、2001 年 2 月 12 日，中、美、日、法、德、英等六国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基 因组草图基本信息，下表为实测和1990年人类基因组计划（HGP）启动时，科学家预计的人类基因组工作 内容：1990年HGP的预计2001年HGP的基本信息碱基对30亿左右31.647 亿基因数10万个33.5万个，其中与蛋白质合成有关的基因只占2%左右其他人类与果蝇同源蛋白质为61%，与线虫同源蛋白质为42%， 与酵母菌冋源蛋白质为46%请根据以上信息回答问题：（1）已知DNA双螺旋结构中，相邻碱基对之间距离为0.34nm，则人体细胞核中DNA分子总长度约为

7、m,上述实验结果说明DNA分子在细胞核中存在。（2） 人体中编码蛋白质的基因仅约为个，而经化学分析表明人体蛋白质约有10万种，这一事实说明生物体内基因和蛋白质的关系可能是有情况。（3）建立人类基因组图谱需要分析条染色体上的碱基序列。（4）你认为完成“人类基因组计划”有什么意义？解析（1）碱基对有31.647x108个，相邻碱基对之间距离为0.34x10-9m,故人体细胞核中DNA分 子长度为31.647x108x0.34x10-9=1.076m；这说明DNA分子在体内以高度螺旋化的形式存在；（2）根据 编码基因只占2%可以推算出编码基因为600700个，而人体蛋白质约有10万种，说明人体内并不

8、是一 个基因控制一个蛋白质的合成，总的看来，一因多效的情况居多。（3）建立人类基因组图谱应该分析24 条染色体DNA的碱基序列，包括22条常染色体和X、Y两条性染色体。（4）有利于遗传病的诊断和治 疗、有利于研究生物的进化、有利于培育优良的高等动植物品种、有利于研究基因的表达调控机制等。 第三部分 单元练习1、下列对基因结构的认识中，不正确的是：A、编码区能够转录为相应的RNA,指导蛋白质的合成。B、启动子、操纵基因在非编码区内C、原核细胞与真核细胞的基因结构中都存在有外显子和内含子D、内含子不能编码蛋白质序列答案C。2、一种 mRNA 由 360 个核苷酸分子组成,它所编码的蛋白质长度是A、

9、约360个氨基酸 B、约1080个氨基酸C、整120个氨基酸 D、少于120个氨基酸答案D3、基因是由A、编码区和非编码区两部分组成B、外显子和内含子两部分组成C、RNA聚合酶结合位点、外显子、内含子组成D、RNA聚合酶结合位点、外显子组成答案A4、在大肠杆菌的DNA分子上，与乳糖代谢有关的四种脱氧核苷酸序列为：启动子，结构基因， 调节基因，操纵基因，其中能转录与乳酸代谢相关酶模板的信使RNA的基因是A、 B、 C、 D、答案C5、糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋势，被西方国家列为第三“杀手”。（1） 目前对糖尿病的治疗，大多采取激素治疗的方法，这种激素是，在人体的胰腺内，产生这种激

10、素的细胞群称为。（2）这种治疗用的激素过去主要从动物如猪、牛体内获得，自基因工程发展起来后，人们开始将人类的胰鸟素基因拼接到细菌的 DNA 上，通过细菌的繁殖来生产人类的胰岛素，此项技术的成功，说明 生物共用的是一套。（3）基因工程已经取得长足的发展，并在许多方面得到应用，不过，在基因工程发展的过程中，也 可能出现负面的影响，试各举一例加以说明。答案：（1）胰岛素、胰岛；（2）遗传密码；（3）应用：基因治疗、转基因动植物、基因诊断等。 如基因治疗可以将某种遗传病的致病基因去除，换上正常的基因，从而达到治疗的目的；负面影响：重 组的基因可以是细菌、病毒发生突变而成为超级细菌或超级病毒；重组基因的生物可能产生一些难以预 料的危害。