基因工程原理與技術(shù)全套課件完整版電子教案最新板

1、基 因 工 程“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材基因工程概論 十八世紀以前，圣經(jīng)宣揚的神創(chuàng)論或創(chuàng)世說在整個西方文化中占據(jù)著統(tǒng)治地位。 神創(chuàng)論認為，地球及萬物是上帝在大約6000年以前，即公元前4004年10月26日上午9：00 鐘創(chuàng)造出來的。自從被上帝創(chuàng)造出來以后，地球上的生命沒有發(fā)生任何變化。人們相信世界是上帝有目的地設(shè)計和創(chuàng)造的，是有序協(xié)調(diào)、安排合理、美妙完善且永恒不變的。 “十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材拉馬克的用進廢退觀點環(huán)境變化了，生物有的器官由于經(jīng)常使用而發(fā)達，有的器官則由于不用而退化，這就是“用進廢退”。這種由于環(huán)境變化而引起的變異能夠遺傳下去，這就是“獲得性遺傳”。長頸鹿

2、的祖先預部并不長，由于干旱等原因。在低處已找不到食物，迫使它伸長脖頸去吃高處的樹葉，久而久之，它的頸部就變長了。一代又一代，遺傳下去，它的脖子越來越長，終于進化為現(xiàn)在我們所見的長頸鹿。“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材英國生物學家達爾文經(jīng)過數(shù)年的環(huán)球考察，提出了著名的進化論觀點。用大量事實證明“物競天擇，適者生存”的進化論思想。南美洲海岸的加拉帕戈斯群島，島上有多種巨大的海龜“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材生物學家Schleiden和Schwann經(jīng)過多年的研究觀察，提出了細胞學說，認為所有生命組織的基本組成單位是形態(tài)相似分化不同的細胞，從而將宏觀的生命現(xiàn)象帶入微觀世界，將生命活動歸結(jié)為

3、組成生物體的細胞活動的總和。“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材Mendel，經(jīng)多年的豌豆雜交實驗，分析歸納得出兩條基本的遺傳規(guī)律，并提出了真正主宰生命遺傳現(xiàn)象的基本單位遺傳因子（heredictary factor）。Gregor Mendel (1822-1884).The Father of Genetics“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材Morgan進一步發(fā)展和完善了遺傳規(guī)律，提出了基因?qū)W說，將遺傳現(xiàn)象與細胞內(nèi)的特定物質(zhì)基因聯(lián)系起來，并特別指出基因是組成物種的獨立要素。至此基因成為遺傳研究的重要內(nèi)容?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材一、基因的概念及其分子與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1基因的概念與

4、本質(zhì) 1909年，丹麥生物學家 W. Johannsen根據(jù)希臘文“給予生命”之義，創(chuàng)造了基因（gene）一詞，用來代替Mendel提出的“遺傳因子”（一種抽象的遺傳單位或符號）。 Morgan等人經(jīng)過多年的果蠅雜交研究，將基因與生物體中某一特定的染色體聯(lián)系起來。 人們對基因的化學本質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征以及基因如何控制遺傳性狀等仍一無所知?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材最早用實驗證明基因的化學本質(zhì)的是微生物學家Avery。在他所進行的肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗中，將有毒的肺炎球菌的DNA與無毒的肺炎球菌混合培養(yǎng)，能使無毒的肺炎球菌獲得有毒的性狀。這一實驗有力地證明了DNA是細菌性狀發(fā)生轉(zhuǎn)化的原因，從而在

5、理論上確立了DNA分子就是遺傳信息及基因的載體。幾年之后，Hershey等進一步證實了這一觀點?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材同位素標記證實DNA是遺傳信息的載體“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材2基因的分子基礎(chǔ)現(xiàn)代分子生物學研究已經(jīng)證實DNA是遺傳信息的主要載體，基因的化學本質(zhì)就是一段DNA分子片段。Watson和Crick提出的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為遺傳信息傳遞提供了物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。根據(jù)這個模型，DNA分子是由2條互補的多核苷酸鏈相互纏繞而成，2條鏈之間通過堿基配對結(jié)合在一起?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材2基因的分子基礎(chǔ)“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材基因作為一個遺傳

6、功能單位，它所對應的一段核苷酸序列被稱為順反子（cistron）。顯然，一個順反子編碼一種完整多肽鏈。因此，順反子是一個功能單位?；蚝晚樂醋舆@兩個術(shù)語常被等同使用，但仔細分析，兩者是有區(qū)別的：在原核細胞和低等真核細胞中，基因和順反子是等價的；而在高等真核細胞中，由于基因中內(nèi)含子的存在，此時順反子等價于真核基因的外顯子?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材二、基因克隆的概念與基本步驟1基因克隆的概念 1972至1973年，以H. Boyer和P. Berg等人為代表的一批科學家發(fā)展了有關(guān)重組DNA的技術(shù)，并于1992年得到了第一個重組DNA分子；S. Cohen和H. Boyer等于1973年

7、完成了第一個基因的克隆，由此宣告了基因克隆技術(shù)的誕生?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材從左至右分別是：P. Berg、H. Boyer、S. Cohen“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材“克隆”（clone）一詞作名詞使用時是指從一個共同祖先無性繁殖下來的一群遺傳上同一的DNA分子、細胞或個體所組成的特殊的群體；作動詞使用時，是指產(chǎn)生這一群體的過程。基因克隆是指在體外，借助于能自我復制的載體分子，將目的基因引入到宿主細胞中進行增殖，以獲得大量純一的特定DNA片段的過程。同義詞包括：重組DNA，分子克隆，遺傳工程, 基因工程等“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材A 重組DNA技術(shù) 重組DN

8、A技術(shù)是指將一種生物體（供體）的基因與載體在體外進行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體（受體）內(nèi)，使之按照人們的意愿穩(wěn)定遺傳并表達出新產(chǎn)物或新性狀的DNA體外操作程序，也稱為分子克隆技術(shù)。 因此，供體、受體、載體是重組DNA技術(shù)的三大基本元件。“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材B 基因工程的基本定義 基因工程是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應用，包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達的設(shè)計與構(gòu)建（即重組DNA技術(shù)）；而下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過程?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材C 重組DNA技術(shù)與基因工程的基本用途分

9、離、擴增、鑒定、研究、整理生物信息資源大規(guī)模生產(chǎn)生物活性物質(zhì)設(shè)計、構(gòu)建生物的新性狀甚至新物種“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材大規(guī)模生產(chǎn)生物活性物質(zhì)工程細胞基因工程蛋白質(zhì)工程途徑工程發(fā)酵工程細胞工程分離工程酶酶工程分離工程天然細胞天然細胞生物活性物質(zhì)生物活性物質(zhì)“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材基因工程的基本步驟（1）獲得目的基因的DNA片斷。（2）DNA片段與載體連接，構(gòu)建成重組DNA分子（重組體）。（3）重組體轉(zhuǎn)移到宿主細胞。（4）篩選獲得含重組體的受體細胞（稱為重組子）。（5）分析鑒定。（6）構(gòu)建高效、穩(wěn)定基因工程細胞。（7）大規(guī)模培養(yǎng)基因工程細胞，獲得大量的外源基因表達產(chǎn)物。（8）

10、表達產(chǎn)物的分離純化，獲得基因工程產(chǎn)品?！笆濉逼胀ǜ叩冉逃龂壹壱?guī)劃教材基因工程的基本步驟三 基因工程的發(fā)展歷程第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表達 經(jīng)典基因工程第二代基因工程 蛋白編碼基因的定向誘變 蛋白質(zhì)工程第三代基因工程 代謝信息途徑的修飾重構(gòu) 途徑工程 第四代基因工程 基因組或染色體的轉(zhuǎn)移 基因組工程“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材1866年奧地利遺傳學家孟德爾(Gregor Mendel)根據(jù)豌豆雜交實驗發(fā)現(xiàn)生物的遺傳基因規(guī)律，提出遺傳因子概念，并總結(jié)出孟德爾遺傳定律1909年丹麥植物學家和遺傳學家約翰遜(Wilhelm Johannsen)首次提出“基因”這一名詞，用以表達

11、孟德爾的遺傳因子概念1944年美國細菌學家(Oswald Avery)分離出細菌的DNA（脫氧核糖核酸），并發(fā)現(xiàn)DNA是攜帶生命遺傳物質(zhì)的分子1953年美國生化學家華森(James Watson)和英國物理學家克里克(Francis Crick)宣布他們發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，奠下了基因工程的基礎(chǔ)1969年科學家成功分離出第一個基因。1973年美國科學家P. Berg，H. W. Boyer，S. Cohen發(fā)明重組DNA技術(shù)1975年英國生物化學家Frederick Sanger等發(fā)明了快速的DNA序列測定技術(shù)1980年科學家首次培育出世界第一個轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因小鼠1983年科學家首次培育

12、出世界第一個轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因煙草1988年美國生化學家Kary Mullis發(fā)明了PCR技術(shù)1990年美國與世界多國科學家啟動被譽為生命科學“阿波羅登月計劃”的國際人類基因組計劃1996年英國科學家伊恩威爾默特(Ian Wilmut)第一只克隆羊誕生1999年國際人類基因組計劃聯(lián)合研究小組宣布完整破譯出人體第22對染色體的遺傳密碼，這是人類首次成功地完成人體染色體完整基因序列的測定。2001年中、美、日、德、法、英6國科學家和美國塞萊拉公司聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果。首次公布人類基因組草圖“基因信息”2005年美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Heal

13、th，NIH)啟動的腫瘤基因組計劃誕生，耗資1億美元試點研究人類基因與癌癥之間的聯(lián)系2010年美國生物學家克雷格文特爾(J. Craig Venter)報道在實驗室中重塑“絲狀支原體絲狀亞種”的 DNA，并將其植入去除了遺傳物質(zhì)的山羊支原體體內(nèi)，創(chuàng)造出歷史上首個“人造單細胞生物”四、基因工程的研究內(nèi)容（1）基因工程載體的研究 有原核載體和真核載體；有克隆載體和表達載體；有質(zhì)粒載體、噬菌體載體、病毒載體及其他載體等?；蚬こ梯d體的研究是基因工程研究的重要內(nèi)容之一。1基因克隆工具的研究“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材（2）工具酶的研究主要包括：限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶DNA聚合酶各種修飾酶

14、1基因克隆工具的研究“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材（3）基因工程受體系統(tǒng)的研究受體是載體的宿主，是外源基因表達的場所。受體可以是單個細胞，也可以是組織、器官、甚至是個體。目前最常用的受體系統(tǒng)是大腸桿菌受體系統(tǒng)和酵母受體系統(tǒng)。其他受體系統(tǒng)：鏈霉菌、芽孢桿菌、絲狀真菌及動物細胞。利用動物的組織（如：乳腺組織、胚胎組織等）作為受體進行基因表達的研究等1基因克隆工具的研究“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材以PCR為基礎(chǔ)的差異篩選技術(shù)長片段的DNA序列測定技術(shù)高通量的基因芯片技術(shù)借助計算機和互聯(lián)網(wǎng)的生物信息技術(shù)，等等2基因克隆技術(shù)的研究“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材基因是一種有限的重要戰(zhàn)略

15、性資源人類基因組計劃中科學家們的最新研究結(jié)果，人類基因總數(shù)比預期的低得多，初步定位在2.64.0萬個之間，如此少的基因自然成為激烈競爭的對象。3克隆對象目的基因的研究我國科學家完成的水稻基因組測序研究成果發(fā)表在國際權(quán)威的SCIENCE雜志“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材基因工程藥物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)新的藥業(yè)革命1982年美國Lilly公司首先將重組胰島素投放市場。已有50多種基因工程藥物上市，近千種處于研發(fā)狀態(tài)美國生物技術(shù)公司已有2000多家，歐洲共有約1000家2000年，基因工程藥品全世界年銷售額600億美元。前九位的分別是：單克隆抗體、疫苗、基因治療、白介素、干擾素、生長因子、重組可溶性受

16、體，反義藥物和人生長激素。4基因工程產(chǎn)品的研究“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材2014年全球轉(zhuǎn)基因作物在各國的種植面積（百萬公頃）五、基因工程的安全性問題轉(zhuǎn)基因植物中的具有某種抗性的基因有可能通過雜交轉(zhuǎn)移到其野生或半馴化種中去，這種轉(zhuǎn)移的結(jié)果是在特定條件下將增強這些植物雜草化的特性，并最終造成生態(tài)環(huán)境的破壞。（1）生態(tài)環(huán)境方面“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材四、基因工程的安全性問題轉(zhuǎn)基因植物（動物）一般都具有某種優(yōu)勢特征，因此在自然環(huán)境中，將有可能通過改變物種間的競爭關(guān)系而破壞原有自然生態(tài)平衡。如：一棵抗吃種子害蟲的轉(zhuǎn)基因松樹會由于種子抗蟲而大量保留下來，最終在數(shù)量大大超過其它物種，導

17、致森林群落遭到破壞。（2）生物多樣性方面“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材四、基因工程的安全性問題轉(zhuǎn)基因生物作為食品進入人體，很有可能出現(xiàn)某些毒理作用和過敏反應。兒童飲用轉(zhuǎn)基因大豆豆?jié){產(chǎn)生過敏反應，轉(zhuǎn)基因西紅柿導致廚師過敏的事件；轉(zhuǎn)基因豬雖然比正常豬大一倍，出肉量也多一倍，但百病纏身，患有胃腫瘤、肺炎、心力衰竭和關(guān)節(jié)畸形，因此人食用后也存在患病的可能（3）影響人體健康方面“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材四、基因工程的安全性問題1992年召開聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會后，簽署的兩個綱領(lǐng)性文件21世紀議程和生物多樣性公約，專門提到了生物技術(shù)安全問題。2000年5月15日至26日在內(nèi)羅畢簽署生物多樣

18、性公約卡塔赫納生物安全議定書我國1990年制定的基因工程產(chǎn)品質(zhì)量控制標準1993年12月發(fā)布了基因工程安全管理辦法（）國際社會的廣泛關(guān)注“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材思考題1.簡述微生物學家Avery的細菌轉(zhuǎn)化實驗。2.順反子（cistron）的概念（或基因與順反子的關(guān)系）3基因的概念4簡述基因工程（基因克?。┑幕静襟E。 5簡述基因工程的研究內(nèi)容 “十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材2.順反子（cistron）的概念（或基因與順反子的關(guān)系）基因所對應的一段核苷酸序列被稱為順反子，一個順反子編碼一種完整的多肽鏈。（因此，順反子是一個功能單位）在原核細胞和低等真核細胞中，基因和順反子是等價

19、的；而在高等真核細胞中，由于基因中內(nèi)含子的存在，此時順反子等價于真核基因的外顯子。3基因的概念基因是編碼蛋白質(zhì)和RNA分子的基本遺傳單位，化學上，基因是一段具有特定結(jié)構(gòu)與功能的連續(xù)的脫氧核苷酸序列；結(jié)構(gòu)上，基因由多個不同的區(qū)域組成。“十二五”普通高等教育國家級規(guī)劃教材第 二 章基因與基因表達調(diào)控第 一 節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能1基因的分子基礎(chǔ)現(xiàn)代分子生物學研究已經(jīng)證實DNA是遺傳信息的主要載體，基因的化學本質(zhì)就是一段DNA分子片段。Watson和Crick提出的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為遺傳信息傳遞提供了物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。根據(jù)這個模型，DNA分子是由2條互補的多核苷酸鏈相互纏繞而成，2條鏈之間通過堿基配

20、對結(jié)合在一起?；蜃鳛橐粋€遺傳功能單位，它所對應的一段核苷酸序列被稱為順反子（cistron）。顯然，一個順反子編碼一種完整多肽鏈。因此，順反子是一個功能單位。基因和順反子這兩個術(shù)語常被等同使用，但仔細分析，兩者是有區(qū)別的：在原核細胞和低等真核細胞中，基因和順反子是等價的；而在高等真核細胞中，由于基因中內(nèi)含子的存在，此時順反子等價于真核基因的外顯子。2基因的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上，基因由多個不同的區(qū)域組成。無論是原核基因還是真核基因，都可劃分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩個基本組成部分。編碼區(qū)是可以被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，由連續(xù)的密碼子組成，其中包括起始密碼（通常是AUG）和終止密碼（UAA、UAG和UGA）。編碼區(qū)中包含5

21、端的非翻譯區(qū)（5 UTR）和3 端的非翻譯區(qū)（3 UTR）典型的編碼蛋白質(zhì)的原核基因結(jié)構(gòu)示意圖典型的編碼蛋白質(zhì)的真核基因結(jié)構(gòu)示意圖啟動子（promoter）：是位于基因5 端上游緊靠轉(zhuǎn)錄起點的一段非編碼序列，其功能是引導RNA聚合酶與基因相應部位的正確結(jié)合，啟動基因的轉(zhuǎn)錄。一般來說，原核基因的啟動子比較簡單，只有數(shù)十個堿基組成，而真核基因的啟動子較大，可能涉及數(shù)千個堿基。終止子（terminator）：基因3端下游外側(cè)與終止密碼子相鄰的一段非編碼的核苷酸短序列，具有終止轉(zhuǎn)錄的功能。即一旦RNA聚合酶完全通過了基因的轉(zhuǎn)錄單位后，聚合酶就不能繼續(xù)向前移動，使轉(zhuǎn)錄活動終止。3原核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模

22、式 操縱子(operon) 機制編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點共同構(gòu)成lac操縱子的調(diào)控區(qū)，他們相互協(xié)調(diào)，共同控制著信息區(qū)中三個酶的編碼基因的表達 3真核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式1) 順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達活性的DNA序列BADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)一些共有序列 ，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。 2) 真核基因的調(diào)節(jié)蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因

23、的表達，稱順式作用。由某一基因表達產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達。 反式作用因子(trans-acting factor) 這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。 cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)CBA mRNA蛋白質(zhì)AA啟動子啟動子是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)錄起始點的上游，本身并不被轉(zhuǎn)錄。 TATA盒（TATA box）是主要的真核生物的啟動子元件，它位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25bp處，幾乎所有已發(fā)現(xiàn)的真核生物基因的啟動子都有此序列。TATA盒與一種稱為TATA因子的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后即成為完整的啟動

24、子，精確地決定RNA合成的起始位點 上游啟動子元件上游啟動子元件（upstream promoter elements）是TATA盒上游的一些特定的DNA序列。反式作用因子可與這些元件結(jié)合，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)錄起始復合物的形成（轉(zhuǎn)錄起始因子與RNA聚合酶結(jié)合）來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率。 包括CAAT盒、CACA盒及GC盒等。 反應元件（response elements）是一類能介導基因?qū)毎獾哪撤N信號產(chǎn)生反應的DNA序列。反應元件都具有較短的保守序列。這些元件通常位于啟動子附近和增強子內(nèi)，如熱休克反應元件（heat shock respons

25、e element，HSE）糖皮質(zhì)激素反應元件（glucocorticoid response element，GRE）。 增強子（enhancer）增強子 是一段DNA序列，其中含有多個能被反式作用因子識別與結(jié)合的順式作用元件。反應作用因子與這些元件結(jié)合后能夠調(diào)控（通常為增強）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。增強子一般位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-100-300bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子也有增強子序列。 4特殊結(jié)構(gòu)與功能的基因轉(zhuǎn)位基因，也稱轉(zhuǎn)位因子（transposable elements），是指可以從染色體基因組上的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，甚至在不同的染色體之間躍遷的基因成分，因此有些文獻形象地稱之為跳躍

26、基因（jumping genes）轉(zhuǎn)位基因最早由美國冷泉港實驗室的女科學家B.McClintock，于上世紀40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)。 原核生物的轉(zhuǎn)位因子分三種不同的類型： 插入序列：分子量小于2000bp 轉(zhuǎn)座子：大于2000bp 可轉(zhuǎn)座的噬菌體：如，噬菌體Mu和D108 。假基因（pseudogene） ： 因堿基順序發(fā)生某些突變而失去功能，不能表達或表達異常，生成無生物活性多肽的基因。假基因4個顯著特點： 沒有內(nèi)含子；具有與mRNA 的poly(A)尾的相應結(jié)構(gòu)；兩側(cè)有順向重復序列；隨機出現(xiàn)在非正常的位置。 重疊基因（overlapping genes） 或稱嵌套基因（nested

27、genes），其基因的核苷酸序列是彼此重疊。基因家族（gene family）就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 。（1）核酸序列相同 即多拷貝基因。 如rRNA基因，tRNA基因等 。（2）核酸序列高度同源 如人類生長激素基因家族：人生長激素(hGH)、人胎盤促乳素(hCS)和催乳素(prolactin)。 （3）編碼產(chǎn)物具有同源功能區(qū) ： 如src癌基因家族，基因產(chǎn)物都含有250個氨基酸順序的同源蛋白激酶結(jié)構(gòu)域。 （4）編碼產(chǎn)物具有小段保守基序 ： 如DEAD盒基因家族的產(chǎn)物都具有解旋酶的功能，其結(jié)構(gòu)特征是8個氨基酸序列，內(nèi)含DEAD序列：Asp-Glu-Ala-

28、Asp。 基因超家族（gene superfamily）是指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。 它們可能起源于相同的祖先基因，但是它們的功能并不一定相同(區(qū)別于多基因家族）。 第二節(jié) 基因組的結(jié)構(gòu)與功能一、病毒基因組二、原核生物基因組三、真核生物基因組四、線粒體基因組五、人類基因組* 基因組(genome)一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點1不同病毒基因組大小相差較大 乙肝病毒（HBV）DNA為3.2kb痘病毒基因組DNA長達300kb2不同病毒的基因組可以是不同結(jié)構(gòu)的核酸 腺病毒基因組為線性雙鏈DNA 3病毒基因組有連續(xù)的也有不連續(xù)的流感

29、病毒由8條單鏈RNA分子構(gòu)成 4病毒基因組的編碼序列大于90% 病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有很小的一部分不編碼蛋白質(zhì)。5單倍體基因組 除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝外，至今發(fā)現(xiàn)的病毒基因組都是單倍體，每個基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。6基因有連續(xù)的和間斷的 感染細菌的病毒（噬菌體）基因組與細菌基因組結(jié)構(gòu)特征相似，基因是連續(xù)的；而感染真核細胞的病毒基因組與真核生物基因組結(jié)構(gòu)特征相似，有的基因含有內(nèi)含子，基因是間斷的。 7相關(guān)基因叢集 如腺病毒晚期基因編碼表達的12種外殼蛋白，在晚期基因轉(zhuǎn)錄時是在1個啟動子作用下生成多順反子mRNA，然后加工成各種mRNA，編碼病毒的各種外殼蛋白，它們在

30、功能上都是相關(guān)的。 8基因重疊 有些病毒核酸分子很小，又需要裝入盡可能多的基因，因此在進化過程中形成了重疊基因，即同一段核酸序列能夠編碼2種或2種以上蛋白質(zhì)。 9病毒基因組含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因 主要類型有： 幾個結(jié)構(gòu)基因的編碼區(qū)無間隔，而是連續(xù) 的、不間斷的。 mRNA沒有5端的帽結(jié)構(gòu) 。 結(jié)構(gòu)基因本身沒有翻譯起始序列 二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點1具有操縱子結(jié)構(gòu) 這是原核基因組的一個突出的結(jié)構(gòu)特點。所謂操縱子由信息區(qū)和調(diào)控區(qū)組成，前者包括數(shù)個編碼蛋白質(zhì)的序列，后者包括啟動子、操縱基因，以及下游的轉(zhuǎn)錄終止信號。2編碼序列在基因組中約占50% 原核生物基因的編碼序列在基因組中約占50%，遠大

31、于真核基因組，但又小于病毒基因組；編碼順序不重疊，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多為多順反子結(jié)構(gòu)。3多順反子結(jié)構(gòu)，無內(nèi)含子 原核基因是多順反子結(jié)構(gòu)，同時基因內(nèi)無內(nèi)含子，是連續(xù)的，因此轉(zhuǎn)錄后不需要剪切。4基因組中重復序列很少 原核基因很少重復序列，其結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，只有編碼rRNA的基因往往是多拷貝的，這有利于核糖體的快速組裝。5存在移動基因 原核基因組中存在著可移動的DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。三、真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大哺乳類動物基因組DNA 約 3 10 9 堿基對編碼基因約 有 40000 個，占總長的6 %rDNA等重復基因約 占 5% 10%1多條染色體，兩份同源的基

32、因組 配子（精子和卵子）為單倍體，體細胞一般為雙倍體，即含兩份同源的基因組，而原核生物的基因組則是單拷貝的。2基因組龐大、復雜 真核基因組遠遠大于原核生物的基因組，結(jié)構(gòu)復雜，基因數(shù)龐大，具有許多復制起點。3單順反子結(jié)構(gòu) （monocistron） 即一分子mRNA只能翻譯成一種蛋白質(zhì)。 4非編碼順序占絕大部分，含有大量重復順序 真核生物基因組內(nèi)非編碼的順序占90%以上。這是與細菌、病毒的重要區(qū)別，且在一定程度上也是生物進化的標尺。6具有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，普遍存在選擇性剪接 大多數(shù)真核生物的結(jié)構(gòu)基因具有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，是斷裂基因。7有基因家族 功能相關(guān)的基因可串聯(lián)在一起，構(gòu)成各種基因家族。 四、線粒體基因

33、組一個細胞里有許多個線粒體，而且一個線粒體里也有幾份基因組拷貝，所以一個細胞里也就有許多個線粒體基因組。 真核細胞內(nèi)存在兩個遺傳系統(tǒng)，一個在細胞核內(nèi)，一個在細胞質(zhì)內(nèi)，各自合成一些蛋白質(zhì)和基因產(chǎn)物，造成了細胞核和細胞質(zhì)對遺傳的相互作用；但是，核基因在生物體的遺傳控制中仍起主宰作用 。五、人類基因組（一）人類基因組DNA的多態(tài)性 DNA序列存在著多態(tài)性(polymorphism)，這種多態(tài)性可以分為兩類，即DNA位點多態(tài)性和長度多態(tài)性。 （二）人類基因組的重復序列 1反向重復序列 是指兩個順序相同的拷貝在DNA鏈上呈反向排列。 人類基因組約含5%的反向重復序列，散布于整個基因組中，常見于基因組調(diào)控

34、區(qū)內(nèi)，可能與復制的調(diào)控有關(guān)。2串聯(lián)重復序列 （tandem repeats） 其特點是具有一個固定的重復單位，該重復單位頭尾相連形成重復順序片段，約占整個人類基因組的10%。第三節(jié) 基因的表達與調(diào)控一、基因表達的概念基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學功能的蛋白質(zhì)分子的過程。* 基因表達(gene expression)基因表達是受調(diào)控的二、基因表達的時間性及空間性（一）時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達的時間特異性(temporal specificity)。 多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性(stage specificity)。

35、（二）空間特異性基因表達伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細胞或組織特異性(cell or tissue specificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達的空間特異性(spatial specificity)。三、基因表達的方式按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：（一）組成性表達某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。無論表達水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達，或變化很

36、小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達被視為組成性基因表達(constitutive gene expression)。（二）誘導和阻遏表達在特定環(huán)境信號刺激下，相應的基因被激活，基因表達產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導基因?？烧T導基因在特定環(huán)境中表達增強的過程，稱為誘導(induction)。 如果基因?qū)Νh(huán)境信號應答是被抑制，這種基因是可阻遏基因。可阻遏基因表達產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。在一定機制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達，即為協(xié)調(diào)表達(coordinate expression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate r

37、egulation)。四、基因表達調(diào)控的生物學意義（一）適應環(huán)境、維持生長和增殖（二）維持個體發(fā)育與分化五、基因表達調(diào)控的基本原理（一）基因表達的多級調(diào)控基因激活轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾（二）基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素基因表達的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個體或細胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。1. 特異DNA序列和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)原核生物 蛋白質(zhì)因子 操縱子(operon) 機制特異DNA序列編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)是RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。1) 啟動序列

38、RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列(consensus sequence) 決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。2 操縱序列 阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點當操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DN

39、A向前移動 ，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白3) 其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。(1) 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix） 這種結(jié)構(gòu)模式具有兩個較短的螺旋片段，每個片段有7至9個氨基酸殘基，兩個螺旋片段之間有轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)聯(lián)系。一個螺旋被認為是識別螺旋，含有較多能與DNA相互作用的氨基酸殘基，此螺旋進入DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的大溝。2. DNA與蛋白質(zhì)之間的相互作用(2) 鋅指（zinc

40、 fingers） 鋅指結(jié)構(gòu)含有約30個氨基酸殘基，其中 4個氨基酸殘基（兩個是半脫氨酸兩個是組氨酸，或4個都是半脫氨酸）以配位鍵與Zn2+相互作用，如圖2-6所示。 鋅指能與DNA雙螺旋大溝結(jié)合。 2. DNA與蛋白質(zhì)之間的相互作用(1) 亮氨酸拉鏈（leucine zippers） 這種結(jié)構(gòu)是指在一段肽鏈中每隔7個氨基酸殘基就有一個亮氨酸殘基，這段肽鏈所形成的-螺旋就會出現(xiàn)一個由亮氨酸殘基組成的疏水面，而另一面則是由親水性氨基酸殘基所構(gòu)成的親水面。 (2) 螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix） 六、原核生物的基因表達調(diào)控調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始（一）原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)1. 因子

41、決定RNA聚合酶識別特異性2. 操縱子模型的普遍性3. 阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性特點：乳糖操縱子調(diào)節(jié)機制1. 乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNAmRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時2. 阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)阻遏基因mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖-半乳糖苷酶+ + + + 轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時3. CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP4. 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) 當

42、阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用； 如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r，細菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolic repression)。 mRNA低半乳糖時高半乳糖時 葡萄糖低 cAMP濃度高 葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOOTrp Trp 高時 Trp 低時 mRNA OPtrpR調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 ?其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制1. 轉(zhuǎn)錄衰減色氨酸操縱子UUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因 trpROP

43、前導序列 衰減子區(qū)域 UUUU前導mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu) 第10、11密碼子為trp密碼子 終止密碼子 14aa前導肽編碼區(qū): 包含序列1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱： 序列1/2序列2/3序列3/4 trp 密碼子 UUUUUUUU34UUUU 334核糖體 前導肽 前導mRNA1.當色氨酸濃度高時 轉(zhuǎn)錄衰減機制 125 trp 密碼子 衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導DNA UUUU 3 RNA聚合酶 終止UUUU342423UUUU核糖體 前導肽 前導mRNA 15 trp 密碼子 結(jié)構(gòu)基因前導DNA RNA聚合酶 2.當色氨酸濃度低時 Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列3、4不能形成

44、衰減子結(jié)構(gòu) 2. 基因重組沙門菌鞭毛素基因的調(diào)節(jié) H2鞭毛素 阻遏蛋白 Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1 H1鞭毛素hinH2IDNA啟動序列H1啟動序列3. SOS反應 SOS基因紫外線激活Rec ALex A阻遏蛋白 與DNA 損傷修復有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)基因表達Lex A阻遏蛋白操縱序列DNA（二）原核基因翻譯水平的調(diào)控調(diào)節(jié)作用包括： SD序列對翻譯的影響； mRNA的穩(wěn)定性； 翻譯產(chǎn)物對翻譯的影響原核生物mRNA的5 端 起始密碼子AUG的上游310堿基處有一個核糖體結(jié)合位點，依發(fā)現(xiàn)者的名字命名為Shine-Da1garno序列，簡稱SD序列。SD順序富含嘌呤核苷酸，能與核糖體小亞基的

45、 16s rRNA 3末端富含嘧啶的序列互補，而使核糖體與mRNA結(jié)合。1. SD序列對翻譯的影響與翻譯起始有關(guān)原核生物細胞mRNA通常是不穩(wěn)定的，極易被降解。如Ecoli的許多mRNA在 37時條件下的平均半衰期大約為2分鐘。mRNA的快速降解使得許多蛋白質(zhì)翻譯的模板在幾分鐘內(nèi)就被全部替換，這意味著，誘導基因表達的因素一旦消失，蛋白質(zhì)的合成就會迅速停止。2. mRNA的穩(wěn)定性有些mRNA編碼的蛋白質(zhì)，本身就是在蛋白質(zhì)翻譯過程中發(fā)揮作用的因子。這些因子可對自身的翻譯產(chǎn)生調(diào)控作用。如：原核生物中的起始因子3（IF-3），當它合成過多時，能有效地校正和抑制其自身的起始密碼子與起始tRNA的配對而抑

46、制翻譯的起始。另外還有核糖體蛋白、翻譯終止因子等均可影響翻譯過程。3. 翻譯產(chǎn)物對翻譯的影響七、真核生物的基因表達調(diào)控真核生物基因表達調(diào)控與原核生物的區(qū)別至少4個方面不同： 轉(zhuǎn)錄激活與轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)特定結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)； 以更加靈活，經(jīng)濟，便捷的正控制調(diào)節(jié)方式為主； 轉(zhuǎn)錄與翻譯在時間與空間上是的分離的； 有更多、更復雜的調(diào)控蛋白參與調(diào)控過程（一）真核基因表達調(diào)控特點1. RNA聚合酶2. 活性染色體結(jié)構(gòu)變化（1） 對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點附近。（2） DNA拓撲結(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后，RNA-pol正超螺旋負超螺旋轉(zhuǎn)錄方向（3）DNA堿基

47、修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達程度呈反比。（4）組蛋白變化 富含Lys組蛋白水平降低 H2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加 組蛋白修飾 H3組蛋白巰基暴露3. 正性調(diào)節(jié)占主導4. 轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進行5. 轉(zhuǎn)錄后修飾、加工（二）DNA水平的調(diào)控（1）染色質(zhì)（chromatin）結(jié)構(gòu)影響基因表達是真核生物基因的特有現(xiàn)象。（2）真核生物基因通常與組蛋白結(jié)合成核小體結(jié)構(gòu)，經(jīng)高度螺旋壓縮成的染色質(zhì)儲存于細胞核內(nèi)，維持基因組穩(wěn)定性，保護DNA免受損傷，關(guān)閉基因的轉(zhuǎn)錄。去除組蛋白后，染色質(zhì)松弛，核小體解體，基因轉(zhuǎn)錄開啟。（3）轉(zhuǎn)錄較為活躍的區(qū)域，組蛋白相對缺乏，對核酸酶（DN

48、ase）高度敏感，出現(xiàn)DNase超敏位點。1. 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控作用（1）基因的甲基化與基因的表達負相關(guān)（2）DNA中的胞嘧啶經(jīng)甲基化成為5甲基胞嘧啶（m5C），常出現(xiàn)在基因5端側(cè)翼序列的CG富含區(qū)。因此，轉(zhuǎn)錄活性高的基因CG富含區(qū)中甲基化程度一般較低。（3）甲基化影響基因表達的機制：影響DNA與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，使基因不能轉(zhuǎn)錄或阻止轉(zhuǎn)錄復合物的形成。2. 基因修飾基因重排（gene rearangement）是指某些基因片段改變原有的序列，通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接序列，重新組成一個完整的轉(zhuǎn)錄單位。免疫球蛋白分子就是由許多基因片段進行重排和拼接加工的產(chǎn)物。通過不同的組合方式可以形成約

49、108種不同的免疫球蛋白分子，這也是免疫球蛋白分子的多樣性的分子生物學基礎(chǔ)?；蛑嘏攀荄NA水平調(diào)控的重要方式之一。3. 基因重排細胞在發(fā)育分化或環(huán)境改變時，由于對某種基因產(chǎn)物的需要量劇增，單純靠調(diào)節(jié)其表達活性不足以滿足需要時，常通過基因擴增（gene ampification）的調(diào)節(jié)方式來增加這種基因的拷貝數(shù)，滿足需要。4. 基因擴增（三）真核基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)1. 順式作用元件 啟動子真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件。TATA盒GC盒CAAT盒真核生物基因5端啟動子的順式調(diào)控元件示意圖轉(zhuǎn)錄方向以箭頭表示，+1表示轉(zhuǎn)錄起始

50、點增強子(enhancer)指遠離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。沉默子(silencer)某些基因的負性調(diào)節(jié)元件，當其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。2. 反式作用因子 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）* 基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。* 特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

51、因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域3. mRNA 轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié)polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP 真核RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復合物TATA DNATBP相關(guān)因子真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)是復雜的、多樣的 * 不同的DNA元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式； * 多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的DNA元件。 * 轉(zhuǎn)錄因子與DNA元件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負性調(diào)節(jié)之分。真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)小結(jié)： （1）反式作用因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始，其作用通過數(shù)量改變（合成或降解）或

52、活性改變（如：磷酸化去磷酸化等）； （2）反式作用因子通過與順式元件的結(jié)合的方式發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。 （3）普遍存在多種反式作用因子的組合式調(diào)控作用。（三）轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控一般是指前體mRNA產(chǎn)物的修飾、加工，主要包括mRNA“加帽”，“加尾”，“剪接”、胞內(nèi)定位以及mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)。1. “加帽”和“加尾”的調(diào)控 真核生物mRNA的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過加帽（capping ）過程，在5端形成一個特殊結(jié)構(gòu)，7-甲基鳥苷三磷酸（m7GpppN）。（1）帽子結(jié)構(gòu)對維持mRNA穩(wěn)定，防止mRNA被核酸酶降解具有重要作用。（2）此外，帽子結(jié)構(gòu)也為蛋白質(zhì)合成提供識別標志，從而促進蛋白質(zhì)合成起

53、始復合物的生成，提高翻譯效率。“加帽”： 真核生物中除組蛋白基因的mRNA外，其他結(jié)構(gòu)基因的成熟mRNA的3端都有50150個腺苷酸組成的多聚腺苷酸尾，即poly(A)尾。它是在轉(zhuǎn)錄后加上去的，這一過程稱為加尾（tailing）。（1）絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中都有一個保守的AATAAA序列，連同此位點下游的一段GT豐富區(qū)，或T豐富區(qū)，共同構(gòu)成poly(A)加尾信號。（2）poly(A)具有保持mRNA穩(wěn)定，延長mRNA壽命的功能?！凹游病?. mRNA選擇性剪接對表達的調(diào)控選擇性剪接（alternative splicing）： 內(nèi)含子與外顯子的概念是相對的，外顯子（一個或幾個）可以

54、在成熟的mRNA中保留，也可通過剪接過程除去；同樣，內(nèi)含子也可能被保留在成熟的mRNA中。 通過選擇性剪接，可以使一個基因在轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生兩個或兩個以上的mRNA，由此翻譯成2個或更多的同源異型蛋白質(zhì)（isoform protein）。3. RNA編輯的調(diào)控RNA編輯（RNA editing）： RNA編輯（RNA editing）是一種較為獨特的遺傳信息加工的方式，即轉(zhuǎn)錄后的mRNA在編碼區(qū)發(fā)生核苷酸修飾改變的現(xiàn)象。 編輯導致mRNA模板信息的改變，從而產(chǎn)生出氨基酸序列不同的蛋白質(zhì)。編輯方式：（1）核苷酸替換；（2）核苷酸的插入或缺失4. mRNA轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)mRNA通過核膜孔是主動運輸過程，受到細

55、胞調(diào)控；同時，大多數(shù)的mRNA需經(jīng)過加帽、加尾，并在剪接完成后才能被運輸。mRNA通過核膜孔轉(zhuǎn)運至胞質(zhì)中的位置也具有特異性。有的被直接運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上完成肽鏈的合成；有的mRNA則可能被運到細胞漿中，由游離的核糖體進行翻譯。（四）翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控主要是控制mRNA的穩(wěn)定性和mRNA翻譯的起始頻率。1. 翻譯起始調(diào)控蛋白質(zhì)生物合成過程中，起始階段最為重要。許多蛋白質(zhì)因子可以影響蛋白質(zhì)合成的起始步驟，即起始復合物的形成，如真核生物起始因子-2（eukaryotic initiation factor，eIF-2）可影響起始過程，并受磷酸化調(diào)節(jié)。2. mRNA穩(wěn)定性對翻譯的影響真

56、核細胞中，mRNA的穩(wěn)定性差別很大。有些mRNA的半衰期長達10小時以上，而有些則只有30分鐘或更短。不穩(wěn)定mRNA多是編碼調(diào)節(jié)蛋白的，這些蛋白的水平在細胞內(nèi)變化迅速，利于調(diào)控。mRNA3端約50 bp的富含AU的序列稱為ARE（AU-richelement），該元件含多次重復的AUUUA序列。ARE的存在導致poly(A)尾的脫腺苷酸化，進而mRNA被降解。（五）翻譯后水平的調(diào)控信號肽的切除、多肽的修飾和剪接，這些均屬翻譯后水平的調(diào)控。1. 信號肽的切除信號肽（signal peptide）約由1530個疏水氨基酸殘基組成，其特點為疏水性。它的作用是使蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進入高爾基體。一旦蛋白質(zhì)

57、進入高爾基體，信號肽就被信號肽酶水解。切去信號肽后，前蛋白質(zhì)就變?yōu)橛猩飳W活性的蛋白質(zhì)了。2. 新生肽鏈的修飾主要的修飾方式有磷酸化、羥基化、糖基化、乙?；鹊鞍踪|(zhì)的磷酸化修飾是廣泛存在的一種修飾方式。通過蛋白激酶催化將ATP的末位磷酸基轉(zhuǎn)移到多肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基上，從而改變多肽鏈的結(jié)構(gòu)與活性。通過磷酸化和脫磷酸化可快速調(diào)節(jié)蛋白活性。許多膜蛋白、識別蛋白和分泌蛋白均帶有糖基，被稱為糖蛋白。這些糖基常具有重要的生理功能，如：抵御蛋白酶的攻擊、增加蛋白質(zhì)的水溶性等。糖基與蛋白質(zhì)中天冬氨酸、絲氨酸或蘇氨酸的N或O連接形成。3. 肽鏈的剪接與正確折疊肽鏈的剪接：近年來不少研究發(fā)現(xiàn)新合成的

58、肽鏈可以通過多肽的剪輯被切成數(shù)個片段，然后再按一定的順序連接起來，形成有活性的蛋白質(zhì)。空間結(jié)構(gòu)的形成涉及到肽鏈的正確折疊。一些折疊相關(guān)的酶（如蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶等）及一類稱為分子伴侶（molecular chaperone）的物質(zhì)（如伴侶素60家族、熱休克蛋白70、90家族等）對蛋白正確折疊有重要作用。肽鏈的折疊：1. 名詞解釋：轉(zhuǎn)座因子（transposableelements），基因組（genome），啟動子（promoter），基因（gene），終止子（terminator），斷裂基因（split gene），順式作用元件（cis-acting elements），反式作用因子（tran

59、s-acting elements），上游啟動子元件（upstream promoter elements），反應元件（response elements），增強子（enhancer），轉(zhuǎn)位因子（transposableelements），轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn），假基因（pseudogene），重疊基因（overlapping genes），基因家族（gene family），反向重復序列，看家基因（housekeeping gene），鋅指（zinc fingers）結(jié)構(gòu)，亮氨酸拉鏈（leucine zippers），基因重排（gene rearangement)，分子伴侶（m

60、olecular chaperone），RNA編輯（RNA editing），DNase超敏位點（DNasehypersensitive site）。2. 簡述乳糖操縱子中CAP的正性調(diào)節(jié)作用機制。3. 比較原核生物基因組與真核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點。4. 簡述原核表達調(diào)控的主要環(huán)節(jié)和調(diào)控方式。5. 簡述真核表達調(diào)控的主要環(huán)節(jié)和調(diào)控方式。思考題第四章 核酸分子的酶切、連接和修飾第一節(jié) DNA分子的酶切一、限制性核酸內(nèi)切酶（Restriction endonuclease）1、限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn) 限制修飾系統(tǒng)（Restriction modification system）是存在于細菌等