1、同學們好！中山醫學院生物化學教研室陶 莎Tel：87330698E.mail： DNARNA蛋白質轉錄翻譯逆轉錄復制遺 傳 學 中 心 法 則復制？第三篇 基因信息的傳遞中心法則(central dogma) ：1958年F.Crick提出。1970年H.Temin發現逆轉錄現象，補充中心法則。第三篇基因信息的傳遞內容： 第十三章 真核基因與基因組 第十四章 DNA的生物合成 第十五章 DNA的損傷和修復 第十六章 RNA的生物合成 第十七章 蛋白質的生物合成 第十八章 基因表達調控 第十九章 細胞信號轉導 的分子機制第十三章 真核基因與基因組基因（gene）：編碼生物活性產物的DNA功能片段

2、，以堿基排列順序貯存遺傳信息。由Johannsen于1909年首先提出。除了某些以RNA為基因組的RNA病毒外，基因通常是指染色體或基因組的一段DNA序列。基因包括編碼序列（外顯子）、調控序列和間隔序列（內含子）。基因組（genome）：一個生物體內所有遺傳信息的總和。人類基因組包含了細胞核染色體DNA（常染色體和性染色體）及線粒體DNA所攜帶的所有遺傳物質。 真核基因的結構與功能 第一節The Structure and Function of Eukaryote Gene利用堿基的不同排列荷載遺傳信息。 通過復制將遺傳信息穩定、忠實地遺傳給子代細胞，在這一過程中為適應環境變化，可能會發生基

3、因突變。 作為基因表達（gene expression）的模板，使其所攜帶的遺傳信息通過各種RNA和蛋白質在細胞內有序合成而表現出來。 基因的功能 單個基因的組成結構及一個完整的生物體內基因的組織排列方式統稱為基因組構（gene organization） 與基因功能相關的結構編碼區序列（coding region sequence ）非編碼序列（non-coding sequence） 基因表達需要的調控區（regulatory region）序列，包括啟動子（promoter）、增強子（enhancer）等。 在細胞內表達為蛋白質或功能RNA的DNA序列一、真核基因的基本結構編碼蛋白質或R

4、NA的編碼序列。非編碼序列，包括編碼區兩側的調控序列和編碼序列間的間隔序列。真核基因結構不連續，為斷裂基因（split gene）。真核基因結構外顯子（exon）；在基因序列中，出現在成熟mRNA分子上的序列。內含子（intron）：外顯子之間、與mRNA剪接過程中被刪除部分相對應的間隔序列。真核生物絕大部分編碼蛋白質的基因都有內含子。編碼rRNA和一些tRNA的基因也都有內含子。內含子的數量和大小決定了真核基因的大小。不同種屬中，外顯子序列通常比較保守，而內含子序列則變異較大。外顯子與內含子接頭處有一段高度保守的序列，這一共有序列是真核基因中RNA剪接的識別信號。基因的5端稱之為上游，3端稱

5、為下游基因序列中開始RNA鏈合成的第一個核苷酸所對應的堿基記為+1，此堿基上游的序列記為負數，下游的序列記為正數。二、基因編碼區編碼多肽鏈和特定的RNA分子 基因的編碼序列決定其編碼產物的序列和功能。編碼序列中一個堿基的改變或突變，可能使基因功能發生重要的變化。相同的DNA序列因起始位點的變化或不同的剪接方式而編碼不同的蛋白質多肽鏈。基因編碼區中的DNA堿基序列決定特定的成熟RNA分子的序列，即DNA的一級結構決定著其轉錄產物RNA分子的一級結構。三、調控序列參與真核基因表達調控 位于基因轉錄區前后，對基因表達起調控作用的區域，因其是緊鄰的DNA序列，又稱旁側序列。基因的調控區（順式作用元件）

6、啟動子上游調控元件增強子加尾信號細胞信號反應元件轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒增強子AATAAA剪接加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內含子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體+1結構基因啟動子上游啟動子元件1. 啟動子提供轉錄起始信號 啟動子是DNA分子上能夠介導RNA聚合酶結合并形成轉錄起始復合體的序列。多數啟動子位于真核細胞基因轉錄起點的上游，啟動子本身通常不被轉錄。少數啟動子（如編碼tRNA基因的啟動子）位于轉錄起始點的下游，這些DNA序列可以被轉錄。真核生物有3類啟動子，分別對應于細胞內存在的三種不同的RNA聚合酶和相關蛋白質。 能夠在相對于啟動子的任何方向和位置

7、（上游或者下游）上發揮這種增強作用，大部分位于上游。增強子序列距離所調控基因距離近者幾十個堿基對，遠的可達幾千個堿基對。通常數個增強子序列形成一簇。有時增強子序列也可位于內含子之中。不同的增強子序列結合不同的調節蛋白。2. 增強子增強鄰近基因的轉錄增強子是增強真核基因啟動子工作效率的順式作用元件，是真核基因中最重要的調控序列，決定著每一個基因在細胞內的表達水平。沉默子（silencer）是抑制基因轉錄的特定DNA序列，當其結合一些反式作用因子時對基因的轉錄起阻遏作用，使基因沉默。3. 沉默子是負調節元件編碼區啟動子真核細胞的基因結構非編碼區間隔的、不連續的不能編碼蛋白質的區域，調控遺傳信息的表

8、達 沉默子外顯子內含子位置功能編碼區中能夠編碼蛋白質的序列 引導RNA聚合酶與基因的正確部位結合 相對于啟動子的任何方向和任何位置 增強啟動子工作效率編碼區中不能夠編碼蛋白質的序列 位置功能編碼區上游緊靠著轉錄起點 增強子功能與反式作用因子結合，抑制基因轉錄真核基因組的結構與功能 第二節The Structure and Function of Eukaryote Genome基因組：細胞或生物體的一套完整單倍體遺傳物質的總和。一、真核基因組具有獨特的結構基因的編碼序列所占比例遠小于非編碼序列。高等真核生物基因組含有大量的重復序列，真核基因組中存在多基因家族和假基因。大多基因具有可變剪接，80

9、%的可變剪接會使蛋白質的序列發生改變。基因組DNA與蛋白質結合形成染色體，儲存于細胞核內，除配子細胞外，體細胞的基因組為二倍體。結構特點：二、真核基因組中存在大量重復序列 高度重復序列（highly repetitive sequence）中度重復序列（moderately repetitive sequence）單拷貝序列（single copy sequence）或低度重復序列（一）高度重復序列主要存在于染色體的著絲粒區域，重復單位一般由2-10 bp組成，成串排列，在人基因組中約占5%-6%。重復頻率可達106以上，不編碼蛋白質或RNA。反向重復序列（inverted repeat se

10、quence）衛星DNA（satellite DNA）兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成，重復單位長度約300 bp，多數散在于基因組中，總長度約占人基因組的5 。分類：參與復制水平的調節 存在于DNA復制起點區的附近，是一些蛋白質（包括酶）的結合位點。參與基因表達的調控 可以轉錄到核內不均一RNA分子中，有些反向重復序列可以形成發夾結構，有助于穩定RNA分子。參與染色體配對 如衛星DNA成簇樣分布在染色體著絲粒附近，可能與染色體減數分裂時染色體配對有關。功能：（二）中度重復序列重復數十至數千次,大多數與單拷貝基因間隔排列。短分散重復片段長分散重復片段平均長度約300 bp-5

11、00 bp，與長度約為1000 bp的單拷貝序列間隔排列。拷貝數可達數十萬。如Alu家族、KpnI家族、Hinf家族。平均長度為3500 bp-5000bp，與長度約為13000bp的單拷貝序列間隔排列。重復達3050萬次，每個成員的長度約300 bp。每個單位長度中一個限制性內切酶Alu的切點（AGCT），將其切成長130bp和170bp的兩段。Alu家族僅次于Alu家族的第二大家族，重復序列中含有限制性內切酶Kpn的位點呈散在分布，拷貝數約為3000-4800個KpnI家族以319bp長度的串聯重復存在于人基因組中重復序列中含有限制性內切酶Hinf I的位點。Hinf家族rRNA基因重復序

12、列屬于中度重復序列各重復單位中的rRNA基因都是相同的。rRNA基因集中成簇存在，這樣的區域稱為rDNA區。人類的rRNA基因位于13、14、15、21和22號染色體的核仁組織區，每個核仁組織區平均含有50個rRNA基因的重復單位。5SrRNA基因似乎全部位于1號染色體，每個單倍體基因組約有1000個5SrRNA基因。真核生物的單拷貝基因是分散分布于整條染色體或不同染色體之中的。一個蛋白質基因也常分成幾段相隔排列。由幾個肽段的基因組成一個蛋白質的全部基因，有些肽段的基因僅由內含子隔開，而另一些肽段的基因則分布于幾條染色體上。例如：珠蛋白有2條鏈和2條鏈，在人類中，鏈基因位于16號染色體上，鏈基

13、因則位于11號染色體上。在鏈基因中，又由幾個內含子隔開，串聯在11號染色體上。單拷貝基因的另一個特點是普遍存在著內含子。 在單倍體基因組中只出現一次或數次，大多數為蛋白質編碼的基因。（三）單拷貝序列（低度重復序列）三、真核基因組中存在大量的多基因家族與假基因多基因家族是指由某一祖先基因經過重復和變異所產生的一組在結構上相似、功能相關的基因。基因家族成簇地分布在某一條染色體上，同時發揮作用，合成某些蛋白質。如組蛋白基因家族。基因家族的不同成員成簇地分布于不同染色體上，編碼一組功能上緊密相關的蛋白質。如球蛋白基因家族。 DNA序列相似，但功能不一定相關的若干個單拷貝基因或若干組基因家族總稱。超家族

14、基因 （superfamily gene）基因組中存在的一段與正常基因非常相似但不能表達的DNA序列。以來表示。假基因（psuedogene）四、線粒體DNA結構有別于染色體DNA線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）是核外遺傳物質，能獨立編碼線粒體中的一些蛋白質。mtDNA的結構為環狀分子，與原核生物的DNA類似，結構特點也與原核生物相似。人的線粒體基因組線粒體基因組編碼37個基因，包括13個編碼呼吸鏈多酶體系的一些多肽的基因、22個編碼mt-tRNA的基因、2個編碼mt-rRNA（16S和12S）的基因。物種基因組大小(Mb)基因數染色體數*支原體 M. genitalium0.58470無流感嗜血桿菌 H. influrnzae1.831743無枯草芽孢桿菌 B. subtilis4.204100無大腸桿菌 E. coli 4.604288無釀酒酵母 S. cerevisiae 13.50603416裂殖酵母 S. pombe12.50492916燕麥 O. sativa4663000021果蠅 D. melanogaster165136014秀麗隱桿線蟲 C. elegans97184246小鼠 mouse27003000020人 H. sap