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1、第一章 基因的结构与功能,Chapter 1 Structure and Function of Gene,第一篇 分子生物学基本原理,基因（gene）是指核酸分子中贮存与表达遗传信息的单位。大多数生物的遗传信息贮存于DNA分子。在某些生物，如RNA病毒以RNA作为遗传信息的载体。,DNA的化学结构,一级结构（primary structure）指DNA分子中核苷酸的排列顺序 二级结构（secondary structure）指两条DNA单链形成的双螺旋结构 三级结构（tertiary structure）指双链DNA进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构,在原核生物中，染色体DNA通常为双链环状，与
2、蛋白质构成复合体，以类核（nucleoid）结构存在于细胞中。,在真核生物细胞中，双螺旋的DNA分子与蛋白质组装，形成称为染色质(chromatin)的高级结构。,染色质的基本结构单位核小体,由4种核心组蛋白各2分子形成八聚体,DNA双链缠绕在组蛋白八聚体上形成核心颗粒，每圈80bp，约146bp,核心颗粒之间由约60bp的DNA与组蛋白H1构成连接区连接,每个核小体单位包含约200bp的DNA链,一次折叠：核小体形成；二次折叠：核小体卷曲（每周6个）形成直径30nm的襻状结构；三次折叠：30nm的纤维折叠成柱状结构。,参与染色质形成的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白两大类。组蛋白：属于碱性蛋白
3、质，富含Arg和Lys残基，共有5种。,核心组蛋白在结构上非常保守，且均由球形部和尾部组成。球形部借Arg残基与DNA分子作用，参与形成核小体。尾部是无序的，从两圈DNA中伸展至核小体外，与各种翻译后修饰有关。,非组蛋白：是染色体上结合特异DNA序列的蛋白质，又称为序列特异DNA结合蛋白。非组蛋白的特点有：富含酸性氨基酸残基，属于酸性蛋白质；在整个细胞周期中都可合成；能识别并结合特异的DNA序列；其主要功能是参与DNA复制和基因表达调控。,根据基因产物不同，分为蛋白质基因和RNA基因。根据基因的功能，分为结构基因和调节基因。,一、结构基因概念：结构基因（structural gene）是指能够
4、编码特定RNA分子或蛋白质分子的遗传单位。结构基因的特点：原核生物结构基因编码序列是连续的。,真核生物结构基因编码序列是不连续的，称为断裂基因（split gene）。通常需要进行转录后剪接加工。,在真核结构基因中，能够在成熟RNA分子中保留的序列称为外显子（exon），而不能在成熟RNA分子中保留的序列称为内含子（intron）。,高等真核生物内绝大部分编码蛋白质的结构基因都有内含子，只有组蛋白编码基因例外。,内含子数目=外显子-1,二、基因的调控序列与结构基因转录表达调控相关的非编码序列称为调控基因（regulating gene）或调控序列（regulating sequence）。,原
5、核生物的调控基因启动子（promoter）：指位于结构基因上游，并与RNA聚合酶识别、结合和启动转录有关的一段特殊DNA序列。,启动子序列不出现于RNA产物中，仅提供 转录起始信号。,原核生物启动子，如E.coli启动子，通常长约4060bp，可分为转录起始部位（+1bp）、Pribnow盒（-10bp）和转录起始识别部位（-35bp）三部分。,原核生物启动子的共有序列,强,弱,每个人的基因里都有一段幸福因子，当我们相遇时，启动子开始启动，因为没有终止子，所以会一直转录、翻译下去，并不断地表达，于是我们拥有了无穷无尽的幸福。,DNA,RNA-pol,终止子（terminater）：指位于结构基
6、因下游的一段富含GC的具有回文特征的特殊DNA序列，该序列转录生成的RNA能够形成特殊的发卡结构并导致RNA聚合酶从DNA模板上脱离，促使转录过程终止。,操纵元件（operator）：指位于结构基因上游的一段DNA序列，该序列能够被阻遏蛋白识别并结合，从而阻止结构基因的转录。,正调控蛋白结合位点：指常出现于弱启动子附近的一段特殊的DNA序列，能与某些具有转录激活作用的正调控蛋白识别结合，从而加快转录的启动。,大肠杆菌乳糖操纵子的基因序列,真核生物的调控基因启动子（promoter）：与原核生物类似，也是指位于结构基因上游，并与RNA聚合酶识别、结合和启动转录有关的一段特殊DNA序列。由于真核生
7、物中存在三种不同的RNA聚合酶，因此相应的启动子也被分为、三类，这三类启动子在结构上存在差异。,真核生物启动子的种类和性质,类启动子,类启动子,类启动子,结合的RNA 聚合酶,聚合酶,聚合酶,聚合酶,组 分,核心元件和上游调控元件,TATA盒、上游启动子元件和转录起始位点,A盒、B盒和C盒,转录产物,rRNA,mRNA和miRNA,5S rRNA、tRNA、snRNA,增强子（enhancer）：是位于结构基因上游（-100-300bp）、基因之外或内含子中的特殊DNA序列，该序列能被蛋白因子识别结合，促进邻近基因的转录表达。,沉默子(silencer)：负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，
8、对基因转录起阻遏作用。,poly(A)信号：位于结构基因下游的加尾信号，其保守序列为AATAAA。该序列也参与RNA转录终止。,依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA。依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶。,核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。,5,5,3,3,外切位点,外切位点,内切位点,内切位点,参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接。清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及侵入细胞的外源性核酸。降解食物中的核酸。体外重组DNA技术中的重要工具酶。,核酸酶的功能,核酶（Ribozyme）是指具有 催化功能的RNA分子。,T.Cech,掌握基因、结构基因、断裂基因、外显子、内含子、启动子、增强子的概念,
