二、质粒
㈠质粒的一般特性： 1. 质粒是存在于细菌细胞中独立于染色体之外的自主 复制的遗传成分。绝大多数的质粒都是由环形双链 DNA组成，极少发现线性质粒和RNA成分的质粒。质 粒的大小差别很大，小的质粒分子量约为106，仅编码 2-3个蛋白质，而最大的分子可比它大100倍。 2. 质粒与宿主菌是寄生的关系，质粒离开细菌不能独 立的复制和生存，而细菌离开质粒仍能正常生存。 3. 质粒的存在可以赋予细菌新的遗传特性，这包括抗 性特征、代谢特征、修饰宿主生活方式的因子等，其 中对抗菌素的抗性是质粒最重要的特性。
第一篇
分子生物学基本原理
第一章 基 因
第一节
基因的基本概念 及基因的结构特点
一、核酸是遗传信息的载体
• DNA的结构：
一级结构 二级结构
三级结构
• DNA上主要携带两类遗传信息：
一类是编码信息 另一类是调控信息 真核细胞的DNA中存在着大量的非编码序列
• RNA
RNA分为三类： mRNA；rRNA；tRNA。
三、真核生物基因组的结构 ㈠结构基因
• 断裂基因(split gene)：真核生物的结构基 因是不连续的编码氨基酸的序列被非编码 序列所打断，因此被称为断裂基因。 • 外显子(exon)：在真核生物的结构基因中， 编码氨基酸的序列称为外显子，它被数个 内含子分隔成数个片段间隔排列。 • 内含子(intron)：在真核生物的结构基因 中，在编码氨基酸序列之间存在着数个非 编码的序列称为内含子。
㈡质粒的遗传控制
质粒带有自己的复制调控系统，可有效的控制 质粒在宿主细胞中的拷贝数量。 质粒还有自己精确的分配拷贝到子细胞中的能 力。 质粒还有控制宿主细胞有丝分裂的能力，以便 确保每个子代细胞中稳定的质粒数目。 高拷贝质粒在细菌中常形成多聚体的形式，在 细菌分裂时，这种多聚体又拆散成单体，控制这一 过程的诸多因子构成了位点特异重组系统。 质粒的不相容性：
⒊ 反应元件(response element)：
也是一种顺式作用元件，但它是专门与细胞的一 些信息分子结合，来调节基因的表达。 反应元件一般仅次于启动子内或增强子内。
⒋ 增强子(enhancer)：
为一段DNA序列，它能与反式作用因子识别、并 结合，起到调节转录（通常是增强）的作用。 增强子可在一个基因存在多个，即可分布在启动 子的上流，也可存在于结构基因内部的内含子或下游。 现在又发现了一些增强子内含负调控序列，称为 负增强子。
㈢质粒的类型
1. 结合型质粒、可移动型质粒和自传递型质粒 2. 严谨型质粒和松驰型质粒 3. 窄宿主型质粒和广宿主型质粒
第二节 真核生物基因组
一、真核生物染色质DNA的高级结构 • DNA高级结构中的蛋白质 组蛋白与非组蛋白
• DNA与蛋白质的结 合与染色体的组装
二、真核生物核基因组结构和功能特点
是指一组由多基因家族及单基因组成的更大 基因家族。其代表为免疫球蛋白基因超家族
㈣重复序列(repeat sequence):
在真核生物基因组存在着的大量的碱基序列重 复出现的情况。 重复序列中，除了编码RNA、RNA和组蛋白的 结构基因外，大部分是非编码序列。但对它们的功 能还不十分清楚。 根据出现频率的不同，将它们分为三类： 高度重复序列：重复出现1010 中度重复序列：重复出现101-105。 单拷贝序列：
㈡ 顺式调控原件
• 顺式调控元件(cis-acting elements)：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DNA序列。 包括：启动子、上游启动元件、增强子、加尾 信号和一些其它反应元件。 •反式作用元件(trans-acting elements)：一些可以 通过结合顺式元件二调节基因转录活性的蛋白因子。
⒈启动子(promoter):启动子是DNA分子可以 与RNA聚合酶特异识别和结合的部位，启动 子位于结构基因的上游，每个结构基因的上游 都含有一个启动子。 启动子具有高度的保守性，真核基因的 启动子必须与转录因子结合后才能被RNA聚 合酶识别与结合，并启动转录。这一点与原核 细胞不同。 真核细胞的启动子元件是TATA盒(TATA box)，位于转录起始点上游-25bp处。
基因家族在基因组的分布：
一类是基因家族成簇地分布在某一条 染色体上，它们可同时发挥作用，合成某 些蛋白质，如组蛋白基因家族就成簇地集 中在第7号染色体长臂3区2带到3区6带区域 内； 另一类是一个基因家族的不同成员成 簇地分布 在不同的染色体上，这些不同成 员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如 珠蛋白基因家族
基因家族的类型： ⒈ 核酸序列相同
在真核基因组中，编码rRNA和RNA基因的 DNA片段常以这种形式出现。构成染色质中的组 蛋白基因也是一种核苷酸序列相同的DNA序列。
⒉ 核酸序列高度同源
如人生长激素基因家族，包括生长激素、人 胎盘促乳素、催乳素的编码基因。它们之间的同 源性很高，编码蛋白质的氨基酸序列的同源性为 85%，RNA上的同源性为92%，而各个基因的也 未排列在一起。
⒉ 上游启动子元件(upstream promoter element)：
是TATA盒上游的一些特定的DNA序列，反式 作用因子可与这些元件结合，通过参与促进RNA聚 合酶与DNA的结合，调节DAN的转录过程。 常见的上游启动元件包括： CAAT框：位于TATA上游，位置不确定。 GC盒： CACA盒：
基因突变及发生机制:自发突变与诱变 基因突变的类型：转换；颠换 基因突变的后果： 基因突变与疾病的关系： 基因突变导致蛋白质功能降低或丧失
基因突变导致蛋白质活性异常增高 基因表达量过高导致某种蛋白质过量 基因突变导致蛋白质产生过少而不能形成 正常功能
第二章 基因组的结构与功能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 原核生物基因组
二、基因的基本概念
•基因(gene):
是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是指 贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这 些信息所必须的全部核酸序列。 按照此说，基因即包括编码序列，也包括它的调 控序列及内含子和上、下游的非编码序列。 真核生物和原核生物及多数病毒的基因都以DNA 的形式存在，少数病毒（RNA病毒）的基因是以RNA的 形式存在。
㈤真核生物基因组中的转座子 ㈥端粒
端粒(telomere): 以线性结构存在于基因 组端部的一段特殊DNA序列。序列与蛋白质形 成复合结构，存在于每个染色体的末端部， 端粒的功能主要有保护DNA在复制过程 的完整性，同时也是细胞衰老的重要指标。
五、线粒体基因组
• 原核基因组与真核基因组的比较
第三节 病毒基因组
一、病毒基因组核酸的主要类型
1.双链DNA 2.单链正股DNA 3.双链RNA 4.单链负股RNA 5.单链正股RNA
二、病毒基因组的特点
1 ． 病毒基因组大小相差较大 , 与细菌或真核细
胞相比，病毒的基因组很小，但是不同的病毒 之间其基因组相差亦甚大。 如乙肝病毒DNA只有3kb大小，所含信息 量也较小，只能编码 4 种蛋白质，而痘病毒的 基因组有 300kb之大，可以编码几百种蛋白质， 不但为病毒复制所涉及的酶类编码，甚至为核 苷酸代谢的酶类编码，因此，痘病毒对宿主的 依赖性较乙肝病毒小得多。
操纵子(operon)：指数个功能上相关联的结构基因串 联在一起，构成一个信息区，它共用一个上游的调控区和下 游的终止信号，上游的调控区包括启动子(promoter)和操 纵基因(operator)在转录时将几个相联的结构基因一同转录 成RNA，形成的RNA也为多顺反子。
⒋编码顺序不会重叠 ⒌结构基因的序列是连续编码的，不存在内含子， 转录后不需剪切。 ⒍编码区在基因组中占的比例（约50%）多于真核 细胞，但小于病毒基因组。非编码区主要是一些 调控序列。 ⒎重复序列少：原核细胞的结构基因多为单拷贝， 但编码rRNA的基因往往是多拷贝的。 ⒏存在编码同功酶的基因。 ⒐细菌基因组存在着可移动的DNA序列，包括插入 序列和转座子。 ⒑含有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制 终止区、转录起动区和终止区等。
• 基因组大，编码蛋白质多，一般编码蛋白都 超过1万个以上。在DNA复制时，有多个复制 起始点。 • 真核生物的结构基因都是单顺反子。 • 真核生物的基因组中含有大量的重复序列 (45%)。 • 真核生物的基因组中存在大量的非编码区。
• 真核基因为断裂基因，在它的结构基 因中含有外显子和内含子。 • 真核生物的基因组中存在着各种基因 家族。 • 真核生物基因组中也存在移动基因。 •基因组中结构基因所占区域远小于非 编码区。
2． 病毒基因组可以由 DNA组成，也可以由 RNA组
成，每种病毒颗粒中只含有一种核酸，或为 DNA 或为RNA，两者一般不共存于同一病毒颗粒中。 组成病毒基因组的 DNA 和 RNA 可以是单链的， 也可以是双链的，可以是闭环分子，也可以是线性 分子。如乳头瘤病毒是一种闭环的双链 DNA 病毒， 而腺病毒的基因组则是线性的双链 DNA, 脊髓灰质 炎病毒是一种单链的 RNA 病毒，而呼肠孤病毒的 基 因 组 是 双 链 的 RNA 分 子 。 一 般 说 来 ， 大 多 数 DNA 病毒的基因组双链 DNA 分子，而大多数 RNA 病毒的基因组是单链RNA分子。
⒌ 加尾信号: 在结构基因的最后一个外显子中有一个保守的 AATAAA序列，这个序列对于mRNA转录终止和加 poly(A)尾是必不可少的。
在此位点的下游有一段GT丰富区或T丰富区， 此区与AATAAA序列共同构成poly(A) 加尾信号。
㈢ 基因家族
基因家族(gene family)的概念：指核苷 酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源 性的一组基因。 基因家庭可能是由同一祖先进化来的。 有的基因家族的成员同源性很高，但也有的 基因家族很低。 假基因(pseudogene)：在多基因家族 中，某些成员不能表达出有功能的产物，这 些基因称为假基因，用ψ来表示。