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分子生物学笔记第一章 基因的结构第一节 基因和基因组一、基因(gene)是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列.一个典型的真核基因包括1编码序列外显子(exon)2插入外显子之间的非编码序列内合子(intron)35-端和3-端非翻译区(UTR) 调控序列(可位于上述三种序列中)绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。二、基因组(genome)一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。人基因组3X1 09(30亿bp)，共编码约10万个基因。每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。人类基因组计划（human genome project, HGP）基因组学（genomics）,结构基因组学（structural genomics）和功能基因组学（functional genomics）。蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteomics）第二节 真核生物基因组一、真核生物基因组的特点: ，1真核基因组DNA在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中.2真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(23)，二、真核基因组中DNA序列的分类 ?(一)高度重复序列(重复次数lO5)卫星DNA(Satellite DNA)(二)中度重复序列1.中度重复序列的特点1重复单位序列相似，但不完全一样，2散在分布于基因组中.3序列的长度和拷贝数非常不均一，中度重复序列一般具有种属特异性，可作为DNA标记.中度重复序列可能是转座元件(返座子)，2.中度重复序列的分类1长散在重复序列(long interspersed repeated segments.) LINES2短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINESSINES:长度105.如人Alu序列LINEs:长度1000bp(可达7Kb),拷贝数104-105，如人LINEl(三)单拷贝序列(Unique Sequence)包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列，三、基因家族(gene family)一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因.可能由某一共同祖先基因(ancestral gene)经重复(duplication)和突变产生。基因家族的特点:1基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tandemly repeated genes)，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因；2有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；3有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因 (Pseudogene).a1表示与a1相似的假基因.假基因分类。加工过的假基因(processed pseudogene)。典型的基因家族1.tRNA基因 单倍体人基因组中1300个tRNA基因，tRNA基因簇.2.rRNA基因l00copy.rRNA基因簇(重复单元28S、18S、5.8s-rRNA)3.组蛋白基因30-40copy.定位:7q32-q36组蛋白基因簇(重复单位:H1，H2A，H2B，H3、H4)特点:无intron，Poly(A)- RNA. 4.珠蛋白基因类:16p13，基因簇(24Kb):51213类:11p15，基因簇(60Kb):5 GrAr3四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily)由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同.五、人类基因组中的重复序列标记1、A1u序列单倍体人基因组50万-100万拷贝，平均每隔3-6Kb就有一个Alu序列，人A1u序列长300bp:2X130bp重复序列； +31bp间隔序列(中间)；两侧7-21bp正向重复(direct repeats)，返座子?Alu序列广泛散布于人基因组，约90%巳克隆的人基因合有Alu序列Alu序列标志。2、可变数串联重复 ? ， ?Variable number tamdem repeat， VNTR.又称小卫星DNA(minisatellite DNA)由短重复单位(6-40bp)串联重复(6-100次以上)而成，多位于基因的非编码区，广泛分布。VNTR多态性分子标记DNA指纹图（fingerprint）.小卫星DNA突变与肿瘤，H-Ras。3、短串联重复（short tandem repeat,STR）又称微卫星DNA（microstallite DNA）2-6个核苷酸组成的重复单位串联重复(10-60次),两侧为特异的单拷贝序列，人基因组中每l0kb DNA序列至少一个STR序列。CA)n，50，000-100，000拷贝.新一代遗传标记，人类基因组研究，肿瘤，遗传病.第三节 线粒体基因组人线粒体基因组的特点:1、人线粒体基因组为16，569bp的双链闭环分子一条链为重链(H链)，一条链为轻链(L链)，两条链均有编码功能，每个mtDNA分于编码13种蛋白质和24种结构RNA(22rRNA，2tRNA).2、线粒体DNA为母系遗传.3、结构基因不含内含子，部分区域有基因重叠，因此病理性mtDNA突变更易发生.4、mtDNA突变频率更高.5、线粒体DNA突变的表型表达与核DNA不同。第四节 细菌和病毒基因组一、细菌基因组的特点。1.功能相关的几个结构基因往往串联在起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子结构，2.结构基因中没有内含子，也无重叠现象。3.细菌DNA大部分为编码序列。二、病毒基因组的特点1.每种病毒只有一种核酸，或者DNA，或者RNA；2.病毒核酸大小差别很大，3X103一3X106bp；3.除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。4.大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子(RNA或DNA)，仅少数RNA病毒由几个核酸片段组成. 5.真核病毒基因有内含子，而噬菌体（感染细菌的病毒）基因中无内含子.6.有重叠基因.第五节 染色质和染色体细胞分裂间期染色质(chromatin)分裂期染色体(chromosome)一、染色质的基本单位核小体(一)核小体(nucleosome)结构DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp),形成核小体核心颗粒。两个核小体核心颗粒之间有Linker DNA(0-80bp)，核小体核心颗粒+Linker=核小体(长180-210bp)核小 体DNA Ladder.(二)组蛋白(histone):一类小的带有丰富正电荷5%的人基因可在不同的组织或生理状态下，通过选择性剪接产生不同的蛋白质异构体，这是造成真接生物高度异质性的基础。第四节 翻译水平调控一、翻译起始因子(IF)的调节:可逆磷酸化的作用.1.eIF-4F的磷酸化激活蛋白质的合成.2.eIF-2的磷酸化引起翻译起始受阻，降低蛋白质的生物合成水平二、mRNA结构与翻译控制 ，（一)5-UTR结构1、mRNA5端m7G帽有增强翻译水平的作用.2、“上游AUG密码子”(位于起始AUG上游的其他AUG密码子)的存在往往抑制下游开放读框的翻译效率.3、起始AUG旁侧序列对翻译效率的影响.Kozak序列:GCCAUGG(二)3-UTR结构1.poly(A)尾增加翻译效率2.富含UA序列抑制翻译。三、mRNA稳定性与翻译控制mRNA稳定性主要取决于3UTR结构1.poly(A)尾增加mRNA稳定性，2.3-UTR中UA序列导致mRNA不稳定.四、翻译后修饰1、 氨基酸侧链的共价修饰:乙酰化、磷酸化、糖基化（N-、O-）；2、 蛋白质前体的切割和成熟。Proproteinprotein.例:胰岛素的成熟。五、蛋白质的分泌和胞内定位信号肽:作为蛋白质定位信号的短肽序列，指导蛋白质运输到正确位置，定位结束后通常被特异的信号肽酶切除。常见几种信号肽的特点:1内质网和细胞分泌信号:N-端约20个左右氨基酸，疏水。2 线粒体定位信号:N-端，一面为正电残基另一面为疏水残基的两亲螺旋。3 核定位信号:内部，常为碱性氨基酸加脯氨酸链两部分构成。第四章 原癌基因与抑癌基因第一节 概述病毒致癌作用，病毒癌基因Viral oncogene，V-onc).。细咆癌基因(cellular oncogene ，c-onc)或原癌基因(protoncogene)正常细胞中与v-onc同源的基因，抑癌基因(tumor suppressor gene):是指由于其存在和表达而抑制细胞癌变的基因。原癌基因与抑癌基因生物学性质差异:1.功能:抑癌基因在细胞生长中起负调节作用，抑制增殖、促进分化成熟与衰老，或引导多余细胞进入程序性细胞死亡(PCD)，原癌基因的作用则相反.2.遗传方式:原癌基因是显性的，激活后即参与促进细胞增殖和癌变过程，而抑癌基因为隐性，只有发生纯合失活时才失去抑癌功能.3.突变的细胞类型:抑癌基因突变不仅可发生在体细胞中，也可发生在生殖系(germ 1ine)细胞中，并通过其遗传突变，而原癌基因只在体细胞中产生突变。第二节 原癌基因原癌基因是细胞的正常基因，其表达产物对细胞的生理功能极其重要，只有当原癌基因发生结构改变或过度表达时，才有可能导致细胞癌变。一、原癌基因表达的特点:l、正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，而且是受生长调节的，其表达主要有三个特点:1具有分化阶段特异性；2细胞类型特异性； 3细胞周期特异性。2、肿瘤细胞中原癌基因的表达有2个比较普遍和突出的特点:1一些原癌基因具有高水平的表达成过度表达?2原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。3、细胞分化与原癌基因表达 .在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。二，原癌基因的结构改变与其表达激活(一)点突变C-ras:12、13、61位密码子点突变，存在于多种肿瘤.C-ras编码蛋白(21kD,P21):RAS，是一种GTP结合蛋白，具GTP酶活性，是重要的信号转导分子.(二)染色体易位染色体易位(translocation):是染色体的一部分因断裂脱离，并与其它染色体联结的重排过程。因染色体易位造成的原癌基因激活:1、 因易位使原癌基因与另一基因形成融合基因，产生一个具有致癌活性的融合蛋白，如t(9:22)使c-abl与bcr融合，产生一个致癌的P210蛋白2、因易位面使原癌基因表达失控，如t(8:14)易位使c-