基因的概念与结构课件

遗传学Tel:68915957-8001E-mail:第三章基因的概念与结构第一节基因的概念的演变（一）魏斯曼的种质连续论：在胚胎发育的早期生殖细胞就与体细胞分离，只有生殖细胞才有一条代代相传的连续路线。他理论的特点：必须在细胞和个体水平上理解遗传，成体身上发生的事不能遗传后代。

魏斯曼屏障：获得的形状不可能遗传。（四）20世纪40年代发现突变基因的内部可以通过重组而形成野生型基因，因而确定基因不是重组的最小单位。1957年本则尔（S.Benzer)以T4噬菌体为材料进行研究，提出顺反子（cistron）的概念。Thearrangementofgeneticmarkersincisandtransheterozygotes.S.Benzer将三位一体的基因概念改成顺反子、突变子（muton)、重组子（recon)三个概念：突变子：突变的最小单位基因重组子：交换的最小单位顺反子：功能单位基因基因是一个功能单位，基因内部可突变和重组。一个基因就是一个顺反子。野生型和突变型非等位基因之间的相互作用多因一效和一因多效复等位基因（multiplealleles）操纵子与超基因(operon&supergene)断裂基因（interruptedgene）重叠基因(overlappinggene)第二节基因的结构和种类一.野生型和突变型野生型：指等位基因中能产生有功能的蛋白质突变型：一般是丧失功能型，产生异常的蛋白质或不能产生蛋白质。所以野生型对突变型一般是显性的。1.基因互作（MutualActionofGenes，Geneinteraction）：非等位基因间相互作用产生新的性状。例：鸡冠的遗传：玫瑰冠X豌豆冠RRpprrPP胡桃冠RrPp胡桃冠玫瑰冠豌豆冠单冠R-P-R-pprrP-rrpp9:3:3:1二.非等位基因之间的相互作用：2.不同基因座的基因可能影响或决定同一性状。当两对独立遗传基因分别处于纯合显性或杂合状态时，共同决定一种性状的出现。当只有一对基因有纯合显性或杂合显性时，则表现为另一种性状。这些非等位基因称为互补基因（complementarygene)。9A_B_:3A_bb:3aaB_:1aabb显性:隐性=9:7

ABAbaBabABAABBAABbAaBBAaBbAbAABbAAbbAaBbAabbaBAaBBAaBbaaBBaaBbabAaBbAabbAaBbaabb设两对基因的杂合体：AaBb×AaBb

例：香豌豆：P白花CCpp

白花ccPPF1紫花CcPpF29紫花(C_P_)：7白花(3C_pp+3ccP_+1ccpp)4.重叠作用不同对基因互作时，不同的显性基因对表现型产生相同的影响，F2产生15：1的比例：9A_B_:3A_bb:3aaB_:1aabb显性：隐性=15：15.上位效应（epistasis)一对基因可以掩盖另一对非等位基因的显性效应的现象。上位性：两对独立遗传基因共同对一对性状发生作用，其中一对基因对另一对基因的表现有遮盖作用。下位性：后者被前者所遮盖。（1）显性上位作用上位显性基因：起遮盖作用的基因如果是显性基因，则：9A_B_:3A_bb:3aaB_:1aabb12:3：1（2）隐性上位作用在两对互作的基因中，其中一对隐性基因对另一对基因起上位性作用：9A_B_:3A_bb:3aaB_:1aabb9：3：4隐性上位效应举例：P黑色×白化BBCC↓bbccF1黑色BbCc↓F2黑色棕色白化白化B_C_B_cc(bbC_bbcc)9:3:4小鼠毛色的隐性上位效应6.在两对独立基因中，其中一对显性基因，本身并不控制性状的表现，但对另一对基因的表现有抑制作用，称为抑制基因（inhibitor)。如下面A对B的抑制:9A_B_:3A_bb:3aaB_:1aabb显性：隐性=3：13两对基因互作的模式图虚线表示合并的表现型，圆圈里数字表示各种比数字基因内互作：同一位点上的等位基因的相互作用—显性、不完全显性、隐性。基因间相互作用：不同位点非等位基因相互作用--上位性、下位性……基因相互作用复等位基因实例：血型遗传学1667年法国Denys首次把羊血输给病人。1818年英国Blundell首次人之间输血。1900年奥地利Landsteiner发现了ABO血型系统1926年奥地利Landsteiner发现了MN血型系统1927年奥地利Landsteiner发现了P血型1939年奥地利Landsteiner发现了Rh血型1930年：Landsteiner获诺贝尔奖ABO血型系统的抗原与抗体A抗原A抗体B抗原B抗体A血型＋－－＋B血型－＋＋－AB血型＋－＋－O血型－＋－＋ABO血型的遗传特例ABOA

OAB（？）孟买血型

ABO血型系统遗传方式前体H物质Ａ抗原B抗原无抗原

双亲血型基因型：HhAoXHhBo子女血型基因型：hhBoXHHAo

HhAB

A，B抗原的生物合成：ABO抗原的前体是H抗原。A基因编码N-乙酰半乳糖转移酶，能把H抗原转化成A抗原，B基因编码半乳糖转移酶，能把H抗原转化成B抗原。O基因是突变的A基因（少一个核苷酸），不能编码有活性的酶。ABO血型系统遗传方式特例：临床中发现有一位病人在验血中确定为B血型，在接受O型血的输血后，引起凝血反应。在对供血者血液重新检测时发现，其血细胞在与抗A血清反应时，初时无反应，2个小时后呈凝集反应。所以确定供血者为A型，而不是O型。血型的表型改变病人住院时检测为B血型－－－出院以后为O型。原因:消化道E.coliK12感染,产生类B抗原物质。ABO血型的异常遗传现象有一AB血型男子与O血型女子结婚，生了一个O型孩子和一个AB型的孩子，分析其原因。

解释：9q34同源染色体不等交换。ABO血型基因的进化史：A基因是最古老的基因，O基因和B基因都是由A基因先后突变来的。通过计算可知，这个变化发生于几百万年前。也就是说，人类祖先一开始就已经有了三种血型基因、四种血型了。目前已发现14种A基因（以A1，A2……表示），14种B基因和8种O基因。关于血型的误用：

1910年，海德堡大学医生范顿根声称纯种欧洲人的血型是A型，纯种亚洲人的血型是B型，或者说，那些B型血的

欧洲人不是纯种欧洲人。两位波兰研究者将人类划分成了三个人种：A型占多数的欧洲人，B型占多数的亚－非人，和过渡型。他们并描绘了一幅人类进化的图景：人类的祖先原先都只有O型血，之后分化出了A型和B型两个不同的人种。1930年在给兰特斯坦纳颁发诺贝尔奖时，诺贝尔奖委员会主席：“兰特斯坦纳的发现为研究一个民族的种族纯洁程度的决定性开创了新的领域。”

……ABO血型的新生儿溶血症O血型的母亲怀有A，B，AB型血型的胎儿，在母亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的抗体进入新生儿血液中，与婴儿的抗原产生免疫反应，造成婴儿溶血。Rh血型的遗传机制恒河猴红细胞（Rhesusmonkeys抗原）免疫家兔兔抗猴血清检测人红细胞。85％产生凝集反应15％无凝集反应定名恒河猴红细胞抗原为Rh抗原。Rh血型的新生儿溶血症Rh阳性血型的红细胞带有Rh抗原，无抗体。Rh阴性血型的红细胞没有Rh抗原，一般情况也没有抗体。Rh阴性血型的母亲怀有Rh阳性血型的胎儿，在母亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的抗体进入新生儿血液中，与婴儿的抗原产生免疫反应，造成婴儿溶血。人类白细胞抗原（humanleucocyteantigen，HLA）异体移植的免疫作用：抗宿主反应：受体抗原－供体抗体排斥反应：受体抗体－供体抗原主要组织相容性抗原系统（majorhistocompatibilityantigensystem）主要组织相容性复合体基因（majorhistocompatibilitycomplexgene,MHC）HLA的遗传机制主要组织相容性抗原按免疫性分为三类：第一类：移植抗原（transplantationantigen）,位于T淋巴细胞上，编码基因为：HLA——A，B，Ｃ第二类：免疫反应的信息传递抗原。编码基因为：HLA——DR，DQ，DP第三类：补体蛋白，与抗原－抗体复合物作用。编码基因为：HLA——C2，C4，Bf

白细胞抗原的基因HLA-AHLA-BHLA-CHLA-DRHLA-DQHLA-DPA1B5Cw1DR1DQ1DPw1A2B7Cw2DR2DQ2DPw2A3B8Cw3DR3DQ3DPw3A9B12Cw4DR4…..DPw4A11B13Cw5DR5…..Aw19B14Cw6DRw6Aw33Bw22Cw7DR7Aw36Bw59Cw8DRw8…..…..…..…...55种212种51种122种白细胞抗原基因连锁图HLA：6p21-23.DPDQDRC4C2BCA70411232125155第II类第三类第一类一组功能相近，紧密连锁的基因，称为超基因（Supergene）。同一条染色体上的基因组成被称为单倍型（haplotype）白细胞抗原的基因分布HLA-A白人黑人黄种人A10.150.03/A20.260.150.30A30.120.070.01A110.060.010.25A250.02//白人抗原Aw43/0.01/南非黑人抗原Aw36/0.02/黑人人抗原

白细胞抗原的基因分布HLA-B白人黑人黄种人

Bw40.410.410.35B70.090.090.02B130.030.010.03B380.03/0.02Bw450.040.04/Bw46//0.05黄种人抗原

白细胞抗原的基因分布强关联：连锁基因实际出现的频率的大于理论频率的现象A26B38A2Bw46犹太人单倍型黄种人单倍型Bw45在黄种人中极少，在美洲的印第安人，爱斯基摩人等人群中，该抗原也极少，推测与种族的起源有关。白细胞抗原与人类疾病B27抗原与强直性脊椎炎强关联。患者中90％以上都是B27抗原。如果一个人有，50％的可能是强直性脊椎炎，检查他的白细胞抗原，有B27抗原，他的患病的机会就大大增高。反之，则减少有病的可能性。白细胞抗原的单倍型分析父抗原：A2，A11，B13，Bw46母抗原：A3，A9，B5，B7子1抗原：A2A3B7Bw46子2抗原：A11A9B5B13子3抗原：A2A9B5Bw46子4抗原：A3A11B7B13子5抗原：A3A11B7Bw46MN血型的遗传分析人群中存在着MN血型系统，受M和N两个基因控制，并显性。

MNMMMMNNMNNNXg血型的遗传分析Xg抗原是目前发现的第一个与性别有关的抗原基因:Xga有Xg抗原Xg无Xg抗原Xga对Xg显性

Xg血型的遗传分析Xg抗原

Xga五.操纵子与多基因家族（一）操纵子（operon)1961年F.Jacob和J.Monod提出大肠杆菌的乳糖操纵子模型。指出基因不仅是传递遗传信息的载体，一些基因有调控其他基因表达活性的功能。大肠杆菌的乳糖降解代谢途径：Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。乳糖β-半乳糖苷酶(Z)+β

–半乳糖苷乙酰基转移酶(A)乙酰半乳糖乙酰辅酶A辅酶Aβ

–半乳糖苷透过酶(Y)大肠杆菌乳糖操纵子是一个完整的基因调控单元，由结构基因，启动子，操纵基因和调节基因等组成。结构基因有三个基因顺序排列：β-半乳糖苷转移酶（Z），透性酶（Y），硫半乳糖苷乙酰转移酶（A）。三个基因共用一个启动子。操纵基因位于启动子和三个结构基因之间。调节基因操纵子Lac阻遏物β－半乳糖苷酶β－半乳糖苷透性酶β－半乳糖苷乙酰基转移酶E.Coli诱导型Lac操纵子结构模型基因长度PI:i基因启动子genei：调节基因P：结构基因启动子geneZ,Y,A：结构基因O：操纵单元诱导物的加入和去除对lacmRNA

的影响乳糖操纵子的正调控除了阻遏蛋白能抑制lac操纵元转录外，其它因子也能有效地抑制lacmRNA转录，这个因子的活性与葡萄糖有关：→葡萄糖抑制腺苷酸环化酶的活性→腺苷酸环化酶催化ATP前体→cAMP→cAMP+代谢激活蛋白(CAP)→cAMP-CAP复合物，作为操纵元的正调控因子。

→当cAMP-CAP复合物的二聚体插入到lac启动子区域特异核苷酸序列时，使启动子DNA弯曲形成新的构型，RNA聚合酶与这种DNA新构型的结合更加牢固，因而转录效率更高。→在有葡萄糖存在时，不能形成cAMP，也就没有操纵元的正调控因子cAMP-CAP复合物，因此基因不表达。扩展：原核生物的基因转录水平的调控原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平。当需要某一特定基因产物时，合成这种mRNA。当不需要这种产物时，mRNA转录受到抑制。正调控：是经诱导物诱导转录的调控机制，即诱导物与另一蛋白质结合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序列结合，激活基因起始转录。负调控：阻遏物阻止转录过程的调控，即阻遏物与DNA分子结合，阻碍RNA聚合酶转录，使基因处于关闭状态。只有当阻遏物被除去之后，转录才能起动，产生mRNA分子。原核生物中基因表达以负调控为主。真核生物中则主要是正调控机制。（二）多基因家族（multigenefamily）由某一祖先基因经过多次重复和（或）突变所产生的一组基因，它们在序列上只有微小的差别，并行使相同或相关的功能。可分为两种类型，一种类型是基因家族的各个成员具有几乎相同的碱基顺序，串联排列集中在一条染色体上，称为基因簇（genecluster）；另一类型是一个基因家族的成员可分为若干群，分别成簇地分布在不同的染色体上。在多基因家族之上还可以有基因超家族（superfamily)。人类珠蛋白基因家族（三）假基因假基因（pseudogene）:多基因家族成员中与某些有功能的基因结构相似而不能表达出基因产物的序列。起因：（1）有功能的基因因突变而失去功能。（2）逆转录cDNA的插入。这样形成的假基因不含内含子和与启动基因转录有关的侧翼DNA序列，但在5’端有mRNA特有的多聚腺苷酸序列。

六.断裂基因（interruptedgene)

（一）外显子和内含子绝大多数真核生物编码蛋白质的基因为断裂基因（splitgene），即结构基因是不连续排列的，中间被不编码的插入序列隔开。编码序列称为外显子（exon），编码序列中间的插入序列称为内含子（intron），也称间隔序列（interveningsequence，IVS）。每个结构基因在第一个和最后一个外显子的外侧，都有一段不被转录的非编码区，称侧翼序列（flankingsequence），它对基因的有效表达起着调控作用。内含子与外显子DNA上的基因排列核内不均一RNA（heterogenousnuclearRNA,hnRNA）：平均分子长度为8-10Kb(2Kb~14Kb)左右。比mRNA的平均长度（1.8-2Kb）要大4-5倍。hnRNA仅有总量的1/2转移到细胞质内，其余的都在核内被降解掉。hnRNA是mRNA的前体，证据是：(1)hnRNA和mRNA有相同的序列；(2)hnRNA在体外能作为模板翻译蛋白；(3)两者5′端都有帽子结构；(4)二者为相同的聚合酶所合成；(5)两者的3′端都有多聚腺苷有尾巴。

剪接位点

intron

NNA64G73G100T100A68A68G84T63···TACTAAC···C65A100G100NND分支点AGT－AG法则

外显子与内含子接头：内含子的5′端碱基顺序总是以GT开始，3′端碱基顺序则以AG结束，为一段高度保守序列。这种接头形式称为GT-AG法则，为hnRNA剪接加工的信号。通过该信号，实现内含子的剪切和外显子的拼接。分枝点顺序：为PyNPyPuAPy，其中A为百分之百的保守，且具有2′-OH。(二）RNA剪接（RNAsplicing)所有内含子都通过转酯作用实现剪接。可变剪接（alternative

splicing）1．I类类含子的剪接Cech等1981年用四膜虫分离得到了35S的前体rRNA，它含有一个长413bp的内含子。此35SrRNA要加入一价或二价阳离子及GTP就可以在体外释放出413b的线性的内含子，若继续保温，那么线形内含子又可形成环状的RNA。说明35SRNA在GTP的作用下可以自我剪接。(三)内含子的类型和剪接机制

第I类内含子的自我拼接的第一步反应是鸟苷对位于内含子5ˊ端的外显子和内含子之间的3ˊ,5ˊ-磷酸二酯键进行亲核攻击。游离的鸟苷的3ˊ羟基起着一个亲核体的作用，结果与内含子中的5ˊ核苷酸形成一个新的3ˊ,5ˊ-磷酸二酯键，释放出上游的外显子。在第二次转酯基反应中，上游外显子的3ˊ羟基作为一个亲核体攻击位于内含子－外显子交界处的3ˊ,5ˊ-磷酸二酯键。结果切去内含子序列，同时通过3ˊ,5ˊ-磷酸二酯键将两个外显子共价连接。第I类内含子的自我拼接是借助于外部的一个鸟苷催化的。2.Ⅱ类内含子的剪接第II类内含子自我拼接是借助于内部的一个腺苷酸催化的。1）无需鸟苷的辅助，但需镁离子的存在。2）分枝点A的2′-OH对5′端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻，导致腺苷酸和内含子中的5ˊ核苷酸之间形成一个不常见的2ˊ,5ˊ-磷酸二酯键。产生了套索（lariat）结构；3）切下的外显子1其3′-OH继续对内含子3′端的交界序列进行亲核进攻，同时释放出套索状的内含子。通过自我拼接除去第II类内含子的反应过程hnRNA拼接需要一个snRNP拼接复合物

这一反应类似于第II类拼接：第一步反应导致套索结构的形成，然后经第二步转酯基反应将5ˊ和3ˊ外显子连接起来，并释放出内含子。与自我拼接的区别是hnRNA拼接依赖于核内小核糖核蛋白（smallnuclearnucleoproteins，snRNP），snRNP是由核内小RNA（smallnuclearRNA,snRNA）和相关蛋白组成的。存在5种snRNP：U1snRNP，U2snRNP，U5snRNP和U4-U6snRNP，它们与内含子形成剪接复合体（spliceosome）。3.核mRNA的剪接剪接体（spliceosome)由蛋白质和核内小RNA构成。剪接的过程是5’位置切割套马索形成3’位置切割外显子连接。

结构特点：1）边界顺序:符合GU-AG法则。2）分枝点顺序：为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守，且具有2′-OH。3）内含子5′端有一保守序列可以和U1snRNA的5′端的保守顺序互补。剪接需剪接因子的作用：snRNPs：U1,U2,U5和U4/U6。剪接因子snRNPs：U1,U2,U5和U4/U6。

顺式剪接（cis-splicing）：同一RNA分子序列的剪接。

反式剪接（trans-splicing）：不同RNA分子外显子之间的剪接。可在体外实现。一般需在内含子中引入互补序列。反式剪接较典型的例子是：1）锥虫表面糖蛋白基因VSG(variablesurfaceglycoprotein)。2）线虫的肌动蛋白基因（actingenes）。3）衣藻（chlamydomonas）叶绿体DNA中含有的psa基因。4.反式剪接反应（四）自我剪接内含子与核酶核酶是个位置特异的核酸内切酶在研究RNA催化的四膜虫rRNA内含子的切除反应的过程中，Cech和他的合作者发现，这个RNA非常类似于酶，因为它可加速转酯基速率，而且特异性高。他们发现，称之L-19IVS（间插序列）的rRNA内含子序列能够象一个真正的酶那样促进寡核苷酸底物之间的多核苷酸基转移反应。在这个反应中，核苷酸被除去或加到寡核苷酸底物上，米氏动力学参数Km＝42M，kcat＝2/min。尽管这个反应的速率比大多数的蛋白酶催化的反应的速率低，但使催化速率提高了1010。根据这些特性，具有催化功能的RNA分子称为核酶（ribozymes）。

人工合成的核酶已经出现，其作用象位点特异的内切酶。这些RNA酶含有一个起着催化部位作用的大约20个核苷酸序列和与靶RNA底物互补的侧翼序列。有一种在类植物病毒中发现核酶，因其二级结构象锤头，所以称为锤头核酶（hammerheadribozyme）。锤头核酶的实验分析已经揭示了核酶和底物中特异切割部位序列和需要的核苷酸残基。

重叠基因：指同一段DNA的编码顺序，由于阅读框架(ORF)的不同或终止早晚的不同，同时编码两个或两个以上多肽链的现象。重叠基因是基因转录起始点不同，但是共用同一段DNA序列或几个核苷酸的不同基因。七.重叠基因（overlappinggene)赏花归去马如飞，去马如飞酒力微，

酒力微醒时已暮，醒时已暮赏花归。---苏东波

1977年Sanger测定X174Phage。有5386Nt

11基因，3个转录单位，由3个启动子（pA,pB,pD）启动。

5386Nt最多能编码1795个氨基酸，若每个氨基酸的平均分子量为110，则总的蛋白质分子量为197,000Da，但实际蛋白质总分子量却为262,000D。

将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较，发现了重叠基因。

在高等生物和人的基因组中也发现有重叠基因。有些重叠基因转录方向相反，有的重叠基因位于内含子内部。因此，内含子的概念是相对的。第三节可动基因或转座元件

有些基因在染色体上的位置是可以移动的，称为可动基因（mobilegene),也称为转座元件或转座因子（transposableelement)一.可动基因(mobilegene)的发现1932年，美国遗传学家B.McClintock发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象。1951年首次提出转座子的概念，认为在基因组的不同区域存在可移动的控制因子(controllingelement)。1983年获诺贝尔奖。植物双受精示意图玉米的转座因子：玉米色粒调控元件Ac-Ds系统，位于第9染色体短臂。上面可有：（1）C基因，色素合成基因。（2）Ac基因，自主移动的调节因子。4.5kb,5个exon,编码转座酶。（3）Ds基因，非自主移动的受体因子。0.5---4.0kb,与Ac有同源序列。插入引起色素不能合成。玉米粒颜色的遗传（C基因决定有色）。CAc有色

CDsAc花斑CDs无色

在Ds和Ac同时存在时，一些细胞中的Ds因转座而离开，所以这些细胞能合成色素，从而造成花斑。Ac与Ds因子的结构Ac因子:4.563kb;两端有11个bp的反向重复序列:5’CAGGGATGAAA….TTTCATCCCTG3’3’GTCCCTACTTT….AAAGTAGGGAC5’Ds因子：与Ac序列具有很大相同，但是中间缺失序列。有0.5-4.0kb。

插入序列是仅含有转座酶基因的简单转移序列。长度多在700－1500bp左右。插入序列由末端反向重复序列(IR)，转座酶基因组成。插入基因组中时，在靶位上生成正向重复序列(DR)二.插入序列(insertionsequence,IS)常见的IS结构IS长度末端IR靶位DR插入选择IS1768239随机IS213274195热点IS414281811AAAN20TTTIS51195164热点IS101329229TNAGCNIS50153199热点三.转座子(transposon,Tn)

转座子是带有转座酶基因等必需基因及与转座无关基因的转座因子。与转座无关基因可包括抗药性基因等。结构特征：两端具有同向或反向插入序列（IS），两端的IS可能相同或不同。常见的转座子：转座子长度标记末端取向Tn55700KanRIS50反向Tn109300TetRIS10反向Tn92500CamRIS1正向转座子在染色体上的解离方式原位解离：转座因子直接从原来位置解离，插入新的位置。复制后解离：转座因子在原来位置留有一份拷贝，另一份拷贝插入新的位置。精确解离非精确解离复制后解离的过程复制后解离的过程

反转录转座子：通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。

病毒超家族（viralsuperfamily）,可编码反转录酶或整和酶，自主转录。呈DNA时，具有LTR序列。非病毒超家族（nonviralsuperfamily）,不可编码反转录酶或整和酶，不能自主转录。呈DNA时，无LTR序列。四.反转录转座子（retrotransposon）反转录病毒RNA的末端是正向重复序列。反转录病毒线型DNA的末端是LTRs,整合到宿主DNA中时，两端各丢失了2bp(一)反转录病毒RNA:RU5gagpolenvU3RDNA:U3RU5gagpolenvU3RU5

LTRLTR

基因组--DR-U3RU5gagpolenvU3RU5DR----

逆转录病毒的RNA基因组的结构LTR：长末端重复序列，组成：U3RU5。是逆转录病毒特有的DNA结构。在RNA基因组中不存在。LTR的形成机制不清。LTR对病毒DNA整合进宿主基因组和控制病毒RNA合成有重要意义。具有真核生物基因表达时所需的基本功能：与真核细胞启动子相似的序列，polyA聚合作用的信号，等等。LTR有增强子序列，可增强基因转录。艾兹病病毒艾兹病病毒vprrevrev

gag

viftatvputatnefLTRpolenv

LTR

LTR长末端重复序列

gag

核心蛋白，反转录酶

pol

蛋白酶

vif

感染因子

vpr,vpu复制因子

tat反式激活因子

rev(art抗阻遏翻译基因活化,trs

transregulatorofsplicing

)调节因子

env

衣壳蛋白

nef(3’orf)negativefactor抑制复制模板

艾滋病毒的基因结构反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座。

人类基因组中含有几千种几乎完整的病毒基因组，占人类基因组1.3%。大多数不活跃。（三）长散在重复序列（longinterspersedelements,LINE)长散在重复序列(LINE)又称长序列型。是可自主转座的反转录转座子。来源于RNA聚合酶II的转录物。长度5000~7000bp，拷贝数为102-104，散在分布于哺乳动物基因组中，如：KpnI家族。KpnI家族是中度重复序列中一种长分散片断，平均长度为3500~5000bp。L1是LINE中的一个重复序列，被认为是人类基因组中主要的可动因子，可自主转座，并可促使非自主转座因子反转录转座。一些人类致病基因的形成与L1的插入有关：凝血因子VIII基因中的插入；DMD基因中的插入，等等。（四）非自主反转录元件—SINE，Alu和假基因

短分散元件（shortinterspersingelement,SINE），又称短序列型。来源于RNA聚合酶III的转录物。长度为300-500bp，拷贝数可达105以上，散在分布于基因组中。如Alu家族。Alu家族是人类基因组中存在最广泛的一种中度重复序列，约占人类基因组DNA总量的3％~6％，基因组中拷贝数为30~50万，序列长300bp，在170位碱基附近的AGCT顺序是限制性内切酶AluI的酶切位点。故Alu序列可被AluI切割成130bp和170bp两段，所以得名Alu家族。Alu两端各有正向重复序列，末端有poly(A)尾。Alu家族散在分布于整个人类基因组，平均每5kbDNA就有一个Alu序列。Alu家族具有种属特异性，其功能可能与DNA复制的启动、转录的调节、hnRNA的加工有关。假基因

假基因不含内含子和与启动基因转录有关的侧翼DNA序列，但在5’端有mRNA特有的多聚腺苷酸序列。两端有短的正向重复序列。说明其反转录转座的起源。这类假基因可能起源于反转录病毒为中介的转座过程。转座引起a的遗传效应插入突变插入失活插入带来新的基因非精确解离形成突变(缺失，重复，到位)插入激活第四节癌基因和抑癌基因遗传基因的异常是导致细胞恶性转化的原因。目前已知这类基因有癌基因（oncogene)和肿瘤抑制基因(tumorsuppressorgene，抗癌基因：anti-oncogene)等

。此外，一些病毒具有导致肿瘤的能力，这种能力与病毒基因的活动有关。

（一）癌基因的发现：首先发现病毒可以导致肿瘤。

1911年Rous发现鸡肉瘤病毒（RSV）能使鸡胚成纤维细胞转化，也能使鸡诱发肿瘤。1973年发现单个的癌基因就可使正常细胞转化成癌细胞。1976年从RVS病毒中发现了src癌基因。克隆了该基因，是第一个克隆的病毒癌基因V－onc。1982年从人膀胱癌细胞中分离出了细胞癌基因ras基因。是第一个C-onc。一.癌基因(oncogene)（二）细胞癌基因(c-onc)1976年，Bishop从Rous病毒中分离出癌基因src,并在动物正常细胞中发现有同源序列。以后在许多病毒癌基因都在细胞中都发现了它的同源序列，这些序列被称为细胞癌基因。

癌基因概念癌基因是能引起细胞恶性转化的核酸片段。是在体外能引起细胞转化，在体内诱发肿瘤的基因。

癌基因分病毒癌基因（v-），和它在真核细胞中的同源的序列，细胞癌基因(c-)或原癌基因两种。

病毒癌基因源于细胞癌基因。细胞内的原癌基因高度保留，是从酵母到人都存在的正常基因。这些基因与细胞生长，增殖，分化有关，并受到精细和严格的控制。可促进个体的生长发育。在暂时不生长分裂的细胞中癌基因处于封闭状态，不转录表达。一旦在错误的时间不适当的表达，即可导致恶性转化。称为原癌基因的激活。原癌基因具有的生物学功能：生长因子；生长因子受体；参与信号传导的蛋白激酶；核内蛋白等。病毒癌基因与细胞癌基因为什么同源？原癌基因由反转录病毒摄取反转录病毒按传播方式可分外源性病毒和内源性病毒。前者通过传染途径。后者整合在宿主生殖细胞中而向后代传递。内源性病毒一般有缺陷不传染，但在一些因素的作用下引起宿主细胞癌变。反转录病毒带的癌基因一般位于3’端，可不影响病毒原有的基因组。反转录病毒诱发肿瘤有组织特异性病毒癌基因和它在真核细胞中的同源的细胞癌基因的区别：1）病毒癌基因常缺失两端的编码序列，产生与病毒基因相融合的蛋白质。2）病毒癌基因一般没有内含子。3）在进化过程中编码序列发生变化。1.点突变例：原癌基因ras编码189个氨基酸的蛋白是一个细胞信号传导中起着开关作用的蛋白，当rasgene突变时，ras蛋白一直处于开的状态，细胞生长。rasproto-oncogene11261189gly

arg(GC),k-rasoncogene（三）细胞癌基因异常激活的机制2.启动子的插入：ras附近插入了启动子，启动癌基因表达。3.ras的CCGG甲基化程度降低，癌基因异常高表达。

DNA的CpG岛的甲基化，干扰了转录因子与启动子识别位点的结合，降低了基因的表达。癌基因去甲基化，引起高表达致癌。抑癌基因高甲基化，引起低表达致癌。4.癌基因扩增：出现染色体外的癌基因片段：双微体。基因扩增往往出现在肿瘤的进展阶段，与愈后有关。

5.染色体易位染色体易位产生融合基因，或启动了原癌基因，使得细胞发生转化。慢性粒细胞白血病（CML）：Ph染色体：T(9;22)(q34.1;q11.21)：chr22chr95’bcr3’5’c-abl3’

5’bcr/c-abl3’

大小8.5kb,表达融合蛋白：210KD该融合蛋白活性强于ABL，且不受生长因子-受体系统的控制，影响了造血干细胞的分化。导致白血病（CML）。Genec-oncproteinv-oncproteinsrc膜膜ras膜膜myc核核fps质质和膜abl核质（四）癌基因的作用位置和分类作用位置：举例：Abl：细胞内信号传导物erbB：生长因子受体Fos：细胞核转录因子Ras：细胞内信号传导物Sis：生长因子Src：细胞内信号传导物Myc：细胞核转录因子已发现100多种癌基因。1.生长因子2.生长因子受体3.细胞内信号传导物4.细胞核转录因子分类：1.ras癌基因家族

根据不同时期，不同组织的癌基因表达，将ras基因家族分为三类：H-ras11p15.5胃癌膀胱癌宫颈癌N-ras1p13.2白血病肝癌K-ras12p12.1胰腺癌肺癌结肠癌

（五）重要的癌基因功能：1）传导生长信号：cellGSras.GDPras.GTP失活激活传导生长信号，细胞生长2）参与细胞周期调控：ras表达蛋白激活cyclinD,cell分裂B-mycL-mycN-mycS-mycC-myc定位8q24.12-q24.13，定位核内的核蛋白。与DNA结合，调节转录。接收细胞外信号时，促进细胞分裂。myc易位到14q32(IgH基因位点)，引起白血病。

2.myc癌基因家族二.致癌病毒病毒核酸结构致癌基因引起乳头瘤病毒环状双链DNAT抗原基因乳头瘤，宫颈癌腺病毒线状双链DNAE1A，E1B动物肿瘤EB病毒线状双链DNAEB序列传染性单核细胞增多症，淋巴瘤，鼻咽癌反转录病毒单链RNAras,src等导入病毒癌基因乙型肝炎病毒环状双链DNA？肝癌转化病毒多为ssDNA病毒，致癌基因是编码病毒本身所需的蛋白，如:SV40的T抗原；人乳头瘤病毒(humanpapillomavirus，HPV)的E6E7；腺病毒的E1A，E1B等。转化病毒带有的致癌基因其产物可使肿瘤抑制物失活。即减弱抗癌基因的功能1.DNA肿瘤病毒一些DNA病毒感染宿主细胞后不发生裂解，而是潜伏在细胞中，并整合到宿主基因组中，表达病毒癌蛋白，引起宿主细胞转化。如：多瘤病毒家族（SV40)，人乳头瘤病毒家族，腺病毒家族。快速致癌病毒Rous病毒：鸡肉瘤病毒，1911年Rous发现。分离到的Rous病毒感染动物，数周内导致肿瘤。病毒带有癌基因。基因组结构：

RU5gagpolenvv-oncU3R

U3RU5gagpolenvv-oncU3RU5LTRLTR插入基因组2.RNA致癌病毒复习：U3：3’端序列，170－1260bpU5:5’端序列，80－100bpR:短序列，10－80bp上三者相加：LTR:长末端重复序列,250－1400bp。含有启动序列，增强序列。具有启动基因表达和增强作用。三.肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）

也叫抑癌基因(anti-oncogene)。是一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂，正常细胞有可能转化为肿瘤细胞。1968年Harris实验：癌细胞系X正常细胞

无恶性表型细胞正常癌细胞（染色体部分丢失）

肿瘤抑制基因以参与细胞周期调控的形式，对正常细胞的增殖起负调控作用，抑制细胞的恶性转化。癌基因与抑癌基因比较特点oncogeneanti-oncogene基因属性cell增殖基因组织分化基因致癌方式激活，异常表达基因丢失或失活诱发机理突变或易位突变或缺失致癌机理显性隐性肿瘤类型白血病，淋巴瘤实体瘤首先发现的肿瘤抑制基因：视网膜母细胞瘤发现有13号染色体q14缺失（del(13)(q14)）。缺失呈杂合体时，细胞是正常的，缺失纯合体时细胞转化。提示其中肿瘤抑制基因。以后从中分离出Rb基因。Rb纯合缺失后致癌表明Rb基因存在时对肿瘤细胞有抑制作用，因此Rb是肿瘤抑制基因。

Rb蛋白对细胞增殖的作用，与E2F结合，抑制其活性细胞G1期S期Cyclin/CDKCyclin:细胞周期素CDK：细胞周期素依赖激酶癌基因与CDK表达有关，过量则使细胞分裂失控。抑癌基因CDI与Cylink/CDK复合物磷酸化有关，抑制Cylink/CDK复合物作用。控制细胞分裂。根据CDI结构分为两类：CIP/KIP家族：p21,p27,Ink家族：，p15,p16,p18,p19p53基因诱导p21基因的表达。

THENETWORKHuman’santi-oncogene名称定位肿瘤Rb13q14.1视网膜母细胞瘤,肺癌,膀胱癌p5317p13.1肺癌，乳腺癌，肝癌p216p21.2乳腺癌，肺癌，前列腺癌p169p21肝癌，肺癌，乳腺癌NF－117q11.21神经纤维瘤DCC18q21结肠癌MCC5q21结肠癌nm2317q21.3癌转移脑胶质瘤原因：带有癌基因c-erbB的7号染色体数目增多；EGFR(表皮生长因子)过量表达，导致细胞转化。17p13缺失，肿瘤抑制基因p53丢失。9p24缺失，干扰素基因缺失。11p13癌基因ras第35个核苷酸G－T突变。

癌基因myc,sis,fos,等过量表达。四.肿瘤的发生是多种基因异常的结果五.肿瘤细胞的转移

肿瘤细胞从原发肿瘤脱落，进入细胞外基质与脉管内，输送至远端适宜的组织中克隆生长。浸润转移是恶性肿瘤的重要特征，也是肿瘤病人死亡的主要原因。用myc等癌基因染小鼠，可以使小鼠产生癌细胞，但是不转移。说明转化与转移不是同一类基因。整合素基因（integrinsgene）---细胞表面粘合受体----细胞基质粘附蛋白---锚定细胞。肿瘤细胞表达金属蛋白酶---降解粘附蛋白，使得细胞失去固着作用。正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因（TIMPgene）,表达的蛋白能与蛋白酶结合，抑制它的水解功能，从而锚定细胞。肿瘤细胞该基因表达受阻。肿瘤浸润机制

小鼠黑色素瘤k-1735细胞系中发现，去转染正常小鼠，有高转移和低转移之分。消减杂交法寻找转移相关基因－nm23。m23高表达，肿瘤低转移，反之，高转移。应用：可作转移预测；肿瘤转移抑制。肿瘤转移抑制基因小结：肿瘤的遗传机制癌基因的异常表达

癌基因突变

癌基因低甲基化

启动子的插入

癌基因扩增

染色体易位(基因重排，融合基因)抑癌基因失活抑癌基因缺失抑癌基因高甲基化第五节染色体外基因线粒体质粒叶绿体

线粒体是真核细胞中的细胞器。每个细胞中含有几至数千个线粒体。卵细胞中含量较多。每个线粒体有多个线粒体基因组拷贝。线粒体是非孟德尔式遗传方式，在高等生物中具有母性遗传的特征。一个线粒体有一个或多个DNA分子，依线粒体大小而定。动物细胞线粒体DNA含量仅为核DNA的1%。一.线粒体基因组人线粒体共16569bp，编码13个蛋白质，22个tRNA基因，及rRNA基因。人线粒体DNA两条链都转录，产生两个大的RNA前体，然后加工剪接产生rRNA,tRNA和polyAmRNA。13个基因都是用来编码氧化磷酸化过程所必需的组成部分。但转录所需的RNA聚合酶由核DNA编码，细胞质合成后转移到线粒体中。该RNA聚合酶类似于原核细胞RNA聚合酶。人线粒体1.mtDNA的遗传特征

1）母性遗传：mtDNA全部来自母亲，非孟德尔式遗传，线粒体随机分配到子细胞。

注意：线粒体来自卵子，但绝大多数线粒体蛋白由核基因编码。因此实际上体细胞中的线粒体在结构和功能上已不完全同于卵细胞中的线粒体。

2）线粒体DNA存在于线粒体基质中或与内膜结合。一般是裸露的共价闭合环状DNA分子。3）mtDNA无内含子，无修复系统。4）mtDNA复制，转录，翻译所需的酶由核基因组提供。DNA以半保留复制，复制时间贯穿整个细胞周期。线粒体内含进行蛋白合成所必须的各种RNA（rRNA,tRNA,mRNA），它们都是线粒体特有的。

5）mtDNA一般没有蛋白质保护。6）具有突变和缺失热点。7）线粒体核糖体只有50-60S。几乎所有核糖体蛋白都是在细胞质核糖体上合成后转移的。同样与真核细胞质核糖体蛋白不同。8）线粒体基因组的遗传密码与通用密码不同：UGA编码色氨酸；tRNA仅用22个识别48个密码子。

以上的一些特点表明，线粒体DNA的结构功能特点与原核生物相似。线粒体基因的起源，线粒体起源于大概15亿年前的由一种真核细胞和一种好氧菌组成的一种共生体。现在的线粒体保持了一些能反映出它们是内共生起源的特征（1）它们拥有双层膜结构和环状线粒体染色体组，（2）线粒体拥有其特殊的转录、翻译和蛋白组装系统，都有原核细胞的特征。然而，线粒体已经适应了这种胞内生活环境。为了提高复制率，从而保证线粒体在胞质分裂的过程中分散到两个子细胞中去，哺乳动物的线粒体基因已经明显减少。这一减少的过程是通过把不必要的基因删除并且把许多必要的基因转移到核内来实现的，而转移到核内的基因可以转录成mRNAs，在胞质核糖体上进行翻译，最后又有选择性的被转运回线粒体中。2.线粒体的起源

是一套特定的临床疾病的集合，通常涉及到那些对能量需求较高的组织，例如心脏、肌肉、肾脏和内分泌系统等。有些是线粒体基因突变引起，另一些与细胞核基因有关，其主要病理基础是线粒体功能损害，特别是产能不足。线粒体也是细胞凋亡的起始的一个主要的开关，所以线粒体疾病也导致细胞凋亡。线粒体病有多种遗传模式——母性遗传，孟德尔式遗传或者这二者的结合。3.线粒体病1）概念

1．线粒体遗传病常不够典型，在同一家族的成员中同一线粒体DNA的突变能产生非常不同的症状。这与其各自遗传下来的突变线粒体基因所占的百分比的随机波动有关。2．线粒体遗传病通常是迟发的并有一个进行性的过程。可能有两个因素促进这些疾病的发生：（1）发生导致疾病易感性提高的突变（2）出现与衰老有关的导致线粒体功能降低的因素。3．主要临床症状有，肌病，心肌病，痴呆，突发性肌阵挛，耳聋，失明，贫血，糖尿病，大脑供血异常等。2）基本特点

4.瓶颈效应：卵母细胞成熟时，线粒体要经过遗传瓶颈：指卵母细胞成熟时，绝大多数（10万个）会丧失，只剩不到100个。以后胚胎发育产生的线粒体都有这些线粒体复制形成。这些线粒体成为建设者。如果致病基因未能通过遗传瓶颈，则母亲的遗传病不能传给子女。相反，如果少数致病基因由于机会恰好通过遗传瓶颈，并经遗传漂变在后代细胞中扩散，则子女可在母亲无病的情况下患病。基本特点（二）3）mtDNA致病的遗传机制

线粒体基因组本身突变1）点突变：由于mtDNA裸露，易受损伤，且无修复机制。所以突变频率较高。例如：11778密码突变，arg-----his视觉神经性疾病。2）缺失：常见5kb,8470bp---13447bp缺血性心肌病7.4kb,8637bp---16073bp原发性心肌病

3）mtDNA插入核基因组溶酶体途径：核酸水解酶下降，mtDNA不能完全消化，片段游离在细胞质中。直接游离：mtDNA复制中同源重组，产生mtDNA断片。线粒体崩解：由于理，化，病等因素，线粒体肿胀破裂，释放出mtDNA.以上D