分子生物学检验技术

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授课具体内容:

第二章基因与基因组

本章教学要求：

掌握:基因及基因组的概念

熟悉:原核、病毒及真核生物基因组结构

两个重要概念：

基因组（genome）：一个细胞或一种生物体的整套遗传物质。

基因（gene）：基因组中一个功能性遗传单位，是贮存有功能的蛋白质多肽链信息或RNA 序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。

第一节原核生物基因组

原核生物基因组特征

什么是原核生物（prokaryote）？

细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细胞生物体。

一、原核生物基因组特征☆

1.原核生物的类核结构

原核生物没有典型的细胞核结构，基因组DNA位于细胞中央的核区，无核膜将其与细胞质隔开，但能在蛋白质的协助下，以一定的组织形式盘曲、折叠包装，形成类核（nucleoid），也称拟核。

2.原核生物的操纵子结构

操纵子结构是原核生物基因组的功能单位

原核生物的结构基因大多数按功能相关性成簇地串联排列于染色体上。

操纵子（operon）结构:

结构基因连同其上游的调控区（包括调节基因、启动基因和操纵基因）以及下游的转录终止信号，共同组成了一个基因表达单位。

操纵子operon:

多个功能相关的结构基因成簇串联排列，与上游共同的调控区和下游转录终止信号组成的基因表达单位。

结构基因大多组成操纵子

启动子promoter ß-galactosidase半乳糖苷酶z

终止子terminator ß-galactoside permease透酶y

操纵元件operator ß-galactoside transacetylase半乳糖苷乙酰转移酶 a

乳糖操纵子lac operon

原核生物的mRNA是多顺反子mRNA

DNA Promoter Gene 1 Gene 2 Gene 3 Terminator

多顺反子mRNA (polycistronic mRNA):

原核生物的一个mRNA分子带有几个结构基因的遗传信息，利用共同的启动子及终止信号，组成操纵子的基因表达调控单元。

3.原核生物的结构基因

基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列称为结构基因

(1)基因是连续的:结构基因中没有内含子，基因是连续的，RNA被合成后不需要经过剪接加工。

(2) 单拷贝基因:多数是单拷贝基因，只有编码rRNA和tRNA的基因有多个拷贝，有利于核糖体的快速组装和蛋白质的急需合成。

(3)不重叠:原核生物结构基因的编码顺序一般不重叠。

基因重叠（gene overlapping）

基因组DNA中某些序列被两个或两个以上的基因所共用。基因重叠现象在病毒基因组中普遍存在。

4.有编码同工酶的基因（isogene）

■分支酸别构酶

entC isochorismate synthase

entB isochorismatase

■乙酰乳酸合成酶

ilvBN acetolactate synthase I

ilvIH acetolactate synthase III

5、具有转座现象

Barbara McClintock 1902-1992

转座，或称移位（transposition）：转座因子在基因组不同位置间的移动。

二、质粒

1.什么是质粒(plasmid)?

细菌细胞染色体以外，能独立复制并稳定遗传的共价闭合环状分子。

2.质粒命名的原则

用小写字母p代表质粒，在p字母后面用两个大写字母代表发现这一质粒的作者或实验室名称。

3、质粒的分类

复制机制严紧型松弛型

功能F质粒R质粒Col质粒

转移方式接合型可移动型自传递型

大小小型(1.5kb～15kb)

大型(60kb～120kb)

宿主范围窄宿主谱型广宿主谱型

4.质粒的结构与理化性质

（1）质粒的结构

三种构型:共价闭环DNA分子

半开环DNA分子

线性DNA分子

（2）质粒的理化性质

具有核酸分子的一般理化特性：

①可嵌入某些染料（溴化乙锭）

②具有较强的抗切割和抗变性的能力

5.质粒的生物学特征

（1）质粒的主要成分

除酵母杀伤质粒为RNA分子外，已知的所有质粒都是环状超螺旋DNA分子。

质粒较小，比较稳定，在实际操作中不易受物理因素的损伤。

（2）质粒的转移

分子量在2.5×107Da以上的质粒可以从供体细胞将一个复本转移给受体细胞，如F 质粒和R质粒。

分子量在1×107Da以下的质粒一般无自我转移能力。

( 3 ) 质粒的复制

主要由质粒的4个遗传控制系统决定

复制调控系统

分配系统

细胞分裂控制系统

位点特异重组系统

（4）质粒的选择性标记

抗药性基因、营养缺陷型基因、抗重金属基因。

最常见的选择性标记是抗药性基因，即带有一种或多种抗生素的抗性基因，可赋予宿主菌抵抗某种抗生素的能力。

（5）质粒的不相容性

同一类群的不同质粒通常不能在同一菌株内稳定共存，当细胞分裂时就会分别进入不同的子代细

胞，这种现象叫做质粒的不相容性。不同群的质粒（如F和ColEⅠ）可以在同一菌株内稳定共存，这些质粒具有相容性。

三、转座因子

转座因子又称转座元件（transposable element），是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间自行移动并具有转位特性的独立的DNA序列。

（一）转座因子的分类

1.插入序列

2.转座子

3.可转座的噬菌体