分子生物學講義

1、第1章 緒 論1. 1 分子生物學的含義分子生物學是研究核酸，蛋白質等所有生物大分子的形態(tài)、結構特征以及重要性、規(guī)律性和相互關系的科學；是人類從分子水平上真正揭開生物世界奧秘，由被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的基礎科學。當人們認識到同一生物不同世代之間的連續(xù)性是由生物自身所攜帶的遺傳物質所決定的，科學家為揭示這些遺傳密碼所進行的努力就成為人類征服自然界的一部分，而以生物大分子為研究對象的分子生物學就迅速地成為現(xiàn)代生物學領域里最具活力的科學。從廣義上講，蛋白質、核酸等生物大分子結構和功能研究都屬于分子生物學的范疇。例如，蛋白質的結構、運動和功能，酶的作用機理和動力學，膜蛋白的結構、功

2、能和跨膜運輸?shù)榷紝儆诜肿由飳W的研究內容。不過目前人們通常采用狹義的概念，將分子生物學的范疇偏重于核酸（或基因）的分子生物學，主要研究基因的復制、表達和調節(jié)控制的過程。當然，其中也涉及到與這些過程有關的蛋白質和酶結構和功能的研究。1.2 分子生物學發(fā)展簡史早在1871年Miescher就從膿細胞中分離出了脫氧核糖核酸（DNA），但當時并不認為它是生物體的遺傳物質。直到1944年，Avery等人才通過肺炎鏈球菌的轉化實驗證實了DNA是生物體的遺傳及變異的物質。在1949年查蓋夫（Chargaff）測定出了DNA的堿基組成，并確定了DNA的堿基配對規(guī)律，與此同時威爾金斯（Wilkins）及弗蘭金（

3、Frankin，19501952）用X射線衍射技術測定了DNA纖維結構，指出DNA是一種螺旋結構。在此基礎上Watson和Crick于1953年提出了DNA的雙螺旋結構模型，為充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律鋪平了道路。為此他們和Wilkins于1962年共同獲得了諾貝爾生理醫(yī)學獎。DNA雙螺旋結構模型理論奠定了分子生物學發(fā)展的基礎。DNA雙螺旋模型已經(jīng)預示出了DNA的復制規(guī)則?？贫鞑瘢↘ornberg）在1956年首先在大腸桿菌的無細胞提取液中實現(xiàn)了DNA的合成，并從大腸桿菌中分離出了DNA聚合酶，并證明DNA的合成需要一個模板DNA。奧喬爾（Uchoa）發(fā)現(xiàn)了細菌的多核苷酸磷酸化酶，成功的合成

4、了RNA，研究并重建了將基因內的遺傳信息通過RNA中間體翻譯成蛋白質的過程。他和Kornberg共享1959年的諾貝爾生理醫(yī)學獎1965年，法國科學家Jacob和Monod由于提出并證實了“操縱子學說”而獲得了諾貝爾生理醫(yī)學獎。Jacob和Monod還首次提出存在一種與染色體DNA序列相互補，能將染色體DNA上的遺傳信息帶到蛋白質合成場所并翻譯成蛋白質的核糖核酸，即mRNA分子。他們這一學說對分子生物學的發(fā)展起了極其重要的指導作用。Crick在1954年就提出了遺傳信息的傳遞規(guī)律，稱為“中心法則”，但RNA如何翻譯成蛋白質的問題沒有解決。直到1961年Yanofsky和Brener提出了三聯(lián)密

5、碼的設想，后來經(jīng)過尼倫伯格（Nirenberg）和馬夏（Matthai）的努力，終于于1963年破譯了遺傳密碼?；衾℉olly）闡明了酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸序列，并證實所有的tRNA具有結構上的相似性?？评{（Khorana）（1966年）用有機化學方法合成了多聚脫氧核糖核酸，并以它為模板用DNA聚合酶合成DNA鏈，然后以DNA為模板合成了RNA。為此，Nirenberg 、Holly 、Khorana 分享了1968年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。按照中心法則，遺傳信息是從DNARNA蛋白質。但是在RNA病毒中則是從DNAssRNA cDNA，這個過程必須有反轉錄酶發(fā)揮作用。泰明（Temin）和

6、鮑蒂毛（Baltimore）首先發(fā)現(xiàn)在RNA腫瘤病毒中存在反轉錄酶，因此他們獲得了1975年的諾貝爾生理醫(yī)學獎?，F(xiàn)在，我們可以利用反轉錄酶，以分離得到的mRNA為模板合成cDNA，從而進行基因結構及其表達的研究。DNA是一個長鏈的生物分子，在研究DNA重組、表達質粒的構造，以及在DNA的堿基序列分析之前往往需要將DNA分子切割成較短的片段，這就需要一種酶來完成。史密斯（Smith）于1970年首先從大腸桿菌中分離出了第一個能切割DNA的酶。由于它能在DNA的專一位點上切割DNA分子，所以將這種酶稱為限制性內切酶。目前已有數(shù)百種限制性內切酶作為商品出售，給分子生物學的研究帶來了極大的方便。限制性

7、內切酶的分離成功，使重組DNA成為可能。1972年伯格（Berg）首次將不同的DNA片段連接起來，并且將這個重組的DNA分子有效的插入到細菌細胞之中，重組的DNA進行繁殖，于是產(chǎn)生了重組DNA的克隆。Berg是重組DNA和基因工程的創(chuàng)始人。桑格（Sanger）和吉爾伯特（Gilbert）兩人則于1977年分別用酶法和化學方法測定了DNA的堿基序列，從而創(chuàng)建了DNA堿基序列分析的方法。Sanger和Gilbert發(fā)明的DNA序列分析方法至今仍在廣泛使用，是分子生物學最重要的研究手段之一。為此，Berg、Sanger和Gilbert三人共獲1980年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。1984年，德國遺傳學家科勒

8、（Kohler）、美國人米爾斯坦（Milstein）和丹麥科學家杰尼（Jerne）由于發(fā)展了單克隆抗體技術，完善了極微量蛋白質的檢測技術而分享了諾貝爾生理醫(yī)學獎。 酶是蛋白質，這已經(jīng)是多年來人們形成的一個固定的概念，但20世紀80年代有一個驚人的發(fā)現(xiàn)，即一些RNA也具有催化功能。在1982年切赫（T.Cech）發(fā)現(xiàn)四膜蟲的核糖體RNA能夠自我剪接。隨后在1983年底S.Altman報導了在大腸桿菌RNA前體的加工過程中起作用的RNase是由20%的蛋白質和80%的RNA組成的，在除去蛋白質部分，并提高Mg2+濃度的情況下，余留下來的RNA部分仍具有與全酶相同的催化活性，這就說明RNA具有酶活性

9、。將這種具有催化功能的RNA稱為核酶。因此他們獲得了1989年的諾貝爾化學獎。畢曉普（Bishop）和瓦穆斯（Varmus）由于發(fā)現(xiàn)正常細胞同樣帶有原癌基因而分享了1989年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。1993年，美國科學家羅伯茨（Roberts）和夏普（Sharp）由于在斷裂基因方面的工作而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。美國科學家馬勒斯（Mullis）由于發(fā)明PCR儀而與第一個設計基因定點突變的Smith共享諾貝爾化學獎。1994年，美國科學家吉爾曼（Gilman）和羅德比爾（Rodbell）由于發(fā)現(xiàn)了G蛋白在細胞內信息傳導中的作用而分享諾貝爾生理醫(yī)學獎。我國生物科學家吳憲曾留學美國哈佛大學，回國后于192

10、41942年擔任私立北京協(xié)和醫(yī)學院生物化學教授，兼生物化學系主任教授，他與汪猷、張昌穎等人一道完成 了蛋白質變性理論、血液生化檢測和免疫化學等一系列有重大影響的研究，成為我國生物化學界的先驅。在20世紀6080年代，我國科學家相繼實現(xiàn)了人工全合成有生物學活性的結晶牛胰島素，解出了三方二鋅豬胰島素的結晶結構，采用有機合成與酶促相結合的方法完成了酵母丙氨酸轉移核糖核酸的人工全合成。另外在酶學研究、蛋白質結構及生物膜結構與功能等方面都有世所矚目的建樹。1.3 分子生物學的研究內容如果從表面看，分子生物學涉獵范圍極為廣闊，研究的內容也似乎包羅萬象，而事實上，它所研究的不外乎以下幾個方面。1.3.1 D

11、NA重組技術（又稱基因工程）DNA重組技術是20世紀70年代初興起的的技術科學，目的是將不同的DNA片段（如某個基因或基因的一部分）按照人們的設計定向連接起來，在特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達，產(chǎn)生影響受體細胞的新的遺傳性狀。嚴格的說，DNA重組技術并不等于基因工程，因為它還包括其他使生物細胞基因組結構得到改造的體系。DNA重組技術是核酸化學、蛋白質化學、酶工程、遺傳學、細胞學長期深入研究的結晶，而限制性內切酶、DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應用則是這一技術得以建立的關鍵。DNA重組技術有著廣闊的應用前景。首先，它可被用于大量生產(chǎn)某些在正常細胞代謝中產(chǎn)量很低的多肽，如激素、抗生素、

12、酶類及抗體等，提高產(chǎn)量，降低成本，使很多有價值的多肽類物質得到廣泛應用。例如美國科學家最近發(fā)現(xiàn)的用于治療艾滋病的基因工程白細胞介素12（IL-12），可有效地阻止病情發(fā)展，恢復HIV病毒攜帶者的免疫系統(tǒng)和功能；由轉基因煙草產(chǎn)生的-栝樓素也被用于抑制HIV的生長。其次，DNA重組技術可用于定向改造某些生物基因組結構，使它們所具備的特殊經(jīng)濟價值或功能得以成百上千倍地提高。例如有一種分解石油成分的重組DNA超級細菌，能快速分解石油，可用來恢復被石油污染的海域或土壤。美國科學家應用該技術構建了“工程沙門氏菌”，在研究避孕菌苗方面取得了重要進展。他們先取掉沙門氏菌致病基因部分，再引入來自精子的某些遺傳信

13、息，將改造后的細菌送入雌鼠體內，發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生排斥精細胞的抗體，使精子不能與卵子結合，從而達到避孕目的。預計這種新型避孕菌苗將在今后幾年內投放市場。此外，設在波士頓的美國陸軍研究發(fā)展和工程中心還從織網(wǎng)蜘蛛中分離出合成蜘蛛絲的基因，并利用這一基因在實驗室里生產(chǎn)蜘蛛絲。他們將這一基因轉移到細菌內，生產(chǎn)出一種可溶性絲蛋白，經(jīng)濃縮后紡成一種強度超過鋼的特殊纖維。研究人員希望對該基因進行修飾，以生產(chǎn)出高性能纖維，從而用于制造防彈背心、帽子、降落傘繩索和其他高強度的輕型裝備。第三，DNA重組技術還被用來進行基礎研究。如果說，分子生物學研究的核心是遺傳信息的傳遞和控制，那么根據(jù)中心法則，我們要研究的就是從DNA

14、到RNA，再到蛋白質的全過程，也即基因的表達與調控。在這里，無論是對啟動子的研究（包括調控元件或稱順式作用元件），還是對轉錄因子的克隆與分析，都離不開重組DNA技術的應用。1.3.2 基因表達調控的研究因為蛋白質分子參與并控制了細胞的一切活動，而決定蛋白質結構和合成時序的信息都由核酸（主要是脫氧核糖核酸）分子編碼，表現(xiàn)為特定的核苷酸序列，所以基因表達實質上就是遺傳信息的轉錄和翻譯。在個體生長發(fā)育過程中生物遺傳信息的表達按一定的時序發(fā)生變化（時序調節(jié)）。并隨著內外環(huán)境的變化而不斷加以修正（環(huán)境調控）。基因表達的調控主要發(fā)生在轉錄水平和翻譯水平上。原核生物的基因組和染色體結構都比真核生物簡單，轉錄

15、和翻譯在同一時間和空間內發(fā)生，基因表達的調控主要發(fā)生在轉錄水平。真核生物有細胞核結構，轉錄和翻譯在時間和空間上都被分隔開，且在轉錄和翻譯后都有復雜的的信息加工過程，其基因表達的調控可以發(fā)生在各種不同的水平上。基因表達調控研究主要表現(xiàn)在信號傳導研究、轉錄因子研究及RNA剪輯三個方面。信號傳導是指外部信號通過細胞膜上的受體蛋白傳到細胞內部，并激發(fā)諸如離子通透性、細胞形狀或其他細胞功能方面的應答過程。當信號分子（配體）與相應的受體作用后，可以引發(fā)受體分子的構型變化，使之形成專一性的離子通道，也可以引發(fā)受體分子的蛋白激酶或磷酸酯酶活性，還可以通過受體分子指導合成cAMP、cGMP、肌醇三磷酸等第二信使

16、分子。研究認為，信號傳導之所以能引起細胞功能的改變，主要是由于信號最后活化了某些蛋白質分子，使之發(fā)生構型變化，從而直接作用于靶位點，打開或關閉某些基因。轉錄因子是一群能與基因5´端上游特定序列專一結合，從而保證目的基因以特定的強度在特定的時間和空間表達的蛋白質分子。在對植物的某些性狀進行遺傳分析時發(fā)現(xiàn)，某些基因的突變會影響其他基因的表達。例如，有20多個基因參與玉米花青素的合成，但其中的Cl、r、pl或b基因發(fā)生突變后，該代謝途徑中的結構酶基因全部關閉。如果Antp、Flz或Ubx等基因發(fā)生突變，果蠅的體節(jié)發(fā)育就會受到影響，身體中的一部分就會變成相似于另一部分的結構，因此它們是控制果

17、蠅胚胎早期體節(jié)分化與身體發(fā)育的主要基因，它們所編碼的蛋白質是調節(jié)與發(fā)育有關的結構基因的總開關。真核基因在結構上的不連續(xù)性是近十年來生物學上的重大發(fā)現(xiàn)之一，當基因轉錄成pre-mRNA后，除了在5端加帽和在3端加多聚Apoly(A)之外，還要將隔開各個編碼區(qū)的內含子剪去，使外顯子（編碼區(qū)）相連后成為成熟mRNA。研究發(fā)現(xiàn)，有許多基因不是將它們的內含子全部剪去，而是在不同的細胞或不同的發(fā)育階段有選擇地剪接其中部分內含子，因此生成不同的mRNA和蛋白質分子。如降鈣素基因、肌原蛋白基因和參與果蠅體細胞分化的dsx基因等，都采用有選擇的剪接方式生成不同功能的蛋白質。由于RNA的選擇性剪接不牽涉到遺傳信息

18、的永久性改變，所以是真核基因表達調控中比較靈活的方式。 1.3.3 生物大分子結構與功能研究（又稱結構分子生物學）一個生物大分子，無論是核酸、蛋白質或多糖，在發(fā)揮生物功能時，必須具備兩個前提。首先，它擁有特定的空間結構（三維結構）；其次，它在發(fā)揮生物學功能的過程中必定存在著結構和構象的變化。結構分子生物學就是研究生物大分子特定的空間結構及結構的運動變化與其生物學功能之間關系的科學。它包括結構的測定、結構運動變化規(guī)律的探索及結構與功能相互關系的建立三個主要方面。目前，最常見的研究三維結構及其運動規(guī)律的手段是X射線衍射晶體學（又稱蛋白質晶體學），其次是用二維核磁共振和多維核磁共振研究液相結構，也有

19、人用電鏡三維重組、電子衍射、中子衍射和各種頻譜學方法研究生物高分子的空間結構。1.3.4 基因組、蛋白組計劃與生物信息學研究2001年2月，世界兩大最著名的學術刊物Nature和Science同時發(fā)表了人類基因組全序列，為確定基因對人類發(fā)育和疾病的診斷、防治以及新藥的研究提供了一個前所未有的大舞臺，生命科學界為之振奮。最新數(shù)據(jù)表明，科學家已繪制出40余種生物的基因組圖譜，這極其大的豐富了人類的知識寶庫，加快了人類認識自然和改造自然的步伐。雖然完成某一生物的基因組計劃就意味著該物種所有遺傳密碼已經(jīng)為人類所掌握，但測定基因組序列只是了解基因的第一步，因為基因組計劃不可能直接闡明基因的功能，更不能預

20、測該基因所編碼蛋白質的功能與活性，所以并不能指導人們充分準確地利用這些基因的產(chǎn)物。于是科學家又在基因組計劃的基礎上提出了“蛋白組計劃”（又稱“后基因組計劃”或“功能基因組計劃”，旨在快速、高效、大規(guī)模鑒定基因的產(chǎn)物和功能。蛋白質組計劃是對細胞蛋白質的全面分析。它將一系列精細的技術，主要有2D-凝膠電泳、計算機圖象分析、質譜、氨基酸測序和生物信息學結合起來，高通量地、綜合地定量和鑒定蛋白質，建立人類和動物組織細胞生理、病理體系的蛋白質表達譜。建立蛋白組的生物信息數(shù)據(jù)庫，將為重大病癥的發(fā)生提供新的預警和診斷標志，并為新藥的開發(fā)提供新的思路。巨大的基因組信息給科學家?guī)砹饲八从龅奶魬?zhàn)，相關數(shù)據(jù)的迅

21、速增長，使分子生物學與計算機科學的交叉學科生物信息學（bioinformatics）誕生了，其任務是儲存和注釋生物信息。日前已有核酸序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質序列數(shù)據(jù)庫和結構數(shù)據(jù)庫等的存在，并被廣泛用于生物信息的識別、存儲、分析、模擬和傳輸。沒有生物信息學的知識，不借助于最先進的計算機科學，人類就不可能最大限度地開發(fā)和運用基因組學所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)。1.4 分子生物學展望從20世紀50年代初Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構模型至今，短短40多年間（還不足50年），生物學領域的變化豈只“滄海桑田”所能形容。核苷酸序列測定技術的進步，使人體基因組30億個堿基全序列測定成為可能。20多年前，當人們

22、第一次談到這個巨大的項目時，不免帶有“談虎變色”的感覺。X射線和其他高分子研究技術的相繼問世，使建立生物大分子三維構象庫夢想成真，到1994年已有2000余套蛋白質的構象入庫；DNA重組技術的應用，使得基因克隆分析日益成為全世界數(shù)以萬計的生物科學工作者手中的“常規(guī)武器”，近來每年都有上千個新的基因序列被存入基因文庫。到1993年底為止，僅人類基因就有3808個已知序列，約占全部人體基因的3%。到1995年10月，全球范圍內轉基因植物的大田試驗已有2000多次，有10多種植物被轉化成功。20世紀中期以來，生物學正在各個學科之間廣泛滲透，相互促進，不斷深入和發(fā)展，既從宏觀到微觀、最基本和最復雜等不

23、同方向展開研究，也從分子水平、細胞水平、個體和群體等不同層次深入探索各種生物現(xiàn)象，逐步揭開生命奧秘。生物學革命也為數(shù)學、物理學、化學、信息、材料與工程學提出了許多新概念、新問題和新思路，促使這些學科在理論和方法上得到發(fā)展提高。生命世界的多樣性和生命本質的一致性這個辨證的統(tǒng)一，已經(jīng)為越來越多的人所接受。盡管生命過程在數(shù)以萬計的不同生物中的表現(xiàn)形式可以是完全不同的，但生命活動的本質是高度統(tǒng)一的，如核苷酸序列與氨基酸序列，核酸與蛋白質一級結構的對應關系，在整個生命世界都是一致的。除極少數(shù)生物外，脫氧核糖核酸是地球上千百萬生靈所共有的遺傳信息載體。如果沒有這個統(tǒng)一性，人們就不可能把某一基因從A生物轉移

24、到B生物體內，得到表達并發(fā)揮相同的功能。從表面上看，動物和植物是兩個完全不同的群體，它們以兩種完全不同的方式攝取能量。動物靠的是氧化磷酸化，在食物的氧化過程中合成“生命的通用貨幣”腺苷三磷酸（ATP），而植物則通過光合作用，將光能轉變?yōu)锳TP，以供生命之需。動、植物代謝活動的實質是電子在一系列受體蛋白之間傳遞，造成膜內外質子梯度差，以合成ATP。生命活動這種高度一致性，使分子生物學研究日益滲透到生物學的各個領域，產(chǎn)生了全面的影響。分子生物學、細胞生物學和神經(jīng)生物學被認為是當代生物學研究的三大主題，分子生物學的全面滲透推動了細胞生物學和神經(jīng)生物學的發(fā)展。分子生物學研究技術的發(fā)展，幾乎完全改變了科

25、學家對膜內外信號傳導、離子通道的分子結構、功能特性及運轉方式的認識。對突觸部位神經(jīng)遞質的合成、維持、釋放及其作用的分子機制研究在最近10年所取得的進展遠遠超過了以往幾十年的總和。遺傳學是分子生物學發(fā)展以來受影響最大的學科。孟德爾著名的皺皮豌豆和圓粒豌豆子代分離實驗以及由此得到的遺傳規(guī)律，紛紛在近20年內得到分子水平上的解釋。越來越多的遺傳學原理正在被分子水平的實驗證實或擯棄，許多遺傳病已得到控制和矯正，許多經(jīng)典遺傳學無法解決的問題和無法破譯的奧秘，也相繼被攻克，分子遺傳學已成為人類了解、闡明和改造自然界的重要武器。分類和進化研究是生物學中最古老的領域，它們同樣因分子生物學的滲透而獲得了新生。過

26、去研究分類和進化，主要依靠生物體的形態(tài)，并輔以生理特征，來探討生物間親緣關系的遠近?，F(xiàn)在，反映不同生命活動中更為本質的核酸、蛋白質序列間的比較，已被大量用于分類和進化的研究。由于核酸技術的進步，科學家已經(jīng)可能從已滅絕的化石里提取極為微量的DNA分子，并進行深入研究，以此確定這些生物在進化樹上的地位分子生物學還對發(fā)育生物學研究產(chǎn)生了巨大的影響。人們早就知道，個體生長發(fā)育所需的全部信息都是儲存在DNA序列中的，如果受精卵中的遺傳信息不能按一定的時空順序表達，個體發(fā)育規(guī)律就會被打亂，高度有序的生物世界就不復存在。大量分子水平的實驗證明，同源轉換區(qū)及同源轉換結構域在個體發(fā)育過程中發(fā)揮了舉足輕重的作用。

27、專家估計，這個領域的研究將為發(fā)育生物學帶來一場革命。病毒致病的廣泛性和嚴重性早在19世紀就已被描述。目前，天花雖然已被消滅，但艾滋病對人類的威協(xié)則有過之而無不及。世界范圍內每15min就有1人被HIV病毒感染，估計到2000年全球將有4000萬名HIV病毒感染者。此外，目前全球約有2億人感染乙肝病毒（BIV），其中我國至少有1億人帶有該病毒。展望21世紀病理學、病原微生物學的發(fā)展，不難看出，分子病毒學研究將進一步闡明病毒致病的機制和規(guī)律，從而為克服病毒病這一人類的頑敵做出貢獻。總之，分子生物學的發(fā)展揭示了生物體的高度有序性和一致性，是人類在認識論上的重大飛躍。生命活動的一致性，決定了下一個世紀

28、的生物學將是真正的統(tǒng)一生物學，是生物學范圍內所有學科在分子水平上的統(tǒng)一。由于分子生物學、生物化學及生物物理學的影響，大量物理、化學工作者進入生物學領域，既有力地推動了生物學的發(fā)展，也極大地影響了這兩個學科的發(fā)展。分子生物學不僅是目前自然科學中進展最迅速，最具活力和生氣的領域，也將是21世紀的帶頭學科。總之，分子生物學的發(fā)展揭示了生物體的高度有序性和一致性，是人類在認識論上的重大飛躍。生命活動的一致性，決定了下一個世紀的生物學將是真正的統(tǒng)一生物學，是生物學范圍內所有學科在分子水平上的統(tǒng)一。由于分子生物學、生物化學及生物物理學的影響，大量物理、化學工作者進入生物學領域，既有力地推動了生物學的發(fā)展，

29、也極大地影響了這兩個學科的發(fā)展。分子生物學不僅是目前自然科學中進展最迅速，最具活力和生氣的領域，也將是21世紀的帶頭學科。第2章 DNA的結構2.1 DNA的右手雙螺旋結構在20世紀50年代初，有關DNA的結構已積累了不少資料。堿基分析表明，不同來源的DNA中總是A等于T，G等于C，即A/T=G/C=1，而G+C/A+T的比例卻顯示出很大的差別。DNA纖維的X-射線衍射圖則指出，其中的原子沿長軸存在0.34nm和3.4nm兩種周期，這提示分子可能具有螺旋構象。1953年Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結構模型，合理的解釋了上述現(xiàn)象。此模型描述的是B-DNA鈉鹽在一定濕度（相對濕度9

30、2%）下的結構。B-DNA的特征如下：由兩條反平行的脫氧多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構成的右手雙螺旋結構。在多核苷酸鏈中，脫氧核糖通過磷酸二酯鍵構成了主鏈。主鏈是親水的，排在螺旋體的外側，脫氧核糖環(huán)的平面與中心軸平行。這是DNA分子的骨架，是各種DNA分子都相同的部分。沿中心軸分布著四種堿基，堿基是疏水的，排在螺旋體的內側。多核苷酸鏈的方向是由核苷酸間的磷酸二酯鍵的走向決定的，一條從53，另一長從35。鏈間有螺旋的凹槽，其中一條窄而淺，叫小溝；一條寬而深，叫大溝。兩條鏈上的堿基以氫鍵相聯(lián)，A與T配對，G與C配對，堿基雜環(huán)上的氧呈酮基，氮呈氨基，從而使相互之間形成氫鍵，A與T以兩個氫鍵相聯(lián)，G與C以

31、三個氫鍵相聯(lián)。堿基的平面與中心軸垂直，而且螺旋的軸心穿過氫鍵的中心。相鄰堿基平面之間的距離為0.34nm，每一圈螺旋含10個堿基，它在中心軸上的距離為3.4nm。雙螺旋的直徑為2.0nm。0.34nm相當于堿基環(huán)的厚度，這表明堿基對是緊密堆積的，相互之間存在著堆積力。正是DNA雙螺旋鏈中堿基間的疏水作用、堿基間的氫鍵和堆積力使DNA形成穩(wěn)定的雙螺旋結構。圖2.1 B-DNA結構示意圖B-DNA的雙螺旋結構很穩(wěn)定，但不是絕對的，它在環(huán)境中不停地運動，如室溫下DNA溶液中有部分氫鍵斷開，造成這些部位結構多變。水溶液及細胞中天然狀態(tài)DNA大多為B-DNA，但若濕度改變（如相對濕度低于75%時）或由D

32、NA鈉鹽變?yōu)殁淃}、銫鹽等則會引起構象變化，形成A-DNA、C-DNA等構象。在核酸的右手螺旋中，螺旋盤繞的松緊程度受DNA分子內力的影響，若B-DNA盤繞過緊，則會變構為A-DNA。在純化DNA時，采用乙醇沉淀法，在整個過程中大部分DNA由B-DNA經(jīng)過C-DNA，最終變成A-DNA。由于它是B-DNA擰得更緊的狀態(tài)，所以它在二級結構上發(fā)生了比較明顯的變化B-DNA的堿基對平面與雙螺旋的軸線呈垂直狀態(tài)，而A-DNA的堿基對平面與軸線之間呈20°傾角。A-DNA的軸心不再穿過堿基對之間的的氫鍵中心，而是位于堿基對之外。這一偏軸心結構主要是由于DNA 片段中核苷酸親水疏水性改變所致。B-

33、DNA每一螺旋含有10個堿基對，而在A-DNA中則含有11個堿基對。B-DNA雙螺旋中，在大溝、小溝的深度是相差不太大，只是大溝較寬。變成A-DNA后，大溝變窄、變深，小溝變寬、變淺。由于大溝、小溝是DNA行使功能時蛋白質的識別位點，所以由B-DNA變?yōu)锳-DNA后，蛋白質對DNA分子的識別也發(fā)生了相應變化。DNA脫水時由B-DNA變成A-DNA，DNA分子中的一條被相應的RNA所取代時，形成的DNA-RNA雙螺旋也是A型結構。所以，當DNA處在轉錄狀態(tài)時，DNA模板與由它轉錄所得的RNA形成的雙鏈就是A型構象。由此可見A-DNA構象對基因表達具有重要意義。此外，由兩條RNA鏈形成的雙螺旋結構

34、也是A型構象。除A-DNA和B-DNA螺旋結構外，還存在著B-DNA、C-DNA、D-DNA等雙螺旋結構。各種右手雙螺旋DNA的結構參數(shù)見表2.1。表2.1 不同右手雙螺旋DNA的結構參數(shù)雙螺旋類型堿基傾角(°)堿基夾角(°)堿基間距離（nm）螺距（nm）每圈堿基數(shù)小溝寬/小溝深（nm）大溝寬/大溝深（nm）B-DNA036.00.3373.4100.57/0.751.17/0.85C-DNA638.00.3313.19.30.48/0.791.05/0.75A-DNA2032.70.2562.8111.10/0.280.27/1.35D-DNA45.00.3030.13/

35、0.670.89/0.582.2 左手雙螺旋DNAZ-DNA是1979年由Rich提出的。Rich在對d（CGCGCG）結晶進行X-射線衍射分析后提出了Z-DNA結構模型。左手螺旋的Z-DNA是對右手螺旋結構模型的一個補充和發(fā)展，現(xiàn)已證明細胞內的B-DNA中有時會存在一小段Z-DNA螺旋結構。圖2.2 Z-DNA與B-DNAZ-DNA有如下結構特點：Z-DNA是左手螺旋，每個螺旋含12個堿基對，比A-DNA擰得更緊。雙螺旋中不存在深溝，只有淺溝。雙螺旋的軸心也在堿基對之外，即軸心不穿過堿基對之間的氫鍵。Z-DNA中磷酸二酯鍵的連接不再呈B-DNA中的光滑狀，而是呈鋸齒狀，這就是Z-DNA名稱的

36、由來。Z-DNA中的堿基對不像B-DNA中那樣位于雙鏈的中央，G堿基的第8個碳位于雙鏈之外（在B-DNA中，糖、磷酸鍵覆蓋了C8位置）。由于Z-DNA上幾乎不存在易被蛋白質識別的溝，Z-DNA可能借助于雙鏈分子外圍的G堿基與化學物質發(fā)生識別反應。 B-DNA是活性很高的DNA構象，B-DNA變構為A-DNA后，仍有活性，但若局部變構為Z-DNA后活性明顯降低。Z-DNA在天然DNA中的存在表明它應有自己獨特的功能，Z-DNA的存在可能與基因表達的調控有關。現(xiàn)已提出兩個Z-DNA調控轉錄的模式。鄰近調控系統(tǒng)中，與調控區(qū)相鄰的轉錄區(qū)被Z-DNA抑制，只有當Z-DNA轉變?yōu)锽-DNA后，轉錄得以活化

37、。圖2.3 鄰近調控系統(tǒng)示意圖遠距離調控系統(tǒng)中，Z-DNA可通過改變負超螺旋水平，決定RNA聚合酶能否與模板鏈相結合而調節(jié)轉錄起始活性。圖2.4 遠距離調控系統(tǒng)示意圖2.3 雙鏈環(huán)形DNA生物體內的有些DNA是以雙鏈環(huán)形DNA的形式存在的。有些環(huán)形DNA還可以進一步形成超螺旋，或稱連鎖狀DNA。2.4 三鏈DNA圖2.5 雙鏈環(huán)形DNA早在1957年，Davis，F(xiàn)elsenfied及Rich等3人就提出了三鏈核酸結構的概念，他們以兩條poly（U）和一條poly（A）鏈合成出一種三鏈物質。但當時并未引起人們的注意。主要原因是因為當時Watson和Crick的雙螺旋模型剛提出不久，它解釋了很多

38、遺傳現(xiàn)象，而三螺旋模型卻對此無能為力。此外還由于這種三鏈結構是由RNA形成的而非DNA。于是除了少數(shù)物理化學家外，人們對這種實驗室合成出的三鏈物質沒有太多興趣。圖2.6 三鏈DNA結構示意圖1987年，Mirkin等從準天然途徑中發(fā)現(xiàn)了DNA的三螺旋結構，這為三螺旋DNA在生物體內存在的可能性帶來了希望之光。以此為轉機，對三鏈DNA研究的勢頭在國內外興盛起來。Mirkin等在酸性溶液的質粒中發(fā)現(xiàn)了DNA的一種三鏈結構，稱為H-DNA（“絞鏈”DNA）。1990年底，白春禮等在用掃描隧道顯微鏡（STM）研究噬菌體DNA-Hind 的變異結構時，發(fā)現(xiàn)了一種新的三鏈DNA結構，稱為三辮狀DNA。白春

39、禮等人不僅從獲得的圖象上看到了由三條DNA鏈形成的發(fā)辮狀三鏈結構，并且還觀察到由雙螺旋結構片段與三鏈辮狀結構片段的銜接結構。這種前所未有的三鏈DNA結構引起了國內外學術界的關注。目前所發(fā)現(xiàn)的三鏈DNA都是由多聚嘌呤和多聚嘧啶片段構成的。在三鏈結構中，多聚嘌呤和多聚嘧啶（即原有的兩條鏈）是反平行的雙螺旋，第三條鏈則結合有雙螺旋的大溝中。三鏈DNA的生物學作用目前仍知之甚少，對其生物學意義只能進行一些預測，但人們在研究工作中已經(jīng)將熱點集中在以下兩個方面。三鏈DNA有特異裂解正常DNA分子的功能，當?shù)谌龡l鏈與雙鏈DNA特異地結合成三鏈DNA后，可使雙鏈DNA在特異位點上裂解。所以，三鏈DNA充當了“

40、分子剪刀”。三鏈DNA在基因轉錄過程中起誘導、阻斷作用。第三條鏈的存在可能使一些調控蛋白或RNA聚合酶等難以與該區(qū)結合，因而阻斷有關基因的轉錄?？梢灶A想，人們一旦在細胞水平上掌握了這種功能后，就能夠通過三鏈阻斷轉錄機制來治療一些遺傳性疾病和病毒性疾病，如愛茲病、乙肝等。所以三鏈DNA的生物學作用是值得人們深入研究的問題。 2.5 超螺旋DNA超螺旋DNA最早是在SV40（猿猴病毒40）和多瘤病毒中發(fā)現(xiàn)的。當SV40的DNA從被感染細胞中分離出來時，它與組蛋白結合形成核小體，如果使DNA與組蛋白分離，DNA就成為超螺旋。后來逐漸發(fā)現(xiàn)，形成超螺旋是病毒、細菌以及真核細胞DNA的普遍特性。超螺旋DN

41、A是DNA高級結構的主要形式，可分為負超螺旋和正超螺旋兩大類，它們在特殊情況下可以互變。B-DNA結構中，一般每轉一圈有10個核苷酸對。平時，雙螺旋總處在能量最低狀態(tài)。若將DNA雙螺旋額外地多轉幾圈或少轉幾圈，使每圈的核苷酸數(shù)目大于或小于10，就會出現(xiàn)雙螺旋空間結構的改變，在DNA分子中產(chǎn)生額外的張力。若此時雙螺旋的末端是自由的，可通過鏈的轉動來釋放這種額外的張力，從而保持原來的雙螺旋結構；若此時DNA分子的末端是固定的或是環(huán)狀分子，雙鏈不能自由轉動，額外的張力就不能釋放而導致DNA分子內部原子空間位置的重排，造成扭曲，即出現(xiàn)超螺旋結構。由此可見，B-DNA雙螺旋分子的鏈間螺旋數(shù)若發(fā)生變化，就

42、會出現(xiàn)超螺旋結構，而且超螺旋的繞數(shù)與B-DNA的鏈間螺旋數(shù)有密切關系。研究細菌中制備的質粒DNA（環(huán)狀雙鏈DNA）發(fā)現(xiàn)，天然狀態(tài)下以負超螺旋為主，稍被破壞即出現(xiàn)開環(huán)結構，兩條鏈均斷開則呈線性結構。電泳時，在直流電場的作用下，相同相對分子質量的超螺旋DNA比線性DNA遷移率大，線性比開環(huán)的遷移率大，以此可將不同形狀的DNA分開，亦可判斷質粒結構是否被破壞。瓊脂糖凝膠電泳現(xiàn)已成為檢測DNA螺旋程度的一種最直接的方法，它能夠分離僅差一圈的超螺旋DNA。另外，由于超螺旋DNA具有更加致密的結構，在離心場中的沉降速度增加，所以超速離心也是分離超螺旋DNA的一種的效方法。DNA分子的這一變化可以用一數(shù)學公

43、式來表示：L = T + W圖2.7 環(huán)形DNA與超螺旋DNA的結構變化示意圖其中L為連接數(shù)，是指開環(huán)DNA分子兩條鏈間的交叉次數(shù)。只要不發(fā)生鏈的斷裂，L是個常數(shù)。T為雙螺旋的盤繞數(shù)，W為超螺旋數(shù)，它們是變量。例如：某一B-DNA共有250堿基對，每一圈螺旋含10個堿基，所以，L和T都是25，這時W=0，不存在超螺旋?，F(xiàn)在若將DNA分子的一端固定，另一端朝雙螺旋相反的方向旋轉2圈后使兩端封閉（此時L=23），分子的張力可以按兩種方式分布，一種在分子內保留一個單鏈區(qū)，即T也減為23。W仍然為0。由于DNA趨向于保持B-DNA，因此張力分布的另一種方式為：使T維持原來的25，L既是定值，仍為23，

44、為了滿足上述方程，W必須等于-2，該DNA就成為超盤繞2次的負超螺旋。超螺旋是DNA三級結構的一種普遍形式，雙螺旋DNA的松開導致負超螺旋，而擰緊則導致形成正超螺旋。由于DNA趨向于保持B-DNA，因此張力分布的另一種方式為：使T維持原來的25，L既是定值，仍為23，為了滿足上述方程，W必須等于-2，該DNA就成為超盤繞2次的負超螺旋。超螺旋是DNA三級結構的一種普遍形式，雙螺旋DNA的松開導致負超螺旋，而擰緊則導致形成正超螺旋。雖然超螺旋最早在環(huán)形DNA中發(fā)現(xiàn)，但許多證據(jù)表明線性DNA也可以超螺旋化。研究真核細胞染色體DNA在天然狀態(tài)下的結構特點證明，染色體大多沿著兩種主要DNA結合蛋白骨架

45、形成大量連續(xù)的環(huán)狀區(qū)域。每一個環(huán)中的DNA獨立形成超螺旋并具有不同的張力，骨架的存在防止了將一個環(huán)中的DNA扭力傳遞到另一個環(huán)中去，而這些環(huán)大多是染色體的功能單位。Z-DNA的形成也對DNA的超螺旋化有重要意義。如B-DNA中有一個右手螺旋轉換成Z-DNA的左手螺旋圈，則T值就改變2，W也相應改變2，說明只要有一小段DNA由B-DNA轉變?yōu)閆-DNA，DNA的超螺旋結構就可能發(fā)生很大變化，這種變化對基因表達的調控是不可缺少的。螺旋是DNA的一種受力狀態(tài)，負超螺旋DNA分子所經(jīng)受的張力會引起互補鏈的分開，導致局部變性（富含AT堿基對的區(qū)段），局部變性無凝是DNA復制和轉錄所必需的。負超螺旋DNA

46、在功能上的這一重要意義已得到了實驗的證實。DNA可以在各個拓撲異構體之間轉換，這種轉換是一類被稱為拓撲異構酶的蛋白質催化的。拓撲異構酶是一類催化DNA由一種拓撲異構體轉變?yōu)榱硪环N拓撲異構體的酶。這種轉變是通過改變L值來實現(xiàn)的。原核生物的拓撲異構酶（又稱為旋轉酶）可利用ATP中的能量使DNA按左手方向松開，從而產(chǎn)生負超螺旋（真核細胞的同種酶除了ATP之外，還需要目前尚不清楚的蛋白質存在才能產(chǎn)生負超螺旋）；拓撲異構酶則使細胞中的超螺旋DNA轉變?yōu)闊o張力的、能量上占優(yōu)勢的松弛態(tài)DNA。兩種拓撲異酶的作用相互抗衡，在細胞中，兩種酶的量是經(jīng)過精細調節(jié)的，從而使DNA的負超螺旋程度恰到好處。型和型的拓撲異

47、構酶都是通過催化DNA主鏈的磷酸二酯鍵斷裂和重新連接來發(fā)揮作用的。即它們的功能是在DNA分子的一條鏈多核苷酸鏈 (或兩條多核苷酸鏈)上產(chǎn)生一個暫時的斷口，形成的兩個末端分別與拓撲異酶的兩個亞基相連，然后使另一條末斷裂的多核苷酸鏈(或兩條多核苷酸鏈)穿過酶（亞基之間）和斷口之后，兩末端又重新相連，斷口又閉合。所不同的是拓撲異構酶作用的結果使L值增加1，所以負超螺旋數(shù)減少1。拓撲異構酶作用的結果使L值減少1，所以負超螺旋數(shù)增加1。但實際上它們的作用過程是相當復雜的。圖2.7 核小體結構示意圖真核生物細胞核中DNA的三級結構是另一種類型的超螺旋結構。在1974年，人們通過電子顯微鏡觀察到染色質呈串珠

48、狀結構，基本重復單位就是核小體。核小體內有組蛋白八聚體（H2A、H2B）2、（H3、H4）2，外面纏繞著1.75圈長度約140bp的DNA，其外形呈矮圓柱狀。相鄰核小體之間由長約60bp 的DNA連接，稱為連接線（linker）。H1位于連接區(qū)，可能和核小體組裝成更高一級的結構有關。所以，核小體是由五種組蛋白及200bp的DNA構成。人類細胞核平均直徑為5m。細胞中3×109bp的DNA存在于22對常染色體和X、Y染色體中，如按每條染色體含1.5×108bp的DNA線性分子，每個核小體DNA平均為200bp計算，應有7.5×105個核小體存在，其伸展長度為7mm，

49、遠非細胞核所能容納。X-射線衍射技術確定核小體直徑約為11nm，要在有關核蛋白的協(xié)同下組成以6個核小體為一周，直徑30nm的緊密結構，即光學顯微鏡下可見的染色質纖維，此時人類基因組已壓縮到1mm的長度。圖2.9 真核生物染色體的組裝在兩棲類未成熟的卵母細胞間期核中，可在光學顯微鏡下見到一種燈刷狀染色體（lampbrush chromosome）結構，是在轉錄高度活躍的DNA與蛋白質形成核蛋白復合體的基礎上構成的，燈刷染色體進一步形成大環(huán)狀結構（looped domain），通過結合在大環(huán)基部的蛋白質相互連接或基部直接連接在染色質扣軸上，每個環(huán)的長度約為20100kb，高度約為300nm。含有這

50、種環(huán)狀結構的染色質DNA再進而盤繞成700nm的染色單體。經(jīng)過這一系列的組裝，人類DNA可通過2 000個大環(huán)最終濃縮30萬倍而組裝在染色體中。第3章 基因的現(xiàn)代概念隨著分子生物學和分子遺傳學的不斷進步，使得人們要給基因下一個確切的定義已越來越困難，因為基因的舊概念被不斷突破：過去認為基因是為蛋白質編碼的DNA片段以及一個基因一個酶，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的許多非編碼基因修正了這個概念。過去認為基因是可以表達的，現(xiàn)在卻發(fā)現(xiàn)了許多非表達基因；如果把基因看成一段連續(xù)的DNA序列，這個概念被現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的斷裂基因打破。把基因看成一段固定的DNA序列，而又發(fā)現(xiàn)了許多可移動的基因。如果說基因是DNA鏈上的一段獨立序列，那

51、么它也要被現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的重疊基因修正。很長一段時間，人們認為基因始終在DNA上，遺傳信息流總是從DNARNA，這個概念也要修正了，因為逆轉錄酶的發(fā)現(xiàn)證明了遺傳信息可以從RNA反向流至DNA，特別是最近發(fā)現(xiàn)的反轉子和反轉錄轉座子等使基因的概念得到更大的發(fā)展。3.1 移動基因移動基因又叫轉位因子。由于它可以從染色體基因組上的一個位置移動到另一個位置，甚至在不同的染色體之間躍遷，因此又稱為跳躍基因。移動基因是20世紀40年代美國冷泉港實驗室的一位年輕的女科學家（B.McClintock）首先在玉米上發(fā)現(xiàn)的。由于它們的移動可引起染色體的重排，影響基因的表達，所以當時稱為“控制因子”。根據(jù)移動基因的結構不同

52、將它們分為兩類：插入序列（insertion sequence，簡稱IS）和轉座子（transposor，簡稱Tn）。3.1.1 插入序列（IS因子）插入序列，現(xiàn)在一般叫做IS因子，它是在細菌中首先發(fā)現(xiàn)的最簡單的一類轉位因子。其長度為數(shù)百個核苷酸對至一兩千個核苷酸對，相當于12個基因的編碼量。表3.1 若干種大腸桿菌IS因子的基本參數(shù)IS因子名稱分子大?。╞p）反向重復序列（bp）靶位點的同向重復序列（bp）靶位點選擇IS1768239隨機IS21327415熱點IS414281811或12AAAN20TTTIS51195164熱點IS10R1329229NGCTNGCNIS50R153199

53、熱點IS9031057189未知IS因子的一個共同特征是，在它們的末端都有一段反向的重復序列（IR序列），但其長度并不一定相等。例如IS轉位子的左邊IR序列是17bp，右邊的是22 bp，兩者相差5 bp。轉位時往往還要復制宿主靶位點的一段DNA（415 bp），形成了位于其兩端外側的一小段同向重復序列。圖3.1 IS因子的結構特點IS因子一般只編碼一種參與轉位作用的轉位酶，它能夠識別反向重復序列，并催化轉位因子發(fā)生轉位作用，即從原位點上解離下來，然后插入到新的位點上?？梢圆迦氲酱竽c桿菌染色體、質粒以及噬菌體基因組的各個位置上。既可以正向整合到基因組上，也可以反向整合到基因組上3.1.2 轉位

54、子（Tn）轉位子是由幾個基因組成的特定的DNA片段，而且往往帶有抗菌素抗性基因，所以易于鑒定。根據(jù)結構特征的不同，轉位子可分為復合系和Tn3系兩種類別。復合轉位子是由2個同樣的IS因子連接在抗菌素抗性片段兩側構成的。在這些復合單位中，IS因子可以是反向重復的構型，也可以是正向重復的構型。圖3.2 復合轉座子結構特點圖3.3 側翼IS因子取向不同的兩種復合轉座子（a）2個IS因子呈反向重復排列；（b）2個IS因子同向重復排列。但無論它們如何取身長，都有不會改變IR序列的排列方向。復合轉位子很容易攜帶著抗菌素抗性基因從細菌染色體轉移到質?；蚴删w基因組上。當發(fā)生這種情況時，轉位子就會隨著這些載體分

55、子迅速地傳播到其它細菌中去。這類轉位作用是自然界中發(fā)生細菌抗藥性的主要原因。Tn3系轉位子結構比較復雜，長度約為5000bp。末端有一對38 bp的IR序列，但不含有IS因子序列。每個轉位子都帶有3個基因：一個是編碼對氨芐青霉素抗性的-內酰胺酶（-lactamase）基因，另外2個是與轉位有關的基因TnpA和TnpR基因。TnpA是轉位酶基因，TnpR則編碼一小分子蛋白，該蛋白質既能阻遏TnpA基因，又能促進分隔區(qū)的位點專一性切割。圖3.4 Tn3轉座子結構特點3.2 斷裂基因許多真核基因的編碼序列不是連續(xù)排列的，它們往往被一些片段分隔成幾個小片段。我們將這種編碼序列不連續(xù)的的間斷基因稱為斷裂

56、基因。斷裂基因最初是在腺病毒（adenovirus）中發(fā)現(xiàn)的。在1977年度美國冷泉港實驗室學術年會上有人報告，腺病毒基因是斷裂基因，以后在SV40病毒和許多真核基因中都發(fā)現(xiàn)了斷裂基因。除干擾素基因和組蛋白基因之外，斷裂基因是所有真核基因的普遍現(xiàn)象。不連續(xù)的斷裂基因的表達程序是：先轉錄出包括編碼序列和間隔序列在內的原初轉錄物，即核不均一RNA（hnRNA）；然后經(jīng)過刪除和連接，除去無關的DNA間隔序列轉錄物，便成為成熟的mRNA分子；它從細胞核中運輸?shù)郊毎|，再翻譯成多肽鏈。這些在加工成熟過程中被剪除掉的間隔序列又稱為間隔子或內含子，被保留下來的編碼序列又叫做表達子或外顯子。而這種間隔子的刪除

57、和表達子的連接過程，稱為RNA剪輯。不同的基因中外顯子的數(shù)目不同，最多的可達40多個，如膠原蛋白的基因。圖3.5 人-珠蛋白基因的結構該基因編碼成年人血紅蛋白-鏈。所有哺乳動物的-珠蛋白基因都是由被2個間隔子分隔開的3個表達子構成?？騼葦?shù)字表示每個表達子或間隔子的核苷酸數(shù)。初級轉錄本（pre-mRNA）含有表達子和間隔子序列。由剪輯酶切除間隔子，將表達子連接起來；同時經(jīng)過5端的加“帽子”作用和3端的加poly（A）作用等加工過程，成為成熟的mRNA。外顯子和內含子的連接區(qū)序列是高度保守的，這一序列提供了RNA加工過程中的剪接信號。序列分析表明，幾乎每個內含子5端起始的兩個核苷酸都是GT，3端最后的兩個核苷酸總是AG。由于這兩個核苷酸的高度保守性和存在的廣泛性，有人把它稱為GT-AG規(guī)律。這同時也表明在這些基因中可能存在著一個共同的剪接加工機制。但是在線粒體基因和酵母基因中不存在這類保守序列，暗示還可能存在著不同類型的加工過程。3.3 假基因這是一類核苷酸序列與其相應的正常功能基因基本相同，但卻不能合成出功能蛋白質的失活基因。例如，在珠蛋白、免疫球蛋白、組織相容性抗原以