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第二章 基因工程的理论基础与基本技术 第一节 基因工程的理论基础 （一）原核生物的基因结构特点 总结 1．遗传密码与信息流 储存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递给蛋白质，mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为密码子，也叫三联子密码。蛋白质是通过遗传信息流由基因控制的。 2．结构基因和调节基因 结构基因(structural gene)是可以转录成为各种RNA(如rRNA、tRNA、snRNA)直接行使功能，或者转录成信使RNA(mRNA)然后翻译成多肽链，最终形成各种功能蛋白质和酶。 从广义上讲，任何一种能够调节或限制其他基因活性的基因都可叫做调节基因(regulatory gene)，一般情况下则是指基因产物参与调节别的基因活性的基因(如阻遏基因等)。首先转录成mRNA，然后由mRNA翻译成阻遏蛋白质或激活蛋白质，通常也称为转录因子或反式作用因子。它们通常结合到结构基因的非编码区的顺式元件上起调控作用。 3．管家基因和奢侈基因 具有相同遗传信息的个体细胞间其所利用的基因并不相同，有的基因活动是维持细胞基本代谢所必需的，而有的基因则在一些分化细胞或受到外界刺激的细胞中活动。前者称为管家基因(house-keeping gene)，如编码核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解酶等的基因；而后者被称为奢侈基因(1uxury gene)， 4．移动基因1967年在大肠埃细菌的乳糖操作子的研究中第一次发现了称为插入序列(insertion sequence，IS)的转座因子。直至1980年夏皮罗(Shapiro)等人证实了可移位的遗传基因存在，说明某些基因具有移动性。转座子也称易位子，是由两个重复顺序夹着一个或多个结构基因组成。有的转座子的重复序列就是IS。转座子也和IS一样，能从一个位点转座到另一个位点，或从一个复制子转座到另一个复制子。转座子属于可移动的遗传因子—移动基因。除了转座因子外，病毒和质粒都是染色体外的可以移动的遗传物质，都必须依赖宿主而复制。 5．重叠基因 核苷酸序列是彼此重叠的两个基因称为重叠基因(overlapping genes)或镶嵌基因(nested genes)。 6．假基因 假基因是多基因家族中的成员，因其碱基顺序发生某些突变而失去功能，不能表达或表达异常，生成无生物活性的多肽。假基因DNA顺序可在相应基因名称之前加φ表示，如α珠蛋白基因家族中φξ1与功能性ξ2 基因同源， φξ1有3个碱基被取代，其中密码子6的GAG—TAG(谷氨酸→终止密码)发生无义突变。 例如，在珠蛋白、免疫球蛋白、组织相容性抗原(histocompatibi1ity antigen)以及肌动蛋白和微管蛋白等基因家族(gene family)中，都存在着这样的功能失活的假基因。  (1)重复的假基因许多假基因都是同“亲本基因”(Parental8ene)连锁的，而且同其编码区及侧翼序列的DNA具有很高的同源佳。可见产生此种类型的假基因拷贝的一种可能的机理是，由含有“亲本基因”的染色体区段串联重复形成，故称之为重复的假基因。珠蛋白基因家族中的假基因即属于这一种类型。 (2)加工的假基因除了重复的假基因外．在真核生物的染色体基因组中还存在着一类加工的假基因 (processed pseudogene)。这类假基因没有与“亲本基因”连锁，而且其结构是同转录本而非“亲本基因”类似。例如，它们都没有启动子和间隔子，但在基因的3’—末端则都有一段延伸的腺嘌呤短序列，恰似mRNA分子3’—末端的poly(A)尾巴。这些特征表明，此类假基因很可能是来自加工的RNA之DNA拷贝，因此称之为加工的假基因。 7．串联基因簇 中度重复DNA有许多类型的重复序列组成。多重复序列组成的基因簇在重复区域的下游出现，这些通常是其产物需求量很高的基因，rDNA(编码rRNA)就是其中一例。编码18S、5.8S和28SrRNA的45S前体的基因就有约10～10000个拷贝的重复序列，其拷贝数因物种而异。人类基因组中45S基因在5个不同的染色体上都有排列，每一排列包含约40个拷贝。在分裂间期这些区域都处于核仁区，核仁是细胞核中的致密区域，是rRNA合成和修饰的工厂。另一个串联基因簇的例子是组蛋白基因，其产物在S期大量产生，5种组蛋白基因在一个基因簇，有的可直接重复达数百次。 8．基因组基因组(genome)是1924年提出的，是指一个生物体、细胞器或病毒的全部基因。原核生物基因组仅由一条环状的双链DNA分子组成，含有一个复制起点，它的基因组就是它的整个