第三章基因组的结构和功能1

1、 是核酸的中贮存遗传信息的遗传单位，是贮存有功能的蛋白是核酸的中贮存遗传信息的遗传单位，是贮存有功能的蛋白质多肽链或质多肽链或RNARNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列（序列（P27P27）。）。 从生化学上来说从生化学上来说指的是一段指的是一段DNADNA或或RNARNA（病毒）顺序，该顺序（病毒）顺序，该顺序可以产生或影响某种表型，可以由于突变生成等位基因变异体。可以产生或影响某种表型，可以由于突变生成等位基因变异体。 从遗传学上来说从遗传学上来说代表代表1 1个遗传单位个遗传单位、1 1个功能单位、个功能单位、1 1个交换个交换单位或

2、单位或1 1个突变单位。个突变单位。 某一机体可以观察到的特征称为表型某一机体可以观察到的特征称为表型（phenotypephenotype），与表型相应的基因组成称为基因型），与表型相应的基因组成称为基因型（genotypegenotype）。如细菌能否合成亮氨酸记为）。如细菌能否合成亮氨酸记为Leu+Leu+和和Leu-Leu-，相应，相应的基因型为的基因型为Leu+Leu+和和Leu-Leu-。 （1 1）二倍体细胞有二倍体细胞有2 2套基因，一套来自父本，套基因，一套来自父本，另一套来自母本，每个细胞的全部基因均由另一套来自母本，每个细胞的全部基因均由2 2套基因组成，每套基因组成，每

3、一对基因称做等位基因。一对基因称做等位基因。 （2 2）由于突变作用引起由于突变作用引起DNADNA结构变异，所以某结构变异，所以某一基因可具有若干种不同的形式，这种同一基因不同的形式互一基因可具有若干种不同的形式，这种同一基因不同的形式互称等信基因（称等信基因（alleleallele）。）。55、AGCCGACTATGTCGAAGCTTAGCCGACTATGTCGAAGCTT、GCTTGACTATAAGACAGCTTGACTATAAGACA、3333、TCGGCTGATACAGCTTCTAATCGGCTGATACAGCTTCTAA、CGAACTGATATTCTGTCGAACTGATATTC

4、TGT、55转录调控区转录调控区 贮存贮存RNARNA或蛋白质结构信息区或蛋白质结构信息区 转录终止区转录终止区基因组的结构主要指不同的基因功能区域在核酸分列中的分基因组的结构主要指不同的基因功能区域在核酸分列中的分布和排布情况，基因组的功能是贮存和表达遗传信息。布和排布情况，基因组的功能是贮存和表达遗传信息。人类基因组包含多染色体和人类基因组包含多染色体和XYXY两条性染色体上的全部遗传物两条性染色体上的全部遗传物质（核基因组）以及胞线粒体上的遗传物质（线粒体基因质（核基因组）以及胞线粒体上的遗传物质（线粒体基因组）组）第一节第一节 原核基因组原核基因组Prokaryotic genome

5、Prokaryotic genome 以细菌为代表讲述，有称以细菌为代表讲述，有称bacteria genomebacteria genome。细菌对。细菌对医学分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。因为：医学分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。因为：，可选择突变，可选择突变株进行研究，实验结果容易重复。（如选择株进行研究，实验结果容易重复。（如选择DDDPIDDDPI缺乏的缺乏的EcoliEcoli突变株，突变株，EcoliEcoli仍可合成仍可合成DNADNA，说明酸，说明酸I I对对EcoliDNAEcoliDNA合成不起作用。）合成不起作用。） （1 1）

6、遗传物质都是）遗传物质都是DNADNA； （2 2）主要的功能分子都是蛋白质；）主要的功能分子都是蛋白质； （3 3）基因密码是通用的，等等。）基因密码是通用的，等等。1.1.基因组通常仅由基因组通常仅由其其DNADNA是与蛋白质结合，但并不形成染色体结构，只是习惯上将之称是与蛋白质结合，但并不形成染色体结构，只是习惯上将之称为染色体。细菌染色体为染色体。细菌染色体DNADNA在胞内形成一个致密区域，即类核在胞内形成一个致密区域，即类核（nucleoidnucleoid），类核无核膜将之与胞浆分开。），类核无核膜将之与胞浆分开。2.2.基因组中基因组中。3.3. 操纵子（操纵子（operono

7、peron） 是指数个功能相关的结构基因串联在一起，是指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。（见第六章）转录终止信号构成的基因表达单位。（见第六章）4.4.基因组中任何一段基因组中任何一段DNADNA不会用于编码不会用于编码2 2种蛋白种蛋白质。质。5.5.6.6.（主要是调控序列）（主要是调控序列）5%5%，95%95%）7.7.基因组中的基因组中的重复序列重复序列很少。很少。编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但编码编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但

8、编码rRNArRNA的基因往往是多拷贝的的基因往往是多拷贝的，这有利于核糖体的快速组装。（这有利于核糖体的快速组装。（15AA/15AA/秒，秒，2AA/2AA/秒）秒）8.8. 这是一类结构不完全相同，而功这是一类结构不完全相同，而功能相同的基因。如能相同的基因。如E.coliE.coli含有含有2 2个编码乙酸乳酸合成酶的基因和个编码乙酸乳酸合成酶的基因和2 2个编码个编码分支酸变位酶同工酶的基因。分支酸变位酶同工酶的基因。10.10. 启动子（启动子（promoterpromoter）、操纵基因（）、操纵基因（operatoroperator）、调控序列、结构）、调控序列、结构基因（基因

9、（structure genestructure gene）、终止子（）、终止子（terminatorterminator）。（见第六章）。（见第六章）（一）概念（一）概念 是独立于许多细菌及某些真核细胞染是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外共价闭合环状的色体外共价闭合环状的DNADNA分子（分子（covalant closed covalant closed circnlar,cccDNAcircnlar,cccDNA），能独立复制的最小遗传单位。（），能独立复制的最小遗传单位。（P35-6P35-6） 除酵母的杀伤质粒（除酵母的杀伤质粒（killer plasmidkiller plas

10、mid）是是RNARNA外，其余质粒是染色体外的外，其余质粒是染色体外的cccDNAcccDNA分子。分子。 质粒是与宿主染色体有别的复制子（真质粒是与宿主染色体有别的复制子（真核细胞分裂过程中，核细胞分裂过程中，DNADNA纤维分成许多复制单位，该单位称纤维分成许多复制单位，该单位称为复制子）。在细胞分裂时能恒定传递给交代细胞的独立为复制子）。在细胞分裂时能恒定传递给交代细胞的独立遗传因子或能在胞内寄生和复制的复制子。遗传因子或能在胞内寄生和复制的复制子。3.3.质粒与宿主细胞的关系质粒与宿主细胞的关系（1 1）质粒对宿主的生存不是必需的，只是质粒对宿主的生存不是必需的，只是“友好友好”的的

11、“借居借居”宿主宿主细胞中，细胞中，既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒照样的生存下去。照样的生存下去。（酶和蛋白质）（酶和蛋白质）帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。，作为对宿主细胞的作为对宿主细胞的补偿（补偿（“交房租交房租”）。）。使宿使宿主获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素抗性基主获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素抗性基因：因：AmpAmpr r 酶，水解酶，水解-内酰胺环内酰胺环, ,解除氨关毒性解除氨关毒性, ,使细菌抗氨关。使细菌抗氨

12、关。TetTetr r 膜蛋白膜蛋白, ,可阻止四环素进入细胞可阻止四环素进入细胞, ,使细菌抗四环素。使细菌抗四环素。4.4.质粒发现和研究意义质粒发现和研究意义 质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式，遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式， 基因工程的重要基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个致癌质粒可以传递就会传到外都是。致癌质粒可以传递就会传到外都是。 A.A.都能独立自主的复制；都能独立自主的

13、复制； B.B.都能便利的加以检测（抗生素抗性）；都能便利的加以检测（抗生素抗性）； C.C.都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化（提质粒）。化（提质粒）。 质粒符合上述质粒符合上述3 3个条件。个条件。 基因工程中主要使用人工构建的质粒。基因工程中主要使用人工构建的质粒。（二）质粒的分类（二）质粒的分类 (1)(1)拷贝数少，一般拷贝数少，一般1010105 5 2. 2.中度重复序列中度重复序列 在基因组中的重复次数为在基因组中的重复次数为 10101 1-10-105 5 3. 3.单拷贝序列单拷贝序列 在整个基因组中出现在整

14、个基因组中出现1 1次或少数几次次或少数几次（10100 0-10-101 1）。）。（七）端粒（七）端粒（telommeretelommere） （形式上膨大成粒状而得名）。（形式上膨大成粒状而得名）。1.1.是染色体末端是染色体末端DNADNA和蛋白质构成复合体。仅在真核细胞染色体末和蛋白质构成复合体。仅在真核细胞染色体末端存在。端存在。 2.2.其其DNADNA序列相当保守，一般由多个串联在一起的短寡核苷酸（序列相当保守，一般由多个串联在一起的短寡核苷酸（5-5-86p86p）序列构成。）序列构成。 3.3.碱基成分因种属而异，重复次数在不同生物中变化较大，如小鼠碱基成分因种属而异，重复

15、次数在不同生物中变化较大，如小鼠的端粒的端粒DNADNA达达150kb,150kb,人类的端粒人类的端粒DNADNA约约515kb515kb。 1.1.保护线性保护线性DNADNA的完整复制的完整复制 2.2.保护染色体末端及决定细胞的寿命等。保护染色体末端及决定细胞的寿命等。二二. .人类基因组中的重复顺序人类基因组中的重复顺序（一）反向重复顺序（一）反向重复顺序（inverted repeats,IRinverted repeats,IR）ATTAGC GCTAAT ATTAGC GGAT GCTAATATTAGC GCTAAT ATTAGC GGAT GCTAATTAATCG CGATT

16、A TAATCG CCTA CGATTATAATCG CGATTA TAATCG CCTA CGATTA1.1.连续的反向重复顺序，这种结构又称连续的反向重复顺序，这种结构又称，是指，是指一段一段DNADNA顺序，在两条链上，正读与反读意义相同。顺序，在两条链上，正读与反读意义相同。2.2.不连续的反向重复顺序之间含有间隔顺序。不连续的反向重复顺序之间含有间隔顺序。1.21.2占人类基因组占人类基因组5%5%，可能与复制、转录调控有关。，可能与复制、转录调控有关。（二）串联重复顺序（二）串联重复顺序（tandem repeatstandem repeats） 如组蛋白基因、如组蛋白基因、5sr

17、RNA5srRNA基因等。基因等。其意义在于快速大量合成相应基因的其意义在于快速大量合成相应基因的mRNA.mRNA.* *和内含子和内含子内，是组成卫得内，是组成卫得DNADNA* *的基础。卫星的基础。卫星DNADNA可分为三类，大卫星可分为三类，大卫星DNADNA、小卫星、小卫星DNADNA和微卫星和微卫星DNADNA。* *间隔间隔DNA(spacer DNA)DNA(spacer DNA)真核基因组中，在基因之间也有真核基因组中，在基因之间也有一些非编码顺序将它们隔开，一般一些非编码顺序将它们隔开，一般DNADNA，是和内含，是和内含子性质不同的插入顺序。子性质不同的插入顺序。* *

18、卫星卫星DNADNA（satellite DNA satellite DNA ）又称随体又称随体DNADNA。这部分这部分DNADNA是在用是在用csclcscl密度梯度离心时发现的。密度梯度离心时发现的。 大肠杆菌大肠杆菌DNADNA剪切成若干片段后离心只得到剪切成若干片段后离心只得到1 1个峰，而个峰，而蟹蟹DNADNA在主峰旁边还有在主峰旁边还有1 1个小峰，其中所含个小峰，其中所含DANDAN称称sat-DNA.sat-DNA.Sat-DNASat-DNA的的A+T/G+CA+T/G+C比值不同于主峰比值不同于主峰DNADNA的比值，因而其密的比值，因而其密度也不同于主峰度也不同于主峰

19、DNADNA。比值改变原因是它们含有大量的重。比值改变原因是它们含有大量的重复顺序而使某段复顺序而使某段DNADNA分子（分子（A+TA+T）或（）或（G+CG+C） 偏低或偏高。偏低或偏高。（下图因比值远远大于主峰（下图因比值远远大于主峰DNADNA，导致密度较低所致）。，导致密度较低所致）。（三）散在重复顺序（三）散在重复顺序（intersprersed repeatsintersprersed repeats） 散在重复顺序散在重复顺序根据重复序列的长度可将该家族分为根据重复序列的长度可将该家族分为，短散在核元件和长，短散在核元件和长散在核元件。散在核元件。(shat intersper

20、sed nuclear elements) (shat interspersed nuclear elements) long interspersed nuclear long interspersed nuclear elements)elements) 代表代表 （1 1）序列中含）序列中含AluAlu限制酶位点限制酶位点 （1 1）序列中含）序列中含KpnKpn限制酶位点限制酶位点（2 2）基因组中重复数）基因组中重复数3-53-510105 5 （2 2）全长）全长6-7kb6-7kb（3 3）AluAlu顺序之间间隔顺序之间间隔:3-5kb :3-5kb （3 3）Knp Knp

21、消化后可见消化后可见4 4条带条带（4 4）相对集中在染色体）相对集中在染色体R R带带 （4 4）集中分布在染色体）集中分布在染色体G G或或Q Q带带 逆转来转座子逆转来转座子 RNARNA介导转座介导转座 , ,合成合成cDNAcDNA基因组基因组三三. .人类基因组人类基因组DNADNA多态性多态性 某一机体可以观察到的特征某一机体可以观察到的特征, ,与与表型相应的基因组成称为表型相应的基因组成称为人类个体之间人类个体之间所以表现为千差万别所以表现为千差万别, ,其物质基础在于基因组其物质基础在于基因组DNADNA的差异的差异. . DNA DNA序列的多态性就是这些差异中十分重要的

22、序列的多态性就是这些差异中十分重要的1 1种种,DNA,DNA序序列多态性可分为位点的多态性和串联重复顺序多态性列多态性可分为位点的多态性和串联重复顺序多态性, ,前者前者又可造成限制性长段长度多态性又可造成限制性长段长度多态性. .( (一一)DNA)DNA位点多态性位点多态性(DNA site polymorphism)(DNA site polymorphism) 是由于等位基因间在特定位点上是由于等位基因间在特定位点上DNADNA序列存在差异造成的序列存在差异造成的. .在各种在各种DNADNA位点多态性系统中位点多态性系统中, , 就其表型而言就其表型而言, ,从理论上来说从理论上来

23、说, ,已远远超过了现有地球人已远远超过了现有地球人口口, ,人类为远交群体人类为远交群体, ,因此要在无血缘关系人群找到因此要在无血缘关系人群找到HLAHLA表型表型完全相同的个体几乎是不可能的完全相同的个体几乎是不可能的.(.(见分子免疫学见分子免疫学).).( (二二) )限制性中段长度多态性限制性中段长度多态性(restiction fragment length (restiction fragment length polymorplism,RFLP)polymorplism,RFLP) 是是DNADNA多态性的一种特别有用的形式，当多态性的一种特别有用的形式，当DNADNA就会得

24、到不同限制性就会得到不同限制性片段类型，这样的位点称为多态性位点。片段类型，这样的位点称为多态性位点。( (三三) )重复顺序长度多态性重复顺序长度多态性1.1.小卫星小卫星DNADNA多态性很复杂，个体之间的差异极高。多态性很复杂，个体之间的差异极高。2.2.微卫星微卫星DNADNA多态性多态性, ,功能不太清楚功能不太清楚. . 本节概要地介绍了对人类基因组研究和认识，但显然本节概要地介绍了对人类基因组研究和认识，但显然还有大量的未知，比如仅弄清楚了极有限的功能基因，一还有大量的未知，比如仅弄清楚了极有限的功能基因，一小部分基因序列，距离彻底了解人类自身遗传背景还很遥小部分基因序列，距离彻

25、底了解人类自身遗传背景还很遥远。正是存在这种科学内在的驱动力，人类在远。正是存在这种科学内在的驱动力，人类在2020世纪末开世纪末开始了的探索自身为主要目的的伟大科学计划始了的探索自身为主要目的的伟大科学计划人类基因组人类基因组计划，其重要意义完全可以与原子弹计划和阿波罗登月计计划，其重要意义完全可以与原子弹计划和阿波罗登月计划相比。划相比。第三节第三节 病毒基因组病毒基因组 基因组（基因组（genomegenome） 1 1个配（精子或卵子），个配（精子或卵子），1 1个单倍个单倍体细胞或体细胞或1 1个病毒所包含的全套基因。病毒核酸或为个病毒所包含的全套基因。病毒核酸或为DNADNA或或为

26、为RNARNA，可以统称为病毒染色体。，可以统称为病毒染色体。 完整的病毒颗粒具有蛋白质外壳，以保护病毒核酸不完整的病毒颗粒具有蛋白质外壳，以保护病毒核酸不受核酸酶的破坏，并能识别和侵袭特定的宿主。类病毒例受核酸酶的破坏，并能识别和侵袭特定的宿主。类病毒例外，它是一类植物病毒，为很小的单链闭环外，它是一类植物病毒，为很小的单链闭环RNARNA（250-400250-400碱基）。碱基）。 病毒核酸与所有的原、真核生物的核酸组比较，病毒核酸与所有的原、真核生物的核酸组比较，或，或DNADNA或或RNARNA，两者不共存于两者不共存于1 1种病毒颗粒中，据此，病毒可以分成两组，种病毒颗粒中，据此，

27、病毒可以分成两组，即即DNADNA病毒和病毒和RNARNA病毒。病毒。 病毒核酸分子量大小：病毒核酸分子量大小：RNARNA病毒小病毒小10106 6-10-107 7D D，DNADNA病毒病毒大；大；10107 7-10-108 8D D 基因数：基因数：3-3-几百个几百个1 1）吸附；（）吸附；（2 2）核酸进入细胞；（）核酸进入细胞；（3 3）转录、翻译和复制；（）转录、翻译和复制；（4 4）病）病毒颗粒成熟；（毒颗粒成熟；（5 5）释放病毒颗粒。）释放病毒颗粒。 典型的生活周期为典型的生活周期为6-486-48小时，噬菌体为小时，噬菌体为20-6020-60分钟。分钟。 病毒对细胞

28、功能的干予，病毒对细胞功能的干予，当其入菌当其入菌后，立即接管了细菌的各种主要功能，细菌自身的后，立即接管了细菌的各种主要功能，细菌自身的DNADNA复制复制RNARNA转录，转录，蛋白质合成，能量代谢等都停顿下来转蛋白质合成，能量代谢等都停顿下来转。有些动。有些动物病毒也有类似的情况，但非普通规律。相对而言，动物病毒和宿主物病毒也有类似的情况，但非普通规律。相对而言，动物病毒和宿主细胞可以共存一段时间至病毒生活周期的后期才造成宿主细胞的严重细胞可以共存一段时间至病毒生活周期的后期才造成宿主细胞的严重损害，损害，（1 1）抑制宿主）抑制宿主RNARNA和和DNADNA的合成。的合成。（2 2）

29、核糖体合成受损。）核糖体合成受损。（3 3）蛋白质合成受抑制是普遍现象。）蛋白质合成受抑制是普遍现象。 它包括它包括8 8个个这些病毒基因组结构和功能已基本清楚（见分子病毒学这些病毒基因组结构和功能已基本清楚（见分子病毒学HIVHIV、没办法）。、没办法）。 （二）病毒有（十）链（二）病毒有（十）链RNARNA和（一）链和（一）链RNARNA之分。之分。 极性和极性和mRNAmRNA极性相同，极性相同， 与与mRNAmRNA极性相反或与（十）极性相反或与（十）RNARNA 碱基顺序也相同。碱基顺序也相同。 互补的互补的RNARNA。 1.1.作为模板（与作为模板（与mRNAmRNA一样）一样）

30、 必须依赖必须依赖 翻译出病毒多肽或蛋白质。翻译出病毒多肽或蛋白质。 RNARNA的的RNARNA 2. 2.作为模板，合成（一）作为模板，合成（一）RNARNA， polpol合成（十）合成（十） 可以以（一）可以以（一）RNARNA为模板为模板 RNARNA（mRNAmRNA） 合成子代病毒合成子代病毒RNARNA。 才能翻译出才能翻译出 3.3.作为模板合成作为模板合成cDNA. cDNA. 病毒病毒 （即以（即以mRNAmRNA为模板反转录合成为模板反转录合成DNADNA）。）。 蛋白质。蛋白质。，分子结构有发，分子结构有发夹、环状、线型、节段型。以夹、环状、线型、节段型。以SSDNA

31、,dsRNASSDNA,dsRNA最为突出。最为突出。这种现象在其它生物细胞仅见于线粒体和质体这种现象在其它生物细胞仅见于线粒体和质体DNA.DNA.所以是病所以是病毒核酸较为独特结构能使小小病毒携带较多的遗传信息，原因毒核酸较为独特结构能使小小病毒携带较多的遗传信息，原因是病毒基因阅读框可以错位（是病毒基因阅读框可以错位（SV40SV40）。）。（三）（三） 原核病毒（如噬菌体）基因是连续的，没有内含子；原核病毒（如噬菌体）基因是连续的，没有内含子； 真核病毒（如多瘤病毒）基因是不连续的，有内含子。真核病毒（如多瘤病毒）基因是不连续的，有内含子。 有意思的是，有些真核病毒的内含子或其中的一部

32、分对有意思的是，有些真核病毒的内含子或其中的一部分对某一基因来说是内含子，对另一基因却是外显子。某一基因来说是内含子，对另一基因却是外显子。 如如SV40SV40和多瘤病毒的早期区域就是这样的。和多瘤病毒的早期区域就是这样的。 除了（除了（+ +）RNARNA病毒外，真核病毒基因都是先转成病毒外，真核病毒基因都是先转成mRNAmRNA前前体，再经过剪接等步骤能成为成熟的体，再经过剪接等步骤能成为成熟的mRNA.mRNA. 大部分病毒核酸都是由一条双链或单链大部分病毒核酸都是由一条双链或单链构成，少数病毒核酸由数个片段构成。这类病毒一般度构成，少数病毒核酸由数个片段构成。这类病毒一般度RNARN

33、A病病毒。如毒。如flu-vflu-v由由6-76-7个片段构成，各段在天然状态下不连接，个片段构成，各段在天然状态下不连接，而且可以转录成而且可以转录成6-76-7个片段相应的个片段相应的 mRNAmRNA。单独的片段没有感。单独的片段没有感染性，感染要一起感染才发挥作用。染性，感染要一起感染才发挥作用。即每即每个基因在某个病毒颗粒中只出现一次，即只有个基因在某个病毒颗粒中只出现一次，即只有1 1套基因。套基因。病毒核酸大多数顺序都用病毒核酸大多数顺序都用来编码蛋白质。来编码蛋白质。没有间隔序列或间隔序列很小。没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关蛋白质基因在基因组的功能相关蛋白质基因在基因组

34、的1 1个或几个特定部位，丛集个或几个特定部位，丛集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的mRNAmRNA模模板。如腺病毒晚期基因。板。如腺病毒晚期基因。1.1.几个结构基因的编码区不规则，因此有些结构基因无翻几个结构基因的编码区不规则，因此有些结构基因无翻译起始序列。译起始序列。2.2.有的有的mRNAmRNA（=gene=gene）没有）没有55帽子，但有翻译增强子。帽子，但有翻译增强子。（一）（一）SV40SV40病毒基因组病毒基因组 SV40SV40（simian sarcom avirus40 simian sarcom avirus

35、40 猴肉瘤病毒猴肉瘤病毒) )属乳属乳多空病毒类，是最小的多空病毒类，是最小的DNADNA病毒之一。它可长期潜伏于猴肾病毒之一。它可长期潜伏于猴肾细胞，对新生仓鼠有致癌性，体外试验还可使多种属细胞细胞，对新生仓鼠有致癌性，体外试验还可使多种属细胞恶性转化。恶性转化。 1 1、基因组结构特点、基因组结构特点 MW3MW3103KD103KD，长，长52436p,52436p,与与4 4种组种组蛋白（蛋白（H2AH2A、H2BH2B、H3H3及及H4H4） 。 早期基因含有早期基因含有2 2个重叠基因，编码个重叠基因，编码T T和和t t（T=tumor)T=tumor)抗原抗原 晚期基因含晚期

36、基因含3 3个重叠基因，编码个重叠基因，编码VP1VP1（主），（主），VP2VP2和和VP3VP3（次）（次）3 3种衣壳蛋白种衣壳蛋白 调控区位早、晚期基因之间，长约调控区位早、晚期基因之间，长约4006p4006p包括复制起点，包括复制起点，启动子和增强子，可调节基因组的复制及早、晚期基因的转启动子和增强子，可调节基因组的复制及早、晚期基因的转录。录。2 2、SV40SV40病毒基因的表达病毒基因的表达 ，其中含有，其中含有RNA pdIIRNA pdII识别位点位于识别位点位于-21-26bp-21-26bp之间的之间的TATATATA盒盒起始准确位起始准确位置，一般不相差置，一般不相

37、差1010个核苷酸。个核苷酸。 在在106-250106-250位是位是2 2个串联的含有个串联的含有72bp72bp的完全重的完全重复顺序，即为增强子，复顺序，即为增强子，。 （3 3）早期基因转录的）早期基因转录的mRNAmRNA前体选择剪接形成不同的前体选择剪接形成不同的mRNAmRNA（TmRNATmRNA、t-mRNA)t-mRNA)3 3、病毒基因组的复制及基因表达调控、病毒基因组的复制及基因表达调控 。 （1 1）早期基因）早期基因T T及及t t的表达受的表达受T T抗原的反馈阻遇，表现一抗原的反馈阻遇，表现一种自我调节作用。种自我调节作用。 （2 2）晚期基因表达需要）晚期基

38、因表达需要T T抗原及抗原及SVSV4040DNADNA本身的复制。本身的复制。 一般过程是，感染早期合成一般过程是，感染早期合成T T、t t抗原抗原T-T-方面抑制早方面抑制早期期mRNAmRNA进一步合成；另一方激活多种与进一步合成；另一方激活多种与DNADNA复制有关的酶，复制有关的酶，引发病毒的复制引发病毒的复制进而推动晚期进而推动晚期RNARNA的合成，产生的合成，产生VpVp蛋白蛋白（12h)V-DNA+VP12312h)V-DNA+VP123病毒颗粒。病毒颗粒。（二）（二）HBVHBV基因组基因组 HBVHBV是乙肝的病原体，它可造成持续性感染，引起急、慢是乙肝的病原体，它可造

39、成持续性感染，引起急、慢性肝炎，部分患者可发生肝硬化，性肝炎，部分患者可发生肝硬化，HBVHBV原发性肝癌发生密切相关，原发性肝癌发生密切相关，因而我国特别重视，因而我国特别重视HBVHBV的研究。的研究。 1 1、HBVHBV基本结构基本结构 呈园球形，直径约呈园球形，直径约42nm42nm，称，称DaneDane颗粒（以发现者命名）；颗粒（以发现者命名）； 中间含中间含1 1个致密的内核（个致密的内核（core)core)，直径约，直径约27nm27nm； 外为外为1 1层约层约14nm14nm外壳（外壳（capsid)capsid)。 （2 2）（hepatitis B virhs su

40、rface hepatitis B virhs surface antigen)antigen)； ； 、prorein kinaseprorein kinase和和后者与病毒复制特点后者与病毒复制特点有关。有关。2 2、HBVHBV基因组结构基因组结构 （共价闭合环状超（共价闭合环状超螺旋）。螺旋）。 外长内短，长负（链）短正外长内短，长负（链）短正（链），长链（链），长链2/32/3是双链，是双链，1/31/3是单链。两链间隙由是单链。两链间隙由DNApolDNApol填充填充（上（上（1 1）述）。）述）。 . .不同毒株均含有不同毒株均含有4 4个开放性阅读框（个开放性阅读框（open

41、reading frame, openreading frame, ORFORF见第五章见第五章)S.C.P.X)S.C.P.X，其中，其中P P区与区与S.C.X.S.C.X.互相重叠互相重叠50%50%以上，以上，故多个故多个ORFORF可读码可读码2 2次以上，编码次以上，编码2 2个以上蛋白质。其中：个以上蛋白质。其中： S S区区 编码主要蛋白为编码主要蛋白为HBsAgHBsAg C C区区 编码编码HBcAgHBcAg等。等。 P P区区 编码编码DNApolDNApol是依赖是依赖RNARNA的的DNApolDNApol（逆转录酶）。（逆转录酶）。 X X蛋白功能不详。蛋白功能不

42、详。4 4、HBVHBV与肝癌的关系与肝癌的关系 现在普遍认为，现在普遍认为，HBVHBV感染与原发性肝癌关系密切，流行病感染与原发性肝癌关系密切，流行病学及分子病毒学的证据如下：学及分子病毒学的证据如下：（1 1）原发性肝癌（肝细胞性肝癌）原发性肝癌（肝细胞性肝癌）HBSAgHBSAg高达高达85%85%，其他肿瘤，其他肿瘤患者仅为患者仅为15%15%；（2 2）培养肝癌细胞株，不断释放出）培养肝癌细胞株，不断释放出HBsAg(+)HBsAg(+)；（3 3）cDNA cDNA 探针检查到探针检查到HBVHBV已整合到肝癌细胞已整合到肝癌细胞DNADNA中去；中去；（4 4）肝癌病人的癌基因

43、，如）肝癌病人的癌基因，如Ki-rasKi-ras、Ha-rasHa-ras、mycmyc被激活。被激活。（三）脊髓灰质炎病毒基因组（三）脊髓灰质炎病毒基因组（ss(+)RNA)ss(+)RNA) 1 1、基因组结构特点、基因组结构特点 （1 1）ss(+)RNAss(+)RNA，MW2.5X106MW2.5X106。 （2 2）55端无帽，端无帽，33端有端有poly(A)poly(A)尾。尾。 55端端2 2个个uuuu总是总是 VPGVPG蛋白，病毒入胞后被蛋白，病毒入胞后被水解，水解，55端形成翻译增强子结构，结合核糖体开始翻译。端形成翻译增强子结构，结合核糖体开始翻译。 （3 3）基

44、因组）基因组7 7个基因编码区无间隔，编码个基因编码区无间隔，编码RNARNA复制酶、复制酶、蛋白酶和衣壳蛋白。蛋白酶和衣壳蛋白。 连接2 2、基因组信息传递的特点、基因组信息传递的特点 （1 1）RNARNA复制的引物不是复制的引物不是RNARNA或或DNADNA，而是，而是VPG-uuVPG-uu (+)RNA (+)RNA （一）（一）RNA RNA 新的（新的（+ +）RNARNA （2 2）新合成（）新合成（+ +）RNA3RNA3种功用（新合成种功用（新合成poly(A)poly(A)尾是直接尾是直接复制出来的）：复制出来的）： 作为作为mNAmNA翻译病毒蛋白质；翻译病毒蛋白质；

45、 作为模板复制（一）作为模板复制（一）RNARNA； 作为子代病毒作为子代病毒RNARNA，与蛋白质包装成病毒颗粒。，与蛋白质包装成病毒颗粒。RNA复制酶 RNA复制酶 ( (四四) )逆转录病毒逆转录病毒 1.1.逆转录病毒一般分类逆转录病毒一般分类 第一个被发现的第一个被发现的RNARNA肿瘤病毒是劳氏肉瘤病毒（肿瘤病毒是劳氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma vivus, RSV, Rous Sarcoma vivus, RSV, 1911)1911)。至今为止所发现的。至今为止所发现的retro-vretro-v都能使动物致癌，如下。都能使动物致癌，如下。 （1 1）肉瘤病毒）肉瘤病毒

46、 （2 2）白血病病毒）白血病病毒(leuremia virus)(leuremia virus) （3 3）乳腺瘤病毒）乳腺瘤病毒(mammazy tumor virus)(mammazy tumor virus)和淋巴瘤病毒，如鸟类髓细胞瘤和淋巴瘤病毒，如鸟类髓细胞瘤病毒（病毒（avian myelocytoma, AMV)avian myelocytoma, AMV) （4 4）人类嗜）人类嗜T T细胞逆转录病毒（细胞逆转录病毒（human T-lymphotropic retro-v, human T-lymphotropic retro-v, HTLV)HTLV)（human imm

47、unodeficiency human immunodeficiency virus, virus, 。2.2.逆转录病毒基结构特征逆转录病毒基结构特征(1)(1) 2 2条条(+)RNA(+)RNA单体正向平行单体正向平行, ,携带所有的遗传信息携带所有的遗传信息, ,而且完全相同而且完全相同, ,为什么要为什么要求求2 2条相同正链条相同正链, ,意义不太清楚意义不太清楚( (怕基因丢失或损伤怕基因丢失或损伤?)?)。 2 2条条tRNAtRNA较小，是宿主较小，是宿主tRNA(RSVtRNA(RSV是是tRNAtRNAtrptrp），），+RNA+RNA对于复制位置是至关重要。对于复制位

48、置是至关重要。gag(groupantigen)gag(groupantigen)编码衣壳蛋编码衣壳蛋 R R区区 逆转录合成逆转录合成cDNAcDNA必须区域必须区域Pov(Polyrmerase) Pov(Polyrmerase) 逆转录酶逆转录酶 PBPB区区 引物结合区引物结合区env(envelop) env(envelop) 包膜蛋白包膜蛋白 U U区区 U3U3含启动子，含启动子，U5U5与转录终止加尾有关与转录终止加尾有关* *ONC(oncogene) ONC(oncogene) 癌基因癌基因 (包装信号包装信号),DLS(),DLS(氢链结合位点氢链结合位点) ) 如如RS

49、VRSV是是SRC CSRC C为调控区为调控区* *有的有的retro-Vretro-V有有ONCONC。3.3.逆转录病毒生活周期逆转录病毒生活周期 RNA+RNA+逆转录酶逆转录酶宿主胞浆宿主胞浆逆转录逆转录（RNARNA为模板，为模板，+RNA+RNA为为引物）引物）cDNAcDNA（见第四章）（见第四章）进入核进入核随机整合宿主染色体随机整合宿主染色体形成前病毒。形成前病毒。(phag(phag仅注入核酸）仅注入核酸） cDNAcDNA形成新的重复形成新的重复(U3-R-U5)(U3-R-U5)称称LTR(long terminal repeat LTR(long terminal

50、repeat 长末端重复顺序）。长末端重复顺序）。cDNAcDNA含有含有RNARNA全部信息且较全部信息且较RNARNA长。长。 逆转录酶除了逆转活性外，还至少还有逆转录酶除了逆转活性外，还至少还有3 3种活性：即种活性：即RNaseHRNaseH活性，内切核酸酶活性（特异地切断基因组活性，内切核酸酶活性（特异地切断基因组33端端RNA,RNA,作为作为“+”+”链链DNADNA的引物）和以的引物）和以“-”-”链链DNADNA为模板合为模板合成成“+”+”链链DNADNA的活性。的活性。 U3U3区启动子启动前病毒基因组转录出从区启动子启动前病毒基因组转录出从55区至区至3R3R区的区的R

51、NARNA。gag gag 全长全长RNARNA能直接作为能直接作为gaggag基因基因mRNAmRNA，进行翻译。但有，进行翻译。但有90%90%的的mRNAmRNA只译出只译出gaggag多蛋白质，经肽链加工裂解为衣壳蛋白。多蛋白质，经肽链加工裂解为衣壳蛋白。pol pol RNA RNA序列有干扰序列有干扰gaggag终止码的序列，使约终止码的序列，使约10%mRNA10%mRNA在翻译过程中，直至在翻译过程中，直至polpol的终止码，经翻译后加工裂解，形成衣壳蛋白，逆转录酶和整合酶的终止码，经翻译后加工裂解，形成衣壳蛋白，逆转录酶和整合酶(integrase)(integrase)。

52、env env 一部分全长一部分全长mRNAmRNA经过转录后的剪接，使经过转录后的剪接，使envenv编码区与病毒编码区与病毒RNA5RNA5端帽子端帽子连接在一起连接在一起env mRNA env mRNA 包膜糖蛋白。包膜糖蛋白。（3 3）病毒颗粒成熟）病毒颗粒成熟包装包装 （基因治疗）（基因治疗） RNA5RNA5端端PBPB- -区与宿主区与宿主tRNAtRNA以氢链相连形成复合体以氢链相连形成复合体包装包装病毒颗粒。病毒颗粒。（4 4）释放子病毒）释放子病毒感染其它细胞。感染其它细胞。以此说明以此说明RNARNA肿瘤病毒的肿瘤病毒的致癌作用与基因组类型致癌作用与基因组类型.).) (1)1)急性逆转录病毒急性逆转录病毒 (2)(2)慢性逆转录病毒慢性逆转录病毒 (3)HTlV(3)HTlV(人类嗜人类嗜T T细胞逆转录病毒细胞逆转录病毒) )含含onconc* * 不含不含onc onc 含含tattat的的HTLVHTLV可在数周内使培养可在数周内使培养 不能转化不能转化, ,但但V V感染感染 含使培养细胞转化含使培养细胞转化, ,机理和机理和1 1、2 2细胞发生转化细胞发生转化